Nghiên cứu sơ bộ dạng lò sưởi

Dựa vào công suất của lò hơi là 220 T/h và sử dụng nhiên liệu rắn nên sử dụng lò hơi buồng lửa phun

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng mà chủ yếu là điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong sự phát triển kinh tế của mỗi nước Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước khác trên thế giới, lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra chiếm tỷ lệ chủ yếu trong tổng lượng điện năng toàn quốc

Trong quá trình sản xuất điện năng, lò hơi là khâu quan trọng đầu tiên

có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi Nó là một thiết bị không thể thiếu được trong nhà máy nhiệt điện,

lò hơi cũng được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác

Ở nước ta hiện nay thường sử dụng loại lò hơi hạ áp và trung áp, vì thế việc nghiên cứu đưa các lò hơi cao áp vào sử dụng là rất hợp lý

Trong kỳ học, này em được giao nhiệm vụ thiết kế lò hơi đốt than sản lượng 220 tấn/giờ Với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng cùng với việc nghiên cứu các tài liệu khác, em đã hoàn thành được bản thiết kế này

Trong quá trình thiết kế không tránh khỏi những sai sót, em kính mong sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo của các thầy cô giáo, em xin chân thành cảm ơn

Người thiết kế

Võ Xuân Đức

Chương mở đầu

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Sản lượng hơi quá nhiệt Ddm =220 T/h

2 Áp suất hơi quá nhiệt pqn = 9 MPa = 90 bar

3 Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = 510 ºC

4 Nhiệt độ nước cấp vào lò hơi tnc = 215 ºC

5 Nhiên liệu là than có các đặc tính sau

6 Nhiệt độ bắt đầu biến dạng t1 = 1150 ºC

7 Nhiệt trị của nhiên liệu Qlvt =26500 kJ/kg

8 Nhiệt độ không khí trong gian lò hơi lấy bằng nhiệt độ môi trường, tkkl = 30 ºC Thành phần Clv Hlv Nlv Olv Slv Alv Wlv VcPhần trăm % 67,36 4,09 6,57 1,68 0,4 12,4 7,5 18,5

Chương 1

XÁC ĐỊNH SƠ BỘ DẠNG LÕ HƠI

1.1 Chọn phương pháp đốt và cấu trúc buồng lửa

Dựa vào công suất của lò hơi là 220 T/h và sử dụng nhiên liệu rắn nên sử dụng lò hơi buồng lửa phun

Độ tro không cao và lượng chất bốc cũng không quá thấp nên chọn phương pháp thải xỉ khô Mặt khác giảm được tổn thất nhiệt thải xỉ nên tăng hiệu suất lò hơi

Chọn lò hơi bố trí theo kiểu chữ Π vì đây là loại lò hơi phổ biên nhất hiện nay Ở loại này các thiết bị nặng như: quạt khói, quạt gió, bộ khử bụi, ống khói điều đặt ở vị trí thấp nhất

1.2 Chọn dạng cấu trúc của các bộ phận khác của lò hơi

1.2.1 Dạng cấu trúc của pheston

Kích thước cụ thể của pheston sẽ được xác định sau khi đã xác định cụ thể cấu tạo của buồng lửa và các cụm ống xung quanh nó

Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa (trước cụm pheston) được chọn theo mục 1.3.2 1.2.2 Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt

Chọn phương án có sử dung bộ quá nhiệt trung gian

1.2.3 Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí

Do công suất lò hơi lớn và đốt than bột đòi hỏi nhiệt độ không khí nóng cao nên

bố trí bộ hâm nước hai cấp và bộ sấy không khí cũng hai cấp đặt xen kẽ nhau theo thứ tự: bộ hâm nước cấp 2, bộ sấy không khí cấp 2; bộ hâm nước cấp 1 và bộ sấy không khí cấp 1 (theo chiều đường khói đi ra)

1.2.4 Đáy buồng lửa

Dùng buồng đốt than thải xỉ khô nên đáy làm lạnh tro có dạng hình phểu, cạnh bên nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc bằng 55º

1.3 Nhiệt độ khói và không khí

1.3.1 Nhiệt độ khói thát ra khỏi lò θth

26500

5,710000Q

W10000

t

lv

Dựa vào bảng 1.1 Tài liệu [1], với nhiên liệu rẻ tiền, chọn được th 120ºC Nhờ

đó nếu sau này sử dụng nhiên liệu đắt tiền, chất lượng cao thì lò hơi vẫn hoạt động tốt 1.3.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa θ”th

Chọn nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa khoảng 1050 ºC

1.3.3 Nhiệt độ không khí nóng

Buồng lửa thải xỉ khô với hệ thông nghiền than kiểu kín, dùng không khí làm môi chất sấy, với than sử dụng là than đá, than nâu là 300 - 350 ºC

Sơ đồ cấu tạo tổng thể của lò hơi

Chú thích

2 - Bộ pheston 9 - Bộ sấy không khí cấp I

3 - Bộ quá nhiệt cấp II 10 - Dàn ống sinh hơi

5 - Bộ quá nhiệt cấp I 12 - ống góp dưới

6 - Bộ hâm nước cấp II 13 - Phần đáy thải xĩ

7 - Bộ sấy không khí cấp II 14 - Đường khói thải

I I

I 1

2.2 Tính thể tích sản phẩm cháy

Khi quá trình cháy xảy ra hoàn toàn, sản phẩm cháy của nhiên liệu sẽ chỉ bao gồm các khí: CO2, SO2, N2, O2, và H2O Chỉ tính chung thể tích khí 3 nguyên tử vì chúng có khả năng bức xạ rất mạnh: CO2, SO2, ký hiệu VRO2 = VCO2 + VSO2 Ở trạng thái lý thuyết ta tính hệ số không khí thừa α = 1 nhưng trong thực tế quá trình cháy luôn xảy ra với hệ số không khí thừa α > 1

2.2.1 Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết

Thể tích VRO2 của nhiên liệu rắn được tính

 lv lv2

SO 2 CO 2

RO V V 0,01866 C 0,375S

67,36 0,375.0,4 1,2601866

,0

Thể tích V0

N2

61,557,6.008,0035,7.79,0N008,0V79,0

Lượng hơi nước lý thuyết trong khói

ph 0

kk lv

lv 0

2 N 2 RO 0

Thể tích khói lý thuyết

53,766,087,6VV

VK0  kkho0  H02O    m3tc/kg

2.2.2 Xác định hệ số không khí thừa

Hệ số không khí thừa ra khỏi buồng lửa chọn theo bảng 16: buồng lửa phun thải

xỉ khô với lò có D ≥ 75 T/h tra được hệ số không khí thừa α = 1,2 Lượng không khí lọt vào trong đường khói được xác định theo bảng 2.1 trong tài liệu

Bảng 2.1: Giá trị lượng không khí lọt vào đường khói Δα

Kkho O

H Kkho

1,2 17,035 0,683 8,9687

,6

Phân thể tích các khí

96,8

26,1V

Vr

K

RO RO

2

96,8

66,0V

Vr

K

0 O H O H

2

Nồng độ tro bay theo khói

Nồng độ tro bay trong khói tính theo thể tích khói

Alv.ab/VK

Hệ số không khí thừa tại các vị trí tiếp theo được xác định bằng tổng của hệ số không khí thừa buồng lửa với lượng lọt vào đường khói giữa buồng lửa với tiết diện đang xét Δα Hệ số không khí thừa đầu ra α” = α’ + Δα

Bảng 2.2: Bảng hệ số không khí thừa

TT Tên bề mặt đốt Hệ số không khí thừa

Đầu vào α’ Đầu ra α”

"

bl



Δα0: lượng không khí lọt vào buồng lửa, Δα0 = 0;

Δαn: lượng không khí lọt vào hệ thống nghiền, Δαn = 0,1

2.3 Tính entanpi của không khí và khói

Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy

 p KK

0 kk 0

I   , kJ/m3tc

Cp: nhiệt dung riêng của không khí, kJ/kgđộ;

θ: nhiệt độ của các không khí, ºC

Entanpi của khói lý thuyết được tính

0 O H 2 N 0

2 N 2 RO 2

RO 0

100

A.a

Entanpi của khói thực tế

0 kk 0

A.a.10I

3 lv

t

lv b 3

công thức trên

Chương 3

CÂN BẰNG NHIỆT LÕ HƠI

3.1 Lƣợng nhiệt đƣa vào lò hơi

Lượng nhiệt đưa vào lò hơi được tính cho 1 kg nhiên liệu rắn xác định theo công thức

d ph nl n

kk lv t

Trong đó

Qtlv: nhiệt trị thấp của nhiên liệu, Qtlv = 26500 kJ/kg;

Qnkk: nhiệt lượng do không khí nóng mang vào, được tính đến khi không khí được sấy nóng bằng nguồn nhiệt bên ngoài, Qn

kk = 0 khi lấy từ bộ sấy không khí của lò;

Qnl = Cnl.tnl là nhiệt vật lý của nhiên liệu đưa vào Tuy không có sấy bằng

150

26500150

Q

%5,7W

t lv

nên có thể bỏ qua Qnl = 0

Qph: nhiệt lượng do dùng hơi phun nhiên liệu vào lò;

Qd: nhiệt lượng phân hủy khi đốt đá dầu;

Đối với lò đốt than bột thì Qph = 0 và Qd = 0 Như vậy đối với các lò hơi đốt than mà không sấy không khí bằng nguồn nhiệt bên ngoài thì lượng nhiệt đưa vào sẽ được coi gần bằng nhiệt trị thấp của nhiên liệu

26500Q

t

3.2 Xác định các tổn thất nhiệt lò hơi

3.2.1 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q3 thường chọn theo tiêu chuẩn tính nhiệt, theo bảng 16 tra được q3 = 0% Vậy Q3 = 0

3.2.2 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q4 được xác định theo tiêu chuẩn tính nhiệt, theo bảng 16 tra được q4 = 5%

1325100

26500.5100

Q.q

3.2.3 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra

Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Q2 hoặc q2 được xác định theo công thức

100

q100I

 th th

I   là entanpi khói thải Với nhiệt độ khói thải θth = 120 ºC đã chọn có Ith 1524,5kJ/kg

0 kkl th

I  là entanpi không khí lạnh vào lò Với nhiệt độ θkkl = 30 ºC đã chọn có I0 489,262

kkl kJ/kg suy ra Ikkl1,39.489,262 680,074kJ/kg

2,802100

5100074,6805,1524

03,3100.26500

2,802100

Q

Qq

dv

2

3.2.4 Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh

Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh Q5 hoặc q5 được xác định theo toán đồ thực nghiệm Với sản lượng lò D = 220 T/h xác định ngay q5 = 0,5% Từ

đó có

5,132100

26500.5,0100

Q.q

3.2.5 Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài

Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài Q6 hoặc q6 có thể bỏ qua khi đốt than phun thải xỉ khô mà lượng xỉ thải ra ít    26,5

1000

Q4,12A

lv t lv

3.3 Lƣợng nhiệt sử dụng có ích

Lượng nhiệt sử dụng hữu ích Q1 trong lò được xác định bằng công thức

qn ncqn

Trong đó

Dqn là sản lượng hơi quá nhiệt, Dqn = 220 T/h;

iqn là entanpi của hơi quá nhiệt Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt với

3,242400

5,13213250

2,80226500

3.4 Hiệu suất lò hơi và lƣợng tiêu hao nhiên liệu

3.4.1 Hiệu suất nhiệt lò hơi

Hiệu suất nhiệt lò hơi η được xác định bằng công thức

3.4.2 Lượng tiêu hao nhiên liệu của lò

Lượng tiêu hao nhiên liệu của lò B được xác định bằng công thức

2259826500

.9147,0

10.547756Q

QB

3 lv

t



3.4.3 Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán của lò

Để xác định tổng thể tích sản phẩm cháy và không khí chuyển dời qua toàn bộ lò hơi và nhiệt lượng chứa trong chúng người ta sử dụng đại lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán

1,21468100

5122598100

q1B

Chương 4

THIẾT KẾ BUỒNG LỬA

4.1 Xác định kích thước hình học của buồng lửa

4.1.1 Xác định thể tích buồng lửa

Sau khi tính toán nhien liệu chúng ta xác định được lượng nhiên liệu tiêu hao, trên cơ sở chọn nhiệt thế thể tích buồng lửa, ta xác định được thể tích buồng lửa của lò hơi Dựa theo bảng 4.1 tài liệu [1], với buồng lửa thải xỉ khô thì qv = 145÷185 kW/m3,

để đạt tối ưu cho chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật, chọn qv = 150 kW/m3 Từ đó ta tìm được thể tích buồng lửa

5,1053150

.3600

26500.1,21468q

QBV

v

lv t tt

Với Btt = 21468,1 kg/h là lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán;

Qtlv = 26500 kJ/kg là nhiệt trị thấp của nhiên liệu

4.1.2 Xác định chiều cao buồng lửa

Chiều cao buông lửa được chọn trên cơ sở bảo đảm chiều dài ngọn lửa để cho nhiên liệu cháy kiệt trước khi ra khỏi buồng lửa Đối với buồng lửa phun đốt công suất

D = 220 T/h thì chiều dài ngọn lửa được chọn lnl = 16m Khi đó chọn chiều cao buồng lửa khoảng H = 15m

Diện tích tiết diện ngang của buồng lửa:

23,7015

5,1053H

V

4.1.3 Xác định kính thước các cạnh của tiết diện ngang buồng lửa

Diện tích tiết diện ngang buồng lửa được chọn:

5,675,7.9b.a

Fbl    m2

Chiều rộng và sâu buồng lửa được chọn dựa theo loại vòi phun và cách đặt chúng, đảm bảo cho ngọn lửa không văng tới tường đối diện, có xét tới yêu cầu chiều dài bao hơi để bảo đảm phân ly hơi, yêu cầu về tốc độ hơi trong bộ quá nhiệt, đồng thời thỏa mãn được nhiệt thế chiều rộng buồng lửa Kiểm tra ba điều kiện:

- Nhiệt thế chiều rộng buồng lửa theo bảng 4.2 tài liệu [1] có qr = 22÷27 t/m.h

44,249

220a

4.1.4 Chọn loại, số lượng vòi phun và cách bố trí

Chọn loại vòi phun tròn đốt bột than Với sản lượng hơi 220 t/h, chọn số lượng vòi phun theo bảng 4.4 tài liệu [1] là 6 vòi phun, bố trí ở hai tường bên đối xứng nhau Các kích thước cơ bản lắp ráp với lò phun bột than thải xỉ khô (theo bảng 4.5)

- Từ trục vòi phun dưới đến mép phiễu thải tro xỉ bằng 2m

- Từ trục vòi phun đến mép tường bằng 2m

- Giữa các trục vòi phun trong dãy theo phương ngang bằng 3m

- Giữa các trục vòi phun theo phương dọc bằng 2m

4.1.5 Các kích thước hình học của buồng lửa

Để tính toán buồng lửa đơn giản người ta chia diện tích tường bên thành nhiều hình nhỏ, cụ thể chia 5 phần như hình vẽ Khi đó:

Chiều dài ngọn lửa: lnl = l1 + l2 + l3 = 3,75 + 10,25 + 2,3 = 16,3 m

Diện tích tường bên F b

Ta tính các diện tích của hình nhỏ

72,1964,4.2

15,7

25,715,9.5,7

71.2

5,65,7

F3    m2

114.2

15,4

F4    m2

95,4.2

5,25,1

Vậy F F 19,72 71,25 7 11 9 117,97

5 1 i i

.l

Diện tích tường sau F s

5,67 9,5 1,41 4,61.9 190,71a

.l

Diện tích xung quanh buồng lửa

06,62971,19041,20297,117.2FFF2

Thể tích buồng lửa V

7,10619

.97,117a.F

Nhận thấy thể tích buồng lửa theo hình vẽ sai số rất ít với thể tích đã tính toán nên lấy các thông số kích thước buồng lửa theo hình vẽ

1414

Bảng 4.1: Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi

TT Tên đại lượng hiệu Kí Đơn vị Tường

trước

Tường sau

Tường bên Feston

Bảng 4.2: Tính nhiệt buồng lửa

TT Tên đại lượng hiệu Kí Đơn vị Công thức tính hay cơ sở chọn Kết quả

P

r 6 , 1 78 ,

kd.T

.430

V6,

nl

0,653

29

Vị trí tương đối trung tâm

ngọn lửa (vòi phun nghiêng

xuống góc 20º)

bl

vpxH

h



30

Hệ số phân bố nhiệt không

đều theo chiều cao buồng

lửa

bl a

bl a bl a

bl bl

tt

IItt

IQ

VB10

TaF762,5M

T

6 , 0

k t 8

3 a bl t

Q I  0,99528704,8 12837,4 15788,1

Áp dụng quy tắc 3 điểm tìm nhiệt độ ra của pheston ”

Chương 6

PHÂN PHỐI NHIỆT LƯỢNG CHO CÁC BỀ MẶT ĐỐT

6.1 Tổng lượng nhiệt hấp thụ hữu ích của lò

547756000

Qhi  kJ/h theo mục 3.3

6.2 Tổng lượng nhiệt hấp thụ bức xạ của dãy pheston

tt bx bl

bx ph bx bl bx

H

H.Q.y

,21468.6,629

6,50.6,15090.75,0

6.3 Lượng nhiệt hấp thụ bằng bức xạ từ buồng lửa của bộ quá nhiệt II

1 x  19527523.1 0,746 4959991

Qshbx  bxbl tt  bxph  bxqn2   

= 299478996 kJ/h = 83188,6 kW

6.5 Tổng lượng nhiệt hấp thụ của dãy pheston

275314751

,21468.83,37219527523Q

Q

ph bx ph

6.6 Lượng nhiệt hấp thụ bằng đối lưu của bộ quá nhiệt

Khi sử dụng bộ giảm ôn kiểu bề mặt

gô bx

qn qn dl

qn gô

bx qn dl qn

sh hi

= 547756000 – (299479996 + 27531475 + 146850000) = 73894529 kJ/h = 20526,2 kW

6.8 Độ sôi bộ hâm nước

Entanpi của nước cấp khi đi vào bộ hâm nước

ii

ihn  nc gô nc kJ/kg

Lượng nhiệt hấp thụ của nước trong bộ hâm nước khi đun sôi

i i  220.10 2743 920,7 400906000D

Như vậy lượng nhiệt cần cấp cho nước bốc hơi khi sôi Qht lớn hơn nhiều so với

Qhn nên trong bộ hâm nước, nước chưa đạt trạng thái sôi

6.9 Tổng lƣợng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí

kk n kk tt sII

s l

kk n kk tt tb

6.10.2 Nhiệt độ nước đầu vào của bộ hâm nước cấp II

Thấp hơn nhiệt độ sôi khoảng 40 ºC

6.10.3 Nhiệt độ khói trước bộ sấy không khí cấp II không quá 530 550 ºC

Theo thiết kế này ta chọn như sau:

s l

kk n kk tt tb s

6.13 Nhiệt độ khói sau các bề mặt đốt

6.13.1 Nhiệt độ khói sau bộ quá nhiệt

tt

qn l

kk qn p

qn

B

QI

7931,9

1,21468.995,0

14189000926

,429.025,07,14563

kk hnII qn

hnII

B

QII

,21468.995,0

3759452926

,429.02,09,7931

kk sII hnII

sII

B

Qi

,21468.995,0

2366251126

,429.05,05,6180

kk hnI sII

hnI

B

QII

,21468.995,0

3630000026

,429.02,02,5094

kk sI hnI

sI

B

Qi

,21468.995,0

4163664426

,429.05,04,3403

Tra bảng 2.4 được ”

sII = 115,2 ºC

Chương 7

THIẾT KẾ BỘ QUÁ NHIỆT

Bộ quá nhiệt chia thành hai cấp, bộ quá nhiệt cấp II đặt sau bộ pheston để dòng hơi đi cùng chiều dòng khói nhằm làm cho nhiệt độ cuối bộ quá nhiệt cấp II không quá lớn ảnh hưởng đến kim loại chịu nhiệt Bộ quá nhiệt cấp I đặt sau bộ quá nhiệt cấp II

và dòng hơi đi ngược chiều dòng khói nhằm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt

Ghi chú

1 Bộ quá nhiệt cấp I 4 Ống góp ra bộ quá nhiệt cấp II

2 Bộ quá nhiệt cấp II 5 Bao hơi

3 Ống góp ra bộ quá nhiệt cấp I 6 Bảo ôn

Sơ đồ bố trí bộ quá nhiệt

7.1 Thiết kế bộ quá nhiệt cấp II

10.2203600

4

122,0d

4

fZ

2 2

Trong thiết kế này chọn chiều cao trung bình là: 4,5m