Van hơi chính

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ BUỒNG LỬA VÀ DÀN ĐỐI LƯU

4.1. Tính chọn các thiết bị cho lị hơi

4.1.6. Van hơi chính

Với cơng suất lị hơi là 40 (kg/h) và áp suất thiết kế là 10 bar, nên ta có thể chọn vận tốc hơi qua ống hơi chính là v = 15 (m/s) (v = 15 ÷ 40 m/s);

Tương ứng với áp suất 10 bar, tra bảng Thông số vật lý của hơi nước trên đường bão hịa, ta có: thể tích riêng của hơi bão hịa ρ” = 5,157 (kg/m3).

Do đó lưu lượng hơi qua lỗ van hơi là: 3 hoi

D 40

Q = = = 7,76 (m /h)

ρ" 5,157 Đường kính lỗ thơng hơi:

2 hoi

1

Q= v.S= v. .π.d

4

Suy ra: d= 4.Qhoi = 4.7,76 = 0,014 (m) = 14 (mm) v.π 3600.15.3,14

Ta chọn van hơi chính cho lị hơi là van cầu có đường kính lỗ loại DN10 với phi 17,15 (mm).

Hình 4. 7. Van cầu Hitachi M10KFGB.

47 Dựa trên Catalog [12], ta chọn van cầu Hitachi với model M10KFGB có:

 Vật liệu: Ductile Iron FCD-S (gang dẻo).

 Kích thước: DN10.  Kết nối: mặt bích.  Áp suất: 1,4 MPa.  Nhiệt độ: -29oC đến 200o C. 4.1.7. Các phụ kiện khác

 Đồng hồ đo nhiệt độ khói

Đồng hồ đo nhiệt độ lò hơi được chuyên dùng trong các lò hơi, nồi hơi sử dụng trong công nghiệp với các ngành chuyên về thực phẩm, cơng nghiệp chế biến… để theo dõi chính xác nhiệt độ trong lị hơi.

Hình 4. 8. Đồng hồ đo nhiệt độ khói của hãng Daewon.

(Nguồn: donghoapsuat.org)

Với nhiệt độ khói thải đã tính chọn như trên là 200oC. Ta chọn loại đồng hồ đo khói ra có nhiệt độ đo tối đa là 250oC, có đường kính mặt đồng hồ 100mm như hình trên.

48

 Áp kế

Hình 4. 9. Đồng hồ đo áp suất và cấu tạo ống siphon hãng Georgin.

(Nguồn: donghoapsuat.vn)

Chọn loại đồng hồ kiểu màng hãng Georgin có đường kính mặt trịn là 160mm, có thang đo áp suất cao nhất là 15 kG/cm2

.

Đồng thời chọn ống siphon để giảm nhiệt độ để bảo vệ đồng hồ áp suất, chọn siphon hãng Georgin có đường kính DN20 và dài khoảng 200mm.

 Cảm biến đo mức nước

Dùng để đo mức nước trong lò đảm bảo dao động trong phạm vi cho phép, mức nước cao quá sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hơi, mức nước thấp quá sẽ khơng an tồn cho bề mặt truyền nhiệt.

Chọn cụm kính thủy lị hơi loại mặt bích đứng có:

 Size: 165 x 34 x 17.

 Nhiệt độ chịu được tối đa: 400oC.

 Áp suất chịu tối đa: 40 bar.

 Ống kết nối lò hơi với van kính thủy loại DN25.

49

Hình 4. 10. Cảm biến đo mức nước lò hơi.

(Nguồn: cambiendoapsuat.vn)

Chọn cảm biến đo mức nước:

 Số lượng: 3.

 Đường kính ống cảm biến là phi 8.

 Nhiệt độ làm việc 200oC.

 Nguồn cấp: 24V DC.

 Sử dụng tín hiệu ngõ ra: 4 – 20 mA.

 Sai số: ± 2mm.

Có màng hình calib để tùy chọn dãy đo, hiệu chỉnh.

 Đồng hồ đo lưu lượng nước

Theo catalog tài liệu [8], bơm đã chọn trên có đường kính ống nước vào và ra là DN20, như vậy ta chọn đồng hồ loại có đường kính DN20 tương ứng. Ta cũng sẽ chọn đường kính ống nước loại DN20 để dễ lắp đặt.

50

Hình 4. 11. Đồng hồ đo lưu lượng nước loại DN20.

(Nguồn: komax.net.vn)

 Cụm van xả đáy

Cụm van xả đáy sẽ được lắp đặt với 2 loại van là van cầu và van bi. Chọn 2 van có đường kính lỗ thốt DN25. Ta chọn 1 van cầu và 1 van bi (van xả nhanh), van cầu sẽ lắp đặt trước van bi.

Hình 4. 12. Van cầu thép size DN25 của hãng ALS.

51 Van xả nhanh ta cũng chọn của hãng ALS [13] với model: Van xả đáy PN25 có thơng số kĩ thuật sau:

 Lưu chất: hơi nóng.

 Vật liệu thân: thép GS – C25.

 Nhiệt độ làm việc tối đa: 350oC.

 Kích thước: DN25.

 Van xả air

Chọn 1 van có đường kính lỗ thốt DN20. Model van: TA – 22 [14] có:

 Vật liệu: inox.

 Kiểu kết nối: ren.

 Áp suất làm việc: 16 bar.

 Nhiệt độ làm việc tối đa: 120oC.

 Số lượng: 1.

 Bảo ơn lị hơi

Vì lị hơi là thiết bị mang nhiệt lớn nên để tránh tổn thất khi vận hành, ta phải bọc cách nhiệt (bảo ơn) cho lị hơi. Với lị hơi hơi này, ta bọc bảo ôn bằng bông khống có hệ số dẫn nhiệt nhỏ (𝜆 = 0,034 W/m.oC), loại tấm 100kg/m3, dày 50mm.

52

Bảng 4.1. Danh sách các thiết bị đã chọn cho lò hơi.

STT Tên thiết bị Số

lượng Model

1 Bơm nước cấp 1 EVM 3 18F5/2.2 (M)

2 Quạt gió 1 QT-044S, P = 0,18kW

3 Van an toàn 2 TUV-SV.1090 S/G GW 1/4

4 Van hơi chính 1 Van cầu Hitachi M10KFGB

5 Đường kính ống khói 1 Loại 100mm

6 Đồng hồ đo nhiệt độ 1 Loại tmax = 250 oC, size mặt: 100mm 7 Đống hồ đo áp suất 1 pmax = 15bar, size mặt: 160mm

8 Ống Siphon 1 Đường kính DN20, dài 200mm

9 Cụm kính thủy 1 Size: 165 x 34 x 17,

tmax = 400 oC, pmax = 40 bar 10 Cảm biến đo mức 3 Size ống: phi 8, tmax = 200 oC

11 Van xả air 1 TA – 22 có size DN20, pmax = 16bar

12 Van xả đáy 2 PN25 với size DN25

13 Đồng hồ đo nước 1 LXSG – 20 với size DN20 14 Đường ống nước --- Size DN20

15 Bảo ơn lị hơi --- Dạng tấm, dày 50mm

4.2. Tính kiểm tra sức bền lị hơi

Vì lị hơi là thiết bị có nhiệt độ cao, áp suất cao nên vật liệu chế tạo lò phải là vật liệu chịu nhiệt và áp lực cao để đảm bảo độ bền cho lị và độ an tồn tuyệt đối khi vận hành lò hơi. Sau đây, ta sẽ kiểm tra độ bền cho các thiết bị của lị hơi.

4.2.1. Tính sức bền cho thân lị hơi [7]

Để chế tạo thân lò, ta dùng thép tấm chịu nhiệt loại C25 có chiều dày là 15mm.  Vì nhiệt độ khói < 600oC, ta có nhiệt độ tính tốn

tv = tb + 1,2S + 10, oC Trong đó:

53

 tb: nhiệt độ bão hòa của hơi nước, với áp suất thiết kế là 10 bar, tb = 180 oC.

 S: chiều dày sơ bộ, mm.

Do đó: tv = 180 + 1,2. 15 + 10 = 208 o C

Nhưng theo thực nghiệm, tv không nên chọn nhỏ hơn 250o C. Vì vậy chọn tv = 250 oC.

 Suy ra ứng suất cho phép ứng với thép C25 theo TL [8]/ trang 153, ta có: σ* = 14,7 (kg/mm2).

Ứng suất cho phép: σ = σ* = 14,7 (kg/mm2)  Chiều dày thân lò

n thân P.D S=+ C (mm) 200.φ.σ + P Trong đó:

 Dn: Đường kính ngồi của thân lị, Dn = 850 +2.15 = 880 (mm)

 p: Áp suất thiết kế, p = 10 (bar).

 φ: Hệ số bền vững, chọn φ = 0,7.

 C: Dung sai âm lớn nhất, C = 1. Do đó: thân

10.880

S = +1= 5,26 (mm)

200.0,7.14,7+10

Vậy với chiều dày S = 15 (mm) đã chọn đảm bảo được độ bền cho thân lị.

4.2.2. Tính sức bền cho ống lửa [7]

Với ống lửa lị hơi như đã tính chọn ở trên, ta chọn loại thép trịn có ϕ42mm với chiều dày là 3,2mm. Loại thép để chế tạo ống lửa là loại thép chịu nhiệt C25.

 Nhiệt độ tính tốn của ống lửa tv = tb + 4.S + 60 (oC)

= 180 + 4. 3,2 + 60 = 252,8 (oC).

54  Ứng suất cho phép ứng với thép C25: σ* = 14,62 (kg/mm2)

Ứng suất cho phép: σ = 0,5. σ* = 7,31 (kg/mm2)  Chiều dày ống lửa

tr onglua tr P. D a.l.σ S = . 1+ 1+ +2 (mm) 400.σ P.(D + l)       Trong đó:

 Dtr là đường kính trong ống lửa, Dtr = 48 – 3,2 = 44,8 (mm).

 l là chiều dài ống lửa, l = 1050 (mm).

 a = 3,75 đối với ống lửa thẳng đứng.

 p là áp suất thiết kế, p = 10 (bar) Do đó: onglua 10. 44,8 3,75.1050.7,31 S = . 1+ 1+ + 2 = 2,45 (mm) 400.7,31 10.(44,8 + 1050)      

Vậy với chiều dày S = 3,2 (mm) đã chọn đảm bảo được độ bền ống lửa cho lò này.

4.2.3. Tính sức bền mặt sàng [7]

Với lị hơi này ta có 2 mặt sàng, 1 mặt sàng nằm trên (nắp balong hơi) với các lỗ được khoét để cho ống lửa và 1 mặt sàng nằm dưới. Theo thực nghiệm, ta chọn chiều dày sơ bộ của cả 2 mặt sàng này là 30mm. Ta sẽ kiểm tra sức bền từng mặt sàng.

4.2.3.1 Mặt sàng dưới

 Vì mặt sàng dưới nằm trong vùng có nhiệt độ khói 600oC < tk ≤ 900oC. Nên ta có nhiệt độ vách của mặt sàng dưới

tv = tb + 2,5S + 20, oC

= 180 + 2,5. 30 + 20 = 275 oC.

 Suy ra ứng suất cho phép ứng với thép C25 tra theo bảng, ta có: σ* = 14 (kg/mm2).

Vậy ứng suất cho phép: σ = 0,6. σ* = 8,4 (kg/mm2).  Với lị hơi này, các ống lửa chính là những thanh giằng.

55 Chiều dày mặt sàng được tính theo công thức sau:

22 matsang 1 p.(a +b ) S = K. (mm) 100.σ Trong đó:

 K = 0,41 là hệ số gia cường bới các thanh giằng.

 p = 10 bar là áp suất thiết kế.

 a, b: lần lượt là bước ống ngang và dọc ống lửa, a = b = 90 (mm).

Do đó: 22 matsang 1 10.(90 +90 ) S = 0,41. = 5,7 (mm) 100.8,4

Vậy với S = 30 (mm) đã chọn đảm bảo được độ bền mặt sàng trên.

4.2.3.2. Nắp balong hơi

 Nhiệt độ tính tốn: tv = tb = 180 oC.

 Suy ra ứng suất cho phép với thép C25 tra theo bảng, ta có: σ* = 15,25 (kg/mm2).

Vậy ứng suất cho phép: σ = σ* = 15,25 (kg/mm2)  Chiều dày nắp balong hơi được tính theo cơng thức sau

matsang 2tr

p

S = K.D . (mm)

100.σ Trong đó:

 K = 0,41 là hệ số gia cường bới các thanh giằng.

 p = 10 bar là áp suất thiết kế.

 Dtr: Đường kính của mặt sàng chính là đường kính trong của thân lị hơi, (mm). Dtr = 850mm. Do đó: matsang 2 10 S = 0,41.850. = 28,22 (mm) 100.15,25

56 Với các thống số cơ bản của lị hơi đã được tính tốn thiết kế như trên, ta có thể thiết lập được bãn vẽ chế tạo của lò hơi như hình 4.14 bên dưới. Hình 4.14 thể hiện đầy đủ các chi tiết chế tạo và lắp đặt lị, nó đáp ứng đủ điều kiện về thơng số kĩ thuật và đề bài yêu cầu.

Hình 4. 14. Bản vẽ thiết kế các chi tiết lò hơi.

4.3. Thiết kế mạch điện cho lò hơi

4.3.1. Yêu cầu về mạch điện

4.3.1.1. Yêu cầu về mạch động lực

 Sử dụng nguồn cấp 3pha/380V cho bơm nước cấp và cho quạt gió.

 Có thiết bị bảo vệ pha, bảo vệ mạch khi có sự cố.

 Có đèn báo pha, thơng báo khi có sự cố của hệ thống.

 Dùng 2 ampe kế để đo dịng điện của bơm nước và quạt gió.

57

4.3.1.2. Yêu cầu về mạch điều khiển

 Thiết kế 1 bơm và 1 quạt gió. Bơm sẽ hoạt động dựa theo mức nước lò hơi nhờ vào cơng tắt đo mức nước. Quạt gió sẽ hiệu chỉnh hiệu suất cháy của lò hơi khi vận hành.

 Có cầu chì và thiết bị bảo vệ pha để đảm bảo an tồn khi có sự cố.

 Có đèn báo hiệu khi bơm và quạt gió hoạt động, đồng thời cũng có đèn báo hiệu nguy hiểm và còi kêu khi các sự cố xảy ra như: bơm quá tải, nhiệt độ khói thải cao, dư áp suất, báo mức nước thấp.

 Khi áp suất hơi đạt u cầu thì quạt gió sẽ ngưng hoạt động và đèn báo hiệu.

 Có nút ngừng khẩn cấp.

4.3.2. Thiết kế mạch điện

Ghi chú: BVP: thiết bị bảo vệ pha ORL1: role nhiệt

CB: aptomat K1: contactor

KX: role trung gian FL1, FL2: role báo mức nước

A: ampe kế Pump: bơm nước

V: vôn kế Air fan: quạt gió

High-on: role áp suất Emergency: nút ngắt khẩn cấp  Mạch động lực

58  Mạch điều khiển

Hình 4. 16. Mạch điều khiển lị hơi.

 Nguyên lý hoạt động mạch điện

- Bật CB1, CB2 và nhấn nút Power để cấp nguồn khởi động mạch. Khi đó, rơ le trung gian Kx1 được cấp điện và đèn báo sáng, tiếp điểm thường mở Kx1 đóng lại cấp điện cho tồn mạch.

- Khi có điện, bơm nước sẽ chạy để cấp nước cho lò, bơm nước chạy theo công tắt đo mức. Mức nước ở mức High thì bơm sẽ dừng, nước xuống mức Medium thì bơm sẽ chạy lại.

- Tiếp theo, ta nhấn nút Start để khởi động quạt gió cấp cho buồng. Quạt sẽ dừng khi có tín hiệu dư áp suất và báo mức nước thấp ở mức Low. Khi có tín hiệu áp suất dư thì tiếp điểm thường mở High On sẽ đóng lại và rơ le trung gian Kx4 có điện, đèn báo sáng và làm cho tiếp điểm thường đóng Kx4 mở ra để ngưng quạt. Đối với tín hiệu báo mức nước thấp cũng tương tự, nhưng mức nước thấp là vấn đề nghiêm trọng nên khi đó sẽ có cịi báo động.

- Vì bơm nước và quạt là những động cơ 3 pha, nên ta sẽ kiểm sốt an tồn cho nó bẳng những rơ le quá nhiệt ORL. Khi động cơ bị quá nhiệt thì các tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra để ngắt động cơ, các tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại và rơ le Kx2 có điện, làm tiếp điểm mở Kx2 đóng lại làm cịi kêu, báo tín hiệu.

59 - Đối với khói thải, ta lắp 1 cảm biến nhiệt độ để kiểm sốt nhiệt độ khói thải. Nếu nhiệt độ vượt quá nhiệt độ cho phép thì làm cho tiếp điểm thường mở đóng lại, cấp điện cho rơ le Kx3, đồng thời tiếp điểm mở Kx3 đóng lại, báo cịi kêu.

- Đối với mỗi thiết bị khi hoạt động ln có đèn báo hiệu để người vận hành dễ kiểm sốt lị hơi.

4.4. Quy trình vận hành lị hơi

4.4.1. Khái niệm chung vận hành lò hơi

Vận hành lị hơi là cơng việc thao tác, điều khiển phức tạp theo đúng quy trình. Quy trình vận hành phải ghi rõ các thơng số của hơi, nước, khói và khơng khí theo cơng suất định mức, cơng suất tối đa, tối thiểu, trung gian và độ lệch cho phép của các thơng số đó.

Nhiệm vụ của vận hành lò hơi là đảm bảo sự làm việc tin cậy, an tồn của lị hơi trong thời gian dài với việc đạt được độ kinh tế cao nhất và thỏa mãn nhu cầu hộ tiêu thụ về lưu lượng, thông số hơi, thông số nước nóng.

Các cơng việc vận hành lị hơi bao gồm:  Chuẩn bị và khởi động lò;

 Trông coi điều khiển và điều chỉnh lị hơi ở chế độ làm việc bình thường;  Ngừng lò, bảo quản vả bảo dưỡng lò trong thời gian ngừng.

4.4.2. Những lưu ý khi vận hành lò hơi

- Định kỳ kiểm tra ngọn lửa và khói thải để điều chỉnh tỷ lệ gió thích hợp. - Phải thổi sạch buồng đốt trước khi đốt.

- Kiểm tra van an tồn ít nhất 1 lần trong 1 ca vận hành, bằng cách nhấc tay van để xả hơi.

- Kiểm tra áp kế mỗi ca ít nhất 2 lần.

- Kiểm tra vệ sinh ống tra vệ sinh ống thủy, mổi ca ít nhất ca ít nhất 2 lần.

 Kiểm tra thơng rửa đường nước: Khóa van đường hơi, mở van xả để nước thốt ra, sau đó khóa van xả, mở từ từ van đường hơi.

60

 Kiểm tra thông rửa đường hơi: Khóa van đường nước, mở van xả để nước và hơi thốt ra, sau đó khóa van xả, mở từ từ van đường nước.

- Xả đáy nồi hơi

 Mục đích để loại bỏ tạp chất tích tụ trong lị hơi, nhằm hạn chế việc hình thành cáu cặn, ăn mòn kim loại.

 Mỗi ca vận hành ít nhất 2 lần xả đáy. Trước khi xả đáy nên nâng mức nước trong lò lên trên mức nước trung bình của ống thuỷ sáng khoảng 25 – 50 mm.

 Thao tác xả: Mở van xả đáy, sau đó hé mở van xả nhanh để sấy ống, sau