Đánh giá hiệu suất nhiệt của lò công nghiệp trong lĩnh vực cơ khí và các giải pháp tiết kiệm năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Trần Mạnh Tân

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA LÒ CƠNG NGHIỆP
TRONG LĨNH VỰC CƠ KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG
LƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

Hà Nội – Năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Trần Mạnh Tân

ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA LÒ CƠNG NGHIỆP
TRONG LĨNH VỰC CƠ KHÍ VÀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT
KIỆM NĂNG LƯỢNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT NHIỆT – LẠNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Trần Gia Mỹ

Hà Nội – Năm 2012


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn khoa học này do tôi tự thực hiện dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Trần Gia Mỹ.
Để hồn thành luận văn, tơi chỉ sử dụng những tài liệu được liệt kê
trong mục tài liệu tham khảo, ngồi ra khơng sử dụng bất cứ tài liệu nào khác.
Nếu sai, tơi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.

Kí tên

Trần Mạnh Tân

Luận văn tốt nghiệp

Page 1


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL
LỜI NÓI ĐẦU

Lĩnh vực cơ khí sử dụng năng lượng, nhiên liệu ở quy mơ lớn. Lị nung
phơi thép hiện nay chủ yếu được đốt bằng dầu, khí, suất tiêu hao nhiều năng
lượng.
Trong xu hướng giá năng lượng ngày một tăng, sự cạnh tranh giá thành
sản phẩm trên thị trường diễn ra rất gay gắt thì việc áp dụng các giải pháp tiết
kiệm năng lượng, giảm chi phí sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường là
một việc làm cần thiết, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Lò nung tiêu thụ một lượng lớn nhiên liệu trong cán cân năng lượng
của các nhà sản xuất. Có thể do kết cấu, chế độ vận hành làm cho các tổn thất
năng lượng càng tăng dần trong quá trình sử dụng. Vì vậy, việc cải thiện hiệu
suất lò dẫn tới tiết kiệm nhiên liệu và cải thiện mơi trường. Việc kiểm tra để
tìm ngun nhân tăng tổn thất năng lượng và đưa ra các giải pháp khắc phục
là hết sức cần thiết.
Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp cao học các vấn đề sau đây được
nghiên cứu và giải quyết:
1. Ý nghĩa tiết kiệm năng lượng trong lò nung.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả lò nung.
3. Đánh giá hiệu suất nhiệt của lị nung.
4. Đề xuất và tính tốn thực hiện các giải pháp tiết kiệm năng lượng.
5. Đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng của các giải pháp tiết kiệm
năng lượng
Trong qua trình thực hiện luận văn tác giả đã nhận được sự hưởng dẫn
tận tình của thầy giáo PGS.TS. Trần Gia Mỹ. Sự giúp đỡ nhiệt tình của nhà
máy cán thép Hòa Phát, lãnh đạo, cán bộ kỹ thuật và cơng nhân tại nhà máy
cán thép Hịa Phát, đã góp phần khơng nhỏ cho sự thành cơng của luận văn.

Luận văn tốt nghiệp

Page 2

Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, các cô trong Viện Khoa Học
Công Nghệ Nhiệt - Lạnh, cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua.
Tác giả đã cố gắng hồn thành tốt luận văn, mặc dù vậy khơng tránh
khỏi những sai sót. Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các
thầy, cơ giáo và tồn thể các bạn đồng nghiệp.

Trần Mạnh Tân

Luận văn tốt nghiệp

Page 3


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................2
Chương 1. Ý NGHĨA TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ NUNG .... 6

1.1. Thực trạng sử dụng năng lượng trong các nhà máy thép……………. 6

1.2. Vai trị của lị nung trong cơng nghiệp ................................................... 6
1.3. Lò nung đáy bước ................................................................................... 7
Chương 2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG
CỦA LÒ NUNG..................................................................................................10

2.1. Mức độ sử dụng năng lượng trong các lò nung .................................... 10
2.2. Quá trình cháy ....................................................................................... 11
2.3. Tổn thất nhiệt ở những khe hở .............................................................. 11
2.4. Áp suất trong lò ..................................................................................... 12
2.5. Nhiệt khí lị............................................................................................ 12
2.6. Tổn thất nhiệt qua vỏ lò ........................................................................ 13
2.7. Các yêu cầu cho hệ thống cấp nhiệt. ..................................................... 14
Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT CỦA LÒ NUNG ..........................................16

3.1. Cơ sở dữ liệu ......................................................................................... 16
3.2. Tính cân bằng nhiệt ............................................................................... 22
3.2.1 Các khoản thu nhiệt lượng................................................................... 22
3.2.2. Các khoản chi nhiệt lượng .................................................................. 24
3.2.3 Lượng tiêu hao dầu FO và các thơng số nhiệt đặc trưng của lị nung

33

Chương 4. CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ........................38

4.1 Các hướng tiết kiệm năng lượng trong lò nung. .................................... 38
4.1.1. Phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của lị . 38
4.2. Tính tốn một số giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò nung. ......... 50
Luận văn tốt nghiệp

Page 4

Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

4.2.1 Hiệu chỉnh hệ số khơng khí dư cho q trình cháy giảm tổn thất nhiệt
do khí dư mang ra ngồi mơi trường qua kênh khói. ................................... 51
4.2.2 Tăng cường trao dổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt sấy sơ bộ khơng khí
cấp vào lị. ..................................................................................................... 57
4.2.3 Giảm tổn thất nhiệt khe hở tay nâng phôi, cửa vào và ra phôi............ 64
4.2.4 Giảm tổn thất nhiệt qua tường bằng phương pháp cách nhiệt bằng
bông gốm cách nhiệt Ceramic 1260 ............................................................. 73
KẾT LUẬN .........................................................................................................85
PHỤ LỤC ............................................................................................................86

Phụ lục 1: Tính tốn giảm thiểu phát thải và tiết kiệm chi phí hàng năm ... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................88

Luận văn tốt nghiệp

Page 5


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Chương 1. Ý NGHĨA TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ NUNG
1.1. Thực trạng sử dụng năng lượng trong lĩnh vực cơ khí.

Trong lĩnh vực cơ khí sử dụng một lượng lớn lị nung đốt nhiên liệu, đa
dạng về chủng loại (lò buồng, lò liên tục, lò đáy bước,v.v…), về nhiên liệu (lò
đốt ga, lò dầu, lò đốt than), về năng suất (từ vài trăm kg/h đến hàng chục
tấn/h) để phục vụ cho nhiều mục đích cơng nghệ khác nhau(cán, kéo, rèn, dập
v.v… ).
Các nhà máy sản xuất thép trong nước có mức tiêu hao năng lượng cao,
chủ yếu là do công nghệ. Việc áp dụng những công nghệ tiên tiến cho các nhà
máy thép tại Việt Nam cũng bị hạn chế do các lị gang đều có cơng suất nhỏ
hơn 300 tấn. Bên cạnh đó, các nhà máy cán thép có cơng suất thấp và sử dụng
thiết bị lạc hậu đã khiến chênh lệch mức tiêu hao đối với cán thép của các nhà
máy này so với những nhà máy hiện đại ở mức 30%[9].
Lựa chọn áp dụng các giải pháp quản lý, kỹ thuật nhằm tiết kiệm và
nâng cao hiệu quả năng lượng nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả sản xuất kinh
doanh là việc làm cấp bách, rất được nhà máy quan tâm góp phần tăng sức
cạnh tranh của sản phẩm, nâng cao lợi nhuận và tránh ảnh hưởng tiêu cực đến
mơi trường.
1.2. Vai trị của lị nung trong cơng nghiệp
Lị nung biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng và tiêu thụ
một lượng năng lượng đáng kể trong q trình vận hành. Có thể khi trang bị
các phụ kiện cho lị vẫn có những chỗ chưa thật hồn thiện, đồng thời trong
q trình vận hành có thể có nhiều lý do làm cho các tổn thất năng lượng càng
tăng dần trong q trình sử dụng, do đó chỉ cần vài phần trăm cải thiện về
hiệu suất lò cũng mang lại mức tiết kiệm năng lượng đáng kể. Việc kiểm tra
để tìm nguyên nhân làm tăng tổn thất năng lượng và đưa ra các giải pháp khắc
Luận văn tốt nghiệp

Page 6


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

phục là hết sức cần thiết. Luận văn này phân tích đánh giá hiệu quả năng
lượng của lị nung, từ đó đề ra một số giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò
nung.
Lượng nhiệt cấp cho lò là nhiệt năng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu hoặc
biến đổi điện năng thành nhiệt năng. Trong lị cơng nghiệp, sự trao đổi nhiệt
có tầm quan trọng hàng đầu. Cấu trúc hợp lý của lò, chế độ nhiệt và nhiệt độ
phù hợp yêu cầu cơng nghệ là những nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp và quyết
định đến: chất lượng sản phẩm, năng suất của lò và năng suất của các thiết bị
liên quan đến lị, tỷ lệ phế phẩm, chi phí vật liệu, suất tiêu hao nhiên liệu, ơ
nhiễm mơi trường.
1.3. Lị nung đáy bước
Lị nung đáy bước là lị nung phơi liên tục có phần đáy di động di
chuyển được theo hành trình có thể tiến hoặc lùi để ra phơi hay hồi phơi nhờ
hệ thống piston thủy lực. Phần đáy lị gồm các dầm động và dầm tĩnh được
đúc bằng vật liệu là bê tông chịu lửa được gá trên các dầm chữ U bằng thép
chịu nhiệt.
Lị có chế độ nhiệt và nhiệt độ không thay đổi theo thời gian, nhưng
thay đổi theo chiều dài lò phụ thuộc vào giản đồ nung (hình 1.1).
Phơi nguội được chất vào lị, dịng khí nóng chuyển động ngược lại do
vậy nhiệt độ phơi tăng dần.

Luận văn tốt nghiệp

Page 7


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Hình 1.1 Giản đồ nung lị nung đáy bước
1- Nhiệt độ khói lị, 2- Nhiệt độ bề mặt phơi, 3- Nhiệt độ tâm phôi
a) Vùng sấy: trong vùng này phôi được nung sơ bộ, không cấp nhiên
liệu mà tận dụng nhiệt độ của sản phẩm cháy từ vùng nung sang. Để tránh
ứng suất nhiệt do đó phải nung phơi với tốc độ chậm từ nhiệt độ môi trường
tới trên 500 0C và đảm bảo độ chênh nhiệt độ giữa tâm và bề mặt phôi ở mức
cho phép. Thông thường độ chênh nhiệt độ ∆t = 50 0C[2].
- Ở một số lò nung hiện đại nhiệt độ xấp xỉ 1300-1400 0C, khói lị ra
700 – 8000C do đó có hệ số sử dụng nhiệt cao[2].
- Nếu nhiệt độ khói lị ra q cao dẫn đến phôi nung với tốc độ nhanh
gây ứng suất nhiệt trong phôi, giảm hiệu quả trao đổi nhiệt của lị.
b) Vùng nung: Vùng nung có nhiệt độ cao nhất. Nhiệm vụ của vùng
này là nung phôi nhanh tới 1050-12000C. Do vậy nhiệt độ khí thải lị phải cao
hơn 150-250 0C. Các mỏ đốt có thể đặt nghiêng (20-25 0) hoặc đặt ngang (00).
Khi cần cường hố q trình trao đổi nhiệt cần dịch chuyển vùng nhiệt độ cao
của ngọn lửa gần bề mặt nung để duy trì bức xạ trực tiếp tới phơi. Với góc đặt
bằng 00 thì bức xạ nhiệt phân bố đều[2].
Luận văn tốt nghiệp

Page 8


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

c) Vùng đồng nhiệt: Vùng đồng nhiệt có nhiệm vụ đồng đều nhiệt độ

theo chiều dày phôi và khử vết đen trên bề mặt phơi. Nhiệt độ khí lị u cầu
phải cao hơn nhiệt độ yêu cầu của nung kim loại khoảng 50- 70 0C.
- Đối với phôi mỏng không cần giai đoạn đồng đều nhiệt độ, vì sự
chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm phôi không đáng kể. Chỉ cần nung 2
giai đoạn là nung sơ bộ và nung nhanh.
- Khi nung phơi lớn để tăng năng suất lị, mỏ đốt dọc theo chiều dài lị
có thể bố trí 1 hoặc 2 dãy ở vùng nung, tuy nhiên phôi vẫn nung theo 3 giai
đoạn, trong đó có một vùng nung. Cho phép tăng nhiệt độ khói lị (100010500C), giảm chiều dài vùng sấy, tăng chiều dài vùng nung có nhiệt độ cao
làm tăng quá trình nung[2].

Luận văn tốt nghiệp

Page 9


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Chương 2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ HOẠT
ĐỘNG CỦA LÒ NUNG
2.1. Mức độ sử dụng năng lượng trong các lò nung
Khi đốt cháy một đơn vị nhiên liệu (1kg nhiên liệu rắn hoặc lỏng hay 1
m3 nhiên liệu khí) ở điều kiện tiêu chuẩn, nhiệt tỏa ra trong lò nung được sử
dụng cho nhiều mục đích khác nhau[1]:
Qthu = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8; kJ/kg
Qthu : lượng nhiệt cấp vào lị, kJ/kg hoặc kJ/m3
Q1: lượng nhiệt hữu ích dùng để nung kim loại, kJ/kg
Q2: tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về hóa học, kJ/kg
Q3: tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về cơ học, kJ/kg

Q4: tổn thất nhiệt do truyền qua tường, kJ/kg
Q5: tổn thất nhiệt do bức xạ khi mở cửa lò, kJ/kg
Q6: tổn thất do lọt sản phẩm cháy khi mở cửa, kJ/kg
Q7: tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngồi, kJ/kg
Q8: tổn thất nhiệt do nước làm nguội các kết cấu lò, kJ/kg.
Khi hệ số khơng khí dư trong lị càng lớn thì nhiệt độ cháy lý thuyết
của quá trình giảm, làm giảm lượng nhiệt hấp thu bằng bức xạ trong lò, dẫn
đến nhiệt độ khói trong lị tăng lên tức là nhiệt độ khói thốt tăng. Đồng thời
hệ số khơng khí dư càng lớn thì thể tích khói thải càng lớn và như vậy thì Q7
cũng càng lớn. Vì vậy cần khống chế ở mức nhỏ nhất, đồng thời hạn chế
không khí lạnh lọt vào lị nung. Tuy nhiên khi hệ số khơng khí thừa càng nhỏ
thì Q7 giảm nhưng Q2 lại tăng có thể do thiếu khơng khí hoặc khó pha trộn
khơng khí với nhiên liệu (nhưng khi hệ số khơng khí thừa q lớn làm cho

Luận văn tốt nghiệp

Page 10


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

nhiệt độ trong lị q thấp thì Q2 cũng lại tăng). Vì vậy phải tính chọn hệ số
khơng khí thừa sao cho tổng tổn thất nhiệt Q7 + Q2 là nhỏ nhất.

2.2. Q trình cháy
Lượng nhiệt theo khí lị phụ thuộc trực tiếp vào thể tích khí lị và gián
tiếp vào lượng khơng khí dư. Q trình cháy nhiên liệu được hồn tất với
lượng khơng khí xác định. Cần phải điều chỉnh lượng khơng khí xâm nhập

vào lị, duy trì áp suất khơng khí cháy ổn định. Khí dư q nhiều sẽ làm giảm
nhiệt độ của ngọn lửa, nhiệt độ lò và tốc độ gia nhiệt. Khí dư quá nhỏ sẽ làm
tăng thành phần khơng cháy hết trong khí lị được thải qua ống khói, đồng
thời làm tăng tổn thất nhiệt hơn.
Tối ưu hóa hệ số khơng khí dư của q trình cháy là một trong các giải
pháp kỹ thuật để tiết kiệm năng lượng. Nếu lị nung khơng có thiết bị điều
chỉnh tỷ lệ khơng khí trên nhiên liệu cấp vào tự động thì cần định kì lấy mẫu
khí trong lị và đo hàm lượng ơxy bằng thiết bị phân tích khí[8].
2.3. Tổn thất nhiệt ở những khe hở
Tổn thất nhiệt có thể xảy ra do bức xạ trực tiếp qua những khoảng hở
của lò nung. Như đầu vào, đầu ra phơi của lị, các lỗ thăm dị trên vách, trên
trần lị, các tay nâng phơi. Nhiệt cũng có thể mất do có sự chênh lệch áp suất
giữa mơi trường bên trong lị với mơi trường bên ngồi lị dẫn tới sự rị rỉ khí
lị ra qua các vị trí trên. Nhiệt bị mất do khơng khí bên ngồi xâm nhập vào,
nhiệt bị mất làm nhiệt độ trong lị khơng đồng đều và có thể gây ơxy hóa vật
nung.
Giảm tần suất và thời gian mở cửa lò hạn chế lượng nhiệt bức xạ ra
ngoài. Lượng tổn thất này chiếm khoảng 1% tổng nhiệt tỏa ra trong lò, nếu áp
suất lò được điều chỉnh hợp lý[8].

Luận văn tốt nghiệp

Page 11


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

2.4. Áp suất trong lị

Nếu trong lị có áp suất âm, khơng khí có thể xâm nhập vào các vết nứt
và khoảng hở, ảnh hưởng đến mức điều chỉnh tỷ lệ không khí trên nhiên liệu.
Tỷ lệ điều chỉnh này có thể làm kim loại không đạt được nhiệt độ mong muốn
hoặc khơng đồng đều nhiệt độ, ảnh hưởng đến q trình tiếp theo như rèn và
cán của phôi. Tiêu thụ nhiên liệu và sản phẩm hỏng cũng tăng lên. Để tránh
điều này cần duy trì áp suất dương trong lị.
Sự chênh lệch áp suất khơng được q cao vì có thể gây ngọn lửa cháy
trong lị lọt ra bên ngồi, vật liệu chịu lửa bị quá nhiệt, làm giảm tuổi thọ của
gạch, tăng bảo trì lị, làm cháy ống và thiết bị, mặc dù vấn đề này khơng phức
tạp như khí xâm nhập.
Vì vậy cần phải điều chỉnh chênh lệch áp suất bên trong và bên ngồi lị
để giảm tổn thất nhiệt và các tác động không tốt đối với sản phẩm.
2.5. Nhiệt khí lị
Ở lị nung cơng nghiệp, sản phẩm cháy sẽ ra khỏi lò với nhiệt độ cao.
Lượng nhiệt của khói lị chiếm 25-35% lượng nhiệt cấp vào lị và lượng nhiệt
tổn thất đi ra ngồi qua ống khói[8]. Lượng khơng khí dư càng lớn nhiệt độ
khói lị càng cao, lượng nhiệt tổn thất qua khói lị càng lớn.
Có thể thu hồi nhiệt khói thải để gia nhiệt sơ bộ cho tải trước khi đưa
vào lị, gia nhiệt khơng khí của q trình cháy hoặc các q trình khác:
- Gia nhiệt sơ bộ cho tải nạp vào lò:
- Nếu vật nung được gia nhiệt sơ bộ bằng nhiệt khí lị trước khi vào lị
nung thì lượng nhiên liệu dùng cho lị sẽ giảm. Phơi trước khi vào lị
thường có nhiệt độ bằng nhiệt độ phịng, việc sử dụng khí lị có

Luận văn tốt nghiệp

Page 12


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

nhiệt độ cao để gia nhiệt sơ bộ cho phôi sẽ giúp giảm tiêu thụ nhiên
liệu.
- Nung trước khơng khí của q trình cháy:
Hiện có nhiều loại thiết bị dùng để thu hồi nhiệt thải, thiết bị thu hồi nhiệt
thải bên ngoài là phổ biến nhất, ngồi ra cịn có các cơng nghệ khác như lị
nung cơng nghiệp tự thu hồi nhiệt thải. Ví dụ như, một thiết bị thu hồi nhiệt
thải hiện đại sử dụng khí lị ở nhiệt độ 10000C có thể gia nhiệt cho khơng khí
của q trình cháy lên đến 5000C, giúp tiết kiệm 30% năng lượng so với khi
cấp khơng khí lạnh cho q trình cháy trong lị[8].
Vì thể tích khơng khí của q trình cháy sẽ tăng lên khi được gia nhiệt sơ
bộ, cần phải tính đến yếu tố này khi thay đổi đường kính của đường ống cấp
khơng khí và quạt cao áp.
- Tận dụng nhiệt thải cho quá trình khác( để tạo hơi hoặc đốt nóng lị
hơi sử dụng nhiệt thải ):
Nhiệt độ khói lị có thể có nhiệt độ 400-6000C, kể cả sau khi đã thu hồi
nhiệt từ khói lị để gia nhiệt sơ bộ cho khơng khí của q trình cháy. Một giải
pháp khác là sử dụng lò hơi tận dụng nhiệt thải để tạo ra hơi hoặc nước nóng
từ sử dụng nhiệt thải này, nhất là khi hệ thống cần sử dụng một lượng hơi và
lượng nước nóng lớn. Đơi khi nhiệt thải từ khí lị được sử dụng gia nhiệt cho
các thiết bị khác với điều kiện là lượng nhiệt, nhiệt độ, thời gian vận hành của
thiết bị thích hợp. Nhờ đó có thể giảm mức tiêu hao nhiên liệu.
2.6. Tổn thất nhiệt qua vỏ lò
Một phần nhiệt của lò nung bị tổn thất do dẫn nhiệt qua tường lò. Mức
độ tổn thất nhiệt phụ thuộc vào:
- Độ phát xạ của vách lò;
- Độ dẫn nhiệt của vật liệu chịu lửa;
Luận văn tốt nghiệp

Page 13


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

- Độ dày của vách lò;
- Lò được hoạt động liên tục hay gián đoạn.
Có một số cách để giảm thiểu tổn thất qua vách lị:
- Chọn vật liệu chịu lửa thích hợp;
- Tăng độ dày của vách đối với lò hoạt động liên tục;
- Sử dụng gạch bảo ôn: Nhiệt độ vách lị phía ngồi và tổn thất nhiệt
của vách lị làm bằng composite thấp hơn nhiều so với vách lò làm
bằng gạch chịu lửa có cùng độ dày. Lý do là gạch bảo ơn có độ dẫn
nhiệt thấp hơn nhiều.
- Lập kế hoạch cho thời gian làm việc của lò: Với hầu hết các lò nhỏ
thời gian hoạt động xen kẽ với thời gian chờ.
2.7. Các yêu cầu cho hệ thống cấp nhiệt.
Loại và kết cấu thiết bị được xác định có tính đến hiệu quả kinh tế và
phụ thuộc vào các mục đích cơng nghệ, đặc điểm hoạt động, năng suất, và
loại nhiên liệu. Đối với dây chuyền sản xuất liên tục thơng thường sử dụng
với các lị hoạt động liên tục. Đối với dây chuyền sản xuất riêng lẻ thường sử
dụng cho lò chu kỳ. Chế độ nhiệt của lò và phạm vi điều chỉnh được xác định
phụ thuộc vào mục đích cơng nghệ của lị.
Các mỏ đốt được lắp cần phải đảm bảo vùng tiêu hao nhiên liệu cần
thiết, chế độ nhiệt độ. Loại và số lượng mỏ đốt cũng như sự sắp xếp được xác
định phụ thuộc vào đặc điểm và chế độ làm việc của lò, phụ thuộc vào vùng
điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu cần thiết và thành phần mơi trường khí. Các

mỏ đốt lắp trong lị cần phải có hồ sơ và được cơ quan nhà nước thẩm định.
Không cho phép được thay đổi bất kì một chi tiết nào đã qua thẩm định,
không cho phép lắp khi chưa thẩm định.

Luận văn tốt nghiệp

Page 14


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Hệ số khơng khí dư được xác định theo mục đích cơng nghệ của lò, khi
cần thiết điều chỉnh n ( > 1,5; hoặc < 0,8) cần sử dụng các mỏ đốt đặc biệt để
đảm bảo các giá trị n này, hoặc các thiết bị đặc biệt để cấp nhiên liệu bổ sung,
trong tất cả các trường hợp khác hệ số không khí nên duy trì gần với giá trị lý
thuyết (n = 1). Đối với các lị nung với diện tích > 1m2 (sàn lò) và t0lv >
600oC, trừ các lò được trang bị mỏ đốt tự hút, nhất thiết phải lắp đặt các thiết
bị trao đổi nhiệt để nung không khí cho q trình cháy[10].
Đối với các lị nung(trừ các lò rèn) cần được trang bị các hệ thống điều
chỉnh tự động bao gồm: điều chỉnh và duy trì nhiệt độ trong lò tương ứng với
chế độ đã cho, duy trì tỷ lệ khơng khí trên nhiên liệu trong giới hạn được xác
định bởi các yêu cầu công nghệ, tự động và an tồn.
Trên các lị được trang bị mỏ đốt tự hút tỷ lệ khơng khí trên nhiên liệu
được quyết định bởi mỏ đốt. Trong giới hạn của mỗi vùng cần đảm bảo cấp
đều nhiên liệu và khơng khí tới các mỏ đốt từ các bình chứa. Để làm được
điều này các bình chứa nên làm kín. Nếu điều này khơng thể thì nên thực hiện
các đoạn ống cấp khí và khơng khí tới các bình chứa đối xứng (trở kháng
bằng nhau) tới điểm phân chia hoặc là lắp đặt trở kháng bổ sung (tấm chắn

hoặc van điều chỉnh bằng tay) ở trên đoạn đường ống có trở kháng bé hơn.
Tiết diện của các đường ống cấp khơng khí tới mỗi mỏ đốt nên tính với
vận tốc khí ở trong các đường ống sao cho vận tốc trong ống gấp 3÷5 lần vận
tốc khơng khí ở trong các hộp khí. Trên tất cả các lị có tiêu hao khí từ
40÷400 m3/h, cần lắp đặt đồng hồ khí, cịn nếu tiêu hao hơn 400 m3/h cần lắp
đặt các tấm chắn và các thiết bị phụ trợ. Đối với các lò tiêu thụ khi ít hơn 40
m3/h cần lắp đặt các đồng hồ đo khí theo nhóm thiết bị với tổng tiêu hao khí
lớn hơn 40 m3/h[10].

Luận văn tốt nghiệp

Page 15


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT CỦA LÒ NUNG
3.1. Cơ sở dữ liệu
a, Thơng số kỹ thuật của lị.
- Lị nung đáy bước
- Năng suất lị : P = 60 t/h
- Kích thước vật nung 150x150x6000 (mmxmmxmm)
- Thành phần của thép CT3 [1].
Thành phần thép
C

Si

Mn

S

P

0,18

0,21

0,52

0,05

0,04

- Nhiên liệu dầu FO có các thành phần [7].
Nguyên tố

Cd

Hd

Od

Sd

Nd

Ad

Wd

Thành phần

88,50

5,4

0

1,0

2,0

2,1

1,0

- Nhiệt độ đầu và cuối của vật nung tđầu = 20 0C , tcuối = 1100 0C
- Nhiệt độ nung trước

+ khơng khí tkk = 300 0 C
+ nhiên liệu tdầu = 90 0 C nung 100 %

- Nhiệt dung riêng của dầu CP = 1,86 kJ/kg.K [5].
- Hệ số khơng khí dư n = 1,2
- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Qdt = 35647,5 kJ/kg
Luận văn tốt nghiệp

Page 16


Học viên: Trần Mạnh Tân
-

Khối lượng riêng của sản phẩm cháy

Cao học 10B – KTNL

ρ0 =1,336 kg/m3tc

b, Phương pháp nung và giản đồ nung.
- Phôi được xếp thành 2 hàng dọc theo chiều dài lị.
- Phơi vào lị có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường, chọn t1m =t1t = 20
- Giản đồ nung kim loại, chọn chế độ nung ba vùng: sấy, nung và đồng
nhiệt.

Hình 3.1. Giản đồ nhiệt độ nung phơi
- Giai đoạn sấy:
+ Nhiệt độ lị ở đầu giai đoạn sấy t1k = 700 oC.
+ Nhiệt độ lò ở cuối giai đoạn sấy t2k = 1170 oC.
+ Nhiệt độ bề mặt và tâm phơi khi vào lị t1m = t1t =20 oC.
+ Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn sấy t2m = 600 oC.
Luận văn tốt nghiệp

Page 17


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

- Giai đoạn nung
+ Nhiệt độ lò t2k = t3k = 1170 oC.
+ Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn nung t3m = 1100 oC.
- Giai đoạn đồng đều nhiệt
+ Tại vùng đồng nhiệt, nhiệt độ bề mặt phôi không tăng, nhiệt độ tâm
phôi tăng dần lên tới khi [

] =t4m – t4t <

chophep.

+ Nhiệt độ lò ở đầu giai đoạn đồng đều nhiệt t3k = 1170 oC.
+ Nhiệt độ lò ở cuối giai đoạn đồng nhiệt t4k =1150 oC.
+ Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt t4m=1100 oC .
+ Nhiệt độ tâm phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt t4t = 1085 oC.
c, Kích thước nội hình lị
Bảng 3.1 Kích thước nội hình lị
Các vùng làm việc

Các kích thước nội hình lị, mm
Chiều dài

Chiều rộng

Chiều cao

Vùng sấy

5300

12800

1545

Vùng nung

7380

12800

2045

Vùng đồng nhiệt

1720

12800

2045

d, Vật liệu và kích thước thể xây
Các vật liệu được dùng trong lò nung liên tục là vật liệu chịu nhiệt và
cách nhiệt.

Luận văn tốt nghiệp

Page 18

Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Bảng 3.2 Bảng thống kê thơng số vật liệu xây lị[2].
STT Vật liệu

Tlv(0C)

ρ(kg/m3)

λ(W/mK)

1

LICOFEST FT 370

1580-1780

2430

1,1

2

LICOFEST 18

1300-1520

2000

0,68

3

LICPFEST FL201

1250-1380

1350-1415

0,44

4

LICPFEST L09

1100-1260

970

0,24

5

LICOFEST PT300

1480-1700

2170

0,89

6

LICOFEST PC 14HT

1370-1440

1410-1520

0,37

7

BAXOCAST 59

1010

550

0,57

8

LICOCLAY 36

1600-1800

2350

1,06

9

LICOCLAY X39

1600-1800

2350

1,4

10

GẠCH ALPOR75 NF1 1300

820

0,31

11

GẠCH ISOPOR NF2

900

450

0,18

12

LM 1260

1260

96

0,27

13

SILTHERM

1000

240-260

0,168

14

CÁCH NHIỆT PAGAS 900

180

0,14

15

CÁCH NHIỆT 1000

1000

240-260

0,168

16

CÁCH NHIỆT 900

900

180

0,14

Luận văn tốt nghiệp

Page 19


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

Bảng 3.3 Bảng thống kê kích thước tường và nóc lị[2].
Bộ
phận
δ,
mm
Nóc

S

Vùng sấy

T

Vật liệu

T

δ

Vật liệu

mm

δ

δ

Vật liệu

mm

mm

1

LICOCLAY
36

200

LICOCLAY
36

200

LICOCLA
Y 36

200

2

LM 1260

24

LM 1260

25

LM 1260

25

3

BAXOCAST
59

55

BAXOCAST
59

55

BAXOCAS 55
T 59

LICOFEST
FL201

215

LICOCLAY
36

200

LICOCLA

Y 36

200

ISOPOR NF2

250

ALPOR75
NF1

115

ALPOR75
NF1

115

3

CN 1000

100

CN 1000

100

4

CN 900

100

CN 900

100

280

Tường 1
bên
515

Vùng đồng nhiệt

Vùng nung

2

Đầu
lò

1

LICOFEST
FL201

175

LICOCLA
Y 39

200

365

2

ISOPOR NF2

190

ALPOR75
NF1

115

465

Đáy

3

SILTHERM 100

4

CN PAGAS 50

1

LICOFEST
PL300

200

LICOFEST
PL370

200

LICOFEST
PL370

200

2

LICOFEST 18 150

LICOFEST
18

150

LICOFEST
18

150

3

LICOFEST
PL201

125

LICOFEST
PL201

125

LICOFEST
PL201

125

4

LICOFEST
LO9

75

LICOFEST
LO9

75

LICOFEST
LO9

75

5

SILTHERM

100

SILTHERM

100

SILTHERM 100

lò
650

Luận văn tốt nghiệp

Page 20


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

e. Kích thước ngoại hình lị nung liên tục

Kích thước ngoại hình lị bằng kích thước nội hình lị cộng chiều dày
các vách tương ứng. Từ bảng kích thước nội hình lị nung và bảng thống kê
vật liệu lị nung ta tính được kích thước ngoại hình của lị nung theo bảng
dưới đây.
Bảng 3.4 Kích thước ngoại hình lị nung.
Các kích thước ngoại hình lị, mm

Các vùng làm
việc

Chiều dài

Chiều rộng

Chiều cao

Vùng sấy

5665

13730

2450

Vùng nung

7380

13830

2975

Vùng đồng nhiệt

2185

13830

2975

Bảng 3.5 Diện tích tường các vùng F(m2).
Vùng sấy

Vùng nung

Vùng đồng nhiệt

Tường bên

27,78

43,91

13,03

Đáy

78,48

102,14

30,3

Nóc

78,47

102,14

30,3

2 đầu

33,7

Luận văn tốt nghiệp

41,2

Page 21


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

3.2. Tính cân bằng nhiệt
3.2.1 Các khoản thu nhiệt lượng
a) Nhiệt lượng do đốt cháy dầu FO
Dầu FO bị đốt cháy tỏa ra một lượng nhiệt được xác định theo công thức [1]:

Qc=0,28.B.Qt , W
Trong đó :
B : Lượng tiêu hao dầu FO, kg/h;
Qt = 35647,5 kJ/kg, nhiệt trị thấp của dầu FO;
Vậy nhiệt lượng do đốt cháy dầu tỏa ra là:
Qc=0,28.B. 35647,5 =9981,3. B, W
b) Nhiệt lượng do khơng khí nóng mang vào
Khơng khí được nung nóng sẽ mang vào lị một lượng nhiệt tính theo
cơng thức[1]:
Qkk=0,28.Ckk.tkk.Ln.f.B, W
Trong đó :
Ckk.tkk= ikk = 397 kJ/m3, entanpy của khơng khí ở nhiệt độ tkk
=300oC;
Ln =11,2 m3/kg, lượng khơng khí thực tế cần để đốt 1 kg dầu
FO;
f =0,931, tỷ lệ nung trước không khí [nung 93.1% khơng khí];
Vậy lượng nhiệt do khơng khí nóng mang vào là:
Qkk = 0,28.397.11,2.0,931.B = 1159,1.B, W

Luận văn tốt nghiệp

Page 22


Học viên: Trần Mạnh Tân

Cao học 10B – KTNL

c) Nhiệt lượng do nung trước dầu FO
Theo số liệu ban đầu, dầu FO được nung trước tới nhiệt độ tdầu=900C.

Nhiệt lượng do nung trước dầu là[1]:
Qdầu=0,28.Cdầu.tdầu.B [W]
Trong đó:
Cdầu=1,86 kJ/kgK, nhiệt dung riêng của dầu FO;
tdầu =90 0C, nhiệt độ nung trước của dầu FO;
Vậy nhiệt lượng do nung trước dầu là:
Qdầu=0,28.1,86.90.B =46,9.B, W
d) Nhiệt lượng do các phản ứng toả nhiệt
Khi nung kim loại bị oxy hoá. Phản ứng oxy hoá kim loại là phản ứng
toả nhiệt theo công thức[1]:
Qtoả = 0,28.a.q.P, W
Trong đó :
a = 0,011, lượng kim loại bị oxy hố khi nung trong lị;
q =5650 kJ/kg, lượng nhiệt toả ra khi 1 kg sắt Fe bị oxy hoá;
P = 60000 kg/h, năng suất lò;
Vậy lượng nhiệt do các phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt là:
Qtoả=0,28.0,011.5650.60000=1044120, W
Vậy tổng nhiệt lượng thu của lò là: ΣQthu
ΣQthu = Qc + Qkk + Qdau+Qtoa
= 9981,3.B+1159,1.B+46,9.B+1044120
=11187,3.B + 1044120, W
Luận văn tốt nghiệp

Page 23