Chương III : Cân bằng nhiệt
Chương III
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT
XÁC ĐỊNH LƯỢNG DẦU TIÊU HAO
I.CẤU TRÚC LÒ
I.1. Kích thước nội hình lò
Các kích thước nội hình lò đã được tính ở chương II và được trìng bày ở
bảng III.1.
BẢNG III.1 : CÁC KÍCH THƯỚC NỘI HÌNH LÒ
Các vùng làm
việc
Các kích thước nội hình lò
Chiều dài L
tr
Chiều rộng B
tr
[mm]
Chiều cao H
tr
[mm]
Vùng sấy 5275 1900 800
Vùng nung 10022 1900 1240
Vùng đồng nhiệt 2167 1900 990
∑ 17464
- -
I.2. Chọn vật liệu và kích thước thể xây
I.2.1 Chọn vật liệu xây lò
Vật liệu xây lò được lựa chọn phải đảm bảo tính chịu nóng , tính bền
nhiệt, tính cách nhiệt , đảm bảo độ bền cơ học và hoá học
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Chương III : Cân bằng nhiệt

Samốt A
230
115
Samốtnhẹ
Điatômit
115
115
5 580
Nóc lò Caonhôm 230 Điatômit 115 - 347
Đáy lò
Vùng sấy
Samốt A
Samốt A
Samốt c
Điatômit
115
115
67
67
Gạch đỏ 250 - 614
Vùng
nung
Caonhôm
Samốt A
Samốt c
Điatômit
115
115
67
67

lò
Vùng
sấy
Vùng
nung
Vùng
đồng
nhiệt
Cả 3
vùng lò
Ký
hiệu
L
ng
L
ng
L
ng
L∑ H
ng
H
ng
H
ng
B
ng
Giá trị
[mm]
5855 10022 2747
1862

[w]
Q
c
= 0,28 . B . 38392,33 = 10749,85 .B [w]
Nhiệt lượng do không khí nóng mang vào lò
Không khí được nung nóng sẽ mang vào lò nhiệt lượng :
Q
kk
= 0,28 . C
kk
.t
kk
. L
n
.f . B [w] [1]
Trong đó :
C
kk
.t
kk
= i
kk
: Entanpy của không khí ở nhiệt độ t
kk
=350[
0
C]
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Q
c

kk
= 0,28 .463,75 .12,06 . 1

. B = 1565,99 . B [w]
II.1.3. Nhiệt lượng do nung trước dầu FO
Theo số liệu ban đầu , dầu FO được nung trước tới nhiệt độ t
dầu
= 110[
0
c]
Q
dầu
= 0,28 . C
dầu
.t
dầu
. B [w]
Trong đó:
t
dầu
: Nhiệt độ nung trước của dầu Fo : t
dầu
=110 [
0
C]
Q
dầu
= 0,28 . C
dầu
.t

= 0,28.p.(i
c
– i
đ
) [w]
Trong đó :
P: Năng suất lò : p = 8000 [kg/h]
i
đ
,i
c
: Entanpy của thép trước và sau khi nung
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Q
kk
= 1565,99. B [w]
Q
dÇu
= 66,83 .B [w]
Q
to¶
= 63280 [w]
Chương III : Cân bằng nhiệt
i
đ
= i
20
= 9,4 [kj/kg]
i
c

:Lượng sản phẩm cháy thực tế sinh ra khi đốt cháy 1 kg dầu Fo
V
n
= 12,57 [m
3
/m
3
tc
] xem bảng I.2
Q
2
= 0,28.p.g.B.v
n
[w]
Q
2
= 0,28.0,005.12140.B.12,57 = 213,64.B [w]
II.2.3. Lượng nhiệt tổn thất do cháy không hoàn toàn cơ học
Lượng nhiệt tổn thất được xác định theo công thức
Q
3
= 0,28.k.Q
1
.B [w]
Trong đó :
Q
t
: Nhiệt trị thấp của dầu Fo :Q
t
=38392,33 [kj/kg] (xem chương I mục

= 213,64.B [w]
Q
3
= 53,75. B [w]
Chương III : Cân bằng nhiệt
Q
tường
=
tuong
ngoaiWnungW
F
i
i
tt
.
¦¦
λ
δ
∑
−
[w] [*]
Trong đó :
t
Wtrong
: Nhiệt độ mặt trong của tường lò [
0
C] giá trị này thường nhỏ
hơn giá trị của sản phẩm cháy (t
k
tb

λ
2
=λ
sa mốt A
= 0,88 +0,00023 .t
tb2
[w/m.k]
λ
3
= λ
sa mốt nhẹ
= 0,116 +0,00016 .t
tb3
[w/m.k]
λ
4
=λ
Diatomit
= 0,116 + 0,0015. t
tb4
[w/m.k]
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
230 115 115 115
t
0
C
t
k
tb
t

2
3 kktb
tt
+
t
tb1
=
2
2tbWtrong
tt
+
Trong đó :
t
kk
: Nhiệt độ của không khí bao quanh lò : t
kk
= 20 [
0
C]
t
tb1
: Nhiệt độ trung bình của lớp trong [
0
C]
t
tb2
: Nhiệt độ trung bình của lớp giữa [
0
C]
t

thức dẫn nhiệt ổn định
(*) ta phải giả thiết giá trị của t
ngoài
. giả thiết này được tính toán kiểm tra lại
theo công thức (**) nếu giá trị Q
tường
tính theo công thức này là xấp xỉ bằng
nhau thì giá trị của t
Wngoài
chọn ở trên là đúng . các giá trị tính toán được ghi
trong bảng III.4.
Q
tường
= α .(t
ngoài
– t
kk
).F
tường
[W] [**]
Trong đó:
F
tường
: Diện tích bề mặt ngoài của tường lò [m
2
](xem bảng III.4)
α : Hệ số trao đổi nhiệt tổng cộng từ bề mặt ngoài tường lò đối với
môi trường xung quanh [w/m
2
.K]

), vùng đòng nhiệt (Q
nóc
đồng nhiệt
). Quá trình tính toán tổn thất
nhiệt cũng tương tự như đối với tường lò .
Q
nóc
=
360

.
2
1
ϕ
λπ
L
D
D
Ln
L
tt
i
i
i
Wngoa iW
+
∑
−
trong
[w] [*]

k
tb
[
0
C] 1000 1300 1275
t
wtrong
[
0
C] 950 1250 1225
t
wngoai
[
0
C] 71 89 86
t
tb1
[
0
C] 834 1097 1075
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Chương III : Cân bằng nhiệt
t
tb2
[
0
C] 718 943 924
t
tb3
[

0,115 0,115 0,115
δ
3
[m]
0,115 0,115 0,115
δ
4
[m]
0,115 0,115 0,115
α [w/m
2
.k]
10,053 10,827 10,956
F
tường
[m
2
] 26 44 17
Q
tường
[w] tính
theo(*)
13401 32926 12363
Q
tường
[w] tính
theo(**)
13330 32871 12466
Sai số giữa(*) và
(**)

ϕ
. l = (2 . π . R
3
)
360
60
.l =
3
1
π. R
3
.l [m]
α: Hệ sè trao đổi từ nóc lò tới các môi trường xung quanh, khi mặt
ngoài lò gạch, α được xác định theo công thức
α = 7,9 + 0,053 . t
Wngoài
[W/m
2
.k]
Các kết quả tính toán được trìng bày ở bảng III.5
Vậy tổn thất nhiệt do dẫn qua nóc lò :
Q
nóc
= Q
s
nóc
+ Q
n
nóc
+ Q

tưòng
+ Q
nóc
+ Q
đáy
[w]
Q
4
= 58667 + 8800 + 63876 = 131343 [w]
II.2.5. Lượng nhiệt tổn thất do bức xạ qua cửa lò khi mở cửa
Khi lò làm việc ,các cửa có thể mở một phần hoặc mở hoàn toàn để vào
liệu , ra liệu do đó có tổn thất nhiệt do bức xạ ra ngoài qua cửa :

BẢNG III. 5: CÁC THÔNG SỐ VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
DẪN NHIỆT QUA NÓC LÒ:
Những thông số cơ
bản
GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ MỖI VÙNG LÒ
Vùng sấy Vùng nung
Vùng đồng
nhiệt
t
kk
[
0
C] 20 20 20
t
k
tb
[

0,838 0,955 0,946
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Q
4
= 131343 [w]
Chương III : Cân bằng nhiệt
λ
2
[w/m.k]
0,154 0,165 0,164
α[w/m
2
.k]
13,889 14.578 14,472
D
1
[m] 3,8 3,8 3,8
D
2
[m] 4,26 4,26 4,26
D
3
[m] 4,49 4,49 4,49
ϕ [độ]
60 60 60
L[m] 5,855 10,022 2,747
F
nóc
[m
2

Trong đó:
F: Điện tích phân cửa mở [m
2
] ; F = 1,7 . 0,13 = 0,22 [m
2
]
Ψ: Hệ số thời gian mở cửa được xác định theo công thức
C
0
: Hệ số bức xạ; C
0
= 5,67 [w/m
2
.K
4
]
T
k
: Nhiệt độ trung bình của sản phẩmcháy ở vùng có cửa [
0
K]
Ψ
=
Σ Thời gian mở cửa trong 1 h
3600
Giả thiết rằng thời gian mở cửa T = 30 [S]
Số lần mở cửa trong một giờ là N[lần] N được tính theo công thức:
N =
g
p

= C
o

4
100






k
T
. F . φ . Ψ . Z
Q
cửa
= 5,67
29331.43,0.61,0.22,0.
100
273700
4
=






+
[w]

φ = 0,38 (bảng 6.1 [2])
Z = 2 ; Ψ = 0,61
Q
”
cửa
= C
o

4
100






k
T
. F . φ . Ψ . Z
Q
”
cửa
= 5,67
101832.61,0.38,0.072,0.
100
2731250
=




kk
= 20
[
0
C]
δ
kk
=
205,1
273
20
1
293,1
273
1
0
=
+
=
+
kk
kk
t
δ
[kg/m
3
]
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Q
5

= i
k
: Entanpy của sản phẩm cháy tại vùng mở cửa [kj/m
3
tc
]
Theo phụ lục I[2] ta có: i
k
= 960,75 [kj/m
3
tc
] với t
k
sấy
= 700 [
o
C]
Ψ: Hệ số thời gian mở cửa; Ψ = 0,61
V
t
: Lượng khí lọt qua cửa nằm [m
3
/s]
V
t
= µ . H . B
( )
2
2
k

273
700
1
33,0
3600.
273
1
=
+
=
+
k
t
t
v
[m
3
tc
/h] [1]
H: ChiÒu cao phần mở cửa [m]; H = 0,13 [m]
B: Chiều rộng cửa [m]; B = 1,7 [m]
g: Gia tốc trọng trường; g = 9,81 [m
3
/s]
µ: Hệ số lưu lượng; µ = 0,62Vậy:
Q
1

t
= 0,17 [m
3
/s]; V
o
= 110 [m
3
tc
/h]
Vậy: Q
”
lọt
= 0,28 . 1799,05 . 110. 0,61 = 33801 [w]
Vậy tổng tổn thất nhiệt do lọt sản phẩm cháy qua cửa là:
Q
6
= Q
’
lọt
+ Q
”
lọt
= 54697 + 33801 = 88498 [w]
II.2.7 : Lượng nhiệt tổn thất do sản phẩm cháy qua kênh khói ra ống khói
Sản phẩm cháy qua kênh khói ra ống khói có nhiệt độ tương đối cao vì vậy
gây ra tổn thất nhiệt
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Q
6
= 88498 [w]

tc
] (xem phu lục II [2])
V
n
Lượng sản phẩm cháy tạo thành khí đốt cháy 1kg dầu FO:
V
n
= 12,57 [m
3
/kg (xem chương I)

Σ V
0
. Ψ: Tổng sản phẩm cháy đã lọt qua các cửa
Σ V
0
. Ψ = 270,43 [m
3
tc
/h]
Q
7
= 0,28 . 960,75. (B . 12,57 – 270,43)
Q
7
= 3382 . B - 72749
II.2.8:Lượng nhiệt tổn thất do nước làm mát các kết cấu lò:
Phôi này được nung một mặt, phôi trượt trên hai hàng gạch Ziêccôn, nên
không có tổn thất nhiệt do nước làm mát các ống đỡ phôi ta chỉ sử dụng nước
để làm nguội hộp cửa vào liệu và ra liệu để tránh cửa bị cong vênh . lượng

Q
8
= 619.B + 3164
Ghi chó: Lò nung liên tục được thiết kế không có các cửa quan sát (mà
thay bằng các lỗ quan sát) vì vậy không tình tổn thất nhiệt do bức xạ cũng
như lọt sản phẩm cháy cho cửa này
II.3. Tính lượng tiêu hao dầu FO và các thông số đặc trưng của lò
II.3.1 Lượng tiêu hao dầu FO (B[kg/h])
Trên cơ sở cân bằng cơ sở lượng nhiệt thu và chi của lò ta xác định được
nhiệt tiêu hao dầu FO:
Σ Q
thu
= Σ Q
chi
Σ Q
thu
= 12382,68B + 63280 [w]
Σ Q
chi
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5
+ Q

3035121
03437533035121
=
−
II.3.3. Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn ([kg/kg])
b =
p
QB
t
.29300
.
[kg/kg]
Trong đó :
B : Lượng tiêu hao dầu Fo : B = 240 [kg/h]
Q
t
: Nhiệt trị của dầu Fo : Q
t
= 38392,33 [kj/kg] (xem chương I)
P : Năng xuất lò , p = 8000[kg/h]
29300 : Nhiệt trị của nhiên liệu tiêu chuẩn .
b =
p
QB
t
.29300
.
[kg/kg]
b =
039,0

nl
=
[%]100.
1
c
toa
Q
QQ −
η
nl
=
[%]12,69100.
2579964
328068,8465881
=
−
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
B =240 kg/h]
b = 0,039 [kg/kg]
η
nl
= 69,12 [%]
Chương III : Cân bằng nhiệt
NHIỆT THU NHIỆT CHI
N
0
Các khoản
thu nhiệt
Giá trị
[w]

Nhiệt do
nung trước
dầu Fo
16039 0,53 3
Nhiệt mất do
cháy không
hoàn toàn cơ
học
12900 0,43
4
Nhiệt toả
do các
phản ứng
oxy hoá
63280 2,09 4
Nhiệt mất do
đẫn nhiệt qua
thể xây lò
131343 4,32
5 Nhiệt mất do
bức xạ qua
cửa khi mở
13116 0,43
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
Chương III : Cân bằng nhiệt
6
Nhiệt mất do
sản phẩm
cháy lọt qua
cửa

cap
toa
Q
QQ
∑
−
[%]
Trong đó :
Q
1
: Lượng nhiệt để nung kim loại
Q
1
= 1846588,8 [w]
∑Q
cấp
: Lượng nhiệt cấp cho lò
∑Q
cấp
= Q
c
+ Q
kk
+ Q
dầu
[w]
Q
c
= 2971841 [w] (xem


II.3.6. Hệ số sử dụng nhiệt của lò
η
ci
[%]
η
t
=
100.
vao
ravao
Q
QQ −
[%]
Trong đó :
Q
vào
:Lượng nhiệt đưa vào lò
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
η
ci
=60,01[%]
Chương III : Cân bằng nhiệt
Q
vào
=∑Q
cấp
= 2971841[w]
Q
ra
: Lượng nhiệt sản phẩm cháy mang theo qua kênh khỉa ống khói

BẢNG III.7 : TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA LÒ
N
0
Các đại lượng Ký hiệu Giá trị
1 Lượng tiêu hao dầu FO B 240 [kg/h]
2 Xuất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn b 0,039 [kg/kg]
3 Hệ số sử dụng nhiên liệu có Ých
η
nl
69,12[%]
4 Hệ số sử dụng nhiệt có Ých
η
ci
60,01 [%]
5 Hệ số sử dụng nhiệt của lò
η
t
75,14 [%]
Thiết kế lò nung liên tục nung thép cán
η
t
=75,14 [%]