1 .2.2 Phân loại lò hơi
3.3. Tính toán trao nhiệt trong buồng lửa
3.3.1. Nhiệt hữu ích toả ra trong buồng lửa
0
Trong đó:
• 01 : Nhiệt trị làm việc thấp của nhiên liệu 01 = 39502,51( kJ/kg)
• q3 :Lượng tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hoá học q3 = 1% • 6: Lượng tổn thất nhiệt do xỉ nóng mang ra ngoài 6 = 0
• k: Nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ bộ từ bên ngoài. Vì không sử dụng bộ sấy không khí nên = 0
• k′ : Nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa
k′ = (0 − Δ 0 − Δ n) ⋅0′′ + (Δ 0 − Δ n) ⋅kkl
Vói: 0: Hệ số không khí thừa trong buồng lửa. Chọn 0 = 1,1
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Δ n : Lượng không khí lọt vào hệ thống Δ n = 0
I" : Entanpi của không khí lý thuyết ở nhiệt độ ra khỏi bộ sấy không khí 0′′ = 0.
Ikkl : Entanpi của không khí lạnh.
=0 ⋅ ( ′ ) = 10,365 ⋅ (0,318.30) = 98,88kcal/kg = 413,71 kJ/kg
= (Δ 0 − Δ ) ⋅ = 0,05.423,71 = 20,69 kJ/kg
Vậy: Nhiệt hữu ích trong buồng lửa
Q0 = 39502,51 ⋅
3.3.2. Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa với 1 kg nhiên liệu
Qb = (Q0 − Ibl0)kJ/kg
Chọn nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa sơ bộ là bl= 1050∘C
Ta có Ibl0 = 4693,15kcal/kg = 19636,14 kJ/kg
Qb = (Q0 − Ibl0 ) = 38953,33 − 19636,14 = 19317,19 kJ/kg
3.3.3. Tổng nhiệt dung trung bình của sản phẩm cháy củaQ −I nhiên liệu
0
VCm= 0 bl
kJ/kg
Ta có: Q0 = Ia = 38953,33 kJ/kg = 9310,07kcal/kg nên nhiệt độ cháy lý thuyết
= 1944∘C a
VCm =
3.3.4. Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa
Trong đó:
• : Hệ số bảo toàn nhiệt năng = 0,98
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
• Bt : Tiêu hao nhiên liệu tính toán Bt = 75,26 kg/h
• Hb : Bề mặt hấp thụ bức xạ Hb = Fv = 4,3 m2
• : Hệ số làm bẩn
Nhiên liệu sử dụng là dầu FO nên = 0,9
• 0: Độ đen buồng lửa
0,82 ⋅ ′
0= ′
+(1− ′)⋅ ′⋅
Trong đó:
a' : Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa
′= .
Với
: Hệ số phụ thuộc vào sắc thái ngọn lựa = 0,75
a: Độ đen của môi trường trong buồng lửa
= 1 − −
e: Cơ số logarit tự nhiên
k: Hệ số làm yếu tia bức xạ bởi môi trường trong buồng lửa
k = 1,6 ⋅
p : Áp suất trong buồng lửa. Lò hơi dòng khí tự nhiên p = pa = 1 bar s: Bề dày hữu dụng của lớp bức xạ ngọn lửa S = 3,6 ⋅Vbl = 3,60,59 = 0,5 m
Fv 4,3
a = 1 − e−kps= 1 − e−1,62⋅1⋅0,49= 0,55
Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa
′= 0,75.0,55 = 0,41
′: Độ dày đặc của dàn ống
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
′ = Hb = 1
Fv
Độ đen của buồng lửa
0,82 ⋅ 0,41
= = 0,36
0 0,41 + (1 − 0,41) ⋅ 1 ⋅ 0,9
Vậy: Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là.
′′
0
= 1058∘C
Ta có 0′′ −bl = 8 < 50 Vậy Nhiệt độ khói ra buồng lửa là 1058∘C
3.4. Tính toán nhiệt pass 2
Các kính thước sơ bộ
• Số ống pass 2: 2 = 22 ống
• Nhiệt độ khói vào pass 2: 2 = 1058∘C
• Chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra pass 2: 2r = 690∘C
• Chiều dài ống lửa ở pass 2: 2,5 m
• Đường kính trong của ống lửa: dtr = 0,046 m
• Đường kính ngoài của ống lửa: dng = 0,051 m
3.4.1. Phương trình cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại vànhiệt lượng do nước hấp thụ nhiệt lượng do nước hấp thụ
Qcb2 = ⋅ (I2v − I2r + Δ ⋅ Ikkl )
Trong đó:
• : Hệ số bảo toàn nhiệt năng
• 2 : Entanpi khói vào bề mặt đốt
Ta có: 2v= 1058∘C ⇒ I2v = 4732,89kcal/kg
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
• 2 : Entanpi của khói ra khỏi bề mặt đốt Ta có2r = 690∘C ⇒ I2r = 2956,95kcal/kg
• Δ : Lượng không khí lọt vào
Δ = 0+ Δ 0
Với: 0= 1 : Hệ số không khí thừa trong buồng lửa Δ 0 = 0,05 : Lượng không khí lọt vào buồng lửa
Δ = 0+ Δ 0 = 1,1 + 0,05 = 1,15 • kkl: Entanpi của không khí lạnh
• =30∘C⇒ =
kkl
Qcb2 = . (I2v − I2r + Δ ⋅ Ikkl )
= 0,98.(4732,89 − 2956,95 + 1,15.98,88) = 1851,85kcal= 7753,33 kJ kgkg 3.4.2. Hệ số truyền nhiệt 1 k = 1 + b+ v+ c+1kcal/m2h∘C
• 1,2 : Hệ số toả nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống cho nước Do1 ≫2 :Cho nên nhiệt trở mặt trong ống có thể bỏ qua
• b, b :Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp tro xỉ và muội trên bề mặt ống
b = = 0,015
b • , : Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của vách ống
Do chiều dày của lớp kim loại bé, hệ số dẫn nhiệt của kim loại lớn cho nên có thể bỏ qua giá trị nhiệt trở của kim loại
v= 0
v
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
• , : Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu trên bề mặt trong của ống
Vì lò hơi yêu cầu nước phải thật sạch nên chiều dày của lớp cáu gần như không có.
= 0
Vậy có thể tính hệ số truyền nhiệt theo công thức:
1
k =1 W/m2 ⋅ K
+
1
Xác định hệ số toả nhiệt tù môi chát nóng cho vách 1
1= ⋅ k + b
• : Hệ số bao phủ tính đến giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do không được khói bao phủ toàn bộ. Với chùm ống ngang w = 1
[TL1-T64]
• k: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu (kJ/m2 h∘C)
• b: Hệ số toản nhiệt bằng bức xạ (kJ/m2 h∘C)
Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 2
= ℎ⋅1⋅
• Xác định ℎ
Chọn tốc độ khói trong pass 2: w = 8 m/s
Đường kính trong của ống lửa: tr= 0,046 m
Tra đồ thị 6.7 ta có h= 23kcal/m2 h∘C = 96,23 kJ/m2 h∘C
• Xác định
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 2
=
tb2
Ty lệ hơi nước với khói thải rH2O = 0,111
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Tra đồ thị 6.7 ta có = 0,7
• Xác định 1
Tỷ số chiều dài và đường kính ống lửa ở pass 2 là
l 2,5
dtr= 0,046 = 54,35
Tra đồ thị 6.7 ta có 1= 1
Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 2
k=h ⋅ C1 ⋅ Cvl = 95,23 ⋅ 0,7 ⋅ 1 = 67,36 kJ/m2 h∘C Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 2 = ℎ⋅ ⋅ / 2ℎ∘ • Xác định ℎ Nhiệt độ vách = ℎ + 4. + 60 = 170 + 4.2,5 + 60 = 240∘C Chọn nhiệt độ vách thấp nhất là = 250∘C
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 2: tb2= 874∘C
Tra đồ thị 6.12 ta cóh = 118kcal/m2 h∘C = 413,71 kJ/m2 h∘C và Ck = 0,98 [TL1-T86]
Xác định a
a = 1 − − .
p: Áp suất trong buồng lửa. Lò hơi dòng khí tự nhiên = = 1 at s: Bề dày hữu dụng của lớp bức xạ
Diện tích các bề mặt bao bọc Fv2
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Fv2 = ⋅ dtr ⋅ 1 ⋅ n2 = ⋅ 0,046 ⋅ 2,5 ⋅ 22 = 7,95 m2 s = 3,6 ⋅V2 = 3,6 ⋅0,1 = 0,045 m Fv2 7,95 k: Hệ số làm yếu tia bức xạ k = ( Với pn = p ⋅ rn = rH2O + rRO2 = 0,111 + 0,131 = 0,242 = (0,78 + 1,6.0,111 − 0,1) ⋅ (1 − 0,37 ⋅874 + 273) = 5,22 √0,242.0,045 1000 Vậy: = 1 −−5,22⋅1⋅0,045= 0,21
Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 2
=ℎ ⋅ ⋅ = 118.0,21.0,98 = 24,28kcal/m2 h∘C = 101,61 kJ/m2 h∘C Hệ số toả nhiệt từ môi chất nóng cho vách1
1= 67,36 + 101,61 = 168,97 kJ/m2 h∘C = 40,38kcal/m2 h∘C
k =
3.4.3. Phương trình truyền nhiệt
Nhiệt lương do bề bặt đốt hấp thụ bằng đối lưu và bức đối với 1 kg nhiên liệu.
Qt2
• Fv2 : Diện tích bề mặt bao bọc của pass 2 Fv2 = 7,95 m2
• : Tiêu hao nhiên liệu tính toán kg/h
• k: Hệ sô truyền nhiệt của bề mặt đốt tính toán kcal/m2 h∘C
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com • Δ : Độ chênh lệnh nhiệt độ ∘C Δ = max Δ = min Δ = Δ max − Δ min ln ( tr2 = ΔQ
3.5. Tính toán nhiệt pass 3
Các kính thước sơ bộ
• Số ống pass 3:3 = 30 ống
• Nhiệt độ khói vào pass 3:3r = 690∘C
• Chọn nhiệt độ khói ra pass 3: 3r = 410∘C • Chiều dài ống lửa ở pass 3: 2,8 m
• Đường kính trong của ống lửa: dtr = 0,046 m
• Đường kính ngoài của ống lửa: dng = 0,051 m
3.5.1. Phương trình cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại vànhiệt lượng do nước hấp thụ nhiệt lượng do nước hấp thụ
Qcb3 = ⋅ (I3v − I3r + Δ ⋅ Ikkl )
Trong đó:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
• 3 : Entanpi khói vào bề mặt đốt
Ta có: 3 = 690∘C ⇒ I3 = 2956,95kcal/kg • 3 : Entanpi của khói ra khỏi bề mặt đốt
Taco 3r = 410∘C ⇒ I3r = 1693kcal/kg • Δ : Lượng không khí lọt vào
Δ = 0+ Δ 0
Với: 0= 1 : Hệ số không khí thừa trong buồng lửa Δ 0 = 0,05 : Lượng không khí lọt vào buồng lửa
Δ = 0 + Δ 0 = 1,1 + 0,05 = 1,15 • kkl: Entanpi của không khí lạnh
kkl Q = 30∘C ⇒ Ikkl = 98,88kcal/kg = 413,71 kJ/kg = ⋅ (I3v − I3r + Δ . Ikkl ) = 0,98. (2956,95 − 1693 + 1,15.98,88) = 1350,12kcal/kg = 5648,86 kJ/kg 3.5.2. Hệ số truyền nhiệt k 1 k = 1 + b+ v+ c+1kcal/m2h∘C
• 1,2 : Hệ số toả nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống cho nước Do1 ≫2 :Cho nên nhiệt trở mặt trong ống có thể bỏ qua
• b, b :Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp tro xỉ và muội trên bề mặt ống
b = = 0,015
b • , : Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của vách ống
Do chiều dày của lớp kim loại bé, hệ số dẫn nhiệt của kim loại lớn cho nên có thể bỏ qua giá trị nhiệt trở của kim loại
= 0
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
• , : Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu trên bề mặt trong của ống
Vì lò hơi yêu cầu nước phải thật sạch nên chiều dày của lớp cáu gần như không có.
= 0
Vậy có thể tính hệ số truyền nhiệt theo công thức:
1
k =1 W/m2 ⋅ K
+
1
Xác định hệ số toả nhiệt tù môi chất nóng cho vách 1
1= ⋅ k + b
• W : Hệ số bao phủ tính đến giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do
không được khói bao
• phủ toàn bộ. Với chùm ống ngang w = 1
• k: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu (kJ/m2 h∘C)
• b: Hệ số toản nhiệt bằng bức xạ (kJ/m2 h∘C)
Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 3
k= h ⋅ C1 ⋅ Cvl
• Xác định ℎ
Chọn tốc độ khói trong pass 3: w = 7 m/s
Đường kính trong của ống lửa: dtr = 0,046 m
Tra đồ thị 6.7 ta có h= 20,8kcal/m2 h∘C = 87,03 kJ/m2 h∘C • Xác định vl
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 3
=
tb3
Tỷ lệ hơi nước với khói thải rH2O = 0,111
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Tra đồ thị 6.7 ta có l= 0,8
• Xác định 1 Tỷ số chiều dài và đường kính ống lửa ở pass 3 là l 2,8
dtr= 0,046 = 60,87
Tra đồ thị 6.7 ta có 1= 1
[TL1-T78]
Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 3
k= h ⋅ C1 ⋅ Cvl = 87,03 ⋅ 0,8 ⋅ 1 = 79,62 kJ/m2 h∘C
Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 3
= ℎ⋅ ⋅ kJ/m2 h∘C
• Xác định ℎ
Nhiệt độ vách
v=bh + 4. S + 60 = 170 + 4.2,5 + 60 = 240∘C Chọn nhiệt độ vách thấp nhất là = 250∘C
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 3: tb3= 550∘C
Tra đồ thị 6.12 ta cóℎ = 54kcal/m2 h∘C = 225,94 kJ/m2 h∘C và Ck = 0,95 [TL1-T86] Xác định a
= 1 −− . .
p: Áp suất trong buồng lửa. Lò hơi dòng khí tự nhiên = = 1 bar s: Bề dày hữu dụng của lớp bức xạ
Diện tích các bề mặt bao bọc Fv3
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Fv3 = ⋅ dtr ⋅ 1 ⋅ n3 = ⋅ 0,046 ⋅ 2,8 ⋅ 30 = 12,14 m2 s = 3,6 ⋅V3 = 3,6 ⋅0,14 = 0,042 m Fv3 12,14 k: Hệ số làm yếu tia bức xạ Với pn = p ⋅ rn = rH O + rRO k = ( Vậy:
Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 3
=ℎ ⋅ ⋅ = 54 ⋅ 1 ⋅ 0,24 ⋅ 0,95 = 12,31kcal/m2 h∘C = 51,51 kJ/m2 h∘C Hệ số toả nhiệt từ môi chất nóng cho vách1
1= 79,62 + 51,51 = 131,13 kJ/m2 h∘C = 31,34kcal/m2 h∘C
Vậy: Hệ số truyền nhiệt
=
3.5.3. Phương trình truyền nhiệt
Nhiệt lương do bề bặt đốt hấp thụ bằng đối lưu và bức đối với 1 kg nhiên liệu.
Qtr3
• Fv3 : Bề mặt bao bọc tại pass 3 Fv3 = 12,14 m2 - :Tiêu hao nhiên liệu tính toán kg/h
• k: Hệ sô truyền nhiệt của bề mặt đốt tính toán kcal/m2 h∘C
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Δ = max 3v Δ = min 3r Δ = Δ max − Δ min ln ( tr3= k ⋅ Fv3 ⋅ Δ Bt Xác định ΔQ% giữa Qtr3 và Qcb3 Q cb3− Q tr3 ΔQ = (Qcb3 + Qtr3 ) ⋅ 0,5⋅ 100 = (5648,86 + 5212,36).0,5⋅ 100 = 8,04%ΔQ>2%
ΔQ > 2% : Nhiệt độ khói ra tại pass 3 là 3r = 410∘C
3.6. Tính toán khí động lò hơi3.6.1. Mục đích 3.6.1. Mục đích
Mục đích của tinh toán khí động là để chọn quạt gió và quạt khói cho lò hơi trên cơ sở xác định lượng gió và khói và toàn bộ trở lực của đường gió, đường khói. Ngoài ra trong quá trình tính toán có thể tối ưu hóa các bộ phận và đoạn đường khói và không khí sao cho chi phí tính toán là nhỏ nhất, cung cấp các dữ kiện để thiết kế đường khói và đường không khí.
3.6.2. Tính toán lực hút tự nhiên của ống khói
273
ℎ =± ⋅( −0⋅273+)
• H: chiều cao ống khói
Đối với lò có sản lượng hơi dưới 5 Tấn/h chọn H = 30 m - g: gia tốc trọng trường 9.81 m/s2
• k: Nhiệt độ trung bình của đường khói
1
k= kv −2 Δ . H
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trong đó: • c: Hệ số thực nghiệm c = 1,05 • D: Sản lượng hơi 1 Tấn/h = 0.278 (kg/s) 1,05 Δ =√0,278 = 1,99∘C/m 1 = 410 −2 . 1,99.30 = 380∘C
• a: Khối lượng riêng của khống khí xung quanh
a = 0132 ⋅
= 0,132 ⋅
• 0: Khối lượng riêng của khói ở 0∘C và 760mmHg.
Vậy: 273 ℎ = 30.9,81. (0,132 − 0,12 273 + 380) = 24,08mmH2O 3.6.3. Tính toán trở lực Trở lực ma sát: l w2 Δhm= ⋅dol⋅2⋅ N/m2 • Pass 1: : Hệ số ma sát. = 0,02 l: Chiều dài ống lò. l = 2,5 m dol : Đường kính ống lò. dol = 0,548 m
W: Tốc độ khói trong pass 1. w = 14 m/s
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2 /m4
Δhm1 = 0,02 ⋅
• Pass2:
: Hệ số ma sát. = 0,02
1: Chiều dài ống lửa pass 2.1 = 2,5 m dtr : Đường kính ống lò. dtr = 0,046 m
W: Tốc độ khói trong pass 2. w = 8 m/s
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2/m4
2,5 82
Δhm2= 002 ⋅0,046⋅2⋅ 0,116 = 4,034 N/m2
• Pass 3
: Hệ số ma sát. = 0,02
l: Chiều dài ống lửa pass 3.1 = 2,8 m dtr : Đường kính ống lò. dtr = 0,046 m
W: Tốc độ khói trong pass 3. w = 7 m/s
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2/m4
2,8 72 Δhm3= 002 ⋅ 0,046⋅2⋅ 0,116 = 3,46 N/m2 Vậy: ∑ Δhm = Δhm1 + Δhm2 + Δhm3 = 1,037 + 4,03 + 3,46 = 8,527 N/m2 Trở lực cục bộ 41
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
w2
Δhcb = ⋅2 ⋅ N/m2
• Tại đầu ra của Pass 1:
: Hệ số trợ lực cục bộ. = 1,1
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2/m4
Δhcb1 = 1,1 ⋅
• Tại đầu vào Pass 2:
: Hệ số trợ lực cục bộ. = 2
w: Tốc độ khói vào pass 2. w = 6 m/s
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2 /m4
62 Δhcb2 = 2 ⋅2 ⋅ 0,116 = 4,176 N/m2
• Tại đầu ra Pass 2:
: Hệ số trợ lực cục bộ. = 0,5