Tài liệu Giáo trình lò luyện kim P7 doc

Chơng 7
Hệ thống thoát khói, cấp gió
và thiết bị tận dụng nhiệt khói lò

7.1. Hệ thống thoát khói
7.1.1. Cấu trúc của hệ thống thoát khói
Thông thờng hệ thống thoát khói cho lò bao gồm các kênh khói, cống khói và
ống khói làm nhiệm vụ dẫn sản phẩm cháy từ lò ra ngoài trời.
Cấu trúc của hệ thống thoát khói rất đa dạng phụ thuộc cấu trúc lò và vị trí đặt hệ
thống thoát khói. Thông thờng các lò có công suất nhỏ hoặc không dùng thiết bị trao
đổi nhiệt, hoặc dùng thiết bị trao đổi nhiệt hình kim, thiết bị ống nhẵn kiểu ống thẳng,
ngời ta bố trí hệ thống khói ở ngay phía trên nóc lò. Những lò có công suất trung bình
và lớn, có thiết bị hoàn nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt bằng gốm ... thờng bố trí hệ thống
thoát khói đi chìm dới nền phân xởng. Cách bố trí hệ thống thoát khói đi chìm có u
điểm giải phóng đợc mặt bằng quanh lò, thuận tiện cho vận hành lò nhng gây khó
khăn và tốn kém trong xây dựng.
Đa số các lò luyện kim, do mục đích sử dụng nhiệt trong lò, thờng bố trí các
kênh khói dẫn khói từ buồng lò qua đáy hoặc tờng đi xuống phía dới và tập trung
vào cống khói để tới ống khói. Trên hình 7.1 trình bày cấu trúc điển hình của một hệ
thống thoát khói của lò nung liên tục.









Kênh khói thờng có tiết diện chữ nhật, làm nhiệm vụ dẫn khói từ không gian lò
tới cống khói. Miệng kênh khói có thể bố trí trên đáy lò hoặc trên tờng tùy theo yêu

cầu công nghệ. Khi bố trí miệng kênh khói trên đáy, khoảng cách giữa cách kênh
2
3
4
6
A
A
5
1
A -A
Hình 7.1 Sơ đồ hệ thống thoát khói lò nung liên tục
1) Không gian lò 2) Kênh khói 3) Cống khói
4)Thiết bị trao đổi nhiệt 5) Van 6) ống khói
- 131 -
không đợc nhỏ hơn một viên gạch để đảm bảo độ bền của thể xây, đồng thời kích
thớc tiết diện cần chọn sao cho không để vật nung rơi xuống kênh. Khi bố trí kênh
trên tờng lò thì chiều dày tờng lò (không kể chiều rộng kênh) phải lớn hơn 460 mm.
Cống khói thờng có tiết diện chữ nhật đứng, đỉnh cuốn vòm, đặt ngầm dới đất,
khoảng cách tối thiểu từ đỉnh cống khói tới mặt nền 300mm. Những nơi có nớc
ngầm cống khói đợc đặt trong lớp bê tông chống thấm, khi đó cần cách nhiệt tốt để
không làm cho bê tông bị phá hủy. Trên đờng dẫn khói lò có thể đặt thiết bị trao đổi
nhiệt (thờng là ở phần cống khói) và đặt van điều chỉnh lợng khói lò đi ra ống khói.
ống khói là bộ phận tạo sức hút để đa sản phẩm cháy từ buồng lò thải ra môi
trờng. Tùy theo công suất lò và nhiệt độ khí thải có thể sử dụng ống khói xây gạch,
ống khói kim loại hoặc ống khói bằng bê tông chịu nhiệt.
Khi thiết kế hệ thống thoát khói cần lu ý các nguyên tắc sau:
- Bố trí các kênh khói sao cho khói lò từ buồng lò vào các kênh đều nhau để
không có góc chết.
- Đờng dẫn khói càng ngắn, càng thẳng càng tốt, hạn chế các góc ngoặt, gấp
khúc, các ví trí đột mở, đột thu đột ngột làm tăng trở lực trên đờng dẫn, đồng thời

đảm bảo thuận tiện cho việc xây thể xây.
- Những nơi có nhiều lò đặt gần nhau nên bố trí hệ thống thoát khói có chung
một ống khói để giảm chi phí xây dựng.
7.1.2. Tính hệ thống thoát khói
a) Tính lợng khí lò đi vào kênh
Lợng khí lò khi bắt đầu vào kênh khói:


= .VBVV
0nA
[m
3
/h] (7.1)
Trong dó:
B - lợng tiêu hao nhiên liệu [m
3
/h] hoặc [kg/h].
V
n
- lợng sản phẩm cháy khi đốt cháy một đơn vị nhiên liệu [m
3
/kg] hoặc
[m
3
/m
3
].

- tổng lợng khí lò mất qua cửa thao tác và cửa quan sát [m

.V
0
3
/h].
Đối với cửa đứng






ữ> 43
B
H
:
- 132 -
t1
V
V
t
0
+
=
(7.2)

()
kkkt
gH2BH
3
2

V à=

Đối với cửa nằm






ữ> 43
H
B
:

t1
V
V
'
t
0
+
=
(7.3)

()
kkk
'
t
gH2BHV à=

là hệ số thời gian mở cửa:

f
G3600
mP
=
(7.4)
Với m là thời gian ra một phôi [s], P năng suất lò [kg/h], G
f
khối lợng một
phôi[kg].
b) Tính tiết diện kênh khói
Diện tích tiết diện kênh khói xác định theo công thức sau:

N.W.3600
V
F
k
A
k
=
[m
2
] (7.5)
Trong đó:
W
k
- tốc độ khí lò đi trong kênh , chọn trong khoảng 1 - 2 m/s.
N - số kênh.
Kênh khói có tiết diện chữ nhật nên ta có:

b.aF
k
=
Biết F
k
ta xác định đợc các kích thớc a và b.
c) Tính diện tích tiết diện cống khói
C
A
C
W.3600
V
F =
[m
2
] (7.6)
Trong đó: W
c
- tốc độ khí lò đi trong cống, chọn trong khoảng 1,5 - 3 m/s.
Dựa vào tiết diện F
c
tra bảng chọn cống khói có tiết diện F F
c
.
7.1.3. Tính trở lực trên đờng dẫn khói
Tổng tổn thất áp suất ở hệ thống thoát khói xác định theo công thức:
- 133 -

+=
hhcbmstt
hhhh
(7.7)
Trong đó:
h
ms
- tổng tổn thất do ma sát trên đờng dẫn.
h
cb
- tổng tổn thất cục bộ trên dờng dẫn.
h
hh
- tổng tổn thất hình học trên đờng dẫn.
a) Tính tổn thất ma sát
Tổn thất ma sát trên đờng dẫn xác định theo công thức:

0
i,k
i
i
n
1i
2
k0k0
ims
T
T
D

L
.
2
W
.h

=

à=


(
i,kk0
i
i
n
1i
2
k0
ims
t1.
D
L
.
2
W
.h +à=

=
)

(7.8)
Trong đó:
à
i
- hệ số ma sát trên đoạn thứ i.

0k
, W
0k
- khối lợng riêng và tốc độ khí lò ở điều kiện tiêu chuẩn [kg/m
3
] và
[m/s].
L
i
, D
i
- chiều dài và đờng kính thủy lực của đoạn khảo sát.

i
i
i
C
F4
D =

Với F
i
[m
2

] và C
i
[m] là diện tích tiết diện và chu vi của dòng chảy tại đoạn khảo
sát.
T
0
- nhiệt độ ở điều kiện tiêu chuẩn
o
K.

ki
T
-
nhiệt độ trung bình trên đoạn thứ i:

2
TT
T
ki)1i(k
ki
+
=


Với

ii)1i(kki
l.TTT =

- độ giảm nhiệt độ trên một đơn vị chiều dài đờng dẫn[
i
T
o
K/m].
b) Tính tổn thất cục bộ
Tổn thất áp suất do trở lực cục bộ xác định theo công thức:


=

=
n
1i
0
i,k
2
k0k0
icb
T
T
.
2
W
.h

- 134 -

(

=
+=
n
1i
i,kk0
2
k0
icb
t1.
2
W
.h
)
(7.9)
Trong đó:

i
- hệ số trở lực cục bộ tại mặt cắt i.
T
k,i
- nhiệt độ tại mặt cắt i.
c) Tính tổn thất hình học
Tổn thất hình học xuất hiện khi khí lò nhẹ hơn không khí bao quanh chuyển
động từ trên xuống dới hoặc khi khí lò nặng hơn chuyển động từ dới lên trên. Công
thức xác định tổn thất do trở lực hình học khi khí lò nhẹ hơn không khí bao quanh
chuyển động từ trên xuống dới:


=

=
n
1i
i,k
0
ok
i,kk
0
okkihh
T
T
T
T
gHh


(7.10)
(

=
=
n
1i

i,ki,kkihh
gHh
)
Trong đó:
H
i
- độ cao của đoạn kênh khảo sát [m].

- khối lợng riêng không khí và khí lò ở điều kiện tiêu chuẩn [kg/m
,kk0

k0

3
].

i,kk
T
,
i,k
T
- nhiệt độ trung bình của không khí và khí lò trên đoạn khảo sát [
o
K].
Trong trờng hợp ngợc lại, khí lò nhẹ đi lên hoặc khí lò nặng đi xuống, cột áp
hình học giảm tổn thất áp trên đờng dẫn (h
hh
mang dấu âm).
7.1.4. Tính ống khói
Thiết kế ống khói nhằm mục đích xác định chiều cao ống khói và các thông số cơ

bản của ống khói sao cho đảm bảo lực hút của ống khói lớn hơn trở lực trên đờng dẫn
của hệ thống thoát khói. Sử dụng phơng trình Becnuly ta nhận đợc quan hệ giữa áp
suất âm ở chân ống khói với chiều cao của nó, nhiệt độ sản phẩm cháy và các tổn thất
năng lợng khi sản phẩm cháy chuyển động trong ống khói:
( )
]m/N[
T
T
.
2
W
d
H
.
T
T
.
2
W
T
T
.
2
WW
.
T
T
T
T
Hgp

2
0
2,k
2
k0
tb0
k
2
k0
0
k
2
1,k0
2
2,k0
k0
k
0
k0
kk
0
kk0
2,k0
k0
à

=
(7.11)
Trong đó:
- 135 -

p
- áp suất âm cần tạo ra ở chân ống khói [N/m
2
]:

(7.12)

=
tt
h.kp
Với k = 1,2 - 1,3 là hệ số kể đến sự tăng trở lực khi kênh dẫn bị bám bụi và khả
năng cờng hóa quá trình.

tt
h
- tổng tổn thất trên đờng dẫn đến chân ống khói [N/m
2
].
Từ phơng trình (7.11) và (7.12), nhận đợc công thức xác định chiều cao ống
khói:

()
tb0
k
2
k0
k
0
k0
kk
0
kk0
0
2,k
2
k0
0
k
2
1,k0
2
2,k0
k0tt
d
1
.
T
T
.
2

W
T
T
T
T
g
T
T
.
2
W
T
T
.
2
WW
.h.k
H
k0
2,k0
à+

+

+
=

[m] (7.13)
Trong đó:

, : khối lợng riêng khói lò và không khí ở điều kiện tiêu chuẩn [kg/m
k0

kk0

3
].

, , là tốc độ khói lò tại chân, đỉnh ống khói ở điều kiện tiêu chuẩn
[m/s].
1,k0
W
2,k0
W
k0
W
là tốc độ trung bình của khói lò trong ống khói ở điều kiện tiêu chuẩn:

2
WW
W
2,k01,k0

k0
+
=


420

P (m)
- nhiệt độ không khí xung quanh [
kk
T
o
K].

2
TT
T
2,k1,k
k
+
=
- nhiệt độ trung bình của khói
lò trong ống khói [
o
K].

,
T
- nhiệt độ khói lò ở chân và đỉnh ốn
1,k

T
2,k
g
khói [
o
K].
à - hệ số ma sát trong ống khói.

- đờng kính trong trung bình của ống khói:
tb
d

2
dd
d
21
tb
+
=

Với d
1
, d
2
đờng kính trong ở chân và đỉnh ống
khói [m].
100
150
200
250

t
k
=
450
o
C

350
380

340

300

260

220
180

140

100

60
20

20 60 60 80 H (m)

Hình 7.2 Biểu đồ
chọn chiều cao sơ bộ của

ống khói



- 136 -