TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

SV:Giang Ngân Hà PGS.TS.Phạm Văn Trí

--------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG I

TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

I.CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1.Nhiên liệu : Dầu FO

2.Thành phần của dầu FO:

THÀNH PHẦN CỦA DẦU FO

Nguyên tố C

c H

c O

c N

c S

c A

k Wd

Thành phần khối lượng [%] 87,70 8,64 0 2,16 1,50 0,30 1,40

3.Nhiệt độ trước không khí : tkk = 300 [oC]

4.Nhiệt độ nung trước nhiên liệu : tdầu = 110 [oC]

5.Hệ số tiêu hao không khí : dự tính dùng mỏ phun thấp áp , chọn n = 1,2

6.Loại lò : Lò nung liên tục

II.TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

II.1.Chuyển đổi thành phần nhiên liệu về thành phần dùng :

a.Hệ số chuyển đổi thành phần khô sang thành phần dùng :

Kk_d =

100 100 1,40 0,986

100 100

d

− − W

= =

b.Hàm lượng tro tính theo thành phần dùng :

d k A = K .A = 0,986.0,30 0,2958 k_d = [%]

c.Hệ số chuyển đổi từ thành phần cháy sang thành phần dùng:

d d

c_d

100 - (A + W ) 100 - (0,2958 +1,40) K = = = 0,983

100 100

d.Thành phần các nguyên tố tính theo thành phần dùng :

Công thức tổng quát :

d c X = X .Kc_d

Trong đó :

Xd : Thành phần dùng của nguyên tố “X”

Xc

: Thành phần cháy của nguyên tố “X”

Thành phân dùng của các nguyên tố ( Xem bảng I.1)

Bảng I.1 : Thành phần dùng của dầu FO

Nguyên tố C

d H

d S

d O

d N

d A

d Wd

Thành phần dùng [%] 86,21 8,49 1,48 0 2,12 0,30 1,40

II.2.Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Qt [kJ/kg] )

-------------------------------------------------------------------------------------------

Đồ án lò công nhiệp 1

SV:Giang Ngân Hà PGS.TS.Phạm Văn Trí

--------------------------------------------------------------------------------------------

Qtd = 339,1.Cd

+ 1255,8.Hd

– 108,8.(Od

– Sd

) – 25,1.( Wd

+ 9.Hd

)

= 339,1.86,21 + 1255,8.8,49 – 108,8.(0–1,48)–25,1.(1,40 + 9.8,49)

= 38096,75 [kJ/kg]

Qt

d

= 38096,75 [kJ/kg]

II.3.Chọn hệ số tiêu hao không khí n :

Khi chọn hệ số tiêu hao không khí , ta phải dự đoán trước sẽ sử dụng mỏ

đốt nào ? ở bản thiết kế này ta đốt dầu FO bằng mỏ phun thấp áp , ta chọn hệ

số tiêu hao không khí n = 1,2

II.4.Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu :

Tính toán sự cháy của nhiên liệu được thực hiện theo phương pháp lập

bảng .Trong bảng này ta tính cho 100 kg nhiên liệu sau đó quy đổi về 1

kg .Các kết quả tính toán trong bảng I.2

II.5.Bảng cân bằng khối lượng :

Để kiểm tra độ chinh xác của các số liệu tính toán trong bảng I.2, ta lập

bảng cân bằng khối lượng (Bảng I.3)

Về nguyên tắc :

Σ Khối lượng của các

chất tham gia phản ứng =

Σ Khối lượng sản phẩm

cháy tạo thành + tro

Bảng I.3: Bảng cân bằng khối lượng

CHẤT THAM GIA SỰ CHÁY SẢN PHẨM CHÁY TẠO THÀNH

Nhiên

liệu

Chất Công thức

tính Đơn vị Chất Công

thức tính

Đơn vị

[kg]

Dầu FO 100

CO2 7,18.44 315,92

H2O 4,33.18 77,94

N2 42,35.28 1185,80

Không

khí

O2 11,23.32 359,36 O2 1,87.32 59,84

N2 42,25.28 1183,00 SO2 0,05.64 3,20

ΣA = 1642,36 [kg] ΣSPC = 1642,70 [kg]

ΣSPC + Ad

= 1642,70 + 0,30

= 1643

ΣB = 1643 [kg]

-------------------------------------------------------------------------------------------

Đồ án lò công nhiệp 2

SV:Giang Ngân Hà PGS.TS.Phạm Văn Trí

--------------------------------------------------------------------------------------------

Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu

Tính cho 100 kg NL

CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG CHÁY SẢN PHẨM CHÁY ĐƯỢC TẠO THÀNH

Nhiên liệu Không khí CO2 H2O SO2 O2 N2 Tổng cộng

Nguyên

tố [%] Khối

lượng

Phân

tử

Số

[kmol]

O2

[kmol]

N2

[kmol]

Tổng cộng

[kmol] [m3

tc]

C

d

86,21 86,21 12 7,18 7,18

9,3

6 . 3,7

6

2

9,3

6

+

3

5,21

4

5,4

3.2

2,4

7,18

H

d

8,49 8,49 2 4,25 2,13 4,25

S

d

1,48 1,48 32 0,05 0,05 0,05

O

d

0 0 32 0 0 -

N

d

2,12 2,12 28 0,08 -

Wd

1,40 1,40 18 0,08 - 0,08

A

d

0,30 0,30 - - -

n = 1 100 100 9,36 35,21 44,57 998,37 7,18 4,33 0,05 - 35,29 46,85 1048,44

n = 1,2 11,23 42,25 53,48 1198,04 7,18 4,33 0,05 1,87 42,35 55,78 1249,47

Thành phần [%] 21 79 100 12,87 7,76 0,09 3,35 75,93 100

-------------------------------------------------------------------------------------------

Đồ án lò công nhiệp 3

SV:Giang Ngân Hà PGS.TS.Phạm Văn Trí

--------------------------------------------------------------------------------------------

Đánh giá sai số:

ΣB - ΣA 1643 1642,36 δ%= .100% .100 0,039 [%]

ΣA 1642,36

−

= =

Nhận xét:

Sai số δ = 0,039 [%] chứng tỏ các số liệu tính toán trong bảng I.2 là

đáng tin cậy

II.6.Khối lượng riêng của sản phẩm cháy (ρ0 [kg/m3

tc] )

3

0 tc

n

ΣSPC 1643 ρ = = 1,315 [kg/m ]

100.V 1249,47

=

Trong đó:

ΣSPC = 1643 [kg] (Xem bảng I.3)

100.Vn = 1249,47 [m3

/m3

tc] (Xem bảng I.2)

ρ0 = 1,315 [kg/m3tc]

II.7.Nhiệt độ cháy của nhiên liệu (t [oC] )

II.7.1.Nhiệt độ cháy lý thuyết:

Nhiệt độ cháy lý thuyêt là nhiệt độ của sản phẩm cháy có được khi tất cả

nhiệt lượng sinh ra trong khi cháy nhiên liệu được tập trung cho sản phẩm

cháy ( không có tổn thất nhiệt )

Σ 1

lt 2 1 1

2 1

i - i t = .(t - t ) + t

i - i

Trong đó:

tlt: Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu [oC]

i1,i2: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ t1, t2

[kJ/m3

tc]

iΣ: Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với nhiệt độ tlt [kJ/m3

tc]

d

t nl kk n

Σ

n n n

Q i i .L .f i = + +

V V V

Trong đó:

Qt

d

: Nhiệt trị thấp của dầu FO, Qt

d

= 38096,75 [kJ/kg]

f : Tỷ lệ nung trước không khí f = 1 ( Nung 100% không khí)

tnl: Nhiệt độ nung trước của nhiên liệu (dầu FO ) tdầu = 110 [oC]

Cnl: Nhiệt dung riêng của dầu; Cdầu = 2,17 [kJ/kg.K]

ikk : Entanpy của không khí ở nhiệt độ tkk = 300 [oC]

Từ phụ lục II [2] ta có:

ikk = 394,8 [kJ/m3

tc]

inl : Entanpy của dầu FO ở nhiệt độ tdầu = 110 [oC]

-------------------------------------------------------------------------------------------

Đồ án lò công nhiệp 4

SV:Giang Ngân Hà PGS.TS.Phạm Văn Trí

--------------------------------------------------------------------------------------------

inl = Cdầu.tdầu = 2,17.110 = 238,7 [kJ/m3

tc]

Vn = 12,50 [m3

/m3

tc]

Ln = 11,98 [m3

/m3

tc]

Vậy :

3

Σ tc

38096,75 238,7 394,8.11,98.1 i 3445,21 [kJ / m ]

12,50

+ +

= =

iΣ = 3445,21 [kJ/m3

tc]

Giả thiết :

t1 < tlt < t2

i1 < iΣ < i2

Chọn :

t1 = 2000 [oC]

t2 = 2100 [oC]

Để tính Entanpy của sản phẩm cháy tương ứng với t1 = 2000 [oC] và t2 =

2100 [oC] ta phải tìm Entanpy của các khí thành phần ứng với 2 nhiệt độ

này.

Tra bảng 16 trang 48 ta có Entanpy của sabr phẩm cháy ứng với t 1 = 2000

[

oC] và t2 = 2100 [oC]

Khi thành phần Entanpy i [kJ/m3

tc]

t1 = 2000 [oC] t2 = 2100 [oC]

CO2 4910,5 5186,8

N2 2970,2 3132,8

O2 3142,8 3314,0

H2O 3889,7 4121,8

SO2 4049,9 4049,9

Tính i1 và i2

Với các giá trị Entanpy vừa tìm được ta có:

i1= i2000 = 0,01.(CO2.iCO2 + H2O.iH2O + N2.iN2 + O2.iO2 + SO2.iSO2)

=0,01.(12,87.4910,5 + 7,76.3889,7 + 75,93.2970,2 + 3,35.3142,8 + 0,09.4049,9)

= 3298 [kJ/m3

tc]

i1 = 3298 [kJ/m3

tc]

i2= i2100 = 0,01.(CO2.iCO2 + H2O.iH2O + N2.iN2 + O2.iO2 + SO2.iSO2)

= 0,01.(12,87.5186,8 + 7,76.4121,8 + 75,93.3132,0 + 3,35.3314,9 + 0,09.4049,9)

=3480 [kJ/m3

tc]

i2 = 3480 [kJ/m3

tc]

-------------------------------------------------------------------------------------------

Đồ án lò công nhiệp 5

SV:Giang Ngân Hà PGS.TS.Phạm Văn Trí

--------------------------------------------------------------------------------------------

Như vậy thoả mãn giả thiết dã chọn : i1 < iΣ <i2

Tính tlt:

Σ 1

lt 2 1 1

2 1

i - i t = .(t - t ) + t

i - i

3445,21 3298 o

.(2100 2000) 2000 2080,9 [ C]

3480 3298

−

= − + =

−

tlt = 2080,9 [oC]

II.7.2.Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu ( ttt [oC] )

Trong thực tế nhiệt lượng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu , ngoài việc làm

tăng nhiệt độ sản phẩm cháy còn tổn thất ra ngoài môi trường xung quanh, vì

vậy nhiệt độ cháy thực tế thấp hơn nhiệt độ cháy lý thuyết vừa tính được:

ttt =η.tlt [oC]

Trong đó:

ttt : Nhiệt độ cháy thực tế [oC]

η : Hệ số nhiệt độ, η phụ thuộc vào loại lò, ở đây loại lò liên tục,

theo bảng 14_trang 39 [1] ta chọn η = 0,7

tlt : Nhiệt độ cháy lý thuyết [oC]

ttt = η.tlt = 0,7.2080,9 = 1456,6 [oC]

ttt = 1456,6 [oC]

II.8.Các kết quả tính toán:

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng I.4

Bảng I.4 : Các kết quả tính toán

Ln

[m3

tc/kg]

Vn

[m3

tc/kg]

ρ0

[kg/m3

tc]

Nhiệt độ

[

oC]

Sản phẩm cháy

[%]

tlt ttt CO2 H2O O2 N2 SO2

11,98 12,50 1,315 2080,

9

1456,6 12,87 7,76 3,35 75,93 0,09

-------------------------------------------------------------------------------------------

Đồ án lò công nhiệp 6