đồ án lò hơi đốt than phun

Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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 10 tháng 10 năm 2013
Người thiết kế
Phùng Ngọc Thắng

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 1

Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

PHẦN I
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1.1. Nhiệm vụ thiết kế:
1. Sản lượng hơi quá nhiệt
: D= 200 T/h
2. Áp suất hơi quá nhiệt
: pqn= 90 bar
3. Nhiệt độ hơi quá nhiệt
: tqn= 515 0C
4. Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi:
: tnc= 160 0C
5. Hệ số xả nước lò
: P= 3%
6. Chọn nhiệt độ không khí lạnh ( không khí ngoài trời ) : t’kk = 26 0C
7. Thành phần nhiên liệu than cám Vàng Danh 5-3 :

8.
Thành phần
%

Clv
67.3

Hlv
1.3

Nlv
0.53

Olv
1.9

Slv
1.17

Alv
26.5

Wlv
4.9

Vlv
5

t1 0C
1500

9. Nhiệt trị của nhiên liệu: Qtlv= 339Clv + 1030Hlv – 109( Olv – Slv) – 25Wlv = 23951.63 KJ/Kg
1.2. Chọn phương án thiết kế, phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa

Căn cứ vào công suất và loại nhiên liệu để tiến hành chọn cấu tạo lò hơi cũng như phương
pháp đốt phù hợp nhất. Dựa vào sản lượng hơi quá nhiệt (D= 200T/h) ta chọn lò 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 ta đang tính toán sử dụng cũng có chất

lượng không cao
• Phương pháp thải xỉ:

Vì nhiệt độ bắt đầu biến dạng của nhiên liệu khá cao t1 = 1500 0C, nên ta chọn phương pháp
thải xỉ khô.

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 2

t3 0C
1500


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện
•
•

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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 =1500 0C
•

Nhiệt độ không khí nóng – nhiệt độ không khí ra khỏi bộ sấy không khí: (chọn theo hướng

dẫn ở trang 20 sách tính nhiệt lò hơi) ta chọn: t’’kk= 350 0C
1.3. Chọn dạng cấu tạo các bộ phận của lò hơi:
1.3.1. Dạng cấu tạo của dãy pheston:
Cấu tạo của dãy pheston gắn liền với cấu tạo của giàn ống sau buồng lửa. Chiều cao của
pheston tại cửa ra buồng lửa phụ thuộc đường vào kích thước khói đi vào bộ quá nhiệt. Vì vậy
kích thước cụ thể của pheston sẽ được xác định sau khi đã xác định cấu tạo cụ thể của buồng lửa
và các giàn ống xung quanh nó.
1.3.2.

Dạng cấu tạo bộ quá nhiệt:

Theo thông số hơi yêu cầu cùng với việc sử dụng hơi sau này (gắn liền với tua bin trong
chu trình nhiệt ) ta quyết định hướng chọn bộ quá nhiệt như sau:
 Không đặt quá nhiệt trung gian chỉ đặt quá nhiệt sơ cấp.
 Đối với quá nhiệt sơ cấp thì chọn loại hoàn toàn đối lưu không có bộ quá nhiệt nửa bức

xạ.
 Đối với quá nhiệt đối lưu thì lại chọn hai cấp.
1.3.3. Bố trí bộ sấy không khí và bộ hâm nước:

Đối với buồng lửa đốt than phun ta chọn không khí nóng yêu cầu la 3500C. Khi không khí
nóng yêu cầu cao như vậy đòi hỏi bộ sấy không khí phải đặt ở vùng khói có nhiệt độ tương đối
cao. Lò hơi công suất 200 T/h đốt than bột ta bố trí 2 cấp hâm nước và 2 bộ sấy không khí xen kẽ
nhau: hâm nước 1 sấy không khí 1 hâm nước 2 sấy không khí 2 theo chiều đi của khói ra.

1.4. Cấu tạo tổng thể của lò hơi:

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 3


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

1- Bao hơi

8- Bộ hâm nước cấp I

2- Bộ pheston

9- Bộ sấy không khí cấp I

3- Bộ quá nhiệt cấp I

10- Dàn ống sinh hơi

4- Bộ giảm ôn

11- Vòi phun

5- Bộ quá nhiệt cấp II

12- ống góp dưới

6- Bộ sấy không khí cấp II

13- phần đáy thải xỉ

7- Bộ hâm nước cấp II

14- Đường thoát khói
Hình 1: sơ đồ cấu trúc buồng lửa

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 4


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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, 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.
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.

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 5


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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(67,3 + 0,375.1,17) + 0,265.1,3 – 0,0333.1,9
= 6,31 (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(67,3 + 0,375.1,17)
= 1,264 (m3tc/kg)
Thể tích N2 lý thuyết trong sản phẩm cháy
V0N2 = 0,79.V0KK + 0,008.Nlv
= 0,79.5 + 0,008.1.5
= 3,962 (m3tc/kg)
Thể tích hơi nước trong sản phẩm cháy

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 6


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

V0H2O = 0,112.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 = 0,112.1,3 + 0,0124.4,9 + 0,0161.5
= 0,287 (m3tc/kg)
Vậy thể tích khói khô lý thuyết:
V0kkhô = V0RO2 + V0N2

= 1,264 + 3,962
= 5,226 (m3tc/kg)
Thể tích khói lý thuyết
V0k = V0kkho + V0H2O
= 5,226 + 0,287
= 5,513 (m3tc/kg)
2.2.2 Thể tích sản phẩm cháy thực
(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

= 0,287 + 0,0161(1.25 -1).5,226
= 0,308 (m3tc/kg)
Thể tích khói thực tế
Vk = Vkkho + VH2O
= V0kkho + (α -1).V0kk + VH2O
= 5,513 +(1,25-1).5,226 +0,287
= 7,1065 (m3tc/kg)
Phân thể tích các khí:
-

Khí 3 nguyên tử: r RO2 =

-

Hơi nước:

= = 0,178
r H20 =
= = 0,0404
Vậy rn= r RO2 + r H2O
= 0,178 + 0,0404
= 0,2184

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 7


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

Nồng độ tro bay theo khói (tính theo thể tích khói)

μ= 10. (kg/m3tc)
với ab hệ số tro bay theo khói (theo bảng đặc tính tính toán của các loại buồng lửa-đồ án môn học
lò hơi-NSM) với lò phun thải xỉ khô ta có ab = 0,9

μ= 10. = 3,356 (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

Các bộ phận của lò
Buồng lửa
Bộ 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
Hệ thống nghiền than

Δα
0
0
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
1,32
1,32
1,37
1,37
1,39
1,39
1,44
’

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

- Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy:

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 8


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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
-

= = 1,01 < 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: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 9


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

BHN
Cấp II

BSKK
Cấp II

BHN
Cấp I

BSKK
Cấp I

Khói

thải

1,263

1,288

1,31

1,345

1,38

1,415

1,44

’’

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

1,476

1,553

1,700

1,830

2,037

2,244

2,450

2,598

VH2O

m3tc/kg

0,354

0,355

0,357

0,359

0,363

0,366

0,369

0,372

Vk

m3tc/kg

7,678

7,756

7,905

8,037

8,248

8,458

8,667

8,818

rH2O

_

0,046

0,046

0,045

0,045

0,044

0,043

0,043

0,042

rRO2

_

0,154

0,153

0,150

0,147

0,143

0,140

0,136

0,134

rn
μ

_
Kg/ m3tc

0,2
29,305

0,199
29,000

0,195
28,460

0,192
27,990

0,187
27,280

0,183
26,600

0,179
25,950

0,176
25,520

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 10


Đồ án môn học: Lò Hơi

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

Mỗi bộ phận lò hơi có hệ số không khí thừa và vùng nhiệt khói làm việc khác nhau. Để đơn giản, không cần tính entanpi cho suốt giải
nhiệt độ 1000C-22000C cho tất cả các bộ phận mà ở mỗi bộ phận chỉ cần tính trong phạm vi nhiệt độ làm việc của bô phận đó mà thôi.
Bảng 4: Entanpi của sản phẩm cháy (dựa vào bảng 3-2 trang 36 lò hơi 1)
Hệ số không khí thừa

αbl&pt

αqn2

αqn1

αhn2

αskk2

αhn1

αskk1

Khói thải

Thông số

1,25
Ik
kJ/kg

1,263

1,288
Ik
kJ/kg

1,31
Ik
kJ/kg

1.345
Ik
kJ/kg

1,38
Ik
kJ/kg

1,415
Ik
kJ/kg
1174,076
2376,36
6
3610,66
6

1,44
Ik
kJ/kg
1267,934
2414,932

0

t( C)

0

0

100
200

I kk
kJ/kg
767,355
1542,622

Ik
kJ/kg
855,624
1736,178

300

2331,825

2642,959

400

3136,736

3576,608

500

3961,664

4629,338

600

4802,891

5520,692

700
800
900

5662,068
6439,757
7422,231

6493,403
7532,181
8604,407

1000

8318,374

9669,300

1100

9226,858

1200
1300

10145,73
5
11071,048

1400

12002,03

10747,40
0
12101,94
8
12890,92
4
14089,115

4548,996

10459,96

5
11748,894
13054,115
14638,82
4
15658,68
6
17089,62

5770,297

5857,453

6783,852

6903,925

7009,588

7982,526
9225,837
10913,55
3
11512,715

8124,078
9386,831
11140,147

8248,644

13124,79
0
14770,27
6

3429,43
8
4658,78
1
5996,112
7177,68
9

12766,66
7
14406,47
8
15064,95
3

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 11

2323,37
4
3447,43
8
4768,56

7
6134,77
0

3668,962


Đồ án môn học: Lò Hơi

1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200

1
12940,80
7
13886,67
0
14834,85
9
15791,50
5
16748,46
9
17715

18677,63
3
18677,63
3

15110,063
16232,73
5
18178,99
2
18755,18
1
19635,84
8
20779,64
9
22018,42
0
22018,42
0

GVHD: Thạc Sĩ . Nguyễn Duy Thiện

3
18345,26
5
19704,40
2
21887,65
9

22703,05
7
23822,96
5
25208,09
9
26687,82
8
26687,82
8

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 12


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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 =22246 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 . +
= 0,298 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 = 22246 kJ/kg

Mặt khác: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 13


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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 :
Qhi = B.Q1 = Dqn.(iqn - inc) + Dbh.(i’’ - inc) + Dx(i’ - inc)
Trong đó:
B – lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/h;
Dqn, Dbh – lưu lượng hơi quá nhiệt, lượng chi phí hơi bão hòa, kg/h;
Dx – lưu lượng nước xả lò, thường lấy (1,5 -2) % Dqn , kg/h;
iqn, inc , i’, i’’ – Entanpi của hơi quá nhiệt, nước cấp, nước bão hòa, hơi bão hòa, 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);
Với: tqn =5400C & Pqn = 110 bar, (tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt trang 297 BT Nhiệt
Động Kỉ Thuật), ta có: iqn =3450 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
=> Qhi = B.Q1 = 120.1000(3450 – 966,9)
= 297960000 kJ/h =82,77.103 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: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 14


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

Vì: lò hơi đốt than bột cháy theo ngọn lửa, thải xỉ khô 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 =1,44 từ bảng tính entanpi (bảng 4), ta có: Ik = 1555,684 kJ/kg
•

Ikkl – Entanpi của không khí lạnh vào lò kJ/kg
Ikkl = αth .I0kkl
αth = 1,44: 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 = 5,905(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 = 5,905.38 = 224,390 kJ/kg
Vậy: Ikkl = 1,44.224,390 = 323,122 kJ/kg

=>

Q2 = (1555,684 – 323,122)(1 - )
= 1207,911 kJ/kg

Tổn thất do khói thải mang ra ngoài:
q2 = = = 0,054 =5,4%
vậy hiệu suất của lò hơi:
= 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)
= 100 – (5,4 + 0 + 2 +0,55 + 0)
= 92,05 %
3.4. Lượng tiêu hao nhiên liệu
(Theo 4-13 trang 40 sách lò hơi 1);

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 15


Đồ án môn học: Lò Hơi

Thiện
Ta có: B =

=

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

= 14550,645 kg/h = 4,042 kg/s

Từ công thức Qhi = B.Q1 => Q1 = = = 20477,443 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- ) = 14550,645 . (1 - ) = 14259,632 kg/h = 3,961 kg/s
Bảng 5: cân bằng nhiệt và tính lượng tiêu hao nhiên liệu của lò hơi
STT
1

Đại
lượng
Qlvt

Đơn vị

Tên đại lượng hay cơ sở chọn công thức

Kết quả

kJ/kg

Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu

22246

0

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 – q5 hệ số bảo ôn
q2 + q3 + q4 + q5 + q6

130
1555,684
323,122
2
0
5,4
0,55
0
0,995
7,95

12



%

100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

92,05

13
14
15
16
17

inc
iqn
Qhi
B
Btt

kJ/kg
kJ/kg
kJ/h
Kg/h
Kg/h

Tra bảng hơi nước
Tra bảng hơi quá nhiệt
Dqn(iqn - inc)
B=

Btt = B. ( 1- )

966,9
3450
297960000
14550,645
14259,632

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 16


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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.

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 17


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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) với than xấu ta chọn: q v = 140 - 155 (kW/m3) ở
đây ta chọn qv = 145 kw/m3
Ta có: Vbl = = 608 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: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 18


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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)
Với: a – chiều rộng của buồng lửa
b – chiều sâu của buồng lửa

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 19


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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 = = =11,993 (m) vậy chọn chiều cao buồng lửa là 12m
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
Từ dạng buồng lửa, ta xác định tổng diện tích của tường buồng lửa và do đó xác định được bề
dày hữu hiệu của lớp bức xạ và có thể tiến hành tính nhiệt
3000
3753

2000

2000

A

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 20


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện
B

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

300

J

6500

3200
H

600 L

I

0,6m

7862
7222

7,8m
0,65m

1m

10975
A

A

6,5m
Mặt cắt A-A

C
1025

3250

O

3350

D

550
M

N

3010

2000
E

F
5000
Hình 1.1 : BẢN VẼ CỦA BUỒNG LỬA

AI =IL. tag600 = 5,629 m

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 21

Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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:

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 22


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

Fp = a.AL = 7,8.6,5 = 50,7 m2
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
Thực chất của việc tính chế tạo dàn ống pheston cũng là tính kiểm tra vì kích thước cấu tạo của
dàn pheston là phụ thuộc vào dàn ống sau và kích thước cửa khói ra buồng lửa. Những đại lượng
này đã được quyết định khi tính chế tạo buồng lửa. Như vậy nhiệm vụ tính chế tạo chỉ còn là
việc bố trí bước dọc và bước ngang của cụm ống.
(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

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 23


Đồ án môn học: Lò Hơi
Thiện

GVHD: Th ạc Sĩ . Nguy ễn Duy

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

1

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

d

2

3
4
5
6
7
8

Tường
sau
60

Tường
bên
60

Feston

mm

Tường
trước
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=Fi. χ

m2

126,889

71,951

77,891

48,165

N
Hbx

m2

104

104

86

104

60

402,787

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 24


Đồ án môn học: Lò Hơi

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

Khi tính kiểm tra buồng lửa thì các kích thước và bề mặt hấp thụ bức xạ đã có cần xác định nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa. khi ấy để
tính độ đen của buồng lửa thí cần chọn sơ bộ ra khỏi buồng lửa, và để tính nhiệt độ cháy lí thuyết thì cần chọn sơ bộ nhiệt độ không khí nóng
đưa vào buồng lửa.
Sai số giữa nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa chọn và tính không vượt quá phạm vi 1000C. Nếu vượt quá giới hạn này thì cần tính lại độ
đen buồng lửa xuất phát từ nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa đã tính.
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 chọn
Vth.Cth.tth (tra bảng 4)
Chọn theo thiết kế

Theo 3.3.5
Theo 2.2.3

350
2700
30
323,122
1,15

Qnkk

kJ/kg

(αbl - Δαng). Inkk + Δαng . Ikkl

3128,212

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

25374,212

15

Nhiệt độ cháy lý thuyết

tlt

0

C

Tra bảng 4 (cho Ilt = Qbl => tlt)

2005

16

Chiều dày bức xạ hữu hiệu của lớp khí

S

m

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

5,430

6
7
8
9
10
11
12
13

0

Sinh viên thực hiện: Hoàng Trung Hiếu - Lớp D9 – Nhiệt

Page 25