THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI

THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI

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 Nguyên tố C d H d O d N d S d A d W d 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: t vào =20 o C: t ra = 1200 o C -Nhiệt độ nung trước: + Không khí t kk =350 o C nung 100% +Nhiên liệu t đầu =110 o C nung 100% -Nung 1 mặt;xếp 2 hàng phôi ; nhiệt dung riêng của dầu C p =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 =======================- 1 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- 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 Nguyên tố C d H d O d N d S d A d W d Thành phần khối lượng [%] 88,5 7,1 0 0,9 1,9 0,6 1 3.Nhiệt độ trước không khí : t kk = 350 [ o C] 4.Nhiệt độ nung trước nhiên liệu : t dầu = 110 [ o C] 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 Nguyên tố C d H d O d N d S d A d W d Thành phần khối lượng [%] 88,5 7,1 0 0,9 1,9 0,6 1 I.1.Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Q t [kJ/kg] ) Q t d = 339,1.C d + 1255,8.H d – 108,8.(O d – S d ) – 25,1.( W d + 9.H d ) = 339,1.88,5 + 1255,8.7,1 – 108,8.(0 – 1,9) – 25,1.(1 + 9.7,1) = 37504,26 [kJ/kg] Q td = 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 SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- 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 CHẤT THAM GIA SỰ CHÁY SẢN PHẨM CHÁY TẠO THÀNH Nhiên liệu Chất Công thức tính Đơn vị Chất Công thức tính Đơn vị [kg] Dầu FO 100 CO 2 7,375.44 324,5 H 2 O 3,61.18 64,98 N 2 41,61.28 1165,08 Không khí O 2 11,05.32 353,6 O 2 1,84.32 58,88 N 2 41,58.28 1164,24 SO 2 0,06.64 3,84 ΣA = 1617,84 [kg] ΣSPC = 1617,28 [kg] ΣSPC + A d = 1617,28 + 0,6 = 1617,88 ΣB = 1617,88 [kg] =======================- 3 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- B¶ng tÝnh sù ch¸y cña nhiªn liÖu =======================- 4 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp ChÊt tham gia ch¸y S¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh Nhiªn liÖu Kh«ng khÝ CO 2 (mol) H 2 O (mol) SO 2 (mol) O 2 (mol) N 2 (mol) Tæng céng Nguyªn tè % Khèi lîng Ptö l- îng Sè mol O 2 N 2 Tæng céng C d 88,5 88,5 12 7,375 7,375 7,375 H d 7,1 7,1 2 3,55 1,775 3,55 S d 1,9 1,9 32 0,06 0,06 0,06 O d 0 - 32 - - N d 0,9 0,9 28 0,032 W d 1 1 18 0,0556 A d 0,6 0,6 - - n = 1 100 100 - - 9,21 34,65 43,86 982,46 7,375 3,61 0,06 - 34,68 45,725 1024,24 n = 1,2 11,05 41,58 52,63 1178,9 7,375 3,61 0,06 1,84 41,61 54,5 1220,8 % 21 79 100 - 13,53 6,62 0,11 3,38 76,35 100 - SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- Đánh giá sai số: = − = − = ∑ ∑ ∑ 84,1617 88,161784,1617 100. A BA δ 2,47.10 -5 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 (ρ 0 [kg/m 3 tc ] ) 8,1220 28,1617 .100 0 == ∑ N V SPC ρ =1,325 Trong đó: ΣSPC = 1668,3 [kg] (Xem bảng I.3) 100.V n = 1274,11 [m 3 /m 3 tc ] (Xem bảng I.2) ρ 0 = 1,325 [kg/m 3tc ] I.6.Nhiệt độ cháy của nhiên liệu (t [ o C] ) 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 ) Σ 1 lt 2 1 1 2 1 i -i t = .(t - t ) + t i -i Trong đó: t lt : Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu [ o C] i 1 ,i 2 : Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t 1 , t 2 [kJ/m 3 tc ] i Σ : Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ lt [kJ/m 3 tc ] d t nl kk n Σ n n n Q i i .L .f i = + + V V V Trong đó: Q t d : Nhiệt trị thấp của dầu FO, Q t d = 37504,26 [kJ/kg] f : Tỷ lệ nung trước không khí f = 1 ( Nung 100% không khí) t nl : Nhiệt độ nung trước của nhiên liệu (dầu FO ) t dầu = 110 [ o C] C nl : Nhiệt dung riêng của dầu; C dầu = 2,17 [kJ/kg.K] i kk : Entanpy của không khí ở nhiệt độ t kk = 350 [ o C] Từ phụ lục II [2] ta có: i kk = 463,75 [kJ/m 3 tc ] i nl : Entanpy của dầu FO ở nhiệt độ t dầu = 110 [ o C] i nl = Cd ầu .t dầu = 2,17.110 = 238,7 [kJ/m 3 tc ] V n = 12,20 [m 3 /m 3 tc ] L n = 14,88 [m 3 /m 3 tc ] Vậy : =======================- 5 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- 8,3384 20,12 110.17,288,14.7,23826,37504 = ++ = ∑ Ι i Σ = 3384,8 [kJ/m 3 tc ] Giả thiết : t 1 < t lt < t 2 i 1 < i Σ < i 2 Chọn : t 1 = 2000 [ o C] t 2 = 2100 [ o C] Để tính Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với t 1 = 2000 [ o C] và t 2 = 2100 [ o C] 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 t 1 = 2000 [ o C] và t 2 = 2100 [ o C] Tính i 1 và i 2 Với các giá trị Entanpy vừa tìm được ta có: i 1 = i 2000 = 0,01.(CO 2 .i CO2 + H 2 O.i H2O + N 2 .i N2 + O 2 .i O2 + SO 2 .i SO2 ) =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/m 3 tc ] i 1 = 3300,3 [kJ/m 3 tc ] i 2 = i 2100 = 0,01.(CO 2 .i CO2 + H 2 O.i H2O + N 2 .i N2 + O 2 .i O2 + SO 2 .i SO2 ) = 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/m 3 tc ] i 2 = 3482,4 [kJ/m 3 tc ] Như vậy thoả mãn giả thiết dã chọn : i 1 < i Σ <i 2 =======================- 6 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp Khí thành phần ENTANPY i [kJ/m 3 tc ] t 1 =2000 0 C t 2 =2100 0 C CO 2 4910,5 5186,8 N 2 2970,2 3132,0 O 2 3142,8 3314,9 H 2 O 3889,7 4121,8 SO 2 4049,9 4049,9 SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- Tính t lt : Σ 1 lt 2 1 1 2 1 i -i t = .(t - t ) + t i -i ( ) 200020002100. 3,33004,3482 3,33008,3384 +− − − =2046,4 t lt = 2046,4 [ o C] II.7.2.Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu ( t tt [ o C] ) 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: t tt =η.t lt [ o C] Trong đó: t tt : Nhiệt độ cháy thực tế [ o C] 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 t lt : Nhiệt độ cháy lý thuyết [ o C] t tt = η.t lt = 0,7.2046,4 = 1432,5 [ o C] t tt = 1432,5 [ o C] 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 L n [m 3 tc /kg] V n [m 3 tc /kg] ρ 0 [kg/m 3 tc] Nhiệt độ [ o C] Sản phẩm cháy [%] t lt t tt CO 2 H 2 O O 2 N 2 SO 2 14,88 12,20 1,325 2046,4 1432,5 13,53 6,62 3,38 76,35 0,11 CHƯƠNG II =======================- 7 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- 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[%] C Mn Si 0,12 % 0,13 % 0,17 % 4.Nhiệt độ ra lò của vật nung: t kl ra = 1200 [ o C] 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 [%] Chất CO 2 H 2 O SO 2 O 2 N 2 Giá trị 13,53 6,62 0,11 3,38 76,35 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: t k 1 :Nhiệt độ sản phẩm cháy ở đầu vùng sấy , t k 1 = 700 [ o C] t k 2 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng sấy, t k 2 = 1350 [ o C] t k 3 : Nhiệt độ sản phẩm cháy cuối vùng nung, t k 3 = 1350 [ o C] t k 4 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng đồng nhiệt, t k 4 = 1300 [ o C] t m 1 , t t 1 : Nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ tâm của phôi ở đầu vùng sấy t m 1 = t t 1 = 20 [ o C] t m 2 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng nung, t m 2 = 600 [ o C] t m 3 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng đồng nhiệt, t m 3 = 1200 [ o C] t m 4 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng đồng nhiệt, t m 4 = 1200 [ o 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 ) =======================- 8 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp 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] τ say τ nung τ d.nhiet τ [h] SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- Hình II.1 : Giản đồ nung 3 giai đoạn Phôi vào lò có nhiệt độ: t m 1 = t t 1 = 20 [ o C] 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 [ o C] Phôi có chiều dày thấm nhiệt : S T = η.S Trong đó: S T : Chiều dày thấm nhiệt của phôi nung [m] S : Chiều dày phôi, S = 0,1 [m] η : Hệ số không đối xứng, η = 1 S T = 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 = S T .[∆t] = 01.15 = 15 [ o C] Vậy nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt : t t 4 = t t 4 - ∆t = 1200 – 15 = 1185 [ o C] 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] =======================- 9 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp SV: Hoàng Văn Huấn GVHD:PGS.TS.Phạm Văn Trí ------------------------------------------------------------------------------------------- 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 H s [m]: Chiều cao có hiệu của vùng sấy được xác định theo công thức: H s ch = 10 -3 .t k tb .( A + 0,05.B) Trong đó: t k tb : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy k k k o 1 2 tb t + t 700 +1350 t = = =1025 [ C] 2 2 A : Hệ số thực nghiệm. Khi t k tb = 1025 [ o C]. ta có A = 0,6 B : Chiều ngang lò, B = 2,8 [m] H s ch = 10 -3 .t k tb .( A + 0,05.B) H s ch = 10 -3 .1025.( 0,6 + 0,05.2,8) = 0,76 [m] Chiều cao thực tế của vùng sấy: H s tt = n.H s ch + S Trong đó: n : Số mặt nung của vùng sấy: n=1 S : Chiều dày phôi, S = 0,1 [m] H s tt = n.H s ch + S =======================- 10 -=========================== §å ¸n lß c«ng nghiÖp B b c b