BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - LÒ HƠI TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT ĐIỆN NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 Ch−¬ng NGUY£N Lý LàM VIệC CủA Lò HƠI 1.1 Vai trò lò công nghiệp sản xuất điện Lò thiết bị xẩy trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lợng tỏa biến nớc thành hơi, biến lợng nhiên liệu thành nhiệt dòng Lò thiết bị có mặt gần nh tất xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất nớc phục vụ cho trình sản xuất điện nhà máy điện; phục vụ cho trình đun nấu, chng cất dung dịch, sấy sản phẩm trình công nghệ nhà máy hóa chất, đờng, rợu, bia, nớc giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến nông sản vµ thùc phÈm Tïy thuéc vµo nhiệm vụ lò sản xuất, ta phân thành hai loại sau: Trong nhà máy công nghiệp nh nhà máy hóa chất, đờng, rợu, bia, nớc giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm , nớc phục vụ cho trình công nghệ nh đun nấu, chng cất dung dịch, cô đặc sấy sản phẩm thờng bÃo hòa áp suất tơng ứng với nhiệt độ bÃo hòa cần thiết cho trình công nghệ, nhiệt độ thờng từ 110 đến 180 0C Loại lò đợc gọi lò công nghiệp, có áp suất thấp, sản lợng nhỏ Trong nhà máy điện, lò sản xuất để làm quay tuốc bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, nhiệt có áp suất nhiệt độ cao Loại đợc gọi lò nhà máy điện Nhiên liệu đốt lò nhiên liệu rắn nh than, củi, bà mía, nhiên liệu lỏng nh dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) nhiên liệu khí 1.2 Nguyên lý làm việc lò nhà máy điện Trong lò nhà máy điện, đợc sản xuất nhiệt Hơi nhiệt nhận đợc nhờ trình: đun nóng nớc đến sôi, sôi để biến nớc thành bÃo hòa nhiệt để biến bÃo hòa thành nhiệt có nhiệt độ cao phận lò Công suất lò phụ thuộc vào lu lợng, nhiệt độ áp suất Các giá trị cao công suất lò lớn Hiệu trình trao đổi nhiệt lửa khói với môi chất lò phụ thuộc vào tính chất vật lý môi trờng (sản phẩm cháy) môi chất tham gia qúa trình (nớc hơi) phụ thuộc vào hình dáng, cấu tạo, đặc tính phần tử lò Trên hình 1.1 trình bày nguyên lý cấu tạo lò tuần hoàn tự nhiên đại nhà máy điện Nhiên liệu không khí đợc phun qua vòi phun số vào buồng lửa số 2, tạo thành hỗn hợp cháy đợc đốt cháy buồng lửa, nhiệt độ lửa đạt tới 1.900 0C Nhiệt lợng tỏa nhiên liệu cháy truyền cho nớc dàn ống sinh 3, nớc tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành bÃo hòa Hơi bÃo hòa theo ống sinh lên, tập trung vào bao h¬i sè Trong bao h¬i sè 5, h¬i đợc phân li khỏi nớc, nớc tiếp tục xuống theo ống xuống đặt tờng lò lại sang ống sinh số để tiếp tục nhận nhiệt Hơi bÃo hòa từ bao số qua ống góp số vào ống xoắn nhiệt số nhiệt số 7, bÃo hòa chuyển động ống xoắn nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ống để biến thành nhiệt có nhiệt độ cao vào ống góp để sang tua bin biến đổi nhiệt thành làm quay tua bin Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo lò 1.Vòi phun nhiên liệu + không khí; Buồng đốt; phễu tro lạnh; Đáy thải xỉ; Dàn ống sinh hơi; Bộ nhiệt xạ; Bộ nhiệt nửa xạ; ống lên Bộ nhiệt đối lu; 10 Bộ hÃm nớc; 11.Bộ sấy không khÝ; 11 Bé khư bơi; 13 Qu¹t khãi; 14 Qu¹t giã; 15 Bao h¬i; 16 èng n−íc xng; 17 èng góp nớc; đây, ống sinh số đặt phía tờng lò nên môi chất ống nhận nhiệt sinh liên tục ống ống sinh hỗn hợp nớc, ống xuống đặt tờng lò nên môi chất ống không nhận nhiệt ống nớc Khối lợng riêng hỗn hợp nớc ống nhỏ khối lợng riêng nớc ống xuống nên hỗn hợp ống lên, nớc ống xuống liên tục tạo nên trình tuần hoàn tự nhiên, lò loại đợc gọi lò tuần hoàn tự nhiên Buồng lửa trình bày hình 1.1 buồng lửa phun, nhiên liệu đợc phun vào cháy lơ lửng buồng lửa Quá trình cháy nhiên liệu xẩy buồng lứa đạt đến nhiệt độ cao, từ 1300 0C đến 1900 0C, hiệu trao đổi nhiệt xạ lửa dàn ống sinh cao lợng nhiệt dàn ống sinh thu đợc từ lửa chủ yếu trao đổi nhiệt xạ Để hấp thu có hiệu nhiệt lợng xạ lửa đồng thời bảo vệ tờng lò khỏi tác dụng nhiệt độ cao ảnh hởng xấu tro nóng chảy, ngời ta bố trí dàn ống sinh xung quanh t−êng buång löa Khãi khái buång löa, trớc vào nhiệt đà đợc làm nguội phần cụm phecston, khói chuyển động ống truyền nhiệt cho hỗn hợp nớc chuyển ®éng èng Khãi khái bé qu¸ nhiƯt cã nhiệt độ cao, để tận dụng phần nhiệt thừa khói khỏi nhiệt, phần đuôi lò ngời ta đặt thêm hâm nớc sấy không khí Bộ hâm nớc có nhiệm vụ gia nhiệt cho nớc để nâng nhiệt độ nớc từ nhiệt độ khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi cấp vào bao Đây giai đoạn trình cấp nhiệt cho nớc để thực trình hóa đẳng áp nớc lò Sự có mặt hâm nớc làm giảm tổng diện tích bề mặt đốt lò sử dụng triệt để nhiệt lợng tỏa cháy nhiên liệu, làm cho nhiệt độ khói thoát khỏi lò giảm xuống, làm tăng hiệu suất lò Không khí lạnh từ trời đợc quạt gió 14 hút vào thổi qua sấy kh«ng khÝ 11 ë bé sÊy, kh«ng khÝ nhËn nhiƯt khói, nhiệt độ đợc nâng từ nhiệt độ môi trờng đến nhiệt độ yêu cầu đợc đa vào vòi phun số để cung cấp cho trình đốt cháy nhiên liệu Nh hâm nớc sấy không khí đà hoàn trả lại buồng lửa phần nhiệt bị thải Chính ngời ta gọi hâm nớc sấy không khí tiết kiệm nhiệt Nh vậy, từ vào hâm nớc đến khỏi nhiệt lò hơi, môi chất (nớc hơi) trải qua giai đoạn hấp thụ nhiệt phận sau: Nhận nhiệt hâm nớc đến sôi, sôi dàn ống sinh hơi, nhiệt nhiệt Nhiệt lợng môi chất hấp thu đợc biểu diễn phơng trình: Qmc = [i''hn - i'hn ]+ [is - i''hn + rx] + [r(1-x) + (i''qn - i'qn)] (2-1) Qmc = i''qn - i'qn + is + r - i'hn (2-1a) Trong ®ã: Qmc nhiệt lợng môi chất nhận đợc lò i'hn, i''hn : Entanpi cđa n−íc vµo vµ khái hâm nớc r : Nhiệt ẩn hóa nớc x : độ khô khỏi bao i'qn, i''qn : Entanpi vào khỏi nhiệt 1.3 Các đặc tính kỹ thuật Lò Đặc tính kỹ thuật lò đại lợng thể số lợng chất lợng đợc sản xuất Số lợng sản xuất đợc xác định sản lợng chất lợng đợc xác định thông số 1- Thông số lò: Đối với lò nhà máy điện, sản xuất nhiệt nên thông lò đợc biểu thị áp suất nhiệt độ nhiệt: Pqn (Mpa), tqn (0C) 2- Sản lợng lò: Sản lợng lò lợng mà lò sản xuất đợc đơn vị thời gian (Kg/h Tấn/h) Thờng dùng khái niệm sản lợng - Sản lợng định mức (Dđm): sản lợng lớn lò đạt đợc, đảm bảo vận hành thời gian lâu dài, ổn định với thông số đà cho mà không phá hủy gây ảnh hởng xấu đến chế độ làm việc lò - Sản lợng cực đại (Dmax): sản lợng lớn mà lò đạt đợc, nhng thời gian ngắn, nghĩa lò làm việc lâu dài với sản lợng cực đại đợc Sản lợng cực đại bằng: Dmax = (1,1 - 1,2) Dđm (2-2) - Sản lợng kinh tế sản lợng mà lò làm việc với hiệu kinh tế cao Sản lợng kinh tế bằng: Dkt = (0,8 - 0,9) Dđm (2-3) 3- HiƯu st cđa lß: HiƯu st cđa lß tỉ số lợng nhiệt mà môi chất hấp thụ đợc (hay gọi lợng nhiệt có ích) với lợng nhiệt cung cấp vào cho lò Hiệu suất cđa lß ký hiƯu b»ng η D(i qn − i 'hn ) (2-4) = BQ lvt Trong đó: D sản lợng hơi, (kg/h) iqn entanpi nhiệt, (Kj/kg) ihn entanpi nớc vào hâm nứơc, (Kj/kg) B lợng nhiên liệu tiêu hao giờ, (kg/h) Qtlv: Nhiệt trị thấp làm việc cđa nhiªn liƯu, (Kj/kg) 4- NhiƯt thÕ thĨ tÝch cđa bng lưa: NhiƯt thÕ thĨ tÝch cđa bng lưa lµ lợng nhiệt sinh đơn vị thời gian đơn vị thể tích buồng lửa qv = BQ lvt Vbl , (W/m3) (2-5) Trong ®ã: Vbl: Thể tích buồng lửa, (m3), B (kg/s) Đối với lò nhỏ, ngời ta ý đến đặc tính sau 5- Nhiệt diện tích ghi: Nhiệt diện tích ghi nhiệt lợng sinh đơn vị thời gian đơn vị diện tích bề mặt ghi: BQ lvt , (W/m2) R R: diƯn tÝch mỈt ghi, (m2) 6- Năng suất bốc bề mặt sinh hơi: qr = (2-6) Năng suất bốc bề mặt sinh khả bốc đơn vị diện tích bề mặt đốt (bề mặt sinh hơi) đơn vị thời gian, ký hiệu S, D (2-7) S = , (kg/m2h) H D: Sản lợng lò, (kg/h) H: diện tích bề mặt sinh (bề mặt đôt), (m2) Chơng cân nhiệt lò 3.1 CÂN BằNG NHIệT Và TíNH HIệU SUấT CủA Lò 3.1.1 Phơng trình cân nhiệt tổng quát lò Nhiệt lợng sinh đốt cháy nhiên liệu lò lợng nhiên liệu không khí mang vào: Qđv = Qnl + Qkk (3-14) Nhiệt lợng phần đợc sử dụng hữu ích để sinh hơi, phần nhỏ bị mát gọi tổn thất nhiệt Q®v = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3-15) Trong đó: Q1 nhiệt lợng sử dụng hữu ích để sinh hơi, (Kj/kg) Q2 lợng tổn thất nhiệt khói thải mang lò hơi, (Kj/kg) Q3 lợng tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn mặt hóa học, (Kj/kg) Q4 lợng tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn mặt học, (Kj/kg) Q5 lợng tổn thất nhiệt tỏa nhiệt từ mặt tờng lò không khí xung quanh, (Kj/kg) Q6 lợng tổn thất nhiệt xỉ nóng mang ngoài, (Kj/kg) Nhiệt lợng sinh đốt cháy nhiên liệu lò nhiệt lợng đợc sử dụng hữu ích để sinh phần nhiệt bị tổn thất trình làm việc Phơng trình biểu diễn cân gọi phơng trình cân nhiệt tổng quát lò Qđv = Qnl + Qkk = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3-16) 3.1.2 Xác định hiệu suất lò Hiệu suất lò tỉ số lợng nhiệt sử dụng hữu ích lợng nhiệt cung cấp vào lò h¬i Q (3-17) η = 100, (%) Q dv Hiệu suất lò xác định phơng pháp: phơng pháp cân thuận phơng pháp cân nghịch 3.1.2.1 Phơng pháp cân thuận: Phơng pháp xác định hiệu suất nhiệt theo phơng trình (3-17) gọi phơng pháp cân thuận Để tính hiệu suất lò theo phơng pháp cân thuận cần tính lợng nhiệt sử dụng hữu ích Q1 lợng nhiệt cung cấp vào lò Qđv 13 + Nhiệt sử dụng hữu ích nhận đợc: Q1 + D(iqn - i'nc) (3-18) D sản lợng lò hơi, (kg/h) iqn entanpi nhiệt, (Kj/kg) inc entanpi nớc đầu vào hâm nớc, (Kj/kg) + Lợng nhiệt nhiên liệu sinh cháy (nếu bỏ qua nhiệt lợng không khí mang vào): Qdv = BQtlv (3-19) B lợng nhiên liệu lò tiêu thụ 1h (kg/h) Thay vào (3-17) ta cã: D(i qn − i' qn ) η= 100, (%) (3-20) BQ lvt Nh muốn xác định hiệu suất lò theo phơng pháp thuận cần xác định xác lợng tiêu hao nhiên liệu tơng ứng vơi lợng sản xuất Đây điều khó khăn ló lớn lợng tiêu hao nhiên liệu lớn nên khó xác định xác lợng tiêu hao nhiên liệu lò Vì phơng pháp dùng để xác định hiệu suất cho lò nhỏ, có lợng tiêu hao nhiên liệu xác định đợc xác, sản lợng đợcc xác định cách đo lợng nớc cấp vào lò Đối với lò lớn hiệu suất đợc xác định theo phơng pháp cân nghịch 3.1.2.2 Phơng pháp cân băng nghịch: Từ phơng trình cân nhiệt tổng quát lò (3-16) ta cã: Q1 = Q®v - Q2 - Q3 - Q4 - Q5 - Q6 Chia hai vế cho Qđv ta đợc: Q Q Q Q Q1 Q Q = dv - - - - - Q dv Q dv Q dv Q dv Q dv Q dv Q dv (3-21) (3-22) hay: η = q1 = - q2 - q3 - q4 - q5 - q6 η = q1 = 100 - ∑q i=2 ®ã: q1= (3-23) i (%) Q Q1 Q (%); q2= (%), q3= (%) Q dv Q dv Q dv Phơng pháp xác định hiệu suất nhiệt theo phơng trình (3-23) gọi phơng pháp cân nghịch Để tính hiệu suất lò theo phơng pháp cân nghịch cần tính tỉn thÊt nhiƯt q1 , q2 , q3 , q4 , q5 , q6 3.2 Tỉn thÊt nhiƯt TRONG Lß HƠI 3.2.1 Tổn thất nhiệt khói thải mang lò q2 (%) 14 Khói đợc tạo thành trình cháy tức từ không khí nhiên liệu Không khí vào lò có nhiệt độ khoảng 20-350C, nhiệt độ khói thải khỏi lò thờng lớn 1100C, đặc biệt lò nhỏ bề mặt đốt phần đuôi nhiệt độ khói thoát tới 4000C Nh phải lợng nhiệt để đốt nóng không khí nhiên liệu từ nhiệt độ môi trờng đến nhiệt độ khói thải Tổn thất gọi tổn thất nhiệt khói thải, ký hiệu q2 (%) Hệ số không khí thừa khỏi lò nhiệt độ khói thải yếu tố ảnh hởng rât lớn đến q2 Nhiệt độ khói thải cao tổn thất q2 lớn Tuy nhiên nhiệt độ khói thải thấp nhiệt độ đọng sơng gây ngng đọng sơng nớc khói Nơc ngng đọng dễ hòa tan SO2 tạo thành H2SO4 gây tợng ăn mòn kim loại Vì phải tìm biện pháp để giảm nhiệt độ khói thải đến mức hợp lý Khi hệ số không khí thừa lớn nhiệt độ cháy lý thuyết trình giảm, làm giảm lợng nhiệt hấp thu xạ buồng lửa, dẫn đến nhiệt độ khói sau buồng lửa tăng lên tức nhiệt độ khói thoát tăng Mặt khác hệ số không khí thừa lớn thể tích khói thải lớn nh q2 lớn Vì cần khống chế ( mức nhỏ nhất, đồng thời hạn chế không khí lạnh lọt vào lò Tổn thất nhiệt q2 th−êng kho¶ng tõ 4-7% 3.2.2 Tỉn thÊt nhiƯt cháy không hoàn toàn hóa học q3 (%) Khi nhiên liệu cháy không hoàn toàn khói có chất khí cháy không hoàn toàn nh CO, H2, CH4 Những khí cháy sinh nhiệt đợc nhng cha cháy đà bị thải ngoài, gây nên tổn thất nhiệt gọi tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn hóa học, ký hiệu q3 (%) Nguyên nhân tổn thất thiếu không khí không khí pha trộn không với nhiên liệu Các yếu tố ảnh hởng đến q3 bao gồm: Nhiệt độ buồng lửa, hệ số không khí thừa phơng thức xáo trộn không khí với nhiên liệu buồng lửa Hệ số không khí thừa lớn q3 nhỏ nhng q2 lại tăng (Tuy nhiên hệ số không khí thừa lớn làm cho nhiệt độ buồng lả thấp q3 lại tăng) Sự pha trộng nhiên liệu không khí tốt q3 nhỏ Vì phải tính chọn cho tổng tỉn thÊt nhiƯt q2 + q3 lµ nhá nhÊt Khi đốt nhiên liệu rắn: buồng lửa ghi tổn thất q3 đạt đến 0,51%, buồng đốt phun q3 đạt đến 0,5% với buồng lửa thủ công q3 đạt đến 2% cao Khi đốt mazut q3 cao cháy mazut cacbuahyđro dễ bị phân hủy tạo thành liên kết khó phản ứng, thờng q3 = 3% 3.2.3 Tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn mặt học q4 (%) Nhiên liệu đa vào lò có phần cha kịp cháy đà bị thải theo đờng: bay theo khói, lọt qua ghi lò rơi xuống đáy buồng lửa với xỉ gây nên tổn thất nhiệt gọi tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn mặt học Yếu tố ảnh hởng đến tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn mặt học kích cỡ hạt, tính kết dính tro, tốc độ cách tổ chức cấp gió lò ghi, khe hở ghi lớn tổn thất q4 lớn Nếu việc phân phối gió cấp I II không tốt, thổi bay hạt nhiên liệu cha cháy hết khỏi buồng lửa Kích thớc hạt không q4 lớn Buồng lửa phun có q4 bé nhất, đặc biệt buồng lửa thải xỉ 15 lỏng coi q4 = Đối với buồng đốt kiểu phun: q4 đạt đến 4%; buồng đốt ghi tõ 2-14% 3.2.4 Tỉn thÊt nhiƯt táa nhiƯt môi trờng xung quanh q5 (%) Bề mặt tờng xung quanh lò có nhiệt độ cao nhiệt độ môi trờng xung quanh, có tỏa nhiệt từ mặt tờng lò đến môi trờng gây nên tổn thất, gọi tổn thất tỏa nhiệt môi trờng xung quanh, ký hiệu q5 (%) Tỉn thÊt nhiƯt q5 phơ thc vµo nhiƯt độ, diện tích bề mặt xung quanh tờng lò, chất lợng lớp cách nhiệt tờng lò Tổn thất q5 tû lƯ thn víi diƯn tÝch xung quanh, víi nhiƯt độ bề mặt tờng lò Tuy nhiên, công suất lò lớn diện tích bề mặt tăng nhng độ tăng diện tích bề mặt xung quanh nhỏ độ tăng sản lợng lò, trị số q5 ứng với 1kg nhiên liệu giảm xuống Đối với lò lớn q5 khoảng 0,5% Muốn giảm q5 phải thiết kế tờng lò cho hợp lý 3.2.5 Tổn thất nhiệt xỉ mang lò q6 (%) Xỉ sinh từ nhiên liệu trình cháy, đợc thải khỏi lò nhiệt độ cao Đối với lò thải xỉ khô nhiệt độ xỉ khỏi lò khoảng 600 - 8000C, lò thải xỉ lỏng nhiệt độ xỉ khoảng 1300 - 14000C, nhiên liệu vào lò có nhiệt độ khoảng 20-350C Nh lò đà lợng nhiệt để nâng nhiệt độ xỉ từ nhiệt độ nhiệt độ môi trờng lúc vào đến nhiệt độ xỉ lúc khỏi lò, gọi tỉn thÊt nhiƯt xØ mang ngoµi q6 (%) Tổn thất q6 phụ thuộc vào độ tro nhiên liệu, vào phơng pháp thải xỉ khỏi buồng lửa Đối với nhiên liệu nhiều tro q6 lớn Các lò thải xỉ khô có q6 nhỏ thải xỉ lỏng Tổn thất q6 đạt ®Õn 5% 16 ... 0C Loại lò đợc gọi lò công nghiệp, có áp suất thấp, sản lợng nhỏ Trong nhà máy điện, lò sản xuất để làm quay tuốc bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, nhiệt... thuật Lò Đặc tính kỹ thuật lò đại lợng thể số lợng chất lợng đợc sản xuất Số lợng sản xuất đợc xác định sản lợng chất lợng đợc xác định thông số 1- Thông số lò: Đối với lò nhà máy điện, sản xuất. .. LàM VIệC CủA Lò HƠI 1.1 Vai trò lò công nghiệp sản xuất điện Lò thiết bị xẩy trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lợng tỏa biến nớc thành hơi, biến lợng nhiên liệu thành nhiệt dòng Lò thiết bị có