Tính toán thiết kế lò hơi công nghiệp sản lượng hơi 6 tấnh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.94 MB, 125 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
T NH TO N THI T
NGHIỆP
HƠI C NG
N Ƣ NG HƠI
T NH
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HIỆN
N
Tr n Minh
(MSSV: 1076713)
Ngành: Cơ khí chế biến – Khóa: 33
T
N
C n T ơ, 05 2011
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
---oOo--******
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NĂM HỌC : 2010 - 2011
1. Họ và tên cán bộ hướng dẫn : Nguyễn Thuần Nhi
2. Tên đề tài : Tính toán, thiết kế lò hơi công nghiệp sản lượng hơi 6 tấn/h.
3. Địa điểm thực hiện : Khoa Công Nghệ, Đại Học Cần Thơ
4. Sinh viên thực hiện : Trần Minh Mẫn
5. Họ và tên sinh viên đăng ký thực hiện ( nếu có ): Trần Minh Mẫn
6. Mục đích của đề tài :
- Khảo sát tình hình sản xuất tại nhà máy bia Sài Gòn, khu công nghiệp.
- Tính toán thiết kế lò hơi.
7. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
Nội dung chính :
+ Khảo sát nhà máy bia Sài Gòn, khu công nghiệp.
+ Tính toán , thiết kế lò hơi .
- Giới hạn của đề tài :
Do hạn chế về kinh phí nên đề tài giới hạn trong phần tính toán
và thiết kế, không có chế tạo và khảo nghiệm.
8. Các yêu cầu hổ trợ : Các phương tiện thí nghiệm tại Khoa Công nghệ, Đại học
Cần Thơ.
9. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài ( dự trù chi tiết đính kèm) : 0 đồng
DUYỆT CỦA BỘ MÔN
DUYỆT CỦA TỔ CHUYÊN NGÀNH
ĐỀ NGHỊ
Trần Minh Mẫn
Trang 1
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Trong thời gian thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp từ 01/ 2011 đến 05/
2011. Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Thuần Nhi và sự giúp đỡ
của Công ty TNHH CĐ Thống Nhất và Công ty TNHH CĐ Thới Hưng. Nay em
đã hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp đáp ứng với những yêu cầu đã đặt ra :
+ Hoàn thành việc khảo sát nhà máy bia Sài Gòn Bạc Liêu và đi thực tế tại
công ty TNHH CĐ Thống Nhất và Công ty TNHH CĐ Thới Hưng.
+ Hiểu được phương pháp tính toán và thiết kế lò hơi :
Xác định cấu trúc cân bằng nhiệt lò hơi, trao đổi nhiệt trong buồng lửa
Thiết kế buồng lửa, bộ hâm nước và bộ sấy không khí
Tính toán, và chọn một số trang bị phụ trong lò hơi
Tính sức bền một vài thiết bị chính trong lò hơi
Trang 2
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
LỜI CẢM TẠ
Khép lại chương trình bậc Đại Học, những năm tháng học tập và hoạt
động miệt mài trên giảng đường Đại Học. Khoảng thời gian không thể gọi là
ngắn, đã có biết bao vui buồn của thời sinh viên, nhiều sự cố gắng cùng sự phấn
đấu trong học tập. Tất cả là nhằm chuẩn bị cho hành trang sinh viên chúng em
trước khi bước vào đời.
Sau hơn ba tháng thực hiện đề tài: “Tính toán, thiết kế lò hơi công nghiệp
sản lượng hơi 6 tấn/h”, chúng em gặp không ít những khó khăn về tài liệu, kinh
nghiệm cũng như kiến thức còn nhiều hạn chế. Nhưng chúng em đã cố gắng hết
sức mình để khắc phục những khó khăn đó và đến nay đề tài đã được hoàn thành
đúng thời hạn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thuần Nhi đã tận tình giúp
đỡ và hướng dẫn em hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô của Khoa Công nghệ nói
riêng và thầy cô của Trường Đại học Cần Thơ nói chung đã truyền đạt cho chúng
em những kiến thức quý báu trong suốt bốn năm học tại trường.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các anh chị, cô chú Công ty Trách
Nhiệm Hữu Hạn Cơ Điện Thới Hưng và Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Cơ
Điện Thống Nhất đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.
Em xin cảm ơn tất cả các bạn đã giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình
học tập cũng như quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Sinh viên thực hiện
Trần Minh Mẫn
Trang 3
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
MỤC LỤC
Trang
TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM TẠ
MỤC LỤC
BẢNG CÁC KÝ HIỆU
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT .............................................. 12
1. Đặt vấn đề ................................................................................................ 12
2. Mục tiêu ................................................................................................... 12
3. Phương pháp thực hiện ............................................................................. 13
4. Giới hạn của đề tài.................................................................................... 13
CHƯƠNG II : LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ................................................. 14
1. Quá trình phát triển lò hơi ....................................................................... 14
1.1. Lò hơi kiểu bình và lò hơi ống lò, ống lửa ............................................. 14
1.1.1. Lò hơi kiểu bình ........................................................................... 14
1.1.2. Lò hơi ống lò ................................................................................ 15
1.1.3. Lò hơi ống lửa .............................................................................. 16
1.1.4. Lò hơi phối hợp ống lò - ống lửa .................................................. 16
1.2. Lò hơi ống nước có hộp góp và lò hơi nhiều bao hơi .......................... 17
1.2.1. Lò hơi ống nước có hộp góp ......................................................... 17
1.2.2. Lò hơi ống nước có ống góp phân đoạn ........................................ 18
1.2.3. Lò hơi có nhiều bao hơi ................................................................ 19
1.3. Lò hơi ống nước có các dàn ống ......................................................... 21
1.3.1. Lò hơi có tuần hoàn tự nhiên ........................................................ 21
1.3.2. Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức ......................................................... 23
1.3.3. Lò hơi trực lưu .............................................................................. 23
1.4. Lò hơi đặc biệt .................................................................................... 24
1.4.1. Lò có áp suất buồng lửa cao ............................................................ 24
1.4.2. Lò hơi nhà máy điện nguyên tử ....................................................... 25
2. Nguyên lý làm việc của lò hơi ................................................................... 25
2.1 Vai trò của lò hơi và phân loại ............................................................ 25
2.1.1. Vai trò của lò hơi trong nền kinh tế ............................................. 25
2.1.2. Phân loại lò hơi .......................................................................... 26
2.2. Các đặc tính kỹ thuật của lò hơi ............................................................... 27
2.2.1. Thông số hơi của lò .................................................................... 27
2.2.2. Sản lượng hơi của lò ................................................................... 27
2.2.3. Hiệu suất của lò .......................................................................... 28
Trang 4
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
2.2.4. Nhiệt thế thể tích của buồng lửa .................................................. 28
2.2.5. Nhiệt thế diện tích trên ghi .......................................................... 29
2.2.6. Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi ........................................ 29
3. Nhiên liệu và quá trình cháy ....................................................................... 30
3.1 Nhiên liệu ............................................................................................ 30
3.1.1.Khái niệm về nhiên liệu ............................................................... 30
3.1.1.1. Nhiên liệu hữu cơ .................................................................. 30
3.1.1.2. Nhiên liệu vô cơ ..................................................................... 30
3.1.2 Thành phần nhiên liệu ................................................................ 30
3.1.2.1. Thành phần của nhiên liệu khí ............................................... 30
3.1.2.2. Thành phần nhiên liệu lỏng .................................................... 31
3.1.2.3. Thành phần nhiên liệu rắn ...................................................... 31
3.1.3 Các loại nhiên liệu thường dùng trong lò hơi ............................ 33
3.1.3.1 Nhiên liệu khí ......................................................................... 33
3.1.3.2 Nhiên liệu lỏng ....................................................................... 34
3.1.3.3 Nhiên liệu rắn ......................................................................... 34
3.2. Trấu và công nghệ khí hóa trấu trong sản xuất ................................... 35
3.2.1. Cơ lý tính của trấu ..................................................................... 35
3.2.2. Công nghệ khí hóa trấu trong sản xuất ....................................... 36
3.3 Cơ sở lý thuyết cháy ............................................................................ 40
3. 3.1. Các khái niệm cơ bản ................................................................. 40
3. 3.2. Quá trình bốc cháy và tắt ngọn lửa ............................................. 43
3. 3.3. Quá trình lan truyền ngọn lửa .................................................... 44
3. 3.4. Các đặc điểm của quá trình cháy ................................................ 45
3. 3.5. Cơ sở khí động để phân loại buồng lửa ..................................... 47
4. Buồng lửa lò hơi và thiết bị đốt nhiên liệu ................................................. 48
4.1. Những yêu cầu đối với buồng lửa và các đặc tính công nghệ .............. 48
4. 1.1. Những yêu cầu đối với buồng lửa lò hơi ................................... 48
4. 1.2. Các đặc tính công nghệ của buồng lửa ...................................... 49
4.2. Buồng lửa ghi ( nhiên liệu cháy theo lớp ) .......................................... 49
4. 2.1. Nguyên lý cấu tạo buồng lửa ghi ................................................ 49
4.2.2. Phân loại buồng lửa ghi .............................................................. 50
4.2.3. Những đặc tính chung của quá trình cháy buồng lửa trên ghi ...... 50
4.2.4. Buồng lửa ghi thủ công ............................................................... 53
4.2.5. Buồng lửa ghi được cơ khí hóa một phần .................................... 54
4.2.6. Buồng lửa có ghi nghiêng và có lớp nhiên liệu chuyển động ...... 55
4.2.7. Buồng lửa ghi xích ...................................................................... 57
4. 3. Buồng lửa phun ............................................................................... 61
4. 3.1. Khái niệm chung ........................................................................ 61
4. 3.2. Buồng lửa đốt nhiên liệu khí ...................................................... 62
Trang 5
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
4.3.3. Buồng lửa đốt nhiên liệu lỏng ..................................................... 63
4. 3.4. Buồng lửa phun đốt bột than ...................................................... 64
4.3.5. Buồng lửa xoáy (xyclon )............................................................ 66
4. 4. Buồng lửa tầng sôi ( lớp sôi ) ........................................................... 66
4. 4.1. Sơ đồ nguyên lý buồng lửa tầng sôi .......................................... 67
4. 4.2. Các kiểu buồng lửa tầng sôi và ưu nhược điểm của nó .............. 67
4. 5. Chuẩn bị nhiên liệu để đốt trong lò hơi ............................................ 69
4. 5.1. Chuẩn bị nhiên liệu khí ............................................................. 69
4. 5.2. Chuẩn bị nhiên liệu lỏng ........................................................... 69
4.5.3. Chuẩn bị nhiên liệu rắn .............................................................. 69
4.6. Yêu cầu đối với nước lò hơi............................................................... 69
CHƯƠNG III : TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN,
KHU CÔNG NGHIỆP
1. Tình hình sản xuất tại nhà máy bia Sài Gòn .......................................... 72
2. Tình hình sản xuất lò hơi tại các công ty ............................................... 86
CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI
1. Nhiệm vụ cho thiết kế và chọn các số liệu ban đầu để tính nhiệt
1.1. Tính toán các thành phần nhiên liệu và tính nhiệt trị nhiên liệu theo các
giá trị Wlv và Alv đã cho ............................................................................. 93
1.2. Tính thể tích không khí và sản phẩm cháy nhiên liệu .......................... 93
1.3. Entanpi của không khí và sản phẩm cháy ............................................ 94
2. Xác định cấu trúc và cân bằng nhiệt lò hơi
2.1. Nhiệt lượng đưa vào của nhiên liệu .................................................. 95
2.2. Các thành phần trong cân bằng nhiệt................................................ 95
2.3. Hệ số giữ nhiệt (bảo ôn ) .................................................................. 96
2.4. Lượng tiêu hao nhiên liệu ................................................................ 96
3. Tính toán thiết kế buồng lửa và thiết bị đốt
3.1. Thể tích buồng lửa Vbl ..................................................................... 97
3.2. Xác định kích thước buồng lửa ........................................................ 97
3.3. Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi và độ đặt ống ........................ 98
3.4. Xác định diện tích tiếp nhiệt của buồng lửa ..................................... 99
4. Xác định quá trình trao đổi nhiệt trong buồng lửa
4.1. Diện tích bức xạ ............................................................................... 99
4.2. Bề dày hiệu quả của lớp bức xạ trong buồng lửa .............................. 99
4.3. Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng đốt ...................................... 100
4.4. Độ đen của buồng đốt ...................................................................... 100
4.5. Năng lượng hấp thu trong buồng đốt ............................................... 101
5. Tính toán, thiết kế bộ hâm nước
5.1 Sơ bộ thiết kế đặc tính cấu tạo .............................................................. 101
5.2 Tính truyền nhiệt bộ hâm nước ........................................................... 101
Trang 6
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
5.3 .Tính toán ống lửa cho lò hơi ............................................................... 103
6. Tính toán thiết kế bộ sấy không khí
6.1 Đặc tính cấu tạo ................................................................................... 105
6.2 Tính truyền nhiệt của bộ sấy không khí .............................................. 105
7. Tính toán chọn quạt và bơm cho hệ thống ......................................... 107
8. Các thiết bị phụ trợ trong lò hơi
8.1. Các loại van và bơm nước cấp.......................................................... 112
8.2. Áp kế và ống thủy ........................................................................... 113
8.3. Hệ thống thông gió .......................................................................... 115
9. Kiểm tra sức bền các chi tiết trong lò hơi
9.1 Các loại thép dùng trong chế tạo lò hơi .............................................. 115
9.2. Tính sức bền của những chi tiết chính của lò hơi................................ 116
CHƯƠNG V : VẬN HÀNH LÒ HƠI
1. Các chế độ vận hành lò hơi ................................................................... 118
2. Các quá trình không ổn định trong lò hơi có bao hơi............................. 118
3. Khởi động lò hơi có bao hơi.................................................................. 118
4. Vận hành lò hơi khi làm việc bình thường ............................................ 121
5. Ngừng lò hơi ......................................................................................... 122
CHƯƠNG VI : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 7
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
BẢNG CÁC KÝ HIỆU
a0 – độ đen của buồng đốt
Btt – Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/h
cp1 – Nhiệt dung riêng đẳng áp, kJ/ kg.độ
D - Sản lượng lò hơi, tấn /h
d – Đường kính, m
Fv – diện tích tiếp nhiệt, m2
G – Lưu lượng khối lượng, Kg/s
H – Chiều cao, m
Hb – Bề mặt hấp thụ bức xạ, m2
qv – Nhiệt thế thể tích buồng lửa, kW/m3
qr – Nhiệt thế diện tích tiết diện ngang của buồng lửa, kW/m2
Qtlv – Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/ kg
I – Entanpi, kJ/kg
k – Hệ số truyền nhiệt ,W/m2.K
L - độ dài, m
n – số ống
v – thể tích, m3
Vbl – thể tích buồng lửa, m3
S – bước ống, m
Q – Nhiệt lượng , kJ/kg
3
- khối lượng riêng , kg/m
- Chiều dày, m
0
- Hệ số dẫn nhiệt, W/m. K
2
- Độ nhớt động học, m /s
- Độ dày của dàn ống
- tốc độ, m/s
- Hiệu suất lò hơi, %
Re – tiêu chuẩn Reynolds
Nu – Tiêu chuẩn Nusselt
Pr – Tiêu chuẩn Prandtl
- lượng không khí lọt vào buồng lửa,
- hệ số không khí thừa
x – hệ số góc dàn ống
Rgh - là diện tích mặt ghi có lớp nhiên liệu đang cháy, m2
Trang 8
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT
TÊN BẢNG
1
Bảng 1.1 Các giá trị thông số cơ bản và thông số hơi
2
Bảng 1.2 Bảng tính đổi các mẫu nhiên liệu
3
Bảng 1.3 Ví dụ : Thành phần được tính đổi giữa các mẫu
nhiên liệu
4
Bảng 1.4 Thành phần khí dầu mỏ và khí thiên nhiên
5
Bảng 1.5 Thành phần [ % thể tích ] một số loại khí đốt
6
Bảng 1.6 Tính chất của hai loại dầu quan trọng nhất
7
Bảng 1.7 Đặc tính của một số loại than Mạo Khê
8
Bảng 1.8 Đặc tính một số loại than Hòn Gai
9
Bảng 1.9 RICE HUSK PROPERTIES Ultimate analysis
(% Dry basis ) & Higher heating value ( MJ/ kg Dry)
10 Bảng 1.10 Nhiệt độ bốc cháy của một số khí cháy trong
không khí
11 Bảng 1.11 Chiều dày lớp nhiên liệu trên ghi
12 Bảng 1.12 Những đặc tính tính toán của buồng lửa ghi xích
13 Bảng 1.13 Thành phần hóa học của một số thép trong
ngành chế tạo lò hơi
TRANG
29
32
33
33
34
34
35
35
36
44
44
61
88
Trang 9
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT
TÊN BẢNG
TRANG
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Hình 2.1: Lò hơi kiểu bình
Hình 2.2: Lò bình có ống lò
Hình 2.3: Lò hơi kiểu bình có ống lửa
Hình 2.4: Lò hơi kiểu nằm ống lò ống lửa
Hình 2.5: Lò hơi nằm ống lò ống lửa đi quặt nhiều lần
Hình 2.6: Lò hơi có hộp góp và bao hơi đặt dọc
Hình 2.7: Lò hơi có ống góp phân đoạn
Hình 2.8: Lò Gacberg có 4 bao hơi ống nước thẳng
Hình 2.9: Lò hơi có 4 bao hơi, bộ hâm nước có 2 bao nước
Hình 2.10: Sự phát triển của lò hơi tuần hoàn tự nhiên
Hình 2.11: Lò hơi La Mont ( Mỹ )
Hình 2.12: Một số dạng của lò hơi trực lưu
Hình 2.13: Nguyên lý cấu tạo của lò hơi
Hình 2.14: Sơ đồ khí hóa thổi xuống
Hình 2.15: Sơ đồ khí hóa thổi lên
Hình 2.16: Sơ đồ khí hóa tầng sôi
Hình 2.17: Mô hình một hệ thống khí hóa sử dụng trấu
Hình 2.18: Quá trình cháy lớp cố định cấp nhiên liệu phía trên
Hình 2.19: Sự tạo thành khí trong lớp than
Hình 2.20: a) Cấu tạo ghi thanh, b) Cấu tạo ghi tấm
Hình 2.21: Nguyên lý ghi lật và ghi lắc
Hình 2.22: Sơ đồ máy hất các nhiên liệu
Hình 2.23: Sơ đồ buồng lửa ghi nghiêng
Hình 2.24: Buồng lửa cấp nhiên liệu từ dưới lên bằng vít tải
Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý buồng lửa ghi xích
Hình 2.26: Cấu tạo ghi xích thanh
Hình 2.27: Sơ đồ buồng lửa ghi xích dùng để đốt bột than
Hình 2.28:Lò ghi xích 35t/h, p = 4Mpa,tqn =4500C,tnc =1050C
14
15
16
16
17
18
18
20
21
22
23
24
26
38
38
39
40
51
52
53
54
55
56
56
57
57
59
60
Trang 10
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
Hình 2.29: Nguyên lý buồng lửa phun
Hình 2.30: Nguyên lý cháy nhiên liệu khí
Hình 2.31:Một số vòi phun nhiên liệu lỏng
Hình 2.32: Một số vòi phun than bột
Hình 2.33: Chuyển động của hạt nhiên liệu trong buồng lửa
Hình 3.1 : Sơ đồ hệ thống lò hơi
Hình 3.2 : Buồng lửa lò hơi
Hình 3.3 : Kết cấu bên trong buồng lửa
Hình 3.4 : Ghi buồng lửa
Hình 3.5 : Lớp cách nhiệt sợi thủy tinh
Hình 3.6 : Xyclone lắng bụi của khói lò
Hình 3.7 : Ống lò và ống lửa lò hơi
Hình 3.8 : Gạch chịu nhiệt sử dụng trong lò hơi
61
63
63
65
67
87
87
88
88
89
89
90
90
Trang 11
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
CHƯƠNG I :
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT
1. Đặt vấn đề
Nước ta là nước đang phát triển, công nghiệp năng lượng là ngành được
quan tâm hàng đầu và đang trong thời kì phát triển rất cao do đó công việc tính
toán, thiết kế và chế tạo lò hơi, lắp ráp các lò hơi sử dụng trong công nghiệp và
trong các nhà máy nhiệt điện cũng đòi hỏi phải được quan tâm đúng mức để đáp
ứng được tương xứng với tốc độ phát triển kinh tế của đất nước. Hiện nay lò hơi
được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp thuộc ngành công nghệ thực phẩm (
sản xuất đường, rượu bia, chế biến thực phẩm …), trong các ngành công nghiệp
khác như các nhà máy, xí nghiệp dệt, giấy, cao su … hơi nước từ lò hơi được
dùng cung cấp cho các quá trình công nghệ như đun sôi, chưng cất, cô đặc, sấy
….Trong các nhà máy nhiệt điện, hơi nước được sản xuất để cung cấp cho tuốc
bin hơi, làm quay tuốc bin kéo máy phát điện để sản xuất điện năng. Thiết bị
chính để sản xuất hơi nước là lò hơi.. Phần lớn là các lò có hiệu suất sử dụng
năng lượng thấp, nên lượng khí độc hại do đốt nhiên liệu phát thải vào môi
trường là rất cao và kém hiệu quả về mặt kinh tế. Tình hình này đặt ra yêu cầu
cần thiết phải có các giải pháp giúp các doanh nghiệp nâng cao hiệu suất, tiết
kiệm năng lượng trong sử dụng và vận hành các lò hơi của cơ sở mình. Nền kinh
tế Việt Nam hiện đang sử dụng hàng ngàn lò hơi các loại trong đó chủ yếu thuộc
ngành công nghiệp. Các lò hơi này có công suất từ 1tấn /giờ đến 300 tấn /giờ.
Theo nghiên cứu của Bộ Công nghiệp gần đây cho thấy, do công nghệ lò
hơi lạc hậu nên mức tiêu hao năng lượng để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm
cao. Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng của lò hơi, và giảm
thiểu tác động đến môi trường đang là vấn đề được các doanh nghiệp quan tâm,
nhất là trong thời điểm hiện nay khi giá nhiên liệu đang có xu hướng ngày càng
tăng cao.
2. Mục tiêu
- Mục tiêu tổng quát : của đề tài là tính toán và thiết kế lò hơi công nghiệp 6 t/h.
- Mục tiêu cụ thể như sau :
Khảo sát nhà máy bia Sài Gòn, khu công nghiệp Trà Kha Bạc Liêu để xác
định yêu cầu kỹ thuật
Xác định loại nhiên liệu và nguyên lý làm việc.
Tính toán, thiết kế lò hơi.
Trang 12
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
3. Phương pháp thực hiện
Lược khảo tài liệu có liên quan.
Khảo sát tình hình sản xuất tại nhà máy Bia Sài Gòn.
Khảo sát hiện trạng sử dụng lò hơi tại các công ty, khu công nghiệp.
Thực hiện các thí nghiệm có liên quan (nếu có điều kiện ).
4. Giới hạn đề tài
Do hạn chế về kinh phí nên đề tài giới hạn trong phần tính toán và thiết kế,
không có chế tạo và khảo nghiệm.
Trang 13
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
CHƯƠNG 2:
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1. Quá trình phát triển lò hơi
1.1. Lò hơi kiểu bình và lò hơi ống lò ống lửa
1.1.1. Lò hơi kiểu bình
Năm 1790 người ta đã chế tạo được lò hơi kiểu bình đầu tiên dùng đinh
tán . Đây là loại lò hơi đơn giản nhất. Khói đốt nóng bên ngoài bình và chỉ đốt ở
nửa dưới của bình. Lò có khối lượng nước lớn. Tỷ số giữa bề mặt đốt của lò và
lượng nước F/G là tương đối nhỏ, khoảng 1 m2 /t, khói ra có nhiệt độ rất cao, đến
300oC và lớn hơn.
Hình 2.1 Lò hơi kiểu bình
1 – bao hơi, 2 – đáy bao hơi, 3 – đôm hơi, 4 - ống dẫn hơi ra, 6 – tấm đỡ,
7 – nắm lỗ vệ sinh, 8 – áp kế, 9 - ống thủy, 10 – van an toàn, 11 – van hơi chính,
12 – van cấp nước, 13 – van một chiều, 14 – van xả, 15 – ghi lò, 16 – buồng lửa,
17 – ngăn chứa tro,18 - cửa cấp than, 19 – cửa cấp gió, 20 – đường khói, 21 –
gạch chịu lửa, 22 – lớp cách nhiệt, 23 – móng lò, 24 – khói vào ống khói, 25 ống khói, 26 – tấm điều chỉnh khói.
Nhược điểm là bề mặt truyền nhiệt nhỏ, tối đa bằng 25 – 30 m2, thân bình
bị đốt nóng trực tiếp do đó sinh ra ứng suất nhiệt phụ trong kim loại thành bình.
Do đốt nóng và giãn nỡ không đều của phần trên và dưới mà trong thành
bình có ứng suất cao hơn. Tuần hoàn của nước không rỏ rệt. Để tăng bề mặt
truyền nhiệt F (m2) người ta dùng nhiều bình. Hơi sản xuất ở lò hơi này là hơi
Trang 14
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
bão hòa. Sản lượng nhỏ khoảng 200 500 kg/h.Tiêu hao nhiều kim loại 250
300 kg/ m3.
1.1.2. Lò hơi ống lò
Với mục đích tăng F (m2) người ta dùng lò hơi có cấu tạo mới năm (1802)
là lò hơi ống lò. Bên trong thân lò có thể đặt 1, 2 đến 3 ống lò có đường kính
= 400 900 mm, ống lò được nối với thân lò bằng 2 mặt sàng. Buồng lửa đặt
bên trong ống lò nên truyền nhiệt bức xạ mạnh.
a)
b)
Hình 2.2 Lò bình có ống lò
a) một ống lò ; b) hai ống lò
1 - ống lò, 2 – ghi lò, 3 – vòng trong thân lò
4 – vành ngoài thân lò, 5 – giá đỡ, 6 – đôm hơi
Sản lượng hơi khoảng 0,8 1,5 t/h đối với lò có một ống lò, tỷ lệ F/G tốt
hơn bằng 4 -5 m2/t, dòng nhiệt q =11,63 W /m2, suất sinh hơi của lò hơi ống lò
bằng d = D /F 20 kg/m2h.
1.1.3. Lò hơi ống lửa
Trang 15
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Lò hơi ống lửa xuất hiện vào khoảng năm 1829. Ống lửa có đường kính
bằng 50 80 mm. Bề mặt truyền nhiệt tăng lên 3 3,5 lần, áp suất làm việc đến
1,5 2,0 Mpa.
Hình 2.3 Lò hơi kiểu bình có ống lửa
1 – thân lò, 2 – ghi lò, 3 – tường lò, 4 - ống lửa, 5 – khoang nước,
6 – khoang hơi.
Ưu điểm của lò hơi ống lửa là bề mặt truyền nhiệt lớn hơn, suất tiêu hao
kim loại giảm.
1.1.4. Lò hơi phối hợp ống lò - ống lửa
Hình 2.4 Lò hơi nằm ống lò ống lửa
Trang 16
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 2.5 Lò hơi nằm ống lò, ống lửa có đường khói đi quặt nhiều lần.
1 - ống lò, 2 – hộp khói, 3 - ống lửa, 4 – thanh giằng, 5 – đôm hơi,
6- thân ngoài
Lò hơi ống lò ống lửa có suất sinh hơi lớn hơn (D/F = 25 kg/m2h).
Truyền nhiệt bức xạ tốt ở ống lò và truyền nhiệt đối lưu mạnh trong các ống
lửa, do khói đi trong các ống nhỏ có tốc độ lớn.
Tuy nhiên kiểu ống lò ống lửa nằm ngang có chiều dài khá lớn, do đó
người ta đã chế tạo lò nằm cho khói đi quặt trở lại. Lò hơi kiểu dòng khói đi
quặt trở lại đã giúp giảm chiều dài của lò và gọn hơn, ở đây khói ra khỏi ống
lò đi quặt vào các ống lửa một lần hay nhiều lần.
1.2. Lò hơi ống nước có hộp góp và lò hơi nhiều bao hơi
Lò hơi ống nước chỉ được phát triển khi người ta đã có thể chế tạo các
ống liền ( không có mối hàn dọc). Lò hơi này có từ sau nữa thế kỷ 19. Lò hơi
ống nước có những ưu điểm sau đây :
- Có thể tăng bề mặt đốt chế tạo từ những ống có đường kính nhỏ và đặt dày
trong đường khói.
- Cho phép tăng đáng kể áp suất hơi vì các ống sinh hơi có đường kính bằng
50 100 mm, và bao hơi lúc này không cần phải làm nhiệm vụ bề mặt đốt
nữa nên có thể giảm đường kính đến 800 1500 mm.
- Giảm rất nhiều lượng kim loại tiêu hao cho lò, suất tiêu hao kim loại giảm
từ 8 10 t/t hơi.h đến 3 3,5 t/t hơi. h.
1.2.1 Lò hơi ống nước có hộp góp
Loại lò hơi có hộp góp với những ống nước hơi nghiêng 10o 15o so
với mặt phẳng ngang. Có hai loại đó là loại có bao hơi đặt dọc và loại có bao
hơi đặt ngang.
Trang 17
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Số ống hạn chế cả chiều ngang lẫn chiều đứng. Do có hộp góp tán đinh
nên không thể tăng áp suất cao được, dễ xì hở những chổ nối núc ống vào hộp
góp do giãn nở nhiệt của chúng không đều.
Lò hơi có hộp góp được chế tạo đến sản lượng 16 t/h, áp suất làm việc
bằng 2 MPa, bề mặt hấp thu nhiệt đạt đến 450m2 , suất sinh hơi bằng
35kg/m2h, chiều dài các ống nước đến 5m và là các ống thẳng.
a)
b)
Hình 2.6 Lò hơi có hộp góp và bao hơi đặt dọc ; a) ống nước ngang ;
b) ống nước nghiêng ; 1- ghi lò, 2 – hộp góp; 3 – bao hơi;
4 – bộ quá nhiệt.
1.2.2 Lò hơi ống nước có ống góp phân đoạn
Để khắc phục nhược điểm của hộp góp người ta phân hộp góp thành
nhiều ống góp có tiết diện vuông hay chữ nhật, kích thước mỗi ống góp
vuông có thể đạt đến 140 x 140 mm. Những lò hơi này do hãng Babcock –
Wilcox khởi thảo và chế tạo đầu tiên.
Trang 18
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
a)
b)
Hình 2.7 Lò hơi có ống hóp phân đoạn
a) nối ống vơi hộp góp, b) chi tiết nắp đậy lỗ trên ống góp
1- hộp góp, 2 – bulong, 3 – ecu, 4 – mốc, a – lỗ kiểm tra, b – lỗ núc
ống; c – nắp đậy.
Vì thời kỳ ấy người ta chưa biết xử lý nước cấp cho lò hơi nên phải đặt
các lỗ ở hộp góp hay ống góp phân đoạn đối diện với ống để làm sạch cáu cặn
bám trong ống bằng biện pháp cơ khí. Những lỗ này có nắp đậy kiểu elip và
xiết chặt bằng bulong thật chặt. Ở những nước Anh, Đức, Mỹ mãi tới năm
1940 mới ngừng hẳn việc sản xuất những lò hơi loại này.
1.2.3 Lò hơi có nhiều bao hơi
Lò hơi ống nước đứng có tuần hoàn của nước rõ rệt và mạnh. Lò hơi
loại này có ba, bốn và năm bao hơi ( như lò Oschats; lò Sladek; lò Gacberg;
Sterling) và được dùng phổ biến trong những năm 1925 – 1930.
Trang 19
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 2.8 Lò Gacberg có 4 bao hơi, ống nước thẳng.
Trang 20
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 2.9 Lò hơi có 4 bao hơi, ống nước đứng với bộ hâm nước có 2 bao
nước.
1 – hơi khô, 2 – bộ quá nhiệt, 3 – bộ hâm nước
1.3 Lò hơi ống nước có dàn ống
Dựa vào đặc điểm tuần hoàn của nước và hỗn hợp hơi nước trong lò
hơi có thể phân chia thành lò hơi có tuần hoàn tự nhiên, có tuần hoàn cưỡng
bức và trực lưu ( one through boiler).
1.3.1 Lò hơi có tuần hoàn tự nhiên
Sự thay đổi tận gốc sơ đồ nguyên lý của lò hơi ống nước bắt đầu vào
những năm thứ 20 của thế kỷ XX. Sở dĩ có sự thay đổi như vậy vì sự tiến bộ
Trang 21
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
của kỹ thuật xử lý nước đã cho phép bảo đảm được chế độ làm việc của lò hơi
không có đóng cáu trong ống bằng cách làm mềm nước (trao đổi ion), đồng
thời tiến hành xử lý nước bổ sung bằng phốt phát và xả liên tục. Do tiến bộ
này mà người ta đã có thể dùng các ống uốn cong thay cho các ống thẳng
trước đây.
Hình 2.10 Sự phát triển của lò hói tuần hoàn tự nhiên
Các điều kiện tiêu chuẩn khi chế tạo lò hơi bao gồm :
- Tăng D, p, t
- Giảm khối lượng và kích thước bằng cách giảm số bao hơi, dùng ống có
đường kính bé.
- Tăng bề mặt đốt hấp thu nhiệt bằng bức xạ, dùng tường nhẹ và bảo ôn lò
- Hoàn thiện tuần hoàn, tránh đốt nóng các ống nước xuống.
- Tăng hiệu suất lò bằng cách đặt các bề mặt đốt ở phần đuôi lò
- Hoàn thiện phương pháp đốt nhiên liệu.
Vào những năm 1920 – 1930, ở nhiều nước trên thế giới như Liên Xô,
Mỹ, Pháp, Đức người ta đã tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm một phương
pháp mới để đốt nhiên liệu rắn, đó là phương pháp đốt than bột. Do áp dụng
phương pháp đốt bột than trong buồng lửa lò hơi mà sản lượng hơi của lò đã
tăng lên rất nhiều.
Năm 1923 người ta đã bắt đầu sử dụng lò hơi thông số cao để tăng hiệu
suất và độ kinh tế sử dụng than trong việc sản xuất điện năng.
Trang 22
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Ở những lò thông số cao có vai trò của bộ quá nhiệt tăng lên rỏ rệt và
trở thành phần tử không thể thiếu được của thiết bị lò hơi. Lò có tuần hoàn tự
nhiên thường được chế tạo đến áp suất p = 18 Mpa.
Để giảm khối lượng và kích thước bằng cách giảm số bao hơi dùng ống
có đường kính bé theo xu hướng phát triển.
1.3.2 Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức
Bên cạnh nhưng lò hơi có tuần hoàn tự nhiên của nước và hỗn hợp của
nước trong các dàn ống sinh hơi, đã xuất hiện vào năm 1923 những lò hơi có
tuần hoàn cưỡng bức. Đó là lò La Mont có suất sinh hơi đến
46 170 kg/m2h. Vào những năm 1930 – 1945 chúng được dùng phổ biến.
Ở Mỹ có các lò hơi La Mont lớn D= 250 430 t/h, với p =21,5 MPa.
Ở Anh đã sản xuất lò hơi loại này với D = 1700 t/h, pqn=17 Mpa, tqn= 5680C,
và quá nhiệt trung gian đến 5680C.
Hình 2.11 Lò hơi La Mont (Mỹ)
1 – bao hơi, 2 – bơm tuần hoàn, 3 – dàn ống dinh hơi, 4,5 - bộ quá nhiệt,
6 – bộ hâm nước
1.3.3 Lò hơi trực lưu
Ý tưởng tạo ra lò hơi kiểu trực lưu có từ thế kỷ 19. Đến trước chiến
tranh thế giới thứ nhất có một kỹ sư Tiệp tên Muller đã khởi thảo lò trực lưu
về mặt kỹ thuật. Ông ta di cư sang Anh và đổi tên là Benson.
Ở Liên Xô vào những năm 1930 – 1931 giáo sư L. K. Ramzin cũng đã
phát minh ra lò hơi trực lưu mang tên ông.
Ở Thụy Sỹ có lò hơi Sulzer, vì Thụy Sỹ không có quặng và than nên
đòi hỏi giảm kim loại để chế tạo lò hơi, mà lò hơi này đã đáp ứng đòi hỏi đó.
Ỏ Liên Xô cũ đã chế tạo lò hơi trực lưu sản lượng D = 3950 t/h, đốt
hỗn hợp nhiên liệu khí madút cung cấp hơi cho tổ máy 1200 MW.
Trang 23
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Luận Văn Tốt Nghiệp
a)
b)
c)
Hình 2.12 Một số dạng của lò hơi trực lưu
a) lò Benson b) lò Sulzer c) lò Ramzin
1 – đường cấp nước vào, 2 – phần hâm nước, 3 –phần sinh hơi, 4 – phần
chuyển tiếp,5,7 – phần quá nhiệt, 6 – nước điều chỉnh nhiệt độ hơi quá
nhiệt,8 – hơi quá nhiệt ra, 10 – phân ly hơi.
1.4. Lò hơi đặc biệt
1.4.1 Lò có áp suất buồng lửa cao
Các lò hơi thông thường được trình bày ở những phần trước có áp suất
khói trong buồng lửa nhỏ hơn áp suất khí quyển ( có độ chân không khoảng 20 đến -40 Pa), còn ở loại lò hơi này đường khói có áp suất lớn hơn áp suất
Trang 24
