Chính vì vậy, nội dung và mức độ trình bày các vấn đề trong môn học chỉ tập trung vào việc trang bị cho sinh viên (đặc biệt là sinh viên chuyên ngành Vật liệu và cấu kiện xây dựng) nhữ[r]
(1)LỜI NÓI ĐẦU
* Nguyên Lý Lị Cơng Nghiệp Vật Liệu Xây Dựng mơn học nghiên cứu đặc điểm kỹ thuật quan trọng nhất, vấn đề chung lị cơng nghiệp, đặc biệt lị cơng nghiệp dùng lĩnh vực sản xuất vật liệu cấu kiện xây dựng, chủ yếu nghiên cứu quy luật có liên quan đến chuyển động dịng khí thiết bị nhiệt
(2)Chương 1: Những đặc tính tiêu thiết bị
nhiệt
I. Giới thiệu phân loại thiết bị nhiệt:
1 Giới thiệu chung:
* Như biết, vật liệu xây dựng đa dạng chủng loại tính chất, tương ứng với loại vật liệu xây dựng qui trình cơng nghệ sản xuất khác (có loại sản xuất theo qui trình tương đối đơn giản có loại sản xuất theo qui trình cơng nghệ phức tạp…) điểm chung qui trình sản xuất phần lớn loại vật liệu xây dựng là: chúng phải trải qua công đoạn quan trọng gọi cơng đoạn gia cơng nhiệt, cơng đoạn có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng sản phẩm
* Loại thiết bị sử dụng để thực q trình gia cơng nhiệt gọi thiết bị nhiệt, ví dụ như: lị nung, lị sấy, buồng đốt…
* Nguồn cung cấp nhiệt cho thiết bị nhiệt thực q trình gia cơng nhiệt thu từ trình đốt cháy loại nhiên liệu như: gỗ, than đá, dầu mazut, khí thiên nhiên hay nhân tạo… Bên cạnh tận dụng dịng khí thải hay dịng khí nóng vùng làm nguội có nhiệt độ cao lò nung… Phân loại thiết bị:
* Phân loại thiết bị dựa theo đặc điểm trình sản xuất: - Thiết bị sấy
- Thiết bị nung
- Thiết bị dưỡng hộ (thiết bị gia công nhiệt ẩm) - Các thiết bị phụ trợ như: buồng đốt, kênh dẫn khí… * Phân loại thiết bị nhiệt theo chu trình làm việc: - Thiết bị nhiệt hoạt động liên tục
- Thiết bị nhiệt hoạt động gián đoạn * Phân loại theo khoảng nhiệt độ:
- Dưỡng hộ bê tông nước: từ 60 đến 200oC
(3)- Nung sản phẩm gốm: từ 900 đến 1400oC
- Nung xi măng: từ 1400 đến 1500oC
- Nung thạch cao: từ 120 đến 200oC
* Trên thực tế thường dựa theo khoảng nhiệt độ để lựa chọn vật liệu bao che, chọn kết cấu để bảo đảm công nghệ tuổi thọ thiết bị nhiệt Đồng thời tùy mức độ nhiệt mà tìm biện pháp tương ứng để nâng cao hiệu trình trao đổi nhiệt
II. Các tiêu thiết bị nhiệt:
1 Mức tiêu thụ nhiệt riêng phần: kí hiệu q, đơn vị kCal/đơn vị sản phẩm tính theo cơng thức sau:
q = Q/G Trong đó:
Q nhiệt lượng tiêu tốn cho trình gia công nhiệt tạo sản phẩm (kCal, kJ) G tổng lượng sản phẩm
2 Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng phần: kí hiệu b, đơn vị kg/đơn vị sản phẩm
* Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng phần thực tế (kí hiệu btt) lượng nhiên liệu thực tế dùng để gia
công đơn vị sản phẩm
btt = Q/(QlvttxG)
Trong đó:
Qlvtt nhiệt trị thực tế trạng thái làm việc nhiên liệu (kCal/kg)
* Mức tiêu thụ nhiên liệu riêng phần qui nhiên liệu chuẩn (kí hiệu bch) lượng nhiên liệu chuẩn
cần để gia công đơn vị sản phẩm
bch = Q/(QlvchxG) = Q/(7000xG)
Trong đó:
Qlvch nhiệt trị nhiên liệu chuẩn (Q = 7000kCal/kg)
* Lưu ý: riêng thiết bị sấy G (tổng lượng sản phẩm) thay tổng lượng ẩm bốc đơn vị thời gian
3 Năng suất riêng phần: kí hiệu g, đơn vị - sản phẩm/m3(hay m2).tháng(hay năm)
(4)g = G[số đvsf/tháng(hay năm)]/V(hay F) Trong đó:
G tổng lượng sản phẩm tháng hay năm
* Lưu ý: tiêu quan trọng phản ánh cách bố trí tối ưu, chặt chẽ gọn gàng thiết bị nhiệt
4 Hệ số hữu ích thiết bị nhiệt: kí hiệu η, tính phần trăm, có giá trị < * Hệ số hữu ích thiết bị nhiệt xác định theo công thức sau:
η = Qct/Qcc <
Trong đó:
Qct tổng nhiệt lượng cần thiết cho phản ứng hóa học tiêu thụ nhiệt đốt nóng sản phẩm
(kể phản ứng làm bay đốt nóng lượng nước)
Qcc tổng lượng nhiệt cung cấp
* Lưu ý: thiết bị dưỡng hộ nhiệt ẩm áp suất thường khơng có hệ số hữu ích thân phản ứng thủy hóa xi măng khơng cần cung cấp nhiệt
5 Kích thước hữu ích thiết bị nhiệt: kí hiệu V(hay F), đơn vị m3
(hay m2)
* Kích thước hữu ích tất loại thiết bị nhiệt xác định theo công thức sau:
V(hay F) = (Gnxτck)/[24xnxax(1-p)]
Trong đó:
Gn suất năm tính theo phẩm
n số ngày làm việc thiết bị tính năm
a mật độ xếp sản phẩm đơn vị thể tích hay diện tích (tấn hay sản phẩm/m3
hay m2)
p tỷ lệ phế phẩm gia công (%)
τck chu kỳ gia cơng nhiệt (đối với lị liên tục lấy thời gian gia cơng nhiệt, cịn lị gián đoạn chu kỳ vòng quay lò) (giờ)
* Lưu ý: lò tuynel, sản phẩm thường xếp va gơng Khi a mật độ xếp sản phẩm va gông V (hay F) trường hợp phải hiểu tổng số va gơng cần thiết phải có lò
(5)* Nguyên vật liệu q trình gia cơng nhiệt chịu biến đổi lượng (chất) biến đổi xác định dựa vào sản phẩm cuối (chính thành phẩm lò)
* Nếu vật liệu ban đầu trạng thái khơ tuyệt đối có khối lượng Gk sản phẩm nung cuối có khối lượng Gcc chúng có mối liên hệ sau:
Gk = (Gccx100)/(100-MKN)
Trong đó:
MKN tổn thất nung
* Còn vật liệu ban đầu trạng thái ẩm với độ ẩm tương đối W (%) khối lượng kí hiệu
là Gw xác định sau:
Gw = (Gkx100)/(100-W)
* Như lượng nước bốc q trình gia cơng nhiệt (Lw) bằng:
Lw = Gw – Gk
(6)Chương 2: Nhiên liệu
I. Giới thiệu chung:
* Có thể định nghĩa “Nhiên liệu” tên gọi số chất thiên nhiên nhân tạo có khả cháy nhanh tạo lượng nhiệt lớn, làm tăng nhiệt độ mơi trường khí xung quanh lên cao cần thiết cho q trình gia cơng nhiệt
* Trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nahu như: củi, than đá, loại nhiên liệu lỏng, khí đốt thiên nhiên nhân tạo, điện năng… song số chủ yếu loại nhiên liệu cổ truyền thơng thường gồm ba loại nhiên liệu ba trạng thái tồn chúng:
- Nhiên liệu rắn: gồm loại than, củi
- Nhiên liệu lỏng: gồm loại dầu cháy, chủ yếu dầu mazut - Nhiên liệu khí: gồm khí đốt thiên nhiên nhân tạo
II. Nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng:
* Nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng có tính cháy cách biểu diễn thành phần hóa học Do phần nhiên liệu lỏng xét thêm số đặc điểm riêng biệt
1 Phân loại:
1.1 Nhiên liệu rắn:
* Các loại nhiên liệu rắn thường dùng công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng gồm có:
- Củi, gỗ dùng ngày dần tiêu nhiệt lại thấp, nhiệt trị thông thường từ 1700 đến 2200kCal/kg
- Than bùn nhiên liệu thời kỳ chuyển hóa thành than đá, cịn thấy rõ thảo mộc, cành Độ ẩm than bùn cao, hàm lượng tro xỉ thấp, nhiệt trị làm việc khoảng 2500 đến 3000kCal/kg
(7)- Than đá có độ cứng khác tùy theo tuổi, có ánh than khối lượng thể tích khác Nhiệt trị than đá tương đối cao, thành phần hóa học chủ yếu cacbon Tính theo tuổi hình thành than bùn có tuổi trẻ cuối than antraxit
1.2 Nhiên liệu lỏng:
* Loại nhiên liệu lỏng hay dùng công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng dầu mazut – sản phẩm phụ cơng nghiệp dầu lửa Dầu mazut có nhiệt trị cao khoảng 9240 đến 9850 kCal/kg * Dầu mazut chuyên chở chứa thùng bể kính Trong q trình chun chở bảo quản dầu mazut bị bẩn thêm bụi nước lẫn vào, lượng ẩm lên tới đến 10%, phải lọc phần nước lẫn dầu mazut trước đốt vòi phun
* Ngồi nhiệt trị thành phần hóa học dầu mazut cịn có tính chất khác quan trọng như: độ nhớt, hệ số dẫn nhiệt, tỷ nhiệt nhiệt độ bốc lửa…
2 Thành phần nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng: 2.1 Thành phần nhiên liệu rắn:
* Cacbon (C) thành phần chủ yếu nhiên liệu rắn than đá, thành phần chiếm tỷ lệ từ
50 đến 92% có tham gia vào phản ứng cháy đốt (kí hiệu Cc)
* Hydro (H) nhiên liệu rắn chiếm từ đến 25%, riêng thành phần than đá hydro
thường chiếm khoảng từ đến 5% hydro có tham gia vào phản ứng cháy đốt (kí hiệu Hc)
* Lưu huỳnh (S) tồn nhiên liệu rắn dạng hợp chất như: hợp chất kim loại
kiềm kiềm thổ (ví dụ CaSO4), hợp chất với pyrit sắt (như FeS2) hay thành phần
hợp chất hữu có thành phần hóa phức tạp Trong ba dạng tồn có lưu huỳnh tồn
trong hai dạng sau có tham gia vào phản ứng cháy (kí hiệu Sc) tỏa nhiệt tạo SO2 Song lưu huỳnh
là chất có hại sản phẩm cháy lưu huỳnh kết hợp với nước có khói thải tạo thành axit lỗng làm hỏng đường tải nhiệt khí độc, than lưu huỳnh than tốt (có S < 1%)
* Oxi (O2) thành phần nhiên liệu có tham gia vào phản ứng cháy (kí hiệu Oc) khơng tỏa
nhiệt, thay phần oxi từ khơng khí, hàm lượng oxi nhiên liệu rắn từ 0,5 đến 43%
(8)* Lượng tro xỉ nhiên liệu (kí hiệu A) gồm tro muối kim loại kiềm kiềm thổ, khoáng silic aluminat, khoáng chứa hợp chất sắt… riêng hàm lượng xỉ than chiếm tỷ lệ cao, có lên đến 50% có ảnh hưởng rõ rệt tới cách đốt (ví dụ loại nhiên liệu than chứa nhiều xỉ dễ chảy đốt khó cháy khơng khó thơng lị)
* Lượng ẩm nhiên liệu (kí hiệu W) thành phần có hại bay tiêu tốn lượng nhiệt Ngồi lượng ẩm làm giảm khả bốc lửa nhiên liệu, làm hạ thấp nhiệt độ lò làm chậm trình cháy
2.2 Thành phần nhiên liệu lỏng:
* Dầu mazut chứa chất không cháy, độ ẩm khoảng đến 4%, hàm lượng tro xỉ thấp khoảng 0,1 đến 0,3% Lượng oxi nitơ thấp, gần khơng có
* Thành phần cacbon (C), hydro (H), lưu huỳnh (S) oxi (O2) trung bình dầu mazut chiếm lần
lượt khoảng 88%; 11%; 0,7% 1% Khi hàm lượng lưu huỳnh chiếm từ đến 3% ta gọi dầu mazut giàu lưu huỳnh
3 Cách biểu diễn thành phần hóa nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng:
* Thành phần hóa nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng biểu diễn sau: C + H +S + O + N + A + W = 100%
* Nhìn vào thành phần hóa nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng ta thấy thành phẩn ẩm (W) tro xỉ (A) biến đổi tùy thuộc vào cách bảo quản, vận chuyển vào môi trường khí xung quanh… thành phần hóa loại nhiên liệu cịn biểu diễn dạng sau:
- Thành phần hữu (kí hiệu hc): thành phần hữu nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng biểu diễn đây:
Chc + Hhc + Ohc + Nhc = 100%
Với Xhc = (Xx100)/(100 – W – A – S)
- Thành phần cháy (kí hiệu c): thành phần cháy nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng biểu diễn đây:
Cc + Hc + Oc + Nc + Sc = 100%
(9)- Thành phần khơ (kí hiệu k): thành phần khơ nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng biểu diễn đây:
Ck + Hk + Ok + Nk + Sk + Ak = 100%
Với Xk = (Xx100)/(100 – W)
- Thành phần làm việc (kí hiệu lv): thành phần làm việc nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng biểu diễn đây:
Clv + Hlv + Olv + Nlv + Slv + Alv = 100%
Với Xlv = (Xx[100 – Wlv])/(100 – W)
Trong đó:
X thành phần thành phần từ kết phân tích (%)
Xhc thành phần thành phần hữu nhiên liệu (%)
Xc thành phần thành phần cháy nhiên liệu (%)
Xk thành phần thành phần khơ nhiên liệu (%)
Xlv thành phần thành phần làm việc nhiên liệu (%)
* Lưu ý: cách biểu diễn thành phần hóa nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng vừa trình bày tóm tắt theo sơ đồ sau:
C H O N S A W
Thành phần hữu Thành phần cháy
Thành phần khô
Thành phần làm việc
III. Nhiên liệu khí:
* Nhiên liệu khí bao gồm khí thiên nhiên khí nhân tạo Khí thiên nhiên:
* Khí thiên nhiên hỗn hợp học cacbuahydro chủ yếu chứa khí metan (CH4) số
các cacbuahydro không no khác etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10) lượng khí
(10)* Tùy thuộc vào mỏ khí, hàm lượng khí metan đạt từ 93 đến 98% lượng khí cịn lại khơng q
7% Nhiệt trị nhiên liệu khí khoảng 7000 đến 9000kCal/m3 chuẩn Khí thiên nhiên giàu
cacbuahydro nặng nhiệt trị cao, đạt đến 15000kCal/m3
chuẩn Khí nhân tạo:
* Khí nhân tạo sản phẩm thu từ q trình khí hóa nhiên liệu rắn Thành phần hóa học khí nhân tạo phụ thuộc vào cách khí hóa vào thành phần loại nhiên liệu rắn dùng để khí hóa Thành phần hóa học khí nhân tạo dao động lớn
IV. Nhiệt trị nhiên liệu:
1 Nhiệt trị nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng:
* Nhiệt trị nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng lượng nhiệt tỏa cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu
* Nhiệt trị loại nhiên liệu khác Để so sánh nhiệt trị dựa vào giá trị nhiệt trị nhiên liệu tiêu chuẩn (quy ước 7000kCal/kg nhiên liệu chuẩn) Trong tính tốn kỹ thuật ta phải quy nhiên liệu chuẩn để đánh giá chất lượng thiết bị mặt tiêu hao nhiên liệu
* Như biết hầu hết loại nhiên liệu chứa hydro lượng ẩm vật lý (W) Hơi nước tạo trình cháy hydro bốc ẩm ngưng tụ thải theo khói lị trạng thái khí (hơi nước) Vì nhiệt trị nhiên liệu phân thành hai loại nhiệt trị
cao (Qlvc) nhiệt trị thấp (Qlvth)
- Nhiệt trị cao (Qlvc): ngưng tụ nước thải lượng nhiệt ẩm 539kCal/kg nhiên liệu (ở
100oC) tiếp tục làm nguội nước từ 100oC xuống 0oC (tính theo điều kiện tiêu
chuẩn) tỏa thêm lượng nhiệt 100kCal/kg nhiên liệu Khi lượng nhiệt tổng cộng thu (khi ngưng tụ làm nguội nước) (539 + 100)kCal/kg nhiên liệu lượng nhiệt
tính vào xác định nhiệt trị cao nhiên liệu (Qlvc) Công thức thực nghiệm xác định nhiệt trị làm
việc cao nhiên liệu theo Mendeleep là:
Qlvc = 81xClv + 300xHlv – 26x(Olv – Slv) (kCal/kg)
- Nhiệt trị thấp (Qlvth): thực tế kỹ thuật, lượng nước thể khí theo khói lị,
mà lượng nhiệt ẩm ngưng tụ lượng nhiệt lý làm nguội (từ 100oC xuống 0oC) không thu
hồi, nghĩa lượng nhiệt (539 + 100)kCal/kg nhiên liệu khơng tính vào xác định nhiệt trị
(11)nhiên liệu giá trị nhiệt trị thấp (Qlvth) quy điều kiện thơng thường 20oC Khi lượng
nhiệt lý tỏa làm nguội 1kg nước từ 100oC xuống 20oC (1x0,48x80 = 38,4kCal/kg,
0,48kCal/kg.độ tỷ nhiệt nước) lượng nhiệt tính vào xác định nhiệt trị thấp
của nhiên liệu (Qlvth)
Qlvth = (Qlvc – [539 + 100]) + 38,4 = Qlvc – 600kCal/kgH2O
Trong đó:
600kCal/kgH2O nhiệt hóa nước (gồm nước tạo trình cháy hydro
(H2 + 1/2O2 = H2O bốc nước vật lý – Wlv), ta viết lại sau:
H2 + 1/2O2 = H2O
2=========>18
Hlv/100====>?
600kCal/kgH2O = 600x(9xHlv/100 + Wlv/100) = 6x(9xHlv + Wlv)
* Vậy công thức thực nghiệm xác định nhiệt trị làm việc thấp nhiên liệu theo Mendeleep là:
Qlvth = 81xClv + 246xHlv – 26x(Olv – Slv) – 6xWlv (kCal/kg)
2 Nhiệt trị nhiên liệu khí:
* Nhiệt trị nhiên liệu khí lượng nhiệt tỏa cháy hồn tồn đơn vị thể tích nhiên liệu
khí (tính theo m3)
* Nhiệt trị nhiên liệu khí xác định tổng số tích hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học xảy với hàm lượng phần trăm thể tích khí hỗn hợp xác định theo cơng thức đây:
Qlvth = 25,8xH2lv + 30,5xCOlv + 85,3xCH4lv + 140,5xC2H4lv + 135xC2H2lv (kCal/m3 chuẩn)
* Lưu ý: hàm lượng cacbuahydro không no khác chiếm tỷ lệ nhỏ tổng số cần tính theo khí metan đủ
V. Tính cháy nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng:
* Tính cháy nhiên liệu bao gồm xác định lượng khơng khí (lượng oxi) cần thiết cho q trình cháy, xác định thành phần, dung trọng hàm lượng khói thải tạo ra, nhiệt độ mà nhiên liệu đạt q trình đốt, lượng khơng khí cần đưa vào hịa trộn để đạt nhiệt độ mong muốn…
(12)* Bảng 2-1 Xác định hệ số chuyển đổi thành phần nhiên liệu từ trạng thái sang trạng thái khác
Thành phần cho
Thành phần cần chuyển đổi
Hữu Cháy Khô Làm việc
Hữu (100-Sc)/100
(100-[Sk+Ak])/100
(100-[Slv+Alv+Wlv])/100
Cháy 100/(100-Sc) (100-Ak)/100 (100-[Alv+Wlv])/100
Khô
100/(100-[Sk+Ak])
100/(100-Ak) (100-Wlv)/100
Làm việc
100/(100-[Slv+Alv+Wlv])
100/(100-[Alv+Wlv])
100/(100-Wlv)
* Gọi Yo thành phần cho Ycđ thành phần cần chuyển đổi ycđ là: Alv + Wlv; Slv +
Alv + Wlv ta có:
- Trường hợp 1: thành phần cho Yo nhỏ thành phần cần chuyển đổi Ycđ
Ycđ = [(100-ycđ)/100]xYo
Trong đó: hệ số chuyển đổi k = (100-ycđ)/100 <
- Trường hợp 2: thành phần cho Yo lớn thành phần cần chuyển đổi Ycđ
Ycđ = [100/(100-ycđ)]xYo
Trong đó: hệ số chuyển đổi k = 100/(100-ycđ) >
2 Nhiệt trị nhiên liệu rắn nhiên liệu lỏng: kí hiệu Qlvth, xác định theo cơng thức
đây:
Qlvth = 81xClv + 246xHlv – 26x(Olv – Slv) – 6xWlv (kCal/kg)
3 Lượng khơng khí khơ cần cho q trình cháy lý thuyết: kí hiệu Vo, xác định theo cơng thức
dưới đây: ) ( 100 , 100 , 26 100 89 , lv lv lv lv
o xC xH x O S
V
4 Lượng khơng khí khơ cần cho q trình cháy thực tế: kí hiệu Vα, xác định theo công thức
dưới đây:
(13)Trong đó:
α hệ số hư khơng khí (α > 1), hệ số thực nghiệm chọn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tùy thuộc vào loại nhiên liệu, vào cỡ hạt nhiên liệu, vào cách đốt, vào cấu tạo mức độ hoàn thiện thiết bị đốt… Cụ thể:
- Đối với nhiên liệu rắn α = 1,2 đến 1,6 - Đối với nhiên liệu lỏng α = 1,05 đến 1,2
5 Lượng không khí ẩm lý thuyết: kí hiệu '
o
V , xác định theo công thức đây:
' o
V = (1 + 0,0016xdo)xVo
Trong đó:
do hàm ẩm khơng khí mơi trường bên ngồi
6 Lượng khơng khí ẩm thực tế: kí hiệu '
V , xác định theo công thức đây:
'
V = (1 + 0,0016xdo)xVα
Trong đó:
do hàm ẩm khơng khí mơi trường bên ngồi
7 Lượng sản phẩm cháy thực tế: kí hiệu Vsfc, xác định theo công thức đây:
Vsfc = VCO2 + VSO2 + VH2O + VN2 + VO2dư
Với VCO2; VSO2; VH2O; VN2; VO2dư xác định sau:
VCO2 = (1,86xClv)/100
VSO2 = (0,7xSlv)/100
VN2 = 0,79xVα + (0,8xNlv)/100
VO2dư = 0,21x(α – 1)xVo
VH2O = V1 + V2 + V3 Trong đó:
V1 lượng nước nhận lượng khơng khí ẩm thực tế cung cấp cho q trình cháy
của nhiên liệu ứng với (gam ẩm/kg khơng khí khơ = gâ/kgkkk) xác định theo công thức sau:
V1 = 0,0016xdoxVα
(14)V2 = (11,2xHlv)/100
V3 lượng nước nhận độ ẩm nhiên liệu bốc cháy xác định
theo công thức sau:
V3 = (1,24xWlv)/100
* Thành phần phần trăm sản phẩm cháy tính so với tổng lượng sản phẩm cháy thực tế:
%CO2; %SO2; %H2O; %N2; %O2dư
8 Tỷ trọng sản phẩm cháy (hay khói lị): kí hiệu γsfc, xác định theo công thức
đây:
γsfc = Gsfc/Vsfc
Trong đó:
Gsfc khối lượng sản phẩm cháy đốt 1kg nhiên liệu (đơn vị kg/kg nhiên liệu)
xác định theo công thức sau:
Gsfc = γCO2xVCO2 + γSO2xVSO2 + γH2OxVH2O + γN2xVN2 + γO2dưxVO2dư
Với γCO2; γSO2; γH2O; γN2; γO2dư tỷ trọng khí
* Ví dụ minh họa: Nhiên liệu sử dụng dầu mazut có thành phần cháy sau:
Cc Hc 0c Nc Sc
87,2% 11,7% 0,4% 0,2% 0,5%
Cho biết hàm lượng tro Alv = 0,1%, độ ẩm Wlv = 2,0%, α = 1,2% không khí mơi trường bên ngồi
có hàm ẩm 19 gâ/kgkkk
a Hãy tính nhiệt trị làm việc thấp nhiên liệu
b Hãy tính lượng khơng khí khơ lượng khơng ẩm lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu
c Hãy tính lượng khơng khí khơ lượng khơng ẩm thực tế cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu d Hãy tính thành phần phần trăm sản phẩm cháy thực tế
e Hãy xác định tỷ trọng khói lị, biết tỷ trọng khí γCO2; γSO2; γH2O; γN2; γO2dư bằng:
(15)Chương 3: Chuyển động dịng khí thiết bị nhiệt
I. Khái quát chung chuyển động dịng khí thiết bị nhiệt:
* Chất khí chuyển động thiết bị nhiệt thơng thường khói lị (là sản phẩm khí q trình đốt cháy nhiên liệu), khơng khí nóng, nước hỗn hợp khí Trong q trình chuyển động thiết bị nhiệt, khí trao cho vật liệu gia công lượng nhiệt (hoặc nhận lượng nhiệt từ vật liệu), truyền nhiệt phụ thuộc vào yếu tố như:
- Tốc độ dịng khí, hướng chuyển động - Thành phần khí, nhiệt độ
- Đặc điểm kênh dẫn vào tính chất vật liệu gia cơng, kể hình dáng lị bố trí kênh dẫm lị…
* Trước đây, lò sấy, lò nung vật liệu thường nhỏ, hoạt động chúng làm việc chủ yếu nhờ chuyển động tự nhiên dịng khí Grum – Grimailo có cơng việc nghiên cứu áp dụng quy luật chuyển động tự nhiên dịng khí thiết bị nhiệt cách chọn hướng dịng khí cho có lợi nhờ ảnh hưởng áp suất
* Ngày lò đại, chuyển động tự nhiên dịng khí khơng đủ đảm bảo cho thiết bị làm việc có suất cao công suất lớn, hầu hết thiết bị nhiệt đại làm việc phải nhờ quạt tạo chuyển động cưỡng dịng khí
* Như vậy, xét trình làm việc thiết bị nhiệt ta cần lưu ý điểm sau:
- Áp suất dư chân khơng lị thường khơng q ±50mm cột nước, tính q trình liên quan đến dịng khí bỏ qua ảnh hưởng yếu tố áp suất tới nén giãn nở khí mà xem xét chất lỏng khơng chịu nén, đồng liên tục lấp đầy kênh dẫn Trên đường chuyển động, gặp vật cản từ lúc cịn khoảng cách tương đối xa dịng khí đổi hướng, biến dạng, lượn chảy quanh vật cản, điều giúp ta xác định vị trí thích hợp đặt thiết bị đo xây kênh dẫn
(16)trọng lượng riêng khí lị khơng khí xung quanh có giá trị khác Do khí nóng chuyển động tự hướng lên thành phần chuyển động tự lúc có lợi, thực tế gây nên khơng khó khăn ảnh hưởng đến q trình gia cơng nhiệt vật liệu xây dựng
II. Những đặc điểm tiêu biểu chuyển động dịng khí thiết bị nhiệt:
* Các thiết bị nhiệt đa dạng chủng loại, hình dáng kích thước Dựa vào loại chất tải nhiệt sử dụng chia thiết bị nhiệt thành hai nhóm sau:
- Nhóm sử dụng chất tải nhiệt nước nước nóng - Nhóm sử dụng chất tải nhiệt khơng khí nóng khói lị
* Một cách tổng qt, dịng khí thiết bị nhiệt chuyển động nhờ tác dụng hai lực:
- Nội lực: lực xuất thân chất tải nhiệt, có chênh lệch trọng lượng riêng khí Nguyên nhân gây nên chênh lệch trọng lượng riêng khí lại chênh lệch nhiệt độ hay độ ẩm (hoặc hai) vị trí khác nhau, hay nói cách khác nội lực nguyên nhân chuyển động tự dịng khí
- Ngoại lực: lực nhân tạo tác dụng từ bên ngoài, lực tạo nên áp lực chân không bắt dịng khí chuyển động mà khơng cần có chênh lệch trọng lượng riêng
1 Nguyên lý Grum – Grimailo chọn hướng chuyển động dịng khí thiết bị nhiệt theo quy luật tự nhiên:
* Grum – Grimailo cách chọn hướng chuyển động dịng khí thiết bị nhiệt theo quy luật tự nhiên cho có lợi nhờ ảnh hưởng áp suất lò đứng, cụ thể: vật liệu lò trao nhiệt cho khí qua phải bố trí cho hướng chuyển động dịng khí từ lên, cịn khí trao nhiệt cho vật liệu phải bố trí cho hướng chuyển động dịng khí từ xuống
(17)* Ví dụ 2: ngược lại, trường hợp cho dịng khí đưa vào chuyển động hướng từ xuống khơng xảy tượng “sự tự điều hịa” tốc độ dịng khí rãnh này, nghĩa không tạo nên cân tốc độ chuyển động dịng khí rãnh khác
2 Dịng khí chuyển động lị đường hầm, lị nằm:
* Giả sử có lị nằm ngang, chiều dài đủ lớn hai chiều lại nhỏ Theo chiều dài ta chia lò thành ba vùng là: vùng sấy trước, vùng nung vùng làm nguội Bây ta chưa đặt ngoại lực vào, nghĩa hoạt động lị lúc hồn tồn nhờ vào nội lực chuyển động dịng khí lị ?
Vùng sấy trước Vùng nung Vùng làm nguội
* Trong lò đường hầm, lò nằm ta khơng đặt ngoại lực dịng khí lị khơng thể chuyển động được, nghĩa lị khơng hoạt động Do ta phải tác động vào dịng khí ngoại lực, dịng khí lị chuyển động được, lúc lò hoạt động Như để tạo ngoại lực làm cho dịng khí lị chuyển động ta cần đặt thêm hay nhiều quạt (có thể quạt thơng gió hay quạt hút ống khói quạt đẩy), ví dụ đặt vùng làm nguội
* Trong thực tế, vùng làm nguội lò đường hầm, lò nằm dịng khí có xu hướng di chuyển mạnh phía (đáy lị), cịn vùng sấy dịng khí lại di chuyển mạnh phía Do nguyên tắc đặt cửa quạt đẩy ta phải đặt thổi vào đỉnh lò, cửa hút phải đặt đáy lò, làm ta giảm phân tầng trường tốc độ dịng khí (vì lị đường hầm, lị nằm thành phần tự dịng khí làm lệch trường tốc độ) Tuy nhiên ta loại trừ hết ảnh hưởng thành phần gây ra, mà nghiên cứu để tìm biện pháp hạn chế bớt tác dụng xấu Dịng khí chuyển động lò đứng:
(18)lớn làm việc phải nhờ tới quạt hút quạt đẩy phối hợp, loại lị đứng cơng suất lớn nên có chiều cao lớn đường kính nhiều lần
4 Dịng khí chuyển động bể dưỡng hộ:
* Các thiết bị dưỡng hộ dùng phổ biến sản xuất loại vật liệu có sử dụng nguyên liệu xi măng – vôi – cát Để cho phản ứng thủy hóa xi măng kết hợp vôi – cát tạo chất
mới với tốc độ nhanh ta dùng chất tải nhiệt nước bão hòa nhiệt độ cao (t >= 100o
C)
* Có nhiều cách để đưa nước vào thiết bị thải hỗn hợp nước với khơng khí khỏi bể, giả sử bể kín hồn tồn ta có cách cung cấp nước thải khí sau: – dưới; – trên; + – (phối hợp)
- Ở sơ đồ thứ (dưới – dưới): nước vào bể gặp vật liệu nguội trao nhiệt đốt nóng vật liệu, phần bị ngưng tụ cịn phần nước lẫn vào khơng khí có bể, dẫn đến đốt nóng khơng khí bể làm tăng độ ẩm tương đối mơi trường khí bể, lúc khơng khí ẩm có nhiệt độ cao, đồng thời nhẹ chuyển động lên tạo nên đối lưu lị Hỗn hợp khí thải (khơng khí + nước) phía Bằng cách ta đốt nóng vật liệu theo ý muốn nhờ đối
lưu nhiệt độ bể lên tới gần 100oC Khi thành bể nắp bể có chỗ hở hỗn hợp
nước – khơng khí qua ngồi lúc cửa phía khơng cịn tác dụng - Ở sơ đồ thứ hai (dưới – trên): ta thấy tương tự sơ đồ – có nắp bể bị hở Đây kiểu bể làm việc phổ biến gọi bể dưỡng hộ thường (áp suất bể xấp xỉ áp suất khí quyển) - Ở sơ đồ thứ ba: cấp nước theo kiểu + nước nhẹ chiếm lấy phần bể đốt nóng vật liệu phần đó, lúc bể hồn tồn khơng có đối lưu Bằng cách ta thực trình nâng nhiệt từ từ bể chia làm hai phần rõ rệt mặt phân cách – 0; phía vật liệu tiếp xúc với nước có nhiệt độ cao gần tức thời, cịn phía vật liệu nhiệt độ ban đầu
III. Các dạng trở lực chuyển động dịng khí:
1 Tổn áp ma sát Tổn áp cục bộ:
- Tổn áp cục dịng đổi hướng với góc φ bán kính uốn cong R, đường kính kênh dẫn D - Tổn áp qua cửa điều tiết ống tiết diện không đổi
(19)- Tổn áp qua lưới chắn
- Tổn áp qua cửa điều tiết van quay
- Tổn áp qua cửa chắn kênh dẫn đường kính D chiều cao H chắn nâng lên
- Tổn áp cục lớp vật liệu đứng yên (lớp làm việc chế độ lọc): ví dụ tổn áp lớp nhiên liệu mặt ghi đốt buồng đốt
- Tổn áp lớp vật liệu xếp Tổn áp năng:
- Tổn áp xuất thiết bị nhiệt đoạn đường dịng khí chuyển động theo phương thẳng đứng nghiêng Khí nóng lên tạo áp lực bổ sung kích thích chuyển động dịng khí, ngược lại khí nóng xuống đòi hỏi ta cần phải tiêu tốn lượng Tổn áp khác:
- Ngoài loại tổn áp trên, dịng khí chuyển động trường không đẳng nhiệt ta nên xét thêm loại tổn áp có liên quan đến biến đổi tốc độ chất tải nhiệt dịng khí chuyển động trường không đẳng nhiệt gây (cụ thể: đoạn kênh dẫn khí đốt nóng đoạn kênh dẫn khí làm lạnh)
IV. Các thiết bị trì chuyển động cưỡng dịng khí:
* Có hai loại thiết bị thường dùng làm cho dịng khí nóng chuyển động ngang hướng từ xuống khắc phục tổn áp lị thiết bị ống khói quạt thơng gió
1 Ống khói:
* Ống khói thiết bị gạch, bê tông cốt thép thép nhằm tạo áp suất để khắc phục phần tồn tổn áp lị
* Ngồi nhiệm vụ khắc phục tổn áp vừa kể trên, ống khói cịn có nhiệm vụ thải khói lị, đảm bảo vệ sinh mơi trường an tồn phịng hỏa
* Lưu ý:
(20)bằng thép Đối với ống khói có chiều cao từ 30 đến 60m nên xây gạch, cịn ống khói có chiều cao lớn 60m nên đúc bê tơng cốt thép
- Chỉ dùng ống khói lực hút tự nhiên mà ống khói tạo với chiều cao không 50 đến 60m Trong trường hợp cần tạo áp lực hút lớn nên dùng phối hợp ống khói với quạt thơng gió
- Theo quy định vệ sinh môi trường, ống khói khơng thấp 16m phải cao nhà cao phạm vi 100m 5m
- Tốc độ dịng khí cửa miệng ống khói lấy 4m/s, cịn trường hợp ống khói có dùng quạt hút làm thép chọn tốc độ dịng khí cửa miệng ống khói đến 15m/s
- Đường kính chân ống khói lấy gấp 1,5 lần đường kính miệng ống khói xây gạch, cịn xây bê tơng cốt thép ống khói có dạng hình trụ
- Thơng thường ta biết nhiệt độ khói thải hai vị trí ống khói chân ống khói miệng ống khói, muốn biết nhiệt độ vị trí cịn lại để tính dung trọng trung bình khói lị ta phải dựa vào độ giảm nhiệt độ di chuyển ống khói (với ống khói xây bê tơng cốt thép, xây gạch nhiệt độ khói lị ống khói giảm từ đến
2,5oC/m ống khói xây thép 4oC/m)
- Khi ống khói làm việc cho nhiều lị chiều cao ống khói thiết kế phải tính theo lị có trở lực cao nhất, cịn đường kính ống khói tính theo tổng lượng khí tất lò thải giây Trong trường hợp chân ống khói phía phải xây dựng tường phân chia ống khói múi để làm việc không ảnh hưởng lẫn nhau, chiều cao tường từ đến 6m Quạt thơng gió:
* Quạt thơng gió có nhiệm vụ cung cấp khơng khí khói lị thải khí từ lị Trong loại quạt thơng gió quạt ly tâm loại quạt dùng phổ biến để trì chuyển động dịng khí lị