CHƯƠNG 3: TỔN THẤT NHIỆT NỒI HƠI
3.3. Cân bằng nhiệt của nồi hơi
Từ nguyên lý bảo toàn năng lượng thấy rằng nhiệt lượng mang vào buồng đốt Qmv nhất định phải bằng tổng của nhiệt độ có ích Q1 và nhiệt lượng tổn thất ra ngoài nồi hơi, hoặc bằng tổng các khoản chi về nhiệt.
Nhiệt lượng mang vào buồng đốt Qmv ngoài nhiệt lượng QHP do hóa năng chất đốt tỏa ra, còn có nhiệt lượng vật lý Qcđ của chất đốt, nhiệt lượng do không khí lạnh (chưa sưởi) Qkl mang vào, nhiệt lượng sưởi khí Qsk để sưởi không khí lạnh thành không khí nóng cấp lò (trường hợp không có bộ sưởi không khí Qsk = 0.
Trường hợp bộ sưởi không khí kiểu hơi nước hay bộ sưởi không khí kiểu khí lò đều có số hạng Qsk trong nhiệt lượng mang vào Qmv). Nhiệt lượng Qh của hơi nước cấp cho thiết bị buồng đốt.
B. Qmv = B (Qt + Qcd + Qkl + Qsk + Qh), Kcal/h (3.18)
Nhiệt lượng có ích cho nồi hơi gồm có nhiệt lượng hấp nhiệt bức xạ Qb nhận được tại buồng đốt, nhiệt lượng hấp nhiệt đối lưu Qđ nhận được tại các mặt hấp nhiệt đối lưu, nhiệt lượng sấy hơi Qsh để biến hơi bão hòa thành hơi sấy, nhiệt lượng hâm nước Qhn để hâm nước cấp nồi.
B. Q1 = B(Qb + Qđ + Qsh + Qhn), Kcal/h (3.19)
Nhiệt lượng chi ra gồm có: Nhiệt lượng do khói lò mang đi Ikl, tổn thất hóa học Q3, tổn thất cơ học Q4, tổn thất tản nhiệt Q5, tổn thất vật lý xỉ lò Q6. Đối với trường hợp có bộ sưởi không khí kiểu khí lò, còn phải tính thêm nhiệt lượng mà khí lò phải trao (phải chi) cho không khí tại bộ sưởi (số nhiệt lượng này có thể coi là bằng nhiệt lượng Qsk mà không khí hấp thụ được tại bộ sưởi không khí).
Qchi ra = B (Ikl + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qsk) (3.20a) Trường hợp không có bộ sưởi không khí hoặc có bộ sưởi không khí kiểu hơi.
Qchi ra = B (Ikl + Q3 + Q4 + Q5 + Q6) (3.20b)
Vậy phương trình cân bằng nhiệt của nồi hơi đối với 1 kg chất đối là:
Trường hợp có bộ sưởi không khí bằng khí lò.
Qt + Qcd + Qkl + Qsk + Qh = Qb + Qd + Qsh + Ikl + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qsk (3.21a)
Trường hợp có bộ sưởi không khí bằng hơi nước:
Qt + Qcd + Qkl + Qsk + Qh = Qb + Qd + Qsh + Ikl + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3.21b)
Từ sơ đồ cân bằng nhiệt của nồi hơi (hình 3.1) càng thấy rõ hơn nội dung và ý nghĩa của phương trình cân bằng nhiệt của nồi hơi.
Vai trò của bộ sưởi không khí kiểu khí lò trong cân bằng nhiệt nồi hơi:
Trong phương trình cân bằng nhiệt (3.21a), lượng hấp nhiệt Qsk của bộ sưởi không khí kiểu khí lò bị triệt tiêu vì đều có ở hai vế của phương trình như vậy trị số Qsk lớn hay bé không ảnh hưởng trực tiếp đến cân bằng nhiệt của nồi hơi.
Trong sơ đồ cân bằng nhiệt, nhánh sưởi không khí Qsk
là một đường vòng liền, như vậy trị số Qsk lớn, hay bé không ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt lượng có ích Q1 để biến nước cấp nồi thành hơi nước. Thật vậy Qsk không phải là một bộ phận hợp thành của Q1.
Nhưng không có nghĩa rằng bộ sưởi không khí kiểu khí lò, không có tác dụng gì đến hiệu suất và lượng sinh hơi của nồi hơi. Nhờ có nó, nhiệt độ khí lò tại buồng đốt và tại
t
N
xc x x nc gs gs nc hs hs
t
1 1
Q 100.
) i i ( D ) i i ( D ) i i ( D Q .
B ηQ η
− +
− +
= −
=
23 Hình 3.1. Sơ đồ cân bằng nhiệt nồi hơi 1. Năng lượng mang vào buồng đốt
2.3.4.5.6. Năng lượng hấp nhiệt bức xạ, hấp nhiệt đối lưu tại các bề mặt hấp nhiệt
7. Năng lượng có ích
8. Nhiệt lượng hấp nhiệt tại BSKKTK
2a.3a.4a.5a.6a.8a. Nhiệt lượng tỏa ra môi trường bên ngoài tại các bề mặt hấp nhiệt
9.Nhiệt lượng tỏa ra môi trường bên ngoài 10. Nhiệt lượng khói lò mang ra
1a. Tổn thất nhiệt cơ học (hóa học, cơ học, tro xỉ) (3.17)
các mặt hấp nhiệt đều tăng lên, làm cho các lượng hấp nhiệt Qb, Qsh, Qhn tăng lên tức là gián tiếp làm tăng nhiệt lượng có ích Q1, nhờ có nó làm cho phản ứng cháy thêm nhanh, quá trình cháy thêm hoàn toàn, làm tăng nhiệt tải dung tích buồng đốt, có thể giảm bớt hệ số không khí thừa, giảm tổn thất hóa học q3, kết quả làm tăng hiệu suất nồi hơi.
Nếu như toàn bộ nhiệt lượng mang vào buồng đốt Qmv sau khi đã khấu trừ các tổn thất Q3, Q4, Q6 đều chuyển hóa thành Entanpi của khí lò tại buồng đốt (tức là không trao đổi nhiệt bức xạ cho các mặt hấp nhiệt bức xạ, không tản nhiệt qua thành buồng đốt), thì khói lò tại buồng đốt có nhiệt độ lý thuyết T1 và Entanpi lý thuyết I1. Nhiệt độ lý thuyết và Entanpi lý thuyết của khói lò chỉ có thể đạt được trong quá trình cháy đoạn nhiệt, trong thực tế không thể nào đạt tới:
Il = QpH + Qcd + QKL + QSK + Qh - Q3 - Q4 - Q6
= Qmv - Q3 - Q4 - Q6, Kcal/kg (3.22) Trị số của nhiệt độ cháy lý thuyết Tl thì căn cứ vào trị số của I1 tính theo công thức:
( IV ) 273 K
T 0
c 1 1
1 = +
∑ (3.23)
Liên hệ giữa Ikl với Q2:
Phương trình cân bằng nhiệt nồi hơi (3.18) còn có thể viết:
Qt + Qcd + Qkl + Qsk + Qh = Qb + Qd + Qsh + Qhn + Qkl + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qsk 3.24) So sánh (3.24) với 3.21a):
Q2 = Ikl - Qcd - QKL - Qh (3.25)
Từ phương trình cân bằng nhiệt phía khí lò có thể tính được lượng hấp nhiết cho các bộ phận.
Qb = B1 (Qmv - I"bd). ϕb (3.26) QI = B1 (I"bd - I"I). ϕI (3.27) Qsh = Bt (I"I - I"sh) . ϕsh (3.28) QII = Bt ("sh - I"II) . ϕII (3.29) Qhn = Bt (I"II - I"hn). ϕhn (3.30) Trong đó:
- Qb, QI, Qsh, QII, Qhn- lượng hấp nhiệt của mặt bức xạ, của cụm ống nước sôi I, của bộ sấy hơi, của cụm ống nước sôi II, của bộ hâm nước Kcal/h;
- Qmv- nhiệt lượng có ích mang vào buồng đốt (vào cụm I), ra cụm I (vào bộ sấy hơi) ra bộ sấy hơi (vào cụm II), ra cụm II (vào bộ hâm nước tiết kiệm, ra bộ hâm nước (vào bộ sưởi không khí hoặc ống khói), Kcal/h;
- Bt- lượng tiêu dùng chất đốt tính toán, kg/h;
- ϕ- hệ số giữ nhiệt.
Gộp (3.26) đến (3.30) được lượng hấp nhiệt có ích.
B. Q1 = Qb + QI + Qsh + QII + Qhn = Bt (Qmv - I"hn), Kcal/h (3.31)
Sử dụng phương trình cân bằng nhiệt nhiệt nồi hơi có thể tính nghiệm lượng hấp nhiệt của mỗi mặt hấp nhiệt lượng sinh hơi của nồi hơi, hiệu suất nồi hơi.
Tính nghiệm lượng sinh hơi DN của nồi hơi:
nc x
gs hn II I b
N i i
Q Q Q Q D Q
−
+ + +
= + , kg/h (3.32)
Trong đó: Qb, QI, QII, Qhn, Qgs- lượng hấp nhiệt trong mỗi giờ của mặt hấp nhiệt bức xạ của cụm ống sôi I, của cụm ống nước sôi II, của bộ hâm nước tiết kiệm, của bộ giảm sấy, Kcal/h.
ix- entanpi của hơi bão hòa ẩm có độ khô x, Kcal/kg;
ix = i" - r 100
x 1−
i"- entanpi của hơi bão hòa khô, Kcal/kg;
r- suất nhiệt bốc hoi, Kcal/kg.
Chú ý rằng trong phương trình trên không có lượng nhiệt sưởi không khí Qsk và lượng nhiệt sấy hơi Qsh. Tính nghiệm hiệu suất nồi hơi:
N =
η P
H
sh gs hn II I b
Q . B
Q Q Q Q Q
Q + + + + +
(3.33)
Chú ý rằng trong phương trên không có lượng nhiệt sưởi không khí Qsk. Nếu Qsk đã tính với toàn lượng sinh hơi DN thì không cần cộng thêm số hạng Qgs nữa, nếu Qsh chỉ tính với lượng hơi sấy Dhs thì phải cộng thêm Qgs.
Tính nghiệm lượng hấp nhiệt QI, QII:
QI + QII = DN (ix - i"n) - Qb, Kcal/h (3.34) Trong đó: i"n- entanpi của nước ra bộ hâm nước tiết kiệm, Kcal/kg.
Câu hỏi ôn tập
6. Trình bày các tổn thất nhiệt trong nồi hơi. Các biện pháp hạn chế các tổn thất nhiệt đó ? 7. Trình bày khái niệm hiệu suất nhiệt nồi hơi. Các biện pháp làm tăng hiệu suất nhiệt nồi hơi ?
25