CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT NỒI HƠI
6.2. Tính nhiệt buồng đốt
Tính nghiệm nhiệt : Nhằm xác định lượng hấp nhiệt bức xạ Qb và nhiệt do khí lò ra khỏi buồng đốt θbd '' Trong thiết kế:
- Tính diện tích Hb và bố trí thế nào cho hợp lý
- Tính toán ở các mức khác nhau xem Qb có bảo đảm hay không 6.2.2. Đặc điểm trao nhiệt buồng đốt
1. Nhiệt độ buồng đốt cao hơn 1000 oC, lưu tốc bé, các mặt hấp nhiệt xung quanh buồng đốt có nhiệt trở, có muội đóng. Vì vậy, chỉ cần xét đến trao đổi nhiệt bức xạ.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt buồng đốt - Nhiệt tải buồng đốt
- Hình dạng, kích thước, diện tích bề mặt Hb, bề mặt bao quanh, diện tích mặt ghi.
- Kiểu buồng đốt
- Nhiệt độ không khí cấp lò và sự phân bố nhiệt trong buồng đốt - Bức xạ ngọn lửa do chất đốt tạo ra
3. Các loại ngọn lửa
- Ngọn lửa bùng sáng (đốt dầu, đốt than mỡ. Nguyên nhân bùng sáng do các hạt muội nóng đỏ): Ngọn lửa mà trong đó các thành phần tham gia bức xạ là khí 3 nguyên tử chẳng hạn như RO2, H2O, các hạt muội, tro nóng đỏ và các hạt cốc. Cường độ bức xạ nhiệt thuộc thành phần khí 3 nguyên tử và nồng độ, kích thước các hạt mượn.
- Ngọn lửa không bùng sáng: Ngọn lửa mà trong đó các thành phần tham gia bức xạ là các khí 3 nguyên tử, không có các hạt muội.
- Ngọn lửa 1/2 bùng sáng: vừa có các khí 3 nguyên tử và ít muội nóng đỏ.
6.2.3. Các phương pháp tính nhiệt buồng đốt 1. Phương pháp thực nghiệm
2. Phuơng pháp lý thuyết: giải các phương trình liên quan tới quá trình buồng đốt, kết quả chưa phù hợp với nhiều loại buồng đốt.
3. Phương pháp đồng dạng: Từ các phương trình lý thuyết liên quan đến quá trình buồng đốt, giải ra được các tiêu chuẩn đồng dạng tương tự. Sau đó, giải các điều kiện b cách căn cứ vào các thí nghiệm và cuối cùng được các công thức tính cho bất cứ loại NH nào.
6.2.4. Các thông số tính nhiệt buồng đốt 1. Nhiệt độ buồng đốt Tbđ”
Áp dụng lý thuyết tương tự của A.M Gurvic đưa ra thông số tương tự về nhiệt độ:
( , , ...)
''
o r e l
bđ f R R R
T
T =
θ = Trong đó:
Tl: nhiệt độ lý thuyết của sản phẩm cháy trong điều kiện cháy đoạn nhiệt. Sau khi tiến hành trên 1000 thí nghiệm với các loại NH khác nhau chúng ta rút ra được công thức áp dụng cho NHTT:
6 , 0 6 , 0
6 , 0 ''
o bđ x
o l
bđ
B a M
B T
T
= + θ =
l bđ T
T'' , được đo bằng độ Kelvin
Bo: Tiêu chuẩn tương tự Bolzmant (hằng số Bolzmant)
3
10 8
. 9 ,
4 b l
k t
o H T
C V B B
ξ ϕ
∑−
=
4,9.10-8 là hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối (Kcal/...K) 100
1− 95
ϕ= là hệ số giữ nhiệt
Mx: là hệ số xét tới nhiệt trường buồng đốt gồm mức độ bao trùm buồng đốt của ngọn lửa và tình hình hòa trộn không khí.
abđ: độ đen của buồng đốt Suy ra:
1
6 , 0 ''
+
=
o bđ x bđ l
B M a T T
Ngoài ra, còn tính theo công thức Lupxư Ghexic (cho NH đốt dầu)
' 1 ''
1
o l
bđ
B C T
T = −
θ =
ϕ ξ
o l b k t
o B
T H
C V
B = B∑− =
3 8 '
10 . 9 , 4
2. Diện tích bề mặt hấp nhiệt bức xạ có ích Hb và hệ số góc x Hb = xbl (m2)
Trong đó:
l: chiều dài ống nhiệt
b: Bề rộng bề mặt hấp nhiệt bức xạ
x: Hệ số góc, là tỷ số giữa năng lượng bức xạ nhận được trên năng lượng bức xạ tới.
≤1
=
t nhđ
E x E
) ,
( d
e d f S x= S: Bước ống
e: Khoảng cách từ tâm ống đến vách
51
Với nồi hơi ống nước:
Hb = bl x = 1
Hb = xbl (1÷2 lớp)
Hb": phần bề mặt buồng đốt tiếp xúc với ngọn lửa Với nồi hơi ống lửa:
) 1 ( z L D Hb =π bđ −
L D z F
π bđ
= F: Diện tích mặt vách trong không hấp nhiệt 3. Tỷ số đặt vách ống ψ
Là tỷ số giữa diện tích mặt hấp nhiệt bức xạ có ích trên diện tích bao quanh buồng đốt.
bt b
F
= H ψ ψ càng lớn →Qb ↑→Qđ ↑→Tbđ'' ↑
ψ quá lớn → lượng Qb quá nhiều → Tbđ'' giảm quá thấp → cháy không hoàn toàn → khi nhẹ tải đốt khó cháy.
ψ quá bé → Qđ ↑,Tbđ'' cao, tro nóng bám ống, tăng nhiệt trở của ống phá hoại sự tuần hoàn của nồi hơi.
Do đó, nồi hơi phải to và nặnghơn vì phải tăng độ dày và Hđ. 4. Độ dài tầng bức xạ (S) là quãng đường đi của tia bức xạ
Tia bức xạ đi quãng đường càng dài thì số lượng khí 3 nguyên tử và hạt muội nóng đỏ gặp trên đường đi càng nhiều. Cho nên năng lượng bức xạ bị giảm nhiều.
Độ dài tầng bức xạ của buồng đốt:
Lý thuyết:
bđ lt bđ
F S = 4V
Thực tế:
bđ lt bđ
F
S 4V
9 ,
=0
Hộp lửa 3
3 2
Vhl
S=
Bức xạ trong ống lửa:
- Không có ống sấy hơi: S dt 2
=1 - Có ống sấy hơi:
2
min
max S
S= S +
5. Độ dày tầng bức xạ quy đổi PS (m)
PS phản ánh sự ảnh hưởng của cường độ hấp nhiệt bức xạ vào mật độ các phân tử chất khí gặp trên đg tức là P và S.
6. Hệ số giảm yếu bức xạ K (1/m)
Dùng để xét đến sự hao hụt năng lượng bức xạ nhiệt trên đường đi của tia bức xạ - Ngọn lửa bùng sáng: 0,5
61000 , 1
'' −
= Tbđ
K (1/m)
- Ngọn lửa không bùng sáng: ( )
2
0 rH2O rCO
K
K = +
7. Độ đen của ngọn lửa dày vô tận: a
Độ đen là đạilượng đặc trưng cho khả năng bức xạ của vật a>→ E>
Đối với buồng đốt NH có S ≥ 2,5mm ta coi như có độ đen của ngọn lửa dày vô tận a = 1-e-kps
S max
Smin dr
8. Độ đèn của ngọn lửa: anl
Đối với buồng đốt NH có 5 < 2,5 m anl = β.a = β.(1-e-kps)
k: Hệ số giám yếu bức xạ. 1/m p: áp suất trong buồng đốt ata S: đồ dày có ích tầng bức xạ m
β: Hệ số tuỳ theo ngọn lửa thuộc loại cđ, phương pháp đốt lò Chọn theo bảng
9. Độ đen buồng đốt abđ
abđ ∈ loại chất đốt và sự bố trí bề mặt hấp nhiệt bức xạ - NH đốt dầu có bề mặt hấp nhiệt 1 phía
ψξ ξ ) 1 (
) 1
( 82 , 0
nl nl
nl nl
bd a a
a a a
− +
Ψ
= − .
0,82 : Năng lực hấp thụ của Hb
ξ: Hệ số muội cáu, tra theo bảng
- NH đốt dầu có bề mặt hấp nhiệt 4 phía abđ =
ψξ ) 1 (
. 82 , 0
nl nl
nl
a a
a
− +
10. Tiêu chuẩn Bofman
3 0 8
. . 10 . 9 , 4
. .
l
b T
H C V B B
ξ ϕ
−
= Σ
100 1 − 95 ϕ =
ϕ: Hệ số giữ nhiệt
B: Lượng tiêu dùng cđ (Kg/h) Nhiệt dung bình quân khí lò
"
"
"
"
.
bd l
bd l bd
l K bd
mv V c I I
C Q
V θ θ θ θ
θ
−
= −
− Σ
= − Σ
Sau đó quay lại phần 1
4,9 .10-8, Kcal/m2 hoK4 : Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối.
11. Tính Tbd" ở các tải trọng, oK:
"
" 3 *.
) 98 , 0 93 , 0
( bd
t
bd B
x Bt θ
θ = ≈
t bd" , B
θ : tải 100%
*
"* , t
nd B
θ : Tải nào đó:
12. Nhiệt lượng hấp thụ bức xạ
)
( l bd"
t
b B I I
Q = ϕ − , Kcal/h.
6.2.5. Trình tự tính nhiệt buồng đốt
Tính nhiệt buồng đốt bằng phương pháp gần đúng dần.
- Bước 1: Tính chất đốt để có các giá trị VK, VKK và I. θ
Chọn các tổn thất nhiệt, các thông số khác, Tính chọn θbđ rồi nghiệm lại.
- Bước 2: Ước chọn giá trị θbd" rồi từ giá trị đó tính các thông sốK, S, anl...
Tính Tbd" nghiệm lại xem có đúng không -> tính Qb = ϕ.Bt (Il- I”bđ).