Nghiên cứu, tính toán nhiệt sơ bộ thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống nhiệt trọng trường tận dụng nhiệt khói thải gia nhiệt cho bộ sấy không khí ứng dụng cho nhà máy nhiệt điện ô môn

GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
1. Lò hơi
Lò hơi là thiết bị chuyển hoá các năng lượng khác thành nhiệt năng:
+ Trong các buồng đốt nhiên liệu hữu cơ, chuyển hoá năng của nhiên liệu
hữu cơ như than đá, dầu mỏ, khí đốt, vv… thành nhiệt năng của sản phẩm cháy.
+ Trong các lò phản ứng nguyên tử tiến hành các phản ứng phân huỷ hoặc
tổng hợp hạt nhân nguyên tử phát ra nhiệt.
+ Trong lò hơi mặt trời, các bộ hấp thu năng lượng bức xạ của mặt trời rồi
chuyển hoá thành nhiệt năng.
+ Trong lò hơi điện nhiệt, chất tải nhiệt hoặc môi chất hấp thu nhiệt năng
trong lòng đất.
+ Trong lò điện chuyển điện năng thành nhiệt năng.
Lò hơi còn có nhiệm vụ truyền nhiệt năng sinh ra cho chất tải nhiệt hoặc môi
chất để đưa chứng từ thể lỏng có nhiệt độ thông thường lên nhiệt độ cao hoặc nhiệt
độ sôi biến thành hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt.
Hình 1.1. Cách tận dụng nhiệt thải lò hơi
1.1. Các đặc tính cơ bản của lò hơi
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
1
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Sản lượng hơi D: là lượng hơi sản xuất được trong 1 đơn vị thời gian, đo
bằng tấn/giờ (T/h) , kg/h , kg/s. Thường chú ý 3 loại sản lượng là:
+ Sản lượng hơi định mức D
o
là sản lượng hơi lớn nhất mà lò hơi có thể làm
việc lâu dài với thông số hơi quy định, thường ghi trên nhãn hiệu của lò hơi.
+ Sản lượng hơi kinh tế D
kt
là sản lượng hơi mà lò hơi làm việc với hiệu suất

nhiệt cao nhất, thường bằng khoảng 75% đến 90% sản lượng hơi định mức.
+ Sản lượng hơi cực đại D
max
là sản lượng hơi lớn nhất cho phép lò hơi
làm việc tạm thời trong 1 thời gian ngắn, vượt sản lượng định mức khoảng
10% đến 20%.
+ Thông số hơi: Đối với lò hơi sản xuất hơi quá nhiệt thì biểu thị bằng áp suất
và nhiệt độ của hơi sau bộ quá nhiệt. Với lò hơi sản xuất hơi bão hòa thì chỉ cần
biểu thị hoặc áp suất hoặc nhiệt độ của hơi trong balong
+ Hiệu suất của lò hơi: Thường dùng kí hiệu nhiệt, nó là tỷ số giữa phần nhiệt
lượng mà môi chất hấp thu được với tổng nhiệt lượng cung cấp vào . Người ta còn
dùng hiệu suất execgi là tỷ số giữa lượng execgi của hơi san xuất ra với lượng
execgi của nhiên liệu cấp vào.
+ Năng suất bốc hơi của bề mặt truyền nhiệt d, kg/m h , là lượng hơi sản xuất
ra trong 1 đơn vị thời gian ứn g với 1 đơn vị diện tích bề mặt truyền nhiệt .
+ Suất tiêu hao kim loại g, kg/T/h, tức khối lượng kim loại dùng để chế tạo
ứng với sản lượng hơi là 1T/h
+ Nhiệt thế thể tích của buồng lửa là lượng nhiệt tỏa ra trong 1 đơn vị thời
gian ứng với 1 đơn vi thể tích buồng lửa, đơn vị W/m.
+ Nhiệt thế diện tích của ghi lò là nhiệt lượng tỏa ra trong 1 đơn vi thời gian
ứng với 1 đơn vị diện tích mặt ghi lò.
Tùy theo mục đích sử dụng mà cấu tạo lò hơi có thể rất khác nhau. Vì vậy,
việc phân loại chúng cũng rất khác nhau.
• Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa có các loại : lò ghi gồm lò ghi
thủ công ( ghi cố định ), lò ghi nửa cơ khí và lò ghi cơ khí, lò phun đốt với nhiên
liệu lỏng hay khí, đốt bột than, thải xỉ lỏng hay thải xỉ khô,…
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
2
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• Theo chế độ tuần hoàn của nước gồm các loại: tuần hoàn tự nhiên, tuần

hoàn cưỡng bức, đối lưu tự nhiên.
• Theo lịch sử phát triển lò có các loại: kiểu bình, ống lò, ống lửa, ống nước.
• Theo thông số hay công suất của lò có lò hơi công suất thấp, trung bình,
cao, siêu cao,…
• Theo công dụng có lò hơi tĩnh tại, lò hơi nửa di động và di động, lò hơi
công nghiệp, lò hơi cho phát điện.
Những phương pháp phân loại lò hơi như trên chỉ thể hiện một vài đặc tính
nào đó của lò hơi, vì vậy trong thực tế khi gọi tên lò hơi, người ta thường kết hợp
nhiều kiểu phân loại, ví dụ như: lò đốt than phun có bao hơi, lò ghi cố định ống
nước nằm nghiêng.
1.2. Nguyên lý cấu tạo và làm việc của các dạng lò hơi
 
Hình 1.2. Lò hơi ghi xích
Thuộc loại lò hơi công suất nhỏ hoặc trung bình. Cấu tạo gồm: trống (1), van
hơi chính (2), đường cấp nước (3), ghi lò dạng xích (4), buồng lửa (5), hộp tro xỉ
(6), hộp gió (7) cấp gió cấp 1 qua ghi cho lớp nhiên liệu trên ghi, phễu than (8), ống
khói (9), bộ sấy không khí (10), quạt (11), quạt khói (12), bộ hâm nước (13), dàn
ống nước xuống (14), ống góp dưới (15), dàn ống nước lên (16), dãy phestôn (17)
và bộ quá nhiệt (18).

SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
3
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Than từ phễu cấp than được rót lên ghi với một chiều dày được điều chỉnh
sẵn và chuyển động cùng ghi vào buồng lửa; Tại đây nhiên liệu nhận được nhiệt
bức xạ từ ngọn lửa, vách tường, cuốn lò. Nhiên liệu được sấy nóng, khô dần và chất
bốc thoát. Chất bốc và cốc cháy tạo thành tro xỉ và được gạt xỉ thải ra ngoài. Chiều
dày lớp nhiên liệu trên mặt ghi cũng được lựa chọn hợp ly cho mỗi loại nhiên liệu.
Ví dụ: Than cám antraxit, than đá: 150-200 mm; than nâu 200-300 mm; than bùn
700-1000 mm; củi gỗ 400-600 mm; Không khí cấp vào buồng lửa thường chia

thành gió cấp 1 cấp từ dưới ghi lên và gió cấp 2 cấp phía trên lớp nhiên liệu. Tỷ lệ
giữa gió cấp 1 và cấp 2 cũng được tính toán lựa chọn phù hợp. Thông thường gió
cấp 2 chiểm khoảng 8-15%; Tốc độ gió cấp 2 ra khỏi vòi phun thường khá cao từ
50-80 m/s.
  !""#$
Hình 1.3. Lò hơi kiểu than phun
Đây là loại nồi hơi có thể dùng nhiên liệu lỏng (mazút), nhiên liệu khí (khí
thiên nhiên, khí lò cốc, ) nhiên liệu rắn đã nghiền thành bột.
Lò hơi đốt phun gồm các bộ phận: trống (1), van hơi chính (2), đường nước
cấp (3), vòi phun (4), buồng lửa (5), phễu tro lạnh (6) dùng làm nguội các hạt tro xỉ
khi thải ra ngoài trường hợp thải xỉ khô, giếng xỉ (7), bơm nước cấp (8), ống khói
(9), bộ sấy không khí (10), quạt gió (11), bộ hâm nước (13), dàn ống nước xuống
(14), dàn ống nước lên (15), dãy phestôn (17), bộ quá nhiệt (18).
$%&"
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
4
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Than bột với kích thước khoảng 40 μm (đường kính các hạt dưới 90 μm
chiếm 80-90%) được phun vào buồng lửa bằng gió cấp 1 qua các vòi phun với
tốc độ từ 12-26m/s. Bột than được nhận nhiệt và tiếp xúc với không khí đã được
sấy nóng thoát chất bốc và cháy. Không khí cấp vào lò gồm gió cấp 1, cấp 2 và
có thể có gió cấp 3 (hỗn hợp của không khí với bột than sau hệ thống nghiền
than); Tùy theo loại nhiên liệu người ta lựa chọn tỷ lệ giữa các loại gió cấp 1 và
2; Ví dụ: gió cấp 1 có thể chiếm khoảng 11-45% và được sấy nóng đến nhiệt độ
từ 100-400
O
C; Gió cấp 2 thổi vào lò với tốc độ 18-32 m/s; Gió cấp 3 thường
chiếm khoảng 10% và thổi vào lò với tốc độ cao hơn (thường từ 30-60m/s);
Nhiệt độ gió cấp 1 có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình cháy. Thực nghiệm cho
thấy không khí sấy đến 900

O
C thì khi tiếp xúc với bột than sẽ bén lửa và cháy
ngay, ở 700
O
C sẽ bốc cháy sau 0,4s và ở 100
O
C bốc cháy sau 1,6 s. Khi cháy
nhiệt sinh ra trong buồng lửa. Do quá trình trao đổi nhiệt hệ thống ống sinh hơi ở
vách lò nên nhiệt độ giảm đi nên nhiệt độ trong buồng lửa không đều. Tại trung
tâm nhiệt độ cao nhất có thể đạt tới 1500-1600
O
C hoặc cao hơn; Càng gần dàn
ống nhiệt độ càng giảm.
Quá trình cháy của nhiên liệu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như tính chất
của nhiên liệu, nồng độ bột than, nhiệt độ và tốc độ của hỗn hợp bột than và không
khí, nhiệt độ không khí v.v…
Nồng độ bột than được lựa chọn thích hợp cho từng loại than. Nồng độ này
thường nằm trong khoảng 400-500 g/m3.
Nhiệt độ hỗn hợp không khí và bột than càng cao quá trình cháy sẽ xảy ra
nhanh, hiệu suất cháy nâng lên, song cần tránh hiện tượng tự bốc cháy trong ống
dẫn nhiên liệu. Vì vậy giới hạn trên của nhiệt độ này không quá 400
O
C.
'  !"""()*
Lò hơi trục lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức. cấu tạo của lò
hơi. Trục lưu được chỉ ở hình 1.4. Đặc điểm làm việc của nó là môi chất làm
việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng thái hơi
quá nhiệt có thông số quy định. Lò hơi trục lưu ra đời vào năm 1925-1930.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
5

GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình1.4. Lò hơi trục lưu
+ ,-"."$/0+$123"0'+$14*50
6+$17-08+$1-(09+:#";
6 ",7",
Hình 1.5. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
6
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
",7"3",
Nhiên liệu sau khi sơ chế được đưa vào buồng lửa, gió cấp 1 được cấp vào từ
phía dưới buồng đốt làm nhiệm vụ tạo lớp sôi. Gió cấp 2 được cấp vào buồng lửa ở
một độ cao nhất định. Các hạt nhiên liệu chuyển động lên xuống trong buồng lửa và
cháy. Khi cháy các hạt than nhẹ dần và bay theo khói ra khỏi buồng lửa. Khi vào bộ
phận phân ly hạt than lắng lại và được đưa trở về buồng lửa tiếp tục quá trình cháy.
Chu trình được lặp lại cho đến khi hạt than cháy kiệt. Để khử lưu huỳnh trong than
người ta đưa thêm vào buồng lửa đá vôi.
Lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình cháy nhiên liệu được cấp cho các dàn ống
sinh hơi bố trí xung quanh buồng lửa, khói với nhiệt độ cao (800-900
0
C) từ buồng lửa
đi ra sẽ truyền nhiệt cho các bộ quá nhiệt, bộ hâm nước, bộ sấy không khí v.v Khói
thải ra khỏi lò hơi với nhiệt độ thấp (dưới 200
0
C) được đưa qua hệ thống thiết bị khử
bụi để lọc tro xỉ bay theo khói trước khi đi qua ống khói vào môi trường.
8  !"<,0:
Đây là loại lò hơi đơn giản gồm các bộ phận chính: Trống (bao hơi) (1) chứa
nước hơi và cũng là bề mặt truyền nhiệt; van hơi chính (2) để điều chỉnh lượng hơi
cung cấp. Van cấp nước (3) để cấp nước vào nồi hơi; (5) buồng lửa; ghi lò (4) cố

định, đỡ nhiên liệu cháy, đồng thời có khe hở để không khí cấp từ (6) buồng cấp
không khí và nhận tro, xỉ; cửa gió (7) và cửa cấp nhiên liệu (8); ống khói (9).
Hình 1.6. Lò hơi đốt thủ công
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
7
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5$%&! =
Than được đưa vào trên ghi gặp lớp nhiên liệu đang cháy sẽ nhận nhiệt và
nhiệt độ tăng lên, nước trong nhiên liệu bay hơi, nhiên liệu khô dần. Tiếp theo là
chất bốc thoát ra gặp oxy trong không khí sẽ bốc cháy. Nhiên liệu khi đạt đến nhiệt
độ cháy sẽ bốc cháy. Các loại than ít chất bốc (than gầy, than antraxit quá trình cháy
chủ yếu diễn ra trên mặt ghi, các loại dễ cháy khác thì cháy trong buồng lửa. Để duy
trì quá trình cháy người ta cấp không khí từ dưới ghi lên. Hiệu suất cháy của nhiên
liệu phụ thuộc vào tỷ lệ giữa khí và nhiên liệu, chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi.
Chiều dày lớp nhiên liệu được lựa chọn theo loại nhiên liệu sử dụng. Theo kinh
nghiệm thiết kế vận hành lò hơi dạng này thì than antraxit với kích thước hạt từ 2-
5mm lớp than trên ghi cố định dày từ 60-120 mm; than don tối đa khoảng 200 mm,
than bùn khoảng từ 300-900 mm, gỗ bã mía khoảng 600-1500 mm.
1.3. Khái niệm về thiết bị trao đổi nhiệt
- Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện các quá trình truyền
nhiệt giữa các chất mang nhiệt bao gồm các dạng:
+ Trao đổi nhiệt dạng vách ngăn.
+ Trao đổi nhiệt dạng hồi nhiệt.
+ Trao đổi nhiệt dạng hỗn hợp.
- Các loại thiết bị thường gặp:
+ Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc.
+ Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống.
+ Thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn.
+ Thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng ống nhiệt.
' >?"$="( @"A$B

- Nguyên lý hoạt động:
+ Quá trình truyền chất tải nhiệt sẽ được đưa vào khoảng trống giữa 2 lớp vỏ
để thực hiện đun nóng hay làm nguội.
+ Chiều cao của vỏ ngoài không được thấp hơn mực chất lỏng trong
thiết bị.
+ Để tăng hiệu suất truyền nhiệt, người ta thường đặt thêm cánh khuấy.
- Cấu tạo:
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
8
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.7. Thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc loại ống chùm
- Ưu điểm: chế tạo đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng và sửa chữa.
- Nhược điểm: hệ số truyền nhiệt không cao, thiết bị cồng kềnh.
1.3.2. >?"$="( @"!
 CD
- Cấu tạo:

Hình 1.8. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống xoắn
- Nguyên lý làm việc: Khi làm việc thì một môi chất đi ngoài ống, còn môi
chất kia đi trong ống. Chất lỏng đi trong ống thì phải đi từ dưới lên, hơi nước dùng
trong truyền nhiệt thì phải đi từ trên xuống.
- Ưu điểm: tạo bề mặt trao đổi nhiệt lớn.
- Nhược điểm: chế tạo phức tạp, hệ số truyền nhiệt nhỏ, khó làm sạch phái
trong ống.
$ C"*5
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
9
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Cấu tạo:
Hình 1.9. Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt loại ống tưới

- Nguyên lý làm việc:
+ Chất lỏng tưới bên ngoài ống thường là nước chảy lần lượt từ ống trên
xuống ống dưới rồi chảy vào máng.
+ Mật độ tưới khoảng 200 – 1500 l/h/m chiều dài của ông tưới dãy trên cùng.
+ Chất tải nhiệt sẽ đi bên trong các ống.
- Ưu điểm: lượng nước làm mát ít, cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch bề mặt
ngoài, dễ thay thế và sửa chữa.
- Nhược điểm: cồng kềnh, lượng nước không được tưới đều trên bề mặt ống.
 C%!
- Nguyên lý làm việc:
+ Chất tải nhiệt 1 đi giữa 2 ống; chất tải nhiệt 2 đi trong ống trong.
+ Chuyển động của môi chất thường được bố trí ngược chiều nhau.
- Cấu tạo:
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
10
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.10. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống lồng ống
+ Một ống có đường kính lớn hơn bọc 1 hoặc nhiều ống nhỏ bên trong; hoặc
gồm nhiều ống nối tiếp với nhau, mỗi đoạn có 2 đoạn ống lồng vào nhau.
+ Ống trong có thể trơn hoặc có cánh dọc theo chiều dài của ống.
- Ưu điểm: có hệ số truyền nhiệt lớn, dễ điều chỉnh tốc độ chảy của môi
chất, chế tạo đơn giản.
- Nhược điểm: cồng kềnh, giá thành cao, khó vệ sinh và sửa chữa.
< CE
- Cấu tạo:
Hình 1.11. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm
+ Có vỏ hình trụ, bên trong lắp các ống trao đổi nhiệt.
+ Trên vỏ và nắp thiết bị có các cửa để dẫn chất tải nhiệt vào và ra.
+ Các ống trao đổi nhiệt bên trong có thể bố trí theo hình lục giác đều, hình
tròn đồng tâm, hình vuông.

- Nguyên lý làm việc:
+ 2 môi chất trao đổi nhiệt với nhau thông qua vách ống.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
11
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Môi chất lỏng thường đi trong ống, môi chất khí và hơi đi ngoài ống. Môi
chất nóng cũng thường được bố trí đi trong ống.
- Ưu điểm: kết cấu gọn, chắc chắn, công nghệ chế tạo không phức tạp, bề
mặt truyền nhiệt lớn, dễ vệ sinh và sửa chữa.
- Nhược điểm: khó chế tạo bằng vật liệu giòn, giá thành cao.
F C#3
- Cấu tạo:
+ Các cánh trên ống thường có chiều cao tương đối lớn nên gọi là cánh dài.
+ Cánh làm bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt và thường được cấu tạo kiểu cánh
dọc và cánh ngang.

Hình 1.12. Thiết bị trao đổi nhiệt loại có cánh
- Nguyên lý làm việc: môi chất chuyển động trong ống là chất lỏng hoặc
hơi nước có hệ số toả nhiệt lớn hơn nhiều so với hệ số toả nhiệt của chất khí
bên ngoài.
'' >?"$="( @"3G
- Cấu tạo:
+ Có thành phần cơ bản là các tấm trao đổi nhiệt cơ bản.
+ Bề mặt gồm nhiều tấm xếp lên 1 khung đỡ, bên trong có các khe rãnh để
lưu chất chuyển động, vật liệu thường là thép không rỉ, nhôm,…
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
12
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.13. Thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn
- Nguyên lý làm việc:

+ Khi chất lỏng lưu động qua các khe rãnh, môi chât sẽ chuyển động dưới
dạng màng mỏng nên tạo ra hệ số trao đổi nhiệt rất cao, tạo điều kiện tốt để đốt
nóng hay làm lạnh môi chất.
+ Các tấm thường đặt song song với nhau tạo ra các khoảng không gian hẹp,
tạo nên các kênh dẫn riêng biệt cho các môi chất khác nhau.
- Ưu điểm:
+ Đảm bảo hệ số truyền nhiệt cao với hệ số trở kháng thuỷ lực thấp.
+ Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp.
+ Làm việc đáng tin cậy, không bị rò gỉ.
+ Kết hợp hài hoà giữa lắp đặt à bảo dưỡng thiết bị.
- Nhược điểm: chế tạo các tấm truyền nhiệt thường phải qua xử lí nhiệt và
gia công phức tạp.
1.3.4. >?"$="( @"7&<.!"
Hình 1.14. Thiết bị ống nhiệt
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
13
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ống nhiệt có thể truyền nhiệt năng gấp 100 lần so với đồng, vốn được coi là
chất dẫn nhiệt tốt nhất. Nói cách khác, đường ống nhiệt là một hệ thống truyền và
nhận nhiệt năng liền khối nên chỉ yêu cầu bảo dưỡng ở mức thấp nhất. Đường ống
nhiệt bao gồm 3 bộ phận: 1 bình chứa kín, 1 kết cấu mao dẫn và chất lỏng truyền
lực. Kết cấu mao dẫn được chế tạo liền khối thành bề mặt trong của ống chứa và
được đóng kín trong chân không. Nhiệt năng đưa tới bề mặt ngoài của đường ống
nhiệt cân bằng với chính hơi của đường ống vì ống bình chứa được làm kín trong
chân không. Nhiệt năng tới bề mặt ngoài của đường ống nhiệt khiến cho chất lỏng
truyền lực gần bề mặt bay hơi ngay tức thời. Hơi được tạo thành hấp thu nhiệt ẩm
của quá trình bốc hơi và phần đường ống nhiệt này trở thành vùng bay hơi. Sau đó
hơi đi tới đầu kia của đường ống, tại đây nhiệt năng bị khử khiến cho hơi ngưng tụ
lại thành chất lỏng và như thế bỏ đi nhiệt ẩn của quá trình ngưng tụ. Phần này của
ống nhiệt hoạt động như vùng ngưng tụ. Sau đó chất lỏng ngưng tụ quay về vùng

bay hơi.
1.4. Các thiết bị trao đổi nhiệt thường dùng trong nhà máy
6 H14*5
Để tận dụng nhiệt thừa của khói sau bộ quá nhiệt nhằm nâng cao hiệu suất
của lò hơi, người ta bố trí thêm phía sau bộ quá nhiệt các bề mặt nhận nhiệt như
bộ hâm nước, bộ sấy không khí. Vì vậy bộ hâm nước còn được gọi là bộ tiết
kiệm nhiệt.
Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí được bố trí sau bộ quá nhiệt, việc bố
trí chúng có liên quan chặt chẽ với nhau phụ thuộc vào nhiệt độ không khí nóng và
nhiệt độ nước cấp vào bộ hâm.
•I<.4$14*5
Nhiệm vụ của bộ hâm nước là gia nhiệt cho nước cấp đến nhiệt độ sôi hoặc
gần sôi trước khi nước vào bao hơi.
Theo nhiệm vụ có thể phân thành hai kiểu bộ hâm: Bộ hâm nước kiểu sôi và
kiểu chưa sôi.
+ Ở bộ hâm nước kiểu sôi, nước ra khỏi bộ hâm đạt đến trạng thái sôi, độ
sôi có thể đạt tới 30%. Bộ hâm nước kiểu sôi có thể được chế tạo bằng ống thép
trơn hoặc ống thép có cánh.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
14
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Ở bộ hâm nước kiểu chưa sôi, nước ra khỏi bộ hâm nước chưa đạt đến
nhiệt độ sôi. Bộ hâm nước kiểu chưa sôi có thể được chế tạo bằng thép hay bằng
gang tùy theo thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu.
Lượng nhiệt nước hấp thu được trong bộ hâm nước sẽ phụ thuộc vào nhiệt
độ nước cấp vào lò, nhiệt độ nước cấp ra khỏi bộ hâm nước và độ sôi của nước
trong bộ hâm.
Nhiệt độ nước cấp khi vào bộ hâm nước được lựa chọn trên cơ sở tính toán
kinh tế kỹ thuật chu trình nhiệt của toàn nhà máy. Khi nhiệt độ nước cấp vào bộ
hâm nước tăng lên thì lượng nhiệt nước hấp thu được trong bộ hâm nước sẽ giảm

làm nhiệt độ khói thải ra khỏi lò tăng, nghĩa là hiệu suất lò hơi giảm xuống, nhưng
trái lại khi đó hiệu suất chu trình nhiệt lại tăng lên. Nhiệt độ nước cấp có lợi nhất
được tính toán theo thông số của chu trình nhiệt.
Khi tăng áp suất hơi thì phần nhiệt lượng để đun nước đến sôi tăng lên, do đó
phần nhiệt lượng hấp thu trong bộ hâm nước phải tăng lên. Khi đó phải chế tạo bộ
hâm nước kiểu sôi (đối vơi các lò trung áp, phần nhiệt lượng để sinh hơi chiếm
khoảng 60% toàn bộ nhiệt lượng cấp cho lò).
Đối với các lò ghi, vì bắt buộc nhiệt độ không khí nóng không cao (khoảng
150
0
C) nên toàn bộ lượng nhiệt của khói ở phần đuôi lò sẽ dành cho bộ hâm nước.
Vì vậy bộ hâm nước sẽ được thiết kế với độ sôi cao, lượng nước bốc hơi trong bộ
hâm có thể tới 30%. Đối với các lò hơi hiện đại, bộ hâm có thể được thiết kế kiểu
sôi hoặc không sôi.
Về cấu tạo bộ hâm nước có thể được chia thành ba loại: ống thép trơn, ống
thép có cánh và ống gang. Bộ hâm nước bằng ống thép có cánh về cấu tạo giống bộ
hâm nước ống thép trơn, chỉ khác là ở ngoài ống người ta làm thêm các cánh để làm
tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt nhằm tăng cường truyền nhiệt. Bộ hâm nước
kiểu ống thép có cánh có ưu điểm là tăng cường được hệ số truyền nhiệt, nhưng chế
tạo phức tạp và dễ bị bám tro bụi, khó vệ sinh nên hiện nay không sử dụng nữa.
 H14*5!"J"(
Thông thường các ống xoắn được uốn nhiều lần trong một mặt phẳng. Bán
kính uốn của ống xoán khoảng 1,5 đến 2 lấn đường kính ống còn bước ngang tương
đối giữa các ống bằng 2 hoặc 3 lần đường kính ống để hạn chế bám tro bụi. Các mặt
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
15
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
phẳng ống xoắn có thể đặt song song hoặc vuông góc với tường sau của lò. Khi đặt
vuông góc với tường sau của lò thì do chiều sâu đường khói nhỏ hơn chiều rộng nên
ống xoắn sẽ ngắn hơn do đó việc giữ ống xoắn sẽ đơn giản hơn nhiều, chỉ cần giữ

hai điểm hai đầu ống xoắn, nhưng khi đó tất cả các ống xoắn đều năm ở vùng sát
phía sau tường lò, nơi có lượng tro bay theo khói nhiều nhất và tốc độ khói lớn nhất,
nên tất cả các ống xoắn đều bị mài mòn và mài mòn nhiều nhất. Bởi vậy gần như ở
tất cả các lò hơi đều bố trí mặt phẳng ống xoắn song song với tường sau của lò để
chỉ một vài dẫy phía sau bị mài mòn. Với những lò hơi công suất lớn, chiều rống
đường khói rất lớn nên bộ hâm nước thường được chia thành hai phần, có hai
đường nước đi riêng.
Việc bố trí ống xoắn cũng phải chú ý đến tốc độ nước đi trong các ống
xoắn. Tốc độ nước được lựa chọn trên cơ sỏ ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn. ở
phần không sôi của bộ hâm, tốc độ nước phải không được nhỏ hơn 0,3 m/s, còn
ở phần sôi để tránh hiện tượng phân tầng trong ống thì tốc độ nước phải lớn
hơn 1 m/s.
Hình 1.15 . Sơ đồ không gian ống xoắn bộ hâm nước
Đối với các lò hơi nhỏ, để đảm bảo tốc độ nước trong ống xoắn có thể bố trí
ống xoắn theo hình không gian, khi đó toàn bộ bộ hâm có thể chỉ là một hay vài ống
xoắn như trên hình 1.15. Các ống xoắn được giữ bằng các đai thép có thể được treo
hoặc đỡ trên dầm.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
16
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
$ H14*5$K
Gang có ưu điểm là chịu được sự ăn mòn của các axít và mài mòn của tro, do
vậy ở những lò hơi đốt nhiệt liệu có nhiều lưu huỳnh hoặc ở những lò hơi không có
hệ thống xử lý nước người ta dùng bộ hâm nước bằng gang. Tất nhiên gang lại có
nhược điểm là chịu lực va đập kém, do đó để tránh hiện tượng thủy kích gây lực va
đập trong các ống của bộ hâm, nước trong bộ hâm phải không được sôi, nghĩa là bộ
hâm nước bằng gang chỉ được trang bị cho những lò cần bộ hâm nước kiểu chưa sôi
và nhiệt độ nước ra khỏi bộ hâm phải nhỏ hơn nhiệt độ sôi ở áp suất tương ứng
khoảng 400
0

C.
Bộ hâm nước bằng gang được gồm những ống gang đúc có đường kính trong
từ 76 đến 120 mm, dài từ 1,5 đến 3m, được nối với nhau bằng các cút nối có mặt
bích và bu lông nên lắp đặt rất dễ dàng. Về mặt cấu tạo bộ hâm nước bằng gang
gồm một hoặc vài ống xoắn bố trí kiểu không gian.
Gang có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hơn thép, do đó để tăng cường khả năng truyền
nhiệt phía ngoài ống được đúc thêm các cánh. Bộ hâm nước bằng gang có nhược
điểm là kích thước lớn, nặng nề, đồng thời do có cánh nên tro bụi bám lên ống rất
nhiều, vì vậy cần phải đặt thêm bộ thổi bụi cho nó.
Bộ ống bằng gang thường được dùng cho những lò công suất nhỏ hoặc trung
bình. Thông thường các lò loại này chưa có hệ thống xử lý nước hoặc có nhưng
chưa hoàn thiện nên trong nước còn nhiều chất có khả năng gây ra ăn mòn, mà gang
chịu ăn mòn và mài mòn tốt nên tuổi thọ sẽ cao hơn so với bộ hâm nước bằng thép.
Hiện nay bộ hâm nước bằng gang chỉ cho phép làm việc đến áp suất 4 Mpa.
Khi vận hành bộ hâm nước bằng gang cần lưu ý trong giai đoạn nhóm lò do
nước không lưu thông liên tục vào lò nên để tránh hiện tượng đốt nóng làm nước có
thể sôi, cần phải bố trí đường khói đi tắt không đi qua bộ hâm nước.
• I3!$14*5
Trong quá trình vận hành, phụ tải lò sẽ thường xuyên thay đổi, có những lúc
phụ tải rất thấp, có thể bằng không (khi khởi động), khi đó lượng nước đi qua bộ
hâm nước sẽ rất nhỏ nên nước có thể sôi trong bộ hâm, điều này là không cho phép
đối với bộ hâm bằng gang. Trong trường hợp này cần thiết phải tách bộ hâm nưởc
khỏi sự hoạt động của lò hơi, do đó việc nối bộ hâm với bao hơi sao cho có thể đảm
bảo được điều kiện nay.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
17
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Việc nối bộ hâm nước với bao hơi thực hiện bằng 2 cách: ngắt được ra khỏi
lò hoặc không ngắt được ra khỏi lò. Kiểu ngắt được ra khỏi lò được dùng cho loại
bộ hâm nước bằng gang (kiểu không sôi). Việc đặt bộ hâm nước kiểu ngắt được ra

khỏi lò chủ yếu là bảo vệ để nước không sôi trong bộ hâm khi khởi động lò hoặc lúc
làm việc với phụ tải thấp. Khi đó cho khói đi đường tắt không qua bộ hâm nước và
nước đi tắt vào bao hơi không qua bộ hâm hoặc cho nước từ bộ hâm tái tuần hoàn
về bể chứa nước cấp. Muốn nối kiểu ngắt được thì cần phải có đường khói đi tắt,
khi đó cấu tạo lò sẽ phức tạp thêm. Kiểu không ngắt được ra khỏi lò được dùng cho
loại bộ hâm nước bằng thép.
Việc bộ trí các ống dẫn nước từ bộ hâm vào bao hơi cũng cần được lưu ý bố
trí phù hợp với từng loại bộ hâm. Đối với bộ hâm nước kiểu sôi, nước sôi khá
mạnh, có thể tới 30%), do đó cần bố trí các ống nước vào bao hơi phía ngoài đường
khói. Vì khi bố trí trong đường khói, nước tiếp tục nhận nhiệt, sôi mạnh và có thể
tạo thành mức nước tự do gây nguy hiểm cho ống. Đối với bộ hâm nước kiểu chưa
sôi, cần bố trí các ống nước vào bao hơi phía phía trong đường khói sát trần và
tường lò, tạo thành các dàn ống che tường có tác dụng bảo vệ tường.
6 H17-::
• I<.4
Để tăng cường hiệu quả quá trình cháy, đảm bảo quá trình bốc cháy nhanh và
cháy ổn định, không khí cấp vào lò cần được sấy nóng đến một nhiệt độ nhất định.
Nhiệt độ không khí nóng yêu cầu tùy thuộc vào loai nhiên liệu đốt. Nhiên liệu lỏng
đã được sấy nóng bằng hơi đến khoảng 100
0
C và là loại nhiên liệu dễ bốc cháy, do
đó không khí nóng không cần phải có nhiệt độ cao lắm, thường khoảng 150
0
C. Đối
với các lò hơi đốt than, không khí nóng còn có nhiệm vụ bốc ẩm trong than và sấy
than do đó yêu cầu nhiệt độ khá cao, khoảng từ 250
0
C đến 400
0
C.

Lò đốt than trên ghi, do ghi lò tiếp xúc trực tiếp với các hạt than đang cháy
đỏ có nhiệt độ cao, do đó không khí đi qua ghi ngoài nhiệm vụ cung cấp oxy cho
quá trình cháy còn có nhiệm vụ làm mát ghi lò, do đó thông thường nhiệt độ không
khí nóng qua ghi được chọn khoảng 150
0
C.
Để sấy nóng không khí cấp cho lò đồng thời tận dụng nhiệt để nâng cao hiệu
suất lò, người ta đặt thêm ở đường khói phần đuôi lò thiết bị sấy không khí. Theo
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
18
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
nguyên lý truyền nhiệt, có thể phân thành hai loại bộ sấy không khí: Bộ sấy không
khí kiểu thu nhiệt và bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt.
 H17-:::L""
Hiện nay bộ sấy không khí thu nhiệt thường được chế tạo kiểu ống, có thể là
ống thép hoặc ống gang.
 Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt bằng ống thép
Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt bằng ống thép thường được chế tạo thành
nhiều cụm (khối) ghép lại theo chiều cao và chiều rộng của lò để thuận lợi khi vận
chuyển và lắp đặt.
Mỗi cụm của bộ sấy không khí gồm các ống thép có đường kính 25- 51mm.
Các ống của bộ sấy không chịu áp lực nên có chiều dày nhỏ, thường từ 1,5-2 mm và
được liên kết với nhau bởi mặt sàng có chiều dày 15-25mm. ở đây khói đi trong ống
còn không khí sẽ đi căt ngang phía ngoài ống. Nhiều trường hợp vừa để tăng độ
cứng của bộ sấy đồng thời tăng số lần cắt nhau giữa khói và không khí, người ta đặt
thêm một hay hai mặt sàng trung gian giữa hai mặt sàng chính.
Để tránh hiện tượng lọt không khí vào đường khói qua các khe hở giữa các
mặt sàng và giữa bộ sấy với khung lò cần phải đặt các vành bù. Vành bù là các lá
tôn mỏng.
Việc bố trí số cụm của bộ sấy hay số mặt sàng trung gian cần phải tính toán

đảm bảo tốc độ không khí đi qua bộ sấy.
Khi chọn số lần đường không khí cắt đường khói, ngoài việc đảm bảo tốc độ
không khí cần dựa vào quan hệ giữa tốc độ khói và tốc độ không khí, tức là xét tới
kích thước và số lượng ống để đảm bảo tốc độ khói đi qua. Khi xác định số lượng
ống của bộ sấy ta đã biết trước diện tích bề mặt truyền nhiệt yêu cầu H, còn tốc độ
khói đã được chọn theo giới hạn mài mòn ống bởi tro bay, do đó số lượng ống và
kích đường kính ống sẽ có quan hệ với nhau nhằm đảm bảo diện tích tiết diện khói
đi qua F. Diện tích tiết diện khói đi qua:
F = nΠ m
2
Diện tích bề mặt truyền nhiệt yêu cầu: tb H = nπd
tb
l, m2.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
19
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Rõ ràng khi giảm đường kính thì phải tăng số lượng ống. Khi tăng số lượng
ống, muốn đảm bảo diện tích bề mặt nhận nhiệt thì phải giảm chiều dài ống, đồng
thời muốn đảm bảo tốc độ không khí thì phải tăng số dãy ống dọc theo đường
không khí, khi đó sẽ làm tăng trở lực đường không khí, còn giảm chiều dài ống thì
sẽ làm giảm số lần cắt của không khí với khói.
Thông thường người ta tách thành hai dòng không khí riêng biệt, không khí
vào và ra khỏi bộ sấy theo hai phía. Khi đó lượng không khí đi qua mỗi phần chỉ
còn một nửa do đó trở lực đường không khí giảm đi hai lần và cho phép tăng số lần
cắt lên gấp đôi. Hình1.16. trình bày cấu tạo bộ sấy không khí của lò hơi.
Hình 1.16. Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt
 MN"7OC"JO'P3GO6Q1:#O8Q1::
H17-:::L!"J#* L7
+ Đơn giản khi chế tạo, lắp ráp.
+ Khói chuyển động dọc ống do đó tro ít bám trong ống, nếu bám cũng dễ

làm sạch.
+ Ít bị lọt không khí vào trong đường khói.
+ Lượng tiêu hao kim loại ít.
*R L$17-:::L!"J
+ Vì làm bằng ống thép nên chịu được nhiệt độ không cao lắm.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
20
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Không bền dưới tác dụng ăn mòn bởi khói có nhiệt độ cao và mài mòn
bởitro bay theo khói.
+ Vì vậy bộ sấy không khí kiểu ống thép chỉ được dùng khi nhiệt độ không
khí nóng yêu cầu đến 420
0
C và đặt ở vùng khói có nhiệt độ không quá 550
0
C. Khi
nhiệt không khí nóng và khói cao hơn thì phải dùng bộ sấy không khí bằng gang.
 Bộ sấy không khí bằng gang
Bộ sấy không khí bằng gang khắc phục được các nhược điểm trên của bộ sấy
không khí bằng thép. Tuy nhiên bộ sấy không khí bằng gang có nhược điểm là nặng
nề, tốn kim loại vì ống gang chịu lực kém nên phải đúc dày hơn, mặt khác gang có
độ dẫn nhiệt độ kém nên phải làm cánh ở phía ngoài ống và răng ở trong ống để
tăng cường truyền nhiệt.
Bộ sấy không khí bằng gang thường được dùng làm phần đầu vào của không
khí (phần có nhiệt độ thấp của bộ sấy cấp một) ở các lò đốt nhiên liệu nhiều lưu
huỳnh, hoặc làm phần đầu ra (phần có nhiệt độ cao của bộ sấy cấp hai) ở các lò đốt
nhiên liệu có độ ẩm lớn, khó cháy, cần không khí nóng có nhiệt độ cao.
$ H17-:::L%"
Hiện nay người ta sử dụng khá phổ biến bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt cho
lò hơi đốt dầu hoặc làm bộ sấy cấp 1 cho các lò hơi đốt than có nhiều lưu huỳnh. Bộ

phận chính của bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt là một rotor quay quanh 1 trục
thẳng đứng với tốc độ khoảng 2-5 vòng/phút. Trên roto gắn các cánh bằng kim loại
để nhận nhiệt. Khi Rotor quay, các cánh kim loại lần lượt khi thì tiếp xúc với khói,
khi thì tiếp xúc với không khí lạnh. Đường khói và đường không khí được bố trí về
hai phía cố định của bộ sấy và được ngăn cách bởi vách ngăn. Khi các cánh của
rotor nằm ở phía khói, tiếp xúc với khói có nhiệt độ cao hơn nên sẽ bị khói đốt
nóng, còn lúc quay sang phần không khí lạnh tiếp xúc với không khí có nhiệt độ
thấp hơn sẽ nhả nhiệt làm cho không khí nóng lên.
+S L$17-:::L%"
+ Không bị ăn mòn bởi nhiệt độ thấp do ở nhiệt độ thấp nó tiếp xúc với
không khí không phải là môi trường ăn mòn, còn khi tiếp xúc với khói thì nhiệt độ
cao hơn nhiệt độ đọng sương.
+ Kích thước gọn gàng, tiêu hao kim loại ít.
+*R L$17-:::L%"
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
21
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Nhiệt độ không khí sẽ không cao lắm.
+ Do cơ cấu quay nên tuổi thọ không cao. Có sự lọt khói qua đường không
khí tương đối lớn.
+ Do nhiệt độ không khí nóng không cao lắm nên loại này thường dùng cho
lò hơi đốt dầu.
• H!"($14*5$17-::
Cấu tạo và chức năng của bộ hâm nước và bộ sấy không khí khác hẳn nhau,
nhưng chúng có liên quan mật thiết với nhau khi bố trí chúng trong đường khói. Bộ
hâm nước và bộ sấy không khí được bố trí trên đoạn đường khói sau bộ quá nhiệt,
có thể bố trí một cấp hoặc hai cấp đặt xen kẽ. Việc chọn cách bố trí một hay hai cấp
hoàn toàn tùy thuộc vào nhiệt độ không khí nóng yêu cầu. Đối với các lò ghi, quá
trình cháy nhiên liệu xẩy ra trên ghi, không khí thổi từ dưới lên qua ghi vừa cấp oxy
cho quá trình cháy vừa làm mát ghi. Để bảo vệ ghi khỏi bị quá nóng, nhiệt độ không

khí nóng thường không quá 150
0
C. Khi đó chỉ cần bố trí bộ sấy không khí một cấp
và do đó bộ hâm nước cũng một cấp. Đối với lò đốt than phun, yêu cầu không khí
nóng có thể trên 400
0
C. Để thu được không khí nóng có nhiệt độ cao như vậy, cần
phải đặt một phần đầu ra của bộ sấy không khí trong vùng khói có nhiệt độ cao,
nghĩa là phân bộ sấy không khí thành hai cấp, khi đó bộ hâm nước có thể làm một
cấp đặt giữa hai cấp của bộ sây. Tuy nhiên như vậy thì bộ sấy không khí cấp hai
nằm ngay sau bộ quá nhiệt, vùng có nhiệt độ khói quá cao nên sẽ rất chóng hỏng.
Bởi vậy để bảo vệ bộ sấy cấp hai, thường người ta cũng chia bộ hâm nước ra thành
hai cấp và bộ sấy cấp hai được đặt vào giữa hai cấp của bộ hâm.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
22
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN SƠ BỘ
VỀ ỐNG NHIỆT
2. Ống nhiệt
2.1. Cấu tạo
Hình 2.1. Cấu tạo ống nhiệt
Ống nhiệt được chia làm 3 phần.
+ Phần bốc hơi còn gọi là phần sôi: Ở đây môi chất nhận nhiệt ở bên ngoài
và làm môi chất đó sôi và bốc hơi.
+ Phần đoạn nhiệt (có thể có hoặc không): Trong phần này ống không trao
đổi nhiệt với bên ngoài. Mục đích dẩn môi chất ở trạng thái khí hoặc hơi ở phần sôi
về phần ngưng.
+ Phần ngưng: Ở đây môi chất toả nhiệt, hơi từ phần sôi sẽ được ngưng tụ
thành chất lỏng và lỏng này sẻ được đưa trở lại phần sôi.
2.2. Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt

Mỗi chất lỏng ở bên trong ống nhiệt tại phần sôi. Ở đây chất lỏng ngưng sẻ
nhận nhiệt từ một nguồn cấp nhiệt nào đó ở bên ngoài của ống nhiệt (ví dụ khói lò,
năng lượng bức xạ mặt trời ). Khi nhận nhiệt chất lỏng ngưng chuyển từ trạng thái
lỏng sang trạng thái hơi. Sau đó hơi được chuyển qua phần đoạn nhiệt rồi được
chuyển thẳng đến phần ngưng. Sự dịch chuyển này nhờ sự chênh lệch áp suất giữa
phần sôi và phần ngưng.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
23
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hơi tại phần ngưng trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài thông qua vách
ống và nhả nhiêt cho môi trường cần làm nóng ở phía bên ngoài của ống nhiệt (ví
dụ nước,không khí,…). Hơi sau khi trao đổi nhiêt với môi trường bên ngoài ngưng
tụ thành lỏng môi chất và được đưa ngược trở lại phần sôi nhờ nhiều lực khác nhau
như lực trọng trường, lực mao dẩn,…
Biểu diễn quá trình hoạt động của môi chất bên trong của ống nhiệt trên đồ thị T- s
T
A
D
B
C
P1
P2
S
Hình 2.2. Đồ thị T - s
p
1
: Áp suất hơi ở phần sôi
p
2
:

Áp suất hơi ở phần ngưng
Trong đó:
+ AB - Quá trình bốc hơi tại vùng sôi khi môi chất nhận nhiệt ở bên ngoài ở
áp suất P
1
.
+ BC - Quá trình chuyển động của hơi từ phần sôi tới phần ngưng, ở đây do
ma sát áp suất của hơi giảm từ p
1
đến p
2
( áp suất hơi trong phần ngưng ).
+ CD - Quá trình ngưng tụ hơi tại phần ngưng. Môi chất sẻ toả nhiệt ra bên
ngoài tạo thành chất lỏng ngưng ở áp suất p
2
.
+ DA - Quả trình chất lỏng chuyển động từ phần ngưng theo bề mặt trong
của ống nhiệt về phần sôi nhờ các lực khác nhau. Tại phần sôi chất lỏng sẻ được đốt
nóng lên đến nhiệt độ sôi và quá trình được lặp lại. Như vậy có thể xem môi chất
trong ống nhiệt đã thực hiện một chu trình.
Có thể phân loại ống nhiệt theo nhiều cách khác nhau. Ở đây ống nhiệt được
phân loại theo lực tác dụng, đẻ đưa chất lỏng ngưng quay về phần bốc hơi. Ta có
các loại ông nhiệt sau: Ống nhiệt trọng trường, ống nhiêt mao dẫn, ống nhiệt ly tâm,
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
24
GVHD: ThS. Phùng Anh Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ống nhiệt điện trường, ống nhiệt từ trường. Trong đồ án này chúng tôi chỉ nghiên
cứu loại ống nhiệt trọng trường bề mặt trong nhẵn.
Ống nhiệt trọng trường: Trên hình 2.1 trình bày ống nhiệt trọng trường (còn

gọi là ống xiphông nhiệt). Nguyên lý hoạt đông của ông nhiệt này nhờ lực trọng
trường, chất lỏng ngưng được đưa về phần bốc hơi. Như vậy phần bốc hơi bao giờ
cũng được đặt thấp hơn phần ngưng. Bề mặt trong của ống nhiệt có thể nhẵn gọi là
ống nhiệt trơn hoặc làm rảnh gọi là ống nhiệt có xẽ rãnh. Bên trong ống nhiệt có thể
đặt các bộ tách dòng kiểu đục lổ hoặc dao pha gọi là ống nhiệt kiểu tách dòng. Tuy
nhiên việc xẽ rãnh hoặc đặt các bộ tách dòng rất phức tạp và khó khăn. Nên trong
giới hạn có thể tôi chỉ có thể nghiên cứu loại ống nhiệt trơn.
2.3. Môi chất nạp ống nhiệt
Môi chất nạp (chất lỏng vào ống) của ống nhiệt được lựa chọn trên cơ sở
nhiệt độ làm việc của ống nhiệt, tính phù hợp của môi chất nạp đối với vật liệu làm
ống, tính chất nhiệt vật lý và hoá học của môi chất nạp vv…
2.3.1. " 1!"
Đ/N: Nhiệt độ làm việc của ống nhiệt là nhiệt trung bình của môi chất bên
trong của ống nhiệt t
h
và có thể coi là nhiệt độ trung bình giửa nhiệt độ bề mặt trong
phần sôi t
is
và phần ngưng t
in
.
t
h
= 1/2 ( t
is
+ t
in
) ≈ 1/2 ( t
es
+ t

en
) (2 - 1)
t
h
: Nhiệt làm việc của ống nhiệt ,[
0
C ].
t
is
, t
in
:Nhiệt tại bề mặt bên trong tương ứng với phần sôi và phần ngưng,[
0
C ]
t
es
, t
en
: Nhiệt trung bình tại bề mặt bên ngoài tương ứng với phần sôi và phần
ngưng [
0
C ].
Tuỳ theo nhiệt độ làm việc của ống nhiệt mà môi chất nạp là những môi chất sau:
- Trong khoảng nhiệt độ thấp là các môi chất lạnh như: R
12
, R
22
, R
11
, NH

3
.
- Trong khoảng nhiệt độ vừa là nước, rượu v.v…
- Trong khoảng nhiệt độ cao là kim loại lỏng như: Hg, Na, K,
Bảng 2.1 chỉ ra các môi chất nạp được sữ dụng trong ống nhiệt và khoảng
nhiệt độ của nó.
SVTH: Nguyễn Phạm Tuấn Anh
25