bài giảng nồi hơi tua bin chương 2
TRANSCRIPT
Bài Giảng Nồi Hơi Tua Bin Chương 2
CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG NỒI HƠI
2.1. Nhiên liệu nồi hơi:
2.1.1. Các loại nhiên liệu dùng cho nồi hơi tàu thuỷ
Nhiên dung trong nồi hơi tàu thuỷ thường là 2 loại dầu :
Dầu nhẹ hay còn gọi là dầu diesel (DO), dầu DO có tỷ trọng khoảng 0,8 - 0,9 có nhiệt trị
cao thong thường dung cho nồi hơi phụ và dung để đót khởi động cho các nồi hơi chính
Dầu nặng hay còn gọi là dầu (FO), dầu FO có tỷ trọng lớn khoảng 0,95 - 1,0, có nhiệt trị
thấp hơn, giá thành nhỏ hơn dầu DO nên dung cho các nồi hơi chính hoặc nồi hơi phu
lớn
Trong tương lai nhiên liệu dung cho nồi hơi có thể là khí hoá lỏng, dầu sinh học hoặc
năng lượng nguyên tử…
2.1.2. Yêu cầu với nhiên liệu nồi hơi tàu thuỷ
1) Phù hợp với kiểu loại nồi hơi và thiết bị buồng đốt của nồi hơi
2) Lượng sinh nhiệt cao để tăng thêm trọng tải có ích và tăng thêm bán kính hoạt
động của tàu.
3) Không tự bén cháy trong hầm chứa trên tàu, nhiệt độ bén cháy cao
4) Không bị biến chất, giữ nguyên thành phần trong quá trình vận chuyển, cất giữ
trên tàu
5) Ít tro bụi, ít lưu huỳnh và chất độc: Để ít hại đến sức khỏe nhân viên trên tàu, để
ít làm mục rỉ ống khói bộ hâm nước tiếtt kiệm, bộ sưởi không khí lò.
6) Giá rẻ để đảm bảo hiệu quả kinh tế vì chi phí về nhiên liệu chiếm tới 30 ¸ 40%
chi phí sử dụng tàu thủy.
2.1.3 Thành phần các nguyên tố
Trong chất đốt các nguyên tố cháy được như các bon (C); Hydrô (H2), lưu huỳnh bốc
(Sb), các chất không cháy được như nitơ (N2), lưu huỳnh không bốc tức ở dạng sunfat
(Skb), chất tro (A), chất ẩm (W), chất trợ cháy: Ô xy (O2). Lưu huỳnh bốc Sb là hợp
chất sunfua kim loại như FeS2..., nó có tính bốc cháy được sinh ra khí SO2, SO3. Lưu
huỳnh không bốc Skb ở thể sunfat không cháy được vì nó ở dạng oxy hóa tới hạn
(SO3). Thành phần cháy được càng nhiều lượng sinh nhiệt của chất đốt càng cao.
Khi 1 kg các bon cháy hoàn toàn sẽ tỏa ra 8100 Kcal, 1 kg H2- 28700 Kcal, 1kg Sb-
2130 kcal.
Chất tro là do quặng lẫn trong chất đốt như ô xít silic, ô xít sắt, ô xít nhôm, sunfat lưu
huỳnh, sunfat magiê. Chất tro nhiều sẽ làm giảm lượng sinh nhiệt của chất đốt. Trong
dầu đốt lò, chất tro không tới 1%.
Ô xy không thể sinh ra nhiệt, mà còn ô xít hóa các nguyên tố cháy được, hạ thấp nhiệt
lượng sinh nhiệt của chất độc. Nitơ là khí trơ, không tham gia vào phản ứng cháy, dễ
bay lên cùng khí lò khi đốt chất đốt. Lượng N2 càng ít càng tốt, trong chất đốt chỉ có
không đến 2%.
Chất ẩm trong chất đốt làm giảm lượng sinh nhiệt vì không những nó không làm cháy
được mà còn hấp nhiệt để bốc thành hơi khi đốt chất đốt.
2.1.4 Nhiệt trị nhiên liệu
- Nhiệt lượng mà 1 kg chất đốt làm việc cháy hoàn toàn tỏa ra trong buồng đốt là
lượng sinh nhiệt thấp Qt (nhiệt trị thấp).
- Nhiệt lượng mà 1kg chất đốt toả ra thu được trong nhiệt lượng kế gọi là lượng
sinh nhiệt cao QC (nhiệt trị cao).
Lượng sinh nhiệt cao lí thuyết được tính bằng:
QC = 81,4C + 341 (H - 0,8) + 21,8 Sb, Kcal/kg
(2.1)
Để tinh lượng sinh nhiệt có thể dùng công thức Mendêlêp.
Qt = 81Cl + 300 Hl - 26 (Ol – Sbl), Kcal/kg (2-
2)
QC= 81Cl + 300Hl - 26 (Ol – Sbl) - 6(9Hl + Wl), Kcal/kg
(2.3)
Song vì các thành phần trong chất đốt có liên hệ với nhau, phản ứng cháy tiến hành
phức tạp hơn nhiều nên không thể dùng công thức trên đựơc, và khác số đo ở nhiệt
lượng kể quá nhiều.
Tốt nhất vẫn dùng nhiệt lượng kế để đo lượng sinh nhiệt.
2.1.3. Ăn mòn điểm sương và mục rỉ vanađi
1. Ăn mòn điểm sương:
Lưu huỳnh khi cháy sẽ sinh ra SO2, SO3,
S + O2 = SO2, SO3
(2.1a)
SO3 + H2O =
H2SO4
(2.1b)
Khi đó sẽ kết hợp với hơi H2O tạo thành hơi a xít H2SO4. Khi nhiệt độ khói lò nhỏ hơn
nhiệt độ điểm sương thì hơi H2SO4 sẽ ngưng tụ lại và đọng lên các mặt hấp nhiệt và
làm mục rỉ các bề mặt ấy. Sự ăn mòn này phụ thuộc vào thành phần lưu huỳnh, ôxi,
hiđrô, hơi nước trong khí lò. Các chất hỗn hợp chuyển đổi từ khí sang lỏng ở điều kiện
áp suất riêng phần PH2O=0.05 - 0.13 at, nhiệt độ bão hoà của nước là 31oC - 51oC.
SO3 hoá lỏng ở nhiệt độ 120oC - 130oC. Như vậy hiện tượng ăn mòn này xảy ra khi
nhiệt độ giảm đến 120oC - 130oC
Để tránh hiện tượng ăn mòn điểm sương thí trong quá trìng khai thác không nên để
nhiệt độ khói lò giảm xuống thấp hơn nhiệt độ điểm sương và giảm hàm lượng lưu
huỳnh trong nhiên liệu, lượng hơi nước trong không khí
2. Mục rỉ Vanadi:
Vanađi tồn tại trong chất tro (A) của nhiên liệu, khi cháy sinh ra vanađi ô xít (V2O5) có
nhiệt độ nóng chảy cao, khoảng 675oC nhưng còn có thể giảm đến 550 ¸ 580oC nếu
cũng có Na2SO4 và K2SO4 được tạo thành bởi sự kết hợp giữa K2O, Na2O với SO3
khi cháy lưu huỳnh. Thí nghiệm cho thấy, khi V2O5 bám lên bề mặt có nhiệt độ trên
550oC trở lên, trong 2000 giờ có thể ăn mòn bị mặt sâu khoảng 1mm.
Nguyên lí ăn mòn của Vanađi như sau:
V + O2 V2O5
(2.3a)
Ở nhiệt độcao V2O5 nóng chảy bám lên bề mặt kim loại
tại đây Fe + V2O5 Fe2O3 + V2O3
(2.3b)
và V2O3 lại hấp thụ ô xy trong khói lò trở lại thành V2O5.
Để tránh hiện tượng mục rỉ Vanadi cần giảm hàm lượng Vanadi trong nhiên liệu bằng
phương pháp lọc cơ học loại các tạp chất rắn trong nhiên liệu. Lượng Vanađi trong dầu
đốt là không được quá 10-4 %.
2.2. Qúa trình cháy trong buồng đốt nồi hơi
2.2.1 Cháy hoàn toàn và không hoàn toàn
Để giảm bớt tổn thất về cháy trong buồng đốt cần tạo ra các điều kiện tạo cho chất đốt
cháy hoàn toàn.
- Cháy hoàn toàn nghĩa là các sản phẩm cháy (H2O, CO2, SO2, N2, O2) khi ra
khỏi buồng đốt (nhiệt độ từ 800 ¸1200oC) không thể hòa hợp với ô xy mà tiếp tục cháy
nữa, nói cách khác các thành phần cháy được đã cháy hết và tỏa nhiệt ra hết trong
buồng đốt.
- Ngược lại khi cung cấp không đủ không khí, hoặc không khí không trộn đều với
chất đốt, cung cấp quá nhiều không khí làm cho nhiệt độ buồng nhiệt thấp. Khi dung
tích buồng đốt quá hẹp cũng xảy ra quá trình cháy không hoàn toàn. Trong khói lò
ngoài H2O, N2, O2 ra còn có các khí cháy chưa kịp cháy như CO, H2, CH4, CmHm,
trên bề mặt hấp nhiệt còn có muội (muội là các bon thuần tuý và hyđro, hyđro cháy hết
còn lại phân giải ra thành các bon và hydrô, hyđrô cháy hết còn lại các bon ở dạng
muội). Thực ra trong nồi hơi quá trình cháy là không hoàn toàn.
Ngọn lửa đốt dầu được cung cấp không khí vào với số lượng vừa phải sẽ không màu,
có thể lờ mờ nhìn thấy tường sau của buồng đốt. Nếu thiếu không khí ngọn lửa sẽ có
màu vàng, thiếu nhiều không khi sẽ có màu da cam, rất thiếu không khí sẽ có màu đỏ.
Nếu quá thừa không khí, sẽ nhìn thấy rõ tường sau của buồng đốt. Lúc quá tải nhiệt độ
trong buồng đốt khá cao, ngọn lửa tốt nhất nên có màu phớt hồng.
Trường hợp khí cháy chưa cháy hếtt đã đi lên tiếp xúc với thành vách buồng đốt có
nhiệt độ cao, khí cháy sẽ tiếp tục cháy (hiện tượng cháy muộn) có thể làm buồng đốt bị
hỏng nặng, làm bẩn mặt hấp nhiệt.
* Điều kiện đảm bảo cháy hoàn toàn là:
1) Cung cấp đầy đủ không khí. Quá ít không khí hoặc quá nhiều không khí đều không
có lợi. Quá thừa không khí không những tốn thêm năng lượng cho việc thông gió của
nồi hơi mà còn hạ thấp nhiệt độ trong buồng đốt, làm tăng tổn thất nhiệt do khói lò
mang đi .
2) Trộn đều không khí với chất đốt, nói cách khác là đảm bảo cho không khí khuyếch
tán nhanh chóng đều đặn đến bề mặt chất được đốt. áp dụng các biện pháp hình thành
dòng xoáy lốc trong buồng đốt là rất có lợi.
3) Nhiệt độ trong buồng đốt đủ cao (1000 ¸2000oC) và phân bố đều đặn (nếu nhiệt độ
buồng đốt quá cao lớn hơn 2000oC sẽ phát sinh quá trình phân giải hấp thụ bớt một
phần nhiệt lượng. Để giúp cho chất đốt được bốc hơi một cách nhanh chóng đến nhiệt
độ bén cháy (trước khi chất đốt bén cháy cần cung cấp cho nó khoảng 5 ¸15% nhiệt
lượng mà nó sẽ tỏa ra được về sau để nung nóng nó đến nhiệt độ bắt đầu phản ứng
hóa học). Nếu nhiệt độ buồng đốt quá thấp sẽ kéo dài giai đoạn chuẩn bị cháy, thậm chị
bị tắt lò.
4) Buồng đốt phải đủ dung tích để cháy hết nhiên liệu
2.2.2 Các giai đoạn cháy nhiên liệu
Hạt sương dầu phun vào buồng đốt trải qua các giai đoạn sau đây:
1. Giai đoạn nung nóng bốc hơi
Nhiệt ở xung quanh truyền cho hạt sương dầu, nung nóng nó, làm nó bốc hơi, tạo
thành 1 tầng hơi dầu bao lấy giọt sương dầu. Bây giờ trên bề mặt của giọt sương dầu
có các hợp chất cao phân tử (các hợp chất cao phân tử là phần còn lại của bộ phận
dầu đốt bị nung nóng bốc thành hơi dầu. Chúng làm giảm năng lực khuyếch tán của ô
xy tới giọt dầu, tạo điều kiện hóa cốc. Nguyên nhân hóa cốc là do tốc độ bốc hơi dầu
của giọt sương dầu chậm hơn tốc độ phân giải các hợp chất cao phân tử trong dầu ma
dút). Dầu ma dút bốc hơi mãnh liệt ở 200 ¸300oC.
2. Giai đoạn phân giải của các hợp chất cao phân tử
Các bua hyđrô cao phân tử tiến hành phân giải ở nhiệt độ từ 600oC trở lên.
3. Giai đoạn cháy
Khi các thành phần hơi dầu dễ bén lửa đạt đến nhiệt độ bén, sẽ bắt đầu bước vào giai
đoạn cháy. Trong dầu đốt lò thường có 15 ¸20% thành phần nhẹ, nên đến 150 ¸200oC
(nhiệt độ bén của thành phần nhẹ) đã xuất hiện ngọn lửa ổn đinh, tức là giai đoạn cháy
đã bắt đầu.
Tốc độ phản ứng cháy nhanh hơn nhiều tốc độ chuẩn bị cháy (nung nóng, bốc hơi,
phân giải hợp chất cao phân tử, thời gian tiến hành phản ứng cháy hóa học chỉ chiếm
khoảng 1% tổng thời gian cháy. Tổng thời gian cháy giọt sương dầu thường là 0,1
¸0,15 giây.
Trên thực tế, các giai đoạn cháy hầu như cùng đồng thời tiến hành.
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong buồng đốt nồi hơi
Quá trình cháy gồm có 2 giai đoạn: giai đoạn chuẩn bị cháy (giai đoạn tiếp xúc lí hóa
giữa chất đốt với ôxi) và giai đoạn cháy theo phản ứng hóa học giữa chúng.Tốc độ
cháy càng nhanh buồng cháy càng nhỏ gọn.
1. Tốc độ cháy trong giai đoạn chuẩn bị
Giai đoạn chuẩn bị là giai đoạn sưởi khô nung đến nhiệt độ bén cháy. Tốc độ cháy
trong giai đoạn chuẩn bị rất chậm và chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau:
1) Loại chất đốt: chất đốt ít bốc, ẩm, nồng độ của thành phần cháy được không cao,
cần có thời gian để chuẩn bị cháy, ngoài ra thời gian chuẩn bị cháy còn tùy thuộc vào
nồng độ ban đầu của nguyên tử và nhóm nguyên tử và nhóm nguyên tử hoạt tính trong
hỗn hợp. Kích thước hạt chất đốt vào buống đốt càng bé, càng tiếp xúc với khí nóng
trong đó với điện tích tiếp xúc lớn.
2) Nhiệt độ buồng đốt.
3) Kiểu buồng đốt.
4) Vị trí tương đối giữa chất đốt đang cháy với chất đốt mới cấp vào.
5) Nhiệt độ không khí và khối lượng không khí cấp vào: Không khí cấp vào càng nóng
càng làm cho chất đốt chóng được sưởi khô và nung nóng làm tăng nhiệt độ bình quân
của buồng đốt.
6) Ap suất trong buồng đốt càng cao, nhiệt độ bén cháy càng thấp, giai đoạn chuẩn bị
cháy càng ngắn.
7) Tốc độ tương đối giữa chất đốt với không khí: khi tốc độ này nhanh và lưu động
kiểu xoáy lốc giúp cho KK hòa trộn đều với chất đốt, giúp cho quá trình khuếch tán KK
với chất đốt thêm nhanh chóng, rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy và giảm bớt tổn thất
về cháy trong buồng đốt.
2. Tốc độ cháy trong giai đoạn theo phản ứng hóa học
Sau khi hoàn thành giai đoạn chuẩn bị cháy, chất đốt và ôxi hòa trộn mãnh liệt với tốc
độ cháy nhanh, tỏa ra nhiệt lượng. Tốc độ cháy trong giai đoạn cháy nhanh chóng hơn
nhiều so với giai đoạn chuẩn bị cháy, giai đoạn này chỉ chiếm 1/20 đến 1/40 thời gian
chuẩn bị cháy.
Các yếu tố ảnh hưởng là:
1) Loại chất đốt: dầu DO có tốc độ cháy rất nhanh vì trong giai đoạn chuẩn bị cháy
dầu lỏng được biến hoàn toàn thành khí cháy.
2) Tốc độ phản ứng hóa học tỉ lệ thuậnvới tích nồng độ các chất tham gia phản ứng
cháy.
3) Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên nhanh theo đà tăng của nhiệt độ tuyệt đối.
(2.4)
Trong đó: Ko là hằng số tương đương với tổng số lần va chạm của các phân tử
E là năng lượng hoạt đông,KJ/kg
T là nhiệt độ phản ứng, oC
4) Không khí cấp vào có lưu tốc nhanh, chuyển động xoáy lốc, và với hệ số không khí
thừa rất gần bằng 1 để trộn đều với chất đốt.
5) Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên theo đà tăng của áp suất vì áp suất càng cao thì
nồng độ chất phản ứng càng cao.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cháy ổn định
Cần đảm bảo quá trình cháy trong buồng đốt được ổn định để cho chất đốt tự bén cháy
được kể cả khi nhẹ tải, giữ ngọn lửa ở vị trí thích hợp không làm hỏng tường buồng đốt
hoặc đầu súng phun.
Các yếu tố ảnh hưởng địn sự cháy ổn định là:
1) Chất đốt tự bén cháy được.
2) Cung cấp không khí đầy đủ và liên tục.
3) Liên tục đưa khí lò ra xa để cho không khí khuếch tán đến bề mặt của chất đôt.
2.3. Lượng không khí cấp lò và hệ số không khí thừa
2.3.1 Tính lượng không khí cấp lò VKK
Trong quá trình thiết kế, sử dụng nồi hơi cần biết lượng không khí cần cấp vào buồng
đốt để lựa chọn hoặc điều chỉnh quạt gió cho thích hợp và để phục vụ cho việc tính
lượng khí lò sinh ra và Entanpi khi lò.
Để tính lượng không khí thực tế cấp lò Vkk cần dựa vào phương trình phản ứng cháy
tính ra lượng không khí lí thuyêtt cấp lò Vlkk rồi nhân với hệ số không khí thừa a.
Vkk = a. Vlkk, m3tc/kg chất đốt (2.5)
Trong đó:
a: hệ số không khí thừa; α là tỷ số giữa lượng không khí thực tế cấp vào trên lượng
không khí lí thuyết cấp vào buồng đốt.
Để tính lượng không khí lí thuyết cấp lò cho mỗi kg chất đốt, cần dựa vào các phản ứng
cháy tính ra lượng ô xy lí thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg chất đốt âý, từ đó tính ra
lượng không khí lí thuyết, ngoài ra còn tính thêm lượng hơi ẩm trong không khí cấp lò.
Từ phản ứng cháy:
C + O2 = CO2 (2.6)
Như vậy cứ 12 kg các bon cần 22,41 m3tc ô xy và sinh ra 22,41m3tc khí CO2. Vậy 1 kg
các bon cần 1,866m3tc ô xy và sinh ra 1,866 m3tc CO2.
C% các bon trong 1 kg chất đốt cầntc ô xy và sinh ra tc CO2
Từ phản ứng cháy:
2H2 + O2 = 2H2O (2.7)
Vậy 4 kg Hydrô cần 22,41 m3tc ô xy và được 44,82 m3tc H2O. Hay 1kg Hydrô cần
5,554 m3tc ô xy và được 11,205m3tc H2O. Do vậy H% Hydrô trong 1 kg chất đốt cần
5,554ô xi và được 11,205H2O.
Từ phản ứng cháy:
S + O2 = SO2 (2.8)
Như vậy cứ 32kg lưu huỳnh cần 22,41 m3tc ô xy và sinh ra 22,41m3tc SO2. Vậy S%
lưu huỳnh trong 1 kg chất đốt cần 0,7 m3tc và được 0,7 m3tc CO2.
Lại biết trong chất đốt đã có sẵn một lượng ô xy là Ol%. Vậy lượng ô xy lí thuyết để đốt
cháy 1 kg chất đốt chứa Cl% các bon. Hl% hydrô, Sbl% lưu huỳnh, Ol% ô xy là:
, m3 tc/kg (2.9)
Trong đó:
- 1,429 - tỷ trọng của ô xy ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3tc.
- - Thể tích của ô xy vốn có trong 1 kg chất đốt m3tc.
Biết rằng trong không khí, ô xy chiếm 21% về thể tích (hoặc 23,2% về trọng lượng) vậy
lượng không khí khô lí thuyết để đốt cháy hết 1 kg chất đốt là:
(2.10)
Hoặc:
(2.10a)
Trọng lượng không khí khô lí thuyết để đốt cháy 1 kg chất đốt là:
, kg/kg (2.10b)
Trong đó: 1,293- tỷ trọng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3tc.
Không khí cấp vào lò có lẫn hơi ẩm. Lượng hơi nước trong 1 kg khí trời gọi là độ chứa
hơi kí hiệu là d. Thường thường d = 8 ¸18 g/kg (ở nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm, d
nên chọn lớn. ở các nước ôn đối d = 8 ¸10 g/kg).
Lượng hơi ẩm theo không khí vào buồng đốt khi đốt 1 kg chất đốt là:
m3 tc/kg (2.11)
Trong đó: 0,001- hệ số chuyển độ ẩm từ g/kg sang kg/kg; 0,804. Tỷ trọng hơi nước ở
điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3.
Vậy lượng không khí lí thuyết để đốt cháy 1 kg chất đốt là:
Vkk lí = Vkk kholi + VlH20 = (1 + 0,0016 d) Vkkkholi (2.12)
2.3.2 Tính lượng khí lò VK
Trong tính nhiệt và tính thông gió cần biết lượng khí lò sinh ra để xác định lưu tốc khí lò
quét qua các mặt hấp nhiệt, để tính Entanpi khí lò.
Muốn tính lượng khí lò do 1kg chất đốt sinh ra sau khi cháy có thể dùng cách phân tích
khói lò mà biết được tỷ số phần trăm của các thành phần trong khí lò hoặc có thể dùng
cách dựa vào các phương trình phản ứng cháy lần lượt tính ra thể tích của tổng sản
phẩm cháy rồi cộng lại.
Khi đốt cháy 1 kg chất đốt trong nồi hơi thường trong khí lò gồm có lượng khí các bon
níc lượng khí ô xít các bon lượng khí sunfurơ lượng ô xy Vo2, lượng ni tơ , lượng hơi
nước , lượng hiđro , lượng mê tan .... Lượng và lượng quá ít nên thường bỏ qua không
tính.
1. Tính VK dựa theo các phương trình phản ứng cháy từ định luật Đantôn.
Vk = VCO2 + ++ Vo2 + VN2 + VH2O, m3 tc/kg chất đốt (2.13)
Từ phản ứng cháy của các bon với ô xy và chú ý rằng 1 kmol các bon hòa hợp với 1
kmol ô xi sẽ được 1 kmol khí CO2 hoặc 1 kmol khí CO (tức là dù cháy hoàn toàn sinh
ra CO2 hoặc cháy không hoàn toàn sinh ra khí CO đều được sản phẩm cháy của các
bon với thể tích như nhau) vậy khi đốt cháy 1 kg chất đốt có Cl % các bon. ta có:
0978367891
, m3 tc/kg (2.14)
Từ phương trình cháy:
, m3 tc/kg (2.15)
Lượng ô xy trong khí lò là do cung cấp thừa không khí:
VO2 = a. Ol - Ol = (a - 1) Ol = 0,21 (a - 1) Vkkkholi , m3 tc/kg (2.16)
Lượng Nitơ trong khí lò là do không khí cấp lò mang vào và do trong chất đốt có chứa
N% Ni tơ:
(2.17)
Trong đó: 1,251- tỷ trọng Nitơ ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3tc.
Lượng hơi nước trong khí lò là do hơi nước trong không khí cấp lò; do hơi nước sinh ra
bởi H1% hydro trong chất đốt, do hơi nước sinh ra bởi trong chất đốt có chứa chất
nước, ngoài ra có khi hơi nước phun vào buồng đốt để thông gió hoặc để phun dầu.
Vậy:
(2.18)
Trong đó: 0,804 - tỷ trọng của hơi nước ở điều kiện tiêu chuẩn , kg/m3 tc.
Thực ra ở điều kiện tiêu chuẩn (00C và 760 mmHg), hơi nước không tồn tại được cho
nên 0,804 chỉ là tỷ trọng qui ước để tính toán tỷ trọng hơi nước ở áp suất và nhiệt độ
khác điều kiện tiêu chuẩn.
WKK: trọng lượng hơi nước trong không khí cấp lò, kg/kg.
Wkk = 0,001. d a . Vkkkholi. rkk 1,243 (2.19)
9Hl/100- trọng lượng hơi nước sinh ra khi đốt 1 kg chất đốt th?a H% Hydrô; kg/kg.
Wl/100- trọng lượng nước trong chất đốt, kg/kg.
Wph: trọng lượng hơi nước cần phun vào để đốt 1kg chất đốt, trường hợp súng phun
hơi nước: Wph = 0,3 ¸0,7, kg/kg.
Trường hợp súng phun hơi nước - áp lực Wph = 0,05 ¸0,1, kg/kg.
2. Tính Vk dựa vào các số liệu phân tích khói lò
Vì thể tích khí 3 nguyên tử và thể tích khí ô xít các bon VCO trong khí lò chiếm tỷ lệ là:
(2.20)
(2.21)
Trong đó:
VKkho- lượng khí lò khô do đốt 1 kg chất đốt, m3tc/kg.
(2.22)
Cộng hai phương trình (4.16) và (4.17)
(2.23)
Trong đó:
m3tc/kg (2.24)
Thay (4.20) vào (4.19):
(2.25)
Do đó:
,
(2.26)
Trong đó: Cl. Sbl. RO2.CO - phần trăm trọng lượng của 1kg chất đốt;
Wph - lượng hơi nước được phun vào để đốt 1 kg chất đốt, kg/kg.
3. Tính trọng lượng của khói lò (GK) và tỷ trọng khói lò ở điều kiện tiêu chuẩn (g0K)
Trị số của GK khi đốt 1 kg chất đốt có thể dựa vào các phương trình phản ứng cháy lần
lượt tính ra trọng lượng của 1 sản phẩm cháy rồi cộng lại, hoặc bằng trọng lượng của
chất đốt (đã loại bỏ tro xỉ đi) cộng với trọng lượng không khí cấp lò.
,
(2.27)
, kg/m3tc. (2.28)
4. Phân áp suất các chất khí trong khí lò
Trong nồi hơi không tăng áp, có thể coi áp suất khí lò Pk» 1 ata.
Vậy phân áp suất p và phân thể tích r có trị số như nhau. Do đó:
, ata (2.29)
, ata (2.30)
, ata (2.31)
5. Nhiệt dung bình quân của khí lò (SVC, Kcal/ kgoC chất đốt)
Nhiệt dung bình quân của khí lò là nhiệt lượng cần thiết để đưa khí lò do 1 kg chất đốt
cháy sinh ra tăng thêm 1oC. Nó là tổng số nhiệt dung của các chất khí hợp thành khí lò.
SVC = , kcal/kgoC (2.32)
Trong đó: C - tỉ nhiệt thể tích đẳng áp bình quân của các chất khí trong khí lò trong
khoảng từ 00C đến q0C, kcal/m3tc oC, xem bảng 4.1.
Ở đây tính theo tỷ lệ đẳng áp, vì có thể coi áp suất khí lò không đổi trong quá trình trao
nhiệt trong nồi hơi.
Vì rằng tỷ nhiệt của khí 2 nguyên tử CR2 đều xấp xỉ bằng tỷ nhiệt của không khí khô .
Tỷ nhiệt của khí 3 nguyên tử xấp xỉ như nhau cho nên nhiệt dung khí lò thường được
tính theo công thức sau:
SVC = , kcal/0C kg chất đốt (2.32)
Chú ý rằng tỷ nhiệt C có trị số khác nhau ở các nhiệt độ, cho nên nhiệt dung SVC cũng
có giá trị khác khi biến đổi sang nhiệt độ khác.
6. Entanpi của khí lò IK và Entanpi của không khí cấp lò IKK
Trị số Entanpi của khí lò IK (kcal/kg chất đốt) là nhiệt lượng cần thiết để nâng cao nhiệt
độ của số không khí cần cho việc đốt cháy 1 kg chất đốt từ 00C lên t0C trong điều kiện
p = const.
Vậy Entanpi của khí lò ở nhiệt độ qoC là:
IK = SVC. q = (). q, Kcal/kg chất đốt (2.33)
Để tiện việc lập toán đồ I - q ở các hệ số không khí thừa thường tính IK theo công thức
sau:
IKa = IK1 + (a-1). IKK1, Kcal/kg chất đốt (2.34)
Trong đó:
IK1-entanpi khí lò của 1 kg chất đốt cháy với hệ số không khí thừa a = 1.
(2.35)
thể tích Nitơ và hơi nước sinh ra khi đốt 1 kg chất đốt với hệ số không khí thừa a = 1.
IKK1- entanpi của không khí cấp lò cần cho việc đốt 1 kg chất đốt với a = 1.
(2.36)
, Kcal/m3tcoC (2.37)
: tỉ nhiệt bình quân của không khí ẩm cấp vào buồng đốt.
CKK- tỉ nhiệt bình quân của không khí khô ở nhiệt độ q oC, tra ở bảng (4.1).
2.3.3 Hệ số không khí thừa a
Trong thực tế không thể đảm bảo trộn thật đều đặn không khí với chất đốt và cung cấp
lượng không khí thích hợp cho mỗi giai đoạn cháy và mỗi vùng của buồng đốt. Vì vậy
để đảm bảo cháy được hoàn toàn, so với phương trình phản ứng cháy cần cung cấp
thừa không khí, tức là lượng không khí thực tế cấp vào buồng đốt phải lớn hơn lượng
không khí lí thuyêt tính theo các phản ứng cháy.
Cung cấp không đủ không khí chất đốt không thể cháy hoàn toàn. Song cung cấp quá
thừa không khí không những làm tăng khói lò do đó làm tăng tổn thất nhiệt do khói lò
mà còn làm tăng lượng SO2 (vì SO2 dưới xúc tác của Fe2O3 sẽ sinh ra SO3) do đó
nâng cao điểm sương của khói lò. Vì vậy cần cung cấp không khí với hệ số không khí
thừa thích hợp nhất với kiểu buồng đốt, loại chất đốt và tải trọng của nồi hơi. Do đó
ngoài cách thường xuyên xem màu ngọn lửa và màu khói lò ra, cần định kỳ phân tích
khói lò để biết hệ số không khí thừa a có được thích hợp không.
Xác định hệ số không khí thừa:
(2.38)
(2.39a)
- Lượng không khí khô lí thuyết và lượng không khí khô còn thừa đối với 1 kg chất đốt.
(2.39b)
Lại biết lượng ô xy và lượng Nitơ trong khói lò là:
(2.39c)
Trong đó: VK- lượng khí lò do 1 kg chất đốt cháy sinh ra.
Trong 100 m3tc không khí có 21m3tc ô xi và 79 m3tc Nitơ
Nên:
(2.40)
Khi cháy không hoàn toàn trong khí lò có khí CO, nên lượng ô xy còn lại. Trong khói lò
nhiều hơn khi cháy hoàn toànmột thể tích là 0,5 CO đủ để biến khí CO thành khí CO2
(vì rằng 1 kmol khí CO biến thành khí CO2 cần 0,5k mol khí O2) do đó hệ số không khí
thừa a lớn hơn và bằng:
(2.41)
Khi nhẹ tải lượng chất đốt cung cấp vào buồng đốt giảm nên hệ số không khí thừa a
tăng lên, mặc dù đã điều chỉnh quạt gió để giảm lượng gió cung cấp vào.
Khi quá tải ngược lại a giảm bé vì phải đốt thêm chất đốt. Trị số a ở mỗi tải trọng tùy
theo số lượng chất đốt tiêu thụ ở tải trọng ấy và khả năng cung cấp (điều chỉnh) quạt
gió ở tải trọng ấy.
Khi tính nhiệt cho các tải trọng 75 ¸ 100% có thể coi rằng a» const.
Khi nhẹ tải dưới 75%:
a' = a + (2.42)
Trong đó:
- a', D': hệ số không khí thừa và lượng sinh hơi ở nhẹ tải;
-
I (Kcal/kg)
θ (oC)
α=1.0
α=1.1
a, D: ở 100% tải.
2.4. Xây dựng đồ thị I-q-a
Trong quá trình tính nhiệt nồi hơi, cần biết trị số Entanpi của khí lò ở các nhiệt độ. Do
đó cần lập bảng trị số Entanpi khí lò ở các nhiệt độ và ở các hệ số không khí thừa,
hoặc tiện lợi nhất là lập đồ thị I-q của chất đốt ấy. Chỉ cần tra toán đồ là được trị số của
Ik (khi đã biết trị số của nhiệt độ khí lò và hệ số dư lượng không khí ) hoặc được trị số
nhiệt độ khí lò (khi biết trị số entanpi và hệ số dư lượng không khí) mà không cần 1
phép tính nội suy nào.
Đồ thị I-q-a gồm các đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa Entanpi của 1 kg chất đốt
với nhiệt độ khí lò, mỗi đường cong tương ứng với 1 trí số của a. Tỷ lệ vễ thường chọn
như sau: trên trục I lấy 10 mm cho 100 kcal, trên trục q lấy 50 mm cho 100oC. Mỗi loại
chất đốt đều phải có toán đồ I - q. Hình vẽ là toán đồ cho dầu ma dút có Qt = 9370
Kcal/kg.
Câu hỏi ôn tập
3. Trình bày các yêu cầu đối với chất đốt nồi hơi tàu thuỷ. Trình bày hiện tượng ăn
mòn điểm sương và mục rỉ vanađi.?
4. Thế nào là cháy hoàn toàn và không hoàn toàn. Các cách nhận biết quá trình
cháy nhiêu liệu trong buồng đốt nồi hơi ?
5. Thế nào là hệ số không khí thừa a. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy
nhiên liệu trong buồng đốt nồi hơi ?