Đồ án lò hơiGVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

1

Đồ án môn học: Lò hơi

CHƯƠNG I: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP

1.1 Nhiệm vụ tính toán
Thiết kế một lò hơi có các thông số sau:
Thông số
Sản lượng hơi quá nhiệt
Áp suất hơi quá nhiệt
Nhiệt độ hơi quá nhiệt
Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi

Ký hiệu
D
pqn
tqn
tnc

Số liệu
125
96
540
225

Đơn vị
T/h
bar

℃
℃

Nhiên liệu được dùng: nhiên liệu lỏng với các đặc tính sau:
Clv (%)
Hlv (%)
Nlv (%)
86,47
10,92
0,33
lv
Q (MJ/kg): nhiệt trị của nhiên liệu

Olv (%)
0,3

Slv (%)
1,9

Alv (%)
0,08

Qlv (MJ/kg)
40,8

Tra bảng 2.5 trang 22 tài liệu [2], dựa trên số liệu nhiệt trị đã cho xác định nhiên liệu dùng ở
đây chính là dầu nặng (dầu mazut).
Nhiệt độ không khí trong gian lò hơi lấy bằng nhiệt độ môi trường: tkkl = 30℃

1.2 Các bước tính toán

1.2.1

Chọn phương án, xác định sơ bộ dạng lò hơi.

1.2.2

Tính thể tích, entanpi của sản phẩm cháy, không khí lạnh, không khí nóng; lập
bảng I-t

1.2.3

Tính cân bằng nhiệt cho lò và tính lượng tiêu hao nhiên liệu.

1.2.4

Tính toán nhiệt buồng lửa

1.2.5

Tính dãy feston.

1.2.6

Phân bố nhiệt giữa các cấp của bộ quá nhiệt

1.2.7

Phân bố nhiệt giữa bề mặt đốt đối lưu và lập cân bằng nhiệt toàn lò .

1.2.8

Tính bộ quá nhiệt

1.2.9

Tính bộ hâm nước và bộ sấy không khí

1.3 Xác định sơ bộ dạng lò hơi
Căn cứ công suất và nhiên liệu, chọn phương pháp đốt, chọn dạng và cấu trúc lò hơi
1.3.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa.
Dựa vào công suất của lò hơi là 125 T/h và sử dụng nhiên liệu lỏng nên sử dụng lò hơi
buồng lửa phun.


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Độ tro không cao và chất lượng chất bốc cũng không quá thấp nên chọn phương pháp thải
xỉ khô. Mặt khác giảm được tổn thất nhiệt thải xỉ nên tăng hiệu suất lò hơi.
Chọn lò hơi bố trí theo kiểu chữ vì đây là loại lò hơi phổ biến nh ất hiện nay. Ở loại này
các thiết bị nặng như: quạt khói, quạt gió, bộ khử bụi, ống khói điều đặt ở vị trí thấp nhất.
1.3.2

Chọn dạng cấu trúc của các bộ phận khác của lò hơi

1.3.2.1 Dạng cấu trúc của feston
Cụm feston là dàn ống tường sau, số dãy từ 3 đến 5, phụ thuộc dàn ống tường sau.
Chiều cao phụ thuộc kích thước đường khói khi đi vào bộ quá nhiệt.
Cấu trúc của feston được xác định khi đã xác định cấu tạo cụ thể của buồng lửa (các dàn ống),

kiểu bộ quá nhiệt.
Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (trước cụm feston) được lựa chọn theo mục 1.3.3.3.
1.3.2.2 Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt
Do tqn = 540℃ nên chọn bộ quá nhiệt loại tổ hợp đối lưu - nửa bức xạ.
1.3.2.3 Bố trí bộ hâm nước (BHN) và bộ sấy không khí (BSKK)
Do buồng lửa đốt dầu nhiên liệu để cháy nên nhiệt độ không khí nóng không cần cao lắm, cho
khoảng từ 150-200℃. Nên ta chọn BHN và BSKK một cấp. BHN nhận nhiệt lượng nhiều
hơn nước có thể chảy phía trong làm mát các ống nên đặt trước BSKK hay nói cách khác đặt
BHN ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn.
1.3.2.4 Đáy buồng lửa
Do đốt nhiên liệu lỏng nên ta chọn đáy buồng lửa có dạng đáy bằng, lỗ thải xỉ ở giữa hoặc hai
bên.
1.3.3

Nhiệt độ khói và không khí

1.3.3.1 Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò (θth).
Là nhiệt độ khói ra khỏi BSKK tra bảng 1.1 trang 13 tài liệu [1] với nhiên liệu rẻ tiền, chọn θth
= 150℃ nhờ đó nếu sau này sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao hơn vẫn hoạt động
tốt.
1.3.3.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (θ’’th )
Là nhiệt độ khói trước cụm feston. Chọn theo phân tích kinh tế kỹ thuật (không lớn hơn
1150℃)
Chọn θ’’th = 1100℃.
1.3.3.3 Chọn nhiệt độ không khí nóng
Được lựa chọn dựa trên loại nhiên liệu, phương pháp đốt và phương pháp thải xỉ.
Do buồng lửa ở đây là buồng lửa đốt dầu nhiên liệu dễ cháy nên nhiệt độ không khí nóng
không cần cao lắm, chọn khoảng từ 150-200℃.
Chọn tkkn = 150℃

GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Sơ đồ cấu tạo tổng thể của lò hơi.

Hình 1
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Bao hơi
Bộ pheston
Bộ quá nhiệt cấp II
Bộ giảm ôn
Bộ quá nhiệt cấp I
Bô hâm nước

2

7: Bộ sấy không khí
8: Dàn ống sinh hơi
9: Vòi phun
10: Ống góp dưới
11: Phần đáy thải xỉ
12: Đường thoát khói

13: Bộ quá nhiệt nữa bức xạ

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIỆN LIỆU

2.1 Tính thể tích không khí lý thuyết
Được tính cho 1kg nhiên liệu lỏng:
V0kk = 0,0889 ( Clv + 0,375 Slv ) + 0,265 Hlv – 0,033 Olv [m3tc/kg]


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

= 0,0889 (86,47 + 0,375.1,9) + 0,265 .10,92 – 0,033 .0,3
= 10,634 m3tc/kg.

2.2 Tính thể tích sản phẩm cháy
2.2.1 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết
Khi cháy 1 kg nhiên liệu lỏng :
Theo công thức (2-3) trang 17 tài liệu (1):
VRO2 = VCO2 + VSO2 = 0,01866 (Clv + 0,375Slv) , m3/kg
= 0,01866 (86,47 + 0,375 .1,9)
= 1,627 m3tc/kg
Theo công thức (2-4) trang 17 tài liệu (1):
V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv ≈ 0,79 V0KK
= 0,79.10, 634 = 8,401m3tc/kg
Theo công thức (2-5) trang 17 tài liệu (1):
V0H2O = 0,111.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161V0KK + 0,24.Gph , m3tc/kg
= 0,111.10,92 + 0,0124. 0 + 0,0161. 10,634 + 0 ,m3tc/kg
= 1,383 m3tc/kg.

Trong đó Gph là lượng hơi để phun dầu vào lò ,đối với vòi phun kiểu cơ khí thì Gph = 0.
Theo công thức (2-6) trang 17 tài liệu (1):
Thể tích khói khô lý thuyết :
V0kkho = VRO2 + V0N2 = 1,627+ 8,401 = 10,028 m3tc/kg.
Theo công thức (2-7) trang 17 tài liệu (1):
Theo công thức (2-7) trang 17 tài liệu (1):
Thể tích khói lý thuyết :
V0K = V0kkho + V0H2O = 10,028 + 1,383 = 11,411 m3tc/kg.
2.2.2

Thể tích sản phẩm cháy thực tế

2.2.2.1 Thể tích hơi nước
Theo công thức (2-11) trang 18 tài liệu (1):
VH2O = V0H2O + 0,0161 (α - 1 ) V0KK , m3tc/kg


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

2.2.2.2 Thể tích khói thực
Theo công thức (2-12) trang 18 tài liệu (1):
VK = Vkkhô + VH2O = V0kkho + (α - 1 ) V0KK + VH2O , m3tc/kg
2.2.2.3 Phân thể tích các khí
Đối với khí 3 nguyên tử :
Theo công thức (2-14) trang 17 tài liệu (1):
VRO2
VK
rRO2 =

;

Đối với hơi nước:
Theo công thức (2-15) trang 17 tài liệu (1):

VH0 2O
VK
rH2O =

;

2.2.3 Hệ số không khí thừa
Hệ số không khí thừa phụ thuộc vào loại buồng lửa, nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và điều
kiện vận hành.
Theo bảng phụ lục 6 tài liệu [1], Với lò hơi buồng lửa phun dầu ta chọn:
α = α”bl = 1,1
Hệ số không khí lọt vào các phần tử của lò được chọn như sau ( bảng 2.1/17 [III] )
STT

Các bộ phận của lò

Hệ số không khí lọt ∆α

1

Buồng lửa phun

0

2

Feston

0

3

Bộ quá nhiệt (BQN) cấp 2

0,03

4

Bộ quá nhiệt cấp 1

0,03

5

Bộ hâm nước

0,02

6

Bộ sấy không khí

0,2

Hệ số không khí thừa từng nơi trong buồng lửa được xác định bằng cách cộng hệ số không
khí thừa của buồng lửa với hệ số không khí lọt vào các bộ phận đang khảo sát, được tính như
sau: α’' = α’ + ∆ α


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Ta có bảng hệ số không khí thừa:
STT

Các bộ phận của lò

Hệ số khí thừa
Đầu vào α’

Đầu ra α”

0

1,1

1

Buồng lửa

2

Cụm Feston

1,1

1,1

3

BQN cấp 2

1,18

1,13

4

BQN cấp 1

1,13

1,16

5

BHN

1,16

1,18

6

BSKK

1,18

1,38

Ta có bảng sau:


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Bảng 2.3 : Đặc Tính Sản Phẩm Cháy
T
T

Tên đại lượng

Kí
hiệu

1

Hệ số không khí thừa trung
bình

α

2

Lượng không khí thừa

Đơn
vị

BL

Cụm
PT

BQN2

BQN1

BHN

BSKK

Khói
thải

1,1000

1,1000

1,1200

1,1450

1,1700

1,2800

1,3800

Vthừa

mtc3/k
g

1,0634

1,0634

1,2761

1,5419

1,8078

2,9775

4,0409

3

Thể tích hơi nước

VH2O

mtc3/k
g

1,4001

1,4001

1,4035

1,4078

1,4121

1,4309

1,4481

4

Thể tích khói

Vkhoí

mtc3/k
g

12,474
4

12,474
4

12,687
1

12,952
9

13,218
8

14,388
5

15,4519

rH2O

0,1122

0,1122

0,1106

0,1087

0,1068

0,0994

0,0937

5

Phân thể tích hơi nước

6

Phân thể tích của khí 3
nguyên tử

rRO2

0,1304

0,1304

0,1282

0,1256

0,1231

0,1131

0,1053

7

Phân thể tích của RO2 và
H2O

rn

0,2427

0,2427

0,2389

0,2343

0,2299

0,2125

0,1990

8

Nồng độ tro bay theo khói

μ

6,0925

6,0925

5,9903

5,8674

5,7494

5,2820

4,9185

g/mtc3

Kết
quả


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

9

Thể tích không khí lý thuyết

Vkk0

mtc3/k
g

10,634

0

10

Thể tích khói 3 nguyên tử lý
thuyết

VRO2

mtc3/k
g

1,6270

11

Thể tích hơi nước lý thuyết

VH2O0

mtc3/k
g

1,3830

12

Thể tích N2 lý thuyết

VN20

mtc3/k
g

8,4010

13

Độ tro làm việc

Alv

%

8,0

14

Lượng tro bay theo khói

ab

0,9500


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

2.3 Tính entanpi của không khí và khói

Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy:
Iokk = V0kk(Cp.θ)kk ,[kJ/kg]
trong đó:

V0kk – thể tích không khí lý thuyết, m3tc/kg
Cp – nhiệt dung riêng của không khí, kJ/m3tc
Cp = 1,2866 + 0,0001201.t
θ - nhiệt độ không khí, oC

Entanpi của khói lý thuyết:
I0k = VR 2O (C.θ) RO2 + VN0 2 ( C.θ ) N + VH0 2O (C.θ) H 2O
2

; kJ/kg hay kJ/m3tc
Trong đó: C – nhiệt dung riêng, kJ/kgđộ
θ - nhiệt độ của các chất khí, oC
Entanpi của khói thực tế:
I k = I k0 + (α − 1).I 0kk + I tro

Dựa trên bảng 1 phụ lục tài liệu [3]trang 276, ta có bảng sau:


Bảng 2.5 - Entanpy của sản phẩm cháy

GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Bảng 2.4: Entanpi của Khói và Không khí
Nhiệt

độ

IoRO2

IoN2

IoH2O

IoKK

IoK

(Cθ)RO2

(Cθ)N2

(Cθ)H2O

(Cθ)KK

kJ/m3tc
129,007

kJ/m3tc
149,83

kJ/m3tc

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

100

kJ/m3tc
174,698

129,861

284,234

1083,788

207,212

1380,942

1575,234

200

358,992

260,228

304,65

262,124

584,080

2186,175

421,334

2787,427

3191,589

300

552,882

393,663

464,47

396,789

899,539

3307,163

642,365

4219,454

4849,067

400

756,368

529,312

629,29

533,856 1230,611

4446,750

870,305

5677,025

6547,666

500

969,45

667,175

799,1

673,325 1577,295

5604,937 1105,155

7160,138

8287,388

600

1192,128

807,252

973,91

815,196 1939,592

6781,724 1346,915

8668,794 10068,231

700

1424,402

949,543

1153,7

959,469 2317,502

7977,111 1595,584

10202,993 11890,196

800

1666,272 1094,048

1338,5

1106,144 2711,025

9191,097 1851,162

11762,735 13753,284

900

1917,738 1240,767

1528,3

1255,221 3120,160

10423,684 2113,650

13348,020 15657,493

1723,1

1406,7 3544,908

11674,870 2383,047

14958,848 17602,825

θ,oC

1000

2178,8

1389,7

1100

2449,458 1540,847

1922,9

1560,581 3985,268

12944,656 2659,354

16595,218 19589,278

1200

2729,712 1694,208

2127,7

1716,864 4441,241

14233,041 2942,570

18257,132 21616,853

1300

3019,562 1849,783

2337,5

1875,549 4912,827

15540,027 3232,696

19944,588 23685,550

1400

3319,008 2007,572

2552,2

2036,636 5400,026

16865,612 3529,731

21657,587 25795,370

1500

3628,05

2772

2200,125 5902,837

18209,798 3833,676

23396,129 27946,311

1600

3946,688 2329,792

2996,8

2366,016 6421,261

19572,583 4144,530

25160,214 30138,374

1700

4274,922 2494,223

3226,5

2534,309 6955,298

20953,967 4462,294

26949,842 32371,559

1800

4612,752 2660,868

3461,3

2705,004 7504,948

22353,952 4786,967

28765,013 34645,866

2167,575

1900 4960,178 2829,727
Hệ
số không
khí thừa 3000,8
5317,2

2000
2100

Thông
số
5683,818
3174,087

3349,588
Entanpi
IKK0
IK 0
2200 6060,032
Nhiệt độ
kJ/kg
o
C
100
1380,941 1575,234
9
200
2787,426 3191,589
6
300
4219,454 4849,067
2
400
5677,024 6547,666
7
500

7160,138 8287,388
1

3701

2878,101 8070,210 23772,537 5118,549 30605,726 36961,296
1,1000
1,1000 8651,084
1,120025209,721
1,14505457,041
1,170032471,982
1,280039317,847
1,3800
3945,8
3053,6
BL
PT
BQN2
BQN1
BHN
BSKK
Khói
4195,5
3231,501 9247,572 26665,505 5802,443 34363,782 41715,520
thải
4450,3 3411,804 9859,672 28139,889
IK
6154,754 36281,124 44154,315
kJ/kg
kJ/kg

kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
1961,897

2099,9

3595,766

3665,452

3972,069

4250,8

5460,888

5566,374

6030,514

6452,4

7370,835

7512,760

8137,233

8704,9

9325,608

9504,611 10292,226


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

3

Đồ án môn học: Lò hơi

CHƯƠNG III: CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

3.1 Lượng nhiệt đưa vào lò
Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn hoặc tính cho 1 m 3 tc nhiên liệu
khí.
Gọi Qđv là lượng nhiệt đưa vào lò và được tính theo công thức sau:
Qđv = Qtlv + Qnkk + Qnl + Qph + Qđ ,[kJ/kg]
Với:

Qtlv – nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu,kJ/kg
Qnl – nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào lò, kJ/kg, Qnl rất bé nên ta bỏ qua.

Q nkk – nhiệt do không khí mang vào, chỉ tính khi không khí được sấy nóng trước
bằng nguồn nhiệt bên ngoài lò. Ở đây không khí được sấy bằng khói lò ở BSKK nên Qnkk = 0.
Qph – nhiệt lượng do dùng hơi phun nhiên liệu vào lò . Đối với vòi phun dầu kiểu cơ
khí thì Gph = 0 nên Qph = 0 .
Qđ – lượng nhiệt tổn thất do việc phân hủy cacbonat khi đốt đá dầu, do nhiên liệu ở
đây là dầu nên Qđ = 0.
Vì vậy ta có :
Qđv = Qtlv = 40,8 MJ/kg
Mặt khác: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 , kJ/kg
Với :

Q1 – lượng nhiệt hữu ích cấp cho lò để sản xuất hơi, kJ/kg
Q2 – tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi , kJ/kg
Q3 – lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn về hóa học, kJ/kg
Q4 – lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn về cơ học, kJ/kg
Q5 – lượng nhiệt tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi, kJ/kg
Q6 – lượng nhiệt tổn thất do xỉ mang ra ngoài, kJ/kg

3.2 Nhiệt lượng hữu ích cấp cho lò để sản xuất hơi Q1 [kJ/kg]

I th − α th .I 0kkl ) . ( 100 − q 4 )
(
D
Q2
q2 =
.100 =
;% Q1 = qn (i qn − i nc )
Qdv
Qdv

B

Trong đó: Dqn: sản lượng hơi quá nhiệt kg/h
iqn : là entanpi của hơi quá nhiệt, kJ/kg
inc : là entanpi của nước đi vào bộ hâm nước , kJ/kg
B: lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ, kg/h

; kJ/kg


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

3.3 Các tổn thất nhiệt của lò hơi
3.3.1 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài q2 [%]
Theo công thức (3-12) trang 32 tài liệu [1], ta có

I th − α th .I 0kkl ) . ( 100 − q 4 )
(
Q2
q2 =
.100 =
;%
Qdv
Qdv
trong đó:
Ith, [kJ/m3] là entanpi của khói thải ứng với αth và θth;

I0kkl

I0kkl
[kJ/m3] là entanpi của không khí lạnh ở nhiệt độ tkkl ;

Vkk0
= Ckk.tkk.

,[ kJ/m3tc].

q4, [%] là tổn thất nhiệt do cháy nhiên liệu không hoàn toàn về cơ học, đối với nhiên liệu lỏng
thì
q4 < 0,5% nên thường trong tính toán không kể đến.
* Xác định entanpi khói thải
Ta có θth = 150℃ dựa vào bảng (5) ta tính gần đúng bằng phương pháp nội suy và được kết
quả như sau: Ith = 2989,88 kJ/m3tc.
Theo phụ lục tài liệu (3) trang 276, ta có:
Ckk = 1,2866 + 0,0001201.θkkl = 1,2866 + 0,0001201 . 30 = 1,29 kJ/m3tc.℃;

⇒

I0kkl = Vkk0 (C.θ) kk
= 10,634. 1,29.30 = 411,54 kJ/m3tc

( Ith − α th .Ikkl ) . ( 100 − q 4 )
Q
q 2 = 2 .100 =
Q dv
Q dv
0

⇒

=

( 2989,88 − 1,38.411,54 ) .(100 − 0) = 5,94%
40800

3.3.2 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học q3 [%]
Với lò buồng lửa phun đốt dầu, chọn q3 = 3% theo tài liệu (1) mục 3.2.2 trang 58, ta có

Vậy, Q3 =

q 2 .Qdv 3.40800
=
= 1224kJ / m3tc
100
100


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

3.3.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học q4 [%]
Đối với nhiên liệu lỏng thì q4 < 0,5% nên thường trong tính toán không kể đến.
3.3.4 Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh lò hơi q5 [%]
q5 được xác định theo đồ thị q5 = f(D) hình 3-1 trang 34 tài liệu (1), với D =125T/h ta được
q5 = 0,685%.

Qdv .q 5 40800.0,685

=
= 279, 48kJ / m3tc
100
100

Q5 =

3.3.5 Tổn thất nhiệt vật lý của xỉ thải ra ở đáy buồng lửa q6 [%]
Đây là lò đốt dầu nên ta coi như không có xỉ, do vậy, q6=0

3.4 Hiệu suất lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu
3.4.1 Hiệu suất nhiệt lò hơi
Ta có tổng tổn thất nhiệt lò hơi là:
6

∑q
i =2

i

= q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 = 5,94 + 3 + 0 + 0,685 + 0 = 9,625%

6

ηlo = 100 − ∑ q i = 100 − 7,125 = 90,375%
Do đó hiệu suất của lò hơi là:
3.4.2

i=2

Lượng nhiệt tiêu hao của lò hơi

3.4.2.1 Lượng nhiện liệu tiêu hao thực tế của lò hơi

D(i''qn − i'nc )
Q1
B=
=
ηlo .Q lvt
ηlo .Q lvt
; [kg/h]
trong đó: Q1 - nhiệt lượng hữu ích trong lò, [kJ/kg]; được xác định thông qua: tra bảng nước
chưa sôi và hơi quá nhiệt trang 285 tài liệu [3]

i ''qn
Hơi quá nhiệt: Pqn = 9,6Mpa= 96bar; tqn = 540℃ ⇒

= 3476,56kJ/kg

Tra bảng nước và hơi bão hòa trang 277 tài liệu [3]:

Nước cấp: tnc = 225℃ ⇒

i'nc
= 966,9 kJ/kg

D(i ''qn − i 'nc ) 125.103. ( 3476,56 − 966,9 )
Q1
B=
=

=
= 8,507t / h
ηlo .Q lvt
ηlo .Q lvt
0,90375.40800
Vậy,


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

3.4.2.2 Lượng nhiên liệu tiêu hao tính toán

B.
Bt =

100 − q 4
100 − 0
= 8, 278.
= 8,507t / h
100
100

4

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BUỒNG LỬA

4.1 Xác định các kích thước của buồng lửa và bố trí vòi phun nhiên liệu
Nhiệm vụ tính nhiệt của buồng lửa là xác định lượng nhiệt hấp thụ trong buồng lửa, diện tích

bề mặt các dàn ống hấp thụ nhiệt bằng bức xạ và thể tích buồng lửa đảm bảo làm giảm được
nhiệt độ của sản phẩm cháy đến giá trị quy định.
4.1.1 Xác định thể tích buồng lửa
Thể tích buồng lửa Vbl để cháy kiệt nhiên liệu với αmin.

Bt .Q lvt
Vbl =
;m3
qv
Ta có:
Với qv là nhiệt thế thể tích của buồng lửa, qv được chọn dựa trên loại buồng lửa, việc chọn qv
cần lưu ý:
- Nếu như qv quá nhỏ thì Vbl lớn làm tăng vốn đầu tư, giảm θbl, cháy kém, gây đióng xỉ.
- Nếu như qv quá lớn thì Vbl nhỏ làm tăng q4 sẽ làm giảm công suất D và tăng θ’’bl.
Theo bảng 6 tài liệu [1], đối với buồng lửa phun đốt dầu mazut có qv = 290 kW/m3.

Vbl =
⇒

8,507.40800.1000
= 332, 46m3
290.3600

4.1.2 Tiết diện ngang của buồng lửa fbl [m2]
Tiết diện ngang của buồng lửa tính theo đường trục các ống của các dàn ống sinh hơi được
xác định trên cơ sở toàn bộ lượng nhiệt sinh ra khi cháy nhiên liệu BQlvt và nhiệt thế tiết diện
ngang của buồng lửa qftt [kW/m2]:

f bl =

Bt .Qlvt
, m2
tt
qf

Nhiệt thế tính toán qfttphụ thuộc vào dạng nhiên liệu, phương pháp đốt và công suất
nhiệt của buồng lửa.
Theo bảng 4-1b trang 41 tài liệu [1], ta chọn qf =9300 kW/m2.


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Suy ra: qftt =(0,7 ÷ 0,9) qf =0,7.9300=6510 kW/m2

f bl =

Bt .Qlvt 8,507.1000.40800
=
= 14,8m 2
tt
qf
6510.3600

Vậy,
4.1.3

Xác định kích thước buồng lửa

4.1.3.1 Chiều sâu tối thiểu buồng lửa b
Chiều sâu phải đảm bảo chiều sâu tối thiểu để ngọn lửa không đập vào tường đối diện.
Khi đốt dầu mazut, ta lấy b = (5÷7)Dv, trong đó Dv là đường kính lỗ đặt vòi phun trên tường
buồng lửa.
Theo bảng 4-2 trang 42 tài liệu [1], với công suất định mức của lò hơi Dđm = 125 t/h, ta có
Dv = 850 mm. Nhưng đối với vòi phun khí – mazut, Dv giảm 1,3 – 1,4 lần.

850
1, 4
Nên ta chọn Dv =

= 607 mm = 0,607m.

Vậy b = (5÷7).Dv = 7.0,607 = 4,25m
4.1.3.2 Chiều rộng buồng lửa a :
Chiều rộng cũng như chiều sâu buồng lửa được chọn theo loại vòi phun và cách đặt chúng,
đảm bảo sao cho ngọn lửa không văng tới tường đối diện.
Ngoài ra chiều rộng của buồng lửa còn phải đảm bảo chiều dài của bao hơi để phân ly hơi,
yêu cầu về tốc độ hơi trong bộ quá nhiệt, đồng thời thỏa mãn được nhiệt thế chiều rộng buồng
lửa qr trong phạm vi nhất định.

a
≤ 1,3 ⇒ a = 1,3.b = 1,3.4, 25 = 5,525m
b
Ta thấy a= 5,525m>b=4,25m ⇒ thỏa mãn với buồng lửa có tiết diện hình lắng trụ

l3

4.1.3.3 Chiều cao buồng lửa hbl
Chiều cao buồng lửa được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo chiều

để cho nhiên liệu cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa. Chiều
tạo nên trong quá trình cháy tùy thuộc vào nhiên liệu đốt,
pháp đốt và công suất lò hơi.
l2

dài ngọn lửa
dài ngọn lửa
phương

Chiều dài ngọn lửa lnl được tính:
lnl = l1 + l2 + l3,m
l1


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Đối với buồng lửa phun có D = 125T/h thì lnl = 14m

b
5,525
l3 = .sin 600 =
.sin 600 = 2, 4m
2
2
l1 =

b 5,525
=

= 2,8m
2
2

l2 = lnl − l1 − l2 = 14 − 2, 4 − 2,8 = 8,8m
4.1.4 Cách bố trí vòi phun trên tường buồng lửa
Công suất mỗi vòi phun madut có thể dao động trong khoảng 1,0÷2,5 t/h, mà lượng nhiên
liệu tiêu thụ tính được là : Bt = 8,507 kg/h nên ta chọn số vòi phun là 4 vòi phun tròn, với
công suất mỗi vòi phun 2,1 t/h và đặt ở tường bên 4 cái,bố trí thành 2 dãy .
- Khoảng cách giữa các vòi phun theo phương thẳng đứng: 1,5m.
- Khoảng cách giữa các vòi phun theo phương nằm ngang: 1,2m.
- Khoảng cách từ vòi phun ngoài cùng đến tường liền kề: 1,3m.
- Khoảng cách từ vòi phun dưới cùng dưới đến đáy buồng lửa: 1,5m
4.1.4.1 Phần dưới của buồng lửa
Khi đốt khí thiên nhiên và mazut phần dưới của buồng lửa được làm dưới dạng đáy hơi
nghiêng (hay nằm ngang) không có lỗ tháo xỉ.
4.1.4.2 Chiều cao cửa khói ra ở tường sau của buồng lửa hr
Chiều cao cửa khói ra ở tường sau buồng lửa h r (phía sau các mành ống): Do lò có hình dạng
chữ π thì lấy bằng hoặc nhỏ hơn một ít so với chiều sâu buồng lửa (b = 4,25m):
hrb = (0,6÷0,7)b = 0,7.5,525 = 3,87m
Chiều cao của mành ống đặt đứng có kể đến độ nghiêng của mặt dưới đường khói nằm ngang
bằng 40450 và khi có mũi khí động học (chỗ nhô ra) trên tường sau buồng lửa:
hm = (1,1÷1,2).hrb = 1,2.3,87 = 4,64m
4.1.4.3 Thể tích buồng lửa
Thể tích buồng lửa phụ thuộc vào công suất của lò hơi và giá trị cho phép của nhiệt thế thể
tích buồng lửa qv.
4.1.4.3.1 Thể tích tối thiểu cho phép của buồng lửa

Vblmin =

Btt .Q lvt
2,36.40800
=
= 332m 3
qv
290


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

4.1.4.3.2 Thể tích tính toán của buồng lửa

θ''th
V = (3 −
).Vblmin , m3
700
tt
bl

Vbltt = (3 −
⇒

1100
).332 = 474,3m3
700

4.1.4.3.3 Nhiệt thế thể tích tính toán của buồng lửa

B.Qlvt
2,36.40800
q =
=
= 203kW / m3
tt
Vbl
474,3
tt
v

4.1.4.3.4 Thể tích vùng trên cùng của buồng lửa
Vvt = a .b’’. hm = 5,525. 2,975.4,64= 76,3m3
Với b’’ chiều sâu vùng trên buồng lửa đã trừ phần nhô vào của các mành ống (mành ống một
dãy đặt sâu vào buồng lửa một khoảng bằng (0,2b )
4.1.4.3.5 Thể tích phần lăng trụ của buồng lửa
Vltr = Vbltt - Vpl - Vvt
= 474,3 - 0 - 76,3 = 398m3
4.1.4.3.6 Chiều cao phần lăng trụ của buồng lửa
Được xác định theo thể tích và tiết diện ngang của lăng trụ:

h ltr =

Vltr Vltr
398
=
=
= 16,95m
f bl
a.b 5,525.4, 25

⇒ Tổng diện tích các tường buồng lửa (không có dàn ống đặt trong giữa buồng lửa để nhận
nhiệt cả hai phía của ống):

Fvtt ≈ 7. 3 ( Vbltt ) = 7. 3 474,32 = 426m 2
2

4.1.5 Diện tích bề mặt các tường buồng lửa
Để đơn giản trong tính toán ta chia diện tích tường bên thành nhiều hình nhỏ
Kích thước các cạnh được xác định như trên hình
vẽ bên cạnh với bề rộng là 4,25 m
a ) Diện tích tường bên:
=> Fb = 17,07 x b = 17,07 x 4,25 = 72,6 m2
b) Diện tích tường sau:
Fs = (17,07 - 4,64) x 5,525 = 68,7 m2
c) Diện tích tường trước:


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Ft = 17,07 x a = 17,07 x 5,525 = 94,3 m2
d) Diện tích tường buồng lửa:
F=2Fb+Fs+Ft=2x72,6 + 68,7 + 94,3 = 308,2 m2

4.2 Hệ số phân bố không đồng đều theo chiều cao buồng lửa M
Hệ số M kể đến đặc tính của trường nhiệt độ trong buồng lửa, đối với buồng lửa phun giá trị
tối đa của M lấy không lớn hơn 0,5.

X bl =
Dầu mazut: ψM = 0,54 - 0,20Xbl ; với

h vp
H bl
;

trong đó: hvp là chiều cao bố trí vòi phun, đó là khoảng cách từ đáy buồng lửa đến trục vòi
phun. Hbl là khoảng cách từ đáy buồng lửa đến giữa cửa ra buồng lửa.
Ở đây, với công suất D=125T/h ta chọn 4 vòi phun đặt ở tường bên, chia làm 2 dãy, mỗi dãy 2
tầng, do vậy:
Vòi phun 2 tầng:

h vp =

n1B1h vp1 + n 2 B2 h vp 2
n1B1 + n 2 B2

Trong đó:
B1,B2 [kg/s] là lượng nhiên liệu cấp qua mỗi tẩng vòi phun thứ nhất, thứ hai.
B1 = B2 = 2,00 t/h=0,56kg/s.
hvp1, hvp2 là chiều cao bố trí trục vòi phun của tầng thứ nhất và tầng thứ hai.
n1,n2 là số vòi phun trong tầng thứ nhất và tầng thứ hai.

h vp =

n1B1h vp1 + n 2 B2 h vp2

⇒ X bl =

n1B1 + n 2 B2

=

2.0,56.1,5 + 2.0,56.3
= 2, 25m
2.0,56.2

2, 25
= 0,15
15,38

⇒ M = 0,54 − 0, 2.0,15 = 0, 48
< 0,5 thỏa mãn yêu cầu.


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

4.3 Đặc tính của dàn ống sinh hơi
Ống sinh hơi được làm từ thép cácbon chất lượng cao, là ống trơn. Đường kính ngoài của ống
d=(40÷63)mm, chọn d=50mm.
Bước ống của dàn ống sinh hơi ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ tường lò và đảm bảo quá trình
cháy ổn định.
Bước ống s = (1,2÷1,4)d = (60÷70)mm, chọn s = 65mm.
Khoảng cách từ tâm ống đến tường: e = (0,75÷0,8)d=
(37,5÷40)mm, chọn e = 40mm.

nb =

Số ống ở mỗi tường bên:

b − 2e 4600 − 2.40
=
= 70
s
65

nt =
Số ống ở tường trước (sau):

a
60000
−2=
− 2 = 90
s
65

s
ống.

d

e

ống

Theo trang 67 tài liệu [1], ta chọn hệ số góc ( độ đặt ống trên các tường buồng lửa) χ = 0,975.
Ta có bảng đặc tính của dàn ống sinh hơi.

STT
1
2
3
4
5
6
7

Bảng 4: ĐẶC TÍNH DÀN ỐNG SINH HƠI
Kí
Đơn
Tường
Tên
Công thức
hiệu
vị
trước
Đường kính ngoài của
d
mm
Chọn
50
ống
Bước ống
s
mm
Chọn
65
Tỉ số

Khoảng cách từ tâm ống
đến tường
Số ống

s/d

Diện tích
Tổng diện tích tường
buồng lửa

8

Hệ số góc

9

Diện tích bề mặt hấp thụ
Tổng diện tích bề mặt hấp
thụ

10

Bên

Pheston

50

50

50

65

65

s/d

1,3

1,3

1,3

Chọn

40

40

40

90

90

70

94,3

68,7

72,6

e

mm

n

ống

Fi

m2

Tính ở trên

Fbl

m2

2*Ftb+Ftr+Fs

Hbx

m2

Theo công
thức

Fi*χi

Hbx

m2

ΣHbx

χi

Tường
sau

308,2
0,975

0,975

0,975

92,00

67,00

74,3

233,3

90

GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

4.4 Các đặc tính nhiệt của buồng lửa
4.4.1 Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa:
Theo công thức (4-19b) trang 53 tài liệu [1], ta có: Nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong buồng
lửa (tính cho 1kg nhiên liệu lỏng) là:

Q bl = Qlvt

100 − q 3 − q 4 − q 6
+ Q kk − Q ng
kk + rI kttn , kJ / kg
100 − q 4

Trong đó: Qlvt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc, kJ/kg;
Qkkng – nhiệt lượng chứa trong không khí được sấy sơ bộ bằng nguồn nhiệt khác
trước bộ sấy chính trong lò hơi, ở đây sấy bằng chính khói của lò nên : Qkkng = 0 (kJ/kg);
Qkk – nhiệt do không khí mang vào buồng lửa, gồm nhiệt lượng của không khsi
nóng và một phần không lớn nhiệt lượng do không khí lạnh từ bên ngoài lọt vào
buồng lửa:

(α bl − ∆α bl − ∆α ng ).I0kkn + ( ∆α bl + ∆α ng ) .I0kkl , kJ / m3
Qkk = Qkkn + Qkkl =
Với ∆αbl là hệ số lọt không khí lạnh vào buồng lửa, ∆αbl=0
∆αng là hệ số lọt không khí lạnh vào hệ thống nghiền than, ở đây là đốt dầu nên ∆αng = 0
Qkk = (1,1 – 0 - 0).[10,634.(1,2866 + 0,0001201.tkkn). tkkn]+ 0
= 1,1.[10,634.(1,2866 + 0,0001201.150).150] = 2289 kJ/kg.

⇒ Q bl = 40800.

100 − 3 − 0 − 0
+ 2289 = 41865kJ / kg
100 − 0

4.4.2 Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa :
Entanpi của khói ở đầu ra buồng lửa (θ’’bl = 1100℃), theo bảng (2.5), được giá trị như sau:
Ibl’’ = 21248,800 kJ/kg

ϕ = 1−

q5
0,685
= 1−
= 0,9927
ηlo + q 5
92,875 + 0,685

φ - hệ số bảo ôn:
Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa là:
Qbx = ϕ(Qbl – I”bl) = 0,9927.(41865 – 21248,800) = 20465,702 kJ/kg.
4.4.3 Nhiệt độ cháy lý thuyết �a
Khi tính toán buồng lửa lò hơi có thể xác định trực tiếp được nhiệt độ θa khi sử dụng số liệu
trong bảng (2.5) theo giá trị Qbl đã biết bằng cách nội suy trong vùng nhiệt độ khói cao ứng
với giá trị αbl và lấy Ikbl = Qbl. Khi đó: ta có


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Ikbl (kJ/kg)
40021,686
41865
42565,045

θ (℃)
1900
?
2000

Nhiệt độ cháy lý thuyết được tính theo Qbl. Theo bảng (2.5) bằng phương pháp nội suy ta
được
θa = 1972 oC
⇒ Ta = 1972 + 273 = 2245 K
T’’bl = θ”bl + 273 = 1100 +273 = 1373 K
4.4.4 Độ đen buồng lửa abl
Độ đen của buồng lửa (hay hệ số bức xạ nhiệt của buồng lửa) abl có ảnh hưởng đến kích thước
bề mặt các dàn ống hấp thu nhiệt. Độ đen của buồng lửa abl được xác định bởi sự bức xạ của
ngọn lửa choán đầy buồng lửa và hiệu quả nhiệt của các bề mặt dàn ống ψtb và được xác định
qua công thức sau:

a bl =

a nl
a nl + (1 − a nl ).ψ tb

Với: anl : độ đen của ngọn lửa xác định theo công thức sau : anl = mas + (1-m)aks;

trong đó:
as,aks là độ đen của phần ngọn lửa sáng và của các khí không sáng.

a s = 1 − e− (k k .rk + k mh )ps
;
trong đó:
p(MPa) là áp suất khói trong buồng lửa, lấy p=0,1Mpa
s (m) là chiều dày hiệu quả của lớp khí bức xạ trong buồng lửa và được tính theo:

s = 3,6.

Vbl
474,3
= 3,6.
= 5,54m
Fv
308, 2

kk là hệ số làm yếu bức xạ của môi trường khói là

 7,8 + 16rH2O  
T ''   7,8 + 16.0,1122  
1373 
kk = 
− 1÷ 1 − 0,37. bl ÷ 
− 1÷1 − 0,37.
÷ = 3,6

÷
1000   0, 2427.5,54

rk .s
1000 



=


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi
rk = rRO2 + rH2O = 0,1122 + 0,1304 = 0, 2427

với rk là phân thể tích của các khí 3 nguyên tử:
kmh là hệ số làm yếu bức xạ của các hạt bay theo khói :

k mh

Clv
= 0,3. ( 2 − α bl ) ( 1,6.10 .T − 0,5 ) lv [1/ mMpa]
H
−3

''
bl

0,3.(2 − 1,1).(1,6.10 −3.1373 − 0,5).

86, 47
= 3,63

10,92

=

[1/mMpa]

Vậy, độ đen của phần ngọn lửa sáng là

⇒ as = 1 − e

−( 3,6.0,2427 + 3,63 ) .0,1.5,54

= 0,92

Độ đen ngọn lửa phần không sáng được xác định bằng công thức:

a ks = 1 − e − k k .rk .ps = 1 − e −3,6.0,2427.0,1.5,54 = 0,384
m là hệ số phụ thuộc vào phụ tải nhiệt và thể tích buồng lửa :
Theo bảng 4.10 trang 66 tài liệu [1] với buồng lửa đốt dầu và qv = 290 < 400kW/m3 thì
m = 0,55.
⇒ độ đen của ngọn lửa: anl = 0,55.0,92 + (1 - 0,55).0,384 = 0,68
Ta có với ψtb - hệ số hiệu quả nhiệt trung bình của dàn ống sinh hơi:

∑ψ
ψtb =

F

i

Fi

= χ .ξ

(vì hệ số χ của các dàn ống ở đây được chọn bằng nhau)

χ , hệ số góc của dàn ống χ=0,975 theo tài liệu [1])
ζ là hệ số bám bẩn bề mặt ống. Theo bảng 4.8 trang 60 tài liệu [1]
Chọn ζ = 0,55 => ψ = 0,975.0,55 = 0,54

a bl =

a nl
0,68
=
= 0, 797
a nl + (1 − a nl ).ψ tb 0,68 + (1 − 0, 68).0,54

VCtb là tỷ nhiệt (entanpi) trung bình của sản phẩm cháy


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Q bl − I''bl 41865 − 18554,146
VC tb =
=
= 26,733
θa − θ''bl

1972 − 1100
kJ/°C

⇒ Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa kiểm tra :

θ''bl =

=

Ta
0,6

 5,67.ψ .F .a .T 3 
M  8 tb t bl a ÷ + 1
 10 .ϕ.Bt .Vk .C tb 

− 273

2245
0.6

 5,67.0,54.308, 2.0,797.22453.3600 
0, 48.
÷ +1
108.0,9927.8507.20220



− 273

=1062℃

Do θ”bl bằng giả thiết nên không cần tính lại.
Vậy nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa θ’’bl = 1060℃, nên
Qbx = ϕ(Qbl – I”bl) = 0,9927.(41865 – 20387,964) = 21320,354 kJ/kg.
5 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT NỬA BỨC XẠ
Do nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 540℃ > 510℃ nên đòi hỏi bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt
độ cao đặt ở trên buồng lửa trước cụm feston gọi là bộ quá nhiệt nửa bức xạ.


GVHD: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Đồ án môn học: Lò hơi

Bảng 5: Đặc tính bộ quá nhiệt nửa bức xạ
STT
1
2
3
4

Tên đại lượng
Đường kính ống
Bước ống dọc trên cùng
1 dàn
Bước ngang (khoảng
cách ống giữa các dàn )
Số lượng ống trong 1
dàn

Kí hiệu

Đơn vị

Công thức tính

Đáp số

d

mm

Chọn theo tài liệu (TKLH)

32,000

S2

mm

Chọn theo tài liệu (TKLH)

35,000

S1

m

Chọn theo sách Lò Hơi

0,700

nô

ống

Thiết kế

20,000

5

Chiều rộng đường khói

a

m

Thiết kế

5,525

6

Chiều dài ống bộ quá
nhiệt

ℓ

m

Thiết kế

4,640

7

Chiều rộng bộ quá nhiệt

bqn

m

Thiết kế

3,850

8

Số lượng dàn

nd

dàn

a/S1 -2

6,000

9

Số lượng ống

n

ống

nô.nd

120,000

10

Bước ống tương đối dọc

σ1

mm

S1/d

21,875

11

Bước ống tương đối
ngang

σ2

mm

S2/d

1,094

12

Diện tích bề mặt dàn

Hd

m2

ℓ.n.Π.d

55,947

13

Diện tích bề mặt hấp thụ

Hp

m2

2. bqn. ℓ + bqn.a

56,999

14

Diện tích đầu vào

Hv

m2

(bqn + ℓ).a

46,907