Giáo trình lò luyện kim - chương 7

Chia sẻ: Vu Manh Cuong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

170
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình lò luyện kim - chương 7', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình lò luyện kim - chương 7

Ch−¬ng 7 HÖ thèng tho¸t khãi, cÊp giã vµ thiÕt bÞ tËn dông nhiÖt khãi lß 7.1. HÖ thèng tho¸t khãi 7.1.1. CÊu tróc cña hÖ thèng tho¸t khãi Th«ng th−êng hÖ thèng tho¸t khãi cho lß bao gåm c¸c kªnh khãi, cèng khãi vµ èng khãi lµm nhiÖm vô dÉn s¶n phÈm ch¸y tõ lß ra ngoµi trêi. CÊu tróc cña hÖ thèng tho¸t khãi rÊt ®a d¹ng phô thuéc cÊu tróc lß vµ vÞ trÝ ®Æt hÖ thèng tho¸t khãi. Th«ng th−êng c¸c lß cã c«ng suÊt nhá hoÆc kh«ng dïng thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, hoÆc dïng thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt h×nh kim, thiÕt bÞ èng nh½n kiÓu èng th¼ng, ng−êi ta bè trÝ hÖ thèng khãi ë ngay phÝa trªn nãc lß. Nh÷ng lß cã c«ng suÊt trung b×nh vµ lín, cã thiÕt bÞ hoµn nhiÖt, thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt b»ng gèm ... th−êng bè trÝ hÖ thèng tho¸t khãi ®i ch×m d−íi nÒn ph©n x−ëng. C¸ch bè trÝ hÖ thèng tho¸t khãi ®i ch×m cã −u ®iÓm gi¶i phãng ®−îc mÆt b»ng quanh lß, thuËn tiÖn cho vËn hµnh lß nh−ng g©y khã kh¨n vµ tèn kÐm trong x©y dùng. §a sè c¸c lß luyÖn kim, do môc ®Ých sö dông nhiÖt trong lß, th−êng bè trÝ c¸c kªnh khãi dÉn khãi tõ buång lß qua ®¸y hoÆc t−êng ®i xuèng phÝa d−íi vµ tËp trung vµo cèng khãi ®Ó tíi èng khãi. Trªn h×nh 7.1 tr×nh bµy cÊu tróc ®iÓn h×nh cña mét hÖ thèng tho¸t khãi cña lß nung liªn tôc. A -A 1 A 6 2 3 4 5 A H×nh 7.1 S¬ ®å hÖ thèng tho¸t khãi lß nung liªn tôc 1) Kh«ng gian lß 2) Kªnh khãi 3) Cèng khãi 4)ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 5) Van 6) èng khãi Kªnh khãi th−êng cã tiÕt diÖn ch÷ nhËt, lµm nhiÖm vô dÉn khãi tõ kh«ng gian lß tíi cèng khãi. MiÖng kªnh khãi cã thÓ bè trÝ trªn ®¸y lß hoÆc trªn t−êng tïy theo yªu cÇu c«ng nghÖ. Khi bè trÝ miÖng kªnh khãi trªn ®¸y, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸ch kªnh - 131 -
kh«ng ®−îc nhá h¬n mét viªn g¹ch ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn cña thÓ x©y, ®ång thêi kÝch th−íc tiÕt diÖn cÇn chän sao cho kh«ng ®Ó vËt nung r¬i xuèng kªnh. Khi bè trÝ kªnh trªn t−êng lß th× chiÒu dµy t−êng lß (kh«ng kÓ chiÒu réng kªnh) ph¶i lín h¬n 460 mm. Cèng khãi th−êng cã tiÕt diÖn ch÷ nhËt ®øng, ®Ønh cuèn vßm, ®Æt ngÇm d−íi ®Êt, kho¶ng c¸ch tèi thiÓu tõ ®Ønh cèng khãi tíi mÆt nÒn ≥ 300mm. Nh÷ng n¬i cã n−íc ngÇm cèng khãi ®−îc ®Æt trong líp bª t«ng chèng thÊm, khi ®ã cÇn c¸ch nhiÖt tèt ®Ó kh«ng lµm cho bª t«ng bÞ ph¸ hñy. Trªn ®−êng dÉn khãi lß cã thÓ ®Æt thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt (th−êng lµ ë phÇn cèng khãi) vµ ®Æt van ®iÒu chØnh l−îng khãi lß ®i ra èng khãi. èng khãi lµ bé phËn t¹o søc hót ®Ó ®−a s¶n phÈm ch¸y tõ buång lß th¶i ra m«i tr−êng. Tïy theo c«ng suÊt lß vµ nhiÖt ®é khÝ th¶i cã thÓ sö dông èng khãi x©y g¹ch, èng khãi kim lo¹i hoÆc èng khãi b»ng bª t«ng chÞu nhiÖt. Khi thiÕt kÕ hÖ thèng tho¸t khãi cÇn l−u ý c¸c nguyªn t¾c sau: - Bè trÝ c¸c kªnh khãi sao cho khãi lß tõ buång lß vµo c¸c kªnh ®Òu nhau ®Ó kh«ng cã gãc chÕt. - §−êng dÉn khãi cµng ng¾n, cµng th¼ng cµng tèt, h¹n chÕ c¸c gãc ngoÆt, gÊp khóc, c¸c vÝ trÝ ®ét më, ®ét thu ®ét ngét lµm t¨ng trë lùc trªn ®−êng dÉn, ®ång thêi ®¶m b¶o thuËn tiÖn cho viÖc x©y thÓ x©y. - Nh÷ng n¬i cã nhiÒu lß ®Æt gÇn nhau nªn bè trÝ hÖ thèng tho¸t khãi cã chung mét èng khãi ®Ó gi¶m chi phÝ x©y dùng. 7.1.2. TÝnh hÖ thèng tho¸t khãi a) TÝnh l−îng khÝ lß ®i vµo kªnh L−îng khÝ lß khi b¾t ®Çu vµo kªnh khãi: VA = BVn − ∑ V0 .ψ [m3/h] (7.1) Trong dã: B - l−îng tiªu hao nhiªn liÖu [m3/h] hoÆc [kg/h]. Vn - l−îng s¶n phÈm ch¸y khi ®èt ch¸y mét ®¬n vÞ nhiªn liÖu [m3/kg] hoÆc [m3/m3]. ∑ V0 .ψ - tæng l−îng khÝ lß mÊt qua cöa thao t¸c vµ cöa quan s¸t [m3/h]. ⎛H ⎞ §èi víi cöa ®øng ⎜ > 3 ÷ 4 ⎟ : ⎝B ⎠ - 132 -
Vt V0 = (7.2) 1 + αt Vt = µBH 2gH(ρ kk − ρ k ) 2 3 ⎛B ⎞ §èi víi cöa n»m ⎜ > 3 ÷ 4 ⎟ : ⎝H ⎠ Vt' V0 = (7.3) 1 + αt Vt' = µBH 2gH(ρ kk − ρ k ) ψ lµ hÖ sè thêi gian më cöa: mP ψ= (7.4) 3600G f Víi m lµ thêi gian ra mét ph«i [s], P n¨ng suÊt lß [kg/h], Gf khèi l−îng mét ph«i[kg]. b) TÝnh tiÕt diÖn kªnh khãi DiÖn tÝch tiÕt diÖn kªnh khãi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: VA Fk = [m2] (7.5) 3600.Wk .N Trong ®ã: Wk - tèc ®é khÝ lß ®i trong kªnh , chän trong kho¶ng 1 - 2 m/s. N - sè kªnh. Kªnh khãi cã tiÕt diÖn ch÷ nhËt nªn ta cã: Fk = a.b BiÕt Fk ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c kÝch th−íc a vµ b. c) TÝnh diÖn tÝch tiÕt diÖn cèng khãi VA FC = [m2] (7.6) 3600.WC Trong ®ã: Wc - tèc ®é khÝ lß ®i trong cèng, chän trong kho¶ng 1,5 - 3 m/s. Dùa vµo tiÕt diÖn Fc tra b¶ng chän cèng khãi cã tiÕt diÖn F ≥ Fc. 7.1.3. TÝnh trë lùc trªn ®−êng dÉn khãi Tæng tæn thÊt ¸p suÊt ë hÖ thèng tho¸t khãi x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: - 133 -
∑ h tt = ∑ h ms + ∑ h cb ± ∑ h hh (7.7) Trong ®ã: Σhms - tæng tæn thÊt do ma s¸t trªn ®−êng dÉn. Σhcb - tæng tæn thÊt côc bé trªn d−êng dÉn. Σhhh - tæng tæn thÊt h×nh häc trªn ®−êng dÉn. a) TÝnh tæn thÊt ma s¸t Tæn thÊt ma s¸t trªn ®−êng dÉn x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: n ρ 0 k W02k L i T k ,i ∑ h ms = ∑ µ i . . i =1 2 D i T0 W02k L i . .ρ 0 k (1 + αt k ,i ) n ⇒ ∑ h ms = ∑ µi . (7.8) i =1 2 Di Trong ®ã: µi - hÖ sè ma s¸t trªn ®o¹n thø i. ρ0k, W0k - khèi l−îng riªng vµ tèc ®é khÝ lß ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn [kg/m3] vµ [m/s]. Li, Di - chiÒu dµi vµ ®−êng kÝnh thñy lùc cña ®o¹n kh¶o s¸t. 4 Fi Di = Ci Víi Fi [m2] vµ Ci [m] lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn vµ chu vi cña dßng ch¶y t¹i ®o¹n kh¶o s¸t. T0 - nhiÖt ®é ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn oK. T ki - nhiÖt ®é trung b×nh trªn ®o¹n thø i: Tk ( i −1) + Tki T ki = 2 Víi Tki = Tk ( i −1) − ∆Ti .l i ∆Ti - ®é gi¶m nhiÖt ®é trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi ®−êng dÉn[oK/m]. b) TÝnh tæn thÊt côc bé Tæn thÊt ¸p suÊt do trë lùc côc bé x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: n ρ 0 k W02k Tk ,i ∑ h cb = ∑ ξ i . . i =1 2 T0 - 134 -
W02k .ρ 0 k (1 + αt k ,i ) n ⇒ ∑ h cb = ∑ ξ i . (7.9) i =1 2 Trong ®ã: ξi - hÖ sè trë lùc côc bé t¹i mÆt c¾t i. Tk,i - nhiÖt ®é t¹i mÆt c¾t i. c) TÝnh tæn thÊt h×nh häc Tæn thÊt h×nh häc xuÊt hiÖn khi khÝ lß nhÑ h¬n kh«ng khÝ bao quanh chuyÓn ®éng tõ trªn xuèng d−íi hoÆc khi khÝ lß nÆng h¬n chuyÓn ®éng tõ d−íi lªn trªn. C«ng thøc x¸c ®Þnh tæn thÊt do trë lùc h×nh häc khi khÝ lß nhÑ h¬n kh«ng khÝ bao quanh chuyÓn ®éng tõ trªn xuèng d−íi: n ⎛ T0 T ⎞ ∑ h hh = ∑ gH i ⎜ ρ okk ⎜ − ρ ok 0 ⎟ i =1 ⎝ T kk ,i T k ,i ⎟ ⎠ ∑ h hh = ∑ gH i (ρ kk ,i − ρ k ,i ) n ⇒ (7.10) i =1 Trong ®ã: Hi - ®é cao cña ®o¹n kªnh kh¶o s¸t [m]. ρ 0 kk , ρ 0 k - khèi l−îng riªng kh«ng khÝ vµ khÝ lß ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn [kg/m3]. T kk ,i , T k ,i - nhiÖt ®é trung b×nh cña kh«ng khÝ vµ khÝ lß trªn ®o¹n kh¶o s¸t [oK]. Trong tr−êng hîp ng−îc l¹i, khÝ lß nhÑ ®i lªn hoÆc khÝ lß nÆng ®i xuèng, cét ¸p h×nh häc gi¶m tæn thÊt ¸p trªn ®−êng dÉn (hhh mang dÊu ©m). 7.1.4. TÝnh èng khãi ThiÕt kÕ èng khãi nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh chiÒu cao èng khãi vµ c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña èng khãi sao cho ®¶m b¶o lùc hót cña èng khãi lín h¬n trë lùc trªn ®−êng dÉn cña hÖ thèng tho¸t khãi. Sö dông ph−¬ng tr×nh Becnuly ta nhËn ®−îc quan hÖ gi÷a ¸p suÊt ©m ë ch©n èng khãi víi chiÒu cao cña nã, nhiÖt ®é s¶n phÈm ch¸y vµ c¸c tæn thÊt n¨ng l−îng khi s¶n phÈm ch¸y chuyÓn ®éng trong èng khãi: ⎛ T T ⎞ ⎜ ρ 0 kk 0 − ρ 0 k 0 ⎟ − ρ 0 k . 0 k ,2 ∆p = Hg⎜ ( W 2 − W02k ,1 T k . ) ⎝ Tkk Tk ⎟ ⎠ 2 T0 2 (7.11) W 0k T k H W02k , 2 Tk ,2 − µρ0 k . . − ρ0 k . [N / m 2 ] 2 T0 d tb 2 T0 Trong ®ã: - 135 -
∆p - ¸p suÊt ©m cÇn t¹o ra ë ch©n èng khãi [N/m2]: ∆p = k.∑ h tt (7.12) Víi k = 1,2 - 1,3 lµ hÖ sè kÓ ®Õn sù t¨ng trë lùc khi kªnh dÉn bÞ b¸m bôi vµ kh¶ n¨ng c−êng hãa qu¸ tr×nh. ∑ h tt - tæng tæn thÊt trªn ®−êng dÉn ®Õn ch©n èng khãi [N/m2]. Tõ ph−¬ng tr×nh (7.11) vµ (7.12), nhËn ®−îc c«ng thøc x¸c ®Þnh chiÒu cao èng khãi: k.∑ h tt + ρ 0 k . (W 2 0 k ,2 ) − W02k ,1 T k . + ρ0k W02k , 2 Tk ,2 . 2 T0 2 T0 H= 2 [m] (7.13) ⎛ T T ⎞ W Tk 1 g⎜ ρ 0 kk 0 − ρ 0 k 0 ⎟ + µρ0 k 0 k . . ⎜ ⎟ ⎝ Tkk Tk ⎠ 2 T0 d tb Trong ®ã: ρ 0 k , ρ 0 kk : khèi l−îng riªng khãi lß vµ kh«ng khÝ ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn [kg/m3]. W0 k ,1 , W0 k ,2 , lµ tèc ®é khãi lß t¹i ch©n, ®Ønh èng khãi ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn [m/s]. W 0 k lµ tèc ®é trung b×nh cña khãi lß trong èng khãi ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn: W0 k ,1 + W0 k ,2 W 0k = 2 ∆P (m) 420 Tkk - nhiÖt ®é kh«ng khÝ xung quanh [oK]. tk= 450oC 380 350 Tk ,1 + Tk ,2 340 Tk = - nhiÖt ®é trung b×nh cña khãi 300 250 150 2 200 o 260 lß trong èng khãi [ K]. 220 Tk ,1 , Tk ,2 - nhiÖt ®é khãi lß ë ch©n vµ ®Ønh èng 180 100 140 khãi [oK]. 100 µ - hÖ sè ma s¸t trong èng khãi. 60 d tb - ®−êng kÝnh trong trung b×nh cña èng khãi: 20 20 60 60 80 H (m) d + d2 d tb = 1 H×nh 7.2 BiÓu ®å 2 chän chiÒu cao s¬ bé cña Víi d1, d2 ®−êng kÝnh trong ë ch©n vµ ®Ønh èng èng khãi khãi [m]. - 136 -
C¸c th«ng sè trong c«ng thøc (7.13) ®−îc x¸c nh− sau: NhiÖt ®é khÝ lß t¹i miÖng èng khãi: Tk ,2 = Tk ,1 − ∆t.H sb T k - nhiÖt ®é trung b×nh cña khãi lß trong èng khãi [oK]. Víi ∆t lµ ®é gi¶m nhiÖt ®é trung b×nh cña khãi lß øng víi 1 m chiÒu cao èng khãi [oC/m], H sb lµ chiÒu cao èng khãi s¬ bé, chän theo gi¶n ®å h×nh 7.2. §−êng kÝnh ra cña miÖng èng khãi: 4Vk d2 = [m] (7.14) π.w 0 k ,2 §èi víi èngkhãi x©y b»ng g¹ch th× d2≥ 800mm. §−êng kÝnh ch©n èng khãi b»ng g¹ch vµ bª t«ng chän: d 1 = 1,5d 2 Tèc ®é khÝ lß t¹i miÖng èng khãi W0 k ,2 chän ≥ 3 - 4 m/s. ChiÒu cao èng khãi H tÝnh ®−îc tõ c«ng thøc 7.13 n»m trong kho¶ng H sb ± 10 % th× kh«ng ph¶i tÝnh l¹i. Tr−êng hîp H < 16 m, lÊy H = 16 m ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn vÖ sinh m«i tr−êng. 7.2. HÖ thèng cÊp giã vµ khÝ ®èt 7.2.1. CÊu tróc hÖ thèng cÊp giã HÖ thèng cÊp giã gåm thiÕt bÞ cÊp giã (qu¹t giã) vµ c¸c èng dÉn giã lµm nhiÖm vô dÉn kh«ng khi tõ thiÕt bÞ cÊp giã ®Õn thiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu. Trong tr−êng hîp dïng giã nãng, cã thªm ®−êng dÉn kh«ng khÝ ®i qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt tr−íc khi ®Õn thiÕt bÞ ®èt. Trªn h×nh 7.3 tr×nh bµy cÊu tróc cña hÖ thèng cÊp giã cña mét lß nung liªn tôc sö dông giã nãng. C¸c èng dÉn giã ®−îc lµm b»ng thÐp èng hµn, chiÒu dµy thµnh èng tõ 3 - 6 mm. NÕu èng dÉn giã nãng mµ nhiÖt ®é tkk < 500oC bªn ngoµi cã bäc c¸ch nhiÖt, cßn khi tkk > 500oC th× ngoµi líp bäc c¸ch nhiÖt, bªn trong èng cßn ph¶i lãt g¹ch chÞu löa m¸c thÊp. §èi víi c¸c lß dïng nhiªn liÖu khÝ, ngoµi c¸c èng dÉn giã cßn cã hÖ thèng èng dÉn khÝ ®èt. C¸c èng dÉn khÝ ®èt còng chÕ t¹o b»ng c¸c èng thÐp hµn, chiÒu dµy thµnh - 137 -
èng tõ 5 - 8 mm, bªn ngoµi bäc c¸ch nhiÖt nÕu tk 500oC. 3 5 1 5 2 4 H×nh 7.3 S¬ ®å cÊp giã cho lß nung liªn tôc 1) Qu¹t giã 2) èng dÉn giã l¹nh 3) èng dÉn giã nãng 4) èng dÉn giã pha lo·ng khãi lß 5)ThiÕt bÞ ®èt Khi thiÕt kÕ hÖ thèng cÊp giã cÇn l−u ý: - Bè trÝ ®−êng dÉn khÝ sao cho chiÒu dµi ®−êng dÉn cµng ng¾n cµng tèt, h¹n chÕ gÊp khóc vµ c¸c trë lùc côc bè kh¸c lµm t¨ng tæn thÊt ¸p suÊt trªn ®−êng dÉn, ®ång thêi kh«ng g©y trë ng¹i cho viÖc ®i l¹i vµ thao t¸c xung quanh lß. - Khi trong ph©n x−ëng cã nhiÒu lß gÇn nhau th× cã thÓ thiÕt kÕ mét hÖ thèng cÊp giã chung cho c¸c lß. - TÝnh to¸n trë lùc trªn ®−êng dÉn ®Ó chän qu¹t giã cÇn tÝnh cho nh¸nh cã tæn thÊt lín nhÊt. 7.2.2. TÝnh kÝch th−íc ®−êng èng dÉn giã vµ khÝ ®èt - DiÖn tÝch tiÕt diÖn èng dÉn giã: Vkk ,i Fkk ,i = (m2) (7.15) 3600.Wkk ,i Trong ®ã: Vkk ,i - l−u l−îng giã qua tiÕt diÖn ®o¹n èng kh¶o s¸t [m3/h]. Wkk ,i - tèc ®é giã qua tiÕt diÖn ®o¹n èng kh¶o s¸t [m/s], chän theo b¶ng 7.1. - §−êng kÝnh èng dÉn: 4.Fkk ,i d kk ,i = (m) (7.16) π - 138 -
B¶ng 7.1 Tèc ®é giã vµ khÝ ®èt trong èng dÉn DÞch thÓ W [m/s] Kh«ng khÝ l¹nh 8 - 12 Kh«ng khÝ nãng 4-6 KhÝ ®èt l¹nh, ¸p suÊt thÊp: - èng th¼ng 12 - èng cã h×nh phøc t¹p 6 KhÝ ®èt nãng, ¸p suÊt thÊp: 4-6 7.2.3. TÝnh tæn thÊt ¸p suÊt trªn ®−êng dÉn giã Tæng tæn thÊt trªn ®−êng dÉn giã x¸c ®Þnh theo c«ng thøc t−¬ng tù trong phÇn thiÕt kÕ hÖ thèng tho¸t khãi nh−ng l−u ý c¸c th«ng sè thiÕt kÕ (nh− ®é gi¶m nhiÖt ®é, hÖ sè trë lùc …) ®−îc chän theo kh«ng khÝ hoÆc khÝ ®èt. Tæng tæn thÊt: ∑ h tt = ∑ h ms + ∑ h cb ± ∑ h hh (7.17) Tæn thÊt ma s¸t: W02kk L i . .ρ 0 kk (1 + αt kk ,i ) n ∑ h ms = ∑ µi . (7.18) i =1 2 Di Tæn thÊt côc bé: W02kk .ρ 0 kk (1 + αt kk ,i ) n ∑ h cb = ∑ ξi . 2 (7.19) i =1 §èi víi lß dïng nhiªn liÖu r¾n, trë lùc trªn ®−êng dÉn giã ph¶i kÓ ®Õn trë lùc qua ghi lß hg. 7.3. ThiÕt bÞ tËn dông nhiÖt khãi lß 7.3.1. Ph©n lo¹i §Ó tËn dông nhiÖt khãi th¶i, trong c¸c lß luyÖn kim th−êng sö sông c¸c thiÕt bÞ thu håi nhiÖt ®Ó nung nãng kh«ng khÝ hoÆc khÝ ®èt. Theo nguyªn t¾c lµm viÖc ng−êi ta chia c¸c thiÕt bÞ thu håi nhiÖt thµnh hai lo¹i: - ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt: ho¹t ®éng liªn tôc, chÕ ®é nhiÖt ®é æn ®Þnh, kh«ng khÝ vµ khãi cïng ®i qua thiÕt bÞ. - 139 -
- ThiÕt bÞ hoµn nhiÖt: ho¹t ®éng theo chu kú, chÕ ®é nhiÖt ®é kh«ng æn ®Þnh, kh«ng khÝ vµ khãi lß ®i qua thiÕt bÞ trong nh÷ng kho¶ng thêi gian kh¸c nhau. D−íi ®©y chñ yÕu kh¶o s¸t thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt. 7.3.2. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt cã hai lo¹i: thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kiÓu gèm chÕ t¹o b»ng vËt liÖu phi kim (sam«t hoÆc cac b« run) vµ thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kim lo¹i ®−îc chÕ t¹o b»ng kim lo¹i (gang x¸m, thÐp c¸c bon thÊp, thÐp hîp kim chÞu nhiÖt …). Phæ biÕn lµ thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kim lo¹i. Theo cÊu t¹o thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kim lo¹i ®−îc chia ra lµm hai lo¹i: lo¹i èng kim lo¹i nh½n vµ lo¹i èng cã gai. Lo¹i èng nh½n ®−îc chÕ t¹o tõ c¸c èng thÐp nh½n cã ®−êng kÝnh trong d = 15 - 100 mm, chiÒu dµy thµnh èng tõ 3 - 5 mm. C¸c èng ®−îc bè trÝ thµnh chïm èng theo kiÓu bµn cê hoÆc so le, kh«ng khÝ ®i trong èng cßn khãi lß ®i ngoµi èng. NhiÖt ®é khãi lß th−êng kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 500oC. Lo¹i nµy cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt, hÖ sè truyÒn nhiÖt vµo kho¶ng 15 - 25 Kcal/m2.h.®é. KK nãng KK l¹nh KK nãng KK l¹nh a) b) H×nh 7.2 S¬ ®å cÊu t¹o thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kim lo¹i a) èng tr¬n b) èng cã gai Lo¹i èng mÆt cã gai ®−îc chÕ t¹o tõ gang chÞu nhiÖt chøa 1,5 - 30 %Cr, cã gai hai mÆt hoÆc cã gai mÆt trong, mÆt ngoµi nh½n. Do bÒ mÆt cã gai, nªn lo¹i nµy cã hÖ sè - 140 -
truyÒn nhiÖt lín, kho¶ng 80 - 100 Kcal/m2.h.®é, nh−ng kÕt cÊu phøc t¹p, khã l¾p ®Æt vµ l−îng kh«ng khÝ rß lín. 7.3.3. TÝnh to¸n thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt Môc ®Ých tÝnh to¸n thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt lµ x¸c ®Þnh bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cÇn thiÕt cña thiÕt bÞ. Khi chÕ ®é nhiÖt æn ®Þnh, l−îng nhiÖt truyÒn tõ khãi lß qua thµnh cña thiÕt bÞ ®Õn kh«ng khÝ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Q = K.∆t tb .F [Kcal/h] hoÆc [W] Q ⇒ F= [m2] (7.20) K.∆t tb L−îng nhiÖt Q cÇn truyÒn tõ khãi lß ®Õn kh«ng khÝ: ( kk kk kk kk ) k k( k k ) Q = Vkk C c .t c − C d .t d = Vk C c .t c − C d .t d .η (7.21) Trong ®ã: Vkk - l−îng kh«ng khÝ cÇn nung nãng [m3/h]. Vk - l−îng khãi lß ®i qua thiÕt bÞ [m3/h]. η - hÖ sè sö dông nhiÖt cña thiÕt bÞ 0,85 - 0,90. C d , C c vµ C d , C c lµ nhiÖt dung riªng cña kh«ng khÝ vµ khi lß tr−íc khi vµo vµ kk kk k k sau khi ra khái thiÕt bÞ. t d , t c vµ t d , t c lµ nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ vµ khÝ lß tr−íc khi vµo vµ sau khi ra kk kk k k khái thiÕt bÞ. K - hÖ sè truyÒn nhiÖt tõ khãi ®Õn kh«ng khÝ: Khi t−êng ph¼ng: 1 K= (7.22) 1 S 1 + + α k λ α kk Khi t−êng h×nh trô: 1 K= (7.22) 1 1 r 1 + . 2+ α k .r1 λ r1 α kk .r2 - 141 -
HiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh ∆t tb x¸c ®Þnh phô thuéc nhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi, h−íng chuyÓn ®éng cña khãi vµ kh«ng khÝ. Trªn h×nh 7.3 tr×nh bµy mét sè tr−êng hîp th«ng dông vµ biÓu ®å nhiÖt ®é sö dông ®Ó tÝnh ∆t tb . KK K K K KK KK Ng−îc dßng Giao nhau ThuËn dßng K K KK KK ChÝnh giao thuËn dßng ChÝnh giao ng−îc dßng o tC toC td k tk td k tck tk c tc kk tkk t kk tc k tkk td kk td kk L (m) L (m) ThuËn dßng Ng−îc dßng H×nh 7.3 Ph©n lo¹i chuyÓn ®éng khãi lß vµ kh«ng khÝ HiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh trong thiÕt bÞ x¸c ®Þnh theo nhiÖt ®é trung b×nh logarit: ∆t d − ∆t c ∆t tb = (6.23) ∆t 2,3. lg d ∆t c Trong ®ã: ∆t d - hiÖu sè nhiÖt ®é t¹i ®Çu khãi vµo: ThuËn dßng: ∆t d = t d − t d k kk NghÞch dßng: ∆t d = t d − t c k kk ∆t c - hiÖu sè nhiÖt ®é t¹i ®Çu khãi ra: ThuËn dßng: ∆t c = t c − t c k kk - 142 -
NghÞch dßng: ∆t c = t c − t d k kk Sau khi tÝnh ®−îc Fk, tra b¶ng chän lo¹i èng trao ®æi nhiÖt, sè l−îng èng vµ bè trÝ sè l−îng èng trong mét hµng vµ sè hµng cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cña thiÕt bÞ lín h¬n hoÆc b»ng gi¸ trÞ tÝnh ®−îc. - 143 -
Tµi liÖu tham kh¶o 1. Ph¹m V¨n TrÝ, D−¬ng §øc Hång, NguyÔn C«ng CÈn: “Lß c«ng nghiÖp” . §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi - 1996. 2. Bé m«n LuyÖn kim: “Nguyªn lý lß luyÖn kim”. §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi - 1968. 3. E.I. Kazanxev: “Pr«m−slenn−i petchi”. NXB “Metalurghi” , Moskva - 1975. 4. H.E. Xentruk, H. Dzmakin: “Tepl«v−i ratri«t− plachenn−x petchªi dlia nagrepva i tepl««brab«tki metala”. NXB Minxk -1974. - 144 -
- 145 -