Tài liệu Giáo trình lò luyện kim P5 pptx

Chơng 5
Thiết bị đốt nhiên liệu
5.1. Thiết bị đốt nhiên liệu rắn
Để đốt cháy nhiên liệu, trong các lò luyện kim cũng nh trong các lò công nghiệp
nói chung, ngời ta sử dụng thiết bị gọi là thiết bị đốt. Thiết bị đốt cần đảm bảo đốt
cháy nhiên liệu một cách hiệu quả, mặt khác phải đơn giản về kết cấu, dễ sử dụng và
sửa chữa.
Để đốt nhiên liện rắn mà chủ yếu là than dạng cục ngời ta sử dụng thiết bị đốt
gọi là buồng đốt. Buồng đốt nhiên liệu rắn đợc chia thành:
+ Buồng đốt thủ công : thao tác cấp than bằng thủ công.
+ Buồng đốt cơ khí: thao tác cấp than cơ khí hóa.
5.1.1. Buồng đốt thủ công
Buồng đốt thủ công đợc chia thành hai loại: buồng đốt ghi phẳng và buồng đốt
ghi nghiêng.
Buồng đốt ghi phẳng: Cấu trúc của buồng đốt ghi phẳng trình bày trên hình 5.1a.

1
2
3
5
4
6
a)
b)
c)

Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc buồng đốt ghi phẳng
1) Cửa chất than 2) Than 3) Ghi lò 4) Cửa cấp gió
5
) Cửa tháo xỉ 6) Buồng chứa xỉ



Trong buồng đốt ghi phẳng, than đợc cấp vào lò qua cửa chất than (1), trải thành
lớp trên mặt ghi (3), gió đợc thổi vào mặt dới của ghi qua cửa cấp gió (4) và đi qua
ghi đốt cháy than (2) tạo thành khí lò đi sang buồng làm việc của lò. Xỉ tạo thành khi
đốt than rơi xuống ngăn chứa xỉ (6) và định kỳ đợc tháo ra ngoài qua cửa tháo xỉ (5).
-79-
Ghi lò đợc chế tạo từ gang hợp kim chịu nhiệt, dạng thanh ghép lại với nhau
(hình 5.1b) hoặc dạng tấm (hình 5.1c). Khi than có cỡ cục lớn ngời ta sử dụng ghi
thanh, u điểm của ghi thanh là dễ thay thế khi bị hỏng nhng khó khăn trong lắp đặt.
Khi than có cỡ cục bé, ngời ta sử dụng ghi tấm, u điểm của nó là dễ lắp đặt nhng
khi bị hỏng phải thay cả tấm.
Tỉ lệ giữa tổng diện tích lỗ mắt ghi và diện tích toàn bộ mặt ghi gọi là tỉ lệ mắt
ghi, tỉ lệ này đối với ghi phẳng thờng từ 15 - 30 %, trị số lớn dùng cho than cỡ nhỏ.
Buồng đốt thủ công ghi phẳng có cấu trúc đơn giản, thuận lợi cho thao tác nhng
có nhợc điểm:
+ Nhiệt độ trong buồng đốt không ổn định do chất than theo chu kỳ.
+ Hệ số d không khí lớn n = 1,3 - 1,7.
+ Hạn chế việc dùng gió nóng.
Buồng đốt ghi nghiêng: Đối với các buồng đốt có công suất nhiệt lớn, để thuận
tiện cho việc cấp than và đánh xỉ ngời ta dùng buồng đốt ghi nghiêng. Cấu trúc của
kiểu buồng đốt này đợc trình bày trên hình 5.2.

7
6
5
4
3
1
2








Hình 5.2 Sơ đồ buồng đốt ghi nghiêng
1) Bongke chứa than 2) Cơ cấu điều chỉnh 3) Ghi nghiêng
4) Ghi phẳng 5) Cửa gió trên 6) Cửa gió dới 7) Cửa tháo xỉ


Ghi lò gồm 2 phần: phần chủ yếu là ghi nghiêng (3) và một phần là ghi phẳng (4).
Ghi nghiêng đợc tạo bởi các thanh ghi bản rộng từ 200 - 250 mm ghép thành bậc 70 -
100 mm, tạo thành một mặt phẳng nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc từ 35 -
40
o
.

-80-
Than đợc cấp từ bongke chứa (1) rơi xuống ghi nghiêng (3) và đợc đốt cháy

chủ yếu trên mặt ghi nghiêng, phần than cháy cha hết rơi xuống và tiếp tục cháy trên
phần ghi phẳng. Xỉ tạo thành chủ yếu tập trung trên phần ghi phẳng và rơi xuống
buồng chứa xỉ, định kỳ đợc tháo ra ngoài qua cửa tháo xỉ (7). Lợng than cấp vào lò
đợc điều chỉnh bằng cơ cấu quay đóng mở cửa bongke thông qua cần gạt (2). Gió
đợc cấp qua cửa gió trên (5) để đốt than trên ghi nghiêng và qua cửa gió (6) để đốt
than trên ghi phẳng.
Buồng đốt ghi nghiêng có u điểm:
+ Sự cháy của nhiên liêu xẩy ra liên tục và đều dặn nên nhiệt độ ít thay đổi.
+ Có thể dùng đốt than cở nhỏ.
+ Thao tác cấp than dễ dàng hơn.
Nhợc điểm của buồng đốt ghi nghiêng là kết cấu cồng kênh, lắp đặt khó khăn.
5.1.2. Buồng đốt cơ khí
Trong buồng đốt cơ khí, việc cấp than và tháo xỉ ra ngoài đợc cơ khí hóa hoàn
toàn. Trong các buồng đốt loại này, than đợc cấp từ dới lên nhờ cơ cấu xoắn tải hoặc
cấp từ trên xuống bằng khí nén, bằng cơ cấu quay kiểu cánh gạt.
Trên hình
5.3
trình bày sơ đồ buồng đốt cấp than từ dới lên bằng xoắn tải.

1
2
3
4
5
6
7
Hình 5.3 Sơ đồ buồng đốt cơ khí cấp than từ dới lên bằng xoắn tải
1) Bongke chứa than 2) Cơ cấu cấp than 3) Xoắn tải
4) Ghi lò hình phểu 5) Ghi chứa xỉ 6) Buồng gió 7) Buồng chứa xỉ

Than từ bongke chứa (1) đợc cơ cấu cấp đa vào xoắn tải (3) và đợc đẩy lên
cao hơn mặt ghi hình phểu (4), còn gió đợc cấp vào buồng gió (6) và qua các lỗ mắt
ghi đi lên đốt cháy than. Xỉ tạo thành trong quá trình cháy lăn xuống ghi chứa xỉ và rơi
xuống buồng chứa (7).
-81-
Trong buồng đốt cơ khí cấp than từ phía trên bằng cánh gạt, ngời ta dùng cơ cấu
quay kiểu cánh gạt, than từ bongke rơi vào buồng cấp đợc các cánh gạt tung lên mặt
ghi. Lợng than cấp đợc điều chỉnh bởi tốc độ quay cánh gạt.
Trong buồng đốt cơ khí cấp than từ phía trên bằng khí nén, ngời ta dùng khí nén
đẩy than tung lên mặt ghi, lợng than cấp đợc điều chỉnh bằng cách thay đổi áp suất
khí nén.
Buồng đốt cơ khí cải thiện điều kiện lao động cho ngời thao tác, nhng kết cấu
phức tạp, giá thành cao, chỉ thích hợp với lò có công suất nhiệt lớn.
5.1.3. Tính toán buồng đốt
a) Chọn kiểu buồng đốt
Khi thiết kế buồng đốt, cần căn cứ vào đặc điểm của nhiên liệu, công suất nhiệt
của lò để chọn kiểu buồng đốt thích hợp. Nguyên tắc chung để chọn kiểu buồng đốt:
+ Nếu buồng đốt có công suất nhiệt nhỏ thì nên dùng buồng đốt thủ công, đối với
lò công suất nhiệt lớn nên dùng buồng đốt cơ khí.
+ Nếu than có cở cục nhỏ hoặc dễ vở vụn dùng buồng đốt ghi tấm phẳng hoặc
dùng ghi nghiêng khi công suất nhiệt tơng đối lớn. Than có cỡ cục trung bình và lớn
sử dụng buồng đốt ghi thanh.

+ Nếu than có hàm lợng chất bốc lớn cần chọn chiều cao buồng đốt lớn.
+ Khi diện tích mặt ghi lớn nên chia buồng đốt thành một số buồng để thuận tiện
cho thao tác cấp than và đánh xỉ.
b) Tính các kích thớc cơ bản của buồng đốt
- Xác định diện tích mặt ghi:
Diện tích mặt ghi đợc xác định theo công thức sau:

R
B
F =
[m
2
] (5.1)
Hoặc:
r
Q.B.28,0
F
d
=
[m
2
] (5.2)
Trong đó:
B - lợng nhiên liệu đốt trong một giờ [kg/h].
Q
d
- nhiệt trị thấp của nhiên liệu [j/kg].
R - cờng độ cháy của ghi lò [kg/m
2
.h].

r - cờng độ nhiệt của ghi lò [W/m
2
].
-82-
Giá trị của R, r chọn theo bảng (bảng
5.1
).
Bảng
5.1
Cờng độ cháy và cờng độ nhiệt của ghi lò
r .10
-3
Dạng
nhiên liệu
Kiểu
buồng đốt
R
kg/m
2
.h
Kcal/m
2
.h W/m
2
Than củi Ghi thủ công 200 - 300 400 - 1 500 465 - 1 744
Than bùn Ghi thủ công 200 - 400 600 - 1 200 697 - 1 395
Than đá Ghi thủ công 70 - 120 300 - 1 500 349 - 1 744
Than antraxit Ghi thủ công 100 - 120 400 - 1 500 465 - 1 744

- Chọn tỉ lệ mắt ghi và các kích thớc cơ bản của ghi: Căn cứ vào loại than, cỡ hạt

của than chọn tỉ lệ mắt ghi, tính diện tích mắt ghi, xác định hình dạng và kích thớc
của mắt ghi.
Bảng
5.2
Quan hệ giữa loại than và tỉ lệ mắt ghi
Loại than Tỉ lệ mắt ghi f/F (%)
Than đá, than nâu 25 - 30
Than củi, than bùn 15 - 20
Than gầy, than antraxit 10 - 15

- Xác định thể tích buồng đốt: Thể tích buồng đốt phụ thuộc loại than và kiểu lò,
đợc xác định theo công thức sau:

q
B.Q
V
d
=
[m
3
] (5.3)
Trong đó:
Q
d
- nhiệt trị thấp của nhiên liệu, [j/kg].
B - lợng than cần đốt trong một giờ, [kg/h].
q - mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt, [W/m
3
], giá trị chọn theo bảng 5.3.
- Tính chiều cao của buồng đốt:

Chiều cao buồng đốt xác định theo công thức:

F
V
H =
[m] (5.4)
Trong đó: V- thể tích buồng đốt [m
3
].
F - diện tích mặt ghi [m
2
].
-83-
Bảng
5.3
Mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt
Buồng đốt lò nung Buồng đốt lò sấy
Loại nhiên liệu
kcal/m
3
.h W/m
3
kcal/m
3
.h W/m
3
Than củi, than bùn 300 - 400 348 - 465 200 - 250 232 - 290
Than đá 230 - 450 290 - 523 250 - 300 290 - 348
Mazut 250 - 500 290 - 581 200 - 300 232 - 348
Nhiên liệu khí 200 - 350 230 - 407 200 - 250 232 - 290

- Xác định kích thớc buồng đốt: kích thớc buồng đốt đợc chọn căn cứ các yếu tố
sau:
+ Diện tích mặt ghi và số buồng đốt.
+ Kiểu buồng đốt và điều kiện thao tác.
+ Tơng quan giữa buồng đốt và buồng lò, yêu cầu về bố trí thể xây.
Theo quy ớc kích thớc buồng đốt nằm dọc theo chiều chuyển động của khí lò
từ buồng đốt sang buồng lò là chiều dài (hoặc chiều sâu buồng đốt), kích thớc còn lại
gọi là chiều ngang.
Đối với buồng đốt thủ công, chiều dài buồng đốt không đợc chọn quá lớn gây
khó khăn cho thao tác chất than và đánh xỉ, còn chiều ngang chọn sao cho tỉ lệ giữa
chiều ngang và chiều dài nằm trong khoảng 1 - 1,3. Nếu tỉ lệ giữa chiều ngang và chiều
dài lớn hơn, tách buồng đốt thành hai buồng đốt kế tiếp nhau theo chiều ngang.
Đối với buồng đốt cơ khí thờng chọn kích thớc chiều ngang và chiều dài xấp
xỉ nhau. Trờng hợp không gây trở ngại cho việc bố trí các cơ cấu cơ khí và không ảnh
hởng đến điều kiện làm việc của lò có thể chọn chiều dài lớn hơn chiều ngang.
Đối với các lò có nhiệt độ cao, buồng đốt thờng bố trí cạnh buồng lò, khi chọn
kích thớc buồng đốt cần xem xét tơng quan với kích buồng lò sao cho bố trí các thể
xây và thi công thuận lợi.
- Tính tổn thất áp suất của không khí đi qua ghi và lớp than.
Do ma sát, thay đổi tốc độ, thay đổi hớng chuyển động và nhiều yếu tố khác, tổn
thất áp suất của không khí đi qua ghi và lớp than khá lớn. Tổn thất này đợc xác định
theo các công thức thực nghiệm.
Đối với buồng đốt ghi phẳng đốt than củi:
-84-

2
2
2
tt

CO%
12
.
F.400
B
3h














=
[mmH
2
O] (5.5)
Buồng đốt ghi phẳng đốt than bùn:

2
2
2
tt

CO%
10
.
F.350
B
.4h














=
[mmH
2
O] (5.6)
Buồng đốt ghi phẳng đốt than antraxit:

2
tt
F.150
B

mh






=
[mmH
2
O] (5.7)
Trong đó:
B - lợng nhiên liệu cần đốt trong một giờ [kg/h].
F - diện tích mặt ghi [m
2
].
%CO
2
- hàm lợng CO
2
trong khói lò [%].
m - hệ số phụ thuộc hàm lợng tro của than m = 25 - 50.
Trong thực tế tổn thất áp suất qua ghi vào khoảng 90 - 120 mmH
2
O, nếu tính cả
tổn thất do lớp than thì áp suất gió dới ghi cần khoảng 100 - 120 mmH
2
O. Đối với các
buồng đốt nhiệt độ cao, đốt than ít chất bốc, muốn cho than cháy hoàn toàn thì áp suất
gió dới ghi cần tăng lên, vào khoảng 120 - 140 mmH

2
O.
5.2. Thiết bị đốt nhiên liệu bụi
5.2.1. Khái niệm về đốt nhiên liệu bụi
Khi đốt nhiên liệu rắn, nếu cỡ hạt quá bé, sử dụng buồng đốt thông thờng, tổn
thất nhiên liệu lớn (do lọt qua mắt ghi), đồng thời quá trình đốt gặp nhiều khó khăn vì
trở lực không khí qua lớp than lớn. Để giải quyết vấn đề này, ngời ta chuyển sang đốt
dạng bụi.
Khi đốt than bụi, than đợc nghiền nhỏ thành hạt có kích thớc từ 0,05 - 0,07
mm, dùng không khí nén thổi vào buồng đốt tạo thành dòng hỗn hợp bụi than và không
khí. Do diện tích tiếp xúc của than và không khí lớn, các hạt than đợc xáo trộn mạnh
với không khí nên các phản ứng cháy xẩy ra với tốc độ lớn. Đồng thời, khi cháy do bị
nung nóng mạnh và chất bốc thoát ra nhanh, các hạt than bị cốc hoá vỡ vụn thành hạt
nhỏ nên nhiên liệu cháy càng nhanh và triệt để hơn, làm tăng hiệu quả đốt nhiên liệu.
Phơng pháp đốt nhiên liệu bụi càng có hiệu quả khi hàm lợng chất bốc trong than
càng lớn, do đó thờng ứng dụng với các loại than có hàm lợng chất bốc từ 20 - 30 %.
-85-
5.2.2. Các thiết bị đốt nhiên liệu bụi
Để đốt nhiên liệu bụi, ngời ta ngời ta sử dụng buồng đốt riêng kiểu xiclôn hoặc
đốt trực tiếp trong buồng lò.
a) Buồng đốt kiểu xiclôn
Sơ đồ cấu trúc của buồng đốt kiểu xiclôn trình bày trên hình
5.4
.
Buồng đốt kiểu xiclôn có dạng ống hình trụ, đờng kính từ 1 - 2 m, thể tích từ 10
- 15 m
3
, vỏ lò làm bằng thép, bên trong đợc đầm một lớp hỗn hợp vật liệu chịu lửa
dày 30 - 50 mm.

2 3
1






Hình 5.4 Buồng đốt than bụi kiểu xiclôn
1) Cửa cấp không khí đợt 1 2)Cửa cấp than bụi 3) Cửa cấp không khí đợt 2


Khi đốt, than bụi đợc không khí nén phun vào buồng đốt theo hớng tiếp tuyến
với thành buồng đốt tạo thành dòng xoáy và bị đốt cháy. Lợng không khí đợt 1 dùng
để phun bụi than tạo thành hỗn hợp chiếm khoảng 20% lợng không khí cần thiết để
đốt nhiên liệu, tốc độ phun khoảng 20 - 25 m/s, không khí còn lại đợc nung nóng
trớc đến khoảng 400
o
C và phun vào lò với tốc độ khoảng 80 - 100 m/s.
b) Đốt than bụi trực tiếp trong buồng lò
Sơ đồ đốt thiết bị đốt nhiên liệu trực tiếp trong buồng lò trình bày trên hình
5.5
.
Than bụi từ bong ke chứa (1) qua xoắn tải cấp (2) cùng với không khí đợt 1 đợc
cấp vào mỏ phun (3) phun vào buồng lò và đợc đốt cháy tạo thành ngọn lửa rõ rệt
ngay trong buồng lò. Tỉ lệ không khí đợt 1, tuỳ thuộc vào loại than, chiếm từ 20 - 50
%, tốc độ dòng hỗn hợp khi ra khỏi miệng phun khoảng 20 - 40 m/s. Tốc độ phun của
không khí đợt 2 chọn lớn hơn tốc độ dòng hỗn hợp không khí đợt một + bụi than.
Trong trờng hợp nung nóng trớc không khí, nhiệt độ nung không khí đợt 1 không
quá 150

o
C, nhiệt độ nung không khí đợt 2 không quá 300 - 400
o
C. Hệ số d không khí
n =1,15 - 1,25
-86-

3
2
1








Hình 5.5 Đốt than bụi trực tiếp trong lò
1) Bongke chứa than bụi 2) Xoắn tải cấp liệu 3) Mỏ phun

Bảng
5.4
Lợng không khí đợt 1 và tốc độ bắt lửa của hỗn hợp bụi than
Lợng không khí đợt 1 Tốc độ bắt lửa
Loại than
% m/s
Chất bốc 30%, tro 5% 50 0 - 12
Chất bốc 30%, tro 15% 40 10 - 11
Chất bốc 20%, tro 5% 30 6 - 7

Chất bốc 15%, tro 5% 25 3 - 4
Chất bốc 15%, tro 15% 20 2 - 3

Đốt nhiên liệu bụi có u điểm: than cháy tốt, ổn định, hệ số d không khí nhỏ, sử
dụng đợc than vụn nhng có nhợc điểm sản vật cháy chứa nhiều bụi.
5.3. Thiết bị đốt nhiên liệu lỏng
Để đốt nhiên liệu lỏng ngời ta dùng thiết bị đốt gọi là mỏ phun. Theo áp suất
làm việc, các mỏ phun đợc chia ra:
+ Mỏ phun áp suất thấp: áp suất chất biến bụi nhỏ hơn áp suất tới hạn.
+ Mỏ phun áp suất cao: áp suất chất biến bụi lớn hơn áp suất tới hạn.
5.3.1. Mỏ phun áp suất thấp
Trong mỏ phun áp suất thấp, chất biến bụi là không khí có áp suất từ 300 - 800
mmH
2
O, tốc độ chất biến bụi khi ra khỏi miệng phun từ 50 - 80 m/s.
Trên hình 5.6 trình bày sơ đồ cấu tạo của một số loại mỏ phun áp suất thấp.
Trong mỏ phun hình 5.6a, dầu phun ra từ ống (1) gặp dòng không khí trong ống (2) bị
biến thành bụi dầu cùng với không khí phun ra khỏi miệng phun (4) và đợc đốt cháy.
-87-
Không khí vào mỏ phun có áp suất khoảng 500mmH
2
O, tốc độ từ 70 - 80 m/s. Kiểu mỏ
phun này có kết cấu đơn giản nhng luôn luôn phải giữ cho mỏ phun làm việc đủ công
suất.


1
2
3
4

4
2
1





a) b)

Hình 5.6 Sơ đồ mỏ phun áp suất thấp
1) Đờng dẫn dầu 2) Đờng dẫn không khí
3
) Vít chỉnh dầu 4) Miệng mỏ phun


Trong mỏ phun hình 5.6b, dầu chuyển động trong ống (1), không khí chuyển
động trong ống dẫn (2). Khi dầu phun ra khỏi miệng ống phun bị không khí đánh tơi
thành bụi dầu tạo thành hỗn hợp đi ra khỏi miệng ống phun. Lu lợng dầu đợc điều
chỉnh bởi vít điều chỉnh (3), còn lợng không khí đợc điều chỉnh nhờ thay đổi khe hở
giữa ống phun dầu và miệng mỏ phun, áp suất dầu từ 500 - 1.000 mmH
2
O, áp suất
không khí từ 300 - 700 mmH
2
O. Nhờ cơ cấu điều chỉnh, loại mỏ đốt này có thể làm
việc với công suất giảm tới 40 - 50%.
5.3.2. Mỏ phun áp suất cao
Trong mỏ phun áp suất cao, chất biến bụi là không khí nén có áp suất từ 4 - 6 at
hoặc hơi nớc có áp suất từ 5 - 15 at , tốc độ hỗn hợp ra khỏi miệng mỏ phun đạt tới

330 m/s hoặc lớn hơn.


3
1
2





Hình 5.7 Mỏ phun áp suất cao
1) Đờng dẫn dầu 2) Đờng dẫn chất biến bụi 3) Đờng dẫn không khí

-88-
Trong mỏ đốt hình
5.7
, dầu đợc dẫn vào ống (1), chất biến bụi đợc dẫn và ống
(2), còn không khí đốt nhiên liệu đợc dẫn vào qua ống (3). Khi ở nhiệt độ thờng, tốc
độ của không khí biến bụi ra khỏi miệng ống phun đạt từ 300 - 320 m/s, nếu nung
nóng trớc đến 200 - 300
o
C, tốc độ có thể đạt tới 500 - 530 m/s. Lợng chất biến bụi
nếu là không khí nén cần 0,6 - 0,8 m
3
/kg, nếu là hơi nớc cần 0,4 - 0,6 kg hơi/kg.
Với loại mỏ đốt này, nếu kích thớc nhỏ thì chiều dài ngọn lửa khoản 2,5 - 4 m,
nếu kích thớc lớn có thể tới 6 - 7 m.

3

5






2
4
1
3




Hình 5.8 Sơ đồ cấu tạo mỏ phun áp suất cao
1) Đờng dẫn dầu 2) Đờng dẫn chất biến bụi
3) ống loe La- van 4) Buồng hỗn hợp 5) Đờng dẫn không khí


Với mỏ phun hình
5.8
, trên phần đầu của ống phun có lắp thêm ống loe La-van
(3), nhờ ống loe này tốc độ chất biến bụi đạt tới 750 m/s hoặc cao hơn. Nhờ vậy chất
lợng biến bụi tốt hơn và chiều dài ngọn lửa có thể đạt tới 8 - 10 m. Loại mỏ phun này
có công suất từ 250 - 2.500 kg/h, lợng chất biến bụi 180 - 1.900 kg/h đối với không
khí nén và 25 - 1250 kg/h đối với hơi nớc.
5.3.3. Tính toán mỏ phun
Việc tính toán mỏ phun nhằm xác định kích thớc các đờng ống dẫn và kích
thớc miệng ra của dầu, của không khí từ đó tính toán các thông số khác hoặc chọn mỏ

đốt có sẵn.
a) Tính toán mỏ phun áp suất thấp
Thông số ban đầu:
+ Loại nhiên liệu.
-89-