đồ án thiết kế lò hơi

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 tỷ 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 đổi năng lượng tàng 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.
Trong lĩnh vực công nghiệp, lò hơi được dùng để sản xuất hơi nước. Hơi
nước dùng làm chất tải nhiệt trung gian trong các thiết bị trao đổi nhiệt để gia
nhiệt cho sản phẩm.
Nhằm ôn lại kiến thức đã học về lò hơi ở học kỳ trước và để bước đầu làm
quen với việc thiết kế lò hơi, trong học kỳ này em được nhận nhiệm vụ thiết kế
lò hơi có sản lượng hơi 50 T/h. Với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy giáo
PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng cùng với việc nghiên cứu các tài liệu khác, em đã
hoàn thành được bản thiết kế này.
Trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những sai sót, em kính mong sự
đóng góp ý kiến và chỉ bảo của các thầy cô giáo, em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

1


NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

TÍNH TOÁN CHẾ TẠO LÒ HƠI
1. Sản lượng hơi định mức: D = 50 t/h
2. Áp suất ở đầu ra của hơi của bộ quá nhiệt: pqn = 6.4Mpa = 64 bar
3.Nhiệt độ của hơi ở đầu ra của bộ quá nhiệt: tqn = 445oC

4.Nhiệt độ nước cấp: tnc = 180oC
5.Nhiên liệu có thành phần như sau:
Thành
phần

Clv

Hlv

Nlv

Olv

Slv

%

87,2
5

10,8
1

0,7
8

0,7

0,4 0,06

Alv

Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu: Qtlv = 40,28 MJ/kg = 40280 kJ/kg.
Tra bảng 2.5/22 [II] ⇒ dầu S (FO) còn gọi là dầu nặng hay dầu mazut.

Chọn các thông số như sau:
6.Nhiệt độ không khí lạnh: tkkl = 30oC (trang 22 [II])
7.Nhiệt độ không khí nóng: tkkn = 150oC
8.Nhiệt độ khói thải:

θkht = 120oC

2


Chương 1: Nhiệm vụ thiết kế và phương pháp tính
1.1

Nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế lò hơi với các thông số:
Sản lượng hơi quá nhiệt D=50 t/h
Áp suất hơi quá nhiệt: pqn=6,4 Mpa = 64 bar
Nhiệt độ hơi quá nhiệt: tqn= 4450C
Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi: tnc=1800C
Nhiên liệu được dùng:
Clv
87.25

Hlv
10.81

Nlv
0.78

Olv
0.7

Slv
0.4

Alv
0.06

Qlv
40.28

Nhiệt độ không khí trong gian lò hơi lấy bằng nhiệt độ môi trường tkkl=300C
1.2 Các bước thiết kế tổng quát
Từ nhiệm vụ thiết kế đã cho, chúng ta tiến hành các bước công việc theo
trình tự sau:
1. Chọn phương án lò hơi, xác định sơ bộ dạng lò hơi.
2. Tính toán thể tích, entanpi của sản phẩm cháy, không khí lạnh và không
khí nóng. Lập thành bảng hoặc thành đồ thị I-t.
3. Tính cân bằng nhiệt cho lò và tính lượng tiêu hao nhiên liệu.
4. Tính toán nhiệt buồng lửa.
5. Tính dãy festoon.
6. Phân bố nhiệt giữa các cấp của bộ quá nhiệt.
7. Phân bố nhiệt giữa các bề mặt đốt đối lưu và lập cân bằng nhiệt toàn lò.
8. Tính bộ quá nhiệt
9. Tính bộ hâm nước và bộ sấy không khí.

1.3 Xác định sơ bộ dạng lò hơi
1.3.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa:
Do nhiên liệu được sử dụng là dầu nên chọn loại buồng lửa phun. Lò hơi
bố trí theo kiểu chữ Л. Ở loại này các thiết bị nặng như: quạt gió, bộ khử
bụi, ống khói được 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: Kích thước cụ thể của pheston sẻ được xác
định cụ thể sau khi xác định cụ thể cấu tạo của buồng lửa và các cụm ống
xung quanh nó.
Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (trước pheston) được chọn theo mục
1.3.2
1.3.2.2 Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt: Chọn phương án sử dụng bộ quá nhiệt
đối lưu do tqn=445oC.
1.3.2.3 Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí: Do buồng lửa đốt dầu nhiên
liệu dể cháy nên nhiệt độ không khí nóng không cần cao lắm, chọ khoảng
từ 150 – 200oC. Nên ta chọn bộ hâm nước và bộ sấy không khí một cấp.
3


1.3.2.4
1.3.3
1.3.3.1

1.3.3.2

1.3.3.3

BHN nhận nhiệt lượng nhiều hơn nước có thể chảy phía trong làm mát
các ống nên đặt trước BSKK. (ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn)
Đáy buồng lửa: Do đốt nhiên liệu lỏng nên ta chọn đáy buồng lửa có

dạng đáy bằng.
Nhiệt độ khói và không khí:
Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò(θth): Là nhiệt độ khói ra khỏi BSKK tra
bảng 1.1 [I] với nhiên liệu rẻ tiền, chọn θ th = 120oC nhờ đó nếu sau này
sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao hơn vần hoạt động tốt.
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 oC).
Tuy nhiên, khi đốt mazut, xuất phát từ tỉ lệ tối ưu giữa trao đổi nhiệt bức
xạ và trao đổi nhiệt đối lưu ( tài liệu I/55), ta chọn θ”th=1200 oC.
Nhiệt độ không khí nóng: được lựa chọn dựa trên loại nhiên liệu,
phương pháp đốt và phương pháp thải xỉ.
Do buồng lửa đốt dầu nhiên liệu dễ cháy nên nhiệt độ không khí nóng
không cần cao lắm, chọn khoảng từ 150-200 oC. Ta chọn tkkn=150 oC.

Sơ đồ cấu tạo tổng thể của lò hơi:

4


Hình 1:
Chú thích:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

10.

Buồng lửa
Dàn ống sinh hơi.
Vòi phun nhiên liệu+ không khí.
ống nước xuống.
bao hơi
cụm feston.
Bộ quá nhiệt đối lưu
Bộ hâm nước
Khoảng trống để vệ sinh và sửa chữa.
Bộ sấy không khí.

5


Chương II: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
Tính thể tích không khí lí thuyết:
Được tính cho 1 kg nhiên liệu lỏng :
V0kk = 0,0889 ( Clv + 0,375 Slv ) + 0,265 Hlv – 0,033 Olv [m3tc/kg]
= 0,0889 (87,25 + 0,375 . 0,4) + 0,265 .10,81 – 0,033 .0,7
= 10,611 m3tc/kg.
2.2 Tính thể tích sản phẩm cháy:
2.1

2.2.1 Thể tích sản phẩm cháy lí thuyết:
Khi cháy 1 kg nhiên liệu lỏng :
-

Theo 17[1].

V0RO2 = V0CO2 + V0SO2 = 0,01866 ( Clv + 0,375Slv ) , m3tc/kg
= 0,01866 ( 87,25 + 0,375 . 0,4 )
= 1,63 m3tc/kg

-

Theo 17[1].
V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv ≈ 0,79 V0KK, m3tc/kg
= 0,79.10,611= 8,389 m3tc/kg

-

Theo 17[1].
V0H2O = 0,111.Hlv + 0,0124.Wlv + 0,0161V0KK + 1,24.Gph , m3tc/kg
= 0,111.10,81 + 0,0124. 0 + 0,0161. 10,404 + 0

,m3tc/kg

= 1,37 m3tc/kg.
Trong đó: Gph là lượng hơi để phun dầu vào lò , đối với vòi phun kiểu cơ khí ta
lấy Gph = 0.
-

Theo 17[1]:

Thể tích khói khô lý thuyết :
V0kkho = V0RO2 + V0N2 = 1,63 + 8,389 = 10,02 m3tc/kg.
-

Theo 17[1]:

Thể tích khói lý thuyết :
6


V0K = V0kkho + V0H2O = 10,02 + 1,37 = 11,39 m3tc/kg.
2.2.2. Thể tích thực tế của sản phẩm cháy.
2.2.2.1. Thể tích không khí thực tế:
Vkk = α”bl V0KK =1,1.10,611=11,672 m3tc/kg
2.2.2.2. thể tích khí 3 nguyên tử: VRO2= V0RO2=1,63 m3tc/kg
2.2.2.1. Thể tích hơi nước
-

Theo 18[1]:
VH2O = V0H2O + 0,0161 (α - 1 ) V0KK =1,37+0,0161.(1,1- 1 ).10,611
=1,39 m3tc/kg

2.2.2.2. Thể tích khói thực :
VK = Vkkhô + VH2O = V0kkho + (α - 1 ) V0KK + VH2O
=10,02+(1,1-1).10,611+1,39 =12,47, m3tc/kg
2.2.2.3. Phân thể tích các khí
- Khí 3 nguyên tử :
Theo 18[1]. Ta có : rRO2 = VRO2/VK =1,63/12,47=0,131
- Hơi nước :
Theo 18[1]. Ta có : rH2O = V0H2O/VK =1,37/12,47=0,111
-phân thể tích các khí : rk= rRO2+ rH2O=0,242
2.2.2.4. Nồng độ tro bay theo khói :
Có giá trị bằng 0 do đốt mazut( bảng 5-PL2/[1])
2.2.3. Xác định 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 6/178[1], Với lò hơi buồng lửa phun dầu ta chọn α = α”bl = 1,1
2.2.4 Lập bảng đặc tính thể tích của không khí:

7


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
Tra bảng 1/PL2[1], ta xác định được hệ số không khí lọt của các phần tử của lò
như sau:
Lượng k.khí lọt vào buồng lửa, Δαbl=0,1.
Lượng k.khí lọt vào cụm feston, Δαft=0
Lượng k.khí lọt vào bộ quá nhiệt, Δαqn=0,03
Lượng k.khí lọt vào bộ hâm nước, Δαhn=0,08
Lượng k.khí lọt vào bộ sấy không khí, Δαskk=0,06
Lượng k.khí lọt vào hệ thống nghiền than, Δαng=0,1
Lượng k.khí lọt vào bộ khử bụi, Δαkb=0,1
Bảng hệ số không khí thừa ( bảng 2.1/t19 [1]):
HSKKT
cửa vào
α’

HSKKT
cửa vào
α”

STT

Tên bề mặt đốt

Lượng lọt
∆α

1

Buồng lửa phun

0,1

1,0

1,1

2

Feston

0

1,1

1,1

3

BQN cấp 2

0,03

1,1

1,13

4

BQN cấp 1

0,03

1,13

1,16

5

Bộ hâm nước

0,08

1,16

1,24

6

Bộ sấy không khí

0,06

1,24

1,3

8


Ta có bảng đặc tính sản phẩm cháy (B2.3/T21[1]):
T
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Tên đại lượng
Hệ số không
khí
thừa đầu ra
Hệ số không
khí
thừa trung bình
Lượng không
khí

thừa
Thể tích hơi
nước
thực tế
Thể tích khói
thực tế
Phân thể tích
hơi nước thực
tế
Phân thể tích
khí 3 nguyên
tử
Phân thể tích
của các khí
Nồng độ tro

Ký
hiệ
u

BL&
festo
n

BQ
N2

BQ
N1

BH
N2

BSK
K2

BH
N1

BSK
K1

Khói
thải

1.1

1.13

1.16

0

0

1.24

1.3

1.3

1.05

1.11
5

1.14
5

0

0

1.2

1.27

1.3

m3tc/k
g

1.061

1.37
9

1.69
8

0

0

2.54
7

3.18
3

3.183

+ 0,0161(α - 1)V kk

m3tc/k
g

1.388

1.39
3

1.39
8

0

0

1.41

2

1.42
2

1.422

VK

VH2O + V0N2 + VRO2 + (α 1)V0kk

m3tc/k
g

12.46
9

12.7
87

13.1
06

0

0

13.9
55

14.5
91

14.59
1

rH2O

rH2O

0.111

0.10
9

0.10
7

0

0

0.10
1

0.09
7

0.097

rRO2

rRO2

0.131

0.12
8

0.12
4

0

0

0.11
7

0.11
2

0.112

rn

rH2O + rRO2

0.242

0

10.Alv.ab/VK

0.23
1
0

0

μtr

0.23
7
0

0

0

0.21
8
0

0.20
9
0

Đơn
vị

Công thức tính

α"
α

(α" + α')/2

Vthừa
VH2
O

(α - 1)V
0
H2O

V

0
kk

0

g/m3tc

0

0.209
0
9

10
11
12
13
14
15

bay
theo khói
Thể tích không
khí
V0kk
lý thuyết
Thể tích khí
V0R
3 nguyên tử lý
O2
thuyết
Thể tích hơi
V0H2
nước
O
lý thuyết
Thể tích N2 lý
V0N2
thuyết
Tỷ lệ tro bay
ab

Độ tro làm
Alv
việc

m3tc/k
g

10.61
1

m3tc/k
g

1.631

m3tc/k
g

1.371

m3tc/k
g
%
%

8.389
0
0.06

10

2.3.Tính entanpi của không khí và khói:
Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy:
Iokk = V0kk(Cpθ)kk ,[kJ/kg]
trong đó:

V0kk – thể tích không khí lý thuyết, m3tc/kg
Cp – nhiệt dung riêng của không khí, kJ/m3tcđộ
Cp = 1,2866 + 0,0001201.t
θ - nhiệt độ không khí, oC

Entanpi của khói lý thuyết:
I Ko = V RO2 (Cθ ) RO2 + V Ho2O (Cθ ) H 2O + V No2 (Cθ ) N 2

, [kJ / kg ]

Trong đó: C – nhiệt dung riêng, kJ/kgđộ
θ - nhiệt độ của các chất khí, oC
Entanpi của khói thực tế:
I K = I Ko + (α −1) I kko + I tr = I Ko + (α −1) I kko

,[kJ / kg ]

Bảng nhiệt dung riêng của các chất:
Nhiệt dung riêng của các chất khí
Khí 3 nguyên tử

1.699+0.0004798*t

Nitơ

1.2799+0.0001107*t

Hơi nước

1.4733+0.0002498*t

Không khí

1.2866+0.0001201*t

Ta có bảng sau:
Nhiệ
t độ

(Cθ)RO2
kJ/m3tc

BẢNG 2.4: ENTANPI CỦA KHÓI VÀ KHÔNG KHÍ LÝ THUYẾ
(Cθ)N2
(Cθ)H2O (Cθ)kk
I0RO2
I0N2
I0H2O
I0K
kJ/m3tc
kJ/m3tc
kJ/m3tc
kJ/kg

kJ/kg
kJ/kg
kJ
11


o

C

100

174.698

129.007

149.828

129.861

284.932

1082.24

205.414

15

200

358.992

260.228

304.652

262.124

585.516

2183.053

417.678

31

300

552.882

393.663

464.472

396.789

901.751

3302.439

636.791

48

400

756.368

529.312

629.288

533.856

4440.398

862.754

65

500

969.45

667.175

799.1

673.325

5596.931

1192.12
8
1424.40
2
1666.27
2
1917.73
8
2178.8

807.252

973.908

815.196

949.543

1153.71
2
1338.51
2
1528.30
8
1723.1

959.469

2717.69

9177.969

1095.56
6
1335.22
8
1581.73
9
1835.1

82

600

1233.63
6
1581.17
3
1944.36
1
2323.2

2449.45
8
2729.71
2
3019.56
2

3319.00
8
3628.05

1540.84
7
1694.20
8
1849.78
3
2007.57
2
2167.57
5
2329.79
2
2494.22
3
2660.86
8
2829.72
7
3000.8

1922.88
8
2127.67
2
2337.45
2

2552.22
8
2772

1560.58
1
1716.86
4
1875.54
9
2036.63
6
2200.12
5
2366.01
6
2534.30
9
2705.00
4
2878.10
1
3053.6

3127.83
1
3553.62
3
3995.06
6

4452.16

10408.79
4
11658.19
3
12926.16
5
14212.71
1
15517.83

700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000

3946.68
8
4274.92

2
4612.75
2
4960.17
8
5317.2

1094.04
8
1240.76
7
1389.7

2996.76
8
3226.53
2
3461.29
2
3701.04
8
3945.8

1106.14
4
1255.22
1
1406.7

4924.90

6
5413.30
2
5917.35

6772.037
7965.716

6437.04
8
6972.39
8
7523.39
9
8090.05

16841.52
2
18183.78
7
19544.62
5
20924.03
7
22322.02
2
23738.58

8672.35
3

25173.71
1

2095.31
2362.37
2636.27
9
2917.03
8
3204.64
7
3499.10
5
3800.41
2
4108.56
9
4423.57
5
4745.43
1
5074.13
7
5409.69
2
12

10
6

11
5
13
9
15
5
17
6
19

21
9
23
3
25
9
27
9
30
2
32

34
2
36
7
39
6

2100
2200

5683.81
8
6060.03
2

3174.08
7
3349.58
8

4195.54
8
4450.29
2

3231.50
1
3411.80
4

9270.30
7
9883.91
2

26627.41
6

28099.69
4

5752.09
6
6101.35

13

41
9
44
6


Bảng 2.5: Entanpi của sản phẩm cháy:
BẢNG 2.5: ENTANPI CỦA SẢN PHẨM CHÁY
Hệ số không khí thừa α
1.05
1.115
1.145
1.2
Thông số
BL&feston BQN2
BQN1
BHN1
0
0
Entanpi
I kk

IK
Nhiệt độ
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
1377.95 1572.58
100
5
6
2781.39 3186.24
200
3742.527
8
7
4210.32 4840.98
5683.04
300
8
1
7
5664.74 6536.78
400
7669.737
6
8
7144.65
500

8273.67
9702.6
2
8650.04 10051.6
11781.6
600
5
3
4
10180.9 11870.6
13041.4
13906.8
700
13346.89
3
6
6
4
11737.2 13730.7
15080.5
800
15432.67
9
6
5
13319.1
17163.6
900
15631.94
17563.21

5
4
14926.4
19290.7
1000
17574.19
19738.53
9
3
16559.3
21461.8
1100
19557.51 20385.48
21958.61
3
3
1200
18217.6 21581.91 22492.79
23676.9 24223.47

1.27
BSKK1

1.3
Khói thải

kJ/kg
1944.63
4
3937.22

4

kJ/kg

5977.77

1985.973
4020.666
6104.079

8066.26
9
10202.7
3
12387.1
4

14


1300
1400
1500

4
19901.4
5
21610.7
5
23345.5

3

1600

25105.8

1700

26891.5
5

1800

28702.8

1900
2000
2100
2200

30539.5
3
32401.7
5
34289.4
6
36202.6
5

23647.3

8

24642.46

25753.93

26834.47

27901.55

29068.83

30090.2
4
32320.0
1
34590.8
5

4
25936.0
5

26533.09

31345.53
33664.59
36025.99

36902.77

38429.74

39255.76

40875.84

41649.82

43364.29

44084.9
6

45895.09

15


CHƯƠNG III
CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

3.1 Xác định lượng nhiệt đưa vào lò
Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn hoặc tính cho 1 m3
tc nhiên liệu khí
Phương trình tổng quát của cân bằng nhiệt lò hơi có dạng:
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

Gọi Qđv là lượng nhiệt đưa vào lò và được tính theo công thức sau:
Qđv = Qtlv + Qngkk + inl + Qph - Qcacb ,[kJ/kg]
Với:

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

qua.
Qngkk – 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.
16


Đối với dầu mazut, ta có thể tính nhiệt lượng đưa vào theo công thức:
Qđv = Qtlv + Cnllv. tnl + Qph ,[kJ/kg]
Trong đó:
Cnllv = (1,74+0,0025.tnl)

Nhiệt độ mazut phải đủ cao để đảm bảo phun sương nhiên liệu trong các vòi
phun, thường lấy tnlmazut = 90-140oC. Ta chọn 100oC.
Qph = Gph(iph-2500)
ở đây, Qph=0 vì Gph=0.
Vậy, Qđv= 40280 + (1,74+0,0025.100).100=40479 kJ/kg.

3.2 Các tổn thất nhiệt của lò hơi
3.2.1 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q2 kJ/kg
o
( I th − α th I kkl
)(100 − q4 )
Q2 =
100

,[kJ / kg ]

o
( I th − α th .I kkl
)(100 − q4 )
Q2
q2 =
.100 =
Qdv
Qdv

* Xác định entanpi khói thải:
Ith – entanpi của khói thải, kJ/kg với θth=1200C. Dựa vào bảng 2.5 ta tính gần
đúng bằng phương pháp nội suy:Ith = 2392,912 kJ/kg
* Xác định entanpi không khí lạnh đưa vào lò hơi:

Iokkl = Vokk(C t)kkl
Chọn nhiệt độ không khí lạnh đưa vào lò hơi là 30oC
=>

Iokkl = (1,2866+0,0001201.tkkl) .tkkl.Vokk, kJ/kg

=>

Iokkl =(1,2866+0,0001201.30) .30.10,611=410,71 kJ/kg

Khi đốt nhiên liệu lỏng ta chọn q4=0,5

17


o
( I th − α th .I kkl
)(100 − q4 ) (2392,912 −1,3.410, 71).(100 − 0,5)
q2 =
=
= 4,570
Qdv
40479

3.2.2 Lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn về hóa học Q3, kJ/kg
Với lò buồng lửa phun đốt dầu, ta tra giá trị q3 theo bảng 6/178 [1], lò có công
suất bé hơn thì tổn thất lớn hơn, do đó ta chọn q3=2.
3.2.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về măt cơ học Q4 kJ/kg
Khi đốt nhiên liệu lỏng ta chọn q4=0,5.
3.2.4 Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh Q5 kJ/kg

q5 được xác định theo đồ thị q5 = f(D) hình 3-1 trang 34 TL [1], với D = 50 t/h ta
được q5 = 1%
3.2.5 Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài Q6
q6=0 do đốt nhiên liệu lỏng ( Vì đây là lò đốt dầu nên coi như không có xỉ ).
3.3 Nhiệt lượng sử dụng hữu ích trong thiết bị lò hơi:
Ta có thể tính đơn giản theo công thức:
Qhi= Dqn(iqn-inc)
Trong đó:
iqn có thể tra trên trang
với áp suất 64
bar và nhiệt độ bằng 445oC có giá trị bằng 3284,62 kJ/kg.
Inc tra trên trang />với nhiệt độ đã cho bằng 180oC và áp suất bằng 64 bar có giá trị bằng 765,94
kJ/kg
vậy: Qhi=50000.(3284,62-765,94)= 125934000 kJ/h=34981.67 kJ/s
3.4 Hiệu suất của lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu
3.4.1 hiệu suất nhiệt lò hơi
Ta có: tổng các tổn thất trong lò hơi:
18


Σq = q2+q3+q4+q5+q6
= 4,57+2+0,5+1+0
=8,07 %
Do đó hiệu suất của lò hơi

ηt =100- 8,07 = 91,93%
3.4.2 Lượng tiêu hao nhiên liệu của lò
B=

Q1

.100
ηlhQt lv

[kg/h]

trong đó: Q1 – nhiệt lượng hữu ích trong lò, được xác định phía trên:
Q1 = Qhi=125934000 kJ/h=34981,67 kJ/s
B=

34981, 67
= 0,945kg / s = 3, 4T / h
0,9193.40280

Vậy
3.4.3 Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán của lò.
Bt = B(1 −

q4
0,5
) = 0,945(1 −
) = 0, 94kg / s
100
100

19


CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ BUỒNG LỬA
4.1 Xác định kích thước hình học của buồng lửa

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 Thể tích buồng lửa. Vbl [m3].
Thể tích buồng lửa được giới hạn bởi mặt phẳng đi qua trục của các ống sinh hơi
đặt xung quanh tường và trần buồng lửa, bề mặt (mặt phẳng) đi qua trục của dãy
ống thứ nhất của feston hoặc mành ống, mặt phẳng nằm ngang tách 1 nửa chiều
cao của phểu tro lạnh, hoặc mặt phẳng đáy buồng lửa ( ở buồng lửa thải ra xỉ
lỏng, buồng lửa đốt dầu và nhiên liệu khí).
Thiết kế buồng lửa phải đảm bảo sao cho quá trình cháy diễn ra tốt và cháy kiệt
nhiên liệu với hệ số không khí thừa nhỏ nhất.
Khi bề mặt hấp thụ nhiệt bằng bức xạ trong buồng lửa quá bé thì nhiệt khói
thải ra khỏi buồng lửa sẽ lớn. Nếu nhiệt độ này lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của
tro thì tro sẻ chảy lỏng và bám lại trên các ống trao đổi nhiệt .Nhưng đối với lò
đốt dầu thì nồng độ tro bay trong khói rất thấp.Tuy nhiên tỷ lệ hấp thụ nhiệt của
buồng lửa hay bề mặt hấp thụ nhiệt của buồng lửa là phải chọn thỏa đáng.
Khi kích thước của buồng lửa lớn thì chi phí xây dựng lớn do phải tăng chi
phí cho bảo ôn, khung lò ,ống trao đổi nhiệt.Vì vậy để giảm giá thành của buồng
lửa thì phải giảm thể tích của buồng lửa tới mức tối thiểu tức là phải chọn q v ở
mức cho phép .Nhưng nếu qv quá lớn thì q3 và q4 sẽ tăng dần lên.Vì vậy khi chọn
qv phải dựa vào chỉ tiêu kinh tế và phải đảm bảo đúng kỹ thuật
Xác định thể tích buồng lửa thì trước hết ta phải xác định nhiệt thế thể tích của
buồng lửa
lv

qv

=

Btt × Qt

, kw / m 3
Vbl

20


lv

Vbl
Trong đó : Btt
Qtlv

=

Btt × Qt
, m3
qv

: lượng nhiên liệu tiêu hao kg/s
: nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu.

Trong đó nhiệt thế thể tích của buồng lửa được chọn theo dạng buồng lửa, ở
đây buồng lửa đốt dầu nên chọn qv =290 kw/m3
Vbl

Vậy:

=

0,94 × 40280

= 130,56m3
290

4.1.2 Tiết điện ngang buồn lửa.
Bt × Qt

q
fbl =

lv

tt
f

, m2

Theo Bảng 4-1b, Chọn nhiệt thế tiết diện ngang buồng lửa qftt =8000 kW/m2.


Do D<950T/h nên qftt =(0.7 ÷ 0.9) qf =0.7x8000=5600kW/m2
Vậy
fbl = 0,94.40280/5600= 6,8m2.

4.1.3 kích thước buồng lửa.
4.1.3.1. Chiều sâu buồng lửa b:
Chiều sâu phải đảm bảo chiều sâu tối thiểu để ngọn lửa không đập vào tường đói
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 4.2/42 [I], với công suất định mức của lò hơi Dđm = 50 t/h, ta có Dv =

800 mm. Nhưng đối với vòi phun khí – mazut, Dv giảm 1,3 – 1,4 lần. Do đó
Dv=600 mm. Vậy chiều sâu buồng lửa là: b=6,67.600=4000mm=4m.
4.1.3.2. Chiều rộng của buồng lửa a:
Từ tiết diện ngang và chiều sâu của buồng lửa, ta xác định được chiều rộng
buồng lửa: a=fbl/b=6,8/4=1,455= 1,7 m2.

21


Tuy nhiên do yêu cầu về bố trí vòi phun ở tường trước ( 4 vòi phun/2 tầng ) cách
nhau 1,2m và cách tường buồng lửa 1,2 m nên ta chọn chiều rộng buồng lửa là
3,6m.
4.1.3.3. Xác định chiều cao buồng lửa:
Chiều cao buồng lửa được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo chiều dài ngọn lửa để
cho nhiên liệu cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa. Chiều dài ngọn lửa tạo nên
trong quá trình cháy tùy thuộc vào nhiên liệu đốt, phương pháp đốt và công suất
lò hơi.
Chiều dài ngọn lửa tối thiểu:
lnl = l1 + l2 + l3
Đối với buồng lửa phun, với D = 50 t/h,
Ta chọn lnl = 7m
Chiều cao buồng lửa phải lớn hơn chiều dài ngọn lửa để nguyên liệu cháy kiệt
trước khi ra khỏi buồng lửa, thêm vào đó là do vòi phun bố trí 2 tầng do đó, ta
chọn chiều cao buồng lửa bằng 10m
Vậy hbl=10m.
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 = 3384 kg/h nên ta chọn số vòi phun là
4 vòi phun tròn, với công suất mỗi vòi phun 1 t/h. Do số vòi phun nhỏ( <6 vòi
phun) nên ta bố trí 4 vòi phun ở tường trước, 2 tầng.

Đặc điểm bố trí vòi phun:
- Khoảng cách giữa trục các vòi phun theo phương thẳng đứng: 1,5m.
- Khoảng cách giữa trục các vòi phun theo phương nằm ngang: 1,2m.
- Khoảng cách từ vòi phun ngoài cùng đến tường liền kề: 1,2m.
- Khoảng cách từ vòi phun 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: Chiều cao khói ra
phía sau buồng lửa hr (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 = 4m):
22


hrb = 3 m
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 = 1,1x hrb = 1,1x3 = 3,3m
4.1.4.3 Thể tích buồng lửa:
Thể tích cho phép tối thiểu của buồng lửa để đảm bảo nl cháy kinh tế:

=
Vblmin

0,94 × 40280
= 130,56m3
290

=

Vbl min

Btt . Qt lv 3
,m
qv

Xác định thể tích tính toán của buồng lửa theo công thức:
Vbltt = (3 −

θbl"
)Vblmin
700

θbl"
1100
V = (3 −
)Vblmin = (3 −
).130,56 = 186,5m3
700
700
tt
bl

Vậy, nhiệt thế thể tích tính toán của buồng lửa là:
qvtt

=

Btt .Qt lv 0,94.40280

=
= 203, 02kW/m3
Vbltt
186,5

. Giá trị qv này nhỏ hơn giá trị q v cho

trong bảng, do đó, giá trị này là hợp lí.
Thể tích vùng trên cùng của buồng lửa:
Vvt = a x b”x hm = 3,6 x (0,8x4)x 3,3 = 38 m3
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 )
Thể tích phần lăng trụ của buồng lửa:
Vltr = Vbltt - Vpl - Vvt
= 186,5 - 0 -38 = 148,5 m3
23


lăng trụ của buồng Chiều cao phần lửa được xác định theo thể tích và tiết diện
ngang của lăng trụ:
hltr =

Vltr 148,5
=
= 10
a.b 4.3, 6

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 = 73 (Vbltt ) 2 = 7 3 186, 52 = 228,5m 2

4.2.

Các đặc tính nhiệt của buồng lửa.
Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa: ( T53-[1]):

Qbl = Qtlv

100 − q3 − q4 − q6
+ Qkkn − Q ng kk + rI kttn , kJ / kg
100 − q4

Trong đó : Qlvt – nhiệt trị làm việc thấp của nhiên liệu
Qngkk – nhiệt do không khí được sấy sơ bộ bằng nguồn nhiệt bên ngoài
lò. Ở đây sấy bằng khói của chính lò nên : Qkkng = 0
rIktth – nhiệt do khói thải tuần hoàn từ đuôi lò về buồng lửa ; Qth = 0
Qkkn – nhiệt do không khí mang vào buồng lửa.
Qkkn = (αbl - ∆αbl - ∆αng)V0kk(Ct)kkn + (∆αbl + ∆αng) V0kk(Ct)kkl
Với ∆αbl là hệ số lọt không khí lạnh vào buồng lửa. Ta lấy ∆αbl=0
∆αng Là hệ số lọt không khí lạnh vào hệ thống nghiền than.Do không có hệ
thống nghiền than nên ∆αng = 0
Qkkn=(1,05-0,1-0).[10,611.(1,2866+0,0001201tkkn).tkkn]+(0+0,1).[10,611.
(1,2866+ 0,0001201tkkl). tkkl].
=0,95.[10,611.(1,2866+0,0001201.150).150]+0,1.(10,611.
(1,2866+0,0001201.30).30)
= 2013,737 kJ/kg.

24

Qbl = 40280

⇒

100 − 2 − 0,5 − 0
+ 2013,737 = 41484,09
100 − 0,5

,kJ/kg

θa - nhiệt độ cháy lý thuyết:
Được tính theo Qbl. Theo bảng (1-3) bằng phương pháp nội suy ta được
θa = 2000 + (2100-2000) x = 2093,08 oC
⇒ Ta = 2093,08 + 273 = 2366,08 K
Entanpi của khói ở đầu ra buồng lửa. Do lò đốt dầu và có công suất tương đối
nhỏ nên lấy θ”bl = 1200. Theo bảng (1-3), được giá trị như sau: I”bl = 21581,909
kJ/kg
ϕ =1−

φ - hệ số bảo ôn:

q5
1
=1−
= 0,989
η lo + q5
91,93 + 1

Lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa :
Qbx = ϕ(Qbl – I”bl) = 0,989.(41484,09 – 21581,909) = 19683,26 kJ/kg.

4.3. TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG BUỒNG LỬA 1 BUỒNG

3m

10m
6,7m

4m

4.3.1. Diện tích bề mặt các tường buồng lửa.
25