1. Đề tài:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM
NƯỚC CHO LÒ HƠI CÔNG
NGHIỆP
Nhóm 5
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
• ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
• Cell: 01229159061 – NamcaoBk – CK05BNH
• www.chuyenhochanh.tk
EBOOKBKMT.COM
2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
GIỚI THIỆU
TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ
KẾT LUẬN
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
KHÁI NIỆM
PHƯƠNG
PHÁP NỐI
CẤU TẠO PHÂN LOẠI
MỤC ĐÍCH
GIỚI
THIỆU
4. Khái niệm
Bộ hâm nước là những bề mặt truyền
nhiệt đặt ở phía sau lò để tận dụng nhiệt thải
của khói sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt, có tác
dụng nâng cao hiệu suất cho lò hơi. Chính vì
lí do này mà bộ hâm nước còn có tên là bộ
tiết kiệm nhiên liệu.
Ở đầu vào của bộ hâm nước nhiệt độ của
kim loại có trị số nhỏ nhất so với các bề mặt
truyền nhiệt chịu áp suất của lò.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
EBOOKBKMT.COM
5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
MỤC ĐÍCH
Tận dụng nhiệt của khói thải để gia nhiệt
cho nước gần đến nhiệt độ sôi, đôi khi có
thể cho bốc hơi mấy phần trăm, như vậy
giảm được tổn thất do khói thải co dãn đột
ngột, tạo ra ứng suất nhiệt
Ngoài ra còn giảm được kim loại quý chế
tạo bề mặt sinh hơi vì bộ hâm nước đặt ở
vùng nhiệt độ thấp, không cần kim loại tốt có
khi có thể chế tạo bằng gang.
6. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
PHÂN LOẠI
Kim loại
chế tạo
Mức độ
gia nhiệt
Gang Thép Sôi
Không
Sôi
7. Gang
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
Φ 76 120
Chịu mòn tốt
Có cánh
So le hoạc song song
Thép
Φ 28 ;32 ; 38
Dễ mòn
Không cánh
So le hoạc song song
8. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
CẤU TẠO
Về mặt cấu tạo bộ hâm nước được chia làm
ba loại sau:
Ống thép đơn
Ống thép có cánh
Bằng gang
9. Ở loại thép có cánh, cánh nằm dọc theo bên
ngoài ống bằng cách hàn hoặc chế tạo liền một
khối. cánh cũng có thể có dạng hình đĩa lắp khít
với ống. việc đặt thêm cánh là để tăng thêm bề
mặt truyền nhiệt cho ống, hiện nay hầu như
không sử dụng loại ống thép có cánh do chế tạo
phức tạp
10. 1 Bộ hâm nước bằng ống thép trơn
Bộ hâm nước bằng ống thép trơn được sử dụng chủ yếu
cho các lò hơi hiện đại. Nó gồm những ống thép co đừong kính
ngoài là 28, 32, 38mm. các ống xoắn được chế tạo dưới dạng
những đoạn ống uốn đem hàn với nhau trong cùng một mặt
phẳng.
khi ấy để dễ dàng chế tạo, các ống xoắn của bộ hâm nước
được giữ bằng cách treo hay đỡ. Về nguyên tắt cấu tạo, cơ cấu
treo hay đỡ ống xoắn bộ hâm nước không có gì khác với cơ cấu
giữ ống xoăn của bộ quá nhiệt nằm ngang
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
11. Cơ cấu treo hay đỡ ống xoắn được tựa lên
hay treo vào các dầm đỡ. Dầm đỡ có dạng hình
ống được gắn với khung lò. Vì dầm đỡ đặt
trong vùng khói có nhiệt độ cao nên để bảo vệ
dầm đỡ, người ta thường cách nhiệt dầm đỡ và
làm mát bằng dòng không khí lưu động tự
nhiên qua dầm hoặc lưu động cưỡng bức bằng
cách nối dầm với đầu hút hay đầu đẩy quạt gió.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
12. • Về mặt truyền nhiệt cũng như về mặt cấu tạo,
mặt phẳng ống xoắn có thể đặt song song hay
vuông góc với ngực lò. Với kích thước đường
khói lò bước ống đã cho, số lượng ống xoắn
song song sẽ lớn nhất khi bố trí mặt phẳng ống
xoắn vuông góc với ngực lò. Tùy thuộc vào việc
bố trí đó mà tốc độ nước đi trong ống xoắn sẽ
lớn nhất hay nhỏ nhất. Song thực ra việc bố trí
ống xoắn không phải dựa trên yêu cầu của tốc
độ nước đi trong ống mà chủ yếu dựa vào điều
kiện cụm ống khỏi bị mài mòn.
13. Nếu bố trí mặt phẳng ống xoắn vuông góc
vớí tường sau của lò thì tuy việc giữ ống xoắn
đơn giãn hơn rất nhiều do đường khói hẹp, ống
xoắn ngắn, nhưng khi ấy tất cả các ống xoắn đều
đi qua vùng khói sát tường sau của lò là vùng
khói có nồng độ tro lớn nhất nên tất cả các ống
xoắn bị mài mòn. Vì vậy trong các lò hơi hiện
nay người ta đều bố trí ống xoắn nằm trong mặt
phẳng song song với ngực lò.
14. • Trong một số lò
bé ở nước ngoài, để
đảm bảo tốc độ
nước trong ống
xoắn, người ta có
thể bố trí ống xoắn
theo dạng không
gian chứ không phải
trong một mặt
phẳng. khi ấy toàn
bộ hâm nước có thể
chỉ có một ống
xoắn.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
15. Việc bố trí ống xoắn theo dạng không gian
cho phép giảm bước dọc của ống khá nhiều, vì
khi ấy bước dọc của ống không phụ thuộc gì vào
bán kính cả. Do đó kích thước không gian của
bộ hâm nước giảm đi nhiều, nhưng chế tạo và
sửa chửa tương đối phức tạp. Tốc độ nước đi
trong các ống xoắn của bộ hâm nước chủ yếu
được chọn trên cơ sở ngăn ngừa hiện tượng ăn
mòn. Trong bộ hâm nước không sôi hay phần
chưa sôi của bộ hâm nước sôi, tốc độ nước phải
không nhỏ hơn 0,3 m/s khi phụ tải định mức. Ở
bộ hâm nước sôi, để ngăn ngừa sự chuyển động
phân lớp tốc độ nước phải trên 1 m/s.
16. • Ống góp của bộ hâm nước là các ống góp
nhỏ nhất trong các ống góp của lò. Ở những lò
có bộ hâm nước không chia làm hai phần theo
chiều rộng đường khói, ống góp đầu vào và đầu
ra co thể đật ở một bên hay hai bên, tùy thuọc
vào bề mặt đốt của bộ hâm nước. Thông thường
để kiểm tra,làm sạch, sửa chữa ống góp người
ta thường đục lỗ hai đầu và đậy nắp bằng hình ô
van. Hiện nay ở một số lò hơi người ta đậy lỗ
bằng cách hàn kín nắp với ống góp. Khi cần
lam sạch tháo nắp ra và sau đó hàn lại.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
19. • Bộ hâm nước bằng gang gồm những ống bằng
gang đúc. Đường kính khoảng từ 76÷ 120 mm,
dài khoảng 1,5 ÷ 3 m.
• Những ống này thường nối tiếp với nhau bằng
những mặt bích cũng bằng gang đúc.
• Do gang có hệ số dẫn nhiệt kém nên tăng
cường hệ số truyền nhiệt người ta đã đúc thêm
cánh cho các ống và gọi là ống bằng gang có
cánh.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
20. Do các ống có cánh nên tro bám lên ống rất nhiều,
ví vậy ở bộ hâm nước bằng gang cần phải đặt them thiết bị
thổi bụi.
Bộ hâm nước bằng gang được sử dụng khá rộng rãi
cho các lò hơi công nghiệp và lò nhỏ không có những
phương pháp xử lí nước hoàn thiện
do gang chụi ăn mòn tốt hơn thép.
Mặt khác do gang ít bền hơn thép, giòn, không chịu
được tác dụng va đập nên người ta không dùng gang để
chế tạo cho những bộ hâm nước bằng gang chỉ chế tạo để
làm việc với áp suất tới 2,75 MN/m2, ở một số nước khác
người ta chế tạo tới áp suất 6MN/m2.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
21. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
PHƯƠNG PHÁP
NỐI BỘ HÂM
NƯỚC VỚI LÒ
Không ngắt được ra
khỏi hệ thống lò
Ngắt được ra khỏi hệ
thống lò
Bình gia nhiệt Bộ hâm nước Bao hơi`
22. Ngắt được ra khỏi hệ
thống lò
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
23. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
Không ngắt được ra
khỏi hệ thống lò
24. • Tại những chỗ nối giữa ống nước cấp với bao hơi
rất dễ gây ra hiện tượng ứng suất nhiệt cục bộ
làm cho kim loại bao hơi và ống dẫn nước dễ
sinh ra hiện tượng nứt nẻ làm rò rỉ nước và hơi.
• Để khắc phục hiện tượng hư hỏng trên, người ta
thường lắp các ống bảo vệ, các ống này có thể
giãn nở tự do khi nhiệt độ thay đổi đồng thời vẫn
đảm bảo độ kín các ống nối.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
27. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
• Thông số :Sản lượng hơi D=10 tan/h
• Nhiệt độ khói thải:
• Hệ số không khí thừa:
• Độ lọt không khí trong bộ hâm nước :0,05
• Hàm lượng khí CO :
• Cậu a:Tính toán các thông số cơ bản cho bộ hâm
nước.
• Câu b:Tính toán trở lực khói đi qua thiết bị
200o
th
t C
1,25
0 0
0 0
1,5
CO
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
28. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
Chọn than Abtraxit có Wlv= 1,5 , Alv=30,1 , Clv=63,5
, Nlv=1 , Sc
lv= 0,3 , Olv=1,8
Tất cả các tính toán cho 1 kg
Qt
lv= 339Clv + 1030Hlv – 109(Olv- Sc
lv) – 25 Wlv
=339.63,5+1030.1,8-109(1,8-0,3)-25.1,5
=22842 kJ/kg
Thể tích không khí lý thuyết ( =1)
Vkk
0= 0,089( Clv+0,375Sc
lv) +0,265Hlv- 0,033Olv
=0,089(63,5+0,375.0,3) + 0,265.1,8- 0,033.1,8
=6,08
29. Thể tích không khí thực tế ( >1 )
Vkk= .Vkk
0= 1,25.6,08=7,60 m3/kg
Thể tích lý thuyết của sản phẩm cháy ( =1)
=0,0187(63,5+0,375.0,3)
=1,19 m3/kg
= 0,79.6,08+0,008.1 = 4,81 m3/kg
= 0,112.1,8 + 0,0124.1,5 + 0,0161.6,08 =0,318 m3/kg
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
2
0
( ) 0,0187( )
lv lv
RO CO c
V C S
2
0 0
0,79 0,008 lv
N KK
V V N
2
0 0
0,112 0,0124 0,0161
lv lv
H O KK
V H W V
30. Thể tích thực tế của sản phẩm cháy ( >1 )
=0,318 + 0,0161(1,25-1).6,08
=0,342
Thể tích khói khô thực tế
Vkkho=
=1,19 + 4,81+(1,25-1).6,08
= 7,52 m3/kg
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
2 2
2 2
0
( )
0 0
1,19
0,0161( 1)
RO RO CO
H O H O KK
V V
V V V
2 2
0 0
( 1)
RO NO kk
V V V
31. Thể tích khói thực tế
Vk= Vkkho +
= 7,52 + 0,342 = 7,862 m 3/kg
• Thành phần trong khói là:
2
H O
V
2 0
0
1,074
13,66
7.862
CO
K
V
V
2
CO
2
H O
Thành phần trong khói là:
2 0
0
0,342
4,35
7,864
H O
K
V
V
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
32. • Ta chọn tính toán cho bộ hâm nước kiểu không sôi
dạng ống xoắn bằng thép trơn có đường kính chọn
sơ bộ:
• Kết cấu:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
1
2
32
, 22
26
d w
mk
d
33. • Chọn t vào bộ hâm nước là
• Tra bảng nước bảo hòa ta có (p=5bar)
• Vì thiết kế bộ hâm nước không sôi nên ta chọn t ra
của nước nhỏ hơn so với t sôi của nước trong bộ
hâm => chọn
Tính lượng tiêu hao nhiên liệu
Tra bảng nước chưa sôi với
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
0
2 " 30
t C
0
151,84 , ' 640,1 , " 2749
s
kJ kJ
t C i i
kg kg
0
40 C
0
" 110
t C
0
" 100 , 5 461,4
nc
kJ
t C p bar i
kg
34. • Tra bảng nước chưa sôi với:
• Nhiệt lượng để gia nhiệt nước thành hơi bão hòa ở
áp suất 5 bar là:
D:sản lượng hơi
:entanpy của hơi nước bão hòa
:entanpy của nước cấp ở 5bar
Không hâm nước:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
0
' 30 , 5 126,5
nc
kJ
t C p bar i
kg
( )
bh nc
Q D i i
bh
nc
i
i
10000
(2749 126,1) 7285,83
3600
Q kN
35. • Có hâm nước:
Lượng tiêu hao nhiên liệu:
• Không hâm nước:
• Có hâm nước:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
10000
(2749 461,4) 6354,44
3600
Q kN
t
Q
B
Q
7285,83
0,319
22842
kJ
B
s
6354,44
0,278
22842
kJ
B
s
36. • Ta sẽ tiết kiệm được lượng nhiên liệu là:
Tính hiệu suất của lò:
• Không tận dụng khói thải =>Tổn thất nhiệt do khói
thải:
:Entanpy của khói thải
:Entanpy không khí lạnh
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
0,319 0,278
12,85%
0,319
4
2 1
1
( )
100
kkl
q
Q I I
0
350
k
t C
qn
kkl
I
I
37. • Với :
• Vì đốt than trên lò ghi nên ta chọn khói thải
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
2 2 2
2 2 2 2 2 2
1 ( )
( ) ( ) ( ) ( ) . ( ) ( ) ( )
( ) ( )
(1 )
.( ) .( ) ( ) (1 ) .( )
5280,33
. .( ) . 370,5
RO CO H O N kk
RO CO RO CO N N H O H O kk kk
kkl kk kkl kkl
I I I I I
V Ct V Ct V Ct V Ct
kJ
kg
kJ
I V Ct t
kg
0 0 0
0 0 0
4 3 6
2
10 , 0 , 1
100 10
(5280,33 370,5) 4418,85
100
q q q
kJ
Q
kg
38. • % tổn thất do khói thải :
Hiệu suất của lò hơi:
Có sử dụng bô hâm nước:
Tổn thất do khói thải mang ra ngoài
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
2
2 .100% 19,35%
dv
Q
q
Q
1 2 3 4 5 6
100% ( ) 68,65%
q q q q q q
39. Phương trình cân bằng nhiệt
4
2 2
( )( )
100
kkl
q
Q I I
knr knv
Q Q
1 2
2 1
2
( ) ( )
( )
10000
52.80,33 (461,4 126,1)
3600.0,99.0,278
1896,17 /
10 95
100
100 10
(1896,17 370,5).( ) 1373,1 /
100
nc
nc
B I I D i i
D
I I i i
B
Kj kg
Q Kj kg
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
40. • Phần trăm tổn thất do khói thải:
• Hiệu suất của lò:
2
2 .100% 6,01%
dv
Q
q
Q
2 1 2 3 4 5 2
100 ( )
100 (6,01 1 10 1) 81,99%
q q q q q q q
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
41. • Phần trăm tổn thất do khói thải:
• Hiệu suất của lò:
2
2 .100% 6,01%
dv
Q
q
Q
2 1 2 3 4 5 2
100 ( )
100 (6,01 1 10 1) 81,99%
q q q q q q q
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
42. • Tính toán truyền nhiệt
về phía nước
Nhiệt độ trung bình của nước
Tra bảng thông số vật lý của nước:
0
2 2
2
' '' 30 110
70
2 2
t t
t
2
2
2
3
2
2
6 2
2
997,8 /
66,8.10 w /
4,187
0,415.10 /
2,55
f
p
f
Kg m
mK
c
v m s
Pr
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
43. • Nhiệt lượng truyền cho nước:
• Trị số của nước
• Chọn tốc độ của nước
2
2 2 2
. .( '' ' )
10000
.4,187.(110 30) 930,44 w
3600
p
Q G c t t
K
2
Re f
2
2
4 4
2 2
6
. 0,6.0,026
Re 3,76.10 10
0,415.10
f
f
w d
v
2 0,6 /
w m s
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
44. • Vì do đó coi
2 1
0,25
Pr
( ) 1
Pr
f
w
2 2
0,8 0,43
2
4 0,43
0,021.Re .Pr
0,021.(3,76.10 ).2,55
143,61
f f
Nu
2
2
2 2
2
. 143,61.66,8.10
3690w /
0,026
Nu
m k
d
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
45. • Về phía khói
Ta có
Chọn sơ bộ
Ta có
3
7,862 /
k
v m kg
2
3
0,617 /
1,128 /
k
p
kg m
c kj kgk
7,862
7 /
1,122
930,44 w
k
k
k
p
k n
V
G kj s
c
Q Q k
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
46. • Nhiệt đọ trung bình của khói
1 1 1 1
0
1 1
. ( ' ) ( ' '' )
930,44
'' ' 350 118
7,862
k
k k p k
k
k
Q G c t t V t t
Q
t t C
V
0
1 1
1
' '' 350 118
234
2 2
t t
t C
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
47. Tra bảng thông số vật lý của khói
1
1
1
2
3
1
2
6 2
0,914 /
3,29.10 w /
1,073
23,57.10 /
0,69
f
p
f
f
Kg m
mK
c
v m s
Pr
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
48. • Trị số của khói
Chùm ống bố trí so le nên
Re f
1
1
4 4
1 1
6
. 10.0,032
Re 1,36.10 10
23,57.10
f
f
w d
v
1 1
0,6 0,36
2
4 0,36
0,4.Re .Pr
0,4.(1,36.10 ).0,69
105,32
f f
Nu
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
49. • Do bị bám bẩn trên bề mặt về phía khói và một
số ảnh hưởng khác, trong kỹ thuật người ta
thường chọn:
2
1 1
2
1 2
0,8 ' 0,8.109 87 /
1 1
84 /
1/ / 1/ 1/87 0,003/ 22 1/3690
w m k
k w m k
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
50. • Độ chênh nhiệt độ trung bình
0
1
' 350
t C
0
2
' 30
t C
0
2
'' 350
t C
0
1
'' 118
t C
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
51. • Diện tích truyền nhiệt của thiết bị
Số ống của bộ hâm
ống
0
ax min
1 1
( ) (320 8) 164
2 2
m
t t t C
3
2
930,44.10
67,54
. 84.164
Q
F m
k t
2
2 2
1 2
4. 4.10000
. . .w .3600 977,8. .0,026 .0,6.3600
G
n
d
9
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
52. • Chiều dài mỗi phần tử được tính:
67,54
82,37
. 0,029.9
tb
F
L m
d n
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
53. KEÁT LUAÄN
• Vieäc taän duïng nhieät khoùi thaûi cuûa loø hôi coâng
nghieäp ñeå naâng cao hieäu suaát söû duïng naêng
löôïng laø vaán ñeà ñang ñöôïc quan taâm nhaèm giaûi
quyeát hai vaán ñeà cô baûn ñoù laø nhu caàu söû
duïng naêng löôïng ngaøy caøng taêng trong tình hình
caùc nguoàn naêng löôïng trong thieân nhieân ngaøy
caøng caïn kieät nhanh choùng .
• Từ những vấn đề ñaõ trình baøy vaø phaân tích nhöõng
phöông aùn taän duïng nhieät khoùi thaûi vaø khaúng
ñònh phöông aùn taän duïng nhieät khoùi thaûi ñeå
naâng cao nhieät ñoä haâm nöôùc caáp ñã mang laïi
hieäu quaû kinh teá cao hôn
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ HÂM NƯỚC
