Xem mẫu
- Ch−¬ng 5. Trao ®æi nhiÖt trong lß h¬i
Trao ®æi nhiÖt trong thiÕt bÞ lß h¬i bao gåm hai d¹ng lµ bøc x¹ vµ ®èi l−u.
Trong ph¹m vi buång löa trao ®æi nhiÖt bøc x¹ lµ chñ yÕu v× ë ®©y cã bøc x¹ trùc tiÕp
tõ ngän löa cã nhiÖt ®é cao ®Õn c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bè trÝ trong buång löa, cßn
thµnh phÇn ®èi l−u ë ®©y kh«ng ®¸ng kÓ do tèc ®é cña dßng khãi nhá vµ do c¸c èng
sinh h¬i bÞ tro b¸m bÈn nªn cã trë lùc nhiÖt lín. Trong ®−êng khãi cña lß h¬i cã c¶
trao ®æi nhiÖt ®èi l−u vµ trao ®æi nhiÖt bøc x¹. Trong ®−êng khãi cã bøc x¹ nhiÖt lµ do
cã c¸c khÝ ba nguyªn tö vµ c¸c h¹t tro, h¹t than bay theo khãi, nh−ng trao ®æi nhiÖt
®èi l−u lµ chñ yÕu. ChÝnh v× vËy c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt trong ®−êng khãi ®−îc
gäi lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u.
5.1 Kh¶ n¨ng bøc x¹ cña ngän löa
Dùa theo c−êng ®é bøc x¹ trong vïng phæ thÊy ®−îc ng−êi ta ph©n chia c¸c
d¹ng ngän löa s¸ng, nöa s¸ng, kh«ng s¸ng. Sù bøc x¹ cña ngän löa s¸ng vµ nöa s¸ng
lµ do c¸c h¹t ë thÕ r¾n trong s¶n phÈm ch¸y, ®ã lµ c¸c h¹t cèc, h¹t tro, h¹t må hang. Sù
bøc x¹ cña ngän löa kh«ng s¸ng lµ do cã c¸c khÝ ba nguyªn tö nh− SO2, CO2, H2O
trong buång löa.
C−êng ®é bøc x¹ cña c¸c h¹t r¾n trong ngän löa phô thuéc vµo kÝch th−íc c¸c
h¹t, tÝnh chÊt vµ nång ®é cña chóng trong thÓ tÝch cña buång löa. Sù bøc x¹ cña c¸c
chÊt khÝ ba nguyªn tö trong buång löa ®−îc x¸c ®inh bëi nång ®é c¸c chÊt khÝ nµy vµ
bëi chiÒu dµy cña thÓ tÝch bøc x¹.
HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña m«i tr−êng khÝ ®−îc biÓu thÞ qua ®Þnh luËt Bu-ghe
(Bouguer)
−k p s
ag = 1 − e g p , (5-1)
trong ®ã:
kg lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi mét m«i tr−êng khÝ;
pp lµ tæng ph©n ¸p suÊt cña c¸c khÝ ba nguyªn tö, MPa;
s lµ chiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹, m.
HÖ sè bøc x¹ cña ngän löa (hay ®é ®en cña ngän löa) khi ®èt nhiªn liÖu r¾n
®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau
al = 1 − e− kl ps , (5-2)
trong ®ã:
kl lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i tr−êng buång löa;
p lµ ¸p suÊt cña c¸c chÊt khÝ trong buång löa, MPa.
ChiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹ trong buång löa s ®−îc tÝnh theo c«ng
thøc:
V
s = 3, 6 bl , m (5-3)
Fv
trong ®ã:
Vbl lµ thÓ tÝch buång löa, m3;
Ver. 1.0 66
- Fv lµ diÖn tÝch c¸c t−êng buång löa m2.
Khi ®èt bét than trong buång löa phun,
ngän löa s¸ng cho¸n hÇu nh− toµn bé thÓ tÝch
buång löa (xem h×nh vÏ 5.1) vµ ®é chiÕu s¸ng
cña
ngän löa kh¸ ®ång ®Òu theo
chiÒu cao cña buång löa. HÖ
H×nh 5.1. Sù thay ®æi ®é ®en ngän sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i
löa theo chiÒu cao buång löa.
tr−êng buång löa ®−îc tÝnh
1-khi ®èt bét than; 2-khi ®èt mazut
theo c«ng thø:
(FO)
k l = k g rn + k tr µ tr + k c χ
k l = k g rn + k tr µ tr + k c χ , (5-4)
trong ®ã:
( )
rn = rRO2 + rH2 O lµ tæng c¸c phÇn thÓ tÝch cña c¸c khÝ ba nguyªn tö;
ktr lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t tro;
µtr lµ nång ®é tro trong khãi;
kc lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t cèc;
χ lµ hÖ sè kÓ ®Õn kh¶ n¨ng ph¶n øng cña nhiªn liÖu (kÐm ph¶n øng hay cã
kh¶ n¨ng ph¶n øng cao).
Ngän löa sinh ra khi ®èt nhiªn liÖu r¾n nãi chung thuéc kiÓu ngän löa nöa
s¸ng. Ngän löa khi ®èt khÝ vµ ®èt FO quy −íc gåm hai phÇn lµ phÇn s¸ng vµ phÇn
kh«ng s¸ng, do vËy hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa (®é ®en cña ngän löa) ®−îc x¸c
®Þnh nh− sau:
a l = ma s + (1 − m ) a ks , (5-5)
trong ®ã:
as lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa s¸ng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
(5-2), cßn kl ®−îc thay b»ng ks: k s = k m + k g rn , víi km lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi
c¸c h¹t må hãng; aks lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa kh«ng s¸ng, tøc lµ cña
m«i tr−êng khÝ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5-1);
m lµ hÖ sè x¸c ®Þnh phÇn thÓ tÝch buång löa bÞ t©m ngän löa cho¸n ®Çy.
m = 0,1 .
Khi ®èt khÝ thiªn nhiªn:
m = 0,55 .
Khi ®èt FO:
m = 1.
Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n:
HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña buång löa (hay ®é ®en cña buång löa) abl ®−îc x¸c
®Þnh qua hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa al vµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng trªn
t−êng, cô thÓ lµ:
Ver. 1.0 67
- 1
a bl = . (5-6)
⎛1 ⎞
1 + ⎜ − 1⎟ ψ d
⎝ al ⎠
Dßng nhiÖt bøc x¹ trung b×nh ®−îc c¸c dµn èng sinh h¬i hÊp thu lµ
4
⎛T ⎞
q bx = c0 a bl ψ d ⎜ l ⎟ 10−3 , kW/m2 (5-7)
⎝ 100 ⎠
trong ®ã:
Tl lµ nhiÖt ®é hiÖu qu¶ trung b×nh cña m«i tr−êng khÝ trong buång löa, K;
ψ d lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:
ψ d = xξ , (5-8)
víi x lµ hÖ sè gãc vµ ξ lµ hÖ sè b¸m bÈn quy −íc.
5.2 TÝnh trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong buång löa
Sù truyÒn nhiÖt tõ ngän löa ®Õn c¸c dµn èng sinh h¬i ®Æt trªn t−êng buång löa
lµ mét qu¸ tr×nh rÊt phøc t¹p, ë ®©y qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt x¶y ra ®ång thêi víi qu¸
tr×nh ch¸y nhiªn liÖu. chÝnh sù ch¸y nhiªn liÖu ®· t¹o ra nguån nhiÖt bªn trong m«i
tr−êng bøc x¹.
Ph−¬ng ph¸p tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn viÖc sö dông ®ång
thêi c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu gi¶i tÝch vµ thùc nghiÖm. Ph−¬ng ph¸p nµy xuÊt ph¸t tõ
kh¶ n¨ng øng dông lý thuyÕt ®ång d¹ng ®Ó ph©n tÝch c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong buång
löa.
C«ng thøc b¸n thùc nghiÖm cña A. M. Gurvich ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh«ng thø
nguyªn sau ®©y ®−îc dïng lµm c¬ së ®Ó tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa:
Bo0,6
θ " = 0,6 , (5-9)
Bo + Ma 0,6
bl
bl
C«ng thøc nµy thÓ hiÖn sù liªn hÖ gi÷a nhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi ë
cöa ra buång löa θ '' bl vµ tiªu chuÈn Boltzmann (Bo), tiªu chuÈn nµy ®Æc tr−ng cho tû
lÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu so víi c−êng ®é táa nhiÖt tèi ®a ®Õn c¸c
bÒ mÆt dµn èng ®Æt trªn t−êng. §Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong thÓ tÝch buång löa
còng ®−îc kÓ ®Õn qua hÖ sè M .
NhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi θ ' ' bl lµ tû sè gi÷a nhiÖt ®é khãi ë cöa ra
buång löa T '' bl (K) vµ nhiÖt ®é ®o¹n nhiÖt (nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt) Ta (K):
T''
θ'' bl = bl , (5-10)
Ta
Chóng ta lu«n lu«n cã θ '' bl < 1 vµ nã ®Æc tr−ng cho møc ®é gi¶m nhiÖt ®é cña
khãi trong thÓ tÝch buång löa do cã trao ®æi nhiÖt.
Sè Bo ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc sau:
Ver. 1.0 68
- ϕBtt Vg cg
Bo = , (5-11)
c 0 ψ d Fv Ta 3
Btt Q bx 1
Bo = . (5-12)
vµ
c 0 ψ d Fv Ta 1 − θ''bl
4
§Æc tÝnh nhiÖt chñ yÕu cña buång löa lµ l−îng nhiÖt sinh ra h÷u Ých trong
buång löa Qbl vµ entanpi cña khãi ë chç ra khái buång löa (ë cöa ra buång löa) I ''bl .
NhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
lv 100 − q 3 − q 4 − q 6
Q bl = Q tr + Q kk − Q kkng + Q tth , (5-13)
100 − q 4
trong ®ã:
lv
Qtr lµ nhiÖt l−îng tµng tr÷ trong nhiªn liÖu dïng ®Ó ®èt;
Qkk lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ nãng vµ kh«ng khÝ l¹nh mang vµo buång löa;
Qkkng lµ nhiÖt l−îng kh«ng khÝ thu ®−îc do nã ®−îc sÊy s¬ bé ë phÝa tr−íc bé
sÊy kh«ng khÝ chÝnh cña lß h¬i;
Qtth lµ nhiÖt l−îng do khãi t¸i tuÇn hoµn tõ “®u«i lß” vÒ buång löa.
NhiÖt l−îng do kh«ng khÝ mang vµo buång löa Qkk bao gåm nhiÖt l−îng trong
kh«ng khÝ nãng vµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät vµo buång löa, tøc lµ:
Qkk = Qkkn + Qkkl (5-14)
( ) ( )
= α bl − ∆α bl − ∆α ng Vkk (Ct )kkl + ∆α bl + ∆α ng Vkk (Ct )kkl
0 0
,(5-14)
trong ®ã:
∆α bl lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo buång löa;
∆α ng lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo hÖ thèng nghiÒn than.
Entanpi cña khãi ë cöa ra buång löa I ''bl ®−îc x¸c ®Þnh theo b¶ng I − θ øng
víi gi¸ trÞ nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa θ ''bl ®· chän tr−íc ®©y.
NÕu nh− toµn bé nhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl ®−îc truyÒn
hoµn toµn cho s¶n phÈm ch¸y th× ta cã nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt (cùc ®¹i) vµ th−êng gäi
lµ nhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt cña nhiªn liÖu:
Q bl
θa = , (5-15)
( Vc )tb
trong ®ã (Vc )tb lµ tæng nhiÖt dung riªng trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y 1 kg nhiªn liÖu
trong kho¶ng nhiÖt ®é 0 ÷ θ a (kJ/kgK). NhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt phô thuéc vµo d¹ng
nhiªn liÖu vµ vµo hÖ sè kh«ng khÝ thõa vµ cã gi¸ trÞ nh− sau:
θ a = 1700 ÷ 1850 oC ®èi víi than n©u vµ than bïn;
θ a = 1850 ÷ 2100 oC ®èi víi than ®¸, antraxit, FO vµ khÝ thiªn nhiªn.
Ver. 1.0 69
- ViÖc tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn hai ph−¬ng tr×nh chñ
yÕu sau:
- Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt:
Q bx = ϕ ( Q bl − I''bl ) = ϕ ( Vc )g ( θa − θ'' bl ) , (5-16)
- Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt bøc x¹:
( )
Btt Q bx = c 0 a bl xFv Tl 4 − Ttr 4 10−11 , (5-17)
ë ®©y ϕ lµ hÖ sè gi÷ nhiÖt; (Vc )g lµ nhiÖt dung trung b×nh cña c¸c chÊt khÝ
trong kho¶ng nhiÖt ®é θa ÷ θ '' bl (kJ/kgoK).
Ph−¬ng tr×nh (5-17) cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh¸c:
⎛ T4⎞
Btt Q bx = c 0 a bl xFv Tl 4 ⎜ 1 − tr4 ⎟ .10−11 . (5-18)
⎝ Tl ⎠
Ttr 4
Khi thay ξ = 1 − 4 vµ ψ d = xξ ta ®−îc:
Tl
Btt Q bx = c 0 a bl ψ d Fv Tl 410−11 . (5-19)
Tõ (5-19) ta t×m ®−îc diÖn tÝch cña t−êng buång löa:
Btt Q bx
Fv = 1011 , m2 (5-20)
c 0 a bl ψ d Tl 4
HÖ sè M kÓ ®Õn ®Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong buång löa cÇn ®−îc ®−a vµo
c«ng thøc (5-20), hÖ sè nµy ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã
nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X:
M = A- B.x, (5-21)
trong ®ã A vµ B lµ c¸c hÖ sè thùc nghiÖm, c¸c hÖ sè nµy cã gi¸ trÞ kh¸c nhau khi ®èt
c¸c d¹ng nhiªn liÖu kh¸c nhau.
§èi víi buång löa mét buång:
- §èt FO vµ nhiªn liÖu khÝ: M = 0,54 − 0, 2X ;
- §èt nhiªn liÖu r¾n cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao trong buång löa phun vµ trong
buång löa ghi: M = 0,59 – 0,5M;
- §èt nhiªn liÖu r¾n kÐm ph¶n øng (antraxit vµ than gÇy) trong buång löa phun
vµ c¸c lo¹i than cã ®é tro cao: M = 0,59 – 0,5M;
§èi víi buång löa phun gi¸ trÞ tèi ®a cña M lÊy kh«ng lín h¬n 0,5 kh«ng phô thuéc
vµo X .
VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X ®−îc x¸c
®Þnh b»ng tû sè gi÷a kho¶ng c¸ch tõ ®¸y buång löa hay tõ gi÷a phÔu tro l¹nh ®Õn mÆt
ph¼ng cã nhiÖt ®é cùc ®¹i cña khãi (th−êng ë ®é cao cña trôc vßi phun) hvf vµ kho¶ng
c¸ch ®Õn gi÷a cöa ra buång löa Hbl (xem h×nh vÏ 5.2):
h
X = vf , (5-22)
H bl
Ver. 1.0 70
- H×nh 5.2. VÞ trÝ t−¬ng ®èi
cña®iÓm cã nhiÖt ®é cùc
®¹i trong buång löa
Khi tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ buång löa, c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch bÒ mÆt t−êng
buång löa cã d¹ng sau:
2
1 ⎛T ⎞
Btt Q bx
Fv = 1011 3 2 ⎜ a − 1⎟ , m2 (5-23)
5, 67.a bl ψ d M Tbl Ta
" 3 "
M ⎝ Tbl ⎠
Khi tÝnh nhiÖt kiÓm tra buång löa ph¶i x¸c ®Þnh nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång
löa theo c«ng thøc sau:
Ta
θ" = − 273 , oC (5-24)
bl 0,6
⎛ a bl ⎞
1+ M ⎜ ⎟
⎝ Bo ⎠
hay cô thÓ h¬n lµ c«ng thøc:
Ta
θ" = − 273 , oC (5-25)
bl 0,6
⎛ 5, 67ψ dtb Fv a bl Ta 3 −11 ⎞
10 ⎟ + 1
M⎜
⎜ ϕBtt ( Vc ) ⎟
⎝ ⎠
tb
trong ®ã: ψ dtb lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt trung b×nh cña dµn èng ®Æt trªn t−êng; (Vc )tb lµ
tæng nhiÖt dung trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y.
5.3. TÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong ®−êng khãi phÝa sau buång löa
5.3.1. Trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong ®−êng khãi cña lß h¬i
L−îng nhiÖt hÊp thu b»ng bøc x¹ cña mét ®¬n vÞ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ë
phÇn ®u«i lß ®−îc x¸c ®Þnh bëi ph−¬ng tr×nh sau
a +1 4
( )
q bx = σ 0 a tr T − Ttr 4 , W/m2 (5-26)
2
ë ®©y: a lµ ®é ®en cña khãi cã kÓ ®Õn c¸c h¹t tro chøa trong khãi; atr lµ ®é ®en cña
bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ (®Ó tÝnh táa nhiÖt bøc x¹ cho bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi
l−u ta lÊy atr = 0, 08 ), T lµ nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña dßng khãi th−êng tÝnh b»ng trung
b×nh céng cña nhiÖt ®é khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n (K), Ttr lµ
nhiÖt ®é v¸ch ngoµi cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cã kÓ ®Õn b¸m bÈn (K).
Ver. 1.0 71
- Ph−¬ng tr×nh (5-26) cã thÓ viÕt d−íi d¹ng kh¸c nh− sau:
a tr + 1 3 1 − ( Ttr T )
4
( θ − t tr ) , W/m
q bx = σ0 a T (5-27)
1 − Ttr T
2
q bx = α bx ( θ − t tr ) , W/m2
hay (5-28)
trong ®ã θ lµ nhiÖt ®é cña khãi ( C). Do ®ã hÖ sè táa nhiÖt bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y
o
α bx ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
3
⎛T ⎞
1 − ⎜ tr ⎟
a +1 3 ⎝ T ⎠
( )
α bx = 5, 67.10−11 a tr , W/m2K (5-29)
T
Ttr
2 1−
T
NhiÖt ®é v¸ch èng cã b¸m tro bôi ttr hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ lÊy b»ng nhiÖt
®é trung b×nh cña líp bÈn b¸m bªn ngoµi ttr vµ tÝnh theo ph−¬ng tr×nh:
⎛ ⎞o
1
t tr = t + ⎜ ε + ⎟q , C (5-30)
α2
⎝ ⎠
trong ®ã:
t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i tr−êng l−u ®éng bªn trong èng, b»ng trung
b×nh céng cña nhiÖt ®é ®Çu vµ nhiÖt ®é cuèi ( t = (t' + t'') / 2 ), oC;
ε lµ hÖ sè b¸m bÈn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u (trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m
trªn bÒ mÆt ngoµi cña èng hoÆc cña líp chÊt chÞu löa vµ líp xØ trªn dµn èng cã gai,
m2K/W;
α 2 lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ v¸ch èng ®Õn m«i chÊt l−u ®éng trong èng, W/m2K;
q lµ suÊt nhiÖt l−îng hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®−îc tÝnh to¸n, kW/m2.
§é ®en cña m«i tr−êng khãi trong tr−êng hîp tæng qu¸t ®−îc biÓu diÔn b»ng
ph−¬ng tr×nh sau:
a = 1 − e− kps . (5-31)
TÝch sè kps gäi lµ tæng lùc hÊp thu cña s¶n phÈm ch¸y, kps cµng lín th× ®é ®en cña
m«i tr−êng khãi cµng lín. Tæng lùc hÊp thu ®èi víi dßng khãi cã chøa c¸c h¹t tro
®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
kps = ( k g rn + k tr µ tr ) ps , (5-32)
trong ®ã: ktr lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ trong thÓ tÝch cã c¸c h¹t tro bôi; µtr lµ nång ®é
tro trong s¶n phÈm ch¸y, g/m3.
HÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t tro r¾n ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
1
k tr = 7 , (5-33)
d nT2
víi d n lµ ®−êng kÝnh h¹t tro ( µ m ).
Ver. 1.0 72
- ChiÒu dµy cña líp bøc x¹ gi÷a c¸c èng trong chïm èng ®èi l−u s phô thuéc
vµo b−íc èng ngang t−¬ng ®èi ( s1 / d ) vµ b−íc èng däc t−¬ng ®èi ( s2 / d ) , th−êng
s = 0,1 ÷ 0, 2 m.
5.3.2 Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u
BÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u th−êng cã d¹ng chïm èng. Trong lß h¬i m«i chÊt
(h¬i, n−íc, hçn hîp h¬i n−íc) chuyÓn ®éng bªn trong èng vµ khãi chuyÓn ®éng bªn
ngoµi èng. Khãi cã thÓ bäc ngang hay bäc däc chïm èng. ë bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi
l−u th−êng dßng khãi bäc ngang èng. èng ®−îc bè trÝ so le hay song song. ë bé sÊy
kh«ng khÝ kiÓu èng th× khãi ®i trong èng vµ kh«ng khÝ ®i ngang bªn ngoµi èng.
Khi thiÕt kÕ cÊu t¹o c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u cña lß h¬i ph¶i x¸c ®Þnh
kÝch th−íc cña bÒ mÆt Êy vµ chän h×nh d¹ng tèi −u cña chïm èng. Khi ®ã ph¶i kÓ ®Õn
c¸c ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh ®é tin cËy, ®é kinh tÕ vµ gi¸ thµnh cña toµn thiÕt bÞ. C¸c kÝch
th−íc h×nh häc cña c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®−îc chän tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn trao
®æi nhiÖt, b¸m tro, mµi mßn èng vµ tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó kh¾c phôc trë lùc chuyÓn
®éng cña khãi.
5.3.2.1. C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n
§Ó tÝnh to¸n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ta dïng hai ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n lµ
ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt vµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt.
Ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt (trao ®æi nhiÖt) cho phÐp x¸c ®Þnh l−îng nhiÖt hÊp
thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt
kH∆t
Q= , kJ/kg (5-34)
Btt
trong ®ã: Q lµ nhiÖt l−îng do bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n hÊp thu b»ng ®èi l−u vµ
bøc x¹, kJ/kg; k lµ hÖ sè truyÒn nhiÖt, W/m2K; H lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n,
m2; ∆t lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a m«i tr−êng nãng vµ m«i chÊt ®−îc ®èt nãng, K;
Btt lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n, kg/s.
Trong c¸c chïm èng ®èi l−u H (m2) ®−îc lÊy b»ng toµn bé bÒ mÆt ngoµi cña
èng (vÒ phÝa khãi). BÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng ®−îc tÝnh theo
®−êng kÝnh trung b×nh cña èng.
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt dïng ®Ó tÝnh nhiÖt l−îng do khãi truyÒn ®i b»ng
nhiÖt l−îng do h¬i, n−íc hay kh«ng khÝ hÊp thu:
Q = ϕ ( I'g − I''g + ∆αI 0 ) , kJ/kg (5-35)
kklät
ë ®©y: I 'g vµ I ''g lµ entanpi cña khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n,
kJ/kg; ∆α I kklät lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät mang vµo.
0
NhiÖt l−îng do m«i chÊt (h¬i, n−íc, kh«ng khÝ) hÊp thu ®−îc tÝnh theo c¸c
c«ng thøc sau:
- §èi víi bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u vµ bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng:
Ver. 1.0 73
- ( i'' − i' + ∆ig.« ) − Qbxx , kJ/kg
D
Q= q
(5-36)
Btt
- §èi víi bé h©m n−íc vµ vïng qu¸ ®é cña lß h¬i trùc l−u:
D
( i'' − i' ) , kJ/kg
Q= (5-37)
Btt
trong ®ã: D lµ l−u l−îng h¬i n−íc ®i qua bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, kg/s; i'' vµ i'
lÇn l−ît lµ entanpi cña h¬i (n−íc) ë chç ra vµ chç vµo bÒ mÆt tÝnh to¸n, kJ/kg; ∆ig.« lµ
l−îng nhiÖt do 1 kg h¬i truyÒn cho n−íc lµm l¹nh (ë bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt), kJ/kg.
- §èi víi bé sÊy kh«ng khÝ:
)
(
∆α skk ⎞ 0''
⎛ 0'
Q = ⎜ β" + ⎟ Iskk − Iskk , (5-38)
skk
⎝ 2⎠
trong ®ã: β ''skk lµ tû lÖ gi÷a l−îng kh«ng khÝ ë sau bé sÊy kh«ng khÝ vµ l−îng kh«ng
khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ( β ''skk = α bl − ∆α bl − ∆α ng ) ; ∆α skk lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ vµo bé
sÊy kh«ng khÝ, ®−îc lÊy b»ng l−îng rß tõ phÝa kh«ng khÝ.
§Ó x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt hoÆc l−îng nhiÖt ®−îc truyÒn
®i ta ph¶i biÕt hÖ sè truyÒn nhiÖt vµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh.
5.3.2.2. HÖ sè truyÒn nhiÖt
Trong c¸c chïm èng ®èi l−u sù truyÒn nhiÖt tiÕn hµnh qu¸ v¸ch trô nhiÒu líp
tøc lµ qua èng cã b¸m bÈn bªn ngoµi vµ c¸u cÆn b¸m bªn trong. Khi tÝnh nhiÖt th× hÖ
sè truyÒn nhiÖt th−êng ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc cho v¸ch ph¼ng nhiÒu líp.
§iÒu nµy kh«ng g©y ra sai sè lín ®èi víi c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm b»ng c¸c èng
tr¬n ®ång thêi ®¬n gi¶n rÊt nhiÒu cho viÖc tÝnh to¸n.
HÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi v¸ch ph¼ng nhiÒu líp ®−îc biÓu diÔn b»ng c«ng
thøc sau:
1
k= , W/m2K (5-39)
1 δtr δ kl δ c 1
+ + ++
α1 λ tr λ kl λ c α 2
trong ®ã:
α1 vµ α 2 lÇn l−ît lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ m«i tr−êng nãng ®Õn v¸ch èng vµ tõ
v¸ch èng ®Õn m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, W/m2K;
δ kl vµ λ kl lÇn l−ît lµ chiÒu dµy vµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i v¸ch èng,
ε = δtr λ tr lµ trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m trªn èng hay cßn gäi lµ hÖ
W/mK;
sè b¸m bÈn èng, m2K/W;
δ c λ c lµ nhiÖt trë cña líp cÆn c¸u b¸m trªn bÒ mÆt bªn trong èng, m2K/W.
Th«ng th−êng nhiÖt trë táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch (1 α1 ) vµ nhiÖt trë ®i qua
líp b¸m bÈn ε cã trÞ sè lín nhÊt.
Ver. 1.0 74
- NhiÒu khi trong tÝnh to¸n coi r»ng kh«ng cã c¸u cÆn b¸m vµ bá qua nhiÖt trë
cña v¸ch kim lo¹i. Nh− vËy ®èi víi bé qu¸ nhiÖt hÖ sè truyÒn nhiÖt ®−îc x¸c ®Þnh theo
c«ng thøc:
α1
1
k= = , W/m2K (5-40)
⎛ ⎞
1 1 1
+ε + 1 + ⎜ ε + ⎟ α1
α1 α2 α2 ⎠
⎝
C«ng thøc nµy ®−îc dïng ®Ó tÝnh bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt. ë bé
qu¸ nhiÖt th−êng α 2 ≥ 1000 W/m2K vµ α1 < 100 W/m2K, tuy nhiªn khi kh«ng kÓ ®Õn
nhiÖt trë 1 α 2 cã thÓ ph¹m sai sè trong viÖc x¸c ®Þnh bÒ mÆt ®èt cña bé qu¸ nhiÖt ®Õn
4%.
ë bé h©m n−íc vµ bÒ mÆt sinh h¬i cã α 2 = ( 5 ÷ 20 ) × 103 (W/m2K) nªn nhiÖt
trë 1 α 2 cã thÓ bá qua, do ®ã:
k = α1 (1 + εα1 ) , W/m2K (5-41)
ë bé sÊy kh«ng khÝ α1 ≈ α 2 . V× ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ta kh«ng cã nh÷ng
sè liÖu vÒ nhiÖt trë cña líp b¸m bÈn ε vµ møc ®é bäc kh«ng ®Òu bÒ mÆt bëi dßng
khãi vµ dßng kh«ng khÝ nªn ¶nh h−ëng ®ång thêi cña chóng ®−îc kÓ ®Õn b»ng hÖ sè
sö dông ξ x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm. Do vËy hÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi bé sÊy kh«ng
khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
αα
1
k=ξ = ξ 1 2 , W/m2K (5-42)
α1 + α 2
1 1
+
α1 α 2
HÖ sè sö dông ξ phô thuéc d¹ng nhiªn liÖu ®èt vµ kiÓu bé sÊy kh«ng khÝ.
HÖ sè truyÒn nhiÖt k ë bé sÊy kh«ng khÝ quay (kiÓu hoµn nhiÖt) ®−îc x¸c ®Þnh
theo c«ng thøc:
ξπ
k= , W/m2K (5-43)
1 1
+
x1α1 x 2α 2
trong ®ã: x1 = Fg / F lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho khãi ®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn
tæng cña bé sÊy kh«ng khÝ; x 2 = Fkk / F lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho kh«ng khÝ
®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn tæng cña b« sÊy kh«ng khÝ; α1 vµ α 2 lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ khãi
®Õn v¸ch kim lo¹i vµ tõ v¸ch kim lo¹i cho kh«ng khÝ; π lµ hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h−ëng
cña tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña sù trao ®æi nhiÖt, ®−îc x¸c ®Þnh phô thuéc vµo tèc ®é quay
cña r«to nh− sau:
≥ 1,5
n (vßng/phót) 0,5 1,0
π 0,85 0,97 1,0
Ver. 1.0 75
- HÖ sè táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch èng cña chïm èng ®èi l−u α1 ®−îc x¸c ®Þnh
theo c«ng thøc sau:
α1 = ξ1 (α ®l + α bx ) , W/m2K (5-44)
trong ®ã ξ1 lµ hÖ sè sö dông kÓ ®Õn sù gi¶m l−îng nhiÖt hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn
nhiÖt do khãi bao phñ kh«ng ®Òu. §èi víi c¸c èng ®−îc khãi bao phñ ngang ë c¸c lß
h¬i hiÖn ®¹i lÊy hÖ sè ξ = 1 .
a. HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u α ®l
HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u phô thuéc vµo tèc ®é vµ nhiÖt ®é dßng, kÝch th−íc
th¼ng x¸c ®Þnh, sù bè trÝ èng trong chïm, d¹ng bÒ mÆt (tr¬n hay cã c¸nh) vµ ®Æc ®iÓm
dßng khãi bao phñ bÒ mÆt ®ã (däc, ngang hay chÐo), c¸c tÝnh chÊt cña m«i tr−êng
ch¶y qua chïm èng, vµ trong mét sè tr−êng hîp vµo nhiÖt ®é v¸ch èng.
* HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt song
song vµ c¸c b¨ng èng, tÝnh chung cho toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ theo ®−êng kÝnh
ngoµi cña èng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
λ
α ®l = 0, 2 Re 0,65 Pr 0,33Cz Cs , W/m2K (5-45)
d
víi Cz ®−îc hiÖu chØnh vÒ sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i, ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc
vµo sè d·y trung b×nh trong tõng chïm nhá cña chïm èng ®−îc kh¶o s¸t nh− sau:
⎧ z2 < 10 → Cz = 0,91 + 0, 0125 ( z2 − 2 )
⎪
⎨ , (5-45a)
⎪ z2 ≥ 10 → Cz = 1
⎩
vµ Cs ®−îc hiÖu chØnh vÒ ®Æc tÝnh h×nh häc cña chïm èng, tïy thuéc vµo b−íc däc vµ
ngang t−¬ng ®èi, σ 2 vµ σ 1 :
-2
⎡ ⎛ σ ⎞⎤
3
Cs = ⎢1 + ( 2σ 1 − 3) ⎜1 − 2 ⎟ ⎥ , (5-45b)
⎝ 2⎠⎥
⎢
⎣ ⎦
trong ®ã σ 1 = s1 d vµ σ 2 = s2 d .
Khi 2 ≥ 2, 1 < 1,5 th× Cs =1, (5-45c)
Khi 2 < 2, 1 > 3 th× thay 1 = 3 vµo c«ng thøc (5-45b)
* HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt sole ®−îc
x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
λ
α ®l = Re 0,6 Pr 0,33C's C'z , W/m2K (5-46)
d
C's lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo b−íc ngang t−¬ng ®èi σ 1 vµ
trong ®ã:
vµo gi¸ trÞ cña
σ −1
ϕσ = 1 , (5-47)
σ'2 − 1
Ver. 1.0 76
- ë ®©y σ '2 lµ b−íc t−¬ng ®èi trung b×nh theo ph−¬ng ®−êng chÐo gi÷a c¸c èng, vµ C' z
lµ hiÖu chØnh sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i.
Ver. 1.0 77
- * §èi víi chïm èng trong ®ã mét phÇn èng bè trÝ sole, mét sè èng bè trÝ song
song th×:
α H + α ss H ss
α ®l = sole sole , W/m2K (5-48)
H sole + H ss
NÕu phÇn èng bè trÝ sole (song song) > 85% toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt th×
chïm èng ®ã ®−îc coi nh− lµ chïm èng sole (song song).
* HÖ sè táa nhiÖt khi bao phñ däc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bëi dßng rèi mét pha
(khãi, kh«ng khÝ, n−íc, h¬i) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
λ
α ®l = 0, 023 Re 0,8 Pr 0,4 Ct Cd Cl , W/m2K (5-49)
d
trong ®ã: Ct lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ nhiÖt ®é phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dßng khãi vµ
nhiÖt ®é v¸ch èng; Cd lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ ®−êng kÝnh èng; Cl lµ hÖ sè hiÖu chØnh
vÒ chiÒu dµi t−¬ng ®èi (khi (l / d) ≥ 50 th× Cl = 1 ).
* HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ quay (tèc ®é quay cña r«to
n = 1,5 ÷ 5 vßng/phót) vÒ phÝa khãi vµ vÒ phÝa kh«ng khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc
sau:
λ ⎛ ω d t® ⎞
0,8
α ®l = A 0,4 2
⎜ ν ⎟ Pr C t Cl , W/m K (5-50)
d t® ⎝ ⎠
ë ®©y: A lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh bëi lo¹i vËt liÖu vµ c¸ch bè trÝ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt; λ
lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña khãi vµ kh«ng khÝ, W/mK; d t® lµ ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng, m;
ω l tèc ®é tÝnh to¸n cña khãi vµ kh«ng khÝ, m/s.
b. HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y α bx
HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc
sau
q bx
α bx = , W/m2K (5-51)
( θ − t tr )
5.3.2.3. §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh
§é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh cho toµn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµ hiÖu sè nhiÖt ®é
cña m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, phô thuéc vµo ph−¬ng chuyÓn
®éng t−¬ng hç gi÷a hai m«i tr−êng.
H×nh 5.3. Sù thay ®æi nhiÖt ®é cña c¸c m«i
tr−êng däc theo bÒ mÆt truyÒn nhiÖt.
a - ChuyÓn ®éng cïng chiÒu; b - ChuyÓn
®éng
ng−îc chiÒu.
Ver. 1.0 78
- Trong tr−êng hîp hai dßng chuyÓn ®éng cïng chiÒu thuÇn tóy vµ ng−îc chiÒu thuÇn
tóy th× ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh ®−îc tÝnh nh− lµ hiÖu trung b×nh logarit c¸c nhiÖt
®é m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng (xem h×nh vÏ 5.3)
∆t − ∆tb o
∆t = l ,C (5-52)
∆tl
ln
∆tb
trong ®ã:
∆t l lµ hiÖu sè nhiÖt ®é lín cña 2 m«i tr−êng;
∆t b lµ hiÖu sè nhiÖt ®é nhá cña 2 m«i tr−êng (nãng vµ ®−îc ®èt nãng).
∆t l
≤ 1, 7 th× víi ®é chÝnh x¸c cho phÐp cã thÓ tÝnh ∆t nh− sau:
Khi
∆t b
∆t + ∆t b
∆t = l = θ − t , oC (5-53)
2
trong ®ã θ vµ t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña hai m«i tr−êng. Khi nhiÖt ®é cña mét trong
hai m«i chÊt kh«ng thay ®æi còng cã thÓ tÝnh ∆t theo c¸c c«ng thøc trªn.
NÕu ∆t th ≥ 0,92∆t ng th× ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é ®èi víi s¬ ®å phøc t¹p bÊt kú nµo
còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
∆t + ∆t ng o
∆t = th ,C (5-54)
2
trong ®ã ∆tth vµ ∆tng lÇn l−ît lµ ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh khi hai dßng cïng chiÒu
vµ ng−îc chiÒu hoµn toµn.
§èi víi s¬ ®å hçn hîp song song vµ hçn hîp nèi tiÕp ta x¸c ®Þnh ∆t nh− sau:
∆t = ψ ∆t ng , oC (5-55)
víi ψ lµ hÖ sè tÝnh ®æi tõ s¬ ®å dßng ng−îc chiÒu sang s¬ ®å phøc t¹p h¬n. HÖ sè ψ
trong dßng c¾t nhau tïy thuéc sè lÇn c¾t nhau vµ sù thay ®æi nhiÖt ®é cña m«i tr−êng
nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng.
5.4 TÝnh nhiÖt thiÕt bÞ lß h¬i
5.4.1 Kh¸i niÖm
TÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ lµ tÝnh chÕ t¹o hay tÝnh kiÓm tra. Ph−¬ng ph¸p tÝnh
lµ chung cho c¶ hai tr−êng hîp. TÝnh nhiÖt chÕ t¹o vµ tÝnh nhiÖt kiÓm tra kh¸c nhau ë
môc ®Ých tÝnh vµ c¸c ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m.
TÝnh nhiÖt chÕ t¹o nh»m x¸c ®Þnh kÝch th−íc buång löa vµ ®é lín bÒ mÆt
truyÒn nhiÖt cña mäi phÇn tö cña lß h¬i ®−îc thiÕt kÕ, ®Ó ®¶m b¶o nhËn ®−îc s¶n
l−îng h¬i vµ c¸c th«ng sè ®Þnh møc cña h¬i øng víi thµnh phÇn nhiªn liÖu vµ nhiÖt ®é
n−íc cÊp cho tr−íc. Trong nhiÖm vô tÝnh to¸n ph¶i cho biÕt s¶n l−îng h¬i ®Þnh møc
cña lß, c¸c th«ng sè cña h¬i ë chç ra khái bé qu¸ nhiÖt, nhiÖt ®é n−íc cÊp vµ ®Æc tÝnh
cña nhiªn liÖu. KiÓu lß, ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu, kiÓu buång löa, nhiÖt ®é khãi
Ver. 1.0 79
- tho¸t vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng hoÆc cho tr−íc trong nhiÖm vô thiÕt kÕ hoÆc chän
tïy thuéc vµo c¸c th«ng sè h¬i, s¶n l−îng h¬i cña lß vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. NÕu lß
h¬i cã bé qu¸ nhiÖt trung gian th× trong nhiÖm vô thiÕt kÕ cÇn cho biÕt l−u l−îng vµ
th«ng sè cña h¬i qu¸ nhiÖt trung gian ë chç vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt trung gian.
ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra ®−îc tiÕn hµnh cho lß h¬i ®· cã s½n, nh− vËy lµ ®· biÕt
kiÓu lß h¬i vµ buång löa, ®Æc tÝnh h×nh häc cña c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c cña lß.
Môc ®Ých tÝnh ë ®©y lµ x¸c ®Þnh ®é kinh tÕ cña lß vµ ®¸nh gi¸ møc ®é lµm viÖc tin cËy
cña lß ®èi víi nhiªn liÖu ®· cho, ph¸t hiÖn c¸c ®Æc tÝnh nhiÖt cña lß ë nh÷ng phô t¶i
kh¸c nhau vµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh (sù lµm viÖc cña lß h¬i). ViÖc tÝnh to¸n cã thÓ thùc
hiÖn ë phô t¶i ®Þnh møc vµ ë phô t¶i kh¸c ®Þnh møc. TÝnh kiÓm tra còng ®−îc tiÕn
hµnh sau khi c¶i tiÕn buång löa hoÆc c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c nh»m n©ng cao s¶n
l−îng vµ tÝnh kinh tÕ cña thiÕt bÞ lß h¬i. TÝnh kiÓm tra ®−îc thùc hiÖn khi thay ®æi
nhiÖt ®é n−íc cÊp, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt, nhiªn liÖu ®èt cã tÝnh chÊt kh¸c so víi nhiªn
liÖu dïng khi thiÕt kÕ. C¸c ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m khi tÝnh kiÓm tra lµ nhiÖt ®é khãi ë
cuèi buång löa θ '' bl vµ trªn däc ®−êng khãi ®i vµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é vµ tèc ®é khãi,
n−íc, h¬i, kh«ng khÝ ë tõng phÇn tö cña lß h¬i.
Sau khi tÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ trªn c¬ së c¸c sè liÖu nhËn ®−îc ®Ó tiÕn
hµnh tÝnh khÝ ®éng, thñy ®éng, søc bÒn vµ chÕ ®é nhiÖt ®é cña c¸c èng, chÕ ®é n−íc
vµ chÊt l−îng h¬i, ®éng lùc häc cña thiÕt bÞ lß h¬i vµ toµn bé khèi lß h¬i tuabin. TiÕp
sau ®ã tÝnh hÖ thèng chuÈn bÞ nhiªn liÖu vµ c¸c phÇn tö cña lß nh− vßi phun chÝnh, vßi
phun phô,
5.4.2 Nh÷ng ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n
ThiÕt bÞ lß h¬i bao gåm mét sè l−îng lín c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt nèi tiÕp
nhau däc ®−êng khãi ®i. Sù lµm viÖc cña tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ cña toµn bé lß
h¬i ®−îc m« t¶ b»ng mét hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh: C©n b»ng vËt chÊt, c©n b»ng n¨ng
l−îng, trao ®æi nhiÖt vµ trao ®æi chÊt, tr¹ng th¸i vµ chuyÓn ®éng.
1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt ®−îc viÕt c¶ cho chÊt t¶i nhiÖt vµ cho khãi.
§èi víi chÊt t¶i nhiÖt ta cã:
D h = D ncÊp + D x¶ , kg/s (5-56)
§èi víi khãi ta cã:
Vk = Vk0 + ( α − 1) Vkk ,
0
(5-57)
2. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng
a. Ph−¬ng tr×nh liªn hÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra vµ l−îng nhiÖt sö dông trong
thiÕt bÞ lß h¬i:
BQ lv ηlß = D ( i qn − i nc ) + D trg ( i trg − i trg ) + D x¶ ( i' − i nc ) , (5-58)
r v
t
6
víi ηlß = 1 − ∑ q i , %
i=2
Ver. 1.0 80
- b. Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn sù c©n b»ng gi÷a l−îng nhiÖt nhËn ®−îc tõ s¶n phÈm
ch¸y céng víi l−îng lät kh«ng khÝ l¹nh vµ nhiÖt l−îng truyÒn cho m«i chÊt vµ to¶ vµo
m«i tr−êng xung quanh:
ϕ ⎡ Btt ( I'' − I' ) + ∆Q lät ⎤ = D∆i , (5-59)
⎣ ⎦
3. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i
Khãi lµ mét hçn hîp nhiÒu chÊt khÝ kh¸c nhau. Quan hÖ gi÷a thÓ tÝch khãi vµ
nhiÖt ®é ®−îc thÓ hiÖn qua ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ lý t−ëng. NhiÖt dung riªng
cña tõng chÊt khÝ thµnh phÇn trong khãi phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ cho trong c¸c b¶ng.
Sù liªn hÖ gi÷a c¸c th«ng sè cña chÊt t¶i nhiÖt (ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i) ®−îc cho d−íi
d¹ng b¶ng (b¶ng c¸c tÝnh chÊt vËt lý nhiÖt cña n−íc vµ lß h¬i).
4. Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt
§−îc viÕt riªng cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Khi tÝnh to¸n ta gi¶i ph−¬ng
tr×nh nµy cïng víi c¸c ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt vµ c©n b»ng n¨ng l−îng viÕt
cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt.
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt diÔn t¶ sù kh«ng thay
®æi l−u l−îng cña chÊt t¶i nhiÖt vµ cña khãi theo thêi gian. §èi víi chÊt t¶i nhiÖt th×
®iÒu ®ã cã nghÜa lµ cã thÓ cã sù thay ®æi l−u l−îng chÊt t¶i ë ®Çu hay cuèi bÒ mÆt
truyÒn nhiÖt, cßn trong ph¹m vi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt l−u l−îng kh«ng thay ®æi
D = const (5-60a)
§èi víi ®−êng khãi ta coi r»ng cã lät kh«ng khÝ l¹nh ë ®Çu vµ cuèi bÒ mÆt
truyÒn nhiÖt, b¶n th©n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm viÖc víi l−îng lät kh«ng ®æi vµ ®−îc
tÝnh b»ng gi¸ trÞ trung b×nh sè häc:
BVk = const (5-60b)
§èi víi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u vµ nöa bøc x¹ ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt
cã d¹ng
D∆i = kH∆t , (5-60c)
trong ®ã ∆t lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh logarit.
HÖ c¸c ph−¬ng tr×nh (5-60a) - (5-60c) ®−îc viÕt cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt.
5.4.3. Thø tù tÝnh to¸n
1. Thø tù tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ lß h¬i cã bao h¬i (cã tuÇn hoµn tù nhiªn)
Ph¸c th¶o kiÓu d¸ng lß h¬i;
- TÝnh to¸n thÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y.
X¸c ®Þnh thÓ tÝch thùc cña kh«ng khÝ vµ s¶n phÈm ch¸y (khãi);
- X¸c ®Þnh entanpi cña s¶n phÈm ch¸y vµ cña kh«ng khÝ;
- TiÕn hµnh c©n b»ng nhiÖt cña lß h¬i, x¸c ®Þnh c¸c tæn thÊt nhiÖt q2 , q3 , q4 ,
q5 , q6 , tÝnh hiÖu suÊt cña lß h¬i, tÝnh l−îng nhiªn liÖu tiªu hao thùc tÕ vµ l−îng nhiªn
liÖu tiªu hao tÝnh to¸n;
- ThiÕt kÕ buång löa: Chän tiÕt diÖn buång löa dùa vµo nhiÖt thÕ diÖn tÝch tiÕt
diÖn ngang cña buång löa qf (kW/m2), chän s¬ bé nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa
Ver. 1.0 81
- θ '' bl , sau ®ã x¸c ®Þnh diÖn tÝch toµn bé c¸c t−êng cña buång löa Fv (m2), diÖn tÝch bÒ
mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cña c¸c dµn èng sinh h¬i ®Æt trong buång löa. ViÖc tÝnh
to¸n nhiÖt buång löa ®−îc kÕt thóc b»ng viÖc kiÓm tra sù phï hîp cña nhiÖt thÕ thÓ
tÝch cña buång löa qv (kW/m3), gi¸ trÞ cña nã kh«ng ®−îc v−ît gi¸ trÞ giíi h¹n cho
trong c¸c b¶ng;
- TÝnh nhiÖt pheston hoÆc bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng ®Æt ë cöa ra buång löa;
- Ph©n phèi nhiÖt l−îng cho c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt sau buång löa;
- ThiÕt kÕ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u;
- ThiÕt kÕ bé h©m n−íc;
- ThiÕt kÕ bé sÊy kh«ng khÝ.
2. Thø tù tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i
ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i ®−îc thùc hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn
tiÕp. Lóc ®Çu cho s¬ bé nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß h¬i θ th¶i , trªn c¬ së ®ã thùc hiÖn
tÝnh nhiÖt cña lß h¬i vµ tÝnh to¸n chÝnh x¸c gi¸ trÞ cña θ th¶i . TiÕp ®ã x¸c ®Þnh hiÖu suÊt
cña lß h¬i ηlß vµ tÝnh c¸c l−îng nhiªn liÖu tiªu hao B , Btt . Sau khi chän s¬ bé gi¸ trÞ
cña nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng tKKN cã thÓ tÝnh nhiÖt cña buång löa vµ c¸c bÒ mÆt
truyÒn nhiÖt kh¸c.
NhiÖm vô cña viÖc tÝnh buång löa lµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é thùc cña khãi ë cöa ra
buång löa θ '' bl . Tr−íc hÕt cho s¬ bé mét gi¸ trÞ cña θ '' bl vµ sÏ lµm chÝnh x¸c sau ®ã
theo c«ng thøc:
Ta
θ ''bl = − 273 , oC (5-61)
0 ,6
⎛ a bl ⎞
1+ M ⎜ ⎟
⎝ Bo ⎠
Khi cã sù sai kh¸c lín (trªn 100 oC) ph¶i chän gi¸ trÞ kh¸c cña θ ''bl vµ tÝnh l¹i.
ViÖc tÝnh c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®Æt sau buång löa còng theo ph−¬ng ph¸p
gÇn ®óng liªn tiÕp. TÝnh QCB vÒ phÝa khãi hay vÒ phÝa m«i chÊt sau ®ã so s¸nh QCB
víi QTN . ë pheston sai kh¸c gi÷a QCB vµ QTN cho phÐp ®Õn 5%, ®èi víi c¸c bÒ mÆt
truyÒn nhiÖt ®èi l−u kh¸c cho phÐp sai kh¸c gi÷a QCB vµ QTN lµ 2%.
ViÖc tÝnh to¸n ®−îc coi lµ kÕt thóc nÕu gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é khãi th¶i θ th¶i chän
s¬ bé vµ gi¸ trÞ tÝnh to¸n sai kh¸c nhau b»ng hoÆc nhá h¬n ±10 oC vµ nhiÖt ®é kh«ng
khÝ nãng chän vµ tÝnh sai kh¸c nhau nhá h¬n hay b»ng ±40 oC. NÕu kh«ng tháa m·n
nh÷ng yªu cÇu trªn ph¶i tÝnh l¹i b»ng viÖc chän gi¸ trÞ míi cña θ th¶i .
Ngµy nay cã thÓ øng dông nh÷ng thµnh tùu cña c«ng nghÖ th«ng tin vµo viÖc
gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt cña lß h¬i. Muèn vËy tr−íc hÕt ph¶i x©y dùng m« h×nh to¸n
cña lß h¬i, lËp tr×nh ®Ó gi¶i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. Thêi gian gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt lß
h¬i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö kho¶ng d−íi 10 phót.
Ver. 1.0 82
nguon tai.lieu . vn
