Tính toán sự cháy của nhiêu liệu

Tính toán sự cháy của nhiêu liệu

Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== Chơng I Tính toán sự cháy của nhiên liệu I. Các số liệu ban đầu 1. Nhiên liệu: dầu FO 2. Thành phần của dầu FO: Thành phần của dầu Fo Nguyên tố C d H d O d N d S d A d W d Thành phần khối lợng[%] 86,5 9,1 0 0,9 1,8 0,7 1 3. Nhiệt độ nung trớc không khí: t kk = 350 [C] nung 100% 4. Nhiệt độ nung trớc nhiên liệu: t dầu = 110 [C] nung 100% 5. Loại lò: Lò nung liên tục II. tính toán sự cháy của nhiên liệu II.1. Chuyển đổi thành phần nhiên liệu về thành phần dùng: a.Hệ số chuyển đổi từ thành phần khô sang thành phần dùng: K k-d = 100 100 d W = 100 1 100 = 0,99 b.Hàm lợng tro tính theo thành phần dùng: A d = K k-d .A k = 0,99 . 0,7 = 0,693 [%] c.Hệ số chuyên đổi từ thành phần cháy sang thành phần dùng: K c-d = = + 100 )(100 dd WA 100 (0,7 1) 100 + = 0.983 d.Thành phần nguyên tố tính theo thành phần dùng: Công thức tổng quát : X d = X c . K c-d Trong đó : X d : Thành phần dùng của nguyên tố X X c : Thành phần cháy của nguyên tố X Thành phần dùng của các nguyên tố (xem bảngI.1) ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 1 Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== Bảng I.1: Thành phần dùng của dầu FO Thành phần của dầu Fo Nguyên tố C d H d O d N d S d A d W d Thành phần khối lợng[%] 86,5 9,1 0 0,9 1,8 0,7 1 II.2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Q t d [kJ/kg]): Q t d = 339. C d + 1255,8 H d 108,8.( O d - S d ) 25,1.(W d + 9.H d ) Q t d = 339,1.86,5 +1255,8.9,1 - 108,8.(0 -1,8) - 25,1.(1 +9.9,1) Q t d = 38803,47 [kJ/kg] II.3. Chọn hệ số tiêu hao không khí n: Khi chọn hệ số tiêu hao không khí, ta phải dự đoán trớc ta sẽ sử dụng mỏ đốt loại nào ?. ở bản thiết kế này, ta đốt dầu FO bằng mỏ phun cao áp ( dùng không khí nén làm chất biến bụi), tham khảo tài liệu [1] hoặc bảng 1.4 tài liệu [2] ta chọn hệ số tiêu hao không khí n= 1,2 II.4. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu: Tính toán sự cháy của nhiên liệu đợc thực hiện theo phơng pháp lập bảng.Trong bảng này ta tính cho 100 kg nhiên liệu sau đó quy đổi về 1 kg. Các kết quả tính toán đợc trình bày trong bảng I.2 trang 3. II.5. Bảng cân bằng khối lợng: Để kiểm tra độ chính xác của các số liệu đợc tính toán trong bảng I.2,ta lập bảng cân bằng khối lợng.(bảng I.3) ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 2 Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== Về nguyên tắc : = Bảng i.3: Bảng cân bằng khối lợng Chất tham gia sự cháy Sản phẩm cháy tạo thành Nhiên liệu Chất Công thức tính Giá trị [kg] Chất Công thức tính Giá trị [kg] Dầu FO 100 CO 2 7,22.44 317,68 H 2 O 4,55.18 81,9 N 2 43,05.28 1205,4 Không khí O 2 11,44.32 366,1 O 2 1,9.32 60,8 N 2 43,05.28 1205,4 SO 2 0,06.64 3,84 A =1671,5 [kg] SPC = 1669,62 [kg] B = SPC + A d =1669,62+ 0,7 B = 1670,32 [kg] Đánh giá sai số: % = A B A = 1671,5 1670,32 .100 1671,5 % = 0,0706 [%] Nhận xét: Sai số = 0,0706 % chứng tỏ các số liệu tính toán sự cháy trong bảng I.2 là đáng tin cậy . ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 3 Khối lợng của các chất tham gia phản ứng Khối lợng của sản phẩm cháy tạo thành + tro Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== Bảng I.2: Bảng tính sự cháy của nhiên liệu ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội Chất tham gia cháy Sản phẩm cháy tạo thành Nhiên liệu Không khí CO 2 H 2 O SO 2 O 2 N 2 Nguyên tố [%] Khối lợng (kg) Phân tử l- ợng Số kmol O 2 [kmol] N 2 [kmol] Tổng cộng kmol kmol kmol kmol kmol kmol [kmol] [m 3 tc ] C d 86,5 86,5 12 7,22 7,22 7,22 H d 9,1 9,1 2 4,5 2,25 4,5 S d 1,8 1,8 32 0,06 0,06 0,06 O d 0 0 32 0 0 N d 0,9 0,9 28 0,03 W d 1 1 18 0,06 0,06 A d 0,7 0,7 - - n = 1 100 100 - - 9,53 35,85 45,38 1016,51 7,22 4,55 0,06 - 35,85 47,68 n = 1,2 11,44 43,02 54,46 1219,90 7,22 4,55 0,06 1,9 43,05 56,78 Thành phần [%] 21 79 100 - 12,72 8,04 0.11 3,35 75,78 4 Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== II.6. Khối lợng riêng của sản phẩm cháy( 0 [kg/m 3 ]): 0 = n SPC 100.V = 1669,62 1271,87 = 1,312 [kg/m 3 tc ] Trong đó : SPC = 1669,62 [kg] (xem bảng I.3) II.7 Nhiệt độ cháy của nhiên liệu (t[C]) II.7.1. Nhiệt độ cháy lý thuyết : Nhiệt độ cháy lý thuyết là nhiệt độ của sản phẩm cháy có đợc khi tất cả nhiệt lợng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu đợc tập trung cho sản phẩm cháy (không có tổn thất nhiệt). t lt = 112 12 1 ).( ttt ii ii + [C] Trong đó : t 2 : Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu [C] i 1 ,i 2 : Entanpi của sản phẩm cháy tơng ứng với nhiệt độ t 1 ,t 2 [kJ/m 3 ] i : Entanpy của sản phẩm cháy tơng ứng với nhiệt độ t lt [kJ/m 3 ] i = n nkk n nl n d t V fLi V i V Q ++ [kJ/m 3 ] ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 5 Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== Trong đó : Q t d : Nhiệt trị thấp của dầu FO, Q t d = 38803,47 [kJ/kg] f: Tỷ lệ nung trớc không khí f = 1 (nung 100% trớc không khí) t nl : Nhiệt độ nung trớc của nhiên liệu t dầu = 110 [C] C nl : Nhiệt dung riêng của nhiên liệu (Dầu FO) C dầu = 2,176 [kJ/kg.K] i kk : Entanpy của nhiệt độ không khí ở nhiệt độ t kk = 350 [C] Tra bảng và nội suy ta có i kk = 463,75 [kJ/m 3 tc ] i nl : Entanpy của dầu FO ở nhiệt độ t dầu V n = 12,71 [m 3 /kg tc ] L n = 12,19 [m 3 /m 3 tc ] (xem bảng I.2) Vậy: i = 38803, 47 463,75.12,19 2,176.110 12,71 + + = 3507,32 [kJ/m 3 tc ] Giả thiết : t 1 < t lt < t 2 i 1 < i lt < i 2 Chọn : t 1 =2100 0 C , t 2 = 2200 0 C Để tính nhiệt hàm của sản phẩm cháy ứng với t 1 = 2100 0 C và t 2 = 2200 0 C ta phải tìm nhiệt hàm của các khí này thành phần ứng với hai nhiệt độ này. Tra bảng ta có nhiệt hàm của sản phẩm cháy ứng với t 1 = 2100 0 C và t 2 = 2200 0 C Khí thành phần Entanpy i [kJ/m 3 tc ] t 1 = 2100 0 C t 2 = 2200 0 C CO 2 5186,8 5464,2 N 2 3132,0 3295,8 O 2 3314,9 3487,4 H 2 O 4121,8 4358,8 SO 2 4049,9 4049,9 Tính i 1 và i 2 : Với các giá trị nhiệt hàm vừa tìm đợc ta có: ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 6 Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== i 1 = i 2100 = 0,01.(CO 2 .i CO2 + H 2 O.i H2O + N 2 .i N2 + O 2 .i O2 ) i 1 = 0,01.(12,72.5186,8 + 8,04.4121,8 + 75,78.3132,0 + 3,35.3314,9) i 1 = 3498,71 [kJ/m 3 tc ] i 2 = i 2200 = 0,01.(CO 2 .i CO2 + H 2 O.i H2O + N 2 .i N2 + O 2 .i O2 ) i 2 = 0,01.(12,72.5464,2 + 8,04.4359,8 + 75,78.3295,8+ 3,35.3487,4 ) i 2 = 3652,46 [kJ/m 3 tc ] Nh vậy i 1 < i < i 2 thoả mãn điều kiện đã chọn. Tính t lt : t lt = 112 12 1 ).( ttt ii ii + = 3507,32 3498, 71 .(2200 2100) 2100 3652,46 3498,71 + = 2111 [C] II.7.2 Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu (t tt [C]) Trong thực tế, nhiệt lợng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu, ngoài việc làm tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thoát ra môi trờng xung quanh. Vì vậy nhiệt độ cháy thực tế còn thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết vừa tính đợc. t tt = .t lt [C] ở đây: : hệ số nhiệt độ, phụ thuộc vào loại lò. ở đây lò là lò liên tục theo bảng 14 [1] ta chọn: = 0,7 t tt : nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu [C] t tt = 0,7.2111 = 1477 [C] II.8. Các kết quả tính toán : Kết quả tính toán đợc trình bày trong bảng I.4 Bảng I.4: Các kết quả tính toán L n [m 3 tc /kg] V n [m 3 tc /kg] 0 [kg/m 3 tc ] Nhiệt độ[C] Sản phẩm cháy[%] t lt t tt CO 2 H 2 O O 2 N 2 SO 2 ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 7 §å ¸n lß nung liªn tôc ®Ó c¸n thÐp =========================================================== 12,19 12,71 1,312 2111 1477 12,72 8,04 3,35 75,78 0,11 ======================================================== SV: §ång Xu©n LuËn Nghµnh LK K3- §HTC B¸ch Khoa Hµ Néi 8 Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== Chơng II Chọn chế độ nung và Tính thời gian nung kim loại I. Các số liệu ban đầu 1.Năng suất của lò: P=10 [tấn/h] = 10000 [kg/h] 2.Kích thớc vật nung: 100 x 100 x 1400 [mm] 3.Loại thép : Thép có thành phần Thành phần thép C Mn Si 0,20 % 0,10 % 0,16 % 4.Nhiệt độ ra lò của vật nung: t kl c =1200 [C] 5.Thành phần sản phẩm cháy đã đợc tính ở chơng I , bảng I.2. Thành phần thể tích của sản phẩm cháy[%] Chất CO 2 H 2 O SO 2 O 2 N 2 Giá trị [%] 12,72 8,04 0,11 3.35 75,78 II. Tính toán II.1. Chọn giản đồ nung Phôi nung có kích thớc 100 x 100 x 1400 [mm]. Để tránh gây ứng suất bên trong kim loại ta chọn giản đồ nung 3 giai đoạn ( Giản đồ nung đợc trình bày ở hình II.1) Trong đó : t k 1 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở đầu vùng sấy, t k 1 =700 [C] t k 2 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng sấy, t k 2 =1350 [C] t k 3 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng nung, t k 3 =1350 [C] t k 4 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng đồng nhiệt, t k 4 =1300 [C] t m 1 ,t t 1 :Nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ của tâm phôi ở đầu vùng sấy t m 1 =t t 1 =20 [C] t m 2 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng nung,t m 2 = 600 [C] ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 9 Đồ án lò nung liên tục để cán thép =========================================================== t m 3 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng đồng nhiệt,t m 2 = 1200 [C] t m 4 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng đồng nhiệt,t m 2 = 1200 [C] t t 2 : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng sấy, t t 2 =? (phải tính) t t 3 : Nhiệt độ tâm phôi ở đầu vùng đồng nhiệt, t t 3 =? (phải tính) t t 4 : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng đồng nhiệt, t t 4 =? (phải tính) Hình II.1: Giản đồ nung 3 giai đoạn Phôi vào lò có nhiệt độ : t m 1 = t t 1 = 20 [C] Phôi dợc nung một mặt và đợc xếp 1 hàng phôi . Nhiệt độ tâm phôi đợc chọn theo độ chênh nhiệt dộ cho phép giữa bề mặt và tâm. [t] = 15 [C/dm] Phôi có chiều dày thấm nhiệt : S T = .S [m] Trong đó : S T : Chiều dày thấm nhiệt của phôi nung [m] S: Chiều dày phôi, S = 0,1 [m] ======================================================== SV: Đồng Xuân Luận Nghành LK K3- ĐHTC Bách Khoa Hà Nội 10 1400 1200 1000 800 600 400 200 t k 2 t 1 k 2 m t t t 2 k t 3 3 m t t t 3 t k 4 m t 4 t t 4 m t 1 1 t t = t [C] sấy nung đồngnhiệ t [h]