Bộ quá nhiệt trong hệ thống lò hơi

CHƯƠNG 14 BỘ QUÁ NHIỆT

I.Khái niệm
-Bộ quá nhiệt là một thiết bị dùng để gia nhiệt hơi từ trạng thái bão hòa ở áp
suất trong bao hơi tới trạng thái quá nhiệt quy định
-Ở những lò hơi hiện đại, bộ quá nhiệt thường đặt ở vùng khói có nhiệt độ
cao tới trên 1000 độ nhưng những bộ quá nhiệt này vẫn đặt sau cụm ống
pheston nên gọi là bộ quá nhiệt đối lưu
-Bộ quá nhiệt đặt ở phía trên buồng lửa trước cụm ống pheston gọi là bộ quá
nhiệt nửa bức xạ
-Bộ quá nhiệt đặt xen kẽ với dàn ống xung quanh buồng lửa gọi là bộ quá
nhiệt bức xạ
-Bộ quá nhiệt bao gồm cả 3 phần bức xạ, nửa bức xạ, và đối lưu gọi là bộ
quá nhiệt tổ hợp
-Để tăng hiệu suất của chu trình nhiệt, ở những chu trình từ cao áp trở lên,
người ta sử dụng bộ quá nhiệt trung gian. Nguồn nhiệt dùng để quá nhiệt
trung gian chủ yếu là khói lò và bộ quá nhiệt trung gian thường đặt ở vùng
khói đối lưu
II.Cấu tạo bộ quá nhiệt
1.Bộ quá nhiệt đối lưu
-Bộ quá nhiệt đối lưu bao gồm những ống xoắn có đường kính khoảng từ
28-42mm, có bề dày nhỏ nhất theo 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
đặt nằm ngang. Việc đặt ngang hoặc đứng phụ thuộc vào phương của dòng
khói
a.Bộ quá nhiệt có ống xoắn đặt nằm ngang


-Bộ quá nhiệt có ống xoắn đặt nằm ngang chủ yếu được dùng cho lò hơi nhỏ
kiểu ống nước sinh hơi nằm nghiêng để tận dụng không gian đường khói lò.
Loại bộ quá nhiệt này cho phép xả được nước đọng trong các ống xoắn

ngưng đọng lại lúc ngưng lò và do đó khắc phục hiện tượng ăn mòn nghỉ.
Song bộ quá nhiệt đặt ngang có nhược điểm là hệ thống treo đỡ và ống xoắn
khá phức tạp
-Người ta thường treo các ống xoắn bằng các cơ cấu treo bằng thép chịu
nhiệt, ống xoắn được giữ bởi đai thép và sau đó treo với khung lò. Giá treo
làm bằng thép hợp kim làm việc ở nhiệt độ rất cao mà không được làm mát
nên khó làm việc đảm bảo và lâu dài.
b.Bộ quá nhiệt có ống xoắn đặt đứng
-Mỗi ống xoắn được đặt trong mặt phẳng vuông góc với ngực lò và đảm bảo
đường hơi cắt đường khói nhiều lần. Các ống vẫn được đốt nóng đồng đều
mặc dù trường nhiệt độ giảm dần theo chuyển động của dòng khói. Việc treo
các ống xoắn khá đơn giản, cơ cấu treo làm việc nhẹ nhàng hơn và đảm bảo
so với ống xoắn đặt nằm ngang.
-Để tăng cường độ cứng của cụm ống và bảo đảm khoảng cách giữa các ống
xoắn người ta dùng tấm gang chịu nhiệt hình răng lược và nẹp bằng thép
chịu nhiệt
-Đa số các ống dẫn từ bao hơi tới bộ quá nhiệt được đặt sát trần lò, vừa hấp
thụ nhiệt vừa làm mát trần lò
-Khi đốt nhiên liệu nhiều tro, người ta lắp các ống xoắn theo dạng cụm ống
song song. Các ống xoắn có thể bố trí theo dạng ống đơn hoặc ống kép. Tốc
độ hơi khi bố trí ống kép giảm một nửa
-Nhược điểm quan trọng của bộ quá nhiệt đặt đứng là không xả được nước
đọng ra khỏi ra khỏi ống xoắn. Nước đọng trong ống xoắn gây ăn mòn khi


nghỉ, mặt khác còn ngăn cản không cho hơi thoát ra khỏi bộ quá nhiệt lúc
khởi động lò
2.Bộ quá nhiệt bức xạ và nửa bức xạ
a.Bộ quá nhiệt nửa bức xạ
-Bao gồm những chùm ống xoắn hình chữ U hoặc dị hình đặt dọc phía trên

buồng lửa. Khoảng cách giữa các dàn ống khoảng từ 700-1000mm sẽ khắc
phục khả năng tạo nên những cầu xỉ giữa các dàn ống quá nhiệt
-Để giữ các dàn ống không bị cong và bảo đảm khoảng cách giữa các dàn
ống người ta dùng những ống giữ. Những ống giữ này cũng chính là cũng là
các ống hơi trong dàn ống khác và nối với nhau bằng nẹp
-Sử dụng rộng rãi cho những lò hơi có nhiệt độ khoảng 530-540 độ
b.Bộ quá nhiệt bức xạ
-Thường có dạng dàn ống đặt trên tường hay trên trần buồng lửa. Phụ tải
nhiệt của bộ quá nhiệt bức xạ thường cao hơn bộ quá nhiệt đối lưu từ 3-5 lần
3.Bộ quá nhiệt tổ hợp
-Bộ quá nhiệt đối lưu tổ hợp bao gồm 2 phần: nửa bức xạ và đối lưu hay
gồm cả 3 phần: bức xạ, đối lưu và nửa bức xạ
-Dạng bố trí đối lưu-bức xạ. Dòng hơi được gia nhiệt phần đối lưu trước và
gia nhiệt cuối cùng ở phần bức xạ.
-Dạng bố trí bức xạ-đối lưu.
-Dạng bố trí bức xạ-đối lưu-bức xạ
III.Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
-Trong quá trình là việc của lò nhiệt độ hơi quá nhiệt thường không giữ được
ổn định mà luôn thay đổi. Nguyên nhân gây lên sự thay đổi nhiệt độ hơi quá
nhiệt là do chế độ làm việc của lò hơi thay đổi
-Những chế độ của lò có thể thay đổi là
+Thay đổi phụ tải lò


+Dao động áp suất trong đường hơi chung
+Thay đổi chất lượng nhiên liệu
+Thay đổi nhiệt độ nước cấp
+Đóng xỉ dàn ống bức xạ và pheston
+Thay đổi hệ số không khí thừa
+Bám bẩn các bề mặt đốt của lò và ảnh hưởng của việc thổi tro bám

+Thay đổi vị trí ngọn lửa trong buồng lửa do máy cấp bột than làm việc
không đều đặn
+Do có hiên tượng cháy lại trong bộ quá nhiệt
-Sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt nếu không được điều chỉnh sẽ ảnh hưởng
đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của lò hơi.
+Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm sẽ làm giảm hiệu suất của chu trình nhiệt,
gây ảnh hưởng xấu tới điều kiện làm việc của tuabin do có độ ẩm của hơi ở
các tầng cuối tăng lên
+Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt quá trị số cho phép làm giảm điều kiện sức bền
của kim loại ống
*Phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
-Điều chỉnh bằng hơi: nhiệt độ hơi quá nhiệt được điều chỉnh nhờ tác dụng
của nguồn nước hay nguồn hơi.
-Điều chỉnh bằng khói: nhiệt độ hơi quá nhiệt được điều chỉnh bằng cách
thay đổi nhiệt lượng hấp thụ của bộ quá nhiệt do thay đổi lưu lượng khói hay
thay đổi nhiệt độ khói
-Yêu cầu với các phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt
+Có quán tính điều chỉnh ( thời gian chậm trễ ) bé
+Có phạm vi điều chỉnh lớn, đáp ứng được sự thay đổi nhiệt độ đối với
nhiều chế độ thay đổi của lò
+Cấu tạo chắc chắn, chi phí vật liệu bé nhất


+Đảm bảo làm giảm ít nhất hiệu suất của chu trình nhiệt
+Dễ dàng tự động hóa hệ thống điều chỉnh
a.Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng hơi hoặc nước
-Đối với các bộ quá nhiệt sơ cấp, cơ cấu điều chỉnh nhiệt độ bằng hơi gọi là
bộ giảm ôn
*Bộ giảm ôn trao đổi nhiệt bề mặt
-Là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống, trong đó nước để giảm ôn đi trong những

ống hình chữ U còn hơi đi ngoài ống
-Vị trí trong bộ quá nhiệt
+Về phía hơi quá nhiệt, nghĩa là ở đầu ra của bộ quá nhiệt
+Về phía hơi bão hòa, nghĩa là ở đầu vào của bộ quá nhiệt
+Đặt xen kẽ 2 cấp bộ quá nhiệt
-Khi đặt bộ giảm ôn ở đầu ra bộ quá nhiệt sẽ đảm bảo điều chỉnh nhanh
nhiệt độ quá nhiệt. Nhưng đặt như vậy thì toàn bộ bộ quá nhiệt đặt trước
giảm ôn không được điều chỉnh nghĩa là làm việc với nhiệt độ hơi quá nhiệt
cao hơn trị số định mức. Dùng cho lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt không quá
375 độ
-Khi đặt bộ giảm ôn ở đầu vào bộ quá nhiệt, nhược điểm là làm ẩm hơi,
quán tính điều chỉnh lớn nên chỉ dùng cho lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt trên
510 độ
-Ở những lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt 450 độ thì dùng biện pháp đặt xen kẽ
-Nước dùng để giảm ôn là nước cấp hay nước lò. Khi đặt giảm ôn bề mặt ở
đầu vào bộ quá nhiệt, thì chỉ có thể làm lạnh bằng nước cấp chứ không thể
bằng nước lò vì nhiệt độ nước lò bằng nhiệt độ hơi bão hòa. Việc điều chỉnh
nhiệt độ hơi được tiến hành bằng cách thay đổi lượng nước cấp đưa vào bảo
ôn
*Bộ giảm ôn hỗn hợp


-Hơi quá nhiệt được làm lạnh bằng dòng nước phun vào qua các ống phun.
Các hạt nước được phun thành bụi nhỏ rồi hỗn hợp với hơi quá nhiệt và bốc
hơi đồng thời làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt
-Đòi hỏi rất cao về chất lượng nước
-Quán tính điều chỉnh nhỏ, cấu tạo đơn giản và chắc chắn. Nước có thể phun
trực tiếp trong ống dẫn hơi hay riêng trong bộ giảm ôn hỗn hợp
b.Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng khói
*Điều chỉnh bằng thay đổi lưu lượng khói đi qua bộ quá nhiệt

-Thay đổi lưu lượng khói nhờ những lá chắn để hướng toàn bộ hay một phần
khói đi qua bộ quá nhiệt. Như vậy đường khói bộ quá nhiệt chia làm 2 phần:
một phân đi qua và 1 phần nhánh không đi qua bộ quá nhiệt hay gọi là
đường khói tắt
-Trên đường khói đi tắt có thể đặt thêm bộ hâm nước, bộ quá nhiệt trung
gian
*Điều chỉnh bằng cách thay đổi nhiệt độ khói qua bộ quá nhiệt
-Bằng cách thay đổi vị trí trung tâm ngọn lửa theo chiều cao buồng lửa. Việc
dịch chuyển trung tâm ngọn lửa có thể thực hiện bằng quay vòi phun quay
hay thay đổi số lượng vòi phun làm việc
-Lúc nâng trung tâm ngọn lửa lên cao làm nhiệt độ khói trước bộ quá nhiệt
tăng làm tăng nhiệt độ hơi
-Phương pháp điều chỉnh này không kinh tế vì tăng tổn thất q2, q4
*Điều chỉnh bằng cách thay đổi đồng thời lưu lượng và nhiệt độ khói
-Dùng phương pháp tái tuần hoàn khói: trích khói sau bộ hâm nước đưa vào
buồng lửa
-Khi cho một lượng lớn khói tái tuần hoàn có nhiệt độ thấp vào buồng lửa
thì nhiệt độ trung bình trong buồng lửa giảm đi làm nhiệt hấp thụ do bức xạ


giảm. Trong khi đó lưu lượng khói tăng lên làm tăng nhiệt lượng hấp thụ của
bộ quá nhiệt đối lưu làm nhiệt độ hơi tăng lên


Câu hỏi về bộ quá nhiệt chương 14
Câu 1
Dàn ống pheston là gì ? Nêu công dụng của dàn pheston ?
TL
-Dàn ống pheston là bề mặt sinh hơi đối lưu đặt ở cửa ra buồng lửa, có bước
ống rất lớn

-Tác dụng là tạo ra đường khói rộng để khói đi qua và làm lạnh khói, khiến
cho bay trong khói chuyển sang thể rắn, ngăn ngừa không gây đóng xỉ ở các
dàn ống bố trí dày đặc của bộ quá nhiệt
Câu 2
Vì sao bộ quá nhiệt phải phân thành nhiều cấp và nhiều phân đoạn ?
TL
-Nguyên nhân chính phải phân bộ quá nhiệt thành nhiều cấp là giảm độ
chênh lệch về nhiệt. Sau khi phân thành các cấp thì diện tích nhận nhiệt mỗi
cấp nhỏ, sự tăng entanpi môi chất sau mỗi cấp không lớn, nếu có chênh lệch
về nhận nhiệt thì giá trị cũng không lớn do giữa các cấp có các ống góp
trung gian nên hơi sẽ hỗn hợp trong các ống góp làm giảm chênh lệch về
nhiệt của cấp quá nhiệt trước đó
Câu 3
Thế nào là bộ quá nhiệt trung gian ? Công dụng của bộ quá nhiệt trung gian?
TL
-Thiết bị dùng để gia nhiệt hơi thoát phần cao cao áp của tuabin đến nhiệt độ
nhất định, sau đó lại đưa hơi đó vào phần trung áp để tiếp tục giãn nở và sinh
công được gọi là bộ quá nhiệt trung gian. Thông số phần trung áp:
3,82MN/m2 và 450 độ


-Nhờ có bộ quá nhiệt trung gian, hơi nước được làm tăng entanpi, không
những tăng khả năng sinh công mà còn làm tăng hiệu suất của chu trình,
giảm độ ẩm của hơi thoát, giảm sự xâm thực các cánh tầng tuabin
Câu 4
Vì sao tiết diện lưu thông hơi của bộ quá nhiệt trung gian cần lớn hơn của bộ
quá nhiệt ?
TL
-Hơi trong bộ quá nhiệt trung gian có áp suất thấp, thể tích riêng lớn, lưu
lượng thể tích lớn để giảm tốc độ lưu lượng hơi cần chọn ống có đường kính

lớn để tổn thất áp suất qua bộ quá nhiệt trung gian nhỏ, nâng cao hiệu suất tổ
máy
Câu 5
Vì sao bộ quá nhiệt trung gian ít dùng bộ giảm ôn kiểu phun để điều chỉnh
nhiệt độ hơi quá nhiệt ?
TL
-Nếu các bộ quá nhiệt trung gian sử dụng bộ giảm ôn kiểu phun để điều
chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt sẽ làm tăng lưu lượng hơi quá nhiệt trung gian,
làm tăng tỷ lệ sinh công của phần trung và hạ áp tuabin, tỷ lệ sinh công của
phần cao áp giảm nên hiệu suất của tổ máy giảm
Câu 6
Nêu các yếu tố ảnh hưởng tới nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian ?
TL
-Sự thay đổi nhiệt độ hơi thoát ra của tuabin sau phần cao áp
-Lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt trung gian
-Ảnh hưởng của lượng hơi đi qua bộ quá nhiệt trung gian
-Ảnh hưởng của lượng nước giảm ôn. Lượng nước giảm ôn càng lớn nhiệt
độ hơi quá nhiệt trung gian càng thấp


Câu 7.
Có mấy phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian?
TL
-Điều chỉnh bằng tấm chắn khói là phương pháp phổ biến nhất. Việc điều
chỉnh độ mở tấm chắn khói sẽ điều chỉnh lưu lượng khói qua bộ quá nhiệt
trung gian
-Áp dụng tái tuần hoàn khói. Sử dụng quạt tái tuần hoàn khói để hút một
phần khói đuôi lò, đưa trở về buồng đốt để thay đổi lượng nhiệt hấp thụ của
bộ quá nhiệt và quá nhiệt trung gian, do đó điều chỉnh được nhiệt độ hơi quá
nhiệt trung gian

-Thay đổi cao độ trung tâm ngọn lửa trong buồng lửa bằng cách: thay đổi
góc nghiêng vòi đốt, thay đổi phụ tải tầng vòi đốt, thay đổi lượng gió cấp 2
trên và dưới vòi đốt
Câu 8
Trình bày, giải thích xu thế thay đổi nhiệt độ hơi đầu ra của bộ quá nhiệt đối
lưu khi độ ẩm than tăng lên ?
TL
-Khi độ ẩm than tăng lên thì nhiệt độ hơi quá nhiệt ra của bộ quá nhiệt tăng
-Nguyên nhân: khi độ ẩm than tăng lên sẽ làm tăng lưu lượng khói trong lò
tăng lên, nhiệt lượng hấp thụ do đối lưu của bộ quá nhiệt tăng làm tăng nhiệt
độ hơi ra
Câu 9
Hãy nói các yếu tố ảnh hưởng tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt ?
TL
Các yếu tố ảnh hưởng tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt
-Sự thay đổi tính chất của nhiên liệu
-Sự thay đổi lượng gió


-Tình trạng cháy thay đổi
-Sự bám bẩn và đóng xỉ trên bề mặt đốt
-Nhiệt độ nước cấp thay đổi
-Sự thay đổi áp suất hơi quá nhiệt
-Sự thay đổi độ ẩm của hơi bão hòa
Câu 10
Sự thay đổi tính chất nhiên liệu ảnh hưởng tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá
nhiệt thế nào ?
TL
-Sự thay đổi tính chất nhiên liệu ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt độ của hơi quá
nhiệt. Khi nhiệt trị của nhiên liệu thấp, thành phần tro, độ mịn của than thay

đổi làm cho tình trạng cháy trong buồng đốt thay đổi, do đó dẫn đến sự thay
đổi sự thay đổi phụ tải nhiệt và nhiệt độ của hơi quá nhiệt
Câu 11
Sự thay đổi lượng gió ảnh hưởng tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt thế
nào ?
TL
-Khi lượng gió tăng trong phạm vi nhất định, nếu vẫn duy trì lượng nhiên
liệu đốt không đổi, thì một mặt do nhiệt độ buồng đốt giảm, lượng nhiệt hấp
thụ bức xạ của dàn ống giảm xuống nên lượng hơi giảm.
-Mặt khác lượng gió tăng làm lượng khói tăng, tốc độ khói tăng, lượng nhiệt
hấp thụ bằng đối lưu tăng sẽ làm tăng nhiệt độ hơi quá nhiệt. Nếu duy trì phụ
tải lò không đổi, cần tăng lượng nhiên liệu đốt như vậy lượng khói tăng, tốc
độ khói tăng làm nhiệt truyền bằng đối lưu tăng sẽ làm tăng nhiệt độ hơi quá
nhiệt
Câu 12
Tình trạng cháy có ảnh hưởng gì tới sự thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt ?


TL
-Sự thay đổi tình trạng cháy làm thay đổi làm trung tâm ngọn lửa dịch
chuyển lên hoặc xuống, làm cho tỷ lệ truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ
trong buồng đốt thay đổi nên nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi
Câu 13
Tình trạng đóng xỉ, bám bẩn có ảnh hưởng gì tới sự thay đổi nhiệt độ hơi
quá nhiệt ?
TL
-Nếu dàn ống sinh hơi bị đóng xỉ, nếu như lượng nhiên liệu đốt không đổi
thì năng suất hơi giảm, nhiệt độ khói thải ra buồng đốt tăng nên nhiệt độ hơi
quá nhiệt tăng. Nếu duy trì năng suất hơi không đổi thì lượng nhiên liệu đốt
phải tăng, nên nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa tăng, lưu lượng khói tăng nên

nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng
Câu 14
Sự thay đổi nhiệt độ nước cấp có ảnh hưởng gì đến sự thay đổi nhiệt độ hơi
quá nhiệt ?
TL
-Khi nhiệt độ nước cấp tăng, lượng nhiệt hấp thụ của nước trong dàn ống
giảm. Nếu lượng nhiên liệu không đổi, sản lượng lò hơi tăng, lượng nhiệt
hấp thụ của hơi giảm, làm nhiệt độ hơi giảm. Nếu duy trì công suất không
đổi, cần giảm lượng nhiên liệu đốt, quá trình cháy giảm làm nhiệt độ hơi quá
nhiệt giảm
Câu 15
Áp suất hơi quá nhiệt thay đổi có ảnh hưởng gì đến nhiệt độ hơi quá nhiệt ?
TL
-Khi áp suất hơi giảm, nhiệt độ bão hòa tương ứng giảm, làm nhiệt độ hơi
quá nhiệt giảm