ĐỒ án THIẾT bị đo tự động hóa

Thiết bị đo và điều khiển công nghiệp Thiết kế hệ thống cấp nước lò hơi cho nhà máy công nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Tiểu luận thiết bị đo và điều khiển thiết bị công.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Tiểu luận thiết bị đo và điều khiển thiết bị công

nghiệp

Đề tài: Thiết kế hệ thống cấp nước lò hơi cho nhà máy

công nghiệp

Hà Nội, 06/2021

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI 5

1.1 Lịch sử phát triển 5

1.2 Cấu tạo của lò hơi 7

1.3 Nguyên lý hoạt động 8

1.4 Phân loại lò hơi 9

1.5 Ứng dụng 13

CHƯƠNG II TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP 15

2.1 Phương pháp cơ học 15

2.1.1 Phương pháp lắng 15

2.1.2 Phương pháp lọc 15

2.2 Phương pháp hóa học 16

2.2.1 Keo tụ 16

2.2.2 Khử trùng 16

2.3 Các phương pháp đặc biệt 17

2.3.1 Khử sắt 17

2.3.2 Khử mangan 18

2.3.3 Khử mùi và vị trong nước 18

2.3.4 Làm mềm nước 19

CHƯƠNG III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 20

3.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 20

3.1.1 Lưu lượng nước cấp cho lò hơi 20

3.1.2 Nguồn nước 20

3.2 PHƯƠNG ÁN 1 22

3.2.1 Đề xuất công nghệ 22

3.2.2 Thuyết minh công nghệ 24

3.3 PHƯƠNG ÁN 2 25

3.3.1 Đề xuất công nghệ 25

3.3.2 Thuyết minh công nghệ 29

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC CHO LÒ HƠI 31

4.1 THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 31

4.2 TÍNH TOÁN 31

4.2.1 Giai đoạn 1 31

4.2.2 Giai đoạn 2 33

CHƯƠNG V KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

sẽ làm tăng chi phí vận hành do tiêu hao nhiên liệu đốt đồng thời nó cũng làmcho thiết bị dễ bị ăn mòn do quá trình oxy hóa và sinh ra cặn mới, đây là điềukhông mong muốn trong quá trình vận hành lò hơi vì dể gây ra sự cố nghẹt và

nổ lò hơi Chính vì những vấn đề nêu trên nên em chọn đề tài: “Thiết kế hệthống cấp nước lò hơi cho nhà máy công nghiệp”

Trong quá trình thực hiện chuyên đề, chúng em đã nỗ lực hết sức, tuy nhiên sẽkhông tránh khỏi những thiếu sót và những nội dung trình bày trong quyển báocáo này là những hiểu biết và những thành quả của chúng em đạt được trongsuốt quá trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Võ Huy Hoàn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI

Lò hơi công nghiệp hay còn gọi là nồi hơi, là thiết bị sản xuất ra hơi nước cungcấp cho các thiết bị máy móc khác, hoặc, loại lò hơi đơn giản, thì cung cấp hơitrực tiếp phục vụ đời sống con người

Hình 1 Lò hơi có cấu tạo đặc biệt phù hợp với nhiều ngành công nghiệp.

Hơi này được cung cấp cho các quá trình sản xuất công nghiệp như gia nhiệtcho không khí để sấy, rửa thiết bị, cung cấp nhiệt trong các nhà máy dệt, sảnxuất đường, hóa chất, rượu bia và nước giải khát… trong trường hợp này hơi sửdụng được gọi là hơi bão hòa (Saturated Steam)

Ngoài ra, trong công nghệ cao, các nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi để vậnhành máy phát điện thì hơi được sử dụng được gọi là hơi quá nhiệt(Superheated Steam) Tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng của từng công nghệ khácnhau mà đơn vị sử dụng có thể lựa chọn Lò hơi thích hợp với từng nhà máy

1.1 Lịch sử phát triển.

Ngày nay, hình như ở đâu nhu cầu năng lượng cũng được vận dụng vào đờisống và sản xuất, nó ngày càng được sử dụng và ứng dụng rộng rãi, trong đónguồn năng lượng để chuyển hóa thành nhiệt năng là chủ yếu Như vào nhữngnăm 1989, năng lượng sản xuất trến toàn thế giưới chiểm khoảng 3,58 x 105 KJ,trong đó 39,2% từ dầu mỏ và khí hóa lỏng, 27,4% từ than đá 19,8% từ thiênnhiên 5,6% từ năng lượng nguyên từ, như vậy 92% năng lượng trên thể hiệndưới dạng nhiệt năng Việc sử dụng năng lượng dưới dạng nhiệt năng trong sảnxuất và tiêu dùng thì việc sinh hơi có một vai trò quan trọng

Hình 2 Lò hơi sử dụng cho động cơ hơi nước.

Việc sản xuất sử dụng hơi đã có từ lâu Từ những chiếc chong chóng hơi –aelopile – do nhà toán học Hero người Hi Lạp chế tạo ra từ những năm200TCN, chiếc xe quay bằng hơi nước của người Ý tên Brance chế tạo từ năm

1600 thì năm 1680, Densi Papin chế tạo lò hơi có áp suất dùng trong chế biếnthực phẩm Đến năm 1698, Thomas Savery được cấp bằng sáng chế về hệ thốngbơm nước bằng hơi Năm 1690, máy hơi nước đầu tiên được chế tạo theo ý

tưởng của Papin và hoàn thiện bởi Thomas Savery và John Cowly vào năm

1711 Lúc đó máy hơi và lò hơi đi liền với nhau Đến năm 1769, một công nhân

cơ khí người Anh, James Watt chế tạo ra nồi hơi kieeurtao xe tách khỏi động cơ

từ Đáng chú ý hơn là năm 1804, lò hơi dạng như hiện nay được thiết kế bởiTrevithick, than hình trụ, đáy tròn, chịu được áp suất cao

1.2 Cấu tạo của lò hơi

Các thành phần cơ bản của Lò hơi:

+ Cụm sinh hơi: Có nhiều dạng khác nhau tùy vào kiểu đốt, nhiên liệu đốt đểthiết kế khác nhau (dạng ống nước hai ba lông, dạng tổ hợp ống nước ống lửa,dạng ống lửa, …)

+ Buồng đốt (sẽ được thiết kế đồng bộ với cụm sinh hơi): Bộ phận này là phầnkhông thể tách rời của cụm sinh hơi, là nơi để đốt cháy nhiên liệu cung cấpnhiệt cho quá trình hóa hơi

+ Phần đuôi lò gồm các bộ phận chính: bộ hâm nước, bộ sấy không khí, lọc bụikhô, lọc bụi ướt, ống khói

+ Bộ phận cấp liệu

+ Bộ Phận cấp nước

+ Các thiết bị phụ trợ khác (Bơm, Van, Quạt, Thiết bị an toàn, …)

Hình 3 Lò hơi (nồi hơi).

1.3 Nguyên lý hoạt động.

Hình 4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động lò hơi.

Lò hơi nhìn chung rất phức tạp và có nhiều thiết bị đi kèm nhưng lò hơi lại cónguyên lý hoạt động khá đơn giản Mọi hoạt động chủ yếu dựa vào quy trìnhtạo nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, sau đó nhiệt lượng gianhiệt nước nóng biến thành nhiệt năng của hơi nước Nước cấp được bơm húttuần hoàn qua bể chứa nước và được bơm liên tục vào nồi hơi

Bộ phận buồng đốt có chức năng đốt cháy nhiên liệu cho tới khi nguồn nhiệtđạt tới ngưỡng 1600 – 2000 độ C Khi đó nước bốc hơi tạo thành hơi nóng vàđược đưa đi sử dụng như cung cấp cho các thiết bị trao đổi nhiệt, sấy, … sauquá trình trao đổi nhiệt hoặc gia nhiệt thì hơi nóng sẽ mất năng lượng và sẽ bịngưng tụ thành dạng lỏng, khi đó nước ngưng nóng sẽ được đưa quay trở lại bểcấp nước chứa nước cấp cho lò hơi

Mặc dù nguyên lý hoạt động và cách sử dụng nồi hơi không hề khó nhưng nếukhông chú ý sử dụng đúng cách, hoặc vận hành lò hơi không đúng quy trình thì

Trong khi sử dụng cũng cần thường xuyên kiểm tra nồi hơi theo quy định định

kỳ, bảo dưỡng đúng lịch trình, chú ý phát hiện và sửa chữa các lỗi gặp phải dùlớn hay nhỏ Kiểm tra các thiết bị ống dẫn nước bên trong lò, thiết bị điều khiển

và van công nghiệp các loại được đặt trên lò hơi Đặc biệt, nguồn nước sử dụngcho nồi hơi phải dẫn qua hệ thống xử lý nước trước khi đưa vào lò, tránh sửdùng trực tiếp nước giếng khoan, nước cứng rất dễ tích tụ lớp cặn dày gây nhiềutình trạng xấu cho quá trình sử dụng và chất lượng lò

1.4 Phân loại lò hơi.

a Lò hơi ống lửa (Fire Tube Boiler).

Hình 5 Lò hơi lửa.

Với loại lò hơi này, khí nóng đi qua các ống và nước cấp cho lò hơi ở phía trên

sẽ được chuyển thành hơi Lò hơi ống lửa thường được sử dụng với công suấthơi tương thấp đến áp suất hơi trung bình Do đó, sử dụng lò hơi dạng này là ưuthế với tỷ lệ hơi lên tới 12.000kg/giờ và áp suất lên tới 18kg/cm2 Các lò hơinày có thể sử dụng với dầu, gas hoặc các nhiên liệu lỏng Vì lí do kinh tế, các lòhơi lửa nằm trong các hạng mục lắp đặt “trọn gói” (tức là nhà sản xuất sẽ lắpđặt) đối với tất cả nhiên liệu

b Lò hơi ống nước (Water Tube Boiler).

Hình 6 Lò hơi ống nước.

Ở lò hơi nước, nước cấp qua các ống đi vào trong lò hơi Nước được đun nóngbằng khí cháy và chuyển thành hơi ở khu vực đọng hơi trên lò hơi Lò hơi dạngnày được lựa chọn khi nhu cầu hơi cao đối với nahf máy phát điện

Phần lớn các thiết kế lò hơi ống nước hiện đại có công suất trong khoảng 4.500– 120.000 kg/h, ở áp suất rất là cao Rất nhiều lò hơi dạng này nằm trong hạngmục lắp đặt “trọn gói” nếu nhà máy sử dụng dầu hoặc gas làm nhiên liệu Hiệncũng có loại thiết kế lò hơi ống nước sử dụng nhiên liệu rắn nhưng với loại này,thiết kế “trọn gói” không thông dụng

Lò hơi ống nước có các đặc điểm sau:

Sự thông gió cưỡng bức, cảm ứng và cân bằng sẽ giúp nâng cao hiệu suất cháy.Yêu cầu chất lượng nước cần phải có hệ thống xử lý nước phù hợp với côngsuất nhiệt cao

1.5 Ứng dụng.

+ Lò hơi sử dụng trong ngành điện năng:

Hình 8 Lò hơi sử dụng quay tua bin gió.

Nhiệm vụ của Lò hơi trong ngành nhiệt điện là sản xuất hơi, tạo ra dòng hơi cóđộng năng cao để truyền động năng lên các cánh động của tua bin hơi làm quay trục tua bin

+ Lò hơi dùng trong ngành chế biến thực phẩm

Dùng hơi nước trong quá trình sản xuất các loại thực phẩm đóng hộp như: sữa,

thịt, rượu, bia, nước giải khát,… Những ngành chế biến thực phẩm thì họ ưachuộng nồi hơi đốt dầu, gas hơn so với các nhiên liệu khác bởi vì đốt gas, dầusản lượng hơi cao và ổn định, bên cạnh đó là yếu tố vệ sinh chất đốt và kho bãi

Hình 9 Lò hơi trong nhà máy sản xuất rượu bia.

+ Lò hơi dùng trong ngành công nghiệp sản xuất giấy, chế biến cao su, chế biến

gỗ, trong xây dựng cơ bản

Hình 10 Sản xuất gỗ.

Trong sản xuất giấy sử dụng nguồn nhiệt hơi nước để hồ, nấu bột giấy, xeo giấy,hấp giấy và sấy giấy Trong ngành chế biến cao su: dùng hơi nước cho các lòlưu hóa để hấp, sấy các công xưởng chế biến vỏ, ruột của xe đạp, xe gắn máy, ôtô… Trong ngành chế biến gỗ dùng để làm ván ép, bảo dưỡng, xông, sấy gỗ,hấp tẩm dầu cho cột gỗ Trong ngành xây dựng dùng hơi nước để sấy khônhanh các cấu kiện bê tông, nhờ đó quay nhanh chu kỳ sản xuất và tăng

năng suất cao

Phần lớn các đơn vị trong lĩnh vực này sử dụng nồi hơi đốt củi để tận dụngnguồn phế liệu đầu ra có sẵn của họ

Để nghiên cứu quá trình lắng được thuận tiện, người ta đưa ra hai khái niệm cơbản quan trọng nhất trong lý thuyết lắng đó là: độ lớn thủy lực và đường kínhtương đương của hạt

Các loại bể lắng: Theo phương trình chuyển động của dòng nước qua bể người

ta chia ra thành các loại bể:

Bể lắng ngang: nước chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể đến cuối bể

Bể lắng đứng: nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên trên

Bể lắng li tâm: nước chuyển động từ trung tâm bể ra phía ngoài

Bể lắng lớp mỏng: gồm 3 kiểu tùy theo hướng chuyển động của lớp nước vàcặn: dòng chảy ngang, dòng chảy nghiêng và dòng chảy nghiêng ngược chiều

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: lắng qua môi trường hạt, nước chuyển động từdưới lên

2.1.2 Phương pháp lọc.

Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhấtđịnh đủ để giữ lại tên bề mặt lớp vật liệu lọc hoặc giữa các khe hở của lớp vậtliệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước Trong dây chuyền xử lý nước ănuống sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm trong nước triệt để Hàmlượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép(nhỏ hơn hoặc bằng 3mg/l) Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chítlại, làm tốc độ lọc giảm dần để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc,

phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn rakhỏi lớp vật liệu lọc Bể lọc luôn luôn phải hoàn nguyên Chính vì vậy quá trìnhlọc nước được đặc trưng bởi 2 thông số cơ bản: tốc độ lọc và chu kì lọc Phânloại bể lọc: Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc cónguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau

kể, do đó các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống và bị giữ lại trong bểlọc Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất phản ứngthích hợp như: phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4 hoặc loại FeCl3 Các dạngphèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hòa tan

2.2.2 Khử trùng.

Các phương pháp khử trùng nước: Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùngtrong quá trình xử lý nước ăn uống, sinh hoạt Trong nước thiên nhiên chứa rấtnhiều vi sinh vật và vi trùng Sau quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khiqua bể lọc phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại Song để triệt tiêu hoàn toàn các vitrùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước Hiện nay có các biện phápkhử trùng nước có hiệu quả như:

Ưu điểm: Dùng với liều lượng không lớn (0.75-1mg/l) đối với nước ngầm

Thời gian tiếp xúc ngắn: 5 phút

Không gây mùi khó chịu

Nhược điểm: Hiệu suất của Ozonato thấp (10-15%) Nếu sản xuất 1kg O3 tiêutốn 30-40 kw/h điện

* Khử trùng bằng tia tử ngoại:

Nguyên lý khử trùng diễn ra như sau: dùng các đèn bức xạ tử ngoại đặt trongdòng chảy của nước Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protitcủa các tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất vì thếchúng bị tiêu diệt Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nướckhông có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng

Các phương pháp khử mangan:

-Khử mangan bằng phương pháp làm thoáng

-Khử mangan bằng phương pháp dùng hóa chất

-Khử mangan bằng phương pháp sinh học

2.3.3 Khử mùi và vị trong nước

Hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều có mùi và vị, nhất là mùi Theo nguồngốc phát sinh thì mùi được chia làm hai lọai đó là mùi tự nhiên và mùi nhân tạo.Ngoài mùi nước còn có thể có những vị khác nhau như: mặn, đắng, chua, cay Theo tiêu chuẩn nước ăn uống, sinh hoạt thì nước không được có mùi vị, vì vậycần tiến hành khử mùi vị

Thông thường các quá trình xử lý nước đã khử hết mùi và vị có trong nước Chỉ

áp dụng khi nào các biện pháp trên không đáp ứng được yêu cầu cần khử mùi,

vị thì mới áp dụng các biện pháp khử mùi vị độc lập Một số biện pháp khử mùi

vị thông thường:

-Khử mùi bằng làm thoáng

-Khử mùi bằng các chất oxy hóa mạnh

-Khử mùi bằng phương pháp dùng than hoạt tính

-Phương pháp trao đổi ion

Trong ba biện pháp xử lý nước cấp trên đây thì biện pháp cơ học là biện pháo

xử lý nước cơ bản nhất có thể dùng biện pháp cơ học để xử lý một cách độc lậphoặc kết hợp với biện pháp hóa học và lý học để rút ngắn thời gian và nâng caohiệu quả xử lý nước Trong thực tế để đạt mục đích xử lý một nguồn nước nào

đó một cách kinh tế và hiệu quả nhất phải thực hiện quá trình xử lý bằng sự kếthợp của nhiều phương pháp

CHƯƠNG III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

3.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ.

3.1.1 Lưu lượng nước cấp cho lò hơi.

Yêu cầu nước cấp cho lò hơi của nhà máy điện lực Hiệp Phước hiện nay là 600

m3/ngđ Trong tương lai nhà máy mở rộng thêm sản xuất vì vậy lượng nước cấpcho lò hơi trong tương lai là 800m3/ngđ Chọn thời gian làm việc của trạm xử lýnước cấp là 8h/ ngày Vậy Qtk = 100 m3/h

3.1.2 Nguồn nước.

Nguồn nước cấp đầu vào trạm xử lý là nguồn nước được cung cấp bởi Công ty

cổ phần KCN Hiệp Phước (công ty lấy nước từ nguồn nước máy của TP HồChí Minh) Yêu cầu nguồn nước cấp vào trạm xử lý phải đảm bảo đạt tiêuchuẩn nước dùng cho sinh hoạt

Thành phần nước cấp và tiêu chuẩn cấp nước cho lò hơi được trình bày trongbảng 3.1

Chất lượng nước thủy cục

Tiêu chuẩn cấp nước cho lò hơi (TCVN-2007

Na+, Ca2+, Cl-,…) Vì vậy để đảm bảo chất lượng nước cấp cho lò hơi thì phảiloại các ion hòa tan xuống tiêu chuẩn cho phép hay nói cách khác là giảm TDSxuống mức cho phép

3.2 PHƯƠNG ÁN 1.

3.2.1 Đề xuất công nghệ.

Lò hơi của nhà máy điện lực Hiệp Phước cần chất lượng nước cao (như trìnhbày trong Bảng 3.1) Để đảm bào nước cấp cho lò hơi với nồng độ TDS 0,15mg/l thì hiệu quả xử lý qua từng công nghệ trong phương án 1 này là 95%

Các chỉ tiêu và hiệu quả xử lý được trình bày trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu và hiệu quả cần xử lý.

-3 Lọc tinh kích

thước 1 m

Lọc cặn

-4 Màng lọc

thẩm thấungược (RO)

Giảm TDS

5 Cột trao đổi

hỗn hợp bậc1

Khử khoáng

TDS

=10,85

TDS

=0,54

6 Cột trao đổi

hỗn hợp bậc2

Khử khoáng

TDS

=0,54