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 2 ⋅ 0,116 = 1,421 N/m 2 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: ℎ𝑐≥ 1,2Δ𝐻 ΔH = ∑ Δh ⋅ 𝜌0
0,132⋅ 760
hb N/m
2
• ∑Δh : Tổng các trở lực trên đường khói
∑ Δh = ∑ Δhm+ ∑ Δhcb = 8,537 + 22,853 = 31,33 N/m2
= 3,133mmH2O
• 𝜌0 :Khối lượng riêng của khói ở 0∘C và 760mmHg. 𝜌0 = 0,12kgs2/m4
• hb : Áp suất khí quyển. hb = 760mmHg ΔH = ∑ Δh ⋅ 0,12
0,132⋅ 760
760= 2,85mmH2O • hc : Lực hút tự nhiên của ống khói. hc = 24,08mmH2O Ta có:
ℎ𝑐≥ 1,2Δ𝐻
24,08 ≥ 1,2.2,285 = 2,742 (Thỏa điều kiện hút tự nhiên) Vậy lò hơi này không cần dùng quạt.
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.
𝑡𝑣 = 𝑡𝑏ℎ + 4. 𝑆 + 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 𝑡𝑣 = 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 𝜎𝑐𝑝 = 𝜂 ⋅ 𝜎𝑐𝑝∗
Trong đó:
• 𝜂 : 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 𝜂 = 1 - 𝜎𝑐𝑝∗ : Ú'ng suất cho phép của thép CT3 (kg/mm2)
Với tv = 250∘C Tra bảng 9.2 [TL1-T78] ta có 𝜎cp∗ = 12 kg/mm2 Vậy: 𝜎𝑐𝑝= 𝜂 ⋅ 𝜎𝑐𝑝∗ = 1.12 = 12 kg/mm2
Tính chiều dày thân lò
S = p ⋅ dt
200 ⋅ 𝜑 ⋅ 𝜎cp − p+ C Trong đó:
• p : Áp suất tính toán p = 15 bar
• dtr : Đường kính trong thân lò dtr = 1700 mm • 𝜑 :Hệ số bền vũng.
Sử dụng phương pháp hàn điện và hàn hơi bằng tay 𝜑 = 0,7 𝜎cp :Úng suất cho phép của kim loại 𝜎cp = 12 kg/mm2
S = p ⋅ dtr
200 ⋅ 𝜑 ⋅ 𝜎cp − p+ C =
15 ⋅ 1700
200 ⋅ 0,7 ⋅ 12 − 15+ C = 15,32 + C 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 𝑡𝑣 = 𝑡𝑏ℎ+ 4. 𝑆 + 60
= 170 + 4.0,008 + 30 = 230∘C
Trong tất cả các trường hợp đối với lò hơi nhiệt độ vách không nên chọn nhỏ hơn 250∘C. Vậy lấy 𝑡𝑣 = 250∘C
Úng suất cho phép của kim loại chế tạo ống lò
Úng suất cho phép của kim loại được tính toán như sau 𝜎 = 𝜂 ⋅ 𝜎∗
Trong đó:
• 𝜂 : Hệ số đặc trưng về cấu tạo và những đặc biệt trong vận hành của các bộ phận lò hơi. Ông lò bị đốt nóng 𝜂 = 0,5
• 𝜎𝑐𝑝∗ : Ú'ng suất cho phép của thép 20 K( kg/mm2) Với 𝑡𝑣 = 250∘C Trabảng 9.2 ta có 𝜎𝑐𝑝∗ = 13,2 kg/mm2
Vậy: 𝜎𝑐𝑝= 𝜂 ⋅ 𝜎𝑐𝑝∗ = 0,5 ⋅ 13,2 = 6,6 kg/mm2 Tính chiều dày ống lò
Thân lò có dạng hình trụ, chịu tác động từ bên trong
𝑠 = 𝑝 ⋅ 𝑑𝑡𝑟
400 ⋅ 𝜎𝑐𝑝 ⋅ [1 + √
a. l. 𝜎𝑐𝑝
𝑝 ⋅ (𝑑𝑡𝑟+ 1)] + 2 mm Trong đó:
• p : Áp suất tính toán p = 15 bar
• dtr : Đường kính trong ống lò lò dtr = 548 mm 𝜎cp : Úng suất cho phép của kim loại 𝜎cp = 6,6 kg/mm2
• a : Ông đặt nằm ngang a = 6,25 • 1: Chiều dài của ống lò 𝑙 = 2,5 Vây:
𝑠 = 15.548
400.6,6⋅ [1 + √6,25.2500.6,6
15.(548+1)] + 2 = 16,13 mm
Chọn chiều dày ống lò là 18 mm để đảm bảo bền
3.7.3. Tính sức bền cho ống lửa
Thông số tính toán
• Vật liệu chế tạo: Thép C20
• Áp suất tính toán 15 bar Nhiệt độ tính toán của vách ống lủa Nhiệt độ tính toán của vách ống lửa
𝑡𝑣 = 𝑡𝑏ℎ+ 4. 𝑆 + 60 = 170 + 4.0,025 + 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 𝑡𝑣 = 250∘C
Ứng suát cho phép của kim loại chế tạo ống lủa
Ứng suất cho phép của kim loại được tính toán như sau 𝜎𝑐𝑝 = 𝜂 ⋅ 𝜎𝑐𝑝∗
Trong đó:
• 𝜂 : Hệ số đặc trưng về cấu tạo và những đặc biệt trong vận hành của các bộ phận lò hơi.
Ông lửa 𝜂 = 0,7 • 𝜎cp∗ : Úng suất cho phép của thép C20 (kg/mm2)
Với 𝑡𝑣 = 250∘C Tra bảng 9.2 ta có 𝜎𝑐𝑝∗ = 13,2 kg/mm2 Vậy: 𝜎𝑐𝑝 = 𝜂 ⋅ 𝜎𝑐𝑝∗ = 0,7 ⋅ 13,2 = 9,24 kg/mm2
Tính chiều dày ống lửa
Chiều dày tối thiểu của ống lửa chịu áp suất ngoài được xác định bằng công thức: s = p ⋅ dng
200 ⋅ 𝜑 ⋅ 𝜎cp+ p+ C Trong đó:
• p: Áp suất tính toán p=15 bar
• dng : Đường kính trong thân lò dng = 51 mm • 𝜑 : Hệ số bền vũng.
Sử dụng phương pháp hàn điện và hàn hơi bằng tay 𝜑 = 0,7 𝜎𝑐𝑝 : Úng suất cho phép của kim loại 𝜎𝑐𝑝 = 9,24 kg/mm2
Vậy: S = p ⋅ dng 200 ⋅ 𝜑 ⋅ 𝜎cp+ p+ C = 15 ⋅ 51 200 ⋅ 0,7.9,24 + 15+ C = 0,58 + C Vì S <20mm Nên C = 1 [TL1-T180]. Ta có: s = 0,58 + 1 = 1,58 mm
Bề dày vách chịu áp lực từ bên ngoài sẽ không nhỏ hơn các giá trị trên bảng sau Bảng 3.4. Bề dày tối thiểu của vách ống
dngmm 38 51 70 90 108 Smin 1,75 2 2,5 3 3,5
Đối với ống lửa 51 mm. Chọn ống có đường kính ngoài là 2,5 mm
3.7.4. Tính độ bền lỗ khoét trên thân nồi
Thông số tính toán - Vật liệu chế tạo: Thép CT3 • Chiều dày thân nồi: 10 mm
• Áp suất tính toán: 15 bar
• Đường kính trong thân lò: dtr = 1700 mm
Lỗ khoét lớn nhất trên thân trụ không vượt quá 500 mm [TL7 - T77] • Chọn kích thước: Hình Elip 300 × 400
• Úng suất cho phép của kim loại 𝜎cp = 12 kg/mm2
Xác định hệ số bền vũng 𝜓 = 𝑝[𝑑𝑡𝑟+ (𝑠𝑡ℎ − 𝐶)] 200 ⋅ (𝑠𝑡ℎ − 𝐶) ⋅ 𝜎𝑐𝑝= 15[1700 + (10 − 1)] 200 ⋅ (10 − 1) ⋅ 12 = 1,19 Đuòng kính lón nhất của lố
𝜓 = 1,19 > 0,5 Đường kính lớn nhất của lỗ không gia cường được xác định theo công thức: 𝑑max = 1,2 ⋅ ( 4 3 ⋅ 𝜓− 1) ⋅ √(𝑑tr + 𝑠) ⋅ (𝑠 − 𝐶) = 1,2 ⋅ ( 4 3 ⋅ 1,19− 1) ⋅ √(1700 + 10) ⋅ (10 − 1) = 17,94 mm Mà kích thước lỗ người chui là 300 × 400 mm nên lỗ người chui này phải được gia cường
Kích thước các chi tiết gia cuòng
Kích thước của các chi tiết gia cường phải thoả mãn các điều kiện: ∑ F = fn + fop+ fha≥ (d − dm) ⋅ S0 Trong đó
• 𝑓𝑛 : diện tích gia cường bởi ống hàn nối vào thân mm2 fn = 2 ⋅ ℎn⋅ sn
Bề dày của ống nối sn = s = 8 mm Chiều cao của ống nối
𝑠𝑛 𝑑𝑛𝑔 = 8 400 ≤ 0,14 nên ℎ𝑛 ≤ √(𝑑𝑛𝑔 − 𝑠𝑛) ⋅ 𝑠𝑛 = √(400 − 8) ⋅ 8 = 56 mm Chọn ℎ𝑛= 56 mm fn = 2 ⋅ hn ⋅ Sn = 2 ⋅ 56 ⋅ 8 = 896 mm • fop : Diện tích gia cường bởi miếng ốp
Bề dày của miếng ốp 6 mm Chiều rộng của miếng ốp
𝑏𝑜𝑝 ≤ √(𝑑𝑡𝑟 − 𝑠𝑜𝑝) ⋅ (𝑠𝑜𝑝 − 𝐶) = √(1700 − 6) ⋅ (6 − 1) = 92,02 • Chọn bop= 80 mm
• fha : Diện tích gia cường bởi mối hàn, có thể bỏ qua fha= 0 • d : Đường kính lỗ khoét thực tế d = 300 mm
• dm Đường kính lỗ khoét lớn nhát không cần gia cường dm = 171,28 mm • S0 : Chiều dày nhỏ nhất của thân
S0 = p ⋅ dtr 200 ⋅ 𝜑 ⋅ 𝜎cp − p = 15 ⋅ 1300 200 ⋅ 0,7 ⋅ 12 − 15 = 11,71 mm Vậy 896 + 1104 + 0 = 2000,39 ≥ (300 − 171,28) ⋅ 11,71 = 1507,31 Các chi tiết gia cương thoả mãn yêu cầu bài toán đưa ra
3.7.5. Tính bền cho mặt sàn
Thông số tính toán
• Vật liệu chế tạo: Thép 20 K • Chiều dày mặt sàn sơ bộ 16 mm
Phần mặt sàn có các ống lửa
Để đảm bảo tính chắc chắn của mối nong chiều dày tối thiểu được xác định theo công thức sau
s = 5 +dng
8 = 5 + 51
8 = 11,38 mm < 16 mm Vậy chiều dày mặt sàn là 16 mm
Phần măt sàn không có ống lủa
s = 0,5 ⋅ d0⋅ √100 ⋅ 𝜎p
cp
Trong đó
• d : Đường kính của vòng tròn lớn nhất có thể vẽ lên vách phẳng đi qua tâm của cac thanh già̀ng d = 300 mm
• 𝜎𝑐𝑝 :Úng suất cho phép 𝜎𝑐𝑝 = 𝜂 ⋅ 𝜎𝑐𝑝∗ = 0,85 ⋅ 12 = 9,84 Với tv = 250∘C Trabảng 9.2 ta có 𝜎𝑐𝑝∗ = 12 kg/mm2 𝜂 = 0,85 𝜎𝑐𝑝 = 𝜂 ⋅ 𝜎𝑐𝑝∗ = 0,85.12 = 9,84 𝑠 = 0,5 ⋅ d0⋅ √100. 𝜎𝑝 𝑐𝑝 = 0,5.300 ⋅ √ 15 100.9,84= 18,52 mm Vậy chiều dày mặt sàn là 20 mm
3.7.6. Tính toán lóp bảo ôn cho Lò hơi
Đối với vật liệu bảo ôn sửa dụng cho trong chế tạo lò hơi những tính chất sau đây có ý nghĩa đặc biệt quan trọng: độ kín, tính xốp, tính đàn hồi, tính chịu nhiệt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt, tính bền chịu nhiệt độ, tính chịu lửa, đồ bền nhiệt, độ bền chịu xỉ đóng, tính thẩm khí. Sử dụng vật liệu bảo ôn cho lò hơi là bông thuỷ tinh (bông khoáng): gồm những sợ thuỷ tinh do nấu chảy đá khoáng, xỉ hay thuỷ tinh. Mật độ dòng nhiệt là: 𝑞 =𝜃𝑣 − 𝜃𝑘𝑘𝑙 𝛿𝑘𝑙 𝜆𝑘𝑙 + 𝛿𝑏0 𝜆𝑏0 Trong đó: • 𝜃𝑣 : Nhiệt độ vách thân lò. 𝜃𝑣 = 250∘C • 𝜃kkl : Nhiệt độ môi trường. 𝜃kkl = 30∘C
• 𝛿kl : Bề dày lớp kim loại thân lò. 𝛿kl = 10 mm
• 𝜆kl : Hệ dố dẫn nhiệt của thép CT3 ở 250∘C. 𝜆kl = 46,5 W/m.độ • 𝛿b
0 : Bề dày của lớp bảo ôn • 𝜆b
0 : Hệ số dẫn nhiệt của lớp bảo ôn.
Với 𝑞 =𝑄
𝐹 = 821,587
3,2 = 256,39
• Q: Nhiệt lượng tổn thất qua vách Q = Q5 = 821,587 W/m2
• F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
Lò hơi có đường kính d = 1700 mm, chiều dày thân lò 10 mm chiều dài lò hơi 3600 mm Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tại vách là
F = 𝜋 ⋅ 1,7.3,6 − 𝜋 ⋅ 1,5.3,4 = 3,2 m2 q = Q F = 821,587 3,2 = 256,39 W/m 2 Mà: 𝑞 =𝜃𝑣 − 𝜃𝑘𝑘𝑙 𝛿𝑘𝑙 𝜆𝑘𝑙 + 𝛿𝑏 0 𝜆𝑏0 = 250 − 30 46,5 + 𝛿𝑏 0 0,049= 256,39 ⇒ 𝛿𝑏0 = 0,032 m
Bảng 3.5. Kết quả tính toán các kích thước của lò hơi
Thông số tính toán Giá trị Đơn vị Vật liệu chế tạo Chiều dài thân lò hơi 3600 mm Thép CT3
Đường kính trong thân lò hơi 1700 mm Chiều dày thân lò 18 mm
Chiều dài ống lò 2500 mm Thép 20K Đường kính ngoài ống lò 548 mm
Chiều dày ống lò 18 mm Đường kính ngoài ống lửa 51 mm
Chiều dày ống lửa 2,5 mm Thép C20 Số ống lửa pass 2 22 ống
Chiều dài ống lửa pass 2 2500 mm Thép C20 Số ống lửa pass 3 30 ống
Chiều dài ống lửa pass 3 2800 mm Thép C20 Chiều dày lớp bảo ôn 32 mm Bông thuỷ tinh Chiều dày mặt sàn 20 mm Thép 20K Lỗ khoét thân nồi 300*400 mm
CHƯƠNG 4. TÍNH CHỌN CÁC THIÉT BỊ PHỤ VÀ XỬ LÝ NUỚC TRONG LÒ HƠI
4.1. Tính chọn các thiết bị phụ trong lò hơi4.1.1. Van an toàn 4.1.1. Van an toàn
Lò hơi là thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao, dễ gây ra hiện tượng phá huỷ thiết bị, không những ảnh hưởng đến kinh tế kĩ thuật mà còn ảnh hưởng đến an toàn của người vận hành. Van an toàn có tác dụng khống chế áp suất làm việc của môi chất không vượt quá trị số cho phép nhằm bảo vệ cho thiết bị làm việc an toàn và lâu dài. Khi lò hơi hoạt động bình thường, van an toàn đóng, khi áp suất vượt quá phạm vi