Giáo trình Nhiệt điện (Phần 1)

Nội dung text: Giáo trình Nhiệt điện (Phần 1)

1. Phần 1. kháI niệm về nhà máy đIện Ch−ơng 1. Mở ĐầU 1.1 Các nguồn năng l−ợng có thể sản xuất đIện năng Sự phát triển năng l−ợng ở mỗi quốc gia phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên, vào tiềm lực khoa học kỹ thuật, tiềm năng kinh tế và mức độ phát triển các ngành của nền kinh tế. Các nhà máy có nhiệm vụ biến đổi năng l−ợng thiên nhiên thành điện năng đ−ợc gọi là nhà máy điện. Năng l−ợng thiên nhiên dự trữ d−ới nhiều dạng khác nhau và có thể biến đổi thành điện năng. Từ các dạng năng l−ợng dự trữ này có thể cho phép ta xây dựng các loại nhà máy điện khác nhau: Từ năng l−ợng của nhiên liệu hữu cơ có thể xây dựng nhà máy nhiệt điện; Từ năng l−ợng của dòng n−ớc có thể xây dựng nhà máy thủy điện; Từ năng l−ợng gió có thể xây dựng nhà máy điện sức gió; Từ năng l−ợng sóng biển có thể xây dựng nhà máy điện thủy triều; Từ năng l−ợng mặt trời có thể xây dựng nhà máy điện mặt trời; Từ nguồn nóng trong lòng đất có thể xây dựng nhà máy điện địa nhiệt; Từ năng l−ợng hạt nhân có thể xây dựng nhà máy điện hạt nhân. Trong giáo trình này, chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu nhà máy nhiệt điện. Nhà máy nhiệt điện thực hiện việc biến đổi nhiệt năng của nhiên liệu thành cơ năng rồi điện năng, quá trình biến đổi đó đ−ợc thực hiện nhờ tiến hành một số quá trình liên tục (một chu trình) trong một số thiết bị của nhà máy. Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa trên hai nguyên tắc: có thể theo chu trình thiết bị động lực hơi n−ớc hoặc có thể là chu trình hỗn hợp tuốc bin khí-hơi. 1.2. nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện 1.2.1. Nhà máy điện áp dụng chu trình tuốc bin hơi n−ớc Hiện nay, trên thế giới ng−ời ta đã xây dựng đ−ợc tất cả các loại nhà máy điện biến đổi các dạng năng l−ợng thiên nhiên thành điện năng. Tuy nhiên sự hoàn thiện, mức độ hiện đại và giá thành điện năng của các loại nhà máy điện đó rất khác nhau, tùy thuộc vào thời gian đ−ợc nghiên cứu phát triển loại hình nhà máy điện đó. Đối vơi những n−ớc đang phát triển nh− Việt Nam, do nền công nghiệp còn chậm phát triển, tiềm năng về kinh tế còn yếu do đó xây dựng chủ yếu nhà máy nhiệt điện dùng Tuốc bin hơi hoặc dùng chu trình hỗn hợp, trong đó biến đổi năng l−ợng của nhiên liệu thành điện năng. 1.2.1.1. Chu trình Carno hơi n−ớc ở phần nhiệt động ta đã biết chu trình Carno thuận chiều là chu trình có hiệu suất nhiệt cao nhất khi có cùng nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh. Chu trình Carno lý t−ởng gồm 2 quá trình đoạn nhiệt và 2 quá trình đẳng nhiệt. Về mặt kĩ thuật, dùng 3
2. khí thực trong phạm vi bão hòa có thể thực hiện đ−ợc chu trình Carno và vẫn đạt đ−ợc hiệu suất nhiệt lớn nhất khi ở cùng phạm vi nhiệt độ. Chu trình Carno áp dụng cho khí thực trong vùng hơi bão hòa đ−ợc biểu diễn trên hình 1.1. Tuy nhiên, đối với khí thực và hơi n−ớc thì việc thực hiện chu trình Carno rất khó khăn, vì những lý do sau đây: - Quá trình hơi nhả nhiệt đẳng áp, ng−ng tụ thành n−ớc (quá trình 2-3) là quá trình ng−ng tụ thực hiện không hoàn toàn, hơi ở trang thái 3 vẫn là hơi bão hòa, có thể tích riêng rất lớn, do đó để thực hiện quá trình nén đoạn nhiệt hơi ẩm theo qúa trình 3-4, cần phải có máy nén kích th−ớc rất lớn và tiêu hao công rất lớn. - Nhiệt độ tới hạn của n−ớc thấp (374,15 0C) nên độ chênh nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh của chu trình không lớn lắm, do đó công của chu trình nhỏ. - Độ ẩm của hơi trong tuốc bin cao, các giọt ẩm có kích th−ớc lớn sẽ va đập vào cánh tuốc bin gây tổn thất năng l−ợng và ăn mòn nhanh cánh Tuốc bin. Hình 1.1 chu trình Carno hơi n−ớc 1.2.1.2. Sơ đồ thiết bị và đồ thị chu trình nhà máy điện Nh− chúng ta đã biết, tuy có hiệu suất nhiệt cao nh−ng chu trình Carno có một số nh−ợc điểm nh− đã nêu ở trên khi áp dụng cho khí thực, nên trong thực tế ng−ời ta không áp dụng chu trình Carno mà áp dụng một chu trình cải tiến gần với chu trình này gọi là chu trình Renkin. Chu trình Renkin là chu trình thuận chiều, biến nhiệt thành công. Chu trình Renkin là chu trình nhiệt đ−ợc áp dụng trong tất cả các lọai nhà máy nhiệt điện, môi chất làm việc trong chu trình là n−ớc và hơi n−ớc. Tất cả các thiết bị của các nhà máy nhiệt điện đều giống nhau trừ thiết bị sinh hơi I. Trong thiết bị sinh hơi, n−ớc nhận nhiệt để biến thành hơi Đối với nhà máy nhiệt điện, thiết bị sinh hơi là lò hơi, trong đó n−ớc nhận nhiệt từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Đối với nhà máy điện mặt trời hoặc địa nhiệt, n−ớc nhận nhiệt từ năng l−ợng mặt trời hoặc từ nhiệt năng trong lòng đất. Đối với nhà máy điện nguyên tử, thiết bị sinh hơi là thiết bị trao đổi nhiệt, trong đó n−ớc nhận nhiệt từ chất tải nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân ra. Sơ đồ thiết bị của chu trình nhà máy nhiệt điện đ−ợc trình bày trên hình 1.2, gồm hai thiết bị chính để biến đổi năng l−ợng là lò hơi và tuốc bin cùng một số thiết bị phụ khác. Đồ thị T-s của chu trình đ−ợc biểu diễn trên hình 1.2. N−ớc ng−ng trong bình ng−ng IV (ở trạng thái 2’ trên đồ thị) có thông số p2, t2,, i2, đ−ợc bơm V bơm vào thiết bị sinh hơi I, áp suất tăng từ p2 đến áp suất p1 (quá trình 2’-3). Trong thiết bị sinh hơi, n−ớc trong các ống sinh hơi nhận nhiệt tỏa ra từ quá trình cháy, nhiệt độ tăng lên đến sôi (quá trình 3-4), hoá hơi (quá trình 4-5) và thành hơi quá nhiệt trong bộ quá nhiệt II (quá trình 5-1). Quá trình 3-4-5-1 là quá trình hóa hơi đẳng áp ở áp suất p1 = const. Hơi ra khỏi bộ quá nhiệt II (ở trạng thái 1) có thông số p1, t1 đi vào tuốc bin III, ở đây hơi dãn nở đoạn nhiệt đến trạng thái 2, biến nhiệt 4
3. năng thành cơ năng (quá trình 1-2) và sinh công trong tuốc bin. Hơi ra khỏi tuốc bin có thông số p2, t2, đi vào bình ng−ng IV, ng−ng tụ thành n−ớc (quá trình 2-2’), rồi lại đ−ợc bơm V bơm trở về lò. Quá trình nén đoạn nhiệt trong bơm có thể xem là quá trình nén đẳng tích vì n−ớc không chịu nén (thể tích ít thay đổi). P T 1 5 1 4 P2 3 2’ 2 0 s Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị nhà máy điện Hình 1.3. Đồ thị T-s của chu trình NMNĐ 1.2.1.3. Hiệu suất nhiệt lý t−ởng của chu trình Renkin Nhiệt l−ợng môi chất nhận đ−ợc trong quá trình đẳng áp 3-1 ở lò hơi là: q1 = i1 − i 3 Nhiệt l−ợng môi chất nhả ra cho n−ớc làm mát trong quá trình đẳng áp 2-2’ ở bình ng−ng là: q 2 = i 2 − i 2′ Hiệu suất nhiệt của chu trình ηt đ−ợc tính theo công thức: q1 − q 2 l ηct = = (1-1) q1 q1 Thông th−ờng, ở áp suất không cao lắm, công tiêu tốn cho bơm n−ớc cấp rất bé so với công Tuốc bin sinh ra nên ta có thể bỏ qua công bơm, nghĩa là coi i2’ ≈ i3. Khi đó công của chu trình sẽ bằng: l = q1 − q 2 = i1 − i 3 − i 2 + i 2′ ≈ i1 − i 2 (1-2) Hiệu suất nhiệt chu trình sẽ bằng: l i1 − i 2 ηct = = (1-3) q1 i1 − i 3 1.2.2. Nhà máy điện dùng chu trình hỗn hợp Tuốc bin khí - hơi Chu trình hỗn hợp là một chu trình ghép, gồm chu trình Renkin hơi n−ớc và chu trình Tuốc bin khí. Sơ đồ thiết bị và đồ thị T-s của chu trình đ−ợc thể hiện trên hình 1.4. Hệ thống thiết bị bao gồm: thiết bị sinh hơi 1 (buồng đốt); tuốc bin hơi n−ớc 2; bình ng−ng hơi 3; bơm n−ớc cấp 4; bộ hâm n−ớc 5; tuốc bin khí 6; máy nén không khí 7. 5
4. Nguyên lí làm việc của chu trình thiết bị nh− sau: Không khí đ−ợc nén đoạn nhiệt trong máy nén 7 đến áp suất và nhiệt độ cao, đ−ợc đ−a vào buồng đốt 1 cùng với nhiên liệu và cháy trong buồng đốt d−ới áp suất cao, không đổi. Sau khi nhả một phần nhiệt cho n−ớc trong dàn ống của buồng đốt 1, sản phẩm cháy đi vào tuốc bin khí 6, dãn nở sinh công. Ra khỏi tuốc bin khí, sản phẩm cháy có nhiệt độ còn cao, tiếp tục đi qua bộ hâm n−ớc 5, gia nhiệt cho n−ớc rồi thải ra ngoài. N−ớc đ−ợc bơm 4 bơm qua bộ hâm n−ớc 5, vào dàn ống của buồng đốt 1. ở đây n−ớc nhận nhiệt và biến thành hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt đi vào tuốc bin hơi 2, dãn nở đoạn nhiệt và sinh công. Ra khỏi tuốc bin, hơi đi vào bình ng−ng 3 nhả nhiệt đẳng áp, ng−ng tụ thành n−ớc rồi đ−ợc bơm 4 bơm trở về lò, lặp lại chu trình cũ. Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị và đồ thị T-s của chu trình hỗn hợp Đồ thị T-s của chu trình nhiệt đ−ợc biểu diễn trên hình 1.4. Nhiệt l−ợng do nhiên liệu cháy tỏa ra trong quá trình be chia thành hai phần: một phần dùng để sản xuất hơi n−ớc trong thiết bị sinh hơi 1, một phần cấp cho tuốc bin khí 6. - a-b: quá trình nén đoạn nhiệt không khí trong máy nén khí 7; - b-c: quá trình cấp nhiệt (cháy) đẳng áp trong buồng đốt 1; - c-d: quá trình dãn nở đoạn nhiệt sinh công trong tuốc bin khí 6; - d-a: quá trình nhả nhiệt đẳng áp trong bộ hâm n−ớc 5; - 3-4-5-1: quá trình n−ớc nhận nhiệt đẳng áp trong bộ hâm 5 và buồng đốt 1; - 1-2; 2-2’; 2’-3 là các quá trình dãn nở đoạn nhiệt trong tuốc bin, ng−ng đẳng áp trong bình ng−ng, nén đoạn nhiệt trong bơm nh− ở chu trình Renkin. Hiệu suất chu trình là: l ηct = (1-4) q1 Trong đó: l: Công của tuốc bin hơi và tuốc bin khí, l = lh + lk q1: nhiệt l−ợng nhiên liệu tỏa ra khi cháy trong buồng đốt 1. 1.3 các loại phụ tải nhiệt và điện Hiện nay, các nhà máy điện có thể đ−ợc xây dựng để đảm bảo yêu cầu của các hộ dùng điện hoặc vừa đảm bảo nhu cầu điện vừa đảm bảo nhu cầu về nhiệt của các 6
5. hộ tiêu thụ nh− ở các khu dân c− thuộc các n−ớc xứ lạnh hoặc các khu công nghiệp lớn nh− khu công nghiệp giấy Bãi Bằng; khu công nghiệp Việt Trì; các nhà máy đ−ờng; các khu chế xuất . . v.v. 1.3.1. Phụ tải điện Phụ tải điện của nhà máy hay của hệ thống điện bao gồm: - Phụ tải công nghiệp: điện cung cấp cho các nhà máy, các khu công nghiệp; - Phụ tải nông nghiệp: điện cung cấp cho các hệ thống trạm bơm; - Phụ tải Giao thông: điện cung cấp cho các thiết bị giao thông vận tải nh− tàu điện; ôtô điện; tàu điện ngầm; tàu hỏa. . . - Phụ tải sinh hoạt: điện cung cấp trực tiếp cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con ng−ời nh− thắp sáng, đun nấu, vui chơi giải trí. 1.3.2. Phụ tải nhiệt Trong các khu công nghiệp và các thành phố lớn, nhu cầu nhiệt cho các quá trình công nghệ nh− đun sôi, ch−ng cất, sấy, của các nhà máy (nh− hóa chất; chế biến thực phẩm; thuốc lá; r−ợu; bia . . .v. v) hoặc s−ởi ấm ở các n−ớc xứ lạnh là rất lớn. Cung cấp năng l−ợng nhiệt cho các hộ tiêu thụ này hợp lý nhất là sử dụng phần năng l−ợng nhiệt còn lại trong quá trình sản xuất điện năng. Nhà máy điện vừa cung cấp nhiệt, vừa cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ gọi là trung tâm nhiệt điện. Nhiệt l−ợng cung cấp từ trung tâm nhiệt điện có thể là hơi hoặc n−ớc nóng. Theo yêu cầu của các hộ dùng nhiệt, có thể phân thành các loại hộ dùng nhiệt nh− sau: Phụ tải công nghiệp: Nhiệt năng cung cấp cho các quá trình công nghệ trong các nhà máy, th−ờng là hơi có áp suất từ 3,5at đến 16 at (0,35 đến 1,6 Mpa) với độ quá nhiệt từ 25 đến 50 0C nhằm đảm bảo cho hơi ch−a bị ng−ng tụ thành n−ớc tr−ớc khi đến hộ tiêu thụ . Phụ tải sinh hoạt: Nhiệt năng cung cấp cho các quá trình sấy s−ởi trong khu dân c−, th−ờng là n−ớc nóng có nhiệt độ từ 55 đến 150 0C hoặc hơi có áp suất từ 1,5at đến 3 at (0,15 đến 0,3 Mpa). Phụ tải điện và phụ tải nhiệt thay đổi theo giờ trong ngày, theo tháng và theo mùa phụ thuộc vào chế độ làm việc của các nhà máy và sinh hoạt ở các khu dân c−. Sự phụ thuộc của phụ tải vào thời gian đ−ợc biểu thị trên đồ thị gọi là đồ thị phụ tải. Trên đồ thị phụ tải, phần phía d−ới gọi là phụ tải gốc, có giá trị ổn định, còn phần đỉnh gọi là phụ tải ngọn, có giá trị thay đổi liên tục. Các nhà máy điện lớn, hiện đại, có hiệu suất cao đ−ợc gọi là nhà máy điện chính, th−ờng mang phụ tải gốc, chạy th−ờng xuyên, số giờ sử dụng thiết bị hàng năm cao. Các nhà máy điện nhỏ, cũ, có hiệu suất thấp hoặc là nhà máy điện tuốc bin khí, nhà máy thủy điện trong thời kỳ cạn n−ớc đ−ợc gọi là nhà máy điện cao điểm, th−ờng mang phụ tải ngọn (phụ tải thay đổi th−ờng xuyên). 7
6. PHầN 2. Lò HƠI Ch−ơng 2 NGUYÊN Lý LàM VIệC CủA Lò HƠI 2.1. Vai trò của lò hơi trong công nghiệp và sản xuất điện Lò hơi là thiết bị trong đó xẩy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt l−ợng tỏa ra sẽ biến n−ớc thành hơi, biến năng l−ợng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi. Lò hơi là thiết bị có mặt gần nh− trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất hơi n−ớc phục vụ cho quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện; phục vụ cho các quá trình đun nấu, ch−ng cất các dung dịch, sấy sản phẩm trong các quá trình công nghệ ở các nhà máy hóa chất, đ−ờng, r−ợu, bia, n−ớc giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến nông sản và thực phẩm . . . . Tùy thuộc vào nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất, ta có thể phân thành hai loại sau: Trong các nhà máy công nghiệp nh− nhà máy hóa chất, đ−ờng, r−ợu, bia, n−ớc giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm . . . , hơi n−ớc phục vụ cho các quá trình công nghệ nh− đun nấu, ch−ng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm . . . th−ờng là hơi bão hòa. áp suất hơi t−ơng ứng với nhiệt độ bão hòa cần thiết cho quá trình công nghệ, nhiệt độ th−ờng từ 110 đến 180 0C. Loại lò hơi này đ−ợc gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản l−ợng nhỏ. Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuốc bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao. Loại này đ−ợc gọi là lò hơi nhà máy điện. Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn nh− than, củi, bã mía, có thể là nhiên liệu lỏng nh− dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí. 2.2. Nguyên lý làm việc của lò hơi trong nhà máy điện Trong các lò hơi nhà máy điện, hơi đ−ợc sản xuất ra là hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt nhận đ−ợc nhờ các quá trình: đun nóng n−ớc đến sôi, sôi để biến n−ớc thành hơi bão hòa và quá nhiệt hơi để biến hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao trong các bộ phận của lò. Công suất của lò hơi phụ thuộc vào l−u l−ợng, nhiệt độ và áp suất hơi. Các giá trị này càng cao thì công suất lò hơi càng lớn. Hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt giữa ngọn lửa và khói với môi chất trong lò hơi phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi tr−ờng (sản phẩm cháy) và của môi chất tham gia qúa trình (n−ớc hoặc hơi) và phụ thuộc vào hình dáng, cấu tạo, đặc tính của các phần tử lò hơi. Trên hình 2.1 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi tuần hoàn tự nhiên hiện đại trong nhà máy điện. Nhiên liệu và không khí đ−ợc phun qua vòi phun số 1 vào buồng lửa số 2, tạo thành hỗn hợp cháy và đ−ợc đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ ngọn lửa có thể đạt tới 1.900 0C. Nhiệt l−ợng tỏa ra khi nhiên liệu cháy truyền cho n−ớc trong dàn ống 8
7. sinh hơi 3, n−ớc tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành hơi bão hòa. Hơi bão hòa theo ống sinh hơi 3 đi lên, tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5, hơi đ−ợc phân li ra khỏi n−ớc, n−ớc tiếp tục đi xuống theo ống xuống 4 đặt ngoài t−ờng lò rồi lại sang ống sinh hơi số 3 để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hòa từ bao hơi số 5 sẽ đi qua ống góp hơi số 6 vào các ống xoắn của bộ quá nhiệt số 7. ở bộ quá nhiệt số 7, hơi bão hòa chuyển động trong các ống xoắn sẽ nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn và đi vào ống góp để sang tua bin hơi và biến đổi nhiệt năng thành cơ năng làm quay tua bin. Hình 2.1. Nguyên lý cấu tạo của lò hơi 1.Vòi phun nhiên liệu + không khí; 2. Buồng đốt; 3. phễu tro lạnh; 4. Đáy thải xỉ; 5. Dàn ống sinh hơi; 6. Bộ quá nhiệt bức xạ; 7. Bộ quá nhiệt nửa bức xạ; 8. ống hơi lên. 9. Bộ quá nhiệt đối l−u; 10. Bộ hãm n−ớc; 11.Bộ sấy không khí; 12. Bộ khử bụi; 13. Quạt khói; 14. Quạt gió; 15. Bao hơi; 16. ống n−ớc xuống; 17. ống góp n−ớc; ở đây, ống sinh hơi số 3 đặt phía trong t−ờng lò nên môi chất trong ống nhận nhiệt và sinh hơi liên tục do đó trong ống ống sinh hơi 3 là hỗn hợp hơi và n−ớc, còn ống xuống 4 đặt ngoài t−ờng lò nên môi chất trong ống 4 không nhận nhiệt do đó trong ống 4 là n−ớc. Khối l−ợng riêng của hỗn hợp hơi và n−ớc trong ống 3 nhỏ hơn 9
8. khối l−ợng riêng của n−ớc trong ống xuống 4 nên hỗn hợp trong ống 3 đi lên, còn n−ớc trong ống 4 đi xuống liên tục tạo nên quá trình tuần hoàn tự nhiên, bởi vậy lò hơi loại này đ−ợc gọi là lò hơi tuần hoàn tự nhiên. Buồng lửa trình bày trên hình 2.1 là buồng lửa phun, nhiên liệu đ−ợc phun vào và cháy lơ lửng trong buồng lửa. Quá trình cháy nhiên liệu xẩy ra trong buồng lứa và đạt đến nhiệt độ rất cao, từ 1300 0C đến 1900 0C, chính vì vậy hiệu quả trao đổi nhiệt bức xạ giữa ngọn lửa và dàn ống sinh hơi rất cao và l−ợng nhiệt dàn ống sinh hơi thu đ−ợc từ ngọn lửa chủ yếu là do trao đổi nhiệt bức xạ. Để hấp thu có hiệu quả nhiệt l−ợng bức xạ của ngọn lửa đồng thời bảo vệ t−ờng lò khỏi tác dụng của nhiệt độ cao và những ảnh h−ởng xấu của tro nóng chảy, ng−ời ta bố trí các dàn ống sinh hơi 3 xung quanh t−ờng buồng lửa. Khói ra khỏi buồng lửa, tr−ớc khi vào bộ quá nhiệt đã đ−ợc làm nguội một phần ở cụm phecston, ở đây khói chuyển động ngoài ống truyền nhiệt cho hỗn hợp hơi n−ớc chuyển động trong ống. Khói ra khỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ còn cao, để tận dụng phần nhiệt thừa của khói khi ra khỏi bộ quá nhiệt, ở phần đuôi lò ng−ời ta đặt thêm bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí. Bộ hâm n−ớc có nhiệm vụ gia nhiệt cho n−ớc để nâng nhiệt độ của n−ớc từ nhiệt độ ra khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi và cấp vào bao hơi 5. Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình cấp nhiệt cho n−ớc để thực hiện quá trình hóa hơi đẳng áp n−ớc trong lò. Sự có mặt của bộ hâm n−ớc sẽ làm giảm tổng diện tích bề mặt đốt của lò hơi và sử dụng triệt để hơn nhiệt l−ợng tỏa ra khi cháy nhiên liệu, làm cho nhiệt độ khói thoát khỏi lò giảm xuống, làm tăng hiệu suất của lò. Không khí lạnh từ ngoài trời đ−ợc quạt gió 14 hút vào và thổi qua bộ sấy không khí 11. ở bộ sấy, không khí nhận nhiệt của khói, nhiệt độ đ−ợc nâng từ nhiệt độ môi tr−ờng đến nhiệt độ yêu cầu và đ−ợc đ−a vào vòi phun số 1 để cung cấp cho quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nh− vậy bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí đã hoàn trả lại buồng lửa một phần nhiệt đáng lẽ bị thải ra ngoài. Chính vì vậy ng−ời ta còn gọi bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí là bộ tiết kiệm nhiệt. Nh− vậy, từ khi vào bộ hâm n−ớc đến khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi, môi chất (n−ớc và hơi) trải qua các giai đoạn hấp thụ nhiệt trong các bộ phận sau: Nhận nhiệt trong bộ hâm n−ớc đến sôi, sôi trong dàn ống sinh hơi, quá nhiệt trong bộ quá nhiệt. Nhiệt l−ợng môi chất hấp thu đ−ợc biểu diễn bằng ph−ơng trình: Qmc = [i''hn - i'hn ]+ [is - i''hn + rx] + [r(1-x) + (i''qn - i'qn)] (2-1) Qmc = i''qn - i'qn + is + r - i'hn (2-1a) Trong đó: Qmc là nhiệt l−ợng môi chất nhận đ−ợc trong lò hơi. i'hn, i''hn : Entanpi của n−ớc vào và ra khỏi bộ hâm n−ớc. r : Nhiệt ẩn hóa hơi của n−ớc. x : độ khô của hơi ra khỏi bao hơi. i'qn, i''qn : Entanpi hơi vào và ra khỏi bộ quá nhiệt. 2.3. Các đặc tính kỹ thuật của Lò hơi Đặc tính kỹ thuật chính của lò là các đại l−ợng thể hiện số l−ợng và chất l−ợng 10
9. hơi đ−ợc sản xuất ra. Số l−ợng hơi sản xuất ra đ−ợc xác định bằng sản l−ợng hơi còn chất l−ợng hơi đ−ợc xác định bằng thông số hơi. 1- Thông số hơi của lò: Đối với lò hơi của nhà máy điện, hơi sản xuất ra là quá nhiệt nên thông hơi của 0 lò đ−ợc biểu thị bằng áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt: Pqn (Mpa), tqn ( C). 2- Sản l−ợng hơi của lò: Sản l−ợng hơi của lò là l−ợng hơi mà lò sản xuất ra đ−ợc trong một đơn vị thời gian (Kg/h hoặc Tấn/h). Th−ờng dùng 3 khái niệm sản l−ợng. - Sản l−ợng hơi định mức (Dđm): là sản l−ợng hơi lớn nhất lò có thể đạt đ−ợc, đảm bảo vận hành trong thời gian lâu dài, ổn định với các thông số hơi đã cho mà không phá hủy hoặc gây ảnh h−ởng xấu đến chế độ làm việc của lò. - Sản l−ợng hơi cực đại (Dmax): là sản l−ợng hơi lớn nhất mà lò có thể đạt đ−ợc, nh−ng chỉ trong một thời gian ngắn, nghĩa là lò không thể làm việc lâu dài với sản l−ợng hơi cực đại đ−ợc. Sản l−ợng hơi cực đại bằng: Dmax = (1,1 - 1,2) Dđm (2-2) - Sản l−ợng hơi kinh tế là sản l−ợng hơi mà ở đó lò làm việc với hiệu quả kinh tế cao nhất. Sản l−ợng hơi kinh tế bằng: Dkt = (0,8 - 0,9) Dđm (2-3) 3- Hiệu suất của lò: Hiệu suất của lò là tỉ số giữa l−ợng nhiệt mà môi chất hấp thụ đ−ợc (hay còn gọi là l−ợng nhiệt có ích) với l−ợng nhiệt cung cấp vào cho lò. Hiệu suất của lò ký hiệu bằng η ' D(i qn − i hn ) η = lv (2-4) BQ t Trong đó: D là sản l−ợng hơi, (kg/h) iqn là entanpi của hơi quá nhiệt, (Kj/kg) i’hn là entanpi của n−ớc đi vào bộ hâm nứơc, (Kj/kg) B là l−ợng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ, (kg/h) lv Qt : Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, (Kj/kg). 4- Nhiệt thế thể tích của buồng lửa: Nhiệt thế thể tích của buồng lửa là l−ợng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị thể tích của buồng lửa. lv BQ t 3 q v = , (W/m ) (2-5) Vbl Trong đó: 3 Vbl: Thể tích buồng lửa, (m ), B (kg/s) Đối với các lò hơi nhỏ, ng−ời ta còn chú ý đến các đặc tính sau đây 5- Nhiệt thế diện tích trên ghi: Nhiệt thế diện tích trên ghi là nhiệt l−ợng sinh ra trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt của ghi: BQlv q = t , (W/m2) (2-6) r R 11
10. R: diện tích mặt ghi, (m2). 6- Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi: Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện tích bề mặt đốt (bề mặt sinh hơi) trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là S, D S = , (kg/m2h) (2-7) H D: Sản l−ợng hơi của lò, (kg/h) H: diện tích bề mặt sinh hơi (bề mặt đôt), (m2) 12
11. Ch−ơng 3. NHIÊN LIệU Và hiệu quả sử dụng nhiên liệu 3.1. KHáI NIệM Về NHIÊN LIệU 3.1.1. Nhiên liệu và phân loại nhiên liệu Nhiên liệu là những vật chất khi cháy phát ra ánh sáng và nhiệt năng. Trong công nghiệp thì nhiên liệu phải đạt các yêu cầu sau: - Có nhiều trong tự nhiên, trữ l−ợng lớn, dễ khai thác, giá thành rẻ. - Khi cháy không sinh ra các chất gây nguy hiểm. Nhiên liệu có thể phân thành hai loại chính: nhiên liệu vô cơ và nhiên liệu hữu cơ. 3.1.1.1. Nhiên liệu hữu cơ: Nhiên liệu hữu cơ là nhiên liệu có sẵn trong thiên nhiên do quá trình phân hủy hữu cơ tạo thành. Nhiên liệu hữu cơ dùng trong ngành năng l−ợng có 3 loại: + Khí thiên nhiên. + Nhiên liệu lỏng: dầu Diezen, dầu nặng (FO). + Nhiên liệu rắn: theo tuổi hình thành nhiên liệu ta có gỗ, than bùn, than nâu, than đá, than cám. 3.1.1.2. Nhiên liệu vô cơ: Nhiên liệu vô cơ là nhiên liệu đ−ợc tạo ra do phản ứng phân hủy hạt nhân Urađium. 3.1.2. Thành phần và đặc tính công nghệ của nhiên liệu 3.1.2.1. Thành phần của nhiên liệu Nhiên liệu bao gồm những chất có khả năng bị oxy hóa gọi là chất cháy và những chất không thể bị oxy hóa gọi là chất trơ. * Nhiên liệu rắn và lỏng Trong nhiên liệu rắn hoặc lỏng có các nguyên tố: Cacbon(C), Hyđro (H), Ôxi (O), Nitơ (N), L−u huỳnh (S), độ tro (A) và độ ẩm (W). Các nguyên tố hóa học trong nhiên liệu đều ở dạng liên kết các phân tử hữu cơ rất phức tạp nên khó cháy và không thể thể hiện đầy đủ các tính chất của nhiên liệu. Trong thực tế, ng−ời ta th−ờng phân tích nhiên liệu theo thành phần khối l−ợng ở các dạng mẫu khác nhau nh−: mẫu làm việc, mẫu khô, mẫu cháy, dựa vào đó có thể đánh giá ảnh h−ởng của các quá trình khai thác, vận chuyển và bảo quản đến thành phần nhiên liệu. Đối với mẫu làm việc, thành phần nhiên liệu đ−ợc xác định theo phần trăm khối l−ợng ở trạng thái thực tế, ở đây có mặt tất cả các thành phần của nhiên liệu: lv lv lv lv lv lv lv C + H + Sc + N + O + A + W = 100% (3-1) Sấy mẫu làm việc ở nhiệt độ 105 0C, thành phần ẩm sẽ tách khỏi nhiên liệu (W= 0), khi đó ta có mẫu nhiên liệu khô: k k k k k k C + H + Sc + N + O + A = 100% (3-2) 13
12. Đối với mẫu cháy, thành phần nhiên liệu đ−ợc xác định theo phần trăm khối l−ợng các chất cháy đ−ợc: ch ch ch ch C + H + Sc + N + O = 100% (3-3) Cacbon: Các bon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu, có thể chiếm tới 95% khối l−ợng nhiên liệu. Khi cháy, 1kg các bon tỏa ra một nhiệt l−ợng khá lớn, khoảng 34150 KJ/Kg, gọi là nhiệt trị của các bon, do vậy nhiên liệu càng nhiều các bon thì nhiệt trị càng cao. Tuổi hình thành than càng cao thì l−ợng các bon chứa ở than càng nhiều nghĩa là nhiệt trị càng cao. Hyđro: Hyđro là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu. Tuy l−ợng hyđro trong nhiên liệu rất it, tối đa chỉ đến 10% khối l−ợng nhiên liệu, nh−ng nhiệt trị của Hyđrô rất lớn. Khi cháy, 1kg Hyđro tỏa ra một nhiệt l−ợng khoảng 144.500 KJ/Kg . L−u huỳnh: Tuy là một thành phần cháy, nh−ng l−u huỳnh là một chất có hại trong nhiên liệu vì khi cháy tạo thành SO2 thải ra môi tr−ờng rất độc và SO3 gây ăn mòn kim loại rất mạnh, đặc biệt SO2 tác dụng với n−ớc tạo thành axít H2SO4. L−u huỳnh tồn tại d−ới 3 dạng: liên kết hữu cơ Shc, khoáng chất Sk và liên kết Sunfat SSP. S = Shc + Sk + Ssp (3-4) L−u huỳnh hữu cơ và khoáng chất có thể tham gia quá trình cháy gọi là l−u huỳnh cháy, còn l−u huỳnh Sunfat th−ờng nằm d−ới dạng CaSO4, MgSO4 không tham gia quá trình cháy mà tạo thành tro của nhiên liệu. Ôxi và Nitơ: Ôxi và Nitơ là những thành phần vô ích trong nhiên liệu vì sự có mặt của nó trong nhiên liệu sẽ làm giảm các thành phần cháy đ−ợc của nhiên liệu, do đó làm giảm nhiệt trị chung của nhiên liệu. Nhiên liệu càng non thì l−ợng oxy càng nhiều. * Nhiên liệu khí: Nhiên liệu khí đ−ợc đặc tr−ng bằng hàm l−ợng các chất Cacbuahyđrô nh−: CH4, CH4 , CH4, H2, . . . , tính theo phần trăm thể tích . 3.1.2.2. Đặc tính công nghệ của nhiên liệu Việc lựa chọn ph−ơng pháp đốt và sử dụng nhiệt l−ợng giải phóng từ quá trình cháy nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào các đặc tính công nghệ của nhiên liệu. Trong công nghiệp, ng−ời ta coi các đặc tính sau đây là đặc tính công nghệ của nhiên liệu: độ ẩm, chất bốc, cốc, tro và nhiệt trị. * Độ ẩm: Độ ẩm ký hiệu là W, là l−ợng n−ớc chứa trong nhiên liệu, l−ợng n−ớc này nên nhiệt trị của nhiên liệu giảm xuống. Mặt khác khi nhiên liệu cháy cần cung cấp một nhiệt l−ợng để bốc ẩm thành hơi n−ớc. Độ ẩm của nhiên liệu đ−ợc chia ra 2 loại: Độ ẩm trong và độ ẩm ngoài. Độ ẩm trong có sẵn trong quá trình hình thành nhiên liệu, th−ờng ở dạng tinh thể ngậm n−ớc và chỉ tách ra khỏi nhiên liệu khi nung nhiên liệu ở nhiệt độ khoảng 8000C Độ ẩm ngoài xuất hiện trong quá trình khai thác, vận chuyển và bảo quản nhiên liệu. Độ ẩm ngoài tách ra khỏi nhiên liệu khi sấy ở nhiệt độ khoảng 1050C. 14
13. * Chất bốc và cốc: Chất bốc ký hiệu là V, Khi đốt nóng nhiên liệu trong điều kiện không có ôxi ở nhiệt độ 800-8500C thì có chất khí thoát ra gọi là chất bốc, đó là kết quả của sự phân hủy nhiệt các liên kết hữu cơ của nhiên liệu. Nó là thành phần cháy ở thể khí gồm: hyđrô, cacbuahyđrô, cacbon, oxitcacbon, cacbonic, oxi và nitơ . . . Nhiên liệu càng già thì l−ợng chất bốc càng ít, nh−ng nhiệt trị của chất bốc càng cao, l−ợng chất bốc của nhiên liệu thay đổi trong phạm vi: than Anfratxit 2-8%, than đá 10-45%, than bùn 70%, gỗ 80%. Nhiên liệu càng nhiều chất bốc càng dễ cháy. Sau khi chất bốc bốc ra, phần rắn còn lại của nhiên liệu có thể tham gia quá trình cháy gọi là cốc. Nhiên liệu càng nhiều chất bốc thì cốc càng xốp, nhiên liệu càng có khả năng phản ứng cao. Khi đốt nhiên liệu ít chất bốc nh− than antraxit, cần thiết phải duy trì nhiệt độ ở vùng bốc cháy cao, đồng thời phải tăng chiều dài buồng lửa để đảm bảo cho cốc cháy hết tr−ớc khi ra khỏi buồng lửa. * Độ tro: Độ tro ký hiệu là A, tro của nhiên liệu là phần rắn ở dạng chất khoáng còn lại sau khi nhiên liệu cháy. Thành phần của nó gồm một số hỗn hợp khoáng nh− đất sét, cát, pyrit sắt, oxit sắt, . . . Sự có mặt của nó làm giảm thành phần cháy đ−ợc của nhiên liệu, do đó giảm nhiệt trị của nhiên liệu. Trong qúa trình cháy, d−ới tác dụng của nhiệt độ cao một phần bị biến đổi cấu trúc, một phần bị phân hủy nhiệt, bị oxy hóa nh−ng chủ yếu biến thành tro. Độ tro của một số loại nhiên liệu trong khoảng: Than 15-30%, gỗ 0,5 đến 1,0%, mazut 0,2 đến 0,3%, khí 0%, đ−ợc xác định bằng cách đốt nhiên liệu ở nhiệt độ 8500C với nhiên liệu rắn, đến 5000C với nhiên liệu lỏng cho đến khi khối l−ợng còn lại hoàn toàn không thay đổi. Tác hại của tro: sự có mặt của tro trong nhiên liệu làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu, cản trở quá trình cháy. Khi bay theo khói tro sẽ mài mòn các bề mặt đốt của lò hơi. Một trong những đặc tính quan trọng của tro ảnh h−ởng đến điều kiện làm việc của lò là nhiệt độ nóng chảy của tro. Nhiệt độ nóng chảy của tro trong khoảng từ 12000C đến 14250C. Tro có nhiệt độ chảy thấp thì có nhiều khả năng tạo xỉ bám lên các bề mặt ống, ngăn cản sự trao đổi nhiệt giữa khói với môi chất trong ống và làm tăng nhiệt độ vách ống gây nguy hiểm cho ống. * Nhiệt trị của nhiên liệu: Nhiệt trị của nhiên liệu là l−ợng nhiệt sinh ra khi cháy hoàn toàn 1kg nhiên 3 3 liệu rắn hoặc lỏng hay 1m tiêu chuẩn nhiên liệu khí (Kj/kg, Kj/m tc). Nhiệt trị làm việc của nhiên liệu gồm nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp, ký hiệu là lv lv Qc và Qt . Trong nhiên liệu có hơi n−ớc, nếu hơi n−ớc đó ng−ng tụ thành n−ớc sẽ tỏa ra một l−ợng nhiệt nữa. Nhiệt trị cao là nhiệt trị có kể đến cả l−ợng nhiệt khi ng−ng tụ hơi n−ớc trong sản phẩm cháy nữa. Nhiệt trị thấp là nhiệt trị không kể đến l−ợng nhiệt ng−ng tụ hơi n−ớc trong sản phẩm cháy. Nhiệt trị của nhiên liệu khi cháy trong thiết bị thực tế là nhiệt trị thấp vì nhiệt độ của khói ra khỏi lò cao hơn nhiệt độ ng−ng tụ hơi n−ớc, còn nhiệt trị cao đ−ợc dùng khi tính toán trong điều kiện phòng thí nghiệm. Khi so sánh các loại nhiên liệu vơi nhau, ng−ời ta th−ờng dùng khái niệm nhiên liệu tiêu chuẩn, có nhiệt trị Qt=7000 Kcal/kg (29330 Kj/kg). 15
14. 3.2. QUá TRìNH CHáY CủA NHIÊN LIệU 3.2.1. Khái niệm Quá trình cháy nhiên liệu là quá trình phản ứng hóa học giữa các nguyên tố hóa học của nhiên liệu với oxi và sinh ra nhiệt, quá trình cháy còn là quá trình oxi hóa. Chất oxi hóa chính là oxi của không khí cấp vào cho quá trình cháy, chất bị oxy hóa là các nguyên tố cháy đ−ợc của nhiên liệu. Sản phẩm tạo thành sau quá trình cháy gọi là sản phẩm cháy (khói). Quá trình cháy có thể xẩy ra hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. - Quá trình cháy hoàn toàn là quá trình cháy trong đó các thành phần cháy đ−ợc của nhiên liệu đều đ−ợc oxi hóa hoàn toàn và sản phẩm cháy của nó gồm các khí CO2, SO2, H2O, N2, và O2. - Quá trình cháy không hoàn toàn là quá trình cháy trong đó còn những chất có thể cháy đ−ợc ch−a đ−ợc ô xi hóa hoàn toàn. Khi cháy không hoàn toàn, ngoài những sản phẩm của quá trình cháy hoàn toàn trong khói còn có những sản phẩm khác: CO, CH4 Nguyên nhân của quá trình cháy không hoàn toàn có thể là do thiếu không khí cho quá trình oxi hóa hoặc có đủ không khí nh−ng không khí và nhiên liệu pha trộn không đều tạo ra chỗ thừa, chỗ thiếu không khí. Quá trình cháy nhiên liệu là một quá trình rất phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn: sấy nóng, bốc hơi, sinh chất bốc, bắt lửa, cháy chất bốc và cốc, tạo xỉ. Giai đoạn sấy nóng và sinh chất bốc là giai đoạn chuẩn bị cho nhiên liệu bốc cháy, cần thiết phải có không khí nóng có nhiệt độ khoảng từ 150 đến 4000C để sấy nóng, bốc ẩm và bốc chất bốc khỏi nhiên liệu. Giai đoạn bắt lửa bắt đầu ở nhiệt độ cao hơn, khi nhiên liệu tiếp xúc với không khí nóng. Giai đoạn cháy chất bốc và cốc kèm theo quá trình tỏa nhiệt, nhiệt l−ợng này có tác dụng làm tăng nhiệt độ hỗn hợp để phản ứng oxy hóa cốc xẩy ra nhanh hơn, đây là giai đoạn oxi hóa mãnh liệt nhất. Giai đoạn kết thúc quá trình cháy là giai đoạn tạo thành tro và xỉ. 3.2.2. Các ph−ơng trình phản ứng cháy 3.2.2.1. Cháy nhiên liệu rắn + Phản ứng của quá trình cháy hoàn toàn: - Cháy cacbon: C + O2 = CO2 (3-5a) 12kgC + 32kgO2 = 44kgCO2 1kgC + 2,67 O2 = 3,67kgCO2. (3-5b) 3 Khi thay khối l−ợng riêng của Oxi ρo2 = 1,428kg/ m tc và cacbonnic 3 ρCO2 = 1,964kg/ m tc vào (3-5b), ta đ−ợc: 16
15. 3 3 1KgC + 1,866 m tc O2 = 1,866 m tc CO2. (3-5c) T−ơng tự, ta có thể tính l−ợng không khí cần thiết để đốt cháy các thành phần khác. - Cháy l−u huỳnh: S + O2 = SO2 (3-6a) 3 3 1kgS + 0,7 m tc O2 = 0,7m tc SO2 (3-6b) - Cháy hyđro: 2H2 + O2 = 2H2O (3-7a) 3 3 1kgH2 + 5,6 m tc O2 = 11,2 m tc H2O (3-7b) + Phản ứng cháy không hoàn toàn: 2C + O2 = 2CO (3-8) 24kgC + 32kg O2 = 56kg CO 3 3 1kgC + 0,933 m tc O2 = 1,866 m tc CO (3-8b) 3.2.2.2. Cháy nhiên liệu khí: Nhiên liệu khí bao gồm các thành phần H2, S, CH4, CmHn, CO, H2S. Ph−ơng trình các phản ứng cháy nhiên liệu khí cũng đ−ợc viết t−ơng tự nh− đối với nhiên liệu rắn hoặc lỏng. Từ các ph−ơng trình phản ứng cháy ta có thể tính đ−ợc l−ợng oxi lý thuyết cần thiết cung cấp cho quá trình cháy, đảm bảo cho nhiên liệu cháy hoàn toàn (cháy kiệt). Từ đó tính đ−ợc l−ợng không khí cần cung cấp cho lò hơi. Đồng thời từ các ph−ơng trình phản ứng cháy cũng có thể tính đ−ợc l−ợng khói thải ra khỏi lò. 3.2.3. Xác định thể tích không khí cấp cho quá trình cháy * Thể tích không khí lý thuyết: Thể tích không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy là l−ợng không khí t−ơng ứng với l−ợng O2 cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu rắn 3 hoặc lỏng hay 1 m tc tiêu chuẩn nhiên liệu khí. Trong nhiên liệu rắn, các thành phần C, H, S có thể cháy đ−ợc và sinh nhiệt. L−ợng oxi cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu bằng tổng l−ợng oxi cần thiết để đốt cháy hoàn toàn l−ợng C, H, S có trong 1kg nhiên liệu. Vậy có thể tính l−ợng oxi cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu theo các ph−ơng trình phản ứng (3-5), (3-6), (3-7). lv lv lv lv 0 C S H O VO = 1,866 + 0,7 + 5,6 − (3-9) 2 100 100 100 1,428.100 Oxi cấp cho quá trình cháy trong lò hơi lấy từ không khí, mà trong không khí oxi chiếm 21%, do đó có thể tính đ−ợc l−ợng không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu: 0 lv lv lv lv VO 1 ⎛ C S H O ⎞ 0 2 ⎜ ⎟ Vkk = = ⎜1,866 + 0,7 + 5,6 − ⎟ (3-10) 0,21 0,21⎝ 100 100 100 1,428.100 ⎠ L−ợng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu rắn, lỏng là: 0 lv lv lv lv 3 Vkk = 0,0889(C + 0,375S ) + 0,265H − 0,0333O , (m tc / kg ) (3-11) 17
16. * Thể tích không khí thực tế: Thể tích không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy đ−ợc xác định theo các ph−ơng trình phản ứng hóa học nêu trên. Nghĩa là đ−ợc tính toán với điều kiện lí t−ởng, trong đó từng phân tử các chất oxi hóa và bị oxi hóa tiếp xúc và phản ứng với nhau. Trong thực tế không khí và nhiên liệu không thể tiếp xúc lý t−ởng với nhau đ−ợc nh− vậy. Do vậy để qúa trình cháy có thể xẩy ra hoàn toàn (nghĩa là gần với điều kiện lý t−ởng) thì l−ợng không khí thực tế cần phải cung cấp vào nhiều hơn l−ợng không khí tính toán đ−ợc theo lý thuyết. Tỉ số giữa l−ợng không khí thực tế cấp vào với l−ợng không khí lý thuyết tính toán đ−ợc gọi là hệ số không khí thừa, ký hiệu là α: V α = kk > 1 (3-12) V 0 kk Trong đó: 3 Vkk: Thể tích không khí thực tế, (m tc/ kg) 0 3 Vkk: Thể tích không khí lý thuyết, (m tc/ kg). Giá trị tiêu chuẩn của hệ số không khí thừa đối với từng loại lò hơi nh− sau: + Đốt nhiên liệu trong buồng lửa ghi : α = 1,3 đến 1,5 + Đốt nhiên liệu trong buồng lửa phun: Lò hơi đốt bột than (phun) : α = 1,13 đến 1,25 Lò hơi đốt dầu: α = 1,03 đến 1,15 Lò hơi đốt khí: α = 1,02 đến 1,05 Lò hơi không thể kín tuyệt đối đ−ợc vì có các chỗ ghép nối t−ờng lò, trên t−ờng lò phải có cửa vệ sinh, cửa quan sát. Khi lò làm việc, áp suất đ−ờng khói luôn thấp hơn áp suất khí quyển, do đó không khí lạnh từ ngoài sẽ lọt vào đ−ờng khói làm tăng hệ số không khí thừa trong đ−ờng khói. áp suất khói giảm dần theo chiều khói đi, do đó l−ợng không khí lạnh lọt vào đ−ờng khói tăng dần, nghĩa là ( tăng dần theo chiều đi của khói. Khi ( tăng thì nhiệt độ của khói giảm xuống tức là quá trình truyền nhiệt giảm xuống, nhiệt thừa của khói tăng lên tức là l−ợng nhiệt do khói mang ra ngoài trời (q2) tăng lên, hiệu suất lò giảm xuống. Vì vậy, khi vận hành cần phải phấn đấu giữ cho α ở giá trị tối thiểu. 3.2.4. Thể tích sản phẩm cháy sinh ra khi cháy nhiên liệu Sản phẩm cháy (gọi là khói thực) gồm có khói khô và hơi n−ớc. Tùy thuộc vào điều kiện cháy hoàn toàn hay không hoàn toàn các nguyên tố cháy của nhiên liệu mà tỷ lệ các thành phần các chất sinh ra trong sản phẩm cháy khác nhau. ở trạng thái lý thuyết, khi cháy hoàn toàn (với α = 1) sẽ tạo thành trong khói các chất: CO2, SO2, N2 và H2O. ở các lò hơi đốt dầu sử dụng vòi phun hơi thì cần thiết phải có một l−ợng hơi để phun dầu vào lò d−ới dạng s−ơng mù nên l−ợng khói thực tế bao giờ cũng lớn hơn l−ợng khói lý thuyết. Trong quá trình vận hành lò hơi, th−ờng phải kiểm tra các mẫu khói định kỳ để phát hiện trong khói có thành phần CO không. Nếu có CO chứng tỏ quá trình cháy xẩy ra không hoàn toàn, nhiên liệu ch−a bị oxi hóa hoàn toàn, cần thiết phải tìm 18
17. nguyên nhân để khắc phục và điều chỉnh quá trình cháy. Đồng thời việc phân tích khói còn cho phép xác định hệ số không khí thừa xem có đúng tiêu chuẩn không. Nếu α nhỏ hơn tiêu chuẩn thì quá trình cháy sẽ thiếu O2 cháy không hết nhiên liệu. Nếu α lớn thì tổn thất nhiệt q2 tăng, hiệu suất của lò giảm xuống. Khi phân tích khói th−ờng xác định chung giá trị thể tích của khí 3 nguyên tử có trong khói CO2 và SO2 , ký hiệu là RO2 V = V + V (3-13) RO2 CO2 SO2 3.3. CÂN BằNG NHIệT Và TíNH HIệU SUấT CủA Lò 3.3.1. Ph−ơng trình cân bằng nhiệt tổng quát của lò Nhiệt l−ợng sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu trong lò hơi chính là năng l−ợng do nhiên liệu và không khí mang vào: Qđv = Qnl + Qkk (3-14) Nhiệt l−ợng này một phần đ−ợc sử dụng hữu ích để sinh hơi, còn một phần nhỏ hơn bị mất mát đi gọi là tổn thất nhiệt. Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3-15) Trong đó: Q1 là nhiệt l−ợng sử dụng hữu ích để sinh hơi, (Kj/kg) Q2 là l−ợng tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi, (Kj/kg) Q3 là l−ợng tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học, (Kj/kg) Q4 là l−ợng tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học, (Kj/kg) Q5 là l−ợng tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt từ mặt ngoài t−ờng lò ra không khí xung quanh, (Kj/kg) Q6 là l−ợng tổn thất nhiệt do xỉ nóng mang ra ngoài, (Kj/kg). Nhiệt l−ợng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu trong lò hơi chính bằng nhiệt l−ợng đ−ợc sử dụng hữu ích để sinh hơi và phần nhiệt bị tổn thất trong quá trình làm việc. Ph−ơng trình biểu diễn sự cân bằng này gọi là ph−ơng trình cân bằng nhiệt tổng quát của lò. Qđv = Qnl + Qkk = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3-16) 3.3.2. Xác định hiệu suất của lò hơi Hiệu suất của lò hơi là tỉ số giữa l−ợng nhiệt sử dụng hữu ích và l−ợng nhiệt cung cấp vào lò hơi. Q η = 1 100, (%) (3-17) Qdv Hiệu suất của lò hơi có thể xác định bằng 2 ph−ơng pháp: ph−ơng pháp cân bằng thuận và ph−ơng pháp cân bằng nghịch. 19
18. 3.3.2.1. Ph−ơng pháp cân bằng thuận: Ph−ơng pháp xác định hiệu suất nhiệt theo ph−ơng trình (3-17) gọi là ph−ơng pháp cân bằng thuận. Để tính hiệu suất của lò theo ph−ơng pháp cân bằng thuận cần tính l−ợng nhiệt sử dụng hữu ích Q1 và l−ợng nhiệt cung cấp vào lò hơi Qđv. + Nhiệt sử dụng hữu ích hơi nhận đ−ợc: Q1 + D(iqn - i'nc) (3-18) D là sản l−ợng hơi của lò hơi, (kg/h) iqn là entanpi hơi quá nhiệt, (Kj/kg) i’nc là entanpi n−ớc ở đầu vào bộ hâm n−ớc, (Kj/kg) + L−ợng nhiệt do nhiên liệu sinh ra khi cháy (nếu bỏ qua nhiệt l−ợng do không khí mang vào): lv Qdv = BQt (3-19) B là l−ợng nhiên liệu lò hơi tiêu thụ trong 1h (kg/h). Thay vào (3-17) ta có: D(i qn − i'qn ) η = lv 100, (%). (3-20) BQ t Nh− vậy muốn xác định hiệu suất của lò theo ph−ơng pháp thuận cần xác định chính xác l−ợng tiêu hao nhiên liệu t−ơng ứng vơi l−ợng hơi sản xuất ra. Đây là một điều khó khăn đối với các ló hơi lớn vì l−ợng tiêu hao nhiên liệu rất lớn nên rất khó xác định chính xác l−ợng tiêu hao nhiên liệu của lò. Vì vậy ph−ơng pháp này chỉ dùng để xác định hiệu suất cho các lò hơi nhỏ, có l−ợng tiêu hao nhiên liệu ít có thể xác định đ−ợc chính xác, còn sản l−ợng hơi đ−ợcc xác định bằng cách đo l−ợng n−ớc cấp vào lò. Đối với các lò lớn thì hiệu suất đ−ợc xác định theo ph−ơng pháp cân bằng nghịch. 3.3.2.2. Ph−ơng pháp cân băng nghịch: Từ ph−ơng trình cân bằng nhiệt tổng quát của lò (3-16) ta có: Q1 = Qđv - Q2 - Q3 - Q4 - Q5 - Q6 (3-21) Chia cả hai vế cho Qđv ta đ−ợc: Q Q Q Q Q Q Q 1 = dv - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 (3-22) Qdv Qdv Q dv Qdv Qdv Q dv Qdv hay: η = q1 = 1 - q2 - q3 - q4 - q5 - q6 (3-23) 6 η = q1 = 100 - ∑q i (%) i=2 Q1 Q 2 Q3 trong đó: q1= (%); q2= (%), q3= (%). . . . Qdv Qdv Qdv Ph−ơng pháp xác định hiệu suất nhiệt theo ph−ơng trình (3-23) gọi là ph−ơng pháp cân bằng nghịch. Để tính hiệu suất của lò theo ph−ơng pháp cân bằng nghịch cần tính các tổn thất nhiệt q1 , q2 , q3 , q4 , q5 , q6. 20
19. 3.4. Tổn thất nhiệt TRONG Lò HƠI 3.4.1. Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi q2 (%) Khói đ−ợc tạo thành trong quá trình cháy tức là từ không khí và nhiên liệu. Không khí vào lò có nhiệt độ khoảng 20-350C, trong khi đó nhiệt độ khói thải ra khỏi lò th−ờng lớn hơn 1100C, đặc biệt đối với các lò nhỏ không có bề mặt đốt phần đuôi thì nhiệt độ khói thoát có thể tới 4000C. Nh− vậy phải mất một l−ợng nhiệt để đốt nóng không khí và nhiên liệu từ nhiệt độ môi tr−ờng đến nhiệt độ khói thải. Tổn thất này gọi là tổn thất nhiệt do khói thải, ký hiệu là q2 (%) Hệ số không khí thừa ra khỏi lò hơi và nhiệt độ khói thải là 2 yếu tố ảnh h−ởng rât lớn đến q2. Nhiệt độ khói thải càng cao thì tổn thất q2 càng lớn. Tuy nhiên khi nhiệt độ khói thải thấp hơn nhiệt độ đọng s−ơng sẽ gây ng−ng đọng s−ơng hơi n−ớc trong khói. N−ơc ng−ng đọng sẽ dễ hòa tan SO2 tạo thành H2SO4 gây hiện t−ợng ăn mòn kim loại. Vì vậy chúng ta phải tìm những biện pháp để giảm nhiệt độ khói thải đến mức hợp lý nhất. Khi hệ số không khí thừa càng lớn thì nhiệt độ cháy lý thuyết của quá trình giảm, làm giảm l−ợng nhiệt hấp thu bằng bức xạ của buồng lửa, dẫn đến nhiệt độ khói sau buồng lửa tăng lên tức là nhiệt độ khói thoát tăng. Mặt khác hệ số không khí thừa càng lớn thì thể tích khói thải càng lớn và nh− vậy thì q2 cũng càng lớn. Vì vậy cần khống chế ( ở mức nhỏ nhất, đồng thời hạn chế không khí lạnh lọt vào lò hơi. Tổn thất nhiệt q2 th−ờng trong khoảng từ 4-7% 3.4.2. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q3 (%) Khi nhiên liệu cháy không hoàn toàn thì trong khói còn có các chất khí cháy không hoàn toàn nh− CO, H2, CH4 . Những khí này còn có thể cháy và sinh nhiệt đ−ợc nh−ng ch−a cháy đã bị thải ra ngoài, gây nên tổn thất nhiệt gọi là tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học, ký hiệu là q3 (%). Nguyên nhân của tổn thất này là có thể do thiếu không khí hoặc không khí pha trộn không đều với nhiên liệu. Các yếu tố ảnh h−ởng đến q3 bao gồm: Nhiệt độ buồng lửa, hệ số không khí thừa và ph−ơng thức xáo trộn giữa không khí với nhiên liệu trong buồng lửa. Hệ số không khí thừa lớn thì q3 càng nhỏ nh−ng q2 lại tăng (Tuy nhiên hệ số không khí thừa quá lớn làm cho nhiệt độ buồng l−ả quá thấp thì q3 lại tăng). Sự pha trộng giữa nhiên liệu và không khí càng tốt thì q3 càng nhỏ. Vì vậy phải tính chọn α sao cho tổng tổn thất nhiệt q2 + q3 là nhỏ nhất. Khi đốt nhiên liệu rắn: đối với buồng lửa ghi tổn thất q3 có thể đạt đến 0,5- 1%, buồng đốt phun q3 có thể đạt đến 0,5% và với buồng lửa thủ công q3 có thể đạt đến 2% hoặc cao hơn. Khi đốt mazut thì q3 cao hơn vì khi cháy mazut cacbuahyđro dễ bị phân hủy tạo thành những liên kết khó phản ứng, th−ờng q3 = 3%. 3.4.3. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q4 (%) 21
20. Nhiên liệu đ−a vào lò có một phần ch−a kịp cháy đã bị thải ra ngoài theo các đ−ờng: bay theo khói, lọt qua ghi lò hoặc rơi xuống đáy buồng lửa cùng với xỉ gây nên tổn thất nhiệt gọi là tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học. Yếu tố ảnh h−ởng đến tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học là kích cỡ hạt, tính kết dính của tro, tốc độ và cách tổ chức cấp gió. ở lò ghi, khe hở của ghi càng lớn thì tổn thất q4 càng lớn. Nếu việc phân phối gió cấp I và II không tốt, sẽ thổi bay các hạt nhiên liệu ch−a cháy hết ra khỏi buồng lửa. Kích th−ớc hạt càng không đều thì q4 càng lớn. Buồng lửa phun có q4 bé nhất, đặc biệt là buồng lửa thải xỉ lỏng có thể coi q4 = 0. Đối với buồng đốt kiểu phun: q4 có thể đạt đến 4%; đối với buồng đốt ghi từ 2-14%. 3.4.4. Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi tr−ờng xung quanh q5 (%) Bề mặt t−ờng xung quanh của lò luôn có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi tr−ờng xung quanh, do đó luôn có sự tỏa nhiệt từ mặt ngoài t−ờng lò đến môi tr−ờng gây nên tổn thất, gọi là tổn thất do tỏa nhiệt ra môi tr−ờng xung quanh, ký hiệu là q5 (%). Tổn thất nhiệt q5 phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt xung quanh của t−ờng lò, chất l−ợng lớp cách nhiệt t−ờng lò. Tổn thất q5 tỷ lệ thuận với diện tích xung quanh, với nhiệt độ bề mặt ngoài của t−ờng lò. Tuy nhiên, công suất lò càng lớn thì diện tích bề mặt càng tăng nh−ng độ tăng diện tích bề mặt xung quanh nhỏ hơn độ tăng sản l−ợng lò, do đó trị số q5 ứng với 1kg nhiên liệu sẽ giảm xuống. Đối với lò hơi lớn q5 khoảng 0,5%. Muốn giảm q5 phải thiết kế t−ờng lò sao cho hợp lý. 3.4.5. Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài lò hơi q6 (%) Xỉ sinh ra từ nhiên liệu trong quá trình cháy, đ−ợc thải ra khỏi lò ở nhiệt độ cao. Đối với lò hơi thải xỉ khô nhiệt độ xỉ ra khỏi lò khoảng 600 - 8000C, đối với lò hơi thải xỉ lỏng nhiệt độ xỉ khoảng 1300 - 14000C, trong khi đó nhiên liệu vào lò có nhiệt độ khoảng 20-350C. Nh− vậy lò hơi đã mất đi một l−ợng nhiệt để nâng nhiệt độ xỉ từ nhiệt độ bằng nhiệt độ môi tr−ờng lúc vào đến nhiệt độ xỉ lúc ra khỏi lò, gọi là tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài q6 (%). Tổn thất q6 phụ thuộc vào độ tro của nhiên liệu, vào ph−ơng pháp thải xỉ ra khỏi buồng lửa. Đối với nhiên liệu càng nhiều tro thì q6 càng lớn. Các lò thải xỉ khô có q6 nhỏ hơn khi thải xỉ lỏng. Tổn thất q6 có thể đạt đến 5% 22
21. Ch−ơng 4. CáC PHầN Tử CủA Lò HƠI 4.1. KHUNG Lò Và TƯờNG Lò 4.1.1. Khung lò Khung lò là một kết cấu kim loại dùng để treo hoặc đỡ tất cả các phần tử của lò. Khung lò gồm có các cột chính, phụ đặt trên hệ thống móng và đ−ợc nối với nhau bằng các dầm. Ngoài ra còn các hệ thống treo đỡ dàn ống quá nhiệt, bộ hâm n−ớc, bộ sấy không khí, toàn bộ sàn thao tác để phục vụ cho công nhân làm việc ở vị trí cao và ở các chỗ cần kiểm tra, theo dõi, quan sát tro bụi. Khung lò th−ờng làm bằng các thanh thép chữ I, V, U đơn hoặc các thanh này ghép lại với nhau. Các kết cấu treo và đỡ phải đảm bảo sao cho các phần tử của lò có thể dịch chuyển đ−ợc khi bị dãn nở nhiệt. Kết cấu khung lò đ−ợc chỉ trên hình 4.1. 4.1.2. T−ờng lò T−ờng lò có nhiệm vụ ngăn cách các phần tử đ−ợc đốt nóng của lò với môi tr−ờng xung quanh nhằm giảm bớt tổn thất nhiệt do tỏa ra môi tr−ờng xung quanh, đồng thời hạn chế việc đố t nóng quá mức không khí ở chung quanh nhằm đảm bảo điều kiện làm việc cho công nhân vận hành, mặt khác nó còn có nhiệm vụ ngăn cản việc lọt gió lạnh ở ngoài vào trong Hình. 4.1. Kết cấu khung lò buồng lửa và đ−ờng khói. Theo tiêu chuẩn vận hành, để đảm bảo an toàn cho công nhân vận hành, nhiệt độ không khí ở khu làm việc phải nhỏ hơn 500C. Vì vậy t−ờng lò phải cách nhiệt tốt đảm bảo điều kiện nhiệt độ mặt ngoài của t−ờng lò không đ−ợc v−ợt quá 500C. Thông th−ờng, t−ờng lò tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa và dòng khói, chịu tác dụng phá hủy do mài mòn của tro bay, ăn mòn của xỉ nên t−ờng lò đ−ợc cấu trúc gồm 3 lớp đ−ợc biểu diễn trên hình 4.2. Lớp trong cùng là vật liệu chịu lửa, xây bằng gạch chịu lửa, chịu đ−ợc tác dụng của nhiệt độ cao, ăn mòn và mài mòn của xỉ. Lớp thứ hai là vật liệu cách nhiệt, có tác dụng cách nhiệt và ngoài cùng là lớp tôn mỏng vừa có tác dụng 23
22. bảo vệ lớp cách nhiệt vừa có tác dụng trang trí. Hình 4.2 t−ờng lò 1. là lớp gạch chịu lửa. 2. là lớp vật liệu cách nhiệt. 3. là lớp kim loại bảo vệ 4. ống sinh hơi + Vật liệu chịu lửa: ở lò hơi th−ờng dùng các loại vật liệu chịu lửa nh−: Samot, Cromit. Yêu cầu đối với vật liệu chịu lửa là độ chịu lửa, độ bền nhiệt, độ chịu xỉ cao. - Độ chịu lửa: là khả năng chịu đ−ợc nhiệt độ cao (trên 15000C), tức là vẫn giữ đ−ợc các tính chất cơ học và vật lý ở nhiệt độ cao. - Độ bền nhiệt: là khả năng chịu đ−ợc sự thay đổi nhiệt độ nhiều lần mà không bị thay đổi về cấu tạo và tình chất. - Độ chịu xỉ: là khả năng chịu đ−ợc sự mài mòn và ăn mòn hóa học của xỉ. Samốt là loại vật liệu đ−ợc sử dụng nhiều vì có sẵn trong tự nhiên, rẻ tiền, có thể chịu đ−ợc nhiệt độ đến 17300C, th−ờng đ−ợc sản xuất ra d−ới dạng bột hoặc gạch có kích th−ớc tiêu chuẩn. Cromit có thể chịu nhiệt độ đến 20000C, đắt tiền, th−ờng dùng trong lò hơi ở dạng bột để làm vữa trát lên một phần dàn ống của buồng lửa (ngang vòi phun) để tạo thành đai cháy của lò. ở những vùng có nhiệt độ cao hơn (trên 20000C) cần phải dùng zirconi, loại này có độ chịu lửa cao nh−ng đắt tiền. + Vật liệu cách nhiệt: Yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt là có hệ số dẫn nhiệt thấp và hệ số này giữ không đổi trong quá trình làm việc, ngoài ra còn đòi hỏi về độ bền về cơ, độ bền nhiệt và độ xốp. Th−ờng vật liệu cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt bằng khoảng 0,03 đến 0,25W/m0C. Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt phụ thuộc vào bản chất, cấu trúc của chúng và có thể thay đổi theo nhiệt độ. Khi bị ẩm, hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt tăng lên, nghĩa là tác dụng cách nhiệt giảm xuống. Các loại vật liệu cách nhiệt hiện nay th−ờng dùng là: Amiăng, Điatonit, Bông thủy tinh. + Amiăng: là vật liệu có cấu tạo dạng sợi vải, bìa, dây, bột, th−ờng đ−ợc dùng ở những nơi có nhiệt độ từ 100 đến 5000C. Hệ số dẫn nhiệt của Amiăng trong khoảng từ 0,12 đến 0,14 W/m0C. + Bông thủy tinh (bông khoáng): gồm những sợi thủy tinh do nấu chảy đá khoáng, xỉ hay thủy tinh, có thể sử dụng ở những vùng có nhiệt độ đến 6000C. Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh phụ thuộc vào bề dày của sợi, độ nén của sợi, dao động trong khoảng từ 0,0490 đến 0,0672 W/m0C. + Điatonit: là loại vật liệu cách nhiệt có thể chịu đ−ợc nhiệt độ đến 10000C, tuy nhiên ở nhiệt độ cao thì hệ số dẫn nhiệt bị giảm nhiều, do đó th−ờng dùng ở nhiệt độ thấp hơn d−ới dạng gạch hoặc bột nh− samốt. 24
23. 4.2. DàN ốNG BUồNG LửA Và CụM PHESTON 4.2.1. Dàn ống buồng lửa Dàn ống buồng lửa gồm các ống lên và ống xuống. Các ống lên là những ống thép chụi nhiệt có đ−ờng kính từ 40 đến 63 mm đ−ợc đặt phía trong t−ờng buồng lửa. Môi chất trong ống sẽ nhận nhiệt trực tiếp từ ngọn lửa, biến thành hơi chuyển động lên phía trên (còn đ−ợc gọi là dàn ống sinh hơi). Khoảng cách giữa các ống (gọi là b−ớc ống s) và khoảng cách từ ống đến t−ờng (đ−ợc gọi là độ đặt ống) có ảnh h−ởng đến khả năng bảo vệ t−ờng buồng lửa khỏi bị bức xạ trực tiếp của ngọn lửa và khỏi bị đóng xỉ cũng nh− khả năng hấp thu nhiệt của dàn ống. Nếu bố trí sít nhau quá thì t−ờng đ−ợc bảo vệ tốt hơn, nh−ng độ chiếu sáng của ngọn lửa đến dàn ống giảm đi, do đó khả năng hấp thụ nhiệt của một đơn vị diện tích bề mặt chụi nhiệt (diện tích bề mặt xung quanh ống) cũng giảm đi. Nếu đặt dày quá thì ống góp của dàn ống phải khoan nhiều lỗ, khoảng cách giữa các lỗ giảm xuống làm cho độ bền của ống góp giảm đi. Đối với các lò hơi lớn, b−ớc t−ơng đối s/d = 1,2 - 1,4 (d là đ−ờng kính ngoài của ống). Các ống n−ớc xuống đ−ợc bọc cách nhiệt và đặt phía ngoài t−ờng buồng lửa (đ−ợc gọi là ống xuống) có đ−ờng kính lớn hơn, th−ờng khoảng từ 125 đến 175mm. 4.2.2. Cụm pheston Cụm pheston chính là các ống của dàn ống sinh hơi t−ờng sau nối với bao hơi tạo thành cụm ống th−a hơn để cho khói đi qua ra khỏi buồng lửa. Do nhiệt độ của khói phân bố không đều theo chiều rộng buồng lửa, do thành phần và kích th−ớc nhiên liệu không đồng nhất nên có một số hạt nhiên liệu kích th−ớc nhỏ đang bị nóng chảy bị thổi bay ra khỏi buồng lửa có thể bám vào các bề mặt ống của bộ quá nhiệt gây hiện t−ợng đón xỉ. Nhờ cụm pheston nhận bớt nhiệt, nhiệt độ dòng khói có thể giảm bớt 500C, đảm bảo cho những hạt tro nóng nguội đi và rắn lại, hạn chế hiện t−ợng đóng xỉ ở bộ quá nhiệt. ở cụm pheston các ống đ−ợc bố trí th−a hơn nên không có hiện t−ợng đóng xỉ ở đó. 4.2.3. Bao hơi Dàn ống buồng lửa, cụm pheston của lò hơi tuần hoàn đ−ợc nối trực tiếp với bao hơi đặt nằm ngang trên đỉnh lò hoặc nối qua các ống góp trung gian. N−ớc cấp từ bộ hâm n−ớc đ−ợc đ−a vào bao hơi, từ bao hơi n−ớc đ−ợc đi xuống theo các ống n−ớc xuống, qua các ống góp d−ới đi vào toàn bộ dàn ống buồng lửa, tại đây n−ớc nhận nhiệt biến thành hơi. Dòng hỗn hợp hơi và n−ớc sinh ra trong các ống sinh hơi sẽ đi vào bao hơi và hơi đ−ợc phân ly ra khỏi n−ớc rồi sang bộ quá nhiệt Đ−ờng kính bao hơi th−ờng khoảng 1,4 đến 1,6 m 4.3. Bộ QUá NHIệT 4.3.1. Vai trò của bộ quá nhiệt 25
24. Bộ quá nhiệt là bộ phận để sấy khô hơi, biến hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn, do đó nhiệt l−ợng tích lũy trong một đơn vị khối l−ợng hơi quá nhiệt cao hơn nhiều so với hơi bão hòa ở cùng áp suất. Bởi vậy khi công suất máy giống nhau nếu dùng hơi quá nhiệt thì kích th−ớc máy sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với máy dùng hơi bão hòa. 4.3.2. Cấu tạo bộ quá nhiệt Bộ quá nhiệt th−ờng đ−ợc chế tạo gồm những ống xoắn nối vào các ống góp. ống xoắn bộ quá nhiệt là những ống thép uốn gấp khúc có đ−ờng kính từ 32-45 mm, đ−ợc biểu diễn trên hình 4.4. Hình 4.4. Các dạng ống xoắn của BQN a.ống đơn; b.ống kép đôi; c-ống kép ba; d. ống kép bốn Hình 4.5. Cấu tạo bộ quá nhiệt 1-Bao hơi; 2-ống xuống; 3-Bộ quá nhiệt bức xạ; 4-Bộ quá nhiệt nửa bức xạ; 5-Bộ quá nhiệt đối l−u; 6-Bộ hâm n−ớc 26
25. Để nhận đ−ợc hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao (có thể đến 5600C), cần phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao (trên 7000C). Khi đó nhiệt độ hơi trong ống và nhiệt độ khói ngoài ống của bộ quá nhiệt đều cao, yêu cầu các ống thép của bộ quá nhiệt phải đ−ợc làm bằng thép hợp kim. Kích th−ớc bộ quá nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ hơi quá nhiệt. Về cấu tạo, có thể chia thành 3 loại: + Bộ quá nhiệt đối l−u: Bộ quá nhiệt đối l−u nhận nhiệt chủ yếu bằng đối l−u của dòng khói, đặt trên đoạn đ−ờng khói nằm ngang phía sau cụm pheston. Bộ quá nhiệt đối l−u dùng cho các lò hơi có nhiệt độ hơi quá nhiệt không v−ợt quá 5100C. Cấu tạo của bộ quá nhiệt đối l−u đ−ợc biểu diễn trên hình 4.5. + Bộ quá nhiệt nửa bức xạ: Bộ quá nhiệt nửa bức xạ nhận nhiệt cả bức xạ từ ngọn lửa lẫn đối l−u từ khói, đ−ợc đặt ở cửa ra buồng lửa, phía tr−ớc cụm pheston và th−ờng đ−ợc dùng ở những lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt khoảng 530-5600C. + Bộ quá nhiệt bức xạ: Bộ quá nhiệt bức xạỷ nhận nhiệt chủ yếu bằng bức xạ trực tiếp của ngọn lửa, đ−ợc đặt ngay trong buồng lửa xen kẽ với dàn ống sinh hơi của hai t−ờng bên. Đối với những lò có thông số siêu cao, nhiệt độ hơi trên 5600C thì tỷ lệ nhiệt l−ợng dùng để quá nhiệt hơi rất lớn, nhất là lò có quá nhiệt trung gian hơi, khiến cho kích th−ớc bộ quá nhiệt rất lớn. Vì vậy phải đặt một phần bộ quá nhiệt vào trong buồng lửa để hấp thu nhiệt bức xạ nhằm giảm bớt kích th−ớc bộ quá nhiệt. 4.3.3. Cách bố trí bộ quá nhiệt Khi bố trí bộ quá nhiệt, việc bố trí hơi và khói chuyển động thuận chiều hay ng−ợc chiều là tùy thuộc vào thông số của hơi ra khỏi bộ quá nhiệt (hình 4.6) Hình 4.6. Chuyển động của hơi trong bộ quá nhiệt; a- kiểu thuận chiều; b-kiểu ng−ợc chiều; c-Kiểu hỗn hợp 4.3.3.1. Bố trí theo kiểu thuận chiều: Nếu bố trí cho hơi quá nhiệt đi thuận chiều với dòng khói (biểu diễn trên hình 27
26. 4.6a) thì hiệu số nhiệt độ trung bình giữa khói và hơi sẽ thấp hơn so với bố trí ng−ợc chiều, do đó diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bộ quá nhiệt sẽ tăng lên. Bởi vậy trong thực tế không bố trí theo kiểu thuận chiều. 4.3.3.2. Bố trí theo kiểu ng−ợc chiều: Nếu bố trí cho hơi quá nhiệt đi ng−ợc chiều với dòng khói (biểu diễn trên hình 4.6b và c) thì hiệu số nhiệt độ trung bình giữa khói và hơi sẽ cao hơn so với bố trí thuận chiều, do đó diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bộ quá nhiệt sẽ giảm xuống. Nh−ng khi đó phía hơi ra vừa có nhiệt độ hơi cao vừa có nhiệt độ khói cao, kim loại sẽ làm việc trong điều kiện rất nặng nề, đòi hỏi kim loại chế tạo phải rất đắt tiền. Vì vậy trong thực tế kiểu bố trí ng−ợc chiều chỉ dùng cho các lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt không v−ợt quá 4500C. 4.3.3.3. Bố trí theo kiểu hỗn hợp: Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt cao hơn 4500C thì bộ quá nhiệt đ−ợc bố trí kiểu hỗn hợp, có một phần hơi và khói đi thuận chiều, một phần đi ng−ợc chiều. Theo kiểu bố trí này, phía hơi ra có nhiệt độ hơi cao nh−ng nhiệt độ khói không cao, kim loại sẽ không bị đốt nóng quá mức. Hình 4.6d biểu diễn sơ đồ bộ quá nhiệt bố trí kiểu hỗn hợp. Do tr−ờng nhiệt độ và tốc độ khói không đồng đều theo chiều rộng của lò, bám bẩn trên các ống và trở lực của các ống xoắn không đồng đều làm cho khả năng hấp thu nhiệt của các ống sẽ khác nhau dẫn đến có sự chênh lệch nhiệt giữa các ống xoắn của bộ quá nhiệt. Để khắc phục hiện t−ợng này, khi bố trí bộ quá nhiệt ng−ời ta áp dụng một số biện pháp nhằm làm giảm đến mức tối thiểu độ chênh lệch nhiệt giữa các ống xoắn của bộ quá nhiệt nh− sau: Hình 4.7 bố trí dòng hơi đi chéo 1-ống góp hơi của BQN; 2-ống hơi đi chéo 28
27. - Chia bộ quá nhiệt ra hai hoặc ba phần để giảm bớt chênh lệch trở lực thủy lực giữa các ống do các ống quá dài (hình 4.7) - Tổ chức cho các dòng hơi đi chèo t− phần này sang phần kia (hình 4.7) 4.3.4. Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 4.3.4.1. Tầm quan trọng của việc bảo đảm ổn định nhiệt độ hơi quá nhiệt Nhiệt độ hơi quá nhiệt là nhiệt độ của hơi ra khỏi ống góp hơi của bộ quá nhiệt tr−ớc khi sang tuốc bin. Nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi sẽ dẫn đến một loạt thay đổi khác gây ảnh h−ởng xấu đến chế độ làm việc của lò. - Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống sẽ làm giảm nhiệt dáng dòng hơi do đó làm giảm công suất tuốc bin, mặt khác khi đó độ ẩm của hơi ở các tầng cuối tuốc bin tăng lên làm giảm hiệu suất tuốc bin đồng thời làm tăng tốc độ ăn mòn cánh tuốc bin. - Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng lên quá trị số qui định, khi đó các chi tiết của bộ quá nhiệt cũng nh− tuốc bin phải làm việc trong điều kiện nặng nề hơn, làm cho độ bền của kim loại giảm xuống, có thể gây nổ các ống của bộ quá nhiệt hoặc làm cong vênh các cánh của tuốc bin gây nên cọ xát giữa phần đứng yên và phần quay của tuốc bin. - Khi nhiệt độ hơi thay đổi sẽ làm thay đổi công suất tuốc bin do đó làm thay đổi tốc độ quay của tổ tuốc bin-máy phát, dẫn đến làm giảm chất l−ợng dòng điện (thay đổi điện áp và tần số dòng điện). 4.3.4.2. Các nguyên nhân làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt Trong quá trình vận hành, nhiệt độ hơi quá nhiệt có thể thay đổi do các nguyên nhân sau: Do thay đổi phụ tải của lò, khi phụ tải tăng lên thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống, khi phụ tải giảm thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng, Do dao động áp suất trong đ−ờng hơi chung, Do thay đổi nhiệt độ của n−ớc cấp: khi nhiệt độ n−ớc cấp tăng lên thì nhiệt độ hơi quá nhiệt cũng tăng theo và ng−ợc lại, Do thay đổi hệ số không khí thừa: khi hệ số không khí thừa tăng thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng, Do thay đổi chất l−ợng nhiên liệu: khi chất l−ợng nhiên liệu tăng thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng, Do đóng xỉ ở dàn bức xạ, cụm Pheston hoặc bám bẩn các ống của bộ quá nhiệt. Do có hiện t−ợng cháy lại trong bộ quá nhiệt , Do thay đổi vị trí trung tâm ngọn lửa hoặc do máy cấp than bột làm việc không đều, cấp than vào vòi phun không đều, 4.3.4.3. Các ph−ơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 29
28. Có hai ph−ơng pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt: Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt về phía hơi và Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt về phía khói. * Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt về phía hơi. Ng−ời ta đặt vào ống góp hơi của bộ quá nhiệt một thiết bị gọi là bộ giảm ôn. Cho n−ớc đi qua bộ giảm ôn, vì n−ớc có nhiệt độ thấp hơn hơi nên sẽ nhận nhiệt của hơi làm cho nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống. Khi thay đổi l−u l−ợng n−ớc qua bộ giảm ôn thì sẽ làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt. Hiện nay th−ờng dùng 2 loại bộ giảm ôn: Bộ giảm ôn kiểu bề mặt và bộ giảm ôn kiểu hỗn hợp. + Bộ giảm ôn kiều bề mặt: Bộ giảm ôn kiều bề mặt đ−ợc biểu diễn trên hình 4.8 ở bộ giảm ôn kiểu bề mặt, n−ớc giảm ôn không pha trộn với hơi nên yêu cầu chất l−ợng n−ớc giảm ôn không cần cao lắm, có thể dùng n−ớc từ bao hơi. N−ớc đi vào bộ giảm ôn sẽ nhận nhiệt của hơi qua bề mặt các ống đồng làm cho quá nhiệt của hơi giảm xuống. + Bộ giảm ôn kiểu hỗn hợp: Nguyên lý cấu tạo bộ giảm ôn kiểu hỗn hợp đ−ợc biểu diễn trên hình 4.9. N−ớc đi vào bộ giảm ôn sẽ pha trộn với hơi quá nhiệt và lấy nhiệt của hơi để bốc hơi do đó làm cho nhiệt độ của hơi quá nhiệt giảm xuống. Hình 4.8. Cấu tạo giảm ôn kiểu bề mặt. 1. Vỏ, 2- ống đồng chữ U, 3-n−ớc lò vào và ra, 4,5-ống nối, 9,6-N−ớc vào và ra, 7,8- van điều chỉnh Hình 4.9. Cấu tạo giảm ôn hỗn hợp 1-ống góp; 2-ống khuyếch tán; 3-mũi phun 30
29. ở bộ giảm ôn kiểu hỗn hợp, n−ớc giảm ôn pha trộn với hơi quá nhiệt nên yêu cầu chất l−ợng n−ớc giảm ôn rất cao, th−ờng dùng n−ớc ng−ng của hơi bão hòa nh− ở hình 4.10a hoặc n−ớc cấp nh− ở hình 4.10b. Hình 4.10.Nối bộ giảm ôn với đ−ờng n−ớc Hình 4.11. Cách bố trí lò hoặc n−ớc cấp. a- Dùng n−ớc lò; b- Dùng bộ giảm ôn. n−ớc cấp. 1-bao hơi; 2-Bộ giảm ôn; 3- BQN; 4-Hơitới tuốc bin; 5-N−ớc cấp; 6-lấy xung l−ợng điều khiển nhiệt độ hơi Cách bố trí bộ giảm ôn: Cách bố trí giảm ôn đ−ợc trình bày trên hình 4-11. - Nếu bố trí ở đầu vào (ống góp thứ nhất nh− ở hình 4-11a). thì sẽ điều chỉnh đ−ợc nhiệt độ hơi trong toàn bộ bộ quá nhiệt, nh−ng có nh−ợc điểm là quán tính nhiệt lớn, tác động chậm do đó bộ quá nhiệt và tuốc bin sẽ bị đốt nóng quá mức trong khoảng thời gian ch−a kịp tác động. - Nếu bố trí ở đầu ra bộ quá nhiệt (ống góp thứ ba nh− ở hình 4-11c.) thì quán tính điều chỉnh nhiệt bé, do đó tuốc bin đ−ợc bảo đảm an toàn tuyệt đối, nh−ng có nh−ợc điểm là bộ quá nhiệt không đ−ợc bảo vệ, do đó bộ quá nhiệt sẽ bị đốt nóng quá mức, tuổi thọ bộ quá nhiệt sẽ giảm xuống và có thể làm nổ ống. Để khắc phục nh−ợc điểm trên th−ờng ng−ời ta bố trí bộ giảm ôn nằm giữa 2 cấp của bộ quá nhiệt (ống góp giữa nh− ở hình 4-11b.). * Điều chỉnh nhiệt đô hơi quá nhiệt về phía khói: Có thể điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt bằng cách thay đổi nhiệt độ, l−u l−ợng khói đi qua bộ quá nhiệt hoặc thay đổi đồng thời cả nhiệt độ và l−u l−ợng khói. + Điều chỉnh l−u l−ợng khói đi qua bộ quá nhiệt: Điều chỉnh l−u l−ợng khói đi qua bộ quá nhiệt là làm giảm hay tăng l−ợng khói đi qua bộ quá nhiệt bằng cách cho một phần khói đi tắt qua đ−ờng khói không đặt bộ quá nhiệt nhằm giảm l−ợng nhiệt mà bộ quá nhiệt nhận đ−ợc, do đó làm giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt. Sơ đồ đ−ờng khói đi tắt đ−ợc biểu diễn trên hình 4.12. + Điều chỉnh nhiệt độ khói: Điều chỉnh nhiệt độ khói đi qua bộ quá nhiệt bằng cách thay đổi góc quay của 31
30. vòi phun, cho vòi phun h−ớng lên trên hoặc xuống d−ới sẽ làm thay đổi vị trí trung tâm của ngọn lửa (hình 4.13), do đó làm thay đổi nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa tức là thay đổi nhiệt độ khói đi qua bộ quá nhiệt, làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt. Hình 4.12. Các dạng đ−ờng khói đi tắt qua bộ quá nhiệt + Kết hợp vừa điều chỉnh nhiệt độ khói vừa điều chỉnh l−u l−ợng khói: Điều chỉnh đồng thời nhiệt độ khói và l−u l−ợng khói bằng cách trích một phần khói ở phía sau bộ hâm n−ớc đ−a vào buồng lửa (còn gọi là tái tuần hoàn khói, hình 4.14). Khi trích một phần khói ở phía sau bộ hâm n−ớc đ−a vào buồng lửa, nhiệt độ trung bình trong buồng lửa sẽ giảm xuống làm cho nhiệt l−ợng hấp thu bằng bức xạ của dàn ống sinh hơi giảm xuống, nghĩa là nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa tăng lên, trong khi đó l−u l−ợng khói đi qua bộ quá nhiệt tăng lên làm cho l−ợng nhiệt hấp thu của bộ quá nhiệt tăng lên, dẫn đến nhiệt độ hơi quá nhiệt cũng tăng lên. Hình 4.13. Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá Hình 4.14. Điều chỉnh nhiệt độ nhiệt bằng cách thay đổi vị trí trung tâm hơi quá nhiệt bằng cách tái ngọn lửa nhờ quay vòi phun tuần hoàn khói. 1-Vòi phun; 2-Bộ quá nhiệt; 3-Bộ hâm n−ớc; 4-bộ SKK; 5-Quạt gió tái tuần hoàn; 6-dòng khói 32
31. 4.4. Bộ HÂM NƯớC Để tận dụng nhiệt thừa của khói sau bộ quá nhiệt nhằm nâng cao hiệu suất của lò hơi, ng−ời ta bố trí thêm các bề mặt nhận nhiệt nh− bộ hâm n−ớc, bộ sấy không khí, chúng còn đ−ợc gọi là bộ tiết kiệm nhiệt. 4.4.1. Công dụng và phân loại bộ hâm n−ớc Nhiệm vụ của bộ hâm n−ớc là gia nhiệt cho n−ớc cấp đến nhiệt độ sôi hoặc gần sôi tr−ớc khi n−ớc vào bao hơi. Theo nhiệm vụ có thể phân thành hai kiểu bộ hâm: Bộ hâm n−ớc kiểu sôi và kiểu ch−a sôi. - ở bộ hâm n−ớc kiểu sôi, n−ớc ra khỏi bộ hâm đạt đến trạng thái sôi, độ sôi có thể đạt tới 30%. Bộ hâm n−ớc kiểu sôi có thể đ−ợc chế tạo bằng ống thép trơn hoặc ống thép có cánh. - ở bộ hâm n−ớc kiểu ch−a sôi, n−ớc ra khỏi bộ hâm n−ớc ch−a đạt đến nhiệt độ sôi. Bộ hâm n−ớc kiểu ch−a sôi có thể đ−ợc chế tạo bằng thép hay bằng gang tùy theo thành phần l−u huỳnh trong nhiên liệu Khi tăng áp suất hơi thì phần nhiệt l−ợng để đun n−ớc đến sôi tăng lên, do đó phần nhiệt l−ợng hấp thu trong bộ hâm n−ớc phải tăng lên. Khi đó phải chế tạo bộ hâm n−ớc kiểu sôi (đối vơi các lò trung áp, phần nhiệt l−ợng để sinh hơi chiếm khoảng 60% toàn bộ nhiệt l−ợng cấp cho lò). 4.4.2. Bộ hâm n−ớc ống thép trơn: Bộ hâm n−ớc ống thép trơn có cấu tạo gần nh− bộ quá nhiệt, đ−ợc biểu diễn trên hình 4.15. gồm các ống thép có đ−ờng kính từ 28 đến 38mm đ−ợc uốn gấp nhiều lần và hai đầu đ−ợc nối vào hai ống góp của bộ hâm n−ớc. Bộ hâm n−ớc đ−ợc chế tạo thành từng cụm có chiều cao khoảng 1m và các cụm đ−ợc đặt cách nhau 0,6m nhằm tạo khoảng trống cho việc làm vệ sinh đ−ợc dễ dàng. Thông th−ờng các ống xoắn của bộ hâm n−ớc đ−ợc bố trí sole, tạo tốc độ dòng khói lớn và xoáy nhiều nhằm tăng c−ờng truyền nhiệt. Hình 4.15. ống xoắn của bộ hâm n−ớc 1-Van; 2-,4 ống góp;3-ống xoắn 4.4.3. Bộ hâm n−ớc ống thép có cánh: 33
32. Về cấu tạo, bộ hâm n−ớc bằng ống thép có cánh giống bộ hâm n−ớc ống thép trơn, chỉ khác là ở ngoài ống ng−ời ta làm thêm các cánh để làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt nhằm tăng c−ờng truyền nhiệt. Bộ hâm n−ớc kiểu có cánh có nh−ợc điểm: Khả năng bám bụi rất lớn, khó làm vệ sinh do đó ít đ−ợc dùng. 4.4.4. Bộ hâm n−ớc bằng gang: Gang có −u điểm là chịu đ−ợc sự ăn mòn của các axít và mài mòn của tro, do vậy ở những lò hơi đốt nhiệt liệu có nhiều l−u huỳnh ng−ời ta dùng bộ hâm n−ớc bằng gang. Tất nhiên gang lại có nh−ợc điểm là chịu lực va đập kém, do đó để tránh hiện t−ợng thủy kích gây lực va đập trong các ống của bộ hâm, n−ớc trong bộ hâm phải không đ−ợc sôi, nghĩa là bộ hâm n−ớc bằng gang chỉ đ−ợc trang bị cho những lò cần bộ hâm n−ớc kiểu ch−a sôi. Gang có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hơn thép, do đó phía ngoài ống đ−ợc đúc thêm các cánh để tăng c−ờng khả năng trao đổi nhiệt. Bộ hâm n−ớc bằng gang đ−ợc biểu diễn trên hình 4.16, gồm những ống gang đúc có đ−ờng kính trong từ 76-120 mm, dài từ 1,5-3m, đ−ợc nối với nhau bằng các cút nối có mặt bích và bu lông nên lắp đặt rất dễ dàng. Bộ hâm n−ớc bằng gang có nh−ợc điểm là kích th−ớc lớn, nặng nề. Bộ ống bằng gang th−ờng đ−ợc dùng cho những lò công suất nhỏ hoặc trung bình. Thông th−ờng các lò loại này ch−a có hệ thống xử lý n−ớc hoặc có nh−ng ch−a hoàn thiện nên trong n−ớc còn nhiều chất có khả năng gây ra ăn mòn, mà gang chịu ăn mòn và mài mòn tốt nên tuổi thọ sẽ cao hơn so với bộ hâm n − ớc bằng thép. Hình 4.16. Bộ hâm n−ớc bằng gang 4.4.5. Cách nối bộ hâm n−ớc 1-Cánh tản nhiệt; 2-Bích nối; 3-Van; 4-cút nối; 5- ống gang N−ớc đi từ các bình gia nhiệt vào bộ hâm n−ớc và ra khỏi bộ hâm n−ớc đi vào bao hơi. Việc nối bộ hâm n−ớc với bao hơi thực hiện bằng 2 cách: ngắt đ−ợc ra khỏi lò hoặc không ngắt đ−ợc ra khỏi lò. 34
33. Kiểu ngắt đ−ợc ra khỏi lò đ−ợc dùng cho loại bộ hâm n−ớc bằng gang, đ−ợc biểu diễn trên hình 4.17a. Việc đặt bộ hâm n−ớc kiểu ngắt đ−ợc ra khỏi lò chủ yếu là bảo vệ để n−ớc không sôi trong bộ hâm khi khởi động lò hoặc lúc làm việc với phụ tải thấp. Khi đó cho khói đi đ−ờng tắt, khói không đi qua bộ hâm n−ớc hoặc cho n−ớc từ bộ hâm tái tuần hoàn về bể chứa n−ớc cấp. Muốn nối kiểu ngắt đ−ợc thì cần phải có đ−ờng khói tắt làm cho phức tạp thêm lò. Kiểu không ngắt đ−ợc ra khỏi lò đ−ợc dùng cho loại bộ hâm n−ớc bằng thép, đ−ợc biểu diễn trên hình 4.17b. Hình 4.17. Sơ đồ nối bộ hâm n−ớc với bao hơi a) sơ đồ ngắt đ−ợc; b) sơ đồ không ngắt đ−ợc. 1, 3, 5-van khóa; 2-van một chiêu; 4-van an toàn; 4.5. Bộ SấY KHÔNG KHí. 4.5.1. Công dụng và phân loại Để tăng c−ờng hiệu quả quá trình cháy, đảm bảo quá trình bốc cháy nhanh vàcháy ổn định, không khí cấp vào lò cần đ−ợc sấy nóng đến một nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ không khí nóng yêu cầu tùy thuộc vào loai nhiên liệu đốt. Nhiên liệu lỏng đã đ−ợc sấy nóng bằng hơi đến khoảng 1000C và là loại nhiên liệu dễ bốc cháy, do đó không khí nóng không cần phải có nhiệt độ cao lắm, th−ờng khoảng 1500C. Đối với các lò hơi đốt than, không khí nóng còn có nhiệm vụ bốc ẩm trong than và sấy than do đó yêu cầu nhiệt độ khá cao, khoảng từ 250 đến 4000C Lò đốt than trên ghi, do ghi lò tiếp xúc trực tiếp với các hạt than đang cháy đỏ có nhiệt độ cao, do đó không khí đi qua ghi ngoài nhiệm vụ cung cấp oxy cho quá trình cháy còn có nhiệm vụ làm mát ghi lò. Thông th−ờng nhiệt độ không khí nóng qua ghi khoảng 1500C. Theo nguyên lý truyền nhiệt, có thể phân thành hai loại bộ sấy không khí: Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt và bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt. 4.5.2. Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt Hiện nay bộ sấy không khí thu nhiệt th−ờng đ−ợc chế tạo kiểu ống, có thể là 35
34. ống thép hoặc ống gang. Sơ đồ cấu tạo bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt ống bằng thép đ−ợc biểu diễn trên hình 4.18. Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt bằng ống thép gồm các ống thép có đ−ờng kính 25 - 51mm. Các ống của bộ sấy không chịu áp lực nên có chiều dày nhỏ, th−ờng từ 1,5 - 2 mm và đ−ợc liên kết với nhau bởi mặt sàng có chiều dày 15-25mm. ở đây khói đi trong ống còn không khí sẽ đi căt ngang phía ngoài ống. Hình 4.18. Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt 1-Mặt sàng; 2-ống thép; 3- Vách ngăn; 4- Hộp khói; 5- Hộp không khí Bộ sấy không khí th−ờng đ−ợc chế tạo thành nhiều cụm (khối) để vận chuyển và lắp ráp đ−ợc dễ dàng, đồng thời khi lắp thành bộ sấy thì các mặt sàng sẽ tạo thành từng luồng không khí đi ngang qua ống. Số lần cắt nhau của không khí và khói phụ thuộc vào l−u l−ợng không khí cần thiết và kết cấu phần đuôi lò. + Ưu điểm của bộ sấy không khí kiểu ống: - Đơn giản khi chế tạo, lắp ráp. - Khói chuyển động dọc ống do đó tro ít bám trong ống, nếu bám cũng dễ làm sạch. - ít bị lọt không khí vào trong đ−ờng khói. - L−ợng tiêu hao kim loại ít. + Nh−ợc điểm: - Vì là ống thép nên chịu đ−ợc nhiệt độ không cao lắm. - Khả năng chịu ăn mòn và mài mòn kém. Để khắc phục 2 nh−ợc điểm này, ng−ời ta chế tạo bộ sấy không khí kiểu ống bằng gang, nh−ng bộ sấy không khí bằng gang có nh−ợc điểm là nặng nề, tốn kim loại vì ống gang phải đúc dày hơn, gang có độ dẫn nhiệt độ kém nên phải làm cánh ở phía ngoài để tăng c−ờng truyền nhiệt. Bộ sấy không khí bằng gang th−ờng đ−ợc dùng làm phần đầu vào của không khí (phần có nhiệt độ thấp của bộ sấy cấp một) ở các lò đốt nhiên liệu nhiều l−u huỳnh, hoặc làm phần đầu ra (phần có nhiệt độ cao của bộ sấy cấp hai) ở các lò đốt nhiên liệu có độ ẩm lớn, khó cháy, cần không khí nóng có nhiệt độ cao. 4.5.3. Bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt: Bộ phận chính của bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt là một rotor quay quanh 1 trục thẳng đứng với tốc độ khoảng 2-5 vòng/phút. Trên roto gắn các cánh bằng kim loại để nhận nhiệt. Khi Rotor quay, các cánh kim loại lần l−ợt khi thì tiếp xúc với 36
35. khói, khi thì tiếp xúc với không khí lạnh. Đ−ờng khói và đ−ờng không khí đ−ợc bố trí về hai phía cố định của bộ sấy và đ−ợc ngăn cách bởi vách ngăn. Khi các cánh của rotor tiếp xúc với khói sẽ bị khói đốt nóng lên và lúc quay sang phần không khí lạnh sẽ nhả nhiệt làm cho không khí nóng lên. + Ưu điểmcủa bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt: - Không bị ăn mòn bởi nhiệt độ thấp do ở nhiệt độ thấp nó tiếp xúc với không khí không phải là môi tr−ờng ăn mòn. Hình 4.19. Bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt. 6-Động cơ điện; 7-Cánh nhận nhiệt; 8-Chèn vỏ; 9-Hộp không khí, khói vào và ra; 10-ổ trục; 11-Trục; 12- vỏ hình trụ; 13-Tang trống + Nh−ợc điểm của bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt: - Nhiệt độ không khí sẽ không cao lắm. - Do cơ cấu quay nên tuổi thọ không cao. - Có sự lọt khói qua đ−ờng không khí t−ơng đối lớn. Do nhiệt độ không khí nóng không cao lắm nên loại này th−ờng dùng cho lò hơi đốt dầu. 4.5.4. Bố trí bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí Cấu tạo và chức năng của bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí khác hẳn nhau, nh−ng chúng có liên quan mật thiết với nhau khi bố trí chúng trong đ−ờng khói. Bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí đ−ợc bố trí trên đoạn đ−ờng khói sau bộ quá nhiệt, có thể bố trí một cấp hoặc hai cấp đặt xen kẽ. Việc chọn cách bố trí một hay hai cấp hoàn toàn tùy thuộc vào nhiệt độ không khí nóng yêu cầu. Đối với các lò ghi xích, quá trình cháy nhiên liệu xẩy ra trên ghi, không khí thổi từ d−ới lên qua ghi. Để phải bảo vệ ghi khỏi bị quá nóng, nhiệt độ không khí nóng th−ờng không quá 1500C. Khi đó chỉ cần bố trí bộ sấy không khí một cấp và do đó bộ hâm n−ớc cũng một cấp. Đối với lò đốt than phun, yêu cầu không khí nóng có 37
36. thể tới 4000C. Để thu đ−ợc không khí nóng có nhiệt độ cao nh− vậy, cần phải đặt một phần đầu ra của bộ sấy không khí trong vùng khói có nhiệt độ cao, nghĩa là phân bộ sấy không khí thành hai cấp. Khi đó bộ hâm n−ớc cũng đ−ợc phân thành hai cấp và đặt xen kẽ nhau. Sơ đồ bố trí và biến thiên nhiệt độ của môi chất khi đi qua bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí đ−ợc biểu diễn trên hình 4.20. Hình 4.20. Bố trí bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí 4.6. TRANG Bị PHụ 4.6.1. Các loại van Van là một thiết bị dùng để đóng và cắt một thiết bị khỏi sự liên thông với thiết bị khác hoặc với hệ thống. Van phải đảm bảo có trở lực nhỏ khi mở cho dòng môi chất đi qua và kín hoàn toàn khi đóng. Phân loại: Theo nguyên tắc làm việc, ng−ời ta phân thành van khóa, van điều chỉnh, van bảo vệ. Các loại van khóa, van điều chỉnh có thể thao tác bằng tay hoặc truyền động bằng khí nén, thủy lực hoặc bằng điện. Các loại van bảo vệ (van 1 chiều, van an toàn) đóng mở hoàn toàn tự động theo tác động của môi chất đi qua nó. Trong thực tế chỉ có van van khóa và van bảo vệ là yêu cầu có độ kín cao, còn van điều chỉnh thì không cần thiết phải kín tuyệt đối. 4.6.1.1. Van khóa Nhiệm vụ của van khóa là đóng hoặc cắt dòng môi chất không cho dòng chảy qua. Các loại van khóa đ−ợc biểu diễn trên hình 4.21, gồm van đĩa, van cửa, van vòi n−ớc. 38
37. Hình 4.21. các loại van khóa a-van đĩa; b-van cửa; c-van vòi n−ớc 4.6.1.2. Van điều chỉnh Van điều chỉnh dùng để điều chỉnh l−u l−ợng, áp suất của dong môi chất. Nguyên tắc làm việc của van điều chỉnh là thay đổi độ mở cửa van để điều chỉnh l−u l−ợng môi chất qua đó nên điều chỉnh đ−ợc áp suất, l−u l−ợng của môi chất. Trên hình 4.22 biểu diễn van điều chỉnh bằng tay, hình 4.23 biểu diễn van điều chỉnh bằng động cơ điện. 4.6.1.3 Van bảo vệ Van bảo vệ gồm hai loại: van một chiều và van an toàn. Các loại van bảo vệ tự động tác động nên Hình 4.22. Van điều chỉnh bằng tay không có tay quay. Van một chiều: Van một chiều là van chỉ cho môi chất chuyển động theo một chiều nhất định, van sẽ tự động đóng lại khi dòng môi chất chuyển động ng−ợc lại. Van một chiều gồm van lò xo; van tự trọng, đ−ợc biểu diễn trên hình 4.24. Van một chiều th−ờng đ−ợc lắp trên đ−ờng n−ớc cấp vào lò, phía đầu đẩy của bơm, tr−ớc van chặn nhằm bảo vệ bơm khỏi bị dòng hơi nóng phá hoại khi đóng, cắt bơm, hoặc trên đ−ờng nối liên thông các lò để tách biệt các lò hơi khi cần thiết (hình 4.25. Van an toàn: Van an toàn có tác dụng khống chế áp suất làm việc của môi chất không v−ợt quá trị số cho phép, nhằm bảo vệ cho thiết bị làm việc an toàn và lâu dài. Tất cả những thiết bị có áp suất lớn hơn 0,7 kG/cm2 đều bắt buộc phải lắp đặt van an toàn. 39
38. Van an toàn có 3 loại, van an toàn kiểu lò xo, kiểu đòn bẩy (quả tạ) và kiểu xung l−ợng. Các loại van an toàn đ−ợc biểu diễn trên hình 4.26; 4.27 và 4.28. ở loại van an toàn kiểu lò xo và kiểu đòn bẩy, áp suất tác động của van sẽ đ−ợc điều chỉnh cân bằng với lực nén của lò xo hoặc sức đè của hệ thống đòn bẩy. Do áp suất giới hạn cho phép của lò không lớn hơn áp suất làm việc định mức của lò nhiều nên lực đè của lò xo lên đĩa van t−ơng đối bé, do đó van khó kín. Ngoài ra do tiết diện lỗ thoát hơi bé nên khả năng thoát môi chất chậm, áp suất của lò giảm t−ơng đối chậm. Chính vì vậy chúng chỉ đ−ợc sử dụng ở các lò hơi có áp suất vừa và nhỏ (d−ới 4Mpa). Hình 4.23. Van điều chỉnh bằng động cơ điện Hình 4.24. van một chiều a-van lò xo; b-van tự trọng 40
39. Hình 4.25. Cách nối van một chiều với van cấp n−ớc Van an toàn kiểu đòn bẩy có −u điểm là làm việc ổn định, điều chỉnh van đơn giản, nh−ng cồng kềnh, đ−ợc dùng chủ yếu ở các lò hơi áp suất trung bình (d−ới 4Mpa). Hinh 4.26. van an toàn kiểu lò xo Hinh 4.27.van an toàn kiểu xung l−ợng Loại van lò xo có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, nh−ng khó điều chỉnh, đ−ợc dùng chủ yếu ở các lò hơi áp suất thấp (d−ới 2Mpa), sản l−ợng nhỏ. Van xung l−ợng: Đối với những lò có áp suất từ 4Mpa trở lên th−ờng sử dụng van an toàn kiểu xung l−ợng. Van an toàn kiểu xung l−ợng đ−ợc biểu diễn trên hình 4.27. Van xung l−ợng là một tổ hợp hai van, van chính và van xung l−ợng tín hiệu. Nguyên lý làm việc nh− sau: Bình th−ờng đĩa van đ−ợc đậy bằng áp lực hơi phía tr−ớc van chính lớn hơn lực nén của lò xo nhiều nên rất kín, khi áp suất hơi v−ợt quá trị số 41
40. cho phép thì van xung l−ợng tín hiệu sẽ mở ra đ−a một phần hơi tới phía sau van chính để cân bằng với áp lực đẩy phía tr−ớc van chính, do đó áp lực tr−ớc và sau van chính cân bằng nhau, khi đó đĩa van chịu tác dụng của lực đẩy lò xo nên sẽ mở ra cho hơi thoát ra ngoài. Vì van có tiết diện lỗ thoát hơi lớn nên hơi thoát ra rất nhanh. Hình 4.28.Van an toàn kiểu đòn bẩy Vị trí đặt van an toàn: Trong lò hơi, van an toàn đ−ợc đặt ở vị trí cao nhất khoang hơi của bao hơi, ở các ống góp của bộ quá nhiệt, của bộ hâm n−ớc, ống góp hơi chung. Trong các thiết bị khác, van an toàn đ−ợc đặt ở vị trí cao nhất của thiết bị. Trong bộ hâm n−ớc bằng gang, ng−ời ta đặt van an toàn ở ống góp tr−ớc (phía vào của n−ớc). Số l−ợng và kích th−ớc van an toàn: Mỗi lò hơi phải đặt ít nhất là hai van an toàn ở khoang hơi, trừ một số lò hơi nhỏ có thể lắp một van. ở những lò hơi đặt 2 van an toàn thì trong đó có một van làm việc còn một van kiểm tra, 2 van này sẽ đ−ợc điều chỉnh để tự mở ở các áp suất khác nhau. áp suất tác động của các van an toàn đ−ợc điều chỉnh bằng lực ép của lò xo hoặc sức đè của đòn bẩy theo bảng sau: Bảng 4.1. Các giá trị áp suất tại đó các van an toàn bắt đầu mở. áp suất làm việc p, MN/m2 áp suất mở van an toàn Van kiểm tra Van làm việc ở bao hơi, khi p 1,93 1,05. p 1,08. p ở bộ quá nhiệt, khi p 1,28 1,02. p 1,02. p 1,25. p 1,25. p ở ống góp vào của bộ hâm n−ớc 1,10. p 1,10. p ở ống góp ra của bộ hâm n−ớc Có thể xác định kích th−ớc của van an toàn từ công thức sau đây: 42
41. D n.d.h = (4-1) p n: số l−ợng van an toàn. d: đ−ờng kính trong của lỗ van (cm), đ−ờng kính này không đ−ợc nhỏ hơn 25mm và không lớn hơn 125mm. d d h: chiều cao nâng lên của van, có 2 loại: h = và h = 20 4 d d h = đối với loại van không nâng lên hoàn toàn, h = đối với loại van 20 4 nâng lên hoàn toàn. A: hệ số tùy thuộc vào van nâng lên hoàn toàn hay không hoàn toàn. với van nâng lên không hoàn toàn: A=0,0075, với van nâng lên hoàn toàn A=0,0150 D: Sản l−ợng hơi của lò (kg/h). p: áp suất tuyệt đối của hơi (N/m2). Đ−ờng kính d của van có thể là 25, 32, 40, 50, 60mm 4.6.2. áp kế áp kế là thiết bị để đo áp suất của hơi và n−ớc trong lò hơi. áp kế đ−ợc đặt ở vị trí cao nhất của thiết bị. Trên đ−ờng nối từ bao hơi ra áp kế phải đặt van 3 ngả có ống xi phông. Trong ống xi phông có chứa n−ớc 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 đ−ợc chọn theo áp suất làm việc của lò. Thông th−ờng chọn giá trị lớn nhất của thang chia độ bằng 1,5 lần áp suất làm việc của lò. Với các thiết bị áp lực, đ−ờng kính mặt đồng hồ nhỏ nhất là 110mm. Lắp đặt đồng hồ: Nếu áp kế ở ngang tầm măt thì đ−ợc đặt thẳng đứng. Nếu áp kế ở trên tầm mắt, xa khoảng 2m thì phải đặt nghiêng khoảng 300. 4.6.3. ống thủy 4.6.3.1. Nhiệm vụ ống thủy ống thủy là một thiết bị rất quan trọng của lò hơi, dùng để theo dõi mức n−ớc trong lò hơi. ống thủy đ−ợc nối với lò hơi theo nguyên tắc bình thông nhau, một đầu của ống thủy đ−ợc nối với khoang hơi, một đầu đ−ợc nối với khoang n−ớc. Với lò hơi ống lửa đứng, qui định mức n−ớc trong quá trình lò làm việc luôn ngập 2/3-3/4 ống lửa. Với lò hơi ống lửa nằm ngang, qui định mức n−ớc trong lò cao hơn ống lửa trên cùng là 10cm. ống thủy luôn đ−ợc nối để mức n−ớc của lò nằm giữa ống thủy. 43
42. 4.6.3.2. Các loại ống thủy Th−ờng có hai loại ống thủy: ống thủy sáng và ống thủy tối. ống thủy sáng cho phép nhìn thấy mức n−ớc qua ống thủy tinh nếu là ống thủy tròn, hoặc qua tấm thủy tinh nếu là ống thủy dẹt. ở đây ống hoặc tấm thủy tinh đều là thủy tinh chịu nhiệt. ống thủy tinh của ống thủy tròn chịu lực kém dễ bị vỡ, do đó th−ờng đ−ợc dùng cho các lò hơi có áp suất thấp, nhiệt độ n−ớc nhỏ hơn 2500C. ở các lò áp suất cao, ng−ời ta th−ờng dùng ống thủy dẹt. Cấu tạo các loại ống thủy đ−ợc biểu diễn trên hình 4.29 và 4.30. Hình 4.29. ống thủy dẹt. Hình 4.30. ống thủy tròn. 1-tấm thủy tinh; 2-hộp kim loại; 1. ống thủy tinh; 5-hộp kim loại; 2, 3, 4 van nối ống thủy với lò; Theo qui phạm an toàn lò hơi thì mỗi lò hơi phải có ít nhất là 2 ống thủy đặt độc lập với nhau. Đối với những lò hơi nhỏ, diện tích bề mặt đốt nhỏ hơn 100m2, có thể cho phép thay thế một ống thủy sáng bằng một ống thủy tối. ống thủy tối th−ờng gồm 3 van đ−ợc nối ở mức n−ớc cao nhất, trung bình và thấp nhất của lò. Để có thể từ phòng điều khiển trung tâm theo dõi đ−ợc mức n−ớc ở bao hơi trên cao, ng−ời ta dùng ống thủy d−ới (ống thủy kéo dài). Hình 4.30 vẽ ống thủy kéo dài của lò hơi 44
43. 4.6.4. Bơm n−ớc cấp- quạt gió- quạt khói 4.6.4.1. Bơm n−ớc cấp * Nhiệm vụ của bơm n−ớc cấp: bơm n−ớc cấp có nhiệm vụ cấp n−ớc cho lò trong quá trình lò làm việc. Mỗi lò hơi th−ờng yêu cầu phải có 2 bơm n−ớc cấp. Riêng đối với những lò công suất nhỏ hơn 500kg/h có thể cho phép dùng 1 bơm. * Cấu tạo bơm cấp: có 2 loại bơm cấp, bơm piston và bơm ly tâm . + Bơm pit tông: Bơm piston th−ờng có áp suất cao nh−ng sản l−ợng không lớn nên th−ờng dùng cho các lò hơi nhỏ. Trong các xí nghiệp công nghiệp, ở các lò hơi nhỏ th−ờng dùng bơm pit tông chạy bằng hơi làm bơm giữ trữ phòng khi mất điện. + Bơm ly tâm: Các lò hơi của nhà máy điện th−ờng làm việc ở áp suất cao nên phải dùng bơm ly tâm nhiều cấp (nhiều lát), mỗi một cấp gồm một dãy cánh động và một dãy cánh tĩnh, số l−ợng cấp tùy thuộc vào áp suất của lò. Khi chọn bơm phải l−u ý, áp suất bơm phải lớn hơn áp suất môi chất trong bao hơi ở mức có thể khắc phục đ−ợc trở lực đ−ờng ống dẫn từ bơm đến bao hơi. Cấu tạo của bơm ly tâm đ−ợc biểu diễn trên hình 4.31. Hình 4.31. Bơm ly tâm. a) bơm một cấp; 1-cổ vào, 2-Cánh động, 3-vỏ, 4-miệng ra, b) bơm nhiều cấp 1, 2, 3, 4. các tầng cánh động 45
44. Các cánh động đ−ợc đ−ợc gắn trên rotor của bơm, còn tất cả các cánh tĩnh gắn trên thân bơm gọi là stato. Khi làm việc, trục của bơm quay tức là các cánh động quay, nén n−ớc trong bơm làm cho áp suất tăng dần từ đầu vào tới đầu ra. Bơm đ−ợc có thể đ−ợc dẫn động bằng động cơ điện hoặc hơi. Đối với các bơm có công suất lớn th−ờng đ−ợc dẫn động bằng tuabin hơi. Thông số của bơm là: áp suất và l−u l−ợng 4.6.4.2. Quạt gió- quạt khói Với các lò hơi lớn có bề mặt đốt phần đuôi, quạt gió có nhiệm vụ cung cấp không khí cho quá trình cháy, còn quạt khói có nhiệm vụ hút khói ra khỏi lò. Quạt gió và quạt khói tạo nên hệ thống thông gió cho lò hơi, hệ thống đó gọi là hệ thống thăng bằng, luôn tạo cho áp suất của khói từ buồng lửa đến khi ra khỏi lò nhỏ hơn áp suất khí quyển. Để tạo áp lực t−ơng đối lớn thì quạt gió và quạt khói th−ờng dùng quạt ly tâm đ−ợc dẫn động bằng động cơ điện. Nguyên lý cấu tạo quạt ly tâm đ−ợc chỉ ra trên hình 4.32. Đối với các lò hơi nhỏ, quạt gió có nhiệm vụ cung cấp không khí cho quá trình cháy nhiên liệu, còn chiều cao của ống khói có nhiệm vụ hút khói ra khỏi lò. Các đặc tính kỹ thuật của quạt: Đặc tính kỹ thuật của quạt là l−u l−ợng quạt, cột áp đầu hút và đầu đẩy. * L−u l−ợng quạt gió: Khi không có tái tuần hoàn không khí nóng. 273 + t m3 Q = β B (α − ∆α − ∆α + ∆α )V kkl ,( ) (4-2) g 1 tt bl bl ng skk 0 273 h β1: hệ số an toàn, β1 = 1,1; Btt : l−ợng nhiên liệu tiêu hao tính toán, (kg/h), αbl: hệ số không khí thừa trong buồng lửa; ∆αbl: hệ số không khí lọt vào buồng lửa; ∆αng: hệ số không khí lạnh lọt vào hệ thống nghiền than; ∆αs: hệ số không khí lạnh lọt vào bộ sấy không khí; 3 V0 : l−ợng không khí lí thuyết, (m tc/kg), 0 tkkl: nhiệt độ không khí lạnh, ( C), * L−u l−ợng quạt khói 273 + t m3 Q = β B (V + ∆α V ) kkl ;( ) (4-3) g 1 tt th dọ 0 273 h 3 Vth: L−ợng khói thải ra khỏi lò, (m tc/kg), 0 tth: nhiệt độ khói thải ra khỏi lò, ( C), ∆αod: hệ số không khí lạnh lọt trong đ−ờng ống dẫn không khí; * Công suất của quạt gió: Q g H g Ng = 1,1. , Kw; 3600ηg 46
45. * Công suất của quạt khói: Q k H k Nk = 1,1. , Kw; 3600ηk Qg, Qk: l−u l−ợng không khí và khói của lò, Hg, Hk: áp suất của đầu đẩy của quạt gió, quạt khói, ηg, ηk: hiệu suất của quạt gió và quạt khói, 4.6.5. Hệ thống cung cấp nhiên liệu 4.6.5.1. Hệ thống dầu đốt: Dầu có thể dùng làm nhiên liệu chính trong các lò hơi đốt nhiên liệu lỏng, hoặc dùng làm nhiên liệu đốt phụ trợ khi công suất thấp hoặc khi công suất cực đại hoặc khi khởi động lò trong các lò hơi đốt nhiên liệu rắn (than, bã mía hoặc củi). Thông th−ờng dầu đốt trong các lò là dầu FO (dầu đen). Hệ thống dầu của nhà máy đ−ợc thể hiện trên hình 4.33. ở nhiệt độ môi tr−ờng, dầu có độ nhớt lớn, do đó cần phải có thiết bị sấy dầu để giảm độ nhớt nhằm vận chuyển dễ dàng hơn, đồng thời dầu có thể đẽ bốc cháy. Thông th−ờng có thể sấy dầu đến nhiệt độ khoảng 900C-1000C. Bên cạnh bộ sấy cần có thêm bộ lọc để loại những cặn bẩn tránh hiện t−ợng tắc vòi phun dầu. Hình 4.33. sơ đồ nguyên lý hệ thống dầu. 47
46. * Các loại vòi phun dầu: có 2 loại vòi phun dầu, vòi phun thổi và vòi phun cơ khí. Yêu cầu vòi phun phải phun dầu thành các hạt bụi nhỏ, các hạt càng nhỏ càng dễ bốc cháy. - Vòi phun cơ khí: dầu đ−ợc phun thành bụi nhờ bơm cao áp nén lên đến áp suất từ 10 đến 30 at và khi đi qua các lỗ nhỏ của vòi phun sẽ phun thành bụi. - Vòi phun thổi: dòng dầu đ−ợc phun thành bụi qua vòi phun nhờ động năng của dòng hơi hoặc khí nén có áp suất từ 3-5 at. 4.6.5.2. Hệ thống chuẩn bị bột than Hình 4.34. Hệ thống chuẩn bị bột than. a) Hệ thống với máy nghiền bi và phểu than trung gian; b) Hệ thống với giếng nghiền thổi thẳng; c) Hệ thống có quạt nghiền. 1-Phân li mịn; 2, 11 và 21-ống dẫn không khí; 3-Vít tải ruột gà; 4-Phễu bột than; 5-Quạt gió; 6-Buồng lửa; 7-Bộ sấy không khí; 8-Vòi phun; 9-Hộp không khí; 10-Buồng hỗn hợp; 12-Hộp phân phối; 13-Quạt nghiền; 14-Phân li bột than; 15-Máy nghiền; 16-Hộp đầu vào; 17-Máy cấp than; 18-Phễu than nguyên; 19-Cân; 20-Khothan nguyên; 22-Cửa lấy khói nóng. 48
47. Hệ thống chuẩn bị bột than có nhiệm vụ nghiền mịn than thành bột và vận chuyển bột than đến cung cấp cho lò hơi. Than đ−ợc nghiền mịn nhờ các máy đập búa và các máy nghiền. Sau đó đ−ợc vận chuyển đi trong ống nhờ không khí nóng. Không khí nóng vừa có nhiệm vụ vận chuyển bột than, vừa sấy nóng bột than. Sau đó bột than đ−ợc phân li (tách ra khỏi không khí) nhờ các máy phân ly tinh (hay phân ly kiểu xiclon). Bột than đ−ợc cấp đến các vòi phun của lò nhờ máy cấp than bột. Hệ thống cung cấp bột than đ−ợc biểu diễn trên hình 4.34. 4.6.6. Hệ thống thải tro xỉ Hệ thống thải tro xỉ có thể dùng vít tải ruột gà; giêng thải xỉ hoặc thuyền xỉ. - Hệ thống vít tải ruột gà: gồm 1 vít xoắn ruột gà đặt trong 1 ống. - Giêng thải xỉ. - Thuyền xỉ. 49
48. Ch−ơng 5: CHấT LƯợNG NƯớC Và HƠI CủA Lò 5.1. Yêu cầu chất l−ợng n−ớc cấp cho lò hơi 5.1.1. Mục đích của việc xử lí n−ớc Sự làm việc chắc chắn và ổn định của lò hơi phụ thuộc rất nhiều vào chất l−ợng n−ớc cấp cho lò để sinh hơi. Trong các nhà máy điện, n−ớc cung cấp cho lò hơi chủ yếu là n−ớc do hơi ng−ng tụ từ bình ng−ng về. Tuy nhiên, trong quá trình làm việc của nhà máy điện luôn luôn có tổn thất hơi và n−ớc ng−ng. Về mặt lí thuyết, chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện là một chu trình kín, l−ợng môi chất làm việc trong chu trình là không đổi. Trên thực tế thì có một l−ợng n−ớc bị thải ra khỏi lò do xả đáy lò, một l−ợng dùng cho sinh hoạt trong nhà máy; một l−ợng hơi hơi thoát ra do xả van an toàn hoặc để thổi bụi hoặc để sấy dầu; một l−ợng bì rò rỉ qua các khe hở của các chỗ nối, khe hở do van bị rò hoặc dùng vào các mục đích khác mà không đ−ợc thu hồi n−ớc ng−ng. Khi đó, l−ợng n−ớc ng−ng từ bình ng−ng trở về sẽ nhỏ hơn l−ợng n−ớc cấp cấp cho lò, do đó cần có một l−ợng n−ớc bổ sung cho lò để bù lại các tổn thất đó, l−ợng n−ớc này đ−ợc lấy từ ao, hồ gọi là n−ớc thiên nhiên. Trong n−ớc thiên nhiên có hòa tan những tạp chất, mà đặc biệt là các loại muối can xi và magiê và một số muối cứng khác. Trong quá trình làm việc của lò, khi n−ớc sôi và bốc hơi, các muối này sẽ tách ra ở pha cứng d−ới dạng bùn hoặc cáu tinh thể bám vào vách ống của lò hơi. Các cáu và bùn này có hệ số dẫn nhiệt rất thấp, thấp hơn so với kim loại hàng trăm lần, do đó khi bám vào vách ống sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt từ khói đến mỗi chất trong ống, làm cho môi chất nhận nhiệt ít hơn và tổn thất nhiệt do khói thải tăng lên, hiệu suất của lò giảm xuống, l−ợng tiêu hao nhiên liệu của lò tăng lên. 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 tr−ờng hợp nhiệt độ của vách ống tăng lên quá mức cho phép, có thể làm nổ ống. Khi cáu bám lên vách ống sẽ tăng tốc độ ăn mòn kim loại ống, gây ra hiện t−ợng ăn mòn cục bộ. Khi cáu bám vào các cánh tuốc bin sẽ làm tăng độ nhám bề mặt cánh, gây cản trở chuyển động của hơi sẽ làm giảm hiệu suất và làm giảm tiết diện hơi qua sẽ làm giảm công suất của tuốc bin, có thể gây sự cố cho tuốc bin. Ngoài những chất sinh cáu, trong n−ớc còn có những chất khí hòa tan nh− oxi và cacbonic, các loại khí này gây ăn mòn mạnh các bề mặt ống kim loại của lò, nhất là ở bộ hâm n−ớc. Vì những nguyên nhân trên, đòi hỏi phải có những biện pháp đặc biệt để bảo vệ lò hơi khỏi bị cáu bám và ăn mòn, đảm bảo cho lò làm việc an toàn. Để giảm c−ờng độ ăn mòn và đảm bảo cho lò làm việc an toàn cần thực hiện 3 nhiệm vụ sau đây: - Ngăn ngừa hiện t−ợng bám cáu trên tất cả các bề mặt đốt. - Duy trì độ sạch của hơi ở mức độ cần thiết. - Ngăn ngừa quá trình ăn mòn của đ−ờng n−ớc- đ−ờng hơi: Nh− đã trình bày ở trên, không thể dùng trực tiếp n−ớc thiên nhiên cung cấp 50
49. ngay cho lò đ−ợc mà cần phải xử lý n−ớc để loại bỏ các tạp chất có thể sinh ra cáu. Việc chọn ph−ơng pháp xử lý n−ớc và sơ đồ xử lí không chỉ dựa vào thành phần của n−ớc thiên nhiên, mà còn phải dựa vào thông số của lò hơi. Lò có thông số hơi càng cao thì yêu cầu chất l−ợng n−ớc càng cao, nghĩa là nồng độ các tạp chất trong n−ớc cấp vào lò càng phải thấp. Để đánh giá chất l−ợng của n−ớc, ng−ời ta đ−a ra các khái niệm về đặc tính của n−ớc thiên nhiên nh− sau: Độ cứng, độ kiềm, độ khô kết của n−ớc. Độ cứng của n−ớc thể hiện tổng nồng độ các ion Ca+ và Mg+ có trong n−ớc, đ−ợc ký hiệu là 0H. Tuy hiện nay một số n−ớc có định nghĩa độ cứng khác nhau. 5.1.2. Chất l−ợng n−ớc cấp cho lò Độ cứng cho phép của n−ớc cấp vào lò phụ thuộc vào thông số hơi của lò. Lò có thông số hơi càng cao thì yêu cầu chất l−ợng n−ớc càng cao, nghĩa là nồng độ các tạp chất trong n−ớc cấp vào lò càng phải thấp. Yêu cầu chất l−ợng n−ớc (độ cứng) của lò hơi phụ thuộc vào áp suất hơi nh− sau: - Lò hơi ống lò, ống lửa: 0H 10 Mpa : 0H < 0,005 5.2. CáC PHƯƠNG PHáP Xử Lý NƯớC CHO Lò N−ớc thiên nhiên không đáp ứng đ−ợc yêu cầu về chất l−ợng khi cấp cho lò, đặc biệt là độ cứng. Để giảm độ cứng của n−ớc cấp cho lò nhằm giảm hiện t−ợng đóng cáu ng−ời ta dùng các biện pháp sau: - Tách những vật chất có khả năng tạo thành cáu ở trong lò ra khỏi n−ớc tr−ớc khi đ−a n−ớc vào lò, gọi là ph−ơng pháp xử lý n−ớc tr−ớc khi đ−a n−ớc vào lò hay xử lý n−ớc cho lò. - Biến những vật chất có khả năng sinh ra cáu ở trong lò (do n−ớc cấp ch−a đ−ợc xử lý hoặc xử lý không hết) thành những vật chất tách ra ở pha cứng d−ới dạng bùn (không ở dạng cáu) rồi dùng biện pháp xả lò để thải ra khỏi lò. Ph−ơng pháp này gọi là xử lý n−ớc bên trong lò (ph−ơng pháp chống đóng cáu cho lò). Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu lần l−ợt từng biện pháp đó. 5.2.1. Xử lý n−ớc tr−ớc khi đ−a vào lò Xử lý n−ớc là loại bỏ các tạp chất cơ học ra khỏi n−ớc và làm giảm đến mức nhỏ nhất độ cứng của n−ớc, gồm hai b−ớc: xử lí cơ học và xử lí độ cứng. Nhiệm vụ của ph−ơng pháp này là khử đến mức tối thiểu những vật chất tan hoặc không tan ở trong n−ớc, có khả năng sinh cáu trong lò tr−ớc khi đ−a n−ớc vào lò. Tùy thuộc vào chất l−ợng n−ớc thiên nhiên và yêu cầu của lò ng−ời ta dùng các biện pháp khác nhau. 51
50. 5.2.1.1. Xử lý cơ học X− lí n−ớc cơ học là dùng các bể lắng và các bình lọc cơ khí để tách các tạp chất lơ lửng trong n−ớc ra khỏi n−ớc. Tuy nhiên xử lí cơ học chỉ loại bỏ đ−ợc các tạp chất cơ khí ra khỏi n−ớc. 5.2.1.2. Xử lý độ cứng Xử lí độ cứng là làm giảm đến mức nhỏ nhất nồng độ các tạp chất có thể tạo thành cáu hòa tan trong n−ớc. Độ cứng chỉ có thể đ−ợc khử bằng hóa chất hoặc bằng trao đổi ion (kation và anion). + Xử lý bằng hóa chất: th−ờng đ−ợc dùng cho các lò hơi nhỏ, yêu cầu chất l−ợng n−ớc không cao, gồm các ph−ơng pháp sau đây: Ph−ơng pháp xử lý Hóa chất dùng Vôi hóa CaO Vôi - xôđa CaO + Na2CO3 Xút NaOH Xút - xôđa NaOH + Na2CO3 Vôi – xút CaO + NaOH Tùy theo chất l−ợng n−ớc nguồn và yêu cầu chất l−ợng n−ớc của lò, ta lựa chọn biện pháp nào đó hoặc kết hợp nhiều biện pháp khác nhau. + Ph−ơng pháp xử lý bằng trao đổi ion: Ph−ơng pháp này gồm trao đổi Kation và anion. - Ph−ơng pháp trao đổi Kation: Nguyên lý của ph−ơng pháp này là thực hiện quá trình trao đổi giữa các kation của tạp chất hòa tan trong n−ớc, có khả năng sinh cáu trong lò với các kation của hạt kationit, để tạo nên những vật chất mới tan ở trong n−ớc nh−ng không tạo thành cáu ở trong lò. Kationit là những hạt nhựa tổng hợp có gốc R ngậm các kation, không tan, nhúng vào trong n−ớc. Trong kỹ thuật th−ờng dùng ba loại kationit sau: Kationit Natri (NaR), Kationit Hyđro (HR), Kationit Amon (NH4R), trong đó R là gốc của cationit, không tan trong n−ớc (hình 5.1). - Khi dùng NaR, phản ứng xảy ra: Ca(HCO3)2 + 2NaR = CaR2 + 2NaHCO3; Mg(HCO3)2 + 2NaR = MgR2 + 2NaHCO3; CaCl2 + 2NaR = CaR2 + 2NaCl; MgCl2 + 2NaR = MgR2 + 2NaCl; CaSO4 + 2NaR = CaR2 + Na2SO4; MgSO4 + 2NaR = MgR2 + Na2SO4; - Khi dùng HR, phản ứng xảy ra: Ca(HCO3)2 + 2HR = CaR2 + 2CO2+ 2H2O; 52
51. Mg(HCO3)2 + 2HR = MgR2 + 2CO2+ 2H2O; CaCl2 + 2HR = CaR2 + 2HCl; MgCl2 + 2HR = MgR2 + 2HCl; CaSO4 + 2HR = CaR2 + H2SO4; MgSO4+ 2HR = MgR2 + H2SO4; - Khi dùng NH4R, phản ứng xảy ra: Ca(HCO3)2 + 2NH4R = CaR2 + 2NH4HCO3; Mg(HCO3)2 + 2NH4R = MgR2 2NH4HCO3; CaCl2 + 2NH4R = CaR2 + 2NH4Cl; CaSO4 + 2NH4R = CaR2 + (NH4)2SO4; MgSO4+ 2NH4R = MgR2 + (NH4)2SO4; - Khi sử dụng kationit NaR, toàn bộ độ cứng của n−ớc đều đ−ợc khử, song độ kiềm và các thành phần anion khác trong n−ớc không thay đổi (hình 5.2). - Khi sử dụng kationit hyđrô thì độ cứng và độ kiềm đều đ−ợc khử cả, nh−ng khi đó các anion của các muối sẽ tạo thành các axit, n−ớc sau khi xử lí có tính axit, không thỏa mãn yêu cầu. Do vậy ng−ời ta th−ờng phối hợp 2 loại hạt lọc kation Natri và kation Hyđrô (hình 5.3.). - Khi sử dụng Kationit amôn, độ cứng cũng giảm đi còn rất nhỏ, nh−ng khi đó trong n−ớc sẽ tạo thành các muối amôn, các muối này khi vào lò sẽ bị phân hủy nhiệt, tạo thành chất NH3 và các axit, gây ăn mòn mạnh kim loại, nhất là hợp kim đồng. Do đó ng−ời ta th−ờng sử dụng kết hợp với ph−ơng pháp trao đổi kation Natri. Hình 5.1. Bình trao đổi ion 1. Thân bình; 2- lớp bêtông lót; 3- núm lọc n−ớc;4- lớp hạt lọc; 5- phễu phân phối 6- đ − ờng n − ớc và; 7 - đ − ờng n − ớc r a. Các kationit đ−ợc chứa trong các bình trao đổi kation. Sơ đồ nối các bình cation đ−ợc lựa chọn tùy thuộc vào chất l−ợng n−ớc nguồn, yêu cầu chất l−ợng n−ớc của lò và khả năng đ−ợc xử lí tiếp theo. Trong quá trình xử lí, n−ớc đ−ợc dẫn vào bình theo ống dẫn chảy từ trên xuống, qua lớp hạt lọc thì các gốc kation canxi, Magiê chứa trong n−ớc có thể tạo nên cáu 53
52. cặn cho lò sẽ đ−ợc hạt lọc giữ lại trong bình, do đó n−ớc ra khỏi bình là n−ớc đã đ−ợc khử hết độ cứng Ca và Mg, đ−ợc gọi là n−ớc mềm không còn khả năng tạo thành cáu trong lò. Hình 5.2. Nguyên lí của hệ thống xử lý n−ớc trao đổi kation 1- bể dung dich muối; 2-bình lọc dung dịch muối; 3-thùng chứa n−ớc muối; 4-bình kationit; 5-bơm dung dich muối; 6-bơm n−ớc qua bình; 7-đ−ờng n−ớc để rửa bình lọc hay để chuẩn nồng độ dung dịch muối; 8-đ−ờng tái tuần hoàn n−ớc muối; 9-đ−ờng n−ớc muối hoàn nguyên; 10-đ−ờng n−ớc ch−a xử li; 11-đ−ờng n−ớc mềm; 12-đ−ờng n−ớc rửa ng−ợc; 13-đ−ờng xả. Sau một thời gian làm việc, các kationit sẽ mất dần các kation, nghĩa là các kationit mất dần khả năng trao đổi. Vì vậy để phục hồi khả năng làm việc của các kationit, cần phải cho chúng trao đổi với những chất có khả năng cung cấp lại các kation ban đầu. Quá trình đó đ−ợc gọi là quá trình hoàn nguyên kationit. Quá trình hoàn nguyên: Để hoàn nguyên kationit Natri, ng−ời ta dùng dung dịch muối ăn (NaCl) có nồng độ 6-8%; đối với kationit hyđrô, ng−ời ta dùng dung dịch H2SO4 có nồng độ 1- 1,5% hay HCl; đối với kationit amôn, ng−ời ta dùng dung dịch muối amôn NH4Cl. Trong quá trình hoàn nguyên, phản ứng sẽ xảy ra nh− sau: Ca R2 + 2NaCl = 2NaR + CaCl2; MgR2 + 2NaCl = 2NaR + MgCl2; Hoặc Ca R2 + H2SO4 = 2HR + CaSO4; Ca R2 + 2NH4Cl = 2NH4R + CaCl2; 54
53. a) b) Hình 5.3. Sơ đồ trao đổi kation Natri và kation Hyđrô a) sơ đồ song song; b) sơ đồ nối tiếp; 1-bình kationit Natri; 2-bình kationit Hyđrô; 3-dung dich muối hoàn nguyên; 5-dung dich axit hoàn nguyên; 6-bơm; 7-thùng chứa n−ớc rửa ng−ợ; 8-thùng chứa trung gian của bình khử khí; 9-cột khử khí; Qúa trình hoàn nguyên cũng thực hiện gần giống quá trình xử lý, nghĩa là dung dịch hoàn nguyên đ−ợc đ−a vào theo đ−ờng ống dẫn từ trên xuống, chảy qua lớp hạt lọc, thực hiện các phản ứng phục hồi lại các kation ban đầu. Các chất tách ra sau khi hoàn nguyên là các liên kết tan trong n−ớc, đ−ợc xả ra khỏi lớp kationit bằng biện pháp rửa, cháy theo ống 4 xả ra ngoài. - Ph−ơng pháp xử lý bằng trao đổi Anion: Nguyên tắc cũng giống ph−ơng pháp trao đổi kation, ở đây các anion của các Anionit sẽ trao đổi với anion của muối và axít có trong n−ớc. Khi xử lý bằng trao đổi Anion, ph−ơng trình phản ứng rẩy ra: 2RaOH + H2SO4 = Ra2SO4 + H2O ; RaOH + HCl = RaCl + H2O ; Bằng ph−ơng pháp trao đổi anion ta khử đ−ợc triệt để các axít có trong n−ớc, do vậy trong hệ thống xử lí n−ớc ng−ời ta th−ờng kết hợp cho n−ớc qua bình trao đổi kation hyđrô tr−ớc, trong n−ớc sẽ tạo thành axit rồi cho qua bình trao đổi anion, n−ớc sẽ đ−ợc xử lí hoàn toàn (hình 5.4) 55
54. Hình 5.4. Sơ đồ nối các bình trao đổi kation và anion a và b-cho n−ớc đã khử silic và magiê; c và d cho n−ớc đã lắng lọc, vôi hóa H; Na; A - bình trao đổi kation Hyđro, Natri, Amon; K-bình khử khí; B-bơm; T-thùng chứa n−ớc; 5.2.2. Xử lí n−ớc bên trong lò Ph−ơng pháp xử lí n−ớc bên trong lò dựa trên hai nguyên tắc sau: * Dùng ph−ơng pháp nhiệt để phân hủy nhiệt đối với một số vật chất hòa tan, tạo ra những vật chất khó tan, tách ra pha cứng d−ới dạng bùn và cũng đ−ợc xả ra khỏi lò nhờ biện pháp xả lò. * Dùng những chất chống đóng cáu đ−a vào lò để làm cho các tạp chất khi tách ra pha cứng thì pha cứng đó sẽ ở dạng bùn và dùng biện pháp xả lò để xả ra khỏi lò, do đó n−ớc không còn khả năng đóng cáu trong lò nữa. 5.2.2.1. Làm mềm n−ớc bằng nhiệt N−ớc cấp vào bao hơi, tr−ớc khi pha trộn với n−ớc trong lò đ−ợc đ−a vào trong một thiết bị gia nhiệt đ−ợc đặt ở trong bao hơi, thiết bị đó đ−ợc gọi là thiết bị làm mềm n−ớc bằng nhiệt trong lò (hình 5.5). ở đây n−ớc đ−ợc hơi bão hòa trong bao hơi gia nhiệt đến nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hòa. ở nhiệt độ này thành phần độ cứng Bicacbonat nh−: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 sẽ bị phân hủy nhiệt thành CaCO3 và MgCO3 tách ra ở dạng bùn. Mặt khác khi nhiệt độ tăng lên, CaSO4 và một số hợp chất có hệ số hòa tan âm sẽ giảm độ hòa tan nên sẽ và tách ra khỏi n−ớc ở dạng bùn trong thiết bị làm mềm. Nh− vậy, n−ớc ra khỏi thiết bị làm mềm dã giảm độ cứng đi rất nhiều. Những vật chất tách ra khỏi n−ớc trong thiết bị làm mềm sẽ đ−ợc thải ra khỏi lò bằng ph−ơng pháp xả lò. 56
55. Hình 5.5. Thiết bị làm mềm n−ớc bằng nhiệt trong lò 1-máng gia nhiệt giữa; 2-máng bên; 3-máng xuống; 4-ống dẫn n−ớc cấp; 5-vòng đẩy; 6-ống xả bùn; 7-máng tập trung bùn Ưu, nh−ợc điểm của ph−ơng pháp này: + Ưu điểm: Vì nằm trong bao hơi nên nó không chịu lực, do đó kết cấu của thiết bị làm mềm đơn giản và không có đòi hỏi gì về điều kiện bền. Mặt khác không tiêu tốn gì trong quá trình vận hành nh− ở các ph−ơng pháp khác, đồng thời nhiệt l−ợng cung cấp cho n−ớc không bị mất đi, do đó đạt đ−ợc hiệu quả cao. + Nh−ợc điểm: Đòi hỏi chế độ xả lò nghiêm ngặt, yêu cầu n−ớc cấp cho lò có độ cứng không carbonat nhỏ. 5.2.2.2. Chống đóng cáu cho lò Các chất th−ờng dùng chống đóng cáu cho lò có thể là: a) Dùng hóa chất nh−: NaOH, Na2CO3, Na3PO4.12H2O gọi là ph−ơng pháp phốt phát hóa n−ớc lò. b) Dùng những chất có thể lơ lửng trong n−ớc để tạo thành các trung tâm tinh thể hóa, do đó hạn chế đ−ợc qúa trình tinh thể hóa của pha cứng trên bề mặt kim loại. c) dùng những chất khi đ−a vào lò sẽ tạo thành một lớp màng mỏng bao phủ bề mặt kim loại, hạn chế quá trình tinh thể hóa trên bề mặt kim loại. *. Phốt phát hóa n−ớc lò: Chế độ phốt phát hóa n−ớc lò có tác dụng chủ yếu đối với cáu canxi và trong những điều kiện nhất định có thể có tác dụng với cáu magiê. Dung dịch Phốt phát đ−ợc đ−a vào từ sau bình khử khí và trong n−ớc th−ờng tạo ra những chất ở dạng bùn. Nồng độ phốt phát qui định 5-8%. Chú ý phải pha dung dịch bằng n−óc đã xử lí. Trong quá trình xử lý n−ớc bổ sung cho lò, việc chọn ph−ơng pháp xử lý n−ớc cần dựa vào chỉ tiêu chất l−ợng n−ớc thiên nhiên (đặc tính n−ớc thiên nhiên), vào thông số hơi của lò (dựa vào yêu cầu chất l−ợng n−ớc của Lò) và có thể kết hợp nhiều ph−ơng pháp với nhau để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao. 57