Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Năng lượng nhiệt đóng vai trò then chốt trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đặc biệt trong các ngành công nghiệp chế biến và sản xuất. Trong hệ thống cung cấp nhiệt năng, lò hơi là thiết bị trung tâm phục vụ việc chuyển đổi hóa năng từ nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi nước. Đối với các ngành công nghiệp nhẹ như sản xuất giấy, dệt may, chế biến thực phẩm và nông sản, nhu cầu sử dụng hơi bão hòa ở công suất vừa và nhỏ (từ một đến vài tấn hơi mỗi giờ) là rất phổ biến để phục vụ các công đoạn công nghệ như nấu bột giấy, sấy giấy, ép nhiệt, nấu hồ và phục vụ sinh hoạt.
Đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế lò hơi đốt dầu FO để cấp hơi sản xuất giấy công suất 2 tấn/h" do sinh viên Lê Trung Hậu và Phan Phước Vinh thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Hồ Trần Anh Ngọc tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng tập trung giải quyết bài toán thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống lò hơi công nghiệp. Vì lò hơi là thiết bị áp lực làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, yêu cầu thiết kế phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn, độ bền cơ học và tối ưu hóa hiệu suất nhiệt.
Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu chính của đồ án bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về lịch sử phát triển, các chủng loại lò hơi công nghiệp và công nghệ sản xuất giấy từ gỗ công nghiệp.
- Xác định các thông số ban đầu và lựa chọn cấu trúc lò hơi phù hợp với phụ tải nhiệt sản xuất giấy (công suất $D = 2\text{ T/h}$, áp suất thiết kế $p = 8\text{ kG/cm}^2$, hơi bão hòa nhiệt độ $t_{bh} = 179^\circ\text{C}$, sử dụng nhiên liệu dầu FO).
- Tính toán quá trình cháy, thể tích không khí, sản phẩm cháy và lập bảng cân bằng nhiệt để xác định hiệu suất lò cùng lượng tiêu hao nhiên liệu.
- Tính toán thiết kế thể tích buồng lửa, diện tích bề mặt truyền nhiệt và truyền nhiệt bức xạ trong buồng lửa.
- Tính toán kết cấu và kiểm tra độ bền các chi tiết chịu áp lực chính của lò hơi (thân lò, ống lò, ống lửa, mặt sàng, cửa người chui).
- Tính toán khí động học (trở lực đường khói, kích thước và lực hút của ống khói) và thủy động học của lò.
- Tính chọn các thiết bị phụ trợ, thiết bị an toàn và hệ thống bảo ôn cách nhiệt.
- Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp vào lò hơi.
- Xây dựng quy trình vận hành an toàn, bảo dưỡng định kỳ và các phương án xử lý sự cố thường gặp.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống lò hơi liên hợp ống lò – ống lửa kiểu nằm ngang đốt dầu FO. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc tính toán nhiệt, thiết kế kết cấu cơ khí, khí động học và hệ thống phụ trợ cho lò hơi công suất $2\text{ T/h}$ phục vụ nhà máy sản xuất giấy công nghiệp.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án dựa trên nền tảng lý thuyết nhiệt kỹ thuật, truyền nhiệt, cơ học vật liệu chịu áp lực và các giáo trình chuyên ngành lò hơi (chủ yếu dựa trên phương pháp luận trong tài liệu giáo trình "Lò hơi I" của tác giả Nguyễn Sĩ Mão và các tài liệu kỹ thuật nhiệt liên quan).
Các phương pháp và công cụ tính toán được tác giả áp dụng bao gồm:
- Phương pháp tính toán nhiệt và cân bằng nhiệt lò hơi: Xác định thể tích không khí lý thuyết ($V_{kk}^0$), thể tích sản phẩm cháy ($V_k$), entanpi của khói và không khí theo các dải nhiệt độ. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt tổng quát: $$Q_{đv} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 + Q_5 + Q_6$$ Từ đó tính toán các tổn thất nhiệt do khói thải mang đi ($q_2$), tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học ($q_3$), tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học ($q_4$), tổn thất tỏa nhiệt ra môi trường ($q_5$), tổn thất do xỉ ($q_6$), hiệu suất nhiệt lò hơi ($\eta$) và lượng tiêu hao nhiên liệu ($B$).
- Phương pháp tính truyền nhiệt bức xạ trong buồng lửa (Phương pháp Gurvich): Xác định nhiệt thế thể tích buồng lửa ($q_v$), nhiệt trị làm việc của nhiên liệu ($Q_{tlv}$), nhiệt độ cháy lý thuyết ($t_a$), độ đen phần sáng ($a_s$), độ đen phần không sáng ($a_k$), độ đen hữu hiệu của ngọn lửa ($a_{nl}$), độ đen buồng lửa ($a_{bl}$) và nhiệt độ khói thải ra khỏi buồng lửa ($t_k$).
- Phương pháp tính toán độ bền và ứng suất cơ khí: Áp dụng công thức tính sức bền chi tiết chịu áp lực hình trụ và đáy phẳng theo tiêu chuẩn thiết kế lò hơi đối với thân lò, ống lò, ống lửa, mặt sàng và nắp cửa người chui.
- Phương pháp tính khí động và thủy động: Tính toán tổn thất áp suất trên đường khói, đường kính ống khói, lực tự hút của cột khói nóng để kiểm tra điều kiện thông gió tự nhiên; tính toán tuần hoàn môi chất lỏng trong thân lò.
Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng thành phần hóa học của dầu FO thương dụng theo tỷ lệ phần trăm khối lượng làm việc: Cacbon ($C^{lv} = 84,2%$), Hydro ($H^{lv} = 11,5%$), Lưu huỳnh ($S^{lv} = 1,4%$), Oxy ($O^{lv} = 1,2%$), Độ ẩm ($W^{lv} = 1,6%$), Độ tro ($A^{lv} = 0,1%$), Nitơ ($N^{lv} = 0%$).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Quá trình phát triển của lò hơi
Chương 1 trình bày tổng quan lịch sử phát triển và phân loại các hệ thống lò hơi theo chế độ đốt (đốt lớp, ngọn lửa, tầng sôi, buồng đốt xoáy), theo chế độ tuần hoàn (tuần hoàn tự nhiên, cưỡng bức, trực lưu), theo công suất và công dụng. Tác giả phân tích sâu về đặc tính của các kiểu lò hơi: lò ống lò - ống lửa, lò ống nước nằm ngang, lò ống nước đứng, lò tuần hoàn tự nhiên hiện đại (kiểu KB, kiểu TC), lò đốt than bột và lò trực lưu.
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm, tác giả lựa chọn phương án thiết kế lò hơi liên hợp ống lò – ống lửa nằm ngang công suất $2\text{ T/h}$, áp suất làm việc $8\text{ kG/cm}^2$, sinh hơi bão hòa ở nhiệt độ $179^\circ\text{C}$. Lò không bố trí bộ hâm nước hay bộ sấy không khí ở phần đuôi do nước ngưng tại phụ tải sản xuất giấy bị nhiễm tạp chất công nghệ nên phải thải bỏ, không hồi lưu trực tiếp về lò. Chương này cũng giới thiệu chi tiết quy trình sản xuất giấy từ gỗ công nghiệp (xử lý cơ học, xử lý hóa học, tẩy trắng, nghiền bột, phối trộn phụ gia, xeo giấy, sấy và ép cuộn) cùng vai trò cung cấp nhiệt của lò hơi trong các công đoạn này.
Chương 2: Tính sản phẩm cháy và cân bằng nhiệt
Chương 2 thực hiện tính toán thể tích không khí cần thiết và sản phẩm cháy sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn $1\text{ kg}$ dầu FO với hệ số không khí thừa chọn $\alpha = 1,15$ (trong tính toán entanpi khói lấy $\alpha = 1,1$).
| Đại lượng tính toán | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị |
|---|---|---|---|
| Lượng không khí lý thuyết | $V_{kk}^0$ | $10,6243$ | $\text{m}^3\text{tc/kg}$ |
| Thể tích không khí thực tế ($\alpha = 1,1$) | $V_{kk}$ | $11,687$ | $\text{m}^3\text{tc/kg}$ |
| Thể tích khí 3 nguyên tử | $V_{RO2}$ | $1,58$ | $\text{m}^3\text{tc/kg}$ |
| Thể tích khí Nitơ | $V_{N2}$ | $9,23$ | $\text{m}^3\text{tc/kg}$ |
| Thể tích hơi nước | $V_{H2O}$ | $1,50$ | $\text{m}^3\text{tc/kg}$ |
| Tổng thể tích sản phẩm cháy | $V_k$ | $12,53$ | $\text{m}^3\text{tc/kg}$ |
| Thể tích khói khô | $V_{kkh\hat{o}}$ | $10,20$ | $\text{m}^3\text{tc/kg}$ |
Dựa trên bảng thành phần nhiên liệu, nhiệt trị thấp làm việc tính được là $Q_{tlv} = 40.370,6\text{ kJ/kg}$. Khi dầu được sấy nóng đến $90^\circ\text{C}$, nhiệt lượng đưa vào lò ứng với $1\text{ kg}$ nhiên liệu là $Q_{đv} = 40.547,45\text{ kJ/kg}$.
Kết quả cân bằng nhiệt và các thành phần tổn thất nhiệt:
| STT | Tên đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Nhiệt lượng đưa vào lò hơi | $Q_{đv}$ | $40.547,45$ | $\text{kJ/kg}$ |
| 2 | Entanpi của không khí lạnh ($30^\circ\text{C}$) | $I_{kkl}^0$ | $350,60$ | $\text{kJ/kg}$ |
| 3 | Entanpi của khói thải | $I_{th}$ | $3.471,72$ | $\text{kJ/kg}$ |
| 4 | Tổn thất do khói thải mang ra ngoài | $q_2$ | $7,46$ | $%$ |
| 5 | Tổn thất do cháy không hoàn toàn về hóa học | $q_3$ | $1,50$ | $%$ |
| 6 | Tổn thất do cháy không hoàn toàn về cơ học | $q_4$ | $0,00$ | $%$ |
| 7 | Tổn thất tỏa ra môi trường xung quanh | $q_5$ | $1,00$ | $%$ |
| 8 | Tổn thất do nhiệt vật lý của tro xỉ | $q_6$ | $0,00$ | $%$ |
| 9 | Tổng các tổn thất nhiệt | $q$ | $9,96$ | $%$ |
| 10 | Hiệu suất nhiệt của lò hơi | $\eta$ | $90,04$ | $%$ |
| 11 | Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán | $B$ | $1,65$ | $\text{kg/h}$ |
Chương 3: Thiết kế buồng lửa
Chương 3 xác định thể tích buồng lửa và kích thước hình học các bộ phận truyền nhiệt chính. Tác giả chọn nhiệt thế thể tích buồng lửa $q_v = 200.000\text{ kJ/h.m}^3$, tính ra thể tích buồng lửa $V_{bl} = 0,33\text{ m}^3$. Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết là $F = 50\text{ m}^2$ (với năng suất bốc hơi riêng phần chọn $D_1 = 40\text{ kg/m}^2\text{.h}$).
Kích thước hình học cơ bản của lò hơi:
- Ống lò: Thép tấm mã hiệu 20K, đường kính trong $d_1 = 100\text{ mm}$, chiều dài $L_1 = 1.800\text{ mm}$.
- Ống lửa: Thép ống không đường hàn mã hiệu C20, đường kính ngoài $D_n = 42\text{ mm}$, chiều dày $S = 2,5\text{ mm}$, đường kính trong $D_t = 40\text{ mm}$, chiều dài $L_2 = 1.800\text{ mm}$. Tổng số ống lửa là $n = 198$ ống, bố trí thành 3 pass (mỗi pass gồm 66 ống) theo nguyên tắc tam giác đều với bước ngang $S_1 = 60,9\text{ mm}$ và bước dọc $S_2 = 52,5\text{ mm}$.
- Thân lò: Thép tấm 20K cuốn trụ hàn dọc, đường kính trong $D_t = 1.800\text{ mm}$, đường kính ngoài $D_n = 1.820\text{ mm}$, chiều dày thân $S = 20\text{ mm}$, chiều dài thân $L = 2.000\text{ mm}$.
- Mặt sàng: Thép tấm 20K hình tròn phẳng, chiều dày $S = 18\text{ mm}$.
- Cửa người chui: Thép tấm 20K dạng hình elip, kích thước lỗ $300 \times 400\text{ mm}$, nắp đậy $330 \times 430\text{ mm}$, chiều dày $S = 18\text{ mm}$.
Kết quả tính nhiệt bức xạ buồng lửa:
| STT | Đại lượng tính toán | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Nhiệt lượng thu được khi đốt cháy $1\text{ kg}$ nhiên liệu | $Q_{tđ}$ | $39.939,29$ | $\text{kJ/kg}$ |
| 2 | Hệ số bảo ôn của lò | $\phi$ | $0,99$ | - |
| 3 | Nhiệt độ không khí nóng | $t_{kkn}$ | $30$ | $^\circ\text{C}$ |
| 4 | Entanpi không khí nóng | $I_{kkn}^0$ | $385,66$ | $\text{kJ/kg}$ |
| 5 | Nhiệt độ cháy lý thuyết | $t_a$ | $975,3$ | $^\circ\text{C}$ |
| 6 | Độ đen hữu hiệu của ngọn lửa | $a_{nl}$ | $0,0476$ | - |
| 7 | Độ đen phần sáng của ngọn lửa | $a_s$ | $0,0260$ | - |
| 8 | Độ đen phần không sáng của ngọn lửa | $a_k$ | $0,0740$ | - |
| 9 | Độ đen buồng lửa | $a_{bl}$ | $0,0621$ | - |
| 10 | Diện tích bề mặt hấp thụ bức xạ | $F_{bx}$ | $0,0620$ | $\text{m}^2$ |
| 11 | Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa | $t_k$ | $803$ | $^\circ\text{C}$ |
Chương 4: Tính kết cấu và độ bền của lò hơi
Chương 4 tính toán ứng suất và kiểm tra độ bền cơ học cho các chi tiết chịu áp lực của lò hơi theo tải trọng áp suất thiết kế, bao gồm: tính chiều dày bền và áp suất cho phép của thân lò trụ, ống lò chịu áp lực ngoài, dàn ống lửa chịu áp lực ngoài, mặt sàng phẳng chịu uốn và nắp cửa người chui elip. Từ kích thước hình học đã tính toán, chương này xác định lại công suất bốc hơi thực tế của lò đảm bảo đạt sản lượng hơi $2\text{ T/h}$.
Chương 5: Tính khí động và thủy động lò hơi
Chương 5 tính toán thủy khí động của lò hơi. Nội dung bao gồm việc xác định trở lực ma sát và trở lực cục bộ của dòng khói qua 3 pass ống lửa và các hộp khói; tính toán chiều cao và đường kính ống khói; tính lực tự hút của ống khói dựa trên độ chênh khối lượng riêng giữa khói nóng và không khí ngoài trời để kiểm tra điều kiện tự hút khí thải; đồng thời tính toán đối lưu thủy động của môi chất nước và hơi trong không gian chứa nước của thân lò.
Chương 6: Tính toán các thiết bị phụ
Chương 6 tính chọn các thiết bị phụ trợ phục vụ an toàn và điều khiển hệ thống lò hơi:
- Van an toàn: Lắp đặt để tự động xả áp khi áp suất trong lò vượt quá giới hạn cho phép.
- Nắp phòng nổ: Bố trí trên buồng lửa và đường khói để giải tỏa áp suất khi có hiện tượng cháy nổ hỗn hợp khí.
- Van hơi chính: Đóng ngắt và điều chỉnh lưu lượng hơi cấp tới hộ tiêu thụ.
- Bảo ôn cách nhiệt: Lựa chọn lớp vật liệu cách nhiệt bọc xung quanh thân lò để giảm tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh ($q_5 \le 1%$) và đảm bảo an toàn lao động cho công nhân vận hành.
Chương 7: Thiết bị xử lý nước cấp vào lò hơi
Chương 7 trình bày nguyên nhân đóng cáu cặn, ăn mòn kim loại khi sử dụng nước chưa qua xử lý. Đề xuất quy trình làm mềm nước cấp cho lò hơi bằng phương pháp trao đổi ion nhằm loại bỏ các ion canxi ($Ca^{2+}$) và magie ($Mg^{2+}$), kiểm soát độ cứng, nồng độ oxy hòa tan và độ pH trước khi bơm cấp vào lò hơi.
Chương 8: Vận hành lò hơi
Chương 8 thiết lập quy trình vận hành lò hơi bao gồm các bước: chuẩn bị trước khi đốt lò, quy trình sấy lò và nhóm lò, theo dõi điều chỉnh mức nước và áp suất hơi trong quá trình vận hành bình thường, quy trình ngừng lò bình thường và thao tác ngừng lò khẩn cấp khi gặp sự cố.
Chương này cũng phân tích nguyên nhân và biện pháp khắc phục 4 nhóm sự cố kỹ thuật phổ biến:
- Xì hở gioăng, vastup tại các mối ghép mặt bích, van khóa.
- Bộ đốt bị tắt đột ngột hoặc khó bắt lửa khi khởi động.
- Bật công tắc điện nhưng các động cơ bơm cấp nước hoặc quạt gió không hoạt động.
- Lò hơi đốt chậm lên áp suất hơi hoặc tiêu tốn nhiều dầu nhưng lượng hơi sinh ra thấp. Cuối cùng là quy định bảo dưỡng định kỳ đối với công nhân vận hành và đơn vị quản lý thiết bị áp lực.
Thiết kế kỹ thuật và thông số hệ thống
Hệ thống lò hơi được thiết kế theo cấu trúc tổ hợp ống lò – ống lửa kiểu nằm ngang 3 pass. Thân trụ nằm ngang chứa nước ngập toàn bộ cụm ống lò và các dàn ống lửa, phía trên bố trí không gian chứa hơi bão hòa cao $450\text{ mm}$ với khoảng cách mức nước tối thiểu cách mép trên ống lửa là $100\text{ mm}$.
| Bộ phận kết cấu | Vật liệu chế tạo | Kích thước thiết kế | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Thân lò | Thép tấm 20K | $\phi 1.800 \times 20 \times 2.000\text{ mm}$ | Cuốn trụ tròn, hàn dọc |
| Ống lò | Thép tấm 20K | $\phi 100 \times 1.800\text{ mm}$ | Đặt lệch phía dưới đáy thân lò |
| Dàn ống lửa | Thép ống C20 | $\phi 42 \times 2,5 \times 1.800\text{ mm}$ | 198 ống, chia 3 pass (66 ống/pass) |
| Mặt sàng | Thép tấm 20K | Đường kính $1.800\text{ mm}$, dày $18\text{ mm}$ | Hai đầu thân lò |
| Cửa người chui | Thép tấm 20K | Thân $295 \times 395\text{ mm}$, nắp $330 \times 430\text{ mm}$, dày $18\text{ mm}$ | Hình elip chịu áp lực |
| Thiết bị an toàn | Phụ kiện chuẩn | Van an toàn, van hơi chính, nắp phòng nổ | Gắn trên thân lò và hộp khói |
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã hoàn thành toàn bộ khối lượng tính toán lý thuyết và thiết kế kết cấu cho một lò hơi công nghiệp đốt dầu FO với các chỉ số kỹ thuật cụ thể:
- Xác định đầy đủ các đặc tính cháy của nhiên liệu dầu FO với lượng không khí lý thuyết $V_{kk}^0 = 10,6243\text{ m}^3\text{tc/kg}$, thể tích khói thực tế $V_k = 12,53\text{ m}^3\text{tc/kg}$.
- Xác lập bảng cân bằng nhiệt với tổng tổn thất nhiệt của lò là $q = 9,96%$ (trong đó tổn thất khói thải $q_2 = 7,46%$, cháy không hoàn toàn hóa học $q_3 = 1,5%$, tỏa nhiệt vỏ lò $q_5 = 1%$, tổn thất $q_4 = q_6 = 0%$).
- Đạt hiệu suất nhiệt thiết kế của lò hơi $\eta = 90,04%$ với mức tiêu hao nhiên liệu tính toán là $B = 1,65\text{ kg/h}$.
- Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt toàn lò $F = 50\text{ m}^2$, nhiệt độ cháy lý thuyết trong buồng lửa $t_a = 975,3^\circ\text{C}$ và nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa $t_k = 803^\circ\text{C}$.
- Thiết kế hoàn chỉnh bản vẽ kết cấu lò gồm 198 ống lửa chia 3 pass đối lưu, thân trụ đường kính $1.800\text{ mm}$ đảm bảo độ bền chịu áp suất làm việc $8\text{ kG/cm}^2$.
- Đóng góp giải pháp công nghệ: Thiết lập quy trình vận hành chuẩn, hướng dẫn chi tiết phương pháp làm mềm nước cấp và đưa ra giải pháp khắc phục cụ thể cho 4 nhóm sự cố cơ - điện nhiệt thường phát sinh trong thực tế vận hành lò hơi công nghiệp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Cấu trúc thiết kế không trang bị bề mặt trao đổi nhiệt phần đuôi (bộ hâm nước và bộ sấy không khí) do giả định nước ngưng phụ tải sản xuất giấy bị nhiễm tạp chất phải thải bỏ; các kết quả tính toán thủy khí động và truyền nhiệt dựa trên công thức giải tích lý thuyết và bảng tra bán thực nghiệm, chưa được kiểm chứng qua mô phỏng trường dòng chảy hoặc đo đạc trên mô hình thực nghiệm thực tế.
- Hướng phát triển: Nghiên cứu lắp đặt thêm bộ thu hồi nhiệt khói thải (bộ hâm nước cấp bổ sung hoặc bộ trao đổi nhiệt gián tiếp) để hạ thấp hơn nữa nhiệt độ khói thải nhằm nâng cao hiệu suất lò; ứng dụng các công cụ mô phỏng động lực học chất lưu (CFD) để phân tích chi tiết trường nhiệt và trường vận tốc khí thể trong buồng lửa và các pass ống lửa.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:
- Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Năng lượng, Cơ khí chế tạo máy làm tài liệu mẫu phục vụ đồ án môn học Thiết kế lò hơi hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế thiết bị áp lực.
- Kỹ sư thiết kế thiết bị nhiệt và cán bộ kỹ thuật vận hành tại các nhà máy sản xuất giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, dệt may cần tra cứu phương pháp tính toán cân bằng nhiệt, thông số kết cấu lò hơi ống lò - ống lửa 3 pass và quy trình xử lý nước cấp, quy trình bảo dưỡng lò hơi đốt dầu FO.
Câu hỏi thường gặp
1. Nhiên liệu sử dụng cho lò hơi có thành phần hóa học và nhiệt trị như thế nào?
Nhiên liệu thiết kế là dầu FO với thành phần làm việc gồm: $C^{lv} = 84,2%$, $H^{lv} = 11,5%$, $S^{lv} = 1,4%$, $O^{lv} = 1,2%$, $W^{lv} = 1,6%$, $A^{lv} = 0,1%$, $N^{lv} = 0%$. Nhiệt trị thấp làm việc tính toán đạt $Q_{tlv} = 40.370,6\text{ kJ/kg}$, nhiệt lượng đưa vào lò khi sấy dầu lên $90^\circ\text{C}$ là $Q_{đv} = 40.547,45\text{ kJ/kg}$.
2. Hiệu suất nhiệt của lò hơi đạt bao nhiêu phần trăm và lượng tiêu hao nhiên liệu là bao nhiêu?
Theo bảng tính cân bằng nhiệt, tổng các tổn thất nhiệt của lò là $9,96%$ ($q_2 = 7,46%$, $q_3 = 1,5%$, $q_5 = 1%$, $q_4 = q_6 = 0%$). Hiệu suất nhiệt của lò hơi đạt $\eta = 90,04%$ và lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán là $B = 1,65\text{ kg/h}$.
3. Kết cấu ống lửa của lò hơi được bố trí như thế nào?
Dàn ống lửa sử dụng thép ống C20 không đường hàn với kích thước ngoài $\phi 42\text{ mm}$, dày $2,5\text{ mm}$, dài $1.800\text{ mm}$. Tổng cộng có 198 ống lửa được chia làm 3 pass (mỗi pass gồm 66 ống) và được bố trí theo hình tam giác đều với bước ngang $S_1 = 60,9\text{ mm}$, bước dọc $S_2 = 52,5\text{ mm}$.
4. Vì sao đồ án không thiết kế bộ hâm nước và bộ sấy không khí ở đuôi lò?
Lò hơi được thiết kế phục vụ nhà máy sản xuất giấy, trong đó nước ngưng ở các thiết bị công nghệ tiếp xúc trực tiếp với bột giấy và hóa chất nên không đảm bảo tiêu chuẩn nước cấp, buộc phải thải ra ngoài mà không tái tuần hoàn, do đó phương án thiết kế giản lược phần bề mặt đốt đuôi lò.
5. Vật liệu nào được chọn để chế tạo các chi tiết chịu áp lực chính của lò?
Thân lò, ống lò, mặt sàng và nắp cửa người chui được chế tạo từ thép tấm cacbon chuyên dụng mã hiệu 20K có độ bền và tính hàn tốt; riêng cụm ống lửa tiếp xúc với khói nóng sử dụng thép ống không đường hàn mã hiệu C20.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Trung Hậu và Phan Phước Vinh đã thực hiện đầy đủ các bước tính toán nhiệt động, cân bằng nhiệt, thiết kế kết cấu cơ khí và bố trí hệ thống phụ trợ cho lò hơi liên hợp ống lò – ống lửa đốt dầu FO công suất $2\text{ T/h}$. Toàn bộ các thông số kỹ thuật, kích thước chi tiết và kiểm tra bền đều được xác định rõ ràng, đảm bảo độ an toàn làm việc ở áp suất $8\text{ kG/cm}^2$. Đồ án cung cấp một giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu tính toán thiết kế đến quy trình vận hành, xử lý nước cấp và khắc phục sự cố cho hệ thống cấp hơi công nghiệp trong ngành sản xuất giấy.