Nghiên cứu chế tạo một lò hơi công nghiệp với sản lượng 6 T/h có khả năng sản xuất hơi quá nhiệt

kinh tế nhiều thành phần . - Chuyển từ hình thức quan hệ kinh tế khép kín sang nền kinh tế mở , hợp tác đa phương . Phương hướng phát triển nền kinh tế xã hội giai đoạn 1996-2010: Trong giai đoạn 1996-2000 ,tập trung cho mục tiêu phát ỷiển đạt tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân hàng năm 9 - 10 % ; đến năm 2000 GDP bình quân đầu người gấp hai lần năm 1990 .Tốc độ tăng giá trị sản xuất công nghiệp 14-15 %. Đến năm 2000 ,tỷ trọng công nghiệp và xây dựng chiếm khoảng 34-35% trong GDP. Trong giai đoạn 2000 - 2010:Dự kiến tốc độ tăng trưởng kinh tế của cả nước vẫn đạt mức 9 % /năm (Trong đó khu vực phía bắc sẽ có tốc độ tăng trưởng kinh tế hàng năm khoảng 9,3%),trong đó công nghiệp và xây dựng có tốc độ tăng trưởng 10,9%/năm . Cũng trong giai đoạn này dự kiến trong cả nước sẽ xây dựng nhiều khu công nghiệp tập trung , riêng khu vực miền bắc sẽ hình thành nhiều khu công nghiệp tập trung (như khu công nghiệp Sóc Sơn , Sài Đồng ,Hoà Lạc,Phả lại,Chí linh,Đông Triều ,Đồ Sơn…)trong tam giác phát triển kinh tế Hà Nội -Hải Phòng-Quảng Ninh. Trong tương lai các thành phố Hải phòng ,Hạ Long là những đô thị hạt nhân sẽ đươc phát triển để hỗ trợ cho các khu công nghiệp trong khu vực phát triển. Các khu công nghiệp và các đô thị sẽ là những trung tâm phụ tải có nhu cầu tiêu thụ năng lượng cho phát triển rất lớn. Theo đánh giá nền sản xuất công nghiệp nước ta cả theo kết quả sản xuất lẫn mức độ tiêu thụ năng lượng cho thấy: sản xuất công nghiệp của nước ta nói chung còn thấp kém và lạc hậu so với thế giới. Trình độ công nghiệp hiện đại chỉ chiếm 10%, công nghệ tiên tiến chiếm 35-40%, còn lại là công nghệ lạc hậu và trung bình. Trước tình hình trên ngành công nghiệp lò hơi cần phải đi trước một bước để tiếp cận với các công nghệ tiên tiến.Việc tự chế tạo các loại lò hơi công nghiệp phù hợp với tình hình kinh tế và trình độ khoa học của nước ta là một vấn đề cần đặt ra như một vấn đề cấp bách để đạt được các thành tựu khả quan cho nền kinh tế nước nhà. II.Mục tiêu đề tài . Với mục đích nghiên cứu và chế tạo một lò hơi công nghiệp với sản lượng 6 T/h có khả năng sản xuất hơi quá nhiệt ,luận văn bao gồm các mục tiêu cụ thể sau : - Tính nhiệt cho lò hơi công nghiệp . - Tính thuỷ đông cho lò hơi. - Thiết kế chế tạo ghi. - Nêu các vấn đề ảnh hưởng đến hiệu suất lò hơi công nghiệp và các chế độ vận hành. III .Trình tự luận văn. Đồ án bao gồm 5 chương được em viết theo trình tự sau: - Chương I : Giưới thiệu chung. - Chương II : So sánh và lựa chọn các phương án công nghệ chế tạo lò hơi công nghiệp. - Chương III : Tính nhiệt cho lò hơi. - Chương IV : Tính thuỷ động cho lò hơi . - Chương V : Thiết kế chế tạo ghi xích thuận chiều. - Chương VI : Các vấn đề liên quan đến hiệu suât lò hơi công nghiệp và chế độ vận hành. Chương II So sánh và lựa chọn các phương án công nghệ chế tạo lò hơi công nghiệp. I .Công nghệ lò tầng sôi. Công nghệ đốt than tầng sôi có thể chia thành hai loại : công nghệ tầng lò sôi tuần hoàn và công nghệ lò tầng sôi áp lực . Lò tầng sôi tuần hoàn -Lò tầng sôi tuần hoàn được sử dụng từ những năm 1980 đến nay đã có lò hpi công suất lớn dùng cho tổ máy 250 MW trong nhà máy nhiệt điện . -Bộ phận chính của lò hơi là buồng đốt , trong đó than cùng với một lượng đá vôi vừa đủ được đưa vào để khử lưu huỳnh . Quá cháy nhiên liệu và khử lưu huỳnh xảy ra ở nhiệt độ khoảng 850 oC .Các hạt than cháy ở trạng thái lơ lửng (sôi) nhờ không khí áp lực đẩy từ dưới lên trên . Các hạt than tràn ngập thể tích buu\ồng đốt .Độ đậm đặc của nó giảm dần theo chiều cao buồng đốt . -Bộ phận thứ hai là một ciclonhiệu suất cao dùng để thu các hạt than cháy chưa hết đưa trở lại buồng đốt tạo thành một vòng tuần hoàn .Khói nóng sau khi đi qua bộ quá nhiệt ,và các bề mặt trao đổi nhiệt đối lưu khác rồi ra ngoài qua ống khói. -Lò tầng sôi tuần hoàn cho phép đốt được loại nhiên liệu khó cháy ,thành phần nhiên liệu rong một dải rất rộng. -Do than cháy ở nhiệt độ không cao nên sự tạo thành NOx ở múc rất thấp và có hiệu quả khử lưu huỳnh rất cao đến 97% . -Nhiệt độ trong buồng đốt thấp và được kiểm tra chặt chẽ nên ngăn cản được quá trình tạo xỉ và liên kết tro . -Có thể thay đổi phụ tải ở dải rộng từ 40% dến 100% mà không cần phải đốt kèm dầu . -Lò tầng sôi tuần hoàn phù hợp với loại than xấu nhiệt trị thấp và có hàm lượng chất bốc phù hợp với đặc tính của than antraxít. Lò tầng sôi áp suất : -Nguyên lý đốt trong buồng đốt giống như lò tầng sôi tuần hoàn. -Phù hợp với chu trình hỗn hợp. Công nghệ khử lưu huỳnh bằng đá vôi trong lò tầng sôi : Quá trình phát sinh khí SO2 (sun phua dioxit) xảy ra đồng thời với quá trình cháy nhiên liệu trong buồng đốt của lò hơi .Lượng khí SO2 sinh ra rỷ lệ với hàm lượng lưu huỳnh trong than tự nhiên .Trong lò than phun quá trình cháy nhiên liễu xảy ra ở điều kiện nhiệt độ rất cao (trên 1000oC), toàn bộ thành phần lưu huỳnh cháy đều chuyển thành SO2 và thải ra ngoài Để giảm lượng phát thải SO2 ra môi trường phải dùng thiết bị khử SO2 rất đắt tiền làm tăng đáng kể vốn đầu tư xây dựng. Trong lò tầng sôi ,quá trình cháy nhiên liệu xảy ra ở nhiệt độ thấp khoảng 850 oC rất thuận lợi cho việc hấp thụ SO2 bằng cách đưa vào trong buồng đốt một lượng đá vôi vừa đủ đã được nghiền nhỏ đến cỡ hạt cần thiết .Trong các lò tầng sôi tuần hoàn hiệu quả khử lưu huỳnh rất cao ,tới 97%. Quá trình hấp thụ khí SO2 xảy ra theo trình tự sau : -phản ứng tạo thành sun phua dioxit : S + O2 đ SO2 -phản ứng vôi hoá của đá vôi: CaCO3 đ CaO + CO2. -phản ứng hấp thụ SO2: CaO + SO2 +1/2 O2đ CaSO4 Đối với từng lò khác nhau có thể đưa ra tỷ lệ Ca/S cho phép đạt được mức thải SO2thấp nhấtcho từng loại than . Tỷ lệ đá vôi cung cấp vào lò còn căn cứ vào mức phát thải SO2phải duy trì để đảm bảo các tiêu chuẩn về môi trường đã định của mỗi quốc gia . Để xác định tỷ lệ đá vôi cần thiết phải phân tích thành phần đá vôi trong đó tỷ lệ CaCO3 có thể dao động từ 86-96% còn lại là MgCO3và các tạp chất khác. II .công nghệ lò than phun : -Công nghệ lò than phun thuộc loại lò hơi truyền thống được sử dụng rộng rãi và rất phát triển trên thế giới cũng như ở Việt Nam. -Lò than phun sử dụng than nghiền với độ mịn rất cao để tăng khả năng tiếp xúcgiữa không khí và các hạt than . -Phương pháp than trong lò than phun yêu cầu nhiệt độ hỗn hợp không khí bột than cao ,ít nhất phải > 95 oC (gió cấp một ). -Nhiệt độ không khí nóng (gió cấp 2) yêu cầu cao từ 340 đến 400 oC để đảm bảo than cháy nhanh và ổn định ,do đó yêu cầu lò hơi phải có bộ sấy không khí hai cấp . -Đối với than antraxít khó cháy nên tỷ lệ các bon còn lại trong tro cao ,vì vậy để tăng hiệu suất cháy cần kéo dài thời gian lưu lại trong buồng đốt để than cháy hết vì vậy cần có kích tước đủ lớn . Về mặt môi trường lò than phun sẽ thải ra môi trường khí SOx ,phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh co trong thành phần của than .Khí NOxcũng thải ra rất cao do than cháy trong điều kiện nhiệt độ trong buồng đốt rất cao (>1000oC). Vì vậy để giảm phát thải SOx và NOx cần phải dùng loại vòi phun đặc biệt làm giảm lượng NOx và thiết bị hấp thụ SOx ,thiết bị khử bụi rất đắt tiền làm tăng giá thành đầu tư nhà máy. Lò than phun phù hợp với than dễ nghiền với hàm lượng lưu huỳnh thấp hiệu suất lò cao >90%. Công nghệ lò hơi trên thế giới rất phát triển có nhiều kinh nhiệm chế tạo cũng như vận hành và lắp đặt. III.buồng lửa ghi: Đây là loại lò hơi được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp.Căn cứ vào phương pháp đưa nhiên liệu vào buồng lửa ,phương pháp tổ chức quá trình cháy và cấu tạo ghi người ta phân loại như sau : -Buồng lửa có lớp nhiên liệu nằm trên ghi cố định ,gồm hai loại tuỳ theo cách đưa ghi vào buồng lửa : + Loại lò ghi cố định đưa nhiên liệu vào bằng tay (lò ghi thủ công ) và loại lò ghi cố định đưa nhiên liệu vào bằng cơ khí (lò ghi nửa cơ khí). + Buồng lửa có lớp nhiên liệu chuyển động ,ở đây nhiên liệu được đưa vào bằng cơ khí ,lớp nhiên liệu có thể chuyển động tương đối so với ghi hoặc cùng chuyển động với ghi . * Cấu tạo của loại lò ghi thủ công rất đơn giản không có các chi tiết chuyển động trong buông lửa nên làm việc chắc chắn ít bị hư hỏng sự cố . -Vận hành đơn giản dễ dàng . -Các vùng cháy xảy ra từ trên xuống dưới ,dưới cùng là một lớp đệm xỉ ,có tác dụng ngăn cản ghi tiếp xúc trực tiếp với lớp nhiên liệu đang cháy mãnh liệt vì vậy ghi ít khi bị hỏng và lớp xỉ có tác dụng ngăn cản lọt than nên nó thích nghi với nhiều loại than khác nhau . - Tuy nhiên do thao tác bằng tay nên cường độ lao động của nhân công còn cao nên đòi hỏi phải hạn chế kích thước buồng lửa do đó hạn chế công suất của lò hơi . -Nhiên liệu đưa vào lò có tính chất định kỳ nên sản lượng hơi bị dao động . -Mỗi lần nạp than phải và thai xỉ phải mở cửa lò do đó làm không khí lạnh lọt vào buồng lửa nhiều ,làm ggiảm nhiệt độ buồng lửâổnh hưởng đến quá trình cháy và truyền nhiệt ,đồng thời làm cho các phần tử tiếp xúc với ngọn lửa bị lạnh đột ngột gây những ứng xuất nhiệt làm hỏng chi tiết. -Việc cung cấp không khí cho lò không đáp ứng được yêu cầu nên gây ra tổn thất nhiều . -Loại lò ghi này thường dùng cho lò hơi có sản lượng hơi dưới 4 T/h. *Với loại lò có lớp nhiên liệu chuyển động thì quá trình cấp nhiên liệu và thải xỉ được cơ khí hoá hoàn toàn . - Quá trình cháy xảy ra liên tục cho nên lò có thể giữ được công suất cố định .Mặt khác quá trình cháy xảy ra ở từng vùng nhất định ở trên ghi cho nên có thể áp dụng phương pháp cung cấp khí theo từng vùng được đảm bảo hệ số không khí thừa có trị số hợp lý ,giảm được các tổn thất q2 ,q3 - Trong một chu trình làm việc chỉ có một nửa ghi làm việc nên tăng được tuổi thọ của ghi ,mặt khac có thể tiến hành sửa chữa cho ghi mà không phải ngừng lò. - Nhiệt thế thể tích trên ghi là rất lớn nên khó bị tắt . - So với các loại buồng đót kiểu phun thì cấu tạo đơn giản hơn ,chi phí đầu tư và điện năg tự dùng giảm đi nhiều . -Bên cạnh đó lò ghi xích bị hạn chế về công suất do không thể tăng được diện tích ghi. -Nhiệt độ khi nóng không tăng được cao ,mặt khác có một vùng ghi tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa co nhiệt đọ cao nên dễ bị hỏng. -Chỉ thích ứng với loại nhiên liệu có kích cỡ nhất định phù hợp với thiết kế . -Quán tính nhiệt lớn nên khó điều chỉnh phụ tải. IV. kết luận: Từ những phân tích trên với giới hạn và mục đích của đề tài ta lựa chọn phương án thiết kế lò hơi công nghiệp dùng lò ghi xích thuận chiều,có hai bao hơi . Lý do: Lò hơi có công suất 6 T/h rất phù hợp để dùng lò ghi xích với trình độ cơ khí hoá khá cao phù hợp với mức vốn đầu tư của các nhà máy ,các khu công nghiệp . Có cấu tạo ,và nguyên lý hoạt động khá đơn giản phù hợp với trình độ của nhân công vận hành ,sửa chữa lò hơi của Việt Nam. Có thể tăng năng suất và thông số hơi thoả mãn yêu cầu của hộ sử dụng .Giảm được kim loại chế tạo …nên chi phí thấp .Mặt khác hiệu suất lò khá cao . Với trình độ khoa học của đất nước ta bây giờ thì khó lòng mà có thể chế tạo cũng như vận hành các lò hơi tầng sôi ,hơn nữa chi phí lắp đặt khá cao ,nó chỉ có lợi khi mà hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu khá cao . Nếu sử dụng lò than phun thì rõ ràng là không kinh tế do đi kèm với nó là một hệ thống nghiền than cồng kềnh và tốn kém . Chương III tính nhiệt lò hơi CÔNG NGHIệP. &I.thông số đầu vào: Sản lượng hơi định mức của lò hơi: D = 6 T/h Thông số của hơi: - áp suất tính toán của hơi trong bao hơi: Pbh =1,35 Mn/m2 - áp suất hơi ở đầu ra bộ quá nhiệt : Pqn = 1,3 Mn/m2 - Nhiệt độ hơi quá nhiệt: tqn = 350 0C 3- Nhiệt độ nước cấp: tnc = 25 0C 4-Nhiệt độ không khí cấp cho lò : tnc =30 0C 5-Dùng ghi xích thuận chiều . 6- Đặc tính nhiên liệu : Nhiên liệu được sử dụng là than cám Hòn Gai 5-6: Thành phần làm việc của than: Tên Clv Hlv Olv Nlv Slv Wlv Alv % 55,5 2,6 2,5 0,5 0,4 9 30 Chất bốc trong thành phần cháy của than: Vc = 5,5 % Nhiệt trị thấp của than: Qtlv = 5050 kcal/kg=21109 KJ/KG Các nhiệt độ đặc tính của tro: t1 = 1350 0C t2 = 1450 0C t3 = 1500 0C. Than Hồng Gai có hàm lượng lưu huỳnh và chất bốc thấp,nhiệt độ nóng chảy của xỉ tương đối ổn định(than của các mỏ Vàng Danh có nhiệt độ biến dạng của tro không ổn định ). Bảng 1: Xác định hệ số không khí thừa: Hê số không khí thừa được xác định theo tài liệu PH4-06 sách thiết kế môn học lò hơi của thầy NGUYễ Sĩ MãO STT Tên bề mặt Hệ số không khí thừa a’ đầu vào a’’ đầu ra 1 Buồng lửa - 1,5 2 Bộ quá nhiệt 1,5 1,55 3 Bộ sinh hơi 1,55 1,57 4 Bộ hâm nước 1,57 1,59 &II. Tính thể tích và Entanpi của sản phẩm cháy. Lượng không khí lý thuyết. V0 = 0,0889( Clv + 0,375Slv ) + 0,265Hlv - 0,0333Olv = 0,0889( 55,5 + 0,375.0,4 ) + 0,265.2,6 - 0,0333.2,5 = 5,56 m3tc/kg Thể tích lý thuyết các thành phần: VRO2 = 1,866 ( Clv + 0,375Slv ) /100 = 1,866 ( 55,5 + 0,375.0,4 )/100 = 1,038 (m3tc/kg). V0N2 = 0,79V0 + 0,8Nlv/100 = 0,79. 5,56 + 0,8.0,5/100 = 4,4 (m3tc/kg) VoH20 = 0,111Hlv + 0,0124Wlv + 0,0161V0 = 0,111.2,6 + 0,0124.9+ 0,0161.5,56 = 0,49 (m3tc/kg). Tên và công thức Kí hiệu Đơn vị Buồng lửa Bộ quá nhiệt Bộ sinh hơi Bộ hâm nươc Đường khói thải Hệ số không khi thửa đầu ra đương khói a’’ 1,5 1,55 1,57 1,59 1,59 Hệ số không khí thừa trung bình a = 0,5.(a’+a’’) a 1,5 1,525 1,56 1,58 1,59 Lượng không khí thừa (a - 1)Vo m3tc/kg 2,78 2,92 3,115 3,225 3,28 Thể thích nước Vo H2O + 0,0161. (a - 1)Vo VH2O m3tc/kg 0,534 0,54 0,541 0,542 0,543 Thể tích khói VH2O +VoN2 +VR2O +(a -1)Vo Vk m3tc/kg 8,75 8,9 9,094 9,205 9,261 Thành phần thể tích VR2O/Vk rR2O - 0,12 1,12 0,114 1,113 1,112 VH2O/Vk rH2O - 0,06 0,06 0,059 0,059 0,059 rH2O + rH2O rn 0,18 0,18 0,173 0,172 0,171 Nồng độ tro bay trong khói (10.Alv.ab)/Vk với: Tỷ lệ tro bay ab = 0,9 m g/m3tc 0,309 0,303 2,97 2,93 2,91 Bảng 2: Đặc tính sản phẩm cháy Bảng 3: Entanpi khói và nhiệt độ khói q. θ C0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 CθRO2 KJ/m3tc 170 357 558 771 995 1224 1431 1705 1952 CθH2O KJ/m3tc 151 304 462 625 795 967 1149 1334 1526 CθN2 KJ/m3tc 130 260 391 526 684 804 948 1094 1240 CθKK KJ/m3tc 130 262 395 532 692 814 955 1107 1258 VRO2(co)RO2 KJ/kg 177 371 580 801 1032 1271 1485 1770 2026 VoH2O (co)H2O KJ/kg 74 149 227 307 390 474 563 654 748 VoN2 (co)N2 KJ/kg 572 1144 1725 2319 3010 3538 4171 4814 5456 I0K KJ/kg 823 1664 2532 3427 4432 5283 6219 7238 8230 I0KK KJ/kg 723 1457 2196 2958 3848 4526 5310 6155 6994 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2199 2458 2717 2977 3239 3503 3769 4037 4305 4574 4844 5115 5386 1722 1925 2132 2344 2559 2779 3002 3229 3457 3690 3926 4163 4402 1392 1544 1697 1853 2029 2166 2324 2484 2644 2804 2965 3127 3289 1410 1564 1719 1876 2034 2193 2353 2574 2676 2838 3002 3265 3330 2288 2551 2820 3090 3362 3636 3912 4188 4469 4748 5028 5309 5591 844 943 1040 1149 1254 1362 1471 1582 1694 1808 1924 2040 2157 6125 6794 7467 8153 8928 9530 10226 10930 11634 12338 13046 13759 14472 9257 10288 11307 12392 13544 14528 15609 16840 17797 19094 20232 21308 22540 7840 8696 9558 10431 11039 21193 13083 14311 14879 15779 16691 18153 18515 -Với: IRO2 = VRO2 . CθRO2 IH2O = VH2O . CθH2O IN2 = VN2 . CθN2 I0K = VRO2 . CθRO2 + VH2O . CθH2O + VN2 . CθN2 I0KK = V0. CθKK α”bl = α”p = 1,5 α”qn = 1,55 θ C0 800 900 1000 1100 1200 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 600 700 800 900 (α-1)I0KK KJ/kg 3077,5 3497 3920 4348 4979 6097 6542 7156 7440 7890 8346 9077 2489 2921 3385 3847 IK KJ/kg 10316 11727 13177 14636 16134 20725 22291 23860 25437 27018 28604 30195 7772 9140 10623 12177 ΔI KJ/kg 1146 1450 1459 1498 1566 1569 1577 1581 1586 1591 1368 1483 1554 α”SH = 1,57 α”hn = 1,59 θ C0 400 500 600 700 200 300 400 500 100 200 (α-1)I0KK KJ/kg 1686 2193 2580 3027 801 1208 1627 1330 398 801 IK KJ/kg 5513 6625 7863 9246 2465 3740 5054 7089 1221 2465 ΔI KJ/kg 1112 1238 1383 1275 1314 1498 1244 - Với : IK = I0k + (α -1)I0KK . Bảng 4: Cân bằng nhiệtvà tính lượng tiêu hao nhiên liệu của lò hơi. TT Tên Kí hiệu Đơn vị Công thức tính toán Kết quả Ghi chú 1 Nhiệt trị tính toán của nhiên liệu Qlvtt KJ/kg Qlvtt = Qlvt + QPn + inl + Qvl = Qvlt 21109 Vì: Wlv < Qlvt / 600, nên không tính đến nhiệt vật lý của nhiên liệu. 2 Nhiệt độ khói thải trong lò hơi Ox 0C chọn 130 3 Entanpi của khói thải It KJ/kg Tra bảng O-I với điều kiện αt = 1,39 1982 4 Entanpi không khí lạnh I0kk KJ/kg Tra bảng O-I với tlkk = 30 0C 217 5 Tổn thất nhiệt cháy không hết bằng cơ khí q4 % Chọn theo PH 5-02 -TL1 14 6 Tổn thất nhiệt do khói mang đi q2 % q2 = (It – αtI0kk)(100 – q4)/Qlvt 0,625 7 Tổn thất nhiệt cháy không hết bằng hoá học q3 % Chọn theo PH 5-02-TL1 0 8 Tổn thất nhiệt do toả nhiệt ra ngoài q5 % Chọn theo PH 5-02-TL1 1,4 9 Hệ số bảo ôn φ _ φ = 1 – q5/100 0,986 10 Toàn bộ tổn thất nhiệt Σq % Σq = q2 + q3 + q4 + q5 16,025 q6 bỏ qua vì: Alv > Qlvt / 103 11 Hiệu suất của lò hơi η % η = 100 – Σ q 84 12 Entanpi hơi quá nhiệt iqn KJ/kg Bảng hơi nước(Pqn=1,3Mn/m2, tqn = 3500C) 3174 13 Entanpi nước cấp inc KJ/kg Bảng hơi nước(Pbh=1,35Mn/m2, tnc = 250C) 104,8 14 Lượng nhiệt sử dụng hữu ích của lò hơi Qhi W Qhi = D( iqn - inc ) 5,085.106 Qx bỏ qua vì: Px < 2% 15 Tổng lượng tiêu hao nhiên liệu B kg/h B = Qhi.3600/Qlvt. η 1043 16 Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán Btt kg/h Btt = B.(100 – q4)/100 897 III: Thiết kế buồng lửa 1.Xác đinh kích thước buồng lửa. Chọn kết cấu buồng lửa như hình vẽ: Bên trong lò có bố trí hai bên vách hai hàng ống sinh hơi có kích thước F= 51 *2,5 (mm ) Ta chọn các giá trị nhiệt thế : qv = 280. qr =900. (Theo tài liệu 1). Chọn nhiệt độ khói ra khỏi lò 1050 0C. Tra bảng q-I ta có :I''BL=13907 KJ/KG. # Tính các thông số buồng lửa : Diện tích ghi lò : R = (m2). Thể tích buồng lửa: Vbl =(m3). Trong lò hơi này có bố trí buồng cháy kiệt với các kích thước có các kích thước . Chiều cao h =1,5 m. Kích thước buồng lửa lấy theo tỷ lệ: . (các số liệu lấy theo tài liệu nga). Vậy ị b =1,1a . a*b = R ị 1,1a2 = R =5,84 ị ớ a = 2,3 (m). b = 2,53 (m). ị c= 0,245a ị c = 0,565(m). *Lò bố trí như hình vẽ: * Chọn h1 = 3,03 m. ị f1=3,03. b = 3,03 . 2,53 =7,67(m). h2 = 0,5 m. ị f2= ớ(b+1)/2ý.0,5-0,5ếr2 = ớ (2,53+1)/2ý.0,5-0,5ế.0,52 = 0,49 (m2). ị VBL = (f1+ f2 ).a=(0,49+7,67).2,3 =18,78(m3). Tuy nhiên do bố trí buồng cháy kiệt nên thể tích buồng lửa tăng nên thành VBLTT = VBL +VCK = 18,78+ 0,565 . 1,5 . b =18,78 + 2,14 = 20,92 (m3). Diện tích buồng lửa có thể tính gần đúng là : Fbl = Fghi + 2Fb1 + 2Fh + F bh = 5,84+2( F1 + F2 ) +2( 0,565 + a)h1+2[0,9(a+0,565)]+2vr (a+0,565) = 5,84+2(7,67+0,49)+2(0,565+23) 3,03+2 [0,9 (2,3+0,565)] +2 . 3,14 . 0,5 (2,3+0,565) = 53,62(m2). 2. Tính diện tích bức xạ của buồng lửa: ( Theo tài liệu nga) Các dẫn ống sinh hơi thường chọn có kích thước : ặ = 51. 2,5 (mm) và bước ống 52,5 (mm) bố trí 2 bên buồng lửa. Và 1 dẫn ống gồm 16 ống bố trí ở từơng phía sau buồng cháy kiệt. ịsố ống ở mỗi tường bên : n= 2300/52,5 = 44 ống. Bảng cấu tạo ống sinh hơi : TT Tên KH ĐV Tường bên Tường trước Tường sau Tường buồng cháy kiệt 1 ĐK trong ống d mm 51 - - 51 2 bước ống s mm 52,5 - - 52,5 3 Bước ống tương đối s/d+d - 0,98 - - 0,98 4 Số ống n - 2*44 - - 16 5 KC từ tâm ống đến tường e mm 53,98 - - 53,5 6 Hệ số bức xạ hữu hiệu x - 0,98 - - 0,71 7 DT bề mặt bức xạ hữu hiệu : Hbxi =Fi Xi Hbxi m2 2*(0,9a+h1a)* *0,98 =17,72 - - 16*0,025*1,5* *0,98 =0,985 8 Tổng diện tích bề mặt bức xạ Hbx m2 18,615 3. Tính truyền nhiệt buồng lửa: Chiều dày hữu hiệu lớp bức xạ của khói: s=3,6(m). Độ đặt ống: Y=. Hệ số bảo ôn: j=0,986. Độ đen của buồng lửa được tính bởi công thức: anl=1-e-KPS. Trong đó : P:là áp suất cháy trong buồng lửa: Có thể lấy P = 0,1(MN/m2). S:bề dày hữu hiệu lớp bức xạ buồng lửa. K:hệ số làm yếu bức xạ bởi môi trường thể khí và bởi các hạt rắn: K=Kkrn+Khmi Với : rn: là phân áp suất của các khí 3 nguyên tử: rn= rRO2+ rH2O. m : nồng độ tro bay trong khói: m = (g/m3tc). Kk ,Kh: là hệ số làm yếu bức xạ bởi các khí 3 nguyên tử và bởi các hạt rắn : Kh=0. Kk=. Với Pn : là phân áp suất của khí 3 nguyên tử(MN/m2). Pn = P rn = P (rRO2+ rH2O). T :là nhiêt độ môi trường thể khí Tra bảng 1 ta có rn = 0,18. Từ giả thiết ta có: T = 1050 oC. ị Kk=. = = = 1,04. Vậy K =1,04 . 0,18 = 0,2. ị anl =1-e-KPS = 1 - e-1,049.0,2.0,1 = 0,03. Độ đen của buồng lửa ghi: abl =. =. =. = = 0,26. 4Tính thông số phân bố nhiệt trong buồng đốt : * Ta chọn M = 0,52. (Theo tài liệu 2). Lượng nhiệt hữu ích của buồng lửa : Qbl=Qlv. Với Qkk là nhiệt lượng do không khí mang vào: Qkk =( 1,5 + 0,06 ) Ilk = 1,56 . 217 =339. Vậy : ị Qbl = Qlv. ị Qbl = 21109. =21448 (KJ/KG). Tra nhiệt độ cháy lý thuyết bằng bảng q-I ịqlt= 1550 oC Nhiệt dung của khói trong buồng lửa: (VC)bl = = . =14,64. Tính nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa: qbl'' = =. = 1036 ( oC). Sai số Dt = 1050 -1036 = 14 ( oC) < 100 thoả mãn. Vậy nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là : qbl'' = 1036 oC. En tan pi của khói ra khỏi buồng lửa là : I''bl = 13702 KJ/KG. Lượng nhiệt truyền búc xạ của buồng lửa: Qblbx = j (Qtđ-I''bl) = 0986(2448-13702) =7731(KJ/KG). IV.Phân phối nhiệt của các bề mặt đốt I.Lượng nhiệt sinh hơi tại các bề mặt đốt . 1.Lượng nhiệt hữu ích của lò hơi : Ql = D (iqn-inc) = . =5,085 103(W). 2.Lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt : Qqn=D(iqn- ibh) = =0,645. 103(W). 3.Lượng nhiệt hấp thụ của bộ hâm nước: Qhn = D (ish-inc) = =1,104 106 (W). 4.Toàn bộ lượng nhiệt hấp thụ của bộ sinh hơi : Qsh = D (ibh-ish). = =3,336 . 106 (W). -Trong đó : lượng nhiệt hấp thụ của bộ sinh hơi bằng bức xạ là : Qbxsh = . = 1,926 106 (W). ị Lượng nhiệt hấp thụ bằng đối lưu là : Qđlsh = ( 3,336-1,926 ) . 106 =1,41. 106 (W). 5.En tan pi của hơi quá nhiệt tại đầu ra của bộ quá nhiệt: Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt : tqn = 350 oC. ị iqn=3174 Kj/Kg. Pqn = 1,3 MPa 6.En tan pi của hơi bão hoà tại đầu ra của sinh hơi : Tra bảng hơi nước bão hoà : Với p = 1,35 MPa . ị ibh = 2787 Kj/Kg . 7.En tan pi của nước tại đầu vào bộ sinh hơi : Tra bảng hơi nước bão hoà theo nhiệt độ với : tsh = 185 oC. ị ish=785,2 Kj/Kg . 8. En tan pi của nước cấp tại đầu vào bộ hâm nước : Tra bảng hơi nước bão hoà theo nhiệt độ với : tsh = 25 oC. ị inc=104,8 Kj/Kg . II. nhiệt độ khói sau các bộ trao đổi nhiệt . 1.En tan pi của khói tại đầu ra buồng lửa: Tra bảng en tan pi của khói : Với qbl'' = 1036 oC. Ta có I1= I''bl = 13702 KJ/KG. 2.Hệ số bảo ôn : j=0,986 . 3.En tan pi của khói sau bộ quá nhiệt : I2 = I1 - . =13702.103 - . =11077. 103 (j/kg). 4.Nhiệt độ khói sau bộ quá nhiệt : Tra bảng 3 ta có: q2'' = 850 oC. 5.En tan pi của khói sau bộ sinh hơi : I3 = I2 - . = 11077. 103 - = 5338.103 (j/kg). 6. Nhiệt độ khói sau bộ sinh hơi : Tra bảng 3 ta có: qsh'' = 450 oC. 7.En tan pi của khói sau bộ hâm nước : I4 = I3 - . =5338 .103 - . =1251. 103 (j/kg). V. tính nhiệt các bề mặt trao đổi nhiệt: A.Tính nhiệt bộ quá nhiệt. I. Các thông số tính toán: 1.Lượng nhiệt trao đổi : Qqn=0,645. 103 W. 2.Nhiệt độ khói vào : q' = 1036 oC. 3.Nhiệt độ khói ra : q'' = 850 oC. 4.Nhiệt độ trung bình của khói: qtb = 0,5 .( 1036 + 850 ) = 943( oC). 5.Lưu lượng hơi : Gh = 6 T/h. 6. Nhiệt độ hơi vào bộ quá nhiệt : t' = 193 oC. 7. Nhiệt độ hơi ra bộ quá nhiệt : t'' = 350 oC. 8.Nhiệt độ trung bình của hơi : ttb = 0,5 .( 193 + 350 ) = 271,5 ( oC). II.Các thông số kỹ thuật được chọn sơ bộ : Các ống của bộ qua nhiệt được xếp so le nhau. 1.Đường kính trong của ống : d1 = 0,032 m. 2. Đường kính ngoà của ống : d2 = 0,038 m. 3.Bề dày ống : d = 0,003 m. 4.Bước ống ngang : S1 = 0,055 m. 4.Bước ống dọc: S2 = 0,05 (m). III .Tính toán : 1.Diện tích hơi di qua một ống : f = P = 3,14 = 0,00804 (m2). 2. Độ chênh nhiệt độ đầu vào: Dt1 = q' - t'' = 1036 - 350 = 686 ( oC). 3. Độ chênh nhiệt độ đầu ra : Dt2 = q'' - t' = 850 - 193 = 657 ( oC) . 4.Độ chênh nhiệt độ lô ga rit : Dt = = 672 ( oC) . 5.Hệ số ảnh hưởng của dạng ống so le : Cs = 0,295 ()0,25 = 0,295 ()0,25 = 0,3218. 6.Hệ số ảnh hưởng của việc truyền nhiệt không đồng đều theo các dãy ống dọc: Tra toán đồ III (TL1), ta có : Cz = 0,98 7. Hệ số dẫn nhiệt của khói : Tra bảng thông số của khói ở nhiệt độ : qtb = 943( oC). Ta có : l = 0,1045 W/m oC. 8.Hệ số prandlt : Tra bảng thông số của khói ở nhiệt độ : qtb = 943( oC). Ta có : Pr = 0,585. 9.Độ nhớt của khói : Tra bảng thông số của khói ở nhiệt độ : qtb = 943( oC). Ta có: nk = 163,4 . 10-6(m2/s) . 10.Tốc độ khói qua bộ quá nhiệt : Chọn : w = 13,5 (m/s) . 11. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu về phía khói : a1 = Cz . Cs . . ()0,681 . Pr0,333 = 0,3218 . 0,98 . ()0,681. 0,5850,333 = 209 (W/m2 oC). 12.Hệ số phụ thuộc đường kính ống : Tra toán đồ V (TL1) . Ta có : Cđ = 0,99. 13. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu theo sơ đồ : Tra toán đồ V (TL1) : Ta có : atđl = 900 (W/m2 oC). 14. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu dọc theo ống phía trong: a2 = 1,163 . atđl . Cđ = 1,163 . 0,99 . 900 = 1036,23 (W/m2 oC). 15. Hệ số bám bẩn: e = Cđ Cvl eo + De = 1.1.0,4.10-2+ 0,002 = 0,006. Với các hệ số tra ở toán đồ VII (TL1). 16.Hệ số trao đổi nhiệt : k = = 85,11 (W/m2oC). 17.Diện tích trao đổi nhiệt : F = = 11,28(m2). 18.Số ống bố trí trong một dãy: n1 = (ống). 19.Chiều dài ống: Chọn : l = 2,2(m). 20.Số dãy ống(n2) : Từ : F = n1 . n2.P .d2 . l Û 11,28 = 14 . n2 .3,14 .2,2 .0,038 Û n2 = 3,07 Chọn : n2 = 3 dãy. 21.Sai số diện tích của bộ quá nhiệt(DF %). Ta có : Ftt = 3. 14 .3,14.2,2 . 0,038 =11,025(m2). ị DF = = 0,23 %. B.Tính nhiệt bộ sinh hơi . I.Các thông số với khói: 1.Tổng nhiệt lượng trao đổi của bộ sinh hơi : Từ tính phân phối nhiệt ta có : Qsh = 1926(KW) . 2.Nhiệt độ khói vào : Từ tính phân phối nhiệt ta có : q2' = 850 oC. 3.Nhiệt độ khói ra : Từ tính phân phối nhiệt ta có : q2'' = 450 oC. 4.En tan pi khói vào: Từ tính phân phối nhiệt ta có : I' = 11077 (Kj/Kg) . 5. En tan pi khói ra: Tra bảng en tan pi của khói: I'' = 5338 (Kj/Kg) . II. Các thông số với nước sôi . 1.Sản lượng hơi : Gh = 6 T/h . 2.Bội số tuần hoàn: Chọn theo tài liệu 2: kth = 55 . 3.Lưu lượng hơi và nước đi trong chùm ống: Dth ( T/h ) = kth . Gh = 55.6 = 330(T/h). 4.Nhiệt độ của nước vào bộ sinh hơi : Theo tính phân phối nhiệt : t' = 185 oC. 5.En tan pi của nước vào bộ sinh hơi : Tra bảng: i' = 785,2 Kj/Kg. 6.Nhiệt độ của nước sôi : Theo tính phân phối nhiệt : tsoi = 193 oC. 7.En tan pi của nước sôi : Tra bảng hơi nước bão hoà theo nhiệt độ: isoi = 2787 Kj/Kg. III Các thông số chọn về ống : 1. Vật liệu : Là thép các bon : C20 . 2.Đường kính trong của ống : Chọn: d1 = 0,028 (m). 3. Đường kính ngoài của ống : Chọn: d2 = 0,034 (m). 4.Chiều dày ống : d = 0,003(m). 5.Chiều cao ống : h = 2,5 (m). IV. Đặc tính bộ sinh hơi . 1.Bước ngang ống : S1 = 100 (mm). 2. Bước dọc ống : S2= 110 (mm). 3.Số ống trong một dãy : Từ dãy 1 đến dãy 3: n1 = (ống). Từ dãy số 4 trở đi : n1 = (ống). 4.Số dãy ống : n2 = (dãy). 5.Số lần đường hơi cắt : Chọn : m = 2 (lần). V.Tính toán: 1.Tổng diện tích lưu thông của khói : Fk = b . d - n1 .d1 .h = 2,53 .2,21 -26.0,028.2,5 = 3,8(m2). 2.Tiết diện hơi đi qua ống : f = = 0,000615 (m2). 3.Diện tích phía trong ống : Ftr = 3,14 . d1 . h = 3,14 .0,028 .2,5 = 0,26705(m2). 4.Diện tích trao đổi nhiệt phía ngoài ống: F = 3,14 . d2 . h = 3,14 .0,034 .2,5 = 0,2199(m2). 5.Tổng diện tích trao đổi nhiệt phía khói : Fng = n1 . n2 .F = ( 13.18 + 18 .26 ) .0,2199 = 114,84(m2). 6.Nhiệt độ trung bình của khói . qtb = 0,5.( q2'' + q2') = 0,5 . (850+450) = 650 oC. 7.Hệ số kể đến ảnh hưởng của dạng ống so le : Cs = 0,295 ()0,25 = 0,295 ()0,25 = 0,285. 8.Hệ số kể đến ảnh hưởng của việc truyền nhiệt không đồng đều theo các dãy ống dọc : Tra toán đồ III (Tài liệu 1) ta có : Cz = 1 . 9.Hệ số dẫn nhiệt của khói : Tra bảng tính chất của khói theo nhiệt độ (Tài liệu 4): Với : qtb = 650 oC. Ta có : l = 7,845 . 10-2 W/m2 oC. 10.Hệ số Prandlt : Tra bảng tính chất của khói theo nhiệt độ (Tài liệu 4): Với : qtb = 650 oC. Ta có : Pr = 0,615. 11. Độ nhớt của khói : Tra bảng tính chất của khói theo nhiệt độ (Tài liệu 4): Với : qtb = 650 oC. Ta có : n = 102,9 . 10-6 m2/s. 12.Tốc độ khói : Chọn : w k = 13 (m/s) . 11. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu về phía khói : a1 = Cz . Cs . . ()0,681 . Pr0,333 = 0,285 . 1 . ()0,681. 0,6150,333 = 166,623 (W/m2 oC). *** Tính nhiệt phía trong ống : i.Coi môi chất trong ống là nước 100% : 1.Hệ số dẫn nhiệt của nước : Tra bảng tính chất vật lý của nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có: l2 = 66,9 . 10-2 W/m oC. 2.Độ nhớt của nước : Tra bảng tính chất vật lý của nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có : nL = 10, 165 . 10-6 m2/s. 3.Thể tích riêng của nước : Tra bảng tính chất vật lý của nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có : vL = = = 1,283 .10-3 (m2/s). 4.Tiêu chuẩn prandlt : Tra bảng tính chất vật lý của nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có : Pr = 0,96 . 5. Vận tốc nước chảy trong ống : wl = = = 17,02 (m/s). 6.Tiêu chuẩn Reynold : ReL = = = 2,42 . 106.._. 7.Hệ số ảnh hưởng bởi Re : xL = [1,82lg(ReL)-1,64]-2. = [ 1,82 . lg(2,42.106)-1,64 ]-2 = 1,255 .10-3 8.Tiêu chuẩn Nuselt : NuL = = = 2950. 10.Hệ số toả nhiệt đối lưu về phía trong : aL = = = 70485 W/m oC. ii.Coi môi chất ở trong ống là hơi 100% : 1.Hệ số dẫn nhiệt của hơi: Tra bảng tính chất vật lý của hơi nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có: lG = 3,419 . 10-2 W/m oC. 2.Độ nhớt của hơi nước : Tra bảng tính chất vật lý của hơi nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có : nG = 2, 44 . 10-6 m2/s. 3.Thể tích riêng của hơi nước : Tra bảng tính chất vật lý của hơi nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có : vG = = = 0,156 (m2/s). 4.Tiêu chuẩn prandlt : Tra bảng tính chất vật lý của hơi nước trên đường bão hoà theo nhiệt độ: Với : tbh = 193 oC. Ta có : Pr = 1,3 . 5. Vận tốc nước chảy trong ống : wG = = = 1787,34 (m/s). 6.Tiêu chuẩn Reynold : ReG = = = 20,5 . 106. 7.Hệ số ảnh hưởng bởi Re : xG = [1,82lg(ReG)-1,64]-2. = [ 1,82 . lg(20,5.106)-1,64 ]-2 = 9,2 .10-4 8.Tiêu chuẩn Nuselt : NuG = = = 22849. 10.Hệ số toả nhiệt đối lưu về phía trong : aG = = = 27900 W/m oC. VI.Tính trao đổi nhiệt cho cụm ống trao đổi nhiệt đối lưu thứ nhất : 1.Nhiệt độ khói vào : Từ bảng phân phối nhiệt : q1' = 850 oC. 2. Nhiệt độ khói ra : Chọn: q1'' = 575 oC. 3.En tan pi khói vào : Tra bảng 3: I'1 = 11077 (Kj/Kg) . 4.En tan pi khói ra : Tra bảng 3: I''1 = 7248,5 (Kj/Kg) . 5.Nhiệt lượng của cụm ống : Q1 = I'1 - I''1 . = 11077 - 7248,5 = 3828,5 (Kj/Kg) . 6. En tan pi của hơi nước tại đầu vào : i1' = 785,2 Kj/Kg . 7.En tan pi của hỗn hợp hơi nước tại đầu ra : i1'' = i1'+ Q1 = 785,2 +3828,5 = 4613,7 (Kj/Kg) . 8.Độ khô tại đầu ra : x1 = = = 0,72 . 9.Hệ số : x1 = = = 0,396 . 0,997 . [1 + 3,2817 . 25,543 ]-2 = 5,487 . 10-5 10.Diện tích cuả cụm ống : F = 3. 18 .0,26705 + 11.26.0,26705 = 99,8(m2). 11. Hệ số toả nhiệt đối lưu phía môi chất của cụm ống (W/ m 2o C ) : a12 = aL = 70485. (0,72) 0,01 . . =70485.0,997 { [0,28+1,052 . 0,987 .5,986]-2,2 +x1}-0,5 =552,27.103(w/m2c) 12. Hệ số bám bẩn: e = Cđ . CVl . eo +De = 0,9. 1.0,4.10-2 + 0 = 0,0036 13. Hệ số trao đổi nhiệt của cụm ống. k1 = = = 104,13.( w/m2) 14. Độ chênh nhiệt độ: Dt1 = = = 382,2 . 15. Nhiệt độ khói theo tính toán: q''1tt = 2 (Dt1+ tbh) - q''1 = 2(382,2 + 193) - 575 = 575,4 oC. 16. Sai số khi tính toán: Dtss = = = - 0,0696 (%) VII.Tính trao đổi nhiệt cho cụm thứ 2: 1. Nhiệt độ khói vào q'2 = 575 oC. 2. Nhiệt độ khói ra: q''2 = 450 oC. 3. Entanpi khói vào : I2' = 7248,5 Kj/Kg . 4. Entapi của khói ra I''2 = 5338 Kj/Kg . 5. Nhiệt lượng hấp thụ của dây ống: Q = I'2 - I''2 = 7248,5 - 5338 = 1990,5 (Kj/Kg) . 6. Entapi của nước tại đầu vào: i2' = 785,2 7. Entapi của hỗn hợp hơi và nước tại đầu ra: i2'' = i2' + Q2 = 785,2 + 1990,5 = 2795,7 (Kj/Kg) . 8. Độ khô của hơi tại đầu ra: x1 = = = 0,0059 9. Hệ số x = = = 0,396 . 0,95. [1+7,967 . 25,543 ]-2 = 9,08 . 10-6 10. Diện tích dây cụm ống : F = 7 . 26 .0,26705 = 48,6(m2) 11. Hệ số toả nhiệt đối lưu phía môi chất của cụm ống (W/ m 2o C ) : a22 = aL = 70485. (0,0059) 0,01 . . = 134,355.103(w/m2c) 12. Hệ số bám bẩn: e = Cđ . CVl . eo +De = 0,9. 1.0,4.10-2 + 0 = 0,0036 13. Hệ số trao đổi nhiệt của cụm ống. k2 = = = 104,07. w/m2 14. Độ chênh nhiệt độ: Dt2 = = = 257,06. 15. Nhiệt độ khói theo tính toán: q''1tt = 2 (Dt2 + tbh) - q''2 = 2(257,06 + 193) - 450 = 450,12 oC. 16. Sai số khi tính toán: Dtss = = = - 0,0267 (%). C.Tính nhiệt bộ hâm nước. I.Thông số dùng trong tính nhiệt bộ hâm nước. 1.Tốc độ khói : Chọn : wk = 10 m/s . 2.Nhiệt lượng trao đổi : Qhn = 1,104 .106 W 32.Nhiệt độ khói vào : Từ phân phối nhiệt : q' = 450 oC. 3.Nhiệt độ khói ra : Từ phân phối nhiệt : q'' = 850 oC. 4.Nhiệt độ trung bình của khói: qtb = 0,5 .( 1036 + 850 ) = 943( oC). 5.Lưu lượng nước : GN = 6 T/h. 6. Nhiệt độ nước vào bộ hâm nước : t' = 25oC. 7. Nhiệt độ nước ra bộ hâm nước : t'' = 185 oC. 8.Nhiệt độ trung bình của hơi : ttb = 0,5 .( 185 + 25 ) = 105 ( oC). II.Các thông số kỹ thuật được chọn sơ bộ : Các ống của bộ hâm nước được xếp so le nhau. 1.Đường kính trong của ống : d1 = 0,028 m. 2. Đường kính ngoà của ống : d2 = 0,034 m. 3.Bề dày ống : d = 0,003 m. 4.Bước ống ngang : S1 = 0,07 m. 4.Bước ống dọc: S2 = 0,05 (m). III .Tính toán : 1.Diện tích hơi di qua một ống : f = P = 3,14 = 0,00804 (m2). 2. Độ chênh nhiệt độ đầu vào: Dt1 = q' - t'' = 1036 - 350 = 686 ( oC). 3. Độ chênh nhiệt độ đầu ra : Dt2 = q'' - t' = 850 - 193 = 657 ( oC) . 4.Độ chênh nhiệt độ lô ga rit : Dt = = 672 ( oC) . 5.Hệ số ảnh hưởng của dạng ống so le : Cs = 0,295 ()0,25 = 0,295 ()0,25 = 0,3218. 6.Hệ số ảnh hưởng của việc truyền nhiệt không đồng đều theo các dãy ống dọc: Tra toán đồ III (TL1), ta có : Cz = 0,98 7. Hệ số dẫn nhiệt của khói : Tra bảng thông số của khói ở nhiệt độ : qtb = 943( oC). Ta có : l = 0,1045 W/m oC. 8.Hệ số prandlt : Tra bảng thông số của khói ở nhiệt độ : qtb = 943( oC). Ta có : Pr = 0,585. 9.Độ nhớt của khói : Tra bảng thông số của khói ở nhiệt độ : qtb = 943( oC). Ta có: nk = 163,4 . 10-6(m2/s) . 10.Tốc độ khói qua bộ quá nhiệt : Chọn : w = 13,5 (m/s) . 11. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu về phía khói : a1 = Cz . Cs . . ()0,681 . Pr0,333 = 0,3218 . 0,98 . ()0,681. 0,5850,333 = 209 (W/m2 oC). 12.Hệ số phụ thuộc đường kính ống : Tra toán đồ V (TL1) . Ta có : Cđ = 0,99. 13. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu theo sơ đồ : Tra toán đồ V (TL1) : Ta có : atđl = 900 (W/m2 oC). 14. Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu dọc theo ống phía trong: a2 = 1,163 . atđl . Cđ = 1,163 . 0,99 . 900 = 1036,23 (W/m2 oC). 15. Hệ số bám bẩn: e = Cđ Cvl eo + De = 1.1.0,4.10-2+ 0,002 = 0,006. Với các hệ số tra ở toán đồ VII (TL1). 16.Hệ số trao đổi nhiệt : k = = 85,11 (W/m2oC). 17.Diện tích trao đổi nhiệt : F = = 11,28(m2). 18.Số ống bố trí trong một dãy: n1 = (ống). 19.Chiều dài ống: Chọn : l = 2,2(m). 20.Số dãy ống(n2) : Từ : F = n1 . n2.P .d2 . l Û 11,28 = 14 . n2 .3,14 .2,2 .0,038 Û n2 = 3,07 Chọn : n2 = 3 dãy. 21.Sai số diện tích của bộ quá nhiệt(DF %). Ta có : Ftt = 3. 14 .3,14.2,2 . 0,038 =11,025(m2). ị DF = = 0,23 %. Chương VI : Các vấn đề liên quan đến hiệu suât lò hơi công nghiệp và chế độ vận hành. I .Hiệu suất lò hơi: 1 Hiệu suất lò hơi Các lò hơi có thể được phân loại tuỳ theo chuyển động tương đối của môi chất nhận nhiệt (nước) và môi chất nhả nhiệt (khói) trong lò hơi, dạng nhiên liệu sử dụng, áp suất làm việc hay yêu cầu phụ tải nhà máy ... Hiệu suất lò hơi được định nghĩa là tỷ số của nhiệt thu được từ nước cấp biến đổi thành hơi so với tổng năng lượng được cấp từ nhiên liệu. Các lò hơi khác nhau sẽ có hiệu suất khác nhau tuỳ theo loại nhiên liệu được sử dụng. Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát của lò hơi có dạng như sau: Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, kJ/kg trong đó: Qđv – Lượng nhiệt đưa vào lò ứng với 1 kg nhiên liệu, kJ/kg Q1 – Lượng nhiệt hữu ích dùng để sản xuất hơi, kJ/kg Q2 – Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài, kJ/kg Q3 – Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hoá học, kJ/kg Q4 – Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học, kJ/kg Q5 – Tổn thất nhiệt do toả nhiệt ra môi trường bên ngoài, kJ/kg Q6 – Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài, kJ/kg Trong đa số trường hợp, khi cân bằng nhiệt người ta thường sử dụng nhiệt trị thấp của nhiên liệu, Qđv = Qtlv. Đối với các lò hơi sản xuất hơi bão hoà trong công nghiệp, để tính hiệu suất lò hơi ta có thể sử dụng 2 phương pháp sau: Phương pháp cân bằng nhiệt thuận (phương pháp trực tiếp): , % (2.1) trong đó: η – Hiệu suất lò hơi D – Sản lượng hơi của lò, kg/h ih, inc – entanpi của hơi bão hoà sinh ra và của nước cấp, kJ/kg B – Lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/h Qtlv – Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg b) Phương pháp cân bằng nhiệt nghịch (phương pháp gián tiếp): η = q1 = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6) (2.2) trong đó: q2 = Q2.100/Qđv, % q3 = Q3.100/Qđv, % q4 = Q4.100/Qđv, % q5 = Q5.100/Qđv, % q6 = Q6.100/Qđv, % Phương pháp trực tiếp có ưu điểm là tính được chính xác hiệu suất lò hơi và chỉ cần xác định một số các thông số vận hành của lò: ibh, inc, D. Nhưng nhược điểm là khó đo (khó xác định chính xác Dhơi). Mặt khác, những dụng cụ đo các thông số đó tương đối đắt và chúng phải được bảo quản tương đối cẩn thận. Còn phương pháp thứ hai thì lại không đo trực tiếp hiệu suất lò hơi mà nó dựa vào các tổn thất của đầu ra, đây là phương pháp trong thực tế thường áp dụng, tuy phải xác định nhiều thông số. Ưu điểm của phương pháp này là xác định được các tổn thất từ đó có thể nhận dạng và đề xuất các phương pháp giảm tổn thất để nâng cao hiệu suất lò hơi. Tất cả những lý do trên đã cho thấy phương pháp cân bằng nhiệt thuận ít được sử dụng trong công nghiệp hơn so với phương pháp cân bằng nhiệt nghịch. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lò hơi Hiệu suất lò hơi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ảnh hưởng của chúng không giống nhau đối với mỗi loại lò, loại nhiên liệu đốt, phương pháp đốt... Nhưng nói chung hiệu suất lò hơi đều phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau: a) Hệ số không khí thừa (α) Khi hệ số không khí thừa lớn dẫn tới thể tích khói thải tăng lên và làm cho tổn thất do khói thải (Q2) tăng lên. Do vậy, cần phải tính toán lượng không khí đưa vào buồng đốt cho phù hợp, lượng không khí này nên được duy trì ở giá trị thấp nhất để giảm lượng không khí không cần thiết được đốt nóng và thoát ra ngoài theo đường khói thải nhưng mặt khác cũng đủ để đốt cháy những thành phần cháy trong nhiên liệu. Tuỳ loại lò hơi và phương pháp đốt mà ta chọn các trị số α cho phù hợp. b) Phương pháp hoà trộn không khí và nhiên liệu Yếu tố này cũng rất quan trọng đối với quá trình cháy của nhiên liệu. Ví dụ như đối với lò hơi đốt than buồng lửa kiểu ghi thì chiều dày lớp nhiên liệu cũng sẽ ảnh hưởng tới quá trình cháy, nếu lớp nhiên liệu quá dày sẽ dẫn đến việc cháy không đều và tỷ lệ sinh ra các khí CO và CO2 khác nhau do sự thừa hoặc thiếu O2 (mặc dù α vẫn >1). Trong nội bộ lớp nhiên liệu trên mặt ghi CO2 tạo ra trong quá trình cháy sẽ tác dụng với C theo phản ứng hoàn nguyên tạo thành CO và xảy ra phản ứng thu nhiệt, làm giảm nhiệt độ buồng lửa và gây nên tổn thất không cần thiết. Để nhiên liệu cháy được hoàn toàn với suất sinh nhiệt lớn nhất thì phải giảm mức tối thiểu thành phần CO trong sản phẩm cháy, nghĩa là giảm tới mức tối thiểu chiều dày của lớp hoàn nguyên. Lớp nhiên liệu càng dày thì lớp hoàn nguyên càng lớn, tổn thất nhiệt càng nhiều. Nhưng nếu lớp nhiên liệu quá mỏng thì nhiệt thế thể tích sẽ bé, nhiệt lượng sinh ra cũng sẽ thấp, điều kiện bốc cháy sẽ kém đi. Vì vậy, ứng với mỗi loại nhiên liệu cần chọn một trị số chiều dày của nó thích hợp. Bảng 2.1 và 2.2 dưới đây đưa ra một vài giá trị chiều dày hợp lý của lớp nhiên liệu khi đốt nhiên liệu rắn trên ghi lò. Bảng 2.1: Chiều cao hợp lý lớp nhiên liệu trên ghi lò [2] Nhiên liệu Chiều cao lớp nhiên liệu (mm) Buồng lửa ghi thủ công Buồng lửa ghi xích Antraxít có cỡ hạt 2-5 mm 60-80 200 Antraxít có cỡ hạt 2-3 mm 100-120 200 Antraxít có cỡ hạt lớn 200 200 Than bùn cục 300-900 700-900 Than bùn hạt nhỏ 400 700-900 Than đá 200 80-120 Gỗ 600-1500 – Bảng 2.2: Chiều cao hợp lý của lớp nhiên liệu trên ghi xích [2] Nhiên liệu Chiều dày lớp nhiên liệu (mm) Khối lượng riêng (T/m3) Antraxit có cỡ hạt 6x18 120-180 0,9-0,95 Antraxit cám 150-200 0,85-0,9 Than đá 150-200 0,8-0,95 Than bùn 700-1000 0,5-0,6 Gỗ 400-600 0,4-0,5 Loại vòi đốt sử dụng trong các lò hơi đốt dầu, khí cũng ảnh hưởng tới quá trình cháy của nhiên liệu. Nếu chọn loại vòi đốt không phù hợp với đặc tính nhiên liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất quá trình cháy, điều đó cũng có nghĩa là ảnh hưởng tới hiệu suất của lò hơi. Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình cháy nhiên liệu lỏng là chất lượng phun sương. Nhiên liệu lỏng cháy trong lò hơi là dầu madút, quá trình cháy madút cũng giống như quá trình cháy các nhiên liệu lỏng khác chủ yếu là ở thể khí. Vì vậy, trước hết là phải làm cho madút bốc hơi. Vì nhiệt độ bốc hơi của madút rất thấp so với nhiệt độ cháy madút nên giai đoạn bốc hơi của madút rất ngắn so với toàn bộ thời gian cháy. Bởi vậy, để tăng nhanh việc chuyển hoá madút sang trạng thái khí, cần phải tăng bề mặt bốc hơi, nghĩa là phải làm cho madút thành những giọt nhỏ qua thiết bị phun sương. Đường kính mà vòi phun càng bé sẽ tạo ra các giọt dầu có đường kính nhỏ, tốc độ chuyển động của giọt dầu cũng tăng theo... làm cho quá trình hoà trộn giữa không khí và nhiên liệu cũng tốt hơn, dẫn đến hiệu suất của quá trình cháy cao. Việc bảo quản vòi đốt cũng có một ý nghĩa đối với hiệu suất của lò hơi, trong quá trình vận hành và bảo quản thiết bị nếu gây ra những vết trầy xước tại đầu vòi đốt cũng sẽ dẫn đến sự làm việc không tốt của quá trình hoà trộn nhiên liệu (sẽ làm tăng hoặc giảm α) và làm giảm hiệu suất của lò hơi. c) Nhiệt độ khói thải η(%) Nhiệt độ khói thải là thông số quan trọng, ảnh hưởng tới hiệu suất lò hơi, như được biểu diễn trên hình 2.1. Hình 2.1: ảnh hưởng của nhiệt độ khói thải đến hiệu suất lò hơi [3] Hình 2.1 biểu thị sự thay đổi của hiệu suất lò hơi theo các nhiệt độ khói thải và hệ số không khí thừa khác nhau. ở hệ số không khí thừa bằng 1,5 hiệu suất lò hơi sẽ tăng khoảng 6% nếu nhiệt độ khói thải giảm từ 300oC xuống còn 150oC. Tương tự, ở cùng một giá trị nhiệt độ khói thải là 150oC, hiệu suất lò sẽ giảm 2,5% khi hệ số không khí thừa tăng từ 1,5 đến 2,0. Qua đó ta thấy rõ ràng rằng nhiệt độ khói thải tốt nhất nên thấp thì lò hơi mới đạt được hiệu suất cao nhưng vẫn phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương để tránh hiện tượng ăn mòn hoá học cho các bề mặt gia nhiệt phần đuôi. Có hai nguyên nhân chủ yếu dẫn tới nhiệt độ khói thải cao là: + Bề mặt trao đổi nhiệt không đủ + Bám bẩn trên bề mặt trao đổi nhiệt d) Sự bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt Ta có thể hiểu sự bám bẩn trên bề mặt trao đổi nhiệt ở đây bao gồm bám cáu do nước lò sinh ra và bám bẩn do khói lò gây nên. Sự bám bẩn này sẽ làm hạn chế quá trình trao đổi nhiệt giữa sản phẩm cháy và nước lò, do đó dẫn tới hiệu suất lò hơi thấp đi và nhiệt độ khói thải tăng lên. Cáu bám bẩn bên trong lò hơi là kết quả của việc xử lý nước không được tốt, trong trường hợp đặc biệt nếu độ dày của cáu vượt quá một trị số nào đó sẽ dẫn tới hiện tượng nổ ống do qúa nhiệt. Sự bám cáu trên bề mặt ống nước sẽ làm chậm quá trình trao đổi nhiệt và làm tăng nhiệt độ ống kim loại bởi ảnh hưởng của lớp cáu bám (hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số dẫn nhiệt của kim loại). Hình 2.2 dưới đây sẽ minh hoạ tổn thất nhiên liệu sử dụng trong lò hơi theo bề dày của lớp cáu bám Hình 2.2: ảnh hưởng của bề dày lớp cáu đối với tổn thất nhiên liệu [3] Sự bám bẩn bề mặt do khói thải gây nên cũng sẽ làm tăng nhiệt độ khói thải khi so sánh với điều kiện bề mặt được làm sạch. Nếu không được vệ sinh định kỳ thì các bề mặt trao đổi nhiệt sẽ bị bám bẩn và làm giảm hiệu suất lò. e) Xả lò Chúng ta đều biết rằng sự xả lò là cần thiết trong mọi trường hợp, bởi xả lò để đảm bảo chất lượng nước cho lò hơi và đặc biệt là tránh sự nguy hiểm do nổ ống gây nên. Bởi vì trong nước cấp cho lò hơi, ít nhiều cũng sẽ có những chất rắn ở dạng hoà tan hoặc không hoà tan. Trong quá trình làm việc, do hơi bão hoà khô luôn được rút ra từ lò, lượng chất rắn trong nước lò ngày càng tăng đến một giới hạn nào đó ta cần phải xả lò để duy trì ổn định hàm lượng chất rắn trong nước lò. Sự bám cáu này không những làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt mà còn tạo nên những vùng qúa nhiệt trên bề mặt ống dẫn tới hiện tượng nổ ống. Chính vì vậy mà cần có chế độ xả lò thích hợp. Tuỳ vào thiết kế lò hơi, công suất lò, chất lượng nước cấp, áp suất làm việc của lò, tính chất của việc sử dụng hơi ... mà có các chế độ xả lò khác nhau (xả liên tục, xả định kỳ), thời gian xả và khối lượng xả khác nhau. Việc xả lò không phù hợp sẽ làm tăng tổn thất nhiệt của lò hơi, giảm hiệu suất lò hơi thấp đi (do nước xả có nhiệt độ cao và áp suất cao). f) Bảo ôn Vấn đề tổn thất nhiệt do bảo ôn gây nên tuy không đáng kể ở những lò hơi hiện đại (<1%) nhưng có thể lên tới 10% đối với những lò hơi cũ và công nghệ lạc hậu. Tổn thất do bảo ôn kém chính là tổn thất do toả nhiệt ra môi trường bên ngoài, tổn thất không thể đo đạc cụ thể là bao nhiêu mà chỉ có thể tính dựa trên cân bằng nhiệt. Mặt khác, tổn thất này là không đổi khi thay đổi phụ tải nhiệt lò hơi, có nghĩa là khi lò hơi hoạt động với phụ tải bằng một nửa phụ tải định mức thì tổn thất toả nhiệt ra môi trường xung quanh sẽ tăng gấp đôi. Nếu bảo ôn không tốt hoặc dùng vật liệu để bảo ôn không đảm bảo sẽ dẫn đến tổn thất ra môi trường xung quanh cao, làm giảm hiệu suất lò. Vấn đề bảo ôn không những chỉ riêng đối với lò hơi mà còn bao hàm cả hệ thống truyền tải hơi. Tại các mặt bích, mối nối ... thường được bảo ôn kém dẫn đến tổn thất năng lượng nhiều, tuy không ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất lò hơi nhưng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất chung của mạng nhiệt và nhiều khi không đảm bảo chất lượng hơi theo yêu cầu (hiện tượng ngưng tụ trong đường ống). Hình 2.3: ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt bảo ôn tới tổn thất toả nhiệt ra môi trường xung quanh [3] g) Đặc tính và kích thước của nhiên liệu Thông thường mỗi một lò hơi được thiết kế với một loại nhiên liệu có đặc tính cho trước. Tuy nhiên, trong thực tế, vì một lý do nào đó mà nhiên liệu sử dụng không theo như thiết kế (tức là làm sai khác đi đặc tính cháy của nhiên liệu) thì có thể dẫn tới tăng tổn thất nhiệt. Độ ẩm có trong nhiên liệu và hàm lượng H2 có trong nhiên liệu cũng gây nên tổn thất nhiệt do mất một lượng nhiệt để đốt nóng lượng ẩm có trong nhiên liệu từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ khói thoát và nhiệt tiêu hao do đốt nóng hơi nước tạo thành từ quá trình cháy H2 có trong nhiên liệu. Mặt khác, khi đốt nhiên liệu trên ghi cố định nếu không chọn kích thước nhiên liệu phù hợp có thể làm tăng tỷ lệ lọt ghi và gia tăng tổn thất q4. Tuy nhiên, nếu chọn nhiên liệu có kích thước lớn sẽ làm cho nhiên liệu khó cháy, cũng có thể xảy ra hiện tượng cháy ghi do bị bít các lỗ thông không khí ... điều này sẽ gây nên tổn thất. 3. Một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu suất lò hơi a) Tận dụng nhiệt khói thải Trong thực tế, nhiều lò hơi có nhiệt độ khói thải quá cao (300-400oC), điều này không những gây tổn thất do khói thải lớn mà còn gây nguy hiểm cho người vận hành (bỏng). Nếu ta tân dụng nhiệt khói thải bằng việc lắp đặt thêm bộ trao đổi nhiệt trên đường khói nhằm gia nhiệt cho không khí đưa vào buồng đốt sẽ giúp cho lò hơi đạt hiệu suất cao hơn. Mặt khác, sự gia nhiệt cho không khí sẽ giúp cho quá trình cháy được thuận lợi hơn, tránh hiện tượng nóng lạnh không đồng đều ở các vùng cháy nhiên liệu, đồng thời cũng giảm bớt tổn thất do ẩm có trong không khí khi đưa không khí nóng vào buồng đốt. Thực tế cho thấy hiệu suất sẽ được cải thiện khoảng 2% khi tăng nhiệt độ không khí cháy lên khoảng 60oC. Hình 2.4 minh hoạ sự gia tăng hiệu suất qua việc tăng nhiệt độ không khí đưa vào lò. Hình 2.4: ảnh hưởng của sự gia tăng nhiệt độ không khí tới mức độ tăng hiệu suất của lò hơi [3] Ngoài ra, để tận dụng nhiệt đường khói ta còn có thể lắp đặt thêm bộ hâm nước để nâng cao hiệu suất lò. Bởi vì, trong sản xuất công nghiệp, thông thường các lò hơi đang dùng chủ yếu sử dụng nguồn nước cấp có nhiệt độ thấp (xấp xỉ bằng nhiệt độ môi trường). Do vậy, khi nước được đưa vào lò hơi sẽ phải tiêu hao một lượng nhiệt tương đối lớn để gia nhiệt cho nước từ nhiệt độ thấp cho đến nhiệt độ và áp suất yêu cầu. Hiệu suất lò hơi có thể được cải thiện bằng cách gia nhiệt cho nước cấp qua bộ hâm nước bởi việc tận dụng nhiệt khói thải. Nói chung, cứ tăng nhiệt độ nước cấp lên khoảng 6oC tương đương với việc giảm 1% lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt. Điều đó đồng nghĩa với việc tăng hiệu suất của lò hơi nếu tận nhiệt khói thải để gia nhiệt cho nước cấp. Hình 2.5 biểu diễn quan hệ giữa việc cải thiện hiệu suất lò hơi từ việc tăng nhiệt độ nước cấp. Hình 2.5: Khả năng tăng hiệu suất lò hơi thông qua việc tăng nhiệt độ nước cấp [3] Bộ hâm nước hay bộ sấy không khí ta đã trình bày ở trên được hiểu đơn giản là một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bề mặt (gọi tắt là bộ tiết kiệm), có cấu tạo bởi các chùm ống và vỏ bảo vệ bên ngoài. Môi chất (nước cấp, không khí, khói thải) có thể đi bên trong hoặc ngoài ống tuỳ theo mục đích và yêu cầu. b) Tái tuần hoàn nước ngưng Trong thực tế, nhiều cơ sở sản xuất rất lãng phí trong vấn đề nước ngưng. Khi không sử dụng hoặc sử dụng sau một công đoạn nào đó thì hơi bị xả thẳng ra môi trường bên ngoài mà không được tận dụng nhiệt năng của chúng. Điều này gây nên sự lãng phí về nhiệt năng, tuy không ảnh hưởng tới hiệu suất của lò hơi nhưng nếu tận dụng nhiệt của hơi ngưng có thể giảm được lượng tiêu hao nhiên liệu. Mặt khác, nước ngưng là một nguồn nước tính khiết và bất cứ trong hoàn cảnh nào nước ngưng cũng nên được quay trở lại lò hơi. Với 2 lý do trên, nhiệt độ nước cấp sẽ được nâng lên và lưu lượng nước bổ sung cho lò có thể giảm xuống. Từ đó có thể tiết kiệm được một lượng nhiên liệu đáng kể. Tất nhiên, cần phải lưu ý đến kinh phí đầu tư cho việc lắp đặt đường ống nước ngưng tuần hoàn, bơm ngưng... Do vậy, việc lắp đặt các đường ống thu hồi nước ngưng sẽ quyết định dựa trên cơ sở tính toán lợi ích đem lại từ việc tái sử dụng nước ngưng so với chi phí đầu tư. Hình 2.6 minh hoạ mức độ tiết kiệm nhiên liệu thông qua việc thu hồi nước ngưng đối với các lò hơi công nghiệp. Hình 2.6: Lượng nhiên liệu tiết kiệm được khi thực hiện thu hồi nước ngưng với các nhiệt độ và lượng nước hồi khác nhau [3] c) Xử lý nước lò hơi Vấn đề xử lý nước cấp cho lò hơi thông thường gắn liền với chế độ xả lò. Nếu nước cấp không được xử lý hoặc xử lý không tốt sẽ dẫn tới tổn thất nhiệt do xả lò vì khối lượng xả nhiều. Không những vậy, còn làm tăng tốc độ bám bẩn trên bề mặt trao đổi nhiệt, làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt giữa khói lò và nước trong lò hơi, điều này làm gia tăng tổn thất nhiệt do khói thải gây nên. Xử lý nước cấp do vậy vừa giảm được nhiệt do xả lò, vừa tăng hiệu suất trao đổi nhiệt của các bề mặt nhận nhiệt trong lò hơi so với điều kiện chưa xử lý. Mặt khác, lại đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành, tăng khoảng cách thời gian giữa 2 lần vệ sinh cáu bám. d) Quản lý chế độ xả lò Xả lò là một trong những nguyên nhân gây tổn thất nhiệt cho lò hơi. Nhưng để đảm bảo chế độ vận hành an toàn cũng như tránh hiện tượng cáu cặn cho lò mà cần thiết phải xả lò. Tuy nhiên, nếu chế độ xả lò là hợp lý thì sẽ giảm được tổn thất cho lò hơi ở mức tối thiểu nhất. Vấn đề xả lò phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như áp suất làm việc, nhiệt độ nước lò, yêu cầu về chất lượng hơi, các thành phần trong nước cấp cho lò hơi... Trong luận văn này, ta chỉ xét đến vấn đề xả định kỳ và khối lượng xả. Xả định kỳ mà chúng ta quan tâm chính là việc xả đáy nhằm thải bỏ các chất bẩn ở dạng bùn ra khỏi lò hơi để phần nào giảm lượng cáu cặn sinh ra trong lò khi lò hoạt động. Xét một cách đơn giản, khối lượng xả lò có thể được tính theo công thức sau: , % trong đó: Sf – Mức độ TDS (Total Disolved Solids – tổng lượng chất rắn không hoà tan) của nước cấp, ppm Sb – Mức độ TDS mong muốn của nước trong lò hơi, ppm Trong trường hợp cần phải có xả liên tục thì nói chung khối lượng xả cũng được tính theo công thức trên. Thông thường, đối với các lò hơi trong công nghiệp, lượng nước xả là không nhiều trong thời gian vận hành. Nhưng nếu lượng nước xả là quá nhiều sẽ làm tổn thất nhiệt lớn, gây lãng phí (mặc dù khối lượng xả đã được tính toán ở mức tối thiểu nhất nhằm bảo đảm an toàn vận hành và tránh bám cáu). Cho nên để giảm lượng nước xả hoặc tiết kiệm nhiệt ta có hai biện pháp cơ bản sau: - Xử lý nước tốt hơn để nước cấp có TDS nhỏ (Sf thấp), như vậy sẽ giảm được khối lượng xả đi. - Nếu không thể giảm được Sf, nên lắp bể tận dụng nhiệt từ nước xả, còn gọi là bình phân ly bốc hơi (do nước xả có nhiệt độ và áp suất cao), thông qua đó nhiệt năng sẽ được tận dụng để sử dụng với mục đích khác nhau ví dụ như: gia nhiệt cho nước cấp... e) Bảo ôn lò hơi và mạng nhiệt Như trình bày ở trên, tổn thất nhiệt do toả nhiệt ra môi trường xung quanh sẽ làm giảm hiệu suất của lò hơi. Trên thực tế, tổn thất này không thể tránh khỏi mà chỉ có thể giảm tới một mức độ nào đó vừa đảm bảo gây nên ít tổn thất, vừa đảm bảo tính kinh tế khi bảo ôn lò hơi và mạng nhiệt. Nhiệt độ bề mặt của lớp bảo ôn xung quanh lò nên nằm trong giá trị lớn hơn nhiệt độ môi trường khoảng từ 20-25oC. f) Một số hình thức khác - Hạ áp suất hơi tại các hộ dùng nhiệt, đặc biệt với các thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp. Trong những điều kiện có thể cho phép, việc giảm áp suất làm việc của lò hơi cũng đem lại những lợi ích tương tự như việc nâng cao hiệu suất của lò. Việc giảm áp suất trong lò hơi cũng có nghĩa là tiêu tốn ít nhiên liệu hơn, giảm hiện tượng rò rỉ tại các mặt bích và mỗi nối, giảm việc tiêu tốn năng lượng cho bơm cấp vào lò hơi ... Tuy nhiên, việc giảm bao nhiêu còn phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể điều kiện sản xuất, giới hạn làm việc của lò, yêu cầu chất lượng hơi và phân phối hơi... Hình 2.7 minh hoạ khả năng tăng hiệu suất đối với việc giảm áp suất làm việc trong lò. Hình 2.7: Mức độ tăng hiệu suất lò hơi khi giảm áp suất làm việc của lò [3] - Vận hành và vệ sinh định kỳ lò hơi: Chúng ta đều biết rằng hầu hết các lò hơi trong công nghiệp đều rất hạn chế về vấn đề tự động điều khiển quá trình làm việc của lò. Nhiều thao tác hoạt động bằng cơ khí hoặc bằng tay, nhất là không có sự liên hệ qua lại giữa các yếu tố, cho nên không thấy được trực tiếp ảnh hưởng của việc vận hành. Do vây, nhiều khi vấn đề kỹ thuật nhằm giảm tổn thất là rất tốt nhưng hiệu suất lò hơi lại không cao chính là do việc vận hành không đúng quy cách. Chính vì vậy, khi vận hành lò hơi phải tuân thủ đầy đủ các quy trình về vận hành cũng như xử lý sự cố theo các quy trình của thiết kế và tiêu chuẩn an toàn. Nạp nhiên liệu và cấp gió cũng phải theo tiêu chuẩn. Thường xuyên kiểm tra các đồng hồ đo, van an toàn, ống thuỷ... Kiểm tra các mép bích và mối nối xem có hiện tượng rò rỉ không, các quy định về xả lò và lau rửa các bộ phận thuộc lò hơi. Đảm bảo chế độ bảo dưỡng lò về thời gian, khối lượng công việc để tăng tính an toàn khi vận hành và giúp cho lò hơi đạt tình trạng tốt nhất khi làm việc... Vệ sinh các bề mặt trao đổi nhiệt một cách thường xuyên, nhất là đối với các giàn ống sinh hơi để giảm tổn thất đối lưu và bức xạ, tránh hiện tượng tắc ống lửa do bụi bẩn cũng như bám cáu trong các ống nước. Phải loại bỏ cáu cặn nếu bề dày lớp cáu vượt giá trị cho phép... Chiều rộng a chọn : a = 6600 mm, b =a/1,143 = 5775 mm. - Kích thước phễu làm lạnh xỉ: Độ nghiêng của phễu làm lạnh xỉ chọn kích thươc bé nhất của tiết diện nói phễu làm lạnh xỉ với giếng phụ thuộc vào sản lượng lò hơi. Thông thường nằm trong phạm vi 0,6-1,4m. ở thiết kế này chọn 0,9. Hình 3: Hình dạng kích thước độ đặt ống buồng lửa (tỉ lệ 1/100) Hình 4: Cách xác định vòi phun buồng lửa Hình 5: Cách xác định chiều dài ngọn lửa. LΦ = Chiều dài đoạn abcd. 2.3- Xác định vị trí lò hơi. Đường tâm vòi phun đặt ở 4 góc phải tiếp tuyến với vòng tròn giả thiết ở tâm buồng lửa. Đường kính vòng tròn giả thiết chọn từ F 1-1,2 m. Trong thiết kế này chọn 1m. Cách bố trí vòi phun xem hình 4. Để tránh ngọn lửa có nhiệt độ cao táp vào phễu làm lạnh xỉ gây nên hiện tượng đóng xỉ, thì trung tâm vòi phun đặt cách mặt trên phễu làm lạnh xĩ một khoảng cách nhất định (theo phụ lục V bảng 4 tiêu chuẩn thiết kế). 2.4- Xác đinh diện tích buồng lửa. Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang buồng lửa như hình 3. Khi tính ta chia ra nhiều hình đơn giản 1,2,3,4,5,6,7. a- Tường bên. F1 = 0,5(4,205 + 0,465).1,8 = 4,203 m2. F2 = 4,205.1,41 = 5,929 m2. F3 = 4,88.0,89 = 4,343 m2. F4 = 0,675.3,2/2 = 1,08 m2. F5 = 0,895.0,89/2 = 0,4 m2. F6 = 5,775.6,6 = 38,115 m2. F7 = 0,5.(5,775 + 3,34).1,49 = 6,79 m2. Fb = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6 + F7 = 60,86 m2. b- Tường trước. Ft = S lt.a = (0,25+4,35+8,9+1,945+1,8).6,6 =113,817 m2 c- Tường sau. Fs = Sls.a =(6,6+1,945+1,8).6,6= 68,277 m2 d- Tường ở dãy pheston. FP = S lP.a =(0,25+3,9+1,39).6,6= 36,564 m2 e- Diện tích toàn buồng lửa. F = 2.Fb+Ft+Fs+FP= 340,378 m2 f- Thể tích toàn buồng lửa theo kết cấu đã vẽ ở hình 3. V = Fb. a = 60,86.6,6 = 401,676 m3. Như vậy thể tích giả thiết như hình vẽ gần đúng với trị số chọn ban đầu(401m3) tạm coi là hợp lý. 2.5- Kiểm tra chiều dài ngọn lửa. Dựa vào phần tính nhiệt lò hơi (Thiết bị lò hơi) ta xác định chiều dài ngọn lửa như hình 5. Từ đó kiểm tra lại buồng lửa thiết kế có phù hợp yêu cầu không. Căn cứ vào sản lượng lò hơi và tính chất nhiên liệu thì trong tiêu chuẩn kiến nghị LF = 11-13 m. Từ hình vẽ của bản vẽ thiết kế ta tính được LF= 15 m, Như vậy thoả mãn yêu cầu. 2.6- Đặc tính cấu tạo của dàn ống sinh hơi và độ đặt ống trong buồng lửa. ở các lò hơi áp suất trung bình, dàng ống sinh hơi thường chọn đường kính ống là F60. Bước ống tương đối tuỳ thuộc vào khả năng bảo vệ tường lò và đảm bảo quá trình cháy ổn định. Đối với lò trung áp thông số thường chọn: S1/d = 1,05-1,25 Và khoảng cách từ tâm ống đến tường lò: e = (0,8-1)d Trong thiết kế này chọn: S1/d =75/60 = 1,25 e/d =60/60 đối với tường bên. e/d =62,5/60 đối với tường sau và tường trước. Hệ số góc x của tường dàn ống tra theo PL 6-02 (toán đồ). Để cải thiện quá trình cháy ở 4 góc buồng lửa người ta cắt bớt và bố trí như hình 3 mặt cắt A-A. Số ống tường trước và sau : n == 87 ống. Số ống mỗt tường bên : n =72 ống. Bảng 6 : Đặc tính cấu tạo dàn ống sinh hơi. Tên Ký hiệu Dơn vị Tường bên Tường sau Tường trước Pheston 1 Diện tích m2 60,86 68,277 113,817 36,564 2 Đườ._.