THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI

THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI

Đồ án lò công nghiệp GVHD:PGS.TS Phạm Văn Trí THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI Họ và tên: NGUYỄN HỮU QUÝ CTN06-18008 Khóa: 3 Nghành : LUYỆN KIM ĐHTC BACH 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=17000[kg/h] -Nhiên liệu : Dầu FO có thành phần: Nguyên tố C C H C O C N C S C A K W d Thành phần[%] 86,75 9,30 0 1,78 2,17 0,12 1,1 -Vật nung:Thép các bon có thành phần :C=0,21% ; Mn=0,40% Si=0,2% - Kích thước vật nung: φ100 ×1300 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 =300 o C nung 100% +Nhiên liệu t đầu =110 o C nung 100% -Nung 1 mặt;xếp 1 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 SVTH:NGUYỄN HỮU QUÝ 1 Đồ án lò công nghiệp GVHD:PGS.TS Phạm Văn Trí CHƯƠNG I TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU I. Những số liệu ban đầu: -Năng suất lò: P= 17t/h=17000[kg/h] -Nhiên liệu : Dầu FO có thành phần: Nguyên tố C C H C O C N C S C A K W d Thành phần[%] 86,75 9,30 0 1,78 2,17 0,12 1,1 -Vật nung:Thép các bon có thành phần :C=0,21% ; Mn=0,40% Si=0,2% - Kích thước vật nung: φ100 ×1300 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 =300 o C nung 100% +Nhiên liệu t đầu =110 o C nung 100% -Nung 1 mặt;xếp 1 hàng phôi ; nhiệt dung riêng của dầu C p =2,17[KJ/kg.K] 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 1,1100 − = 0,989 b.Hàm lượng tro tính theo thành phần dùng: A d =K k-d .A k = 0,989.0,12=0,1187 c.Hệ số chuyển đổi từ thành phần chấy sang thành phần dùng: K c-d = d d 100 (A ¦W ) 100 − + = 100 )1,11187,0(100 +− = 0,988 d.Thành phần các nguyên tố tính theo thành phần dùng: Công thức tổng quát: X d = X c . K c-d Trong đó: SVTH:NGUYỄN HỮU QUÝ 2 Đồ án lò công nghiệp GVHD:PGS.TS Phạm Văn Trí X d : Thành phần dùng của nguyên tố “X X c : Thành phần cháy của nguyên tố “X” BẢNG I.1:Thành phần dùng của dầu FO II.2.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 ) Q t d =339,1. 85,70+1255,8. 9,19-108,8.(0 -2,14) -25,1(1,1 +9. 9,19) Q t d =38731 [kJ/kg] Q t d =38731 [kJ/kg] II.3.Chọn hệ số tiêu hao không khí n : Khi chọn hệ số tiêu hao không khí, ta phải dự đoán trước sẽ sử dụng loại mỏ đốt nào ? Ở bản thiết kế này , ta phải đốt dầu FO bằng mỏ phun cao áp (dùng không khí làm chất biến bụi) tham khoả 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 được thực hiện theo phương pháp lập bảng. Trong bảng này , ta tính cho 100kg nhiên liệu sau A ∑ đó sẽ quy đổi về 1 kg. II.5.Bảng cân bằng khối lượng: Để kiểm tra độ chính xác của các số liệu được tính toán trong bảng 1.2, ta lập bảng cân bằng khối lượng.(Bảng 1.3) Về nguyên SVTH:NGUYỄN HỮU QUÝ Nguyên tố C d H d O d N d S d A d W d N Thành phần (%) 85,70 9,19 0 1,76 2,14 0,12 1,1 100 ∑ Khối lượng của các chất tham gia phản ứng ∑ Khối lượng của sản phẩm cháy tạo thành+tro 3 Đồ án lò công nghiệp GVHD:PGS.TS Phạm Văn Trí = BẢNG I.3: Bảng cân bằng khối lượng Đánh giá sai số: δ= A B A − ∑ ∑ ∑ .100%= 12,1667 9,166512,1667 − .100%= 0,073% Nhận xét: Sai số δ = 0,073 % chứng tỏ các số liệu tính toán sự cháy trong bảng 1.2 là đáng tin cậy. II.6.Khối lượng riêng của sản phẩm cháy ( ρ 0 [kg/m 3 tc ] Vn spc o .100 ∑ = ρ = 5,1270 78,1665 =1,311 [kg/m 3 tc ] Trong đó: ΣSPC = 1665,78 [kg] (xem bảng 1.3) 100.V n =1270,5 [m 3 /m 3 tc ] (xem bảng 1.2) SVTH:NGUYỄN HỮU QUÝ CHẤT THAM GIA SỰ CHÁY SẢN PHẨM CHẤY TẠO THÀNH Nhiên liệu Chất Công thức tính Đơn vị [kg] Chất Công thức tính Đơn vị [kg] Dầu FO 100 CO 2 7,14.44 314,2 H 2 O 4,66.18 83,88 N 2 42,95.28 1202,6 Không khí O 2 11,41.32 365,12 O 2 1,9.32 60,8 N 2 42,93.28 1202 SO 2 0,067.64 4,3 A ∑ =1667,12(kg) ΣSPC= 1665,78 (kg) ΣSPC + A d =1665,78+ 0,12= 1665,9 ΣB= 1665,9 (kg) δ%= 0,073 [%] 4 Đồ án lò công nghiệp GVHD:PGS.TS Phạm Văn Trí II.7.Nhiệt độ cháy của nhiên liệu (t [ o C ]): II.7.1.Nhiệt độ cháy lý thuyết: Nhiệt độ cháy lý thuyết 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). t lt = 1 2 1 i i i i- ∑ − .(t 2 –t 1 ) +t 1 [ 0 C] 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 nhiệu độ t lt [kJ/m 3 tc ] i Σ = d t nt kk n n n n Q i i .L .f V V V + + [kJ.m 3 tc ] Trong đó: Q t d : nhiệt trị thấp của dầu FO, Q t d =38731[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 0 C C nl :nhiệt dung riêng của nhiên liệu ( dầu FO) C dầu =2,17[kJ/kg.K] i kk : entanpy của không khí ở nhiệt độ t kk =300 0 C từ phụ lục II [2] ta có i kk =397,3 [kJ/m 3 tc ] i nl :entanpy của dầu FO ở nhiệt độ t dầu V n =12,70 [m 3 /m 3 tc ] L n =12,17 [m 3 /m 3 tc ] (xem bảng 1.2) Vậy: i ∑ = 70,12 1.17,12.3,397 70,12 110.17,2 70,12 38731 ++ =3449,2(kJ/ m 3 ) Giả thiết: t 1 <t lt <t 2 chọn t 1 =2000 0 C i 1 <i Σ <i 2 t 2 =2100 0 C SVTH:NGUYỄN HỮU QUÝ ρ o =1,31[kg/m 3 tc ] 5 Đồ án lò công nghiệp GVHD:PGS.TS Phạm Văn Trí Để tính entanpy của sản phẩm cháy ứng với t 1 =2000 0 C và t 2 =2100 0 C, ta phải tìm entanpy của các khí thành phần ứng với 2 nhiệt độ này. Theo bảng 16 trang 48 [1] hoặc phụ lục II tài liệu [2] ta có emtanpy của sản phẩm ứng với t 1 và t 2 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 ) i 1 =0,01.(12,59.4910,5+8,22.3889,7+75,72.2970,2+3,35.3142,8+0,19.4049,9) i 1 = 3300 [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 ) i 2 =0,01.(12,59.5186,8+8,22.4121,8+75,72.3132+3,35.3314,9+0,19.4049,9) i 2 = 3482,12 [kJ/m 3 tc ] Như vậy i 1 <i Σ <i 2 thỏa mãn giả thiết đã chọn Tính t lt : t lt = 1 2 1 i i i i- ∑ − .(t 2 –t 1 ) +t 1 = 2082 [t o c] II.7.2.Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu (t 0 [ 0 C]): Trong thực tế, nhiệt lượng sinh ra đốt nhiên liệu, ngoài việc làm tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát 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 = t lt .η [ 0 C] Ở đây: η : hệ số nhiệt độ , η phụ thuộc vào loại lò.Ở đây là lò nung liên tục.Theo bảng 14 trang 39[1] hoặc bảng 1.7 trang 14[2] ta chọn η=0.8. t tt : nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu [ 0 C] t tt =0.8.2082=1666 [t 0 C] II.8.Các kết quả tính toán: Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 1.4 SVTH:NGUYỄN HỮU QUÝ 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 6 Đồ án lò công nghiệp GVHD:PGS.TS Phạm Văn Trí Bảng 1.4: Các kết quả tính toán SVTH:NGUYỄN HỮU QUÝ L n [/m 3 tc kg] V n [m 3 tc /kg] ρ o [kg/m 3 tc ] Nhiệt độ ( 0 C) Sản phẩm cháy[%] t lt t tt CO 2 H 2 O O 2 N 2 SO 2 12,17 12,70 1.31 2082 1666 12,59 8,22 3,35 75,72 0,19 7 ỏn lũ cụng nghip GVHD:PGS.TS Phm Vn Trớ 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=17 [Tấn/h]=17000 [kg/h] 2.Kích thớc vật nung: 100 x 1300 [mm] 3.Loại thép : Thép cacbon có thành phần Thành phần thép C Mn Si 0,21 % 0,40 % 0,20 % 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[%] 12,59 8,22 0,19 3,35 75,72 II. Tính toán II.1. Chọn giản đồ nung Phôi nung có kích thớc 100x 1300 [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 đầu vùng nung, t k 2 =1350 [C] SVTH:NGUYN HU QUí 8 ỏn lũ cụng nghip GVHD:PGS.TS Phm Vn Trớ 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 =1250 [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] t m 3 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng nung,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 một hàng xít nhau. SVTH:NGUYN HU QUí 9 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 đồngnhiệt [h] ỏn lũ cụng nghip GVHD:PGS.TS Phm Vn Trớ 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] : Hệ số không đối xứng, =1 S T =1.0,1=0,1[m]=1[dm] Vậy độ chênh nhiệt độ giữa bề mặt và tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt : t=S T .[t]=1.15=15 [C] Vậy nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt : t t 4 =t m 4 - t = 1200 15 = 1185 [ C] II.2. Tính thời gian nung : II.2.1. Các kích thớc cơ bản của nội hình lò II.2.1.1. Chiều ngang lò B [m]: B=n.l+(n-1).c+2.b [m] Trong đó : n: Số dãy phôi n =2 l: Chiều dài phôi nung l =1,3[m] c : Khoảng cách giữa các dãy phôi c = 0,1[m] b: Khoảng cách giữa đầu phôi và tờng lò b = 0,25 [m] SVTH:NGUYN HU QUí 10