Đồ Án Tốt Nghiệp - Sự Cháy Của Nguyên Liệu

Đồ án tốt nghiệp

Chơng I

Tính toán sự cháy của nhiên liệu

I. Số liệu ban đầu
1. Nhiên liệu: Dầu FO
2. Thành phần của dầu FO:

Thành phần của dầu FO

Chất

Cc

Thành phần khối lợng [%]

87

Hc

Oc

Nc

AK

Wd

10

1,5

1,5

0,2

1,2

3. Nhiệt độ nung trớc nhiên liệu:
Dầu FO đợc nung trớc đến nhiệt độ: tFO = 110 [OC]
4. Nhiệt độ nung trớc không khí:
Không khí đợc nung trớc đến nhiệt độ: tKK=350 [0C]
5. Loại lò:
Lò liên tục nung phôi thép để cán thép hình.
II. Tính toán sự cháy của nhiên liệu
II.1. Chuyển đổi thành phần nhiên liệu
1. Hệ số chuyển đổi từ thành phần khô sang thành phần dùng:
kk-d = 100 W =
d

100

100 1,2
= 0,988.
100

2. Hàm lợng tro tính theo thành phần dùng:
Ad = Ak.kk-d = 0,2.0,988 = 0,1976 [%].
3. Hệ số chuyển đổi từ thành phần cháy sang thành phần dùng:

Ad = 0,1976
[%]

d
d
100 (0,1976 + 1,2)
kc-d = 100 ( A + W ) =
= 0,986.

100

100

4. Chuyển đổi thành phần cháy sang thành phần dùng:
Công thức tổng quát:
Xd= Xc. kc-d
Trong đó:
Xd: Thành phần sử dụng của nguyên tố X.
Xc: Thành phần cháy của nguyên tố X.
Các thành phần dùng của các nguyên tố đợc trình bày trong bảng I.1
Bảng I.1. Thành phần dùng của dầu FO

Chất
Thành phần khối lợng [%]

Cd

Hd

Od

Nd

Ad

Wd

85,78

9,86

1,48

1,48

0,2

1,2

II.2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qt [kJ/kg]
1


Đồ án tốt nghiệp
Qt = 339. Cd + 1030. Hd - 108,8.( Od - Sd) -25,1. Wd
Qt = 339. 85,78 +1030.9,86-108,8.(1,48- 0) - 25,1.1,2
Qt = 39044 [kJ/kg]

[1]

Qt = 39044 [kJ/kg]
II.3. Chọn hệ số tiêu hao không khí
Hệ số tiêu hao không khí đợc chọn tuỳ theo loại nhiên liệu và
thiết bị
đốt. Lò đợc thiết kế là lò nung liên tục, nhiên liệu là dầu FO, để biến bụi tốt
phải dùng mỏ phun cao áp, vậy chọn hệ số tiêu hao không khí
n= 1,2
[1]
n = 1,2
II.4. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu
Tính toán sự cháy của nhiên liệu đợc thực hiện theo phơng pháp lập bảng.
Trong bảng này, ta tính cho 100 kg nhiên liệu. Toàn bộ kết quả tính toán đợc
trình bày trong bảng I.2.

2


Đồ án tốt

nghiệp

II.5. Bảng cân bằng khối lợng
Từ những kết quả đã tính toán trong bảng I.2 ta lập bảng cân bằng khối lợng.
Bảng I.3 Bảng cân bằng khối lợng

Chất tham gia sự cháy
Chất

Văn Hải

Tính toán

Sản phẩm cháy tạo thành

Giá trị
[kg]

Chất

3

Tính toán

Giá trị
[kg]
Vũ


Đồ án tốt

Nhiên liệu

nghiệp

Dầu FO

C02

7,148.44

314,512

H20

4,997.18

89,946

N2

43,253.28

1211,084

02

1,913.32

61,216

100

Không khí

S02
02

11,480.32

367,36

SPC

1676,758

N2

43,189.28

1209,292

Ad

0,2

A = 1676,652 [kg]

B = 1676,758 [kg]

Đánh giá sai số:
% =

1676,758 1676,652
B A
. 100% =
.100% = 0,00036 [%]
1676,758
B

Nhận xét: Với sai số % =0,00036 [%] chứng tỏ các số liệu tính toán trong
bảng I.3 là đáng tin cậy.
II.6. Tính khối lợng riêng của sản phẩm cháy: 0 [kg/m3tc]
SPC

1676,758

0 = 100V = 100.12,838 = 1,306 [kg/m3tc]
n
Trong đó: Vn = 12,838 [m3tc/kg]
(xem bảng I.2)
II.7. Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu
1. Nhiệt độ cháy lý thuyết: tlt [0C]
Nhiệt độ cháy lý thuyết là nhiệt độ của sản phẩm cháy có đợc khi giả thiết rằng
nhiệt lợng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu đợc tập chung toàn bộ cho sản phẩm
cháy (không có tổn thất nhiệt).
t lt =

i i1
( t 2 t1 ) + t1
i 2 i1

[0C]

[1]

Trong đó:
tlt: Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu [0C]
i1, i2: Entanpy của sản phẩm cháy tơng ứng với nhiệt độ t1, t2 [kJ/ m3tc]
i: Entanpy của sản phẩm cháy tơng ứng với nhiệt độ tlt [kJ/m3tc]

Với:
i =

Qt + C nl .t nl + ikk .Ln . f
Vn

f: Tỉ lệ nung trớc không khí; f = 1 (nung 100% không khí)
Cnl: Nhiệt dung riêng của dầu FO; CFO = 2,176 [kJ/kg.K]
Văn Hải

4

[1]
[1]
Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
tnl : Nhiệt độ nung trớc của dầu FO; tFO = 110 [0C]
ikk: Entanpy của không khí ở nhiệt độ tkk
với tkk = 350 [0C] có ikk = 463,5 [kJ/ m3tc]

( Bảng 15 [1] )

Vn = 12,838 [m3tc/kg] ; Ln = 12,246 [m3tc/kg]
i =

( Bảng I.2 )

39044 + 2,176.110 + 463,5.12,246
= 3502,055 [kJ/m3tc]
12,838

Giả thiết: t1< tlt < t2 nên i1< i < i2
Chọn: t1= 2100 [0C] ; t2= 2200 [0C]
Để tính nhiệt hàm của sản phẩm cháy ứng với t 1= 2100 [0C] và
t2=2200[0C] ta phải tính nhiệt hàm của các khí thành phần ứng với hai nhiệt độ
này. Theo bảng 16[1] ta có nhiệt hàm của các khí thành phần ứng với t1 và t2 là:
Bảng I.4. Nhiệt hàm của các khí thành phần

Khí

Nhiệt hàm i [kJ/m3tc]
t1= 2100 [0C]

t1= 2200 [0C]

CO2

5186,8

5464,2

N2

3132

3295,8

O2

3314,9

3487,4

H2 O

4121,8

4358,8

SO2

4049,9

4049,9

Văn Hải

5

Vũ


Đồ án tốt
nghiệp
Tính i1 và i2:
Với các giá trị nhiệt hàm vừa tìm đợc ta có:

i1=i2100=0,01.(%CO2.iCO2 + %H2O.iH2O + %N2.iN2 + %O2.iO2 + %SO2.iSO2) [1]
i1= 0,01.(12,472.5186,8 + 8,719.4121 + 75,471.3132 + 3,338.3314,9 + 0.4049,9)
i1= 3480,61 [kJ/m3tc]
i1 = 3480,61 [kJ/m3tc]
i2=i2200=0,01.(%CO2.iCO2+%H2O.iH2O+%N2.iN2+%O2.iO2+%SO2.iSO2)
[1]
i2=0,01.(12,472.5464,2+8,719.4358,8+75,471.3295,8+3,338.3478,4+0.4049,9)
i2=3665,02 [kJ/m3tc]
i2 = 3665,02 [kJ/m3tc]
Nh vậy: i1< i < i2 thoả mãn giả thiết đã cho.
Tính tlt:
i i1
ì ( t 2 t1 ) + t1 [0C]
i2 i1
3502,055 3480,61
t lt =
ì ( 2200 2100 ) + 2100 = 2111,6 [0C]
3665,02 3480,61

t lt =

2. Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu: tlt [0C]
Trong thực tế, nhiệt lợng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu ngoài việc làm
tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát ra môi trờng xung quanh. Vì vậy
nhiệt độ cháy thực tế thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết vừa tính đợc.
ttt= .tlt
Trong đó:
: Hệ số phụ nhiệt độ, phụ thuộc vào loại lò. ở đây lò là
nung liên tục; = 0,7
(bảng 14 [1])

0
ttt : Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu [ C]
ttt=0,7.2111,6 =1478 [0C]
ttt = 1478 [0C]
II.8. Các kết quả tính toán
Bảng I.5. Các kết quả tính toán

Nhiệt độ
Lo

Ln

V0

Vn

[oC]

0

[m3tc/kg] [m3tc/kg] [m3tc/kg] [m3tsc/kg] [kg/m3tc]

10,205

12,246

10,794

12,838

1,306

tlt

ttt

Sản phẩm cháy [%]
CO2

H2 O

O2

N2

2111,6 1478 12,472 8,719 3,338 75,471

Chơng II

Chọn chế độ nung và tính thời gian nung
kim loại

I. Số liệu ban đầu
Văn Hải

6

Vũ

Đồ án tốt

nghiệp
1. Năng suất lò: P=30 [tấn/h]
2. Kích thớc phôi nung: 120 x 120 x 1300 [mm]
3. Nhiệt độ ra lò của vật nung: tklc=1200 [0C]
4. Thành phần thép nung
Thành phần thép

Nguyên tố
Giá trị [%]

C

Mn

Si

0,18

0,25

0,08

II. Phơng pháp nung và chọn giản đồ nhiệt độ nung
Phôi đợc nung một mặt và đợc xếp một hàng.
Phôi vào lò có nhiệt độ: tmđ=ttđ= 20 [0C].
Giản đồ nhiệt độ nung: Chọn chế độ nung ba vùng: sấy nung - đồng nhiệt.
Giản đồ nung đợc trình bày ở hình II.1

t [0C]

t2=13000C

t3=13000C
tm3=12000C

t1 =700 C
k

tt3

t =600 C

0

m
2

0

tk4=12500C
tm4=12000C
tt4

tt2

tk4=12500C

s

n

dn

Vùng sấy

Vùng nung

Vùng đồng nhiệt

[h]

Hình II.1. Giản đồ nung phôi

Văn Hải

7

Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
II.1 Giai đoạn sấy

ở vùng sấy để tránh ứng suất nhiệt, ngời ta phải nung phôi với tốc độ nung
nhỏ.
Nhiệt độ lò đầu giai đoạn sấy: tk1=700 [0C]

Nhiệt độ lò cuối giai đoạn sấy: tk2=1300 [0C]
Nhiệt độ bề mặt và tâm phôi khi vào lò: tt1=tm1=20 [0C]
Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn sấy: tm2=600 [0C]
II.2 Giai đoạn nung
ở vùng nung, phôi đợc nung tới nhiệt độ yêu cầu.
Nhiệt độ lò: tk2=tk3=1300 [0C]
Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn nung: tm3=1200 [0C]
II.3 Giai đoạn đồng nhiệt
Tại vùng đồng nhiệt, nhiệt độ bề mặt phôi không tăng, nhiệt độ tâm phôi tăng
dần tới khi: t= tm4-tt4 < [tcho phép]
Nhiệt độ lò đầu giai đoạn đồng nhiệt: tk3=1300 [0C]
Nhiệt độ lò cuối giai đoạn đồng nhiệt: tk4=1250 [0C]
Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tm4=1200 [0C]
Nhiệt độ tâm phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tt4 [0C]
tt4= tm4 - [tcho phép] [0C]
[tcho phép]: là độ chênh nhiệt độ cho phép giữa mặt và tâm phôi trớc khi ra lò
[tcho phép] = S1[t/1dm]
St: Chiều dày thấm nhiệt: [m]
St= S.à [m]
[1]
Trong đó:
Chiều dày phôi: St=0,12 [m]
Hệ số không đối xứng (nung phôi một mặt): à =1
[t/1dm]= [15 0C/1dm]
[1]
St=0,12.1 = 0,12 [m]
[tcho phép] = 0,12.10.15=18 [0C]
Nhiệt độ của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn đồng nhiệt
tt4=tm4 -18 = 1200 -18 = 1182 [0C]
III. Tính thời gian nung

III.1. Xác định các kích thớc cơ bản của nội hình lò
1. Chiều rộng nội hình lò: B [m]
B = n.l+(n-l).C+2b
Trong đó:
n: Số dãy phôi nung: n =1
l: Chiều dài phôi nung: l =3 [m]
B: Khoảng cách giữa các đầu phôi và tờng lò: b =0,25 [m]
C: khoảng cách giữa các đầu phôi
B = 1.3 + (1 - 1).C + 2.0,25 = 3,5 [m]
2. Chiều cao nội hình lò ở vùng sấy:
a. Chiều cao có hiệu ở vùng sấy: Hsch [m]
Văn Hải

8

[1]

Vũ


nghiệp

Đồ án tốt
Hsch = tktb.(A + 0,05.B).10-3 [m]

Trong đó
tktb: Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy: [0C]
k

t tb

k

[1]

k

t + t2
700 + 1300
= 1
=
= 1000 [0C]
2
2

A: Hệ số thực nghiệm, khi tktb=1000 [0C] thì A=0,6 theo bảng 28[1]
B: Chiều rộng của lò; B=3,5 [m]
Hsch=1000.(0,6 + 0,05.3,5).10-3 = 0,775 [m]
Hsch = 0,775 [m]
b. Chiều cao thực tế của vùng sấy: Hstt [m]
Hstt = n.Hsch + S
Trong đó:
n: Số mặt đợc nung, ở đây nung một mặt: n=1
S: Chiều dày phôi: S = 0,12 [m]
Hstt=1.0,775 + 0,12 = 0,895 [m]
3. Chiều cao nội hình lò ở vùng nung:
a. Chiều cao có hiệu ở vùng nung: Hnch [m]
Hnch=(0,4 ữ 0,6).B [m]
B: Chiều rộng của lò; B = 3,5 [m]
Lò chỉ có một dãy phôi với B = 3,5 [m] chọn:

Hnch= 0,5.B
Hnch= 0,5.3,5 = 1,75 [m]
b. Chiều cao thực tế ở vùng nung: H tt[m]
Hntt = n.Hnch + S
Hntt = 1.1,75 + 0,12 = 1,87 [m]
n

Hstt = 0,895 [m]
[1]

Hnch = 1,75 [m]
[1]
Hntt = 1,87 [m]

Trong đó:
n: Số mặt đợc nung, ở đây nung một mặt; n=1
S: Chiều dày phôi; S= 0,12[m]
4. Chiều cao nội hình lò ở vùng đồng nhiệt:
a. Chiều cao có hiệu ở vùng đồng nhiệt: H đ n c h [m]
H đ n c h = t k t b .(A + 0,05B).10 - 3
[1]
Trong đó:
tktb: Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng đồng nhiệt [ 0C]
k

k

t tb =

k

t3 + t 4
1300 + 1250
=
= 1275 [0C]
2
2

A: Hệ số thực nghiệm. Khi t =1275 [0C] chọn A=0,6 (Bảng 28 [1])
B: Chiều rộng của lò; B= 3,5 [m]
Hđnch =1275(0,6 + 0,05.3,5).10-3 = 0,988 [m]
Hđnch = 0,988 [m]
b. Chiều cao thực tế ở vùng đồng nhiệt: Hđntt [m]
Hđntt = Hđnch +S [m]
Văn Hải

9

[1]
Vũ


nghiệp

Đồ án tốt
Hđntt= 0,988 + 0,12 = 1,108 [m]
Hđntt = 1,108 [m]

III.2. Tính thời gian nung kim loại
III.2.1 Tính thời gian sấy

1. Nhiệt độ trung bình của bề mặt vật nung trong vùng sấy: tmtb [0C]

(

)

2 m m 0
t 2 t1 [ C]
3
2
t tbm = 20 + ( 600 20 ) = 407 [0C]
3
t tbm = t1m +

[1]

2. Xác định độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy: k
k= CO2+. H2O
[1]
Độ đen của khí phụ thuộc vào áp suất riêng phần của chất khí bức xạ,
nhiệt độ khí và chiều dày bức xạ có hiệu quả của sản phẩm cháy.
CO2= f(PCO2, tk, Shq) ;
H2O= f(PH2O, tk, Shq)
a. áp suất riêng phần
áp suất riêng phần của các chất khí thành phần tỷ lệ với thành phần thể
tích các chất khí.
%CO2=12,472% => PCO2= 0,12472 [bar]
%H2O=8,719% => PH2O= 0,08719 [bar]
b. Chiều dày bức xạ có hiệu quả của sản phẩm cháy trong vùng sấy
2.H chs .B

B + H chs
2.0,775.3,5
= 0,9
= 1,142 [m]
3,5 + 0,775

S hq =
S hq

c. Tích số M
MCO2= Shq. Pco2
MCO2 =1,142.0,1247=0,1424 [bar.m]
MH2O = Shq. PH2O
MH2O = 1,142.0,08712=0,1 [bar.m]

[1]

[1]

Từ: tktb=1000oC và Mco2=0,1424 [bar.m], MH2O = 0,1 [bar.m] tra đợc:
CO2 = 0,12 ; H2O= 0,107 ; =1,05
(Đồ thị: 24; 25; 26; [1])
Vậy độ đen của sản phẩm cháy là:
k = co2 + .H2O
k = 0,12 + 1,05.0,107 = 0,232
k = 0,232
2
4
3. Tính hệ số bức xạ qui dẫn : Cqd [W/m K ]
Độ đen của sản phẩm cháy: k =0,232

Độ đen của kim loại: kl =0,8
a. Độ phát triển của tờng lò:
2 H chs + B 2.0,775 + 3,5
=
= 1,683 g
=
n.l
1.3

[1]

Trong đó:
l: Chiều dài phôi thép; l =3 [m]
B: Chiều rộng của lò; B = 3,5 [m]
Hsch: Chiều cao có hiệu ở vùng sấy; Hsch = 0,775 [m]
n: Số hàng phôi nung; n=1
b. Hệ số bức xạ quy dẫn Cqd [W/m2K4]
Văn Hải

10

Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
1 k +

Cqd =5,67. kl 1 k [ + (1 ) ] +

kl
k
kl

[1]

k

1 0,232 + 1,683
1

0
,
232
Cqd =5,67.0,8.
[ 0,8 + 0,232(1 0,8) ] + 1,683 = 2,48 W/m
0,232

C q d = 2,48 [W/m 2 K 4 ]
4. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng: [w/m2 oC]
a. Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ: bx [w/m2 oC]
Tk 4 Tkl 4
C qd .


bx =
100 100
t k t kl

[10]

Trong đó:
tk: Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy ở vùng sấy
tk = tktb =1000 [oC] ; Tk =tk + 273= 1000 + 273=1273 [K]
tkl: Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi ở vùng sấy.
tkl = tmtb = 407 [0C]
; Tkl=tkl + 273=407 + 273 = 680 [K]
1273 4 680 4
2,48.


2 0
bx =
100 100 = 100,89 [W/m . C]
1000 407

bx = 100,89 [W/m2.0C]
b. Hệ số trao đổi nhiệt đối lu: đl [W/m2.0C]
Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy là: t tb=1000 [0C]
nên ngoài sự trao đổi nhiệt bằng bức xạ vẫn có sự trao đổi nhiệt đối lu, ta coi sự
trao đổi nhiệt đối lu chiếm 10% so với bức xạ.
đl = 0,1. bx=0,1.100,89 = 10,089 [W/m2.0C]
c. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng: [W/m2.0C]
=đl + bx = 1,1. bx = 1,1.100,88=110,98 [W/m2.0C]
= 110,98 [W/m2.0C]
5. Tính nhiệt độ tâm của phôi nung ở cuối giai đoạn sấy:
a. Hệ số dẫn nhiệt (tính sơ bộ):
Hệ số dẫn nhiệt đặc trng cho khả năng truyền nhiệt bên trong kim loại.
Hệ số này phụ thuộc vào thành phần và trạng thái nhiệt độ của kim loại
Hệ số dẫn nhiệt của thép ở 0 [oC]

0 = 69,8 - 10,12.C - 16,75.Mn - 33,72.Si [W/m2.0C] [1]
Trong đó:
C, Mn, Si là thành phần khối lợng của các nguyên tố C, Mn, Si có trong
thép. Với: C = 0,18 [%]; Si = 0,25 [%]; Mn = 0,08 [%]
0 = 69,8 - 10,12.0,18 - 16,75.0,25 - 33,72.0,08 = 61,09 [W/m2.0C]
Văn Hải

11

Vũ


Đồ án tốt

nghiệp

0 = 61,09
[W/m2.0C]
Hệ số dẫn nhiệt của thép phụ thuộc vào nhiệt độ đợc trình bày trong bảng II.1
Bảng II.1. Hệ số dẫn nhiệt của thép ở các nhiệt độ
khác nhau
Nhiệt độ

Tính toán

Giá trị T [W/m2.0C]

200

0,950

58,04

400

0,850

51,93

600

0,75 0

45,82

800

0,680

41.54

1000

0,680

41,54

1200

0,730

44,60

T [W/m2.0C]
61,09
58,04
51,93
45,82
44,60
41,54

0

200 400

600

800

1000 1200

[0C]

Hình II.2 sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào nhiệt độ

Hệ số dẫn nhiệt (tính sơ bộ)
1t + 1m + m2
[W/m.0C]
sb =
3

+ 20 + 600
sb = 20
3
60,79 + 60,79 + 45,82
sb =
= 55,80 [W/m.0C]
3

Văn Hải

12

[1]

sb = 55,80
Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
b. Tiêu chuẩn Bi ( tính sơ bộ):
Tiêu chuẩn Bi sb:
Bi sb =

.S t 110,98.0,12
=
= 0,239
sb
55,80

Bisb = 0,239

c. Tiêu chuẩn bề mặt không thứ nguyên
t tbk t 2m 1000 600
m= k m = 1000 20 = 0,408
t tb t1

m = 0.408

Từ (Bisb và m ) tra đợc tiêu chuẩn Fo (sơ bộ): Fosb = 3,8
[2]
Từ (Bisb và Fosb ) tra đợc tiêu chuẩn nhiệt độ tâm: t=0,46
Vậy nhiệt của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn sấy ( tính sơ bộ):
tt2 = tktb - t.(tktb - ttđ) = 1000 - 0,46.(1000 - 20) = 549 [0C]
tt2 = 549 [0C]
d. Hệ số dẫn nhiệt của thép ( tính theo chính xác)
1t + 1m + t2 + m2
[W/m.0C]
4
+ 20 + 600 + 549
cx = 20
4
60,79 + 60,79 + 45,82 + 47,38
cx =
= 53,70 [W/m.0C]
4
cx =

[1]

cx = 53,70
[W/m.0C]

e. Tiêu chuẩn Bi (tính chính xác)
Bicx =

. S t
sx

Bicx =

110,98.0,12
= 0,248
53,70

Từ Bicx và m tra đợc tiêu chuẩn Fo chính xác: Focx =3,6
Từ Bicx và Focx tra đợc t =0,45
Vậy nhiệt của tâm phôi nung ở cuối giai đoạn sấy: tt2 [oC]
tt2=tktb- t.(tktb-ttđ) [oC]
tt2=1000 - 0,45.(1000 - 20)=559

[2]

tt2 = 559 [0C]

f. Nhiệt độ trung bình của phôi ở cuối giai đoạn sấy

(

)

1 m t
t2 t2
3
1
t tbkl = 559 + ( 600 559 ) = 573 [0C]
3

tkltb= t 2t +

g. Hệ số dẫn nhiệt độ: a [m /h]
2

Nhiệt dung riêng: Cp=
Văn Hải

tkltb = 573 [0C]

ic i d
t tbc t tbd

13

Vũ


Đồ án tốt
nghiệp
Trong đó :

ic: Entanpy của kim loại ứng với nhiệt độ; tctb=tkltb=573 [0C]
iđ: Entanpy của kim loại ứng với nhiệt độ; tđtb =20 [0C]
Theo bảng 37[1] ta có: i573= 319,39 [kJ/kg] ; i20= 7,18 [kJ/kg]
Nên:

Cp =

Vậy hệ số dẫn nhiệt độ:

a=

319,39 7,18
= 0,56 [kJ/kg.0C]
573 20

3,6. cx 3,6 . 53,70
=
= 0,044
C p . 0,56 . 7800

[m 2 /h]

h. Tính thời gian sấy: s[h]

Fo . S12 3,6. 0,12 2
s =
=
= 1,18 [h]
a
0,044

III.2.2.Tính thời gian nung: n [h]

s = 1,18
[h]

m
1. Nhiệt độ trung bình của bề mặt vật nung ở vùng nung: t tb [oC]

(

)

2 m m
t 3 t 2 [oC]
3
2
t tbm = 600 + (1200 600) = 1000 [0C]
3
t tbm = t 2m +

[1]

2. Xác định độ đen của sản phẩm cháy ở vùng nung: k
a. áp suất riêng phần của khí CO2 và hơi nớc H2O
PCO2= 0,12472 [bar] ; PH2O = 0,08719 [bar] (xem bảng I.2)
b. Chiều dày bức xạ hiệu quả của sản phẩm cháy ở vùng nung
S hq

2.B.H chn
=

B + H chn

[1]

Trong đó:
Hệ số: =0,9
Chiều rộng của lò: B= 3,5 [m]
Chiều cao có hiệu ở vùng nung: Hnch=1,75 [m]
S hq = 0,9

2.3,5.1,75
= 2,06 [m]
3,6 + 1,75

c. Tích số M
MCO2 = Shq. PCO2
[1]
MCO2 = 2,06.0,1247 = 0,257 [bar.m]
MH2O = Shq. PH2O = 2,06.0,08719 = 0,180 [bar.m]
Từ tktb =1300 [oC] và MCO2 = 0,257 [bar.m], MH2O = 0,180 [bar.m] tra đợc:
CO2 = 0,12 ; H2O =0,11 ; =1,07 (đồ thị 24, 25, 26 [1] )
Vậy độ đen của sản phẩm cháy là:
k = CO2 + .H2O
k= 0,12 + 1,07.0,11 = 0,238.
3. Tính hệ số bức xạ qui dẫn: Cqd[W/m K ]
14
Văn Hải
2

4

k = 0,238
Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
Độ đen cuả sản phẩm cháylà: k= 0,238
Độ đen của kim loại:
kl= 0,8
a. Độ phát triển của tờng lò:
=

2 H chn + B 2.1,75 + 3,5
=
= 2,333
n.l
1.3

Trong đó:
l: Chiều dài của phôi thép; l =3 [m]
B: Chiều rộng của lò;
B=3,5 [m]
H chn : Chiều cao có hiệu ở vùng nung : H chn =1,75 [m]
n: Số hàng vật nung; n = 1
b. Hệ số bức xạ qui dẫn: Cqd[W/m2K4]
C qd = 5,67 .

kl

C qd = 5,67.0,8.

1
k

1 k+
k

[ kl + k . (1

[W/m2.K4]
)
]
+

kl

1 0,238 + 2,333
1 0,238
.[ 0,8 0,238.(1 0,8) ] + 2,333
0,238

= 2,78

[W/m2.K4]

Cqd = 2,78 [W/m2.K4]

4. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng:
a. Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ: bx[W/m2oC]
Tk 4 Tkl 4
C qd .


bx =
100 100 [W/m2.0C]
t k t kl

Trong đó:
t k : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy ở vùng nung
t k = t tbk = 1300 [0C] ; Tk = t k +273=1573 [K]
t kl : Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi ở vùng nung
t kl = t tbm = 1000 [oC] ; Tkl = t kl +273=1273 [K]

Vậy:
1573 4 1273 4
2,78 .


2 0
bx=
100 100 =323,98 [W/m . C]
1300 1000

bx=323,98
[W/m2.0C]

b. Hệ số trao đổi nhiệt đối lu: đl [W/m2. 0C]

Nhiệt độ của sản phẩm cháy trong vùng nung có giá trị cao nhất, nên sự
trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữ vai trò chủ yếu. Ngoài ra còn có trao đổi nhiệt
bằng đối lu, ta coi sự trao đổi nhiệt bằng đối lu chiếm 10[%]
Văn Hải

15

Vũ


nghiệp
đl = 0,1. bx=0,1.323,98=32,398 [W/m2oC]
c. Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng: [W/m2oC]
= bx + đl =1,1. bx=1,1.323,98=356,38 [W/m2.0C]
5. Tính nhiệt độ tâm của phôi nung ở cuối giai đoạn nung:
a.Tiêu chuẩn Bi (tính sơ bộ)
Hệ số dẫn nhiệt (tính sơ bộ):

Đồ án tốt

m2 + t2 + 1m
[W/m.0]
3
+ 559 + 1200
sb = 600
3
45,82 + 47,07 + 44,60
sb =
= 45,83 [W/m.0C]
3

[1]

sb =

Tiêu chuẩn Bisb:
Bi sb =

. S t 356,38.0,12
=
= 0,934
sb
45,83

b. Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt không thứ nguyên: m
m =

t tbk t 3m 1300 1200
=
= 0,143
t tbk t 2m 1300 600

Từ (Bisb và m ) tra đợc tiêu chuẩn Fo sơ bộ: Fosb=2,4
Từ ( Bisb và Fosb) tra đợc tiêu chuẩn nhiệt độ tâm: t=0,2
Vậy nhiệt độ tâm cuối giai đoạn nung sơ bộ đợc xác định:

(

[2]

)

t 3t = t tbk t . t tbk t 2t = 1300 0,2.(1300 559 ) = 1152 [0C]

tt3 = 1152 [0C]
6. Tính thời gian nung: n [h]
a.Hệ số dẫn nhiệt (tính chính xác ):
m2 + t2 + t3 + 3m
[W/m.0C]
4
+ 559 + 1200 + 1152
cx = 600
4
45,82 + 47,07 + 44,60 + 43,87
cx =
= 45,34 [W/m.0C]
4
cx =

[1]

b. Tiêu chuẩn Bi (tính chính xác):
Bicx =

. S t 343,56.0,12
=
= 0,943
cx
44,72

BicxBisb do đó t3t=1152 [0C]
c. Nhiệt độ trung bình của phôi ở cuối vùng nung

(

1
t tbkl = t 3t + t 3m t 3t
3

Văn Hải

)
16

Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
1
t tbkl = 1152 + (1200 1152 ) = 1168 [0C]
3

d. Hệ số dẫn nhiệt độ: a [m2/h]
Nhiệt dung riêng:
Cp =

ic id
832,57 309,14

=
= 0,88 [kJ/kg.0C]
c
d
1168 573
t tb t tb

Trong đó:
ic: Entanpy của kim loại ứng với nhiệt độ: t tbc = t tbkl = 1168 [0C]
iđ: Entanpy của kim loại ứng với nhiệt độ: t tbd = 573 [0C]
Vậy hệ số dẫn nhiệt độ:
a=

3,6 . cx
3,6.45,34
=
= 0,024 [m2/h]
Cp .
0,88.7800

e. Tính thời gian nung: n [h]
Fo . S t2 2,4..0,12 2
=
= 1,44 [h]
n=
a
0,024

n = 1,44 [h]

III.2.3. Tính thời gian đồng nhiệt: đn [h]
1. Mức độ đồng nhiệt
t c t 4m t 4t
= t = m t
t3 t3
d

Trong đó:
t 3m : Nhiệt độ bề mặt phôi ở đầu vùng đồng nhiệt: t 3m =1200 [0C]
t 4m : Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối vùng đồng nhiệt: t 4m =1200 [0C]
t 3t : Nhiệt độ tâm phôi ở đầu vùng đồng nhiệt: t 3t =1168 [0C]
t 4t : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng đồng nhiệt: t 4t =1182 [0C]

=

1200 1182
= 0,56
1200 1168

Từ =0,56 xác định đợc tiêu chuẩn Fo=0,3

(theo giản đồ hình 33[1])

2. Tính thời gian đồng nhiệt: đn[h]
a. Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở vùng đồng nhiệt : t tbkl [oC]
t tbkl =

t tbc + t tbd o
[ C]
2

Trong đó:
ttbđ: Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở đầu vùng nung đồng nhiệt:
t tbd = 1168 [0C]
t tbc : Nhiệt độ trung bình của phôi thép ở cuối vùng nung đồng nhiệt.

(

)

1
t tbc = t t4 + t m4 t14 [0C]
3

Văn Hải

17

Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
1
t tbc = 1182 + (1200 1182 ) = 1188 [0C]
3
t tbd + t tbc 1168 + 1188
t =
=

= 1178 [0C]
2
2
kl
tb

b. Hệ số dẫn nhiệt trung bình
3m + t3 + m4 + t4
[W/moC]
tb =
4
+ 1168 + 1200 + 1182
tb = 1200
4
44,60 + 44,11 + 44,60 + 44,32
tb =
= 44,41 [W/m.0C]
4

c. Hệ số dẫn nhiệt độ: a [m2/ h]
Nhiệt dung riêng trung bình của phôi ở vùng đồng nhiệt.
Cp =

i1178 830,69
=
= 0,705 [kJ/kg.0C]
1178
t tbkl

Trong đó:

t tbkl = 1178 [0C]

i1178=830,69 [kJ/kg]
Hệ số dẫn nhiệt độ của phôi ở vùng đồng nhiệt:
a=

[1]

3,6 . tb
3,6.44,41
=
= 0,029 [m2/h]
Cp .
0,705,7800

d. Tính thời gian đồng nhiệt: đn[h]
Fo . S t2 0,3.0,12 2
=
= 0,15 [h]
đn =
a
0,029

III.2.4. Tổng thời gian nung phôi: [h]
Tổng thời gian nung phôi trong lò:
=s + n + đn
= 1,18 + 1,44 + 0,15 = 2,77 [h]
III.3. Xác định chiều dài lò
1. Chiều dài vùng sấy: Ls [m]
a. Chiều dài hữu ích của vùng sấy

Lhs =

đn = 0,15 [h]

= 2,77
[h ]

b . P . s
[m]
n. g

Trong đó:
Chiều rộng của phôi: b =0,12 [m]
Năng suất của lò: P =30 [tấn/h] = 30000 [kg/h]
Số dãy phôi: n =1
Khối lợng của một phôi: g =V. = a . b . l .
g = 0,12. 0,12. 3. 7800 = 336,96 [kg/phôi]
Văn Hải

18

Vũ


Đồ án tốt

nghiệp
Lhs =

0,12.30000.1,18

= 12,61 [m]
1.336,96

b. Chiều dài thực tế của vùng sấy
Vì vùng sấy có đặt kênh khói nên chiều dài thực tế của vùng sấy là:
Lts = Lhs +L kk [m]
Lts = 12,61 + 0,43 = 13,04 [m]
Lts= 13,04
Trong đó:
[m]
L kk: Khoảng cách từ tâm kênh khói đến bề mặt trong của tờng lò (phía
vào liệu): L kk = 0,43 [m]
2. Chiều dài của vùng nung: L n [m]
ở vùng nung chiều dài thực tế bằng chiều dài hữu ích:
Lhn = Ltn =
Ltn =

b.P. n
[m]
n.g

0,12 . 30000 .1,44
= 15,38 [m]
1.336,96

3. Chiều dài của vùng đồng nhiệt: L đn [m]
Chiều dài hữu ích của vùng đồng nhiệt
Lhdn =

b.P dn

[m]
n.g

Lhdn =

0,12 . 30000 . 0,15
= 1,6 [m]
1.336,96

Chiều dài thực tế của vùng đồng nhiệt
Ltdn = Lhdn + Ldn [m]
Ltdn = 1,6 + 0,9 = 2,5 [m]

Trong đó:
L dn: Khoảng cách từ đầu tờng lò phía đến cửa ra liệu (khi ra liệu ngang
lò)
Chọn Ldn =0,9 [m]
4. Chiều dài hữu ích của lò: L h [m]
Lh = Lhs + Lhn + Lhdn [m]
Lh = 12,61 + 15,38 + 1,6 = 29,59 [m]

Lh=30,66 [m]

5. Chiều dài thực tế của lò: L t [m]
Lt = Lts + Ltn + Ltdn
Lt = 13,04 + 15,38 + 2,5 = 30,92 [m]

Văn Hải

19

Lt= 30,92[m]

Vũ


§å ¸n tèt

nghiÖp

V¨n H¶i

20

Vò