Optimizing boiler heat realsing pdf

i BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCM  NGUYỄN NGỌC NHƯ QUỲNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TẬN DỤNG NHIỆT THẢI LÒ HƠI BÀI THU HOẠCH TPHCM – THÁNG 03/2017 i ii BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TPHCM  NGUYỄN NGỌC NHƯ QUỲNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TẬN DỤNG NHIỆT THẢI NỒI HƠI BÀI THU HOẠCH Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Môn học: Qúa trình nhiệt cơng nghệ mơi trường Lớp: 02 ĐH QTTB MSSV: 0250020074 TPHCM – THÁNG 03/2017 ii iii LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày lòng cảm ơn sâu sắc đến TS LÊ VĂN LỮ tận tình hướng dẫn giúp đỡ cho q trình hồn thành thu hoạch iii iv LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu thu hoạch trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực thu hoạch cảm ơn thơng tin trích dẫn thu hoạch rõ nguồn gốc iv v DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ Hình Ngun lý làm việc lò Hình Quan hệ áp suất, nhiệt độ, lượng nước bão hòa Hình Sơ đồ quan hệ áp suất, nhiệt độ, lượng nước bão hòa Hình Cân dòng lượng lò Hình Sơ đồ hệ thống cung cấp sử dụng 11 Hình Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ 19 Hình Bộ hâm nước 20 Hình Bộ sấy khơng khí 21 Hình Hình ảnh thực tế sấy khơng khí 21 Hình 10 Các kiểu bố trí đường khói khơng khí sấy khơng khí 22 Hình 11 "Khung" "Rotor" sấy khơng khí 23 Hình 12 Bình phân ly 24 Hình 13 Sơ đồ xả lò 25 Hình 14 Cấu tạo hệ thống thu hồi nhiệt thải lò 26 Hình 15 Hình ảnh dự án thực tê 27 v vi MỤC LỤC TÓM TẮT 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Kết cấu đề tài Chương Tổng quan Lò cơng nghiệp 2 Phân loại lò Chương Nguyên lý làm việc lò Chương Đánh giá hiệu làm việc nồi Các tổn thất nhiệt lò nguyên nhân Tiết kiệm lượng phân phối sử dụng 11 Chương Các nguồn nhiệt thải lò 14 Khói thải 14 Nước xả lò 17 Nước ngưng 18 Chương Cấu tạo thiết bị tận dụng nhiệt thải lò 19 Máy lạnh hấp thụ 19 Bộ hâm nước 20 Bộ sấy khơng khí 21 Bình phân ly 23 Chương Ứng dụng hệ thống thu hồi nhiệt thải lò thực tế 26 Đặc tính 26 Cấu tạo thiết bị lò 26 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 vi TĨM TẮT Tính cấp thiết đề tài Nhu cầu lượng sản xuất cơng nghiệp ngày gia tăng, nhiệt chiếm tỷ trọng lớn Lò thiết bị nhiều quy trình sản xuất khác sử dụng nhiều công nghiệp để vận hành turbine phát điện, tháp chưng cất … Và điều đặc biệt lò mà khơng thiết bị thay tạo nguồn lượng an toàn không gây cháy để vận hành thiết bị động nơi cần cấm lửa cấm nguồn điện (như kho xăng, dầu) Tuy nhiên, vấn đề tồn lượng nhiệt thải lớn từ khói thải, nước ngưng, nước xả lò … từ lò chưa tận dụng tốt Nếu sử dụng hiệu quả, chắn việc vận hành lò đem lại tiềm kinh tế to lớn Mục đích nghiên cứu đề tài Qua đồ án này, ta nắm khái niệm khái niệm , phân loại, ngun lý làm việc lò cơng nghiệp, phương pháp tận dụng nhiệt thải từ lò Trong q trình thực hiện, thời gian có hạn nên đồ án nhiều thiếu sót, mong thầy bạn góp ý, bổ sung để thu hoạch hoàn thiện Kết cấu đề tài Đồ án có kết cấu gồm phần là: mở đầu, nội dung kết luận Phần nội dung đặc biệt sâu vào tổn thất nhiệt có q trình vận hành lò từ giới thiệu phương pháp tận dụng nhiệt thải lò cơng nghiệp Qua tơi hy vọng cung cấp nhìn đầy đủ ứng dụng nhiệt thải Chương Tổng quan Hơi nước môi chất trao đổi nhiệt phổ biến có đặc tính vượt trội so với mơi chất khác như: tính sẵn sàng, giá thành thấp, khả chuyển tải nhiệt cao tính an tồn Hệ thống sản xuất nước bao gồm: Lò hơi, hệ thống nhiên liệu hệ thống nước cấp 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 lò 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 Hệthống 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 sốt 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 hoàn từ quy trình (2) Nước qua xử lý (nước thơ qua xử lý) từ bên ngồi phận lò 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 lò Lò cơng nghiệp Lò thiết bị sử dụng nhiệt để đun nước thành (cũng có số trường hợp cần để đun nước nóng) có áp suất nhiệt độ cao phục vụ cho q trình cơng nghệ Thông thường nhiệt cung cấp từ việc đốt nhiên liệu Tuy nhiên, nguồn lượng khác bao gồm điện, nhiệt thải từ q trình cơng nghệ số trường hợp lượng mặt trời sử dụng Trong tài liệu này, tác giả giới hạn nguồn nhiệt cấp từ việc đốt nhiên liệu Tùy thuộc vào nhiệm vụ lò sản xuất, ta phân thành hai nhóm sau:  Trong nhà máy cơng nghiệp nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, giấy, chế biến thực phẩm,… nước phục vụ cho q trình cơng nghệ đun nấu, chưng cất dung dịch, cô đặc sấy sản phẩm,…thường bão hòa  (cá biệt sử dụng nhiệt) Áp suất tương ứng với nhiệt độ bão hòa cần thiết cho q trình cơng nghệ, thường từ 110oC đến 250oC Loại lò gọi lò cơng nghiệp Trong nhà máy nhiệt điện, lò sản xuất để làm quay tuốc bin máy phát, phục vụ cho việc sản xuất điện đòi hỏi phải có cơng suất lớn, q nhiệt có áp suất nhiệt độ cao Loại gọi lò nhà máy điện Phân loại lò Số lượng lò sử dụng lớn đa dạng, từ công suất cỡ vài trăm kg hơi/h đến vài chục hơi/h, với áp suất làm việc từ bar đến vài chục bar Có nhiều cách để phân loại lò cơng nghiệp a Xét theo góc độ chuyển động nước khói lò Ta có lò ống nước (khói phía bên ngồi, nước sinh ống nhỏ), lò ống lò (khói ống lớn) lò ống lửa (khói ống nhỏ), nước sinh bao phía bên ngồi ống) lò kết hợp ống lò - ống lửa, ống nước - ống lửa Xét theo hành trình khói trước khỏi lò, lò ống lửa ống lò - ống lửa lại chia loại 2-pass loại 3-pass b Xét theo góc độ chuyển động nước lò Ta có lò đối lưu tự nhiên (lò có bao hơi) lò đối lưu cưỡng (lò trực lưu) c Xét theo góc độ nguồn gốc nhiên liệu sử dụng để sinh nhiệt lò  Lò đốt khí (LPG, NG, LNG, CNG, khí có từ lò khí hóa than, khí sinh học – biogas có từ hầm sinh khối từ lò khí hóa vật liệu sinh khối ví dụ trấu);  Lò đốt dầu (DO, FO, dầu sinh học);  Lò đốt than (than đá, than cám, than bùn, than sinh học);  Lò đốt nhiên liệu sinh khối: gỗ (củi, mùn cưa, dăm gỗ), bã mía, rơm, trấu, vỏ hạt điều, than sinh khối viên nén củi nghiền ép từ vật liệu trên;  Lò đốt loại phế thải: bùn cặn, rác thải công nghiệp, rác thải sinh hoạt, rác thải y tế d Xét theo góc độ phương pháp đốt nhiên liệu rắn Ta có: lò với buồng đốt có ghi lò với buồng đốt khơng có ghi   Lò với buồng đốt có ghi (hoặc lò đốt kiểu tầng cố định), gồm có: buồng đốt với ghi tĩnh, buồng đốt với ghi động, buồng đốt với ghi lắc, buồng đốt với ghi xích (ghi di động) Lò với buồng đốt khơng có ghi, gồm có: lò đốt kiểu phun nhiên liệu, lò đốt kiểu tầng sôi (kiểu sôi bọt, kiểu sôi tái tuần hồn) Các loại lò thường phổ biến sử dụng cơng nghiệp Việt Nam là: lò ống nước, lò ống lò - ống lửa, lò kiểu ghi tĩnh, lò kiểu ghi xích lò kiểu tầng sơi Chương Các nguồn nhiệt thải lò Trong q trình hoạt động, lò có nguồn nhiệt lượng sau: nhiệt lượng lửa đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng khói, nhiệt lượng nước nước ngồi có nhiệt lượng xỉ nóng chảy Ngọn lửa nhiên liệu nằm hoàn toàn lò hơi, nước đưa đến trình cơng nghệ tuabin; nhìn chung lửa nước không mang nhiệt lượng môi trường bên ngồi (dĩ nhiên có phần tổn thất bên ngồi, là tổn thấy nguồn nhiệt thải) Do đó, lò có nguồn nhiệt thải sau: - - Khói thải Nước nằm bao khơng thải nhiệt ngồi q trình hoạt động, để xả bỏ cáu cặn tích tụ lại người ta phải xả lượng nước định ngồi Ở lò thải xỉ lỏng có nhiệt xỉ thải ngồi Các nguồn nhiệt thải có nhiệt độ cao, khơng tận dụng lại gây lãng phí lớn Sau ta vào phân tích nhiệt thải loại Khói thải Từ nguyên lý làm việc, ta thấy nhiệm vụ chủ yếu lò sinh (có thể bão hòa nhiệt) Như vậy, sau cháy, nhiệt lượng nhiên liệu dùng để sinh hơi, nhiệt độ khói trung tâm buồng lửa đạt 1600-2200oC (tùy thuộc vào loại lò), khói sau qua vài pass gia nhiệt cho nước để sinh nhiệt độ sau khỏi buồng lửa đạt khoảng 900-1300oC Theo lý thuyết, nhiệm vụ khói đến hết thải ngồi Tuy nhiên, nhiệt độ khói cao, thải mà kơ tận dụng lãng phí Mặt khác, nước sau qua thiết bị công nghệ ngưng tụ thành lỏng bơm trở lại lò để tiếp tục nhận nhiệt để sinh Nước cấp trở lại lò lại có nhiệt độ thấp Ví dụ: sau sinh qua thiết bị trao đổi nhiệt (LOAD) đưa lại bể chứa (ở nước bổ sung (make-up water), có nhiệt độ thấp dẫn đến nước cấp (feedwater) bị hạ thấp nhiệt độ Hoặc nhà máy nhiệt điện nước sau giãn nở tuabin ngưng tụ bình ngưng có áp suất khoảng 0,05 bar với nhiệt độ khoảng 320C), rõ ràng ta phải tốn thêm nhiệt lượng để gia nhiệt cho nước cấp từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất tương ứng Ví dụ sau cho thấy hiệu việc gia nhiệt nước cấp trước đưa vào lò hơi: 14 Cho lò hoạt động với bão hòa áp suất p = 10 bar, sản lượng D = 10 tấn/giờ Nhiệt độ nước cấp 300C Dùng dầu mazút có thành phần làm việc sau: 𝐶 𝑙𝑣 = 83%; 𝐻 𝑙𝑣 = 10,4 %; 𝑆𝑐𝑙𝑣 = 2,8%; 𝑂𝑙𝑣 = 0,7%; 𝐴𝑙𝑣 = 0,1%; 𝑊 𝑙𝑣 = 3% Nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt nước thành bão hòa áp suất 10 bar: 𝑄 = 𝐷(𝑖1 − 𝑖2 ) Với i1: entanpi bão hòa áp suất 10 bar i2: entanpi nước áp suất 10 bar ứng với nhiệt độ 300C 𝑄= 10000 (2777,12 − 126,653) = 7362,408 𝑘𝑊 3600 Nhiệt trị thấp nhiên liệu là: 𝑄𝑡𝑙𝑣 = 339𝐶 𝑙𝑣 + 1030𝐻 𝑙𝑣 − 109(𝑂𝑙𝑣 − 𝑆𝑐𝑙𝑣 ) − 25𝑊 𝑙𝑣 = 39002,9 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Giả sử hiệu suất nhiệt 100%, ta thấy lượng tiêu hao nhiên liệu là: 𝐵= 𝑄 7362,408 𝑙𝑣 = 39002,9 = 0,189𝑘𝑔/𝑠 𝑄𝑡 Nếu nước cấp gia nhiệt đến nhiệt độ sôi, nhiệt lượng để sinh bão hòa 𝑄′ = 𝐷(𝑖1 − 𝑖2′ ) Với 𝑖2′ : entanpi nước áp suất 10 bar ứng với nhiệt độ sôi 𝑄′ = 10000 (2777,12 − 762,683) = 5595,658 𝑘𝑊 3600 Lượng tiêu hao nhiên liệu trường hợp là: 𝐵′ = 𝑄′ 5595,658 𝑙𝑣 = 39002,9 = 0,143𝑘𝑔/𝑠 𝑄𝑡 Như ta tiết kiệm lượng nhiên liệu ∆𝐵 = 𝐵 − 𝐵 ′ = 0,189 − 0,143 = 0,046 𝑘𝑔/𝑠 Một phần tử khác cần gia nhiệt lò khơng khí Như ta biết, khơng khí đưa vào buồng lửa để cung cấp oxi cho q trình cháy Khơng khí thường lấy mơi trường bên ngồi có nhiệt độ khoảng 300C, đưa khơng khí vào buồng lửa hấp thu phần nhiệt lượng nhiên liệu cháy sinh Do việc sấy khơng khí để tăng thêm nhiệt lượng 15 đưa vào buồng lửa làm tăng thêm nhiệt lượng hữu ích để sinh Giả sử ta dùng dầu để gia nhiệt khơng khí: Ở lò phun, nhiệt độ khơng khí đưa vào buồng lửa khoảng 2500C, nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt cho khơng khí là: 𝑄 = 𝑉𝑘𝑘 (𝑖1 − 𝑖2 ) Với 𝑉𝑘𝑘 : thể tích khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hết nhiên liệu i1: entanpi khơng khí 2500C i2: entanpi khơng khí 300C 𝑄 = 10,213(1,3.250 − 1,3.30) = 2920,918 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Nếu dùng dầu để gia nhiệt ta phải tốn thêm lượng nhiên liệu: 𝐵= 𝑄 2920,918 𝑙𝑣 = 39002,9 = 0,075𝑘𝑔/𝑠 𝑄𝑡 Ngoài ra, lò đốt nhiên liệu lỏng mà chủ yếu dầu nặng (FO) việc hâm nóng dầu trước đưa vào buồng lửa cần thiết độ nhớt dầu nhiệt độ thường cao gây khó khăn cho việc dẫn dầu ống việc phun dầu vào buồng lửa Thông thường người ta thường gia nhiệt dầu lên đến khoảng 900C Trước người ta thường dùng gia nhiệt dầu điện kết hợp với nước Ví dụ sau cho thấy nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt cho dầu Nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt dầu: 𝑄 = 𝐵(𝐶𝑛𝑙1 𝑡1 − 𝐶𝑛𝑙2 𝑡2 ) Với B: lương tiêu hao nhiên liệu (lấy ví dụ B = 0,189 kg/s) Cnl: tỷ nhiệt nhiên liệu 𝐶𝑛𝑙 = Trong đó: 𝑘 𝐶𝑛𝑙 100 − 𝑊 𝑙𝑣 𝑊 𝑙𝑣 + 4,186 100 100 𝑘 𝐶𝑛𝑙 = 1,74 + 0,0025𝑡 16 Từ đó, ta tính 𝑄 = 0,189 (2,032.90 − 1,886.30) = 23,87 𝑘𝑊 Từ ví dụ ta thấy nhiệt lượng khói thải tận dụng để hâm nước cấp, sấy khơng khí, hâm dầu… tiết kiệm chi phí lớn Vì lý mà ngày người ta thường lắp đặt trao đổi nhiệt phía sau lò, đường khói thải để gia nhiệt cho nước, khơng khí dầu (thường gọi hâm nước, sấy khơng khí hâm dầu) Nước xả lò Nước cấp cho lò dù xử lý kỹ cáu cặn Trong q trình hoạt động, nước lò bốc thành để lại cáu cặn, lâu ngày bám đáy lò làm giảm hệ số truyền nhiệt gây hư hỏng khác cần xả bỏ cáu cặn Quá trình xả bỏ cáu đồng thời phải xả nước sôi áp suất cao lò Lượng nước có nhiệt độ cao nên thải bỏ gây tổn thất Ví dụ: Lò hoạt động với thong số p = 10 bar, D = 10 tấn/giờ, lượng nước xả lò Dx = 300 kg/giờ Nhiệt nước xả = Dx i’ = 63,56 kW Trong i’ entanpi nước trạng thái lỏng sôi ứng với áp suất 10 bar Tuy nhiên, chứa cáu nên lượng nước khơng dùng lại mà phải có cách thu hồi nhiệt Một đặc điểm lượng nước là: áp suất cao, nên xả nước vào môi trường áp suất thấp làm bốc phần nước, có nhiệt độ cao bay gây nguy hiểm Do đó, cần có biện pháp cách ly lượng với mơi trường bên ngồi Bên cạnh đó, lượng cụng có nhiệt lượng đáng kể nên cần có biện pháp thu hồi lại nguồn nhiệt thải Lượng nước xả lò hóa (Flash steam) tính qua phương trình cân nhiệt sau (giả sử nước xả vào mơi trường có áp suất 1,2 bar): i’10.Dx = x.Dx.i’’1,2 + (1 – x)Dx.i’1,2 Trong đó: i’10 entanpi nước trạng thái lỏng sôi ứng với áp suất 10 bar i’’1,2 entanpi bão hòa áp suất 1,2 bar i’1,2 entanpi nước trạng thái lỏng sôi ứng với áp suất 1,2 bar x tỷ lệ nước hóa Từ đó, ta tính x = 14,41% 17 Nhiệt lượng = x Dx i’’ = 32,22 kW Lượng chiếm tỷ lệ nhỏ nhiệt lượng lại chiếm tỷ lệ lớn Để tách khỏi nước xả lò, người ta dùng bình phân ly Nước ngưng Nước ngưng nước ngưng tụ sau qua thiết bị công nghiệp bình ngưng nhà máy nhiệt điện Hơi nước ngưng tụ từ thiết bị cơng nghiệp thường có nhiệt độ cao (ứng với nhiệt độ sôi áp suất tương ứng) Lượng nước ngưng đưa trở lại lò để tiếp tục sinh hơi, tiếp tục qua trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt lượng Điều làm giảm nhiệt độ nước cấp cho lò trình bày trên, ta hồn tồn dùng khói để gia nhiệt lại cho nước cấp Do đó, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mà nên có phương pháp thích hợp Ngược lại, nước ngưng từ bình ngưng nhà máy nhiệt điện có nhiệt độ thấp (32oC ứng với áp suất ngưng tụ 0,05 bar) Do đó, lượng nước ngưng khó tận dụng nhiệt lượng đáng kể Vì người ta kết hợp chu trình cấp điện cấp nhiệt, nước giãn nở xuống áp suất cao áp suất khí quyển, nhiệt độ nước ngưng cao dùng để cung cấp cho hộ sinh hoạt thiết bị công nghiệp Một loại nước ngưng khác nước ngưng từ ống dẫn Các ống bọc cách nhiệt cẩn thận có lượng tổn thất định mơi trường xung quanh Chính lượng tổn thất làm ngưng tụ phần nước lượng nước ngưng cần lấy lý an toàn Về mặt bản, việc lấy nước ngưng từ ống dẫn việc xả lò nước ngưng ống có nhiệt độ áp suất cao Như vậy, nước ngưng từ cốc ngưng đưa vào bình phân ly tận dụng nhiệt 18 Chương Cấu tạo thiết bị tận dụng nhiệt thải lò Máy lạnh hấp thụ Tùy thuộc vào loại lò mà có khơng có phần tử kể Ngồi ra, lò có cơng suất lớn nhiệt thải khói lên đến cao, tận dụng nguồn nhiệt lượng lớn, người ta tìm cách để tận dụng nguồn nhiệt lượng để đun nước sinh hoạt cho xí nghiệp hộ tiêu dùng hay vấn đề tiết kiệm lượng dùng nhiệt khói thải dể chạy máy lạnh hấp thụ Nước làm Bình phát sinh NH3 p Bình ngưng NH3 p NH3 – H2O NH3 p H2O p Nước làm Nước cần làm Bình bốc NH3 – H0 Bình hấp thụ Hình Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ Theo sơ đồ ta thấy, cấp nhiệt cho bình phát sinh NH3 hỗn hợp dung dịch gồm NH3 – H2O bốc (do điều kiện áp suất NH3 có nhiệt độ bay thấp H2O) NH3 bay lên nước xuống Hơi NH3 tiếp tục vào bình ngưng ngưng tụ thành lỏng nhờ nước làm mát, sau NH3 lỏng qua van tiết lưu để giảm áp suất vào bình bốc Ở nhận nhiệt từ chất cần làm lạnh (ở ví dụ nước) bốc qua bình hấp thụ Tại bình hấp thụ, NH3 H2O từ bình phát sinh hấp thụ trở lại hỗn hợp bơm bình phát sinh để tiếp tục chu trình Ta thấy mặt lượng (nếu khơng kể nguồn nhiệt từ khói có sẵn) máy lạnh hấp thụ tiêu tốn lượng nhiều so với máy lạnh có máy nén, cơng cần thiết cho máy nén để nén 1kg từ áp suất po lên áp suất pk cao nhiều công để bơm hỗn hợp lỏng từ áp suất po đến áp suất pk Do đó, tận dụng nhiệt 19 thải khói cho máy lạnh hấp thụ khơng giúp giảm tổn thất khói thải ngồi mà giúp ta tiết kiệm phần lượng mà lẽ phải dùng sử dụng máy lạnh có máy nén Bộ hâm nước Bộ hâm nước thiết bị trao đổi nhiệt, dùng nhiệt khói nóng bên ngồi để gia nhiệt cho nước lạnh bên ống Để tăng cường diện tích trao đổi nhiệt, người ta bố trí thêm nhiều ống nối với nhau: “dạng phẳng” “không gian” Để tăng cường hệ số trao đổi nhiệt, người ta làm thêm cánh phía khói, khói có hệ số tỏa nhiệt đối lưu α bé nước Hình Bộ hâm nước Để tăng cường hệ số trao đổi nhiệt, người ta làm thêm cánh phía khói, khói có hệ số tỏa nhiệt đối lưu α bé nước Tuỳ theo mức độ gia nhiệt hâm nước mà hâm nước làm việc trạng thái sôi không sôi Ở lò ghi nhiệt độ khơng khí nóng khơng cao nên tồn lượng nhiệt lại thường dùng để gia nhiệt cho hâm nước Vì hâm nước thường làm việc trạng thái sôi Cấu tạo hâm nước thường chia làm loại: ống thép trơn, ống thép có cánh ống gang Do tính chất gang chịu va đập nên thường dung gang cho hâm nước không sôi 20 Ở hâm nước gang, người ta thường làm thêm cánh bên ngồi (vì khói có hệ số tỏa nhiệt đối lưu α bé nước) để tăng cường hệ số trao đổi nhiệt Do gang có tính đúc cao thép nên việc làm cánh gang dễ thép nhiều Tuy nhiên, ngày công nghệ chế tạo phát triển nên việc làm cánh thép khơng khó khăn trước Bộ sấy khơng khí Cũng thiết bị trao đổi nhiệt Theo nguyên tắc truyền nhiệt, sấy khơng khí chia làm hai loại: loại thu nhiệt loại hồi nhiệt Thu nhiệt: nhiệt truyền trực tiếp từ khói tới khơng khí qua vách kim loại (ở ống dẫn) Bộ sấy khơng khí kiểu thu nhiệt dùng rộng rãi Nó có dạng trao đổi nhiệt loại chùm ống khói ống khơng khí bên ngồi ống Người chế tạo hệ thống ống đứng đặt so le giữ với hai mặt sàng thành cụm Khi lắp lò, cụm lắp với thành sấy khơng khí Hình Bộ sấy khơng khí Hình Hình ảnh thực tế sấy khơng khí 21 Có nhiều cách để bố trí đường khói khơng khí Hình 10 Các kiểu bố trí đường khói khơng khí sấy khơng khí Bộ sấy khơng khí kiểu ống có ưu điểm sau: - Đơn giản chế tạo, lắp ráp làm việc chắn Tro bám ống không nhiều, dễ dàng thổi Khắc phục tượng lọt khơng khí vào đường khói Xuất tiêu hao kim loại tương đối bé Khuyết điểm: chủ yếu ống thép không bền vững tác dụng ăn mòn khói nhiệt độ cao mài mòn tro bay Bộ sấy khơng khí ống thép dùng để gia nhiệt khơng khí tới khoảng 400oC Khi muốn nhiệt độ khơng khí cao hơn, người ta dùng sấy khơng khí gang Để tăng hệ số truyền nhiệt, ống gang thường có cánh ngồi có Khuyết điểm sấy khơng khí gang kích thước cồng kềnh nặng nề Bộ sấy khơng khí kiểu hồi nhiệt: khói đốt nóng kim loại sau nhiệt tích tụ kim loại truyền lại cho khơng khí Bộ phận rơto qua với tốc độ ÷ vòng/phút xung 22 quanh trục đứng Trên rơto có gắn thép, thép q trình rơto quay tiếp xúc với khói nóng, tiếp xúc với khơng khí lạnh qua “chuyển” nhiệt lượng từ khói sang khơng khí Đường khói khơng khí bố trí hai phía cố định ngăn vách ngăn Hình 11 "Khung" "Rotor" sấy khơng khí Hình ảnh “khung” “rotor” sấy khơng khí kiểu hồi nhiệt, người ta lắp vào khung “lá thép” để tăng diện tích trao đổi nhiệt Trong q trình hoạt động, thép bị bám tro nên làm giảm hệ số trao đổi nhiệt nên ta dùng nước áp suất cao để rửa Thông thường, sấy không khí lắp sau hâm nước Hoặc người ta chia hâm nước sấy khơng khí làm hai đặt chúng xen kẽ Việc chia cấp giảm nhiệt độ khói phía cuối đường ống cho phép chế tạo sấy khơng khí (hoặc hâm nước) cấp với kim loại rẻ tiền Bình phân ly Nước xả lò (blowdown) sau khỏi lò đưa vào bình phân ly Áp suất bình phân ly vào khoảng 1,2 bar, xảy bốc phần nước Nước xả lò xuống theo hình xoắn ốc đồng thời nước bốc lên bay khỏi bình phân ly, nước xả ngưng theo đường ống phía Hơi bốc lên nên lượng đưa trở lại bồn chứa nước cấp gia nhiệt cho nước cấp ngưng tụ lại thành lỏng Quá trình xảy bình hồi nhiệt 23 Hình 12 Bình phân ly Như vậy, ta tận dụng nguồn nhiệt nước phân ly Còn lượng nước xả ngưng từ bình phân ly thải bỏ Như ví dụ trên, lượng nhiệt nước xả ngưng dư chiếm khoảng 50% nhiệt lượng nước xả lò, nên tìm cách để tận dụng lại nguồn nhiệt Như nói, lượng nước xả ngưng chứa cáu cặn nên khơng thể sử dụng lại mà ta cho qua thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho nước cấp Ngoài ra, việc nhả nhiệt cho nước cấp làm cho nhiệt độ nước xả ngưng giảm xuống việc xả bỏ an toàn Lượng nước xả ngưng tụ = (1 – x)Dx = 0,0713 kg/s Giả sử sau nhả nhiệt cho nước cấp, nước ngưng thải môi trường với nhiệt độ 300C Lượng nhiệt thu hồi = 0,0713 (i’1,2 – i30-1 bar) = 22,35 kW Tổng nhiệt lượng thu hồi = 32,22 + 22,35 = 54,57 kW 24 Lượng nhiệt thu hồi chiếm khoảng 86% lượng nhiệt nước xả lò Sơ đồ xả lò hoạt động hiệu nước cấp ln bơm thời gian có xả lò Tuy nhiên xả lò khơng phải lúc thực hiện, nước cấp cần cấp liên tục Do người ta sử dụng sơ đồ sau Lúc này, có nước xả lò cảm biến nhiệt độ đưa tín hiệu để mở bơm tuần hoàn đưa nước tuần hoàn nhận nhiệt từ nước xả ngưng nhả nhiệt cho nước cấp bồn Hình 13 Sơ đồ xả lò 25 Chương Ứng dụng hệ thống thu hồi nhiệt thải lò thực tế Đặc tính Đây hệ thống thu hồi nhiệt thải lò cơng ty JP Steel Plantech Co, Nhật Bản triển khai 20 dự án khắp Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc Ấn độ từ năm 1979 đến Nhiệt khí thải nhà máy thiêu kết thu hồithành nước lượng điện     Hiệu suất thu hồi nhiệt 60% khí thải từ làm mát 34% khí thải từ thân máy thiêu kết Thu hồi nhiệt khí thải từ thân máy thiêu kết giúp giảm tiêu thụ than cốc Có thể áp dụng cho làm mát kiểu tròn kiểu thẳng Giảm lượng khí thải CO2 nên sử dụng hệ thống dự án Cấu tạo thiết bị lò      Sử dụng hệ thống này, nhiệt thải nhiệt độ cao khí thải từ làm mát thân máy thiêu kết thu hồi thành nước sử dụng để sản xuất lượng điện Hệ thống cấu tạo từ nồi thu hồi nhiệt thải, tiết kiệm, thiết bị cung cấp nước vơ khống, xả khí, trống hơi,… Để đạt hiệu suất thu hồi cao, phần khí xả nhiệt độ cao tách khỏi phần khí xả nhiệt độ thấp thu hồi nhiệt từ phần khí xả nhiệt độ cao Trong thu hồi nhiệt thải từ làm mát, nhiệt độ khí xả hạ thấp qua thiết bị trao đổi nhiệt sau gửi tới làm mát sử dụng lại để làm mát quặng thiêu kết Có hai kiểu thu hồi nhiệt thải từ thân máy thiêu kết: kiểu thứ khí xả trực tiếp gửi tới hệ thống xử lý khí sau trao đổi nhiệt (kiểu khơng tuần hồn) kiểu thứ hai khí xả đưa tới máy thiêu kết (kiểu tuần hồn) Hình 14 Cấu tạo hệ thống thu hồi nhiệt thải lò 26 Hình 15 Hình ảnh dự án thực tê 27 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Hiện nay, tiết kiệm lượng chủ đề "nóng" khơng phạm vi quốc gia mà trở thành vấn đề giới Nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt với nguy thiếu lượng, nguồn dự trữ lượng tự nhiên ngày cạn kiệt, thế, vấn đề tiết kiệm lượng trở thành khâu then chốt chiến lược phát triển kinh kế nhiều quốc gia giới Muốn vậy, phải biện pháp hữu hiệu nhằm tiết kiệm lượng Trong sản xuất cơng nghiệp, thiết bị lò nơi dễ thất thoát lượng Do đó, việc nghiên cứu biện pháp tiết kiệm lượng hệ thống lò cần thiết, góp phần tiết kiệm nguồn dự trữ lượng quốc gia Có thể chia tổn thất lượng thành tổn thất khơng thể tránh khỏi Mục tiêu đánh giá lượng nhằm giảm tổn thất tránh khỏi, tức nâng cao hiệu sử dụng lượng Có thể tránh khỏi giảm bớt tổn thất      Tổn thất qua khói lò: - Khí dư (giảm xuống mức tối thiểu tuỳ theo cơng nghệ, vận hành, vận hành (kiểm sốt), bảo trì lò) - Nhiệt độ khí lò (giảm nhờ tối ưu hố bảo trì (làm sạch), tải; cơng nghệ lò đốt lò tiên tiến hơn) Tổn thất qua nhiên liệu chưa cháy hết khí lò xỉ (tối ưu hố vận hành bảo trì, cơng nghệ lò đốt tiên tiến hơn) Tổn thất qua xả đáy (xử lý nước cấp sạch, tuần hoàn nước ngưng) Tổn thất qua nước ngưng (thu hồi lượng nước ngưng tối đa có thể) Tổn thất xạ đối lưu (giảm nhờ bảo ơn lò tốt) TÀI LIỆU THAM KHẢO LCEE, Lương Thế Ngọc (2016), Các giải pháp tiết kiệm lượng lò Bài giảng Đại học Bách Khoa TP.HCM (2015), Các phương pháp thu hồi nhiệt thải lò Hệ thống thu hồi nhiệt thải JP Steel Plantech Co (2014), JASE Sản phẩm Công nghệ Năng lượng Thông minh Nhật Bản Hệ thống lò (2010), Chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Đại học Điện lực (2006), Bảo dưỡng lò nhà máy nhiệt điện 28