Đồ án Thiết kế lò nung liên tục để nung tháp cán

THIẾT KẾ LÒ NUNG KIM LOẠI Họ và tên: Khóa: 3 Nghành : LUYỆN KIM ĐHTC BACH KHOA HÀ NỘI Đề tài đồ án: THIẾT KẾ LÒ NUNG LIÊN TỤC ĐỂ NUNG THÁP CÁN I. Những số liệu ban đầu: -Năng suất lò: P= 17t/h=17000[kg/h] -Nhiên liệu : Dầu FO có thành phần: Nguyên tố CC HC OC NC SC AK Wd Thành phần[%] 86,75 9,30 0 1,78 2,17 0,12 1,1 -Vật nung:Thộp các bon có thành phần :C=0,21% ; Mn=0,40% Si=0,2% - Kích thước vật nung: f100 ì1300 mm -Nhiệt độ vào lò và ra lò của vật nung: tvào=20oC: tra= 1200oC -Nhiệt độ nung trước: + Không khí tkk =300oC nung 100% +Nhiên liệu tđầu=110oC nung 100% -Nung 1 mặt;xếp 1 hàng phôi ; nhiệt dung riêng của dầu Cp=2,17[KJ/kg.K] II.Nội dung thiết kế: 1.Tớnh toán sự cháy của nhiên liệu 2.Tính thời gian nung kim loại 3.Cấu trỳc lũ,chọn vật liệu xõy lũ,tớnh cân bằng nhiệt 4.Tính thiết bị đốt nhiên liệu 5.Tính cơ học khí đường khói và đường cấp không khí III.Bản vẽ:1 bản vẽ tổng thể của lò(A0) IV.Thời gian thiết kế: Ngày giao đầu đề: 12/09/2008 ngày hoàn thành: / /2008 V.Giỏo viên hướng dẫn: PGS.TS.Phạm Văn Trí CHƯƠNG I TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU I. Những số liệu ban đầu: -Năng suất lò: P= 17t/h=17000[kg/h] -Nhiên liệu : Dầu FO có thành phần: Nguyên tố CC HC OC NC SC AK Wd Thành phần[%] 86,75 9,30 0 1,78 2,17 0,12 1,1 -Vật nung:Thộp các bon có thành phần :C=0,21% ; Mn=0,40% Si=0,2% - Kích thước vật nung: f100 ì1300 mm -Nhiệt độ vào lò và ra lò của vật nung: tvào=20oC: tra= 1200oC -Nhiệt độ nung trước: + Không khí tkk =300oC nung 100% +Nhiên liệu tđầu=110oC nung 100% -Nung 1 mặt;xếp 1 hàng phôi ; nhiệt dung riêng của dầu Cp=2,17[KJ/kg.K] II.TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU II.1.Chuyển đổi thành phần nhiên liệu về thành phần dùng: a.Hệ số chuyển đổi từ thành phần khô sang thành phần dùng: Kk-d=== 0,989 b.Hàm lượng tro tính theo thành phần dùng: Ad=Kk-d.Ak= 0,989.0,12=0,1187 c.Hệ số chuyển đổi từ thành phần chấy sang thành phần dùng: Kc-d=== 0,988 d.Thành phần các nguyên tố tính theo thành phần dùng: Công thức tổng quát: Xd= Xc . Kc-d Trong đó: Xd : Thành phần dùng của nguyên tố “X Xc : Thành phần cháy của nguyên tố “X” Nguyên tố Cd Hd Od Nd Sd Ad Wd N Thành phần (%) 85,70 9,19 0 1,76 2,14 0,12 1,1 100 BẢNG I.1:Thành phần dùng của dầu FO II.2.Tớnh nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Qt [kJ/kg]): Qtd =339,1.Cd +1255,8.Hd –108,8.(Od – Sd) – 25,1(Wd + 9.Hd) Qtd =339,1. 85,70+1255,8. 9,19-108,8.(0 -2,14) -25,1(1,1 +9. 9,19) Qtd =38731 [kJ/kg] Qtd =38731 [kJ/kg] II.3.Chọn hệ số tiêu hao không khí n : Khi chọn hệ số tiêu hao không khí, ta phải dự đoán trước sẽ sử dụng loại mỏ đốt nào ? Ở bản thiết kế này , ta phải đốt dầu FO bằng mỏ phun cao áp (dùng không khí làm chất biến bụi) tham khoả tài liệu [1] hoặc bảng 1.4 tài liệu [2] ta chọn hệ số tiêu hao không khí n= 1,2. II.4.Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu: Tính toán sự cháy của nhiên liệu được thực hiện theo phương pháp lập bảng. Trong bảng này , ta tính cho 100kg nhiên liệu sau đó sẽ quy đổi về 1 kg. II.5.Bảng cân bằng khối lượng: Để kiểm tra độ chính xác của các số liệu được tính toán trong bảng 1.2, ta lập bảng cân bằng khối lượng.(Bảng 1.3) Về nguyên Khối lượng của các chất tham gia phản ứng Khối lượng của sản phẩm cháy tạo thành+tro = BẢNG I.3: Bảng cân bằng khối lượng CHẤT THAM GIA SỰ CHÁY SẢN PHẨM CHẤY TẠO THÀNH Nhiên liệu Chất Công thức tính Đơn vị [kg] Chất Công thức tính Đơn vị [kg] Dầu FO 100 CO2 7,14.44 314,2 H2O 4,66.18 83,88 N2 42,95.28 1202,6 Không khí O2 11,41.32 365,12 O2 1,9.32 60,8 N2 42,93.28 1202 SO2 0,067.64 4,3 =1667,12(kg) ΣSPC= 1665,78 (kg) ΣSPC + Ad=1665,78+ 0,12= 1665,9 ΣB= 1665,9 (kg) Đánh giá sai số: δ= .100%= .100%= 0,073% δ%= 0,073 [%] Nhận xét: Sai số δ = 0,073 % chứng tỏ các số liệu tính toán sự cháy trong bảng 1.2 là đáng tin cậy. II.6.Khối lượng riêng của sản phẩm cháy (0 [kg/m3tc] ==1,311 [kg/m3tc] Trong đó: ΣSPC = 1665,78 [kg] (xem bảng 1.3) 100.Vn =1270,5 [m3/m3tc] (xem bảng 1.2) o =1,31[kg/m3tc] II.7.Nhiệt độ cháy của nhiên liệu (t [oC ]): II.7.1.Nhiệt độ cháy lý thuyết: Nhiệt độ cháy lý thuyết là nhiệt độ của sản phẩm cháy có được khi tất cả nhiệt lượng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu được tập trung cho sản phẩm cháy (không có tổn thất nhiệt). tlt= .(t2 –t1) +t1 [0C] Trong đó: tlt: nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu [oC] i1, i2: entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1, t2 [kJ/m3tc] iΣ: entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệu độ tlt [kJ/m3tc] iΣ= [kJ.m3tc] Trong đó: Qtd: nhiệt trị thấp của dầu FO, Qtd =38731[kJ/kg] f ; tỷ lệ nung trước không khí f=1 ( nung 100% không khí) tnl;nhiệt độ nung trước của nhiên liệu (dầu FO) tdầu=1100 C Cnl :nhiệt dung riêng của nhiên liệu ( dầu FO) Cdầu=2,17[kJ/kg.K] ikk : entanpy của không khí ở nhiệt độ tkk=3000C từ phụ lục II [2] ta có ikk=397,3 [kJ/m3tc] inl :entanpy của dầu FO ở nhiệt độ tdầu Vn=12,70 [m3/m3tc] Ln=12,17 [m3/m3tc] (xem bảng 1.2) Vậy: i∑ = =3449,2(kJ/ m3) Giả thiết: t1<tlt<t2 chọn t1 =20000 C i1<iΣ<i2 t2=21000 C Để tính entanpy của sản phẩm cháy ứng với t1=20000C và t2=21000C, ta phải tìm entanpy của cỏc khớ thành phần ứng với 2 nhiệt độ này. Theo bảng 16 trang 48 [1] hoặc phụ lục II tài liệu [2] ta có emtanpy của sản phẩm ứng với t1 và t2 Khí thành phần ENTANPY i [kJ/m3tc] t1=20000C t2=21000C CO2 4910,5 5186,8 N2 2970,2 3132,0 O2 3142,8 3314,9 H2O 3889,7 4121,8 SO2 4049,9 4049,9 Tính i1 và i2 ; Với các giá trị entanpy vừa tìm được ta có: i1=i2000=0,01.(CO2.ico2 + H2O.iH2O +N2.iN2 +O2.iO2 + SO2.iSO2) i1=0,01.(12,59.4910,5+8,22.3889,7+75,72.2970,2+3,35.3142,8+0,19.4049,9) i1= 3300 [kJ/m3tc] i2=i2100=0,01.(CO2.ico2 + H2O.iH2O +N2.iN2 +O2.iO2 + SO2.iSO2) i2=0,01.(12,59.5186,8+8,22.4121,8+75,72.3132+3,35.3314,9+0,19.4049,9) i2= 3482,12 [kJ/m3tc] Như vậy i1<iΣ<i2 thỏa mãn giả thiết đã chọn Tính tlt: tlt=.(t2 –t1) +t1 = 2082 [toc] II.7.2.Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu (t0 [0C]): Trong thực tế, nhiệt lượng sinh ra đốt nhiên liệu, ngoài việc làm tăng nhiệt độ sản phẩm chỏy cũn thất thoát ra ngoài môi trường xung quanh. Vì vậy nhiệt độ cháy thực tế thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết vừa tính được. ttt = tlt.η [0C] Ở đây: η : hệ số nhiệt độ , η phụ thuộc vào loại lũ.Ở đây là lò nung liên tục.Theo bảng 14 trang 39[1] hoặc bảng 1.7 trang 14[2] ta chọn η=0.8. ttt : nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu [0C] ttt=0.8.2082=1666 [t0C] II.8.Cỏc kết quả tính toán: Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 1.4 Ln [/m3tckg] Vn [m3tc/kg] o [kg/m3tc] Nhiệt độ (0C) Sản phẩm cháy[%] tlt ttt CO2 H2O O2 N2 SO2 12,17 12,70 1.31 2082 1666 12,59 8,22 3,35 75,72 0,19 Bảng 1.4: Các kết quả tính toán Chương II : Chọn chế độ nung và Tính thời gian nung kim loại I. Các số liệu ban đầu 1.Năng suất của lò: P=17 [Tấn/h]=17000 [kg/h] 2.Kích thước vật nung: f100 x 1300 [mm] 3.Loại thép : Thép cacbon có thành phần Thành phần thép C Mn Si 0,21 % 0,40 % 0,20 % 4.Nhiệt độ ra lò của vật nung: tklc=1200 [°C] 5.Thành phần sản phẩm cháy đã được tính ở chương I , bảng I.2. Thành phần thể tích của sản phẩm cháy [%] Chất CO2 H2O SO2 O2 N2 Giá trị[%] 12,59 8,22 0,19 3,35 75,72 II. Tính toán II.1. Chọn giản đồ nung Phôi nung có kích thước f100x 1300 [mm]. Để tránh gây ứng suất bên trong kim loại ta chọn giản đồ nung 3 giai đoạn (Giản đồ nung được trình bày ở hình II.1) Trong đó : tk1 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở đầu vùng sấy, tk1=700 [°C] tk2: Nhiệt độ sản phẩm cháy ở đầu vùng nung, tk2=1350 [°C] tk3 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng nung, tk3=1350 [°C] tk4 : Nhiệt độ sản phẩm cháy ở cuối vùng đồng nhiệt, tk4=1250 [°C] tm1,tt1 :Nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ của tâm phôi ở đầu vùng sấy: tm1=tt1=20 [°C] tm2 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở đầu vùng nung,tm2=600 [°C] tm3 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng nung,tm2=1200 [°C] tm4 : Nhiệt độ bề mặt của phôi ở cuối vùng đồng nhiệt,tm2=1200 [°C] tt2 : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng sấy, tt2=? (phải tính) tt3 : Nhiệt độ tâm phôi ở đầu vùng đồng nhiệt, tt3=? (phải tính) tsÊy tnung t®ångnhiÖt t [h] tt4 : Nhiệt độ tâm phôi ở cuối vùng đồng nhiệt, tt4=? (phải tính) Hình II.1: Giản đồ nung 3 giai đoạn Phôi vào lò có nhiệt độ : tm1=tt1=20 [°C] Phôi dược nung một mặt và được xếp một hàng xít nhau. Nhiệt độ tâm phôi được chọn theo độ chênh nhiệt dộ cho phép giữa bề mặt và tâm. [Dt] = 15 [°C/dm] Phôi có chiều dày thấm nhiệt : ST=h.S [m] Trong đó : ST: Chiều dày thấm nhiệt của phôi nung [m] S: Chiều dày phôi, S=0,1 [m] h: Hệ số không đối xứng, h=1 ST=1.0,1=0,1[m]=1[dm] Vậy độ chênh nhiệt độ giữa bề mặt và tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt : Dt=ST.[Dt]=1.15=15 [°C] Vậy nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn đồng nhiệt : tt4=tm4 - Dt = 1200 – 15 = 1185 [°C] II.2. Tính thời gian nung : II.2.1. Các kích thước cơ bản của nội hình lò II.2.1.1. Chiều ngang lò B [m]: B=n.l+(n-1).c+2.b [m] Trong đó : n: Số dãy phôi n =2 l: Chiều dài phôi nung l =1,3[m] c : Khoảng cách giữa các dãy phôi c = 0,1[m] b: Khoảng cách giữa đầu phôi và tường lò b = 0,25 [m] Vậy ta có : B=2.1,3+2.0,25+0,1=3,2 [m] [I] II.2.1.2.Chiều cao lò: a) Chiều cao vùng sấy Hs[m]: chiều cao có hiệu của vùng sấy được xác định theo công thức: Hsch=10-3.tktb.(A+0,05.B) Trong đó : tktb:nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy tktb=[°C] A: Hệ số thực nghiệm khi tktb=1025 [°C] ta có : A=0,6 B: Chiều ngang lò : B=3,2[m] Hsch=10-3.tktb.(A+0,05.B) =10-3.1025.(0,6+0,05.3,2)=0,779[m] Chiều cao thực tế của vùng sấy: Hstt=n.Hsch+S Trong đó : n: Số mặt nung n=1 S: Chiều dày phôi S=0,1[m] Hstt=n.Hsch+S = 1.0,779+0,1=0,879[m] b) Chiều cao vùng nung Hn[m] Chiều cao có hiệu của vùng nung được xác định theo công thức: Hnch=(0,4¸0,6).B = 0,4.3,2=1,28<1,35[m] (Chọn hệ số bằng 0,4) Chiều cao thực tế của vùng nung: Hntt=n.Hnch+S = 1.1,28+0,1=1,38[m] c) Chiều cao vùng đồng nhiệt Hđn[m] Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt được xác định theo công thức: Hđnch=10-3.tktb.(A+0,05.B) Trong đó : tktb:nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng đồng nhiệt tktb= [°C] A:Hệ số thực nghiệm khi tktb=1300 [°C] ta có : A=0,6 B: Chiều ngang lò : B=3,2[m] Hđnch=10-3.tktb.(A+0,05.B) =10-3.1300.(0,6+0,05.3,2)=0,988[m] Chiều cao thực tế của vùng đồng nhiệt: Hđntt=n.Hđnch+S Trong đó : n: Số mặt nung n=1 S: Chiều dày phôi S=0,1[m] Hđntt=n. Hđnch +S = 1.0,988+0,1=1,088[m] II.2.2. Tính thời gian nung phôi trong vùng sấy (th[h]) Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy tktb=[°C] Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn sấy: tmtb=tm1+.(tm2 - tm1) = 20+. (600-20) = 406,67[°C] II.2.2.1.Độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy: Độ đen của khí lò được xác định theo công thức: ek=eCO2+b.eH2O Trong đó: eCO2 : độ đen của khí CO2 b: hệ số hiệu chỉnh eH2O : độ đen của khí H2O ek: độ đen của khí lò Từ bảng I.2 ta có %CO2=12,59% nên PCO2=0,1259 [at] %H2O=8,22% nên PH2O=0,0822 [at] Chiều dày có hiệu của của lớp khí bức xạ: Shq=h. [m] Trong đó: h: Hệ số được thừa nhận bằng 0,9 B , Hsch: Chiều ngang và chiều cao có hiệu vùng sấy Sbq=0,9. [m] Tích sè M: MCO2=PCO2. Shq [at.m] MH2O=PH2O. Shq [at.m] MCO2=0,1259.2,18 = 0,274 [at.m] MH2O=0,0822.2,18 = 0,179 [at.m] Với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tktb=1025 [°C] và tích số MCO2=0,274 [at.m] MH2O=0,179 [at.m] Theo các giản đồ 24,25,26[1] ta có: eCO2=0,11 eH2O=0,25 b=1,15 Vậy : ek=eCO2+b.eH2O=0,11+1,15.0,25= 0,397 II.2.2.2.Hệ số bức xạ quy dẫn(Cqd[W/m2.K4]) Độ phát triển của tường lò: w= Cqd=ekl.C0. Trong đó : ekl: Độ đen của kim loại ekl=0,8 ek: Độ đen của sản phẩm cháy ek=0,227 w: Độ phát triển tường lò w=1,83 Cqd=0,8.5,67.[W/m2.K4] II.2.2.3.Hệ sè trao đổi nhiệt tổng cộng(aå[W/m2.K]: aå=abx+ađl Trong đó: abx: Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ ađl: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Hệ số truyền nhiệt bức xạ abx=Cqd. [W/m2.K] Trong đó : T1: Nhiệt độ trung bình của môI trường lò [°K] T2: Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn sấy [°K] abx=2,595.[W/m2.K] Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng sấy còn khá cao (tktb=1025°C)nên sù trao đổi nhiệt bằng bức xạ vẫn giữ vai trò chủ yếu. Chọn nhiệt độ trao đổi nhiệt đối lưu bằng 10% hệ số trao đổi nhiệt bức xạ, do đó: aå=abx+ađl=1,1. abx aå=1,1.110,23=121,253 [W/m2.K] II.2.2.4.Hệ số dẫn nhiệt l[W/m.K] Hệ số dẫn nhiệt của phôi thép được tính theo công thức l0=69,8 - 10,12.C - 16,75.Mn - 33,72.Si [W/m.K] Trong đó : C,Mn,Si:Thành phần % của Các bon, Mangan, Silic l0:Hệ số dẫn nhiệt của thép ở 0[°C] l0 = 69,8 - 10,12.0,21 - 16,75.0,4 - 33,72.0,2 = 54,23[W/m.K] Các giá trị lt khi l0 = 54,23[W/m.K] Nhiệt độ,0C 0 200 400 600 800 1000 1200 lt , W/m.K 54,23 51,52 46,1 40,67 36,88 36,88 39,59 * Quan hệ giữa l và t được trình bày trên đồ thị hình II.2 Hình II.2: Sự phụ thuộc của l vào nhiệt độ II.2.2.5. Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn sấy : a) Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung : qm==0,423 b) Tiêu chuẩn Bi sơ bộ: Bi= Trong đó: aå: hệ số truyền nhiệt tổng cộng aå =121,253 [W/m2.K] ST : Chiều dày thấm nhiệt của vật nung, ST = 1.S = 1. 0,1= 0.1 [m] lsb: Hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép.Do chưa biết nhiệt độ tâm phôi nên tính sơ bộ. lsb = [W/m.K] Với tm1=20 [°C] lt1 = lm1 = l20 = [W/m.K] tm2=600 [°C] tra đồ thị hình II.2 , ta có lm2 = 40,67[W/m.K] lsb=[W/m.K] Vậy: Bisb== Tra giản đồ với qm=0,423 , Bisb=0,245 theo giản đồ hình 5.31[2] ta có Fosb=3,8 Từ giá trị Bisb=0,245 và Fosb=3,8 tra giản đồ , ta có qtsb = 0,48 Vậy nhiệt độ sơ bộ tâm phôi ở cuối giai đoạn sấy là: tt2(sb)= tktb- qtsb .(tktb- tt1) tt2(sb)= 1025- 0,48. (1025- 20) = 542,6 [°C] Hệ số dẫn nhiệt trung bình chính xác của kim loại trong vùng sấy lcx= l542,6=[W/m.K] lcx=[W/m.K] c) Tiêu chuẩn Bi chính xác: Bi==0,247 d) Nhiệt độ chính xác tâm phôi thép ở cuối giai đoạn sấy : Từ giá trị qm=0,423 Bisb=0,247 tra giản đồ , ta có Fo = 3,7 Từ giá trị Bisb=0,247 và Fo = 3.7 tra giản đồ , ta có qt = 0,48 Vậy nhiệt độ chính xác tâm phôi ở cuối giai đoạn sấy là: tt2= tktb- qt .(tktb- tt1) tt2= 1025- 0,48. (1025- 20) = 543 [°C] Nhiệt độ trung bình của phôi thép theo chiều dày cuối vùng sấy tklc= tt2+.( tm2- tt2) [°C] tklc= 543 +.( 600- 543)=562[°C] II.2.2.6.Hệ số dẫn nhiệt độ a[m2/h] trong vùng sấy: Hệ số dẫn nhiệt độ a được tính theo công thức : a=3,6. [m2/h] Trong đó : ltb :Hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép trong vùng sấy , ltb=lcx=49,00 [W/m.K] rkl: Khối lượng riêng của thép, rkl=7800[kg/m3] Ckl:Tỷ nhiệt của thép , Ckl= Theo bảng và nội suy,ta được: i20 =9,4 [kJ/kg] i562=312,6 [kJ/kg] a = 3,6.[W/m2.K] II.2.2.7.Thời gian trong vùng sấy Từ tiêu chuẩn Fo==3,7 tS=» 0,902 [h] II.2.3. Tính thời gian nung phôi trong vùng nung (tn[h]) Nhiệt độ trung bình của khí lò : tktb= tk2= tk3=1350 [°C] Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôI : tmtb=tm2+.(tm3-tm2) [°C] Trong đó: tm2 : Nhiệt độ bề mặt phôi ở đầu giai đoạn nung tm2=600 [°C] tm3 : Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn nung tm3=1200 [°C] tmtb= 600+.(1200-600)=1000[°C] II.2.3.1.Độ đen của sản phẩm cháy trong vùng nung: Độ đen của khí lò được xác định theo công thức: ek=eCO2+b.eH2O Trong đó: eCO2 : độ đen của khí CO2 b:hệ số hiệu chỉnh eH2O : độ đen của khí H2O ek : độ đen của khí lò Từ bảng I.2 ta có %CO2=12,59% nên PCO2=0,1259[at] %H2O=8,22% nên PH2O=0,0822[at] Chiều dày có hiệu của của lớp khí bức xạ: Shq=h. [m] Trong đó: h:Hệ số được thừa nhận bằng 0,9 B , Hsch: Chiều ngang và chiều cao có hiệu vùng nung Sqd=0,9. [m] Tích sè M: MCO2=PCO2.Shq [at.m] MH2O=PH2O.Shq [at.m] MCO2=0,1259.1,646=0,207[at.m] MH2O=0,0822.1,646=0,135 [at.m] Với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tktb=1350 [°C] Và tích số MCO2=0,207 [at.m] MH2O=0,135 [at.m] Theo các giản đồ 24,25,26[1] ta có: eCO2=0,12 eH2O=0,24 b=1,065 Vậy : ek=eCO2+b.eH2O = 0,12+0,24.1,065 = 0,3756 II.2.3.2.Hệ số bức xạ quy dẫn(Cqd[W/m2.K4]) Độ phát triển của tường lò: w= Cqd=ekl.C0. Trong đó : ekl:Độ đen của kim loại ekl=0,8 ek:Độ đen của sản phẩm cháy ek=0,3706 w:Độ phát triển tường lò w=2,215 Cqd=0,8.5,67.[W/m2.K4] II.2.3.3.hệ sè trao đổi nhiệt tổng cộng (aå[W/m2.K]): aå=abx+ađl Trong đó: abx:Hệ sè trao đổi nhiệt bức xạ ađl:Hệ sè trao đổi nhiệt đối lưu Hệ sè trao đổi nhiệt bức xạ abx=Cqd. [W/m2.K] Trong đó : T1:Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng nung [°K] T2:Nhiệt độ trung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn nung [°K] abx=3,415. =420,8 [W/m2.K] ở vùng nung, nhiệt độ của sản phẩm cháy là cao nhất. Sự trao đổi nhiệt trong lò chủ yếu là bức xạ. Do đó ta coi hệ số trao đổi nhiệt đối lưu bằng 10% hệ số trao đổi nhiệt bức xạ. aå=abx+ađl=1,1. abx aå=1,1.420,8 = 462,86[W/m2.K] II.2.3.4. Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn nung : a) Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung : qm==0,2 b) Tiêu chuẩn Bi sơ bộ: Bisb= Trong đó: aå: Hệ số truyền nhiệt tổng cộng aå = 462,86 [W/m2.K] ST : Chiều dày thấm nhiệt của vật nung, ST =0,1 [m] lsb: Hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép.Do chưa biết nhiệt độ tâm phôi nên tính sơ bộ. lsb= tm3=1200 [°C] lm3=39,59 [W/m.K] tm2=600 [°C] tra đồ thị hình II.2 ta có lm2=40,67 [W/m.K] tt2=443 [°C] lt2=48,22[W/m.K] lsb==42,83[W/m.K] Vậy: Bisb===0,864 Từ giá trị qm = 0,2 ; Bisb=0,864 tra giản đồ ,ta được Fosb=1,8 Từ giá trị Bisb=0,864 và Fosb=1,8 tra giản đồ ,ta được qtsb=0,28 Nhiệt độ tâm sơ bộ ở cuối giai đoạn nung là: tt3(sb)= tktb- qtsb .(tktb- tt1) tt3(sb)= 1350- 0,28.(1350 - 543)=1124[°C] c) Tiêu chuẩn Bi chính xác : Hệ số dẫn nhiệt trung bình chính xác của kim loại trong vùng nung lcx=[W/m.K] l1124= 39,00 [W/m.K] lcx= = 41,87 [W/m.K] Bi== d) Nhiệt độ chính xác tâm phôi ở cuối giai đoạn nung : Từ giá trị qm=0,2 ; Bi=0,884 tra giản đồ ,ta được Fo=1,1 Từ giá trị Bisb=0,884 và Fosb=1,1 tra giản đồ ,ta được qt=0,22 Vậy nhiệt độ chính xác tâm phôi ở cuối giai đoạn nung là: tt3= tktb- qt .(tktb- tt2) tt3= 1350- 0,22.(1350- 543)=1172 [°C] Nhiệt độ trung bình của phôi thép theo chiều dày cuối vùng nung tklc= tt3+.( tm3- tt3) [°C] tklc= 1172+.( 1200 - 1172)=1181 [°C] II.2.3.5.Hệ số dẫn nhiệt độ a[m2/h] trong vùng nung: Hệ số dẫn nhiệt độ a được tính theo công thức : a=3,6. [m2/h] Trong đó : ltb :Hệ số dẫn nhiệt trung bình của phôi thép trong vùng nung ltb=lcx=41,87 [W/m.K] rkl: Khối lượng riêng của thép, rkl=7800[kg/m3] Ckl: Tỷ nhiệt của thép Ckl= Tra bảng và nội suy,ta được: i1144=800 [kJ/kg] i562= 312,6[kJ/kg] Ckl==0,84[kJ/kg.K] a=3,6. =0,023[W/m2.K] II.2.3.6.Thời gian trong vùng nung: Từ tiêu chuẩn Fo= tn=» 0,30 [h] II.2.4.Tính thời gian đồng nhiệt : II.2.4.1.Tính mức độ đồng nhiệt : Mức độ đồng đều nhiệt độ của phôi nung được xác định theo công thức : d= Trong đó : tmd: Nhiệt độ bề mặt phôi đầu vùng đồng nhiệt, tmd=1200 [°C] tmc: Nhiệt độ bề mặt phôi cuối vùng đồng nhiệt, tmc=1200 [°C] ttd: Nhiệt độ tâm phôi đầu vùng đồng nhiệt, ttd=1116 [°C] ttc: Nhiệt độ tâm phôi đầu vùng đồng nhiệt, ttc=1185 [°C] d===0,18 Từ mức độ đồng nhiệt d=0,18 tra bảng , ta được Fo=0,45 II.2.4.2.Hệ số dẫn nhiệt độ: a) Hệ số dẫn nhiệt độ trung bình: ltb= [W/m.K] ltb= ltb== 39,12 [W/m.K] b) Nhiệt độ trung bình của phôi thép trong giai đoạn đồng nhiệt : ttb= [°C] tkld: Nhiệt độ tb của phôi thép đầu vùng đồng nhiệt, tkld=1144 [°C] tklc :Nhiệt độ trung bình của phôi thép cuối vùng đồng nhiệt tklc= tkltb= tt4+.( tm4- tt4) [°C] tklc= 1188+.( 1200- 1188)=1191 [°C] ttb===1168 [°C] c) Tỷ nhiệt của phôi thép : Nhiệt dung riêng trung bình của thép ở vùng đồng nhiệt: Ckl= Trong đó : itb: Entanpi của thép ở nhiệt độ trung bình ttb=1167 itb=817,08 [kJ/kg] Ckl===0,7[kJ/kg.K] Hệ số dẫn nhiệt độ của phôi trong vùng đồng nhiệt: a=3,6. [m2/h] a=3,6.= 0,026 [m2/h] II.2.4.3.Thời gian đồng nhiệt: Từ tiêu chuẩn Fourier : Fo= Ta có thời gian đồng nhiệt: tđn= » 0,08 [h] II.3.Tổng thời gian nung phôi trong lò : Trong thực tế, do có lớp oxit bao phủ trên bề mặt vật nung nên khả năng dẫn nhiệt của kim loại giảm. Tính đến ảnh hưởng này người ta tăng thời gian nung phôi lên 20% vậy tổng thời gian nung phôi trong lò là: tå = ts+1,2.tn+ tđn tå = 0,902+1,2.0,49+0,08 = 1,57[h] II.4.Xác định chiều dài lò: II.4.1.Chiều dài vùng sấy: a) Chiều dài có hiệu của vùng sấy được tính theo công thức: Lsch= [m] Trong đó : b: chiều rộng của phôi b=0,1 [m] P: Năng suất lò,P=17[t/h]=17000[kg/h] ts: Thời gian nung phôi trong vùng sấy ts=0,902 n: Số dãy phôi,n=2 g: Khối lượng một phôi : Lsch===6,19 [m] b) Chiều dài thực tế vùng sấy: Vì vùng sấy có đặt kênh khói ở trên cao nên chiều dài thực tế chính là chiều dài lý thuyết Lstt= Lslt=9,63 [m] II.4.2.Chiều dài vùng nung : Chiều dài thực tế vùng nung : Lnch==3,84 [m] II.4.3.Chiều dài vùng đồng nhiệt : a) Chiều dài có hiệu vùng đồng nhiệt: Lđnch==0,67 [m] b) Chiều dài thực tế vùng đồng nhiệt : Chiều dài thực tế vùng đồng nhiệt được lấy dư thêm 0,9 [m] để duy trì sự cháy ổn định từ các mỏ đốt. Lđntt=0,67+0,9=1,57 [m] II.4.4.Chiều dài thực tế của lò: Lå = Lstt+ Lntt+ Lđntt=9,36+3,84+1,75 = 14,77 [m] II.5.Các kết quả tính toán : Các kích thước cơ bản của lò và thời gian nung được trình bày trong bảng II.1 Bảng II.1: Các kich thước cơ bản của nội hình lò và thời gian nung Đại lượng Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Toàn lò Chiều ngang B [m] 3,2 3,2 3,2 - Chiều cao thực H[m] Hstt=0,879 Hntt=1,38 Hdntt=1,088 - Chiều dài thực L [m] Lstt=6,19 Lntt=3,84 Ldntt=1,75 11,6 Thời gian [h] ts=0,58 tn=0,3 tdn=0,08 1,282 CHƯƠNG III TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT XÁC ĐỊNH LƯỢNG DẦU TIÊU HAO I.CẤU TRÚC Lề I.1.Kớch thước nội hỡnh lũ: Các kích thước nội hỡnh lũ đó được tính ở chương II và được trình bày ở bảng III.1. Bảng III.1: Các kích thước nội hỡnh lũ Cỏc vùng làm việc Các kích thước nội hỡnh lũ Chiều dài Ltr [mm] Chiều rộng Btr [mm] Chiều cao Htr [mm] Vùng sấy 9360 3200 879 Vùng nung 6280 3200 1380 Vùng đồng nhiệt 2213 3200 1088 17853 ─ ─ I.2.Chọn vật liệu và kích thước thể xây: I.2.1.Chọn vật liệu xõy lũ : Vật liệu xõy lũ được lựa chọn phải đảm bảo tính chịu nóng ,tính bền nhiệt, tính cách nhiệt , đảm bảo độ bền cơ học và hoá học. Bảng III.2:Vật liệu và chiều dày các lớp thể xây của lò Thể xây Lớp chịu nóng Lớp cách nhiệt Vỏ lò [mm] Chiều dày chung [mm] Vật liệu Chiều dày [mm] Vật liệu Chiều dày [mm] Tường lò Samốt A 230 Samốt C Điatụmớt 115 115 5 465 Núc lò Samốt A 230 Điatụmớt 115 - 345 Đỏy lò Vùng sấy Samốt A Samốt A Samốt C Điatụmớt 115 115 67 67 Gạch đỏ 250 - 614 Vùng nung Samốt A Samốt A Samốt C Điatụmớt 115 115 67 67 Gạch đỏ 250 - 614 Vùng đồng nhiệt Manhedit Samốt A Samốt C Điatụmớt 115 115 67 67 Gạch đỏ 250 - 614 Các loại vật liệu xõy lũ đó được lựa chọn đảm bảo những yêu cầu nêu trên và được trình bày ở bảng III.2 I.2.2.Chọn kích thước thể xây : Lò nung liên tục có chế độ nhiệt độ nhiệt ổn định .Vì vậy lò nung liên tục không có tổn thất nhiệt do tích nhiệt cho tường lò (trừ khi lò làm việc lần đầu hoặc khi lò làm việc trở lại sau một thời gian nghỉ) Để giảm gây tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tường lò , người ta có xu hướng tăng chiều dày tường lò khi vật liệu đã được lựa chọn thích hợp . I.3.Kớch thước ngoại hình lò: Trên cơ sở kích thước nội hinh lò ,kích thước thể xây ,khoảng cách từ cửa ra liệu đến cuối lò ta xác định được kích thước ngoại hình lũ .Cỏc kích thước ngoại hình lò được trình bày ở bảng III.3 Bảng III.3 : Kích thước ngoại hinh lò STT Chiều dài Chiều cao Chiều rộng Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Toàn lò Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Cả 3 vùng Kí hiệu Lng Lng Lng L Hng Hng Hng Bng giá trị [mm] 6655 3840 2035 12530 1838 2339 2047 4130 I.4.Cấu trúc tổng thể của lò: Trên cơ sở kích thước nội hỡnh lũ ,kích thước ngoại hình lũvà kích thước thể xây ta có được cấu trúc lò. Cấu trúc cơ bản của lò để tiến hành tính cân bằng nhiệt được trình bày ở hình III.1. II.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT II.1.Cỏc khoản thu nhiệt lượng: II.1.1.Nhiệt lượng do đốt cháy dầu FO: Dầu FO khi bị đốt cháy sẽ toả ra một lượng nhiệt được xác định theo công thức : Qc = 0,28.B.Qt [W] trong đó : B: Lượng tiêu hao dầu FO [kg/h] Qt: Nhiệt trị thấp của dầu FO; Qt = 38731[kJ/kg] (Xem chương I ) 0,28 : Hệ số chuyển đổi đơn vị Qc = 0,28.B.Qt Qc = 0,28.B.38731 = 10844,7.B [W] Qc =10844,7.B[W] II.1.2.Nhiệt lượng do không khí nóng mang vào: Khụng khí được nung nóng sẽ mang vào lò lượng nhiệt : Qkk = 0,28.Ckk.tkk.Ln.f.B [W] Trong đó : Ckk.tkk = ikk : Entanpy của không khí ở nhiệt độ tkk = 300 [oC] ikk = 395,42[kJ/m3tc] (Xem chương II) Ln : Lượng không khí thực tế cần để đốt cháy 1 kg dầu FO Ln = 12,59[m3/m3tc] f : Tỷ lệ nung trước không khí . f = 1 ( coi f 1 vì bỏ qua lượng không khí nén ) Qkk = 0,28.Ckk.tkk.Ln.f.B Qkk = 0,28.395,42.12,59.B =1394.B [W] Qkk = 1394.B [W] II.1.3.Nhiệt lượng do nung trước dầu FO: Theo số liệu ban đầu , dầu FO được nung nóng trước tới nhiệt độ tdầu = 110 [oC] Qdầu = 0,28.Cdầu.tdầu.B [W] Trong đó : Cdầu : Nhiệt dung riêng của dầu FO ; Cdầu = 2,176 [kJ/kg] tdầu : Nhiệt độ nung trước của dầu FO ; tdầu = 110 [oC] Qdầu = 0,28.Cdầu.tdầu.B Qdầu = 0,28.2,176.110.B =67,021.B [W] Qdầu = 67,021.B [W] II.1.4.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 . Qtoả = 0,28.a.q.P [W] Trong đó : a: Tỷ lệ kim loại bị oxy hoá khi nung trong lò ;a = 0,5% = 0,005 q : Lượng nhiệt toả ra khi 1 kg sắt (Fe) bị oxy hoá q = 5650 [kJ/kg] P : Năng suất lò ; P = 17000 [kg/h] Qtỏa = 0,28.a.q.P Qtoả = 0,28.0,005.5650.17000 = 134470 [W] Qtoả =134470 [W] II.2.Cỏc khoản chi nhiệt lượng : II.2.1.Nhiệt dùng để nung kim loại: Đẻ nung kim loại tới nhiệt độ yêu cầu cần một lượng nhiệt: Qt = 0,28.P.(ic – iđ) [W] Trong đó: P: Năng suất lò ; P = 17000 [kg/h] iđ ,ic : Entanpy của thép trước và sau khi nung iđ = i20 = 9,4 [kJ/kg] ic = i1229 = 854,81 [kJ/kg] Q1 = 0,28.P.(ic – iđ) Q1 = 0,28.17000.( 854,81 – 9,4) = 4024151,6 [W] Q1 =4024151,6 [W] II.2.2.Lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn hoá học : Do cháy không hoàn toàn hoá học nên tạo ra một lượng khí CO và H2. Cỏc khí này là các chất cháy , vì vậy khi thoát ra khỏi lò sẽ gây ra lượng nhiệt tổn thất. Q2 = 0,28.p.g.B.Vn [W] Trong đó : p: Tỷ lệ khí CO và H2 có trong sản phẩm cháy .Giá trị này phụ thuộc vào thiết bị đốt .Lũ dựng mỏ phun thấp ỏp nờn p = 0,005 g: Nhiệt trị trung bình của cỏc khớ CO và H2 ; g = 12140 [kJ/m3tc] Vn : Lượng sản phẩm cháy thực tế sinh ra khi đốt cháy 1 kg dầu FO ; Vn = 12,70 [m3/m3tc] (Xem bảng I.2) Q2 = 0,28.p.g.B.Vn Q2 = 0,28.0,005.12140.12,70.B = 215,85.B [W] Q2 = 215,85.B [W] II.2.3.Lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn cơ học : Lượng nhiệt tổn thất này đực xác định theo công thức : Q3 = 0,28.K.Qt.B [W] Trong đó: Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO ;Qt = 38731 [kJ/kg] K : Hệ số mất mát do cháy không hoàn toàn cơ học , với nhiên liệu lỏng ;K = 0,005 ( tổn hao 0,5% ) Q3 = 0,28.K.Qt.B Q3 = 0,28.0,005.38731.B = 54,22.B [W] Q3 = 54,22.B [W] II.2.4. Lượng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các thể xõy lũ : a.Tổn thất do dẫn nhiệt qua tường lò : ( ; ; Q [W] ) Lò gồm 3 vựng : Vựng sấy, vung nung và vùng đồng nhiệt .Lượng nhiệt mất do dẫn nhiệt qua tường lò của mỗi vùng đều được tính theo công thức : [W] [*] Trong đó: : Nhiệt độ mặt trong của tường lò [oC] .Giá trị này thường nhỏ hơn giá trị của sản phẩm cháy (tktb) khoảng 50 [oC] : Nhiệt độ mặt ngoài của tường lò [oC]. Giá trị chưa biết nên được giả thiết (và sau đó sẽ được kiểm tra lại ). : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i [W/m.K] phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ trung bình của lớp thứ i Theo bảng phụ lục IX [2] ta có : samốt A = 0,88 + 0,00023.ttb1 samốt C = 0,116 + 0,00016.ttb2 điatomớt = 0,14 + 0,0003.ttb3 : Chiều dày của lớp tường thứ i [m]. Chiều dày của các lớp tường lò được trình bày ở hình III.2 Hình III.2: Các lớp tường lò Nhiệt độ trung bình của các lớp đối với tường lò 3 lớp được tinh theo công thức : Trong đó: tkk : Nhiệt độ của không khí bao quanh lò : tKK = 20 [oC] ttb1 :Nhiệt độ trung bình của lớp trong [oC] ttb2 :Nhiệt độ trung bình của lớp giữa [oC] ttb3 :Nhiệt độ trung bình của lớp ngoài [oC] Các giá trị [W] tính theo công thức [*] được ghi trong bảng III.4. Trong công thức [*] giá trị của mỗi vùng chưa biết .Giá trị của sẽ được xác định khi nhiệt độ lò , vật liệu xây và chiều dày các lớp của tường lũ đó xỏc định.Do giá trị . Giả thiết này được tính toán kiểm tra lại theo công thức (**).Nếu giá trị của Qtường tính theo 2 công thức này sấp xỉ bằng nhau thì giá trị của chọn ở trên là đỳng .Cỏc giá trị tính toán được nghi trong bảng III.4 Qtường Ftường [W] [**] Trong đó : Ftường : Diện tích bề mặt ngoài của tường lò [m2] (Xem bảng III.4) : Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng từ bề mặt ngoài tường lò tới môi trường xung quan được xác định theo công thức : [W/m2.K] (khi mặt ngoài là vỏ thép) Bảng III.4. Các thông số và kết quả tính toán dẫn nhiệt qua tương lò NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ Ở MỖI VÙNG Lề Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt tKK [oC] 20 20 20 tktb [oC] 1000 1300 1275 [oC] 950 1250 1225 [oC] 81 101 100 ttb1 [oC] 718 943 924 ttb2 [oC] 485 635 623 ttb3 [oC] 258 328 322 [W/m.K] 1,045 1,097 1,093 [W/m.K] 0,194 0,218 0,216 [W/m.K] 0,217 0,238 0,237 [m] 0,230 0,230 0,230 [m] 0,115 0,115 0,115 [m] 0,120 0,120 0,120 [W/m2.K] 10,483 11,50 11,43 Ftường [m2] 32,05 17,96 16,78 Qtường [W] theo (*) 20398 16628 15114 Qtường [W] theo [**] 20495 16501 15169 Sai số giữa (*) và (**) 0,52 0,76 0,36 Qtường [W] 52165 Tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tường lò :Qtường = 52165 [W] Qtường = 52165 [W] b.tổn thất nhiệt qua núc lũ: ( [W] ) Tổn thất do dẫn nhiệt qua núc lũ cũng được tính cho từng vựng: Vựng sấy ( ) , vùng nung ( ) , vùng đồng nhiệt ( ).Quá trình tính toán tổn thất nhiệt cũng tương tự như đối với tường lò. [W] (*) QnócFnóc [W] (**) Trong đó : l : Chiều dài nóc ứng với mỗi vùng [m] ; (bảng III.5) j : Góc ở tõm vũm ; j = 60o Di : Đường kính của lớp thứ i D1 = 2.R1 = 2.3,2 = 6,4 [m] D2 = 2.R2 = 2.3,432 = 6,864 [m] D3 = 2.R3 = 2.3,547 = 7,1 [m] Fnóc : Diện tớch nóc [m2] Fnóc = [m] a : Hệ số trao đổi nhiệt từ núc lũ tới môi trường xung quanh: Khi mặt ngoài là gạch, a được xác định theo công thước : a = 7,9 + 0,053. [W/m2.K] Các kết quả tính toán được trình bày trong bảng III.5 Vậy tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua núc lũ : Qnóc = Qsnóc + Qnnóc + Qdnnóc Qnóc = 46270 + 34515 + 14132 = 94917 [W] Qnóc = 94917 [W] Bảng III.5: Các thông số và kết quả tính toán dẫn nhiệt qua núc lũ NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ Ở MỖI VÙNG Lề Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt tKK [oC] 20 20 20 tktb [oC] 1000 1300 1275 [oC] 950 1250 1225 Tw ngoài [oC] 88 109 120 ttb [oC] 485 635 623 ttb1 [oC] 718 943 924 ttb2 [oC] 253 328 322 l1 [W/m.K] 1,045 1,097 1,093 l2 [W/m.K] 0,156 0,168 0,168 a [W/m2.K] 12,564 13,667 13,73 D1 [m] 6,4 6,4 6,4 D2 [m] 6,864 6,864 6,864 D3 [m] 7,1 7,1 7,1 j [độ] 60 60 60 l [m] 9,825 6,28 2,678 Fnóc 24,74 14,3 7,56 Qnóc (*) [W] 21246,6 17387 8993,5 Qnóc (**) [W] 21136,6 17406,7 8926,6 Sai số giữa (*) và (**) [%] 0,52 0,11 0,74 Qnóc [W] 47470 c.Tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua đỏy lũ : (Qđáy [W]) Đỏy lò được xây trực tiếp trên nền móng ,vì vậy khó xác định được chính xác nhiệt độ đỏy lũ. Trong tính toán ,ta thường xác định lượng nhiệt tổn thất qua đỏy lũ theo những số liệu thực nghiệm. Qđáy = 0,15.Qtường [W] Qđáy = 0,15. 52165 = 7824,75 [W] Qđáy = 7824,75 [W] Vậy lượng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua tương, nóc và đỏy lũ : Q4 = Qtường + Qnóc + Qđáy Q4 = 52165 + 47470 + 7824,75 = 107460 [W] Q4 = 107460 [W] II.2.5.Lượng nhiệt tổn thất do bức xạ qua cửa lò khi mở cửa : Khi làm việc , các cửa có thể mở một phần hoặc hoàn toàn để vào vật liệu ,ra liệu .Do đó có tổn thất nhiệt do bức xạ ra ngoài qua cửa : a.Lượng nhiệt tổn thất qua cửa vào liệu : Lượng nhiệt này được tinh theo công thức : Qcửa [W] Trong đó : Co : Hệ số bực xạ; Co = 5,67 [W/m2.K] TK : Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy ở vựng cú cửa [oK] F : Diện tích phần mở cửa [m2] ; F = 2,0.0,13 = 0,26 [m2] Y : Hệ số thời gian mở cửa ; Y được xác định theo công thức : Trong đó : St : Thời gian mở cửa trong 1 h Giả thiết rằng : Thời gian mở cửa một lần t = 20 [s] Số lần mở cửa trong 1h là N [lần] .N được tính theo công thức : [lần] Trong đó : P : Công suất của lò ; P = 17000 [kg/h] g : V.r = 0,502.3.14.1,3.7800 = 79,6 [kg/phụi] N = ==213,57 [lần] Y = =0,66 f : Hệ số chắc chắn ; xác định theo chiều dày tường và kích thước cửa mở :f = 0,5 Z : Số cửa cùng kích thước ,cùng điều kiện làm việc ;Z = 1 Vây lượng nhiệt tổn thất qua cửa vào liệu : Q’cửa = Q’cửa = 5,67.. 0,26. 0,5. 0,66.1 =4360,5 [W] b.Lượng nhiệt tổn thất qua cửa ra liệu : Lượng nhiệt này được tính theo công thức : Q’’cửa = [W] Trong đó : Co = 5,67 [W/m2.K4] F = 0,5.0,2 = 0,1 [m2] f = 0,5 Z = 2; Y = 0,66 Q’’cửa = 5,67.. 0,1. 0,5. 0,66.2 = 20134 [W] Vậy tổng tổn thất nhiệt qua các cửa là: Q5 = Q’cửa + Q’’cửa = 4360,5 + 20134 = 24494,5 [W] Q5 = 24494,5 [W] II.2.6.Lượng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm cháy khi mở cửa lò: Trong thực tế , khi vận hành lò khí lũ cú áp suất dương nờn cú lượng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm cháy khi mở cửa a.Lượng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm chát khi mở cửa vào liệu: Q’lọt = 0,28.Ck.tk.Vo.y [W] rkk : Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện nhiệt độ môi trường tkk = 20 [oC] [kg/m3] rk : Khối lượng riêng của sản phẩm cháy ở nhiệt độ nơi mở cửa [kg/m3] Trong đó : Ck.tk = ik :Entanpy của sản phẩm cháy tại vùng mở cửa [kJ/m3tc] ik = 960,75 [kJ/m3tc] với tsấy = 700 [oC] y : Hệ số thời gian mở cửa ; y = 0,66 Vt = m.H.B [m3/s] Vt = 0,62.0,2.2. = 0,74 [m3/s] Vo : Lượng sản phẩm cháy lọt qua cửa khi cửa mở. Các cửa đều có dạng cửa nằm (B > H) nên : Vo ==.3600 =.3600=747,5 [m3tc/h] H: Chiều cao phần cửa mở [m]; H = 0,2 [m] B: Chiều rộng cửa [m] ;B = 2 [m] g : Gia tốc trọng trường ; g = 9,81 [m/s2] m : Hệ số lưu lượng ; m = 0,62 Vậy Q’lọt = 0,28.960,75.749,5.0,674 = 132716 [W] b.Lượng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm chát khi mở cửa ra liệu : Q’’lọt = 0,28.Ck.tk.Vo.y [W] Tương tự ta có : Ck.tk = ik = 1798,27 với tkđồng nhiệt = 1250 [oC] y = 0,66 ; H = 0,2 [m] ;B = 0,5 [m] ; g = 9,81 [m/s2]; m = 0,62 Vt = 0,74 [m3/s] ;Vo = 747,5 [m3tc/h] Vậy : Q’’lọt = 0,28.1798,1.747,5.0,66 = 248386 [W] Vậy tổng tổn thất nhiệt do lọt sản phẩm cháy qua cửa là: Q6 = Q’lọt + Q’’lọt = 132716 +248386 = 381102 [W] Q6 = 381102 [W] II.2.7.Lượng nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy qua kờnh khúi ra ống khói: Sản phẩm cháy qua kờnh khúi ra ồng khúi cú nhiệt độ tương đối cao vì vậy gây ra tổn thất nhiệt : Q7 = 0,28.Ck.tk.(B.Vn - SVo.y) Trong đó : Ck.tk = ik :Entanpy của sản phẩm cháy ở nhiệt độ ra khỏi lò tk = 700 [oC] ; ik = i700 = 960,75 [kJ/m3tc] Vn : Lượng sản phẩm cháy tạo ra khi đốt 1 kg dầu FO: Vn = 12,70 [m3/kg] SVo.y :Tổng sản phẩm chỏy đó lọt qua các cửa SVo.y = 493,35 [m3tc/h] Q7 = 0,28.960,75.(B.12,70 – 493,35) Q7 = 3416B – 132716 [W] Q7 = 3416.B – 132716 [W] II.2.8.Lượng nhiệt tổn thất do nước làm mỏt cỏc kết cấu lò : Phôi nung được nung 1 mặt . Ta chỉ sử dụng nước làm nguội hộp cửa vào liệu và ra liệu để tránh cửa bị cong vênh .Lượng nhiệt mất do nước làm nguội tại đây chỉ chiếm khoảng 5% tổng nhiệt lượng thu : Q8 = 0,05.SQthu [W] Trong đó : SQthu : Tổng các nhiệt lượng thu : SQthu = Qc + Qkk + Qdầu + Qtỏa SQthu = 10845.B + 1394.B + 67,021.B + 134470 SQthu = 12306.B + 134470 [W] Q8 = 0,05.(12306.B + 134470) Q8 = 615,3.B + 6723,5 [W] Q8 = 615,3.B + 6723,5 [W] Vì lò nung liên tục được thiết kế không có các cửa qan sát (mà thay bằng các lỗ quan sát ) .Vì vậy không tính tổn thất nhiệt do bức xạ cũng như lọt sản phẩm cháy cho cửa này . II.3 .Tính lượng tiêu hao dầu FO và các thông số nhiệt đặc trương của lò: II.3.1. Lượng tiêu hao dầu : ([kg/h] ) Trên cơ sở cân bằng lượng nhiệt thu và nhiệt chi của lò , ta xác định dược lượng tiêu hao dầu FO: SQthu = SQchi SQthu = 12306.B + 134470 [W] SQchi = Q1 +Q2 +Q3 +Q4 +Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 4024151,6 + 215,85.B + 54,22.B + 107460 + 24494,5 + 381102 + (3416.B -132716) + (615,3.B + 6723,5) SQchi = 4303.B + 4411215,6 [W] Từ đó ta có : 12306.B + 134470 = 4303.B + 4411215,6 Þ B = 534,4 [kg/h] B = 534,4 [kg/h] II..3.2.Bảng cân bằng nhiệt : Trên cơ sở tính toán ta lập được bảng cân bằng nhiệt ( bảng III.6) No Các khoản thu nhiệt [W] [%] No Các khoản chi nhiệt [W] [%] 1 - Nhiệt do đốt cháy nhiên liệu 5795407,7 86,41 1 - Nhiệt dùng nung kim loại 4024151,6 59,97 2 - Nhiệt do nung trước không khí 744953,6 11,1 2 - Nhiệt mất do cháy không hoàn toàn hoá học 115350 1,72 3 - Nhiệt do nung trước nhiên liệu 35826 0,53 3 - Nhiệt mất do cháy không hoàn toàn cơ học 28975 0,43 4 - Nhiệt do phản ưng toả nhiệt 134470 2 4 - Nhiệt mất do dẫn nhiệt qua các thể xây 107460 1,60 5 - Nhiệt mất do bức xạ qua cửa lò lúc mở 24494,5 0,365 6 - Nhiệt mất theo khớ lũ lỳc mở cửa 381102 5,68 7 - Nhiệt mất do sản phẩm cháy mang ra khỏi lò 1692794 25,23 8 -Nhiệt mất do nước làm mát ở cửa ra vào liệu 335540 5 Tổng cộng 6710647 100 Tổng cộng 6709867 100 Sai số : d = .100%=0,01 [%] II.3.3.Xuất tiêu hao nhiên liệu b ([kg/kg]) [kg/kg] b === 0,04 [kg/kg] II.3.4.Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích hnl [%] hnl = [%] Trong đó : Q1: Lượng nhiệt để nung kim loại ;Q1 =4024151,6 [W] Qtỏa : Lượng tỏa ra do phản ứng oxy hóa ; Qtỏa = 134470 [W] Qc: Lượng nhiệt tỏa ra do đốt cháy dầu FO ; Qc = 5975430 [W] hnl = =55,8 [%] hnl = 55,8 [%] II.3.5.Hệ số sử dụng nhiệt có ích hci: h=.100[%]ci hci = =59,15 [%] II.3.6.Hệ số sử dụng nhiệt của lò hci [%] [%] Trong đó : Qvào : Lượng nhiệt đưa vào lò Qvào = SQcấp = Qc + Qkk + Qdầu =6576177,3 [W] Qra = Q7 = 3416.B – 132716 =1692794,4 [W] ht = .100 = 74,26[%] III.CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA Lề Các kết quả tính toán nhiệt của lò được trình bày trong bảng III.7 Bảng III.7:Tớnh toỏn nhiệt của lò No Các đai lượng Kí hiệu Giá trị 1 Lượng tiêu hao dầu FO B 534,4 [kg/h] 2 Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn b 0,04 [kg/kg] 3 Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích hnl 55,8 [%] 4 Hệ số sử dụng nhiệt có ích hci 59,15 [%] 5 Hệ số sử dụng nhiệt của lò ht 74,26 [%] CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN MỎ PHUN DẦU FO A.CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 1.Khối lượng riêng của dầu ở 20 [oC]: r20o = 1044 [kg/m3] 2.Lượng tiêu hao dầu FO : B = 534 [kg/h] ( xem chương III ) 3.Nhiệt độ nung trước dầu FO : tdầu = 110 [oC] 4. Nhiệt độ nung trước không khí: tkk = 300 [oC] 5.Kích thước thực tế của cỏc vựng cú bố trí mỏ phun ( vùng nung , vùng đồng nhiệt ) : Kích thước nội hỡnh lũ Vùng nung [mm] Vùng đồng nhiệt [mm] Chiều cao = 1380 = 1088 Chiều dài = 6280 = 2213 B.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỎ PHUN DẦU FO I.LỰA CHỌN KIỂU MỎ PHUN : Khi lựa chọn mỏ phun ta phải xem xét đến các yếu tố sau : I.1. Chiều dài của cỏc vựng định bố trí mỏ phun : Ngọn lửa của mỏ phun cao áp dài hơn so với mỏ phun thấp áp , vì vậy theo chiều dài của vựng cú bố trí mỏ phun phải lớn hơn chiều dài ngọn lửa . Theo các số liệu ban đầu , vùng đồng nhiệt và vùng nung đều có chiều dài đủ lớn để bố trí mỏ phun cao áp. I.2. Độ nhớt của dầu FO: Để cháy tốt , dầu FO cần phải được biến bụi và hoà trộn tốt với không khí. Độ nhớt của dầu càng cao thì việc biến bụi càng khó khăn. Dầu FO có độ nhớt cao nên ta phảo dung khi nén để biến bụi. Các mỏ phun dùng khí nén thuộc loại mỏ phun cao áp. I.3. Tính kinh tế trong vận hành , bảo dưỡng và sửa chữa : Chi phí vận hành cho mỏ phun cao áp dùng chất biến bụi bằng hơi nước cao hơn so với mỏ phun cao áp dùng chất biến bụi bằng không khí nén. Vì nếu dùng hơi nước thì phải có hơi lò cung cấp hơi cho các mỏ phun , do đó chi phí chung cho 1 kg kim loại sẽ tăng lên. Nếu dùng không khí nộn thỡ có thể lấy trực tiếp từ máy nén. Không khí nén ngoài tác dụng biến bụi dầu FO còn đóng vai trò cung cấp oxy cho sự cháy của dầu FO, vì thế chi phí cho việc nung kim loại sẽ giảm. Trong vận hành cũng như trong bảo dưỡng , sửa chữa , việc dùng không khí nén có nhiều ưu điểm hơn so với dùng hơi nước. MỖi khi nỏ phun bị tắc việc thông rửa cũng dễ dàng hơn. Từ những cơ sở trên ta thấy rằng mỏ phun cao áp dùng không khí nén làm chất biến bụi phù hợp với điều kiện làm việc của lũ. Trờn cơ sở phân tích này ta quyết định chọn mỏ phun cao áp dùng không khí nộnlàm chất biến bụi. Cấu trúc cơ bản của mỏ phun được trình bày ở hình IV.1 I.4. Chọn số lượng và cách bố trí mỏ phun : Để đảm bảo cấp nhiệt đều cho lũ , nờn chọn nhiều mỏ phun và đặt thành từng hàng ở mỗi vùng đốt. Tuy nhiên khi chọn số mỏ phun cần phải lưu ý kích thước tường lò nơi đặt mỏ đốt. Giữa các mỏ phun phải có khoảng cách cần thiết lớn hơn đường kính ngọn lửa. Dựa trên những lưu ý trên , số mỏ phun được chọn cho toàn lò là 8 mỏ và phân phối cho mỗi vùng đốt như sau : Vùng đồng nhiệt : 2 mỏ Vùng nung : 6 mỏ và chia đều sang 3 bên tường lò ( mỗi bên 3 mỏ) III.CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA MỎ PHUN: III.1.Tớnh và chọn các thông số kỹ thuật của không khí nén và dầu FO: 1.Công suất mỏ phun : [kg/s] Trong đó : N : Số lượng mỏ phun ; N = 8 B* : Lượng tiêu hao dầu FO cho toàn lò [kg/h] Để có thể cường hoá vận hành lò ta chọn : B* = K.B Trong đó : B : Lượng tiêu hao dầu FO ; B = 534 [kg/h] ( xem chương III) K : Hệ số dự trữ công suất ; chọn K = 1,03 B* = K.B = 1,03.534 = 550 [kg/h] Chọn B* = 550 [kg/h] Công suất mỏ phun : G1 == = 0,02 [kg/s] [kg/s] G1 = 0,02 [kg/s] 2.Lượng tiêu hao không khí nén : Để biến bụi dầu FO , ta phải dùng không khí nén. Lượng không khí nén để biến bụi 1 kg dầu FO được coi là xuất tiêu hao không khí nén. Trong thực tế xuất tiêu hao không khí j = 0,6 ữ 0,8 [kg không khí nén / kg dầu FO] Để biến bụi tốt ta chọn : j = 0,8 [kg không khí nén/ kg dầu FO] 3. Áp suất của không khí nén : Để đảm bảo tính ổn định về áp suất của không khí nén khi vận hành mỏ đốt ta phải khống chế áp suất của không khí nén trong bình chứa ở giá trị cao: Áp suất của không khí nén trước mỏ phun : Để điều chỉnh được áp suất không khí nén ổn định ta có thể lắp van điều áp trên đường cấp không khí nén. 4.Nhiệt độ của không khí nén : 5.Nhiệt độ của dầu FO khi vào mỏ phun: tdầu = 110 [oC] 6. Áp suất của không khí thứ cấp trước mỏ phun : ho = 5 [kN/m2] 7.Nhiệt độ không khí vào mỏ phun : tkk = 300 [oC] 8. Áp suất môi trường lò : Trong vận hành lò , áp suất khói trong không gian lò thường là áp suất dương. ( Pm.tr.lũ > Pkhi quyển = 0,98 [bar]).Do đó chọn Pm.tr.lũ = 0,992 [bar] 9. Áp suất dư dầu FO trước mỏ phun: Pdầu = 2 [bar] = 200 [kN/m2] III.2.Tớnh toán cỏc kich thước cơ bản của mỏ phun: ( Xem hình IV.1 ) III.2.1. Đường kính trong của miệng phun dầu FO : d1 [mm] Trong đó: F1 : Tiết diện miệng phun của đầu kim phun dầu [mm2] wdầu: Tốc độ của dầu FO tại miệng phun [m/s] Pdầu : Áp suất dư của dầu ; pdầu = 2 [bar] Vdầu : Lưu lượng dầu FO cấp cho 1 mỏ phun [m3/s] G1: Công suất mỏ phun ; G1 = 0,02 [m/s] rdầu : Khối lượng riêng của dầu FO [kg/m3] adầu : Hệ số dãn nở nhiệt của dầu FO ; adầu = 72.10-5 [1/độ] : Khối lượng riêng của dầu ở 0 [oC] [kg/m3] 1044.(1 + 72.10-5.20) = 1059 [kg/m3] Vdau = == 2,04.10-5 [m3/s] F1 = .106 =.106 = 5 [mm2] d1== 2,52 [mm] Lấy tròn d1 = 3 [mm] d1= 3 [mm] III.2.2. Đường kính ngoài của miệng phun dầu FO : d2 [mm] Lấy chiều dày của miệng phun dầu FO ; d1 = 2 [mm] ta có đường kính ngoài của miệng phun dầu FO : d2 = d1 + 2.d1 = 3 + 2.2 = 7 [mm] d2 = 7 [mm] III.2.3. Đường kính của miờng phun không khí nén: d3 [mm] Tiết diện miệng phun không khí nén: Trong đó: : Tốc độ không khí nén ra khỏi miờng ống [m/s] Do tỷ số giữa vì vậy tốc độ phun của không khí đạt nén đạt tới tốc độ âm thanh k : hệ số mũ đoạn nhiệt ; k = 1,4 R : Hằng số chất khí của môi trường ; R = T1 : Nhiệt độ không khí nén ; T1 = 50 + 273 = 323 [oK] : Lưu lượng không khí nén [m3/s] P0.k.k , T0.k.k : Áp suất và nhiệt độ của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn P0.k.k = 100 [kN/m2] T0.k.k = 273 [oK] : Áp suất và nhiệt độ của không khí tại đầu phun khí ở điều kiện làm việc . : Lưu lượng không khí nén qua miệng phun (ở điều kiện tiêu chuẩn ) r0.k.k : Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn [kg/m3tc] r0.k.k = 1,293 [kg/m3tc] : Lưu lượng không khí nén qua miệng phun [kg/s] j1 G1 : Công suất của mỏ phun .G1 = 0,02 [kg/s] j1 : Lượng không khí nén cần để hoá bụi 1 kg nhiên liệu j1 = 1 [kg không khí nén/ kg dầu FO ] (đã xhọn ở trên ) Gk.k.nen= 0,02.1 = 0,02 [kg/s] V0,k.k.nen== 0,015 [m3/s] V*k.k.nen = 0,015.= 7.10-3 [m3/s] Vậy : F3=.106 = .106= 21,3 [mm2] Đường kính miệng phun không khí nén : Trong đó : F3 : Tiết diện miờng phun không khí nén ; F3 = 21,3 [mm2] F2 : Tiết diện ngoài ứng với đường kính ngoài của đầu kim phun [mm2] d3 === 8,7 [mm] Lấy tròn d3 = 9 [mm] d3 = 9 [mm] Khe hở phun không khí nén : III.2.4. Đường kính miệng loe của phun không khí nén : d4 [mm] Đường kính miệng loe của đầu phun không khí nén : Trong đó : a : Khoảng cách từ tiết diện phun không khí tới miệng loe a = 8 [mm] a : Góc loe ; a = 60o (Xem hình IV.1) lấy tròn d4 = 18 [mm] d4 = 18 [mm] III.2.5. Đường kính ngoài của miệng phun không khí nén : d5 [mm] Đường kính ngoài của miệng phun không khí nén : d5 = d4 + 2.d3 [mm] Trong đó : d3 : Chiều dày miệng phun không khí nén d3 = 4 ( atlat mỏ phun cao áp) d5 = d4 + 2.d3 = 18 + 2.4 = 26 [mm] d5 = 26 [mm] III.2.6. Đường kính miệng phun không khí thứ cấp : d6 [mm] Tiết diện miệng phun không khí thứ cấp : Trong đó : Vkk : Lưu lượng không khí thứ cấp qua mỏ phun [m3/s] Trong đó : G1: Công suất mỏ phun ; G1 = 0,02 [kg/s] f : Tỷ lệ nung trước không khí Khụng khí được cấp cho mỏ phun theo 2 đường : 1 phần không khí cấp cho sự cháy là không khí biến bụi , phần không khí còn lại được nung trước đến 300 [oC] và được cấp cho mỏ phun nhờ quạt gió Trong đó : j : Xuất tiêu hao không khí nén ; j = 1 Ln : Lượng tiêu hao không khí để đốt 1 kg dầu FO Ln = 12,70 [m3/m3tc] ( Xem bảng I.2) f = P0.kk , T0.kk : Áp suất và nhiệt độ không khí ở điều kiện tiêu chuẩn : P0.kk = 100 [kN/m2] T0.kk = 273 [oK] Pkk , Tkk : Áp suất và nhiệt độ không khí tại miệng phun ở điều kiện làm việc . Tkk = tkk + 273 = 300 + 273 = 573 [oC] Pkk = Pm.tr.lũ + k’.h0 Trong đó: Pm.tr.lũ : Áp suất môi trường lò ; Pm.tr.lũ = 99,2 [kN/m2] k’ : Hệ số tổn thất áp suất của không khí trong mỏ phun; k’ = 0,9 h0 : Áp suất của không khí trước mỏ phun; h0 = 5 [kN/m2] Pkk = Pm.tr.lũ + k’.h0 = 99,2 + 5.0,9 = 103,7 [kN/m2] Vkk = 0,94. 0,02.12,70. 0,41 [m3/s] wkk : Tốc độ chuyển động của không khí [m/s] Chọn wkk = 25 [m/s] Vậy tiết diện miệng phun của không khí thứ cấp: Đường kính miệng phun không khí thứ cấp: F5 : Tiết diện miệng phun không khí thứ cấp: Vậy : Lấy tròn d6 = 170 [mm] d6 = 170 [mm] III.2.7.Đường kính phần hình trụ của miệng phun không khí thứ cấp: d7 [mm] (Xem hình VI.1) Trong đó : b : Chiều dài phần côn miệng phun không khí thứ cấp b = 110 [mm] (Atlat mỏ phun cao áp) g : Gúc miờng phun không khí thứ cấp ; g = 280 (Atlat mỏ phun cao áp) Lấy tròn d7 = 225 [mm] d7 = 225 [mm] III.2.8. Đường kính ống dẫn không khí thứ cấp : d8 [mm] F8 : Tiết diện ống dẫn không khí thứ cấp [mm2] Trong đó : V0.kk : lưu lượng không khí thứ cấp [m3/s] V0.kk = G1.Ln = 0,023.12,21 = 0,2808 [m3/s] w0.kk : Tốc độ không khí thứ cấp trong ống dẫn [m/s] Chọn w0.kk = 6 [m/s] Lấy theo tiêu chuẩn ta có d8 = 245 [mm] d8 = 245 [mm] III.2.9.Chọn ống cao su mền chụi áp lực để cấp khí nén và cấp dầu từ đường khí nén và đường dầu tới mỏ phun : (d9 và d10 [mm] ) Lưu lượng khí nén cấp cho một mỏ đốt : Gk.k.nộn = 0,023 [kg/s] = 82,8 [kg/h] Vì vậy thông số cơ bản để chọn ống cao su nối ống dẫn không khí nén tới mỏ phun là áp lực khí nén. Ta chọn ống cao su f 20 chụi được 40 bar Để thuận tiện trong việc lắp đặt ,ta chọn ống cao su cấp dầu cho mỏ phun cùng loại cới ống cao su cấp không khí nén . Các kich thước mỏ phun ( Xem hình IV.1) IV.CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VỀ KÍCH THƯỚC CỦA MỎ PHUN Các kết quả tính toán về kích thước của mỏ phun được trình bày ở bảng IV.1: Bảng IV: Các kích thước cơ bản của mỏ phun d1 [mm] d2 [mm] d3 [mm] d4 [mm] d5 [mm] d6 [mm] d7 [mm] d8 [mm] 3 7 9 18 26 170 225 245 Ống mền chụi áp nối từ đường ống ( dường ống dầu hoặc đường ống khí nén ) tới mỏ phun có : f = 20 [mm] chụi áp tới 40 [bar] (ống mền tiêu chuẩn ). Ta có : d9 =d10 = 20 CHƯƠNG V TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP GIÓ VÀ THOÁT KHểI CỦA Lề I.SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ THỐNG CẤP GIÓ VÀ THOÁT KHểI CỦA Lề Hệ thống cấp gió và thoỏt khúi của lò làm nhiệm vụ cung cấp đủ gió cho quá trình cháy và sau đó đưa khói thải từ lò qua kờnh khúi, cống khói và thoỏt khúi ra ngoài trời qua ống khói. Về cấu trúc, hệ thống này phải đơn giản và phụ thuộc vào mặt bằng phân xưởng. Tư tưởng chủ đạo khi thiết kế hệ thống này là : đường ống khúi, kờnh, đường ống cống khúi ớt gúc gập, đường đi thẳng và ngắn, tốc độ nhỏ ở mức có thể, đường ống gió nóng phải được bọc cách nhiệt. Hệ thống cấp gió và thoỏt khúi của lò được trình bày ở hình V.1 II.TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THOÁT KHểI Đường A – B – C – D – E ( van ) – F (ống khói ) trờn hỡnh V.1 là đường thoỏt khúi . II.1.Tớnh kích thước kờnh khúi: II.1.1 Lưu lượng khói đi vào kờnh khúi : Vk [m3tc/h] Trong đó : B* : Lượng dầu FO tiêu hao trong 1h (đã tính đến hệ số dự trữ) B* = 550 [kg/h] (Xem chương III) Vn : Lượng sản phẩm cháy tạo ra khi đốt 1 kg dầu FO Vn = 12,70 [m3/kg] (Xem chương II) : Tổng thể tích sản phẩm cháy lọt qua các cửa lò khi mở cửa = 505,6 [m3tc/h] (Xem chương III) Vk = 550.12,70 – 505,6 = 6479,4 [m3tc/h] Vk =6479,4[m3tc/h] II.1.2.Tiết diện kờnh khúi : Fk [m2] Tiết diện kờnh khúi được xác định theo công thức: Trong đó : wk : Tốc độ khói đi trong kênh; chọn wk = 1,6 [m/s] N : Số kờnh khúi; N = 2 Fk= Kờnh khúi cú tiết diện hình chữ nhật a x b. Trong đó b bằng một nửa chiều rộng nội hỡnh lũ b = 1400 [mm] a = 365 [mm] II.2.Tớnh kích thước đường ống dẫn khói: Thiết bị nung gió là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống khói kim loại thẳng trơn do đó không có khớ dũ sang khói. Vì vậy lượng khói trước và sau thiết bị bằng nhau . Vk = 6479,4 [m3tc/h] Tiết diện đường ống dẫn khói: Trong đó : Vk : Lượng khói đi trong ống dẫn; Vk = 6479,4 [m3tc/h] wdẫn : Tốc độ khói đi trong ống dẫn; wdẫn = 3 [m/s] Fdẫn=0,6 Đường kính ống dẫn khói : Fdẫn==0,764 ddẫn = 0,764 [m] III.TÍNH KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐƯỜNG ỐNG DẪN KHÔNG KHÍ Đường A – B (van) – C – TBNG – D – E – F – G – H – I – J – K (van) (xem hình V.1) III.1. Lượng không khí đi trong đường ống gió: Vkk = f.B*.Ln [m3tc/h] Trong đó : f : Tỷ lệ nung trước không khí; f = 0,937 (Xem chương IV) B* : Lượng tiêu hao dầu FO cho toàn lò; B* = 550 [kg/h] Ln : Lượng không khí thực tế cần để đốt cháy 1 kg dầu FO Ln = 12,17 [m3tc/kg] Vkk = 0,937.550.12,17 = 6272 [m3tc/h] III.2. Tính tiết diện và đường kính các đoạn ống dẫn không khí: Tiết diện của các đoạn ống dẫn không khí ‘ij’ được xác định theo công thức: Trong đó : : Tốc độ không khí đi trong ống dẫn [m/s] Đối với đường ống dẫn trước khi vàoTBNG (gió lạnh ): = 10[m/s] Đối với đường ống dẫn ở phía sau TBNG ( gió nóng ): = 6 [m/s] : Lưu lượng không khí ở đoạn ống ij; phụ thuộc vào đường kính đoạn ống ij: Kết quả tính toán được trình bày ở bảng V.1 Bảng V.1: Tiết diện và đường kính của các đoạn ống dẫn không khí Đoạn ống Tỷ lệ phân phối gió [%] Lưu lượng gió [m3tc/h] Tốc độ gió [m/s] Tiết diện [m2] Đường kính [m] A – D 100 5720 10 0,159 0,450 D – F 100 5720 6 0,265 0,580 F – G 67 3832 6 0,178 0,476 G – I 33 1888 6 0,087 0,333 I – K 17 972 6 0,045 0,239 IV.TÍNH TỔN THẤT ÁP SUẤT TRấN CÁC ĐƯỜNG ỐNG DẪN IV.1. Tổn thất áp suất trên đường dẫn khói: hktt [N/m2] IV.1.1. Tổn thất áp suất của khói trong thiết bị nung gú : hkTBNG [m2] hkTBNG = 20 [N/m2] (ở dây không tính chọn 1 giá trị làm ví dụ) IV.1.2. Tổn thất áp suất của khúi trờn cỏc đường ống dẫn: Hình V.1 Sơ đồ bố trí hệ thống thoỏt khúi 1: Lò 2: Kờnh khúi 3: Cống khói 4: Thiết bị trao đổi nhiệt 5: Van khói 6: Ống khói a.Tổn thất cục bộ: Tổn thất cục bộ tại vị trí bất kỳ đực tính theo công thức : Trong đó : ki : Hệ số tổn thất cục bộ tại vị trí i tki : Nhiệt độ khói tại vị trí i [oC] w0i : Tốc độ khói tại ị trí tương ứng [m/s] r0k : Khối lượng riêng của khói ; r0k = 1,3093 [kg/m3tc] a : Hệ số dãn nở nhiệt ; Trên đường ống dẫn, nhiệt độ của khói giảm dần. Lấy nhiệt đổ trung bình của khói Dtk = 4 [oC/m] Kết quả tính toán tổn thất cục bộ tại các vị trớ trờn đường ống dẫn khói được trình bày ở bảng V.2 Bảng V.2 : Tổn thất cục bộ tại vị trớ trờn đường dẫn khói Vị trí Hệ số tổn thất ki Nhiệt độ Tốc độ Tổn thất cục bộ [N/m2] Tính toán Giá trị [oC] A 2 tkA = tk 700 1,6 11,95 B 0,2 tkB = tkA – 2.Dtk 692 3 4,17 E 3,91 tkE = tkD – 5.Dtk 285 3 47,09 F 1 tkF = tkE – 2.Dtk 277 3 11,87 Tổn thất cục bộ trên đường dẫn ống khói: = 75,08 [N/m2] b. Tổn thất ma sát: Tổn thất ma sát trên đoạn ống ‘ij’ được xác định theo công thức: Trong đó: m : Hệ số ma sát phụ thuộc độ nhẵn của ống Đối với ống vỏ kim loại trong xây gạch chụi nóng chọn m = 0,05 Lij : Chiều dài của đoạn ống từ ‘i’ đến ‘j’ [m] Dij : Đường kính thuỷ lực của ống ; F : diện tích tiết diện ngang của ống [m2] S : Chu vi ống [m] w0 : Tốc độ khói ở điều kiện tiêu chuẩn trong đoạn ống ‘ij’ [m/s] tktb : Nhiệt độ trung bình của khói trong đoạn ống ‘ij’ [oC] : Khối lượng riêng của khói; = 1,3093 [kg/m3tc] Kết quả tính toán tổn thất được trình bày ở bảng V.3 Bảng V.3 : Tổn thất ma sát trên đường dẫn khói Đoạn ij L [m] D [m] tik [oC] tjk [oC] ttbk [oC] w [m/s] [N/m2] A – B 2 0,864 700 692 696 1,6 0,69 B – C 3 0,832 692 656 674 3 3,68 D – E 5 0,832 305 285 295 3 3,68 E – F 2 0,832 285 277 281 3 1,44 = 9,49 [N/m2] Tổn thất ma sát trên đường dẫn khói: 9,49 [N/m2] = 9,49 [N/m2] c. Tổn thất hình học: Tổn thất hình học trên đoạn A – B được tính theo công thức : Trong đó : HA-B : Chiều cao đoạn A – B ; HA-B = 2 [m] rtkk : Khối lượng riêng của không khí ứng với nhiệt độ thực tế ngoài trời Dũng khói đi từ dưới lên do đó tạo ra lực hút vì vậy tổn thất hình học trong đoạn A – B mang dấu âm: -16,39 [N/m2] Vậy tổn thất hình học trên đường ống dẫn khói là: -16,39 [N/m2] -16,39 [N/m2] Tổn thất áp suất chung trên đường dẫn khói là: = 20 + 75,08 + 9,49 – 16,39 = 88,18 [N/m2] = 88,18 [N/m2] IV.2. Tính tổn thất áp suất trên đường dẫn gió: IV.2.1. Tổn thất áp suất của không khí trong thiết bị nung gió: Tổn thất áp suất của không khí trong thiết bị nung gió: (ở đây không tính, ta chọn một giá trị làm ví dụ tính toán ) Chọn Hình V.2: Sơ đồ hệ thống cấp gió cho lò liên tục 1: Mỏ đốt vùng đồng nhiệt 2,3: Mỏ đốt vùng nung 4: Cống khói 5: Thiết bị trao đổi nhiệt 6: Quạt gió 7: Đường dẫn không khí lạnh 8: Đường dẫn không khí nóng 9: Đường dẫn không khí lạnh pha loãng IV.2.2. Tổn thất áp suất của không khí trên đường ống dẫn: Dựa trên hình vẽ V.2 chọn nhánh tới vùng đồng nhiệt ( là nhỏnh cú trở lực lớn nhất ) để tính toán tổn thất áp suất. Như vậy tổn thất áp suất của đường ống dẫn không khí là trở lực của đường ống A – B (van) – C – D – E – F – G – H – I – J – K (van) Chọn lDE =2 [m]; lEF = 3 [m]; lFG = 2 [m]; lGH = 2 [m]; lHI =1 [m]; lIJ = 1[m] ; lJK = 0,5[m] Kết quả tính toán được trình bày ở bảng V.4 và V.5. Bảng V.4 : Tổn thất ấp suất cục bộ trên đường ống dẫn gió Vị trí tổn thất Hệ số tổn thất k Nhiệt độ Tốc độ [m/s] Tổn thất [N/m2] Tính toán Giá trị [oC] A 0,2 tA = tkk 20 10 14,05 B (van) 3,91 tB = tkk 20 10 274,72 C 0,2 tC = tkk 20 10 14,05 D 0,2 tD 390 6 11,45 E 0,2 tE = tD – lDE.Dt 382 6 11,31 F 1,5 tF = tE – lEF.Dt 370 6 83,26 G 1,5 tG = tF – lFG.Dt 362 6 82,23 H 0,2 tH = tG – lGH.Dt 354 6 10,83 I 1,5 tI = tH – lHI.Dt 350 6 80,67 J 0,5 tJ = tI – lIJ.Dt 346 6 10,69 K(van) 3,91 tK = tJ – lJK.Dt 344 6 208,94 801,52 [N/m2] Tổn thất cục bộ trên đường ống gió: 801,52 [N/m2] Bảng V.5: Tổn thất ma sát trên đường ống gió Đoạn ij L [m] D [m] tikk [oC] tjkk [oC] ttbkk [oC] wkk [m/s] Tổn thất [N/m2] AC 5 0,450 20 20 20 10 39,03 DE 2 0,580 390 382 386 6 9,81 EF 3 0,580 382 370 376 6 14,49 FG 2 0,476 370 362 360 6 11,48 GH 2 0,333 362 354 358 6 16,36 HI 1 0,333 354 350 352 6 8,10 IJ 1 0,239 350 346 348 6 11,22 JK 0,5 0,239 346 344 345 6 5,58 116,07 [N/m2] Tổn thất ma sát trên đường ống gió: 116,07 [N/m2] Tổn thất hình học trên đường ống dẫn gió gồm tổn thất trên đoạn DE và đoạn HI: (Xem hình V.1) Trong đó : : Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ môi trường [kg/m3] : Khối lượng riêng của không khí ứng với nhiệt độ trung bình trong đoạn ống DE [kg/m3] : Khối lượng riêng của không khí ứng với nhiệt độ trung bình trong đoạn ống HI [kg/m3] H : Chiều cao của các đoạn ống [m] =9,8.2.(1,205 – 0,536) = 13,11 [N/m2] Gió chuyển động từ dưới đi lên nên = - 13,11 [N/m2] = 9,8.1.(1,205 – 0,565) = 6,27 [N/m2] Vậy tổn thất hình học trên đường ống gió: = -13,11 + 6,27 = - 6,84 [N/m2] = -6,84 [N/m2] Vậy tổn thất trên đường dẫn không khí: Shkk = 40 + 801,52 + 116,07 + -6,84 = 950,75 [N/m2] Shkk = 950,75 [N/m2] V.CHỌN QUẠT GIÓ V.1. Tính toán các thông số cơ bản của quạt gió: V.1.1. Lượng gió yêu cầu ở điều kiện tiêu chuẩn: Trong đó: k : Hệ số dự trữ ; k = 1,1 Vnkk : Lượng không khí lần hai cần cấp cho lũ;Vnkk = 5720 [m3tc/h] V0 = 1,1.5720 = 6292 [m3tc/h] V.1.2. Lượng gió yêu cầu ở điều kiện thực tế: Trong đó : Pa : Áp suất khí quyển nơi đặt quạt; Pa = 760 [mmHg] t : Nhiệt độ khí quyển nơi đặt quạt ; t = 20 [oC] Vt = 6753 [m3/h] V.1.3. Áp suất tĩnh yêu cầu: Trong đó: a : Hệ số dự trữ; a = 1,1 : Áp suất tĩnh trước mỏ đốt; = 5000 [N/m2] ( Xem chương IV ) h = 1,1.(970,11 + 5000) » 6567 [N/m2] V.1.4. Áp suất động sơ bộ: Trong đó : b : Tỷ lệ áp suất động so với áp suất tĩnh ; chọn b = 0,1 ( » 10 %) = 0,1.6567 = 657 [N/m2] V.1.5. Áp suất toàn phần yêu cầu: V.1.6. Áp suất thực tế yêu cầu: Ht = 7753 [N/m3] V.2. Chọn quạt gió: Trên cơ sở các thông số cơ bản Vt = 6753 [m3/h] và Ht = 7753 [N/m2] » 790 [mmH2O] Ta chọn quạt ly tâm cao áp kiểu QLT 7000 – 950 làm quạt gió cho lò. V.3. Tính công suất của quạt: V.3.1. Công suất trục quạt: Trong đó: Vq : Lưu lượng gió ; Vq = 7000 [m3/h] Hq : Áp suất toàn phần ; Hq = 950 [mmH2O] hq : Áp suất động miệng quạt; hq = 95 [mmH2O] h : Hiệu suất có ích của quạt ; h = 0,52 N = 31 [kW] V.3.2. Công suất động cơ điện: N1 = k1.k2.N [kW] Trong đó : N : Công suất trục quạt ; N = 31 [kW] k1 : Hệ số tính đến hiệu suất truyền động ; quạt được truyền động bằng đai thang chọn k1 = 1,1 (bảng 103[1]) k2 : Hệ số phụ thuộc vào công suất trục quạt ; k2 = 1,1 ( bảng 104 [1] ) N1 = k1.k2.N N1 = 1,1.1,1.31 = 37,51 [kW] Theo tiêu chuẩn chọn động cơ điện có công suất N1 = 38 [kW] N1 = 38 [kW] VI. TÍNH CHIỀU CAO ỐNG KHÓI VI.1. Chiều cao sơ bộ của ống khói : Nhiệt độ tại chân ống khói : (Bảng V.2) Nhiệt độ môi trường ngoài miệng ống khói : tkk = 20 [oC] Lực hút cần thiết của ống khói : Shc = 1,2.Shk = 1,2.88,18 = 105,82 [N/m2] Với Shc = 105,82 [N/m2] ; tkk = 20 [oC] ; tck = 277 [oC] chọn chiều cao sơ bộ của ống khói : H0 = 25 [m] VI.2. Tính toán các thông số khác : VI.2.1. Đường kính miệng ống khói: (dm [m] ) Trong đó : Vk : Lượng khói đi qua ống khói . Vk = 6479,4 [m3tc/h] = 1,8 [m3tc/s] wm : Tốc độ khói ở miệng ống khói. Chọn wm = 3 [m/s] Vậy : dm = 0,83 [m] VI.2.2. Đường kính chân ống khói : (dc [m] ) Để đảm bảo cho ống khói vững chắc, ta thiết kế đường kính chân ống khói: dc = 5.dm = 5.0,83 = 4,15 [m] dc = 4,15 [m] VI.2.3. Tính vận tốc khói ở chân ống khói: (wc [m/s] ) wc = 0,12 [m/s] VI.2.4. Nhiệt độ khói tại miệng ống khói : (tmk [oC] ) Dt : Độ giảm nhiệt độ trung bình của khúi trờn 1 [m] chiều cao ống khói; ống khói xây bằng gạch . Dt = 1,25 [oC/m] Vậy : = 246 [oC] VI.2.5. Nhiệt độ trung bình trong ống khói : ( [oC] ) = 262 [oC] VI.3. Chiều cao thực tế của ống khói: ( H [m]) Trong đó: ∑hc: Lực hút cần thiết của ống khói , ∑hc = 105,82 [N/m2]. wm, wc :Tốc độ tại miệng và chân ống khói: wm = 3[m/s]; wc = 0,12[m/s]. ωtbk: Tốc độ trung bình của khói trong ống khói ωtbk = 1,56[m/s]. ,: Khối lượng riêng của khói và không khí ở điều kiện tiêu chuẩn = 1,309 [kg/m3]. = 1,293 [kg/m3]. tmk , tck : Nhiệt độ khói tại miệng và chân ống khói tkm = 246 [0C] ; tkc = 277 [0C] tkk: Nhiệt độ không khí xung quanh lò: tkk = 20 [0C]. ttbk: Nhiệt độ trung bình của khói trong ống khói ttbk = 262 [0C]. μ : Hệ số ma sát với ống gạch : μ = 0,05 . dtb : Đường kính trung bình của ống khói, dtb = 2,49 [m]. Đánh giá sai số: DH = ïH – H0 ï= ï24 – 25 ï= 1 [m] Sai số là 4 [%] là chấp nhận được: Vậy chiều cao thực tế của ống khói là 24 [m] H = 24 [m] TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 _ Thiết kế lò nung kim loại Nguyễn Công Cẩn _Bộ môn lò luyện kim _ ĐHBKHN _ 1978 2 _ Hướng dẫn thiết kế lò luyện kim Bộ môn lò luyện kim _ ĐHBKHN _ 1968 3 _ Lò nung kim loại... ĐHBKHN _ 1964 4 _ Tập bản vẽ lò luyện kim ( Dịch) - - - - - - - ĐHBKHN _ 1 966