TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI NHÀ MÁY ĐIỆN ĐỐT TRẤU 10MW

MỤC LỤCĐề mục TrangTrang bìa......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... .........................................................................................................................iNhiệm vụ luận văn........................................................................................................ ........................................................................................................ ........................................................................................................ ........................................................................................................iiLời cảm ơn..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... vTóm tắt luận văn.......................................................................................................... .......................................................................................................... .......................................................................................................... .......................................................................................................... viMục lục......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... .........................................................................................................................viiDanh sách hình vẽ......................................................................................................... ......................................................................................................... ......................................................................................................... ......................................................................................................... xDanh sách bảng biểu................................................................................................... ................................................................................................... ................................................................................................... ...................................................................................................xiiCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN......................................................................................... ......................................................................................... ......................................................................................... .........................................................................................1CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU TRẤU............................................................................. ............................................................................. ............................................................................. .............................................................................61.1. TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN Ở VIỆT NAM........................................1. 1.2. NHÀ MÁY ĐIỆN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU....................................... 42.1. SẢN LƯỢNG LÚA...........................................................................................62.2. TRỮ LƯỢNG NHIÊN LIỆU TRẤU................................................................ 72.3. TRẤU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG.............................. 92.4. ĐẶC TÍNH NHIÊN LIỆU TRẤU.....................................................................92.4.1. Đặc tính hóa học.....................................................................................102.4.2. Đặc tính công nghệ.................................................................................102.4.3. Tính chất tro xỉ của nhiên liệu trấu........................................................ 11CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NHIỆT VÀ THÔNG SỐ HƠI NHÀ MÁY....123.1.CHỌN QUI MÔ NHÀ MÁY........................................................................... 123.2. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NHIỆT...........................................................................123.2.1. Chu trình Rankine.................................................................................. 123.2.2. Thông số chu trình hơi nước.................................................................. 143.2.3. Sơ đồ nhiệt nhà máy...............................................................................163.3. TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT..........................................................................173.3.1. Xây dựng quá trình làm việc của hơi trên giãn đồ i s..........................173.3.2. Cân bằng chất của các dòng hơi, nước và nước ngưng. Lập và giải cácphương trình nhiệt của các thiết bị TĐN................................................................ 193.3.3. Kiểm tra cân bằng hơi và nước ngưng................................................... 233.3.4. Phương trình năng lượng và xác định lưu lượng hơi và nước............... 243.3.5. Các chỉ tiêu năng lượng của nhà máy.................................................... 25CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN KẾT CẤU LÒ HƠI....................................................... ....................................................... ....................................................... .......................................................274.1. NHỮNG VẤN ĐỀ KHI ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU......................................274.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU....................................... 274.2.1. Công nghệ đốt trên ghi cố định..............................................................274.2.2. Công nghệ đốt trên ghi nghiêng.............................................................284.2.3. Công nghệ đốt trên ghi xích...................................................................294.2.4. Công nghệ đốt phun............................................................................... 314.2.5. Công nghệ đốt tầng sôi...........................................................................324.2.6. Công nghệ đốt kết hợp phun và ghi xích ngược chiều...........................33vii4.3. CẤU TRÚC PHẦN SAU BUỒNG LỬA....................................................... 344.3.1. Chọn nhiệt độ khói thải ra khỏi lò hơi................................................... 344.3.2. Bộ hâm nước.......................................................................................... 354.3.3. Bộ sấy không khí....................................................................................36CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU.......................... .......................... .......................... .......................... 385.1. THỂ TÍCH CỦA KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY............................. 385.2. NHIỆT LƯỢNG ĐƯA VÀO BUỒNG LỬA..................................................425.3. ENTHALPY CỦA KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY.......................... 425.4. HIỆU SUẤT LÒ HƠI......................................................................................455.4.1. Phương trình cân bằng nhiệt.................................................................. 455.4.2. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học..............................455.4.3. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học................................465.4.4. Tổn thất nhiệt do tỏa ra môi trường xung quanh................................... 465.4.5. Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài lò hơi..............................................465.4.6. Tổn thất nhiệt do khói mang ra ngoài lò hơi..........................................475.4.7. Hiệu suất lò hơi...................................................................................... 475.5. LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU................................................................57CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA LÒ HƠI........... ........... ........... ...........506.1. DỰ KIẾN DIỆN TÍCH TIẾP NHIỆT............................................................. 506.2. PHÁC THẢO KÍCH THƯỚC BUỒNG LỬA................................................506.3. DIỆN TÍCH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG BUỒNG LỬA.............................516.4. DÀN ỐNG SINH HƠI CỦA BUỒNG LỬA.................................................. 526.2.1. Nhiệt thế thể tích buồng lửa................................................................... 506.2.2. Nhiệt thế diện tích buồng lửa.................................................................506.3.1. Diện tích vách bên..................................................................................516.3.2. Diện tích vách trước...............................................................................526.3.3. Diện tích vách sau.................................................................................. 526.3.4. Diện tích mặt trên...................................................................................526.3.5. Diện tích mặt đáy................................................................................... 526.3.6. Tổng diện tích bao bọc buồng lửa..........................................................526.4.1. Đặc tính cấu tạo......................................................................................526.4.2. Diện tích bức xạ trong buồng lửa...........................................................536.4.3. Độ đặc ống............................................................................................. 53CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT..................................................... ..................................................... ..................................................... ..................................................... 557.1. TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT BUỒNG LỬA..........................................557.2. TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU........................................................................597.1.1. Nhiệt lượng hữu ích tỏa ra trong buồng lửa...........................................557.1.2. Nhiệt độ cháy lý thuyết trong buồng lửa................................................567.1.3. Bề dày hiệu quả lớp bức xạ buồng lửa...................................................567.1.4. Độ đen buồng lửa................................................................................... 567.1.5. Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa............................................................ 577.2.1. Tính toán trao đổi nhiệt bộ quá nhiệt..................................................... 597.2.2. Tính toán trao đổi nhiệt bộ sinh hơi....................................................... 787.2.3. Tính toán trao đổi nhiệt bộ hâm nước....................................................927.2.4. Tính toán trao đổi nhiệt bộ sấy không khí............................................. 99viiiCHƯƠNG 8: TÍNH KHÍ ĐỘNG............................................................................. ............................................................................. ............................................................................. .............................................................................1058.1.TRỞ LỰC CỦA HỆ THỐNG THÔNG GIÓ................................................. 1058.2. TÍNH TOÁN TRỞ LỰC TRÊN ĐƯỜNG KHÓI......................................... 1068.3. TÍNH TOÁN TRỞ LỰC TRÊN ĐƯỜNG GIÓ............................................ 1208.4. TÍNH CHỌN QUẠT..................................................................................... 1238.2.1. Trở lực ma sát đường khói................................................................... 1068.2.2. Trở lực khi dòng chảy cắt ngang chùm ống.........................................1108.2.3. Trở lực cục bộ...................................................................................... 1138.2.4. Tổng tổn thất áp suất trên đường khói................................................. 1188.3.1. Trở lực ma sát đường ống gió.............................................................. 1208.3.2. Trở lực cục bộ...................................................................................... 1218.3.3. Tổng tổn thất áp suất trên đường gió................................................... 1238.4.1. Quạt khói..............................................................................................1238.4.2. Quạt gió................................................................................................124CHƯƠNG 9: TÍNH KIỂM TRA SỨC BỀN LÒ HƠI........................................... ........................................... ........................................... ...........................................1259.1. TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO BAO HƠI.................................................... 1259.2. TÍNH TOÁN SỨC BỀN CHO BAO NƯỚC................................................ 1299.1.1. Kim loại dùng để chế tạo lò hơi........................................................... 1369.1.2. Áp suất tính toán.................................................................................. 1259.1.3. Nhiệt độ vách tính toán........................................................................ 1259.1.4. Ứng suất cho phép................................................................................1259.1.5. Hệ số bền vững của bao hơi................................................................. 1269.1.6. Hệ số bền vững của các mối hàn..........................................................1269.1.7. Hệ số bền vững khi thân trụ có khoan lỗ làm cho kém bền vững........1269.1.8. Kiểm tra bền cho thân trụ.....................................................................1289.1.9. Tính kiểm tra bền cho đáy cong...........................................................1289.2.1. Áp suất tính toán.................................................................................. 1299.2.2. Nhiệt độ vách tính toán........................................................................ 1299.2.3. Ứng suất cho phép................................................................................1309.2.4. Hệ số bền vững của bao nước.............................................................. 1309.2.5. Hệ số bền vững của các mối hàn..........................................................1309.2.6. Hệ số bền vững khi thân trụ có khoan lỗ làm cho kém bền vững........1309.2.7. Kiểm tra bền cho thân trụ.....................................................................1319.2.8. Tính kiểm tra bền cho đáy cong...........................................................132CHƯƠNG 10: CÁC HỆ THỐNG PHỤ.................................................................. .................................................................. .................................................................. .................................................................. 13310.1. HỆ THỐNG CHUẨN BỊ VÀ ĐỐT TRẤU.................................................13310.1.1. Hệ thống bốc dỡ trấu trên bến cảng................................................... 13310.1.2. Hệ thống vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu trấu.................................13310.1.3. Hệ thống đốt trấu................................................................................13310.2. HỆ THỐNG LÀM SẠCH KHÓI................................................................ 134KẾT LUẬN................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................136TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ ........................................................................................ ........................................................................................ ........................................................................................ 137

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển, tốc độ phát triển từ cuốithập niên 90 của thế kỷ 20 đến nay rất cao, theo thống kê trong năm 2006- 2009 tốc độ tăngtrưởng kinh tế bình quân đạt 8 - 8.5 %/năm và dự báo sẽ duy trì tăng trưởng cao trong tươnglai Tăng trưởng điện năng là yêu cầu tất yếu để phục vụ cho tăng trưởng kinh tế, thực tế chothấy tăng trưởng điện năng luôn phải đi trước một bước so với tăng trưởng kinh tế

Trong khi nguồn thủy điện là có giới hạn và tiềm năng khai thác thủy điện của Việt Namchỉ ở khoảng 80 - 100 tỷ kWh, trong khi dự báo đến năm 2015 nhu cầu điện năng của ViệtNam khoảng hơn 200 tỷ kWh Theo đánh giá có tính khả thi đến năm 2015, khả năng khaithác thủy điện cao nhất ở khoảng 50 - 60 tỷ kWh Như vậy đến năm 2015, điện năng từ nhiệtđiện và nhập khẩu điện năng từ Lào và Trung Quốc chiếm khoảng hơn 70% điện năng hệthống điện Việt Nam

Để đáp ứng tăng trưởng nhu cầu điện năng, nhiều nhà máy thủy điện và nhiệt điện đangđược khẩn trương xây dựng dưới nhiều hình thức, bao gồm nhà máy do EVN xây dựng, các

dự án điện theo hình thức BOT, IPP, Nhưng nguồn điện Việt Nam vẫn không đáp ứng kịpvới tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện và trong tương lai dự báo có thể thiếu nguồn điện làhoàn toàn có cơ sở

Việc phát triển mạng lưới điện phải tăng trưởng và đáp ứng theo tốc độ tăng trưởng củanền kinh tế đất nước Trong khi các tiềm năng thủy điện bị hạn chế, song song với sự pháttriển các dự án nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch ở quy mô lớn, việc phát triển và xâydựng các nhà máy điện có quy mô vừa và nhỏ, tận dụng các nguồn nhiên liệu có sẵn, dư thừa

có ý nghĩa quan trọng

Trong khi đó, nhiên liệu trấu của nước ta đang dư thừa đáng kể và vấn đề ô nhiễm cácdòng sông do việc thải bỏ trấu đang rất nghiêm trọng và cần có biện pháp xử lý cấp bách.Hiện nay, Chính phủ đang có chủ trương phát triển nhiệt điện trấu để giải quyết vấn đề ônhiễm trên và đang từng bước xây dựng khung pháp lý, chính sách nhằm khuyến khích việc

sử dụng nhiên liệu trấu chuyển đổi thành điện năng một cách hữu hiệu hơn

1.1 TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Việt Nam đang trong quá trình phát triển kinh tế, song song là quá trình phát triển mạnglưới điện Trong những năm gần đây, khai thác thủy điện hầu như phát triển chậm lại do hạnchế về tiềm năng thủy điện, nhưng nhiệt điện lại phát triển mạnh mẽ, nhất là nhiệt điện khí

và dầu, nhiều Trung Tâm Điện Lực (TTĐL) sử dụng nhiên liệu khí đã và đang được xâydựng và vận hành thương mại như TTĐL Khí Điện Đạm Cà Màu, TTĐL Ô Môn, TTĐL Phú

Mỹ, TTĐL Nhơn Trạch,… Trong tương lai gần, nhiệt điện phát triển ngày càng mạnh hơn,nhiều dự án nhiệt điện than, dầu, khí đang được triển khai cấp bách để đưa vào khai thác sửdụng, nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải điện trong nước

Hình 1.1 Công suất điện lắp đặt năm 2007 [13]

Theo báo cáo của Bộ Công Thương tính đến năm 2007, tổng công suất điện lắp đặt trong

cả nước đạt khoảng 13,512MW Qua hình 1.1 cho thấy năng lượng đất nước phụ thuộc chủyếu vào thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện khí và dầu; còn tổng năng lượng tái tạo(NLTT) khai thác vào khoảng 283.75MW (2.1%) Trong khi đó, tiềm năng khai thác NLTTcủa nước ta còn rất lớn, nên việc phát triển nguồn NLTT ở quy mô lớn không những giảmbớt gánh nặng cho các nguồn năng lượng khác, đảm bảo an ninh năng lượng Quốc Gia, màcòn góp phần bảo về môi trường

Định hướng phát triển năng lượng mới và năng lượng tái tạo

- Về điều tra quy hoạch: các dạng năng lượng mới và tái tạo chưa được đánh giá đầy đủ, bởi vậycần có kế hoạch và đầu tư thích đáng cho điều tra bổ sung các số liệu, tiến tới quy hoạch, phân vùngcác dạng năng lượng này để có kế hoạch đầu tư, khai thác hợp lý Lập các tổ chức chuyên trách,thuộc nhiều thành phần kinh tế khác nhau để điều tra, xây dựng quy hoạch, kế hoạch Thực hiệntuyên truyền, tổ chức nghiên cứu, chế thử và triển khai rộng khắp trên toàn lãnh thổ

- Tăng cường tuyên truyền sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo để cấp cho các khu vựcvùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo Xây dựng cơ chế quản lý để duy trì và phát triển các nguồnđiện ở những khu vực này

- Lồng ghép sử dụng năng lượng mới và tái tạo vào chương trình tiết kiệm năng lượng và cácchương trình mục tiêu quốc gia khác như chương trình điện khí hóa nông thôn, trồng rừng, xóa đóigiảm nghèo, nước sạch, VAC…

- Khuyến khích các doanh nghiệp xây dựng các cơ sở thích hợp để sản xuất, lắp ráp, sửa chữacác loại thiết bị năng lượng mới như đun nước nóng, thủy điện nhỏ, động cơ gió, hầm khí sinh vật…

ở những nơi có điều kiện Hợp tác mua công nghệ của các nước đã phát triển để lắp ráp các thiết bịcông nghệ cao như pin mặt trời, điện gió… từng bước làm phù hợp và tiến tới lắp ráp, chế tạo trongnước

hình sử dụng năng lượng mới và tái tạo; ưu đãi thuế nhập thiết bị, công nghệ mới, thuế sản xuất, lưuthông các thiết bị; bảo hộ quyền tác giả cho các phát minh, cải tiến kỹ thuật có giá trị

- Cho phép các cá nhân, tổ chức kinh tế trong và ngoài nước phối hợp đầu tư khai thác nguồnnăng lượng mới và tái tạo trên cơ sở đôi bên cùng có lợi

Dựa vào tiến độ xây dựng các nhà máy nhiệt điện than, vào khoảng năm 2013 – 2020,nhiều trung tâm nhiệt điện than được xây dựng trên quy mô lớn như TTĐL Vĩnh Tân(4,424MW), TTĐL Duyên Hải (4,400MW), TTĐL Sơn Mỹ (3,600MW), TTĐL Kiên Lương(4,400MW), TTĐL Long Phú (4,400MW), TTĐL Sông Hậu, NMĐ Phú Quốc, MôngDương, Nghi Sơn, … Do sự phát triển đáng kể của nhiệt điện than trong tương lai (từ 14.4%năm 2007 đến 42.1% năm 2025), nên mạng lưới nguồn điện của đất nước sẽ phụ thuộc rấtnhiều vào nhiên liệu than Theo đánh giá có tính khả thi đến năm 2025 trong Quy HoạchTổng Sơ Đồ 6 về phát triển nguồn điện, tổng công suất điện lắp đặt đến năm 2025 vàokhoảng 90,163MW Hình 1.2 trình bày cơ cấu điện năng đến năm 2025, trong đó năng lượngtái tạo chiếm khoảng 811.47 MW (0.9%)

Hình 1.2 Công suất điện lắp đặt năm 2025 [13]

Qua hình 1.2 cho thấy năng lượng Việt Nam phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nhiên liệuhóa thạch, với tổng công suất nhiệt điện than, dầu và khí đốt chiếm 74.10% Điều này ảnhhưởng đến an ninh năng lượng Quốc Gia, nếu chi phí nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu tăngcao hoặc nguồn nhiên liệu này cạn kiệt thì sao? Do đó, chiến lược phát triển nguồn NLTTnói chung và năng lượng trấu nói riêng mang ý nghĩa:

- Do nguồn nhiên liệu trấu tập trung tại các khu vực Đồng Bằng Sông Hồng và ĐồngBằng Sông Cửu Long, nên việc xây dựng các nhà máy điện trấu tại các khu vực này sẽ giảiquyết được bài toán cung cấp điện cho các vùng nông thôn, vùng xa mà không phải tốn chiphí trong quá trình truyền tải điện đi xa.

- Sử dụng nhiên liệu trấu sản xuất điện ở quy mô lớn không những làm giảm sức nặngcho nhiên liệu hóa thạch, mà còn góp phần đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng và đảmbảo an ninh năng lượng Quốc Gia

- Giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do thải bỏ một lượng trấu lớn xuống ao,

hồ, sông, suối,… Đồng thời thay thế được một lượng đáng kể nhiên liệu hóa thạch trong sảnxuất điện, giảm được lượng lớn khí CO2 Qua đó góp phần vào chương trình giảm phát thảikhí gây hiệu ứng nhà kính, góp phần giảm sự ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và bảo vệ môitrường

1.2 NHÀ MÁY ĐIỆN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU

Trong xu hướng phát triển chung của nguồn năng lượng tái tạo trên toàn thế giới, nhiênliệu trấu cũng là một dạng năng lượng tái tạo và cũng được nhiều nước quan tâm phát triển,đặc biệt là các nước có ngành nông nghiệp phát triển như Thái Lan, Ấn Độ, Philippines,Indonesia, Malaysia,… Trong đó, đáng chú ý nhất là Thái Lan và Ấn Độ đã xây dựng và vậnhành thành công nhiều nhà máy điện sử dụng nhiên liệu trấu

Thái Lan là một trong số các nước có ngành xuất khẩu gạo đứng đầu thế giới, nên nhiênliệu trấu rất dồi dào, và việc phát triển năng lượng trấu ở đất nước này phát triển rất mạnh.Tính đến thời điểm hiện nay, tổng công suất điện lắp đặt khoảng 30,000MW, trong đó tổngcông suất điện trấu lắp đặt khoảng 300MW, chiếm khoảng 1% tổng công suất điện lắp đặtcủa Thái Lan

Ấn Độ cũng là quốc gia có sản lượng lúa rất lớn vào khoảng 180 triệu tấn trong năm

2008, vì thế sản lượng trấu thải ra cũng rất lớn và việc nghiên cứu xây dựng, lắp đặt các nhàmáy điện sử dụng nhiên liệu trấu cũng được phát triển mạnh mẽ Tổng công suất điện trấulắp đặt vào khoảng 600MW trong tổng công suất điện lắp đặt khoảng 147,000MW (2009),

do đó tỷ lệ năng lượng điện sử dụng nhiên liệu trấu ở Ấn Độ chiếm khoảng 0.4%

Bảng 1.1 Một số nhà máy điện sử dụng nhiên liệu trấu trên thế giới

Nhận xét:

- Hiện nay các nhà máy điện đốt trấu đang được áp dụng phổ biến ở các nước Đông Nam Ánhư: Ấn độ, Thái Lan, Philipines và cả ở Việt Nam, Nguyên nhân do đây là các quốc gia nôngnghiệp nên có thể tận dụng được nguồn trấu sẵn có

- Trong đó, ứng với dãy công suất nằm trong khoảng 2 - 20MW có xu hướng áp dụng côngnghệ đốt trực tiếp tương ứng với lò hơi đốt trên ghi và lò hơi đốt tầng sôi

1 NMĐ Pichit A.T Biopower, Thái Lan 20MW Công nghệ đốt tầng sôi (CFB) 2004

2 NMĐ Roi-Et, Thái Lan 9.95MW Công nghệ đốt trên ghi di động 2003

3 6.5MW biomass based (rice husk) power generation by M/s

Indian Acrylics Ltd

6.5MW Công nghệ đốt

tầng sôi (CFB) 2003

5 NMĐ Bua Sommal, Thái Lan 6MW Buồng lửa ghi 2004

6 NMĐ Family Choice and Golden Season, Philipines 2MW Buồng lửa ghi 08/2010

7

CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU TRẤU

2.1 SẢN LƯỢNG LÚA

Việt Nam là nước đang trong giaiđoạn phát triển, và là một nước cóngành lúa nước rất phát triển, làmột trong những Quốc Gia xuấtkhẩu gạo lớn nhất thế giới Vớidiện tích canh tác lúa khoảng 7.65triệu ha (2011), sản lượng lúatrung bình hàng năm khoảng 44triệu tấn lúa (2012) và số liệu chitiết trình bày trong bảng sau

Hình 2.1 Diện tích canh tác lúa ở Việt Nam

Bảng 2.1 Sản lượng lúa hàng năm theo khu vực [12]

Đồng bằng sông Hồng 6,796.8 6,805.4 6,965.9 6,881.3Trung du và miền núi phía Bắc 3,053.6 3,087.8 3,199.1 3,271.1Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung 6,243.2 6,152.0 6,535.1 6,727.2

Đồng bằng sông Cửu Long 20,523.2 21,595.6 23,269.5 24,320.8

Đơn vị: nghìn tấn

Qua bảng 2.1 cho thấy sản lượng lúa hàng năm, trong năm 2012 tập trung chủ yếu tạiĐồng bằng sông Cửu Long (55.61%), Đồng bằng sông Hồng (15.73%), Bắc Trung Bộ vàDuyên hải miền Trung (15.38%) Đáng kể nhất vẫn là Đồng bằng sông Cửu Long chiếm hơnnửa sản lượng lúa trong cả nước, đồng thời Chính phủ đang có chủ trương thành lập cáctrung tâm nông sản (chợ gạo) tại 3 tỉnh Cần Thơ, An Giang, Tiền Giang, thuận lợi cho việcthương mại lúa gạo, hình thành các cơ sở xay xát quy mô lớn Vì thế rất thuận lợi trong quátrình thu gom và vận chuyển trấu về nhà máy

Sản lượng lúa của các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) phân bố không đều, tậptrung nhiều tại các tỉnh An Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp, Long An và Sóc Trăng TheoTổng Cục Thống Kê, sản lượng lúa chi tiết tại các tỉnh thuộc ĐBSCL được trình bày trongbảng dưới

Bảng 2.2 Sản lượng lúa hàng năm của các tỉnh Đồng băng sông Cửu Long [12]

Theo thống kê của Tổng Cục Thống Kê về sản lượng lúa của các tỉnh ĐBSCL theo mùa vụtrong năm 2012 như sau:

Bảng 2.3 Sản lượng lúa gạo theo mùa vụ trong năm 2012 [12]

Đông Xuân Tháng 2 - Tháng 4 46.39

2.2 TRỮ LƯỢNG NHIÊN LIỆU TRẤU

Với sản lượng lúa rất lớn như trên, sau khi xay xát chế biến thành gạo, các nhà máy xayxát thải ra môi trường một lượng trấu rất lớn, và giải quyết lượng trấu này một cách hiệuquả, ít ảnh hưởng đến môi trường đang gặp rất nhiều khó khăn trên nhiều phương diện Hiện trạng sử dụng nhiên liệu trấu:

- Làm thức ăn gia súc, sản xuất phân bón và chế biến ván ép

- Làm nhiên liệu trong sinh hoạt hàng ngày, và trong các cơ sở công nghiệp và tiểu côngnghiệp như các lò hơi công nghiệp công suất nhỏ, lò gốm, lò gạch,…

- Sản xuất củi trấu: Dùng các máy ép củi trấu có công suất 70 - 80 kg củi/giờ Củi trấurất dễ sử dụng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất công nghiệp Nhưng hiện nay phươngpháp này chưa được áp dụng rộng rãi và đang có xu hướng phát triển Nếu công nghệ nàyđược phát triển phổ biến trên quy mô lớn sẽ làm giảm đáng kể việc ô nhiễm môi trường dotrấu

- Sử dụng trấu để phát điện thì gần như không có

Theo khảo sát và đánh giá của một số nghiên cứu, lượng trấu chiếm khoảng 20% hạt lúa

Do đó, từ sản lượng lúa của các tỉnh thành trong cả nước trình bày trong bảng 2.1, ta có thểước tính được lượng trấu của cả nước trong năm 2012

Mặt khác, theo kết quả khảo sát và thống kê, tổng lượng trấu hiện nay dùng trong sinhhoạt và công nghiệp chiếm khoảng 30% lượng trấu thải ra từ các nhà máy xay xát Vì thế,còn khoảng 70% lượng trấu dư thừa có thể sử dụng để sản xuất điện năng Nhưng xét vềkhía cạnh thu gom và vận chuyển trấu từ các cơ sở xay xát về đến nhà máy điện, thì lượngtrấu được sử dụng còn khoảng 60% Từ các số liệu giả thiết này, chúng ta tính toán được khảnăng công suất lắp đặt nhiệt điện trấu của các khu vực trong nước như bảng dưới

Bảng 2.4 Công suất điện trấu có thể lắp đặt của các khu vực trong nước (2012)

Trong quá trình tính toán công suất điện trấu có thể lắp đặt, giả sử hiệu suất sử dụngnhiên liệu trấu sản xuất điện năng là 20%, nhiệt trị nhiên liệu trấu là 13,000kJ/kg Qua bảng2.4 cho thấy hơn 400MW điện trấu có thể khai thác được từ nguồn trấu tiềm năng này.Trong đó, khu vực ĐBSCL rất đáng kể với khoảng 200MW.

2.3 TRẤU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Từ sản lượng lúa của các tỉnh thuộc ĐBSCL trình bày trong bảng 2.2 nêu trên, công suấtđiện trấu có thể lắp đặt cho các tỉnh như sau:

Bảng 2.5 Công suất điện trấu có thể lắp đặt của các tỉnh thuộc ĐBSCL (2012)

Trấu cho sản xuất điện (nghìn

tấn)

Công suất lắp đặt (MW)

Công suất lắp đặt (MW)

2.4 ĐẶC TÍNH NHIÊN LIỆU TRẤU

Đặc tính nhiên liệu trấu ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn công nghệ và thiết kếbuồng đốt lò hơi, thiết kế nhiệt động lực học của quá trình cháy, thiết kế hệ thống cung cấp,vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu, và ảnh hưởng đáng kể đến quá trình vận hành, bảo dưỡngsau này

Thành phần hóa học của trấu thay đổi theo từng vùng, nhưng nhìn chung mức độ daođộng của đặc tính nhiên liệu trấu không rộng Do đó, trong phạm vi đề tài này sẽ lấy cácthành phần hóa học điển hình, để tính toán sơ đồ nhiệt nhà máy

-2.4.2 Đặc tính công nghệ

Bảng 2.7 Đặc tính công nghệ của nhiên liệu trấu [10]

2.4.3 Tính chất tro xỉ của nhiên liệu trấu

Thành phần hóa học của tro trấu được trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng 2.8 Đặc tính tro xỉ của nhiên liệu trấu [10]

- SO3 % 0.08

2 Tính chất tro xỉ

Qua bảng trên cho thấy tro xỉ của nhiên liệu trấu có hàm lượng SiO2 rất lớn, và điều này cần lưu ý khi thiết kế và vận hành lò hơi đốt trấu

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NHIỆT VÀ

THÔNG SỐ HƠI NHÀ MÁY

3.1 CHỌN QUI MÔ NHÀ MÁY

Bảng 3.1 Tình hình phát triển nhà máy điện trấu ở Việt Nam

1 NMĐ Hậu Giang, huyện Long Mỹ, Hậu Giang 10 Khởi công vàocuối 2013

2 NMĐ ở KCN Hòa An, huyện Chợ Mới, An Giang 10 Dự án

3 NMĐ ở xã Vọng Đông, huyện Thoại Sơn, An Giang 10 Dự án

và sẽ không kinh tế Nên trong luận văn này, ta chọn công suất là 10MW

3.2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NHIỆT

3.2.1 Chu trình Rankine

a Chu trình Rankine lý tưởng

Chu trình Rankine là chu trình cơ bản của thiết bị động lực hơi nước, là một chu trìnhnhiệt động chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng thông qua môi chất làm việc Hình 3.1 trìnhbày sơ đồ làm việc và đồ thị t - s của chu trình Rankine làm việc với hơi quá nhiệt Chu trìnhRankine gồm 4 thiết bị chính là: lò hơi (bộ sinh hơi và bộ quá nhiệt), tuabin hơi nước, bình

ngưng và bơm nước cấp Môi chất làm việc thông thường là nước, chu trình Rankine lýtường bao gồm 4 quá trình khép kín, diễn ra liên tục như sau:

- Quá trình 1 - 2': Quá trình cung cấp nước vào lò hơi bằng bơm nước cấp Đây là quátrình nén đoạn nhiệt và tiêu hao một công là Wp (kJ/kg) cho bơm nước cấp

- Quá trình 2' - 3: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp trong lò hơi Quá trình này diễn ra bêntrong lò hơi, bao gồm 2 quá trình nhỏ là quá trình sinh hơi bão hòa xảy ra trong dàn ống sinhhơi và quá trình quá nhiệt xảy ra trong bộ quá nhiệt Nhiệt lượng tiêu hao cho quá trình này

là ql (kJ/kg), được cung cấp bởi nhiên liệu cấp vào buồng đốt lò hơi

- Quá trình 3 - 4': Quá trình giãn nở đoạn nhiệt trong tuabin hơi Hơi quá nhiệt sinh ra

trong lòhơiđượcđưa đếntuabinhơi, tạiđây hơinướcgiãn nởsinhcông là

(kJ/kg)

- Quá trình 4' - 1: Quá trình thải nhiệt đẳng áp trong bình ngưng Hơi nước ra khỏi tuabinhơi được đưa đến thiết bị ngưng tụ, tại đây hơi nước ngưng tụ thành lỏng bão hòa và thải ramột nhiệt lượng là q2 (kJ/kg)

Hình 3.1 Sơ đồ chu trình Rankine và độ thị t - s

- W: Công sinh ra trong chu trình, kJ/kg

- ql: Nhiệt lượng cấp vào chu trình, kJ/kg

- q2: Nhiệt lượng thải ra từ chu trình, kJ/kg

Công sinh ra trong tuabin hơi được tính theo công thức (quá trình 3 - 4'):

Công tiêu hao cho bơm nước cấp trong quá trình 1 - 2':

Công sinh ra trong chu trình như sau:

Nhiệt lượng cấp vào chu trình trong quá trình 2' - 3:

Nhiệt lượng thải ra trong bình ngưng, quá trình 4' - 1:

Hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine:

Thực tế thì công tiêu hao cho bơm cấp (Wp) là rất nhỏ so với công sinh ra trong quá trìnhgiãn nở trong tuabin hơi (WT), vì thế khi tính toán không cần chính xác cao, có thể bỏ quacông tiêu hao cho bơm (Wp = 0), khi đó hiệu suất của chu trình sẽ là:

b Chu trình Rankine thực tế

Hiệu suất đẳng entropy thể hiện công nghệ chế tạo tuabin và khả năng làm mát tuabintrong quá trình giãn nở, việc nâng cao công nghệ chế tạo và tăng khả năng làm mát cánhtuabin sẽ làm tăng hiệu suất đẳng entropy và ngược lại Vì thế hiệu suất đẳng entropy còngọi là hiệu suất trong tương đối của tuabin.

3.2.2 Thông số chu trình hơi nước

Ta chọn tuabin do hãng Peter Brothehood sản xuất có:

Áp suất là 41bar(a) và nhiệt độ là 5000C

Trong các lò hơi công suất thấp, chất lượng nước cấp không tốt bằng các lò hơi côngsuất lớn, nên để đảm bảo yêu cầu chất lượng hơi, thì lượng nước xả đáy thường vào khoảng2% lượng nước cấp

a Áp suất ngưng tụ

Dựa vào công thức trên, chọn độ chênh lệch (δt) giữa nhiệt độ bão hòa (tbh) và nhiệt độnước làm mát ra khỏi bình ngưng khoảng 4 - 6°C Nghĩa là nhiệt độ bão hòa trong bìnhngưng là 39 - 41 (°C) Từ nhiệt độ bão hòa này, tra bảng “nước và hơi nước bão hòa” ta xácđịnh được áp suất ngưng tụ trong bình ngưng là 7.02 - 7.82 (kPa) Chọn áp suất ngưng tụthiết kế là 7.5 (kPa).

b Áp suất khử khí

Trong nước ngưng và nước bổ sung vào chu trình nhiệt có thể lẫn các khí không ngưngnhư O2, CO2, NH3,…; các khí này có thể ăn mòn đường ống, làm giảm hiệu quả truyền nhiệttrong các bộ gia nhiệt cao áp, và phải tốn thêm năng lượng gia nhiệt các khí không ngưngnày trong lò hơi Vì thế, các khí không ngưng này cần được tách ra khỏi chu trình nhiệt bằngthiết bị khử khí

Theo định luật Henry: Ở điều kiện cân bằng và tại nhiệt độ xác định, tỷ lệ khí hòa tan trong nước tỷ lệ với áp suất riêng phần của khí đó trên bề mặt thoáng của dung dịch Như

vậy, theo định luật Henry, muốn giảm lượng khí không ngưng trong nước bổ sung và nướcngưng, chúng ta phải giảm áp suất riêng phần của các khí không ngưng đó càng thấp càngtốt Khi nước trong bình khử khí được gia nhiệt đến nhiệt độ bão hòa, hơi nước sẽ đạt đếngiá trị áp suất toàn phần Khi đó, áp suất riêng phần của các khí không ngưng bằng 0, và cáckhí này sẽ dần được thoát ra ngoài

Áp suất khử khí trong các nhà máy nhiệt điện thông thường như sau:

- Khử khí cao áp: từ 6 – 10 bar;

- Khử khí áp suất khí quyển: từ 1.0 – 1.2 bar;

- Khử khí áp suất chân không: 7.5 – 50 kPa

Áp suất khử khí phụ thuộc rất nhiều vào thông số hơi vào tuabin, cũng như cách bố trícác tầng gia nhiệt nước cấp Trong các nhà máy nhiệt điện công suất lớn, với thông số hơivào tuabin lớn và gia nhiệt nước cấp nhiều tầng, khử khí ở áp suất cao áp được lựa chọn phổbiến Nhưng với các tổ máy công suất nhỏ, đi kèm theo là thông số hơi vào tuabin nhỏ thìkhử khí ở áp suất khí quyển thường được sử dụng Do đó, trong phạm vi của đề tài này, chọncửa trích hơi áp suất 1.2bar để cấp hơi cho quá trình khử khí

Trong nhà máy nhiệt điện, khử khí ở áp suất chân không rất ít gặp vì chi phí đầu tư caohơn, phức tạp trong vận hành, làm tăng chi phí vận hành

3.2.3 Sơ đồ nhiệt nhà máy

Hình 3.2 Sơ đồ nhiệt nhà máy

Hình trên cho thấy sơ đồ nhiệt nguyên lý của tổ máy 10MW, trong đó bao gồm các thiết

bị chính của nhà máy nhiệt điện như lò hơi, tuabin hơi, máy phát điện, bình ngưng, bình khửkhí, bình phân ly, bộ gia nhiệt nước cấp, bộ gia nhiệt nước bổ sung, bơm nước cấp và bơmnước ngưng

' '' 0 ' ' 0

0 0

0

41

3443 /500

Hơi nước quá nhiệt ra khỏi lò hơi được đưa đến tuabin hơi thông qua một cụm van stop

và van điều chỉnh, cụm van này có chức năng điều khiển lưu lượng của dòng hơi vào tuabin,qua đó điều khiển công suất máy phát Hơi nước được giãn nở, sinh công trong tuabin và sau

đó được thoát xuống bình ngưng Tại bình ngưng, hơi nước ngưng tụ thành nước ở trạng tháibão hòa nhờ nguồn nước làm mát chuyển động qua bình ngưng Nước ngưng tụ trong bìnhngưng được lưu trữ trong giếng ngưng nằm dưới đáy bình ngưng, và sau đó được bơm nướcngưng vận chuyển đến bình khử khí Một dòng hơi trích từ tuabin được đưa đến bình khửkhí và hòa trộn với dòng nước ngưng từ bình ngưng đưa tới, và quá trình khử khí xảy ra tạiđây Nước xả đáy từ lò hơi được đưa qua bình phân ly để tận dụng nhiệt gia nhiệt cho nước

bổ sung

Nước sau bình khử khí được bơm nước cấp dẫn đến bình gia nhiệt nước cấp Tại đây,nước cấp vào lò hơi được nâng lên đến nhiệt độ 170ºC nhờ vào lượng hơi trích từ tuabin hơi.Nước sau khi qua bình gia nhiệt sẽ được cung cấp đến lò hơi, quá trình sinh hơi diễn ra trong

lò hơi và hơi quá nhiệt lại tiếp tục đi vào tuabin để thực hiện một chu trình liên tục

3.3 TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT

Từ sơ đồ nhiệt tổ máy đã được xác định ở phần trên, chúng ta tiến hành tính toán nhằmxác định các đặc tính kỹ thuật của thiết bị nhiệt như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng nước vàhơi, Qua đó chúng ta xác định được các chỉ tiêu năng lượng, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chonhà máy như hiệu suất nhà máy, suất tiêu hao nhiệt, tiêu hao nhiên liệu Để tính toán được

sơ đồ nhiệt, trước hết phải xây dựng đường giãn nở của hơi nước trong tuabin

3.3.1 Xây dựng quá trình làm việc của hơi trên giãn đồ i - s

Chọn

(1)

Xác định trạng thái hơi ban đầu (điểm O)

Trạng thái bắt đầu giãn nỡ (điểm O')

- Tổn thất qua van điều chỉnh và đường ống là:

y y a

Bộ gia nhiệt nước cấp

Nhiệt độ và áp suất làm việc trong bình gia nhiệt được tính toán theo công thức sau:

0.85446.94 /

bc bc bc

3104.97 /335.03

2768.64 /146.82

Từ áp suất khử khí đã chọn, ta suy ra nhiệt độ khử khí

Xác định điểm 2 trên đồ thị i-s

Bơm nước cấp vận chuyển nước sau bình khử khí đến lò hơi và nước cấp sau khi qua bơm sẽ tăng nhiệt độ, áp suất và tăng enthalpy Độ tăng enthalpy của nước cấp qua bơm được tính theo công thức sau:

kg

ν: thể tích riêng trung bình nước cấp đi qua bơm, m3/kg

pd: áp suất đầu đẩy bơm,

Ps: áp suất đầu hút bơm,

ηbc: hiệu suất của bơm,chọn bằng 0.85

Hình 3.3 Quá trình làm việc của hơi trên giãn đồ i - s

3.3.2 Cân bằng chất của các dòng hơi, nước và nước ngưng Lập và giải các phươngtrình cân bằng nhiệt của các thiết bị TĐN

a Xét bình phân ly

Nước cấp cho lò hơi dù được xử lý kỹ nhưng vẫn có thể còn cáu cặn Trong quá trìnhhoạt động, nước trong lò bốc thành hơi để lại cáu cặn, lâu ngày bám dưới đáy lò làm giảm hệ

số truyền nhiệt và gây ra những hư hỏng khác do đó cần xả bỏ những cáu cặn này Quá trình

xả bỏ cáu đồng thời phải xả luôn nước đang sôi ở áp suất cao trong lò Lượng nước này có

nhiệt độ cao nên khi thải bỏ đi sẽ gây ra tổn thất Để tách được hơi ra khỏi nước xả lò tadùng bình phân ly, hơi từ bình phân ly nước xả lò được thu hồi và trở về lò hơi, tức là đã làmgiảm một phần tổn thất do xả lò

Bình phân ly là bình sinh hơi do giảm áp suất nước sôi trong bao hơi xuống áp suất nướcsôi trong bình phân ly Độ khô của hơi sinh trong bình phân ly đạt khoảng 0.96 - 0.98

Hình dưới đây biểu diễn cân bằng cho bình phân ly với:

αxa: là lưu lượng nước xả từ lò hơi

i'BH:

khí

enthalpy của hơi phân ly

α'xa: là lưu lượng của nước sôi ở áp suất bình phân ly pBPL

i'xa: là enthalpy của nước sôi ra ở áp suất bình phân ly pBPL

445.28 0.97 (2685.4 445.28) 2618.2 /

h pBPL h pBPL pBPL h pBPL pBPL h

Hình 3.4 Bình phân ly

Chọn áp suất trong bình phân ly là pBPL=1.05pkh=1.26bar

Ta xác định áp suất và nhiệt độ bão hòa của hơi trong lò hơi:

Phương trình cânbằng nhiệt và chất của bình phân ly:

b Xét bình gia nhiệt nước bổ sung

Nước cấp bổ sungcho lò hơi sẽ được đưa qua bình gia nhiệt nước bổ sung (BGNNBS) để tận dụng nhiệt thải ra

từ nước xả lò Nước bổ sung được lấy từ bồn chứa nước khử khoáng của nhà máy

Nhiệt độ nước bổ sung tbs tại đầu vào BGNNBS bằng nhiệt độ môi trường, thường chọntbs = 300C

' ' ''

445.28 /1.26

1128.26 /

s s

3 '

1128.26 0.02 2618.2 445.280.02

6.27 100.0137

xa bh h h xa xa

xa h xa

h xa h

Hiệu suất nhiệt của BGNNBS chọn

Enthalpy của nước bổ sung

0.02 0.020.0137

Hình 3.5 Bộ gia nhiệt nước bổ sung

Lưu lượng hơi vào tuabin

Lượng hơi xả từ 1 - 3% lượng hơi lò hơi sinh ra

Lưu lượng và enthalpy của nước xả ra khỏi bình phân ly đã được xác định ở phần trênPhương trình cân bằng nhiệt cho BGNNBS

Phương trình liên hệ giữa nhiệt độ ra của hai dòng nước

s bs bo xa

1 1 2 2 2

2 2

0.863032768.64 171.37 327.670.0692

Phương trình cân bằng nhiệt cho bình gia nhiệt

Do bỏ qua tổn thất nhiệt ra môitrường tại các thiết bị nên chọn hiệu

3.3.3 Kiểm tra cân bằng hơi và nước ngưng

Kiểm tra cân bằng vật chất

- Lưu lượng hơi vào BN

- Lưu lượng nước ngưng ra khỏi BN vào BKK:

Kết quả tính toán cho thấy lưu lượng hơi vào bình ngưng bằng lưu lượng nước ngưng rakhỏi bình ngưng Vậy việc cân bằng vật chất trong bình ngưng được đảm bảo

- Tính toán lưu lượng nước làm mát bình ngưng

Độ gia tăng nhiệt độ nước làm mát qua bình ngưng là 50C

Lưu lượng nước làm mát bình ngưng cần thiết là:



3 0

10 10

11.64 / 0.995 0.99 871.82

Tiêu hao hơi mới cho tuabin:

GVHD: NGUYỄN VĂN TUYÊN

O'1 ' 1

i

2 22768.64 2461.84 306.8

lo

l k

tu tt

l

Q Q

31426.25

36122.130.87

l l

l th

Suất tiêu hao nhiên liệu của tuabin

Hiệu suất của tuabin

Phụ tải nhiệt của lò hơi

- Thông số hơi ra khỏi lò:

Hiệu suất truyền tải nhiệt năng

Tiêu hao nhiệt cho tổ máy

Hiệu suất tổ máy

Tiêu hao nhiên liệu cho tổ máy

Suất tiêu hao nhiên liệu của nhà máy được tính toán như sau:

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN KẾT CẤU LÒ HƠI

4.1 NHỮNG CHÚ Ý KHI ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU

Khối lượng riêng của vỏ trấu thấp do đó đòi hỏi không gian lớn để lưu trữ và vận chuyển

và điều này là không kinh tế

Tro xỉ của nhiên liệu trấu có hàm lượng SO2 rất cao, gây khả năng đóng xỉ và ăn mònlớn

Nhìn chung, nhiên liệu trấu có hàm lượng chất bốc cao hơn, cacbon thấp hơn, và nhiệttrị thấp hơn so với nhiên liệu than

Quá trình nhiệt phân sinh chất bốc cũng ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiên liệu thanGiá thành rẻ

Có thể trộn chung với nhiên liệu khác

Vỏ trấu có khả năng chống ẩm và mục rửa nên nó là vật liệu cách nhiệt tốt

4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU

Vì trấu là nhiên liệu rắn nên có thể

định

hai phía: phía trên do bức xạ từ ngọn

với lớp than đang cháy, do đối lưu từ không khí nóng và sản phẩm cháy từ phía ghi thổi lên

Cung cấp không khí cho quá trình cháy là một vấn đề rất quan trọng Trong buồng lửaghi cố định, nhiên liệu thường cấp theo chu kỳ, khoảng 5 đến 10 phút một lần Trong mộtchu kỳ cấp nhiên liệu như vậy, nhu cầu về không khí cho quá trình cháy thay đổi mà lượngkhông khí thực tế đưa vào cũng thay đổi, rất tiếc sự thay đổi đó không đồng bộ nên khótránh khỏi giai đoạn thiếu giai đoạn thừa không khí

Hình 4.1 Buồng lửa ghi cố định

Ưu nhược điểm của buồng lửa ghi cố định:

- Cấu tạo đơn giản, không có các chi tiết chuyển động nên rẻ tiền

- Vận hành dễ dàng, đơn giản, luôn có lớp tro xỉ ngăn cách ghi lò với lớp nhiên liệu đangcháy nên ít bị hư hỏng

- Công suất bị hạn chế do diện tích ghi bị hạn chế

- Hiệu suất nhiệt thấp, do tổn thất q4 và q2 thường lớn

- Cấp nhiên liệu theo chu kỳ nên quá trình cháy không ổn định Gió lạnh lọt vào buồnglửa khi mở cửa cấp nhiên liệu

4.2.2 Công nghệ đốt trên ghi nghiêng

Buồng lửa ghi nghiêng khác buồng lửa ghi cố định lò ghi được đặt nghiêng và nhờ trọnglượng nhiên liệu được chuyển dần xuống cuối ghi trong quá trình cháy Mục đích của ghinghiêng là giảm bớt lao động cho việc cấp nhiên liệu, đôi khi cả việc thải tro xỉ, nhờ vàotrọng lượng của bản thân nhiên liệu trượt trên tấm ghi đặt nghiêng

Phễu chứa nhiên liệu sẽ liên tục đưa nhiên liệu vào buồng lửa Quá trình cháy được tiếnhành từ trên xuống, kết hợp với chiều trượt của tấm nhiên liệu, nên vùng ranh giới giữa cácvùng cháy là một mặt nghiêng

Ghi đặt nghiêng để giữ lớp nhiên liệu cháy Góc nghiêng của ghi được xác định bằng tốc

độ xuống của nhiên liệu, nghĩa là được xác định bằng tốc độ cháy của nhiên liệu Nhiên liệucàng có nhiều chất bốc thì góc nghiêng của ghi càng lớn

Ưu nhược điểm của buồng lửa ghi nghiêng:

- Quá trình cháy trải dài theo ghi nên có thể cung cấp không khí theo từng vùng phù hợphơn với nhu cầu của quá trình cháy

- Việc cấp nhiên liệu tương đối liên tục và nhẹ nhàng hơn

- Cấu tạo và vận hành hơi phức tạp, khó điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào để phù hợpvới nhu cầu sử dụng hơi

Hình 4.2 Buồng lửa ghi nghiêng

4.2.3 Công nghệ đốt trên ghi xích

Để cải thiện công việc cấp nhiên liệu và thải tro xỉ, người ta dùng loại ghi có cấu tạo vàchuyển động như một cái xích gọi là ghi xích Nhiên liệu được đổ lên xích, cùng xích dichuyển qua đáy của buồng lửa, tiến hành tất cả các giai đoạn của quá trình cháy thải tro rangoài Khi ở trong buồng lửa, mặt ghi chỉ còn nhiệm vụ đỡ nhiên liệu khỏi lọt và cho gió cấp

1 đi qua

Hình 4.3 Buồng lửa ghi xích

Nhiên liệu từ xích rót lên ghi với một chiều dày đã được điều chỉnh, cùng ghi chuyểnđộng qua buồng lửa và tiến hành tất cả các giai đoạn của quá trình cháy, rồi được thải rangoài Cụ thể là, nhiên liệu từ phễu rót xuống, được đưa từ từ vào buồng lửa, nhận nhiệt bức

xạ từ ngọn lửa, vách tường, nhất là cuốn lò, phần rất ít do dẫn nhiệt được khi tiếp xúc với ghi

và lớp nhiên liệu có sẵn trên ghi, và một phần cũng rất nhỏ do đối lưu từ không khí cấp 1 đi

từ dưới ghi lên Khi nhận nhiệt, nhiên liệu được sấy nóng, khô dần rồi thoát chất bốc, cháychất bốc và cốc, thạo thành tro xỉ rồi nhờ cái gạt xỉ được đưa ra ngoài Vì ghi chuyển động

từ trái sang phải, quá trình nhận nhiệt và cháy chủ yếu từ trên xuống dưới, nên mặt ranh giớigiữa các vùng là đường chéo xiên, chỉ có ở giai đoạn cuối, khi nhiệt độ nhiên liệu đã đủ cao,gặp không khí cấp 1, có thể cháy từ dưới lên, nên có phần ranh giới xiên ngược chiều

Ưu nhược điểm của buồng lửa ghi xích

+ Quán tính nhiệt lớn, nên làm việc ổn định, tin cậy, ít bị tắt lò

+ Lá ghi được làm mát vào một nửa chu kỳ

- Nhược điểm

+ Công suất còn hạn chế bởi kích thước và tốc độ ghi

+ Lá ghi dễ bị cháy, vì ở giai đoạn cháy, mặt ghi tiếp xúc trực tiếp với cốc đang cháy

ở nhiệt độ rất cao, do vậy gió cấp 1 không thể sấy đến nhiệt độ quá cao được

+ Trấu không được đảo, dẫn đến tình trạng cháy không đều, không hoàn toàn

4.2.4 Công nghệ đốt phun

Hình 4.4 Buồng lửa phun

Buồng lửa phun được dùng khá rộng rãi, nhất là với lò hơi công suất trung bình trở lên,thường trên 35t/h Buồng lửa phun có thể đốt được cả nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng vànhiên liệu khí Nhiên liệu khí có thể đốt trực tiếp, còn nhiên liệu lỏng và rắn phải gia công,phun thành hạt, nghiền thành bột hoặc trong thời gian gần đây đã chế biến thành nhũ tương.Nhiên liệu hỗn hợp với không khí và tiến hành tất cả các giai đoạn của quá trình cháy ngaytrong buồng lửa rồi được thải ra ngoài ở dạng tro xỉ

Nhiên liệu nhận nhiệt, tiếp xúc với không khí được sấy nóng, sấy khô, thoát chất bốc.Khi chất bốc thoát ra, dưới nhiệt độ cao, gặp oxy và cháy Khi cháy, có sự tỏa nhiệt, đốtcháy sản phẩm cháy và tro, khi nhiệt độ đủ cao thì tro nóng chảy thành xỉ có thể kết lại vớinhau thành những hạt lớn hơn Tùy theo tương quan giữa động năng và thế năng, những hạtnhỏ bay theo sản phẩm cháy, những hạt xỉ lòng có thể bám vào bề mặt truyền nhiệt, những

hạt nguội nhanh đông đặc lại, tiếp tục bay theo khói, phần hạt lớn hơn có thể bị tách ra khidòng thay đổi tiết diện, chiều hướng hoặc va đập vào các bề mặt của thiết bị khử bụi hoặcthu hồi tro, những hạt quá nhỏ không tách được, thải qua ống khói cùng với các chất khí độchại khác gây ô nhiễm môi trường Còn những hạt xỉ lỏng lớn, rơi xuống phía đáy buồng lửa,

ở đó có thể thải ra ở thể lỏng gọi là phương pháp thải xỉ lỏng, cũng có thể được làm nguội,đông đặc lại rồi thải ra ngoài theo phương pháp thải xỉ khô

Trong buồng lửa có quá trình cháy sinh ra nhiệt, đồng thời cũng có quá trình truyềnnhiệt cho môi chất làm cho nhiệt độ giảm xuống nên nhiệt độ trong buồng lửa không đồngđều

Quá trình cháy của nhiên liệu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như tính chất của nhiênliệu, nhiệt độ và tốc độ của hỗn hợp

Ưu nhược điểm

- Ưu điểm

+ Hiệu suất nhiệt cao, nhiên liệu cháy hoàn toàn với hệ số không khí thừa nhỏ

+ Có thể đốt được nhiều loại nhiên liệu kể cả loại nhiên liệu có chất lượng thấp+ Có công suất lớn, phù hợp với các nhà máy nhiệt điện

+ Có thể tự động hóa các quá trình cấp nhiên liệu, thải tro xỉ, giảm nhẹ lao động,công suất ổn định, điều chỉnh nhạy bén

- Nhược điểm

+ Tro bụi bay theo sản phẩm cháy rất nhiều, nhất là khi thải xỉ khô, dẫn đến màimòn và bám bẩn bề mặt truyền nhiệt, phải thêm bộ khử bụi để giảm ô nhiễm môi trường

Có khi còn làm tắc đáy lò

+ Quán tình nhiệt không lớn, dễ bị tắt lò

+ Khó dùng cho công suất nhỏ: do buồng lửa không đủ lớn để cháy kiệt

+ Cốc chưa kịp cháy hết, không đạt yêu cầu

4.2.5 Công nghệ đốt tầng sôi

Trong xu hướng phát triển hiện nay, công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn (CFB) được sửdụng rọng rãi cho đốt nhiên liệu rắn như than, biomass và đặc biệt là nhiên liệu trấu

Hình 4.5 Buồng lửa tầng sôi

Nguyên lý làm việc: Nhiên liệu nguyên khai hoặc sơ chế được đưa vào buồng lửa, giócấp 1 được đưa vào từ dưới buồng đốt, gió cấp 2 được đưa vào ở một độ cao nhất định Phầnlớn hạt nhiên liệu đưa vào buồng lửa vừa dao động lên xuống vừa cháy Một bộ phận khóicuốn đi, qua bộ phân ly, những hạt lớn được tái tuần hoàn trở về buồng lửa, hòa trộn vớinhiên liệu mới đưa vào và tiếp tục cháy, những hạt có kích thước nhỏ lại bị khói cuốn đi vào

bộ phân ly Khi đốt nhiên liệu có nhiều lưu huỳnh người ta có thể đưa đá vôi vào buồng lửa

để khử lưu huỳnh ngay trong khi cháy

Việc đốt nhiên liệu trấu trong vòi đốt tầng sôi đã được kiểm soát nhiệt độ cháy trongbuồng đốt thông qua lưu lượng nhiên liệu cấp vào, lưu lượng không khí cung cấp vào buồnglửa và vận tốc không khí vào buồng lửa Theo nghiên cứu, nhiệt độ cháy trong buồng lửatầng sôi tối ưu khoảng 8500C, qua đó hiệu suất lò hơi và chất lượng tro xỉ đạt tốt nhất

Do trấu có độ mài mòn cao nên khi cháy với tốc độ lớn sẽ làm tăng khả năng ăn mònthiết bị, đường ống nên buồng lửa tầng sôi ít khi được áp dụng cho đốt nhiên liệu trấu

4.2.6 Công nghệ đốt kết hợp phun và ghi xích ngược chiều

Hình 4.6 Buồng lửa kết hợp phun và ghi xích

Công nghệ đốt này có cả những đặc điểm của công nghệ đốt phun và công nghệ đốt ghixích

Trấu và không khí nóng được phun vào buồng lửa, được gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất định thìbắt đầu cháy Những phân tử trấu không cháy hết sẽ rớt xuống và bắt đầu quá trình cháy trên ghixích, gió sơ cấp được thổi từ dưới ghi lên để đảm bảo quá trình cháy tốt hơn Tro sẽ được ghi xíchvận chuyển đến nơi thải tro

- Khi đốt phun thì tất cả các phân tử trấu đều được tiếp xúc với nhiệt độ cao, chất bốccháy giống như khi đốt phun

- Những hạt nhiên liệu chưa cháy hết sẽ rớt xuống ghi và tiếp tục cháy như khi đốt trênghi xích

Qua phân tích đặc điểm của các công nghệ có thể sử dụng cho nhà máy điện sử dụngnhiên liệu trấu, mỗi công nghệ đều có ưu điểm và nhược điểm riêng của nó, và việc lựa chọncông nghệ nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố như quy mô công suất của tổ máy, tổng chi phíđầu tư, chi phí vận hành hàng năm, độ tin cậy của công nghệ áp dụng Trong phạm vi Luậnvăn này ta chọn phương pháp đốt kết hợp phun và ghi xích, do phương pháp này hiện đangđược áp dụng nhiều trong các nhà máy đốt nhiên liệu trấu công suất 10MW

4.3 CẤU TRÚC PHẦN SAU BUỒNG LỬA

4.3.1 Chọn nhiệt độ khói thải ra khỏi lò hơi

Nhiệt độ khói thải tk là khái niệm không chỉ kỹ thuật mà là kinh tế - kỹ thuật Nhiệt độkhói thải tk được lựa chọn dựa trên phương án so sánh kinh tế kỹ thuật; loại nhiên liệu đượcchọn khi thiết kế, đảm bảo thích ứng với việc sử dụng bề mắt đốt Cần tính đến ảnh hưởngcủa nhiệt độ khói thải đến tiêu hao nhiên liệu, đến giá trị đầu tư, giá thành và chi phí vậnhành Rõ ràng khi tk tăng thì hiệu suất lò hơi (η) giảm nghĩa là tăng tiêu hao nhiên liệu,nhưng khi tăng tk thì diện tích bề mặt đốt H (m2) lại giảm nên vốn đầu tư giảm

Hình 4.7 Sơ bộ nhiệt độ khói

Tính toán sơ bộ: vì tnc = 1700C nên nhiệt độ khói sau ECO phải lớn hơn 1700C, ta chọn

1900C, chọn Δtskk = 600C thì => tk = 1300C

4.3.2 Bộ hâm nước

Bộ hâm nước có nhiệm vụ gia nhiệt cho nước đến nhiệt độ sôi hoặc gần sôi trước khi đưa nướcvào bao hơi Nhiệt lượng hấp thu của bộ hâm nước phụ thuộc vào nhiệt độ nước cấp vào bộ hâmnước và độ sôi không tới mức của bộ hâm nước

Bộ hâm nước thường được đặt sau bộ quá nhiệt và có hình dáng giống với bộ quá nhiệt đối lưunằm ngang

Đối với lò hơi đang thiết kế, ta sử dụng ống thép trơn để chế tạo bộ hâm nước