Thiết kế lò hơi với công suất 215 tấngiờ

Đồ án mơn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng LỜI NĨI ĐẦU Lò thiết bị thiếu kinh tế quốc dân, quốc phòng Nó khơng dùng khu công nghiệp lớn như: nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp khí,…mà sử dụng sở sản xuất nhỏ để phục vụ sản xuất nhu cầu hàng ngày như: sưởi ấm, nhà máy dệt, sấy, nấu cơm,… Đặc biệt nhà máy nhiệt điện, lò thiết bị khơng thể thiếu đồng thời thiết bị vận hành phức tạp, có nhiệm vụ sản xuất nhiệt để cấp cho tuôc bin Trong lĩnh vực cơng nghiệp, lò dùng để sản xuất nước Hơi nước dùng làm chất tải nhiệt trung gian thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho sản phẩm Nhằm ôn lại kiến thức học lò học kỳ trước để bước đầu làm quen với việc thiết kế lò hơi, học kỳ em nhận nhiệm vụ thiết kế lò có sản lượng 215 T/h Mặc dù em nhận hướng dẫn tận tình q thầy giáo, có tham khảo số tài liệu trao đổi với bạn bè, lần em thiết kế lò hơi, kiến thức hạn chế chưa có kinh nghiệm nên q trình thiết kế chắn khơng tránh khỏi sai sót Em kính mong nhận góp ý dẫn tận tình q thầy giáo để kiến thức em tốt Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thiết kế Trần Văn Trung Lớp 14N2 SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án mơn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Chương NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH 1.1 NHIỆM VỤ TÍNH TỐN: Thiết kế lò có thơng số sau: Sản lượng định mức lò : D = 215 (T/h) Thơng số hơi: Áp suất đầu nhiệt: Nhiệt độ nhiệt: Nhiệt độ nước cấp: Thành phần nhiên liệu: = 13,8 Mpa = 540 = 240 Tên thành phần Phần trăm (%) 86,56 10,67 0,31 0,2 2,26 0,07 Nhiệt trị thấp làm việc than: 40500 kJ/kg Tra bảng 2.5/22 Tài liệu [2] => dầu S (FO) gọi dầu nặng hay dầu mazut Chọn thông số sau: Nhiệt độ khơng khí lạnh: Nhiệt độ khơng khí nóng: Nhiệt độ khói thải: SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án mơn học: Lò Hơi 1.2 GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng CÁC BƯỚC TÍNH TỐN: 1/ Chọn phương án, xác định sơ dạng 2/ Tính thể tích, entanpi sản phẩm cháy, xác định nhiệt độ khơng khí lạnh nhiệt độ khơng khí nóng; bảng I- t 3/ Tính cân nhiệt cho lò tính lượng tiêu hao nhiên liệu 4/ Tính tốn nhiệt buồng lửa 5/ Tính dãy pheston 6/ Phân bố nhiệt cấp nhiệt 7/ Phân bố nhiệt bề mặt đốt đối lưu lập cân nhiệt tồn lò 8/ Tính nhiệt 9/ Tính hâm nước sấy khơng khí XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LỊ HƠI: Căn công suất nhiên liệu, chọn phương pháp đốt, chọn dạng cấu trúc lò 1.3.1 Chọn phương pháp đốt cấu trúc buồng lửa: 1.3 Dựa vào cơng suất lò 215 T/h sử dụng nhiên liệu lỏng FO (dầu mazut) nên chọn lò buồng lửa phun Chọn lò bố trí theo kiểu chữ loại lò phổ biến Ở loại thiết bị nặng như: quạt khói, quạt gió, khử bụi, ống khói đặt vị trí thấp 1.3.2 Chọn dạng cấu trúc phận khác lò hơi: 1.3.2.1 Dạng cấu trúc feston: Cấu tạo feston gắn liền với cấu tạo dàn ống tường sau buồng lửa ống cụm feston ống dàn ống tường sau buồng lửa Chiều cao feston tức cửa buồng lửa phụ thuộc vào kích thước đường khói vào q nhiệt Kích thước cụ thể feston xác định sau xác định cụ thể cấu tạo buồng lửa cụm ống xung quanh Vì nằm đầu buồng lửa có nhiệt độ cao ta đặt ống xa để tránh đóng xỉ, mồ hóng…Để cho khói qua lưu thơng dễ dàng, tránh đóng xỉ SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án mơn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng mài mòn ống ta chia cụm feston thành 3-5 dãy ống Ở ta chia thành dãy ống 1.3.2.2 Dạng cấu trúc nhiệt: Chọn bố trí nhiệt tổ hợp gồm hai phần: nhiệt nửa xạ nhiệt đối lưu Ta có nhiệt độ nhiệt tqn =540 ̊C >510 ̊C, nên chọn nhiệt nửa xạ đặt vùng có nhiệt độ khói cao (ở cửa buồng lửa, trước cụm feston) Ở nhiệt vừa nhận nhiệt đối lưu từ dòng khói qua, vừa nhận nhiệt xạ từ buồng lửa Bộ nhiệt nửa xạ chùm ống xoắn chữ U chế tạo dạng dàn phẳng Các dàn đặt cách 0,7 0,9m để khói dễ dàng lưu thơng qua đồng thời tránh khả tạo nên cầu xỉ ống Thiết kế nhiệt nửa xạ đặt đứng Bộ nhiệt đối lưu đặt sau cụm feston Ở nhiệt đối lưu chia thành cấp để tạo điều kiện làm đồng trở lực nhiệt độ ống xoắn, bên cạnh độ gia nhiệt cấp khơng lớn cấp có nhiệt độ trung bình khác nên cấp chế tạo loại vật liệu phù hợp với nhiệt độ làm việc tiết kiệm vật liệu đắt tiền 1.3.2.3 Bố trí hâm nước sấy khơng khí: Việc bố trí hâm nước sấy khơng khí có liên quan chặt chẽ với Nhiệt độ khơng khí nóng khỏi sấy định việc bố trí sấy thành hay hai cấp hâm nước bố trí cho phù hợp Nhiệt độ khơng khí nóng cấp cho lò chọn dựa vào loại nhiên liệu đốt loại buồng lửa Nhiệt độ khơng khí nóng cao nhiên liệu dễ cháy dễ cháy kiệt nhiên liệu kim loại chế tạo phải tốt bề mặt nhận nhiệt lớn giá thành cao Do buồng lửa đốt dầu nhiên liệu dễ cháy nên nhiệt độ không khí nóng khơng cần cao lắm, thường chọn khoảng từ 150 – 200oC (chọn tkkn = 200 ̊C ) Nên ta chọn sấy khơng khí cấp đương nhiên hâm nước có cấp Bộ hâm nước nhận nhiệt lượng nhiều có nước chảy phía làm mát ống nên hâm nước đặt vùng khói có nhiệt độ cao hơn, tức nằm sau nhiệt cấp trước sấy khơng khí 1.3.2.4 Đáy buồng lửa: SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án mơn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Buồng lửa dùng đốt nhiên liệu lỏng dầu mazut, dường không tạo tro nên đáy buồng lửa có dạng đáy bằng, lỗ thải xỉ hai bên 1.3.3 Nhiệt độ khói khơng khí: 1.3.3.1 Nhiệt độ khói khỏi lò : Nhiệt độ khói khỏi lò nhiệt độ khói khỏi sấy khơng khí cấp để vào khử bụi, chọn tùy theo loại nhiên liệu, sản lượng hơi, nhiệt độ nước cấp, độ ẩm giá thành nhiên liệu, lấy theo bảng 1.1 1.2 tài liệu [1] Nhiệt độ chọn nhằm tránh tượng ăn mòn bề mặt đốt sấy khơng khí nhiệt độ thấp nhiệt độ kim loại thấp nhiệt độ đọng sương axit khói Dựa vào bảng 1.2 tài liệu [1] nhiên liệu lỏng dầu mazut, chọn nhiệt độ khói thải khỏi lò 1.3.3.2 Nhiệt độ khói khỏi buồng lửa : Nhiệt độ khói khỏi buồng lửa nhiệt độ khói tr ước cụm feston, chọn theo loại nhiên liệu, nhiệt độ biến dạng tro Đối v ới d ầu, chọn theo phân tích kinh tế kỹ thuật (không lớn h ơn 1150) Chọn = 1000 ( đốt dầu ) Vì lò đốt nhiên liệu dầu nên khơng có tro bay ngồi,chọn nhiệt độ khói cao khơng sợ tro nóng chảy bám bẩn bề mặt đốt 1.3.3.3 Nhiệt độ khơng khí nóng: Được lựa chọn dựa loại nhiên liệu, phương pháp đốt phương pháp thải xỉ Do buồng lửa đốt dầu nhiên liệu dể cháy nên nhiệt độ khơng khí nóng khơng cần cao lắm, chọn khoảng từ 150 – 200oC  Chọn tkkn = 200oC Cấu tạo tổng thể lò : SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án môn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Chú thích: Bao Pheston Bộ nhiệt cấp Bộ giảm ôn Bộ nhiệt cấp Bộ hâm nước Bộ sấy khơng khí Bộ nhiệt nửa xạ Chương SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án môn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng TÍNH TỐN Q TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 2.1 TÍNH THỂ TÍCH KHƠNG KHÍ LÝ THUYẾT: Thể tích khơng khí lý thuyết (α =1): = 0,0889( + 0,375) + 0,265 – 0,033 [/kg] = 0,0889(86,56+ 0,375.2,26) + 0,265.10,67 – 0,033.0,2 = 10,562 /kg 2.2 THỂ TÍCH SẢN PHẨM CHÁY: Khi q trình cháy xảy hoàn toàn, sản phẩm cháy nhiên liệu bao gồm khí: CO2, SO2, N2, O2, H2O Trong tính tốn người ta thường tính chung thể tích khí ngun tử chúng có khả xạ mạnh: CO2, SO2, kí hiệu: Ở trạng thái lý thuyết người ta tính hệ số khơng khí thừa α=1( thực tế q trình ln xảy với α >1) 2.2.1 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: Khi cháy kg nhiên liệu lỏng: = 0,01866( + 0,375) ,/kg =0,01866(86,56 + 0,375.2,26) = 1,626 /kg = 0,79.+ 0,008 ≈ 0,79 , /kg = 0,79.10,591 + 0,008.0,31 = 8,344 /kg = 0,111 + 0,0124 + 0,0161 + 0,24 , /kg Dùng vòi phun khí nên =0 = 0,111.10,67 + 0,0124.0 + 0,0161.10,591 + 0,24.0 = 1,352 /kg Thể tích khói khơ lý thuyết : = 0,01866( + 0,375) + 0,79 ,/kg = 1,626 + 8,344 = 9,97 /kg SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án mơn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Thể tích khói lý thuyết : = 9,97 + 1,352 = 11,322 /kg 2.2.2 Xác định hệ số khơng khí thừa: Hệ số khơng khí thừa khỏi buồng lửa xác định theo bảng đặc tính tốn buồng lửa, tùy thuộc vào loại nhiên liệu, phương pháp đốt Được chọn theo bảng - PL2 Ta tra hệ số khơng khí thừa đầu buồng lửa = 1,1 Bảng 2.1: Hệ số khơng khí thừa lọt vào phần tử lò (Chọn theo bảng 1- Phụ lục 2) STT Các phận lò Buồng lửa Pheston Bộ nhiệt xạ Bộ nhiệt cấp Bộ nhiệt cấp Bộ hâm nước Bộ sấy không khí ∆α 0,08 0 0,03 0,03 0.02 0,2 Trước hết chọn hệ số khơng khí thừa cửa buồng lửa =1,1 Hệ số khơng khí thừa vị trí xác định tổng hệ số khơng khí thừa buồng lửa với lượng lọt vào đường khói buồng lửa với tiết diện xét ∆α Hệ số khơng khí thừa đầu ra: α” = α’ + ∆α Bảng 2.2: Bảng hệ số không khí thừa SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án mơn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng STT 6 Tên bề mặt đốt Buồng lửa Pheston Bộ nhiệt xạ Bộ nhiệt cấp Bộ nhiệt cấp Bộ hâm nước Bộ sấy khơng khí Hệ số khơng khí thừa Đầu vào α’ Đầu α” 1,02 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,13 1,13 1,16 1,16 1,18 1,18 1,38 Lượng khơng khí khỏi sấy khơng khí β"= α”bl - ∆α0 =1,1 - 0.08 = 1,02 ∆α0: lượng khơng khí lọt vào buồng lửa SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang Đồ án mơn học: Lò Hơi GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng 2.2.3 Thể tích thực sản phẩm cháy: 2.2.3.1 Thể tích nước: = + 0,0161(α - ) , /kg = 1,352 + 0,0161(1,1-1).10,562 = 1,369 /kg 2.2.3.2 Thể tích khói thực: = + (-1) + , /kg = 9,97 + (1,1-1).10,562 + 1,369 = 12,395 /kg 2.2.3.3 Phân thể tích khí: - Khí nguyên tử : = = 0,131 - Hơi nước : = = 0,109 2.2.3.4 Nồng độ tro bay theo khói: Đây nhiên liệu lỏng, dầu Mazut nên dường nh khơng có tro bay Vậy 2.2.4 Lập bảng đặc tính thể tích khơng khí: SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2 Trang 10 Bảng 8.1 Đặc tính cấu tạo hâm nước Đồ án mơn học lò Ký Đơn TT Tên đại lượng hiệu vị Cơng thức PGS.TS Hồng Ngọc Đồng GVHD: chọn sở Thay số Kết tính Đường kính ngồi ống d Mm Chọn 32 Bước ống ngang S1 Mm Chọn 96 Bước ống dọc S2 Mm Chọn 64 Bước ống tương đối ngang Bước ống tương đối dọc Chiều rộng đường khói a M Thiết kế Chiều sâu đường khói b’ M Thiết kế 2,6 Khoảng cách từ tâm ống đến vách sv Mm Thiết kế 100 Số ống dãy ngang σ1 σ1 = S1 / d 96/32 σ2 σ2 = S2 / d 64/32 n ống n= 10 Số dãy ống dọc Z ống 11 Chiều sâu khoảng trống trước BHN cấp lk M b'−2.sv +1 S1 Chiều dài SVTH: VĂN TRUNG Lớp 14N2 Trang 12 TRẦN ống l0 M Thiết kế54 dãy dọc 2600 − 2.100 +1 96 26 Chọn sau khí biết diện tích truyền nhiệt 4,4 6,4 Đồ án mơn học lò GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 55 Bảng 8.2 Tính nhiệt hâm nước Đồ ánTên mơn học lò T T GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Ký hiệu Đơn vị Cơng thức tính chọn Thay số Kết Lượn g nhiệt BHN hấp thụ sơ Qhn kW Đã tính Bảng 9085, Nhiệt độ khói vào BHN θ’hn C θ’hn = θ’’qn1 Bảng 626,1 Entan pi khói vào BHN I’hn kJ/kg Tra bảng 2.5 Nhiệt độ khói đầu BHN θ’’hn Entan pi khói đầu BHN I”hn Nhiệt độ khói trung bình θtbhn đại lượng o o C Đã tính kJ/kg Tra bảng 2.5 o C 0,5(θ’hn +θ’’hn) Nhiệt SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 56 độ nước o t’hn C Theo thiết kế đầu 12002 ,7 Bảng 319,5 5088, 0,5(626,1+319,54) 472,8 240 Đồ án môn học lò GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Chương THIẾT KẾ BỘ SẤY KHƠNG KHÍ 9.1 Nhiệm vụ Bộ sấy khơng khí có nhiệm vụ sấy nóng khơng khí cấp vào lò đến nhiệt độ định để tăng cường trình cháy, đảm bảo trình cháy nhanh cháy ổn định Nhiệt độ khơng khí nóng u cầu tùy thuộc loại nhiên liệu đốt Nhiên liệu lỏng sấy nóng đến khoảng 1000C loại nhiên liệu dể bốc cháy, khơng khí nóng khơng cần phải có nhiệt độ cao lắm, thường khoảng 1500C Để sấy nóng khơng khí cấp cho lò đồng thời tận dụng nhiệt để nâng cao hiệu suất lò, người ta đặt thêm đường khói phần lò thiết bị sấy khơng khí 9.2 Cấu tạo Do sấy khơng khí kiểu thu nhiệt gang nặng nề, tốn kim loại (chịu lực nên làm dày hơn), độ dẫn nhiệt nên phải làm cánh phía ngồi Vì thiết kế ta chọn sấy khơng khí kiểu thu ống thép Chọn thiết kế sây khơng khí ống thép trơn, ống thép có đường kính ngồi 40mm Các ống khơng chụi áp lực nên chọn chiều dày ống 1.5mm, liên kết mặt sàng dày 20mm Bộ sấy khơng khí làm việc nhiệt độ thấp bị ăn mòn mạnh nên ta chia làm đoạn dọc theo đường khói Phần phía có khả bị ăn mòn mạnh nên ta tách riêng đoạn khoảng 100 mm , để dễ thay bị ăn mòn Các ống bố trí sole đảm bảo: + Bước ống ngang tương đối: S1/d ≥ (1,5÷1,9) + Bước ống dọc tương đối: S2/d ≥ (1÷1,2) + Chọn đường kính ống φ40mm x1,5mm + Tốc độ khơng khí (10÷16) m/s + Tốc độ khói khơng vượt q (9÷16) m/s để bảo vệ bề mặt đốt không bi mài mòn, khơng nhỏ m/s để tránh tượng đóng xĩ SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 57 Đồ án mơn học lò GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng - Ưu điểm: + Thép có hệ số dẫn nhiệt gang + Đơn giản chế tạo, lắp ráp + Khói chuyển động dọc ống tro bám ống, bám dễ dàng làm + Ít bị lọt khơng khí vào đường khói + Lượng tiêu hao kim loại - Nhược điểm: + Chịu nhiệt độ khói thấp + Khơng bền tác dụng ăn mòn khói có nhiệt độ cao mài mòn tro bay theo khói SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 58 Đồ án mơn học lò GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Bảng 9.1: ĐẶC TÍNH CỦA BỘ SẤY KHƠNG KHÍ STT Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Công thức & sở Thay số Kết Đường kính ngồi ống d mm Chọn φ40x1,5 Bước ống ngang S1 mm Chọn 65 Bước ống dọc S2 mm Chọn 48 Bước ống ngang tương đối σ1 S1/d ≥ (1,5÷1,9) σ1 = 65/40 1,6 Bước ống dọc tương đối σ2 S2/d ≥ (1÷1,2) σ2 = 48/40 1,2 Đường kính ống trung bình dtb mm Số cụm ống theo chiều rộng đường khói n Cụm Chiều rộng cụm ống a1 mm 1800 Chiều sâu cụm ống b1 mm 3000 10 Khoảng cách từ tâm ống đến vách e mm SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 59 38,5 Chọn Chọn 50 Đồ án mơn học lò GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng 11 Số dãy ống ngang cụm ống Z1 dãy 28 12 Số dãy ống dọc cụm ống Z2 dãy 63 13 Số ống cụm ống Z ống 1733 14 Chiều cao ống Đoạn lt m Chọn giả thiết Đoạn lg m nt Đoạn ld m nt 15 Tiết diện khói qua F m2 16 Chiều rộng đường khói a m Đoạn ft m2 13,56 Đoạn fg m2 13,56 Đoạn fd m2 13,56 7,45 Thiết kế Tiết diện đường khơng khí 17 18 Diện tích bề mặt chịu nhiệt SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 60 Đồ án mơn học lò 19 GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng Đoạn Ht m2 2515 Đoạn Hg m2 2515 Đoạn Hd m2 2515 Tổng diện tích bề mặt chịu nhiệt HsI m2 7545 Bảng 9.2: TÍNH TRUYỀN NHIỆT CỦA BỘ SẤY KHƠNG KHÍ STT Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Cơng thức tính & sở chọn kW Bảng Thay số Kết Lượng nhiệt hấp thụ BSKK QsI Nhiệt độ đầu vào khói θ'sI C θ'sI = θ''hn 319,54 θ"sI Nhiệt độ đầu khói C Bảng 164,37 5368,61 SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 61 Đồ án môn học lò GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng Nhiệt độ khói trung bình θtbs Entanpi khơng khí cấp đầu vào C 0,5.(θ'sI+θ"sI) 242 i'sI kJ/kg Chương 402,2 Entanpi khơng khí cấp đầu i''sI kJ/kg Tra bảng 1-3 ứng t"s = 3000C 5576,93 Nhiệt độ khơng khí cấp đầu vào t'sI C Thiết kế 30 t"sI Nhiệt độ khơng khí cấp đầu C Thiết kế 300 ttbs Nhiệt độ trung bình khơng khí cấp C 0,5.(t'sI+t"sI) 165 Nhiệt độ vách ống có bám tro tv C Thể tích khói Vk 197,5 50/TL[1] 10 11 SVTH: TRẦN VĂN TRUNG Lớp 14N2Trang 62 Tra bảng 1.1 θ'sI=242