Đồ án Lò Hơi L Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh LỜI NÓI ĐẦU ò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, quốc phòng Nó không những được dùng trong các khu công nghiệp lớn như: nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp cơ khí,…mà còn được sử dụng trong các cơ sở sản xuất nhỏ để phục vụ sản xuất và những nhu cầu hàng ngày như: sưởi ấm, trong nhà máy dệt, sấy, nấu cơm,… Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị không thể thiếu được đồng thời là một thiết bị vận hành rất phức tạp, nó có nhiệm vụ sản xuất hơi quá nhiệt để cấp cho tuôc bin Trong lĩnh vực công nghiệp, lò hơi được dùng để sản xuất hơi nước Hơi nước dùng làm chất tải nhiệt trung gian trong các thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho sản phẩm Nhằm ôn lại kiến thức đã học về lò hơi ở học kỳ trước và để bước đầu làm quen với việc thiết kế lò hơi, trong học kỳ này em được nhận nhiệm vụ thiết kế lò hơi có sản lượng hơi 275 t/h Mặc dù em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của quý thầy cô giáo, có tham khảo một số tài liệu và trao đổi với bạn bè, nhưng do đây là lần đầu tiên em thiết kế lò hơi, kiến thức còn hạn chế và chưa có kinh nghiệm nên trong quá trình thiết kế chắc chắn không tránh khỏi sai sót Em kính mong nhận được sự góp ý và chỉ dẫn tận tình của quý thầy cô giáo để kiến thức của em được tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thiết kế Đoàn CÔng Quang SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 1 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CHẾ TẠO LÒ HƠI 1 Sản lượng định mức của lò hơi : D = 275 (T/h) 2 Thông số hơi: Áp suất đầu ra bộ quá nhiệt: pqn = 14 Mpa Nhiệt độ hơi quá nhiệt: tqn = 525oC 3 Nhiệt độ nước cấp: tnc = 230oC Nhiệt độ khói thải sau bộ sấy không khí: θkht = 120oC Nhiệt độ không khí nóng: tnkk= 300oC 4 Nhiệt độ không khí lạnh: θth = 30oC 5 Thành phần nhiên liệu: Tên thành phần Clv Hlv Olv Nlv Slv Alv Phần trăm (%) 85,33 10,35 0,8 0,73 2,67 0,12 6 Nhiệt trị thấp làm việc của dầu: 39740 kJ/kg SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 2 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh CHƯƠNG I XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LÒ HƠI 1.1 Phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa Do dùng nhiên liệu lỏng nên chọn lò hơi buồng lửa phun Lò hơi được bố trí theo kiểu chữ vì phổ biến nhất hiện nay do tận dụng được nguồn nhiệt của khói thải các thiết bị nặng như: quạt khói, quạt gió, bộ khử bụi, ống khói đều đặt ở vị trí thấp nhất 1.2 Chọn dạng cấu trúc và các bộ phận khác của lò 1.2.1 Dạng cấu trúc của pheston Kích thước cụ thể của pheston sẻ được xác định cụ thể sau khi xác định cụ thể cấu tạo của buồng lửa và các cụm ống xung quanh nó Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (trước pheston) được chọn theo mục 1.3.2 1.2.2 Dạng cấu trúc bộ quá nhiệt Chọn phương án sử dụng bộ quá nhiệt nữa bức xa do tqn=525oC 1.2.3 Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí Do buồng lửa đốt dầu nhiên liệu dể cháy nên nhiệt độ không khí nóng không cần cao lắm, chọ khoảng từ 150 – 200oC Nên ta chọn bộ hâm nước và bộ sấy không khí một cấp BHN nhận nhiệt lượng nhiều hơn nước có thể chảy phía trong làm mát các ống nên đặt trước BSKK (ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn) 1.2.4 Đáy buồng lửa Do đốt nhiên liệu lỏng nên đáy buồng lửa có dạng bằng 1.3 Nhiệt độ khói và không khí 1.3.1 Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò (θth) Là nhiệt độ khói ra khỏi BSKK tra bảng 1.1 [I] với nhiên liệu rẻ tiền, chọn θ th = 120oC nhờ đó nếu sau này sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao hơn vần hoạt động tốt 1.3.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (θ”th) Là nhiệt độ khói trước cụm pheston Chọn theo phân tích kinh tế kỹ thuật (không lớn hơn 1150oC) Chọn θ”th = 1100oC 1.3.3 Chọn nhiệt độ không khí nóng Được lựa chọn trên loại nhiên liệu và phương pháp đốt Buồng lửa đốt dầu là từ: 150 – 200oC Chọn tnkk= 150oC Sơ đồ cấu tạo tổng thể của lò hơi SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 3 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Chú thích: Hình 1 1 2 3 4 5 6 Bao hơi Bộ pheston Bộ quá nhiệt cấp II Bộ giảm ôn Bộ quá nhiệt cấp I Bô hâm nước SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 7: Bộ sấy không khí 8: Dàn ống sinh hơi 9: Vòi phun 10: Ống góp dưới 11: Phần đáy thải xỉ 12: Đường thoát khói 13: Bộ quá nhiệt nữa bức xạ Trang 4 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh CHƯƠNG II TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 2.1 Tính thể tích không khí lý thuyết Tính cho 1kg nhiên liệu lỏng (α=1) V0kk = 0,0889 ( Clv + 0,375 Slv ) + 0,265 Hlv – 0,033 Olv [m3tc/kg] = 0,0889 (85,33 + 0,375.2.67) + 0,265.10,35 – 0,033.0,8 = 10,3912 m3tc/kg 2.2 Thể tích sản phẩm cháy Khi quá trình cháy xảy ra hoàn toàn, sản phẩm cháy của năng lượng gồm: CO 2, SO2, N2, O2, H2O Trong quá trình tính toán người ta thường tính chung thể tích các khí 3 nguyên tử vì chúng có khả năng bức xạ rất mạnh: CO2, SO2 Kí hiệu: VRO2 = VCO2 + VSO2 Ở trạng thái lý thuyết người ta tính hệ số không khí thừa α=1( thực tế quá trình luôn xảy ra với α>1) 2.2.1 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết a) Khi cháy 1kg nhiên liệu lỏng VRO2 = VCO2 + VSO2 = 0,01866 ( Clv + 0,375Slv ) , m3/kg = 0,01866(85,33 + 0,375.2,67) = 1,611 m3/kg V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv ≈ 0,79 V0KK = 0,79.10,3912 = 8,21 m3tc/kg Lượng nước lý thuyết trong khói: V0H2O = 0,111.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161V0KK + 0,24.Gph , m3tc/kg = 0,111.10,35 + 0,0124 0 + 0,0161 10,3912 + 0,24.0,35 ,m3tc/kg SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 5 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh = 1,4 m3tc/kg Trong đó Gph là lượng hơi để phun dầu vào lò, thường Gph = 0,3 – 0,35 kg hơi/ kg dầu Lấy Gph = 0,35 kg hơi/ kg dầu Ở đây là nhiên liệu lỏng nên Wlv=0 Thể tích khói khô lý thuyết : V0kkho = VRO2 + V0N2 = 1,611 + 8,21 = 9,821 m3tc/kg Thể tích khói lý thuyết : V0K = V0kkho + V0H2O = 9,821 + 1,4 = 11,221 m3tc/kg 2.2.2 Xác định hệ số không khí thừa Hệ số không khí thừa phụ thuộc vào loại buồng lửa, nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và điều kiện vận hành Được chọn theo bảng 19[1] Ta tra được hệ số không khí thừa α=1,1 Lượng không khí lọt vào trong khói được xác định theo bảng 2.1[1] Bảng 2.1 Gía trị lượng không khí lọt vào trong đường khói ∆α STT 1 2 3 4 5 Các bộ phận của lò Buồng lửa phun Bộ quá nhiệt cấp (BQN) 2 Bộ quá nhiệt cấp 1 Bộ hâm nước Bộ sấy không khí Hệ số không khí lọt ∆α 0 0,025 0,025 0,02 0,05 Hệ số không khí thừa từng nơi trong buồng lửa được xác định bằng cách cộng hệ số không khí thừa của buồng lửa với hệ số không khí lọt vào các bộ phận đang khảo sát, được tính như sau: STT 1 2 3 Các bộ phận của lò Buồng lửa BQN cấp 2 BQN cấp 1 SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Hệ số không khí thừa Đầu vào α’ Đầu ra α” 1,1 1,1 1,125 1,125 1,150 Trang 6 Đồ án Lò Hơi 4 5 Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh BHN BSKK 1,150 1,170 1,170 1,220 2.3 Thể tích thực của sản phẩm cháy 2.3.1 Thể tích hơi nước VH2O = V0H2O + 0,0161 (α - 1 ) V0KK=1,4+0,0161(1,1-1).9,821=1,42 m3tc/kg 2.3.2 Thể tích khói thực : VK = Vkkhô + VH2O = V0kkho + (α - 1 ) V0KK + VH2O=9,821+(1,1-1).10,3912=12,28 m3tc/kg 2.3.3 Phân thể tích các khí - Khí 3 nguyên tử : rRO2 = VRO2/VK =1,611/12,28=0,13 - Hơi nước : rH2O = V0H2O/VK =1,4/12,28=0,114 2.4 Tính entanpi của khôg khí và khói Entanpi của không khí lý thuyết: Iokk = V0kk(Cpθ)kk ,[kJ/kg] trong đó: V0kk – thể tích không khí lý thuyết, m3tc/kg Ckk – nhiệt dung riêng của không khí, kJ/m3tcK θ - nhiệt độ không khí, oC Entanpi của khói lý thuyết: o o o I K = VRO2 (Cθ ) RO2 + VH 2O (Cθ ) H 2O + V N 2 (Cθ ) N 2 o o o o I K = I K + (α −1) I kk + I tr = I K + (α −1) I kk SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 7 , [kJ / kg ] , [kJ / kg ] Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh o o V N 2 = 8,21 ;V RO2 = 1,611 ; V H 2O = 1,4 S T T Đại lượng và công thức Kí tính hiệu Đơn vị ; V0kk = 10,391 Buồng lửa và cụm pheston BQN cấp 2 BQN cấp 1 BHN BSKK Kh 1,1 1,1125 1,1375 1,16 1,195 1 m3tc/k g 1,0391 1,169 1,4288 1,6626 2,0263 2 m3tc/k g 1,4167 1,4188 1,4230 1,4268 1,4326 1 m3tc/k 12,2601 g 12,39 12,6498 12,883 6 13,2473 13 rH 2O 0,1156 0,1145 0,1125 0,1107 0,1081 0 rRO2 0,1314 0,13 0,1274 0,1250 0,1216 0 rn 0,247 0,2445 0,2398 0,2358 0,2298 0 Hệ số không khí thừa α= 1 2 3 4 1 (α ' + α " ) 2 α trung bình Thể tích không khí thừa: Vth Vth = (α -1)V0kk Thể tích hơi nước thực tế: VH O VH2O = V0H2O + 0,0161(α 1 ) V0KK Thể tích khói thực tế: 0 VK =VH O + V 0 kkho + (α −1)Vkk VK 2 2 Phân thể tích hơi nước: 5 rH 2O = V 0 H2 0 VK Phân thể tích các khí: 6 7 rRO2 = VRO2 VK Phân thể tích các khí 3 nguyên tử rn = rH 2O + rRO2 Bảng 1-1: Đặc tính của sản phẩm cháy SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 8 Đồ án Lò Hơi Nhiệt độ Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh (C*q)RO2 (C*q)N2 (C*q)H2O (C*q)KK IoRO2 IoN2 IoH2O IoKK IoK q,oC kJ/m3tc kJ/m3tc kJ/m3tc kJ/m3tc kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 174,70 358,99 552,88 756,37 969,45 1192,13 1424,40 1666,27 1917,74 2178,80 2449,46 2729,71 3019,56 3319,01 3628,05 3946,69 4274,92 4612,75 4960,18 5317,20 5683,82 6060,03 129,01 260,23 393,66 529,31 667,18 807,25 949,54 1094,05 1240,77 1389,70 1540,85 1694,21 1849,78 2007,57 2167,58 2329,79 2494,22 2660,87 2829,73 3000,80 3174,09 3349,59 149,83 304,65 464,47 629,29 799,10 973,91 1153,71 1338,51 1528,31 1723,10 1922,89 2127,67 2337,45 2552,23 2772,00 2996,77 3226,53 3461,29 3701,05 3945,80 4195,55 4450,29 129,86 262,12 396,79 533,86 673,33 815,20 959,47 1106,14 1255,22 1406,70 1560,58 1716,86 1875,55 2036,64 2200,13 2366,02 2534,31 2705,00 2878,10 3053,60 3231,50 3411,80 281,44 578,34 890,69 1218,51 1561,78 1920,52 2294,71 2684,36 3089,48 3510,05 3946,08 4397,57 4864,51 5346,92 5844,79 6358,11 6886,90 7431,14 7990,85 8566,01 9156,63 9762,71 1059,15 2136,47 3231,97 4345,65 5477,51 6627,54 7795,75 8982,13 10186,70 11409,44 12650,35 13909,45 15186,72 16482,17 17795,79 19127,59 20477,57 21845,73 23232,06 24636,57 26059,25 27500,12 209,76 426,51 650,26 881,00 1118,74 1363,47 1615,20 1873,92 2139,63 2412,34 2692,04 2978,74 3272,43 3573,12 3880,80 4195,48 4517,15 4845,81 5181,47 5524,12 5873,77 6230,41 1349,41 2723,78 4123,11 5547,40 6996,66 8470,87 9970,03 11494,16 13043,25 14617,30 16216,31 17840,28 19489,21 21163,09 22861,94 24585,75 26334,51 28108,24 29906,92 31730,57 33579,17 35452,74 1550,34 3141,32 4772,93 6445,16 8158,03 9911,53 11705,66 13540,42 15415,80 17331,82 19288,47 21285,76 23323,67 25402,21 27521,38 29681,18 31881,62 34122,68 36404,37 38726,70 41089,65 43493,24 Bảng 1-2: Entanpi của khói và không khí SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 9 Đồ án Lò Hơi θ(0C) Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Gía trị BL&PT 100 200 300 400 500 Iok(kJ/kg) 1550,34 3141,32 4772,93 6445,16 8158,03 600 8470,87 9970,03 11494,16 13043,25 14617,30 16216,31 17840,28 19489,21 21163,09 22861,94 24585,75 26334,51 28108,24 29906,92 31730,57 33579,17 35452,74 11705,66 13540,42 15415,80 17331,82 19288,47 21285,76 23323,67 25402,21 27521,38 29681,18 31881,62 34122,68 36404,37 38726,70 41089,65 43493,24 BHN BSKK Khói thải 1,1125 1,1375 1,16 1,195 1,22 Ik(kJ/kg) Ik(kJ/kg) Ik(kJ/kg) Ik(kJ/kg) Ik(kJ/kg) 7332,75 9277,50 5576,93 7526,91 9522,38 Ik(kJ/kg) 1847,22 3740,55 5680,01 7665,59 11266,87 11563,35 9911,53 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 BQN1 1,1 Iokk(kJ/kg) 1349,41 2723,78 4123,11 5547,40 6996,66 BQN2 9279.76 11274,36 16720,13 18793,55 20910,10 23069,78 25272,59 27518,52 29807,57 32139,76 34515,07 36933,50 39395,07 41899,75 44447,57 47038,51 12827,29 14833,51 16883,17 18976,27 21112,81 23292,79 13315,18 15402,2 17535,48 19714,95 13300,86 Bảng 1-3: Entanpi của sản phẩm cháy theo nhiệt độ SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 10 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh + Lượng tiêu hao kim loại ít - Nhược điểm: + Chịu nhiệt độ khói thấp + Không bền dưới tác dụng ăn mòn của khói có nhiệt độ cao và mài mòn tro bay theo khói SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 54 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Bảng 13: ĐẶC TÍNH CỦA BỘ SẤY KHÔNG KHÍ Tên đại lượng Kí hiệu Đơ n vị Công thức & cơ sở Đường kính ngoài của ống d mm Chọn φ40x1, 5 2 Bước ống ngang S1 mm Chọn 65 3 Bước ống dọc S2 mm Chọn 48 4 Bước ống ngang tương đối σ1 S1/d ≥ (1,5÷1,9) σ1 = 65/40 1,6 5 Bước ống dọc tương đối σ2 S2/d ≥ (1÷1,2) σ2 = 48/40 1,2 6 Đường kính ống trung bình dtb mm 7 Số cụm ống theo chiều rộng đường khói n Cụm 8 Chiều rộng của mỗi cụm ống a1 mm 1800 9 Chiều sâu của mỗi cụm ống b1 mm 3000 STT 1 SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 55 Thay số Kết quả 38,5 Chọn 4 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh 10 Khoảng cách từ tâm ống ngoài đến vách e mm Chọn 50 11 Số dãy ống ngang của mỗi cụm ống Z1 dãy 28 12 Số dãy ống dọc của mỗi cụm ống Z2 dãy 63 13 Số ống trong mỗi cụm ống Z ống 1733 14 Chiều cao của ống Đoạn trên lt m Chọn giả thiết 3 Đoạn giữa lg m nt 3 Đoạn dưới ld m nt 3 15 Tiết diện khói đi qua F m2 16 Chiều rộng đường khói đi a m Đoạn trên ft m2 13,56 Đoạn giữa fg m2 13,56 Đoạn dưới fd m2 13,56 7,45 Thiết kế 9 Tiết diện đường không khí đi 17 SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Trang 56 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Diện tích bề mặt chịu nhiệt Ht m2 2515 Hg m2 2515 Đoạn dưới 19 Đoạn trên Đoạn giữa 18 Hd m2 2515 Tổng diện tích bề mặt chịu nhiệt HsI m2 7545 Bảng 14: TÍNH TRUYỀN NHIỆT CỦA BỘ SẤY KHÔNG KHÍ STT Tên đại lượng Kí Đơn SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 Công thức tính & cơ sở Trang 57 Thay số Kết Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh hiệu vị chọn quả kW Chương 7 19107,8 1 Lượng nhiệt hấp thụ của BSKK QsI θ'sI 0 2 Nhiệt độ đầu vào của khói θ'sI = θ''hn 340 Nhiệt độ đầu ra của khói θ"sI 0 3 Chương 7 130 Nhiệt độ khói trung bình θtbs 0 4 C 0,5.(θ'sI+θ"sI) 235 i'sI kJ/kg Chương 7 402,2 5 Entanpi của không khí cấp đầu vào i''sI kJ/kg Tra bảng 1-3 ứng t"sI = 1200C 6 Entanpi của không khí cấp đầu ra t'sI 0 7 Nhiệt độ không khí cấp đầu vào Nhiệt độ không khí cấp đầu ra t"sI 0 8 Thiết kế 120 ttbs 0 0,5.(t'sI+t"sI) 75 9 Nhiệt độ trung bình không khí cấp C C C 30 C SVTH : Đoàn Công Quang 10N1 C 2185 Trang 58 Đồ án Lò Hơi Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh 0 Nhiệt độ vách ống có bám tro tv C 155 11 Thể tích khói Vk 12 Tốc độ trung bình của khói ωtbk rH2O Bảng 1-1 0,114 13 Thành phần thể tích hơi nước trong khói rn Bảng 1-1 0,13 14 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử 15 Nồng độ tro bay trong khói μ 16 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách α1 W/m 20 C 17 Tốc độ của không khí ωkk m/s 50/TL[1] 10 Tra bảng 1.1 m/s ở đây do θ'sI=253