Giáo án Lò hơi

pdf 36 trang ngocly 01/06/2021 210
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo án Lò hơi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_an_lo_hoi.pdf

Nội dung text: Giáo án Lò hơi

  1. GIÁO ÁN MÔN HỌC LÒ HƠI
  2. GIAÙO AÙN MOÂN HOÏC: LOØ HÔI Taøi lieäu tham khaûo: 1. Thieát bò loø hôi – Tröông Duy Nghóa 2. Thieát keá loø hôi – Traàn Thanh Kyø 3. Soå tay kyõ thuaät loø hôi – Phan Saâm MÔÛ ÑAÀU 1. Khaùi nieäm - Loø hôi laø thieát bò sinh ra hôi nöôùc coù aùp suaát vaø nhieät ñoä cao baèng caùch caáp nhieät vaøo. Nhieân lieäu söû duïng thöôøng laø nhieân lieäu hoaù thaïch nhö: daàu moû, than ñaù, khí ñoát. Ngoaøi ra loø hôi coøn ñöôïc caáp nhieät baèng ñieän trôû 2. Coâng duïng cuûa loø hôi ™ Söû duïng trong caùc quy trình coâng ngheä nhö trong caùc nhaø maùy deät, nhaø maùy ñöôøng, thöïc phaåm, giao thoâng vaän taûi, röôïu bia, nhaø maùy giaáy, trong nhaø maùy nhieät ñieän ™ Cung caáp hôi cho caùc tuabin hôi cuûa nhaø maùy nhieät ñieän ™ Duøng ñeå laøm söùc keùo duøng trong ñoäng cô hôi nöôùc 3. Caùc thoâng soá kyõ thuaät cô baûn cuûa loø hôi a. Saûn löôïng hôi (coâng suaát, naêng suaát) D: laø löôïng hôi sinh ra trong moät ñôn vò thôøi gian (kg/h, taán/h, kg/s) - SLH ñònh möùc Dñm: SLH lôùn nhaát maø loø hôi coù theå laøm vieäc laâu daøi ôû thoâng soá hôi qui ñònh. - SLH qui öôùc (Equivalent evaporation): SLH sinh ra taïi 100oC (Steam rating from water at 100 oC to steam at 100 oC) - SLH cöïc ñaïi: SLH lôùn nhaát cho pheùp NH laøm vieäc taïm thôøi trong moät thôøi gian ngaén. Thöôøng Dmax = (1,1 ÷ 1,2)Dñm. - SLH kinh teá: öùng vôùi khi NH ñaït hieäu suaát cao nhaát. Thöôøng Dkt = (0,8 ÷ 0,9)Dñm b. AÙp suaát laøm vieäc, nhieät ñoä laøm vieäc: hôi baõo hoøa hoaëc hôi quaù nhieät. Thoâng soá caøng cao thì hieäu suaát caøng cao PDF by Trang 1
  3. Aùp suaát: 20kgf/cm2;50 kgf/cm2;100 kgf/cm2;180 kgf/cm2;240 kgf/cm2;300 kgf/cm2 Nhieät ñoä:400;450;540;565;600oC c. Nhieät theá theå tích cuûa buoàng löûa Q q = , kJ/m3 V V Trong ñoù: Q: nhieät löôïng sinh ra V: theå tích buoàng löûa d. Naêng suaát boác hôi: khaû naêng sinh hôi treân moät ñôn vò dieän tích beà maët ñoát treân moät ñôn vò thôøi gian (kg/m2h) e. Phuï taûi nhieät cuûa loø hôi:Nhieät löôïng maø hôi sinh ra cung caáp cho nôi söû duïng trong moät ñôn vò thôøi gian (kJ/h, kcal/h, kW) f. Hieäu suaát nhieät cuûa loø hôi: tyû leä nhieät löôïng nhaän ñöôïc töø hôi nöôùc vaø nhieät löôïng caáp vaøo cho loø hôi. Thoâng thöôøng hieäu suaát nhieät cuûa loø hôi lôùn hôn 80% CHÖÔNG 1 – LOØ HÔI VAØ CAÙC KHAÙI NIEÄM Noài hôi laø thieát bò saûn xuaát ra hôi nöôùc nhôø söû duïng nhieät naêng toaû ra khi ñoát nhieân lieäu. - Xaûy ra 02 quaù trình chuyeån bieán naêng löôïng: chaùy vaø trao ñoåi nhieät. - Heä thoáng noài hôi bao goàm caùc thieát bò chính vaø thieát bò phuï: + TB chính laø caùc boä phaän thuoäc baûn theå loø (phuïc vuï tröïc tieáp cho vieäc sinh hôi) goàm: buoàng löûa, thieát bò ñoát, daøn oáng sinh hôi, bao hôi, boä quaù nhieät, boä haâm nöôùc, saáy khoâng khí. + TB phuï giuùp noài hôi hoaït ñoäng an toaøn, kinh teá, goàm: quaït gioù, quaït khoùi, bôm caáp nöôùc, caùc van, thieát bò ño – kieåm soaùt – an toaøn, Phaân loaïi loø hôi Loø hôi ñöôïc phaân loaïi theo caùc tieâu chuaån nhö sau: - Theo thoâng soá hôi: aùp suaát p, nhieät ñoä t, saûn löôïng hôi D - Theo phöông phaùp ñoát nhieân lieäu: PDF by Trang 2
  4. Loø ghi: ñoát nhieân lieäu raén Loø phun: ñoát boät, loûng, khí - Theo cheá ñoä tuaàn hoaøn cuûa nöôùc: tuaàn hoaøn töï nhieân, cöôõng böùc, tröïc löu. - Theo lòch söû phaùt trieån cuûa loø hôi: loø hôi oáng loø oáng löûa, loø hôi oáng nöôùc, loø hôi thaúng ñöùng, loø hôi naèm ngang. - Theo coâng duïng: Theo quy trình coâng ngheä Söû duïng laøm ñoäng löïc Moät soá phöông höôùng phaùt trieån cuûa loø hôi: Naâng cao coâng suaát vaø hieäu suaát cuûa loø hôi (thu hoài nhieät thaûi loø hôi) Naâng cao tính an toaøn trong luùc vaän haønh vaø söû duïng Laép raùp söûa chöûa deå daøng Loø hôi oáng loø Nöôùc Khoùi Loø hôi oáng loø oáng löûa PDF by Trang 3
  5. Nöôùc Khoùi a. Loø hôi oáng nöôùc thaúng ñöùng PDF by Trang 4
  6. PDF by Trang 5
  7. CHÖÔNG 2 – NHIEÂN LIEÄU VAØ QUAÙ TRÌNH CHAÙY CUÛA NHIEÂN LIEÄU I. Khaùi nieäm: Nhieân lieäu laø nhöõng vaät chaát coù khaû naêng oxy hoùa taïo thaønh saûn phaåm chaùy coù nhieät ñoä cao nhôø naêng löôïng hoaù hoïc keát hôïp beân trong. II. Phaân loaïi: ™ Theo nguoàn goác: thieân nhieân, nhaân taïo ™ Traïng thaùi vaät lyù: raén, loûng, khí Baûng phaân loaïi: Traïng thaùi vaät lyù Thieân nhieân Nhaân taïo Raén Goã, caùc loaïi than töï nhieân Than goã, than baùnh, than coác Loûng Daàu moû Caùc saûn phaåm daàu moû: mazut, daàu hoûa Khí Khí ñoát thieân nhieân Khí ñoát nhaân taïo III. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa nhieân lieäu a. Nhieân lieäu raén vaø loûng Caùc nhieân lieäu höõu cô raén vaø loûng bao goàm moät soá löôïng lôùn hôïp chaát phöùc taïp. Do ñoù vieäc xaùc ñònh chính xaùc caáu taïo phaân töû cuûa nhieân lieäu naøy raát khoù khaên. Cho neân ngöôøi ta chæ phaân tích caùc thaønh phaàn nguyeân toá cô baûn trong nhieân lieäu bao goàm: C, H, O, N vaø S ñöôïc theå hieän döôùi daïng phaàn traêm. Ñoàng thôøi trong nhieân lieäu naøy coøn coù chöùa haøm löôïng aåm W vaø ñoä tro A. Trong ñoù löu huyønh bao goàm 2 thaønh phaàn: Sc , Ssf :vôùi Sc löu huyønh chaùy ñöôïc vaø Ssf _löu huyønh khoâng chaùy ñöôïc goïi laø thaønh phaàn sunfat. Cacbon C laø thaønh phaàn chaùy chuû yeáu cuûa nhieân lieäu coù nhieät trò khaù cao (34150kJ/kg) Hydro H laø thaønh phaàn chaùy quan troïng coù nhieät trò cao nhaát (144500kJ/kg). Tuy nhieân trong nhieân lieäu haøm löôïng Hydro chieám tyû leä khaù ít (trong nhieân lieäu loûng haøm löôïng H nhieàu hôn trong nhieân lieäu raén) PDF by Trang 6
  8. Löu huyønh S laø thaønh phaàn chaùy cuûa nhieân lieäu coù nhieät trò thaáp: 9000kJ/kg. Trong nhieân lieäu S toàn taïi ôû 3 daïng: höõu cô, khoaùng chaát, sunfat (CaSO4; MgSO4; FeSO4 khoâng tham gia phaûn öùng chaùy vaø taïo xæ) = + + = + S Shc Skc Ssf Sc Ssf = + Sc Shc Skc chaùy Löu huyønh ôû trong nhieân lieäu laø coù haïi SO + O → SO 2 2 3 + → SO3 H2O H2SO4 Ñoái vôùi daàu mazut ngöôøi ta caên cöù vaøo löôïng löu huyønh ñeå phaân bieät daàu toát hay xaáu S ≤ 0,5% toát 0,5% 2% xaáu, aûnh höôûng ñeán tính ñoâng ñaëc cuûa daàu. Oxy O vaø Nitô N laø thaønh phaàn voâ ích khoâng tham gia vaøo phaûn öùng chaùy vaø laøm giaûm quaù trình chaùy, nhaän nhieät trò, nhieân lieäu caøng non thì haøm löôïng oxy caøng nhieàu Ñoä aåm laø thaønh phaàn coù haïi laøm giaûm nhieät trò cuûa nhieân lieäu, khoù baét löûa do ñoù caàn phaûi tieâu hao naêng löôïng ñeå laøm khoâ. Ñoä aåm chæ toàn taïi trong nhieân lieäu raén. Ñoä aåm cuûa nhieân lieäu bao goàm löôïng aåm nhieân lieäu huùt töø moâi tröôøng vaø trong keát caáu cuûa nhieân lieäu Ñoä tro: bao goàm tro phaùt sinh trong quaù trình khai thaùc, toàn tröõ, vaän chuyeån vaø coù saún trong nhieân lieäu. Ñoä tro raát coù haïi cho nhieân lieäu laøm giaûm nhieät trò cuûa nhieân lieäu, ñoùng tro trong caùc beà maët trao ñoåi nhieät laøm giaûm heä soá truyeàn nhieät keùo theo dieän tích trao ñoåi nhieät taêng theâm Ngoaøi ra tro bay ra trong khoùi coøn laøm maøi moøn thieát bò laøm giaûm tuoåi thoï thieát bò, oâ nhieãm moâi tröôøng. Neáu tro deã noùng chaûy seõ baùm vaøo caùc beà maët trao ñoåi nhieät moät lôùp raén chaéc gaây hö hoûng thieát bò. Do ñoù khi thieát keá loø hôi ta phaûi choïn nhieät ñoä khoùi ra khoûi buoàng löûa nhoû hôn nhieät ñoä baét ñaàu bieán daïng cuûa tro. PDF by Trang 7
  9. b. Ñoái vôùi nhieân lieäu khí: chuû yeáu laø meâtan_CH4 , ngoaøi ra coøn coù caùc khí chaùy ñöôïc nhö hydro_H2 , cacbuahydro_CmHn (C2H4; C3H8; C4H10 , ), oxytcacbon_CO vaø moät soá ít khí khoâng chaùy ñöôïc nhö nitô_N2 ,Oxy_O2, acbonic=dioxytcacbon_CO2 vaø hôi nöôùc_ H2O c. Caùc thaønh phaàn cuûa nhieân lieäu raén vaø loûng: Khi tính thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa nhieân lieäu raén vaø loûng ngöôøi ta tính theo thaønh phaàn khoái löôïng caùc nguyeân toá cô baûn, ñôn vò laø phaàn traêm,%. Coù 5 thaønh phaàn khoái löôïng cô baûn laø: thaønh phaàn khoái löôïng laøm vieäc_“lv”; phaân tích _“pt”; khoâ_“k”; chaùy_“c”; höõu cô_“hc”. Toång caùc thaønh phaàn khoái löôïng caùc nguyeân toá trong cuøng 1 thaønh phaàn ñeàu baèng 100%. ™ Thaønh phaàn khoái löôïng laøm vieäc: ñaây laø thaønh phaàn duøng ñeå tính tieâu hao nhieân lieäu trong loø hôi vaø laø thaønh phaàn thöïc teá khi nhieân lieäu söû duïng ñeå cung caáp nhieät lv + lv + lv + lv + lv + lv + lv = C H Sc N O A W 100% (1-1) ™ Thaønh phaàn khoái löôïng phaân tích: laø thaønh phaàn khi nhieân lieäu ñöôïc nghieàn thaønh boät (raén) vaø ñöa veà traïng thaùi khoâng khí khoâ. pt + pt + pt + pt + pt + pt + pt = C H Sc N O A W 100% (1-2) ™ Thaønh phaàn khoái löôïng khoâ: laø maåu nhieân lieäu ñöôïc saáy khoâ ôû 105oC cho ñeán khi khoái löôïng cuûa nhieân lieäu hoaøn toaøn khoâng thay ñoåi. k + k + k + k + k + k = C H Sc N O A 100% (1-3) ™ Thaønh phaàn khoái löôïng chaùy: bao goàm nhöõng thaønh phaàn coù theå chaùy ñöôïc. c + c + c + c + c = C H Sc N O 100% (1-4) ™ Thaønh phaàn khoái löôïng höõu cô: goàm nhöõng nguyeân toá ôû daïng höõu cô: hc + hc + hc + hc + hc = C H Sc N O 100% (1-5) Trong thöïc teá ta gaëp nhieàu nhaát laø thaønh phaàn laøm vieäc. 9 Quan heä giöõa thaønh phaàn laøm vieäc vaø thaønh phaàn chaùy: PDF by Trang 8
  10. Ñeå chuyeån ñoåi töø thaønh phaàn khoái löôïng naøy sang thaønh phaàn khoái löôïng khaùc ta duøng coâng thöùc chuyeån ñoåi nhö sau: a c a c a + c = ⇒ = = b d b d b + d Ví duï: Chuyeån ñoåi töø thaønh phaàn laøm vieäc sang thaønh phaàn chaùy: lv + lv + lv + lv + lv = lv + lv C H Sc N O 100 - (A W ) c + c + c + c + c = C H Sc N O 100 Ta coù: Clv Hlv Slv 100 − (Alv + Wlv ) = = c = = c c c C H Sc 100 Vaäy: 100 Cc = Clv (1-6) 100 − (Alv + Wlv ) 100 Hc = Hlv (1-7) 100 − (Alv + Wlv ) 9 Töông töï ñoái vôùi nhieân lieäu khí chaùy ñöôïc vaø khoâng chaùy ñöôïc. 9 Khi cuøng moät thaønh phaàn khoái löôïng maø coù ñoä aåm khaùc nhau hay thay ñoåi ñoä aåm, ta coù tính theo coâng thöùc töông töï: lv + lv + lv + lv + lv = lv + lv C1 H1 Sc1 N1 O1 100 - (A1 W1 ) lv + lv + lv + lv + lv = lv + lv C2 H2 Sc2 N2 O2 100 - (A2 W2 ) Ta coù: Clv Hlv Slv 100 − Wlv 1 = 1 = c1 = = 1 lv lv lv lv C2 H2 Sc2 100 - W1 Vaäy: 100 − W lv lv = lv 1 (1-8) C 2 C1 lv 100 - W1 PDF by Trang 9
  11. 100 − W lv lv = lv 1 (1-9) H 2 H1 lv 100 - W1 9 Ñoái vôùi nhieân lieäu khí ngöôøi ta thöôøng choïn thaønh phaàn theå tích cuûa caùc khí trong nhieân lieäu ñeå tính toaùn, ñôn vò laø phaàn traêm_%. PDF by Trang 10
  12. Chöông 3- CAÙC ÑAËC TÍNH COÂNG NGHEÄ CUÛA NHIEÂN LIEÄU Ñoä tro A Laø caùc thaønh phaàn taïp chaát khoâng chaùy ñöôïc nhö laø Al2O3 ; caùc muoái sunfat, sunfat saét, vaø goïi chung laø thaønh phaàn khoaùng cuûa nhieân lieäu. Neáu nhieân lieäu coù haøm löôïng tro lôùn thì khi chaùy seõ laøm giaûm nhieät trò cuûa nhieân lieäu vaø baùm baån vaøo beà maët trao ñoåi nhieät vaø laøm giaûm heä soá truyeàn nhieät K. Phaân loaïi: Tro deå noùng chaûy, t 1400oC Ñoä aåm: W Laø haøm löôïng nöôùc chöùa trong nhieân lieäu Ñoä aåm cuûa nhieân lieäu phuï thuoäc vaøo tuoåi cuûa nhieân lieäu. Nhieân lieäu caøng giaø thì ñoä aåm cuûa nhieân lieäu caøng thaáp (nhieân lieäu raén). Coøn nhieân lieäu loûng vaø khí thì haøm löôïng aåm haàu nhö khoâng thay ñoåi Chaát boác: Laø saûn phaåm cuûa quaù trình phaân huyû nhieät nhieân lieäu trong moâi tröôøng khoâng coù oxy. Ñoù laø caùc chaát: H2;CO; CO2; hydrocacbon. Trong quaù trình chaùy thì chaát boác chaùy tröôùc tieân vaø sinh ra nhieät ñeå duy trì söï chaùy. Sau ñoù môùi ñeán caùc nguyeân toá khaùc trong nhieân lieäu tham gia phaûn öùng chaùy, nhieân lieäu naøo coù nhieàu chaát boác thì caøng deå chaùy vaø chaùy hoaøn toaøn. Nhieät trò cuûa nhieân lieäu. Laø nhieät löôïng sinh ra khi ñoát chaùy hoaøn toaøn 1kg nhieân lieäu raén hay loûng hoaëc 1m3tc nhieân lieäu khí. Ñoái vôùi nhieân lieäu raén vaø loûng coù hai loaïi nhieät trò: nhieät trò cao Qc (kJ/kg) vaø nhieät trò thaáp Qt (kJ/kg). lv Nhieät trò thaáp laøm vieäc Qt laø nhieät löôïng sinh ra khi ñoát chaùy nhieân lieäu trong ñieàu kieän laøm vieäc thöïc teá cuûa caùc thieát bò. Ñaây laø thoâng soá ñeå tính toaùn löôïng tieâu hao naêng löôïng hay hieäu suaát cuûa loø hôi. PDF by Trang 11
  13. lv Nhieät trò cao Qc laø nhieät löôïng sinh ra khi ñoát chaùy hoaøn toaøn nhieân lieäu trong ñieàu kieän hôi nöôùc cuûa saûn phaåm chaùy ñöôïc ngöng tuï laïi. Qlv = Qlv + Q c t H2O 1 H + O = H O 2 2 2 2 2 16 18 1 8 9 Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc r=2500kJ/kg lv 1H → 9H2O 1kg Hlv tham gia phaûn öùng chaùy taïo ra 9kg nöôùc. Vì trong nhieân lieäu coù chöùa nöôùc (haøm löôïng aåm) cho neân noù cuõng tham gia phaûn öùng chaùy vaø bay hôi. Nhieät löôïng nöôùc nhaû ra khi ngöng tuï laïi (tính theo % Hlv tham gia phaûn öùng chaùy) ⎡⎛ Hlv ⎞ Wlv ⎤ ⎢⎜ ⎟9 + ⎥2500 = Q ⎜ ⎟ H2O ⎣⎢⎝ 100 ⎠ 100 ⎦⎥ Q = 225Hlv + 25Wlv H2O Qlv − Qlv = Q = 225Hlv + 25W lv c t H2O lv = lv + lv + lv Qc Qt 225H 25W (1-10) Coâng thöùc naøy chæ ñuùng cho 2 thaønh phaàn laøm vieäc vaø thaønh phaàn phaân tích coøn 2 thaønh phaàn coøn laïi khoâng coù chöùa aåm neân c = c + c Qc Qt 225H (1-11) k = k + k Qc Qt 225H (1-12) Ta coù theå tính ñoåi nhieät trò töø maãu nhieân lieäu naøy sang maãu khaùc (thay ñoåi thaønh phaàn khoái löôïng) gioáng nhö caùch chuyeån ñoåi cuûa thaønh phaàn nhieân lieäu Ví duï: Chuyeån ñoåi nhieät trò töø thaønh phaàn laøm vieäc sang thaønh phaàn chaùy vaø ngöôïc laïi: lv = lv + lv + lv Qc (Qt 25W ) 225H c = c + c Qc Qt 225H PDF by Trang 12
  14. Ta coù: Qlv Qlv + 25Wlv 225Hlv Hlv t = t = = c c c c Qc Qt 225H H Hlv 100 − (Alv + Wlv ) Ta laïi coù: = (coâng thöùc 1-6) Hc 100 lv lv + lv − lv + lv Qt = Qt 25W = 100 (A W ) Vaäy: c c Qc Qt 100 100 − (Alv + Wlv ) Hay Qlv = Qc − 25Wlv (1-13) t t 100 c = lv + lv 100 Qt (Qt 25W ) (1-14) 100 − (Alv + Wlv ) Moái quan heä giöõa thaønh phaàn laøm vieäc vaø thaønh phaàn khoâ: ⎧ lv − lv = lv + lv ⎪Qc Qt 225H 225W ⎨ k − k = k ⎩⎪Qc Qt 225H ⎧ lv = ()lv + lv + lv ⎪Qc Qt 225W 225H ⎨ k = k + k ⎩⎪Qc Qt 225H lv ()lv + lv + lv lv lv lv Q Qt 225W 225H ()Q + 225W H c = = t = k k + k k k Qc Qt 225H Qt H Hlv − ()lv + lv = 100 A W Hk 100 − Ak 9 Coâng thöùc Mendeleev lv Ta coù theå xaùc ñònh gaàn ñuùng Qt cuûa nhieân lieäu raén hoaëc loûng nhôø coâng thöùc cuûa Mendeâleep nhö sau: Qlv = 339Clv +1030Hlv −109(Olv − Slv )− 25Wlv t c lv lv lv lv lv − C ,H ,O ,Sc , W % lv Trong ñoù: Qt _ nhieät trò thaáp ôû khoái löôïng laøm vieäc, kJ/kg PDF by Trang 13
  15. Clv, Hlv, thaønh phaàn khoái löôïng laøm vieäc cuûa caùc nguyeân toá trong nhieân lieäu, % 339; 1030; .nhieät löôïng toaû ra khi ñoát chaùy hoaøn toaøn 1kg C, H, sau khi ñaõ chia cho 100. 9 Ñoái vôùi nhieân lieäu khí ta coù coâng thöùc nhö sau: (kJ/m3) Qk = 126CO +108H + 234H S + 358CH + 591C H + 638C H + 860C H t 2 2 4 2 4 2 6 3 6 + + + + + 913C3H8 1135C4H8 1187C4H10 1461C5H12 1403C6H6 9 Khi ñoä aåm cuûa nhieân lieäu thay ñoåi thì nhieät trò thaáp laøm vieäc cuõng thay ñoåi theo quan heä: lv = lv + lv + lv Qc1 (Qt1 25W1 ) 225H1 lv = lv + lv + lv Qc2 (Qt2 25W2 ) 225H2 Qlv + 25Wlv Hlv 100 − Wlv t2 2 = 2 = 2 (coâng thöùc 1-9) lv + lv lv − lv Qt1 25W1 H1 100 W1 (Qlv + 25Wlv )(100 − Wlv ) Vaäy: Qlv = t1 1 2 − 25Wlv (1-17) t2 − lv 2 100 W1 9 Khi hoãn hôïp hai loaïi nhieân lieäu, nhieät trò thaáp laøm vieäc cuûa hoãn hôïp ñoái vôùi 1kg nhieân lieäu raén vaø loûng ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: lv = lv + − lv Qthh b1Qt1 (1 b1)Qt2 (1-18) Trong ñoù: b1: laø thaønh phaàn khoái löôïng cuûa nhieân lieäu thöù nhaát coù trong hoãn hôïp vaø ñöôïc xaùc ñònh: B b = 1 (1-19) 1 + B1 B2 B1; B2: khoái löôïng nhieân lieäu thöù nhaát vaø thöù hai lv lv Qt1 ; Qt2 _ nhieät trò thaáp laøm vieäc cuûa nhieân lieäu thöù nhaát vaø thöù hai. Nhieân lieäu quy öôùc vaø ñaëc tính quy daãn cuûa nhieân lieäu. Ñeå so saùnh caùc loaïi nhieân lieäu khaùc nhau veà nhieät löôïng ngöôøi ta duøng khaùi nieäm nhieân lieäu quy öôùc, ñoù laø loaïi nhieân lieäu coù nhieät trò thaáp laø 7000kcal hay baèng 29300kJ/kg. Ñoä tieâu hao nhieân lieäu quy öôùc (Bq) PDF by Trang 14
  16. Bq=E.B Trong ñoù: B: löôïng tieâu hao nhieân lieäu tính toaùn Qlv E: trò soá giöõa t (töông ñöông nhieät cuûa nhieân lieäu) 29300 Ñaëc tính quy daãn cuûa nhieân lieäu. Nhieät trò cuûa moät soá nhieân lieäu phoå bieán, kcal/kg Than 3000-7000 Cuûi 2500-3000 Daàu mazut (FO) 9100-9400 Daàu DO 10000 Khí 11000-12000kcal/m3 Ñaëc tính quy daãn cuûa nhieân lieäu: Khi ñoát hai loaïi nhieân lieäu coù thaønh phaàn nguyeân toá hoùa hoïc nhö nhau, ví duï nhö ñoä tro A thì chöa haún soá löôïng tro sinh ra trong buoàng löûa seõ baèng nhau maø coøn phuï thuoäc vaøo nhieät trò cuûa nhieân lieäu. Ñeå ñaùnh giaù ñoä aåm W, ñoä tro A vaø ñoä löu huyønh S cuûa caùc loaïi nhieân lieäu khaùc nhau ngöôøi ta söû duïng ñaëc tính quy daãn cuûa nhieân lieäu ñöôïc tính treân nhieät löôïng tieâu chuaån laø 4190kJ hay 1000kcal Ñaëc tính quy daãn cuûa nhieân lieäu ôû 1000kcal =41900kJ a. Ñoä tro quy daãn: Alv A = 4190 (1-22) qd lv Qt b. Ñoä aåm quy daãn: Wlv W = 4190 (1-23) qd lv Qt c. Haøm löôïng löu huyønh qui daãn: Slv S = 4190 c (1-24) qd lv Qt PDF by Trang 15
  17. Chöông 4- CAÙC SAÛN PHAÅM CHAÙY CUÛA NHIEÂN LIEÄU. I. Theå tích khoâng khí lyù thuyeát Khi ñoát chaùy nhieân lieäu thì caùc thaønh phaàn chaùy cuûa nhieân lieäu nhö C, H, S bò oxy hoaù vaø taïo thaønh saûn phaåm chaùy nhö: CO2, SO2 vaø hôi nöôùc. Chaát oxy hoaù chuû yeáu laø oxy trong khoâng khí chieám 21% veà theå tích. Ngoaøi ra trong saûn phaåm chaùy coøn coù khí N2 kk 3 do khoâng khí mang vaøo. Ta goïi V0 laø theå tích khoâng khí lyù thuyeát caàn thieát (m /kg, m3/m3tc) ñeå ñoát chaùy hoaøn toaøn 1kg nhieân lieäu raén (loûng) hoaëc 1m3tc nhieân lieäu khí. Nghóa laø luùc naøy löôïng oxy trong khoâng khí ñaõ chaùy heát, khoâng coù oxy thöøa (phaûn öùng chaùy hoaøn toaøn) C + O2 →CO2 12 32 44 1 2,67 3,67 H2 + 1/2O2 →H2O 2 16 18 1 8 9 S + O2 →SO2 32 32 64 Clv Hlv 1Slv Olv G = 2,6 + 8 + c − O2 100 100 100 100 3 3 1m kk → 0,21m O2 VO V o = 2 kk 0,21 VO GO Vo = 2 = 2 ,ρ = 1,428kg / m3 kk 0,21 ρ .0,21 O2 O2 → o = ( lv + lv )+ lv − lv Vkk 0,089 C 0,375Sc 0,265H 0,033O (1-25) Khí 1 CO + O → CO 2 2 2 PDF by Trang 16
  18. 1 0,5 1 1 H + O → H O 2 2 2 2 1 0,5 1 3 H S + O → SO + H O 2 2 2 2 2 1 1,5 1 1 + → + CH 4 2O2 CO2 2H 2O 1 2 1 2 + ⎛ + n ⎞ → + n CmHn ⎜m ⎟O2 mCO2 H2O ⎝ 4 ⎠ 2 n n 1 m + m 4 2 ⎡ ⎛ n ⎞ ⎤ V = 0,01 0,5CO + 0,5H +1,5H S + 2CH + ⎜m + ⎟C H − O O2 ⎢ 2 2 4 m n 2 ⎥ ⎣ ⎝ 4 ⎠ ⎦ ⎡ + + + + ⎛ + n ⎞ − ⎤ 0,01⎢0,5CO 0,5H 2 1,5H 2S 2CH 4 ⎜m ⎟C m H n O 2 ⎥ VO ⎝ 4 ⎠ V o = 2 = ⎣ ⎦ kk 0,21 0,21 o = ⎡ + + + + ⎛ + n ⎞ − ⎤ 3 3 Vkk 0,0476⎢0,5CO 0,5H 2 1,5H 2S 2CH 4 ⎜m ⎟Cm H n O 2 ⎥ , m /m (1-26) ⎣ ⎝ 4 ⎠ ⎦ Trong ñoù: lv lv lv lv C ; Sc ; H ; O - tính theo % khoái löôïng. CO; H2; CH4 - tính theo % theå tích. 9 Ñoái vôùi hoãn hôïp 2 nhieân lieäu, theå tích khoâng khí cuûa hoãn hôïp: o = o + − o Vkkhh b1Vkk1 (1 b)Vkk2 (1-27) Trong ñoù: b1 laø haøm löôïng khoái löôïng cuûa nhieân lieäu thöù nhaát coù trong hoãn hôïp. II. Theå tích saûn phaåm chaùy lyù thuyeát PDF by Trang 17
  19. 9 Khi ñoát chaùy hoaøn toaøn nhieân lieäu vaø khoâng coù khoâng khí thöøa nghóa laø α=1 thì thaønh phaàn cuûa saûn phaåm chaùy lyù thuyeát bao goàm caùc khí: CO2; SO2; N2 vaø hôi nöôùc H2O, ta coù tyû leä phaàn traêm caùc khí nhö sau: CO2 +SO2 +N2 + H2O=100% o o Luùc naøy ngöôøi ta goïi Vk laø theå tích khoùi lyù thuyeát. Ta goïi Vkkho laø theå tích khoùi khoâ lyù thuyeát vaø Vo laø theå tích hôi nöôùc lyù thuyeát. Ta coù: H2O Vo = Vo + Vo (1-29) k kkho H2O Trong ñoù: o Vkkho - theå tích khoùi khoâ, bao goàm: o = + o = + + o Vkkho VRO V VCO VSO VN (1-30) 2 N2 2 2 2 V - theå tích khí 3 nguyeân töû (CO vaø SO ): RO2 2 2 G CO GSO V = V + V = 2 + 2 RO2 SO2 CO2 ρ ρ CO2 SO2 ρ = 1,964kg / m3 CO2 ρ = 2,857kg / m3 SO2 Clv Slv G = 3,67 ;G = 2 c CO2 100 SO2 100 V = 0,0187()Clv + 0,375Slv RO2 c V = 0,0187(Clv + 0,375Slv ) (1-31) RO 2 c Vo - theå tích khí nitô lyù thuyeát: N2 Vo = 0,79Vo + 0,008Nlv (1-32) N2 kk Theå tích hôi nöôùc lyù thuyeát do caùc nguoàn sau ñaây ñöa vaøo khoùi: Do phaûn öùng oxy hoùa H2 trong nhieân lieäu: PDF by Trang 18
  20. G H = H2O ρ = 3 V , H O 0,804kg / m H2O ρ 2 H2O = H ρ = 9 lv G H O V . H O H 2 H2O 2 100 V H = 0,112Hlv H2O Do ñoä aåm trong nhieân lieäu. Wlv Wlv V W = = = 0,0124Wlv H2O ρ .100 0,804.100 H2O Do ñoä aåm trong khoâng khí: G H O d = 2 → G = G .d = ρ .Vo .d H2O kk kk kk G kk G H O Vd = 2 , H2O ρ H2O d = 10ghn / kgkkk Vd = 0,0161.Vo H2O kk Vo = 0,112Hlv + 0,0124Wlv + 0,0161.Vo (1-33) H2O kk Ñoái vôùi nhieân lieäu khí: Theå tích khí 3 nguyeân töû (m3/m3) V = 0,01()CO + CO + CH + H S + mC H (1-34) RO2 2 4 2 ∑ m n Theå tích nitô lyù thuyeát (m3/m3): Vo = 0,79Vo + 0,01No (1-35) N2 kk 2 Theå tích hôi nöôùc lyù thuyeát: o = ⎛ + + + n + ⎞ + o VH O 0,01⎜H2S H2 2CH4 ∑ CmHn 0,124dk ⎟ 0,0161Vkk (1-36) 2 ⎝ 2 ⎠ 3 Trong ñoù dk laø haøm löôïng aåm cuûa nhieân lieäu khí (neáu coù) tính baèng gam/m III. Theå tích saûn phaåm chaùy thöïc teá Trong thöïc teá söï tieáp xuùc giöõa nhieân lieäu vaø khoâng khí khoâng ñöôïc hoaøn haûo, vì vaäy löôïng khoâng khí caàn thieát ñeå ñoát chaùy nhieân lieäu (löôïng khoâng khí thöïc teá) phaûi lôùn PDF by Trang 19
  21. hôn löôïng khoâng khí lyù thuyeát vaø tyû leä theå tích khoâng khí thöïc teá vaø theå tích khoâng khí lyù thuyeát goïi laø heä soá khoâng khí thöøa. V α = kk > 1 o Vkk α o Vkk = . Vkk (1-28) Khi ñoát chaùy hoaøn toaøn nhieân lieäu vaø coù oxy thöøa (dö) thì saûn phaåm chaùy bao goàm caùc chaát khí: CO2; SO2; N2; O2 vaø hôi nöôùc H2O t CO2 +SO2 +N2 + O2 + H2O=100% Goïi Vk laø theå tích khoùi thöïc teá V = V + V k kkho H2O Trong ñoù: Vkkho - theå tích khoùi khoâ thöïc teá: V = V + Vo + (α −1)Vo (1-38) kkho RO 2 N 2 kk Vo - theå tích khí nitô thöïc teá: N2 V = Vo + 0,79()α -1 Vo (1-39) N2 N2 kk Theå tích hôi nöôùc thöïc teá: V = Vo +0,0161(α-1) Vo (1-40) H2O H2O kk ⎧ o = lv + lv + o V 0,112H 0,0124W 0,0161Vkk ⎪ H2O ⎪Δ = ()α − o Raén loûng: ⎨ VH2O 0,0161 1 Vkk ⎪→ = lv + lv + α o ⎪ V 0,112H 0,0124W 0,0161. .Vkk ⎩ H2O IV. Ñoä loït khoâng khí. Vì buoàng löûa vaø buoàng khoùi khoâng theå laøm kín tuyeät ñoái ñoàng thôøi noù laøm vieäc ôû aùp suaát chaân khoâng cho neân coù moät löôïng khoâng khí laïnh loït vaøo trong ta goïi laø ñoä loït khoâng khí. Kyù hieäu laø Δα Δ Δα = kk o Vkk PDF by Trang 20
  22. Ñoä loït khoâng khí naøy laø ñieàu baát lôïi cho quaù trình laøm vieäc cuûa loø hôi vì: 4. Laøm taêng theå tích saûn phaåm chaùy 5. Laøm giaûm nhieät ñoä buoàng löûa vaø laøm giaûm coâng suaát cuûa loø hôi. Δα Goïi i laø ñoä loït khoâng khí ôû beà maët ñoát thöù i α = α + Δα i bl ∑ i α bl Buoàng löûaα α Boä quaù nhieätα α Boä haâm nöôùc α α 1+ bl 1+ bl 1+ bl + α2 + α2+ α3 α1 α2 α3 Ngöôøi ta choïn ñoä loït khoâng khí theo caùc kinh nghieäm: Δα = ÷ 6. Buoàng löûa bl 0,03 0,3 Δα = 7. Boä quaù nhieät qn 0,03 Δα = 8. Boä haâm nöôùc hn 0,08 Δα = ÷ 9. Boä saáy khoâng khí baèng theùp oáng skk 0,03 0,06 Δα = ÷ 10. Boä saáy khoâng khí hoài nhieät hoinhiet 0,2 0,25 lv = ( lv + lv + lv ) Qc1 Qt1 25W1 225H1 lv = ()lv + lv + lv Qc2 Qt2 25W2 225H2 Qlv Qlv + 25Wlv + 225Hlv Qlv + 25Wlv 225Hlv Hlv 100 − Wlv c2 = t2 2 2 = t2 2 = 2 = 2 = 2 lv lv + lv + lv lv + lv lv lv − lv Qc1 Qt1 25W1 225H1 Qt1 25W1 225H1 H1 100 W1 ⎛100 − Wlv ⎞ → Qlv = ()Qlv + 25Wlv .⎜ 2 ⎟ + 25Wlv t2 t1 1 ⎜ − lv ⎟ 2 ⎝100 W1 ⎠ ⎛100 − Wlv ⎞ Qlv = Qlv .⎜ 2 ⎟ c2 c1 ⎜ − lv ⎟ ⎝100 W1 ⎠ V. Söï chaùy hoaøn toaøn vaø khoâng hoaøn toaøn PDF by Trang 21
  23. Qua vieäc phaân tích thaønh phaàn cuûa saûn phaåm chaùy (khoùi) ta seõ bieát ñöôïc quaù trình chaùy dieãn ra trong buoàng löûa coù hoaøn toaøn hay khoâng. Moät phaûn öùng chaùy ñöôïc goïi laø khoâng hoaøn toaøn khi trong khoùi coù chöùa haøm löôïng khí oxyùt cacbon. Khi nhieân lieäu chaùy khoâng hoaøn toaøn thì trong saûn phaåm chaùy (khoùi) ngoaøi caùc khí CO2; SO2; N2; O2 hôi nöôùc H2O coøn coù khí CO t RO2 +N2 + O2 + CO=100% Theå tích khoùi khoâ thöïc teá V = V + Vo + V t + V (1-41) kkho RO2 N2 O2 CO Trong ñoù: V t - laø theå tích khí oxy thöøa. O2 Thaønh phaàn phaàn traêm % caùc khí coù trong khoùi khoâ: t RO2 +N2 + O2 + CO=100% (1-42) V V = RO2 = N2 Trong ñoù: %RO2 100%; %N2 100% ; Vkkho Vkkho V + V V + V + V + = RO2 CO = CO2 SO2 CO Goïi RO2 CO 100% 100% Vkkho Vkkho + → C O2 CO2 1 2,67 3,67 + → S O2 SO2 1 1 2 1 C + O → CO 2 2 1 1,33 2,33 Clv → CO Clv 1 2 lv → C1 CO lv G CO 3,67C V = 2 = 1 = 0,0187Clv CO2 ρ 100.1,964 1 G 2,33Clv V = CO = 2 = 0,0187Clv CO ρ 100.1,249 2 PDF by Trang 22
  24. lv GSO 2S V = 2 = c = 0,007Slv SO2 ρ 100.2,857 c V + V + V = 0,0187Clv + 0,0187Clv + 0,007Slv = 0,0187Clv + 0,007Slv CO2 CO SO2 1 2 c c 1,87 = ()Clv + 0,375Slv 100 c ()Clv + 0,375Slv ()Clv + 0,375Slv → + = 1,87 c = c RO2 CO .100 1,87 100 Vkkho Vkkho 1,87(Clv + 0,375Slv ) V = c , m3/kg (1-43) kkho + RO2 CO Coâng thöùc (1-43) xaùc ñònh cho nhieân lieäu raén hay loûng 11. Heä soá ñaëc tính cuûa nhieân lieäu raén hay loûng: ⎛ Olv ⎞ 2,37⎜Hlv − ⎟ ⎜ 8 ⎟ β = ⎝ ⎠ (1-44) lv + lv C 0,375Sc 12. Heä soá ñaëc tính cuûa nhieân lieäu khí: 0,21(0,01N + 0,79Vo ) β = 2 kk − 0,79 (1-45) V RO2 13. Haøm löôïng khí CO (%) (21−βRO ) − (RO + Ot ) CO = 2 2 2 (1-46) 0,605 + β Phöông trình ñaëc tröng cho söï chaùy khoâng hoaøn toaøn: + β + β + + t = RO2 (1 ) CO( 0,605) O2 21% (1-47) Trong ñoù: β- heä soá ñaëc tính cuûa nhieân lieäu. t t RO2; CO; O2 _ haøm löôïng caùc khí RO2; CO; O2 trong khoùi khoâ Chaùy hoaøn toaøn CO=0% + β + t = RO2 (1 ) O2 21% ™ Khi chaùy hoaøn toaøn (CO=0) vaø coù oxy thöøa: PDF by Trang 23
  25. (21- Ot ) RO = 2 2 1+ β t ™ Khi chaùy hoaøn toaøn (CO=0) vaø khoâng coù oxy thöøa (O2 =0): 21 ROmax = 2 1+ β Heä soá khoâng khí thöøa trong buoàng löûa: Khi ñoát chaùy hoaøn toaøn nhieân lieäu thì heä soá khoâng khí thöøa trong buoàng ñoát ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: 21 α = (1-50) Ot 21− 79 2 N2 Trong ñoù: t N2 =100-(RO2+ O2 ) chaùy hoaøn toaøn t N2 =100-(RO2+ O2 +CO) chaùy khoâng hoaøn toaøn VI. Entanpi cuûa saûn phaåm chaùy Entanpi cuûa saûn phaåm chaùy (khoùi) thöïc teá cuûa 1kg nhieân lieäu raén, loûng hoaëc 1m3 nhieân lieäu khí ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: α I = Io + (α −1)Io + I + I , kJ/kg hoaëc kJ/m3TC (1-51) K K kk H 2O tro Trong ñoù: • o IK - entanpi cuûa khoùi lyù thuyeát, ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Io = I + Io + Io K RO2 N2 H2O Io = V .(Ct) + Vo (Ct) + Vo (Ct) (1-52) K RO2 RO2 N2 N2 H2O H2O ÔÛ ñaây V , Vo , Vo laø theå tích lyù thuyeát cuûa saûn phaåm chaùy RO2 N2 H2O (Ct) , (Ct) , (Ct) - tích soá giöõa nhieät dung rieâng vaø nhieät ñoä, tra theo RO2 N2 H2O nhieät ñoä t. PDF by Trang 24
  26. • o Ikk - entanpi cuûa khoâng khí lyù thuyeát o o Ikk = Vkk (Ct)kk (1-53) • Iα - entanpi cuûa hôi nöôùc do khoâng khí thöøa ñem vaøo. H2O Iα = 0,0161(α −1).Vo (Ct) (1-54) H2O kk H2O • Itro -entanpi cuûa tro bay theo khoùi Alv I = a .(Ct) (1-55) tro b 100 tro a b - ñoä tro cuûa nhieân lieäu bay theo khoùi. Alv I A = 4190 ≥1,5 Giaù trò cuûa tro chæ tính khi bq lv Qt PDF by Trang 25
  27. PHAÀN 2: CAÂN BAÈNG NHIEÄT LOØ HÔI I. Phöông trình caân baèng nhieät cuûa loø hôi Nhieät löôïng sinh ra trong buoàng löûa moät phaàn chuû yeáu seõ cung caáp cho nöôùc taïo thaønh hôi nöôùc vôùi aùp suaát vaø nhieät ñoä cho tröôùc, ta goïi laø nhieät löôïng höõu ích phaàn coøn laïi laø do bò toån thaát. = + QBL Qi Qtt Ta xeùt moät kg nhieân lieäu raén, loûng hoaëc 1m3TC nhieân lieäu khí thì ta coù phöông trình caân baèng nhieät trong loø hôi nhö sau. = + + + + + Qdv Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Trong ñoù: Qdv : laø nhieät löôïngñöa vaøo trong buoàng löûa cuûa loø hôi Q1: nhieät löôïng höõu ích duøng ñeå sinh hôi Q2: toån thaát nhieät do khoùi thaûi mang ra ngoaøi Q3: toån thaát nhieät do chaùy khoâng hoaøn toaøn veà hoaù hoïc Q4: toån thaát nhieät do chaùy khoâng hoaøn toaøn veà cô hoïc Q5: toån thaát nhieät do toaû nhieät ra moâi tröôøng xung quanh Q6: toån thaát nhieät do tro mang ra ngoaøi = Q1 Ñaët q1 .100% laø % nhieät löôïng höõu ích Qdv = Q2 Ñaët q 2 .100% laø % toån thaát nhieät do khoùi mang ra ngoaøi Qdv Phöông trình caân baèng nhieät cuûa loø hôi + + + + + = q1 q 2 q3 q 4 q5 q6 100% Hieäu suaát nhieät cuûa loø hôi: η = Q1 = = − ()+ + + + q1 100% q2 q3 q 4 q5 q6 Qdv .100% Ta goïi hieäu suaát nhieät naøy laø hieäu suaát nhieät thoâ. Hieäu suaát nhieät tinh: η = η − tinh q td = Qtd Trong ñoù: q td .100% laø %naêng löôïng töï duøng cuûa loø hôi. Qdv 14. Xaùc ñònh nhieät löôïng ñöa vaøo cuûa loø hôi: = lv + + + Qdv Qt Qnl Qkkn Qp PDF by Trang 26
  28. Trong ñoù: lv Qt : nhieät trò thaáp laøm vieäc cuûa nhieân lieäu Qnl : nhieät vaät lyù cuûa nhieân lieäu = Qnl Cnl.t nl Cnl :nhieät dung rieâng cuûa nhieân lieäu tl : nhieät ñoä cuûa nhieân lieäu Thoâng thöôøng nhieät ñoä cuûa nhieân lieäu raén laø 20oC Qkkn : nhieät löôïng do khoâng khí noùng mang vaøo trong loø = α o []()− () Qkkn skk .Vkk c.t kkn c.t kkl Trong ñoù: α skk laø heä soá khoâng khí thöøa ôû boä saáy khoâng khí o Vkk laø theå tích khoâng khí lyù thuyeát () () c.t kkn ; c.t kkl tích soá cuûa nhieät dung rieâng vaø nhieät ñoä cuûa khoâng khí noùng vaø khoâng khí laïnh. o 3 ÔÛ nhöõng nhieät ñoä khoâng khí <300 C ta coù theå xem gaàn ñuùng Ckk=1,3kJ/m ñoä = α o []− Qkkn skk .Vkk .Ckk t kkn t kkl Qp laø nhieät löôïng do hôi phun vaøo trong loø hôi = ( − ) Qp G p ip 2500 kJ/kg Gp laø löôïng hôi phun vaøo trong loø öùng vôùi 1 kg nhieân lieäu. ip laø entanpi cuûa hôi phun vaøo, kJ/kghôi 15. Nhieät löôïng höõu ích Q1 D D Dtg D Q = ()i + i + bh ()i"+i + ()i − i + x ()i'−i 1 B qn nc B nc B 2tg 1tg B nc Trong ñoù: D: saûn löôïng hôi kg/s B: löôïng tieâu hao nhieân lieäu kg/s iqn;inc entanpi cuûa hôi quaù nhieät vaø cuûa nöôùc caáp kJ/kg Dbh saûn löông hôi baõo hoaø Dtg saûn löôïng hôi ñi qua boä quaù nhieät trung gian Dx löôïng hôi nöôùc xaû vaøo loø, kg/s i” entanpi hôi baõo hoøa khoâ i1tg ;i2tg entanpi cuûa hôi vaøo vaø ra boä quaù nhieät trung gian i’ entanpi cuûa loûng baõo hoøa Heä soá xaû loø p D p = x .100% D PDF by Trang 27
  29. Neáu p ≤ 2% vaø khoâng coù boä quaù nhieät trung gian thì coù theå boû qua Dx D Q = ()i − i 1 B qn nc Löu yù: trong moät soá loø hôi coâng nghieäp ngöôøi ta thay theá iqn=i” D ()− iqn inc B .100% = η Qdv η.Q .B D = dv ()− 100 iqn inc ( − ) D.100. iqn inc Hoaëc B = η .Qdv Khi thieát keá ta bieát tröôùc D,p,t nhöng chöa bieát B vaø ηbaèng bao nhieâu. Thieát keá choïn η=85 ñeán 90% töø ñoù tính ra B. II. Caùc loaïi toån thaát nhieät cuûa loø hôi 1. Toån thaát nhieät do khoùi thaûi mang ñi Vì nhieät ñoä khoâng khí ñöa vaøo loø hôi thaáp töø 20 ñeán 40oC nhöng nhieät ñoä khoùi thaûi sau khi ra khoûi loø hôi laïi cao. Do ñoù ta caàn phaûi maát moät naêng löôïng ñeå naâng nhieät ñoä khoâng khí laïnh ñeán nhieät ñoä khoùi thaûi loø hôi. = ()− ⎛ − q4 ⎞ Q2 Ith Ikkl ⎜1 ⎟ ⎝ 100 ⎠ Ith entanpi cuûa khoùi thaûi Ikkl entanpi cuûa khoâng khí laïnh ñöa vaøo loø hôi q4 toån thaát nhieät do chaùy khoâng hoaøn toaøn veà cô hoïc thöôøng söû duïng khi ñoát nhieân lieäu raén, nhieân lieäu khí q4=0 = α o () Ikkl th .Vkk . C.t kkl I = V .C .t th th th th V = V + V th kkho H2O = Cth ∑ ri .ci Trong ñoù ri laø thaønh phaàn theå tích Khoùi thaûi: RO2 ,N2 ,khoâng khí dö vaø CO Baøi toaùn khoâng cho tröôùc Cth α I = I = Io + ()α −1 Io + I + Itro th khoi K th kk H2O Io = I + Io + Io K RO2 N2 H2O I = V .()ct RO2 RO2 RO2 Io = Vo .()ct N2 N2 N2 PDF by Trang 28
  30. Io = Vo .()ct H2O H2O H2O Ct tra baûng nhieät thaûi = Q2 q 2 .100% Qdv Toån thaát nhieät do khoùi thaûi mang ra ngoaøi laø toån thaát nhieät lôùn nhaát trong caùc loaïi toån thaát. 2. Toån thaát nhieät do chaùy hoaøn toaøn veà hoaù hoïc 236(Clv + 0,375Slv ).CO ⎛ q ⎞ Raén Q = c ⎜1− 4 ⎟ 3 + RO2 CO ⎝ 100 ⎠ = ()+ + + ⎛ − q 4 ⎞ Khí Q3 Vkkho 126CO 108H2 358CH 4 ∑QC H .CmHn ⎜1 ⎟ m n ⎝ 100 ⎠ 3. Toån thaát nhieät do chaùy khoâng hoaøn toaøn veà cô hoïc Raén Q4 cho tröôùc, khí loûng Q4 raát nhoû coù theå xem nhö gaàn baèng khoâng 4. Toån thaát nhieät ra moâi tröôøng xung quanh Chuû yeáu qua vaùch thaân loø hôi Q = K.F.Δt 5 = α Δ Q5 .F. t α = 4 ÷ 6 khoâng khí yeân tónh α = 20 ÷ 30 khoâng khí chuyeån ñoäng 5. Toån thaát nhieät do xæ mang ra ngoaøi PHAÀN:3 TÍNH NHIEÄT LOØ HÔI I. Caùc beà maët truyeàn nhieät cuûa loø hôi 1. Beà maët sinh hôi Nhieäm vuï: Ñaây laø beà maët ñaàu tieân tieáp nhaän nhieät löôïng ñeå bieán nöôùc trôû thaønh hôi baõo hoaø hoaëc laø hôi quaù nhieät nhôø nhieät löôïng nhaän ñöôïc töø söï chaùy cuûa nhieân lieäu. Phöông thöùc truyeàn nhieät: chuû yeáu laø böùc xaï vaø moät phaàn ñoái löu. PDF by Trang 29
  31. Phaân loaïi: Böùc xaï vaø ñoái löu. a. Beà maët sinh hôi nhaän nhieät baèng böùc xaï o Nhieät ñoä buoàng löûa cao tbl>1000 C 4 ≈ ⎛ T ⎞ q bx ⎜ ⎟ ⎝100 ⎠ Daïng oáng trôn d=25-60mm ñöôïc boá trí theo böôùc oáng S Coù 2 daïng laø oáng loø oáng löûa vaø oáng nöôùc b. Beà maët sinh hôi nhaän nhieät baèng ñoái löu: söû duïng nhieät löôïng nhö thaûi boû. Thöôøng söû duïng oáng trôn vaø khoùi chuyeån ñoäng ngoaøi oáng, nöôùc chuyeån ñoäng trong oáng. 2. Boä quaù nhieät Nhieäm vuï: bieán hôi baõo hoaø khoâ sinh ra trong loø hôi trôû thaønh hôi quaù nhieät nhaèm giaûm löôïng hôi nöôùc trong tuabin hôi (taêng ñoä khoâ x) sau khi giaõn nôû trong chu trình nhaø maùy nhieät ñieän vaø laøm taêng hieäu suaát nhieät cuûa chu trình. Phaân loaïi: Boä quaù nhieät böùc xaï: nhaän nhieät löôïng chuû yeáu laø do böùc xaï nhieät neân kim loaïi cheá taïo phaûi chòu ñöôïc nhieät ñoä cao. Boä quaù nhieät naøy naèm ngoaøi hoaøn toaøn loø hôi. Boä quaù nhieät nöûa böùc xaï: ½ nhaän nhieät baèng böùc xaï vaø ½ nhaän nhieät baèng ñoái löu. Loaïi naøy coù 1 phaàn naèm trong vaø moät phaàn naèm ngoaøi loø hôi. B quaù nhieät ñoái löu: duøng phöông thöùc trao ñoåi nhieät laø ñoái löu, daïng beà maët trao ñoåi nhieät naøy laø daïng chuøm oáng. 3. Caùc beà maët trao ñoåi nhieät phuï Boä haøm nöôùc Nhieäm vuï: naâng cao nhieät nöôùc caáp tröôùc khi vaøo loø hôi nhaèm ñeå giaûm löôïng tieâu hao nhieân lieäu taêng hieäu suaát nhieät cuûa loø hôi. Boä haõm nöôùc naøy thöôøng ñaët tröôùc boä saáy khoâng khí Hai loaïi: kieåu soâi & kieåu khoâng soâi. Boä saáy khoâng khí Nhieäm vuï: duøng ñeå saáy noùng khoâng khí tröôùc khí tröôùc khi ñöa vaøo buoàng löûa ñeå ñoát chaùy nhieân lieäu. Hai loaïi: thu nhieät & hoài nhieät Thu nhieät: chuøm oáng Hoài nhieät: troáng quay Ñieàu kieän laøm vieäc cuûa caùc beà maët truyeàn nhieät phuï Söï baùm baån ôû beà maët Söï maøi moøn Söï aên moøn PDF by Trang 30
  32. II. Tính nhieät loø hôi 1. Tính nhieät buoàng löûa Trong buoàng löûa xaûy ra ñoàng thôøi 2 quaù trình trao ñoåi nhieät: quaù trình chaùy cuûa nhieân lieäu sinh ra naêng löôïng vaø quù trình nhaän nhieät cuûa caùc beà maët trao ñoåi nhieät trong buoàng löûa. Do nhieät ñoä trong buoàng löûa khaù cao (treân 1200oC) ñoàng thôøi toác ñoä khoùi trong buoàng löûa khoâng lôùn laém cho neân quaù trình trao ñoåi nhieät trong buoàng löûa chuû yeáu laø böùc xaï. Ngoaøi ra trong buoàng löûa nhieät ñoä seõ khoâng ñoàng ñeàu (vì saûy ra ñoàng thôøi quaù trình chaùy vaø quaù trình nhaän nhieät) do ñoù vieäc tính toaùn nhieät buoàng löûa moät caùch chính xaùc seõ raát khoù khaên. Vì vaäy ngöôøi ta keát hôïp giöõa lyù thuyeát vaø thöïc nghieäm. Vieäc tính toaùn nhieät buoàng löûa laø xaùc ñònh nhieät löôïng haáp thuï ñöôïc cuûa caùc beà maët trao ñoåi nhieät hoaëc laø xaùc ñònh nhieät ñoä khoùi sau khi ra khoûi buoàng löûa vì vaäy ta coù 2 caùch tính toaùn sau ñaây: Tính thieát keá: Xaùc ñònh hình daïng, kích thöôùc cuûa caùc beà maët trao ñoåi nhieät trong buoàng löûa ñeå töø ñoù nhieät ñoä khoùi ra buoàng löûa laø thích hôïp nhaát. Tính kieåm tra: töø keát caáu buoàng löûa cho saún ta xaùc ñònh dieän tích truyeàn nhieät böùc xaï cuûa buoàng löûa ñeå töø ñoù xaùc ñònh laïi cheá ñoä laøm vieäc cuûa buoàng löûa (xaùc ñònh nhieät ñoä khoùi ra khoûi buoàng löûa, xaùc ñònh khaø naêng sinh hôi cuûa beà maët buoàng löûa). a. Xaùc ñònh nhieät löôïng haáp thuï cuûa buoàng löûa Goïi Qbx laø nhieät löôïng haáp thuï ñöôïc baèng böùc xaï = ϕ ( − " ) Qbx .Bt Qs Ibl kW (6.1) = ϕ ( − " ) hoaëc q bx . Qs Ibl kJ/kg Trong ñoù: Qbx; qbx laø nhieät löôïng haáp thuï baèng böùc xaï öùng vôùi toaøn boä löôïng tieâu hao nhieân lieäu vaø 1kg nhieân lieäu. Bt löôïng tieâu hao nhieân lieäu tính toaùn kg/s = ⎛ − q 4 ⎞ Bt B⎜1 ⎟ ⎝ 100 ⎠ B löôïng tieâu hao nhieân lieäu lyù thuyeát Qs nhieät löôïng coù ích sinh ra trong buoàng löûa, kJ/kg " Ibl entanpi cuûa khoùi sau khi ra khoûi buoàng löûa, kJ/kg xaùc ñònh töø nhieät ñoä khoùi ra khoûi " buoàng löûa t bl α I" = I = Io + ()α −1 Io + I + I (6.2) bl K K kk H2O tro q ϕ heä soá giöõ nhieät ϕ = 1− 5 100 q5 toån thaát nhieät ra moâi tröôøng xung quanh. 16. Xaùc ñònh QS PDF by Trang 31
  33. 100 − q − q − q Q = Q 3 4 6 + Q' + Q − Q (6.3) S dv − kk kth kkn 100 q4 trong ñoù: Qdv laø nhieät löôïng ñöa vaøo ' Qkk nhieät löôïng ñem vaøo buoàng löûa theo khoâng khí noùng hay laø khoâng khí laïnh. ' = ()()α − Δα − Δα + Δα + Δα Qkk bl bl bt Ikkn bl bt Ikkl (6.4) Δα Δα trong ñoù: bl , bt laø ñoä loït khoâng khí trong buoàng löûa vaø trong thieát bò saûn xuaát boät than Ikkn; Ikkl Entanpi cuûa khoâng khí noùng vaø khoâng khí laïnh ñöa vaøo buoàng löûa Coâng thöùc 6.4 söû duïng khi coù boä saáy khoâng khí beân ngoaøi. = o ()= o () Ikkn Vkk C.t kkn ;Ikkl Vkk C.t kkl Coù theå laáy gaàn ñuùng Cpkk=1,3kJ/kgK Trong tröôøng hôïp khoâng coù boä saáy khoâng khí: ' = ()α + Δα + Δα Qkk bl bl bt Ikkl (6.5) Qkth Nhieät löôïng do khoùi tuaàn hoaøn ñem vaøo trong buoàng löûa = Qkth Vkth .Ckth .t kth ' Qkkn nhieät löôïng do khoâng khí noùng ñöa vaøo buoàng löûa. ' = α o () = α o ' Δ Qkkn bl.Vkk . C.t kkn bl.Vkk .Cp . t " 17. Xaùc ñònh Ibl α I" = V .C .t" = Io + ()α −1 Io + I + I bl K pk bl K kk H2O tro Io = I + Io + Io = V C.t + V ()C.t + Io K RO2 H2O N2 RO2. bl H2O. H2O N2 b. Phöông trình caân baèng nhieät trong buoàng löûa = ϕ ( − " ) Qbx .Bt . Qs Ibl Goïi tbl laø nhieät ñoä chaùy lyù thuyeát trong buoàng löûa " Goïi t bl laø nhieät ñoä khoùi ra khoûi buoàng löûa. ' Goïi VK vaø CtbK laàn löôït laø theå tích cuûa khoùi vaø nhieät dung rieâng trung bình cuûa khoùi trong buoàng löûa. = − " = ' ( − " ) qbx Ibl Ibl VK .CtbK t bl t bl ⎛ T" ⎞ (6.6) = = ϕ ⎜ − bl ⎟ ⇒ Qbx qbx .Bt .Bt .VK .Tbl ⎜1 ⎟ ⎝ Tbl ⎠ Töø (6.1) vaø (6.6) ta coù phöông trình caân baèng nhieät trong buoàng löûa nhö sau: ⎛ T" ⎞ ϕ ⎜ − bl ⎟ = σ ξ ()4 − 4 .Bt .VK .Tbl ⎜1 ⎟ a bl. 0. .Fbx Tbl Tw (6.7) ⎝ Tbl ⎠ Trong ñoù: PDF by Trang 32
  34. abl laø ñoä ñen cuûa buoàng löûa σ 0 laø haèng soá Stefan Boltzman σ = −8 2 4 = −11 2 4 0 5,67.10 W /(m .K ) 5,67.10 kW /(m .K ) ξ laø heä soá baùm baån beà maët 2 Fbx laø dieän tích truyeàn nhieät baèng böùc xaï m Tbl laø nhieät ñoä trung bình cuûa khoùi trong buoàng löûa Tw laø nhieät ñoä beà maët vaùch trung bình trong buoàng löûa Baèng thöïc nghieäm ngöôøi ta giaûi ñöôïc phöông trình 6.7 ñeå xaùc ñònh nhieät ñoä khoùi hoaëc dieän tích truyeàn nhieät baèng böùc xaï theo coâng thöùc sau ñaây: T T" = bl (6.8) bl − 0,6 ⎛ 5,7.10 11.ξ.F .a .T3 ⎞ M⎜ bx bl bl ⎟ +1 ⎜ ϕ ' ⎟ ⎝ .Bt .Vk .CtbK ⎠ 2 Q 1 ⎛ T ⎞ F = bx .3 .⎜ bl −1⎟ (6.9) bx −11 ξ " 3 2 ⎜ " ⎟ 5,7.10 .M. .a bl.TblTbl M ⎝ Tbl ⎠ Heä soá M ñöôïc xaùc ñònh tuyø theo vò trí töông ñoái cuûa ñieåm coù nhieät ñoä cöïc ñaïi X Ñoái vôùi nhieân lieäu khí hoaëc daàu Mazut thì M=0,52-0,3X Ñoái vôùi nhieân lieäu raén thì M=0,59-0,5X hvp Vôùi X = H hvp laø chieàu cao cuûa vò trí ñaët voøi phun nhieân lieäu H laø chieàu cao toaøn boä cuûa buoàng löûa. H Nhieân lieäu raén hvp X= 0 ñoái vôùi lôùp moûng X=0,15 ñoái vôùi lôùp daøy. Neáu coù nhieàu voøi phun ñaët ôø nhieàu vò trí khaùc hpv nhau thì hvp = ∑ i n Caùch xaùc ñònh nhieät ñoä chaùy lyù thuyeát cuûa nhieân lieäu trong buoàng löûa, nhieät ñoä chaùy lyù thuyeát cuûa khoùi trong buoàng löûa ñöôïc xaùc ñònh töø phöông trình sau ñaây: Q Q = I = V .C' .t → t = S S bl K tbK bl bl ' VK .CtbK Q = I = I = V .()C.t + V0 . ()C.t + V0 . ()C.t + V0 . ()C.t + S bl K RO2 RO2 H2O H2O N2 N2 kk kk α + ()α −1 I0 + I + I bl kk H2O tro PDF by Trang 33
  35. α I + I töông ñoái nhoû H2O tro Q → t = S bl V .C + V .C + RO2 RO2 H2O H2O 2. Tính nhieät caùc beà maët khaùc (truyeàn nhieät do ñoái löu) Caùc beà maët truyeàn nhieät ñoái löu thöôøng laø caùc cuïm oáng boá trí song song hoaëc so le trong moâi chaát thöù nhaát (hôi hoaëc nöôùc) thöôøng ñi trong oáng coøn khoùi seõ chuyeån ñoäng beân ngoaøi oáng. Thöôøng duøng cho boä haâm nöôùc vaø boä quaù nhieät, rieâng vôùi boä saáy khoâng khí thì khoùi ñi trong oáng coøn khoâng khí ñi ngoaøi oáng. Ñeå tính nhieät caùc beà maët naøy ta döïa vaøo 2 phöông trình truyeàn nhieät vaø caân baèng nhieät. 18. Phöông trình truyeàn nhieät Q = K.F.Δt K.F.Δt Q = , 3 kJ/kg (6.10) 10 .Bt Trong ñoù: Q laø nhieät löôïng maø beà maët truyeàn nhieät haáp thuï ñöôïc baèng ñoái löu hoaëc baèng böùc xaï, kJ/kg K laø heä soá truyeàn nhieät, W/m2K F laø dieän tích truyeàn nhieät, m2 Δt laø ñoä cheânh nhieät ñoä trung bình logarit, K Bt laø löôïng tieâu hao nhieân lieäu tính toaùn, kg/s = ⎛ − q4 ⎞ Bt ⎜1 ⎟B ⎝ 100 ⎠ B laø löôïng tieâu hao nhieân lieäu lyù thuyeát, kg/s a. Tính nhieät löôïng maø beà maët haáp thuï 19. Boä quaù nhieät Nhieät löôïng nhaû ra cuûa khoùi: = ϕ( ' − " )+ Δα Qqn Iqn Iqn qn .Ikkl ,kJ/kg (6.11) Trong ñoù: ϕ laø heä soá giöõ nhieät ⎛ q ⎞ ϕ = ⎜1− 5 ⎟ toån thaát nhieät ra ngoaøi moâi tröôøng xung quanh ⎝ 100 ⎠ ' " Iqn ;Iqn laø entanpi cuûa khoùi ôû ñaàu vaøo vaø ñaàu ra boä quaù nhieät, kJ/kg Δα qn ñoä loït khoâng khí trong boä quaù nhieät = 0 () Ikkl Vkk C.t kkl PDF by Trang 34
  36. Nhieät löôïng maø hôi nöôùc nhaän ñöôïc: = − q i2qn i1qn kJ/kghôi = ( − ) D.q D i2qn i1qn kW D laø saûn löôïng hôi = ( − ) Qqn .Bt D. i2qn i1qn D.()i − i (6.12) = 2qn 1qn Qqn ,kJ / kgnl Bt 20. Boä haâm nöôùc Nhieät löôïng khoùi nhaû ra = ϕ( ' − " )+ Δα Qhn Ihn Ihn hn .Ikkl (6.13) Nhieät löôïng maø nöôùc nhaän ñöôïc: = − q i2hn i1hn kJ/kghôi ()− = D. i2hn i1hn Qhn ,kJ / kgnl (6.14) Bt 21. Boä saáy khoâng khí Nhieät löôïng khoùi nhaû ra = ϕ( ' − " )+ Δα Qskk Iskk Iskk skk .Ikkl (6.15) Nhieät löôïng maø khoâng khí nhaän ñöôïc: Δα = ⎛β" + β + skk ⎞()" − ' Qskk ⎜ skk kth ⎟ Iskk Iskk ,kJ / kgnl (6.16) ⎝ 2 ⎠ PDF by Trang 35