CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU 1. Số liệu ban đầu - Nhiên liệu : Dầu FO - Thành phần của dầu FO : Thành Phần Của Dầu FO Chất Clv Hlv Olv Nlv Slv Alv Wlv Thành phần khối 83,2 7,9 2,4 1,5 1,2 1,4 2,4 lượng % - Nhiệt độ nung trước không khí : tkk = 300 °𝐶 - Nhiệt độ nung trước nhiên liệu : tFO = 110°𝐶 - Loại lò : Lò nung liên tục phôi thép cán 2. Tính toán sự cháy của nhiên liệu 2. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu Qt [kJ/kg] Qt = 339,1.
Chọn hệ số tiêu hao không khí Hệ số tiêu hao của không khí chọn tùy thuộc vào từng loại nhiên liệu và bụi tốt phải dùng mỏ phun cao áp chọn hệ số tiêu hao không khí : 𝛼 = 1,2 thiết bị đốt. Lò được thiết kế là lò nung liên tục , nhiên liệu là dầu FO , để biến 2. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu Tính toán sự cháy của nhiện liệu được thực hiện theo phương pháp lập bảng. Trong bảng này , ta tính cho 100 kg nhiên liệu.
Các chất tham gia sự cháy Sản phẩm cháy tạo thành Nhiên liệu Không khí CO2 H2O SO2 O2 N2 Tổng cộng Chất % Khối PT Số O2 N2 Tổng cộng kmol kmol kmol kmol kmol kmol [m3tc] lượng lượng kmol [kmol] [m3tc] [kg] Clv 83,2 83,2 12 6,94 6,94 6,94 4 ,339 6 Hlv 7,9 7,9 2 3,95 1,975 3,95 33 9 ,005 + 9 ,005 x 44 ,684 x +, 82 + 0,066 33,919 42 ,88 x Olv 2,4 2,4 32 0,075 -0,075 79/ ,876 + 0,043 22, 22, 33,876 21 4 4 Nlv 1,5 1,5 28 0,054 + Slv 1,2 1,2 32 0,0375 0,0375 0,0375 Wlv 1,4 1,4 18 0,078 0,078 Alv 2,4 2,4 0,024 =1 100 100 8,9015 33,486 42,38 949,31 6,94 4,028 33,54 44,684 1000,9 =100x 2=100 L0 xV0 =1,2 10,682 40,185 50,87 1139,48 6,94 4,028 0,0375 1,692 40,703 53,62 1201,1 1=100 1=100 xL xV Thành phần [%] 21 79 100 12,72 8,1 0,12 3,2 75,91 9 V0 =10,009 [m3tc] 𝐿𝛼= 11,526 Từ bảng trên ta có 𝑉𝛼= 12,011 [m3tc] L0 = 9,605 [m3tc] [m3tc] 2. Bảng cân bằng khối lượng Từ những kết quả tính được tính trong bảng trên ta lập bảng cân bằng khối lượng Chất tham gia sự cháy Sản phẩm cháy tạo thành Chất Tính toán Giá trị [kg] Chất Tính toán Giá trị[kg] CO2 6,94x 44 305,36 H2O 4,028 x 18 72,504 Nhiên liệu Dầu FO 100 100 N2 .40,703 x 28 1139,68 O2 1,692 x 32 54,144 SO2 0,0375 x 64 2,4 ∑ 𝑆𝑃𝐶 O2 10,682 x 32 341,824 1574,09 Không khí N2 40,185 x 28 1125,18 ∑ 𝑨 = 1467,004 [kg] ∑ 𝑩 = 1574,088[kg] Đánh giá sai số : 2. Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy 0 [kg/ m3tc] [kg/ m3tc] Trong đó 𝑉𝛼= 12,011 [m3tc] 2. Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu: 2.
Nhiệt độ cháy lý thuyết là nhiệt độ của sản phẩm cháy có được khi giả thiết rằng nhiệt lượng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu được tập trung toàn bộ cho sản phẩm cháy ( không có tổn thất nhiệt). 12 phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1 , t2 , [kJ/ m3tc] ∑ 𝑖 : Entanpy của Trong đó: tlt: Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu [°𝐶] i1,i2 : Entanpy của sản sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ tlt [kJ/ m3tc] f: Tỉ lệ nung trước không khí ; f = 1 ( nung 100% không khí ) Cnl: Nhiệt dung riêng của dầu FO , CFO = 2,17 [ kJ/kgK] tnl: nhiệt dộ nung trước của dầu FO tFO =110[°𝐶] ikk : Entanpy của không khí ở nhiệt độ tkk Với : tkk = 300[°𝐶] có ikk = 395,42 [kJ/ m3tc] V = 12,011 [m3tc/kg] ; L = 11,526 [m3tc/kg] Qt : Nhiệt trị thấp của dầu FO Qt = 36539,4 [kJ/kg] = 3441,49 [kJ/ m3tc] Giả thiết t1 < tlt < t2 nên i1 <ilt < i2 Chọn t1 = 2000 [°𝐶] ; t2 = 2200 [°𝐶] Để tính Entanpy của sản phẩm cháy ứng với nhiệt độ t1 = 2000 [°𝐶] và t2 = 2200 [°𝐶] ta phải tính Entanpy của các khí thành phần ứng với hai nhiệt độ này. Khí thành phần ENTANPY [kJ/ m3tc] t1 = 2000[°𝐶] t2 = 2100[°𝐶] CO2 4910,5 5186,8 H2O 2970,2 3132,0 N2 3142,8 3314,9 O2 3889,7 4121,8 SO2 4049,9 4049,9 Tính i1 và i2 : i1 = i2000 = 0,01 x (%CO2 x iCO2 + %H2O x iH2O + %N2 x iN2 + %O2 x iO2 + %SO2 x iSO2 ) 13 = 0,01 x ( 12,72 x 4910,5 + 2970,2 x 8,1 + 3142,8 x 75,91 + 3889,7x 3,2 + 4049,9 x 0,12 ) = 3299,79 [kJ/ m3tc] i2 = i2100 = 0,01x(%CO2 x iCO2 + %H2O x iH2O + %N2 x iN2 + %O2 x iO2 + %SO2 x iSO2 ) = 0,01 x ( 12,72 x 5186,8+ 3132,0 x 8,1 + 3314,9 x 75,91 + 4121,8 x 3,2 + 4049,9 x 0,12 ) = 3482,06 [kJ/ m3tc] Như vậy: 𝑖1 < 𝑖∑ < 𝑖2 thỏa mãn giả thiết đã cho. Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu ttt [0C] Trong thực tế , nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy , ngoài việc làm tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn thất thoát ra môi trường xung quanh.
Vì vậy nhiệt độ 𝑡𝑡𝑡 = 𝑡𝑙𝑡 × 𝜂 = 2077,7 𝑥 0,75 = 1558 [0C] cháy thực tế thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết Trong đó : : Hệ số nhiệt độ phụ thuộc vò loai lò , ở đây là lò nung liên tục , nên = 0,75 ttt : Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu [0C 2. Các kết quả tính toán Vn[kg/ 𝝆𝟎[ k L0 L Nhiệt độ [0C] Sản phẩm cháy [%] [kg/ [kg/ V0[kg/ m3tc] m3tc] m3tc] m3tc] g tlt ttt CO2 H2O O2 N2 SO2 / m3tc] 9,605 11,526 10,009 12,011 1,312 20,077 1558 12,72 8,1 3,2 75,91 0,12 14 Chương 2: Chọn chế độ nung và tính thời gian nung kim loại 15 CHƯƠNG 2: CHỌN CHẾ ĐỘ NUNG VÀ TÍNH THỜI GIAN NUNG KIM LOẠI 1. Số liệu ban đầu - Năng suất lò: P = 16 [tấn/giờ] - Kích thước phôi: 125 × 125 × 2500 [𝑚𝑚] - Nhiệt độ ra lò của vật nung: tra = 12500C - Thành phần thép nung: Nguyên tố Thành phần thép C Mn Si Giá trị [%] 0,24 0,45 0,23 2. Phương pháp nung và chọn giản đồ nhiệt nung • Phôi được nung một mặt và được xếp một hàng.
• Phôi vào lò có nhiệt độ: tvào = 300C • Giản đồ nhiệt độ nung: Chọn chế độ bà vùng sấy: sấy - nung - đồng nhiệt. • Giản đồ nung thể hiện ở hình 16 2. Giai đoạn sấy: • Ở vùng sấy để tránh ứng suất nhiệt, cần nung phôi với tốc độ nung chậm. • Nhiệt độ ở đầu giai đoạn sấy: tk1 = 700 [0C] • Nhiệt độ ở cuối giai đoạn sấy: tk2 = 1350 [0C] Nhiệt độ bề mặt và tâm phôi khi vào lò: tt1 = tm1 = 30 [0C] Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn sấy: tm2 = 600 [0C] 2.
Giai đoạn nung: • Ở vùng nung, phôi được nung tới nhiệt độ yêu cầu. • Nhiệt độ lò: tk2 = tk3 = 1350 [0C] • Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn nung: tm3 = 1250 [0C] 2. Giai đoạn đồng nhiệt: Tại vùng đồng nhiệt, nhiệt độ bề mặt phôi không tăng, nhiệt độ tâm phôi tăng dần tới khi: ∆t = tm4 - tt4 < [∆tcho phép] • Nhiệt độ lò ở đầu giai đoạn đồng nhiệt: tk3 = 1350 [0C] • Nhiệt độ lò ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tk4 = 1300 [0C] • Nhiệt độ bề mặt phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tm4 = 1250 [0C] • Nhiệt độ tâm phôi ở cuối giai đoạn đồng nhiệt: tt4 [0C] tt4 = tm4 - [∆tcho phép] [0C] Trong đó: [∆tcho phép]: Độ chênh lệch nhiệt độ cho phép giữa mặt và tâm phôi trước khi ra lò. Tính thời gian nung 3.
Xác định các kích thước cơ bản của nội hình lò 3. Chiều rộng nội hình lò: B [ m ] 17 𝐵 = 𝑛 × 𝑙 + (𝑛 − 1) × 𝐶 + 2 × 𝑏 Trong đó: n: Số dãy phôi nung; n = 1 l: Chiều dài phôi nung; l = 2,5 [ m ] b: Khoảng cách đầu phôi và tường lò; b = 0,25 [ m ] C: Khoảng cách giữa các đầu phôi (vì xếp hàng nên không có C) 𝐵 = 1 × 2, + 1 − 1 × 𝐶 + 2 × 0,25 =3𝑚 3. Chiều cao có hiệu ở vùng sấy: Hsch [ m ] Hsch = tktb ( A + 0,05 B) 10-3 [m] Trong đó: Tktb : Nhiệt độ trung bình ản phẩm cháy trong vùng sấy, [0C] C] k 0 A: Hệ số thực nghiệm, khi t tb = 1000 [ C] thì A = 0,6 B: Chiều rộng của lò; B = 2,9 [m] Hsch = 1000 ( 0,6 + 0,05 3) 10-3 = 0,768 [m] b. Chiều cao thực tế của vùng sấy: Hstt [m] Hstt = n Hsch + S Trong đó: N: Số mặt được nung; n = 1 (nung một mặt) S: Chiều dày phôi; S = 0,125 [m] Hstt = 1 0,768 + 0,125 = 0,894 [m] 3.
Chiều cao nội hình lò ở vùng nung: a. Chiều cao có hiệu ở vùng nung: Hnch [m] Hnch = ( 0,4÷0,6 ) × B [m] B: Chiều rộng của lò; B = 3 [m] Lò có một dãy phôi, chiều rộng của lò tương đối lớn (B = 3m) nên có thể chọn: Hnch = 0,45 × 3 = 1,35 [m] b. Chiều cao thực tế vùng nung: Hntt [m] Hntt = n × Hnch + S [m] Hntt = 1 × 1,35 + 0,125 = 1,475 [m] Trong đó: n: Số mặt được nung, ở đây nung một mặt; n = 1 S: Chiều dày phôi; S = 0,125 [m] 3. Chiều cao nội hình lò ở vùng đồng nhiệt: a.
Chiều cao có hiệu của vùng đồng nhiệt: Hdnch [m] 18 Hdnch = tktb × ( A + 0,05 × B ) × 10-3 [m] Trong đó: tktb: Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cháy trong vùng đồng nhiệt, [0C] C] 0 A: Hệ số thực nghiệm, khi t = 1275 [ C] chọn A = 0,6 B: Chiều rộng của lò; B = 3 [m] Hdnch = 1275 × ( 0,6 + 0,05 × 3 ) × 10-3 = 0,994 [m] b. Chiều cao thực tế của vùng đồng nhiệt: Hdntt [m] Hdntt = Hdnch + S [m] dn H tt = 0,994 + 0,125 = 1,12 [m] 3. Tính thời gian nung kim loại: 3. Tính thời gian sấy:(Nung sơ bộ) 3.
Nhiệt độ bề mặt vật nung trong vùng sấy: tmtb [0C] C] 3. Xác định độ đen của sản phẩm cháy trong vùng sấy: 𝑘= 𝐶𝑂2 + 𝛽 × 𝐻2𝑂 Độ đen của khí phụ thuộc vào áp suất riêng phần của của chất khí bức xạ, nhiệt độ khí và chiều dày bức xạ có hiệu của sản phẩm cháy. Áp suất riêng từng phần: Áp suất riêng phần của các khí thành phần tỉ lệ với thành phần thể tích các chất %CO2 = 12,72% ⇒ 𝑃𝐶𝑂2= 0,1272 [bar] khí.