Chương 11: Vân hành lò hơi ppt

Trong quy trình vận hành cho biết các thông số của hơi, nước, khói và không khí ở công suất định mức, công suất tối thiểu, tối đa, trung gian và độ chênh lệch cho phép của các thông số ấ

Chương 11 Vận hành lò hơi

11.1 Các chế độ vận hành lò hơi

Nhiệm vụ chủ yếu khi vận hành lò hơi là đảm bảo sự làm việc tin cậy, an toàn của lò hơi trong một thời gian dài với việc đạt

được độ kinh tế cao nhất khi sản xuất đủ lượng hơi yêu cầu và tuân thủ đồ thị phụ tải

Việc vận hành lò hơi phải thực hiện đúng quy trình vận hành Trong quy trình vận hành cho biết các thông số của hơi, nước, khói và không khí ở công suất định mức, công suất tối thiểu, tối đa, trung gian và độ chênh lệch cho phép của các thông số ấy

Phụ tải định mức là phụ tải tính toán dùng để xác định kích thước của các bề mặt truyền nhiệt trong lò hơi ứng với các thông số của hơi và hiệu suất của lò đã cho trước

Phụ tải tối thiểu của lò hơi phụ thuộc kiểu lò hơi, dạng nhiên liệu và biện pháp đốt ở lò hơi có bao hơi, tuần hoàn tự nhiên phụ tải tối thiểu bằng 30 ữ 40% phụ tải định mức do phải đảm bảo sự tuần hoàn tin cậy của môi chất (nước và hỗn hợp hơi nước) và sự cháy ổn

định của nhiên liệu ở lò hơi trực lưu phụ tải tối thiểu được chọn theo điều kiện làm việc tin cậy của các dàn ống sinh hơi và thường bằng 25 ữ 30% phụ tải định mức

Chế độ làm việc của lò hơi được đặc trưng bởi giá trị của phụ tải và tổ hợp các thông số xác định mức độ kinh tế của quá trình sản xuất hơi

Chế độ làm việc ổn định là chế độ mà giá trị của mọi thông

số xác định sự làm việc của lò hơi không thay đổi trong một thời gian dài Tuy nhiên trong chế độ làm việc ổn định vẫn cho phép các thông số có sự chênh lệch ít nhiều so với giá trị trung bình vì có sự thay đổi nhiệt lượng sinh ra trong buồng lửa, lượng không khí cấp vào lò

Nếu sự chênh lệch của các thông số nói trên không nhiều so với chế độ ổn định thì ta có chế độ không đổi Vì thế chế độ không

đổi được coi là gần với chế độ ổn định

Trong chế độ làm việc ổn định của lò hơi, quan hệ giữa các thông số ra và vào được thể hiện qua các đặc tính tĩnh Ví dụ một trong các đặc tính tĩnh là quan hệ giữa các tổn thất nhiệt và hệ số không khí thừa (hình vẽ 11.1)

Hiểu biết đầy đủ các quy luật xảy ra trong quá trình quá độ

là cần thiết để đưa ra được các hệ thống điều chỉnh tự động và đánh giá mức độ làm việc tin cậy của các phần tử lò hơi

Các công việc khi vận hành lò hơi bao gồm: chuẩn bị và khởi

động lò hơi vào làm việc; trông coi, điều khiển và điều chỉnh sự làm việc của lò hơi khi vận hành bình thường; ngừng lò, bảo quản và bảo dưỡng lò hơi trong thời gian lò ngừng làm việc

11.2 Các quá trình không ổn định trong lò hơi có bao hơi

Chế độ làm việc không ổn định của lò hơi xảy ra khi mất cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng do thay đổi lượng nhiệt sinh

ra trong buồng lửa, thay đổi nhiệt độ, lưu lượng nước cấp, thay đổi chế độ không khí của lò hơi, khi mất cân bằng giữa lượng hơi do lò hơi sản ra và lượng hơi tiêu thụ tại hộ tiêu thụ

ở lò hơi có bao hơi đường hơi nước được phân thành ba phần: phần hâm nước (xảy ra trong bộ hâm nước), phần sinh hơi (xảy ra trong các dàn ống sinh hơi), phần quá nhiệt (xảy ra trong bộ quá nhiệt) Bao hơi là khâu liên hệ về thủy lực giữa ba phần nói trên

11.2.1 Sự thay đổi phụ tải nhiệt hay lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa

11.2.2 Sự thay đổi lưu lượng nước cấp

Khi lò hơi làm việc bình thường thì mức nước trong bao hơi dao động trong phạm vi rất nhỏ xung quanh mức nước trung bình Mức nước trong bao hơi được điều chỉnh bằng cách thay đổi lưu lượng nước cấp Vì thể tích nước được điều chỉnh trong bao hơi của các lò hơi công suất trung bình và lớn là rất nhỏ nên không cho phép lưu lượng nước cấp chênh lệch nhiều so với lưu lượng trung bình Khi lưu lượng nước cấp thay đổi ít thì lượng nhiệt hấp thu của bộ hâm nước thay đổi trong phạm vi nhỏ và có thể coi như không đổi vì

hệ số truyền nhiệt k thực tế chỉ phụ thuộc vào hệ số tỏa nhiệt α1

Sự thay đổi lưu lượng nước cấp cũng ít ảnh hưởng đến độ chênh nhiệt độ trung bình ∆t, vì ∆t được xác định chủ yếu bởi độ chênh nhiệt độ ở chỗ vào bộ hâm nước∆ nhưng t v hn hn

v

t

∆ thực tế là

không thay đổi Bởi vậy lượng nhiệt do nước cấp mang vào bao hơi không phụ thuộc vào sự dao động của lưu lượng nước cấp

Lượng hơi do bề mặt sinh hơi sản ra phụ thuộc vào phụ tải nhiệt của bề mặt đó và vào mức độ đốt nóng nước chưa đến sôi ∆ i cs

Nhưng ∆ thay đổi rất nhỏ nên toàn bộ công suất hơi được xác định i cs

bởi phụ tải nhiệt của các dàn ống sinh hơi chứ không phụ thuộc vào lưu lượng nước cấp

Từ những phân tích trên đây ta thấy khi thay đổi lưu lượng nước cấp ở lò hơi có bao hơi thì chỉ có mức nước trong bao hơi bị thay đổi còn các thông số khác như công suất hơi, nhiệt độ của hơi thực tế không thay đổi

Nếu không khôi phục lưu lượng nước cấp phù hợp với phương trình cân bằng vật chất thì mức nước có thể không nằm trong giới hạn cho phép, đồng thời các thông số còn lại như: công suất hơi, nhiệt độ hơi quá nhiệt được giữ không đổi cho đến khi bắt

đầu xảy ra sự cố

11.2.3 Sự thay đổi nhiệt độ nước cấp

Khi thay đổi nhiệt độ nước cấp tức là thay đổi nhiệt lượng do nước mang vào lò thì công suất hơi của lò giảm xuống, nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng lên, mức nước trong bao hơi giảm xuống (∆ <V 0) Trong thực tế sự dao động nhỏ của nhiệt độ nước cấp không ảnh hưởng đến các thông số của lò hơi

11.2.4 Sự thay đổi độ ẩm của nhiên liệu

Độ ẩm của nhiên liệu thay đổi sẽ làm ảnh hưởng nhiều đến

đặc tính làm việc của lò hơi (hình vẽ 11.3)

11.3 Khởi động lò hơi có bao hơi

Khởi động và ngừng lò hơi kèm theo sự thay đổi đáng kể của các ứng suất trong các phần tử của lò dưới tác dụng của biến dạng

nhiệt và sự thay đổi của các lực cơ học Những ứng suất phụ sinh ra

có thể đạt đến giới hạn nguy hiểm Vì vậy khởi động và ngừng lò hơi là những thời kỳ quan trọng nhất trong vận hành lò, nguời vận hành phải biết thao tác chính xác đảm bảo độ tin cậy và an toàn cao cho lò hơi, đồng thời phải đảm bảo độ kinh tế của lò hơi nhất là các

lò hơi công suất lớn và việc khởi động và ngừng lò hơi được lặp lại nhiều lần

Khi khởi động lò hơi từ trạng thái lạnh (lò đã ngừng hoạt

động lâu ngày) phải tiến hành kiểm tra và xem xét kỹ mọi thiết bị chính và phụ của lò hơi, nếu khởi động sau khi sửa chữa thì còn phải tiến hành những công việc khác nữa như kiềm lò

Tiến hành kiểm tra buồng lửa và đường khói sau buồng lửa

để biết tình trạng của lò hơi đã sẵn sàng làm việc hay chưa Công nhân vận hành lò hơi phải kiểm tra các bề mặt truyền nhiệt của lò hơi, tường lò, các cửa người chui, cửa thăm lửa, van phòng nổ, các vòi phun nhiên liệu, máy cấp bột than, quạt gió, quạt khói, các trang

bị khác của hệ thống nghiền than, van an toàn, ống thủy, áp kế và các bộ điều chỉnh tự động sự làm việc của lò hơi, các dụng cụ kiểm tra đo lường Trước khi đốt lò phải mở các van xả khí, phải đóng các van xả đáy, phải mở van xả bộ quá nhiệt và van trên đường tái tuần hoàn giữa bao hơi và bộ hâm nước

11.3.1 Cấp nước vào lò

Cấp nước vào lò có chất lượng cần thiết và có nhiệt độ bằng

50 ữ 90 0C Nếu cấp nước có nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn thì các chi tiết như: bao hơi, ống sinh hơi sẽ được đốt nóng hay làm lạnh nhanh và không đều do đó có thể gây ra ứng suất nhiệt trong các phần tử đó Các ống của bộ hâm nước và các ống sinh hơi tương đối mỏng nên việc đốt nóng nhanh, bao hơi có vách dày nên được đốt nóng chậm hơn nhiều Các lớp bên trong của kim loại vách bao hơi

được đốt nóng nhanh hơn những lớp bên ngoài Hiệu số nhiệt độ trong vách bao hơi được xác định theo công thức sau:

2 2

v

a

ω

∆ = , 0C (12-2) trong đó:

d

ω

τ

= là tốc độ nâng nhiệt độ của môi trường nóng hay nói cách khác là tốc độ đốt lò, 0C/h;

a

c

λ

ρ

= là hệ số dẫn nhiệt độ, m2/h;

11.3.2 Sự đốt nóng bao hơi và bề mặt đốt sinh hơi trong thời gian đốt lò

ở các lò hơi lớn vách bao hơi sẽ bị đốt nóng không đều trong thời kỳ đầu của quá trình đốt lò Vách phía trên bị đốt nóng nhiều hơn vách phía dưới (t tr > ) Do đó bao hơi có thể bị biến dạng uốn t d

và trong vách có ứng suất nén và kéo bổ sung Giá trị của các ứng suất nói trên được xác định theo công thức:

,

n k E t

σ =α ∆ , N/m2

(12-4) trong đó: α = 11.10-6 mm/mmK là hệ số giãn nở nhiệt của thép;

E = (2,0 ữ 2,1).104 N/mm2 là modul dàn hồi của thép;

2

tr d

∆ = , 0C

Những biến dạng của bao hơi chỉ sinh ra trong thời kỳ có trạng thái nhiệt chưa ổn định Khi trạng thái nhiệt đã ổn định thì những biến dạng ấy mất đi hoặc chỉ còn rất nhỏ

Trong lò hơi có tuần hoàn tự nhiên hiện tượng đốt nóng và biến dạng cũng xảy ra không đều trong các dàn ống sinh hơi và ống góp do nhiệt lượng hấp thu của chúng khác nhau và do đó tuần hoàn

ở trong chúng khác nhau Sự đốt nóng không đồng đều các vòng tuần hoàn là nguyên nhân hạn chế tốc độ đốt lò để gia tốc việc đốt nóng các ống được đốt nóng yếu ta phải tiến hành xả các ống góp dưới của chúng

11.3.3 Bảo vệ bộ quá nhiệt trong thời gian đốt lò

Trong lúc đốt lò lượng nhiệt để sinh hơi tương đối nhỏ vì phải tiêu thụ một lượng

Người ta dùng một số biện pháp để làm mát các ống bộ quá nhiệt trong khi đốt lò như sau:

ư Cho hơi đi qua các ống của bộ quá nhiệt và xả ra ngoài trời;

ư Đối với bộ quá nhiệt nằm ngang người ta cho nước lò hay nước ngưng đi qua các ống của bộ quá nhiệt do đó giảm được tổn thất nhiệt do xả và gia tốc được quá trình

đốt lò;

ư Đối với bộ quá nhiệt đặt đứng, khi ngừng lò có nước ngưng đọng lại trong nửa dưới của các ống đứng, khi đốt

lò nước đọng này bốc hơi và được xả ra ngoài trời do đó các ống được làm mát

ư Khi đã mở van cấp hơi từ lò hơi vào ống góp hơi chung thì ngừng xả bộ quá nhiệt

11.3.4 Làm mát bộ hâm nước trong thời gian đốt lò

Khi đốt lò nếu những đoạn ống ở cuối bộ hâm nước không

được làm mát tin cậy thì có thể sinh ra hơi quá nhiệt trong các ống này và ống sẽ bị đốt nóng quá mức Trong khi đốt lò thường cấp nước theo định kỳ, lượng nước cấp lúc đó được xác định bởi lượng xả từ bộ quá nhiệt và xả bởi các ống góp dưới của dàn ống sinh hơi

Để làm mát các ống bộ hâm nước người ta đặt đường tái tuần hoàn giữa bao hơi và ống góp vào của bộ hâm nước Nước từ bao hơi chảy theo đường tái tuần hoàn về bộ hâm nước rồi đi theo các ống của bộ hâm nước để trở về bao hơi (hình 11.5a,b) ở những lò hơi lớn người

ta bơm nước liên tục qua bộ hơi nước trong lúc đốt lò và nước được xả về bình khử khí, như vậy không cần đường tái tuần hoàn nữa (hình 11.5c)

Tốc độ đốt lò bị hạn chế do các ứng suất nhiệt sinh ra trong các chi tiết của lò hơi và phải bảo đảm để tốc độ tăng nhiệt độ bão hòa trong bao hơi không lớn hơn 1,5 ữ 20C/phút Thời gian đốt lò hơi

có bao hơi trung áp thường là 2 ữ 4h, lò hơi cao áp và siêu cao áp tương ứng là 3 ữ 4h và 8 ữ 12h, lò hơi trực lưu là 1 ữ 2h

Trên hình vẽ 11.6 biểu diễn một ví dụ đồ thị đốt lò hơi cao

áp

11.4 Vận hành lò hơi khi làm việc bình thường

Khi lò hơi làm việc bình thường người vận hành có nhiệm vụ

điều chỉnh công suất hơi của lò hơi phù hợp với nhu cầu của hộ tiêu thụ và đảm bảo các thông số hơi theo quy định cũng như độ kinh tế của quá trình cháy nhiên liệu

Các đại lượng và thông số dưới đây cần phải được điều chỉnh

và duy trì: công suất hơi của lò hơi, độ kinh tế của quá trình cháy, mức nước trong bao hơi, nhiệt độ hơi quá nhiệt

11.4.1 Điều chỉnh công suất hơi của lò hơi

Khi nhu cầu tiêu thụ hơi của hộ tiêu thụ thay đổi thì áp suất của hơi ở lò hơi cũng thay đổi theo áp suất của hơi ở lò hơi sẽ tăng lên khi giảm lượng hơi tiêu thụ và ngược lại Người vận hành phải

điều chỉnh sự làm việc của lò hơi để đảm bảo sự cân bằng giữa lượng hơi do lò hơi sản ra và lượng hơi sử dụng ở hộ tiêu thụ nhằm giữ cho áp suất của hơi ở lò hơi không thay đổi

Muốn tăng công suất hơi của lò hơi cần phải tăng cường quá trình cháy nhiên liệu để sinh ra đủ nhiệt lượng cung cấp cho nước sinh hơi tức là tăng lượng nhiên liệu và không khí cấp vào lò với một

tỉ lệ thích hợp Ngược lại khi giảm công suất hơi phải đồng thời giảm lượng nhiên liệu và không khí cấp vào lò Xung lượng để điều chỉnh trong trường hợp này là công suất (lưu lượng) hơi và tốc độ thay đổi áp suất hơi p

τ

∂

∂ Các xung lượng này sẽ tác động lên các bộ

điều chỉnh lưu lượng nhiên liệu và lưu lượng không khí cấp vào buồng lửa lò hơi

11.4.2 Điều chỉnh độ kinh tế của quá trình cháy

Để điều chỉnh độ kinh tế của quá trình cháy phải duy trì hệ

số không khí thừa tối ưu ở cuối buồng lửa (αbl" ) và phân phối không khí tại các vòi phun phù hợp với lưu lượng nhiên liệu cấp đến vòi phun Giá trị tối ưu của αbl" được xác định trên cơ sở đảm bảo giá trị

tối thiểu của các tổn thất nhiệt q 3 , q 4 Khi phân phối đều nhiên liệu

và không khí cho các vòi phun sẽ góp phần làm giảm nhiệt độ vách

ống sinh hơi trong buồng lửa và giảm sự “vênh” (không đồng đều) của nhiệt độ khói ở cửa ra buồng lửa và tạo điều kiện thuận lợi để không có hiện tượng đóng xỉ trong buồng lửa

11.4.3 Điều chỉnh và duy trì mức nước trong bao hơi dao động nhỏ trong phạm vi cho phép

Khi mức nước tăng lên sẽ làm tăng các giọt nước lò bị cuốn theo hơi vào các ống của bộ quá nhiệt, điều này không những làm giảm chất lượng (độ sạch) của hơi mà còn xảy ra bám muối trên vách ống kim loại bộ quá nhiệt dẫn đến tăng nhiệt độ vách ống và ống sớm bị hư hỏng

Nếu mức nước trong bao hơi quá thấp sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình tuần hoàn của nước và hỗn hợp hơi nước trong vòng tuần hoàn tự nhiên của lò hơi (xem chương 6)

11.4.4 Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt

ở lò hơi có bao hơi nhiệt độ của hơi quá nhiệt bị thay đổi khi thay đổi phụ tải của lò hơi, hệ số không khí thừa trong buồng lửa, nhiệt độ nước cấp, độ ẩm của nhiên liệu, có đóng xỉ trong buồng lửa,

Nhiệm vụ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt là duy trì để nhiệt độ này dao động trong phạm vi quy định, chỉ cho phép chênh lệch với giá trị định mức từ +100C ữ -150C đối với các lò hơi trung áp

và từ +50C ữ -100C đối với lò hơi cao áp và siêu cao áp

Khi điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt về phía hơi người ta

đặt bộ giảm ôn kiểu bề mặt hoặc kiểu phun nước thành sương trực tiếp vào hơi

Để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt đối với bộ giảm ôn kiểu

bề mặt ta thay đổi lưu lượng nước chảy trong ống chữ U của bộ giảm ôn, đối với bộ giảm ôn kiểu phun nước vào hơi ta thay đổi lưu lượng nước phun Người ta thường lấy tốc độ thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt t

τ

∂

∂ và bản thân nhiệt độ của hơi sau bộ quá nhiệt t qn làm xung lượng để điều chỉnh

Đồng thời trong ca vận hành người công nhân vận hành lò hơi phải tiến hành thông rửa ống thủy, thử van an toàn để chứng

minh van không bị kẹt, xả đáy (xả định kỳ), thổi tro bụi bám trên các dàn ống sinh hơi trong buồng lửa và các ống của bề mặt truyền nhiệt đối lưu phía sau buồng lửa, vận hành hệ thống thải xỉ, hệ thống thiết bị lọc bụi, lọc các chất khí độc hại có trong khói trước khi thải khói vào khí quyển, ghi nhật ký vận hành và xử lý các sự cố xảy ra trong ca vận hành theo đúng quy trình

11.5 Ngừng lò hơi

Quá trình ngừng lò hơi là quá trình không ổn định, người vận hành phải thực hiện việc ngừng lò hơi đúng quy trình, bảo đảm độ tin cậy, độ an toàn cao và độ kinh tế của lò hơi Tùy theo công dụng

kỹ thuật người ta phân chia việc ngừng lò hơi thành 3 kiểu sau đây:

ư Ngừng lò để dự phòng (nóng hay lạnh);

ư Ngừng lò để sửa chữa;

ư Ngừng lò sự cố

11.5.1 Ngừng lò bình thường để dự phòng hay sửa chữa

Công việc này được tiến hành theo kế hoạch với thứ tự thao tác như sau:

Trong lúc ngừng lò hơi phải liên tục theo dõi mức nước trong bao hơi và cung cấp nước vào bao hơi

11.5.2 Ngừng lò sự cố

Ngừng lò sự cố trong các trường hợp sau:

Phải nhanh chóng ngắt lò hơi ra khỏi ống góp chung,ngừng cấp nhiên liệu và không khí vào lò, giảm hút khói, thải nhanh chóng nhiên liệu đang cháy trên ghi ra ngoài hoặc dùng nước dập tắt nhiên liệu đang cháy trên ghi

Khi ngừng lò hơi lâu ngày (trên 1 tuần lễ) phải có những biện pháp tốt để bảo quản lò hơi khỏi bị ẩm và ôxy ăn mòn như: bảo quản khô, bảo quản ẩm, dùng áp suất dư trong lò hơi

11.6 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật vận hành lò hơi

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu đặc tr−ng chế độ làm việc của lò hơi gồm có các chỉ tiêu kinh tế và các chỉ tiêu chế độ làm việc

11.6.1 Một số chỉ tiêu kinh tế

1 Hiệu suất của lò hơi

− Hiệu suất thô (brutto):

br

t

Q

B Q

η = , (12-6)

− Hiệu suất tinh (netto):

net

t

Q

B Q

trong đó: B là l−ợng nhiên liệu tiêu thụ của lò hơi, kg/s;

Q br là nhiệt l−ợng do lò sản ra, kJ;

Q net là nhiệt l−ợng hữu ích của lò hơi sau khi đã trừ tự dùng, kJ;

Q là nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc, kJ/kg t lv

2 Suất tiêu hao nhiên liệu quy −ớc b qu

29310

lv t qu

B Q b

D

trong đó 29310 kJ/kg là nhiệt trị của nhiên liệu chuẩn

3 Suất tiêu hao điện năng cho tự dùng của lò hơi

E e D

trong đó E là l−ợng điện năng tự dùng của lò hơi, kWh

4 Giá thành sản xuất hơi: là tỉ số giữa giá thành và l−ợng hơi

do lò sản ra

G g D

đây là chỉ tiêu quan trọng nhất phản ảnh tổ hợp mọi điều kiện vận hành lò hơi nh−: độ tin cậy, độ kinh tế, mức độ sử dụng công suất

đặt, mức độ hoàn hảo của việc vận hành và sửa chữa thiết bị

11.6.2 Một số chỉ tiêu chế độ vận hành lò hơi