4.1.1. Van an toàn
Lò hơi là thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao, dễ gây ra hiện tượng phá huỷ thiết bị, không những ảnh hưởng đến kinh tế kĩ thuật mà còn ảnh hưởng đến an toàn của người vận hành. Van an toàn có tác dụng khống chế áp suất làm việc của môi chất không vượt quá trị số cho phép nhằm bảo vệ cho thiết bị làm việc an toàn và lâu dài. Khi lò hơi hoạt động bình thường, van an toàn đóng, khi áp suất vượt quá phạm vi cho phép, van an toàn tự động mở, xả bớt hơi ra ngoài làm cho áp suất giảm xuống mức cho phép lúc đó van an toàn tự động đóng lại
Vị trí đặt van an toàn: Trong lò hơi van an toàn được đặt ở vị trí cao nhất khoang hơi của bao hơi.
Lò hơi có áp suất 15 at nên chọn 2 van lò xo, 1 van làm việc còn 1 van kiểm tra. Xác định kích thước van
n. d. h = A. D
p Trong đó:
• n: Số lượng van an toàn 𝑛 = 2
• d : Đường kính trong của lỗ van (cm)
• h: Chiều cao nâng lên của van
V an nâng lên không hoàn toàn nên d = 20 h
• A: Hệ số tuỳ thuộc.
Van nâng lên không hoàn toàn 𝐴 = 0,0075
• p: Áp suất tuyệt đối của hơi p = 15 at = 15,5 kg/cm2 Vậy đường kính của van là d = √20. D ⋅ A n ⋅ p = √ 20.1000.0,0075 2.15,5 = 2,2 cm = 22 mm
Chọn van an toàn có đường kính 22 mm
4.1.2. Ông thuỷ
Nhiệm vụ: Ông thuỷ là một thiết bị rát quan trọng cho lò hơi, dùng để theo dõi mức nước trong lò. Ông thuỷ nối với lò hơi theo nguyên tắc bình thông nhau, một đầu của ống thuỷ đượC nối với khoang hơi, một đầu được nối với khoang nước, được nối sao cho mức nước trong lò nằm giữa ống thuỷ.
Ông thuỷ sáng: Ông thuỷ sáng cho phép nhìn thấy mức nước quá ống thuỷ tinh nếu là ống thuỷ tròn, hoặc qua tấm thuỷ tinh nếu là ống thuỷ dẹt, ống thuỷ tinh đều là ống chịu nhiệt. Theo quy phạm an toàn lò hơi mỗi lò hơi phải có ít nhất hai ống thuỷ đặt độc lập với nhau.
Ông thuỷ tối: Đối với những lò hơi nhỏ diện tích bề mặt đốt nhỏ hơn 100 m2 có thể
cho phép thay thế một ống thuỷ sáng bằng ống thuỷ tố. Ông thuỷ tối thường gồm 3 van được nối với mức nước cao nhất, trung bình, và thấp nhất của lò.
Có hai loại ống thủy : ống thủy tròn và ống thủy dẹp
• Ông thủy tròn có cấu tạo đơn giản nhưng rất dễ võ
• Ông thủy dẹp có cấu tạo phức tạp hơn nhiều, những rá́t tiện lợi và an toàn
lúc công tác, vì nó được đặt trong khung bảo vệ bằng kim loại.
Là thiết bị để đo áp suất của hơi và nước trong lò hơi
Áp kế được đặt ở vị trí cao nhất trên thiết bị. Trên đường nối từ bao hơi ra áp kế phải đặt van ba ngã có ống xi phông. Trong ống xi phông có chưa nước hoặc không khí để bảo vệ đồng hồ khỏi bị môi chất phá hỏng. Ở ngã thứ ba của van sẽ nối đồng hồ mẫu để kiểm tra độ chính xác của đồng hồ đang dùng, kiểm tra xem đồng hồ có làm việc không
Trên mặt áp kế có thang chia độ, thang chia độ của đồng hồ được chọn theo áp suất làm việc của lò. Thông thường chọn giá trị lớn nhất của thang chia độ bằng 1,5 lần
áp suất của lò và đường kính mặt áp kế không nhỏ hơn 150 mm. Áp kế của nồi hơi
phải được kiểm định và niêm chì mỗi năm một lần hoặc sau mỗi lần sửa chữa. Ta chọn áp kế có thang đó là 22,5 at đường kính 150 mm
[TL7-T20]
4.1.4. Bơm nước cấp
Nhiệm vụ của bơm nước cấp: Bơm nước cấp có nhiệm vụ cấp nước cho lò trong quá trình lò làm việc. Mỗi lò hơi thường yêu cầu phải có ít nhất 2 bơm.
Cấu tạo của bơm nước cấp: Có hai loại bơm cấp, bơm piston và bơm ly tâm . Bơm pistong: Bơm pistong thường có áp suất cao nhưng sản lượng hơi không lớn nên thường dùng cho các lò hơi có áp suất nhỏ. Trong các xí nghiệp công nghiệp, ở các lò hơi nhỏ thường dùng bơm pittong chạy bằng hơi làm bơm dự trữ phòng khi mất điện
Bơm ly tâm: Các lò hơi của nhà máy nhiệt điện thường làm việc ở áp suất cao nên phải dung bơm ly tâm nhiều cấp.
Nhiệt độ nước cấp là 30∘C. Tra bảng thông số vật lý của nước [TL4-T520]
Ta có 𝜌 = 995,7 kg/m3
𝑄𝑏 = 1,15. 𝑄𝑏 m3/h
Trong đó: 𝑄Lh = 𝐷
𝜌 = 1.103
995,7 = 1,04 m3/h
Vậy lưu lượng của bơm là 𝑄𝑏 = 1,15. 𝑄lh = 1,15.1,04 = 1,2 m3/h
Tổng cột áp của bơm
hb = 1,1. hlhmH2O
Trong đó hlh = p
𝜌.g = 15.105
995,7.9,81= 153,57mH2O
Vậy tổng cột áp của bơm là hb = 1,1. hlh = 1,1.153,57 = 168,93mH2O
Tra catalog bơm Ebara ta chọn bơm Ebara EVM 45 7 − OF5 /30 thông số kỹ
thuật được thể hiện trong bảng 4.1
[TL11-T01]
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của bơm nước
Model EVM 45 7 − OF5 /30
Tốc độ Vòng/phút 2900 Lưu lượng m3/h 21-60 Cột áp mH2O 108 − 181 Công suất kW 30 Đường kính ống hút mm 90 Đường kính ống xả mm 90
Mực nước là một trong những thông số quan trọng cần được đo và kiểm soát. Để lò hơi hoạt động an toàn và hiệu quả, mực nước trong lò phải được ổn định.
Mực nước quá thấp có thể làm hỏng ống lò hơi do quá nhiệt dẫn đến lò hơi bị cạn, gây hư hỏng cơ học, tức là nóng chảy và sập. Việc cấp nước vào khi các đường ống vẫn đang nông có khả năng sẽ gây ra nổ lò.
Một điểm cần lưu ý nữa là mức cao. Mực nước trong thùng phuy quá cao có thể làm hỏng thiết bị hạ lưu, gây ra vận chuyển nước, hoạt động không đúng của dải phân cách, khó kiểm soát nhiệt độ, dẫn nước dẫn đến búa nước. Lượng nước vào lò hơi phải được cân bằng với lượng hơi thoát ra để có được mực nước trong lò không đổi. Do đó, thông tin về nguyên tắc hoạt động, yêu cầu lắp ráp, điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống kiểm soát mực nước là vô cùng quan trọng. Bỏ qua những vấn đề này có thể dẫn đến ứng dụng không phù hợp, bảo trì thường xuyên, hoạt động không an toàn cũng như hiệu suất hệ thống thấp.
Hình 4.1. Vị trí bộ điều khiển mức nước cho lò hơi Ở đây Lò hơi được sử dụng bộ điều khiển cảnh báo dạng điện cực
Kiểm soát nước cấp: Trong quá trình điều khiển Bật-Tắt nước cấp, máy bơm nước cấp sẽ bật và tắt theo các lệnh mà nó nhận được từ đầu dò mức. Máy bơm khởi động khi mực nước giảm xuống mức nước thấp quy định. Khi mực nước đạt đến mực nước cao đã xác định, máy bơm dừng.
Hình 4.2. Cảm biến đo mức nước
4.2. Xử lý nước cho lò hơi
Sự làm việc chắc chắn, ổn định của lò hơi phụ thuộc vào chất lượng nước cấp vào cho lò để sinh hơi.
Nguồn nước cấp cho lò hơi lấy từ thiên nhiên nên không cung cấp trực tiếp cho lò được do có những tạp chất. Các tạp chấtở thể rắn bao gồm:
Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3∘, SO4∘, … các tạp chất ở thể lỏng và khí bao gồm
O2, CO2, H2 S, … Trong quá trình làm việc của lò, khi nước sôi và bốc hơi, các muối
này sẻ tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn hoặc cáu tinh thể bám vào vách ống của lò hơi. Các cáu và bùn này có hệ số dẫn nhiệt thấp, thấp hơn so với kim loại hàng trăm lần, do đó khi bám vào vách ống sẻ làm giảm khả năng truyền nhiệt từ khói đến môi chất trong ống, làm cho môi chất nhận nhiệt ít hơn và tổn thát nhiệt do khói thải tăng lên, hiệu suất của lò giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng lên.
Khi cáu bám trên vách ống sẻ làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại, gây ra hiện tượng ăn mòn cục bộ. Khi cáu bám trên các ống sinh hơi, các ống của bộ quá nhiệt sẽ làm tăng nhiệt độ của vách ống lên, do đó làm tuổi thọ của ống giảm xuống , có những trường hợp nhiệt độ vách ống tăng lên quá mức cho phép có thể gây ra nổ ống.
Ngoài những chất sinh cáu, trong nước còn có những chất khí hòa tan như O2 và
CO2 , các loại khí này gây ăn mòn mạnh các bề mặt ống kim loại của lò.
Vì những nguyên nhân trên, đòi hỏi phải xử lý nước trước khi cấp vào lò để bảo vệ lò hơi đảm bảo cho lò hơi làm việc an toàn.
• Ngăn ngừa việc bám cáu ở trên tất cả các bề mặt đốt và thiết bị trao đổi
nhiệt
• Duy trì độ sạch của hơi ở mức cần thiết
• Ngăn ngừa quá trình ăn mòn kim loại ở bên trong nồi hơi, thiết bị sử dụng
hơi và đường ống dẫn hơi.
Để tránh tác hại của các tạp chất trong nước gây nên đối với nồi hơi, người ta thường quy đinh chất lượng nước hoặc độ dày lớp cáu cặn cho phép.
Đối với nồi hơi nhỏ khoảng 2 T/h áp suất dưới 16 bar, chiều dày lớp cáu cặn
không quá 1 mm, áp suất từ 16 − 22 bar không được quá 0,5 mm
Đối với nồi hơi lớn hơn, nước cấp phải đạt tiêu chuẩn sau:
Độ cứng của nước thể hiện là nồng độ các ion Ca2+, Mg2+ có trong nước, được kí
hiệu là H0
Độ cứng cho phép của nước trong lò hơi phụ thuộc vào thông số hơi của lò, lò hơi có thông số càng cao thì yêu cầu chất lượng nước cấp càng cao, nghĩa là nồng độ các tạp chất trong nước cấp phải thấp.
Với lò hơi ống lò ống lửa: H0≥ 0,5mgdl/l
V ới nồi hơi ống nước p < 16 bar 0,3 < H0 < 0,5mgdl/l
p = 16 ÷ 32bar:H0 ≤ 0,3mgdl/l
Lượng oxy trong nước không vượt quá 0,03mg/l khi p < 32 bar
Các tạp chất khác cũng nằm trong phạm vi quy định
Bảng 4.2. Chất lượng nước cấp cho lò hơi TCVN 7704-2007
Các chỉ tiêu Nhiên liệu sử dụng
(Lỏng)
Độ trong suốt không nhỏ hơn (cm) 40
Độ cứng toàn phần 𝜇gdl/kg 30
Hàm lượng oxy hoà tan (đối với nồi có công suất từ
2t/h trở lên) 50
Xử lý cơ học: Dùng bình lọc cơ khí để tách các tạp chất lơ lửng trong nước ra khỏi nước. Tuy nhiên xử lý cơ học chỉ loại bỏ các tạp chất cơ khí ra khỏi nước
Xử lý độ cứng: Là giảm đến mức nhỏ nhất nồng độ các tạp chất có thể tạo thành cáu, hoà tan vào nước. Ở đây nước được xử lý bằng phương pháp trao đổi ion cụ thể là NaR
Hình 4.3. Xử lý nước cấp cho lò hơi 1- Bộ lọc cơ khí. 2- Bộ làm mềm nuớc
Hình 4.4. Cấu tạo bộ lọc nước
1-Van ba của. 2- Than hoat tính. 3- Mangan. 4- Nâng PH. 5- Cát thanh anh. 6- Sỏi thanh anh
Mục đích: Lọc cẩn bẩn trong nước để đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt Bộlàm mền nuớc
Hình 4.5. Cấu tạo bộ làm mềm nước
1- Lóp sỏi lọc. 2- Bộ khuếch tán. 3- Ông dân. 4-Óng xả. 5-Vỏ cột lọc. 6-Đuờng nước vào.
7-Valve tư động. 8- Đưòng nuớc ra. 9-Ống hút muối. 10-Thùng muối. 11- Muối
• Quá trình lọc.
Tiến hành trao đổi ion trong cột lọc để loại bỏ độ cứng nhờ vật liệu lọc chứa các hạt trao đổi ion. Nước sau quá trình này đã được làm mềm và đưa vào sử dụng. Sử dụng cation NaR
Các phương trình phản ứng xảy ra.
− 2NaR + CaSO4 → CaR2+ Na2SO4
− 2NaR + CaCl2 → CaR2+ 2NaCl
− 2NaR + Mg(HCO3)2 → MgR2+ 2NaHCO3
− 2NaR + MgSO4 → MgR2+ Na2SO4
− 2NaR + MgCl2 → MgR2+ 2NaCl
Do quá trình trao đổi cation mà độ cứng còn lại của nước giảm đến 10𝜇gdl/kg và
thấp hơn.
• Quá trình tái sinh (rửa ngược)
Rửa ngược vật liệu lọc để làm sạch và loại bỏ những cặn bẩn, mảng bám bám trên các hạt trao đổi ion và thành cột lọc. Sau quá trình rửa ngược, nước theo đường xả đi ra ngoài.
• Quá trình tái sinh (hút muối)
Đây là quá trình rửa xuôi. Muối trong các bồn chứa sẽ được bơm vào cột lọc để tái sinh vật liệu lọc. Kết thúc quá trình, nước sẽ được xả bỏ
• Quá trình tái sinh (Rửa muối)
Nước được hút vào bể lọc và tiến hành quá trình rửa muối. Nước sau quá trình được thải ra ngoài
• Quá trình tái sinh (trả nước về bồn muối)
Nước được bơm vào cột lọc sau đó trở về thùng chứa muối tái sinh.
Để hoàn nguyên NaR ta dung NaCl có nồng độ 6 ÷ 8%
[ TL2-T235]
Các phương trình phản ứng xảy ra.
− CaR + 2NaCL → 2NaR + CaCl2
CHU'ƠNG 5. KẾT LUẬNN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1.1. Kết luận
Trong đồ án "Tính toán thiết kế lò hơi đốt dầu FO công suất 1 tấn/h" chúng em đã tính toán thiết kế lò hơi 3 pass đồng thời lựa chọn vật liệu và thiết bị phụ trong lò hơi. Qua bài tính toán thiết kế này, chúng em đã tích lũy, ôn lại cho mình những kiến thức, kinh nghiêm rát bổ ích cho hành trình sau.
Tuy nhiên do sự hạn chế về kiến thức cũng như thời gian nên việc tính toán, thiết kế không tránh khỏi những sai sót. Rất mong các thầy, cô góp ý để nhóm có thể hoàn thiện sản phẩm của mình.
5.1.2. Kiến nghị
Sau khi hoàn thành đồ án "Tính toán thiết kế lò hơi đốt dầu FO công suất 1 tấn/h", chúng em nhận thấy tầm quan trọng và những kiến thức bổ ích cho kỹ sư Nhiệt. Vì vậy mong Khoa Cơ Khí Động Lực và các thầy (cô) bổ sung thêm những tiết học hay nội dung về thiết kế lò hơi cho sinh viên. Đồng thời bổ sung thêm các khoá học về thiết kế, sử dụng phần mền để đáp ứng nhu cầu tuyển dụng và hội nhập quốc tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]: Thiết kế Lò Hơi. PTS Trần Thanh Kỳ. NXB Trung tâm nghiên cứu thiết bị Nhiệt và Năng lượng mới. Trường Đại học Bách Khoa TPHCM (1990)
[2]: Lò hơi và thiết bị đốt PGSTS Hoàng Ngọc Đồng NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội (2008)
[3]: Giáo trình Lò Hơi. PGS Đặng Thành Trung. NX B Đại học Quốc gia TPHCM (2013)
[4]: Cơ sở Truyền nhiệt & Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt. Hoàng Đình Tín. NXB Đại học Quốc gia TPHCM (2013)
[5]: Study of oficiency improvement of boiler with the use of preheated fuel. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET).(2018) [6] Boiler Exhaust Velocity. The Engineering ToolBox (2013)
[7] Tiêu chuẩn nồi hơi - yêu cầu kỹ thuật về thiết kế, chế tạo, lắp đặt, sử dụng, và sửa chữa. TCVN 12728:2019. Hà Nội (2019)
[8] Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt. PGS.TS Phạm Lê DZần, TS Nguyễn Công Hân. NX B Khoa học và Kĩ thuật (2006)
[9] Những chỉ tiêu chế tạo nồi hơi. Hoàng Dương Hùng.(2001)
[10] Calculation feed pump for boiler. T&T Global industry and water equipment J.S.C.