1 .2.2 Phân loại lò hơi
3.4.1. Phương trình cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại và nhiệt lượng
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
w: Tốc độ khói ra pass 2. Chọn w = 8 m/s
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2 /m4
82 Δhcb3 = 0,5 ⋅2 ⋅ 0,116 = 1,836 N/m2
• Tại đầu vào Pass 3:
: Hệ số trợ lực cục bộ. = 2
W: Tốc độ khói vào pass 3. Chọn w = 5 m/s
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2 /m4
52
Δhcb4 = 2 ⋅2 ⋅ 0,116 = 2,9 N/m2 • Tại đầu ra Pass 3:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
: Hệ số trợ lực cục bộ. = 0,5
w: Tốc độ khói ra pass 3. w = 7 m/s
: Khối lượng riêng của khói. = 0,116kgs2/m4
72
Δhcb5 = 0,5 ⋅2 ⋅ 0,116 = 1,421 N/m2
Vậy:
∑ Δhcb = Δhcb1 + Δhcb2 + Δhcb3 + Δhcb4 + Δhcb5
= 12,5 + 4,176 + 1,856 + 2,9 + 1,421 = 22,853 N/m2
3.6.4. Kiểm tra điều kiện hút tự nhiên của ống khói:
Để đảm bảo điều kiện hút tự nhiên thì: ℎ ≥ 1,2Δ
ΔH = ∑ Δh ⋅
• ∑Δh : Tổng các trở lực trên đường khói
∑ Δh = ∑ Δhm + ∑ Δhcb = 8,537 + 22,853 = 31,33 N/m2
= 3,133mmH2 O
• 0:Khối lượng riêng của khói ở 0∘C và 760mmHg.0 = 0,12kgs2/m4
• hb : Áp suất khí quyển. hb = 760mmHg
0,12 760
ΔH = ∑ Δh ⋅ 0,132⋅760= 2,85mmH2O
• hc : Lực hút tự nhiên của ống khói. hc = 24,08mmH2 O
Ta có:
ℎ ≥ 1,2Δ
24,08 ≥ 1,2.2,285 = 2,742 (Thỏa điều kiện hút tự nhiên) Vậy lò hơi này không cần dùng quạt.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
3.7. Tính toán sức bền lò hơi3.7.1. Tính sức bền cho thân lò 3.7.1. Tính sức bền cho thân lò
Thông số tính toán
• Vật liệu chế tạo: Thép CT3
• Đường kính trong thân lò dt1 = 1700 mm
• Áp suất tính toán: 15 bar
Nhiệt độ tính toán của vách thân lò
Thân lò hơi được thiết kế không tiếp xúc trực tiếp với nhiệt, nằm ngoài đường khói. Nhiệt độ tính toán của vách thân lò hơi bằng nhiệt độ hơi nước bão hoà ở áp suất thiết kế.
= ℎ + 4. + 30 = 170 + 4.0,01 + 30 = 200∘C
Trong tất cả các trường hợp đối với lò hơi nhiệt độ vách không nên chọn nhỏ hơn 250∘C. Vậy lấy = 250∘C
Úng suất cho phép của kim loại chế tạo thân lò
Úng suất cho phép của kim loại được tính toán như sau
= ⋅ ∗
Trong đó:
• : Hệ số đặc trưng về cấu tạo và những đặc biệt trong vận hành của các
bộ phận lò hơi.
Do thân lò nằm ngoài đường ống và được bọc cách nhiệt = 1 -∗ : Ú'ng suất cho phép của thép CT3 (kg/mm2 ) Với tv = 250∘C Tra bảng 9.2 [TL1-T78] ta có cp∗ = 12 kg/mm2
Vậy: = ⋅ ∗ = 1.12 = 12 kg/mm2
Tính chiều dày thân lò
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
p ⋅ dt
S = 200 ⋅ ⋅cp − p+ C
Trong đó:
• p : Áp suất tính toán p = 15 bar
• dtr : Đường kính trong thân lò dtr = 1700 mm
• :Hệ số bền vũng.
Sử dụng phương pháp hàn điện và hàn hơi bằng tay= 0,7 cp
:Úng suất cho phép của kim loạicp = 12 kg/mm2
p ⋅ dtr
S = 200⋅ ⋅
cp
Vì S < 20mm Nên C =1
Hay s = 15,32 + 1 = 16,32 mm. Chọn chiều dày thực tế là 18 mm để đảm bảo bền
3.7.2. Tính sức bền cho ống lò
Thông số tính toán
• Vật liệu chế tạo: Thép 20 K
• Đường kính trong ống lò dtr = 0,548 m = 548 mm
• Áp suất tính toán 15 bar
Nhiệt độ tính toán của vách ống lò Nhiệt độ tính toán của vách ống lò