Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý ô nhiễm không khí cho phân xưởng nhiệt luyện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP ĐÔNG ĐÔ KHOA CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG --------------*****-------------- XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CHO PHÂN XƯỞNG NHIỆT LUYỆN Giáo viên hướng dẫn chính : PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hương Giáo viên hướng dẫn phụ : Nguyễn Đức Lượng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Anh Tuấn Lớp : CM14 Khóa : 14 Hà Nội 11 – 2012 MỤC LỤC THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ CHO PHÂN XƯỞNG ĐÚC Địa điểm : Phủ Liễn – Hải Phòng Hướng gió: hướng Nam 1. Lựa chọn thông số tính toán 1.1 Lựa chọn thông số tính toán ngoài nhà vào mùa hè Nhiệt độ cao nhất trung bình của không khí vào mùa hè đo tại Phủ Liễn theo bảng N.2 TCVN 4088: 1985, ta có nhiệt độ cao nhất vào tháng 7: tNtt=31,8oC 1.2 Chọn thông số nhiệt độ tính toán trong nhà về mùa hè Chọn nhiệt độ tính toán trong nhà vào mùa hè cao hơn ngoài trời khoảng (2÷3)oC Để đảm bảo cảm giác thoải mái cho công nhân làm việc trong phân xưởng, tránh độ cồng kềnh của hệ thống thông gió thì ta chọn nhiệt độ trong nhà tTtt=tNtt+2÷3=34oC 1.3 Hướng gió chủ đạo vào mùa hè tNtt(oC) tTtt(oC) Hướng gió chủ đạo 31,8 34 Nam 2. Chọn kết cấu bao che 2.1 Kết cấu tường Được chia làm 3 lớp + Lớp 1: Lớp vữa δ = 15 (mm); λ = 0,55 (kcal/m2hoC) + Lớp 2: Gạch xây δ = 220 (mm); λ = 0,6 (kcal/m2hoC) + Lớp 3: Lớp vữa δ = 15 (mm); λ = 0,75 (kcal/m2hoC) 2.2. Kết cấu cửa ra vào Chọn vật liệu gỗ δ = 35 (mm); λ = 0,14 (kcal/m2hoC) kích thước cửa ra vào: 3×3 (m) 2.3. Kết cấu cửa sổ Chọn vật liệu kính δ = 5 (mm); λ = 0,65 (kcal/m2hoC) Kích thước cửa sổ: 3×2(m) 2.4. Kết cấu mái Chọn mái tôn δ = 2 (mm); λ = 50 (kcal/m2hoC) 2.5. Kết cấu nền Là loại nền không cách nhiệt, kết cấu nền dưới là đất tự nhiên, bê tong gạch vỡ, cát đen đầm, lớp bê tong trên cùng dày 15 mm Nền nhà được chia làm 3 dải như sau 3. Tính toán hệ số truyền nhiệt K, tính diện tích truyền nhiệt F của kết cấu 3.1. Hệ số truyền nhiệt K K=1R0= Trong đó αT: Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt bên trong của kết cấu bao che (oC) αN: Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt bên ngoài của kết cấu bao che (oC) Tường đón gió : αN = 20 Tường khuất gió: αN =15 δi: Bề dày của lớp vật liệu thứ i (m) λi: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i (Kcal/m2hoC) STT Tên kết cấu và cấu tạo αT αN K 1 Tường + Tường đón gió ( Nam) + Tường khuất gió (Tây, Đông, Bắc) 7,5 7,5 20 15 0,41 0,41 1,685 1,64 2 Cửa ra vào + Khuất gió (Tây) 7,5 15 0,25 2.22 3 Cửa sổ kính + Tây + Đông 7,5 7,5 15 15 5×10-30,65 4,81 4,81 4 Mái 10 25 4×10-5 7,14 5 Nền chia làm 4 dải +Dải 1 +Dải 2 +Dải 3 KI=0,4 KII=0,2 KIII=0,1 3.2. Tính diện tích truyền nhiệt của các kết cấu tính toán STT Tên kết cấu F = a×b (m2) Kết quả 1 Tường + Nam + Bắc + Đông + Tây Tường khu đúc nhôm đồng + Đông + Bắc Tường khu chứa tang quay + Bắc + Tây 12×7,2 12×7,2 20×7,2-3×3×2-3×2×2 20×7,2-3×2×4 10×7,2 4×7,2 5×7,2 5×7,2-3×2 86,4 86,4 114 120 72 28,8 36 30 2 Cửa sổ kính + Đông + Tây 3×2×4 3×2×2 24 18 3 Cửa ra vào + Tây 3×3×2 18 4 Mái 20×12 240 5 Nền + Dải 1 + Dải 2 + Dải 3 FI=20×12+12×2×2 FII=20-8×2+12-4×2×2 FIII=20-8×12-8 128 80 48 6 Cửa sổ mái 20×4 80 4. Tính lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che được tính theo công thức QTTi= ki× Fi×tTtt- tNtt× Ψ (kcal/h) Trong đó QTTi: Lượng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che (kcal/h) Fi : Diện tích truyền nhiệt của kết cấu bao che (m2) ki : Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che (Kcal/m2hoC) tTtt : Nhiệt độ tính toán của không khí bên trong, tTtt=34oC tNtt : Nhiệt độ tính toán của không khí bên ngoài, tNtt = 31,8 oC Ψ : Hệ số kể đếnvị trí tương đối của kết cấu bao che so với bên ngoài. STT Tên kết cấu K (Kcal/m2hoC) F (m2) tTtt (oC) tNtt (oC) Ψ QTTi (kcal/h) 1 Tường + Nam + Bắc + Đông + Tây Tường khu đúc nhôm đồng + Đông + Bắc Tường khu chứa tang quay + Bắc + Tây 1,685 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 86,4 86,4 114 120 72 28,8 36 30 34 34 34 34 34 34 34 34 31,8 31,8 31,8 31,8 31,8 31,8 31,8 31,8 1 1 1 1 1 1 1 1 320,28 311,73 411,31 432,96 103,91 41,56 51,96 43,29 2 Cửa sổ kính + Đông + Tây 4,81 4,81 24 18 34 34 31,8 31,8 1 1 253,96 190,47 3 Cửa ra vào + Tây 2,22 18 34 31,8 1 87,91 4 Mái 7,14 240 34 31,8 1 3769,92 5 Nền + Dải 1 + Dải 2 + Dải 3 0,4 0,2 0,1 128 80 48 34 34 34 31,8 31,8 31,8 1 1 1 45,06 35,2 10,56 6 Cửa sổ mái 4,81 80 34 31,8 1 846,56 7 Tổng Qtổn thất=6956,64 (Kcal/h) 5. Tính lượng nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che Lượng nhiệt bức xạ qua kết cấu bao che gồm nhiệt bức xạ qua mái và qua kính Qbx=Qbxmái+Qbxkính (kcal/h) Trong đó Qbxmái: Lượng nhiệt bức xạ của mặt trời qua mái Qbxkính: Lượng nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính 5.1 Lượng nhiệt bức xạ của mặt trời qua mái Bức xạ mặt trời qua tường và mái được tính theo công thức Qbx=QbxΔt+QbxAτ (kcal/h) Trong đó QbxΔt: Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ (kcal/h) QbxAτ : Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ (kcal/h) 5.1.1Tính bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ QbxΔt=Km×Fmttổngtb-tT (kcal/h) Trong đó Km: Hệ số truyền nhiệt qua mái. Km=7,14 Fm: diện tích mái. Fm=240(m2) tT: nhiệt độ bên trong tính toán. 34oC ttổngtb: nhiệt độ trung bình của không khí bên ngoài. ttổngtb=tNtb+ttdtb (oC) Trong đó tNtb: Nhiệt độ trung bình của không khí bên ngoài tNtb=31,8oC ttdtb: Nhiệt độ trung bình tương đương của không khí ttdtb=ρqbxtbαn (oC) Trong đó ρ: Hệ số hấp thụ bức xạ của bề mặt kết cấu bao che. Mái tôn tráng kẽm, ρ=0,65 αn: Cường độ hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài kết cấu bao che αn=25 (kcal/m2hoC) qbxtb: Cường độ bức xạ trung bình trên mặt phẳng kết cấu qbxtb=qm24 Hướng mặt chính : Hướng Nam qm=5956 (kcal/m2h) (TCVN 4088 – 1995 ) qbxtb=qm24=595624=248,2 (kcal/m2h) ttdtb=ρqbxtbαn=0,65×248,225=6,45 (oC) ttổngtb=tNtb+ttdtb=31,8+6,45=38,25 (oC) QbxΔt=Km×Fmttổngtb-tT =7,14×24038,25-35 =5569,2 (kcal/h) 5.1.2Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ Để xác định biên độ dao động của nhiệt độ tổng ta phải xét biên độ của nhiệt độ tương đương do bức xạ gây ra và biên độ của nhiệt độ không khí ngoài trời. QbxAτ=Attgv×αT×Fm (kcal/h) Trong đó αT=10 Fm=240 m2 Attg: Biên độ dao động tổng Attg=Attd+AtnΨ Trong đó Ψ: Hệ số lệch pha phụ thuộc vào độ lệch pha ΔZ và tỉ số giữa biên độ dao động tương đương và nhiệt độ bên ngoài AttdAtn Biên độ dao động của cường độ bức xạ có thể xác định như hiệu số giữa cường độ cực đại và cường độ trung bình trong ngày đêm (24h). Aq=qbxmax-qbxtb qbxmax=824 kcal/m2h (TCVN 4088 – 1995) qbxtb=248,2 kcal/m2h Aq=824-248,2=575,8 Ứng với biên độ dao động này, nhiệt độ tương đương sẽ có biên độ dao động Attd=ρ×Aqαn=0,65×575,825=14,97 (oC) Nhiệt độ không khí bên ngoài cũng dao động theo thời gian với chu kì 24 giờ với biên độ Atn=t13-tntb Trong đó t13: Nhiệt độ trung bình đo lúc 13h của tháng nóng nhất. t13=31,8oC tntb: Nhiệt độ trung bình tháng của tháng nóng nhất tntb=28,2 oC (N.1 TCVN 4088 - 1995) Atn=31,8-28,2=3,6 oC AttdAtn=14,973,6=4,16 qbxmax vào lúc 12h; qtháng 7max vào lúc 13h. Δt = 13 – 12 = 1 Tra bảng 3 – 10 sách kĩ thuật thông gió (trang 111); ta có Ψ = 0,99 Vậy Attg=Attd+AtnΨ=14,97+3,6×0,99=18,38 v: Hệ số tắt dần phụ thuộc vào cấu tạo của vật liệu v=φ×eD2 φ=0,83+3RD Trong đó R=δλ: Tổng các nhiệt trở của các vật liệu trong kết cấu bao che Mái tôn: R=2×10350=4×10-5 (kcal/m2h) D= 1nRiSi Trong đó Si: Hệ số hàm nhiệt của lớp vật liệu Tôn: S = 108 (kcal/m2hoC) D=4×10-5×108=4,32×10-3 φ=0,83+34×10-54,32×10-3=0,9 v=φ×eD2=0,9×e4,32×10-32=0,903 QbxAτ=Attgv×αT×Fm =18,380,90310×240=48850,5 (kcal/h) Vậy Qbx=QbxΔt+QbxAτ=5569,2+48850,5=54419,7 (kcal/h) Qbxmái=54419,7 (kcal/h) 5.2. Lượng bức xạ mặt trời truyền qua cửa kính Qbxkính=τ1×τ2×τ3×τ4×qbx×Fkính (kcal/h) Trong đó τ1 : Hệ số trong suốt cửa kính. Cửa kính 1 lớp τ1= 0,9 τ2 : Hệ số mức bẩn mặt kính. Mặt kính đứng 1 lớp τ2= 0,8 τ3 : Hệ số che khuất bởi khung cửa. Cửa sổ 1 lớp kính thẳng đứng khung thép τ3= 0,75÷0,79 τ4 : Hệ số che khuất bởi các hệ thống che nắng. Ô văng che nắng τ4= 0,95 qbx : Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng chiếu bức xạ tại thời điểm tính toán (kcal/m2h) Fkính: Diện tích cửa kính chiếu bức xạ tại thời điểm tính toán (m2) STT Hướng τ1,τ2,τ3,τ4 Fkính (m2) qbx(kcal/m2h) Qbxkính(kcal/h) 1 Đông τ1= 0,9 τ2= 0,8 τ3= 0,79 τ4= 0,95 3×2×4+40=64 0 0 2 Tây τ1= 0,9 τ2= 0,8 τ3= 0,79 τ4= 0,95 3×2×2+40=52 102 2715,22 Qbxkính=2715,22 (kcal/h) Vậy Qbx=Qbxmái+Qbxkính (kcal/h) =54419,7+2715,22 =57134,92 (kcal/h) Bảng thu nhiệt do bức xạ mặt trời Qbxkính (kcal/h) Qbxmái (kcal/h) Qbx (kcal/h) 2715,22 54419,7 57134,92 6. tính lượng nhiệt tỏa 6.1. Tỏa nhiệt do người Qngườitỏa=N×q (kcal/h) Trong đó q: Lượng nhiệt do một người tỏa ra trong 1h q=10(kcal/h/người). Theo bảng 2-2 trang 56 sách kĩ thuật thông gió N: Số người có trong phân xưởng 1 thiết bị: 1 người ; 1 lò: 2 người N1=20 người Số người phục vụ trong phân xưởng (N2) N2=30%×N1=30%×20=6 người Số người lao động gián tiếp. N3=4 người N=20+6+4=30 người Qngườitỏa=30×10=300 (kcal/h) Qngườitỏa=300 (kcal/h) 6.2. Tỏa nhiệt do thắp sáng Qtstỏa=860×N (kcal/h) Trong đó N=a×F : Tổng công suất các thiết bị chiếu sang 860: Hệ số chuyển điện năng sang nhiệt năng a: tiêu chuẩn chiếu sang. a= 18 (w/m2) =18×10-3 (kw/m2) F: diên tích chiếu sang (m2) ( diện tích phân xưởng) F=20×12=240 (m2) Qtstỏa=860×18×10-3×240=3715,2 (kcal/h) Qtstỏa=3715,2 (kcal/h) 6.3. Tỏa nhiệt từ thiết bị, động cơ tiêu thụ điện Qthiết bịtỏa=860×N×φ1×φ2×φ3×φ4 (kcal/h) Trong đó φ1 = 0,7÷ 0,9 : Hệ số sử dụng công suất đặt máy. Chọn φ1=0,8 φ2=0,5÷0,8 : Hệ số phụ tải. Chọn φ2=0,6 φ3=0,5÷1 : Hệ số kể đến sự làm việc đồng thời của các dộng cơ điện. Chọn φ3=0,8 φ4=0,1÷1 : Hệ số chuyển biến cơ năng thành nhiệt năng tỏa vào không khí xung quanh. Chọn φ4=0,8 N: Tổng công suất tiêu chuẩn của thiết bị (N=số lượng máy×công suất máy ) STT Tên gọi Tổng công suất điện (KW) Q (kcal/h) 1 Lò nấu gang 3 792,576 2 Lò nấu hàn the 2,2 581,222 3 Lò nấu nhôm 3,6 951,091 4 Lò nấu đồng 1,2 317,030 5 Lò ủ vật đúc 1,2 317,030 6 Lò điện 5,8 1532,313 7 Qthiết bịtỏa=4491,262 (kcal/h) 6.4. Tỏa nhiệt do sản phẩm nung nóng để nguội 6.4.1. Sản phẩm trong quá trình để nguội chuyển pha Tính theo công thức Q=Gsp×βClt1+tnc+r+Cr(tnc-t2) (kcal/h) Trong đó Gsp=23×Vlò×500 (kg/h) β: hệ số kể đến cường độ tỏa nhiệt theo thời gian (β=3) Cl: tỉ nhiệt của vật liệu ở thể lỏng, kcal/kgoC Cr: tỉ nhiệt của vật liệu ở thể rắn, kcal/kgoC Cr=a+b(273+t) (KJ/kgoC) a: Tỉ nhiệt ở nhiệt độ 0oC (KJ/kgoC) b: hệ số tỉ lệ (tra a,b theo bảng 2.16 trang 52 sách thiết kế thong gió công nghệp) Crgang=0,53+0,000179273+100=0,6 KJ/kgoC =0,14 kcal/kgoC Crhàn the=0,46+0,000193273+100=0,53KJ/kgoC= 0,13kcal/kgoC Crnhôm=4,8+0,003273+100=5,929 KJ/kgoC= 1,42 kcal/kgoC Crđồng=5,41+0,0015273+100=5,97 KJ/kgoC= 1,43 kcal/kgoC Theo sách thiết kế thông gió công nghiệp. Bảng đặc trưng của các vật liệu (trang 52); ta có lấy các số liệu tính toán Clgang=1,05 KJ/kgoC= 0,251 kcal/kgoC Clhàn the=1,17 KJ/kgoC= 0,279 kcal/kgoC Clnhôm=7,6 KJ/kgoC= 1,82 kcal/kgoC Clđồng=7,44 KJ/kgoC= 7,8 kcal/kgoC 1 KJ/kgoC= 0,239 kcal/kgoC t1: nhiệt độ ban đầu của vật liệu trước khi bắt đầu nguội; oC t1: Nhiệt độ sau khi nguội (trường hợp giới hạn là bằng nhiệt độ không khí trong nhà; oC) tnc: Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu; (kcal/kg) STT Tên lò Gsp Cl Cr t1 t2 tnc r Q(kcal/h) 1 Lò nấu gang 2423,3 0,251 0,14 1340 34 1000 25,52 177458,24 2 Lò nấu hàn the 32,71 0,28 0,13 1050 34 1000 23,01 1595,5 3 Lò nấu nhôm 71,86 1,82 1,42 1350 34 1000 95,46 45361,91 4 Lò nấu đồng 43,53 1,78 1,43 1200 34 1000 43,02 23250,24 5 Q=294623,32 kcal/h 6.4.2. Sản phẩm trong quá trình để nguội không chuyển pha Qsp=Gvl×Cvl×β×tđ-tc (kcal/h) Trong đó Cvl: tỉ nhiệt của vật liệu ở trạng thái đang xét, KJ/kgoC tđ: nhiệt độ ban đầu của vật liệu trước khi bắt đầu nguội (oC) tc: nhiệt độ sau khi nguội (lấy bằng nhiệt độ không khí trong nhà tc=34oC Gvl: trọng lượng vật liệu chuyển đến trong 1h (kg/h) Gvl=23×Vlò×500 (kg/h) 500: lượng nhiên liệu trên 1m3 Vlò: thể tích của lò β: hệ số kể đến cường độ tỏa nhiệt theo thời gian (β=3) STT Tên lò Cvl (KJ/kgoC) Gvl (kg/h) tđ (oC) tc (oC) β Q (KJ/h) 1 Lò ủ vật đúc 0,13 3240 165 34 0,3 16553,16 2 Lò điện 0,13 650 1500 34 0,3 37163,1 3 Q=53716,26 KJ/h = 12838,19 kcal/h Vậy tổng nhiệt lượng tỏa ra do sản phẩm nung nóng để nguội Qsp=294623,32+12838,19=307461,51 (kcal/h) 6.5. Tỏa nhiệt từ lò nung 6.5.1 Tỏa nhiệt từ lò nấu gang Kích thước lò: D = 2100 mm H = D = 2100 mm Diện tích thành lò Flò nấu gang=2×πr+bề dầy thành lò×H+đáy+nóc2 Bề dầy thành lò = đáy = nóc Bề dầy thành lò = 0,45m do nhiệt độ lò >1000oC Flò nấu gang=2×3,141,05+0,452,1+0,45+0,452 =26,14 (m2) Nhiệt độ lò: t = 1340oC Nhiệt độ bên ngoài lò: t4=tvlv=34 oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t2=1340-5=1335 oC Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t3=tbmn=90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: Gồm 2 lớp + Lớp 1: gạch đỏ và gạch samot δ1=0,25 m λ1=1,1 (kcal/mhoC) + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit δ1=0,2 m λ1=1,17 (kcal/mhoC) α4=lt3-t40,25+Cqdt3-t4273+t31004-273+t41004 (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 Cqd: hệ số bức xạ quy diễn (Cqd=4,2 kcal/m2hK4 ) α4=2,2×90-340,25+4,290-34273+901004-273+341004 =12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Qlò nấu gang=α4t3-t4×Flò nấu gang =12,3890-34×26,14=18136,2 (kcal/m2h) (không kể sức cản trao đổi nhiệt bề mặt) b. Xác định lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò Trong mỗi giờ cánh cửa lò chỉ mở ra 10 phút Lượng nhiệt của cửa lò tỏa ra lúc mở được tính theo công thức Qmở cửa=qbx×Fcửa×K (kcal/h) Trong đó qbx: cường độ bức xạ Với t = 1340oC, tra biểu đồ 3.16 (KTTG trang 101) => qbx=32000 (kcal/m2h) Chọn cửa lò là cửa tròn (trên nóc) : D=500÷900mm. Chọn D = 700 mm Fcửa: diện tích cánh cửa: F=π700×10-322=0,385 (m2) K : hệ số truyền nhiệt khi kể đến hiện tượng nhiễu xạ K=K1+K22 (kcal/mhoC) (tra đồ thị trang 101 – KTTG) Aδ=Bδ=7045=1,56 ; tra đồ thị được K1=K2=0,68 δ : bề dày thành lò; δ=45 (cm) K=K1+K22=0,68 (kcal/mhoC) Lưu lượng nhiệt cửa lò tỏa ra trong 1h Qmở cửa=qbx×Fcửa×K=32000×0,68×0,385×1060=1396,3 (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt tỏa ra của lò nấu gang Qtỏagang=18136,2+1396,3=19532,5 (kcal/h) 6.5.2 Tỏa nhiệt từ lò nấu nhôm Kích thước lò: D = 650 mm H = D = 650 mm Diện tích thành lò Flò nấu nhôm=2×πr+bề dày thành lò×H+đáy+nóc2 Bề dày thành lò = đáy = nóc Bề dầy thành lò = 0,45m do nhiệt độ lò > 1000oC Flò nấu nhôm=2×3,140,325+0,450,65+0,45+0,452 =6,45 (m2) Nhiệt độ lò: t=1350 oC Nhiệt độ bên ngoài lò: t4=tvlv=34oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t2=1350-5=1345 oC Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t3=tbmn=90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: gồm 2 lớp + Lớp 1: gạch đỏ và gạch samot δ1=0,25 m λ1=1,1 (kcal/mhoC) + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit bọt δ1=0,2 m λ1=1,17 (kcal/mhoC) α4=lt3-t40,25+Cqdt3-t4273+t31004-273+t41004 (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 Cqd: hệ số bức xạ quy diễn (Cqd=4,2 kcal/m2hK4 ) α4=2,2×90-340,25+4,290-34273+901004-273+341004 =12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Qlò nấu nhôm=α4t3-t4×Flò nấu nhôm =12,3890-34×6,45=4471,66 (kcal/m2h) (không kể sức cản trao đổi nhiệt bề mặt) b. Xác định lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò Trong mỗi giờ cánh cửa lò chỉ mở ra 10 phút Lượng nhiệt của cửa lò tỏa ra lúc mở được tính theo công thức Qmở cửa=qbx×Fcửa×K (kcal/h) Trong đó qbx: cường độ bức xạ Với t = 1350oC, tra biểu đồ 3.16 (KTTG trang 101) => qbx=32000 (kcal/m2h) Chọn cửa lò là cửa tròn (trên nóc) : D=500÷900mm. Chọn D = 700 mm Fcửa: diện tích cánh cửa: F=π700×10-322=0,385 (m2) K : hệ số truyền nhiệt khi kể đến hiện tượng nhiễu xạ K=K1+K22 (kcal/mhoC) (tra đồ thị trang 101 – KTTG) Aδ=Bδ=7045=1,56 ; tra đồ thị được K1=K2=0,68 δ : bề dày thành lò; δ=45 (cm) K=K1+K22=0,68 (kcal/mhoC) Lưu lượng nhiệt cửa lò tỏa ra trong 1h Qmở cửa=qbx×Fcửa×K=32000×0,68×0,385×1060=1396,3 (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt tỏa ra của lò nấu gang Qtỏanhôm=4471,66+1396,3=5867,96 (kcal/h) 6.5.3. Lò nấu hàn the Kích thước lò: D = 500 mm H = D = 500 mm Diện tích thành lò Flò nấu hàn the=2×πr+bề dày thành lò×H+đáy+nóc2 Bề dày thành lò = đáy = nóc Bề dầy thành lò = 0,45m do nhiệt độ lò > 1000oC Flò nấu hàn the=2×3,140,25+0,450,5+0,45+0,452 =5,17 (m2) Nhiệt độ lò: t=1050 oC Nhiệt độ bên ngoài lò: t4=tvlv=34oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t2=1050-5=1045 oC Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t3=tbmn=90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: gồm 2 lớp + Lớp 1: gạch đỏ và gạch samot δ1=0,25 m λ1=1,1 (kcal/mhoC) + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit bọt δ1=0,2 m λ1=1,17 (kcal/mhoC) α4=lt3-t40,25+Cqdt3-t4273+t31004-273+t41004 (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 Cqd: hệ số bức xạ quy diễn (Cqd=4,2 kcal/m2hK4 ) α4=2,2×90-340,25+4,290-34273+901004-273+341004 =12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Qlò nấu hàn the=α4t3-t4×Flò nấu hàn the =12,3890-34×5,17=3584,26 (kcal/m2h) (không kể sức cản trao đổi nhiệt bề mặt) b. Xác định lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò Trong mỗi giờ cánh cửa lò chỉ mở ra 10 phút Lượng nhiệt của cửa lò tỏa ra lúc mở được tính theo công thức Qmở cửa=qbx×Fcửa×K (kcal/h) Trong đó qbx: cường độ bức xạ Với t = 1050oC, tra biểu đồ 3.16 (KTTG trang 101) => qbx=11000 (kcal/m2h) Chọn cửa lò là cửa tròn (trên nóc) : D=500÷900mm. Chọn D = 700 mm Fcửa: diện tích cánh cửa: F=π700×10-322=0,385 (m2) K : hệ số truyền nhiệt khi kể đến hiện tượng nhiễu xạ K=K1+K22 (kcal/mhoC) (tra đồ thị trang 101 – KTTG) Aδ=Bδ=7045=1,56 ; tra đồ thị được K1=K2=0,68 δ : bề dày thành lò; δ=45 (cm) K=K1+K22=0,68 (kcal/mhoC) Lưu lượng nhiệt cửa lò tỏa ra trong 1h Qmở cửa=qbx×Fcửa×K=11000×0,68×0,385×1060=479,97 (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt tỏa ra của lò nấu gang Qtỏahàn the=3584,26+479,97=4064,23 (kcal/h) 6.5.4. Lò nấu đồng Kích thước lò: D = 550 mm H = D = 550 mm Diện tích thành lò Flò nấu đồng=2×πr+bề dày thành lò×H+đáy+nóc2 Bề dày thành lò = đáy = nóc Bề dầy thành lò = 0,45m do nhiệt độ lò > 1000oC Flò nấu đồng=2×3,140,275+0,450,55+0,45+0,452 =5,58 (m2) Nhiệt độ lò: t=1200 oC Nhiệt độ bên ngoài lò: t4=tvlv=34oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t2=1200-5=1195 oC Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t3=tbmn=90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: gồm 2 lớp + Lớp 1: gạch đỏ và gạch samot δ1=0,25 m λ1=1,1 (kcal/mhoC) + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit bọt δ1=0,2 m λ1=1,17 (kcal/mhoC) α4=lt3-t40,25+Cqdt3-t4273+t31004-273+t41004 (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 Cqd: hệ số bức xạ quy diễn (Cqd=4,2 kcal/m2hK4 ) α4=2,2×90-340,25+4,290-34273+901004-273+341004 =12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Qlò nấu đồng=α4t3-t4×Flò nấu đồng =12,3890-34×5,58=3868,5 (kcal/m2h) (không kể sức cản trao đổi nhiệt bề mặt) b. Xác định lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò Trong mỗi giờ cánh cửa lò chỉ mở ra 10 phút Lượng nhiệt của cửa lò tỏa ra lúc mở được tính theo công thức Qmở cửa=qbx×Fcửa×K (kcal/h) Trong đó qbx: cường độ bức xạ Với t = 1200oC, tra biểu đồ 3.16 (KTTG trang 101) => qbx=21000 (kcal/m2h) Chọn cửa lò là cửa tròn (trên nóc) : D=500÷900mm. Chọn D = 700 mm Fcửa: diện tích cánh cửa: F=π700×10-322=0,385 (m2) K : hệ số truyền nhiệt khi kể đến hiện tượng nhiễu xạ K=K1+K22 (kcal/mhoC) (tra đồ thị trang 101 – KTTG) Aδ=Bδ=7045=1,56 ; tra đồ thị được K1=K2=0,68 δ : bề dày thành lò; δ=45 (cm) K=K1+K22=0,68 (kcal/mhoC) Lưu lượng nhiệt cửa lò tỏa ra trong 1h Qmở cửa=qbx×Fcửa×K=21000×0,68×0,385×1060=916,3 (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt tỏa ra của lò nấu gang Qtỏahàn the=3868,5+916,3=4784,8 (kcal/h) 6.5.5. Lò điện Kích thước lò: 1,5×1×1,3 (m) Nhiệt độ của lò: t1=1500 oC Nhiệt độ bề mặt trong thành lò: t2=1500-5=1495 oC Fcửa: diên tích cánh cửaa×b=70×40=2800 (cm2) = 0,28 (m2) Diện tích của lò Flò điện=2a+bề dày thành lò +b+bề dày thành lòc+nóc2+đáy-Fcửa Trong đó Bề dày thành lò = nóc lò = đáy lò = 0,45 m Flò điện=21,5+0,35+1+0,351,3+0,352+0,35-0,28 =11,4 (m2) Giả thiết nhiệt độ bên ngoài thành lò: t3=tbmn=90 oC a. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do thành lò Bề dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu thành lò Cấu tạo: gồm 2 lớp + Lớp 1: thành lò dày δ1=0,25 m λ1=1,1 (kcal/mhoC) + Lớp 2: lớp cách nhiệt diatomit bọt δ1=0,2 m λ1=1,17 (kcal/mhoC) Xác định hệ số bức xạ α α=lt3-t40,25+Cqdt3-t4273+t31004-273+t41004 (kcal/m2hoC) Trong đó l: hệ số kích thước đặc trưng, phụ thuộc vào vị trí thành lò đối với bề mặt đứng: l = 2,2 Cqd: hệ số bức xạ quy diễn (Cqd=4,2 kcal/m2hK4 ) α4=2,2×90-340,25+4,290-34273+901004-273+341004 =12,38 (kcal/m2hoC) Lượng nhiệt tỏa ra trên 1m2 bề mặt ngoài của lò trong 1h Qlò điện=α4t3-t4×Flò điện =12,3890-34×11,4=7903,39 (kcal/m2h) (không kể sức cản trao đổi nhiệt bề mặt) b. Xác định lượng nhiệt tỏa ra do nóc lò, đáy lò Đối với bề mặt ngang trong công thức tính toán hệ số trao đổi nhiệt α ; lấy hệ số l = 2,8 Giả sử nhiệt độ mặt ngoài của nóc và đáy lò là t3=90 oC α=lt3-t40,25+Cqdt3-t4273+t31004-273+t41004 (kcal/m2hoC) =2,8×90-340,25+4,290-34273+901004-273+341004=14,02 Fnóc=Fđáy=a×b=1,5×1=1,5 (m2) Qnóc=Qđáy=α×90-34×F=14,02×90-34×1,5 =1177,68 (kcal/h) c. Xác định lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò Trong mỗi giờ cánh cửa lò chỉ mở ra 10 phút Lượng nhiệt của cửa lò tỏa ra lúc mở được tính theo công thức Qmở cửa=qbx×Fcửa×K (kcal/h) Trong đó qbx: cường độ bức xạ Với t = 1500oC, tra biểu đồ 3.16 (KTTG trang 101) => qbx=48000 (kcal/m2h) Fcửa: diện tích cánh cửa: F=a×b=70×40 (m2) K : hệ số truyền nhiệt khi kể đến hiện tượng nhiễu xạ K=K1+K22 (kcal/mhoC) (tra đồ thị trang 101 – KTTG) Aδ=7045=1,56 ; tra đồ thị được K1=0,68 Bδ=4045=0,9 ; tra đồ thị được K2=0,57 δ : bề dày thành lò; δ=45 (cm) K=K1+K22=0,68+0,572=0,625 (kcal/mhoC) Lưu lượng nhiệt cửa lò tỏa ra trong 1h Qmở cửa=qbx×Fcửa×K=48000×0,625×0,7×0,4×1060 =1400 (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt tỏa ra của lò điên QtỏaLĐ=7903,39+1177,68×2+1400=11658,75 (kcal/h) 6.5.6. Lò ủ vật đúc Vì nhiệt độ làm việc của lò ủ vật đúc là 65oC nên ta tính nhiệt tỏa ra do lò ủ vật đúc theo công thức Qtỏalò ủ vật đúc=K×FtT-tN Trong đó K: hệ số truyền nhiệt Kết cấu của thành lò gồm 3 lớp + Lớp 1: lớp vữa δ=15 (mm); λ=0,75 (kcal/m2hoC) + Lớp 1: gạch xây δ=320 (mm); λ=0,7 (kcal/m2hoC) + Lớp 1: lớp vữa δ=15 (mm); λ=0,6 (kcal/m2hoC) K=11αT+δ1λ1+δ2λ2+δ3λ3+1αN=117,5+0,0150,75+0,320,7+0,0150,6+115=1,424 F: diện tích lò. Kích thước lò là 1,8×3×1,8 F=Fxq+F2 đáy=2×1,8+0,25×2+3+0,25×21,8+0,25×2+21,8+0,25×23+0,25×2 =42,78 (m2) tT: nhiệt độ làm việc của lò. tT=165oC tN: nhiệt độ xung quanh lò (nhiệt độ trong xưởng); tN=34oC Vậy Qtỏalò ủ vật đúc=1,424×42,78×165-34=7980,35 (kcal/h) Qtỏalò=Qtỏalò nấu gang+Qtỏalò nấu nhôm+Qtỏalò nấu hàn the+Qtỏalò nấu đồng+Qtỏalò điện+Qtỏalò ủ vật đúc =19532,5+5867,96+4064,23+4784,8+11658,75+7980,35 =63820,78 (kcal/h) Vậy tổng lượng nhiệt tỏa của phân xưởng Qtỏa=Qtỏangười+QtỏatsQtỏathiết bị+Qtỏasp+Qtỏalò =300+3715,2+4491,262+348339,58+63820,78 =420666,822 (kcal/h) Bảng tổng kết nhiệt thừa Lượng nhiệt thừa trong phân xưởng được tính theo công thức sau Qthừa=Qtỏa+Qbx-Qtt (kcal/h) Mùa Qtỏa (kcal/h) Qbx (kcal/h) Qtt (kcal/h) Qthừa (kcal/h) Hè 420666,822 57134,92 6114,406 471687,336 7. Tính hút cục bộ Các vị trí cần hút cục bộ là: máy mài 2 đá, lò nấu hàn the, lò nấu đồng, lò nấu nhôm, lò nấu gang, lò ủ vật đúc, lò điện, tang quay. 7.1. Xác định lưu lượng hút cục bộ và kích thước miệng hút Bụi sinh ra chủ yếu là do các máy nên ta có công thức tính lưu lượng bụi của các máy + Máy mài 2 đá L=D21800÷2000×n (m3/h) Trong đó L: lưu lượng hút (m3/h) D: đường kính của đá mài n: số lượng máy mài => L=0,52×1800×1=450 (m3/h) + Tang quay L=D2×1800 (m3/h) Trong đó D: đương kính của tang quay => L=1×12×1800=2178 (m3/h) 7.2 Tính chụp hút trên nguồn tỏa nhiệt Các thiết bị tỏa nhiệt trong phân xưởng bao gồm: các lò tỏa nhiệt gây ra. Do phân xưởng là phân xưởng công nghiệp nên ta chon chiều cao từ nền đến miệng chụp hút cao hơn đầu người để tiện cho thao tác của công nhân trong khi làm việc. Vậy ta chọn chiều cao từ nền đến miệng hút bằng 1,8m cho toàn bộ phân xưởng. 7.2.1. Lò nấu gang Khoảng cách từ chân lò đến miệng chụp hút thường có chiều cao lớn chiều cao của người công nhân làm việc và thường lấy từ 1,8÷2 m. Ta chọn 1,8 m. Khoảng cách từ miệng chụp hút đến miệng của nguồn tỏa: h=1,8-0,8=1(m) Nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt: tn=1340oC có γk=1,2931+t273=1,2931+1340273=0,21 (kg/m3) Nhiệt độ không khí xung quanh txq=34oC có γk=1,2931+t273=1,2931+34273=1,14 (kg/m3) Lưu lượng của chụp hút được xác định theo công thức L=L0×FcFn Trong đó L0: lưu lượng không khí tạo thành trên nguồn nhiệt tròn, (m3/h) Fc: diện tích của miệng chụp (m2); Fc=π×1,05+0,32=5,72 (m2) Fn: diện tích của nguồn tỏa nhiệt (m2); Fn=π×1052=3,46 (m2) (khoảng cách giữa mép nguồn nhiệt và mép của chụp là từ 0,2-0,3m) Ta có: h = 0,8 m F = 3,46 m2 Ta thấy h<1,5×F nên L0 được xác định theo công thức L0=0,653Q×F2×h Trong đó Q: lượng nhiệt tỏa ra; (nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò). Q=1396,3 kcal/h= 0,388 kcal/s F: diện tích nguồn tỏa nhiệt (m2) h: chiều cao từ mép dưới của chụp đến nguồn tỏa khí (m) L0=0,6530,388×3,462×0,8=1,25 (m3/s) = 4500 (m 3/h) =>L=4500×5,723,46=7439,31 (m3/h) Lưu lượng không khí xung quanh hút vào chụp Lxq=7439,31-4500=2939,31 (m3/h) Nhiệt độ không khí hỗn hợp tại miệng chụp hút thh=Gxq×txq+GK×tKGxq+GK Gxq=Lxq×γvlv=2939,31×1,14=3350,81 (kg/h) GK=L0×γK=4500×0,21=945 (kg/h) → tx=3350,81×34+945×13403350,81+945=321,3 oC >80oC Vậy ta chọn phương án hút tự nhiên 7.2.2. Lò nấu nhôm Khoảng cách từ chân lò đến miệng chụp hút thường có chiều cao lớn chiều cao của người công nhân làm việc và thường lấy từ 1,8÷2 m. Ta chọn 1,8 m. Khoảng cách từ miệng chụp hút đến miệng của nguồn tỏa: h=1,8-0,8=1(m) Nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt: tn=1350oC có γk=1,2931+t273=1,2931+1350273=0,22 (kg/m3) Nhiệt độ không khí xung quanh txq=34oC có γk=1,2931+t273=1,2931+34273=1,14 (kg/m3) Lưu lượng của chụp hút được xác định theo công thức L=L0×FcFn Trong đó L0: lưu lượng không khí tạo thành trên nguồn nhiệt tròn, (m3/h) Fc: diện tích của miệng chụp (m2); Fc=π×0,325+0,32=1,227 (m2) Fn: diện tích của nguồn tỏa nhiệt (m2); Fn=π×0,3252=0,33 (m2) (khoảng cách giữa mép nguồn nhiệt và mép của chụp là từ 0,2-0,3m) Ta có: h = 0,8 m F = 0,33 m2 Ta thấy h<1,5×F nên L0 được xác định theo công thức L0=0,653Q×F2×h Trong đó Q: lượng nhiệt tỏa ra; (nhiệt tỏa ra lúc mở cửa lò). Q=1396,3 kcal/h= 0,388 kcal/s F: diện tích nguồn tỏa nhiệt (m2) h: chiều cao từ mép dưới của chụp đến nguồn tỏa khí (m) L0=0,6530,388×0,332×0,8=0,12 (m3/s) = 432 (m 3/h) =>L=432×1,2270,33=1606,25 (m3/h) Lưu lượng không khí xung quanh hút vào chụp Lxq=1606,25-432=1174,25 (m3/h) Nhiệt độ không khí hỗn hợp tại miệng chụp hút thh=Gxq×txq+GK×tKGxq+GK Gxq=Lxq×γvlv=1174,25×1,14=1338,65 (kg/h) GK=L0×γK=432×0,22=95,04 (kg/h) → tx=1338,65×34+95,04×13501338,65+95,04=121,24 oC >80oC Vậy ta chọn phương án hút tự nhiên 7.2.3. Lò nấu hàn the Khoảng cách từ chân lò đến miệng chụp hút thường có chiều cao lớn chiều cao của người công nhân làm việc và thường lấy từ 1,8÷2 m. Ta chọn 1,8 m. Khoảng cách từ miệng chụp hút đến miệng của nguồn tỏa: h=1,8-0,8=1(m) Nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt: tn=1050oC có γk=1,2931+t273=1,2931+1050273=0,27 (kg/m3) Nhiệt độ không khí xung quanh txq=34oC có γk=1,2931+t273=1,2931+34273=1,14 (kg/m3) Lưu lượng của chụp hút được xác định theo công thức L=L0×FcFn Trong đó L0: lưu lượng không khí tạo thành trên nguồn nhiệt tròn, (m3/h) Fc: diện tích của miệng chụp (m2); Fc=π×0,25+0,32=0,95 (m2) Fn: diện tích của nguồn tỏa nhiệt (m2); Fn=π×0,252=0,2 (m2) (khoảng cách giữa mép nguồn nhiệt và mép của chụp là từ 0,2-0,3m) Ta có: h = 0,8 m F = 0,2 m2 Ta thấy h>1,5×F nên L0 được xác định theo công thức L0=0,13×Z32×Q13 Trong đó Q: lượng nhiệt tỏa ra ở miệng nguồn tỏa (lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa) Q=479,97 (kcal/h) =0,13 (kcal/s) Z: khoảng cách từ tiêu điểm của luồng nằm trên trục của nguồn về bên dưởi khoảng cách bằng 2 lần bề ngang của nguồn Z=2×d+h=2×0,5+0,8=1,8 (m) → L0=0,13×1,832×0,1313=0,16 (m3/s) = 576 (m3/h) →L=576×0,950,2=2736 (kcal/h) Lưu lượng không khí xung quanh hút vào chụp Lxq=2736-576=2160 (m3/h) Nhiệt độ không khí hỗn hợp tại miệng chụp hút thh=Gxq×txq+GK×tKGxq+GK Gxq=Lxq×γvlv=2160×1,14=2462,4 (kg/h) GK=L0×γK=576×0,27=155,52 (kg/h) → tx=2462,4×34+155,52×10502462,4+155,52=94,36 oC >80oC Vậy ta chọn phương án hút tự nhiên 7.2.4. Lò nấu đồng Khoảng cách từ chân lò đến miệng chụp hút thường có chiều cao lớn chiều cao của người công nhân làm việc và thường lấy từ 1,8÷2 m. Ta chọn 1,8 m. Khoảng cách từ miệng chụp hút đến miệng của nguồn tỏa: h=1,8-0,8=1(m) Nhiệt độ bề mặt nguồn nhiệt: tn=1200oC có γk=1,2931+t273=1,2931+1200273=0,24 (kg/m3) Nhiệt độ không khí xung quanh txq=34oC có γk=1,2931+t273=1,2931+34273=1,14 (kg/m3) Lưu lượng của chụp hút được xác định theo công thức L=L0×FcFn Trong đó L0: lưu lượng không khí tạo thành trên nguồn nhiệt tròn, (m3/h) Fc: diện tích của miệng chụp (m2); Fc=π×0,275+0,32=1,04 (m2) Fn: diện tích của nguồn tỏa nhiệt (m2); Fn=π×0,2752=0,24 (m2) (khoảng cách giữa mép nguồn nhiệt và mép của chụp là từ 0,2-0,3m) Ta có: h = 0,8 m F = 0,24 m2 Ta thấy h>1,5×F nên L0 được xác định theo công thức L0=0,13×Z32×Q13 Trong đó Q: lượng nhiệt tỏa ra ở miệng nguồn tỏa (lượng nhiệt tỏa ra lúc mở cửa) Q=916,3 (kcal/h) =0,25 (kcal/s) Z: khoảng cách từ tiêu điểm của luồng nằm trên trục của nguồn về bên dưởi khoảng cách bằng 2 lần bề ngang của nguồn Z=2×d+h=2×0,55+0,8=1,9 (m) → L0=0,13×1,932×0,2513=0,21 (m3/s) = 756 (m3/h) →L=756×1,040,24=3276 (kcal/h) Lưu lượng không khí xung quanh hút vào chụp Lxq=3276-756=2520 (m3/h) Nhiệt độ không khí hỗn hợp tại miệng chụp hút thh=Gxq×txq+GK×tKGxq+GK Gxq=Lxq×γvlv=2520×1,14=2872,8 (kg/h) GK=L0×γK=756×0,274=183,6 (kg/h) → tx=2872.8×34+183,6×12002872.8+183,6=94,36 oC >80oC Vậy ta chọn phương án hút tự nhiên 7.3. Tính chụp hút mái đua tại cửa lò 7.3.1. Lò ủ vật đúc Kích thước lò: 1,8×3×1,8 (m) Kích thước cửa lò: 0,7×0,4 (m) Áp suất trung tâm của cửa lò Ptt=P0+h2γvlv-γk (kg/m2) (1) Trong đó P0: tỉ số áp suất tại đáy lò ta lấy xấp xỉ bằng 0 γvlv: trọng lượng riêng của không khí trong vùng làm việc tvlv=34oC → γvlv=1,293×273273+34=1,14 (kg/m3) γk: trọng lượng riêng của không khí trong lò tk=165oC → γk=1,293×273273+165=0,81 (kg/m3) → Ptt=0+0,721,14-0,81=0,12 (kg/m2) Vận tốc không khí qua cửa lò Ptt=vtt22×gγk→ vtt=2×g×Pttγk=2×9,81×0,120,81=1,7 (m/s) Lưu lượng khí L0 thoát ra khỏi cửa lò L0=μ×vtt×3600×Fcl =0,65×1,7×3600×0,7×0,4=1113,84 (m3/h) (μ=0,65 : hệ số lưu lượng) Xác định độ nhô ra của cửa mái đua Theo vtt và kích thước cửa, nhiệt độ trong lò (tT), xác định tiêu chuẩn Acsimet theo công thức sau Ar=g×dtdptt2×Tk-TvlvTvlv Trong đó g: gia tốc trọng trường; g = 9,81 (m/s2) dtd: đường kính tương đương của cửa lò dtd=2×h×bh+b=2×0,7×0,40,7+0,4=0,51 (m) Tk: nhiệt độ tuyệt đối trong lò Tk=tk+273=165+273=438 (oK) Tvlv: nhiệt độ tuyệt đối trong vùng làm việc Tvlv=tvlv+273=34+273=307 (oK) →Ar=9,81×0,511,72×438-307307=0,74 Khoảng cách x từ thành lò ra đến vị trí trục của luồng khồn khí đi qua cửa lò được xác định như sau Theo công thức Baturin x=5y20,81×Ar2×a Trong đó x=xdtd→x=x×dtd x: khoảng cách ngang từ thành lò đến chỗ gặp nhau giữa trục của luồng khí đưa ra với mặt phẳng của miệng hút y=ydtd=0,350,51=0,686 (m) y: khoảng cách đứng từ bề mặt ngang qua tâm cửa lò đến bề mặt miệng hút; với miệng hút chụp trên cùng độ cao với mép trên của cửa thì ta lấy y=h2 Ar: tiêu chuẩn Acsimet a: hệ số rối; đối với cửa lò lấy a = 0,1 → x=50,68620,81×0,9242×0,1=1,467 (m) → x=x×dtd=1,467×0,51=0,748 (m) Ở tại khoảng cách x luồng khí bốc ra từ cửa lò sẽ có bề rộng Theo công thức Baturin bx=4,8×a×x+h=4,8×0,1×0,748+0,7=1,059 (m) Độ nhô ra của chụp hút mái đua l=x+bx2=0,748+1,0592=1,2775 (m) Chiểu rộng của chụp thường nhận lớn hơn bề rộng của cửa lò 150÷200mm Bề rộng của mái đua: b=0,4+0,2=0,6 (m) Lưu lượng không khí hỗn hợp Lx=L01+0,68axh=1113,841+0,680,1×0,7480,7=1194,77 (m3/h) Lưu lượng không khí xung quanh hút vào chụp Lxq=Lx-L0=1194,77-1113,84=80,93 (m3/h) Xác định nhiệt độ tx của hỗn hợp không khí mái đua tx=Gxq×txq+Gk×tkGxq+Gk Gxq=Lxq×γvlv=80,93×1,14=92,26 (kg/h) Gk=L0×γk=1113,84×0,81=902,21 (kg/h) →tx=92,26×34+902,21×16592,26+902,21=152,85≪300 oC Vậy ta chọn phương án hút cơ khí 7.3.2. Lò điện Kích thước lò: 1,5×1×1,3 (m) Kích thước cửa lò: 0,7×0,4 (m) Áp suất trung tâm của cửa lò Ptt=P0+h2γvlv-γk (kg/m2) (1) Trong đó P0: tỉ số áp suất tại đáy lò ta lấy xấp xỉ bằng 0 γvlv: trọng lượng riêng của không khí trong vùng làm việc tvlv=34oC → γvlv=1,293×273273+34=1,14 (kg/m3) γk: trọng lượng riêng của không khí trong lò tk=1500oC → γk=1,293×273273+1500=0,2 (kg/m3) → Ptt=0+0,721,14-0,2=0,33 (kg/m2) Vận tốc không khí qua cửa lò Ptt=vtt22×gγk→ vtt=2×g×Pttγk=2×9,81×0,330,2=5,6 (m/s) Lưu lượng khí L0 thoát ra khỏi cửa lò L0=μ×vtt×3600×Fcl =0,65×5,6×3600×0,7×0,4=3669,12 (m3/h) (μ=0,65 : hệ số lưu lượng) Xác định độ nhô ra của cửa mái đua Theo vtt và kích thước cửa, nhiệt độ trong lò (tT), xác định tiêu chuẩn Acsimet theo công thức sau Ar=g×dtdptt2×Tk-TvlvTvlv Trong đó g: gia tốc trọng trường; g = 9,81 (m/s2) dtd: đường kính tương đương của cửa lò dtd=2×h×bh+b=2×0,7×0,40,7+0,4=0,51 (m) Tk: nhiệt độ tuyệt đối trong lò Tk=tk+273=1500+273=1773 (oK) Tvlv: nhiệt độ tuyệt đối trong vùng làm việc Tvlv=tvlv+273=34+273=307 (oK) →Ar=9,81×0,515,62×1773-307307=0,76 Khoảng cách x từ thành lò ra đến vị trí trục của luồng khồn khí đi qua cửa lò được xác định như sau Theo công thức Baturin x=5y20,81×Ar2×a Trong đó x=xdtd→x=x×dtd x: khoảng cách ngang từ thành lò đến chỗ gặp nhau giữa trục của luồng khí đưa ra với mặt phẳng của miệng hút y=ydtd=0,350,51=0,686 (m) y: khoảng cách đứng từ bề mặt ngang qua tâm cửa lò đến bề mặt miệng hút; với miệng hút chụp trên cùng độ cao với mép trên của cửa thì ta lấy y=h2 Ar: tiêu chuẩn Acsimet a: hệ số rối; đối với cửa lò lấy a = 0,1 → x=50,68620,81×0,732×0,1=1,6 (m) → x=x×dtd=1,6×0,51=0,816 (m) Ở tại khoảng cách x luồng khí bốc ra từ cửa lò sẽ có bề rộng Theo công thức Baturin bx=4,8×a×x+h=4,8×0,1×0,816+0,7=1,092 (m) Độ nhô ra của chụp hút mái đua l=x+bx2=0,816+1,0922=1,362 (m) Chiểu rộng của chụp thường nhận lớn hơn bề rộng của cửa lò 150÷200mm Bề rộng của mái đua: b=0,4+0,2=0,6 (m) Lưu lượng không khí hỗn hợp Lx=L01+0,68axh=3669,121+0,680,1×0,8160,7=3959,97 (m3/h) Lưu lượng không khí xung quanh hút vào chụp Lxq=Lx-L0=3959,97-3669,12=290,85 (m3/h) Xác định nhiệt độ tx của hỗn hợp không khí mái đua tx=Gxq×txq+Gk×tkGxq+Gk Gxq=Lxq×γvlv=290,85×1,14=331,57 (kg/h) Gk=L0×γk=3369,12×0,2=733,82 (kg/h) →tx=331,57×34+733,82×1500331,57+733,82=1043,75≫300 oC Vậy ta chọn phương án hút tự nhiên. Tổng lưu lượng hút cục bộ là Lhút=Llò nấu gang+Llò nấu đồng+Llò nấu nhôm×2+Llò nấu hàn the×2+Llò ủ vật đúc+Llò điện+Lmáy mài 2 đá+Ltang quay =7439.31+3276+1606,25×2+2736×2+1194,77+3959,97+450+2178 =27182,55 (m3/h) 8. Cân bằng lưu lượng và cân bằng nhiệt 8.1. Cân bằng lưu lượng Ta có LV=LR LVC+LVCB=LRC+LRCB LVC+0=LRC+LRCB LVC+0=LRC+27182,55 LVC-LRC=27182,55 (1) 8.2. Cân bằng nhiệt lượng QV+Qthừa=QR + QV=LVC×c×tNtt=0,24×31,8×LVC=7,6×LVC + QR=QRCB+QRC QRC=LRC×c×tR Với tR=tvlv+β×H-2 Chọn H=10 ; β=1,5; tvlv=tTtt=34oC →tR=34+1,5×10-2=46 oC →QRC=LRC×0,24×46=11,4×LRC → QV+Qthừa=QR ↔7,992×LVC+471687,336=11,28×LRC ↔11,04×LRC-7,6×LVC=471687,336 (2) Từ (1)và (2) ta được hệ phương trình LVC-LRC=27182,55 11,04×LRC-7,6×LVC=471687,336 ↔ LVC=224355,43 LRC=197172,88 (m3/h) LVCKC=20%×LVC=20%×224355,43=44871,068 (m3/h) LVTNC=80%×LVC=80%×224355,43=179484,344 (m3/h) LRTNC=100%×LRC=100%×197172,88=197172,88 (m3/h) 9. Tính toán thủy lực Trong phân xưởng để thông gió ta thiết kế 3 hệ thống + Hệ thống thổi cơ khí chung cho toàn phân xưởng + Hệ thống hút cục bộ cho các lò + Hệ thống hút cục bộ cho máy mài 2 đá và tang quay 9.1. Hệ thống thổi cơ khí chung cho toàn phân xưởng Sử dụng 22 miệng thổi, lưu lượng cho mỗi miệng thổi là 2000 (m3/h) STT L (m3/h) l (m) v (m/s) d (mm) R R.l ξ v22.gγ Δpcb (kg/m2) Δptp (kg/m2) Tuyến ống chính 1 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 2 6000 3 5,4 630 0,046 0,138 0 1,78 0 0,138 3 10000 3 7,1 710 0,065 0,195 0 3,08 0 0,195 4 14000 3 7,8 800 0,067 0,201 0 3,72 0 0,201 5 18000 3 7,9 900 0,059 0,177 0 3,82 0 0,177 6 22000 7 9,7 900 0,086 0,602 0 5,76 0 0,602 Tuyến ống phụ 1’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 2’ 6000 3 5,4 630 0,046 0,138 0 1,78 0 0,138 3’ 10000 3 7,1 710 0,065 0,195 0 3,08 0 0,195 4’ 14000 3 7,8 800 0,067 0,201 0 3,72 0 0,201 5’ 18000 3 7,9 900 0,059 0,177 0 3,82 0 0,177 6’ 22000 7 9,7 900 0,086 0,602 0 5,76 0 0,602 7’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 8’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 9’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 10’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 11’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 12’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 13’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 14’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 15’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 16’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 17’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 18’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 19’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 20’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 21’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 22’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 23’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 24’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 25’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 26’ 2000 2 4,5 400 0,058 0,116 0,65 1,24 0,806 0,922 Hệ số sức cản cục bộ lấy như sau + Đoạn 01: Miệng thổi ξ = 0,25 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,65 + Đoạn 02,03,04,05,06: Chạc tư nhánh thẳng ξ = 0 + Đoạn 07: Loa (nối vào quạt) ξ = 0,1 Chạc ba ξ = 0,1 ξ=0,2 + Đoạn nhánh phụ 01’ giống đoạn nhánh chính 01 + Đoạn nhánh phụ 02’ giống đoạn nhánh chính 02 + Đoạn nhánh phụ 03’ giống đoạn nhánh chính 03 + Đoạn nhánh phụ 04’ giống đoạn nhánh chính 04 + Đoạn nhánh phụ 05’ giống đoạn nhánh chính 05 + Đoạn nhánh phụ 06’ giống đoạn nhánh chính 06 + Các đoạn nhánh phụ: 07’, 08’, 09’, 10’, 11’, 12’, 13’, 14’, 15’, 16’, 17’, 18’, 19’, 20’, 21’, 22’, 23’, 24’, 25’, 26’ có ξ=0,65 (giống đoạn chính 01) 9.2. Hệ thống hút cục bộ cho tang quay và máy mài hai đá STT L (m3/h) l (m) v (m/s) d (mm) R R.l ξ v22.gγ Δpcb (kg/m2) Δptp (kg/m2) Tuyến ống chính 1 2178 3 7,8 315 0,44 1,1 1,33 3,71 4,948 6,048 2 2528 1 9 315 0,279 0,279 2,6 4,95 12,87 13,149 Δptp =19,197 (kg/m2) Tuyến ống phụ 1’ 450 7 6,3 160 0,335 2,345 1,33 7,54 10,03 12,375 Hệ số sức cản cục bộ + Đoạn 1: Miệng hút ξ = 0,53 2 cút 90o ξ = 0,8 ξ=1,33 + Đoạn 2: Chạc 3 ξ = 2,5 Loa nối vào quạt ξ = 0,1 ξ=2,6 + Đoạn 01’: Miệng hút ξ = 0,53 2 cút 90o ξ = 0,8 ξ=1,33 9.3. Hệ thống hút cục bộ cho các lò STT L (m3/h) l (m) v (m/s) d (mm) R R.l ξ v22.gγ Δpcb (kg/m2) Δptp (kg/m2) Tuyến ống chính 1 1606 5,5 4,6 355 0,07 0,385 0,93 1,29 0,67 1,055 2 3212 2,7 5,7 450 0,077 0,21 0,44 1,99 0,876 1,086 3 6488 1,3 7,3 560 0,092 0,12 0,44 3,26 1,43 1,55 4 9224 2 8,2 630 0,099 0,198 0,64 4,11 2,63 2,828 5 11960 4,5 8,4 710 0,089 0,40 0,64 4,32 2,76 3,16 6 13154 3 9,3 710 0,107 0,32 0,62 5,29 3,28 3,6 7 20593 4,5 11,4 800 0,135 0,607 0,84 7,95 4,77 5,377 Δptp =18,496 (kg/m2) Tuyến ống phụ 1’ 1606 5,5 4,6 355 0,07 0,385 0,93 1,29 1,199 1,584 2’ 3276 4 5,9 450 0,082 0,328 0,93 2,13 1,98 2,308 3’ 2736 3,5 7,7 355 0,18 0,63 0,93 3,63 3,376 4,006 4’ 2736 3,5 7,7 355 0,18 0,63 0,93 3,63 3,376 4,006 5’ 1194 1,5 8,4 255 0,374 0,188 0,93 4,32 3,93 4,118 6’ 7439 2 8,4 560 0,119 0,238 0,93 4,32 3,93 4,168 Hệ số sức cản cục bộ + Đoạn 01: Miệng hút ξ = 0,53 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,93 + Đoạn 02: Chạc 3 ξ = 0,44 + Đoạn 03: Chạc 3 ξ = 0,44 + Đoạn 04: Chạc 3 ξ = 0,64 + Đoạn 05: Chạc 3 ξ = 0,64 + Đoạn 06: Chạc 3 ξ = 0,62 + Đoạn 07: Chạc 3 ξ = 0,59 Loa ξ = 0,1 Thắt dòng đột ngột ξ = 0,15 ξ=0,84 + Đoạn 01’: Miệng hút ξ = 0,53 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,93 + Đoạn 02’: Miệng hút ξ = 0,53 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,93 + Đoạn 03’: Miệng hút ξ = 0,53 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,93 + Đoạn 04’: Miệng hút ξ = 0,53 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,93 + Đoạn 05’: Miệng hút ξ = 0,53 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,93 + Đoạn 06’: Miệng hút ξ = 0,53 Ngoặt 90o ξ = 0,4 ξ=0,93 10. Tính toán quạt cho hệ thống xử lý 10.1. Quạt cho hệ thống thổi ΔPtp=20,245 (kg/m2); L= 44000 (m3/h) →Chọn quạt ly tâm 4-70 No10 với Hiệu suất: 0,7 m/s n = 420 v/phút Công suất: 22 Trọng lượng: 480kg Các thông số kĩ thuật của quạt tra phụ lục 5 trang 412 –sách kĩ thuật thông gió (GS. Trần Ngọc Chấn) Chọn lưới lọc cho hệ thống thổi Chọn loại lưới lọc bụi khâu kim loại kích thước 13×13×1 mm Khi đó: Năng suất lọc lấy bằng: 5000 m3/h.m2 Sức cản thủy lực bằng 8 kG/m2 Kích thước tấm lọc: 500×500×800 mm, tương ứng với diện tích f=0,25 m2 Với tổng lưu lượng thổi chung L= 44000m3, diện tích tổng cộng của tấm lọc F=440005000=8,8 m2 Như vậy số tấm lọc bụi cần là: n=8,80,25=35,2 tấm, chọn n= 36 tấm Tổng sức cản qua tấm lọc: 8,8×8=70,4 (kG/m2) 10.2. Quạt cho hệ thống hút lò ΔPtp=114,184 (kg/m2); L= 20593 (m3/h) →Chọn quạt ly tâm 4-70 No8 với Hiệu suất: 0,7 m/s n = 1050 v/phút Công suất: 43,1 Trọng lượng: 340kg Các thông số kĩ thuật của quạt tra phụ lục 5 trang 412 –sách kĩ thuật thông gió (GS. Trần Ngọc Chấn) 10.3. Quạt cho hệ thống hút máy mài hai đá và tang quay ΔPtp=17,669 (kg/m2); L= 2528 (m3/h) →Chọn quạt ly tâm 4-70 No4 với Hiệu suất: 0,8 m/s n = 870 v/phút Công suất: 17 Trọng lượng: 70kg Các thông số kĩ thuật của quạt tra phụ lục 5 trang 412 –sách kĩ thuật thông gió (GS. Trần Ngọc Chấn) 11. Tính toán thông gió tự nhiên cho phân xưởng Chiều cao từ tâm cửa dưới đến tâm cửa trên: H=10 – 1 = 9 (m) Diện tích cửa sổ: F1=42 (m2) F2=80 (m2) μ = 0,65 Nhiệt độ: tn=31,8oC; tvlv=34 oC Grad = 1,5oC (phân xưởng nóng) Nhiệt độ ra: t1=34+10-2×1,5=46oC Trọng lượng riêng của không khí: γvlv=1,15 γr=1,11 γn=1,16 Nhiệt độ trung bình trong phân xưởng: γtb=34+462=40oC H2=H1+F2F12γrγn=91+804221,111,16=2 H1=9-2=7 (m) Áp suất thừa ở cửa (1): Pth(1)=-H1×Δρ1=-7×1,152-1,124=-0,196 (kg/m2) Vận tốc không khí qua cửa (1) v1=-Pth(1)×2×gγn=0,196×2×9,811,152=1,83 (m/s) Lưu lượng không khí đi qua cửa (1) L1=μ×v1×F1×γn=0,65×1,83×42×1,152=57,55 (kg/s) Áp suất thừa ở cửa (2) Pth(2)=-H2×Δρ2=-2×1,152-1,124=-0,056 (kg/m2) Vận tốc không khí qua cửa (2) v2=-Pth(2)×2×gγr=0,056×2×9,811,11=0,99 (m/s) Lưu lượng không khí đi qua cửa (2) L2=μ×v2×F2×γn=0,65×0,99×80×1,11=56,628 (kg/s) Kiểm tra cân bằng nhiệt Nhiệt lượng thông gió tự nhiên có thể khử được Q=3600×L×Cpt1-tv=3600×57,55×0,2446-31,8 =706069,4 (kcal/h) Q>Qthừa