2 Thiết kế và tính toán lò hơi lớp sôi tuần hoàn CFB 1 Các vấn đề về thiết kế lò hơi CFB
2.3Tính nhiệt lò lớp sôi tuần hoàn
3-A Việc tính nhiệt lò CFB thực hiện theo các phơng pháp tính khác nhau , do các số liệu thiiết kế dựa trên các kết quả thực nghiệm , trên một số l- ợng hạn chế các lò hơi thực đang vận hành ả các hãng chế tạo khác nhau . Ph- ơng pháp tính ở đây dựa trên phơng pháp tính nhiệt của cqác nhà nhiệt học Liên Xô ( T.L 3) . Trong đó đa ra các tính toán các phần tử hoàn chỉnh của một lò CFB , nh buồng đốt CFB, Cyclon , bộ trao đổi nhiệt ngoài ( EHE- ) . ở
một số lò CFB thực , có thể không dùng đầy đủ các phần tử đó . Tốc độ sôi w của buồng đốt chọn trong khoảng 3,0 - 10 m/s .
Tỉ lệ gió cấp 1 trong vùng 0,4 - 0,6 ( để duy trì nồng độ ô nhiễm NOx ở mức thấp , hệ số không khí thừa buồng đốt chọn nh các lò đốt PC .Tiêu hao đá vôi đa vào buồng đốt để khử Lu huỳnh tính theo công thức :
Bđávôi = 0,01 Btt . 3,125.J. [SLV-η1.ALV ( 0,0057.CaO+0,008.MgO (1-39) Trong đó - Btt- Tiêu hao than tính toán - Kg/s
SLV - thành phần lu huỳnh hữu cơ và trong quặng của nhiên liệu -% . CaO ; MgO - Thành phần Oxit Cãni và Măng gan trong tro nhiên liệu - %.
J- Hệ số thừa Cãni so với lợng cân bằng hoá học - chọn bằng 1,5-2,5. η1- Hiệu suất phản ứng liên kết Lu huỳnh - η1 = 90-97%.
3-B Thể tích và Entanpi của không khí và sản phẩm cháy .
Entanpi của khói IKHOI của lò CFB phải có thêm phần Entanpi của các hạt rắn -
I HAT -có trong khói do nồng độ hạt rắn trong khói lò CFB lớn ( 5-100Kg hạt tro /m3 khói ), các hạt rắn trong khói lò CFB gồm các hạt than , có Entanpi ITHAN , và các hạt tro , có Entanpi ITRO ,
Nh vậy , có I HAT = I than + Itro (1-40)
Entanpi của các hạt tro phụ thuộc lợng tro tái tuần hoàn ( tức phụ thuộc hệ số tái tuần hoàn tro - KTRO ) và lợng tro bay khỏi buồng đốt - aBAY theo công thức :
I tro = (KTRO + aBAY.ALV /100). ( cθ) TRO (5-41)
KTRO - bội số tuần hoàn tro , đợc định nghĩa nh là tỉ só giữa lợng tro tái tuần hoàn so với tiêu hao nhiên liệu tính toán - Kg/Kg .
a BAY - Lợng tro trong nhiên liệu bay theo khói , xác định theo cân bằng tro lò CFB , hoặc theo toán đồ hình 2 , phụ thuộc mật độ tro .
( cθ) TRO - Entanpi của môt Kg tro . Xác định nh trong các tính toán nhiệt thông thờng .
Entanpi của hạt than phụ thuộc lợng than tái tuần hoàn và không kịp cháy hết trong vòng tái tuần hoàn :
ITHAN = ( KTHAN + a`BAY ) . ( cθ) THAN (1-42) KTHAN - bội số tuần hoàn than , đợc định nghĩa nh là tỉ só giữa lợng than tái tuần hoàn so với tiêu hao nhiên liệu tính toán - Kg/Kg .
a` BAY - Lợng than trong nhiên liệu mới đa vào buồng đốt bay theo khói , xác định theo cân bằng tro lò CFB , hoặc theo toán đồ hình 2 , phụ thuộc mật độ hạt Kốc - ρKOC .
ρKOC = 0,01 . ρTHAN . [ 100- WLV - Vdaf( 100-WLV - ALV )/100] (1-43) Nh vậy bội số tuần hoàn của các hạt rắn - KTH- bằng tổng bối số tuần hoàn các hạt tro và than cha cháy .
KTH = KTRO + KTHAN (1-43)
Bội số tuần hoàn của các hạt rắn - KTH sẽ đợc xác định trong khi tính cân bằng nhiệt buồng lửa .
Nồng độ các hạt than ( Kốc) trong tro tái tuần hoàn thờng không đáng kể ( nếu lò đợc hiệu chỉnh tốt và vận hành tốt , ngợc lại có thể rất lớn , nhất là khi đốt than khó cháy ) . Nên bội số tái tuần hoàn than có thể không tính đến khi tính cân bằng nhiệt buồng đốt CFB . Khi cần xác định KTHAN , có thể dùng toán đồ hình H5, theo cỡ hạt than , tốc độ khói buồng đốt , chiều cao buồng đốt , và đặc tính than ( hằng số tóc độ phản ứng của than k = 3000. exp ( -1000/T). Khi k >2 quá trìn cháy xẩy ra trong vùng khuyếch tán , khi này bội số tuần hoàn K THAN phụ thuộc chủ yếu vào cỡ hạt than và tốc độ sôi w . Với
các giá trị k nhỏ , bội số tuần hoàn phụ thuộc nhiều vào khả năng phản ứng của than , và KTHAN càng lớn nếu k càng nhỏ .
3.C -Tính trao đổi nhiệt buồng đốt CFB
Phần dới buồng đốt CFB thờng không bố trí các bề mặt đốt nằm trong lớp sôi , do vấn đề mài mòn ; ăn mòn . Trừ một số trờng hợp , ở lò công suất nhỏ ( < 100T/h ) hoặc khi cải tiến các lò hơi cũ chyển sang đốt CFB , cần tăng bề mặt đốt , cần duy tri nhiệt độ lớp ở nhiệt độ đủ thấp , khi đó sẽ bố trí các bề mặt đốt ở phần dới buồng đốt CFB . Khi này buồng đốt đốt ở trạng thái trung gian BFB-CFB . Khi không có bề mặt đốt trong lớp , nhiệt toả ra sẽ đợc khói mang theo lên phần trên buồng đốt , truyền cho không khí cấp 1 , gia nhiệt cho tro tái tuần hoàn và theo xỉ thải qua đáy lò .
Hình H 7 ( hình 2 . TL 3) Bội số tuần hoàn than ( Đặc tính hạt : n=1;
∂0=3mm ; ∂2=10mm.; chiều cao h= 2.w -m )
Để xác định lợng hạt rắn tái tuần hoàn và chọn nhiệt độ trong bộ làm mát tro tái tuần hoàn - θEHE , cần giải phơng trình cân bằng nhiệt buồng đốt : QLV
TH . (100-q4 -q5 -q6) / 100 + QKK -NG + Q `TRO = QBĐ + I``BĐ (1-44) Giá trị QKK-NG gồm các thành phần sau :
-Q1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
KK-NG Nhiệt do gió cấp 1 , gió cấp 3 mang vào ( có hệ số cấp không khí là α1 ; α2 .
QKK-NG = (α1 + α3 ) . V0
KK .( c θ1 )KK (1-45)
- Q2
KK-NG - Nhiệt của gió cấp 2 QKK-NG = ( αBĐ - α1 - α3 ) . V0
KK .( c θ2 )KK (1-46)
Giá trị Q``TRO - Nhiệt của tro tái tuần hòan đa vào buòng đốt , phụ thuộc bội số tuần hoàn KTH và Entanpi của tro trong buồng làm mát tro θEHE .
Q``TRO = KTH . ( cθ) EHE (1-47) Entanpi khói ra khỏi buồng đốt I``BD xác định nh các tính nhiệt thông th- ờng , nhng cần thêm Entanpi của tro tái tuần hoàn , ở nhiệt độ ra khỏi Cyclon hoặc EHE ..
Lợng nhiệt do các bề mặt đốt buồng đốt nhận QBĐ xác định theo phơng trình sau :
QBĐ = H.k . Δθ .10-3 /BTT (1-48) Hệ số truyền nhiệt tính theo các công thức sau :
- Với bộ quá nhiệt k= α1 / [1+ (ε + 1/ α2 ) . α1 ] (1-49) - Với bộ hâm nớc và dàn sinh hơi
k= α1 / (1+ ε. α1 ) (1-50) Hệ số bám bẩn của các lò CFB có thể lấy bằng 0,001 - 0,003 .
Hệ số tản nhiệt ở phía khói cần phải tính với toàn bộ bề mặt thức của bề mặt đốt
( không phải hình chiếu bề mặt nh lò PC) , và xác định theo công thức : α1 = ξ .( α BX + αĐl) (1-51) ở đây ξ - Hệ số sử dụng có thể lấy bằng 0,85 ,
αBX Hệ số tản nhiệt bức xạ ; . αđl Hệ số tản nhiệt đối lu .
Buồng đốt lớp sôi có mật độ tro cỡ 20-50 Kg/m3 , nhiệt độ cỡ 800-9000C , nên vai trò truyền nhiệt bức xạ lớn và cngx là chủ yếu . Hệ số tản nhiệt bức xạ
cngx theo công thức abx = 4,9.108 T T T T aT a 3 4 3 3 3 1 1 2 1 − − + Kcal/m2 (1-52) a3 - Độ đen bám bẩn a - Độ đen chói
τ = τ KHOI + τ TRO (1-53)
τ KHOI - Bề dầy quang học của khói
τ KHOI (1-54)
τ TRO - Bề dầy quang học của hạt tro
τ TRO = 4,1 . {1- b2 . [ 1+ 30.000 / ( ρ*TRO . S)] -2}. ( d2TRO.T2 )--3 ( 1-54).
- dTRO- Đờng kính hữu hiệu của hạt tro , cỡ bằng 60-200 μκm. S- bề dầy quang học lớp bức xạ - m , xác định nh các tính nhiệt .
ρ*TRO - g/m3 - Mật độ tro trong khói , phụ thuộc bội sôd tuần hoàn theo quanhệ sau
ρ*TRO = KTH . ψ2 . 103 /VKHOI (1-55)
ψ2 - Hệ số , bằng 2-5 , tính đến sự tuần hoàn nội của hạt tro trong buồng đốt .
Mật độ tro không thứ nguyên , μ , có thể xác định qua bội số tần hoàn KTH
theo quan hệ :
μ = KTH . ψ2 . / GKHOI (1-56)
Hệ số tản nhiệt đối lu -,α ĐL và gồm từ hệ số tản nhiệt đối lu của hạt rắn α ĐLHAT và hệ số tản nhiệt đối lu của khí α ĐLKHI . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
αĐL = αĐLKHI + α ĐLHAT (1-57) Hệ số tản nhiệt đối lu cũng có thể tính theo công thức sau :
αĐl = 0,0214. λ. dэ-1. [ ( w. dэ/ν ) -0,8 - 100 ]. Pr 0,4 . [ 1+ (dэ / L)0,67]. (1-58)
ở đây - λ,ν Pr , hệ số dẫn nhiệt ; độ nhớt động học , và số Prantl của sản phẩm cháy khi ra khỏi buồng đốt . w- tốc độ trung bình sản phẩm cháy khi ra khỏi buồng đốt . L- Kích thớc thẳng đứng của dàn ống . dэ = 4RBĐ/UBĐ đờng kính tơng đơng buồng đốt . UBĐ - Chu vi tờng buồng đốt . RBĐ - Diện tích tiết diện buồng đốt tờng buồng đốt .
Công thức (1-58 ) cũng đợc dùng tính trao đổi nhiêt các dàn ống kiểu mành treo ( Wing) .
Nếu mật độ hạt nhỏ cỡ 5-10Kg/m3 , khi này ảnh hởng của đối lu hạt đến hệ số tản nhiêt đối lu rõ rệt , khi này giá trị α ĐL cần xác định theo toán đồ hình
H 10 ( Toán đò 8, hình 3 TL 3). phụ thuộc ρ*TRO và chiều cao thẳng đứng của bề mặt đốt .
Hình H 8- ( Toán đồ 8 ;hình 3 ;TL 3)
.Xác định hệ số tản nhiệt đối lu phụ thuộc mật độ tro. ( Số trên các đờng cong là chiều cao thẳng đứng của bề mặt đốt ).
3.D Tính buồng làm lạnh tro tái tuần hoàn (EHE)
Phơng trình cân bằng nhiệt buồng làm lạnh tro tái tuần hoàn -EHE - có dạng :
QEHE = φ . ( QTRO`` + ΔQKK.NG) . Hệ số giữ nhiêt φ đã tính ở phần tính cân bằng nhiệt .
QTRO` - Lợng nhiệt do tro tái tuần hoàn đa vào EHE
QTRO` = KTH . [ ( cθ )TRO- TH - ( cθ )TRO- BĐ ] (1-59) ( cθ )TRO- TH - Nhiệt dung tro từ Cyclon đa vào EHE
( cθ )TRO- TH - Nhiệt dung tro ra khỏi EHE .
Nhiệt độ tro ra khỏi Cyclon nóng bằng nhiệt độ tro ra khỏi buồng đốt ( hoặc có thể lớn hơn 10-200C do có sự cháy tiếp ). Nếu sử dụng Cyclon lạnh , sẽ phụ thuộc mức độ làm lạnh của Cyclon - ψCYCLON , theo công thức :
θ TRO- TH = θBĐ- ψHAT-CYCLON (θBĐ - θVACH-ONG) (1-60).
θVACH-ONG - Nhiệt độ vách ống Cyclon .
Mức độ làm lạnh hạt của Cyclon - ψ HAT-CYCLON phụ thuộc mật độ tro không thứ nguyên của dòng khói và đặc tính Cyclon .
ψHAT_CYCLON = ( 1+1,8 . 10-5 .( δ^/DVAO)0,6μ0,6.(wVAO /gν)0,8)-1 (1-61) ở đây DVAO ; wVAO là đờng kính miệng vào và tốc độ ở miệng vào Cyclon .
Nhiệt do không khí ngoài đa vào buồng làm lạnh tro ΔQKK-NG:
ΔQKK-NG = ( αBĐ - α1) . V0 . [( cθ) KK - ( cθ )EHE ] ( 1-62) Giá tị này sẽ dơng , nếu nhiệt độ không khí sau bộ sấy không khí cao hơn nhiệt độ buồng EHE .
Nhiệt lơng trao đổi trong EHE giữa tro và các dàn ống tính nh các dàn ống lớp sôi bọt .
Tốc độ sôi w, trong EHE đợc lựa chọn để đảm bảo sự trao đổi nhiệt giữa tro và dàn ống là lớn nhất ( có thể từ 200-500 W/m2. 0C ) , có thể chọn theo công thức sau :
w = ν . Ar. / [ (18+ 5,22Ar0,5) δ^] (1-63) ở đây
ν- độ nhớt độngnhọc của không khí ở nhiệt độ của bộ EHE .
Ar - Số Acsimet, tính theo khối lợng riêng tro bay .ở nhệt độ của EHE . Do nhiệt độ tro trong EHE không cao , cỡ 6000C , vì vậy thành phần truyền nhiệt bức xạ không lớn , có thể bỏ qua , và xác định hệ số truyền nhiệt theo hệ số tản nhiệt đối lu α ĐL - trong lớp sôi bọt giữa các hạt tro nhỏ với dàn ống theo công thức :
αĐL = (λKK /d) [0,85. A r 0,19 + 0,006. Ar0,5 Pr0,33 ] (1-64) Các giá trị tính cho không khí ở nhiệt độ trong EHE.
Việc giải đồng thời các phơng trình ( 1-44) và ( 1-69) , đảm bảo sự cân bằng nhiệt sẽ xác định đớc giá trị KTH , giá trị này phải lớn hơn KTRO và KTTHAN
3.E Tính Cyclon Kích thớc Cyclon phải lựa chọn trên các cơ sở tài liệu chuyên về lọc bụi , để có thể đạt hiệu quả thu hôi tro cao nhất .
Lợng nhiệt truyền trong cyclon - QCYCLON xác định nh sau : QCYCLON = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
={ηcyclon.KTH.Ctroψhatcyclon+ [(1-ηcyclon KTH.Ctro +Vkhoi Cp^] ψkhoi}.( θBĐ- θVO) (1-65)
ηcyclon.- Hiệu suất lọc bụi của Cyclon. KTH - bội số tuần hoàn các hạt rắn -Kg/Kg .CTRO - Nhiệt dung riêng của tro . VKHOI - Thể tích khói m3/kg .
Cp^ - Nhiệt dung riêng trung bình của khói trong Cyclon KJ / kg.0K .
θBĐ - Nhiệt độ khói ra khỏi buồng đốt . 0C
θVO - Nhiệt độ vách ống Cyclon . 0C
ψKHOI-cyclon - Mức độ làm lạnh khói khi qua Cyclon , tính theo công thức sau :
ψKHOI-cyclon=0,8 . (δ/DVAO)0,05 + [1- 0,8(δ/DVAO)0,05].
exp ( --0,1μ0,8.(DVAO/δ)0,5 .(1+ 0,025.Re 0,35)-1 (1-66) Số Re tính ở đầu vào Cyclon có đờng kính tơng đơng là DVAO .
3.G Cân bằng vật chất ở buồng đốt CFB.
Khi tính thiết kế buồng đốt CFB , các tính cân bằng vật chất thực hiện để xác định hiệu suất cần thiết của Cyclon ( theo điều kiện cháy kiệt ) và để chọn kiểu Cyclon thích hợp . Khi tính kiểm tra , các tính toán cân bằng trên cơ sở các kích thớc và cấu trúc cụ thể , thành phần cỡ hạt nhiên liệu , sẽ xác định bội số tuần hoàn tro cần thiết theo điều kiện cân bằng nhiệt .
Phơng trình cân bằng vật chất ( hạt rắn ) buồng đốt CFB có Cyclon phân tro
( xem hình H 5) có dạng :
[Btro +Bthachcao =0,685.Bđavôi(J-1)/J + BTH- Bxỉ]ηcyclon= BTH + BEHE (1-67) Btro = 0,01 Alv ..Btt - Lợng tro vào buồng đốt từ nhiên liệu mới .
B thạch cao - Lợng thạch cao sinh ra do đá vôi liên kết với lu huỳnh trong than .
B thạch cao = 0,56 Bđávôi + 0,025 Btt . Slv. η1 (1-68) Bđavôi - Lợng đá vôi đa vào buồng đốt , tính theo công thức ( 5.39).
J - Hệ số d đá vôi
BTH = Btt. KTH - Lợng hạt rắn tái tuần hoàn để đảm bảo bội số tuần hoàn cần thiết theo điều kiện cân bằng nhiệt .
Lợng tro thải khỏi EHE , trong đó có cả tro tạo thành từ đá vôi đa vào để khử Lu huỳnh và thạch cao , sẽ đợc xác định từ lợng nhiên liệu và tro ban đầu theo biểu thức sau :
BXI = aXI .BTRO + aXI_ĐAVÔI . BĐAVÔI .0,685 .(J-1) + aXITHACHCAO.BTHACHCAO
(5-69) ở đây các tỉ lệ tro ; đá vôi và thạch cao xác định nh ở phần tính Entanpi hạt rắn tái tuần hoàn .
BEHE - Lợng tro thải khỏi EHE , khi tính thiết kế lấy =0 , khi tính kiểm tra , cần xác định theo thực tế vận hành .