GIÁO TRÌNH tính nhiệt trong lò hơi (GS TSKH nguyễn sỹ mão)

gs.tskh nguyễn sĩ mÃo tính nhiệt lò (Đồ án môn học lò hơi) hà nôị 2007 Lời nói đầu Đồ án môn học lò ba đồ án môn học yêu cầu bắt buộc tất sinh viên Đaị học ngành lợng noí chung ngành nhiệt điện nói riêng Tính toán nhiệt công việc đồ án môn học cng nh việc thiết kế chế tạo lò Đây khâu quan trọng bậc có tính chất định toàn thiết kế Để tính nhiệt phải ứng dụng cách tổng hợp môn khoa học bản, môn khí kỹ thuật môn chuyên môn ngành nhiệt mặt lý thuyết lẫn mặt thực nghiệm nớc công nghiệp phát triển nh: Liên xô (trớc đây) , Nga (ngày nay), Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật, Trung Quốc có tiêu chuẩn tính toán nhiệt lò riêng nớc ta cha có tiêu chuẩn tính nhiệt lò nhà nớc, trình thiết kế nơi, lóc tïy theo sù hiĨu biÕt cđa c¸n bé kü thuật, kỹ s mà sử dụng cách tính số liệu tham khảo khác Điều đem đến điều không thuận tiện công tác tính toán thiết kế lò thiết bị nhiệt khác Để góp phần xây dựng sổ tay kĩ thuật nhiệt nói chung , tính nhiệt lò nói riêng Việt nam, xây dựng phơng pháp tính nhiệt lò gồm phần lý thuyết ứng dụng vào tính toán nhiệt, phơng pháp giải toán tính nhiệt, ví dụ toán đồ thực nghiệm, biểu cần thiết cho trình tính toán Khi biên soạn dựa vào tiêu chuẩn tính nhiệt lò Nga làm chính, có bổ sung phần mới, số liệu tài liệu khác theo tiêu chuẩn ASME Bản tính nhiệt chia làm chơng nh sau: Chơng 1: Nhiêm vụ thiết kế phơng pháp tính Chơng 2: Các tính tóan đặc tính nhiên liêụ Chơng 3: Tính cân nhiệt lò Chơng 4: Thiết kế buồng lửa Chơng 5:Tính trao đổi nhiệt bề mặt đối lu nửa xạ Chơng 6: VÝ dơ vỊ tÝnh to¸n thiÕt kÕ thĨ lò phụ lục , mẫu lò điển hình Bản tính nhiệt đợc dùng làm gíao trình cho môn học Đồ án môn học lò sinh viên ngành Nhiệt , đồng thời làm tài liệu tham khảo cho kĩ s ngành nhiệt viện nghiên cứu, xí nghiệp nhà máy chế tạo thiết bị nhiệt khác Tác gỉả Chơng Nhiệm vụ thiết kế phơng pháp tính 1.1 Nhiệm vụ thiết kế Dựa vào nhu cầu sản xuất mà quan đặt hàng đề yêu cầu lò thiết kế Những yêu cầu là: Thông số ra, sản lợng hơi, dạng mang tải, hiệu suất nhiệt lò sở hay số loại nhiên liệu dợc sử dụng Lò có nhiệt trung gian hay không Ngoài yêu cầu hệ số xả lò định Những yêu cầu nội dung của nhiệm vụ thiết kế lò Ví dụ: Thiết kế lò Sản lợng D=220 T/h áp suất nhiệt P qn= 110 bar Nhiệt độ nhiệt tqn=5400C Nhiệt độ nớc cấp vào lò tnc=2000C Hệ số xả nớc lò P Phạm vi điều chỉnh lò Dlh=(70~100%)D =96% Hiệu suất lò Nhiên liệu đợc dùng: Than cám A với đặc tính sau: thàn h phầ n % Clv Hlv Olv Slv Nlv Alv Wlv Vc 90 4.2 1.3 1.5 26.7 4.7 ®é c Nhiệt trị nhiên liệu: Qlvt=5780 kcal/kg Cỡ hạt 0~15 mm t1 t2 t3 105 124 138 Nhiệt độ nớc nguồn t=300C Nhiệt độ không khí làm việc không gian lò o t k 20 C 1.2 C¸c bíc thiÕt kÕ tỉng qu¸t: Sau t×m hiĨu nhiƯm vơ thiÕt kÕ chóng ta tiến hành bớc công việc sau: 1.Chọn phơng án lò hơi, xác định sơ dạng lò 2.Tình toán thể tích entanpi sản phẩm cháy không 3.khí lạnh, không khí nóng Lập thành bảng thành đồ thị (I-t) 4.Tính toán cân nhiệt tính lợng tiêu hao nhiên liệu 5.Tính buồng lửa 6.Tính dẫy Peston 7.Phân bố nhiệt cấp nhiệt 8.Phân bố nhiệt bề mặt đối lu lập cân bặng nhiệt 9.toàn lò 10 Tính nhiệt 11 Tính hâm nớc sấy không khí 1.3 Chọn phơng án thiết kế Căn cào công suất loại nhiên liệu để tiến hành chọn cấu tạo lò Lò thờng đợc thiết kế theo nhiều dạng khác nhau, nhiều phơng pháp đốt nhiên liệu khác Buồng lửa phun đợc dùng để đốt nhiên liệu lỏng nhiên liệu khí cho lò có công suất bất kỳ, nhiên liệu rắn, tốt dùng cho lò có công st tõ 25T/h trë lªn ë bng lưa phun đốt loại nhiên liệu nhiều tro, tro dễ chảy, nhiên liệu khó cháy nên dùng phơng pháp thải xỉ lỏng Buồng lửa cháy theo lớp đợc dùng cho nhng lò có sản lợng dới 35T/h ( trờng hợp đạc biệt dùng cho lò có sản l4 ơng lớn hơn), đợc dùng với loại nhiên liệu đà đợc sàng lọc với cỡ hạt tơng đối đồng ( thờng hàm lợng cám 0-6mm không 60% khối lợng chung ) Đối với than cám Atraxit than ẩm (Wlv>14%) không nên dùng buồng lửa đốt theo lớp Tất nhiên chọn ngời ta phải so sánh kinh tế kỹ thuật phơng án nh chi phí đầu t cho việc đốt than bột, yêu cầu mặt sản xuất ổn định tin cậy, vào khả cung cấp nhiên liệu cách lâu dài Sau chọn đợc loại buồng đốt tiến hành chọn sơ dạng cấu tạo phận khác để lập đợc dạng cấu tạo chung toàn lò Trớc xây dựng dạng cấu tạo sơ ta cần nghiên cứu u khuyết điểm dạng bố trí lò hơi.Lò kiểu hình tháp ( ống khói nằm đỉnh lò ) có u điểm mài mòn tro đợc giảm, diện tích mặt bị chiếm ít, nhng khung đỡ cồng kềnh, ống khói thờng đợc làm kim loại giá thành cao Mặt khác có khó khăn cho việc bố trí thiết bị khử bụi cần thiết Lò kiểu chữ có chiều cao lớn nhiệt, sấy không khí, quát khói ống khói đặt buồng lửa tờng lò khung lò nặng nề giá thành lò cao độ bền Lò kiểu chữ N có quật khói quạt gió ống khói đỉnh lò Bề mặt phần đuôi chia làm hai đoạn: nhiệt hâm nớc có dòng khói từ xuống, sấy không khí khói nóng lại từ dới lên Lò bố trí theo kiểu chữ loại lò phổ biến loại lò thiết bị nặng nh: quạt khói, quạt gió, khử bụi, ống khói vị trí thấp Lò bố trí theo kiểu có lửa có dạng hình chữ W đợc ứng dụng rộng rÃi cho lò ®èt than antraxit cã chÊt bèc thÊp víi mơc ®Ých kéo dài thời gian dừng lại lửa buồng lửa Để ứng dụng công nghệ cháy than phải lựa chọn lò đốt theo công nghệ cháy tầng sôi tầng sôi tuần hoàn vv Chọn dạng cấu tạo phận khác lò a) Dạng cấu tạo pheston Cấu tạo pheston gắn liền với cấu tạo giàn ống sau bng lưa ChiỊu cao cđa pheston t¹i cưa buồng lửa phụ thuộc vào khích thớc đờng khói vào nhiệt Vì kích thớc cụ thể pheston đợc xác đinh sau đà xác định cấu tạo cụ thể buồng lửa dàn ống xung quanh Khi có bố trí nhiệt nửa xạ cấu tạo cđa pheston cịng phơ thc sù bè trÝ nµy b) Dạng cấu tạo nhiệt Tuỳ theo thông số yêu cầu việc sử dụng sau ( gắn liền với tuabin chu trình nhiệt ) mà định hớng chọn nhiệt sau: -Có đặt nhiệt trung gian không, hay đặt nhiệt sơ cấp -Đối với nhiệt sơ cấp chọn loại hoàn toàn đối lu hay loại tổ hợp (có thêm nhiệt nửa xạ hay xạ) -Đối với loại hoàn toàn đối lu chọn cấp hay hai cấp Điều phụ thuộc vào phơng án đặt giảm ôn nhiệt c) Bố trí hâm nớc sấy không khí Tuỳ theo loại buồng đốt mà nhiệt độ không khí nóng yêu cầu khác nha Đối với buồng lửa ghi xích đốt than Antraxit không khí nóng phải không 1500C ( để tránh cháy ghi ) Đối với buồng lửa phun đốt than antraxit không khí nóng yêu cầu từ 350 - 4200C yêu cầu không khí nóng cao nh đòi hởi sấy không khí phải đặt vào vùng khói có nhiệt độ tơng đối cao Nh loại lò nhỏ, đốt than theo lớp ngời ta đặt cấp sấy không khí đơng nhiên có hâm nớc mà Bộ hâm nớc thờng đợc đặt trớc sấy không khí Khi đốt than bột phải bố trí hai cấp hâm nớc hai cấp sấy không khí đặt xen kẽ nhau: hâm nớc 1sấy không khí hâm nớc sấy không khÝ ( theo chiỊu ®êng khãi ) Sau chọn phơng án đốt nh phận khác tiến hành lập dạng cấu tạo đại thể lò Trên hình 1.1 trình bầy dạng cấu tạo đại thể lò thông thờng ë níc ta ( Xem h×nh trang sau) Chơng Tính đặc tính nhiên liệu 2.1 TÝnh thĨ tÝch kh«ng khÝ lý thut ThĨ tÝch không khí lý thuyết đợc tính cho kg nhiên liệu 1m3 tiêu chuẩn nhiên liệu khí điều kiện tiêu chuẩn ( oC 760mmHg ) Các công thức tính toán đợc sử dụng sở phơng trình hoá học với điều kiện tổn thất q 3= 0, tất nhiên đủ xác q3 không lớn 2.1.1 Đối với nhiên liệu rắn lỏng ( theo mẫu làm việc ) thể tích không khí lý thuyết là: V0=0,0889(Clv+0,375Slv )+ 0,265Hlv- 0,033Olv (m tc/kg) Hc L0 0,115C lv  0,375S lv   0,342H lv  0,0434O lv Kg/kg (2.1) 2.1.2 Đối với nhiên liệu khí n  Vo 0,4760,5CO  0,5 H  1,5 H S    m  C m H n  O  4    m3tc/ m3tc (2.2) 2.2 Tính thể tích sản phẩm cháy: Sản phẩm cháy hoàn toàn nhiên liệu bao gồm khí CO , SO2 , N2 , O2 , vµ H2O Trong tính toán ngời ta thờng góp CO2+SO2 =RO2 VRO2=VCO2+VSO2 Khi cháy trạng thái lý thuyết hẹ số không khí thừa =1 thực tế >1 2.2.1Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: a.Khi cháy kg nhiên liệu rắn lỏng V RO 1,866 C lv  0,375S lv , m tc / kg 100 (2.3) V N 0,79Vo  0,8 (2.4) N lv 100 m3tc/kg VH 2O 0,111 H lv  0,0124W lv  0,0161V (2.5) (2.6) ThÓ tÝch khÝ kh« lý thut: VoK= VoRO2+ VoN2 ThĨ tÝch khãi lý thuyÕt: m3tc/kg m3tc/kg VoK= VoRO2+ VoN2+V0H2O (2.7) m 3tc/kg b) Đối với nhiên liệu khí VRO 0,01 CO2  CO  H S   mC m H n  m3tc/kg (2.8) V N 0,79Vo  0,08 N2 100 m3tc/kg (2.9) n  0 V H 2O 0,01 H S  H   C m H n  0,124 d K  0,0161V  m3tc/kg (2.10)   Trong dk - hàm lợng ẩm nhiên liệu khí tính ứng với m3tc nhiên liệu khí khô 2.2.1 Thể tích thực tế sản phẩm cháy Thể tích thực tế sản phẩm cháy tính hoàn toàn giống với nhiên liệu rắn, lỏng khí ( >1) a) Thể tích nớc VH2O=V0H2O + 0,161(-1)V0 (2.11) m 3tc/kg Hc m3tc/ m3tc b) ThĨ tÝch khãi thùc VK=V0K.kh« + V0H2O + (2.12) 0,161(-1)V0 m3tc/kg Hc m3tc/ m3tc Hay VK= V0RO2 + V0N2 + V0H2O + (-1)V0 m3tc/kg (2.13) Hoặc m3tc/ m3tc c) Phân thể tÝch c¸c khÝ rRO  V RO VK cđa h¬i níc rH 2O  VH 2O VK cđa khÝ nguyªn tư rn rRO  rH 2O (2.14) d)Nång ®é tro bay theo khãi ( tÝnh theo khèi lỵng khãi) A lv ab  100G K (2.15) Kg/kg ®ã ab : Tû lƯ tro bay, xác định theo bảng đặc tính tính toán loại buồng lửa (b.18) GK: Khối lợng khói G K 1  A lv  1,306V o 100 Kg/kg (2.16) Nếu dùng nớc để thông gió hay để phun dầu cần bổ xung thêm lợng vào GK Nång ®é tro bay khãi theo thĨ tÝch khãi  10 A lv ab VK g/m3tc (2.17) 2.2.2 Xác định hệ số không khí thừa Hệ số không khí thừa khỏi buồng lửa đợc xác định theo bảng dặc tính tính toán buồng lửa, tuỳ thuộc loại nhiên liệu, phơng pháp đốt Lợng không khí lọt vào đờng khói đợc xác định theo bảng (b.14) 2.2.3 Lập bảng đặc tính thể tích không khí Thể tích không khí khói hệ số không khí thừa khác đợc lập thành bảng theo mÉu ghi ë b¶ng (b.14) Khi Êy hƯ sè không khí thừa đợc tính theo hệ số không khí thừa trung bình ( trung bình cộng trị số vào khỏi bề mặt đốt) 2.3 Tính entanpi không khí khói Entanpi không khí lý thuyết cần thiết cho trình cháy bằng: I0kk=V0Ckkkk kcal/m 3tc hay kcal/kg (2.18) Entanpi cña khãi lý thuyÕt ®ỵc tÝnh I0kk =VRO2(C)RO2+ VN2(C)N2+ VH2O(C)H2O kcal/m3tc hay kcal/kg (2.19) Entanpi cña tro bay (2.20) Entanpi cña khãi thùc tÕ A lv I tr  ab (C ) tr 100 kcal/kg I=I0k+(-1)I0kk+itr (2.21) Trong itr đợc kể đến 10 ab A lv  Q lv t 10 Hình 16 Lò TP-230-2 173 Hình 17 Lò đót than bột có công suất lò 360MW Thông số cận tới hạn D=1050 T/h P= 17 MPa 174 t=538 0c Hình 18 Lò 300MW có lửa hình chữ W Thông số cận tới hạn 175 Hình 19 Vòi phun dẹt thổi thăng ứng dụng lò 410/h Hình 20 Cấu tạo vòi phun tròn có gió cấp I xóay 1-rÃnh xoắn cho gió cÊp hai; 2-r·nh xo¾n cho giã cÊp mét; 3-èng chÝnh tâm; 4-5-đầu cuối ống gang; 6-lỗ để đặt 176 Hình21 Vòi phun dẹt đặt góc buồng lửa 1- èng giã cÊp mét; 2- èng phun giã cÊp mét; 3-hép giã cÊp hai; 4- èng nèi ®Ĩ ®a giã cÊp hai; 5- èng phun giã cÊp hai 177 H×nh22 Đặt vòi phun dẹt vòi phun dẹt nhiều cấp buồng lửa lò loại lớn 178 Hình 9-5 Cấu tạo vòi phun tròn có gió cấp I 179 Hình20 Mô hình Lò tuần hoàn tầng sôi 640 T/h 180 Hình 21 Mô hình Lò tuần hoàn tầng sôi 640 T/h 181 Lò trực lu Hình21 Cấu tạo lò khí thải sử dụng nhiệt khói 182 thải lò Mac Hình22 Lò trực lu kiểu Ramzin 640 t/h công suất điện 200MW 183 H23 lò trực lu 450t/h đốt theo kiểu tầng sôi tuần hoàn 184 tài liệu tham khảo Trơng Duy Nghĩa - Nguyễn Sĩ MÃo Thiết bị lò Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, Hànội, 197486 Phùng Tuấn Khải Thẩm ấu Đình Nguyên lí thiết kế lò Nhà xuất Khoa häc kÜ thuËt Trung Quèc B¾c kinh 1992 Nguyễn Sĩ MÃo Tính nhiêt lò (Giáo trình ) ĐHBKHN- 1985 Tính nhiệt lò Phơng pháp tiêu chuẩn (Tiếng Nga) Nhà xuất Quốc gia ; Matxcva 1985 5.B.Lewis and G Von Elbe: Combustion , Flamemes and Explosion of Gas Academic Press-New York 1961 6.D.B Spalding A Theory of Inflammability Limits and Flame Quenching Proc, Roy.Soc-London 1957 Technical Presentation of Anthracite Fired Boilers GEC Alstom Hanoi 1995, 1998,2005 M.W.Thring The Science of Flammes and Funaces Chapman and Hall, London 1962 9.B.V Kantorovici Osnovi: Teorii goreniia i gazfizikatii Tverdogo Topliva AN.S.S.S.R Moskva 1958 10.NguyÔn Sĩ MÃo Lí thuyết cháy thiết bị cháy Nhà xuất khoa học kĩ thuật- Hà nội -2002 11.Mao Jianxiong, Mao Jianquan, Zhao Shuming: Clean Combustion of Coal Science Publication - Beijing, 1998 毛毛毛 毛毛毛毛毛毛毛 毛毛 毛毛毛毛毛毛- 毛毛毛毛毛1998 12.Joseph G Singer P.S.: Combustion Fossil Power ABB 1991 185 186 ... tiện công tác tính toán thiết kế lò thiết bị nhiệt khác Để góp phần xây dựng sổ tay kĩ thuật nhiệt nói chung , tính nhiệt lò nói riêng Việt nam, xây dựng phơng pháp tính nhiệt lò gồm phần lý... tính lợng tiêu hao nhiên liệu 5 .Tính buồng lửa 6 .Tính dẫy Peston 7.Phân bố nhiệt cấp nhiệt 8.Phân bố nhiệt bề mặt đối lu lập cân bặng nhiệt 9.toàn lò 10 Tính nhiệt 11 Tính hâm nớc sấy không khí 1.3... Bản tính nhiệt chia làm chơng nh sau: Chơng 1: Nhiêm vụ thiết kế phơng pháp tính Chơng 2: Các tính tóan đặc tính nhiên liêụ Chơng 3: Tính cân nhiệt lò Chơng 4: Thiết kế buồng lửa Chơng 5:Tính