Đồ án lò hơi (repaired)

/>
LỜI CẢM ƠN

Khóa học 2019-2020 đã gần kết thúc đối với sinh viên khóa
----------------------------------. Đồ án tốt nghiệp là dấu mốc quan trọng nhất trong
5 năm học tập. Đó là kết quả rõ ràng và xác thực nhất để phản ánh chính xác
những gì em học tập và nghiên cứu được trong 5 năm qua và để có được kết quả
như ngày hôm nay.
Trong quá trình học tập và rèn luyện, em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình
của các thầy cố giáo, sự giúp đỡ nhiệt tình của người thân và bạn bè để em có
thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Em xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, cô giáo trong khoa --------------cũng như toàn thể các thầy cô giáo trường --------------------------. Em xin chân
thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn ---------------, đặc biệt là thầy giáo
---------------------------------------- đã tận tình chỉ bảo cho em trong suốt quá trình
làm đồ án tốt nghiệp. Em xin được bày tỏ long biết ơn sâu sắc tới thầy.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ
em trong suốt khóa học và trong thời gian thực hiện đề tài.
Do lượng kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không thể tránh khỏi những
thiếu sót, kính mong nhận được sự quan tâm góp ý của các thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Sinh viên thực hiện
-------------------------


/>
MỤC LỤC


/>
Contents

MỞ ĐẦU......................................................................................................................................................5
1. Tính cấp thiết của đề tài.....................................................................................................................5
2. Mục đích nghiên cứu..........................................................................................................................5
3. Thời gian và địa điểm.........................................................................................................................6
4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................................................6
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài................................................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LÒ HƠI...........................................................................................7
1. Nhiệm vụ, yêu cầu kĩ thuật, phân loại lò hơi....................................................................................7
1.1 Vai trò của lò hơi trong nền kinh tế.............................................................................................7
1.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với lò hơi......................................................................................................7
2. Phân loại hệ thống lò hơi...................................................................................................................8
2.1 Lò hơi ống lửa...............................................................................................................................8
2.2 Lò hơi ống nước............................................................................................................................8
2.3 Lò hơi trọn bộ...............................................................................................................................9
2.4 Lò hơi tận dụng nhiệt thải..........................................................................................................10
2. Nguyên lí hoạt động của lò hơi........................................................................................................12
3. Các đặc tính kỹ thuật của Lò hơi......................................................................................................14
3.1 Thông số hơi của lò....................................................................................................................14
3.2 Sản lượng hơi của lò...................................................................................................................14
3.2 Hiệu suất của lò..........................................................................................................................14
3.4 Nhiệt thế thể tích của buồng lửa...............................................................................................15
3.5 Nhiệt thế diện tích trên ghi........................................................................................................15
3.6 Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi.....................................................................................15
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH........................................................................................16
ĐỘ HƠI QUÁ NHIỆT...................................................................................................................................16
1.

Định nghĩa hơi quá nhiệt..............................................................................................................16

2. Vai trò và phân loại của bộ qua nhiệt...............................................................................................17

2.1. Bộ quá nhiệt đối lưu......................................................................................................................19
2.2 Bộ quá nhiệt bức xạ và nửa bức xạ............................................................................................22
3. Cách bố trí bộ quá nhiệt...................................................................................................................24
3.1. Bố trí bộ quá nhiệt hoàn toàn đối lưu......................................................................................24
3.2 Bố trí bộ quá nhiệt tổ hợp..........................................................................................................26
4. Các nguyên nhân làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt...................................................................28


/>5. Tầm quan trọng của việc bảo đảm ổn định nhiệt độ hơi quá nhiệt................................................29
6. Cách điều chỉnh nhiệt độ quá hơi nhiệt Lò hơi...............................................................................30
6.1. Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt về phía hơi.........................................................................30
6.2. Điều chỉnh nhiệt đô hơi quá nhiệt về phía khói.......................................................................35
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt....................................................38
1. Giới thiệu chung về PLC....................................................................................................................38
2. Giới thiệu về PLC S7 – 1200..............................................................................................................39
3 Giới thiệu chung về phần mềm TIA Portal........................................................................................47
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................................48
3.1. Thiết kế, xây dựng chương trình điều khiển................................................................................49
3.1.1. Quy trình công nghệ.....................................................................................................................49
3.1.2. Lựa chọn bộ điều khiển...............................................................................................................49
3.1.3. Xây dựng bảng phân công tín hiệu vào ra.................................................................................50

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH


/>
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lò hơi được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, mỗi
ngành công nghiệp đều có nhu cầu sử dụng nhiệt với mức độ và công suất khác

nhau. Các nhà máy như: Nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, nhà máy bánh kẹo,
sử dụng nồi hơi để sấy sản phẩm. Một số nhà máy sử dụng nồi hơi để đun nấu,
thanh trùng như nhà máy nước giải khát, nhà máy nước mắm, tương hay dầu
thực vật...Nhiệm vụ chính của lò hơi là biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên
liệu thành nhiệt năng của hơi .
Hơi quá nhiệt là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi . Việc
duy trì nhiệt độ hơi quá nhiệt trong dải không đổi khi tải lò thay đổi luôn được
đặt lên hàng đầu nhằm cải thiện hiệu quả chuyển đổi từ nhiệt năng thành cơ
năng, tránh phá hủy các vật liệu kim loại , đảm bảo chất lượng hơi trước khi đưa
vào tuabin . Điều này chỉ có thể thực hiện được nếu hệ thống điều chỉnh hơi quá
nhiệt hoạt động tốt , ổn định chất lượng cao.
Thực tế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ở nhà máy sau một thời
gian làm việc thì biên độ dao động lớn, thời gian điều chỉnh kéo dài khi có bất
cứ sự thay đổi đáng kể nào về phụ tải, nhiễu … có thể dẫn tới nhiệt độ hơi quá
nhiệt vượt ngoài khoảng cho phép, gây nguy hiểm , thiệt hại về kinh tế lớn khi
phải dừng tổ máy. Một trong những nguyên nhân đó là quá trình hiệu chỉnh
thông số điều chỉnh không tốt Do vậy, em đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên
cứu phương pháp điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt trong lò hơi”
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu và hiểu rõ được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống
lò hơi
- Tìm hiểu các phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trong quá
trình vận hành lò
- Sử dụng bộ điều khiển…. tiến hành thử nghiệm điều chỉnh nhiệt độ hơi
quá nhiệt


/>
3. Thời gian và địa điểm.
Thời gian thực hiện

Từ tháng đến tháng năm : --------------------------4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Phân tích là nghiên cứu các
tài liệu, lý thuyết kỹ thuật lò hơi
Phương pháp điều tra: Khảo sát hệ thống hệ thống lò hơi trong thực tế
Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu, báo cáo của các dự
án cùng loại kèm theo bổ sung và chỉnh sửa
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Để tài: “Nghiên cứu phương pháp điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt trong
lò hơi” nhằm hiểu được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của lò hơi, phương pháp
điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trong quá trình vận hành lò hơi. Đề tài này sẽ
được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong vận hành, sử dụng lò hơi


/>
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LÒ HƠI
1. Nhiệm vụ, yêu cầu kĩ thuật, phân loại lò hơi
1.1 Vai trò của lò hơi trong nền kinh tế
Lò hơi là thiết bị trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên
liệu, nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình cháy sẽ truyền cho nước
trong lò để biến nước thành hơi. Nghĩa là thực hiện quá trình
biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng
hơi.
Lò hơi là thiết bị có mặt gần như trong tất cả các xí nghiệp,
nhà máy. Trong các nhà máy công nghiệp như nhà máy hóa
chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến
thực phẩm . . . , hơi nước phục vụ cho các quá trình công nghệ
như đun nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm.
. . Hơi ở đây thường là hơi bão hòa, có áp suất hơi tương ứng với
nhiệt độ bão hòa cần thiết cho quá trình công nghệ. Loại lò hơi
này được gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản

lượng nhỏ. Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm
quay tuốc bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi
phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt
độ cao. Loại này được gọi là lò hơi để sản xuất điện năng. Nhiên
liệu đốt trong lò hơi cóthể là nhiên liệu rắn như than, gỗ, bã
mía, có thể là nhiên liệu lỏng như dầu nặng (FO), dầu diezen
(DO) hoặc nhiên liệu khí.
1.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với lò hơi.
- Thiết bị sinh hơi phải có năng suất hơi cao (Tấn/giờ), hiệu suất sinh hơi
lớn.
- Chất lượng sản phẩm phải đáp ứng yêu cầu sản xuất: chất lượng nước
nóng, hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt.


/>
- Cấu tạo của thiết bị không quá phức tạp, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa
dễ dàng.
- Chi phí nhiên liệu riêng thấp, hiệu suất lò đốt cao.


/>
2. Phân loại hệ thống lò hơi
2.1 Lò hơi ống lửa

Hình 1: Lò hơi ống lửa
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 ưu
thếvới tỷlệ hơi lên tới 12.000 kg/giờvà áp suất lên tới 18 kg/cm 2.

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
2.2 Lò hơi ống nước


/>
Hình 2: Lò hơi ống nước
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 ởkhu
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
kếlò 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
kếlò 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
nâng cao 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
2.3 Lò hơi trọn bộ


/>
Hình 3: Lò hơi trọn bộ

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.
Lò hơi trọn bộ có đặc điểm sau:
- Buồng đốt nhỏ, tốc độ truyền nhiệt cao dẫn đến quá trình
hoá hơi nhanh hơn
- Quá trình truyền nhiệt do đối lưu tốt hơn do được lắp đặt
số lượng lớn các ống truyền nhiệt có đường kính nhỏ giúp
truyền nhiệt đối lưu tốt.
- 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.


/>
2.4 Lò hơi tận dụng nhiệt thải
Lò hơi tận dụng nhiệt thải là dạng Nồi hơi ống nước với cơ
chế tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức. Các lò hơi tận dụng
nhiệt thải kiểu này đều có bộ hâm, bộ quá nhiệt và bộ khử quá
nhiệt.... Nhiệt độ khí đầu vào tối đa lên tới 650 0C.
Có 2 kiểu lò hơi tận dụng nhiệt thải chính:
Lò hơi tận dụng nhiệt thải kiểu ngang có ống bốc hơi nằm
ngang thường phải tuần hoàn hay cưỡng bức để đạt được dòng
chảy phù hợp trong ống và phải đủ hàm lượng nước tại đầu ra
của ống sinh hơi trong mỗi chu trình vận hành làm việc của lò
hơi.

Lò hơi tận dụng nhiệt thải loại dọc có các ống trao đổi nhiệt
chính ở vị trí thẳng đứng. Lò hơi loại này phổ biến với kích thước
nhỏ hơn và thường cao hơn nhiều so với loại ngang. Trong đồ án
lần này, đối tượng nghiên cứu của em là hệ thống lò hơi tận
dụng nhiệt thải với cấu tạo như hình 4


/>
Hình 4: Lò hơi tận dụng nhiệt thải kiểu dọc


/>
2. Nguyên lí hoạt động của lò hơi

Hình 5: Nguyên lí hoạt động lò hơi
Nhiên liệu và không khí được phun qua vòi phun nhiên liệu +
không khí vào buồng lửa tạo thành hỗn hợp cháy và được đốt
cháy trong buồng lửa, nhiệt độ ngọn lửa có thể đạt tới 1.900 oC.
Nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu cháy truyền cho nước trong
dàn ống sinh hơi, nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành
hơi bão hòa. Hơi bão hòa theo ống sinh hơi đi lên tập trung vào bao hơi.
Trong bao hơi, hơi được phân li ra khỏi nước, nước tiếp tục đi
xuống theo ống xuống đặt ngoài tường lò rồi lại sang ống sinh
hơi số để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hòa từ bao hơi sẽ đi vào
các ống xoắn sẽ nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía
ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn và đi


/>
vào ống góp để sang tua bin hơi và biến nhiệt năng thành cơ

năng làm quay tua bin.
Ở đây, ống sinh hơi đặt phía trong tường lò nên môi chất
trong ống nhận nhiệt và sinh hơi liên tục do đó trong ống sinh
hơi là hỗn hợp và nước, còn ống xuống hơi đặt ngoài tường lò
nên môi chất trong ống không nhận nhiệt do đó trong ống là
nước. Khối lượng tiêng của hỗn hợp hơi và nước trong ống sinh
hơi nhỏ hơn khối lượng riếng của nước trong ống xuống nên hỗn
hợp trong ống sinh hơi đi lên, còn nước trong ống đi xuống liên
tục tạo nên quá trình tuần hoàn tự nhiên, bởi vậy lò hơi nước
được gọi là lò hơi tuần hoàn tự nhiên. Buồng lửa trình bay trên
hình là buồng lửa phun, nhiên liệu được phun vào và cháy lơ
lửng trong buồng lửa. Quá trình cháy nhiên liệu xảy ra trong
buồng lửa và đạt đến nhiệt độ cao từ 1300 0C đến 19000C, chính
vì vậy hiệu quả trao đổi nhiệt bực xạ giữa ngọn lửa và dàn ống
sinh hơi rất cao và lượng nhiệt dàn ống sinh hơi thu được từ
ngọn lửa chủ yếu là do trao đổi nhiệt, bức xạ. Để hấp thụ có
hiệu quả nhiệt lượng bức xạ của ngọn lửa đồng thời bảo vệ
tường lò khỏi tác dụng của nhiệt độ cao và những ảnh hưởng
xấu của tro nóng chảy, người ta bố trí các dàn ống sinh hơi
xung quanh tường buồng lửa. Khói ra khỏi buồng lửa, chuyển
động ngoài ống truyền nhiệt cho hỗn hợp hơi nước chuyển động
trong ống. khói ra khỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ còn cao, để tận
dụng phần nhiệt thừa của khói khi ra khỏi bộ quá nhiệt, ở phần
đuôi lò người ta đặt thêm bộ hầm nước và bộ sấy không khí. Bộ
hầm hơi nước có nhiệm vụ gia nhiệt cho nước để nâng nhiệt độ
của nước từ nhiệt độ ra khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi
và cấp vào bao hơi. Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình cấp


/>

hơi nhiệt cho nước để thực hiện quá trình hóa hơi đẳng áp nước
trong lò. Sự có mặt của bộ hâm nước sẽ làm giảm tổng diện tích
mặt đốt của lò hơi và sử dụng triệt để hơn nhiệt lượng tỏa ra khi
cháy nhiên liệu, làm ch nhiệt độ khói thoát khỏi lò giảm xuống,
làm tăng hiệu suất lò hơi. Không khí lạnh từ ngoài trời được
quạt hút vào và thổi qua bộ sấy không khí. Ở bộ sấy, không khí
nhận nhiệt của khói, nhiệt độ được nâng từ nhiệt độ môi trường
đến nhiệt độ yêu cầu và được đưa vào vòi phun để cung cấp
cho quá trình đốt cháy nhiên liệu. Như vậy bộ hầm nước và bộ
sấy không khí đã trả lại buồng lửa một phần nhiệt đáng lẽ bị
thảo ra ngoài. Chính vì vậy người tâ còn gọi bộ hâm nước và bộ
sấy không khí là bộ tiết kiệm nhiệt. Ta hiểu như sau, bộ hầm
nước và bộ sấy không khí đã hoàn trả lại buồng lửa một phần
nhiệt đáng lẽ bị thải ra ngoài. Chính vì vậy người ta còn gọi bộ
hầm nước và bộ sấy không khí là bộ tiết kiệm nhiệt. Như vậy, từ
khi vào bộ hầm nước đến khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi,
môi chất (nước và hơi) trải qua các giai đoạn hấp thụ nhiệt
trong các bộ phận sau: nhận nhiệt trong bộ hâm nước đến sôi,
sôi trong dàn ống sinh hơi, quá nhiệt trong bộ quá nhiệt .
3. Các đặc tính kỹ thuật của Lò hơi
Đặc tính kỹ thuật chính của lò là các đại lượng thể hiện số lượng và chất
lượng hơi được sản xuất ra. Số lượng hơi sản xuất ra được xác định bằng sản
lượng hơi còn chất lượng hơi được xác định bằng thông số hơi.
3.1 Thông số hơi của lò
Đối với lò hơi của nhà máy điện, hơi sản xuất ra là quá nhiệt nên thông hơi
của lò được biểu thị bằng áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt: Pqn (Mpa), tqn(0C).
3.2 Sản lượng hơi của lò


/>

Sản lượng hơi của lò là lượng hơi mà lò sản xuất ra được trong một đơn vị
thời gian (Kg/h hoặc Tấn/h). Thường dùng 3 khái niệm sản lượng.
- Sản lượng hơi định mức (Dđm): là sản lượng hơi lớn nhất lò có thể đạt
được, đảm bảo vận hành trong thời gian lâu dài, ổn định với các thông số hơi đã
cho mà không phá hủy hoặc gây ảnh h−ởng xấu đến chế độ làm việc của lò.
- Sản lượng hơi cực đại (D max): là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể đạt
được, nhưng chỉ trong một thời gian ngắn, nghĩa làlò không thể làm việc lâu dài
với sản lượng hơi cực đại được. Sản lượng hơi cực đại bằng:
Dmax= (1,1 - 1,2) Dđm
- Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà ở đó lò làm việc với hiệu quả
kinh tế cao nhất. Sản lượng hơi kinh tế bằng:
Dkt = (0,8 - 0,9) Dđm
3.2 Hiệu suất của lò
Hiệu suất của lò là tỉ số giữa lượng nhiệt mà môi chất hấp thụ được (hay còn
gọi là lượng nhiệt có ích) với lượng nhiệt cung cấp vào cho lò.
Hiệu suất của lò ký hiệu bằng η

Trong đó: D là sản lượng hơi, (kg/h)
iqn là entanpi của hơi quá nhiệt, (Kj/kg)
i’hn là entanpi của nước đi vào bộ hâm nứơc, (Kj/kg)
B là lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ, (kg/h)
Qtlv: Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, (Kj/kg).
3.4 Nhiệt thế thể tích của buồng lửa
Nhiệt thế thể tích của buồng lửa là l−ợng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời
gian trên một đơn vị thể tích của buồng lửa.


/>
Trong đó:
Vbl: Thể tích buồng lửa, (m3), B (kg/s)

Đối với các lò hơi nhỏ, người ta còn chú ý đến các đặc tính sau đây
3.5 Nhiệt thế diện tích trên ghi
Nhiệt thế diện tích trên ghi là nhiệt lượng sinh ra trong một đơn vị thời gian
trên một đơn vị diện tích bề mặt của ghi:

R: diện tích mặt ghi, (m2).
3.6 Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi
Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi là khả năng bốc hơi của một đơn vị
diện tích bề mặt đốt (bề mặt sinh hơi) trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là S

D: Sản lượng hơi của lò, (kg/h)
H: diện tích bề mặt sinh hơi (bề mặt đôt), (m2)
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH
ĐỘ HƠI QUÁ NHIỆT
1. Định nghĩa hơi quá nhiệt
Hơi bão hòa (Saturated Steam) là trạng thái cân bằng động của thể lỏng và
thể khí của một chất lỏng dễ bay hơi: tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ xảy ra
ở bề mặt chất lỏng, khi mất nhiệt thì hơi ngưng tụ lại và chuyển thành trạng thái
nước như ban đầu. Hơi bảo hoà được sử dụng thông dụng nhất trong các nhà
máy sản xuất bởi vì chi phí đầu tư hợp lý, giá rẻ. Ví dụ như khi nước lạnh được
đun sôi đến một nhiệt độ sôi nhất định và không còn tăng được nữa. Lúc này,
nước sẽ chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí bằng hình thức bay hơi.
Một phần nước sôi chuyển qua trạng thái hơi cho đến khi đạt áp suất lớn nhất,


/>
tốc độ bay hơi bằng với tốc độ ngưng tụ của nước. Hơi bão hòa có áp suất đạt
giá trị cực đại gọi là áp suất hơi bão hòa. áp suất hơi bão hòa là áp suất hơi mà
tại đó thể hơi cân bằng với thể lỏng, đại lượng này càng lớn thì độ bay hơi càng
cao. Hơi bão hòa tỷ lệ thuận với nhiệt độ và áp suất. hơi bão hòa ở nhiệt độ nào

thì tương ứng với áp suất đó.
Hơi Quá Nhiệt (Superheated Steam) = Hơi bảo hoà + Bộ gia nhiệt. Hơi quá
nhiệt là hơi có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hòa của nó trong điều kiện áp suất
bão hòa tương ứng. Ví dụ khi nước đun sôi đến trạng thái bão hòa, hơi bão hòa
được rút ra đi qua bộ phận gia nhiệt để tiếp tục cung cấp nhiệt bằng bức xạ hoặc
tiếp xúc trực tiếp và sấy khô hoàn toàn hơi nước giúp hơi đạt được nhiệt độ cao
hơn nhiệt độ bão hòa của hơi nước. Khi nước bốc hơi hoàn toàn, sự tiếp tục gia
tăng nhiệt độ (cao hơn nhiệt độ hơi bão hòa) cho hơi nước đều gọi là hơi bão
hòa. Các tính chất của hơi nước siêu nóng gần với một khí hoàn hảo hơn là hơi.
Vì hơi quá nhiệt không có mối liên hệ trực tiếp giữa nhiệt độ và áp suất nên ở
một áp suất đặc biệt hơi nước nóng có thể tồn tại ở một phạm vi rộng nhiệt độ.
Vì nhu cầu sử dụng nhiệt cao, hơi nóng và khô nên hơi quá nhiệt thường
được sử dụng trong hệ thống vận hành tuabin để nâng cao hiệu suất nhiệt. Giá
trị lớn nhất của hơi quá nhiệt nằm ở năng lượng nội tại rất lớn có thể được sử
dụng cho phản ứng động học thông qua việc mở rộng cơ học chống lại lưỡi
tuabin và piston quay, tạo ra chuyển động quay của trục. Ngoài ra, với đặc tính
của nó, hơi quá nhiệt còn được sử dụng trong công nghệ bề mặt, công nghệ làm
sạch, xử lý xúc tác / xử lý phản ứng hóa học, công nghệ sấy bề mặt, công nghệ
bảo dưỡng, đất hấp, hệ thống năng lượng, công nghệ nano,… Mặc dù vậy, hơi
quá nhiệt dễ làm hư hỏng, hao mòn thiết bị do nhiệt độ hơi rất cao và hoàn toàn
khô. Ngoài ra, do phải sử dụng bộ phận gia nhiệt để tăng nhiệt độ của hơi nên
chi phí sản xuất tăng cao.
2. Vai trò và phân loại của bộ qua nhiệt
Bộ quá nhiệt là bộ phận để sấy khô hơi, gia nhiệt cho hơi
biến hơi bão hòa thành hơi quá bão. Hơi quá nhiệt có nhiệt độ


/>
cao hơn, do đó nhiệt lượng tích lũy trong một đơn vị khối lựong
hơi quá nhiệt cao hơn nhiều so với hơi bão hòa ở cùng áp suất.

Bởi vậy khi công suất máy giống nhau nếu dùng hơi quá nhiệt
thì kích thước máy sẽ nhỏ hơn rất nhiều so vớii máy dùng hơi
bão hòa.
Để nhận được hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao, cần phải đặt
bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao (trên 700 0C). Đối với lò
có nhiệt độ hơi quá nhiệt từ 5100C trở xuống thì bộ quá nhiệt
thường được đặt ở vùng khói có nhiệt độ dưới 1050 0C, thường lò
đặt ở đoạn ống khói nằm ngang sau cụm ống pheston. Ở đây
trao đổi nhiệt giữa khói và cụm ống chủ yếu là trao đổi nhiệt đối
lưu nên gọi là bộ quá nhiệt đối lưu.
Các lò hơi có áp suất, nhiệt độ hơi quá nhiệt càng cao thì tỷ
lệ giữa lượng nhiệt cần cấp để quá nhiệt hơi trong bộ quá nhiệt
với lượng nhiệt cần cấp để đun sôi nước trong dàn ống sinh hơi
càng cao, nhất là lò có quá nhiệt trung gian hơi, khiến cho kích
thước bộ quá nhiệt rất lớn. Khi đó nếu chỉ đặt bộ quá nhiệt sau
cụm pheston thì độ chênh nhiệt độ giữa khói và hơi sẽ giảm nên
diện tích bề mặt ống của bộ quá nhiệt sẽ rất lớn, có thể sẽ
không đủ vị trí để bố trí, do đó cần thiết phải bố trí một phần
của bộ quá nhiệt vào buồng lửa để hấp thu nhiệt bức xạ nhằm
giảm bớt kích thước bộ quá nhiệt.
Đối với lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt cao hơn 510 0C, bộ quá
nhiệt được đặt ở cửa ra buồng lửa (trước cụm pheston). Ở đây
bộ quá nhiệt vừa nhận nhiệt đối lưu từ dòng khói đi qua, vừa
nhận nhiệt bức xạ từ buồng lửa nên gọi là bộ quá nhiệt nửa bức
xạ.


/>
Khi bộ quá nhiệt có thể được đặt ở trên trần buồng lửa hay
đặt xen kẽ với các ống sinh hơi trên tường buồng lửa, ở đây bộ

quá nhiệt nhận nhiệt chủ yếu là từ bức xạ của buồng lửa nên
gọi là bộ quá nhiệt bức xạ. Bộ quá nhiệt bức xạ thường được
dùng khi nhiệt độ hơi trên 5600C.
Bộ quá nhiệt gồm phần đối lưu, nửa bức xạ và bức xạ được
gọi là bộ quá nhiệt tổ hợp. Tỷ lệ giữa các phần này được phân
bố phụ thuộc vào thông số của lò hơi. Hình 6 trình bày cách bố
trí bộ quá nhiệt đối lưu, nửa bức xạ và nửa bức xạ trong lò hơi.

Hình 6: Cấu tạo bộ quá nhiệt
Đối với những chu trình nhiệt có quá nhiệt trung gian thì bộ
quá nhiệt trung
gian thường là bộ quá nhiệt đối lưu.


/>
2.1. Bộ quá nhiệt đối lưu
Bộ quá nhiệt đối lưu thường được chế tạo gồm những ống
xoắn, hai đầu được nối vào 2 ống góp. Ống xoắn bộ quá nhiệt là
những ống thép chịu nhiệt uốn gấp khúc nhiều lần đảm bảo cho
đường khói cắt đường hơi nhiều lần. Mỗi ống xoắn được uốn gấp
khúc trong một mặt phẳng, nhiều ống xoắn cùng nối vào một
ống góp tạo thành cụm ống. Ống có đường kính từ 28-42 mm,
chiều dày từ 3 đến 7 mm. Các ống xoắn của bộ quá nhiệt có thể
đặt nằm ngang hoặc đặt đứng phụ thuộc vào kiểu lò hơi. Bộ quá
nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang thường dùng cho các lò hơi nhỏ
có ống sinh hơi nằm nghiêng. khi đó người ta bố trí ống xoắn
nằm ngang để tận dụng triệt để các khoảng không gian trong
đường khói của lò. Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang được
biểu diễn trên hình 7.

Hình 7: Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang


/>
Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang có ưu điểm là có thể
xả được nước đọng do hơi ngưng tụ khi ngừng lò nên tránh được
hiện tường ăn mòn ống xoắn khi lò nghỉ.Nhược điểm lớn nhất
của bộ quá nhiệt loại này là hệ thống treo đỡ các ống xoắn. vì
các ống xoắn nằm ngang nên phải được giữ bởi các đai thép
chịu nhiệt dài bằng chiều sâu của cụm ống và được treo lên
khung lò. Hệ thống treo đỡ không được làm mát nên sẽ có nhiệt
độ rất cao, làm việc trong điều kiện rất năng nề, chóng hỏng.
Ở các lò hơi hiện đại ống nước đứng thường bố trí bộ quá
nhiệt ống xoắn đặt đứng, có ống góp hơi đặt song song với bao
hơi. ưu điểm của bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng là hệ thống
treo đỡ đơn giản, làm việc nhẹ nhàng hơn so với ống xoắn nằm
ngang. Nhược điểm của bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng là khi
lò nghỉ nước đọng trong các ống xoắn do hơi ngưng tụ sẽ gây
ăn mòn các ống xoắn, mặt khác nó cản trở không cho hơi thoát
qua bộ quá nhiệt lúc khởi động lò và tạo thành các túi hơi trong
các ống xoăn làm ống bọ đốt nóng quá mức. Bộ quá nhiệt ống
xoắn đặt đứng được biểu diễn tren hình 8.

Hình 8: Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng


/>
Để cố định các ống xoắn với nhau người ta thường dùng các
tấm gang chịu
nhiệt hình răng lược để cài các ống xoắn hoặc dùng các thanh

nẹp bằng thép chịu nhiệt. Các ống xoắn của bộ quá nhiệt được
đặt đứng sẽ khắc phục được ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ
theo chiều cao đường khói đến lượng nhiệt hấp thu của từng
ống xoắn. Các ống dẫn hơi từ bao hơi đến bộ quá nhiệt thường
đượcđặt trên trần lò, nó vừa có thể hấp thu nhiệt, vừa làm mát
trần lò. Các ống trên trần và các ống xoắn của bộ quá nhiệt
được giữ bằng các đai (các thanh lượn sóng), giữa đai và ống có
lót một lớp đệm amiăng để bảo vệ ống.
Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt lớn hơn nhiệt độ bão hoà khoảng
2000C trở lên thì người ta chia bộ quá nhiệt thành hai hoặc ba
cấp nối tiếp nhau theo đường hơi đi theo thứ tự cấp một, cấp hai
và cấp ba, giữa các cấp là các ống góp hơi được nối với nhau.
Độ gia nhiệt của mỗi cấp khoảng từ 100-1500C, hấp thu một
lượng nhiệt khoảng 200-350kj/kg.
Khi tách ra như vậy thì độ gia nhiệt của mỗi cấp không lớn
lắm và các cấp có nhiệt độ hơi trung bình khác nhau nên mỗi
cấp được chế tạo bằng một loại vật liệu phù hợp với nhiệt độ
làm việc của nó do đó tiết kiệm được vật liệu đắt tiền. Ví dụ lò
trung áp có nhiệt độ hơi quá nhiệt khoảng 4500C thì bộ quá
nhiệt được chia thành hai cấp, hơi ra khỏi bộ quá nhiệt cấp hai
có nhiệt độ 4500C nên bộ quá nhiệt cấp hai được chế tạo bằng
thép hợp kim crom-molipđen, trong khi đó hơi ra khỏi bộ quá
nhiệt cấp một có nhiệt độ khoảng 360-3800C nên bộ quá nhiệt
cấp một có thể được chế tạo bằng thép carbon. Mặt khác khi
tách ra như vậy, giữa các cấp có thể bố trí thiết bị điều chỉnh


/>
nhiệt độ hoặc tạo điều kiện làm đồng đều chênh lệch trở lực và
nhiệt độ giữa các ống xoắn.

Thông thường bộ quá nhiệt cấp hai nằm gần cửa khói ra
khỏi buồng lửa. Ở đây khói có nhiệt độ cao nên để giảm nguy
cơ đóng xỉ trên ống, các ống xoắn thường được bố trí song song
đồng thời cần đảm bảo bước ngang tương đối
s1/d = 4,5 và bước dọc tương đối s2/d = 3,5. Bộ quá nhiệt cấp
một đặt sau, nằm ở vùng khói có nhiệt độ thấp hơn, nên để
tăng khả năng đối lưu của khói thì các ống xoắn được bố trí so
le.
Các ống xoắn này có thể được bố trí là ống đơn hay ống kép
như biểu diễn trên hình 9. Việc chọn bố trí ống đơn hay kép phụ
thuộc vào số l-ợng ống của bộ quá nhiệt, việc đảm bảo tốc độ
hơi và kích thước đường khói (chỗ đặt bộ quá nhiệt).

Hình 9: Các dạng ống xoắn của bộ quá nhiệt
Hơi trong ống của bộ quá nhiệt phải đảm bảo tốc độ trong
một phạm vi nào đó đủ để làm mát cho ống. Khi bố trí ống kép
thì tốc độ khói không thay đổi, nhưng tốc độ hơi sẽ giảm đi 2
lần nên nếu tốc độ nhỏ quá thì có thể sẽ không đảm bảo được
điều kiện làm mát ống đồng thời còn gây nên chênh lệch nhiệt