Bài giảng Tính toán thiết kế bộ hâm nước cho lò hơi công nghiệp

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level ‹#› Đề tài:  TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC CHO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP Nhóm 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Cell: 01229159061 – NamcaoBk – CK05BNH www.chuyenhochanh.tk TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC GIỚI THIỆU TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ KẾT LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC KHÁI NIỆM PHƯƠNG PHÁP NỐI CẤU TẠO PHÂN LOẠI MỤC ĐÍCH GIỚI THIỆU Khái niệm Bộ hâm nước là những bề mặt truyền nhiệt đặt ở phía sau lò để tận dụng nhiệt thải của khói sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt, có tác dụng nâng cao hiệu suất cho lò hơi. Chính vì lí do này mà bộ hâm nước còn có tên là bộ tiết kiệm nhiên liệu. Ở đầu vào của bộ hâm nước nhiệt độ của kim loại có trị số nhỏ nhất so với các bề mặt truyền nhiệt chịu áp suất của lò. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC MỤC ĐÍCH Tận dụng nhiệt của khói thải để gia nhiệt cho nước gần đến nhiệt độ sôi, đôi khi có thể cho bốc hơi mấy phần trăm, như vậy giảm được tổn thất do khói thải co dãn đột ngột, tạo ra ứng suất nhiệt Ngoài ra còn giảm được kim loại quý chế tạo bề mặt sinh hơi vì bộ hâm nước đặt ở vùng nhiệt độ thấp, không cần kim loại tốt có khi có thể chế tạo bằng gang. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC PHÂN LOẠI Kim loại chế tạo Mức độ gia nhiệt Gang Thép Sôi Không Sôi Gang TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Φ 76 120 Chịu mòn tốt Có cánh So le hoạc song song Thép Φ 28 ;32 ; 38 Dễ mòn Không cánh So le hoạc song song TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC CẤU TẠO Về mặt cấu tạo bộ hâm nước được chia làm ba loại sau: Ống thép đơn Ống thép có cánh Bằng gang Ở loại thép có cánh, cánh nằm dọc theo bên ngoài ống bằng cách hàn hoặc chế tạo liền một khối. cánh cũng có thể có dạng hình đĩa lắp khít với ống. việc đặt thêm cánh là để tăng thêm bề mặt truyền nhiệt cho ống, hiện nay hầu như không sử dụng loại ống thép có cánh do chế tạo phức tạp 1 Bộ hâm nước bằng ống thép trơn  Bộ hâm nước bằng ống thép trơn được sử dụng chủ yếu cho các lò hơi hiện đại. Nó gồm những ống thép co đừong kính ngoài là 28, 32, 38mm. các ống xoắn được chế tạo dưới dạng những đoạn ống uốn đem hàn với nhau trong cùng một mặt phẳng.  khi ấy để dễ dàng chế tạo, các ống xoắn của bộ hâm nước được giữ bằng cách treo hay đỡ. Về nguyên tắt cấu tạo, cơ cấu treo hay đỡ ống xoắn bộ hâm nước không có gì khác với cơ cấu giữ ống xoăn của bộ quá nhiệt nằm ngang TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Cơ cấu treo hay đỡ ống xoắn được tựa lên hay treo vào các dầm đỡ. Dầm đỡ có dạng hình ống được gắn với khung lò. Vì dầm đỡ đặt trong vùng khói có nhiệt độ cao nên để bảo vệ dầm đỡ, người ta thường cách nhiệt dầm đỡ và làm mát bằng dòng không khí lưu động tự nhiên qua dầm hoặc lưu động cưỡng bức bằng cách nối dầm với đầu hút hay đầu đẩy quạt gió. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Về mặt truyền nhiệt cũng như về mặt cấu tạo, mặt phẳng ống xoắn có thể đặt song song hay vuông góc với ngực lò. Với kích thước đường khói lò bước ống đã cho, số lượng ống xoắn song song sẽ lớn nhất khi bố trí mặt phẳng ống xoắn vuông góc với ngực lò. Tùy thuộc vào việc bố trí đó mà tốc độ nước đi trong ống xoắn sẽ lớn nhất hay nhỏ nhất. Song thực ra việc bố trí ống xoắn không phải dựa trên yêu cầu của tốc độ nước đi trong ống mà chủ yếu dựa vào điều kiện cụm ống khỏi bị mài mòn. Nếu bố trí mặt phẳng ống xoắn vuông góc vớí tường sau của lò thì tuy việc giữ ống xoắn đơn giãn hơn rất nhiều do đường khói hẹp, ống xoắn ngắn, nhưng khi ấy tất cả các ống xoắn đều đi qua vùng khói sát tường sau của lò là vùng khói có nồng độ tro lớn nhất nên tất cả các ống xoắn bị mài mòn. Vì vậy trong các lò hơi hiện nay người ta đều bố trí ống xoắn nằm trong mặt phẳng song song với ngực lò. Trong một số lò bé ở nước ngoài, để đảm bảo tốc độ nước trong ống xoắn, người ta có thể bố trí ống xoắn theo dạng không gian chứ không phải trong một mặt phẳng. khi ấy toàn bộ hâm nước có thể chỉ có một ống xoắn. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Việc bố trí ống xoắn theo dạng không gian cho phép giảm bước dọc của ống khá nhiều, vì khi ấy bước dọc của ống không phụ thuộc gì vào bán kính cả. Do đó kích thước không gian của bộ hâm nước giảm đi nhiều, nhưng chế tạo và sửa chửa tương đối phức tạp. Tốc độ nước đi trong các ống xoắn của bộ hâm nước chủ yếu được chọn trên cơ sở ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn. Trong bộ hâm nước không sôi hay phần chưa sôi của bộ hâm nước sôi, tốc độ nước phải không nhỏ hơn 0,3 m/s khi phụ tải định mức. Ở bộ hâm nước sôi, để ngăn ngừa sự chuyển động phân lớp tốc độ nước phải trên 1 m/s. Ống góp của bộ hâm nước là các ống góp nhỏ nhất trong các ống góp của lò. Ở những lò có bộ hâm nước không chia làm hai phần theo chiều rộng đường khói, ống góp đầu vào và đầu ra co thể đật ở một bên hay hai bên, tùy thuọc vào bề mặt đốt của bộ hâm nước. Thông thường để kiểm tra,làm sạch, sửa chữa ống góp người ta thường đục lỗ hai đầu và đậy nắp bằng hình ô van. Hiện nay ở một số lò hơi người ta đậy lỗ bằng cách hàn kín nắp với ống góp. Khi cần lam sạch tháo nắp ra và sau đó hàn lại. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Đậy lỗ bằng nắp kín hàn TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Bộ hâm nước bằng gang Bộ hâm nước bằng gang gồm những ống bằng gang đúc. Đường kính khoảng từ 76÷ 120 mm, dài khoảng 1,5 ÷ 3 m. Những ống này thường nối tiếp với nhau bằng những mặt bích cũng bằng gang đúc. Do gang có hệ số dẫn nhiệt kém nên tăng cường hệ số truyền nhiệt người ta đã đúc thêm cánh cho các ống và gọi là ống bằng gang có cánh. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Do các ống có cánh nên tro bám lên ống rất nhiều, ví vậy ở bộ hâm nước bằng gang cần phải đặt them thiết bị thổi bụi. Bộ hâm nước bằng gang được sử dụng khá rộng rãi cho các lò hơi công nghiệp và lò nhỏ không có những phương pháp xử lí nước hoàn thiện do gang chụi ăn mòn tốt hơn thép. Mặt khác do gang ít bền hơn thép, giòn, không chịu được tác dụng va đập nên người ta không dùng gang để chế tạo cho những bộ hâm nước bằng gang chỉ chế tạo để làm việc với áp suất tới 2,75 MN/m2, ở một số nước khác người ta chế tạo tới áp suất 6MN/m2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC PHƯƠNG PHÁP NỐI BỘ HÂM NƯỚC VỚI LÒ Không ngắt được ra khỏi hệ thống lò Ngắt được ra khỏi hệ thống lò Bình gia nhiệt Bộ hâm nước Bao hơi` Ngắt được ra khỏi hệ thống lò TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Không ngắt được ra khỏi hệ thống lò Tại những chỗ nối giữa ống nước cấp với bao hơi rất dễ gây ra hiện tượng ứng suất nhiệt cục bộ làm cho kim loại bao hơi và ống dẫn nước dễ sinh ra hiện tượng nứt nẻ làm rò rỉ nước và hơi. Để khắc phục hiện tượng hư hỏng trên, người ta thường lắp các ống bảo vệ, các ống này có thể giãn nở tự do khi nhiệt độ thay đổi đồng thời vẫn đảm bảo độ kín các ống nối. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC ỨNG DỤNG BỘ HÂM NƯỚC Công ty Việt Trì ở Phú Thọ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Thông số :Sản lượng hơi D=10 tan/h Nhiệt độ khói thải: Hệ số không khí thừa: Độ lọt không khí trong bộ hâm nước :0,05 Hàm lượng khí CO : Cậu a:Tính toán các thông số cơ bản cho bộ hâm nước. Câu b:Tính toán trở lực khói đi qua thiết bị TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Chọn than Abtraxit có Wlv= 1,5 , Alv=30,1 , Clv=63,5 , Nlv=1 , Sclv= 0,3 , Olv=1,8 Tất cả các tính toán cho 1 kg Qtlv= 339Clv + 1030Hlv – 109(Olv- Sclv) – 25 Wlv =339.63,5+1030.1,8-109(1,8-0,3)-25.1,5 =22842 kJ/kg Thể tích không khí lý thuyết ( =1) Vkk0= 0,089( Clv+0,375Sclv) +0,265Hlv- 0,033Olv =0,089(63,5+0,375.0,3) + 0,265.1,8- 0,033.1,8 =6,08 Thể tích không khí thực tế ( >1 ) Vkk= .Vkk0= 1,25.6,08=7,60 m3/kg Thể tích lý thuyết của sản phẩm cháy ( =1) =0,0187(63,5+0,375.0,3) =1,19 m3/kg = 0,79.6,08+0,008.1 = 4,81 m3/kg = 0,112.1,8 + 0,0124.1,5 + 0,0161.6,08 =0,318 m3/kg TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Thể tích thực tế của sản phẩm cháy ( >1 ) =0,318 + 0,0161(1,25-1).6,08 =0,342 Thể tích khói khô thực tế Vkkho= =1,19 + 4,81+(1,25-1).6,08 = 7,52 m3/kg ` TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Thể tích khói thực tế Vk= Vkkho + = 7,52 + 0,342 = 7,862 m 3/kg  Thành phần trong khói là: Thành phần trong khói là: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Ta chọn tính toán cho bộ hâm nước kiểu không sôi dạng ống xoắn bằng thép trơn có đường kính chọn sơ bộ: Kết cấu: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Chọn t vào bộ hâm nước là Tra bảng nước bảo hòa ta có (p=5bar) Vì thiết kế bộ hâm nước không sôi nên ta chọn t ra của nước nhỏ hơn so với t sôi của nước trong bộ hâm => chọn Tính lượng tiêu hao nhiên liệu Tra bảng nước chưa sôi với TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Tra bảng nước chưa sôi với: Nhiệt lượng để gia nhiệt nước thành hơi bão hòa ở áp suất 5 bar là: D:sản lượng hơi :entanpy của hơi nước bão hòa :entanpy của nước cấp ở 5bar Không hâm nước: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Có hâm nước: Lượng tiêu hao nhiên liệu: Không hâm nước: Có hâm nước: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Ta sẽ tiết kiệm được lượng nhiên liệu là: Tính hiệu suất của lò: Không tận dụng khói thải =>Tổn thất nhiệt do khói thải: :Entanpy của khói thải :Entanpy không khí lạnh TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Với : Vì đốt than trên lò ghi nên ta chọn khói thải TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC % tổn thất do khói thải : Hiệu suất của lò hơi: Có sử dụng bô hâm nước: Tổn thất do khói thải mang ra ngoài TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Phương trình cân bằng nhiệt TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Phần trăm tổn thất do khói thải: Hiệu suất của lò: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Phần trăm tổn thất do khói thải: Hiệu suất của lò: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Tính toán truyền nhiệt về phía nước Nhiệt độ trung bình của nước Tra bảng thông số vật lý của nước: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Nhiệt lượng truyền cho nước: Trị số của nước Chọn tốc độ của nước TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Vì do đó coi TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Về phía khói Ta có Chọn sơ bộ Ta có TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Nhiệt đọ trung bình của khói TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Tra bảng thông số vật lý của khói TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Trị số của khói Chùm ống bố trí so le nên TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Do bị bám bẩn trên bề mặt về phía khói và một số ảnh hưởng khác, trong kỹ thuật người ta thường chọn: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Độ chênh nhiệt độ trung bình TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Diện tích truyền nhiệt của thiết bị Số ống của bộ hâm ống TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC Chiều dài mỗi phần tử được tính: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC KEÁT LUAÄN Vieäc taän duïng nhieät khoùi thaûi cuûa loø hôi coâng nghieäp ñeå naâng cao hieäu suaát söû duïng naêng löôïng laø vaán ñeà ñang ñöôïc quan taâm nhaèm giaûi quyeát hai vaán ñeà cô baûn ñoù laø nhu caàu söû duïng naêng löôïng ngaøy caøng taêng trong tình hình caùc nguoàn naêng löôïng trong thieân nhieân ngaøy caøng caïn kieät nhanh choùng . Từ những vấn đề ñaõ trình baøy vaø phaân tích nhöõng phöông aùn taän duïng nhieät khoùi thaûi vaø khaúng ñònh phöông aùn taän duïng nhieät khoùi thaûi ñeå naâng cao nhieät ñoä haâm nöôùc caáp ñã mang laïi hieäu quaû kinh teá cao hôn TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC