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

A- Phần lý thuyết 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% năng 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 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 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. 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 7á9 triệu tấn/năm + Mỏ Rồng: bắt đầu khai thác từ năm 1994, song sản lượng chưa nhiều, đạt 12000á18000 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: + Mỏ Tiền Hải (Thái Bình): là mỏ khí thiên nhiên đây là mỏ nhỏ, hàng năm cung cấp 10á30 triệu m3 khí cho công nghiệp địa phương. + Mỏ Đại Hổ: là dạng khí đồng hành đi kèm khi khai thác dầu có thể thu được 180á200 m3 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 m3 sẽ dung cấp lâu dài ở mức 2,7 tỷ m3 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 6á8 tỷ m3 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 lượng 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 năng 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 Phả 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 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 hơi 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 trọng 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". 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 hơi 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 Bao hơi ống dẫn nước nóng vào bao hơi Phần nước trong bao hơi ống dẫn hơi bão hoà từ bao hơi tới bộ quá nhiệt Phần hơi của bao hơi Bộ quá nhiệt cấp I Buồng lửa Bộ giảm ôn để điều chỉnh Vòi phun khí tự nhiên Bộ qúa nhiệt cấp II Đường nhiên liệu tới vòi phun Bộ sấy khí cấp I Các dàn ống đặt xung quanh Bộ sấy khí cấp II ống pheston ống dẫn khí nóng ẩng nước xuống Quạt gió ống góp dưới của dàn ống Quạt hút khói lò Bộ hâm nóng nước cấp 1 ống dẫn khói Bộ hâm nóng nước cấp 2 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 O2 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 bộ 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 1500C 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 khỏi 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 110 - 1700C. 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). 7 3 5 4 9 1 2 6 Hình 2: Cấu tạo bao hơi ống sinh hơi ống đưa nước cấp Tấm không đục lỗ Tấm đục lỗ ở khoang hơi Tấm đục lỗ đặt chìm ống lấy hơi Cánh hướng của tấm đục lỗ ống nước xuống 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 đục 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 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 nước 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 của 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/m3 = Pascal, 1 ATM = 105Pascal). 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. Sản lượng hơi cực đại là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể cho phép làm việc được. Thường Dkinh tế = (1,1 - 1,2)Dđm. Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà tại đó lò làm việc với hiệu suất cao nhất. Thường Dkinh tế = (0,8 - 0,9)Dđm. 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. Trong đó: Blv: Lượng nhiên liệu tiêu hao, m3/s Qt: Nhiệt trị của nguyên liệu, KJ/Kg Vbl: Thể tích buồng lửa, m3. 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/m2h), 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. 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 h và h < 1. 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]. Sản lượng định mức (tấn/h) áp suất hơi (MN/m2) Nhiệt độ hơi quá nhiệt (0C) Nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian (0C) Nhiệt độ nước cấp (0C) 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 7000C, nhiệt độ hơi không quá 4000C. ở những lò hơi hiện đại thông số trung áp (3,28 NM/m2 và 4500C), cao áp (9,81 MN/m2 và 5100C), bộ quá nhiệt thường đặt ở vùng khói có nhiệt độ cao (>10000C) 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 (> 5300C) 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 xạ, 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. 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/m2/0C) Lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt Din (KJ/Kg) Tỷ lệ so với tổng lượng nhiệt hấp thụ của lò Diqn/Di (%) 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 lưu 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 phẳng trùng với phương chuyển 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 chiều 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 Dàn ống sinh hơi nằm nghiêng ống góp ống dẫn hỗn hợp hơi Bao hơi ống xoắn của bộ quá nhiệt ống góp bộ quá nhiệt 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 nhiệt 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 và bước dọc tương đối . 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 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 - 5400C 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 3á5 lần nên nhiệt độ kim loại thường cao hơn nhiều so với nhiệt độ hơi (từ 100 - 1400C). 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]. Trong đó ih’n, ih"n: Entapi của nước khi vào và ra khỏi bộ hâm nước, Kj/Kg is: 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. tbh, tqn: Nhiệt độ bão hoà và hơi quá nhiệt, 0C Cp: Tỷ nhiệt của hơi quá nhiệt, KJ/Kg. độ Sau khi biến đổi ta có công thức Vì: (is + r) là entanpi của hơi bão hoà khô và Cp(tqn - tbh) là độ quá nhiệt của hơi quá nhiệt, nên biểu thức: is + r + Cp (tqn - th) chính là entanpi của hơi quá nhiệt (tqn) Do đó lượng nhiệt cần để sinh hơi của 1 kg môi chất Qmc = iqn - ih’n Nếu kể cả lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí Qkk thì phương trình cân bằng nhiệt củ lò hơi sẽ là : Trong đó: Qđv: 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. h: Hiệu suất của lò hơi. B: Lượng khí tiêu hao, m3/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 D ipn D ibh =R D is Entanpi của nước sôi is r=0 Dis: Lượng nhiệt dùng để đun nóng nước đến sôi Dibh: Lượng nhiệt dùng để bốc hơi nước Diqn: Lượng nhiệt dùng để quá nhiệt hơi đến nhiệt độ quy định r: ẩn nhiệt hoá hơi r = ồ 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 nhiệt 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 của 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. 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 loại 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 cụm cách nhau khoảng 0,5m để dễ dàng cho việc sửa chữa và làm vệ sinh [II - 296]. 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 cấu 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 dầm 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 đường nước đi riêng và khi đó đoạn ống uốn 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