Giáo trình thiết bị nhiệt

1

TR¦êNG §¹I HäC B¸CH KHOA §µ N½NG KHOA HãA - NGµNH cnhh & VËT LIÖU

2007

2

Ch−¬ng 1

ChuyÓn ®éng khÝ trong lß c«ng nghiÖp

1. 1Kh¸i niÖm vµ ®Þnh luËt c¬ b¶n.

1.1.1 Kh¸i niÖm.

Sù chuyÓn ®éng cña dßng khÝ trong thiÕt bÞ nhiÖt nãi chung vµ trong lß sÊy, lß nung ngµnh s¶n xuÊt vËt liÖu x©y dùng nãi riªng cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn n¨ng suÊt cña lß. Bëi v× sù chuyÓn ®éng nµy g¾n liÒn víi hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a dßng khÝ vµ vËt liÖu trong lß. Do ®ã tèc ®é, thµnh phÇn cña khÝ, chiÒu h−íng vµ ®Æc tÝnh chuyÓn ®éng cña dßng khÝ cÇn ph¶i ®¶m b¶o. Ngoµi nh÷ng yÕu tè trªn cßn yªu cÇu hîp lÝ vÒ kÕt cÊu lß, kü thuËt gia c«ng chuÈn bÞ vËt liÖu, sù ph©n bè nhiÖt ®é vµ duy tr× m«i tr−êng trong lß.

Ngµy nay trong çc thiÕt bÞ nhiÖt hiÖn ®¹i, sù chuyÓn ®éng tù nhiªn cña dßng khÝ khã ®¶m b¶o cho lß lµm viÖc cã n¨ng suÊt cao, c«ng suÊt lín. Nªn hÇu hÕt çc thiÕt bÞ nhiÖt ®Òu dïng qu¹t ®Ó t¹o ra sù chuyÓn ®éng c−ìng bøc dßng khÝ.

Thùc tÕ ë lß c«ng nghiÖp, ¸p suÊt d− hay ch©n kh«ng th«ng th−êng nhá h¬n 50mm H2O, do vËy khi tÝnh çc qu¸ tr×nh liªn quan ®Õn dßng khÝ cã thÓ bá qua ¶nh h−ëng cña çc yÕu tè ¸p suÊt tíi sù nÐn hoÆc gi·n në cña khÝ, mµ chØ xem xÐt nã nh− chÊt láng kh«ng chÞu nÐn, ®ång nhÊt vµ liªn tôc lÊp ®Çy kªnh dÉn. Nªn vËn dông ®−îc nh÷ng ®Þnh luËt chuyÓn ®éng cña chÊt láng vµo chÊt khÝ.

CÇn chó ý ®iÓm kh¸c c¬ b¶n gi÷a chÊt khÝ vµ chÊt láng ë chç chÊt khÝ biÕn ®æi thÓ tÝch, tèc ®é, mËt ®é rÊt nhiÒu theo nhiÖt ®é. Nªn viÖc nghiªn cøu vµ ¸p dông nh÷ng ®Þnh luËt c¬ b¶n vÒ chÊt khÝ còng rÊt cÇn thiÕt ®Ó kh¶o s¸t dßng khÝ trong lß.

1.1.2 Çc ®Þnh luËt.

1.1.2.1 §Þnh luËt Boil - Mariotte.

Khi nhiÖt ®é kh«ng ®æi, ¸p suÊt cña khèi khÝ tû lÖ nghÞch víi thÓ tÝch cña nã.

- T = const ta cã 1

2

2

1

V

V

P

P= (1-1)

Hay: pv = const

1.1.2.2 §Þnh luËt Gay - Lussac.

Khi ¸p suÊt kh«ng ®æi, thÓ tÝch riªng khÝ lý t−ëng sÏ biÕn ®æi tû lÖ thuËn víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi.

- P = const, ta cã 2

1

2

1

TT

VV

= (1-2)

Hay: T

V = const

Khèi l−îng riªng cña khÝ khi ¸p suÊt kh«ng ®æi sÏ biÕn ®æi tû lÖ nghÞch víi nhiÖt ®é cña nã.

2

1

1

2

2

1

//

TT

mm

===ρρ

ρρ

2

1

V

V (1-3)

3

Khi tÝnh to¸n ta th−êng gÆp vµ ph¶i tÝnh thÓ tÝch khÝ víi khèi l−îng riªng cña khÝ ë nhiÖt ®é toC khi biÕt thÓ tÝch vµ khèi l−îng riªng cña nhiÖt ®é chuÈn OoC.

273

2731 tTT

VV

oo

t +==

Vt = Vo (1+2731

t ) , [ m3 ] (1-4)

2731

: hÖ sè d·n në thÓ tÝch, ®¹i l−îng nµy hÇu nh− kh«ng ®æi víi tÊt c¶ çc lo¹i khÝ.

ρt = ρo (t273

273

+) , [ Kg/m3] (1-5)

Khèi l−îng riªng cña hçn hîp khÝ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

ρhh = 100

...2211 nnVVV ρρρ +++

V1, V2, …, Vn : ThÓ tÝch çc khÝ thµnh phÇn (%)

ρ1, ρ1, …,ρn: Khèi l−îng riªng çc khÝ thµnh phÇn (kg/m3)

NÕu biÕt tèc ®é khÝ ë nhiÖt ®é chuÈn (hoÆc nhiÖt ®é nµo ®ã) ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc tèc ®é khÝ ë nhiÖt ®é (t 0C) âang kh¶o s¸t

Wt = Wo (273

273 t+) , [ m/s] (1-6)

Khi thÓ tÝch kh«ng ®æi, ¸p suÊt tû lÖ thuËn víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña nã.

- v = const 2

1

2

1

T

T

P

P= (1-7)

Suy ra quan hÖ ¸p suÊt ë nhiÖt ®é t vµ nhiÖt ®é chuÈn OoC:

Pt = Po (1+273

1t) (1-8)

1.1.2.3 Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ.

Quan hÖ gi÷a ¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ thÓ tÝch biÓu thÞ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ.

Pv = RT (1-9)

P: ¸p suÊt cña khÝ , [N/ m2]

v: thÓ tÝch riªng cña khÝ , [m3/ kg ]

T: nhiÖt ®é tuyÖt ®èi , [ oK]

R:H»ng sè khÝ b»ng 8314/M, [j / kg.0C] vµ M khèi l−îng mol cña khÝ.

1.1.2.4 §Þnh luËt Dalton.

¸p suÊt chung cña hæn hîp khÝ b»ng tæng ¸p suÊt riªng phÇn cña khÝ thµnh phÇn.

Phh = P1 + P2 + .... + Pn (1-10)

Vhh = V1 + V2 + .... + Vn . (1-11)

Phh : ¸p suÊt cña hçn hîp khÝ.

4

P1 , P2 , .... , Pn : ¸p suÊt riªng phÇn cña çc khÝ.

Vhh: thÓ tÝch cña hçn hîp khÝ

V1 , V2 , .... , Vn : ThÓ tÝch riªng cña tõng khÝ cã trong hçn hîp khÝ.

Tõ Boil - Mariotte ta tÝnh ®−îc ¸p suÊt riªng phÇn, ta cã hh

n

hh

n

VV

PP

= suy ra:

Pn = Phh .hh

n

V

V (1-12)

1.2. Çc d¹ng ¸p suÊt khÝ.

Sù chuyÓn ®éng cña chÊt khÝ trong èng dÉn, trong kªnh lß … ®Òu g¾n liÒn víi lùc g©y chuyÓn ®éng khÝ ®ã lµ ¸p suÊt. §èi víi khÝ lý t−ëng cã 3 d¹ng ¸p suÊt: ¸p suÊt tØnh häc, ¸p suÊt tèc ®é (hay ®éng häc) vµ ¸p suÊt h×nh häc. Víi khÝ thùc, ngoµi 3 d¹ng ¸p suÊt trªn cßn cã ¸p suÊt tæn thÊt hay trë lùc.

1.2.1. ¸p suÊt tØnh häc.

¸p suÊt tØnh häc ®ã lµ sù chªnh lÖch ¸p suÊt thùc trong nåi h¬i, trong lß hay trªn ®−êng èng… (gäi lµ ¸p suÊt tuyÖt ®èi Ptu ) víi ¸p suÊt khÝ quyÓn bªn ngoµi th−êng ®o b»ng baromet Pba vµ nã cã gi¸ trÞ ©m hay d−¬ng.

Pth = Ptu - Pba (1-13)

Trong c¬ häc chÊt khÝ, ¸p suÊt tÜnh häc ®−îc coi lµ dù tr÷ n¨ng l−îng, n¨ng l−îng nµy sÏ tiªu tèn khi khÝ chuyÓn ®éng. V× vËy ¸p suÊt tÜnh häc lµ thÕ n¨ng cña khÝ.

§¬n vÞ ®o cña ¸p suÊt cã thÓ lµ ¸tmètphe kü thuËt [at], ¸tmètphe vËt lÝ [atm], hoÆc [mmHg], [N/m2], [mmH2O], [KG/cm2 ].

Quan hÖ gi÷a çc ®¬n vÞ ®o:

1 at øng víi 735,56mmHg, hay t−¬ng ®−¬ng 10 mH2O = 10.000 mmH2O = 1kG/cm2= 9.81.104 N/ m2. 1atm øng víi 760mmHg hay t−¬ng ®−¬ng 10,333 m H2O = 10.033mmH2O

1.2.2. ¸p suÊt h×nh häc.

¸p suÊt h×nh häc ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tÝch sè cña chiÒu cao cét khÝ vµ ®é chªnh lÖch khèi l−îng riªng cña çc khÝ thay thÕ nhau ( kh«ng khÝ vµ khÝ).

Phh = Hg (ρkk - ρk ) , [ N/m2 ] (1-14)

H - ChiÒu cao cña cét khÝ , [m]

g - Gia tèc träng tr−êng [ m/s2]

ρkk , ρk = Khèi l−îng riªng kh«ng khÝ vµ khÝ, [kg/m3]

Nh− vËy ¸p suÊt h×nh häc ®−îc t¹o ra phô thuéc vµo ®é cao H vµ ®é chªnh lÖch khèi l−îng riªng cña khÝ vµ kh«ng khÝ. NÕu chiÒu cao H cµng lín, nhiÖt ®é khÝ cµng cao tøc ρk cµng nhá th× ¸p suÊt h×nh häc hay søc hót do èng t¹o nªn cµng lín.

Gi÷a 2 tiÕt diÖn kªnh hay èng dÉn cã thÓ cã ¸p suÊt h×nh häc nÕu cã chªnh lÖch ®é cao cña 2 tiÕt diÖn nµy vµ cã khÝ chuyÓn ®éng trong èng kªnh ®ã (h×nh 1-1). Tr−êng hîp nµy ¸p suÊt h×nh häc x¸c ®Þnh b»ng

Phh = (H2-H1) g (ρkk - ρk)

5

Phh = ∆ H.g (ρkk - ρk) , [N/ m2 ] (1-15)

H×nh 1-1 - S¬ ®å ¸p suÊt h×nh häc

Gi¸ trÞ ¸p suÊt h×nh häc cã thÓ d−¬ng (+) hoÆc ©m (-).

1.2.3. ¸p suÊt tèc ®é.

¸p suÊt tèc ®é lµ ®éng n¨ng cña dßng khÝ chuyÕn ®éng. Trong c¬ häc, ®éng n¨ng cña vËt thÓ r¾n khi cã khèi l−îng m chuyÓn ®éng víi tèc ®é W x¸c ®Þnh b»ng ®¹i l−îng mW2/2. NÕu ta thay khèi l−îng m b»ng khèi l−îng riªng cña vËt thÓ khÝ ë nhiÖt ®é to lµ ρt ta sÏ ®−îc ¸p suÊt tèc ®é:

Pt® = g

Wt

2

2

ρt [ mmH2O]

Hay Pt® = 2

2tW

ρt , [ N/ m2 ] (1-16)

Pt® = 2

2oW

ρo ( ).1( tβ+ ). , [N/ m2 ] (1-17)

Wo ; ρo - Tèc ®é vµ khèi l−îng riªng cña khÝ ë nhiÖt ®é OoC.

¸p suÊt tèc ®é cña khÝ thµnh lËp bëi qu¹t ®Èy hoÆc qu¹t hót hoÆc do c¶ hai.

V× ¸p suÊt tèc ®é cã liªn quan vµ phô thuéc nhiÒu vµo tèc ®é dßng khÝ, nªn ta ph¶i chó ý ®Õn chuÈn sè Reynolds ®Æc tr−ng chuyÓn ®éng cña dßng khÝ.

Re = t

tdWν

νt - ®é nhít ®éng häc cña khÝ ë nhiÖt ®é t, [m2/s.]

Wt – VËn tèc khÝ ë nhiÖt ®é t, [m/s]

d - ®−êng kÝnh thñy lùc cña èng dÉn , [m]

vÝ dô kªnh dÉn khÝ h×nh ch÷ nhËt cã sè ®o çc c¹nh a, b

d = ba

ab2

+ (1-18)

6

NÕu Re < 2200 ta cã chuyÓn ®éng dßng

Re > 2200 ta cã chuyÓn ®äüng xo¸y

Re = 2200 ta cã chuyÓn ®éng qu¸ ®é cña dßng khÝ.

13 Ph−¬ng tr×nh çc chÊt khÝ.

1.3.1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng khÝ.

XÐt mét b×nh hë ®¸y chøa ®Çy khÝ vµ n»m ë trang th¸i tÜnh h×nh 1-3 khÝ nµy cã mËt ®é ρk nhá h¬n mËt ®é kh«ng khÝ xung quanh ρkk . Ta cã:

¸p suÊt trong b×nh Pk = Pa - Hg ρk , [N/m2]

¸p suÊt ngoµi kh«ng khÝ Pkk = Pa - Hg ρkk , [ N/m2]

Do ®ã:

∆P = Pk - Pkk = Hg (ρkk - ρk) [ N/m2] (1-19)

Còng chøng minh t−¬ng tù, nÕu b×nh hë miÖng ta sÏ cã:

Pk = Pa + Hg ρk

Pkk = Pa + Hg ρkk

∆P = Pk - Pkk = - Hg (ρkk - ρk) [ N/m2 ]

Trong tr−êng hîp ®Çu th−êng øng dông ®Ó tÝnh chiÒu cao hîp lÝ ®Ó ®Æt çc thiÕt bÞ ®o hoÆc thiÕt kÕ çc cöa quan s¸t, lÊy mÉu, thö mÉu. ë tr−êng hîp thø hai, ¸p suÊt khÝ trong b×nh nhá h¬n ¸p suÊt kh«ng khÝ. Cho nªn nÕu ta måí cöa ë d−íi, kh«ng khÝ sÏ ïa vµo b×nh vµ ®Èy khÝ ra khái b×nh lªn phÝa trªn th−êng øng dông ®Ó tÝnh chiÒu cao èng khãi.

1.3.2. Ph−¬ng tr×nh dßng liªn tôc.

Khi khÝ chuyÓn ®éng th× khèi l−îng khÝ ®i qua mäi tiÕt diÖn ®Òu b»ng nhau. Nªn ph−¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng sÏ cã d¹ng sau:

F1W1ρ1 = F2W2ρ2 = const (1-20)

F1, F2 - TiÕt diÖn 1 vµ 2, [m2]

W1, W2 - Tèc ®é khÝ cña tiÕt diÖn 1 vµ 2, [m/s]

ρ1, ρ2 - MËt ®é khÝ cña tiÕt diÖn 1 vµ 2, [Kg/m3]

NÕu ρ = const khi T = const

F1W1 = F2W2 = V = const (1-21)

Do ®ã: W = F

V

Vµ nÕu F1 = F2

ρ1W1 = ρ2W2 = const (1-22)

Do ®ã: W2 = W1 1

2

T

T (1-23)

NÕu trªn ®−êng èng kh«ng kÝn, khÝ trong èng rß ra ngoµi hoÆc kh«ng khÝ lät vµo ®−êng èng qua lç hë ®ã, th× ph−¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng cã d¹ng sau:

7

ρ1 . F1 . W1 = G [Kg/s]

ρhh . F2 . W2 = G ± ρ2∆V [Kg/s ] (1-24)

ρhh - Khèi l−îng thÓ tÝch cña hçn hîp khÝ [Kg/m3]

ρ2 - Khèi l−îng thÓ tÝch cña khÝ lät [Kg/m3]

∆V – thÓ tÝch khÝ lät vµo cã dÊu (+) vµ rß ra ngoµi cã dÊu (-), [m3/s]

1.3.3. Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña khÝ.

N¨ng l−îng toµn phÇn cña dßng khÝ lý t−ëng bao gåm ¸p suÊt tÜnh häc, h×nh häc vµ ¸p suÊt tèc ®é. Quan hÖ gi÷a çc ¸p suÊt nµy ®−îc biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh Bernulli, ®ã lµ mét d¹ng cña ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l−îng cña dßng khÝ chuyÓn ®éng ë ¸p suÊt kh«ng cao l¾m.

XÐt tiÕt diÖn 1 vµ 2 cña kªnh dÉn khÝ, ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña khÝ lý t−ëng sÏ lµ:

H1 + g2

W

g

P 211 +

ρ = H2 +

gW

gP

2

222 +

ρ = const (1-25)

hay

Hρg + P + 2

2ρW = const (1-26)

§ã còng chÝnh lµ:

Phh + Pth + Pt® = const (1-27)

§èi víi khÝ thùc, gi÷a tiÕt diÖn 1 vµ 2 cã tæn thÊt ¸p suÊt cho nªn ph−¬ng tr×nh Bernulli sÏ cã d¹ng sau:

Hρg + P + 2

2ρW + ht+t = const (1-28)

Cã nghÜa lµ: §èi víi khÝ thùc, khi chóng chuyÓn ®éng th× tæng ¸p suÊt tÜnh häc, h×nh häc, tèc ®é vµ ¸p suÊt tæn thÊt lµ mét ®¹i l−îng kh«ng ®æi.

NÕu èng kªnh n»m ngang, ¸p suÊt h×nh häc b»ng kh«ng, lÊy vÝ ph©n ta cã:

ttdhdpdW++

ρ2

2

= 0

Tèc ®é khÝ phô thuéc vµo tiÕt diÖn cña èng, cña kªnh dÉn vµ nhiÖt ®é. NÕu kªnh më réng, ®ång thêi ¸p suÊt tèc ®é kh«ng ®æi th× tæn thÊt ¸p suÊt chØ ®Ó th¾ng søc c¶n do ma s¸t.

Trong èng kªnh n»m ngang víi tiÕt diÖn kh«ng ®æi. Gi¶ thiÕt kh«ng cã tæn thÊt htt = 0. Quan hÖ gi÷a sù biÕn ®æi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cã thÓ viÕt d−íi d¹ng:

- dp = ρ W d W , (*)

LÊy tÝch ph©n x¸c ®Þnh (*), cuèi cïng ta cã

P1 - P2 = ρ2 W2

2 - ρ1 W2

1 = 2 ( 1

21

2

22

2

W

2

Wρ−ρ )

8

NÕu èng kªnh kh«ng n»m ngang, chiÒu cao cña tiÕt diÖn 1 lµ H1 , cña tiÕt diÖn 2 lµ H2 vµ H2 > H1 ta sÏ cã ph−¬ng tr×nh:

P1 - P2 = 2 ( 1

21

2

22

2

W

2

Wρ−ρ ) + ρo

12 TT

273

−g (H2- H1)1n

1

2

T

T

NÕu tõ tiÕt diÖn 1 ®Õn tiÕt diÖn 2 cã tæn thÊt th× ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña khÝ cã d¹ng:

P1 - P2 = 2 ( 1

21

2

22

2

W

2

Wρ−ρ ) + ρo

12 TT

273

−g (H2- H1)1n

1

2

T

T+htt (1-29)

Nh÷ng ph−¬ng tr×nh trªn sö dông khi nhiÖt ®é thay ®æi nhiÒu nh− trong buång thu håi nhiÖt ch¼ng h¹n.

1.4.Sù chuyÓn hãa gi÷a çc d¹ng ¸p suÊt.

H·y kh¶o s¸t sù chuyÓn ®éng khÝ theo ®−êng èng ë h×nh 1- 4, ¸p suÊt h×nh häc hhh

= O vµ gi¶ sö ¸p suÊt tæn thÊt htt = O. ë ®o¹n tiÕt diÖn hÑp, ¸p suÊt tèc ®é t¨ng lªn dÉn tíi gi¶m ¸p suÊt tÜnh häc mét ®¹i l−îng chÝnh b»ng ®¹i l−îng t¨ng cña ¸p suÊt tèc ®é. Nh− vËy cã nghÜa lµ ¸p suÊt tÜnh häc ®· chuyÓn thµnh ¸p suÊt tèc ®é hay nãi kh¸c ®i ¸p suÊt tèc ®é ®−îc t¹o ra bëi ¸p suÊt tÜnh häc.

H×nh 1-4 - Sù chuyÓn ¸p suÊt tÜnh häc thµnh ¸p suÊt tèc ®é.

(Xem trang sau)

Dù tr÷ n¨ng l−îng cña khÝ lµ ¸p suÊt tÜnh häc nhê ®ã mµ khÝ chuyÓn ®éng. Trong dßng khÝ chuyÓn ®éng l¹i xuÊt hiÖn ¸p suÊt tæn thÊt. Nh− vËy ngay c¶ khÝ chuyÓn ®éng khÝ theo ®−êng èng cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi ¸p suÊt tÜnh häc dÇn dÇn chuyÓn thµnh ¸p suÊt tèc ®é vµ ¸p suÊt tèc ®é l¹i liªn tôc chuyÓn thµnh ¸p suÊt tæn thÊt.

hth → ht® → htt

Khi ®ã, trong kªnh tØÕt diÖn kh«ng ®æi, ¸p suÊt tèc ®é lu«n lu«n kh«ng ®æi do sù chuyÓn hãa cña ¸p suÊt tÜnh häc. ¸p suÊt tæn thÊt th× ng−îc l¹i, nã kh«ng thÓ biÕn thµnh d¹ng ¸p suÊt nµo kh¸c, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ ¸p suÊt tæn thÊt lµ d¹ng kh«ng thuËn nghÞch. §éng n¨ng cña khÝ khi ®ã chuyÓn thµnh nhiÖt n¨ng øng víi ®¹i l−îng ¸p suÊt tæn thÊt. Thùc tÕ, nhiÖt ®é khÝ khi ®ã t¨ng lªn rÊt Ýt (chØ vµi phÇn cña ®é) vµ coi nh− kh«ng t¨ng. Do ®ã ¸p suÊt tæn thÊt lµm gi¶m dù tr÷ n¨ng l−îng cña ¸p suÊt tÜnh häc.

Tõ ph−¬ng tr×nh Bernulli ta thÊy r»ng, khi thay ®æi mét ¸p suÊt nµy th× ¸p suÊt kia còng thay ®æi theo. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ mét ¸p suÊt nµy cã thÓ chuyÓn thµnh ¸p suÊt kh¸c khi tæng ¸p suÊt cña dßng khÝ chuyÓn ®éng duy tr× kh«ng ®æi.

Th«ng th−êng sù chuyÓn hãa ¸p suÊt x·y ra khi cã sù thay ®æi tiÕt diÖn kªnh dÉn.

1.5 Søc c¶n (trë lùc) cña dßng khÝ.

Khi dßng khÝ chuyÓn ®éng th¼ng trong kªnh th¼ng cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi th× n¨ng l−îng cña dßng khÝ ph¶i tiªu tèn mét Ýt do khÝ ma s¸t vµo t−êng, vµo kªnh…

Khi tiÕt diÖn kªnh thay ®æi nh− co hÑp hay ë réng, hoÆc thay ®æi chiÒu h−íng chuyÓn ®éng (quay vßng) hay cã mét c¶n trë nµo ®ã trªn ®−êng ®i cña dßng khÝ, ®Òu xuÊt hiÖn tråí lùc phô vµ dßng khÝ ph¶i tiªu tèn n¨ng l−îng ®Ó kh¾c phôc trë lùc ®ã. Trë lùc nµy xuÊt hiÖn lµm cho tèc ®é dßng khÝ ph¶i ph©n bè l¹i theo tiÕt diÖn ngang, ®ång thêi t¹o ra çc dßng xo¸y phô dÉn ®Õn tiªu tèn n¨ng l−îng.

9

Nh− vËy trªn ®−êng ®i cña khÝ vµo kªnh ( èng hay t−êng) vµ cã.

- Søc c¶n do ma s¸t cña khÝ vµo kªnh (èng hay t−êng) vµ søc c¶n nµy xuÊt hiÖn trªn toµn bé ®−êng ®i cña khÝ trong kªnh dÉn ë mäi tiÕt diÖn vµ chiÒu h−íng kh¸c nhau.

- Søc c¶n ®Þa ph−¬ng xuÊt hiÖn chØ ë nh÷ng khu vùc hay ®o¹n nµo ®ã cña kªnh

dÉn, vÝ dô: ®o¹n kªnh ®oï thay ®æi tiÕt diÖn hoÆc thay ®æi h−íng ®i...

Tuy nhiªn bªn c¹nh hai d¹ng søc c¶n trªn cßn cã d¹ng søc c¶n kh¸c do ¸p suÊt h×nh häc t¹o nªn. Tr−êng hîp nµy chØ x¶y ra khi chuyÓn khÝ nãng theo ®−êng èng xuèng phÝa d−íi nghÜa lµ ng−îc víi chiÒu chuyÓn ®éng tù nhiªn cña khÝ nãng. Tr¸i l¹i, nÕu chuyÓn ®éng khÝ nãng lªn phÝa trªn th× ¸p suÊt h×nh häc l¹i lµ n¨ng l−îng chuyÓn vËn khÝ vµ nã ph¶i phô thªm vµo ¸p suÊt tÜnh häc vµ ¸p suÊt tÜnh häc lµ n¨ng l−îng cña dßng khÝ chuyÓn ®éng.

V× thÕ nÕu ¸p suÊt h×nh häc lµ søc c¶n th× ph¶i ®−a vµo tæng søc c¶n cña hÖ thèng, ng−îc l¹i nÕu ®ã lµ n¨ng l−îng chuyÓn ®éng th× nã sÏ gi¶m søc c¶n cña hÖ cho nªn tæng søc c¶n cña hÖ sÏ b»ng:

htt = ∑hms + ∑hdf ± ∑hhh (1-30)

hms - søc c¶n do ma s¸t

h®f - søc c¶n ®Þa ph−¬ng (côc bé).

hhh - ¸p suÊt h×nh häc

§¬n vÞ ®o b»ng N/m2 hoÆc mm H2O.

1.5.1. Søc c¶n do ma s¸t.

Søc c¶n do ma s¸t cã trªn suèt ®−êng ®i cña khÝ, nã phô thuéc vµo ®Æc tÝnh chuyÓn ®éng cña dßng khÝ tøc chuÈn sè Reynolds, tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña kªnh dÉn, chiÒu dµi vµ ®−êng kÝnh cña kªnh ®ã:

hms = β d

L.

2

W 2o .ρo

273

t273+ , [N/m2] (1-31)

Trong ®ã:

2

W 2o .ρo

273

t273+ = ht®

β- hÖ sè ma s¸t, nã phô thuéc vµo tr¹ng th¸i bÒ mÆt cña kªnh dÉn vµ chÕ ®é chuyÓn ®éng cña khÝ tøc lµ phô thuéc vµo chuÈn sè Re.

L - ChiÒu dµi kªnh dÉn khÝ, [m]

d - §−êng kÝnh kªnh dÉn khÝ, [m].

Khi chuyÓn ®éng dßng:

β = Re

64 ; Re =

ν

d.W (1-32)

W - tèc ®é dßng khÝ. [m/s]

ν - ®é nhít ®éng cña khÝ [m2/s]

d - ®−êng kÝnh qui ®æi (®−êng kÝnh thñy lùc) cña kªnh dÉn khÝ.

10

d = C

F4

F - tiÕt diÖn ngang cña kªnh dÉn, [m2]

C- chu vi cña tiÕt diÖn ®ã, [m]

Khi chuyÓn ®éng xo¸y, sù ph©n bè tèc ®é trë nªn kh«ng ®Òu ®Æn. Do cã dßng xo¸y mµ trë lùc t¨ng lªn. Ngoµi ra ë chç gå ghÒ cña mÆt kªnh cßn t¹o ra søc c¶n phô do çc dßng xo¸y riªng biÖt gÆp nhau.

NÕu tèc ®é chuyÓn ®éng cña khÝ cµng cao, ®é xo¸y cµng lín th× ®é gå ghÒ cña mÆt kªnh cµng cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn søc c¶n. Líp khÝ cø chuyÓn ®éng dßng ngay s¸t mÆt kªnh dÇn dÇn biÕn mÊt do ®é xo¸y t¨ng lªn vµ søc c¶n ®¹t tíi gi¸ trÞ cùc ®¹i.

Khi khÝ chuyÓn ®éng xo¸y trong èng kim lo¹i nhÉn, hÖ sè c¶n do ma s¸t kh«ng phô thuéc vµo lo¹i khÝ chuyÓn ®éng. NÕu Re ≤ 105 hÖ sè nµy x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Bzarius b»ng:

β = 25,0Re

3164,0 (1-33)

Trong ®ã kim lo¹i xï x×:

β = 12,0Re

129,0 (1-34)

Trong èng x©y b»ng g¹ch

β = 12,0Re

175,0 (1-35)

Khi ®é xo¸y cña dßng t¨ng cao, ®é gå ghÒ cña kªnh cã ¶nh h−ëng rÊt nhiÒu ®Õn hÖ sè c¶n. Khi ®ã hÖ sè c¶n kh«ng phô thuéc vµo chuÈn sè Re n÷a mµ chØ phô thuéc vµo ®é gå ghÒ cña mÆt kªnh.

β = 0,19 3 ε (1-36)

ε =d

K - §é gå ghÒ t−¬ng ®èi cña mÆt kªnh. K - ChiÒu cao trung b×nh cña líp gå

ghÒ cña mÆt kªnh dÉn, [mm]. d - §−êng kÝnh cña kªnh dÉn, [mm]

§èi víi çc èng, ta cã trÞ sè K sau:

èng kim lo¹i míi K= 0,04 - 0,17

èng gang míi K= 0,21 - 0,42

èng kim lo¹i bÈn K= 0,75- 0,90

Kªnh g¹ch K= 0,80 - 6,0

GÇn ®óng, trÞ sè ε cã thÓ lÊy gi¸ trÞ sau:

èng kim lo¹i míi ε = d

5,0

Kªnh g¹ch ε = d3

11

Khi tÝnh to¸n lß nung vµ lß sÊy, hÖ sè c¶n do ma s¸t cña kh«ng khÝ hay khãi lß cã thÓ

dïng c«ng thøc gÇn ®óng β = md

L vµ m ®èi víi:

Kªnh g¹ch m = 0,05

èng kim lo¹i kh«ng bÞ oxy hãa m = 0,025

èng kim lo¹i bÞ oxy hãa Ýt m = 0,035

èng kim lo¹i bÞ oxy hãa nhiÒu m = 0,045

Trong c«ng nghiÖp lß, do qu¸ tr×nh khÝ chuyÓn ®éng g¾n liÒn víi sù trao ®æi nhiÖt nªn hµm l−îng bôi trong khÝ còng cã ¶nh h−ëng. HÖ sè ma s¸t kÓ ®Õn ¶nh h−ëng nµy cã d¹ng:

)1(, µββ += vµ µ hµm l−îng bôi trong khÝ, [kg/ kg]

Lóc nµy ph¶i chó ý ®Õn sù thay ®æi khèi l−îng riªng cña khÝ khi chuyÓn ®éng.

ρok khèi l−îng thÓ tÝch cña khÝ ë ®iÒu kiÖn chuÈn

C nång ®é bôi trong khÝ [ kg/m3]

1.5.2. Søc c¶n ®Þa ph−¬ng (côc bé).

Khi thay ®æi h×nh d¹ng h×nh häc cña èng dÉn (më réng, thu hÑp, chç uèn, gÊp khóc . . .) th× tèc ®é, chiÒu h−íng chuyÓn ®éng, h×nh d¹ng cña dßng khÝ còng thay ®æi theo. §iÒu ®ã lµm t¨ng ®é xo¸y cña dßng, lµm tèc ®é cña dßng theo tiÕt diÖn cña kªnh dÉn bÞ ph©n bè l¹i. KÕt qu¶ ph¶i tiªu tèn mét phÇn n¨ng l−îng cña khÝ chuyÓn ®éng vµ ®Ó tiÖn tÝnh to¸n ng−êi ta th−êng biÓu diÔn phÇn tæn thÊt n¨ng l−îng nµy b»ng mét phÇn nµo ®ã cña ¸p suÊt tèc ®é x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh:

hdf = ξhtd

= ξ g

Wt

2

2

ρt = ξ 2

W 2o ρo ( 273

273 t+) , [ mm H2O] (1-37)

t - NhiÖt ®é cña khÝ [oC]

ξ - HÖ sè c¶n ®Þa ph−¬ng

Tr−êng hîp ®ét më cã thÓ sö dông c«ng thøc gÇn ®óng tÝnh hÖ sè c¶n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña Borde - Karno:

ξ = (1 - 2

1

F

F)2 (1- 38)

NÕu khÝ chuyÓn ®éng dßng th× tû lÖ max

tb

W

W = 0,5. Trong tr−êng F2 >>F1 hay (

2

1

F

F 0) hÖ

sè c¶n ®èi víi èng trßn ξ =2 , ®èi èng cã tiÕt diÖn bÊt kú ξ = 1,55.

Khi chuyÓn ®éng xo¸y tû lÖ tèc ®é max

tb

W

W= 0,84, vµ dßng chuyÓn ®éng trong èng

ph¼ng ξ = 1,15, nÕu max

tb

W

W= 0,9 vµ (

2

1

F

F = 0) th× ξ = 1,06.

NÕu ph©n bè tèc ®é kh«ng ®èi xøng, nh− khi ngoÆt ®−êng èng hay gèc më cña èng loa qu¸ lín ξ = 3,7.

12

Tr−êng hîp ®ét thu, hÖ sè c¶n phô thuéc vµo tû lÖ F2/F1 vµ h×nh d¸ng cña khu vùc tho¸t khÝ nh− trong tr−êng hîp h×nh vÏ trªn, hÖ sè c¶n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

ξ = 0,5 (1 - 1

2

FF

) (1-39)

NÕu c¹nh mÐp cña lç èng thu hÑp ®−îc gia c«ng trßn ®i, kh«ng s¾c nh− h×nh trªn, th× dßng khÝ sÏ ®Òu ®Æn h¬n, gi¶m ®−îc khu vùc c¾t dßng, xo¸y dßng vµ hÖ sè c¶n gi¶m

xuèng cßn ξ = 0,1 (1-1

2

F

F).

Tr−êng hîp thay ®æi chiÒu cña dßng tæn thÊt ¸p suÊt còng tÝnh theo c«ng thøc:

hdf = ξ g2

W 201 ρo (1 +

273

1 t ) , [mm H2O]

HÖ sè ξ phô thuéc vµo gãc quay αo , b¸n kÝnh trong cña mÐp R, tû lÖ tiÕt diÖn èng dÉn F2/F1, h×nh d¹ng tiÕt diÖn èng dÉn ch÷ nhËt (h/b), vÞ trÝ quay, møc ®é gå ghÒ cña kªnh khÝ vµ chuÈn sè Re.

VÝ dô gãc quay α = 90o, mÐp s¾c ®èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt nh−ng tû lÖ chiÒu cao víi

chiÒu réng b

h= 0,25, t−êng gå ghÒ th× ξ = 1,86, khi

b

h = 4 th× ξ = 1,35.

Tr−êng hîp dßng khÝ cã h×nh ch÷ Z , t−êng nhÉn th× ξ cã gi¸ trÞ kh¸c nhau khi

kho¶ng çch ngoÆt kh¸c nhau. NÕu b

1nhá th× ξ cã gi¸ trÞ nhá vµ t¨ng ®Õn ξ =4,22 khi

b

1

= 1,8. Sau ®ã ξ gi¶m vµ khi b

1 > 10 c¶ hai ®o¹n quay 90o nµy cã ξ =2,3.

NÕu quay theo h×nh ch÷ U víi tiÕt diÖn nh− nhau, gi¸ trÞ ξ phô thuéc vµo tû lÖ b

1 .

Khi b

1 = 0 th× ξ = 3,6. T¨ng tû lÖ

b

1 ®Õn (1 - 1,2) th× ξ = 1,2. NÕu t¨ng tiÕp

b

1 trÞ sè

ξ t¨ng m¹nh vµ khi b

1 = 2,4, ξ = 2,3.

1.5.3. Mét sè phÐp tÝnh ®Æc biÖt.

Trong c«ng nghiÖp lß nung vµ lß sÊy, khÝ chuyÔn ®éng th−êng cã trao ®æi nhiÖt. Cho nªn khi tÝnh to¸n søc c¶n do ma s¸t ë khu vùc ®ã ta dïng c«ng thøc sau:

hms = β 2

W

d

L 20 ρo

273

t273 + (

1.

2

+k

t

TT

) , [N/m2 ] (1-40)

L,d : chiÒu dµi vµ ®−êng kÝnh thñy lùc ®o¹n kªnh tÝnh, [m].

t: nhiÖt ®é cña khÝ, [oC].

Tt , Tk : nhiÖt ®é t−êng kªnh (èng dÉn) vµ cña khÝ [oK].

NÕu khÝ cã nhiÒu bôi, th× khi tÝnh to¸n søc c¶n ta dïng hÖ sè c¶n nh− sau:

βms = β (1 + µ) (1-41)

13

βdf = ξ (1 + 0,8µ) (1-42)

µ hµm l−îng bôi trong khÝ , [kg/Kg].

Do l¾ng bôi ë nh÷ng phÇn ®Æc biÖt cña ®−êng èng, cho nªn khi tÝnh to¸n søc c¶n thñy lùc ®Ó lùa chän qu¹t cÇn ph¶i lÊy dù tr÷ ¸p suÊt 20%.

Trë lùc cña líp vËt liÖu xÕp trªn xe goßng lß nung tuynnen ®−îc x¸c ®Þnh

hx = ξ 273

2732 0

20 tbtg

W +ρ [mH2O] (1-43)

ξ HÖ sè c¶n cña líp xÕp (0,4 – 0,5)l

víi l lµ chiÒu dµi cña phÇn lß cã vËt liÖu xÕp, [m].

W0 Tèc ®é trung b×nh cña dßng khÝ ë tiÕt diÖn tho¸ng, [m/s]

ttb nhiÖt ®é trung b×nh cña phÇn lß tÝnh trë lùc, [0C]

Víi vËt liÖu xÕp trong lß vßng, lß n»m . . . vËt liÖu ®−îc xÕp thµnh çc r·nh dÉn khÝ song song víi trôc lß:

hx = ξ 273

2732 0

20 tbt

lg

W +ρ , [mH2O]

Trong ®ã l lµ chiÒu dµi líp vËt liÖu , [m]

ξ - HÖ sè c¶n, ®èi víi kªnh th¼ng

ξ = 5,1

00127,0d

(1-44)

d - §−êng kÝnh thñy lùc cña çc kªnh líp xÕp, m

Khi x¸c ®Þnh søc c¶n cña líp vËt liÖu d¹ng h¹t nh− líp than trong lß khÝ hãa, líp clinker, dolomit hay v«i trong lß chóng ta dïng c«ng thøc sau:

hlíp = ξl 2

W

d

H 20

1d

ρo ( 273273 tbt+

) , [N/m2 ] (1-45)

ξ 1 - HÖ sè c¶n cña líp vËt liÖu, nã phô thuéc vµo d¹ng vËt liÖu vµ chuÈn sè Re xem h×nh (1-9).

nh 1-9 : HÖ sè c¶n cña líp vËt liÖu theo Re.

1- Aglop«rÝt (®−êng kÝnh h¹t 12 - 82mm)

2- V«i ( 14 ÷100mm)

3- Than Kok ( 14 ÷ 100mm)

4- Agl«p«rÝt tõ lß quay 14 ÷ 52mm ) §ÕN §¢Y

H- ChiÒu cao líp vËt liÖu, [m]

HÖ

sè

c¶n

14

d- §−êng kÝnh trung b×nh cña h¹t, [m]

ρo - Khèi l−îng thÓ tÝch cña khÝ [Kg/m3]

Wo - Tèc ®é khÝ ë Oo C øng víi toµn tiÕt diÖn cña vá lß [m/s.]

ttb - NhiÖt ®é trung b×nh cña khÝ ®i qua líp [oC]

HÖ sè c¶n cña líp h¹t cã kÝch th−íc vµ h×nh d¸ng kh«ng gièng nhau cã thÓ x¸c ®Þnh:

ξl = l)1Re

15

Re

75(

2,4

53,1ξ∆+++ (1- 46)

f- HÖ sè rçng cña líp (xem b¶ng 1-1)

f = vl

o1v

ρρ−ρ

ρv1- Khèi l−îng riªng cña vËt liÖu. [Kg/m3]

ρo - Khèi l−îng thÓ tÝch vËt liÖu , [Kg/ m3]

ChuÈn sè Re x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

t

1dt1

dW.

f)f1(

45,0Re

ν−= (1-47)

Wt = )273

t273(Wc

+ [m/s]

d®1 =

n

n

2

2

1

1

n21

d

G...

d

G

d

GG...GG

++

+++ [m] (1-48)

G1,G2 ,... ,Gn- Khèi l−îng çc phÇn h¹t (Kg) øng víi ®−êng kÝnh cña çc h¹t d1, d2 , ... , dn

νt- §é nhít ®éng häc [m2/s ], vµ ∆ξ 1- Gia sè

∆ξ 1 = tb

vr

t273

tt2

+−

(1-49)

tr- tv - HiÖu sè nhiÖt ®é cña khÝ lóc ra vµ vµo [ oC].

ttb- NhiÖt ®é trung b×nh cña khÝ [oC]. B¶ng 1-1

VËt liÖu §−êng kÝnh h¹t mm

HÖ sè rçng f

Phèi liÖu xim¨ng d¹ng h¹t 3 - 10 0,42 - 0,48 Clinker cement 3 - 50 0,46 - 0,51 Sái 40 - 45 0,38 - 0,39 Agloporit 10 - 30 0,46 - 0,49 QuÆng 0,8 - 1,1 0,58 - 0,59 V«i, th¹ch cao 1,2 + 3,1 0,34 - 0,39 Bi kim lo¹i 1,8 - 4,9 0,38 - 0,50

Søc c¶n thñy lùc cña líp vËt liÖu cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

15

h1 = ξl 2

W0 ρo (273

t273 +) , [N/m2] (1-50)

Wo- Tèc ®é khÝ ë OoC øng víi toµn tiÕt diÖn cña lß ®øng m/s

ξ l- HÖ sè c¶n cña líp.

§èi víi h¹t trßn vµ chuyÓn ®éng dßng Re < 7

ξl = cd

H.Re

2056 (1-51)

H: ChiÒu cao líp liÖu, [m]

dc: §−êng kÝnh trung b×nh ph©n lo¹i côc, [m] vµ

dc =

∑ dG

1, [m] trong ®ã: G phÇn träng l−îng theo cë h¹t, d: ®−êng kÝnh côc theo

çc cë h¹t, tÝnh theo ®−êng kÝnh trung b×nh cña m¾t sµng ®Ó côc lät qua, [m]

Khi chuyÓn ®éng xo¸y Re > 7

ξl = 08.0Re46

Re1800

+ (1-52)

C«ng thøc trªn øng víi f = 0,4 (th«ng th−êng f = 0,4 - 0,6).

§Ó x¸c ®Þnh hÖ sè c¶n cña líp vËt liÖu d¹ng h¹t còng cã thÓ dïng c«ng thøc kh¸c, vÝ dô:

ξl = 15,2 2.02,18,0 )(

tWdfH ν

(1-53)

H – ChiÒu cao líp vËt liÖu h¹t cÇn tÝnh trë lùc, [m]

.f – hÖ sè rçng.

νt- §é nhít ®éng cña khÝ, [ m2/s]

d- §−êng kÝnh quy ®æi cña h¹t.

d = f1

fd

3

2k −

[m] (1-54)

dk- §−êng kÝnh h¹t vËt liÖu.

ξl = a ntW

H (1-55)

a, n - HÖ sè phô thuéc vµo kÝch th−íc trung b×nh cña h¹t (b¶ng 1-2).

Gi¸ trÞ a vµ n ®èi víi vËt liÖu cã h×nh d¹ng kh«ng ®Òu.

B¶ng 1-2 HÖ §−êng kÝnh trung b×nh cña h¹t,

Sè 1 2 4 6 10 15 20

.a 70.5 40.2 22.2 13.7 5.5 2.5 1.7

.n 0.65 0.63 0.56 0.49 0.36 0.24 0.15

16

Søc c¶n cña líp than trong lß khÝ hãa ®−îc x¸c ®Þnh tïy theo kiÓu ghi lß, c−êng ®é khÝ hãa vµ th−êng cã gi¸ trÞ nh− sau: Than ®¸, antracit, kok, khi c−êng ®é khÝ hãa.

150Kg/m2.h 800 - 1500N/m2.

250Kg/m2.h 300N/m2.

Søc c¶n cña líp than trªn ghi ®èt ph¼ng khi ®èt antracit kh«ng ph©n lo¹i 1000N/m2, cã ph©n lo¹i 800N/m2, than ®¸ vµ n©u 500N/m2. Cã thÓ dïng c«ng thøc sau:

h = m (F

B)2 , [mH2O] (1-56)

B- L−îng than trung b×nh ®Ó ®èt [kg/h].

F- BÒ mÆt cña ghi ®èt, [m2]

m- HÖ sè víi Than n©u: 0,001 - 0,0015.

Than ®¸ kh«ng kÕt khèi: 0,0003 ®Õn 0,0005.

Antracit : 0,001 ÷ 0,002

Çm antracit: 0,01 - 0,015

Khi thay ®æi nhiÖt ®é ë líp vËt liÖu d¹ng h¹t trong tr−êng hîp ®èt nãng vµ lµm nguéi chóng, hÖ sè c¶n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

ξt = ξ + 2

2

tt273

tt

dc

dc

−+

− (1-57)

t®, tc- NhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi cña khÝ oC.

Søc c¶n cña xyclon cã thÓ tÝnh theo tèc ®é cña èng vµo hoÆc tèc ®é øng víi toµn tiÕt diÖn cña xyclon:

Wo = 2s

0

D

4.V

π

Vo- Lùc l−îng khÝ, [m3/s]

Ds- §−êng kÝnh cña xyclon .

DS = nW222

V

t

t

Vt- L−u l−îng khÝ ë nhiÖt ®é t, [m3/h]

Wt- Tèc ®é khÝ ë èng tho¸t 18 ÷ 22m/s

Søc c¶n cña xyclon tÝnh theo c«ng thøc:

hs = 2

W 20'

sξ ρ0 (1+µ) , [N/m2] (1-58)

Søc c¶n cña mét nhãm xycl«n lín h¬n mét xyclon 10%.

TÝnh søc c¶n cña xycl«n dïng c«ng thøc:

hs = 2

W 2's

νξ ρt (273

t273 +) , [N/m2 ] (1-59)

17

µ- Hµm l−îng bôi trong dßng khÝ lóc vµo Siklon Kg/Kg .

ξ s - HÖ sè c¶n cña Siklon.

Søc c¶n thñy lùc cña tÇng s«i x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

hts=9,81Cρbk H1 (1- f), [N/m2] (1-60)

C- HÖ sè kÓ ®Õn çc líp tuÇn hoµn, víi chÕ ®é dßng.C= 1,0 vµ xo¸y C = 0,95

ρbk - MËt ®é biÓu kiÕn cña vËt liÖu, [Kg/m3]

H1- ChiÒu cao cña líp, [m]

f- HÖ sè rçng ë tr¹ng th¸i tØnh.

Tæn thÊt ¸p suÊt trong lß sÊy èng khÝ n©ng vËt liÖu lªn mét ®o¹n H (chiÒu cao cña èng) cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

htt = 9,81 H µtb ρtb , [N/m2] (1-61)

Tæn thÊt ¸p suÊt khi ph©n ly h¹t trong lß sÊy èng

hp = µtb ρtb 2

W 2tb [N/m2] (1-62)

Nång ®é trung b×nh µtb cña vËt liÖu trong lß sÊy èng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

µtb = )nL(5,0G

m5,01G

kkK ++−

[Kg/Kg] (1-63)

G1- Khèi l−îng vËt liÖu kh« ®i vµo lß sÊy Kg/h

Gk- khèi l−îng ®éng lùc sÊy khi vµo lß sÊy èng, Kg/h

Lkk- L−îng kh«ng khÝ hót theo vµo lß sÊy èng, Kg/h

n- L−îng h¬i Èm bèc h¬i trong lß sÊy, Kg/h.

Søc c¶n cña ®Öm buång håi nhiÖt x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

hhn = ξhn l2

W 20 ρ0 (

273

t273 +) , [N/m2] (1-64)

l- ChiÒu dµi ®−êng ®i cña khÝ, [m]

ξ hn- HÖ sè c¶n khi xÕp thµnh kªnh th¼ng (kiÓu ximen ®¬n gi¶n).

ξhn = 4 d

14,1 (1-65)

Khi xÕp theo kiÓu chång chÐo (kiÓu ximen qu©n cê):

ξhn = 4 d

57,1 (1-66)

d- §−êng kÝnh thñy lùc cña kªnh trong ®Öm, m

Wo- X¸c ®Þnh øng víi tiÕt diÖn sèng cña ®Öm khi khèi l−îng thÓ tÝch cña nã lµ ρo.

Søc c¶n cña ®Öm cã thÓ dïng c«ng thøc:

18

hhn = n2

W

d

171,0 20

25,0 ρo (

273

t273 +) , [N/m2] (1-67)

n- Sè d·y g¹ch ®Öm n = b

H

b- ChiÒu cao cña g¹ch ®Öm, m

H- ChiÒu cao cña líp ®Öm, m

Trong lß nung ®å gèm, søc c¶n thñy lùc cña chóng cã thÓ x¸c ®Þnh:

hg = ξg L W2tb g N/m2 (1-68)

L- ChiÒu dµi líp xÕp vËt liÖu nung, m

Wtb- Tèc ®é trung b×nh cña khÝ qua tiÕt diÖn sèng cña lß, m/s

g- Gia tèc träng tr−êng.

ξ g- HÖ sè c¶n cña lß gèm.

ξg = 2n

1

S )

a

nF

F1,1(

∑ (1-69)

Ff- TiÕt diÖn sèng cña toµn líp vËt liÖu xÕp trong lß, m2.

n, S Sè kªnh vµ tiÕt diÖn ngang cña mçi kªnh, m2.

a- HÖ sè c¶n cña kªnh 0,012 ÷ 0,015

K- HÖ sè kinh nghiÖm K = 0,075 ÷ 2,4.

1.6 Th«ng giã trong lß.

ChuyÓn ®éng khÝ trong lß cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn ®iÒu kiÖn trao ®æi nhiÖt, sù ph©n bè nhiÖt ®é, ¸p suÊt còng nh− ®Õn søc c¶n cña dßng khÝ chuyÓn ®éng vµ nh÷ng ®Æc tÝnh kh¸c. ë lß phßng nung gèm hay lß nÊu thñy tinh, khÝ chuyÓn ®éng chËm h¬n so víi lß quay. ë lß phßng chªnh lÖch nhiÖt theo tiÕt diÖn ngang lín h¬n so víi lß quay. ViÖc lµm ®ång ®Òu nhiÖt ®é ë lß phßng lµ nhê dßng khÝ tuÇn hoµn tù nhiªn. Cßn ë lß quay do tèc ®é dßng khÝ qu¸ lín, cho nªn viÖc lµm ®ång ®Òu nhiÖt ®é lµ nhê dßng c−ìng bøc.

§−a khÝ vµo hay th¶i khÝ ra khái lß nung, lß sÊy hoÆc çc thiÕt bÞ nhiÖt kh¸c ®−îc tiÕn hµnh bëi thiÕt bÞ th«ng giã.

Cã hai ph−¬ng ph¸p th«ng giã: nh©n t¹o vµ tù nhiªn. ë ph−¬ng ph¸p nh©n t¹o sö dông qu¹t hót hay qu¹t ®Èy hay kÕt hîp c¶ hai. Th«ng giã tù nhiªn dïng èng khãi ®Ó hót khÝ trong lß vµ ®−a ra ngoµi trêi.

1.6.1 Th«ng giã tù nhiªn: èng khãi

èng khãi lµ thiÕt bÞ th«ng giã tù nhiªn, søc hót cña nã ®−îc thµnh lËp do ¸p suÊt h×nh häc t¹o ra. ¸p suÊt nµy ph¶i th¾ng ®−îc hay b»ng søc c¶n thñy lùc tõ ®iÓm ± 0 ®Õn ch©n èng khãi, ®ång thêi ph¶i tÝnh ®Õn søc c¶n do b¶n th©n èng khãi g©y nªn. Nh− vËy khi tÝnh to¸n èng khãi, ®Çu tiªn ta ph¶i tÝnh tæng trë lùc cña hÖ thèng lß:

htt = ∑hms + ∑h®f + ∑hhh [N/m2] (1-70)

§ång thêi ph¶i dù tr÷ (20 ± 40)% ¸p suÊt, cho nªn ¸p suÊt tÝnh to¸n sÏ b»ng:

19

ht = (1,2 + 1,4) htt [N/m2] (1-71)

ChiÒu cao cña èng khãi x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh:

ht = Hg (kt

kkt ρ−ρ ) - β )

273

t273(

2

tbW

D

H tb0

20

tb

+ρ -

- ξ 2

W 2om ρo (

273

t273 m+) [N/m2] (1-72)

H- chiÒu cao èng khãi , m kt

kkt ,ρρ - khèi l−îng riªng cña kh«ng khÝ vµ khãi lß ë nhiÖt ®é t, Kg/ m3 .

β - HÖ sè ma s¸t cña khÝ vµo thµnh èng khãi.

èng g¹ch β =0,035÷0,05. èng kim lo¹i β =0,025÷ 0,03.

ξ = (1,06- 1,15)

Dtb -§−êng kÝnh trung b×nh cña èng khãi.

Dtb = 2

DD nn + m (1-73)

Dn - §−êng kÝnh nÒn èng khãi, m

Dm §−êng kÝnh miÖng èng khãi, m

Dn = 1,5Dm (1-74)

W0tb – VËn tèc trung b×nh cña khãi trong èng khãi , [m/s]

Wom – VËn tèc khãi ë miÖng èng khãi, [m/s]

§Ó x¸c ®Þnh ®−êng kÝnh miÖng èng khãi Dm, ta chän Wom trong kho¶ng (4÷5 )m/s. Tèc ®é kh«ng ®−îc nhá h¬n 2m/s, v× nÕu nhá h¬n th× kh«ng khÝ dÔ lät qua miÖng èng khãi vµo lß. Còng kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 6m/s v× khi ®ã søc c¶n cña b¶n th©n èng khãi t¨ng lªn.

ë c«ng thøc trªn chóng ta thÊy, sè h¹ng thø nhÊt lµ ¸p suÊt h×nh häc do èng khãi t¹o nªn, sè h¹ng thø hµi lµ ¸p suÊt tæn thÊt do ma s¸t, sè h¹ng thø ba lµ søc c¶n ®Þa ph−¬ng do khÝ qua miÖng èng khãi ra ngoµi trêi.

NÕu biÕt l−u l−îng khÝ Vok ë ®iÒu kiÖn chuÈn m3/s th× ta dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−êng kÝnh miÖng èng khãi theo c«ng thøc sau:

4

D2mπ

= ok

ok

W

V (1-75)

NhiÖt ®é khÝ ë nÒn èng khãi tÝnh theo ®é h¹ nhiÖt ®é trong kªnh lß. NhiÖt ®é khÝ ë miÖng èng khãi tm x¸c ®Þnh trªn c¬ së nhiÖt ®é khÝ ë nÒn èng khãi, cø 1m chiÒu cao cña èng khãi b»ng g¹ch h¹ ®i 1÷1,5oC/m vµ èng khãi kim lo¹i h¹ ®i 2÷3 oC/m.

èng khãi b»ng thÐp kh«ng lãt g¹ch chÞu löa bªn trong

∆t = M2

, [oC]

èng khãi b»ng thÐp lãt g¹ch chÞu löa bªn trong

20

∆t = M8.0

, [oC]

èng khãi x©y b»ng g¹ch cã chiÒu dµy >0.5m

∆t = D2.0

, [oC]

NhiÖt ®é trung b×nh cña khãi trong èng khãi:

.ttb = 2

mn tt −

V× ch−a biÕt chiÒu cao H cña èng khãi nªn ta ph¶i gi¶ thiÕt, råi sau ®ã ta kiÓm tra l¹i. Cã thÓ lÊy gÇn ®óng chiÒu cao H b»ng biÓu ®å h×nh 1-1.

H×nh 1-11 : Ch©n kh«ng thµnh lËp bëi èng khãi khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ oC

Vµi ®iÒu cÇn l−u ý:

-

Theo yªu cÇu vÖ sinh vµ phßng háa chiÒu cao èng èng khãi kh«ng ®−îc nhá h¬n 16m vµ ph¶i cao h¬n m¸i nhµ cao nhÊt ë ph¹m vi b¸n kÝnh ®éc h¹i nh− NxOy, SO2... th× chiÒu cao cña èng khãi ph¶i cao h¬n 100m. ChiÒu cao lín nhÊt c¶ èng khãi cã thÓ ®¹t tíi 150m. NÕu nhiªn liÖu tiªu tèn kho¶ng 5T/h th× chiÒu cao èng khãi chõng 30m, nÕu t¨ng ®Õn 100 - 200T/h, chiÒu cao ph¶i lín h¬n 100m.

- NÕu èng khãi dïng chung cho 2 lß th× chiÒu cao èng khãi øng víi lß nµo cã søc c¶n lín nhÊt vµ l−u l−îng khÝ b»ng tæng l−u l−îng cña hai lß. D−íi ch©n èng khãi ph¶i cã t−êng ng¨n cao Ýt nhÊt (2 – 4)m ®Ó khãi lß nä kh«ng ch¹y sang lß kia.

- NÕu nhiÖt ®é khÝ th¶i > 700oC ph¶i dïng g¹ch chÞu löa ®Ó x©y.

1.6.2 Qu¹t giã.

Trong lß sÊy, lß nung th−êng sö dông qu¹t t−¬ng ®èi réng r·i. Qu¹t giã dïng ®Ó thæi kh«ng khÝ vµo lß nh»m lµm nguéi s¶n phÈm nung, cung cÊp kh«ng khÝ cho qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu hoÆc t¹o ra dßng ®èi l−u trong lß. Ngoµi ra qu¹t giã còng dïng ®Ó hót vµ th¶i khÝ ra ngoµi trêi. Tuy môc ®Ých sö dông qu¹t kh¸c nhau, song t¸c dông th«ng giã trong lß vµ nguyªn t¾c häat ®Òu nh− nhau.

Nhi

Öt ®

é k

hãi

lß C

ChiÒu cao èng khãi , m

21

Qu¹t giã chia lµm 3 lo¹i: ThÊp ¸p - ¸p suÊt ®Õn 1000 N/m2 , trung ¸p: 2400 - 3000 N/m2 vµ cao çp: 8000 ÷ 15000N/m2. Tïy theo nhiÖt ®é cña khÝ ta ph¶i b¶o vÖ qu¹t cho phï hîp nh»m t¨ng tuæi thä cña qu¹t. Khi nhiÖt ®é khÝ v−ît qu¸ 150oC th× ph¶i lµm nguéi æ bi, khi trªn 300oC th× ph¶i lµm nguéi c¶ trôc b»ng n−íc. NÕu khÝ cã nhiÖt ®é cao, th× trªn ®−êng èng dÉn ®Õn qu¹t ta lµm mét van ®Æc biÖt ®Ó kh«ng khÝ vµo lµm nguéi bít khÝ ®Õn nhiÖt ®é kho¶ng 250oC. NÕu nhiÖt ®é khÝ ®Õn 600oC th× tèt nhÊt lµ dïng qu¹t chÕ t¹o tõ hîp kim Cr«m - Niken.

16.1 Ph©n lo¹i.

Cã hai lo¹i qu¹t: Qu¹t ly t©m vµ qu¹t h−íng trôc. §a sè tr−êng hîp ta dïng qu¹t ly t©m. Qu¹t h−íng trôc chØ t¹o ra ¸p suÊt thÊp (340 ÷ 400)N/m2 vµ dïng ®Ó chuyÓn mét l−u l−îng khÝ lín lµm m¸t.

Çc chØ tiªu cña qu¹t lµ n¨ng suÊt V - tøc thÓ tÝch kh«ng khÝ vËn chuyÓn ë 20oC, htæng - toµn bé ¸p suÊt ®éng häc vµ tÜnh häc khi ρ = 1,2 kg/m3, c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn, hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cña qu¹t (tû lÖ gi÷a c«ng suÊt h÷u Ých vµ c«ng suÊt ®ßi hái).

Qu¹t giã s¶n xuÊt hµng lo¹t vµ ®· tiªu chuÈn hãa. V× vËy nhiÖm vô ë ®©y lµ lùa chän qu¹t sao cho phï hîp víi lß chø kh«ng ph¶i thiÕt kÕ kÕt cÊu cña qu¹t. §Ó lùa chän qu¹t ta sö dông nh÷ng gi¶n ®å ®Ó t×m qu¹t t−¬ng øng.

Gi¶n ®å nµy gåm 2 phÇn, phÇn d−íi cã n¨ng suÊt øng víi sè cu¶ qu¹t. PhÇn trªn cã ¸p suÊt, hÖ sè t¸c dông h÷u Ých ηq vµ chØ sè A dïng ®Ó x¸c ®Þnh sè vßng quay.

Çch chän qu¹t

Tõ n¨ng suÊt cÇn thiÕt ta kÎ ngang vµ c¾t nh÷ng ®−êng øng víi sè hiÖu cña qu¹t, tõ giao ®iÓm nµy giãng ng−îc lªn gÆp ®−êng kÐo ngang lµ ¸p suÊt cÇn thiÕt. T¹i giao ®iÓm cuèi cïng ®ã ta sÏ ®−îc ηq vµ chØ sè A. Nh− vËy cã thÓ sö dông qu¹t nµy hay qu¹t kh¸c, nh−ng c¬ b¶n lµ lùa chän qu¹t nµo cã hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cao vµ ph¶i ®¹t Ýt nhÊt trªn 90% hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cùc ®¹i. Th«ng th−êng hÖ sè t¸c dông h÷u Ých cña qu¹t n»m trong kho¶ng (50 -70)%.

Sè vßng quay cÇn thiÕt cña qu¹t:

n = oN

A , [vßng/phót] (1-85)

No sè cña qu¹t - phô thuéc vµo ®−êng kÝnh cña qu¹t.

C«ng suÊt ë trôc ®éng c¬ ®iÖn cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

N®c = KWhV

cq

tt

ηη ..1000.3600 (1-86)

Vt - L−u l−îng khÝ cÇn ph¶i thæi hay hót ë nhiÖt ®é cho, m3/h.

ht - ¸p suÊt toµn bé mµ qu¹t ph¶i thµnh lËp ë nhiÖt ®é lµm viÖc N/m2.

ηq - HÖ sè t¸c dông h÷u Ých cña qu¹t.

ηq - HÖ sè truyÒn trôc, tïy theo d¹ng truyÒn trôc vµ dao ®éng 0,90 ÷ 0,98.

Khi thiÕt lËp çc th«ng sè cña qu¹t, ¸p suÊt cña qu¹t ®−îc x¸c ®Þnh ®èi víi kh«ng khÝ ë 20oC (ρ = 1,2kg/m3). Khi sö dông qu¹t ®Ó hót khãi lß ch¼ng h¹n, khèi l−îng riªng cña khÝ ρk kh¸c nhiÒu víi khèi l−îng riªng cña kh«ng khÝ. Do ®ã ¸p suÊt ®Ó tÝnh to¸n vµ lùa chän qu¹t sÏ b»ng:

22

ht = k

tt 2,1.h

ρ N/m2 (1-87)

htt - Toµn bé søc c¶n thñy lùc ®· kÓ ®Õn dù tr÷ (20 ÷ 40)%.

NÕu sö dông qu¹t hót, giã ph¶i thæi ra èng khãi cã ®é cao kh«ng ®−îc nhá h¬n 16m víi tèc ®é (10 ÷ 20)m/s. NhiÖt ®é khÝ th¶i ph¶i trªn 100oC ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ng−ng tô h¬i n−íc cña khãi lß.

C«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn thùc tÕ:

N = K . N®c (1-88)

K - HÖ sè dù tr÷ kÓ ®Õn c«ng suÊt khëi ®éng. HÖ sè nµy phô thuéc vµo c«ng suÊt ë trôc ®éng c¬ N®c.

C«ng suÊt ë trôc ®éng c¬ ®Õn 0,5 K = 1,5

- - 0,5 ÷ 1 K = 1,3

- - 1 ÷ 2 K = 1,2

- - 2 ÷ 5 K = 1,15

- - > 5 K = 1,1

Khi thay ®æi sè vßng quay th× n¨ng suÊt, ¸p suÊt vµ c«ng suÊt sÏ thay ®æi theo ®Þnh luËt:

2

1

2

1

n

n

V

V= ,

22

21

2

1

n

n

h

h= ,

32

31

2

1

n

n

N

N= (1-89)

Chó ý trong cïng mét m¹ng th«ng giã cho tr−íc khi thay ®æi sè vßng quay cña qu¹t ta sÏ cã:

2

00⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

VV

hh

suy ra h = 22

0

0 VVh

= KV2,

.h vµ h0 : Tæn thÊt cña m¹ng ë ®iÒu kiÖn míi vµ ®iÒu kiÖn ban ®Çu.

1.6.2 Ph−¬ng ph¸p ®Æt qu¹t.

Trong c«ng nghiÖp lß ta th−êng gÆp mét qu¹t phôc vô cho hÖ hoÆc nhiÒu hÖ thèng lß. Trong tr−êng hîp ®ã qu¹t giã ph¶i cã th«ng sè nh− thÕ nµo cho thÝch hîp. Chóng ta h·y kh¶o s¸t s¬ ®å mét qu¹t dïng cho 4 lß nh− nhau (h×nh 1-12).

Søc c¶n thñy lùc ®o¹n AB lµ h1, BC1=BC2 víi søc c¶n h2.

C1D1= C1D2= C2D3= C2D4 søc c¶n h3.

¸p suÊt mµ qu¹t cÇn ph¶i cã: ht = h1 + h2 + h3

23

H×nh 1-12 : S¬ ®å qu¹t dïng cho 4 lß

Nh− vËy ¸p suÊt yªu cÇu cña qu¹t b»ng ¸p suÊt mét trong 4 m¹ch lß ®ã v× søc c¶n 4 m¹ch b»ng nhau. NÕu lß kh«ng gièng nhau, søc c¶n thñy lùc kh¸c nhau, th× ¸p suÊt yªu cÇu cña qu¹t ph¶i chän øng víi m¹ch cã søc c¶n lín nhÊt.

L−u l−îng khÝ cÇn thiÕt cña qu¹t sÏ b»ng tæng l−u l−îng cña çc m¹ch (tøc 4 lß ë s¬ ®å trªn)

Tr−êng hîp dïng qu¹t hót, trong lß t¹o nªn ch©n kh«ng lín. V× vËy kh«ng khÝ bªn ngoµi lät vµo lß kh¸ nhiÒu qua çc khe hë, lç quan s¸t, cöa lß lµm hÖ sè tiªu tèn kh«ng khÝ t¨ng lªn ®«i khi tíi α = 5 hoÆc h¬n.

Gäi l−îng khÝ vËn chuyÓn theo tÝnh to¸n Vt [m3/h], v× l−îng kh«ng khÝ lät vµo nªn

l−u l−îng khÝ thùc lµ Vthùc [m3/h]. Do ®ã tèc ®é khÝ t¨ng lªn η lÇn.

η = t

thùc

V

V (1-90)

vµ søc c¶n cña hÖ t¨ng lªn η2 lÇn:

hthùc = ht. η2 [N/m2] (1-91)

Khi thiÕt kÕ nªn chän tèc ®é khÝ W3 [m/s] nh− sau:

èng dÉn khÝ 8 - 12

Kªnh khãi lß næi (trªn mÆt ®Êt) 1,5 - 3,0

Kªnh khãi lß ngÇm (d−íi mÆt ®Êt) 1 - 2,5

èng dÉn khÝ nguéi 10 - 12

èng dÉn khÝ nãng 2 - 3

Tr−êng hîp cã 2 qu¹t cïng lµm mét nhØÖm vô th× cã thÓ cã nh÷ng s¬ ®å sau:

1-13a Mét qu¹t hót khÝ tõ lß nung, mét qu¹t hót khÝ buång ®èt cïng ®−a vµo lß sÊy

1-13b Hai qu¹t cïng hót khÝ tõ mét nguån vµ thåi vµo hai hÖ thèng lß kh¸c nhau.

1-13c Hai qu¹t cïng hót khÝ tõ mét nguån vµ cïng thæi vµo mét hÖ thèng lß.

1-13d Qu¹t thø nhÊt hót khÝ thæi vµo qu¹t thø hai, sau ®ã qu¹t thø hai thæi vµo hÖ thèng lß.

24

H×nh 1-13 : S¬ ®å m¾c qu¹t song song vµ nèi tiÕp.

Trong tr−êng hîp a, b, c ta cã kiÓu m¾c qu¹t song song, tr−¬ng hîp d gäi lµ m¾c qu¹t nèi tiÕp.

§Æc tÝnh cña m¹ng gåm 2 qu¹t nh− nhau m¾c song song ®−îc kh¶o s¸t trong h×nh 1-14. §−êng 1 ®Æc tr−ng cña mét qu¹t lµm viÖc, ®−êng 2 ®Æc tr−ng cña hai qu¹t ®ång thêi lµm viÖc ®−êng 3 lµ ®−êng ®Æc tr−ng cña m¹ng. Khi ¸p suÊt kh«ng ®æi h1 = const th× râ rµng n¨ng suÊt cña hai qu¹t ®ång thêi lµm viÖc sÏ t¨ng lªn gÊp hai lÇn n¨ng suÊt cña mét qu¹t (2 V1).

Tuy nhiªn nÕu t¨ng l−u l−îng cña m¹ng th× tæng thÊt ¸p suÊt cña m¹ng còng biÕn ®æi vµ biÕn ®æi theo ®−êng parabol (®−êng 3). V× vËy n¨ng suÊt cña m¹ng phô thuéc vµo ®iÓm c¾t a`2 cña ®−êng 2 vµ ®−êng 3. §iÓm a`2 chØ r»ng n¨ng suÊt cña m¹ng t¨ng lªn n =

1

21

V

VV + lÇn vµ ¸p suÊt cña m¹ng t¨ng tõ h1 ®Õn h2. Trong ®iÒu kiÖn cã mçi qu¹t sÏ cã

n¨ng suÊt 1

21

V

VV + vµ ¸p suÊt lµ h2. HÖ sè t¸c dông h÷u Ých cña mçi qu¹t sÏ nhá h¬n hÖ sè

t¸c dông h÷u Ých cùc ®¹i.

NÕu kh«ng thay ®æi søc c¶n cña m¹ng tøc h1 = const th× ®iÓm a2 sÏ chuyÓn ®Õn a2, n¨ng suÊt cña m¹ng sÏ t¨ng gÊp ®«i.

.Trong tr−êng hîp cÇn t¨ng ¸p suÊt cña m¹ng vµ duy tr× n¨ng suÊt kh«ng ®æi th× cã thÓ dïng çch m¾c nèi tiÕp hai hoÆc nhiÒu qu¹t. Khi lùa chän cÇn c¨n cø theo gi¶n ®å ë

h×nh 1-15. M¾c nèi tiÕp hai qu¹t th× mçi qu¹t sÏ lµm viÖc ë ¸p suÊt 2

hh 21 + vµ n¨ng suÊt

mçi qu¹t chÝnh lµ n¨ng suÊt cña c¶ m¹ng (®iÓm a2). Nh− vËy tøc lµ ë m¹ng nèi tiÕp mçi qu¹t sÏ lµm viÖc víi l−u l−îng cao h¬n vµ ¸p suÊt thÊp h¬n so víi tr−êng hîp nã lµm viÖc ®éc lËp. Cßn ë tr−êng hîp m¾c song song th× quan hÖ ®ã l¹i ng−îc l¹i.

H×nh 1-4 : §Æc tÝnh m¹ng H×nh 1-15 :§Æc tÝnh m¹ng

qu¹t song song qu¹t nèi tiÕp

(Xem trang sau)

NÕu hai qu¹t cã ®Æc tÝnh kh¸c nhau, cïng lµm viÖc trong mét m¹ng song song hoÆc nèi tiÕp cã thÓ dÉn tíi h¹ thÊp çc chØ tiªu cña qu¹t, l−u l−îng tæng vµ ¸p suÊt tæng cã thÓ nhá h¬n so víi mét qu¹t. Cho nªn cÇn kh¶o s¸t kü cµng nh÷ng ®Æc tÝnh cña chóng khi cho ch¹y trong cïng mét m¹ng.

1.6.3 Lùa chän ph−¬ng ¸n ®Æt qu¹t.

VÊn ®Ò quan träng cÇn duy tr× chÕ ®é ¸p suÊt trong lß nªn nh− thÕ nµo ®Ó ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña lß tèt nhÊt.

Lß cã thÓ lµm viÖc d−íi ¸p suÊt d−¬ng bëi qu¹t ®Èy vµ ®−êng biÓu diÔn ¸p suÊt sÏ lµ h×nh 10a. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ nhiÖt ®é ph©n bè t−¬ng ®èi ®ång ®Òu. Nh−îc ®iÓm c¬ b¶n cña s¬ ®å nµy lµ ngän löa sÏ phôt ra ngoµi qua çc khe hë, cöa lß. V× vËy ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña c«ng nh©n sÏ rÊt nÆng nhäc, s¾t thÐp ë cöa lß dÓ bÞ ch¸y háng, tiªu tèn nhiÒu nhiªn liÖu do tæn thÊt nhiÖt theo khÝ lß ra ngoµi.

25

Lß cã thÓ lµm viÖc d−íi ¸p suÊt ©m bëi thiÕt bÞ hót giã (qu¹t hót hay èng khãi) vèi ®−êng ph©n bè ¸p suÊt ë h×nh10b. Lµm viÖc d−íi ¸p suÊt ©m, ®Æc biÖt lß dµi nh− lß tuyn-nen ch¼ng h¹n, trÞ sè ¸p suÊt ©m cµng ph¶i cao ë z«n ®èt nãng. KÕt qu¶ kh«ng khÝ l¹nh sÏ lät vµo lß qua c ¸c khe hë, læ quan s¸t, cöa ®èt. §Æc biÖt ë lß tuyn-nen, ®é kÝn cña lß t−¬ng ®èi kÐm, kh«ng khÝ lät vµo cµng nhiÒu lµm nhiÖt ®é ph©n bè trong lß cµng kh«ng ®Òu.

H×nh 1-10 - ph©n bè ¸p suÊt trong lß (Xem trang sau)

Tèt h¬n c¶ lµ lß lµm viªc kÕt hîp c¶ qu¹t ®Èy vµ qu¹t hót. ë ®Çu cã qu¹t ®Èy ta cã ¸p suÊt d−¬ng, ®Çu cuèi cã qu¹t hót ta cã ¸p suÊt ©m. Giao ®iÓm ¸p suÊt ± 0 khi chuyÓn ¸p suÊt d−¬ng sang ©m (h×nh 1-10) n»m ë z«n nung. Víi s¬ ®å nµy, ¸p suÊt d−¬ng cã trÞ sè kh«ng lín, nªn khÝ lät ra ngoµi còng Ýt ®i nhiÒu. ¸p suÊt ©m ë cuèi lß còng gi¶m ®i nhiÒu nªn kh«ng khÝ lät vµo lß gi¶m ®i. §Æc biÖt ë z«n nung ¸p suÊt gÇn b»ng ¸p suÊt ngoµi trêi, v× vËy chÕ ®é nhiÖt trong lß æn ®Þnh, ®iÒu kiÖn lµm viÖc tèt h¬n.

§èi víi çc lß kh¸c còng vËy, ph¶i bè trÝ lµm sao ®Ó z«n nung ë nhiÖt ®é cao n»m trong ph¹m vi ¸p suÊt ± 2 mm H2O (±20 N/m2). V× vËy ë çc lß nung gèm sø, nÊu thñy tinh, xi m¨ng viÖc tÝnh to¸n qu¹t giã ph¶i b¶o ®¶m z«n nung n»m trong ph¹m vi ¸p suÊt trªn.)

1.7 Vßi phun.

NÕu ta thæi khÝ rÊt m¹nh theo èng nhá vµo èng to h¬n nh− h×nh vÏ 1-16 kh«ng khÝ bªn ngoµi sÏ kÐo theo vµo èng lín, v× dßng khÝ ®· t¹o nªn mét ch©n kh«ng ë miÖng èng lín. NÕu dïng èng trßn th× t¸c dông hót kh«ng khÝ ngoµi trêi sÏ kÌm v× tæn thÊt ¸p lùc nhiÒu h¬n. NÕu dïng èng loa ( èng khuyÕch t¸n) th× gi¶m tæn thÊt ¸p suÊt vµ t¨ng ®−îc l−u l−îng khÝ chuyÓn vËn. Ngoµi ra èng loa cßn cã t¸c dông trén lÉn hai khÝ I vµ II rÊt ®Òu. Trªn c¬ së nguyªn t¾c nµy ng−êi ta chÕ t¹o nh÷ng vßi phun ®Ó th¶i khãi lß ra ngoµi trêi (Ejektor) vµ vßi phun nhiªn liÖu khÝ ë çc lß nung ( injektor). Còng dùa theo nguyªn t¾c ®ã ng−êi ta chuyÓn khãi lß hay kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é cao mµ qu¹t kh«ng chÞu næi ®Õn vÞ trÝ cÇn thiÕt. TÝnh to¸n vßi phun. Ta cã:

m1W1 + m2W2 = (m1 + m2) W3 (1-92)

Trong ®ã:

m1 : Khèi l−îng khÝ phun I vµ m1 = V1 ρ1 Kg/s

m2: Khèi l−îng khÝ hót theo II vµ m2 = V2 ρ2 Kg/s

W1 : Tèc ®é khÝ hót theo II, m/s

W2 : Tèc ®é khÝ hót theo II, m/s

W3 : Tèc ®é hçn hîp khÝ m/s

Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ra rót ra:

21

22113 mm

WmWmW

++

= = 2211

222111

VV

WVWV

+ρρ+ρ

(1-93)

Tèc ®é khÝ phun W1 x¸c ®Þnh theo ¸p suÊt tèc ®é cña khÝ phun I. NÕu ¸p suÊt tÜnh häc trong èng khÝ phun lµ h1, ¸p suÊt tÜnh häc ë cæ èng loa lµ h3 th× ¸p suÊt tèc ®é sÏ t−¬ng øng víi ph−¬ng tr×nh:

26

H×nh 1-16 : S¬ ®å kÕt cÊu vßi phun

ξ(h1-h3) = 2

W 21 ρ1 [N/m2] (1-94)

ξ - HÖ sè tæn thÊt ¸p suÊt khi khÝ I ®i ra khái èng phun. NÕu lµ èng trßn th× ξ = 0,72 - 0,82, èng mãp = 0,9 - 0,95.

Tõ ®©y ta x¸c ®Þnh ®−îc tèc ®é cña khÝ thæi I.

W1 = 1

31 )hh(2

ρξ−

[m/s] (1-95)

¸p suÊt khÝ thæi I cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra c«ng hót khÝ.

h1 = ξ2

W 21 ρ1 + h3 [N/m2] (1-96)

¸p suÊt tÜnh häc ë cæ èng loa h2 x¸c ®Þnh theo th«ng sè cña khÝ hót II, ®ã chÝnh lµ ch©n kh«ng cÇn thiÕt ®Ó th¶i khÝ trong lß ra ngoµi. V× vËy h2 = htt lµ søc c¶n trªn ®−êng ®i cña khÝ theo II vµo hçn hîp sau khi trén ®Õn cöa. Tèc ®é cña khÝ hót II ®i vµo cæ èng lÊy trong kho¶ng W2 = (8 – 12) m/s. Nh− vËy ¸p suÊt tèc ®é cña khÝ hót II b»ng chªnh lÖch ¸p suÊt tÜnh häc cña khÝ hót II víi cæ èng.

2

W 22 ρ2 = h2 - h3 , N/m2 (1-97)

Tõ ®©y ¸p suÊt tÜnh häc cña hçn hîp khÝ ë cæ èng sÏ b»ng:

h3 = h2 - 2

W 22 ρ2 (1-98)

Trong èng loa mét phÇn ¸p suÊt tèc ®é biÕn thµnh ¸p suÊt tÜnh häc víi hÖ sè t¸c dông h÷u Ých η = 0,7 - 0,8. V× vËy, nÕu tÝnh ¸p suÊt tÜnh häc cÇn thiÕt ®Ó ®−a hçn hîp khÝ ®i ra khái vßi phun vµ ®Ó kh¾c phôc søc c¶n trªn ®−êng ®i cña khÝ tõ cæ èng ®Õn ®iÓm tho¸t cã ®¹i l−îng h4 ta sÏ ®−îc ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ®Ó tÝnh to¸n.

h4 - h3 = η 2

W 23 , [N/m2] (1-99)

h4 - h3 = η)VV)(VV(

)WVWV(

212211

2222111

+ρ+ρρ+ρ

, [N/m2] (1-100)

v× 11

22113 VV

VV++

=ρρ

ρ [Kg/m3] (1-101)

Tõ ph−¬ng tr×nh trªn, ta cã thÓ t×m ®−îc thÓ tÝch cña khÝ phun I, sau ®ã theo thÓ tÝch vµ tèc ®é ë çc tiÕt diÖn kh¸c nhau cña vßi phun chóng ta t×m diÖn tÝch cña tiÕt diÖn. §−êng kÝnh miÖng èng loa th−êng lÊy b»ng 2,4 lÇn ®−êng kÝnh cæ èng:

d4 = 2,4 d3 [m] (1-102)

27

ChiÒu dµi cæ èng 12 vµ kho¶ng çch tõ miÖng èng phun ®Õn cæ èng 11 th−êng lÊy nh− sau:

11 = 12 = 1,5 (d3 - d1) [m]

ChiÒu dµi èng loa 13 = (7 - 10) d3 hoÆc tÝnh theo gãc më cña èng:

d4 = d3 + 2 13 tg 2

α (1-103)

ë ®©y 2

α = 4 ÷ 8o.

Khi khÝ chuyÓn ®éng tõ d−íi lªn, b¶n th©n vßi phun t¹o ra mét ¸p suÊt h×nh häc, v× vËy sÏ lµm t¨ng ¸p suÊt chung cña vßi phun. Nh÷ng tÝnh to¸n trªn ®©y kh«ng kÓ ®Õn d·n ®¼ng nhiÖt cña khÝ phun I. Cho nªn víi sai sè kh«ng lín l¾m 1 - 3%, cã thÓ dïng ®Ó tÝnh to¸n víi ¸p suÊt khÝ kh«ng qu¸ 10.000 N/m2.

Vßi phun trong lß nung tuyn-nen cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc cña Baulin:

htt = htd ( 2.−t

x

x

x

2− ) N/m2 (1-104)

htt - søc c¶n trªn ®−êng ®i cña kh«ng khÝ theo II vµ hçn hîp sau khi trén ®Õn cöa ®èt, N/m2.

ht® - ¸p suÊt tèc ®é cña kh«ng khÝ phun I tõ èng phun kh«ng khÝ N/m2.

x - tû lÖ tiÕt diÖn cæ èng loa vµ miÖng èng phun I

xt−- tû lÖ tèi −u cña hai tiÕt diÖn trªn øng víi hÖ sè t¸c dônhg h÷u Ých lín nhÊt cña vßi phun.

xt− = (2-η) (1+µ

ϕ) (1+µ) (1-105)

η - hÖ sè tac dông h÷u Ých cña èng loa khi gãc në α = 10o ; η = 0,75

ϕ - tû lÖ khèi l−îng kh«ng khÝ hót theo II víi khèi l−îng kh«ng khÝ phun I hoÆc tû lÖ thÓ tÝch cña chóng ë Oo.

µ - tû lÖ mËt ®é (khèi l−îng riªng) cña khÝ hót theo II vµ kh«ng khÝ phun I.

28

Ch−¬ng 2

Trao §æi NhiÖt

Trao ®æi nhiÖt lµ hiÖn t−îng chuyÓn vËn nhiÖt tù nhiªn tõ vËt thÓ cã nhiÖt ®é cao ®Õn vËt thÓ cã nhiÖt ®é thÊp h¬n. Sù xuÊt hiÖn trao ®æi nhiÖt g¾n liÒn víi sù chuyÓn ®éng nhiÖt ph©n tö, do vËy trao ®æi nhiÖt cßn x¶y ra ngay bªn trong mét vËt thÓ do sù ph©n bè nhiÖt ®é trong vËt thÓ ®ã kh«ng ®ång ®Òu. Trao ®æi nhiÖt gi÷a hai vËt thÓ tiÕp xóc víi nhau lµ do sù biÕn ®æi t−¬ng hæ cña n¨ng l−¬ng nhiÖt vµ n¨ng l−îng bøc x¹.

Qu¸ tr×nh nung vËt liÖu trong çc lß nung ®Òu x·y ra 3 ph−¬ng thøc trao ®æi nhiÖt: dÉn nhiÖt, ®èi l−u vµ bøc x¹. Tïy vµo ®iÒu kiÖn cô thÓ cña çc giai ®o¹n trong qu¸ tr×nh nung mµ ph−¬ng thøc nµy lµ chñ yÕu, ph−¬ng thøc kia lµ thø yÕu. Nung ë nhiÖt ®é (500 – 600)oC trao ®æi nhiÖt chñ yÕu lµ ®èi l−u, khi t¨ng qu¸ 1000oC th× bøc x¹ chiÕm vai trß chñ yÕu. Cßn trao ®æi nhiÖt dÉn nhiÖt th−êng x·y ra trong vËt thÓ r¾n khi çc vËt thÓ cã nhiÖt ®é kh¸c nhau tiÕp xóc víi nhau hoÆc x·y ra t¹i çc miÒn kh¸c nhau ®−îc tÝch lòy nh÷ng phÇn n¨ng l−îng kh«ng gièng nhau trong néi t¹i cña vËt thÓ. §èi víi vËt thÓ láng hoÆc khÝ trao ®æi nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt x·y ra yÕu h¬n.

ý nghÜa trao ®æi nhiÖt trong lß c«ng nghiÖp rÊt lín, c¶ vÒ ph−¬ng diÖn kü thuËt lÉn kinh tÕ. V× vËy viÖc vËn dông nh÷ng ®Þnh luËt c¬ b¶n vÒ trao ®æi nhiÖt lµ v« cïng cÇn thiÕt khi nghiªn cøu, tÝnh to¸n lß c«ng nghiÖp.

29

2.1 TruyÒn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt. 2.1.1 Kh¸i niÖm chung.

Khi tiÕp xóc hai vËt thÓ r¾n cã nhiÖt ®é kh¸c nhau, hoÆc bªn trong mét vËt thÓ cã nh÷ng phÇn tö cã dù tr÷ n¨ng l−îng kh¸c nhau, th× gi÷a chóng cã sù ph©n bè l¹i n¨ng l−îng tøc lµ nhiÖt. §ã lµ nguyªn nh©n dÉn nhiÖt tõ chç nhiÖt ®é cao tíi chç nhiÖt ®é thÊp.

Sù dÉn nhiÖt còng x·y ra trong m«i tr−êng khÝ vµ láng nÕu chÊt khÝ vµ chÊt láng ®ã ë tr¹ng th¸i ®øng yªn hay chuyÓn ®éng dßng ( chuyÓn ®éng líp).

Tr−êng nhiÖt ®é ( nhiÖt tr−êng ).

NhiÖt ®é lµ mét th«ng sè tr¹ng th¸i cña vËt thÓ. TËp hîp tÊt c¶ çc trÞ sè nhiÖt ®é tøc thêi cña vËt thÓ hoÆc cña m«i tr−êng gäi lµ tr−êng nhiÖt ®é.

NhiÖt ®é t¹i mét ®iÓm bÊt kú cña vËt thÓ phô thuéc vµo vÞ trÝ cña ®iÓm ®ã trong kh«ng gian nh−ng ®ång thêi nã còng nhËn nh÷ng gi¸ trÞ kh¸c nhau t¹i nh÷ng thêi ®iÓm kh¸c nhau ( phô thuéc vµo thêi gian ). Nh− vËy, tr−êng nhiÖt ®é lµ mét hµm sè cña kh«ng gian vµ thêi gian:

.t = f ( x,y, z, τ )

NÕu tr−êng nhiÖt ®é chØ biÕn ®æi theo kh«ng gian vµ kh«ng thay ®æi theo thêi gian gäi lµ tr−êng nhiÖt ®é æn ®Þnh.

.t = f ( x,y, z )

NÕu tr−êng nhiÖt ®é biÕn ®æi theo kh«ng gian, thêi gian gäi lµ tr−êng nhiÖt ®é kh«ng æn ®Þnh.

.t = f ( x,y, z, τ )

MÆt ®¼ng nhiÖt.

Tr−êng nhiÖt ®é bao gåm tÊt c¶ nh÷ng ®iÓm cña vËt thÓ cã nhiÖt ®é kh¸c nhau, nh−ng trong ®ã còng cã nh÷ng ®iÓm cã nhiÖt ®é gièng nhau. TËp hîp tÊt c¶ nh÷ng ®iÓm cã nhiÖt ®é gièng nhau trong tr−êng nhiÖt ®é sÏ t¹o thµnh mét mÆt gäi lµ mÆt ®¼ng nhiÖt.

§èi víi mét vËt, çc mÆt ®¼ng nhiÖt ®−îc khÐp kÝn vµ kh«ng bao giê c¾t nhau. Dßng nhiÖt sÏ ®i tõ mÆt ®¼ng nhiÖt cã nhiÖt ®é cao tíi mÆt ®¼ng nhiÖt cã nhiÖt ®é thÊp h¬n.

Gra®ian nhiÖt ®é (grad t).

Gäi kho¶ng çch gi÷a mÆt ®¼ng nhiÖt thø nhÊt tíi mÆt ®¼ng nhiÖt thø hai lµ ∆n, chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a hai mÆt nµy lµ ∆t th× Gra®ian nhiÖt ®é cña nã sÏ lµ:

grad t = lim dn

dt

n

t=

∆∆

(2-1)

∆n 0

VËy gra®ian nhiÖt ®é thÓ hiÖn nhiÖt ®é biÕn thiªn ë mét ®iÓm cho tr−íc trªn vËt thÓ cã trÞ sè b»ng ®é biÕn thiªn nhiÖt ®é trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn víi mÆt ®¼ng nhiÖt.

Khi grad t = 0 tr−êng nhiÖt trong vËt thÓ lµ ®¼ng nhiÖt ( kh«ng x·y ra dÉn nhiÖt trong vËt thÓ). Khi grad t ≠ 0 cã dßng nhiÖt xuÊt hiÖn trong vËt thÓ, sù dÉn nhiÖt x·y ra. ChiÒu dßng nhiÖt trïng víi chiÒu gi¶m nhiÖt ®é trong vËt thÓ.

30

Grad t lµ mét ®¹i l−îng vect¬, cïng ph−¬ng víi ph−¬ng ph¸p tuyÕn cña mÆt ®¼ng nhiÖt nh−ng ng−îc chiÒu víi chiÒu dßng nhiÖt. ViÖc thªm dÊu trõ trong c«ng thøc Fourier d−íi ®©y nãi lªn r»ng dßng nhiÖt sÏ truyÒn theo h−íng nhiÖt ®é gi¶m.

2.1.2 §Þnh luËt Fourier.

NhiÖt l−îng nguyªn tè dQ dÉn qua mét nguyªn tè bÒ mÆt dF trong thêi gian dζ tØ lÖ thuËn víi gra®ian nhiÖt ®é, víi ®¹i l−îng bÒ mÆt vµ thêi gian.

dQ = - λ dn

dt dF.dζ , [j] (2-2)

λ- HÖ sè dÉn nhiÖt ®−îc coi nh− mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh vËt lÝ cña vËt thÓ. [W/moC] hoÆc [kcal/m.h.oC]

n – kho¶ng çch [m]

F – bÒ mÆt vu«ng gãc víi chiÒu dßng nhiÖt truyÒn qua. [m2]

ζ .- Thêi gian dßng nhiÖt dÉn qua [h hay s]

DÊu ( - ) dßng nhiÖt biÕn ®æi theo chiÒu gi¶m nhiÖt ®é.

Q – nhiÖt l−îng dÉn ®i trong vËt thÓ. [j]

§èi víi t−êng cã chiÒu dµy δ vµ nhiÖt ®é bÒ mÆt trong lµ t1 vµ mÆt ngoµi lµ t2 vµ t1 > t2. Sau khi lÊy tÝch ph©n vµ ®æi dÊu ta sÏ cã ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt sau:

Q = .)( 21 Ftt −σλ

(2-3)

NÕu δ = 1m, t1 - t2 = 1oC, F = 1m2 th× Q = λ

Tõ ®©y ta cã ®é dÉn nhiÖt chÝnh lµ c−êng ®é cña dßng nhiÖt ®i qua 1m2 bÒ mÆt khi chªnh lÖch nhiÖt ®é lµ 1oC trªn ®−êng ®i cña nã. §¹i l−îng ®é dÉn nhiÖt phô thuéc vµo b¶n chÊt cña vËt thÓ, nhiÖt ®é vµ th−êng x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. §é dÉn nhiÖt cña mét sè vËt liÖu cho trong b¶ng 2-1.

B¶ng 2-1 - §é dÉn nhiÖt cña mét sè vËt liÖu r¾n Tªn vËt liÖu Khèi l−îng thÓ

tÝch ρ, Kg/m3 NhiÖt dung riªng

Kj/Kg.®é §é dÉn nhiÖt λ

W/m.®é

Samèt 1800-2200 0.84+0.264.10-3 0.7+0.64.10-3t

Dinas 1700-2000 0.80+0.336.10-3 0.84+0.76.10-3t

Cao Alumin 3000 0.84+0.252.10-3 1.69-0.23.10-3t

Mulit 2160-2900 1.10+0.252.10-3 2.29+1.70.10-3t

Zircon - 0.55+0.125.10-3 1.3+0.64.10-3t

Manhedi 2600-2700 0.95+0.252.10-3 6.17-2.68.10-3t

Cr«m-Manhª®i 2900-3000 0.755+0.151.10-3t 2.0-0.35.10-3t

Carborun 2100-2500 0.96+0.146.10-5t 9.3+1.75.10-3t

G¹ch ®á 1750-2100 0.837+0.264.10-5t 0.47+051.10-3t

Beton 2400 0,605 0.92

Samèt nhÑ 1000 - 0.28+23.10-3t

Dinas nhÑ 1100 - 0.58+43.10-5t

31

G¹ch diatomit 500-700 0.837-0.92 0.17+35.10-5t

Carton ami¨ng 900-1200 - 0.157+0.14.10-3t

Bét ami¨ng 800 0.31 0.106+0.18.10-3t

2.1.3 TruyÒn nhiÖt qua t−êng ph¼ng 1 líp vµ nhiÒu líp.

Trong c«ng nghiÖp lß chóng ta th−êng gÆp t−êng 1 líp vËt liÖu vµ t−êng gåm nhiÒu líp vËt liÖu kh¸c nhau. ViÖc lùa chän lo¹i vËt liÖu ®Ó x©y lß cã ý nghÜa lín nh»m b¶o vÖ lß ®ång thêi gi¶m tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh. T−êng lß nung hay çc thiÕt bÞ nhiÖt kh¸c lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao th−êng cã 3 líp: Líp trong cïng lµ g¹ch chÞu löa, líp gi÷a lµ vËt liÖu çch nhiÖt, líp ngoµi cïng x©y b»ng g¹ch ®á.

§èi víi t−êng 1 líp ta cã thÓ ¸p dông Fourier. NÕu coi mÆt ®¼ng nhiÖt bªn trong cã nhiÖt ®é t1, bªn ngoµi cã nhiÖt ®é t2, chiÒu dµy cña t−êng δ, bÒ mÆt F (m2) tacã c«ng thøc dßng nhiÖt:

Q = σλ

(t1 - t2) F , [W]

C−êng ®é dßng nhiÖt

q = F

Q=

σλ

(t1-t2) , [W/m2] (2-4)

§èi víi t−êng gåm 3 líp vËt liÖu kh¸c nhau cã nhiÒu dµy δ1, δ2, δ3, víi ®é dÉn nhiÖt t−¬ng øng λ1, λ2, λ3, nh− trong h×nh 2-1, dßng nhiÖt q cã chiÒu ®i tõ mÆt cã nhiÖt ®é t1 tíi mÆt cã nhiÖt ®é t4 khi t1 > t4. Víi chÕ ®é nhiÖt æn ®Þnh, l−îng nhiÖt ®i qua 3 líp ®Òu b»ng nhau tøc lµ:

q = 1

1

σλ

(t1-t2) [W/m2] (2-5)

q = 2

2

σλ

(t2-t3) [W/m2] (2-6)

q = 3

3

σλ

(t3-t4) [W/m2] (2-7)

Suy ra ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh sù biÕn ®æi nhiÖt ®é cña çc líp:

t1 - t2 = q 1

1

λ

σ (2-8)

t2 - t3 = q 2

2

λσ

(2-9)

t3 - t4 = q 3

3

λσ

(2-10)

Céng vÕ víi vÕ ta thu ®−îc:

t1 - t4 = q (3

3

2

2

1

1

λσ

+λσ

+λσ

) (2-11)

Tõ ®©y ta cã c−êng ®é dßng nhiÖt:

32

q =

3

3

2

2

1

1

41 tt

λσ

+λσ

+λσ

− , [W/m2] (2-12)

Tæng qu¸t ®èi víi t−êng cã n líp c−êng ®é dßng nhiÖt sÏ cã d¹ng:

q =

i

i

ntt

λσ

∑

− +11 , [W/m2] (2-13)

t1 – nhiÖt ®é líp t−êng trong cïng , [oC]

t1+ n - nhiÖt ®é líp t−êng ngoµi cïng , [oC]

i – Sè thø tù cña líp t−êng

n – Sè líp t−êng

2.1.4 TruyÒn nhiÖt qua t−êng h×nh trô 1 líp vµ nhiÒu líp.

Nguyªn t¾c truyÒn nhiÖt qua t−êng h×nh trô còng gièng nh− t−êng ph¼ng. §iÓm kh¸c c¬ b¶n lµ c−êng ®é dßng nhiÖt gi¶m tõ trung t©m èng trô tíi mÆt ngoµi, do dßng nhiÖt liªn tiÕp ®i qua bÒ mÆt më réng cña èng.

NÕu trong t−êng h×nh trô b¸n kÝnh trong lµ r1 vµ b¸n kÝnh ngoµi r2 (h×nh 2-2), ta chia chiÒu dµy nã ra thµnh nh÷ng ®o¹n dr víi chªnh lÖch nhiÖt ®é dt, theo ®Þnh luËt Fourier c−êng ®é dßng nhiÖt qua líp dr biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh:

q = - λ dr

dt [W/m2] (2-14)

Q = - λ dr

dt F [W] (2-15)

DÊu ©m trong ph−¬ng tr×nh thÓ hiÖn sù gi¶m nhiÖt ®é theo chiÒu cña dßng nhiÖt.

Víi èng cã chiÒu dµi 1m th× F = 2πr , m2 do ®ã:

Q = -λ 2π rdr

dt (2-16)

Tõ ®©y - dt = r2

Qdr

πλ (2-17)

Dßng nhiÖt ®i qua tõ r1 ®Õn r2 trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ t1 ®Õn t2 ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng tr×nh tÝch ph©n:

∫∫ πλ= 2

1

2

1

r

r

t

t r2

drQdt (2-18)

Rót ra:

t1 - t2 = 1

2

r

rn1

2

Q

πλ (2-19)

Thay b¸n kÝnh b»ng ®−êng kÝnh èng ta cã:

t1 - t2 = 1

212 d

dnQ

πλ (2-20)

33

Suy ra:

.1

21

1

2

21

dd

n

ttQ

πλ

−= , [W] (2-21)

§¹i l−îng: πλ2

1 .

1

2

d

dn1 gäi lµ nhiÖt trë cña 1m chiÒu dµy èng trô.

§èi víi t−êng trô cã n líp víi nhiÖt ®é bÒ mÆt lµ t1 vµ tn+1 , sè ®−êng kÝnh t−¬ng øng cña çc líp dn th× ph−¬ng tr×nh sÏ cã d¹ng:

Q =

n

1n

n2

3

21

2

1

1n1

d

dn1

2

1...

d

dn1

2

1

d

dn1

2

1tt

+

+

πλ+

πλ+

πλ

− (2-22)

Tæng qu¸t:

Q =

∑=

=

+

+−ni

i i

i

i

n

dd

n

tt

1

1

11

12

1πλ

2.2 TruyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u. 2.2.1 Dßng nhiÖt ®èi l−u.

Trong m«i tr−êng chÊt láng vµ khÝ vËn chuyÓn nhiÖt chñ yÕu b»ng ph−¬ng thøc ®èi l−u. Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn nhiÖt tõ chÊt láng (khÝ) ®Õn bÒ mÆt chÊt r¾n khi tiÕp xóc víi nhau vµ cã nhiÖt ®é kh¸c nhau hay ng−îc l¹i tõ vËt r¾n tíi chÊt láng ( khÝ) gäi lµ qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt.

Nguyªn nh©n trao ®æi nhiÖt b»ng ®èi l−u lµ chuyÓn ®éng nhiÖt ph©n tö. Lùc liªn kÕt gi÷a çc ph©n tö cña khÝ vµ láng kÐm h¬n nhiÒu so víi vËt thÓ r¾n, nªn çc ph©n tö cña chóng chuyÓn ®éng mét çch tù do. Nh÷ng ph©n tö nµo cã n¨ng l−îng lín sÏ chuyÓn ®éng nhanh h¬n khi chóng va ch¹m vµo ph©n tö cã n¨ng l−îng nhá h¬n, chuyÓn ®éng chËm h¬n sÏ truyÒn n¨ng l−îng cho nh÷ng ph©n tö nµy.

Cã hai d¹ng ®èi l−u: ®èi l−u tù nhiªn vµ ®èi l−u c−ìng bøc.

§èi l−u tù nhiªn lµ sù chuyÓn ®éng cña chÊt láng (khÝ) do sù chªnh lÖch khèi l−îng riªng cña çc ph©n tö vËt chÊt ë çc vÞ trÝ nhiÖt ®é kh¸c nhau.

Ngoµi d¹ng ®èi l−u tù nhiªn ta cßn cã d¹ng ®èi l−u c−ìng bøc, nhê b¬m, qu¹t giã hay m¸y nÐn khÝ mµ chÊt láng hay khÝ chuyÓn ®éng. HiÖu qu¶ trao ®æi nhiÖt b»ng ®èi l−u c−ìng bøc cao h¬n nhiÒu so víi ®èi l−u tù nhiªn. V× vËy nã th−êng ®−îc sö dông trong çc thiÕt bÞ nhiÖt, lß c«ng nghiÖp.

NÕu dßng khÝ bÞ giíi h¹n bëi t−êng lß, tèc ®é cña nã cµng gÇn t−êng cµng gi¶m. ë ranh giíi gi÷a khÝ vµ bÒ mÆt t−êng cã mét líp khÝ máng gäi lµ líp giíi h¹n. ë ®©y khÝ chuyÓn ®éng víi tèc ®é rÊt nhá hoÆc ë tr¹ng th¸i tÜnh. Nªn chiÒu dµy cña líp nµy vµ ®é dÉn nhiÖt cña nã cã ý nghÜa rÊt lín ®Õn truyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u.

L−îng nhiÖt cÊp ®i tõ vËt thÓ nãng tíi vËt thÓ l¹nh b»ng ®èi l−u x¸c ®Þnh c«ng thøc b»ng c«ng thøc cña Newton:

Q = α®1 (t1- t2) F , W (2-23)

34

Hay q = F

Q = α®1(t1- t2) , W/m2 (2-24)

α®1 - hÖ sè cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u W/m2.®é.

t1 - nhiÖt ®é vËt thÓ cho nhiÖt, oC.

t2 - nhiÖt ®é vËt thÓ nhËn nhiÖt, oC.

F - bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, m2.

Ph−¬ng tr×nh 2-24 cã thÓ viÕt:

Q =

1d

21

1tt

α

− F , [W] (2-25)

T−¬ng tù nh− ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt, ë ®©y 1d

1

α gäi lµ nhiÖt c¶n khi

truyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u.

HÖ sè cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u lµ c«ng suÊt cña dßng nhiÖt ®i qua 1m2 t−êng khi chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a chÊt láng (hoÆc khÝ) víi bÒ mÆt t−êng lµ 1oC, trong thêi gian 1 gi©y. §¹i l−îng nµy phô thuéc vµo tr¹ng th¸i bÒ mÆt, h×nh d¹ng cña nã, kÝch th−íc, nhiÖt ®é, çc th«ng sè lý häc cña chÊt láng hay khÝ vµ chÕ ®é chuyÓn ®éng.

KÝch th−íc h×nh häc cã thÓ biÓu thÞ b»ng ®−êng kÝnh cña kªnh d (m), theo kªnh nµy cña khÝ chuyÓn ®éng.

Çc th«ng sè vËt lý cña khÝ (hoÆc láng) lµ ®é dÉn nhiÖt λ. [W/m.®é], mËt ®é ρ [Kg/m3], ®é nhít ®éng häc µ [Ns.m2], vµ tû nhiÖt C [j/Kg.®é], tèc ®é chuyÓn ®éng cña nã lµ W [m/s]. Nh− vËy:

αd1 = f (d, W, ρ, µ, λ, C) , [W/m2.®é] (2-27)

Trong kü thuËt ®«i khi ng−êi ta cßn dïng ®é nhít ®éng:

ν = ρµ

[m2/s]

ChÕ ®é chuyÓn ®éng ®−îc quyÕt ®Þnh bëi kÝch th−íc èng dÉn khÝ, tèc ®é chuyÓn ®éng vµ th«ng sè vËt lý cña nã vµ ®Æc tr−ng b»ng chuÈn sè Reynolds:

Re = ν

Wd (2-28)

Re < 2300 ta cã chÕ ®é ch¶y dßng

Re > 2300 ta cã chÕ ®é ch¶y xo¸y.

Re = 2300 ta cã dßng qu¸ ®é.

ChÕ ®é chuyÓn ®éng cña khÝ (hoÆc láng) cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn c−êng ®é trao ®æi nhiÖt. Tèc ®é khÝ cµng lín, bÒ mÆt t−êng cµng nh½n th× chiÒu dµy líp giíi h¹n cµng máng vµ c−êng ®é trao ®æi nhiÖt cµng lín. V× vËy ë çc thiÕt bÞ nhiÖt muèn c−êng ®é trao ®æi nhiÖt lín cÇn ph¶i cã chÕ ®é chuyÓn ®éng xo¸y.

2.2.2 Ph−¬ng tr×nh ®ång d¹ng vµ hÖ sè αd1.

35

VÊn ®Ò c¬ b¶n lµ lµm sao x¸c ®Þnh ®−îc hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u αd1 , trong khi nã phô thuéc vµo rÊt nhiÒu çc nh©n tè kh¸c. ViÖc sö dông lý thuyÕt ®ång d¹ng cho phÐp ta rót gän sè th«ng sè vµ sù phô thuéc cña αd1 vµo çc biÕn sè kh¸c nhau sÏ ®−a vµo d¹ng ph−¬ng tr×nh chuÈn sè. Nh»m môc ®Ých ®ã, çc biÕn sè cña ph−¬ng tr×nh (2-27) gép thµnh nhãm ®Ó ta cã nh÷ng chuÈn sè.

Khi nghiªn cøu thiÕt bÞ nhiÖt ta th−êng gÆp hai lo¹i ®ång d¹ng: §ång d¹ng thñy ®éng vµ ®ång d¹ng nhiÖt.

§iÒu kiÖn ®ång d¹ng thñy ®éng lµ ®ång d¹ng tr−êng tèc ®é vµ ¸p suÊt. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ hai hiÖn t−îng chuyÓn vËn chÊt láng vÝ dô n−íc hoÆc khÝ ch¼ng h¹n, trong m« h×nh vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu sÏ ®ång d¹ng chØ trong tr−êng hîp nÕu chóng ch¶y trong kho¶ng ®ång d¹ng h×nh häc vµ cã cïng mét tû lÖ tèc ®é vµ chªnh lÖch ¸p suÊt ë nh÷ng ®iÓm t−¬ng øng. Ngoµi ra ë m« h×nh vµ thiÕt bÞ cïng cã nh÷ng chuÈn sè nh− nhau, ®ã lµ tû lÖ lùc t¸c dông lªn dßng chÊt láng chuyÓn ®éng hoÆc lùc g©y nªn trao ®æi nhiÖt. VÝ dô tû lÖ lùc g©y chuyÓn ®éng lµ lùc nhít, ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng nhiÖt lµ ®ång d¹ng tr−êng nhiÖt ®é, nghÜa lµ nhiÖt ®é ë çc ®iÓm t−¬ng øng cña m« h×nh vµ thiÕt bÞ cÇn ph¶i cã tû lÖ nh− nhau. MÆt kh¸c çc chuÈn sè ®ång d¹ng nhiÖt ph¶i b»ng nhau.

Nh÷ng chuÈn sè ®ång d¹ng thñy ®éng.

ChuÈn sè Reynolds lµ tû lÖ gi÷a lùc chuyÓn ®éng khÝ vµ lùc ma s¸t néi

Re = ν

Wd (2-29)

ChuÈn sè Grascop lµ tÝch sè gi÷a chuÈn sè Re víi tû lÖ lùc n©ng vµ lùc ma s¸t néi

Gr = 2

3

νgd

β ∆t (2-30)

d - ®−êng kÝnh èng dÉn, m

g - gia tèc träng tr−êng, m/s2

β - hÖ sè gi¶n në thÓ tÝch (β = 1/273)

∆t - chªnh lÖch nhiÖt ®é, oC.

ν - ®é nhít ®éng, m2/s

ChuÈn sè Euler lµ tû lÖ gi÷a lùc ¸p suÊt vµ lùc chuyÓn ®éng

Eu = 2W

p

ρ

∆ (2-31)

∆p - chªnh lÖch ¸p suÊt

Çc chuÈn sè ®ång d¹ng nhiÖt.

ChuÈn sè Pekle lµ tû lÖ gi÷a dßng nhiÖt ®èi l−u vµ dßng nhiÖt truyÒn ®i b»ng dÉn nhiÖt cña chÊt láng, biÓu thÞ b»ng th«ng sè vËt lý ta cã

Pe = a

Wd (2-32)

W - tèc ®é cña dßng, m/s

d - ®−êng kÝnh cña èng, m

a - ®é dÉn nhiÖt ®é, m2/s

36

ChuÈn sè Prandtl lµ tû lÖ gi÷a chuÈn sè Pekle vµ Reynolds, tøc lµ tû lÖ gi÷a nh÷ng ®¹i l−îng x¸c ®Þnh ®ång d¹ng tr−êng tèc ®é vµ nhiÖt ®é.

Pr=aWd

a

Wdν

=

ν

(2-33)

ChuÈn sè Nusselt lµ tû lÖ gi÷a dßng nhiÖt truyÒn ®Õn t−êng b»ng ®èi l−u qd1 vµ dßng nhiÖt truyÓn qua líp giíi h¹n b»ng dÉn nhiÖt qdn :

qdn = d

λ (t1 - t2) , [W/m2] (2-34)

q®l = α®1 (t1 - t2) , [W/m2] (2-35)

Nu = λ

α dqq d

dn

d .11 = (2-36)

Tøc tû sè nhiÖt c¶n néi d/λ vµ nhiÖt c¶n ngo¹i 1/αd1.

Dïng chuÈn sè nµy ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u. NÕu m« h×nh vµ thiÕt bÞ ®ång d¹ng ta sÏ cã:

Num« h×nh = NuthiÕt bÞ lß (2-37)

Ta ký hiÖu m« h×nh lµ m vµ thiÕt bÞ lß ch¼ng h¹n lµ 1 ta sÏ cã:

1

11

m

nm dd

λα

=λ

α (2-38)

Rót ra hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u cña lß α1 :

α1 = αm 1

1

m

m

d

d λλ

(2-39)

Ph−¬ng tr×nh cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u th−êng n»m trong d¹ng chuÈn sè. V× dô:

Nu = f (Re, Gr, Pr) (2-40)

Víi chÊt láng chuyÓn ®éng xo¸y cã thÓ ®¬n gi¶n chuÈn sè Gr vµ ta cã:

Nu = f (Re, Pr) (2-41)

Mét sè tr−êng hîp hay vËn dông trong lß siliçt.

Víi chÕ ®é chuyÓn ®éng xo¸y.

Khi chuyÓn ®éng xo¸y khÝ vµ láng theo èng dµi, cÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh chuÈn sè (khi Re ≥ 10.000 vµ 1/d ≥ 50).

Nu = 0,021 Re0,8 Prk0.,43 (

t

k

Pr

Pr)0,25 (2-42)

Prk - Gi¸ trÞ chuÈn sè Prandtl ë nhiÖt ®é khÝ trung b×nh vµ b»ng nöa hiÖu sè nhiÖt ®é khÝ lóc vµo vµ ra.

Prt - ChuÈn sè Prandtl øng víi nhiÖt ®é khÝ b»ng nhiÖt ®é t−êng.

§èi víi kh«ng khÝ vµ khãi lß chuÈn sè Pr cã thÓ lÊy b»ng 0,72. V× vËy ph−¬ng tr×nh (2-42) cã thÓ cã d¹ng ®¬n gi¶n h¬n:

37

Nu = 0,018 . Re 0,8 (2-43)

HoÆc : λ

α d1d = 0,018 (ν

Wd)0,8 (2-44)

Tõ ph−¬ng tr×nh tr×nh rót ra:

α®1 = A 2,0

8,0

d

W (2-45)

Trong ®ã A - hÖ sè b»ng 0,018 8,0ν

λ, ν: hÖ sè ®é nhít ®éng [m2/s]

Nh− vËy kh«ng nh÷ng chØ tèc ®é khÝ mµ ®−êng kÝnh èng dÉn còng ¶nh h−ëng ®Õn hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u. NÕu gi¶m ®−êng kÝnh èng dÉn trong khi tèc ®é khÝ vÉn gi÷ nguyªn, trÞ sè αd1 t¨ng lªn.

Theo sè liÖu lùc nghiÖm hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u: khi ®èt nãng khÝ hÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u nhá h¬n khi lµm nguéi khÝ. VÝ dô khi lµm nguéi kh«ng khÝ (hoÆc khãi lß) α®1 lín h¬n kho¶ng 1,3 lÇn khi ®èt nãng, ch¼ng h¹n khÝ ®èt nãng kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é trung b×nh 0oC.

α®1 = 0,018 . 8,0ν

λ.

2,0

8,0

2,0

8,0

d

W.489,3

d

W= , [W/m2. ®é] (2-46)

Khi lµm l¹nh kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é trung b×nh 0o :

α®1 = 4,535 2,0

8,0

d

W , [W/m2.®é] (2-47)

Khi nhiÖt ®é trung b×nh cña kh«ng khÝ 600o.

Khi ®èt nãng α®1 = 1,8146 2,0

8,0

d

W , [W/m2. ®é] (2-48)

Khi lµm l¹nh α®1 = 2,36 2,0

8,0

d

W , [W/m2.®é] (2-49)

Gi¸ trÞ λ vµ ν cña kh«ng khÝ vµ khãi lß tïy theo nhiÖt ®é cho trong b¶ng 2-2. HÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u khi lµm l¹nh kh«ng khÝ vµ khãi lß trong ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng xo¸y x¸c ®Þnh:

Nu = 0,0235 Re0,8 (2-50)

B¶ng 2-2 Gi¸ trÞ ®é nhít, ®é dÉn nhiÖt cña kh«ng khÝ vµ khãi lß. NhiÖt ®é

(oC) §é nhít kh«ng khÝ ë

(760mmHg) ν.106 [m2/s] §é dÉn nhiÖt λ

W/m.®é Kh«ng khÝ Khãi lß Kh«ng khÝ Khãi lß 0 13,3 12,2 0,0248 0,0228

100 23,2 21,5 0,0319 0,0343 200 34,9 32,8 0,0383 0,0401 300 48,3 45,8 0,0455 0,0484 400 63,1 60,4 0,0505 0,0570 500 79,2 76,3 0,0563 0,0656 600 96,8 93,6 0,0619 0,0742

38

700 115,1 112,1 0,0672 0,0827 800 134,7 131,8 0,0723 0,0915 900 155,2 152,5 0,0772 0,1001

1000 176,7 174,3 0,0820 0,1090 1100 199,2 197,1 0,0864 0,1175 1200 222,7 221,0 0,0908 0,1262 1400 273,0 272,0 0,998 0,1442

HÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u α®1 trong èng ng¾n (1/d < 50) cã trÞ sè lín h¬n so víi èng dµi. Ta cã thÓ dïng c«ng thøc chung nh−ng cã thªm hÖ sè hiÖu chØnh ϕ b¶ng 2-3. B¶ng 2-3

TrÞ sè Tû lÖ 1/d Re 2 5 10 20 40 50

1,104 1,65 1,34 1,23 1,13 1,03 1,00 2,104 1,51 2,27 1,18 1,10 1,02 1,00 5,104 1,34 1,18 1,13 1,08 1,02 1,00 1,105 1,28 1,15 1,10 1,06 1,02 1,00 1,106 1,14 1,08 1,05 1,05 1,01 1,00

Khi ®èt nãng kh«ng khÝ vµ khãi lß:

Nu = 0,018 . Re0,8 ϕ (2.51)

αd1 = 0,018 d

λ. Re0,8 ϕ (2.52)

Khi lµm l¹nh kh«ng khÝ vµ khãi lß:

Nu = 0,0235 . Re0,8 ϕ (2.53)

αd1 = 0,0235 d

λ. Re0,8 ϕ (2.54)

ϕ HÖ sè ®iÒu chØnh, kÓ tíi ¶nh h−ëng chÕ ®é chuyÓn ®éng vµ chiÒu dµi, ®−êng kÝnh kªnh dÉn.

Khi chuyÓn ®éng dßng.

C«ng thøc chung sÏ cã d¹ng:

Nu = 0,15.Re0,33.Prk0,43. Gr0,1 . (

t

K

Pr

Pr)0,25 .ϕ (2-55)

ϕ - hÖ sè kÓ ®Õn chiÒu dµi t−¬ng ®èi cña èng:

L/dt® 2 5 10 15 20 30 40 50 vµ lín h¬n

φ 1.70 1.44 1.28 1.18 1.13 1.05 1.20 1

2.2-3. Mét sè c«ng thøc th−êng dïng.

Trong çc lß cã nhiÖt cao hoÆc ¸p dông cho z«n nung lß nung dïng c«ng thøc cña N.N D«br«kh«t«p:

α®1 = 10Wo , [W/m2.®é] (2-56)

Wo - tèc ®é khÝ ë phßng lµm viÖc cña lß ( z«n nung) ë 0oC, m/s.

39

CÊp nhiÖt trong kªnh g¹ch kÝch th−íc tõ (40 × 40)mm ®Õn (90 × 90)mm khi chuyÓn ®éng kh«ng khÝ vµ khãi lß:

α®1 = 0,86 . 33,0

80,0o

d

W 4 T [W/m2.®é]

T - nhiÖt ®é tuyÖt ®èi cña khÝ, oK.

d - ®−êng kÝnh thñy lùc cña kªnh, m

Khi chuyÓn ®éng kh«ng khÝ tù do theo t−êng lß ë nhiÖt ®é thÊp.

α®1 = A . 421 tt − , [W/m2.®é] (2-57)

t1 - t2 : chªnh lÖch nhiÖt ®é bÒ mÆt t−êng vµ khÝ.

A = 2.56 CÊp nhiÖt däc theo t−êng.

A = 3.26 CÊp nhiÖt do khÝ chuyÓn ®éng lªn phÝa trªn.

A = 1.63 CÊp nhiÖt do khÝ chuyÓn ®éng tõ t−êng xuèng phÝa d−íi.

HÖ sè cÊp nhiÖt ®èi l−u tõ khÝ tíi bÒ mÆt vËt liÖu d¹ng h¹t phô thuéc vµo Re.

Khi Re < 200 vµ ph©n bè khÝ ®ång ®Òu trong líp.

α®1 = 0,124 t

tW

νλ

, [W/m2.®é] (2-58)

Khi Re > 200

α®1 = 0,713 33,0d

λ (

t

tW

ν)0,7 , [W/m2®é] (2-59)

Wt - tèc ®é khÝ øng víi toµn tiÕt diÖn ngang cña líp, m/s

νt - ®é nhít ®éng cña khÝ, m2/s

d - kÝch th−íc cña h¹t vËt liÖu, m

λ - ®é dÉn nhiÖt cña khÝ, W/m.®é.

Dßng khÝ chuyÓn ®éng däc líp g¹ch xÕp trong lß nung, ta dïng c«ng thøc cña K.A.Nokhratian.

α®1 = 0,35 . 33,0

5,0

dW o , [W/m2.®é] (2-60)

Wo - tèc ®é khÝ trong kªnh øng víi ®iÒu kiÖn chuÈn, m/s.

d - ®−êng kÝnh kªnh, a, b - kÝch th−íc cña kªnh

d = ba

ab2

+ , [m] (2-61)

Trong ®Öm buång håi nhiÖt:

α®1 = A.33,0

5,0o

d

W , [W/m2. ®é] (2-62)

Khi g¹ch xÕp t¹o kªnh th¼ng A = 8,8

Khi g¹ch xÕp kh«ng t¹o kªnh th¼ng A = 9,65

40

Trong lß nung nÕu trÞ sè Re kh«ng cao cã thÓ dïng c«ng thøc gÇn ®óng:

α®1 = 5,6 + 4W , [W/m2.®é] (2-63)

W- tèc ®é khÝ ë 200oC, nÕu trÞ sè Re cao.

α®1 = 0,865 334,0

25,08,0

d

TW , [W/m2.®é] (2-64)

T = 2

TT khÝvl + , [oK]

Tvl, TkhÝ - NhiÖt ®é vËt liÖu vµ khÝ, oK.

Khi s¶n phÈm xÕp trªn gi¸ ®ì, ë z«n nung α®1 = 35 [W/m2.®é]. ë z«n nhiÖt ®é thÊp - ngay ®Çu z«n ®èt nãng α®1= 5,2 [W/m2.®é].

Trong c«ng nghiÖp lß, khi ®èt nãng vµ lµm nguéi kh«ng khÝ trÞ sè α®1 trong kho¶ng (18 -58)W/m2.®é. NÕu tèc ®é kh«ng khÝ hay khãi lß Wo = 8m/s (d = 0,1m) nhiÖt ®é trung b×nh ttb = 100o, α®1 = 23W/m2.®é.

Khi ®èt nãng vµ lµm l¹nh n−íc, α ®èi l−u dao ®éng trong kho¶ng (2340 - 11700) W/m2.®é vµ khi s«i n−íc th× trong kho¶ng (580 - 5200)W/m2.®é

2.3. TruyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹. 2.3.1. Nh÷ng ®Þnh luËt c¬ b¶n.

Mäi vËt thÓ cã nhiÖt ®é lín h¬n 0oK ®Òu cã thÓ ph¸t ra kh«ng gian bªn ngoµi nh÷ng tia nhiÖt. Çc tia cã b−íc sãng 0,4 - 400 µK lµ cã t¸c dông nhiÖt lín h¬n c¶ vµ ®−îc gäi lµ çc tia nhiÖt. Sù truyÒn çc tia nhiÖt gäi lµ sù bøc x¹ nhiÖt.

Nh÷ng ®Þnh luËt x¸c ®Þnh n¨ng l−îng cña chïm tia s¸ng còng cã thÓ dïng ®èi víi tia nhiÖt. Tia nhiÖt truyÒn ra kh«ng gian víi tèc ®é nh− tèc ®é ¸nh s¸ng. TruyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹ lµ mét d·y qu¸ tr×nh tiÕn hµnh liªn tiÕp.

Khi çc vËt thÓ cã nhiÖt ®é nh− nhau th× hÖ thèng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng vÒ nhiÖt: ë ®iÒu kiÖn ®ã phÇn n¨ng l−îng bøc x¹ cña nã chÝnh b»ng n¨ng l−îng mµ nã thu ®−îc trong qu¸ tr×nh hÊp thô.

N¨ng l−îng cña vËt thÓ ®Çu tiªn biÕn thµnh n¨ng l−îng tia nhiÖt, nã truyÒn ra kho¶ng kh«ng gian theo chiÒu h−íng kh¸c nhau. Khi gÆp çc vËt thÓ kh¸c th× mét phÇn n¨ng l−îng bÞ hÊp thô, mét phÇn ®i qua vËt thÓ ®ã, cßn mét phÇn ph¶n x¹ l¹i. PhÇn hÊp thô sÏ chuyÓn thµnh d¹ng nhiÖt vµ kÕt qu¶ lµm vËt thÓ ®ã bÞ ®èt nãng lªn.

NÕu ta ký hiÖu l−îng n¨ng l−îng truyÒn ®Õn vËt thÓ lµ Q0 , l−îng nhiÖt hÊp thô QA, l−îng nhiÖt ph¶n x¹ QR vµ l−îng nhiÖt ®i qua vËt thÓ ®ã QD, khi ®ã ta cã:

Q0 = QA + QR + QD

1 = 000 Q

QQQ

QQ DRA ++ vµ nÕu kÝ hiÖu

HÖ sè hÊp thô A = o

A

Q

Q (2-65)

HÖ sè ph¶n x¹ R = o

R

Q

Q (2-66)

41

HÖ sè thÈm thÊu D = o

D

Q

Q (2-67)

VËt thÓ cã A = 1 gäi lµ vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi.

VËt thÓ cã R = 1 gäi lµ vËt thÓ tr¾ng tuyÖt ®èi.

VËt thÓ cã D = 1 gäi lµ vËt thÓ trong tuyÖt ®èi.

Trong thiªn nhiªn kh«ng cã vËt thÓ ®en, tr¾ng tuyÖt ®èi mµ ta chØ cã vËt thÓ x¸m cã nghÜa lµ çc hÖ sè A, R, D lu«n lu«n nhá h¬n 1, song tæng cña 3 hÖ sè lu«n lu«n b»ng 1.

A+ R + D = 1 (2-68)

§èi víi vËt thÓ ®en, ®é thÈm thÊu cña nã D qu¸ nhá nªn cã thÓ bá qua vµ

A+ R = 1 (2-69)

§èi víi vËt thÓ khÝ thùc tÕ ®é ph¶n x¹ qu¸ nhá, ta còng cã thÕ bá qua.

A+ D = 1 (2-70)

Trong thùc tÕ, vËt thÓ tù bøc x¹ ®i mét n¨ng l−îng E1. Còng vËt thÓ ®ã l¹i nhËn bøc x¹ tíi E2 , tøc lµ n¨ng l−îng vËt thÓ thø hai bøc x¹ tíi vËt thÓ thø nhÊt. Song vËt thÓ kh«ng hÊp thô hoµn toµn n¨ng l−îng cña bøc x¹ tíi mµ chØ hÊp thô mét phÇn E2A1, phÇn n¨ng l−îng cßn l¹i (E2 - E2A1 ) sÏ ph¶n x¹ l¹i vËt thÓ thø hai.

Tæng cña gißng bøc x¹ vµ ph¶n x¹ gäi lµ bøc x¹ hiÖu qu¶:

Ehq = E1 + E2 (1- A1 ) (20-71)

L−îng nhiÖt cña vËt thÓ thùc tÕ bøc x¹ ®i ( gäi lµ bøc x¹ tæng hîp).

Ett = E1 - E2 .A1 (2-72)

ViÖc nghiªn cøu c−êng ®é bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi ®· ®−îc Plank nghiªn cøu tõ n¨m 1900. ¤ng chØ r»n: c−êng ®é bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi phô thuéc vµo nhiÖt ®é tuyÖt ®èi oK vµ vµo chiÒu dµi sãng λ. Trªn c¬ së ®ã rót ra ®−îc mét lo¹t çc ®Þnh luËt kh¸c.

§Þnh luËt Stefan - Boltzman.

§Ó x¸c ®Þnh tæng n¨ng l−îng nhiÖt bøc x¹ ®i cña vËt thÓ ë mäi chiÒu dµi sãng ta sö sông ®Þnh luËt Stefan - Boltzman.

L−îng n¨ng l−îng bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi phô thuéc vµo nhiÖt ®é tuyÖt ®èi lòy thõa bèn.

Eo = σ0 T4 , [W/m2] (2-73)

hoÆc: Eo = C0 (100

T)4 , [ W/m2]

σo gäi lµ h»ng sè bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi.

Co gäi lµ hÖ sè bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi. Trong tÝnh sö dông C0 thuËn tiÖn h¬n.

Co = σo.10-8 = 5,67 W/m2.oK4 (2.74)

§èi víi vËt thÓ x¸m cã c−êng ®é bøc x¹ nhá h¬n so víi vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi, ®Þnh luËt Stefan - Boltzman cã d¹ng sau:

42

E = C (100

T)4 W/m2 (2-75)

C- hÖ sè bøc x¹ cña vËt thÓ x¸m phô thuéc vµo tr¹ng th¸i bÒ mÆt, b¶n chÊt vËt thÓ vµ nhiÖt ®é cña nã.

Còng cã thÓ viÕt:

E = ε C0 (100

T)4 W/m2 (2-76)

ε - ®é ®en cña vËt hÓ.

ε = 0E

E =

oC

C (2-77)

§é ®en cña vËt thÓ lµ tû lÖ gi÷a hÖ sè bøc x¹ cña vËt x¸m víi hÖ sè bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi. VËt thÓ cã ®é ®en cµng gÇn 1: cµng gÇn vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi th× c−êng ®é bøc x¹ cµng cao.

Tªn vËt liÖu NhiÖt ®é ( 0 C) §é ®en

Nh«m nh¸m 26 0.055

§ång bãng 80- 115 0.018 - 0.023

G¹ch ®á 20 0.93

G¹ch chÞu löa - 0.8 - 0.98

S¬n tr¾ng vµ ®á 40 - 95 0.8 - 0.98

Muéi bå hãng 95 - 270 0.95

§Þnh luËt Kirchoff.

Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh bøc x¹ gi÷a hai mÆt ph¼ng song song. - Hai mÆt ph¼ng nµy cã cïng mét diÖn tÝch vµ b»ng 1m2.

- MÆt I lµ vËt thÓ x¸m. ( E, A, T).

- MÆt II lµ vËt ®en tuyÖt ®èi. (E0, A0, T0).

- T > T0.

Qu¸ tr×nh bøc x¹ gi÷a hai mÆt: MÆt I ph¸t ra n¨ng l−îng E, n¨ng l−îng nµy bÞ mÆt II hÊp thô hoµn toµn. MÆt II ph¸t ra n¨ng l−îng E0, , E0 ®−îc mÆt I hÊp thô mét phÇn E0.A, phÇn cßn l¹i ( E0 - E0.A) ph¶n x¹ l¹i vµ ®−îc mÆt II hÊp thô hoµn toµn. VËy l−îng nhiÖt do mÆt I ph¸t ra:

Q1 = E + ( E0 - E0.A).

Vµ l−îng nhiÖt do mÆt II ph¸t ra:

Q2 = E0

VËy l−îng nhiÖt do mÆt II thu ®−îc trong qua tr×nh trao ®æi:

Q = Q1 – Q2 = E + ( E0 - E0.A) – E0 = E - E0.A

Bøc x¹ nhiÖt nµy cßn liªn tôc x·y ra khi nhiÖt ®é hai vËt thÓ nµy b»ng nhau (T =T0). Khi ®ã hÖ thèng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng, l−îng nhiÖt çc vËt thÓ ph¸t ra nh− nhau, nªn

Q = E - E0.A = 0

43

Suy ra: E0 = AE

Ph−¬ng tr×nh nµy lµ néi dung cña ®Þnh luËt Kirchoff

˝Tû lÖ gi÷a kh¶ n¨ng bøc x¹ vµ kh¶ n¨ng hÊp thô n¨ng l−îng cña mçi vËt thÓ lµ mét ®¹i l−îng kh«ng ®æi vµ b»ng kh¶ n¨ng bøc x¹ cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi ë cïng nhiÖt ®é vµ chØ phô thuéc vµo nhiÖt ®é˝ nghÜa lµ:

o

o

AE

AE

AE

AE

==== ...3

3

2

2

1

1 = const (2-78)

E1, E2, E3 ... c−êng ®é bøc x¹ cña vËt thÓ x¸m.

A1, A2, A3... hÖ sè hÊp thô cña vËt thÓ x¸m.

E0, A0 - c−êng ®é bøc x¹ vµ hÖ sè hÊp thô cña vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi.

§èi víi vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi A0 = 1.C0 = 5,67.

Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ta cã:

A = oo C

C

E

E= = ε (2-79)

Nh− vËy ®èi víi mét vËt thÓ kh¶ n¨ng hÊp thô cã gi¸ trÞ ®óng b»ng ®é ®en cña nã. Còng tõ ®Þnh luËt Kirchoff ta thÊy rµng vËt thÓ cã c−êng ®é bøc x¹ cao th× còng cã kh¶ n¨ng hÊp thô vµ ®é ®en cña nã cµng lín.

§Þnh luËt Lambert.

§inh luËt Stefan - Boltzman cho phÐp ta x¸c ®Þnh l−îng n¨ng l−îng chung bøc x¹ bëi vËt thÓ theo nh÷ng chiÒu h−íng kh¸c nhau tõ bÒ mÆt bøc x¹. Nh−ng mËt ®é cña dßng bøc x¹ lín nhÊt theo chiÒu th¼ng gãc ®èi víi mÆt bøc x¹ tøc theo ®−êng chuÈn n (h×nh 2-3). Çc chïm bøc x¹ lÖch víi ®−êng chuÈn n mét gãc ϕ ®Òu cã n¨ng l−îng nhá h¬n. NÕu ϕ = 90o dßng nhiÖt bøc x¹ sÏ b»ng kh«ng.

Sù biÕn ®æi n¨ng l−îng cña dßng bøc x¹ theo gãc ϕ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ®Þnh luËt Lambert. NÕu biÕt dßng nhiÖt bøc x¹ tõ bÒ mÆt ph©n tè dF1 theo h−íng chuÈn n lµ dQn [W] th× dßng nhiÖt theo gãc ϕ1 sÏ b»ng:

dQϕ1 = dQn dw cosϕ1 (2-80)

dw - gãc kh«ng gian.

dQn = En dF1

En - c−êng ®é bøc x¹ cña mÆt dF1 theo h−íng chuÈn , [W/m2]

C−êng ®é bøc x¹ tæng céng E1 cña bÒ mÆt vËt thÓ dF1 theo mäi h−íng sÏ lín h¬n so víi mét h−íng chuÈn En vµ gi÷a chóng cã liªn hÖ:

En = π

1E [W/m2] (2-81)

Vµ v× E1 = ε.C0

4

100⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ T

Nªn ph−¬ng tr×nh (2-80) cã thÓ viÕt:

44

dQϕ1 = εCo 4)

400

T(

πϕω 1cosd

.dF1 (2-82)

Do ®ã l−îng n¨ng l−îng bøc x¹ b»ng tæng l−îng nhiÖt x¸c ®Þnh theo ®Þnh luËt

Stefan - Boltzman nh©n víi ®¹i l−îng gãc π

ϕω 1cosd vµ §¹i l−îng gãc nµy chØ r»ng: Bao

nhiªu phÇn n¨ng l−îng bøc x¹ ®i theo h−íng cho d−íi gãc kh«ng gian dW tõ mÆt dF1 ®èi víi l−îng n¨ng l−îng chung bøc x¹ theo mäi h−íng còng tõ mÆt dF1 .

2.3.2. TÝnh chÊt cña dßng nhiÖt bøc x¹.

Khi tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt gi÷a çc vËt thÓ ng−êi ta sö dông nh÷ng kh¸i niÖm vµ tÝnh chÊt cña dßng bøc x¹.

HÖ sè gãc.

VËt thÓ 1 bøc x¹ ®i mét n¨ng l−îng Q1 theo h×nh b¸n cÇu, r¬i ®Õn vËt thÓ 2 l−îng nhiÖt Q12 th× hÖ sè gãc gi÷a mÆt 1 ®èi víi mÆt 2 sÏ lµ:

ϕ12 = 1

12

1

12

F

F

Q

Q= (2-83)

T−¬ng tù ta cã:

ϕ21 = 2

21

1

21

F

F

Q

Q= (2-84)

TÝnh t−¬ng hæ.

Hai vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi 1 vµ 2 n»m trong tr¹ng th¸i trao ®æi nhiÖt th× khi c©n b»ng nhiÖt, còng c©n b»ng dßng bøc x¹ vµ kh«ng phô thuéc vµo h×nh d¹ng hay vÞ trÝ cña chóng.

Q12 = Q21 , ϕ12 . F1 = ϕ21 . F2 ; (2-85)

F12 = F21 , NÕu ϕ12 = 1 ϕ21 th× ϕ21 = 2

1

F

F

TÝnh ph©n t¸n cña dßng.

NÕu hai mÆt chia thµnh 1a, 1b... 2a, 2b... th×:

Q12 = Q1a2a + Q1a2b + Q1b2a + Q1b2b (2-86)

F12 = F1a2a + F1a2b + F1b2a + F1b2b

TÝnh chÊt trïng hay phèi hîp cña dßng.

NÕu vËt thÓ 1 bøc x¹ nhiÖt cho 2 vËt thÓ 2 vµ 3

Q12 = ϕ12.F1. E1 = E1 F12

Q13 = ϕ13.F1. E1 = E1 F13

NÕu Q12 = Q13 th× ta cã:

ϕ12 = ϕ13 ; F12 =F13 (2-87)

TÝnh chÊt kÝn cña dßng.

NÕu vËt thÓ 1 bÞ bao bäc bëi m vËt thÓ trªn mÆt b¸n cÇu th×:

45

1

mi

1ii1 FF =∑

=

= ; 1

mi

1ii1 =ϕ∑

=

= ; 1

mi

1ii1 QQ =∑

=

= (2-88)

TÝnh ng¾t m¹ch cña dßng.

NÕu trªn ®−êng ®i cña dßng bøc x¹ tõ vËt thÓ 1 ®Õn vËt thÓ 2 bÞ ch¾n bëi vËt thÓ kh«ng trong suèt th× dßng bøc x¹ sÏ b»ng kh«ng:

Q12 = 0 ; F12 = 0 ; ϕ12 = 0 (2-89)

Suy ra ®èi víi mÆt ph¼ng vµ låi th×:

Q11 = 0 ; F11 = 0 ; ϕ11 = 0

2.3.3 Trao ®æi nhiÖt gi÷a hai vËt thÓ ph¼ng ®Æt song song.

NÕu ta cã hai mÆt cã nhiÖt ®é T1 vµ T2 , chóng bøc x¹ nhiÖt lÉn cho nhau. Dßng nhiÖt bøc x¹ thùc tÕ b»ng chªnh lÖch gi÷a hai bøc x¹ hiÖu qu¶ cña chóng.

ë ®©y trao ®æi nhiÖt lµ mét d·y çc qu¸ tr×nh hÊp thô vµ ph¶n x¹ liªn tiÕp. Mçi mÆt ®èi diÖn mét n¨ng l−îng bøc x¹, ®ång thêi l¹i hÊp thô mét phÇn n¨ng l−îng bøc x¹ tíi cña mÆt ®èi diÖn bøc x¹ sang. Cßn mét phÇn nã ph¶n x¹ l¹i mÆt ®èi diÖn (h×nh 2-4). Qu¸ tr×nh nµy cø lÆp ®i lÆp l¹i ®Õn v« tËn.

H×nh 2-4 : S¬ ®å trao ®æi nhiÖt gi÷a hai mÆt.

(Xem trang sau)

Gäi bøc x¹ hiÖu qu¶ cña mÆt 1 lµ E1hq víi hÖ sè hÊp thô A1 vµ cña mÆt 2 lµ E2hq vµ hÖ sè hÊp thô A2 ta cã:

E1hq = E1 + (1-A1) E2hq (2-90)

E2hq = E2 + (1-A2) E1hq (2-91)

E1 vµ E2 : n¨ng l−îng tù bøc x¹ cña mÆt 1 vµ 2. Dßng bøc x¹ tÕ tõ mÆt 1 sang 2.

Q12 = E1hq - E2hq (2-92)

Tõ hÖ ph−¬ng tr×nh trªn ta rót ra:

E1hq = 2121

2121

AAAAEAEE

−+−+

E2hq = 2121

1221

AAAAEAEE

−+−+

Tõ ®©y ta cã:

Q12 = 2121

2112

AAAAEAEA

−+−

(2-93)

C¨n cø theo ®Þnh luËt Kirchoff ta thay A1 = oo C

CACC 2

21 , = vµ tõ ®Þnh luËt Stefan - Bolzman

thay

E1 = C1.4

1

100⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ T

vµ E1 = C2.4

1

100⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ T

vµo (2-93 ) ta cã:

46

Q12 =

20

21

0

2

0

1

0

14

22

0

24

11

.

.100

.100

CCC

CC

CC

CCTC

CCTC

−+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

Rót gän Q12 = 0

2

0

1

0

42

41

.1

100100 C

CC

CC

TT

−+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

Chia tö vµ mÉu sè cho C0 ta cã:

Q12 =

021

42

41

111100100

CCC

TT

−+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

Q12 = qC [ 4241 )100

T()

100

T( − ] , [W/m2] (2-97)

Cq - hÖ sè bøc x¹ quy ®Þnh vµ Cq

Cq =

oCCC111

1

21

−+ [W/m2.oK4] (2-98)

C1, C2 - hÖ sè bøc x¹ cña mÆt 1 vµ 2.

C¨n cø theo (2-79) vµ (2-80) ta cã thÓ viÕt:

Cq = 1

1167,5

21−

ε+

ε

[W/m2.oK4 ] (2-99)

NÕu mÆt F1 bÞ bäc kÝn bëi mÆt F2 theo d¹ng èng trô lång trong èng trô hoÆc cÇu lång trong cÇu

Cq = )1

1(

F

F167,5

22

1

1−

ε+

ε

[W/m2.oK4 ] (2-100)

NÕu F1 v« cïng nhá so víi F2 th×:

Cq = 5,67 . ε1 = C1

2.3.4 Bøc x¹ nhiÖt qua læ.

T−êng lß th−êng cã chõa çc læ quan s¸t, cöa ®èt, cöa cho liÖu qua læ, qua khe hë ®ã cã dßng nhiÖt bøc x¹ tõ trong lß ra m«i tr−êng xung quanh. L−îng nhiÖt nµy cã thÓ x¸c ®inh theo ®Þnh luËt Stefan - Bolzman.

Q = 5,67 ϕ [ 4KK41 )100

T()

100

T( − ] F , [W] (2-101)

47

Trong ®ã: F - diÖn tÝch bÒ mÆt læ, m2

T1 - nhiÖt ®é bªn trong cña lß, oK

Tkk - nhiÖt ®é kh«ng khÝ ngoµi lß, oK

ϕ - hÖ sè më cña læ.

Læ ë t−êng lß th−êng kh«ng lín, cho nªn cã thÓ coi nã nh− vËt thÓ ®en tuyÖt ®èi nghÜa lµ ®é ®en cña nã ε = 1. HÖ sè ϕ phô thuéc vµo gãc më mµ tia bøc x¹ phãng ra qua læ ra m«i tr−êng xung quanh.

NÕu kÝch th−íc lç b»ng nhau th× l−îng n¨ng l−îng qua læ cµng nhiÒu nÕu chiÒu dµy t−êng cµng nhá. NÕu chiÒu dµy t−êng qu¸ nhá th× gi¸ trÞ ϕ gÇn b»ng 1.

2.3.5 Bøc x¹ nhiÖt qua tÊm ch¾n.

Tõ c«ng thøc x¸c ®Þnh l−îng nhiÖt cÊp ®i b»ng bøc x¹: Muèn t¨ng c−êng sù cÊp nhiÖt b»ng ph−¬ng thøc nµy cÇn t¨ng c−êng nhiÖt ®é vµ ®é ®en cña vËt. Vµ ng−îc l¹i, muèn gi¶m sù cÊp nhiÖt bøc x¹ cÇn gi¶m nhiÖt ®é vµ ®é ®en cña vËt.

Gi¶ sö cã hai mÆt song song víi nhau, dßng nhiÖt bøc x¹ tõ mÆt 1 sang mÆt 2 x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Q12 = qC [ 4241 )100

T()

100

T( − ] , [W/m2] (2-102)

NÕu gi÷a hai mÆt nµy ta ®Æt tÊm ch¾n lµ l¸ thÐp máng hoÆc t«n máng trong ®iÒu kiÖn c©n b»ng nhiÖt vµ khi ε1 = ε2 = εc (®é ®en tÊm ch¾n) còng nh− F1 = F2 = Fc , dßng nhiÖt truyÒn tõ mÆt 1 lªn tÊm ch¾n råi tõ tÊm ch¾n lªn mÆt 2 (h×nh 2-6).

qC [ 4c41 )100

T()

100

T( − ] q

'1 CF = [ 424c )

100

T()

100

T( − ] Fc

hoÆc: 4c41 )100

T()

100

T( − = 424c )

100

T()

100

T( −

Tõ ®©y ta cã:

42414 )100

(21)

100(

21)

100( TTTc +=

L−îng nhiÖt mµ mÆt 1 truyÒn cho mÆt 2, b»ng l−îng nhiÖt mµ mÆt 1 truyÒn cho tÊm ch¾n råi tiÕp tôc truyÒn cho mÆt 2.

H×nh 2-6 : S¬ ®å bøc x¹ qua tÊm ch¾n.

(Xem trang sau)

Q1C2 = Cq [4c41 )

100

T()

100

T( − ] F1 , [W]

Thay gi¸ trÞ 4c )100

T( vµo ta cã:

Q1C2 = Cq [4141 )

100

T(

2

1)

100

T( − -

2

1 42 )100

T( ] F1 , [W]

48

hoÆc Q1C2 = 2

C q [ 4241 )100

T()

100

T( − ] F1 [W] (2-103)

So s¸nh (2-103) víi (2-102) ta thÊy b»ng khi cã 1 tÊm ch¾n, trao ®æi nhiÖt gi÷a hai mÆt gi¶m ®i 2 lÇn. NÕu cã n tÊm ch¾n ë gi÷a vµ nÕu ®é ®en cña tÊm ch¾n ε1 = ε2 = εc1 = … = εcn th× l−îng nhiÖt trao ®æi sÏ gi¶m ®i (n + 1) lÇn:

Q12nC = 1n

1

+ Q12 (2-104)

NÕu ®é ®en cña tÊm ch¾n thay ®æi th×:

Q12nC = 12q

C1q

C

C

1n

1

+ Q12 (2-105)

Cq 1C - hÖ sè bøc x¹ khi cã mÆt tÊm ch¾n, [W/m2.oK4]

Cq12 - hÖ sè bøc x¹ khi kh«ng cã tÊm ch¾n , [W/m2.oK4]

Ng−êi ta tÝnh to¸n khi sö dông mét tÊm ch¾n m¹ nikel kh«ng bÞ oxy hãa ε = 0,11 ®Ó che lç ë t−êng lß, tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh b»ng bøc x¹ gi¶m ®i 18 lÇn hoÆc khi Cc = 0.3, C1 = C2 = 5.26 nÕu cã mét v¸ch ch¾n dßng nhiÖt bøc x¹ gi¶m 30 lÇn.

2.3.6 Bøc x¹ nhiÖt cña khÝ vµ h¬i.

Çc ph©n tö khÝ cã cÊu t¹o tõ mét hoÆc hai nguyªn tö trong tÝnh to¸n nhiÖt kü thuËt coi nã nh− vËt thÓ trong suèt ®èi víi tia nhiÖt. Ph©n tö khÝ cã cÊu t¹o tõ ba hay bèn nguyªn tö trë lªn míi cã kh¶ n¨ng bøc x¹ vµ hÊp thô n¨ng l−îng d¹ng sãng. §¸ng chó ý h¬n c¶ lµ CO2 vµ H2O th−êng cã trong khÝ th¶i. V× nã lµ s¶n phÈm chñ yÕu trong qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu. Chóng kh¸c vËt thÓ x¸m ë chç chØ trong nh÷ng kho¶ng b−íc sãng nhÊt ®Þnh chóng míi cã kh¶ n¨ng hÊp thô vµ bøc x¹ n¨ng l−îng vµ trong nh÷ng kho¶ng ®ã ®é ®en cña khÝ kh¸c nhau. Ngoµi nh÷ng kho¶ng nµy khÝ trë nªn trong suèt vµ n¨ng l−îng bøc x¹ sÏ b»ng kh«ng.

VÝ dô: §èi víi khÝ CO2

Vïng quang phæ 1 tõ λ1 = 2.36µk ®Õn λ2 = 3.02µk



Còng kh¸c víi vËt thÓ r¾n, khÝ bøc x¹ hay hÊp thô n¨ng l−îng kh«ng ph¶i trªn bÒ mÆt mµ trªn toµn thÓ tÝch theo chiÒu dµy cña líp khÝ. NÕu t¨ng chiÒu dµy cña líp khÝ lªn, th× bøc x¹ cña khÝ t¨ng lªn vµ ®é ®en cña nã còng t¨ng lªn. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ kh¶ n¨ng bøc x¹ vµ hÊp thô n¨ng l−îng cña khÝ phô thuéc vµo kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng cña thÓ tÝch chøa khÝ ®ã (vá lß).

Theo nhiÒu t¸c gi¶ th× bøc x¹ cña chÊt khÝ tØ lÖ bËc (3- 3,5) so víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi. Nh− vËy ta kh«ng thÓ sö dông ®Þnh luËt Stefan - Boltzman ®èi víi khÝ ®−îc. Tuy nhiªn vÉn sö dông ®Þnh luËt nµy cho bøc x¹ cña khÝ nh−ng kÌm theo trong ph−¬ng tr×nh cã nh÷ng hÖ sè ®iÒu chØnh vµ b¶ng bæ sung.

H·y kh¶o s¸t bøc x¹ cña khÝ theo h×nh b¸n cÇu(h×nh 2-7). MËt ®é chïm tia bøc x¹ tíi tiÕt diÖn dF cµng lín nÕu b¸n kÝnh R cµng lín. ChiÒu dµi chïm tia hay chiÒu dµy líp khÝ S ë mäi phÝa ®Òu b»ng nhau vµ S = R. Thùc tÕ trong c«ng nghiÖp lß ta hiÕm gÆp thÓ tÝch khÝ cã h×nh d¹ng nh− vËy mµ h×nh thï kh¸c nhiÒu. Do ®ã chiÒu dµy S hay chiÒu dµi

49

cña chïm tia kh«ng ph¶i lu«n lu«n b»ng nhau. §Ó tÝnh to¸n ng−êi ta dïng chiÒu dµy ®−¬ng l−îng tøc lµ b¸n kÝnh ®−¬ng l−îng cña h×nh b¸n cÇu. ChiÒu dµy S ®−¬ng l−îng x¸c ®Þnh b»ng:

F

V4S = , [m]

V - thÓ tÝch chøa khÝ, m3

F - BÒ mÆt cña thÓ tÝch chøa khÝ ®ã, m2

H×nh 2-7 : Bøc x¹ khÝ theo h×nh b¸n cÇu.

(Xem trang sau)

Tuy nhiªn kh«ng ph¶i tÊt c¶ n¨ng l−îng bøc x¹ cña khÝ ®iÒu ®i tíi dF, mµ mét phÇn n¨ng l−îng bÞ hÊp thô bëi ngay chÝnh thÓ tÝch khÝ ®ã. §é hÊp thô cµng lín nÕu ®é ®en cña khÝ cµng lín. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n, c−êng ®é bøc x¹ gi¶m ®i (10 -15)% do nguyªn nh©n trªn. V× vËy ta dïng hÖ sè bøc x¹ hiÖu qu¶ η = 0,9 - 0,85.

S = η F

V4 , [m] (2-106)

ChiÒu dµy ®−¬ng l−îng cña mét sè thÓ tÝch cã h×nh d¹ng kh¸c nhau khi η =0,9 trong b¶ng 2- 4.

B¶ng 2 - 4 H×nh d¹ng thÓ tÝch chøa khÝ H×nh d¹ng thÓ tÝch chøa khÝ S

H×nh cÇu ®−êng kÝnh d 0,6 d

H×nh lËp ph−¬ng c¹nh a 0,6 a

H×nh trô dµi ®−êng kÝnh d 0,9 d

H×nh trô ng¾n d = h khi bøc x¹ lªn mÆt bªn 0,6 d

Líp khÝ dµy h gi÷a hai mÆt song song 1,8 h

C−êng ®é bøc x¹ cña khÝ phô thuéc vµo lo¹i khÝ, chiÒu dµy S, ¸p suÊt p vµ nhiÖt ®é t. §èi víi chiÒu dµi sãng λ c−êng ®é bøc x¹ lµ hµm sè cña çc ®¹i l−îng S, p, t.

§èi víi hçn hîp khÝ nh− khÝ th¶i ch¼ng h¹n, c−êng ®é bøc x¹ vµ hÊp thô n¨ng l−îng phô thuéc vµo hµm l−îng CO2 vµ H2O vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña khÝ.

N¨ng l−îng do CO2 bøc x¹ ®i, thùc tÕ phô thuéc vµo T3, 5 vµ H2Oh¬i phô thuéc vµo T3. §Ó nguyªn sè mò nh− vËy sÏ cã nhiÒu khã kh¨n trong tÝnh to¸n, v× vËy ng−êi ta vÉn coi nã phô thuéc vµo T4 nh−ng ®é ®en cña khÝ sÏ ®iÒu chØnh cho phï hîp. Do ®ã l−îng nhiÖt bøc x¹ bëi khÝ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

q = εk Co )100

T( 4 , [W/m2 ] (2-107)

εk - ®é ®en cña khÝ phô thuéc vµo p, s vµ nhiÖt ®é cña khÝ CO2 vµ h¬i n−íc.

§èi víi hçn hîp khÝ nh− khãi lß th× ®é ®en cña hçn hîp khÝ x¸c ®Þnh:

OHCOk 22βε+ε=ε - ∆ε (2-108)

50

OHCO 22ε+ε - ®é ®en cña khÝ CO2 vµ H2O, x¸c ®Þnh theo p , s vµ nhiÖt

®é ë biÓu ®å h×nh (2-8 vµ 2-9).

β- hÖ sè hiÖu chØnh, kÓ ®Õn sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ ¶nh h−ën cña chiÒu dµy S

vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc (t×m trong biÓu ®å 2-10).

∆ε - HÖ sè hiÖu chØnh khi bøc x¹ ®ång thêi CO2 vµ H2Oh¬i (tra trong biÓu ®å.). Trong tÝnh to¸n kü thuËt cã thÓ bá qua v× gi¸ trÞ rÊt nhá.

H×nh 2.8+2.9+2.10 (Xem trang sau)

H×nh 2-10 - BiÓu ®å x¸c ®Þnh hÖ sè hiÖu chØnh β

§èi víi ngän löa th× ®é ®en cña nã x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

ε1 = εk + εmh - ∆ε (1-109)

εk - ®é ®en hçn hîp khÝ.

εmh - ®é ®en cña çc h¹t må hãng n»m trong ngän löa nã phô thuéc vµo tÝnh chÊt nhiªn liÖu, ph−¬ng ph¸p vµ ®iÒu kiÖn ch¸y.

NÕu kÓ ®Õn n¨ng l−îng ph¶n x¹ tõ t−êng, th× c−êng ®é dßng nhiÖt bøc x¹ cña khÝ tíi t−êng ta dïng c«ng thøc V.N. Timofeev:

q = 5,67 εk 6,3

K

t4k )T

T1()

100

T( − , [W/m2 ] (2-110)

TK, Tk - nhiÖt ®é cña khÝ vµo t−êng , oK.

6,3)1(K

t

TT

− lµ ®¹i l−îng kÓ tíi sù bøc x¹ mg−îc l¹i cña t−êng.

Cã thÓ dïng c«ng thøc cña G.L. Poliak ®Ó tÝnh gißng nhiÖt bøc x¹ tõ khÝ tíi t−êng hoÆc ng−îc l¹i tõ t−êng tíi khÝ nÕu Tt >Tk.

Q = ])100

T()

100

T([

1117,5 4t4K

tk

kk

tkt

−ε

ε

−ε

+ε

.F , [W]

εt - ®é ®en cña t−êng lß.

εkk

®é ®en cña khÝ ë nhiÖt ®é khÝ.

εtk - ®é ®en cña khÝ ë nhiÖt ®é t−¬ng øng víi t−êng lß.

§Ó ®¬n gi¶n tÝnh to¸n cã thÓ coi εtk

= ε kk khi sai sè kh«ng qu¸ 5% th×:

Q = ])100

T()

100

T[(

1117,5 4t4K

kt

−−

ε+

ε

.F , [W] (2-111)

2.4 Trao ®æi nhiÖt trong lß löa. 2.4.1. Trao ®æi nhiÖt.

Nguån nhiÖt chñ yÕu cña çc lß nung vËt liÖu lµ ®èt ch¸y nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é cao. T¹i ®©y ngän löa, vá lß vµ vËt liÖu trao ®æi nhiÖt cho nhau (h×nh 2-11). Thùc tÕ nhiÖt

51

®é trong lß nung lín h¬n 1000oC, nªn trao ®æi nhiÖt theo ph−¬ng thøc ®èi l−u chØ chiÕm (5 – 10)%, cÊp nhiÖt b»ng bøc x¹ chiÕm vÞ trÝ chñ yÕu.

Ngän löa bøc x¹ nhiÖt cho vá lß vµ vËt liÖu nung, vËt liÖu vµ vá hÊp thô mét phÇn vµ ph¶n x¹ mét phÇn. Dßng bøc x¹ ®ã sÏ gép víi dßng tõ bøc x¹ cña vá lß vµ vËt liÖu cho ngän löa. Ngän löa cã ®é ®en nhÊt ®Þnh nªn nã hÊp thô mét phÇn, cßn mét phÇn cho ®i qua. Nh− vËy vËt liÖu nung trong lß nhËn nhiÖt tõ ngän löa vµ vá lß bøc x¹ tíi nã.

Tïy theo ®é ®en cña vËt liÖu nung mµ dßng bøc x¹ nhiÖt sÏ cÊp vµo s©u hay n«ng ë líp vËt liÖu d−íi ®¸y lß.

TÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong lß löa ë kho¶ng ch¸y cña nhiªn liÖu cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc sù phô thuéc cña l−îng nhiÖt cung cÊp cho vËt liÖu nung vµo çc nh©n tè kh¸c nhau, kÝch th−íc phßng lß, kÝch th−íc vµ vÞ trÝ cña ngän löa.

ViÖc tÝnh to¸n nµy t−¬ng ®èi phøc t¹p. V× ®é ®en, nhiÖt ®é cña ngän löa, nhiÖt ®é t−êng lß kh«ng ®ång ®Òu. Ngän löa l¹i kh«ng cã h×nh d¸ng nhÊt ®Þnh. Vai trß cña líp khÝ n»m gi÷a ngän löa, vËt liÖu vµ vá lß, çc nh©n tè h×nh häc rÊt khã tÝnh to¸n. V× vËy khi tÝnh to¸n ta sÏ ®¬n gi¶n nhiÒu vµ sö dông nh÷ng gi¸ trÞ cã hiÖu qu¶ cña çc th«ng sè vËt lý chñ yÕu trong c«ng thøc trao ®æi nhiÖt. Nh÷ng kÕt qu¶ cho sÏ t−¬ng øng víi thùc nghiÖm.

Khi tÝnh to¸n thùc tÕ th−êng sö dông nh÷ng gi¸ trÞ trung b×nh nh− nhiÖt ®é vµ ®é ®en cña khÝ. Còng coi kho¶ng ch¸y cña lß ®−îc lÊp ®Çy hoÆc mét phÇn bëi khÝ (ngän löa), ngän löa cã h×nh d¸ng nhÊt ®Þnh, ®é ®en khèi khÝ ®ång ®Òu.

Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong lß löa trong ®iÒu kiÖn çc dßng bøc x¹ ph©n bè ®ång ®Òu tõ ngän löa ®−îc B.N.Timofeev ®Ò ra ®Çu tiªn. ë ph−¬ng ph¸p nµy ra sÏ thµnh lËp c©n b»ng nhiÖt cña mçi nh©n tè tham gia trao ®æi nhiÖt nh− vËt liÖu, vá lß. §ã lµ ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch.

ë ®©y chóng ta sö dông nh÷ng c«ng thøc ®¬n gi¶n ®Ó dÔ tÝnh to¸n.

Dßng nhiÖt tæng tõ khÝ vµ bÒ mÆt trong cña lß (t−êng lß) cÊp cho vËt liÖu nung x¸c ®Þnh:

Qvl = Cc ])100

T()

100

T[( 4vl4k − Fvl , [W] (2-113)

Cc - HÖ sè bøc x¹ chung cña khÝ vµ t−êng lß cho vËt liÖu.

TK, Tvl - nhiÖt ®é tuyÖt ®æi cña khÝ vµ vËt liÖu nung, oK.

Fvl - bÒ mÆt nhËn nhiÖt cña vËt liÖu, m2

NÕu nhiÖt ®é khÝ vµ vËt liÖu thay ®æi ë lß lµm viÖc liªn tôc th× chªnh lÖch nhiÖt ®é:

])100

T()

100

T[(])

100

T()

100

T[()

100

T()

100

T( 4

'vl4Kr4vl4c4vl4k −−=− (2-114)

Tc - nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cña nhiªn liÖu, nÕu nhiªn liÖu ch¸y ë kho¶ng

lµm viÖc cña lß, oK.

Tvl, T`vl - nhiÖt ®é ®Çu vµ cuèi cña vËt liÖu, oK.

Tkr - nhiÖt ®é khÝ lóc ra khái z«n lµm viÖc cña lß , oK.

HÖ sè bøc x¹ chung Cc cña khÝ vµ t−êng lß cho vËt liÖu nung x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña V.N. Timofeev:

52

Cc = 5,7 εvl . εk Kvlkvlk

k

)]1()[1(

1)1(

ε+ε−ε+εε−ϕ+ε−ϕ

W/m2, ®é 4 (2-115)

εK, εvl - ®é ®en cña khÝ vµ bÒ mÆt vËt liÖu.

ϕ - hÖ sè, b»ng tû lÖ gi÷a bÒ mÆt nhËn nhiÖt cña vËt liÖu Fvl vµ bÒ mÆt trong cña t−êng lß Ft.

ϕ = t

vl

FF

Theo D. V Budrin:

Cc = 5,7 εvl K , [W/m2 . 0C 4] (2-116)

Trong ®ã:

K =

ϕεε

εεε

εϕ

11)]1([

11

+−

−+

−+

K

Kvlkvl

k

(2-117)

ϕ1

= ω = vl

t

F

F - §é ph¸t triÓn cña t−êng lß.

NÕu ký hiÖu β = εvl + εK (1- εvl) ta cã:

K = ω+

εε−

β

ε−+ω

K

K

K

11

(1-118)

Gi¸ trÞ hÖ sè ph©n K cã thÓ t×m trong biÓu ®å cña Budrin (h×nh 2-12) H×nh 2-12 - BiÓu ®å x¸c ®Þnh hÖ sè nh©n K

(Xem trang sau)

NÕu vËt liÖu kh«ng xÕp kÝn nÒn lß th× gi¸ trÞ εvl ë c«ng thøc (2-116) ta thay b»ng:

)F

F1)(1(1

vl

'vl

vl

vl'vl

−ε−−

ε=ε

'vlF - bÒ mÆt nhËn nhiÖt thùc cña vËt liÖu, m2.

Fvl - bÒ mÆt nÒn lß chung, m2.

'vlF / '

vlF - MËt ®é bÒ mÆt cña vËt liÖu ë nÒn lß.

NÕu kÓ c¶ dßng nhiÖt ®èi l−u tõ khÝ tíi vËt liÖu vµ t−êng lß vµ tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh bëi t−êng lß th× hÖ sè bøc x¹ chung sÏ b»ng:

KvlKvlK

KvlKc

KKCεεεεεϕ

εϕεε

+−+−+++−

=)]1()[1(

1)1(7,5 21' , [W/m2 . 0C 4] (2-119)

K1 - hÖ sè kÓ ®Õn dßng nhiÖt ®èi l−u q®1 [W/m2] tõ khÝ tíi t−êng trõ ®i tæn thÊt nhiÖt qtt [W.m2] ra m«i tr−êng xung quanh qua t−êng.

53

K1 = )(10.7,5

)1()(448

1

vlKKvl

Kttd

TTqq

−−−

− εεε

(2-120)

K2 - hÖ sè kÓ ®Õn dßng nhiÖt ®èi l−u tõ khÝ tíi bÒ mÆt vËt liÖu.

K2 = )(10.7,5

.)]1([)1(.448

vlKKvl

KdvvlKvlKdv

TTqq

−+−+−

− εεεεεεεϕ

(2-121)

Dßng nhiÖt ®èi l−u tõ khÝ tíi t−êng lß:

q®1 = α®1 (tk-tt) , [W/m2]

qtt - tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh qua t−êng lß.

qtt =

12

111

ααλσ

++∑ (t1 - tkk) , [W/m2]

q®v - dßng nhiÖt ®èi l−u tõ khÝ tíi vËt liÖu nung:

q®v = α®1 (tK-tvl) , [W/m2]

CÊp nhiÖt b»ng ®èi l−u sÏ t¨ng l−îng nhiÖt ®i tõ khÝ tíi vËt liÖu, nh−ng tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh sÏ gi¶m l−îng nhiÖt ®i tõ khÝ tíi vËt liÖu. Víi sai sè kh«ng lín l¾m cã thÓ coi K1 + K2 ≈ 0 vµ bµi to¸n sÏ gi¶n ®¬n h¬n.

§Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é bÒ mÆt trong cña t−êng lß t¹i z«n nhiÖt ®é cao, nhiÖt ®é nµy cÇn ph¶i biÕt ®Ó tÝnh tæn thÊt b»ng dÉn nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh, cã thÓ sö dông c«ng thøc:

Tt = 4 4vl

4K

4vl )TT(T −ψ+ , [oK] (2-122)

HÖ sè theo Budrin:

ψ = ω+

εε−

β

β−+ω

K

K11

§¹i l−îng ψ n»m trong kho¶ng 0,85 ®Õn 0,95.

NÕu ®· biÕt nhiÖt ®é Tvl vµ Tt, th× nhiÖt ®é khÝ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

TK = 44vl

4t )1(TT

ψψ−−

, [oK] (2-123)

2.4.2 Çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt.

Trong z«n nung nguån nhiÖt cung cÊp chñ yÕu lµ ngän löa, v× vËy ®é s¸ng cña ngän löa vµ kh¶ n¨ng bøc x¹ nhiÖt cña nã cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt.

Khi ch¸y cacbua hydro nhÑ sÏ t¹o ra çc h¹t cacbon (0,02 - 0,3)μK víi sè l−îng 1,3.108 h¹t trong 1cm3 löa. Khi ch¸y dÇu mazót t¹o ra h¹t ®Õn 50μk. Khi nhiÖt ph©n hñy metan kh«ng nh÷ng ta nhËn ®−îc h¹t må hãng mµ cßn t¹o ra sîi cacbua hydro dµy (0,2 - 0,5) μk vµ dµi hµng tr¨m micron.

54

MÆc dï çc h¹t nhá (0,05 - 0,3)μk cã ®é ®en nhá, nh−ng kh¶ n¨ng bøc x¹ chung cña c¶ khèi khÝ ®ã l¹i lín. ë nh÷ng h¹t lín (20 - 30) μk ®é ®en cña b¶n th©n tõng h¹t kh¸ lín nh−ng sè l−îng h¹t l¹i Ýt, nªn kh¶ n¨ng bøc x¹ cña ngän löa l¹i kh«ng lín. V× vËy viÖc ch¸y than bôi (h¹t 50 - 100) μk cã kh¶ n¨ng bøc x¹ nhá.

KÕt qu¶ nghiªn cøu: Ngän löa cã chøa h¹t må hãng (1÷4) μK cã c−êng ®é bøc x¹ cùc ®¹i. ë nhiÖt ®é nh− nhau, ngän löa s¸ng bøc x¹ tèt h¬n ngän löa kh«ng s¸ng. Nh−ng nÕu tiªu tèn l−îng khÝ than nh− nhau th× cÇn ph¶i xem xÐt cÈn thËn çc yÕu tè kh¸c n÷a.

Theo Serman, khÝ thiªn nhiªn ch¸y ngän löa s¸ng cã ®é ®en lín vµ kh¶ n¨ng bøc x¹ cña nã còng lín theo ®é s¸ng cña ngän löa. Nh−ng bøc x¹ chung cña khÝ vµ vá lß cho vËt liÖu ë ngän löa s¸ng l¹i kÐm h¬n ngän löa kÐm s¸ng.

N.A. Zakharikov chØ r»ng t¨ng ®é s¸ng cña ngän löa khi tiªu tèn khÝ nh− nhau ë lß thÝ nghiÖm sÏ dÉn tíi gi¶m cÊp nhiÖt cho ®¸y lß so víi ngän löa ng¾n kh«ng s¸ng.

ë lß thñy tinh ng−êi ta l¹i cã kÕt qu¶ kh¸c.

Dßng nhiÖt bøc x¹ ®Õn mÆt nhËn nhiÖt trong lß.

q = σ T4 (2-124)

NÕu t¨ng ®é s¸ng, hÖ sè σ t¨ng lªn vµ nhiÖt ®é T h¹ xuèng. So s¸nh 2 dßng nhiÖt cña ngän löa s¸ng qs vµ kh«ng s¸ng qK cã thÓ viÕt:

)T

T41(

T

)TT(

q

q

K

s4

K

4s

K

s ∆−

σσ

≈σ

∆−σ= (2-125)

T - nhiÖt ®é ngän löa kh«ng s¸ng, 0K

∆ T - ®é gi¶m nhiÖt ®é cña ngän löa s¸ng so víi ngän löa kh«ng s¸ng.

σs, σK - hÖ sè bøc x¹ khi ngän löa s¸ng vµ kh«ng s¸ng.

ë nhiÖt ®é cao (T

T41∆

− ) ≈ 1 Vµ σs lu«n lu«n lín h¬n σK, cÊp nhiÖt cña ngän löa s¸ng sÏ

lín h¬n ngän löa kh«ng s¸ng. ë nhiÖt ®é thÊp th× ng−îc l¹i hÖ sè (T

T41∆

− ) nhá h¬n 1

nhiÒu vµ cÊp nhiÖt cña ngän löa kh«ng s¸ng l¹i lín h¬n.

§Ó t¨ng ®é s¸ng cña ngän löa ng−êi ta th−êng pha nhùa than (h¾c Ýn) hoÆc mazót vµo dßng khÝ, vµ ph−¬ng tr×nh 2-125 trªn sÏ cã d¹ng:

)41()(

4

4

TT

TTT

qq

K

s

K

s

K

s ∆+≈

∆+=

σσ

σσ

(2-126)

C¶ hai ®Òu biÕn thiªn theo mét h−íng, do ®ã carbon hãa dßng khÝ do pha thªm nhiªn liÖu láng cã ý nghÜa rÊt cao.

ë ngän löa s¸ng, tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn cÊp nhiÖt cho vËt liÖu. NÕu ngän löa hoµn toµn trong suèt (®é ®en v« cïng nhá) nhiÖt ®é t−êng lß bÞ h¹ thÊp, tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn cÊp nhiÖt cho vËt liÖu. T−êng lß sÏ trao cho vËt liÖu tÊt c¶ nhiÖt nhËn ®−îc tõ khÝ sau khi ®· trõ phÇn tæn thÊt ra m«i tr−êng xung quanh vµ nhiÖt tÝch lòy bëi t−êng lß.

55

Tr−êng hîp ®Çu εK = 1 nªn TK ≈ Tt, gi÷a t−êng lß vµ vËt liÖu cã sù trao ®æi nhiÖt kh«ng ®¸ng kÓ. Tr−êng hîp sau εK = 0 t−êng lß vµ vËt liÖu cã trao ®æi nhiÖt, nªn nhiÖt ®é cña t−êng cã ¶nh h−ëng lín ®Õn cÊp nhiÖt cho vËt liÖu.

NÕu t¨ng kÝch th−íc ngän löa d/B = 0,5, d: ®−êng kÝnh ngän löa, B - chiÒu réng lß th× l−îng nhiÖt truyÒn cho vËt liÖu lóc ®Çu t¨ng nhanh, sau ®ã chËm l¹i.

ChiÒu dµi cña ngän löa phô thuéc vµo tèc ®é ch¸y nhiªn liÖu. NÕu ch¸y nhanh, ngän löa sÏ ng¾n nh−ng nhiÖt ®é l¹i cao vµ ng−îc l¹i. V× vËy tïy theo ®iÒu kiÖn cô thÓ mµ duy tr× ngän löa dµi hay ng¾n. VÝ dô trªn ®−êng ®i cña khÝ, ngän löa cÇn dµi nh−ng nhiÖt ®é cña ngän löa vÉn ph¶i duy tr× ë ph¹m vi cho phÐp. NÕu ®Ó ngän löa qu¸ dµi, mét phÇn ngän löa v−ît khái khu nung luyÖn, sÏ g©y tæn thÊt nhiÖt.

Trong thùc tÕ lß c«ng nghiÖp, ng−êi ra duy tr× ngän löa s¸ng ch¼ng nh÷ng cã −u thÕ vÒ truyÒn nhiÖt mµ cßn dÔ quan s¸t theo dâi qu¸ tr×nh ch¸y vµ chuyÓn ®éng cña ngän löa. §Ó gi¶m tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh tøc gi¶m tiªu tèn nhiªn liÖu, cÇn ph¶i çch nhiÖt t−êng lß cho tèt, gi¶m hoÆc che kÝn çc lç hay khe hë. §iÒu khiÓn ngän löa víi tèc ®é lín vµ h−íng nã vµo mÆt vËt liÖu d−íi mét gãc sÏ t¨ng c−êng tèc ®é nung luyÖn.

2.4.3 CÊp nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh.

Trong qu¸ tr×nh nung hay sÊy çc thiÕt bÞ nhiÖt ®Òu cã tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh do truyÒn nhiÖt qua t−êng lß, vßm lß, ®¸y lß…

Dßng nhiÖt tæn thÊt ë ®©y lµ tæng hîp cña c¶ 3 d¹ng truyÒn nhiÖt: dÉn nhiÖt, ®èi l−u vµ bøc x¹.

X¸c ®Þnh l−îng nhiÖt tæn thÊt qua t−êng hay vßm lß, dïng c«ng thøc tæng qu¸t

Qtt =

21

KKK

11)tt(F6,3

α+

λσ

∑+α

− , [W] (2-127)

HoÆc Qtt =

21

KKK

11F)tt(001,0

α+

λσ

∑+α

− , [KW] (2-128)

.tk, tKK - NhiÖt ®é cña khÝ trong lß vµ kh«ng khÝ, oC.

F - bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña t−êng hay vßm lß, m2.

α1 - hÖ sè cÊp nhiÖt tõ khi tíi mÆt t−êng trong lß, W/m2.®é.

α2 - hÖ sè cÊp nhiÖt tõ mÆt t−êng ngoµi tíi kh«ng khÝ bao quanh W/m2.®é.

∑λσσ

- tæng nhiÖt c¶n néi cña t−êng lß.

σ - chiÒu dµy cña líp g¹ch hay vËt liÖu.

λ - ®é dÉn nhiÖt t−¬ng øng cña g¹ch, W/m2.®é.

HÖ sè cÊp nhiÖt α trong mäi tr−êng hîp b»ng tæng cÊp nhiÖt ®èi l−u vµ bøc x¹:

α = α®1 + αbx (1-129)

HÖ sè α1 cã thÓ x¸c ®Þnh theo nh÷ng c«ng thøc ë phÇn trªn khi biÕt çc th«ng sè cña khÝ vµ t−êng lß. ë nhiÖt ®é cao ®èi víi kh«ng khÝ α1 = 7 - 14, ®èi víi hçn hîp kh«ng

56

khÝ vµ h¬i n−íc α1 = 20 - 200, ®èi víi khãi lß α1 = 100 - 450, h¬i n−íc b·o hßa kh«ng cã kh«ng khÝ α1 = 9000 - 12000 W/m2. ®é.

HÖ sè cÊp nhiÖt α2 x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

α2 = K KKtn

4KK4

4KKtn tt

])100

T()

100

Ttn[(.7,5

tt−

−ε+− , [W/m2 oC] (2-130)

K = 2,6 - ®èi víi t−êng th¼ng ®øng.

K = 3,3 - ®èi víi t−êng ngang vµ cÊp nhiÖt lªn phÝa trªn.

K = 1,6 - ®èi víi t−êng ngang cÊp nhiÖt xuèng d−íi (nÒn lß).

ε ®é ®en t−êng lß, t−êng g¹ch ε = 0,8 - 0,9.Vá thÐp ε = 0,8vá phñ nhò s¸ng ε = 0,2.

ttn, tKK - nhiÖt ®é mÆt t−êng ngoµi vµ kh«ng khÝ, oC.

NÕu ttn = 100 ÷ 400oC cã thÓ x¸c ®Þnh α2 theo c«ng thøc ®¬n gi¶n sau:

α2 = (9,5 + 0,07 ttn) (1+0,2v) , [W/m2. ®é] (2-131)

v - tèc ®é giã ë bÒ mÆt t−êng, m/s.

§èi víi lß lµm viÖc ë (1000 - 1500)oC, mÆt t−êng ngoµi cã nhiÖt ®é kho¶ng (60 ÷ 100) oC vµ α2 = 12 ÷ 15 W/m2.®é.

NhiÖt ®é bÒ mÆt trong t1 cña lß x¸c ®Þnh theo c«ng thøc 2-122 hoÆc ®Ó ®¬n gi¶n cã thÓ x¸c ®Þnh theo ®−êng cong nung s¶n phÈm ®èi víi çc z«n kh¸c nhau. Khi ®ã tæn thÊt nhiÖt x¸c ®Þnh theo:

Q =

2

1

1)(001,0

αλσ+∑

− KKtt , [KW] (2-132)

Còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo:

Q = 0,001 α2 (ttn - tKK) F , [KW] (2-133)

TrÞ sè α2 cã thÓ dïng b¶ng tra hoÆc dïng biÓu ®å ®Ó t×m (h×nh 2-13). Gi¶n ®å ®Ó x¸c ®Þnh α2 = α®1 + αbx khi kh«ng khÝ chuyÓn ®éng tù do

1- T−êng ngang cÊp nhiÖt lªn trªn

2- T−êng th¼ng ®øng

3- T−êng ngang cÊp nhiÖt xuèng phÝa d−íi.

§Ó x¸c ®Þnh l−îng nhiÖt tæn thÊt ra kh«ng khÝ xung quanh, cã thÓ dïng biÓu ®å ®Ó tÝnh (h×nh 2-14). C¨n cø vµo nhiÖt ®é mÆt trong cña t−êng vµ nhiÖt c¶n néi ∑S/λ, ta x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt ®é mÆt ngoµi vµ l−îng nhiÖt tæn thÊt ra m«i tr−êng xung quanh. Tæn thÊt nhiÖt qua t−êng [KW/m2 ] nhiÖt ®é mÆt trong cña t−êng.

57

H×nh 2-14- BiÓu ®å x¸c ®Þnh tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ bao quanh 15oC.

2..5 §èt nãng vµ lµm nguéi vËt thÓ. 2.5.1 Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n.

Trong lß c«ng nghiÖp, th−êng gÆp qu¸ tr×nh ®èt nãng vµ lµm nguéi: vËt liÖu nung, t−êng lß, xe goßng... NhiÖm vô chñ yÕu khi tÝnh to¸n ®èt nãng vµ lµm nguéi lµ t×m ®−îc sù biÕn ®æi nhiÖt ®é theo thêi gian trong tiÕt diÖn cña vËt thÓ.

Khi ®èt nãng, trong vËt thÓ xuÊt hiÖn chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a bÒ mÆt tm vµ t©m cña chóng tt. Chªnh lÖch nµy phô thuéc vµo nhiÖt c¶n S/λ vµ ®iÒu kiÖn ®èt nãng: c−êng ®é dßng nhiÖt, tèc ®é ®èt nãng, hÖ s« cÊp nhiÖt α NhiÒu tr−êng hîp, chªnh lÖch nµy ∆t ≈ 0 cã nghÜa lµ ®é dÉn nhiÖt λ rÊt lín, vËt thÓ nh− vËy ®−îc coi lµ vËt thÓ máng.

VËt thÓ máng lµ vËt thÓ cã chiÒu dµy S nhá hoÆc trÞ sè λ rÊt lín. NÕu chuÈn sè Bi0

= λαS ≤ 0,25 coi ®ã lµ vËt thÓ máng, nÕu BiO > 0,25 coi ®ã lµ vËt thÓ khèi.

Khi ®èt nãng, nhiÖt ®é ph©n bè theo tiÕt diÖn cña s¶n phÈm theo ®−êng parabol. Sù ph©n bè ®ã cµng chÝnh x¸c khi tèc ®é ®èt nãng kh«ng ®æi hoÆc dßng nhiÖt cè ®Þnh (q = const). Trong tr−êng hîp nµy nhiÖt ®é trung b×nh cña toµn vËt thÓ x¸c ®Þnh theo:

S¶n phÈm d¹ng tÊm:

t3

2t

3

ttt mttb ∆−=

∆+= (2-134)

S¶n phÈm d¹ng trô:

t2

tt

2

ttt mttb ∆−=

∆+= (2-135)

S¶n phÈm d¹ng cÇu:

t5

2tt

5

3tt mttb ∆−=∆+= (2-136)

NÕu ®èt nãng hai phÝa th× chiÒu dµy ®èt nãng S sÏ b»ng nöa chiÒu dµy s¶n phÈm, nÕu ®èt nãng mét phÝa th× S chÝnh lµ chiÒu dµy cña s¶n phÈm.

NÕu vËt thÓ kh«ng ®ång nhÊt, vÝ dô t−êng lß gåm nhiÒu lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau, th× khi tÝnh to¸n ta coi nh− t−êng ®ång nhÊt víi çc th«ng sè ®−¬ng l−îng:

58

§é dÉn nhiÖt λ®l =

n

n

n

SSSSSS

λλλ+++

+++

...

...

2

2

1

1

21 (2-137)

Tû nhiÖt C®l = n

nn

SSSSCSCSC

++++++

......

21

2211 (2-138)

MËt ®é ρ®l = n

nn

SSSSSS

++++++

......

21

2211 ρρρ (2-139)

λ1, C1, ρ1, S1- ®é dÉn nhiÖt, tû nhiÖt, mËt ®é, chiÒu dµy ®èt nãng líp vËt liÖu thø nhÊt.

λ2, C2, ρ2, S2- nh− trªn - cña líp vËt liÖu thø hai.

§èt nãng vµ lµm nguéi vËt thÓ trong tr¹ng th¸i nhiÖt kh«ng æn ®Þnh ®−îc gi¶i b»ng ph−¬ng tr×nh vi ph©n dÉn nhiÖt. Víi dßng nhiÖt mét chiÒu ta sÏ sö dông nh÷ng chuÈn sè ®ång d¹ng sau:

λαS

= Bi chuÈn sè Bi0.

2S

aZ4 = Fo chuÈn så Fourier.

s

x = L chuÈn sè ®ång d¹ng h×nh häc.

θ=∆∆

d

c

t

t= f (Bi, Fo, L) chuÈn sè nhiÖt ®é.

S - tÊm: chiÒu dµy [m], Víi h×nh cÇu vµ trô S lµ ®−êng kÝnh.

a - ®é dÉn nhiÖt ®é. Z - thêi gian.

x- kho¶ng çch tõ mÆt ®èt nãng ®Õn mÆt kh¶o s¸t.

∆td - chªnh lÖch nhiÖt ®é ban ®Çu. ∆tc - chªnh lÖch nhiÖt ®é cuèi.

Trong c«ng nghiÖp nung luyÖn vËt liÖu qu¸ tr×nh ®èt nãng vµ lµm nguéi lµ quan träng. Qu¸ tr×nh ®èt nãng, lµm nguéi cã thÓ x·y ra trong çc ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, m«i tr−êng thay ®æi vµ kh«ng thay ®æi nh−ng bÒ mÆt vËt thÓ cã nhiÖt ®é biÕn ®æi nhiÒu lÇn.

2.5.2 §èt nãng trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é m«i tr−êng thay ®æi.

§èt nãng çc tÊm dµy vµ réng cã nhiÖt ®é ban ®Çu lµ td ®ång ®Òu trong toµn thÓ tÝch, nÕu nhiÖt ®é bÒ mÆt biÕn ®æi nhiÒu lÇn tm th× ta tÝnh theo c«ng thøc sau:

θ = )2

.(aZxf

tttt

dm

m =−−

= f (Bi) (2-140)

Q1 = λ (t® - tm) . Za

e aZ4

x2

π

−

(2-141)

Q2 = Za

)tt( md

π−λ

(2-142)

59

Q3 = 2λ(td-tm ) πa

Z

t - nhiÖt ®é ë kho¶ng çch bÒ mÆt lµ x sau z giê. Q1l−îng nhiÖt qua mÆt song song víi bÒ mÆt cña tÊm ë çch bÒ mÆt nµy x mÐt sau thêi gian z giê.

Q2- L−îng nhiÖt qua mÆt song song víi bÒ mÆt cña tÊm ë çch bÒ mÆt nµy x mÐt (x = 0) sau thêi gian z giê.

Q3 L−îng nhiÖt qua mÆt song song víi bÒ mÆt cña tÊm ë çch bÒ mÆt nµy x mÐt truíc z giê.

Ph−¬ng tr×nh trªn ®¸ng tin cËy. Khi chiÒu dµy s¶n phÈm tháa m·n ®iÒu kiÖn sau:

6,0aZ2

S>

Gi¸ trÞ hµm sè f1 (aZ2

x) = f (B) xem trong b¶ng 2-5.

Gi¸ trÞ hµm sè f(B)- B¶ng 2-5 B f1(B) B f1(B) B f1(B)

0,05 0,050 0,75 0,71 1,40 0,952

0,10 0,113 0,80 0,724 1,45 0,960

0,15 0,168 0,85 0,771 1,50 0,966

0,20 0,223 0,90 0,797 1,55 0,972

0,25 0,276 0,95 0,821 1,60 0,976

0,30 0,329 1,00 0,843 1,65 0,980

0,35 0,379 1,05 0,862 1,70 0,984

0,40 0,410 1,10 0,880 1,75 0,987

0,45 0,476 1,15 0,896 1,80 0,990

0,50 0,521 1,20 0,910 1,85 0,991

0,55 0,563 1,25 0,923 1,90 0,993

0,60 0,604 1,30 0,934 1,95 0,994

0,65 0,642 1,35 0,944 2,00 0,995

0,70 0,678

2.5.3 §èt nãng trong ®iÒu kiÖn m«i tr−êng cã nhiÖt ®é kh«ng thay ®æi.

§èi víi çc s¶n phÈm d¹ng tÊm, trô, cÇu cã ®−êng kÝnh tÝnh to¸n d hay chiÒu dµy S. Víi nhiÖt ®é ®ång ®Òu ban ®Çu t® ®−a vµo trong lß cã nhiÖt ®é kh«ng thay ®æi t1 x¸c ®Þnh;

θ = );4( 21

1

λαS

SaZf

tttt

d

x =−−

(2-144)

Tïy thuéc vµo ®iÓm xuÊt ph¸t cña thêi gian kh¶o s¸t mµ tx cã thÓ lµ nhiÖt ®é bÒ mÆt, ë trung t©m, hay ë kho¶ng çch x so víi mÆt ngoµi. øng víi mçi d¹ng vËt liÖu ta cã gi¶n ®å ®Ó t×m gi¸ trÞ θ, Fo vµ Bi. NÕu biÕt hai chuÈn sè trªn ta x¸c ®Þnh ®−îc chuÈn sè thø 3. NÕu biÕt Bi vµ Fo ta x¸c ®Þnh nhiÖt ®é ®¹t ®−îc sau Z giê, ng−îc l¹i khi biÕt θ vµ Bi, ta x¸c ®Þnh ®−îc thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®¹t nhiÖt ®é mong muèn (tm, tt , hoÆc tx). Víi

60

mçi ®iÒu kiÖn, mçi h×nh d¸ng s¶n phÈm ®Òu cã mét gi¶n ®å t−¬ng øng. H×nh 2-15 ®Õn 2-18 lµ gi¶n ®å øng víi tÊm, trô vµ cÇu.

H×nh 2-15 : BiÓu ®å tÝnh to¸n bÒ mÆt cña s¶n phÈm d¹ng tÊm.

BiÓu ®å tÝnh to¸n mÆt t©m cña s¶n phÈm d¹ng tÊm

BiÓu ®å tÝnh to¸n bÒ mÆt s¶n phÈm d¹ng trô.

H×nh 2-16 : BiÓu ®å tÝnh to¸n mÆt t©m cña s¶n phÈm d¹ng tÊm

Chu

Èn s

è nh

iÖt ®

é

Chu

Èn s

è nh

iÖt ®

é

Chu

Èn s

è nh

i Öt ®

é

Chu

Èn s

è nh

iÖt ®

é

61

H×nh 2-18 : BiÓu ®å tÝnh to¸n bÒ mÆt cña s¶n phÈm d¹ng trô

Liªn hÖ gi÷a nhiÖt ®é bÒ mÆt tm , nhiÖt ®é t©m tt vµ nhiÖt ®é khÝ cã thÓ x¸c ®Þnh:

tk = tt + m (tn-tt) (2-145)

S¶n phÈm d¹ng tÊm m = 1/3, trô m = 1/2, cÇu m = 2/3.

Trong tr−êng hîp nhiÖt ®é lß kh«ng ®æi, nhiÖt ®é bÒ mÆt vËt liÖu th−êng biÕn ®æi theo ®−êng parabol. Khi ®ã nhiÖt ®é bÒ mÆt trung b×nh x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

ttb = t® + 3

2 (tc-t®) , [

oC] (2-146)

Tr−êng hîp vËt thÓ ®−îc kh¶o s¸t cã h×nh d¸ng võa lµ tÊm võa lµ trô hoÆc võa lµ cÇu th× ë ®iÓm t−¬ng øng cña tiÕt diÖn chuÈn sè nhiÖt ®é x¸c ®Þnh b»ng:

θ = θ’ . θ” (2-147)

NÕu h×nh d¹ng lµ hçn hîp c¶ 3 lo¹i trªn th×:

θ = θ’.θ”. θ’’’ (2-147)

§èi víi vËt thÓ, nÕu Bi <4 th× ph¶i kÓ ®Õn nhiÖt c¶n néi, vµ khi ®ã hÖ sè cÊp nhiÖt lµ hÖ sè cÊp nhiÖt hiÖu øng x¸c ®Þnh:

αh− =

m

Bi1 +

α (2-148)

S¶n phÈm d¹ng tÊm m = 3, trô m = 4, cÇu = 5.

2.6 TÝnh ®èt nãng b»ng ph−¬ng ph¸p hiÖu sè cuèi cïng (ph−¬ng ph¸p Smidt).

Trong çc lß kÓ c¶ nh÷ng lß liªn tôc tiÕn hµnh nh÷ng qu¸ tr×nh nhiÖt kh«ng æn ®Þnh, nhiÖt ®é t−êng lß bÞ biÕn ®æi. T−êng lß tÝch lòy nhiÖt vµ hµm nhiÖt cña nã biÕn ®æi tû lÖ víi nhiÖt ®é cña chóng.

§Ó tÝnh to¸n nhiÖt tÝch lòy bëi t−êng lß cÇn ph¶i x¸c ®Þnh sù ph©n bè nhiÖt ®é ë t−êng lß theo chiÒu dµy cña nã sau mét thêi gian lµm viÖc nhÊt ®Þnh.

§èi víi s¶n phÈm, ta còng cã thÓ x¸c ®Þnh thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®−îc nhiÖt ®é nung, vµ sù ph©n bè nhiÖt ®é theo chiÒu dµy s¶n phÈm. Chóng ta biÕt r»ng øng suÊt nhiÖt chØ phô thuéc vµo chªnh lÖch nhiÖt ®é ë trong vËt thÓ mµ kh«ng phô thuéc vµo kÝch th−íc tuyÖt ®èi víi vËt thÓ. Qua tÝnh to¸n, ta cã thÓ kiÓm tra l¹i chªnh lÖch nhiÖt ®é trong s¶n phÈm cã n»m trong giíi h¹n cho phÐp hay kh«ng.

§Ó tÝnh qu¸ tr×nh ®èt nãng, cã thÓ ¸p dông ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt. Víi ph−¬ng ph¸p nµy cã thÓ gi¶i chÝnh x¸c ®èi víi vËt thÓ cã h×nh d¹ng ®Òu ®Æn nh−: tÊm, cÇu, trô..

Gi¶i bµi to¸n nµy ®Çu tiªn chóng ta ph¶i chÊp nhËn nh÷ng ®iÌu kiÖn sau:

- VËt thÓ ®−îc coi nh− lµ ®ång chÊt vµ ®¼ng h−íng.

- Çc th«ng sè vËt lý: ®é dÉn nhiÖt ®é, tû nhiÖt, khèi l−îng riªng… lµ kh«ng ®æi.

- Tr¹ng th¸i tæ hîp cña nã kh«ng thay ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc.

62

Ph−¬ng ph¸p hiÖu sè nhiÖt ®é trung b×nh cßn gäi ph−¬ng ph¸p hiÖu sè cuèi cïng do Smidt ®Ò x−íng. Thùc chÊt cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ thay nh÷ng ®o¹n v« cïng nhá dt, dx, dτ cña ph−¬ng tr×nh vi ph©n b»ng nh÷ng ®o¹n ∆t, ∆s, ∆τ lín h¬n.

2

2

2

2

S

ta

t

dx

tda

d

dt

∆

∆=

τ∆∆

→=τ

(2-149)

∆t - ®é t¨ng nhiÖt ®é cña líp ∆S sau thêi gian ∆τ.

a - ®é dÉn nhiÖt ®é.

a = C.

6,3

ρλ

, [m2/h] (2-150)

λ - ®é dÉn nhiÖt W/m.®é, ρ - mËt ®é Kg/m3, C- tû nhiÖt Kj/Kg.®é

Sù thay thÕ nh− vËy sÏ ®¬n gi¶n bµi to¸n nhiÒu, ®−êng ph©n bè nhiÖt ®é sÏ lµ nh÷ng ®−êng g·y khóc, chø kh«ng ph¶i lµ ®−êng cong ®Òu nh− ë ph−¬ng tr×nh vi ph©n truyÒn nhiÖt h×nh 2-19.

L−îng nhiÖt ®i qua líp 1 vµo líp 2 sau thêi gian ∆τ sÏ b»ng:

Q1 = q1∆τ = S

)tt(6,3 21

∆−λ

.∆τ [Kj/m2]

NhiÖt qua líp 2 vµo líp 3 còng sau thêi gian ∆τ:

Q2 = q2 ∆τ = S

)tt(6,3 32

∆−λ

H×nh 2-19

L−îng nhiÖt d− ∆Q = Q1 - Q2 sÏ lµm t¨ng nhiÖt ®é líp ∆S lªn ∆t. Hµm nhiÖt cña 1m2 líp t¨ng lªn 1 ®¹i l−îng ∆I = ∆S. ρ.C.∆t vµ vÒ trÞ sè chÝnh b»ng ∆Q. do ®ã:

∆S.ρ.C.∆t = τ∆∆

−λ−τ∆

∆−λ

S

)tt(6,3

S

)tt(6,3 3221

Tõ ®©y ta cã:

2

3221

S

)tt()tt(a

t

∆

−−−=

τ∆∆

(2-151)

So s¸nh víi ph−¬ng tr×nh (2-149) ta cã thÓ viÕt:

líp 1 líp 2 líp 3

63

(t1 - t2) - (t2 - t3) = 2 )t2

tt( 3

31 −+

= ∆2t

Tõ ph−¬ng tr×nh 2-151, ®é t¨ng nhiÖt ®é trong líp sÏ b»ng:

∆t = )t2

tt(

S

a22

312

−+

∆

τ∆ (2-152)

NÕu chän ∆τ sau cho tháa m·n ®iÒu kiÖn:

∆τ = a2

S 2∆ (2-153)

Th× : ∆t = 231 t

2

tt−

+

V× trÞ sè : 2S

a2

∆

τ∆ = 1

Khi ®ã ta ®−îc mét nhiÖt ®é míi t’ 2 (h×nh 2-19)

2

ttttt 31

2'2

+=∆+= (2-154)

Tõ ®©y ta cã ®Þnh nghÜa: nhiÖt ®é cña líp ë thêi ®iÓm nµo ®ã b»ng trung b×nh céng cña hai líp c¹nh nã tr−íc ®ã mét ®o¹n thêi gian ∆τ.

B»ng ph−¬ng ph¸p nµy, nÕu biÕt nhiÖt ®é cña líp bªn ph¶i vµ tr¸i, ta dÔ dµng x¸c ®Þnh nhiÖt ®é míi ®èi víi líp gi÷a sau ®o¹n thêi gian ∆τ b»ng biÓu ®å hay b»ng tÝnh to¸n.

Tuy nhiªn, vÉn ch−a thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt ®é mÆt trong vµ mÆt ngoµi cña t−êng, nhiÖt ®é mÆt trong cña t−êng cã thÓ x¸c ®Þnh theo tèc ®é n¨ng nhiÖt ®é ®· cho, hoÆc theo dßng nhiÖt cho ®Õn t−êng, hoÆc theo nhiÖt ®é ®· cho cña m«i tr−êng khÝ. §¬n gi¶n nhÊt, ta lÊy nhiÖt ®é nµy theo ®−êng cong n©ng nhiÖt ®é hay h¹ nhiÖt ®é cña lß.

NhiÖt ®é mÆt ngoµi cña t−êng trong nh÷ng thêi gian nhÊt ®Þnh vÉn duy tr× kh«ng ®æi. Sau mét thêi gian nã ®−îc nung nãng lªn. Tõ lóc ®ã nhiÖt ®é t−êng ngoµi x¸c ®Þnh nh− sau.

NÕu biÕt nhiÖt ®é t¹i ®iÓm çch mÆt ngoµi cña t−êng mét ®o¹n ∆S lµ t∆S , th× dßng nhiÖt truyÒn b»ng dÉn nhiÖt ®Õn mÆt ngoµi lµ:

q = λ S

tt nS

∆−∆

Còng l−îng nhiÖt nµy, mÆt ngoµi trao cho m«i tr−êng xung quanh:

q = α2 (tn - tKK)

Do ®ã: λ = S

tt nS

∆−∆ = α2 (tn - tKK)

Rót ra: tn = S

tt.S

2

SKK2

∆α+λλ+∆α ∆ (2-155)

Chøng minh t−¬ng tù ta còng cã thÓ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é mÆt trong cña t−êng:

64

tt = S

tt.S

1

SK1

∆α+λλ+∆α ∆ (2-156)

α1 - hÖ sè cÊp nhiÖt tõ khÝ ®Õn t−êng lß.

α1 - hÖ sè cÊp nhiÖt tõ t−êng ngoµi cña lß ra m«i tr−êng.

tK - nhiÖt ®é cña khÝ, λ - ®é dÉn nhiÖt cña t−êng.

t∆S - nhiÖt ®é ë ®iÓm çch mÆt t−êng trong bëi mét ®o¹n ∆S.

T−êng nhiÒu líp.

NÕu t−êng lß x©y b»ng nhiÒu lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau vÝ dô líp trong lß g¹ch chÞu löa, líp ngoµi lµ g¹ch çch nhiÖt, th× çc hÖ sè λ vµ a còng kh¸c nhau. §Ó tÝnh to¸n, ®Çu tiªn ta ph¶i chän líp chÝnh (th−êng lµ líp t−êng trong cïng) råi chia nã thµnh nh÷ng ®o¹n chiÒu dµy ∆S. Thêi gian ®Ó n©ng líp ®ã lªn nhiÖt ®é ∆t ph¶i tháa m·n ®iÒu kiÖn:

∆τ = a2

S 2∆

Líp vËt liÖu thø hai vµ nh÷ng líp tiÕp theo, ta chia thµnh nh÷ng líp máng cã chiÒu dµy ∆S’ vµ còng ph¶i tháa m·n ®iÒu kiÖn ∆τ =∆τ’, cã nghÜa lµ:

∆τ = consta

SaS

aS

==∆

=∆

=∆ ...

2)"(

2)(

2 "

2

'

2'2

(2-157)

Do ®ã:

a

"aS"S;

a

'aSS ' ∆=∆∆=∆ (2-158)

BiÕn ®æi nhiÖt ®é trong líp g¹ch ®Çu tiªn, x¸c ®Þnh nh− ®èi víi t−êng mét líp.

NhiÖt ®é ë mÆt tiÕp xóc gi÷a hai lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau ta sÏ x¸c ®Þnh nh− sau:

L−îng nhiÖt ®i ®Õn mÆt chung còng b»ng l−îng nhiÖt tõ mÆt chung ®ã ®i vµo líp g¹ch kÕ tiÕp, nªn ta cã thÕ viÕt:

λ OS)dS

dt( = = O'S)'dS

dt(' =λ (2-159)

NÕu biÕt nhiÖt ®é çch mÆt chung nµy mét ®o¹n ∆S ë phÝa tr¸i lµ t∆S, ë phÝa ph¶i ∆s’ lµ t∆S’ th× ta sÏ cã:

)(')( '' SccS ttS

ttS ∆∆ −

∆=−

∆λλ

tc - nhiÖt ®é ë mÆt chung gi÷a hai lo¹i g¹ch tiÕp xóc nhau. HoÆc:

)(1)(1'' SccS tt

rtt

r ∆∆ −=−

r vµ r’ - nhiÖt c¶n cña líp ∆S vµ ∆S’.

Tõ ®©y ta t×m ®−îc nhiÖt ®é mÆt chung:

tc = 'rr

rtt'r 'SS

++ ∆∆ (2-160)

65

NhiÖt ®é tiÕp theo trong líp vËt liÖu thø hai ®−îc x¸c ®Þnh nh− ®èi víi t−êng mét líp. ë nh÷ng ®o¹n thêi gian nhÊt ®Þnh, nhiÖt ®é trung b×nh cña mçi líp g¹ch cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc ®¬n gi¶n sau:

ttb = n

t...tt)2

tt( n32

1n1 ++++ +

(2-161)

n - sè líp cã chiÒu dµy ∆S.

tn+1 -nhiÖt ®é mÆt ngoµi hoÆc nhiÖt ®é mÆt chung cña hai líp kh¸c nhau.

L−îng nhiÖt tÝch lòy bëi t−êng lß x¸c ®Þnh theo c«nh thøc:

q = V.ρ (Cc tc - C® t®) , [Kj/m2] (2-162)

V - thÓ tÝch g¹ch tÝch lòy nhiÖt øng víi mét m2 t−êng lß, m3/m2

ρ - mËt ®é g¹ch, Kg/m3

Cc C®- tû nhiÖt cuèi vµ ®Çu, Kj/Kg.®é

tc , t® - nhiÖt ®é cuèi vµ ®Çu,oC

Khi tÝnh to¸n ®èi víi t−êng h×nh trô, ®Çu tiªn ta chia chiÒu dµy t−êng thµnh n líp cã chiÒu dµy ∆S. Sau ®ã ta x¸c ®Þnh ngay chiÒu dµy ®−¬ng l−îng theo c«ng thøc:

∆S1 = 1t

n

DD

SD2

+∆

; ∆S2 = 21

n

DD

SD2

+∆

, ... (2-163)

Dn- ®−êng kÝnh ngoµi. D1 ®−êng kÝnh øng víi t−êng trô dµy ∆S

Dt- ®−êng kÝnh trong.

D1 = Dt +2∆S ; D2 =D1 + 2∆S .....

NÕu trong lß cã chøa vËt liÖu nung, ta cã thÓ x¸c ®Þnh chiÒu dµy ®−¬ng l−îng cña líp nµy:

S®l = Vvl .F , [m] (2-164)

Vvl - thÓ tÝch vËt liÖu xÕp trong lß, m3.

F - BÒ mÆt trong cña t−êng lß, m2

Sau ®ã tÝnh to¸n t−¬ng tù nh− ®èi víi t−êng nhiÒu líp.

NÕu trong qu¸ tr×nh ®èt nãng hoÆc lµm nguéi, ®Æc tÝnh vËt liÖu hay tr¹ng th¸i vËt liÖu thay ®æi th× chóng ta tÝnh to¸n øng víi mçi giai ®o¹n. Trong kho¶ng thêi gian øng víi mçi giai ®o¹n ®Æc tÝnh vËt liÖu coi nh− kh«ng ®æi.

NÕu trong ®o¹n thêi gian nµo ®ã, ë vËt liÖu cã sù biÕn ®æi hãa häc vµ cã tiªu tèn nhiÖt cho qu¸ tr×nh biÕn ®æi nµy, khi tÝnh to¸n ta sö dông tû nhiÖt cã ®iÒu kiÖn:

C®k = dc

hhddcc

tt

qtCtC

−+−

, [Kj/kg.®é] (2-165)

qhh - nhiÖt tiªu tèn cho qu¸ tr×nh biÕn ®æi hãa häc cña vËt liÖu Kj/Kg.

2.7 Trao ®æi nhiÖt trong líp vËt liÖu.

Trong lß, vËt liÖu ®−îc dßng khÝ cã nhiÖt ®é cao thæi vµo, tïy theo tèc ®é cña dßng khÝ vµ kÝch th−íc cña vËt liÖu mµ vËt liÖu cã thÓ n»m ë mét trong 3 tr¹ng th¸i:

66

- VËt liÖu ®øng yªn hay chuyÓn dÞch rÊt chËm so víi dßng khÝ gäi lµ tÇng chÆt.

- VËt liÖu chuyÓn ®éng theo dßng khÝ nh−ng ®¹t ®Õn ®Õn chiÒu cao nµo ®ã gäi lµ tÇng s«i.

- vËt liÖu bay theo dßng khÝ hay ë tr¹ng th¸i c©n b»ng trong dßng khÝ.

ViÖc ®èt nãng çc vËt liÖu d¹ng côc ë tÇng chÆt th−êng tiÕn hµnh trong lß ®øng nh− lµ lß nung v«i, ®olomit, clinker xim¨ng...ë ®©y dßng khÝ vµ vËt liÖu ®i ng−îc chiÒu nhau, khÝ cÊp nhiÖt cho bÒ mÆt vËt liÖu, sau ®ã b»ng dÉn nhiÖt mµ toµn thÓ tÝch cña vËt liÖu ®−îc ®èt nãng lªn, hµm nhiÖt vËt liÖu t¨ng lªn.

WK = CK VK [Kj/h.®é] (2-166)

CK - tû nhiÖt cña khÝ Kj/m3 .®é.

VK - l−îng khÝ tiªu tèn. [m3/h]

ChØ sè n−íc cña líp vËt liÖu b»ng:

Wvl = Cvl Gvl [Kj/h.®é] (2-167)

Cvl - tû nhiÖt cña vËt liÖu, [Kj/h.®é]

Gvl - l−îng vËt liÖu ®−îc ®èt nãng , [Kg/h]

Sù ph©n bè nhiÖt ®é trong líp vËt liÖu phô thuéc vµo tû lÖ cña çc chØ sè n−íc.

NÕu WK < Wvl, trao ®æi nhiÖt tiÕn hµnh chñ yÕu ë phÇn d−íi cña líp vµ vËt liÖu kh«ng thÓ ®èt nãng ®Õn nhiÖt ®é khÝ lóc vµo lß vµ khã cã nhiÖt ®é thÊp lóc ®i qua líp vËt liÖu.

NÕu WK > Wvl th× trao ®æi nhiÖt tiÕn hµnh ë phÇn trªn cña líp vµ vËt liÖu ë ®é cao nµo ®ã ®−îc ®èt nãng ®Õn nhiÖt ®é cña khÝ ®i vµo líp. NÕu chiÒu cao cña líp qu¸ lín th× mét phÇn cña líp thùc tÕ cã thÓ kh«ng tham dù trao ®æi nhiÖt.

NhiÖt ®é trung b×nh cña toµn khèi thÓ vËt liÖu trong ®iÒu kiÖn WK > Wvl x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña B.I Kitaev.

tvl = t®vl + ( d

vldK tt − ) (1 - e-L) , [0C] (2-168)

L = 3,6 τ−=ρ

α∑ )W

W1(

C

F

K

vl

vlvl

vl (2-169)

dvlt - nhiÖt ®é ban ®Çu cña vËt liÖu, [0C]. d

Kt - nhiÖt ®é ban ®Çu cña khÝ, [0C]

α∑ hÖ sè cÊp nhiÖt tæng cã kÓ ®Õn nhiÖt c¶n néi cña côc vËt liÖu , W/m2.®é.

Fvl - bÒ mÆt ®èt nãng cña 1m3 líp vËt liÖu, m2/m3.

Cvl - tû nhiÖt cña vËt liÖu, Kj/Kg0C. ρvl - mËt ®é cña vËt liÖu, Kg/m3.

τ - thêi gian tõ lóc b¾t ®Çu ®èt nãng, giê.

NhiÖt ®é khÝ lóc ra khái líp x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh:

tK = vlK

vlcK t

W

Wt + , [0C] (2-170)

ckt - nhiÖt ®é cuèi cña khÝ, [0C]

HÖ sè cÊp nhiÖt tæng cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc cña Kitaev.

67

§èi víi h×nh cÇu:

α∑ = Bi2,01R

2,01vl

+α

=

λα+

α W/m2.®é (2-171)

§èi víi h×nh trô:

α∑ = Bi2836,01R

.286,01vl

+α

=

λα+

α W/m2.®é (2-172)

α - hÖ sè cÊp nhiÖt tõ khÝ tíi mÆt vËt liÖu.

α = α®1 + αbx W/m2.®é

ViÖc sö dông hÖ sè cÊp nhiÖt øng víi mét ®¬n vÞ bÒ mÆt vËt liÖu α∑ trong tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt nhiÒu khi kh«ng thuËn tiÖn b»ng øng víi mét ®¬n vÞ thÓ tÝch αV∑.

NÕu ký hiÖu Vvl thÓ tÝch cña vËt liÖu hiÖu øng víi 1m3 líp.

Kr - hÖ sè rçng cña líp, th× thÓ tÝch 1m3 líp phèi liÖu sÏ b»ng:

Vl = r

vl

KV−1

(2-173)

Do ®ã:

α∑F = r

vlV K1

V

−α ∑ , [W/m2. 0C] (2-174)

Liªn hÖ gi÷a α∑ vµ αV∑ biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh:

α∑ = )1(5,7V

rK−∑αα [W/m2 0C] (2-175)

NÕu biÕt gi¸ trÞ αV∑ th× gi¸ trÞ sè mò L ë ph−¬ng tr×nh (2-168) sÏ cã d¹ng:

L = 3,6 τ−−ρ

α ∑ )W

W1(

)K1(C K

vl

rvlvl

V (2-176)

NÕu thay thÕ mËt ®é vËt liÖu ρvl b»ng mËt ®é t¬i ρtvl ( khèi l−îng thÓ tÝch) ta cã:

L = 3,6 τ−ρ

α ∑ )W

W1(

C K

vl

tvlvl

V (2-177)

Chªnh lÖch gi÷a nhiÖt ®é bÒ mÆt tm vµ trung t©m cña côc tt vËt liÖu x¸c ®Þnh:

tm - tt = 'L

K

vldK e)

W

W1(

2

Rt −∑ −

λα

(2-178)

)W

W1(

RC8,10'L

K

vl

vlvl

V −ρ

α= ∑ τ (2-179)

R - b¸n kÝnh trung b×nh cña vËt liÖu, m.

λ - ®é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu, W/m.®é

68

§Ó x¸c ®Þnh hÖ sè cÊp nhiÖt ngo¹i trong líp côc vËt liÖu tù nhiªn øng víi nhiÖt ®é bÒ mÆt cã thÓ sö dông c«ng thøc:

αV = A 75,0

3,09,0K

d

T.V M , [W/m2.®é] (2-180)

A - hÖ sè phô thuéc vµo lo¹i vËt liÖu.

v«i A = 193, than cèc A = 198, Antracit A = 163, Samèt A = 157,

VK tèc ®é khÝ øng víi toµn bé tiÕt diÖn ngang cña lß ®øng ë ®iÒu kiÖn chuÈn m/s.

T - nhiÖt ®é tuyÖt ®èi, oK.

d - ®−êng kÝnh trung b×nh cña côc vËt liÖu, m.

M - hÖ sè, nã phô thuéc vµo ®é rçng cña líp, víi lß ®øng M = 0,5.

TrÞ sè αV cã thÓ t×m ë biÓu ®å h×nh 2-23 khi M = 0,5 vµ gi¸ trÞ trung b×nh A=186. HÖ sè cÊp nhiÖt tæng αV∑ kÓ c¶ nhiÖt c¶n néi vµ ngo¹i cña côc vËt liÖu x¸c ®Þnh:

λ

+α

=α ∑ 9

R11 2

VV (2-181)

ChiÒu cao cÇn thiÕt cña líp vËt liÖu ®Ó hoµn thµnh qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt ®Õn tvl = 0,95 tK

x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh:

H = 0,83 VF )

W

W1(

)K1(C

K

vlV

rvlvl

−α

−ρ

∑

m (2-182)

HÖ sè cÊp nhiÖt thÓ tÝch Tèc ®é khÝ øng víi toµn tiÕt diÖn αV W/m3.®é ngang cña lß ®øng ë OoC, m/s

H×nh 2-23 - Gi¶n ®å x¸c ®Þnh hÖ sè cÊp nhiÖt thÓ tÝch

VF - c−êng ®é tiÕt diÖn theo thÓ tÝch cña líp vËt liÖu m3/m2.h, ®ã chÝnh lµ tèc ®é th¸o liÖu cña lß ®øng [m/h].

Thêi gian ®èt nãng:

§−êng kÝnh h¹t mm

nhiÖ

t ®é

69

τ = FV

H, giê (2-183)

Khi tÝnh to¸n lß ng−êi ta chia chiÒu cao cña nã thµnh nh÷ng ®o¹n, mçi ®o¹n cã nhiÖt ®é khÝ trung b×nh. Trong tr−êng hîp nµy thêi gian ®Ó ®èt nãng vËt liÖu ë ®o¹n tõ nhiÖt ®é d

vlt ®Õn cvlt x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

τ = cvlK

dvlKvl

tt

ttn1

F6,3

V

−

−α∑

, giê (2-184)

ë z«n nung, nÕu tiªu tèn nhiÖt ®Ó ph©n hñy vËt liÖu th× th−êng WK < Wvl, v× vËy trao ®æi nhiÖt Ýt phô thuéc vµo ®é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu vµ trong tÝnh to¸n cã thÓ thay αV∑ b»ng αV.

Trong tr−êng hîp WK < Wvl, , nhiÖt ®é khÝ vµ vËt liÖu x¸c ®Þnh theo nh÷ng c«ng thøc sau:

tK = tk® - (t®

K - t®vl) (1 - eL`` ) , oC (2-185)

)1W

W(

C

F"L

K

vl

vlvl

vl −ρ

α= ∑ τ (2-186)

t®vl = tc

vl - (t®

K - tcK)

vl

K

W

W , oC (2-187)

VÝ dô:

X¸c ®Þnh chiÒu cao z«n ®èt nãng phèi liÖu, biÕt r»ng odK 850t = ®−êng kÝnh trung

b×nh h¹t vËt liÖu dtb = 0,05m, tèc ®é khÝ øng víi toµn tiÕt diÖn lß ®øng vo = 1,6m/s c−êng ®é tiÕt diÖn cña líp VF = 1,8 m3/m2.h, ®é rçng Kr = 0,5, tû nhiÖt cña khÝ CK = 1,45 Kj/m3.®é, tû nhiÖt cña vËt liÖu Cvl = 0,92 Kj/Kg.0C , mËt ®é ρvl = 2200 Kg/m3 , nhiÖt ®é ban ®Çu cña phèi liÖu coi b»ng OoC, l−u l−îng khÝ ®i qua líp VK = 1,05m3/Kg phèi liÖu.

Chóng ta tÝnh chiÒu cao z«n ®èt nãng nh− sau:

ChØ sè n−íc:

§èi víi vËt liÖu khi Gvl = 1kg/h.

Wvl = Gvl Cvl = 1.0,92 = 0,92 Kj/h. oC

§èi víi khÝ:

WK = VK CK = 1,05 . 1,45 = 1,525 Kj/hoC

Trao ®æi nhiÖt tiÕn hµnh trong ®iÒu kiÖn WK > Wvl vµ tû lÖ cña chóng.

525,1

92,0

W

W

K

vl = = 0,603

HÖ sè cÊp nhiÖt ngo¹i ë nhiÖt ®é khÝ trung b×nh 425o ë biÓu ®å h×nh 2-23,αv = 4900 W/m2. 0C.

§èi víi vËt liÖu ta lÊy λvl = 1,67 W/m. 0C, ta t×m hÖ sè cÊp nhiÖt tæng theo (2-181)

41100002436,067,1.9

025,04900

11 2

=→=+= ∑∑

VV

αα

W/m2. oC

70

X¸c ®Þnh chiÒu cao z«n trao ®æi nhiÖt (z«n ®èt nãng) theo c«ng thøc (2-182).

H = 0,83.1,8 )603,01(110,4

)5,01(2200.92,0

−−

= 0,92m

Thêi gian ®èt nãng theo (2-183).

τ = 8,1

92,0

V

H

F= = 0,51 giê

TÝnhchªnh lÖch nhiÖt ®é ë bÒ mÆt,vµ trung t©m cña côc vËt liÖu nung ë cuèi giai ®o¹n ®èt nãng.

HÖ sè cÊp nhiÖt øng víi bÒ mÆt cña côc vËt liÖu x¸c ®Þnh theo (2-175).

55)5,01(5,7

05,04110 =

−=α∑ W/m2. oC

Sè mò L ë c«ng thøc (2-148):

025,0.2200.92,0

558,10'L = (1-0,603). 0.51 = 2,38

092,0ee 38,2'L == −−

Do ®ã:

tm - tt = 850 67,1.2

025,0.55 (1-0,603) . 0,092 = 13oC

NhiÖt ®é trung b×nh cña toµn khèi vËt liÖu x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2-168)

tvl = t®K (1 - e-L) , oC

L = 3,6 )5,01(2200.42,0

4110

− (1 - 0,603) 0,51 = 2,97

e-L = e-2,97 = 0,05

tvl = 850 (1 - 0,05) = 807oC

NhiÖt ®é khÝ lóc ra khái z«n x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2-170)

850 = cKt - 0,603 . 807 vµ c

Kt = 850 - 487 = 363 0C

71

Ch−¬ng 3

nhiªn liÖu – qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu

Trong ch−¬ng nµy chØ kh¶o s¸t lo¹i nhiªn liÖu h÷u c¬ th«ng dông nhÊt.

3.1 §Æc tÝnh chung cña nhiªn liÖu. 3.1.1 Ph©n lo¹i nhiªn liÖu.

Theo tr¹ng vËt lý nhiªn liÖu ®−îc chia lµm 3 lo¹i r¾n, láng vµ khÝ ë b¶ng 3-1

B¶ng 3-1 Ph©n lo¹i nhiªn liÖu c«ng nghiÖp

Nhiªn liÖu r¾n Nhiªn liÖu láng Nhiªn liÖu khÝ

Thiªn nhiªn

Nh©n t¹o Thiªn nhiªn

Nh©n t¹o

Thiªn nhiªn

Nh©n t¹o

Cñi

Than bïn

Than n©u

Than ®¸

§¸ dÇu

Than bôi

Than cñi

KOK

Than b¸nh

DÇu má

DÇu x¨ng

DÇu háa

Mazót

KhÝ thiªn nhiªn

(hay khÝ ®èt)

KhÝ than

KhÝ lß cèc

KhÝ lß cao

KhÝ nhµ m¸y läc dÇu

Yªu cÇu chung cña çc lo¹i nhiªn liÖu:

- DÔ ch¸y, táa l−îng nhiÖt lín tÝnh theo mét ®¬n vÞ thÓ tÝch hay träng l−îng.

- Khi ch¸y nhiªn liÖu kh«ng ®−îc t¸ch ra khÝ ®éc h¹i ®Õn søc kháe cña con

ng−êi còng nh− ¨n mßn nh÷ng vËt liÖu x©y lß.

- DÔ khai th¸c vµ rÎ tiÒn. DÔ b¶o qu¶n l©u dµi trong kho vµ kh«ng cã sù thay

®æi tÝnh chÊt cña chóng. B¶o ®¶m çc chØ tiªu vÒ kinh tÕ vµ kü thuËt.

3.1.2 Thµnh phÇn nhiªn liÖu.

Nhiªn liÖu cã hai phÇn: PhÇn ch¸y ®−îc çc chÊt h÷u c¬ phøc t¹p vµ phÇn kh«ng ch¸y ®−îc lµ tro, xØ vµ h¬i Èm.

Thµnh phÇn nhiªn liÖu r¾n vµ láng ®−îc biÓu thÞ b»ng phÇn tr¨m çc nguyªn tè t¹o thµnh chóng. Tro lµ nh÷ng kho¸ng kh«ng ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, kÝ hiÖu lµ A vµ ®é Èm kÝ hiÖu W.

Nhiªn liÖu cã 4 thµnh phÇn: thµnh phÇn h÷u c¬, thµnh phÇn ch¸y, thµnh phÇn kh« vµ thµnh phÇn lµm viÖc.

B¶ng 3-2 Thµnh phÇn nhiªn liÖu theo ký hiÖu.

Tªn thµnh phÇn Ký hiÖu Thµnh phÇn nguyªn tè % Tæng céng %

Thµnh phÇn h÷u c¬

Thµnh phÇn ch¸y

Thµnh phÇn kh«

Thµnh phÇn lµm viÖc

hc

ch

k

lv

Chc + Hhc

+ Ohc+ Nhc

Cch+ Hch+ Och+ Nch+ Sch

Ck +Hk +Ok +Nk +Sk +Ak

Clv +Hlv+Olv +Nlv +Slv +Alv+ wlv

100

100

100

100

72

KÕt qu¶ ph©n tÝch thµnh phÇn nhiªn liÖu ®Òu cho d−íi d¹ng kh«, v× ®é Èm cña chóng thay ®æi theo thêi tiÕt. Trong kü thuËt l¹i cÇn ®Õn thµnh phÇn lµm viÖc, cho nªn khi tÝnh to¸n cÇn chuyÓn vÒ thµnh phÇn lµm viÖc.

TÝnh chuyÓn thµnh phÇn nhiªn liÖu

VÝ dô khi biÕt thµnh phÇn ch¸y cña nhiªn liÖu cÇn chuyÓn sang thµnh phÇn lµm viÖc dïng hÖ sè chuyÓn ®æi K

K = 100

)(100 lvlv WA +−

B¶ng 3.3 tÝnh hÖ sè chuyÓn ®æi K

Thµnh phÇn nhiªn liÖu cÇn chuyÓn sang Thµnh phÇn nhiªn liÖu

H÷u c¬ Ch¸y Kh« tuyÖt ®èi Lµm viÖc

H÷u c¬ 1

100100 chS−

100

)(100 khkh AS +−100

)(100 lvlvlv WAS ++−

Ch¸y chS−100

100

1

100100 khA−

100

)(100 lvlv WA +−

Kh« tuyÖt ®èi

)(100100

khkh AS +− khA−100

100

1

100100 lvW−

Lµm viÖc )(100

100lvlvlv WAS ++− )(100

100lvlv WA +− lvW−100

100

1

3.1.3 TÝnh chÊt cña nhiªn liÖu.

3.1.3.1 NhiÖt sinh cña nhiªn liÖu.

NhiÖt sinh lµ l−îng nhiÖt táa ra khi ch¸y hoµn toµn mét ®¬n vÞ nhiªn liÖu (1kg nhiªn liÖu r¾n hay láng hoÆc 1m3 nhiªn liÖu khÝ).

L−îng nhiÖt táa ra khi ch¸y nhiªn liÖu lµ kÕt qu¶ cña çc ph¶n øng ch¸y táa nhiÖt cña çc nguyªn tè riªng biÖt trong nhiªn liÖu. Nh−ng ®ång thêi còng cã nh÷ng qu¸ tr×nh thu nhiÖt cïng tiÕn hµnh song song nh− sÊy kh«, ph©n hñy çc chÊt phøc t¹p thµnh çc çc thµnh phÇn ®¬n gi¶n. Cho nªn nhiÖt sinh chÝnh lµ tæng çc hiÖu øng nhiÖt tÝnh theo mét ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch cña nhiªn liÖu. Cã hai lo¹i nhiÖt sinh: nhiÖt sinh cao vµ nhiÖt sinh thÊp. NhiÖt sinh cao kh«ng tÝnh ®Õn nhiÖt tiªu tèn ®Ó bèc h¬i Èm cña nhiªn liÖu vµ h¬i n−íc t¹o ra khi ch¸y hydro, kÝ hiÖu QC .

C¨n cø vµo hiÖu øng nhiÖt cña tõng nguyªn tè khi ®èt ch¸y D.I Mendeleev x¸c ®Þnh c«ng thøc ®Ó tÝnh to¸n nhiÖt sinh cña:

Nhiªn liÖu láng hay r¾n.

Qt= 81C1 + 300H1 - 26(01-S1) - 6(w1 + 9Hl) , kcal/kg

Qt=339C1 + 1256H1 - 108,8(01-S1) - 25,1(w1 + 9Hl) , kj/kg

C1,H1,O1,S1 øng víi thµnh phÇn lµm viÖc cña çc nguyªn tè

Quan hÖ gi÷a nhiÖt sinh thÊp vµ nhiÖt sinh cao:

73

Qt = Qc- 25,1(9H1 + W1) , kj/kg

Nhiªn liÖu khÝ thiªn nhiªn.

Qt= 358,2 CH4+637,5C2 H+912,5 C3H8+1186,5 C4H10 +1460,8 C5H12 , kj/m3

KhÝ than vµ khÝ lß cao.

Qt = 127,7 CO + 108H2 + 359,6CH4 + 598,7 C2H4 + 231,1 H2S , kj/m3

Trong çc c«ng thøc, thµnh phÇn cña khÝ ®Òu tÝnh theo % thÓ tÝch vµ nhiÖt sinh ®Òu tÝnh theo kj hay kcal trªn mÐt khèi khÝ tiªu chuÈn.

Chó ý: Trong thùc tÕ s¶n xuÊt cã thÓ sö dông c«ng thøc ®¬n gi¶n sau

Qt = 82Ckc® +aVk

Ckc® : hµm l−îng çcbon cè ®Þnh (%)

Vk : hµm l−îng chÊt bèc (%)

.a: HÖ sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo hµm l−îng chÊt bèc, tra b¶ng

V (%) trÞ sè a V (%) trÞ sè a V (%) trÞ sè a

5

6

7

8

9

10

11

12

145

142

136

134

133

130

127

124

13

14

15

16

17

18

19

20

122

120

117

115

113

112

110

109

21

22

23

24

25

26

27

28

108

107

105

104

103

102

101

100

NhiÖt sinh cña nhiªn liÖu phô thuéc vµo thµnh phÇn cña nhiªn liÖu vµ giao ®éng trong mét kho¶ng lín. L−îng nhiÖt táa ra nhiÒu nhÊt lµ hydro sau ®ã lµ carbon. Cho nªn nhiªn liÖu nµo giµu 2 thµnh phÇn nµy th× nhiÖt sinh cµng cao.

Tuæi cµng lín th× hµm l−îng carbon cµng lín vµ hµm l−îng «xy cµng nhá.

Trong kü thuËt, cÇn ph¶i so s¸nh tiªu tèn nhiÖt riªng cho mét ®¬n vÞ (thÓ tÝch hay khèi l−îng) s¶n phÈm khi nung, sÊy, nªn cã kh¸i niÖm ®¬n vÞ nhiªn liÖu tiªu chuÈn. §ã lµ nhiªn liÖu (t−ëng t−îng) cã nhiÖt sinh b»ng 29.300Kj/kg (7000 Kcal/kg). §Ó chuyÓn nhiªn liÖu bÊy kú nµo sang nhiªn liÖu tiªu chuÈn sö dông hÖ sè:

300.29.BQt=∂ khi Qt (kj/kg) hay

7000.BQt=∂ khi Qt (kcal/kg)

B: l−îng nhiªn liÖu tiªu tèn riªng kg/®¬n vÞ s¶n phÈm.

3.1.3.2 Vai trß l−u huúnh trong nhiªn liÖu.

L−u huúnh trong nhiªn liÖu cho th−êng cã ba d¹ng:

- Hîp nhÊt h÷u c¬.

- Hîp chÊt Sulfua s¾t FeS2.

- Sulfat CaSO4, FeSO4.

74

L−u huúnh trong hîp chÊt h÷u c¬, sulfua lµ thµnh phÇm ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu.

S + O2 = SO2 + 9240 kj/kg .

L−u huúnh ë d¹ng Sulfat kh«ng ch¸y ®−îc, hµm l−îng cña nã trong nhiªn liÖu kh«ng ®¸ng kÓ. Hµm l−îng cña l−u huúnh trong nhiªn liÖu dao ®éng nh− sau:

Cñi gç 0

Thanh bïn 0,2 - 2,0

Than n©u 1,0 - 15,0

Than ®¸ 0,2 - 7,0

Antraxit 0,1 - 5,0

DÇu má 0,0 - 3,0

MÆc dï l−u huúnh ch¸y ®−îc vµ táa nhiÖt, nh−ng sù cã mÆt cña l−u huúnh sÏ lµm gi¶m bít chÊt l−îng nhiªn liÖu. V× s¶n phÈm ch¸y cña l−u huúnh sÏ lµm « nhiªm m«i tr−êng vµ ¨n mßn thiÕt bÞ vµ g©y ra sù cè trong lß. Còng cã tr−êng hîp l−u huúnh cã h¹i trùc tiÕp ®Õn vËt liÖu gia c«ng trong lß.

Nhiªn liÖu cã trªn 5 - 7% l−u huúnh, gi¸ trÞ sö dông cña nã trong c«ng nghiÖp rÊt kÐm. Than n©u cã chøa l−u huúnh dÔ bÞ t¶ vôn trong kh«ng khÝ, v× FeS2 bÞ «xy hãa thµnh Fe2(SO4)3 lµm cho than bÞ vôn. DÇu má chøa l−u huúnh ë d¹ng nguyªn tè, merkaptan, disulfua, Sulfua nh÷ng chÊt nµy ¨n mßn kim lo¹i ®−îc.

3.1.3.3 Tro, xØ.

Tro xØ lµ t¹p chÊt cña nhiªn liÖu vµ lµ chÊt r¾n kh«ng ch¸y ®−îc khi ®èt nhiªn liÖu. Hµm l−îng tro phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu, vÞ trÝ khai th¸c vµ dao ®éng tõ 0% ë nhiªn liÖu khÝ, vµi phÇn ngh×n ë nhiªn liÖu láng, 1-2% ë cñi ®Õn 50 - 60% ë ®¸ dÇu.

CÇn ph©n biÖt:

Tro liªn kÕt:Tro ph©n bè ®ång ®Òu trong nhiªn liÖu kh«ng lo¹i trõ ®−îc khi lµm giÇu.

Tro tù do: lµ t¹p chÊt lÉn c¬ häc víi nhiªn liÖu, chóng dÔ dµng lo¹i trõ khi lµm giµu.

Tro xØ lµ thµnh phÇn cã h¹i v×:

- H¹ thÊp nhiÖt sinh cña nhiªn liÖu.

- Tiªu tèn nhiÖt ®Ó nãng ch¸y tro xØ vµ ph©n hñy çc hîp chÊt cña tro xØ.

VÝ dô CaCO3 → CaO + CO2 - q

CaSO4 . 2H2O→ CaSO4 + 2H2O - q

- Tæn thÊt nhiÖt do tro xØ mang ra khái lß.

- G©y trë ng¹i viÖc cÊp kh«ng khÝ vµo ®Ó ch¸y nhiªn liÖu v× tro xØ lµm t¾t nghÏn buång ®èt. NÕu xØ dÔ ch¸y chóng dÔ t¹o t¶ng xØ trong lß lµm sù ph©n bè kh«ng khÝ trong lß kh«ng ®Òu.

- G©y tæn thÊt do ch¸y kh«ng hoµn toµn c¬ häc v× mét sè than trong xØ kh«ng ch¸y ®−îc.

- CÇn ph¶i lµm vÖ sinh ghi vµ ®¶o trén nhiªn liÖu.

- XØ cã thÓ ph¸ ho¹i g¹ch lãt lß vµ ghi ®èt.

- NÕu ch¸y than trùc tiÕp trong lß, xØ than lµm háng, lµm bÈn vËt liÖu nung.

75

Theo thµnh phÇn hãa häc cña xØ ta chia ra:

XØ axÝt 1MgOCaO

OAlSiO 322 >++

XØ basic 1MgOCaO

OAlSiO 322 <++

§é chÞu löa cña tro xØ phô thuéc vµo thµnh phÇn hãa häc, xØ kiÓm th−êng cã ®é chÞu löa cao h¬n xØ axÝt. Theo ®é chÞu löa ta cã 4 nhãm xØ : xØ dÔ ch¶y ®é chÞu löa gÇn 1160oC, ch¶y trung b×nh 1160 - 1350oC, khã ch¶y 1350 - 1500oC. §é nãng ch¶y cña tro xØ cÇn ph¶i tham kh¶o khi tÝnh to¸n cÊu t¹o lß ®èt vµ lùa chän nhiªn liÖu phï hîp víi vËt liÖu cÇn nung.

B¶ng 3-4 Hµm l−îng tro cña nhiªn liÖu

Nhiªn liÖu §é tro % §é Èm hót % §é Èm lµm viÖc %

Khi thiªn nhiªn

DÇu má

Cñi gç

Than bïn

Than ®¸

AntraxÝt

0,0 - 0,1

0,5 - 2,0

3,5 - 25,0

7,0 - 45,0

4,0 - 34,0

2,0 - 44,0

5,0 - 10,0

7,0 - 15,0

4,0 - 15,0

1,0 - 8,0

0,4 - 1,0

0,5 - 1,5

0,0 - 3,0

25,0 - 50,0

20,0 - 60,0

2,5 - 22,0

3,0 - 10,0

3.1.3.4. §é Èm cña nhiªn liÖu.

§é Èm cña nhiªn liÖu còng h¹ thÊp nhiÖt sinh cña chóng v× nã lµm gi¶m thµnh phÇn ch¸y cña nhiªn liÖu. Ngoµi ra khi ch¸y ph¶i tiªu tèn nhiÖt ®é bèc h¬i Èm vµ ®èt nãng h¬i Èm ®Õn nhiÖt ®é khãi lß. V× vËy ®èt ch¸y nhiªn liÖu Èm rÊt khã kh¨n vµ nhiÒu lóc ph¶i sÊy nhiªn liÖu ®Õn ®é Èm yªu cÇu tr−íc khi ®èt.

H¬i Èm trong nhiªn liÖu n»m trong tr¹ng th¸i tù do, nã dÔ lo¹i trõ khi sÊy tù nhiªn (2-3 ngµy) vµ ë tr¹ng th¸i ®é Èm hót h¬i Èm Êy chØ lo¹i trõ khi sÊy nh©n t¹o ë 105oC. L−îng h¬i Èm tù do phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu, thêi gian khai th¸c, kÝch th−íc nhiªn liÖu... L−îng h¬i Èm hót phô thuéc vµo tÝnh chÊt hót cña nhiªn liÖu vµ ®iÒu kiÖn khÝ quyÓn. Trong nhiªn liÖu cßn cã h¬i Èm n»m ë d¹ng liªn kÕt hãa häc víi tro xØ, nh−ng trong kü thuËt ng−êi ta kh«ng tÝnh ®Õn vµ kh«ng ®−a vµo thµnh phÇn lµm viÖc cña nhiªn liÖu.

Trong nhiªn liÖu láng, n−íc n»m ë d¹ng nhò t−¬ng khã t¸ch riªng.

3.1.3.5. ChÊt bèc cña nhiªn liÖu.

NÕu ®èt nãng nhiªn liÖu r¾n ®Õn 850oC kh«ng cã kh«ng khÝ th× chÊt bèc sÏ t¸ch ra. VËy chÊt bèc lµ hçn hîp khÝ khi ph©n hñy nhiªn liÖu vµ h¬i cña çc chÊt ng−ng tô. Trong thµnh phÇn cña nã cã CO, CO2, H2S, H2, N2, CnHm, h¬i n−íc, nhùa than.

L−îng chÊt bèc nhiÒu hay Ýt phô thuéc vµo d¹ng vµ thµnh phÇn nhiªn liÖu.

Hµm l−îng chÊt bèc lµ mét ®Æc tÝnh quan träng, nã quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng b¾t löa vµ nh÷ng tÝnh chÊt kh¸c cña nhiªn liÖu. V× vËy c¨n cø vµo hµm l−îng chÊt bèc ®Ó chän ph−¬ng ph¸p ®èt còng nh− cÊu t¹o cña thiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu. L−îng chÊt bèc cµng nhiÒu, nhiÖt ®é b¾t ch¸y nhiªn liÖu cµng thÊp, ngän löa ch¸y cµng dµi.

76

PhÇn cßn l¹i cña nhiªn liÖu sau khi ®· lo¹i trõ chÊt bèc gäi lµ Koks. Tïy thuéc lo¹i than mµ Koks cã thÓ kh«ng kÕt l¹i víi nhau thµnh khèi. Than mµ cã Koks kÕt khèi tèt gäi lµ than luyÖn Koks, cßn Koks kÕt khèi ®ã gäi lµ than Koks. Than Koks ®−îc s¶n xuÊt tõ lß luyÖn Koks vµ dïng trong c«ng nghiÖp luyÖn thÐp.

Than cµng nhiÒu Koks tøc cµng Ýt chÊt bèc th× cµng khã ch¸y vµ ch¸y ngän löa ng¾n hoÆc kh«ng cã ngän löa. Than antraxÝt lµ than giµ nhÊt, chøa Ýt chÊt bèc vµ nhiÒu Koks. V× vËy nhiÖt sinh cña nã cao, nh−ng khã ch¸y vµ ch¸y víi ngän löa v« cïng ng¾n.

Thµnh phÇn chÊt bèc vµ Koks cã thÓ xem trong s¬ ®å h×nh 3-1

H×nh 3.1 S¬ ®å thµnh phÇn nhiªn liÖu

3.1.3.6 Çc tÝnh chÊt kh¸c cña nhiªn liÖu.

- HiÖn t−îng tù ch¸y.

Nhiªn liÖu r¾n cã kh¶ n¨ng hÊp thô «xy cña kh«ng khÝ trªn bÒ mÆt cña chóng vµ tiÕn hµnh oxy hãa. NÕu nhiÖt cña ph¶n øng kh«ng t¶n ra ngoµi ®−îc, nhÊt lµ ë líp s©u bªn trong ®èng than th× dÔ dÉn tíi t¨ng nhiÖt ®é vµ t¹o ra ®¸m tù ch¸y.

Tïy theo lo¹i than vµ thêi gian dù tr÷ mµ quyÕt ®Þnh kÝch th−íc cña ®èng than vµ cã nh÷ng biÖn ph¸p phßng háa cÈn thËn.

- NhiÖt ®é bïng ch¸y: cña nhiªn liÖu láng lµ nhiÖt ®é khi cã ¸p suÊt h¬i cña nhiªn liÖu láng t¹o víi kh«ng khÝ thµnh hçn hîp dÔ bïng ch¸y nÕu ®−a gÇn ngän löa. §©y lµ mét ®Æc tÝnh quan träng cña nhiªn liÖu láng vµ cã ý nghÜa thùc tÕ khi l−u kho. §Ó tr¸nh háa ho¹n trong kho nhiªn liÖu láng cÇn tu©n thñ nh÷ng nguyªn t¾c mét çch chÆt chÏ.

- NhiÖt ®é b¾t ch¸y: cña nhiªn liÖu láng lµ nhiÖt ®é khi ®ã nhiªn liÖu láng ®−îc ®èt nãng trong ®iÒu kiÖn chuÈn sÏ bÞ ch¸y nÕu ®−a ngän löa ®Õn gÇn vµ ch¸y trong thêi gian h¬n 5 gi©y.

3..2. Çc lo¹i nhiªn liÖu. 3.2.1 Nhiªn liÖu r¾n.

3.2.1.1. Cñi gç

§Õn nay viÖc dïng cñi gç ®èt trong çc thiÕt bÞ nhiÖt h¹n chÕ, v× ®ã lµ nguyªn liÖu gi¸ trÞ ®èi víi c«ng nghiÖp t¬ sîi, giÊy thùc phÈm, x©y dùng Thµnh phÇn ch¸y cña cñi trung b×nh nh− sau : C0 = 51%; Hc =6%; Ne= 0,6%; Oc = 42,3%. NhiÖt sinh cña cñi gç kho¶ng 11.300 - 13.300 kj/kg khi ®é Èm 25-35%.

¦u ®iÓm chñ yÕu cña gç:

chÊt bèc chÊt r¾n

kh«ng ch¸y

chÊt r¾n (Koks)

chÊt r¾n ch¸y ®−îcchÊt bèc ch¸y ®−îch¬i n−íc

Thµnh phÇn h÷u c¬

Thµnh phÇn ch¸y

Thµnh phÇn kh«

Thµnh phÇn lµm viÖc

A S CHO+N W n−íc

77

- Hµm l−îng tro rÊt Ýt 1,5 - 2%, khã nãng ch¶y (>1200oC) vµ khã t¹o xØ.

- Hµm l−îng bèc rÊt cao vµ ®¹t tíi 85% tÝnh theo thµnh phÇn h÷u c¬.

- DÔ b¾t ch¸y (gÇn 300oC).

- Kh«ng chøa l−u huúnh.

- §é Èm cao 60%.

3.2.1.2 Than bïn.

Than bïn lµ s¶n phÈm ph©n hñy thùc vÊt trong ®iÒu kiÖn Èm vµ kh«ng cã kh«ng khÝ. Tïy theo møc ®é ph©n hñy ta cã 3 lo¹i than bïn: giµ, trung b×nh vµ non.

Thµnh phÇn h÷u c¬ cña than bïn phô thuéc vµo møc ®é ph©n hñy, ph©n hñy cµng m¹nh cµng giµu cacbon cµng Ýt «xy. Thµnh phÇn cña chóng trong b¶ng 3-5

B¶ng 3.5 Thµnh phÇn h÷u c¬ vµ nhiÖt sinh cña than bïn.

Lo¹i than bïn Ch Hh Oh + Nh Q kj/kg

Non

Trung b×nh

Giµ

52

58

62

6

6

6

42

36

32

20.100

21.800

24.300

Than bïn cã mµu s¾c thay ®æi tõ n©u, x¸m ®Õn ®en. §é Èm cña than bïn t−¬i rÊt cao vµ ®¹t tíi 80 - 85%, ®Ó l©u trong kh«ng khÝ nã h¹ xuèng 25 - 30%. §é tro kh«ng lín l¾m 10- 12%, chÊt bèc ®Õn 80%. Cho nªn than bïn lµ lo¹i than dµi löa vµ ë d¹ng kh« bèc ch¸y rÊt nhanh.

NhiÖt sinh than bïn kh« kho¶ng (10400 - 13.700)kj/kg.

Khi l−u kho thµnh ®èng, than bïn dÔ tù Oxy hãa vµ dÉn tíi hiÖn t−îng tù ch¸y. Cho nªn ph¶i ®Ò phßng háa ho¹n vµ nh÷ng nguyªn t¾c an toµn phßng háa.

Than bïn cã thÓ sö dông trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt vËt liÖu x©y dùng, than bïn dïng trong lß nung g¹ch ngãi, than côc cã thÓ dïng trong çc buång ®èt hoµn toµn hoÆc kh«ng hoµn toµn. Còng cã thÓ dïng than bïn ®Ó khÝ hãa than.

3.2.1.3 Than n©u.

Than n©u cã hµm l−îng cacbon cao h¬n vµ hµm l−îng «xy nhá h¬n so víi than bïn. Thµnh phÇn çcbon vµ «xy cña 3 lo¹i than trong b¶ng 3.6.

B¶ng 3.6 Hµm l−îng çcbon vµ «xy trong than bïn, than ®¸ vµ than n©u

D¹ng Hµm l−îng (%)

Nhiªn liÖu Ch Oh

Than bïn

Than n©u

Than ®¸

55-60

65-75

75-90

35- 40

17-28

5-15

Than n©u cã mµu n©u, kh«ng ãng ¸nh nh− than ®¸, cã d¹ng nh− ®Êt. Trong dung dÞch kiÒm yÕu vµ s«i nã hßa tan chót Ýt vµ dung dÞch cã mµu. §ã lµ 2 ®iÓm kh¸c than ®¸.

Than n©u cã nh÷ng ®Æc tÝnh sau:

- Hµm l−îng t¹p chÊt cao nh−: tro xØ, l−îng Èm, ®«i khi cã c¶ l−u huúnh.

78

- Hµm l−îng chÊt bèc cao vµ ®¹t ®Õn 60% v× thÕ nã lµ lo¹i than dµi löa.

- Cã huynh h−íng tù bèc ch¸y khi ®Ó l©u trong kho.

- BÞ vì vôn khi ®Ó l©u trong kh«ng khÝ nªn cµng ®Ó l©u chÊt l−îng cµng gi¶m.

NhiÖt sinh cña dao ®éng nhiÒu 1tQ = (7350 ÷ 12.800) Kj/kg tïy theo ®é Èm.

Than n©u dïng ®Ó ®èt trong lß vßng, lß quay (d¹ng bôi) hoÆc khÝ hãa ®Ó dïng trong c«ng nghiÖp siliçt.

3.2.1.4. Than ®¸.

Kh¸c víi than n©u, than ®¸ cã cÊu tróc ®Æc h¬n, ®é hót Èm nhá h¬n, mµu ®en h¬n, vµ cã ¸nh kim gÇn nh− antraxit. Hµm l−îng chÊt bèc cña than ®¸ giao ®éng trong kho¶ng lín tõ 9% than gÇy ®Õn 50% ë than dµi löa. Thµnh phÇn nguyªn tè vµ nhiÖt sinh còng bÞ thay ®æi t−¬ng øng. Hµm l−îng oxy gi¶m theo tuæi cña than, ng−îc l¹i hµm l−îng cacbon vµ nhiÖt sinh l¹i t¨ng lªn.

B¶ng 3.7 Ph©n lo¹i than ®¸

Lo¹i than ®¸ Hµm l−îng chÊt bèc % §Æc ®iÓm cña cèc

Than dµi löa > 42 Kh«ng kÕt khèi t¹o d¹ng bét

Than khÝ 35-42 KÕt khèi, nãng ch¶y, cã khi phång

Than mì 26-35 KÕt khèi, nãng ch¶y ®Æc hoÆc rÊt ®Æc

Than koks 18-26 KÕt khèi ®Æc

Than gÇy < 17 Kh«ng kÕt khèi

3.2.2.5. Than antraxit.

Antraxit lµ lo¹i than giµ nhÊt. Theo h×nh d¹ng bªn ngoµi dÔ dµng nhËn ra chóng bëi ¸nh kim, cÊu tróc líp. Chóng cã mËt ®é, c−êng ®é c¬ häc lín, do ®ã chóng cã ®é hót Èm vµ ®é Èm thÊp. §é tro cña antraxit kh«ng lín theo thµnh phÇn kh« kho¶ng 14%, ë lo¹i antraxit kÐm h¬n ®é tro ®«i khi h¬n 18%. NhiÖt sinh cña nã kho¶ng 27.200Kj/kg. Do hµm l−îng chÊt bèc kh«ng lín kho¶ng 2-9%, nªn antraxit khã ch¸y, nhiÖt ®é b¾t ch¸y ®Õn 600oC vµ khi ch¸y hÇu nh− kh«ng cã ngän löa. Khi l−u kho l©u hay vËn chuyÓn xa antraxit kh«ng bÞ biÕn chÊt, cho nªn cã thÓ l−u kho v« thêi h¹n. Antraxit th−êng ®−îc ph©n lo¹i theo kÝch th−íc. B¶ng 3.8 Ph©n lo¹i than antraxit theo kÝch th−íc

Lo¹i antraxit KÝch th−íc mm

Than t¶ng

Côc to

Côc trung

Côc nhá

Don

Çm

Trªn 100

50 - 100

25 - 50

13 - 25

6 - 13

< 6

3.2.2.6. §¸ dÇu.

79

§¸ dÇu lµ lo¹i ®¸ ®−îc ngÊm bëi s¶n phÈm ph©n hñy çc chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n. Chóng lµ lo¹i nhiªn liÖu nhiÒu tro xØ hµm l−îng nµy ®¹t tõ 40% ®Õn 60%, nh−ng ®é Èm kh«ng lín l¾m chØ kho¶ng 4- 5%.

Thµnh phÇn ch¸y cña ®¸ dÇu trung b×nh nh−:

Cc = 65 -75% 0c = 15 -20% Sc =1,5 -4,5%

Hc = 8 -10% Nc = 0,5 -1,5%

NhiÖt sinh cña ®¸ dÇu tÝnh theo thµnh phÇn ch¸y giao ®éng trong kho¶ng 27.300 - 35.500 kj/kg. Song nhiÖt sinh theo thµnh phÇn lµm viÖc, do chøa nhiÒu tro xØ, nªn kho¶ng 6.200 ÷8.300 kj/kg.

§¸ dÇu chøa nhiÒu carbonat, khi ph©n hñy sÏ tiªu tèn nhiÖt, nªn nhiÖt sinh bÞ h¹ thÊp. Do hµm l−îng chÊt bèc lín, ®¹t ®Õn 90%, ngän löa cña ®¸ dÇu t−¬ng ®èi dµi. §¸ dÇu cã thÓ ®èt tèt trong lß quay nung clinker, trong lß nung vËt liÖu gèm.

3.2.2 Nhiªn liÖu láng.

Nhiªn liÖu láng thiªn nhiªn lµ dÇu má. §ã lµ chÊt láng mµu n©u thÈm gÇn ®en, cÊu t¹o tõ hçn hîp cacbua hy®roho parafin (CnH2n+2) anken(CnH2n) vµ çcbua th¬m víi tû lÖ kh¸c nhau. Thµnh phÇn dÇu má th« kh«ng thÓ biÓu thÞ b»ng mét c«ng thøc hãa häc nµo. Thµnh phÇn hãa häc cña dÇu má nãi chung lµ æn ®Þnh ®èi víi ®a sè má dÇu vµ th−êng n»m trong kho¶ng sau: (85-89%)C, (11- 15%) H2, (0,1 - 0,8%) O2 + N2, (0,05 - 3,27)S. §é tro cña chóng rÊt nhá (0,3%) ®é Èm kh«ng ®¸ng kÓ.

Nhiªn liÖu láng nh©n t¹o lµ s¶n phÈm ch−ng cÊt dÇu má: x¨ng, dÇu háa....cuèi cïng lµ mazut. TÊt c¶ çc nhiªn liÖu láng chÕ biÕn tõ dÇu má ®Òu ph©n ra lo¹i nÆng vµ lo¹i nhÑ. DÇu mazót sö dïng t−¬ng ®èi nhiÒu trong s¶n xuÊt vËt liÖu.

TÊc c¶ çc d¹ng nhiªn liÖu láng ®Òu cã nhiÖt sinh gÇn nh− nhau vµ 40.000 - 44.000 kj/kg.

M¸c cña dÇu mazut TÝnh chÊt

10 20 40 80 100

NhiÖt trÞ (kj)

§é nhít ë 75oC

NhiÖt ®é ®«ng ®Æc kh«ng qu¸ OC

NhiÖt ®é bïng ch¸y OC

Khèi l−îng riªng T/m3

ë 0oC

ë 100oC

Hµm l−îng l−u huúnh kh«ng qu¸%

NhiÖt ®é nªn dïng vßi phun

Cùc tiÓu oC

Cùc ®¹i oC

41240

3,6

+5

65

4

65

70

40410

6

+5

80

0,964

0,905

4

75

85

39440

10

+10

100

0,996

0,938

4

85

100

38685

16,5

+2,5

140

1,058

1,018

4

100

110

38885

0,962

0,900

4

3.2.3 Nhiªn liÖu khÝ thiªn nhiªn vµ nh©n t¹o.

80

Nhiªn liÖu khÝ gi¸ trÞ nhÊt lµ khÝ thiªn nhiªn. Çc tói khÝ nµy th−êng n»m gÇn má dÇu. NhiÖt sinh cña chóng t−¬ng ®èi cao do thµnh phÇn chÝnh cña khÝ thiªn nhiªn lµ CH4 (trªn 90%). So víi çc lo¹i nhiªn liÖu khÝ kh¸c, khÝ thiªn nhiªn cã −u viÖt lín lµ nhiÖt sinh cao, s¹ch, vËn chuyÓn trong ®−êng èng rÊt dÔ dµng.

KhÝ than ®−îc s¶n xuÊt tõ nhiªn liÖu r¾n trong lß khÝ hãa.

KhÝ lß cao lµ s¶n phÈm thõa tõ lß cao trong c«ng nghiÖp luyÖn gang thÐp. NhiÖt sinh cña nã kh«ng cao - gÇn 4200kj/m3. KhÝ lß cao ®«i khi sö dông lÉn víi khÝ lß koks ®Ó ®¶m b¶o nhiÖt ®é trong lß.

KhÝ lß koks còng lµ s¶n phÈm d− thõa cña lß koks. Nã chøa tíi 55% H2 vµ 25% CH4, v× vËy nhiÖt sinh cña nã kh¸ lín 14.650 - 18.840 Kj/m3.

KhÝ nhµ m¸y läc dÇu nhËn ®−îc khi gia c«ng dÇu má b»ng Cr¨cking. Bªn c¹nh s¶n phÈm chÝnh ë d¹ng láng ta cßn cã mét l−îng lín khÝ, khÝ nµy cã nhiÖt sinh tíi 46.000 - 50.000 Kj/m3. −u ®iÓm cña nhiªn liÖu khÝ:

- Kh«ng chøa tro xØ, nªn kh«ng lµm bÈn vËt liÖu nung khi nung trùc tiÕp. Tr−êng hîp khÝ than, khÝ lß cèc cã chøa t¹p chÊt ë d¹ng r¾n, chóng cã thÓ lo¹i trõ ®−îc qua çc thiÕt bÞ läc.

- DÔ ch¸y, khi ch¸y ngän löa cã nhiÖt ®é cao v× dÔ hçn hîp víi kh«ng khÝ vµ ch¸y víi l−îng kh«ng khÝ nhá nhÊt.

- DÔ vËn chuyÓn theo ®−êng èng vµ cã thÓ chuyÓn ®i rÊt xa ®−îc.

B¶ng thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt çc nhiªn liÖu khÝ

Tªn khÝ

CO

H2

CH4

Cm Hn

H2S

CO2

N2

P

NhiÖt sinh kj/m3

KhÝ lß cèc

KhÝ than lÉn tõ antraxÝt

Khi lß cao

7,0

27,5

28,0

57,0

13,5

2,7

23,0

0,5

0,3

2,05

-

-

0,5

0,2

-

2,0

5,5

10,5

7,5

52,6

58,5

1,0

0,2

-

16748

5150

3980

3.2.4. Lùa chän nhiªn liÖu.

Nhiªn liÖu dïng trong lß c«ng nghiÖp ®−îc lùa chän dùa trªn c¬ së:

- Yªu cÇu vËt liÖu nung.

- KÕt cÊu lß.

- §iÒu kiÖn ®iÒu chØnh m«i tr−êng …

VÒ gi¸ thµnh cña mét sè khÝ tÝnh theo 1 tÊn nhiªn liÖu tiªu chuÈn khi coi khÝ thiªn nhiªn lµ 1 ®¬n vÞ ta cã thÓ so s¸nh nh− sau:

KhÝ thiªn nhiªn 1,0

Mazót 1,5

Propan, Butan 1,7

KhÝ lß kok 1,4

KhÝ lß cao 0,9

81

KhÝ than tõ than ®¸ 2,3

KhÝ than tõ than bïn 4,5

Nhiªn liÖu cã gi¸ trÞ vµ thuËn lîi nhÊt lµ khÝ thiªn nhiªn. §èi víi nhiªn liÖu láng, dÇu mazót cã vÞ trÝ quan träng v× nhiÖt n¨ng cao vµ viÖc vËn chuyÓn ®Õn nhµ m¸y hay trong nhµ m¸y ®Õn chç dïng t−¬ng ®èi dÔ dµng.

ViÖc sö dông nhiªn liÖu r¾n tèt nhÊt th«ng qua lß khÝ hãa, v× nhiªn liÖu khÝ cã nhiÒu −u viÖt h¬n. Song còng cÇn chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn cô thÓ tõng n¬i, tõng s¶n phÈm vµ tïy theo ®iÒu kiÖn kinh tÕ kü thuËt mµ dïng than hay khÝ than.

Nh÷ng lß hiÖn ®¹i lµm viÖc liªn tôc, tù ®éng hãa, nªn qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu còng ph¶i ®−îc ®iÒu khiÓn tù ®éng. V× vËy ë nh÷ng lß nµy tèt nhÊt lµ dïng nhiªn liÖu khÝ. Còng cã thÓ sö dông nhiªn liÖu láng ë nh÷ng lß nµy nh−ng do ®Æc ®iÓm cña mazót khã ch¸y ë vßi phun.

ViÖc sö dông thiªn nhiªn r¾n trong lß c«ng nghiÖp ®Ó nung s¶n phÈm chÞu löa, gèm ... trªn thÕ giíi ngµy cµng thu hÑp vµ nh−êng chç cho nhiªn liÖu khÝ, láng. Sö dông nhiªn liÖu khÝ, láng dÔ ®iÒu khiÓn m«i tr−êng, nhiÖt ®é ë nh÷ng giai ®o¹n cÇn thiÕt trong lß.

Lß quay s¶n xuÊt cement, nung çc vËt liÖu chÞu löa... cã thÓ dïng rÊt tèt nhiªn liÖu khÝ, mazót. Song bªn c¹nh ®ã cã thÓ dïng nhiªn liÖu r¾n d¹ng bôi.

Lß tuyn-nen lµm viÖc ë nhiÖt ®é 1300 - 1400oC, nªn sö dông nhiªn liÖu khÝ, mazót. Lß tuyn-nen nung gèm th« nh− g¹ch x©y dùng, cã thÓ dïng nhiªn liÖu r¾n ®−îc, tèt h¬n c¶ lµ dïng nhiªn liÖu bôi.

Lß ®øng nung cement, v«i, ®olomÝt, samèt... ngoµi nhiªn liÖu khÝ vµ láng cã thÓ dïng than Ýt chÊt bèc, Ýt tro vÝ dô than antraxÝt, than gÇy, than kok cã c−êng ®é c¬ häc cao vµ ®é bÒn nhiÖt lín.

Lß nÊu thñy tinh nªn sö dông nhiªn liÖu khÝ s¹ch hoÆc mazót ®Ó tr¸nh bôi xØ lµm bÈn thñy tinh, ë lß nåi cì nhá cã thÓ dïng than dµi löa.

3.3. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu. 3.3.1. Môc ®Ých vµ quy ®Þnh tÝnh to¸n.

Môc ®Ých tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu lµ x¸c ®Þnh ®−îc:

- L−îng kh«ng khÝ (lý thuyÕt vµ thùc tÕ) cÇn thiÕt ®Ó ch¸y nhiªn liÖu.

- L−îng s¶n phÈm ch¸y, thµnh phÇn cña nã vµ nhiÖt ®é ch¸y. NÕu nhiÖt ®é ch¸y cña nhiªn liÖu lùa chän kh«ng ®¹t ®−îc nhiÖt ®é nung cña lß, th× ta ph¶i x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cÇn thiÕt ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ (hoÆc c¶ nhiªn liÖu). Trªn c¬ së ®ã mµ quyÕt ®Þnh hay lùa chän thiÕt bÞ ®èt nãng kh«ng khÝ hoÆc nhiªn liÖu ®ã.

L−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y nhiªn liÖu vµ l−îng khÝ th¶i (s¶n phÈm ch¸y hay khãi lß) ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së c©n b»ng vËt chÊt cña qu¸ tr×nh ch¸y.

NhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu x¸c ®Þnh trªn c¬ së c©n b»ng nhiÖt, bao gåm nhiÖt cña nhiªn liÖu, kh«ng khÝ mang vµo vµ nhiÖt cña çc s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh.

Qu¸ tr×nh ch¸y ®−îc tÝnh to¸n kh«ng phô thuéc vµo l−îng nhiªn liÖu dïng, v× l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y t¹o ra khÝ ch¸y nhiªn liÖu ®−îc x¸c ®Þnh theo mét ®¬n vÞ khèi l−îng hoÆc thÓ tÝch cña nhiªn liÖu vµ biÓu thÞ b»ng m3/kg. (mÐt

82

khèi tiªu chuÈn theo kilogam nhiªn liÖu) hoÆc m3/m3(mÐt khèi tiªu chuÈn trªn mÐt khèi tiªu chuÈn nhiªn liÖu).

NhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu - nhiÖt ®é lý thuyÕt cùc ®¹i cã thÓ cã, ®−îc x¸c ®Þnh theo hµm nhiÖt cña khãi lß. NhiÖt ®é nµy còng kh«ng phô thuéc vµo l−îng nhiªn liÖu ch¸y trong mét ®¬n vÞ thêi gian vµ x¸c ®Þnh víi ®é chÝnh x¸c cao.

Mçi tr−êng hîp tÝnh to¸n cÇn ph¶i liªn hÖ ®Õn nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc tÕ ch¸y nhiªn liÖu vµ nh÷ng ®Æc ®iÓm cña thiÕt bÞ nhiÖt. Trªn c¬ së thùc tÕ ®ã chóng ta lÊy hÖ sè kh«ng khÝ d− cho phï hîp ®Ó ch¸y nhiªn liÖu. NhiÖt ®é thùc tÕ hay nhiÖt ®é t¸c dông cña khãi lß ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng. V× nã phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau, vµ nh÷ng yÕu tè ®ã rÊt khã tÝnh to¸n.

Khi tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu ta sö dông ®¬n vÞ chuÈn, tøc thÓ tÝch khÝ øng víi 00C vµ ¸p suÊt 1 atm vµ ký hiÖu m3 chuÈn.

NhiÖm vô ®Çu tiªn khi tÝnh to¸n sù ch¸y nhiªn liÖu lµ ph¶i x¸c ®Þnh thµnh phÇn lµm viÖc cña nhiªn liÖu, sau ®ã x¸c ®Þnh nhiÖt sinh cña nã theo çc c«ng thøc ë trªn. Trong thµnh phÇn lµm viÖc sÏ cã l−îng h¬i Èm cña nhiªn liÖu r¾n hoÆc l−îng h¬i Èm ë tr¹ng th¸i c©n b»ng trong nhiªn liÖu khÝ.

3.3.2 L−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y nhiªn liÖu.

§Ó tÝnh l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt khi ch¸y nhiªn liÖu ta dùa vµo çc ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt cña çc ph¶n øng ch¸y. Khi tÝnh to¸n ta lÊy thµnh phÇn thÓ tÝch cña kh«ng khÝ lµ N2 - 79% vµ 21%.

Kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ( α =1).

Víi nhiªn liÖu khÝ nh− khÝ than, lß koks, khÝ lß cao:

)OSH5,1HC3CH22

HCO(

100

762,4L 22424

2o −+++

+=

CO, H2, CH4, C2H4, SO2 – thµnh phÇn trong khÝ m3 tch/ m3 tch , % thÓ tÝch.

Víi nhiªn liÖu láng vµ r¾n:

Lo = 0,0889 CL +0,265H - 0,0333(01 - S1) , m3ch/kg

C1, H1, O1, S1- Thµnh phÇn lµm viÖc cña nhiªn liÖu.

Do ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu, cÊu t¹o ghi, lß nung, ®Æc ®iÓm cña nhiªn liÖu. H¬n n÷a trong qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu, giã vµ nhiªn liÖu cã xu h−íng chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau. Sù chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi nµy dÔ dµng cã mét l−îng «xy trong kh«ng khÝ ch−a kÞp ph¶n øng víi nhiªn liÖu ®· bÞ lo¹i ra ngoµi. Do ®ã l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ dïng th−êng cao h¬n so víi lý thuyÕt. L−îng kh«ng khÝ thùc tÕ:

Lα = α Lo m3 tch/ m3 tch hoÆc m3 tch/kg

α - hÖ sè kh«ng khÝ d−.

L−îng kh«ng khÝ d− so víi lý thuyÕt ®−îc x¸c ®Þnh:

Ld− = (α - 1)Lo m3 tch/m3 tch hay m3 tch/kg

Nhiªn liÖu cã thÓ ch¸y hoµn toµn víi l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt chØ trong tr−êng hîp nÕu nhiªn liÖu ®−îc trén ®Òu víi kh«ng khÝ ®Ó ch¸y vµ hçn hîp ch¸y ë d¹ng khÝ. NÕu ®ã lµ nhiªn liÖu láng th× ë thiÕt bÞ ®èt nã ph¶i ®−îc khÝ hãa s¬ bé.

83

Trong thùc tÕ s¶n xuÊt rÊt khã ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn trªn, cho nªn nhiªn liÖu ®Òu ch¸y víi hÖ sè kh«ng khÝ d−. Th«ng th−êng nhiªn liÖu khÝ, mazót vµ than bôi ch¸y hoµn toµn víi hÖ sè kh«ng khÝ d− α = 1,05 ÷ 1,25.

Nhiªn liÖu khÝ dÔ ch¸y do dÔ trén lÉn víi kh«ng khÝ cho nªn th−êng ch¸y víi hÖ sè kh«ng khÝ d− nhá α = 1,00 ÷1,1.

Nhiªn liÖu láng, nÕu ®−îc khÝ hãa s¬ bé vµ trén tèt víi kh«ng khÝ hÖ sè ®ã cã thÓ gi¶m xuèng = 1,00 -1,05.

KhÝ ch¸y antraxÝt hay than bïn trong buång ®èt c¬ khÝ, vµo than vµ ra xØ liªn tôc hÖ sè kh«ng khÝ d− α =1,3 ÷1,4. ë buång ®èt thñ c«ng ®èi víi antraxÝt α =1,4 than ®¸ α = 1,5 - 1,6, than n©u α =1,6 - 1.8

ë buång ®èt b¸n khÝ ®¬n gi¶n, hÖ sè α gi¶m xuèng 1,1 - 1,2.

NÕu ch¸y nhiªn liÖu r¾n trong lß ®øng hÖ sè kh«ng khÝ d− ë z«n nung α = 1,2 - 1,3, trong lß vßng α dao ®éng nhiÒu tõ 1,5 - 2,0 ®Õn 4,0 - 5,0 hoÆc h¬n, v× kh«ng khÝ hót vµo lß qua khe hë.

Trong kh«ng khÝ cã chøa mét l−îng h¬i n−íc nhÊt ®Þnh cã thÓ biÕt qua hµm Èm d (gam Èm/kg kkkh«), nªn thÓ tÝch kh«ng khÝ Èm:

L’0 = (1+ 0,016d).Lo, m3 tch/ m3 tch hoÆc m3 tch/kg

L’α = (1+ 0,016d).Lα , m3 tch/ m3 tch hoÆc m3 tch/kg

0,0016 = 1000.804,0

293,1 lµ hÖ sè qui ®æi tõ ®¬n vÞ träng l−îng kh«ng khÝ Èm tÝnh

b»ng gam/kgkkkh« ra ®¬n vÞ thÓ tÝch cña khÝ Èm chøa trong 1m3 tiªu chuÈn kh«ng khÝ kh«.

Chó ý: PhÇn Èm sÏ lµm t¨ng thÓ tÝch kh«ng khÝ lªn kho¶ng1,5% khi tÝnh nhiÖt cho lß nung cã thÓ bá qua phÇn Èm nµy. Nh−ng khi tÝnh ®èi víi lß sÊy hµm Èm d cña kh«ng khÝ kh«ng ®−îc bá qua.

3.3.3. L−îng vµ thµnh phÇn s¶n phÈm ch¸y.

Khi ch¸y nhiªn liÖu hoµn toµn th× nh÷ng s¶n phÈm thu ®−îc ®Òu ë d¹ng khÝ nh− CO2, H2O, N2, O2 vµ SO2 nÕu nhiªn liÖu cã chøa l−u huúnh. V× s¶n phÈm ch¸y hay khãi lß ®Òu ë nhiÖt ®é 100o cho nªn h¬i Èm ®Òu n»m ë tr¹ng th¸i h¬i.

ThÓ tÝch chung cña khãi lß khÝ ch¸y nhiªn liÖu víi hÖ sè khong khÝ d− α, b»ng tæng thÓ tÝch çc thµnh phÇn.

Vα = Vco2 + VH2O + VN2 + VO2 + VSO2

Víi nhiªn liÖu khÝ nh− khÝ than, khÝ lß KOKs, khÝ lß cao.

VCO2 = 0,01 (CO2 + CO + CH4 + 2C2H4) , m3 tch/m3 tch

0,16 Lα l−îng h¬i n−íc do kh«ng khÝ mang vµo khi hµm Èm cña nã lµ d (g Èm/kg kkkh«).

VSO2 = 0,01 H2S , m3 tch/m3 tch.

VH2O = 0,01 (H2 + 2CH4 + 2C2H4 + H2S + H2O + 0,16 dLα ) , m3 tch/m3 tch

VN2 = 0,01 N2 + 0,79Lα , m3 tch/m3 tch

84

VO2 = 0,21 (α - 1) Lo m3 tch/m3 tch

Tæng hîp:

Vα = 0,01 (CO2 + CO + H2 + 3CH4 + 4C2H2 + 2H2S + H2O + N2)+ LO(α+0,0016 dLα - 0,21) , m3 tch/m3 tch

CO2 CO… phÇn tr¨m % thÓ tÝch nhiªn liÖu khÝ lµm viÖc.

Víi nhiªn liÖu r¾n vµ láng.

VCO2 = 0,0186 C1 , VSO2 = 0,007S1

OH 2V = 0,112H1 + 0,0124 (W1 + 100Wh) + 0,0016dLα

2NV = 0,79Lα + 0,008N1 ,

2OV = 0,21 (α - 1) Lo

Tæng hîp:

V = 0,01 [1,86C1 + 0,7S1 + 11,2H1 + 1,24 (W1 + 100Wh) + 0,08N1 ]

+ Lo (α + 0,0016dLα - 0,21) , m3 tch/kg.

C1, H1, S1, W1, No. t−¬ng øng thµnh phÇn lµm viÖc % khèi l−îng.

Wh - l−îng h¬i n−íc ®Ó biÕn nhiªn liÖu láng thµnh d¹ng bôi kg/kg nhiªn liÖu.

NÕu biÕt l−îng khÝ riªng vµ chung, ta dÔ dµng x¸c ®Þnh thµnh phÇn phÇn tr¨m cña khÝ ®ã trong khãi lß. L−îng khãi lß tæng trong mét ®¬n vÞ thêi gian x¸c ®Þnh b»ng:

Vk = BVα Nm3/h

B - l−îng nhiªn liÖu tiªu tèn trong 1 giê m3 tch/h hay kg/h

NhiÒu tr−êng hîp l−îng khãi lß t¨ng lªn do kh«ng khÝ lät vµo lß qua khe hë. Khi ®ã l−îng kh«ng khÝ d t¨ng lªn tíi α = 4,0 ÷ 4,5 vµ l−îng khãi lß thùc tÕ th¶i qua thiÕt bÞ hót giã (èng khãi, qu¹t hót) lµ:

Vkt = B [Vα + (αc - 1) Lo] , m3 tch/h

αc - hÖ sè d− cña lß tõ lóc ®èt ®Õn ch©n èng khãi hay qu¹t hót.

ë mét sè lß, l−îng khãi lß cßn ph¶i kÓ ®Õn l−îng khÝ do ph©n hñy vËt liÖu nung nh− CO2 khi ph©n hñy ®¸ v«i (CaCO3 ) vµ h¬i n−íc khi lo¹i trõ Èm vµ ph©n hñy caolinit.

3.3.4. NhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu.

Ch¸y nhiªn liÖu trong lß cã thÓ tiÕn hµnh b»ng hai çch:

- Ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu ë buång ®èt råi dÉn s¶n phÈm ch¸y vµo lß.

- Ch¸y nhiªn liÖu trùc tiÕp trong lß gi÷a vËt liÖu nung.

- §«i khi cã thÓ kÕt hîp hai çch trªn, nghÜa lµ qu¸ tr×nh ch¸y b¾t ®Çu ë buång ®èt vµ kÕt thóc t¹i lß nung.

ChÕ ®é nhiÖt ®é trong lß phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn cña qu¸ tr×nh ch¸y, cÊu tróc cña thiÕt bÞ ®èt, cÊu tróc cña kho¶ng lµm viÖc cña lß. §ång thêi chÕ ®é nhiÖt ®é trong lß ®−îc duy tr× bëi sù ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ch¸y. NÕu ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ch¸y ®óng quy tr×nh kü thuËt, ta cã thÓ ®¹t ®−îc nhiÖt ®é cùc ®¹i cã thÓ cã. V× vËy víi mçi lo¹i nhiªn liÖu lùa chän vµ ph−¬ng ph¸p ®èt cã thÓ ®¶m b¶o chÕ ®é trong lß ®−îc.

85

Khi tÝnh to¸n nhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu, quan träng h¬n c¶ lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ trong ®iÒu kiÖn cô thÓ cña lß vµ ph−¬ng ph¸p ®èt. Song cã nhiÒu nh©n tè khã x¸c ®Þnh, nªn chØ cã thÓ tÝnh gÇn ®óng mµ th«i.

Ng−êi ta ph©n biÖt 3 nhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu.

- NhiÖt ®é calo.

NhiÖt ®é calo lµ nhiÖt ®é ®¹t ®−îc trong ®iÒu kiÖn ch¸y hoµn toµn vµ tÊt c¶ nhiÖt sinh cña nhiªn liÖu, nhiÖt lÝ häc cña nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ mang vµo chØ dïng ®Ó ®èt nãng s¶n phÈm ch¸y.

k

kkkknnlt

c CVLtCtCQt

α

α++=

ltQ - nhiÖt sinh cña nhiªn liÖu lµm viÖc, kj/kg. Cn ,, tn- tû nhiÖt vµ nhiÖt ®é cña

nhiªn liÖu

Ckk , tkk - tû nhØÖt (kj/m3.®é) vµ nhiÖt ®é (oC) cña kh«ng khÝ.

Lα - l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ ®Ó ch¸y 1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu.

Ck- tû nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y, Kj/m3.®é

NÕu tn = 0, tkk = 0 vµ α = 1, th× nhiÖt ®é calo chØ phô thuéc vµo thµnh phÇn hãa häc cña nhiªn liÖu. NhiÖt ®é Calo cùc ®¹i cã thÓ ®¹t ®−îc khÝ α = 1.

- NhiÖt ®é lý thuyÕt.

ë nhiÖt ®é cao cã sù ph©n ly CO2 vµ H2O theo ph¶n øng:

CO2 → CO + 2

1O2 - (12.500 + 12.300) , kj/m3 tch

H2O → H2 + 2

1O2 - (11.200 + 10.900) , j/m3 tch

V× vËy, ë nhiÖt ®é cao viÖc ch¸y CO vµ H2 kh«ng thùc hiÖn ®Õn cïng vµ s¶n phÈm ch¸y vÉn chøa CO vµ H2 mÆc dï ë nhiÖt ®é cao vµ cã mÆt oxy tù do. KhÝ CO vµ H2 ®ã sÏ tiÕp tôc ch¸y nèt trong lß ë nhiÖt ®é thÊp h¬n. Ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh, khi nhiÖt ®é ch¸y b»ng 1600o víi hµm l−îng CO2 trong khãi lß lµ 10% th× l−îng CO2 bÞ ph©n ly kh«ng qu¸ 1,5% vµ møc ®é ph©n ly khÝ CO2 vµ H2O chØ kÓ ®Õn nÕu nhiÖt ®é ch¸y trªn 1600oC. Møc ®é ph©n ly khÝ CO2 vµ H2O phô thuéc vµo nhiÖt ®é ch¸y vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña chóng cho trong biÓu ®å h×nh 3-2 vµ 3-3.

Nh− vËy, ë nhiÖt ®é ch¸y cao (h¬n 1600oC), cßn ph¶i tiªu tèn mét n¨ng l−îng Qph ®Ó thùc hiÖn ph¶n øng ph©n hñy CO2 vµ H2O. Do ®ã nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cã thÓ x¸c ®Þnh:

k

phkkkknt

nlt

lt CVQLtCCQ

tα

α −++=

VËy nhiÖt ®é lý thuyÕt lµ nhiÖt ®é khi ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu, ®ång thêi toµn bé nhiÖt sinh, nhiÖt lý häc cña nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ sau khi tiªu tèn mét Ýt ®Ó ph©n ly s¶n phÈm ch¸y chØ dïng ®Ó ®èt nãng s¶n phÈm ch¸y.

ë nhiÖt ®é d−íi (1500 – 1600)oC nhiÖt ®é lý thuyÕt sÏ kh«ng kh¸c nhiÖt ®é Calo, v× ë nhiÖt ®é thÊp sÏ kh«ng cã sù ph©n ly CO2 vµ H2O. NhiÖt ®é Calo vµ nhiÖt ®é lý

86

thuyÕt cã thÓ x¸c ®Þnh theo hµm nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y vµ th«ng th−êng ng−êi ta dïng b¶ng ®Ó tÝnh.

nh 3-2. §é ph©n ly CO2 theo nhiÖt ®é

H×nh 3-3. §é ph©n ly HO theo nhiÖt ®é

- NhiÖt ®é thùc tÕ

Thùc tÕ trong lß c«ng nghiÖp, qu¸ tr×nh ch¸y thùc hiÖn ®ång thêi víi qu¸ tr×nh trén kh«ng khÝ víi nhiªn liÖu. C¶ hai qu¸ tr×nh nµy cã ¶nh h−ëng ®Õn l−îng nhiÖt táa ra vµ nhiÖt ®é ch¸y cña nhiªn liÖu. V× vËy cÇn ph¶i kÓ ®Õn ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh trén vµ ch¸y hay viÖc ch¸y kh«ng hoµn toµn v× trén kh«ng khÝ víi nhiªn liÖu ch−a hoµn chØnh. KÕt qu¶ møc ®é táa nhiÖt phô thuéc kh«ng chØ vµo ®é ph©n ly s¶n phÈm ch¸y mµ cßn vµo ®é ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc, nghÜa lµ cã mét sè thµnh phÇn ch¸y cña nã theo khÝ th¶i.

Nguyªn nh©n chÝnh g©y nªn tæng thÊt hay hiÖn t−îng ch¸y kh«ng hoµn toµn hãa häc lµ v× kÕt cÊu thiÕt bÞ ®èt kh«ng hoµn chØnh, nhiÖt ®é qu¸ thÊp, cÊp nhiÖt qu¸ nhiÒu tõ ngän löa cho ®Õn vËt liÖu, tèc ®é chuyÓn ®éng cña khÝ qu¸ lín. Trong ®iÒu kiÖn nh− vËy çc ph¶n øng ch¸y kh«ng kÞp hoÆc kh«ng ®ñ ®iÒu kiÖn thùc hiÖn ®Õn cïng. Cho nªn ch¸y kh«ng hoµn toµn vµ phô thuéc nhiÒu vµo sù tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y, chÕ ®é nhiÖt ®é ch¸y vµ chÕ ®é th«ng giã trong lß.

ViÖc tæ chøc ch¸y nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é thÊp (999-1000)oC, mÆc dï trén kh«ng khÝ tèt, kh«ng khÝ d− ®¹t yªu cÇu vÉn cã ®é ch¸y kh«ng hoµn toµn lín h¬n so víi khÝ ch¸y ë nhiÖt ®é cao. ë nhiÖt ®é cao tuy cã sù ph©n ly s¶n phÈm ch¸y thµnh Hydro,CO nh−ng ®Õn ®o¹n nhiÖt ®é thÊp (1500-1600)oC chóng l¹i ch¸y vµ táa nhiÖt.

NÕu cung cÊp kh«ng khÝ ®Çy ®ñ, tæ chøc ch¸y tèt th× sÏ h¹ thÊp møc ®é ch¸y kh«ng hoµn toµn. NÕu trong khÝ th¶i kh«ng ®−îc phÐp cã mÆt oxy tù do th× tæn thÊt do ch¸y kh«ng hoµn toµn lµ kh«ng thÓ tr¸nh ®−îc.

§é ch¸y kh«ng hoµn toµn c¬ häc còng gi¶m l−îng nhiÖt táa ra v× khi ®ã mét phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu ®äng l¹i trong tro xØ vµ ph¶i tiªu tèn mét phÇn nhiÖt ®Ó ®èt nãng chung.

§é ph©n ly a

§é ph©n ly a

87

Ngoµi ra khi ch¸y, ngän löa sÏ cÊp nhiÖt cho vËt liÖu nung, t−êng lß vµ tæn thÊt nhiÖt ta m«i tr−êng xung quanh.

V× nh÷ng nguyªn nh©n trªn, nªn nhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ cña nhiªn liÖu sÏ thÊp h¬n nhiÒu so víi nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt. NhiÖt ®é nµy còng lu«n lu«n cao h¬n nhiÖt ®é vËt liÖu nung vµ nhiÖt ®é mÆt trong cña t−êng lß.

Khãi lß trong lß nung cã nhiÖt ®é kh«ng ®ång ®Òu theo thÓ tÝch, v× vËy khi tÝnh to¸n ta x¸c ®Þnh nhiÖt ®é thùc tÕ trung b×nh cña khãi lß øng víi z«n kh¶o s¸t theo c«ng thøc sau:

k

ttfhfkkkknntt CV

QQQLtCtCQt

α

α −−+++=

Qf - nhiÖt táa phô

Qtt - nhiÖt tæn thÊt

Çc th«ng sè Qf, Qfh, Qtt thùc tÕ rÊt khã tÝnh to¸n. V× vËy ng−êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng qua thùc nghiÖm b»ng thøc sau:

tt = tc . ηρ

b¶ng 3.11 ηρ : hÖ sè piromet phô thuéc vµo d¹ng nhiªn liÖu, kÕt cÊu lß.

KiÓu lß nung Nhiªn liÖu dïng ηo

Lß phßng löa ®¶o gi¸n ®o¹n khÝ 0.73-0.78

r¾n 0.66-0.70

Lß tuynnen nung nung g¹ch chÞu löa khÝ, mazót 0.70-0.80

Lß tuynnen nung ®å gèm sø - 0.65-0.75

Lß ®øng khÝ 0.67-0.73

R¾n 0.52-0.62

Lß nåi buång håi nhiÖt gi¸n ®o¹n khÝ 0.60-0.70

Lß bÓ víi buång håi nhiÖt gi¸n ®o¹n khÝ 0.7-0.75

Lß bÓ víi buång håi nhiÖt liªn tôc - 0.75-0.85

Lß quay khÝ, bôi, mazót 0.70-0.75

3.5. NhiÖt ®é cÇn ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ.

Khi lùa chän nhiªn liÖu cho lß, chóng ta ph¶i kiÓm tra hoÆc tÝnh nhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu. NÕu nhiÖt ®é nµy phï hîp víi yªu cÇu th× kh«ng cÇn ph¶i ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ hoÆc nhiªn liÖu hoÆc c¶ hai. Ng−îc l¹i, nÕu nhiÖt ®é ch¸y thÊp h¬n so víi yªu cÇu th× ph¶i t×m çch t¨ng nhiÖt ®é ch¸y cña nã b»ng çch ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ hoÆc nhiªn liÖu hoÆc c¶ hai.

Dùa theo c«ng thøc: tK = tcalo.ηp vµ kkkkkknntkkk CtLtCQVCt ++=

Hµm nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y øng víi 1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é calo.

QK = VK CK tK Kj/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu.

Vk - thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y m3/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu

Ck - tû nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y Kj/m3, ®é

88

L−îng nhiÖt lý häc do kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu:

∆Q1 = QK - Qlt Kj/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu

Do ®ã nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu (khÝ) tr−íc khi vµo ch¸y x¸c ®Þnh:

t = nkk

1

CCV

Q

+∆

α oC

Vα thÓ tÝch kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y mét ®¬n vÞ nhiªn liÖu víi hÖ sè d− α, m3/®v nhiªn liÖu.

CKK- tû nhiÖt cña kh«ng khÝ, Kj/m3, ®é

Cn- tû nhiÖt cña nhiªn liÖu , Kj/m3, ®é

NÕu nhiªn liÖu cña khÝ ®· ®−îc ®èt nãng s¬ bé hoÆc ë lß khÝ hãa ra ®· cã nhiÖt ®é tn, th× t−îng nhiÖt do kh«ng khÝ mang vµo ph¶i cã:

∆Q2 = QK - Qlt - Cn tn Kj/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu

Do ®ã nhiÖt ®é cÇn ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ lµ:

tkk = kk

2

CV

Q

+∆

α oC

NhiÖt ®é tÝnh to¸n ë trªn lµ nhiÖt ®é tèi thiÕu mµ kh«ng khÝ hoÆc nhiªn liÖu ph¶i ®¹t ®−îc. Song trong thùc tÕ nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ hay nhiªn liÖu khÝ ®−îc ®èt nãng ®Õn nhiÖt ®é cao h¬n so víi tÝnh to¸n. ViÖc ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu khÝ ch¼ng nh÷ng ®¶m b¶o yªu cÇu cÇn kü thuËt mµ cßn tiÕt kiÖm ®−îc nhiªn liÖu.

4. ThiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu. 4.1. ThiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu r¾n.

MÆc dï nhiªn liÖu r¾n cã nh÷ng ®Æc ®iÓm nhÊt ®Þnh so víi nhiªn liÖu khÝ vµ láng khi dïng trong lß c«ng nghiÖp. Song cho ®Õn nay nã còng ®−îc sö dông, nhÊt lµ trong kü thuËt gèm th«, cement... ë çc n−íc cã nÓn kinh tÕ kh¸, nhiªn liÖu r¾n ®ang bÞ thay dÇn bëi nhiªn liÖu khÝ vµ láng.

4.1.1. Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh khi ch¸y nhiªn liÖu.

Khi nhiªn liÖu ch¸y trªn ghi ®èt, nhiªn liÖu lÇn l−ît qua 4 qu¸ tr×nh: sÊy, t¸ch chÊt bèc, ch¸y than koks vµ cÆn koks trong tro, cuèi cïng t¹o ra tro xØ (H×nh 3-4).

89

ë giai ®o¹n sÊy h¬i Èm t¸ch ra, nÕu qu¸ nhiÒu h¬i Èm th× mét mÆt ph¶i tiªu tèn n¨ng l−îng ®Ó bèc h¬i Èm ®ã, mÆt kh¸c nhiªn liÖu kh«ng chuÈn bÞ kÞp ®Ó ®i vµo z«n ch¸y.

Trong giai ®o¹n t¸ch vµ ch¸y chÊt bèc còng cÇn nhiÖt vµ kh«ng khÝ. ChÊt bèc t¸ch ra, mét phÇn ch¸y ngay ë ®ã nh−ng phÇn lín ch¸y ë kho¶ng kh«ng cña buång ®èt, nghÜa lµ trªn líp nhiªn liÖu.

Sau khi t¸ch chÊt bèc, phÇn Koks cßn l¹i sÏ ®−îc ch¸y trong tr¹ng th¸i nung ®á. ë ®©y çc ph¶n øng oxy hãa tiÕn hµnh m·nh kiÖt ®Ó t¹o ra khÝ CO2 vµ H2O. Khi ch¸y, xung quanh h¹t koks t¹o ra líp tro xØ kh«ng lo¹i trõ hoµn toµn th× khi th¸o xØ ra ngoµi sÏ cã nhiÒu h¹t koks ®i theo.

Kh«ng khÝ vµo buång ®èt ®−îc ®èt nãng s¬ bé khi ®i qua líp xØ, ®iÒu ®ã cµng xóc tiÕn qu¸ tr×nh oxy hãa líp than koks. Song mét phÇn O2 vÉn ®i qua líp than vµo buång ®Ó ch¸y nèt chÊt bèc vµ çc h¹t koks bay theo dßng khÝ.

Theo dßng kh«ng khÝ vµo líp koks nung ®á, ®Çu tiªn chóng ph¶n øng sau:

C + O2 = CO2 + 566 . 474 Kj

2C + O2 = 2CO + 232 . 384 Kj

C + H2O = CO + H2 Kj

C + 2H2O = CO2 + 2H2 Kj

90

Cµng lªn phÝa trªn, CO, H2 l¹i ch¸y tiÕp trong dßng khÝ chøa nhiÒu oxy vµ nhiÖt ®é cao theo

2CO + O2 = 2CO2

2H2 + O2 = 2H2O

Hçn hîp khÝ cuèi cïng chøa CO2, H2), N2, O2 (d− cña kh«ng khÝ) vµ bôi xØ.

NÕu ch¸y nhiªn liÖu trong buång b¸n khÝ, l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu sÏ chia lµm 2 phÇn gÇn b»ng nhau. Kh«ng khÝ thø nhÊt ®i qua líp nhiªn liÖu ®Ó tiÕn hµnh çc ph¶n øng oxy hãa khö ë trªn. §Ó t¨ng hµm l−îng H2 t¹o ra, ng−êi ta pha thªm mét Ýt h¬i n−íc vµo kh«ng khÝ thø nhÊt. V× kh«ng ®ñ oxy, nªn khÝ CO, H2 kh«ng bÞ ch¸y tiÕp hoÆc chØ bÞ ch¸y mét phÇn theo dßng khÝ ë phÝa trªn líp than koks nung ®á. KÕt qu¶ khi ra khái líp than khÝ chøa nhiÒu CO, H2 vµ çc khÝ ch¸y ®−îc kh¸c (do t¸ch chÊt bèc). Çc khÝ nµy sÏ ®−îc ch¸y hoµn toµn bëi kh«ng khÝ thø hai thæi phÝa trªn buång vµo lß (h×nh 3-5).

H×nh 3 - 5. Buång ®èt b¸n khÝ.

1. Kh«ng khÝ thø nhÊt. 2.Kh«ng khÝ thø hai.

Víi ph−¬ng ph¸p nµy ta cã thÓ t¨ng chiÒu dµi ngän löa vµ ®−a khu vùc ch¸y hoµn toµn vµo z«n nung. §ång thêi nhiÖt ®é z«n oxy hãa khö (koks nung ®á) sÏ h¹ thÊp cßn (700 – 1000)oC chø kh«ng qu¸ cao nh− trong buång ®èt hoµn toµn (trªn 1200oC).

§Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy, chiÒu cao líp nhiªn liÖu th«ng th−êng gÊp ®«i víi buång ®èt ch¸y hoµn toµn vµ phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu dïng (xem b¶ng 3-12 ) ngoµi ra chiÒu dµy líp cßn phô thuéc vµo ®é Èm cña than vµ kÝch th−íc cña than. Líp than cµng dµy th× thµnh phÇn b¸n khÝ cµng tèt. §é Èm vµ kÝch th−íc than cµng lín th× chiÒu dµy cña líp than cµng cao.

91

Tïy thuéc lo¹i than, chiÒu dµy líp than, l−îng kh«ng khÝ, nhiÖt ®é ë ghi ®èt, thµnh phÇn khÝ, b¸n khÝ dao ®éng trong kho¶ng lín, CO2 (10 - 15)% CO (7-20)% ; H2 (5 - 12)% ; N2 (50 - 60)%. NhiÖt sinh (2500 - 4.100) Kj/m3.

4.1.2. CÊu t¹o thiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu r¾n.

4.1.2.1 Ghi ngang thñ c«ng.

CÊu t¹o ghi ngang thñ c«ng xem trong h×nh 3 - 4, chóng bao gåm ghi ®èt, cöa lß, cöa xØ, ghi ®èt th−êng ®Æt h¬i nghiªng mét chót vµo phÝa trong ®Ó than dÔ ch¹y vµo phÝa trong cña ghi ®èt. Kh«ng khÝ ®i qua kÏ hë cña ghi vµo líp xØ vµ ch¸y nhiªn liÖu. XØ còng ®−îc th¶i qua kÏ hë ®ã vµo buång xØ. Tïy theo l−îng 1. Kh«ng khÝ thø nhÊt vµo, ta cã thÓ thùc hiÖn ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu hoÆc b¸n khÝ.

Ghi ®èt th−êng s¶n xuÊt b»ng gang ®óc, chóng cã hai d¹ng: thanh vµ tÊm h×nh 3 - 6. Ghi ®èt ®−îc ®Æt cè ®Þnh çc mè g¹ch hoÆc xµ b»ng gang. Trªn ghi cã çc lç hay khe hë réng tõ 3 ®Õn 15mm tïy theo kÝch th−íc nhiªn liÖu. Tû lÖ tæng diÖn tÝch cña lß vµ bÒ mÆt chung cña ghi ®èt gäi lµ tiÕt diÖn sèng. Tïy thuéc lo¹i nhiªn liÖu mµ ta chän tiÕt diÖn sèng kh¸c nhau.

Ghi thµnh th−êng ®−îc sö dông ®Ó ®èt cñi, than bïn cßn ghi tÊm dïng ®Ó ®èt than n©u, than ®¸, than antraxit.

Ghi ngang th−êng dïng réng r·i v× ®¬n gi¶n vÒ cÊu t¹o. §Æc biÖt hay dïng kiÓu ghi nµy ®Ó cÊp nhiÖt cho lß s©y. NÕu lß nung lµm viÖc ë nhiÖt ®é nhá h¬n 900 - 1000o th× cã thÓ dïng ghi nµy, nÕu nhiÖt ®é nung cao h¬n 1000o th× nªn dïng buång b¸n khÝ.

H×nh 3 - 6 : CÊu t¹o ghi thanh (a) vµ ghi tÊm (b)

Khi cÇn thiÕt t¨ng c−êng ®é ch¸y nhiªn liÖu cã thÓ dïng qu¹t thæi vµo buång xØ. §Ó ®¶m b¶o kÝn buång xØ, cã thÓ biÕn buång xØ thµnh bunke. Muèn th¸o xØ r¬i vµo hép n−íc vµ kÐo xØ ra ngoµi thñ c«ng. Khi xØ r¬i vµo n−íc mét sè h¬i n−íc ®−îc t¹o thµnh sÏ lµm dßng khÝ giµu Hydro h¬n.

5 5 0

200

30

90

76

100

92

§iÓn h×nh nhÊt lµ lo¹i ghi nghiªng vµ ghi bËc thang (h×nh 3-7 vµ 3-8). Nhiªn liÖu

tõ bunke liªn tôc ®i xuèng ghi nghiªng hoÆc bËc thang, nã dÇn dÇn ®−îc sÊy kh«, t¸ch chÊt bèc. §Õn ®o¹n ghi ngang cuèi cïng nhiªn liÖu sÏ ch¸y hÕt vµ th¶i tro vµo buång tro xØ ë d−íi. Kh«ng khÝ vµo ®èt nhiªn liÖu cã thÓ vµo tù nhiªn hoÆc b»ng qu¹t giã. §Ó tr¸nh khãi qua bunke nhiªn liÖu nªn duy tr× ch©n kh«ng ë ngang vßm buång ®èt (50 - 70) N/m2, nghÜa lµ cao h¬n so víi çc kiÓu buång ®èt kh¸c. Buång ®èt kiÓu nµy chñ yÕu ®Ó ch¸y çc nhiªn liÖu Èm, Ýt tro, nhiÒu chÊt bèc nh− cñi gç, than bïn, than n©u.

4.1.2.3 Ghi b»ng c¬ khÝ

CÊu t¹o cña ghi b»ng c¬ khÝ cho trong h×nh 3-9.

93

Nhiªn liÖu tõ bunke 1 qua m¸y tiÕp liÖu 2 vµo m¸y tung 3. M¸y nµy lµ mét trôc cã 4 çnh, khi trôc quay çnh ®ã sÏ hÊt hay tung nhiªn liÖu vµo mÆt ghi. Çc çnh ®Æt nghiªng víi trôc kho¶ng 30o. NÕu tèc ®é quay cña trôc (300 -700) vßng/phót, kÝch th−íc than 25 - 30mm, th× m¸y cã thÓ hÊt nhiªn liÖu ®i xa 4,5m. M¸y tung nhiªn liÖu cã ®−êng kÝnh r«t« 250mm, cã thÓ cã n¨ng suÊt (700 - 750)Kg than trong mét giê. Than ®èt trong ghi kiÓu nµy cÇn h¹n chÕ than vôn, hµm l−îng h¹t (3 - 4)mm kh«ng ®−îc qu¸ 20%. NÕu qu¸ nhiÒu th× mÆt cña than trªn ghi ®èt kh«ng ®Òu ®Æn. H¹t cµng to b¾n cµng xa, h¹t cµng nhá ®äng l¹i ë gÇn m¸y tung lµm qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng ®Òu.

Khi ®èt ®−îc g¾n liÒn víi trôc vµ cÇn ®Èy, khi cÇn th¶i xØ, chØ cÇn kÐo cÇn vµi lÇn.

Ghi ®èt ®−îc g¾n liÒn víi trôc vµ cÇn ®Èy. Khi cÇn th¶i xØ, chØ cÇn kÐo cÇn vµi lÇn, ghi sÏ bÞ nghiªng ®i mét gãc tèi ®a 30o, vµ xØ sÏ r¬i xuèng Bunke xØ.

ChØ sö dông buång ®èt cã ghi kiÓu nµy nh÷ng than mµ xØ cña nã t¬i vµ dÔ t¹o ra líp xèp. Than cã xØ dÔ ch¸y, dÔ t¹o t¶ng th× kh«ng dïng ®−îc lo¹i ghi nµy.

4.1.2.4 Ghi ®èt c¬ khÝ kiÓu bËc nghiªng.

Ghi ®èt kiÓu nµy dïng cho than cã nhiÒu tro vµ ®é Èm lín. T¹i ®©y than vµo buång ®èt, ®¶o trén vµ ®Òu ®−îc c¬ khÝ hãa.

Ghi nµy cÊu t¹o gåm nh÷ng d·y ghi cè ®Þnh vµ dÞch chuyÓn xen kÏ nhau, ghi dÞch chuyÓn ®−îc n»m tiÕp theo ghi cè ®Þnh. Cã gãc nghiªng toµn bé (20 – 30)o, ghi cè ®Þnh cuèi cung nghiªng (7 – 10)o (Xem h×nh 3 - 10).

H×nh 3-10 - Ghi ®èt c¬ khÝ bËc nghiªng.

1- Ghi chuyÓn ®éng. 2- Ghi cè ®Þnh

3-Ghi ngang lo¹i xØ. 4-Bé phËn c¬ khÝ.

94

Nguyªn liÖu ®i tõ trªn xuèng d−íi nhê çc tÊm ghi dÞch chuyÓn bëi bé phËn c¬ khÝ. Tro xØ ®−îc th¶i xuèng bunke qua çc tÊm ghi nµy. Nh− vËy nhiªn liÖu lu«n ®−îc ®¶o vµ th«ng giã tèt. Kh«ng khÝ thæi tõ d−íi qua ghi ®èt ®Ó vµo ch¸y nhiªn liÖu.

4.1.2.5 Ghi xÝch liªn tôc.

§ã lµ xÝch ch¹y vßng, trªn ®«i xÝch ®ã cã ®Æt nh÷ng tÊm ghi bëi çc lç hay khe ®Ó kh«ng khÝ ®i qua (xem h×nh 3-11).

H×nh 3-11- S¬ ®å ghi xÝch liªn tôc.

Khu nguéi ; 2- TÊm ch¾n gang ; 3- KÐt than ; 4- TÊm ®iÒu chØnh chiÒu dµy líp

than ; 5- Panen lµm nguéi ; 6- Cöa kh«ng khÝ ; 7- G¹t xØ ; 8- èng dÉn khÝ ; 9- §Öm ; 10- Cöa ®¶o ; 11- KÐt xØ ; 12- KÐt than lät.

Nhiªn liÖu tõ bunke ch¹y xuèng mÆt ghi. Nhê xÝch ch¹y vßng nªn trªn mÆt ghi sÏ t¹o ra mét líp than. ChiÒu dµy líp than nµy ®−îc ®iÒu chØnh b»ng tÊm ch¾n. Theo chiÒu chuyÓn ®éng, than ®−îc sÊy kh«, t¸ch chÊt bèc vµ ch¸y. Cuèi cïng thµnh tro xØ vµ th¶i ra ngoµi.

Kh«ng khÝ thæi tõ d−íi mÆt ghi lªn theo tõng z«n víi l−îng cÇn thiÕt cho mçi giai ®o¹n ch¸y. Víi çch lµm nh− vËy ghi ®èt kiÓu xÝch ch¼ng nh÷ng cã c«ng suÊt cao mµ cßn dÔ dµng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ch¸y. V× vËy lo¹i ghi nµy dïng rÊt tèt cho than dµi löa còng nh− than antraxit.

95

4.1.3. TÝnh to¸n buång ®èt.

Khi tÝnh to¸n buång ®èt nhiªn liÖu r¾n ®Ó phôc vô cho mét lß nung hay sÊy nµo ®ã, ®Çu tiªn chóng ta ph¶i tÝnh ®−îc l−îng nhiÖt yªu cÇu Q kj/h. Sau ®ã c¨n cø vµo lo¹i nhiªn liÖu vµ c«ng suÊt nhiÖt mµ ta lùa chän kiÓu buång ®èt (c¬ khÝ, b¸n c¬ khÝ nÕu c«ng suÊt lín, thñ c«ng nÕu c«ng suÊt nhá). NÕu than cã cë h¹t nhá, dÔ vì vñntong khi ®èt th× nªn dïng buång ®èt ghi nghiªng. Cßn than cã cë h¹t trung b×nh vµ lín th× dïng buång ®èt ghi thanh.

Lùa chän hÖ sè t¸c dông h÷u Ých ηn theo thùc tÕ cña çc thiÕt bÞ ®èt t−¬ng tù, sau ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc l−îng nhØªn liÖu cÇn ®èt trong mét giê B kg/h.

h/kg.Q

QB

nlt η

=

BÒ mÆt ghi ®èt x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

F

lt

Q

Q.B278,0F =

Qtl : nhiÖt trÞ thÊp cña than, kj/kg

QF : C−êng ®é nhiÖt cña ghi, w/m2 (b¶ng 3-12).

ThÓ tÝch cña buång ®èt:

V

lt

Q

Q.B278,0V = ,[m3]

QV : C−êng ®é nhiÖt thÓ tÝch cña buång ®èt, b¶ng 3-12

B¶ng 3-12.C−êng ®é nhiÖt cña ghi ®èt ngang

QVkw/m3 Lo¹i nhiªn liÖu QF kw/m2

Cho lß sÊy Cho lß nung

Than ®¸

AntraxÝt ph©n lo¹i

AntraxÝtkh«ngph©n lo¹i

Than n©u

600-700

660-785

460-580

580-785

290-350

290-350

290-350

290-350

582-700

700-820

580-700

580-700

ChiÒu cao cña kho¶ng kh«ng trong buång ®èt:

F

VH b =

ChiÒu cao chung tõ mÆt ghi ®Õn vßm buång ®èt:

H = Hb + Hn

ChiÒu cao cho líp nhiªn liÖu trªn ghi ®èt Hn th−êng theo b¶ng 3-13.

B¶ng 3-13 ChiÒu cao líp nhiªn liÖu trªn ghi ®èt

Lo¹i nhiªn liÖu Ghi th−êng Ghi b¸n khÝ

Than ®¸

AntraxÝt than koks

200

150

400

250

96

Than ®¸ cñ

Than n©u

Than bïn We = 25%

Than bïn Wl = 35%

250

300

200

400

500

600

500

1000

KÝch th−íc cña ghi ®èt x¸c ®Þnh trªn c¬ së bÒ mÆt ghi ®èt. ChiÒu dµi cña buång kh«ng ®−îc qu¸ 2m, chiÒu réng kh«ng qu¸ 1m.

4.2. §èt nhiªn liÖu bôi.

Nhiªn liÖu bôi th−êng ®−îc ®èt trong èng phun than, t¹i ®©y than bôi vµo lß nhê kh«ng khÝ thæi víi ¸p suÊt cao. Trong lß than bôi sÏ ch¸y hoµn toµn bëi kh«ng khÝ ®i theo than bôi (kh«ng khÝ thø nhÊt) vµ kh«ng khÝ ®i qua thiÕt bÞ ®i theo than bôi (kh«ng khÝ thø hai) cña lß. V× kÝch th−íc h¹t than rÊt nhá cho nªn tÊt c¶ qu¸ tr×nh ch¸y: sÊy kh«, t¸ch chÊt bèc, ch¸y than koks, t¹o tro xØ tiÕn hµnh trong thêi gian rÊt ng¾n vµ hÇu nh− tiÕn hµnh trong cïng mét lóc.

Khi ch¸y than bôi trong lß, kh«ng nªn chØ dïng than Ýt chÊt bèc khã b¾t löa, còng kh«ng nªn dïng than nhiÒu chÊt bèc dÔ ph¶n øng. NÕu dïng than Ýt chÊt bèc th× chiÒu dµi ngän löa qu¸ ng¾n vµ khu vùc ch¸y qu¸ xa miÖng èng phun. NÕu dïng than nhiÒu chÊt bèc th× qu¸ tr×nh b¾t ch¸y tiÕn hµnh ë ngay miÖng èng phun, kÕt qu¶ z«n nung chuyÓn qu¸ gÇn ®Çu lß.

V× vËy kho¶ng çch tõ miÖng èng phun ®Õn kho¶ng ch¸y phô thuéc vµo nhiÖt ®é b¾t ch¸y cña nhiªn liÖu bôi tøc phô thuéc vµo l−îng chÊt bèc cña chóng.

ChiÒu dµi tèi −u cña ngän löa vÒ kho¶ng çch tèt nhÊt cña z«n ch¸y trong lß quay cã ®−îc khi ch¸y than bôi cã chøa 15 - 25% chÊt bèc. §é mÞn cña than khi ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh:

R = 0,6 Vl

R- Tæng l−îng trªn sµng sè 0,2 víi 918 lè/cm2 vµ sµng sè 008 víi 4900 lè/cm2, %.

Vl- hµm l−îng chÊt bèc cña than bôi, %

Chóng ta h·y quan s¸t s¬ ®å dßng bôi ®i vµo lß quay trong h×nh 3- 12. Khu vùc tõ miÖng phun tíi chç gÆp t−êng lß, dßng sÏ chËm dÇn. Trong khu vùc nµy, nh©n cña dßng cã tèc ®é b»ng tèc ®é ban ®Çu, ®é dµi 1 x¸c ®Þnh bëi gãc nÐn dßng β = 7o. ChiÒu dµi toµn khu vùc nµy L1, lµ hµm sè cña gãc më dßng α. §¹i l−îng gãc α kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é cña dßng vµ cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi 15o. Sau khi gÆp t−êng lß dßng sÏ ®i theo lß víi tiÕt diÖn kh«ng ®æi. ChiÒu dµi khu vùc nµy lµ L2. NÕu l−îng khÝ vµo kh«ng ®æi vµ nhiÖt ®é còng kh«ng ®æi th× khu vùc nµy cã thÓ gäi lµ khu vùc tèc ®é kh«ng ®æi. Kinh nghiÖm thùc tÕ, nÕu dïng than bôi cã 15 - 25% chÊt bèc, ngän löa b¾t ®Çu ë mÆt th¼ng gãc n»m gÇn ®iÓm a, do ®ã qu¸ tr×nh ®èt nãng cña ngän löa than bôi ®Õn lóc b¾t ch¸y nã tiÕn hµnh ë khu vùc cã chiÒu dµi gÇn b»ng 1.

97

H×nh 3-12 S¬ ®å ngän löa trong lß quay.

Gäi chiÒu dµi chung cña ngän löa lµ L1:

L1 = L1 + L2

ChiÒu dµi phÇn ch¸y cña ngän löa:

Llc = L1 - 1

Trªn c¬ së tû lÖ h×nh häc ë h×nh 3-12 ta cã:

)dD(866,1tg2

dDtL mt

m1 −=

−=

αvµ l = m

m d072,4tg2

d=

β

Dt - ®−êng kÝnh trong cña lß quay. dm - ®−êng kÝnh miÖng èng than.

Bªn c¹nh th«ng sè h×nh häc cña dßng than bôi, chiÒu dµi cña ngän löa cßn phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®éng häc cña qu¸ t×nh ch¸y hay vµo thêi gian ch¸y cña nh÷ng h¹t bôi cã kÝch th−íc lín h¬n 100µk. Thêi gian ch¸y cña çc h¹t than τc phô thuéc vµo kÝch th−íc h¹t vµ vµo hµm l−îng chÊt bèc, vÝ dô than antraxit vµ than dµi löa (h×nh 3-13) vµ phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i tr−êng oxy hãa. Tèc ®é khÝ hãa ϕt biÓu thÞ b»ng kg/m2s ®−îc biÓu thÞ trong h×nh 3-14. Liªn hÖ gi÷a τc vµ ϕt bëi c«ng thøc:

τ = ttf

1

α [s]

ft- bÒ mÆt riªng cña than bôi:

ft = tt

3

2

d

6

d6/1

d

ρ=

ρπ

π , m2/kg

d- ®−êng kÝnh trung b×nh cña bôi than. Pt- khèi l−îng riªng cña bôi than.

KÕt qu¶ kh¶o s¸t ¶nh h−ëng ®ång thêi cña nh©n tè h×nh häc vµ ®éng häc qu¸ tr×nh ch¸y sÏ cho phÐp ta x¸c ®Þnh ®−îc chiÒu dµi ngän löa trong lß quay.

L1 = 1,87 (Dt - dm) t

maxk

6

dW)

1W

1W(

ϕ+

+

−+

+ mÐt

dmax - kÝch th−íc cùc ®¹i cña bôi than, m

Wk - tèc ®é cña s¶n phÈm ch¸y ë ®o¹n L2, m/s

Wc - tèc ®é tia bôi than khi ra khái èng phun than.

W+ = kW

Wo

0.6

0.8

1.0

1.2

d=100MKH

d=200MKH

d=300MKH

antracit

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

d=100MKH

d 50MKH

d=200MKH

d=300MKH

than dµi löa

98

H×nh 3-13 – Tèc ®é khÝ ho¸ çc h¹t than antraxit vµ than dµi löa theo nhiÖt ®é

H×nh 3-14 Thêi gian ch¸y hoµn toµn çc h¹t than antraxit vµ than dµi löa theo kÝch th−íc h¹t vµ nhiÖt ®é m«i tr−êng.

Khi ch¸y than bôi trong lß quay thêi gian ch¸y ch¼ng nh÷ng phô thuéc vµo hµm l−îng chÊt bèc mµ cßn phô thuéc vµo hµm l−îng tro xØ cña than. Than cµng Ýt tro khi cïng hµm l−îng chÊt bèc, thêi gian ch¸y cïng cµng nhanh ( h×nh 3-15 vµ 3-16).

Thêi gian ch¸y cßn phô thuéc vµo hÖ sè kh«ng khÝ d−. §iÒu kiÖn ch¸y tèt nhÊt khi hÖ sè kh«ng khÝ d− α = 1,2 - 1,25.

Khi ch¸y than bôi trong lß quay, thêi gian ch¸y chung τc = 0,24 - 0,58 gi©y, trong ®ã sÊy vµ ®èt nãng 0,03 h¹t koks cßn l¹i 0,2 - 0,4 gi©y. Tèc ®é hçn hîp kh«ng khÝ vµ

0 1 2 3 4 5 6

2

4

6

8

10

12

14

5%B + 5%A

30%B + 40%A

30%B + 30%A

30%B + 5%A

Tû lÖ kh«ng khÝ vµ bôi than kg/kg

H×nh 3-15 : Sù phô thuéc tèc ®é ph t triÓn ngän löa vµo l−îng chÊt bèc vµ tro sØ (A) cña nhiªn liÖu

p p

pp

p p

pp

0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

1500800 1000900 1100 1200 1300 1400 1600

d=50MKH

d=100MKH

d=200MKH

d=300MKH

antracit

800 11001000900 16001200 1300 1400 1500

0

0.5

2.0

1.5

1.0

3.0

2.5 d=50MKH

d=100MKH

d=200MKH

d=300MKH

than dµi löa

99

than bôi khi thæi theo èng phun than trong kho¶ng 45 - 75m/s. §−êng kÝnh èng phun than phô thuéc vµo thêi gian ch¸y vµ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

dm = oW

V2,1

V- L−îng kh«ng khÝ thø nhÊt thæi cïng víi than bôi m3/s. ChiÒu dµi ngän löa trong lß quay th−êng kho¶ng 3,5 - 15m. Muèn t¨ng chiÒu dµi ngän löa, ta gi¶m l−îng kh«ng khÝ thø nhÊt ®Ó lµm chËm viÖc trén ®Òu nhiªn liÖu víi kh«ng khÝ ®ång thêi t¨ng tèc ®é hçn hîp kh«ng khÝ vµ than bôi, gi¶m l−îng vµ tèc ®é cña kh«ng khÝ thø hai.

Trong lß quay th−êng dïng èng phun than mét nßng hay mét èng.

§«i khi dïng èng phun hai nßng lång nhau. Kh«ng khÝ thø nhÊt víi than bôi ®i theo nßng bªn trong cßn kh«ng khÝ thø hai ®i theo vßng ngoµi. (H×nh 3-17) èng phun hai nßng cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc chiÒu dµi vµ vÞ trÝ cña ngän löa b»ng çch thay ®æi tû lÖ gi÷a kh«ng khÝ thø nhÊt vµ thø hai. VÝ dô khi gi¶m l−îng kh«ng khÝ chung ®i qua èng phun than, t¨ng tèc ®é kh«ng khÝ thø nhÊt, gi¶m tèc ®é kh«ng khÝ thø hai, ngän löa sÏ ch¸y dµi vµ xa miÖng phun. Kh«ng khÝ thø thÊt cã thÓ ®èt nãng s¬ v« ®Õn 150oC kh«ng khÝ thø hai (400 - 500)oC.

Ngoµi ra cßn cã mét sè ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu bôi trong lß nung gèm cã thÓ xem trong ch−¬ng lß nung gèm:

H×nh 3-17: èng phun than hai nßng.

Bôi than víi ; 2- Kh«ngkhÝ thø hai ; 3- MiÖng vßi phun.

(Xem trang sau)

4.3. §èt nhiªn liÖu láng (Mazót).

4.3.1. Qu¸ tr×nh ch¸y.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

2.5 dµy

2.0

1.5

1.0

0.5

chÊt bèc %

H×nh 3-16 : sù phô thuéc thêi gian ch y than bôi vµo kÝch th−íc vµ hµm l−îng chÊt béc cña than.

100

Khi ®èt nãng mazót ë trong c«ng nghiÖp ng−êi ta th−êng dïng vßi phun ®Ó biÕn mazót thµnh giät bôi, nh»m môc ®Ých ch¸y mazót dÔ dµng h¬n. Tr−íc khi ®−a vµo vßi phun, mzót cÇn ph¶i h¹ thÊp ®é nhít b»ng çch h©m nãng lªn kho¶ng 65 - 100o. Sù biÕn ®æi ®é nhít cña mazót cã thÓ xem trong h×nh 3-18. Lóc ®i ra khái vßi phun, trªn bÓ mÆt cña dßng sÏ t¹o ra hçn hîp h¬i - kh«ng khÝ, chóng rÊt dÔ b¾t löa do nhiÖt ®é cña m«i tr−êng cao.

Sö dông mazót trong c«ng nghiÖp lß, chóng ta cã thÓ cã ngän löa s¸ng, nhiÖt ®é cao. Theo ph−¬ng ph¸p t¹o bôi mazót ng−êi ta chia vßi phun lµm 4 lo¹i:

a- Lo¹i ¸p suÊt thÊp víi t¸c nh©n t¹o bôi lµ kh«ng khÝ tõ qu¹t giã.

b- Lo¹i ¸p suÊt cao khi dïng h¬i hoÆc kh«ng khÝ nÐn ë ¸p suÊt cao.

c- Lo¹i t¹o bôi c¬ häc.

d- Lo¹i hçn hîp cña 3 lo¹i trªn.

H×nh 3-18- Gi¶n ®å ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é ®èt nãng mazót.

Mazót 200 ; 2- Mazót 100 ; 3- Mazót 80 ; 4- Mazót 40 ; 5- Mazót 20 ; 6- Mazót 10, 7, 8 ; 9- Mazót chøa l−u huúnh. 10- Giíi h¹n ®é nhít cho phÐp cña mazót ë vßi ®èt, 12- Giíi h¹n nhiÖt ®é cho phÐp cña mazót trong thiÕt bÞ ®un nãng mazót.

Qu¸ tr×nh ch¸y mazót t−¬ng ®èi phøc t¹p, nã bao gåm nh÷ng giai ®o¹n sau:

1> Thµnh phÇn dßng bôi.

2> Hçn hîp bôi mazót víi kh«ng khÝ.

3> §èt nãng hçn hîp ®Õn nhiÖt ®é bèc h¬i çc giät bôi nhá, ph©n hñy çc Carbur hydro vµ b¾t ch¸y çc hçn hîp khÝ t¹o thµnh.

4> Hçn hîp çc khÝ, s¶n phÈm h¬i vµ r¾n (m« hãng) víi kh«ng khÝ trong ngän löa vµ ch¸y.

§é

nhít

®én

g hä

c cñ

a m

azut

cm

2/s

101

Mçi mét giai ®o¹n cã ®Æc ®iÓm cña m×nh vµ ®Òu cã ¶nh h−ëng lín ®Õn qu¸ tr×nh ch¸y, chiÒu dµi ngän löa ®é ch¸y hoµn toµn vµ nhiÖt ®é ch¸y. Bôi mazót cµng nhá, hçn hîp víi kh«ng khÝ cµng dÔ dµng, ®èt nãng vµ b¾t ch¸y cµng tèt.

Tèc ®é ch¸y cña çc bôi mazót trong dßng phô thuéc vµo 3 nh©n tè sau:

1> §é mÞn cña giät bôi mazót.

2> §iÒu kiÖn hçn hîp víi kh«ng khÝ.

3> §iÒu kiÖn cÊp nhiÖt cña ngän löa cho çc bôi mazót ®Ó æn ®Þnh sù b¾t ch¸y hçn hîp trªn.

Khi ch¸y nhiªn liÖu mazót trong lß nung, ®iÒu rÊt quan träng lß lµm sao cã ®−îc qu¸ tr×nh ch¸y gÇn gièng hoÆc gièng nh− ch¸y nhiªn liÖu khÝ. Muèn vËy, b8ªn c¹nh viÖc t¹o bôi nhá cÇn ®¶m b¶o hçn hîp chóng víi kh«ng khÝ thËt tèt, ®èt nãng hçn hîp ®ã ®Õn nhiÖt ®é b¾t ch¸y ë ngay ®Çu ngän löa. §iÒu nµy cã thÓ cã trong tr−êng hîp, nÕu cÊu tróc cña vßi phun ®¶m b¶o, ®ång thêi t¹o ®−îc bôi mazót vµ trén ®Òu kh«ng ph¶i chØ ë phÇn ®Çu mµ ngay c¶ suèt chiÒu dµi ngän löa. Qu¸ tr×nh khÝ ®éng häc khÝ ®ã ®ãng vai trß quan träng.

Çc giät mazót ®i theo dßng khÝ sÏ tiÕn hµnh çc qu¸ tr×nh sau: ë 150o chóng ta sÏ t¸ch hÕt chÊt bèc d− l¹i khi ch−ng cÊt dÇu má, trªn 350o vµ kh«ng ®ñ kh«ng khÝ chóng b¾t ®Çu t¹o ra çc lo¹i Carbur hy®ro nÆng vµ nhÑ, ë nhiÖt ®é cao h¬n 600o, çc ph©n tö carbur hy®ro ®ã sÏ ph©n hñy vµ t¹o ra carbur hydro cã ph©n tö l−îng cao (cao ph©n tö) víi cÆn r¾n ë d¹ng m« háng.

Lo¹i carbur hydro cao ph©n tö vµ m« háng t−¬ng ®èi khã ch¸y, ®ång thêi khi ch¸y l¹i cÇn nhiÒu oxy, V× vËy, nÕu tæ chøc ch¸y kh«ng tèt, ®¾c biÖt viÖc hçn hîp víi kh«ng khÝ kh«ng t¾t th× mét sè cacbon hydro cao ph©n tö vµ m« háng kÓ trªn sÏ lo¹i ra ngoµi víi khãi lß.

§Ó hoµn thiÖn qu¸ tr×nh ch¸y, çc giai ®o¹n chuÈn bÞ s¬ bé tr−íc khi ®èt cã ý nghÜa rÊt lín, vÝ dô viÖc ®èt nãng s¬ bé mazut, trén s¬ bé víi kh«ng khÝ hoÆc h¬i n−íc, ®Ó ta cã ®−îc mazut tr−íc khi vµo vßi ®èt, hoÆc khÝ hãa s¬ bé ë vßi ®èt tr−íc khi ch¸y hoµn toµn ë khu vùc nung.

KhÝ hãa s¬ bé mazut tøc lß thùc hiÖn qóa tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn vµ mazut biÕn thµnh s¶n phÈm ch¸y d¹ng khÝ, viÖc chuÈn bÞ s¬ bé nhò mazut b»ng h¬i n−íc hay kh«ng khÝ thùc chÊt lµ biÕn qu tr×nh ch¸y nhiªn liÖu láng cho gÇn víi çc qu¸ tr×nh ch¸y víi nhiªn liÖu khÝ.

Mazut cung cÊp vµo lß nung theo s¬ ®å sau: kÐt chøa mazut →läc→b¬m→h©m nãng→®ång hå ®o→vßi phun, dÇu d− sÏ hèi l−u l¹i qua bé ph©n läc. L−îng mazut ph¶i b¬m trong m¹ng ph¶i lín h¬n 3÷4 lÇn so víi l−îng mazut dïng thùc tÕ cña lß.

4.3.2. Vßi phun ¸p suÊt thÊp.

N¨ng suÊt cña vßi phun nµy dao ®éng trong kho¶ng réng, tõ 3 ®Õn 300kg mazut/h, t¸c ph©n t¹o bôi lµ kh«ng khÝ qu¹t giã víi ¸p suÊt 3000÷ 8000 N/m2 víi mét l−îng 70÷100% l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt. §iÒu ®ã cho phÐp tæ chøc trén kh«ng khÝ nhiªn liÖu víi hÖ sè kh«ng khÝ d− nhá. Tuy nhiªn v× ¸p suÊt kh«ng khÝ thÊp, cho nªn nã khã ®¹t ®¹t ®−îc ®ång thêi hai môc ®Ých: t¹o bôi vµ trén ®Òu kh«ng khÝ víi bôi mazut. Cho nªn- vßi phun ¸p suÊt thÊp th−êng t¹o bôi kÐm, tiªu tèn nhiªn liÖu nhiÒu h¬n.

102

H×nh 3 -19 vßi phun mazut Stalproekt.

1- èng mazut, 2- Kim ®iÒu chØnh l−îng mazut

3- §Çu phun dÞch chuyÓn ®−îc, 4- èng dÇu cè ®Þnh

5- §Çu vßi phun, 6-èng dÉn kh«ng khÝ

Vßi phun ¸p suÊt thÊp hay dïng cho trong h×nh 3- 19, kÝch th−íc cña nã cho trong b¶ng 3 -14.

KÝch th−íc c¬ b¶n cña vßi phun Stalproek, B¶ng 3 -14

Mazut ®−a vµo èng ®Çu trung t©m, èng nµy gåm mét èng cè ®Þnh vµ ®Çu èng cã thÓ dÞch chuyÓn theo èng cè ®Þnh ®ã. §iÒu khiÓn ®é dÞch chuyÓn bëi quay tay bªn ngoµi.

KiÓu m¸y phun nµy cã thÓ t¹o bôi tèt khi ¸p suÊt kh«ng khÝ v−ît qu¸ 5000 N/m2.ViÖc trén nhiªn liÖu víi kh«ng khÝ t−¬ng ®èi kÐm, cho nªn hÖ sè kh«ng khÝ d− ph¶i cao α = 1,20÷ 1,25. V× vËy chiÒu dµi ngän löa t−¬ng ®èi dµi.

KiÓu FDM sÏ cho ngän löa ng¾n vµ réng do cã sù hçn hîp vµ t¹o bôi gi÷a kh«ng khÝ thæi m¹nh qua khe ®ã sÏ biÕn mazut ®−îc tiÕn hµnh 2 lÇn. Nh−ng nh−îc ®iÓm chÝnh cña lo¹i nµy lµ hay bÞ t¾c èng do mazut b¸m vµo thµnh èng. V× vËy ph¶i tho¸t toµn bé míi lau chïi ®−îc.

KiÓu Levsenko cã ®Æc ®iÓm lµ ®Çu ®i riªng rÎ vµo nh÷ng khe, kh«ng khÝ thæi m¹nh qua khe ®ã sÏ biÕn mazut thµnh bôi. V× cã bèn khe, nªn t¹o ra 4 tip tr−íc khi vµo phßng hçn hîp cho nªn viÖc trén lÉn víi kh«ng khÝ tèt h¬n. Nhê vËy mazut ch¸y hoµn toµn h¬n víi ngän löa ng¾n. Vßi phun levsenko cã thÓ ®iÒu chØnh m«i tr−êng cña lß nung ®−îc nhê ®iÒu chØnh vßi phun vµo hay ra.

Çc kiÓu vßi phun kh¸c cho trong h×nh 3-20 vµ 3-21.

§−êngkÝnh trong cña èng dÉn

N¨ng suÊt mazót kg/h ë ¸p suÊt

§−êng kÝnh lç tho¸t mm

§o¹ndÞch chuyÓn cña èng dÇu

Khèi l−îng vßi phun

kh«ng khÝ mm

3000N/m2 7000N/m2 Mazót Kh«ng khÝ

Mm kg

38 3 8 2,5 21 6 4,9

65 11 24 3,0 40 13 6,9

103

100 32 57 4,0 60 21,6

14,8

125 54 82 5,0 75 25 25,4

150 80 120 5,0 95 32 40,1

200 135 205 6,0 135

42 56,0

H×nh 3.20, vßi phun mazut FIM. H×nh 3-21. Vßi phundÇu Levsenco

4.3.3 Vßi phun ¸p suÊt cao.

Vßi phun ¸p suÊt cao phæ biÕn nhÊt lµ vßi phun Sukhov (xem h×nh 3-22). Mazut ®i theo èng gi÷a ®Õn ®Çu vßi, t¹i ®©y kh«ng khÝ nÐn 2-8 atm hoÆc h¬i n−íc 3÷12atm sÏ biÕn mazut thµnh bôi. ¸p suÊt kh«ng khÝ hoÆc h¬i n−íc cµng cao th× t¸c dông t¹o bôi cµng lín. L−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó t¹o bôi kho¶ng 0,5 - 1,0 m3/kg mazut (kho¶ng 10% l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y), nÕu dïng h¬i n−íc th× l−îng trªn tèn kho¶ng 0,4 - 0,8 kg/kg mazut. Loai ¸p suÊt cao th−êng kinh tÕ h¬n so víi lo¹i vßi phun ¸p suÊt thÊp. KÝch th−íc c¬ b¶n cña vßi phun Sukhov cho trong b¶ng 3 -15.

B¶ng 3- 15 KÝch th−íc c¬ b¶n cña vßi phun dÇu Sukhov.

SSè

§−êng kÝnh lç tho¸t m

§−êng kÝnh èng

N¨ng suÊt, kg/h

Khèi l−îng vßi phun, kg

mazut

kh«ng khÝ

104

vßi phun

Mazót H¬i n−íc kh«ng khÝ

dÉnmazót, mm

1 2

2 3

3

1 2 4.5 10 3

3 7

7 10 0,7

22

3 5.5 10 66

220

330

0,7

33

4 7 1312

440

660

0,8

44

5 8 1319

660

990

0,8

55

6 9 13 227

880 120

0,8

66

7 10 13 338 100 150

0,8

77

8 11 13 660 130 180

0,8

88

10 13 19 770 180

2240

1,5

99

13 16 19125

2250

3320

1,5

10 16 20 19 2

200 3

350 4

400 1,6

Chó thÝch: N¨ng suÊt t−¬ng øng:

1- ¸p suÊt mazut ®Õn 5KN/m2

2- ¸p suÊt mazut 60 - 100KN/m2 ¸p suÊt h¬i hpÆc kh«ng khÝ.

3- ¸p suÊt mazut 200 - 250KN/m2 cña h¬i n−íc hoÆc kh«ng khÝ > 500KN/m2 (p = 5atm).

4.3-4 Vßi phun c¬ khÝ.

ë vßi phun c¬ khÝ,mazut th−êng ®−îc b¬m vµo vßi víi ¸p suÊt cao vµ khi phôt ra qua lç rÊt nhá, chóng sÏ biÕn thµnh bôi mazut. KÝch th−íc bôi mazut nµy nãi chung cßn lín cho nªn ngän löa th−êng kÐo dµi. §Ó hoµn thiÖn qu¸ tr×nh ch¸y cã thÓ thæi qua vßi phun kh«ng khÝ thø nh¸t víi mét l−îng 25 - 30% l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y. ¸p suÊt mazut cÇn thiÕt kho¶ng 10 - 12 ati, tèc ®é ch¹y cña nhiªn liÖu 45 - 60m/s. §Ó cã ngän löa s¸ng víi chiÒu dµi lín, trong lß th−êng dïng vßi phun víi ¸p suÊt mazut 20- 25 ati tèc ®é phôt cña mazut khi ®ã 50 - 70m/s, tèc ®é kh«ng khÝ thø nhÊt 15 - 20m/s.

105

H×nh 3 -23.S¬ ®å cÊu t¹o vßi phun c¬ khÝ kiÓu r·nh xo¾n.

4.3-5.TÝnh to¸n vßi phun.

Khi tÝnh to¸n vßi phun, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®−êng kÝnh hoÆc tiÕt diÖn ®−êng èng mazut vµ kh«ng khÝ theo n¨ng suÊt vµ ¸p suÊt cho. TiÕt diÖn èng dÉn mazut x¸c ®Þnh theo tèc ®é ch¶y cña mazut trong èng 0,1 - 0,8m/s, khi n¨ng suÊt ®Õn 30kg/h, ®−êng kÝnh èng mazut tong vßi phun lÊy 10 -15 mm n¨ng suÊt ®Õn 200kg/h - 15 -20mm,®Õn 500kg/h -20 -25 mm, khi n¨ng suÊt v−ît qu¸ 500kg/h lÊy ®−êng kÝnh 25 - 40 mm. Cã thÓ dïng c«ng thøc ®Ó tÝnh.

d = 18,8w

B

ρ

B- tiªu tèn mazut ®Ó ch¸y kg/h (n¨ng suÊt).

ρ- mËt ®é mazut kg/m3

w- tèc ®é ch¸y cña mazut m/s.

TiÕt diÖn lç tho¸t cña mazut.

F = 62,5 H

B

µ mm2

hoÆc: F = 1,96 ρµ .p

B mm2

µ- sè tiªu tèn µ = 0,2 - 0,3.

H- ¸p suÊt b»ng chiÒu cao cét mazut.m

p- ¸p suÊt cña mazut, N/m2.

§èi víi çc vßi phun ¸p suÊt thÊp lç tho¸t cña mazut kh«ng ®−îc < 2,5mm ®Ó tr¸nh hÕt bÈn. Qua lç d = 2,5mm l−îng mazut phun ra tïy thuéc ¸p suÊt.

34 kg/h khi ¸p suÊt 49 kN/m2 (0,5 atm)

49 ``` 98 `` (1, atm)

69 ``` 196 `` (2 atm)

110 ``` 490 (5 atm)

TiÕt diÖn èng dÉn kh«ng khÝ lÊy tõ qu¹t giã cho vßi phun ¸p suÊt thÊp øng víi tèc ®é 10 - 15 m/s, lÊy tõ m¸y nÐn khÝ - 20-30 m/s.vµ lÊy 60 m/s øng víi h¬i n−íc qu¸ nhiÖt.Tèc ®é kh«ng khÝ ë èng trong vßi phun kho¶ng 30% lín h¬n so víi èng dÉn kh«ng khÝ. L−îng kh«ng khÝ cµn thiÕt cho vßi phun ¸p suÊt thÊp x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

106

V = 3600µF ρh2

µ - hÖ sè tiªu tèn µ = 0,6 - 0,8

F - tiÕt diÖn lç tho¸t ,m2

h - ¸p suÊt kh«ng khÝ tr−íc lç tho¸t ,N/m2

ρ - mËt ®é kh«ng khÝ ,kg/m3

VÝ dô: ¸p suÊt kh«ng khÝ h = 5000 N/m2 , µ = 0,8, ρ = 1,2 kg/m3, tèc ®é kh«ng khÝ lóc phôt ra vßi phun lµ:

ν = µ 2,1

500.208

h2=

ρ = 73m/s

L−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt khi tiÕt diÖn lç tho¸t = 0,0032m2

V = 3600.0,002.73 = 840 m3/h.

4.4 Vßi ®èt nhiªn liÖu khÝ.

Th«ng th−êng khÝ ch¸y trùc tiÕp trong lß gi÷a vËt liÖu nung, cho nªn thiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu còng ®¬n gi¶n. Vßi ®èt nµy cã thÓ ®iÒu cØh ®−îc qu¸ tr×nh ch¸y, tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong lß.

Qu¸ tr×nh ch¸y khÝ lµ qu¸ tr×nh oxy hãa rÊt nhanh nh÷ng khÝ ®¬n gi¶n vµ ph©n hñy nh÷ng khÝ phøc t¹p. Sù ph©n hñy nµy tiÕn hµnh víi hiÖn t−îng t¸ch mæ hãng b»ng sù t¹o thµnh nh÷ng hîp chÊt cã ph©n tö l−îng thÊp, hîp chÊt nµy bÞ oxy hãa rÊt nhanh. Mæ hãng trong ngän löa sÏ lµm ngän löa ph¸t s¸ng vµ t« mµu cho ngän löa.

NÕu hçn hîp s¬ bé kh«ng khÝ víi khÝ ®¬n gi¶n (CO, H2) trong khi nh÷ng s¶n phÈm ph©n hñy nhiÖt kh«ng cã, th× hçn hîp trªn sÏ ch¸y víi ngän löa trong suèt. NhiÖt ®é b¾t ch¸y cña çc khÝ cña çc khÝ n»m trong kho¶ng 300 - 700o.

Sù cã mÆt khÝ N2, CO2 sÏ lµm t¨ng nhiÖt ®é b¾t ch¸y cñ hçn hîp khÝ, NÕu cã mÆt oxy hoÆc t¨ng ¸p lùc khÝ nhiÖt ®é b¾t ch¸y l¹i h¹ thÊp. NhiÖt ®é b¾t ch¸y cña mét sè khÝ trong kh«ng khÝ nh− sau:

Hydro 550 - 605oC Sulfur Hydro 300-350

Oxyt Cacbon 625 - 675oC Acetylen 335-400

Metan 680 - 750oC Ethylen 455-550

NhiÖt ®é b¾t ch¸y cña hçn hîp khÝ cã thÓ x¸c ®Þnh theo tc = 0,01 (ata + btc + ctc +.... )

a, b, c - hµm l−îng khÝ.

ta, tb, tc - nhiÖt ®é b¾t ch¸y cña khÝ t−¬ng øng, oC.

Tèc ®é ph¸t triÓn ngän löa hay tèc ®é ch¸y phô thuéc vµo thµnh phÇn cña khÝ vµ kh«ng v−ît qu¸ 10m/s.

Khi ch¸y nhiªn liÖu d¹ng khÝ ë mét sè ®iÒu kiÖn cã thÓ næ, ®Æc biÖt khi ch¸y nhanh hçn hîp khÝ cã thµnh phÇn x¸c ®Þnh trong mét thÓ tÝch kh«ng lín. NhiÖt ®é táa ra khi cã thµnh phÇn x¸c ®Þnh trong mét thÓ tÝch hîp lín. NhiÖt táa ra khi ®ã hÇu nh− hoµn toµn dïng ®Ó ®èt nãng s¶n phÈm ch¸y kÕt qu¶ cña sù gi¶n në rÊt nhanh sÏ t¹o ra lùc Ðp lªn çc líp xung quanh. NÕu tèc ®é b¾t ch¸y qu¸ lín, søc Ðp kh«ng kÞp ph¸t triÓn theo

107

toµn thÓ tÝch cña kho¶ng kh«ng, mµ chóng bÞ ng¨n chÆn l¹i th× g©y nªn sãng næ víi tèc ®é ph¸t triÓn 2000 ÷ 5000m/s.

Sãng næ kh«ng chØ ®¬n thuÇn lµ kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh ®èt nãng mµ cßn do qu¸ tr×nh ®iÖn hãa. Trong çc nhµ m¸y cÇn ph¶i ng¨n ngõa t¹o ra çc hîp hçn næ do rß ®−êng èng d·n khÝ ®ång thêi ng¨n ngõa kh¶ n¨ng b¾t löa cña hçn hîp ®ã. Mét sè tr−êng hîp cã thÓ g©y næ do ngän løa hót tôt vµo trong vßi ®èt v× tèc ®é cña hçn hîp khÝ nhá h¬n tèc ®é b¾t löa cña chóng. §Ó ng¨n ngõa hiÖn t−îng næ nµy khi ch©m löa ë vßi ®èt, khÝ chØ ®−a vµo phßng ®èt (lß) khi phßng ®ã ®· ®−îc ®èt nãng ®Õn nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ch¾t ch¸y khÝ.

Khi ®èt nhiªn liÖu khÝ, qu¸ tr×nh trªn khÝ víi kh«ng khÝ vµ qu¸ tr×nh ch¸y cã thÓ tiÕn hµnh riªng rÏ hoÆc ®ång thêi. Dùa trªn nguyªn t¾c ®ã thiÕt bÞ vßi ®èt cã thÓ chia thµnh hai nhãm.

1. Vßi ®èt t¹i ®Êy khÝ vµ kh«ng khÝ trén lÉn víi nhau ë ngay ngän löa.

2. Vßi ®èt cã sù trén hoµn toµn khÝ vµ kh«ng khÝ, vµ hçn hîp ®ã sÏ ch¸y ë miÖng vßi ®èt.

ë nhãm thø nhÊt kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu khi trén lÉn víi nhau ë ngay ngän löa.

ChiÒu dµi ngän löa phô thuéc vµo tèc ®é khÝ vµ kh«ng khÝ, vµo gãc gÆp nhau cña dßng, vµo ®−êng kÝnh lç tho¸t cña khÝ vµ vµo c−êng ®é trén khÝ vµ khÝ ®−îc ®−îc trén lÉn víi nhau do khuyÕch t¸n hoÆc do çc dßng xo¸y cña kh«ng khÝ. Tr−êng hîp ®Çu ngän löa sÏ dµi h¬n tr−êng hîp thø hai. KiÓu vßi ®èt nhãm nµy dïng ®Ó ®èt khÝ vµo kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é cao hoÆc nhiÖt ®é th−êng víi ¸p suÊt thÊp (500 - 300 N/m2). KiÓu vßi ®èt trong nhãm nµy cã nhiÒu. §iÓn h×nh nhÊt lµ: miÖng löa cña lß nÊu thñy tinh (h×nh 3-24), mét sè vßi ®èt ®¬n gi¶n trong lß quay.

108

Chương 4 BUỒNG HỒI NHIỆT Khí thải từ lò nung chứa một lượng nhiệt rất lớn. Ở một số lò nung như lò tuyn-nen, lò vòng để nung gốm sứ, hoặc lò quay để nung clinker ximăng, nhiệt của khí thải từ zôn nung được sử dụng để đốt nóng và sấy vật liệu trước khi chúng đi vào zôn nung. Vì vậy, khí thải ra không khí có nhiệt độ thấp và hệ số sử dụng dung nhiệt của những lò này tương đối cao. Ngược lại ở một số lò nung gián đoạn ( lò lửa đảo ) hay lò nấu thuỷ tinh, nhiệt của khí thải nếu không được sử dụng thì không nhung tăng tiêu tốn nhiên liệu trên một đơn vị sản phẩm ma con lang phi nhiệt. 4.1. Các phương pháp sử dụng nhiệt của khí thải. Trong các lò nung hay nấu, nhiều trường hợp nhiên liệu cháy không đảm bảo nhiệt độ cháy cần thiết, cho nên không khí phải được đốt nóng sơ bộ, đôi khi đốt nóng sơ bộ cả không khí và nhiên liệu. Sử dụng nhiệt của của khí thải để đốt nóng sơ bộ không khí và nhiên liệu cho phép ta đảm bảo yêu cầu kĩ thuật của lò đồng thời tiết kiệm được nhiệt . Nếu không sử dụng nhiệt của khí thải để đốt nóng không khí, nhiên liệu thì sử dụng chúng để cung cấp cho nồi hơi. Muốn vậy người ta đặt nồi hơi trên đường đi của khí tới ống khói, hơi nước sản xuất ra sẽ được dùng trong toàn bộ nhà máy hoặc bổ sung vào nồi hơi chính của nhà máy. Nếu nhiệt độ của khí thải ra tương đối thấp, có thể sử dụng chung để đun nóng nước. Nước nóng rất cần thiết cho sinh hoạt và sưởi ấm trong mùa đông mà còn cần thiết cho sản xuất. Ví dụ phối liệu gốm trộn bằng nước nóng sẽ tăng độ dẻo và chóng khô khi sấy. Trong những biện pháp trên, thì biện pháp sử dụng nhiệt khí thải để đốt nóng không khí và nhiên liệu khí trước khi cháy trong lò là biện pháp tốt nhất, có ý nghĩa lớn nhất. Vì vậy trong công nghiệp, bên cạnh lò nung thường có buồng hồi nhiệt liên tục (Recupertor) hay buồng hồi nhiệt gián đoạn (Regenerator), trong đó không khí và nhiên liệu khí được đốt nóng sơ bộ trước khi vào lò. 4.2.Buồng hồi nhiệt liên tục. 4.2.1 Trao đổi nhiệt trong buồng.

Buồng hồi nhiệt thường làm việc theo sơ đồ hình 5-1. Khí thải từ lò nung đi theo các đường kênh dẫn 2của buồng hồi nhiệt. Không khí sẽ đi nguợc chiều và đi bên ngoài của kênh dẫn 2. Trong buồng này, khí thải sẽ truyền nhiệt cho không khí. Không khí sẽ đi vào lò hoặc vào buồng đốt để cháy nhiên liệu. Khí thải bị nguội dần khi đi trong buồng, cuối cùng theo kênh 3 ra ngoài theo ống khói. (hình vẽ trang sau)

Trong buồng liên tục, không khí và khí thải có thể đi cùng chiều, ngang chiều hay ngược chiều. Cũng như những thiết bị trao đổi nhiệt khác, nếu đi cùng chiều thì không khí không thể đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ khí thải lúc đi vào buồng. Chỉ khi đi ngược chiều thì điều đó có thể thực hiện được. (Xem sơ đồ hình 4-2)

Nhiệt độ thành ống (hay kênh) có thể lấy bằng trung bình nhiệt độ khí thải và không khí. Trong trường hợp đi ngược chiều, rõ ràng nhiệt độ cực đại của thành ống sẽ cao hơn nhiều. Vì vậy để xây dựng buồng hồi nhiệt cần phải dùng vật liệu bền vững. Nếu làm việc cùng chiều, chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài của kênh ống sẽ khá cao.

109

Trong điều kiện đó ống gốm (ống chịu lửa hay bằng gạch chịu lửa) sẽ không chịu nổi, vì độ bền nhiệt của chúng thấp, ngược lại buồng hồi nhiệt kim loại có thể làm việc tốt được. Tất nhiên buồng hồi nhiệt kim loại làm việc cùng chiều có thể đốt nóng không khí đến nhiệt độ thấp mà thôi. Khi khí thải và không khí đi ngang chiều do hoàn cảnh sắp đặt thiết bị, chênh lệch nhiệt độ giữa khí thải và không khí không giống nhau mà chúng phụ thuộc vào vị trí khảo sát. 2 3

Hình 4-1 buồng hồi nhiệt liên tục Hình 4-2 :sơ đồ biến thiên nhiệt độ của khí và không khí a) cùng chiều b) ngược chiều

Đặc điểm trao đổi nhiệt trong buồng liên tục là trao đổi nhiệt qua thành ống kênh. Chế độ trao đổi nhiệt trong buồng tương đối ổn định và liên tục. Nếu các thông số của khói lò thay đổi không đáng kể thì nhiệt độ của không khí vào lò để cháy nhiên liệu coi như không đổi. Vì vậy chế độ nhiệt trong lò nung coi như ổn định.

Không khí lạnh

Nhiên liệu

Khí thải Lò nung

1

Không khí nóng

kkkk

kt kt

110

4.2.2 Cấu tạo buồng hồi nhiệt gốm. Để xây dựng buồng hồi nhiệt gốm người ta sử dụng vật liệu chịu lửa là gốm

Samốt, Cacborun và cao alumin. Nhiệt độ cho phép cực đại ở tường gạch Samôt là 1400oC, gạch Cacborun và cao alumin là 1500oC, nhiệt độ không khí được đốt nóng đến 800-1000oC. Ở khu vực nhiệt độ không khí trên 900oC ( nhiệt độ khí trên 1300oC) phải xây dựng vật liệu Cacborun và cao alumin.

Buồng gốm thường được xây bằng gạch ống dị hình có tiết diện ngang là vuông, lục lăng hay bát giác. Đôi khi được xây dựng bằng gạch thông có 2 hoặc 4 lỗ thông. Vì những viên gạch này có thể quá dài, cho nên người ta xây ghép chúng lại thành kênh hoặc ống dài, trong đó khí chuyển động. Những viên gạch này khi đốt nóng nó có thể giãn nở và chuyển dịch hoặc nâng đội lên. Khi làm nguội chúng co lại và chiếm vị trí ban đầu. Nhưng những viên gạch bị chuyển dịch khi đốt nóng thì khi nguội chúng không quay lại vị trí như củ. Tiếp tục đốt nóng lần thứ hai, khe hở đó không kín lại mà có thể mở rộng thêm. Vì vậy khi xây buồng liên tục bằng gốm cần phải tránh những mạch thẳng góc. Những viên gạch xây buồng này cần phải có góc định vị, tại khớp này dùng vữa đặc biẹt để xây kín. Hiẹn nay người ta thường dùng vữa Samốt Bôxit có pha lẫn thuỷ tinh lỏng. Vữa này đảm bảo kín, chắc khi làm viêc ở nhiệt độ cao. Sơ đồ kết cấu của buồng gốm thô trong hình 4-3.

Gạch ống được định vị bởi những tấm gạch dị hình để tại thành kênh thẳng đứng.

Với kênh ngang bề mặt riêng của buồng gốm có thể đạt 6-12 m2/m3 buồng. Ở buồng gốm khí thải chuyển động ngựoc chiều với không khí, cho nên nhiệt độ cực đại của tường ống và lổ khí thải vào (không khí ra ) thông thường.

111

Bảng 4.1 Đặc tính của gạch xây buồng hồi nhiệt liên tục. Kiểu gạch ống Các chỉ tiêu

Ống vuông Ống bát giác I Ống bát giác II

Kích thước của gạch ống, m Cao Dài Rộng Chiều dài của ống Bề mặt đốt nóng của 1 viên, m2 Phía khói lò Phía không khí Lượng gạch cho 1 m2 buồng Phía khói lò Phía không khí Tiết diện ngang cho 1 viên gạch ống,m2 Phía khói lò Phía không khí Đường kính thuỷ lực của kênh , m Phía khói lò Phía không khí Diện tích tiết diện kênh trong buồng, m2 Phía khói lò Phía không khí Lượng gạch cho 1 m3 buồng Bề mặt đất nâng cho 1m3 buồng,m2/m3 Phía khói lò Phía không khí

0,33 0,24 0,24 0,24 0,168 0,224 17,37 11,9 0,0144 0,0232 0,12 0,126 0,25 0,276 49,6 8,33 11,11

0.42 0,305 0.304 0,015 0,139 0,163 19,3 7,84 0,0097 0,225/0,0275 0,11 0,225/0,116 0,19 0,458 51,3 7,14 8,36

0,331 0,305 0,304 0,015 0,107 0,123 19,3 9,94 0,0438/0,02 0,205/0,119 0,19 0,436 55,1 5,9 6,87

Buồng không kín không khí lọt sang phía khói lò với một lượng 20-40% lượgn

khí thải ban dầu. Để giảm lượng không khí lọt sang phía khói lò cần phải giảm áp suất của không khí, muốn vậy người ta hút không khí qua buồng hồi nhiệt bằng vòi phun (injector). Kết quả không khí cũng như khói lò đều có áp suất âm và chênh lệch áp suất giữa không khí và khói lò là rất nhỏ. Để tránh hở gạch khi đốt nóng, phía trên buồng người ta dùng cát để lấp khe. Do đó gạch nở hay co vẫn đảm bảo kín. Kích thước và đặc tính buồng gốm cho trong bảng 4-1. 4.2.3 Buồng hồi nhiệt kim loại.

112

Buồng hồi nhiệt kim loại thường chế tạo bằng thép hoặc bằng gang. Với mục đích nâng cao độ chiu nhiệt của chúng, người ta sử dụng những hợp kim đặc biệt: Thép Crôm, thép Crôm-Niken, thép chứa Silic, gang chứa Crôm, Silic(Silal). Đôi khi trên bề mặt người ta phủ nhũ Al để giảm độ oxy hoá. Nhiệt độ cho phép cực đại ở thành ống gang xám 4000C, gang chịu nhiệt 600-11000C. Độ chiu nhiệt phụ thuộc vào hàm lượng Crôm trong hợp kim. Khi chứa 1,5; 5; 10; 18; 25% Crôm ứng với nhiẹt độ cực đại cho phép là 600, 700, 750, 900, 1100 0C. Thép Crôm –Niken không thể dùng được khi chứa hợp chất của S.

Trong loại buồng kim loại, phổ biến nhất là các ống gang có kim loại ở một hoặc

hai phía (xem hình 4-6). Các ống này được ghép lại thành từng ngăn (xem hình 4-5c). Những kim loại này làm tăng hệ số cấp nhiệt so với loại không có kim. Muốn đốt nóng không khí đến 2000C, có thể sử dụng gang xám, khi đó nhiệt độ khói lò không được vượt quá 8000C. Sử dụng gang chịu nhiệt có thể đốt nóng không khí đến 400-5000C. Nếu khói lò quá bẩn (nhiều bụi), hoặc nhiệt độ cao hơn có thể dùng ống không có kim phía khói lò. Đặc tính của buồng kim loại xem trong bảng (4-2) và kích thước của các ống gang và kim loại cho trong bảng (4-3).

Kiểu buồng Chỉ tiêu

Thường Ống kim Ống khói Ống bạc Tấm Kết cấu Một hai

hoặc nhiều ống

Có kim trong hoặc hai phía. Một, hai hoặc nhiều ống

Ống nhẵn một khối

Một hoặc hai ống

Nhiều tấm

Vật liệu Thép Gang Ống thép mặt gang

Thép Thép

Chiều hứng khí

Khác nhau Không khí đi ngang , khí đi thẳng góc

Không khí đi ngang, khói lò thẳng góc

Thẳng góc Khác nhau

Tốc độ không khí (m/s) Tốc độ khói lò

5-10 2-5

5-8 0,5-2,5

8-12 1-3

10-30 0,5-1,5

3-10 0,5-3

Hệ số cấp nhiệt

11-23 45-135 (kim) 17-34(không)

17-23 28-45 23-17

113

Khói lò thường đi ngoài ống, không khí đi trong ống khi sử dụng ống gang thì không khí và khói lò đi cùng chiều, vì ống gang tương đối dày cho nên chênh lệch nhiệt độ lớn sẽ gây nên ứng xuất và nứt ống.

Loại bằng thép thường là những ống, hiếm khi người ta dùng dạng tấm, nhiệt độ đốt nóng không khí 250-3500C nếu sử dụng ống thép chịu nhiệt 600-7000C. Để ngăn ngừa các ống khỏi cong venh khi thay đổi nhiệt độ, người ta phai chế tạo thế nào để có thể dãn nở tự do được. Ví dụ người ta lắp ống thành hình chữ U trong hình 4-5a.

Ở loại ống khói (termoblok) không khí chuyển động trong ống thép đường kính

12-19mm, khói lò đi trong kênh hình chữ nhật và đi bên ngoài ống thép. Người ta cũng có thể cho khói lò đi trong ống kích thước lớn. Các khối này có thể xếp lại thành ngăn phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng không khí. Loại khối nhỏ, người ta đúc liền chứ không phải hàn ống như loại lớn. Làm bằng thép có thể làm việc theo nguyên tắc cùng chiều. Chiều dài các ống gang kim, không có kim bên ngoài và ống thép đều tương tự loại ống 17,5 cho trong bảng 4-3 chúng khác nhau ở tiết diện ngang để không khí và khói lò chuyển động.

Bảng 4.3 Đặc tính ống gang kim kiểu 17,5

114

Các chỉ tiêu Kích thước cơ bản Chiều dài ống (mm) 880 1135 1135 1640 2150 ống có kim bên ngoài Bề mặt đốt nóng không kể kim (m2) 0.25 0.33 0.425 0.050 0.66 Tiết diện để không khí chuyển động (m2) 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008

Tiết diện để khói lò chuyển động (m2) 0.06 0.08 0.10 0.16 0.16 Lượng kim phía trong không khí 636 852 1068 1284 1716 Lượng kim phía khói lò 558 740 922 1118 1482 Trọng lượng ống (kg) 45 58 63 74 95 ống không có kim bên ngoài Bề mặt đốt nóng không kể kim (m2) 0.25 0.33 0.425 0.50 0.66 Tiết diện để không khí chuyển động (m2) 0.008 0.008 0.008 0.008 0.008

Tiết diện để khói lò chiển động (m2) 0.085 0.11 0.135 0.16 0.21 Lượng kim phía không khí 636 852 1068 1284 1716 Trọng lượng ống (kg) 31 38 45 53 67

Ngoài ra người ta còn dùng loại ống bọc (xem hình 4-5) ống trong ống. Theo ống

trong, khói lò chuyển động với tốc độ nhỏ, còn theo ống ngoài (ống bọc) không khi chuyển động với tốc độ rất lớn. Nhiệt từ khói lò truyền cho không khí bằng đối lưu và bức xạ qua vỏ ống trong. Không khí và khói lò có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều. Thông thường ta chế tạo từ lá thép dạng sóng để chúng có thể co dãn dễ.

Bề mặt riêng của loại ống 12-25, loại tấm 40-50, loại ông kim 20-30 m2/m3. Khi nhiệt độ thành ống quá cao có thể dùng các biện pháp hạ nhiệt độ chúng: pha

thêm không khí lạnh vào khói lò, cho không khí và khói lò đi cùng chiều, tăng tốc độ không khí. Trước buồng hồi nhiệt cần có phòng lắng bụi nhằm giảm bụi bám vào buồng hồi nhiệt gây bẩn.

4.2.4. Tính toán buồng hồi nhiệt liên tục.

115

Khi tính toán buồng hồi nhiệt người ta phải xác định bề mặt đốt nóng và nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi buồng theo các thông số của không khí vao, ra và khí thải lúc vào buồng. Nếu kích thước buồng hồi nhiệt đã cho trước thì ta phải xác định nhiệt độ không khí được đốt nóng và khí thải lúc ra.

Tốc độ không khí và khói lò phải được lựa chọn trên cơ sở kinh tế và kỹ thuật. Nếu tốc độ không khí và khói lò nhỏ thỉ trao đổi nhiệt sẽ kém và cần bề mặt đốt nóng lớn. Nếu tốc độ lớn thì tổn thất áp suất sẽ tăng lên, do đó cần quạt gió công suất cao. Cho nên tốc độ khí nên lựa chon trong pham vi cho phép.

Vì buồng gốm có độ kín kém, không khí sẽ lọt sang phía khói lò, cho nên chênh lệch áp suất giữa không khí và khói lò trong buồng đốt không được vượt quá 30-50N/m2. Bề mặt đốt nóng của buồng hồi nhiêt xác định theo công thức:

F= tbtk

Q∆.

m2 (4-1)

Nhiệt độ khí thải lúc ra xác định theo phương trình cân bằng nhiệt sau:

kkk tcV 111 ...ρ - kkk tcV 222 .. = kkkkkk tcV 222 .. - kkkkkk tcV 111 .. (4-2) Lượng nhiệt truyền qua không khí xác định theo công thức:

)(2 1122

21 kkkkkkkkkkkk

tCtCVVQ −+

= (4-3)

Trong đó: K – hệ số truyền nhiệt.

tbt∆ - chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa khí và không khí. kkkkkk tcV 111 .. , kkkkkk tcV 222 .. - Ứng với thể tích (m3 tiêu chuẩn) tỷ nhiệt (kj/m3.độ) và nhiệt độ

không khí (0C) vào và ra. kkk tcV 111 .. , kkk tcV 222 .. - Thể tích (m3 tiêu chuẩn) tỷ nhiệt và nhiệt độ vào ra.

ρ - Hệ số kể đến tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh (thường ρ = 0.9) Sở dĩ có sự biến đổi kkV , kV trong buồng là vì khe hở nên không khischayj sang phía khói lò. Nếu gọi Vl là thể tích không khí lọt sang phía khói lò thì:

−= kkkk VV 12lV (4-4)

−= kk VV 12lV (4-5)

Nếu buồng đảm bảo kín thì: ;21kkkkkk VVV == V k

1 = kV2 . (4-6) Hệ số truyền nhiệt K xác định tùy theo cấu trúc của buồng hoặc dùng công thức truyền nhiệt qua tường ống hoặc tường phẳng.

K=

21

111

αλδ

α++

W/m2.độ (4-7)

1α - Hệ số cấp nhiệt từ khí tới mặt ống W/m2.độ

2α - Hệ số cấp nhiệt từ măt ống tới không khí W/m2.độ

116

δ - Chiều dày của gạch ống hay ống kim loại. λ - Độ dẫn niệt của chúng W/m.độ

Với ống kim loại trị số λδ

rất nhỏ, có thể bỏ qua và hệ số K xác định bằng:

K = 21

21

.αααα +

W/m2.độ

Trong mọi trường hợp α là tổng hệ số cấp nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Hệ số truyền nhiệt của buồng gốm dao động (2,3- 8,1)w/m2.độ khi tốc độ không khí và khói lò 0,5-2m/s. Hệ số truyền nhiệt của buồng kim loại cho trong bảng 5-2.Có thể tìm hệ số cấp nhiệt của ống gang có kim trong hình 5-7. Hệ số cấp nhiệt có thể xác định bằng các công thức ở chương 3.

Biểu đồ xác định hệ số cấp nhiệt của ống kim. 1.Tổng từ khói lò đến ống không có kim. 2.Tổng từ khói lò đến mặt ống kim (17,5)

3.Tổng từ ống kim đến không khí (17,5)

Khi tính toán buông gốm cần phải kiểm tra độ bền nhiệt của gạch. Đối với gạch Samốt ta dùng công thức kiểm tra sau:

K(txk-tx

kk).δ≤9536 (4-8) tx

k, txkk- Nhiệt độ khí và không khí ở điểm kiểm tra 0C.

δ-Chiều dày của tường, cm. K-Hệ số truyền nhiệt ở điểm kiểm tra w/m2.độ.

Khi tính toán buồng kim loại cần phải kiểm tra nhiệt độ thành ống. Nếu buồng làm việc cùng chiều thì kiểm tra ở chỗ khí thải vào ra. Nếu làm việc ngược chiều thì kiểm tra ở chỗ khí thải vào. Nhiệt độ bề mặt của ống xác định như sau: Về phía khí thải:

ttk= tk

1αk

(tk-tkk), 0C (4-9)

Về phía không khí:

Ttkk= tkk +

2αK (tk-tkk), 0C (4-10)

117

Nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép thì tìm cách hạ nhiệt độ bằng cách tăng cấp nhiệt từ tường tới không khí (tăng α2) hoặc giảm cấp nhiệt từ không khí tới tường ống (giảm α1) hoặc pha không khí lạnh vào khí thải trước khi vào buồng (giảm tk) hoặc cho chúng đi cùng chiều.

Khi đã biết bề mặt đốt nóng cần thiết F (m2) có thể xác định được số ống cần có để xây lắp theo tiêu chuẩn ở bảng 4-1 và 4-3.

Sức cản thủy lực của ống kim và ống khói (termobok) hkk về phía không khí xác định theo biểu đồ hoặc bằng công thức sau:

hkk= A wo2(1 + β.ttb) N/m2 (4-11)

Hệ số phụ thuộc vào chiều dài của ống. Chiều dài ống 880 1135 1385 1640 Trị số A 2,06 2,4 2,74 3,09

w0- Tốc độ không khí trong ống, m/s ( tính theo điều kiện chuẩn) ttb- Nhiệt độ trung bình của không khí trong ống,0C β- Hệ số 1/273.

Nếu hai ống nối nhau thì sức cản thủy lực sẽ tăng gấp đôi. Cho nên xếp ống thành bao nhiêu ngăn, sức cản sẽ tăng bấy nhiêu lần. Nếu kể cả sức cản của ống nối ngăn để không khí đi từ ngăn nọ sang ngăn kia thì tổng sức cản sẽ tăng lên 50 đến 100% sức cản của ống. Về phía khói lò, sức cản xác định theo công thức:

hk= 6.(n + m)W02.T.10-4 N/m2 (4-12)

Nếu mặt ngoài của ống không có kim thì: Hk = 1,57.(n + m) W0

2.T.10-4 N/m2 (4-13) Trong đó:

n- Số ống theo chiều chuyển động của khói lò. m- Số ngăn theo chiều chuyển động của khói lò. T- Nhiệt độ trung bình của khói lò,0K. W0-Tốc độ khia ở điều kiện chuẩn, m/s.

4.3.Buồng thu hồi nhiệt gián đoạn.

4.3.1Trao đổi nhiệt trong buồng.

118

Để tìm hiểu nguyên tắc làm việc của buồng thu hồi nhiệt gián đoạn, chúng ta hãy

khảo sát sơ đồ làm việc của lò bể nấu thuỷ tinh cho trong hình 4-8 khí thải từ bể nấu 1 đi

vào buồng không khí 2 và đốt nóng nhiên liệu khí 3, sau đó theo ống 4 và 5 qua van đối

chiếu 6 và 7 cuối cùng theo ống 10 đi ra ống khói. Khi khí đi qua buồng 2 và 3 khí thải

sẽ cung cấp nhiệt cho gạch đệm ở trong buồng (xem hình 4-8) gạch đệm được đốt nóng

đến nhiệt độ khá cao, và đến lúc nào đó thì người ta dừng lại và đổi chiều. Không khí sẽ

qua ống 9 van đổi chiều 7 qua đường ống 11 vào buồng 13 và đi vào lò 1 để đốt cháy

nhiên liệu. Nhiên liệu khí đi vào bằng ống 8 qua van đổi chiều 6 theo ống 12 vào buồng

14 và vào lò 1.

Khi đổi chiều, nhiên liệu khí đi theo ống 9 qua đổi chiều 7 theo ống 5 vào buồng

3 và cuối cùng vào lò không khí qua ống 8 và van đổi chiều 6, theo ống 4 vào buồng 2

rồi vào lò nung 1. Khi qua buồng 2 và 3 không khí và nhiên liệu khí được đốt nóng lên,

gạch đệm trong buồng nguội đi. Do đó ngọn lửa trong lò 1 sẽ có nhiệt độ cao.

Khí thải sẽ đi tương tự qua buồng 13, 14 và van đổi chiều 6, 7 và theo đường ống 10

ra ngoài ống khói. Khi ra khỏi buồng 13, 14 thì gạch đệm trong buồng lại được đốt nóng

lên. Sau một đoạn thời gian nhất định người ta lại đổi chiều và đường đi của khí với

không khí sẽ lặp như cũ.

Xét quá trình làm việc của buồng như vậy ta thấy rõ ràng là: buồng không làm

việc liên tục mà làm việc gioán đoạn tuần hoàn, chế độ nhiệt độ trong buồng không ổn

định mà thay đổi theo thời gian và chu trình, trao đổi nhiệt ở đây khác hoàn toàn với

buồng liên tục mà là trao đổi nhiệt bằng đệm.

119

Chúng ta hãy khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của viên gạch đệm đặt trong buồng.

Đầu tiên gạch đệm được tích luỹ nhiệt trong giai đoạn đốt nóng. Đường phân bố nhiệt độ

theo tiết diện ngang của gạch là đường O phút (hình 4-9). Khi đổi chiều sang giai đoạn

làm nguội, ở phút đầu tiên, nhiệt độ bề mặt hạ đi tương đối nhanh. Cách bề mặt một

đoạn, nhiệt cao hơn cả trung tâm gạch và cả bề mặt gạch. Cho nên nhiệt sẽ truyền từ mặt

nó ra bề mặt và vào trung tâm gạch. Chênh lệch nhiệt độ ngày càng giảm theo thời gian.

Sau đó nhiệt độ trung tâm cao hơn bề mặt và chỉ có dòng nhiệt truyền từ trung tâm ra bề

mặt. Đường phân bố nhiệt độ theo chiều dày của gạch ứng với thời gian khác nhau cho

trong hình 4-9a và sự biến thiên nhiệt độ bề mặt của gạch đệm qua cá giai đoạn đốt nóng

và làm nguội cho trong hình 4-b

Hình 4-9. Biến đổi nhiệt theo thời gian.

a. Theo chiều dày gạch đệm. b. Theo bề mặt gạch đệm

Qua sự phân tích ở trên chúng ta thấy rằng: nếu chiều dày gạch đệm quá lớn thì

một phần của gạch đệm ở khu trung tâm sẽ không tham dự hoặc ít tham dự trao đổi

nhiệt.

Ngược lại, nếu chiều dày quá mỏng thì nhiệt độ trung bình của gạch đệm sẽ dao

động quá nhiều, tức nhiệt độ của khí và không khí dao động quá nhiều. Sự biến đổi nhiệt

độ ở đầu giai đoạn đốt nóng và đầu giai đoạn làm nguội thưòng nhanh hơn ở cuối giai

120

đoạn. Cấp nhiệt từ khí thải tới đệm và từ đệm tới không khí, nhiên liệu khí phụ thuộc vào

điều kiện trao đổi nhiệt bằng bức xạ và đối lưu. Việc xếp gạch đệm như thế nào để tăng

độ xoáy của dòng, tăng chiều dày lớp khí đều dẫn đến tăng cấp nhiệt bằng đối lưu và bức

xạ. Cho nên nếu giảm khoảng cách các viên gạch đệm trong buồng, tốc độ khí sẽ tăng

lên và cấp nhiệt bằng đối lưu tăng lên. Song giảm khoảng cách tức là giảm chiều dày bức

xạ của khí, tức giảm cấp nhiệt bằng bức xạ. Vì khoảng cách vừa phải giữa các cạnh đệm

trong buồng hồi nhiệt kiểu đứng 60-200mm trong buồng kiểu nằm 100-200mm.

4.3.2 Cấu tạo buồng hồi nhiệt.

Tuỳ thuộc vào chiều hướng chuyển động của khí, người ta phân biệt buồng hồi

nhiệt kiểu đứng và kiểu nằm ngang (xem hình), tuy nhiên trong công nghiệp thường

dùng kiểu đứng. Cấu tạo của buồng đứng để đốt nóng không khí và nhiên liệu cho trong

hình 4-7 ở mỗi buồng, phía trên có vòm, khí thải sẽ qua các khe phân phối để vào đệm

trong buồng. Phía dưới của buồng cũng có cống, vòm trên của cống có các khe để phân

bố khí thải lúc ra hoặc không khí lúc vào buồng. Trên cống này người ta xếp các gạch.

Vật liệu làm đệm thường dùng nhất là Samốt. Ở chỗ chịu tác dụng của nhiệt độ

cao trên1300-14000C hoặc có bụi ăn mòn (phối liệu thuỷ tinh) thì phải dùng gạch

manhedi bền nhiệt hoặc gạch mulít, cao alumin. Thời hạn đốt nóng đệm thường bằng

thời gian làm nguội đệm và bằng 30 phút. Đối với lò nồi nấu thuỷ tinh thời gian này

thường 15-20 phút. Trong điều kiện đó chiều dày của gạch đệm 65-80mm (35-40mm

cũng đủ trao đổi nhiệt). Nếu tăng chiều dày gạch đệm lên nữa thì chiều cao của buồng

hồi nhiệt sẽ tăng lên.

121

Kích thước gạch đệm thường dùng 400x130x65 và 500x50x75 đôi khi dùng gạch

chuẩn. Khoảng cách giữa các viên gạch 70-150mm. Tiết diện hay thể tích tự do (không

chiếm chỗ bởi gạch) khoảng 50-70% thường bằng 55-60%. Người ta cũng nghĩ đến việc

sử dụng gạch gạch dị hình nhằm tăng bề mặt truyền nhiệt, giảm độ bám bẩn của khí đối

với gạch và tăng điều kiện trao đổi nhiệt.

Loại buồng hồi nhiệt kiểu nằm ngang hay dùng gạch có kích thước 300x150x80

và 350x150x65mm, kích thước kênh dẫn khí trong buồng 150x220mm.

Gạch đệm được xếp trong buồng theo nhiều kiểu khác nhau (xem hình 4-10). Yêu

cầu cơ bản của gạch đệm là bền vững, bề mặt đốt nóng cao, tạo được dòng khí xoáy.

Kiểu Kauper ở hình 4-10, gạch đệm tạo ra những kênh thẳng và đặc, bề mặt trao đổi

nhiệt kém hơn loại 5-11. Kiểu 5-13 cũng tạo ra kênh thẳng từ trên xuống còn kiểu 5-14

cũng xếp tương tự nhưng có gạch chắn ngăn kênh thẳng đó. Như vậy kiểu có bề mặt

122

truyền nhiệt lớn hơn, chỉ có một số lớp trên bị bám bẩn (không phải thay toàn bộ) và lớp

xếp bền vững hơn. Ngoài ra vích gạch đệm chắn ngang kênh dẫn cho nên chiều huớng

và tốc độ của khí bị thay đổi và hệ số truyền nhiệt tăng lên.

Đặc tính của đệm buồng hồi nhiệt cho trong bảng 4-4.

Ở những lò nhỏ, phần gạch của đệm và tường lò tham dự trao đổi nhiệt tương đối

cao, do đó việc sử dụng gạch đệm tốt hơn. Nếu tăng chiều cao của buồng hồi nhiệt thì sự

phân bố khí tốt hơn, tăng được áp suất hình học. Trong nồi nấu thuỷ tinh, chiều cao của

buồng hồi nhiệt gián đoạn kiểu đứng thường 2-3m, của lò bể nấu thuỷ tinh từ 4-7m.

Ngược lại nếu dùng buồng kiểu nằm thì không.

nên có chiều cao lớn để tránh sự phân bố khí không đều theo chiều cao. Người ta xếp

gạch thành các kênh ngang, đặt và những kênh này không thông với nhau.

123

Khí thải từ lò ra thường theo đường kênh riêng đi vào buồng hồi nhiệt. Nếu khí

chứa nhiều bụi hoặc mang theo phối liệu nấu trong lò, thì phải có buồng lắng bụi, để

giảm bụi bay vào buồng hồi nhiệt.

3.3 Tính toán buồng hồi nhiệt gián đoạn.

3.3.1 Sự phân bố nhiệt độ trong buồng.

Nhiệt độ lúc khí đi vào kênh dẫn tới buồng hồi nhiệt thường cao hơn nhiệt độ

tường lò nấu khoảng 500C, do đó nhiệt độ khí thải thường bằng 13000C. Khi đi qua kênh

dẫn khí, nó hạ mất 100-2000C do truyền nhiệt cho thành kênh dẫn. Khí và không khí

được đốt nóng trong trong buồng đến 800-10000C. Nếu chỉ đốt nóng không khí thì có thể

đạt đến 900-11500C. Trên đường đi từ buồng đến lò nấu, nhiệt độ của nhiên liệu khí và

không khí tăng lên 50-1000C do đốt nóng phụ bởi kênh dẫn.

Nhiệt độ không khí và nhiên liệu khí lúc đi vào đệm, thường có nhiệt độ cao hơn

lúc vào van đổi chiều khoảng 50-750C do đốt nóng phụ ở kênh dẫn. Như vậy nhiệt độ

không khí và nhiên liệu khí sạch lúc vào đệm là 50-1000C. Nếu dùng khí không sạch với

nhiệt độ tk, thì lúc vào đệm nhiệt độ nhiên liệu khí sẽ bằng tk + (50÷100)0C.

Nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi đệm khi đốt nóng cả không khí và nhiên liệu khí là

300-5000C, nếu chỉ đốt nóng không khí 450-6000C. Nếu là nhiên liệu khí không sạch thì

nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi đệm của buồng khí sẽ cao hơn nhiệt độ nhiên liệu khí vào

buồng là 150-2500C trong kênh dẫn đến van đổi chiều nhiệt độ khói lò hạ đi 75-1000C.

3.3.2 Nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi buồng.

Nhiệt độ của khí thải lúc ra khỏi buồng hồi nhiệt xác định bởi phương trình cân

bằng nhiệt của buồng hồi nhiệt:

Lượng nhiệt do không khí lấy đi:

Qkk = Vkk*c2kk*t2

KK – Vkk*c1kk*t1

kk = Vkk(c2kk*t2

kk – c1kk*t1

kk) Wat (4-14)

Lượng nhiệt do nhiên liệu khí lấy đi:

Qk = Vk*c2k*t2

k – Vk*c1k*t1

k = Vk(c2k*t2

k – c1k*t1

k) Wat (4-15)

Lượng nhiệt do khí thải mang vào hai buồng:

Qkt = V1kt*c1

kt*t1kt (W) (4-16)

Lượng nhiệt do khí thải mang ra khỏi buồng:

Từ buồng không khí:

Qktkk = bkk*Vkt

kk*cktkk*tkt

kk (W) (4-17)

Từ buồng nhiên liệu khí:

124

Qktk = ak*Vkt

k*cktk*tkt

k (W) (4-18)

Phương trình cân bằng nhiệt sữ là:

η*Qkt = Qk + Qkk + Qktk + Qkt

kk (4-19)

Trong đó:

Vkk; Vk - Thể tích không khí và nhiên liệu khí qua buồng hồi nhiệt m3/s (mét khối

chuẩn).

c1kk*t1

kk; c2kk*t2

kk - Tỷ nhiệt J/m2. độ, nhiệt độ 0C của không khí lúc vào và ra khỏi

buồng hồi nhiệt.

V1kt*c1

kt*t1kt - Thể tích m3/s, tỷ nhiệt và nhiệt độ của khí thải vào buồng hồi nhiệt.

Vkkt*ck

kt*tkkt - Thể tích m3/s, tỷ nhiệt và nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi buồng đốt nóng

nhiên liệu.

Vkkkt*ckk

kt*tkkkt - Thể tích m3/s, tỷ nhiệt và nhiệt độ khí thải đi ra khỏi buồng đốt nóng

không khí.

η - Hệ số kể đến tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh (lò lớn 0.9 0.95η = − , lò nhỏ

0.85 0.9η = − ).

ak, bk - Hệ số kể đến lượng không khí lọt vào buồng khí và không khí. Với buồng tương

đối kín nếu bằng 1-1.5 với buồng hở nhiều (quá cũ) có thể tới 1.5 hoặc hơn.

Nếu nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi buồng hồi nhiệt có nhiệt độ như nhau hoặc chỉ có một

buồng đốt nóng không khí, thì nhiệt độ khhí thải xác định trực tiếp bằng phương trình

cân bằng nhiệt… Thông thường, nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi buồng đốt nóng nhiên liệu

khí sạch thấp hơn (đốt nóng nhiên liệu khí không sạch có thể cao hơn) nhiệt độ khí thải

lúc ra khỏi buồng không khí.

Khi đốt nóng, thành phần và nhiệt sinh của nhiên liệu chưa bị thay đổi do có

không khí lọt vào. Cũng có thể bỏ qua điều đó.

3.3.2 Phân bố khí thải.

Nếu có buồng đốt nóng và nhiên liệu khí phải xác định lượng khí thải đi vào mỗi

buồng. Cơ sở để xác định sự phân bố khí thải là:

1. Lượng nhiệt mà khí thải để lại trong buồng tỷ lệ với lượng nhiệt mà khí

hoặc không khí lấy đi.

2. Tổng thể tích khí thải đi vào hai buồng bằng thể tích tổng ban đầu.

Lượng nhiệt do khí thải để lại trong buồng không khí bằng:

Qkkkt = Vkk

kt*c1kt*t1

kt – bkk*Vkkkt*ckk

kt*tkkkt = Vkk

kt*(c1kt*t1

kt – bkk*ckkkt*tkk

kt) (4-20)

125

Lượng nhiệt do khí thải để lại trong buồng nhiên liệu khí:

Qkkt = Vk

kt*c1kt*t1

kt – ak*Vkkt*ck

kt*tkkt = Vk

kt*(c1kt*t1

kt – ak*ckkt*tk

kt) (4-21) ktk kktkk kk

Q QQ Q

= (4-22)

Thay trị số vào ta có:

( )( )

kt kt kt kt ktk 1 1 k k k

kt kt kt kt ktkk 1 1 kk kk kk

V c * t a *c * t

V c * t b *c * t

−

−=

( )( )k k k k k

2 2 1 1

kk kk kk kk kk2 2 1 1

V c * t c * t

V c * t c * t

−

− (4-23)

Vkkt+Vkk

kt=V1kt (4-24)

Trong đó:

Qkkkt, Qk

kt - Lượng nhiệt do khí thải để trong buồng không khí và khí, tính bằng W hay

(J/s).

Vkkkt, Vk

kt - Thể tích khí thải qua buồng không khí và buồng khí.

C1kk, t1

kk - Tỷ nhiệt và nhiệt độ khí thải lúc vào buồng (J/m3. độ).

Ckkkt, tkk

kt - Tỷ nhiệt và nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi buồng không khí.

Ckkt, tk

kt - Tỷ nhiệt và nhiệt độ khí thải lúc ra khỏi buồng nhiên liệu khí.

Giải hệ phương trình (4-23 và 4-24) bậc nhất ta tìm đưoc hai ẩn số là Vkkkt và Vk

kt. Trong

trường hợp này tỉ lệ nhiệt bề mặt đốt nóng đệm trong buồng không khí và nhiên liệu sẽ

không giống nhau.

V.N.Zimin đề nghị lấy tải trọng nhiệt của đệm ở hai buồng như nhau, điều đó sẽ

dẫn tới hạ nhiệt độ khí thả lúc ra khỏi buồng nhiên liệu vì trong khí có chứa CO2, H2O và

H2 nên điều kiện trao đổi nhiệt tốt hơn.

Nếu lấy hệ số truyền nhiệt của buồng không khí là Kkk à buồng khí là Kk thì điều

kiện cân bằng tải trọng nhiệt sẽ là:

k

kk

KK

= ( ) ( )( ) ( )

kk kt kk kk1 kk 2 1

kt kt kk kk1 k 2 1

t t t t

t t t t

+ − +

+ − + (4-25)

Trong đó, để đơn giản tính toán ta lấy trung bình nhiệt độ là trung bình số học.

Nếu phải tính toán sự cháy và phân huỷ một phần nhiên liệu khí hoặc cháy nốt khí

thải trong buồng hồi nhiệt do không khí lọt vào buồng, thì theo D.B.Ginzburg ta thay

phương trình 5-23 bằng phương trình sau:

k

kk

QQ

= kt kt kt

k k1 k2 kkt kt kt

kk kk1 kk2 kk

Q Q QQ Q Q

η − +η − +

(4-26)

126

kη , kkη Hệ số kể đến tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh của buồng khí và không

khí.

Qk1kt, Qk2

kt - Lượng nhiệt do khí thải mang vào và mang ra khỏi buồng khí.

Qkk1kt, Qkk2

kt - Lượng nhiệt do khí thải mang vào và mang ra ứng với buồng không khí.

Qkkt, Qkk

kt - Lượng nhiệt toả ra do cháy nốt sản phẩm cháy ở buồng khí và không khí.

3.3.2 Xác định bề mặt đốt nóng.

Bề mặt đốt nóng của đệm được xác định bằng công thức chung:

t1QFK t

=∆

(4-27)

Qtl - Lượng nhiệt tích luỹ bởi đệm trong giai đoạn đốt nóng và trao đổi trong giai đoạn

làm nguội.

t∆ - Chênh lệch nhiệt độ trung bình.

Thường thời gian đốt nóng đệm bằng thời gian làm nguội để tổn thất nhiệt ra môi

trường xung quanh của hai giai đoạn cũng bằng nhau. Vì vậy ta có thể xác định lượng

nhiệt tích luỹ theo phương trình sau:

Ở buồng không khí: kt tt kt tt

kk ktkk kk kk kktl kk kk

Q Q Q QQ Q Q2 2− −

= + = − (4-28)

Ở buồng nhiên liệu khí: kt tt kt tt

k ktk k k kkl k k

Q Q Q QQ Q Q2 2− −

= + = − (4-29)

Hệ số truyền nhiệt K xác định theo toàn chu trình: 2

1 2

1 1 1 1 cp1K z z 3 z 30 z

⎛ ⎞δ= + + −⎜ ⎟α α λ λ⎝ ⎠

(4-30)

Trong đó:

K - Hệ số truyền nhiệt toàn chu trình w/m2. độ chu trình.

1α - Hệ số cấp nhiệt từ khí thải tới đệm w/m2. độ.

2α Hệ số cấp nhiệt từ đệm tới không khí hoặc nhiên liệu khí giai đoạn làm nguội w/m2. độ.

Z - Thời gian đốt nóng hoặc làm nguội đệm, h

δ - Chiều dày đượng lượng của gạch đệm, m

C - Tỷ nhiệt của gạch đệm ở nhiệt độ trung bình tại tiết diện cho, J/kg. độ.

P - Mật độ gạch đệm, kg/m3.

127

ρ - Độ dẫn nhiệt của gạch đệm w/m. độ.

Hoặc có thể xác định bằng công thức sau:

1 d 1 n 0

1K 1 1 r 3.64r cb

=+ + ϕ +

α τ α τ λτ ρ

w/m2. độ (4-31)

Trong đó:

dτ , nτ - Thời gian đốt nóng và làm nguội đệm, h

0τ - Thời gian toàn chu trình 0τ = dτ + nτ

r - Chiều dày phần gạch tham dự trao đổi nhiệt thường lấy bằng nữa chiều dày của gạch

0.0325m.

ϕ - Hệ số kể đến phần khối lượng gạch tham dự trao đổi nhiệt, khoảng bằng 1/4.

λ - Độ dẫn nhiệt của gạch đệm, kg/m3.

b - Tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ trong gạch khi đốt nóng và làm nguội, thường lấy bằng 50.

C - Tỷ nhiệt của gạch đệm, kJ/kg. độ.

Trong mọi trường hợp, hệ số cấp nhiệt từ khí tới gạch đệm là:

1 bx dlα = α +α

Hệ số cấp nhiệt đối lưu trong đệm buồng hồi nhiệt xác định theo công thức ở chương

hai, hoặc sử dụng công thức sau: 0.5 0.250

dl 0.33W *T5.77

d

−

α = w/m2. độ (4-32)

W0 Tốc độ khí ứng với điều kiện chuẩn và tiết diện nhỏ nhất của kênh khí đi, m/s

(chuẩn).

T - Nhiệt độ tuyệt đối của khí, 0K.

d - Đường kính thuỷ lực của kênh khí trong đệm, m.

Cũng có thể dùng công thức sau:

ndl A Re

dλ

α = w/m2. độ (4-33)

λ - Độ dẫn nhiệt của sản phẩm cháy hoặc không khí w/m. độ.

tW *dRet

=

Wt - Tốc độ khí thực tế của khí.

Trị số A và n trong bảng 4-5.

Bảng 4-5: Giá trị hệ số A và n

128

Kiểu đệm Kích thước

kênh khí

trong đệm

Kích thước

gạch (mm)

Đường kính

thuỷ lực d

A n

165x165 230x115x65 0.0824 0.2 0.61

120x120 230x115x65 0.0824 0.193 0.62

Đệm Simens

kênh thẳng,

đặc. 50x50 230x115x65 0.0824 0.045 0.78

Hệ số cấp nhiệt bằng bức xạ tính theo các công thức ở chương hai, hoặc có thể

dung biểu đồ để tìm (hình 4-18).

Sản phẩm cháy của mazut (1) hỗn hợp khí cốc – lò cao (2) khí than (3) và khí lào

cốc (4). Vì buồng hồi nhiệt tương đối cao (hoặc dài đối với buồng nằm), cho nên khi tính

giá trị K phải tính ở phía trên Kt và phía dưới Kd, sau đó lấy giá trị trung bình Ktb.

Với buồng không khí: Ktb = t dK K

2+ (4-34)

Với buồng nhiên liệu khí: Ktb = t dK nKn 1++

(4-35)

Giá trị n = 1.25 ÷ 1.75, dùng n trị số cao khi K lớn bà buồng hồi nhiệt lớn.

3.3.3 Biến đổi nhiệt theo thời gian.

Nhiệt độ của khí thải lúc ra khỏi buồng hồi nhiệt ngày càng tăng theo thời gian

đốt nóng, và đạt cực đại khi đổi chiều, ngược lại nhiệt độ không khí và nhiên liệu khí

càng giảm theo thời gian đi qua buồng, và đạt cực tiểu khi đổi chiều. Sự biến đổi nhiệt

độ đó có ảnh hưởng đến nhiệt độ trong lò nấu thuỷ tinh. Vì vậy cần phải tính giới hạn

biến đổi nhiệt độ khi không khí và nhiên liệu đi qua buồng hồi nhiệt. Có nhiều phương

pháp tính trên cơ sở sử dụng chuẩn số Fo và Bi. Song cũng có thể sử dụng công thức đơn

giản sau:

tbk k

q zc V C12 Fz

∆θ =⎛ ⎞δ ρη +⎜ ⎟α⎝ ⎠

độ/giai đoạn (4-36)

Trong đó:

qtb - Cường độ nhiệt trung bình của bề mặt đốt nóng ở điểm khảo sát, kw/m2.

δ , c, ρ - chiều dày đương lượng, tỷ nhiệt, mật độ gạch đệm.

η - Hệ số sử dụng gạch xem bảng 4-6.

129

Vk, Ck - Thể tích khí đi qua m3/giai đoạn và tỷ nhiệt của khí, kJ/m3. độ.

α - Hệ số cấp nhiệt.

F - Bề mặt đốt nóng của đệm, m2.

Bảng 4-6 Giá trị hệ số η và ζ của đệm.

ζ η ( )d n2

c2

λ τ + τ

δ⎛ ⎞ρ⎜ ⎟⎝ ⎠

Trên Dưới Trên Dưới

0.5 1.5 2.9 0.3 0.25

1 2.0 3.7 0.44 0.40

2 2.7 4.7 0.61 0.57

3 3.2 5.4 0.71 0.67

4 3.5 5.7 0.77 0.74

5 3.7 6.0 0.81 0.78

6 3.8 6.1 0.84 0.81

7 4.0 6.1 0.86 0.83

Cường độ nhiệt bề mặt đốt nóng trong giai đoạn không khí đi qua buồng qkk ở

chỗ không khí nóng đi ra:

qkk = ( )t

kt ktkk1 2kk

k t tz

− (4-37)

Ở dưới buồng, chỗ khí thải đi ra khỏi buồng hồi nhiệt:

Qkt = ( )d kt kt

kk kk 1kt

k t tz−

(4-38)

Trong đó:

Kkkt, Kkk

d Hệ số truyền nhiệt ở đầu nóng và đầu nguội của buồng hồi nhiệt w.gđoạn/m2. độ.

zkk, zkt - Thời gian để không khí và khí thải đi qua buồng hồi nhiệt.

Từ đây ta xác định được độ hạ nhiệt độ không khí trong giai đoạn đốt nóng:

( )t kt kkkk 1 2kk

kk kk

1 1 kk2

K t t

V Cc 12 Fz

−∆θ =

⎛ ⎞δ ρη +⎜ ⎟α⎝ ⎠

độ/giai đoạn (4-39)

Và độ tăng nhiệt độ khí thải trong giai đoạn đốt nóng đệm:

130

)1(2

)(

122

1

kk

ktkt

kkktkk

dkkkt

FZCVc

ttK

αρηδ

θ+

−=∆ độ/giai đoạn (4-40)

Vkk,Vkt – Thể tích không khí và khí thải đi qua đệm m3/giai đoạn (chuẩn) Ckk,Ckt – Tỷ nhiệt không khí và khí thải trong khoảng từ 0 đến nhiệt độ tương ứng C1,C2 - Tỷ nhiệt của gạch ở đầu nóng và đầu nguội của buồng hồi nhiệt 3.3.6 Kích thước buồng hồi nhiệt. Sau khi lựa chọn kiểu đệm, căn cứ vào bảng 4-4, ta biết bề mặt riêng của đệm Fr,m2/m3,ta có thể xác định được thể tích của buồng theo bề mặt đốt nóng F.

rFFV = [m3] (4-41)

Tốc độ không khí, nhiên liệu khí ở điều kiện chuẩn đối với lò nấu thuỷ tinh lửa ngang: 0kkW và 45,025,0W 0

k ÷= m/s Đối với lò lửa hình chữ U và buồng hồi nhiệt nằm ngang 0,4-0,8 m/s. Tốc độ khí thải xác định:

kk

ktkk

VV0

kk0kk WW = m/s (4-42)

kk

ktkk

VV

kkkk WW = m/s

Từ tốc độ và lưu lượng có thể xác định được tiết diện sống ngang của buồng:

0kk

0

Wkk

sV

F = m2 (4-43)

Theo bảng 4-4 ta tìm được tiết diện tự do m2/m2, và tìm được tiết diện ngang của buồng:

ωω .W 0kk

0kkkk

nVFF == m2 (4-44)

ωω .W 0k

0ksk

nVF

F == m2 (4-45)

Chiều cao của buồng không khí và nhiên liệu khí: kk

nkk FVH :1= (4-46)

kn

k FVH :1= V1,V2 - Thể tích của buồng không khí và nhiên liệu khí và tính theo công thức trên.

131

CHƯƠNG 5

CẤU TẠO CÁC CHI TIẾT CỦA LÒ

5.1 ỐNG DẪN KHÍ.

Ống dẫn khí dung để vận chuyển nhiên liệu khí, không khí và khói lò. Tuỳ theo tính chất của mỗi loại khí mà ta sử dụng kết cấu ống dẫn khác nhau.

Nhiên liệu khí sạch và nguội có thể chuyển vận trong ống thép, các ống thép này có thể treo hoặc đặt trên các cột bêtông hay thép. Đôi khi đặt trên tường hay mái nhà hoặc trên các tầng hoặc hành lang, nhiên liệu khí cao nhiệt thường đặt ngầm dưới đất. Để ngắt một phần ống dẫn có thể dung các mặt bích xiết chặt bằng bulong. Tiết diện ngang của ống dẫn khí sạch được tính toán với tốc độ 6-12 m/s, khi cao nhiệt 20-70 m/s.

Khí than không sạch có nhiệt độ cao hơn 3000C được vận chuyển trong ống thép nối, trong lớp gạch chịu lửa. Các ống này phải có phòng lắng bụi và cửa tháo cặn. Khí có nhiệt độ thấp có thể vận chuyển trong ống thép không lót và đặt trên mặt đất, chất ngưng tụ theo ống nhánh nhúng vào van thuỷ lực. Dòng nước có thể đưa cặn đi nơi khác. Ở lò có buồng hồi nhiệt gián đoạn, ống dẫn khí giữa van đổi chiều và buồng hồi nhiệt phải làm ngầm dưới đất. Khí có chứa nhựa than nằm dưới áp suất dương nhỏ có thể dung ống dẫn ngầm bằng gạch. Dưới tác dụng của áp suất, khí thấm qua mạch và nhựa than sẽ chét kín các khe hở. Trong các ống dẫn bằng kim loại khí không sạch chuyển vận với tốc độ 1-2 m/s, ống dẫn bằng gạch 0,5-1m/s.

Ống dẫn không khí thường bằng thép. Tốc độ không khí trong ống lấy bằng 5-15m/s, nếu không khí có nhiệt độ không cao lắm cần phải cách nhiệt bên ngoài ống. Nếu nhiệt độ trên 4000C thì cần phải lót và cách nhiệt bên trong ống.

Khí lò thường vận chuyển trong kênh gạch. Nếu nhiệt độ thấp thì xây bằng gạch đỏ, khi nhiệt độ cao phải xây gạch samốt bên trong.

132

Để chuyển vận khí, thường dung quạt gió hay máy nén khí. Ống dẫn nhiên liệu lỏng thường bằng thép hàn hoặc ghép bằng mặt bích. 6.2 CÁC KIỂU VAN

133

Người ta phân biệt van ngắt mạch, phân dong, van điều chỉnh lưu lượng khí, van xả khí hay van đưa khí vào, van đổi chiều, van bảo hiểm. Về nguyên tắc làm việc người ta còn chia ra loại van thuỷ lực va van khô.

Trên đường ống dẫn không khí và nhiên liệu khí sạch, người ta dung cửa van để cho khí vào hay xả khí ra hoặc điều chinh lưu lượng khí. Trong trường hợp ống dẫn có cỡ đường kính nhỏ ta có thể dung các loại khoá ( như của hệ thống dẫn nước). Ống dẫn khí than kích thước lớn ta sử dụng van mâm kiểu khô và thuỷ lực( HÌnh 5.1). Nếu nhiệt độ khí quá cao thì phải làm nguội khí bằng nước.

Để điều chỉnh lưu lưọng khí lò người ta thường dung tấm chắn bằng thép nếu nhiệt độ thấp, hoặc gang nếu nhiệt độ cao. Các tấm chắn này thường trượt theo rãnh của khung thép đặt hơi nghiêng. Với kết cấu như vậy việc kéo tấm chắn sẽ nhẹ nhàng hơn ( xem hình 5.2). Khi nhiệt độ khí cao hơn 5000C thì các tấm chắn phải làm nguội bằng nước. Đôi khi ở nhiệt độ cao người ta chế tạo tấm chắn bằng tấm gạch hoặc bêtông samốt. Thuỳ theo khối lượng tấm chắn, ta có thể nâng hay hạ tấm chắn bằng tời quay tay hoặc bằng tời điện.

Để ngăn ngừa sự phá hỏng ống dẫn khí dưới áp suất tăng đột ngột, người ta đặt các van bảo hiểm: van nổ và van ngắt mạch.

134

Van nổ thường đặt ở đầu ống dẫn khí để chịu lực nổ. Khi nổ van cần phải mở ra

để loại hỗn hợp bắt cháy và khi áp suất hạ thấp nó cần phải đóng lại. Cấu tạo của van nổ xem trong hình 5.3. Trong điều kiện bình thường, nắp 3 được đậy thật kín vào khung 2 nhờ qua đôi trong 4 khi áp suất tăng đột ngột, nắp 3 bị đẩy ra như trong hình vẽ. Mẫu 5 co nhiệm vụ giữ nắp không bị bật quá xa.

Đối với khí sạch, người ta còn bịt đầu ống bằng tấm chì hoặc nhôm mỏng 1.Khi nổ thì đầu tiên tấm nhôm hay chì đó bị phá rách, sau đó nắp 3 bật ra để loại khí ra ngoài.

Van thuỷ lực cũng có tác dụng như van nổ, khi áp suất đột ngột tăng cao, nước ở mâm sẽ té ra do khí nén phụt qua.

Van ngắt mạch dung để cắt dòng khí khi đột ngột hạ thấp ( hình 5.4). Trong điêù kiện bình thường, áp suất khí cao sẽ đẩy mực nước tràn qua vòi 9 ra ngoài. Nếu đột nhiên áp suất hạ thấp nước ở cột bên dâng lềnh tràng vào buồng ống. Kết quả: nước sẽ ngập miệng ống khí và ngắt hoàn toàn dòng khí.

Trong lò nấu thuỷ tinh có buồng hồi nhiệt gián đoạn cần phải đổi chiều dòng khí một cách tuần hoàn. Nhằm mục đích đó người ta dung van đổi chiều. Đây là một hệ thống gồm nhiều van và tấm chắn (hình 5.5)

Không khí sẽ đi qua van 2 và kênh 3 vào buồng hồi nhiệt không khí 1. Trong khi đó khói lò từ bường hồi nhiệt 4 qua kênh 5 ra kênh khói 7. Điều chỉnh sức hút ống khí bằng tấm chắn 8.

Khi đổi chiều van 2 đóng lại, hạ tấm chắn 6 xuống mở van 8 và nâng tấm chắn 10 lên: không khí sẽ qua van 9 qua kênh 5 vào buồng hồi nhiệt 4, khói lò từ buồng hồi nhiệt 1qua kênh 3 vào kênh khói 7.

Điều khiển vị trí của van và tấm chắn bởi cột và hệ thống điện 12. Trong thực tế còn gặp nhiều kiểu van đổi chiều khác. Hình 5.5

135

5.3 NỀN MÓNG CỦA LÒ.

Lò thường được xây dựng trên móng lò nhằm phân bố áp lực của lò trên nền đất. Kích thước của móng lò phụ thuộc vào áp lực cho phép của nền đất. Tuỳ theo cấu tạo của địa chất mà áp lực của nền đất dao động trong khoảng từ 6Kg/cm2 đối với đất chắc, tới 1,5kg/cm2 đối với nền cát bão hoà nước ở đa số lò nung trừ lò đứng, lò quay và một vài loại lò khác lực đè lên nền không vượt quá 1kg/cm2.(9,81 N/cm2) vì vậy kích thước của móng lò không cần phải tính toán và thiết kế. Ở những lò có kèm theo thiết bị cơ khí cũng như ống dẫn khí và ống khói thì móng lò cần phải riêng rẽ. Đặc biệt móng nhà, móng cột nhà, không được làm chung với móng lò để tránh nứt lò.

Móng lò thường là bêtông hay bêtông cốt sắt. Trên móng lò cần phải xây một lớp vật liệu để nhiệt độ móng lò không vượt quá 300-3500C thì phải dung bêtông chịu nhiệt.

Chiều dày của móng lò cần đảm bảo để áp lực của lò và thiết bị kèm theo truyền lên toàn bộ móng, đồng thời ở móng lò không được phép có lực uốn hay trượt quá lớn. Thông thường chiều dày móng bêtông dưới tường lò và cột lò với cường độ đất cao không nhỏ hơn 500mm, dưới tường kênh dẫn khí không nhỏ hơn 120mm. Để giảm tải trọng lên đất móng cần phải mở rộng một góc. Đại lượng góc này với tường dung vữa hỗn hợp là 270 vữa xi măng 340 và bêtông 450.

Trong trường hợp lò đặt cao như lò thuỷ tinh chẳng hạn, thì tải trọng truyền từ lò đến móng lò ở dưới đất qua cột lò bằng bêtông cốt sắt. 5.4 TƯỜNG LÒ.

Tường lò thường được xây bằng gạch chịu lửa, gạch cách nhiệt và gạch xây dựng ( gạch đỏ). Đa số trường hợp tường lò gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau. Song cũng có trường hợp chỉ dung một loại vật liệu, ví dụ ở lò nấu thuỷ tinh người ta xây tường lò bằng khối gạch( block) có kích thước lớn. Việc lựa chọn gạch chịu lửa để xây lò tuỳ thuộc vào nhiệt độ làm việc của lò và tính chất vật liệu gia công trong lò. Nhiệt độ làm việc cho phép của các vật liệu như sau: Hình 5.7 Sơ đồ xây tường lò

136

Chiều dày của tường lò cần đảm bảo cường độ cơ học tạm thời ít tổn thất nhiệt ra

môi trường xung quanh khi tiêu tốn vật liệu xây dựng nhỏ nhất. Chiều dày tường lò cũng cần đảm bảo để độ mặt ngoài cực đại khoảng 80-1000C đối với lò phòng. Chiều dày tối ưu của tường các lò khác thường được lựa chọn theo kinh nghiệm của các lò đã xây dựng. Cho nên khi thiết kế có thể dung những số liệu thực tế ở các lò tại nhà máy.

Chiều dày của tường cũng như vòm lò phải tương ứng với kich thước của gạch ( hình 5.7) gạch chuẩn bị sản xuất ra có kích thước 230x113x65mm. Vì vậy tường lò lấy theo chiều dài của gạch sẽ là: Chiều dày thực tế của gạch phải kê theo chiều dày của mạch xây. Khi xây, các mạch của gạch không được phép trùng nhau( trùng mạch) để lớp trên và lớp dưới giằng nhau chặt chẽ. Đồng thời theo chiều dày của tường, gạch cũng phải đổi chiều để ứng lực dọc theo tường lò (hình 5.7).

Nếu tường lò xây bằng nhiều lớp gạch khác nhau thì phải có gạch cầu để giăng lớp nọ với lớp kia thật chặt chẽ.

Samốt loại A đến 14500 Samốt loại B 1300 Samốt loại C 125 Samốt nhẹ 1250 Đinas 1650 Manhezi 1650 Crôm-Manhezi 1700 Manhezi-Crôm 1750 Gạch đỏ xây dựng 700 Gạch diatomit 700

137

Khi đốt nóng gạch sẽ dãn nở, nhưng có vài loại gạch như samốt chẳng hạn, trên nhiệt độ xác định sẽ co lại. Mạch xây cũng đóng vai trò bù trừ và giảm đại lượng dãn nở chung. Chiều dày của mạch xây phụ thuộc vào tính chất và điều kiện làm việc của gạch. Mạch xây là chỗ yếu nhất của tường cho nên mạch xây càng nhỏ càng tốt. Để mạch xây nhỏ thì kích thước gạch phải chính xác. Thông thường người ta phân loại mạch xây đặc biệt dày đến 1mm, mạch móng đến 2mm, mạch thường đến 3mm và mạch thô trên 3mm. Chiều dày của mạch xây xác định theo tiêu chuẩn kĩ thuật

Ở lò thuỷ tinh, tường lò xây bằng các xếp các khối gạch mài nhẵn lên nhau và gọi là “ xây khô”. Chiều dày mạch xây khi đó là nhỏ nhất.

Khi đốt nóng lò, tường lò bị dãn nở, nếu không chứa chỗ để tường dãn nở thì tường sẽ bị vênh và thậm chí bị phá huỷ. Vì vậy khi xây tường hoặc vòm lò cần phải chừa khe bù trừ sự dãn nhiệt gọi là khe dãn hay nở nhiệt. Độ dãn nở của tường phụ thuộc vào loại gạch, cho nên với mỗi loại gạch sẽ có chiều dày khe dãn nhiệt tương ứng. Cứ 5-7m vòm lò ta chừa một khe dãn nhiệt, chiều dày khe dãn nhiệt tính theo độ dãn nở của 1m tường lò như sau: Samốt 5-6m Dinas 12m Crôm-Manhezi 12m Manhezi 12-14m Gạch Talt 8-10m Khi xây, khe dãn nhiệt được nhét đầy bằng vật liệu co ép được( như amiăng hoặc hỗn hợp đất sét với amiăng) hay bằng vật liệu cháy được ( như gỗ bị cháy khi đốt lò). Khi dãn nhiệt cần bố trí sao để không yếu tường lò và không thông khí ra ngoài. Muốn vậy khe dãn nhiệt không được trùng mạch thành đường thăng theo chiều cao và chiều dày của tường lò. Để đạt mục đích đó người ta bố trí khe dãn nhiệt thành đường zich zắc theo mạch xây. Ở vòm lò người ta cũng bố trí khe dãn nhiệt như tường lò. 5.5 VÒM LÒ

Vòm lò là phần quan trọng nhất trong kết cấu của lò. Trong công nghiệp thường gặp 3 loại vòm: vòm bán nguyệt, vòm cung và vòm phẳng hay vòm treo( hình 5.8).

Vòm cung và vòm bán nguyệt được xây bằng gạch nêm xác định theo bán kính cung lò. Ở vòm phăng hay vòm treo người ta dung vật dị hình treo hay móc lên khung thép. Có trường hợp người ta treo từng viên, có trường hợp người ta treo một khối gồm một số gạch ( Xem hình 5.9 và 5.10). Hình 5.8: Các kiểu vòm bán nguyệt (a) Vòm cung (b) và vòm treo (c).

138

Phố biến nhất trong công nghiệp là vòm cung ( hình 5.8b) với chiều cao vòm lò là

f, chiều rộng lò hay cung lò B và góc tâm α Có thể có góc tâm bất kỳ và mỗi giá trị sẽ có một loại gạch tương ứng. Như vậy sẽ phải sản xuất nhiều loại gạch để xây vòm lò. Đẻ tránh lãng phí, người ta chỉ sản xuất với một số góc tâm nhất định. Cho nên khi thiết kế phải lựa chọn góc tâm trong tiêu chuẩn đó. Phố biến nhất là vòn lò có góc tâm bằng 60o

tức R = B và chiều cao vòm lò tuynnen thường lấy f = 5.7

1 B hoặc f = 61 B. Ở lò nấu thủy

tinh thì thường lấy f = 81 B (Vòm dinas). Nếu là vòm bán nguyệt thì f =

21 B.

Quan hệ giữa các thông số của vòm lò như sau:

f=R(1- cos2a );

2sin

2aB ~R (5-1)

R=

2sin2 aB (5-2)

Khi xây vòm cung thì phải có gạch chân vòm. Chiều dày vòm lò phụ thuộc vào cung lò. Nếu cung lò dài đến 3 m thì chiều dày vòm lò dày 230 mm, cung lò dài đến 5,5 m vòm lò dày 245 mm, cung lò dài đến 7.25 m vòm lò dày đến 460 mm.

Dưới tác dụng của tải trọng, vòm lò sẽ đè lên gạch chân vòm một lực. Lực này phân thành 2 lực thành phần: A- Lực đẩy ngang và B- Lực thẳng góc (Hình 6.11). Lực thẳng góc bị triệt tiêu bởi phản lực của tường lò. Nếu không chống lực đẩy ngang thì vòm lò sẽ bị sập. Lực đẩy ngang A tính theo ccong thức sau:

A= R.cos2a =

2Pg

2agcot

2Pg

= x (5.3)

Trong đó: cotgQA

AROA

2a

==

P- Khối lượng phần vòm giữa hai cột lò có chiều dài L (kg)

x- tỷ lệ QA hay cotg

2a tìm ở bảng sau:

139

Góc tâm, độ 38 45 56 60 74 100 180 f/B 1/12 1/10 1/8 1/7,5 1/6 1/4 1/2 R/B 1,82 1,3 1,06 1,0 0,83 0,625 0,5 x = A/Q 2,9 2,4 1,88 1,74 1,32 0,76 0,0 Qua bảng trên chúng ta thấy rằng góc ở tâm càng nhỏ thì chiều cao vòm lò càng nhỏ và lực đẩy ngang càng lớn. Lò còn phải làm việc ở nhiệt độ cao và lực đẩy ngang sẽ tăng theo nhiệt độ. Vì vậy lực đẩy ngang tính toán được ở trên phải nhân với hệ số K.

Nhiệt độ lò oC K Đến 900 2,0 Đến 1100 2,5 Đến 1300 3,0 Đến 1500 3,5 Đến 1750 4,0

Đại lượng lực đẩy ngang này rất cần tính toán để lựa chọn khung giằng lò, cột lò và thanh chắn gạch chân vòm. 5.6-KHUNG LÒ. Lò thường được kẹp chặt bởi khung lò bằng thép. Khung này có nhiệm vụ nhận sức đẩy ngang của vòm lò, áp lực của vật liệu, lực nở do ứng suất nội của tường và lực tác dụng bên ngoài. Hình 5.12: Các kiểu khung lò. a)- Khung rời b)- Khung “cứng” c)- Khung kín. 1/ Cột lò 2/ Thanh giằng 3/ Thép chắn chân vòm

140

4/ Thép nối các cột lò 5/ Vỏ thép của khung kín. Các kiểu khung lò cho trong hình 5-12.

Loại khung kín có giá trị như là vỏ thép bằng thép lá hàn lại. Ví dụ lò gió nóng, lò quay xi măng có khung kiểu này. Vỏ thép chẳng những chịu tải trọng của lò mà còn bao kín lò, nghĩa là khí không thông với bên ngoài. Khung lò thông thường gồm cột lò, thanh giằng lò. Cột lò đặt dọc theo hai bên lò, giữa những cột lò có các thanh nối. Có hai kiểu khung: Khung “cứng” và khung rời. Ở loai Hinhve

141

khung cứng, thanh giằng lò được hàn chặt với cột lò. Do đó khung lò không được điều chỉnh được theo độ dãn nở của lò mà chỉ hướng độ dãn nở đó vào khe dãn nhiệt của lò. Ơ khung rời, thanh giằng lò như là những bulông cỡ lớn ghép chặt với cột lò. Nhờ đó chúng ta có thể điều chỉnh khung lò theo độ dãn nở của lò. Loại khung rời có nhiều ưu việt hơn cho nên chúng ta thường gặp trong công nghiệp. Cột lò và thanh giằng lò được ghép với nhau theo hình 5.13a. Chân cột lò cũng được ghép chặt với tường lò bằng bulông hoặc chôn vào bê tông móng (nếu là khung cứng).

Hình 6.13 Các kiểu giằng lò.

Cột là thường làm bằng thép CT3 với lực uốn cho phép 12000-13000 N/cm2 và thanh giằng 8000-8500 N/cm2. Tính toán kích thước của cột lò và thanh giằng cũng như tính toán cơ khí thông thường. Với thanh chắn gạch chân vòm, momem uốn cực đại xác định theo công thức:

Mmax= 8LAt (N.cm) (5-4)

Mômen kháng của thanh chắn xác định bằng: W=Mmax/ σ (5-5) Trong đó: At –Lực đẩy ngang của vòm At =A.K σ - cường độ uốn cho phép, N/cm2 L- khoảng cách giữa hai cột lò, khoảng 1-3 m. Từ trị số W ta sẽ chọn loại thép có kích thước tương ứng. Đối với mỗi cột lò, mômen uốn cực đại phải chịu:

Mmax = CAt21

21

/ hhhh

(N.cm) (5-6)

Mômen kháng của cột lò W cũng xác định như trên. Trong đó trị số h1 và h2 xem trong hình 5.11, hệ số C phụ thuộc vào chiều cao vòm lò f và tỷ lệ f/S ( S là chiều dày vòm lò).

Tỷ lệ f/B Tỷ lệ f/S Hệ số C 3 1,19 2 1,31 1/5 1 1,79 4 1,14 1/8 3 1,20

142

2,5 1,24 2 1,32 1,5 1,47 1 1,89 3 1,20 2 1,32 1/5 1 1,93

Lực kéo của thanh giằng xác định theo công thức:

Thanh giằng trên: A1 = C.At21

2

hhh+

(N) (5-7)

Thanh giằng dưới ( hoặc bulông ghép cột lò với lò):

A2 = C.At21

1

hhh+

(N) (5-8)

Đường kính của thanh giằng tròn:

d= ( )

πσ.A 2,1 (cm) (5-9)

Khung lò thường không được vượt quá 50-150 oC. Nếu trên 200-300 oC cường độ thép sẽ bị hạ đi. Trong trường hợp quá nóng, thanh

giằng bị dãn dài ra và sẽ không kẹp chặt cột lò với tường. Vì vậy ở khung rời có thể xiết chặt bulông lại được nhưng cũng không được phép vượt quá nhiệt độ trên.

143

CHƯƠNG 6

SẤY VÀ LÒ SẤY

6.1.Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH SẤY. Sấy là quá trình loại trừ hơi ẩm khỏi vật liệu bằng cách bốc hơi chúng ra khỏi môi trường xung quanh. Quá trình sấy chỉ thực hiện được trong trừơng hợp khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy hơn áp suất ở môi trường xung quanh, nghĩa là Pvl>Pmt. Áp suất hơi nước trong vật liệu sấy phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và đặc tính của hơi ẩm đó với vật liệu. Nếu tăng nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu thì Pvl giảm xuống. Môi trường xung quanh có thể là không khí hoặc hỗn hợp không khí với khói lò. Áp suất hơi nước của môi trường phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường mà ta khống chế. Hầu như trong tất cả các nhà máy Silicat đều có quá trình sấy nguyên liệu hoặc bán thành phẩm hoặc thành phẩm. Trong nhà máy ximăng, than cần phải sấy để dễ dàng qua quá trình nghiền và tăng nhiệt sinh của nó. Nếu sản xuất ximăng bằng phương pháp chuẩn bị phối liệu dạng khô thì cần phải sấy nguyên liệu ban đầu (đá vôi đất sét), hoặc các phụ gia (sỉ lò cao hoạt hóa, trepen…). Trong các nhà máy gốm sứ, vật liệu chịu lửa, cũng cần phải sấy các nguyên vật liệu ban đầu như đất sét, cát… đến độ ẩm xác định. Các bán thành phẩm sau khi tạo hình thường có cường độ cơ học nhỏ và độ ẩm còn quá cao, nếu không sấy nhằm loại bớt hơi ẩm và tăng cường độ cơ học thì sẽ tăng phế phẩm và giảm năng suất của lò nung. Ở các nhà máy thủy tinh, những nguyên liệu ban đầu như cát, đá vôi, dolomite… cũng cần phải sấy khô trước khi nghiền nhằm tăng năng suất của máy nghiền và phối liệu chính xác. Để thực hiện các quá trình sấy cần phải cung cấp nhiệt. Lượng nhiệt này tương ứng với lượng nhiệt lý thuyết để bốc hơi ẩm và lượng nhiệt tổn thất. Tùy thuộc vào phương pháp sấy, cấu tạo lò sấy, dạng liên kết hơi ẩm với vật liệu mà lượng nhiệt cung cấp sẽ nhiều hay ít. Sấy vật liệu và sản phẩm có thể thực hiện bằng phương pháp sấy tự nhiên và nhân tạo. Sấy tự nhiên là quá trình hong khô ngoài trời, trong nhà với động lực sấy là không khí tự nhiên. Sấy nhân tạo được tiến hành trong các lò sấy với đông lực sấy là không khí nóng hoặc hỗn hợp không khí với khói lò. Trong công nghiệp, phổ biến nhất là sấy nhân tạo vì năng lượng lớn, chất lượng cao và ổn định, chủ động. 6.2 DẠNG HƠI TRONG VẬT LIỆU.

Hơi ẩm (nước) trong vật liệu có nhiều dạng liên kết. Mỗi dạng liên kết đòi hỏi một năng lượng phá hủy. Dựa theo đại lượng năng lượng phá hủy sự liên kết đó mà viễn sĩ P.P.Rebinder phân loại hơi ẩm trong vật liệu như sau:

Hơi ẩm liên kết hóa học. Đó là lượng hơi ẩm hóa hợp với vật liệu theo một tỉ lệ chính xác để tạo thành một chất mới. Lực liên kết ở đây là liên kết ion hoặc phân tử và không thể loại trừ bằng phương pháp sấy. Ví dụ nước trong các khoáng caolinit Al2O3.2SiO2.2H2O ,thạch cao CaSO4.2H2O chỉ có thể loại trừ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sấy. Hơi ẩm liên kết hóa lý được chia làm 3 loại: nước hấp thụ, nước thẩm thấu, nước cấu trúc.

Nước hấp thụ có được là do trên bề mặt pha rắn còn có năng lượng dư, nhờ đó pha rắn hấp thụ được những phân tử hơi nước ở bề mặt xum quanh. Đồng thời với quá

144

trình hấp thụ hơi nước trên bề mặt pha rắn lại có quá trình xâm nhập hay khuyếch tán hơi ẩm vào trong khối thể của pha rắn.

Điển hình nhất về nước hấp thụ là phụ gia thủy lực như trepen, diatomit. Diatomit có thể dùng như chất hấp thụ nước, hơi và khí thẩm thấu trong vật liệu có được là do áp suất thẩm thấu gây nên. Áp suất này xuất hiện nhờ sự hòa tan các chất trong dung dịch. Nước dạng này thường đặc trưng cho những vật liệu hữu cơ nhiều hơn.

Nước cấu trúc gắn với vật liệu rắn có thể do làm xít đặc (ép) hay đóng rắn những ngạch tạo ra sớm hơn. Vì vậy nước đó sẽ nằm ở các chỗ hở. Nước cấu trúc đặc trưng nhất cho đất sét mịn bentonit.

Hơi ẩm liên kết cơ lý nằm ở các mao quản do lực mao quản và sức căng bề mặt. Tại mao quản áp suất hơi nước thấp hơn nhiều so với áp suất hơi của môi trường hoặc áp suất hơi ở mặt lồi, vì thế hơi nước sẽ ngưng tụ trong mao quản do hơi nước truyền từ ngoài vào. Ở những lổ lớn (r>10-5 cm ) không xẩy ra việc ngưng tụ hơi nước vì áp suất hơi trong đó gần bằng áp suất ngoài trời . Nếu nhúng vào nước, các lổ lớn cũng bị lấp đầy nước. Nhưng nước này không liên kết với vật liệu vì vậy nước đó gọi là nước thấm ướt hay nước tự do.

Khi sấy có thể loại trừ nước cở lý và hóa lý. Song không thể loại trừ nước liên kết hóa học. Khi sấy chúng ta chỉ có thể hạ độ ẩm vật liệu đến độ ẩm cân bằng ứng với độ ẩm và nhiệt độ môi trường. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất các vật liệu thường sấy đến độ ẩm cuối cùng và độ ẩm đó tùy thuộc vào yêu cầu của sản xuất. 6.3.QUÁ TRÌNH SẤY ĐỒ GỐM

Chúng ta hãy khảo sát các tấm lót bằng đất sét trong điều kiện: Nhiệt độ và độ ẩm động lực sấy không đổi, áp suất hơi nước trên bề mặt lớn hơn áp suất hơi nước của động lực sấy. Do chênh lệch áp suất hơi đó, hơi ẩm sẽ được bốc hơi đi từ bề vật liệu chỉ liên quan đến khuyếch tán ngoại tức các thông số bên ngoài. Do bốc hơi ẩm từ bề mặt, nước lại chuyển từ trong ra bề mặt dưới tác dụng của độ chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và trong vật liệu.

Quá trình sấy thường kèm theo biến đổi khối lượng vật liệu sấy do hơi ẩm bị loại trừ. Nếu biết độ ẩm và khối lượng ban đầu của vật liệu có thể vẽ được đường cong biến đổi độ ẩm trong một đơn vị thời gian dw/dZ = f(Z) tức là tốc độ sấy .

Quá trình sấy có thể chia làm 3 giai đoạn: • Giai đoạn đốt nóng.

Giai đoạn này đặc trưng bằng độ tăng nhiệt độ vật liệu và sự biến đổi độ ẩm không lớn lắm. Tốc độ sấy khi đó tăng rất nhanh đến đại lượng không đổi – điểm A (hình 6.1). Cuối giai đoạn này nhiệt độ bề mặt vật liệu duy trì không đổi và có cân bằng giữa lượng nhiệt hấp thụ bởi vật liệu và lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi. Sau đó là tiếp theo giai đoạn tốc độ sấy không đổi.

• Giai đoạn tốc độ sấy không đổi. Trong giai này tốc độ duy trì không đổi và về trị số bằng tốc độ bốc hơi từ bề mặt

hở. Vì bốc hơi nước từ bề mặt vật liệu cho nên hơi ẩm từ trong đi ra và ở bề mặt vật liệu vẫn có độ ẩm. Nhiệt độ bề mặt vẫn có độ ẩm. Nhiệt độ bề mặt vật liệu tm gần bằng nhiệt độ bầu ướt và duy trì không đổi suốt trong giai đoạn này (đường 3 hình 6.1 ). Áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu bằng áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bề mặt tm và không phụ thuộc vào độ ẩm vật liệu.

Giai đoạn này là giai đoạn quan trọng và cũng nguy hiểm bậc nhất vì trong giai đoạn này sản phẩm sẽ bị co kéo theo ứng suất co. Tốc độ duy trì không đổi đến khi độ

145

ẩm của vật thể hạ đến độ ẩm tới hạn Wth (điểm K1) và trên bề mặt vật thể độ ẩm hạ tới độ ảm hút wh, từ lúc này quá trình sấy bước sang giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp.

Độ ẩm hút là độ ẩm cân bằng của vật liệu trong môi trường có áp suất hơi bão hòa nghiã là độ ẩm môi trường φ= 100%

Trong thực tế sản xuất, điểm chuyển từ giai đoạn 2 sang giai đoạn 3 hơi khó xác

định. Vì điều kiện phân bố hơi giống nhau, cho nên có chỗ ở trên bề mặt độ ẩm vật thể nhỏ hơn độ ẩm hút, có chỗ còn lớn hơn độ ẩm hút. Đó là độ ẩm trung bình của toàn vật liệu. Độ ẩm tới hạn chỉ phụ thuộc vào chế độ sấy, chiều dày sản phẩm và hệ số dẫn ẩm. Khi sản phẩm đạt đến độ tới hạn thì nó kết thúc quá trình co và quá trình sấy tiếp theo chi làm tăng độ xốp của vật thể mà thôi.

• Giai đoạn độ sấy hạ thấp. Trong giai đoạn này tốc độ sấy dần dần hạ thấp và khi độ ẩm đạt đến độ ẩm cân

bằng thì tốc độ sây trở nên bằng không, nghĩa là không có hiện tượng sấy nữa. Do giảm lượng nhiệt tiêu tốn cho quá trình bốc hơi cho nên một phần nhiệt dùng

để đốt nóng sản phẩm lên. Vì vậy, nhiệt độ vật thể tăng dần lên và chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường (động lực sấy) với sản phẩm ngày càng giảm.

Việc giảm tốc độ sấy trong giai đoạn này là do áp suất riêng phần của hơi nước ở trên bề mặt của vật liệu hạ xuống và trở nên nhỏ hơn áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bề mặt.

Đại lượng độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và thông số của môi trường xung quanh nghía là nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. Ví dụ ở một loại đất sét, độ ẩm cân bằng biến đổi theo độ ẩm và nhiệt độ môi trường biểu thị trong hình 6.2

Các giai đoạn sấy kể trên thấy rõ ràng nhất ở vật liệu có độ ẩm cao. Quá trình sấy có thể khác ít nhiều vì khi sấy bề mặt bốc hơi bị thay đổi, do có kẻ nứt và xuất hiện bề

146

mặt bốc hơi mới. Nhiệm vụ của chúng ta là lựa chọn điều kiện tối ưu về nhiệt độ, độ ẩm tương đối của động lực sấy và thời gián sấy nhằm đảm bảo sấy nhanh và không có phế phẩm.

Qua phân tích ở trên chúng ta thấy ở giai đoạn có ứng suất có gây phế phẩm là giai đoạn thứ hai. Vì vậy cần phải không vỡ, vênh, nứt. Còn trong giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp vì ở giai đoạn này không có ứng suất co. 6.4 SỰ CHUYỂN HƠI ẨM BÊN TRONG VẬT THỂ.

Khi sấy sản phẩm đồ gốm, hơi ẩm được bốc hơi đi từ bề mặt của chúng, do đó nồng độ hơi ẩm ở trung tâm trở nên lớn hơn so với bề mặt.

Kết quả hơi ẩm lại chuyển từ trung tâm ra bề mặt dưới tác dụng của chênh lệch (gradient) độ ẩm hay nồng độ hơi ẩm giữa trung tâm và bề mặt của nó.

Cơ cấu và tốc độ chuyển hơi ẩm khi các thông số động lực sấy như nhau (Pavlov) phụ thuộc hình dạng, sự liên kết hơi ẩm với vật liệu và những tính chất khác của nó. Hơi ẩm có thể vận chuyển ở dạng lỏng hoặc dạng hơi.

Hiện tượng chuyển hơi ẩm ở dạng lỏng dưới tác dụng của lực mao dẫn và lực khuyết tán thẩm thấu, A.V.Lưtov gọi là độ dẫn ẩm. Khi đó sự chuyển hơi ẩm tỷ lệ với gradient độ ẩm trong vật thể. Hơi ẩm vận chuyển ở dạng lỏng khi độ ẩm của vật thể lớn hơn độ ẩm hút.

Hiện tượng chuyển hơi hoặc chuyển vận bằng khuyếch tán gọi là độ dẫn hơi. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi độ ẩm của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút và các mao quản thường bị chiếm chỗ bởi chất lỏng.

Khi có mặt gradient nhiệt độ bên trong vật thể, do có dòng xuất hiện mà hơi ẩm chuyển từ chỗ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp hơn. Trường hợp này Lưtov gọi là nhiệt độ gần hoặc lớn hơn 100o C thì mới ở dạng hơi.

Toàn bộ dòng hơi ẩm hay lượng hơi ẩm chuyển đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị bề mặt bên trong vật thể, m được xác định bằng phương trình sau:

hmKgxPDK

xwKm 2

00 /100

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+±⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−=

δδγγδ

δδγ (6.1)

.m:tốc độ dẫn ẩm. (kg/m2.h) Trong đó: K hệ số dẫn ẩm (m2/h). Hệ số K là lượng hơi ẩm chuyển đi trong một

đơn vị thời gian, qua một đơn vị bề mặt khi chênh lệch nồng độ hơi ẩm 1g/cm3 trong một đơn vị chiều dài.

γ0 _Trọng lượng thể tích của vật liệu khô tuyệt đối (Kg/m3). δ hệ số gradient nhiệt 1/0 C . D hệ số chuyển hơi m2/h.atm.

xwδδ ,

xtδδ ,

xpδδ - gradient độ ẩm, nhiệt độ và áp suất hơi xuất hiện trong vật thể.

Số hạng đầu của phương trình trên biểu thị sự chuyển hơi ẩm ở dạng hơi và lỏng do tác dụng của gradient độ ẩm và K. Dấu âm có nghĩa là độ ẩm hay nồng độ ẩm giảm dần theo chiều chuyển động của nó. Với đất sét và các vật liệu khác, khi độ ẩm của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút (điểm tới hạn) trị số K phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ vật thể. K giảm nếu giảm độ ẩm và nhiệt độ. Nếu độ ẩm lớn hơn độ ẩm hút thì K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ vật thể và tăng

147

nếu tăng nhiệt độ. Ví dụ ở một loại đất sét K=11,3.10-5 m2/h khi nhiệt độ vật thể = 350C khi chênh lệch độ ẩm của đất sét từ 21,4 đến 8,9%. Số hạng thứ hai biểu thị sự chuyển hơi ẩm dưới tác dụng của gradient nhiệt độ. Nếu nhiệt độ bề mặt vật liệu tm lớn hơn trung tâm thì hơi ẩm sẽ chuyển từ bề mặt vào trung tâm vật thể (khi sấy bức xạ và đối lưu), hoặc kìm hãm ngăn trở sự chuyển hơi ẩm từ trong ra ngoài. Khi sấy cao tần, nhiệt độ bên trong vật thể lờn hơn nhiệt độ bề mặt, hơi ẩm sẽ chuyển từ trong ra mặt ngoài vật thể làm quá trình sấy tăng nhanh (dấu âm). Trị số δ đối với đất sét (và các vật thể xốp có mao quản khác) phụ thuộc vào độ ẩm của chúng. δ có trị số lớn nhất ở điểm tới hạn, nó sẽ giảm nếu càng xa điểm này tức là tăng hay giảm độ ẩm. Ví dụ ở một lại đất sét δ =0,0006 1/0C khi W=5%, δ =0,00125 1/0C khi W=10%, δ =0,00076 1/0C khi W=20%. Số hạng thứ ba biểu thị sự chuyển hơi ẩm dưới dạng hơi dưới ảnh hưởng của gradient áp suất dư và D. Hiện tượng này xảy ra khi sấy bức xạ và tần số cao, do nhiệt độ tương tự như K, nghĩa là tăng nhiềt độ thì D tăng. Khi độ ẩm vượt quá điểm tới hạn thì D không phụ thuộc vào độ ẩm nữa, nếu dưới điểm tới hạn thì D giảm độ ẩm vật thể. Khi t=115÷1200C và độ ẩm lớn hơn độ ẩm tới hạn thì trị số D ở loại đất sét D=1.1C-

4m2/h.atm. Thực tế nhiệt độ, độ ẩm và áp suất bên trong vật thể này càng cao thì tốc độ sấy càng lớn. Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi tức là độ ẩm vật thể lớn hơn độ ẩm hút (tới hạn), đối với các tấm vật liệu đất sét, hơi ẩm được loại trừ khỏi vật liệu ở dạng lỏng. Vì là tấm mỏng nên chênh lệch nhiệt độ theo chiều dày coi như bằng không 0=∆t do đó hơi ẩm phân bố theo chiều dày sản phẩm S là đương parabol và lượng hơi ẩm chuyển từ trong tới mặt vật liệu luôn luôn không đổi và bằng lượng hơi ẩm tách ra từ bề mặt vật liệu ra môi trường xung quanh. Lượng hơi ẩm này tỉ lệ với gradient độ ẩm bề mặt.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

xw

mδδ

= - ( )SWW mt

1004 − (6.2)

và dòng hơi ẩm sẽ bằng:

m=mx

wK⎟⎠⎞

⎜⎝⎛δδγ

1000 = ( )

1004 0 mt WWK −γ Kg/ m2.h (6.3)

Hình 6.3 sơ đồ phân bố độ ẩm (a) và ứng suất (b) theo chiều dày sản phẩm. Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, trị số của K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của vật thể để có thể xác định được.

148

Ví dụ: Khi nghiên cứu phối liệu gồm 40 ÷45% đất sét và 55÷60% samốt. Khi độ ẩm W>Whút, K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

K= sec/cm10.8,2290T 2

0

5

γ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

(6.4)

Khi độ ẩm W<Whút , K phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm

K= 0,2 + )5.6sec(/cm10.8,2290T

WT00246,0133,0

T3734,1 2

0

514

γ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−−+

−

−

Trong đó T - nhiệt độ vật liệu .0K m-trọng lượng vật liệu khô trong một đơn vị thể tích vật liệu ẩm, g/cm3 w- độ ẩm vật thể, % Giả thiết hệ số dẫn ẩm K phụ thuộc vào độ nhớt của nước, thì giá trị K trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi có thể xác định gần đúng theo công thức (chỉ đúng khi nhiệt độ từ 30 đến 600C). K= Kh [ ])10(03,0 +dt cm2/sec (6.6) Kh - hằng số đối với mỗi loại vật liệu. Ví dụ đất sét làm gạch. Kh = 0,695 .104 cm2/sec, đất sét làm ngói Kh=0,515.104cm2/sec td – nhiệt độ đất sét 0C. 6.5. ỨNG SUẤT CO VÀ BIẾN DẠNG KHI SẤY Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, sản phẩm sấy bị co lai. Đối với vật liệu đất sét, sự phụ thuộc giữa kích thước và độ ẩm được biểu thị bằng phương trình sau: l=l1 ( )[ ]11 ww −+α cm (6.7) l- kích thước dài ban đầu của vật thể ở độ ẩm w tính bằng cm. l1- kích thước dài của vật thể ở độ ẩm w1 , cm. W- độ ẩm ban đầu của vật thể, độ ẩm tuyệt đối. W1 độ ẩm cuối cùng của vật thể, khi đó kết thúc co, độ ẩm tuyệt đối(vì đất sét w1=wth). wα -hệ số độ dài, là độ giảm tương đối kích thước dài của vật liệu khi loại trừ khỏi vật liệu 1% hơi ẩm (khoảng bằng 0,006). Độ co dài tuyệt đối của sản phẩm: 1lll −=∆ , cm (6.8) Độ co tương đối:

11

1

λλδ ∆

=−

=l

llw cm hoặc

1λλδ ∆

=w 100% (6.9)

Thay thế vào phương trình trên (7.9) giá trị l (6.7)

( )[ ] ( )1111

1

1 1ww

lwwll

llw

ww −=

−−+=

−= α

αδ (6.10)

Do phân bố hơi ẩm không đếm theo chiều dày sản phẩm có hình dạng đơn giản (tầm, cầu, trục), lớp bên ngoài được sấy khô sớm hơn nên bị co, còn lớp bên trong chưa được sấy hay sấy chậm hơn, vẫn giữ kích thước ban đầu. Kết quả lớp bên ngoài bị kéo căng bởi lớp bên trong, và lớp bên trong bị nén bởi lớp bên ngoài, điều đó dẫn tới nứt nẻ hoặc cong vênh sản phẩm.

149

Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, hơi ẩm phân bố theo chiều dày S theo đường parabol. Bề mặt của tấm có ứng suất kéo, ứng suất này giảm dần vào phía trong vật thể và bằng không ở bề mặt trung gian. Ở đây độ ẩm của lớp bằng độ ẩm tao hình của vật thể.

Sau đó ứng suất kéo (-) chuyển sang ứng suất nén (+) và ứng suất nén tăng dần đến gia trị cực đại ở trung tâm vật thể. Đại lượng ứng suất xuất hiện phụ thuộc vào chênh lệch nồng độ hơi ẩm

mattam CCC −=∆ hoặc chênh kệch độ ẩm mattam WWW −=∆ giữa tâm và bề mặt vật thể và hệ số đo dài α mà không phụ thuộc vào chiều dày của sản phẩm. Nói cách khác, ứng suất xuất hiện khi sấy phụ thuộc vào đại lượng co. Qua kết quả kiểm tra thực nghiệm những giả định trên, người ta xác định được rằng thông số hay chuẩn số tạo kẽ nứt quyết định chế độ sấy và khả năng xuất hiện ứng suất nguy hiểm và kẽ nứt trong vật liệu gốm ẩm là chênh lệch độ ẩm cho phép cực đại là độ ẩm trung bình của vật thể và độ ẩm tren bề mặt của nó wm, tức là: %)( maxmax. mtbm WWW −=∆ (6.11) Trong điều kiện phân bố hơi ẩm theo hình parabol theo chiều dày của tấm(trụ,cầu……) thì chuẩn số quyết định là chênh lệch độ ẩm cho phép cực đại ở trung tâm vật thể wt và bề mặt của nó wm tức là: %)( maxmax mtb WWW −=∆ (6.12) Đối với mỗi loại đât sét thì chuẩn số tạo kẽ nứt này được xác định bằng thực nghiệm chứ không phải bằng phương pháp tính toán. Trị số nW∆ và naxW∆ không phụ thuộc vào chiều dày vật thể, mà chỉ phụ thuộc vào loại đất sét vì cường độ đất sét khi đó tăng lên. 6.6.NGUYÊN NHÂN XUẤT HIỆN KẼ NỨT Khi sấy ta thương gặp một số dạng phế phẩm do nứt nẻ. Chúng ta hãy khảo sát những nguyên nhân gây nên phế phẩm đó. Sản phẩm dạng tấm có thể bị phá huỷ hoàn toàn khi sấy hai phía đều xuất hiện chênh lệch độ ẩm tới hạn theo chiều dày của chúng. Do có chênh lệch độ ẩm tới hạn nên cường độ sấy tăng quá nhanh. Vì thế lớp bề mặt co nhiều trong khi đó lớp ở giữa co quá ít. Kết quả mặt nứt xuất hiện theo toàn thể tích của sản phẩm (hình ). Nếu sấy sản phẩm mỏng như tấm lát, ngói ta có thể gặp phế phẩm do nứt cạnh và nứt tâm.(hình ) Vết nứt cạnh thường xuất phát từ cạnh sản phẩm trong giai đoạn đầu của quá trình sấy. Sự biến đổi độ ẩm ở cạnh, góc sản phẩm nhanh hơn ở trung tâm, do đó ở cạnh, góc sẽ co nhiều hơn và nhanh hơn. Nếu chênh lệch độ ẩm ở cạnh góc và trung tâm vượt quá giới hạn cực đại cho phép thì vết nứt sẽ nỏ ra từ cạnh của chúng. Nứt tâm là vết nứt ở phần giữa mặt sản phẩm. Ở khu vực gần cạnh góc đã kết thúc quá trình co, tức là đã bước sang giai đoạn sấy thứ 3, trong khi đó phần giữa sản phẩm vẫn đang co tức là vẫn đang ở giai đoạn sấy thứ 2, lớp ngoài đã vững chắc sẽ kéo căng lớp trong, cuối cùng lớp trong bị đứt thành dạng nứt tâm. Để tránh nứt cạnh và nứt tâm cần phải tránh tạo ra chênh lệch độ ẩm giữa cạnh góc và phần giữa của sản phẩm. N.N.Dobrokhotov và A.F .TrizKii đã chứng minh điều đó bằng thực nghiệm như sau: lấy dầu mazút, dầu máy bôi lên góc cạnh của tấm lát,

150

ngói. Những chất trên cản trở bốc hơi nước ở cạnh làm giảm chênh lệch độ ẩm giữa cạnh góc và phần giữa của sản phẩm. Cho nên phế phẩm ở dạng này không xuất hiện khi sấy. Khi xếp sản phẩm lên khung sấy, khung sấy sẽ giữ sản phẩm lại. Do sản phẩm co, cho nên đoạn giữa hai khung phải có kích thước nhỏ hơn khoảng cách của khung. Vì vậy trên sản phẩm sẽ có vết nứt ở một hoặc hai chỗ ứng với cạnh của khung sấy. Trường hợp này gọi là nứt khung. Để tránh nứt khung cần phải lót trên mặt khung cát min hoặc tro để sản phẩm có thể trượt trên khung khi co. Hình 6.4. Caùc daïng pheá phaåm do nöùt. a) - Nöùt maët b) – Nöùt caïnh c) – Nöùt taâm d) – Nöùt do khung

Kẽ nứt có thể xuất hiện ở ngay cả sản phẩm đã sấy khô. Song kích thứơc kẽ nứt rất nhỏ goi là nứt viti. Nguyên nhân cơ bản là do sản phẩm sấy quá khô, khi ra ngoài sản phẩm sẽ hút nước từ không khí bên ngoài. Kết quả mạch liên kết giữa các hạt đất sét bị phá vỡ bởi nước hấp thụ đó. Có thể ngăn ngừa nứt viti bằng cách: không được sấy khô quá đến độ ẩm thấp hơn độ ẩm cân bằng trong không khí ngoài trời, không đặt sản phẩm sấy khô trong môi trường quá ẩm, nên bố trí sấy và nung liên hợp để không phải bốc dỡ từ sấy sang nung qua môi trường bên ngoài. 6.7. TOÁC ÑOÄ SAÁY.

Toác ñoä saáy laø löôïng hôi aåm loaïi khoûi vaät lieäu trong moät ñôn vò thôøi gian töø 1m2 beà maët boác hôi (kg/m2.h). Toác ñoä saáy trung bình sau thôøi gian (h) khi beà maët boác hôi F(m2) vaø löôïng nöôùc boác hôi w(kg) ñöôïc xaùc ñònh baèng: Mtb = kg/m2. h (6.13) Ñaïi löôïng Mtb cuõng ñöôïc goïi laø cöôøng ñoä saáy. Khi saáy ñoái löu nhöõng saûn phaåm moûng, Mtb ñaït ñöôïc 0,4 kg/m2.h vaø khi saáy böùc xaï -3,25 kg/m2.h

Toác ñoä saáy trong nhöõng giai ñoaïn thôøi gian rieâng bieät bieán ñoåi nhieàu theo söï bieán ñoåi ñoä aåm, nhieät ñoä, tính chaát vaät lyù cuûa vaät lieäu vaø ñoäng löïc saáy.

W F.T

151

Toác ñoä saáy trung bình toái öu xaùc ñònh baèng thöïc nghieäm hoaëc baèng tính toaùn. Khi ñoù cheânh leäch ñoä aåm cho pheùp theo chieàu daøy saûn phaåm laø chuaån soá quyeát ñònh.

Trong giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi, toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi (khoâng gaây veânh nöùt saûn phaåm) Mmax ñoái vôùi saûn phaåm daïng taám coù chieàu daøy S trong ñieàu kieän saáy ñoàng ñeàu 2 phía ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Mmax = 0,04Kγ0 kg/m2. h (6.13) K – Heä soá daãn aåm, m2/h, noù phuï thuoäc vaoø loaïi vaät lieäu saáy. γ0 – Trong löôïng theå tích cuûa ñaát seùt khoâ 1600 ÷ 1800 kg/m3 ∆Wmax = (Wtb - Wm)max Cheânh leäch ñoä aåm cho pheùp cöïc ñaïi theo chieàu daøy saûn phaåm giöõa taâm vaøbeà maët cuûa chuùng, %. Ñaïi löôïng naøy phuï thuoäc vaøo loaïi vaø cöôøng ñoä ñaát seùt.

Töø phöông trình treân ta thaáy raèng, Mmax tyû leä nghòch vôùi chieàu daøy S, neáu taêng nhieät ñoä vaø giaûm ñoä aåm thì Mmax coù theå taêng leân vì trò soá K taêng leân vaø ∆Wmax taêng leân.

A. F TrizSki ñaõ nghieân cöùu söï phuï thuoäc ∆Wmax vaøo ñoä aåm ban ñaàu wd vaø nhieät ñoä cuûa ñaát seùt cuûa moät loaïi ñaát seùt. Hình 6-5 vaø 6-6.

∆Wmax

S

152

Hinh ve

153

Giaù trò cuûa heä soá K vaø ∆Wmax ñoái vôùi moät vaøi loaïi ñaát seùt trong baûng 6.1 vaø 6.2 Giaù trò cuûa ∆Wmax Baûng 6.1 Teân ñaát seùt Wd % ∆Wmax % Taùc giaû nghieân cöùu Ñaát spondilov 25 12,0 A. F TrizSki 30 9,0 Ñaát poltavsk 25 4,5 - 30 3,6 - Ñaát Beskudnikov 14 1,3 A. V Lökov 20 3 Giaù trò heä soá K Baûng 6.2 Teân ñaát seùt Ñoä aåm trung

bình Wtb % Nhieät ñoä t0C

K γ0 Kg/m2.h

Taùc giaû nghieân cöùu

Ñaát Trasov 5 60 0,075 P.V Sokolov 1,8 60 0,013 “ Ñaát Nicolaev 6,7 60 0,064 “ 1,5 60 0,04 “ Ñaát Spondilov - 40 0,068 P.I BorensteinÑaát Odinsov 11 20 0,017 “ 11 40 0,041 “ 11 60 0,079 “ Qua hai hình veõ 6-5 vaø 6-6 vôùi hai baûng treân ta thaáy roõ, neáu taêng chieàu daøy cuûa taám thì toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi giaûm ñi. Ngöôïc laïi neáu taêng nhieät ñoä ñaát seùt thì toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi taêng. Ñoái vôùi saûn phaåm phöùc taïp, V. N Zimin ñeà nghò duøng chieàu daøy ñöông löôïng δ. δ = cm (6.14) V – Theå tích saûn phaåm m3 F – Beà maët boác hôi m2 Neáu δ caøng lôùn, toác ñoä saáy cho pheùp cöïc ñaïi caøng nhoû.

Töø phaân tích treân, muoán taêng toác ñoä saáy vaät lieäu töø ñaát seùt thì phaûi taêng nhieät ñoä cuûa chuùng. Ñeå thöïc hieän ñieàu naøy nhieàu nhaø khoa hoïc ñaõ ñeà nghò laøm ñaát seùt aåm khi nhaøo troän baèng nöôùc noùng hay hôi nöôùc noùng. Nhôø taêng nhieät ñoä ñaát seùt neân heä soá daãn aåm taêng leân, ñoàng thôøi nhieät daãn aåm cuøng chieàu vôùi daãn aåm laøm toác ñoä saáy taêng leân, ruùt ngaén thôøi gian saáy tôùi vaøi laàn, haï thaáp pheá phaåm do nöùt neû.

Trong giai ñoaïn toác ñoä saáy haï thaáp, saûn phaåm khoâng co, khoâng coù öng suaát co, cho neân coù theå taêng toác ñoä saáy leân baèng caùch ñieàu chænh thoâng soá ñoäng löïc saáy. Bieát toác ñoä saáy Mmax coù theå xaùc ñònh ñöôïc thoâng soá ñoäng löïc theo coâng thöùc sau: Mmax = 0,112 β (pm – pdl) kg/m2.h (6-15)

V 100

F

154

β - Heä soá chuyeån khoái β = 0,00168 ÷ 0,00128 v, 1/h (6-16) v- Toác ñoä ñoäng löïc saáy 1,8 ÷ 3m/sec. pm , pdl – AÙp suaát rieâng cuûa phaàn hôi nöôùc baøo hoøa ôû nhieät ñoä beà maët tm (35-450C) vaø moâi tröôøng, N/m2 Töø phöông trình treân coù theå tìm thaáy pdl, sau ñoù theo bieåu ñoà I-d vaø theo tm- nhieät ñoä baàu öôùt vaø pdl ta tìm thoâng soá ñoäng löïc saáy tdl vaø ϕdl ñoái vôùi giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi. 6.8. ÑOÄ AÅM TÔÙI HAÏN VAØ ÑOÄ AÅM CUOÁI CUØNG.

Ñoä aåm tôùi haïn wth % laø ñoä aåm khi ñoù saûn phaåm keát thuùc giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi vaø keát thuùc co. Noù phuï thuoäc vaøo moät loaït nhaân toá: cheá ñoä saáy, chieàu daøy saûn phaåm, toác ñoä saáy M kg/m2.h, ñoä aåm huùt Wh % vaø heä soá daãn aåm K m2/h.

Khi ñoä aåm phaân boá theo chieàu daøy saûn phaåm thaønh ñöôøng parabol thì söï phuï thuoäc Wth vaøo caùc nhaân toá treân coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc cuûa A. V Lökov: Wth = Wh + (6.17) A- Heä soá hình daïng saûn phaåm taám -2, truï -4, caàu -6 Töø phöông trình treân ta thaáy raèng wth taêng leân ngöôïc laïi taêng K vaø trò soá wth giaûm ñi vaø moãi loaïi saûn phaåm, S vaø laø haèng soá, cho neân wth caøng lôùn thì M/K caøng lôùn.

Neáu taêng toác ñoä aâm töông ñoái ζ vaø nhieät ñoä cuûa ñoäng löïc saáy khoâng thay ñoåi, thì ñaïi löôïng wth seõ giaûm ñi raát nhieàu do giaûm M vaø taêng K, vì nhieät ñoä baàu öôùt seõ taêng leân, töùc tm taêng leân do ñoù M/K → 0.

Ñoä aåm cuoái cuøng wc coù yù nghóa raát lôùn, vì khi saûn phaåm ñaït ñöôïc wc, saûn phaåm seõ keát thuùc quaù trình saáy: chæ tieâu naøy quyeát ñònh thôøi haïn cuoái cuøng vaø cöôøng ñoä cô hoïc. Theo A.T. AvgustiniK, khi wc cuûa phoái lieäu söù 26 vaø 18% cöôøng ñoä neùn cöïc ñaïi cuûa noù ñaït 0,1 vaø 4,8 kg/ cm2. Theo A. V Lukov cöôøng ñoä neùn thay ñoåi töø 0,4 ñeán 11kg cm2 khi ñoä aåm cuûa ñaát seùt töø 28 ñeán 4%. 6.9. ÑOÄ NHAÏY CUÛA ÑAÁT SEÙT

Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt laø khuynh höôùng xuaát hieän cuûa keõ nöùt khi saáy saûn phaåm ñaát seùt. Neáu ñoä nhaïy lôùn, keõ nöùt caøng deã taïo ra khi tôùi ñoä saáy nhoû vaø ngöôïc laïi.

Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt phuï thuoäc vaøo ñoä co, ñoä deûo, thaønh phaàn khoaùng, ñoä mòn cuûa ñaát vaø löôïng kim loaïi kieàm haáp phuï treân beà maët haït ñaát seùt. Neáu loaïi ñaát seùt caùc haït < 2 µm thì ñaát seùt trôû neân coù ñoä nhaïy cöïc nhoû töùc ñoä co nhoû.

Nöôùc bò loaïi tröø trong ba giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi keøm theo co saûn phaåm ta goïi laø nöôùc co, trong giai ñoaïn toác ñoä saáy haï thaáp, nöôùc loaïi tröø ñi chæ ñeå laïi caùc loã xoáp maø khoâng co saûn phaåm, goïi laø nöôùc taïo loã xoáp. Theo Z. A. Nosova ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt chính laø theå tích co Vco vaø theå tích xoáp cuûa noù Vloã Wth = = (6.18) V0 : Theå tích maãu ñaõ saáy khoâ

100. m . A Kγ0

V G0 - G V0 - V

Vco Vloã

V0 ( ) - 1

155

V: Theå tích maãu aåm G : Troïng löôïng maãu aåm G0 : Troïng löôïng maãu khoâ Ñaát seùt coù ñoä nhaïy cao Kn ≥ 2 A. F. Trizski ñeà ra coâng thöùc ñoä nhaïy: K = (6.19) Wñ : Ñoä aåm ban ñaàu Wth : Ñoä aåm tôùi haïn

Khi ñoù saûn phaåm keát thuùc co. Ñoä aåm naøy xaùc ñònh theo ñaïi löôïng coù ñoä daøi cuûa maãu phaúng trong ñieàu kieän saáy töï nhieân trong hình 6-7 bieåu thò keát quaû do wth cuûa 10 loaïi ñaát seùt khaùc nhau vôùi wñ khaùc nhau. Tuy nhieân vieäc xaùc ñònh tröïc tieáp ñoä nhaïy khoâng ñaùp öùng ñöôïc vaán ñeà toác ñoä saáy an toøan vaø cöïc ñaïi hay thôøi gian saáy an toøan nhoû nhaát vôùi caùc loaïi ñaát seùt.

Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt xaùc ñònh ñuùng nhaát theo: Kñ = = Sec/kg (6.20) Kn , Kt caøng lôùn toác ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt caøng lôùn. Giaù trò Kñ cuûa caùc giaù trò phoái lieäu khaùc nhau caàn phaûi ñöôïc xaùc ñònh khi nhieät ñoä ñaát seùt khaùc nhau. Xaùc ñònh Kñ phöùc taïp hôn nhieàu cho neân coù theå xaùc ñònh Kt , sau ñoù xaùc ñònh theo coâng thöùc:

Hình 6-7: Ñöôøng cong co daøi cuûa maãu 16 x 110 x 110mm. Ñieåm gaãy: ÖÙng vôùi ñoä aåm tôùi haïn wth . Ñieåm xuaát phaùt töø truïc hoaønh – ñoä aåm ban ñaàu wñ = Mmax ≈ (6.21) A : Heä soá phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä beà maët saûn phaåm (trong baûng 6-3) Kc : Ñoä nhaïy cuûa ñaát seùt khi saáy (baûng 6-4) Baûng 6-3: Giaù trò heä soá A theo nhieät ñoä beà maët tm tm 0C 60 55 50 45 40 35 30 A 1,01 0,89 0,8 0,75 0,70 0,62 0,53 Baûng 6-4 : Giaù trò ñoä nhaïy K0

Wñ Wt.h

1 MmaxS 25

K∆Wmax

1 Kñ

0,09A K3

c + 1

156

Tính ñaát seùt Kc Taùc giaû nghieân cöùu Ñaát seùt Grodov 50% caùt 50% 0,73 A. F Trizski Ñaát seùt Spondilov 1,17 “ Ñaát seùt Donbass 1,73 “ Ñaát seùt Mikhailov 3,00 “ Ñaát seùt Nikiforov 1,71 “ Kaolin Glukhoâvex 0,37 A. N Droban Kaolin Prosianov 0,74 A. V Sokolov Phoái lieäu söù 1 1,24 “ Phoái lieäu söù 2 0,85 “ Phoái lieäu söù 3 1,15 “ 6.10. THÔØI GIAN SAÁY Thôøi gian saáy an toaøn ngaén nhaát trong giôùi haïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi xaùc ñònh: Zmin = , Sec (6.22) S: Chieàu daøy saûn phaåm (khi saáy gñ 2), cm Ñaïi löôïng wth xaùc ñònh theo coâng thöùc 6-17

Neáu thoâng soá ñoäng löïc saáy khoâng ñoåi, xuaát phaùt töø toác ñoä saáy trong giai ñoaïn toác ñoä saáy khoâng ñoåi M = Mmax thì thôøi haïn saáy trong giai ñoaïn toác ñoä saáy haï thaáp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:

Z2 = [(wth – wob) lg ] , Sec (6.23) wcb : ñoä aåm caân baèng wc : ñoä aåm cuoái cuøng khi saáy Trong giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp tốc độ sấy không bị giới hạn bởi ứng suất co, nên có thể tăng nhiệt độ động lực sấy lên cao và giớn hạn Z2 có thể giảm đi. Toàn bộ thời gian sấy:

3600

ZZZ 2min += , h (6.24)

Vì trong thực tế quá trình sấy không tiến hành đồng đều nên thời gian sấy thực tế phải nhân lên với hệ số Kk . Lò Tuynnen Kk = 1,2 - 1,5 lò sấy phòng Kk=1,5 – 3. Khi sấy vật liệu chịu lửa samot thời hạn sấy có thể xác định theo công thức của A.A.Samilin. hKZ k ..5,3. 2δ= (6.25) Chiều dày “tính toán” xác định theo V.N.Zinim

100FV

=δ (cm) (6.26)

V:thể tích của vật thể F:Bề mặt bốc hơi thực tế 6.11.CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY

S2 (wñ -wth) 8K∆Wmax

1,15. S. γ0 100M

Wth - wcb Wc - wcb

157

Trong công nghiệp gốm người ta dùng các phương pháp sấy khác nhau đối với vật liệu và sản phẩm. Theo phương thức truyền nhiệt người ta phân chia thành các loại sau:

6.11.1 Sấy đối lưu. Hơi ẩm bốc đi do hơi nhiệt truyền cho sản phẩm bằng cách tiếp xúc chất tải nhiệt

hay động lực sấy ( khói lò hoặc không khí nóng ) với sản phẩm đó. Nhiệt lượng trao đổi bằng đối lưu càng lớn tốc độ sấy càng nhanh. Do đó theo chiều dày của sản phẩm có chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và trung tâm, kết quả hơi ẩm sẽ truyền từ lớp bên trong ra ngòai bề mặt sản phẩm.

Trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ bề mặt cao hơn bên trong do đó dòng nhiệt dẫn dưới tác dụng của gradient nhiệt độ hướng vào trong lòng sản phẩm làm chênh lệch hơi ẩm theo chiều dày sản phẩm càng lớn và đó là nguyên nhân xuất hiện kẽ nứt. Tuy nhiên phương pháp sấy đối lưu vẫn là phương pháp phổ biến nhất trong công nghiệp do tính đơn giản của nó.

6.11.2 Sấy bức xạ. Trong trường hợp này nhiệt tiêu tốn cho quá trình bốc hơi được truyền từ các mặt

đốt nóng bằng bức xạ. Khi đó nhiệt độ bề mặt vật liệu sẽ tăng lên rất nhiều so với nhiệt độ bầu ướt với

các thông số của môi trường xung quanh. Kết quả chênh lệc áp suất riêng phần trên bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh tăng lên, làm tốc độ sấy tăng lên nhiều lần. Cũng như trên, vì nhiệt độ bề mặt tăng nhanh nên dòng nhiệt dẫn ẩm hướng vào bên trong sản phẩm. Cho nên độ ẩm phần bên trong ở giai đoạn đầu trở nên lớn hơn độ ẩm trung bình ban đầu và chênh lệch độ ẩm theo chiều dày là lớn nhất làm cường độ bốc hơi từ bề mặt tăng lên.

Vì chênh lệch độ ẩm theo chiều dày lớn nên không thể sấy các sản phẩm dày, phức tạp. Phương pháp này dùng hiệu quả nhất đối với sản phẩm mỏng như chén, bát, và tốc độ sấy có thể tăng lên 10-12 lần cường độ bức xạ và sấy phụ thuộc vào công suất của dòng bức xạ. Để sấy sản phẩm bằng phương pháp này ng ười ta dùng các panen kim loại hay gốm được đốt nóng lên 450-8500C bằng điện hay khí, kinh tế hơn 8-16 lần so với phương pháp dùng thanh điện cực. Việc sử dụng bóng điện bức xạ không tốt lắm, do bức xạ không đều và không tạo được trường nhiệt độ đòng đều theo toàn bộ bề mặt vật liệu sấy với phương pháp tương tự khi sấy tấm lót từ độ ẩm 7,5-1%, thời gian sấy khoảng 17-20 phút và tiêu tốn năng lượng điện 2,5 K Wh cho 1Kg hơi ẩm bốc hơi (Khoảng 9000 KJ/Kg hơi ẩm bốc hơi).

Khi sấy bát, chén sứ thời gian sấy 7-8 phút, khi nhiệt độ khí trong panen bức xạ 450-8500C và khoảng cách bức xạ 200mm.

6.11.3 Sấy cao tần. Nhiệt độ bốc hơi trong trường hợp này là hiệu ứng nhiệt độ tác dụng của trường

điện cao tần. Trong khi đó toàn bộ thể tích vật liệu được đốt nóng như nhau, song bề mặt ngoài của sản phẩm dày toả nhiệt ra môi trường xung quanh và hơi ẩm bốc đi từ bề mặt (có tiêu tốn nhiệt), cho nên nhiệt độ bên trong lớn hơn nhiệt độ bên ngoài. Kết quả dòng nhiệt dẫn ẩm dưới tác dụng của gradient nhiệt độ đi từ lòng ra mặt sản phẩm, tức là cùng chiều với mặt dẫn ẩm ( bởi gradient độ ẩm) kết quả tốc độ sấy tăng lên.

Thay đổi tần số, công suất, cường độ bốc hơi có thể điều chỉnh được chênh lệch độ ẩm nằm trong phạm vi cho phép).

158

Theo G.A.Maksinov, khi đốt nóng mạnh vật liệu ẩm trong trường điện cao tần, ở bên trong sản phẩm có áp suất hơi dư khi nhiệt độ vật liệu >600C ) và áp suất này tăng theo nhiệt độ, gradient áp suất dư đó là động lực chính để truyền hơi ẩm.

Sấy cao tần dùng rất tốt đối với các sản phẩm dày, to như sấy sản phẩm nặng 100 Kg từ độ ẩm 29-30% xuống 23-24% khi chênh lệch độ ẩm cho phép theo tiết diện<1% có thể thực hiện sau 45 phút.

6.11.4 Sấy điện tiếp xúc. Nhiệt bốc hơi khi sấy tiếp xúc là hiệu ứng nhiệt sinh ra do dòng điện trực tiếp đi

qua sản phẩm sấy nhờ độ dẫn điện của chúng. Ưu điểm của phương pháp này cũng như ở sấy cao tần, nghĩa là gradient độ ẩm và

gradient nhiệt độ hoàn toàn trùng nhau. Do đó quá trình sấy nhanh và đều đặn. Thay đổi điện áp và cường độ dòng điện có thể điều chỉnh được tốc độ sấy. Điện trở của vật liệu tỷ lệ nghịch và độ ẩm của chúng. Ví dụ điện trở riêng của phối liệu làm nồi nấu thuỷ tinh là 1250-1500 3/ cmmΩ khi chứa hơi ẩm tự do và bằng 2500-3000 3/ cmmΩ khi độ ẩm còn 2-3%.

Phương pháp này thường áp dụng đối với các sản phẩm to lớn và dày, ví dụ như nồi nấu thuỷ tinh, các khối xây lò thuỷ tinh. Thời gian sấy đối với nồi nấu thuỷ tinh dung tích 0,75 tấn là 360-480 giờ, tiêu tốn điện năng để bốc hơi 1Kg hơi ẩm khoảng 3300-4200 Kj/Kg hơi ẩm. Đối với khối xây lò thuỷ tinh từ Wđ=28% đến Wc=4,8 % kéodài 577 giờ và tiêu tốn gần 7000Kj/Kg hơi ẩm bốc hơi. Đôi khi cũng dùng để sấy các thỏi phối liệu trước khi tạo hình sứ điện.

Ngoài bốn phương pháp trên ta còn gặp các phương pháp hỗn hợp đối lưu-bức xạ, đối lưu-cao tần, cao tần-bức xạ. 6.12. YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI LÒ SẤY. Trong công nghiệp người ta phân loại lò sấy theo đặc tính về cấu tạo, trao đổi nhiệt,…

• Theo chu trình làm việc người ta chia lò sấy liên tục và gián đoạn. • Theo phương thức truyền nhiệt có lò sấy đối lưu, bức xạ cao tần và điện tiếp xúc. • Theo dạng động lực sấy ta có các lò làm việc bằng không khí nóng, khí lò, hơi

nước và dòng điện. • Theo dang vật liệu sấy ta chia lò sấy sản phẩm tạo hình và lò sấy vật liệu tơi dạng

hạt. • Theo sơ đồ chuyển động của vật liệu và động lực sấy ngược chiều và cùng chiều. • Theo cơ cấu tạo ra có lò sấy tuynnen, lò sấy đứng, sấy phòng, lò sấy thùng

quay… • Theo phương pháp trao và vận chuyển nguyên liệu có lò sấy phun, lò sấy xích

chuyền, lò sấy tầng sôi, lò sấy nghiền liên hợp. Yêu cầu chung đối với lò sấy là:

- Tốc độ sấy lớn nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng vật liệu sấy. - Tiêu tốn điện năng và nhiệt năng trên 1kg hơi ẩm bốc hơi nhỏ nhất. - Sấy đồng đều theo toàn bộ thể tích lò sấy. - Cường độ thể tích ( lượng hơi ẩm bốc hơi từ 1m 3 thể tích lò sấy ) lớn. - Dễ điều chỉnh thông số động lực sấy. - Cơ khí hoá được việc xếp dỡ và vận chuyển sản phẩm. - Có các thiết bị kiểm tra và thoả mãn tiêu chuẩn vệ sinh. Một trong những yêu cầu cơ bản là sấy đồng đều theo toàn bộ thể tích của lò sấy.

Do không đồng đều đặc trưng bằng độ ẩm khác nhau của vật liệu sấy cùng đặt trong một lò sấy (lò sấy phòng) hoặc một toa xe (lò tuynnen) và xác định bằng hệ số không đều

159

kK , hệ số này bằng tỷ lệ giữa hai độ ẩm cực đại Wmax và cực tiểu Wmin của sản phẩm sấy trong cùng một phòng sấy hay cùng một toa xe, khi chúng có cung độ ẩm ban đầu như nhau Wđ.

min

max

WW

=kK (6.27)

Thông thường kK >1 chỉ khi sấy lý thuyết kK =1. Hệ số không đều kK là một chỉ tiêu quan trọng của lò sấy vì nó là kích thước đo

sự hoàn thiện về phương diện chuyển vận và phân bố dòng khí, nó ảnh hưởng đến thời hạn sấy và độ đồng nhất của sản phẩm sấy. Nếu Kk càng lớn thời gian sấy càng dài.

Độ đồng đều trong lò sấy phòng thể hiện theo chiều cao và chiều dài của phòng sấy, trị Kk có thể tới 3 hoặc lớn hơn. Trong lò sấy tuynnen độ không đều thường lấy theo chiều cao lớp xếp trên xe và Kk=1,5-2.

Nếu tăng tốc độ động lực sấy va tốc độ dòng tuần hoàn có thể hạ trị số Kk. Ngoài ra trong lò sấy có thể có vật liệu kém phẩm chất hay do phế phẩm qua

nhiệt. Điều này có quan hệ tới chiều hướng chuỷen động nguyên liệu và động lực sấy (cùng chiều, ngược chiều…) Làm việc cùng chiều khi tốc độ sấy cho phép ở giai đoạn đầu lớn và nhiệt độ vật liệu sấy không được cao. Còn ngược chiều khi tốc độ sấy cho phép cao ở cuối quá trình sấy. 6.13.CẤU TẠO LÒ SẤY. 6.13.1 Lò sấy thùng quay.

1. Bunke nguyên liệu 2. nạp liệu 3. Ống dẫn nguyên liệu 4.Lò sấy 5. Buồng cuối lò 6. Ống dẫn 7. Gầu nâng 8. Buồng đốt 9. Siklon 10. Ống dẫn từ siklon 11. Động cơ chạy lò 12. Bệ đỡ 13. Quạt gió 14. Ống khói Lò sấy thùng quay phổ biến rộng rãi trong côngnghiệp silicat để sấy các vật liệu tơi dưới dạng hạt như cát, đất sét, than…

160

Phần chủ yếu của lò sấy thùng quay là ống trụ thép hàn hoặc tán rivê, khoảng không bên trong là khu vực sấy. Tuỳ theo đường kính của ống thép, chiều dày của thành ống từ 10 đến14 mm. Ống thép này đặt nghiêng 5-60 trên ổ trục quay. Để tránh tụt lò 1 trong 2ổ trụ đó có bệ đỡ. Hai đầu ống có hai buồng nhỏ để nạp tháo liệu và động lực sấy. Giữa ống thép và hai buồng này phải có đệm khí để ngăn không khí lạnh hút vào. Lò sấy thường quay với tốc độ 4-6 vòng /phút, do động cơ điện với hộp giảm tốc khoảng gần giữa lò. Động lực sấy có thể là không khí nóng. Khói lò thường dùng khói lò từ buồng đốt đơn giản. Để tránh bụi bay ra nhiều tốc độ động lực sấy không qua 2-3 m/s. Sơ đồ lò sấy thùng quay trong hình 6.8 Động lực sấy và vật liệu có thể đi cùng chiều và ngược chiều. Ngược chiều dùng cho cát, đá vì những vật liêu này có thể đốt nóng đến nhiệt độ cao ở gian đoạn cuối của quá trình sấy. Nhưng đa số vật liệu được sấy theo sơ đồ cùng chiều. Đặc biệt những vật liệu dẻo, ẩm khi sấy cùng chiều sẽ dễ loại hơi ẩm ban đầu và vật liệu sẽ dễ trở nên tơi. Đất sét khi sấy không được phép mất tính dẻo do quá nhiệt. Thông thường nhiệt độ khói ra khỏi lò sấy 110-1200C và vật liệu đất sét ra khỏi lò 70-800C. Chế độ sấy đối với các vật liệu khác nhau cho trong bảng 6-5. Để tăng cương trao đổi nhiệt, nguyên liệu sấy cần được đập vụn trong lò hoặc nguyên liệu cần phân thành những vật liệu nhỏ trong lò, cũng như tăng mặt tiếp xúc giữa vật liệu và dòng khí. Với mục đích đó trong 1 lò người ta đặt các bộ phận gọi là đệm, các kiểu đệm cho trong hình 6.9, khi sấy vật liẹu hạt thô người ta dùng lò sấy và các cánh sới đặt dọc theo lò. Với vật liệu nhỏ hơn, người ta dùng đệm kiểu ô hở. Vật liệu rất mịn tốt nhất dùng đệm kiểu ô kín, mỗi ô này là 1 kênh nhỏ chạy dọc theo lò khi lò quay, chiều cao rơi của vật liệu tương đối nhỏ. Để tăng độ đồng đều của quá trình sấy, năng suất của lò và kết hợp 1 phần vào giữa nghiền và sấy, người ta mắc xích ở 1 phần đàu lò khi quay, xích đập sơ bộ các cục đất to nhưng laị làm tăng lượng bụi theo dòng khí. Độ dày của vật liệu trong thùng quay dao động trong khoảng 0,15-0,20. Độ dày cao nhất ở lò quay có đệm kiểu ô bên trong. Bảng 6-5 Chế độ sấy trong lò sấy thùng quay. Vật liệu

Kích thước

Độ ẩm đầu %

Độ ẩm cuối %

Nhiệt độ khí vào 0C

Nhiệt độ khí ra 0C

Cường độ bốc hơi ẩm Kg/m3

Khối lượng thể tích vật liệu tơi Kg/m3

Kiểu đệm nên dùng

Đất sét Cao lin “ “ Cát “ Xỉ lò cao Than đá

Đến 40 “ “ “

22 25 27 19,8 6,0 15 21 25

5 0,5 0,7 1,8 0,3 3,0 0,3 15

600-700 800 800-1000 800-1000 1000 700 500 600

80-100 100 60 60 90 - 90 74

50-60 36 42 28 100 804 18-25 25,8

1800 1800 1500 1500 - - - -

Cánh sới Ô đệm Cánh sới “ Ô đệm “ “ Cánh sới

Xác định kích thước cơ bản Kích thước cơ bản của lò sấy thùng quay được xác định theo năng suất đã cho, hệ

số độ đầy nguyên liệu, tốc độ động lực sấy và cường độ bốc hơi. Theo A.P.Vorosilov, đường kính trong của lò sấy được xác định theo công thức sau:

161

v

VLDtq )1(

0188,0 00

β−= (m) (6.28)

L0 : Lượng động lực sấy khô. β : hệ số Độ đầy nguyên vật liệu trong thùng quay 0,15 ÷ 0,20 V0 : Thể tích khí ẩm tương ứng với 1 kg khí khô v: Tốc độ động lực sấy (khí) (m/s 2-3 m/s)

Chiều dài làm việc của thùng quay xác định theo công thức:

w

ktq

qVL

vGL

00cd

cd

)W100)(W100(

)1)(WW(360000

−−

−+=

β (m) (6.29)

Gk : năng suất lò sấy theo vật liệu khô tuyệt đối (Kg/h) Wd, Wc : độ ẩm đầu và cuối của vật liệu sấy % độ ẩm tương đối qw : Cường độ bốc hơi ( kg/m3.h) (bảng 7-5) Chiều dài thùng quay có thể xác định gần đúng theo lượng hơi ẩm bốc hơi từ vật liệu (Kg/h) , cường độ bốc hơi qw

2.785,0. tqwtq Dq

nL = (m) (6-30)

Công thức trên được rút ra từ:

tqtq

wtq LD

qnV

4. 2π

== (m3) (6-31)

Có thể xác định thể tích thùng quay theo:

tbv

tqtq tQKV∆

=α

(m3) (7-32)

Ktq: hệ số kể đến phần thể tích của thùng quay bị chiếm chỗ bởi đệm Ktq = 1,1÷ 1,2 Q: lượng nhiệt truyền từ khí cho vật liệu cháy (W) ∆ ttb : Hiệu số nhiệt độ trung bình logarit giữa khí và vật liệu ở đầu và cuối lò sấy, (độ) α v: Hệ số cấp nhiệt thể tích ứng với một đơn vị thể tích tự do của thùng quay không bị chiếm chỗ bởi đệm. Khi α v.v = 2,5 kg/m2 s, giá trị α v cực đại bằng 290 w/m3.độ

Nếu sấy đất sét có đệm cánh sơi với tốc độ quay trung bình 3-5 vòng/phút và độ ẩm từ 1,5 - 2,5 thìα v= 70-82 w/m3.độ. Khi sấy cát có hạt 0-3,5 mm thìα v = 90-106 w/m3.độ, với than 0-12 mm, độ ẩm 14- 3,5 % thìα v= 140w/m3.độ.

Luợng nhiệt truyền từ khí cho vật liệu cũng như tiêu tốn để bốc hơi ẩm và đốt nóng vật liệu có thể xác định theo phương trình: Q = (2493 +1,97tk – 4,2tvl)0,278n +0,278qvl ( W ) (6-33)

tk: Nhiệt độ lúc ra khỏi thùng quay (0C)

162

tvl: Nhiệt độ ban đầu của vật liệu khi vào thùng quay ( 0C) n: Lượng hơi ẩm bốc hơi (kg/h) qvl: tiêu tốn nhiệt để đốt nóng vật liệu (Kj/h)

Nếu biết thể tích động lực sấy Vk (m3/h), có thể xác định Dtq từ phương trình

)1(.3600

4βπ −

=tq

v

DK

V (m/s) (6-34)

Lấy v=2,5 m/s, β = 0,2

Dtq = 0,0133.Vk (m) (6-35) Trong thực tế lò sấy thùng quay được sản xuất hàng loạt theo tiêu chuẩn (bảng 6-6).

Khi đó, ta có thể cho gần đúng, rồi sau tính toán nhiệt, ta xác định kích thước của nó theo các công thức trên và điều chỉnh tốc độ khí lúc ra lò.

Thời hạn sấy trong thùng quay (thời gian lưu lại của các vật liệu trong thùng quay) xác định từ công thức sau:

tb

tq

GV ρβ

τ.

= ,(h) (6-36)

Vtq: thể tích thùng quay (m3)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−−

==cd W100

100W100

100

w

k

wtq q

KqNV (m3)

Trong đó: −ρ Mật độ vật liệu tới trong thùng quay khi độ ẩm trung bình (Wd +Wc)/2 đối với cát ρ = 1200 ÷ 1300 kg/m3, đất sét ρ = 1500 ÷ 1600 kg/m3

Gtb – Năng suất trung bình của thùng quay

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−−

=cd W100

100W100

1002

ktb

GG (m3) (6-38)

Gk- năng suất lò sấy theo vật liệu khô tuyệt đối xác định theo công thức A.P.Vorosilov (6-39) Thời gian vật liệu lưu lại trong lò sấy có thể xác định theo phương trình:

)W(W-200WW

...120cd

cd

−−

=wqρβτ (phút) (6-39)

Số vòng quay của lò sấy xác định theo công thức:

ατ tgD

LAn

tq

tgq ..

.= (vòng/ phút) (6- 40)

A - Hệ số, khi sấy ngược chiều đối với cát và đất sét có thể lấy bằng 0,4 ÷ 0,65 α - Góc nghiêng của thùng quay ,(độ) Công suất điện cần thiết xác định theo công thức của Voronlov Nd = 0.0013Dtq

3.Ltq.ρ.β (KW) (6- 41) β - Hệ số công suất, trong bảng 6-7

163

Bảng 6-6 Đặc tính kĩ thuật của lò sấy thùng quay Số của lò Chỉ tiêu

1 2 3 4 5 6 Đường kính trong Dtq, m

1,5 1,8 2,2 2,2 2,8 2,8

Chiều dài Ltq, m 8,0 12,0 12,0 14 12 14 Thể tích Vtq, m3 14,2 30,5 45,5 53,2 74 86,2 Tỷ lệ L/D 5,3 6,7 5,5 6,4 4,3 5,0 Số ổ đệm 25 28 28 28 51 51 Chiều dày vỏ thép S, m

10 12 14 14 14 14

Trọng lượng trung bình Gtb

13,6 24 42 45,7 65 70

Công suất điện KW

6,0 10 12,5 15 20 26

Bảng 6-7Giá trị hệ số công suất

Hệ số đầy β Kiểu đệm trong thùng quay 0,1 0,25 0,2 0,25

Hệ cánh sơi 0,038 0,053 0,063 0,071 Hệ ô hở 0,013 0,026 0,038 0,044 Hệ cánh chắn 0,0125 0,018 0,020 0,022 Hệ ô kín 0,006 0,008 0,01 0,011

Để xác định thể tích và kích thước thùng quay có thể sử dụng giản đồ của

K.A.Nokhratian (hình 6-10). Ví dụ cần lựa chọn lò sấy đất sét với năng suất 10 tấn/h. Từ Wd = 24 đến Wc = 4%

164

Ta tìm đệm ở trục hoành dưới (10 tấn/h) và điểm B ở trục hoành trên ứng với loại hơi ẩm phải loại trừ (24 – 4 = 20%), lấy cường độ bốc hơi theo bảng 6-5 là qw = 50 Kg/m3.h Đường thẳng qua A và đường ngang qua C gặp nhau ở điểm D. Chọn lò dung tích 44,5 m3 , đường kính 2,2 m, dài 12 m. khi đó cường độ bốc hơi thực tế ở điểm C ứng với 45 Kg/m3.h 6.1.3.2 Sấy nghiền liên hợp Quá trình sấy và nghiền đồng thời trong một hệ thống nhất định phổ biến rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp ở nhiều nước Châu Âu. Trong công nghiệp Silicat, nó dùng để sấy nghiền nguyên nhien liệu cho san xuat ximăng, san xuat thạch cao, cao lanh, đất sét và các vật liệu dạng hạt khác. Đây là một ống sấy có đường kính có thể đến 1m, trong đó sấy các vật liệu với kích thước hạt không quá 20mm(hình 6-11). Nguyên tắc làm việc như sau: đầu tiên nguyên liệu được đập sơ bộ trong máy đập 1 sau đó nhờ máy tiếp liệu 2, đưa nguyên liệu từ kích thước vào máy nghiền 3. Đây là loại máy nghiền đặc biệt, ngoài tác dụng nghiền của nó còn có tác dụng quạt các hạt nhỏ bay theo dòng khí . Động lực sấy đồng thời là tác nhân vận chuyển vật liệu sấy là không khí nóng hoặc khói lò từ buồng đốt 5. Vật liệu nhỏ bay theo dòng khí theo ống 4. Tức là vật liệu nằm ở trạng thái cân bằng trong dòng khí. Cuối cùng vật liệu được tích tụ tại cyclon 6 và nhờ vít ruột gà 8 đưa ra ngoài. Lực chuyển động khí ở đây do quạt hút 7 thành lập. Nếu vật liệu đã mịn , đôi khi không cần đến máy nghiền và ta chỉ còn hệ thống ống. Ngược lại khi sấy nghiền đồng thời, động lực sấy cho thẳng vào máy nghiền. Khi đó cường độ sấy tăng lên do bề mặt vật liệu sấy lien tục bị đập vỡ và do vật liệu bị đốt nóng phụ bới công cơ học của búa hay bi nghiền biến thành nhiệt(80% năng lượng biến thành nhiệt năng),cũng có trường hợp ngay ở máy nghiền độ ẩm hạ đến yêu cầu và ống sấy 4 không cấn đến nữa .

Trường hợp cần sấy vật liệu có kích thước hạt lớn hơn trong trạng thái cân bằng người ta dung hệ thống nghiền phun .Một trong những kiễu này dung trong công nghiệp gốm ở CHDC Đức cho trong sơ đồ hình 6-12 loại này có thể sấy đất sét ,cao lanh ở dạng lỏng, dẻo hay cục. Ở loại này nguyên liệu qua máy tiếp liệu 1 và máy đập 2. Sau đó theo

165

máy tiếp liệu 3 vào máy nghiền 4 nấu nguyên liệu không cần nghiền (bánh đất sau khi ép dọc khung bản, hoặc hỗn hợp) thì đưa trực tiếp vào máy tiếp liệu 3. Máy nghiền nhanh sẽ tung nó theo đường ống 5 vào phòng sấy 6 để tạo dòng xoáy.Vật liệu thông qua sang rung 8, hạt nhỏ theo gàu nâng (hoặc ống khí) 9 vào vít vận chuyển 10 và két chứa 11. Dòng khí đi qua hệ cycon 12 và quạt hút 13 ra ngoài . Chế độ làm việc của lò sấy nghiền cho trong bảng 6-8.

Độ ẩm tuyệt đối của vật liệu (%)

Nhiệt độ khí 0C Nguyên liệu Kích thước hạt (mm) Wđ Wc Ban đầu Lúc sau

Tốc độ chuyển động (m/s)

Than 0-3 45-55 2-40 500 260-340 12-31 Than 3-6 45-55 2-40 500 260-340 12-31 Than 6-10 45-55 2-40 500 100-240 12-31 Than 0-15 40-60 27-43 200-400 150-190 17-20 Than 0-20 47-51 26-34 400 150-280 30-44 Than cám Antra 0-15 8-14 3-5 240-380 320 16-25 Than bùn 0-10 100-140 18-57 400-700 100 19-33 Sulfat manhe 0-8 92-97 11-25 610-720 273-350 40-42

166

Cường độ sấy theo hướng hơi ẩm ở lò sấy nghiền liên hợp rất cao q w =300-350 kg/m3h. Động l ực sấy đi vào ống sấy có nhiệt độ 300-8000C và tốc độ 10-35 m/s . Hạt vật liệu càng nhỏ, hàm lượng hơi ẩm tự do càng cao lò sấy này càng kinh tế hơn. Hợp lý hợp lý hơn cả khi sấy trong ống sấy này có kích thước hạt không quá 10mm, nhiệt độ ban đầu không quá nhỏ hơn 600oC và cuối cùng 100-5000C. Mật độ vật liệu 0,5-1,5 kg/kg khí. Ở lò sấy phun tốc độ khí đi trong ống 5 khoảng 15-20 m/s, ở phòng sấy 6 hạ xuống còn 4-5m/s. Xác định kích thước của máy sấy nghiền liên hợp

Trong lò sấy thùng quay khoảng 60% vật liệu nằm ở trạng thái cân bằng còn ở đây 100%. Vì tốc độ vận chuyển nhanh và bề mặt bốc hơn cao, do đó cường độ bốc hơi lớn hơn và thời gian sấy kéo dài khoảng 1,5-2,5 giây. Vật liệu này được tách ra trong cyclon . Tiết diện ngang của ống sấy được xác định theo tốc độ và động lực sấy .

)(4. 2

2

mvVDF

k

k==π (6-42)

Từ đây đường kính trong ống sấy bằng: (6-43)

D=k

k

vV

.13.1 (m) (6-43)

167

Vk -Lượng động lực sấy đi vào ống sấy ở nhiệt độ ban đầu m3/s vk-Tốc độ động lực sấy (m/s) Tốc độ động lực sấy bao giờ cũng vượt quá tốc độ giới hạn của hạt lớn nhất đi trong ống để không tạo sức cản thuỷ lực lớn (do các hạt lớn lắng đọng ) và không cần thiết tăng kích thước ống sấy. Ngược lại nếu tốc đọ khí nhỏ hơn tốc độ tới hạn thì vật liệu sẽ tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống ,năng suất lò sấy sẽ giãm, đường kính sẽ tắc nếu không có máy nghiền ở dưới .Thường tốc độ khí phải lấy cao hơn 10-20% tốc độ tới hạn của hạt lớn nhất . Tốc độ tới hạn được xác định bởi cân bằng giữa lực trọng trường và áp suất tốc độ của khí.

V. FV

g kth

vl ..2

..2

ρξρ = ( N) (6-44)

V-thể tích hạt vật liệu m3. vlρ -Mật độ hạt vật liệu kg/m3 ( mật độ biểu kiến ) ξ -hệ số can . Vth-tốc độ giới hạn của hạt m/s F-bề mặt ngang của hạt m2

2

2thV . kρ -áp suất tốc độ của dòng khí chuyển động .N/m2

Từ phương trình 6-44 ta có:

2

2thV . kρ =

FgV vl

...

ξρ (N/m) (6-45)

Đối với hạt tròn dường kính D

2

2thV =

ξρ

ξπρπ gd

gd vlvl ..

32

...64....

2

3

= (N/m2) (6-46)

Từ đây tốc độ tới hạn xác định theo công thức:

Vth=k

vldgρρ

ξ.

..3.2.

32 =

k

vldρρ

ξ.

.62,3 m/s (6-47)

Hệ số cản ξ sụ phụ thuộc vào dạng hạt vật liệu và đặc tính chuyển động của dòng khí tức chuẩn số Re. Khi R>1000 hệ số cản ξ =0,28-0,32 và công thức để xác định tốc độ tới hạn của các hạt tròn có dạng . Hình 6.13. Biểu đồ xác định tốc độ bay của hạt đất sét có đường kính trên 4mm. Hình 6.14.Biểu đồ xác định tốc độ bay của hạt đất sét có đường kính nhỏ h ơn 4mm

Vth=5,7.K

d vl

..ρρ m/s (6-48)

Trong thực tế sấy, không phải có hình dạng tròn, cho nên hệ số cản thường cao hơn 0,32,vì vậy có thể lấy =0,48 khi đó tốc độ dòng khí tăng lên 10% so với tốc độ tới hạn của vật là:

168

Vth=5,7. K

d vl

..ρρ m/s (6-49)

Từ công thức trên ta thấy rõ tốc độ tới han phụ thuộc vào mật độ của dòng khí và mật độ này lại biến đổi theo nhiệt độ ,thành phần và áp xuất khí. Tuy nhiên ảnh hưởng của mật độ khí đến tốc độ tới hạn của các hạt có kích thước khác nhau không giống nhau. Ví dụ hạt than

<1mm, tốc độ tới hạn hầu như không phụ thuộc vào nhiệt độ khí. Tốc độ của đất sét phụ thuộc vào đường kính hạt và nhiệt độ khí cho trong bình 6-13,6-14. Đối với các hạt >1mm, nếu tăng nhiệt độ khí khi cùng một lưu khí thì lực nâng các hạt đó giãm đi, nên phải tăng tốc độ của khí lên. Nếu giãm áp suất, tốc độ tới hạn của các hạt sẽ tăng lên và càng tăng khi kích thước hạt càng lớn . Khi chuyển động trong ống sấy,thành phần nhiệt độ và áp xuất khí biển đổi.Thường ở cuối ống, do nhiệt độ và áp xuất khí hạ thấp nên tốc độ khí giãm. Khi ống sấy có đường kính như nhau thì ở phần cuối tốc độ khó có thể nhỏ hơn tốc độ tới hạn. Cho nên ống sấy cần phải làm móp phía trên hoặc cũng phải làm hình trụ nhưng cũng tính theo tốc độ ở cuối ống đó. Trong quá trính sấy mật độ vật liệu sấy thay đổi do độ ẩm biển đổi mật độ vật liệu ẩm có thể biểu thị bằng : acd W+= ρρ kg/m3

dρ - mật độ vật liệu ẩm (ứng với độ ẩm ban đầu Wd)-kg/m3 cρ - mật độ vật liệu khô(ứng với độ khô ban đầu Wk).

Wa-Lượng hơi ẩm

Wc= 100W.dρ kg/m3 (6-51)

w- độ ẩm tương đối của vật liệu ,% Nếu vật liệu khi sấy không thay đổi thì .

100W.d

cdρ

ρρ += kg/m3 (6-52)

Từ đây ta có:

W100100−

+= cd ρρ kg/m3 (6-53)

Nếu không sấy đến khô tuyệt đối, mà chỉ từ wd đến wc thì:

169

c

d

W100W100

−−

+= cd ρρ kg/m3 (6-54)

Chiều dài của ống xác định theo cường độ bốc hơi thể tích qw kg/m3.h và lượng hơi ẩm cần loại trừ khỏi vật liệu (kg/h).

Thời gian sấy trong ống sấy phụ thuộc vào chiều dài của ống và tốc độ chuyển động của hạt. Khi chuyển động đều: Tốc độ chuyển động của hạt xác định theo hiệu số v=vk-vth .khi đó thời gian sấy sẽ bằng:

thk VVL−

=τ (6-55)

Thông thường chuyển động của các hạt v bằng thực nghiệm, vì bằng tính toán lý thuyết rất khó tìm sự biến đổi vk và v trong qua trính sấy cũng như trong giai đoạn đầu ống đến lúc chuyển động ổn định trong ống công thức 6-55 chỉ cho ta giá trị gần đúng, và giá trị này thường nhỏ hơn thực tế. Nồng độ vật chất C trong dòng có ảnh hưởng nhiều đến thời gian sấy và xác định bằng tỷ lệ lượng vật chất Gvl kg/h với lượng động lực sấy Gk kg/h.

C=k

vl

GG kg/kg (6-56)

Khi chuyển động vật chất hình khí nén,nồng độ vật chất có thể 5-15 kg/kg. Nồng độ này phụ thuột vào mức độ sấy của vật liệu, độ ẩm, nhiệt độ động lực sấy, và xác định theo năng suất của lò sấy và tiêu tốn động lực sấy. Nếu tăng nồng độ sấy và tăng thời gian sấy.

Trong trường hợp sấy nghiền liên hợp, dưới ống sấy là máy nghiền, động lực sấy trực tiếp đưa vào máy nghiền đó làm tăng năng suất của máy nghiền. Năng suất của lò sấy nghiền liên hợp phụ thuộc chủ yếu vào năng suất. Thiết bị sấy nghiền lien hợp có công suất không lớn 0,6-1,2 T/h, tiêu tốn điện năng 4-10 Kw.h/T sản phẩm đã sấy . 6.13.3 LÒ SẤY PHUN Trong công nghiệp silicát, đặc biệt trong công nghiệp gốm sứ đôi khi cần nguyên liệu ở dạng hồ trong nước thành dạng bột.Ví dụ cao lanh, đất sét sau khi lọc ở dạng hồ, ta cần phải loại trừ nước để có bột, sau đó chuẩn bị đem bán khô hoặc đóng bao chuyển đi xa. Sơ đồ cấu tạo của lò sấy phun hồ cho trong 6-15.

Hồ được đưa vào buồng sấy hoặc tháp sấy 1 theo ống 10 qua bộ phận phun hồ thành bụi 4.Các hạt bụi này,do tác dụng của không khí hay khí nóng cho qua ống 11, được sấy khô. Nhờ bề mặt bốc hơi lớn nên cường độ bốc hơi cao.và cho các hạt vật liệu này sau khi khô có dạng hình cầu . Vật liệu đã khô rơi xuống đáy tháp sấy, nhờ cánh gạt 12 và vít vận chuyển 5 đưa ra khỏi lò sấy .khí thải đi qua khung lọc 7 do quạt hút 2 . Để đập các khung lọc cho bụi rơi xuống, trên tháp có bộ phận cơ khí 9,cánh gạt 12 và vít vận chuyển 5 quay được cho bộ phận cơ khí 18. Có 3 phương pháp tạo bụi: 1/ Phương pháp cơ khí, ở đây hồ được phun qua vòi phun (kiểu ống móp) với áp suất lớn khoảng 5-7 atm. 2/ phương pháp khí nén đi song song với giòng hồ và chất lỏng hay hồ đó bị toé thành bụi dưới áp suất cao (đến 200 atm) 3/ phân bụi bằng đĩa quay ly tâm .

170

Phương pháp đĩa quay ly tâm là hơn cả. Đĩa thường quay với tốc độ 7000-20000 vòng /phút đôi khi đến 25000v/p tốc độ vòng ngoài đến 180 m/s. Nhờ vậy hồ phân thành hạt 0.2-1 mm. Động lực sấy có thể là khói lò từ buồng đốt hoặc khí đốt. Nhiệt độ thấp ứng với không khí nóng từ thiết bị đốt nóng không khí (Calorifer). Càng tăng nhiệt độ thì năng suất và hệ số tác dụng hữu ích của lò càng cao. Tốc độ lực sấy 0,2-0,4 p/sec, sỡ dĩ nhỏ như vậy là giảm bớt lượng bụi bay ra ngoài . Ngoài kiểu cùng chiều trên còn nhiều sơ đồ khác cho trong hình 6-16. Tính toán lò sấy phun hồ: Lò sấy hồ với phương thức tạo bụi bằng đĩa quay có thể xác định bằng phương pháp sau:

171

Thể tích của phòng sấy Vs xác định gần đúng theo cường độ bốc hơi gw kg/m3h và lượng hơi ẩm loại trừ W kg/h.

Vs = gW m3

Giá trị gw phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của khí vào phòng sấy tk và xác định gần đúng theo công thức của A.A Voznesenski. Đường kính của phòng sấy D có thể xác định theo biểu đồ P.D.Lebedev trong hình. Ở trục hoành ứng với D/2 và nó phụ thuộc vào năng suất lò sấy 1/h và tốc độ ngoài của đĩa quay. Đĩa quay với tốc độ n=4000-20000v/p. Tốc độ vành ngoài nên thiết kế U=130-200m/s và đường kính đĩa quay khoảng 100-500mm. Đĩa quay không nên quá rộng hơn giới hạn đó, vì khi đường kính lớn hơn việc phân bố dòng theo năng suất và tốc độ vành ngoài của đĩa ly tâm. Huyền phù sẽ không đều và sức chịu đựng của trục sẽ không đạt. Hình 6-17 . Biểu đồ xác định bán kính vòng sấy

lò sấy được xác định theo công thức sau: H= 2

4DVS

∏ m

172

Tỷ lệ chiều cao H và đường kính D của lò sấy trong khoảng 2,5-6m chiều cao 2,5-9m. Đường kính cực đại 10m và chiều cao lớn nhất 25m.

Bề mặt của lọc tay áo B tính theo lượng không khí m3/h qua 1m2 mặt lọc và đường nằm trong khoảng 60-200m3/m2h Công suất điện đòi hỏi xác định theo công thức:

N = 61

10.6.3.191 UG Kw

Trong đó :G1-Năng suất phun hồ, kg/h U-Tốc độ vành ngoài của đĩa, m/s Chính xác hơn dùng phương pháp của M.V.LuKov. Thể tích phòng sấy xác định theo:

Vs = tbv t

Q..∆α

m3

Trong đó : Q - Nhiệt truyền từ không khí cho hồ để bốc đi lượng hơi ẩm W kg/h và đốt nóng sản phẩm khô G2 kg/h. vα - Hệ số cấp nhiệt thể tích . tbt∆ -Chênh lệch nhiệt độ trung bình . Đại lượng Q xác định theo công thức: Q = 4,187 w (595 + 0,47t2 - 1θ ) + 4.187C2G2 ( 12 θθ − ) , kJ/h Trong đó : t2 - nhiệt độ khí ở cuối quá trình sấy 0C 21 ,θθ - Nhiệt độ hồ vào và sản phẩm ra 0C Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi thì:

∆ t1=

m

m

tttt

tt

−−−

2

1

21

ln

0C

t1- Nhiệt độ khí vào lò sấy 0C

173

tm- Nhiệt độ trung bình của bầu âm 0C t2- Nhiệt độ khí ở cuối giai đoạn tốc độ sấy không đổi 0C Hàm ẩm của khí ở cuối giai đoạn tốc độ sấy không đổi xác định bằng:

D2 = 121

h1 )W-WW

(1

1000 dW

+− g/kg khí khô

W1,W2 - Độ ẩm hồ vào lò và của sản phẩm ra lò Wh - Độ ẩm hứt của sản phẩm % 1 - Lượng khí khô tiêu tốn cho 1 kg hơi ẩm bốc hơi d1 – Hàm ẩm ban đầu của khí . Nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm:

mm ttt +−−

−=cbh

2h22 WW

WW)(θ

Ở đây Wcb - Độ ẩm cân bằng của sản phấm % Chênh lệch nhiệt độ trung bình ở giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp.

22

2

2222

ln

)(

θ

θ

−−

−−−=∆

ttt

tttt

m

m 0C

Tỷ lệ thời gian sấy ở giai đoạn 2 so với thời gian tốc độ sấy tổng cộng bằng :

=

cbhcb

h

wwwwtt

wwtt

−−−

−−+

1ln))((

))((1

1

121

12

Do đó nhiệt độ trung bình sẽ bằng : ψψ 21 )1( ttttb ∆+−∆=∆ 0C Đường kính của hạt bụi hồ xác định bằng công thức:

d = 98,5 m

Rn ς

σ1

Trong đó : n - Số vòng quay của đĩa ly tâm , v/p R - Đường kính đĩa ly tâm , m σ - Sức căng bề mặt chất lỏng ς - Khối lượng riêng của hồ hay huyền phù, kg/m3

Hệ số cấp nhiệt thể tích xác định bằng:

kb vvdF −= − 1)1(110.58,1 3α

Trong đó vα -Độ dẫn nhiệt của khí ở nhiệt độ trung bình của lò sấy, w/m.độ F- Tiết diện ngang của lò sấy , m2 d -Đường kính của hạt bụi hồ , m vb - Tốc độ bay của hạt ở nhiệt độ trung bình của lò sấy , m/s vk - Tốc độ trung bình của khí trong lò sấy, m/s

174

Các công thức trên dùng trong điều kiện thông số biến đổi như sau: G = 10 - 90 kg/h vk = 0,19 - 0,35 m/s d = (46 - 168).10-6m vb = 0,06 – 0,25 F = 4 – 29 m2 w1 =44.3 – 87 % Vs = 9,45 – 217 m t1 = 177 – 600 0C

Để xác định F có thể dùng biểu đồ hình 6-17 . Để xác định đường kính D.Tốc độ khí ứng với tiết diện ngang của lò sấy không vượt quá 0,3 – 0,5 m/s.Tốc độ bay của các hạt có thể xác định (khi Re < 0,2 ) theo phương trình Stok hoặc gần đúng theo công thức:

Vb = 276kl

dl

lk- Khối lượng riêng của khí (Động lực sấy ), kg/m3 l - Chiều cao H và các thông số xác định như trên .Tiêu tốn nhiệt cho 1 kg hơi ẩm bốc hơi tiêu tốn điện năng khoảng 3600 -6200 kJ/kg tiêu tốn điện năng khoảng 10 – 20 Kwh/t sản phẩm.

Để chuẩn bị phối liệu cho các đĩa sành ( trắng ) tạo hình bằng phương pháp ép khô, người ta sấy phối liệu trong lò sấy phun hồ với các thông số sau Độ ẩm của hồ % 42 – 55 Độ ẩm bột % 0,3 – 5 Nhiệt độ sấy 0C 100 Tốc độ động lực sấy -0,2 Chân không trong phòng sấy 50 – 60 N/m2 Hồ được phun bởi đĩa φ 125 mm quay với tốc độ 6000 v/p được 80 % bột có d= 75-100 k. Lò sấy có đường kính D = 2,5 m, chiều cao làm việc 3m, năng suất sẽ đạt 30 kg/h.Tính theo bột khô. 6.13.4 LÒ SẤY PHÒNG

Đây là lò sấy làm việc giai đoạn, toàn bộ chu trình sấy bao gồm cả ra vào lò được lặp đi lặp lại tuần hoàn . Hình 6-18

Động lực sấy có thể là khí lò, có thể là không khí nóng. Có nhiều kiểu lò sấy phòng (hình 6-18) nhưng phổ biến nhất trong công nghiệp gốm là kiểu thứ 2, nên trong phần này chỉ nói đến phần thứ 2.

Kích thước của phòng dài:8-12 m (hình 6 – 18 ) rộng 1,2-1,45 m cao (từ nền ) 2-3 m chứa được 3000-3500 viên gạch .Thông thường người ta ghép nhiều lò sấy thành một khối số phòng trong khối có thể từ 20-48 phòng.

Tường lò xây bằng gạch chỉ nhưng có gờ để đặt giá sấy. Khoảng cách của gờ này xác định theo kích thước sản phẩm sấy . Sản phẩm ra vào lò nhờ xe đẩy đặc biệt, nên tiến hành cũng khá nhanh chóng.

Phương pháp sấy nhanh ở lò này là do lượng động lực sấy vào lò ổn định có nhiệt độ ẩm tương đối cao ngay từ đầu quá trình sấy. Nếu tăng lượng động lực sấy tiến hành đồng đều do tăng tốc độ khí ở tiết diện sông của lớp xếp đến 2,5 – 3,5 m/sec. Ở đầu quá trình sấy nhiệt độ trong phòng 40-500C, cuối giai đoạn sấy nhiệt độ đạt đến 55-600C, nhiệt độ khí ở kênh giữa 120-180oC. Với chế độ sấy như vậy các van ở kênh khí được mở hoàn toàn, thời hạn sấy kéo dài 40-60 giờ. Để chế độ sấy êm dịu hơn, giảm tiêu tốn động lực sấy, đảm bảo chất lượng sản phẩm người ta dùng khí hồi lưu. Nhằm mục đích đó có thể điều khiển các van để lấy một phần khí thải pha vào động lực sấy.

175

Xác định số lò phòng Số lò phòng xác định theo năng suất nhà máy và thời gian sấy. Nếu ký hiệu năng suất sấy hàng ngày n viên (chiếc)/ ngày, thời gian sấy Z giờ thì dung tích của tổng các lò sấy phòng bằng:

24.znN = viên

Dung tích của một lò sầy phòng là Np viên, số lò sấy phòng xác định theo công thức:

pN

NK = phòng

Cứ 9-10 phòng thì phải dự trữ 2-3 phòng để sữa chữa, quết dọn sản phẩm. Do đó số lò sấy phòng tổng cộng của nhà máy phải có là:

10

3 ppt

KKK += phòng

Thông thường nhiều phòng hợp lại một khối, có một hệ đường ray và xe goòng phục vụ chung. Nếu chiều rộng phòng ~ 1,45m, cao 2,3m, mỗi ngăn đặt 12 viên, theo chiều cao có 12 ngăn x 12 = 120 viên, cứ 1m chiều dài phòng ta đặt được 3 lượt, tức 3 x

176

120 = 360 viên. Lò thường dài 8-13m, do xác định được dung tích 1 lò phòng Np viên, nếu số phòng quá 20-25 phòng, ta có thể chia thành 2 hoặc 3 khối, mỗi khối xe goòng đẩy phục vụ riêng. 6.13.5 LÒ SẤY TUYNNEN

Lò sấy tuynnen là lò sấy biến trong công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, vật

liệu chiu lữa và một số sản phẩm phổ sành sứ khác. Những sản phẩm này cho phép tốc độ sấy trong giai đoạn đầu nhỏ và nghiêm khắc, còn trong giai đoạn cuối có thể lớn được. Đây là loại lò sấy làm việc liên tục và hiện đại hơn nhiều so với lò sấy phòng. Động lực sấy thường là khói lò hay không khí nóng, việc lựa chọn động lực sấy tuỳ theo điều kiện cụ thể của nhà máy. Cấu tạo của lò sấy tuynnen gồm đường hầm dài 24-36 m, rộng từ 1,1-1,6 m và cao từ đường ray đến trần lò 1,65-1,75 m. Ở đường hầm có đường ray, trên có goòng cùng sản phẩm sấy chuyển động. Đôi khi người ta dùng goòng treo trên đường ray, ở trần lò hai bên có cửa đưa động lực sấy vào và thải khí ra cửa này cách lò khoảng 1-2 goòng. Động lực sấy thường ngược với hướng chuyển động của xe goòng nhưng cũng có thể làm việc hoặc cùng chiều khi dùng sản phẩm thạch cao vì nhiệt độ thạch cao không được 60 -70oC. Nếu xếp sản phẩm mộc trên xe goòng thì lớp dưới chịu tải trọng của lớp trên và sấy khó đều vì vậy goòng sấy phải tạo thanh ngắn bằng gỗ, thép hoặc tấm sứ trên đó xếp sản phẩm.

177

Nhiều lò sấy tuynnen hợp lại thành một khối và có hệ thống thông khí, đường ray, bộ tời đẩy chung. Với cấu trúc của lò sấy như vậy rất khó điều chỉnh thông số động lực sấy ở giai đoạn có sản phẩm và đốt nóng chúng. Vì vậy ở các lò hiện đại người ta sử dụng khí hồi lưu. Vào các zôn này, tức là sấy một phần khí thải pha thêm vào động lực sấy để điều chỉnh các thông số động lực sấy, với biện pháp này sẽ tăng lượng động lực sấy chuyển động trong lò tức là tăng tốc độ của nó, chế độ sấy dịu hơn và chất lượng lò sấy tăng lên. Do đó nguyên tắc hồi lưu khí được sử dụng ngày càng nhiều ở các lò sấy công nghiệp gốm sứ, vật liệu chịu lửa. Trong hình 6-21 ta có lò sấy tuynnen với khí hồi lưu, ở đây động lực sấy theo chính 1 vào lò và cả kênh 2. Khí thải sẽ theo kênh 4 qua cửa 3 vào kênh thoát chính 75. Khí thải sẽ do quạt hút thải không khí qua ống nhưng một phần quay lại pha vào động lực sấy ở kênh 2 Khi đẩy goòng vào lò, sản phẩm lúc đầu có nhiệt độ thấp do đó hơi nước từ động lực sấy ngưng tụ trên bề mặt sản phẩm. Điều đó dể dẫn tới phế phẩm. Do đó tốt nhất là đặt thiết bị đốt nóng ngay từ đầu. Lò 6 đi đốt nóng sơ bộ sản phẩm trước khi đi vào dòng khí. Mặt dù tốc độ khí lớn- ứng với tiết diện sống 2-5m/s, ứng với toàn tiết diện ngang của đường hầm 1-2m/s nhưng vẫn không tránh khỏi sự phân lớp khí. Tốc độ và nhiệt độ của động lực sấy ở phần trên cao hơn phần dưới. Ngưyên nhân chính là do có khe hở lớn ở giữa lớp vật liệu và trần lò, khí có nhiệt độ cao hơn sẽ bay hướng lên trên. Đặc biệt khi dùng goòng treo khe hở giữa trần lò và vật liệu càng lớn, sự phân lớp đó sẽ dẫn tới tình trạng sấy không đều, vì vậy ở một số lò, khí hồi lưu nhờ quạt mạnh thổi qua khe hở ở trần lò xuống.Với cách làm như vậy ta có được một màng khí hướng động lực sấy đi chúc xuống phía dưới. Ví dụ lò sấy gạch chịu lửa cho trong hình 6-22, ở đây động lực sấy thổi qua khe với tốc độ 6,5-7 m/s. Ở các đoạn goòng số 10-11; 16-17 và 22-23. Để tăng độ ẩm động lực sấy có thể pha thêm hơi nước vào khí thải

Hình6-22 Lò sấy tuynnen với màn khí Màn khí có thể tác dụng chia chiều dài lò sấy thành từng đoạn, mỗi đoạn có thể điều chỉnh thông số sấy Nhìn chung, để tăng tốc độ sấy rút ngắn thời gian sấy cần phải:

• Sử dụng động lực sấy có nhiệt độ cao, nhiệt độ vào lò gần 100-120oC và ra lò không nhỏ hơn 35-45oC.

• Động lực sấy có độ ẩm tương đối cao ở giai đoạn có sản phẩm (giai đoạn tốc độ sấy không đổi). Để thực hiện điều đó phải dùng khí hồi lưu.

• Đảm bảo tốc độ sấy theo tiết diện sấy của lò trong khoảng 2-5 m/s. Ngoài những kiểu trên, còn có kiểu của Artemkin. Ở lò sấy này khí đi từ dưới lên lại

quặt xuống (xem hình 6-23) nhờ cấu tạo đặc biệt của trần và đáy lò. Để hướng khí đi tốt hơn ở đầu xe goòng có tầm che kín gần sát trần. Kiểu này có ưu điểm là có thể sấy đủ các loại sản phẩm đặc biệt tốt đối với

178

Hình 6-23 lò sấy Tunen kiểu Artemkin

sản phẩm có lổ thông. Độ không đêu của lò sấy thực tế bằng 1. Nhưng nhược điểm chính của kiểu náy là 4 goòng sấy ngoài luồng khí. Hai goòng vào lò để nằm ở trạng thái ngưng đọng hơi nước trong giai đoạn đốt nóng và dẫn tới phế phẩm. Vì vậy lò sấy này chỉ dùng để sấy gốm xây dựng có lổ thông. Trong công nghiệp ta còn gặp khá nhiều loại lò sấy tuynnen có kiểu đi xuyên hông, có kiểu khí đi qua các cửa ở đáy lò qua goòng và sản phẩm và thải ra ngoài do nhiều cửa ở trần lò. Xác định kích thước và số lò sấy

Để xác định kích thước lò sấy tuynnen theo năng suất ta cần phải biết thời gian sấy đối với sản phẩm, lựa chọn kiểu goòng sấy, phương pháp xếp sản phẩm trên goòng sấy và dung tich của 1 goòng sấy. Theo kích thước của goòng sấy và lớp sản phẩm trên goòng sấy đó ta có thể xác định tiết diện ngang của lò sấy tuynnen. Khi sấy sản phẩm bằng các goòng sấy có nhiều tầng thì chiều rộng của lò sấy tuynnen được xác định theo công thức: B = b+2(50+100) , mm Và chiều cao của lò sấy từ đường ray đến trần lò xác định theo công thức: H = h+100 , mm Với: b_ chiều rộng của xe goòng h_ chiều cao từ đường ray đến đỉnh trên của lớp xếp Khi sấy sản phẩm gốm xây dựng, goòng sấy thường có kích thước sau: chiều rộng b = 1250 mm, chiều dài = 1500 mm, chiều cao = 1550 mm, số tầng xếp theo chiều cao. Khi xây là 6, khi sấy ngoài là 11. Chiều cao từ đường ray đến đỉnh của lớp xếp: đến với gạch là 1680 mm, ngoài là 1560 mm, trên mỗi goòng đặt 260 – 300 viên gạch và 120 132 viên ngói. Chiều rộng của tuynnen lấy trong khoảng 0,9-1,6 m, chiều cao là 1,6 -2 m. Khi sấy vật liệu chịu lửa goòng sấy nhiều tầng thường có kích thước sau B = 850 mm, l = 1200 mm, h = 1450 mm. Số tầng 6, chiều cao từ đường ray đến đỉnh của lớp xếp h = 1565 mm. Trên mỗi goòng được xếp 192-198 viên gạch tiêu chuẩn. Năng suất lò sấy xác định theo công thức:

τ

nNP g .= viên/h

hoặc τ

nGP g .= tấn/h

Ng dung tích của một goòng sấy tính bằng viên sản phẩm.

179

Gg dung tích của một goòng sấy n số goòng sấy trong một lò sấy tuynnen. τ thời hạn sấy, h Năng suất của lò sấy trong ngày xác định theo công thức: P’ = 24.P viên/ngày (T/ngày) Hệ số phế phẩm khi sấy:

xf−100

100

fx lượng phế phẩm trung bình. Vì sau khi sấy sản phẩm được nung trong lò nung do đó năng suất theo sản phẩm sản xuất ra sẽ bằng: nt PP η'.= viên/ngày (T/ngày) nη tỷ lệ phế phẩm khi nung Dung tích của lò sấy xác định theo lượng sản phẩm đồng thời có mặt trong lò sấy tuynnen. τ.. pnNN g == viên/ngày hoặc τ.. pnNN g == T

Lấy chiều dài của mỗi tuynnen từ 20 -36m (có trường hợp đến 50 m) và hết chiều dài của 1 goòng sấy, có thể tim số goòng đặt trong tuynnen.

136

120

+=m goòng

Khi đó số lò sấy tuynnen bằng:

nG

PmnT

g ..τ

==

TỪ 8-10 tuynnen, lấy dự trữ thêm 1 tuynnen để sữa chữa hay quét dọn sau đó ta xác định số khối (block) lò sấy tuynnen. Số lò sấy trong một khối có thể đến 30 tuynnen. Ở mỗi khối có chung một cổng khí vào và cổng thoát khí ra, ngoài ra chúng có thể có chung một bộ tời chung hay hệ cỏ khí để đẩy goòng vao lò sấy. Nếu sản phẩm trên xe goòng nung, lò sấy này đặt trên một hệ đường ray chung với lò nung, thì chiều dài lò sấy xác định theo lượng goòng trong lò sấy m: Nếu biết chiều dài của một goòng, dung tích của nó Gg thời hạn sấy thì ghi chiều dài lò sấy khi đó bằng:

gGlTPlmL ... == (6-87)

Chiều dài lò sấy tuynnen lấy theo chiều dài tinh toán khoảng 0,5-0,6 m. Khoang nảy để bù trừ cho sự phân tán của goòng trong lò ( goòng không tiếp xúc nhau) cho nên chiều dài của lò sấy tuynnen xác định bằng: Lt = m.l + 0,5.m (6-88) Kích thước và dung tích của xe goòng cho trong bảng 6-9

180

Để sấy các loại sẩn phẩm gốm xây dựng, gạch chịu lửa, sành sứ trong lò sấy tuynnen có thể tham khảo ở bảng 6-10 Thông số của lò sấy tuynnen bảng 6-10

Độ ẩm sản phẩm %

Nhiệt độ động lực sấy 0C Loại sản phẩm

Đầu Cuối Đầu Cuối

Độ ẩm động lục sấy cuối %

Thời gian sấy, h

Sa mốt ép dẻo 77-18 5-6 110-140 35-40 75-90 18-20 Sa mốt bán khô 9-10 2-3 150-200 35-40 90 Dinas 6,5-7 1,5-2 150-200 40-50 90 6 Manhedi 2,7-3 0,15 80-120 40-50 90 12-20 Gạch đỏ xây dựng 18-20 5-6 60-120 25-30 85-90 15-40 Gachlátnền(xếp sẵn trong bao) 10-11 1,5-2 100-120 40-50 60 12-14 Gạchmen lát tường 8-9 0,5-0,9 Ống sành 15-17 1-3 110-120 35-55 40-75 18-19

Kích thước xe goòng, mm

chiều cao Loại sản phẩm dài l

rộng b

có sản phẩm

không có sản phẩm

số ngăn tầng lượng sản phẩm

trên goòng Gạch chịu lửa (tiêu chuẩn) 1200 850 1565 1450 6 192-198 Gạch đỏ 1500 1250 1680 1550 6 260-300 Ngói 2200 950 1560 1550 11 120-132 Gạch khối các loại 2100 1100 1700 3_4 120-280 Ống dẫn ( goòng treo) 1600 1300 1500 Gốm vệ sinh(goòng treo) Bô 2700 800 3 18-28 Chậu rửa 2500 500 3 33-39

181

6.13-6.LÒ SẤY XÍCH.

Lò sấy xích được sử dụng phổ biến rộng rãi trong các nhà máy gồm xây dựng

(nếu công suất không lớn lắm) để sấy các sản phẩm như tấm lát nền, gạch tráng men,ống dẫn…về nguyên tắc làm việc, lò sấy này là một xích khép kín và chuyển động liên tục, trên xích có đặt sản phẩm sấy. Xích dài ngắn khác nhau nên có nhiều sơ đồ chuyển động khác nhau.Vì cấu tạo của lò sấy như vậy cho nên có khả năng cơ khí hóa hoàn toàn việc vận chuyển sản phẩm từ chỗ tạo hình đến chỗ xếp lên xe goòng nung.

Sơ đồ lò sấy xích với chiều chuyển động ngang cho trong hình 6-24. Sản phẩm xếp trên các giá treo(hay khung treo)ở xích A. Xích này được chuyển động từ các bàn tua D, nơi tạo hình bát đĩa ấm chén(hay ép viên các tấm lát) đến đầu lò C, nơi lấy sản phẩm ra sửa.

Một kiểu khác của lò sấy xích là kiểu chuyển động dọc hay đứng (xem hình 6-25).

Lò này dài 47.7m, rộng 2.7m, cao 4.7m, cuối lò sấy có cửa tháo, chiều cao của nó

giảm xuống còn 3.2m, trên nóc đặt quạt gió. Giá treo dài 2.1m, rộng 0.33m, có hai tầng. Tổng số tầng hai ngăn là 372. Trên mỗi ngăn xếp 6 khuôn thạch cao với đĩa tạo hình bên trong. Sản phẩm xếp ở đầu lò, xích chuyển động bên trên và đi zich zăc trong lò tới cuối lò, tổng cộng sản phẩm được đi 22 lần lên xuống. Tốc độ vận chuyển của xích nhỏ là

182

7,41mm/s nên công suất động cơ để truyền động xích tương đối nhỏ - 1.85kw/h. Không khí nóng nhờ quạt có công suất động cơ 4.5kw đưa vào ngược với chiều của xích. Sản phẩm trong khuôn thạch cao khô dần đến cuối lò. Để điều chỉnh thông số động lực sấy người ta điều khiển lượng khí hồi lưu và lượng không khí lạnh thêm vào ở quạt gió. Đặc tính kỹ thuật của lò sấy như sau:

- Năng suất chiếc/h 600 - Kích thước khuôn,đường kính,mm 295 - Kích thước khuôn,cao,mm 85 - Kích thước ngăn tầng,dài,mm 2100 - Kích thước ngăn tầng,rộng,mm 330 - Lượng đĩa trên một ngăn sử dụng 8 - Số ngăn trong một giá treo 2 - Khoảng cách giữa các điểm treo giá 500 - Tổng chiều dài của xích,m 93 - Chiều dài hữu ích của xích,m 75 - Thời gian sấy,h 3 - Trọng lượng đĩa khô,kg 0.63 - Độ ẩm tương đối của đĩa trước khi sấy 23 - Độ ẩm sau khi sấy, % 4 - Trọng lượng khuôn thạch cao khô,kg 2.7 - Tốc độ di chuyển của xích,mm/s 7.416 - Nhiệt độ động lực sấy vào,oC 70 - Nhiệt độ động lực sấy ra,oC 30

- Nhiệt tiêu tốn KJ/Kg hơi ẩm bốc hơi 10700 Gần đây việc sử dụng phương thức sấy bức xạ và sấy bức xạ - đối lưu được phổ

biến rộng rãi.Với phương thức này thời gian sấy được rút ngắn 10-12 lần so với đối lưu.Công suất goòng nhiệt khi nhiệt độ bề mặt bức xạ từ 600-800 oC gấp 30-70 lần so với đối lưu. Áp dụng vào thực tế, người ta tạo ra các panen, bên trong được đốt nóng bằng khí hoặc dầu. Mặt panen có nhiệt độ 600-8000C sẽ phát ra bức xạ khá mạnh. Người ta bố trí các panen bức xạ đó giữa các băng xích. Hợp lý hơn cả là đặt sản phẩm trên băng thành 1 dải, như vậy nhiệt độ bức xạ đồng đều trên bề mặt sản phẩm. Ví dụ: có lò sấy dài 4.5m, rộng 1.82m, cao 1.2m. Xích chạy một vòng, trên xích có giá xếp được 8 bát, giữa hai đường xích chuyển động là panen tỏa nhiệt. Năng suất 480 chiếc thời gian sấy 8-12 phút đến độ ẩm tuyệt đối 1.5-2.3. Sản phẩm lấy ở cuối lò, khuôn trở lại đầu lò bằng xích đó.

Để sấy các tấm lát, người ta dùng lò sấy dài 14.35m, rộng 1.38m. Lò sấy có 5 đoạn liền nhau, mỗi đoạn dài 2.25m trong lò sấy có băng 16 chuyển động(Hình 6-26). Nhờ bộ truyền động 2, trụ consol 1, trụ ép 3, trụ kéo 4, trụ cố định 5 và trụ quay 7. Băng này chyển động trên các trục quay 8(ở ngoài) và 6(ở bên trong), trên các tấm gang 9, tấm chắn 10 và 11. Tốc độ của băng V=0.028m/s. Các tấm lát chuyển đến lò sấy từ máy nén của lò và xếp 6 viên theo chiều rộng của băng (1.1m), khoảng cách giữa các viên 28mm ở vòm lò sấy 12 có các vòi đốt 15, vòi này cách mặt băng 250mm, bề mặt panen ứng với một vòi đốt 0.06m2 . Nhiệt độ bề mặt panen gần 800 oC, khí thải qua ống 13 và 14 ra ngoài. Khi ra khỏi lò sấy, các tấm lát được làm nguội bằng tia không khí từ 140-150oC, xuống 40-50oC trong 3 phút.

183

Thời gian sấy từ độ ẩm tuyệt đối 8-9% đến độ ẩm cuối cùng 0.5-0.6% kéo dài chỉ có 6-7 phút. Năng suất lò sấy khoảng 3200 viên/h với kích thước tấm lát 156x156mm dày 4.5-5.2mm. Tiêu tốn nhiệt để bốc hơi 1 kg hơi ẩm 8400-8800KJ.

Cũng lò sấy tương tự để sấy chén sứ trong khuôn thạch cao từ độ ẩm 25-27% xuống 1.5-2%. Nhiệt độ panen bức xạ 840-850oC, khoảng cách từ sản phẩm đến mặt panen

200mm, thời gian sấy với chén dày 1.5-1.6mm là 6-8 phút, với chén dày 2.4-

2.5mm là 11-12 phút. Ngoài việc sử dụng các panen đốt bằng khí và dầu, trong công nghiệp còn dùng

điện để sấy, nhờ các bóng điện bức xạ hoặc các mặt bức xạ do đốt nóng bằng điện. Việc kết hợp đối lưu và bức xạ cũng được sử dụng tương đối phổ biến.

Xác định kích thước và năng suất của lò sấy xích Dung tích của lò sấy xác định tương tự lò sấy tuynnen

N=PxZ , viên(chiếc) (6-89) Hoặc N=n.g viên (chiếc) Trong đó P: năng suất của lò sấy, viên/h Z:thời gian sấy,h n:số giá treo g:lượng sản phẩm trên 1 giá treo

Giá treo có 1 hay 2 ngăn, chiều dài của ngăn không qúa 2m,chiều rộng của nó xếp được 1 hay 2 sản phẩm. Khoảng cách giữa các đệm treo giá ở các xích phải lớn hơn chiều cao của giá 50-100mm. Để các giá không chạm nhau, chiều dài làm việc của xích xác định:

Lx = lgN . (m) (6-90)

L: Khoảng cách giữa 2 đệm treo giá Nếu là băng chuyền, thì chiều dài làm việc của nó bằng:

184

Lb = mN (m) (6-91)

m: Lượng sản phẩm xếp được trên 1 m chiều dài băng Chiều dài lò xích có 3-7 tầng xích không quá 8-10 m. Lò sấy băng chỉ có 1 tầng hay 2 tầng nhưng mỗi tầng làm việc độc lập. Để sấy ống dẫn với năng suất 30.000 tấn/năm dung lò sấy có kích thước sau: dài 61.4m, rộng 41.79m, cao 3.04m nếu ống có d =350-500mm, điểm treo ống cách nhau 960mm, nếu d=600mm, điểm treo ống cách nhau 1920mm. Trong lò sấy có 31 băng song song. Taìi liãûu tham khaío: [1] Bäü män silicaït ÂHBK Haì Näüi - Giaïo trçnh Loì silicaït táûp 1,2. [2] Hoaìng Kim Cå - Tênh toaïn kyî thuáût nhiãût loì cäng nghiãûp táûp 1 & 2 - NXB KH&KT Haì Näüi 1996.taìi liãûu tham khaío.

[3] Nguyãùn Kim Huán, Baûch Âçnh Thiãn - Thiãút bi nhiãût trong saín xuáút váût liãûu xáy dæûng. NXB KH&KT Haì Näüi 1996. [4] Âinh Quang Huy - Sáúy, nung váût liãûu xáy dæûng NXB Xáy dæûng - Haì Näüi 1995. [5] Hoaìng Vàn Chæåïc - Kyî thuáût sáúy. NXB KH&KT Haì Näüi 1997. [6] Taìi liãûu âaìo taûo cäng nhán vaì kyî sæ åí caïc nhaì maïy saín xuáút váût liãûu trong næåïc [7] Phaûm Vàn Trê, Dæång Âæïc Häöng, Nguyãùn Cäng Cáøn - Loì cäng nghiãûp NXB KH&KT Haì Näüi 1999. [8] Nguyãùn Troüng Khuän, Häö Lã Viãn, Tráön Xoa - Säø tay quaï trçnh cäng nghãû vaì hoïa cháút táûp 1 vaì 2 - NXB KH&KT Haì Näüi

Technology

Giáo trình thiết bị nhiệt