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

http://www.ebook.edu.vn 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI GS.TS. PHẠM XUÂN VƯỢNG (CHỦ BIÊN) PSG.TS. NGUYỄN VĂN MUỐN GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT LÒ HƠI HÀ NỘI – 2007 http://www.ebook.edu.vn 2MỤC LỤC Trang Chương I. Khái niệm về lò hơi 1. Nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật, phân loại 1.1. Nhiệm vụ 1.2. Yêu cầu kỹ thuật 1.3. 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 hơi 3. 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 nhiệt Chương II. Quá trình cháy và chế tạo lò đốt 1. 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 nhiệt 1 1 1 1 1 5 5 6 8 8 9 10 10 10 11 14 17 17 20 21 21 21 21 21 23 24 26 26 26 43 http://www.ebook.edu.vn 3 1. Bề mặt sinh hơi và cách bố trí 2. 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 nhiệt 3. 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 nước Chương IV. Hệ thống thông gió 1. Nhiệm vụ của hệ thống thông gió 2. Giải pháp thông gió Chương V. Vận hành và bảo dưỡng 1. 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 lò Tài liệu tham khảo 43 51 51 53 54 58 58 59 60 66 66 66 82 82 82 83 83 101 http://www.ebook.edu.vn 4 Chương I : KHÁI NIỆM VỀ LÒ HƠI 1 - NHIỆM VỤ, YÊU CẦU KĨ THỤÂT, PHÂN LOẠI 1.1. Nhiệm vụ: 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 hơi quá nhiệt. Hơi quá 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 dễ dàng. - 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 nước nóng. 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 để chuyển hoá năng lượng nhiệt thành thế năng của hơi, nên có thể đặc trưng bằng công suất (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 qui uớc, 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 mét vuông (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 hạn giữa lò hơi áp thấp và lò hơi trung bình chỉ là qui ước. Về nhiệt độ hơi, biểu diễn bằng 0C (hệ SI) hoặc 0K. Hơi bão hoà bị đốt nóng tới nhiệt độ 570 0C 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 đứng có bề mặt bốc hơi được đốt nóng và loại màn chắn. Sau đây giới thiệu tóm tắt một vài kiểu lò hơi: http://www.ebook.edu.vn 5a/ - Lò hơi kiểu trụ đứng: có vỏ trụ ngoài 2, thân trụ bên trong 3, phía đáy có thể liên kết qua tấm đệm hoặc gấp mép trụ bên trong. Phía trên có cổ 4, 5 dạng hình cầu; liên http://www.ebook.edu.vn 6với 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 của nhiệt, tập trung giữa 4 và 5; thoát qua ống dẫn hơi. Trong quá trình làm việc nước được cấp liên tục vào bình. Loại thiết bị này có năng suất hơi từ 0,2 ÷ 1 T/h; sản xuất hơi bão hoà có áp suất tới 9 atm. a) b) c) http://www.ebook.edu.vn 7Hình 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, 3 đường kính 51 ÷ 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 tác dụng của nhiệt, truyền qua thành ống, làm nước bốc hơi. Lực kích thích gây ra chuyển động của nước theo chu kỳ tuần hoàn là do sự sai khác về mật độ của nước ở trên và dưới. Hỗn hợp nước nạp đầy ống lên. Tại trống trên của lò hơi, hơi tách khỏi nước đi ra khỏi trống, nước quay trở lại ống xuống. Lò hơi kiểu ống nước đứng có năng suất hơi 2,5 ÷ 50 T/h, áp suất hơi 14 ÷ 40 atm. Hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt tới 250, 370, 425 và 440 0C. 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 lò đốt, vì nhiên liệu rắn cháy ở dạng bột. Loại hình này, khi làm việc nước được bốc hơi đồng thời làm giảm bề mặt trao đổi nhiệt. Loại này dùng cho các trạm điện. Năng suất hơi từ 35 ÷ 2500 T/h để sản xuất hơi quá nhiệt có áp suất từ 40 ÷ 255 atm, nhiệt độ 440 ÷ 585 0C. Trong lò hơi có chu trình tự nhiên, nước được cung cấp bởi bơm 1, qua bộ hâm nóng nước 2 vào trống trên 3, nước được bốc hơi trong chu trình 4, 5 (Hình 1.3a). Hơi tạo ra ở trống 3 đi vào bộ qúa nhiệt 6, và tới nơi tiêu thụ. Tiêu thụ Nước cung cấp a) b) c) http://www.ebook.edu.vn 8Hình 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 thẳng Lò có chu trình cưỡng bức nhiều lần (Hình 1.3b), tương tự loại chu trình tự nhiên, nước cấp vào trống 3, chuyển động của nước theo chu trình khép kín 4, 5, nhờ bơm 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, giống sơ 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 hơi Năng suất hơi (T/h) áp suất tuyệt đối của hơi (atm) Nhiệt độ hơi (0C) Nhiệt độ hơi sau khi qua bộ quá nhiệt (0C) Nhiệt độ nước cung cấp (0C) 0,2; 0,4; 0,7; 1,0 9 Hơi bão hoà ⎯ 50 2,5 Hơi bão hoà 4,0; 6,5; 10 80 15; 20 14 Hơi bão hoà hoặc quá nhiệt 250 ⎯ 100 4,0; 6,5; 10; 15; 20 24 Hơi bão hoà hoặc quá nhiệt 370; 425 ⎯ 100 6,5; 10; 15; 20; 25; 35; 50; 75 40 440 ⎯ 145 60; 90; 120; 160; 220 100 540 ⎯ 215 E - Chu trình tự nhiên với bộ quá nhiệt, nhưng hơi không quá nhiệt 160; 210; 320; 420; 480 140 570 ⎯ 230 EP - Chu trình tự nhiên với bộ quá nhiệt và hơi được quá nhiệt trung gian 320; 500; 640 140 570 570 230 250; 320; 500; 610 140 570 570 230 PP - Chu trình thẳng với bộ quá nhiệt và hơi được quá nhiệt trung gian 150; 1600; 2500 255 585 570 260 http://www.ebook.edu.vn 92 - 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 nước hơi 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 thời có khe hở để không khí cấp vào đốt cháy nhiên liệu và thải tro, xỉ ; cửa gió 7 và cửa cấp nhiên 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 thiên nhiên, 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 ngoài trường 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 phestôn 17, 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 hơi chính 2, đường cấp nước 3, ghi lò dạng xích 4, buồng lửa 5, hộp tro xỉ 6, hộp gió 7 cấp gió 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. http://www.ebook.edu.vn 10Hệ thống bề mặt bốc hơi được đốt nóng xác định theo kiểu liên hợp lò hơi. Hệ thống bốc 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 đường kính 1000 ÷ 1500 mm. Lò hơi loại này làm việc ở áp suất 14 ÷ 40 atm. Ống góp có đường 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 có màn chắn 6, 7 với ống góp màn chắn 9, 10 ở dưới và 4, 5 ở trên; Hệ thống ống xuống 8 và hệ thống ống liên kết 3. [...]... trang than ở hai bên tờng lò Chiều di lm việc của ghi từ 5,5 ữ 8 m Do đó diện tích lớn nhất của mặt ghi cũng chỉ l 36 m2,chính vì thế công suất buồng lửa ghi xích bị hạn chế + Quá trình cháy trong buồng lửa ghi xích Trong quá trình lm việc, lớp nhiên liệu chuyển động đồng thời với ghi; quá trình xảy ra theo chiều di ghi ở các giai đoạn từ sấy nhiên liệu tới tạo xỉ, nghĩa l quá trình xảy ra đồng thời v... quá trình cháy đợc quạt thổi từ dới lên thông qua các hộc gió có thể điều chỉnh đợc a) b) Hình 2.5 Buồng lửa ghi xích a Buồng lửa b Các kiểu ghi xích Hai phía bên buồng lửa do tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu cháy nên rất nóng Ngời ta bố trí hộp lm mát ghi bố trí ở hai tờng bên buồng lửa Môi chất lm mát l nớc Để sử dụng nớc lm mát đã hấp thụ nhiệt, các hộp lm mát ghi đợc nối với vòng tuần của lò. .. cỡ hạt lớn Than bùn cục Than bùn hạt nhỏ Than đá 60 ữ 80 100 ữ 120 200 300 ữ 900 400 200 34 Bung la ghi xớch 200 200 200 700 ữ 900 700 ữ 900 8 ữ 120 http://www.ebook.edu.vn 600 ữ 1500 Gỗ 8 ữ 120 + Loại lò có ghi chuyển động: Nhiên liệu cũng chuyển động trên nó, có nhiều kiểu khác nhau Nhiên liệu đợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vo băng ghi xích chuyển động rất chậm (thay đổi tốc độ từ 2 ữ30 m/h) . 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 hạn giữa lò hơi. 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 thẳng Lò có chu trình cưỡng bức