Đồ án Thiết kế lò nung liên tục để nung thép cán

 Ph2o=0,05349[ođ] _Chiều dày có hiệu của lớp khí bức xạ Shq = 2. . .     ch ch H H [m]  Shq = 0,9.2.2,9.1,74 2,9 1,74 = 1,975[m] Tích số M Mco2 =Pco2.Shq=0,14316.1,957=0,280[at.m] Mh2o=PH2o.Shq=0,05349.1,957=0,105[at.m] với nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy tktb =1350 0 C[at.m] và tích số Mco2= 0,280[at.m] MH2o=0,105[at.m] Theo các giản đồ 24,25 và 26 ta tra được  co2 =0,1  h20 =0,075  =1,02 Vậy  k=  co2+  . H20=0,1+1,02.0,075=0,1765 2.2.4.2.Hệ số bức xạ quy dẫn - độ phát triển của trường lò Độ phát triển của trường lò được xác định theo công thức . 2. 2.1,74 2,9 2,658 . 1.2,4        n chH n l hệ số bức xạ qui dẫn . Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 17 Cqd =   0 1 . . 1 1                  kl k kl k kl k C  Cqd =0,8.5,67.   2,658 1 0,1765 2,409 1 0,1765 0,8 0,1765 1 0,8 2,658 0,1765          . Cqd =2,409 [w/m 2 .k 4 ]. 2.2.4.3. Hệ số trao đổi nhịêt tổng cộng - Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng được xác định theo công thức     bx dl ở nhiệt độ cao có thể coi dl = 0,1 bx do đó hệ số bức xạ tổng cộng sẽ là:  =1,1 bx Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ được xác định theo công thức sau: 4 4 1 2 1 2 100 100              bx qd T T C t t [W/m 2 .K] Trong đó : T1 Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng nung [K] T2 Nhiệt độ ttrung bình của bề mặt phôi trong giai đoạn nung [K] 4 4 1350 273 1000 273 100 100 2,409 296,824 1350 1000                bx [w/m 2 .K] 2.2.4.4 Các tiêu chuẩn nhiệt độ và nhiệt độ tâm phôi cuối giai đoạn nung - Tiêu chuẩn nhiệt độ bề mặt phôi nung : 3 2 1350 1200 0,2 1350 600         k m tb m k m tb t t t t - Tiêu chuẩn Bi (sơ bộ) .   t sb S Bi Trong đó :  = 296,824 St = 0,11 [m] Tính sb : 600 522,5 12002 2 3 3 3            m t m sb Tra đồ thị hình 2.1 và dùng phương pháp nội suy ta có Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 18 400 600 522,5 400 522,5 54,179 47,805 .122,5 54,179 .122,5 200 200 50,275[ / . ]             w m K  sb = 47,805 50,275 46,531 48,204 3    [W/m.K] Vậy Bi = .   t sb S = 296,824.0,11 0,677 48,204  Từ giá trị 0,2m  và Bi =0,677 Theo giản đồ hình 27[1] ta có F0 =2,4 ; Từ giá trị Bi =0,677 và F0=2,4 theo giản đồ 28[1] ta có 0,28t  Vậy nhiệt độ tâm phôi sơ bộ cuối giai đoạn nung là. t t 3(sb) = t k tb - t (t k tb-t t 2) = 1350-0,28(1350-522,5)=1118,3 0 C  t t 3(sb) =1118,3 0 C Hệ số dẫn nhiệt trung bình chính xác của kim loại trong vùng nung 600 522,5 1200 1118,32 2 3 3 4 4 m t m t cx                tra đồ thị hình 2.1 Và dùng phương pháp nội suy ta có .  1118,3 =  1000- 1000 1200 .118,3 200   43,344  43,344 46,531 .118,3 45,229 200   Vậy 1118,3 45,229[ / . ]w m K  47,805 50,275 46,531 45,229 47,46[ / . ] 4 cx w m K       --Tiêu chuẩn Bi chính xác Bi= . t cx S   296,824.0,110,687 47,46  Từ Bi =0,687và 0,2m  Theo giản đồ hình 27[1] ta có F0=2,4 với F0=2,4 và Bi=0,687 theo giản đồ hình 28[1] tra được 0,28t  Vậy nhiệt độ chính xác tâm phôi cuối giai đoạn nung là :     03 2 0 3 1350 0,29 1350 522,5 1110,025 1110,025[ ] t k k t tb t tb t t t t t C t C         Nhiệt độ trung bình của phôi thép (theo chiều dày ) cuối vùng nung     03 3 3 0 1 1 1110,025 1200 1110,025 1140,016[ ] 3 3 1140,016[ ] kl t m t c kl c t t t t C t C         Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 19 2.2.4.5 Hệ số dẫn nhiệt độ a [m2/h] trong vùng nung - Hệ số nhiệt độ được tính theo công thức sau : 3,6. . tb kl kl a C    [m2/h] 3 47,46[ / . ] 7800[ / ] tb cx kl w m K kg m       2 1 kl kl kl c d i i C t t    Trong đó : t kl c : Nhiệt độ trung bình của phôi thép cuối vùng nung tđ kl : Nhiệt độ trung bình của phôi thép đầu vùng nung i2 , i1 Entapy của thép ứng với nhiệt độ t kl c tđ kl Dựa vào bảng 37[1] và dùng phương pháp nội suy ta được 600 500 1 548,333 600 1 .51,667 100 356,0 280,5 356,0 .51,667 316,991[ / ] 100         i i i i i i kj k 1200 1100 2 1140,016 1200 2 .59,984 100 814,5 744,0 814,5 .59,984 772,211[ / ] 100         i i i i i i kj kg Vậy 2 772,211 316,991 0,769[ / . ] 1140,016 548,333 47,46 3,6. 0,028[ / ] 7800.0,769 klC kj kg K a m h       2.2.4.6 Thời gian nung vật trong vùng nung [Tn] Từ tiêu chuẩn 0 2 . s t a F S   =2,4 2 2 0. 2,4.0,11 1,037[ ] 0,028 T n F S h a     2.2.5 Tính thời gian đồng đều nhiệt độ ( dn [h]) - Nhiệt độ bề mặt vật nung ở giai đoạn đoòng đều nhiệt (đồng nhiệt) t m 4=t m 3=1200 0 C -Nhiệt độ tâm vật nung cuối giai đoạn đồng nhiệt tt4=1183,50C -Tính mức độ đồng nhiệt Mức độ đồng nhiệt được xác định theo công thức: Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 20 1200 1183,5 0,183 1200 1110,025 m t c c c m t d d d t t t t t t             Căn cứ mức đồng nhiệt 0,183  và theo giản đồ hình 33[1] ta có được tiêu chuẩn Fủiê. F0=0,45 2.2.5.1 Hệ số dẫn nhiệt độ -Hệ số dẫn nhiệt trung bình. 1200 1110,025 1200 1183,5 4 4 m t m t d d c c tb tb                   Dựa vào đồ thị hình 2.1 và bằng phương pháp nội suy ta có 1000 1200 1110,025 1000 1110,025 1110,025 .110,025 200 43,344 46,531 43,344 .110,025 45,097 200 45,097[ / . ]w m K               1000 1200 1183,5 1000 1183,5 1183,5 .183,5 200 43,344 46,531 43,344 .183,5 46,268 200 46,268[ / . ]w m K               Vậy 46,531 45,097 46,531 46,268 46,106[ / . ] 4 tb w m K      - Nhiệt độ trung bình của phôi thép trong giai đoạn đồng nhiệt 2 kl kl c d tb t t t   Trong đó tklđ = tc kl (nung) = 1140,016[ 0 C] t kl c (đồng nhiệt) Nhiệt độ trung bình của phôi thép cuối vùng đồng nhiệt t kl c(đn) = t4 t + 1 3 (t t m – t t 4) = 1183,5 + 1 3 (1200 – 1183,5) = 11890C t kl c(đn) = 1189[ 0 C] Vậy 2 kl kl c d tb t t t   = 01140,016 1189 1164,508[ ] 2 C   Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 21 - Hệ số dẫn nhiệt 3,6. . tb kl kl a C    [m2/h] CP Nhiệt dung riêng trung bình của thép ở vùng đồng nhiệt CP = tb tb i t itb Entanpy của thép ở nhiệt độ trung bình ttb=1164,508 0 C Tra bảng 37[1] và bằng phương pháp nội suy ta được 1200 11001164,508 1200 .35,492 100 i i i i    814,5 744,0 814,5 .35,492 789,478[ / ] 100 kj kg     Vậy 2 789,478 0,678[ / . ] 1164,508 46,106 3,6. 0,031[ / ]. 7800.0,678 pC kj kg K m h      2.2.5.2. Thời gian đồng nhiệt . Từ tiêu chuẩn Furiê 0 2 . dn t a F S   2 0. t dn F S     20,45.0,11 0,175[ ] 0,031 h  Để hoàn thiện quá trình chuyển hoá về tổ chức của kim loại thông thường thời gian giữ nhiệt gấp đôi thời gian đồng nhiệt giữa mặt và tâm vật do đó thời gian giữ nhiệt là: 2 2.0,175 0,35[ ]dn h    2.3.tổng thời gian nung phôi trong lò là . 1,091 1,037 0,35 2,478[ ]S n h           2.4.Xác định chiều dài của lò -- Một lò có cấu trúc hợp lí cần phải bảo đảm tỷ lệ 1 1 4 8 B L   2.4.1. Chiều dài có hiệu của vùng sấy đƣợc tính theo công thức . . . S S ch b P L n g   Trong đó : b : Chiều rộng của phôi b = 0,11 P : năng suất của lò P = 9 t/h = 9000kg/h Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 22 S : thời gian nung phôi trong cùng sấy S = 1,091 [h] n : số dãy phôi n = 1 g ; khối lượng của một phôi , . . 0,11.0.11.2,4.7800 226,512g V a b l     [kg/phôi] Vậy . . . S S ch b P L n g   = 0,11.9000.1,091 4,768[ ] 1.226,512 m Chiều dài thực tế của vùng sấy : S S t ch KL L l  [m] Trong đó Lsch – Chiều dài có hiệu của vùng sấy [m] lK - Chiều dài có tiết diện của kênh khói [m] Do nung phôi một mặt cho nên chiều dài thực tế của vùng sấy chính là chiều dài có hiệu của vùng sấy 4,768[ ]S St chL L m   2.4.2 Chiều dài vùng nung . . 0,11.9000.1,037 4,532[ ] . 1.226,512 n n tt b P L m n g     2.4.3 Chiều dài vùng đồng nhiệt - Chiều dài có hiệu của vùng đồng nhiệt . . 0,11.9000.0,35 1,529[ ] . 1.226,512 dn dn ch b P L m n g    - Chiều dài thực tế vùng đồng nhiệt được lấy dư thêm 0,9m để duy trì sự cháy ổn định từ các mỏ đốt 0,9 1,529 2,429[ ]dnttL m   2.4.4. Chiều dài thực tế của lò . 4,765 4,532 2,429 11,729[ ]S n dntt tt ttL L L L m        vậy 11,729[ ].L m  Ta có 2,9 1 11,729 4,04 B L   Vậy thoả mãn với cấu trúc của lò . 2.5. Các kết quả tính toán . Các kích thước cơ bản của lò và thời gian nung được trình bày trong bảng sau : Đ¹i l-îng Vïng SÊy Vïng nung Vïng ®ång nhiÖt Toµn lß Chiều ngang B [m] 2,900 2,900 2,900 - Chiều cao thực H[m] 0,874 1,850 1,097 - Chiều dài thực L[m] 4,768 4,532 2,429 11,729 Thời gian [h] 1,091 1,037 0,350 2,478 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 23 CHƢƠNG 3 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT XÁC ĐỊNH LƢỢNG DẦU TIÊU HAO 3.1 Cấu trúc của lò 3.1.1 Kích thƣớc nội hình lò - Kích thước cơ bản của lò được trình bày trong bảng sau : Bảng 3.1 Các kích thước nội hình lò 3.1.2 Chọn vật liệu và kích thƣớc thể xây - Chọn vật liêu xây lò Khi chon vật liệu chịu lửa để xây lò phải căn cứ vào nhiệm vụ của lò (lò nung , lò sấy) đặc điểm làm việc của lò (ổn định hay không ổn định ). Nhiệt độ làm việc và tính chất của môi trường lò . Các vùng làm việc Các kích thước nội hình lò Chiều dài L [mm] Chiều rộng B [mm] Chiều caoH[mm] Vùng sấy 4768 2900 874 Vùng nung 4532 2900 1850 Vùng đồng nhiệt 2429 2900 1097  11729 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 24 - Các loại vật liệu xây lò đảm bảo những yêu cầu nêu trên được trình bày trong bảng dưới đây (bảng 3.2) Lò nung liên tục có chế độ nhiệt và chế độ nhiệt ổn định . Vì vậy lò nung liên tục không có tổn thất nhiệt do tích nhiệt cho tường lò (Trừ trường hợp lò làm việc lần đầu hoặc làm việc trở lại sau một thời gian nghỉ ) Để giảm tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua tường lò , người ta có xu hướng tăng chiều dày tường lò khi vật liệu đã được chọn thích hợp Thể Xây Lớp chịu nóng Vật liệu Chiều dày [mm] Lớp cách nhiệt Vật liệu Chiều dày [mm] Chiều dày chung [mm] Tƣờng Lò Điatômít 232 Samốt A 232 sSamốtnhẹ 115 579 Nóc Lò Samốt A 232 Điatômít 115 347 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 25 Vùng Sấy ĐáY Lò Vùng nung Vùng Đồng Nhiệt Samốt C 115 Samốt C 115 Samốt A 67 Samốt A 67 Samốt C 115 Samốt C 115 Samốt A 67 Samốt A 67 Samốt C 115 Samốt C 115 Samốt A 67 Samốt A 67 Gạch đỏ 232 Gạch đỏ 232 Gạch đỏ 232 596 596 596 3.1.3 Kích thƣớc ngoại hình lò Dựa vào kích thước nội hình lò , kích thước thể xây khoảng cách cửa ra liệu đến cuối lò ta xác định được kích thước ngoại hình lò, các kích thước ngoại hình lò được trình bày trong bảng 3.3 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 26 Bảng 3.3 Kích thƣớc ngoại hình lò 3.2. Tính cân bằng nhiệt 3.2.1. Các khoản thu nhiệt lƣợng: 3.2.1.1. Nhiệt lƣợng do đốt cháy dầu FO: Qc=0,28.B.Qt [W] Trong đó : B : Lượng tiêu hao dầu FO [kg/h] Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO : Qt = 35647,5 [kJ/kg] 0,28 : Hệ số chuyển đổi đơn vị Qc=0,28.B. Q1=0,28.B. 35647,5 =9981,3B [W] 3.2.1.2. Nhiệt lƣợng do không khí nóng mang vào Không khí được nung nóng sẽ mang vào lò một lượng nhiệt: Qkk=0,28.Ckk.tkk.Ln.f.B [W] Trong đó : Ckk.tkk=ikk : Entanpy của không khí ẩm ở nhiệt độ tkk=350 [C] Tra bảng , ta có ikk=463,75 [kJ/m 3 ] Ln : Lượng không khí thực tế cần để đốt 1 kg dầu FO Ln =11,206 [m 3 /kg] f : Tỷ lệ nung trước không khí (f = 1 vì nung 100% không khí ) . Qkk = 0,28.463,75.11,206.1.B =1455,099B [W] STT Chiều dài Chiều cao Chiều rộng Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Toàn Lò Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt Cả 3 vùng lò Ký hiệu Lng Lng Lng L Hng Hng Hng Bng Giá trị [mm] 5347 4532 3008 12887 1927 2903 2150 3479 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 27 3.2.1.3. Nhiệt lƣợng do nung trƣớc dầu FO Theo bàI ra, dầu FO được nung trước 100% tới nhiệt độ tdầu=110 0 C Qdầu=0,28.Cdầu.tdầu.B [W] Trong đó: Cdầu: Nhiệt dung riêng của dầu FO; Cdầu= 2,17 [kJ/kg.K] . tdầu: Nhiệt độ nung trước của dầu FO; tdầu=110 [ 0 C] Qdầu=0,28.2,17.110.B =66,836.B [W] 3.2.1.4. Nhiệt lƣợng do các phản ứng toả nhiệt : Khi nung, kim loại bị oxy hoá. Phản ứng oxy hoá kim loại là phản ứng toả nhiệt. Qtoả=0,28.a.q.P [W] Trong đó : a: Tỷ lệ kim loại bị oxy hoá khi nung trong lò . Đối với lò nhiệt luyện : a = 0,005 0,01 Đối với lò nung cán, rèn : a = 0,010,03 : Lờy a =0,02 q: Lượng nhiệt toả ra khi 1 kg sắt (Fe) bị oxy hoá ; q=5650[kJ/kg] P: Năng suất lò ; P=9000[kg/h] Qtoả=0,28.0,02.5650.9000=284760[W] 3.2.2. Các khoản chi nhiệt lƣợng: 3.2.2.1. Nhiệt lƣợng dùng để nung kim loại: Q1=0,28.P.(ic - id) [W] Trong đó : P: Năng suất lò; P=9000[kg/h] ic,id: Entanpy của thép trước và sau khi nung iđ= i20=9,4[kJ/kg] ic= i1164,508=789,478[kj/kg] Q1=0,28.9000.(789,478 - 9,4) = 1965796,56[W] Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 28 3.2.2.2. Lƣợng nhiệt tổn thất do đốt cháy không hoàn toàn hoá học Khi đốt nhiên liệu có ngọn lửa lớn thường trong sản phẩm hay ra khỏi lò còn một lượng khí CO và H2 chưa cháy hết do đó tạo lên tổn thất Q2 =0,28.p.g.B.Vn[W] Trong đó : p =0,005 0,03 lấy dựa vào thiết bị đốt nhiên liệu mỏ đốt càng hoàn hảo thì giá trị p càng nhỏ . Lò dùng mỏ phun thấp áp nên chon p =0,02 g : Nhiệt trị trung bình của các khí CO và H2; g = 12150 [kJ/m 3 ] Vn: Lượng sản phẩm cháy thực tế sinh ra khi đốt cháy 1 kg dầu FO Vn=11,603[m 3 /kg] Q2 =0,28.0,02.12150.B.11,603 = 789,468.B[W] 3.2.2.3. Lƣợng nhiệt tổn thất do đốt cháy không hoàn toàn cơ học Q3=0,28.K.Qt.B[W] Trong đó : Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO ; Q d t =35647,5[kJ/kg] K: Hệ số mất mát do cháy không hoàn toàn cơ học Với nhiên liệu lỏng : K=0,01 Q3=0,28.0,01.35647,5.B = 99,813.B[W] 3.2.2.4. Lƣợng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua các thể xây lò : a) Tổn thất do dẫn nhiệt qua tƣờng lò: (Q sấy tƣờng; Q nung tƣờng; Q đồngnhiệt tƣờng) Lượng nhiệt mất do dẫn nhiệt qua tường lò của mỗi vùng được tính theo công thức sau Qtường=  1 λ δ   i i WngoµiWtrong tt .Ftường [W] Trong đó : tWtrong: Nhiệt độ mặt trong của tường lò [C]. Giá trị này thường nhỏ hơn giá trị của sản phẩm cháy (tktb) khoảng 50 [C] Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 29 tWngoài: Nhiệt độ mặt ngoài của tường lò [C]. tWngoài trong khoảng (30 45 0 C) lấy tWngoài=45 0 C i : Chiều dày của lớp tường thứ i [m]. Ftường: Diện tích bề mặt ngoài tường lò [m 2 ] α : Hệ số truyền nhiệt đối lưu, thường α=11,63[W/m2]  α = 0,05 i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i t[ 0 C] 1 =232 2 232  3 115   [mm] Hình 3.2: Các lớp tƣờng lò Theo bảng phụ lục IX [2] ta có 3 0,314 0,00035samètnhÑ tbt    2 § « 0,163 0,00043iat mÝt tbt    1 0,88 0,00023SamètA tbt    Nhiệt độ trung bình của các lớp đối với tường lò được xác định theo công thức: ttb2= 2 KKWtrong tt  ttb1= 2 2tbWtrong tt  Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 30 ttb3= 2 2 KKtb tt  Trong đó : tKK: Nhiệt độ của không khí bao quanh lò ;tKK=20[C] ttb1: Nhiệt độ trung bình của lớp trong [C] ttb2: Nhiệt độ trung bình của lớp giữa [C] ttb3: Nhiệt độ trung bình của lớp ngoài [C] Các kết quả tính toán được ghi trong bảng 3.4 b) Tổn thất nhiệt qua nóc lò: (Q sấy nóc, Q nung nóc, Q đồngnhiệt nóc) Tổn thất nhiệt qua nóc của lò nung cũng được tính cho từng vùng , vùng sấy vùng nung vùng đồng nhiệt Tổn thất nhiệt qua nóc của lò được tính theo công thức sau: Qnóc = 1 . . 1 360 .ln 2 wtrong wngoai i i i t t l D D       [W] Trong đó: tWtrong: Nhiệt độ mặt trong của nóc lò [C]. tWngoài: Nhiệt độ mặt ngoài của nóc lò [C]. i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i i phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ trung bình của lớp thứ i. l: Chiều dài nóc ứng với mỗi vùng (m)  : góc ở tâm vòm lấy  = 600 Ta có D1=2R1=2.2,9= 5,8(m) (R1=B lò) D2=2R2=2(2,9+0,232)=6,264(m) D3=2R3=2(2,9 + 0,232 + 0,115)=6,494 Fnóc: Diện tích nóc lò (m 2 ) Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 31 Fnóc=(2..R3). 360  .l=(2..R2). 360 60 .l= 3 1 ..R3.l Tổn thất dẫn nhiệt qua nóc của lò Qnóc=   S n dn nãc nãc nocQ Q Q Các kết quả tính toán được trình bày ở bảng 3.5 Bảng 3.4: Các thông số và kết quả tính toán hệ dẫn nhiệt qua tƣờng lò Những thông số cơ bản Giá trị các thông số ở mỗi vùng lò Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt tkk [C] 20 20 20 t k tb [C] 1025 1350 1325 twtrong [C] 975 1300 1275 twngoài [C] 45 45 45 ttb1 [C] 736 980 962 ttb2 [C] 497 660 648 ttb3 [C] 258 340 334 1 [W/m.K] 1,049 1,105 1,101 2 [W/m.K] 0,994 1,031 1,029 3 [W/m.K] 0,939 0,958 0,956 1 [m] 0,232 0,232 0,232 2 [m] 0,232 0,232 0,232 3 [m] 0,115 0,115 0,115 Ftường [m 2 ] 20 26 13 Qtường [W] 29663,457 53932,034 26365,601 Qtuong [W] 109961,092 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 32 Bảng 3.5: Các thông số và kết quả tính toán dẫn nhiệt qua nóc lò Những thông số cơ bản Giá trị các thông số ở mỗi vùng lò Vùng sấy Vùng nung Vùng đồng nhiệt tkk[ 0 C] 20 20 20 ttb k [ 0 C] 1025 1350 1325 twtrong [C] 975 1300 1275 twngoài [C] 45 45 45 ttb1 [C] 497 660 648 ttb2 [C] 736 980 962 ttb3 [C] 258 340 334 1 [W/m.K] 1,049 1,105 1,101 2 [W/m.K] 1,049 1,105 1,101 D1 5,8 5,8 5,8 D2 6,264 6 264 6,264 D3 6,494 6,494 6,494  [độ] 60 60 60 l[m] 5,347 4,532 3,008 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 33 Fnóc[m 2 ] 19,678 15,409 10,227 Qnóc[W] 70978,416 182516,542 118297,778 Qnóc [W] 371792,736 Tæn thÊt nhiÖt qua ®¸y lß: Trong tÝnh to¸n tæn thÊt nhiÖt ë ®¸y lß Do ®¸y lß ®-îc x©y trùc tiÕp trªn nÒn mãng nªn khã x¸c ®Þnh nhiÖt ®é ®¸y lß do ®ã ng-êi ta th-êng x¸c ®Þnh l-îng nhiÖt tæn thÊt qua ®¸y lß theo nh÷ng sè liÖu thùc nghiÖm Q®¸y= (0,1502)Qtường lấy Qđáy= 0,2.Qtường = 0,2.109961,092 = 21992,218[W] Qđáy= 21992,218[W] Do đó lượng nhiệt tổn thất do dẫn nhiệt qua tường lò , nóc lò , đáy lò Q4 = Q t 4 + Q n 4 + Q đ 4 Q4 = 109961,092+371792,736+21992,218=503746,046 [W] 3.2.2.5.Lƣợng nhiệt tổn thất do bức xạ qua cửa lò khi mở cửa: Trong khi làm việc cửa lò có lúc mở hoàn toàn hoặc mở một phần để thao tác ra vào liệu , điều chỉnh phôi nung hay mở cửâ quan sát để kiểm tra tình trạng vật nung trong lò . Mỗi lần mở như vậy sẽ mất lượng nhiệt nhất định lượng nhiệt mất này được xác định theo công thức : Q5= C0. 4 100       kT . F...Z [W] Trong đó: C0: Hệ số bức xạ; C0=5,67 [W/m 2 .K 4 ] Tk : Nhiệt đó trung bình của sản phẩm cháy ở vùng có cửa [K] F: Diện tích phần mở [m2]; F = 0,14.2,6=0,364[m2] : Hệ số thời gian mở cửa  : Hệ số chắn . xác định theo chiều dày của tường và kích thước cửa mở Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 34 a ) Lƣợng nhiệt tổn thất qua cửa vào liệu Lượng nhiệt này được tính theo công thức: Qcửa vào = 4 700 273 5,67 .0,364.1.1.045 8324,311 100       [W] Do cửa vào phôi thường xuyên nên =1 Z=1 do chỉ có một cửa vào phôi  = 0,45 b) Lƣợng nhiệt tổn thất qua cửa vào liệu : Qcửa ra= C0. 4 100       kT . F...Z [W] Trong đó : C0=5,67 [W/m 2 .K 4 ] F = 0,4.0,2=0,08[m 2 ] ra phôI cạnh lò =0,38 Z=1  = 3600 giê 1 trongcöa më gian thêi Giả thiết rằng thời gian mở cửa một lần là t=20 (s) Số lần mở cửa trong 1h là N lần. N được tính theo công thức N= g P [lần] P: Công suất của lò; P= 9000[kg/h] g: khối lượng một phôi [kg/1 phôi] : g =226,512 N = g P = 512,226 9000 = 39,73 [lần]  = 3600 20.73,39 =0,22 Qcửa ra =5,67. 4 100 2731300        . 0,072. 0,52. 0,22.1 = 2856,278[W] Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 35 Vậy tổng tổn thất qua các cửa là: Q5 = Qcửa vào+ Qcửa ra= 8324,311+2856,278=11180,589[W] Q5 = 11180,589[W] 3.2.2.6. Lƣợng nhiệt tổn thất do lọt sản phẩm cháy khi mở cửa: Thông thường trong lò có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển vì vậy khi mở cửa lò có một lượng khí lò qua cửa mở ra ngoài a). Lƣợng nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy khi mở cửa vào liệu: Lượng nhiệt này được xác định theo công thức sau; Qlọt= 0,28.Ck..tk.V0. [W] Trong đó : Ck.tk=ik: Entanpi của sản phẩm cháy tại vùng mở cửa với t k sấy= 700[ 0 C] ; ik =960,75[kJ/m 3 ] : Hệ số thời gian mở cửa;  = 0,44 V0: Lượng sản phẩm cháy lọt qua cửa khi mở cửa V0= 273 1 k t t V  .3600 Vt: Lượng khí lọt qua cửa nằm Vt = .H.B. k kkkHg   ).(..2  kk: Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện môi trường tkk=20[C] kk= 273 20 1 293,1 273 1 0    kk kk t  =1,205 [kg/m 3 ] k: Khối lượng riêng của không khí ở điều nhiệt độ nơi mở cửa Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 36 k = 273 700 1 327,1 273 1 0    k k t  = 0,372 [kg/m 3 ] : Hệ số lưu lượng phụ thuộc vào chiều dày của tường lò và kích thước của cửa Do  (chiều dày của tường lò ) =3,52 =0,62 Vt=0,62.0,14.2,6. 372,0 )372,0205,1.(14,0.81,9.2  = 0,559[m 3 /s] 0 0,559 .3600 564,63 700 1 273 V    [m 3 tc/h] Qlọt= 0,28.960,75.564,63.0,44 =66832,091W] b) Lƣợng nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy khi mở cửa vào liệu Qlọt 2 = 0,28. Ck..tk.V0. [W] Tương tự ta có: Ck.tk=ik =1879,27 với tđn=1300  = 0,44 ; H = 0,18[m] ; B = 0,4[m] ; g = 9,81[m/s2] ; =0,62 ; Vt= 0,125[m 3 /s] ; V0= 78,099[m 3 /h] Vậy: Qlọt 2= 0,28.1879,27.78,099.0,44=18081,954[W] Vậy tổng tổn thất nhiệt do lọt sản phẩm cháy qua cửa là: Q6 = Qlọt 1+ Qlọt 2 =66832,091+18081,954=84914,045[W] Q6 = 84914,045 [W] 3.2.2.7. Lƣợng nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy qua kênh khói ra ống khói : Sản phẩm cháy qua kênh khói ra ống khói có nhiệt độ tương đối cao vì vậy gây ra tổn thất nhiệt: Q7 = 0,28.Ck.tk.( B.Vn - V0. ) Trong đó : Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 37 Ck.tk = ik: Entanpi của sản phẩm cháy ở nhiệt độ ra khỏi lò [kJ/m 3 ] tk : Nhiệt độ khí lò lúc đi vào kênh khói (đầu vùng sấy( tk=700 ) vậy ik= i700=960,75 [kJ/m 3 ] Vn: Lượng sản phẩm cháy tạo ra khi đốt cháy 1kg dầu FO: Vn =11,603 [m 3 /kg] V0.: Tổng sản phẩm cháy đã lọt qua các cửa V0. = 564,630.0,44+78,099.0,44 =281,04 [m 3 /h] Q7 = 0,28.960,75 (B.11,603 – 281,04)[W] Q7 = 3121,323.B – 75602,57 [W] 3.3.Tính lƣợng tiêu hao dầu FO và các thông số nhiệt đặc trƣng của lò 3.3.1. Lƣợng tiêu hao dầu FO Trên cơ sở cân bằng lượng nhiệt thu bằng nhiệt chi của lò ta xác định được lượng tiêu hao dầu FO Qthu = Qchi Qthu = Qc + Qkk+Qnl+Qt = 9981,3B + 1455,099B + 66,836B + 284760 = 11503,235B + 284760 Qchi = Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7 Qchi=1965796,56 + 789,468B + 99,813B + 503746,046 + 11180,589 + 84914,045 + 3121,323B – 75602,57 = 2490034,67 + 4010,604B Qthu = Qchi Suy ra : 11503,235B + 284760 = 2490034,67 + 4010,604B Vậy B = 294,325 [kg/h] 3.3.2. Bảng cân bằng nhiệt Trên cơ sở các kết quả tính toán ta lập được bảng cân bằng nhiệt , bảng 3.6. Sai số : Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 38  = 43670449,641 3670455,692100% 1,648.10 % 3670449,641   3.3.3. Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn (b[kg/kg]) b= P QB t .29300 . Trong đó : B: Lượng tiêu hao dầu FO ; B = 294,325[kg/h] Qt:Nhiệt trị thấp của dầu FO ; Qt = 35647,5[kJ/kg] P: Năng suất lò ; P =9000 [kg/h] 29300: Nhiệt trị của nhiên liệu chuẩn b= P QB t .29300 . = 9000.29300 5,35647.325,294 = 0,039 [kg/kg] 3.3.4. Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích nl nl= c to¶1 Q QQ  ..100[%] Trong đó : Q1: Lượng nhiệt để nung kim loại ;Q1 = 1965796,56[W] Qtỏa: Lượng nhiệt toả ra do phản ứng oxy hóa ; Qtỏa= 284760[W] Qc: Lượng nhiệt toả ra do đốt cháy dầu FO ; Qc= 2937746,123[W] nl = 100123,2937746 28476056,1965796  = 57,22[%] NHIỆT THU NHIỆT CHI ST T C¸c kho¶n thu nhiÖt Gi¸ trÞ Tû lÖ S T T C¸c kho¶n chi nhiÖt Gi¸ trÞ Tû lÖ 1 Nhiệt do đốt cháy dầu FO 2937746,12 80,03 1 Nhiệt để nung kim loại 1965796,56 53,557 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 39 2 NhiÖt do nung kh«ng khÝ 428272,01 3 11,6 7 2 NhiÖt mÊt do ch¸y kh«ng hoµn toµn ho¸ häc 232360,16 9 6,33 3 Nhiệt do nung trước dầu FO 19671,505 0,54 3 Nhiệt mất do cháy không hoàn toàn cơ học 29377,461 0,800 4 NhiÖt to¶ do c¸c ph¶n øng «xy ho¸ 284760 7,75 9 4 NhiÖt mÊt do dÉn qua thÓ x©y lß 503746,04 6 13,72 4 5 Nhiệt mất do bức xạ qua cửa khi mở cửa 11180,589 0,304 6 NhiÖt mÊt do s¶n phÈm ch¸y lät qua cöa 84914,045 2,31 7 Nhiệt mất do sản phẩm cháy đi vào kênh khói 843080,822 22,975 Lƣợng nhiệt thu tổng cộng 3670449,641 100 Lƣợng nhiệt chi tổng cộng 3670455,692 100 3.3.5. Hệ số sử dụng nhiệt có ích : ci=   cÊp to¶1 Q QQ .100[%] Trong đó : Q1: Lượng nhiệt để nung kim loại ; Q1 = 1965796,56 [W] Qcấp: Lượng nhiệt cấp cho lò Qcấp = Qc + Qkk + Qdầu Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 40 = 2937746,123 + 428272,013 + 19671,505=3385689,641[W] ci = 100.641,3385689 28476056,1965796  = 49,65[%] 3.3.6. Hệ số sử dụng nhiệt của lò t t= vµo ravµo Q QQ  .100[%] Trong đó : Qvào: Lượng nhiệt đưa vào lò Qvào = Qcấp = Qc+ Qkk+ Qdầu=3385689,641[W] Qra: Lượng nhiệt sản phẩm cháy mang theo qua kênh khói ra ống khói Qra = Q7 = 843080,822[W] Vậy t = 641,338589 822,843080641,3385689  .100% = 75,098[%] 3.4. Các kết quả tính toán nhiệt của lò: Các kết quả tính toán nhiệt của lò được trình bày ở bảng Tính toán nhiệt của lò ST T Các đại lƣợng Kí hiệu Giá trị 1 Lượng tiêu hao dầu FO B 294,325 [kg/h] 2 Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn b 0,039 [kg/kg] 3 Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích nl 57,22 [%] 4 Hệ số sử dụng nhiệt có ích ci 49,65 [%] 5 Hệ số sử dụng nhiệt của lò t 75,098 [%] CHƢƠNG 4 TÍNH TOÁN MỎ PHUN DẦU FO 4.1 Các số liệu ban đầu 1 ) Khối lƣợng riêng của dầu ở 20 0 C d = 1044 [kg/m 3 ] 2) Lƣợng tiêu hao dầu FO B = 294,325 [kg/h] 3) nhiệt độ nung trƣớc dầu FO Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 41 tdầu = 110 0 C 4) Nhiệt độ nung trƣớc không khí tkk= 350 0 C Các kích thước thực tế của các vùng có bố trí mỏ phun (vùng nung và vùng đồng nhiệt) Kích thước nội hình lò vùng nung Vùng đồng nhiệt Chiều cao 1820 [mm] 1097 [mm] Chiều dài 4532[mm] 2429[mm] 4.2 Lực chon kiểu mỏ phun Khi lựa chọn kiểu mỏ phun ta phải xét đến các yếu tố sau : a ) Chiều dài của các vùng định bố trí mỏ phun Theo số liệu thực tế của nội hình lò thì vùng đồng nhiệt và vùng nung có chiều dài đủ lớn để bố trí mỏ phun thấp áp , mỏ phun thấp áp có chiều dài ngon lửa 1,53m b) Độ nhớt của dầu FO Để cháy tốt dầu FO phải được biến bụi tức là phải biến dòng dầu thành các hạt bụi có kích thước nhỏ ở đây ta sử dụng mỏ phun thấp áp nên chất biến bụi là không khí c ) Chọn số lƣợng và cách bố trí mỏ phun Để bảo đảm cấp nhiệt cho lò cần phải bố trí mỏ phun cho hợp lý với chiều dài của vùng lò . Kích thước của tường lò nơi đặt mỏ đốt giữa các mỏ phun phải có khỏng cách hợp lý lớn hơn đường kính ngọn lửa do đó dưạ trên những phân tích và kích thước của tường lò ta chọn 8 mỏ và chia cho từng vùng như sau: Vùng nung : 6 mỏ chia đều sang hai bên tường lò ( Mỗi bên 3 mỏ) Vùng đồng nhiệt : 2 mỏ 4.3 Tính các kích thƣớc cơ bản của mỏ phun 4.3.1 Tính và chọn các thông số kỹ thuật của không khí nén và dầu FO a ) Công suất của mỏ phun G1= * [ / ] .3600 B kg s N Trong đó N : Số lượng mỏ phun N = 8 B * : Lượng tiêu hao dầu FO cho toàn lò [kg/h] B * = K.B B : Lượng tiêu hao dầu FO ; B =294,325 [kg/h] K : Hệ số dự trữ công suất k = 1,051,1 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 42 Chọn K = 1,05 Vậy B* = 1,05.294,325 = 309,041 [kg/h] Vậy công suất mỏ phun G1= * [ / ] .3600 B kg s N = 309,041 0,011[ / ] 8.3600 kg s b) Lƣợng tiêu hao không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu ở ĐKTC là: 30 0 294,325.1,2.0,933 0,091[ / ] 3600 3600 BnL V m s   Lượng không khí ở nhiệt độ làm việc là. 3 0 20 (1 ) 0,091(1 ) 0,097[ / ] 273 V V t m s     4.3.2.Tính kích thƣớc của mỏ phun. - Tốc độ chuyển động của không khí ở miệng mỏ phun thấp áp lấy từ 50-80m/s Chọn  k=70[m/s] - Tốc độ chuyển động của dầu trong ống từ 0,20,8 [m/s] lấy d=0,6[m/s] -Tốc độ chuyển động của dầu ở miệng mỏ phun từ 25m/s Chọn  d=3[m/s] -Tốc độ chuyển động của không khí ở trong ống từ 10 15 [m/s] Chọn=12m/s Vậy: Tiết diện ống dẫn không khí ở miệng mỏ phun là. F2= 0 0,091 70kkm V   =0,0013[m 2 ]=1300 (mm 2 ) Tiết diện miệng ra của ống dẫn nhiên liệu : 6 2 1 294,325 26,103.10 ( ) 26,103( ) .3600 1044.3.3600d d B F m mm       F1=26,103 (mm 2 ) lấy F1 = 26 (mm 2 ) Đường kính miệng ra của ống dẫn dầu 11 4 4.26 5,75[ ] F d mm      Lấy d1=6 [mm] Đường kính ống dẫn không khí tại miệng phun là 1 22 4( ) 4(26 1300) 41[ ] F F d mm        Vậy d2 = 41 [mm] Tiết diện của ống dẫn không khí là : F3= 2 20 0,091 0,007583[ ] 7583[ ] 12kkèng V m mm     Tiết diện của ống dẫn nhiên liệu 6 2 24 294,325 130.10 ( ) 130( ) 3600 1044.0,6.3600d d B F m mm       Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 43 Đường kính của ống dẫn dầu 4 4 4 4.130 12,86( ) F d mm      Lấy d4=13(mm) Đường kính của ống dẫn không khí d3 3 43 4( ) 4(7583 1300) 106( ) F F d mm        4.4 Các kết quả tính toán về kích thƣớc của mỏ phun Bảng 4.1 Các kích thước cơ bản của mỏ phun d1[mm] d2[mm] d3[mm] d4[mm] 6 41 106 13 CHƢƠNG 5 TÍNH TOÁN CƠ HỌC CHẤT KHÍ 5.1 Các số liệu ban đầu - Khối lƣợng riêng của dầu ở 20 0 C 320 1044[ / ]kg m  - Lƣợng tiêu hao dầu FO Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 44 B = 294,325 [kg/h] - Lƣợng tiêu hao không khí Ln = 11,206 [m 3 /kg] - Lƣợng sản phẩm cháy trên một đơn vị nhiên liệu Vn = 11,603 [m 3 /kg] - Nhiệt độ khói vào kênh khói tk = 700 [ 0 C] 5.2 Tính hệ thống thoát khói phần kênh khói và cống khói 5.2.1 Tính kích thƣớc cống khói và kênh khói 5.2.1.1 Lƣợng khói đi vào kênh khói Vk = B.Vn - V0. B : Lượng tiêu hao nhiên liệu B = 294,325 [kg/h] Vn : Lượng sản phẩm cháy tạo ra khi đốt 1 kg dầu FO Vn = 11,603 [m 3 /kg] V0. : Tổng lượng khí lò mất mát qua cửa khi mở V0. = 281,04 [m 3 tc/h] Vậy Vk = 294,325 . 11,603 – 281,04 = 3133,13 [m 3 tc/h] Vk = 3133,13 [m 3 /h] Kênh khói Cống khói 2 3 4 5 6 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 45 I E F C D B 5.1.2.2 Tiết diện kênh khói 2[ ] . .3600 k k k V F m N  Trong đó k : Tốc độ của khí lò đi trong kênh 1 2[ / ]k m s   Chọn k = 1,5 [m/s] N : Số kênh khói , chọn N = 3 2 3133,13 0,19[ ] 1,5.3.3600 kF m  Do tiết diện của kênh khói là hình chữ nhật : Fk= a.b Trong đó b là chiều rộng của nội hình lò b = 0,25 (m) 0,19 0,76( ) 760( ) 0,25 kFa m mm b      5.1.2.3 Tiết diện của cống khói Fc = 3600.k kV  [m 2 ] Trong đó : ω k : Tốc độ của khí lò đi trong ống cống khói , chọn ω k = 2,5[m/s] Vk : Lượng khí lò qua cống khói Fc = 348,0 3600.5,2 3133,13  [m 2 ] Với FC = 0,348 (m 2 ) dựa vào bảng 45[1] ta chọn kích thước cụ thể của cống khói là : B = 580[mm] H = 700 [mm] , C = 2,15 [m]  = 180 0 5.2.2 Tính tổn thất áp suất trên đƣờng dẫn khói lò L1 L2 L3 L4 A Hình 5.1 Sơ đồ bố trí hệ thống thoát khói 1 Lò 3 . Cống khói 5 . Van khói 2 Kênh khói 4 . Thiết bị trao đổi nhiệt 6 . ống khói Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 46 Tổn thất áp suất trên đường dẫn khói lò bao gồm tổn thất cục bộ , tổn thất ma sát , tổn thất hình học và tổn thất qua thiết bị trao đổi nhiệt Để xác định được tổn thất áp suất ta phải chọn chiều dài của hệ thống dẫn khói sơ bộ như sau : L1 = 1 [m] L2 = 2 [m] L3 = 4 [m] L4 = 3 [m] Mặt khác nhiệt độ khói dẫn trong đường dẫn cũng ảnh hưởng đến tổn thất áp suất cho nên ta phải xác định nhiệt độ tại các tiết diịen A , B , E , (van) . Chọn độ giảm nhiệt của khí lò trong kênh khói , cống khói xây bằng gạch chịu lửa là t =3,7 [0C/m] Với kênh cống mới ở nhịêt độ 700 0C 5.1.2.1. Tổn thất cục bộ : Σhcb = Σhi cb ).1( 2 )( 2 k i k o k oi i cb i tkh    [N/m2] Trong đó : ki : Là hệ số tổn thất cục bộ tại vị trí i ωoi k : Tốc độ khí lò ở điều kiện tiêu chuẩn tại vị trí i ti k : Nhiệt độ khí tại điểm tính toán o k : Khối lượng riêng của khí lò : o k = 1,327[kg/m 3 ]  : Hệ số giãn nở :  = 273 1 [ 0 K -1 ] Bảng 5.1 : Kết quả tính toán tổn thất cục bộ trên kênh khói và cống khói Vị trí Hệ số tổn thất ki Nhiệt độ t k i [ 0 C] Tốc độ khí ωoi k [m/s] Tổn thất cục bộ [N/m 2 ] A 2 700 1,5 10,601 B 1 696,3 2,5 14,611 E (van) 4,02 431,5 2,5 43,019 Tổng tổn thất cục bộ Σhcb = 68,231 [N/m2] Khi khÝ lß ®i qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt th× nhiÖt ®é khãi gi¶m ®i ®¸ng kÓ . Chän nhiÖt ®é khÝ khi ra khái thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt lµ : tD k = 450[ 0 C] Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 47 5.1.2.2. Tæn thÊt do ma s¸t : Σhms =Σhi ms hi ms =    ktbK k ij ij t D L .1.. 2 .. 0 2 0     [N/m 2 ]  : Hệ số ma sát phụ thuộc độ nhẵn của ống  = 0,052 Lij : Chiều dài đoạn ống từ i đến j Dij : Đường kính thuỷ lực của ống ; Dij = ij ij C F.4 [m] Fij : Diện tích tiết diện đoạn ống ij Cij : Chu vi tiết diện đoạn ống ij ω0 k : Tốc độ khói ở điều kiện tiêu chuẩn ở đoạn ống ij ttb k : Nhiệt độ trung bình của khí trong đoạn ống ij ttb k = 2 k j k i tt  [ 0 C] o k : Khối lượng riêng của khí lò : o k = 1,327kg/m 3 ] Bảng V.2: Kết quả tính toán tổn thất ma sát trên đƣờng ống dẫn khói Đoạn ij Lij [m] Dij [m] ti k [ 0 C] tj k [ 0 C] ttb k [ 0 C] ω0 k [m/s] hij ms [N/m 2 ] AB(kênh) 1 0,193 700 696,3 698,15 1,5 0,417 BC 2 0,647 696,3 685,2 690,75 2,5 2,443 DF 7 0,647 450 424,1 437,05 2,5 6,301 Tổng tổn thất ma sát Σhms = 9,161 [N/m2] 5.1.2.3. Tæng tæn thÊt h×nh häc : h hh = 9,8.H.(ρmt kk – ρt k ) Trong đó : H: Chiều cao cột khí ở đáy H = 1 [m] ρmt kk : Khối lượng riêng của không khí ở môi trường xung quanh ρt k : Khối lượng riêng của khí lò ứng với nhiệt độ trung bình của khí trong đoạn “AB + BC “ : ttb k = 698,15[ 0 C] ρmt kk = 205,1 273 20 1 293,1 273 1 0     kk kk t  [kg/m 3 ] ρt k = 367,0 273 15,698 1 327,1 273 1 0     k tb k t  [kg/m 3 ] Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 48 Vậy : hhh = 516,8)367,0205,1.(1.8,9  [N/m3] 5.1.2.4. Tổn thất qua thiết bị trao đổi nhiệt : Chọn : h tđn = 10 [N/m 2 ] (Cho trong bài giảng) 5.1.2.5. Tổng tổn thất áp suất chung của đƣờng dẫn khí lò : ∑hk = ∑hcb + ∑hms + hhh + htđn [N/m2] ∑hk = 68,231+9,161+8,516+10=95,908[N/m2] 5.2. Tính hệ thống dẫn không khí . 5.2.1. Tính kích thƣớc ống dẫn không khí : 5.2.1.1. Chọn kích thƣớc của ống đẫn không khí : Dựa vào kết cấu thực của lò ta chọn chiều dài các đoạn ống dẫn không khí như sau: LAB = 1[m] ; LBC = 1[m] ; LCD = 5 [m] ; LDE = 5[m] ; LEF = 6[m] ; LFG = 0,5[m] ; LGH = 6[m] ; LHI = 4[m] ; LIK = 1[m] . 5.2.1.1. Tính tiết diện và đƣờng kính các đoạn ống dẫn không khí : Lưu lượng gió cấp cho lò là : Vkk = f.B.Ln [m 3 /h] f : Tỉ lệ nung trước không khí ; f =1 B: Lượng tiêu hao nhiên liệu ; B = 294,325[kg/h] Ln: Lượng không khí thực tế càn để đốt cháy 1kg dầu FO ; Ln = 11,206[m 3 /kg] Vkk = 1.294,325.11,206=3298,205 [m 3 /h] Khí lò 5 10 9 6 4 7 8 2 3 1 k I H G F E C B A N Hình 5.2 Sơ đồ hệ thống ống dẫn không khí Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 49 1 ) Mỏ đốt vùng đồng nhiệt 6 ) Cống khó 2 ) Mỏ đốt vùng nung bên phải 7 ) Đường dẫn không khí lạnh 3 ) Mỏ đốt vùng nung bên trái 8 ) Đường dẫn không khí nóng 4 ) Thiết bị trao đổi nhiệt 9 ) Van cấp khí lạnh 5 ) Quạt gió 10) Van Tiết diện các đoạn ống dẫn không khí 3600. ij ij kk kk ij kk V F   Trong đó : ij kk : Tốc độ không khí trong ống dẫn Đường ống trước khi vào thiết bị trao đổi nhiệt ij kk = 812 (m/s) Lấy ij kk =10(m/s) Đường ống phía sau thiết bị trao đổi nhiệt ij kk =46 (m/s) lấy ij kk =6(m/s) Đường kính đoạn ij 4. [ ] ij ij kk kk F d m   Các kết quả tính toán được ghi vào trong bảng 5.3 Đoạn ống Tỷ lệ phân phối gió(%) Lưu lượng gió[m/s] Tốc độ gió[m/s] Tiết diện [m 2 ] Đường kính[m] AD 100 3298,205 10 0,092 0,342 DF 100 3298,205 6 0,152 0,439 FG 60 1978,923 6 0,092 0,342 HI 20 659,641 6 0,031 0,198 IK 10 329,820 6 0,015 0,138 Bảng 5.3 TIết diện và đường kính các đoạn ống dẫn không khí 5.1.3.3 Tính tổn thất áp suất trên đƣờng dẫn ống không khí. Tổn thất áp suât trên đường dẫn không khí bao gồm tổn thất cục bộ tổn thất ma sát, tổn thất hình học và tổn thất qua thiết bị TĐN a) Tổn thất cục bộ. cbcb i h h  Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 50 01 0 ( ) . (1 ) 2 kk cb kk kk i i ih K f t    [N/m2] Trong đó. Ki: Là hệ số tổn thất cụ bộ tại vị trí i 01 kk : Tốc độ khí lò ở điêu kiện tiêu chuẩn tại vị trí i kk it : Nhiệt độ không khí tại điểm tính toán 0 kkf :Khối lượng riêng cảu không khí ; 0 kkf =1,293[kg/m3]  :Hệ số dãn nở không khí  =1/273(K-1) Các kết quả tính toán được ghi trong bảng 5.4 Bảng 5.4.Tổn thất cục bộ tại các vị trí trên đường ống dẫn không khí Vị trí tổn thất Hệ số tổn thất cục bộ Nhiệt độ Tính toán Giá trị[0C] Tốc độ [m/s] Tổn thất [N/m 2 ] B(van) 4,02 tb = tkk 20 10 286,267 C 1 tc = tkk 20 10 71,210 E 1 tE=tD- 5 t 345 6 54,054 F 0,2 tF =tE- 6 t 339 6 10,709 G 0,332 tG = tF- 0,5 t 338,5 6 17,762 H 1 tH = tG- 6 t 332,5 6 49,385 I 0,25 tI = tH- 4 t 328,5 6 13,156 K 0,5 tK = tI - t 327,5 6 26,262 N(van) 4.02 tN = tI 328,5 6 211,564 Tæng tæn thÊt côc bé   2740,369[ / ]cbh N m Chọn vật liệu làm ống dẫn khí là gạch và độ giảm nhiệt độ t =1-1,5  Chọn t =1[0C/m] b)Tổn thất áp suất do ma sát.   ms msih h Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 51 2 0 0 ( ) (1 ) 2 kk ijms kk kk i tb ij L h K f t D    [N/m2] Trong đó. K : Là hệ số ma sát phụ thuộc độ nhẵn của ống, ống bằng gạch nên tra bảng ta được K=0,04 ijL : Chiều dài đoạn ống từ iđến j ijD : Đường kính thuỷ lực của ống 0 kk : Tốc độ không khí ở ĐKTC ở đoạn ống ij kk tbt : Nhiệt độ trung bình của không khí trong đoạn ống ij kk tbt = 2 kk kk i jt t [ 0 C] Đoạn ij ijL [m] ijD [m] kk it [ 0 C] kk jt [ c C] kk tbt [ c C] 0 kk [m/s] ms ih [N/m 2 ] AD 7 0,342 20 20 20 10 58,301 DF 11 0,439 350 339 344,5 6 54,151 FG 0,5 0,342 339 338,5 338,75 6 3,130 GI 10 0,198 338,5 328,5 333,5 6 107,202 IK 1 0.138 328,5 327,5 328 6 15,241 Tổng tổn thất ma sát  hms=238,025[N/m2] Bảng 5.5 Tổn thất ma sát trên đường dẫn không khí c)Tổ n thất hình học h hh =9,8H(  kk kkt mt ) Trong đó: H:Chiều cao cột không khí  mt kk :Khối lượng riêng của không khí của môi trường xung quanh  mt k = 0 1,293 1,165 30 11 273273    kk kk f t [kg/m 3 ] Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 52  t kk : Khối lượng riêng của không khí ứng với nhiệt độ trong bình của không khí trong đoạn tính tổn thất  t kk = 0 1 273  kk kk f t [kg/m 3 ] Tổn thất hình học trên đoạn CD  t kk = 31,293 1,204[ / ] 20 1 273   kg m [kg/m3] HCD=5[m] h hh CD=9,85(1,204-1,165)=1,91(N/m 2 ) Tổn thất hình học trên đoạn ED  t kk = 31,293 0,571[ / ] 345 1 273   kg m [kg/m3] HED=5[m]  -9,85(1,204-0,571)=-31,01[N/m 2 ] Dấu “-” vì dòng không khí chuyển động ngược từ D lên E d) Tổn thất qua thiết bị trao đổi nhịêt. h TĐN =350[N/m 2 ] Vậy tổng tổn thất chung của đường dẫn không khí       kk cb ms hh tdnh h h h h =740,369+238,025+1,91-31,01+350 kkh =1299,294[N/m 2 ] 5.3 Tính kích thƣớc ống khói. 5.3.1 Chiều cao sơ bộ của ống khói Nhiệt độ lò tại chân ống khói tc k =tF k =424,1[ 0 C] Nhiệt độ môi trường ngoàI miệng ống khói : tkk=200C Lực hút cần thiết của ống khói 21,3 1,3.95,908 124,6804[ / ]    kch h N m Từ tkc=424,1[ 0 C] và t kk =30 0 C, hc=124,6804 tra theo hình 79[1] Ta được H0=38[m] Vậy chiều cao sơ bộ của ống khói H0=38[m] 5.3.2 Tính toán các thông số khác. 5.3.2.1 Đƣờng kính miệng ống khói. Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 53 Dm= 4 [ ]  k m V m Trong đó . V k : Lưu lượng khói đI qua ống khói VK=3133,13[m 3 /h] Vk=0,87[m 3 /s] K : Vận tốc khói tại miệng ống khói .Wm=1,5-3m/s Vậy dm= 4.0,87 0,855[ ] .2  m 5.3.2.2 Đƣờng kính chân ống khói Đối với các ống khói gạch để đảm bảo ống khói vững chắc đường kính chân ống sẽ là: dC = 1,5dm  dC= 1,5.0,855 = 1,282 [m] - Vận tốc khói ở chân ống khói 2 2 4. 4.0,87 0,674[ / ] . .1,282 K C c V m s d       - Nhiệt độ khói tại miệng của ống khói 0. K K m Ct t t H  [ 0 C] t : Độ giảm nhiệt độ trung bình trên 1m chiều cao ống khói , ống khói xây bằng gạch 01,25[ / ]t C m  tm k = 424,1- 1,25.38 = 376,6 [ 0 C] - Nhiệt độ trung bình trong ống khói 0424,1 376,6 400,35[ ] 2 2 k k k c m tb t t t C      - Tốc độ trung bình trong ống khói 2 0,674 1,337[ / ] 2 2 k m c tb m s         5.3.3 Chiều cao thực tế của ống khói           2 2 2 0 0 0 2 0 0 0 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 K k k k km m c C m c kk k k kms m tbkk k tb m h k t t t H k g t t t d                                 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 54 Trong đó : ∑hc: Lực hút cần thiết của ống khói , ∑hc = 124,680[N/m 2 ] k : Hệ số tổn thất cục bộ tại miệng ống khói , lấy k =1,06 ωm: Tốc độ của khí lò tại miệng ống khói , đã chọn ωm = 4[m/s]. ωc: Tốc độ của khí lò tại chân ống khói , ωc = 0,674[m/s] ωtb k : Tốc độ khói trung bình trong ống khói , ωtb k = 1,337[m/s] k 0 : Khối lượng riêng của khí lò ở ĐKTC k 0 = 1,327 [kg/m 3 ]. kk 0 : Khối lượng riêng của không khí ở ĐKTC kk 0 =1,293 [kg/m 3 ]. tm k : Nhiệt độ của kkhí lò tại miệng ra của ống khói , t k m = 389,1[ 0 C] t kk : Nhiệt độ của khí ở môi trương xung quanh , chọn tkk = 30[0C] ttb k : Nhiệt độ trung bình của khí lò ở trong ống khói , ttb k = 406,6 [ 0 C] kms : Hệ số ma sát , với ống gạch kms = 0,05 Vậy : H= 2 2 2 2 4 376,6 4 376,6 0,674 4241 124,680 1,06( ).1,327(1 ) .1,327(1 ) .1,327(1 ) 2 273 2 273 2 273 1,293 1,327 0,05 4 400,35 9,8( ) . .1,327(1 ) 30 400,35 0,855 2 273 1 1 273 273            H=39[m] Đánh giá sai số 0 % .100% H H    39 38 % .100% 2,26% 38     Sai số này nằm trong giới hạn cho phép [ % 10%  ] Vậy chiều cao thực tế của ống khói Ht=39[m] 5.4 Tính toán và chọn quạt cấp gió cho lò. 5.4.1 Tính toán các thông sôa cơ bản. _ Tính lượng gió yêu cầu ở điều kiện tiêu chuẩn V0=K.Vkk Trong đó . K; Hệ số dự trữ K=1,2 Vkk: Lượng không khí cấp vào lò Vkk=3298,205[m 3 /h] V0=1,2.3298,205=3957,846[m 3 /h] -Lượng gió yêu cầu ở điều kiện thực tế. Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 55 Vt= 3 0 760 273 . . [ / ] 273a t V m h P  Pa: áp suất khí quyển nơi đặt quạt Pa=760mmHg T: Nhiệt độ không khí nơi đặt quạt t=300C 3760 30 273. .3857,846 4392,774[ / ] 760 273 tV m h     -Áp suất yêu tĩnh yêu cầu 0 t kkh a h  [N/m2] a: hệ số dự trữ a=1,2 hđ0=1,2.1298,553=1558.263 [N/m] -Áp suất động sơ bộ. h0 đ =b.h t 0[N/m 2 ] b:hệ số dự trữ b=0,1 h0 đ =1558,63.0,1=155,826 [N/m 2 ] -Áp suất toàn phần yêu cầu H0=h đ 0+h t 0=1558,263+155,826=1714,089 -Áp suất thực tế yêu cầu Ht= 0 760 273 760 30 273 . . . .1714,089 273 760 273a t H p    Ht=1902,450 [N/m 2 ] 5.4.2. Chọn quạt gió Từ các thông số Vt=4392,774, Ht=1902,450 [N/m 2 ] =193,929 mmH2O H0 đ =155,8263 [N/m 2 ]=158,844mmH2O Ta chọn quạt sao cho hq d h0 dSử dụng 2 quạt li tâm cao áp mắc song song Đặc tính của quạt li tâm cao áp. Tính công suất trục quạt -Công suất trục quạt N Công suất trục quạt được xác định theo công thức N= 5 ( ) [ ] 36.10 dd q q qV H h k    Trong đó: Vq: Lưu lượng của quạt gió [m 3 /h] Hq: áp suất cảu quạt [N/m 2 ] hq đ : áp suất động miệng quạt [N/m2] Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 56  : hiệu suất có ích của quạt 5 4392,774(1902,450 155,826) 3,8[ ] 36.10 .0,56 N kw     Vậy N=3,8(kw) Các thông số của quạt. Vq=4392,774[m 3 /h] Hq=1902,450(N/m 2 ) Hq đ =155,826(N/m 2 )  =0,56 N=3,8[kw] N=800vòng/phút. Tài liệu tham khảo 1 _ Hớng dẫn thiết kế lò luyện kim Bộ môn lò luyện kim _ ĐHBKHN _ 1968 2 _ Lò nung kim loại ĐHBKHN _ 1964 3 _ Thiết kế lò nung kim loại Nguyễn Công Cẩn Bộ môn lò luyện kim _ ĐHBKHN _ 1978 4 _ Tập bản vẽ lò luyện kim ( Dịch) ĐHBKHN _ 1 966 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 57 Mục lục Chƣơng 1 Tính toán sực cháy của nhiên liệu 2 1.1 Các số liệu ban đầu 2 1.2 Tính toán sự cháy của nhiên liệu 2 1.2.1 Tính nhiệt tri thấp của nhiên liệu 2 1.2.2 Chọn hệ số tiêu hao không khí n 2 1.2.3 Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu 2 1.2.4 Bảng cân bằng khối lượng 4 1..2.5 Khối lượng của sản phẩm cháy 4 1.2.6 Nhiệt độ cháy của nhiên liệu 5 Chƣơng 2 Tính thời gian nung kim loại 7 2.1 Các số liệu ban đầu 7 2.2 Tính thời gian nung 8 2.2.1 Chọn giản đồ nung 8 2.2.2 Tính thời gian nung 9 2.2.3 Tính thời gian nung phôi trong vùng sấy 10 2.2.4 Tính thời gian nung phôi trong vùng nung 15 2.2.5 Tính thời gian nung phôi trong vùng đồng nhiệt 19 2.3 Tổng thời gian nung phôi trong lò 21 2.4 Xác định chiều dài của lò 21 2.4.1 Chiều dài vùng sấy 21 2.4.2 Chiều dài vùng nung 21 2.4.3 Chiều dài vùng đồng nhiệt 21 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 58 2.4.4 Chiều dài thực tế của lò 21 2.5 Các kết quả tính toán 22 Chƣơng 3 Tính cân bằng nhiệt xác định lƣợng dầu tiêu hao 23 3.1 Cấu trúc lò 23 3.1.1 Kích thước nội hình lò 23 3.1.2 Chọn vật liệu và kích thước thể xây lò 23 3.1.3 Kích thước ngoại hình lò 24 3.2 Tính cân bằng nhiệt 25 3.2.1 Các khoản thu nhiệt lượng 25 3.2.2 Các khoản chi nhiệt lượng 26 3.3 Tính lượng tiêu hao dầu FO và các thông số nhiệt 35 3.3.1 Lượng tiêu hao dầu FO 35 3.3.2 Bảng cân bằng nhiệt 36 3.3.3 Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn 36 3.3.4 Hệ số sử dụng nhiên liệu có ích 36 3.3.5 Hệ số sử dụng nhiệt có ích 38 3.3.6 Hệ số sử dụng nhiệt của lò 38 3.4 Các kết quả tính toán nhiệt của lò 38 Chƣơng 4 Tính toán mỏ phun dầu Fo 39 4.1 Các số liệu ban đầu 39 4.2 Lựa chọn kiểu mỏ phun 39 4.3 Tính các kích thước cơ bản của mỏ phun 39 4.3.1 Tính các kích thước cơ bản của mỏ phun 39 4.3.2 Tính kích thước của mỏ phun 40 4.4 Các kết quả tính toán về kích thướ của mỏ phun 41 Chƣơng 5 Tính toán cơ học của chất khí 42 5.1 Các số liệu ban đầu 42 5.2 Tính hệ thống thoát khói phần kênh khói và cống khói 42 5.2.1 Tính kích thước cống khói và kênh khói 42 5.2.2 Tính tổn thất áp suất trên đường dẫn khói lò 44 5.3 Tính kích thước ống khói 50 5.3.2 Tính toán các thông số khác 50 Đồ án Thiết Kế Lò Nung Kim Loại Nguyễn Đức Mỹ VLH – Nhiệt Luyện K47 59 5.3.3 Chiều cao thực tế của ống khói 51 5.4 Tính toán và chọn quạt cấp gió cho lò 52 5.4.1 Tính toán các thông sôa cơ bản 52 5.4.2 Chọn quạt gió 53