Đề tài: THIẾT KẾ LÒ HƠI ỐNG NƯỚC ĐẶT ĐỨNG GVHD: T.S Nguyễn Thanh Hào GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang MỤC LỤC Trang Mục lục Chương : Tính toán nhiệt lò I Thành phần nhiên liệu • Thành phần khô nhiên liệu • Thể tích không khí sản phẩm cháy • Entapi không khí sản phẩm cháy II Cân nhiệt lò III Tính toán nhiệt trao đổi buồng lửa IV Tính toán bề mật đối lưu • Phương trình cân nhiệt • Tính hệ số truyền nhiệt k • Độ chênh lệch nhiệt độ ∆t 10 Chương : Tính chọn thiết bị phụ 11 • Tính chọn quạt khói 11 • Tính chọn máy bơm nước 13 Chương : 14 Xử lí nước vận hành lò GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang Xử lý nước: 14 • Chọn hệ thống xử lí nước 17 • Hệ thống điều khiển 21 • Vận hành cố 21 Tài liệu tham khảo 25 Đề tài : Thiết kế lò ống nước thẳng đứng công suất G=500kg/h, p=4bar, sản xuất bão hòa khô Nhiên liệu cần đốt bã mía CHƯƠNG : TÍNH TOÁN NHIỆT LÒ HƠI 1.1 Thành phần nhiên liệu  Thành phần khô nhiên liệu : C k = 47%, H k = 6,5%, O k = 44%, Ak = 2,5%, W lv = 50% (theo (2)) ⇒ Thành phần làm việc bã mía theo sách (4): C lv = Ck 47 = = 23,5% 100 100 (theo (2)) lv 100 − W 100 − 50 H lv = H k 6,5 = = 3, 25% 0,5 0,5 O lv = Ok 44 = = 22% 0,5 0,5 , Alv = Ak 2,5 = = 1, 25% 0,5 0,5 Cũng theo (2) ta có : Qtlv = 4226 − 48,5.W lv = 4226 − 48,5.50 = 1801(kcal / kg ) GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang  Thể tích không khí sản phẩm cháy Thể tích không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên V o = 0, 0899(C lv + 0,375S lv ) + 0, 265 H lv − 0, 0333O lv liệu: ⇒ V o = 0, 0899(23,5 + 0,375.0) + 0, 265.3, 25 − 0, 0333.22 = 2, 2413( Nm3 / kg ) lv N = 0, 79.2, 2413 = 1, 771( Nm3 / kg ) Thể tích khí N : VN0 = 0, 79.V + 0,8 100 Thể tích khí nguyên tử: VRO = 1,866 C lv + 0,375S lv 23,5 = 1,866 = 0, 439( Nm3 / kg ) 100 100 Thể tích lý thuyết nước: VH02O = 0,111H lv + 0, 0124W lv + 0, 0161αV ( Nm3 / kg ) ⇒ VH02O = 0,111.3, 25 + 0, 0124.50 + 0, 0161.0, 4.2, 2413 = 1, 031( Nm3 / kg ) Thể tích sản phẩm cháy : Vk = VN02 + VRO2 + VH 2O + (α − 1)V = 0, 439 + 1, 771 + 1, 031 + 0, 4.2, 2413 = 4,138( Nm3 / kg ) Các phần thể tích khí nguyên tử áp suất riêng phần khí áp suất tổng 0,1MPa, tính theo công thức 2.21 đến 2.23 trang 80 sách (2): rRO2 = VRO2 / Vk = 0, 439 / 4,138 = 0,11 rH 2O = VH 2O / Vk = 1, 031/ 4,138 = 0, 25 rn = rH 2O + rRO2 = 0,11 + 0, 25 = 0,36  Entapi không khí sản phẩm cháy Chọn nhiệt độ khói thải 2000 C 0 Entapi khói thải: I k = VRO (cθ )CO + VN (cθ ) N + VH O (cθ ) H O (kcal / kg ) 2 2 2 Tra bảng 3.2 theo (1) ta có giá trị cθ : ⇒ I k0 = 0, 439.85, + 1, 771.62,1 + 1, 031.72, = 222, 4( kcal / kg ) Entapi không khí lý thuyết : I = V (cθ ) = 2, 2413.63, = 142,5(kcal / kg ) Entapi khói 1kg nhiên liệu xác định I k = I k0 + (α − 1) I = 222, + (1, − 1)142,5 = 279, 4( kcal / kg ) 1.2 Cân nhiệt lò Phương trình cân nhiệt : Q0l = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (kcal / kg ) GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang Tổng nhiệt đốt 1kg nhiên liệu : Q0 = Qth + Qk + in + Q f (kcal / kg ) l l Do không khí đưa trực tiếp vào buồng đốt không qua sấy không khí nên Qk , Q f , in ⇒ Q0l = Qthl = 1801(kcal / kg ) Tổn thất nhiệt cháy không hết mặt hóa học q3 : Khi đốt nhiên liệu rắn lò ghi thủ công Chọn q3 = 3% (theo 1) Tổn thất nhiệt cháy không hết mặt học q4 : Đốt nhiên liệu ghi chọn q4 = 11% (theo 1) Tổn thất nhiệt môi trường q5 không đáng kể chọn q5 = 0,5% (theo 1) Tổn thất nhiệt xỉ thải q6 : axi (ct ) xi Alv q6 = Q0l axi - phần xỉ thải khỏi lò Đối với lò ghi chọn axi = 0,8 (ct ) xi - entapi xỉ, kcal/kg chọn nhiệt độ xỉ thải t xi = 6000 C Theo (1) ta chọn (ct ) xi = 133,8(kcal / kg ) ⇒ q6 = 0,8.133,8.1, 25 = 0, 08% 1801 Tổn thất nhiệt khói thải q2 : Chọn nhiệt độ không khí lạnh 300C, độ ẩm ϕ = 80% , I l0 = 85(kJ / kg ) = 20,3(kcal / kg ) ⇒ q2 = (279, − 0, 4.20,3)(100 − 10) = 13, 6% 1801 Tổng tổn thất lò : ∑q = q + q3 + q4 + q5 + q6 = 13, + + 11 + 0,5 + 0, 07 = 28,17% Hiệu suất lò : ηl = 100 − ∑ q = 100 − 28,17 = 71,83% Lượng nhiên liệu tiêu hao : B= D(i p − i pb ) Q η l = 500(654, 09 − 27)100 = 237,8(kg / h) 1801.73, Lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán : GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang Bt = B (1 − q4 11 ) = 237,8(1 − ) = 211, 6(kg / h) 100 100 1.3 Tính toán nhiệt trao đổi buồng lửa Nhiệt lượng hữu ích sinh buồng lửa : Qo = Q0l 100 − q3 − q6 + Qk' , kcal / kg 100 Qk' = (∆α + ∆α n ) I l0 , kcal / kg ∆α : lượng không khí lọt vào buồng lửa chọn 0,1 ∆α n = Q0 = 1801 100 − − 0, 08 + 0,1.20,3 = 1747, 6(kcal / kg ) 100 Tính thể tích buồng lửa V0: Thể tích buồng lửa xác định theo ứng xuất nhiệt buồng lửa B.Qthl / V0 (kcal / m3h) (theo (3)) Ta chọn B.Qthl / V0 = 300.103 (kcal / m3h) B.Qthl 211, 6.1801 V0 = = = 1,3(m3 ) 300.10 300000 Tính diện tích ghi Diện tích ghi xác định theo nhiệt ghi B.Qthl / R(kcal / m3h) (theo (3)) Ta chọn B.Qthl / V0 = 500.103 (kcal / m3h) R= B.Qthl 211, 6.1801 = = 0,85(m ) 450.10 450000 V 1,3 Chiều cao lò đốt : H = R = 0,85 = 1,5(m) Chọn chiều dài buồng đốt 1m, chiều rộng buồng đốt 0,8m Toàn diện tích vách buồng lửa : Fv = 2(1.0,8 + 1.1,5 + 0,8.1,5) = m V 1,3 o Bề dày hiệu dụng lớp xạ lửa : S = 3, F = 3, 7, 72 = 0, 67(m) v Vậy ta có thông số lò đốt sau : Chiều cao lò đốt 1,5m Chiều dài lò đốt 1m Chiều rộng lò đốt 0,8m GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang Tường buồng đốt chụi lực có lớp Lớp lót gạch chụi lửa xốp samôt có kích thước 250 × 125 × 65mm Lớp thứ gồm peclit dày 50mm, lớp thứ gạch có kích thước 250 × 125 × 65mm Vậy tổng chiều dày tường buồng đốt 300mm 1.4 Tính toán bề mặt đối lưu  Phương trình cân nhiệt kH ∆t Phương trình truyền nhiệt thứ nhất: Q = B (kcal / kg ) t Q : nhiệt lượng bề mặt đốt hấp thụ đối lưu xạ 1kg nhiên liệu,kcal/kg H : bề mặt đốt tính toán, thường lấy bề mặt (phía khói), m2 ∆t : độ chênh nhiệt độ , C Bt : tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/h Phương trình cân nhiệt thứ hai: cân nhiệt nhiệt lượng khói truyền lại nhiệt lượng hơi, nước không khí hấp thụ: ϕ ( I '− I "+ ∆α I z0 ) = Q, kcal / kg ϕ − hệ số bảo toàn nhiệt năng: ϕ = − q5 = − 10 = 0,995 100 100 I’ I” – entapi khói vào khỏi bề mặt đốt, kcal/kg Nhiệt độ khói vào lò 9000 C ⇒ I ' = (466.0, 439 + 297.1, 771 + 364.1, 031) + 0, 4.2, 2413.306 = 1380, 2(kcal / kg ) Nhiệt độ khói khỏi lò 2000 C ⇒ I " = 279, 4(kcal / kg ) 0 Entapi không khí lọt vào lò : I z = V c pt thu = 2, 2413.1,3.27 = 78, 7(kcal / kg ) Hệ số không khí lọt ∆α = 0, 01 + 0, 05 = 0, 06 ( gồm thiết bị khử bụi đường khói) Nhiệt lượng không khí lọt vào lò : ∆α I z0 = 0, 06.78, = 4, 722( kcal / kg ) → Q = ϕ ( I '− I "+ ∆α I z0 ) = 0,995(1380, − 279, + 4, 7) = 1105,5( kcal / kg )  Tính hệ số truyền nhiệt k Hệ số truyền nhiệt tường nhiều lớp : k= , (kcal / m h 0C ) δt δv δc + + + + α1 λt λv λc α Nhiệt trở tro xỉ đóng bên ống δ t / λt gọi hệ số bám bẩn ε GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang Đối với bề mặt thổi lò chon ε = 0, 01 Nhiệt trở vách ống trơn δ v / λv kim loại tất trường hợp không tính Nhiệt trở lớp cáu ống δ c / λc lò hạ áp, để đảm bảo làm việc bình thường lò hơi, bề dày lớp cáu không vượt giá trị cho phép, trở nhiệt thường bỏ qua tính toán  Hệ số tỏa nhiệt đối lưu α1 Lưu lượng thể tích trung bình khói V= BV 211, 6.4,138(550 + 273) t k (θ + 273) = = 0, 74 ( m3/s) 3600.273 3600.273 Nhiệt độ tính toán dòng : θ = θ '+ θ " 900 + 200 = = 5500 C 2 Thể tích khói 1kg nhiên liệu Vk = 4,138( Nm3 / kg ) Chọn đường kính ống nước φ 51× 2,5(mm) (đường kính bề dày) Bước ống 60mm Số ống chùm ống 18 ống Tốc độ khói tính công thức trang 66 (1) : ω = Diện tích tiết diện khói qua F = a.b − z V ,m/ s F πd2 ,m Chọn kích thước khói vào: a × b = 0,8 × 0,2(m) ⇒ F = 0,8.0, − 16 3,14.0, 0512 = 0,13(m ) Vậy vận tốc khói tính là: ω= 0, 74 = 5, 7(m / s ) 0,13 Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu dòng khói chảy dọc theo chùm ống Đường kính tương đương dtd , m : dtd = 4ab 4.0,8.0, −d = − 0, 051 = 0,199(m) ≈ 200(mm) zπ d 16.3,14.0, 051 Tra đồ thị hình 6.7 trang 77 (1) theo đường kính tương đương dtd = 200mm vận tốc khói ω = 5, 7(m / s) ta α H = 13,1(kcal / m h 0C ) \ Khi làm nguội dòng khói ⇒ α k = Clv Clα H Hệ số hiệu chỉnh chiều dài tương đối Cl tính đến l / dtd = 1,5 / 0,52 = 2,9〈50 Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ số l / d ta Cl = 1,3 GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang Hệ số hiệu chỉnh cho đặc tính vật lý dòng thay đổi nhiệt độ thành phần môi chất Clv Tra đồ thị hình 6.7 trang 78 (1) theo tỷ lệ thể tích khí nguyên tử rH = 0, 25 nhiệt độ dòng khói θ = 5500 C ta Clv = 1, 03 Vậy ta hệ số tỏa nhiệt đối lưu : α1 = Clv Clα H = 1, 03.2,9.13,1 = 39,13(kcal / m h 0C ) Hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách α1 = ϖα k + α b , (kcal / m h 0C ) ϖ − hệ số bao phủ tính đến giảm hấp nhiệt bề mặt đốt không khói bao phủ toàn Chọn ϖ = 0,9 theo hình 6.1 trang 62 (1) α b :hệ số tỏa nhiệt xạ Hệ số tỏa nhiệt xạ sản phẩm cháy cho dòng khói có bụi theo công thức trang 82 sách (1): α b = 4,9.10 −8 av + − (TV / T ) aT , kcal / m h 0C − (TV / T ) Trong công thức : av - độ đen vách bề mặt hấp thụ xạ, bề mặt đốt lò chọn av = 0,82 T- nhiệt độ tuyệt đối dòng khói, T = 550+273 = 823K Tv – nhiệt độ tuyệt đối vách bề mặt xạ, K tv chọn chọn nhiệt độ trung bình mặt lớp tro đóng ống t v = t + ∆t t : nhiệt độ trung bình môi chất ống, C Đối với chất lỏng sôi chọn t nhiệt độ sôi → t = 143, 620 C ∆t : Độ chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ vách ống bám bẩn nhiệt độ môi chất ống ( C ), giá trị phụ thuộc vào dạng nhiên liệu đốt, dạng bề mặt đốt nhiệt độ dòng khói Đối với chùm ống sinh nhiệt độ khói lớn 400 C chọn ∆t = 600 C (theo công thức 6.34 trang 137 sách(2)) → tv = t + ∆t = 143, 62 + 60 = 203, 620 C Vậy Tv = 203,62 +273 = 476,62K a : độ đen dòng khói có bụi nhiệt độ T(K) theo công thức 6.31 trang 136 sách (2) a = − e − kps Tổng lực hấp thụ dòng khói có bụi kps GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang Hệ số làm yếu xạ môi trường buồng đốt tính toán phụ thuộc vào nhiệt độ khói đầu buồng ∂ "T theo công thức 5.24 trang 111 sách (2) k = k HC + k ZL µ ZL + kcoc x1.x2 Nồng độ trung bình tro khói µZL ( g / m3 )xác định theo công thức 2.24 [2] µ ZL = 10 A pαYH / VG Với độ tro A p = 1, 25% , αYH phần tro nhiên liệu khói mang αYH = 0, 07 VG = 4,138( m3 / kg ) ⇒ µ ZL = 10 A pαYH / VG = 10.1, 25.0, 07 / 4,138 = 0, 21( g / m3 ) Giá trị kcoc = 10 Các hệ số không thứ nguyên x1 x2 tính đến ảnh hưởng nồng độ hạt cốc lửa phụ thuộc vào dạng nhiên liệu Đối với nhiên liệu dễ cháy x1 = 0,5 , nhiên liệu cháy không gian x2 = 0,1 Hệ số làm yếu xạ phần không sáng môi trường buồng đốt, bao gồm khí nguyên tử k HC = rn kG rn = rRO + rH O = 0,36 2 Áp suất tổng khí nguyên tử: pn = p.rn = 0,36.1 = 0,36 kG - hệ số làm yếu xạ khí nguyên tử, 1/(m.MPa) xác định theo công thức 5.26 trang 111 sách (2)  7,8 + 16rH O kG =   3,16 pn s   ∂ " + 273   7,8 + 16.0, 25   900 + 273  ÷ 1 − 0,37 T = ÷ 1 − 0,37 ÷ ÷ = 2,89 ÷ 1000   3,16 0,360,61 ÷ 1000     Hệ số làm yếu xạ hạt tro ,1/(m.MPa) xác định theo công thức 5.27 trang 111 sách (2): k ZL = 44 (TT" ) d zl2 d zl giá trị trung bình đường kính hạt tro ( µ m ) theo bảng 5.4 trang 112 44 44 sách (2) chọn d zl = 20µ m ⇒ kZL = (T " )2 d = (900 + 273)2 202 = 0, 054 T zl ⇒ k HC = rn kG = 0,36.2,89 = 1, 0404 Do : k = k HC + kZL µZL + kcoc x1.x2 = 1, 0404 + 0, 054.0, 21 + 10.0,5.0,1 = 1,552 Vậy độ đen dòng khói có bụi a = − e− kps = − e −1,552.1.0,61 = 0,39 Hệ số tỏa nhiệt xạ (có xạ tro bụi): GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 10 Re = ωd 5, 7.0,5 = = 33547 ν 84,955.10−6 Với ống trơn kĩ thuật Re ≥ 2.103 ta dùng công thức 8.7 trang 122 sách (1): λ= 0,303 0,303 = = 0, 023 (lg Re− 0,9) (lg 33547 − 0,9) Chọn chiều dài đường ống dẫn khói 4m Nhiệt độ tuyệt đối khói ống T = 550 + 273 = 823K Nhiệt độ vách ống 476,62K Vậy trở lực ma sát đường ống khói 0,583 l ω2  T  ∆hms = λ ρ  ÷ d  TV  0,583 5,  823  = 0, 023 0, 431 0,5  476, 62 ÷  = 1, 77 Pa Trở lực cục ∆hcb = Trở lực lớp nhiên liệu ghi chọn ∆hgh = 100mmH2O = 980,7Pa 273 b Trở lực thủy tĩnh : ∆htt = (h1 − h2 ) g (1, − ρ0 273 + t ) 760 k h1 , h2 khoảng cách thẳng đứng từ mặt phẳng chọn làm chuẩn đến cửa vào h1 − h2 = 1,5m ρ0 = 1,3kg / m3 Nhiệt độ trung bình khói tk = 5500 C Áp suất không gian lò b = 1bar ∆htt = ( h1 − h2 ) g (1, − ρ0 273 b 273 749,97 ) = 1,5.9,81(1, − 1,3 ) = 11,16 Pa 273 + tk 760 273 + 550 760 ω2 : tốc độ khói khỏi ống khói Theo tài liệu (4) ta chọn ω2 = 12m / s Trở lực động : ∆hd = ρω22 0, 748.102 = = 37, Pa 2 ρ : mật độ dòng khói cửa theo nhiệt độ khói thải 2000C ρ = 0, 748kg / m3 ω2 : tốc độ khói đầu chọn 12m/s theo sách (4) Trở lực qua phận lò : Tra đồ thị 4.2 trang 180 sách (4) theo tốc độ khói ω = 5, 7m / s ttb = 5500 C ta ∆hd = Pa Khi dòng khói có tro bụi ta phải nhân thêm hệ số (1 + µ ) GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 13 Nồng độ tro µ = 0, 21g / m3 ⇒ ∆hd = 6(1 + 0, 21) = 7, 26 Pa Áp suất đầu đẩy quạt khói H k H k = kk (∆hk + hbl" − ∆htt ) kk : hệ số dự phòng áp suất quạt khói, lấy 1,2 theo tài liệu (4) hbl" : độ chân không cửa buồng lửa Thường lấy -20Pa ∆hk = ∑ ∆h = ∆hms + ∆htt + ∆hd + ∆h1 + ∆hgh ∆hk = 1, 77 + 11,16 + 37, + 7, 26 + 980, = 1038,3Pa ⇒ H k = 1, 2(1038,3 − 20) = 1222 Pa Công suất quạt khói tính theo công thức 4-24b trang 189 sách (4) N k = kk Vkt H k 4105,9.45,1 = 1,1 = 85, 73W 3600.η k 3600.0, Vậy ta có thông số để chọn quạt : Lưu lượng quạt khói 4105,9m3 / h Áp suất đầu đẩy quạt 1038,3Pa Công suất quạt 85,73 W Dựa vào đồ thị đặc tuyến quạt ly tâm C − 70, N trang 213 sách (5) Ta chọn quạt ly tâm có thông số sau: Hiệu suất quạt η = 0,8 Vận tốc trục 200rad/s Vận tốc vòng bánh guồng 41,9 m/s Đường kính miệng hút D = 400mm Đường kính miệng thổi hình vuông B1 = 335mm 2.2 Chọn bơm nước Chọn bơm theo sản lượng D = 0,5m3 / h , bơm hoạt động hệ thống thiếu nước nên ta chọn lưu lượng bơm nước Q = 3m3 / h Theo sách (5) ta chọn bơm : LTC5-9x 12 với thông số sau : Lưu lượng bơm Q = 3m3 / h Cột áp bơm H = 117mH 2O Số vòng quay bơm n = 2900vg / ph Công suất động N dc = 4,5kW GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 14 Đường kính ống hút Dh = 40mm Đường kính ống xả Dx = 40mm Bơm trục ngang nhiều cấp dùng để cấp nước cho lò công nghệ cần áp lực cao CHƯƠNG 3: XỬ LÝ NƯỚC LÒ HƠI 3.1 Xử lý nước Chất lượng nước cung cấp cho lò có ý nghĩa quan trọng việc đảm bảo an toàn lò vận hành Nguồn nước cấp cho lò thường lẫn tạp chất tan không tan nước Những chất tan nước: chất thường dạng lưỡng cực phân hũy thành ion như: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO 3− , Cl-, SO42− ,… Những chất không hòa tan làm cho nước bị đục Những hạt nhỏ có kích thước 8,5 – nước có tính kiềm mạnh Ngoài độ Ph, người ta đánh giá chất lượng nước theo tiêu sau: Độ cứng, độ kiềm, độ khô kết,… Độ cứng nước tổng nồng độ ion Canxi mà Magiê có nước Độ cứng đo milligram đương lượng lít nước Độ kiềm nước tổng hàm lượng ion bicacbonat, hydrat gốc muối axit yếu khác Độ khô kết tổng hàm lượng vật chất lại sau chưng cất nước, đo mg/lit GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 15 Nước đưa vào lò xử lý lượng định chất tan không tan nước Trong trình làm việc, chất trở thành pha cứng tách khỏi nước dạng cáu bám vào thiết bị, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc thiết bị Hệ số dẫn nhiệt cáu bé so với hệ số dẫn nhiệt thép nên làm việc nhiệt độ vách ống tăng lên nhiều, hấp thụ nhiệt lò giảm đi, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng Đồng thời cáu có tác dụng tăng độ ăn mòn bề mặt Vì vậy, để đảm bảo an toàn thiết bị lò cần:  Ngăn ngừa tạo cáu bám bề mặt đốt  Duy trì độ lò mức cần thiết  Ngăn ngừa trình ăn mòn đường ống nước Để đảm bảo yêu cầu trên, nước cấp lò cần đạt yêu cầu tiêu chất lượng định Xử lý nước trước cấp vào lò: Những phương xử lý nước:  Phương pháp lắng lọc: tùy theo hóa chất dùng mà ta có phương pháp sau Phương pháp xử lý Hóa chất dùng Vôi hóa Chỉ dùng vôi Vôi – xôđa CaO + Na2CO3 Xút NaOH Xút – Xôđa NaOH + Na2CO3 Xút – Vôi NaOH + CaO Dùng vôi: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCO3 + 2H2O MgCl2 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaCl2 MgSO4 + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + CaSO4 CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O Khi dùng vôi, dộ cứng bicacbonat khử, độ cứng không cacbonat không khử mà thay đổi vị trí gốc canxi mà magie Để khử không cacbonat, người ta dùng xôđa Khi đó, nước chủ yếu độ cứng canxi tách nhờ Na2CO3 : GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 16 Ca(HCO3)2 + 2NaOH  CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2NaOH  MgCO3 + Na2CO3 + 2H2O MgCO3 + 2NaOH  Mg(OH)2 + Na2CO3 MgCl2 + 2NaOH  Mg(OH)2 + 2NaCl CO2 + 2NaOH  Na2CO3 + H2O CaCl2 + Na2CO3  CaCO3 + 2NaCl CaSO4 + Na2CO3  CaCO3 + Na2SO4 Ngoài chất trên, người ta dùng natriphotphat Na3PO4, baricacbonat BaCO3, barhidroxit Ba(OH)2, barialuminat BaAl2O4, …  Phương pháp trao đổi cation: Quá trình làm mềm nước trao đổi cation trình trao đổi cation chất hoà tan nước có khả sinh cáu lò với cation chất không hoà tan nước để tạo chất mưois tan nước không tạo thành cáu Những chất gọi cationit Có loại cationit sau: Natri (NaR), hydro (HR), amôn (NH4R) Trong đó: R gốc cationit không hoà tan nước, đóng vai trò anion Khi dùng catinonit Natri, phản ứng xảy ứng sau: Ca(HCO3)2 + 2NaR  CaR2 + 2NaHCO3 Mg(HCO3)2 + 2NaR  MgR2 + 2NaHCO3 CaCl2 + 2NaR  CaR2 + 2NaCl MgCl2 + 2NaR  MgR2 + 2NaCl CaSO4 + 2NaR  CaR2 + Na2SO4 MgSO4 + 2NaR  CaR2 + Na2SO4 Khi dùng cationit Hydro: Ca(HCO3)2 + 2HR  CaR2 + 2CO2 + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2HR  MgR2 + 2CO2 + 2H2O CaCl2 + 2HR  CaR2 + 2HCl NaCl + HR  NaR + HCl MgSO4 + 2HR  MgR2 + 2HCl Khi dùng cationit amôn: Ca(HCO3)2 + 2NH4R  CaR2 + 2NH4HCO3 Mg(HCO3)2 + 2NH4R  MgR2 + 2NH4HCO3 GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 17 CaCl2 + 2NH4R  CaR2 + 2NH4Cl MgSO4 + 2NH4R  MgR2 + (NH4)2SO4 Na2SO4 + 2NH4R  2NaR + (NH4)2SO4 v.v… Khi trao đổi cation natri toàn độ cứng khử, song độ kiềm thành phần anion khác có nước không thay đổi Khi dùng phương pháp trao dổi cation hydro, độ cứng độ kiềm khử anion muối tạo thành axit, nước xử lý nước axit không thuận lơi cho việc cấp nước lò Vì vậy, nên dùng phối hợp phương pháp cation natri hydro Trong trình làm việc, cationit bị kiệt hết cation Để khôi phục khả làm việc cationit người ta cho chúng trao dổi với chất có khả cung cấp cation Quá trình gọi trình hoàn nguyên cationit Để thực trình hoàn nguyên cationit natri người ta dùng dung dịch NaCl có nồng độ từ 6-8%, cactionit hdro – dùng dung dịch H2SO4 HCl, cationit amôn – muối amôn  Phương pháp trao đổi anion: Nguyên tắc giống phương pháp trao đổi cation Ở đây, anion muối axit trao đổi với anion anionit 3.2 Chọn hệ thống xử lý nước: Trong đồ án này, chọn phương pháp xử lý nước kết hợp kiễu nối tiếp phương pháp xử lý nước dùng catinonit Natri cationit Hydro Nước sau qua xử lý khử độ cứng độ kiềm Đảm bảo chất lượng nước cấp cho lò 3.3Mô tả trình Nước từ bể cấp, cấp vào bình cationit natri nhờ bơm Tại độ cứng nước khử độ kiềm thành phần anion khác có nước không thay đổi Do nước sau qua bình tiếp tục cho qua bình cationit hydro để khử toàn độ kiềm nước Nước sau xử lý bơm vào bể nước cấp để cung cấp nước cho hoạt động Sau thời gian xử lý, cationit dần bị cạn kiệt cation Để khôi phục cationit, sau khoảng thời gian cho trước ta tiến hành hoàn nguyên ( chọn ngày hoàn nguyên lần) GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 18 Để hoàn nguyên cationit natri, người ta dùng dung dịch muối NaCl (nồng độ 6-8%) Đối với cationit hydro người ta dụng dung dịch acid H2SO4 HCl Trong đồ án chọn acid HCl có nồng độ 1-1,5% Hoàn nguyên NaR: CaR2 + 2NaCl  CaCl2 + NaR MgR2 + 2NaCl  MgCl2 + NaR Hoàn nguyên HR: CaR2 + 2HCl  CaCl2 + HR MgR2 + 2HCl  MgCl2 + HR 3.4 Tính bể lọc NaR HR: - Lưu lượng nước cấp cho lò : Qh=500kg/h = 0,5 m3/h - Cho lò hoạt động 16h, lượng nước cấp cho lò Qng = 8m3/ngày Nguồn nước xử lý có: - Hàm nượng cặn nguồn nước: C0 = 6mdlg/m3 - Độ cứng cacbonat: Ck = 1,9mdlg/l - Hàm lượng Na+ nguồn nước 0,6 mdlg/l - Hàm lượng muối p=7mdlg/l - Độ cứng cho phép làm mềm nước 0,05 mdlg/l - Độ kiềm 2,35 mdlg/l - Hàm lượng anion ( SO42− +Cl-) A=2 mdlg/l - Độ kiềm sau làm mềm a= 0,35 mdlg/l - Chọn số lần hoàn nguyên lần ngày - Thời gian chu kỳ làm việc lần hoàn nguyên T1 = T1 = T − ( t x + th + t f ) n 16 − ( 0, 25 + 0, 42 + 0,83) = 14,5h - Khả trao đổi cân trạng thái làm việc Nacatinonit ElvNa = α β Na Etp − ϕ Cor q GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 19 α : hệ số hoàn nguyên Cc = γ Na − α Na p α Na 0, 05 = 0, 00125 − α Na α Na ⇒ α Na = 0, 6524 - Hàm lượng Na+ nguồn nước 0,6 mdlg C Na2 0, 62 = == 0, 06 C0 Tra bảng ( 11.4) [5] ta có: β Na = 0,87 - Etp khả trao đổi toàn phần cationit sunfua cacbon loại I Tra bảng (11.2) [5] Etp = 550 dlg/m3 - Cor độ cứng nước rửa, chọn nguồn nước có Cor =6mdlg/l - q: lưu lượng đơn vị nước rửa Chọn q=4; ϕ = 0,5 ElvNa = 0, 6524.0,87.550 − 0,5.4.6 = 300,17 d lg/ m3 - Thể tích cần thiết cationit theo CT (11.48) [5] WNa = Qngay C0 Na lv n.E = 8.6 = 0,16m3 1.300,17 - Chọn chiều dày lớp cationit bể lọc H=1m - Diện tích bể lọc xác : F= WNa 0,16 = = 0,16m H Na - Đường kính bể lọc: D= 4.F 4.0,16 = = 0, 45m C 3,14 - Tổn thất qua lớp cationit theo bảng (11.7) [5], chọn HW = 5m - Lượng muối NaCl cần dùng để hoàn nguyên bể Na-cationit theo CT (11.58) [5] Gm = f H E lvNa γ m 1000 GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào = 0,16.1.300,17.113,5 = 5, 45kg 1000 Trang 20 Với γ m lượng tiêu thụ muối đơn vị α Na = 0, 6524 tra bảng (11.5) [5] γ m = 113,5 g / d lg - Độ cứng nước lọc qua bể H-nationit theo CT (11.41) [5] CCH = ϕ H 1−αH A α H2 0, 05 = 0, 0014 1−αH 2 α H2 ⇒ α H = 0, 283 - Khả trao đổi làm việc H-cationit theo CT (11.55) [5] ElvH = α H Etp − 0,5.q0 (C0 + CNa + Ck ) ElvH = 0, 283.55O − 0,5.5.(6 + 0, 6) = 139,15d lg/ m3 - Thể tích cần thiết cationit bình lọc H-cationit theo CT (11.56) [5] WH = Q.(C0 + CNa ).T 0,5.(6 + 0, 6).16 = = 0,37945 m3 n.ElvH 1.139,15 - Chọn chiều cao bình lọc HH=1,5m - Diện tích cần thiết F= WH 0,37945 = = 0, 253m HH 1,5 - Đường kính bình lọc: D= 4.F 4.0, 253 = = 0,568m C 3,14 - Lượng axit cần dùng để hoàn nguyên H-cationit: Với α H = 0, 283 tra bảng (11.8) [5] ta có lượng tiêu thụ đơn vị axit Qa = 40g/dlg Ga = f H H H ElvH γ a 0, 253.1,5.139,15.40 = = 2,11kg 1000 1000 Trong trình xử lý: Thể tích cần thiết cationit bình N-cationit 0,16 m3 Thể tích cần thiết cationit bình H-cationit 0,379 m3 Trong trình hoàn nguyên: Lượng muối NaCl cần dùng để hoàn nguyên bể Na-cationit 5,45 kg Lượng axit cần dùng để hoàn nguyên H-cationit 2,11 kg GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 21 3.5 Hệ thống điều khiển Khi lò hoạt động chức lò cần kiểm soát cách chặt chẽ  Chế độ cấp nước  Mức nước lò phải nằm phạm vi quy định không cao thấp Nếu mức nước cao, mang theo ẩm gây chất lượng Mực nước lò phải khống chế phạm vi cho phép Khi mực nước hạ đến giá trị phải cấp nước vào lò Nếu cấp nước vào lò mà mực nước tiếp tục hạ phải dừng lò cố Khi mức nước lò lên mức max dừng bơm nước cấp  Chế độ gió lò: Trước khởi động lò, khởi động quạt gió đưa gió thổi vào lò, đưa hết khí dư làm bề mặt đốt Lượng gió thổi vào lò bắt đầu đốt phải phù hợp với chế độ khởi động lò tức không đốt nhanh Trong vận hành, lượng gió đưa vào lò điều chỉnh thích hợp không để khói trắng đen Khi ngừng lò, quạt gió ngừng bã mía buồng đốt cháy hết  Áp suất làm việc lò: áp suẩt làm việc lò nằm phạm vi cho phép Khi áp suất vượt phạm vi phải điều chỉnh cách đưa nhiên liệu vào buồng đốt cho phù hợp Khi vận hành không để áp suất tăng hay giảm nhanh Để thực chức trên, cần có thiết bị sau: Bộ bảo vệ mực nước: thiết bị bảo vệ mực nước gắn balong làm việc kiểu phao Tuỳ theo mực nước lò mà phao dịch chuyển lên hay xuống đóng ngắt tiếp điểm tương ứng mạch Rơle áp suất : Dùng để theo dõi áp suất lò Nếu áp suất lò vượt giới hạn cho phép, rơle áp suất tác động ngắt nguồn điện điều khiển Rơle nhiệt độ: Theo dõi nhiệt độ bão hoà khô, theo dõi nhiệt độ nước cấp 3.6 Vận hành cố Vận hành Vận hành lò công việc thao tác, điều khiển phức tạp Nhiệm vụ công tác vận hành lò đảm bảo cho lò làm việc an toàn kinh tế thời gian dài GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 22 Chuẩn bị khởi động:  Dọn dẹp khu vực nhà lò  Kiểm tra mực nước lò hơi, cạn bơm nước vào đến ống thuỷ  Kiểm tra tình trạng van, thiết bị phụ, cụng cụ kiểm tra  Đóng van lại, mở van xả khí Khởi động lò hơi:  Khởi động quạt gió  Quạt chạy – phút khởi động hệ thống đốt nhiên liệu, cấp nhiên liệu vào  Khi thấy xuất van xã khí, đóng van xã khí lại tiếp tục đốt lò để nâng áp suất lò lên đến áp suất quy định Lúc cần ý áp kế mực nước ống thuỷ  Khi áp suất lò đạt bar tiến hành vệ sinh ống thuỷ theo trình tự sau:  Đóng đường nước vào ống thuỷ, mở van xả ống thuỷ van đường để thông đường ống thuỷ  Mở van  Đóng van xả lại quan sát mực nước lò Nếu mực nước ống thuỷ tăng chậm phải thông lại đường nước lần Trong coi lò hoạt động:  Luôn theo dõi mực nước lò qua ống thuỷ Nếu nước cạn phải bơm nước vào lò  Theo dõi áp kế áp suất lò vượt phạm vi quy định phải điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào lò Ngừng lò:  Ngưng cấp nhiên liệu vào lò  Dừng quạt gió  Bơm nước vào lò đến mực nước cao mở van xả để mực nước xuống đến khoảng 1/3 ống thuỷ Nếu có cố mà phải dừng lò cần thao tác theo trình tự sau:  Ngừng cấp nhiêu liệu vào lò GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 23  Mở van xả khí mở van an toàn để xả bout ngoài, khoá van  Báo cho người có trách nhiệm biết xử lý Những yêu cầu ý vận hành lò hơi:  Kiểm tra lại hệ thống cấp nước bể cấp nước  Kiểm tra lượng nhiên liệu trước cho lò hoạt động, điều chỉnh lượng gió vào phù hợp với trình khởi động  Bắt buộc phải cho quạt gió chạy trước để thải khí xót lại lò  Mỗi ca phải kiểm tra áp kế lò  Khi vệ sinh ống thuỷ, không đóng hai van nước ống thuỷ mà van xả lại mở  Mỗi ca phải xả cặn lần  Kiểm tra hệ thống điện có pha hay suit áp hay không  Khi thấy tiếng động lạ hay có tượng ko bình thường động bơm, quạt ngắt hệ thống điện  Thao tác van phải vặn từ từ Vệ sinh định kỳ:  Cứ định kỳ tháng phải vệ sinh lại buồng đốt ống lửa  Mỗi năm phải vệ sinh đường ống lần  Định kỳ kiểm tra áp kế van an toàn Các cố: Khi công nhân vận hành gặp tượng nêu phải nhanh chóng ngừng lò cố  Mức nước xuống thâp so với quy định (không thể nhìn thấy ống thuỷ sáng) mà biện pháp kiểm soát Chú ý không cấp nước vào nồi trường hợp nồi bị cạn nước  Phát tượng khả nghi như: có tiếng động xì mạnh, thân nồi bị phồng, có vết nứt, mức nước ống thuỷ sụt nhanh,…  Các bơm nước cấp bị hỏng  Áp suất vượt mức quy định van an toàn mà rơle áp suất van an toàn không tác động  Ống thủy vỡ áp kế bị hỏng kiểm soát mực nước áp suất lò GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 24  Nắp hợp khói bị cháy, biến dạng, khói nóng xì mạnh nhà lò  Có tượng đe doạ hoả hoạn gần khu vực nhà lò TÀI LIỆU THAM KHẢO PTS, Trần Thanh Kỳ, Thiết kế lò hơi, Trung tâm nghiên cứu thiết bị nhiệt lượng mới, Trường ĐH Bách khoa Tp.HCM, 1990 GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 25 Đỗ Văn Thắng-Nguyễn Công Hân-Trương Ngọc Tuấn, Tính nhiệt lò công nghiệp, NXB KHKT, 2007 PGS – TSKH Trần Văn Phú, Tính toán thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo Dục HN 2002 PGS-TS Phạm Lê Dzần –TS Nguyễn Công Hân ,công nghệ lò mạng nhiệt, NXB KHKT, 2005 TS Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cho sinh hoạt công nghiệp, NXB XD, 2004 PGS Hoàng Đình Tín – Bùi Hải, Bài tập Nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt, NXB DHQG Tp Hồ Chí Minh, 2004 PGS TS Phạm Văn Trí – Dương Đức Hồng – Nguyễn Công Cẩn, Lò công nghiệp, NXB KHKT, 1999 GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 26 GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 27 [...]... mực nước trong ống thuỷ  Khi áp suất lò hơi đạt 1 bar thì tiến hành vệ sinh ống thuỷ theo trình tự sau:  Đóng đường nước vào ống thuỷ, mở van xả ống thuỷ và van đường hơi để thông đường hơi ống thuỷ  Mở cả 3 van  Đóng van xả lại và quan sát mực nước trong lò Nếu mực nước trong ống thuỷ tăng chậm thì phải thông lại đường nước lần 2 3 Trong coi lò hơi hoạt động:  Luôn theo dõi mực nước của lò qua ống. .. Nếu mức nước quá cao, hơi sẽ mang theo ẩm gây kém chất lượng hơi Mực nước trong lò phải được khống chế trong phạm vi cho phép Khi mực nước hạ đến giá trị min thì phải cấp nước vào lò Nếu đã cấp nước vào lò mà mực nước vẫn tiếp tục hạ thì phải dừng lò do sự cố Khi mức nước trong lò lên mức max thì dừng bơm nước cấp  Chế độ gió lò: Trước khi khởi động lò, khởi động quạt gió đưa gió thổi vào lò, đưa... nhiệt độ hơi bão hoà khô, theo dõi nhiệt độ nước cấp 3.6 Vận hành và sự cố Vận hành Vận hành lò hơi là một công việc thao tác, điều khiển phức tạp Nhiệm vụ của công tác vận hành lò hơi là đảm bảo cho lò hơi làm việc an toàn và kinh tế nhất trong một thời gian dài GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 22 1 Chuẩn bị khởi động:  Dọn dẹp sạch khu vực nhà lò  Kiểm tra mực nước trong lò hơi, nếu cạn thì bơm nước. .. hút Dh = 40mm Đường kính ống xả Dx = 40mm Bơm trục ngang nhiều cấp được dùng để cấp nước cho lò hơi và các công nghệ cần áp lực cao CHƯƠNG 3: XỬ LÝ NƯỚC LÒ HƠI 3.1 Xử lý nước Chất lượng nước cung cấp cho lò hơi có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc đảm bảo sự an toàn khi lò vận hành Nguồn nước cấp cho lò thường lẫn các tạp chất tan và không tan trong nước Những chất tan trong nước: những chất này thường... Nếu nước cạn phải bơm nước vào lò  Theo dõi áp kế nếu áp suất trong lò vượt phạm vi quy định phải điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào lò 4 Ngừng lò:  Ngưng cấp nhiên liệu vào lò  Dừng quạt gió  Bơm nước vào lò đến mực nước cao nhất rồi mở van xả để mực nước xuống đến khoảng 1/3 ống thuỷ Nếu có bất cứ một sự cố nào mà phải dừng lò thì cần thao tác theo trình tự như sau:  Ngừng cấp nhiêu liệu vào lò. .. để áp suất tăng hay giảm quá nhanh Để thực hiện chức năng trên, cần có các thiết bị sau: Bộ bảo vệ mực nước: thiết bị bảo vệ mực nước gắn trên balong hơi làm việc kiểu phao Tuỳ theo mực nước trong lò mà phao sẽ dịch chuyển lên hay xuống và đóng hoặc ngắt các tiếp điểm tương ứng trong mạch Rơle áp suất : Dùng để theo dõi áp suất trong lò Nếu áp suất trong lò vượt quá giới hạn cho phép, rơle áp suất sẽ... ăn mòn bề mặt Vì vậy, để đảm bảo sự an toàn các thiết bị lò hơi cần:  Ngăn ngừa tạo cáu bám trên các bề mặt đốt  Duy trì độ sạch của lò hơi ở mức cần thiết  Ngăn ngừa quá trình ăn mòn trong đường ống nước và hơi Để đảm bảo yêu cầu trên, nước cấp lò hơi cần đạt yêu cầu chỉ tiêu chất lượng nhất định Xử lý nước trước khi cấp vào lò: Những phương xử lý nước:  Phương pháp lắng lọc: tùy theo hóa chất... nhà lò TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 PTS, Trần Thanh Kỳ, Thiết kế lò hơi, Trung tâm nghiên cứu thiết bị nhiệt và năng lượng mới, Trường ĐH Bách khoa Tp.HCM, 1990 GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 25 2 Đỗ Văn Thắng-Nguyễn Công Hân-Trương Ngọc Tuấn, Tính nhiệt lò hơi công nghiệp, NXB KHKT, 2007 3 PGS – TSKH Trần Văn Phú, Tính toán thiết kế hệ thống sấy, NXB Giáo Dục HN 2002 4 PGS-TS Phạm Lê Dzần –TS Nguyễn Công. .. giữa ống thuỷ  Kiểm tra tình trạng của các van, các thiết bị phụ, cụng cụ kiểm tra  Đóng van hơi chính lại, mở van xả khí 2 Khởi động lò hơi:  Khởi động quạt gió  Quạt chạy được 3 – 5 phút thì khởi động hệ thống đốt nhiên liệu, cấp nhiên liệu vào  Khi thấy hơi xuất hiện ở van xã khí, thì đóng van xã khí lại và tiếp tục đốt lò để nâng áp suất trong lò lên đến áp suất quy định Lúc này cần chú ý áp kế. .. mạnh, thân nồi hơi bị phồng, có vết nứt, mức nước trong ống thuỷ sụt nhanh,…  Các bơm nước cấp đều bị hỏng  Áp suất vượt quá mức quy định của van an toàn mà rơle áp suất và van an toàn đều không tác động  Ống thủy vỡ hoặc áp kế bị hỏng không thể kiểm soát được mực nước hoặc áp suất trong lò GVHD: TS Nguyễn Thanh Hào Trang 24  Nắp hợp khói bị cháy, biến dạng, khói nóng xì mạnh ra ngoài nhà lò  Có hiện ... thống xử lí nước 17 • Hệ thống điều khiển 21 • Vận hành cố 21 Tài liệu tham khảo 25 Đề tài : Thiết kế lò ống nước thẳng đứng công suất G=500kg/h, p=4bar, sản xuất bão hòa khô Nhiên... Mực nước lò phải khống chế phạm vi cho phép Khi mực nước hạ đến giá trị phải cấp nước vào lò Nếu cấp nước vào lò mà mực nước tiếp tục hạ phải dừng lò cố Khi mức nước lò lên mức max dừng bơm nước. .. Nếu mực nước ống thuỷ tăng chậm phải thông lại đường nước lần Trong coi lò hoạt động:  Luôn theo dõi mực nước lò qua ống thuỷ Nếu nước cạn phải bơm nước vào lò  Theo dõi áp kế áp suất lò vượt