ĐỀ tài tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sinh hơi bão hòa (đốt dầu FO)

Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Chương 1 :TÍNH TỐN LỊ HƠI
ĐỀ TÀI:
Tính tốn thiết kế lị hơi cơng nghiệp sinh hơi bão hịa (đốt dầu FO) có các thơng
số sau:
Thơng số hơi :
-

Áp suất : P = 5 bar

-

Sản lượng hơi : D = 5 Tấn/giờ

Nhiên liệu dầu mazut/(FO) có các thành phần :
Clv = 84,2% ; Hlv = 11,5% ; Sclv = 1,4% ; Olv = 1,2% ; A = 0,1% ; W = 1,6%.
Clv

84,2%

Hlv

11,5%

S lv
c

1,4%

Olv

1,2%

A
0,1%

W
1,6%

Nlv

0%

Với nhiệt độ nước cấp là tnc = 900C; nhiệt độ nhiên liệu tnl = 900C ; nhiệt độ khơng
khí lạnh tkkl = 300C .

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 4


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

PHẦN I: TÍNH TỐN Q TRÌNH CHÁY VÀ
HIỆU SUẤT CỦA LÒ
Với thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu là

1,4% ta có thể chọn sơ bộ nhiệt độ khói thải
tk = 1600C (với nhiệt độ đọng sương là tđs =
135oC).
I.Thể Tích Khơng Khí Và Sản Phẩm
Cháy.


Lượng khơng khí vừa đủ để đốt cháy
một kg nhiên liệu:

Vkko 0, 0899.(C lv 0,375.S lv ) 0, 265.H lv 0, 0333.Olv
 0,0899.(84,2 0,375.1,4) 0,265.11,5 0,0333.1,2

 10, 6243m 3tc / kg.


Chọn hệ số khơng khí thừa :

 1,1 với ( 1,11,15 )
Thể tích khơng khí thực tế đã đốt dầu FO:



Vkk.Vkko 1,1.10,624311,687 m3tc / kg



Thể tích sản phẩm cháy :

V V V o  V

kRO

N

2

2

HO

 (1).V o

kk

2

Trong đó:
 VRO2 0,01866.(C lv 0,375.S lv )

 0,01866.(84, 2 0,375.1, 4)1,58m3tc / kg
 V o 0,79.V o 0,008.N lv
N2

kk

0,79.10,6243 0,008.0 8,39 m3tc / kg.


 V
 V

=V
N2

o
HO

0

0
3
3
+ 0,79. (1).V = 9,23 Nm / m tc

N2

lv

kk

 0,112.H  0,0124.W lv 0,0161.V o 
kk

2


kg

0,112.11,5 0,0124.1,6 0,0161.10,62431, 48m3tc /

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 5


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

 VH 2O 0,112.H lv 0,0124.W lv 0,0161..Vkko

0,112.11,5 0,0124.1,6 0,0161.1,1.10,62431,5m3tc / kg



Suy ra Vk 1,58 8,39 1,5 (1,1 1).10,6243

12,53m3tc / kg V02t 0, 21.(1).Vkk0
= 0,223 Nm3/ m3tc

 V

 V  V t V

=V

kkhơ

RO

N

2

02

2

(22-[3])

CO

= 10,2 Nm3/ m3tc
Bảng kết quả tính tốn q trình cháy

V

V

V

V

V

V

V

k

kkhơ
RO2
N2
N2
H2O
H2O
V o kk
0
0
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Nm / m tc Nm / m tc Nm / m tc Nm / m tc Nm / m tc Nm / m tc Nm / m tc Nm3/ m3tc
10,6243
12,53
10,2
1,58
8,39
9,23

1,48
1,5

II.Entanpi Của Khơng Khí Và Sản Phẩm Cháy:
Entanpi của khói với 1kg nhiên liệu được xác định bởi cơng thức.
Khi1,1 ta có :
o
o
I  I  (1).I ( KJ / kg)
k

k

kk

Trong đó :

Iko : là entanpi khói lý thuyết khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu với 1
I o V .(C .t ) RO  V o .(C .t )N  V o .(C .t ) H O ( KJ / kg)
2



kROp

k

N

2

2

p

k

2

HO

2

p

k

2

1,58.282, 488 8,39.207,784 1, 48.243,084 2549, 4kJ / kg Với:

Nhiệt độ tk

(C.t)kk

(C.t)RO2

(C.t)N2

(C.t)H2O

(C.t)tro

(oC)

kJ/m3tc

kJ/m3tc

kJ/m3tc

kJ/m3tc

282,488

207,784

243,084

kJ/kg
134,28

160

208,724

Ikko là entanpi không khí lý thuyết khi1
I o  V o .(C .t )
kk

kk

p

 10,6243.1,3.30 414,35kJ / kg
kk

Suy ra : I k 2549, 4 (1,1 1).414,35 2590,83kJ / kg

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 6


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Tương tự ta tính tốn ở các nhiệt độ khác nhau ta được bảng entanpi cho khói như bảng sau: (Bảng 1).

Bảng 1
o

tC

(Ct)kk

3

(Ct )RO2

3

(Ct )N2
3

(Ct )H 2O
3

(Ct)tro

(kJ/m tc) (kJ/m tc) (kJ/m tc) (kJ/m tc) (kJ/kg)

100

129,95

170,03

129,58

151,02

81

200
300
400
500
600
700

800
900
1000

261,24
394,89
531,2
670,9
813,36
958,86
1090,56
1256,94
1408,7

357,46
558,81
771,88
994,35
1224,66
1431,07
1704,88
1952,28
2203,5

259,92
392,01
526,52
683,8
804,12
947,52

1093,6
1239,84
1391,7

304,46
462,72
626,16
794,85
968,88
1144,84
1334,4
1526,13
1722,9

169,8
264
360
458
560
662,5
768
825
985

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

o

o

k

kk

I ( kJ / kg) I ( kJ / kg) I ( kJ / kg)
k

1582,3536 1381,159

1720,4695

3202,2056
4865,9637
6576,3132
8500,43
10134,85
11928,043
13870,614
15776,055
17742,243

3478,4374
5280,3114
7128,7768
9191,0095
10963,545
12894,8547
14975,5416
17019,0981
19123,402

2762,318
4143,477
5524,636
6905,795
8286,954
9668,113
11049,272
12430,431
13811,59

Page 7


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Bảng 1 (tiếp theo)
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100

2200

1562,55
1718,16
1874,86
2032,52
2191,5
2351,68
2512,26
2674,26
2836,32
3000
3163,02
3327,5

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

2458,39
2716,56
2976,74
3239,04
3503,1
3768,8
4035,31
4304,7
4573,98
4844,2
5115,39
5386,48

1543,74
1697,16
1852,76
2028,72
2166
2324,48
2484,04
2643,66
2804,02
2965
3127,32
3289,22

1925,11
2132,28
2343,64
2559,2
2779,05
3001,76
3229,32
3458,34
3690,57
3925,6
4163,04
4401,98

1092
1212
1360
1585

1758
1880
2065
2185
2385
2514
2640
2762

19723,9
21729,757
23763,366
25977,444
27876,213
29959,731
32060,865
34169,243
36288,471
38418,586
40565,091
42710,164

15192,749
16573,908
17955,067
19336,226
20717,385
22098,544
23479,703
24860,862

26242,021
27623,18
29004,339
30385,498

21243,1747
23387,148
25558,8723
27911,0666
29947,9515
32169,5856
34408,8357
36655,3296
38912,6733
41180,904
43465,5249
45748,714

Page 8


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

III.Cân Bằng Nhiệt Lị Hơi
Ta có : Qdv Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 ( kJ / kg).
P 5bar

i ' 640,1( kJ / kg)

i

 '' 2749( kJ / kg).

 P 5bar
 inc 377,12( kJ / kg )

o
t
 nc  90 C

Ta tính được nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu :

lv
lv
lv
lv
lv
Q lv  339.C  1030.H  109(O  S ) 25W 
th

 339.84,21030.11,5109(1,21,4) 25.1,6

40370, 6( kJ / kg)
Nhiệt trị nhiên liệu được hâm nóng lên 90oC
Qnl = Cnl.tnl = 1,965.90 = 176,85 kJ/kg
Với Cnl = 1,74+0,0025tnl = 1,74+0,0025.90 = 1,965
kJ/kg.độ Nhiệt lượng đưa vào ứng với 1kg nhiên liệu

Qdv Qthlv Qnl 40370,6 176,85 40547, 45( kJ / kg).

IV. Các Tổn Thất


Tổn thất do khói thải mang đi Q2

Q2 ( I k I kkl )(1 100


q4

) I k I kkl

2590,83 455, 78 2135( kJ / kg).

I kkl.Vkko .(ct) kkl 1,1.10, 6243.1, 3.30 455, 78 kJ/kg
Suy ra tổn thất q Q2 .100
2

Q

2135 .100 5,27%

40547,45
Với tổn thất về hóa học q3 = 1,5% ; tổn thất nhiệt do cơ học q4 = 0% ; tổn thất nhiệt
dv

ra môi trường xung quanh q5 = 1,8% cho nồi khơng có bề mặt đốt phần đuôi ; tổn thất
nhiệt do tro, xỉ q6 = 0%.

V.Hiệu suất của lị hơi:
-

Hiệu suất tồn phần của lị hơi (Hiệu suất của lò hơi)

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 9


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

 100 ( q2 q3 q4 q5 q6 )
 100 (5,271,5 01,8 0) 91,4%
-

Hiệu suất buồng lửa ( Xét cho lượng nhiệt chứa trong dòng sản phẩm cháy
từ buồng lửa).

bl q2 90, 4 5, 27 96,7%
-

Hiệu suất quá trình cháy (xét cho q trình biến đổi hóa năng thành nhiệt

chbl q5 96,7 1,8 98,5%
VI.Tiêu hao nhiên liệu
-

Nhiệt cấp có ích cho lò

Q.Q 91,4.40547,45  37060( kJ / kg).
1
dv
100
Chọn hệ số xả lò p = 3% .
-

Suy ra suất tiêu hao nhiên liệu B được tính : đối với dầu

B Bt

D.(i '' i )
nc

Q1

 D

.(i ' i )

x

nc



Q1



 5.10 3 (2749 377,12) 150(640,1 377,12)  321( kg / h)
37060

Các tổn thất ; %

Qlv
th

q2

kJ/kg
40370,6
-

Bt1

q3

5,27

1,5

q4

q5

0

1,8

q6
0

η(%)
91,4

Bt
(kg/h)
321

Lượng tiêu hao nhiên liệu tính cho 1 tấn nhiên liệu :

B

t

5 

321

5 64, 2 kg / h

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 10

Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

PHẦN II: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH
THƯỚC LỊ HƠI


Diện tích sơ bộ

Với năng suất bóc hơi riêng phần D1= 45 ÷ 50 kg/m2.h,và năng suất bốc hơi toàn phần
D=5T/h ta tìm ra diện tích cần sinh hơi F=D/D1.
Chọn D1 = 50kg/m2.h Suy ra
Tổng diện tích cần để sinh hơi:
F

D

5000

D1

50

100 m2.



Vậy diện tích thiết kế sơ bộ là 100 m2
Nhiệt thế thể tích buồng lửa ta chọn theo kinh nghiệm trong khoảng 1800÷2300kW/m3

Để tiết kiệm khơng gian buồng lửa cũng như giảm giá thành vật tư chế tạo ta chọn giá trị
nhiệt thế có giá trị 1900kW/m3 .
Ta có

qv

B .Q
t

th

3

lv

=1900kW/m .

V

Suy ra thể tích buồng lửa tính sơ bộ là :

V



B .Q
t

 321.40370, 61,89 m .

lv

th

3

qv1900.3600

 Chiều dài ngọn lửa :
Dựa vào đồ thị dưới đây ta
chọn chiều dài ngọn lửa sơ bộ
khoảng 3m
Chiều dài ngọn lửa sẽ chiếm từ
75-80 % chiều dài cả ống lị ,vì
vậy chiều dài ống lị trong
trường hợp này chọn là 4 m.
Ta tính được đường kính ống lị theo cơng thức sau :

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 11


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

V S .l (. d 2 ).l
4
 d 4.V  0, 78m

.l

Thơng số của ống lị :
Chiều dài l (m)

Đường kính d (m)

4


0,78

Xác định kích thước sơ bộ của lị :
 Diện tích bức xạ trong buồng đốt :

Fbx.d .l 9,76 m2
Diện tích bức xạ này chiếm gần 10% tổng diện tích sinh hơi.
 Diện tích dàn đối lưu :


FdlF Fbx 90, 24m2

Ta chọn loại ống có đường kính φ = 51mm theo tiêu chuẩn.
Với lò hơi loại đốt dầu ta chọn loại có 2 pass khói và chiều dài mỗi pass ống bằng chiều dài
ống lò là l = 4 m
Tổng số mét chiều dài ống là :

l 
dl

F

dl

.
d

 563, 22m

dl

Tổng số ống sinh hơi đối lưu sơ bộ là :
l

n 4dl 140,8 ống.
Vậy số ống của mỗi pass trung bình sẽ là 70 ống.

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 12


Đồ Án Mơn Học - Lị Hơi

SVTH : Nguyễn Hữu Quang

Bảng kết quả tính tốn kích thước cơ bản của lị

STT

THƠNG SỐ TÍNH TỐN

ĐƠN VỊ

KẾT QUẢ

01

Chiều dài buồng đốt .

mm

4000

02

Đường kính buồng đốt.

mm

780

03

Diện tích bức xạ bề mặt trong

m2

9,76

04

Diện tích dàn đối lưu

m2

90,24

05

Số ống sinh hơi đối lưu .

Số ống

140

06

Số ống trên một pass .

Số ống

70

Từ đây ta có thể phác thảo kích thước sơ bộ của lị với đầy đủ kích thước để kiểm tra

GVHD : ThS.Võ Kiến Quốc

Page 13