Chương 5: Trao đổi nhiệt trong lò hơi

Chia sẻ: Lang Tu Vui | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

201
lượt xem 59
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trao đổi nhiệt trong thiết bị lò hơi bao gồm hai dạng là bức xạ và đối l-u. Trong phạm vi buồng lửa trao đổi nhiệt bức xạ là chủ yếu vì ở đây có bức xạ trực tiếp từ ngọn lửa có nhiệt độ cao đến các bề mặt truyền nhiệt bố trí trong buồng lửa, còn thành phần đối l-u ở đây không đáng kể do tốc độ của dòng khói nhỏ và do các ống sinh hơi bị tro bám bẩn nên có trở lực nhiệt lớn. Trong đ-ờng khói của lò hơi có cả trao đổi...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 5: Trao đổi nhiệt trong lò hơi

Ch−¬ng 5. Trao ®æi nhiÖt trong lß h¬i Trao ®æi nhiÖt trong thiÕt bÞ lß h¬i bao gåm hai d¹ng lµ bøc x¹ vµ ®èi l−u. Trong ph¹m vi buång löa trao ®æi nhiÖt bøc x¹ lµ chñ yÕu v× ë ®©y cã bøc x¹ trùc tiÕp tõ ngän löa cã nhiÖt ®é cao ®Õn c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bè trÝ trong buång löa, cßn thµnh phÇn ®èi l−u ë ®©y kh«ng ®¸ng kÓ do tèc ®é cña dßng khãi nhá vµ do c¸c èng sinh h¬i bÞ tro b¸m bÈn nªn cã trë lùc nhiÖt lín. Trong ®−êng khãi cña lß h¬i cã c¶ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u vµ trao ®æi nhiÖt bøc x¹. Trong ®−êng khãi cã bøc x¹ nhiÖt lµ do cã c¸c khÝ ba nguyªn tö vµ c¸c h¹t tro, h¹t than bay theo khãi, nh−ng trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lµ chñ yÕu. ChÝnh v× vËy c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt trong ®−êng khãi ®−îc gäi lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u. 5.1 Kh¶ n¨ng bøc x¹ cña ngän löa Dùa theo c−êng ®é bøc x¹ trong vïng phæ thÊy ®−îc ng−êi ta ph©n chia c¸c d¹ng ngän löa s¸ng, nöa s¸ng, kh«ng s¸ng. Sù bøc x¹ cña ngän löa s¸ng vµ nöa s¸ng lµ do c¸c h¹t ë thÕ r¾n trong s¶n phÈm ch¸y, ®ã lµ c¸c h¹t cèc, h¹t tro, h¹t må hang. Sù bøc x¹ cña ngän löa kh«ng s¸ng lµ do cã c¸c khÝ ba nguyªn tö nh− SO2, CO2, H2O trong buång löa. C−êng ®é bøc x¹ cña c¸c h¹t r¾n trong ngän löa phô thuéc vµo kÝch th−íc c¸c h¹t, tÝnh chÊt vµ nång ®é cña chóng trong thÓ tÝch cña buång löa. Sù bøc x¹ cña c¸c chÊt khÝ ba nguyªn tö trong buång löa ®−îc x¸c ®inh bëi nång ®é c¸c chÊt khÝ nµy vµ bëi chiÒu dµy cña thÓ tÝch bøc x¹. HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña m«i tr−êng khÝ ®−îc biÓu thÞ qua ®Þnh luËt Bu-ghe (Bouguer) −k p s ag = 1 − e g p , (5-1) trong ®ã: kg lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi mét m«i tr−êng khÝ; pp lµ tæng ph©n ¸p suÊt cña c¸c khÝ ba nguyªn tö, MPa; s lµ chiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹, m. HÖ sè bøc x¹ cña ngän löa (hay ®é ®en cña ngän löa) khi ®èt nhiªn liÖu r¾n ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau al = 1 − e− kl ps , (5-2) trong ®ã: kl lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i tr−êng buång löa; p lµ ¸p suÊt cña c¸c chÊt khÝ trong buång löa, MPa. ChiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹ trong buång löa s ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: V s = 3, 6 bl , m (5-3) Fv trong ®ã: Vbl lµ thÓ tÝch buång löa, m3; Ver. 1.0 66
Fv lµ diÖn tÝch c¸c t−êng buång löa m2. Khi ®èt bét than trong buång löa phun, ngän löa s¸ng cho¸n hÇu nh− toµn bé thÓ tÝch buång löa (xem h×nh vÏ 5.1) vµ ®é chiÕu s¸ng cña ngän löa kh¸ ®ång ®Òu theo chiÒu cao cña buång löa. HÖ H×nh 5.1. Sù thay ®æi ®é ®en ngän sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i löa theo chiÒu cao buång löa. tr−êng buång löa ®−îc tÝnh 1-khi ®èt bét than; 2-khi ®èt mazut theo c«ng thø: (FO) k l = k g rn + k tr µ tr + k c χ k l = k g rn + k tr µ tr + k c χ , (5-4) trong ®ã: ( ) rn = rRO2 + rH2 O lµ tæng c¸c phÇn thÓ tÝch cña c¸c khÝ ba nguyªn tö; ktr lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t tro; µtr lµ nång ®é tro trong khãi; kc lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t cèc; χ lµ hÖ sè kÓ ®Õn kh¶ n¨ng ph¶n øng cña nhiªn liÖu (kÐm ph¶n øng hay cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao). Ngän löa sinh ra khi ®èt nhiªn liÖu r¾n nãi chung thuéc kiÓu ngän löa nöa s¸ng. Ngän löa khi ®èt khÝ vµ ®èt FO quy −íc gåm hai phÇn lµ phÇn s¸ng vµ phÇn kh«ng s¸ng, do vËy hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa (®é ®en cña ngän löa) ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: a l = ma s + (1 − m ) a ks , (5-5) trong ®ã: as lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa s¸ng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5-2), cßn kl ®−îc thay b»ng ks: k s = k m + k g rn , víi km lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi c¸c h¹t må hãng; aks lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa kh«ng s¸ng, tøc lµ cña m«i tr−êng khÝ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5-1); m lµ hÖ sè x¸c ®Þnh phÇn thÓ tÝch buång löa bÞ t©m ngän löa cho¸n ®Çy. m = 0,1 . Khi ®èt khÝ thiªn nhiªn: m = 0,55 . Khi ®èt FO: m = 1. Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n: HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña buång löa (hay ®é ®en cña buång löa) abl ®−îc x¸c ®Þnh qua hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa al vµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng trªn t−êng, cô thÓ lµ: Ver. 1.0 67
1 a bl = . (5-6) ⎛1 ⎞ 1 + ⎜ − 1⎟ ψ d ⎝ al ⎠ Dßng nhiÖt bøc x¹ trung b×nh ®−îc c¸c dµn èng sinh h¬i hÊp thu lµ 4 ⎛T ⎞ q bx = c0 a bl ψ d ⎜ l ⎟ 10−3 , kW/m2 (5-7) ⎝ 100 ⎠ trong ®ã: Tl lµ nhiÖt ®é hiÖu qu¶ trung b×nh cña m«i tr−êng khÝ trong buång löa, K; ψ d lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: ψ d = xξ , (5-8) víi x lµ hÖ sè gãc vµ ξ lµ hÖ sè b¸m bÈn quy −íc. 5.2 TÝnh trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong buång löa Sù truyÒn nhiÖt tõ ngän löa ®Õn c¸c dµn èng sinh h¬i ®Æt trªn t−êng buång löa lµ mét qu¸ tr×nh rÊt phøc t¹p, ë ®©y qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt x¶y ra ®ång thêi víi qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu. chÝnh sù ch¸y nhiªn liÖu ®· t¹o ra nguån nhiÖt bªn trong m«i tr−êng bøc x¹. Ph−¬ng ph¸p tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn viÖc sö dông ®ång thêi c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu gi¶i tÝch vµ thùc nghiÖm. Ph−¬ng ph¸p nµy xuÊt ph¸t tõ kh¶ n¨ng øng dông lý thuyÕt ®ång d¹ng ®Ó ph©n tÝch c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong buång löa. C«ng thøc b¸n thùc nghiÖm cña A. M. Gurvich ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh«ng thø nguyªn sau ®©y ®−îc dïng lµm c¬ së ®Ó tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa: Bo0,6 θ " = 0,6 , (5-9) Bo + Ma 0,6 bl bl C«ng thøc nµy thÓ hiÖn sù liªn hÖ gi÷a nhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi ë cöa ra buång löa θ '' bl vµ tiªu chuÈn Boltzmann (Bo), tiªu chuÈn nµy ®Æc tr−ng cho tû lÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu so víi c−êng ®é táa nhiÖt tèi ®a ®Õn c¸c bÒ mÆt dµn èng ®Æt trªn t−êng. §Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong thÓ tÝch buång löa còng ®−îc kÓ ®Õn qua hÖ sè M . NhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi θ ' ' bl lµ tû sè gi÷a nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa T '' bl (K) vµ nhiÖt ®é ®o¹n nhiÖt (nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt) Ta (K): T'' θ'' bl = bl , (5-10) Ta Chóng ta lu«n lu«n cã θ '' bl < 1 vµ nã ®Æc tr−ng cho møc ®é gi¶m nhiÖt ®é cña khãi trong thÓ tÝch buång löa do cã trao ®æi nhiÖt. Sè Bo ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc sau: Ver. 1.0 68
ϕBtt Vg cg Bo = , (5-11) c 0 ψ d Fv Ta 3 Btt Q bx 1 Bo = . (5-12) vµ c 0 ψ d Fv Ta 1 − θ''bl 4 §Æc tÝnh nhiÖt chñ yÕu cña buång löa lµ l−îng nhiÖt sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl vµ entanpi cña khãi ë chç ra khái buång löa (ë cöa ra buång löa) I ''bl . NhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: lv 100 − q 3 − q 4 − q 6 Q bl = Q tr + Q kk − Q kkng + Q tth , (5-13) 100 − q 4 trong ®ã: lv Qtr lµ nhiÖt l−îng tµng tr÷ trong nhiªn liÖu dïng ®Ó ®èt; Qkk lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ nãng vµ kh«ng khÝ l¹nh mang vµo buång löa; Qkkng lµ nhiÖt l−îng kh«ng khÝ thu ®−îc do nã ®−îc sÊy s¬ bé ë phÝa tr−íc bé sÊy kh«ng khÝ chÝnh cña lß h¬i; Qtth lµ nhiÖt l−îng do khãi t¸i tuÇn hoµn tõ “®u«i lß” vÒ buång löa. NhiÖt l−îng do kh«ng khÝ mang vµo buång löa Qkk bao gåm nhiÖt l−îng trong kh«ng khÝ nãng vµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät vµo buång löa, tøc lµ: Qkk = Qkkn + Qkkl (5-14) ( ) ( ) = α bl − ∆α bl − ∆α ng Vkk (Ct )kkl + ∆α bl + ∆α ng Vkk (Ct )kkl 0 0 ,(5-14) trong ®ã: ∆α bl lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo buång löa; ∆α ng lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo hÖ thèng nghiÒn than. Entanpi cña khãi ë cöa ra buång löa I ''bl ®−îc x¸c ®Þnh theo b¶ng I − θ øng víi gi¸ trÞ nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa θ ''bl ®· chän tr−íc ®©y. NÕu nh− toµn bé nhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl ®−îc truyÒn hoµn toµn cho s¶n phÈm ch¸y th× ta cã nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt (cùc ®¹i) vµ th−êng gäi lµ nhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt cña nhiªn liÖu: Q bl θa = , (5-15) ( Vc )tb trong ®ã (Vc )tb lµ tæng nhiÖt dung riªng trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y 1 kg nhiªn liÖu trong kho¶ng nhiÖt ®é 0 ÷ θ a (kJ/kgK). NhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt phô thuéc vµo d¹ng nhiªn liÖu vµ vµo hÖ sè kh«ng khÝ thõa vµ cã gi¸ trÞ nh− sau: θ a = 1700 ÷ 1850 oC ®èi víi than n©u vµ than bïn; θ a = 1850 ÷ 2100 oC ®èi víi than ®¸, antraxit, FO vµ khÝ thiªn nhiªn. Ver. 1.0 69
ViÖc tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn hai ph−¬ng tr×nh chñ yÕu sau: - Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: Q bx = ϕ ( Q bl − I''bl ) = ϕ ( Vc )g ( θa − θ'' bl ) , (5-16) - Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt bøc x¹: ( ) Btt Q bx = c 0 a bl xFv Tl 4 − Ttr 4 10−11 , (5-17) ë ®©y ϕ lµ hÖ sè gi÷ nhiÖt; (Vc )g lµ nhiÖt dung trung b×nh cña c¸c chÊt khÝ trong kho¶ng nhiÖt ®é θa ÷ θ '' bl (kJ/kgoK). Ph−¬ng tr×nh (5-17) cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh¸c: ⎛ T4⎞ Btt Q bx = c 0 a bl xFv Tl 4 ⎜ 1 − tr4 ⎟ .10−11 . (5-18) ⎝ Tl ⎠ Ttr 4 Khi thay ξ = 1 − 4 vµ ψ d = xξ ta ®−îc: Tl Btt Q bx = c 0 a bl ψ d Fv Tl 410−11 . (5-19) Tõ (5-19) ta t×m ®−îc diÖn tÝch cña t−êng buång löa: Btt Q bx Fv = 1011 , m2 (5-20) c 0 a bl ψ d Tl 4 HÖ sè M kÓ ®Õn ®Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong buång löa cÇn ®−îc ®−a vµo c«ng thøc (5-20), hÖ sè nµy ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X: M = A- B.x, (5-21) trong ®ã A vµ B lµ c¸c hÖ sè thùc nghiÖm, c¸c hÖ sè nµy cã gi¸ trÞ kh¸c nhau khi ®èt c¸c d¹ng nhiªn liÖu kh¸c nhau. §èi víi buång löa mét buång: - §èt FO vµ nhiªn liÖu khÝ: M = 0,54 − 0, 2X ; - §èt nhiªn liÖu r¾n cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao trong buång löa phun vµ trong buång löa ghi: M = 0,59 – 0,5M; - §èt nhiªn liÖu r¾n kÐm ph¶n øng (antraxit vµ than gÇy) trong buång löa phun vµ c¸c lo¹i than cã ®é tro cao: M = 0,59 – 0,5M; §èi víi buång löa phun gi¸ trÞ tèi ®a cña M lÊy kh«ng lín h¬n 0,5 kh«ng phô thuéc vµo X . VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a kho¶ng c¸ch tõ ®¸y buång löa hay tõ gi÷a phÔu tro l¹nh ®Õn mÆt ph¼ng cã nhiÖt ®é cùc ®¹i cña khãi (th−êng ë ®é cao cña trôc vßi phun) hvf vµ kho¶ng c¸ch ®Õn gi÷a cöa ra buång löa Hbl (xem h×nh vÏ 5.2): h X = vf , (5-22) H bl Ver. 1.0 70
H×nh 5.2. VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa Khi tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ buång löa, c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch bÒ mÆt t−êng buång löa cã d¹ng sau: 2 1 ⎛T ⎞ Btt Q bx Fv = 1011 3 2 ⎜ a − 1⎟ , m2 (5-23) 5, 67.a bl ψ d M Tbl Ta " 3 " M ⎝ Tbl ⎠ Khi tÝnh nhiÖt kiÓm tra buång löa ph¶i x¸c ®Þnh nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa theo c«ng thøc sau: Ta θ" = − 273 , oC (5-24) bl 0,6 ⎛ a bl ⎞ 1+ M ⎜ ⎟ ⎝ Bo ⎠ hay cô thÓ h¬n lµ c«ng thøc: Ta θ" = − 273 , oC (5-25) bl 0,6 ⎛ 5, 67ψ dtb Fv a bl Ta 3 −11 ⎞ 10 ⎟ + 1 M⎜ ⎜ ϕBtt ( Vc ) ⎟ ⎝ ⎠ tb trong ®ã: ψ dtb lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt trung b×nh cña dµn èng ®Æt trªn t−êng; (Vc )tb lµ tæng nhiÖt dung trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y. 5.3. TÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong ®−êng khãi phÝa sau buång löa 5.3.1. Trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong ®−êng khãi cña lß h¬i L−îng nhiÖt hÊp thu b»ng bøc x¹ cña mét ®¬n vÞ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ë phÇn ®u«i lß ®−îc x¸c ®Þnh bëi ph−¬ng tr×nh sau a +1 4 ( ) q bx = σ 0 a tr T − Ttr 4 , W/m2 (5-26) 2 ë ®©y: a lµ ®é ®en cña khãi cã kÓ ®Õn c¸c h¹t tro chøa trong khãi; atr lµ ®é ®en cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ (®Ó tÝnh táa nhiÖt bøc x¹ cho bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ta lÊy atr = 0, 08 ), T lµ nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña dßng khãi th−êng tÝnh b»ng trung b×nh céng cña nhiÖt ®é khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n (K), Ttr lµ nhiÖt ®é v¸ch ngoµi cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cã kÓ ®Õn b¸m bÈn (K). Ver. 1.0 71
Ph−¬ng tr×nh (5-26) cã thÓ viÕt d−íi d¹ng kh¸c nh− sau: a tr + 1 3 1 − ( Ttr T ) 4 ( θ − t tr ) , W/m q bx = σ0 a T (5-27) 1 − Ttr T 2 q bx = α bx ( θ − t tr ) , W/m2 hay (5-28) trong ®ã θ lµ nhiÖt ®é cña khãi ( C). Do ®ã hÖ sè táa nhiÖt bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y o α bx ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: 3 ⎛T ⎞ 1 − ⎜ tr ⎟ a +1 3 ⎝ T ⎠ ( ) α bx = 5, 67.10−11 a tr , W/m2K (5-29) T Ttr 2 1− T NhiÖt ®é v¸ch èng cã b¸m tro bôi ttr hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ lÊy b»ng nhiÖt ®é trung b×nh cña líp bÈn b¸m bªn ngoµi ttr vµ tÝnh theo ph−¬ng tr×nh: ⎛ ⎞o 1 t tr = t + ⎜ ε + ⎟q , C (5-30) α2 ⎝ ⎠ trong ®ã: t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i tr−êng l−u ®éng bªn trong èng, b»ng trung b×nh céng cña nhiÖt ®é ®Çu vµ nhiÖt ®é cuèi ( t = (t' + t'') / 2 ), oC; ε lµ hÖ sè b¸m bÈn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u (trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m trªn bÒ mÆt ngoµi cña èng hoÆc cña líp chÊt chÞu löa vµ líp xØ trªn dµn èng cã gai, m2K/W; α 2 lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ v¸ch èng ®Õn m«i chÊt l−u ®éng trong èng, W/m2K; q lµ suÊt nhiÖt l−îng hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®−îc tÝnh to¸n, kW/m2. §é ®en cña m«i tr−êng khãi trong tr−êng hîp tæng qu¸t ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh sau: a = 1 − e− kps . (5-31) TÝch sè kps gäi lµ tæng lùc hÊp thu cña s¶n phÈm ch¸y, kps cµng lín th× ®é ®en cña m«i tr−êng khãi cµng lín. Tæng lùc hÊp thu ®èi víi dßng khãi cã chøa c¸c h¹t tro ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: kps = ( k g rn + k tr µ tr ) ps , (5-32) trong ®ã: ktr lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ trong thÓ tÝch cã c¸c h¹t tro bôi; µtr lµ nång ®é tro trong s¶n phÈm ch¸y, g/m3. HÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t tro r¾n ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: 1 k tr = 7 , (5-33) d nT2 víi d n lµ ®−êng kÝnh h¹t tro ( µ m ). Ver. 1.0 72
ChiÒu dµy cña líp bøc x¹ gi÷a c¸c èng trong chïm èng ®èi l−u s phô thuéc vµo b−íc èng ngang t−¬ng ®èi ( s1 / d ) vµ b−íc èng däc t−¬ng ®èi ( s2 / d ) , th−êng s = 0,1 ÷ 0, 2 m. 5.3.2 Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u BÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u th−êng cã d¹ng chïm èng. Trong lß h¬i m«i chÊt (h¬i, n−íc, hçn hîp h¬i n−íc) chuyÓn ®éng bªn trong èng vµ khãi chuyÓn ®éng bªn ngoµi èng. Khãi cã thÓ bäc ngang hay bäc däc chïm èng. ë bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u th−êng dßng khãi bäc ngang èng. èng ®−îc bè trÝ so le hay song song. ë bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng th× khãi ®i trong èng vµ kh«ng khÝ ®i ngang bªn ngoµi èng. Khi thiÕt kÕ cÊu t¹o c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u cña lß h¬i ph¶i x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña bÒ mÆt Êy vµ chän h×nh d¹ng tèi −u cña chïm èng. Khi ®ã ph¶i kÓ ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh ®é tin cËy, ®é kinh tÕ vµ gi¸ thµnh cña toµn thiÕt bÞ. C¸c kÝch th−íc h×nh häc cña c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®−îc chän tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn trao ®æi nhiÖt, b¸m tro, mµi mßn èng vµ tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó kh¾c phôc trë lùc chuyÓn ®éng cña khãi. 5.3.2.1. C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n §Ó tÝnh to¸n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ta dïng hai ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n lµ ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt vµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt. Ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt (trao ®æi nhiÖt) cho phÐp x¸c ®Þnh l−îng nhiÖt hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kH∆t Q= , kJ/kg (5-34) Btt trong ®ã: Q lµ nhiÖt l−îng do bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n hÊp thu b»ng ®èi l−u vµ bøc x¹, kJ/kg; k lµ hÖ sè truyÒn nhiÖt, W/m2K; H lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, m2; ∆t lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a m«i tr−êng nãng vµ m«i chÊt ®−îc ®èt nãng, K; Btt lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n, kg/s. Trong c¸c chïm èng ®èi l−u H (m2) ®−îc lÊy b»ng toµn bé bÒ mÆt ngoµi cña èng (vÒ phÝa khãi). BÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng ®−îc tÝnh theo ®−êng kÝnh trung b×nh cña èng. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt dïng ®Ó tÝnh nhiÖt l−îng do khãi truyÒn ®i b»ng nhiÖt l−îng do h¬i, n−íc hay kh«ng khÝ hÊp thu: Q = ϕ ( I'g − I''g + ∆αI 0 ) , kJ/kg (5-35) kklät ë ®©y: I 'g vµ I ''g lµ entanpi cña khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, kJ/kg; ∆α I kklät lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät mang vµo. 0 NhiÖt l−îng do m«i chÊt (h¬i, n−íc, kh«ng khÝ) hÊp thu ®−îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc sau: - §èi víi bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u vµ bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng: Ver. 1.0 73
( i'' − i' + ∆ig.« ) − Qbxx , kJ/kg D Q= q (5-36) Btt - §èi víi bé h©m n−íc vµ vïng qu¸ ®é cña lß h¬i trùc l−u: D ( i'' − i' ) , kJ/kg Q= (5-37) Btt trong ®ã: D lµ l−u l−îng h¬i n−íc ®i qua bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, kg/s; i'' vµ i' lÇn l−ît lµ entanpi cña h¬i (n−íc) ë chç ra vµ chç vµo bÒ mÆt tÝnh to¸n, kJ/kg; ∆ig.« lµ l−îng nhiÖt do 1 kg h¬i truyÒn cho n−íc lµm l¹nh (ë bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt), kJ/kg. - §èi víi bé sÊy kh«ng khÝ: ) ( ∆α skk ⎞ 0'' ⎛ 0' Q = ⎜ β" + ⎟ Iskk − Iskk , (5-38) skk ⎝ 2⎠ trong ®ã: β ''skk lµ tû lÖ gi÷a l−îng kh«ng khÝ ë sau bé sÊy kh«ng khÝ vµ l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ( β ''skk = α bl − ∆α bl − ∆α ng ) ; ∆α skk lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ vµo bé sÊy kh«ng khÝ, ®−îc lÊy b»ng l−îng rß tõ phÝa kh«ng khÝ. §Ó x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt hoÆc l−îng nhiÖt ®−îc truyÒn ®i ta ph¶i biÕt hÖ sè truyÒn nhiÖt vµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh. 5.3.2.2. HÖ sè truyÒn nhiÖt Trong c¸c chïm èng ®èi l−u sù truyÒn nhiÖt tiÕn hµnh qu¸ v¸ch trô nhiÒu líp tøc lµ qua èng cã b¸m bÈn bªn ngoµi vµ c¸u cÆn b¸m bªn trong. Khi tÝnh nhiÖt th× hÖ sè truyÒn nhiÖt th−êng ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc cho v¸ch ph¼ng nhiÒu líp. §iÒu nµy kh«ng g©y ra sai sè lín ®èi víi c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm b»ng c¸c èng tr¬n ®ång thêi ®¬n gi¶n rÊt nhiÒu cho viÖc tÝnh to¸n. HÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi v¸ch ph¼ng nhiÒu líp ®−îc biÓu diÔn b»ng c«ng thøc sau: 1 k= , W/m2K (5-39) 1 δtr δ kl δ c 1 + + ++ α1 λ tr λ kl λ c α 2 trong ®ã: α1 vµ α 2 lÇn l−ît lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ m«i tr−êng nãng ®Õn v¸ch èng vµ tõ v¸ch èng ®Õn m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, W/m2K; δ kl vµ λ kl lÇn l−ît lµ chiÒu dµy vµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i v¸ch èng, ε = δtr λ tr lµ trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m trªn èng hay cßn gäi lµ hÖ W/mK; sè b¸m bÈn èng, m2K/W; δ c λ c lµ nhiÖt trë cña líp cÆn c¸u b¸m trªn bÒ mÆt bªn trong èng, m2K/W. Th«ng th−êng nhiÖt trë táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch (1 α1 ) vµ nhiÖt trë ®i qua líp b¸m bÈn ε cã trÞ sè lín nhÊt. Ver. 1.0 74
NhiÒu khi trong tÝnh to¸n coi r»ng kh«ng cã c¸u cÆn b¸m vµ bá qua nhiÖt trë cña v¸ch kim lo¹i. Nh− vËy ®èi víi bé qu¸ nhiÖt hÖ sè truyÒn nhiÖt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: α1 1 k= = , W/m2K (5-40) ⎛ ⎞ 1 1 1 +ε + 1 + ⎜ ε + ⎟ α1 α1 α2 α2 ⎠ ⎝ C«ng thøc nµy ®−îc dïng ®Ó tÝnh bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt. ë bé qu¸ nhiÖt th−êng α 2 ≥ 1000 W/m2K vµ α1 < 100 W/m2K, tuy nhiªn khi kh«ng kÓ ®Õn nhiÖt trë 1 α 2 cã thÓ ph¹m sai sè trong viÖc x¸c ®Þnh bÒ mÆt ®èt cña bé qu¸ nhiÖt ®Õn 4%. ë bé h©m n−íc vµ bÒ mÆt sinh h¬i cã α 2 = ( 5 ÷ 20 ) × 103 (W/m2K) nªn nhiÖt trë 1 α 2 cã thÓ bá qua, do ®ã: k = α1 (1 + εα1 ) , W/m2K (5-41) ë bé sÊy kh«ng khÝ α1 ≈ α 2 . V× ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ta kh«ng cã nh÷ng sè liÖu vÒ nhiÖt trë cña líp b¸m bÈn ε vµ møc ®é bäc kh«ng ®Òu bÒ mÆt bëi dßng khãi vµ dßng kh«ng khÝ nªn ¶nh h−ëng ®ång thêi cña chóng ®−îc kÓ ®Õn b»ng hÖ sè sö dông ξ x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm. Do vËy hÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: αα 1 k=ξ = ξ 1 2 , W/m2K (5-42) α1 + α 2 1 1 + α1 α 2 HÖ sè sö dông ξ phô thuéc d¹ng nhiªn liÖu ®èt vµ kiÓu bé sÊy kh«ng khÝ. HÖ sè truyÒn nhiÖt k ë bé sÊy kh«ng khÝ quay (kiÓu hoµn nhiÖt) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ξπ k= , W/m2K (5-43) 1 1 + x1α1 x 2α 2 trong ®ã: x1 = Fg / F lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho khãi ®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn tæng cña bé sÊy kh«ng khÝ; x 2 = Fkk / F lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho kh«ng khÝ ®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn tæng cña b« sÊy kh«ng khÝ; α1 vµ α 2 lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch kim lo¹i vµ tõ v¸ch kim lo¹i cho kh«ng khÝ; π lµ hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña sù trao ®æi nhiÖt, ®−îc x¸c ®Þnh phô thuéc vµo tèc ®é quay cña r«to nh− sau: ≥ 1,5 n (vßng/phót) 0,5 1,0 π 0,85 0,97 1,0 Ver. 1.0 75
HÖ sè táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch èng cña chïm èng ®èi l−u α1 ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: α1 = ξ1 (α ®l + α bx ) , W/m2K (5-44) trong ®ã ξ1 lµ hÖ sè sö dông kÓ ®Õn sù gi¶m l−îng nhiÖt hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt do khãi bao phñ kh«ng ®Òu. §èi víi c¸c èng ®−îc khãi bao phñ ngang ë c¸c lß h¬i hiÖn ®¹i lÊy hÖ sè ξ = 1 . a. HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u α ®l HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u phô thuéc vµo tèc ®é vµ nhiÖt ®é dßng, kÝch th−íc th¼ng x¸c ®Þnh, sù bè trÝ èng trong chïm, d¹ng bÒ mÆt (tr¬n hay cã c¸nh) vµ ®Æc ®iÓm dßng khãi bao phñ bÒ mÆt ®ã (däc, ngang hay chÐo), c¸c tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ch¶y qua chïm èng, vµ trong mét sè tr−êng hîp vµo nhiÖt ®é v¸ch èng. * HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt song song vµ c¸c b¨ng èng, tÝnh chung cho toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ theo ®−êng kÝnh ngoµi cña èng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: λ α ®l = 0, 2 Re 0,65 Pr 0,33Cz Cs , W/m2K (5-45) d víi Cz ®−îc hiÖu chØnh vÒ sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i, ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo sè d·y trung b×nh trong tõng chïm nhá cña chïm èng ®−îc kh¶o s¸t nh− sau: ⎧ z2 < 10 → Cz = 0,91 + 0, 0125 ( z2 − 2 ) ⎪ ⎨ , (5-45a) ⎪ z2 ≥ 10 → Cz = 1 ⎩ vµ Cs ®−îc hiÖu chØnh vÒ ®Æc tÝnh h×nh häc cña chïm èng, tïy thuéc vµo b−íc däc vµ ngang t−¬ng ®èi, σ 2 vµ σ 1 : -2 ⎡ ⎛ σ ⎞⎤ 3 Cs = ⎢1 + ( 2σ 1 − 3) ⎜1 − 2 ⎟ ⎥ , (5-45b) ⎝ 2⎠⎥ ⎢ ⎣ ⎦ trong ®ã σ 1 = s1 d vµ σ 2 = s2 d . Khi 2 ≥ 2, 1 < 1,5 th× Cs =1, (5-45c) Khi 2 < 2, 1 > 3 th× thay 1 = 3 vµo c«ng thøc (5-45b) * HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt sole ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: λ α ®l = Re 0,6 Pr 0,33C's C'z , W/m2K (5-46) d C's lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo b−íc ngang t−¬ng ®èi σ 1 vµ trong ®ã: vµo gi¸ trÞ cña σ −1 ϕσ = 1 , (5-47) σ'2 − 1 Ver. 1.0 76
ë ®©y σ '2 lµ b−íc t−¬ng ®èi trung b×nh theo ph−¬ng ®−êng chÐo gi÷a c¸c èng, vµ C' z lµ hiÖu chØnh sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i. Ver. 1.0 77
* §èi víi chïm èng trong ®ã mét phÇn èng bè trÝ sole, mét sè èng bè trÝ song song th×: α H + α ss H ss α ®l = sole sole , W/m2K (5-48) H sole + H ss NÕu phÇn èng bè trÝ sole (song song) > 85% toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt th× chïm èng ®ã ®−îc coi nh− lµ chïm èng sole (song song). * HÖ sè táa nhiÖt khi bao phñ däc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bëi dßng rèi mét pha (khãi, kh«ng khÝ, n−íc, h¬i) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: λ α ®l = 0, 023 Re 0,8 Pr 0,4 Ct Cd Cl , W/m2K (5-49) d trong ®ã: Ct lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ nhiÖt ®é phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dßng khãi vµ nhiÖt ®é v¸ch èng; Cd lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ ®−êng kÝnh èng; Cl lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ chiÒu dµi t−¬ng ®èi (khi (l / d) ≥ 50 th× Cl = 1 ). * HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ quay (tèc ®é quay cña r«to n = 1,5 ÷ 5 vßng/phót) vÒ phÝa khãi vµ vÒ phÝa kh«ng khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: λ ⎛ ω d t® ⎞ 0,8 α ®l = A 0,4 2 ⎜ ν ⎟ Pr C t Cl , W/m K (5-50) d t® ⎝ ⎠ ë ®©y: A lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh bëi lo¹i vËt liÖu vµ c¸ch bè trÝ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt; λ lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña khãi vµ kh«ng khÝ, W/mK; d t® lµ ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng, m; ω l tèc ®é tÝnh to¸n cña khãi vµ kh«ng khÝ, m/s. b. HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y α bx HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau q bx α bx = , W/m2K (5-51) ( θ − t tr ) 5.3.2.3. §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh cho toµn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµ hiÖu sè nhiÖt ®é cña m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, phô thuéc vµo ph−¬ng chuyÓn ®éng t−¬ng hç gi÷a hai m«i tr−êng. H×nh 5.3. Sù thay ®æi nhiÖt ®é cña c¸c m«i tr−êng däc theo bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. a - ChuyÓn ®éng cïng chiÒu; b - ChuyÓn ®éng ng−îc chiÒu. Ver. 1.0 78
Trong tr−êng hîp hai dßng chuyÓn ®éng cïng chiÒu thuÇn tóy vµ ng−îc chiÒu thuÇn tóy th× ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh ®−îc tÝnh nh− lµ hiÖu trung b×nh logarit c¸c nhiÖt ®é m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng (xem h×nh vÏ 5.3) ∆t − ∆tb o ∆t = l ,C (5-52) ∆tl ln ∆tb trong ®ã: ∆t l lµ hiÖu sè nhiÖt ®é lín cña 2 m«i tr−êng; ∆t b lµ hiÖu sè nhiÖt ®é nhá cña 2 m«i tr−êng (nãng vµ ®−îc ®èt nãng). ∆t l ≤ 1, 7 th× víi ®é chÝnh x¸c cho phÐp cã thÓ tÝnh ∆t nh− sau: Khi ∆t b ∆t + ∆t b ∆t = l = θ − t , oC (5-53) 2 trong ®ã θ vµ t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña hai m«i tr−êng. Khi nhiÖt ®é cña mét trong hai m«i chÊt kh«ng thay ®æi còng cã thÓ tÝnh ∆t theo c¸c c«ng thøc trªn. NÕu ∆t th ≥ 0,92∆t ng th× ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é ®èi víi s¬ ®å phøc t¹p bÊt kú nµo còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ∆t + ∆t ng o ∆t = th ,C (5-54) 2 trong ®ã ∆tth vµ ∆tng lÇn l−ît lµ ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh khi hai dßng cïng chiÒu vµ ng−îc chiÒu hoµn toµn. §èi víi s¬ ®å hçn hîp song song vµ hçn hîp nèi tiÕp ta x¸c ®Þnh ∆t nh− sau: ∆t = ψ ∆t ng , oC (5-55) víi ψ lµ hÖ sè tÝnh ®æi tõ s¬ ®å dßng ng−îc chiÒu sang s¬ ®å phøc t¹p h¬n. HÖ sè ψ trong dßng c¾t nhau tïy thuéc sè lÇn c¾t nhau vµ sù thay ®æi nhiÖt ®é cña m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng. 5.4 TÝnh nhiÖt thiÕt bÞ lß h¬i 5.4.1 Kh¸i niÖm TÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ lµ tÝnh chÕ t¹o hay tÝnh kiÓm tra. Ph−¬ng ph¸p tÝnh lµ chung cho c¶ hai tr−êng hîp. TÝnh nhiÖt chÕ t¹o vµ tÝnh nhiÖt kiÓm tra kh¸c nhau ë môc ®Ých tÝnh vµ c¸c ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m. TÝnh nhiÖt chÕ t¹o nh»m x¸c ®Þnh kÝch th−íc buång löa vµ ®é lín bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña mäi phÇn tö cña lß h¬i ®−îc thiÕt kÕ, ®Ó ®¶m b¶o nhËn ®−îc s¶n l−îng h¬i vµ c¸c th«ng sè ®Þnh møc cña h¬i øng víi thµnh phÇn nhiªn liÖu vµ nhiÖt ®é n−íc cÊp cho tr−íc. Trong nhiÖm vô tÝnh to¸n ph¶i cho biÕt s¶n l−îng h¬i ®Þnh møc cña lß, c¸c th«ng sè cña h¬i ë chç ra khái bé qu¸ nhiÖt, nhiÖt ®é n−íc cÊp vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. KiÓu lß, ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu, kiÓu buång löa, nhiÖt ®é khãi Ver. 1.0 79
tho¸t vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng hoÆc cho tr−íc trong nhiÖm vô thiÕt kÕ hoÆc chän tïy thuéc vµo c¸c th«ng sè h¬i, s¶n l−îng h¬i cña lß vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. NÕu lß h¬i cã bé qu¸ nhiÖt trung gian th× trong nhiÖm vô thiÕt kÕ cÇn cho biÕt l−u l−îng vµ th«ng sè cña h¬i qu¸ nhiÖt trung gian ë chç vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt trung gian. ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra ®−îc tiÕn hµnh cho lß h¬i ®· cã s½n, nh− vËy lµ ®· biÕt kiÓu lß h¬i vµ buång löa, ®Æc tÝnh h×nh häc cña c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c cña lß. Môc ®Ých tÝnh ë ®©y lµ x¸c ®Þnh ®é kinh tÕ cña lß vµ ®¸nh gi¸ møc ®é lµm viÖc tin cËy cña lß ®èi víi nhiªn liÖu ®· cho, ph¸t hiÖn c¸c ®Æc tÝnh nhiÖt cña lß ë nh÷ng phô t¶i kh¸c nhau vµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh (sù lµm viÖc cña lß h¬i). ViÖc tÝnh to¸n cã thÓ thùc hiÖn ë phô t¶i ®Þnh møc vµ ë phô t¶i kh¸c ®Þnh møc. TÝnh kiÓm tra còng ®−îc tiÕn hµnh sau khi c¶i tiÕn buång löa hoÆc c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c nh»m n©ng cao s¶n l−îng vµ tÝnh kinh tÕ cña thiÕt bÞ lß h¬i. TÝnh kiÓm tra ®−îc thùc hiÖn khi thay ®æi nhiÖt ®é n−íc cÊp, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt, nhiªn liÖu ®èt cã tÝnh chÊt kh¸c so víi nhiªn liÖu dïng khi thiÕt kÕ. C¸c ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m khi tÝnh kiÓm tra lµ nhiÖt ®é khãi ë cuèi buång löa θ '' bl vµ trªn däc ®−êng khãi ®i vµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é vµ tèc ®é khãi, n−íc, h¬i, kh«ng khÝ ë tõng phÇn tö cña lß h¬i. Sau khi tÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ trªn c¬ së c¸c sè liÖu nhËn ®−îc ®Ó tiÕn hµnh tÝnh khÝ ®éng, thñy ®éng, søc bÒn vµ chÕ ®é nhiÖt ®é cña c¸c èng, chÕ ®é n−íc vµ chÊt l−îng h¬i, ®éng lùc häc cña thiÕt bÞ lß h¬i vµ toµn bé khèi lß h¬i tuabin. TiÕp sau ®ã tÝnh hÖ thèng chuÈn bÞ nhiªn liÖu vµ c¸c phÇn tö cña lß nh− vßi phun chÝnh, vßi phun phô, 5.4.2 Nh÷ng ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ThiÕt bÞ lß h¬i bao gåm mét sè l−îng lín c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt nèi tiÕp nhau däc ®−êng khãi ®i. Sù lµm viÖc cña tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ cña toµn bé lß h¬i ®−îc m« t¶ b»ng mét hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh: C©n b»ng vËt chÊt, c©n b»ng n¨ng l−îng, trao ®æi nhiÖt vµ trao ®æi chÊt, tr¹ng th¸i vµ chuyÓn ®éng. 1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt ®−îc viÕt c¶ cho chÊt t¶i nhiÖt vµ cho khãi. §èi víi chÊt t¶i nhiÖt ta cã: D h = D ncÊp + D x¶ , kg/s (5-56) §èi víi khãi ta cã: Vk = Vk0 + ( α − 1) Vkk , 0 (5-57) 2. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng a. Ph−¬ng tr×nh liªn hÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra vµ l−îng nhiÖt sö dông trong thiÕt bÞ lß h¬i: BQ lv ηlß = D ( i qn − i nc ) + D trg ( i trg − i trg ) + D x¶ ( i' − i nc ) , (5-58) r v t 6 víi ηlß = 1 − ∑ q i , % i=2 Ver. 1.0 80
b. Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn sù c©n b»ng gi÷a l−îng nhiÖt nhËn ®−îc tõ s¶n phÈm ch¸y céng víi l−îng lät kh«ng khÝ l¹nh vµ nhiÖt l−îng truyÒn cho m«i chÊt vµ to¶ vµo m«i tr−êng xung quanh: ϕ ⎡ Btt ( I'' − I' ) + ∆Q lät ⎤ = D∆i , (5-59) ⎣ ⎦ 3. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i Khãi lµ mét hçn hîp nhiÒu chÊt khÝ kh¸c nhau. Quan hÖ gi÷a thÓ tÝch khãi vµ nhiÖt ®é ®−îc thÓ hiÖn qua ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ lý t−ëng. NhiÖt dung riªng cña tõng chÊt khÝ thµnh phÇn trong khãi phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ cho trong c¸c b¶ng. Sù liªn hÖ gi÷a c¸c th«ng sè cña chÊt t¶i nhiÖt (ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i) ®−îc cho d−íi d¹ng b¶ng (b¶ng c¸c tÝnh chÊt vËt lý nhiÖt cña n−íc vµ lß h¬i). 4. Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt §−îc viÕt riªng cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Khi tÝnh to¸n ta gi¶i ph−¬ng tr×nh nµy cïng víi c¸c ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt vµ c©n b»ng n¨ng l−îng viÕt cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt diÔn t¶ sù kh«ng thay ®æi l−u l−îng cña chÊt t¶i nhiÖt vµ cña khãi theo thêi gian. §èi víi chÊt t¶i nhiÖt th× ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ cã thÓ cã sù thay ®æi l−u l−îng chÊt t¶i ë ®Çu hay cuèi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, cßn trong ph¹m vi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt l−u l−îng kh«ng thay ®æi D = const (5-60a) §èi víi ®−êng khãi ta coi r»ng cã lät kh«ng khÝ l¹nh ë ®Çu vµ cuèi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, b¶n th©n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm viÖc víi l−îng lät kh«ng ®æi vµ ®−îc tÝnh b»ng gi¸ trÞ trung b×nh sè häc: BVk = const (5-60b) §èi víi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u vµ nöa bøc x¹ ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt cã d¹ng D∆i = kH∆t , (5-60c) trong ®ã ∆t lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh logarit. HÖ c¸c ph−¬ng tr×nh (5-60a) - (5-60c) ®−îc viÕt cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. 5.4.3. Thø tù tÝnh to¸n 1. Thø tù tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ lß h¬i cã bao h¬i (cã tuÇn hoµn tù nhiªn) Ph¸c th¶o kiÓu d¸ng lß h¬i; - TÝnh to¸n thÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y. X¸c ®Þnh thÓ tÝch thùc cña kh«ng khÝ vµ s¶n phÈm ch¸y (khãi); - X¸c ®Þnh entanpi cña s¶n phÈm ch¸y vµ cña kh«ng khÝ; - TiÕn hµnh c©n b»ng nhiÖt cña lß h¬i, x¸c ®Þnh c¸c tæn thÊt nhiÖt q2 , q3 , q4 , q5 , q6 , tÝnh hiÖu suÊt cña lß h¬i, tÝnh l−îng nhiªn liÖu tiªu hao thùc tÕ vµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n; - ThiÕt kÕ buång löa: Chän tiÕt diÖn buång löa dùa vµo nhiÖt thÕ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña buång löa qf (kW/m2), chän s¬ bé nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa Ver. 1.0 81
θ '' bl , sau ®ã x¸c ®Þnh diÖn tÝch toµn bé c¸c t−êng cña buång löa Fv (m2), diÖn tÝch bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cña c¸c dµn èng sinh h¬i ®Æt trong buång löa. ViÖc tÝnh to¸n nhiÖt buång löa ®−îc kÕt thóc b»ng viÖc kiÓm tra sù phï hîp cña nhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa qv (kW/m3), gi¸ trÞ cña nã kh«ng ®−îc v−ît gi¸ trÞ giíi h¹n cho trong c¸c b¶ng; - TÝnh nhiÖt pheston hoÆc bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng ®Æt ë cöa ra buång löa; - Ph©n phèi nhiÖt l−îng cho c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt sau buång löa; - ThiÕt kÕ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u; - ThiÕt kÕ bé h©m n−íc; - ThiÕt kÕ bé sÊy kh«ng khÝ. 2. Thø tù tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i ®−îc thùc hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn tiÕp. Lóc ®Çu cho s¬ bé nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß h¬i θ th¶i , trªn c¬ së ®ã thùc hiÖn tÝnh nhiÖt cña lß h¬i vµ tÝnh to¸n chÝnh x¸c gi¸ trÞ cña θ th¶i . TiÕp ®ã x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña lß h¬i ηlß vµ tÝnh c¸c l−îng nhiªn liÖu tiªu hao B , Btt . Sau khi chän s¬ bé gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng tKKN cã thÓ tÝnh nhiÖt cña buång löa vµ c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c. NhiÖm vô cña viÖc tÝnh buång löa lµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é thùc cña khãi ë cöa ra buång löa θ '' bl . Tr−íc hÕt cho s¬ bé mét gi¸ trÞ cña θ '' bl vµ sÏ lµm chÝnh x¸c sau ®ã theo c«ng thøc: Ta θ ''bl = − 273 , oC (5-61) 0 ,6 ⎛ a bl ⎞ 1+ M ⎜ ⎟ ⎝ Bo ⎠ Khi cã sù sai kh¸c lín (trªn 100 oC) ph¶i chän gi¸ trÞ kh¸c cña θ ''bl vµ tÝnh l¹i. ViÖc tÝnh c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®Æt sau buång löa còng theo ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn tiÕp. TÝnh QCB vÒ phÝa khãi hay vÒ phÝa m«i chÊt sau ®ã so s¸nh QCB víi QTN . ë pheston sai kh¸c gi÷a QCB vµ QTN cho phÐp ®Õn 5%, ®èi víi c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u kh¸c cho phÐp sai kh¸c gi÷a QCB vµ QTN lµ 2%. ViÖc tÝnh to¸n ®−îc coi lµ kÕt thóc nÕu gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é khãi th¶i θ th¶i chän s¬ bé vµ gi¸ trÞ tÝnh to¸n sai kh¸c nhau b»ng hoÆc nhá h¬n ±10 oC vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng chän vµ tÝnh sai kh¸c nhau nhá h¬n hay b»ng ±40 oC. NÕu kh«ng tháa m·n nh÷ng yªu cÇu trªn ph¶i tÝnh l¹i b»ng viÖc chän gi¸ trÞ míi cña θ th¶i . Ngµy nay cã thÓ øng dông nh÷ng thµnh tùu cña c«ng nghÖ th«ng tin vµo viÖc gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt cña lß h¬i. Muèn vËy tr−íc hÕt ph¶i x©y dùng m« h×nh to¸n cña lß h¬i, lËp tr×nh ®Ó gi¶i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. Thêi gian gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt lß h¬i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö kho¶ng d−íi 10 phót. Ver. 1.0 82