nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi công nghiệp phục vụ dạy nghề

1
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình
nồi hơi công nghiệp phục vụ dạy nghề


KÝ HIỆU
Các ký hiệu sử dụng trong thuyết minh
A - Hệ số hiệu chỉnh lượng bù dung sai;
B - Suất tiêu hao nhiên liệu, kg/h;
B
t
- Suất tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/h;
C - Hệ số bù dung sai;
D
ng
,D
tr
- Đường kính ngoài và trong thân balông hơi, ống góp nước, mm;
F - Diện tích tiết diện khí đi qua, m
2
;
F
v
- Diện tích toàn bộ bề mặt vách buồng lửa, m
2
;
G
f
- Lượng hơi nước dùng để tán sương nhiên liệu, kg/h;
H

b
- Diện tích bề mặt hấp thụ bức xạ, m
2
;
H
đl
- Diện tích bề mặt truyền nhiệt đối lưu, m
2
;
I
k
- Entanpi của sản phẩm cháy 1 kg nhiên liệu, kJ/kgnl;
I
o
- Entanpi của không khí lạnh, kJ/kgnl;

p - Áp suất trong buồng lửa, bar;
Q
l
0
- Tổng nhiệt khi đốt 1kg nhiên liệu, kcal/kg;
Q
1
- Nhiệt lượng hữu ích, kcal/kg;
Q
2
- Tổn thất nhiệt theo khói lò, kcal/kg;
Q
3
- Tổn thất nhiệt do cháy không hòan tòan về hóa học, kcal/kg;

Q
4
- Tổn thất nhiệt do cháy không hòan tòan về cơ học, kcal/kg;
Q
5
- Tổn thất nhiệt ra môi trường xunh quanh, kcal/kg;
Q
6
- Tổn thất nhiệt theo xỉ, kcal/kg;
Q
0
- Nhiệt lượng hữu ích toả ra trong buồng lửa, kcal/kg;
Q
b
- Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa, kcal/kg;
S
h
- Bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ;
S - Bề dày vách balông hơi, ống góp nước, ống nước,mm;
T
a
- Nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối,
o
K;
T
bl
- Nhiệt độ tuyệt đối của khói ra khỏi buồng lửa,
0
K;

2
V - Lưu lượng thể tích trung bình, m
3
/s;
V
o
RO2
- Thể tích CO
2
, SO
2
tạo ra khi cháy 1kg nhiên liệu, m
3
tc/kgnl;
V
o
N2
- Thể tích nitơ, m
3
tc/kgnl;
V
o
H2O
- Thể tích hơi nước có trong sản phẩm cháy, m
3
tc/kgnl;
V
o
k
- Thể tích sản phẩn cháy lý thuyết, m

3
tc/kgnl;
V
o
kkho
- Thể tích khói khô, m
3
tc/kgnl;
V
k
- Thể tích khói ẩm, m
3
tc/kgnl;
V
0
- Thể tích buồng lửa, m
3
;
VC
m
- Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy, kcal/kg.
0
C;
V
g -
Lưu lượng quạt gió;
V
kt
- Lưu lượng quạt khói thải;
Z - Số hàng ống đặt song song;

a
0
- Độ đen của buồng lửa khi dàn ống được phân bố đều;
d
tr
- Đường kính trong ống, mm;
d
max
- Đường kính lớn nhất cho phép của lỗ không có gia cường;
i
n
- Nhiệt lượng vật lý của nhiên liệu, kcal/kg;
k - Hệ số làm yếu tia bức xạ bởi môi trường buồng lửa;
k
lg
- Hệ số dự phòng không khí;
t
tb
- Nhiệt độ tính toán của dòng khí;
t
b
- Nhiệt độ bão hoà của môi chất,
0
C;
∆t - Độ chênh nhiệt độ,
0
C;
α - Hệ số không khí thừa;
ϕ - Hệ số bảo toàn nhiệt năng;
ϕ

t
- Hệ số bền vững của mối hàn;
ξ - Hệ số làm bẩn bề mặt hấp thụ bức xạ qui ước;
ψ
,
- độ dày đặc của dàn ống trong buồng lửa;
ρ - Tỉ số giữa diện tích mặt đáy và bề mặt hấp thụ bức xạ;
ω - Tốc độ lưu động tính toán của môi chất, m/s;
δ
*
- Ứng suất định mức cho phép, kG/mm
2
;
η - Hệ số đặc trưng về cấu tạo và những đặc điểm trong vận hành;
δ - Ứng suất cho phép của kim loại, kG/mm
2
.


3





MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 05
1. Lý do chọn đề tài 06
2. Mục tiêu đề tài 07
3. Đối tượng nghiên cứu 07

4. Nhiệm vụ nghiên cứu 07
5. Giới hạn đề tài 07
6. Phương pháp nghiên cứu 08
7. Những điểm mới và kết quả của đề tài 08
8. Cơ quan phối hợp 08
Chương I: Cơ sở nghiên cứu thiết kế mô hình nồi hơi công nghiệp 09
1.1. Tổng quan 10
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 10
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 10
1.1.3. Các thi
ết bị nghiên cứu có liên quan 11
1.2. Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế nồi hơi công nghiệp 11
1.2.1. Phân tích chọn mẫu mô hình nồi hơi công nghiệp 11
1.2.2. Các giải pháp nâng cao chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật khi thiết kế,
chế tạo nồi hơi công nghiệp 15
1.2.3. Cơ sở lý thuyết tính nhiệt nồi hơi 17
1.3. Tính nhiệt nồi hơi 19
1.3.1. Các số liệu ban đầu 20
1.3.2. Thành phần, thể tích và entanpi của sản phẩm cháy 20
1.3.3. Cân bằng nhi
ệt, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất nồi hơi 22
1.3.4. Tính toán trao đổi nhiệt buồng lửa 24
1.3.5. Tính toán các bề mặt đối lưu 26
1.3.6. Tính toán nhiệt thế thể tích lò hơi 29
1.3.7. Tính toán thiết kế cách nhiệt lò hơi 30

4
1.4. Thiết kế kết cấu và tính bền các bộ phận của nồi hơi 32
1.4.1. Tính thân balông, ống góp nước 34
1.4.2. Tính đầu balông, ống góp nước 35

1.4.3. Tính nắp ống góp nước chính 35
1.4.4. Tính toán cầu ống 36
1.4.5. Tính bền ống nước 36
1.4.6. Tính kiểm tra van an toàn 37
1.5. Phương pháp tính vòng tuần hoàn tự nhiên 39
1.5.1. Khái niệm cơ bản 39
1.5.2. Cách tính thủy động và vòng tuần hoàn tự nhiên 42
1.5.3.Sơ đồ thuật toán 48
Chương II: Chế tạo thử nghiệm mô hình nồi hơ
i 49
2.1. Chế tạo mô hình nồi hơi hoạt động được 50
2.1.1. Xây dựng qui trình chế tạo nồi hơi 50
2.1.2. Lắp ráp tổng thể 53
2.1.3. Thử thủy lực trước khi xuất xưởng 54
2.1.4. Các thiết bị và phụ kiện lò hơi 54
2.1.5. Vận hành thử nghiệm 55
2.1.6. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 57
2.1.7. So sánh kết quả tính toán với kết quả thử nghiệm 57
2.1.8. Đánh giá hiệu quả
kinh tế 58
2.1.9. Nhận xét 59
2.2. Chế tạo mô hình nồi hơi không hoạt động 59
2.2.1. Chọn mẫu và thiết kế nồi hơi mô hình 59
2.2.2. Xây dựng qui trình chế tạo 60
2.2.3. Lắp ráp tổng thể 61
Chương III: Xây dựng các bài giảng mẫu, mô phỏng quá trình làm việc của
nồi hơi bằng các phần mềm ứng dụng 61
3.1. Cơ sở lý luận và ứng dụng đa phương tiện Multimedia vào quá trình
dạy học 61
3.2. Xây d

ựng các bài giảng mẫu 66
3.2.1. Nội dung các bài giảng 66

5
3.2.2. Lý do chọn một số bài giảng mẫu 67
3.3. Ứng dụng các phần mềm trong mô phỏng các bài giảng mẫu 68
KẾT LUẬN 74

















MỞ ĐẦU

6





1. Lý do chọn đề tài
Trong các trường chuyên nghiệp dạy nghề hiện nay thiết bị thực hành
còn rất hạn chế, nên việc nghiên cứu đưa ra các thiết bị mẫu phù hợp cho các
phòng thí nghiệm hay trong xưởng thực hành là yêu cầu hết sức cấp thiết. Các
thiết bị này cần phải đáp ứng những yêu cầu cơ bản là nhỏ gọn, ít tốn kém, hiệu
quả cao, tính chính xác, tính an toàn phải đảm bảo ở m
ức cao nhất; bên cạnh đó
thiết bị phải phù hợp với các bài giảng mẫu và cơ bản nhất giúp cho học viên dễ
dàng tiếp thu bài học một cách trực quan, nhưng đồng thời phải đảm bảo tính
khoa học và công nghệ hiện đại.
Nồi hơi là một trong số nhiều thiết bị nhiệt còn thiếu, vì vậy việc chế tạo
nồi hơi làm thiết bị giảng d
ạy thực hành trong trường cũng phải đáp ứng các

yêu cầu trên. Ngoài ra học viên được đào tạo phải đáp ứng cả những yêu cầu
bức thiết trong các ngành có dùng hơi nước. Trong thực tế do những nhu cầu về
nhiệt ở mỗi một ngành khác nhau thì sẽ đòi hỏi những loại nồi hơi khác nhau.
Có những nồi hơi kết cấu cồng kềnh, chế tạo tốn nhiề
u kim loại mà hiệu suất
còn thấp; Có những nồi hơi kích thước nhỏ gọn hiệu suất tương đối cao nhưng
khó chế tạo, khó sửa chữa, bảo dưỡng. Do đó nồi hơi làm thiết bị thực hành
trong các trường chuyên nghiệp dạy nghề không chỉ đáp ứng những yêu cầu mô
phỏng mà còn phải đáp ứng những yêu cầu trong sản xuất, đồng thời còn là cầu
nố
i giúp học viên tiếp cận những kiến thức khoa học hiện đại dễ áp dụng vào
thực tế sản xuất ngay sau khi ra trường.
Ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều cơ sở và trường dạy nghề đang trực
tiếp đào tạo chuyên ngành về vận hành nồi hơi công nghiệp và nồi hơi nhà máy
nhiệt điện. Hầu hết các trường này không có mô hình nồi hơi để giảng d
ạy.
Chính vì vậy học viên sau khi ra trường thiếu kiến thức thực tế, chỉ có kiến thức
lý thuyết, do đó còn rất mơ hồ khi tiếp cận với sản xuất thực tế.

7
Vì lý do trên, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi làm thiết
bị thực hành trong các trường chuyên nghiệp dạy nghề trong các ngành công
nghiệp là rất cần thiết.
Trên tinh thần đó nhóm nghiên cứu xin đề xuất đề tài:

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi công nghiệp phục vụ dạy
nghề”.
2. Mục tiêu của đề tài:
- Nhằm đưa ra một mô hình n
ồi hơi phục vụ công tác dạy nghề có kết

cấu gần với nội dung các bài giảng trong trường dạy nghề, có khả năng phổ
biến vào các ngành công nghiệp sử dụng hơi nước và tiếp cận công nghệ tự
động hiện đại.
- Sử dụng làm thiết bị thực hành một cách sinh động trực quan. Giúp học
viên trong các trường đào tạo nghề dễ tiếp thu bài và sau khi ra trường học viên
có th
ể làm quen với thực tế nhanh nhất.
- Đưa ra các bài giảng mẫu cơ bản giúp học viên dễ dàng tiếp thu bài học
một cách sinh động, song vẫn đảm bảo tính khoa học và công nghệ hiện đại.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Mô hình nồi hơi dạng mô phỏng, có kết cấu phổ biến – không hoạt động.
- Mô hình nồi hơi sống, có kết cấu mới – hoạt động được.
- Nghiên cứu ứng d
ụng multimedia để mô phỏng các quá trình cháy, quá
trình cấp nước, quá trình sinh hơi và tuần hoàn của hơi và nước trong thiết bị.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Thiết kế, chế tạo một mô hình nồi hơi thông dụng, phổ biến và một nồi
hơi có kết cấu mới so với các loại nồi hơi hiện có trong công nghiệp và tiếp cận
công nghệ tự động, phục vụ công tác dạy nghề.
- Nghiên cứu ứ
ng dụng multimedia để mô phỏng các quá trình cháy, quá
trình cấp nước, quá trình sinh hơi và quá trình tuần hoàn của môi chất trong nồi
hơi.

8
- Đưa ra bài giảng mẫu và cơ bản nhất giúp cho học viên dễ dàng tiếp thu
bài học một cách sinh động, nhưng phải đảm bảo tính khoa học và công nghệ
hiện đại.
5. Giới hạn của đề tài
- Thiết kế, chế tạo mô hình nồi hơi có kết cấu thông dụng và một nồi hơi

mẫu mới công suất 100 kg/h, đốt dầu DO, phục vụ công tác đào tạo trong trường
d
ạy nghề;
- Xây dựng một số bài giảng cơ bản nhất để dạy vận hành nồi hơi;
6. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
- Nghiên cứu yêu cầu thực tế về thiết bị thực hành trong các trường dạy
nghề.
- Nghiên cứu yêu cầu thực tế về chế tạo nồi hơi trong nước.
- Khảo sát các loại nồi hơi ch
ế tạo trong nước và ngoài nước.
7. Những điểm mới và kết quả của đề tài

- Xây dựng một mô hình nồi hơi thông dụng và phổ biến giúp học viên
tiếp cận và làm quen với thực tế một cách nhanh nhất.
- Tính mới của đề tài là sử dụng multimedia để mô phỏng các quá trình
làm việc của nồi hơi, giúp học viên dễ dàng hiểu bài và sau khi tốt nghiệp học
viên tiếp cận nhanh vớ
i công việc thực tế.
- Tính mới còn thể hiện ở việc đưa ra một mẫu nồi hơi với kết cấu mới có
nhiều ưu thế trong chế tạo, sửa chữa, bảo dưỡng và vận hành.
- Giảng viên có thể thực hiện các bài giảng mẫu cơ bản trên máy tính khi
thực hành.
- Học viên có điều kiện so sánh kiến thức giữa lý thuyết với thực tế từ
đó
giúp cho học viên hiểu biết được sâu sắc hơn.
8. Cơ quan phối hợp chính

9
- Viên khoa học & Công nghệ nhiệt lạnh, đại học Bách khoa Hà Nội.
- Trường đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.
- Trường Cao Đẳng Nghề Tp. Hồ Chí Minh.
- Trung tâm Kiểm định & Huấn luyện KTATLĐ. Tp. Hồ Chí Minh
- Viện Cơ học Ứng dụng Tp. Hồ Chí Minh.





















Chương I:
Cơ sở nghiên cứu thiết kế mô
hình nồi hơi

công nghiệp
.

10











1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
- Công nghệ dạy học (Instructional Technology) từ lâu đã trở thành một
ngành khoa học trong lĩnh vực dạy học và là cơ sở sư phạm để chỉ đạo việc đào
tạo, ứng dụng công nghệ trong nhà trường, nhất là trong các trường trung học
chuyên nghiệp và dạy nghề.
- Tại một số n
ước phát triển trên thế giới như Nhật, Australia, Mỹ, Hà
Lan, Na Uy, …, khi lập kế hoạch dạy nghề thì thời gian học lý thuyết chỉ chiếm
khoảng 1/3 đến 1/2 thời gian của toàn khóa học, thời gian còn lại là cho thực
hành.
Chính vì vậy tại đây, các thiết bị thực hành phải đầy đủ, đa dạng, phong
phú và thích ứng với yêu cầu thực tế của các ngành công nghiệp hiện đại. Vì thế
học viên khi ra trườ
ng nhanh chóng thích nghi được với máy móc thiết bị thực

tế, do đó việc khai thác các thiết bị là rất hiệu quả và an toàn.
- Trung tâm an toàn hàng hải của Na Uy có chi nhánh tại Vũng Tàu về
quy mô thì nhỏ nhưng tại đó thiết bị thực tập lại rất đa dạng, bao gồm cả mô
hình máy bay trực thăng, thiết bị cứu hỏa, cứu sinh, vv.
Như vậy chúng ta thấy việc dạy nghề tại các nước tiế
n tiến trên thế giới
hiện nay là rất hiện đại, nhưng tính chất cụ thể với ngành nghề thực tế lại rất cao.
Đó là do họ rất quan tâm tới việc xây dựng các mô hình gần với thực tế,
giúp học viên sau khi tốt nghiệp có khả năng tiếp với thực tế rất nhanh.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

11
- Hiện nay ở nước ta các trường chuyên nghiệp và dạy nghề còn rất thiếu,
thậm chí không có thiết bị thực hành cho học viên. Nhất là thiết bị thực hành
như mô hình về nồi hơi cũng như thiết bị nhiệt thì chưa có một cơ sở hay trường
trung học chuyên nghiệp và dạy nghề nào có mô hình nồi hơi hoàn chỉnh để cho
học viên có điều kiện thực hành.
- Cả n
ước có rất nhiều trường và cơ sở đào tạo nghề có đào tạo vận hành
nồi hơi công nghiệp. Nhưng các trường này do cơ sở vật chất còn nghèo, nên
không thể trang bị thiết bị thực hành như nồi hơi, do đó sau khi ra trường hầu
như học viên không nắm được những kiến thức cơ bản về nồi hơi.
- Bên cạnh đó còn rất ít các công trình nghiên cứu v
ề công nghệ dạy học
cho các trường học nói chung và cho các trường chuyên nghiệp và dạy nghề nói
riêng.
1.1.3. Các thiết bị nghiên cứu có liên quan
- Máy móc thiết bị cơ khí phục vụ cho việc chế tạo các mô hình.
- Máy móc thiết bị văn phòng như máy tính, máy in, máy quét, máy fax
1.2. Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế nồi hơi công nghiệp

1.2.1. Phân tích chọn mẫu mô hình nồi hơi công nghiệp
- Trong xu hướng phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế trong nước
cũ
ng như trên thế giới hiện nay, nhất là những ngành công nghiệp có dùng năng
lượng nhiệt dưới dạng hơi nước (công nghiệp chế biến thực phẩm, dệt may,
dược phẩm, ) thì nhu cầu về các thiết bị sử dụng nhiệt, nhất là nồi hơi đã trở
thành cấp thiết. Nhưng cùng với tính năng ưu việt, hiệu quả kinh tế mà nồi hơi
mang lại thì trong quá trình sử d
ụng cũng xảy ra nhiều vụ tại nạn lao động thảm
khốc mà nguyên nhân chủ yếu bắt nguồn từ sự thiếu hiểu biết, vi phạm qui trình
vận hành an toàn của người vận hành nồi hơi.
- Bên cạnh đó nhu cầu về các dụng cụ dạy học trực quan tại các trường
chuyên nghiệp, dạy nghề có đào tạo công nhân vận hành nồi hơi công nghiệp
trong nước
đã trở thành cấp thiết.
- Thực tế hiện nay ở các trường chuyên nghiệp, dạy nghề có đào tạo công
nhân vận hành nồi hơi công nghiệp thì chương trình đào tạo chỉ nặng về lý

12
thuyết, vì chưa có trường nào có mô hình nồi hơi làm thiết bị thực hành cho học
sinh, do đó khi ra trường học viên thiếu kinh nghiệm thực tế về vận hành nồi hơi.
Trong khi đó, trên thị trường tuyển dụng và sử dụng lao động thì các
doanh nghiệp khi tuyển dụng thường đòi hỏi người được tuyển dụng phải có khả
năng thích ứng nhanh nhất với công việc.
Như vậ
y để đáp ứng được các nhu cầu kể trên đòi hỏi các trường trung
học và dạy nghề có đào tạo công nhân vận hành nồi hơi công nghiệp phải tạo ra
được sản phẩm là những công nhân có kỹ năng vận hành nồi hơi một cách an
toàn nhất nhằm làm hạn chế tối đa các vụ tai nạn lao động và với hiệu suất, công
suất cao nhất.

Trước tình hình thực tế như
đã phân tích trên, việc chọn mẫu nồi hơi làm
thiết bị thực hành trong nhà trường đòi hỏi phải vừa đáp ứng được tính phổ biến,
vừa phải cập nhật được tính mới. Như vậy mới có thể giúp học viên vừa dễ dàng
làm quen những dạng nồi hơi sãn có trong thực tế, vừa nhanh chóng tiếp thu
những dạng nồi hơi mới, từ đó việc vậ
n hành khai thác đảm bảo an toàn và hiệu
quả.
1.2.1.1. Để đáp ứng những yêu cầu trên đây nhóm tác giả đã chọn hai
mẫu nồi hơi sau
- Mẫu nồi hơi số 1: Là nồi hơi ống lò – ống lửa nằm, công suất 100kg/h.
Đây là loại nồi hiện đang được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công
nghiệp. Mẫu nồi hơi này được dùng làm mô hình mang tính mô phỏng.

- Mẫu nồi hơi số 2: Là nồi hơi ống nước đứng - tuần hoàn tự nhiên, công
suất 100kg/h. Đây là loại nồi hơi do chính nhóm tác giả đề xuất với dạng kết cấu
mới, có nhiều tính năng tương đối phù hợp với điều kiện của nền công nghiệp
còn non trẻ của Việt Nam. Có thể dễ dàng tháo, lắp giúp học viên dễ dàng tìm
hiểu kết cấu bên trong nồi h
ơi trong quá trình thực tập. Mặt khác khi áp dụng các
bài giảng thực hành, học viên dễ hình dung và hiểu bài tốt hơn.
Loại nồi hơi này có những ưu, nhược điểm sau
Ưu điểm:

13
- Giảm chi phí chế tạo: Giảm rất nhiều kim loại không trực tiếp tham gia
truyền nhiệt. Balông hơi chỉ làm nhiệm vụ đuổi hơi. Dàn ống lên vừa là bề mặt
truyền nhiệt vừa là hệ thống khung lò.
Chiều dày bề mặt truyền nhiệt cũng giảm khá nhiều, do ống truyền nhiệt
có đường kính nhỏ.

Do kết cấu lò đơn giản nên việc thiết kế
lò không phức tạp, có thể chương
trình hóa việc thiết kế trên máy tính, do vậy chi phí thiết kế sẽ giảm khá nhiều,
có thể thiết kế hàng loạt lò hơi với kích cỡ và công suất, áp suất khác nhau trên
cùng một mô hình.
Do kết cấu không phức tạp, nên công nghệ chế tạo đơn giản, vì vậy giảm
chi phí chế tạo.
Nếu so với nồi hơi ống lò - ống lửa nằm có cùng công suất và áp suất, thì
su
ất tiêu hao kim loại của nồi hơi mới này có thể giảm từ 30% đến 40%.
- Đây là kiểu lò hơi phát triển bề mặt truyền nhiệt ra bên ngoài. Do vậy, có
khả năng tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt rất lớn. Diện tích truyền nhiệt tăng,
lượng nhiệt hấp thụ trong buồng lửa tăng lên, các tổn thất nhiệt giảm đi, nhất là
tổn thất nhiệ
t do khói thải q
2
. Chiều cao của lò có thể tăng cao hơn mà không
ảnh hưởng đến kết cấu và an toàn của lò. Chiều cao tăng, thể tích buồng lửa
tăng, đường đi của khói trong lò tăng lên, sản phẩm cháy có điều kiện cháy kiệt
hơn, giảm tổn thất do cháy không hoàn toàn về hóa học q
3
.
Thể tích buồng lửa tăng lên, lượng nhiệt trao đổi theo phương thức bức xạ
giữa môi chất và sản phẩm cháy tăng lên so với lượng nhiệt trao đổi đối lưu, kết
quả cuối cùng làm tăng hệ số truyền nhiệt trung bình nên tăng lượng nhiệt có ích
cho lò hơi.
- Vòng tuần hoàn tự nhiên khá rõ rệt, giống như trong lò hơi công suất vừa
và lớn. Khả năng tuần hoàn tự nhiên t
ốt dẫn đến:
+ Trao đổi nhiệt đối lưu giữa hỗn hợp hơi - nước với bề mặt truyền nhiệt

tăng.
+ Làm nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt giảm, tức là bề mặt truyền nhiệt được
làm mát tốt, ít có khả năng xảy ra sự cố.

14
- Do kết cấu đơn giản, các ống truyền nhiệt đều thẳng nên việc vệ sinh,
bảo dưỡng, sửa chữa rất thuận lợi và đơn giản hơn các loại lò hơi ống nước khác.
- Có thể tháo, lắp các nắp của thân lò hơi một cách đơn giản, do đó khi
học sinh thực tập dễ dàng mở ra để xem xét kết cấu bên trong của lò hơi, giúp
học sinh dễ tiếp thu bài gi
ảng.
- Do hơi và nước chủ yếu trong các ống có đường kính nhỏ, nên lò hơi
loại này có tính an toàn rất cao.
Nhược điểm:
- Do buồng lửa chỉ có hai vách hai bên, còn phía sau phải xây gạch cách
nhiệt, do đó phần nào diện tích truyền nhiệt bức xạ cũng bị hạn chế. Đồng thời
sẽ làm tăng tổn thất nhiệt ra môi trường q
5
.
- Có nhiều đường hàn tại đầu các ống truyền nhiệt với các ống góp dưới
nhưng nằm trên đỉnh của buồng lửa, do đó khi lắp giáp xong phải xử lý nhiệt cho
các đường hàn đó để khử ứng suất dư khi hàn.
- Việc lấy dấu khoan các lỗ trên các ống góp đòi hỏi chính xác, việc lắp
ráp cũng cần tỷ mỉ.
- Chất lượng nước cho lò hơi đòi phải t
ốt hơn lò hơi ống lửa.
Cấu tạo:
Về cấu tạo, lò hơi này gần giống với lò hơi loại vừa và lớn. Đó là gồm có
balông hơi, dàn ống nước lên, dàn ống nước xuống và ống góp nước.
Hình 1 – 1: Cho ta thấy cụ thể cấu tạo của loại nồi hơi này.

Nguyên lý làm việc:
Nhiên liệu và không khí được đưa vào buồng đốt nhờ đầu đốt, tại buồ
ng
đốt quá trình cháy được diễn ra và tạo thành sản phẩm cháy. Sản phẩm cháy
truyền nhiệt cho các vách ống trong buồng lửa rồi tiếp tục đi lên phía trên qua
các khe hở giữa các dàn ống nước, truyền nhiệt cho các ống này, cuối cùng sản
phẩm cháy đi vào bộ hâm nước và ra ống khói rồi đi ra ngoài.
Nước từ balông theo ống xuống bên ngoài lò vào các ống góp nước đặt
trong lò. Trong các ống nước lên, sau khi nhận nhiệt từ sản phẩm cháy, nướ
c sôi
lên rồi hóa hơi, hơi đi lên ống góp trên rồi thu về balông giữa. Tại balông giữa
hơi được tách ra khỏi mặt thoáng của nước và đi lên balông hơi trên để đưa vào

15
sử dụng, còn phần nước cùng với nước được bổ sung mới theo đường ống xuống
qua các ống góp vào các ống nước trong lò hơi và tiếp tục nhận nhiệt sinh hơi.
Như vậy ta thấy vòng tuần hoàn tự nhiên được thực hiện như trong các lò
hơi vừa và lớn.
1.2.1.2. Bộ hâm nước
Cấu tạo: Bộ hâm nước có kết cấu gần giống như kết cấu dàn sinh h
ơi,
gồm các ống nước đứng, hai đầu được nối với hai ống góp, các ống góp lại được
nối với hai ống góp chính. Ống góp chính trên được nối với bơm nước cấp, ống
góp chính dưới được nối với nồi hơi. Bộ hâm nước được đặt phía trên của nồi
hơi.
Nguyên lý làm việc: Nước được bơm vào bộ hâm từ bơm cấp của nồi hơ
i,
nước trong bộ hâm nhận nhiệt từ sản phẩm cháy sau khi ra khỏi các bề mặt sinh
hơi, nhiệt độ nước được nâng lên từ 30
0

C đến 100
0
C. Khi tín hiệu báo nước nồi
hơi giảm đến mức thấp nhất, thì bơm cấp tiếp tục bơm nước vào bộ hâm, làm áp
suất bộ hâm nước tăng lên thắng áp suất nồi hơi khiến van một chiều nằm trên
đường ống nối bộ hâm nước với nồi hơi tự động mở và nước từ bộ hâm được
chuyển qua nồi hơi.
1.2.1.3.Tính toán phác thảo
Ch
ọn năng suất sinh hơi của lò hơi là: D
O
= 40 kghơi/m
2
h.
Vậy diện tích truyền nhiệt của lò hơi là: F = D/D
O
= 100/40 = 2,5 m
2
.
Bố trí buồng lửa dự kiến kích thước là: H x B x L = 400 x 400 x 350.
Diện tích truyền nhiệt bức xạ tại buồng lửa tính toán theo kích thước
buồng lửa dự kiến là: H
b
= 0,45m
2
.
Kích thước bao của lò hơi, bao gồm cả bộ hâm nước là:
H x B x L = 1.300 x 600 x 600.
1.2.2. Các giải pháp nâng cao chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật khi thiết kế,
chế tạo nồi hơi

- Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất nhiệt:
Từ phương trình cân bằng nhiệt ta thấy có các lọai tổn thất nhiệt sau:
q
2
là tổn thất nhiệt theo khói thải.
q
3
là tổn thất nhiệt do cháy hóa học không hết.

16
q
4
là tổn thất nhiệt do cháy cơ học không hết.
q
5
là tổn thất nhiệt ra môi trường xunh quanh.
q
6
là tổn thất nhiệt theo xỉ.
a - Đối với tổn thất nhiệt theo xỉ q
6
:
Vì nồi hơi mà đề tài nghiên cứu là loại nồi hơi công nghiệp, có công suất
nhỏ, áp suất thấp và đốt dầu DO, nên không có xỉ. Vì vậy kết cấu nồi hơi đơn
giản, kích thước nhỏ, tổn thất nhiệt theo xỉ q
6
coi như không có.
b - Đối với tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q
5
, theo[4; trang 39] thì

đây là nồi hơi thuộc lọai không có bề mặt đốt phần đuôi có công suất dưới 2 tấn
hơi trên giờ, do vậy việc xác định tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q
5
có
thể giảm thiểu bằng cách bọc nhiệt tốt nhất.
c - Đối với tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q
3
, tức là sau
khi cháy còn sót lại trong khói một số khí cháy được như CO, H
2
, CH
4
…
Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học không lớn, theo[2] vì
nó chỉ tổn thất vào khoảng từ 1% đễn 4%. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
về hóa học q
3
phụ thuộc vào quá nhiều yếu tố, như: hệ số không khí thừa, loại
nhiên liệu, kích thước buồng lửa. Vậy để nâng cao hiệu suất nhiệt cho nồi hơi ta
phải quan tâm tới các vấn đề sau đây:
Đối với hệ số không khí thừa ta chọn phải đủ lớn, để có đủ oxy cháy kiệt
nhiên liệu khi đó tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q
3
sẻ nhỏ,
nhưng nếu ta chọn hệ số không khí thừa quá lớn làm giảm nhiệt độ buồng lửa dẫn
đến q
3
cũng tăng, vì vậy ta phải chọn sao cho thích hợp nhất.
Để q
3

giảm ta còn phải tăng sự tiếp xúc thật tốt giữa oxy với nhiên liệu.
Cần quan tâm tới kích thước hợp lý của buồng lửa, nếu buồng lửa quá lớn
thì khi giảm phụ tải, nhiệt độ buồng lửa thấp đi nhanh vì phần diện tích tiếp xúc
với nước lớn, dẫn đến khả năng cháy không hoàn toàn về hóa học cao, thì q
3
tăng.
Trong trường hợp buồng lửa quá nhỏ, nhiệt độ buồng lửa cao hơn nhưng
thời gian lưu lại của nhiện liệu trong buồng lửa quá ngắn, chưa kịp cháy hết đã
phải thải ra cũng làm tăng q
3
. Vậy để giảm q
3
ta cần phải nghiên cứu và thiết kế
loại buồng lửa có kích thước thích hợp nhất.

17
()
,
100
1
4
2
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
q

iiQ
kklkk
α
d - Đối với tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học q
4
, đây là tổn
thất do sau khi cháy còn sót lại một số chất rắn cháy được. Vì đề tài nghiên cứu
nồi hơi sử dụng nhiên liệu lỏng do đó q
4
là coi như bằng không.
e - Đối với tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài q
2
:
Theo công thức:
Có hai yếu tố ảnh hưởng tới q
2
là nhiệt độ và hệ số không khí thừa trong
khói thải.
Hệ số không khí thừa càng lớn thì q
2
càng lớn, ngược lại nhỏ thì sẽ làm
cho q
3
tăng, vì vậy ta phải chọn sao cho tổng tổn thất(q
2
+ q
3
) đạt giá trị nhỏ nhất.
Nhiệt độ khói thải có ảnh hưởng rất lớn tới q
2

, nếu nhiệt độ khói thải càng
cao dẫn đến q
2
càng tăng do đó hiệu suất nồi hơi càng giảm. Nhiệt độ khói thải
thấp thì hiệu suất nồi hơi cao, nhưng sẽ kéo theo những khó khăn khác như tốn
thêm nhiều kim loại để tăng thêm bề mặt truyền nhiệt với độ chênh nhiệt độ nhỏ,
đặc biệt nguy hiểm là dễ gây nên hiện tượng ăn mòn điện hóa ở các bề mặt truyền
nhiệt phầ
n cuối hệ thống lò. Khi đốt nhiên liệu không có lưu huỳnh thì nhiệt độ
đọng sương của khói không quá 50
o
C, nhưng khi đốt nhiên liệu có lưu huỳnh thì
nhiệt độ đọng sương của khói lên đến 130
o
C hoặc hơn, khi đó hơi nước trong khói
ngưng tụ, lại gặp SO
3
sinh ra khi lưu huỳnh cháy sẽ tạo ra acid sulfuric H
2
SO
4
, ăn
mòn các bề mặt kim lọai.
Vậy để nâng cao hiệu suất của nồi hơi ta không thể hạ thấp nhiệt độ khói
thải xuống quá thấp, mà chỉ hạ nhiệt độ khói thải tới khi sao cho hiệu suất nồi hơi
ở mức tương đối cao. Bên cạnh đó phải thiết kế nồi hơi sao cho lượng kim loại
chế tạo nồi hơi là ít nhất, không tạo ra
được quá trình ăn mòn điện hóa hay ăn
mòn do acid sulfuric tới bề mặt kim loại đồng thời không tăng giá thành sản
phẩm.

Các giải pháp
- Khi thiết kế ta phải chọn hệ số không khí thừa sao cho tổng tổn thất nhiệt
(q
2
+ q
3
) đạt giá trị nhỏ nhất.
- Xác định kích thước và kết cấu của buồng lửa phù hợp với chủng loại
nhiên liệu sử dụng, muốn vậy phải xác định được nhiệt độ của buồng lửa và nhiệt
độ trước khi ra khỏi buồng lửa, trên cơ sở đó sẽ xác định kích thước buồng lửa

18
phù hợp nhất. Khi đó buồng lửa không quá lớn sẽ làm giảm lượng kim loại chế
tạo và cũng không quá nhỏ để quá trình cháy diễn ra tốt nhất.
- Xác định nhiệt độ khói lò thải ra ngoài và tốc độ khói chuyển động trong
nồi hơi một cách thích hợp sao cho vừa nâng cao hiệu suất, vừa giảm lượng kim
loại chế tạo nồi hơi.
- Vì nhiệt độ khói thải ra ngoài không thể chọn thấ
p hơn 130
0
C khi đốt dầu
DO, do đó để tăng hiệu suất nồi hơi ta có thể tận dụng khói lò để hâm nước trước
khi cấp vào nồi hơi. Bên cạnh đó cần tận dụng nước hồi để tăng hiệu suất
1.2.3. Cơ sở lý thuyết tính nhiệt nồi hơi
Khi tính toán thiết kế nồi hơi cần phải tính nhiệt lượng hấp thụ của từng bộ
phận theo nhiệt độ khói và môi chất được đốt nóng cho trước. Sau đó sẽ tính độ
chênh lệch nhiệt độ và hệ số truyền nhiệt từ các phương trình truyền nhiệt, đồng
thời từ phương trình truyền nhiệt ta xác định bề mặt đốt.
Tính kiểm tra nồi hơi là một trường hợp tổng quát hơn vì thậm chí khi thiết
kế các nồi mới, bề mặt đốt của các b

ộ phận nồi hơi cũng được xác định theo cấu
tạo mẫu cho trước với sự kiểm tra lại nhiệt lượng hấp thụ của chúng.
Khi tính kiểm tra lò hơi chúng ta chưa biết các nhiệt độ trung gian của khói
và môi chất, chưa biết nhiệt độ khói, không khí. Để có thể tính toán cần chọn
trước nhiệt độ ấy với sự xác minh lại bằng phương pháp gần đúng.
Khi tính toán các bề m
ặt đối lưu thường cho trước nhiệt độ và entanpi của
môi chất trao đổi nhiệt tại một phía của bề mặt đốt. Để xác định entanpi của môi
chất tại phía kia cần cho trước nhiệt lượng hấp thụ và xác minh bằng phương pháp
tính gần đúng. Tính toán nồi hơi phải đảm bảo độ chính xác cần thiết khi xác định
các thông số chủ yếu, nhất là nhiệt độ hơi nướ
c và khói thải.
Để chọn quạt gió cho nồi hơi, phải căn cứ việc xác định lượng gió và khói
cùng toàn bộ trở lực của đường gió và đường khói. Ngoài ra trong quá trính tính
toán còn có thể tối ưu hóa các bộ phận, các đoạn đường khói và không khí sao
cho các chi phí tính toán là nhỏ nhất, cung cấp các dữ kiện để thiết kế chi tiết
đường khói và đường gió. Trong các nồi hơi có sử dụng quạt hút người ta tính
riêng các tổn thất áp suất trong đường không khí từ
chỗ thu nhận không khí lấy từ
môi trường xung quanh đến khi không khí đi vào buồng lửa và trong đường khói
từ buồng lửa đến khi thoát ra ống khói.

19
Lưu lượng gió và khói đi qua các quạt gió và quạt khói được xác
định từ tính toán nhiệt lò hơi và phụ tải định mức.
Để kiểm tra sức bền các chi tiết trong nồi hơi, phải xác định được kích
thước, nhất là chiều dày cần thiết. Khi tính kiểm tra cần xác định được áp suất cho
phép phù hợp với kim loại và điều kiện làm việc của các chi tiết đó. Nguyên tắc
chung của việc tính toán
đối với mọi chi tiết, kể cả chi tiết yếu nhất, là phải bảo

đảm ứng suất cho phép luôn luôn lớn hơn hoặc bằng ứng suất làm việc tôí đa của
chi tiết đó. Ứng suất làm việc tùy thuộc vào điều kiện chịu tải, còn ứng suất cho
phép tùy thuộc vào kim loại và điều kiện nhiệt độ.
Tóm lại tính nhiệt nồi hơi là một bài toán lớn, ph
ức tạp đến nay vẫn chưa
giải được bằng lý thuyết thuần túy mà thường phải dùng thực nghiệm kết hợp với
lý luận đồng dạng nên kết quả vẫn chỉ là gần đúng, giới hạn trong những điều
kiện và những phạm vi nhất định.
Từ những phân tích trên đây ta sẽ áp dụng thiết kế nồi hơi công nghiệp một
cách tối
ưu nhất.


1.3. Tính nhiệt nồi hơi
* Phương pháp tính toán thiết kế nồi hơi cũng như các công thức sử dụng
và các số liệu tra cứu được tham khảo từ tài liệu [4]. Ký hiệu các đại lượng và thứ
nguyên của nó cũng được giữ nguyên, mặc dù có một số đại lượng có đơn vị chưa
thật chuẩn theo hệ thống đo lường quốc tế mớ
i(SI).
Việc tính nhiệt nồi hơi theo trình tự sau đây:
- Xác định các số liệu ban đầu;
- Xác định hệ số không khí thừa ;
- Tính thành phần, thể tích và entanpi của sản phẩm cháy;
- Lập phương trình cân bằng nhiệt cho nồi hơi;
- Tính các tổn thất nhiệt;
- Tính hiệu suất nhiệt lò hơi;
- Tính suất tiêu hao nhiên liệu, từ đó suy ra suất tiêu hao
nhiên liệu tính toán;
- Tính toán trao đổi nhiệt trong buồng lửa:

20
Để tính toán trao đổi nhiệt trong buồng lửa ta phải tiến hành xác định các
thông số sau:
ϕ : hệ số bảo toàn nhiệt năng;
T
a
: Nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối,
O
K.
Q
o
: Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa, kcal/kg.
V
cm
: Tổng nhiệt dung trung bình của sản phẩm cháy, kcal/kg.
O
C.
Q
b
: Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa, kcal/kg.
ξ: Hệ số làm bẩn bề mặt hấp thụ bức xạ qui ước.
a
0
: Độ đen của buồng lửa.
F
v
– toàn bộ bề mặt vách buồng lửa, m
2
.
(Theo thiết kế phác thảo H

b
= 0,45 m
2
).
ρ : tỉ số giữa diện tích mặt đáy và bề mặt hấp thụ bức xạ.
a: Độ đen hiệu dụng của ngọn lửa.
S: bề dày hiệu dụng lớp bức xạ của ngọn lửa.
- Tính tóan các bề mặt đối lưu:
Để tính tóan bề mặt đối lưu ta dựa vào hai phương trình truyền nhiệt và cân
bằng nhiệt đồng thời phả
i xác định được các thông số sau:
Q: lượng nhiệt truyền cho môi chất.
k: Hệ số truyền nhiệt, kcal/m
2
h
o
C.
∆t: độ chênh nhiệt độ,
0
C.
- Để tính số lượng ống và kích thước của ống trong phần truyền nhiệt đối
lưu ta phải xác định các thông số sau:
ω: Tốc độ tính toán của khói lò, m/s.
F: diện tích tiết diện nhỏ nhất khi đi qua, m
2
;
V: lưu lượng thể tích trung bình, m
3
/s.
1.3.1. Các dữ kiện ban đầu để tính nhiệt

- Kiểu nồi: Ống nước đứng.
- Công suất: 100kghơi/h.
- Áp suất thiết kế: 8,0kG/cm
2
.
- Ap suất thử: 12 kG/cm
2
.

- Nhiên liệu đốt: DO.
- Chế độ đốt: Tự động.

21
1.3.2. Thành phần, thể tích và entanpi của sẩn phẩm cháy
1.3.2.1. Thành phần của sản phẩm cháy: Khi nhiên liệu cháy hoàn toàn với
lượng không khí vừa đủ (α = 1), trong sản phẩm cháy bao gồm các thành phần
sau:
CO
2
, SO
2
, H
2
O và N
2
. Khi cháy hết với hệ số không khí lớn hơn1 ( α >1) còn
có O
2
do không khí thừa mang vào. Nếu cháy không hoàn toàn có CO và một ít
chất khí không cháy hết như H

2
, CH
4
…
1.3.2.2. Thể tích của sẩn phẩm cháy:
- Khi cháy hoàn toàn với ;= 1: Từ phản ứng cháy ta có:
+ Thể tích tổng của hai sản phẩm cháy CO
2
, SO
2
trong 1kg nhiên liệu là:
V
O
RO2
= V
o
CO2
+ V
O
SO2
= 0,01866(C
lv
+ 0,375S
lv
), m
3
tc/kgnl (1.1)
Theo [1; trang 24], ta cho loại dầu có các thành phần làm việc như sau:
W
lv

= 3,0%; A
lv
= 0,3%; S
lv
= 0,5%; C
lv
= 85,3%; H
lv
= 10,2%; N
lv
= 0,7%;
O
lv
= 0,7%.
Và ta lấy hệ số không khí thừa; = 1.15.
Thay kết quả trên vào (1.1) ta có:
V
O
RO2
= 0,01866(85.3 + 0,375x0.5), m
3
tc/kgnl
V
O
RO2
= 1.6, m
3
tc/kgnl
+ Thể tích của N
2

trong 1kg nhiên liệu là 0,008N
lv
và do không khí mang
vào là 0,79 V
o
. Như vật thể tích N
2
trong sản phẩm cháy bằng:
V
o
N2
= 0,79 V
o
+ 0,008N
lv
(1.2)
Trong đo:
+ Thể tích không khí lý thuyết cần đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu là:
V
o

= 0,0899(C
l
+ 0,375S
l
) + 0,265H
l
– 0,0333O
l
, m

3
tc/kgnl. (1.3)
V
o

= 0,0899(85,3 + 0,375.0,5) + 0,265.10,2 – 0,0333.0,7, m
3
tc/kgnl
V
o
= 10,36 m
3
tc/kgnl.
Thay các giá trị vào(1.2) ta có:
V
o
N2
= 0,79.10,36 + 0,008.0,7
V
o
N2
= 8,18 m
3
tc/kgnl.
Thể tích hơi nước có trong sản phẩm cháy là:
V
O
H2O
= 0,111H
lv

+ 0,0124W
lv
+ 0,0161 V
o
, m
3
tc/kgnl. (1.4)
Thay các giá trị vào(1.4) ta có:

22
V
O
H2O
= 0,111.10,2 + 0,0124.3 + 0,0161.10,36, m
3
tc/kgnl.
V
O
H2O
= 1,34 m
3
tc/kgnl.
Như vậy khi cháy hoàn toàn 1kgnl với ;= 1, được thể tích sản phẩn cháy
bằng: V
O
k
= V
O
H2O
+ V

O
RO2
+ V
o
N2
, m
3
tc/kgnl, (1.5)
Thay các giá trị vào(1.5) ta có:
V
O
k
= 1,34 + 1,6 + 8,19 m
3
tc/kgnl
V
O
k
= 11,13 m
3
tc/kgnl
Nếu không tính hơi nước, ta được khói khô với thể tích bằng:
V
O
kkhô
= V
O
RO2
+ V
o

N2
, m
3
tc/kgnl. (1.6)
V
O
kkhô
= 1,6 + 8,19 m
3
tc/kgnl
V
O
kkhô
= 9,79 m
3
tc/kgnl
- Khi cháy hoàn toàn với ;>1 :
Từ phản ứng cháy ta có thể tích sản phẩm cháy là:
V
k
= V
O
k
+ (; -1)V
O
kkho
+ 0,0161(; -1)V
o
H2O
, m

3
tc/kg (1.7)
Thay các giá trị vào(1.7) ta có:
V
k
= 12,6 m
3
tc/kgnl
Trong đó V
k
là thể tích khói ẩm, V
o
H2O là
thể tích hơi nước trong khói và
V
o
kkho
là thể tích khói khô.
1.3.2.3. Entanpi của sản phẩm cháy:
Entanpi của sản phẩm cháy do đốt cháy1 kg nhiên liệu là:
I
k
= I
o
k
+ (α -1)I
o
, kcal/kg. (1.8)
Trong đó: I
k

o
là entanpi của khói cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu với:
α = 1 và ở 1075
o
C ta có:
I
o
k
= I
o
RO2
+ I
o
N2
+ I
o
H2O.
(1.9)
I
o
k
= V
o
H2O
(C
p
t)
H2O
+ V
o

RO2
(C
p
t)
cO2
+ V
o
N2
(C
p
t)
N2
, kcal/kg. (1.10)
Theo tài liệu [1; trang 29] ta có:
(C
p
t)
H2O
= 429Kcal/Nm
3
, (C
p
t)
CO2
= 547 Kcal/Nm
3
,
(C
p
t)

N2
= 346 Kcal/Nm
3

Thay các giá trị vào(1.9) ta có:
I
o
k
= 4.280 Kcal/kg.
Trong đó: I
o
là entanpi của không khí đốt cháy hoàn toàn với α = 1:
I
o
= V
o
(C
p
t)
kk.
, (1.11)

23
4
2
( . ).(1 ), / ,
100
oo
kkl
q

QI I kcalkg
α
=− −

(C
p
t)
kk.
= 356 Kcal/Nm
3

Thay các giá trị vào(1.11) ta có: I
o
= 3.688 kcal/kg
Thay các giá trị vào(1.8) ta có:
I
k
= 4.833 kcal/kg
1.3.3. Cân bằng nhiệt, suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất nồi hơi
1.3.3.1. Cân bằng nhiệt:
Phương trình cân bằng nhiệt nồi hơi:
Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu, nhiệt tỏa ra trong nồi hơi được cân bằng theo
phương trình: Q
đv
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3

+ Q
4
+ Q
5
+ Q
6
kcal/kgnl. (1.12)
Hoặc viết theo phần trăm:
100% = q
1
+ q
2
+ q
3
+ q
4
+ q
5
+ q
6
.%, (1.13)
Trong đó:
Q
đv
là nhiệt lượng cấp cho nồi hơi khi đốt 1 kg nhiện liệu bằng:
Q
đv
= Q
o
l

+ I
nl
+I
kkn
+Q
p
– Q
k
kcak/kgnl. (1.14)
Thực tế các giá trị: I
nl
,I
kkn
,Q
p
, Q
k
nhỏ không đáng kể, do đó để đơn giản
trong tính toán ta lấy: Q
đv
= Q
o
l
= 9.310 kcal/kg tài liệu[4; 24].
Tính toán tổn thất nhiệt:
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học Q
4
,q
4
:

Vì đốt dầu DO nên:
q
4
= 0%, do do Q
4
= 0% kcal/kg.
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hoá học Q
3
,q
3
:
Để đơn giản ta chọn theo kinh nghiệm theo tài liệu[4; trang38]:
q
3
= 1,2%, Q
3
= 1,2% x 9.310 = 112 kcal/kg.
- Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q
2
,q
2
:
Ta có thể tính theo công thức sau:

(1.15)
Trong đó:
I
k
= 1155 là entanpi của khói thải, xác định ở: t = 230
o

C
I
o
l
= 9,5 là entanpi của không khí lạnh, xác định ở: t = 30
o
C.
Thay các giá trị vào(1.15) ta có: Q
2
= 1154 kcal/kg,
Q
2
= 1154 kcal/kg, do đó ta có: q
2
= Q
2
/Q
o
l

= 12%

24
hkg
Q
iD
B
th
l
/,

η
∆
=
,/,
100
1
4
hkg
q
BB
t
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
273
1
10.27,1
6,0
38
−
+
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢

⎢
⎣
⎡
−
m
ct
ab
a
VB
TH
T
ϕ
ξ
- Tổn thất nhiệt do toả ra môi trường xunh quang Q
5
,q
5
:
Để tính Q
5
ta có thể tra đồ thị tìm q
5
theo công suất lò:
q
5
= 3,6%, do vậy: Q
5
= 3,6% x 9.310 = 335 kcal/kg
- Tổn thất nhiệt do nhiệt vật lý của tro xỉ Q
6

, q
6
;
Với nhiên liệu là dầu DO thì:
q
6
= 0%, Q
6
= 0% kcal/kg.
1.3.3.2. Hiệu suất của lò:
η
l =
100 – ( q
2
+ q
3
+ q
4
+ q
5
+ q
6
), % (1.16 )
Thay các giá trị vào(1.16) ta có:
η
l
= 100 – ( 12 +1,2 + 3,6 ) = 100 – 16,8
η
l
= 83,2%

1.3.3.3. Nhiệt lượng có ích: η
l
= 83,2% = q
1
Do đó ta có: Q
1
= 83,2% x 9.310 = 7.746 kcal/kg
Thay các giá trị vào(1.12) để kiểm tra ta có:
9.310 = 7.746 + 1.142 + 335 = 9.223. Chênh lệch 0,9%.
Như vậy phương trình cân bằng nhiệt thỏa mãn.
1.3.3.4. Suất tiêu hao nhiên liệu: (1.17)
Trong đó:
D = 100kghơi/h là công suất nồi hơi.
Q
o
l
= 9.310 kcal/kg
η = 83,2%
∆i = i
’’

– i
nc

i
’’

= 661,2 kcal/kg, i
nc
= 20,2 kcal/kg.

Thay các giá trị vào(1.17) ta có: B = 8,2kg/h
1.3.3.5. Tiêu hao nhiên liệu tính toán:
(1.18)
Trong đó: B = 8,2kg/h, q
4
= 0%
Thay các giá trị vào(1.18) ta có: B
t
= 8,2 kg/h.
1.3.4. Tính toán trao đổi nhiệt trong buồng lửa
1.3.4.1. Trong tính toán thực tế người ta áp dụng công thức sau đây để xác
định nhiệt khói ra khỏi buồng lửa:
t
bl
= ,
0
C. (1.19)

25
kk
QQ
qq
−+
−
−
'
63
100
100
bla

tt
IQ
−
−
"
00


Trong đó:
Bề mặt hấp thụ bức xạ theo thiết kế phác thảo: H
b
= 0,45 m
2
.
B
t
= 8,2 kg/h Suất tiêu hao nhiên liệu tính toán;
ϕ = 0,964 hệ số bảo toàn nhiệt năng;
T
a
– nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối, được qui ước chọn bằng nhiệt độ
trong trường hợp cháy đoạn nhiệt,
0
K;
Nhiệt độ cháy lý thuyết t
a
,
0
C xác định theo nhiệt lượng hữu ích toả ra trong
buồng lửa Q

0
, kcal/kg, bằng entanpi của sản phẩm cháy I
a
, kcal/kg ở nhiệt độ t
a
và
lượng không khí thừa ở điểm cuối buồng lửa α.
1.3.4.2. Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa:
Q
0
= Q
0
l
, kcal/kg; (1.20)
Q
0
l
= 9.310 kcal/kg;
q
3
= 1,2 %, q
6
= 0 %;
Q
k
’
– nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa, kcal/kg;
Q
k
’

= (α - ∆α
0
- ∆α
n
)I
0”
+ (∆α
0
+ ∆α
n
)I
l
0
, kcal/kg. (1.21)
Trong đó:
Lượng không khí lọt: ∆α
0
= 0.
Entanpi không khí lạnh: I
l
0
= 62,1 kcal/kg, theo tài liệu[4; trang 30].
∆α
n
= 0, Vì không có máy nghiền.
I
0”
= 0, Vì không có bộ sấy không khí.
Do đó ta có: Q
k

’
= ∆α
0
. I
l
0
= 0 kcal/kg.
Q
k
– nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ bộ từ bên ngoài
Q
k
= 0 kcal/kg, vì không có bộ sấy không khí.

Thay các giá trị vào(1.20) ta có: Q
0
= 9.198 kcal/kg.
Từ tài liệu[1; trang 33] và bằng phương pháp nội suy ta có:
t
a
= 1857
o
C, do đó ta có T
a
= t
a
+ 273 = 2130
0
K;
1.3.4.3. Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1 kg nhiên liệu:

V
cm
= , kcal/kg.
0
C; (1.22)