THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI

Trang 1

SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí

-THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI

Họ và tên: Hoàng Văn Huấn

Khóa: 3 Nghành : LUYỆN KIM ĐHTC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đề tài đồ án:

THIẾT KẾ LÒ NUNG LIÊN TỤC ĐỂ NUNG THÁP CÁN

I Những số liệu ban đầu:

-Năng suất lò: P= 17t/h

-Nhiên liệu : Dầu FO có thành phần:

THÀNH PHẦN CỦA DẦU FO

Thành phần khối lượng [%] 88,5 7,1 0 0,9 1,9 0,6 1

-Vật nung:Thép các bon có thành phần :C=0,12% ; Mn=0,13% Si=0,17%

- Kích thước vật nung:100 × 100 ×1100 mm

-Nhiệt độ vào lò và ra lò của vật nung: tvào=20oC: tra= 1200oC

-Nhiệt độ nung trước: + Không khí tkk =350oC nung 100%

+Nhiên liệu tđầu=110oC nung 100%

-Nung 1 mặt;xếp 2 hàng phôi ; nhiệt dung riêng của dầu Cp=2,17[KJ/kg.K]

II.Nội dung thiết kế:

1.Tính toán sự cháy của nhiên liệu

2.Tính thời gian nung kim loại

3.Cấu trúc lò,chọn vật liệu xây lò,tính cân bằng nhiệt

4.Tính thiết bị đốt nhiên liệu

5.Tính cơ học khí đường khói và đường cấp không khí

III.Bản vẽ:1 bản vẽ tổng thể của lò(A 0 )

IV.Thời gian thiết kế:

Ngày giao đầu đề: 12/09/2008 ngày hoàn thành: / /2008

V.Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Văn Trí

Trang 2

-CHƯƠNG 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

3.Nhiệt độ trước không khí : tkk = 350 [oC]

4.Nhiệt độ nung trước nhiên liệu : tdầu = 110 [oC]

5.Hệ số tiêu hao không khí : dự tính dùng mỏ phun thấp áp , chọn n = 1,2 6.Loại lò : Lò nung liên tục

I.TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Bảng I.1 : Thành phần dùng của dầu FO

I.1.Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Qt [kJ/kg] )

Qtd = 339,1.Cd + 1255,8.Hd – 108,8.(Od – Sd ) – 25,1.( Wd + 9.Hd)

= 339,1.88,5 + 1255,8.7,1 – 108,8.(0 – 1,9) – 25,1.(1 + 9.7,1)

= 37504,26 [kJ/kg]

Qtd = 38778,98 [kJ/kg]

I.2.Chọn hệ số tiêu hao không khí n :

Khi chọn hệ số tiêu hao không khí , ta phải dự đoán trước sẽ sử dụng mỏ đốt nào ? ở bản thiết kế này ta đốt dầu FO bằng mỏ phun thấp áp , ta chọn hệ

số tiêu hao không khí n = 1,2

I.3.Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu :

Tính toán sự cháy của nhiên liệu được thực hiện theo phương 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 trong bảng I.2

I.4.Bảng cân bằng khối lượng :

=======================- 2 -===========================

§å ¸n lß c«ng nghiÖp

Trang 3

Để kiểm tra độ chinh xác của các số liệu tính toán trong bảng I.2, ta lập bảng cân bằng khối lượng (Bảng I.3)

Về nguyên tắc :

Σ Khối lượng của các

chất tham gia phản ứng = Σ Khối lượng sản phẩm

cháy tạo thành + tro Bảng I.3: Bảng cân bằng khối lượng

Nhiên

liệu

Chất Công thứctính Đơn vị Chất thức tínhCông Đơn vị[kg]

CO2 7,375.44 324,5

H2O 3,61.18 64,98

N2 41,61.28 1165,08 Không

khí

ΣA = 1617,84 [kg]

ΣSPC = 1617,28 [kg]

ΣSPC + Ad = 1617,28 + 0,6

= 1617,88

ΣB = 1617,88 [kg]

Trang 4

-B¶ng tÝnh sù ch¸y cña nhiªn liÖu

=======================- 4 -===========================

(mol) (mol)H2O (mol)SO2 (mol)O2 (mol)N2 Tæng céng Nguyªn

Khèi lîng

Ptö l-îng Sè mol

O2 N2 Tæng céng

Trang 5

-SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí -Đánh giá sai số:

=

−

=

−

=

∑

∑ ∑

84 , 1617

88 , 1617 84

, 1617 100

.

A

B A

Nhận xét: Sai số δ = 2,47.10-5 [%] chứng tỏ các số liệu tính toán trong bảng I.2 là đáng tin cậy

I.5.Khối lượng riêng của sản phẩm cháy (ρ0 [kg/m3

tc] )

8 , 1220

28 , 1617

100

N

V

SPC

Trong đó:

ΣSPC = 1668,3 [kg] (Xem bảng I.3)

100.Vn = 1274,11 [m3/m3

tc] (Xem bảng I.2)

ρ0 = 1,325 [kg/m3tc] I.6.Nhiệt độ cháy của nhiên liệu (t [oC] )

I.6.1.Nhiệt độ cháy lý thuyết:

Nhiệt độ cháy lý thuyêt là nhiệt độ của sản phẩm cháy có được khi tất cả nhiệt lượng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu được tập trung cho sản phẩm cháy ( không có tổn thất nhiệt )

i - i

t = (t - t ) + t

i - i Trong đó:

tlt: Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu [oC]

i1,i2: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1, t2

[kJ/m3

tc]

iΣ: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ lt [kJ/m3

tc]

d

Σ

Trong đó:

Qtd: Nhiệt trị thấp của dầu FO, Qtd = 37504,26 [kJ/kg]

f : Tỷ lệ nung trước không khí f = 1 ( Nung 100% không khí)

tnl: Nhiệt độ nung trước của nhiên liệu (dầu FO ) tdầu = 110 [oC]

Cnl: Nhiệt dung riêng của dầu; Cdầu = 2,17 [kJ/kg.K]

ikk : Entanpy của không khí ở nhiệt độ tkk = 350 [oC]

Từ phụ lục II [2] ta có:

ikk = 463,75 [kJ/m3

tc]

inl : Entanpy của dầu FO ở nhiệt độ tdầu = 110 [oC]

inl = Cdầu.tdầu = 2,17.110 = 238,7 [kJ/m3

tc]

Vn = 12,20 [m3/m3

tc]

Ln = 14,88 [m3/m3

tc] Vậy :

Trang 6

20 , 12

110 17 , 2 88 , 14 7 , 238 26 , 37504

= +

+

=

∑ Ι

iΣ = 3384,8 [kJ/m3

tc]

Giả thiết :

t1 < tlt < t2

i1 < iΣ < i2

Chọn :

t1 = 2000 [oC]

t2 = 2100 [oC]

Để tính Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với t1 = 2000 [oC] và

t2 = 2100 [oC] ta phải tìm Entanpy của các khí thành phần ứng với 2 nhiệt

độ này

Tra bảng 16 trang 48 ta có Entanpy của sabr phẩm cháy ứng với t1 = 2000 [oC] và t2 = 2100 [oC]

Tính i1 và i2

Với các giá trị Entanpy vừa tìm được ta có:

i1= i2000 = 0,01.(CO2.i CO2 + H2O.iH2O + N2.iN2 + O2.iO2 + SO2.iSO2)

=0,01.( 13,53 4910,5+ 6,62 3889,7+ 76,35 2970,2+ 3,38 3142,8+

0,11.4049,9)

= 3300,3 [kJ/m3

tc]

i1 = 3300,3 [kJ/m3

tc]

i2= i2100 = 0,01.(CO2.i CO2 + H2O.iH2O + N2.iN2 + O2.iO2 + SO2.iSO2)

= 0,01.( 13,53 5186,8+ 6,62 4121,8+ 76,35 3132,0+

3,38 3314,9+0,11.4049,9)

=3482,4 [kJ/m3

tc]

i2 = 3482,4 [kJ/m3

tc] Như vậy thoả mãn giả thiết dã chọn : i1 < iΣ <i2

=======================- 6 -===========================

Khí thành phần ENTANPY i [kJ/m 3

tc ]

t1=20000C t2=21000C

Trang 7

SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí -Tính tlt:

i - i

t = (t - t ) + t

i - i

.(2100 2000) 2000

3 , 3300

4

,

3482

3 , 3300

8

,

−

=2046,4

tlt = 2046,4 [oC] II.7.2.Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu ( ttt [oC] )

Trong thực tế nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu , ngoài việc làm tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn tổn thất ra ngoài môi trường xung quanh, vì vậy nhiệt độ cháy thực tế thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết vừa tính được:

ttt =η.tlt [oC]

Trong đó:

ttt : Nhiệt độ cháy thực tế [oC]

η : Hệ số nhiệt độ, η phụ thuộc vào loại lò, ở đây loại lò liên tục, theo bảng 14_trang 39 [1] ta chọn η = 0,7

tlt : Nhiệt độ cháy lý thuyết [oC]

ttt = η.tlt = 0,7.2046,4 = 1432,5 [oC]

ttt = 1432,5 [oC]

I.7.Các kết quả tính toán:

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng I.4

Bảng I.4 : Các kết quả tính toán

Ln

[m3

tc/kg]

Vn

[m3

tc/kg]

ρ0

[kg/m3

tc]

Nhiệt độ [oC]

Sản phẩm cháy [%]

tlt ttt CO2 H2O O2 N2 SO2

14,88 12,20 1,325 2046,4 1432,5 13,53 6,62 3,38 76,35 0,11

CHƯƠNG II

Trang 8

-TÍNH THỜI GIAN NUNG KIM LOẠI I.CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1.Năng suất của lò: P = 17 [tấn/h] = 17000 [kg/h]

2.Kích thước vật nung: 100.100.1100 [mm]

3.Thành phần của thép:

THÀNH PHẦN THÉP[%]

4.Nhiệt độ ra lò của vật nung: tkl

ra = 1200 [oC]

5.Thành phần của sản phẩn cháy:

Thành phần sản phẩn cháy đã được tính ở chương I bảng I.2

THÀNH PHẦN THỂ TÍCH CỦA SẢN PHẨM CHÁY [%]

II.TÍNH THỜI GIAN NUNG

II.1.Chọn giản đồ nung:

Phôi nung có kích thước 100.100.1100 [mm] Để tránh gây ứng suất nhiệt bên trong kim loại ta chọn giản đồ nung 3 giai đoạn (giản đồ nung được trình bày trong hình II.1)

Trong đó:

tk

1 :Nhiệt độ sản phẩm cháy ở đầu vùng sấy , tk

1 = 700 [oC]

tk

2 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng sấy, tk

2 = 1350 [oC]

tk

3 : Nhiệt độ sản phẩm cháy cuối vùng nung, tk

3 = 1350 [oC]

tk

4 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng đồng nhiệt, tk

4 = 1300 [oC]

tm

1, tt

1 : Nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ tâm của phôi ở đầu vùng sấy

tm

1 = tt

1 = 20 [oC]

tm

2 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng nung, tm

2 = 600 [oC]

tm

3 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng đồng nhiệt,

tm

3 = 1200 [oC]

tm

4 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng đồng nhiệt,

tm

4 = 1200 [oC]

tt

2 : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng sấy, tt

2 = ? ( phải tính )

tt

3 : Nhiệt độ tâm phôi ở đầu vùng đồng nhiệt, tt

tt

4 : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng đồng nhiệt,tt

=======================- 8 -===========================

1400 1200 1000 800 600 400 200

t k 2

t1k

2m

t

t2

k

t3

3 m

t

t3t

t k 4 m

t4

t

t4

m

t1= t1t

t [°C]

τ [h]

Trang 9

-Hình II.1 : Giản đồ nung 3 giai đoạn Phôi vào lò có nhiệt độ: tm

1 = tt

1 = 20 [oC]

Phôi nung một mặt và được xếp một dãy

Nhiệt độ tâm phôi được chọn theo nhiệt độ chênh lệch cho phép giữa bề mặt

và tâm phôi [∆t] = 15 [oC]

Phôi có chiều dày thấm nhiệt :

ST = η.S Trong đó:

ST : Chiều dày thấm nhiệt của phôi nung [m]

S : Chiều dày phôi, S = 0,1 [m]

η : Hệ số không đối xứng, η = 1

ST = η.S = 1.0,1 = 0,1 [m] = 1 [dm]

Vậy độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt :

∆t = ST.[∆t] = 01.15 = 15 [oC]

Vậy nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt :

tt

4 = tt

4 - ∆t = 1200 – 15 = 1185 [oC]

II.2.Tính thời gian nung:

II.2.1 Các kích thước cơ bản của nội hình lò:

II.2.1.1 Chiều ngang lò được xác định theo công thức:

B = n.l + (n – 1).c + 2.b [m]

Trong đó:

n : Số dãy phôi n = 2

l : Chiều dài phôi nung l = 1,1 [m]

b : Khoảng cách giữa đầu phôi và tường lò b = 0,25 [m]

Trang 10

c : Khoảng cách giữa các dãy phôi c = 0,1[m]

Vậy ta có :

B = 2.1,1 +(2-1)0,1+ 2.0,25 = 2,8 [m]

B = 2,8 [m]

II.2.1.2 Chiều cao của lò:

a Chiều cao vùng sấy Hs [m]:

Chiều cao có hiệu của vùng sấy được xác định theo công thức:

Hs

ch = 10-3.tk

tb.( A + 0,05.B) Trong đó:

tk

tb : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy

k k

tb

t + t 700 +1350

t = = = 1025 [ C]

2 2

A : Hệ số thực nghiệm Khi tk

tb = 1025 [oC] ta có A = 0,6

B : Chiều ngang lò, B = 2,8 [m]

Hs

ch = 10-3.tk

tb.( A + 0,05.B)

Hs

ch = 10-3.1025.( 0,6 + 0,05.2,8) = 0,76 [m]

Chiều cao thực tế của vùng sấy:

Hs

tt = n.Hs

ch + S Trong đó:

n : Số mặt nung của vùng sấy: n=1

S : Chiều dày phôi, S = 0,1 [m]

Hs

tt = n.Hs

ch + S

=======================- 10 -===========================

B b

c

b

Trang 11

Hs

tt = 1.0,76 + 0,1 = 0,86 [m]

Hs

tt = 0,86 [m]

b Chiều cao vùng nung Hn [m]

Chiều cao có hiệu của vùng nung được xác định theo công thức:

Hn

ch = k.B chọn k = 0,4

Hn

ch = 0,4.2,8 = 1,12<1,35 [m]

Chiều cao thực tế của vung nung :

Hn

tt = n.Hn

ch + S

Hn

tt = 1.1,12 + 0,1 = 1,22 [m]

Hn

tt = 1,22 [m]

c Chiều cao vùng đồng nhiệt Hđn [m]:

Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt được xác định theo công thức :

Hđn

ch = 10-3.tk

tb.( A + 0,05.B) Trong đó:

tk

tb : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng đồng nhiệt

k k

tb

t + t 1350 +1300

t = = = 1325 [ C]

2 2

A : Hệ số thực nghiệm Khi tk

tb = 1325 [oC] ta có A = 0,6

B : Chiều ngang lò, B = 2,8 [m]

Vậy ta có :

Hđn

ch = 10-3.tk

tb.( A + 0,05.B)

Hđn

ch = 10-3.1325.(0,6 + 0,05.2,8) = 0,9805 [m]

Chiều cao thực tế vùng đồng nhiệt:

Hđn

tt = n.Hđn

ch + S

Hđn

tt = 1.0,9805 + 0,1 = 1,0805[m]

Hđn

tt = 1,0805 [m] II.2.2 Tính thời gian nung phôi trong vùng sấy (τs [h] )

Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy:

k k

tb

t + t 700 +1350

t = = = 1025 [ C]

2 2

Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn sấy:

tb 1 2 1

t = t + (t - t ) = 20 + (600 - 20) = 407 [ C]

II.2.2.1 Độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy (εk )

Độ đen của khí lò được xác định theo công thức:

εk = εCO2 + β.εH2O

Trong đó:

εk : Độ đen của khí lò εH2O : Độ đen của H2O

Trang 12

εCO2 : Độ đen của khí CO2 β : Hệ số hiệu chỉnh

Từ bảng I.2 ta có :

% CO2 = 13,53 % ⇒ PCO2 = 0,1353 [at]

% H2O = 6,62 % ⇒ PH2O = 0,0662 [at]

Chiều dày có hiệu của lớp bức xạ:

s ch

ch

2.B.H

S =η [m]

B + H

Trong đó:

η : Hệ số điền đầy khí trong lò ; η = 0,9

B, Hs

ch : Chiều ngang và chiều cao có hiệu vùng sấy

128 , 2 76 , 0 8 , 2

76 , 0 8 , 2 2 9 , 0

= +

=

hq S

Tính số M:

MCO2 = PCO2.Shq [at.m]

MCO2 = 0,1353.2,128 = 0,288[at.m]

MH2O = PH2O.Shq [at.m]

MH2O = 0,0662.2,128 = 0,141 [at.m]

Với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tk

tb = 1025 [oC]

Và tích số:

MCO2 = 0,128 [at.m]

MH2O = 0,087 [at.m]

Theo các giản đồ hình 24, 25 và 26 [1] ta có :

εCO2 = 0,13

εH2O = 0,14

β = 1,03 Vậy :

εk = εCO2 + β.εH2O

εk = 0,13 + 1,03.0,14 = 0,2742

εk = 0,2742 II.2.2.2 Hệ số bức xạ quy dẫn (Cqd [W/m2.K4]

Độ phát triển của tường lò:

964 , 1 1

, 1 2

8 , 2 76 , 0 2

.

=

l n

B

H s ch

ω

S

Hệ số bức xạ quy dẫn:

k

qd kl 0

k

kl k kl

k

ω +1- ε

C =ε C

1-ε [ε + ε (1- ε )] + ω

ε

Trong đó:

=======================- 12 -===========================

Trang 13

εkl : Độ đen của kim loại; εkl = 0,8

εkl : Độ đen của sản phẩm cháy εkl = 0,264

ω : Độ phát triển của tường lò; ω = 1,964

Co = 5,67

k

qd kl 0

k

kl k kl

k

ω +1- ε

C =ε C

1-ε [ε + ε (1- ε )] + ω

ε =2,803[W/m2.K4

]

II.2.2.3 Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng (αΣ [W/m2.K4] )

Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng:

αΣ = αbx + αdl [W/m2.K4] Trong đó:

αbx : Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ [W/m2.K4]

αdl : Hệ số trao đổi nhiệt đối luư [W/m2.K4]

Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ:

bx qd

1 2

T T

( ) - ( )

100 100

α = C [W/m K ]

t - t

Trong đó:

T1 : Nhiệt độ cháy trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy [oK]

T1 = tk

tb + 273 = 1025 + 273 = 1298 [oC]

T2 : Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn sấy [oK]

T2 = tm

tb + 273 = 407 + 273 = 680 [oK]

2 4 bx

1298 680

-100 100

α = 2,824 = 119,94 [W / m K ]

1025 - 407

     

 ÷  ÷

Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy tuy thấp hơn nhiệt

độ sản phẩm cháy trong vùng nung, nhưng giá trị của nó vẫn còn khá cao (tk

tb = 1000 [oC] ) nên sự trao đổi nhiệt bằng bức xạ vẫn giữ vai trò chủ yếu Người ta thường lấy hệ số trao đổi nhiệt đối luư bằng 10% hệ số trao đổi nhiệt bức xạ Do đó:

αΣ = αbx + αdl = 1,1.αbx [W/m2.K4]

αΣ = 1,1.αbx = 1,1.119,94 = 131,934 [W/m2.K4]

αΣ = 131,934 [W/m2.K4]

II.2.2.4 Hệ số dẫn nhiệt λ [W/m.K]

Cqd = 2,803 [W/m2.K4]

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	1,4 MB