côngnghệ chế biến dầu mỏ

Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
A- Phần lý thuyết
Mở đầu
Dầu mỏ đã đợc con ngời biết đến từ lâu, đến thế kỉ XVII, dầu mỏ đợc
sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỉ XIX, dầu đợc coi là
nguồn nguyên liệu chính cho mọi phơng tiện giao thông và cho nền kinh tế
quốc dân. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lợng quan trọng nhất
của mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 65 đến 70% năng lợng sử dụng đi từ
dầu mỏ, chỉ 20 đến 22% năng lợng nớc và 8 đến 12% từ năng lợng hạt nhân.
[V- 3].
Công nghệ chế biến dầu mỏ đợc xem nh bắt đầu ra đời vào năm 1859
khi mà Edwin Drake (Mỹ) khai thác đợc dầu thô. Lúc bấy giờ lợng dầu thô
khai thác đợc còn rất ít, chỉ một vài nghìn lít ngày và chỉ phục vụ cho mục
đích thắp sáng. Nhng chỉ một năm sau đó, không chỉ ở Mỹ mà còn cả các nớc
khác ngời ta cũng đã tìm thấy dầu. Từ đó sản lợng dầu khí khai thác ngày
càng đợc tăng lên rất nhanh. Chúng ta có thể thấy rõ điều này từ các số liệu d-
ới đây [VI- 3].
Lợng dầu thô đã khai thác đợc trên thế giới
Năm Sản lợng (Triệu tấn)
1860 0,1
1880 4,2
1900 19,9
1920 96,9
1930 296,5
1945 354,6
1950 524,8
1960 1051,5
1970 2336,2
1980 3067,1
1990 3700
1994 3003,4

1995 2982,5
1997 (riêng Việt Nam) 10,1
Cho đến nay, tổng trữ lợng dầu khí thế giới nhìn chung vẫn tăng đều
đặn mặc dù tốc độ tăng không còn nh trớc và hiện tợng này xảy ra cũng
không giống nhau ở các vùng khác nhau.
Bảng: Sự thay đổi trữ lợng dầu khí thế giới từ 1/1/1994 đến1/1/2003
Năm Dầu (triệu tấn) Khí đốt (tỉ feet khối)
1994 142.732 5016231
1995 142.826 4980278
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
1
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
1996 143.925 4933742
1997 145550 4945362
1998 145649 5086469
1999 147752 5144752
2000 145149 5146207
2001 146922 5278484
2002 147300 5451332
2003 173268 5501424
Theo thông tin dữ liệu của HIS Energy, vào giữa 2002 cho biết tổng trữ
lợng vùng nớc sâu ở Đông á- Đông Nam á ớc tính đạt 4598 triệu thùng dầu
(tức là cả dầu thô và khí đốt), trong đó có 1040 triệu thùng dầu thô và 20 Tcf
(nghìn tỷ feet khối) khí.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
2
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Bảng: Trữ lợng và sản lợng dầu khí Đông á- úc.
Nớc Trữ lợng xác minh (dầu- triệu thùng;
khí- tỷ feet)

Sản lợng khai thác
dầu (nghìn thùng/
ngày)
1/1/2003 1/1/2002 2002 2001
Brunei 1350 13800 1350 13800 185 108,5
Indonesia 5000 92500 5000 92500 1120 1214,4
Malaisia 3000 75000 3000 75000 760 744,2
Myanmar 50 10000 50 10000 10 8
Philipine 152 3772 178 3693 14 7,1
ThaiLan 583 13341 515,7 12705 130 118,1
VietNam 600 6800 600 6800 304 304,8
TrungQuoc 18250 53325 24000 48300 3400 3296
Ando 5367 26943 4840 22865 663 643,8
australia 3500 90000 3500 90000 633 632,6
PaquaN.G 240 12230 238 12230 46 57
Neuzealand 189,7 3086 89,5 2,03 34 34
Dầu Khí Dầu Khí
Hiện nay ở Việt Nam có 3 mỏ dầu quan trọng đợc khai thác.
+ Mỏ Bạch Hổ: Bắt đầu khai thác từ năm 1986, tổng sản lợng thác đạt
trên 3 triệu tấn. Sản lợng khai thác hiện nay khoảng 7ữ9 triệu tấn/năm
+ Mỏ Rồng: bắt đầu khai thác từ năm 1994, song sản lợng cha nhiều,
đạt 12000ữ18000 thùng/ngày.
+ Mỏ Đại Hùng: bắt đầu khai thác từ 10-1994, sản lợng 32000
thùng/ngày (5000 tấn/ ngày).
Về khí hyđrôcacbon hiện nay có các nơi đợc khai thác nh sau:
+ Mỏ Tiền Hải (Thái Bình): là mỏ khí thiên nhiên đây là mỏ nhỏ, hàng
năm cung cấp 10ữ30 triệu m
3
khí cho công nghiệp địa phơng.
+ Mỏ Đại Hổ: là dạng khí đồng hành đi kèm khi khai thác dầu có thể

thu đợc 180ữ200 m
3
khí đồng hành. Sản lợng của mỏ là 1,5 triệu tấn/năm.
+ Riêng mỏ khí Lan Tây- Lan Đỏ với trữ lợng là 58 tỷ m
3
sẽ dung cấp
lâu dài ở mức 2,7 tỷ m
3
khí/ năm.
Theo dự kiến của PetroVietNam, trong thời gian từ 2003 đến 2010, cụm
mỏ dầu khí ở vùng biển Cửu long và Nam Côn Sơn có thể cung cấp đến 6ữ8
tỷ m
3
khí/năm.
Từ dầu khí, bằng các quá trình chế biến hóa học có thể tạo ra hàng loạt
các sản phẩm.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
3
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
+ Sản phẩm năng lợng: những sản phẩm này đợc sử dụng để làm chất
đốt và nhiên liệu động cơ nh: dầu hoả dầu FO, xăng, dienzel
+ Sản phẩm phi năng lợng: những sản phẩm này không đợc sử dụng nh
một dạng năng lợng mà đợc sử dụng vào mục đích khác nh dầu nhờn, mỡ bôi
trơn, nhựa đờng (bitum).
+ Sản phẩm hoá học: kà những bán thành phẩm thuộc loại các hoá chất
trung gian nh: axit, rợu, anđêhit, xêtôn
Nói chung phần dầu khí dùng để sản xuất các sản phẩm năng lợng
chiếm tỷ lệ cao: trệ 90% sản lợng dầu khai thác đợc trên thế giới.
Với tầm quan trọng của năng lợng chủ yếu là điện năng phục vụ cho đời
sống và cho nền kinh tế cuả mỗi nớc. Vì thế, các nớc trên thế giới đã tiến hành

xây dựng các nhà máy điện gồm: nhà máy thuỷ điện hạt nhân. ở nớc ta hiện
nay có 2 loại nhà máy phát điện đó là: nhà máy nhiệt điện (Sông Đà, Taly, Trị
An, Hoà Bình) và nhà máy nhiệt điện (Phú Mỹ lấy nhiên liệu đốt là khí đồng
hành, nhà máy Phả Lại, Uông Bí lấy nhiên liệu đốt là than).
ở nớc ta, tiềm năng xây dựng thuỷ điện còn rất ít nếu có chỉ ở tiềm
năng rất nhỏ khoảng vài trăm MW. Việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện
chạy băng khí tự nhiên hay khí đồng hành đã mở ra một bớc phát triển mới
cho nghành sản xuất điện năng, giảm thiểu ô nhiễm, đáp ứng đủ điện năng
trong thời gian tới. Muốn phát triển đợc thì cần phải khai thác và vận dụng tối
đa những nguồn năng lợng đã có trong nớc bằng các phơng pháp hiện đại hơn,
hiệu quả hơn.
Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện, lò hơi là
khâu quan trọng đầu tiên, có nhiệm vụ biến đổi năng lợng tàng trữ của nhiên
liệu thành điện năng của lò hơi. Lò hơi là thiết bị lớn, vận hành rất phức tạp,
nó có khả năng sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nớc tạo áp suất đẩy
tua bin kéo theo trục quay máy phát điện nhằm tạo ra điện năng. Do thấy vai
trò và tính chất quan trọng của lò hơi trong lò máy nhiệt điện nh vậy, nên việc
tính toán và thiết lò hơi sao cho phù hợp là việc làm rất cần thiết khi thi công
nhà máy nhiệt điện. Nhằm tăng thêm kiến thức hiểu biết của mỗi sinh viên,
em đợc giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: " Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên
của lò hơi nhà máy nhiệt điện năng suất 30 tấn hơi/ giờ".

Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
4
§å ¸n tèt nghiÖp Th©n Träng Cêng
ThiÕt kÕ buång ®èt khÝ thiªn nhiªn cña lß h¬i nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn
5
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Phần I
Khái niệm cơ bản của lò hơi nhà máy nhiệt điện

Trong nhà máy nhiệt điện lò hơi là thiết bị lớn và quan trọng nhất, nó
vận hành rất phức tạp và khả năng cơ khí hoá, tự động hoá cao. Nhiệm vụ của
lò hơi là sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nớc chạy máy tuabin làm
quay trục máy phát điện nhằm biến đổi từ cơ năng sang điện năng. Ngoài ra
trong các lĩnh vực khác, lò hơi còn cung cấp hơi nóng để phục vụ cho các nhu
cầu nh: sấy, hấp, luyện nhng trong các lĩnh vực này thì lò hơi của nó thờng
nhỏ hơn, khả năng tự động hoá thấp hơn sơ với nhà máy nhiệt điện.
I. Cấu tạo của lò hơi (Hình 1)
Lò hơi trong nhà máy nhiệt điện
1. Bao hơi 13.ống dẫn nớc nóng vào bao hơi
2. Phần nớc trong bao hơi 14.ống dẫn hơi bão hoà từ bao hơi tới
bộ quá nhiệt
3. Phần hơi của bao hơi 15.Bộ quá nhiệt cấp I
4. Buồng lửa 16.Bộ giảm ôn để điều chỉnh
5. Vòi phun khí tự nhiên 17.Bộ qúa nhiệt cấp II
6. Đờng nhiên liệu tới vòi phun 18.Bộ sấy khí cấp I
7. Các dàn ống đặt xung quanh 19.Bộ sấy khí cấp II
8. ống pheston 20.ống dẫn khí nóng
9. ẩng nớc xuống 21.Quạt gió
10.ống góp dới của dàn ống 22.Quạt hút khói lò
11.Bộ hâm nóng nớc cấp 1 23.ống dẫn khói
12.Bộ hâm nóng nớc cấp 2
II. Nguyên lý làm việc của nồi hơi
Không khí nóng trong đờng ống (20) cùng nhiên liệu khí tự nhiên (từ
ống dẫn 6) đợc phun vào vòi phun (5) và vào buồng lửa (4). Dới tác dụng của
nhiệt độ cao trong buồng lửa, nhiên liệu kết hợp với O
2
tạo ra hỗn hợp cháy,
nhiệt toả ra do quá trình cháy sẽ cung cấp nhiệt cho dàn ống (7) rồi bốc hơi
đẩy hỗn hợp hơi + nớc lên bao hơi (1). Sự truyền nhiệt trong buồng lửa đợc

thực hiện bàng bức xạ nhiệt giữa buồng lửa và dàn ống. Bao hơi đợc dùng để
phân ly hỗn hợp hơi và nớc. Phần nớc trong bao hơi đợc đa trở lại các dàn ống
qua đờng ống (9) đặt bên ngoài. Nớc đi trong ống (9) không đợc đốt nóng nên
có trọng lợng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nớc ở các dàn ống (7), điều đó đã tạo
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
6
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
nên sự chênh lệch trọng lợng cột nớc làm cho môi chất chuyển động tuần
hoàn tự nhiên kín mà không cần phải bơm.
Lợng hơi nớc trong bao hơi là lợng hơi nớc bão hoà sẽ đi vào ống dẫn
(14) đến bộ qúa nhiệt cấp I (15) và bộ quá nhiệt cấp II (17) để tạo thành hơi
quá nhiệt có nhiệt độ cao, lợng hơi này đợc điều chỉnh ổn định bằng giảm ôn
(16). Hơi quá nhiệt đợc đa sang phân xởng tuabin để chạy máy phát điện.
Để có hơi quá nhiệt ở trên ngời ta phải cung cấp 1 lợng nớc mềm, lợng
nớc này đã đi qua bộ hâm nóng nớc cấp I (11) và bộ hâm nóng nớc cấp II (12).
Khi ra khỏi bộ hâm nóng nớc cấp II thì nớc đã có nhiệt độ khoảng 150
0
C và
nó đợc đa đến bao hơi.
Lợng không khí nóng đa vào buồng (4) đợc lấy từ không khí nhờ quạt
gió (21) và đợc hâm nóng bằng bộ hâm nóng không khí cấp I (18) và bộ hâm
nóng không khí cấp II (19). Phần ống ở cửa ra buồng lửa gọi là ống pheston
(8) đợc chia thành nhiều dãy (ống đợc đặt tha) để giảm bớt tro, bẩn bám trên
ống. Pheston còn hấp thụ thêm 1 phần nhiệt lợng của khói trớc khi đi vào bộ
quá nhiệt. Khói lò ra khỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ cao, vì vậy ngời ta đặt
thêm bộ hâm nóng nớc (11), (12) và bộ hâm nóng không khí (18), (19) để tiết
kiệm nhiệt thừa của khói thải. Nhiệt độ khói thải khoảng 110 - 170
0
C. Quạt
hút khói (22) để hút khói từ buồng đốt (4) và đẩy ra môi trờng bằng ống khói

(23).
II.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bao hơi.
Sơ đồ thiết bị phân ly để đa hỗn hợp hơi và nớc dới mức nớc trong bao
hơi (hình 2).
Hình 2: Cấu tạo bao hơi
1. ống sinh hơi 6. ống đa nớc cấp
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
7
7
3
5
4
9
1
2
6
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
2. Tấm không đục lỗ 7. Tấm đục lỗ ở khoang hơi
3. Tấm đục lỗ đặt chìm 8. ống lấy hơi
4. Cánh hớng của tấm đục lỗ 9. ống nớc xuống
5. Mép gỗ của tấm đục lỗ
Nguyên lý làm việc:
Hỗn hợp hơi - nớc từ ống sinh hơi (1) đi vào bao hơi và đợc hớng xuống
dới tấm chắn có đục lỗ (3) nhờ 1 tấm chắn không đục lỗ (2). Hơi đi lên chỉ có
thể chui qua lỗi đặt chìm trong nớc, cách mức nớc thấp nhất ở trong bao hơi
khoảng 50 - 150mm. Gờ ghép của tấm đục lỗ (3) có kích thớc không nhỏ hơn
50mm để ngăn hơi không lọt ra phía ngoài tấm đục lỗ.
Nớc cấp vào theo ống đa nớc cấp (6) rồi chảy vào máng lớn đặt dọc
theo bao hơi giữa tấm (3) và vách bao hơi, rồi chảy tràn lên tấm đục lỗ. Tiết
diện máng chọn theo yêu cầu, tốc độ nớc đi trong máng khoảng 0,2 - 0,3m/s.

Hơi nớc trong bao hơi đã phân li nớc đi qua tấm đục lỗ ở khoang hơi (7)
và vào ống lấy hơi (8). Nhờ tấm đục lỗ (7) này mà hơi nớc đi vào ống lấy hơi
(8) đợc phân bố đồng đều và ổn định hơn. Mặt khác tấm (7) có tác dụng tách
ẩm cho hơi nớc lần cuối. Nớc trong bao hơi đợc tuần hoàn khi đi xuống ống
(9) để đun nóng.
Tác dụng của tấm đục lỗ (3) là:
+ Đảm bảo phụ tải của mặt bốc hơi đợc đồng đều
+ Tăng trở lực của dòng làm cho động năng của dòng hơi giảm đi do
đó hơi không đủ khả năng mang theo những giọt nớc lớn
+ Sử dụng tốt hơn thể tích khoang hơi và diện tích của mặt bốc hơi.
II.2. Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò hơi
a. Thông số hơi.
Trong nhà máy nhiệt điện, các trị số áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt đ-
ợc chọn trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật của chu trình nhiệt. Trong công nghiệp, lò
hơi khi dùng để sản xuất hơi bão hoà thì có thể chỉ cần đặc trng thông số hơi
là áp suất (N/m
3
= Pascal, 1 ATM = 10
5
Pascal).
b. Sản lợng hơi.
Là số lợng hơi sản xuất ra của lò trong một đơn vị thời gian (đo bằng
kg/s, kg/h, hoặc tấn/h).
Ngời ta phân biệt các số lợng hơi sau đây:
- Sản lợng hơi định mức của lò hơi là sản lợng lớn nhất mà lò hơi có thể
cho phép làm việc lâu dài ở thông số hơi quy định.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
8
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
- Sản lợng hơi cực đại là sản lợng hơi lớn nhất mà lò có thể cho phép

làm việc đợc. Thờng D
kinh tế
= (1,1 - 1,2)D
đm
.
- Sản lợng hơi kinh tế là sản lợng hơi mà tại đó lò làm việc với hiệu suất
cao nhất. Thờng D
kinh tế
= (0,8 - 0,9)D
đm
.
c. Nhiệt thế thể tích của buồng lửa
Là lợng nhiệt sinh ra trong 1 đơn vị thể tích buồng lửa trong 1 đơn vị
thời gian.
3
3
lv t
v
bl
10 .B .Q
Q , W / m
V
=
Trong đó:
B
lv
: Lợng nhiên liệu tiêu hao, m
3
/s
Q

t
: Nhiệt trị của nguyên liệu, KJ/Kg
V
bl
: Thể tích buồng lửa, m
3
.
d. Năng suất bốc hơi của lò hơi.
Là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện tích bề mặt đốt trong 1 đơn vị
thời gian (kg/m
2
h), đặc tính này thờng dùng cho các lò hơi nhỏ trong công
nghiệp.
e. Hiệu suất của lò hơi.
Là tỉ số giữa lợng nhiệt mà môi chất hấp thụ đợc có ích so với lợng
nhiệt sinh ra trong buồng lửa. Trờng hợp đơn giản, hiệu suất có thể đợc xác
định.
( )
qn hn
t
i i
.100%
B.Q

= .
Trong đó:
D: Sản lợng của lò hơi, Kg/h
Vì vậy tỉ số lợng nhiệt nớc thêm vào trong 1 giờ và lợng nhiệt sinh ra
trong 1 giờ bằng và < 1.
Các đặc tính về thông số lò hơi đợc chọn tuỳ ý theo sản lợng, còn các

đặc tính về nhiệt độ thế thể tích đợc chọn theo cấu tạo buồng lửa và loại
nguyên liệu đốt.
Bảng dới đây trình bày các đặc tính của lò hơi đã đợc tiêu chuẩn hoá ở
Liên Xô [I - 8].
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
9
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Sản lợng định mức (tấn/h)
áp suất hơi
(MN/m
2
)
Nhiệt độ hơi
quá nhiệt (
0
C)
Nhiệt độ hơi
quá nhiệt trung
gian (
0
C)
Nhiệt độ nớc
cấp (
0
C)
10 1,4 250
20 2,4 425
6,5; 10; 15; 20; 25; 35; 50; 75 4 440 150
60; 90; 120; 160; 220 10 510 - 540 215
160; 210; 320; 420; 480 14 545 - 570 230

320; 500; 640 14 545 - 570 545 - 570 230
950 25,5 545 - 585 570 260
III. Bộ quá nhiệt
Bộ quá nhiệt là 1 thiết bị dùng để gia nhiệt hơi từ trạng thái bão hoà ở
áp suất trong bao hơi tới trạng thái quá nhiệt quy định.
ở các lò hơi cũ, bộ quá nhiệt thờng đặt sau dàn ống sinh hơi (pheston
hay cụm ống đối lu), nhiệt độ khói lò trớc bộ quá nhiệt không quá 700
0
C,
nhiệt độ hơi không quá 400
0
C. ở những lò hơi hiện đại thông số trung áp
(3,28 NM/m
2
và 450
0
C), cao áp (9,81 MN/m
2
và 510
0
C), bộ quá nhiệt thờng
đặt ở vùng khói có nhiệt độ cao (>1000
0
C) để đảm bảo thu đợc hơi có nhiệt độ
yêu cầu. Song những bộ quá nhiệt này chỉ đặt sau cụm ống pheston, do đó gọi
là bộ quá nhiệt đối lu. ở những lò hơi có nhiệt độ hơi cao hơn (> 530
0
C) đòi
hỏi phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn. Khi đó những bộ
quá nhiệt đặt ở phần trên buồng lửa (trớc cụm ống pheston) gọi là bộ quá nhiệt

nửa bức xạ, còn khi đặt xen kẽ với dàn ống hấp thụ nhiệt xung quanh buồng
lửa thì gọi là bộ quá nhiệt bức xạ.
Bộ quá nhiệt gồm cả 3 phần: bức xạ, nửa bức xạ, đối lu gọi là bộ quá
nhiệt tổ hợp. Tuỳ theo thông số của lò hơi mà tỷ số giữa các phần bề mặt đối
của chúng khác nhau.
Bảng dới đây trình bày tỷ lệ hấp thụ của bộ quá nhiệt so với tổng lợng
hấp thụ của lò: [II - 275].
Loại lò hơi
Sản l-
ợng hơi
D,
(tấn/h)
Thông số hơi
(MN/m
2
/
0
C)
Lợng nhiệt hấp thụ của bộ quá
nhiệt
in
(KJ/Kg)
Tỷ lệ so với tổng
lợng nhiệt hấp
thụ của lò
i
qn
/i (%)
Chính Trung gian
BW 10 1,3/320 - 293 11

OR - 32 32 1,96/350 - 335 12,4
375/ 39
75 3,82/450 - 523 19,4
- 42
230 9,81/510 - 692 27,9
-10
220 9,1/54 - 769 30,1
- 80
420 13,72/570 - 913 36,2
k-39
950 25/585 3,7/570 1680 61,7
-200
2400 25/585 5,/570 và 1,5/570 1895 64
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
10
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
II.1. Bộ quá nhiệt đối lu
Bộ quá nhiệt đối lu gồm những ông xoắn có đờng kính khoảng 28 -
42mm, có bề dày nhỏ nhất theo điều kiện công nghệ chế tạo ống là 3mm, và
lớn nhất theo điều kiện bền là 7mm. Những ống xoắn này có thể đặt đứng hay
nằm ngang. Việc đặt ngang hay đứng phụ thuộc vào phơng của dòng khói, để
đảm bảo sao cho dạng lu động tơng hỗ giữa dòng hơi và dòng khói ở từng
đoạn ống xoắn là dạng lu động cắt. Bộ quá nhiệt có ống xoắn nằm ngang chủ
yếu đợc dùng cho lò hơi nhỏ kiểu ống nớc sinh hơi, nằm nghiêng vì thế nó lợi
dụng triệt để không gian đờng khói của lò, và cho phép xả đợc nớc đọng do
hơi trong các ống xoắn ngng đọng lại lúc ngừng lò, do đó khắc phục đợc hiện
tợng ăn mòn lò khi nghỉ. Song bộ quá nhiệt đặt ngang có nhợc điểm là hệ
thống treo đỡ các ống xoắn khá phức tạp.
Trong bộ quá nhiệt có ống xoắn đặt đứng, mỗi ỗng xoắn đợc đặt trong 1
mặt phẳng vuông góc với ngực lò và đảm bảo đờng hơi cắt đờng khói nhiều

lần. Các ống xoắn do nằm trong mặt phẳng trùng với phơng chuyển động của
dòng khói nên cũng đợc đốt nóng đồng đều, mặc dù trờng nhiệt độ khói giảm
dần đi theo chiều chuyển động của dòng khói. Việc đặt các ống xoắn đứng
còn khắc phục đợc ảnh hởng của trờng nhiệt độ không đồng đều theo chiều
cao đờng khói đến lợng nhiệt hấp thụ của từng ống, tuy rằng ở những lò lớn
hiện đại có khi chiều cao đờng khói từ 6 - 8m, phụ tải nhiệt giữa phần trên và
phần dới ống xoắn có thể khác nhau 20%. Nhng việc đặt ống xoắn nh vậy sẽ
không khắc phục đợc hiện tợng đốt nóng không đồng đều các ống xoắn do tr-
ờng nhiệt độ khói không giống nhau theo chiều rộng đờng khói.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
11
1
6
6
4
5
3
2
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Hình 3. Cấu tạo bộ quá nhiệt nằm ngang
1. Dàn ống sinh hơi nằm nghiêng
2. ống góp
3. ống dẫn hỗn hợp hơi
4. Bao hơi
5. ống xoắn của bộ quá nhiệt
6. ống góp bộ quá nhiệt
ở những lò lớn có đờng khói rộng tới 20m, phụ tải nhiệt trên mỗi ống
xoắn có thể vợt quá 30% so với trị số trung bình.
Vì các ống xoắn của bộ quá nhiệt luôn làm việc trong vùng khói có
nhiệt độ cao, nên để giảm nguy hiểm do đóng xỉ trên ống khi đốt nguyên liệu

nhiều tro, ngời ta thờng lắp các ống xoắn theo dạng cụm ống song song.
Những bộ quá nhiệt cấp I đặt sau bộ quá nhiệt cấp II (theo đờng khói), do
nhiệt độ khói đã giảm thấp nên có thể đặt so le đợc. Cũng vì lý do đóng xỉ lên
ống, khoảng cách giữa các ống cần lớn hơn trị số giới hạn nào đó.
Theo kinh nghiệm bớc ngang tơng đối
1
S
4,5
d

và bớc dọc tơng đối
2
S
3,5
d

.
Thông thờng mỗi cấp của bộ quá nhiệt hấp thụ vào khoảng 200 - 350
KJ/kg hoặc cao hơn một chút.
Bộ quá nhiệt đặt đứng u điểm hơn so với bộ quá nhiệt nằm ngang nhất
là về phần treo giữ. Nhng có một nhợc điểm rất lớn là không xả đợc nớc đọng
ra khỏi các ống xoắn. Nớc đọng có trong các ống xoắn một mặt gây nên ăn
mòn khi nghỉ, mặt khác ngăn cản không cho hơi thoát qua bộ quá nhiệt lúc
khởi động lò (do áp xuất hơi còn thấp) tạo nên các túi hơi trong ống xoắn làm
cho vách ống bị đốt nóng quá mức.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
12
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
III.2. Bộ quá nhiệt bức xạ và nửa bức xạ.
ở những lò hơi có thông số cao và siêu cao trở lên, tỷ lệ lợng nhiệt dùng

để quá nhiệt hơi khá lớn, nhất là ở những lò có quá nhiệt trung gian, khiến cho
kích thớc bộ quá nhiệt rất lớn. Vì vậy đòi hỏi phải đặt một bộ phận quá nhiệt
trong buồng lửa nghĩa là hấp thụ nhiệt bằng bức xạ.
Nộ quá nhiệt nửa bức xạ bao gồm những chùm ống xoắn hình chữ U
hoặc dị hình đặt dọc phía trên buồng lửa. Bớc ngang của ống (khoảng cách
giữa các dàn ống) bằng từ 700 - 1000mm. Việc chọn bớc ống lớn nh vậy sẽ
khắc phục đợc khả năng tạo nên những cầu xỉ giữa các dàn ống quá nhiệt. Bộ
quá nhiệt nửa bức xạ đợc sử dụng rộng rãi cho những lò hơi có nhiệt độ hơi
khoảng 530 - 540
0
C trở lên.
Bộ quá nhiệt bức xạ thờng có dạng dàn ống đặt trên tờng hay trên trần
buồng lửa. Phụ tải nhiệt của nó thờng cao hơn bộ quá nhiệt đối lu từ 3ữ5 lần
nên nhiệt độ kim loại thờng cao hơn nhiều so với nhiệt độ hơi (từ 100 -
140
0
C). Vì vậy yêu cầu cao về kim loại để chế tạo và vận hành.
IV. Các công thức liên quan.
Nớc cung cấp vào lò đến khi thành hơi quá nhiệt đã trải qua giai đoạn
hấp thụ nhiệt: đun nớc đến sôi, bốc hơi thành hơi bão hoà và quá nhiệt. Các
giai đoạn này có thể diễn đạt bằng các phơng trình sau; [I - 6].
( ) ( )
( )
( )
'' ' ''
hn hn hn
mc s p qn bh
Q i i i i r.x r. 1 x c . t t ,Kj/ Kg= + + + + +
Trong đó
i

hn
, i
h"n
: Entapi của nớc khi vào và ra khỏi bộ hâm nớc, Kj/Kg
i
s
: Entapi của nớc sôi trong bao hơi, KJ/Kg
r: Nhiệt hoá hơi ở áp suất trong bao hơi
X: Độ khô của hơi nớc khi ra khỏi bao hơi.
t
bh
, t
qn
: Nhiệt độ bão hoà và hơi quá nhiệt,
0
C
C
p
: Tỷ nhiệt của hơi quá nhiệt, KJ/Kg. độ
Sau khi biến đổi ta có công thức
( )
mc s p qn bh h ' n
Q i r C t t i ,KJ / Kg= + +
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
13
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Vì: (i
s
+ r) là entanpi của hơi bão hoà khô và C
p

(t
qn
- t
bh
) là độ quá nhiệt
của hơi quá nhiệt, nên biểu thức:
i
s
+ r + C
p
(t
qn
- t
h
) chính là entanpi của hơi quá nhiệt (t
qn
)
Do đó lợng nhiệt cần để sinh hơi của 1 kg môi chất
Q
mc
= i
qn
- i
hn
Nếu kể cả lợng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí Q
kk
thì phơng trình cân
bằng nhiệt củ lò hơi sẽ là :
[ ]
mc kk đv

B
Q Q Q . . , KJ / Kg I 6
D
+ =
Trong đó:
Q
đv
: Lợng nhiệt đa vào ứng với 1 kg nguyên liệu, bao gồm nhiệt của nguyên
liệu, nhiệt không khí, và của nguồn khác đa vào buồng lửa.
: Hiệu suất của lò hơi.
B: Lợng khí tiêu hao, m
3
/h
D: Sản lợng hơi của lò, Kg/h
* Mối quan hệ giữa Entanpi và áp suất hơi nớc.
Tỷ lệ phân bố hấp thụ giữa các phần đun nóng đến sôi, bốc hơi và đến quá
nhiệt luôn phụ thuộc vào thông số của lò hơi.
Ta có đồ thị (i-p) biểu diễn sự phụ thuộc này [I-7].
i
s
: Lợng nhiệt dùng để đun nóng nớc đến sôi
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
14
2 4
6 8 10
12 14
16 18 20
22
0
420

840
1260
1680
2100
2520
2940
3360
P, NM/m
2
KJ/Kg
Entanpi của hơi bão hoà khô

ipn

ibh
=R

is
Entanpi của n ớc sôi is
r=0
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
i
bh
: Lợng nhiệt dùng để bốc hơi nớc
i
qn
: Lợng nhiệt dùng để quá nhiệt hơi đến nhiệt độ quy định
r: ẩn nhiệt hoá hơi
r = nhiệt ở trạng thái hơi - tổng nhiệt ở trạng thái lỏng
K: Biến đổi tới hạn (là điểm tại đó trạng thái hơi, lỏng không

phân biệt nhau đợc).
Từ đồ thị ta thấy đun nớc tới áp suất càng lớn thì lợng nhiệt dùng để bốc
hơi nứơc càng bé và lợng nhiệt để đun sôi càng lớn. ở áp suất tới hạn, lợng
nhiệt dùng để bốc hơi bằng 0 (r = 0) khi đó lợng nhiệt hấp thụ của môi chất
chỉ dùng để đun sôi nớc và quá nhiệt hơi. Trong lò, hơi nớc luôn ở trạng thái
sôi nên không thể làm việc ở áp suất từ tới hạn trở lên đợc.
V. Bộ hâm nóng nớc
Là bề mặt truyền nhiệt đặt ở phía sau lò hơi để tận dụng nhiệt của khói
lò sau khi đi ra từ bộ quá nhiệt, có tác dụng là nâng cao hiệu suất của lò hơi.
Vì thế mà bộ hâm nóng nớc còn có tên gọi là bộ tiết kiệm nhiên liệu.
ở đầu vào của bộ hâm nóng nớc, nhiệt độ kim loại có trị số nhỏ nhất so
với các bề mặt truyền nhiệt chịu áp suất của lò. Hầu hết ở các lò, do nhiệt độ
không khí nóng không cao nên toàn bộ lợng nhiệt còn lại ở phần nhiệt đợc
dùng để gia nhiệt cho bộ hâm nóng nớc. Vì vậy bộ hâm nóng nớc thờng làm
việc ở trạng thái sôi. Tỷ lệ bốc hơi nớc (tỷ lệ sôi) có thể lên tới 30% hoặc cao
hơn. ở những lò hiện đại việc phân loại sôi hay không sôi không thể hiện gì sự
khác biệt về cấu tạo, mà chỉ thể hiện sự khác nhau về quá trình nhiệt của bộ
hâm nớc mà thôi.
Cấu tạo bộ hâm nớc đợc chia làm 3 loại sau: loại ống thép trơn, ống
thép có cánh, loại bằng gang.
Loại ống thép có cánh, cánh nằm dọc theo bên ngoài ống bằng cách hàn
hoặc chế tạo liền một khối với ống. Cánh cũng có thể dạng hình đĩa (bằng
gang) lắp khít với ống. Việc đặt thêm cánh làm tăng thêm bề mặt truyền nhiệt
cho ống, hiện nay hầu nh không sử dụng loại này do chế tạo phức tạp.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
15
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
V.1. Bộ hâm nớc bằng ống thép trơn
Bộ hâm nớc bằng ống thép trơn đợc sử dụng chủ yếu cho các loại là hơi
hiện đại. Cấu tạo của nó gồm những ống thép có đờng kính ngoài thờng là 28,

32, 38mm. Các ống xoắn đợc chế tạo dới dạng những đoạn ống uốn đem hàn
với nhau trong cùng một mặt phẳng. Để tiện việc sửa chữa, ngời ta thờng đặt
các mối hàn ở gần tờng lò. Hiện nay, ngay tại nhà máy chế tạo ngời ta đã uốn
và nối sẵn ống xoắn với ống góp thành từng cụm và lắp ghép sau này đợc tiến
hành theo phơng pháp lắp khối mà không dùng biện pháp núc để nối.
Sơ đồ ống xoắn (hình 4) theo chiều cao của ống xoắn bộ hâm nớc đợc
chia thành nhiều cụm cách nhau khoảng 0,5m để dễ dàng cho việc sửa chữa và
làm vệ sinh [II - 296].
Hình 4: ống xoắn bộ hâm nớc
Để hạn chế kích thớc của lò, các ống xoắn đợc bố trí so le. Bán kính
uốn không quá lớn nhng cũng không quá nhỏ vì khi ấy tại chỗ uốn sẽ sinh ra
những ứng suất cục bộ. Thờng lấy bán kính bằng 1,5 - 2 lần đờng kính ống.
Để hạn chế bám bẩn, bớc ngang giữa các ống lấy bằng 2 - 3 lần đờng kính
ống. Bề mặt cấu tạo, cơ cấu treo hay đỡ ống xoắn của bộ hâm nớc không có gì
khác với cơ cấu giữ ống xoắn của bộ quá nhiệt nằm ngang. Các cơ cấu treo
hay đỡ ống xoắn đợc tựa lên hay treo vào các dầm đỡ. Dầm đỡ có dạng hình
ống đợc gắn với khung lò. Vì dầm đặt trong vùng khói có nhiệt độ cao nên ng-
ời ta thờng cách nhiệt dầm đỡ và làm mát bằng dòng không khí lu động tự
nhiên qua dầm hoặc lu động cỡng bớc bằng cách nối dầm với đầu hút hay đầu
đẩy của quạt gió.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
16
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Ngời ta thờng đỡ và giữ ống xoắn bằng các đai thép bộc lấy ống xoắn
hoặc treo trên những móc giữ. Để đảm bảo các ống xoắn khỏi bị mài mòn th-
ờng che ống xoắn bằng những lá chắn hay đa vùng ống bị mài mòn nhất ra
khỏi đờng khói của lò.
Về mặt truyền nhiệt cũng nh về mặt cấu tạo thì mặt phẳng ống xoắn có
thể đặt song song hay vuông góc với ngực lò. Tuỳ vào sự bố trí đó mà tốc độ
nớc đi trong ống xoắn sẽ lớn nhất hay nhỏ nhất. Song thực ra việc bố trí ống

xoắn không phải dựa trên yêu cầu của tốc độ nớc mà chủ yếu là để bảo vệ cụm
ống khỏi bị mòn. Hiện nay, ngời ta thờng bố trí ống xoắn nằm rong mặt phẳng
song song với ngực lò vì nếu bố trí ống xoắn vuông góc tờng sau lò thì khi ấy
các ống xoắn đều đi qua vùng khói có nồng độ tro lớn nhất nên các ống xoắn
đều bị mài mòn.
ở những lò lớn do chiều rộng của lò rất lớn nên bộ hâm nớc nóng thờng
chia làm 2 phần, có 2 đờng nớc đi riêng và khi đó đoạn ống uốn nằm gần nhau
của 2 phần (giữa đờng khói) cũng cần đợc bảo vệ khỏi mài mòn bởi tro bay [II
- 297].
Một số là bé ở các nớc, để đảm bảo tốc độ nớc trong ống xoắn, ngời ta
có thể bố trí ống xoắn theo dạng không gian chứ không phải trong một mặt
phẳng. Khi đó toàn bộ bộ hâm nớc chỉ có một ống xoắn. Việc này cho phép
giảm đợc bớc dọc của ống khá nhiều, do đó kích thớc không gian của bộ hâm
nớc giảm đi nhiều nhng chế tạo và sửa chữa tơng đối phức tạp.
V.2. Bộ hâm nớc bằng gang
Bộ hâm nớc bằng gang gồm những ống bằng gang đúc. Đờng kính
trong khoảng từ 76 - 120mm, dài từ 1,5 - 3m. Những ống này thờng đặt nối
tiếp với nhau bằng những cút nối bằng gang. Thực chất bộ hâm nớc bằng gang
cũng chỉ gồm một ống xoắn bố trí theo dạng không gian.
Do gang có hệ số dẫn nhiệt kém nên để tăng cờng hệ số truyền nhiệt
ngời ta đúc thêm cánh cho các ống và gọi là ống bằng gang có cánh.
Vì các ống và cút nối đợc gắn với nhau nhờ mặt bích và bulông nên
việc lắp bộ hâm nớc này tơng đối dễ dàng. Số ống đợc nối trong mỗi dãy
ngang thờng 2 - 10 ống, còn theo dãy dọc từ 4 - 14 ống. Trở lực trung bình qua
mỗi dãy ống khoảng 15 - 20N/m
2
.
Do các ống có cánh nên tro bám lên ống rất nhiều, vì vậy ở đây ngời ta
lắp thêm thiết bị thổi bụi. Bộ hâm nớc bằng gang đợc sử dụng khá rộng rãi cho
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện

17
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
các lò công nghiệp và lò nhỏ không có những phơng pháp xử lý nớc hoàn
thiện (nh không có biện pháp khử khi nớc cấp) do gang chịu ăn mòn tốt hơn
thép. Mặt khác, do gang ít bền hơn thép, dòn không chịu đợc tác dụng va đập
nên ngời ta không dùng gang để chế tạo cho những bộ hâm nớc có áp suất lớn.
ở Liên bang Nga hiện nay bộ hâm nớc bằng gang chỉ chế tạo để làm việc với
áp suất 2,75MN/m
2
, ở một số nớc khác thì áp suất khoảng 6MN/m
2
.
Vì gang không chịu đợc tác dụng va đập nên để tránh hiện tợng thuỷ
kích trong ống của bộ hâm nớc thì nớc phải không đợc sôi và sinh hơi. Theo
phạm vi cấu tạo để vận hành an toàn lò hơi, nớc ra khỏi bộ hâm nớc bằng gang
có nhiệt độ nhỏ hơn 40
0
C so với nhiệt độ của nớc trong lò. Mặt khác, trong
giai đoạn nhóm lò do nớc không đi qua bộ hâm nớc để cung cấp vào lò nên để
tránh việc khói đốt nóng ống và làm bốc hơi nớc cần bố trí đờng khói tắt
không cho qua bộ hâm nớc.
VI. Cấu tạo bộ hâm nóng không khí.
Theo nguyên tắc truyền nhiệt bộ hâm nóng không khí đợc chia làm 2
loại: loại thu nhiệt và loại hồi nhiệt. ở loại thu nhiệt, nhiệt truyền trực tiếp từ
khói tới không khí qua vách kim loại. ở loại hồi nhiệt, khói đầu tiên đốt nóng
kim loại rồi nhiệt tích tụ lại ở đây sau đó truyền cho không khí. Nh vậy mỗi
phần từ của bộ hâm nóng không khí sẽ làm việc ở trạng thái tiếp xúc với khói,
khi thì với không khí.
Bộ hâm nóng không khí kiểu thu nhiệt là loại đợc sử dụng rộng rãi nhất
hiện nay, về mặt cấu tạo nó có thể gồm các kiểu sau: kiểu bằng tấm thép, kiểu

bằng ống gang và ống thép. Nhng kiểu tấm thép hiện nay không đợc sử dụng,
còn bộ hâm nóng không khí kiểu ống thép thì đang đợc sử dụng rộng rãi nhất
hiện nay. Nó gồm một hệ thống những ống đứng so le và đợc giữ với nhau bởi
2 mặt sàng, trong đó khói đi trong ống còn không khí đi ngoài ống. Thông th-
ờng ngời ta chế tạo bộ hâm nóng không khí thành từng cụm (khối), khi lắp lò
chúng đợc nối với nhau tạo thành bộ hâm nóng không khí . Kích thớc của khối
này đợc chọn theo kích thớc của đờng khói đối lu, thờng một cạnh của khối
lấy bằng chiều sâu của đờng khói, còn cạnh kia đợc chọn trên cơ sở kích thớc
chiều rộng và số khối (ớc số theo bề rộng của lò). Việc chia thành khối nh vậy
cho phép vận chuyển và lắp ráp dễ dàng. Sơ đồ bộ hâm nóng không khí thành
các khối và cách nối các khối với nhau đợc trình bày (hình 5) [II - 302].
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
18
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Hình 5: Sơ đồ chia bộ hâm nóng không khí thành khối và
cách nối các khối.
a. Các khối b. Chi tiết nối giữa 2 khối
1. Mặt sàng; 2. ống; 3. Vành bù dãn nở nhiệt và làm kín
Khi nối các khối là để ngăn không khí lọt vào trong đờng khói qua các
kẽ hở, giữa các mặt sàn ngời ta đặt các vành bù, giữa các khối của bộ hâm
nóng với khung lò cũng đặt vành bù. Vành bù là những tấm tôn mỏng nối giữa
mặt sàng với khung lò. Vì bộ hâm nóng làm việc ở trạng thái không có áp suất
nên chế tạo lá tôn dày khoảng 1,25 - 1,5mm, uốn lại và hàn mí. Các ống thép
có đờng kính nằm trong phạm vi 25 - 51mm, và hiện nay có xu hớng sử dụng
hai loại đờng kính 40mm và 51mm, vành bù là dày 1,5mm.
Mặt sàng đợc tính theo điều kiện bền, thờng đối với mặt trên và dới lấy
bằng 15 - 25mm. Để tăng cờng độ cứng của bộ hâm nóng, giữa 2 mặt sàng
trên và dới còn đặt thêm mặt sàng trung gian, mặt này có bề dày nhỏ từ 5 -
10mm. Nó có tác dụng để phân chia đờng không khí thành nhiều đờng cắt đ-
ờng khói nhiều lần. Mỗi khối của bộ hâm nóng không khí có thể chia từ 1 đến

2 mặt sàng trung gian.
Khi thiết kế bộ hâm nóng không khí thì bề mặt truyền nhiệt yêu cầu đã
biết trớc, còn tiết diện khói qua cũng đợc xác định bằng cách lựa chọn tốc độ
khói trên cơ sở tốc độ khói giới hạn theo đợc mài mòn bởi tro bay.
Bộ hâm nóng không khí kiểu ống có những u điểm sau:
- Đơn giản trong chế tạo, làm việc và lắp ráp dễ dàng
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
19
1
2
3
a)
b)
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
- ống dễ dàng đợc làm sạch vì tro bám trong ống không nhiều, lợi về
kinh tế
- Khắc phục đợc hiện tợng lọt khí vào trong khói
- Tiêu hao kim loại tơng đối bé, khoảng 24kg cho 1m
2
bề mặt truyền
nhiệt.
Khuyết điểm chủ yếu của bộ hâm nóng không khí kiểu ống là:
Các ống thép không bền vững dới tác dụng ăn mòn của khói ở nhiệt độ
cao và tác dụng mài mòn bởi tro bay. Vì vậy bộ hâm nóng không khí kiểu ống
thép đợc dùng để gia nhiệt không khí tới 400
0
C, nhiệt độ khói trớc nó không
quá 550
0
C. Khi nhiệt độ khói và không khí cao hơn ngời ta thờng dùng bộ

hâm nóng không khí kiểu ống bằng gang, do gang bền vững hơn dới tác dụng
ăn mòn và mài mòn. Để tăng hệ số truyền nhiệt, ống gang thờng có cánh ở
ngoài và có răng ở trong ống. Mặt khác, số lợng ống theo chiều rộng đờng
khói đợc xác định theo điều kiện đảm bảo tốc độ khói, còn chiều dài ống đợc
xác định theo điều kiện bảo đảm bề mặt đốt.
Khuyết điểm chủ yếu của bộ hâm nóng không khí bằng ống gang là
kích thớc cồng kềnh, suất tiêu hao kim loại rất lớn, độ lọt không khí nhiều và
dễ bám tro. Nhng do có khả năng chống ăn mòn và mài mòn cao nên đợc sử
dụng để chế tạo bộ hâm nóng không khí cấp I khi đốt nguyên liệu nhiều lu
huỳnh, nguyên liệu rất ẩm và nhiệt độ khói thải thấp, hay để chế tạo bộ hâm
nóng không khí cấp II khi cần dùng không khí có nhiệt độ quá cao.
Trong các thiết bị lò đốt (lò luyện kim, lò cốc) nhiệt độ khói thải ra
khỏi lò còn rất cao (> 1000
0
C) nên ngời ta dùng khói này để gia nhiệt không
khí. Nhng vì nhiệt độ khói rất cao nên đòi hỏi kim loại chế tạo phải là thép
hợp kim chống gỉ, và cấu tạo của bộ hâm nóng không khí khá đơn giản thờng
chỉ gồm 1 ống có hai ngăn, một ngăn để không khí và một ngăn để khói đi.
VIII. Quạt gió (quạt đẩy) [VII-112].
Quạt gió dùng để vận chuyển không khí hoặc không khí có áp suất
chung không vợt quá 1500mmHg. Quạt gió tạo ra hiệu số áp suất để thắng áp
lực vận tốc và trở lực. Hiệu số áp suất này rất nhỏ cỡ mm cột nớc.
Căn cứ vào áp suất làm việc ngời ta phân làm 3 loại:
- Quạt áp suất thấp từ 6 đến 100mmHg
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
20
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
- Quạt áp suất trung bình từ 100 - 200 mmHg
- Quạt áp suất cao từ 200 - 1500 mmHg
Cấu tạo quạt đẩy gồm 1 vỏ hình xoắn ốc làm bằng thép tấm. Bên trong

thân có guồng gồm rất nhiều cánh ngắn uốn cong. Không khí hay khí đợc hút
qua cửa ở tâm của guồng, rồi bị cánh guồng cuốn theo, nhờ lực ly tâm văng ra
thành vỏ và đợc đẩy ra khỏi quạt với áp suất lớn hơn áp suất hút một chút.
Vì quạt có tiếp xúc với khí nên các bộ phận bên trong phải đợc bảo vệ
bằng cách phủ 1 lớp vật liệu chống ăn mòn hoặc làm bằng vật liệu không ăn
mòn.
VII. Quạt hút (Quạt hớng trục) [VII-114]
Dùng để vận chuyển khí hay không khí có áp suất nhỏ (không quá
25mmH
2
O). Cấu tạo quạt gồm có cánh guồng đặt trong vỏ, guồng có nhiều
cánh bố trí theo hớng tâm. Khi guồng quay, không khí đập vào cánh guồng với
một góc nào đó và tạo nên 1 luồng không khí chuyển động song song với trục
của quạt.
Đối với quạt hút, khi mở máy phải mở các van hay lá chắn trớc, vì khi
đóng lá chắn công suất của quạt sẽ tăng đến cực đại. Hiệu suất của quạt
khoảng 0,5 - 0,85.
IX. ống hút
ống khói dùng để đa không khí hay khói lò từ các thiết bị ra môi trờng.
Cấu tạo ống khói gồm các ống hình nón bằng thép đợc lắp ghép với nhau,
hoặc xây bằng gạch. Chiều cao của ống khói tuỳ thuộc vào yêu cầu, thờng từ
15 - 20m. Thông thờng đờng kính ống ở đáy lớn hơn đờng kính ống ở trên
đỉnh, do đó tăng tốc độ của khói khi ra khỏi ống và làm cho khói lò không còn
đọng lại trong ống khói.
Với nhà máy nhiệt điện lợng sản phẩm cháy rất lớn, trong khói có nồng
độ lớn của CO
2
, ngoài ra còn có SO
2
, do đó ống khói thờng có chiều cao rất

lớn, có khi tới 100 - 250m. ống khói còn có tác dụng bảo vệ môi trờng xung
quanh nhà máy nhiệt điện.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
21
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
Phần II: Nớc trong nhà máy nhiệt điện
Cấp nớc trong nhà máy nhiệt điện phục vụ cho các mục đích:
- Để làm nớc sinh hoạt, nớc cứu hoả
- Để vệ sinh phân xởng và các thiết bị
- Quan trọng nhất là dùng để sản xuất hơi trong nồi hơi và dùng cho các
thiết bị khác (chất tải nhiệt trong thiết bị truyền nhiệt, trong máy lọc chân
không thùng quay và dùng để làm nguội các trục chuyển động)
Nớc đợc lấy từ các nguồn sau nh: sông, ao, hồ hay giếng khoan. Dù lấy
từ nguồn nào thì trong nớc luôn có lẫn tạp chất, tạp chất gồm: tạp chất cơ học
tồn tại ở dạng lơ lửng, tan (ion Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, Cl
-
, SO
4
2-
). Hàm lợng các
anion và cation phụ thuộc vào nguồn nớc của từng vùng.
Ví dụ trong nguồn nớc thông dụng: tổng hàm lợng các ion (cation và
anion) cũng chính là hàm lợng muối trong nớc là 735mg/l, trong đó:
- Hàm lợng cation: Ca

2+
là 80 mg/l
Mg
2+
là 20,5 mg/l
Na
+
là 13,5 mg/l
- Hàm lợng anion: SO
4

2-
là 165,4 mg/l
Cl
-
là 182 mg/l
Trong nhà máy nhiệt điện, nớc đợc coi là nguyên liệu chính để sản xuất
ra hơi nớc. Năng suất của bộ phận chuẩn bị nớc phụ thuộc vào năng suất của
lò hơi và các nhu cầu khác phụ trợ cho nhà máy để làm việc.
Trong lò hơi diện tích truyền nhiệt của các ống dẫn nớc có thể dẫn từ
vài trăm mét vuông đến vài ngàn mét vuông tùy theo công suất hơi cần sản
xuất, các ống dẫn nớc bố trí dọc theo tờng buồng đốt, dọc theo đờng chuyển
động của khói lò. Do đó các bề mặt sinh hơi bằng bức xạ, bằng đối lu, bề mặt
truyền nhiệt của các ống truyền nhiệt rất dễ tạo ra cáu bẩn bám vào bề mặt
ống. Vấn đề làm sạch cáu bẩn của các ống dẫn nớc là rất khó khăn so với làm
sạch bề mặt truyền nhiệt của nồi hơi trong các ngành công nghiệp khác.
Nguyên nhân tạo ra sự cáu bẩn trong lò hơi và trong các đờng ống là do
trong quá trình vận hành các ion Ca
2+
, Mg

2+
, SO
4
2-
có trong nớc sẽ kết hợp lại
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
22
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
với nhau tạo thành muối không tan (CaSO
4
, Mg(OH)
2
, MgSO
4
, CaSO
3
) bám
lên bề mặt ống làm giảm hệ số truyền nhiệt của ống, ảnh hởng tới công suất
của lò hơi. ở những chỗ có cáu bẩn bám thì ống lại bị nung nóng đến nhiệt độ
quá quy định, dẫn tới ống bị phá hỏng, sự cố kỹ thuật xảy ra nên phải ngừng
vận hành để sửa chữa. Hệ số dẫn nhiệt của cáu bẩn bé hơn hàng trăm lần so
với hệ số dẫn nhiệt của thép, nên khi có cáu bẩn bám thì nhiệt độ và sự hấp
thụ nhiệt của lò giảm đi, lợng tiêu hao nhiên liệu tăng lên. Ngoài ra, cáu bẩn
còn làm tăng nhanh quá trình ăn mòn bề mặt đốt, thờng thể hiện dới dạng ăn
mòn cục bộ, gây nên những hố sâu, khe nứt.
Để đảm bảo lò hơi hoạt động tốt, có hiệu quả cao thì nớc cấp cho lò
phải đạt các chỉ tiêu chất lợng sau:
- Độ cứng H
o
của nớc đợc quy định theo sản lợng của lò

+ Lò hơi ống nớc, áp suất dới 1,6MN/m
2
: H
0
0,3 mgdl/l
+ Lò hơi ống nớc, áp suất từ 1,6-3,15 MN/m
2
: H
0
0,02 mgdl/l
áp suất từ 3,15-10 MN/m
2
: H
0
0,01 mgdl/l
áp suất từ 10 MN/m
2
trở lên: H
0
0,005 mgdl/l
+ Lò hơi ống lò và ống lửa từ 10MN/m
2
H
0
0,5 mgdl/l
- Lợng oxy thì khi áp suất dới 3,15MN/m
2
thì không quá 0,03mg/l, khi
áp suất trên 3,15MN/m
2

thì không quá 0,02 mg/l
- Hàm lợng các vật chất khác trong nớc cũng nằm trong phạm vi trong
bảng sau:
Bảng hàm lợng cho phép của các vật chất trong nớc.
áp suất trong bao hơi MN/m
2
Hàm lợng cho phép cực đại (mg/l)
SiO
3
2-
Fe
2+
CO
2-
Dầu
< 4 - 70 - 3
4 - 10 0,1 35 20 1
> 10 0,05 20 10 0,5
Tóm lại:
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
23
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
- Độ cứng của nớc là tổng nồng độ các ion Ca
2+
và Mg
2+
có trong nớc
và đợc đo bằng miligam (hay microgam) đơng lợng trong một lít
- Độ kiềm của nớc là tổng hàm lợng các ion cacbonat, hydrat và những
gốc muối củ các axit yếu khác.

- Độ khô kết là tổng hàm lợng của các vật chất còn lại sau khi chng cất
nớc, đo bằng mg/l
- Chỉ tiêu nồng độ ion hydro còn trong nớc (độ pH) là chỉ tiêu quan
trọng của nớc:
+ pH < 5,5 là nớc có tính axit mạnh
+ pH = 5,5 - 6,5 là nớc có tính axit yếu
+ pH = 6,5 - 7,5 là nớc trung tính
+ pH = 7,5 - 8,5 là nớc có tính kiềm yếu
+ pH = 7,5 - 8,5 là nớc có tính kiềm mạnh
Nớc có hàm lợng ion Ca
2+
và Mg
2+
< 0,005 mgdl/l đợc gọi là nứơc
mềm, ngợc lại là nớc cứng.
I. Các phơng pháp chống cáu trong lò hơi.
Để ngăn ngừa việc sinh cáu trong lò hơi, ngời ta dùng 2 phơng pháp
xử lý chủ yếu sau:
- Hạn chế tới mức tối thiểu số lợng những vật chất có trong nớc có khả
năng tạo cáu trong lò trớc khi đa vào lò
- Biến những vật chất có khả năng sinh cáu (do nớc cấp cha đợc xử lý
hay xử lý cha hết) thành những vật chất tách ra ở pha cứng thành những dạng
bùn, rồi dùng phơng pháp xả lò để loại chúng ra khỏi lò. Phơng pháp này gọi
là phơng pháp xử lý nớc trong lò.
Các phơng pháp xử lý nớc bên trong lò dựa trên nguyên tắc.
+ Dùng những chất hoá học đa vào trong lò sánh để tạo ra kết tủa,
những chất đó là những hóa chất nh: NaOH, Na
2
CO
3

, Na
3
PO
4
.12H
2
O, trong
đó Na
3
PO
4
là hoá chất đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
24
Đồ án tốt nghiệp Thân Trọng Cờng
+ Dùng phơng pháp nhiệt để phân huỷ đối với một số chất hoà tan, tạo
nên những chất khó tan và tách ra ở pha rắn dạng bùn. Phơng pháp này đợc
dùng nhờ thiết bị làm mềm nớc bằng nhiệt đặt trong lò, ở thiết bị này nớc bị
đốt nóng đến nhiệt độ bão hoà nhờ nguồn nhiệt của khói lò. Tại nhiệt độ này
những muối của canxi và magiê hoà tan trong nớc là các loại bicacbonat bị
phân huỷ theo phơng trình sau:
Ca(HCO
3
)
2
CaCO
3
+ CO
2
+ H

2
O
Mg(HCO
3
)
2
MgCO
3
+ CO
2
+ H
2
).
Và sau đó MgCO
3
bị thuỷ phân:
MgCO
3
+ H
2
O Mg(OH)
2
+ CO
2
Do đó CaCO
3
và Mg(OH)
2
đợc tách ra ở dạng bùn, đồng thời ở nhiệt độ
này độ hoà tan của CaSO

4
cũng bị giảm, nó tách ra ở thể rắn trong thiết bị làm
mềm. Nh vậy khi đi ra khỏi thiết bị này nớc đã đợc làm mềm đi rất nhiều.
II. Các phơng pháp xử lý nớc trớc khi vào lò.
Việc xử lý nớc là đảm bảo đến mức tối thiểu những chất tan và không
tan có trong nớc có khả năng sinh thành cáu ở trong lò trớc khi đa vào lò. Tuỳ
theo lò hơi và yêu cầu của nớc cấp mà ngời ta chọn biện pháp và mức xử lý
khác nhau:
II.1. Xử lý nớc bằng phơng pháp lắng cặn.
Nguyên tắc của phơng pháp này giống nh khi chống cáu bên trong lò
bằng hoá chất. Tuỳ theo hóa chất đợc dùng mà ta có các phơng pháp sau:
+
Vôi hoá: Ca(OH)
2
+
Vôi hóa - xôđa: (CaO + Na
2
CO
3
)
+
Xút: NaOH
+
Xút - xôđa: (NaOH + Na
2
CO
3
)
+
Xút - vôi: (NaOH + CaO)

Ví dụ: khi dùng xút (NaOH) thì quá trình phản ứng xảy ra.
Ca(HCO
3
)
2
+ 2NaOH CaCO
3
+ Na
2
CO
3
+ 2H
2
O
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
25