tiểu luận lò hơi

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (436.74 KB, 29 trang )

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

1

1

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Chương I Lịch sử phát triển
Ngày nay hình như ở đâu nhu cầu sử dụng năng lượng cũng được vận dụng vào
đời sống và sản xuất và nó một ngày càng được sử dụng và ứng dụng rộng rãi,
trong đó nguồn năng lượng để chuyển hóa thành nhiệt năng là chủ yếu. Nhu vào
những năm 1989, năng lượng sản xuất trên toàn thế giới chiếm khoảng 3.58 x
105KJ (339 x 105 Btu),
trong đó 39.2% từ dàu mỏ và khí hóa lỏng ,
27.4% từ than đá, 19.8%
từ thiên nhiên, 5.6% từ năng lượng

Lò hơi sử dụng cho động cơ hơi
nước

nguyên tử, như vậy 92% năng lượng
trên thể hiện dưới dạng nhiệt năng.
Việc sử dụng năng lượng dưới dạng
nhiệt năng trong sản xuất và tiêu dùng thì việc sinh hơi có một vai trò rất quan
trọng
Việc sản xuất sử dụng hơi đã có từ lâu. Từ những chiếc chong chóng hơi –aelopile
– do nhà toán học Hero người Hi Lạp chế tạo ra từ những năm 200 TCN, chiếc xe
quay bằng hơi nước của người Ý tên là Branca chế tạo từ năm 1600 thì năm

1680Dr Densi Papin chế tạo lò hơi có áp xuất dùng trong chế biến thực phẩm, đến
vào năm 1698, Thomas Savery được cấp bằng sáng chế về hệ thống bơm nước
2

2

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

bằng hơi. Năm 1690 máy hơi nước đầu tiên được chế tạo theo ý tưởng của Papin
và được hoàn thiện bởi Thomas Savery và John Cowly vào năm 1711. Lúc đó
máy hơi và lò hơi đi liền với nhau. Đến năm 1769 một công nhân cơ khí người
Anh James watt chế tạo ra nồi hơi kiểu toa xe tách khỏi động cơ từ. Năm 1804 lò
hơi dạng như hiện nay được thiết kế bởi Trevithick, thân hình trụ, đáy tròn, chịu
được áp suất cao. Nhưng cũng đáng chú ý hơn là năm 1730 Dr. John Allen lần đầu
tiên tính toán hiệu suất của lò hơi để không ngừng cải tiến và hoàn thiện.
Ngày nay có tới hàng triệu chiếc lò hơi ra đời kiểu dáng và công nghệ được cải
tiến nhiều hơn, có những chiếc lò hơi nhỏ chỉ ssnr xuất được mấy chục lít nước
nóng hoặc hơi bão hòa ở áp suất bình thường, nhưng cũng có những chiếc lò hơi
đồ sộ , mỗi giờ sản xuất được 3000-4000 tấn hơi nước áp suất trên dưới 6000c, cấp
hơi cho tổ máy phát điện đến 1200- 1300MW.
Việc sản xuất và sử dụng nhiệt của nước góp phần không nhỏ đến công cuộc cách
mạng khoa học kỹ thuật phát triển của xã hội và đời sống được nâng cao. Nhưng
cũng cần lưu ý áp suất và nhiệt độ cao rát nguy hại không chỉ tài sản mà cẩ cho
tính mạng con người.
I.

CÁC LOẠI LÒ HƠI

Phần này giới thiệu các loại lò hơi khác nhau: Lò hơi ống lửa, lò hơi ống nước, lò
hơi trọn bộ, lò hơi buồng lửa tầng sôi, lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí, lò hơi
buồng lửa tầng sôi điều áp, lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn, lò hơi đốt lò, lò
hơi sử dụng nhiên liệu phun, lò hơi sử dụng nhiên liệu thải và thiết bị gia nhiệt.
1. Lò hơi ống lửa (Fire Tub Boiler)

Với loại lò hơi này, khí nóng đi qua các ống và nước cấp cho lò hơi ở phía trên sẽ
được chuyển thành hơi. Lò hơi ống lửa thường được sử dụng với công suất hơi
tương đối thấp cho đến áp suất hơi trung bình. Do đó, sử dụng lò hơi dạng này là
3

3

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

ưu thế với tỷ lệ hơi lên tới 12.000 kg/giờ và áp suất lên tới 18 kg/cm2.
Các lò hơi này có thể sử dụng với dầu, ga hoặc các nhiên liệu lỏng. Vì
các lý do kinh tế, các lò hơi ống lửa nằm trong hạng mục lắp đặt “trọn
gói” (tức là nhà sản xuất sẽ lắp đặt) đối với tất cả các loại nhiên liệu.
2. Lò hơi ống nước (Water Tube Boiler)

Ở lò hơi ống nước, nước cấp qua các ống đi vào tang lò hơi. Nước được đun nóng
bằng khí cháy và chuyển thành hơi ở khu vực đọng hơi trên tang lò hơi. Lò hơi
dạng này được lựa chọn khi nhu cầu hơi cao đối với nhà máy phát điện.
Phần lớn các thiết kế lò hơi ống nước hiện đại có công suất nằm trong khoảng
4.500 – 120.000 kg/giờ hơi, ở áp suất rất cao. Rất nhiều lò

hơi

dạng này nằm trong hạng mục lắp đặt “trọn gói” nếu nhà

máy

sử dụng dầu và/hoặc ga làm nhiên liệu. Hiện cũng có loại

thiết

kế lò hơi ống nước sử dụng nhiên liệu rắn nhưng với loại

này,

thiết kế trọn gói không thông dụng bằng.
Lò hơi ống nước có các đặc điểm sau:
Sự thông gió cưỡng bức, cảm ứng, và cân bằng sẽ giúp nângcao hiệu suất cháy.
Yêu cầu chất lượng nước cao và cần phải có hệ thống xử lý nước.
Phù hợp với công suất nhiệt cao
3. Lò hơi trọn bộ (Package Boiler)

Loại lò hơi này có tên gọi như vậy vì nó là một hệ thống trọn bộ. Khi
được lắp đặt tại nhà máy, hệ thống này chỉ cần hơi, ống nước, cung cấp
nhiên liệu và nối điện để có thể đi vào hoạt động. Lò hơi trọn bộ
thường có dạng vỏ sò với các ống lửa được thiết kế sao cho đạt được
tốc độ truyền nhiệt bức xạ và đối lưu cao nhất.
4

4

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Hiệu suất cháy cao do có sử dụng hệ thống thông gió cưỡng bức Quá trình truyền
nhiệt tốt hơn nhờ số lần khí đi qua lò hơi
Hiệu suất nhiệt cao hơn so với các loại lò hơi khác.
4. Lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí (AFBC)

Phần lớn các lò hơi vận hành dạng này là theo Quá trình Cháy tầng sôi không khí
(AFBC). Quá trình này phức tạp hơn là bổ sung một
buồng đốt tầng sôi vào lò hơi vỏ sò truyền thống.
Những hệ thống như thế này được lắp đặt tương tự
như lò hơi ống nước.
Than được đập theo cỡ 1 – 10 mm phụ thuộc vào loại
than, loại nhiên liệu cấp cho buồng đốt. Không khí
khí quyển, đóng vai trò là cả khí đốt và khí tầng sôi,
được cấp vào ở một mức áp suất, sau khi được đun
nóng sơ bộ bằng khí thải. Những ống trong tầng nhiên liệu mang nước đóng vai
trò là thiết bị bay hơi. Những sản phẩm khí của quá trình đốt đi qua bộ phận quá
nhiệt của lò hơi, qua bộ phận tiết kiệm, thiết bị thu hồi bụi và thiết bị đun nóng khí
sơ bộ trước khi ra không khí.
5. Lò hơi buồng lửa tầng sôi điều áp (PFBC)

Ở loại lò hơi này, một máy nén khí sẽ cung cấp khí sơ cấp cưỡng bức (FD) và
buồng đốt là một nồi áp suất. Tốc độ thoát nhiệt trong tầng sôi tỷ lệ với áp suất của
tầng sôi và do dó, tầng sâu sẽ giúp thoát nhiệt nhiều. Nhờ vậy, hiệu suất cháy và sự
hấp thụ S2 trong tầng nhiên liệu Hơi được tạo ra trong hai ống, một nằm trong

tầng sôi và một nằm trên. Khí lò nóng có thể chạy tua bin sử dụng gas phát điện.
Hệ thống PFBC có thể được sử dụng trong đồng phát (hơi và điện) hoặc phát điện
chu trình kết hợp. Việc vận hành chu trình kết hợp (tua bin dùng gas và tua bin
chạy bằng hơi nước) sẽ cải tiện hiệu suất chuyển đổi toàn phần từ 5 đến 8 %
5

5

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

6. Lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần

hoàn khí

(CFBC)
Với hệ thống tuần hoàn, các thông số của tầng nhiên liệu được duy trì để thúc đẩy
việc loại sạch những hạt rắn trong tầng nhiên liệu. Chúng nâng lên, pha trộn trong
dàn ống lên và hạ xuống theo cyclon phân li và quay trở lại. Trong tầng nhiên liệu,
không có ống sinh hơi. Việc sinh hơi và làm quá nhiệt hơi diễn ra ở bộ phận đối
lưu, thành ống nước và ở đầu ra của dàn ống nâng lên.
Các lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí thường kinh tế hơn so với lò
hơi buồng lửa tầng sôi không khí khi áp dụng trong các doanh nghiệp công
nghiệp cần sử dụng lượng hơi lớn hơn 75 – 100 T/h. Với các nhà máy có
nhu cầu lớn hơn, nhờ đặc điểm lò đốt cao của hệ thống lò hơi buồng lửa
tầng sôi tuần hoàn khí sẽ cung cấp khoảng trống lớn hơn để sử dụng, các
hạt nhiên liệu lớn hơn, và thời gian lưu hấp thụ để đạt hiệu suất cháy và
mức SO2 cao hơn, việc áp dụng các công nghệ để kiểm soát mức NOx

cũng dễ dàng hơn so với lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí
7. Lò hơi đốt ghi

Buồng lửa được chia tuỳ theo phương pháp cấp nhiên liệu cho lò và kiểu ghi lò.
Các loại chính bao gồm buồng lửa ghi cố định và buồng lửa ghi xích hoặc ghi di
động.
8. Buồng lửa ghi cố định

Buồng lửa ghi cố định sử dụng kết hợp cháy trên ghi lò và cháy trong khi rơi.
Than được đưa liên tục vào lò trên lớp than đang cháy. Than nhận được nhiệt và
tiến hành các giai đoạn của quá trình cháy. Những hạt than to hơn (phần cốc) rơi
trên ghi, cháy với một lớp than mỏng, cháy nhanh. Phương pháp đốt này rất linh
6

6

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

hoạt với những dao động mức tải, vì việc đốt cháy tạo ra tức thời khi tốc độ cháy
tăng. Vì vậy, buồng lửa ghi cố định được ưa chuộng hơn những loại buồng lửa
khác trong các ứng dụng công nghiệp
9. Buồng lửa ghi xích hoặc buồng lửa ghi di động

lò đang chuyển động. Khi ghi chuyển động dọc theo chiều dài của buồng lửa, than
cháy, còn xỉ rơi xuống phía dưới. Sử dụng loại lò này, cần phải có một số kỹ năng,
nhất là khi thiết lập ghi, van điều tiết, và
các vách ngăn để đảm bảo quá trình đốt

sạch, không còn cacbon chưa cháy trong xỉ.
Phễu cấp than chuyển động dọc theo phần
cấp than của lò. Thiết bị chắn than được sử
dụng để điều chỉnh tỷ lệ than cấp vào lò
thông qua kiểm soát độ dày của lớp than.
Kích cỡ than phải đều vì những viên to sẽ không cháy hết tại thời điểm chúng đến
cuối ghi
10.

Lò hơi sử dụng nhiên liệu phun

Hầu hết các nhà máy nhiệt điện (than) đều sử dụng lò hơi dùng nhiên liệu phun, và
rất nhiều lò hơi ống nước công nghiệp cũng sử dụng loại nhiên liệu phun này.
Công nghệ này được nhân rộng rất nhanh và hiện có hàng nghìn nhà máy áp dụng,
chiếm hơn 90% công suất đốt than.
Than được nghiền (pulverized) thành bột mịn sao cho dưới 2% có đường kính
+300 micrometer (μm) và 70-75 % nhỏ hơn 75 microns, đối với than bitum. Cũng
cần lưu ý rằng, bột quá mịn sẽ gây lãng phí điện sử dụng cho máy nghiền. Mặt
khác, bột to quá sẽ không cháy hết trong buồng đốt và dẫn tới tổn thất do chưa
cháy hết.
7

7

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Than nghiền được phun cùng với một phần khí đốt vào dây chuyền lò hơi thông

qua một số vòi đốt. Có thể bổ sung khí cấp 2 và 3. Quá trình cháy diễn ra ở nhiệt
độ từ 1300-1700 °C, phụ thuộc nhiều vào loại than. Thời gian lưu của các than
trong lò điển hình từ khoảng 2 đến 5 giây, và kích thước hạt phải nhỏ vừa để hoàn
tất quá trình đốt, diễn ra trong khoảng thời gian này.
Hệ thống kiểu này có rất nhiều ưu điểm như khả năng cháy với các loại than chất
lượng khác nhau, phản ứng nhanh với các thay đổi mức tải, sử dụng nhiệt
độ khí đun nóng sơ bộ cao, vv...
Một trong những hệ thống phổ biến nhất để đốt than nghiền là đốt theo
phương tiếp tuyến sử dụng 4 góc để tạo ra quả bóng lửa ở giữa lò.

11. Lò hơi sử dụng nhiệt thải

Bất cứ nơi nào có sẵn nhiệt thải ở nhiệt độ cao hoặc trung bình đều có thể lắp đặt
lò hơi sử dụng nhiệt thải một cách kinh tế. Khi nhu cầu hơi cao hơn lượng hơi tạo
ra từ nhiệt thải, có thể sử dụng lò đốt nhiên liệu phụ trợ. Nếu không cần sử dụng
hơi trực tiếp có thể sử dụng hơi cho máy phát tua bin chạy bằng hơi để phát điện.
Lò hơi loại này được sử dụng rộng rãi với nhiệt thu hồi từ khí thải của tua bin chạy
bằng gas hoặc các động cơ diezen.
12.

Lò hơi làm mát:

Các Lò hơi này được gia nhiệt chủ yếu bằng khí sản phẩm có nhiệt độ 9000C và
vận hành chủ yếu như thiết bị làm mát tôi, nghĩa là chúng phải làm mát khí phản
ứng càng nhanh càng tốt để tránh gẫy do nhiệt và các phản ứng phân huỷ. Vì vậy,
sự trao đổi nhiệt tại đầu vào dòng khí rất cao. Thiết bị làm mát kiểu ống phải được
lắp đặt sao cho không có khe hở tại mối nối giữa ống với mặt sàng, ít nhất là ở
8

8

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

phía đầu khí vào (đầu nóng), nhưng qui định này cũng được khuyến cáo cho cả
đầu khí ra. Ống trong TLE kiểu ống cũng phải được hàn không có khe hở.
13.

Lò hơi sôi lại:

Là Lò hơi tầng sôi tuần hoàn.
Cấu tạo gồm 03 phần chính: Buồng đốt, Cyclon và phần đuôi lò.
+ Buồng đốt: Buồng đốt của lò tầng sôi tuần hoàn (TSTH) có hình dáng tương tự
như lò than phun, tuy vậy do khác nhau về phương pháp đốt nên có một số điểm
khác biệt lớn về chi tiết.Nhiệt độ trong buồng lửa được duy trì ở nhiệt độ khoảng
850oC, thấp hơn rất nhiều so với lò than phun. Hiệu suất của buồng lửa khá cao do
thời gian lưu lại của hạt than lớn, than cháy kiệt hơn so với lò than phun.
+ Phần Cyclon: Cyclon là một bộ phận dùng để thu các hạt than chưa cháy hết trở
lại buồng đốt tạo thành một vòng tuần hoàn. Cyclon ở lò TSTH khác với lò tầng
sôi thông thường, khói thải sau khi ra khỏi buồng lửa còn lẫn các hạt chưa cháy
hết sẽ được phân ly qua bộ Cyclon và được đưa trở lại buồng đốt thành 1 vòng
tuần hoàn để cháy kiệt. Phần khói nóng sẽ tiếp tục đưa qua các bộ trao đổi nhiệt
phần đuôi lò, qua hệ thống lọc bụi và được thải ra ngoài qua ống khói.
- Lò hơi bốc hơi một lần: Được sử dụng chủ yếu trong nhà máy điện rất lớn vận
hành ở áp suất quá tới hạn > 230 bar và nhiệt độ hơi tới 6500C. Lò hơi kiểu này
không được dùng trong các nhà máy công nghiệp và nhà máy nhiệt điện cỡ trung
bình vì chúng cần nước cấp bắt buộc phải được khử khoáng.
II.

9

Nguyên lý làm việc chung của Lò hơi.

9

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Không khí nóng cùng bột than phun vào buồng lửa qua vòi phun và cháy,
truyền nhiệt lượng cho các dàn ống bố trí xung quanh buồng lửa. Nước trong
ống được đốt nóng, sôi và sinh hơi. Hỗn hợp hơi nước sinh ra được đưa lên bao
hơi. Bao hơi dùng để tách hơi ra khỏi nước. Phần nước chưa bốc hơi có trong
bao hơi được đưa trở lại dàn ống, qua các ống xuống bố trí ngoài tường lò, có
trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nước ở trong các dàn (vì không được
hấp thu nhiệt) tạo nên độ chênh trọng lượng cột nước. Do đó môi chất chuyển
động tuần hoàn tự nhiên trong một chu trình kín. Hơi ra khỏi bao hơi được
chuyển tới bộ phận quá nhiệt để tạo thành hơi quá nhiệt, có nhiệt độ cao. Khói
thoát khỏi bộ phận quá nhiệt, nhiệt độ còn cao, do đó bố trí bộ phận hâm nước
và bộ phận sấy không khí để tận dụng nhiệt thừa của khói. Nhiệt độ khói thải
ra khỏi lò chỉ còn 120 ÷ 1800C. Quạt khói để hút khói xả ra ngoài ống khói. Để
tránh bụi cho môi trường xung quanh, khói trước khi thải ra được qua bộ phận
tách bụi.
III.

Khái niệm về khí tự nhiên
Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH4, C2H6, C3H8, C4H10

v.v.. có trong lòng đất. Chúng thường tồn tại trong những mỏ khí riêng rẽ hoặc tồn
tại ở trên các lớp dầu mỏ. Khí tự nhiên còn được hiểu là khí trong các mỏ khí. Khí
tự nhiên cũng luôn chứa các khí vô cơ như N2, H2S, CO2..., khí trơ, hơi nước.
Người ta phân loại khí tự nhiên làm hai loại: khí không đồng hành (còn gọi
là khí thiên nhiên) và khí đồng hành. Khí thiên nhiên khai thác được từ mỏ khí,
còn khí đồng hành khai thác được trong quá trình khai thác dầu mỏ ở trong mỏ
dầu. Trong lòng đất, dưới áp suất và nhiệt độ cao, các chất hydrocacbon khí như

10

10

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

CH4, C2H6, C3H8... phần lớn hòa tan trong dầu, khí bơm lên mặt đất, do áp suất
giảm nên chúng tách ra khỏi dầu tạo thành khí đồng hành.
Thành phần định tính, định lượng của khí tự nhiên rất giống nhau ở các mỏ
khác nhau, có thể khác nhau đáng kể ở các tầng trong cùng một mỏ. Giữa khí tự
nhiên và khí đồng hành không có sự khác biệt lớn về thành phần định tính, nhưng
về mặt định lượng thì khí đồng hành nghèo CH4, hơn và giàu C4+ hơn so với khí
thiên nhiên.
Khí tự nhiên là nguồn nguyên liệu, nhiên liệu vô cùng quý giá, gần như
không tái sinh, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong hoạt động kinh tế, trong cuộc
sống của con người. Một sự biến động trong cán cân cung cầu dầu khí đều lập tức
ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực kinh tế, đến chính sách kinh tế, xã hội. Ngày nay, dầu
khí được coi là tài nguyên chiến lược, chịu sự kiểm soát trực tiếp hoặc gián tiếp

của các quốc gia.
1.

Nguồn gốc của dầu và khí tự nhiên
Nguồn gốc hình thành dầu mỏ được các nhà khoa học giải thích theo nhiều
chiều hướng khác nhau, tuy nhiên giả thuyết hữu cơ của các hydrocacbon trong
dầu mỏ là có nhiều cơ sở khoa học nhất. Các vật liệu hữu cơ tạo ra dầu mỏ có
nhiều nguồn gốc khác nhau, trong đó quan trọng nhất là các sinh vật đồng thời
cũng có một phần xác động thực vật hình thành nên.
Các giai đoạn hình thành dầu khí:
Quá trình hình thành dầu khí xảy ra trong một thời gian dài và liên tục. Sự
hình thành này xảy ra hàng triệu năm và có thể chia thành 4 giai đoạn sau:
11

11

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

● Giai đoạn 1: Giai đoạn này bao gồm các quá trình tích tụ vật liệu hữu cơ
ban đầu. Xác động thực vật được lắng đọng lại. Chúng được các vi sinh vật phân
huỷ thành khí và các sản phẩm tan trong nước, phần bền vững nhất không tan sẽ
lắng đọng lại thành các lớp trầm tích dưới đáy biển. Quá trình này diễn ra trong
khoảng vài triệu năm.
● Giai đoạn 2: Giai đoạn này bao gồm các quá trình biến các chất hữu cơ
thành các phân tử hydrocacbon ban đầu. Những hợp chất hữu cơ ban đầu không bị
phân huỷ bởi vi khuẩn là nhóm hợp chất béo. Qua hàng triệu năm, những hợp chất
này lắng sâu xuống đáy biển. ở độ sâu càng lớn, áp suất và nhiệt độ càng cao (t 0:

100-2000C, p: 200-1000 atm). ở điều kiện này, các thành phần hữu cơ trên bị biến
đổi do các phản ứng hóa học tạo ra các cấu tử hydrocacbon ban đầu của dầu khí.
● Giai đoạn 3: Giai đoạn này bao gồm các quá trình di cư các hydrocacbon
ban đầu đến các bồn chứa thiên nhiên. Chúng được phân bố rải rác trong các lớp
trầm tích. Do áp suất trong các lớp đá trầm tích rất cao nên các hydrocacbon ban
đầu bị đẩy ra và di cư đến nơi khác. Quá trình di cư diễn ra liên tục cho đến khi
các hydrocacbon ban đầu đến được các lớp sa thạch, đá vôi, nham thạch có độ
rỗng xốp cao được gọi là đá chứa, từ đó hình thành nên các bồn chứa tự nhiên. Tại
các bồn chứa này, các hydrocacbon không thể di cư được nữa. Trong suốt quá
trình di cư ban đầu, các hydrocacbon luôn chịu các biến đổi hóa học và dần nhẹ đi.
● Giai đoạn 4: Giai đoạn này gồm các quá trình biến đổi dầu mỏ trong các
bồn chứa tự nhiên.
2. Thành phần và phân loại khí tự nhiên

12

12

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Khí tự nhiên là sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa vật liệu hữu cơ của
thế giới sinh vật thành dầu khí trong lòng đất. Về mặt hóa học, CH 4 là
hydrocacbon bền nhất, nên nó là hợp phần cơ bản của khí tự nhiên. Bên cạnh CH 4
khí tự nhiên còn chứa các hydrocacbon khí nặng hơn: C2H6, C3H8, C4H10, C5H12,
C6H14, C7H16... Ngoài các hydrocacbon, khí tự nhiên còn chứa các khí vô cơ: N2,
CO2, H2S và hơi nước bão hòa với hàm lượng không cố định. Bảng 1.1 trình bày
thành phần của một số mỏ khí ở Việt Nam

Bảng 1.1: Thành phần khí đồng hành mỏ Bạch Hổ và Rạng Đông thuộc bể Cửu
Long-Việt Nam (% theo thể tích).

Rạng Đông

Bạch Hổ

Cửu Long

(chưa xử lý)

(chưa xử lý)

(đã xử lý)

CO2

0,130

0,109

0,042

N2

0,180

0,327

0,386

CH4

78,042

74,672

83,573

C2H6

11,109

12,218

12,757

Công thức

13

13

Bài tập lớn Lò Hơi

C3H8

6,947

7,176

2,438

i-C4H10

1,208

1,548

0,301

n-C4H10

1,648

2,221

0,371

i-C5H12

0,258

0,548

0,061

n-C5H12

0,207

0,589

0,059

C6H14

0,112

0,390

0,012

C7H16

0,134

0,165

0,000

C8H18

0,025

0,036

0,000

300C

440C

-280C

Tại 45 bar

Tại 45 bar

Tại 45 bar

Điểm sương của
hyđrocabon

14

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

14

Bài tập lớn Lò Hơi

Điểm sương của
nước

Hàm lượng nước
(g/m3)

Tổng hàm lượng

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

-30,100C

-1,100C

Tại 57 bar

Tại 45 bar

-

0,102

Vết

17 (ppmv)

10 (ppmv)

-

16,2 (ppmv)

lưu huỳnh

17 (ppmv)

10 (ppmv)

8,7 (ppmv)

-

-

7,5 (ppmv)

H2 S

RHS

3. Thành phần hóa học và phân loại khí tự nhiên

Hợp phần cơ bản của khí tự nhiên là CH4, khí càng nặng thì hàm lượng CH4
càng ít. Nhiệt độ ở các mỏ khí tự nhiên thường là một vài trăm độ do đó khí tự
nhiên luôn chứa cả những hydrocacbon C5+, những chất ở thể lỏng ở điều kiện
thường. Lượng hydrocacbon C5+ có thể khá lớn đặc biệt là ở trong các mỏ ngưng
tụ, đôi khi đạt đến bốn trăm gam/m3 khí.
15

15

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Khí tự nhiên bao giờ cũng chứa các khí vô cơ với hàm lượng thường giảm
theo thứ tự N2, CO2, H2S, khí trơ (He, Ne), COS...
Khí tự nhiên ở trong mỏ luôn luôn chứa hơi nước bão hòa, khí khai thác
được cũng thường bão hòa hơi nước nhưng cũng có thể chứa ít hơi nước hơn. Việc
khí khai thác có bão hòa hơi nước hay không là phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ
áp suất trong suốt quá trình khai thác.
Ở các mỏ khác nhau thành phần định tính và định lượng của khí tự nhiên
khác nhau.
Phân loại khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên có thể phân thành các loại sau:
● Theo nguồn gốc:
+ Khí đồng hành: Khí đồng hành là khí hòa tan trong dầu, lôi cuốn theo dầu
trong quá trình khai thác và sau đó được tách ra khỏi dầu. Khí đồng hành được
khai thác từ các giếng dầu hoặc giếng dầu khí (chủ yếu là dầu).
+ Khí không đồng hành: Khí không đồng hành là khí khai thác từ mỏ khí và
mỏ khí ngưng tụ Condensat.
● Theo thành phần:
- Khí khô: Là khí có hàm lượng C2+<10%.
- Khí ẩm: Là khí có hàm lượng C2+≥10%.
16

16

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

- Khí chua là khí chứa H2S ≥5,8mg/m3 khí hoặc nhiều hơn 2% thể tích CO2.
- Khí ngọt là khí có hàm lượng H2S và CO2 thấp hơn các giới hạn của khí

chua.
- Khí nghèo (khí gầy) là khí có hàm lượng C3+ nhỏ hơn 50g/m3 khí.
- Khí béo (khí giàu) là khí có hàm lượng C3+ lớn hơn 400g/m3 khí.

Chương 2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
I.

17

Cho kích thước lò:

-

Thân lò Dng = 1700 mm, L = 2900mm, δ = 12mm

-

Ống lò

-

Ống lửa: dt = 50mm, L = 2900mm, δ = 1,5mm

Dng = 700mm, L = 2900mm, δ = 12mm
17

Bài tập lớn Lò Hơi
-

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Mặt sàng D = 1400 mm, δ = 50mm

II.

Thể tích không khí và sản phẩm cháy

Thành phần của khí thiên nhiên



CO

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

N

1,5%

86%

2%

1,5%

1%

1%

7%

Nhiệt trị thấp:
: Qtlv = 126CO +108CH4 +636C2H6 +913C3H8 +1187C4H10 +1461C5H12
= 126.1,5 +108.86 +636.2 +913.1,5+1187.1+1461.1
= 14766,5 kJ/kg



Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu
6
= 0,0476.( 0,5CO + 0,5 H 2 + 2CH 4 + 1,5 H 2 S + (2 + ).C 2 H 6 +
4
8
10
12
(3 + ).C 3 H 8 + (4 + ).C 4 H 10 + (5 + )C5 H 12 − O2
4
4
4
= 0,0476.( 0,5.1,5 + 2.86 + 3,5.2 + 5.1,5 + 6,5.1 + 8.1)

V

0

kk

= 9,603m 3 tc / kg



18

[1]

Chọn hệ số không khí thừa, đối với chất khí ta chọn:

α = 1.1 (α = 1.05÷1.15)

[2]
18

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

 Thể tích không khí thực tế để đốt than đá
Vkk = αVkk0 = 1,1(9,603) = 10,563m 3tc / kgnl

Thể tích sản phẩm cháy :



Trong đó
V0N2 = 0,79V0KK+0,01N2

[1]

=0,79.9,603+0,01.7=7,656 m3tc/kgnl
6
8
10
12
C 2 H 6 + C3 H 8 + C 4 H 10 + C5 H 12
2
2
2
V0 H2O = 0,01(H2 +2CH4+H2S+ 2
)

+0,012dk+0,0161V0KK
=0,01( 2.86+ 3.2+4.1,5+5.1+6.1)+0,0161.9,603= 2,105 m3tc/kgnl
V0 RO2= 0,01(CO2+CO+2CH4+H2S+2C2H6+3C3H8+4C4H10+5C5H12)
=0,01(1,5+2.86+2.2+3.1,5+4.1+5.1) =0,219 m3tc/kg nl
VOlv2 = 0,21( α − 1)Vkk0 = 0,21(1,1 − 1) 9,603 = 0,202m 3tc / kgnl

⇒ Vth = 7,656+2,105+0,219+0,202= 10,182 m3tc/kgnl
 Thành phần thể tích các khói, ta có:

rRO2 =

rH 2O =

VRO2
Vth
V H 2O
Vth

=

0,219
= 0,022
10,182

=

2,105
= 0,207
10,182

⇒ rn = rRO2 + rH 2O = 0,022 + 0,207 = 0,229

III.

Tính cân bằng nhiệt:

 Suất tiêu hao nhiên liệu

BQtlv =

Qlh

η lh

Biết áp suất của nước và hơi trong lò hơi bằng 14 bar, và nhiệt độ nước
cấp là 320C, từ bảng nước sôi và hơi nước bão hòa ta có:
inc = 134,86 kJ/kg
i’ = 830kJ/kg
19

19

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

i’’ = 2790 kJ/kg
QLH = D.(i’’ – i’nước ở 32oC) = 1800.(2790 – 134,86) = 4779,252MJ/h
6

Hiệu suất lò hơi:

-

η LH = 100 − ∑ qi
i =2

+ Nhiệt bay theo khói q2 = 4-6%, chọn q2 = 5%,
+ Nhiệt cháy không hoàn toàn về hóa học q3
+ Nhiệt cháy không hoàn toàn về cơ học q4
q3 + q4 = 1 – 3%, chọn q3 + q4 = 2%

+ Nhiệt tỏa ra môi trường q5 = 0,5%
+ Nhiệt tổn thất theo tro xỉ q6 = 0,5%
⇒ η LH = 100 − 5 − 2 − 0,5 − 0,5 = 92%
Qh ,ich =

⇒B=

QLH 4779,252
=
= 5194,839MJ / h
η LH
0,92
=1443,01 kW

Qh ,ich 5194,839.103
=
= 351,79kg / h
Qtlv
14766,5

Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán:
Bt = B.(1 – q4 ) =351,479.(1 – 0,001) =351,44 kg/h
IV.

Entanpi của không khí và của sản phẩm cháy (khói)

Entanpi của khói với 1kg nhiên liệu được xác định bởi công thức
chọn t = 9000C tra bảng phụ lục 1.4 trang 280 [1]
→ (Ct)RO2 = 1972,35
(Ct)N2 = 1243,53

(Ct)H2O = 1519,65
→

kJ/m3tc.0C
kJ/m3tc.0C
kJ/m3tc.0C

I0k = VRO2 (Cp.tth)RO2 + VN2 (Cp.tth)N2 + VH2O (Cp.tth)H2O

(kJ/kg)

= 0,219.1972,35 + 7,656.1243,53 + 2,105.1519,65
= 13151,27kJ/kg
I kk0 = Vkk0 ( Ct ) kk = 9,603.(1,3993.900) = 12093,73kJ / kg.đô
20

20

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Khi α = 1,1 ta có :
I k = I k0 + ( α − 1) I kk0 = 13151,27 + (1,1 − 1).12093,73 = 14360,64kJ / kg

V.

Tính nhiệt lượng truyền môi chất trong buồng lửa (ống lò)
351,44.14360,64 


Qbl = ϕ ( Qh ,ich − Qkt ) = 0,995.1441,38 −
 = 39,2kW
3600



ϕ = 1−

VI.

q5
0,5
= 1−
= 0,995
100
100

Kiểm tra hệ số truyền nhiệt của buồng lửa đến môi chất:

1. Hệ số làm yếu tia bức xạ:
Kb =

0,8 + 1,6.rH 2O
Pn .S

(

tk 


1 − 0,381000 

)

0
0
0
3
Vk = α .Vk0 = VRO
2 + V N 2 + VH 2 O α = ( 0,219 + 7,656 + 2,105)1,1 = 10,978m tc / kgnl

rH 2O =

S=

VH 2O
2,105
=
= 0,192m 3tc / kgnl
Vk
10,978

3,6.Vbl
=
Fv

Pn = P.rn = P.

⇒ kb =

0,676 2
.2,9)
4
= 0,608m
3,14.0,676.2,9

3,6.( 3,14.

VRO 2 + VH 2O
0,219 + 2,105
= 1.
= 0,212
Vk
10,978

0,8 + 1,6.0,192 
1173 
1 − 0,38
 = 1,7
1000 
0,212.0,608 

2. Độ đen của buồng lửa:

a = 1 – e-kps = 1 – e-0,389.1.0,67 = 0,77
k – hệ số làm yếu bức xạ của ngọn lửa
k = kb.rn = 1,7*0,229 = 0,389
s – chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ của ngọn lửa
p – áp suất trong buồng lửa, lấy p = 1bar
21

Độ đen hiệu dụng
21

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

a’ = β.a = 1*0,77= 0,77
Chọn β = 1
-

Độ đen buồng lửa

abl =

(
)

)

a' + 1− a' ρ
= 0,77
1 − 1 − a ' (1 −ψ )(1 − ρ )

(

ρ=

R
=0
Fv
khí

ψ =

H bx
=1
Fv

 1500 + 273  4  303 + 273  4 
6,15.5,67.0,77 
 −
  = 709,514kW
100
100



 


Qbx =
709,514 > 39,2 kW → chọn Qbl = 39,2 kW
Trong đó:
tv = tb +4s + 60 = 195+ 4.12 + 60 = 3030C

VII.

Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt đối lưu (ống lửa)

Qống lửa = 1401,9 kW
F=

Qolua 1401,9.103
=
= 44,0m 2
α k .∆t 100.318,21

tv = tbl + 4S + 60 = 195+ 4.12+60 = 303 0C
Δtmax = 900 – 195 = 7050C
Δtmin = 303 – 195 = 1080C
⇒ ∆t =

∆t max − ∆t min 705 − 108
=
= 318,210 C
∆t max
705
ln
ln
∆t min
108

2Fmsang = 4,53m2
Folua = 44 – 4,53 =39,52m2
39,26
= 251,7m
3,14.0,05

22

⇒n=

250
= 87ong
2,9
22

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

Fbd = Fong lo + Fmsan + Fong lua = 6,155 + 4,53 + 0,4553 = 11,14 m2
VIII. Tính ống khói
1. Chiều cao cột áp ống khói
H=

H ok
g ( ρ kk − ρ k )

Trong đó
ρkk - khối lượng riêng không khí, ρkk = 1,2 kg/m3
Δhok – trở lực của 1m chiều dài ống, xem như không đáng kể
Δhd – áp suất động, xác định theo công thức
∆hd = ρ k

ρ k = ρ0

v2
62
= 0,279
= 5,022 Pa
2
2

273
273
= 1,3
= 0,302kg / m 3
273 + t
273 + 900

ρ0 - khối lượng riêng tiêu chuẩn của khói, ρ0 = 1,3 kg/m3
t – nhiệt độ khói
Δht – trở lực cửa vào ống, chọn vận tốc đi trong ống 6 ÷ 10 m/s, hệ số trở lực
ξ = 0,4
∆ht = ξρ k
H ok =
H=

v2
62
= 0,4.0,279
= 2,01Pa
2
2

1,2∆ht + 1,1∆hd

1,2.( 2,01) + 1,1.( 5,022)
=
= 0,878mmH 2O = 8,78Pa
g ( ρ kk − ρ k ) − ∆hok
9,81(1,2 − 0,302)

H ok
0,878
=
= 0,099m
g ( ρ kk − ρ k ) 9,81(1,2 − 0,302)

Chiều cao ống khói chọn theo số liệu kinh nghiệm H = 14÷16m, chọn H = 15m
2. Xác định tiết diện ống khói
F=

Vkt
ω

ω – vận tốc khói đi trong ống, ω = 6m/s
Vkt – thể tích khói trung bình đi trong ống
23

23

Bài tập lớn Lò Hơi

Vkt =

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

BtVk ( t + 273) 351,44.10,987.( 900 + 273)
=
= 4,6m 3 / s
3600.273
3600.273

⇒F=

Vkt 4,6
=
= 0,76m 2
ω
6

Đường kính ống khói
D=

4F
4.0,76
=
= 0,98m
π
3.14

Chương III. TÍNH BỀN CHO CÁC CHI TIẾT
I. TÍNH BỀN CHO THÂN LÒ CHỊU ÁP LỰC BÊN TRONG
Số liệu ban đầu:
Đường kính thân lò: Dng = 1700 mm ,L = 2900mm

Bề dày thân lò chọn: Sth = 12 mm
Vật liệu sử dụng: thép 20K
Bề dày than lò được xác định theo công thức:
S=

PDng
200ϕ .σ + P

+C

[1]

Trong đó:
Dng – đường kính ngoài của thân lò
σ - ứng suất cho phép của kim loại
ϕ – hệ số bền vững

Nhiệt độ tính toán:
Tra bảng nước sôi và hơi bão hòa (theo áp suất) ứng với P = 14bar
→ tv = tb = 1950C

[2]

Ứng suất định mức cho phép của thép tra bảng 5.2 [2], lấy t v = 2500C, với
thép 20K ta được:
σ * = 13,2 kg/mm2
Ứng suất cho phép xác định
24

24

Bài tập lớn Lò Hơi

Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Dáo

σ=ησ

*

η = 1,0 – do thân không bị đốt nóng, tr189 [2]
σ = 1,0.13.2 = 13.2 kg/mm2

Vì lò được hàn bằng điện và hàn bằng hơi nên ta có thể chọn ϕ = 0,7
C = 1 – vì S ≤ 20mm
S=

pDng
200ϕσ + p

+C =

14.1700
+ 1 = 13,78mm
200.0,7.13,2 + 14

Vậy bề dày thân lò là : Sl = 13,78 mm > 12 mm là không đảm bảo bền
Tính lại.chọn bề dày thân lò là : S = 14 mm
Tương tự ta tính được tv=2500C
Tra bảng 9.2 [1]

σ * = 13,2 kg/mm2
σ = 13,3.1 = 13,2 kg/mm2

Thay vào (1) ta tính được s=13,78 < 14 mm đảm bảo bền
Vậy chọn bề dày thân lò là : Sth = 14 mm
II.


TÍNH BỀN CHO ỐNG LÒ CHỊU ÁP LỰC BÊN NGOÀI
Số liệu ban đầu:

Chọn chiều dày ống lò: Sbl = 12 mm
Đường kính ống lò :

Dng = 700 mm

Chiều dài ống lò:

L = 2900 mm

Vật liệu: thép 20K
Chiều dày ống lò được xác định theo công thức:
S=

PDtr
alσ
[1 + 1 +
]+ 2
400σ
P (dtr + l )

(1)

[1]

a = 6,25 – đối với ống lò nằm ngang
l = 2900 mm – chiều dài ống ống lò 1
Tính ứng suất σ :
25

25

tiểu luận lò hơi

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về