Luận văn Đề tài: Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO) Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 4 Chương 1 :TÍNH TOÁN LÒ HƠI ĐỀ TÀI: Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO) có các thông số sau: Thông số hơi : - Áp suất : P = 5 bar - Sản lượng hơi : D = 5 Tấn/giờ Nhiên liệu dầu mazut/(FO) có các thành phần : C lv = 84,2% ; H lv = 11,5% ; S c lv = 1,4% ; O lv = 1,2% ; A = 0,1% ; W = 1,6%. C lv H lv S c lv O lv A W N lv 84,2% 11,5% 1,4% 1,2% 0,1% 1,6% 0% Với nhiệt độ nước cấp là t nc = 90 0 C; nhiệt độ nhiên liệu t nl = 90 0 C ; nhiệt độ không khí lạnh t kkl = 30 0 C . Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 5 PHẦN I: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ HIỆU SUẤT CỦA LÒ Với thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu là 1,4% ta có thể chọn sơ bộ nhiệt độ khói thải t k = 160 0 C (với nhiệt độ đọng sương là t đs = 135 o C). I.Thể Tích Không Khí Và Sản Phẩm Cháy.  Lượng không khí vừa đủ để đốt cháy một kg nhiên liệu: 3 0,0899.( 0,375. ) 0,265. 0,0333. 0,0899.(84,2 0,375.1,4) 0,265.11,5 0,0333.1,2 10,6243 / . o lv lv lv lv kk V C S H O m tc kg             Chọn hệ số không khí thừa : 1,1   với ( 1,1 1,15   )  Thể tích không khí thực tế đã đốt dầu FO: 3 . 1,1.10,6243 11,687 / o kk kk V V m tc kg      Thể tích sản phẩm cháy : 2 2 2 ( 1). oo k RO N H O kk V V V V V       Trong đó:  2 0,01866.( 0,375. ) lv lv RO V C S   3 0,01866.(84,2 0,375.1,4) 1,58 /m tc kg    2 0,79. 0,008. o o lv N kk V V N   3 0,79.10,6243 0,008.0 8,39 / .m tc kg    2 N V = 2 0 N V + 0,79. 0 ( 1). kk V   = 9,23 Nm 3 / m 3 tc  2 0,112. 0,0124.W 0,0161. o lv lv o H O kk V H V    3 0,112.11,5 0,0124.1,6 0,0161.10,6243 1,48 /m tc kg    Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 6  2 0,112. 0,0124.W 0,0161. . lv lv o H O kk V H V      3 0,112.11,5 0,0124.1,6 0,0161.1,1.10,6243 1,5/m tc kg    Suy ra 3 1,58 8,39 1,5 (1,1 1).10,6243 12,53 / k V m tc kg      0 02 0,21.( 1). t kk VV   = 0,223 Nm 3 / m 3 tc  ôkkh V = 22 02 t RO N CO V V V V   ( 22 - [3] ) = 10,2 Nm 3 / m 3 tc Bảng kết quả tính toán quá trình cháy o kk V Nm 3 / m 3 tc k V Nm 3 / m 3 tc ôkkh V Nm 3 / m 3 tc 2 RO V Nm 3 / m 3 tc 2 0 N V Nm 3 / m 3 tc 2 N V Nm 3 / m 3 tc 2 0 HO V Nm 3 / m 3 tc 2 HO V Nm 3 / m 3 tc. 10,6243 12,53 10,2 1,58 8,39 9,23 1,48 1,5 II.Entanpi Của Không Khí Và Sản Phẩm Cháy: Entanpi của khói với 1kg nhiên liệu được xác định bởi công thức. Khi 1,1   ta có : ( 1). ( / ) oo k k kk I I I KJ kg     Trong đó : o k I : là entanpi khói lý thuyết khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu với 1   2 2 2 2 2 2 .( . ) .( . ) .( . ) ( / ) o o o k RO p k RO N p k N H O p k H O I V C t V C t V C t KJ kg   1,58.282,488 8,39.207,784 1,48.243,084 2549,4 /kJ kg    Với: Nhiệt độ t k ( o C) (C.t) kk kJ/m 3 tc (C.t) RO2 kJ/m 3 tc (C.t) N2 kJ/m 3 tc (C.t) H2O kJ/m 3 tc (C.t) tro kJ/kg 160 208,724 282,488 207,784 243,084 134,28 o kk I là entanpi không khí lý thuyết khi 1   .( . ) 10,6243.1,3.30 414,35 / oo kk kk p kk I V C t kJ kg   Suy ra : 2549,4 (1,1 1).414,35 2590,83 / k I kJ kg    Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 7 Tương tự ta tính toán ở các nhiệt độ khác nhau ta được bảng entanpi cho khói như bảng sau: (Bảng 1). Bảng 1 t o C (Ct) kk (kJ/m 3 tc) 2 ()Ct RO (kJ/m 3 tc) 2 ()Ct N (kJ/m 3 tc) 2 ()Ct H O (kJ/m 3 tc) (Ct) tro (kJ/kg) ( / ) o k I kJ kg ( / ) o kk I kJ kg ( / ) k I kJ kg 100 129,95 170,03 129,58 151,02 81 1582,3536 1381,159 1720,4695 200 261,24 357,46 259,92 304,46 169,8 3202,2056 2762,318 3478,4374 300 394,89 558,81 392,01 462,72 264 4865,9637 4143,477 5280,3114 400 531,2 771,88 526,52 626,16 360 6576,3132 5524,636 7128,7768 500 670,9 994,35 683,8 794,85 458 8500,43 6905,795 9191,0095 600 813,36 1224,66 804,12 968,88 560 10134,85 8286,954 10963,545 700 958,86 1431,07 947,52 1144,84 662,5 11928,043 9668,113 12894,8547 800 1090,56 1704,88 1093,6 1334,4 768 13870,614 11049,272 14975,5416 900 1256,94 1952,28 1239,84 1526,13 825 15776,055 12430,431 17019,0981 1000 1408,7 2203,5 1391,7 1722,9 985 17742,243 13811,59 19123,402 Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 8 Bảng 1 (tiếp theo) 1100 1562,55 2458,39 1543,74 1925,11 1092 19723,9 15192,749 21243,1747 1200 1718,16 2716,56 1697,16 2132,28 1212 21729,757 16573,908 23387,148 1300 1874,86 2976,74 1852,76 2343,64 1360 23763,366 17955,067 25558,8723 1400 2032,52 3239,04 2028,72 2559,2 1585 25977,444 19336,226 27911,0666 1500 2191,5 3503,1 2166 2779,05 1758 27876,213 20717,385 29947,9515 1600 2351,68 3768,8 2324,48 3001,76 1880 29959,731 22098,544 32169,5856 1700 2512,26 4035,31 2484,04 3229,32 2065 32060,865 23479,703 34408,8357 1800 2674,26 4304,7 2643,66 3458,34 2185 34169,243 24860,862 36655,3296 1900 2836,32 4573,98 2804,02 3690,57 2385 36288,471 26242,021 38912,6733 2000 3000 4844,2 2965 3925,6 2514 38418,586 27623,18 41180,904 2100 3163,02 5115,39 3127,32 4163,04 2640 40565,091 29004,339 43465,5249 2200 3327,5 5386,48 3289,22 4401,98 2762 42710,164 30385,498 45748,714 Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 9 III.Cân Bằng Nhiệt Lò Hơi Ta có : 1 2 3 4 5 6 ( / ). dv Q Q Q Q Q Q Q kJ kg      ' 640,1( / ) 5 '' 2749( / ). 5 377,12( / ) 90 nc o nc i kJ kg P bar i kJ kg P bar i kJ kg tC             Ta tính được nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu : 339. 1030. 109( ) 25 339.84,2 1030.11,5 109(1,2 1,4) 25.1,6 40370,6( / ) lv lv lv lv lv lv th Q C H O S W kJ kg              Nhiệt trị nhiên liệu được hâm nóng lên 90 o C Q nl = C nl .t nl = 1,965.90 = 176,85 kJ/kg Với C nl = 1,74+0,0025t nl = 1,74+0,0025.90 = 1,965 kJ/kg.độ Nhiệt lượng đưa vào ứng với 1kg nhiên liệu 40370,6 176,85 40547,45( / ). lv dv th nl Q Q Q kJ kg     IV. Các Tổn Thất  Tổn thất do khói thải mang đi Q 2 4 2 ( )(1 ) 100 2590,83 455,78 2135( / ). k kkl k kkl q Q I I I I kJ kg          . .( ) 1,1.10,6243.1,3.30 455,78 o kkl kk kkl I V ct     kJ/kg Suy ra tổn thất 2 2 2135 .100 .100 5,27% 40547,45 dv Q q Q    Với tổn thất về hóa học q 3 = 1,5% ; tổn thất nhiệt do cơ học q 4 = 0% ; tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q 5 = 1,8% cho nồi không có bề mặt đốt phần đuôi ; tổn thất nhiệt do tro, xỉ q 6 = 0%. V.Hiệu suất của lò hơi: - Hiệu suất toàn phần của lò hơi (Hiệu suất của lò hơi) Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 10 23456 100 ( ) 100 (5,27 1,5 0 1,8 0) 91,4% q q q q q                - Hiệu suất buồng lửa ( Xét cho lượng nhiệt chứa trong dòng sản phẩm cháy từ buồng lửa). 2 90,4 5,27 96,7% bl q       - Hiệu suất quá trình cháy (xét cho quá trình biến đổi hóa năng thành nhiệt 5 96,7 1,8 98,5% ch bl q       VI.Tiêu hao nhiên liệu - Nhiệt cấp có ích cho lò 1 91,4.40547,45 . 37060( / ). 100 dv Q Q kJ kg     Chọn hệ số xả lò p = 3% . - Suy ra suất tiêu hao nhiên liệu B được tính : đối với dầu 11 3 .( '' ) .( ' ) 5.10 (2749 377,12) 150(640,1 377,12) 321( / ) 37060 nc x nc t D i i D i i BB QQ kg h          lv th Q kJ/kg Các tổn thất ; % η(%) B t (kg/h) q 2 q 3 q 4 q 5 q 6 40370,6 5,27 1,5 0 1,8 0 91,4 321 - Lượng tiêu hao nhiên liệu tính cho 1 tấn nhiên liệu : 1 321 64,2 / 55 t t B B kg h   Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 11 PHẦN II: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC LÒ HƠI  Diện tích sơ bộ Với năng suất bóc hơi riêng phần D 1 = 45 ÷ 50 kg/m 2 .h,và năng suất bốc hơi toàn phần D=5T/h ta tìm ra diện tích cần sinh hơi F=D/D 1 . Chọn D 1 = 50kg/m 2 .h Suy ra Tổng diện tích cần để sinh hơi: 1 5000 100 50 D F D    m 2 . Vậy diện tích thiết kế sơ bộ là 100 m 2 Nhiệt thế thể tích buồng lửa ta chọn theo kinh nghiệm trong khoảng 1800÷2300kW/m 3 Để tiết kiệm không gian buồng lửa cũng như giảm giá thành vật tư chế tạo ta chọn giá trị nhiệt thế có giá trị 1900kW/m 3 . Ta có . lv t th v BQ q V  =1900kW/m 3 . Suy ra thể tích buồng lửa tính sơ bộ là : . 321.40370,6 1,89 1900.3600 lv t th v BQ V q    m 3 .  Chiều dài ngọn lửa : Dựa vào đồ thị dưới đây ta chọn chiều dài ngọn lửa sơ bộ khoảng 3m Chiều dài ngọn lửa sẽ chiếm từ 75-80 % chiều dài cả ống lò ,vì vậy chiều dài ống lò trong trường hợp này chọn là 4 m. Ta tính được đường kính ống lò theo công thức sau : Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 12 2 . ( . ). 4 4. 0,78 . d V S l l V dm l       Thông số của ống lò : Chiều dài l (m) Đường kính d (m) 4 0,78  Xác định kích thước sơ bộ của lò :  Diện tích bức xạ trong buồng đốt : 2 . . 9,76 m bx F d l   Diện tích bức xạ này chiếm gần 10% tổng diện tích sinh hơi.  Diện tích dàn đối lưu : 2 90,24 dl bx F F F m     Ta chọn loại ống có đường kính φ = 51mm theo tiêu chuẩn. Với lò hơi loại đốt dầu ta chọn loại có 2 pass khói và chiều dài mỗi pass ống bằng chiều dài ống lò là l = 4 m Tổng số mét chiều dài ống là : 563,22 . dl dl dl F lm d   Tổng số ống sinh hơi đối lưu sơ bộ là : 140,8 4 dl l n  ống. Vậy số ống của mỗi pass trung bình sẽ là 70 ống. [...]... Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang Bảng kết quả tính toán kích thước cơ bản của lò STT THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ĐƠN VỊ KẾT QUẢ 01 Chiều dài buồng đốt mm 4000 02 Đường kính buồng đốt mm 780 03 Diện tích bức xạ bề mặt trong m2 9,76 04 Diện tích dàn đối lưu m2 90,24 05 Số ống sinh hơi đối lưu Số ống 140 06 Số ống trên một pass Số ống 70 Từ đây ta có thể phác thảo kích thước sơ bộ của lò với đầy đủ... m2 K  Tính 2 Vì lượng nước được bơm vào rất nhỏ so với lượng nước trong lò hơi nên ta có thể lấy nhiệt độ trung bình của nước gần bằng với nhiệt độ nước trong lò t2 = 1520C Tra phụ lục 7  4 ở nhiệt độ t2 = 1520C, ta được: 2  915kg / m3 2  68, 4.102 W / m.K v2  0,214.106 m2 / s Pr2  1,16 Chế độ nước chảy trong lò hơi: Re2  2 d v2 Trong đó: 2 - vận tốc trung bình của nước trong lò hơi, chọn:... lửa sẽ là : " tbl  1182o C - Tổng nhiệt lượng bức xạ trong buồng lửa : " Qb  Qo  I bl  39962  23001  16961kJ / kg GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 16 Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang IV.TÍNH TOÁN CÁC BỀ MẶT ĐỐI LƯU  TÍNH TOÁN SƠ BỘ DIỆN TÍCH TRUYỀN NHIỆT VÀ HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT CHO DÀN ĐỐI LƯU -Nhiệt lượng mà nước nhận được từ dòng khói: " Q1    I bl  I k   I kkl   0, 982  23001... 1 Trong đó: B - lượng tiêu hao nhiên liệu, B = 321 kg/h F - diện tích trao đổi nhiệt trong buồng sinh hơi, m2 k – hệ số truyền nhiệt, kcal/m2h0C t - độ chênh nhiệt độ, 0C  Tính độ chênh nhiệt độ: Vì nước và khói trong lò hơi chuyển động vuông góc với nhau nên độ chênh nhiệt độ được xác định theo công thức sau: t   t tnc 1 Trong đó: tnc - độ chênh nhiệt độ của sơ đồ chuyển động ngược chiều... được:  = 0,015 Vì đốt dầu nên ta có thể bỏ qua nhiệt trở của lớp cáu trên bề mặt ống GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 18 Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang Bề dày vách ống:  v = 3,2 mm Hệ số dẫn nhiệt của ống, ta chọn ống làm bằng thép 20K v = 38 kcal/m2h0C=159kJ/m2h0C  Tính 1 : Nhiệt độ trung bình của khói: " tbl  tk 1182  160 t1    6710 C 2 2 Nhiệt độ vách tính toán: tv = tb + 4.δong... 150mm Vì vậy khi tính thể tích ống lửa ta tính theo đường kính trung bình chính là đường kính của ống lửa đã tính chọn ban đầu.Diện tích ta tính gần đúng theo đường kính buồng lửa đã tính chọn ban đầu Chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là tbl  1200o C  Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa Q0  Qdv 100  q3  q6  Qk'  Qk 100 [1] Qk – nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ... giữa Qcb2 và Qtr2 : GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 34 Đồ Án Môn Học - Lò Hơi Q  Q2  SVTH : Nguyễn Hữu Quang Qtr 2  Qcb 2 100  Qtr 2  Qcb 2  0,5 1479,99  1475 1479,99  1475 0,5 100  0,34% Vì Q2 < 2% nên nhiệt độ ra pass 2 là: ' tra 2  4000 C 0 -0 0 - PHẦN V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC CẤP Số liệu ban đầu : Chọn đường kính trong của ống là... nhiệt sau khi ra khỏi pass 2 của lò hơi Nhiệt độ và entanpi vào bộ hâm nước: ' ' tk1  tvao 3  tra 2  4000 C I k1  I vao 3  7128, 78kJ / kg  Nhiệt lượng khói nhả ra trong bộ hâm nước: Qk   ( I k1  I k 2 ).Bt   0,982  7128, 78  2590,83  321  3600  397,35kW  = 0,982- hệ số bảo toàn nhiệt năng Bt = 321kg/h là lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán - Nhiệt độ tính toán trung bình của khói thải... bám bẩn bề mặt đối lưu Ta chọn:  = 0,015 Mặt khác:  2 >> 1 1 Nên : 2 . Đề tài: Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO) Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 4 Chương 1 :TÍNH TOÁN LÒ HƠI ĐỀ. HƠI ĐỀ TÀI: Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO) có các thông số sau: Thông số hơi : - Áp suất : P = 5 bar - Sản lượng hơi : D = 5 Tấn/giờ Nhiên liệu dầu mazut/ (FO). Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 13 Bảng kết quả tính toán kích thước cơ bản của lò STT THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ĐƠN VỊ KẾT QUẢ 01 Chiều