BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Nguyễn Thị Lan Hương NỒI HƠI VÀ THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHÀ XUẤT BẢN TRẺ - 2005 Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt NỒI HƠI & THIẾT BỊ GIA NHIỆT GIƠI THIỆU CÁC LOẠI LÒ HƠI .2 ĐÁNH GIÁ LÒ HƠI CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ 26 DANH SÁCH SÀNG LỌC CÁC GIẢI PHÁP 32 BẢNG TÍNH VÀ CÁC CƠNG CỤ KHÁC .36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 GIƠI THIỆU Phần trình bày ngắn gọn Lị thiết bị phụ trợ Bộ phận Lò Lò thiết bị giúp đưa nhiệt trình đốt cháy cho nước nước đun nóng thành Nước nóng tác động áp suất truyền nhiệt sang quy trình Nước tác nhân trung gian rẻ tiền hữu dụng giúp truyền nhiệt sang quy trình Khi nước chuyển thành hơi, thể tích tăng lên khoảng 1.600 lần, tạo lực mạnh thuốc súng Vì lị thiết bị phải vận hành với tinh thần cẩn trọng cao độ Hệ thống lò bao gồm: hệ thống nước cấp, hệ thống hệ thống nhiên liệu Hệ thống nước cấp cấp nước cho lò tự động điều chỉnh nhằm đáp ứng nhu cầu Sử dụng nhiều van nên cần bảo trì sửa chữa Hệ thống thu gom kiểm soát lò sản xuất Một hệ thống đường ống dẫn tới vị trí cần sử dụng Qua hệ thống này, áp suất điều chỉnh van kiểm tra máy đo áp suất Hệ thống nhiên liệu bao gồm tất thiết bị sử dụng để tạo nhiệt cần thiết Các thiết bị cần dùng hệ thống nhiên liệu phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng hệ thống nhiên liệu Nước đưa vào lò chuyển thành gọi nước cấp Nước cấp có hai nguồn là: (1) Nước ngưng hay ngưng tuần hồn từ quy trình (2) nước qua xử lý (nước thô qua xử lý) từ bên ngồi phận lị quy trình nhà máy Để nâng cao hiệu sử dụng lò hơi, thiết bị trao đổi nhiệt đun nóng sơ nước cấp sử dụng nhiệt thải từ khí lị Thiết bị nhiệt: Lị thiết bị gia nhiệt EXHAUST GAS STEAM TO PROCESS VENT STACK DEAERATOR Econo mizer PUMPS VENT BOILER BURNER Water Source BLOW DOWN SEPARATOR FUEL BRINE CHEMICAL FEED SOFTENERS Hình Giản đồ Bộ phận Lò CÁC LOẠI LỊ HƠI Phần giới thiệu loại lị khác nhau: Lò ống lửa, lò ống nước, lị trọn bộ, lị buồng lửa tầng sơi, lị buồng lửa tầng sơi khơng khí, lị buồng lửa tầng sơi điều áp, lị buồng lửa tầng sơi tuần hồn, lị đốt lị, lị sử dụng nhiên liệu phun, lò sử dụng nhiên liệu thải thiết bị gia nhiệt 2.1 Lò ống lửa (Fire Tub Boiler) Với loại lò này, khí nóng qua ống nước cấp cho lị phía chuyển thành Lị ống lửa thường sử dụng với cơng suất tương đối thấp áp suất trung bình Do đó, sử dụng lị dạng ưu với tỷ lệ lên tới 12.000 kg/giờ áp suất lên tới 18 kg/cm2 Các lò sử dụng với dầu, ga nhiên liệu lỏng Vì lý kinh tế, lò ống lửa nằm hạng mục lắp đặt “trọn gói” (tức nhà sản xuất lắp đặt) tất Hình Mặt cắt Lò ống lửa loại nhiên liệu (Light Rail Transit Association) Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt 2.2 Lò ống nước (Water Tube Boiler) Ở lò ống nước, nước cấp qua ống vào tang lị Nước đun nóng khí cháy chuyển thành khu vực đọng tang lò Lò dạng lựa chọn nhu cầu cao nhà máy phát điện Phần lớn thiết kế lò ống nước đại có cơng suất nằm khoảng 4.500 – 120.000 kg/giờ hơi, áp suất cao Rất nhiều lò dạng nằm hạng mục lắp đặt “trọn gói” nhà máy sử dụng dầu và/hoặc ga làm nhiên liệu Hiện có loại thiết kế lò ống nước sử dụng nhiên liệu rắn với loại này, thiết kế trọn gói khơng thông dụng Figure Simple Diagram of Water Tube Boiler (YourDictionary.com) Lị ống nước có đặc điểm sau: Sự thơng gió cưỡng bức, cảm ứng, cân giúp nâng cao hiệu suất cháy Yêu cầu chất lượng nước cao cần phải có hệ thống xử lý nước Phù hợp với công suất nhiệt cao 2.3 Lò trọn (Package Boiler) Loại lị có tên gọi hệ thống trọn Khi lắp đặt nhà máy, hệ thống cần hơi, ống nước, cung cấp nhiên liệu nối điện để vào hoạt động Lị trọn thường có dạng vỏ sị với ống lửa thiết kế cho đạt tốc độ truyền nhiệt xạ đối lưu cao Ra ống khói Mỏ đốt dầu Hình Lị trọn đốt dầu cấp điển hình Lị trọn có (Spirax Sarco) đặc điểm sau: Buồng đốt nhỏ, tốc độ truyền nhiệt cao dẫn đến q trình hố nhanh Quá trình truyền nhiệt đối lưu tốt lắp số lượng lớn ống truyền nhiệt có đường kính nhỏ giúp truyền nhiệt đối lưu tốt Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt Hiệu suất cháy cao có sử dụng hệ thống thơng gió cưỡng Quá trình truyền nhiệt tốt nhờ số lần khí qua lị Hiệu suất nhiệt cao so với loại lò khác Những lò phân loại dựa số lần số lần khí đốt nóng qua lị Buồng đốt lần qua thức nhất, sau hai ba ống lửa Loại lò phổ biến loại lò bậc (3 lần khí qua lị hơi) với hai ống đốt với khí thải qua phận phía sau lị 2.4 Lị buồng lửa tầng sơi (FBC) Lị buồng lửa tầng sơi (FBC) gần lên lựa chọn khả thi có nhiều ưu điểm so với hệ thống đốt truyền thống, mang lại nhiều lợi ích-thiết kế lò gọn nhẹ, nhiên liệu linh hoạt, hiệu suất cháy cao giảm thải chất gây ô nhiễm độc hại SOx NOx Nhiên liệu đốt lị loại gồm có than, vỏ trấu, bã mía, chất thải nơng nghiệp khác Lị buồng lửa tầng sơi có mức công suất khác từ 0,5 T/h hơn100 T/h Khi khơng khí ga phân bố đều, qua lớp hạt rắn minh, hạt không bị ảnh hưởng vận tốc thấp Khi vận tốc khơng khí tăng dần, dẫn đến trạng thái hạt đơn bị treo lơ lửng không khí gọi “tầng sơi” Khi vận tốc khơng khí tăng thêm tạo bong bóng, chuyển động mạnh, pha trộn nhanh tạo bề mặt nhiên liệu đặc Lớp vật liệu với hạt rắn xem dung dịch đun sôi tạo lớp chất lỏng-“tầng sôi” Nếu hạt cát trạng thái sơi đun tới nhiệt độ than bốc cháy, than cấp liên tục vào, đến lớp nhiên liệu, than bốc cháy tức thì, lớp nhiên liệu đạt nhiệt độ đồng Q trình đốt cháy tầng sơi (FBC) diễn mức nhiệt độ 840OC đến 950OC Vì nhiệt độ thấp nhiệt độ tan chảy xỉ nhiều, nên tránh vấn đề xỉ nóng chảy vấn đề khác có liên quan Nhiệt độ cháy thấp đạt hệ số truyền nhiệt cao nhờ pha trộn nhanh tầng sơi nhiệt hiệu từ lớp nhiên liệu qua ống truyền nhiệt lớp nhiên liệu thành tầng nhiên liệu Vận tốc khí trì khoảng vận tốc sơi tối thiểu vận tốc hạt nhiên liệu bị theo Điều giúp đảm bảo vận hành ổn định lớp nhiên liệu tránh việc hạt bị theo vào dịng khí Thiết bị nhiệt: Lị thiết bị gia nhiệt 2.5 Lò buồng lửa tầng sơi khơng khí (AFBC) Phần lớn lị vận hành dạng theo Quá trình Cháy tầng sơi khơng khí (AFBC) Q trình phức tạp bổ sung buồng đốt tầng sơi vào lị vỏ sò truyền thống Những hệ thống lắp đặt tương tự lò ống nước Than đập theo cỡ – 10 mm phụ thuộc vào loại than, loại nhiên liệu cấp cho buồng đốt Khơng khí khí quyển, đóng vai trị khí đốt khí tầng sơi, cấp vào mức áp suất, sau đun nóng sơ khí thải Những ống tầng nhiên liệu mang nước đóng vai trị thiết bị bay Những sản phẩm khí q trình đốt qua phận nhiệt lò hơi, qua phận tiết kiệm, thiết bị thu hồi bụi thiết bị đun nóng khí sơ trước khơng khí 2.6 Lị buồng lửa tầng sơi điều áp (PFBC) Ở loại lị này, máy nén khí cung cấp khí sơ cấp cưỡng (FD) buồng đốt nồi áp suất Tốc độ thoát nhiệt tầng sôi tỷ lệ với áp suất tầng sơi dó, tầng sâu giúp nhiệt nhiều Nhờ vậy, hiệu suất cháy hấp thụ S2 tầng nhiên liệu Hơi tạo hai ống, nằm tầng sôi nằm Khí lị nóng chạy tua bin sử dụng gas phát điện Hệ thống PFBC sử dụng đồng phát (hơi điện) phát điện chu trình kết hợp Việc vận hành chu trình kết hợp (tua bin dùng gas tua bin chạy nước) cải tiện hiệu suất chuyển đổi tồn phần từ đến % 2.7 Lị buồng lửa tầng sơi tuần hồn khí (CFBC) Với hệ thống tuần hồn, thơng số tầng nhiên liệu trì để thúc đẩy việc loại hạt rắn tầng nhiên liệu Chúng nâng lên, pha trộn dàn ống lên hạ xuống theo cyclon phân li quay trở lại Trong tầng nhiên liệu, khơng có ống sinh Việc sinh làm nhiệt diễn phận đối lưu, thành ống nước đầu dàn ống nâng lên Các lị buồng lửa tầng sơi tuần hồn khí thường kinh tế so với lị buồng lửa tầng sơi khơng khí áp dụng doanh nghiệp công nghiệp cần sử dụng lượng lớn 75 – 100 T/h Với nhà máy có nhu cầu lớn hơn, nhờ đặc điểm lị đốt cao hệ thống lò buồng lửa tầng sơi tuần hồn khí cung cấp khoảng trống lớn để sử dụng, hạt nhiên liệu lớn hơn, thời gian lưu hấp thụ để Hình Lị CFBC đạt hiệu suất cháy mức SO2 cao hơn, việc áp (Thermax Babcock & Wilcox Ltd, 2001) dụng cơng nghệ để kiểm sốt mức NOx dễ dàng so với lị buồng lửa tầng sơi khơng khí 2.8 Lị đốt ghi Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt Buồng lửa chia tuỳ theo phương pháp cấp nhiên liệu cho lị kiểu ghi lị Các loại bao gồm buồng lửa ghi cố định buồng lửa ghi xích ghi di động 2.8.1 Buồng lửa ghi cố định Buồng lửa ghi cố định sử dụng kết hợp cháy ghi lò cháy rơi Than đưa liên tục vào lò lớp than cháy Than nhận nhiệt tiến hành giai đoạn trình cháy Những hạt than to (phần cốc) rơi ghi, cháy với lớp than mỏng, cháy nhanh Phương pháp đốt linh hoạt với dao động mức tải, việc đốt cháy tạo tức thời tốc độ cháy tăng Vì vậy, buồng lửa ghi cố định ưa chuộng loại buồng lửa khác ứng dụng công nghiệp Hình Buồng lửa ghi cố định (Department of Coal, 1985) 2.8.2 Buồng lửa ghi xích buồng lửa ghi di động Than cấp vào phần cuối ghi lò chuyển động Khi ghi chuyển động dọc theo chiều dài buồng lửa, than cháy, xỉ rơi xuống phía Sử dụng loại lị này, cần phải có số kỹ năng, thiết lập ghi, van điều tiết, vách ngăn để đảm bảo q trình đốt sạch, khơng cịn cacbon chưa cháy xỉ Phễu cấp than chuyển động dọc theo phần cấp than lò Thiết bị chắn than sử dụng để điều chỉnh tỷ lệ than cấp vào lò thơng qua kiểm sốt độ dày lớp than Kích cỡ than phải viên to khơng cháy hết thời điểm chúng đến cuối ghi Hình Buồng lửa ghi di động (Đại học Missouri, 2004) Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt 2.9 Lò sử dụng nhiên liệu phun Hầu hết nhà máy nhiệt điện (than) sử dụng lò dùng nhiên liệu phun, nhiều lò ống nước công nghiệp sử dụng loại nhiên liệu phun Công nghệ nhân rộng nhanh có hàng nghìn nhà máy áp dụng, chiếm 90% công suất đốt than Than nghiền (pulverized) thành bột mịn cho 2% có đường kính +300 micrometer (μm) 70-75 % nhỏ Hình 8: Đốt cháy theo phương tiếp tuyến nhiên 75 microns, than bitum liệu phun (nguồn tham khảo không xác định) Cũng cần lưu ý rằng, bột mịn gây lãng phí điện sử dụng cho máy nghiền Mặt khác, bột to không cháy hết buồng đốt dẫn tới tổn thất chưa cháy hết Than nghiền phun với phần khí đốt vào dây chuyền lị thơng qua số vịi đốt Có thể bổ sung khí cấp Quá trình cháy diễn nhiệt độ từ 1300-1700 °C, phụ thuộc nhiều vào loại than Thời gian lưu than lị điển hình từ khoảng đến giây, kích thước hạt phải nhỏ vừa để hồn tất q trình đốt, diễn khoảng thời gian Hệ thống kiểu có nhiều ưu điểm khả cháy với loại than chất lượng khác nhau, phản ứng nhanh với thay đổi mức tải, sử dụng nhiệt độ khí đun nóng sơ cao, vv Một hệ thống phổ biến để đốt than nghiền đốt theo phương tiếp tuyến sử dụng góc để tạo bóng lửa lị 2.10 Lị sử dụng nhiệt thải Bất nơi có sẵn nhiệt thải nhiệt độ cao trung bình lắp đặt lị sử dụng nhiệt thải cách kinh tế Khi nhu cầu cao lượng tạo từ nhiệt thải, sử dụng lị đốt nhiên liệu phụ trợ Nếu khơng cần sử dụng trực tiếp sử dụng cho máy phát tua bin chạy để phát điện Lò loại sử dụng rộng rãi với nhiệt thu hồi từ khí thải tua bin chạy gas động diezen Hình 9: Giản đồ Lị sử dụng nhiệt thải (Nơng nghiệp thực phẩm nông nghiệp- Canada, 2001) Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt 2.11 Thiết bị gia nhiệt Trong thời gian gần đây, thiết bị gia nhiệt ứng dụng rộng rãi để gia nhiệt quy trình gián tiếp Sử dụng dầu mỏ-nhiên liệu lỏng làm trung gian truyền nhiệt, sấy cung cấp nhiệt độ trì liên tục cho thiết bị sử dụng Hệ thống cháy bao gồm ghi cố định với thiết bị thơng khí học Thiết bị gia nhiệt đốt dầu bao gồm ống đôi, cấu trúc bậc ba lắp với hệ thống vòi phun áp suất Chất lưu, hoạt động chất mang nhiệt, gia nhiệt sấy tuần hoàn thiết bị sử dụng Tại đó, chất lưu truyền nhiệt cho quy trình thơng qua trao đổi nhiệt chất lưu quay trở lại sấy Lưu lượng chất lưu điểm sử dụng cuối điều chỉnh van điều chỉnh vận hành khí, dựa nhiệt độ vận hành Bộ sấy hoạt động mức lửa nhỏ hay to phụ thuộc vào nhiệt độ dầu, thay đổi tỷ lệ với tải hệ thống Hình 10 Cấu tạo điển hình thiết bị gia nhiệt (Energy Machine India) Ưu điểm loại thiết bị này: Vận hành theo chu trình khép kín với tổn thất tối thiểu so với lò sử dụng Vận hành hệ thống không điều áp nhiệt độ mức 250 0C so với hệ thống tương tự có áp suất 40 kg/cm2 Thiết lập kiểm sốt tự động, giúp vận hành linh hoạt Hiệu suất nhiệt tốt hệ thống thiết bị khơng bị tổn thất xả đáy, thải nước ngưng, giãn áp Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt Tính kinh tế thiết bị gia nhiệt phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể tảng tham khảo Thiết bị gia nhiệt đốt than có hiệu suất dải 55-65 % so sánh với hầu hết lò Kết hợp với thiết bị thu hồi nhiệt khí lị tăng hiệu suất nhiệt ĐÁNH GIÁ LÒ HƠI Phần trình bày Đánh giá hoạt động lị (sử dụng phương pháp trực tiếp gián tiếp bao gồm số ví dụ cách tính tốn hiệu quả), xả đáy xử lý nước lò 3.1 Đánh giá hoạt động lò Các thơng số hoạt động lị hiệu suất tỷ lệ nước bốc hơi, giảm theo thời gian trình đốt kém, tắc ngẽn bề mặt truyền nhiệt, hoạt động bảo trì Ngay với lò mới, nguyên nhân chất lượng nhiên liệu chất lượng nước xuống khiến lò hoạt động Cân nhiệt giúp xác định tổn thất nhiệt khơng thể tránh khỏi Kiểm định hiệu suất lị giúp tìm chênh lệch hiệu suất lò cao hiệu suất lò khu vực trục trặc nhắm tới để có biện pháp phù hợp 3.1.1 Cân nhiệt Q trình đốt cháy lị mơ tả sơ đồ dòng lượng Sơ đồ cho thấy cách thức lượng đầu vào từ nhiên liệu chuyển thành dòng lượng hữu dụng, nhiệt dòng lượng tổn thất Độ dày mũi tên dòng tương ứng với khối lượng lượng sử dụng dịng Stack Gas Stochiometric Excess Air Un burnt FUEL INPUT STEAM OUTPUT Ash and Unburnt parts of Fuel in Ash Blow Down Convection & Radiation Hình 11 Sơ đồ cân lượng lò Câ n lượng để cân tổng lượng đầu vào lò với lượng đầu dạng khác Hình minh hoạ cho tổn thất khác xảy trình tạo .. .Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt NỒI HƠI & THIẾT BỊ GIA NHIỆT GIƠI THIỆU CÁC LOẠI LÒ HƠI .2 ĐÁNH GIÁ LÒ HƠI CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG... Thiết bị gia nhiệt Trong thời gian gần đây, thiết bị gia nhiệt ứng dụng rộng rãi để gia nhiệt quy trình gián tiếp Sử dụng dầu mỏ-nhiên liệu lỏng làm trung gian truyền nhiệt, sấy cung cấp nhiệt. .. trình nhà máy Để nâng cao hiệu sử dụng lò hơi, thiết bị trao đổi nhiệt đun nóng sơ nước cấp sử dụng nhiệt thải từ khí lị Thiết bị nhiệt: Lò thiết bị gia nhiệt EXHAUST GAS STEAM TO PROCESS VENT