- Chiều dày của lớp vỏ thép CT 3:
e. Lượng nhiệt cần cấp khi khởi động lò.
V.5.3. Lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt
Khói thải sau khi ra khỏi buồng đốt có nhiệt độ là 1100oC, cần phải hạ nhiệt độ của khói để giúp quá trình xử lý tiếp theo được dễ dàng hơn. Mặt khác có thể tận dụng lượng nhiệt thu hồi này để đun nóng nồi hơi hay gia nhiệt cho không khí trước khi cấp vào lò đốt.
Khí sạch
Chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, thiết bị này có cấu tạo thân hình trụ, bên trong gồm các ống trụ rỗng liên kết tạo thành chùm.
Nguyên lý hoạt động: Nước chảy trong ống trụ rỗng đi từ trên xuống qua cửa 1, khí từ lò đốt qua cửa 2 vào thiết bị. Trong thiết bị xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa khí và nước, nước thu nhiệt và thoát ra ngoài qua cửa 3, khí sau khi trao đổi nhiệt thoát ra ở của 4.
Nhiệt độ khói thải được hạ xuống 200oC trước khi qua hệ thống xử lý khói thải. Nước có nhiệt độ tn = 25oC, sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm sẽ được nâng lên thành hơi nước quá nhiệt ở 2 at và 140oC.
Vậy chênh lệch nhiệt độ giữa hai lưu thể là:
Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là: .
Nhiệt độ trung bình của nước: Nhiệt độ trung bình của khói thải:
Khối lượng riêng của hỗn hợp khói thải được tính theo công thức:
Trong đó: là phần trăm thể tích của cấu tử i trong hỗn hợp là khối lượng riêng của cấu tử i trong hỗn hợp, kg/m3
Khối lượng riêng của cấu tử i trong hỗn hợp khí được xác định bằng công thức sau: , kg/m3
Trong đó: Mi là khối lượng phân tử của cấu tử i , kg/kmol T là nhiệt độ trung bình của khói, T = 273 + ttbk
P, P0 là áp suất khí quyển ở điều kiện làm việc và điều kiện chuẩn
Độ nhớt của hỗn hợp khí được tính bằng công thức:
Trong đó: là độ nhớt của hỗn hợp khí và cấu tử i , N.s/m2
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khói được tính bằng công thức:
Trong đó: là nhiệt dung riêng của cấu tử i trong hỗn hợp khói, J/kg
là tỷ lệ phần trăm khối lượng của cấu tử i trong hỗn hợp khói.
Bảng V.13: Khối lượng của hỗn hợp khói và cấu tử i trong hỗn hợp
Cấu tử i Hỗn hợp
520,61 3,27 9,47 5,28 2402,02 366,32 233,91 3540,88
% 14,7 0,09 0,27 0,15 67,84 10,34 6,61 100
Bảng V.14: Các thông số lưu thể khói ở nhiệt độ 543,7
Cấu tử i (kg/kmol) (kg/m3) (N.s/m2) (kcal/kg 44 9,544 14,7 0,657 360 0,31 30 0,003 0,09 0,447 366 0,27 64 0,104 0,27 0,954 346 0,24 36,5 0,107 0,15 0,544 300 0,21 28 68,059 67,84 0,147 366 0,28 18 16,137 10,34 0,268 300 0,53 32 6,015 6,61 0,477 435 0,27 Vậy ta có:
Khối lượng riêng của hỗn hợp khói thải là: Độ nhớt của hỗn hợp khói thải:
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khói thải:
• Chọn vật liệu và kích thước ống - Chọn ống làm bằng đồng
- Hệ số dẫn nhiệt của ống là:
- Đường kính trong của ống: dt = 0,06 m
- Chiều dày của ống:
• Hệ số cấp nhiệt của khói: [7]
Trong đó hệ số dẫn nhiệt của lưu thể khói [7] Vì khói lò thuộc loại nhiều nguyên tử nên
→
Mặt khác ta có
→ →
Chuẩn số [7] Trong đó:
là vận tốc dòng khí trong thiết bị, chọn là kích thước hình học chủ yếu, chọn L = dn
Với dn là đường kính ngoài của ống, dn = dt + 2. = 0,072 (m)
→ L = 0,072 (m)
→
Nu là lưu thể chảy bên ngoài ống chùm, trường hợp khi các ống xếp thẳng hàng ta có:
[7]
Trong đó trường hợp dòng chảy vuông góc với ống ta có
→
Vậy hệ số cấp nhiệt của lưu thể khói là:
• Hệ số dẫn nhiệt của đồng:
Lưu thể khí đi trong thiết bị chứa một lượng bụi, do vậy ta giả sử hai bên thành ống có một lớp bẩn với nhiệt trở là
Nhiệt trở của thành ống là:
Tổng nhiệt trở của thành và cặn bám là: Xét lưu thể chảy trong đường ống:
Nhiệt lượng do khói cấp vào:
→
Nhiệt lượng cần cấp để đưa nước từ 25oC lên 100oC: Nhiệt lượng cần thiết để hóa hơi nước ở 100oC:
Nhiệt biến hơi nước thành hơi quá nhiệt ở nhiệt độ 140oC: Trong đó:
là khối lượng của nước, kg/s là nhiệt dung riêng của nước,
[6]
là nhiệt hóa hơi của nước, [6]
là nhiệt lượng riêng của nước ở 2at và 140oC, [6]
Theo định luật bao toàn năng lượng thì nhiệt lượng cần thiết để đưa nước từ 25oC lên thành hơi nước quá nhiệt ở 140oC bằng nhiệt lượng mà khói lò cấp vào:
→
• Hệ số cấp nhiệt của lưu thể lỏng chảy trong ống: Trong đó:
: hệ số cấp nhiệt của nước, W/m2.độ
: tốc độ dòng chảy của nước trong ống, chọn A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ trung bình của nước Khi tn= 25oC thì A=175 [7]
: chênh lệch nhiệt độ giữa thành ống với nước : đường kính của ống chùm
: hệ số hiệu chỉnh theo tỷ số giữa chiều dài và đường kính trong của ống chùm, chọn ống truyền nhiệt có chiều dài l = 2m, ta có
→ Chọn [7] Chọn , vậy ta có
• Chênh lệch nhiệt độ giữa lưu thể khói và thành ống chùm: Tải nhiệt riêng của khói là:
• Chênh lệch nhiệt độ giữa hai thành ống:
• Chênh lệch nhiệt độ giữa thành ống với nước: Vậy hệ số cấp nhiệt của nước là:
Nhiệt thu của nước là:
Tải nhiệt riêng trung bình của quá trình truyền nhiệt
• Số ống trong thiết bị trao đổi nhiệt:
Chọn số ống theo tiêu chuẩn là 91 ống. Ống được xếp theo hình 6 cạnh, số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là b = 11 ống. Vậy số ống trên cạnh ngoài cùng là [7]
• Đường kính trong của thiết bị truyền nhiệt:
Trong đó:
t: bước ống, t = 1,2dn ÷ 1,5dn , chọn t = 1,2dn = 0,0864 (m)
→
Chọn chiều cao của phần trên và dưới ống là 0,5 m. Vậy chiều cao của thiết bị truyền nhiệt là
1
2
4
5