nhiệt lượng do nước hấp thụ
Qcb2 = 𝜑 ⋅ (I2v− I2r + Δ𝛼 ⋅ Ikkl) Trong đó:
• 𝜑 : Hệ số bảo toàn nhiệt năng • 𝐼2𝑣 : Entanpi khói vào bề mặt đốt
• 𝐼2𝑟 : Entanpi của khói ra khỏi bề mặt đốt Ta có 𝜃2r = 690∘C ⇒ I2r = 2956,95kcal/kg
• Δ𝛼 : Lượng không khí lọt vào
Δ𝛼 = 𝛼0+ Δ𝛼0 Với: 𝛼0 = 1 : Hệ số không khí thừa trong buồng lửa
Δ𝛼0= 0,05 : Lượng không khí lọt vào buồng lửa Δ𝛼 = 𝛼0+ Δ𝛼0 = 1,1 + 0,05 = 1,15
• 𝐼kkl : Entanpi của không khí lạnh • 𝜃kkl = 30∘C ⇒ 𝐼kkl = 98,88kcal kg = 413,71 kJ kg Qcb2 = 𝜑. (I2v − I2r + Δ𝛼 ⋅ Ikkl) = 0,98. (4732,89 − 2956,95 + 1,15.98,88) = 1851,85kcal kg = 7753,33kJ kg 3.4.2. Hệ số truyền nhiệt 𝑘 k = 1 1 𝛼1+ 𝛿b 𝜆b + 𝛿v 𝜆v+ 𝛿c 𝜆c+ 1 𝛼2kcal/m2 h∘C
• 𝛼1, 𝛼2 : Hệ số toả nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống cho nước Do 𝛼1≫ 𝛼2 :Cho nên nhiệt trở mặt trong ống có thể bỏ qua
• 𝛿b, 𝜆b :Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp tro xỉ và muội trên bề mặt ống 𝛿b
𝜆b = 𝜀 = 0,015 • 𝛿𝑣, 𝜆𝑣 : 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
𝛿v 𝜆v = 0
• 𝛿𝑐, 𝜆𝑐 : 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.
𝛿𝑐 𝜆𝑐 = 0 Vậy có thể tính hệ số truyền nhiệt theo công thức:
k = 11 𝛼1+ 𝜀
W/m2 ⋅ K
Xác định hệ số toả nhiệt tù môi chát nóng cho vách 𝛼1 𝛼1= 𝜔 ⋅ 𝛼k+ 𝛼b
• 𝜔: 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]
• 𝛼k : Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu (kJ/m2 h∘C) • 𝛼b : Hệ số toản nhiệt bằng bức xạ (kJ/m2 h∘C) Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 2 𝛼𝑘
𝛼𝑘 = 𝛼ℎ ⋅ 𝐶1⋅ 𝐶𝑣𝑙 • Xác định 𝛼ℎ
Chọn tốc độ khói trong pass 2: w = 8 m/s Đường kính trong của ống lửa: 𝑑tr = 0,046 m
Tra đồ thị 6.7 ta có 𝛼h = 23kcal/m2 h∘C = 96,23 kJ/m2 h∘C • Xác định 𝐶𝑣𝑙
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 2 𝜃tb2 = 𝜃v2+ 𝜃r2
2 =
1058 + 690
2 = 874
∘C Ty lệ hơi nước với khói thải rH
Tra đồ thị 6.7 ta có 𝐶𝑣𝑙 = 0,7 • Xác định 𝐶1
Tỷ số chiều dài và đường kính ống lửa ở pass 2 là l
dtr = 2,5
0,046= 54,35 Tra đồ thị 6.7 ta có 𝐶1 = 1
Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 2
𝛼k = 𝛼h ⋅ C1⋅ Cvl = 95,23 ⋅ 0,7 ⋅ 1 = 67,36 kJ/m2 h∘C Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 2𝛼𝑏
𝛼𝑏 = 𝛼ℎ⋅ 𝐶𝑘⋅ 𝑎 𝑘𝐽/𝑚2ℎ∘𝐶 • Xác định 𝛼ℎ
Nhiệt độ vách 𝜃𝑣 = 𝜃𝑏ℎ + 4. 𝑆 + 60 = 170 + 4.2,5 + 60 = 240∘C Chọn nhiệt độ vách thấp nhất là 𝜃𝑣 = 250∘C
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 2: 𝜃tb2 = 874∘C
Tra đồ thị 6.12 ta có 𝛼h = 118kcal/m2 h∘C = 413,71 kJ/m2 h∘C và Ck = 0,98 [TL1-T86]
Xác định a
a = 1 − 𝑒−𝑘𝑝.𝑠
p: Áp suất trong buồng lửa. Lò hơi dòng khí tự nhiên 𝑝 = 𝑝𝑎 = 1 at s: Bề dày hữu dụng của lớp bức xạ s = 3,6 ⋅ V2 Fv2 Thể tích lớp bức xạ V2 V2= 𝜋 ⋅dtr 2 4 ⋅ 1 ⋅ n2 = 𝜋 ⋅ 0, 0462 4 ⋅ 2,5 ⋅ 22 = 0,1 m 3 Diện tích các bề mặt bao bọc Fv2
Fv2 = 𝜋 ⋅ dtr ⋅ 1 ⋅ n2 = 𝜋 ⋅ 0,046 ⋅ 2,5 ⋅ 22 = 7,95 m2 s = 3,6 ⋅ V2 Fv2 = 3,6 ⋅ 0,1 7,95= 0,045 m k: Hệ số làm yếu tia bức xạ k = (0,78 + 1,6 ⋅ rH2O √pn⋅ s − 0,1) ⋅ (1 − 0,37 ⋅ 𝜃tb2 1000) Với pn = p ⋅ rn = rH 2O+ rRO 2 = 0,111 + 0,131 = 0,242 𝑘 = (0,78 + 1,6.0,111 √0,242.0,045 − 0,1) ⋅ (1 − 0,37 ⋅ 874 + 273 1000 ) = 5,22 Vậy: 𝑎 = 1 − 𝑒−5,22⋅1⋅0,045 = 0,21 Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 2𝛼𝑏
𝛼𝑏 = 𝛼ℎ ⋅ 𝐶𝑘⋅ 𝑎 = 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 vách 𝛼1
𝛼1= 67,36 + 101,61 = 168,97 kJ/m2 h∘C = 40,38kcal/m2 h∘C Vậy: Hệ số truyền nhiệt
k = 11 𝛼1+ 𝜀
= 1 1
40,38+ 0,015
= 25,15kcal/m2 h∘C
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 = k ⋅ Fv2⋅ Δ𝜃
Bt
• Fv2 : Diện tích bề mặt bao bọc của pass 2 Fv2= 7,95 m2 • 𝐵𝑡 : Tiêu hao nhiên liệu tính toán kg/h
• Δ𝜃 : Độ chênh lệnh nhiệt độ ∘C Δ𝜃max = 𝜃2v + 𝜃bh = 1058 − 170 = 888∘C Δ𝜃min = 𝜃2r + 𝜃bh = 690 − 170 = 520∘C Δ𝜃 = Δ𝜃max − Δ𝜃min ln (Δ𝜃max Δ𝜃min) = 888 − 520 ln (888520) = 687,67∘C 𝑄tr2 = k ⋅ Fv2⋅ Δ𝜃 Bt = 25,14.7,95.687,67 75,26 = 1826,2kcal/kg = 7645,93 kJ/kg Xác định ΔQ% giữa Qtr2 và Qcb2 ΔQ = Qcb2− Qtr2 (Qcb2+ Qtr2) ⋅ 0,5⋅ 100 = 7753,33 − 7645,93 (7753,33 + 7645,93) ⋅ 0,5⋅ 100 = 1,39% ΔQ < 2% : Nhiệt độ khói ra tại pass 2 là 𝜃2r = 690∘C
3.5. Tính toán nhiệt pass 3
Các kính thước sơ bộ
• Số ống pass 3: 𝑛3 = 30 ống
• Nhiệt độ khói vào pass 3: 𝜃3r = 690∘C • Chọn nhiệt độ khói ra pass 3: 𝜃3r = 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 và nhiệt lượng do nước hấp thụ nhiệt lượng do nước hấp thụ
Qcb3 = 𝜑 ⋅ (I3v− I3r + Δ𝛼 ⋅ Ikkl) Trong đó:
• 𝐼3𝑣 : Entanpi khói vào bề mặt đốt Ta có: 𝜃3𝑣 = 690∘C ⇒ I3𝑣 = 2956,95kcal/kg
• 𝐼3𝑟 : Entanpi của khói ra khỏi bề mặt đốt Tacó 𝜃3r = 410∘C ⇒ I3r = 1693kcal/kg
• Δ𝛼 : Lượng không khí lọt vào
Δ𝛼 = 𝛼0+ Δ𝛼0 Với: 𝛼0 = 1 : Hệ số không khí thừa trong buồng lửa Δ𝛼0= 0,05 : Lượng không khí lọt vào buồng lửa
Δ𝛼 = 𝛼0 + Δ𝛼0= 1,1 + 0,05 = 1,15 • 𝐼kkl : Entanpi của không khí lạnh
𝜃kkl = 30∘C ⇒ Ikkl = 98,88kcal/kg = 413,71 kJ/kg Qcb3 = 𝜑 ⋅ (I3v − I3r + Δ𝛼. Ikkl) = 0,98. (2956,95 − 1693 + 1,15.98,88) = 1350,12kcal/kg = 5648,86 kJ/kg 3.5.2. Hệ số truyền nhiệtk k = 1 1 𝛼1+ 𝛿b 𝜆b + 𝛿v 𝜆v+ 𝛿c 𝜆c+ 1 𝛼2kcal/m2 h∘C
• 𝛼1, 𝛼2 : Hệ số toả nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống cho nước Do 𝛼1≫ 𝛼2 :Cho nên nhiệt trở mặt trong ống có thể bỏ qua
• 𝛿b, 𝜆b :Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp tro xỉ và muội trên bề mặt ống 𝛿b
𝜆b = 𝜀 = 0,015 • 𝛿𝑣, 𝜆𝑣 : 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
𝛿𝑣 𝜆𝑣 = 0
• 𝛿𝑐, 𝜆𝑐 : 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.
𝛿𝑐 𝜆𝑐 = 0 Vậy có thể tính hệ số truyền nhiệt theo công thức:
k = 11 𝛼1+ 𝜀
W/m2 ⋅ K
Xác định hệ số toả nhiệt tù môi chất nóng cho vách 𝛼1 𝛼1= 𝜔 ⋅ 𝛼k+ 𝛼b
• 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 • 𝛼k : Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu (kJ/m2 h∘C) • 𝛼b : Hệ số toản nhiệt bằng bức xạ (kJ/m2 h∘C) Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 3𝛼𝑘
𝛼k = 𝛼h ⋅ C1⋅ Cvl • Xác định 𝛼ℎ
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 𝛼h = 20,8kcal/m2 h∘C = 87,03 kJ/m2 h∘C • Xác định 𝐶vl
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 3 𝜃tb3 = 𝜃v3 + 𝜃r3
2 =
690 + 410
2 = 550
∘C Tỷ lệ hơi nước với khói thải rH
Tra đồ thị 6.7 ta có 𝐶𝑣l = 0,8
• Xác định 𝐶1 Tỷ số chiều dài và đường kính ống lửa ở pass 3 là l dtr = 2,8 0,046= 60,87 Tra đồ thị 6.7 ta có 𝐶1 = 1 [TL1-T78]
Hệ số toả nhiệt đối lưu pass 3
𝛼k = 𝛼h ⋅ C1⋅ Cvl = 87,03 ⋅ 0,8 ⋅ 1 = 79,62 kJ/m2 h∘C Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 3𝛼𝑏
𝛼𝑏 = 𝛼ℎ⋅ 𝐶𝑘⋅ 𝑎 kJ/m2 h∘C • Xác định 𝛼ℎ
Nhiệt độ vách
𝜃v = 𝜃bh + 4. S + 60 = 170 + 4.2,5 + 60 = 240∘C Chọn nhiệt độ vách thấp nhất là 𝜃𝑣 = 250∘C
Nhiệt độ trung bình của khói ở pass 3: 𝜃tb3 = 550 ∘C
Tra đồ thị 6.12 ta có 𝛼ℎ = 54kcal/m2 h∘C = 225,94 kJ/m2 h∘C và Ck = 0,95 [TL1-T86] Xác định a
𝑎 = 1 − 𝑒−𝑘 .𝑝.𝑠
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 s = 3,6 ⋅ V3 Fv3 Thể tích lớp bức xạ V3 V3 = 𝜋 ⋅dtr 2 4 ⋅ l ⋅ n3 = 𝜋 ⋅ 0, 0462 4 ⋅ 2,8 ⋅ 30 = 0,14 m 3 Diện tích các bề mặt bao bọc Fv3
Fv3 = 𝜋 ⋅ dtr⋅ 1 ⋅ n3= 𝜋 ⋅ 0,046 ⋅ 2,8 ⋅ 30 = 12,14 m2 s = 3,6 ⋅ V3 Fv3 = 3,6 ⋅ 0,14 12,14= 0,042 m k: Hệ số làm yếu tia bức xạ k = (0,78 + 1,6 ⋅ rH2O √pn⋅ s − 0,1) ⋅ (1 − 0,37 ⋅ 𝜃tb3 1000) Với pn = p ⋅ rn = rH 2O+ rRO 2 = 0,111 + 0,131 = 0,242 k = (0,78 + 1,6.0,111 √0,242.0,042 − 0,1) ⋅ (1 − 0,37. 550 + 273 1000 ) = 6,54 Vậy: 𝑎 = 1 − 𝑒−6,54.0,042 = 0,24 Hệ số toả nhiệt bức xạ pass 3𝛼𝑏
𝛼𝑏 = 𝛼ℎ ⋅ 𝐶𝑘⋅ 𝑎 = 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 vách 𝛼1
𝛼1= 79,62 + 51,51 = 131,13 kJ/m2 h∘C = 31,34kcal/m2 h∘C Vậy: Hệ số truyền nhiệt
𝑘 = 11 𝛼1+ 𝜀
= 1 1
31,34+ 0,015
= 21,32kcal/m2 h∘C
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 =k ⋅ Fv3 ⋅ Δ𝜃3
Bt [ TL1 − T58 ]
• Fv3 : Bề mặt bao bọc tại pass 3 Fv3 = 12,14 m2 - 𝐵𝑡 :Tiêu hao nhiên liệu tính toán kg/h
• k: Hệ sô truyền nhiệt của bề mặt đốt tính toán kcal/m2 h∘C • Độ chênh lệnh nhiệt độ Δ𝜃∘C
Δ𝜃max = 𝜃3v+ 𝜃bh = 690 − 170 = 520∘C Δ𝜃min = 𝜃3r + 𝜃bh = 410 − 170 = 240∘C Δ𝜃 = Δ𝜃max − Δ𝜃min ln (Δ𝜃max Δ𝜃min) = 520 − 240 ln (520 240) = 362∘C 𝑄tr3 = k ⋅ Fv3⋅ Δ𝜃 Bt = 21,32.12,14.362 75,26 = 1244,95kcal/kg = 5212,36 kJ/kg Xác định ΔQ% giữa Qtr3 và Qcb3 ΔQ = Qcb3− Qtr3 (Qcb3+ Qtr3) ⋅ 0,5⋅ 100 = 5648,86 − 5212,36 (5648,86 + 5212,36).0,5 ⋅ 100 = 8,04% ΔQ > 2%
ΔQ > 2% : Nhiệt độ khói ra tại pass 3 là 𝜃3r = 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
ℎ𝑐= ±𝐻 ⋅ (𝜌𝑎 − 𝜌0 ⋅ 273 273 + 𝜃) • 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
• 𝜃k : Nhiệt độ trung bình của đường khói 𝜃k = 𝜃kv −1
2Δ𝜃. H • 𝜃kv : nhiệt độ vào ống khói 410∘C
Mức giảm nhiệt độ của khói qua 1 m chiều cao ống được xác định Δ𝜃 = C
Trong đó: • c: Hệ số thực nghiệm c = 1,05 • D: Sản lượng hơi 1 Tấn/h = 0.278 (kg/s) Δ𝜃 = 1,05 √0,278= 1,99 ∘C/m 𝜃 = 410 −1 2. 1,99.30 = 380 ∘C • 𝜌a : Khối lượng riêng của khống khí xung quanh
𝜌a = 0132 ⋅ 273 273 + 𝜃k = 0,132 ⋅ 273
273 + 30 = 0,12kgs
2/m4
• 𝜌0 : Khối lượng riêng của khói ở 0∘C và 760mmHg. 𝜌0 = 1 − 0,01. 𝐴 1𝑣 + 1,306. 𝑉0 𝑔. 𝑉𝑘 = 1 − 0,01.0,5 + 1,306.10,365 9,81.12,1785 = 0,12kgs 2/m4 Vậy: ℎ𝑐= 30.9,81. (0,132 − 0,12 273 273 + 380) = 24,08mmH2O 3.6.3. Tính toán trở lực Trở lực ma sát: Δhm = 𝜆 ⋅ l dol⋅ w2 2 ⋅ 𝜌N/m 2 • Pass 1: 𝜆 : Hệ số ma sát. 𝜆 = 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
𝜌: Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4 Δhm1= 0,02 ⋅ 2,5 0,548⋅ 142 2 ⋅ 0,116 = 1,037 N/m 2 • Pass2: 𝜆 : Hệ số ma sát. 𝜆 = 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
𝜌 : Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4
Δhm2 = 002 ⋅ 2,5 0,046⋅ 82 2 ⋅ 0,116 = 4,034 N/m 2 • Pass 3 𝜆 : Hệ số ma sát. 𝜆 = 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
𝜌 : Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4
Δhm3 = 002 ⋅ 2,8 0,046⋅ 72 2 ⋅ 0,116 = 3,46 N/m 2 Vậy: ∑ Δhm = Δhm1+ Δhm2+ Δhm3 = 1,037 + 4,03 + 3,46 = 8,527 N/m2 Trở lực cục bộ
Δhcb= 𝜉 ⋅w
2
2 ⋅ 𝜌N/m
2
• Tại đầu ra của Pass 1: 𝜉 : Hệ số trợ lực cục bộ. 𝜉 = 1,1
W: Tốc độ khói trong pass 1. w = 14 m/s
𝜌 : Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4
Δhcb1 = 1,1 ⋅14
2
2 ⋅ 0,116 = 12,5 N/m
2
• Tại đầu vào Pass 2: 𝜉 : Hệ số trợ lực cục bộ. 𝜉 = 2
w: Tốc độ khói vào pass 2. w = 6 m/s
𝜌: Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4 Δhcb2= 2 ⋅ 6
2
2 ⋅ 0,116 = 4,176 N/m
2
• Tại đầu ra Pass 2:
𝜉 : Hệ số trợ lực cục bộ. 𝜉 = 0,5
w: Tốc độ khói ra pass 2. Chọn w = 8 m/s 𝜌: Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4
Δhcb3 = 0,5 ⋅8
2
2 ⋅ 0,116 = 1,836 N/m
2
• Tại đầu vào Pass 3: 𝜉 : Hệ số trợ lực cục bộ. 𝜉 = 2
W: Tốc độ khói vào pass 3. Chọn w = 5 m/s 𝜌: Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4
Δhcb4 = 2 ⋅ 5
2
2 ⋅ 0,116 = 2,9 N/m
2
𝜉 : Hệ số trợ lực cục bộ. 𝜉 = 0,5 w: Tốc độ khói ra pass 3. w = 7 m/s
𝜌 : Khối lượng riêng của khói. 𝜌 = 0,116kgs2/m4 Δhcb5 = 0,5 ⋅7 2