Đồ án môn học: Lò CHƯƠNG 1: GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH 1.1/ Nhiệm vụ thiết kế: - Sản lượng định mức lò hơi: D = 150 [tấn/giờ] - Thông số hơi: + Áp suất đầu nhiệt: Pqn = 6,4 [Mpa] = 64 [bar] + Nhiệt độ đầu nhiệt: tqn = 445 oC + Nhiệt độ nước cấp: tnc = 180 oC + Thành phần nhiên liệu: lv C Hlv Nlv Olv Slv Alv Wlv t1 oC t3 oC 41,82 2,65 3,42 0,87 2,24 39 10 1160 1460 lv Nhiệt trị nhiên liệu: Q t = 17,75 [MJ/Kg] = 17750 [KJ/Kg] 1.2/ Xác định sơ dạng lò hơi: 1.2.1/ Chọn phương pháp đốt cấu trúc buồng lửa: Căn vào công suất loại nhiên liệu cho để tiến hành chọn phương pháp đốt cháy nhiên liệu, chọn dạng cấu trúc lò Do công suất lò 150 T/h sử dụng nhiên liệu rắn nên sử dụng lò buồng lửu phun Độ tro không cao, tro khó chảy (t3=1460 > 1400) nên chọn phương pháp thải xỉ khô Từ viêc nghiên cứu ưu- khuyết điểm dạng bố trí lò hơi: lò hình tháp, lò kiểu chữ π, lò kiểu chữ II, lò kiểu chữ N chọn lò bố trí theo kiểu chữ π 1.2.2/ Chọn dạng cấu trúc phận khác lò hơi: 1.2.2.1/ Dạng cấu trúc cum festoon: Cấu tạo cụm feston gắn liền với cấu tạo dàn ống tường sau buồng lửa ống cụm feston ống dàn ống tường sau buồng lửa Chiều cao cụm feston tức cửa buồng lửa phụ thuộc vào kích thước đường khói vào nhiệt Vì kích thước cụ thể cụm feston xác định sau xác định cấu tạo cụ thể buồng lửa dàn ống xung quanh Nhiệt độ khói khỏi buồng lửa chọn theo bảng chọn theo loại nhiên liệu nhiệt độ biến dạng tro Với than Antraxit ta lấy 10500C SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 Đồ án môn học: Lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng 1.2.2.2/ Dạng cấu trúc nhiệt: Do nhiệt độ nhiệt 445oC nên ta chọn nhiệt đối lưu cấp cấp vùng có nhiệt độ dươi 1050 0C đoạn đường khói sau cụm pheston chọn kiểu bố trí hỗn hợp 1.2.2.3/ Bố trí hâm nước sấy không khí: Ta bố trí hâm nước thành hai cấp sấy không khí cung hai cấp đặt xen kẻ theo thứ tự : hâm nước cấp 2, sấy không khí cấp 2, hâm nước cấp 1, sấy không khí cấp theo chiều đường khói ra.Vì bố trí hỗn hợp :hơi ngược chiều với khói nhiệt cấp đặt vùng khói có nhiệt độ thấp thuận nhiệt cấp đặt sau cụm pheston có nhiệt độ khói cao phía có nhiệt độ cao nhiệt độ khói không cao,kim loại không bị đốt nóng mức ,đồng thời giảm tổn thất nhiệt khói mang 1.2.2.4/ Đáy buồng lửa: Với buồng lửa đốt than thải xỉ khô, đáy làm lạnh tro có dạng hình phểu, cạnh bên nghiêng so với mặt phẳng ngang góc 600 1.2.3/ Nhiệt độ khói không khí khói: 1.2.3.1/ Nhiệt độ khói thoát khỏi lò: Nhiệt độ khói khỏi lò θth ta chọn cho tránh tượng ăn mòn bề mặt đốt phần đuôi nhiệt độ thấp Ta chọn theo bảng 1.1trang 13 tài liệu [1] ứng với nhiên liệu ẩm Wqd = Wlv/Qtlv = 10/17,75 = 0,563; nhiệt độ nước cấp 180oC 1.2.3.2/ Nhiệt độ khói khỏi buồng lửa: Với than Antraxit ta chọn θ’’bl =10500C 1.2.3.3/ Nhiệt độ không khí nóng: Nhiệt độ không khí nóng đưa vào buồng đốt chọn dựa loại nhiên liệu,phương pháp đốt phương pháp thải xỉ, với nhiệm vụ thiết kế nhiên liệu than Antraxit, phương pháp đốt buồng lửa phun, thải xi khô ta chọn nhiệt độ không khí nóng đưa vào buồng đốt 3700C 1.2.4/ Lập dạng sơ lò hơi: SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 Đồ án môn học: Lò Chú thích 1- Bao 2- Cụm pheston 3- Bộ nhiệt cấp II 4- Bộ giảm ôn 5- Bộ nhiệt cấp I 6- Bộ hâm nước cấp II 7- Bộ sấy không khí cấp II GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng 8- Bộ hâm nước cấp I 9- Bộ sấy không khí cấp I 10- Dàn ống sinh 11- Vòi phun 12- ống góp 13- Phần đáy thải xĩ 14- Đường khói thải CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 Đồ án môn học: Lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng LIỆU 2.1/ Tính thể tích không khí lý thuyết: - Thể tích không khí lí thuyết cấp cho trình cháy: = 0,0889 41,82 + 0,0333 2,24 + 0,265 2,65 – 0,0333 0,87 = 4,47 [m3tc/kg] - Thể tích lượng không khí thực tế cấp cho trình cháy: = 4,47 1,25 = 5,59 [m3tc/kg] Trong đó: = 1,25 (chọn hệ số không khí thừa theo Bảng trang 176 tài liệu [1] than antraxit) 2.2/ Tính thể tích sản phẩm cháy: 2.2.1/Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: - Khi cháy kg nhiên liệu rắn lỏng: V0RO2= VCO2 + VSO2 = 0,01866 ( Clv + 0,375Slv ) = 0,01866 ( 41,82 + 0,375 2,24) = 0,796[m3tc/kg] V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv = 0,79 4,47 + 0,008 3,42 o = 3,559 [m3tc/kg] H O lv lv o V = 0,111.H + 0,0124.W + 0,0161V kk + 0,24.Gph = 0,111 2,65 + 0,0124 10 + 0,0161 4,47 + 0.24 0,3 = 0,562 [m tc/kg] + Thể tích khói khô lý thuyết: lv lv o kk V0k khô = VRO2 + VoN2 = [0,0186.(C + 0,375.S )]+ 0,79.V = [0,0186 (41,82 + 0,375 2,24)] + 0,79 4,47 = 4,325 [m3tc/kg] + Thể tích khói lý thuyết: V0khói = V0k khô + V0H2O = 4,325 + 0,562 = 4,887 [m3tc/kg] 2.2.2/ Thể tích thực tế sản phẩm cháy: - Thể tích nước thực tế: VH2O = V0H2O + 0,0161 (α - 1)Vokk = 0,562 + 0,0161( 1,25 – 1) 4,47 = 0,58 [m3tc/kg] - Thể tích khói thực tế: VK = Vkkho + VH2O = V0k khô + (α - 1) V0kk + VH2O SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 Đồ án môn học: Lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng = 4,325 + (1,25 – 1).4,47 + 0,58 = 6,023 [m3tc/kg] 2.2.3/ Xác định hệ số không khí thừa: - Hệ số không khí thừa buồng lửa αo - Chọn αo =1,25 (buồng lửa phun thải xỉ khô) - Hệ số không khí thừa nơi buồng lửa xác định cách cộng hệ số không khí thừa buồng lửa với lượng không khí lọt ∆α vào đường khói buồng lửa với tiết diện khảo sát - Giá trị ∆α phận xác định cách chọn: STT Các phận lò Buồnglửa Cụm pheston Bộ nhiệt cấp 2, ∆αqn2 Bộ nhiệt cấp 1, ∆αqn1 Bộ hâm nước cấp 2, ∆αhn2 Bộ sấy không khí cấp 2, ∆αskk2 Bộ hâm nước cấp 1, ∆αhn1 Bộ sấy không khí cấp 1, ∆αskk1 Hệ thống nghiền than - Xác định hệ số không khí thừa: STT Tên bề mặt đốt Buồng lửa Cụm Pheston Bộ nhiệt cấp Bộ nhiệt cấp Bộ hâm nước cấp Bộ sấy không khí cấp Bộ hâm nước cấp Bộ sấy không khí cấp SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 α'đầu vào 1,15 1,25 1,25 1,28 1,31 1,33 1,36 1,38 ∆α 0,1 0,03 0,03 0,02 0,03 0,02 0,03 0,1 α''đầu 1,25 1,25 1,28 1,31 1,33 1,36 1,38 1,41 Đồ án môn học: Lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng - Thể tích không khí khói hệ số không khí thừa khác lập thành bảng đặc tính sản phẩm cháy hệ số không khí thừa phận tính theo hệ số không khí thừa trung bình - Lượng không khí khỏi sấy không khí: β '' = α bl − '' ∆α0 - ∆αn = 1,25 – 0,1 - 0,1 = 1,05 ∆α0 : lượng không khí lọt vào buồng lửa ∆αn : lượng không khí lọt vào hệ thống nghiền, máy nghiền bi có phễu than trung gian, sấy không khí nói ∆αn= 0,1 2.3/ Tính Entanpi không khí khói: - Entanpi không khí lý thuyết cần thiết cho trình cháy bằng: I kko = Vkko ( C p θ ) kk [kJ/kg] Trong : Cp : nhiệt dung riêng không khí Cp = 1,2866 + 0,0001201.t = 1,2866 + 0,0001201 30 = 1,29 [kJ/m3] => I0kk = 4,47.( 1,29.30) = 172,989 [kJ/kg] 2.3.1/ Entanpi sản phẩm cháy Ik0: Ik0 = VRO20 (C.θ)RO2 + VH2O0(C θ)H2O + VN20(C θ)N2 Trong đó: CRO2 , CN2 , CH2O :nhiệt dung riêng RO2 , N2 ,H2O θ:nhiệt độ khói thải,0C 2.3.2/ Entanpi sản phẩm cháy: - Entanpi tro bay: ab Alv (Cθ ) tr 100 Itr = , kJ/kg Trong đó: ab tỷ lệ tro bay, buồng lửa phun thải xí khô nên lấy ab= 0,95 - Entanpi khói thực tế: k o k I = I +(α - 1) I o kk + Itr , kJ/kg 10 ab Alv >6 Q lv t Trong đó: Itr kể đến không tính đến SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1  nên ta Đồ án môn học: Lò T Tên đại lượng Ký T hiệu Hệ số KK thừa đầu Hệ số kk thừa trung bình Lượng không VThừ khí thừa a Thể tích VH2 nước O Thể tích khói VK 1 Phân thể tích rH2O nước Phân thể tích rRO2 khí nguyên tử Phân thể tích rn khí Nồng độ tro bay theo khói Thể tích không khí lý thuyết Thể tích khí nguyên tử lí thuyết GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Công thức tính Đơn vị BL BQN BQN B 1,250 1,250 1,280 1,310 1,200 1,250 1,265 1,295 0,893 1,116 1,183 1,317 0,504 0,508 0,509 0,511 5,721 5,495 6,011 6,145 rH2O + rRO2 10.Alv.ab/Vk - 0,086 0,082 0,081 0,080 - 0,139 0,134 0,132 0,130 - 0,225 0,216 0,213 0,210 64,76 62,32 61,67 60,29 1 3 BẢNG 2.3 - BẢNG ĐẶC TÍNH SẢN PHẨM CHÁY SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 FT Đồ án môn học: Lò SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Đồ án môn học: Lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng BẢNG 2.5 – ENTANPI CỦA SẢN PHẨM CHÁY SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1 Đồ án lò GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI 3.1/Lượng nhiệt đưa vào lò hơi: - Lượng nhiệt đưa vào lò tính cho kg nhiên liệu rắn xác định theo công thức: lv ng Qđv = Q t + Q kk + Qnl + Qph – Qđ ,[kJ/kg] Trong đó: kJ/Kg lv t lv t Q - Nhiệt trị thấp nhiên liệu : Q = 17,75 MJ/kg = 17750 ng kk Q - Nhiệt lượng không khí nóng mang vào , tính không khí sấy nóng nguồn nhiệt bên Ở không khí vào buồng lửa lấy từ sấy không khí ng kk nên :Q = Qnl - Nhiệt vật lý nhiên liệu đưa vào Qnl = Cnl tnl Qnl bé nên ta bỏ qua Qph - Nhiệt lượng dùng phun nhiên liệu vào lò Và ta dung vòi => Mặt khác: phun kiểu khí nên : Gph = => Qph = Qđ - Lượng nhiệt tổn thất việc phân hủy bon đốt đá dầu Qđ = 0.Như lò đốt than mà không sấy không khí nguồn nhiệt bên lượng nhiệt đưa vào coi gần nhiệt trị thấp nhiên liệu lv Qđv = Q t= 17550 [kJ/kg] Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 3.2/ Lượng nhiệt sử dụng hữu ích: - Lượng nhiệt sử dụng hữu ích lò hơi: Qhi = B.Qt = Dqn(iqn- inc) + Dbh(ibh- inc) + Dx(is- inc) + Dtg(i’’tg- i'tg), KJ/h Trong đó: Dqn : lưu lượng nhiệt [KJ/h] : lưu lượng bão hòa tự dùng [KJ/h] Dtg [KJ/h] : lưu lượng nhiệt trung gian SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 Page 10 Đồ án lò 10 11 12 13 14 Đường kính ống Bước ống ngang Bước ống dọc Bước ống ngang tương đối Bước ống dọc tương đối Khoảng cách từ tâm ống đến vách Chiều rộng đường khói Chiều sâu đường khói Chiều cao cụm ống Số ống dãy dọc Số ống dãy ngang Chiều dài ống Tiết diện đường khói Diện tích tiết GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng hiệu d mm Chọn φ32x3 S1 mm Chọn 70 S2 σ1 mm Chọn SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 tính ÷ 50 2,2 S2/d >(1 1,5) ÷ 1,6 Chọn 40 S1/d >(2 3) σ2 e mm a m Thiết kế 7,89 b m Thiết kế 4,3 h m Chọn nd n ống ống Chọn 55 62 l m F m2 f m2 Page 47 7,85 F=7,89x4,3-62x0,032x7,85 18,4 0,0658 Đồ án lò 15 16 17 18 19 20 21 diện lưu thông nước Chiều sâu cụm ống Chiều sâu khoảng trống trước BHN cấp Chiều dày hữu hiệu xạ Chiều dày hữu hiệu lớp xạ có tính đến khoảng trống trước BHN GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng ls m ls = h lk m Thiết kế (lk>800mm) s m 0,1 s’ m 0,13 Thể tích riêng trung bình nước vtb m3/kg Tốc độ nước ống Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ωn m/s 0,63 HhnI m2 2186,5 SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 Page 48 Tra bảng “Nước chưa sôi nhiệt” ứng với p = 60bar; t = 300C 1,5 0,001 Đồ án lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Bảng 10.2 Tính truyền nhiệt hâm nước cấp I ST Kí Tên đại lượng Đơn vị T hiệu Lượng nhiệt hấp thụ BHN QhnI kW II θ'hnI C Nhiệt độ đầu vào khói Nhiệt độ đầu khói θ"hnI C 10 11 12 13 12 13 Thay số Kết 6787,92 θ'hnI = θ''sII Chương 308,2 251 279,7 1086,2 Nhiệt độ khói trung bình Entanpi nước cấp đầu vào θtbhn i'hnI C kJ/kg 0,5.(θ'hnI+θ"hnI) i'’hnI - QhnI/D Entanpi nước cấp đầu i''hnI kJ/kg Chương 923,29 Nhiệt độ nước cấp đầu vào Nhiệt độ nước cấp đầu Nhiệt độ trung bình nước cấp Nhiệt độ vách ống có bám tro Độ chênh nhiệt độ nước cấp t'hnI t"hnI ttbhn tv Δt Thiết kế Chương 0,5.(t'hnII+t"hnII) 60 + ttbhn Δt = θtbhn - ttbhn 215 250 232,5 292,5 47,2 Thể tích khói Tốc độ trung bình khói V0k ωtbk Thành phần thể tích nước khói Thành phần thể tích khí nguyên tử SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 Công thức tính & sở chọn Chương C C C C C 923,29 – 9954,29.3600/220000 tv = 60+232,5 Chương 4,887 4,7 rH2O Bảng 0,076 rn Bảng 0,199 Page 49 m/s Đồ án lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng 14 Nồng độ tro bay khói μ 15 Hệ số tản nhiệt đối lưu αdl 16 Lực hút khí nguyên tử 17 18 Hệ số làm yếu xạ khí nguyên tử Hệ số làm yếu xạ tro bay Pn.S Bảng toán đồ 10 1,163*Cs*Cz2*Clv*αtdl P x rn xS P = 0,1Mpa Kk Toán đồ Kh toán đồ k 19 Hệ số làm yếu xạ khói 20 Lực hút khói có chứa tro kps 21 Độ đen môi trường khói ak 22 Hệ số tản nhiệt xạ αbx 23 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách 24 Hệ số bám bẩn ε 25 Hệ số truyền nhiệt K 26 Diện tích bề mặt truyền nhệt BHN cấp II HthnI Sai số tương đối: SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 g/m3tc W/m20 C mMN/ m2 Page 50 k = Kk.rn+Kh μ mMN/ m2 W/m20 C W/m20 C 20 m C/ W W/m20 C m2 k.p.s – e-kps với p = 0,1Mpa toán đồ 15 TL[1] 1.163*ak*αtbx 1,163x1,12x1x0,98x60 57,176 76,6 0,0032 5,2 0,018 K= 5,2.0,199+0,018.57,176 2,1x0,1x0,167 2,1 0,03 αbx = 1,163x0,03x30 0,03 1,1 77,7 0,00185 67,9 2118 Đồ án lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Ta nhận thấy sai lệch tính toán so với giá trị giả thiết không 5%, nên kết chấp nhận SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 Page 51 Đồ án lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng CHƯƠNG 11 THIẾT KẾ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ CẤP I Như ta biết: Khi tăng n, muốn đảm bảo diện tích bề mặt nhận nhiệt phải giảm l, đồng thời để đảm bảo tốc độ không khí phải tăng số dãy dọc theo đường không khí, làm tăng trở lực đường không khí, giảm chiều dài giảm số lần cắt không khí với khói.Vì sấy cấp I ta thiết kế tách thành hai dòng khí riêng biệt, không khí vào khỏi sấy theo hai phía Khi lượng không khí vào phần lại trở lực đường không khí giảm hai lần, cho phép tăng số lần cắt lên gấp đôi Bảng 11.1 Đặc tính cấu tạo sấy không khí cấp I ST T Tên đại lượng Đường kính ống Bước ống ngang Bước ống dọc Bước ống ngang tương đối Bước ống dọc tương đối Đường Kí hiệ u d Đơn vị Công thức & sở Thay số Kết mm Chọn φ40x1,5 S1 mm Chọn 65 S2 mm Chọn 48 σ1 S1/d ≥ (1,5÷1,9) σ1 = 65/40 1,6 σ2 S2/d ≥ (1÷1,2) σ2 = 48/40 1,2 dtb mm SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 38,5 Page 52 Đồ án lò 10 11 12 kính ống trung bình Số cụm ống theo chiều rộng đường khói Chiều rộng cụm ống Chiều sâu cụm ống Khoản g cách từ tâm ống đến vách Số dãy ống ngang cụm ống Số dãy GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng n Cụm Chọn a1 mm 1850 b1 mm 3300 e mm Z1 dãy 28 Z2 dãy 67 Chọn SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 50 Page 53 Đồ án lò 13 14 15 16 17 ống dọc cụm ống Số ống cụm ống Chiều cao ống Đoạn Đoạn Đoạn Tiết diện khói qua Chiều rộng đường khói Tiết diện đường không khí Đoạn Đoạn GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Z ống -1 lt m Chọn giả thiết lg m Nt ld m Nt F m2 F = π × n × Z × dtr2 / 7,9 a m Thiết kế 7,89 ft m2 f t = lt × ( a − Z1 × d × n) ft = 4.(7,89-28.0,04.4) 13,64 fg m2 f g = lg × (a − Z1 × d × n) fg = 4.(7,89-28.0,04.4) 13,64 SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 -1 Page 54 1843 Đồ án lò 18 19 Đoạn Diện tích bề mặt chịu nhiệt Đoạn Đoạn Đoạn Tổng diện tích bề mặt chịu nhiệt GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng fd m2 f d = ld × (a − Z1 × d × n) Ht m2 H t = π × dtb × lt × Z × n Ht = 0,0385 1843 3566,6 Hg m2 H g = π × d tb × lg × Z × n Hg = 0,0385 1843 3566,6 Hd m2 H d = π × dtb × ld × Z × n Hd = 0,0385 1843 3566,6 HsI m2 SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 fd = 4.(7,89-28.0,04.4) 3566,6 + 3566,6 + 3566,6 Page 55 13,64 10699,8 Đồ án lò GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng Bảng 11.2 Bảng tính toán truyền nhiệt sấy không khí cấp I STT Tên đại lượng Lượng nhiệt hấp thụ BSKK I Nhiệt độ đầu vào khói Nhiệt độ đầu khói Nhiệt độ khói trung bình Entanpi không khí cấp đầu vào Entanpi không Kí hiệu QsI Đơn vị kW Công thức tính & sở chọn Chương Thay số Kết 10647,41 θ'sI θ'sI = θ''hnI chương 251 θ"sI Chương 153 θtbsI C 0,5.(θ'sI+θ"sI) 202 i'sI kJ/kg Chương 682,7 i''sI kJ/kg Chương C C SVTH: Mạc Như Túc – 12N1 Page 56 Đồ án lò 10 11 12 13 khí cấp đầu Nhiệt độ không khí cấp đầu vào Nhiệt độ không khí cấp đầu Nhiệt độ trung bình không khí cấp Nhiệt độ vách ống có bám tro Thể tích khói Tốc độ trung bình khói Thành phần thể GVHD: PGS TS Hoàng Ngọc Đồng t'sI Chọn 30 t"sI Chương 227 ttbsI 0,5.(t'sI+t"sI) 128,5 tv C C C C 165,25 θ'sI=251