Bài tập lớn môn Lò công nghiệp | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Sinh viên: Phạm Việt Bách MSSV:20214593
Lớp: Nhiệt 06 – K66 Hà Nội,Tháng 11 năm 2024 I. Bảng số liệu Ta có bảng số liệu: Nhiệt Tiết diện Lưu Nhiệt
h1(m) l1(m) l2(m) l3(m) l4(m) l5(m) l6(m) l7(m) Độ Tổn độ cuối lò lượng độ khói chênh thất không (m2) khói cuối lò nhiệt độ trong khí lò (oC) khói thiết ( oC ) (m3/s) trong bị TBTĐ TĐN N (Pa) ( oC ) 20 5x2,5 53 830 3,6 5 6 4 4 4 8 8 210 130 =12,5 -
Hệ số ma sát ở các kênh: µ = 0.05 -
Khối lượng riêng của khói ở nhiệt độ 0oC, áp suất 1 bar: ρ0 = 1.29 (kg/m3) -
Độ giảm nhiệt độ của khí thải trong kênh khói, cống xây bằng gạch chịu lửa, [oC/m]
Chọn độ giảm nhiệt theo bảng 5-5, sách Lò công nghiệp – Phạm Văn Trí:
Nhiệt độ của khói là 830 oC, chọn kênh cống đã sử dụng lâu: ∆t = 5,2 [oC/m] II.
Tính nhiệt độ các điểm, đoạn.
1. Nhiệt độ các điểm nút
- Coi nhiệt độ điểm 1 bằng nhiệt độ cuối lò: t1 = 830 oC
- Nhiệt độ các điểm sau được tính qua độ giảm nhiệt độ đường dài trong kênh khói, ta có công thức:
tsau=ttrước−l×∆t Trong đó:
l – chiều dài kênh khói [m]
∆t - độ giảm nhiệt độ của khí thải trong kênh (đã chọn ở phần 1); ∆t = 5,2 [oC/m]
Khi đó, nhiệt độ điểm 2 là:
t2=ttrước−l1×∆t = 830 – 3,6 × 5,2 = 811,28 oC
Tương tự, ta tính được nhiệt độ các điểm, kết quả tính được tổng hợp dưới bảng Điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nhiệt độ
830 811,28 785,28 754.06 733.28 712.48 502.48 481.68 440.08 398.46
Lưu ý: độ chênh nhiệt độ giữa 2 điểm 6 và 7 được tính qua độ chênh nhiệt độ trong thiết bị trao đổi nhiệt.
t7=t7−∆t (TĐN )=t7−220
2. Nhiệt độ trung bình các đoạn.
- Nhiệt độ trung bình đoạn 1—2:
t1−2=t1+2t2=830+811.282 =820,64 óC
- Nhiệt độ trung bình đoạn 2—3:
t2−3=t2+2t3=811.28+2785.28=798.28 oC
Tính tương tự cho các đoạn tiếp theo. Số liệu được tổng hợp tại bảng bên dưới
III. Lựa chọn kích thước ống kênh xây bằng gạch:
Bảng chọn kích thước mặt ngang của các đoạn Các đoạn 1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6—7 7—8 8—9 9—10 Chiều dài 3.6 5 6 4 4 4 8 8 TbTđn Chiều rộng mặt cắt 5 4 6 6 6 6 6 6 Chiều cao mặt cắt 2.5 3 3 3 3 3 3 3
1. Tính diện tích tiết diện.
Diện tích tiết diện tại các kênh khói bằng tích số kích thước mặt ngang Diện
tích tiết diện tại đoạn kênh 1 – 2 :
F1−2=4×3.8=15,2(m2)
Diện tích tiết diện tại đoạn kênh 2 – 3 :
F2−3=4×3=12(m2)
Tính tương tự cho các đoạn tiếp theo . Số liệu được tổng hợp tại bảng bên dưới . Các đoạn 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 Diện tích tiết diện 12.5 12 18 18 18 tbtđn 18 18 18
2. Tính đường kính thủy lực.
Đường kính thủy lực của các kênh được tính bằng công thức 4 F dth= U (m) Trong đó :
F : Diện tích tiết diện tại kênh ( m2 )
U : Chu vi của kênh dẫn ( m )
• Đường kính thủy lực của kênh 1 – 2 : ( − ) 4 ×F1−2 2] dth 1 2 =
U =2×(5+2,5)=3,333 [m
• Đường kính thủy lực của kênh 1 – 2 : ( − ) 4×F2−3 2] dth 2 3= U =2×(4+3) =3,429 [m
Tính tương tự cho các đoạn kênh còn lại . Số liệu được tổng hợp trong bảng dưới Các đoạn 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 Đường kính thủy 3.333 3.429 4.000 4.000 4.000 tbtđn 4.000 4.000 4.000 lực
3. Vận tốc khói qua các kênh.
Vận tốc qua các kênh khói được tính theo công thức : V m ω= ( ) F s Trong đó:
V - lưu lượng thể tích của khói [m3/h]
F - diện tích tiết diện qua các kênh [m2]
Vận tốc qua các kênh khói 1 – 2 V 53 m ω(1−2)= = =4.24( ) F 12.5 s
Vận tốc qua các kênh khói 2 – 3 V 53 m ω(2−3)= = =4,4( ) F 12 s
Tính tương tự cho các đoạn kênh còn lại . Số liệu được tổng hợp trong bảng dưới Các đoạn 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 Vận tốc 4.2 4.4 2.9 2.9 2.9 tbtđn 2.9 2.9 2.9
4. Tính khối lượng riêng của khói: 1 kg ρ ) k=ρ0×
1+β .t (m3
Trong đó : ρ0 - khối lượng riêng của không khí tại 00C , ρ0 =
1.29 ( kg/m3) β - hệ số dãn nở nhiệt ( 1/0C) , β = 1/273 ( 1/0C )
Khối lượng riêng của khói tại điểm 1: 1 1,29
kg ρk1=ρ0× 1+β ×t1= 820.64 =0.322(m ) 3 1+ 273
Khối lượng riêng của khói tại điểm 2: 1 1,29
kg ρk2=ρ0× 1+β ×t2= 798.28 =0,329(m ) 3 1+ 273
Tính tương tự cho các đoạn kênh còn lại. Số liệu được tổng hợp trong bảng dưới. 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 Khối 0.322 0.329 0.338 0.346 0.353 0.399 0.4603 0.479 0.501 lượng riêng của khói
IV. Tính tổn thất áp suất.
Các tổn thất áp suất trên đường dẫn khí lò gồm tổn thất áp suất để thắng cục bộ , tổn thất áp suất
để thắng ma sát và tổn thất áp suất để thắng hình học :
htổnthất=hcb+hms+hhh
1. Tổn thất cục bộ.
Tổn thất cục bộ xảy ra ở những chỗ : dòng chảy thay đổi hướng , dòng chảy thu hẹp hoặc mở rộng
ra , dòng chảy phân nhánh hay nhập lại ,…
Trong hình vẽ tại điểm 1 dòng khói được thu nhỏ đột ngột , tại điểm 2 dòng khói bị đột mở chuyển
hướng đột ngột 90 độ , tại điểm 3 , 4 ,5 dòng khói cũng bị chuyển hướng đột ngột 90 độ nên tại
những điểm này dòng khói sẽ bị tổn thất cục bộ .
Công thức tính trở lực cục bộ : ρ0w02 hcb=ξ
2(1+βt )[ Pa] Trong đó :
ξ : hệ số trở lực cục bộ ( tra theo tài liệu ) w0
: vận tốc dòng khói ( m/s)
ρ0 : khối lượng riêng của không khí tại 00C β
: hệ số dãn nở nhiệt ( 1/0C ). β = 1/273
2. Tổn thất ma sát.
Công thức tính trở lực ma sát : l ρ0w02 hms=µ× d ×
2×(1+βt ) [ Pa]
Trong đó : µ: hệ số trở lực ma
sát; µ= 0.05 l : chiều dài kênh
dẫn [m] d : đường kính thủy lực [m]
ρ0 : khối lượng riêng của không khí tại 00C [kg/m3] β
: hệ số dãn nở nhiệt [1/0C], β = 1/273
3. Tổn thất hình học.
Tổn thất để thắng trở lực hình học trong chuyển động từ dưới lên trên của dịch thể nặng hơn so
với không khí xung quanh và trong chuyển động từ trên xuống dưới của dịch thể nhẹ hơn không
khí xung quanh . Cả 2 trường hợp dòng dịch thể chuyển động về phía có áp suất hình học lớn hơn
lên phải tiêu tốn năng lượng
Trong hình vẽ có 2 đoạn kênh có sự thay đổi về chiều cao hình học . Tại đoạn 2–3, khói có nhiệt
độ cao nên có khối lượng riêng nhỏ hơn không khí do đó để khói đi xuống thì phải tốn thêm năng
lượng để có thể thắng áp suất hình học . Đoạn 4 – 5 , khi khói đi lên thì ta không cần tốn năng
lượng nên không những không có tổn thất mà còn được lợi thêm về phần năng lượng .
Công thức tính tổn thất hình học : h kk k
hh=H×9,81×(ρt −ρt )(Pa) Trong đó :
H : độ chênh chiều cao (m) ρ kk k
t : khối lượng riêng của không khí tại t0C (kg/m3) ρt
: khối lượng riêng của khói tại t0C (kg/m3)
4. Bảng thông số chi tiết
Công thức tính tổng tổn thất áp suất bằng :
Σhtt=Σhcb+Σhms+Σhhh(Pa) Từ
bảng ta có trong excel Tổng tổn thất cục bộ:
Σhcb = 70.3 + 60 + 21.7 + 10.5 + 7.7 + 7.3 + 27.5 = 215.3 (Pa) Tổng tổn thất ma sát:
Σhms = 2.5 + 3.6 + 1.6 + 1 + 1 + 0.8 + 1.5 + 1.4 = 13.5 (Pa) Tổng tổn thất hình học:
Σhhh = 34.2 + 26.2 – 44.9 = 15.5 [Pa]
Tổn thất áp suất thiết bị TĐN: htđn = 130 [Pa] Vậy:
Σhtt=Σhcb+Σhms+Σhhh+h (tđn)=215.3+13.5+15.5+130=374.2[Pa] 0 0 2 4 6 8 V.
Tính chiều cao cột khói.
Khi tính toán ống khói , lực hút của ống khói phải lớn hơn giá trị tổng tổn thất áp suất của khí lò
trong đường kênh dẫn để bù vào những giá trị tổn thất hoặc chưa được tính đến sẽ xuất hiện trong
khi vận hành lò . Trong thực tế , lượng tăng áp suất này thường là 20 – 30% tổng tổn thất áp suất của khí lò
Độ chân không cần tạo ra ở chân ống khói :
h=1,3× Σhtt=1,3×374.2=486.48[Pa]
Từ đồ thị ta chọn chiều cao sơ bộ của ống khói H0 = 35 (m), chọn độ giảm nhiệt độ trong ống gạch là t = 1,5 K/m
Nhiệt độ tại chân ông khói : tB = t10 = 398.48 (0C ) Độ
hạ nhiệt độ trong ống khói :
Δt=1.5×35=52,5(℃)
Nhiệt độ tại miệng ống khói bằng :
tC=tB−∆t=398.48−52,5=345.98(℃)
Nhiệt độ trung bình của khói trong ống : tBC=
tB+2tC =345.982+398.48=372.23 (℃)
Chọn vận tốc khói ở miệng ống là : wOC = 3,5 (m/s)
Đường kính miệng ống khói là : dc= = =4,39(m)
Đường kính tại chân ống khói là :
d B=1,5×dC=1,5×4,39=6,59(m)
Vận tốc khói tại chân ống khói :
ωB=ω10=2.9 (m/s)
Áp suất động tại chân ống khói: ω0B2 2.92 hdB=ρ0
2 (1+β tB)=1,29× 2 ×(1+ )=13,745 ( Pa)
Áp suất động tại miệng ống khói: ω0C2 3,52 hdC=ρ0
2 (1+β tC)=1,29× 2 ×(1+ )=17.91 (Pa)
Khối lượng riêng trung bình của không khí tại 200C: 1 1 Kg ρ )
kk=ρ0. 1+βt =1,29× 35 =1,1( m3 1+ 273
Khối lượng riêng trung bình của khói trong ống : 1 1 Kg ρ ) k=ρ0. 1β×tBC=1,29×
1+372.23 =0,55( m3 + 273 Chiều cao ống khói : B ∑h+hdC H= A h h
(ρkk−ρk) g−0.5µ ¿ ¿88,45(m)
Vậy chiều cao của ống khói là 88,45m