Giáo án lò hơi

PDF by Trang 1
GIÁO ÁN MÔN HỌC: LÒ HƠI
Tài liệu tham khảo:
1. Thiết bò lò hơi – Trương Duy Nghóa
2. Thiết kế lò hơi – Trần Thanh Kỳ
3. Sổ tay kỹ thuật lò hơi – Phan Sâm
MỞ ĐẦU
1. Khái niệm
- Lò hơi là thiết bò sinh ra hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao bằng cách cấp
nhiệt vào. Nhiên liệu sử dụng thường là nhiên liệu hoá thạch như: dầu mỏ, than
đá, khí đốt. Ngoài ra lò hơi còn được cấp nhiệt bằng điện trở
2. Công dụng của lò hơi
 Sử dụng trong các quy trình công nghệ như trong các nhà máy dệt, nhà máy
đường, thực phẩm, giao thông vận tải, rượu bia, nhà máy giấy, trong nhà máy
nhiệt điện…
 Cung cấp hơi cho các tuabin hơi của nhà máy nhiệt điện
 Dùng để làm sức kéo dùng trong động cơ hơi nước
3. Các thông số kỹ thuật cơ bản của lò hơi
a. Sản lượng hơi (công suất, năng suất) D: là lượng hơi sinh ra trong một đơn vò
thời gian (kg/h, tấn/h, kg/s)
- SLH đònh mức D
đm
: SLH lớn nhất mà lò hơi có thể làm việc lâu dài ở thông số
hơi qui đònh.
- SLH qui ước (Equivalent evaporation): SLH sinh ra tại 100
o
C (Steam rating from
water at 100
o
C to steam at 100
o

C)
- SLH cực đại: SLH lớn nhất cho phép NH làm việc tạm thời trong một thời gian
ngắn. Thường Dmax = (1,1 ÷ 1,2)Dđm.
- SLH kinh tế: ứng với khi NH đạt hiệu suất cao nhất. Thường D
kt
= (0,8 ÷
0,9)D
đm

b. Áp suất làm việc, nhiệt độ làm việc: hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt. Thông số
càng cao thì hiệu suất càng cao
PDF by Trang 2
p suất: 20kgf/cm
2
;50 kgf/cm
2
;100 kgf/cm
2
;180 kgf/cm
2
;240 kgf/cm
2
;300 kgf/cm
2

Nhiệt độ:400;450;540;565;600
o
C
c. Nhiệt thế thể tích của buồng lửa
V

Q
q
V
=
, kJ/m
3
Trong đó:
Q: nhiệt lượng sinh ra
V: thể tích buồng lửa
d. Năng suất bốc hơi: khả năng sinh hơi trên một đơn vò diện tích bề mặt đốt trên
một đơn vò thời gian (kg/m
2
h)
e. Phụ tải nhiệt của lò hơi:Nhiệt lượng mà hơi sinh ra cung cấp cho nơi sử dụng
trong một đơn vò thời gian (kJ/h, kcal/h, kW)
f. Hiệu suất nhiệt của lò hơi: tỷ lệ nhiệt lượng nhận được từ hơi nước và nhiệt
lượng cấp vào cho lò hơi. Thông thường hiệu suất nhiệt của lò hơi lớn hơn 80%

CHƯƠNG 1 – LÒ HƠI VÀ CÁC KHÁI NIỆM
Nồi hơi là thiết bò sản xuất ra hơi nước nhờ sử dụng nhiệt năng toả ra khi đốt
nhiên liệu.
- Xảy ra 02 quá trình chuyển biến năng lượng: cháy và trao đổi nhiệt.
- Hệ thống nồi hơi bao gồm các thiết bò chính và thiết bò phụ:
+ TB chính là các bộ phận thuộc bản thể lò (phục vụ trực tiếp cho việc
sinh hơi) gồm: buồng lửa, thiết bò đốt, dàn ống sinh hơi, bao hơi, bộ quá nhiệt, bộ
hâm nước, sấy không khí.
+ TB phụ giúp nồi hơi hoạt động an toàn, kinh tế, gồm: quạt gió, quạt
khói, bơm cấp nước, các van, thiết bò đo – kiểm soát – an toàn,
Phân loại lò hơi
Lò hơi được phân loại theo các tiêu chuẩn như sau:

- Theo thông số hơi: áp suất p, nhiệt độ t, sản lượng hơi D
- Theo phương pháp đốt nhiên liệu:
PDF by Trang 3
Lò ghi: đốt nhiên liệu rắn
Lò phun: đốt bột, lỏng, khí
- Theo chế độ tuần hoàn của nước: tuần hoàn tự nhiên, cưỡng bức, trực lưu.
- Theo lòch sử phát triển của lò hơi: lò hơi ống lò ống lửa, lò hơi ống nước, lò hơi
thẳng đứng, lò hơi nằm ngang.
- Theo công dụng:
Theo quy trình công nghệ
Sử dụng làm động lực
Một số phương hướng phát triển của lò hơi:
Nâng cao công suất và hiệu suất của lò hơi (thu hồi nhiệt thải lò hơi)
Nâng cao tính an toàn trong lúc vận hành và sử dụng
Lắp ráp sửa chửa dể dàng
Lò hơi ống lò
Khói
Nước

Lò hơi ống lò ống lửa
PDF by Trang 4

Nước
Khói

a. Lò hơi ống nước thẳng đứng

PDF by Trang 5

PDF by Trang 6

CHƯƠNG 2 – NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
I. Khái niệm:
Nhiên liệu là những vật chất có khả năng oxy hóa tạo thành sản phẩm cháy có nhiệt
độ cao nhờ năng lượng hoá học kết hợp bên trong.
II. Phân loại:
 Theo nguồn gốc: thiên nhiên, nhân tạo
 Trạng thái vật lý: rắn, lỏng, khí
Bảng phân loại:
Trạng thái vật lý Thiên nhiên Nhân tạo
Rắn Gỗ, các loại than tự nhiên Than gỗ, than bánh, than
cốc
Lỏng Dầu mỏ Các sản phẩm dầu mỏ:
mazut, dầu hỏa
Khí Khí đốt thiên nhiên Khí đốt nhân tạo
III. Thành phần hóa học của nhiên liệu
a. Nhiên liệu rắn và lỏng
Các nhiên liệu hữu cơ rắn và lỏng bao gồm một số lượng lớn hợp chất phức tạp. Do
đó việc xác đònh chính xác cấu tạo phân tử của nhiên liệu này rất khó khăn. Cho nên
người ta chỉ phân tích các thành phần nguyên tố cơ bản trong nhiên liệu bao gồm: C,
H, O, N và S được thể hiện dưới dạng phần trăm. Đồng thời trong nhiên liệu này còn
có chứa hàm lượng ẩm W và độ tro A. Trong đó lưu huỳnh bao gồm 2 thành phần: S
c
,
S
sf
:với S
c
lưu huỳnh cháy được và S
sf
_lưu huỳnh không cháy được gọi là thành phần

sunfat.
Cacbon C là thành phần cháy chủ yếu của nhiên liệu có nhiệt trò khá cao
(34150kJ/kg)
Hydro H là thành phần cháy quan trọng có nhiệt trò cao nhất (144500kJ/kg). Tuy
nhiên trong nhiên liệu hàm lượng Hydro chiếm tỷ lệ khá ít (trong nhiên liệu lỏng
hàm lượng H nhiều hơn trong nhiên liệu rắn)
PDF by Trang 7
Lưu huỳnh S là thành phần cháy của nhiên liệu có nhiệt trò thấp: 9000kJ/kg. Trong
nhiên liệu S tồn tại ở 3 dạng: hữu cơ, khoáng chất, sunfat (CaSO
4
; MgSO
4
; FeSO
4
không tham gia phản ứng cháy và tạo xỉ)
sfcsfkchc
SSSSSS +=++=

kchcc
SSS +=
cháy
Lưu huỳnh ở trong nhiên liệu là có hại
4223
322
SOHOHSO
SOOSO
→+
→+

Đối với dầu mazut người ta căn cứ vào lượng lưu huỳnh để phân biệt dầu tốt hay

xấu
%5,0S ≤
tốt
%2S%5,0 ≤<
trung bình
%2S >
xấu, ảnh hưởng đến tính đông đặc
của dầu.
Oxy O và Nitơ N là thành phần vô ích không tham gia vào phản ứng cháy và làm
giảm quá trình cháy, nhận nhiệt trò, nhiên liệu càng non thì hàm lượng oxy càng
nhiều
Độ ẩm là thành phần có hại làm giảm nhiệt trò của nhiên liệu, khó bắt lửa do đó
cần phải tiêu hao năng lượng để làm khô. Độ ẩm chỉ tồn tại trong nhiên liệu rắn.
Độ ẩm của nhiên liệu bao gồm lượng ẩm nhiên liệu hút từ môi trường và trong kết
cấu của nhiên liệu
Độ tro: bao gồm tro phát sinh trong quá trình khai thác, tồn trữ, vận chuyển và có
sẳn trong nhiên liệu. Độ tro rất có hại cho nhiên liệu làm giảm nhiệt trò của nhiên
liệu, đóng tro trong các bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm hệ số truyền nhiệt kéo
theo diện tích trao đổi nhiệt tăng thêm
Ngoài ra tro bay ra trong khói còn làm mài mòn thiết bò làm giảm tuổi thọ thiết bò,
ô nhiễm môi trường. Nếu tro dễ nóng chảy sẽ bám vào các bề mặt trao đổi nhiệt
một lớp rắn chắc gây hư hỏng thiết bò. Do đó khi thiết kế lò hơi ta phải chọn nhiệt
độ khói ra khỏi buồng lửa nhỏ hơn nhiệt độ bắt đầu biến dạng của tro.

PDF by Trang 8
b. Đối với nhiên liệu khí: chủ yếu là mêtan_CH
4
, ngoài ra còn có các khí cháy
được như hydro_H
2

, cacbuahydro_C
m
H
n
(C
2
H
4
; C
3
H
8
; C
4
H
10
,…..),
oxytcacbon_CO và một số ít khí không cháy được như nitơ_N
2
,Oxy_O
2
,
acbonic=dioxytcacbon_CO
2
và hơi nước_ H
2
O
c. Các thành phần của nhiên liệu rắn và lỏng:
Khi tính thành phần hóa học của nhiên liệu rắn và lỏng người ta tính theo thành phần
khối lượng các nguyên tố cơ bản, đơn vò là phần trăm,%. Có 5 thành phần khối lượng

cơ bản là: thành phần khối lượng làm việc_“lv”; phân tích _“pt”; khô_“k”; cháy_“c”;
hữu cơ_“hc”. Tổng các thành phần khối lượng các nguyên tố trong cùng 1 thành phần
đều bằng 100%.
 Thành phần khối lượng làm việc: đây là thành phần dùng để tính tiêu
hao nhiên liệu trong lò hơi và là thành phần thực tế khi nhiên liệu sử
dụng để cung cấp nhiệt
100%WAONSHC
lvlvlvlvlv
c
lvlv
=++++++
(1-1)

 Thành phần khối lượng phân tích: là thành phần khi nhiên liệu được
nghiền thành bột (rắn) và đưa về trạng thái không khí khô.
100%WAONSHC
ptptptptpt
c
ptpt
=++++++
(1-2)
 Thành phần khối lượng khô: là mẩu nhiên liệu được sấy khô ở 105
o
C
cho đến khi khối lượng của nhiên liệu hoàn toàn không thay đổi.
100%AONSHC
kkkk
c
kk
=+++++

(1-3)
 Thành phần khối lượng cháy: bao gồm những thành phần có thể cháy
được.
100%ONSHC
ccc
c
cc
=++++
(1-4)
 Thành phần khối lượng hữu cơ: gồm những nguyên tố ở dạng hữu cơ:
100%ONSHC
hchchc
c
hchc
=++++
(1-5)
Trong thực tế ta gặp nhiều nhất là thành phần làm việc.
9 Quan hệ giữa thành phần làm việc và thành phần cháy:
PDF by Trang 9
Để chuyển đổi từ thành phần khối lượng này sang thành phần khối lượng khác ta
dùng công thức chuyển đổi như sau:
db
ca
d
c
b
a
d
c
b

a
+
+
==
⇒
=

Ví dụ: Chuyển đổi từ thành phần làm việc sang thành phần cháy:
)W(A-100ONSHC
lvlvlvlvlv
c
lvlv
+=++++

100ONSHC
ccc
c
cc
=++++

Ta có:
100
)W(A100
...
S
S
H
H
C
C

lvlv
c
c
lv
c
c
lv
c
lv
+−
====

Vậy:
)W(A100
100
CC
lvlv
lvc
+−
=
(1-6)
)W(A100
100
HH
lvlv
lvc
+−
=
(1-7)
9 Tương tự đối với nhiên liệu khí cháy được và không cháy được.

9 Khi cùng một thành phần khối lượng mà có độ ẩm khác nhau hay thay đổi độ ẩm,
ta có tính theo công thức tương tự:
)W(A-100ONSHC
lv
1
lv
1
lv
1
lv
1
lv
c1
lv
1
lv
1
+=++++

)W(A-100ONSHC
lv
2
lv
2
lv
2
lv
2
lv
c2

lv
2
lv
2
+=++++

Ta có:
lv
1
lv
1
lv
c2
lv
c1
lv
2
lv
1
lv
2
lv
1
W-100
W100
...
S
S
H
H

C
C −
====

Vậy:
lv
1
lv
1
lv
1
lv
2
W-100
W100
CC
−
=
(1-8)
PDF by Trang 10
lv
1
lv
1
lv
1
lv
2
W-100
W100

HH
−
=
(1-9)
9 Đối với nhiên liệu khí người ta thường chọn thành phần thể tích của các khí trong
nhiên liệu để tính toán, đơn vò là phần trăm_%.
PDF by Trang 11
Chương 3- CÁC ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ CỦA NHIÊN LIỆU
Độ tro A
Là các thành phần tạp chất không cháy được như là Al
2
O
3
; các muối sunfat, sunfat
sắt,… và gọi chung là thành phần khoáng của nhiên liệu. Nếu nhiên liệu có hàm
lượng tro lớn thì khi cháy sẽ làm giảm nhiệt trò của nhiên liệu và bám bẩn vào bề
mặt trao đổi nhiệt và làm giảm hệ số truyền nhiệt K.
Phân loại:
Tro dể nóng chảy, t<1200
o
C
Tro có nhiệt độ nóng chảy trung bình, 1200
o
C<t<1400
o
C
Tro khó nóng chảy, t>1400
o
C
Độ ẩm: W

Là hàm lượng nước chứa trong nhiên liệu
Độ ẩm của nhiên liệu phụ thuộc vào tuổi của nhiên liệu. Nhiên liệu càng già thì độ
ẩm của nhiên liệu càng thấp (nhiên liệu rắn). Còn nhiên liệu lỏng và khí thì hàm
lượng ẩm hầu như không thay đổi
Chất bốc:
Là sản phẩm của quá trình phân huỷ nhiệt nhiên liệu trong môi trường không có
oxy. Đó là các chất: H
2
;CO; CO
2
; hydrocacbon.
Trong quá trình cháy thì chất bốc cháy trước tiên và sinh ra nhiệt để duy trì sự cháy.
Sau đó mới đến các nguyên tố khác trong nhiên liệu tham gia phản ứng cháy, nhiên
liệu nào có nhiều chất bốc thì càng dể cháy và cháy hoàn toàn.
Nhiệt trò của nhiên liệu.
Là nhiệt lượng sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu rắn hay lỏng hoặc
1m
3
tc nhiên liệu khí.
Đối với nhiên liệu rắn và lỏng có hai loại nhiệt trò: nhiệt trò cao Q
c
(kJ/kg) và nhiệt
trò thấp Q
t
(kJ/kg).
Nhiệt trò thấp làm việc Q
t
lv
là nhiệt lượng sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu trong điều
kiện làm việc thực tế của các thiết bò. Đây là thông số để tính toán lượng tiêu hao

năng lượng hay hiệu suất của lò hơi.
PDF by Trang 12
Nhiệt trò cao Q
c
lv
là nhiệt lượng sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu trong điều
kiện hơi nước của sản phẩm cháy được ngưng tụ lại.
OH
lv
t
lv
c
2
QQQ +=

OHO
2
1
H
222
=+

2 16 18
1 8 9
n nhiệt hoá hơi của nước r=2500kJ/kg
1H
lv

→
9H

2
O
1kg H
lv
tham gia phản ứng cháy tạo ra 9kg nước.
Vì trong nhiên liệu có chứa nước (hàm lượng ẩm) cho nên nó cũng tham gia phản
ứng cháy và bay hơi.
Nhiệt lượng nước nhả ra khi ngưng tụ lại (tính theo % H
lv
tham gia phản ứng cháy)
lvlv
OH
lv
t
lv
c
lvlv
OH
OH
lvlv
25W225HQQQ
25W225HQ
Q2500
100
W
9
100
H
2
2

2
+==−
+=
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

lvlvlv
t
lv
c
25W225HQQ ++=
(1-10)
Công thức này chỉ đúng cho 2 thành phần làm việc và thành phần phân tích còn 2
thành phần còn lại không có chứa ẩm nên

cc
t
c
c
225HQQ +=
(1-11)
kk
t
k
c
225HQQ +=
(1-12)
Ta có thể tính đổi nhiệt trò từ mẫu nhiên liệu này sang mẫu khác (thay đổi thành
phần khối lượng) giống như cách chuyển đổi của thành phần nhiên liệu
Ví dụ: Chuyển đổi nhiệt trò từ thành phần làm việc sang thành phần cháy và ngược
lại:
lvlvlv
t
lv
c
225H)25WQ(Q ++=

cc
t
c
c
225HQQ +=

PDF by Trang 13
Ta có:

c
lv
c
lv
c
t
lvlv
t
c
c
lv
t
H
H
225H
225H
Q
25WQ
Q
Q
==
+
=

Ta lại có:
100
)W(A100
H
H
lvlv

c
lv
+−
=
(công thức 1-6)
Vậy:
100
)W(A100
Q
25WQ
Q
Q
lvlv
c
t
lvlv
t
c
c
lv
t
+−
=
+
=

Hay
lv
lvlv
c

t
lv
t
25W
100
)W(A100
QQ −
+−
=
(1-13)

)W(A100
100
)25WQ(Q
lvlv
lvlv
t
c
t
+−
+=
(1-14)

Mối quan hệ giữa thành phần làm việc và thành phần khô:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=−

+=−
kk
t
k
c
lvlvlv
t
lv
c
225HQQ
225W225HQQ

()
()
()
()
k
lvlv
k
lv
k
lv
k
t
lvlv
t
kk
t
lvlvlv
t

k
c
lv
c
kk
t
k
c
lvlvlv
t
lv
c
A100
WA100
H
H
H
H
Q
225WQ
225HQ
225H225WQ
Q
Q
225HQQ
225H225WQQ
−
+−
=
=

+
=
+
++
=
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
+=
++=

9 Công thức Mendeleev
Ta có thể xác đònh gần đúng
lv
t
Q
của nhiên liệu rắn hoặc lỏng nhờ công thức của
Mendêleep như sau:
( )
%W,S,O,H,C
25WSO1091030H339CQ
lvlv
c
lvlvlv
lvlv
c
lvlvlvlv
t

−
−−−+=

Trong đó:
lv
t
Q
_ nhiệt trò thấp ở khối lượng làm việc, kJ/kg
PDF by Trang 14
C
lv
, H
lv
,….. thành phần khối lượng làm việc của các nguyên tố trong
nhiên liệu, %
339; 1030;……….nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg C, H,… sau
khi đã chia cho 100.
9 Đối với nhiên liệu khí ta có công thức như sau: (kJ/m
3
)
661251048483
636242422
k
t
H1403CH1461CH1187CH1135CH913C
H860CH638CH591C358CHS234H108H126COQ
+++++
++++++=

9 Khi độ ẩm của nhiên liệu thay đổi thì nhiệt trò thấp làm việc cũng thay đổi theo

quan hệ:
lv
1
lv
1
lv
t1
lv
c1
225H)25WQ(Q ++=

lv
2
lv
2
lv
t2
lv
c2
225H)25WQ(Q ++=

lv
1
lv
2
lv
1
lv
2
lv

1
lv
t1
lv
2
lv
t2
W100
W100
H
H
25WQ
25WQ
−
−
==
+
+
(công thức 1-9)
Vậy:
( )( )
lv
2
lv
1
lv
2
lv
1
lv

t1
lv
t2
25W
W100
W10025WQ
Q −
−
−+
=
(1-17)
9 Khi hỗn hợp hai loại nhiên liệu, nhiệt trò thấp làm việc của hỗn hợp đối với 1kg
nhiên liệu rắn và lỏng được xác đònh như sau:
lv
t21
lv
t11
lv
thh
)Qb(1QbQ −+=
(1-18)
Trong đó: b1: là thành phần khối lượng của nhiên liệu thứ nhất có trong hỗn hợp và
được xác đònh:

21
1
1
BB
B
b

+
=
(1-19)
B1; B2: khối lượng nhiên liệu thứ nhất và thứ hai

lv
t1
Q
;
lv
t2
Q
_ nhiệt trò thấp làm việc của nhiên liệu thứ nhất và thứ hai.
Nhiên liệu quy ước và đặc tính quy dẫn của nhiên liệu.
Để so sánh các loại nhiên liệu khác nhau về nhiệt lượng người ta dùng khái niệm
nhiên liệu quy ước, đó là loại nhiên liệu có nhiệt trò thấp là 7000kcal hay bằng
29300kJ/kg.
Độ tiêu hao nhiên liệu quy ước (Bq)