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 cho phép, van an toàn tự động mở, xả bớt hơi ra ngoài làm cho áp suất giảm xuống mức cho phép lúc đó van an toàn tự động đóng lại
Vị trí đặt van an toàn: Trong lò hơi van an toàn được đặt ở vị trí cao nhất khoang hơi của bao hơi.
Lò hơi có áp suất 15 at nên chọn 2 van lò xo, 1 van làm việc còn 1 van kiểm tra. Xác định kích thước van
n. d. h = A. D p Trong đó:
• n: Số lượng van an toàn 𝑛 = 2
• d : Đường kính trong của lỗ van (cm) • h: Chiều cao nâng lên của van
V an nâng lên không hoàn toàn nên d = 20 h • A: Hệ số tuỳ thuộc.
Van nâng lên không hoàn toàn 𝐴 = 0,0075 • D: Sản lượng hơi D = 1000 kg/h
• p: Áp suất tuyệt đối của hơi p = 15 at = 15,5 kg/cm2 Vậy đường kính của van là d = √20. D ⋅ A n ⋅ p = √ 20.1000.0,0075 2.15,5 = 2,2 cm = 22 mm Chọn van an toàn có đường kính 22 mm
4.1.2. Ông thuỷ
Nhiệm vụ: Ông thuỷ là một thiết bị rát quan trọng cho lò hơi, dùng để theo dõi mức nước trong lò. Ông thuỷ nối với lò hơi theo nguyên tắc bình thông nhau, một đầu của ống thuỷ đượC nối với khoang hơi, một đầu được nối với khoang nước, được nối sao cho mức nước trong lò nằm giữa ống thuỷ.
Ông thuỷ sáng: Ông thuỷ sáng cho phép nhìn thấy mức nước quá ống thuỷ tinh nếu là ống thuỷ tròn, hoặc qua tấm thuỷ tinh nếu là ống thuỷ dẹt, ống thuỷ tinh đều là ống chịu nhiệt. Theo quy phạm an toàn lò hơi mỗi lò hơi phải có ít nhất hai ống thuỷ đặt độc lập với nhau.
Ông thuỷ tối: Đối với những lò hơi nhỏ diện tích bề mặt đốt nhỏ hơn 100 m2 có thể cho phép thay thế một ống thuỷ sáng bằng ống thuỷ tố. Ông thuỷ tối thường gồm 3 van được nối với mức nước cao nhất, trung bình, và thấp nhất của lò.
Có hai loại ống thủy : ống thủy tròn và ống thủy dẹp • Ông thủy tròn có cấu tạo đơn giản nhưng rất dễ võ
• Ông thủy dẹp có cấu tạo phức tạp hơn nhiều, những rá́t tiện lợi và an toàn lúc công tác, vì nó được đặt trong khung bảo vệ bằng kim loại.
Là thiết bị để đo áp suất của hơi và nước trong lò hơi
Áp kế được đặt ở vị trí cao nhất trên thiết bị. Trên đường nối từ bao hơi ra áp kế phải đặt van ba ngã có ống xi phông. Trong ống xi phông có chưa nước hoặc không khí để bảo vệ đồng hồ khỏi bị môi chất phá hỏng. Ở ngã thứ ba của van sẽ nối đồng hồ mẫu để kiểm tra độ chính xác của đồng hồ đang dùng, kiểm tra xem đồng hồ có làm việc không
Trên mặt áp kế có thang chia độ, thang chia độ của đồng hồ được chọn theo áp suất làm việc của lò. Thông thường chọn giá trị lớn nhất của thang chia độ bằng 1,5 lần áp suất của lò và đường kính mặt áp kế không nhỏ hơn 150 mm. Áp kế của nồi hơi phải được kiểm định và niêm chì mỗi năm một lần hoặc sau mỗi lần sửa chữa. Ta chọn áp kế có thang đó là 22,5 at đường kính 150 mm
[TL7-T20]
4.1.4. Bơm nước cấp
Nhiệm vụ của bơm nước cấp: Bơm nước cấp có nhiệm vụ cấp nước cho lò trong quá trình lò làm việc. Mỗi lò hơi thường yêu cầu phải có ít nhất 2 bơm.
Cấu tạo của bơm nước cấp: Có hai loại bơm cấp, bơm piston và bơm ly tâm . Bơm pistong: Bơm pistong thường có áp suất cao nhưng sản lượng hơi không lớn nên thường dùng cho các lò hơi có áp suất nhỏ. Trong các xí nghiệp công nghiệp, ở các lò hơi nhỏ thường dùng bơm pittong chạy bằng hơi làm bơm dự trữ phòng khi mất điện
Bơm ly tâm: Các lò hơi của nhà máy nhiệt điện thường làm việc ở áp suất cao nên phải dung bơm ly tâm nhiều cấp.
Nhiệt độ nước cấp là 30∘C. Tra bảng thông số vật lý của nước [TL4-T520] Ta có 𝜌 = 995,7 kg/m3
𝑄𝑏 = 1,15. 𝑄𝑏 m3/h Trong đó: 𝑄Lh = 𝐷
𝜌 = 1.103
995,7 = 1,04 m3/h
Vậy lưu lượng của bơm là 𝑄𝑏 = 1,15. 𝑄lh = 1,15.1,04 = 1,2 m3/h Tổng cột áp của bơm
hb = 1,1. hlhmH2O Trong đó hlh = p
𝜌.g = 15.105
995,7.9,81= 153,57mH2O
Vậy tổng cột áp của bơm là hb = 1,1. hlh = 1,1.153,57 = 168,93mH2O