Đồ án lò hơi Đồ án môn học

Đồ án môn học: Lò hơi.
CHƯƠNG 1:

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP
TÍNH
1.1/ Nhiệm vụ thiết kế:
- Sản lượng định mức của lò hơi: D = 150 [tấn/giờ]
- Thông số hơi:
+ Áp suất của hơi ở đầu ra của bộ quá nhiệt:
Pqn = 6,4 [Mpa] = 64 [bar]
+ Nhiệt độ của hơi đầu ra của bộ quá nhiệt:
tqn = 445 oC
+ Nhiệt độ của nước cấp:
tnc = 180 oC
+ Thành phần nhiên liệu:
lv
C
Hlv
Nlv
Olv
Slv
Alv
Wlv
t1 oC
t3 oC
41,82 2,65
3,42
0,87
2,24

39
10
1160 1460
lv
Nhiệt trị của nhiên liệu: Q t = 17,75 [MJ/Kg] = 17750 [KJ/Kg].
1.2/ Xác định sơ bộ dạng lò hơi:
1.2.1/ Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa:
Căn cứ vào công suất và loại nhiên liệu đã cho để tiến hành chọn phương
pháp đốt cháy nhiên liệu, chọn dạng và cấu trúc lò hơi. Do công suất lò hơi là 150
T/h và sử dụng nhiên liệu rắn nên sử dụng lò hơi buồng lửu phun.
Độ tro không cao, tro khó chảy (t3=1460 > 1400) nên chọn phương pháp
thải xỉ khô.
Từ viêc nghiên cứu các ưu- khuyết điểm của các dạng bố trí lò hơi: lò hơi
hình tháp, lò hơi kiểu chữ π, lò hơi kiểu chữ II, lò hơi kiểu chữ N chúng ta chọn lò
hơi bố trí theo kiểu chữ π.
1.2.2/ Chọn dạng cấu trúc của các bộ phận khác của lò hơi:
1.2.2.1/ Dạng cấu trúc của cum festoon:
Cấu tạo của cụm feston gắn liền với cấu tạo của dàn ống tường sau của
buồng lửa vì các ống của cụm feston chính là các ống của dàn ống tường sau
buồng lửa. Chiều cao cụm feston tức cửa ra buồng lửa phụ thuộc vào kích thước
đường khói đi vào bộ quá nhiệt. Vì vậy kích thước cụ thể của cụm feston sẽ được
xác định sau khi xác định cấu tạo cụ thể của buồng lửa và các dàn ống xung quanh
nó.
Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa được chọn theo bảng được chọn theo loại
nhiên liệu và nhiệt độ biến dạng của tro. Với than Antraxit ta lấy bằng 10500C.
SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1


Đồ án môn học: Lò hơi.

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

1.2.2.2/ Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt:
Do nhiệt độ hơi quá nhiệt là 445oC nên ta chọn bộ quá nhiệt đối lưu cấp 1 và
cấp 2 ở vùng có nhiệt độ dươi 1050 0C ở đoạn đường khói sau cụm pheston và
chọn kiểu bố trí hỗn hợp.
1.2.2.3/ Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí:
Ta bố trí bộ hâm nước thành hai cấp và bộ sấy không khí cung hai cấp đặt
xen kẻ nhau theo thứ tự : bộ hâm nước cấp 2, bộ sấy không khí cấp 2, bộ hâm nước
cấp 1, bộ sấy không khí cấp 1 theo chiều đường khói đi ra.Vì khi bố trí hỗn hợp
:hơi sẽ đi ngược chiều với khói trong bộ quá nhiệt cấp 1 đặt ở vùng khói có nhiệt
độ thấp hơn còn đi thuận trong bộ quá nhiệt cấp 2 đặt ở sau cụm pheston có nhiệt
độ khói cao hơn do đó phía hơi ra có nhiệt độ cao hơn nhưng nhiệt độ khói không
cao,kim loại không bị đốt nóng quá mức ,đồng thời giảm tổn thất nhiệt do khói
mang ra.
1.2.2.4/ Đáy buồng lửa:
Với buồng lửa đốt than thải xỉ khô, đáy làm lạnh tro có dạng hình phểu, cạnh
bên nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc bằng 600.
1.2.3/ Nhiệt độ khói và không khí khói:
1.2.3.1/ Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò:
Nhiệt độ khói ra khỏi lò hơi θth ta chọn sao cho tránh hiện tượng ăn mòn bề
mặt đốt phần đuôi nhiệt độ thấp. Ta chọn theo bảng 1.1trang 13 tài liệu [1] ứng với
nhiên liệu ẩm Wqd = Wlv/Qtlv = 10/17,75 = 0,563; nhiệt độ nước cấp 180oC được .
1.2.3.2/ Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa:
Với than Antraxit ta chọn θ’’bl =10500C.
1.2.3.3/ Nhiệt độ không khí nóng:
Nhiệt độ không khí nóng đưa vào buồng đốt được chọn dựa trên loại nhiên
liệu,phương pháp đốt và phương pháp thải xỉ, với nhiệm vụ của bài thiết kế này
nhiên liệu là than Antraxit, phương pháp đốt buồng lửa phun, và thải xi khô ta
chọn nhiệt độ không khí nóng đưa vào buồng đốt bằng 3700C.

1.2.4/ Lập dạng sơ bộ của lò hơi:
SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1


Đồ án môn học: Lò hơi.

Chú thích
1- Bao hơi
2- Cụm pheston
3- Bộ quá nhiệt cấp II
4- Bộ giảm ôn
5- Bộ quá nhiệt cấp I
6- Bộ hâm nước cấp II
7- Bộ sấy không khí cấp II

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

8- Bộ hâm nước cấp I
9- Bộ sấy không khí cấp I
10- Dàn ống sinh hơi
11- Vòi phun
12- ống góp dưới
13- Phần đáy thải xĩ
14- Đường khói thải

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN
SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1

Đồ án môn học: Lò hơi.

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

LIỆU
2.1/ Tính thể tích không khí lý thuyết:
- Thể tích không khí lí thuyết cấp cho quá trình cháy:
= 0,0889. 41,82 + 0,0333. 2,24 + 0,265. 2,65 – 0,0333. 0,87
= 4,47 [m3tc/kg]
- Thể tích lượng không khí thực tế cấp cho quá trình cháy:
= 4,47. 1,25 = 5,59 [m3tc/kg]
Trong đó: = 1,25 (chọn hệ số không khí thừa theo Bảng 3 trang 176
tài liệu [1] đối với than antraxit).
2.2/ Tính thể tích sản phẩm cháy:
2.2.1/Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết:
- Khi cháy 1 kg nhiên liệu rắn hoặc lỏng:
V0RO2= VCO2 + VSO2 = 0,01866 ( Clv + 0,375Slv )
= 0,01866 ( 41,82 + 0,375. 2,24) = 0,796[m3tc/kg]
V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv = 0,79. 4,47 + 0,008. 3,42
o
= 3,559 [m3tc/kg]
H O
lv
lv
o
V
= 0,111.H + 0,0124.W + 0,0161V kk + 0,24.Gph
2

= 0,111. 2,65 + 0,0124. 10 + 0,0161. 4,47 + 0.24. 0,3

3
= 0,562 [m tc/kg]
+ Thể tích khói khô lý thuyết:
lv

lv

o
kk

V0k khô = VRO2 + VoN2 = [0,0186.(C + 0,375.S )]+ 0,79.V
= [0,0186. (41,82 + 0,375. 2,24)] + 0,79. 4,47
= 4,325 [m3tc/kg]
+ Thể tích khói lý thuyết:
V0khói = V0k khô + V0H2O = 4,325 + 0,562 = 4,887 [m3tc/kg]
2.2.2/ Thể tích thực tế của sản phẩm cháy:
- Thể tích hơi nước thực tế:
VH2O = V0H2O + 0,0161 (α - 1)Vokk = 0,562 + 0,0161( 1,25 – 1). 4,47
= 0,58 [m3tc/kg]
- Thể tích khói thực tế:
VK = Vkkho + VH2O = V0k khô + (α - 1) V0kk + VH2O
SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1


Đồ án môn học: Lò hơi.

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

= 4,325 + (1,25 – 1).4,47 + 0,58 = 6,023 [m3tc/kg]
2.2.3/ Xác định hệ số không khí thừa:

- Hệ số không khí thừa trong buồng lửa αo
- Chọn αo =1,25 (buồng lửa phun thải xỉ khô)
- 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 lượng không khí lọt ∆α vào đường
khói giữa buồng lửa với tiết diện đang khảo sát.
- Giá trị ∆α của từng bộ phận là có thể xác định bằng cách chọn:
STT
Các bộ phận của lò
1
Buồnglửa
2
Cụm pheston
3
Bộ quá nhiệt cấp 2, ∆αqn2
4
Bộ quá nhiệt cấp 1, ∆αqn1
5
Bộ hâm nước cấp 2, ∆αhn2
6
Bộ sấy không khí cấp 2, ∆αskk2
7
Bộ hâm nước cấp 1, ∆αhn1
8
Bộ sấy không khí cấp 1, ∆αskk1
9
Hệ thống nghiền than
- Xác định hệ số không khí thừa:
STT
1
2

3
4
5
6
7
8

Tên bề mặt đốt
Buồng lửa
Cụm Pheston
Bộ quá nhiệt cấp 2
Bộ quá nhiệt cấp 1
Bộ hâm nước cấp 2
Bộ sấy không khí cấp 2
Bộ hâm nước cấp 1
Bộ sấy không khí cấp 1

SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1

α'đầu vào
1,15
1,25
1,25
1,28
1,31
1,33
1,36
1,38

∆α

0,1
0
0,03
0,03
0,02
0,03
0,02
0,03
0,1
α''đầu ra
1,25
1,25
1,28
1,31
1,33
1,36
1,38
1,41


Đồ án môn học: Lò hơi.

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

- Thể tích không khí và khói ở các hệ số không khí thừa khác nhau được lập
thành bảng đặc tính sản phẩm cháy. khi ấy hệ số không khí thừa ở các bộ phận
được tính theo hệ số không khí thừa trung bình.
- Lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí:
β '' = α bl −
''

∆α0 - ∆αn = 1,25 – 0,1 - 0,1 = 1,05.
∆α0 : lượng không khí lọt vào buồng lửa.
∆αn : lượng không khí lọt vào hệ thống nghiền, đối với máy nghiền bi có phễu
than trung gian, sấy bằng không khí nói thì ∆αn= 0,1.
2.3/ Tính Entanpi của không khí và khói:
- Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy bằng:
I kko = Vkko ( C p .θ ) kk

[kJ/kg]
Trong đó : Cp : nhiệt dung riêng của không khí
Cp = 1,2866 + 0,0001201.t = 1,2866 + 0,0001201. 30 = 1,29 [kJ/m3]
=> I0kk = 4,47.( 1,29.30) = 172,989 [kJ/kg]
2.3.1/ Entanpi của sản phẩm cháy Ik0:
Ik0 = VRO20 (C.θ)RO2 + VH2O0(C. θ)H2O + VN20(C. θ)N2
Trong đó: CRO2 , CN2 , CH2O :nhiệt dung riêng của RO2 , N2 ,H2O
θ:nhiệt độ của khói thải,0C
2.3.2/ Entanpi của sản phẩm cháy:
- Entanpi của tro bay:
ab . Alv
(Cθ ) tr
100

Itr =
, kJ/kg
Trong đó: ab là tỷ lệ tro bay, đây là buồng lửa phun thải xí khô nên lấy ab= 0,95
- Entanpi của khói thực tế:
k

o

k

I = I +(α - 1). I

o
kk

+ Itr , kJ/kg

10 3 ab . Alv
>6
Q lv t

Trong đó:

Itr được kể đến khi
không tính đến.

SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1

 nên ta


Đồ án môn học: Lò hơi.

T Tên đại lượng Ký
T
hiệu
1
Hệ số KK

thừa đầu ra
2 Hệ số kk thừa
trung bình
3 Lượng không VThừ
khí thừa
a
4 Thể tích hơi VH2
nước
O
5 Thể tích khói VK
6
7
8
9
1
0
1
1

Phân thể tích rH2O
hơi nước
Phân thể tích rRO2
khí 3 nguyên
tử
Phân thể tích
rn
các khí
Nồng độ tro
bay theo khói
Thể tích

không khí lý
thuyết
Thể tích khí 3
nguyên tử lí
thuyết

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

Công thức tính

Đơn
vị

BL

BQN BQN B
2
1
1,250 1,250 1,280 1,310 1

1,200 1,250 1,265 1,295 1

0,893 1,116 1,183 1,317 1

0,504 0,508 0,509 0,511 0

5,721 5,495 6,011 6,145 6

rH2O + rRO2
10.Alv.ab/Vk

-

0,086 0,082 0,081 0,080 0

-

0,139 0,134 0,132 0,130 0

-

0,225 0,216 0,213 0,210 0

64,76 62,32 61,67 60,29 5
1
1
3
3
4

BẢNG 2.3 - BẢNG ĐẶC TÍNH SẢN PHẨM CHÁY

SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1

FT

0


Đồ án môn học: Lò hơi.

SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.


Đồ án môn học: Lò hơi.

GVHD: PGS. TS Hoàng Ngọc Đồng.

BẢNG 2.5 – ENTANPI CỦA SẢN PHẨM CHÁY

SVTH: Mạc Như Túc – Lớp 12N1


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

CHƯƠNG 3:

CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

3.1/Lượng nhiệt đưa vào lò hơi:
- Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn xác
định
theo công thức:
lv
ng
Qđv = Q t + Q kk + Qnl + Qph – Qđ ,[kJ/kg]

Trong đó:
kJ/Kg

lv
t

lv
t

Q - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu : Q = 17,75 MJ/kg = 17750
ng
kk

Q - Nhiệt lượng do không khí nóng mang vào , được tính cho đến
khi 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
ng
kk

nên :Q = 0
Qnl - Nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào . Qnl = Cnl .tnl
Qnl rất bé nên ta bỏ qua.
Qph - Nhiệt lượng do dùng hơi phun nhiên liệu vào lò. Và ta dung
vòi

=>
Mặt khác:

phun kiểu cơ khí nên : Gph = 0 => Qph = 0
Qđ - Lượng nhiệt tổn thất do việc phân hủy các bon khi đốt đá

dầu .
Qđ = 0.Như vậy đối với các lò hơi đốt than mà không sấy
không
khí bằng nguồn nhiệt bên ngoài thì lượng nhiệt đưa vào sẽ
được
coi gần bằng nhiệt trị thấp của nhiên liệu
lv
Qđv = Q t= 17550 [kJ/kg]
Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

3.2/ Lượng nhiệt sử dụng hữu ích:
- Lượng nhiệt sử dụng hữu ích trong lò hơi:
Qhi = B.Qt = Dqn(iqn- inc) + Dbh(ibh- inc) + Dx(is- inc) + Dtg(i’’tg- i'tg), KJ/h
Trong đó:

Dqn

: lưu lượng hơi quá nhiệt

[KJ/h]

: lưu lượng hơi bão hòa tự dùng

[KJ/h]

Dtg

[KJ/h]

: lưu lượng hơi quá nhiệt trung gian

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 10


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Dxa
: là lưu lượng nước xả lò. Dxa = (1,5-2)% Dqn
[KJ/h]
’
iqn , inc , ibh , is , i”tg, i tg - lần lượt là entanpi của hơi quá nhiệt, nước
cấp, hơi bão hòa, nước sôi, entanpi ra và vào bộ quá nhiệt trung
gian.
- Lò hơi không có quá nhiệt trung gian, không sản xuất hơi bão hòa và
Dx
D

lượng nước xả lò nhỏ p =
< 2% nên ta có thể coi:
Qhi = B.Q1 = Dqn.(iqn - inc)
(1)
Với tqn = 445oC và Pqn = 6,4 Mpa = 64 bar tra bảng nước chưa sôi và hơi
quá nhiệt ta có: iqn = 3282,9 [kJ/kg]
Với tnc = 180oC tra bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ
ta có: inc = 763,1 [kJ/kg]
(1) => Qhi = B.Q1 = Dqn.(iqn - inc) = 150.1000 (3282,9 - 763,1)

= 377970000 [KJ/h]
- Với 1kg nhiên liệu rắn, lỏng :
3.3/ Xác định các tổn thất nhiệt của lò:
3.3.1/ Tổn thất nhiệt do thải mang ra ngoài:
Q2 =
Trong đó:
ứng

(ith − ikkl ).( 100 − q4 )
100

, kJ/kg

(2)

ith - Entanpi khói thải, tính theo nhiệt độ khói thải

θ th

= 120oC và

với hệ số không khí thừa αth =1,39. Ta có: ith = Vth .(C.θ)th
Vth - thể tích khói thải:
Vth =Vkkho + VH2O= V0k khô + (α-1) V0kk + VH2O
= 4,325 + (1,39 – 1).4,47 + 0,58
m 3tc
kg

= 6,648 [
]

Cth - Nhiệt dung riêng của khói. Tra bảng tính chất nhiệt vật lý của
khói. Ta có: Cth = 1,077 [kJ/kg k] => ith = 1080,843 [kJ/kg]
ikkl - Entanpi không khí lạnh vào lò , kJ/kg
I0kkl =V0kk.(Ct)kkl –entanpi của không khí lý thuyết tính theo nhiệt
độ
của không khí lạnh tkkl=300 C ứng với αth =1,39
Suy ra: C=1,2866+0,0001201.30=1,29kJ/kg
I0kkl = 4,47. 1,29. 30 = 172,989 [kJ/kg]
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 11


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Ikkl = 1,39. 172,989 = 240,455
(2) => Q2 =

(ith − ikkl ).( 100 − q4 )
100

[kJ/kg]

= = 798,369 [kJ/kg]

Q2
Qđv

Ta có:
q2 =
.100 = = 4,498%
3.3.2/ Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học:
Ta chọn : Q3 = 0 ; q3 = 0
3.3.3/ Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học:
- Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q4 được xác
định theo tiêu chuẩn tính nhiệt, theo bảng 16 ta được q4=5 % :
Q4 = q4. Qdv /100 = 5.17750/100 = 887,5 [kJ/kg]
3.3.4/ Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh:
- Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh Q5 hoặc q5 được
xác
định theo toán đồ thực nghiệm. Với sản lượng lò D = 150 T/h, ta chọn:
q5 = 0,5%.
3.3.5/ Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài: Q6 (kJ/kg) hay q6 (%)
- Với: Alv= 39 < 2,5 Qlvt = 2,5. 17,75 = 44,375 nên có thể bỏ qua tổn thất
Q6
3.4/ Hiệu suất lò hơi và lượng tiêu hao nhiên liệu:
3.4.1/ Hiệu suất lò hơi:
- Theo công thức 3-23b trang 37 (TNTBLH) ta có:
η = 100– (q2 + q3 + q4 +q5 + q6), %
=>
η = 100 – (4,498 + 0 + 5 + 0,5 + 0) = 90 %
3.4.2/ Lượng tiêu hao nhiên liệu của lò:
- Theo công thức 3- 26 trang 37 (TNTBLH) ta có:
Qhi
η .Qtlv

B=
= = 23660,094

[kg/h]
3.4.3/ Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán của lò:
- Theo công thức 3- 27 trang 38 (TNTBLH) ta có:
Btt = B( 1 -

q4
100

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

) = = 22477,089 [kg/h]

Page 12


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

CHƯƠNG 4
THIẾT KẾ BUỒNG LỬA
4.1. Xác định kích thước hình học của buồng lửa:
4.1.1. Xác định thể tích buồng lửa:
- Theo công thức 4-1 trang 19 (TNTBLH) ta có thể tích buồng lửa tính
theo
nhiệt thế thể tích buồng lửa :

Vbl =

Btt .Qtlv

qv

Trong đó:
qv - nhiệt thế thể tích buồng lửa . Theo bảng 3 trang 176 (TNTBLH), với
buồng lửa thải xỉ khô đốt than antraxit ta có : qv = 140 kW/m3
=>Vbl = = 791,60 [m]
4.1.2. Xác định chiều cao buồng lửa:
- Chiều dài ngọn lửa tạo nên trong quá trình cháy tùy thuộc vào loại nhiên
liệu, phương pháp đốt và công suất lò hơi .
Ta có chiều dài ngọn lửa là:
ℓnℓ = ℓ1 + ℓ2 + ℓ3
Theo bảng trang 45 (TNTBLH) ta chọn chiều dài ngọn lửa với buồng lửa
phun là :
ℓnℓ = 14 m
- Chiều cao buồng lửa được lựa chọn dựa trên cơ sở bảo đảm chiều dài
ngọn lửa để nhiên liệu được cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa. Khi
đó
chọn chiều cao buồng lửa khoảng H=15 [m]
- Diện tích tiết diện ngang của buông lửa:
Fbl = = 52,77 [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.b , m2
(6)
Với :
a - chiều rộng của buồng lửa.
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 13

Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

b - chiều sâu của buồng lửa.
- Ta chọn nhiệt thế chiều rộng buồng lửa qr = 20 [t/m.h] theo bảng 4.2
(TNTBLH).
Suy ra chiều rộng a của buồng lửa được tính theo công thức:
a= D/qr= 150/20= 7,89
[m]

l3

Chiều sâu buồng lửa:
b = = 6,31 [m]
Kiểm tra điều kiện a và b:
+ = 1,25 (thỏa mãn).
+ qr = 19 [t/m.h] thỏa mãn điều kiện ở bảng 4.2
+ chiều sâu b = 6,31 > 6,27 m - Chiều sâu b tối thiểu của buồng lửa
=> (thỏa mãn)
+ hệ số x = = 1,2 > 1,2 (thỏa mãn)
Vậy: chiều rộng buồng lửa: a = 7,89 m và chiều sâu b = 6,31 m.
=> Tiết diện ngang của buồng lửa là: Fbl= a.b= 7,89.6,31= 49,79 m2.
Theo TNTBLH ta chọn chiều dài ngọn lửa với buồng lửa phun có
D= 150 - 230 T/h là:
ℓnℓ= 14 m.
Như vậy:

l2

4.1.4. Chọn loại, số lượng vòi phun và cách bố trí:
* Chọn loại vòi phun tròn đốt bột than. Với sản lượng
hơi 150 T/h, chọn số lượng vòi phun theo bảng 4.4 tài
liệu [1] là 4 vòi phun, bố trí ở hai tường bên đối xứng nhau. l
Các kích thước cơ bản lắp ráp với lò phun bột than thải xỉ khô (theo bảng
4.5)
1

- Từ trục vòi phun dưới đến mép phiễu thải tro xỉ bằng 2,4 m.
- Từ trục vòi phun đến mép tường bằng 2,4 m.
- Giữa các trục vòi phun trong dãy theo phương ngang bằng 2,4 m.
- Giữa các trục vòi phun theo phương dọc bằng 2,4 m.
* Chọn tốc gió cấp 1 và cấp 2.
Tốc độ gió ra khỏi miệng phun được lựa chọn trên cơ sở đảm bảo quá
trình
bốc cháy nhiên liệu ổn định và an toàn. Nó phụ thuộc vào loại vòi phun
và
loại nhiên liệu được sử dụng. Tra bảng 4.4, trang 123, tài liệu [2] cho vòi
phun tròn đốt than antraxit:
+ Tốc độ gió cấp 1: 14m/s.
+ Tốc độ gió cấp 2: 20m/s.
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 14


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

4.1.5. Xác định thể tích buồng lửa:
4.1.5.1. Phần dưới của buồng lửa:
- Phễu tro lạnh được tạo bởi các dàn ống tường trước và tường sau
nghiêng 55-65 độ so với phương thẳng đứng nhằm đảm bảo cho xỉ dễ
trôi theo vách nghiêng xuống dưới.
- Lỗ thu xỉ ở phần dưới của phễu tro lạnh có kích thước bằng axb*.
Trong đó :
a: chiều rộng của buồng lửa.
b’: cạnh ngắn của lỗ thu xỉ hình chữ nhật, (chọn b’ = 1 m).
4.1.5.2. Chiều cao cửa khói ra ở tường sau của buồng lửa:
- Chiều cao khí ra phía sau buồng lửa hrb (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 = 6,31): Chọn hrb = 6 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 = 1,2 x hrb = 1,2 x 6 = 7,2 [m]
Kiểm tra thể tích buồng lửa:
Btt . Qt lv 3
=
,m
qv
Vbl min
Vbl min

m3

= = 791,60 [ ].
Xác định thể tích tính toán của buồng lửa theo công thức:
Vbltt = (3 −

θbt''
28
). lv .Vblmin
625 Qt

= = 1312,38 m3 > = 791,60 m3.
W/m3 < qv

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 15


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Để tính tiếp phải chia buồng lửa theo chiểu cao thành 3 vùng: vùng phễu
tro
lạnh, vùng có dạng lăng trụ: từ miệng phễu tro lạnh đến các mành ống
nhô
vào buồng lửa, vùng trên cũng bằng chiều cao của các mành ống nhô vào
và phần có tiết diện ngang nhỏ lại.
+ Khi phễu tro lạnh nghiêng một góc bằng α so với phương nằm ngang ta
có:
= 0,5.(6,31 -1).tg(60) = 4,6 m.

+ Thể tích nữa trên của phễu tro lạnh được xác định như sau:
+ Thể tích vùng trên cùng của buồng lửa:
Vvt = a.b’’. hm = 7,89.(0,7.6,31).7,2 = 250,92 m3
Với b’’ chiều sâu vùng trên buồng lửa đã trừ phần nhô vào của các mành
ống b”= 0.7b
+ Thể tích phần lăng trụ của buồng lửa:
Vltr = Vbltt - Vpl- Vvt = 1312,38 – 90,42 – 250,92 = 971,04 m3.
+ Chiều cao phần lăng trụ của buồng lửa được xác định theo thể tích và
tiết diện ngang của lăng trụ:
Vltr
f bl

hltr =
= = 19,5 m
+ Chiều cao tính toán của buồng lửa:
hbltt = 0,5.hpl + hltr + hvt
= 0,5.4,6 + 19,5 + 7,2 = 29 m.
+ Chiều dài tính toán của các mặt nghiêng là :
Lng = 0,5.hpl / sin α
=0,5.4,6/sin(60o) = 2,66 m.
4.1.5.3. Diện tích buồng lửa:
a ) Diện tích tường bên:
Diện tích tưởng bên được tính theo công thức sau:
= m2 b) Diện tích tường sau:
Fs = (hltr + hm + Lng − hrb ).a
= (19,5 + 7,2 + 2,66– 6).7,89 = 184,31
2
m.
c) Diện tích tường trước:
Ft = (hltr + Lng + hm ).a

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

= (19,5 + 2,66 + 7,2).7,89 = 231,65 m2.

Page 16


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

d) Diện tích tường buồng lửa:
Fbl = 2Fb + Fs + Ft = 2.179,94+ 184,31+ 231,65= 775,84 m2.
e) Thể tích buồng lửa thực tế:
×

×

Vtbl=Fb a=179,94 7,89=1419,73 (m3).
Ta nhận thấy tỷ số thể tích buồng lửa theo giả thiết hình vẽ Vtt gần đúng
với trị số ban đầu tính theo nhiệt thế thể tích buồng lửa Vbℓ = 1419,73 m3.
Nên ta chọn thể tích buồng lửa với giá trị là 1419,73 m3. Do đó ta lấy các
thông số đã chọn.

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 17

Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

4.1.6. Dàn ống sinh hơi:
Bước ống của dàn ống sinh hơi ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ tường lò
và đảm bảo quá trình cháy ổn định.
- Chọn bước ống s = 75 mm
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 18


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

- Đường kính ống d = 60 mm
Chọn độ đặt ống (e) cho tường trước và tường bên e = (0,81)d=60mm,
khoảng cách từ tâm ống đến tường trước, sau là e’= 60mm.
- Hệ số góc của tường dàn ống : Với s/d = 75/60 = 1,25 ; e/d = 1
ta tìm được hệ số góc bức xạ tường dàn ống là:
x = 1 - 0,2.(s/d - 1) = 1 – 0,2.(1,25 - 1) = 0,95
- Số ống ở mỗi tường bên là
N1 = - 1 = - 1 = 103 ống
- Số ống ở tường trước hay tường sau là
N2 = = +1 = 85 ống
Bảng 4

Đặc tính cấu tạo dàn ống sinh hơi

s

d

e

TT

Tên đại lượng

1

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

2
3
4
5
6
7
8

Hệ số bức xạ hữu hiệu

Số ống
diện tích bề mặt bức xạ
hữu hiệu

Kí
hiệu
d

Đơn
vị
mm

Tường
trước
60

S
S/d
e

mm
mm

75
1,25
60

75
1,25
60

75
1,25
60

75
1,25
6

F

m2

231,65

m2

179,9
4
0,95
103
170,9
4

40,12

0,95
85
220,07

184,3
1
0,95
85
175,1

xi
n
H

Tường Tường feston
sau
bên
60
60
60

4.2 Tính nhiệt buồng lửa:
Các đặc tính nhiệt của tường buồng lửa.
- Nhiệt lượng sinh ra hữu ích trong tường buồng lửa:
Qbl = Qtrlv .

100 − q3 − q4 − q6
kk
+ Qkkn − Qng
+ r.I ktth , kJ / kg
100 − q4

Trong đó:
+ Qlvtr = Qlvt – nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc

+ Nhiệt lượng do không khí nóng mang vào buồng lửa:
0
0
Qkkn = (α bl − ∆α bl − ∆α ng ).I kkn
+ (∆α bl + ∆α ng ).I kkl
, kJ / m3
Trong đó:
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 19

1
105
40


Đồ án lò hơi
•
•
•

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

∆αbl và ∆αng – lượng không khí vào buồng lửa và hệ thống nghiền than
(bảng 2.1,trong chương 2).
Qngkk – lượng nhiệt chứa trong không khí được sấy sơ bộ bằng nguồn
nhiệt khác trước bộ sấy chính trong lò hơi ,kJ/kg (bỏ qua).
r.Iktth – nhiệt lượng của khói tái tuần hoàn mang vào buồng lửa, kJ/kg
(bỏ qua).

Dựa theo bảng số liệu đã lập ở chương 2 ta có :
Qkkn = (αbl - ∆αbl - ∆αng)V0kk(Ct)kkn + (∆αbl + ∆αng) V0kk(Ct)kkl
Với:
αbl - Hệ số không khí thừa buồng lửa.
∆αbl - Hệ số lọt không khí lạnh vào buồng lửa. Với ∆αbl=0,1.
∆αng - Hệ số lọt không khí lạnh vào hệ thống nghiền than. Nên ∆αng = 0,1.
Qkkn = (1,25 – 0,1 – 0,1).[4,47.(1,2866 + 0,0001201.tkkn). tkkn] +
(0,1+0,1).[4,47.(1,2866 + 0,0001201. tkkl). tkkl]
=1,05.[4,47.(1,2866 + 0,0001201.370). 370]+ 0,2.[4,47.(1,2866+
0,0001201.30). 30] = 2346,08 [kJ/kg]
=> [kJ/kg]
- Nhiệt độ cháy đoạn nhiệt (nhiệt độ cháy lý thuyết) θa [°C] được xác định
bởi biểu thức :
θa =

Qbl ο
, C
∑Vi .Ci

+ Xác định trực tiếp theo số liệu trong bảng 2.5 của chương 2 đã tính ở
trên theo giá trị Qbl đã biết bằng cách nội suy trong vùng nhiệt độ khói cao
ứng với giá trị αbl và lấy Ik=Qbl = 20096,08 kJ/Kg => θa=1599,03 °C.
- Nhiệt độ khói ra của buống lửa đã chọn ở chương 1 có giá trị:
θ’’bl=1050°C
- Nhiệt lượng hấp thu riêng của buồng lửa bằng:
Qbx=ϕ.(Qbl-I’’bl) ,kJ/kg
Trong đó:
I’’bl- entanpi của khói ra khỏi buồng lửa được xác đinh theo θ’’bl= 1050oC
lấy từ bảng 2.5 đã tính ở chương 2. Ta có I’’bl= 12436,079 kJ/kg.
ϕ- hệ sô giữ nhiệt

ϕ=
Qbx=0,995.(20096,08 – 12436,079) =7621,7 kJ/kg.
abl – độ đen buồng lửa phụ thuộc vào độ đen ngọn lửa
abl =

a nl
a nl + (1 − a nl )ψ tb

Độ đen của ngọn lửa xác định theo công thức sau :
a nl = 1 −

Trong đó :
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 20


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

K - là hệ số làm yếu bức xạ của buồng lửa
k=kk.rk+ktr.μtr+kC.x1.x2 (cm2/m.kG)
ktr – là hệ số làm yếu bức xạ bởi tro, tra theo toán đồ 4 TNTBLH trang 151
khi đốt than được nghiền trong máy nghiền bi ở nhiệt độ θ’’bl= 1050oC ,
ta
có ktr= 0,85 1/(m.Bar).
μtr là nồng độ tro bay theo khói: μtr =9,076 g/m3tc
kC là hệ số làm yếu bức xạ của các hạt cốc, thường kC=1
x1, x2 là hệ số kể đến ảnh hưởng của nồng độ các hạt cốc có trong ngọn

lửa
x1 = 1 (khi đốt nhiên liệu than antraxit)
x2 = 0,1 (khi đốt theo kiểu phun)
s – chiều dày tác dụng của lớp khí bức xạ trong buồng lửa (m) và được
tính
theo :
kk là hệ số làm yếu bức xạ của khí 3 nguyên tử và hạt muội bay theo khói
 0,78 + 1,6rH 2O

T" 
kk = 
− 0,11 − 0,38 bl 


1000 
p k .s



rk là phân áp suất của khí 3 nguyên tử được tính theo phân thể tích:
rk = rH2O+rRO2 = 0,218
Với: pk phân áp suất khí 3 nguyên tử
pk = p . rk = 1 . 0,218 = 0,218 bar. Với p = 1kG/cm2
⇒ = 0,323
⇒ k = kk.rk+ktr.μtr+kC.x1.x2 = 0,323.0,218+0,0325.13,15+1.1.0,1 = 0,6
⇒ độ đen của ngọn lửa anl =1- = 1- = 0,98
ψtb - hệ số sử dụng nhiệt hữu ích trung bình của dàn ống

∑ψ F
i

ψ=
nhau)

F

i

= χ .ξ

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

=> ψ = 0,95.0,45 = 0,428 (chọn ζ =0,45)
=>
VCtb – nhiệt dung trung bình của khói:
= 8,03 kJ/kg.độ
⇒Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa kiểm tra :
o

C

Khi đốt nhiên liệu rắn kém phản ứng như antraxit :
M= 0,56-0,5.Xbl
Trong đó:
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 21


Đồ án lò hơi

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

-.
- Khoảng cách từ đáy buồng lửa hay từ giữa phễu tro lạnh đến trục vòi
phun. Do bố trí vòi phun 1 tầng, nên = 2m chính bằng khoảng cách từ trục
vòi phun dưới đến mép phiễu thải tro xỉ đã chọn ban đầu.
- Khoảng cách từ đáy buồng lửa hay từ giữa phễu tro lạnh đến cửa ra
buồng lửa.
X bl =

hvp
H bl

=

2
= 0,13
15



Thay vào tính M ta được :
M = 0,56- 0,5.0,13 = 0,48
⇒ entanpi của khói ở θ”bl là I”bl=12220,1 kJ/kg
Lượng nhiệt truyền bằng bức xạ của buồng lửa :
Qbx = ϕ(Qbl – I”bl) = 0,995 (29581– 12220,1 ) = 17274kJ/kg

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 22


Đồ án lò hơi

CHƯƠNG 5:

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

TÍNH NHIỆT VÀ KẾT CẤU CÁC BỀ MẶT
NHIỆT CỦA LÒ HƠI

5.1/ Đặc tính cấu tạo của pheston:
Dãy ống pheston chính là các ống của dàn ống sinh hơi tường sau nối lên
bao hơi, đoạn đi qua cửa ra buồng lửa tạo nên. Ở đây cụm pheston được
bố trí thành 4 dãy, để tránh bám tro xỉ ta bố trí các ống thưa ra và so le
nhau . Cách bố trí như sau:

s’

Bảng 5.1 :Đặc tính cấu tạo pheston
STT Tên các đại Kí hiệu và công Đơn
Dãy số
lượng
thức
vị
1
2
3
Đường kính

1
ngoài của
d
mm
60
60
60
ống
Bước ống
2
S1
mm 300
300
300
ngang
Bước ống
3
ngang
S1/d
5
5
5
tương đối
Bước ống
S2 (chọn
4
mm 240
240
240
dọc

S2/d>=3,5)
5
Bước ống
S2/d
4
4
4
dọc tương
SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 23

4
60
300
5
240
4


Đồ án lò hơi

6
7
8

9

10
11

12
13

14

15

16
17
18
19
20
21
22

đối
Chiều dài
mỗi ống
Số ống mỗi
dãy
Chiều dày
hữu hiệu
lớp bức xạ
khói
Hệ số góc
mỗi dãy
ống
Bề mặt hấp
thụ nhiệt
của mỗi

dãy
Tổng diện
tích bề mặt
pheston:
Hệ số góc
toàn cụm
pheston
Diện tích
bề mặt chịu
nhiệt bức
xạ
Diện tích
bề mặt chịu
nhiệt đối
lưu
Chiều cao
tiết diện
đườngkhói
Đầu vào
Đầu ra
Chiều rộng
đường khói
Tiết diện
đường khói
đi
Đầu vào
Đầu ra

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

L(chọn theo cấu
tạo)

m

5

5

5

5

Z

ống

33

33

33

33

m

2,7

2,7

2,7

2,7

0,73

0,73

0,73

0,73

31,1

31,1

31,1

31,1

s= 0,9.d.
(4/Π.S1.S2/(d*d)1)
χi tra theo toán đồ
1
Hi=ΠdlZ

m2

Công thức

Hp=∑Hip=4.Hip

m

2

124,4
1
1-(1- χ i)n=1-(1-0,73)4

χp

HPbx

m2

dl
P

H

m

2

Hp- Hpbx= 124,41 –
43,1

b

m

Theo cấu tạo lò hơi

b'
b''

m
m

a

m

Theo cấu tạo lò hơi

FP'
FP''

m2
m2

b’(a-d.z)
b''(a-d.z)

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 24

Fp* χ p

0,99
43,1

81,31

6,31
5,31
7,89

38,05
32,02


Đồ án lò hơi

23

ST
T

1

2

3

4

5

6

GVHD:PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng

Tiết diện
trung bình
đường khói
đi

Tên đại
lượng

Nhiệt độ
khói ra
khỏi
buồng lửa
Nhiệt độ
khói ra sau
pheston
Nhiệt độ
khói trung
bình cụm
pheston
Entanpi
khói sau
buồng lửa
Entanpi
khói sau
pheston

Lượng
nhiệt khói
truyền đi
ứng với
1kg nhiên
liệu

Fp

m2

30,04

(Fp’+Fp’’)/2

Bảng 5.2: Tính truyền nhiệt PHESTON
Kí
hiệ Đơn vị
Công thức
Kết quả
u
Cân bằng nhiệt
1
2

bl

’’

1048

1048

950

1000

999

1049

12436,0
4

12436,0
4

11774,4
9

12094,6
8

658,26

339,65

0

C

Tính ở trước

pt

’’

0

C
Tính chọn theo bl

’’

0

C
=(bl”+pt’’)/2

Ibl’’

kJ/kg

Ipt’’

kJ/kg

Tra bảng 3 với
t=10480C
Tra bảng 3 với
tương ứng

’’
pt

Qcb
k

kJ/kg

Qcbk
=φ.Ipt=0,995.Ipt=
0,995.( Ibl’’ - Ipt’’)
Truyền nhiệt

SVTH: Mạc Như Túc – 12N1

Page 25

Gh
i
ch
ú