3. CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG CÁC
3.2. Tính toán c n bằng nhiệt và hiệu suất của lò đốt, lò hơi
Tính toán cân bằng nhiệt của lò đốt, lò hơi thông thường có các phương pháp chủ yếu sau đây được sử dụng như:
Phương pháp API 560: tính theo phương pháp của Viện Dầu Khí Hoa Kỳ;
Phương pháp Input/Output: tính theo tổng nhiệt vào và tổng nhiệt ra.
Hai phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Các ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp được đưa ra trong Bảng 3.1 bên dưới.
Bảng 3.1. So sánh hai hương há In ut/Out ut và API 560
Phương pháp Input/Output API 560
Yêu cầu
Lưu lượng và thành phần
nhiên liệu Nhiệt độ khói thải
Lưu lượng, nhiệt độ và áp
suất của các dòng công nghệ Lượng không khí dư Enthalpy của các dòng công
nghệ Tính chất nhiên liệu
Ước tính lượng nhiệt mất mát
Các bước thực hiện
Xác định nhiệt hấp thụ bởi
các dòng công nghệ Tính lượng không khí dư Xác định nhiệt sinh ra từ
nhiên liệu
Tính toán nhiệt hấp thụ bởi dòng công nghệ
Tính toán nhiệt sinh ra từ nhiên liệu
Tính toán hiệu suất Tính toán hiệu suất Ưu điểm/
Nhược điểm Độ chính xác không cao Độ chính xác cao Khuyến cáo Không nên sử dụng để kiểm
tra vận hành của lò đốt
Sử dụng để kiểm tra vận hành của lò đốt
Trong phần tính toán này, phương pháp API 560 được lựa chọn để thực hiện tính toán hiệu suất lò.
3.2.1. Tính toán nhiệt trị th p của hỗn h p nhiên liệu [7]
Nhiệt trị thấp của hỗn hợp nhiên liệu được tính theo công thức:
Trong đó:
hL : Nhiệt trị thấp của hỗn hợp nhiên liệu, Kcal/kg hLo : Nhiệt trị thấp của dầu đốt, Kcal/kg
hLg : Nhiệt trị thấp của khí đốt, Kcal/kg rfo : Tỉ lệ của dầu trong hỗn hợp, %kl rfg : Tỉ lệ của khí trong hỗn hợp, %kl
3.2.2. nh toán lư ng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg hỗn h p nhiên liệu Tính toán lượng không khí cân thiết và các khí sinh ra theo công thức:
Trong đó:
mL : Khối lượng không khí cần thiết đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, kg/kg mLo : Khối lượng không khí cần thiết đốt cháy dầu đốt, kg/kg mLg : Khối lượng không khí cần thiết đốt cháy khí đốt, kg/kg 3.2.3. nh toán lư ng không khí thừa và hàm ẩm không khí
Khối lượng nước chứa trong một kg không khí:
Trong đó:
mam : Khối lượng ẩm trong không khí, kg/kg
Ph : p suất riêng phần hơi nước trong không khí, kPa Pkk : p suất không khí, kPa
RH : Độ ẩm tương đối, %
MWkk : Khối lượng phân tử trung bình của không khí MWH2O : Khối lượng phân tử nước
Lượng không khí ẩm cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu:
Trong đó:
mkka : Khối lượng không khí ẩm, kg/kg mkkk : Khối lượng không khí khô, kg/kg
Lượng ẩm đưa vào lò ứng với mỗi kg nhiên liệu:
mam = mkka – mkkk
Lượng nước sinh ra sau khi đốt cháy 1kg nhiên liệu:
mH2O = mch + mam + mhơi Trong đó:
mH2O : Khối lượng nước sau khi đốt cháy 1kg nhiên liệu, kg/kg mch : Khối lượng nước sinh ra do quá trình cháy, kg/kg
mhơi : Khối lượng nước do hơi nước hoá hơi nhiên liệu mang vào, kg/kg với mhơi = 799/8518 = 0,0938 kg/kg nhiên liệu
mH2O = 1,83 + 0,273 + 0,0938 = 2,192 kg/kg nhiên liệu Lượng kh ng khí thừa trên một kg nhiên liệu:
Trong đó:
ma_ex : Lượng không khí thừa, kg/kg nhiên liệu
%O2_ex : Hàm lượng oxy trong khói thải, %tt
%O2_kk : Hàm lượng oxy trong không khí, %tt msN2 : Lượng N2 sinh ra, kg/kg nhiên liệu msCO2 : Lượng CO2 sinh ra, kg/kg nhiên liệu msH2O : Lượng H2O sinh ra, kg/kg nhiên liệu
Phần trăm không khí thừa:
% không khí thừa = ma_ex/mL
Tổng lượng nước sinh ra khi đốt cháy một kg nhiên liệu : mH2O_hiệu chỉnh = (%không khí thừa/100) x mam + mH2O 3.2.4. Tính toán nhiệt th t thoát theo dòng khói th i
Nhiệt mất mát do khói thải mang ra khỏi lò được tính theo công thức:
Hs = ∑mx x Hx Trong đó:
Hs : Nhiệt khói thải mang ra khỏi lò đốt
mx : Khối lượng các cấu tử có trong dòng khói thải Hx : Enthalpy của các cấu tử trong dòng khói thải
Enthalpy của các cấu tử trong dòng khói thải được tra từ giản đồ ở Hình III.1 và Hình III.2 như bên dưới.
Hình 3.1. Enthal y của hơi nước, CO2, CO và SO2 theo nhiệt độ
Hình 3.2. Enthal y của N2, không khí và O2 theo nhiệt độ
3.2.5. Tính toán nhiệt do các c u tử mang vào lò
Nhiệt do không khí mang vào:
Trong đó:
∆ha : Nhiệt do không khí mang vào, kJ/kg
cpa : Nhiệt dung riêng của không khí, kJ/(kg.oC) Ta : Nhiệt độ không khí vào lò, oC
Td : Nhiệt độ chuẩn, Td = 15,6 oC ma : Khối lượng không khí, kg mf : Khối lượng nhiên liệu, kg
Tính toán nhiệt do nhiên liệu mang vào lò:
Trong đó:
∆hf : Nhiệt do nhiên liệu mang vào, kJ/kg
cpf : Nhiệt dung riêng của nhiên liệu, kJ/(kg.oC) Tf : Nhiệt độ nhiên liệu vào lò, oC
Nhiệt lượng tổng của nhiên liệu tính theo công thức:
Tính toán nhiệt do hơi hóa hơi nhiên liệu mang vào:
Trong đó:
∆hm : Nhiệt do hơi hóa hơi nhiên liệu mang vào, kJ/kg Em : Enthalpy của hơi ở điều kiện vào lò, kJ/kg Emd : Enthalpy của hơi ở điều kiện chuẩn, kJ/kg 3.2.6. Nhiệt m t mát ở khu vực bức xạ
Trong tính toán này, nhiệt thất thoát ở khu vực bức xạ được lấy là 2% nhiệt trị thấp do nhiên liệu mang vào.
Trong đó:
∆hr : Nhiệt thất thoát ra môi trường, kJ/kg hL : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg
Xloss : Phần trăm thất thoát, % 3.2.7. Hiệu su t lò
Hiệu suất lò đốt được tính toán dựa theo công thức:
Trong đó:
hL Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg
∆ha Nhiệt do không khí mang vào, kJ/kg
∆hf Nhiệt do nhiên liệu mang vào, kJ/kg
∆hm Nhiệt do hơi nước mang vào, kJ/kg
∆hr Nhiệt thất thoát ở khu vực bức xạ, kJ/kg hs Nhiệt thất thoát theo khói thải, kJ/kg
e Hiệu suất của lò đốt, %