V0 Nm3 /kg 10,365 r H2O 0,111
3.1.2. Entanpi của khơng khí và sản phẩm cháy
Entanpi của khói đối với 1 kg nhiên liệu được xác định bởi công thức:
Ik = Ik0 + ( − 1) ⋅ I0
Trong đó:
• Ik0 : Entanpi của khỏi lý thuyết khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu với
= 1
Ik0 = VRO2 ⋅ (c )CO2 + VN02 ⋅ (c )N2 + VH02O ⋅ (c )H2O
• c: Nhiệt dung của các loại khí (kcal/kg)
• : Nhiệt độ của các loại khí ∘C
Sử dụng các thơng số ở bảng Entanpi của sản phẩm cháy và khơng khí của nhiên liệu để tính Ik ta có bảng kết quả theo nhiệt độ:
Bảng 3.2. Kết quả tính tốn Entanpi theo nhiệt độ
Hình 3.1. Đồ thị nhiệt đọng sương của khói phụ thuộc vào nồng độ lưu huỳnh
Với thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu là 0,5% ta có thể chọn sơ bộ nhiệt khói thải k = 200 ∘C với nhiệt độ đọng sương là 130∘C
Cân bằng nhiệt được thiết lập đối với chế độ nhiệt ổn định của lị hơi cho 1 kg nhiên liệu.
Phương trình cân bằng nhiệt:
01= 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6( / )
Trong đó:
• 01 : Nhiệt lượng dẫn vào lị hay tổng nhiệt (kJ/kg)
• 1 : Nhiệt lượng sử dụng hữu ích để sinh ra hơi (kJ/kg)
• Q3 : Lượng tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về mặt hố học (kJ/kg)
Q4 : Lượng tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về mặt cơ học (kJ/kg)
• Q5 : Lượng tổn thất nhiệt do toả nhiệt tùù̀mặt ngồi tường lị ra khơng khí xum quanh (kJ/kg)
• Q6 : Lượng tổn thất nhiệt do xỉ nóng mang ra ngồi (kJ/kg)
3.1.4. Nhiệt lượng dẫn vào lị.
Nhiệt lượng dẫn vào lị được xác định theo cơng thức.
01 = th1 + k + n + f(kJ/kg)
Trong đó:
• th1 : Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu V ới nhiên liệu là dầu FO ta có:
1 = 339 ⋅ lv + 1030 ⋅ lv − 109 ⋅ (0lv − Slv ) − 25 Wlv
th = 339 ⋅ 85,3 + 1030 ⋅ 10,2 − 109 ⋅ (0,7 − 0,5) − 25.3
= 39325,90 kJ/kg
• Qk : Nhiệt lượng do khơng khí sấy nóng từ bên ngồi mang vào lị hơi Lị hơi khơng sử dụng bộ sấy khơng khí nên = 0
• : Nhiệt lượng vật lý của nhiên liệu
in = cn. n = 0,469.90
=42,21kcal/kg = 176,60 kJ/kg
• Qf : Nhiệt lượng do hơi phun sương dầu FO mang vào lò hơi. Lựa chọn phương pháp tán sương kiểu áp lực = 0
Nhiệt lượng dẫn vào lò 01 = 39325,9 + 0 + 176,606 + 0 = 39502,51 kJ/kg
3.1.5. Các tổn thất nhiệt trong lò hơi
Các tổn thất nhiệt trong lò hơi được biểu thị bằng giá trị tương đối
=
01 ⋅ 100%
Lượng tổ thất nhiệt do khói thải mang ra ngồi lị hơi q2
Q
q2 =
• : Entanpi của khói với khơng khí thừa và nhiệt độ ( kJ/kg). Với k = 200∘C tra bảng 3.2 Kết quả tính tốn Entanpi theo nhiệt độ
ta có:
= 803,4(kcal/kg) = 3361,426( kJ/kg)
• k : Hệ số khơng khí thừa k = 1,1
• I10 :Entanpi của khơng khí lạnh lý thuyết
I0 = V0. (C.t
1
= 98,26kcal/kg = 411,121 kJ/kg
• q4 : Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về mặt cơ học. Nhiên liệu sử dụng là dầu FO nên q4 = 0
2 =
(3361,426 − 1,1.411,121) ⋅ (100 − 0)
39502,51
Lương tổn thát nhiệt do cháy khơng hồn tồn về mặt hố học q3
3
3= ⋅100%
Nhiên liệu đốt là dầu FO: 3 = (1 ÷ 1,5)%. Chọn 3 = 1% Lương tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn toàn về mặt cơ học qu
Q4
q4 = Q10 ⋅ 100%
Nhiên liệu đốt là dầu FO
4 = 0
Lương tổn thát nhiệt do toả nhiệt tì mạt ngồi tưịng lị ra khơng khí xung quanh q5
Theo kinh nghiệm thực tiến chọn sơ bộ:
• Nhiệt độ bề mặt lị hơi: s = 70∘C = 343∘K
• Nhiệt độ mơi trường a = 30∘C = 303∘K
• Tốc độ gió: vm = 2 m/s
• Chọn lượng nhiên liệu tiêu hao B = 75 kg/h
• Chiều dài lị L = 3,3 m
• Đường kính lị D = 1,7 m
Diện tích Lị hơi
F= ⋅D⋅L+2⋅
Lượng tổn thất nhiệt do toả nhiệt từ mặt ngồi tường lị ra khơng khí xung quanh
= 0,548 ⋅ [( 5 = 0,548 ⋅ [( = 821,587 W/m2 = 706,565kcal/m2 = 11398,304kcal = 47690,504 kJ Vậy: 47690,50.100 = = 1,62% 5 39325,90.75
• Hệ số bảo toàn nhiệt năng:
= 1 −
Lương tổn thát nhiệt do xỉ nóng mang ra ngồi q 6
Nhiên liệu sử dụng là dầu FO nên 6 = 0
Tổng các tổn thát nhiệt trong lò hơi:
3.1.6. Hiệu suất và nhiên liệu tiêu hao của lị hơi
• Hiệu suất lị hơi
= 100 − ∑ = 100 − 9,98 = 90,02%
• Nhiệt lượng có ích.
1 = ⋅ 01 = 90,02% ⋅ 39325,9 = 35401,175kcal/kg
100 100
• Tiêu hao nhiên liệu cho lị hơi.
= ⋅( − )
⋅
Với p = 14.7 (bar) Tra bảng nước và hơi bão hồ, nội suy ta có : Ta có: i′ = 840.22 kJ/kg
i''=2791.4 kJ/kg
Với p = 14,7 (bar) và tnc = 30∘C. Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt [TL3-T520] và nội suy. Ta có: inc = 126,98 kJ/kg
B =
• Tiêu hao nhiên liệu tính tốnq4
Bt = B. (1 − ) = 75,26 kg/h Bảng 3.3. Kết quả tính tốn tổn thất nhiệt. 1(kJ/ 0 kg) 39325,9
3.2. Xác định sở bộ kích thước của lị hơi 3.2.1. Diện tích bề mặt truyền nhiệt của lị hơi.
• Lị hơi sử dụng là lị hơi phối hợp ống lị ống lửa có suất sinh hơi
0 = = 40 kg/m2 h
• Diện tích sơ bộ của lị hơi
D 1000
F = D0 = 40 = 25 m2
• Nhiệt thể tích tiết diện ngang
B ⋅ Qlvt
qF = Fbl
Với qF = 3500 ÷ 6000 kW/m2 Chọn qF = 3500 kW/m2
• Diện tích tiết diện ngang buồng lửa
Fbl =
• Đường kính buồng lửa là
Dbl = √Fbl⋅ 4 = √0,235 ⋅ 4 = 0,547 m2
3.2.2. Xác định kích thước ống lị.
Vật liệu chế tạo: Ơng lị là vật liệu tiếp xúc trực tiếp với lửa ở nhiệt độ cao nên dùng loại thép cacbon chuyên dụng là loại thép có mã hiệu 20 K được cuốn thành hình trụ và hàn dọc thành đường liền suốt
Xác định kích thước: Dựa vào đồ thị dưới đây ta chọn chiều dài ngọn lửa sơ bộ khoảng 2 m. Chiều dài ngọn lửa sẽ chiếm từ 75 − 80% chiều dài cả ống lị ,vì vậy chiều dài ống lị trong trường hợp này chọn là 2,5 m
Hình 3.2. Đồ thị xác định chiều dài ngọn lửa• Thể tích buồng lửa • Thể tích buồng lửa V bl • Đường kính ống lị dol = √ • Diện tích bức xạ trong lị Fbx = . dol⋅ = . 0,548.2,5 = 4,3 m2 3.2.3. Xác định kích thước ống lửa
Vật liệu chế tạo: Ơng lửa là bộ phần tiếp xúc với khói nóng nên dùng thép cacbon chất lượng cao, sử dụng thép mã hiệu C20 dày 2,5mm
Xác định kích thước
• Chiều dày vật liệu 2,5mm
• Đường kính trong dtr = 46 mm • Chiều dài ống lửa ở pass 2: 2,5 m • Chiều dài ống lửa ở pass 3: 2,8 m
• Diện tích đối lưu
Fdl = F − Fbx = 25 − 4,3 = 20,7 m2
• Tổng số mét chiều dài ống
l =
dl
• Tổng số ống lửa tối thiểu là.
n = ldl = 143,24 = 51.16 2,8 2,8 Chọn tổng số ống lửa là 52 ống • Bước ống ngang t Ta có t = 1 ÷ 1,5 Chọn t = 1,4 ⇒ t = 1,4.2.0,051 = 0,15 m 2.d 2.d
Trong đó : dng = 0,051( m) đường kính ngồi của ống l
ã Bc ng dc
Ta cú n = 2 ữ 3 Chọn n = 2,9 ⇒ n = 2,9.0,051 = 0,15 m
d d
• Để tiện cho việc lắp ráp và chế tạo ta chọn số ống pass 3 nhiều hơn pass
2 Số ống lửa trên pass 2 là: 22 ống Số ống lửa trên pass 3 là 30 ống Bố trí ống lủa
Hình 3.3. Bước ống ngang và bước ống dọc của ống lửa
Hình 3.5. Mặt cắt lị hơi
3.3. Tính tốn trao nhiệt trong buồng lửa3.3.1. Nhiệt hữu ích toả ra 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 khơng hồn tồn về mặt hố học q3 = 1% • 6 : Lượng tổn thất nhiệt do xỉ nóng mang ra ngồi 6 = 0
• k : Nhiệt lượng do khơng khí mang vào lị khi có sấy sơ bộ từ bên ngồi. Vì khơng sử dụng bộ sấy khơng khí nên = 0
• k′ : Nhiệt lượng do khơng khí mang vào buồng lửa
k′ = ( 0 − Δ 0 − Δ n) ⋅ 0′′ + (Δ 0 − Δ n) ⋅ kkl
Vói: 0 : Hệ số khơng khí thừa trong buồng lửa. Chọn 0 = 1,1
Δ n : Lượng khơng khí lọt vào hệ thống Δ n = 0
I" : Entanpi của khơng khí lý thuyết ở nhiệt độ ra khỏi bộ sấy khơng khí 0′′ = 0.
Ikkl : Entanpi của khơng 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 của nhiên liệu
Q −I0
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 tồn nhiệt năng = 0,98
• VCm : Tổng nhiệt dung trung bình của sản phẩm cháy 1 kg nhiên liệu.
• Bt : Tiêu hao nhiên liệu tính tốn 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 dịng khí tự nhiên p = pa = 1 bar s: Bề dày hữu dụng của lớp bức xạ ngọn lửa S = 3,6 ⋅ Vbl = 3,6 0,59 = 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
′ = HbF = 1
v
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 tốn 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 ngồi 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 tồn nhiệt năng
• 2 : Entanpi khói vào bề mặt đốt
Ta có: 2v = 1058∘C ⇒ I2v = 4732,89kcal/kg
• 2 : Entanpi của khói ra khỏi bề mặt đốt Ta có 2r = 690∘C ⇒ I2r = 2956,95kcal/kg
• Δ : Lượng khơng khí lọt vào
Δ =0 + Δ 0
Với: 0 = 1 : Hệ số khơng khí thừa trong buồng lửa
Δ 0 = 0,05 : Lượng khơng khí lọt vào buồng lửa
Δ = 0 + Δ 0 = 1,1 + 0,05 = 1,15
• kkl : Entanpi của khơng 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 + 1 kcal/m2 h∘C
• 1, 2 : Hệ số toả nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống cho nước Do 1 ≫ 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 ốngb
= = 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
• , : Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu trên bề mặt trong của ống Vì lị hơi u cầu nước phải thật sạch nên chiều dày của lớp cáu gần như khơng có.
= 0
Vậy có thể tính hệ số truyền nhiệt theo cơng thức:
1
k = 1 W/m2 ⋅ K
+ 1
Xác định hệ số toả nhiệt tù mơi chát nóng cho vách 1
1 = ⋅ k + b
• : Hệ số bao phủ tính đến giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do khơng được khói bao phủ tồn 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 rH2 O = 0,111
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 có h = 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. Lị hơi dịng khí tự nhiên = = 1 at s: Bề dày hữu dụng của lớp bức xạ
Diện tích các bề mặt bao bọc Fv2
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 = rH2 O + 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 mơi chất nóng cho vách 1
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 tốn kg/h
• k: Hệ sơ truyền nhiệt của bề mặt đốt tính tốn kcal/m2 h∘C
• Δ : Độ chênh lệnh nhiệt độ ∘C Δ = max Δ = min Δ = Δ max − Δ min ln ( tr2 = ΔQ 3.5. Tính tốn 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 ngồi 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