CHUONG 5 TRUYỀN NHIỆT TRONG lò NUNG

CHƢƠNG TRUYỀN NHIỆT Đối lƣu Bức xạ T1 1-May-13 Dẫn nhiệt Bức xạ T2 TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT  Khi nung vật liệu silicat, xảy đồng thời hai trình: trao đổi nhiệt trao đổi chất  Trao đổi nhiệt tƣợng truyền nhiệt tự nhiên từ vật thể có nhiệt độ cao đến vật thể có nhiệt độ thấp  Có phƣơng thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lƣu, xạ  Truyền nhiệt dẫn nhiệt xảy chủ yếu với vật thể rắn  Truyền nhiệt đối lƣu xảy với lƣu chất sấy, nung nhiệt độ thấp  Truyền nhiệt xạ chủ yếu xảy nhiệt độ cao với vật thể 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT  Trong lò nung có đối tƣợng trao đổi nhiệt với là: sản phẩm cháy (khói lò), tƣờng lò, vật liệu nung  Sản phẩm cháy truyền nhiệt đối lƣu, xạ đến tƣờng lò vật liệu nung  Khơng khí lạnh đƣa vào làm nguội vật liệu nung, đƣợc đốt nóng đối lƣu  Tƣờng lò truyền nhiệt mơi trƣờng xung quanh đối lƣu, xạ 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT  Nhiệt truyền từ bề mặt tƣờng lò đến bề mặt tƣờng ngồi dẫn nhiệt  Khi nung, nhiệt truyền từ bề mặt vật liệu nung vào bên dẫn nhiệt Ngƣợc lại, làm nguội dẫn nhiệt  Truyền nhiệt ổn định: có nhiệt độ xác định khơng thay đổi theo thời gian Ví dụ: tƣờng, vòm lò liên tục  Truyền nhiệt khơng ổn định: có nhiệt độ thay đổi theo thời gian nhƣ: tƣờng, vòm, lò gián đoạn, vật liệu nung, xe goòng… 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT DẪN NHIỆT  Truyền nhiệt dẫn nhiệt: trình truyền nhiệt từ hai vật thể rắn có nhiệt độ khác tiếp xúc nhau, thân vật thể rắn có nhiệt độ khác  Trong dẫn nhiệt, phần tử có nhiệt độ cao dao động mạnh truyền lƣợng cho phần tử lân cận có nhiệt độ thấp ta 1-May-13 tb TRUYỀN NHIỆT ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN TRUYỀN NHIỆT DẪN NHIỆT ĐỊNH LUẬT FOURIER  Lƣợng nhiệt dQ truyền qua bề mặt dF thời gian d, tỉ lệ thuận với: gradien nhiệt độ, với diện tích bề mặt thời gian d “: dt dQ   dFd W kcal/giờ d   = o+bt: hệ số dẫn nhiệt, W/moC kcalo/mh oC  dt d : gradien nhiệt độ có chiều theo chiều tăng nhiệt độ   = thời gian h s  F = diện tích  t = nhiệt độ  δ = chiều dầy m 1-May-13 dt d m2 t+Δt t oC Q TRUYỀN NHIỆT t- Δt TRUYỀN NHIỆT DẪN NHIỆT Phƣơng trình vi phân truyền nhiệt dt 0 d dt 0 d  Khi vật thể đẳng nhiệt, không xảy dẫn nhiệt  Khi  Phƣơng trình vi phân truyền nhiệt môi trƣờng đồng 2    có dòng nhiệt xuất hiện, xảy dẫn nhiệt t t t t  a     z   x y   Với a c Trong :     1-May-13 a: hệ số dẫn nhiệt độ ρ: khối lƣợng thể tích vật liệu c : tỉ nhiệt  : thời gian TRUYỀN NHIỆT m2/h kg/m3 kcalo/kgoC h TRUYỀN NHIỆT DẪN NHIỆTỔN ĐỊNH qua tƣờng phẳng   Gía trị a lớn: tốc độ lan tỏa nhiệt nhanh đốt nóng, nguội nhanh làm nguội Khi truyền nhiệt ổn định:   2t  2t  2t    y z  x   2t t  2t  2t  a    y z  x          Hay  Có tƣờng phẳng với chiều dài chiều rộng lớn chiều dầy nhiều, đặt hệ tọa độ vuông góc xOy, trục Ox vng góc với trục tƣờng trùng với phƣơng pháp tuyến dòng nhiệt 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƢỜNG Tƣờng phẳng lớp  t t1   t2 x δ  Phƣơng trình vi phân:  2t 0 x  Fourier, có cơng thức sau: Q   t  t F W Sau hai lần lấy tích phân thay vào phƣơng trình 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT Hay q  t1  t    W/m2  q: cƣờng độ nhiệt  /δ: hệ số truyền nhiệt  δ/: nhiệt cản  Nhiệt độ phân bố có dạng đƣờng thẳng TRUYỀN NHIỆT DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH QUA TƢỜNG Tường phẳng lớp  Khi  số, nhiệt độ biến thiên theo đƣờng thẳng Nhiệt độ t vị trí x tƣờng là: t  t1 t x  t1   Khi = o+ bt, nhiệt độ phân bố theo đƣờng cong Nhiệt độ t vị trí x tƣờng là: 0  bt1 2  2qbx  0 t b Tùy theo giá trị b, có trƣờng hợp sau:     1-May-13 Đƣờng 1: b>0 Đƣờng 2: b=0 Đƣờng 3: b< TRUYỀN NHIỆT 10 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LÕ NGỌN LỬA yếu tố ảnh hƣởng: độ sáng    T Ở nhiệt độ cao hệ số (1  )  ζs > ζks: nhƣ T cấp nhiệt lửa sáng lớn lửa không sáng Ở nhiệt độ thấp hệ số (1  T )1 ζs < ζks: nhƣ T cấp nhiệt lửa không sáng lớn lửa sáng Để tăng độ sáng, cho nhựa than, FO vào nhiên liệu khí s T qs  s (T  T ) (  )    ks T qks  ksT 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 110 ĐỐT NÓNG VÀ LÀM NGUỘI Nhiệt độ lửa  Cƣờng độ xạ nhiệt từ lửa đến vật liệu nung tăng nhiệt độ lửa tăng Để tăng nhiệt độ lửa có thể:  tăng nhịêt lý học nhiên liệu, khơng khí cách dùng nhiên liệu khơng khí đƣợc đốt nóng trƣớc  Làm giàu O2 khơng khí, giảm lƣợng N2, giảm hàm ẩm, lƣợng tro có nhiên liệu Do giảm đƣợc lƣợng nhiệt tiêu hao để đốt nóng phần khơng cháy  Đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu với hệ số dƣ khơng khí nhỏ làm giảm lƣợng nhiệt để đốt nóng khơng khí 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 111 ĐỐT NÓNG VÀ LÀM NGUỘI Chiều dài lửa  Tăng tốc độ phản ứng cháy cách tăng khả tạo bụi cho nhiên liệu  Tăng cƣờng hòa trộn khơng khí với nhiên liệu d) Chiều dài lửa:  Chiều dài lửa có liên quan đến tốc độ cháy nhiên liệu  Khi cháy nhanh, lửa ngắn nhƣng nhiệt độ lại cao Và ngƣợc lại TĨM LẠI:Trong lò cần trì lửa sáng nhằm mục đích: Theo dõi q trình cháy dễ dàng.Tăng cƣờng độ xạ nhiệt 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 112 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU chế độ tầng chặt  Trong lò nung dòng khí chuyển động, vật liệu nung tùy theo kích thƣớc hạt tồn trạng thái:  Đứng yên hay chuyển động chậm: tầng chặt  Chuyển động theo dòng khí đến chiều cao đó: tầng sơi  Vật liệu hạt nhỏ, bụi bay theo dòng khí: tầng lơ lững  Trao đổi nhiệt lớp chặt thƣờng xảy lò đứng, vật liệt dạng cục  Sử dụng hệ số cấp nhiệt thể tích αv : αv = αFo  1-May-13 TRUYỀN NHIỆT w/m3oC 113 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU chế độ tầng chặt  α : hệ số cấp nhiệt bề mặt w/m2oC  Fo: diện tích bề mặt vật liệu ứng với 1m3 vật liệu m2  Giá trị αV suy từ biểu đồ, tính theo cơng thức sau: V 0,9T 0,3 1, 68 f 3,56 f V  A k d k , 75 10 w/m3oC  A: hệ số phụ thuộc vào loại vật liệu, thƣờng chọn A=186  d: đƣờng kính trung bình vật liệu  f: độ rỗng vật liệu 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT m 114 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU chế độ tầng chặt  Hệ số cấp nhiệt thể tích tổng bao gồm nhiệt cản vật liệu: V  V R  9  R: bán kính cục vật liệu  Giản đồ tìm αV : Giản đồ tìm αV : với Vk=1,6m/s, tk = 800oC dh = 50 mm, tìm đƣợc = 4900 w/m3oC 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 115 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU chế độ tầng chặt 1400 1000 800 150 200 300 75 100 500 300 100 400 50 37 25 10 6000 4000 2000 hệ số cấp nhiệt αV W/m3oC 1-May-13 Tốc độ khí theo tiết diện ngang lò đứng m/s TRUYỀN NHIỆT 116 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU chế độ tầng chặt Trong chế độ lớp chặt, vật liệu khí chuyển động ngƣợc chiều nhau, thƣờng gặp lò đứng  t2k t1vl t1vl t2k dtk H dx x Vật liệu  t dtvl t1k Khí t2vl Wk=Wvl t2vl t1k Wk>Wvl Wk Wvl: ta có t2vl gần t1k: trao đổi nhiệt tiến hành phía lớp, vật liệu độ cao đƣợc đốt nóng đến nhiệt độ khí lúc vào lớp 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 117 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU chế độ tầng chặt   Nhiệt độ vật liệu tv: Trong tv   e n t1k 3,6V n c  Wv  1    Wk  Wv t  t  t 2k 1v  Nhiệt độ khí nóng khỏi lớp vật liệu : k W k  Chiều cao H cần thiết cho lớp liệu hoàn thành trao đổi nhiệt đến tv = 95%tk1: pc H  Wv   V 1   Wk  1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 118 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU chế độ tầng chặt     C: tỉ nhiệt kjoul/kgoC ρ: khối lƣợng thể tích kg/m3 p : tốc độ tháo liệu m/s Khi Wk < Wvl: Nhiệt độ vật liệu vào t1vl đạt đến nhiệt độ khí t2k: trao đổi nhiệt tiến hành phía dƣới lớp, vật liệu khơng thể đƣợc đốt nóng đến nhiệt độ khí lúc vào lớp 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 119 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU Chế độ tầng sôi  Vật liệu dạng hạt bị đẩy lên dòng khí  Mật độ hạt tầng sơi có giá trị bé Lực ma sát hạt yếu Thông số đặc trƣng cho tầng sôi hệ số sôi : h= ws/wmin    ws: tốc độ tính tốn gió lớp sơi (ứng lò hồn tồn rỗng)  wmin: tốc độ tối thiểu bắt đầu sơi, đƣợc tính qua chuẩn số Ar Re nhƣ sau: 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 120 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU Chế độ tầng sôi  gd  v   k Ar  Chuẩn số Archimede:    Chuẩn số Reynold cực tiểu: Re  k Ar 1400  5,22 Ar Ar  18  0,6 Ar  Chuẩn số Reynold cực đại:  Từ Reynold tính đƣợc hai tốc độ wmin wmax    Re max Q trình sơi bắt đầu h = Lớp sôi tồn wmin < ws < wmax Khi wmax < ws : chuyển sang tầng lơ lững 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 121 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU So sánh lớp chặt lớp sôi Lớp chặt Lớp sôi w ΔP wmin    H wmax Khi ws < wmin: trở lực ΔP tăng lớp chặt đạt cực đại ws = wmin Nếu ws tiếp tục tăng ΔP giảm trạng thái độ từ tầng chặt sang tầng sôi Nếu tiếp tục tăng ΔP gần nhƣ không đổi Tốc độ thực w dòng khí tỉ lệ thuận với tốc độ thổi w s lớp chặt không đổi lớp tầng sôi Ở lớp chặt chiều H lớp liệu không đổi, lớp tầng sôi chiều cao H tăng 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 122 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU Chế độ tầng lơ lững      Khi wmax < ws : chuyển sang tầng lơ lững Tầng lơ lững hình thành hệ số sôi h = 50 -100 Khoảng cách phần tử lớn tầng sôi Ma sát phần tử bé Các hạt có kích thƣớc nhỏ 1μ dễ bay theo sản phẩm cháy Cở hạt từ 10-100μ đƣợc phân thành hai nhóm: - Nhóm I: gồm hạt nhỏ, đạt đƣợc tốc độ tới hạn chuyển Ar động có Re  1,5 18 - Nhóm II: gồm hạt lớn, khơng ổn định tốc độ tới hạn Ar chuyển động có Re   2,25 3K 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT 123 TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP VẬT LiỆU Chế độ tầng lơ lững Chế độ chuyển động Thông số Cùng chiều từ dƣới lên Thời gian lƣu vật liệu η Cùng chiều từ xuống Tốc độ hạt wv Tốc độ khí wk Tốc độ tƣơng đối hạt so với khí wtđ Ngang chiều Thời gian lƣu vật liệu η Ngược chiều Thời gian lƣu vật liệu 1-May-13  Re < 1,5 Re > 1,5 H d ( V   k ) Wtb  18 k k Tính tốn phức tạp wv = wk + wtđ gíơng Re< 1,5 η = H/wv 18  H  k k d ( V   k )   H d ( V   k )  Wtb 18  k k TRUYỀN NHIỆT  H d V   k 3,2d kFV k  H dg V   k 3k k 124 ... TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT  Trong lò nung có đối tƣợng trao đổi nhiệt với là: sản phẩm cháy (khói lò) , tƣờng lò, vật liệu nung  Sản phẩm cháy truyền nhiệt đối lƣu, xạ đến tƣờng lò vật liệu nung. .. thức truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lƣu, xạ  Truyền nhiệt dẫn nhiệt xảy chủ yếu với vật thể rắn  Truyền nhiệt đối lƣu xảy với lƣu chất sấy, nung nhiệt độ thấp  Truyền nhiệt xạ chủ yếu xảy nhiệt. .. tục  Truyền nhiệt khơng ổn định: có nhiệt độ thay đổi theo thời gian nhƣ: tƣờng, vòm, lò gián đoạn, vật liệu nung, xe goòng… 1-May-13 TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN NHIỆT DẪN NHIỆT  Truyền nhiệt dẫn nhiệt: