Giáo trình Kỹ thuật lò hơi

Giáo trình Kỹ thuật lò hơi ( GS.TS Phạm Xuân Vượng ) Nhiệm vụ của lò hơi là chuyển hoá năng lượng từ các dạng khác nhau khi bị đốt cháy thành dạng năng lượng khác: nước nóng, nước bão hoà hoặc h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘIGS.TS. PHẠM XUÂN VƯỢNG (CHỦ BIÊN)PSG.TS. NGUYỄN VĂN MUỐNGIÁO TRÌNHKỸ THUẬT LÒ HƠIHÀ NỘI – 20071 http://www.ebook.edu.vn Chương I. Khái niệm về lò hơiMỤC LỤCTrang11. Nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật, phân loại1.1. Nhiệm vụ1.2. Yêu cầu kỹ thuật1.3. Phân loại 2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc 2.1. Cấu tạo liên hợp lò hơi 2.2. Các bộ phận của liên hợp nồi hơi 2.3. Bộ phận quá nhiệt 2.4. Bộ phận hâm nóng nước 2.5. Bộ phận hâm nóng không khí 2.6. Nguyên tắc làm việc của lò hơi3. Nhiên liệu và sản phẩm của nhiên liệu 3.1. Thành phần của nhiên liệu 3.2. Sự cháy của nhiên liệu 3.3. Thể tích không khí lý thuyết cần cho quá trình cháy 4. Phương trình cân bằng nhiệt và hiệu suất thiết bị 4.1. Phương trình cân bằng nhiệt 4.2. Thiết bị nhiệtChương II. Quá trình cháy và chế tạo lò đốt1. Quá trình cháy 1.1. Các giai đoạn của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò đốt 1.2. Giai đoạn sấy khô và làm nóng nhiên liệu 1.3. Giai đoạn cháy 1.4. Phản ứng cháy 1.5. Giai đoạn tạo xỉ 2. Phân loại và cấu tạo lò đốt 2.1. Yêu cầu kỹ thuật đối với buồng lửa 2.2. Phân loại buồng lửa (lò đốt)Chương III. Quá trình sinh hơi, các bề mặt truyền nhiệt1111556889101010111417172021212121212324262626432 http://www.ebook.edu.vn 1. Bề mặt sinh hơi và cách bố trí2. Tính nhiệt thiết bị sinh hơi 2.1. Phương trình truyền nhiệt 2.2. Tính nhiệt các bề mặt truyền nhiệt đối lưu 2.3. Hệ số truyền nhiệt3. Chế độ nước và chất lượng hơi 3.1. Khái niệm chung 3.2. Chỉ tiêu chất lượng nước 3.3. Các biện pháp xử lý nướcChương IV. Hệ thống thông gió1. Nhiệm vụ của hệ thống thông gió2. Giải pháp thông gióChương V. Vận hành và bảo dưỡng1. Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 1.1. Chỉ tiêu kinh tế 1.2. Chỉ tiêu về chế độ vận hành 2. Chọn số lượng nồi hơi và phân bố phụ tải giữa các lòTài liệu tham khảo43515153545858596066666682828283831013 http://www.ebook.edu.vn Chương I : KHÁI NIỆM VỀ LÒ HƠI1 - NHIỆM VỤ, YÊU CẦU KĨ THỤÂT, PHÂN LOẠI1.1. Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của lò hơi là chuyển hoá năng lượng từ các dạng khác nhau khi bị đốtcháy thành dạng năng lượng khác: nước nóng, nước bão hoà hoặc hơi quá nhiệt. Hơiquá nhiệt là hơi ở nhiệt độ và áp suất cao.1.2. Yêu cầu kĩ thuật. - Thiết bị sinh hơi phải có năng suất hơi cao (Tấn/giờ), hiệu suất sinh hơi lớn. - Chất lượng sản phẩm phải đáp ứng yêu cầu sản xuất: chất lượng nước nóng,hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt. - Cấu tạo của thiết bị không quá phức tạp, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa dễdàng. - Chi phí nhiên liệu riêng thấp, hiệu suất lò đốt cao.1.3. Phân loại lò hơi. + Lò hơi hiện nay chia thành hai loại chính: loại sinh hơi và loại sản xuất nướcnóng. Tuy nhiên cũng có một số lò hơi kiêm cả hai chức năng này. Lò hơi loại sinh hơi, thể hiện bằng tấn hơi trong một giờ. Một số lò hơi dùng đểchuyển hoá năng lượng nhiệt thành thế năng của hơi, nên có thể đặc trưng bằng côngsuất (KW, MW). + Năng suất của lò hơi phân thành ba loại: loại nhỏ ( 15 20 T/h); loại trung (160 ( 220T/h) và loại lớn (220 250T/h). Tuy nhiên việc phân loại này cũng chỉ là quiuớc, vì giới hạn giữa các loại cũng chưa thật chính xác. Áp suất đo bằng átmốtphe (atm).Trong hệ SI,đơn vị đo là Niutơn trên métvuông (N/m2). Hệ số chuyển đổi 1bar = 1.105N/m2 = 1,0196atm. + Nếu phân loại theo áp lực chia ra lò hơi áp thấp (< 9 atm); lò hơi áp trung bình(14 ( 40 atm); lò hơi áp cao (100 140 atm) và áp suất tiêu chuẩn (255atm). Giới hạngiữa lò hơi áp thấp và lò hơi trung bình chỉ là qui ước. Về nhiệt độ hơi, biểu diễn bằng0C (hệ SI) hoặc0K. Hơi bão hoà bị đốt nóng tớinhiệt độ 5700C và cao hơn nữa. Lò hơi dùng trong công nghiệp, trong ngành năng lượng, . + Theo kiểu lò hơi người ta có thể phân ra: kiểu trụ đứng, kiểu ống nước đứngcó bề mặt bốc hơi được đốt nóng và loại màn chắn. Sau đây giới thiệu tóm tắt một vài kiểu lò hơi:4 http://www.ebook.edu.vn a/ - Lò hơi kiểu trụ đứng: có vỏ trụ ngoài 2, thân trụ bên trong 3, phía đáy có thể liênkết qua tấm đệm hoặc gấp mép trụ bên trong. Phía trên có cổ 4, 5 dạng hình cầu; liên5 http://www.ebook.edu.vn với buồng khói 6 hoặc hệ ống đứng; qua đó khí và khói từ buồng lửa 1 vào ống khói 7.Nước đưa vào khoảng không gian giữa 2 và 3. Tại đây nước bốc hơi dưới tác dụng củanhiệt, tập trung giữa 4 và 5; thoát qua ống dẫn hơi. Trong quá trình làm việc nước đượccấp liên tục vào bình. Loại thiết bị này có năng suất hơi từ 0,2 c 1 T/h; sản xuất hơi bão hoà có áp suất tới 9 atm. a) b) c)6 http://www.ebook.edu.vn Hình 1.2. Sơ đồ các kiểu liên hợp lò hơi.a – Lò hơi trụ - đứng b – Loại ống nước thẳng đứng c – Kiểu màn chắn - Lò hơi kiểu ống nước đứng (Hình 1.2b).Gồm hai trống ngang 1, 4 đặt phía trên nhau; liên kết với ống nước sôi 2, 3đường kính 51 đ 60 mm. Bao phủ bên ngoài hệ theo chiều dọc, ngang dòng khí khói,truyền nhiệt vào nước bằng đối lưu. Nước cung cấp vào phần trên trống 1 lò hơi. Từ đây nước được đun nóng ở ống đi xuống 3 của hệ thống lò hơi, và hướng về trống dưới 4.Ra khỏi trống nước được hâm nóng mạnh, nhờ ống 2 quay trở về trống trên. Dưới tácdụng của nhiệt, truyền qua thành ống, làm nước bốc hơi. Lực kích thích gây ra chuyểnđộng của nước theo chu kỳ tuần hoàn là do sự sai khác về mật độ của nước ở trên vàdưới. Hỗn hợp nước nạp đầy ống lên. Tại trống trên của lò hơi, hơi tách khỏi nước đi rakhỏi trống, nước quay trở lại ống xuống.Lò hơi kiểu ống nước đứng có năng suất hơi 2,5 L 50 T/h, áp suất hơi 14 40atm. Hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt tới 250, 370, 425 và 4400C.b/ Lò hơi kiểu màn chắn (Hình 1.2c).Khác nhau chủ yếu là bề mặt hâm nóng kiểu màn chắn 1, liên hợp với buồng lòđốt, vì nhiên liệu rắn cháy ở dạng bột. Loại hình này, khi làm việc nước được bốc hơiđồng thời làm giảm bề mặt trao đổi nhiệt.Loại này dùng cho các trạm điện. Năng suất hơi từ 35 L 2500 T/h để sản xuấthơi quá nhiệt có áp suất từ 40 h 255 atm, nhiệt độ 440 5850C.Trong lò hơi có chu trình tự nhiên, nước được cung cấp bởi bơm 1, qua bộ hâmnóng nước 2 vào trống trên 3, nước được bốc hơi trong chu trình 4, 5 (Hình 1.3a). Hơitạo ra ở trống 3 đi vào bộ qúa nhiệt 6, và tới nơi tiêu thụ.Tiêu thụ Nước cung cấp a) b) c)7 http://www.ebook.edu.vn Hình 1.3. Sơ đồ chuyển động của nước, hỗn hợp hơi và hơi của liên hợp lò hơi.a - Chu trình tự nhiên b - Chu trình cưỡng bức nhiều lần c - Kiểu thẳngLò có chu trình cưỡng bức nhiều lần (Hình 1.3b), tương tự loại chu trình tựnhiên, nước cấp vào trống 3, chuyển động của nước theo chu trình khép kín 4, 5, nhờbơm 7. Tiếp theo hơi từ trống vào bộ quá nhiệt, sau đi tới nơi tiêu thụ.Trong chu trình thẳng (Hình 1.3c), nước cung cấp qua bộ hâm nóng nước, giốngsơ đồ trước, nhưng chu trình bốc hơi khép kín không có. Bề mặt đốt nóng bốc hơi 4, 5 là bề mặt kéo dài bộ hâm nóng nước 2 và cũng trực tiếp vào bề mặt đốt nóng bộ quá nhiệt 6.Như vậy, quá trình bốc hơi của nước chỉ một lần trong bề mặt bốc hơi nóng.Bảng 1.1.Kiểu lò hơiE - Chu trình tựnhiên với bộquá nhiệt,nhưng hơikhông quá nhiệtEP - Chu trìnhtự nhiên với bộquá nhiệt và hơiđược quá nhiệttrung gianPP - Chu trìnhthẳng với bộquá nhiệt và hơiđược quá nhiệttrung gianNăng suất hơi (T/h)0,2; 0,4; 0,7; 1,02,54,0; 6,5; 1015; 204,0; 6,5; 10; 15; 206,5; 10; 15; 20; 25;35; 50; 7560; 90; 120; 160;220160; 210; 320; 420;480320; 500; 640250; 320; 500; 610150; 1600; 2500áp suấttuyệtđối củahơi(atm)9142440100140140140255Nhiệt độ hơi(0C)Hơi bão hoàHơi bão hoàHơi bão hoàhoặc quá nhiệt250Hơi bão hoàhoặc quá nhiệt370; 425440540570570570585Nhiệt độhơi saukhi quabộ quánhiệt(0C)CCCCCC570570570Nhiệtđộnướccungcấp(0C)50801001001452152302302302608 http://www.ebook.edu.vn 2 - CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC. 2.1. Cấu tạo liên hợp lò hơi.Hiện nay, liên hợp lò hơi là loại thiết bị tương đối phức tạp, ngoài phần tạo hơi,còn có khá nhiều bộ phận phụ trợ.a/ - Lò hơi đốt thủ công.Đây là loại lò hơi đơn giản gồm các bộ phận chính: Trống (bao hơi) 1 chứa nướchơi và cũng là bề mặt truyền nhiệt; van hơi chính 2 để điều chỉnh lượng hơi cung cấp.Van cấp nước 3 để cấp nước vào nồi hơi; ghi lò 4 cố định, đỡ nhiên liệu cháy, đồng thờicó khe hở để không khí cấp vào đốt cháy nhiên liệu và thải tro, xỉ ; cửa gió 7 và cửa cấpnhiên liệu 8; ống khói 9.- Lò hơi đốt phun.Đây là loại nồi hơi có thể dùng nhiên liệu lỏng (mazút), nhiên liệu khí (khí thiênnhiên, khí lò cốc, .) nhiên liệu rắn đã nghiền thành bột.Lò hơi đốt phun gồm các bộ phận: trống 1, van hơi chính 2, đường nước cấp 3,vòi phun 4, buồng lửa 5, phễu tro lạnh 6 dùng làm nguội các hạt tro xỉ khi thải ra ngoàitrường hợp thải xỉ khô, giếng xỉ 7, bơm nước cấp 8, ống khói 9, bộ sấy không khí 10,quạt gió 11, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, dàn ống nước lên 15, dãy phestôn17, bộ quá nhiệt 18 (Hình 1.5.a)Hình 1.4. Sơ đồ lò đốt thủ công.b/ - Lò hơi ghi xích (Hình 1.5b).Thuộc loại lò hơi công suất nhỏ hoặc trung bình. Cấu tạo gồm: trống 1, van hơichính 2, đường cấp nước 3, ghi lò dạng xích 4, buồng lửa 5, hộp tro xỉ 6, hộp gió 7 cấpgió cấp 1 qua ghi cho lớp nhiên liệu trên ghi, phễu than 8, ống khói 9, bộ sấy không khí 10, quạt 11, quạt khói 12, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, ống góp dưới 15,dàn ống nước lên 16, dãy phestôn 17 và bộ quá nhiệt 18.2.2. Các bộ phận của liên hợp nồi hơi- Bề mặt bốc hơi được đốt nóng.9 http://www.ebook.edu.vn Hệ thống bề mặt bốc hơi được đốt nóng xác định theo kiểu liên hợp lò hơi. Hệ thốngbốc hơi của lò hơi có chu trình tự nhiên. (Hình 1.6 và 1.7)+ Bề mặt bốc hơi được hâm nóng của lò hơi ống nước thẳng đứng bao gồm:chùm ống nước sôi 2, trống trên 1 và trống dưới 3, màn chắn lửa 6. Nước từ trống qua ống đi xuống 7, vào ống góp 5, và hệ thống ống nối 4. Trống chế tạo bằng thép đườngkính 1000 k 1500 mm. Lò hơi loại này làm việc ở áp suất 14 40 atm. Ống góp cóđường kính tới 219 mm. a)b)Hình 1.5. Sơ đồ lò hơi. a/ Loại đốt than phun. b/ Lò hơi ghi xích.+ Bề mặt bốc hơi hâm nóng của lò hơi kiểu màn chắn gồm: trống 2, hệ ống cómàn chắn 6, 7 với ống góp màn chắn 9, 10 ở dưới và 4, 5 ở trên; Hệ thống ống xuống 8và hệ thống ống liên kết 3.10 http://www.ebook.edu.vn [...]... động + Hệ thống bốc hơi của lò hơi kiểu chu trình cưỡng bức nhiều lần Đường kính ống không lớn, khoảng 42 ố32 mm Chu trình cưỡng bức do tác dụng của ngoại lực là bơm Số lần trong lò hơi kiểu này khoảng 5 d 10 lần Đặc điểm làm việc của lò hơi loại này là phân phối nước không đều cho các ống song song + Lò hơi có chu trình thẳng, chuyển động của nước và hỗn hợp hơi tương tự loại lò hơi cưỡng bức nhiều... đặc điểm cấu tạo các loại lò hơi sử dụng trong thực tế? 2 Đặc điểm cấu tạo và nguyên tắc làm việc của lò hơi? 3 Trình bầy các phản ứng cháy của nhiên liệu: Cháy hoàn toàn và cháy không hoàn toàn? 4 Trình bầy phương trình cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt của thiết bị? 25 http://www.ebook.edu.vn Chương II : QÚA TRÌNH CHÁY VÀ CẤU TẠO LÒ ĐỐT 1 – QUÁ TRÌNH CHÁY Cháy là một quá trình ôxy hoá hoàn toàn và... đỉnh lò; 28-quạt gió; 29-khử bụi; 30-quạt khói; 31-ống khói 2.6 Nguyên tắc làm việc của lò hơi Không khí nóng cùng bột than phun vào buồng lửa qua vòi phun 5 và cháy, truyền nhiệt lượng cho các dàn ống bố trí xung quanh buồng lửa Nước trong ống được đốt nóng, sôi và sinh hơi Hỗn hợp hơi nước sinh ra được đưa lên bao hơi Bao hơi dùng để tách hơi ra khỏi nước Phần nước chưa bốc hơi có trong bao hơi được... kk l Lượng nhiệt do hơi phun vào lò hơi: ( − 2500) G i = Q p Ở đây p p G – lượng hơi tiêu hao ứng với 1 kg nhiên liệu P i - entalpi của hơi 2500 – entalpi của hơi trong khói P + Lượng nhiệt hữu ích khi không dùng hơi bão hoà, không có bộ quá nhiệt trung gian Q = D (i − i B 1 Ở đây : qn nc ) D – sản lượng hơi của lò (Kg/h) B - lượng nhiên liệu tiêu hao (Kg/h) iqn, iqc - entalpi của hơi quá nhiệt và của... hơi cưỡng bức nhiều lần Tuy nhiên, ở đây nước và hỗn hợp hơi chỉ đi qua bộ phận bốc hơi một lần 2.3 Bộ phận quá nhiệt Bộ phận quá nhiệt thường không có trên lò hơi công nghiệp, vì chỉ dùng với hơi không quá nóng Bộ phận này dùng trong lò hơi năng lượng, cần hơi có nhiệt độ cao và áp suất lớn Tăng nhiệt độ hơi làm tăng entalpi; nâng cao áp suất hơi lại làm giảm entalpi Hiện nay có hai loại bộ qúa nhiệt:... cấu tạo của lò bao hơi 12 http://www.ebook.edu.vn 1-bao hơi; 2-phần chứa nước của bao hơi; 3-phần chứa hơi của bao hơi; 4-buồng lửa; 5vòi phun; 6-đường nhiên liệu tới; 7-các ống dàn đặt xung quanh buồng lửa để sinh hơi; 8-ống phestôn; 9-ống xuống; 10-ống góp dưới của dàn ống; 11-cấp một của bộ hâm nước; 12-cấp hai của bộ hâm nước; 13-ống dẫn để đưa nước từ bộ hâm nước vào bao hơi; 14-ống dẫn hơi bão hoà... 5 (b) 0 q + + + +q ⋅ Xác định η theo phương trình (a)gọi là phương pháp cân bằng thuận Phương pháp xác định η theo phương trình (b) là phương pháp nghịch Xác định lò hơi theo phương pháp thuận khó khăn vì khó xác định chính xác lượng nhiện liệu tiêu hao của lò Các lò hơi lớn thường dùng phương pháp nghịch 24 để http://www.ebook.edu.vn xác định hiệu suất lò Khi đã xác định được η, ta có thể xác định... không được vượt quá 10% áp suất làm việc của hơi 2.4 Bộ phận hâm nóng nước Bộ phận hâm nóng nước nhận 12 B 18% lượng nhiệt chung Bộ phận hâm nóng nước có hai kiểu: kiểu ống gang có gờ và kiểu ống thép nhẵn Kiểu ống gang có gờ thường bố trí ở lò hơi năng suất hơi không lớn và có áp suất tới 24 atm Loại ống thép có thể bố trí trên lò hơi với bất kỳ năng suất hơi và áp suất nào (40 atm hoặc cao hơn) 11... hơi được đưa trở lại dàn ống, qua các ống xuống bố trí ngoài tường lò, có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nước ở trong các dàn (vì không được hấp thu nhiệt) tạo nên độ chênh trọng lượng cột nước Do đó môi chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong một chu trình kín Hơi ra khỏi bao hơi được chuyển tới bộ phận quá nhiệt để tạo thành hơi quá nhiệt, có nhiệt độ cao Khói thoát khỏi bộ phận quá nhiệt,... cháy nhiên liệu gồm hai phần: Phần hữu ích và phần tổn thất Phần hữu ích sử dụng nước sinh thành hơi với các thông số cho.Phần tổn thất là phần mất đi trong quá trình làm việc của lò Ứng với 1 kg nhiên liệu rắn, lỏng hoặc 1Nm3 nhiên liệu khí cháy trong lò ở điều kiện ổn định, ta có phương để đốt nóng đã trình cân bằng nhiệt tổng quát: Q = Q + Q + Q + Q + Q + Q (kJ/kg) cc 1 2 3 4 5 6 Ở đây: Qcc - lượng . suất lò đốt cao.1.3. Phân loại lò hơi. + Lò hơi hiện nay chia thành hai loại chính: loại sinh hơi và loại sản xuất nướcnóng. Tuy nhiên cũng có một số lò hơi. ra lò hơi áp thấp (< 9 atm); lò hơi áp trung bình(14 ( 40 atm); lò hơi áp cao (100 140 atm) và áp suất tiêu chuẩn (255atm). Giới hạngiữa lò hơi