Đề tài tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (988.84 KB, 59 trang )

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.

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 dài buồng đốt .
mm
4000
02
Đường kính buồng đốt.
mm
780
03
Diện tích bức xạ bề mặt trong
m
2
9,76
04
Diện tích dàn đối lưu
m
2

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 kích thước để kiểm tra

Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 14

PHẦN III: TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT
TRONG BUỒNG LỬA
Với chiều dài của buồng lửa
L
bl
= 4 m
Đường kính của buồng lửa
D
bl
= 0,78m
Diện tích toàn bộ buồng lửa :
F
v
=

. D
bl
.L
bl
=

. 0,78. 4 = 9,8 m
2

Thể tích buồng lửa V
0

chính bằng thể tích bên trong của hình trụ. Ta chọn :
Thể tích buồng lửa : V
0
= 1,89m
3

Ta chọn bề mặt trong của ống lửa là loại lượn sóng có đường kính lượn d
l
= 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
1200
o
bl
tC

 Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa

'
36
0 dv
100
100
kk
qq
Q Q Q Q

  

[1]
Q
k
– nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ bộ bên ngoài, vì lò không có
sấy không khí nên Q
k
= 0
'
k
Q
- nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa

   
 
' 0''
0 0 0
0
0,05.455,78 22,79 /
k n n kkl
n kkl
Q I I
I kJ kg
    

        
     
[1]

0
100 1,5

40547,45. 22,79 39962 /
100
Q kJ kg

   

 Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa với 1kg nhiên liệu

 
 
''
0
0,982 39962 23387,148 16277 /
bl bl
Q Q I kJ kg

    

 Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1kg nhiên liệu
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 15

''
0
''
m
bl
C

a bl
QI
V
tt



[1]
Từ Q
0
= I
a
= 39962 kJ/kg = 9544,3 kcal/kg
Tra bảng 1 ,suy ra : t
a
= 1946
0
C.
Vậy :

0
9544,3 5586
5,3 / .
1946 1200
m
C
V kcal kg C




 Hệ số bám bẩn bề mặt hấp thụ bức xạ quy ước, tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt
do làm bẩn bề mặt, được chọn theo bảng trang 46 ta được

0,9



 Độ đen của buồng lửa

 
'
0
''
0,82.
1
a
a
aa



[1]
Trong đó:


- độ dày đặc của dàn ống trong buồng lửa

b
v

H
F



F
v
= 9,8 m
2
– diện tích toàn bộ buồng lửa
H
b
– diện tích vách do dàn ống choáng chỗ
H
b
= F
v
= 9,8 m
2

'
a
- độ đen hiệu dụng của ngọn lửa

'
.aa





- hệ số phụ thuộc vào sắc thái của ngọn lửa, tra bảng trang 50 [1] ta được :


= 0,75
a
- độ đen của môi trường buồng lửa

1
kps
ae


[1]
p – áp suất của buồng lửa, chọn p = 1ata
k – hệ số làm yếu tia bức xạ trong môi trường buồng lửa
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 16

"
1200 273
1,6 0,5 1,6 0,5 1,86
1000 1000
bl
T
k

    
[1]

s – bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ

0
1,89
3,6 3,6 0,69
9,8
v
V
sm
F
  
[1]
kps = 1,86.1.0,69 = 1,29
1,29
1 0,73ae

   

Vậy :
'
. 0,75.0,73 0,54aa

  

 
0
0,82.0,54
0,47
0,54 1 0,54 .1.0,9

a  


 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa [1]

"
0,6
83
0,6
83
273
1,27.10 . . . .
1

1946 273
273
1,27.10 .0,9.9,8.0,47.(1946 273)
1
0,982.321.5,3
1182
a
bl
b o a
t Cm
o
T
t
H a T
BV
C





  





  







Như vậy, ta có:

' ''
1182 1200 18 50
oo
k bl bl
t t t C C      

Do đó nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa sẽ là :

"
1182

o
bl
tC

- Tổng nhiệt lượng bức xạ trong buồng lửa :
"
39962 23001 16961 /
b o bl
Q Q I kJ kg    

Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 17

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:
 
 
"
1
.
0,982 23001 2590,83 (1,1 0,05).455,78
20557,5 /
bl k kkl
Q I I I
kJ kg

   

    


-Nhiệt lượng do bề mặt đốt hấp thụ bằng bức xạ và đối lưu:

12
k F t
Q Q Q
B

  

 
1

Trong đó:
B - lượng tiêu hao nhiên liệu, B = 321 kg/h
F - diện tích trao đổi nhiệt trong buồng sinh hơi, m
2

k – hệ số truyền nhiệt, kcal/m
2
h
0
C

t
- độ chênh nhiệt độ,
0
C

 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 nc
tt


  

 
1

Trong đó:

nc
t
- độ chênh nhiệt độ của sơ đồ chuyển động ngược chiều

t


- hệ số chuyển đổi từ sơ đồ ngược chiều sang sơ đồ phức tạp hơn.

max min
max
min
ln
nc

tt
t
t
t
 




 
1

max
t
- hiệu số nhiệt độ lớn hơn của các môi chất trao đổi nhiệt

max
t
= 1182– 152 = 1030
0
C
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 18

min
t
- hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn của các môi chất trao đổi nhiệt

min
t
= 160 – 90 = 70
0
C

0
1030 70
357
1030
ln
70
nc
tC

   

Để tìm
t


ta phải tìm 2 tham số P và R:
+)
'' '
22
''
12
152 90
0,057

1182 90
tt
P
tt


  



+)
' ''
11
'' '
22
1182 160
16,5
152 90
tt
R
tt


  



Dựa vào hình 6.18
 
1

, ta được:

t


= 1
Vậy:

0
1.357 357tC  

 Hệ số truyền nhiệt k:

12
1
11
t v c
t v c
k
  
    

   

 
1

Trong đó:

1


và
2

- hệ số tỏa nhiệt từ khói cho vách ống và từ vách ống đến nước.


và

- bề dày và hệ số dẫn nhiệt của ống

t

và
t

- lớp tro xỉ và muội trên bề mặt của ống

v

và
v

- vách ống

c

và
c


- lớp cáu trên bề mặt của ống
Nhiệt trở của lớp tro xỉ
t

/
t

gọi là hệ số làm bẩn

, tra bảng ta được:


= 0,015
Vì đốt dầu nên ta có thể bỏ qua nhiệt trở của lớp cáu trên bề mặt ống
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 19

Bề dày vách ống:
v

= 3,2 mm
Hệ số dẫn nhiệt của ống, ta chọn ống làm bằng thép 20K

v

= 38 kcal/m
2
h
0

C=159kJ/m
2
h
0
C
 Tính
1

:
Nhiệt độ trung bình của khói:

"
0
1
1182 160
671
22
bl k
tt
tC


  

Nhiệt độ vách tính toán:
t
v
= t
b
+ 4.δ

ong
+ 60 = 160 + 4.3,2 + 60 = 232,8
0
C
Tra phụ lục 5
 
4
“ Thông số vật lý của khói” ở nhiệt độ t
1
= 671
0
C và t
v
=
232,8
0
C, ta được:

3
1
0,373 /kg m



2
1
8,0745.10 / .W mK





62
1
107,85.10 /v m s



1
Pr 0,612
,
Pr 0,66
v


Chế độ chảy của khói trong lò hơi:

1
1
1
.
Re
d
v



 

4

Trong đó:

1

- vận tốc trung bình của dòng khói trong ống, chọn:
1

= 14 m/s
d – đường kính trong của ống, d = 51 mm

1
6
14.0,051
Re 6620
107,85.10

  

Ta thấy: 2200 < Re
1
< 10
4


Khói chuyển động trong ống ở trạng thái quá độ.

0,25
0,43

1
1 0 1
Pr
.Pr . .
Pr
l
v
Nu K






 
4

Tra bảng 8.3
 
4
với Re
1
= 6620, ta được:
K
0
= 19
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 20

Vì tỉ số
78,4 50
l
d

nên
l

= 1

0,25
0,43
1
0,612
19.0,612 . .1 15,1
0,66
Nu





Vậy:

2
2
11
1
.
15,1.8,075.10

23,9 /
0,051
d
Nu
W m K
d



  

Vì nhiệt độ khói vào buồng sinh hơi cao nên ta phải xét đến bức xạ.
Tổng hệ số tỏa nhiệt với bề mặt ngoài của ống:

1 1 1db
  


Tính hệ số bức xạ
1b


Chiều dày hiệu dụng của lớp bức xạ:
Ta có:
12
2,96 1,85 4,81 7
ng ng
ss
dd
    

Vậy chiều dày hiệu dụng của lớp bức xạ được xác định theo công thức:

 
12
1,87. 4,1 . 1,87.4,81 4,1 .0,0542 0,2653
ng
ng
ss
sd
d


    




22
. 0,125.1 0,125
CO CO
P r P at   

 
4

22
. 0,106.1 0,106

H O H O
P r P at  

 
4

2
. 0,125.0,2653 0,03 .
CO
P s at m

2
. 0,106.0,2653 0,028 .
HO
P s at m

Từ t
1
= 671
0
C và tích P.s của CO
2
, H
2
O, tra hình 11.9, 11.10 và 11.11
 
4
, ta

được:

2
0,068
HO


;
2
0,08
CO


;
0,9



Độ đen của khói được xác định:

22
. 0,08 0,9.0,068 0,1412
k CO H O
   
    

Nhiệt lượng bức xạ trên một đơn vị diện tích:
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 21

4
4
1
1
. .5,67
2 100 100
vv
bx k
T
T
q















Độ đen bề mặt ống thép thông thường khoảng
0,8 0,85

v


, chọn bằng 0,85

44
2
0,85 1 671 273 232,8 273
0,1412. .5,67 5396,25 /
2 100 100
bx
q W m

  
   
  

   
   



2
1
1
5396,25
12,3 /
671 232,8
bx

b
v
q
W m K
tt

  


Vậy:

2
1
23,9 12,3 36,2 /W m 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.
t
2
= 152
0
C
Tra phụ lục 7
 

4
ở nhiệt độ t
2
= 152
0
C, ta được:

3
2
915 /kg m



2
2
68,4.10 / .W mK




62
2
0,214.10 /v m s



2

Pr 1,16

Chế độ nước chảy trong lò hơi:

2
2
2
.
Re
d
v



Trong đó:

2

- vận tốc trung bình của nước trong lò hơi, chọn:
1

= 1 m/s
d – đường kính ngoài của ống, d = 54,2 mm

5
2
6
1.0,0542
Re 2,5.10
0,214.10


  
> 10
3
, nước chảy rối trong lò hơi
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 22

Chùm ống bố trí so le ta có:

0,25
0,6 0,36
1
2
Pr
0,40.Re .Pr . . .
Pr
i
v
Nu







Vì góc va bằng 90
0

nên


= 1
Và
2

>>
1

( vì một bên là khí, một bên là nước) nên nhiệt trở tỏa nhiệt về phía
nước gần như không đáng kể, do vậy có thể xem
0,25
1
Pr
1
Pr
v





 
0,6
'5
2
0,40. 2,5.10 699Nu 

'
2
'2
22
2
.
699.68,4.10
8816. /
0,0542
ng
Nu
W m K
d



  

Chùm ống có 10 dãy ống, hệ số tỏa nhiệt trung bình của chùm ống được tính:
 
' ' '
2 2 2
2
2
0,6. 0,7. 10 2
8199 / .
10
W m K
  


  


Thay vào ta tính được:
20
1
23,35 / . 21,93 /
1 0,0032 1
0,015
36,2 38 8199
k W m C kcal m  
  

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của buồng hơi :

2
. 4909,84.321
201,3
. 21,93.357
QB
Fm
kt
  


lưu lượng khói G.

33
. 12,53.321 4022 / 1,12 /
kt

G V B m h m s   

Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 23

Các kích thước trong lò hơi:
Chọn đường kính thân lò D = 2200 mm
Đường kính trong ống lửa ở mỗi pass t
tr
= 51mm
Đường kính ngoài ống lửa ở mỗi pass d
ng
= 54,2mm
Chiều dài ống lửa mỗi pass: l = 4 mét ( bằng chiều dài buồng đốt ).
Để tiện cho việc chế tạo lắp ráp và đạt hiệu quả cao ta chọn số ống như sau:
Số ống khói pass 1 : n
1
= 63 ống
Số ống khói pass 2 : n
2
= 78 ống
Bước ống ngang

1
1
2,96 160

ng
s
s mm
d
  

Bước ống dọc

2
2
1,85 100
ng
s
s mm
d
  

000
 TÍNH TOÁN NHIỆT PASS 1
Số liệu ban đầu :
Chọn nhiệt độ khói ra khỏi pass 1 là:

'0
1
700
ra
tC

Nhiệt độ khói vào pass 1

'0
1
1182
vao k
t t C

Chiều dài , đường kính và số ống lửa pass 1
l = 4 m , d
tr
= 0,051 m, n
1
= 63 ống
 Phương trình cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại và nhiệt lượng do
nước hấp thụ
Ta có:

 
, , 0
1 1 1
.
cb vao ra z
Q I I I

   

 
1

Trong đó:
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 24


= 0,982- hệ số bảo toàn nhiệt năng

,
1vao
I
,
,
1ra
I
- entanpi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt
Tra bảng 1, ta được:

,
1vao
I
= 23001 kJ/kg

,
1ra
I
= 12894,85 kJ/kg



- lượng không khí lọt vào lò

00
1,1 0,05 1,15
  
      

0
z
I
= I
kkl
= 455,78 kJ/kg

 
1
0,982 23001 12894,85 1,15.455,78
10438,95 / 2493,18 /
cb
Q
kJ kg kcal kg
   


 Xác định hệ số truyền nhiệt

12
1
11
K






Trong đó:

1

- hệ số tỏa nhiệt từ phía khói

2

- hệ số tỏa nhiệt từ phía nước


- hệ số bám bẩn bề mặt đối lưu
Ta chọn:

= 0,015
Mặt khác:
2

>>
1


Nên :
2
1


<<
1
1


Do đó công thức trên được viết lại

1
1
1
K





Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 25

Xác định hệ số tỏa nhiệt từ phía khói
1

, từ công thức:

1 1 1
.
kb
  



 
1

Trong đó:


- hệ số bao phủ tính đến sự giảm hấp thụ nhiệt của bề mặt đốt do không được khói
bao phủ toàn bộ
Đối với các chùm ống đặt nằm ngang, dòng khói đi trong ống thì

= 1

1k

- hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1

1b

- hệ số tỏa nhiệt bức xạ của pass 1
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1:
Lưu lượng thể tích trung bình

.
3600.
tk
BV
V 

Trong đó:
B
t
= 321 kg/h
V
k
= 12,53 m
3
tc/kg

Vậy:

3
321.12,53
1,12 /
3600.
V m s

Tốc độ tính toán của dòng khói

1
1
V
F


, m/s
 
1

Trong đó:
V = 1,12 m
3
/s
F
1
– diện tích tiết diện qua pass1

2
11
.
2
tr
d
Fn






Với :

tr
d
= 0,051 m
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 26

n
1
= 63 ống

2
2
1
0,051
.63 0,13
2
Fm


  



Vậy:

1
1,12
8,68 /
0,13
ms



d
tr
= 0,051 m

Tra đồ thị hình 6.7
 
1
với d
tr
= 51 mm,
1

= 8,68 m/s ta có:

2
23 /
o
h
kcal m h C




2
96,3 /
o
H
kJ m h C



Nhiệt độ trung bình của khói pass 1
t
tb2

= ( 1182+700).0,5 = 941
0
C
r
H2O
= 0,106
Tra đồ thị hình 6.7
 
1
, ta được:
C
vl
= 0,68
Tỉ số chiều dài và đường kính ống lửa pass 1 là:

4
78,4
0,051
tr
l
d


Tra đồ thị
 
1
ta được:
C
l
= 1

Như vậy hệ số tỏa nhiệt đối lưu:

1

k h l vl
CC



 
1

1
23.1.0,68 15,64
k


kcal/m
2
h
0
C
Hệ số tỏa nhiệt bức xạ:
Nhiệt độ vách được xác định theo công thức:
t
v
= t
b
+ 4S + 60

trong đó: t
b
= 152
0
C
Đồ Án Môn Học - Lò Hơi SVTH : Nguyễn Hữu Quang

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc Page 27

0
152 4.3,2 60 225
v
tC    

Từ t
tb2
= 941
0
C và t
v
= 225
0
C tra đồ thị hình 6.12
 
1
, ta có:

2 0 2 0
136 / 569,4 /

h
kcal m h C kJ m h C



C
k
= 0,98
Riêng a được xác định theo công thức sau:

1
kps
ae



 
1

Trong đó:
Lấy p = 1at
S – bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ

1
1
3,6
v
V
s
F



V
1
– thể tích lớp bức xạ pass 1

2
2
3
11
0,051
. . .4.63 0,515
44
tr
d
V l n m

  

1v
F
- diện tích vách bao bọc

1
2
1
. . . .0,051.4.63 40,38
v tr
F d l n m