Giáo trình lò hơi - Đặng Thành Trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẶNG THÀNH TRUNG

GIÁO TRÌNH

LỊ HƠI

NHÀ XUẤT BẢN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
*******************

TS. ĐẶNG THÀNH TRUNG

GIÁO TRÌNH

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


2


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học cơng nghệ, lị hơi
ngày càng giữ vị trí quan trọng trong cơng nghiệp và đời sống. Lị hơi
đƣợc ứng dụng để cung cấp hơi cho các quá trình sản xuất bia, rƣợu; quy
trình sản xuất sữa; các qui trình chế biến thuỷ hải sản và thực phẩm; các
cơng đoạn sấy hấp trong các nhà máy chế biết gỗ, bột ngọt, sản xuất nệm
mút; cung cấp hơi cho các nhà máy nhiệt điện; cung cấp hơi để sƣởi
ấm,… Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế của cả
nƣớc, ngành Cơng nghệ lị hơi Việt Nam đã có những bƣớc phát triển
vƣợt bậc và ngày càng trở nên quan trọng trong đời sống và sản xuất của
con ngƣời.
Nắm bắt đƣợc điều này, cũng nhƣ nhu cầu cấp thiết cung cấp một
giáo trình chuẩn cho sinh viên chuyên ngành Nhiệt – Điện lạnh của
Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP. HCM, tác giả đã chắt lọc và tổng
hợp những kiến thức cơ bản nhất, mới nhất về lị hơi để viết nên “GIÁO
TRÌNH LỊ HƠI”. Giáo trình này đƣợc sử dụng chủ yếu cho sinh viên
chuyên ngành Nhiệt –Điện lạnh và các cán bộ kỹ thuật có quan tâm.
Mặc dù tác giả hết sức cố gắng nhƣng sai sót là điều khó tránh
khỏi. Chúng tơi rất hoan nghênh và trân trọng mọi ý kiến đóng góp từ
phía độc giả. Thƣ xin gửi về địa chỉ: Khoa Cơ khí Động lực – Trƣờng
Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP. HCM, số 01 Võ Văn Ngân – Quận Thủ
Đức – TP. Hồ Chí Minh.
Tác giả

3


MỤC LỤC

LỜI NĨI ĐẦU
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC BẢNG
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG CHÍNH
CÁC CHỮ VIẾT TẮT THƢỜNG DÙNG
Chƣơng I: TỔNG QUAN
1.1. LÕ HƠI
1.2. PHÂN LOẠI
1.2.1. Phân loại đầu tiên hay phân loại theo lịch sử phát triển
1.2.2. Theo công dụng
1.2.3. Theo áp suất
1.2.4. Theo sản lƣợng hơi
1.2.5. Theo chế độ tuần hồn nƣớc
1.3. CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÕ HƠI
1.3.1. Sản lƣợng hơi
1.3.2. Áp suất và nhiệt độ hơi
1.3.3. Năng suất bốc hơi
1.3.4. Phụ tải nhiệt
1.3.5. Hiệu suất nhiệt của lị hơi
1.4. Q TRÌNH PHÁT TRIỂN LÕ HƠI
1.4.1. Lò hơi ống lò – ống lửa
1.4.1.1. Lò hơi ống lò
1.4.1.2. Lò hơi ống lửa
1.4.1.3. Lò hơi kết hợp ống lò – ống lửa
1.4.2. Lò hơi ống nƣớc tuần hồn tự nhiên
1.4.2.1. Lị hơi ống nƣớc nằm ngang
1.4.2.2. Lò hơi ống nƣớc thẳng đứng
1.4.3. Lò hơi trực lƣu
4

Trang

3
4
9
11
11
12
13
13
14
14
14
14
14
14
15
15
15
16
16
16
16
16
16
19
21
22
23
25
27

1.4.4. Lị hơi tầng sơi
1.5. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LÕ HƠI
1.5.1. Lị hơi cơng nghiệp
1.5.2. Lị hơi nhà máy nhiệt điện
1.5.3. Lò hơi cấp hơi ấm cho các tòa nhà
Câu hỏi chƣơng I

29
32
32
35
36
38

Chƣơng II: NHIÊN LIỆU VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY
2.1. NHIÊN LIỆU
2.1.1. Khái niệm
2.1.2. Thành phần hóa học của nhiên liệu
2.1.2.1. Nhiên liệu rắn và lỏng
2.1.2.2. Nhiên liệu khí
2.1.3. Nhiệt trị của nhiên liệu
2.1.3.1. Định nghĩa
2.1.3.2. Phân loại
2.1.4. Nhiên liệu qui ƣớc và các đặc tính qui dẫn của nhiên liệu
2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY
2.2.1. Khái niệm
2.2.2. Sự lan truyền ngọn lửa
2.2.3. Đặc điểm của các quá trình cháy nhiên liệu
2.2.3.1. Quá trình cháy nhiên liệu rắn

2.2.3.2 Quá trình cháy nhiên liệu lỏng
2.2.3.3. Quá trình cháy nhiên liệu khí
2.2.4. Cơ sở khí động để phân loại buồng lửa
2.2.4.1. Cháy theo lớp
2.2.4.2. Cháy theo ngọn lửa
2.2.4.3. Cháy xoáy
2.2.5. Các chỉ tiêu đánh giá buồng lửa
2.2.5.1. Nhiệt thế diện tích
2.2.5.2. Nhiệt thế thể tích
2.2.5.3. Hệ số khơng khí thừa
Câu hỏi chƣơng II

39
39
39
40
40
41
41
41
41
44
46
46
46
48
48
50
50
50

50
51
52
53
53
53
54
56
5


Chƣơng III: CÁC SẢN PHẨM CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
3.1. THỂ TÍCH KHƠNG KHÍ LÝ THUYẾT
3.2. THỂ TÍCH SẢN PHẨM CHÁY LÝ THUYẾT
3.3. THỂ TÍCH SẢN PHẨM CHÁY THỰC TẾ
3.4. ĐỘ LỌT KHƠNG KHÍ
3.5. SỰ CHÁY HỒN TỒN VÀ KHƠNG HỒN TOÀN
3.6. ENTHALPY CỦA SẢN PHẨM CHÁY
3.7. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ KHƠNG KHÍ THỪA
Câu hỏi chƣơng III
Chƣơng IV: HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA LỊ HƠI
4.1. PHƢƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT
4.1.1. Nhiệt lƣợng đƣa vào
4.1.2. Nhiệt lƣợng hữu ích
4.2. CÁC LOẠI TỔN THẤT NHIỆT
4.2.1. Tổn thất nhiệt do khói thải
4.2.2. Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về hóa học
4.2.3. Tổn thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn về cơ học
4.2.4. Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trƣờng
4.2.5. Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài

4.3. NHỮNG KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI CỦA
LÕ HƠI CÔNG NGHIỆP
4.3.1. Tận dụng nhiệt khói thải
4.3.2. Nƣớc xả lị
4.3.3. Hệ thống thu hồi nƣớc ngƣng

6

57
57
58
61
62
62
65
66
68
69
69
70
71
73
73
74
75
76
77
78

Câu hỏi chƣơng IV

78
79
79
82

Chƣơng V: TÍNH NHIỆT LỊ HƠI
5.1. BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA LÕ HƠI
5.1.1. Bề mặt sinh hơi
5.1.1.1. Dàn ống sinh hơi trao đổi nhiệt bằng bức xạ
5.1.1.2. Dàn ống sinh hơi trao đổi nhiệt bằng đối lƣu
5.1.1.3. Bộ quá nhiệt

83
83
83
83
87
88


5.1.2. Bề mặt truyền nhiệt phụ
5.1.2.1. Bộ hâm nƣớc
5.1.2.2. Bộ sấy khơng khí
5.1.3. Điều kiện làm việc của các bề mặt phụ
5.1.3.1. Sự bám bẩn bề mặt
5.1.3.2. Sự mài mòn
5.1.3.3. Sự ăn mịn
5.2. TÍNH NHIỆT LÕ HƠI
5.2.1. Tính nhiệt buồng lửa

5.2.2. Tính bề mặt truyền nhiệt đối lƣu
5.2.2.1. Xác định Q
5.2.2.2. Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit
5.2.2.3. Hệ số truyền nhiệt K
5.2.3. Một số vấn đề khi tính nhiệt lị hơi
Câu hỏi chƣơng V

92
92
93
94
94
94
94
95
95
104
104
106
107
110
116

Chƣơng VI: TÍNH SỨC BỀN LỊ HƠI
6.1. MỞ ĐẦU
6.1.1. Kim loại dùng để chế tạo lò hơi
6.1.2. Áp suất tính tốn
6.1.3. Nhiệt độ vách tính tốn
6.1.4. Ứng suất cho phép của kim loại
6.2. TÍNH SỨC BỀN MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH CỦA LỊ

HƠI
6.2.1. Các bao hơi và thân hình trụ chịu áp suất bên trong
6.2.2. Các ống của bề mặt tiếp nhiệt và ống dẫn chịu áp suất
bên trong
6.2.3. Hệ số bền vững
6.2.4. Xác định đƣờng kính lớn nhất cho phép của Lỗ khơng
có gia cƣờng
6.3. TÍNH ĐÁY CONG
6.4. TÍNH CÁC BỘ PHẬN HÌNH TRỤ CHỊU ÁP LỰC BÊN
NGOÀI

117
117
117
117
117
118

Câu hỏi chƣơng VI

119
119
119
120
122
125
126
126
7

8

Chƣơng VII: VẬN HÀNH LÒ HƠI
7.1. KHỞI ĐỘNG LÕ HƠI
7.1.1. Chuẩn bị
7.1.2. Khởi động
7.1.2.1. Khởi động lò hơi đốt dầu
7.1.2.2. Khởi động lò hơi đốt than
7.2. VẬN HÀNH LÕ HƠI
7.3. DỪNG LÕ HƠI
7.3.1. Dừng bình thƣờng
7.3.1.1. Lị hơi đốt nhiên liệu rắn
7.3.1.2. Lò hơi đốt dầu
7.3.2. Dừng sự cố
7.3.2.1. Lò hơi đốt nhiên liệu rắn
7.3.2.2. Lò hơi đốt dầu
Câu hỏi chƣơng VII

127
127
127
128
128
128
129
130
130
130
131

131
131
131
132

Chƣơng VIII: XỬ LÝ NƢỚC CHO LÒ HƠI
8.1. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA VIỆC XỬ LÝ NƢỚC
8.1.1. Mục đích
8.1.2. Ý nghĩa
8.2. TIÊU CHUẨN VỀ CHẤT LƢỢNG NƢỚC CẤP
8.3. CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG ĐÓNG CÁU
8.3.1. Phƣơng pháp lắng lọc
8.3.2. Phƣơng pháp xử lý bằng hóa chất kết hợp lắng lọc
8.3.3. Phƣơng pháp trao đổi Cation
8.3.4. Phƣơng pháp trao đổi Anion
8.3.5. Phƣơng pháp xử lý nhiệt
8.3.6. Phƣơng pháp dùng điện trƣờng
8.3.7. Phƣơng pháp dùng từ trƣờng
8.3.8. Phƣơng pháp dùng siêu âm
Câu hỏi chƣơng VIII
PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO

133
133
133
133
133
134
135

135
136
139
139
139
140
141
143
144
154


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hình lị hơi FULTON .............................................................. 13
Hình 1.2: Sơ đồ một lị bình đơn giản ..................................................... 17
Hình 1.3: Sơ đồ một lị bình chi tiết ........................................................ 17
Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo lị nhiều bình ..................................................... 18
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo lị hơi ống lị ...................................................... 19
Hình 1.6: Sơ đồ một lị hơi ống lửa ......................................................... 20
Hình 1.7: Một số hình ảnh của lị hơi ống lị ........................................... 20
Hình 1.8: Cấu tạo lị hơi ống lò - ống lửa đặt đứng của Fulton ............... 21
Hình 1.9: Cấu tạo lị hơi ống lị - ống lửa đặt nằm ngang của Fulton ..... 22
Hình 1.10: Cấu tạo một lị hơi ống nƣớc nằm ngang............................... 23
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý lò hơi ống nƣớc nằm ngang ........................ 24
Hình 1.12: Lị hơi ống nƣớc thẳng đứng có bốn baolơng nhiệt ............... 25
Hình 1.13: Lị hơi ống nƣớc thẳng đứng có năm baolơng nhiệt .............. 25
Hình 1.14: Lị hơi ống nƣớc thẳng đứng có sáu baolơng nhiệt ............... 26
Hình 1.15: Lị hơi trực lƣu ....................................................................... 29
Hình 1.16: Lị hơi tầng sơi ....................................................................... 30
Hình 1.17: Một thiết kế của lị hơi tầng sơi ............................................. 31

Hình 1.18: Phạm vi ứng dụng của các loại lị hơi.................................... 32
Hình 1.19: Hệ thống gia nhiệt trong quy trình sản xuất bia .................... 33
Hình 1.20: Hệ thống đƣờng ống trong công đoạn thanh trùng của
quy trình sản xuất sữa ........................................................... 33
Hình 1.21: Băng chuyền hấp sử dụng hơi từ lị hơi ................................. 34
Hình 1.22: Máy xeo giấy và đƣờng hơi ................................................... 35
Hình 1.23: Chu trình nhà máy nhiệt điện tuabin hơi ............................... 35
Hình 1.24: Chu trình nhà máy nhiệt điện dùng lị hơi đốt than ............... 36
Hình 1.25: Một số hình ảnh của các bộ trao đổi nhiệt dùng để sƣởi
ấm phòng ở ........................................................................... 37
Hình 2.1: Bơm nhiệt lƣợng kế ................................................................. 43
Hình 2.2: Lý thuyết ngọn lửa ................................................................... 47
Hình 2.3: Nhiệt lƣợng với nhiệt độ .......................................................... 49
9


Hình 2.4: Nhiệt lƣợng với hệ số khơng khí thừa ..................................... 49
Hình 2.5: Cháy theo lớp ........................................................................... 51
Hình 2.6: Cháy theo ngọn lửa .................................................................. 52
Hình 2.7: Cháy xốy ................................................................................ 53
Hình 4.1: Mối quan hệ giữa tổn thất nhiệt và sản lƣợng hơi ................... 76
Hình 4.2: Đồ thị nhiệt đọng sƣơng của khói phụ thuộc nồng độ lƣu
huỳnh .................................................................................... 78
Hình 4.3: Đồ thị nhiệt đọng sƣơng của khói phụ thuộc nồng độ H2S ......... 79
Hình 5.1: Bố trí dàn ống sinh hơi trong lị ............................................... 84
Hình 5.2: Cụm ống bố trí so le ................................................................ 85
Hình 5.3: Ống có cánh ............................................................................. 86
Hình 5.4: Một số loại ống hãng HAMON sử dụng ................................ 86
Hình 5.5: Bố trí dàn ống sinh hơi ............................................................ 87
Hình 5.6: Sơ đồ bố trí chùm ống ............................................................. 89

Hình 5.7: Các phƣơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ............... 91
Hình 5.8: Bộ ECO với loại ống thép có cánh của hãng HAMON ..................92
Hình 5.9: Bộ SKK với loại ống gang có cánh của hãng HAMON .................93
Hình 5.10: Sơ đồ đƣờng khói tuần hồn .................................................. 97
Hình 5.11: Đồ thị xác định nhiệt lƣợng sinh ra trong buồng lửa .................. 98
Hình 5.12: Diện tích truyền nhiệt trong trƣờng hợp một vách .............. 100
Hình 5.13: Diện tích truyền nhiệt trong trƣờng hợp hai vách ............... 101
Hình 5.14: Các sơ đồ truyền nhiệt ........................................................ 106
Hình 5.15: Phần mềm tính tốn bộ hâm nƣớc ....................................... 109
Hình 5.16: Phần mềm tính tốn bộ sấy khơng khí ................................. 110
Hình 5.17: Phần mềm thiết kế lị hơi ống lửa của FireCAD ................. 111
Hình 5.18: Phần mềm thiết kế lị hơi ống nƣớc của FireCAD............... 112
Hình 5.19: Phần mềm tính tốn lị hơi của Exothermic Engineering .... 112
Hình 6.1: Truyền nhiệt qua vách bao hơi .............................................. 118
Hình 6.2 : Bố trí song song .................................................................... 120
Hình 6.3 : Bố trí so le............................................................................. 121
10


Hình 6.4 : Bố trí khơng đối xứng ........................................................... 121
Hình 6.5 : Lỗ có đƣờng kính khơng đều ................................................ 122
Hình 6.6 : Lỗ có đƣờng kính ovan ......................................................... 122
Hình 6.7 : Đƣờng ống khoét lỗ .............................................................. 123
Hình 6.8 : Hàn nối vào thân trụ ............................................................. 124
Hình 6.9 : Miếng ốp ............................................................................... 124
Hình 6.10: Hình dạng đáy ...................................................................... 125

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các dạng năng lƣợng hữu cơ................................................... 39
Bảng 2.2: Các chỉ tiêu đánh giá buồng lửa .............................................. 54

Bảng A1: Các tính chất vật lý của hơi nƣớc bão hịa theo nhiệt độ............... 144
Bảng A2: Các tính chất vật lý của hơi nƣớc bão hòa theo áp suất.............. 146
Bảng A3: Các tính chất vật lý của hơi nƣớc quá nhiệt .......................... 147
Bảng A4: Các tính chất vật lý của khơng khí ........................................ 151
Bảng A5: Các tính chất vật lý của khói ................................................. 153

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG CHÍNH
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

b

kg/kWh

suất tiêu hao nhiên liệu

B

kg/h

tiêu hao nhiên liệu

c

kJ/kg.K

nhiệt dung riêng

d

mm

đƣờng kính ống

D

kg/h

sản lƣợng hơi

F

m

2

G

kg/s

diện tích
lƣu lƣợng
11


i

kJ/kg

enthalpy

k

W/m.K

hệ số truyền nhiệt

p

bar

áp suất

S

mm

chiều dày vách ống, bao hơi

Q

kJ

nhiệt lƣợng

kW

năng suất nhiệt

kJ/kg

nhiệt trị

t

o

nhiệt độ

T

K

nhiệt độ tuyệt đối

v

m3/kg

C

thể tích riêng

3

thể tích

3

m /s

lƣu lƣợng thể tích



m/s

vận tốc



W/m.K

hệ số dẫn nhiệt



W/m2.K

hệ số toả nhiệt đối lƣu

µ

Pa.s

độ nhớt động lực học



m2/s

độ nhớt động học



---

hệ số khơng khí thừa

t, t

o

chênh nhiệt độ



---

V

m



C

kg/m

hiệu suất
3

khối lƣợng riêng

CÁC CHỮ VIẾT TẮT THƢỜNG DÙNG

12

ECO

bộ hâm nƣớc

FBC

lò hơi tầng sơi

SKK

bộ sấy khơng khí

HRSG

lị hơi tận dụng nhiệt


Chƣơng I
TỔNG QUAN

1.1. LỊ HƠI (BOILER)
Lị hơi đã xuất hiện hơn 150 năm nay. Những lò hơi ra đời sớm
nhất có hình dạng đơn giản nhƣ những cái ấm nƣớc. Theo thời gian, hình
dạng và cơng năng của chúng thay đổi với xu hƣớng tăng công suất và
hiệu suất nhiệt, lắp đặt và vận hành đơn giản, phù hợp với điều kiện thực
tế. Lị hơi có nhiều định nghĩa đã đƣợc sử dụng để mơ tả nó. Lị hơi có
thể đƣợc mô tả nhƣ là một thiết bị dùng để sinh ra hơi nƣớc nhờ nhiệt
lƣợng của nhiên liệu đốt cháy. Lị hơi dùng để chuyển đổi năng lƣợng
hóa học của nhiên liệu thành năng lƣợng nhiệt của hơi hoặc năng lƣợng
nhiệt của khí nóng chuyển thành năng lƣợng của hơi mà khơng có q
trình cháy xảy ra. Lị hơi cũng đƣợc xem là một bình giữ áp sản sinh ra
hơi với áp suất làm việc trên 2 bar [1]. Do vậy, một lị hơi khơng nhất
thiết phải có một bộ đốt. Một thiết bị gia nhiệt nƣớc trong một bình chứa
hở hoặc có dung tích nhỏ thì khơng gọi là một lò hơi. Một thiết bị gia
nhiệt cho nƣớc chỉ gọi là lị hơi khi nó có dung tích trên 120 gallons [2].
Hình 1.1 mơ tả cấu tạo của một lị hơi.

Hình 1.1: Hình lị hơi FULTON [3]
13


1.2. PHÂN LOẠI
Có nhiều cách phân loại lị hơi. Sau đây là một số cách phân loại
phổ biến hiện nay [1, 2, 4-10].
1.2.1. Phân loại đầu tiên hay phân loại theo lịch sử phát triển
- Lò hơi ống lò
- Lò hơi ống lửa
- Lò hơi kết hợp ống lò - ống lửa
- Lị hơi ống nƣớc.
1.2.2. Theo cơng dụng

- Lị hơi năng lƣợng, cịn gọi là lị hơi cơng nghiệp, sử dụng trong
cơng nghệ: sấy, hấp,…
- Lị hơi cơ nhiệt (hơi, nƣớc nóng) để sƣởi ấm hay phát điện trong
nhà máy nhiệt điện.
- Lò hơi tận dụng nhiệt: tận dụng phế liệu có thể đốt đƣợc, cho hiệu
suất thấp.
1.2.3. Theo áp suất
- Nồi hơi hạ áp: Nồi hơi có áp suất sinh ra nhỏ hơn 15 bar, nhiệt độ
nhỏ hơn 350 ºC.
- Nồi hơi trung áp: Nồi hơi có áp suất sinh ra từ 15 đến 60 bar,
nhiệt độ nhỏ từ 350 đến 450 ºC
- Nồi hơi cao áp: Nồi hơi có áp suất sinh ra trên 60 bar, nhiệt độ
nhỏ từ 450 đến 540 ºC
- Nồi hơi siêu cao áp: có áp suất trên 140 bar
Ngồi ra, trong một số ứng dụng đặc biệt, lò hơi hoạt động trên áp
suất tới hạn (Áp suất tới hạn của nƣớc Pth nuớc = 225,3 bar) nên còn đƣợc
gọi là lò hơi trên tới hạn (Supercritical boilers).
1.2.4. Theo sản lƣợng hơi
- Lò hơi công suất nhỏ: Sản lƣợng hơi D < 20 T/h
- Lị hơi cơng suất trung bình: 20  D < 75 T/h
- Lị hơi cơng suất lớn: D  75 T/h.
1.2.5. Theo chế độ tuần hồn của nƣớc
- Lị hơi tuần hồn tự nhiên có bao hơi (Natural circulation or drum
boilers)
14


- Lị hơi tuần hồn cƣỡng bức (Forced circulation boilers)
- Lị hơi trực lƣu (Once-through or no-drum boilers).
1.3. CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ HƠI

1.3.1. Sản lƣợng hơi (D)
Là lƣợng hơi sinh ra trong một đơn vị thời gian.
D=

Q
, kg/s hay kg/h hay Tấn/h
q

hay Q = D.q
Trong đó:
Q: phụ tải nhiệt của lò hơi, kJ/s
q: lƣợng nhiệt riêng, kJ/kg
q = r = i’’ – i’
r: nhiệt ẩn, kJ/kg
i”: Entalpy ở trạng thái hơi bão hịa khơ, kJ/kg
i’: Entalpy ở trạng thái lỏng chƣa sôi (Entalpy nƣớc cấp), kJ/kg
D - sản lƣợng hơi theo thiết kế.
Dđm – sản lƣợng hơi định mức: là lƣợng hơi mà nồi hơi có thể làm
việc đƣợc lâu dài.
Dmax - sản lƣợng hơi cực đại: là lƣợng hơi tối đa có thể sinh ra
trong thời gian vận hành ngắn mà không gây nguy hiểm. Dmax =
(1,1  1,2) Dđm tƣơng ứng với khả năng lò hơi có thể vận hành trên tải
định mức 10  20%.
Dkt – sản lƣợng hơi kinh tế là sản lƣợng hơi đảm bảo hiệu suất
nhiệt cao nhất. Dkt = (0,8  0,9)Dđm.
1.3.2. Áp suất và nhiệt độ hơi
Một trong những thơng số quan trọng của lị hơi là áp suất và nhiệt
độ làm việc của hơi. Đối với lò hơi sản sinh ra hơi quá nhiệt thì áp suất
(p) và nhiệt độ (t) độc lập nhau; khi xác định trạng thái hơi, chúng ta cần
phải biết cả nhiệt độ và áp suất hơi

Đối với lò hơi sản sinh ra hơi bão hịa thì áp suất (p) và nhiệt độ
(t) phụ thuộc nhau; khi xác định trạng thái hơi, chúng ta chỉ cần biết hoặc
nhiệt độ hoặc áp suất hơi.
15


1.3.3. Năng suất bốc hơi
Là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn
vị thời gian (kg/m2h). Đặc tính này cũng là một trong những đặc tính
quan trọng thƣờng sử dụng cho các nồi hơi công nghiệp.
1.3.4. Phụ tải nhiệt
Phụ tải nhiệt Q là nhiệt lƣợng mà lị hơi có thể cung cấp cho tiêu
thụ: (kJ/h, kCal/h, kW).
1.3.5. Hiệu suất nhiệt của Lò hơi
Hiệu suất nhiệt của lò hơi là lƣợng nhiệt sử dụng có ích trên nhiệt
lƣợng cháy trong buồng lửa hay nó cũng là tỉ số giữa phần nhiệt lƣợng sử
dụng có ích trên nhiệt lƣợng cung cấp vào buồng lửa.

 =

Q1
= q1
Qdv

Với Qdv là nhiệt lƣợng cung cấp cho lò hơi khi đốt cháy 1 kg nhiên
liệu rắn hay lỏng hoặc 1 m3tc nhiên liệu khí. Thơng thƣờng, lị hơi có
hiệu suất  từ 80 đến 94%.
1.4. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LỊ HƠI
Phƣơng hƣớng phát triển của lị hơi trong thời gian qua đƣợc thể
hiện bởi các mặt sau:

- Nâng cao cơng suất và hiệu suất của lị hơi (  ).
- Giảm lƣợng tiêu hao kim loại
- Tuần hoàn nƣớc trong lị hơi phải tốt
- Nâng cao tính an toàn trong vận hành
- Lắp ráp, sửa chữa dễ dàng.
1.4.1. Lò hơi ống lò - ống lửa
1.4.1.1. Lò hơi ống lò
Đây là loại lò hơi đơn giản nhất. Cấu tạo của nó là một bình dạng
hình trụ, khói đốt nóng ngồi bình và chỉ đốt đƣợc ở phần dƣới. Ngƣời ta
gọi đây là lị bình. Hình 1.2 thể hiện mơ tả cấu tạo đơn giản của một lị
bình, cấu tạo chi tiết hơn của loại lò này đƣợc thể hiện ở hình 1.3. Nhiên
liệu bị đốt cháy sinh ra nhiệt, nhiệt này sẽ truyền cho nƣớc trong lò. Đến
một lúc nào đó, nƣớc sẽ chuyển thành hơi đƣợc tích trữ ở bình cung cấp
16


cho u cầu sử dụng. Dƣới đáy bình có gắn van xả đáy vệ sinh đáy lò, do
nƣớc cấp vào thƣờng có đi theo cặn bẩn. Để bảo vệ lị hơi, ngƣời ta gắn
thêm van an toàn, khi áp suất vƣợt quá mức cho phép, van an toàn sẽ mở
ra, hơi sẽ thốt ra ngồi qua van này.

Khói ra
Nguồn nhiệt
Hình 1.2: Sơ đồ một lị bình đơn giản

Hình 1.3: Sơ đồ một lị bình chi tiết [8]
17


1- Bao hơi

14- Van xả

2- Đáy bao hơi

15- Ghi lò

3- Đôm hơi

16- Buồng lửa

4- Ống dẫn hơi ra

17- Ngăn chứa tro

5- Đầu nối ống nƣớc cấp

18- Cửa cấp than

6- Tấm đỡ

19- Cửa cấp gió

7- Nắp lỗ vệ sinh

20- Đƣờng khói

8- Áp kế

21- Gạch chịu lửa

9- Ống thủy

22- Lớp cách nhiệt

10- Van an tồn

23- Móng lị

11- Van hơi chính

24- Khói vào ống khói

12- Van cấp nƣớc

25- Ống khói

13- Van một chiều

26- Tấm điều chỉnh khói

Lị bình có thể tích chứa nƣớc lớn, khơng địi hỏi khắt khe về bảo
ơn buồng lửa. Tuy nhiên, loại lị này có hiệu suất truyền nhiệt kém, bề
mặt truyền nhiệt nhỏ, tối đa từ 25 đến 30 m2, thân bình bị đốt nóng trực
tiếp sinh ra ứng suất nhiệt phụ trong kim loại thành bình. Muốn tăng diện
tích truyền nhiệt hay tăng hiệu suất của lị, ngƣời ta tăng số bình dẫn đến
diện tích cồng kềnh (Hình 1.4), tốn kém kim loại. Hình 1.4 giới thiệu sơ
đồ của lị bình có một bình và lị có sáu bình.

Khói ra

Nguồn nhiệt
Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo lị nhiều bình
18


Để tăng diện tích truyền nhiệt, ngƣời ta thay đổi bình của lị bằng
cách đặt một hoặc hai ống nhỏ đƣờng kính từ 500  1000 mm gọi là ống
lị cho nên loại lò này đƣợc gọi là lò hơi ống lị, nhƣ hình 1.5.
Khói ra

Nguồn nhiệt
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo lò hơi ống lò
Ống lò đƣợc đặt lệch tâm bình để đảm bảo tuần hồn nƣớc.
* Ưu điểm: Loại lị hơi này có cấu tạo khá đơn giản, khơng địi hỏi
nhiều về bảo ơn của buồng lửa và có thể tích chứa nƣớc khá lớn.
* Nhược điểm: Khó tăng bề mặt truyền nhiệt, khó tăng áp suất theo
yêu cầu, thƣờng chỉ dùng để sản sinh ra hơi bão hòa.
1.4.1.2. Lò hơi ống lửa
Thay các ống lò thành rất nhiều ống nhỏ có đƣờng kính từ 50  150
mm gọi là ống lửa. Hai đầu của các ống lửa đƣợc hàn gắn chặt vào mặt
sàng. Nguồn nhiệt từ bộ đốt đi trong các cụm ống để gia nhiệt nƣớc sinh
hơi rồi đi ra ngồi, nhƣ thể hiện ở hình 1.6. Loại lị hơi này có thể sử
dụng nhiên liệu là dầu, gas hoặc các nhiên liệu lỏng. Lò hơi ống lửa có
sản lƣợng hơi lên tới 12 tấn/h, bề mặt truyền nhiệt tăng lên từ 3 ÷ 3,5 lần
so với lò hơi ống lò và áp suất làm việc lên đến 20 bar. Một số hình ảnh
của lị hơi ống lửa đƣợc thể hiện ở hình 1.7.
* Ưu điểm: bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so
với loại ống lò.
* Nhược điểm: vẫn hạn chế khả năng tăng công suất theo yêu cầu.

19


Lị hơi

Hơi ra

Buồng đốt

Hình 1.6: Sơ đồ một lị hơi ống lửa [11]

Hình 1.7: Một số hình ảnh của lị hơi ống lị [11]
20

Khói thải

Ống khói


1.4.1.3. Lò hơi kết hợp ống lò – ống lửa
Kết hợp lò hơi ống lò và lò hơi ống lửa đƣợc gọi là lị hơi ống lị ống lửa. Hình 1.8 và 1.9 giới thiệu một số lò hơi ống lò - ống lửa của
Fulton. Sản phẩm cháy từ buồng đốt đi trong ống lị, rồi qua mặt sàn, sau
đó đi vịng qua ống lửa rồi đi ra ngồi theo đƣờng ống khói.

Hình 1.8: Cấu tạo lị hơi ống lị - ống lửa đặt đứng của Fulton [3]
1. Đƣờng hơi ra
10. Đƣờng khói ra
2. Quạt gió buồng đốt nhãn hiệu Fulton
11. Đƣờng nƣớc xả đáy
3. Đƣờng xả nƣớc bề xa.

12. Đƣờng nƣớc vào
4. Kính xem mức (bảo vệ)
13. Lớp bảo ôn
5. Khoang hơi
14. Khoang nƣớc
6. Tủ điện điều khiển
15. Vòng lửa cyclon
7. Cánh trao đổi nhiệt
16. Đƣờng khói ra
8. Mặt trên vòng lửa cyclon
17. Vỏ lò hơi
9. Nắp vệ sinh
18. Các bộ phận điều khiển.
21


Hình 1.9: Cấu tạo lị hơi ống lị - ống lửa đặt nằm ngang của Fulton [3]
1- Bộ trộn và đốt nhiên liệu
5- Dàn ống lửa phía dƣới
2- Ống lị
6- Ống khói
3- Ống lửa phía trên
7- Vỏ bọc cách nhiệt
4- Bộ góp nhiệt
Hiện nay loại lị này đƣợc sử dụng rộng rãi vì tận dụng các ƣu điểm
của hai lị trên, nó có năng suất bốc hơi khoảng 30  60 kg/m2h. Một số
đặc điểm của lò hơi ống lò - ống lửa:
- Buồng đốt nhỏ, tốc độ truyền nhiệt cao dẫn đến q trình hóa hơi
nhanh hơn.
- Q trình truyền nhiệt do đối lƣu tốt hơn, hệ số tỏa nhiệt đối lƣu tăng

do đƣợc lắp một số lƣợng lớn các ống truyền nhiệt có đƣờng kính nhỏ.
- Q trình truyền nhiệt càng thêm tốt hơn nhờ số lần khí (số pass)
đi qua lò hơi.
- Hiệu suất cháy cao do có sử dụng hệ thống thơng gió cƣỡng bức.
- Hiệu suất cao hơn so với các loại lò hơi khác.
- Do kích thƣớc gọn nên thƣờng sử dụng cho các nhu cầu di động
nhƣ là xe lửa, tàu thủy, trạm phát điện di động; đƣợc gọi là lị hơi lơcơ.
Tuy nhiên, lò hơi ống lò - ống lửa cũng bị giới hạn bởi sản lƣợng
hơi và áp suất làm việc. Hiện nay, ngƣời ta đang sử dụng khá rộng rãi
loại lò hơi kết hợp giữa lò hơi ống lửa và lị hơi ống nƣớc.
1.4.2. Lị hơi ống nƣớc tuần hồn tự nhiên
Để tăng sản lƣợng hơi và các thông số hơi, giảm lƣợng tiêu hao
kim loại và tăng hiệu suất nhiệt, ngƣời ta đã nghiên cứu và sử dụng các
loại lị hơi ống nƣớc với các đƣờng kính ống nhỏ khoảng 40 ÷100mm.
22


Với loại lò hơi ống nƣớc, nƣớc đi trong các ống, tuần hoàn tự nhiên
hoặc cƣỡng bức, áp suất vận hành lên tới 180 bar và sản lƣợng hơi trong
các nhà máy cơng nghiệp có thể đạt khoảng 300 tấn/h, trong các nhà máy
nhiệt điện đạt tới 2000 tấn/h. Lò hơi loại này sử dụng nguồn nhiệt từ sản
phẩm cháy của khí, dầu, than đá, sinh khối... Đối với những lò hơi lớn
dùng trong các nhà máy nhiệt điện, ngƣời ta trang bị thêm cho lò hơi này
các bộ hâm nƣớc để gia nhiệt cho nƣớc cấp, bộ sấy không khí, bộ q
nhiệt, bộ q nhiệt sơ bộ.
Với loại lị hơi này, nƣớc và hơi đi bên trong ống, sản phẩm cháy đi
bên ngoài ống. Các dàn ống này đƣợc đặt thành các cụm nối với một ống
góp gọi là dàn ống sinh hơi hay bề mặt sinh hơi.
Có hai loại lị hơi ống nƣớc chính, đó là loại lị hơi ống nƣớc nằm
ngang và lò hơi ống nƣớc thẳng đứng.

1.4.2.1. Lò hơi ống nƣớc nằm ngang
Hơi ra

Nối van an tồn

Quạt
hút
cƣỡng
bức

Hình 1.10: Cấu tạo một lị hơi ống nước nằm ngang [11]
Cấu tạo:
Về cơ bản, lò hơi ống nƣớc nằm ngang gồm các ống nƣớc đƣợc đặt
nằm nghiêng một góc 15-25º so với mặt nằm ngang rồi nối với hai hộp
góp, nhƣ thể hiện ở hình 1.10. Hai hộp góp này đƣợc nối với bao hơi
(hay cịn gọi là baolơng nhiệt) đặt phía trên, bao hơi có thể đặt dọc hay
ngang. Bao hơi có một ống hơi ra cấp cho tải tiêu thụ và ống nƣớc cấp
vào. Tƣơng tự nhƣ những loại lị hơi khác, nó gồm có cửa cấp liệu,
buồng đốt và ống khói.
Nguyên lý hoạt động cơ bản:
Nguyên liệu đƣợc đƣa vào buồng đốt, đƣợc mồi lửa và cháy tạo thành
sản phẩm cháy có nhiệt độ cao cấp nhiệt cho các bề mặt sinh hơi. Nƣớc chảy
23


trong các ống nhận nhiệt sôi và sinh hơi. Hơi nƣớc đi lên trên và đƣợc chứa
trong bao hơi. Tại đây hơi đƣợc cấp cho nơi tiêu thụ. Nguyên lý hoạt động
của lò hơi ống nƣớc nằm ngang đƣợc thể hiện ở hình 1.11.
Hơi ra

Nƣớc vào
Khơng
khí và
nhiên
liệu vào

Khói

Buồng đốt

Ống nƣớc

Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý lò hơi ống nước nằm ngang [11]
+ Ƣu điểm:
• Diện tích bề mặt truyền nhiệt có thể tăng đến 150-400 m², năng
suất bốc hơi đạt khoảng 20-25kg/m².h, sản lƣợng đạt khoảng 10-15 t/h,
hơi có áp suất khơng q 15 bar, nhiệt độ khơng q 150ºC.
• Tạo đƣợc sự tuần hồn tự nhiên dù chƣa mạnh.
• Dễ vệ sinh ống nƣớc, có thể bố trí lỗ vệ sinh ở đầu mỗi ống để có
thể làm sạch cáu cặn.
• Cho phép sử dụng nhiên liệu có chất lƣợng xấu.
• Các hộp góp đƣợc nối với bao hơi bằng các ống cong để bù trừ
giãn nở nhiệt.
+ Nhƣợc điểm:
• Suất tiêu hao nhiêu liệu cịn khá lớn.
• Do làm hộp góp phẳng nên rất nặng nề và hạn chế khả năng tăng
năng suất và thông số hơi. Thƣờng sử dụng tốt nhất tối đa là bảy ống theo
chiều đứng.
• Tuần hồn nƣớc cịn yếu.
• Tƣờng lị nặng nề, tốn nhiều vật liệu chịu lửa mà không tận dụng

đƣợc nhiệt bức xạ để tiết kiệm bề mặt truyền nhiệt.
• Thƣờng buồng lửa phải làm việc ở nhiệt độ cao nên tuổi thọ thấp.
Hiện nay, loại lị hơi này khơng còn đƣợc chế tạo mới.
24