thiết kế lò hơi đốt than phun công suất 150 tấn

Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng mà chủ yếu là điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong sự
phát triển kinh tế của mỗi nước. Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước khác trên thế
giới, lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra chiếm tỉ lệ chủ yếu trong tổng lượng
điện năng toàn quốc. Trong quá trình sản xuất điện năng lò hơi là khâu quan trọng đầu tiên có
nhiệm vụ biến năng lượng tang trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi. Nó là một thiết bị
không thể thiếu được trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi cũng được dùng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp khác.
Ở nước ta hiên nay thường sử dụng loại lò hơi hạ áp và trung áp, vì thế việc nghiên cứu
đưa các lò hơi cao áp vào sử dụng là rất hợp lý.
Trong học kỳ này em được giao nhiệm vụ thiết kế lò hơi đốt than sản lượng 120 tấn/h.
Với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy giáo: Thạc Sĩ. Nguyễn Duy Thiện cùng với việc nghiên
cứu các tài liệu khác , em đã hoàn thành được bản thiết kế này. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế
không tránh khỏi những sai sót, em kính mong sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô giáo, em
xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, ngày 19 tháng 9 năm 2012
Người thiết kế
Nguyễn Văn Chấp

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 1


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện
PHẦN I
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1. Nhiệm vụ thiết kế:
1. Sản lượng hơi quá nhiệt: D= 120 T/h
2. Áp suất hơi quá nhiệt: pqn= 170 bar
3. Nhiệt độ hơi quá nhiệt: tqn= 570 0C
4. Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi: tnc= 225 0C
5. Nhiệt độ khói thải khỏi lò hơi: t’’k =1300C
6. Áp suất hơi quá nhiệt trung gian: ptg = 50 bar
7. Sản lượng hơi quá nhiệt trung gian: Dtg = 0,9Do
8. Nhiệt độ hơi vào bộ quá nhiệt trung gian: t’qntg = 4000C
9. Nhiệt độ hơi ra bộ quá nhiệt trung gian: t’’qntg = 5700C
10. Thành phần nhiên liệu:

Thành phần
%

Clv
70,6

Hlv
3,4

Nlv
1,2

Olv

1,9

Slv
2,7

Alv
15,2

Wlv
5

Vlv
13

t1 0C
1100

t3 0C
1470

(Theo trang 19-bảng 2.6 sách lò hơi 1) ta thấy nhiên liệu có lượng chất bốc Vlv= 13 =>
nhiên liệu là than gầy.
11. Nhiệt trị của nhiên liệu: Qtlv= 27424 KJ/Kg
12. Chọn nhiệt độ không khí lạnh (không khí ngoài trời) tkk’= 30 0C
1.2. Phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa

Dựa vào sản lượng hơi quá nhiệt (D= 120 T/h) ta chọn là hơi buồng lửa đốt bột than phun,
mặt khác buồng lửa phun có rất nhiều ưu điểm như:
 Sản lượng của lò hơi không bị hạn chế, thỏa mãn một chương trình nhiên liệu rộng hơn buồng

lửa ghi, hiệu suất cháy cũng cao hơn buồng lửa ghi
 Có thể sấy không khí tới nhiệt độ cao (200 ÷ 450 0C), có điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa
quá trình vận hành lò hơi.
 Có thể đốt những nhiên liệu kém chất lượng và nhiên liệu có cỡ hạt nhỏ thu được trong quá trình

khai thác:
• Phương pháp thải xỉ:
Vì nhiệt độ bắt đầu biến dạng của nhiên liệu khá cao t1 = 1100 0C, nên ta chọn phương pháp
thải xỉ khô.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 2


Đồ án môn học: Lò Hơi
•
•

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò hơi: t’’k= 130 0C
Nhiệt độ khói trước cụm feston:

Dựa vào dải làm việc của bộ quá nhiệt ta chọn nhiệt độ khói trước cụm feston là: t’’bl =1050 0C
•

Nhiệt độ không khí nóng – nhiệt độ không khí ra khỏi bộ sấy không khí: với nhiên liệu là

than gầy (theo trang 20 sách tính nhiệt lò hơi) ta chọn: t’’kk= 350 0C

1.3. Cấu tạo tổng thể của lò hơi:

Trong bản thiết kế này chọn lò đốt bột than buồng lửa phun, thải xỉ khô một bao hơi. Bố
trí đường khói đi theo hình chữ ᴨ, đường khói đi lên bố trí buồng lửa, đường khói nằm ngang bố
trí bộ quá nhiệt, đường khói đi xuống bố trí bộ quá nhiệt trung gian, bộ hâm nước và bộ sấy
không khí theo thứ tự.
Toàn bộ buồng lửa bố trí dàn ống sinh hơi ở hai bên tường bố trí 4 vòi phun tròn xoáy.
Bộ quá nhiệt chia làm 2 cấp, căn cứ đường hơi đi mà quy định cấp 1 và cấp 2.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 3


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Bộ hâm nước và bộ sấy không khí cũng chia làm 2 cấp. căn cứ vào chiều lưu lượng của
nước và của không khí mà ta chia thành bộ hâm nước cấp 1 và cấp 2, bộ hâm nước làm bằng ống
thép uốn ngang, bộ sấy không khí làm bằng ống thép đứng.
Lớp bảo ôn của buồng lửa chọn loại vữa cách nhiệt cromit.

PHẦN II
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
2.1 Tính thể tích không khí lý thuyết: V0kk, (m3tc/kg)
Tất cả các tính toán về thể tích, entanpi của không khí và sản phẩm cháy đều tiến hành tính
toán với 1 kg nhiên liệu rắn:
-

Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu rắn (theo
công thức 3-15 trang 25 lò hơi 1).
V0kk = 0,089( Clv + 0,375Slv ) + 0,265Hlv – 0,0333Olv
= 0,089(70,6 + 0,375.2,7) + 0,265.3,4 – 0,0333.1,9
= 7,211 (m3tc/kg)

2.2 Tính thể tích sản phẩm cháy
Khi quá trình cháy xảy ra hoàn toàn thì sản phẩm cháy bao gồm: CO2, SO2, N2, O2 và H2O.
Trong tính toán người ta thường tính chung thể tích các khí 3 nguyên tử vì chúng có khả
năng bức xạ mạnh: CO2, SO2 kí hiệu : VRO2 = VCO2 + VSO2
Ở trạng thái lý thuyết ta tính hệ số không khí thừa

α = 1 nhưng trong thực tế quá trình

cháy luôn xảy ra với hệ số không khí thừa α > 1.
2.2.1 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: (theo 3-22 trang 27 lò hơi 1).
VRO2 = VCO2 + VSO2
= 0,01866(Clv + 0,375Slv )
= 0,01866(70,6 + 0,375.2,7)
= 1,336 (m3tc/kg)
Thể tích N2 lý thuyết trong sản phẩm cháy
V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv
= 0,79.7,21 + 0,008.1,2

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 4


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

= 5,706 (m3tc/kg)
Thể tích hơi nước trong sản phẩm cháy
V0H2O = 0,111.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161.V0kk + 1,24.Gph
Ta dùng vòi phun kiểu cơ khí, nên có thể xem như Gph = 0 nên:
V0H2O = 0,111.3,4 + 0,0124.5 + 0,0161.7,211
= 0,555 (m3tc/kg)
Vậy thể tích khói khô lý thuyết:
V0kkhô = V0RO2 + V0N2
= 1,336 + 5,706
= 7,042 (m3tc/kg)
Thể tích khói lý thuyết
V0k = V0kkho + V0H2O
= 7,042 + 0,555
= 7,597 (m3tc/kg)
2.2.2 Thể tích sản phẩm cháy thực (được tính ở bảng 3)
(Theo bảng 9-5 trang 191 lò hơi 1) ta chọn hệ số không khí thừa α = 1,25
Thể tích hơi nước thực tế trong sản phẩm cháy:
0

VH2O = V0H2O + 0,0161.(α -1).v

kk

= 0,555 + 0,0161(1.25 -1).7,211
= 0,584 (m3tc/kg)
Thể tích khói thực tế
Vk = Vkkho + VH2O

= V0kkho + (α -1).V0kk + VH2O
= 7,042 +(1,25-1).7,211 +0,584
= 9,428 (m3tc/kg)
Phân thể tích các khí:
-

Khí 3 nguyên tử: r RO2 =

= = 0,141
-

Hơi nước:

r H20 =
= = 0,062
Vậy rn= r RO2 + r H2O
= 0,141 + 0,062

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 5


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

= 0,203
Nồng độ tro bay theo khói:

μ= 10. (kg/m3tc)
với ab hệ số tro bay theo khói (theo trang 44 lò hơi 1) với lò phun thải xỉ khô ta có ab = 0,9

μ= 10. = 1,450 (kg/m3tc)

=>

2.2.3 Hệ số không khí thừa theo đường đi của khói
(Theo bảng 10-3 trang 260 lò hơi 1) ta có các giá trị không khí lọt vào đường khói (Δα) như sau:
Bảng 1: Giá trị không khí lọt vào đường khói
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Các bộ phận của lò
Buồng lửa
Bộ festoon
Bộ quá nhiệt cấp 2
Bộ quá nhiệt cấp 1
Bộ quá nhiệt trung gian
Bộ hâm nước cấp 2
Bộ sấy không khí cấp 2

Bộ hâm nước cấp 1
Bộ sấy không khí cấp 1
Hệ thống nghiền than

Δα
0
0
0,025
0,025
0,025
0,02
0,05
0,02
0,05
0,1

Hệ số không khí thừa tại các vị trí theo đường khói đi:
Hệ số không khí thừa đầu ra: α’’ = α’ + Δα
Bảng 2: Hệ số không khí thừa tại các vị trí đường khói đi
Thứ tự

Các bộ phận theo đường khói

Hệ số không khí thừa
α (đầu vào)
α’’ (đầu ra)
1,25
1,25
1,25
1,25

1,275
1,275
1,3
1,3
1,325
1,325
1,345
1,345
1,395
1,395
1,415
1,415
1,465
’

1
Buồng lửa
2
Dãy feston
3
Bộ quá nhiệt cấp 2
4
Bộ quá nhiệt cấp 1
5
Bộ quá nhiệt trung gian
6
Bộ hâm nước cấp 2
7
Bộ sấy không khí cấp 2
8

Bộ hâm nước cấp 1
9
Bộ sấy không khí cấp 1
Lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí :

β’ = αbl – Δαng = 1,25 – 0,1 = 1.15
2.3 Tính entanpi của không khí và khói: (bảng 4)

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 6


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

- Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy:
I0kk = V0kk.(Cp.t)kk kJ/kg
Trong đó: V0kk : Thể tích của không khí lý thuyết, (m3tc/kg) .
Cp : Nhiệt dung riêng các loại khí , (kJ/m3tc) .
t : Nhiệt độ các loại khí , (0C) .
Cp =1,2866 + 0,0001201.t
-

Entanpi của khói lý thuyết :
I0k = VRO2 (C.t)RO2 + V0N2.(C.t)N2 + V0H2O.(C.t)H2O , kJ/kg
C : Nhiệt dung riêng , kJ/kg.K
t : Nhiệt độ của các chất khí, ở đây ta lấy nhiệt độ của các chất khí trong
khói thải bằng nhiệt độ khói thải:

t = tth = 130 0C .

-

Entanpi của tro bay :

Itr

= . ab (C.t)
.

tr

, kJ/kg.

Có ab = 0,9 : Tỷ lệ độ tro của nhiên liệu bay theo khói
Vì
-

= = 0,499 < 6 nên có thể bỏ qua.

Entanpi của khói thực tế :
Ik = I0k + (α-1). I0kk + Itro = I0k + (α-1).I0kk

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 7


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Bảng 3 : Đặc tính của sản phẩm cháy
STT

Tên đại lượng và công thức tính

Kí
hiệu

1

Hệ số không khí thừa trung bình:

α

Đơn vị

B. Lửa
và
feston
1,25

BQN
Cấp II

BQN
Cấp I

BQN
TG

BHN
Cấp II

BSKK
Cấp II

BHN
Cấp I

BSKK
Cấp I

Khói
thải

1,263

1,288

1,313

1,335

1,370

1,405

1,440

1,465

α = 0,5(α’ + α’’)
2
3
4
5
6
7
8

Thể tích không khí thừa:
(α -1).V0kk
Thể tích hơi nước thực tế
V0H2O + 0,0161(α -1).V0kk
Thể tích khói thực tế
0
V RO2 + VN2 + (α -1).V0kk + VH2O
Phân thể tích hơi nước
VH2O/Vk
Phân thể tích các khí 3 nguyên tử
VRO2/Vk
rn = rH2O + rRO2
Nồng độ tro bay trong khói
μ= 10.

Vth

m3tc/kg

1,803

1,896

2,077

2,257

2,416

2,668

2,920

3,173

3,353

VH2O

m3tc/kg

0,584

0,586

0,588

0,591

0,594

0,598

0,602

0,606

0,609

Vk

m3tc/kg

9,429

9,524

9,707

9,890

10,052

10,308

10,564

10,821

11,004

rH2O

_

0,062

0,061

0,060

0,059

0,058

0,057

0,056

0,055

0,054

rRO2

_

0,142

0,140

0,138

0,135

0,133

0,130

0,126

0,123

0,121

rn
μ

_
Kg/ m3tc

0,204
14,508

0,201
14,364

0,198
14,093

0,194
13,83
2

0,191
13,609

0,187
13,271

0,182
12,950

0,178
12,642

0,175
12,432

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 8


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Bảng 4: Entanpi của sản phẩm cháy (dựa vào bảng 3-2 trang 36 lò hơi 1)
Hệ số không khí thừa

100

Thông số
I0kk
I0k
kJ/kg
kJ/kg
937,069
1050,359

200

1883,801

2129,645

300

2847,551

3240,188

400

3830,483

4383,073

500

4837,859

5671,356

600

5865,138

6762,182

700

6914,339

800

t(0C)

αbl&pt

αqn2

αqn1

αqntg

αhn2

αskk2

αhn1

αskk1

Khói thải

1,25
Ik
kJ/kg

1,263
Ik
kJ/kg

1,288
Ik
kJ/kg

1,313
Ik
kJ/kg

1,335
Ik
kJ/kg

1.370
Ik
kJ/kg

1,405
Ik
kJ/kg

1,440
Ik
kJ/kg
1462,66
9
2958,51
7
4493,11
0

1,465
Ik
kJ/kg
1486,096

5582,014

5666,285

7064,659

7185,606

7292,039

8304,713

8451,342

8597,970

8727,003

7956,064

9774,535

9947,394

10272,36
8

7864,028

9258,393

900

9063,794

1000

10158,13
5
11267,54
8
12389,65
1
13519,61

10529,77
5
11841,12
5
13161,42
5
14496,73
4
15849,49

11326,63
2
12913,55
3
14512,71
5
16124,79
0
17755,21
2

11523,23

3
13140,14
7
14766,66
7
16406,47
8
18064,95
3

10120,25
2
11719,83
3
13366,74
2
15020,62
1
16688,16
7
18374,69
4

1100
1200
1300

12795,72
3
14380,65

8
15978,31
2
17594,14
6
19229,39

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 9

4293,78
2
5800,35
2
7461,36
4
8932,28
3

2892,58
5
4393,44
6
5934,41
9
7630,68
9

3005,612

4564,299


Đồ án môn học: Lò Hơi

1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200

5
14656,50
1
15802,90
6
16957,96
4
18115,90
6
19284,08
8
20452,70
3
21633,00
0

22808,53
7
22808,53
7

3
17323,58
9
18581,71
0
19964,57
6
21357,37
9
22755,18
1
24158,84
1
25568,84
9
26989,13
6
26989,13
6

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

6
20987,71
4

22532,43
7
24204,06
7
25886,35
6
27576,20
3
29272,01
7
30977,09
9
32691,27
0
32691,27
0

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 10


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện
PHẦN III
CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

Lập phương trình cân bằng nhiệt cho lò hơi là xây dựng phương trình biểu diễn sự cân
bằng giữa nhiệt lượng đưa vào lò hơi với lượng nhiệt sử dụng hữu ích Q 1 và các tổn thất của lò

Q2 , Q3 , Q4, Q5 , Q6 .
Từ phương trình cân bằng nhiệt ta có thể xác định được hiệu suất của lò hơi và lượng
tiêu hao nhiên liệu .
3.1. Lượng nhiệt đưa vào lò hơi
Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu và xác định bởi công thức 4-3
trang 38 (sách lò hơi 1), ta có:
Qđv = Qlvth + Qnkk + Qnl + Qp

(1)

Trong đó:
•
•
•

Qlvth – nhiệt trị thấp của nhiên liệu: Qlvth =27424 kJ/kg
Qnkk – nhiệt lượng do không khí được sấy nóng bằng nguồn nhiệt bên ngoài. Ở đây không
khí vào buồng lửa được lấy từ bộ sấy không khí ra nên: Qnkk = 0.
Qnl – nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào. Qnl = Cnl .tnl
Theo công thức 4-5 trang 38 (lò hơi 1) với nhiên liệu rắn thì:

Cnl = Cdnl .
Cdnl – tỷ nhiệt của nhiên liệu khô:
Với than gầy Cdnl = 0,22 kJ/kg0C;
=>

Cnl = 0,22 . +
= 0,259 kJ/kg (rất nhỏ ta có thể bỏ qua nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào).

•

QP – lượng nhiệt do hơi phun vào lò hơi vì ta dùng vòi phun kiểu cơ khí nên:
Gp = 0 => Qp = 0
(1) => Qđv = Qlvth = 27424 kJ/kg

Mặt khác: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6
3.2 Lượng nhiêt sử dụng có ích :
Theo công thức 4-11 trang 39 (lò hơi 1) lượng nhiệt sử dụng có ích trong lò hơi được xác
định bằng công thức :

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 11


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Qhi = B.Q1 = Dqn.(iqn - inc) + Dbh.(i’’ - inc) + Dtg(i’’tg – i’tg ) + Dx(i’ - inc)
Trong đó:
B – lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/h;
Dqn, Dbh, Dtg – lưu lượng hơi quá nhiệt, lượng chi phí hơi bão hòa và hơi đi qua bộ quá nhiệt
trung gian, kg/h;
Dx – lưu lượng nước xả lò, thường lấy (1,5 -2) % Dqn , kg/h;
iqn, inc , i’, i’’, i’tg, i’’tg – Entanpi của hơi quá nhiệt, nước cấp, nước bão hòa, hơi bão hòa, hơi ở đầu
vào và đầu ra bộ quá nhiệt trung gian, kJ/kg;
Vì: lò hơi không dùng hơi bão hòa và lượng nước xả lò nhỏ p= <2%
Ta có: Qhi = B.Q1 = Dqn(iqn - inc) + Dtg(i’’tg – i’tg );
Với: tqn =5700C & Pqn = 170 bar, (tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt trang 297 BT Nhiệt

Động Kỉ Thuật), ta có: iqn =3567 kJ/kg
Với tnc = 2250C (tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ trang 285 BT Nhiệt Động Kỉ
Thuật), ta có: inc = 966,9 kJ/kg
Với t’qntg =4000C & t’’qntg = 5700C & Ptg =50 bar, (tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt trang
297 BTNĐKT), ta có: i’qntg =3182 kJ/kg; i’’qntg =3661 kJ/kg
Dtg = 0,9DO =0,9.120 = 108 t/h
=> Qhi = B.Q1 = 120.1000(3567 – 966,9) + 108.1000(3661 - 3182)
= 363744000 kJ/h =101.103 kW
3.3 Xác định các tổn thất nhiệt của lò hơi:
3.3.1. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học: Q3 (kJ/kg), q3(%).
(Theo bảng 10-2 trang 260 sách lò hơi 1) ta chon: Q3 = 0; q3= 0
3.3.2. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học: Q4 (kJ/kg), q4(%).
(Theo bảng 10-2 trang 260 sách lò hơi 1) ta chọn: q4 = 2%
3.3.3. Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh: Q5 (kJ/kg), q5(%).
(Theo đồ thị hình 4-1 trang 46 lò hơi 1) với D= 120t/h ta có: q5 = 0,55%
3.3.4 Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài: Q6 (kJ/kg), q6(%).

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 12


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Vì: lò hơi đốt than bột cháy theo ngọn lửa, thải xỉ khô A không cao (A =15,2%), theo trang 47
sách lò hơi 1 ta có thể bỏ qua tổn thất này: q6 =0
3.3.5 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài
Theo công thức 4-15 trang 40 sách lò hơi 1:

Q2 = ( Ik – Ikkl).( 1- ) ;
•

Ik – entanpi khói thải, tính theo nhiệt độ khói thải (t’’k)

Với t’’k = 1300C & α =1,465 từ bảng tính entanpi (bảng 5), ta có: Ik = 1865,975 kJ/kg
•

Ikkl – Entanpi của không khí lạnh vào lò kJ/kg
Ikkl = αth .I0kkl
αth = 1,465: hệ số không khí thừa tại vị trí khói thải ra khỏi lò.
I0kkl= V0kk.(Ct)kkl – Entanpi của không khí lý thuyết
Với: V0kk = 7,211(m3tc/kg)
(Ct)kkl – nhiệt dung riêng và nhiệt độ không khí lạnh tkkl =300C
Theo bảng 3-2 trang 36 sách lò hơi 1, ta có: (Ct)kkl =38 kJ/m3tc
=> I0kkl = 7,211.38 = 274,018 kJ/kg
Vậy: Ikkl = 1,465.274,018 = 401,436 kJ/kg

=>

Q2 = (1865,975 – 401,436)(1 - )
= 1435,248 kJ/kg

Tổn thất do khói thải mang ra ngoài:
q2 = = = 0,052 =5,2%
vậy hiệu suất của lò hơi:
� = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)
= 100 – (5,2 + 0 + 2 +0,55 + 0)
= 92,25 %
3.4. Lượng tiêu hao nhiên liệu

(Theo 4-13 trang 40 sách lò hơi 1);
Ta có: B =

=

= 14378,006 kg/h = 3,993 kg/s

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 13


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Từ công thức Qhi = B.Q1 => Q1 = = = 25298,640 kJ/kg
3.5 Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán của lò :
(Theo công thức 3 - 16 trang 14 tính nhiệt lò hơi NSM) ta có :
Btt = B. ( 1- ) = 14378,006 . (1 - ) = 14090,446 kg/h

Bảng 5: cân bằng nhiệt và tính lượng tiêu hao nhiên liệu của lò hơi
STT
1

Đại
lượng
Qlvt

Đơn

vị
kJ/kg
0

Tên đại lượng hay cơ sở chọn công thức

Kết quả

Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu

27424

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

tth
Ith
I0kkl
q4
q3
q2
q5

q6
φ

C
kJ/kg
kJ/kg
%
%
%
%
%
%

Nhiệm vụ thiết kế
Vth.Cth.tth (tra bảng 4)
V0kk.Ckk.tkkl.αth
Chọn theo cấu tạo buồng lửa cách đốt nhiên liệu
Chọn theo buồng lửa, nhiên liệu đốt
= f(α)
Xác định theo đồ thị q5 = f(D)
Quá nhỏ (bỏ qua)
1 - hệ số bảo ôn
q2 + q3 + q4 + q5 + q6

130
1865,975
401,436
2
0
5,2

0,55
0
0,995
7,75

12

�

%

100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

92,25

13
14
15
16
17
18
19

inc
iqn

kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg

kJ/h
Kg/h
Kg/h

Tra bảng hơi nước
Tra bảng hơi quá nhiệt
Tra bảng hơi quá nhiệt
Tra bảng hơi quá nhiệt
Dqn(iqn - inc) + Dtg(i’’tg – i’tg )
B=
Btt = B. ( 1- )

966,9
3567
3182
3661
363744000
14378,006
14090,446

i’qntg
i’’qntg
Qhi
B
Btt

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 14

Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

PHẦN IV
THIẾT KẾ BUỒNG LỬA
Mục đích : Xác định các kích thước hình học của buồng lửa và cách bố trí thiết bị trên buồng lửa,
các dàn ống sinh hơi. Đồng thời xác định diện tích buồng lửa, tính nhiệt trong buồng lửa, tính
nhiệt lượng trao đổi trong buồng lửa.
4.1. Xác định kích thước hình học của buồng lửa
4.1.1. Xác định thể tích buồng lửa:
Vbl = , m3
Trong đó: Btt : lượng nhiên liệu tiêu hao (kg/h)
Qlvt : nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu
qv : nhiệt thể thể tích của buồng lửa
Cũng như các thiết bị buồng lửa khác, buồng lửa phun phải đảm bảo cháy hoàn toàn
nhiên liệu với hệ số α nhỏ nhất. Khói sinh ra trong buồng lửa phải được làm lạnh đến nhiệt độ
thích hợp để khi ra khỏi buồng lửa tro bay theo khói không còn ở trạng thái chảy lỏng để có thể
bám lại trên các bề mặt truyền nhiệt, tro sinh ra trong buồng lửa phải không ngừng được thải ra
khỏi buồng lửa và không bám lên bề mặt đốt bức xạ.
Tất cả các yếu tố trên chịu ảnh hưởng trực tiếp ở kích thước bề mặt hấp thụ nhiệt đặt
trong buồng lửa và thể tích buồng lửa, thể hiện ở nhiệt thể thể tích qv.
Khi bề mặt hấp thụ nhiệt bằng bức xạ trong buồng lửa quá bé, nhiệt độ khói thải ra
khỏi buồng lửa sẽ lớn. Nếu nhiệt độ này lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của tro thì tro sẽ bám lại
trên bề mặt hấp thụ nhiệt của buồng lửa phải chọn thỏa đảng.
Khi kích thước của buồng lửa càng lớn thì vốn đầu tư cho buồng lửa càng tăng, do khi
ấy phải tăng chi phí cho việc bảo ôn, khung lò…Vì vậy, để giảm giá thành của buồng lửa thì cần
phải giảm Vbl tới mức tối thiểu, nghĩa là phải chọn q v tới mức lớn nhất cho phép. Nhưng nếu q v
quá lớn thì q3 và q4 sẽ tăng lên. Do đó việc chọn qv phải dựa trên chỉ tiêu kinh tế là chính.

(Theo bảng 9-5 trang 191 sách lò hơi 1), ta chọn: qv = 175 (kW/m3)

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 15


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Ta có: Vbl = = 613 m3

Thể tích buồng lửa giới hạn bởi mặt trong của các tường buồng lửa.
4.1.2. Xác định chiều cao buồng lửa:
Chiều cao buồng lửa được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo chiều dài ngọn lửa cho nhiên
liệu cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa. Chiều dài ngọn lửa tạo nên trong quá trình cháy tùy
thuộc vào loại nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và công suất lò hơi.
Chiều dài ngọn lửa lnl được tính: lnl = l1 + l2 + l3

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 16


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

l3

l2

l1

(Theo trang 16 sách tính nhiệt lò hơi), với buồng lửa phun D= 75 ÷ 120 t/h thì lnl = 11 ÷ 13m.
Vậy ta chọn chiều dài ngọn lửa lnl = 12 m.
4.1.3. Xác định kích thước các cạnh của tiết diện ngang buồng lửa
Xác định tiết diện ngang của buồng lửa.
Fbl = a x b (m2)

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 17


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Với: a – chiều rộng của buồng lửa
b – chiều sâu của buồng lửa
Vì: chiều sâu phải đảm bảo chiều sâu tối thiếu để ngọn lửa không đập vào tường đối diện. vì thế
(theo trang 17 sách tính nhiệt lò hơi NSM), chiều rộng và chiều sâu của buồng lửa phải thỏa mãn
3 điều kiện:
 Đảm bảo tỉ lệ rộng/sâu = a/b = 1,2 ÷ 1,25
 Thỏa mãn nhiệt thế thể tích chiều rộng buồng lửa qr (t/m.h)
 Thỏa mãn chiều sâu tối thiếu buồng lửa
 Tính chọn chiều sâu buồng lửa (b)

(Theo bảng 3 trang 17 sách tính nhiệt lò hơi), với D = 120 t/h ta chọn: b= 6,5 m
 Tính chọn chiều rộng của buồng lửa (a)

(Theo trang 17 sách tính nhiệt lò hơi) với a/b = 1,2 ÷ 1,25 ta chọn: a/b =1,2
=> chiều rộng của buồng lửa: a= 1,2 x b = 1,2 x 6,5 = 7,8 (m)
Vậy diện tích tiết diện ngang buồng lửa:
Fbl = 7,8 x 6,5 = 50,7 (m2)
Chiều cao buồng lửa: H = = =12,091 (m)
4.1.4. Cấu tạo của phểu tro lạnh
(Theo trang 130 sách thiết bị lò hơi Hoàng Ngọc Đồng), đáy phểu tro lạnh 0,8 ÷ 1,2 m. Ta chọn
chiều dài đáy phểu tro lạnh bằng 1 m. Cạnh nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc 550.
4.1.5. Chọn loại vòi phun và cách bố trí
Theo trang 18 sách tính nhiệt lò hơi với D= 120 t/h. Ta chọn:
Loại vòi phun tròn, số lượng 4 vòi và đặt ở tường bên (mỗi bên 2 vòi).
(Theo bảng 5 trang 19 sách tính nhiệt lò hơi), ta có kích thước đặt vòi phun trên tường buồng lửa.
 Khoảng cách từ trục vòi phun đến mép phểu thải tro lạnh x = 2 (m)
 Khoảng cách từ trục vòi phun ngoài cùng đến mép tường buồng lửa y = 2 (m)
 Khoảng cách giữa hai trục vòi phun trong dãy theo phương ngang z = 2,5 (m)

4.1.6. Xác định diện tích buồng lửa

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 18


GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện
53
7
3

A

00
65

G
30°

B

60
°

I

H

7222

L

M

oK
3927

C

Q

D

N
F

1000

7800

E

2000
2000

2500

55
°

10975

J l
3

12000

Đồ án môn học: Lò Hơi

6500

AI =IL. tag600 = 5,629 m

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 19


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

AG = BG.tag300 = 1,876 m
IG = AI – AG = 5,629 – 1,876 = 3,753 m
CO = CK – OK = 3,25 – 0,5 = 2,75 m
CE = = = 4,794 m
AB = = = 3,752 m
EO = CE.Sin550 = 3,927 m
MQ = = 1,375 m
MN = (MQ + 0,5).2 = 3,75 m
AL = = 6,5 m
DL = H – () = 7,313 m
BC = KI + GI = 10,975 m
a). Diện tích tường bên:
Fb = F1 + F2 + F3 + F4
F1 = F(ABHI) = (GI + ) HI = (3,753 + ).3,25 = 15,246 m2
F2 = F(AIL) = = = 9,147 m2
F3 = F(HCDL) = DL.HL =7,313.6,5 = 47,535 m2
F4 = F(CMND) = . = 10,063 m2
=> Fb = 81,991 m2

b). Diện tích tường trước:
Ft = (AB + BC + ).a
= (3,752 + 10,975 + ). 7,8 = 133,567 m2
c). Diện tích tường sau:
Fs = (DL + ).a = (7,313 + ). 7,8 = 75,738 m2
d). Diện tích tường ở dãy feston:
Fp = a.AL = 7,8.6,5 = 50,7 m2

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 20


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

e). Diện tích toàn buồng lửa:
F = 2.Fb + Ft + Fs + Fp
= 2.81,991 + 133,567 + 75,738 + 50,7 = 423,987 m2
f). Thể tích buồng lửa tính toán :
Vbl = Fb .a = 81,991.7,8 = 639,529 m3
Ta thấy: Tỉ số thể tích buồng lửa theo giả thuyết hình vẽ gần đúng với giá trị ban đầu nên ta chọn
thể tích buồng lửa Vbl = 639,529 m3, do đó ta không cần tính lại các thông số đã chọn.
4.2. Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi và độ đặt ống trong buồng lửa
(Theo trang 134 sách thiết bị lò hơi Hoàng Ngọc Đồng) ta chọn giàn ống sinh hơi có cấu tạo:
•
•
•

Đường kính ngoài của ống dng = 60 mm
Độ dày δ = 6 mm
Bước ống tương đối: s/d = 1,1 ÷ 1,25

Trong thiết kế này ta chọn: s/d = 1,25, => bước ống s = 1,25.d = 75 mm
 Khoảng cách từ tâm ống đến tường e = (0,8 ÷ 1).d

Ta chọn e = 1.d = 60 mm
4.2.1. Số ống sinh hơi của tường trước và tường sau:
N1 = +1 = + 1 = 104 (ống)
4.2.2. Số ống sinh hơi của tường bên:
N2 = + 1 = + 1 = 86 (ống)
4.2.3. Số ống của cụm feston
Nf = N1 = 104 ống
4.2.4. Hệ số bức xạ của dàn ống
Gọi χ là hệ số góc của dàn ống hay hệ số bức xạ hữu hiệu, theo trang 261 sách lò hơi 1 ta chọn
χ = 0,95.
Bảng 6: Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi
STT

Tên đại lượng

Kí hiệu

Đơn vị

Tường
trước

Tường

sau

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Tường
bên

Feston

Page 21


Đồ án môn học: Lò Hơi
1
2
3
4
5
6
7
8

Đường kính
ngoài của ống
Bước ống
Bước ống
tương đối
Khoảng cách từ
tâm ống đến
tường

Hệ số góc dàn
ống
Diện tích bề
mặt bức xạ hữu
hiệu
Số ống
Tổng diện tích
bề mặt bức xạ
hữu hiệu

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

d

mm

60

60

60

60

s
s/d

mm
-

75
1,25

75
1,25

75
1,25

75
1,25

e

mm

60

60

60

60

χ

-

0,95

0,95

0,95

0,95

Hibx

m2

126,889

71,951

77,891

48,165

N
Hbx

m2

104

104

86

104

402,787

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 22


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện
Bảng 7: Tính truyền nhiệt buồng lửa

STT
1
2
3

Tên đại lượng
Thể tích buồng lửa
Diện tích bức xạ bề mặt
Hệ số góc của dàn ống

Kí hiệu
Vbl
Hbxbl
Χ

Đơn vị
m3

m2
-

Công thức tính hoặc cơ sở chọn
Theo 4.1.6 mục (f)
Theo bảng 6
=

Kết quả
639,529
402,787
0,95

4
5

φ
αbl

-

Theo bảng 5
Theo bảng 2

0,995
1,25

Δαbl
Δαng

-

Bảng 1
Bảng 1

0
0,1

tnkk
Inkk
tkkl
Ikkl
β’

C
kJ/kg
0
C
kJ/kg
-

Mục 1-2
Vth.Cth.tth (tra bảng 4)
Chọn theo thiết kế
Theo 3.3.5
Theo 2.2.3

350
3000
30

401,436
1,15

Qnkk

kJ/kg

(αbl - Δαng). Inkk + Δαng . Ikkl

3490,143

14

Hệ số bảo ôn
Hệ số không khí thừa ở đầu ra buồng
lửa
Hệ số không khí lọt vào buồng lửa
Hệ số lọt không khí của hệ thống nghiền
than
Nhiệt độ không khí nóng
Entanpi của không khí nóng
Nhiệt độ không khí lạnh
Entanpi của không khí lạnh
Hệ số không khí thừa cuối bộ sấy không
khí cấp 1
Nhiệt do không khí nóng mang vào
buồng lửa
Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa

Qbl

kJ/kg

Qlvt . + Qkkn

30914,143

15

Nhiệt độ cháy lý thuyết

tlt

0

C

Tra bảng 4 (cho Ilt = Qbl => tlt)

1950

16

Chiều dày bức xạ hữu hiệu của lớp khí

S

m

(theo trang 25 TNLH), 3,6 = 3,6.

5,430

17

Phân thể tích của khí 3 nguyên tử

rn

-

Tra bảng 3

0,204

18

Phân thể tích hơi nước trong khói

rH2O

-

Tra bảng 3

0,062

6
7
8

9
10
11
12
13

0

3

19

Nồng độ tro bay trong khói

Μ

g/m tc

Tra bảng 3

14,508

20

Lực hút khí 3 nguyên tử

PnS

m.bar

p.rn.S (trang 25 TNLH)

1,141

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 23


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

21

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa

t’’bl

22
23

Hệ số làm yếu bức xạ của khí 3 nguyên
tử
Hệ số làm yếu bức xạ của tro

24
25

0

C

Giả thiết

1050

kb

-

Theo toán đồ trang 235 sách lò hơi 1, NSM

0,27

ktr

-

Theo toán đồ 10.7 trang 234 lò hơi 1

0,011

Hệ số làm yếu bức xạ của hạt cốc

kc

-

Theo trang 26 sách TNLH

1

Các hệ số

x1

-

Theo trang 26 sách TNLH

1

x2

-

Theo trang 27 sách TNLH

0,1

26
27

Hệ số làm yếu bức xạ của buồng lửa

K

-

kb.rn + ktr.μ + kc.x1.x2

0,315

28

Chiều dày lớp bức xạ

kps

-

k.p.s

1,762

29

Độ đen ngọn lửa

anl

-

anl = 1 – e-kps

0,83

30

Hệ số bảm bẩn dàn ống

Ζ

-

Theo bảng 9 trang 29 sách TNLH

0,45

31

Hệ số hiệu chỉnh phụ tải nhiệt

M

-

Theo trang 231 lò hơi 1 (đốt than bột)

1

32

Hệ số hiệu dụng

Ψ

-

Ψ = χ .ζ (theo trang 27 sách TNLH)

0,43

33

Độ đen buồng lửa

abl

-

Theo trang 24 TNLH, abl =

0,96

34

X

-

M

-

0,59 – 0,5.X (theo trang 238 sách LH1)

0,43

36

Tỷ số giữa vị trí có nhiệt độ lớn nhất với
chiều cao buồng lửa
Hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của
điểm có nhiệt độ cực đại
Entanpi của khói ra khỏi buồng lửa

I’’bl

kJ/kg

Bảng 4

15179,485

37

Tỷ nhiệt trung bình của khói

Vcp

kJ/kg.k

35

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

x=

=

0,328

16,739

Page 24


Đồ án môn học: Lò Hơi
38

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa theo
tính toán

t’’bl

0

C

1100

Từ bảng 7, ta có nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa t ’’bl = 1100 0C chênh lệch so với nhiệt độ ban đầu ta chọn 1050 0C là 500C < 100 0C (theo
trang 262 LH1) => hợp lý. Vậy ta không phải tính lại nhiệt độ khỏi ra khỏi buồng lửa.
Tra bảng 4 ta được I’’bl = 15978,312 kJ/kg.
Lượng nhiệt truyền bằng bức xạ của buồng lửa:
Qblbx = φ(Qbl – I’’bl) = 0,995 (30914,143 – 15978,312) = 14861,152 kJ/kg.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Chấp - Lớp Đ4 – Nhiệt

Page 25