Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện docx

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên
của lò hơi nhà máy nhiệt điện






Đồ án tốt nghiệp


1

Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà
máy nhiệt điện



MỞ ĐẦU
Dầu mỏ đã được con người biết đến từ lâu, đến thế kỉ XVII, dầu mỏ
được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỉ XIX, dầu
được coi là nguồn nguyên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho

nền kinh tế quốc dân. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan
trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 65 đến 70% n
ăng lượng sử
dụng đi từ dầu mỏ, chỉ 20 đến 22% năng lượng nước và 8 đến 12% từ năng
lượng hạt nhân. [V- 3].
Công nghệ chế biến dầu mỏ được xem như bắt đầu ra đời vào năm
1859 khi mà Edwin Drake (Mỹ) khai thác được dầu thô. Lúc bấy giờ lượng
dầu thô khai thác được còn rất ít, chỉ một vài nghìn lít ngày và chỉ phục vụ
cho mục đích thắp sáng. Nhưng chỉ
một năm sau đó, không chỉ ở Mỹ mà còn
cả các nước khác người ta cũng đã tìm thấy dầu. Từ đó sản lượng dầu khí khai
thác ngày càng được tăng lên rất nhanh. Chúng ta có thể thấy rõ điều này từ
các số liệu dưới đây [VI- 3].
Lượng dầu thô đã khai thác được trên thế giới
Năm Sản lượng (Triệu tấn)
1860 0,1
1880 4,2
Đồ án tốt nghiệp


2
1900 19,9
1920 96,9
1930 296,5
1945 354,6
1950 524,8
1960 1051,5
1970 2336,2
1980 3067,1
1990 3700

1994 3003,4
1995 2982,5
1997 (riêng Việt Nam) 10,1

Cho đến nay, tổng trữ lượng dầu khí thế giới nhìn chung vẫn tăng đều
đặn mặc dù tốc độ tăng không còn như trước và hiện tượng này xảy ra cũng
không giống nhau ở các vùng khác nhau.
Bảng: Sự thay đổi trữ lượng dầu khí thế giới từ 1/1/1994 đến1/1/2003
Năm Dầu (triệu tấn) Khí đốt (tỉ feet khối)
1994 142.732 5016231
1995 142.826 4980278
1996 143.925 4933742
1997 145550 4945362
1998 145649 5086469
1999 147752 5144752
2000 145149 5146207
2001 146922 5278484
2002 147300 5451332
2003 173268 5501424
Đồ án tốt nghiệp


3

Theo thông tin dữ liệu của HIS Energy, vào giữa 2002 cho biết tổng trữ
lượng vùng nước sâu ở Đông Á- Đông Nam Á ước tính đạt 4598 triệu thùng
dầu (tức là cả dầu thô và khí đốt), trong đó có 1040 triệu thùng dầu thô và 20
Tcf (nghìn tỷ feet khối) khí.

Đồ án tốt nghiệp

4
Bảng: Trữ lượng và sản lượng dầu khí Đông Á- Úc.
Nước Trữ lượng xác minh (dầu- triệu thùng;
khí- tỷ feet)
Sản lượng khai thác
dầu (nghìn thùng/
ngày)
1/1/2003 1/1/2002 2002 2001
Brunei 1350 13800 1350 13800 185 108,5
Indonesia 5000 92500 5000 92500 1120 1214,4
Malaisia 3000 75000 3000 75000 760 744,2
Myanmar 50 10000 50 10000 10 8
Philipine 152 3772 178 3693 14 7,1
ThaiLan 583 13341 515,7 12705 130 118,1
VietNam 600 6800 600 6800 304 304,8
TrungQuoc 18250 53325 24000 48300 3400 3296
Ando 5367 26943 4840 22865 663 643,8
Australia 3500 90000 3500 90000 633 632,6
PaquaN.G 240 12230 238 12230 46 57
Neuzealand 189,7 3086 89,5 2,03 34 34
Dầu Khí Dầu Khí

Hiện nay ở Việt Nam có 3 mỏ dầu quan trọng được khai thác.
+ Mỏ Bạch Hổ: Bắt đầu khai thác từ năm 1986, tổng sản lượng thác đạt
trên 3 triệu tấn. Sản lượng khai thác hiện nay khoảng 7÷9 triệu tấn/năm
+ Mỏ Rồng: bắt đầu khai thác từ năm 1994, song sản lượng chưa
nhiều, đạt 12000÷18000 thùng/ngày.
+ Mỏ Đại Hùng: bắt đầu khai thác từ 10-1994, sản lượng 32000

thùng/ngày (5000 tấn/ ngày).
Về khí hyđrôcacbon hiện nay có các nơi được khai thác như sau:
Đồ án tốt nghiệp


5
+ Mỏ Tiền Hải (Thái Bình): là mỏ khí thiên nhiên đây là mỏ nhỏ, hàng
năm cung cấp 10÷30 triệu m
3
khí cho công nghiệp địa phương.
+ Mỏ Đại Hổ: là dạng khí đồng hành đi kèm khi khai thác dầu có thể
thu được 180÷200 m
3
khí đồng hành. Sản lượng của mỏ là 1,5 triệu tấn/năm.
+ Riêng mỏ khí Lan Tây- Lan Đỏ với trữ lượng là 58 tỷ m
3
sẽ dung cấp
lâu dài ở mức 2,7 tỷ m
3
khí/ năm.
Theo dự kiến của PetroVietNam, trong thời gian từ 2003 đến 2010,
cụm mỏ dầu khí ở vùng biển Cửu long và Nam Côn Sơn có thể cung cấp đến
6÷8 tỷ m
3
khí/năm.
Từ dầu khí, bằng các quá trình chế biến hóa học có thể tạo ra hàng loạt
các sản phẩm.
+ Sản phẩm năng lượng: những sản phẩm này được sử dụng để làm
chất đốt và nhiên liệu động cơ như: dầu hoả dầu FO, xăng, dienzel…
+ Sản phẩm phi năng lượng: những sản phẩm này không được sử dụng

như một dạng năng l
ượng mà được sử dụng vào mục đích khác như dầu nhờn,
mỡ bôi trơn, nhựa đường (bitum).
+ Sản phẩm hoá học: kà những bán thành phẩm thuộc loại các hoá chất
trung gian như: axit, rượu, anđêhit, xêtôn…
Nói chung phần dầu khí dùng để sản xuất các sản phẩm năng lượng
chiếm tỷ lệ cao: trệ 90% sản lượng dầu khai thác được trên thế giới.
Với tầm quan trọng của nă
ng lượng chủ yếu là điện năng phục vụ cho
đời sống và cho nền kinh tế cuả mỗi nước. Vì thế, các nước trên thế giới đã
tiến hành xây dựng các nhà máy điện gồm: nhà máy thuỷ điện hạt nhân. Ở
nước ta hiện nay có 2 loại nhà máy phát điện đó là: nhà máy nhiệt điện (Sông
Đà, Taly, Trị An, Hoà Bình…) và nhà máy nhiệt điện (Phú Mỹ lấy nhiên liệu
đốt là khí đồng hành, nhà máy Ph
ả Lại, Uông Bí lấy nhiên liệu đốt là than…).
Ở nước ta, tiềm năng xây dựng thuỷ điện còn rất ít nếu có chỉ ở tiềm
năng rất nhỏ khoảng vài trăm MW. Việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện
chạy băng khí tự nhiên hay khí đồng hành đã mở ra một bước phát triển mới
Đồ án tốt nghiệp


6
cho nghành sản xuất điện năng, giảm thiểu ô nhiễm, đáp ứng đủ điện năng
trong thời gian tới. Muốn phát triển được thì cần phải khai thác và vận dụng
tối đa những nguồn năng lượng đã có trong nước bằng các phương pháp hiện
đại hơn, hiệu quả hơn.
Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện, lò hơ
i là
khâu quan trọng đầu tiên, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên
liệu thành điện năng của lò hơi. Lò hơi là thiết bị lớn, vận hành rất phức tạp,

nó có khả năng sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nước tạo áp suất đẩy
tua bin kéo theo trục quay máy phát điện nhằm tạo ra điện năng. Do thấy vai
trò và tính chất quan trọ
ng của lò hơi trong lò máy nhiệt điện như vậy, nên
việc tính toán và thiết lò hơi sao cho phù hợp là việc làm rất cần thiết khi thi
công nhà máy nhiệt điện. Nhằm tăng thêm kiến thức hiểu biết của mỗi sinh
viên, em được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: " Thiết kế buồng đốt khí thiên
nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện năng suất 30 tấn hơi/ giờ".






Đồ án tốt nghiệp


7
PHẦN I
KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Trong nhà máy nhiệt điện lò hơi là thiết bị lớn và quan trọng nhất, nó
vận hành rất phức tạp và khả năng cơ khí hoá, tự động hoá cao. Nhiệm vụ của
lò hơi là sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nước chạy máy tuabin làm
quay trục máy phát điện nhằm biến đổi từ cơ năng sang điện năng. Ngoài ra
trong các lĩnh vực khác, lò hơi còn cung cấp hơ
i nóng để phục vụ cho các nhu
cầu như: sấy, hấp, luyện… nhưng trong các lĩnh vực này thì lò hơi của nó
thường nhỏ hơn, khả năng tự động hoá thấp hơn sơ với nhà máy nhiệt điện.
I. CẤU TẠO CỦA LÒ HƠI (HÌNH 1)

Lò hơi trong nhà máy nhiệt điện
1. Bao hơi 13. Ống dẫn nước nóng vào bao hơi
2. Phần nước trong bao hơi 14. Ống dẫn hơi bão hoà từ bao hơi tới
bộ quá nhiệt
3. Phần hơi của bao hơi 15. Bộ quá nhiệt cấp I
4. Buồng lửa 16. Bộ giảm ôn để điều chỉnh
5. Vòi phun khí tự nhiên 17. Bộ qúa nhiệt c
ấp II
6. Đường nhiên liệu tới vòi phun 18. Bộ sấy khí cấp I
7. Các dàn ống đặt xung quanh 19. Bộ sấy khí cấp II
8. Ống pheston 20. Ống dẫn khí nóng
9. Ẩng nước xuống 21. Quạt gió
10. Ống góp dưới của dàn ống 22. Quạt hút khói lò
11. Bộ hâm nóng nước cấp 1 23. Ống dẫn khói
12. Bộ hâm nóng nước cấp 2
Đồ án tốt nghiệp


8
II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA NỒI HƠI
Không khí nóng trong đường ống (20) cùng nhiên liệu khí tự nhiên (từ
ống dẫn 6) được phun vào vòi phun (5) và vào buồng lửa (4). Dưới tác dụng
của nhiệt độ cao trong buồng lửa, nhiên liệu kết hợp với O
2
tạo ra hỗn hợp
cháy, nhiệt toả ra do quá trình cháy sẽ cung cấp nhiệt cho dàn ống (7) rồi bốc
hơi đẩy hỗn hợp hơi + nước lên bao hơi (1). Sự truyền nhiệt trong buồng lửa
được thực hiện bàng bức xạ nhiệt giữa buồng lửa và dàn ống. Bao hơi được
dùng để phân ly hỗn hợp hơi và nước. Phần nước trong bao hơi được đưa trở
lại các dàn ống qua

đường ống (9) đặt bên ngoài. Nước đi trong ống (9) không
được đốt nóng nên có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nước ở các dàn
ống (7), điều đó đã tạo nên sự chênh lệch trọng lượng cột nước làm cho môi
chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên kín mà không cần phải bơm.
Lượng hơi nước trong bao hơi là lượng hơi nước bão hoà sẽ đi vào ống
dẫn (14) đến b
ộ qúa nhiệt cấp I (15) và bộ quá nhiệt cấp II (17) để tạo thành
hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao, lượng hơi này được điều chỉnh ổn định bằng
giảm ôn (16). Hơi quá nhiệt được đưa sang phân xưởng tuabin để chạy máy
phát điện.
Để có hơi quá nhiệt ở trên người ta phải cung cấp 1 lượng nước mềm,
lượng nước này đã đi qua bộ hâm nóng nước cấp I (11) và bộ
hâm nóng nước
cấp II (12). Khi ra khỏi bộ hâm nóng nước cấp II thì nước đã có nhiệt độ
khoảng 150
0
C và nó được đưa đến bao hơi.
Lượng không khí nóng đưa vào buồng (4) được lấy từ không khí nhờ
quạt gió (21) và được hâm nóng bằng bộ hâm nóng không khí cấp I (18) và bộ
hâm nóng không khí cấp II (19). Phần ống ở cửa ra buồng lửa gọi là ống
pheston (8) được chia thành nhiều dãy (ống được đặt thưa) để giảm bớt tro,
bẩn bám trên ống. Pheston còn hấp thụ thêm 1 phần nhiệt lượng của khói
trước khi đi vào bộ quá nhiệt. Khói lò ra kh
ỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ cao, vì
vậy người ta đặt thêm bộ hâm nóng nước (11), (12) và bộ hâm nóng không
khí (18), (19) để tiết kiệm nhiệt thừa của khói thải. Nhiệt độ khói thải khoảng
Đồ án tốt nghiệp


9

110 - 170
0
C. Quạt hút khói (22) để hút khói từ buồng đốt (4) và đẩy ra môi
trường bằng ống khói (23).
II.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bao hơi.
Sơ đồ thiết bị phân ly để đưa hỗn hợp hơi và nước dưới mức nước
trong bao hơi (hình 2).











Hình 2: Cấu tạo bao hơi
1. Ống sinh hơi 6. Ống đưa nước cấp
2. Tấm không đục lỗ
7. Tấm đục lỗ ở khoang hơi
3. Tấm đục lỗ đặt chìm 8. Ống lấy hơi
4. Cánh hướng của tấm đục lỗ 9. Ống nước xuống
5. Mép gỗ của tấm đục lỗ

Nguyên lý làm việc:
Hỗn hợp hơi - nước từ ống sinh hơi (1) đi vào bao hơi và được hướng
xuống dưới tấm chắn có đụ
c lỗ (3) nhờ 1 tấm chắn không đục lỗ (2). Hơi đi

lên chỉ có thể chui qua lỗi đặt chìm trong nước, cách mức nước thấp nhất ở
7
3
5
4
9
1
2
6

Đồ án tốt nghiệp


10
trong bao hơi khoảng 50 - 150mm. Gờ ghép của tấm đục lỗ (3) có kích thước
không nhỏ hơn 50mm để ngăn hơi không lọt ra phía ngoài tấm đục lỗ.
Nước cấp vào theo ống đưa nước cấp (6) rồi chảy vào máng lớn đặt dọc
theo bao hơi giữa tấm (3) và vách bao hơi, rồi chảy tràn lên tấm đục lỗ. Tiết
diện máng chọn theo yêu cầu, tốc độ nước đi trong máng khoảng 0,2 - 0,3m/s.
Hơi nướ
c trong bao hơi đã phân li nước đi qua tấm đục lỗ ở khoang hơi
(7) và vào ống lấy hơi (8). Nhờ tấm đục lỗ (7) này mà hơi nước đi vào ống lấy
hơi (8) được phân bố đồng đều và ổn định hơn. Mặt khác tấm (7) có tác dụng
tách ẩm cho hơi nước lần cuối. Nước trong bao hơi được tuần hoàn khi đi
xuống ống (9) để đun nóng.
Tác dụng củ
a tấm đục lỗ (3) là:
+ Đảm bảo phụ tải của mặt bốc hơi được đồng đều
+ Tăng trở lực của dòng làm cho động năng của dòng hơi giảm đi do
đó hơi không đủ khả năng mang theo những giọt nước lớn

+ Sử dụng tốt hơn thể tích khoang hơi và diện tích của mặt bốc hơi.
II.2. Các đặc tính kỹ
thuật cơ bản của lò hơi
a. Thông số hơi.
Trong nhà máy nhiệt điện, các trị số áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt
được chọn trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật của chu trình nhiệt. Trong công
nghiệp, lò hơi khi dùng để sản xuất hơi bão hoà thì có thể chỉ cần đặc trưng
thông số hơi là áp suất (N/m
3
= Pascal, 1 ATM = 10
5
Pascal).
b. Sản lượng hơi.
Là số lượng hơi sản xuất ra của lò trong một đơn vị thời gian (đo bằng
kg/s, kg/h, hoặc tấn/h).
Người ta phân biệt các số lượng hơi sau đây:
- Sản lượng hơi định mức của lò hơi là sản lượng lớn nhất mà lò hơi có
thể cho phép làm việc lâu dài ở thông số hơi quy định.
Đồ án tốt nghiệp


11
- Sản lượng hơi cực đại là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể cho phép
làm việc được. Thường D
kinh tế
= (1,1 - 1,2)D
đm
.
- Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà tại đó lò làm việc với hiệu
suất cao nhất. Thường D

kinh tế
= (0,8 - 0,9)D
đm
.
c. Nhiệt thế thể tích của buồng lửa
Là lượng nhiệt sinh ra trong 1 đơn vị thể tích buồng lửa trong 1 đơn vị
thời gian.

3
3
lv t
v
bl
10 .B .Q
Q,W/m
V
=

Trong đó:
B
lv
: Lượng nhiên liệu tiêu hao, m
3
/s
Q
t
: Nhiệt trị của nguyên liệu, KJ/Kg
V
bl
: Thể tích buồng lửa, m

3
.
d. Năng suất bốc hơi của lò hơi.
Là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện tích bề mặt đốt trong 1 đơn vị
thời gian (kg/m
2
h), đặc tính này thường dùng cho các lò hơi nhỏ trong công
nghiệp.
e. Hiệu suất của lò hơi.
Là tỉ số giữa lượng nhiệt mà môi chất hấp thụ được có ích so với lượng
nhiệt sinh ra trong buồng lửa. Trường hợp đơn giản, hiệu suất có thể được xác
định.

()
qn hn
t
ii
.100%
B.Q
−
η=Δ.

Trong đó:
D: Sản lượng của lò hơi, Kg/h
Vì vậy tỉ số lượng nhiệt nước thêm vào trong 1 giờ và lượng nhiệt sinh
ra trong 1 giờ bằng
η
và
η
< 1.

Đồ án tốt nghiệp


12
Các đặc tính về thông số lò hơi được chọn tuỳ ý theo sản lượng, còn
các đặc tính về nhiệt độ thế thể tích được chọn theo cấu tạo buồng lửa và loại
nguyên liệu đốt.
Bảng dưới đây trình bày các đặc tính của lò hơi đã được tiêu chuẩn hoá
ở Liên Xô [I - 8].

Đồ án tốt nghiệp


13
Sản lượng định mức
(tấn/h)
áp suất hơi
(MN/m
2
)
Nhiệt độ hơi
quá nhiệt
(
0
C)
Nhiệt độ hơi
quá nhiệt
trung gian
(
0

C)
Nhiệt độ nước
cấp (
0
C)
10 1,4 250
20 2,4 425
6,5; 10; 15; 20; 25; 35; 50;
75
4 440 150
60; 90; 120; 160; 220 10 510 - 540 215
160; 210; 320; 420; 480 14 545 - 570 230
320; 500; 640 14 545 - 570 545 - 570 230
950 25,5 545 - 585 570 260

III. BỘ QUÁ NHIỆT
Bộ quá nhiệt là 1 thiết bị dùng để gia nhiệt hơi từ trạng thái bão hoà ở
áp suất trong bao hơi tới trạng thái quá nhiệt quy định.
Ở các lò hơi cũ, bộ quá nhiệt thường đặt sau dàn ống sinh hơi (pheston
hay cụm ống đối lưu), nhiệt độ khói lò trước bộ quá nhiệt không quá 700
0
C,
nhiệt độ hơi không quá 400
0
C. Ở những lò hơi hiện đại thông số trung áp
(3,28 NM/m
2
và 450
0
C), cao áp (9,81 MN/m

2
và 510
0
C), bộ quá nhiệt thường
đặt ở vùng khói có nhiệt độ cao (>1000
0
C) để đảm bảo thu được hơi có nhiệt
độ yêu cầu. Song những bộ quá nhiệt này chỉ đặt sau cụm ống pheston, do đó
gọi là bộ quá nhiệt đối lưu. Ở những lò hơi có nhiệt độ hơi cao hơn (> 530
0
C)
đòi hỏi phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn. Khi đó những
bộ quá nhiệt đặt ở phần trên buồng lửa (trước cụm ống pheston) gọi là bộ quá
nhiệt nửa bức xạ, còn khi đặt xen kẽ với dàn ống hấp thụ nhiệt xung quanh
buồng lửa thì gọi là bộ quá nhiệt bức xạ.
Bộ quá nhiệt gồm cả 3 phần: bức x
ạ, nửa bức xạ, đối lưu gọi là bộ quá
nhiệt tổ hợp. Tuỳ theo thông số của lò hơi mà tỷ số giữa các phần bề mặt đối
của chúng khác nhau.
Đồ án tốt nghiệp


14
Bảng dưới đây trình bày tỷ lệ hấp thụ của bộ quá nhiệt so với tổng
lượng hấp thụ của lò: [II - 275].
Loại lò hơi
Sản
lượng
hơi D,
(tấn/h)

Thông số
hơi
(MN/m
2
/
0
C)
Lượng nhiệt hấp thụ của bộ
quá nhiệt Δ
in
(KJ/Kg)
Tỷ lệ so với
tổng lượng
nhiệt hấp thụ
của lò Δi
qn
/Δi
(%)
Chính Trung gian
BW 10 1,3/320 - 293 11
OR - 32 32 1,96/350 - 335 12,4
Гк 375/ 39 фт 75 3,82/450 - 523 19,4
Тп - 42 230 9,81/510 - 692 27,9
Тп -10 220 9,1/54 - 769 30,1
Тп - 80 420 13,72/570 - 913 36,2
Пk-39 950 25/585 3,7/570 1680 61,7
Тпп-200 2400 25/585 5,/570 và
1,5/570
1895 64

II.1. Bộ quá nhiệt đối lưu
Bộ quá nhiệt đối lưu gồm những ông xoắn có đường kính khoảng 28 -
42mm, có bề dày nhỏ nhất theo điều kiện công nghệ chế tạo ống là 3mm, và
lớn nhất theo điều kiện bền là 7mm. Những ống xoắn này có thể đặt đứng hay
nằm ngang. Việc đặt ngang hay đứng phụ thuộc vào phương của dòng khói,
để đảm bảo sao cho dạng lư
u động tương hỗ giữa dòng hơi và dòng khói ở
từng đoạn ống xoắn là dạng lưu động cắt. Bộ quá nhiệt có ống xoắn nằm
ngang chủ yếu được dùng cho lò hơi nhỏ kiểu ống nước sinh hơi, nằm
nghiêng vì thế nó lợi dụng triệt để không gian đường khói của lò, và cho phép
xả được nước đọng do hơi trong các ống xoắn ngưng đọng lại lúc ngừng lò,
do đó khắc phục được hiện tượng ăn mòn lò khi nghỉ. Song bộ quá nhiệt đặt
ngang có nhược điểm là hệ thống treo đỡ các ống xoắn khá phức tạp.
Trong bộ quá nhiệt có ống xoắn đặt đứng, mỗi ỗng xoắn được đặt trong
1 mặt phẳng vuông góc với ngực lò và đảm bảo đường hơi cắt đường khói
nhiều lần. Các ống xoắn do nằm trong mặt ph
ẳng trùng với phương chuyển
Đồ án tốt nghiệp


15
động của dòng khói nên cũng được đốt nóng đồng đều, mặc dù trường nhiệt
độ khói giảm dần đi theo chiều chuyển động của dòng khói. Việc đặt các ống
xoắn đứng còn khắc phục được ảnh hưởng của trường nhiệt độ không đồng
đều theo chiều cao đường khói đến lượng nhiệt hấp thụ của từng ống, tuy rằng
ở những lò lớn hiện đại có khi chi
ều cao đường khói từ 6 - 8m, phụ tải nhiệt
giữa phần trên và phần dưới ống xoắn có thể khác nhau 20%. Nhưng việc đặt
ống xoắn như vậy sẽ không khắc phục được hiện tượng đốt nóng không đồng
đều các ống xoắn do trường nhiệt độ khói không giống nhau theo chiều rộng

đường khói.













Hình 3. Cấu tạo bộ quá nhiệt nằm ngang
1. Dàn ố
ng sinh hơi nằm nghiêng
2. Ống góp
3. Ống dẫn hỗn hợp hơi
4. Bao hơi
5. Ống xoắn của bộ quá nhiệt
6. Ống góp bộ quá nhiệt
1
6
6
4
5
3
2
Đồ án tốt nghiệp

16
Ở những lò lớn có đường khói rộng tới 20m, phụ tải nhiệt trên mỗi ống
xoắn có thể vượt quá 30% so với trị số trung bình.
Vì các ống xoắn của bộ quá nhiệt luôn làm việc trong vùng khói có
nhiệt độ cao, nên để giảm nguy hiểm do đóng xỉ trên ống khi đốt nguyên liệu
nhiều tro, người ta thường lắp các ống xoắn theo dạng cụm ống song song.
Những bộ quá nhiệt cấp I đặt sau bộ quá nhi
ệt cấp II (theo đường khói), do
nhiệt độ khói đã giảm thấp nên có thể đặt so le được. Cũng vì lý do đóng xỉ
lên ống, khoảng cách giữa các ống cần lớn hơn trị số giới hạn nào đó.
Theo kinh nghiệm bước ngang tương đối
1
S
4,5
d
≥
và bước dọc tương
đối
2
S
3,5
d
≥
.
Thông thường mỗi cấp của bộ quá nhiệt hấp thụ vào khoảng 200 - 350
KJ/kg hoặc cao hơn một chút.
Bộ quá nhiệt đặt đứng ưu điểm hơn so với bộ quá nhiệt nằm ngang nhất
là về phần treo giữ. Nhưng có một nhược điểm rất lớn là không xả được nước

đọng ra khỏi các ống xoắn. Nước đọng có trong các ống xoắn một mặt gây
nên ăn mòn khi nghỉ, mặt khác ngăn cản không cho hơi thoát qua bộ quá nhiệt
lúc khởi động lò (do áp xuất hơi còn thấp) tạo nên các túi hơi trong ống xoắn
làm cho vách ống bị đốt nóng quá mức.
III.2. Bộ quá nhiệt bức xạ và nửa bức xạ.
Ở những lò hơi có thông số cao và siêu cao trở lên, tỷ lệ lượng nhiệt
dùng để quá nhiệt hơi khá lớn, nhất là ở những lò có quá nhiệt trung gian,
khiến cho kích thước bộ
quá nhiệt rất lớn. Vì vậy đòi hỏi phải đặt một bộ
phận quá nhiệt trong buồng lửa nghĩa là hấp thụ nhiệt bằng bức xạ.
Nộ quá nhiệt nửa bức xạ bao gồm những chùm ống xoắn hình chữ U
hoặc dị hình đặt dọc phía trên buồng lửa. Bước ngang của ống (khoảng cách
giữa các dàn ống) bằng từ 700 - 1000mm. Việc chọn bước
ống lớn như vậy sẽ
Đồ án tốt nghiệp


17
khắc phục được khả năng tạo nên những cầu xỉ giữa các dàn ống quá nhiệt.
Bộ quá nhiệt nửa bức xạ được sử dụng rộng rãi cho những lò hơi có nhiệt độ
hơi khoảng 530 - 540
0
C trở lên.
Bộ quá nhiệt bức xạ thường có dạng dàn ống đặt trên tường hay trên
trần buồng lửa. Phụ tải nhiệt của nó thường cao hơn bộ quá nhiệt đối lưu từ
3
÷
5 lần nên nhiệt độ kim loại thường cao hơn nhiều so với nhiệt độ hơi (từ
100 - 140
0

C). Vì vậy yêu cầu cao về kim loại để chế tạo và vận hành.
IV. CÁC CÔNG THỨC LIÊN QUAN.
Nước cung cấp vào lò đến khi thành hơi quá nhiệt đã trải qua giai đoạn
hấp thụ nhiệt: đun nước đến sôi, bốc hơi thành hơi bão hoà và quá nhiệt. Các
giai đoạn này có thể diễn đạt bằng các phương trình sau; [I - 6].
( ) ( )
()
( )
'' ' ''
hn hn hn
mc s p qn bh
Qii iir.xr.1xc.tt,Kj/Kg=−++++−+ −

Trong đó
i
h’n
, i
h"n
: Entapi của nước khi vào và ra khỏi bộ hâm nước, Kj/Kg
i
s
: Entapi của nước sôi trong bao hơi, KJ/Kg
r: Nhiệt hoá hơi ở áp suất trong bao hơi
X: Độ khô của hơi nước khi ra khỏi bao hơi.
t
bh
, t
qn
: Nhiệt độ bão hoà và hơi quá nhiệt,
0

C
C
p
: Tỷ nhiệt của hơi quá nhiệt, KJ/Kg. độ
Sau khi biến đổi ta có công thức

( )
mc s p qn bh h ' n
QirCtt i,KJ/Kg=++ − −

Vì: (i
s
+ r) là entanpi của hơi bão hoà khô và C
p
(t
qn
- t
bh
) là độ quá nhiệt
của hơi quá nhiệt, nên biểu thức:
i
s
+ r + C
p
(t
qn
- t
h
) chính là entanpi của hơi quá nhiệt (t
qn

)
Đồ án tốt nghiệp


18
Do đó lượng nhiệt cần để sinh hơi của 1 kg môi chất
Q
mc
= i
qn
- i
h’n

Nếu kể cả lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí Q
kk
thì phương trình cân
bằng nhiệt củ lò hơi sẽ là :

[]
mc kk ®v
B
QQQ.. ,KJ/K
g I6
D
+=η −

Trong đó:
Q
đv
: Lượng nhiệt đưa vào ứng với 1 kg nguyên liệu, bao gồm nhiệt của

nguyên liệu, nhiệt không khí, và của nguồn khác đưa vào buồng lửa.
η: Hiệu suất của lò hơi.
B: Lượng khí tiêu hao, m
3
/h
D: Sản lượng hơi của lò, Kg/h
* Mối quan hệ giữa Entanpi và áp suất hơi nước.
Tỷ lệ phân bố hấp thụ giữa các phần đun nóng đến sôi, bốc hơi và đến quá
nhiệt luôn phụ thuộc vào thông số của lò hơi.
Ta có đồ thị (i-p) biểu diễn sự phụ thuộc này [I-7].









2

4

6 8 10
12 14
16 18 20
22
0

420

840

1260

1680

2100

2520

2940

3360

P, NM/m
2
KJ/Kg
Entanpi của hơi bão hoà khô
Δ
ipn
Δ

ibh
=R
Δ
is
Entanpi của nước sôi is
r=0
Đồ án tốt nghiệp

19

Δ
i
s
: Lượng nhiệt dùng để đun nóng nước đến sôi
Δ
i
bh
: Lượng nhiệt dùng để bốc hơi nước
Δ
i
qn
: Lượng nhiệt dùng để quá nhiệt hơi đến nhiệt độ quy định
r: ẩn nhiệt hoá hơi
r =
∑
nhiệt ở trạng thái hơi - tổng nhiệt ở trạng thái lỏng
K: Biến đổi tới hạn (là điểm tại đó trạng thái hơi, lỏng không
phân biệt nhau được).
Từ đồ thị ta thấy đun nước tới áp suất càng lớn thì lượng nhiệt dùng để
bốc hơi nứơc càng bé và lượng nhiệt để đun sôi càng lớn. Ở áp suất tới hạn,
lượng nhiệ
t dùng để bốc hơi bằng 0 (r = 0) khi đó lượng nhiệt hấp thụ của môi
chất chỉ dùng để đun sôi nước và quá nhiệt hơi. Trong lò, hơi nước luôn ở
trạng thái sôi nên không thể làm việc ở áp suất từ tới hạn trở lên được.
V. BỘ HÂM NÓNG NƯỚC
Là bề mặt truyền nhiệt đặt ở phía sau lò hơi để tận dụng nhiệt của khói

lò sau khi đi ra từ bộ quá nhiệt, có tác dụng là nâng cao hiệu suất của lò hơi.
Vì thế mà bộ hâm nóng nước còn có tên gọi là bộ tiết kiệm nhiên liệu.
Ở đầu vào của bộ hâm nóng nước, nhiệt độ kim loại có trị số nhỏ nhất
so với các bề mặt truyền nhiệt chịu áp suất củ
a lò. Hầu hết ở các lò, do nhiệt
độ không khí nóng không cao nên toàn bộ lượng nhiệt còn lại ở phần nhiệt
được dùng để gia nhiệt cho bộ hâm nóng nước. Vì vậy bộ hâm nóng nước
thường làm việc ở trạng thái sôi. Tỷ lệ bốc hơi nước (tỷ lệ sôi) có thể lên tới
30% hoặc cao hơn. Ở những lò hiện đại việc phân loại sôi hay không sôi
không thể hiện gì sự khác biệt về cấu tạo, mà chỉ
thể hiện sự khác nhau về quá
trình nhiệt của bộ hâm nước mà thôi.
Đồ án tốt nghiệp


20
Cấu tạo bộ hâm nước được chia làm 3 loại sau: loại ống thép trơn, ống
thép có cánh, loại bằng gang.
Loại ống thép có cánh, cánh nằm dọc theo bên ngoài ống bằng cách hàn
hoặc chế tạo liền một khối với ống. Cánh cũng có thể dạng hình đĩa (bằng
gang) lắp khít với ống. Việc đặt thêm cánh làm tăng thêm bề mặt truyền nhiệt
cho ống, hiện nay hầu như không sử dụng loạ
i này do chế tạo phức tạp.
V.1. Bộ hâm nước bằng ống thép trơn
Bộ hâm nước bằng ống thép trơn được sử dụng chủ yếu cho các loại là
hơi hiện đại. Cấu tạo của nó gồm những ống thép có đường kính ngoài thường
là 28, 32, 38mm. Các ống xoắn được chế tạo dưới dạng những đoạn ống uốn
đem hàn với nhau trong cùng một mặt phẳng.
Để tiện việc sửa chữa, người ta
thường đặt các mối hàn ở gần tường lò. Hiện nay, ngay tại nhà máy chế tạo

người ta đã uốn và nối sẵn ống xoắn với ống góp thành từng cụm và lắp ghép
sau này được tiến hành theo phương pháp lắp khối mà không dùng biện pháp
núc để nối.
Sơ đồ ống xoắn (hình 4) theo chiều cao của ống xoắn bộ hâm nước
được chia thành nhiều c
ụm cách nhau khoảng 0,5m để dễ dàng cho việc sửa
chữa và làm vệ sinh [II - 296].








Đồ án tốt nghiệp


21

Hình 4: Ống xoắn bộ hâm nước
Để hạn chế kích thước của lò, các ống xoắn được bố trí so le. Bán kính
uốn không quá lớn nhưng cũng không quá nhỏ vì khi ấy tại chỗ uốn sẽ sinh ra
những ứng suất cục bộ. Thường lấy bán kính bằng 1,5 - 2 lần đường kính ống.
Để hạn chế bám bẩn, bước ngang giữa các ống lấy bằng 2 - 3 lần đường kính
ống. Bề mặt cấ
u tạo, cơ cấu treo hay đỡ ống xoắn của bộ hâm nước không có
gì khác với cơ cấu giữ ống xoắn của bộ quá nhiệt nằm ngang. Các cơ cấu treo
hay đỡ ống xoắn được tựa lên hay treo vào các dầm đỡ. Dầm đỡ có dạng hình
ống được gắn với khung lò. Vì dầm đặt trong vùng khói có nhiệt độ cao nên

người ta thường cách nhiệt dầm đỡ và làm mát bằng dòng không khí lưu động
tự nhiên qua d
ầm hoặc lưu động cưỡng bước bằng cách nối dầm với đầu hút
hay đầu đẩy của quạt gió.
Người ta thường đỡ và giữ ống xoắn bằng các đai thép bộc lấy ống
xoắn hoặc treo trên những móc giữ. Để đảm bảo các ống xoắn khỏi bị mài
mòn thường che ống xoắn bằng những lá chắn hay đưa vùng ống bị mài mòn
nhất ra khỏi
đường khói của lò.
Về mặt truyền nhiệt cũng như về mặt cấu tạo thì mặt phẳng ống xoắn
có thể đặt song song hay vuông góc với ngực lò. Tuỳ vào sự bố trí đó mà tốc
độ nước đi trong ống xoắn sẽ lớn nhất hay nhỏ nhất. Song thực ra việc bố trí
ống xoắn không phải dựa trên yêu cầu của tốc độ nước mà chủ yếu là để
bảo
vệ cụm ống khỏi bị mòn. Hiện nay, người ta thường bố trí ống xoắn nằm rong
mặt phẳng song song với ngực lò vì nếu bố trí ống xoắn vuông góc tường sau
lò thì khi ấy các ống xoắn đều đi qua vùng khói có nồng độ tro lớn nhất nên
các ống xoắn đều bị mài mòn.
Ở những lò lớn do chiều rộng của lò rất lớn nên bộ hâm nước nóng
thường chia làm 2 phần, có 2 đườ
ng nước đi riêng và khi đó đoạn ống uốn
Đồ án tốt nghiệp


22
nằm gần nhau của 2 phần (giữa đường khói) cũng cần được bảo vệ khỏi mài
mòn bởi tro bay [II - 297].
Một số là bé ở các nước, để đảm bảo tốc độ nước trong ống xoắn,
người ta có thể bố trí ống xoắn theo dạng không gian chứ không phải trong
một mặt phẳng. Khi đó toàn bộ bộ hâm nước chỉ có một ống xoắn. Việc này

cho phép giảm được bướ
c dọc của ống khá nhiều, do đó kích thước không
gian của bộ hâm nước giảm đi nhiều nhưng chế tạo và sửa chữa tương đối
phức tạp.
V.2. Bộ hâm nước bằng gang
Bộ hâm nước bằng gang gồm những ống bằng gang đúc. Đường kính
trong khoảng từ 76 - 120mm, dài từ 1,5 - 3m. Những ống này thường đặt nối
tiếp với nhau bằng những cút nối bằng gang. Th
ực chất bộ hâm nước bằng
gang cũng chỉ gồm một ống xoắn bố trí theo dạng không gian.
Do gang có hệ số dẫn nhiệt kém nên để tăng cường hệ số truyền nhiệt
người ta đúc thêm cánh cho các ống và gọi là ống bằng gang có cánh.
Vì các ống và cút nối được gắn với nhau nhờ mặt bích và bulông nên
việc lắp bộ hâm nước này tương đối dễ dàng. Số ống được nối trong m
ỗi dãy
ngang thường 2 - 10 ống, còn theo dãy dọc từ 4 - 14 ống. Trở lực trung bình
qua mỗi dãy ống khoảng 15 - 20N/m
2
.
Do các ống có cánh nên tro bám lên ống rất nhiều, vì vậy ở đây người
ta lắp thêm thiết bị thổi bụi. Bộ hâm nước bằng gang được sử dụng khá rộng
rãi cho các lò công nghiệp và lò nhỏ không có những phương pháp xử lý nước
hoàn thiện (như không có biện pháp khử khi nước cấp) do gang chịu ăn mòn
tốt hơn thép. Mặt khác, do gang ít bền hơn thép, dòn không chịu được tác
dụng va đập nên người ta không dùng gang để chế tạo cho nh
ững bộ hâm
nước có áp suất lớn. Ở Liên bang Nga hiện nay bộ hâm nước bằng gang chỉ
Đồ án tốt nghiệp

23
chế tạo để làm việc với áp suất 2,75MN/m
2
, ở một số nước khác thì áp suất
khoảng 6MN/m
2
.
Vì gang không chịu được tác dụng va đập nên để tránh hiện tượng thuỷ
kích trong ống của bộ hâm nước thì nước phải không được sôi và sinh hơi.
Theo phạm vi cấu tạo để vận hành an toàn lò hơi, nước ra khỏi bộ hâm nước
bằng gang có nhiệt độ nhỏ hơn 40
0
C so với nhiệt độ của nước trong lò. Mặt
khác, trong giai đoạn nhóm lò do nước không đi qua bộ hâm nước để cung
cấp vào lò nên để tránh việc khói đốt nóng ống và làm bốc hơi nước cần bố trí
đường khói tắt không cho qua bộ hâm nước.
VI. CẤU TẠO BỘ HÂM NÓNG KHÔNG KHÍ.
Theo nguyên tắc truyền nhiệt bộ hâm nóng không khí được chia làm 2
loại: loại thu nhiệt và loại hồi nhiệt. Ở loại thu nhiệt, nhiệt truyền trực tiếp từ
khói tới không khí qua vách kim loại. Ở loại hồi nhiệt, khói đầu tiên đốt nóng
kim loại rồi nhiệt tích tụ lại ở đây sau đó truyền cho không khí. Như vậy mỗi
phần từ của bộ hâm nóng không khí sẽ làm việc ở trạng thái tiếp xúc v
ới
khói, khi thì với không khí.
Bộ hâm nóng không khí kiểu thu nhiệt là loại được sử dụng rộng rãi
nhất hiện nay, về mặt cấu tạo nó có thể gồm các kiểu sau: kiểu bằng tấm thép,
kiểu bằng ống gang và ống thép. Nhưng kiểu tấm thép hiện nay không được
sử dụng, còn bộ hâm nóng không khí kiểu ống thép thì đang được sử dụng
rộng rãi nhất hiện nay. Nó gồm một hệ thống nhữ
ng ống đứng so le và được

giữ với nhau bởi 2 mặt sàng, trong đó khói đi trong ống còn không khí đi
ngoài ống. Thông thường người ta chế tạo bộ hâm nóng không khí thành
từng cụm (khối), khi lắp lò chúng được nối với nhau tạo thành bộ hâm nóng
không khí . Kích thước của khối này được chọn theo kích thước của đường
khói đối lưu, thường một cạnh của khối lấy bằng chiều sâu của đường khói,
còn cạnh kia
được chọn trên cơ sở kích thước chiều rộng và số khối (ước số
theo bề rộng của lò). Việc chia thành khối như vậy cho phép vận chuyển và
Đồ án tốt nghiệp


24
lắp ráp dễ dàng. Sơ đồ bộ hâm nóng không khí thành các khối và cách nối
các khối với nhau được trình bày (hình 5) [II - 302].











Hình 5: Sơ đồ chia bộ hâm nóng không khí thành khối và
cách nối các khối.
a. Các khối b. Chi tiết nối giữa 2 khối
1. Mặt sàng; 2. Ống; 3. Vành bù dãn nở nhiệt và làm kín
Khi nối các khối là để ngăn không khí lọt vào trong đường khói qua các

kẽ hở, giữa các mặt sàn người ta đặt các vành bù, giữa các khối của bộ hâm
nóng với khung lò cũ
ng đặt vành bù. Vành bù là những tấm tôn mỏng nối
giữa mặt sàng với khung lò. Vì bộ hâm nóng làm việc ở trạng thái không có
áp suất nên chế tạo lá tôn dày khoảng 1,25 - 1,5mm, uốn lại và hàn mí. Các
ống thép có đường kính nằm trong phạm vi 25 - 51mm, và hiện nay có xu
hướng sử dụng hai loại đường kính 40mm và 51mm, vành bù là dày 1,5mm.
Mặt sàng được tính theo điều kiện bền, thường đối với mặt trên và dưới
lấy bằng 15 - 25mm. Để tăng cường độ cứng của b
ộ hâm nóng, giữa 2 mặt
1
2
3

a)
b)