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

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 :
Clv = 84,2% ; Hlv = 11,5% ; Sclv = 1,4% ; Olv = 1,2% ; A = 0,1% ; W = 1,6%.
Clv

Hlv

Sclv

Olv

A

W

Nlv

84,2%

11,5%

1,4%

1,2%

0,1%

1,6%

0%

Với nhiệt độ nước cấp là tnc = 900C; nhiệt độ nhiên liệu tnl = 900C ; nhiệt độ không khí
lạnh tkkl = 300C .

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 4


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

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
tk = 1600C (với nhiệt độ đọng sương là tđs =
135oC).
I.Thể Tích Không Khí Và Sản Phẩm
Cháy.
 Lượng không khí vừa đủ để đốt cháy
một kg nhiên liệu:

Vkko  0,0899.(C lv  0,375.S lv )  0,265.H lv  0,0333.Olv 
 0,0899.(84,2  0,375.1,4)  0,265.11,5  0,0333.1,2 
 10,6243m3tc / kg.
 Chọn hệ số không khí thừa :

  1,1 với (   1,1  1,15 )
 Thể tích không khí thực tế đã đốt dầu FO:

Vkk   .Vkko  1,1.10,6243  11,687m3tc / kg
 Thể tích sản phẩm cháy :

Vk  VRO2  VNo2  VH2O  (  1).Vkko
Trong đó:
 VRO2  0,01866.(C lv  0,375.S lv ) 

 0,01866.(84,2  0,375.1,4)  1,58m3tc / kg
 VNo2  0,79.Vkko  0,008.N lv 

 0,79.10,6243  0,008.0  8,39m3tc / kg.
0
 VN2 = VN2 0 + 0,79. (  1).Vkk = 9,23 Nm3/ m3tc

 VHo2O  0,112.H lv  0,0124.Wlv  0,0161.Vkko 

 0,112.11,5  0,0124.1,6  0,0161.10,6243  1,48m3tc / kg
GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 5


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

 VH2O  0,112.H lv  0,0124.Wlv  0,0161. .Vkko 

 0,112.11,5  0,0124.1,6  0,0161.1,1.10,6243  1,5m3tc / kg
Vk  1,58  8,39  1,5  (1,1  1).10,6243  12,53m3tc / kg

Suy ra

V02t  0,21.(  1).Vkk0
= 0,223 Nm3/ m3tc

 Vkkhô = VRO  VN  V02t  VCO
2

( 22 - [3] )

2

= 10,2 Nm3/ m3tc
Bảng kết quả tính toán quá trình cháy

V o kk

Vk

VN2 0

VRO2

Vkkhô

VH 2O 0

VN 2

VH 2O

Nm3/ m3tc Nm3/ m3tc Nm3/ m3tc Nm3/ m3tc Nm3/ m3tc Nm3/ m3tc Nm3/ m3tc Nm3/ m3tc.
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 :

I k  I ko  (  1).I kko ( KJ / kg )
Trong đó :

I ko : là entanpi khói lý thuyết khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu với   1
I ko  VRO2 .(C p .tk ) RO2  VNo2 .(C p .tk ) N2  VHo2O .(C p .tk ) H 2O ( KJ / kg )

 1,58.282,488  8,39.207,784  1,48.243,084  2549,4kJ / kg

Với:

Nhiệt độ tk

(C.t)kk

(C.t)RO2

(C.t)N2

(C.t)H2O

(C.t)tro

(oC)

kJ/m3tc

kJ/m3tc

kJ/m3tc

kJ/m3tc

kJ/kg

160

208,724

282,488

207,784

243,084

134,28

o
I kk
là entanpi không khí lý thuyết khi   1

I kko  Vkko .(C p .t )kk  10,6243.1,3.30  414,35kJ / kg
Suy ra :

I k  2549,4  (1,1  1).414,35  2590,83kJ / kg

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 6


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Tương tự ta tính toán ở các nhiệt độ khác nhau ta được bảng entanpi cho khói như bảng sau: (Bảng 1).

Bảng 1

toC

(Ct ) H O
(Ct ) RO
(Ct ) N
(Ct)kk
(Ct)tro o
I k (kJ / kg ) I kko (kJ / kg )
3
3
3
3

(kJ/m tc) (kJ/m tc) (kJ/m tc) (kJ/m tc) (kJ/kg)

100

129,95

170,03

129,58

151,02

81

200
300
400
500
600
700
800
900
1000

261,24
394,89
531,2
670,9
813,36
958,86

1090,56
1256,94
1408,7

357,46
558,81
771,88
994,35
1224,66
1431,07
1704,88
1952,28
2203,5

259,92
392,01
526,52
683,8
804,12
947,52
1093,6
1239,84
1391,7

304,46
462,72
626,16
794,85
968,88
1144,84

1334,4
1526,13
1722,9

169,8
264
360
458
560
662,5
768
825
985

2

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

2

2

I k (kJ / kg )

1582,3536 1381,159

1720,4695

3202,2056
4865,9637

6576,3132
8500,43
10134,85
11928,043
13870,614
15776,055
17742,243

3478,4374
5280,3114
7128,7768
9191,0095
10963,545
12894,8547
14975,5416
17019,0981
19123,402

2762,318
4143,477
5524,636
6905,795
8286,954
9668,113
11049,272
12430,431
13811,59

Page 7

Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Bảng 1 (tiếp theo)
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200

1562,55
1718,16
1874,86
2032,52
2191,5
2351,68
2512,26
2674,26
2836,32
3000
3163,02

3327,5

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

2458,39
2716,56
2976,74
3239,04
3503,1
3768,8
4035,31
4304,7
4573,98
4844,2
5115,39
5386,48

1543,74
1697,16
1852,76
2028,72
2166
2324,48
2484,04
2643,66
2804,02
2965
3127,32
3289,22

1925,11
2132,28
2343,64
2559,2
2779,05
3001,76
3229,32
3458,34
3690,57
3925,6
4163,04
4401,98

1092
1212
1360
1585
1758
1880
2065
2185
2385
2514
2640
2762

19723,9
21729,757
23763,366
25977,444

27876,213
29959,731
32060,865
34169,243
36288,471
38418,586
40565,091
42710,164

15192,749
16573,908
17955,067
19336,226
20717,385
22098,544
23479,703
24860,862
26242,021
27623,18
29004,339
30385,498

21243,1747
23387,148
25558,8723
27911,0666
29947,9515
32169,5856
34408,8357
36655,3296

38912,6733
41180,904
43465,5249
45748,714

Page 8


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

III.Cân Bằng Nhiệt Lò Hơi
Ta có :

Qdv  Q1  Q2  Q3  Q4  Q5  Q6 (kJ / kg ).

 i '  640,1(kJ / kg )
P  5bar  
i ''  2749(kJ / kg ).
 P  5bar
 inc  377,12(kJ / kg )

o
tnc  90 C
Ta tính được nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu :

Qthlv  339.C lv  1030.H lv  109(Olv  S lv )  25W 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 90oC
Qnl = Cnl.tnl = 1,965.90 = 176,85 kJ/kg
Với Cnl = 1,74+0,0025tnl = 1,74+0,0025.90 = 1,965 kJ/kg.độ
Nhiệt lượng đưa vào ứng với 1kg nhiên liệu

Qdv  Qthlv  Qnl  40370,6  176,85  40547,45(kJ / kg ).

IV. Các Tổn Thất
 Tổn thất do khói thải mang đi Q2

q4
)  I k  I kkl 
100
 2590,83  455,78  2135(kJ / kg ).

Q2  ( I k  I kkl )(1 

I kkl   .Vkko .(ct )kkl  1,1.10, 6243.1,3.30  455, 78 kJ/kg
Suy ra tổn thất q2 

Q2
2135
.100 
.100  5, 27%
Qdv
40547, 45

Với tổn thất về hóa học q3 = 1,5% ; tổn thất nhiệt do cơ học q4 = 0% ; tổn thất nhiệt ra
môi trường xung quanh q5 = 1,8% cho nồi không có bề mặt đốt phần đuôi ; tổn thất
nhiệt do tro, xỉ q6 = 0%.

V.Hiệu suất của lò hơi:
-

Hiệu suất toàn phần của lò hơi (Hiệu suất của lò hơi)

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 9


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

  100  (q2  q3  q4  q5  q6 ) 
 100  (5,27  1,5  0  1,8  0)  91,4%
Hiệu suất buồng lửa ( Xét cho lượng nhiệt chứa trong dòng sản phẩm cháy từ

-

buồng lửa).

bl    q2  90,4  5,27  96,7%
Hiệu suất quá trình cháy (xét cho quá trình biến đổi hóa năng thành nhiệt

-

ch  bl  q5  96,7  1,8  98,5%
VI.Tiêu hao nhiên liệu

-

Nhiệt cấp có ích cho lò

Q1  .Qdv 

91,4.40547,45
 37060(kJ / kg ).
100

Chọn hệ số xả lò p = 3% .
Suy ra suất tiêu hao nhiên liệu B được tính : đối với dầu

-

B  Bt 

D.(i '' inc ) Dx .(i ' inc )


Q1
Q1

5.103 (2749  377,12)  150(640,1  377,12)

 321(kg / h)
37060
Các tổn thất ; %

Qthlv

kJ/kg

q2

q3

q4

q5

q6

40370,6

5,27

1,5

0

1,8

0

-

Bt1 

η(%)
91,4

Bt
(kg/h)
321

Lượng tiêu hao nhiên liệu tính cho 1 tấn nhiên liệu :

Bt 321

 64,2kg / h
5
5

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 10


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

PHẦN II: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH
THƯỚC LÒ HƠI
 Diện tích sơ bộ
Với năng suất bóc hơi riêng phần D1= 45 ÷ 50 kg/m2.h,và năng suất bốc hơi toàn phần
D=5T/h ta tìm ra diện tích cần sinh hơi F=D/D1.
Chọn D1 = 50kg/m2.h Suy ra
Tổng diện tích cần để sinh hơi:
F

D 5000
2

 100 m .
D1
50

Vậy diện tích thiết kế sơ bộ là 100 m2
Nhiệt thế thể tích buồng lửa ta chọn theo kinh nghiệm trong khoảng 1800÷2300kW/m3
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/m3 .
Ta có

Bt .Qthlv
=1900kW/m3.
qv 
V
Suy ra thể tích buồng lửa tính sơ bộ là :

Bt .Qthlv 321.40370,6
V

 1,89 m3.
qv
1900.3600
 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 :

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 11


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi
V  S .l  ( .
d 

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

d2
).l
4

4.V
 0, 78m
 .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 :

Fbx   .d .l  9,76 m2
Diện tích bức xạ này chiếm gần 10% tổng diện tích sinh hơi.
 Diện tích dàn đối lưu :

 Fdl   F  Fbx  90,24m2
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 :

ldl 

Fdl
 563, 22m
 .d dl

Tổng số ống sinh hơi đối lưu sơ bộ là :

n

ldl
 140,8 ống.
4

Vậy số ống của mỗi pass trung bình sẽ là 70 ống.

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 12


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

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

m2

9,76

04

Diện tích dàn đối lưu

m2

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

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 13


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

PHẦN III: TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT
TRONG BUỒNG LỬA
Với chiều dài của buồng lửa
Lbl = 4 m
Đường kính của buồng lửa
Dbl = 0,78m
Diện tích toàn bộ buồng lửa :
Fv =

 . Dbl.Lbl =  . 0,78. 4 =

9,8 m2

Thể tích buồng lửa V0 chính bằng thể tích bên trong của hình trụ. Ta chọn :
Thể tích buồng lửa : V0 = 1,89m3
Ta chọn bề mặt trong của ống lửa là loại lượn sóng có đường kính lượn dl = 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 tbl  1200o C
 Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa

Q0  Qdv

100  q3  q6
 Qk'  Qk
100

[1]

Qk – nhiệt lượng do không khí mang vào lò khi có sấy sơ bộ bên ngoài, vì lò không có
sấy không khí nên Qk = 0

Qk' - nhiệt lượng do không khí mang vào buồng lửa
Qk'   0   0   n  I 0 ''    0   n  I kkl
   0   n  I kkl  0, 05.455, 78  22, 79kJ / kg

 Q0  40547, 45.

[1]

100  1,5
 22,79  39962kJ / kg
100

 Nhiệt lượng truyền lại cho buồng lửa với 1kg nhiên liệu
Qbl    Q0  I bl''   0,982  39962  23387,148  16277kJ / kg

 Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1kg nhiên liệu
GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 14


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi
VCm

Q0  I bl''

ta  tbl''

SVTH : Nguyễn Hữu Quang
[1]

Từ Q0 = Ia = 39962 kJ/kg = 9544,3 kcal/kg
Tra bảng 1 ,suy ra : ta = 19460 C.
Vậy :

VCm 

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

 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

a0 

0,82.a '
a '  1  a ' 

[1]

Trong đó:

 - độ dày đặc của dàn ống trong buồng lửa


Hb
Fv

Fv = 9,8 m2 – diện tích toàn bộ buồng lửa
Hb – diện tích vách do dàn ống choáng chỗ
Hb = Fv = 9,8 m2
a ' - độ đen hiệu dụng của ngọn lửa

a'   .a
 - 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

a  1  e kps

[1]

p – áp suất của buồng lửa, chọn p = 1ata
k – hệ số làm yếu tia bức xạ trong môi trường buồng lửa

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 15


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi
k  1,6

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Tbl"
1200  273
 0,5  1,6
 0,5  1,86
1000
1000

[1]

s – bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ
s  3, 6

V0
1,89
 3, 6
 0, 69m
Fv
9,8

[1]

kps = 1,86.1.0,69 = 1,29

 a  1  e1,29  0,73
'
Vậy : a   .a  0,75.0,73  0,54

 a0 

0,82.0,54
 0, 47
0,54  1  0,54  .1.0,9

 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa [1]

tbl" 



Ta
0,6

 1, 27.10 . .H b .ao .T 

 1

.
B
.
V
t Cm


1946  273
8

3
a

 273 

 1, 27.10 .0,9.9,8.0, 47.(1946  273) 


0,982.321.5,3



 1182o C
8

3

 273 

0,6

1

Như vậy, ta có:

tk'  tbl''  tbl  1182  1200  18o C  50o C
Do đó nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa sẽ là :

tbl"  1182o C
-

Tổng nhiệt lượng bức xạ trong buồng lửa :

Qb  Qo  I bl"  39962  23001  16961kJ / kg

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 16


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

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:

Q1    I bl"  I k   .I kkl 
 0, 982  23001  2590,83  (1,1  0, 05).455, 78  
 20557, 5kJ / kg
-Nhiệt lượng do bề mặt đốt hấp thụ bằng bức xạ và đối lưu:

Q  Q1  Q2 

k .F .t
B

1

Trong đó:
B - lượng tiêu hao nhiên liệu, B = 321 kg/h
F - diện tích trao đổi nhiệt trong buồng sinh hơi, m2
k – hệ số truyền nhiệt, kcal/m2h0C
t - độ chênh nhiệt độ, 0C

 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   t .tnc

1

Trong đó:

tnc - 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.
tnc 

tmax  tmin
t
ln max
tmin

1

tmax - hiệu số nhiệt độ lớn hơn của các môi chất trao đổi nhiệt
tmax = 1182– 152 = 1030 0C

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 17


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi
tmin

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

- hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn của các môi chất trao đổi nhiệt
tmin =

 tnc 

160 – 90 = 70 0C

1030  70
 3570 C
1030
ln
70

Để tìm  t ta phải tìm 2 tham số P và R:

t2''  t2'
152  90

 0, 057
+) P  '
1182  90
t1  t2'
t1'  t1'' 1182  160

 16,5
+) R  ''
152  90
t2  t2'
Dựa vào hình 6.18 1 , ta được:

 t = 1
Vậy:

t  1.357  3570 C
 Hệ số truyền nhiệt k:

k

1

 

1
 t  v  c 
1 t v c  2
1

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

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 18


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

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

v = 38 kcal/m2h0C=159kJ/m2h0C
 Tính 1 :
Nhiệt độ trung bình của khói:

tbl"  tk 1182  160
t1 

 6710 C
2
2
Nhiệt độ vách tính toán:
tv = tb + 4.δong + 60 = 160 + 4.3,2 + 60 = 232,8 0C
Tra phụ lục 5  4 “ Thông số vật lý của khói” ở nhiệt độ t1 = 6710C và tv =
232,80C, ta được:

1  0,373kg / m3

1  8,0745.102 W / m.K
v1  107,85.106 m2 / s

Pr1  0,612 ,

Prv  0,66

Chế độ chảy của khói trong lò hơi:
Re1 

1.d

 4

v1

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

 Re1 
Ta thấy:

14.0, 051
 6620
107,85.106

2200 < Re1 < 104  Khói chuyển động trong ống ở trạng thái quá độ.

 Pr 
 Nu1  K0 .Pr10,43 .  1 
 Prv 

0,25

. l

 4

Tra bảng 8.3  4 với Re1 = 6620, ta được:
K0 = 19
GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 19


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi
Vì tỉ số

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

l
 78, 4  50 nên  l = 1
d

Nu1  19.0, 612

 0, 612 
.


 0, 66 

0,25

0,43

.1  15,1

Vậy:

Nu1 .1 15,1.8,075.102
 d1 

 23,9W / m2 K
d
0,051
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   d1  b1
Tính hệ số bức xạ  b1
Chiều dày hiệu dụng của lớp bức xạ:

s1
s
 2  2,96  1,85  4,81  7
d ng d ng

Ta có:

Vậy chiều dày hiệu dụng của lớp bức xạ được xác định theo công thức:


s s
s  1,87. 1 2  4,1 .d ng  1,87.4,81  4,1 .0, 0542  0, 2653


d ng



 PCO2  rCO2 .P  0,125.1  0,125at
PH2O  rH2O .P  0,106.1  0,106at

 4
 4

PCO2 .s  0,125.0, 2653  0, 03at.m
PH2O .s  0,106.0, 2653  0, 028at.m
Từ t1 = 6710C và tích P.s của CO2 , H2O, tra hình 11.9, 11.10 và 11.11  4 , ta
được:

 H O  0,068 ;
2

 CO  0,08
2

;

  0,9

Độ đen của khói được xác định:

 k   CO   . H
2

2O

 0,08  0,9.0,068  0,1412

Nhiệt lượng bức xạ trên một đơn vị diện tích:
GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 20


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi
qbx   k .

v  1
2

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

 T1 4  Tv 4 
.5, 67 
 
 

 100   100  

Độ đen bề mặt ống thép thông thường khoảng  v  0,8  0,85 , chọn bằng 0,85
 671  273 4  232,8  273 4 
0,85  1
2
qbx  0,1412.
.5, 67 
 
   5396, 25W / m
2
100
 
 100  

b1 

qbx
5396, 25

 12,3W / m2 K
t1  tv 671  232,8

Vậy:

1  23,9  12,3  36, 2W / m2 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.
t2 = 1520C
Tra phụ lục 7  4 ở nhiệt độ t2 = 1520C, ta được:

2  915kg / m3
2  68, 4.102 W / m.K
v2  0,214.106 m2 / s

Pr2  1,16
Chế độ nước chảy trong lò hơi:

Re2 

2 .d
v2

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

 Re2 

1.0, 0542
 2,5.105 > 103 , nước chảy rối trong lò hơi
6
0, 214.10

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 21


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Chùm ống bố trí so le ta có:

Nu2  0, 40.Re .Pr
0,6

0,36

 Pr 
. 1 
 Prv 

0,25

. . i

Vì góc va bằng 900 nên  = 1
Và  2 >> 1 ( vì một bên là khí, một bên là nước) nên nhiệt trở tỏa nhiệt về phía

 Pr1 

nước gần như không đáng kể, do vậy có thể xem 
 Prv 

Nu2'  0, 40.  2,5.105 

 2' 

0,6

0,25

1

 699

Nu2' .2 699.68, 4.102

 8816.W / m2 K
d ng
0, 0542

Chùm ống có 10 dãy ống, hệ số tỏa nhiệt trung bình của chùm ống được tính:

2 

0, 6. 2'  0, 7. 2'  10  2   2'
10

 8199W / m2 .K

Thay vào ta tính được:

k

1
1
0, 0032
1

 0, 015 
36, 2
38
8199

 23,35W / m2 .0 C  21,93kcal / m

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của buồng hơi :

F

Q.B 4909,84.321

 201,3m2
k .t
21,93.357

lưu lượng khói G.

G  Vk .Bt  12,53.321  4022m3 / h  1,12m3 / s

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 22

Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Các kích thước trong lò hơi:
Chọn đường kính thân lò

D = 2200 mm

Đường kính trong ống lửa ở mỗi pass ttr = 51mm
Đường kính ngoài ống lửa ở mỗi pass dng = 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 : n1 = 63 ống
Số ống khói pass 2 : n2 = 78 ống
Bước ống ngang

s1
 2,96  s1  160mm
d ng
Bước ống dọc

s2
 1,85  s2  100mm
d ng

0

-----------------------------------------------0 0-----------------------------------------------

 TÍNH TOÁN NHIỆT PASS 1
Số liệu ban đầu :
Chọn nhiệt độ khói ra khỏi pass 1 là:
'
0
tra
1  700 C

Nhiệt độ khói vào pass 1
'
0
tvao
1  tk  1182 C

Chiều dài , đường kính và số ống lửa pass 1
l=4m,

dtr = 0,051 m,

n1 = 63 ống

 Phương trình cân bằng nhiệt giữa nhiệt lượng do khói truyền lại và nhiệt lượng do
nước hấp thụ
Ta có:
Qcb1    I1,vao  I1,ra   .I z0 

1

Trong đó:
GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 23


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

 = 0,982- hệ số bảo toàn nhiệt năng
,
,
I1vao
, I1ra - entanpi của khói vào và ra khỏi bề mặt đốt

Tra bảng 1, ta được:
,
I1vao
= 23001 kJ/kg
,
I1ra
= 12894,85 kJ/kg

 - lượng không khí lọt vào lò

  0  0  1,1  0,05  1,15
I z0 = Ikkl = 455,78 kJ/kg
 Qcb1  0, 982  23001  12894,85  1,15.455, 78 
 10438, 95kJ / kg  2493,18kcal / kg

 Xác định hệ số truyền nhiệt

K 

1



1

1
1

2



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

1
Nên :

2

<<

1
1

Do đó công thức trên được viết lại

K

1
1

1



GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 24


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

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

1

1  . k1  b1
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

 k1 - hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1
 b1 - hệ số tỏa nhiệt bức xạ của pass 1
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của pass 1:
Lưu lượng thể tích trung bình

Bt .Vk
3600.

V 
Trong đó:

Bt = 321 kg/h
Vk = 12,53 m3tc/kg

Vậy:

V 

321.12,53
 1,12m3 / s
3600.

Tốc độ tính toán của dòng khói

1 

V
, m/s
F1

1

Trong đó:
V = 1,12 m3/s
F1 – diện tích tiết diện qua pass1
2

d 
F1    tr  .n1
 2 
Với :

dtr = 0,051 m
GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 25

Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

n1 = 63 ống
2

 0, 051 
2
 F1   
 .63  0,13m
 2 
Vậy:

1 

1,12
 8, 68m / s
0,13

dtr = 0,051 m
Tra đồ thị hình 6.7 1 với dtr = 51 mm, 1 = 8,68 m/s ta có:

 h  23kcal / m2 ho C
  H  96,3kJ / m2 hoC
Nhiệt độ trung bình của khói pass 1
ttb2 = ( 1182+700).0,5 = 9410C
rH2O = 0,106

Tra đồ thị hình 6.7 1 , ta được:
Cvl = 0,68
Tỉ số chiều dài và đường kính ống lửa pass 1 là:

l
4

 78, 4
dtr 0,051
Tra đồ thị 1 ta được:
Cl = 1
Như vậy hệ số tỏa nhiệt đối lưu:

 k1   h .Cl .Cvl

1

 k1  23.1.0,68  15,64 kcal/m2h0C
Hệ số tỏa nhiệt bức xạ:
Nhiệt độ vách được xác định theo công thức:
tv = tb + 4S + 60
trong đó: tb = 1520C
GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 26


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

 tv  152  4.3, 2  60  2250 C
Từ ttb2 = 9410C và tv = 2250C tra đồ thị hình 6.12 1 , ta có:

 h  136kcal / m2 h0C  569, 4kJ / m2 h0C
Ck = 0,98
Riêng a được xác định theo công thức sau:

a  1  e kps

1

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

s  3, 6

V1
Fv1

V1 – thể tích lớp bức xạ pass 1

dtr2
0,0512
V1   .l.n1  
.4.63  0,515m3
4
4
Fv1 - diện tích vách bao bọc

Fv1   .dtr .l.n1   .0, 051.4.63  40,38m2
Vậy:

s  3,6

0,515
 0,046m
40,38

Hệ số làm yếu tia bức xạ k:

k

0,8  1, 6.rH 2O 
T 
1  0, 38.

1000 
pn .s


1

Với :

rH 2O = 0,106
s = 0,046 m

pn  rH2O  rRO2  0,106  0,125  0, 231
T = 941 + 273 = 1214K

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 27


Đồ Án Môn Học - Lò Hơi
k 

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

0,8  1, 6.0,106 
1214 
1

0,38.

  5, 07
1000 
0, 231.0, 046 

a  1  e5,07.1.0,046  0, 21

Nên:

Như vậy hệ số tỏa nhiệt bức xạ pass 1 được xác định:

b1   h .a.Ck  136.0, 21.0, 98  27, 7kcal / m2 h0 C  115, 91kJ / m2 h0 C
1  . k1  b1  15,64  27,7  43,35kcal / m2 h0 C  181,5kJ / m2 h0C
Vậy :
K 

1
1
 0, 015
43, 35

 26, 27kcal / m 2 h0 C  110kJ / m 2 h 0 C

 Phương trình truyền nhiệt:

Qtr1 

K .H .t
, kcal/kg
Bt

Trong đó:
K = 26,27 kcal/m2h0C
H = Fv1 = 40,38 m2
Bt = 321 kg/h

t1 - độ chênh lệch nhiệt độ pass 1

t 

tmax  tmin
t
2,3lg max
tmin

Trong đó:

tmax - hiệu số nhiệt độ lớn hơn của các môi chất ở đầu pass 1
tmax = tkhvao – tnuoc = 1182 – 152 = 10300C
tmin -

hiệu số nhiệt độ nhỏ hơn ở cuối pass 1

tmin = tkhra

– tnuoc = 700 – 152 = 5480C

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 28