Theo thống kê sơ bộ, Việt Nam hiện đang sử dụng hơn 2.000 lò hơi các loại, trong đó chủ yếu thuộc lĩnh vực công nghiệp. Các lò hơi này có công suất từ 1 tấn/giờ đến
300 tấn/giờ. Phần lớn các lò hơi đang sử dụng đều có hiệu suất năng lượng thấp nên lượng khí độc hại do đốt nhiên liệu phát thải vào môi trường rất cao. Theo nghiên cứu gần đây của Bộ Công nghiệp, do công nghệ lò hơi lạc hậu nên mức tiêu hao năng lượng để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm cao. Vì vậy, việc nâng cao hiệu suất, tiết kiệm năng lượng đối với lò hơi đang là vấn đề được các doanh nghiệp quan tâm, nhất là trong thời điểm hiện nay khi giá nhiên liệu có xu hướng ngày càng tăng. Công nghệ lò hơi thân thiện môi trường ở Việt Nam
Công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) là công nghệ sạch, tận dụng than xấu, lượng khí thải ước tính giảm từ 5 đến 6 lần so với sử dụng công nghệ lò hơi cũ. Công nghệ mới này được công nhận là một trong những công nghệ đốt nhiên liệu rắn đứng đầu trên thế giới, phù hợp với các dự án năng lượng ở Việt Nam hướng tới bảo vệ môi trường.
Tiềm năng nhiên liệu than ở Việt Nam cho thấy hướng phát triển mạnh mẽ cho một thị trường lớn của công nghệ năng lượng mới nhất này. Đó là lời khẳng định của ông Tạ Văn Hường, Vụ trưởng Vụ Năng lượng, Bộ Công thương sáng 20-5.
Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) là sản phẩm của Foster Wheeler AG, một tập đoàn chuyên về thiết kế & xây lắp và nhà cung cấp thiết bị cho ngành năng lượng trên toàn cầu. Tập đoàn năng lượng nằm trong khối công nghệ sạch của châu Âu và thế giới.
Thiết bị phụ trợ bao gồm các thiết bị gia nhiệt nước cấp, giàn ngưng hơi, thiết bị thu hồi nhiệt, các thiết bị thu hồi phi xúc tác có chọn lọc và các đầu đốt giảm phát Nox. Hiện nay, hai công ty nhiệt điện Na Dương ở Lạng Sơn và Cẩm Phả ở Quảng Ninh đang sử dụng công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB hiệu quả.
Theo các chuyên gia công nghệ lò hơi mang đến hiệu quả tích cực về môi trường so với sử dụng công nghệ lò hơi đốt than, than phun. Đặc biệt, công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB không cần sử dụng thiết bị để giảm lượng khí thải, mà chỉ cần dùng đá vôi.Công nghệ giúp cho việc vận hành linh hoạt đối với các dải nhiên liệu đầu vào, có nghĩa là có thể sử dụng than xấu, than loại.
Ông Ngô Trí Thịnh, Giám đốc công ty nhiệt điện Na Dương cho biết: “Toàn bộ lò hơi công suất 100 MW cho hai tổ máy của công ty được vận hành thương mại hiệu quả từ năm 2005. Công nghệ lò hơi này giúp cho doanh thu hằng năm đều tăng. Bình quân là 700 triệu Kwh điện/năm, tương đương 8.000 giờ/năm cho mỗi tổ máy”. Bằng chứng cho hiệu quả môi trường là công ty vừa được nhận Bằng khen của Bộ Tài nguyên Môi trường về công tác bảo vệ môi trường.
Hiện nay, trên thế giới, công nghệ lò hơi tầng sôi tuần huần CFB của Foster Wheeler chiếm 60% thị phần toàn thế giới. Trong đó, tại châu Á, thị trường mới “nổi” là Trung Quốc và Việt Nam. Chiến lược hướng tới thị trường Việt Nam là hướng phát triển vào nhiệt điện, sổ dung cho thuỷ điện.
Ông Byron Roth, Phụ trách Tập đoàn Foster Wheeler Power Group ở châu Á cho biết trong ngày khai trương chi nhánh tập đoàn tại Việt Nam, sản phẩm công nghệ
lò hơi CFB phù hợp với nhiên liệu than và hướng phát triển ngành năng lượng thân thiện môi trường của Việt Nam.
Công ty nhiệt điện Mạo Khê dự kiến sẽ khởi công vào tháng 6-2009 cũng sử dụng công nghệ này.
Với sự phát triển của công nghệ hiện đại này tại Việt Nam, Đại sứ Phần Lan tại Việt Nam Pekka Hyvonen cũng đánh giá, hai nước Việt Nam và Phần Lan có quan hệ hợp tác tốt đẹp trong 34 năm qua. Mối quan hệ của hai nước đang chuyển hướng quan hệ hợp tác thông thường sang hợp tác thương mại nhiều hơn. Việt Nam có nhiều dự án quan tâm đến công nghệ xanh, sạch và bảo vệ môi trường. Đó là lý do mà các doanh nghiệp Phần Lan trong những năm gần đây quan tâm nhiều hơn đến thị trường đang phát triển và đầy tiềm năng ở châu Á này.
Sắp tới, tập đoàn sẽ xây dựng công ty sản xuất lò hơi và các bộ phận thay thế tại khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng, để phục vụ thị trường nội địa và xuất khẩu sang thị trường khu vực.
TÍNH TOÁN
I.Tính nhiên liệu
Tính: 1. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu. 2. Thể tích không khí và khói lý thuyết.
3. Thể tích không khí và khói thực tế với α=1,1
4. Tính entanpi của sản phẩm cháy thực tế với α=1,1 và ở nhiệt độ không khí và sản phẩm cháy là 300bỏ qua entanpi của tro bay theo khói.
Bài giải:
1. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu
Thay số; Qtlv = 339.84+1030.10+109(3 - 0,5) -25.2 = 38998,5 kJ/kg nl 2. Thể tích không khí và khói lý thuyết
-Thể tích không khí Công thức tính: Vo kk= 0,0889(Clv+0,375Slv) +0,265Hlv-0,0333Olv; m3 tc/kgnl Thay số: Vo kk= 0,0889(84+0,375.3) +0,265.10-0,0333.0,5 = 10,2 m3 tc/kgnl -Thể tích khói lý thuyết:
Công thức tính: Vko = VRO2o+VN2o+VH2Oo Trong đó: VRO2o = 0,01866(Clv+0,375Slv) VN2o = 0,008Nlv+0,79Vo kk V0 H2O = 0,112Hlv+0,0124Wlv+1,2Gph +0,0161Vkko Thay số: VRO2o = 0,01866(84+0,375.3) = 1,588 m3 tc/kgnl VN2o = 0,008.0+0,79.10,2 = 8,058 m3 tc/kgnl V0 H2O = 0,112.10+0,0124.2+1,2.0 +0,0161.10,2 =1,309 m3 tc/kgnl Vko = VRO2o+VN2o+VH2Oo = 1,588+8,058+1,309 = 10,955 m3 tc/kgnl 3. Thể tích không khí và khói thực tế với α =1,1
-Thể tích không khí với α=1,1 Công thức tính: Vkk = α.Vo kk; m3 tc/kg nl Thay số: Vkk = 1,1.10,2 = 11,22 m3 tc/kg nl -Thể tích khói thực tế với α=1,1 Công thức tính:Vk = V0 k+(α-1).Vo kk +∆VH2O m3 tc/kg nl Với ∆VH2O = 0,0161(α-1)Vkko Thay số: Vk = V0 k+(α-1).Vo kk +∆VH2O = V0 k+(α-1).Vo kk +0,0161(α-1)Vkko Vk = 10,955+(1,1-1).10,2+0,0161(1,1-1).10,2 = 11,99 m3 tc/kg nl
4. Tính entanpi của khói thực tế với α =1,1 và ở nhiệt độ không khí và khói là 300 bỏ qua entanpi của tro bay theo khói
Công thức tính: Ik = Io
k +(α-1)Io kk Trong đó:
Io
kk: Entanpi của không khí cần thiết khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nl với α=1 Io kk = Vo kk(C’p.t)kk Io kk = 10,2(1,3181.300)= 4033,386 kJ/kg (C’p.t)kk - tra phụ luc 1-4. Io
k: Entanpi của khói khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nl với α=1 Io
k = VRO2o(C’p.t) RO2+VN2o(C’p.t)N2+VH2O(C’p.t)H2O Io
k = 1,588.(1,8808.300)+8,058(1,3080.300)+1,309(1,5379.300) = 4661,9 kJ/kg (C’p.t)kk(C’p.t)N2(C’p.t)H2O - tra phụ lục 1-4
Tính Entanpi của khói: Ik = Io
k+(α-1)Io kk
II.Tính cân bằng năng lượng
Qdv = BtQlv t.ηt
• ηt = (100-q3-q4-q6)%,
• q2 = (4-6%)Qdv (tổn thất theo khói): cs lớn; 15-20%: cs nhỏ
• q3+ q4 = (1-3%)Qdv (tổn thất do cháy khg hoàn toàn);
• q5 = 0,5%Qdv (tổn thất ra môi trường); q6 = 0,5%Qdv (tổn thất do thải);
D = 1,6 (T/h) = 1600 (kg/h)
p = 12 bar, tra bảng hơi nước trên đường bão hòa, suy ra i” = 2785 kJ/kg.
Lấy nhiệt độ nước tnước = 32, tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa, suy ra Cp = 4,174 kJ/kg.độ. Q1 = D(i”-inc) = 1600(2785-4,174.32) = 4242291,2 (kJ/h) = 4242 (MJ/h) Bt = = = 136,1 kg/h = (100-q3-q4-q6)% = (100-2-0,5) = 97,5% Qdv = Q1/η = 4242/0,82 = 5173,2 MJ/h η = (100-q2-q3-q4-q5-q6)% = (100-15-2-0,5-0,5) = 82% q2: tổn thất theo khói, công suất nhỏ lấy q2 = 15%
III.Tính nhiệt buồng lửa
Qbl = Bt[Qlv
t.ηt-Vk(Cpk.t”bl)] = Qdv- BtVkCpk.tbl”
1. Tính các nhiệt đôTa
ηt = 0,975 t1 = 1000 t2=2000 Ik1 = Io k1+(α-1) Io kk1 = 17009,8+(1,1-1) 14400,36 = 18449,8 kJ/kg Ik2 = 36823,3 +(1,1-1) 30663,24 = 39889,6 kJ/kg Qs1 = Bt.Ik1 = 136,1.18449,8 = 2511,018 MJ/h Io k1 = 1,588.(2,2266.1000)+8,058(1,3938.1000)+1,309(1,7133.1000) = 17009,8 kJ/kg Io k2 = 1,588(2,4552.2000)+8,058(1,4851.2000)+1,309(1,9449.2000) = 36823,3 kJ/kg Io kk1 = 10,2(1,4118.1000) = 14400,36 kJ/kg Io kk2 = 10,2(1,5031.2000) = 30663,24 kJ/kg Qs2 = Bt.Ik2 = 136,1.39889,6 = 5428,975 MJ/h Qs = BtηtQlv t = 136,1.0,975.38998,5 = 5175,003 MJ/h Nội suy: Suy ra ta = 1913 2. Tính T”bl và T Io k = 1,588.(2,4414.1913)+8,058(1,4789.1913)+1,309(1,9278.1913) = 35041,2 kJ/kg Nội suy, tra bảng phụ lục 1.4:
Cp(RO2) = 2,4414 kJ/m3tc.độ
Tương tự nội suy, ta có: Cp(N2) = 1,4789 kJ/m3tc.độ; Cp(H2O) = 1,9278 kJ/m3tc.độ; Cp(kk) = 1,4969 kJ/m3tc.độ. Io kk = 10,2(1,4969.1913) = 29208,4 kJ/kg Ik = Io k+(α-1)Io kk = 35041,2+(1,1-1).29208,4 = 37962,04 kJ/kg VkCpk = 37962,04 /1913 = 19,84 kJ/K Fv = Hbx = = = 0,654 = 0,654 .1913=1251 T = = = 1825 K = 1552
IV.Tính kiểm tra: Qbx Qbl
1.
Tìm Tv = tT1
Mật độ dòng nhiệt truyền qua vách ống lò: q = = = 91,17 kw/m2
Qbl = Qdv- BtVkCpk.tbl”
= 5173,2.103-136,1. 19,84. 1251= 1795219,776 kJ/h = 498,7 kw
I(t”bl) = Ik = Io
k+(α-1) Io
kk = 21781+(1,1-1) 18377,2 = 23618,7 kJ/kg Io
k = 1,588.(2,3024.1251)+8,058(1,418.1251)+1,309(1,7785.1251) = 21781 kJ/kg Nội suy, tra bảng phụ lục 1.4:
Cp(RO2) = 2,3024 kJ/m3tc.độ
Tương tự nội suy, ta có: Cp(N2) = 1,418 kJ/m3tc.độ; Cp(H2O) = 1,7785 kJ/m3tc.độ; Cp(kk) = 1,4402 kJ/m3tc.độ.
Io
kk = 10,2(1,4402. 1251) = 18377,2 kJ/kg q = α2(tT2-t2)
tb – nhiệt độ bảo hòa của nước sôi trong lò
α2 = 3,14.p0,13q0,7 = 3,14.120,13.( 91,17.103)0,7 = 12856 w/m2K
tT2 = tb+ = 187,95+(91,17.103/12856) = 195
p = 12bar tra bảng nước và hơi nước bão hòa tb = 187,95 188 tv = tT1= tT2+ = 195+(91,17.103.0,014/30) = 238 2. Tính abl abl = a’+(1-a’)ρ a’ = βal al = 1-e-kps p = 1 bar; V = 3,14(0,65-0,028)2.2,8/4 = 0,85 m3 s = 3,6(V/Fv) = 3,6( 0,85 /5,47) = 0,5594 m k = kbrb = 1,34.0,2416 = 0,3237 rb = = 0,2416 rH2O = pb = p. rb = 1.0,2416 = 0,2416 kb = [0,1] [1-0,37.(1251/1000)] = 1,34 al = 1-e-kps = 1-2,718-(0,3237.1.0,5594) = 0,1656 lò ghi β = 1 a’ = 0,1656 abl = a’+(1-a’)ρ = 0,1656+(1- 0,1656)0,2 = 0,3325 3. Kiểm tra Qbx > Qbl Qbx= 0,3325.5,67.10-8.0,6..(18254 - 5114)] = 5012 w = 5,012 kw Qbx < Qbl = 498,7 kw Qbl - Qbx = 498,7–5,012 = 493,69 kw V.Tính ống lửa
Qk = BtVkCpk.tbl”+( Qbl-Qbx) = 136,1.19,84. 1251+493,69 = 3378474 kJ/h = 938 kw Nhiệt lượng này được cấp cho các ống lửa và 2 mặt sàng trước khi thải ra ống khói. Xem toàn bộ ống lửa và mặt sàng là một bộ trao đổi nhiệt thì diện tích bề mặt tn là F = = = 23,5 m2
∆tmax = 1251-188 = 1063
∆tmin = 300 -188 = 112 (khói thải tk = 300 , mục I.)
∆ttb = = 423 0C K = ξαl = 0,75.100 = 75 w/m2K Q’k = Qk- Qkt = 938-191,5 = 746,5 kw Qkt = Bt.Ik = 136,1.5065,2 kJ/kg = 689374 kJ/h = 191,5 kw F = Fol+Fms Fms = 2.3,14.(1,82/4-0,652/4) = 4,4 m2 Fol = 23,5-4,4 = 19,1 m2
Chọn ống 51/45 chiều dài ống lửa L= = 135,17 m
Chọn hệ số dự phòng ta có L’ = (1,8-3,5)L = 1,8.135,17 = 243 m = 34 m2 Số ống lửa n = = 87 ống.
Kiểm tra thông số kinh nghiệm:
Tổng diện tích bể mặt truyền nhiệt: F = 5,47+4,4+34 = 43,87 m2 Khả năng sinh hơi lò mới: 43,87.(22kg/m2) > 1600kg/hđạt yêu cầu. Lò hơi thực tế có 100 ống lửa đã có dự phòng đạt yêu cầu.
VI.Tính kiểm tra độ bền các chi tiết lò hơi
Nhiệt độ tính toán: tv = tb = 188
Thép 20K có σ* = 13,6 kg/mm2; balong không bị đố nóng η=1, ϕ=0,7 - hàn tay, C= 1 (δ 20mm) Nội suy σ* ở tv = tb = 188 : = σ* = 13,6 kg/mm2 σ = 1.σ* = 13,6 kg/mm2 S = +1 = 12,27 mm < 14 mm đạt 2. Tính bền ống lò tv = tb+4s+30 = 188+4.14+30 = 274 > 250
Nội suy ứng suất: σ* = 12,6 kg/mm2 và η = 0,5 σ = 0,5.12,6 = 6,3 kg/mm2 S = [1+ ]+2
= [1+ ]+2 = 10,65 mm
Lấy chiều dày ống lò là 14 mm đã đạt yêu cầu.
3. Tính bền ống lửa:ống lửa thép 20K, đường kính 51/45 tv = tb+4S+60 = 188+12+60 = 260
Nội suy ứng suất: σ* = 13,152 kg/mm2 σ = 0,5.13,152 = 6,576 kg/mm2 S = [1+ ]+2
= [1+ ]+2 = 2,6 mm
Lấy chiều dày ống lửa là 3 mm là đạt yêu cầu
4. Tính bền cho mặt sàng dạng đáy chử U bằng phương pháp hàn ống lửa và ống lò Chiều dày mặt sàng:
tv = tb+1,2S+10=188+1,2.20+10 = 222
Nội suy ứng suất: σ* = 13,38 kg/mm2, σ = 0,85.13,38 = 11,373 kg/mm2 S = = = 5,96 mm
KT điều kiện:
S = 5+ = 5+ = 11,38 mm Mặt sàng bị đốt:
S = 11,38.1,1 = 12,52 mm Kiểm tra thanh giằng: <
VII.Tính ống khói thông gió tự nhiên
Khi lò đốt than đá cần có quạt đẩy cấp gió cho quá trình cháy và gió lưu động trong lò. Chiều cao ống khói thông gió tự nhiên đủ để tạo sức hút thắng trở lực trong ống khói và đủ cao để tránh ô nhiễm môi trường.
Công thức tính trở lực ống khói tự nhiên;
1.
Hệ số trở lực cục bộ: ξv = 0,5; ξr = 1 - Cửa vào ống khói:
∆hcb = ξv = 0,5 = 9,9 Pa -Miệng ra:
∆hc = ξr = 1. = 19,8 Pa
- tốc độ khói đi trong ống 6-10 m/s
- khối lượng riêng của khói ở nhiệt độ khói thải: = 1,3.= 0,619 kg/m3 ∆hc = 9,9+19,8 = 29,7 Pa 2. ∆ hd-trở lực động ∆hd = = 0.619 = 19,8 Pa ∆hok = 0 (ống khói thép)
3. Trở lực tổng và chiều cao ống khói
∆Hok = = 9,55 mmH2O = 93,7 Pa H = = 16,44 m ;
Chọn H = 16,5 m
4. Tính tiết diện ống khói F =
Vkt = BtVk(Tk/tk) = (136,1/3600).11,99.(573/273) = 0,951 m3/s F = 0,951/8 = 0,119 m2
Đường kính ống khói: d = = = 0,389 m
VIII.Tính trở lực trong lò và chọn quạt gió
1. Lưu lượng quạt - m3 /h
B = 136,1 kg/h
α = 1,1
= 10,2 m3tc/kgnl
Vg = 1,1.136,1.1,1.10,2.(305/273)(760/745) = 1914,4 m3/h 2. Tính trở lực đầu đẩy của quạt
Hg = kg∆hg; Pa
Tính ∆hg - tổng trở lực. a. Trở lực cục bộ
- hệ số trở lực cục bộ, 23,2 chọn = 2
ω = 20 m/s - tốc độ tính toán của dòng
b. Tính tổn thất ma sát trong ống lửa (bỏ qua tổn thất ms trong ống lò) hmsol = n.λ = 87.0,04.(72/2).0,338.(2,8/0,045) = 1793 Pa với: λ = 0,04 = 1,3 = 0,338 kg/m3 d = 0,045 m ω = 0,951/[87.(0,0452.3,14/4)] = 7 m/s c. Tính tổn thất cục bộ
-Vào ống lò ξvol = 0,35 ∆hvol = 0,35.(1,752/2).1,2 = 0,643 Pa
Với: tốc độ gió vào ống lò ω = (1914,4/3600)/(3,14.0,6222/4) = 1,75 m/s = 1,2 kg/m3
-Ra ống lò ξrol = 0,6 ∆hrol = 0,6.(1,752/2).0,23 = 0,211 Pa Với: = 1,3 = 0,23 kg/m3
-Vào các ống lửa ξ = 0,35 ∆hvl = 0,35.(1,752/2).0,23 = 0,123 Pa -Ra khỏi các ống lửa ξ = 0,3 ∆hrl = 0,3.(1,752/2).0,619 = 0,284 Pa 1,3 = 0,619 kg/m3
d. Tổng tổn thất
HΣ= 480 + 1793+(0,643 +0,211 +0,123+0,284) = 2274 Pa e. Áp lực động cần thiết tạo tốc độ cho dòng khói
∆hd = ρω2/2 = 1,2.102/2 = 60 Pa
ρ = 1,2 kg/m3
ω = 10m/s – tốc độ gió tại miệng ra của quạt Áp lực toàn phần ở đầu dẩy của quạt gió: