Chương 4. Buồng lửa lò hơi và thiết bị đốt nhiên liệu - Phần 1 docx

Một số nhược điểm chung của các loại lò hơi kể trên là: - Bề mặt truyền nhiệt bị hạn chế, do đó không thể tăng sản lượng hơi theo yêu cầu không lớn hơn 15 18ữ t/h;... Phương hướng phát t

Chương 4 Buồng lửa lò hơi

và thiết bị đốt nhiên liệu

4.1 Quá trình phát triển lò hơi

4.1.1 Lò hơi kiểu bình và lò hơi ống lò, ống lửa

Đây là loại lò hơi đơn giản nhất Khói đốt nóng bên ngoài bình và chỉ đốt ở nửa dưới của bình Lò có khối lượng nước lớn Tỷ số giữa bề mặt đốt của lò và lượng nước F/G là tương đối nhỏ, khoảng 1 m2/t, khói ra có nhiệt độ rất cao, đến 300 0C và lớn hơn

Nhược điểm là bề mặt truyền nhiệt nhỏ, tối đa bằng 25 30ữ m2, thân bình bị

đốt nóng trực tiếp do đó sinh ra ứng suất nhiệt phụ trong kim loại thành bình

Do đốt nóng và giãn nở không đều của phần trên và dưới mà trong thành bình

có ứng suất cao hơn Tuần hoàn của nước không rõ rệt Để tăng bề mặt truyền nhiệt F(m2) người ta dùng nhiều bình Hơi sản xuất ở lò hơi này là hơi bão hòa Sản lượng nhỏ khoảng 200 500ữ kg/h Tiêu hao nhiều kim loại 250 300ữ kg/m2

4.1.1.2 Lò hơi ống lò

Với mục đích tăng F (m2) người ta dùng lò hơi có cấu tạo mới (năm 1802) là

lò hơi ống lò: 1 đến 2 ống có φ =400 900ữ mm Buồng lửa đặt bên trong nên truyền nhiệt bức xạ mạnh ở ống lò

a) b)

Hình 4.2 lò bình có ống lò a) một ống lò; b) hai ống lò; 1- ống lò; 2- ghi lò; 3-vành trong thân lò; 4- vành ngoài thân lò; 5- giá đỡ; 6- Đôm hơi

Sản lượng hơi khoảng 0,8 1, 5ữ t/h đối với lò có một ống lò và 1, 0 3, 5ữ t/h đối với lò có hai ống lò, tỷ lệ F/G tốt hơn bằng 4 5ữ m2/t, dòng nhiệt q=11,63 W/m2, suất sinh hơi của lò hơi ống lò bằng d=D/F≈20kg/m2h

4.1.1.3 Lò hơi ống lửa

Lò hơi ống lửa xuất hiện vào khoảng năm 1829 ống lửa có đường kính bằng

50 80ữ mm Bề mặt truyền nhiệt tăng lên 3 3, 5ữ lần, áp suất làm việc đến 1,5 2, 0ữMPa

Ưu điểm của lò hơi ống lửa là bề mặt truyền nhiệt lớn hơn, suất tiêu hao kim loại giảm

Hình 4.3 Lò hơi kiểu bình có ống lửa

1- thân lò; 2- ghi lò; 3- tường lò; 4- ống lửa; 5- khoang nước; 6-khoang hơi

4.1.1.4 Lò hơi phối hợp ống lò - ống lửa

Hình 4.4 Lò hơi nằm ống lò ống lửa

Lò hơi ống lò, ống lửa có suất sinh hơi lớn hơn (D F/ =25 kg/m2h) Truyền nhiệt bức xạ tốt ở ống lò và truyền nhiệt đối lưu mạnh trong các ống lửa, do khói đi trong các ống nhỏ có tốc độ lớn

Lò hơi kiểu dòng khói đi quặt trở lại đã giúp giảm chiều dài của lò và gọn hơn, ở

đây khói ra khỏi ống lò đi quặt vào các ống lửa (xem hình vẽ 4.5)

Hình 4.5 Lò hơi nằm ống lò ống lửa (ППК400) có dòng khói đi quặt trở lại: 1- mặt sàng trước; 2- mặt sàng sau; 3- thân ngoài; 4- thân trong (ống lò); 5- ống lửa; 6- ống nước; 7- hộp khói; 8- bộ quá nhiệt hơi; 9- ống góp hơi; 10- ống khói; 11- xiphon hơi để hút khói; 12- đôm hơi; 13- cửa vệ sinh

Hình 4.6 Lò hơi nằm ống lò ống lửa có dòng khói đi quặt trở lại

1- ống lò; 2- hộp khói; 3- ống lửa; 4- thanh giằng; 5- đôm hơi; 6- thân ngoài

Hình 4.7 trình bày lò hơi đứng kiểu ống lò ống lửa ПЖ-25 đốt than, áp suất làm việc p = 1,1Mpa; diện tích bề mặt nhận nhiệt H = 37,7m2; gồm 156 ống lửa ф51x2,5 mm

Lò hơi kiểu đứng là sự phối hợp ống lò và ống lửa Sản lượng hơi có thể đạt

1 2ữ t/h, áp suất hơi đạt 0,6 0,8ữ MPa (hình vẽ 4.7; 4.8; 4.9)

Hình 4.8 Lò hơi đứng ống lò ống nước ММЗ:

1- thân lò; 2- ống lò (thân trong); 3- buồng lửa; 4- tấm chắn khói;

5- chùm ống nước; 6- tấm chắn khói; 7- mặt sàng trên; 8- ống khói;

9- chóp đỉnh lò; 10- van an toàn; 11- hộp giữ van an toàn; 12- tấm điều chỉnh khói; 13- ống thuỷ; 14- cửa vệ sinh; 15- cửa cấp nhiên liệu; 16- ghi lò; 17- bệ lò; 18- cửa vệ sinh ống nước; 19- cửa vệ sinh mặt sàng trên; 20- ống thuỷ tối; 21- áp kế; 23- cần điều chỉnh khói; 24- van chặn; 25- van một chiều; 26- van xả đáy

Trên hình 4.9 trình bày cấu tạo lò hơi đứng ống lò ống khói МЗK Lò đốt nhiên liệu khí, có áp suất hơi đến 0,9Mpa, sản lượng đến 1,5 t/h

Lò hơi đứng ống lò ống lửa và ống nước ТМЗ được trình bày trình bày trên hình 4.10 Lò đốt than; sản lượng hơi 1t/h; áp suất hơi p = 0,9Mpa; diện tích bề mặt nhận nhiệt H = 35m2

Hình 4.13 Lò nằm ống lò ống nước nằm ngang kiểu KB 1- thân ngoài; 2- ống lò (thân trong); 3- tấm chắn khói;

4- ghi lò; 5- chùm ống nước; 6- bao hơi; 7- nắp trước; 8-nắp sau; 9- ống khói; 10- đế lò; 11- - áp kế; 12- đường lấy hơi ra; 13- van an toàn; 14- van xả đáy

Trên hình 4.13 trình bày lò hơi nằm ống lò ống nước nằm ngang kiểu KB, sản lượng hơi 0,7t/h; áp suất làm việc 0,7Mpa

Một số nhược điểm chung của các loại lò hơi kể trên là:

- Bề mặt truyền nhiệt bị hạn chế, do đó không thể tăng sản lượng hơi theo yêu cầu (không lớn hơn 15 18ữ t/h);

- Tiêu hao nhiều kim loại cho một đơn vị bề mặt đốt (200 300ữ kg/m2);

- áp suất hơi lớn nhất chỉ bằng 1,3 2, 0ữMPa;

- Tuần hoàn của nước không rõ rệt

Phương hướng phát triển kỹ thuật chế tạo lò hơi

là làm sao khắc phục được những nhược điểm trên của các loại lò hơi cũ để tăng được sản lượng hơi và các thông số của hơi

Hình 4.14 trình bày lò hơi nằm ống lò ống nước kiểu КПП-90, sản lượng hơi 700kg/h; áp suất p =0,5Mpa; bề mặt nhận nhiệt

H = 18,7m2;

Hình 4.14 Lò nằm ống lò ống nước đứng 1- thân ngoài; 2- thân trong; 4- cụm ống nước

đứng; 10- dãy ống nước nằm ngang; 14- thúng nhiên liệu lỏng; 15- bao hơi; 16- ống nước xuống; 17- ống hơi lên; 18- vách ngăn;

19- chân đế

4.1.2 Lò hơi ống nước có hộp góp và lò hơi nhiều bao hơi

Hình 4.15 Lò hơi có hộp góp và bao hơi đặt dọc; a) ống nước ngang;

b) ống nước nghiêng: 1- ghi lò; 2- hộp góp; 3- bao hơi; 4- bộ quá nhiệt

Lò hơi ống nước chỉ được phát triển khi người ta đã có thể chế tạo các ống liền (không có mối hàn dọc) Lò hơi này có từ nửa sau của thế kỷ 19 Lò hơi ống nước có những ưu điểm sau đây:

Hình 4.16 Lò hơi có hộp góp bao hơi đặt ngang

- Có thể tăng bề mặt đốt chế tạo từ những ống có đường kính nhỏ và đặt dày trong đường khói;

- Cho phép tăng đáng kể áp suất hơi vì các ống sinh hơi có đường kính bằng

Lò hơi có hộp góp được chế tạo đến sản lượng 16 t/h, áp suất làm việc bằng 2,0 MPa, bề mặt hấp thu nhiệt đạt đến 450 m2, suất sinh hơi bằng 35 kg/m2h, chiều dài các ống nước đến 5 m và là các ống thẳng

a) nối ống với hộp góp ; b) chi tiết nắp đậy lỗ trên ống góp

1- hộp góp; 2- bu lông; 3- êcu; 4- mốc ; a- lỗ kiểm tra;b- lỗ núc ống; c- nắp đậy

Vì thời kỳ ấy người ta chưa biết xử lý nước cấp cho lò hơi nên phải đặt các lỗ ở hộp góp hay ống góp phân đoạn đối diện với ống để làm sạch cáu cặn bám trong ống bằng biện pháp cơ khí Những lỗ này có nắp đậy kiểu enlip và xiết bulông thật chặt ở những nước Anh, Đức, Mỹ mãi tới những năm 1940 mới ngừng hẳn việc sản xuất những lò hơi loại này

4.1.2.3 Lò hơi có nhiều bao hơi

Lò hơi ống nước đứng có tuần hoàn của nước rõ rệt và mạnh Lò hơi loại này

có ba, bốn và năm bao hơi (như lò Sterling) và được dùng phổ biến trong những năm

1925 - 1930

H×nh 4.18 LßGacberg cã 4 bao h¬i, èng n−íc th¼ng

Hình 4.19 Lò hơi 4 bao hơi ống nước đứng có bộ hâm nước với 2 bao hơi

1- hơi khô; 2- bộ quá nhiệt; 3- bộ hâm nước

Lò hơi Sterling có các ống nước được uốn cong Khoảng từ năm 1930 người ta thay bao hơi tán đinh bằng hàn điện

4.1.3 Lò hơi ống nước có các dàn ống

Dựa vào đặc điểm tuần hoàn của nước và hỗn hợp hơi nước trong lò hơi có thể phân chia thành lò hơi có tuần hoàn tự nhiên, có tuần hoàn cưỡng bức và trực lưu (once through boiler)

4.1.3.1 Lò hơi có tuần hoàn tự nhiên

Sự thay đổi tận gốc sơ đồ nguyên lý của lò hơi ống nước bắt đầu vào những năm thứ 20 của thế kỷ XX Sở dĩ có sự thay đổi như vậy vì sự tiến bộ của kỹ thuật xử

lý nước đã cho phép bảo đảm được chế độ làm việc của lò hơi không có đóng cáu trong ống bằng cách làm mềm nước (trao đổi ion), đồng thời tiến hành xử lý nước bổ sung bằng phốt-phát và xả liên tục Do tiến bộ này mà người ta đã có thể dùng các ống uốn cong thay cho các ống thẳng trước đây

Hình 4.20 Sự phát triển của lò hơi tuần hoàn tự nhiên

Các điều kiện tiêu chuẩn khi chế tạo lò hơi bao gồm:

- Tăng D, p, t;

- Giảm khối lượng và kích thước bằng cách giảm số bao hơi, dùng ống có đường kính bé;

- Tăng bề mặt đốt hấp thu nhiệt bằng bức xạ, dùng tường nhẹ và bảo ôn lò;

- Hoàn thiện tuần hoàn, tránh đốt nóng các ống nước xuống;

- Tăng hiệu suất lò bằng cách đặt các bề mặt đốt ở phần đuôi lò;

- Hoàn thiện phương pháp đốt nhiên liệu

Hình 4.20a Sự phát triển của lò hơi ống nước đứng

a- lò 4 bao hơi ống nước thẳng; b, c, d, e, g- lò 2, 3, 4, 5 bao hơi;

g- lò một bao hơi kiểu hiện đại

Hình 4.20b Sự phát triển của lò hơi ống nước đứng nhiều bao hơi

a- lò Oschats; b- lò Sládek; c- lò Garbe; d- lò Sterling

Vào những năm 1920 - 1930, ở nhiều nước trên thế giới như Liên Xô (cũ),

Mỹ, Pháp, Đức người ta đã tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm một phương pháp mới

để đốt nhiên liệu rắn, đó là phương pháp đốt than bột Do áp dụng phương pháp đốt bột than trong buồng lửa lò hơi mà sản lượng hơi của lò đã tăng lên rất nhiều

Năm 1923 người ta đã bắt đầu dùng thông số cao để tăng hiệu suất và độ kinh

tế sử dụng than trong việc sản xuất điện năng

Hình 4.22 Sự phát triển tiếp theo của lò hơi ống nước đứng

1- bộ quá nhiệt; 2- bộ hâm nước; 3- bộ sấy không khí; 4- dàn ống sinh hơi

Hình 4.24a Cấu tạo lò hơi hai bao hơi ДКВР

1- dàn ống bức xạ; 2- bao hơi trên; 3- áp kế; 4- van an toàn; 6- phân ly hơi; 8- đường khói đi; 9- tấm chắn; 10- cụm ống bức xạ; 11- thiết bị thổi bụi;

12- bao hơi dưới; 13- van xả đáy

Trên hình 4.24a biểu diễn cấu tạo lò hơi hai bao hơi kiểu ДКВР Lò được chế tạo với nhiều công suất và áp súat hơi khác nhau Lò có áp suất làm việc đến 1,4Mpa;

công suất D = 2,5; 4; 6,5; 10 và 25t/h Hình 4.24b mô tả cấu trúc không gian các dàn ống lò hơi hai bao hơi kiểu ДКВР

Trên hình 4.25 trình bày lò hơi ghi xích, công suất 35t/h, p = 4Mpa, tqn =

4500C, tnc = 1050C; đốt nhiên liệu hỗn hợp gỗ và trấu; có nhiệt trị Qt = = 22,5Mj/kg;

độ ẩm W = 8,25%; độ tro A = 26,6%; lượng chất bốc Vc = 36,4% Diện tích bề mặt nhận nhiệt sinh hơi H = 358m2; diện tích bề mặt đố của bộ quá nhiệt 360m2; bộ hâm nước 800m2; bộ sấy không khí 500m2 Nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy t =

1200C; nhiệt độ khóí thải ra khỏi lò t = 1600C; hiệu suất đạt 79% ở công suất đinh mức và 81% ở công suất kinh tế; trở lực đường không khí 2020pa; trở lực đường khóí

là 1600pa; quạt khói có lưu lượng 14m3/s; quạt gió có lưu lượng 12,4m3/s ở nhiệt độ

00C và áp suất 0,1Mpa.;

Hình 4.26 biểu diễn cấu trúc lò hai bao hơi có sản lượng hơi D =50t/h, áp suất

p = 6,4Mpa, nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 4600C, nhiệt độ nước cấp vào lò tnc = 1300C

Hình 4.25 Lò ghi xích, công suất 35t/h, p = 4Mpa, t qn = 450 0 C, t nc = 105 0 C

Lò đốt bằng nhiên liệu khí hoặc lỏng; có diện tích bề mặt nhận nhiệt sinh hơi

H = 554m2; bề mặt bộ quá nhiệt 589,5m2; bộ hâm nước 354m2; bộ sấy không khí 1030m2; nhiệt độ không khí nóng t = 2110C; nhiệt độ khóí thải t = 1800C; hiệu suất

đạt 87% khi đốt dâu và 88% khi đốt khí; trở lực đường không khí 2020pa; trở lực

đường khóí là 960pa; trởlực đường hơi quá nhiệt 0,665Mpa;

ở những lò thông số cao vai trò của bộ quá nhiệt tăng lên rõ rệt và trở thành phần tử không thể thiếu được của thiết bị lò hơi Lò có tuần hoàn tự nhiên dùng đến áp suất p=18 MPa

4.1.3.2 Lò hơi có tuần hoàn cưỡng bức

Bên cạnh những lò hơi có tuần hoàn tự nhiên của nước và hỗn hợp hơi nước trong các dàn ống sinh hơi, đã xuất hiện vào năm 1923 những lò hơi có tuần hoàn cưỡng bức Đó là lò La Mont (Mỹ) có suất sinh hơi đến 46 170ữ kg/m2h Vào những năm 1930 - 1945 chúng được dùng phổ biến ở Mỹ có các lò hơi La Mont lớn D=250 430ữ t/h với p=21,5 MPa ở Anh có loại lò hơi này với D=1700 t/h, 17

qn

p = MPa, tqn =568 o

C,và quá nhiệt trung gian đến 568 oC

Hình 4.30 Lò hơi La Mont (Mỹ): 1ư bao hơi, 2ư bơm tuần hoàn,

3ư dàn ống sinh hơi, 4, 5ư bộ quá nhiệt, 6ư bộ hâm nước

4.1.3.3 Lò hơi trực lưu

ý tưởng tạo ra lò hơi kiểu trực lưu đã có từ thế kỷ 19 Đến trước chiến tranh thế giới thứ nhất một kỹ sư Tiệp tên là Mỹller đã khởi thảo lò trực lưu về mặt kỹ thuật

Ông ta di cư sang Anh và đổi tên là Benson Tác giả đã giao phát minh của mình cho một hãng Đức là Siemens-Schuckert và họ đã áp dụng vào năm 1923

ở Liên Xô (cũ) vào những năm 1930 - 1931 giáo sư L K Ramzin (Л K Paмзuн) cũng đã phát minh ra lò hơi trực lưu mang tên ông Sau chiến tranh thế giới thứ hai lò Paмзuн được dùng phổ biến ở Liên Xô (cũ)

ở Thụy Sỹ có lò hơi Sulzer, vì Thụy Sỹ không có quặng và than nên đòi hỏi giảm kim loại để chế tạo lò hơi, mà lò hơi này đã đáp ứng được đòi hỏi đó

Hình 4.31 biểu diễn nguyên lý cấu tạo lò hơi tuần hoàn cưỡng bức tận dụng

khói thải từ lò mactanh

Hình 4.33 Trình bày sơ đồ lò hơi trực lưu do Tiệp Khắc chế tạo có sản lượng

D = 350t/h; áp suất hơi p = 13,9Mpa; nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 5700C, nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian ttg = 5400C, đốt than nâu có nhiệt trị thấp Qt = 10-12Mj/kg, độ

ẩm từ 28-32%, độ tro từ 30-35%, nhiệt độ không khí nóng 2800C, bộ sấy không khí có hai dòng không khí tách riêng

Hình 4.34 Biểu diễn sơ đồ lò hơi trực lưu có sản lượng D = 630t/h do Tiệp Khắc chế tạo; áp suất hơi p = 17,8Mpa; nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 5700C, nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian ttg = 5700C, nhiệt độ nước cấp tnc = 2500C phục vụ cho tổ máy 500MW, đốt than nâu có nhiệt trị thấp Qt = 10-12Mj/kg, độ ẩm từ 28-32%, độ tro từ 30-50%

Hình 4.35 Biểu diễn sơ đồ lò hơi trực lưu có sản lượng D = 1600t/h do Tiệp Khắc chế tạo; áp suất hơi p = 17,9/3,9Mpa; nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 5400C, nhiệt

độ hơi quá nhiệt trung gian ttg = 5400C, nhiệt độ nước cấp tnc = 2540C phục vụ cho tổ máy 500MW, đốt than nâu có nhiệt trị thấp Qt = 10-12Mj/kg, độ ẩm từ 28-32%, độ tro từ 30-56%, nhiệt độ không khí nóng 2800C, bộ sấy không khí có hai dòng không khí tách riêng

Hình 4.36 Lò hơi trực lưu có D=4438t/h, pqn =27,3MPa, tqn =543/ 538 o C

Hiện nay nguyên nhân chủ yếu để dùng rộng rãi lò trực lưu là cố gắng làm sao tăng được thông số hơi đến vùng trên tới hạn (p=22,5 MPa, t=374,15 oC) để quá trình biến nhiệt năng thành điện năng có hiệu suất cao nhất

ở Liên Xô (cũ) đã chế tạo lò hơi trực lưu có sản lượng D=3950 t/h, đốt hỗn hợp nhiên liệu khí madút ở Mỹ đã chế tạo lò hơi trực lưu có sản lượng D=4438 t/h, 27,3

qn

p = MPa, tqn =543/ 538 oC Hơi của lò hơi này cung cấp cho tuabin hơi nước

có công suất 1300 MW

4.1.3.4 Lò hơi thải xỉ khô và thải xỉ lỏng

Đốt nhiên liệu dạng bột thải xỉ khô gặp một số trở ngại như:

- Đóng xỉ bề mặt đốt trong buồng lửa;

- Mài mòn bề mặt đốt phần đuôi bởi tro bay theo khói

Khi đốt nhiên liệu càng nhiều tro càng tăng các trở ngại này Lò hơi thải xỉ khô có 90 95%ữ tro bay theo khói, 5 10%ữ thu được dưới dạng xỉ cục ở đáy buồng lửa

Biện pháp hiệu quả để chống đóng xỉ bề mặt đốt và chống tro mài mòn là thu

được nhiều tro ở đáy buồng lửa dưới dạng xỉ lỏng (năm 1926) ở lò hơi thải xỉ lỏng xỉ chảy ra liên tục khỏi đáy buồng lửa Cấu tạo đáy buồng lửa ở đây nằm ngang hoặc hơi nghiêng (xem hình vẽ 4.37)

Hình 4.37 Đáy buồng lửa thải xỉ lỏng nằm ngang hoặc hơi nghiêng

Buồng lửa thải xỉ lỏng chỉ dùng để đốt than Nhiệt độ chảy của tro của các loại than dao động trong phạm vi 1000 1600ữ oC Lượng tro thu được ở buồng lửa thải xỉ lỏng bằng 30 60%ữ và lớn hơn Với các buồng lửa xoáy thải xỉ lỏng lượng tro thu

được ở dạng xỉ lỏng đạt đến 80 95%ữ Lò hơi thải xỉ lỏng có ηlò cao vì αbl nhỏ (αbl =1,00 1, 20ữ ), q bé 4

Hiện nay lò hơi thải xỉ lỏng được thiết kế cho than có nhiều tro, sản lượng và thông số hơi cũng giống như ở lò hơi thải xỉ khô

4.1.4 Lò hơi đặc biệt

4.1.4.1 Lò có áp suất buồng lửa cao

Các lò hơi thông thườngđược trình bày ở những phần trước có áp suất khói trong buồng lửa nhở hơn áp suất khí quyển (có độ chân không khoảng -20 đến - 40 pa), còn ở loại lò hơi này đường khói có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, áp suất dư

là 0,3 - 0,5 Mpa, khi đó lò hơi chỉ cần bố trí quạt gió mà không cần quạt khói