Tính nhiệt buồng lửa lò hơi tầng sôi đốt trấu công suất 6 tấn/giờ

Nhiệm vụ của phần tính nhiệt buồng lửa là xác định lượng nhiệt hấp thụ của buồng lửa hay nói cách khác là xác định nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa. Hiện nay, các số liệu về kỹ thuật lớp sôi có rất nhiều, đa dạng và có tính thực nghiệm. Các bước thiết kế và tính toán chưa thống nhất và chưa được tiêu chuẩn hoá, chủ yếu là ở phần thiết kế và tính toán buồng đốt. Do đó, trong đồ án này, việc tính nhiệt buồng lửa được sử dụng phương pháp tính nhiệt buồng đốt lớp sôi bọt BFB theo phương pháp tính tiêu chuẩn của Đại học Thanh Hoa - Trung Quốc.Một số phép tính có sử dụng theo các phương pháp khác để so sánh đối chiếu.

Tính phần tầng sôi

Trước hết ta chọn nhiệt độ trung bình lớp sôi, do đốt nhiên liệu trấu ép nên ta chọn nhiệt độ trung bình lớp sôi thiết kế: q_ls = 900^oC => nhiệt độ tuyệt đối lớp sôi: T_ls= q_ls + 273 = 900 + 273 = 1173 K.

a) Tính diện tích ghi:

Theo tiêu chuẩn tính nhiệt của Liên Xô, công thức (2.1):

F_{ghi =} B_tt. V_kh.(q_ls + 273)/273.w = 3.47 (m²)

Theo cường độ toả nhiệt chọn q_ghi = 1400kW/m²: 

F_ghi = B_tt.Q^lv_t/q = 0,36.13092/1400 = 3,39 (m²)

Theo công thức (2.2): q_ghi = 3,8.w.273/(a_bl.(273+q_ls)  = 1,22 (MW/m²)

F_ghi = 0,36.13092/1220 = 3,88 (m²)

Từ các kết quả tính F_ghi ở trên, ta chọn diện tích ghi: F_ghi = 3,8 m². Chọn ghi hình chữ nhật với kích thước (2,4 x 1,6) m.

b) Tính chiều cao lớp sôi khi làm việc:

Chọn chiều cao lớp hạt trơ ban đầu (lớp sôi tĩnh): H_o = 0,3 m.

Tốc độ khói quy ước lớp sôi: w_kh = B_tt.V_kh.C₁/F_ghi; m/s.

Trong đó:     C₁ - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ.

C₁ = (273+ q_ls)/273 = (273+900)/273 = 4,3  => w_ls= 1,64 (m/s)

Tỷ số so sánh: w_kh/w_bay = 1,64/9,23 = 0,18.

Tỷ số trên cần so sánh với hệ số C₂ = 0,267.(d_tro.r_tro)^0,6 = 0,44.

Do 0,18 < C₂ nên hệ số dãn nở lớp sôi được tính theo công thức: R = 1,32

Nếu w_kh/w_b> C₂ thì R = 6,01.(d_tro.r_tro)^0,3.w_kh/w_b.

Độ rỗng tầng sôi khi làm việc: e = 1- (1-e₀)/R = (1- 0,5)/1,31 = 0,61

Chiều cao lớp sôi khi làm việc: H_ls= R.H₀ = 1,31.0,3 = 0,39 (m)

c) Tính lượng nhiệt trao đổi trong tầng sôi

Với các thông số thiết kế phâng lớp sôi cho trông bảng 3.7, ta có diện tích nhận nhiệt đứng trong lớp sôi là F^đứng = 4,31 m², diện tích nhận nhiệt nghiêng trong lớp sôi là F^nghiêng = 5,08 m².

Áp suất trong bao hơi thiết kế là 6 bar, tra bảng 4,[3] ta có nhiệt độ hơi bão hòa t_bh = 159^oC. Nhiệt độ tuyệt đối vách ống: T_vo = t_bh+ 50 + 273 = 482 K.

Lớp sôi có bức xạ một lượng nhiệt tới bề mặt vách buồng lửa, hệ số toả nhiệt bức xạ lớp sôi được tính theo công thức (2.24):

a^bx_ls = s_0­.a_ls.0,5.(a_vo+1).(T⁴_ls- T_vo).(T_ls - T_vo), W/m².K.

= 5,67.10^-8.0,80.0,5.(0,82+1).(1173⁴ - 482).(1173- 482) = 109,9 (W/m².K).

Trong buồng lửa còn có sự trao đổi nhiệt đối lưu, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu với dàn ống đứng theo công thức 2.25:

a^đưng_dl = 1554,4.l_kh.(1-K_e).Re^0,23_tro/d_td; W/m².K.

•  Giả sử nhiệt độ ra khỏi lớp sôi là q”_ls = 860^oC. Tra bảng 8, [1] có hệ số dẫn nhiệt của khói: l_kh = 0,0966 W/m.K.
• Re_tro = w.d_tro/u_kh = 1,8.1.10^-3/0,0001442 = 12,48 (tra bảng 8, [1]) có độ nhớt động học của khói ở 860^oC u_kh = 0,0001442 m²/s).
• K_e = [(18.Re_tro+ 0,36.Re²_tro)/Ar]^0,21 = 0,604.
• Chọn kích thước tính toán: d_td = H_ls = 0,39 m.

Từ các giá trị trên ta tính được hệ số toả nhiệt đối lưu của dàn ống đứng:

a^đứngdl= 1554,4.0,0966.(1 - 0,604).12,48^0,23/0,39 = 270,6 (W/m².K)

• Tra bảng 8, [1] được tiêu chuẩn Prandtl của khói ở nhiệt độ 860^oC là: Pr - 0,594
• Tra bảng 8,[1] được nhiệt dung riêng của khói ở nhiệt độ 860^oC là: C_kh = 1279,6 kJ/kg.
• Chọn nhiệt dung riêng của hạt, C_tro = 0,93 kJ/kg.
• Tiêu chuẩn Archimedes được xác định trong bảng 3.6: Ar = 3089,3

Từ đó xác định được Pr.C_tro/Ar.C_kh = 1,4.10^-7< 10^-4.

Theo công thức (2.28), ta có hệ số toả nhiệt đối lưu dàn ống nằm nghiêng:

a^nghiêng_dl = 2969,6.l_kh.C_s.Re.[(1-K_e)/K_e]^1,2.(Pr.C_tro/Ar.C_kh)^0,3/d_td, W/m².K.

• Kích thước tính toán chọn: d_td = d_ống = 51 mm.
• C_s = C_s1.C_s2. Theo thông số thiết kế phần trên lớp sôi: s₁ = 90mm; s₂= 75mm; d = 51 mm ta có: C_s1=(s₁/6.d)^0,3 = (90/6/51)^0,3 = 0,69; C_s2 = (s₂/2.d)^0,3 = (75/2/51)^0,3 = 0,66 ⇒ C_s = C_s1.C_s2 = 0,69.0,66 = 0,45

Do đó, hệ số toả nhiệt đối lưu của dàn ống nằm nghiêng:

a^nghiêng_dl = 2969,6.0,0966.0,45.12,48.[(1 - 0,604)/0,604]^1,2.(1,4.10^-7)^0,3/0,051= 168,5 (W/m².K).

Hệ số truyền nhiệt cho dàn ống nghiêng:

a^nghiêng_ls= a^bx_ls + a^nghiêng_dl = 109,9 + 168,5 = 278,4 (W/m².K)

Hệ số truyền nhiệt cho dàn ống đứng:

a^đưng_ls= a^bx_ls + a^đưng_dl = 109,9 + 270,6 = 380,5 (W/m².K)

Hệ số truyền nhiệt trung bình cho dàn ống sinh hơi trong lớp sôi:

K_ls = (a^đưng_ls.F^đưng + a^nghiêng_ls.F^nghiêng)/(F^đưng + F^nghiêng) = (380,5.4,31+ 278,4.5,08)/(4,31 + 5,08) = 325,3 (W/m².K)

Tổng lượng nhiệt truyền cho bề mặt sinh hơi trong lớp sôi:

Q_ls = K_ls.(F^đứng+ F^nghiêng).(q_ls – t_vo).0,001 = 325,3.(4,31 + 5,08).(900 – 482 + 273).0,001 = 2112 (kW).

Đồ thị nhiệt lượng khói tỏa ra trong lớp sôi theo χ

Dùng phương pháp 3 điểm để tìm nhiệt độ khói ra khỏi lớp sôi, nếu sai số so với nhiệt độ khói giả thiết ở trên nhỏ thì chấp nhận được.Các bước tính toán và kết quả của phương pháp 3 điểm cho trong bảng 3.11:

Bảng 3.11 Kết quả tính toán nhiệt độ khói ra khỏi lớp sôi

Với nhiệt độ khói ra khỏi lớp sôi tính được là 858,2^oC, chênh lệch so với nhiệt độ khói giả thiết Δt = 1,8^oC, nên nhiệt độ khói ban đầu chọn được coi là chính xác.

Tính lượng nhiệt trao đổi trong phần trên lớp sôi

Xác định nhiệt lượng đưa vào phần trên lớp sôi theo công thức:

Q^đv_tls = χ^ls_t.I"_lst + (1 - χ_lst).Q^lv_t                                               (3.28)

Với: χ^ls_t = 0,93 và I"_lst = 6937 được xác định trong bảng 3.11.

Tra bảng 3.4, với α = 1,4 xác định được nhiệt độ cháy tuyệt đối lý thuyết T_o theo nhiệt lượng đưa vào phần trên buồng lửa Q_tls.

Theo công thức (2.30) xác định được nhiệt độ khói ra khỏi phần trên lớp sôi, với hệ số kinh nghiệm chọn: C = 4300.

Lượng nhiệt truyền cho phần trên lớp sôi được xác định theo công thức:

Q_tls = φ.(Q^đv_tls - I"_tls).B_tt                                                         (3.29)

Các kết quả tính toán phần trên lớp sôi được cho trong bảng 3.12:

Bảng 3.12: Tính truyền nhiệt phần trên lớp sôi

Trên đây là nội dung phần tính nhiệt buồng lửa cho lò hơi tầng sôi đốt nhiên liệu trấu công suất 6 tấn/giờ. Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày tính trao đổi nhiệ trong cụm ống lửa và tính nhiệt bộ hâm, mời các bạn quan tâm ghé đọc nhé.