Thiết Kế lò hơi tầng sôi 6t

Tài liệu rất chi tiết về lò hơi tầng sôi, không những giúp bạn hiểu rõ hơn về lò hơi tầng sôi (lò hơi mới nhất hiện nay) mà còn giúp bạn biết cách thiết kế, chế tạo lò hơi tầng sôi trong thực tế. Đây là lò hơi đốt nguyên liệu trấu, thân thiện với môi trường, tiết kiệm 4050% so vơi đốt nguyên liệu than...Vì vậy lò hơi đốt nguyên liệu sinh khối đang rất đc ưa chuộng hiện nay, nhất là lò hơi tầng sôi với những đặc điểm ưu việt của nó...

Các thông số thiết kế

- Năng suất hơi định mức: D = 10 tấn/h

- Áp suất hơi bão hòa: Pbh = 12kG/cm2=11,76bar

- Nhiệt độ nước cấp lò: tnc = 125oC

- Nhiệt độ khói thoát ra môi trường: θth = 150oC

Nguồn nhiên liệu sử dụng trong lò đốt tầng sôi đang thiết kế là trấu, có thành phần và đặc tính như sau:

Thành phần nhiên liệu trấu

[Type the document title]

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN CHUNG

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI CÔNG SUẤT 6 TẤN HƠI/GIỜ ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU 3

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ LÒ HƠI TẦNG SÔI 4

1.1 Giới thiệu sơ lược về tầng sôi 4

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển 4

1.1.2 Khái niệm về lớp sôi 5

1.2 Cơ chế quá trình tạo tầng sôi 5

1.3 Đặc điểm công nghệ lò hơi tầng sôi 7

1.3.1 Phương thức sôi bọt (BFB) 8

1.3.2 Phương thức sôi tuần hoàn (CFB) 9

1.4 Ưu điểm và nhược điểm của lò hơi tầng sôi 10

1.4.1 Ưu điểm của lò hơi tầng sôi 10

1.4.2 Nhược điểm của lò hơi tầng sôi 12

1.5 Tiềm năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế ở Việt Nam 12

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI 14

2.1 Những vấn đề cơ bản khi tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi 14

2.2 Thiết kế và tính toán lò hơi tầng sôi bọt (BFB) 15

2.2.1 Các vấn đề về thiết kế lò hơi BFB 15

2.2.2 Tính chọn một số thông số thiết kế buồng đốt 17

2.2.3 Tính nhiệt buồng đốt BFB 18

2.2.4 Thiết kế ghi cấp gió 25

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI ĐỐT TRẤU 27

3.1 Các thông số thiết kế 27

[Type the document title]

3.2 Tính cân bằng vật chất của quá trình cháy 29

3.2.1 Tính thể tích lý thuyết và thể tích thực tế của sản phẩm cháy 29

3.2.2 Xác định entanpi của sản phẩm cháy 31

3.2.3 Tính cân bằng nhiệt và lượng tiêu hao nhiên liệu 35

3.3 Tính tốc độ gió tới hạn 37

3.4 Xác định hình dạng lò hơi 38

3.5 Tính nhiệt buồng lửa 45

3.5.1 Tính phần tầng sôi 45

3.5.2 Tính lượng nhiệt trao đổi trong phần trên lớp sôi 52

3.6 Tính trao đổi nhiệt trong cụm ống lửa 52

3.7 Tính nhiệt bộ hâm 62

3.8 Tóm tắt kết quả tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi 6 tấn/giờ 67

PHẦN CHUYÊN ĐỀ

NGHIÊN CỨU VÀ HỆ THỐNG CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 68

CHƯƠNG IV TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 69

4.1 Giới thiệu loại hình lò hơi công nghiệp 69

4.2 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của một số dạng lò hơi công nghiệp 71 4.2.1 Lò hơi ống lò - ống lửa 71

4.2.2 Lò hơi đốt ghi 72

4.2.3 Lò hơi sử dụng nhiên liệu phun 79

4.2.4 Lò hơi buồng lửa tầng sôi 82

4.3 Các giải pháp tiết kiệm năng lượng tiềm năng trong lò hơi công nghiệp 84

4.3.1 Mục đích, cơ sở nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm năng lượng lò hơi 84

4.3.2 Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả 85

CHƯƠNG V ĐỀ XUẤT TÍNH TOÁN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 97

[Type the document title]

5.1 Mô tả hệ thống cấp nhiệt 97

5.2 Đề xuất, tính toán giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi 99

5.2.1 Giải pháp thay thế nhiên liệu lò hơi 99

5.2.2 Giải pháp lắp đặt bộ quá nhiệt 105

KẾT LUẬN 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 112

[Type the document title]

MỞ ĐẦU

Năng lượng đang chứng tỏ vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội và trở thành vấn đề mang tính chất toàn cầu Hiện nay, việc khai thác và sử dụng năng lượng đặt loài người đứng trước hai thách thức: thiếu hụt nguồn năng lượng trong tương lai và ô nhiễm môi trường Bởi vậy, việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm, có hiệu quả, sử dụng các nguồn năng lượng mới là rất quan trọng và cần thiết trong chiến lược và chính sách phát triển năng lượng của mỗi quốc gia

Ở Việt Nam, năng lượng sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam rất đa dạng và phong phú về các nguồn sinh khối như bã mía, trấu, vỏ cà phê, gỗ củi,… nhưng chỉ có một phần nhỏ được sử dụng làm nhiên liệu đốt tạo ra năng lượng Trong đó, trấu là một nguồn sinh khối quan trọng nhưng chưa được khai thác triệt để Một phần nhỏ khối lượng trấu được dùng để làm thức ăn gia súc, sản xuất phân bón, ván ép, nhiên liệu đốt dùng trong các gia đình nông thôn, nhiều cơ sở công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: lò nung gạch truyền thống, nung vôi, nung gốm,… Vẫn còn một lượng lớn trấu dư thừa đang bị đổ ra môi trường Trong công nghiệp, công nghệ lò hơi đốt trấu có thể cung cấp tốt nhu cầu về nhiệt và hạn chế được nạn ô nhiễm môi trường Bên cạnh đó, nguồn lợi từ việc bán tro trấu sẽ giảm được chi phí vận hành cũng như đầu tư thiết bị

Kỹ thuật lớp sôi được áp dụng trong lò hơi mang lại những ưu điểm so với các loại lò hơi khác như: có thể đốt được các loại nhiên liệu sinh khối, có

độ ẩm cao, có chất lượng nhiên liệu không đồng đều Lò hơi tầng sôi có thể sử dụng các loại nhiên liệu như than cám, các phụ phẩm nông nghiệp như trấu, mùn cưa, bã mía,… để giảm chi phí nhiên liệu cho doanh nghiệp, thêm vào đó làm giảm ô nhiễm môi trường Việc xây dựng lò hơi tận dụng nguồn nhiên liệu trấu từ địa phương và khu vực không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, mang lại hiệu quả cho nền kinh tế mà còn có ý nghĩa trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay và tăng thu nhập cho người dân qua việc bán trấu làm chất đốt Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ tầng sôi

[Type the document title]

đốt trấu đạt hiệu quả cao, phục vụ nền kinh tế - xã hội giúp giải quyết được nhu cầu bức thiết trong tiến trình phát triển đất nước

Hiện nay, tiết kiệm năng lượng cũng đang là một trong những chủ đề nóng và trởthành một khâu then chốt trong chiến lược phát triển kinh kế Muốn vậy, phải chỉra được những biện pháp hữu hiệu nhằm tiết kiệm năng lượng Trong sản xuất công nghiệp, thiết bị lò hơi là một trong những nơi dễ thất thoát năng lượng Có thể khi lắp đặt các thiết bị cho lò vẫn có những điểm chưa thật hoàn thiện, đồng thời các tổn thất năng lượng càng tăng dần trong quá trình sửdụng.Do đó, việc nghiên cứu biện pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lò hơi là cần thiết, góp phần tiết kiệm nguồn dự trữ năng lượng quốc gia

Với hy vọng đóng góp một phần nhỏ vào quá trình nghiên cứu này, đề

tài đồ án của em: “Tính toán và thiết kế lò hơi tầng sôi công suất 6 tấn hơi/giờ đốt nhiên liệu trấu Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp” Đưa ra những tính toán cụ thể cho sơ

đồ thiết kế lò hơi, tính toán lựa chọn thiết bị Ngoài ra còn nghiên cứu, hệ thống và đề xuất tính toán giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp

Nội dung của bản đồ án bao gồm:

PHẦN CHUNG: Tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi 6 tấn/h đốt trấu

Chương 1: Cơ sở lý thuyết tầng sôi

Chương 2: Phương pháp tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi

Chương 3: Tính toán thiết kế lò hơi tầng sôiđốt trấu

PHẦN CHUYÊN ĐỀ: Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm

năng lượng trong lò hơi công nghiệp

Chương 4: Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp

Chương 5: Đề xuất tính toán tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp

[Type the document title]

PHẦN CHUNG

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI

CÔNG SUẤT 6 TẤN HƠI/GIỜ ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU

[Type the document title] CHƯƠNG I

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI

1.1Giới thiệu sơ lược về tầng sôi

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Kỹ thuật tầng sôi được phát minh đầu tiên vào năm 1910 của hai tác giả người Anh là Phillips và Bukteel Mới đầu, kỹ thuật này chỉ áp dụng vào các công nghệ xúc tác, chọn quặng, sấy,… cho đến những năm 40 thì bắt đầu được sử dụng vào các quá trình cháy nhiên liệu trong buồng lửa và phát triển mạnh từ những năm 1970 đến năm 1980 Cùng với thời gian, kỹ thuật này đã phát triển và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

Ứng dụng sớm nhất của công nghệ tầng sôi là thiết bị hóa khí của Fritz Winkler, người Đức(năm 1921) Tuy nhiên, sau đó lý thuyết mới về công nghệ hỗn hợp khí-rắn không được phát triển Đến những năm 50, công nghệ này được ngành dầu hỏa ứng dụng để cracking dầu nặng Những cố gắng áp dụng kỹ thuật tầng sôi trong việc sản xuất hơi được bắt đầu từ thập kỷ 60 Giáo sư Douglas Elliott (người Anh) nghiên cứu và phát triển, và ông được mệnh danh là “cha đẻ của lò tầng sôi” đã thúc đẩy việc ứng dụng lò hơi tầng sôi để sản xuất hơi Sự phát triển của kỹ thuật đốt tầng sôi làm giảm bớt những trở ngại do phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch Lò tầng sôi đốt được tất cả các loại nhiên liệu, kể cả các loại nhiên liệu xấu và có hàm lượng tro và lưu huỳnh cao Lò tầng sôi đốt cháy nhiên liệu trong một điều kiện thủy động đặc biệt gọi là thể sôi, sự truyền nhiệt cho bề mặt hạt nhiên liệu và dàn ống sinh hơi thông qua một lớp phân tử rắn không cháy Trong đó nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp vật chất nóng (800÷900oC) với những hạt không cháy như tro, cát, đá vôi

Năm 1965, chương trình nghiên cứu lò đốt lớp sôi (FBC) được bắt đầu tại Mỹ và cho thấy lượng khí thải thấp hơn hẳn so với so với công nghệ đốt nhiên liệu truyền thống Sau đó sự phát triển của lò FBC không chỉ giới hạn ở

Mỹ, một số quốc gia khác như Anh, Phần Lan, Trung Quốc, Đức cũng bắt đầu phát triển lò FBC Ngày nay, lò đốt tầng sôi tuần hoàn (CFB) đã được nghiên cứu, phát triển để đưa vào ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong lĩnh vực sản xuất điện năng Lò CFB đã và đang được ứng dụng rộng rãi, có nhiều

[Type the document title] CHƯƠNG I cải tiến nhằm hoàn thiện công nghệ và đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường Công suất của lò không ngừng được nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng Năm 2002, lò CFB siêu tới hạn đầu tiên trên thế giới (Lagisza Power Plant) được xây dựng tại Phần Lan đã đánh dấu một bước tiến mạnh mẽ trong quá trình phát triển của công nghệ này

Hình 1.1 Hệ thống lò tầng sôi tuần hoàn

1.1.2 Khái niệm về lớp sôi

Đốt tầng sôi là một công nghệ đốt được phát triển từ công nghệ đốt trên ghi cố định Trong buồng đốt, nhiên liệu cùng với lớp vật liệu sôi được thổi lên cao từ 500÷1000 mm, tạo nên bởi dòng không khí thổi qua một bộ phân phối với tốc độ xác định.Gió cấp được thổi từ dưới ghi lên Khi tốc độ gió đủ lớn sẽ tạo ra một lực cuốn thắng được trọng lực của hạt và khi đó, các hạt sẽ bắt đầu dịch chuyển lên trên tạo ra một lớp hạt lơ lửng giống như 1 lớp chất lỏng Các chế độ tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào tốc độ gió cấp vào bao gồm: lớp cố định, giả lỏng sôi đều, sôi bọt, sôi dạng pít tông, sôi rối, sôi chèn và sôi tuần hoàn

1.2 Cơ chế quá trình tạo tầng sôi

Nguyên nhân quan trọng để hình thành lớp sôi là do lực “nâng” của dòng

[Type the document title] CHƯƠNG I thuộc vào rất nhiều yếu tố như tốc độ gió, trở lực của khối hạt (kích thước, đặc tính của hạt,…) qua đó hình thành các trạng thái sôi khác nhau, chiều cao lớp sôi khác nhau Mối quan hệ giữa chiều dày lớp nhiên liệu h và trở lực của lớp nhiên liệu Δp với tốc độ của dòng được thể hiện trong hình 1.2:

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa vận tốc của gió với trở lực lớp sôi

 Khi tốc độ dòng không khíω bé hơn tốc độ tới hạn ωcr, lớp vật liệu trên ghi ở trạng thái tĩnh, chiều cao lớp nhiên liệu không đổi, không khí đi lên luồn qua các lỗ rỗng tạo thành bởi các hạt vật liệu, độ chênh áp tại vị trí trước và sau lớp vật liệu tăng dần[7]

 Khi tốc độ dòng không khí tăng lên đến một giá trị nhất định (ω ≥ ωcr), lớp vật liệu trên ghi chuyển động tương đối với sự nâng lên của không khí Lúc này lớp vật liệu có trạng thái gần giống chất lỏng (giả lỏng, tầng sôi) Tốc

độ khí này gọi là tốc độ sôi tối thiểu[7]

 Khi tiếp tục tăng tốc độ không khí, các bọt khí xuất hiện trong lớp sôi có hình dạng tương tự bọt nước khi sôi, lúc này ta có chế độ sôi bọt[7]

 Việc tiếp tục tăng thêm tốc độ khí sẽ dẫn đến sự tạo thành các bọt khí hình viên đạn và các rãnh thoát khí trong lớp sôi Việc tăng tốc độ khí, cũng dẫn đến lớp vật liệu trên ghi ngày càng dãn nở ra [7]

 Tốc độ không khí tiếp tục được tăng, các lớp vật liệu trên ghi có xu hướng bị thổi bay ra ngoài buồng sôi Lúc này nếu có hệ thống xyclon thu hồi vật liệu để đưa trở lại buồng sôi thì ta có hệ thống kiểu lớp sôi tuần hoàn[7]

h

h t

h g

ω Δp

Δp t

Δp g

[Type the document title]

Hình 1.3 1.3 Đặc điểm công nghệ

Một buồng lửa của l

thường ở trong khoảng kích th

- Cát hay sỏi (với nhi

- Đá vôi nguyên ch

huỳnh và đòi hỏi kiểm soát l

- Tro từ than (những l

không đòi hỏi khử lưu hu

Đôi khi, phối hợp các hạt

của hạt nhiên liệu, đặc biệt với nhi

không nhất thiết mang lại

thể tạo thành một lượng hạt nhỏ h

trong lò

Lò tầng sôi có hai loại chính:

 Lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ (công nghệ đốt tầng sôi bọt)

 Lò tầng sôi kiểu sôi mạnh (công nghệ đốt tầng sôi tuần ho

[Type the document title]

Hình 1.3Chế độ lớp sôi dạng tuần hoàn

ặc điểm công nghệ lò hơi tầng sôi

ột buồng lửa của lò hơi tầng sôi chứa một khối lượng các hạt rắn thông ờng ở trong khoảng kích thước từ 0,1÷0,3 mm [9] Bao gồm:

ỏi (với nhiên liệu ít tro như gỗ)

Đá vôi nguyên chất hay đá vôi già (với những lò đốt than nhiều l

ỏi kiểm soát lượng phát thải lưu huỳnh)

ừ than (những lò hơi đốt than có hàm lượng tro cao, trung b

ưu huỳnh)

ối hợp các hạt liệu lớp sôi cũng được sử dụng Kích th

ệu, đặc biệt với nhiên liệu có hàm lượng tro thấp khác nhau

ất thiết mang lại một lượng lớn hạt rắn lớp sôi, bởi vì chúng ch

ợng hạt nhỏ hơn 1÷3% [9] tổng lượng hạt

ầng sôi có hai loại chính:

ầng sôi kiểu sôi nhẹ (công nghệ đốt tầng sôi bọt)

ầng sôi kiểu sôi mạnh (công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn)

CHƯƠNG I

ợng các hạt rắn thông ồm:

ốt than nhiều lưu

ợng tro cao, trung bình và

ợc sử dụng Kích thước ợng tro thấp khác nhau

ì chúng chỉ có ợng hạt rắn lớp sôi

àn)

[Type the document title] CHƯƠNG I

Hình 1.4 Chuyển động của khí và chất rắn ở các loại lò hơi khác nhau[9]

1.3.1 Phương thức sôi bọt (BFB)

Trong phương thức này, chiều cao lớp sôi được giữ cố định trong một khoảng cho phép nào đó Không gian này chỉ chiếm một phần trong toàn bộ buồng đốt Gió cấp vào từ quạt có nhiệm vụ cung cấp không khí cho quá trình cháy nhiên liệu, đồng thời tạo ra và duy trì lớp sôi Khi tốc độ gió vượt quá tốc độ giới hạn cho phép, chất rắn sẽ bị thổi bay ra khỏi lớp Nếu hạt tương đối thô sẽ quay trở lại mặt ghi do ảnh hưởng của trọng lực Nếu tiếp tục tăng tốc độ gió thì có thể một bộ phận hoặc toàn bộ hạt trên mặt ghi rơi vào trạng thái chuyển hai hướng: một hướng đi lên do lực nâng, một hướng đi xuống trở lại mặt ghi do trọng lực Trạng thái này giống như trạng thái sôi hay lớp sôi Khi tốc độ gió tiếp tục tăng đến một giá trị tới hạn (ωgh), toàn bộ lớp sôi sẽ thay đổi trạng thái, các hạt trong lớp sôi đều bị bay ra ngoài Tương tự nếu tốc

độ gió quá nhỏ không đủ để nâng khối lượng các hạt lên thì lớp sôi trở lại thành lớp cố định.Như vậy, trong vận hành lò hơi BFB, tốc độ gió cấp vào phải nằm trong khoảng giới hạn sau: ωmf< ω < ωgh

[Type the document title]

Hình 1.5

1.3.2 Phương thức sôi tuần ho

Lò hơi tầng sôi tuần ho

biệt Tại đó các hạt rắn đ

độ giới trung bình của các hạt Phần lớn các hạt rắn rời khỏi buồng lửa đ

thu lại nhờ bộ phận tách khói

đáy của buồng lửa Gió s

buồng lửa Gió cấp 2 đư

lửa Các hạt nhiên liệu cháy ở trong buồng lửa sinh ra nhiệt Một phần nhiệt lượng của quá trình cháy

phần còn lại được hấp thụ bằng đối

đường khói ra sau bộ tách khói

Các lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần ho

trong các doanh nghiệp cần sử dụng h

có nhu cầu hơi lớn hơn,

[Type the document title]

Hình 1.5 Lò hơi tầng sôi bọt (BFB)

ức sôi tuần hoàn (CFB)

ầng sôi tuần hoàn vận hành dưới một điều kiện khí động đặc

ệt Tại đó các hạt rắn được vận chuyển suốt buồng lửa ở tốc độ v

ủa các hạt Phần lớn các hạt rắn rời khỏi buồng lửa đ

ại nhờ bộ phận tách khói-hạt rắn và được tái tuần hoàn tới điểm cấp d

ủa buồng lửa Gió sơ cấp của quá trình cháy được phun qua đáy ghi của

ược thổi từ một chiều cao nào đó ở phía tr

ệu cháy ở trong buồng lửa sinh ra nhiệt Một phần nhiệt ình cháy được hấp thụ bởi tường nước trong buồng lửa v

ợc hấp thụ bằng đối lưu của các bề mặt đốt đư

ới một điều kiện khí động đặc

ợc vận chuyển suốt buồng lửa ở tốc độ vượt quá tốc

ủa các hạt Phần lớn các hạt rắn rời khỏi buồng lửa được

ới điểm cấp dưới

ợc phun qua đáy ghi của

ở phía trên đáy buồng

ệu cháy ở trong buồng lửa sinh ra nhiệt Một phần nhiệt

ớc trong buồng lửa và

t được bố trí ở

ơn khi áp dụng

ới các nhà máy

àn sẽ cung cấp

[Type the document title]

khoảng trống lớn hơn đ

thụ để đạt hiệu suất cháy v

kiểm soát mức NOx cũng dễ d

Hình 1.6 1.4Ưu điểm và nhược điểm của l

1.4.1 Ưu điểm của lò h

Lò hơi tầng sôi có m

đốt nhiên liệu rắn khác Nh

 Độ mềm dẻo trong s

của lò hơi tầng sôi Các h

lượng hạt rắn trong lớp nhiên li

trưng Các hạt rắn còn l

liệu và cát Điều kiện khí đ

khí-rắn rất hoàn hảo Do v

chóng được phân tán vào trong kh

đến nhiệt độ bắt cháy mà không d

[Type the document title]

ơn để sử dụng, các hạt nhiên liệu lớn hơn và th

ụ để đạt hiệu suất cháy và mức SO2 cao hơn, việc áp dụng công nghệ để

ũng dễ dàng hơn

Hình 1.6 Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB)

ợc điểm của lò hơi tầng sôi

a lò hơi tầng sôi

ng sôi có một số các đặc điểm nổi bật hơn so với nh

n khác Những đặc tính này bao gồm:

o trong sử dụng nhiên liệu: Đây là một đặc tính

ng sôi Các hạt nhiên liệu rắn chiếm một lượng ít hơn 1

p nhiên liệu trong buồng lửa của một lò hơi t

n còn lại không cháy được gồm: các chất hấp th

n khí động đặc biệt của tầng sôi tạo ra m

o Do vậy, các hạt nhiên liệu cấp vào buồng l

c phân tán vào trong khối hạt và cũng nhanh chóng đ

t cháy mà không dẫn đến một sự suy giảm đáng k

m đáng kể nào nhiệt

[Type the document title] CHƯƠNG I

độ tầng hạt Đặc tính này của buồng lửa tầng sôi cho phép nó đốt bất cứ một dạng nhiên liệu nào mà không cần cấp nhiên liệu mồi để cấp nhiệt cho không khí và chính nhiên liệu nâng nhiệt độ của chúng đến điểm bắt cháy của nó Do vậy, có thể đốt thay nhau nhiều loại nhiên liệu trong một lò tầng sôi mà không cần một sự thay đổi nào về cấu trúc lò Lò hơi tầng sôi có thể đốt nhiên liệu trấu chứa 18% hàm lượng tro

 Hiệu suất cháy lò hơi tầng sôi bọt là 90÷98% và trong lò hơi tầng sôi tuần hoàn có thể lên tới 97,5÷99,5%

 Tro ở dạng vô định hình nên sử dụng làm chất phụ gia trong công nghiệp sản xuất xi măng, composit, gạch chịu lửa, gạch xây nhà cao tầng,…

 Lò hơi tầng sôi có hiệu quả khử lưu huỳnh cao do thời gian lưu lại của khí lớn 3÷4 giây, và các hạt hấp thụ rất mịn trải ra bề mặt phản ứng rộng, thúc đẩy quá trình phản ứng khử lưu huỳnh

 Giảm phát thải NOx là một đặc tính quan trọng của lò hơi tầng sôi Các

số liệu thu được trong các lò hơi tầng sôi đưa ra giá trị phát thải NOx trong khoảng 50÷150ppm hay là 20÷150 mg/MJ Không khí cấp hai (chứa trên 20% lượng không khí thừa) được cấp vào bên trên buồng đốt Khi đó, nitơ trong nhiên liệu đã sẵn sàng tách ra thành nitơ phân tử vẫn có rất ít cơ hội để hình thành NO2 trên vùng này Nitơ trong không khí bình thường không thể tạo thành NO2 ở nhiệt độ thấp 800÷900oC trong lò hơi tầng sôi

 Bề mặt cắt ngang buồng lửa nhỏ Lượng nhiệt sinh ra trên một đơn vị diện tích bề mặt cắt ngang của buồng lửa (nhiệt thế diện tích) cao là ưu điểm nổi bật trong lò hơi tầng sôi Hệ thống đốt tầng sôi có nhiệt thế diện tích vào khoảng 3,5÷4,5 MW/m2, cao hơn so với hầu hết các kiểu lò hơi công nghiệp khác

 Số lượng điểm cấp nhiên liệu ít hơn Hệ thống cấp nhiên liệu trong lò hơi tầng sôi được đơn giản hóa do số lượng điểm cấp ít Lò yêu cầu diện tích ghi nhỏ và do vậy diện tích buồng đốt sẽ nhỏ hơn diện tích buồng đốt của hầu hết các kiểu lò hơi công nghiệp đốt trấu khác cùng công suất

 Sự thay đổi tải theo công suất rất tốt Vận tốc giả lỏng cao cộng với việc điều chỉnh dễ dàng lượng nhiệt hấp thụ cho phép lò hơi tầng sôi có thể phản ứng nhanh nhạy với việc thay đổi tải

[Type the document title] CHƯƠNG I

1.4.2 Nhược điểm của lò hơi tầng sôi

Lò tầng sôi có một vài nhược điểm nhỏ:

 Yêu cầu điều chỉnh tốc độ gió phù hợp với điều kiện lớp sôi

 Tốn điện cho quạt để tạo chế độ hóa lỏng

 Tốn lượng đá vôi lớn, tăng chi phí nghiền

 Mài mòn mạnh các ống và tường do các hạt trơ gây ra

 Cần hệ thống thu hồi và tuần hoàn phức tạp, làm lò trở nên cồng kềnh

Tuy nhiên, các nhược điểm này đang dần được khắc phục trong những lò thế hệ mới

1.5 Tiềm năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế ở Việt Nam

Chất thải dân dụng và công nghiệp là những chất được loại ra khỏi quá trình sinh hoạt cũng như sản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng lại một phần Ở nước ta là một nước đang phát triển, nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phế thải nông lâm nghiệp thải ra có trữ lượng lớn Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long có nhiều nguồn nhiên liệu xấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưu huỳnh cao, phế thải sinh khối(rơm, rạ, bã mía, mùn cưa…)

- Thông tin từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cho biết: năm

2013 sản lượng thóc cả nước khoảng 44,1 triệu tấn thóc thì lượng rơm rạ cũng được xác định khoảng 43,3 triệu tấn và 8,68 triệu tấn Viện nghiên cứu Phát triển đồng bằng sông Cửu Long cho biết: Với sản lượng thóc hơn 20 triệu tấn như hiện nay, nếu lấy tỷ lệ trung bình là 100kg thóc cho 20kg trấu, mỗi năm trong vùng đồng bằng sông Cửu Long có trên 4 triệu tấn trấu Với lượng trấu này, hàng năm đồng bằng sông Cửu Long có thể cung ứng cho các nhà máy sản xuất nhiệt điện với tổng công suất 500MW

- Ngoài thóc, Việt Nam cũng là một quốc gia có sản lượng lớn về mía Phế thải thu hoạch và chế biến đường đã tạo ra một nguồn nguyên liệu lớn để đáp ứng nhu cầu về năng lượng cho các nhà máy đường và nhân dân vùng trồng mía Theo kết quả nghiên cứu thực tế thì ép 1 tấn mía cây trung bình thải ra 300kg bã mía có độ ẩm 50% với nhiệt lượng khoảng 7,8 MJ/kg bã mía

[Type the document title] CHƯƠNG I

- Tiềm năng nguồn phế thải gỗ và các loại sinh khối khác: phế thải trong chế biến gỗ bao gồm mùn cưa, đầu mẩu gỗ, vỏ bào, thường chiếm khoảng 60÷70% lượng gỗ tròn từ các cơ sở chế biến gỗ

Kết quả phân tích nguồn nguyên liệu trấu xác định được:

- Lượng rơm rạ không được sử dụng làm nhiên liệu chiếm khoảng 30%

- Lượng trấu làm chất đốt chiếm 50% tổng lượng trấu được tạo ra trong quá trình canh tác thóc

- Trong vỏ trấu chứa khoảng 74÷83% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 17÷26% còn lại chuyển thành tro Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi - cellulose (90%) Ngoài ra, có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ Lignin chiếm khoảng 25÷30%

và cellulose chiếm khoảng 35÷40%

- Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực

Hình 1.7 Nguồn năng lượng sinh khối (vỏ trấu, củi ép)

Từ những thông tin nêu trên, nếu như ta dùng những loại nhiên liệu này vào các công việc đốt các loại lò bình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độ tro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Vì vậy việc ứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổ

[Type the document title] CHƯƠNG II

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI

TẦNG SÔI

2.1 Những vấn đề cơ bản khi tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi

Việc thiết kế một lò hơi đốt than theo phương pháp lớp sôi-FB là một công việc mới, phức tạp, đòi hỏi những người thiết kế phải nắm vững nhiều vấn đề về kĩ thuật nói chung, kĩ thuật nhiệt, về bản chất các quá trình FB xảy

ra trong thiết bị thiết kế Cần tiến hành các tính toán cần thiết để có thể dự báo chính xác các hiện tượng cơ nhiệt xảy ra trong thiết bị Cũng như việc thiết kế các lò hơi thông thường, việc thiết kế một lò hơi lớp sôi cũng phải thực hiện qua các bước chính sau:

 Lựa chọn phương pháp đốt: đốt theo lớp sôi bọt, lớp sôi tuần hoàn hay theo phương pháp trung gian

 Lựa chọn các phương pháp cấp than, cấp gió, thải tro xỉ

 Lựa chọn hình dạng của toàn bộ lò hơi và các phần tử chính

 Lựa chọn các thông số làm việc cơ bản của các phần tử của lò

 Tiến hành các bài tính để khẳng định các kích thước; các thông số chính của lò và của các thiết bị chính

Kết quả của các bước trên là phải đưa ra được các thông số cơ bản về kích thước, đặc tính kĩ thuật của các bộ phận chính của lò, để có thể tiến hành thiết kế thi công chi tiết

Bài toán tính nhiệt lò hơi là bài toán đầu tiên phải thực hiện và là bài toán quan trọng, xác định ra các số liệu nhiệt quan trọng nhất để thực hiện các tính toán khác hoặc lựa chọn thiết bị

Việc tính nhiệt lò hơi FB cũng thực hiện theo các bước tương tự như tính nhiệt các lò hơi PC, gồm: tính nhiệt buồng đốt, tiếp đó tính nhiệt các bề mặt đốt phần đuôi Việc tính nhiệt các bề mặt đốt phần đuôi lò FB thực hiện hoàn toàn giống như tính nhiệt các bề mặt đốt phần đuôi lò PC Nhưng việc tính nhiệt buồng đốt lò FB thực hiện hoàn toàn khác

Do có hai loại buồng đốt lớp sôi là buồng đốt lớp sôi bọt (BFB) và lớp sôi tuần hoàn (CFB), về nguyên lí làm việc của hai loại buồng đốt này, cũng

[Type the document title] CHƯƠNG II như các phần tử buồng đốt đi kèm có khác nhau, nên việc tính nhiệt buồng đốt lớp sôi bọt và lớp sôi tuần hoàn cũng thực hiện khác nhau

Các số liệu về kĩ thuật lớp sôi rất nhiều, đa dạng, và có tính thực nghiệm, chưa thống nhất và chưa được tiêu chuẩn hóa Vì vậy, các nước, các hãng chế tạo lò hơi, các tác giả đưa ra các phương pháp tính nhiệt buồng đốt khác nhau

2.2 Thiết kế và tính toán lò hơi tầng sôi bọt (BFB)

2.2.1 Các vấn đề về thiết kế lò hơi BFB

 Các bước thiết kế và tính toán một lò hơi lớp sôi vẫn chưa được chuẩn hoá, chủ yếu là ở phần thiết kế và tính toán buồng đốt Các bước còn lại, thực hiện tương tự như khi thiết kế một lò hơi thông thường Như vậy việc thiết kế một lò hơi BFB cũng cần qua các bước chính sau:

- Xác định các thông số kinh tế - kĩ thuật của bài toán đưa ra: Đặc tính nhiên liệu đốt trong lò hơi; các điều kiện môi trường bên ngoài, ở khu vực bố trí lò; các thông số kĩ thuật như thông số hơi D, Phơi, thơi,… các yêu cầu khác

- Dựa trên cơ sở các tài liệu thiết kế, các số liệu kinh nghiệm,… người thiết kế phải đưa ra được cấu hình cơ bản của toàn bộ lò hơi, cũng như của các phần tử chính của lò Phải quyết định được các giải pháp chính của toàn

bộ hệ thống như: Phương pháp cấp nhiên liệu và thải tro xỉ, cấp nước, giải pháp bảo ôn và chịu lửa, chốg mài mòn, cấu trúc các bề mặt đốt, mức độ tự động hoá,…

- Thực hiện các bản vẽ bản thể lò hơi và các bài tính nhiệt lực lò, khí động, thuỷ động, sức bền các phần tử lò hơi; lần lượt từ buồng lửa đến các bề mặt đốt cuối cùng dọc theo đường lưu động khói

 Kết quả tính toán phải thỏa mãn các yêu cầu đặt ra, thoả mãn các tiêu chuẩn về kĩ thuật, an toàn và môi trường mới nhất của kĩ thuật và của người đặt hàng, thoả mãn các tiêu chuẩn về kinh tế như: giá thành, khả năng chế tạo Với các lò hơi FB, thiết kế phải đạt được các ưu việt của phương pháp đốt FB như các vấn đề về môi trường, nhiên liệu,…

 Trước khi thiết kế, tính chọn một lò hơi đốt theo lớp sôi, cần có lưu ý là các lò hơi lớp sôi BFB có các đặc điểm sau:

- Thường áp dụng đốt nhiên liệu theo phương pháp - BFB cho các lò hơi công nghiệp, có công suất nhỏ và trung bình (công suất nhiệt từ 5 đến

[Type the document title] CHƯƠNG II 100MW nhiệt, thông số hơi tất nhiên tùy theo yêu cầu sử dụng, nhưng có thể đạt tới các thông số của các lò hơi năng lượng công suất trung bình (PQN= 10÷70bar, tQN=200÷500oC) [10]

- Thường áp dụng khi cần đốt các loại nhiên liệu xấu (độ tro cao; Alv > 30%, độ ẩm cao Wlv > 15%), được cung cấp từ nhiều nguồn nhiên liệu nên chất lượng nhiên liệu giao động (đó là ưu điểm nổi trội của phương pháp đốt theo FB)

- Áp dụng phương pháp đốt BFB khi cải tạo, nâng cấp các lò hơi đốt nhiên liệu cũ, cần nâng cao năng suất, hiệu suất hoặc khi cần cơ giới hoá vận hành

- Tính nhiệt buồng đốt, xác định lượng nhiệt truyền trong buồng đốt và nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa: Các tính toán nhiệt nên tính ở chế độ phụ tải nhiệt và ở hai chế độ khí động, ứng với hệ số không khí thừa α= 1,1÷1,2 và α=1,8÷2,0

Hình 2.1 Cấu trúc chung phần dưới buồng đốt BFB

Nhiên liệu vào

Không khí

Xỉ

Ghi phân phối gió

Phần trên buồng đốt

Phần lớp sôi

Vùng quá độ Đoạn

cơ bản

Hộp gió

L4

[Type the document title] CHƯƠNG II

2.2.2 Tính chọn một số thông số thiết kế buồng đốt

Khi lựa chọn cấu hình một buồng đốt lớp sôi, cần phải tính chọn một số thông số quan trọng sau:

 Diện tích ghi phân phối gió - F ghi: Dựa trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, có thể có các xác định diện tích ghi phân phối gió như sau:

Theo tiêu chuẩn tính nhiệt [11]:

Trong đó: D - Công suất hơi, tấn/h

 Nhiệt độ lớp sôi θ ls:Phụ thuộc chủ yếu vào loại nhiên liệu Với các loại nhiên liệu khó cháy, để ổn định cháy, nhiệt độ làm việc lớp sôi nên lấy bằng 900÷950oC, và phải nhỏ hơn nhiệt độ bắt đầu mềm của tro (T1) hơn 50oC

 Tốc độ sôi của buồng đốt tầng sôi bọt:chọn trong khoảng 1÷3,5÷4,0 m/s

[10] Hoặc có thể chọn theo lượng không khí thổi qua 1 m2 diện tích ghi, theo [11] lượng không khí vận hành tối ưu, cỡ 2000÷2800 m3tc /m2 ghi (tức bằng khoảng 3÷4 lần lượng gió tối thiểu để lớp hạt bắt đầu sôi) Tốc độ sôi không nên lớn hơn 0,5.bay

 Trở lực phần buồng đốt lớp sôi: Chủ yếu gồm trở lực của ghi Δpghi và trở lực của lớp hạt trơ Δpls Trở lực của ghi nên khá lớn để đảm bảo phân bố

[Type the document title] CHƯƠNG II không khí đều trên toàn bộ bề mặt lớp, thường chọn Δpghi = Δpls; Δpghi ≥200 mmH2O

 Về kết cấu: Buồng đốt lớp sôi nên có hình dạng phía dưới nên nhỏ hơn

phía trên, tức là tường buồng đốt đoạn dưới có góc loe, mở ra lên phía trên, với góc loe cỡ 40o÷50o (xem hình 2.1)

 Chiều cao lớp hạt trơ: Ở trạng thái tĩnh cần phù hợp với cột áp của quạt

gió Khi không bố trí bề mặt đốt trong lớp sôi, chiều cao tĩnh của lớp hạt trơ không nên lớn quá 400÷500mm; nhưng cũng có thể đạt tới 1,0m [10] Cỡ hạt trơ 0,5÷2,0mm; cỡ hạt nhiên liệu có thể đến 50mm, nhưng thông dụng có cỡ 0÷6,0mm

 Thể tích buồng đốt: Được tính toán để đảm bảo làm mát khói ra khỏi

buồng lửa tới nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ trung bình lớp sôi 150oC÷300oC, tốc

độ khói nóng ở vùng trên buồng lửa, phía ra khỏi buồng lửa càng nhỏ càng tốt, cỡ trên dưới 1m/s

2.2.3 Tính nhiệt buồng đốt BFB

Việc tính nhiệt buồng đốt BFB thông qua các bước tính toán chính sau:

a) Tốc độ sôi tới hạn nhỏ nhất th: Cần phải tính cho hạt có cỡ hạt là dk Công thức dùng để tính th là công thức tính tốc độ sôi tới hạn thông thường:

Trong đó: a = 42,85(1-εth)/Φ; b = 0,571 εth3.Φ

hoặc đơn giản hơn:

Reth = Ar/(1400 + 5,22.Ar0,5), nếu εth = 0,40 (2.6)

Reth = Ar/(710 + 4,0.Ar0,5), nếu εth = 0,48 (2.7)

Reth = Ar.εth4,75/[18 + 0,6.(Ar.εth4,75)0,5] (2.8)

Từ (2.8) tính được th = υkhi.A

Trong đó: Ar = g.d3.(ρhat/ρkhi - 1)/υ2 (2.9)

ρhat và Φ là khối lượng riêng, kg/m3 và hệ số hình dạng hạt;

ρkhi và υkhilà khối lượng riêng của khí, kg/m3và độ nhớt động học của khí m2/s;

εthđộ rỗng của khối hạt ở chế độ bắt đầu sôi; khi số liệu về εth và

Φ không tin cậy, có thể lấy như sau:a= 33,7; b= 0,0408.εth = 0,40÷0,48; độ

[Type the document title]

Dưới đây đưa ra các giá tr

thổi bằng không khí có nhi

d) Phân lượng tro bay trong khói c

[Type the document title]

c của khí khói ở áp suất khí quyểnµ /m2; khối lượng riêng không khí (có thể dùng cho khói 1,293.273/T, kg/m3;υkhi = µ/ρkhi

t bay: là tốc độ dòng khí mà khi đó lực khí đ

n hơn trọng lượng nổi của hạt, với tốc độ

n và bay cùng dòng khí Tốc độ bay của hạt cũng tính theo các

bay =Rebay.υ/dhat bay = Ar/(18+ 0,61.Ar0,5 )

i đây đưa ra các giá trị thvà bay của hạt có ρhat = 2,65g/cm

u có dùng đá vôi để khử Lưu huỳnh trong nhiên liệu:Thể

t lượng VRO2,K do đá vôi bị nhiệt phân, do đó:

RO2,K = VRO2+ 0,157Bdavoi/Btt khoi = Vkhoi+ 0,3125.Bdavoi/Btt

ng tro bay trong khói của lò lớp sôi bọt (a b ):

CHƯƠNG II

nµ =1,5.10 dùng cho khói

-c khí động dòng

ộ này hoặc lớn ũng tính theo các

(2.10) (2.11)

= 2,65g/cm3, khi

= 2,65g/cm 3

2,0 5,0 0,96 1,84 10,4 16,8 0,96 2,88 18,8 33,9

ể tích khí CO2

t phân, do đó:

(2.12) (2.13)

[Type the document title] CHƯƠNG II

Hình 2.2 (Toán đồ 3; [11]) Xác định phần tro bay a bay trong khói

Phụ thuộc cỡ hạt nhiên liệu; tính chất vật lí của tro và tốc độ làm việc của khói trong buồng đốt Giá trịab chọn theo kinh nghiệm, lấy trong khoảng 0,15÷0,6; (có khi có thể lên tới 1,0) hoặc xác định theo đồ thị hình 2.2; và 1 =

Trong đó: Qtlv - Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, MJ/kg;

axi = 1 - abay: Phần tro nhiên liệu thải khỏi lớp từ đáy buồng lửa;

Гxi - Phần nhiên liệu chưa cháy nằm trong tro của lớp sôi;

Alv - Phần tro của nhiên liệu, %

Giá trị q4xi sẽ lấy bằng 0,5÷2,0% với loại nhiên liệu có Alv < 50%; với nhiên liệu có Alv> 50% tính q4xi theo công thức (2-15), khi đó giá trị Гxi đối với đa số nhiên liệu lấy bằng 0,5÷3%, hoặc có thể xác định theo hình 2.3

Hình 2.3 (Toán đồ 4; [11]) Xác định chất cháy còn trong xỉ lò lớp sôi

Giá trị A dùng trong toán đồ xác định theo quan hệ sau:

[Type the document title] CHƯƠNG II

A = ω.ρk.102./[kc.hkc.ρ3.(α - 0,5).Vo.(θkc + 273)] (2.16)

Trong đó: ω - tốc độ sôi, m/s;

ρk và ρ3 - khối lượng riêng của hạt cốc và của tro, kg/m3;

hkc - chiều cao lớp sôi, m;

α - hệ số không khí thừa;

Vo - lượng không khí lí thuyết, m3/kg;

θkc - nhiệt độ lớp sôi, oC;

kc - hằng số tốc độ phản ứng của nhiên liệu với không khí, m/s;

Khi không có số liệu thực nghiệm tin cậy, có thể tính kc theo định luật Areniuss:

kc = ko.exp(-E/8,31.Tls) (2.17)

Tls = θkc + 273; hệ số ko phụ thuộc năng lượng hoạt hoá E của phản ứng theo quan hệ sau: lgko = 0,208.10-4.E + 1 (2.18) Giá trị qbay có thể xác định theo toán đồ hình 2.4 phụ thuộc loại nhiên liệu, cỡ hạt và điều kiện cháy

Hình 2.4 (Toán đồ 5; [11]) Xác định tổn thất nhiệt do cháy không hết về

cơ học trong tro bay (q 4bay )

[Type the document title] CHƯƠNG II Trong toán đồ hình 2.4, giá trị Qk/Qilv = 1-Vdaf.(100-Wlv-Alv).10-4; ∂1 - cỡ hạt tro lớn nhất bay khỏi lớp sôi, khi làm việc với tốc độ sôi ω; ∂o – cỡ hạt trung bình của nhiên liệu

Khi không có số liệu tin cậy về cỡ hạt, có thể xác định gần đúng q4baytheo hệ số khả năng phản ứng của nhiên liệu RT = Vdaf/(100 - Vdaf), như sau:

- Khi có áp dụng hệ thống quay vòng tro bay về buồng đốt (tái tuần hoàn tro hoặc các biện pháp khác), với hiệu suất thu hồi là µthu, thì tổn thất nhiệt do cháy không hết về cơ khí giảm, bằng:

q*4bay = q4bay.(1 - µthu) (2.20)

- Tổn thất nhiệt q5: Nói chung do lò BFB có kích thước hơi lớn hơn lò PC,

do đó tổn thất nhiệt q5 có lớn hơn lò PC, thường chọn q5 = 0,2÷0,5%

- Tổn thất nhiệt q6 tính theo công thức tính q6 của các phương pháp tính cân bằng nhiệt buồng đốt thông thường, với nhiệt độ xỉ thải lấy bằng nhiệt độ lớp sôi Với lò công suất nhỏ có thể lấy q6 = 0

f) Trao đổi nhiệt trong buồng đốt lớp sôi:

- Tính nhiệt các bề mặt đốt trong lớp sôi bọt cũng tiến hành hoặc theo phương pháp tính thiết kế hoặc tính kiểm tra, dựa vào hai phương trình cơ bản sau:

Phương trình truyền nhiệt: QTNLS = KLS.HLS.Δt.10-3 (2.21)

Trong đó: QTNLS- Nhiệt truyền trong lớp sôi, kW;

KLS - Hệ số truyền nhiệt trong lớp sôi;

HLS - Diện tích bề mặt đốt nằm trong lớp, m2

Δt - Độ chênh nhiệt độ giữa lớp sôi và môi chất

Phương trình cân bằng nhiệt: QCBLS = χLS.φ.Btt.[QBL- I”BL]- Qxi (2.22)

Trong đó: QCBLS - Nhiệt lượng truyền trong lớp sôi, kW;

χLS - Hiệu quả cháy kiệt nhiên liệu, thường có giá trị 0,75÷0,9 tuỳ theo loại nhiên liệu,cỡ hạt, có thể chọn theo bảng 2.2

φ - Hệ số bảo ôn

Btt - Tiêu hao nhiên liệu tính toán, kg/s

QBL = Qtlv + Ikkl : Nhiệt lượng đưa vào buồng lửa, kJ/Kg

[Type the document title] CHƯƠNG II

Qxi = Btt.Qtlv.q6/100 : tổn thất nhiệt vật lí của xỉ, kW

Bảng 2.2 Giá trị χ LS của một vài loại nhiên liệu

Hỗn hợp than đá +Anthacit 0,80÷0,90 Tuỳ mức hỗn hợp Cân bằng hai phương trình (2.21) và (2.22), tìm được diện tích bề mặt đốt cần bố trí trong lớp sôi: HLS = QTNLS/(KLS.Δt ), m2

Khi tính thiết kế, nhiệt độ trung bình lớp sôi nên chọn trong khoảng (850÷950)oC (giá trị lớn dùng cho nhiên liệu khó đốt) Nhiệt độ khói ra khỏi lớp sôi θ”LS = θLS- (30÷50)oC Nếu đốt nhiên liệu có nhiệt trị cao hoặc khi bố trí nhiều bề mặt đốt lớp; Khi đốt nhiên liệu dễ cháyvà bố trí ít bề mặt đốt trong lớp, chọn θ”LS = θLS

Khi tính kiểm tra, do đã biết HLS, sau khi cân bằng (2.21) và (2.22), được:

Trong đó: σo = 5,67.10-8 W/m2.K : Hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối

als = 0,7÷0,8 : độ đen của vật liệu hạt lớp sôi

avo = 0,82 : độ đen của bề mặt trao đổi nhiệt

αđl - Hệ số tản nhiệt đối lưu

 Đối với bề mặt đốt dạng dàn ống đứng hoặc mặt phẳng đứng:

α = 1554,4.λ (1-K).Re0,23 /∂ , W/m2.K (2.25)

[Type the document title] CHƯƠNG II

Trong đó: λkhi - Hệ số dẫn nhiệt của khói ở nhiệt độ làm việc, W/m.K

Kε = [18.Rehat + 0,36.Re2hat)/Ar ]0,21 (2.26)

Ar = (g.∂TD.γhat)/(υ2khi.γkhi) (2.27)

 Đối với bề mặt đốt dạng chùm ống nằm ngang:

Khi: (Pr.Chat/Ar.Ckhi) < 10-4

αđl = 2969,6.λkhi.CS.Re.[(1-Kε)/Kε]1,2.(Pr.Chat/Ar.Ckhi)0,3/∂TD, W/m2.K (2.28)

Khi: (Pr.Chat/Ar.Ckhi) > 10-4

αđl = 16356.λkhi.CS.Re.[(1 - Kε)/Kε]1,2.(Pr.Chat/Ar.Ckhi)0,3/∂TD, W/m2.K (2.29)

Trong đó: Pr = υ/a : Số Prantl của khí

Ckhi; Chat - Nhiệt dung riêng của khí khói và của hạt, kJ/Kg

CS = CS1.CS2; CS1 = (S1/6d)0,3

Khi: S1> 6d; CS1 = 1; CS2 = (S2/2d)0,3

Khi: S2> 2d; CS2 = 1

S1; S2 - Bước ống ngang và dọc

- Tính truyền nhiệt phần trên lớp sôi: Trên lớp sôi có thể phân thành 2 lớp

là phần ngay trên lớp (có chiều cao 300÷400mm, còn gọi là phần trung gian; phần chuyển tiếp), và phần trên buồng lửa, là phần còn lại của buồng lửa Để đơn giản tính toán, người ta tính truyền nhiệt chung một bước cho phần bề mặt đốt trên lớp sôi và trên buồng lửa, và xác định nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa θ”BL theo công thức thực nghiệm sau:

θ”BL = {[θo + 273]/{[C.(To/1000)4.4,18.HTLS/Btt.QTLS]0,6 +1}} - 273 (2.30)

Trong đó: Btt - kg/h

QTLS - kJ/kg

C- Hệ số kinh nghiệm, khoảng 4000÷6000

To = θ0 + 273 : Nhiệt độ cháy tuyệt đối lí thuyết, xác định theo nhiệt lượng đưa vào phần trên buồng lửa QTBL = χLS.I”LS + (1- χLS).Qtlv

Trong đó: χLS - Hiệu quả cháy kiệt trong lớp sôi; xác định ở phần tính lớp sôi

I”LS - Entanpi khói ra khỏi lớp sôi; đã xác định ở phần tính lớp sôi

[Type the document title] CHƯƠNG II

HTLS - Tổng diện tích bề mặt đốt bức xạ bố trí trên lớp sôi (phần trên buồng lửa)

2.2.4 Thiết kế ghi cấp gió

Ghi phân phối gió là cấp một phần lớn không khí cần cho sự cháy, nhưng trong các lò hơi lớp sôi, ghi còn phải đảm bảo cung cấp gió để tạo một lớp sôi ổn định ở mọi chế độ làm việc của lò, không tạo vùng lắng, cũng không quá mạnh để xảy ra hiện tượng cuốn hạt bay khỏi lớp sôi (đặc biệt là khi ghi phân phối gió không đều) Tấm ghi lò tầng sôi phải:

- Đảm bảo đỡ được lớp nhiên liệu của lớp sôi ở trạng thái tĩnh (gồm trọng lượng bản thân ghi, trọng lượng lớp vật liệu trơ và trọng lượng than nằm trong lớp);

- Đưa một lượng không khí đủ qua ghi với một trở lực khí động thích hợp;

- Đảm bảo lưu lượng và tốc độ gió đồng đều ở toàn bề mặt ghi, tạo điều kiện duy trì lớp vật liệu trên ghi ở trạng thái sôi hợp lý và ổn định

a) Thiết kế tấm lỗ của ghi

Tấm lỗ ghi thường phải có hình dạng và kích thước phù hợp với phần tiết diện của buồng đốt lớp sôi có bố trí ghi Các lỗ trên ghi phải bố trí đều với mật độ bố trí lỗ ghi (số lỗ lắp chụp thổi gió/1m2 diện tích ghi) thích hợp Các

lỗ có thể bố trí theo hình tam giác đều hoặc hình vuông (tấm lỗ hình chữ nhật) hoặc theo các vòng tròn đồng tâm Hình 2.9 mô tả các cách bố trí trên ghi chữ nhật

Hình 2.9 Bố trí lỗ trên tấm ghi

[Type the document title] CHƯƠNG II Nói chung mật độ lỗ trên tấm ghi chọn trong khoảng 20 lỗ đến 30 lỗ trên 1m2 Bề dày tấm ghi bằng thép có thể lấy từ 15÷20mm, nếu dùng tấm gang chịu nhiệt bề dày cần tăng lên tới 30÷40mm Bước lỗ ghi lấy bằng 1,5÷1,75 lần chu vi vòng tròn bố trí các mắt thổi gió của nấm gió Các tấm ghi phải được phân thành các tấm nhỏ, để thuận tiện chế tạo, lắp đặt Sau khi lắp đặt phải có biện pháp ghép chặt để chống cong vênh khi ghi làm việc ở nhiệt độ cao, gây lọt gió từ dưới hộp gió Để thuận tiện cho việc treo đỡ, cố định, kích thước bố trí các lỗ cần nhỏ hơn kích thước thực của tấm ghi 50÷100mm

Để thải các tạp vật lớn không cháy, các khối xỉ lớn, tro xỉ thừa khi cần điều chỉnh phụ tải lò,… tấm ghi cần bố trí một số điểm thải đáy, thường là các

lỗ để lắp ống có kích thước n= 100÷150mm, hoặc có thể số lượng lỗ thải đáy chọn từ 1÷6 tùy theo công suất lò và thuận tiện cho việc thải xỉ khi vận hành Khi kích thước ghi lớn có thể chọn theo giá trị sau: 1 lỗ xả đáy/3÷4m2 ghi

b) Thiết kế chụp thổi gió

Chụp thổi gió thường sử dụng loại thổi gió ngang hoặc thổi gió chéo xuống 15o Chụp thổi gió ngang có ưu điểm là có các dòng không khí thổi ngang rất nhỏ tác dụng tương hỗ với nhau gây xáo trộn lớp liệu mãnh liệt, nhưng tác dụng tạo sôi kém do tác dụng nâng hạt không mạnh, các hạt lớn dễ

bị lắng đọng, tạo các vùng chết Chụp thổi gió chéo xuống 15o có tác dụng thổi các hạt lắng đọng ở vùng giữa các chụp gió, cải thiện hiệu quả sôi, nhưng thiết kế chế tạo phức tạp Thực tế ta thường thiết kế chụp thổi gió có cải tiến các rãnh dẫn hướng(như hình 2.5) sau:

Hình 2.10 Chụp thổi gió ngang có rãnh dẫn hướng

Tổn thất áp suất của toàn bộ ghi cần chọn trong khoảng 0,1÷0,3 tổn thất

áp suất của lớp, tổn thất ghi chủ yếu là tổn thất khí động khi qua các lỗ thổi gió Hệ số mở lỗ ghi (tổng tiết diện lỗ thổi gió / tiết diện ghi) lấy bằng 0,5÷2%

[Type the document title] CHƯƠNG II

c) Lớp chịu lửa bảo vệ ghi

Tấm ghi làm việc ở nhiệt độ cao dễ bị cong vênh nên cần được bảo vệ bằng một lớp vật liệu chịu lửa có bề dày nhất định Bề dày lớp chịu lửa phụ thuộc chiều cao của nấm thổi gió, nhưng nói chung cần có bề dày cỡ 100÷150mm Sau khi đã bố trí xong các nấm gió (thử nghiệm cân bằng gió và

cố định chặc nấm gió vào tấm ghi), bố trí một lớp phủ kín, một lớp cách nhiệt

và một lớp chịu lửa, cho đến cách tâm các lỗ thổi gió dưới cùng khoảng 15÷20mm, không nên lớn quá 20mm vì dễ gây đọng tro khi làm việc Nếu bố trí lớp chịu lửa quá gần có thể gây tắc các lỗ thổi gió

[Type the document title] CHƯƠNG III

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI ĐỐT TRẤU

Trên cơ sở tìm hiểu về tiềm năng sử dụng lò hơi tầng sôi ở Việt Nam

(mục 1.5) và phương pháp tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi (chương 2) Trong

chương này, sẽ trình bày nội dung tính toán và thiết kế sơ bộ lò hơi tầng sôi (BFB) công suất 6 tấn hơi/giờ, sử dụng trấu ép làm nhiên liệu đốt Việc tính toán và thiết kế dựa trên tài liệu tham khảo có liên quan, nhưng chưa có phương pháp tính nhiệt chuẩn nào cho công nghệ lò Vì vậy, bài tính này chỉ mang tính tham khảo cho việc xây dựng mô hình thực nghiệm có độ thực tế

Từ đó, sẽ hoàn thiện cơ sở lý thuyết để phục vụcông việc tính toán thiết kế lò đốt theo công nghệ lớp sôi

Nội dung bài tính thiết kế lò hơi tầng sôi công suất 6 tấn hơi/giờ đốt nhiên liệu trấu được trình bày như sau:

3.1 Các thông số thiết kế

- Năng suất hơi định mức: D = 10 tấn/h

- Áp suất hơi bão hòa: Pbh = 12kG/cm2=11,76bar

- Nhiệt độ nước cấp lò: tnc = 125oC

- Nhiệt độ khói thoát ra môi trường: θth = 150oC Nguồn nhiên liệu sử dụng trong lò đốt tầng sôi đang thiết kế là trấu, có thành phần và đặc tính như sau:

Bảng 3.1 Thành phần nhiên liệu trấu

Giá

[Type the document title] CHƯƠNG III

Nhiệt trị nhiên liệu được tính theo công thức Menđeleep (trang 17;

[4]):

 Thành phần cháy của nhiên liệu:

lv c

W A

C C





100

.100

lv lv

lv c

W A

S S





100

.100

100

100

lv c

lv lv

O O

W A

H H





100

.100

c lv

[Type the document title] CHƯƠNG III

Nhiệt trị cao của nhiên

c

c kJ/kg Qcc= 340Cc+1250Hc-110(Oc-Sc) 34259

Nhiệt trị thấp của nhiên

lv

t kJ/kg Qlvc-25.(9.Hlv+Wlv) 24277

3.2 Tính cân bằng vật chất của quá trình cháy

3.2.1 Tính thể tích lý thuyết và thể tích thực tế của sản phẩm cháy

Trước hết ta phải chọn hệ số không khí thừa, hệ số không khí thừa phụ thuộc tuỳ loại nhiên liệu đốt, loại thiết bị buồng lửa và điều kiện vận hành Ta chọn hệ số không khí thừa trong lớp sôi là 1,3; trên lớp sôi là 1,4 [4]:

Dựa vào bảng 3.1 ta sẽ tính được thành phần thể tích của nhiên liệu [4]:

- Thể tích không khí cháy lý thuyết:

[Type the document title] CHƯƠNG III

[Type the document title] CHƯƠNG III

Bảng 3.3 Cân bằng không khí

o H2O=0,112Hlv+0,0124Wlv+ 0,0161Vokk 0.399

7 Thể tích hơi nước thực tế VH2O m3tc/kg VH2O= V

o H2O+0,0161(α-1)Vokk

0.427

8 Thể tích khói khô lý thuyết Vokh m3tc/kg Vokh= VRO2+VoN2 5.733

9 Thể tích khói khô thực tế Vkh m3tc/kg Vkh= Vokh + VH2O 6.161

10 Phân thể tích khí RO2 rRO2 - rRO2 = VRO2/Vk 0.184

11 Phân thể tích hơi nước rH2O - rH2O = VH2O/Vk 0.069

12

Phân thể tích khí 3 nguyên

15 Tỷ trọng chất đống tro ρcd kg/m3 Cho 1130

3.2.2 Xác định entanpi của sản phẩm cháy

Theo công thức (3-57) [4], entanpi của khói được xác định:

Ik = Iok + ( - 1).Iokk + IH2O + Itr; kJ/kg (3.18)

Trong đó: Iok: entanpi của khói lý thuyết, kJ/kg

[Type the document title] CHƯƠNG III

Iok = VRO2.(C)RO2 + VoH2O.(C)H2O + VoN2.(C)N2; kJ/kg (3.19)

Iokk: entanpi của không khí lý thuyết, kJ/kg

IH2O: entanpi của phần hơi ẩm do không khí đưa vào, kJ/kg

IH2O = 0,0161.( - 1).Vokk.CH2O.; kJ/kg Do rất nhỏ so với Iok nên ta bỏ qua

Itr: entanpi của tro bay theo khói, kJ/kg

Chọn hàm lượng tro bay theo khói là ab = 0,30 nên ta có:

100 100.0,8.16,88

0,1 1,513092

lv b lv t

a A Q

[Type the document title] CHƯƠNG III

K54

Với (C)RO2; (C)N2; (C)H2O; (C)kk là tỷ nhiệt của khí RO2; khí Nitơ, hơi nước, không khí ở nhiệt độ t cho trước Từ đó, ta

tính được entanpi của khói ở các hệ số không khí thừa khác nhau như trong bảng 3.4:

[Type the document title] CHƯƠNG III

Bảng 3.4 Entanpi của sản phẩm cháy

[Type the document title] CHƯƠNG III

3.2.3 Tính cân bằng nhiệt và lượng tiêu hao nhiên liệu

a) Tính cân bằng nhiệt và hiệu suất lò hơi

Ứng với 1kg nhiên liệu rắn, lỏng hay 1m3tc nhiên liệu khí cháy trong lò hơi ở điều kiện vận hành ổn định ta có phương trình cân bằng tổng quát,theo công thức 4-1 [4]:

Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6; kJ/kg (3.21)

Trong đó: Qđv - Lượng nhiệt đưa vào lò ứng với 1kg nhiên liệu, kJ/kg

Q1 - Lượng nhiệt hữu ích dùng để sản xuất hơi, kJ/kg

Q2 - Tổn thất nhiệt do khói thải mang đi, kJ/kg

Q3 - Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học, kJ/kg

Q4 - Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học, kJ/kg

Q5 - Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi trường, kJ/kg

Q6 - Tổn thất nhiệt do tro xỉ mang ra ngoài, kJ/kg

Qđv = Qlvt + Qnl + Qnkk + Qp, kJ/kg Do Qnl, Qnkk, Qp quá nhỏ hoặc không có nên ta coi Qdv = Qlvt

Hay theo công thức (4-2) [4] có: 100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6

Với nhiệt độ khói thải và không khí lạnh chọn lần lượt là 165oC và 30oC, tra bảng entanpi của sản phẩm cháy được entanpi của khói thải Ith và không khí lạnh Ikkl

Tổn thất do khói thải mang ra ngoài lò hơi:

q2 = (Ith – α.Ikkl).(100 – q4)/Qtlv (3.22) Theo [4] chọn q3 và q5