lò hơi công nghiệp

KHÁI NIỆMLò hơi là thiết bị trong đó xảy ra các quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng toả ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi.. +

LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

(INDUSTRIAL BOILER)

Số ĐVHT: 04 KT: 1 bài (30%) Thi: Viết (70%)

NỘI DUNG

7 CHƯƠNG

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG

CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

CHƯƠNG 3 LÒ HƠI ỐNG LÒ ỐNG LỬA

CHƯƠNG 4 LÒ HƠI ỐNG NƯỚC

CHƯƠNG 5 XỬ LÝ NƯỚC LÒ HƠI

CHƯƠNG 6 CÔNG TÁC AN TOÀN VÀ BẢO DƯỠNG CHƯƠNG 7 MẠNG NHIỆT CÔNG NGHIỆP

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG

1.1 KHÁI NIỆM

1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LÒ HƠI

1.3 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA

LÒ HƠI

1.4 PHÂN LOẠI LÒ HƠI

1.5 CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CỦA LÒ HƠI

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CHÁY CỦA

NHIÊN LIỆU

1.1 KHÁI NIỆM

Lò hơi là thiết bị trong đó xảy ra các quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng toả ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi.

LÒ HƠI (BOILER)

NHIÊN LIỆU NƯỚC CẤP KHÔNG KHÍ

HƠI RA

KHÓI THẢI TRO BỤI

XỈ NƯỚC XẢ

LÒ

1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LỊ HƠI

Ngành nhiệt điện: Lò hơi được sử dụng để sản xuất hơi, tạo ra dòng hơi có động năng cao, để truyền động năng lên

các cánh động của tuabin hơi làm quay trục tuabin máy phát điện.

1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LÒ HƠI

Ngành công nghệ thực phẩm

a Sản xuất đồ hộp: rau quả, sửa, thịt…

Lò hơi sử dụng để sản xuất ra hơi phục vụ cho các quá trình: chần, hấp, nung nóng, cô đặc, rán, thanh trùng.

b Sản xuất rượu, bia, nước giải khát…

Công nghiệp dệt:

Hơi sử dụng cho các quá trình hồ sợi, nhuộm, sấy…

Các ngành công nghiệp sản xuất giấy, cao su, chế biến

gỗ, trong xây dựng … đều có sử dụng lò hơi để phục vụ cho các quá trình sản xuất.

1.3 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI

Lò hơi bắt đầu được sử dụng vào thế kỉ XVIII.

Lúc đầu, lò có cấu tạo đơn giản như nồi nấu thông thường Sau đó, do nhu cầu sử dụng hơi ngày càng tăng, quy mô ngày càng mở rộng Nên yêu cầu đặt ra là tiến hành cải tiến lò hơi về hình thức, kết cấu, cũng như sản lượng hơi.

Trong quá trình cải tiến lò hơi người ta chú ý đến các tiêu chuẩn chủ yếu sau:

Nâng cao hiệu suất của lò hơi.

Tăng sản lượng hơi, nâng cao thông số hơi (t,p) Giảm vốn đầu tư.

Tăng cường cơ giới hoá, tự động hoá.

1.3 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI

Người ta cải tiến lò hơi theo hai hướng chính:

Hướng I: Tăng bề mặt trao đổi nhiệt

(bề mặt đốt) vào bên trong lò Theo hướng này người ta chế tạo ra: lò hơi ống lò, lò hơi ống lửa,

lò hơi tổ hợp ống lò-ống lửa.

Hướng II: Tăng bề mặt trao đổi nhiệt

(bề mặt đốt) ra bên ngoài lò Theo hướng này người ta chế tạo ra: lò hơi ống nước.

1.4 PHÂN LOẠI LÒ HƠI

+ Theo mục đích sử dụng:

Lò hơi nhà máy phát điện.

Lò hơi công nghiệp.

Lò hơi tàu thuỷ.

+ Theo chiều chuyển động tương đối giữa sản phẩm cháy (khói) và nước trong lò:

Dạng lò hơi ống lửa: khói chuyển động trong các ống được bao phủ bởi nước bên ngoài ống.

Dạng lò hơi ống nước: nước chuyển động trong ống, khói bên ngoài ống.

1.5 CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CỦA LÒ HƠI

- Thông số hơi: Ap suất hơi p(at) Nhiệt độ hơi t(0C).

Đối với lò hơi sản xuất hơi quá nhiệt biểu thị bằng áp suất và nhiệt độ của hơi sau bộ quá nhiệt.

Đối với lò hơi sản xuất hơi bão hoà thì chỉ cần biểu thị bằng hoặc áp suất hoặc nhiệt độ của hơi trong bao hơi (balong).

1.5 CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘNG CỦA LÒ HƠI

- Sản lượng hơi (D): Là lượng hơi do lò hơi sản xuất ra trong

một đơn vị thời gian Đơn vị: kg/h hoặc tấn/h.

Chia thành 3 loại sản lượng:

+ Sản lượng hơi định mức: (Dđm): là sản lượng hơi theo thiết kế mà lò hơi có thể cho phép làm việc lâu dài ở các thông số hơi quy định.

+ Sản lượng hơi cực đại: (Dmax): là sản lượng hơi lớn nhất mà lò hơi có thể đạt được và có thể làm việc trong giới hạn cho phép Thường Dmax=(1,1-1,2) Dđm.

+ Sản lượng hơi kinh tế: (Dkt): là sản lượng hơi mà ở

đó lò hơi có thể làm việc với hiệu suất nhiệt cao nhất Thường Dkt=(0,8-0,9) Dđm.

- Nhiệt thế thể tích của buồng lửa: là lượng nhiệt sinh ra

trong một đơn vị thể tích của buồng lửa.

B: lượng tiêu hao nhiên liệu (kg/h).

Qt:Nhiệt trị thấp làm việc (kJ/kg).

Vbl: thể tích của buồng lửa (m3).

Nhiệt thế diện tích của buồng lửa: là lượng nhiệt sinh

ra trên một đơn vị diện tích của bề mặt ghi.

R: diện tích bề mặt ghi (m3).

)/

(

m

kW V

Q

B q

bl

t

v =

) /

(

m

kW R

Năng suất bốc hơi: (S)

Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi là khả năng sinh hơi nước trên một đơn vị diện tích bề mặt sinh hơi trong một đơn vị thời gian (kg/m2.h).

D: sản lượng hơi của lò hơi (kg/h).

H: diện tích bề mặt sinh hơi (m2).

Hiệu suất của lò hơi:

Là tỷ số giữa nhiệt lượng môi chất hấp thụ được (nhiệt có ích) trên nhiệt lượng do nhiên liệu sinh ra trong buồng lửa.

ih: entanpy của hơi sản xuất ra (kJ/kg).

in: entanpy của nước cấp (kJ/kg).

B: lượng tiêu hao nhiên liệu (kg/h).

)./

h m

kg H

D S=

(%)

) (

t

n h

Q B

i i

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Nhiên liệu là những vật liệu có thể cháy được, khi cháy toả ra nhiều nhiệt và ánh sáng.

Nhiên liệu sử dụng cho lò hơi thường là: than, dầu, khí đốt …

Thành phần của nhiên liệu:

A Thành phần hoá học của nhiên liệu:

S chiếm không cao trong nhiên liệu.

Toả ra ít nhiệt khoảng 1/3 cacbon.

Tác hại: Kích thích hiện tượng ăn mòn các bề mặt

truyền nhiệt có nhiệt độ thấp như bộ sấy không khí, bộ hâm nước.

Tăng nhiệt độ đọng sương của khói.

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Oxy (O2):

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Thành phần không cháy được:

Gồm: Tro và ẩm.

Ẩm: là thành phần có hại đối với nhiên liệu.

Không cháy và toả nhiệt mà còn tốn nhiệt để làm bốc hơi Giảm nhiệt độ khi đốt, ảnh hưởng đến quá trình cháy,

Tăng chi phí vận chuyển và xử lý.

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Tro: là tổng hợp các thành phần không cháy được ở thể rắn.

Thường quy định: Phần còn lại khi đốt nhiên liệu rắn ở 8000C vàlỏng ở 5000C

Tác dụng xấu:

Giảm nhiệt phát ra của nhiên liệu

Gây hiện tượng bám bẩn, mài mòn bề mặt truyền nhiệt

Là thành phần cháy được còn lại sau khi thoát hết chất bốc

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Nhiệt trị thấp là nhiệt trị toả ra khi cháy hoàn toàn 1kg hoặc 1m3tc nhiên liệu ở điều kiện làm việc bình thường mà nước trong sản phẩm cháy ở dạng hơi Nếu như hơi nước đó ngưng tụ lại thành nước thì nó toả ra thêm một nhiệt lượng nữa Nhiệt trị cao của nhiên liệu chính là nhiệt trị có kể đến phần nhiệt lượng thêm đó.

Phân loại nhiên liệu:

Theo trạng thái tồn tại: Nhiên liệu rắn.

Củi gổ và phụ phẩm nông sản: dễ cháy, nhiệt trị không cao.

Bã mía: Nhiên liệu cho các nhà máy đường.

Dầu là nhiên liệu quý, dễ bắt lửa, dễ cháy, nhiệt trị cao,

có ngọn lửa dài và khả năng bức xạ lớn, ít tro Tuy nhiên, phải chú ý phòng cháy nổ khi sử dụng.

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Khí lò cao: chủ yếu là CO.

Các phản ứng cháy, lượng không khí cần thiết và sản phẩm cháy:

Đối với nhiên liệu rắn và lỏng:

Các phản ứng cháy: C, H, S

Phản ứng cháy C:

Cháy hoàn toàn: C + O2 = CO2 + QC

Cháy không hoàn toàn: C +1/2 O2 =CO +QC1

Lượng không khí cần thiết:

Đối với C: C + O2 = CO2 + QC

1kmolC 1kmolO2 1kmolCO212kg 22,4m 3 tcO2 22,4m 3 tcCO21kg

Lượng O2 cần:1,866m 3 tc

Tương tự: Lượng oxy cần đốt cháy 1kg H2: 5,6m 3 tc

Lượng oxy cần đốt cháy 1kg S: 0,7m 3 tc Như vậy, khi đốt cháy 1kg nhiên liệu có thành phần C là C/100, H là H/100 và

S là S/100 thì lượng oxy cần là: 1,866 x C/100 + 5,6 x H/100 + 0,7 x S/100

Do trong nhiên liệu có sẳn O2: O/100 kg hay 0,7xO/100m 3 tc.

Lượng oxy cần đưa vào để đốt cháy 1kg nhiên liệu là:

Trong không khí oxy chiếm khoảng 21% theo thể tích, nên lượng không khí vừa đủ để cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu là:

tc m

O x

S x

H x

C x

100 7

, 0 100 7

, 0 100 6

, 5 100 866

2x V

V KK = O

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM CHÁY

CỦA NHIÊN LIỆU

kgnl tc

m x

O x

S x

H x

C x

21

100 100

7 , 0 100 7

, 0 100 6 , 5 100 866 ,

+

=

Cũng có những công thức kinh nghiệm để tính:

a: hệ số xác định theo kinh nghiệm:

Than và dầu: a =1,07-1,1

Khí : a =1,15-1,2.

Đối với dầu có thể dùng công thức của Rôsin:

(Q W) m tc kgnl a

KK: là lượng không khí lý thuyết, nghĩa là theo lý thuyết tất cả không khí đều được tham gia phản ứng và vừa

đủ để cháy hoàn toàn.

Nhưng trong thực tế, vì nhiều lý do khác nhau, luôn có một bộ phận không khí không tiếp xúc được với các thành phần cháy nên lượng không khí thực tế VKK khác với lượng không khí lý thuyết, thường là nhiều hơn, nên tỷ số:

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Thành phần, thể tích và entanpy của sản phẩm cháy:

Hơi dùng để phun nhiên liệu

N2 do không khí mang vào.

Do có sẳn trong nhiên liệu

Khi cháy hoàn toàn với α >1

Ngoài các thành phần trên còn có oxy do KK thừa mang vào.

Khi cháy không hoàn toàn

Ngoài các thành phần trên còn có CO và 1 ít chất khí không cháy hết như: H2,

CH4, CmHn .v.v.

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Thể tích của sản phẩm cháy:

Khi cháy hoàn toàn với αα = 1:

V 0 CO2 : Từ phản ứng cháy:C + O2 = CO2

12kg 22,4m 3 tcO2 22,4m 3 tcCO21kg 1,866m 3 tc.

Suy ra: V 0

CO2 = 1,866x C/100 m 3 tc/kgnl.

V 0 CO2 : V 0

SO2 = 0,7x S/100 m 3 tc/kgnl.

V 0 N2 : Do không khí mang vào: 0,79x V 0

KK

Do có sẳn trong nhiên liệu: N/100 kg hay

N/100x22,4/28=0,008xN Suy ra: V 0

N2 = 0,79x V 0

KK +0,008xN; m 3 tc/kgnl

V 0 H2O : Do cháy H/100 kg H2: 0,112H

Am bốc hơi: W/100x22,4/18=0,0124 W Hơi nước dùng để phun nhiên liệu: Gx22,4/18

1 kg nhiên liệu cần G kg hơi nước thì: 1,24xG.

Do không khí ẩm (độ chứa hơi d=10g/kg): 0,0161 x V 0

KK

ρ Hơi H2O =0,804 kg/m 3 tc

ρKK =1,293 kg/m 3 tc Suy ra: V 0

d x x

V V

O H

KK KK

O H

Khi cháy hoàn toàn với α >1

V 0

CO2 , V 0

SO2 không đổi.

O2 tăng thêm (do không khí thừa mang vào) ; m 3 tc/kg

N2 tăng thêm (do không khí thừa mang vào) ; m 3 tc/kg

H2O tăng thêm (do không khí thừa mang vào) ; m 3 tc/kg Nên thể tích sản phẩm cháy:

Khi cháy không hoàn toàn:

Do không đủ không khí ( α <1)

Do không khí không tiếp xúc được với nhiên liệu, kể cả khi α >1.

Lúc này, trong khói còn có những chất khí cháy được, nhiều nhất là CO, có thể

21 ,

79 ,

ĐỐI VỚI NHIÊN LIỆU KHÍ:

Phương pháp tính toán tương tự như với nhiên liệu rắn, nhưng ở đây, thể tích những chất cháy được ở thể khí tính theo m 3 tc.

P/ư cháy H2: H2 + 1/2 O2 = H2O + QH

1m 3 tc H2 + 0,5m 3 tc O2 = 1m 3 tc H2O CO: CO + 1/2 O2 = CO2 + QCO

1m 3 tc CO + 0,5m 3 tc O2 = 1m 3 tc CO2S: S + O2 = SO2 + QS

CmHn + (m+n/4) O2 = m CO2 + n/2H2O + QCmHn1m 3 tc CmHn + (m+n/4)m 3 tc O2 = 1m 3 tc CO2 n/2m 3 tc H2O

1.6 NHIÊN LIỆU VÀ CÁC SẢN PHẨM

CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Lượng oxy cần đưa vào để đốt cháy 1m 3 tc nhiên liệu khí:

H2 , CO, S, H2S, CH4 , CmHn, N2 : là thành phần thể tích các chất khí có trong nhiên liệu khí (%).

HẾT CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

2.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

2.2 NHIỆT CÓ ÍCH

2.3 CÁC TỔN THẤT NHIỆT

2.4 TÍNH HIỆU SUẤT NHIỆT LÒ HƠI

2.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT

Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cháy nhiên liệu chia làm 2 phần:

+ Một phần để cung cấp cho nước sinh hơi ở thông số đã cho gọi là nhiệt hữu ích.

+ Một phần nhiệt mất đi trong quá trình làm việc của lò, gọi là tổn thất nhiệt.

Ưng với 1kg nhiên liệu rắn, lỏng hoặc 1m 3 tc nhiên liệu khí cháy trong lò hơi, ở điều kiện vận hành ổn định có phương trình cân bằng tổng quát như sau:

Qcc=Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 (kJ/kg)

Qcc: Nhiệt lượng do 1kg (1m 3 tc) nhiên liệu

Q1: Nhiệt hữu ích.

Q2: Tổn thất nhiệt do khói thải mang đi.

Q3: Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn về hoá học.

Q4: Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn về cơ học.

Q5: Tổn thất nhiệt do toả ra môi trường.

Q6: Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài.

Lò hơi đốt dầu hoặc khí: Q6=0.

Hoặc có thể biểu diễn dạng %:

Qccx100/Qcc= Q1x100/Qcc +Q2x100/Qcc +Q3x100/Qcc +Q4x100/Qcc + Q5x100/Qcc +Q6x100/Qcc (kJ/kg).

Hay 100 = q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6 Trong đó: q1= Q1x100/Qcc (%); Tương tự: q2…q6 (%)

B: suất tiêu hao nhiên liệu, tức lượng nhiên liệu đã đốt trong 1 giờ (kg/h).

Di: sản lượng môi chất đã sản xuất ra trong 1giờ Có thể là nước nóng, nước sôi, hơi bão hoà khô, hơi quá nhiệt, kể

cả nước xả lò (kg/h).

∆ii = ii - inc (kJ/kg)

ii: entanpy của môi chất.

inc: entanpy của nước cấp.

Chính điều này, gây tổn thất Q2, q2

Tổn thất do khói thải mang đi (Q 2 , q 2 ):

Biện pháp giảm Q 2 , q 2 :

Phân tích, thấy rằng hệ số không khí thừa có ảnh hưởng chủ yếu đến Q2, q2

q2 = f(α bl) Khi α bl tăng , q2 tăng.

Vì vậy, khi vận hành lò hơi cần điều chỉnh hệ số không khí thừa α ở mức tối ưu Bằng cách thay đổi lượng gió nóng thích hợp vào buồng lửa.

Đối với than phun: α tối ưu= 1,2 - 1,3 Dầu FO: α tối ưu= 1,03 - 1,1 Nhiệt độ khói thải cũng có ảnh hưởng đến q2.

Cứ tăng nhiệt độ khói lên 12-16 0 C, thì q2 tăng 1%.

Nhưng nhiệt độ khói thấp quá gây hiện tượng đọng sương, gây ăn mòn thiết bị.

Do đó, phải tìm cách giảm q2, góp phần nâng cao hiệu suất lò hơi, tiết kiệm nhiên liệu.

Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn về hoá

học Q3 Nguyên nhân:

Do nhiên liệu cháy không hoàn toàn nên trong khói còn các chất khí chưa cháy hết, gây nên tổn thất Q3.

Những khí chưa cháy hoàn toàn có thể là: H2, CO, CH4…

Trong buồng lửa không cung cấp đủ không khí cho sự cháy để oxy hoá hoàn toàn chất cháy.

Do sự pha trộn kém giữa không khí và sương nhiên liệu khi phun vào buồng đốt.

Biện pháp giảm Q 3 :

Q3, q3 phụ thuộc vào: Hệ số không khí thừa.

Nhiên liệu và phương thức hổn hợp nhiên liệu.

Hình dạng kích thước buồng lửa.

Nhiệt độ trong buồng lửa.

Khi đủ lớn thì q3 giảm.

Nhưng lớn quá thì q3 tăng.

Phương pháp đưa nhiên liệu vào xáo trộn tốt với oxy thì q3 giảm.

Nhiệt độ buồng lửa thấp q3 tăng.

Kích thước buồng lửa bé, nhiệt độ buồng lửa cao, thời gian lưu lại ngắn, có nhiều khí chưa cháy hết bị thải ra ngoài.

Tổn thất nhiệt do nhiên liệu cháy không hoàn toàn

Nguyên nhân:

Do nhiên liệu đưa vào buồng lửa chưa kịp cháy hết đã bị thải ra ngoài theo 3 đường chính:

Lẩn theo xỉ Lọt qua ghi Bay theo khói Khi đốt nhiên liệu khí: q4=0.

Khi đốt nhiên liệu lỏng: vẫn có q4 do cacbuahydro phân huỷ thành cacbon tự do dạng mồ hóng, q4=0,5% Nhiên liệu rắn: q4 khá lớn.

Đốt ghi: tương đối lớn, tránh lọt ghi.

+ Cách đốt: Đốt phun, bay nhiều.

Tổn thất nhiệt do toả ra môi trường Q5:

Nguyên nhân:

Do bề mặt vách phía ngoài lò có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của môi trường nên có sự truyền nhiệt từ lò ra môi trường chung quanh lò

Do chất lượng bảo ôn (cách nhiệt) cho lò chưa tốt, trong khi bềmặt xung quanh tường lò có diện tích lớn

Thường q5 không lớn, khoảng 0,5-3,5%

Biện pháp giảm q 5 :

Q5 phụ thuộc vào: Năng suất lò

Diện tích bề mặt

Độ chênh lệch nhiệt độ bề mặt với môi trường

Tốc độ gió xung quanh thiết bị

Để giảm q5 cần bảo ôn tốt thiết bị

Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài Q 6 :

Đây là tổn thất nhiệt do xỉ thải ra ngoài còn ở nhiệt độ cao.

Ơ buồng lửa ghi: txỉ= 700-8000C.

Phun thải xỉ lỏng: txỉ=15000C.

Trong khi đó, nhiệt độ ban đầu của nhiên liệu khoảng 500C Nên phải tốn nhiệt lượng lớn để nung xỉ từ 50-15000C.

2.4 TÍNH HIỆU SUẤT NHIỆT LỊ HƠI

-cấp cung

Nhiệt

ích có

Nhiệt suất

(%)

100 Q

B.

) i

-D(i

lv t

nước hơi .

=

η

*Phương pháp thuận (phương pháp trực tiếp):