Đồ án lò hơi (người hướng dẫn PGS TS hoàng ngọc đồng)

GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Mục lục

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

1

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi

CHƯƠNG I: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP

1.1 Nhiệm vụ tính tốn
Thiết kế một lị hơi có các thông số sau:
Thông số
Sản lượng hơi quá nhiệt
Áp suất hơi quá nhiệt
Nhiệt độ hơi quá nhiệt
Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi

Ký hiệu
D
pqn

tqn
tnc

Số liệu
125
96
540
225

Đơn vị
T/h
bar
℃
℃

Nhiên liệu được dùng: nhiên liệu lỏng với các đặc tính sau:
Clv (%)
Hlv (%)
Nlv (%)
86,47
10,92
0,33
lv
Q (MJ/kg): nhiệt trị của nhiên liệu

Olv (%)
0,3

Slv (%)
1,9

Alv (%)
0,08

Qlv (MJ/kg)
40,8

Tra bảng 2.5 trang 22 tài liệu [2], dựa trên số liệu nhiệt trị đã cho xác định nhiên liệu dùng ở
đây chính là dầu nặng (dầu mazut).
Nhiệt độ khơng khí trong gian lị hơi lấy bằng nhiệt độ mơi trường: tkkl = 30℃

1.2 Các bước tính tốn
1.2.1

Chọn phương án, xác định sơ bộ dạng lị hơi.

1.2.2

Tính thể tích, entanpi của sản phẩm cháy, khơng khí lạnh, khơng khí nóng; lập
bảng I-t

1.2.3

Tính cân bằng nhiệt cho lị và tính lượng tiêu hao nhiên liệu.

1.2.4

Tính tốn nhiệt buồng lửa

1.2.5

Tính dãy feston.

1.2.6

Phân bố nhiệt giữa các cấp của bộ quá nhiệt

1.2.7

Phân bố nhiệt giữa bề mặt đốt đối lưu và lập cân bằng nhiệt tồn lị .

1.2.8

Tính bộ q nhiệt

1.2.9

Tính bộ hâm nước và bộ sấy khơng khí

1.3 Xác định sơ bộ dạng lị hơi
Căn cứ cơng suất và nhiên liệu, chọn phương pháp đốt, chọn dạng và cấu trúc lò hơi
1.3.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa.
Dựa vào công suất của lò hơi là 125 T/h và sử dụng nhiên liệu lỏng nên sử dụng lò hơi
buồng lửa phun.


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

Độ tro khơng cao và chất lượng chất bốc cũng không quá thấp nên chọn phương pháp thải
xỉ khô. Mặt khác giảm được tổn thất nhiệt thải xỉ nên tăng hiệu suất lị hơi.
Chọn lị hơi bố trí theo kiểu chữ vì đây là loại lị hơi phổ biến nhất hiện nay. Ở loại này các
thiết bị nặng như: quạt khói, quạt gió, bộ khử bụi, ống khói điều đặt ở vị trí thấp nhất.
1.3.2

Chọn dạng cấu trúc của các bộ phận khác của lò hơi

1.3.2.1 Dạng cấu trúc của feston
Cụm feston là dàn ống tường sau, số dãy từ 3 đến 5, phụ thuộc dàn ống tường sau.
Chiều cao phụ thuộc kích thước đường khói khi đi vào bộ quá nhiệt.
Cấu trúc của feston được xác định khi đã xác định cấu tạo cụ thể của buồng lửa (các dàn ống),
kiểu bộ quá nhiệt.
Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (trước cụm feston) được lựa chọn theo mục 1.3.3.3.
1.3.2.2 Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt
Do tqn = 540℃ nên chọn bộ quá nhiệt loại tổ hợp đối lưu - nửa bức xạ.
1.3.2.3 Bố trí bộ hâm nước (BHN) và bộ sấy khơng khí (BSKK)
Do buồng lửa đốt dầu nhiên liệu để cháy nên nhiệt độ không khí nóng khơng cần cao lắm, cho
khoảng từ 150-200℃. Nên ta chọn BHN và BSKK một cấp. BHN nhận nhiệt lượng nhiều
hơn nước có thể chảy phía trong làm mát các ống nên đặt trước BSKK hay nói cách khác đặt
BHN ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn.
1.3.2.4 Đáy buồng lửa
Do đốt nhiên liệu lỏng nên ta chọn đáy buồng lửa có dạng đáy bằng, lỗ thải xỉ ở giữa hoặc hai
bên.
1.3.3

Nhiệt độ khói và khơng khí

1.3.3.1 Nhiệt độ khói thốt ra khỏi lị (θth).
Là nhiệt độ khói ra khỏi BSKK tra bảng 1.1 trang 13 tài liệu [1] với nhiên liệu rẻ tiền, chọn θth

= 150℃ nhờ đó nếu sau này sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao hơn vẫn hoạt động
tốt.
1.3.3.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (θ’’th )
Là nhiệt độ khói trước cụm feston. Chọn theo phân tích kinh tế kỹ thuật (khơng lớn hơn
1150℃)
Chọn θ’’th = 1100℃.
1.3.3.3 Chọn nhiệt độ khơng khí nóng
Được lựa chọn dựa trên loại nhiên liệu, phương pháp đốt và phương pháp thải xỉ.
Do buồng lửa ở đây là buồng lửa đốt dầu nhiên liệu dễ cháy nên nhiệt độ khơng khí nóng
khơng cần cao lắm, chọn khoảng từ 150-200℃.
Chọn tkkn = 150℃


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi

Sơ đồ cấu tạo tổng thể của lò hơi.

Hình 1
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Bao hơi
Bộ pheston
Bộ q nhiệt cấp II

Bộ giảm ơn
Bộ q nhiệt cấp I
Bơ hâm nước

2

7: Bộ sấy khơng khí
8: Dàn ống sinh hơi
9: Vịi phun
10: Ống góp dưới
11: Phần đáy thải xỉ
12: Đường thốt khói
13: Bộ q nhiệt nữa bức xạ

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN Q TRÌNH CHÁY CỦA NHIỆN LIỆU

2.1 Tính thể tích khơng khí lý thuyết
Được tính cho 1kg nhiên liệu lỏng:
V0kk = 0,0889 ( Clv + 0,375 Slv ) + 0,265 Hlv – 0,033 Olv [m3tc/kg]


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi

= 0,0889 (86,47 + 0,375.1,9) + 0,265 .10,92 – 0,033 .0,3
= 10,634 m3tc/kg.

2.2 Tính thể tích sản phẩm cháy
2.2.1 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết

Khi cháy 1 kg nhiên liệu lỏng :
Theo công thức (2-3) trang 17 tài liệu (1):
VRO2 = VCO2 + VSO2 = 0,01866 (Clv + 0,375Slv) , m3/kg
= 0,01866 (86,47 + 0,375 .1,9)
= 1,627 m3tc/kg
Theo công thức (2-4) trang 17 tài liệu (1):
V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv ≈ 0,79 V0KK
= 0,79.10, 634 = 8,401m3tc/kg
Theo công thức (2-5) trang 17 tài liệu (1):
V0H2O = 0,111.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161V0KK + 0,24.Gph , m3tc/kg
= 0,111.10,92 + 0,0124. 0 + 0,0161. 10,634 + 0 ,m3tc/kg
= 1,383 m3tc/kg.
Trong đó Gph là lượng hơi để phun dầu vào lị ,đối với vịi phun kiểu cơ khí thì Gph = 0.
Theo cơng thức (2-6) trang 17 tài liệu (1):
Thể tích khói khơ lý thuyết :
V0kkho = VRO2 + V0N2 = 1,627+ 8,401 = 10,028 m3tc/kg.
Theo công thức (2-7) trang 17 tài liệu (1):
Theo công thức (2-7) trang 17 tài liệu (1):
Thể tích khói lý thuyết :
V0K = V0kkho + V0H2O = 10,028 + 1,383 = 11,411 m3tc/kg.
2.2.2

Thể tích sản phẩm cháy thực tế

2.2.2.1 Thể tích hơi nước
Theo cơng thức (2-11) trang 18 tài liệu (1):
VH2O = V0H2O + 0,0161 (α - 1 ) V0KK , m3tc/kg


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

2.2.2.2 Thể tích khói thực
Theo cơng thức (2-12) trang 18 tài liệu (1):
VK = Vkkhô + VH2O = V0kkho + (α - 1 ) V0KK + VH2O , m3tc/kg
2.2.2.3 Phân thể tích các khí
Đối với khí 3 nguyên tử :
Theo công thức (2-14) trang 17 tài liệu (1):
VRO2
VK
rRO2 =

;

Đối với hơi nước:
Theo công thức (2-15) trang 17 tài liệu (1):

VH0 2O
VK
rH2O =

;

2.2.3 Hệ số khơng khí thừa
Hệ số khơng khí thừa phụ thuộc vào loại buồng lửa, nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và điều
kiện vận hành.
Theo bảng phụ lục 6 tài liệu [1], Với lò hơi buồng lửa phun dầu ta chọn:
α = α”bl = 1,1
Hệ số khơng khí lọt vào các phần tử của lị được chọn như sau ( bảng 2.1/17 [III] )

STT

Các bộ phận của lị

Hệ số khơng khí lọt ∆α

1

Buồng lửa phun

0

2

Feston

0

3

Bộ q nhiệt (BQN) cấp 2

0,03

4

Bộ quá nhiệt cấp 1

0,03

5

Bộ hâm nước

0,02

6

Bộ sấy khơng khí

0,2

Hệ số khơng khí thừa từng nơi trong buồng lửa được xác định bằng cách cộng hệ số khơng
khí thừa của buồng lửa với hệ số khơng khí lọt vào các bộ phận đang khảo sát, được tính như
sau: α’' = α’ + ∆ α


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

Ta có bảng hệ số khơng khí thừa:
STT

Các bộ phận của lị

Hệ số khí thừa
Đầu vào α’

Đầu ra α”

0

1,1

1

Buồng lửa

2

Cụm Feston

1,1

1,1

3

BQN cấp 2

1,18

1,13

4

BQN cấp 1

1,13

1,16

5

BHN

1,16

1,18

6

BSKK

1,18

1,38

Ta có bảng sau:


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

Bảng 2.3 : Đặc Tính Sản Phẩm Cháy
T
T

Tên đại lượng

Kí
hiệu

1

Hệ số khơng khí thừa trung
bình

α

2

Lượng khơng khí thừa

Đơn
vị

BL

Cụm
PT

BQN2

BQN1

BHN

BSKK

Khói
thải

1,1000

1,1000

1,1200

1,1450

1,1700

1,2800

1,3800

Vthừa

mtc3/k
g

1,0634

1,0634

1,2761

1,5419

1,8078

2,9775

4,0409

3

Thể tích hơi nước

VH2O

mtc3/k
g

1,4001

1,4001

1,4035

1,4078

1,4121

1,4309

1,4481

4

Thể tích khói

Vkh

mtc3/k
g

12,474
4

12,474
4

12,687
1

12,952
9

13,218
8

14,388
5

15,4519

rH2O

0,1122

0,1122

0,1106

0,1087

0,1068

0,0994

0,0937

5

Phân thể tích hơi nước

6

Phân thể tích của khí 3
nguyên tử

rRO2

0,1304

0,1304

0,1282

0,1256

0,1231

0,1131

0,1053

7

Phân thể tích của RO2 và
H2O

rn

0,2427

0,2427

0,2389

0,2343

0,2299

0,2125

0,1990

8

Nồng độ tro bay theo khói

μ

6,0925

6,0925

5,9903

5,8674

5,7494

5,2820

4,9185

g/mtc3

Kết
quả


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

9

Thể tích khơng khí lý thuyết

Vkk0

mtc3/k
g

10,634
0

10

Thể tích khói 3 nguyên tử lý
thuyết

VRO2

mtc3/k
g

1,6270

11

Thể tích hơi nước lý thuyết

VH2O0

mtc3/k
g

1,3830

12

Thể tích N2 lý thuyết

VN20

mtc3/k
g

8,4010

13

Độ tro làm việc

Alv

%

8,0

14

Lượng tro bay theo khói

ab

0,9500


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

2.3 Tính entanpi của khơng khí và khói
Entanpi của khơng khí lý thuyết cần thiết cho q trình cháy:
Iokk = V0kk(Cp.θ)kk ,[kJ/kg]
trong đó:

V0kk – thể tích khơng khí lý thuyết, m3tc/kg
Cp – nhiệt dung riêng của khơng khí, kJ/m3tc
Cp = 1,2866 + 0,0001201.t
θ - nhiệt độ khơng khí, oC

Entanpi của khói lý thuyết:
I0k = VR 2O (C.θ) RO2 + VN0 2 ( C.θ ) N + VH0 2O (C.θ) H 2O
2

; kJ/kg hay kJ/m3tc
Trong đó: C – nhiệt dung riêng, kJ/kgđộ
θ - nhiệt độ của các chất khí, oC
Entanpi của khói thực tế:
I k = Ik0 + (α − 1).I0kk + I tro

Dựa trên bảng 1 phụ lục tài liệu [3]trang 276, ta có bảng sau:


Bảng 2.5 - Entanpy của sản phẩm cháy

GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

Bảng 2.4: Entanpi của Khói và Khơng khí
Nhiệt
độ

IoRO2

IoN2

IoH2O

IoKK

IoK

(Cθ)RO2

(Cθ)N2

(Cθ)H2O

(Cθ)KK

kJ/m3tc
129,007

kJ/m3tc
149,83

kJ/m3tc

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

100

kJ/m3tc
174,698

129,861

284,234

1083,788

207,212

1380,942

1575,234

200

358,992

260,228

304,65

262,124

584,080

2186,175

421,334

2787,427

3191,589

300

552,882

393,663

464,47

396,789

899,539

3307,163

642,365

4219,454

4849,067

400

756,368

529,312

629,29

533,856 1230,611

4446,750

870,305

5677,025

6547,666

500

969,45

667,175

799,1

673,325 1577,295

5604,937 1105,155

7160,138

8287,388

600

1192,128

807,252

973,91

815,196 1939,592

6781,724 1346,915

8668,794 10068,231

700

1424,402

949,543

1153,7

959,469 2317,502

7977,111 1595,584

10202,993 11890,196

800

1666,272 1094,048

1338,5

1106,144 2711,025

9191,097 1851,162

11762,735 13753,284

900

1917,738 1240,767

1528,3

1255,221 3120,160

10423,684 2113,650

13348,020 15657,493

1723,1

1406,7 3544,908

11674,870 2383,047

14958,848 17602,825

θ,oC

1000

2178,8

1389,7

1100

2449,458 1540,847

1922,9

1560,581 3985,268

12944,656 2659,354

16595,218 19589,278

1200

2729,712 1694,208

2127,7

1716,864 4441,241

14233,041 2942,570

18257,132 21616,853

1300

3019,562 1849,783

2337,5

1875,549 4912,827

15540,027 3232,696

19944,588 23685,550

1400

3319,008 2007,572

2552,2

2036,636 5400,026

16865,612 3529,731

21657,587 25795,370

1500

3628,05

2772

2200,125 5902,837

18209,798 3833,676

23396,129 27946,311

1600

3946,688 2329,792

2996,8

2366,016 6421,261

19572,583 4144,530

25160,214 30138,374

1700

4274,922 2494,223

3226,5

2534,309 6955,298

20953,967 4462,294

26949,842 32371,559

1800

4612,752 2660,868

3461,3

2705,004 7504,948

22353,952 4786,967

28765,013 34645,866

2167,575

1900 4960,178 2829,727
Hệ
số khơng
khí thừa 3000,8
5317,2
2000
2100

Thơng
số
5683,818
3174,087

3349,588
Entanpi2200 6060,032
IKK0
IK0
Nhiệt độ
kJ/kg
o
C
100
1380,941 1575,234

9
200
2787,426 3191,589
6
300
4219,454 4849,067
2
400
5677,024 6547,666
7
500
7160,138 8287,388
1

3701

2878,101 8070,210 23772,537 5118,549 30605,726 36961,296
1,1000
1,1000 8651,084
1,120025209,721
1,14505457,041
1,170032471,982
1,280039317,847
1,3800
3945,8
3053,6
BL
PT
BQN2
BQN1

BHN
BSKK
Khói
4195,5
3231,501 9247,572 26665,505 5802,443 34363,782 41715,520
thải
4450,3 3411,804 9859,672 28139,889
IK
6154,754 36281,124 44154,315
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
1961,897

2099,9

3595,766

3665,452

3972,069

4250,8

5460,888

5566,374

6030,514

6452,4

7370,835

7512,760

8137,233

8704,9

9325,608

9504,611 10292,226


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

3

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

CHƯƠNG III: CÂN BẰNG NHIỆT LỊ HƠI

3.1 Lượng nhiệt đưa vào lò
Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn hoặc tính cho 1 m 3 tc nhiên liệu
khí.
Gọi Qđv là lượng nhiệt đưa vào lị và được tính theo cơng thức sau:
Qđv = Qtlv + Qnkk + Qnl + Qph + Qđ ,[kJ/kg]
Với: Qtlv – nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu,kJ/kg
Qnl – nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào lò, kJ/kg, Qnl rất bé nên ta bỏ qua.
Q nkk – nhiệt do khơng khí mang vào, chỉ tính khi khơng khí được sấy nóng trước
bằng nguồn nhiệt bên ngồi lị. Ở đây khơng khí được sấy bằng khói lị ở BSKK nên Qnkk = 0.
Qph – nhiệt lượng do dùng hơi phun nhiên liệu vào lò . Đối với vịi phun dầu kiểu cơ
khí thì Gph = 0 nên Qph = 0 .
Qđ – lượng nhiệt tổn thất do việc phân hủy cacbonat khi đốt đá dầu, do nhiên liệu ở
đây là dầu nên Qđ = 0.
Vì vậy ta có :
Qđv = Qtlv = 40,8 MJ/kg
Mặt khác: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 , kJ/kg
Với :

Q1 – lượng nhiệt hữu ích cấp cho lò để sản xuất hơi, kJ/kg
Q2 – tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngồi lị hơi , kJ/kg
Q3 – lượng nhiệt tổn thất do cháy khơng hồn tồn về hóa học, kJ/kg
Q4 – lượng nhiệt tổn thất do cháy khơng hồn tồn về cơ học, kJ/kg
Q5 – lượng nhiệt tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi, kJ/kg
Q6 – lượng nhiệt tổn thất do xỉ mang ra ngồi, kJ/kg

3.2 Nhiệt lượng hữu ích cấp cho lò để sản xuất hơi Q1 [kJ/kg]

I th − α th .I 0kkl ) . ( 100 − q 4 )

(
D
Q2
q2 =
.100 =
;% Q1 = qn (i qn − i nc )
Qdv
Qdv
B

Trong đó: Dqn: sản lượng hơi quá nhiệt kg/h
iqn : là entanpi của hơi quá nhiệt, kJ/kg
inc : là entanpi của nước đi vào bộ hâm nước , kJ/kg
B: lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, kg/h

; kJ/kg


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi

3.3 Các tổn thất nhiệt của lò hơi
3.3.1 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngồi q2 [%]
Theo công thức (3-12) trang 32 tài liệu [1], ta có

I th − α th .I 0kkl ) . ( 100 − q 4 )
(
Q2
q2 =

.100 =
;%
Qdv
Qdv
trong đó:
Ith, [kJ/m3] là entanpi của khói thải ứng với αth và θth;

I0kkl

I0kkl
[kJ/m3] là entanpi của khơng khí lạnh ở nhiệt độ tkkl ;

Vkk0
= Ckk.tkk.

,[ kJ/m3tc].

q4, [%] là tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu khơng hồn tồn về cơ học, đối với nhiên liệu lỏng
thì
q4 < 0,5% nên thường trong tính tốn khơng kể đến.
* Xác định entanpi khói thải
Ta có θth = 150℃ dựa vào bảng (5) ta tính gần đúng bằng phương pháp nội suy và được kết
quả như sau: Ith = 2989,88 kJ/m3tc.
Theo phụ lục tài liệu (3) trang 276, ta có:
Ckk = 1,2866 + 0,0001201.θkkl = 1,2866 + 0,0001201 . 30 = 1,29 kJ/m3tc.℃;

⇒

I0kkl = Vkk0 (C.θ) kk
= 10,634. 1,29.30 = 411,54 kJ/m3tc

( Ith − α th .Ikkl ) . ( 100 − q 4 )
Q
q 2 = 2 .100 =
Q dv
Q dv
0

⇒

=

( 2989,88 − 1,38.411,54 ) .(100 − 0) = 5,94%
40800

3.3.2 Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về mặt hóa học q3 [%]
Với lị buồng lửa phun đốt dầu, chọn q3 = 3% theo tài liệu (1) mục 3.2.2 trang 58, ta có

Vậy, Q3 =

q 2 .Qdv 3.40800
=
= 1224kJ / m3tc
100
100


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

3.3.3 Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn toàn về cơ học q4 [%]
Đối với nhiên liệu lỏng thì q4 < 0,5% nên thường trong tính tốn khơng kể đến.
3.3.4 Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi q5 [%]
q5 được xác định theo đồ thị q5 = f(D) hình 3-1 trang 34 tài liệu (1), với D =125T/h ta được
q5 = 0,685%.

Qdv .q5 40800.0,685
=
= 279,48kJ / m3tc
100
100

Q5 =

3.3.5 Tổn thất nhiệt vật lý của xỉ thải ra ở đáy buồng lửa q6 [%]
Đây là lị đốt dầu nên ta coi như khơng có xỉ, do vậy, q6=0

3.4 Hiệu suất lị hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu
3.4.1 Hiệu suất nhiệt lò hơi
Ta có tổng tổn thất nhiệt lị hơi là:
6

∑q
i =2

i

= q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 = 5,94 + 3 + 0 + 0,685 + 0 = 9,625%

6

ηlo = 100 − ∑ q i = 100 − 7,125 = 90,375%
Do đó hiệu suất của lò hơi là:
3.4.2

i=2

Lượng nhiệt tiêu hao của lò hơi

3.4.2.1 Lượng nhiện liệu tiêu hao thực tế của lò hơi

B=

D(i''qn − i'nc )
Q1
=
ηlo .Q lvt
ηlo .Q lvt
; [kg/h]

trong đó: Q1 - nhiệt lượng hữu ích trong lị, [kJ/kg]; được xác định thông qua: tra bảng nước
chưa sôi và hơi quá nhiệt trang 285 tài liệu [3]

i ''qn
Hơi quá nhiệt: Pqn = 9,6Mpa= 96bar; tqn = 540℃ ⇒

= 3476,56kJ/kg

Tra bảng nước và hơi bão hòa trang 277 tài liệu [3]:

Nước cấp: tnc = 225℃ ⇒

i 'nc
= 966,9 kJ/kg

D(i ''qn − i 'nc ) 125.103. ( 3476,56 − 966,9 )
Q1
B=
=
=
= 8,507t / h
ηlo .Q lvt
ηlo .Q lvt
0,90375.40800
Vậy,


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

3.4.2.2 Lượng nhiên liệu tiêu hao tính tốn

B.
Bt =

100 − q 4
100 − 0
= 8, 278.

= 8,507t / h
100
100

4

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BUỒNG LỬA

4.1 Xác định các kích thước của buồng lửa và bố trí vịi phun nhiên liệu
Nhiệm vụ tính nhiệt của buồng lửa là xác định lượng nhiệt hấp thụ trong buồng lửa, diện tích
bề mặt các dàn ống hấp thụ nhiệt bằng bức xạ và thể tích buồng lửa đảm bảo làm giảm được
nhiệt độ của sản phẩm cháy đến giá trị quy định.
4.1.1 Xác định thể tích buồng lửa
Thể tích buồng lửa Vbl để cháy kiệt nhiên liệu với αmin.

Bt .Qlvt
Vbl =
;m3
qv
Ta có:
Với qv là nhiệt thế thể tích của buồng lửa, qv được chọn dựa trên loại buồng lửa, việc chọn qv
cần lưu ý:
- Nếu như qv quá nhỏ thì Vbl lớn làm tăng vốn đầu tư, giảm θbl, cháy kém, gây đióng xỉ.
- Nếu như qv quá lớn thì Vbl nhỏ làm tăng q4 sẽ làm giảm công suất D và tăng θ’’bl.
Theo bảng 6 tài liệu [1], đối với buồng lửa phun đốt dầu mazut có qv = 290 kW/m3.

Vbl =
⇒

8,507.40800.1000

= 332, 46m3
290.3600

4.1.2 Tiết diện ngang của buồng lửa fbl [m2]
Tiết diện ngang của buồng lửa tính theo đường trục các ống của các dàn ống sinh hơi được
xác định trên cơ sở toàn bộ lượng nhiệt sinh ra khi cháy nhiên liệu BQlvt và nhiệt thế tiết diện
ngang của buồng lửa qftt [kW/m2]:

f bl =

Bt .Qlvt
, m2
tt
qf

Nhiệt thế tính tốn qfttphụ thuộc vào dạng nhiên liệu, phương pháp đốt và công suất
nhiệt của buồng lửa.
Theo bảng 4-1b trang 41 tài liệu [1], ta chọn qf =9300 kW/m2.


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

Suy ra: qftt =(0,7 ÷ 0,9) qf =0,7.9300=6510 kW/m2

f bl =

Bt .Qlvt 8,507.1000.40800
=

= 14,8m 2
tt
qf
6510.3600

Vậy,
4.1.3

Xác định kích thước buồng lửa

4.1.3.1 Chiều sâu tối thiểu buồng lửa b
Chiều sâu phải đảm bảo chiều sâu tối thiểu để ngọn lửa không đập vào tường đối diện.
Khi đốt dầu mazut, ta lấy b = (5÷7)Dv, trong đó Dv là đường kính lỗ đặt vòi phun trên tường
buồng lửa.
Theo bảng 4-2 trang 42 tài liệu [1], với công suất định mức của lị hơi Dđm = 125 t/h, ta có
Dv = 850 mm. Nhưng đối với vịi phun khí – mazut, Dv giảm 1,3 – 1,4 lần.

850
1, 4
Nên ta chọn Dv =

= 607 mm = 0,607m.

Vậy b = (5÷7).Dv = 7.0,607 = 4,25m
4.1.3.2 Chiều rộng buồng lửa a :
Chiều rộng cũng như chiều sâu buồng lửa được chọn theo loại vòi phun và cách đặt chúng,
đảm bảo sao cho ngọn lửa không văng tới tường đối diện.
Ngoài ra chiều rộng của buồng lửa còn phải đảm bảo chiều dài của bao hơi để phân ly hơi,
yêu cầu về tốc độ hơi trong bộ quá nhiệt, đồng thời thỏa mãn được nhiệt thế chiều rộng buồng
lửa qr trong phạm vi nhất định.

a
≤ 1,3 ⇒ a = 1,3.b = 1,3.4, 25 = 5,525m
b

l3

Ta thấy a= 5,525m>b=4,25m ⇒ thỏa mãn với buồng lửa có tiết diện hình lắng trụ

4.1.3.3 Chiều cao buồng lửa hbl
Chiều cao buồng lửa được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo chiều
để cho nhiên liệu cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa. Chiều
tạo nên trong quá trình cháy tùy thuộc vào nhiên liệu đốt,
pháp đốt và cơng suất lị hơi.
l2

dài ngọn lửa
dài ngọn lửa
phương

Chiều dài ngọn lửa lnl được tính:
lnl = l1 + l2 + l3,m
l1


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

Đối với buồng lửa phun có D = 125T/h thì lnl = 14m

b
5,525
l3 = .sin 600 =
.sin 600 = 2, 4m
2
2
l1 =

b 5,525
=
= 2,8m
2
2

l2 = l nl − l1 − l 2 = 14 − 2, 4 − 2,8 = 8,8m
4.1.4 Cách bố trí vịi phun trên tường buồng lửa
Cơng suất mỗi vịi phun madut có thể dao động trong khoảng 1,0÷2,5 t/h, mà lượng nhiên
liệu tiêu thụ tính được là : Bt = 8,507 kg/h nên ta chọn số vịi phun là 4 vịi phun trịn, với
cơng suất mỗi vòi phun 2,1 t/h và đặt ở tường bên 4 cái,bố trí thành 2 dãy .
- Khoảng cách giữa các vòi phun theo phương thẳng đứng: 1,5m.
- Khoảng cách giữa các vòi phun theo phương nằm ngang: 1,2m.
- Khoảng cách từ vịi phun ngồi cùng đến tường liền kề: 1,3m.
- Khoảng cách từ vòi phun dưới cùng dưới đến đáy buồng lửa: 1,5m
4.1.4.1 Phần dưới của buồng lửa
Khi đốt khí thiên nhiên và mazut phần dưới của buồng lửa được làm dưới dạng đáy hơi
nghiêng (hay nằm ngang) khơng có lỗ tháo xỉ.
4.1.4.2 Chiều cao cửa khói ra ở tường sau của buồng lửa hr
Chiều cao cửa khói ra ở tường sau buồng lửa h r (phía sau các mành ống): Do lị có hình dạng
chữ π thì lấy bằng hoặc nhỏ hơn một ít so với chiều sâu buồng lửa (b = 4,25m):

hrb = (0,6÷0,7)b = 0,7.5,525 = 3,87m
Chiều cao của mành ống đặt đứng có kể đến độ nghiêng của mặt dưới đường khói nằm ngang
bằng 40450 và khi có mũi khí động học (chỗ nhơ ra) trên tường sau buồng lửa:
hm = (1,1÷1,2).hrb = 1,2.3,87 = 4,64m
4.1.4.3 Thể tích buồng lửa
Thể tích buồng lửa phụ thuộc vào cơng suất của lị hơi và giá trị cho phép của nhiệt thế thể
tích buồng lửa qv.
4.1.4.3.1 Thể tích tối thiểu cho phép của buồng lửa
min
bl

V

Btt .Qlvt
2,36.40800
=
=
= 332m3
qv
290


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

4.1.4.3.2 Thể tích tính tốn của buồng lửa

θ''th
V = (3 −

).Vblmin , m3
700

Vbltt = (3 −

tt
bl

⇒

1100
).332 = 474,3m3
700

4.1.4.3.3 Nhiệt thế thể tích tính tốn của buồng lửa

B.Qlvt
2,36.40800
q =
=
= 203kW / m3
tt
Vbl
474,3
tt
v

4.1.4.3.4 Thể tích vùng trên cùng của buồng lửa
Vvt = a .b’’. hm = 5,525. 2,975.4,64= 76,3m3
Với b’’ chiều sâu vùng trên buồng lửa đã trừ phần nhô vào của các mành ống (mành ống một

dãy đặt sâu vào buồng lửa một khoảng bằng (0,2b )
4.1.4.3.5 Thể tích phần lăng trụ của buồng lửa
Vltr = Vbltt - Vpl - Vvt
= 474,3 - 0 - 76,3 = 398m3
4.1.4.3.6 Chiều cao phần lăng trụ của buồng lửa
Được xác định theo thể tích và tiết diện ngang của lăng trụ:

h ltr =

Vltr Vltr
398
=
=
= 16,95m
f bl
a.b 5,525.4, 25

⇒ Tổng diện tích các tường buồng lửa (khơng có dàn ống đặt trong giữa buồng lửa để nhận
nhiệt cả hai phía của ống):

Fvtt ≈ 7. 3 ( Vbltt ) = 7. 3 474,32 = 426m 2
2

4.1.5 Diện tích bề mặt các tường buồng lửa
Để đơn giản trong tính tốn ta chia diện tích tường bên thành nhiều hình nhỏ
Kích thước các cạnh được xác định như trên hình
vẽ bên cạnh với bề rộng là 4,25 m
a ) Diện tích tường bên:
=> Fb = 17,07 x b = 17,07 x 4,25 = 72,6 m2
b) Diện tích tường sau:

Fs = (17,07 - 4,64) x 5,525 = 68,7 m2
c) Diện tích tường trước:


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi

Ft = 17,07 x a = 17,07 x 5,525 = 94,3 m2
d) Diện tích tường buồng lửa:
F=2Fb+Fs+Ft=2x72,6 + 68,7 + 94,3 = 308,2 m2

4.2 Hệ số phân bố không đồng đều theo chiều cao buồng lửa M
Hệ số M kể đến đặc tính của trường nhiệt độ trong buồng lửa, đối với buồng lửa phun giá trị
tối đa của M lấy không lớn hơn 0,5.

X bl =
Dầu mazut: ψM = 0,54 - 0,20Xbl ; với

h vp
H bl
;

trong đó: hvp là chiều cao bố trí vịi phun, đó là khoảng cách từ đáy buồng lửa đến trục vòi
phun. Hbl là khoảng cách từ đáy buồng lửa đến giữa cửa ra buồng lửa.
Ở đây, với công suất D=125T/h ta chọn 4 vòi phun đặt ở tường bên, chia làm 2 dãy, mỗi dãy 2
tầng, do vậy:
Vòi phun 2 tầng:

h vp =

n1B1h vp1 + n 2 B2 h vp2
n1B1 + n 2 B2

Trong đó:
B1,B2 [kg/s] là lượng nhiên liệu cấp qua mỗi tẩng vòi phun thứ nhất, thứ hai.
B1 = B2 = 2,00 t/h=0,56kg/s.
hvp1, hvp2 là chiều cao bố trí trục vòi phun của tầng thứ nhất và tầng thứ hai.
n1,n2 là số vòi phun trong tầng thứ nhất và tầng thứ hai.

h vp =

n1B1h vp1 + n 2 B2 h vp2

⇒ X bl =

n1B1 + n 2 B2

=

2.0,56.1,5 + 2.0,56.3
= 2, 25m
2.0,56.2

2, 25
= 0,15
15,38

⇒ M = 0,54 − 0, 2.0,15 = 0, 48
< 0,5 thỏa mãn yêu cầu.

GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

4.3 Đặc tính của dàn ống sinh hơi
Ống sinh hơi được làm từ thép cácbon chất lượng cao, là ống trơn. Đường kính ngồi của ống
d=(40÷63)mm, chọn d=50mm.
Bước ống của dàn ống sinh hơi ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ tường lị và đảm bảo q trình
cháy ổn định.
Bước ống s = (1,2÷1,4)d = (60÷70)mm, chọn s = 65mm.
Khoảng cách từ tâm ống đến tường: e = (0,75÷0,8)d=
(37,5÷40)mm, chọn e = 40mm.

nb =
Số ống ở mỗi tường bên:

b − 2e 4600 − 2.40
=
= 70
s
65

nt =
Số ống ở tường trước (sau):

a
60000
−2 =

− 2 = 90
s
65

s
ống.

d

e

ống

Theo trang 67 tài liệu [1], ta chọn hệ số góc ( độ đặt ống trên các tường buồng lửa) χ = 0,975.
Ta có bảng đặc tính của dàn ống sinh hơi.

STT
1
2
3
4
5
6
7

Bảng 4: ĐẶC TÍNH DÀN ỐNG SINH HƠI
Kí
Đơn
Tường
Tên

Cơng thức
hiệu
vị
trước
Đường kính ngồi của
d
mm
Chọn
50
ống
Bước ống
s
mm
Chọn
65
Tỉ số
Khoảng cách từ tâm ống
đến tường
Số ống

s/d

Diện tích
Tổng diện tích tường
buồng lửa

8

Hệ số góc

9

Diện tích bề mặt hấp thụ
Tổng diện tích bề mặt hấp
thụ

10

Bên

Pheston

50

50

50

65

65

s/d

1,3

1,3

1,3

Chọn

40

40

40

90

90

70

94,3

68,7

72,6

e

mm

n

ống

Fi

m2

Tính ở trên

Fbl

m2

2*Ftb+Ftr+Fs

Hbx

m2

Theo cơng
thức
Fi*χi

Hbx

m2

ΣHbx

χi

Tường
sau

308,2

0,975

0,975

0,975

92,00

67,00

74,3

233,3

90


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

4.4 Các đặc tính nhiệt của buồng lửa
4.4.1 Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa:
Theo công thức (4-19b) trang 53 tài liệu [1], ta có: Nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong buồng
lửa (tính cho 1kg nhiên liệu lỏng) là:

Q bl = Q lvt

100 − q 3 − q 4 − q 6
+ Q kk − Q ng

kk + rI kttn , kJ / kg
100 − q 4

Trong đó: Qlvt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc, kJ/kg;
Qkkng – nhiệt lượng chứa trong khơng khí được sấy sơ bộ bằng nguồn nhiệt khác
trước bộ sấy chính trong lị hơi, ở đây sấy bằng chính khói của lò nên : Qkkng = 0 (kJ/kg);
Qkk – nhiệt do khơng khí mang vào buồng lửa, gồm nhiệt lượng của khơng khsi
nóng và một phần khơng lớn nhiệt lượng do khơng khí lạnh từ bên ngồi lọt vào
buồng lửa:
0
(α bl − ∆α bl − ∆α ng ).I 0kkn + ( ∆α bl + ∆α ng ) .I kkl
, kJ / m 3

Qkk = Qkkn + Qkkl =
Với ∆αbl là hệ số lọt khơng khí lạnh vào buồng lửa, ∆αbl=0
∆αng là hệ số lọt khơng khí lạnh vào hệ thống nghiền than, ở đây là đốt dầu nên ∆αng = 0
Qkk = (1,1 – 0 - 0).[10,634.(1,2866 + 0,0001201.tkkn). tkkn]+ 0
= 1,1.[10,634.(1,2866 + 0,0001201.150).150] = 2289 kJ/kg.

⇒ Q bl = 40800.

100 − 3 − 0 − 0
+ 2289 = 41865kJ / kg
100 − 0

4.4.2 Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa :
Entanpi của khói ở đầu ra buồng lửa (θ’’bl = 1100℃), theo bảng (2.5), được giá trị như sau:
Ibl’’ = 21248,800 kJ/kg

ϕ = 1−

q5
0,685
= 1−
= 0,9927
ηlo + q5
92,875 + 0,685

φ - hệ số bảo ôn:
Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa là:
Qbx = ϕ(Qbl – I”bl) = 0,9927.(41865 – 21248,800) = 20465,702 kJ/kg.


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lị h ơi

4.4.3 Nhiệt độ cháy lý thuyết �a
Khi tính tốn buồng lửa lị hơi có thể xác định trực tiếp được nhiệt độ θa khi sử dụng số liệu
trong bảng (2.5) theo giá trị Qbl đã biết bằng cách nội suy trong vùng nhiệt độ khói cao ứng
với giá trị αbl và lấy Ikbl = Qbl. Khi đó: ta có
Ikbl (kJ/kg)
40021,686
41865
42565,045

θ (℃)
1900
?
2000

Nhiệt độ cháy lý thuyết được tính theo Qbl. Theo bảng (2.5) bằng phương pháp nội suy ta
được
θa = 1972 oC
⇒ Ta = 1972 + 273 = 2245 K
T’’bl = θ”bl + 273 = 1100 +273 = 1373 K
4.4.4 Độ đen buồng lửa abl
Độ đen của buồng lửa (hay hệ số bức xạ nhiệt của buồng lửa) abl có ảnh hưởng đến kích thước
bề mặt các dàn ống hấp thu nhiệt. Độ đen của buồng lửa abl được xác định bởi sự bức xạ của
ngọn lửa choán đầy buồng lửa và hiệu quả nhiệt của các bề mặt dàn ống ψtb và được xác định
qua công thức sau:

a bl =

a nl
a nl + (1 − a nl ).ψ tb

Với: anl : độ đen của ngọn lửa xác định theo công thức sau : anl = mas + (1-m)aks;
trong đó:
as,aks là độ đen của phần ngọn lửa sáng và của các khí khơng sáng.

a s = 1 − e − (k k .rk + k mh )ps
;
trong đó:
p(MPa) là áp suất khói trong buồng lửa, lấy p=0,1Mpa
s (m) là chiều dày hiệu quả của lớp khí bức xạ trong buồng lửa và được tính theo:

s = 3,6.

Vbl

474,3
= 3,6.
= 5,54m
Fv
308, 2

kk là hệ số làm yếu bức xạ của môi trường khói là


GVHD: PGS.TS Hồng Ngọc Đồng

Đ ồ án mơn h ọc: Lò h ơi

 7,8 + 16rH2O  
Tbl''   7,8 + 16.0,1122  
1373 
kk = 
− 1÷ 1 − 0,37.
− 1÷1 − 0,37.
÷ 
÷ = 3,6

÷
1000   0, 2427.5,54
rk .s
1000 



=

rk = rRO2 + rH2O = 0,1122 + 0,1304 = 0, 2427
với rk là phân thể tích của các khí 3 nguyên tử:
kmh là hệ số làm yếu bức xạ của các hạt bay theo khói :

k mh

Clv
= 0,3. ( 2 − α bl ) ( 1,6.10 .T − 0,5 ) lv [1 / mMpa]
H
−3

''
bl

0,3.(2 − 1,1).(1,6.10 −3.1373 − 0,5).

86, 47
= 3,63
10,92

=

[1/mMpa]

Vậy, độ đen của phần ngọn lửa sáng là

⇒ as = 1 − e

−( 3,6.0,2427 +3,63) .0,1.5,54

= 0,92

Độ đen ngọn lửa phần không sáng được xác định bằng công thức:

a ks = 1 − e − k k .rk .ps = 1 − e −3,6.0,2427.0,1.5,54 = 0,384
m là hệ số phụ thuộc vào phụ tải nhiệt và thể tích buồng lửa :
Theo bảng 4.10 trang 66 tài liệu [1] với buồng lửa đốt dầu và qv = 290 < 400kW/m3 thì
m = 0,55.
⇒ độ đen của ngọn lửa: anl = 0,55.0,92 + (1 - 0,55).0,384 = 0,68
Ta có với ψtb - hệ số hiệu quả nhiệt trung bình của dàn ống sinh hơi:

∑ψ
ψtb =

F

i

Fi

= χ .ξ

(vì hệ số χ của các dàn ống ở đây được chọn bằng nhau)

χ , hệ số góc của dàn ống χ=0,975 theo tài liệu [1])
ζ là hệ số bám bẩn bề mặt ống. Theo bảng 4.8 trang 60 tài liệu [1]
Chọn ζ = 0,55 => ψ = 0,975.0,55 = 0,54

a bl =

a nl
0,68
=
= 0,797
a nl + (1 − a nl ).ψ tb 0,68 + (1 − 0,68).0,54