Thiết bị nhiệt - Chương 5

Chia sẻ: Nguyễn NHi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CẤU TẠO CÁC CHI TIẾT CỦA LÒ 5.1 ỐNG DẪN KHÍ. Ống dẫn khí dung để vận chuyển nhiên liệu khí, không khí và khói lò. Tuỳ theo tính chất của mỗi loại khí mà ta sử dụng kết cấu ống dẫn khác nhau. Nhiên liệu khí sạch và nguội có thể chuyển vận trong ống thép, các ống thép này có thể treo hoặc đặt trên các cột bêtông hay thép.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết bị nhiệt - Chương 5

CHƯƠNG 5 CẤU TẠO CÁC CHI TIẾT CỦA LÒ 5.1 ỐNG DẪN KHÍ. Ống dẫn khí dung để vận chuyển nhiên liệu khí, không khí và khói lò. Tuỳ theo tính chất của mỗi loại khí mà ta sử dụng kết cấu ống dẫn khác nhau. Nhiên liệu khí sạch và nguội có thể chuyển vận trong ống thép, các ống thép này có thể treo hoặc đặt trên các cột bêtông hay thép. Đôi khi đặt trên tường hay mái nhà hoặc trên các tầng hoặc hành lang, nhiên liệu khí cao nhiệt thường đặt ngầm dưới đất. Để ngắt một phần ống dẫn có thể dung các mặt bích xiết chặt bằng bulong. Tiết diện ngang của ống dẫn khí sạch được tính toán với tốc độ 6-12 m/s, khi cao nhiệt 20-70 m/s. Khí than không sạch có nhiệt độ cao hơn 3000C được vận chuyển trong ống thép nối, trong lớp gạch chịu lửa. Các ống này phải có phòng lắng bụi và cửa tháo cặn. Khí có nhiệt độ thấp có thể vận chuyển trong ống thép không lót và đặt trên mặt đất, chất ngưng tụ theo ống nhánh nhúng vào van thuỷ lực. Dòng nước có thể đưa cặn đi nơi khác. Ở lò có buồng hồi nhiệt gián đoạn, ống dẫn khí giữa van đổi chiều và buồng hồi nhiệt phải làm ngầm dưới đất. Khí có chứa nhựa than nằm dưới áp suất dương nhỏ có thể dung ống dẫn ngầm bằng gạch. Dưới tác dụng của áp suất, khí thấm qua mạch và nhựa than sẽ chét kín các khe hở. Trong các ống dẫn bằng kim loại khí không sạch chuyển vận với tốc độ 1-2 m/s, ống dẫn bằng gạch 0,5-1m/s. Ống dẫn không khí thường bằng thép. Tốc độ không khí trong ống lấy bằng 5- 15m/s, nếu không khí có nhiệt độ không cao lắm cần phải cách nhiệt bên ngoài ống. Nếu nhiệt độ trên 4000C thì cần phải lót và cách nhiệt bên trong ống. Khí lò thường vận chuyển trong kênh gạch. Nếu nhiệt độ thấp thì xây bằng gạch đỏ, khi nhiệt độ cao phải xây gạch samốt bên trong. 131
Để chuyển vận khí, thường dung quạt gió hay máy nén khí. Ống dẫn nhiên liệu lỏng thường bằng thép hàn hoặc ghép bằng mặt bích. 6.2 CÁC KIỂU VAN 132
Người ta phân biệt van ngắt mạch, phân dong, van điều chỉnh lưu lượng khí, van xả khí hay van đưa khí vào, van đổi chiều, van bảo hiểm. Về nguyên tắc làm việc người ta còn chia ra loại van thuỷ lực va van khô. Trên đường ống dẫn không khí và nhiên liệu khí sạch, người ta dung cửa van để cho khí vào hay xả khí ra hoặc điều chinh lưu lượng khí. Trong trường hợp ống dẫn có cỡ đường kính nhỏ ta có thể dung các loại khoá ( như của hệ thống dẫn nước). Ống dẫn khí than kích thước lớn ta sử dụng van mâm kiểu khô và thuỷ lực( HÌnh 5.1). Nếu nhiệt độ khí quá cao thì phải làm nguội khí bằng nước. Để điều chỉnh lưu lưọng khí lò người ta thường dung tấm chắn bằng thép nếu nhiệt độ thấp, hoặc gang nếu nhiệt độ cao. Các tấm chắn này thường trượt theo rãnh của khung thép đặt hơi nghiêng. Với kết cấu như vậy việc kéo tấm chắn sẽ nhẹ nhàng hơn ( xem hình 5.2). Khi nhiệt độ khí cao hơn 5000C thì các tấm chắn phải làm nguội bằng nước. Đôi khi ở nhiệt độ cao người ta chế tạo tấm chắn bằng tấm gạch hoặc bêtông samốt. Thuỳ theo khối lượng tấm chắn, ta có thể nâng hay hạ tấm chắn bằng tời quay tay hoặc bằng tời điện. Để ngăn ngừa sự phá hỏng ống dẫn khí dưới áp suất tăng đột ngột, người ta đặt các van bảo hiểm: van nổ và van ngắt mạch. 133
Van nổ thường đặt ở đầu ống dẫn khí để chịu lực nổ. Khi nổ van cần phải mở ra để loại hỗn hợp bắt cháy và khi áp suất hạ thấp nó cần phải đóng lại. Cấu tạo của van nổ xem trong hình 5.3. Trong điều kiện bình thường, nắp 3 được đậy thật kín vào khung 2 nhờ qua đôi trong 4 khi áp suất tăng đột ngột, nắp 3 bị đẩy ra như trong hình vẽ. Mẫu 5 co nhiệm vụ giữ nắp không bị bật quá xa. Đối với khí sạch, người ta còn bịt đầu ống bằng tấm chì hoặc nhôm mỏng 1.Khi nổ thì đầu tiên tấm nhôm hay chì đó bị phá rách, sau đó nắp 3 bật ra để loại khí ra ngoài. Van thuỷ lực cũng có tác dụng như van nổ, khi áp suất đột ngột tăng cao, nước ở mâm sẽ té ra do khí nén phụt qua. Van ngắt mạch dung để cắt dòng khí khi đột ngột hạ thấp ( hình 5.4). Trong điêù kiện bình thường, áp suất khí cao sẽ đẩy mực nước tràn qua vòi 9 ra ngoài. Nếu đột nhiên áp suất hạ thấp nước ở cột bên dâng lềnh tràng vào buồng ống. Kết quả: nước sẽ ngập miệng ống khí và ngắt hoàn toàn dòng khí. Trong lò nấu thuỷ tinh có buồng hồi nhiệt gián đoạn cần phải đổi chiều dòng khí một cách tuần hoàn. Nhằm mục đích đó người ta dung van đổi chiều. Đây là một hệ thống gồm nhiều van và tấm chắn (hình 5.5) Không khí sẽ đi qua van 2 và kênh 3 vào buồng hồi nhiệt không khí 1. Trong khi đó khói lò từ bường hồi nhiệt 4 qua kênh 5 ra kênh khói 7. Điều chỉnh sức hút ống khí bằng tấm chắn 8. Khi đổi chiều van 2 đóng lại, hạ tấm chắn 6 xuống mở van 8 và nâng tấm chắn 10 lên: không khí sẽ qua van 9 qua kênh 5 vào buồng hồi nhiệt 4, khói lò từ buồng hồi nhiệt 1qua kênh 3 vào kênh khói 7. Điều khiển vị trí của van và tấm chắn bởi cột và hệ thống điện 12. Trong thực tế còn gặp nhiều kiểu van đổi chiều khác. Hình 5.5 134
5.3 NỀN MÓNG CỦA LÒ. Lò thường được xây dựng trên móng lò nhằm phân bố áp lực của lò trên nền đất. Kích thước của móng lò phụ thuộc vào áp lực cho phép của nền đất. Tuỳ theo cấu tạo của địa chất mà áp lực của nền đất dao động trong khoảng từ 6Kg/cm2 đối với đất chắc, tới 1,5kg/cm2 đối với nền cát bão hoà nước ở đa số lò nung trừ lò đứng, lò quay và một vài loại lò khác lực đè lên nền không vượt quá 1kg/cm2.(9,81 N/cm2) vì vậy kích thước của móng lò không cần phải tính toán và thiết kế. Ở những lò có kèm theo thiết bị cơ khí cũng như ống dẫn khí và ống khói thì móng lò cần phải riêng rẽ. Đặc biệt móng nhà, móng cột nhà, không được làm chung với móng lò để tránh nứt lò. Móng lò thường là bêtông hay bêtông cốt sắt. Trên móng lò cần phải xây một lớp vật liệu để nhiệt độ móng lò không vượt quá 300-3500C thì phải dung bêtông chịu nhiệt. Chiều dày của móng lò cần đảm bảo để áp lực của lò và thiết bị kèm theo truyền lên toàn bộ móng, đồng thời ở móng lò không được phép có lực uốn hay trượt quá lớn. Thông thường chiều dày móng bêtông dưới tường lò và cột lò với cường độ đất cao không nhỏ hơn 500mm, dưới tường kênh dẫn khí không nhỏ hơn 120mm. Để giảm tải trọng lên đất móng cần phải mở rộng một góc. Đại lượng góc này với tường dung vữa hỗn hợp là 270 vữa xi măng 340 và bêtông 450. Trong trường hợp lò đặt cao như lò thuỷ tinh chẳng hạn, thì tải trọng truyền từ lò đến móng lò ở dưới đất qua cột lò bằng bêtông cốt sắt. 5.4 TƯỜNG LÒ. Tường lò thường được xây bằng gạch chịu lửa, gạch cách nhiệt và gạch xây dựng ( gạch đỏ). Đa số trường hợp tường lò gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau. Song cũng có trường hợp chỉ dung một loại vật liệu, ví dụ ở lò nấu thuỷ tinh người ta xây tường lò bằng khối gạch( block) có kích thước lớn. Việc lựa chọn gạch chịu lửa để xây lò tuỳ thuộc vào nhiệt độ làm việc của lò và tính chất vật liệu gia công trong lò. Nhiệt độ làm việc cho phép của các vật liệu như sau: Hình 5.7 Sơ đồ xây tường lò 135
đến 14500 Samốt loại A Samốt loại B 1300 Samốt loại C 125 Samốt nhẹ 1250 Đinas 1650 Manhezi 1650 Crôm-Manhezi 1700 Manhezi-Crôm 1750 Gạch đỏ xây dựng 700 Gạch diatomit 700 Chiều dày của tường lò cần đảm bảo cường độ cơ học tạm thời ít tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh khi tiêu tốn vật liệu xây dựng nhỏ nhất. Chiều dày tường lò cũng cần đảm bảo để độ mặt ngoài cực đại khoảng 80-1000C đối với lò phòng. Chiều dày tối ưu của tường các lò khác thường được lựa chọn theo kinh nghiệm của các lò đã xây dựng. Cho nên khi thiết kế có thể dung những số liệu thực tế ở các lò tại nhà máy. Chiều dày của tường cũng như vòm lò phải tương ứng với kich thước của gạch ( hình 5.7) gạch chuẩn bị sản xuất ra có kích thước 230x113x65mm. Vì vậy tường lò lấy theo chiều dài của gạch sẽ là: Chiều dày thực tế của gạch phải kê theo chiều dày của mạch xây. Khi xây, các mạch của gạch không được phép trùng nhau( trùng mạch) để lớp trên và lớp dưới giằng nhau chặt chẽ. Đồng thời theo chiều dày của tường, gạch cũng phải đổi chiều để ứng lực dọc theo tường lò (hình 5.7). Nếu tường lò xây bằng nhiều lớp gạch khác nhau thì phải có gạch cầu để giăng lớp nọ với lớp kia thật chặt chẽ. 136
Khi đốt nóng gạch sẽ dãn nở, nhưng có vài loại gạch như samốt chẳng hạn, trên nhiệt độ xác định sẽ co lại. Mạch xây cũng đóng vai trò bù trừ và giảm đại lượng dãn nở chung. Chiều dày của mạch xây phụ thuộc vào tính chất và điều kiện làm việc của gạch. Mạch xây là chỗ yếu nhất của tường cho nên mạch xây càng nhỏ càng tốt. Để mạch xây nhỏ thì kích thước gạch phải chính xác. Thông thường người ta phân loại mạch xây đặc biệt dày đến 1mm, mạch móng đến 2mm, mạch thường đến 3mm và mạch thô trên 3mm. Chiều dày của mạch xây xác định theo tiêu chuẩn kĩ thuật Ở lò thuỷ tinh, tường lò xây bằng các xếp các khối gạch mài nhẵn lên nhau và gọi là “ xây khô”. Chiều dày mạch xây khi đó là nhỏ nhất. Khi đốt nóng lò, tường lò bị dãn nở, nếu không chứa chỗ để tường dãn nở thì tường sẽ bị vênh và thậm chí bị phá huỷ. Vì vậy khi xây tường hoặc vòm lò cần phải chừa khe bù trừ sự dãn nhiệt gọi là khe dãn hay nở nhiệt. Độ dãn nở của tường phụ thuộc vào loại gạch, cho nên với mỗi loại gạch sẽ có chiều dày khe dãn nhiệt tương ứng. Cứ 5- 7m vòm lò ta chừa một khe dãn nhiệt, chiều dày khe dãn nhiệt tính theo độ dãn nở của 1m tường lò như sau: Samốt 5-6m Dinas 12m Crôm-Manhezi 12m Manhezi 12-14m Gạch Talt 8-10m Khi xây, khe dãn nhiệt được nhét đầy bằng vật liệu co ép được( như amiăng hoặc hỗn hợp đất sét với amiăng) hay bằng vật liệu cháy được ( như gỗ bị cháy khi đốt lò). Khi dãn nhiệt cần bố trí sao để không yếu tường lò và không thông khí ra ngoài. Muốn vậy khe dãn nhiệt không được trùng mạch thành đường thăng theo chiều cao và chiều dày của tường lò. Để đạt mục đích đó người ta bố trí khe dãn nhiệt thành đường zich zắc theo mạch xây. Ở vòm lò người ta cũng bố trí khe dãn nhiệt như tường lò. 5.5 VÒM LÒ Vòm lò là phần quan trọng nhất trong kết cấu của lò. Trong công nghiệp thường gặp 3 loại vòm: vòm bán nguyệt, vòm cung và vòm phẳng hay vòm treo( hình 5.8). Vòm cung và vòm bán nguyệt được xây bằng gạch nêm xác định theo bán kính cung lò. Ở vòm phăng hay vòm treo người ta dung vật dị hình treo hay móc lên khung thép. Có trường hợp người ta treo từng viên, có trường hợp người ta treo một khối gồm một số gạch ( Xem hình 5.9 và 5.10). Hình 5.8: Các kiểu vòm bán nguyệt (a) Vòm cung (b) và vòm treo (c). 137
Phố biến nhất trong công nghiệp là vòm cung ( hình 5.8b) với chiều cao vòm lò là f, chiều rộng lò hay cung lò B và góc tâm α Có thể có góc tâm bất kỳ và mỗi giá trị sẽ có một loại gạch tương ứng. Như vậy sẽ phải sản xuất nhiều loại gạch để xây vòm lò. Đẻ tránh lãng phí, người ta chỉ sản xuất với một số góc tâm nhất định. Cho nên khi thiết kế phải lựa chọn góc tâm trong tiêu chuẩn đó. Phố biến nhất là vòn lò có góc tâm bằng 60o 1 1 tức R = B và chiều cao vòm lò tuynnen thường lấy f = B hoặc f = B. Ở lò nấu thủy 7.5 6 1 1 tinh thì thường lấy f = B (Vòm dinas). Nếu là vòm bán nguyệt thì f = B. 8 2 Quan hệ giữa các thông số của vòm lò như sau: a B a f=R(1- cos ); sin ~R (5-1) 2 2 2 B R= (5-2) a 2 sin 2 Khi xây vòm cung thì phải có gạch chân vòm. Chiều dày vòm lò phụ thuộc vào cung lò. Nếu cung lò dài đến 3 m thì chiều dày vòm lò dày 230 mm, cung lò dài đến 5,5 m vòm lò dày 245 mm, cung lò dài đến 7.25 m vòm lò dày đến 460 mm. Dưới tác dụng của tải trọng, vòm lò sẽ đè lên gạch chân vòm một lực. Lực này phân thành 2 lực thành phần: A- Lực đẩy ngang và B- Lực thẳng góc (Hình 6.11). Lực thẳng góc bị triệt tiêu bởi phản lực của tường lò. Nếu không chống lực đẩy ngang thì vòm lò sẽ bị sập. Lực đẩy ngang A tính theo ccong thức sau: Pg a Pg a cot g = A= R.cos = x (5.3) 2 22 2 a OA A Trong đó: cotg = = 2 AR Q P- Khối lượng phần vòm giữa hai cột lò có chiều dài L (kg) A a x- tỷ lệ hay cotg tìm ở bảng sau: 2 Q 138
Góc tâm, độ 38 45 56 60 74 100 180 f/B 1/12 1/10 1/8 1/7,5 1/6 1/4 1/2 R/B 1,82 1,3 1,06 1,0 0,83 0,625 0,5 x = A/Q 2,9 2,4 1,88 1,74 1,32 0,76 0,0 Qua bảng trên chúng ta thấy rằng góc ở tâm càng nhỏ thì chiều cao vòm lò càng nhỏ và lực đẩy ngang càng lớn. Lò còn phải làm việc ở nhiệt độ cao và lực đẩy ngang sẽ tăng theo nhiệt độ. Vì vậy lực đẩy ngang tính toán được ở trên phải nhân với hệ số K. Nhiệt độ lò oC K Đến 900 2,0 Đến 1100 2,5 Đến 1300 3,0 Đến 1500 3,5 Đến 1750 4,0 Đại lượng lực đẩy ngang này rất cần tính toán để lựa chọn khung giằng lò, cột lò và thanh chắn gạch chân vòm. 5.6-KHUNG LÒ. Lò thường được kẹp chặt bởi khung lò bằng thép. Khung này có nhiệm vụ nhận sức đẩy ngang của vòm lò, áp lực của vật liệu, lực nở do ứng suất nội của tường và lực tác dụng bên ngoài. Hình 5.12: Các kiểu khung lò. a)- Khung rời b)- Khung “cứng” c)- Khung kín. 1/ Cột lò 2/ Thanh giằng 3/ Thép chắn chân vòm 139
4/ Thép nối các cột lò 5/ Vỏ thép của khung kín. Các kiểu khung lò cho trong hình 5-12. Loại khung kín có giá trị như là vỏ thép bằng thép lá hàn lại. Ví dụ lò gió nóng, lò quay xi măng có khung kiểu này. Vỏ thép chẳng những chịu tải trọng của lò mà còn bao kín lò, nghĩa là khí không thông với bên ngoài. Khung lò thông thường gồm cột lò, thanh giằng lò. Cột lò đặt dọc theo hai bên lò, giữa những cột lò có các thanh nối. Có hai kiểu khung: Khung “cứng” và khung rời. Ở loai Hinhve 140
khung cứng, thanh giằng lò được hàn chặt với cột lò. Do đó khung lò không được điều chỉnh được theo độ dãn nở của lò mà chỉ hướng độ dãn nở đó vào khe dãn nhiệt của lò. Ơ khung rời, thanh giằng lò như là những bulông cỡ lớn ghép chặt với cột lò. Nhờ đó chúng ta có thể điều chỉnh khung lò theo độ dãn nở của lò. Loại khung rời có nhiều ưu việt hơn cho nên chúng ta thường gặp trong công nghiệp. Cột lò và thanh giằng lò được ghép với nhau theo hình 5.13a. Chân cột lò cũng được ghép chặt với tường lò bằng bulông hoặc chôn vào bê tông móng (nếu là khung cứng). Hình 6.13 Các kiểu giằng lò. Cột là thường làm bằng thép CT3 với lực uốn cho phép 12000-13000 N/cm2 và thanh giằng 8000-8500 N/cm2. Tính toán kích thước của cột lò và thanh giằng cũng như tính toán cơ khí thông thường. Với thanh chắn gạch chân vòm, momem uốn cực đại xác định theo công thức: At L Mmax= (N.cm) (5-4) 8 Mômen kháng của thanh chắn xác định bằng: W=Mmax/ σ (5-5) Trong đó: At –Lực đẩy ngang của vòm At =A.K σ - cường độ uốn cho phép, N/cm2 L- khoảng cách giữa hai cột lò, khoảng 1-3 m. Từ trị số W ta sẽ chọn loại thép có kích thước tương ứng. Đối với mỗi cột lò, mômen uốn cực đại phải chịu: Mmax = CAt h1 h2 (N.cm) (5-6) h1 / h2 Mômen kháng của cột lò W cũng xác định như trên. Trong đó trị số h1 và h2 xem trong hình 5.11, hệ số C phụ thuộc vào chiều cao vòm lò f và tỷ lệ f/S ( S là chiều dày vòm lò). Tỷ lệ f/B Tỷ lệ f/S Hệ số C 3 1,19 1/5 2 1,31 1 1,79 1/8 4 1,14 3 1,20 141
2,5 1,24 2 1,32 1,5 1,47 1 1,89 3 1,20 1/5 2 1,32 1 1,93 Lực kéo của thanh giằng xác định theo công thức: h2 Thanh giằng trên: A1 = C.At (N) (5-7) h1 + h 2 Thanh giằng dưới ( hoặc bulông ghép cột lò với lò): h1 A2 = C.At (N) (5-8) h1 + h 2 Đường kính của thanh giằng tròn: A(1,2) d= (cm) (5-9) σ.π Khung lò thường không được vượt quá 50-150 oC. Nếu trên 200-300 oC cường độ thép sẽ bị hạ đi. Trong trường hợp quá nóng, thanh giằng bị dãn dài ra và sẽ không kẹp chặt cột lò với tường. Vì vậy ở khung rời có thể xiết chặt bulông lại được nhưng cũng không được phép vượt quá nhiệt độ trên. 142