Đồ án tốt nghiệp lò hơi đốt dầu FO

Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường

LỜI NÓI ĐẦU

Đã từ lâu đến nay nhu cầu về năng lượng trong sản xuất cũng như trong đời
sống là rất lớn và ngày càng tăng , rất cần thiết cho sự phát triển của nền kinh tế.
Đặt biệt đối với nước ta khi mà nền kinh tế đang trong thời kỳ công nghiệp
hóa, hiện đại hóa và đang có những bước phát triển mới trên đà hội nhập nền kinh
tế thế giới. Bên cạnh nguồn năng lượng nguyên tử …nhiệt năng vẫn đóng một vai
trò quan trọng, chiếm tỉ lệ không nhỏ nhất là đối với nước có nền công nghiệp đang
phát triển như đất nước ta.
Trong quá trình sản xuất nhiệt năng thì lò hơi là thiết bị không thể thiếu được, từ
các lò hơi có công suất lớn để sản xuất ra hơi quá nhiệt, cho đến lò hơi có công suất
nhỏ chỉ sản xuất vài tấn hơi một giờ được dùng trong nghành công nghiệp nhẹ cũng
rất cần thiết.
Các lò hơi nhỏ này thường chỉ sản xuất ra hơi bão hòa dùng để hấp sấy sản
phẩm chế biến và dùng trong sinh hoạt hằng ngày.
Chính việc sản xuất và sử dụng nhiệt của hơi nước đã góp phần quan trọng
trong phát triển xã hội và nâng cao đời sống.
Tuy vậy công việc lắp đặt và vận hành lò hơi lại đòi hỏi rất khắt khe, mang tính
khoa học và kỷ thuật cao nhằm đảm bảo yêu cầu tuyệt đối vì đây là thiết bị áp lực
có thể gây nguy hiểm trong lúc vận hành.
Là sinh viên nghành nhiệt ra trường ngoài những kiến thức về kỹ thuật lạnh, kỹ
thuật sấy, điều hòa không khí thì kiến thức về lò hơi là rất quan trọng.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

1

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Ở bài thi cuối khóa này em được nhận đề tài “Tính toán thiết lò hơi cho nhà

máy đường tại thái lan sử dụng dầu FO” .qua quá trình tìm hiểu và được sự chỉ
bày tận tình của thầy Hồ Trần Anh Ngọc em đã hoàn thành bài báo cáo của mình
đúng thời gian quy định.
Tuy vậy trong quá trình thiết kế khó tránh khỏi sai sót, em kính mong sự đóng
góp ý kiến và chỉ bày của thầy cô, để giúp em hoàn thiện hơn bài báo cáo cũng như
trong công việc thực tế sau này khi ra trường.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

2

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Phần 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI
1.Phân loại lò hơi.
1.1.Theo chế độ đốt nhiên liệu.
Trong buồng lửa phân loại như sau:
Lò hơi đốt theo lớp:lò ghi thủ công(ghi cố định) lò ghi nửa cơ khí và lò ghi cơ khí
Lò hơi đốt theo dạng ngọn lửa :đốt than bột, đốt nhiên liệu lỏng hay khí, khí gas,
thải xỉ lỏng hay xỉ khô.
Lò hơi đốt kiểu tầng sôi và tầng sôi tuần hoàn
Lò có buồng đốt xoáy….phát triển theo tuần tự:kiểu bình ống lò, ống nước đơn
giản và phức tạp.
1.2.Theo chế độ tuần hoàn của nước .
Trong giàn ống sinh hơi phân loại như sau :
Tuần hoàn tự nhiên.
Tuần hoàn cưỡng bức có bội số tuần hoàn lớn .
Lò tuần hoàn có hỗ trợ của bơm .
Lò hơi trực lưu .
1.3.Theo thông số và công suất của lò hơi .
Lò hơi thông số nhỏ công suất thấp .

Lò hơi công suất vừa và thông số hơi trung bình.
Lò hơi công suất lớn thông số cao, siêu cao, cận tới hạn và siêu tới hạn….
1.4.Theo công dụng.
Phân loại như sau:
Lò hơi tĩnh tại.
Lò hơi nửa di động và di động.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

3

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Lò hơi công nghiệp.
Lò hơi dùng để phát điện.
Phương pháp phân loại như trên chỉ thể hiện một vài đặc tính của lò hơi.
2.Lò hơi ống lò và ống lửa.
2.1.Lò hơi ống lò.
Lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình trụ, khói đốt nóng ngoài bình để tăng khả
năng truyền nhiệt của lò ,người ta có thể tăng bề mặt truyền nhiệt của lò, tăng số
bình của lò bằng cách đặt trong bình lớn nhất một hai đến ba ống 500÷800mm gọi
là ống lò, khói đi trong ống lò có thể quặt ra sau để đốt nóng ngoài vỏ bình.
Ưu điểm là không đòi hỏi bảo ôn buồng lửa, có thể tích chứa nước lớn, tuy nhiên
có khuyết điểm là khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, hơi sinh ra
thường là hơi bão hòa.lò hơi ống lò thường có sản lượng bé khoảng 2 đến 2,5T/H,
ống lò thường đặt lệch tâm với bình để đảm bảo tuần hoàn nước trong bình.
2.2.Lò hơi ống lửa.
Trong loại này ống lò được thay bằng ống lửa với kích thước bé hơn (50÷150
mm).buồng lửa đặt dưới lò, khói sau khi qua ống lửa còn có thể quặt ra hai bên đốt
nóng bên ngoài lò.
Ưu điểm là bề mặt truyền nhiệt lớn hơn, suất tiêu hao kim loại giảm so với loại

ống lò, tuy nhiên vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơi theo yêu
cầu.
2.3.Lò hơi tàu thủy.
Loại lò này đặt ống lò và ống lửa song song với nhau, khi ấy dòng khói sau khi
đi ra khỏi lò được quặt trở lại để đi trong lửa, loại lò này còn có ưu điểm khá lớn là
kích thước rất gọn, chiếm diện tích đặt ít nhưng vận hành và sửa chữa vất vả do
kích thước buồng lửa quá nhỏ và đặt ở những độ cao khác nhau.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

4

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Tóm lại: Các loại ống lò ống lửa đều có nhược đểm :
• Hạn chế việc tăng áp suất và sản lượng hơi.
• Yêu cầu về chất lượng nhiên liệu sử dụng cao.
• Suất tiêu hao kim loại dùng để chế tạo lò lớn.
• Khó khử cáu cặn nước bám vào vách kim loại hay tro bám mặt ngoài ống.
• Hiệu suất lò thấp.
• Nhung lò hơi cũng có những ưu điểm sau đây nên được sử dụng rộng rãi, chủ
yếu cho các nghành công nghiệp nhẹ và các nghành giao thông vận tải:
• Có thể tích chứa nước lớn nên có khả năng tích lũy nhiệt lớn nên phục vụ cho
nhu cầu về phụ tải thay đổi nhiều .
• Kích thước rất gọn, chiếm chổ đặt ít.
• Bảo ôn lò rất đơn giản.
3.Lò hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên.
3.1. Lò hơi ống nước nằm ngang.
Các ống nước được đặt nằm nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc
nhỏ,ở đây các hệ thống được nối với nhau bằng hai hộp góp,hai hộp này được nối
với bao hơi đặt dọc, số dãy ống chọn phụ thuộc đường kính bao hơi,tức là không

thể chọn một cách tùy ý.
Những khuyết điểm ở lò hơi hộp góp là mặt phẳng rộng nên không thể tăng áp
suất lên được, các ống hấp thụ và giãn nở nhiệt khác nhau dễ gây xì hở mối núc
ống vào thành hộp góp.
Để khắc phục những khuyết điểm của họp góp người ta chia họp góp thành
nhiều ống góp tiết diện vuông hay chữ nhật, mỗi ống góp nối với dãy ống theo
phương dọc.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

5

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
3.2.Lò hơi có bao hơi đặt nằm ngang.
Ngoài ưu điểm cho phép tăng bề mặt của lò, giảm được suất tiêu hao kim loại,
lò hơi loại này có ưu điểm là ống góp được nối với bao hơi bằng những ống
cong,tạo nên một cơ cấu đàn hồi .
- Lò hơi ống nước nằm ngang có những ưu điểm sau:
• Tăng áp suất và sản lượng hơi nước lên rất nhiều so với lò hơi ống lửa.
ống nước thẳng nên dể dàng thải cáu bẩn trong ống.
• Cho phép sử dụng nhiên liệu có chất lượng xấu.
- Nhưng lò hơi ống nước nằm nghiêng có những khuyết điểm sau:
• Suất tiêu hao kim loại để chế tạo lò lớn.
• Tường buồng lửa phải làm việc nặng nề vì phải tiếp xúc với khói có
nhiệt độ cao.
• Tuần hoàn nước còn yếu vì ống đặt nằm nghiêng với góc bé,thường từ
ống thứ 7 trở lên tuần hoàn rất yếu hay không có nên khi chế tạo người ta cũng chỉ
thực hiện ống góp có 7 ống nước.
• Lò hơi ống nước nằm nghiêng chủ yếu phục vụ cho các xí nghiệp, công
nghiệp mà ở đây điều kiện xử lý nước không được đầy đủ.

• Ở nước ta, loại lò hơi này chỉ được sử dụng trong một số xí nghiệp
công nghiệp. Thông số hơi thường không quá 1,5 MN/ m²,350°C, sản lượng hơi
không quá 12 T/h.
3.3.Lò hơi ống nước đứng.
Loại lò này có nhiều ưu điểm song cũng có nhiều nhược điểm:
*Do sử dụng nhiều bao hơi nên suất tiêu hao kim loại tương đối lớn, vốn đầu
tư cao,khó tăng công suất và thông số lò.
*Tuần hoàn không ổn định lắm vì do ống xuống bị đốt nóng.
*Có yêu cầu cao về hệ số bảo ôn .
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

6

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Bước phát triển tiếp theo của các lò hơi ống nước cong dựa trên các tiêu chuẩn:
* Tăng áp suất và công suất lò.
* Giảm trọng lượng kích thước lò bằng cách giảm số bao hơi 1 đến 2 cái và
tăng chiều dài ống nước.
* Tăng bề mặt nhiệt hấp thụ nhiệt bức xạ bằng cách đặt thêm các giàn ống và
giảm nhẹ bảo ôn lò hơi.
* Hoàn thiện việc tuần hoàn của nước và hỗn hợp hơi nước bằng cách khắc
phục trở lực trong ống nối giữa hai bao hơi trên và dưới đảm bảo cho ống nước
xuống của lò không bị đốt nóng.
* Tăng hiệu suất nhiệt bằng cách đặt thêm các bề mặt đốt ở phần cuối đường
khói thải, sử dụng không khí nóng.
3.4.Cấu tạo của một số lò tuần hoàn tự nhiên hiện đại.
Lò hơi hai bao hơi kiểu KB: Lò hơi này có bao hơi đặt dọc đường khói,được
chế tạo với công suất từ 2 đến 10 tấn, áp suất 1,28 MN/ m², dùng hơi bão hòa hay
hơi quá nhiệt tới 350°C.

Ở phần trước của hai bao hơi được nối với hai ống góp bởi hai hệ thống dàn
ống của tường bên,phần sau nối với bao hơi dưới bởi một cụm ống.
Để ngăn ngừa khả năng kéo dài của ngọn lửa vào trong cụm ống đối lưu,
buồng lửa được chia thành hai phần: Buồng lửa chính và buồng lửa cháy kiệt,sản
phẩm cháy ra khỏi buồng lửa chính được đưa sang buồng cháy kiệt, rồi sau đó đi
vào trong cụm ống đối lưu của lò. Lò KB chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp
nhưng cũng có thể dùng cho việc chạy động cơ hơi nước.
3.5.Lò hơi một bao hơi kiểu TC.
Chạy ghi xích được dùng chủ yếu cho các nhà máy điện có công suất bé và
được sản xuất với hai loại 20 và 35 T/h với thong số hơi 3,82 MN/ m², 450°C phục
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

7

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
vụ cho hai loại tua bin ngưng hơi trung áp công suất 4000 KW và 6000 KW,thuộc
loại lò hơi hiện đại có cấu tạo hoàn thiện, dàn ống bức xạ nhiệt đặt xung quanh
buồng lửa và ống xuống không hấp thụ nhiệt. Bộ quá nhiệt hai cấp đặt ngay sau
cụm ống pheston có đầy đủ bề mặt đốt phần đuôi để gia nhiệt không khí nóng tới
150°C và giảm nhiệt độ khói thải xuống khoảng 150÷180°C.nếu sử dụng nhiên
liệu hợp lý thì hiệu suất của lò đạt tới 80%
3.6.Lò hơi đốt bột than.
Lò có sản lượng từ 20 tấn trở lên, áp suất trung bình chỉ chế tạo với 75T/h lò sử
dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau: rắn, lỏng, khí.
Toàn bộ được chia thành 27 khối trọn vẹn và chỉ có một só phần nhỏ các chi tiết
ở dạng lẻ. Bảo ôn lò cũng được thực hiện theo dạng khối gồm những tấm bê tông
chịu lửa đúc sẵn được nối với dàn ống bằng bulông.
Việc chế tạo lò theo phương pháp lắp khối đã rút ngắn được thời gian lắp ráp của
lò lên rất nhiều, các lò trung áp 75T/h dùng trong các nhà máy điện ngưng hơi công

suất 12000KW.
Các loại lò than phun cũng như lò ghi TC cũng được bố trí theo dạng hình ᴨ,
dường khói đi từ dưới lên trong buồng lửa và đi từ trên xuống dưới trong phần
đuôi, việc bố trí này có ưu điểm là quạt khói đặt phía dưới, giảm được trọng tải
động trong khung lò, nhưng với lò than phun thải xỉ khô thì có nhược điểm là phễu
tro xỉ đặt quá gần vùng trung tâm cháy nên nhiệt độ vùng thải xỉ cao, ảnh hưởng
xấu đến điều kiện thải xỉ khô.
Lò hơi tuần hoàn tự nhiên hiện nay đã được chế tạo với áp suất 17,6MN/m, sản
lượng đến gần 2000T/h, về nguyên tắc lò hơi có thể chế tạo với sản lượng rất lớn,
nhưng thông dụng nhất là D>1000.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

8

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
3.7.Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức với bội số lớn.
Để tăng cường khả năng tuần hoàn của lò, người ta đặt thêm bơm tuần hoàn, khi
đó lò hơi làm việc với chế độ tuần hoàn cưỡng bức nhưng bội số bằng 1.
Hiện nay có hai phương hướng sử dụng lò hơi này:
- Trang bị cho các cơ sở lò hơi bé (như một số lò dùng khí thải).
- Trang bị cho một số cơ sở lò hơi lớn như nhà máy nhiệt điện, khi đó áp
suất thiết kế tới 21MN/m, công suất D=2500T/h.Tuy áp suất làm việc lớn
nhưng áp lực đẩy của bơm tuần hoàn khá bé, chỉ đủ để khắc phục trở lực của
vòng tuần hoàn.
Các bề mặt đốt của lò thường gồm 3 bộ phận: bộ hâm nước, bề mặt sinh
hơi với bộ quá nhiệt, chúng thường có cấu tạo dưới dạng những ống xoắn, việc
đặt các lò hơi sử dụng nhiệt trên đường khói của lò đốt công nghiệp đã tăng
hiệu suất sử dụng nhiệt của lò lên rất nhiều.
Lò hơi một bao hơi, nước cấp ra khỏi bộ hâm nước và hỗn hợp hơi nước ra

khỏi bề mặt đốt sinh hơi được đưa vào bao hơi,nước từ bao hơi được bơm tuần
hoàn đẩy trở lại bề mặt đốt sinh hơi, hơi ra khỏi bao hơi đưa vào bộ quá nhiệt,
để phân bố lưu lượng nước qua các ống xoắn của bề mặt đốt sinh hơi được
đồng đều,tại đầu vào các ống xoắn có đặt các cửa tiết lưu với trở lực cục bộ
khác nhau để đảm bảo cho các trở lực chung của các ống được giống nhau.
3.8.Lò hơi trực lưu
Lò hơi trực lưu có những ưu điểm sau:
• Do không có bao hơi và chỉ có ít ống góp nên chỉ tốn ít kim loại, khung lò
và bảo ôn nhẹ nhàng thuận tiện hơn.
• Khắc phục được những thiếu sót về tuần hoàn tự nhiên:như tốc độ tuần
hoàn bé hay không có tuần hoàn
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

9

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
• Cho phép tăng áp suất của hơi lên cao, mặt khác chỉ có lò hơi trực lưu mới
sản xuất được hơi có áp suất trên hơi tới hạn.
Nhược điểm của lò hơi trực lưu là yêu cầu cấp nước phải tuyệt đối sạch, hơn
nữa do trữ lượng nước trong lò ít nên thường chỉ thực dụng khi phụ tải thay
đổi ít.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

10

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
PHẦN 2: PHẦN TÍNH TOÁN
CHƯƠNG: 1

TÍNH SẢN PHẨM CHÁY VÀ CÂN BẰNG NHIỆT
1. Thể tích không khí và sản phẩm cháy
Thành phần của dầu FO [tra trên sách]
W
lv
A
lv
S
lv
C
lv
H
lv
N
lv
O
lv
1,6% 0,1% 1,4% 84,2% 11,5% 0 % 1,2%
 Lượng không khí vừa đủ để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu
V
0
kk
=0,0899(C
lv
+ 0,375 S
lv
) + 0,265 H
lv
-0,0333 O
lv

=0,0899(84,2+0,375. 1,4)+0,265. 11,5 - 0,0333. 1,2
=10,6243 m
3
tc/kg
 Chọn hệ số không khí thừa

α
= 1.1 (α= 1.1÷1.15)
Thể tích không khí thực tế để đốt dầu FO :
V
kk
=α . V
0
kk
=1,1.10,6243= 11,687 m
3
tc/kg
 Thể tích sản phẩm cháy :
V
k
= V
RO2
+ V
0
N2
+ V
H2O
+(
α

-1) V
0
kk

Trong đó:
V
RO2
= 0,01866 (C
lv
+0,375S
lv
)
= 0,01866 (84,2+0,375.1,4) =1,58 m
3
tc/kg
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

11

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
V
0
N2
= 0,79. V
0
kk
+ 0,008 N
lv

= 0,79.10,6243+0,008.0 = 8,39 m
3
tc/kg

⇒
V
N2
= V
0
N2
+0,79(α-1) V
0
kk
= 8,39+0,79(1,1- 1) 10,6243
=9,23 m
3
tc/kg
V
0
H2O
= 0,112 H
lv
+ 0,0124 W
lv
+ 0,0161 V
0
kk
= 0,112. 11,5 + 0,0124.1,8 + 0,0161. 10,6243 = 1,48 m
3
tc/kg

V
H2O
=0,112 H
lv
+0,0124. W
lv
+0,0161.
α
. V
0
kk
= 0,112.11,5 + 0,0124.1,6 + 0,0164.0,1. 10,6243
= 1,5 m
3
tc/kg
⇒
V
k
= 1,58 + 8,39 + 1,5+ (1,1-1).10,6243 = 12,53 m
3
tc/kg
V
t
O2
=0,21. (α-1). V
0
kk
= 0,21.(1,1-1). 10,6243=0,223 m
3
tc/kg

⇒
V
kkhô
= V
RO2
+ V
N2
+ V
t
O2
+ V
CO

=10,2 m
3
tc/kg
Bảng 1: Bảng tính toán quá trình cháy
V
0
kk
V
k
V
kkhô
V
RO2
V
0
N2

V
N2
V
0
H2O
V
H2O
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

12

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
m
3
tc/kg m
3
tc/kg m
3
tc/kg m
3
tc/kg m
3
tc/kg m
3
tc/kg m
3
tc/kg m
3
tc/kg

10,6243 12,53 10,2 1,58 8,39 9,23 1,48 1,5
2. Entanpi của không khí và của sản phẩm cháy (khói)

Entanpi của khói với 1kg nhiên liệu được xác định bởi công thức
Khi
α
= 1,1 ta có :
I
k
=I
0
k
+(
α
-1) I
0
kk
(Kcal/kg)
Trong đó
I
0
k
:là entanpi khói khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu với
α
=1
I
0
k
= V
RO2

(C
p
.t
k
)
CO2
+ V
0
N2
(C
p
.t
k
)
N2
+ V
0
H2O
(C
p
.t
k
)
H2O
(Kcal/kg)
I
0
kk
là entanpi của không khí lí thuyết khi
α

=1
I
0
kk
= V
0
kk
(C
p
.t)
kk
Như vậy ở mỗi nhiệt độ khác nhau ta tính được như sau:
Bảng 2 :Bảng entanpi của khói và không khí
t I
0
kk
(kcal/kg)
0
k
I
(kcal/kg)
k
I
(kcal/kg)
100
1380.62779 1579.3332 1717.395979
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

13


SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
200
2775.49213 3196.1164 3473.665613
300
4195.42983 4856.7093 5276.252283
400
5643.62816 6563.79 7128.152816
500
7127.84287 8484.533 9197.317287
600
8641.38065 10115.472 10979.61006
700
10187.2163 11911.0666 12929.78823
800
11586.4366 13843.9264 15002.57006
900
13354.1076 15745.5324 17080.94316
1000
14966.4514 17707.785 19204.43014
1100
16601 19685.3976 21345.4976
1200
18254.2473 21687.1116 23512.53633
1300
19919.0751 23716.4928 25708.40031
1400
21594.1022 25926.26 28085.67022
1500
23283.1535 27820.632 30148.94735

1600
24984.9538 29899.696 32398.19138
1700
26691.0039 31996.279 34665.37939
1800
28412.1405 34100.0766 36941.29065
1900
30133.9146 36214.6598 39228.05126
2000
31872.9 38340.074 41527.364
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

14

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
3. Cân bằng nhiệt lò hơi
3.1. Phương trình cân bằng nhiệt lò hơi
Ứng với một kg nhiên liệu lỏng khi cháy trong lò hơi ở trong điều kiện vận
hành ổn định có phương trình cân bằng nhiệt tổng quát :
Q
đv
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4

+ Q
5
+ Q
6
, kcal/kg
Trong đó :
Q
đv
: nhiệt lượng đưa vào ứng với 1kg nhiên liệu
Q
1
:

Lượng nhiệt đưa hữu ích dùng để sản xuất hơi (kj/kg)
Q
2
:Tổn thất do khói thải mang ra ngoài (kj/kg)
Q
3
:Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học (kj/kg)
Q
4
:Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học (kj/kg)
Q
5
:Tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường xunh quanh (kj/kg)
Q6 :Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài (kj/kg)
Ta tính được nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu:
Q
t

lv
=339.C
lv
+ 1030.H
lv
– 109(O
lv
– S
lv
) – 25.W
lv
=339.84,2 + 1030.11,5 – 109(1,2 – 1,4) – 25.1,6
= 40370,6 (kj/kg)
Nhiệt trị nhiên liệu được hâm nóng lên 90
0
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
Q

đv
= Q
t
lv
+Q
nl
=40370,6 + 176,85 =40547,45 (kj/kg)
3.2. Tổn thất do khói thải mang đi q
2

( )






−−=
100
1
4
2
q
IIQ
kklth
, kcal/kg
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

15


SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Mà I
kkl
=α
th .
I
0
kk
entanpi của không khí lạnh lọt vào lò
Với nhiệt độ θ
kkl
= 30
0
C
Ta có I
th
=3473.665613 (kj/kg)
(Chọn θ
th
=100
0
C)(khoảng 120-150
0
C)
I
0
kk
=V
0

kk
.(Cθ)
kk
=10,6243.1,1.30
=350,60 (kj/kg)
Suy ra : I
kkl
=1,3. 350,60
=445,78 (kj/kg)
⇒
Tổn thất Q
2
=3473.66– 445,78
=3027,88 (kj/kg)
Vậy q
2
=
đv
Q
Q
2
.100% =
45,40547
88,3027
.100 = 7,46 %
Vậy tổn thất do khói thải mang ra ngoài là : 7,46 %
3.3.Tổn thất nhiệt do không hoàn toàn về mặt hoá học q
3.
q
3

phụ thuộc vào nhiều yếu tố : Hệ số không khí thừa, nhiên liệu và phương thức
hỗn hợp nhiên liệu, hình dạng, kích thước buồng lửa ….Vì lò đốt dầu FO nên ta có
thể chọn :
q
3
=
đv
Q
Q
3
=1,5%
3.4. Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q
4.
Tổn thất nhiệt do cháy cơ học không hết xác định bằng lượng nhiên liệu cháy
không hết trong xỉ. Do đốt dầu FO nên ta chọn :
q
4
= 0 %
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

16

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
3.5.Tổn thất nhiệt do tỏa ra môi trường xung quanh q
5
Bề mặt xung quanh của lò luôn có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh gây
ra sự tỏa nhiệt từ hơi đến không khí lạnh nên gây ra tỏa nhiệt môi trường xung
quanh q
5

Xác định dựa trên công suất của lò(200kg/h)
q
5
=1%
3.6.Tổn thất nhiệt do xỉ q
6
Vì độ tro khi đốt dầu FO rất thấp nên ta có thể chọn q
6
=0%
3.7.Tổng các tổn thất nhiệt
=q
2
+ q
3
+ q
4
+ q
5
+ q
6
= 7,46 + 1,5 + 0 + 1 + 0= 9,96%
3.8.Hiệu suất nhiệt của lò hơi.
Hiệu suất nhiệt của lò hơi được xác định bằng công thức:
η= 100% - = 100% - 9,96% = 90,04%
3.9.Nhiệt có ích của lò
Q
l
= D
qn
(i

qn
-i
nc
) + D
bh
(i
bh
-i
nc
) + D
xả
(i
xả
-i
nc
) + D
qt
(i
,,
qt
-i
qt
,
)+ Q , kcal/h [1]
Vì sản xuất hơi bão hoà nên D
qn
= 0
Lượng nước xả lò rất ít nên D
xả
= 0

Không có quá nhiệt trung gian nên D
qt
= 0
Và nhiệt lượng do nước hoặc không khí hấp thụ bên ngoài Q = 0
Vậy : Q
l
= D
bh
(i
bh
-i
nc
)
Trong đó : D
bh
= 200kg/h
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

17

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Với áp suất hơi bão hoà P = 4bar, tra bảng nước và hơi nước trên đường bão hoà
ta được :
i
bh
= 360,5 kcal/kg
ta chọn nhiệt độ nước cấp vào t
nc
= 30

o
C, với P = 4bar, tra bảng nước chưa sôi và
hơi quá nhiệt ta được :
i
nc
= 63,15 kcal/kg
Q
l
=200(360,5 – 63,15) = 59450 Kcal/h
3.10.Tiêu hao nhiên liệu cho lò hơi
B =
dv
Q.
Q
1
η
.100 =
04,90.45,40547
59450
. 100 = 1,65 (kg/h)
3.11.Tiêu hao nhiên liệu tính toán
B
t
= B(1-
100
4
q
) = B = 1,65(kg/h)
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc


18

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Bảng 3 : Kết quả tính cân bằng nhiệt lò hơi
STT Tên đại lượng Ký hiệu Kết quả Đơn vị
1 Nhiệt lượng đưa vào lò hơi Q
đv
40547,45 KJ/kg
2 Entanpi của không khí lạnh I
0
kkl
350,60 KJ/kg
3 Entanpi của khói thải I
th
3471,72 KJ/kg
4 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn
toàn về mặt cơ học
q
4
0 %
5 Tổn thất do khói thải mang ra ngoài q
2
7,46 %
6 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn
toàn về mặt hóa học
q
3
1,5 %
7 Tổn thất nhiệt do tỏa ra môi trường

xung quanh
q
5
1 %
8 Tổn thất do nhiệt vật lý của tro xĩ q
6
0 %
9 Tổng các tổn thất nhiệt
Σq
9,96 %
10 Hiệu suất lò hơi η 90,04 %
11 Lượng tiêu hao nhiên liệu B 1,65 Kg/h
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

19

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ BUỒNG LỬA
2.1.Thể tích buồng lửa.
Nhiệt thể tích buồng lửa ta chọn theo kinh nghiệm để tiết kiệm không gian
buồng lửa. 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 200000(kj/h.m
3
) (lò hơi I Nguyễn Sĩ Mão trang
185)
Ta có
V
bl

=
q
Q
B
v
t
lv
tt
.
Trong đó B
tt
: lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán

Q
t
lv
:nhiệt trị thấp làm việc
q
v
:nhiệt thế thể tích làm việc
do chọn dầu nên ta lấy :q
v
= 200000(kj/h.m
3
)
suy ra: V
bl
=
m33,0
200000

6,40370.65,1
=
3
2.2.Din tch b mt truyn nhit ca l hơi
Với năng suất bốc hơi riêng phần từ 40÷50 kg/m
3
.h. và năng suất bốc hơi riêng
phần D = 4T/h ta tìm ra diện tích cần sinh hơi F =
1
D
D
chọn D
1
=40kg/m
3
.h suy ra
tổng diện tích cần để bốc hơi :
F =
1
D
D
=
40
200
= 5 (m
2
vậy diện tích thiết kế sơ bộ là 5 (m
2
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc


20

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
2.3.Xác định kích thước sơ bộ
2.3.1 Ống lò
*Vật liệu chế tạo :
—ng lò là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa ở nhiệt độ cao nên dùng loại thép
cacbon chuyên dụng.
Loại thép tấm có mã hiệu 20K được cuốn thành hình trụ và hàn dọc thành đường
liền suốt.
*Các kích thước của ống lò được chọn tính như sau :
Đường kính ống lò được tính theo công thức sau:
V=S.l=(π.
4
2
d
).l

⇒
d=
l
V
.
.4
Π
= 7.87 mm
Chiều dày : S = 12 mm (tính kiểm tra sau)
Đường kính trong : D
t

= 100 mm
Chiều dài : l = 1200 mm
*Diện tích bề mặt truyền nhiệt của ống lò :
F
1
= π.D
t
.L = π.0,1.1,2 = 0,37 m
2
2.3.2.Xác định kích thước ống lửa
*Vật liệu chế tạo :
—ng lửa là bộ phận tiếp xúc với khói nóng nên dùng loại thép cacbon chất lượng
cao.
Nên dùng loại thép ống có mã hiệu C
20
không có đường hàn dọc Ф42mm.
*Các kích thước của ống lửa được chọn như sau :
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

21

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Đường kính ngoài : D
n
= 42 mm (chọn trong khoảng 40-70 mm)
Chiều dày : S = 2,5 mm (tính kiểm tra sau)
Đường kính trong : D
t
= 37 mm

Chiều dài : L = 920 mm
Khoảng cách giữa hai mặt sàng : 950 mm
*Diện tích bề mặt truyền nhiệt của dàn ống lửa :
F
2
= F – F
1
=5 - 0,37 = 4,63 m
2
Mặt khác : F
2
= π.D
t
.L.n =3,14.0,042.0,950.n = 4,63 m
2
Suy ra số ống lửa là : n = 35,42 ống
Theo kinh nghiệm ta chọn n = 36 ống
2.3.3 Xác định kích thước thân lò.
*Vật liệu chế tạo :
Thân lò là bộ phận không tiếp xúc với khói nóng nhưng chịu áp lực từ bên
trong nên dùng loại thép cacbon chuyên dụng.
Loại thép tấm có mã hiệu 20K được cuốn thành hình trụ và hàn dọc thành đường
liền suốt.
*Xác định đường kính trong thân lò .
Đường kính trong thân lò được xác định dựa theo cách bố trí ống lò và dàn ống
lửa theo các kích thước sau:
Bố trí ống lửa : Để nhiệt lượng của dàn ống lửa truyền cho nước lò hơi được phân
bố đều ta chọn cách bố trí ống lửa theo nguyên tắc tam giác đều.
Bước ống tương đối của dàn ống lửa:

d
S
=
5,1
1

GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

22

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Ta chọn bước ống theo chiều ngang:
d
S
1
= 1,45 nên S
1
= 1,45.d = 1,45.42 = 82,65 mm lấy S
1
=60 mm
Ta chọn bước ống theo chiều dọc:
d
S
2
= 1,25 nên S
2
= 1,25.d = 1,25.42 = 71,25 mm lấy S
2
=52 mm

Khoảng cách từ tâm ống lửa trong cùng đến mép ống lò :
Ta chọn : e
1
= 1,5d = 1,5.42 = 85,5 mm lấy e
1
= 63 mm
Khoảng cách từ tâm ống lửa ngoài cùng đến mép thân lò:
Ta chọn : e
2
= 1,85.d = 1,85.42 = 105,45 mm lấy e
2
=77.7 mm
Hình 1: Bố trí ống lửa
- Bố trí cụm ống lửa thành 3 dãy theo chiều dọc.
- Khoảng cách từ tâm ống lửa trên cùng đến mép trên thân lò là 450 mm.
- Trong đó chiều cao khoảng chứa hơi là 350 mm
- Chiều cao tối thiểu của mức nước so với mép ống lửa trên cùng là 100 mm.
- Khoảng cách từ mép trên ống lò đến tâm ống lửa trên cùng là 367 mm.
- Khoảng cách giữa cụm ống lửa trên và dưới tính theo tâm ống là 200 mm.
- Đường kính ngoài của ống lò là 100 mm.
- Khoảng cách từ mép dưới ống lò đến mép thân lò là 100 mm.
- Từ các kích thước trên ta xác định được đường kính trong thân lò là 1017
mm.
-Qua việc bố trí ống lò và dàn ống lửa là phù hợp.
*Vậy các kích thước của thân lò là :
Đường kính trong :D
t
= 1150 mm.
Chiều dày : S = 15 mm (tính kiểm tra sau)
Đường kính ngoài : D

n
= 11800 mm.
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

23

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Chiều dài : L = 920 mm.
Hình 2: Bố trí các kích thước của lò hơi
2.3.4.Xác định kích thước mặt sàng
*Vật liệu chế tạo :
Mặt sàng là bộ phận tiếp xúc với khói nóng nên dùng loại thép tấm có mã hiệu 20K
dạng hình tròn.
*Với kích thước sau :
Đường kính : D = 1100 mm
Chiều dày : S = 12 mm (tính kiểm tra sau)
2.3.5.Xác định kích thước cửa người chui
*Vật liệu chế tạo :
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

24

SVTH: Lê Quốc Vương
Đồ Án Tổng Hợp Nhiệt Lạnh Thiết Kế Lò Hơi Nhà Máy Đường
Cửa người chui chịu áp lực tác động nên dùng loại thép có mã hiệu 20K có dạng
hình elip.
*Với các kích thước sau :
Lỗ người chui : 300 x 400 mm
Thân cửa người chui : 295 x 395 mm

Chiều dày : S
t
= 16 mm
Nắp cửa người chui : 330 x 430 mm
Chiều dày : S
n
= 16 m
Bảng 4:Các đại lượng khi đã được chọn tính
STT Tên đại lượng Ký hiệu Đơn vị Kết quả
1 Thể tích buồng lửa V
bl
m
3
0,33
2 Diện tích bề mặt trao đổi
nhiệt
F m
2
5
3 Đường kính trong ống lò d
1
mm 100
4 Chiều dài ống lò L
1
mm 1200
5 Đường kính ống lửa d
2
mm 42
6 Chiều dài ống lửa L
2

mm 920
7 Số ống lửa n ống 36
8 Bước ngang ống lửa s mm 60
GVHD: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc

25

SVTH: Lê Quốc Vương