Đề tài Nghiên cứu và chế tạo một lò hơi công nghiệp với sản lượng 6 T/h có khả năng sản xuất hơi quá nhiệt

y, ta chỉ xét đến vấn đề xả định kỳ và khối lượng xả. Xả định kỳ mà chúng ta quan tâm chính là việc xả đáy nhằm thải bỏ các chất bẩn ở dạng bùn ra khỏi lò hơi để phần nào giảm lượng cáu cặn sinh ra trong lò khi lò hoạt động. Xét một cách đơn giản, khối lượng xả lò có thể được tính theo công thức sau: , % trong đó: Sf – Mức độ TDS (Total Disolved Solids – tổng lượng chất rắn không hoà tan) của nước cấp, ppm Sb – Mức độ TDS mong muốn của nước trong lò hơi, ppm Trong trường hợp cần phải có xả liên tục thì nói chung khối lượng xả cũng được tính theo công thức trên. Thông thường, đối với các lò hơi trong công nghiệp, lượng nước xả là không nhiều trong thời gian vận hành. Nhưng nếu lượng nước xả là quá nhiều sẽ làm tổn thất nhiệt lớn, gây lãng phí (mặc dù khối lượng xả đã được tính toán ở mức tối thiểu nhất nhằm bảo đảm an toàn vận hành và tránh bám cáu). Cho nên để giảm lượng nước xả hoặc tiết kiệm nhiệt ta có hai biện pháp cơ bản sau: - Xử lý nước tốt hơn để nước cấp có TDS nhỏ (Sf thấp), như vậy sẽ giảm được khối lượng xả đi. - Nếu không thể giảm được Sf, nên lắp bể tận dụng nhiệt từ nước xả, còn gọi là bình phân ly bốc hơi (do nước xả có nhiệt độ và áp suất cao), thông qua đó nhiệt năng sẽ được tận dụng để sử dụng với mục đích khác nhau ví dụ như: gia nhiệt cho nước cấp... e) Bảo ôn lò hơi và mạng nhiệt Như trình bày ở trên, tổn thất nhiệt do toả nhiệt ra môi trường xung quanh sẽ làm giảm hiệu suất của lò hơi. Trên thực tế, tổn thất này không thể tránh khỏi mà chỉ có thể giảm tới một mức độ nào đó vừa đảm bảo gây nên ít tổn thất, vừa đảm bảo tính kinh tế khi bảo ôn lò hơi và mạng nhiệt. Nhiệt độ bề mặt của lớp bảo ôn xung quanh lò nên nằm trong giá trị lớn hơn nhiệt độ môi trường khoảng từ 20-25oC. f) Một số hình thức khác - Hạ áp suất hơi tại các hộ dùng nhiệt, đặc biệt với các thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp. Trong những điều kiện có thể cho phép, việc giảm áp suất làm việc của lò hơi cũng đem lại những lợi ích tương tự như việc nâng cao hiệu suất của lò. Việc giảm áp suất trong lò hơi cũng có nghĩa là tiêu tốn ít nhiên liệu hơn, giảm hiện tượng rò rỉ tại các mặt bích và mỗi nối, giảm việc tiêu tốn năng lượng cho bơm cấp vào lò hơi ... Tuy nhiên, việc giảm bao nhiêu còn phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể điều kiện sản xuất, giới hạn làm việc của lò, yêu cầu chất lượng hơi và phân phối hơi... Hình 2.7 minh hoạ khả năng tăng hiệu suất đối với việc giảm áp suất làm việc trong lò. Hình 2.7: Mức độ tăng hiệu suất lò hơi khi giảm áp suất làm việc của lò [3] - Vận hành và vệ sinh định kỳ lò hơi: Chúng ta đều biết rằng hầu hết các lò hơi trong công nghiệp đều rất hạn chế về vấn đề tự động điều khiển quá trình làm việc của lò. Nhiều thao tác hoạt động bằng cơ khí hoặc bằng tay, nhất là không có sự liên hệ qua lại giữa các yếu tố, cho nên không thấy được trực tiếp ảnh hưởng của việc vận hành. Do vây, nhiều khi vấn đề kỹ thuật nhằm giảm tổn thất là rất tốt nhưng hiệu suất lò hơi lại không cao chính là do việc vận hành không đúng quy cách. Chính vì vậy, khi vận hành lò hơi phải tuân thủ đầy đủ các quy trình về vận hành cũng như xử lý sự cố theo các quy trình của thiết kế và tiêu chuẩn an toàn. Nạp nhiên liệu và cấp gió cũng phải theo tiêu chuẩn. Thường xuyên kiểm tra các đồng hồ đo, van an toàn, ống thuỷ... Kiểm tra các mép bích và mối nối xem có hiện tượng rò rỉ không, các quy định về xả lò và lau rửa các bộ phận thuộc lò hơi. Đảm bảo chế độ bảo dưỡng lò về thời gian, khối lượng công việc để tăng tính an toàn khi vận hành và giúp cho lò hơi đạt tình trạng tốt nhất khi làm việc... Vệ sinh các bề mặt trao đổi nhiệt một cách thường xuyên, nhất là đối với các giàn ống sinh hơi để giảm tổn thất đối lưu và bức xạ, tránh hiện tượng tắc ống lửa do bụi bẩn cũng như bám cáu trong các ống nước. Phải loại bỏ cáu cặn nếu bề dày lớp cáu vượt giá trị cho phép... Chiều rộng a chọn : a = 6600 mm, b =a/1,143 = 5775 mm. - Kích thước phễu làm lạnh xỉ: Độ nghiêng của phễu làm lạnh xỉ chọn kích thươc bé nhất của tiết diện nói phễu làm lạnh xỉ với giếng phụ thuộc vào sản lượng lò hơi. Thông thường nằm trong phạm vi 0,6-1,4m. ở thiết kế này chọn 0,9. Hình 3: Hình dạng kích thước độ đặt ống buồng lửa (tỉ lệ 1/100) Hình 4: Cách xác định vòi phun buồng lửa Hình 5: Cách xác định chiều dài ngọn lửa. LΦ = Chiều dài đoạn abcd. 2.3- Xác định vị trí lò hơi. Đường tâm vòi phun đặt ở 4 góc phải tiếp tuyến với vòng tròn giả thiết ở tâm buồng lửa. Đường kính vòng tròn giả thiết chọn từ F 1-1,2 m. Trong thiết kế này chọn 1m. Cách bố trí vòi phun xem hình 4. Để tránh ngọn lửa có nhiệt độ cao táp vào phễu làm lạnh xỉ gây nên hiện tượng đóng xỉ, thì trung tâm vòi phun đặt cách mặt trên phễu làm lạnh xĩ một khoảng cách nhất định (theo phụ lục V bảng 4 tiêu chuẩn thiết kế). 2.4- Xác đinh diện tích buồng lửa. Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang buồng lửa như hình 3. Khi tính ta chia ra nhiều hình đơn giản 1,2,3,4,5,6,7. a- Tường bên. F1 = 0,5(4,205 + 0,465).1,8 = 4,203 m2. F2 = 4,205.1,41 = 5,929 m2. F3 = 4,88.0,89 = 4,343 m2. F4 = 0,675.3,2/2 = 1,08 m2. F5 = 0,895.0,89/2 = 0,4 m2. F6 = 5,775.6,6 = 38,115 m2. F7 = 0,5.(5,775 + 3,34).1,49 = 6,79 m2. Fb = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 + F7 = 60,86 m2. b- Tường trước. Ft = S lt.a = (0,25+4,35+8,9+1,945+1,8).6,6 =113,817 m2 c- Tường sau. Fs = Sls.a =(6,6+1,945+1,8).6,6= 68,277 m2 d- Tường ở dãy pheston. FP = S lP.a =(0,25+3,9+1,39).6,6= 36,564 m2 e- Diện tích toàn buồng lửa. F = 2.Fb+Ft+Fs+FP= 340,378 m2 f- Thể tích toàn buồng lửa theo kết cấu đã vẽ ở hình 3. V = Fb. a = 60,86.6,6 = 401,676 m3. Như vậy thể tích giả thiết như hình vẽ gần đúng với trị số chọn ban đầu(401m3) tạm coi là hợp lý. 2.5- Kiểm tra chiều dài ngọn lửa. Dựa vào phần tính nhiệt lò hơi (Thiết bị lò hơi) ta xác định chiều dài ngọn lửa như hình 5. Từ đó kiểm tra lại buồng lửa thiết kế có phù hợp yêu cầu không. Căn cứ vào sản lượng lò hơi và tính chất nhiên liệu thì trong tiêu chuẩn kiến nghị LF = 11-13 m. Từ hình vẽ của bản vẽ thiết kế ta tính được LF= 15 m, Như vậy thoả mãn yêu cầu. 2.6- Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi và độ đặt ống trong buồng lửa. ở các lò hơi áp suất trung bình, dàng ống sinh hơi thường chọn đường kính ống là F60. Bước ống tương đối tuỳ thuộc vào khả năng bảo vệ tường lò và đảm bảo quá trình cháy ổn định. Đối với lò trung áp thông số thường chọn: S1/d = 1,05-1,25 Và khoảng cách từ tâm ống đến tường lò: e = (0,8-1)d Trong thiết kế này chọn: S1/d =75/60 = 1,25 e/d =60/60 đối với tường bên. e/d =62,5/60 đối với tường sau và tường trước. Hệ số góc x của tường dàn ống tra theo PL 6-02 (toán đồ). Để cải thiện quá trình cháy ở 4 góc buồng lửa người ta cắt bớt và bố trí như hình 3 mặt cắt A-A. Số ống tường trước và sau : n == 87 ống. Số ống mỗt tường bên : n =72 ống. Bảng 6 : Đặc tính cấu tạo dàn ống sinh hơi. Tên Ký hiệu Dơn vị Tường bên Tường sau Tường trước Pheston 1 Diện tích m2 60,86 68,277 113,817 36,564 2 Đường kính ngoài ống d mm 60 60 60 60 3 Bước ống s mm 75 75 75 75 4 Bước ống tương đối s/d 1,25 1,25 1,25 1,25 5 Số ống n 72 87 87 87 6 Khoảng cách từ tâm ống đến tường e mm 60 62,5 62,5 7 Hệ số bức xạ hữu hiệu x =f(S/d,e) x 0,98 0,98 0,98 1 8 Diện tích bề mặt bức xạ hữu hiệu Hi=Fi.xi Hibx m2 119,284 66,911 111,541 36,564 9 Tổng diện tích bề mặt bức xạ Sibx Hbx m2 334,3 Chú ý : Hệ số góc (x) tra theo toán đồ Hình 10-5 trang 170 TBLH. 2.7- Tính truyền nhiệt trong buồng lửa. Mục đích của bài toán là để xác định lượng nhiệt trong buồng lửa truyển ra và nhiệt độ khói ra sau buồng lửa q’’bl. Từ đó kiểm tra kết cấu buồng lửa có thích hợp không(xem bảng 7). Bảng 7: Tính truyền nhiệt buồng lửa: STT Tên Ký hiệu Đơn vị Công thức tính Kết quả Ghi chú 1 Thể tích buồng lửa Vbl m3 Đã tính ở trên 401 2 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt bức xạ Hbx m2 nt (bảng 6) 334,3 3 Độ đặt ống y y = 0,982 4 Hệ số bảo ôn j Đã tính ở trước 0,993 5 Hệ số không khí thừa cửa ra buồng lửa abl Đã tính trươc 1,2 6 Hệ số không khí lọt của buồng lửa Dabl nt 0,1 7 Hệ số không khí lọt của hệ thông nghiền than Dangh nt 0,06 8 Nhiệt độ không khí nóng tnkk oC nt 310 9 Entanpy của không khí nóng Inkk kJ/kg Tra bảng I-q Bảng 3 2992 10 Hệ số không khí thửa của cuối bộ sấy không khí b''s abl-Dabl - Dangh= 1,2-0,1-0,06 1,04 11 Nhiệt độ do không khí nóng mang vào buồng lửa Qkk kJ/kg b’’.Ink2 +(abl+Dangh).Ilk2 =1,04.2992+(0,1+0,06).284,7 3157,2 Ilkk=284,7KJ/kg (với:tlkk=300C) 12 Nhiệt lợng thu đợc khi cháy 1 kg nhiên liệu Qtd kJ/kg 30201,8 13 Nhiệt độ cháy lý thuyết qlt oC Tra bảng I-q Bảng 3 với a =1,2 1956 Ilt=Qtd=30201,8 14 Hệ số hiệu đính m Tham khảo sách thiết bị lò hơi 1 15 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ của khói s m 4,24 16 Độ đen ngọn lửa phần sáng as Dựa vào tiêu chuẩn thiết kế đối với buồng lửa đốt bột than phun 0,8 17 Độ đen của ngọn lửa anl m.as+(m-1).aks=1.0,8+(1-1).aks 0,8 18 Hệ số bám bẩn x Tham khảo sách thiết bị lò hơi 0,45 19 Độ đen buồng lửa abl 0,9 20 Vị trí tương đối của điểm có nhiệt độ cao nhất X 0,3 Hbx 21 Hệ số tính toán A Tham khảo sách thiết bị lò hơi 0,59 22 Hệ số tính toán B Tham khảo sách thiết bị lò hơi 0,5 23 Hệ số hiệu chỉnh M A-B.X =0,59 - 0,5.0,05 0,44 24 Nhiệt độ khói ra sau buồng lửa q''bl oC Giả thiết sau sẽ kiểm tra 1050 25 Entanpy của khói ra sau buồng lửa I''bl Tra bảng I-q (với a =1,2) 15147,5 26 Tỷ nhiệt trung bình của khói VCp 16,62 27 Nhiệt độ khói đầu ra buồng lửa(theo phơng pháp tính toán) q''bl 1050 Kết quả tính toán q’’bl = 1050 oC phù hợp với trị số đề cho. Để đảm bảo cho dãy pheston không bị đóng xỉ thì nhiệt độ đầu ra buồng lửa phải phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế (Phụ lục V bảng 3) hoặc nhỏ hơn nhiệt độ bắt đầu biến dạng của tro t1nhưng không vượt quá 1150 oC. oC. Như vậy lò hơi đã thể hiện trên là hợp lý. Nhiệt độ khói ra sau buồng lửa q’’bl=1050 oC. Entanpi của khói I’’bl = 15147,5 kJ/kg Lượng nhiệt truyền nhiệt bức xạ của buồng lửa Qblbx =j.(Qtd – I’’bl) =0,993.(30201,8-15147,5) =14949 kJ/kg Phần III: Thiết kế dãy pheston 3.1- Đặc tính cấu tạo. Dãy pheston do dàn ống sinh hơi ở tường sau làm nên. Vì nó lằm ở đầu ra buồng lửa có nhiệt độ cao nên ta kéo thửa các ống ra để tránh hiện tượng đóng xỉ. Bước ống ngang và bước ống dọc của nó chọn theo tiêu chuẩn PL V b.17. Trong thiết kế này dãy phestôn chia thành 4 dãy như hình 8, do đó Bước ống ngang S1=4.S =4.75=300 mm. Bươc ống dọc S2=250 mm. 6420 250 250 250 6100 6000 6000 6100 300x22=6600 135 6720 Hình 8: Kích thước hình học và cách bố trí dãy pheston Đặc tính cấu tạo của dãy phestôn xem bảng 8. 3.2- Tính truyền nhiệt dẫy pheston. Mục đích tính là xác định lượng truyền nhiệt đối lưu Qpđl và nhiệt độ khói ra sau dãy pheston. Vì răng kết cấu của dãy pheston đã chọn trước nên sử dung phương pháp tính kểm tra để xác định (phương pháp 3 điểm). Bảng tính xem bảng 9. Bảng 8: Bảng đăc tính của dãy pheston STT Tên Ký hiệu Đơn vị Số thứ tự dãy ống Ghi chú 1 2 3 4 1 Đường kính ngoài của ống d mm 60 60 60 60 2 Số ống trong mỗi dãy z ống 23 23 23 23 3 Chiều dài mỗi ống l m 6,1 6,0 6,0 6,1 4 Bước ống Bước ngang s1 mm 300 300 300 300 Bước dọc s2 mm 250 250 250 250 chọn 5 Bước ống tương đối Ngang 300/60 s1/ d - 5 5 5 5 Dọc 250/60 s2/d - 4,17 4,17 4,17 4,17 6 Chiều dầy hữu hiệu lớp bực xạ của khói S = S m 0,912 0,912 0,912 0,912 PL6-2 7 Hệ số góc mỗi dãy ống xi - 0,29 0,29 0,29 0,29 8 Bề mặt hấp thụ nhiệt mỗi dãy ống: Hi =pdlz Hpi m2 26,4 26,4 26,4 26,4 9 Tổng diện tích bề mặt đốt bức xạ: Hp =SHip Hp m2 106 10 Hệ số góc toàn cụm pheston: 1-(1-xi)n với n =4 xp - 0,746 11 Diện tích bề mặt chịu nhiệt bức xạ: Hpbx =Fp.xp (Fp =84,9 m2) Hpbx m2 27,3 12 Diện tích bề mặt chịu nhiệt đối lưu Hpđl=Hp - Hpbx Hpđl m2 78,7 13 Chiều dài tiết diện ngang đường khói đầu vào l’ m 6,42 đầu ra l” m 5,426 14 Chiều rộng đường khói ap m 7,17 15 Tiết diện đường khói đi đầu vào: l’(ap-d.z) F’p m2 40,64 đầu vào: l’’(ap-d.z) F”p m2 33,39 16 Tiết diện trung bình đường khói đi qua pheston Fp =(F’p+F’’p)/2 Fp m2 37 Bảng 9: Tính truyền nhiệt dãy pheston STT Tên Công thức Kí hiệu Đơn vị Trị số Ghi chú 1 2 3 cân bằng nhiệt 1 Nhiệt độ khói thải ra sau buồng lửa từ bảng 7 θ''bl 1050 1050 1050 2 Nhiệt độ khói thải ra sau pheston giả thiết (sau kiểm tra) θ''p 990 1000 1020 3 Nhiệt độ khói trung bình θtb 1020 1025 1035 4 Entanpi của khói ra sau buồng lửa đã tính ở trước I''bl kJ/kg 15147,5 15147,5 15147,5 5 Entanpi khói ra sau pheston tra bảng I-0 (với αp = 1,2) I''p kJ/kg 14192 14350 14669 ∆α =0 6 Độ giáng entanpi trước và sau pheston I''bl-I''p ∆Ip kJ/kg 955,5 797,5 478,5 7 Lượng nhiệt mà khói thải truyền đi ứng với 1kg nhiên liệu j.(∆Ip -∆Iok2') Qkp kJ/kg 949 792 476 ∆Iok2=0 truyền nhiệt 8 Nhiệt độ bão hòa Bảng hơi nớc với áp suất p = 4,0 Mn/m2 tbh oC 250 250 250 9 Tỷ số chênh lệch nhiệt độ trung bình ∆tl/∆tb 1,081 1,067 1,039 <1,7 10 Độ chênh nhiệt độ trung bình ∆tp oC 770 775 785 11 Tốc độ trung bình của khói trăng trong dãy pheston wk m/s 2,65 2,66 2,68 <10-12 m/s 12 Thành phần thể tích hơi nơc trong khói Từ bảng 1 rH2O 0,086 0,086 0,086 13 Thành phần thể tích khí ba nguyên tử trong khói Từ bảng 1 rn 0,233 0,233 0,233 14 Nồng độ tro bay trong khói Từ bảng 1 m g/m3tc 14,63 14,63 14,63 15 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách ống Cz.Cvl.Cs.atc adl W/m2 33,7 34,5 35,2 toán đồ III 16 Lực hấp thụ khí 3 nguyên tử rn.s =0,233.0,912 10PnS MN-m/m2 0,212 0,212 0,212 17 Hệ số làm yếu bức xạ do khí 3 nguyên tử Toán đồ IX Kk 1,1 1,09 1,07 18 Hệ số làm yếu bức xạ Toán đồ X Ktr 0,01072 0,01069 0,01060 19 Lực hấp thụ của khói có chứa tro 10KPS =(Kk.rn + Ktr.m).10PS 10KPS 0,438 0,435 0,428 20 Hệ số bám bẩn bề mặt ống e =Cd.Cvl.eo + ∆e = 1,05 e 0,0129 0,0128 0,0128 Toán đồ XII 21 Nhiệt độ vách ống có bám bẩn tbh+ tv 987 823 561 22 Hệ số tản nhiệt bức xạ abx= atc.a (atc a, tra bảng) abx W/m2 123 110 92 toán đồ XI 23 Hệ số truyền nhiệt k W/m 51,863 50,7 48,4 24 Lợng nhiệt truyền tính toán ứng với 1kg nhiên liệu Qptr kJ/kg 1412 1389 1343 Thông qua cách giả ba điểm bằng độ thị hình 9 ta có thể tìm được q’’p =985 oC, tương ứng có I’’p =14112,5 kJ/kg. Lượng nhiệt truyền bằng đối lưu của dãy pheton là: Qđlp =j.(I’’bl + I’’p) =0,993.(15147,5-14112,5)= 1028 kJ/kg. Nhiệt độ khói ra khỏi dãy pheston phù hợp với yêu cầu của bộ quá nhiệt. Vì nếu nhiệt độ khói quá cao làm nhiệt độ vách kim loại quá cao, yêu cầu Kim loại phải tốt, nếu thấp sẽ tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt. Phần IV: Phân phối nhiệt lượng của các bề mặt đốt. Phần này kiểm tra toàn bộ sự phân bố nhiệt lượng hấp thụ của các bề mặt đốt. Mục đích tính toán là để Xác định lượng nhiệt hấp thụ của từng bề mặt đôt. Xác định nhiệt độ khói trước và sau mỗi bề mặt đốt Từ kết quả tính toán ta sẽ kiểm tra độ giảm Entanpi trong từng bề mặt đốt có thích hớp không, độ sôi của bộ hâm nước có thích hợp hay không( không nên vượt quá 2%), đồng thời kiểm tra phần tính toán trước có chính xác hay không. Nôi dung tính toán 1- Tổng lượng nhiệt hấp thụ hữu ích của lò Ql =D(iqn -inc) =.103= 56,25.106 W 2- Lượng nhiệt hấp thụ bức xạ của dãy pheston. Qbxp = y.Qbxbl.= 0,75.14949. .103.=2,04.106 W Chú ý : y chọn theo tiêu chuẩn thiết kế y =0,75. 3- Lượng nhiệt hấp thụ bức xạ từ tường buồng lửa của bộ quá nhiệt cấp I. QbxqnI = y.Qblbx. =0,75.15147,5..103.= 0,7.106 W. 4- Lượng nhiệt hấp thụ bức xạ của dàng ống sinh hơi. Qbxsh = Qbxbl - (Qbxp + QbxqnI) = 15147,5. .103 - (2,04 + 0,7).106 = 31.106 W. 5- Tổng lượng nhiệt hấp thụ của dãy pheston. Qp = Qdlp + Qbxp= 1028. .103+2,04.106 = 4,33.106 W. 6- Lượng hấp thụ nhiệt bằng đối lưu của bộ quá nhiệt. Đối với bộ quá nhiệt sử dụng bộ giảm ôn bề mặt. Qdlqn = Qqn - Qbxqn + D.Dig.ôn, trong đó: Qqn = D.(iqn - ibh) = .(3333 - 2801).103 = 11,08.106 W. Trong đó: i’’bh = ibh = 2801 kJ/kg tra theo áp suất Pbh = 4,0 Mn/m2. Dig.ôn : lượng nhiệt hấp thụ của bộ giảm ôn. Trong thiết kế này quy định dùng biện pháp thay đổi trung tâm ngọn lửa để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt. Vì vậy ở phụ tải định mức Dig.ôn = 0. Qbxqn = Qbxqn1 = 0,7.106 W. Qdlqn = 11,08.106- 0,7.106 = 10,38 .106 W. 7- Tổng lượng nhiệt hấp thụ của bộ hâm nước. Qhn = Ql - (Qbxsh +Qp + Qqn) = 56,25.106 - (31 + 4,33 + 11,08).106 =9,84.106 W. 8- Độ sôi của bộ hâm nước. Entanpi nước cấp khi đi vào bộ hâm nước : i’nc = inc +Digô = inc = 633 KJ/kg. Entanpi hơi nước bão hoà: ibh = i’bh = 1087,5 KJ/kg (với: Pbh = 4,0 Mn/m2) Lượng nhiệt hấp thụ của nước trong bộ hâm trước khí sôi là: D.(ibh - inc) = (1087,5 - 633).103 = 9,47.106W. ở đây ta thấy Qhn > D.(ibh - inc). Vì vậy độ sôi được xác định như sau: với: r = i”bh - i’bh: là nhiệt ẩn hóa hơi tai áp suất trong bao hơi. 9- Tổng lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí. Qs =bstb.Btt.(Ink2 - Ilk2) =1,09..(2992 - 285).103 =6,57 .106 W. Trong đó: Ink2 =I’k2II. Và bstb =b’’s + 0,5.Das =1,04 + 0,5.0,1=1,09. 10- Xác định lượng nhiệt hấp thụ của bộ hâm nước cấp I và cấp II. Sự phân phối lượng nhiệt hấp thụ của các bề mặt đốt phần đuôi rất quan trọng tiến hành theo các nguyên tắc sau: a- Nhiệt độ không khí đầu vào bộ sấy cấp I. t’’sI =tnc +(10 ữ 15) oC. b- Nhiệt độ nước đầu vào bộ hâm II của bộ hâm kiểu sôi phải thấp hơn nhiệt độ sôi 40 oC. c- Nhiệt độ khói trước bộ sấy không khí II không quá 530 ữ 550 oC. Theo nguyên tắc a sơ bộ xác định được lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí I và II và bộ hâm nước I và II. Còn nguyên tắc b, c bảo đảm lò hơi vân hành an toàn. Trong thiết kế này ta chọn như sau: t’’sI = tnc + 13 = 150 +13 = 163 oC. t’hnII = 194 oC vì tbh - t’hnII =256 - 195 = 62 > 40 oC Nhiệt độ nước ra sau bộ hâm nước cấp I (cấp dưới). t’’hnI = t’hnII =194 oC tương ứng i’’hnI = 806 kJ/kg. Lượng nhiệt hấp thụ của bộ hâm nước cấp I là : QhnI =D.(i’’hnI - inc) = .(806 - 633).103 =3,6.106 W. Lượng nhiệt hấp thụ của bộ hâm nước cấp II là : QhnII =Qhn - QhnI = 9,84.106 - 3,6.106 = 6,24.106 W. 11- Lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí cấp I. QsI = Btt.(b1I +).( i’’sI - isI’) =.(1,09 + ).(1575 - 285).103 = 3,2.106 W. Trong đó : bsI = bsII +DasII =1,04 + 0,05 = 1,09 i’sI = ils = 285 kJ/kg với tk2l = 30 oC . i’’sI = 1575 kJ/kg với tsI’’ = 163 oC tra theo bảng đặc tính sản phẩm cháy. 12- Lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí cấp II. QsII = Qs - QsI =6,57.106 - 3,2.106 = 3,37.106 W. 13- Nhiệt độ khói sau các bề mặt đốt. a- Nhiệt độ khói sau bộ quá nhiệt. Inqn = I’’p + Daqn.Iok2 - = 14112,5 + 0,05.285 - = 9115 KJ/kg. Tra bảng q - I ta tìm được q’’qn = 640oC. b- Nhiệt độ khói ra sau bộ hâm nước cấp II. I’’hnII = I’’qn + DahnII.Iok2 - = 9115 + 0,02.285 - = 6298 KJ/kg. Tra bảng q - I ta tìm được q’’hnII = 447 oC. c- Nhiệt độ khói ra sau bộ sấy không khí cấp II. I’’sII = I’’hnII + DasII.0,5.(i’’sII + i’sII) - = 6298 + 0,05.0,5.(2992 + 1431)-= 4884 KJ/kg. Tra bảng q - I ta tìm được q’’sII = 340 oC. d- Nhiệt độ khói ra sau bộ hâm nước cấp I. I’hnI = I’’sII + DahnI.Iok2 - = 4884 +0,02.285 - =3261 KJ/kg. Tra bảng q - I ta tìm được q’’nhI = 227oC. e- Nhiệt độ khói ra sau bộ sấy không khí cấp I I’’s = It = I’hnI + DasI.0,5.(i’’sI + i’sI) - =3261 + 0,05.0,5.(1431 + 285) - =1842 KJ/kg. Tra bảng q - I (với: α = 1,39)ta tìm được q’’sI = qt = 126oC. Trong thiết kế này nhiệm vụ giao cho qt = 135 oC tương ứng Ito = 1982 KJ/kg. DQ = It - Ito = 1960 - 1842 = 118 Dq = = =0,43% < 0,5%. Thiết kế ở trên là hợp lý. Phần V: Thiết kế bộ quá nhiệt. Khi thiết kế bộ quá nhiệt, trước hết xác định kết cấu bộ quá nhiệt cấp I sau đó tính toán nhiệt để xác định lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt cấp I. Từ đó tìm được lượng nhiệt hấp thụ bộ quá nhiệt cấp II từ đó thiết kế được bộ quá nhiệt cấp II. 5.1- Phương án bố trí bộ quá nhiệt (hình 10). Bộ quá nhiệt chia làm hai cấp, dọc theo chiều khói đi gọi là cấp I và cấp II. Hơi đi trong bộ quá nhiệt hoàn toàn ngược với chiều của khói đi. Sau đó đi vào bộ giảm ôn bề mặt. Hơi từ bộ giảm ôn đi vào bộ quá nhiệt cấp II theo hai cụm ống đặt ở hai bên sườn lò, sau đó đi vào ống góp 6 từ đó theo cụm ống giữa đi thuận chiều đường khói đến ống góp 7. 5.2- Tính nhiệt bộ quá nhiệt cấp I. 5.2.1- Đặc tính cấu tạo. Bộ quá nhiệt đối lưu thông thường sử dụng cách bố trí ông song song để dễ treo đỡ. Song ở đây trước bộ quá nhiệt không có cụm ống đối lưu nào cả nên bộ quá nhiệt cấp I nằm trong phạm vi nhiệt độ cao. Vì vậy để phòng xảy ra hiện tượng đóng xỉ trên bề mặt ống ta bố trí 4 dãy ống phía trước của bộ quá nhiệt cấp I bố trí so le còn lại 6 dãy ống phia sau bố trí song song tức : nsole = 4; nss =6; tổng số dãy ống : n = nsole + nss = 4+6 =10. Dựa theo tiêu chuẩn thiết kế phụ lục V-65 ta chọn bước ống như sau: đoạn sole: - Bước ống ngang :³ 4,5 - Bước ống dọc : ³ 3,5 Đoạn song song thì bước ống ngang = 2-3, còn bước ống dọc phải bảo đảm bán kính uốn lớn hơn 2 lần đương kính ống. Trong thiết kế này, bộ quá nhiệt dùng thép các bon để chế tạo nên chọn đường kính ống F38x3,5 bán kính uốn nhỏ nhất là 75 mm. Đối với lò hơi trung áp (Pqn =3,9ữ4,4 MN/m2) thì kiến nghị tốc độ hơi đi trong ống khoảng 15-20 m/s (tương ứng 250ữ335 kg/m2s) khi chiều dài mỗi ống tương đối ngắn thì giới hạn trên ( khoảng 30-40 m). Lực ống soắn tương đối nhiều và dài thì nên chọn giới hạn dưới. Trong thiết kế này chọn giới hạn dưới rw =250 kg/m2s. Như vậy tiết diện hơi đi: f ==0,0833 m2 số ống z ==111 ống. Để đảm bảo tốc độ hơi đi trong ống hợp lý trong thiết kế này phải làm thành ống xoắn kép. Mỗi hàng ngang gồm 64 ống. Vậy tổng số ống là 2x64 = 128 ống. Tốc độ khói đi trong bộ quá nhiệt không được lớn hơn 10-12 m/s. Vì chiều rộng lò hơi đã cố định nên tốc độ khói quiết định bởi việc chọn chiều cao đường khói khoảng 2,5 - 5 m. Trong thiết kế này chiều cao trung bình khoảng 4,5 m. 1 4 6 2 5 3 7 1440 600 850 2 3 1 Bộ quá nhiêt cấp I Cụm ống 2 bên của bộ quá nhiệt cấp II Cụm ống giữa bộ quá nhiệt câp II ống góp Bộ giảm ôn ống góp ống góp ra của bộ quá nhiệt ống dẫn hơi Hình 10: Sơ đồ bố trí bộ quá nhiệt 2075 925 A A-A 4243 7060 110x63 = 6930 850 330 1068 A Hình 11: Cấu tạo bộ quá nhiệt cấp I Bảng 10: Đặc tính cấu tạo bộ quá nhiệt cấp I STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Sole Song song 1 Đờng kính ống d mm Chọn Φ38x35 Φ38x35 2 Số dãy ống dọc n dãy Thiết kế 4 6 3 Số dãy ống trong mỗi dẫy z ô Chọn 64x2 64x2 4 Bước ống ngang s1 mm Chọn 220 110 dọc s2 mm sole chọn 110 ssong Ss22 == 110 86,7 5 Bớc ống tơng đối s1/d 5,8 2,9 s2/d 2,9 2,28 6 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến vách S' mm 0,5.[a- (0,5.z-1).S1s2] = 0,5.[7060-(0,5.128-1).110]=65 65 65 7 Số ống trên đỉnh lò z ô chọn 2x64 2x64 Chiều dài mỗi ống trên đỉnh lò ld m Đo từ hình vẽ 2,075 0,925 Diện tích mỗi ống Hod m2 p.d.l =p.0,038.2,075 0,248 0,11 Hệ số tính đổi A Chọn 0,75 0,75 Diện tích toàn bộ bề mặt đỉnh Hd m2 z.A.Hds =128.0,75.0,428 11,9 5,03 8 Chiều dài mỗi ống chịu nhiệt khác lk m đo từ hình vẽ 4,582 12,1 Diện tích chịu nhiệt khác ấy Hk m2 z.p.d.lk =128.p.0,038.4,582 70 185 9 Bề mặt chịu nhiệt của bộ quá nhiệt cấp I HiqnI ,, Hsoleqnt =Hsoled +Hsolek =11,9+ 70 82 190 10 Toàn bộ diện tích bộ quá nhiệt cấp I HqnI ,, HsoleqnI + Hs2qnI =82+ 190 272 11 Bước ống trung bình Ngang S1tb mm 143 Dọc S2tb mm 94 12 Tiết diện lưu thông của hơi f m3 0,785.d2tr.z =0,785.(0,031)2.128 0,0833 13 Chiều dày hiễu hiệu của lớp bức xạ S m (1,87.).d=(1,87.).0,038 0,288 vì ≤7 14 Chiều sâu của cụm ống lc m Chọn, xem Hình 11 0,850 15 Chiều sâu thể tích khói lk mm Xem Hình 11 1086 16 Chiều dầy hữu hiệu lớp bức xạ của khói S' m = 0,47 17 Tiết diện đầu vào của đường khói ở cum ống so le F'sole m2 5,256.7,06-0,038.3,6.32= 32,72 18 Tiết diện đầu ra của đường khói phần sole F''sole ,, 4,85.7,06- 0,038.4.32 = 29,4 19 Tiết diện trung bình của đường khói phần sole Fsole ,, 30,9 20 Tiết diện đầu vào của đường khói ở cụm ống song song F's2 ,, 4,6.7,06-0,038.4,2.64= 22,3 21 Tiết diện đầu ra đường khói ở cụm ống song song F''s2 ,, 4,243.7,06-0,038.4,243.64 = 19,7 22 Tiết diện trung bình của đường khói ở cụm ống song song Fs2 ,, 20,9 23 Tiết diện trung bình đường khói đi ở bộ quá nhiệt cấp I F ,, 23,9 Bảng 11: Tính truyền nhiệt bộ quá nhiệt. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả 1 2 3 Cân bằng nhiệt 1 Nhiệt độ khói trước bộ quá nhiệt cấp I O'qnI oC từ trước tính ra O'qnI =Op 985 985 985 2 Entanpi khói trước bộ quá nhiệt cấp I I'qnI kJ/kg tra bảng I - O (α = 1,2) 14112 14112 14112 3 Nhiệt độ khói ra sau bộ quá nhiệt I O''qnI oC Giả thiết 750 800 850 4 Entanpi khói ra sau bộ quá nhiệt cấp I I''qnI kJ/kg tra bảng I - O (α = 1,225) 10636 11413 12205 5 Lượng nhiệt hấp thụ bức xạ của bộ quá nhiệt QbxqnI W Từ bảng phân phối nhiệt ta có 0,7E+06 0,7E+06 0,7E+06 6 Lượng nhiệt do khói truyền cho bộ quá nhiệt bằng đối lưu QdlqnI W = 7,7E+06 6E+06 4,23E+06 7 Lượng nhiệt truyền tổng cộng QcqnI W QcqnI = QbxqnI+ QdlqnI 8,4E+06 6,7E+06 5,93E+06 Tính truyền nhiệt 8 Nhiệt độ hơi đầu vào bộ quá nhiệt cấp I t'qnI oC Cho biết t'qnI= tbh 256 256 256 9 Entanpi hơi đầu vào bộ quá nhiệt cấp I i'qnI kJ/kg Tra bảng hơi nước p = 4,0 Mn/m2 2388 2388 2388 10 Entapi hơi đầu ra bộ quá nhiệt cấp I i''qnI kJ/kg i’qnI+QqnI/D 2791,2 2710 2673 11 Nhiệt độ hơi nước đầu ra bộ quá nhiệt cấp I t''qnI oC Tra bảng hơi nước p = 3,5 Mn/m2 261 259 257 12 Chênh lệch nhiệt độ Δtl O’qnI- t’’qnI 724 726 728 Δtb O’’qnI- t’qnI 494 544 594 13 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Δt oC 602 631 659 14 Nhiệt độ trung bình của khói OtbqnI oC 0,5.( O’qnI+ O’’qnI) 867,5 892,5 917,5 15 Nhiệt độ trung bình của hơi ttbqnI oC 0,5.( t’qnI + t’’qnI) 258,5 257,5 256,5 16 Thể tích riêng của hơi nước vtb m3/kg Thể tích hơi nước tra theo p = 4,0Mn/m2 0.0525 0.0516 0.0509 17 Tốc độ trung bình của hơi nước ωhtb m/s trong đó f lấy từ bảng 10 11,33 11,14 11 18 Hệ số tản nhiệt từ cách đến hơi α2 W/m oC Toán đồ V 1,16.Cd.atc 1474 1505 1527 19 Tốc độ trung bình của đờng khói đi ωkqnI m/s , F lấy ở bảng 10 3,65 3,73 3,81 20 Thành phần thể tích hơi nước rH2O Từ bảng đặc tính của khói 0,085 0,085 0,085 21 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rn Từ bảng đặc tính của khói 0,23 0,23 0,23 22 Nồng độ tro bay trong khói μ g/m3 tc Từ bảng đặc tính của khói 14,49 14,49 14,49 23 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách trong từng phần sole và song song αsolek W/m2 oC Cz.Cs.Cvl.αtc 56,3 557,2 58,4 Toán đồ III αs2k W/m2 oC Cz.Cvl.αtc 44,3 45,3 46,1 Toán đồ II 24 Hệ số trao đổi nhiệt trung bình αk W/m2 oC 48 49 49,8 25 Lực hút khí 3 nguyên tử 10PS m Mn 10PS =rn.S', ( S’ lấy ở bảng 10) 0,108 0,108 0,108 S lấy từ bảng 10 26 Hệ số làm yếu bức xạ 3 nguyên tử Kk Toán đồ IX 1,6 1,56 1,5 27 Hệ số làm yếu bức xạ bởi tro Ktr Toán đồ X 0,0116 0,0114 0,0112 28 Lực hút của khói có tro K (Kk.Vn +Ktr.m).S’ 0,252 0,246 0,238 29 Hệ số bảm bẩn phẩn sole εsole m2 oC/W Cd.Cvl.εo +Δε 0,00725 0,0071 0,0067 Toán đồ XII 30 Hệ số bám bẩn phần song song εs2 nt Cd.Cvl.εo +Δε 0,0124 0,0122 0,0118 Toán đồ XII 31 Hệ số bám bẩn trung bình ε nt 0,0102 0,0100 0,0098 32 Nhiệt độ vách ống có bám tro tv tqntb +(e +1/a2).(Qdl/HqnI) 566,5 493 419,1 33 Hệ số tản nhiệt bức xạ αbx a.αtc 78 65 78,5 Toán đồ XI 34 Hệ số truyền nhiệt k W/m oC 53,15 51,45 54,8 35 Lợng nhiệt truyền tính theo tính toán QqnItr W k.HqnI.Dt 8,7E+06 8,83E+06 9,82E+07 Dùng phương pháp giả đồ thị 3 điểm xác định nhiệt độ khói ra sau bộ quá nhiệt cấp I, O’’qnI = 781oC, tra bảng Entanpi khói ra tương ứng I’’qnI = 11100 KJ/kg. QdlqnI=j.(I’qnI- I’’qnI+ DaqnI.Iok2). =0,993.(14112 - 11100 + 0,025.285).103. =6,675.106 W Tổng lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt cấp I: QqnI=QqnIdl + QqnIdl = 6,675.106 + 0,7.106 = 7,375.106 W. Entanpi hơi đầu ra bộ quá nhiệt cấp I sẽ là: Hình 12: Giải bằng đồ thị tìm nhiệt độ khói O’’qnI I’’qnI= i’qnI + = 2388 + = 2742 kJ/kg Tra bảng hơi nước với áp suất p = 4,0 Mn/m2, ta có t’’qnI = 259oC 5.3- Tính bộ quá nhiệt cấp II Trên cơ sở tính được lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt cấp II ta xác định bề mặt chịu nhiệt của nó. Sơ bộ thiết kế bộ quá nhiệt cấp II đặt song song chuyển động hỗn lưu với dòng khói (xem hình 13). Chọn tốc độ hơi đi trong ống rw = 135 kg/s. Đường kính ống chọn F42x35. Như vậy mỗi hàng dọc gồm ba ống cùng xoắn ở hai cụm hai bên mỗi hàng có 34 ống ở giữa mỗi cụm có 36 ống. đặc tính cấu tạo(xem hình 13 và bảng 12) Thiết kế đặc tính cấu tạo phải tiến hành đồng thời với tính truyền nhiệt để đảm bảo bề mặt chịu nhiệt tính ra phù hợp với thiết kế. 7060 A-A 100x16 = 160 100x35 = 3500 100x16 = 160 80 7170 1440 80 A A Hình 13: Cấu tạo bộ quá nhiệt cấp II Bảng 12: Đặc tính cấu tạo bộ quá nhiệt cấp II. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả 1 Bớc kính ống d mm chọn 42x35 2 Bớc ống ngang S1 mm chọn 100 3 Bớc ống dọc S2 mm 85 4 Bước ống tương đối S1/d 2,38 S2/d 2,02 5 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến vách tờng bên Sv mm chọn 80 a - Đối với cụm ống hai bên sờng lò 6 Số dãy ống dọc nb dãy chọn 34 7 Số ống xoắn trong mỗi dãy dọc Zb1 ô chọn 3 8 Tổng số ống trong mỗi cụm hai bên Zb ô nb.Zb 102 9 Chiều dài ống phần ống phía trên đỉnh của mỗi ống lbd mm từ hình 13 đo đợc 0,6 10 Hệ số tính đổi A chọn theo tiêu chuẩn thiêt kế 1/3 11 Diện tích bề mặt hấp thụ ở đỉnh Hbd m2 2,69 12 Chiều dài ống phần còn lại lb2 m 18 13 Bề măt hấp thụ còn lại Hb2 m2 242 14 Tổng diện tích cụm ống hai bên Hb ,, 244,7 b - Đối với cụm ống giữa đờng khói 15 Số dãy ống dọc ng dãy 36 16 Số ống trong mỗi dãy Zg1 ô 3 17 Tổng số trong toàn cụm giữa Zg ô 108 18 Chiều dài phần ống còn lại lgd mm 2,1 19 Diện tích bề mặt hấp thụ ở trên đỉnh Hgd m2 9,98 20 Chiều dài phần ống còn lại lg2 m 18 21 Diện tích bề mặt hấp thụ còn lại Hg2 m2 256,5 22 Diện tích bề mặt chịu nhiệt của cụm ống giữa Hg ,, 266 23 Tổng diện tích bề mặt chịu nhiệt bộ quá nhiệt cấp II HqnII ,, 510 24 Chiều cao đờng khói h m chọn 3,1 25 Chiều rộng đờng khói a m chọn 7,06 26 Chiều dài ảnh của ống theo phơng thẳng đứng l m đo từ hình 3,02 27 Số dãy ống dọc n dãy 70 28 Diện tích tiết diện đờng khói đi F m2 13,02 29 Diện tích tiết diện hơi đi trong ống cụm bên(ngợc với dòng khói) fhb ,, 0,098 30 Diện tích tiết diện hơi đi trong cụm ống giống giữa( hơi đi thuận chiều với khói) fhg ,, 0,104 31 Tiêt diện hơi đi trung bình fh ,, 0,104 32 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ của khói S m 0,174 33 Chiều sâu của cụm ống ls mm 1440 34 Chiều rộng khoảng không gian trớc bộ quá nhiệt cấp II ltr mm 600 35 Hệ số A 0,5 36 Chiều dày hữu hiệu lơp bức xạ của khói có tính đến không gian phía trơc S' m 0,21 Bảng 13: Tính truyền nhiệt bộ quá nhiệt cấp II. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức 1 2 3 1 Lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt II QqnII W Qqnt -QqnI = (11,08-7,375).106 3,705.103 2 Nhiệt độ đầu vào của khói O'qnII oC từ trước tính ra O'qnI =Op 781 3 Entanpi đầu vào của khói I'qnII kJ/kg tra bảng I - O 11100 4 Nhiệt độ đầu ra của khói O''qnII oC Từ bảng phân phối nhiệt 640 5 Nhiệt độ khói trung bình OtbqnII kJ/kg tra bảng I - O (α = 1,225) 710,5 6 Nhiệt độ vào cấp II của hơi quá nhiệt t'qnII oC từ bộ quá nhiệt I t''qnI = t'qnII 259 7 Nhiệt độ đầu ra của hơi quá nhiệt t''qnII oC Nhiệm vụ thiêt kế 450 8 Nhiệt độ trung bình ttbqnII oC 0,5.(t’qnII +t’’qnII) 354,5 9 Tốc độ trung bình của khói ωk m/s 5,89 10 Thành phần thể tích hơi nước rH2O Từ bảng đặc tính của khói 0,083 11 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rn Từ bảng đặc tính của khói 0,226 12 Nồng độ tro bay trong khói μ g/m3 đc Từ bảng đặc tính của khói 14,22 13 Hệ số tra đổi nhiệt đối lưu αdl W/m oC Cz.Cvl.αtc = 1,16.1.0,89.45,6 47,1 Toán đồ II 14 Thể tích riêng của hơi nước vh m3/kg Thể tích hơi nước tra theo p = 4,0Mn/m2 và ttbqnII 0,0865 15 Tốc độ hơi trung bình ωhtb m/s 17,84 16 Hệ số trao đổi nhiệt từ vách đến hơi α2 W/m oC Cd.αtc =0,97.957 928 Toán đồ V 17 Lực hút khí 3 nguyên tử 10PS m Mn 10PS =rn.S' 0,047 18 Hệ số làm yếu bức xạ 3 nguyên tử Kk toán đồ IX 2,620 19 Hệ số làm yếu bức xạ bởi tro Ktr Toán đồ X 0,0125 20 Lực hút của khói có tro 10KPS m-Mn/m2 Kk.rn +Ktr.m 0,77 21 Hệ số bảm bẩn ε m2 oC/W Cd.Cvl.αo+Δε = 1,1.1.0,0042.+0,002 0,00662 22 Độ chênh nhiệt độ dòng nghịch Δtn oC 354 23 Độ chênh nhiệt độ dòng thuận Δtt oC 329 24 Tỷ số Δtt/Δtn 0,93 25 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δt oC 0,5.( Δtt + Δtn) 341,5 26 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt HqnII m2 Giả thiết 200 250 300 27 Nhiệt độ vách có tro tv oC TtbqnII +(e +1/a2).(QqnII/HqnII) 497,1 468,6 449,6 28 Hệ số trao đổi bức xạ αbx W/m oC a.αtc= 1,67.142 23,7 22,6 22,1 Toán đồ XI 29 Hệ số truyền nhiệt k W/m oC 45,8 45,4 45,1 30 Bề mặt truyền nhiệt tính toán HtqnII m2 237 239 241 31 Hiệu số ΔH m2 37 -11 -59 Dùng phương pháp dải bằng đồ thị ta tìm được diện tích bề mặt thu nhiệt của bộ quá nhiệt cấp II là 248m2. Song để cho bộ quá nhiệt có cấu tạo đơn giản và phù hợp với thiết kế ta chọn 250 m2. Hình 14: Giải bằng đồ thị tìm diện tích chịu nhiệt bộ quá nhiệt cấp II Phần VI: Thiết kế bộ hâm nước cấp II. Bộ hâm nước trong thiết kế này có độ sôi khoảng 2,54% ( trong bảng phân phối nhiệt) vì vậy phải xử dụng ống thép để chế tạo. ống thép chọn đường kính là 32x3. Nước đi trong ống từ dưới lên trên, còn khói đi ngoài ống từ trên xuống dưới. Như vậy sẽ làm cho độ chênh nhiệt độ trung bình lớn nhất. Nhiệt độ đầu ra đầu vào bộ hâm nước cấp II của khói và nước đã biết trước theo bảng phân phối nhiệt (ở trước) cho nên nhiệm vụ thiết kế là xác định diện tích bề mặt chịu nhiệt và kết cấu của nó. Việc tính toán truyền nhiệt phải tiến hành song song với thiết kế cấu tạo. 6.1- Sơ bộ thiết kế đặc tính cấu tạo (xem hình 14) Để tăng cường độ truyền nhiệt ta bố trí bộ hâm nước kiểu sole đặt nằm ngang, khói bao phủ ngang dàn ống. Bán kính uốn của ống soắn chọn R = 1,875.d = 1,875.32 = 60 mm. Bước ống ngang tương đối chọn S1/d =2,97 (trong tiêu chuẩn thiết kế kiến nghị vào khoảng 2-2,5 đối với loại than thông thường, 2-3 với loại than nhiều tro. Bước ống dọc tương đối chọn S1/d = 1,875 ( trong tiêu chuẩn thiết kế kiến nghị 2) Đường trục ống xoắn đặt song song với tường sau. Nghĩa là ống góp bộ hâm nước đặt ở tường bên. Bố trí như vậy nhằm đảm bảo khi bộ hâm nước bị mài mòn thì không phải tất cả các ông bị mài mòn mà chỉ có các ống nằm ở phía sau bị mài mọn nhiều nhất, điều đó giúp ta thay thế dễ dàng hơn. Sản lượng của lò không lớn lắm nên chọn đưa nước vào một bên và chỉ có một cụm ống xoắn mà thôi. Tốc độ khói đi qua bộ hâm nước theo tiêu chuẩn thiết kế phải đảm bảo wk >13m/s. Tốc độ nước đi trong ống phải tương đối lớn dảm bảo cho nước và hơi (đoạn trên) lưu thông được rễ dàng. Song cũng không nên quá cao sẽ tăng trở lực đường ống. Theo tiêu chuẩn thiết kế quy định. Đối với bộ hâm nước không sôi wn >0,3 m/s. Đối với bộ hâm nước có sôi wn >1 m/s. Khi thiết kế đặc tính cấu tạo phải đảm bảo trước hết. 7310 7110 A A A-A 80x31=2480 2580 Hình 14: Đặc tính cấu tạo bộ hâm nước cấp II. Bảng 14: Đặc tính cấu tạo bộ hâm nươc cấp II. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú 1 Đờng kính ống d mm Chọn Φ32x3 2 Bớc ống ngang S1 mm Chọn 95 3 Bớc ống dọc S2 mm Chọn 60 4 Bớc ông tơng đối ngang S1/d 2,97 dọc S2/d 1,875 5 Chiều rộng đờng khói a m Chọn 7,31 6 Chiều sâu đờng khói b m Chọn 2,44 7 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến vách Sv mm Chọn 32,5 8 Số ống trong mỗi dãy ngang n ống 26 9 Số ống trong mỗi dãy kép ngang Z1 ống 2n-1 51 10 Chiều dài ảnh hưởng của mỗi ống L m Chọn 7,23 11 Tiết diện đờng khói đi F m2 a.b-n.d.L 11,8 12 Tốc độ trung bình của khói đi qua cụm ống wk m/s 5,8 <13 phù hợp với tiêu chuẩn 13 Diện tích tiết diện lưu thông của nước f m2 0,785.dtr2.Z 0,027 14 Tốc độ nước đi trong ống wn m/s 1,111 > 1 phù hợp với yêu cầu 15 Số dãy ống kép nk dãy Chọn 14 16 Chiều sâu của cụm ống ls m Chọn 1,68 17 Chiều sâu trớc khoảng không trớc bộ hâm lk m Chọn (xem hình 14) 3,8 18 Hệ sô A Tiêu chuẩn tính toán 0,2 19 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ S m 0,158 20 Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ có tính đến khoảng không S' m 0,23 21 Diện tích bề mặt chịu nhiệt HhnII m2 p.d.l.nk.Z1 517 22 Sai số giữa tính truyền nhiệt và cấu tạo DH % 1,35 Nằm trong phạm vi cho phép Bảng 15: Tính truyền nhiệt bộ hâm nước. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả ghi chú 1 Lợng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt II QhnII W Từ phân phối nhiệt 6,24.106 2 Nhiệt độ đầu vào của khói O'hnII oC Từ phân phối nhiệt 640 3 Nhiệt độ đầu ra O''hnII oC Từ phân phối nhiệt 447 4 Nhiệt độ trung bình OtbhnII oC 0,5.( O''hnII + O'hnII) 543,5 5 Nhiệt độ nước cấp ở phía đầu vào t'hnII oC Từ phân phối nhiệt 194 6 Entanpi nước cấp ở đầu ra bộ hâm nước cấp II i''hnII kJ/kg 1170 7 Nhiệt độ nươc cấp ở đầu ra t''hnII oC tbh + với tbh = 256 oC 263 8 Nhiệt độ trung bình của nước cấp II ttbhnII oC 0,5.( t'hnII+ t''hnII) 228.5 9 Độ chênh nhiệt độ trung bình Δt oC 311 10 Nhiệt độ vách ống có bám tro tv oC ttbhnII +100 328,5 11 Tốc độ trung bình của khói ωk m/s , F =11,8 m2 5,17 12 Thành phần thể tích hơi nước rH2O Từ bảng đặc tính của khói 0,082 13 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rn Từ bảng đặc tính của khói 0,222 14 Nồng độ tro bay trong khói μ g/m3 đc Từ bảng đặc tính của khói 13,98 15 Lực hút của khí ba nguyên tử 10PS' Mn/m2-m Rn.S’ =0,222.0,23 0,051 16 Hệ số làm yếu bức xạ 3 nguyên tử Kk Toán đồ IX 2,8 17 Hệ số làm yếu bức xạ bởi tro Ktr Toán đồ X 0,0145 18 Lực hút của khói có tro 10KPS' Mn/m2-m (Kk.rn+Ktr.m).S’ 0,19 19 Hệ số trao đổi bức xạ αbx W/m oC Cd.αtc =0,192.70 13,44 Toán đồ X 20 Hệ số bảm bẩn ε m2 oC/W Cd.Cvl.eo +De =0,8.1.0,0034+0,0017 0,0044 Toán đồ XII 21 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách αdl W/m oC Cz.Cd.Cvl.atc 89,5 Toán đồ III 22 Hệ số truyền nhiệt k W/m oC 70,85 23 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt bộ hâm nớc cấp II HqnII m2 283,2 Phần VII: Thiết kế bộ sấy không khí cấp II. D S2 S' S1 Nhiệt lượng hấp thụ, nhiệt độ khói đầu vào đầu ra, nhiệt độ không khí dầu vào đầu ra của bộ sấy không khí đã biết cho nên nhiệm vụ thiết kế là xác định diện tích bề mặt chịu nhiệt và cách bố trí của nó. Thiết kế cấu tạo phải tiến hành đồng thời với tính truyền nhiệt. đặc tính cấu tạo(xem hình 16) Khụng khớ 600 2932 2980 2608 75x44=2508 1847 1847 1847 1847 7394 Hình 15: Cách xác định bước ống bộ xấy không khí Bộ sấy không khí cấp II làm bằng các ống thép F40x1,5. Theo chiều rộng đường khói chia làm 4 hộp, thiết kế bộ sấy không khí cấp II chỉ có một đường khói đi. Bố trí ống theo kiểu so le. Để đảm bảo bộ sấy không khí gọn nhẹ nhất thì khi chọn bước ống ngang và bước ống dọc phải đảm bảo hệ số D có giá trị nhỏ nhất. Các xác định D xem hình 15. Theo tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo gia công được Dmin = S’- d = 10 mm. Đồng thời để đảm bảo cho tiết diện đi qua của không khí theo phương ngang và phương chéo góc bằng nhau thì S1- d =2(S’-d) =2D. Trong thiết kế này chọn S1 = 75mm, S2 = 44mm. Trong quá trình bố trí ống cần đảm bảo kích thước đường khói của bộ sấy không khí bằng đường khói bộ hâm nước. Tốc độ khói tốt nhất đi qua bộ sấy vào khoảng 10-14 m/s. Và wk2/w = 0,45ữ0,55. Tốc độ không khí phụ thuộc vào chiều cao bộ sấy không khí. Nhưng chiều cao bộ sấy không khí thì sau lúc tính toàn nhiệt mới xác định được. Vì vậy để tính toán nhiệt ta cần phải giả thiết trước một số chiều cao năm trong phạm vi hợp lý sau đó kiểm tra lại nếu chiều cao tính ra so với giá trị giả thiết sai khác nhỏ hơn 5% thì coi như hợp lý nếu lớn hơn 5% thì tính lại. Hình 16: Cấu tạo bộ xấy không khí cấp II Bảng 16: Đặc tính cấu tạo bộ sấy không khí cấp II. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú 1 Đờng kính ống d mm Chọn Φ40x1.5 2 Bớc ống ngang S1 mm Chọn 75 3 Bớc ống dọc S2 mm Chọn 44 4 Bớc ông tương đối ngang S1/d 1,875 dọc S2/d 1,1 5 Đường kính ống trung bình dtb m 0,5.(dtr +dng) 38,5 6 Số cụm ống theo chiều rộng đờng khói n cụm Chọn 4 7 Chiều rộng của mỗi cụm ống a1 mm Chọn 1725 8 Chiều sâu mỗi cụm ống b1 mm Chọn 2508 9 Số dãy ống dọc Z1 dãy (a1/s1)+1 24 10 Số ống trong mỗi dãy kép ngang Z2 dãy (b1/s2)+1 58 11 Số ống trong mỗi cụm( có trừ đi những ống ở góc) Z ống (2.Z1-1).(Z2/2)-6 1357 Xem hình 16 12 Chiều dài của mỗi ống l m Giả thiết 2,98 13 Tiết diện đường khói đi F m2 0,785.dtr2.n.Z 5,83 14 Chiều rộng đường khói a m Chọn 7,272 15 Tiết diện không khí đi f m2 l.a –n.Z1.l.dng 10,2 16 Diện tích tiết diện bề mặt chịu nhiệt HsII m2 l.n.Z.p.dtb 1955 Bảng 17: Tính truyền nhiệt bộ sấy không khí cấp II.` ` STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú 1 Lượng nhiệt hấp thụ của sấy không khí cấp II QsII W Từ phân phối nhiệt 3,37.103 2 Nhiệt độ trước bộ sấy không khí cấp II O'sII oC Từ phân phối nhiệt 447 3 Nhiệt độ khói sau bộ sấy không khí cấp II O''sII oC Từ phân phối nhiệt 340 4 Nhiệt độ khói trung bình của bộ sấy không khí cấp II OtbsII oC 0,5.( O''sII + O'sII) 393,5 5 Nhiệt độ không khí đầu vào t'sII oC Từ phân phối nhiệt 163 6 Nhiệt độ không khí đầu ra t''sII oC Nhiệm vụ thiết kế 310 7 Nhiệt độ không khí trung bình ttbsII oC 0,5.( t'sII + t''sII) 236,5 8 Thành phần thể tích nớc trong khói rH2O Bảng đặc tính của khói 0,137 9 Tốc độ khói ωk m/s , F =5,83 m2 9,3 Nên dùng 9-14 m/s 10 Hệ số tản nhiệt α1 W/m oC Clv.αtc=1.44,5 44,5 Toán đồ III 11 Tốc độ trung bình của không khí ωk2 m/s , f = 10,2 m2 3,78 12 Hệ số tản nhiệt phía không khí α2 W/m oC Cz.Cvl.Cs.atc =1,01.1,29.0,9.49,4 58 Toán đồ III 13 Hệ số sử dụng x Toán đồ XII 0,75 14 Hệ số truyền nhiệt k W/m oC 18,88 15 Tham số P 0,377 16 Tham số R 1,374 17 Hệ số hiệu đính y 0,9 Toán đồ XV 18 Độ chênh nhiệt độ trung bình Dt oC 140 19 Diện tích bề mặt truyền nhiệt HsII m2 1275 Phù hợp với thiết kế Phần VIII: Thiết kế bộ hâm nước cấp I. 7310 7110 A A A-A 2580 60x11=660 60x11=660 80x31=2480 Nguyên tắc và phương pháp thiết kế giống như thiết kế bộ hâm nươc cấp II. Hinh 17: Cấu tạo bộ hâm nươc cấp I. Bảng 18: Đặc tính cấu tạo bộ hâm nước. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú 1 Đường kính ống d mm Chọn Φ32x3 2 Bước ống ngang S1 mm Chọn 80 3 Bước ống dọc S2 mm Chọn 60 4 Bước ông tơng đối ngang S1/d 2,5 dọc S2/d 1,875 5 Chiều rộng đường khói a m Chọn 7,31 6 Chiều sâu đờng khói b m Chọn 2,58 7 Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng tới vách Sv mm Chọn 50 8 Số ống trong mỗi dãy n dãy 32 9 Số ống trong mỗi dãy kép Z1 ống 2.n-1 63 10 Chiều dài ảnh của mỗi ống l m đo theo hình 17 7,23 11 Diện tích đờng khói đi F m2 a.b-n.d.l 11,5 12 Tiết diện nớc đi qua f m2 0.785.dtr2.Z1 0,0334 13 Tổng số dãy ống kép nk dãy chọn 12 14 Diện tích bề mặt chịu nhiệt HsI m2 nk.Z1.p.d.l 547 Bảng 19: Tính truyền nhiệt bộ hâm nước cấp I. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả 1 Lợng nhiệt hấp thụ của sấy không khí cấp II QhnI W Từ phân phối nhiệt 3,6.106 2 Nhiệt độ trớc bộ sấy không khí cấp II O'hnI oC Từ phân phối nhiệt 340 O''sII = O'hnI 3 Nhiệt độ khói sau bộ sấy không khí cấp II O''hnI oC Từ phân phối nhiệt 227 4 Nhiệt độ khói trung bình của bộ sấy không khí cấp II OtbhnI oC 0,5.( O'hnI + O''hnI) 283,5 5 Nhiệt độ không khí đầu vào t'hnI oC Nhiệm vụ thiết kế 150 6 Nhiệt độ không khí đầu ra t''hnI oC Từ phân phối nhiệt 194 7 Nhiệt độ không khí trung bình ttbhnI oC 0,5.( t'hnI + t''hnI) 172 8 Độ chênh nhiệt độ trung bình Dt oC 108 9 Nhiệt độ vách có bám tro tv oC ttbhnI + 25 197 10 Tốc độ khói trung bình ωk m/s , F =11,5 m2 4,033 11 Tốc độ nớc đi trong ống ωn m/s D.υ/3600.f 0,81 12 Thành phần thể tích hơi nớc trong khói rH2O Bảng đặc tính của khói 0,078 13 Thành phần khí ba nguyên tử rn nt 0,211 14 Nồng độ tro bay theo khói μ g/m3t oC nt 13,3 15 Hệ số tản nhiệt đối lưu αdl W/m oC 63,5 16 Lực hút khí ba nguyên tử 10PS' rn.C 0,0276 17 Hệ số làm yếu bức xạ của khói Kk Toán đồ IX 4,3 18 Hệ số làm yêu bức xạ bởi tro bay Ktr Toán đồ X 0,0183 19 Lực hút của khói có tro 10KPS' Mn/m2-m (Kk.rn + m.Ktr).S’ 0,15 20 Hệ số tản nhiệt bức xạ αbx W/m oC a.atc =0,156.19,4 3,03 21 Hệ số bám bẩn ε Cd.Cvl.eo + De =0,8.1.0,00492+0 0,00394 22 Hệ số truyền nhiệt k W/m2 oC 52,7 23 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt HsII m2 (phù hợp với thiết kế cấu tạo) 630 Phần IX: Thiết kế bộ sấy không khí cấp I. 9.1- Đặc tính cấu tạo. 2080 1800 1480 1984 1658 1360 Bộ sấy không khí cấp I được chia làm 3 đoạn theo dọc chiều đường khói như hình 18. Đoạn dưới cùng tách ra một phần riêng lẻ, mục đích để phòng khi nó bị ăn mòn thì thay thế được rễ ràng. Bộ sấy không khí cấp I dùng thép các bon F40x1,5 để chế tạo. 2608 57x44=2508 1847 7394 1847 1847 1847 Hình 18: Cấu tạo bộ sấy không khí cấp I. Bảng 20: Đặc tính cấu tạo bộ sấy không khí cấp I. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả Ghi chú 1 Đờng kính ống d mm Chọn Φ40x1.5 2 Bớc ống ngang S1 mm Chọn 75 3 Bớc ống dọc S2 mm Chọn 44 4 Bớc ông tơng đối ngang S1/d 1,875 dọc S2/d 1,1 5 Đờng kính ống trung bình dtb m 0,5.(dn +dtb) 38,5 6 Bộ sấy không khí chia ra làm m đoạn m đoạn Chọn (xem hình vẽ) 1 8 Số cụm ống theo chiều rộng đờng khói n cụm Chọn 4 9 Chiều rộng của mỗi cụm ống a mm Chọn 1725 10 Chiều sâu mỗi cụm ống b mm Chọn 2508 11 Số dãy ống dọc Z1 dãy 24 12 Số ống trong mỗi dãy kép ngang Z2 dãy 58 13 Số ống trong mỗi cụm( có trừ đi những ống ở góc) Z ống 0,5.(2.Z-1).Z2- 6 1357 Xem hình 16 14 Chiều cao đoạn ống đoạn trên lt m chọn 2,08 đoạn giữa lg m chọn 1,8 đoạn dới ld m chọn 1,48 15 Tiết diện đờng khói đi F m2 0,785.dtr2.n.Z 5,83 16 Chiều rộng đờng khói đi a m Chọn 7,272 17 Tiết diện không khí đi đoạn trên ft m2 lt.a –n.Z1.d.lt 7,14 đoạn giữa fg m2 lg.a –n.Z1.d.lg 6,18 đoạn dới dd m2 ld.a –n.Z1.d.ld 5,08 18 Diện tích bề mặt chịu nhiệt đoạn trên Htr m2 p.dtb.n.Z.lt 1365 đoạn giữa Hg m2 p.dtb.n.Z.lg 1181 đoạn dới Hd m2 p.dtb.n.Z.ld 917 19 Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt HsI m2 Ht + Hg +Hd 3517 Bảng 21: Tính truyền nhiệt bộ sấy không khí cấp I. STT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức Kết quả 1 Lượng nhiệt hấp thụ của sấy không khí cấp II QsI W Từ phân phối nhiệt 3,2.106 2 Nhiệt độ trước bộ sấy không khí cấp II O'sI oC Từ phân phối nhiệt 227 O''sII = O'hnI 3 Nhiệt độ khói sau bộ sấy không khí cấp II O''sI oC Từ phân phối nhiệt 126 4 Nhiệt độ khói trung bình của bộ sấy không khí cấp II OtbsI oC 0.5.( O'hnI + O''hnI) 176,5 5 Nhiệt độ không khí đầu vào t'sI oC Nhiệm vụ thiết kế 30 6 Nhiệt độ không khí đầu ra t''sI oC Từ phân phối nhiệt 163 7 Nhiệt độ không khí trung bình ttbsI oC 0,5.( t'hnI + t''hnI) 96,5 8 Tốc độ trung bình của khói ωk m/s , F =5,83 m2 6,58 Theo tiêu chuẩn 9-14 m/s 9 Thành phần thể tích hơi nớc rH2O Từ bảng đặc tính của khói 0,076 10 Thành phần thể tích khí 3 nguyên tử rn Từ bảng đặc tính của khói 0,206 11 Hệ số tản nhiệt từ khói đến vách αk W/m oC Cvl.atc =1,16.35,4 41,1 12 Chiều cao bộ sấy không khí L m Giả thiết sau kiểm tra lại 1,5 2 2,5 13 Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của bộ sấy không khí HisI m2 n.Z.p.dtb.L 985 1313 1641 14 Chiều cao trung bình của mỗi đoạn Ltb m L =2, m=1.5 1,13 1,67 2 15 Tiết diện lu thông của không khí f m2 Ltb.(a - dn.n.Z) 4,41 5,58 6,63 16 Tốc độ trung bình của không khí ωk2 m/s , F =5.58 m2 5,48 4,33 3,65 17 Hệ số trao đổi nhiệt từ vách đến không khí αk2 W/m oC Cs.Cz.Cvl.atc =1,01.1,29.1.59 864 73,9 68,8 18 Hệ số sử dụng x Toán đồ XII 0,75 0,75 0,75 19 Độ chênh nhiệt độ theo chiều ngược Δtn oC 79 79 79 20 Tham số P 0,513 0,513 0,513 21 Tham số R 1,32 1,32 1,32 22 Hệ số hiệu đính y Toàn đồ XV 0,98 0,98 0,98 23 Độ chênh nhiệt độ trung bình thc Δtt oC y.Dtn 77,42 77,42 77,42 24 Hệ số truyền nhiệt k W/m2 oC 20,9 19,8 19,3 25 Lượng nhiệt truyền tính toán Qt W HSI.k.Dtt 1,6.103 2.103 2,45.103 Dùng phương pháp giải bằng đồ thị ta tìm được tổng chiều cao bộ sấy không khí cấp I. L =1,85 m. Độ dài trung bình của mỗi đoạn ống Ltb =L/m =1,85/1 =1,85 m. Diện tích không khí đi qua đoạn ống F=Ltb.(a-nZ1dn) =1,85.(7,272-4.24.0,04)=6,35 m2. Tốc độ khí trung bình. wk2 = == 3,81 m/s. Như vậy = = 0,58 là phù hợp yêu cầu. Diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt của bộ sấy không khí đi trong từng đoạn giống nhau thì chiều cao từng đoạn phải khác nhau. Lúc đó chọn độ cao của từng đoạn ta giả thiết độ nâng cao nhiệt độ trong từng đoạn có quan hệ tuyến tính la 321:431. Chiều cao của đoạn trong bộ sấy không khí cũng tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của không khí. Vì vậy chiều cao của đoạn là: Ld =1,48 m; lg =1,8 m; ltr =2,08 m. Mục lục