bài tập lớn lò hơi

Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ I Chọn kích thước lò: - Thân lò Dng = 1400 mm, L = 3000mm, δ = 12mm - Ống lò - Ống lửa: dt = 50mm, L = 3000mm, δ = 4mm - Mặt sàng D = 1400 mm, δ = 45mm Dng = 700mm, L = 3000mm, δ = 11mm II Thể tích khơng khí sản phẩm cháy Thành phần khí thiên nhiên [tra giáo trình trang 45] [2]  CO CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N 1,5% 86% 2% 1,5% 1% 1% 7% Nhiệt trị thấp: : Qtlv = 126CO +108CH4 +636C2H6 +913C3H8 +1187C4H10 +1461C5H12 = 126.1,5 +108.86 +636.2 +913.1,5+1187.1+1461.1 = 14766,5 kJ/kg  Lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy hồn toàn kg nhiên liệu = 0,0476.(0,5CO + 0,5 H + 2CH + 1,5 H S + (2 + ).C H + 10 12 (3 + ).C H + (4 + ).C H 10 + (5 + )C H 12 − O2 4 = 0,0476.(0,5.1,5 + 2.86 + 3,5.2 + 5.1,5 + 6,5.1 + 8.1) V kk [1] = 9,603m tc / kg  Chọn hệ số khơng khí thừa, chất khí ta chọn: α = 1.1 (α = 1.05÷1.15) [2] Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo Thể tích khơng khí thực tế để đốt than đá Vkk = αVkk0 = 1,1(9,603) = 10,563m 3tc / kgnl   Thể tích sản phẩm cháy : Trong V0N2 = 0,79V0KK+0,01N2 [1] =0,79.9,603+0,01.7=7,656 m3tc/kgnl V0 H2O = 0,01(H2 +2CH4+H2S+ C2 H + C3 H + 10 12 C4 H 10 + C5 H 12 ) 2 +0,012dk+0,0161V0KK =0,01( 2.86+ 3.2+4.1,5+5.1+6.1)+0,0161.9,603= 2,105 m3tc/kgnl V0 RO2= 0,01(CO2+CO+2CH4+H2S+2C2H6+3C3H8+4C4H10+5C5H12) =0,01(1,5+2.86+2.2+3.1,5+4.1+5.1) =0,219 m3tc/kg nl VOlv2 = 0,21( α − 1)Vkk0 = 0,21(1,1 − 1) 9,603 = 0,202m 3tc / kgnl ⇒ Vth = 7,656+2,105+0,219+0,202= 10,182 m3tc/kgnl  Thành phần thể tích khói, ta có: rRO2 = rH 2O = VRO2 Vth VH 2O Vth = 0,219 = 0,022 10,182 = 2,105 = 0,207 10,182 ⇒ rn = rRO2 + rH 2O = 0,022 + 0,207 = 0,229 III Tính cân nhiệt:  Suất tiêu hao nhiên liệu BQtlv = Qlh η lh Biết áp suất nước lò 10 bar, nhiệt độ nước cấp 320C, từ bảng nước sơi nước bão hòa ta có: inc = 134,86 kJ/kg i’ = 762,7 kJ/kg i’’ = 2778 kJ/kg Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo QLH = D.(i’’ – i’nước 32oC) = 1800.(2778 – 134,86) = 4757,652 MJ/h Hiệu suất lò hơi: η LH = 100 − ∑ qi - i =2 + Nhiệt bay theo khói q2 = 4-6%, chọn q2 = 5%, + Nhiệt cháy khơng hồn tồn hóa học q3 + Nhiệt cháy khơng hồn toàn học q4 q3 + q4 = – 3%, chọn q3 + q4 = 2% + Nhiệt tỏa môi trường q5 = 0,5% + Nhiệt tổn thất theo tro xỉ q6 = 0,5% ⇒ η LH = 100 − − − 0,5 − 0,5 = 92% Qh ,ich = ⇒B= IV QLH 4757,652 = = 5171,360 MJ / h = 1436,489kW η LH 0,92 Qh ,ich 1436,489.103 = = 97,280kg / h Qtlv 14766,5 Entanpi khơng khí sản phẩm cháy (khói) Entanpi khói với 1kg nhiên liệu xác định cơng thức tk = 950 ÷ 1150 0C , chọn t = 10000C tra bảng phụ lục 1.4 trang 280 [1] → (Ct)RO2 = 2226,6 (Ct)N2 = 1393,8 (Ct)H2O = 1713,3 → kJ/m3tc.0C kJ/m3tc.0C kJ/m3tc.0C I0k = VRO2 (Cp.tth)RO2 + VN2 (Cp.tth)N2 + VH2O (Cp.tth)H2O (kJ/kg) = 0,219*2226,6 + 7,656*1393,8 + 2,105*1713,3 = 14765,055kJ/kg I kk0 = Vkk0 ( Ct ) kk = 9,603.(1,4118 1000) = 13557,515kJ / kg.đô Khi α = 1,1 ta có : I k = I k0 + ( α − 1) I kk0 = 14765,055 + (1,1 − 1).13557,515 = 16120,807kJ / kg IV.Tính nhiệt lượng truyền mơi chất buồng lửa (ống lò) Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo 97,280.16120,807   Qbl = ϕ ( Qh ,ich − Qkt ) = 0,995.1436,489 −  = 995,865kW 3600   ϕ = 1− q5 0,5 = 1− = 0,995 100 100 V.Kiểm tra hệ số truyền nhiệt buồng lửa đến môi chất: Hệ số làm yếu tia xạ: Kb = 0,8 + 1,6.rH 2O  tk  1 − 0,38 1000  Pn S   ( ) 0 Vk = α Vk0 = VRO + VN + VH O α = ( 0,219 + 7,656 + 2,105)1,1 = 10,978m tc / kgnl rH 2O = S= VH O 2,105 = = 0,192m 3tc / kgnl Vk 10,978 3,6.Vbl = Fv Pn = P.rn = P ⇒ kb = 0,676 2,9) = 0,608m 3,14.0,676.2,9 3,6.(3,14 VRO + VH 2O 0,219 + 2,105 = = 0,212 Vk 10,978 0,8 + 1,6.0,192  1273  1 − 0,38  = 1,592 1000  0,212.0,608  Độ đen buồng lửa: a = – e-kps = – e-0,365.1.0,67 = 0,2 k – hệ số làm yếu xạ lửa k = kb.rn = 1,592*0,229 = 0,365 s – chiều dày hữu hiệu lớp xạ lửa p – áp suất buồng lửa, lấy p = 1bar - Độ đen hiệu dụng a’ = β.a = 1*0,208= 0,2 Chọn β = Bài tập lớn Lò Hơi - Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo Độ đen buồng lửa abl = ( ) ) a' + − a' ρ = 0,2 − − a ' (1 − ψ )(1 − ρ ) ( ρ= R = khí Fv ψ = H bx =1 Fv Tính Qbx' :  T   Tv   Q = abl ξ σ H bx     − Bt  100   100   ' bx  1000 + 273   288 + 273   −8 = 0,2.0,43.5,67.10 6,156   −   = 431,078kW 97,280 100   100    Qbx' = 1247,85kW >>995,865kW chọn 137,99kW VI Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt đối lưu (ống lửa) Qống lửa = 260,34 kW F= Qolua α k ∆t = 260,34.10 = 7,1m 100.368,4 tv = tbl + 4S + 60 = 180 + 4.12+60 = 2880C Δtmax = 1000 – 180 = 8200C Δtmin = 288 – 180 = 1080C ⇒ ∆t = ∆t max − ∆t 820 − 124 = = 368,4 C ∆t 820 ln ln max 124 ∆t 2Fmsang = 2,8m2 Folua = 7,1 – 2,8 =4,3m2 4,3 = 27,4m 3,14.0,05 ⇒n= 27,4 = 10ong Fbd = Fong lo + Fmsan + Fong lua = 6,594 + 4,396 + 0,471 = 11,461 m2 Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo 500 = 43,6kg / m 11,461 Lò bình thường 12 m2/kg 500 = 41,67 kg / m 12 ' Fonglua = 41,67.0,471 1,71 = 1,71m ⇒ n = = 11 ống 11,461 3,14.0,05 VII Tính ống khói Chiều cao cột áp ống khói H= H ok g ( ρ kk − ρ k ) Trong ρkk - khối lượng riêng khơng khí, ρkk = 1,2 kg/m3 Δhok – trở lực 1m chiều dài ống, xem không đáng kể Δhd – áp suất động, xác định theo công thức ∆hd = ρ k ρk = ρ0 v2 62 = 0,279 = 5,022 Pa 2 273 273 = 1,3 = 0,279kg / m 273 + t 273 + 1000 ρ0 - khối lượng riêng tiêu chuẩn khói, ρ0 = 1,3 kg/m3 t – nhiệt độ khói Δht – trở lực cửa vào ống, chọn vận tốc ống ÷ 10 m/s, hệ số trở lực ξ = 0,4 ∆ht = ξρ k H ok = H= v2 62 = 0,4.0,279 = 2,01Pa 2 1,2∆ht + 1,1∆hd 1,2.(2,01) + 1,1.(5,022) = = 0,878mmH O = 8,78Pa g ( ρ kk − ρ k ) − ∆hok 9,81(1,2 − 0,279) H ok 0,878 = = 0,097 m g ( ρ kk − ρ k ) 9,81(1,2 − 0,279) Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo Chiều cao ống khói chọn theo số liệu kinh nghiệm H = 14÷16m, chọn H = 15m Xác định tiết diện ống khói F= Vkt ω ω – vận tốc khói ống, ω = 6m/s Vkt – thể tích khói trung bình ống Vkt = BtVk ( t + 273) 57,153.11,049.(1000 + 273) = = 0,82m / s 3600.273 3600.273 ⇒F= Vkt 0,82 = = 0,137 m ω Đường kính ống khói D= 4F = π 4.0,137 = 0,174m 3.14 Chương TÍNH BỀN CHO CÁC CHI TIẾT I TÍNH BỀN CHO THÂN LỊ CHỊU ÁP LỰC BÊN TRONG Số liệu ban đầu: Đường kính thân lò: Dng = 1700 mm ,L = 2900mm Bề dày thân lò chọn: Sth = 12 mm Vật liệu sử dụng: thép 20K Bề dày than lò xác định theo cơng thức: S= PDng 200ϕ.σ + P +C [1] Trong đó: Dng – đường kính ngồi thân lò σ - ứng suất cho phép kim loại ϕ – hệ số bền vững Nhiệt độ tính tốn: Tra bảng nước sơi bão hòa (theo áp suất) ứng với P = 10bar Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo → tv = tb = 1800C [2] Ứng suất định mức cho phép thép tra bảng 5.2 [2], lấy t v = 2500C, với thép 20K ta được: σ * = 13,2 kg/mm2 Ứng suất cho phép xác định σ=ησ* η = 1,0 – thân khơng bị đốt nóng, tr189 [2] σ = 1,0.13.2 = 13.2 kg/mm2 Vì lò hàn điện hàn nên ta chọn ϕ = 0,7 C = – S ≤ 20mm S= pDng 200ϕσ + p +C = 10.1700 + = 10,150mm < Sth = 12 mm , đảm bảo 200.0,7.13,2 + 10 bền Vậy chọn bề dày thân lò : Sth = 12 mm V TÍNH BỀN CHO ỐNG LỊ CHỊU ÁP LỰC BÊN NGỒI  Số liệu ban đầu: Chọn chiều dày ống lò: Sbl = 12 mm Đường kính ống lò : Dng = 700 mm Chiều dài ống lò: L = 2900 mm Vật liệu: thép 20K Chiều dày ống lò xác định theo cơng thức: S= PDtr alσ [1 + + ]+ 400σ P(d tr + l ) [1] a = 6,25 – ống lò nằm ngang l = 2900 mm – chiều dài ống ống lò Tính ứng suất σ : Nhiệt độ vách tính tốn: tv = tb +4S + 32 = 180 + 4.12 + 30 = 258 0C [1] Ứng suất cho phép xác định Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo σ = η σ * ,kg/mm2 η - hệ số hiệu chỉnh ứng suất, η = 0,5 σ *- Tra bảng 5.2 [2] nhiệt độ 258 0C,nội suy σ * = 13,008 kg/mm2 σ = 0,5.13,008 = 6,504 kg/mm2 Vậy: pDtr  alσ  1 + + +2 400σ  p( Dtr + l )  10.676  6,25.2900.6,504  = 1 + +  + = 9,984mm 400.6,504  10.( 676 + 2900 )  S= S = 9,984 mm < 12 mm đảm bảo bền Vậy bề dày ống lò : S = 12 mm VI  TÍNH CHO ỐNG LỬA Số liệu ban đầu: Chọn chiều dày ống ống lửa: Songlua =1,5 mm Đường kính ống lửa pass : Dtr = 50 mm l = 2900 mm – chiều dài ống ống lửa Vật liệu: thép 20K Chiều dày ống lửa xác định theo công thức: S= pDtr 400σ  alσ  1 + + +2 p ( Dtr + l )   a = 6,25 – ống lò nằm ngang Tính ứng suất σ : Nhiệt độ vách tính tốn: tv = tb +4S + 60 = 180 + 4.1,5 + 60 = 246 0C [1] Ứng suất cho phép xác định σ = η σ * ,kg/mm2 η - hệ số hiệu chỉnh ứng suất, η = 0,5 10 Bài tập lớn Lò Hơi Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo σ *- Tra bảng 9.2 [1] nhiệt độ 246 0C chọn nhiệt độ 2500c σ * = 13,2 kg/mm2 σ = 0,5.13,2 = 6,6 kg/mm2 Vậy: pDtr  alσ  1 + + +2 400σ  p( Dtr + l )  10.50  6,25.2900.6,6  = 1 + +  + = 2,62mm 400.6,6  10.( 50 + 2900 )  S= Vậy bề dày ống lửa : Songlua = 2,62 mm < 4,5 mm khơng đảm bảo bền Tính lại.chọn bề dày ống lò : S = 2,62 mm Tương tự ta tính tv=250,480c Nội suy tính s=2.61