Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện

Dầu mỏ đã được con người biết đến từ lâu, đến thế kỉ XVII, dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng.

A- PHẦN LÝ THUYẾT

MỞ ĐẦU

Dầu mỏ đã được con người biết đến từ lâu, đến thế kỉ XVII, dầu mỏđược sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỉ XIX, dầuđược coi là nguồn nguyên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và chonền kinh tế quốc dân Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quantrọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 đến 70% năng lượng sửdụng đi từ dầu mỏ, chỉ 20 đến 22% năng lượng nước và 8 đến 12% từ nănglượng hạt nhân [V- 3]

Công nghệ chế biến dầu mỏ được xem như bắt đầu ra đời vào năm

1859 khi mà Edwin Drake (Mỹ) khai thác được dầu thô Lúc bấy giờ lượngdầu thô khai thác được còn rất ít, chỉ một vài nghìn lít ngày và chỉ phục vụcho mục đích thắp sáng Nhưng chỉ một năm sau đó, không chỉ ở Mỹ mà còn

cả các nước khác người ta cũng đã tìm thấy dầu Từ đó sản lượng dầu khí khaithác ngày càng được tăng lên rất nhanh Chúng ta có thể thấy rõ điều này từcác số liệu dưới đây [VI- 3]

Lượng dầu thô đã khai thác được trên thế giới

Cho đến nay, tổng trữ lượng dầu khí thế giới nhìn chung vẫn tăng đềuđặn mặc dù tốc độ tăng không còn như trước và hiện tượng này xảy ra cũngkhông giống nhau ở các vùng khác nhau

Bảng: Sự thay đổi trữ lượng dầu khí thế giới từ 1/1/1994 đến1/1/2003Năm Dầu (triệu tấn) Khí đốt (tỉ feet khối)

Bảng: Trữ lượng và sản lượng dầu khí Đông Á- Úc.

Nước Trữ lượng xác minh (dầu- triệu thùng;

khí- tỷ feet)

Sản lượng khai thácdầu (nghìn thùng/ngày)

Hiện nay ở Việt Nam có 3 mỏ dầu quan trọng được khai thác

+ Mỏ Bạch Hổ: Bắt đầu khai thác từ năm 1986, tổng sản lượng thác đạttrên 3 triệu tấn Sản lượng khai thác hiện nay khoảng 7÷9 triệu tấn/năm

+ Mỏ Rồng: bắt đầu khai thác từ năm 1994, song sản lượng chưanhiều, đạt 12000÷18000 thùng/ngày

+ Mỏ Đại Hùng: bắt đầu khai thác từ 10-1994, sản lượng 32000thùng/ngày (5000 tấn/ ngày)

Về khí hyđrôcacbon hiện nay có các nơi được khai thác như sau:

+ Mỏ Tiền Hải (Thái Bình): là mỏ khí thiên nhiên đây là mỏ nhỏ, hàngnăm cung cấp 10÷30 triệu m3 khí cho công nghiệp địa phương

+ Mỏ Đại Hổ: là dạng khí đồng hành đi kèm khi khai thác dầu có thểthu được 180÷200 m3 khí đồng hành Sản lượng của mỏ là 1,5 triệu tấn/năm

+ Riêng mỏ khí Lan Tây- Lan Đỏ với trữ lượng là 58 tỷ m3 sẽ dung cấplâu dài ở mức 2,7 tỷ m3 khí/ năm

Theo dự kiến của PetroVietNam, trong thời gian từ 2003 đến 2010,cụm mỏ dầu khí ở vùng biển Cửu long và Nam Côn Sơn có thể cung cấp đến

mỡ bôi trơn, nhựa đường (bitum)

+ Sản phẩm hoá học: kà những bán thành phẩm thuộc loại các hoá chấttrung gian như: axit, rượu, anđêhit, xêtôn…

Nói chung phần dầu khí dùng để sản xuất các sản phẩm năng lượngchiếm tỷ lệ cao: trệ 90% sản lượng dầu khai thác được trên thế giới

Với tầm quan trọng của năng lượng chủ yếu là điện năng phục vụ chođời sống và cho nền kinh tế cuả mỗi nước Vì thế, các nước trên thế giới đãtiến hành xây dựng các nhà máy điện gồm: nhà máy thuỷ điện hạt nhân Ởnước ta hiện nay có 2 loại nhà máy phát điện đó là: nhà máy nhiệt điện (Sông

Đà, Taly, Trị An, Hoà Bình…) và nhà máy nhiệt điện (Phú Mỹ lấy nhiên liệuđốt là khí đồng hành, nhà máy Phả Lại, Uông Bí lấy nhiên liệu đốt là than…)

Ở nước ta, tiềm năng xây dựng thuỷ điện còn rất ít nếu có chỉ ở tiềmnăng rất nhỏ khoảng vài trăm MW Việc xây dựng các nhà máy nhiệt điệnchạy băng khí tự nhiên hay khí đồng hành đã mở ra một bước phát triển mớicho nghành sản xuất điện năng, giảm thiểu ô nhiễm, đáp ứng đủ điện năngtrong thời gian tới Muốn phát triển được thì cần phải khai thác và vận dụngtối đa những nguồn năng lượng đã có trong nước bằng các phương pháp hiệnđại hơn, hiệu quả hơn

Trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện, lò hơi làkhâu quan trọng đầu tiên, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng tàng trữ của nhiên

liệu thành điện năng của lò hơi Lò hơi là thiết bị lớn, vận hành rất phức tạp,

nó có khả năng sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nước tạo áp suất đẩytua bin kéo theo trục quay máy phát điện nhằm tạo ra điện năng Do thấy vaitrò và tính chất quan trọng của lò hơi trong lò máy nhiệt điện như vậy, nênviệc tính toán và thiết lò hơi sao cho phù hợp là việc làm rất cần thiết khi thicông nhà máy nhiệt điện Nhằm tăng thêm kiến thức hiểu biết của mỗi sinhviên, em được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: " Thiết kế buồng đốt khí thiênnhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện năng suất 30 tấn hơi/ giờ"

PHẦN I KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Trong nhà máy nhiệt điện lò hơi là thiết bị lớn và quan trọng nhất, nóvận hành rất phức tạp và khả năng cơ khí hoá, tự động hoá cao Nhiệm vụ của

lò hơi là sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nước chạy máy tuabin làmquay trục máy phát điện nhằm biến đổi từ cơ năng sang điện năng Ngoài ratrong các lĩnh vực khác, lò hơi còn cung cấp hơi nóng để phục vụ cho các nhucầu như: sấy, hấp, luyện… nhưng trong các lĩnh vực này thì lò hơi của nóthường nhỏ hơn, khả năng tự động hoá thấp hơn sơ với nhà máy nhiệt điện

I CẤU TẠO CỦA LÒ HƠI (HÌNH 1)

Lò hơi trong nhà máy nhiệt điện

2 Phần nước trong bao hơi 14.Ống dẫn hơi bão hoà từ bao hơi tới

bộ quá nhiệt

3 Phần hơi của bao hơi 15.Bộ quá nhiệt cấp I

5 Vòi phun khí tự nhiên 17.Bộ qúa nhiệt cấp II

6 Đường nhiên liệu tới vòi phun 18.Bộ sấy khí cấp I

7 Các dàn ống đặt xung quanh 19.Bộ sấy khí cấp II

10.Ống góp dưới của dàn ống 22.Quạt hút khói lò

11.Bộ hâm nóng nước cấp 1 23.Ống dẫn khói

12.Bộ hâm nóng nước cấp 2

II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA NỒI HƠI

Không khí nóng trong đường ống (20) cùng nhiên liệu khí tự nhiên (từống dẫn 6) được phun vào vòi phun (5) và vào buồng lửa (4) Dưới tác dụngcủa nhiệt độ cao trong buồng lửa, nhiên liệu kết hợp với O2 tạo ra hỗn hợp

cháy, nhiệt toả ra do quá trình cháy sẽ cung cấp nhiệt cho dàn ống (7) rồi bốchơi đẩy hỗn hợp hơi + nước lên bao hơi (1) Sự truyền nhiệt trong buồng lửađược thực hiện bàng bức xạ nhiệt giữa buồng lửa và dàn ống Bao hơi đượcdùng để phân ly hỗn hợp hơi và nước Phần nước trong bao hơi được đưa trởlại các dàn ống qua đường ống (9) đặt bên ngoài Nước đi trong ống (9)không được đốt nóng nên có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nước ởcác dàn ống (7), điều đó đã tạo nên sự chênh lệch trọng lượng cột nước làmcho môi chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên kín mà không cần phải bơm.

Lượng hơi nước trong bao hơi là lượng hơi nước bão hoà sẽ đi vào ốngdẫn (14) đến bộ qúa nhiệt cấp I (15) và bộ quá nhiệt cấp II (17) để tạo thànhhơi quá nhiệt có nhiệt độ cao, lượng hơi này được điều chỉnh ổn định bằnggiảm ôn (16) Hơi quá nhiệt được đưa sang phân xưởng tuabin để chạy máyphát điện

Để có hơi quá nhiệt ở trên người ta phải cung cấp 1 lượng nước mềm,lượng nước này đã đi qua bộ hâm nóng nước cấp I (11) và bộ hâm nóng nướccấp II (12) Khi ra khỏi bộ hâm nóng nước cấp II thì nước đã có nhiệt độkhoảng 1500C và nó được đưa đến bao hơi

Lượng không khí nóng đưa vào buồng (4) được lấy từ không khí nhờquạt gió (21) và được hâm nóng bằng bộ hâm nóng không khí cấp I (18) và bộhâm nóng không khí cấp II (19) Phần ống ở cửa ra buồng lửa gọi là ốngpheston (8) được chia thành nhiều dãy (ống được đặt thưa) để giảm bớt tro,bẩn bám trên ống Pheston còn hấp thụ thêm 1 phần nhiệt lượng của khóitrước khi đi vào bộ quá nhiệt Khói lò ra khỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ cao, vìvậy người ta đặt thêm bộ hâm nóng nước (11), (12) và bộ hâm nóng khôngkhí (18), (19) để tiết kiệm nhiệt thừa của khói thải Nhiệt độ khói thải khoảng

110 - 1700C Quạt hút khói (22) để hút khói từ buồng đốt (4) và đẩy ra môitrường bằng ống khói (23)

II.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bao hơi.

Sơ đồ thiết bị phân ly để đưa hỗn hợp hơi và nước dưới mức nướctrong bao hơi (hình 2)

Hình 2: Cấu tạo bao hơi

1 Ống sinh hơi 6 Ống đưa nước cấp

2 Tấm không đục lỗ 7 Tấm đục lỗ ở khoang hơi

Nước cấp vào theo ống đưa nước cấp (6) rồi chảy vào máng lớn đặt dọctheo bao hơi giữa tấm (3) và vách bao hơi, rồi chảy tràn lên tấm đục lỗ Tiếtdiện máng chọn theo yêu cầu, tốc độ nước đi trong máng khoảng 0,2 - 0,3m/s

73

54

9

126

Hơi nước trong bao hơi đã phân li nước đi qua tấm đục lỗ ở khoang hơi(7) và vào ống lấy hơi (8) Nhờ tấm đục lỗ (7) này mà hơi nước đi vào ống lấyhơi (8) được phân bố đồng đều và ổn định hơn Mặt khác tấm (7) có tác dụngtách ẩm cho hơi nước lần cuối Nước trong bao hơi được tuần hoàn khi đixuống ống (9) để đun nóng.

Tác dụng của tấm đục lỗ (3) là:

+ Đảm bảo phụ tải của mặt bốc hơi được đồng đều

+ Tăng trở lực của dòng làm cho động năng của dòng hơi giảm đi do

đó hơi không đủ khả năng mang theo những giọt nước lớn

+ Sử dụng tốt hơn thể tích khoang hơi và diện tích của mặt bốc hơi

II.2 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò hơi

a Thông số hơi.

Trong nhà máy nhiệt điện, các trị số áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệtđược chọn trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật của chu trình nhiệt Trong côngnghiệp, lò hơi khi dùng để sản xuất hơi bão hoà thì có thể chỉ cần đặc trưngthông số hơi là áp suất (N/m3 = Pascal, 1 ATM = 105Pascal)

b Sản lượng hơi.

Là số lượng hơi sản xuất ra của lò trong một đơn vị thời gian (đo bằngkg/s, kg/h, hoặc tấn/h)

Người ta phân biệt các số lượng hơi sau đây:

- Sản lượng hơi định mức của lò hơi là sản lượng lớn nhất mà lò hơi cóthể cho phép làm việc lâu dài ở thông số hơi quy định

- Sản lượng hơi cực đại là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể cho phéplàm việc được Thường Dkinh tế = (1,1 - 1,2)Dđm

- Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà tại đó lò làm việc với hiệusuất cao nhất Thường Dkinh tế = (0,8 - 0,9)Dđm

c Nhiệt thế thể tích của buồng lửa

Là lượng nhiệt sinh ra trong 1 đơn vị thể tích buồng lửa trong 1 đơn vịthời gian.

3

3

lv t v

Blv: Lượng nhiên liệu tiêu hao, m3/s

Qt: Nhiệt trị của nguyên liệu, KJ/Kg

Vbl: Thể tích buồng lửa, m3

d Năng suất bốc hơi của lò hơi.

Là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện tích bề mặt đốt trong 1 đơn vịthời gian (kg/m2h), đặc tính này thường dùng cho các lò hơi nhỏ trong côngnghiệp

e Hiệu suất của lò hơi.

Là tỉ số giữa lượng nhiệt mà môi chất hấp thụ được có ích so với lượngnhiệt sinh ra trong buồng lửa Trường hợp đơn giản, hiệu suất có thể được xácđịnh

D: Sản lượng của lò hơi, Kg/h

Vì vậy tỉ số lượng nhiệt nước thêm vào trong 1 giờ và lượng nhiệt sinh

ra trong 1 giờ bằng η và η < 1

Các đặc tính về thông số lò hơi được chọn tuỳ ý theo sản lượng, còncác đặc tính về nhiệt độ thế thể tích được chọn theo cấu tạo buồng lửa và loạinguyên liệu đốt

Bảng dưới đây trình bày các đặc tính của lò hơi đã được tiêu chuẩn hoá

ở Liên Xô [I - 8]

Sản lượng định mức

(tấn/h)

áp suất hơi (MN/m 2 )

Nhiệt độ hơi quá nhiệt ( 0 C)

Nhiệt độ hơi quá nhiệt trung gian ( 0 C)

Nhiệt độ nước cấp ( 0 C)

III BỘ QUÁ NHIỆT

Bộ quá nhiệt là 1 thiết bị dùng để gia nhiệt hơi từ trạng thái bão hoà ở

áp suất trong bao hơi tới trạng thái quá nhiệt quy định

Ở các lò hơi cũ, bộ quá nhiệt thường đặt sau dàn ống sinh hơi (phestonhay cụm ống đối lưu), nhiệt độ khói lò trước bộ quá nhiệt không quá 7000C,nhiệt độ hơi không quá 4000C Ở những lò hơi hiện đại thông số trung áp(3,28 NM/m2 và 4500C), cao áp (9,81 MN/m2 và 5100C), bộ quá nhiệt thườngđặt ở vùng khói có nhiệt độ cao (>10000C) để đảm bảo thu được hơi có nhiệt

độ yêu cầu Song những bộ quá nhiệt này chỉ đặt sau cụm ống pheston, do đógọi là bộ quá nhiệt đối lưu Ở những lò hơi có nhiệt độ hơi cao hơn (> 5300C)đòi hỏi phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn Khi đó những

bộ quá nhiệt đặt ở phần trên buồng lửa (trước cụm ống pheston) gọi là bộ quánhiệt nửa bức xạ, còn khi đặt xen kẽ với dàn ống hấp thụ nhiệt xung quanhbuồng lửa thì gọi là bộ quá nhiệt bức xạ

Bộ quá nhiệt gồm cả 3 phần: bức xạ, nửa bức xạ, đối lưu gọi là bộ quánhiệt tổ hợp Tuỳ theo thông số của lò hơi mà tỷ số giữa các phần bề mặt đốicủa chúng khác nhau

Bảng dưới đây trình bày tỷ lệ hấp thụ của bộ quá nhiệt so với tổnglượng hấp thụ của lò: [II - 275]

Loại lò hơi

Sản lượng hơi D, (tấn/h)

Thông số hơi (MN/m 2 / 0 C)

Lượng nhiệt hấp thụ của bộ quá nhiệt ∆ in (KJ/Kg)

Tỷ lệ so với tổng lượng nhiệt hấp thụ của lò ∆ i qn / ∆ i (%) Chính Trung gian

II.1 Bộ quá nhiệt đối lưu

Bộ quá nhiệt đối lưu gồm những ông xoắn có đường kính khoảng 28 42mm, có bề dày nhỏ nhất theo điều kiện công nghệ chế tạo ống là 3mm, vàlớn nhất theo điều kiện bền là 7mm Những ống xoắn này có thể đặt đứng haynằm ngang Việc đặt ngang hay đứng phụ thuộc vào phương của dòng khói,

-để đảm bảo sao cho dạng lưu động tương hỗ giữa dòng hơi và dòng khói ởtừng đoạn ống xoắn là dạng lưu động cắt Bộ quá nhiệt có ống xoắn nằmngang chủ yếu được dùng cho lò hơi nhỏ kiểu ống nước sinh hơi, nằmnghiêng vì thế nó lợi dụng triệt để không gian đường khói của lò, và cho phép

xả được nước đọng do hơi trong các ống xoắn ngưng đọng lại lúc ngừng lò,

do đó khắc phục được hiện tượng ăn mòn lò khi nghỉ Song bộ quá nhiệt đặtngang có nhược điểm là hệ thống treo đỡ các ống xoắn khá phức tạp

Trong bộ quá nhiệt có ống xoắn đặt đứng, mỗi ỗng xoắn được đặt trong

1 mặt phẳng vuông góc với ngực lò và đảm bảo đường hơi cắt đường khóinhiều lần Các ống xoắn do nằm trong mặt phẳng trùng với phương chuyểnđộng của dòng khói nên cũng được đốt nóng đồng đều, mặc dù trường nhiệt

độ khói giảm dần đi theo chiều chuyển động của dòng khói Việc đặt các ốngxoắn đứng còn khắc phục được ảnh hưởng của trường nhiệt độ không đồngđều theo chiều cao đường khói đến lượng nhiệt hấp thụ của từng ống, tuy rằng

ở những lò lớn hiện đại có khi chiều cao đường khói từ 6 - 8m, phụ tải nhiệtgiữa phần trên và phần dưới ống xoắn có thể khác nhau 20% Nhưng việc đặtống xoắn như vậy sẽ không khắc phục được hiện tượng đốt nóng không đồngđều các ống xoắn do trường nhiệt độ khói không giống nhau theo chiều rộngđường khói.

Hình 3 Cấu tạo bộ quá nhiệt nằm ngang

1 Dàn ống sinh hơi nằm nghiêng

3

2

Vì các ống xoắn của bộ quá nhiệt luôn làm việc trong vùng khói cónhiệt độ cao, nên để giảm nguy hiểm do đóng xỉ trên ống khi đốt nguyên liệunhiều tro, người ta thường lắp các ống xoắn theo dạng cụm ống song song.Những bộ quá nhiệt cấp I đặt sau bộ quá nhiệt cấp II (theo đường khói), donhiệt độ khói đã giảm thấp nên có thể đặt so le được Cũng vì lý do đóng xỉlên ống, khoảng cách giữa các ống cần lớn hơn trị số giới hạn nào đó.

Theo kinh nghiệm bước ngang tương đối S1

4,5

d ≥ và bước dọc tươngđối S2

3,5

d ≥

Thông thường mỗi cấp của bộ quá nhiệt hấp thụ vào khoảng 200 - 350KJ/kg hoặc cao hơn một chút

Bộ quá nhiệt đặt đứng ưu điểm hơn so với bộ quá nhiệt nằm ngang nhất

là về phần treo giữ Nhưng có một nhược điểm rất lớn là không xả được nướcđọng ra khỏi các ống xoắn Nước đọng có trong các ống xoắn một mặt gâynên ăn mòn khi nghỉ, mặt khác ngăn cản không cho hơi thoát qua bộ quá nhiệtlúc khởi động lò (do áp xuất hơi còn thấp) tạo nên các túi hơi trong ống xoắnlàm cho vách ống bị đốt nóng quá mức

III.2 Bộ quá nhiệt bức xạ và nửa bức xạ.

Ở những lò hơi có thông số cao và siêu cao trở lên, tỷ lệ lượng nhiệtdùng để quá nhiệt hơi khá lớn, nhất là ở những lò có quá nhiệt trung gian,khiến cho kích thước bộ quá nhiệt rất lớn Vì vậy đòi hỏi phải đặt một bộphận quá nhiệt trong buồng lửa nghĩa là hấp thụ nhiệt bằng bức xạ

Nộ quá nhiệt nửa bức xạ bao gồm những chùm ống xoắn hình chữ Uhoặc dị hình đặt dọc phía trên buồng lửa Bước ngang của ống (khoảng cáchgiữa các dàn ống) bằng từ 700 - 1000mm Việc chọn bước ống lớn như vậy sẽkhắc phục được khả năng tạo nên những cầu xỉ giữa các dàn ống quá nhiệt

Bộ quá nhiệt nửa bức xạ được sử dụng rộng rãi cho những lò hơi có nhiệt độhơi khoảng 530 - 5400C trở lên.

Bộ quá nhiệt bức xạ thường có dạng dàn ống đặt trên tường hay trêntrần buồng lửa Phụ tải nhiệt của nó thường cao hơn bộ quá nhiệt đối lưu từ

3÷5 lần nên nhiệt độ kim loại thường cao hơn nhiều so với nhiệt độ hơi (từ

100 - 1400C) Vì vậy yêu cầu cao về kim loại để chế tạo và vận hành

IV CÁC CÔNG THỨC LIÊN QUAN.

Nước cung cấp vào lò đến khi thành hơi quá nhiệt đã trải qua giai đoạnhấp thụ nhiệt: đun nước đến sôi, bốc hơi thành hơi bão hoà và quá nhiệt Cácgiai đoạn này có thể diễn đạt bằng các phương trình sau; [I - 6]

Q = i −i + i +i +r.x r 1 x+ − +c t −t ,Kj / KgTrong đó

ih’n, ih"n: Entapi của nước khi vào và ra khỏi bộ hâm nước, Kj/Kg

is: Entapi của nước sôi trong bao hơi, KJ/Kgr: Nhiệt hoá hơi ở áp suất trong bao hơiX: Độ khô của hơi nước khi ra khỏi bao hơi

tbh, tqn: Nhiệt độ bão hoà và hơi quá nhiệt, 0C

Cp: Tỷ nhiệt của hơi quá nhiệt, KJ/Kg độSau khi biến đổi ta có công thức

i s + r + C p (t qn - t h ) chính là entanpi của hơi quá nhiệt (t qn )

Do đó lượng nhiệt cần để sinh hơi của 1 kg môi chất

η : Hiệu suất của lò hơi.

B: Lượng khí tiêu hao, m 3 /h

D: Sản lượng hơi của lò, Kg/h

* Mối quan hệ giữa Entanpi và áp suất hơi nước.

Tỷ lệ phân bố hấp thụ giữa các phần đun nóng đến sôi, bốc hơi và đến quá nhiệt luôn phụ thuộc vào thông số của lò hơi.

Ta có đồ thị (i-p) biểu diễn sự phụ thuộc này [I-7].

0 420

∆is: Lượng nhiệt dùng để đun nóng nước đến sôi

∆ibh: Lượng nhiệt dùng để bốc hơi nước

∆iqn: Lượng nhiệt dùng để quá nhiệt hơi đến nhiệt độ quy định r: ẩn nhiệt hoá hơi

r = ∑ nhiệt ở trạng thái hơi - tổng nhiệt ở trạng thái lỏngK: Biến đổi tới hạn (là điểm tại đó trạng thái hơi, lỏng khôngphân biệt nhau được)

Từ đồ thị ta thấy đun nước tới áp suất càng lớn thì lượng nhiệt dùng đểbốc hơi nứơc càng bé và lượng nhiệt để đun sôi càng lớn Ở áp suất tới hạn,lượng nhiệt dùng để bốc hơi bằng 0 (r = 0) khi đó lượng nhiệt hấp thụ của môichất chỉ dùng để đun sôi nước và quá nhiệt hơi Trong lò, hơi nước luôn ởtrạng thái sôi nên không thể làm việc ở áp suất từ tới hạn trở lên được

V BỘ HÂM NÓNG NƯỚC

Là bề mặt truyền nhiệt đặt ở phía sau lò hơi để tận dụng nhiệt của khói

lò sau khi đi ra từ bộ quá nhiệt, có tác dụng là nâng cao hiệu suất của lò hơi

Vì thế mà bộ hâm nóng nước còn có tên gọi là bộ tiết kiệm nhiên liệu

Ở đầu vào của bộ hâm nóng nước, nhiệt độ kim loại có trị số nhỏ nhất

so với các bề mặt truyền nhiệt chịu áp suất của lò Hầu hết ở các lò, do nhiệt

độ không khí nóng không cao nên toàn bộ lượng nhiệt còn lại ở phần nhiệtđược dùng để gia nhiệt cho bộ hâm nóng nước Vì vậy bộ hâm nóng nướcthường làm việc ở trạng thái sôi Tỷ lệ bốc hơi nước (tỷ lệ sôi) có thể lên tới30% hoặc cao hơn Ở những lò hiện đại việc phân loại sôi hay không sôikhông thể hiện gì sự khác biệt về cấu tạo, mà chỉ thể hiện sự khác nhau về quátrình nhiệt của bộ hâm nước mà thôi

Cấu tạo bộ hâm nước được chia làm 3 loại sau: loại ống thép trơn, ốngthép có cánh, loại bằng gang

Loại ống thép có cánh, cánh nằm dọc theo bên ngoài ống bằng cách hànhoặc chế tạo liền một khối với ống Cánh cũng có thể dạng hình đĩa (bằnggang) lắp khít với ống Việc đặt thêm cánh làm tăng thêm bề mặt truyền nhiệtcho ống, hiện nay hầu như không sử dụng loại này do chế tạo phức tạp.

V.1 Bộ hâm nước bằng ống thép trơn

Bộ hâm nước bằng ống thép trơn được sử dụng chủ yếu cho các loại làhơi hiện đại Cấu tạo của nó gồm những ống thép có đường kính ngoài thường

là 28, 32, 38mm Các ống xoắn được chế tạo dưới dạng những đoạn ống uốnđem hàn với nhau trong cùng một mặt phẳng Để tiện việc sửa chữa, người tathường đặt các mối hàn ở gần tường lò Hiện nay, ngay tại nhà máy chế tạongười ta đã uốn và nối sẵn ống xoắn với ống góp thành từng cụm và lắp ghépsau này được tiến hành theo phương pháp lắp khối mà không dùng biện phápnúc để nối

Sơ đồ ống xoắn (hình 4) theo chiều cao của ống xoắn bộ hâm nướcđược chia thành nhiều cụm cách nhau khoảng 0,5m để dễ dàng cho việc sửachữa và làm vệ sinh [II - 296]

Hình 4: Ống xoắn bộ hâm nước

Để hạn chế kích thước của lò, các ống xoắn được bố trí so le Bán kínhuốn không quá lớn nhưng cũng không quá nhỏ vì khi ấy tại chỗ uốn sẽ sinh ranhững ứng suất cục bộ Thường lấy bán kính bằng 1,5 - 2 lần đường kính ống

Để hạn chế bám bẩn, bước ngang giữa các ống lấy bằng 2 - 3 lần đường kínhống Bề mặt cấu tạo, cơ cấu treo hay đỡ ống xoắn của bộ hâm nước không có

gì khác với cơ cấu giữ ống xoắn của bộ quá nhiệt nằm ngang Các cơ cấu treohay đỡ ống xoắn được tựa lên hay treo vào các dầm đỡ Dầm đỡ có dạng hìnhống được gắn với khung lò Vì dầm đặt trong vùng khói có nhiệt độ cao nênngười ta thường cách nhiệt dầm đỡ và làm mát bằng dòng không khí lưu động

tự nhiên qua dầm hoặc lưu động cưỡng bước bằng cách nối dầm với đầu húthay đầu đẩy của quạt gió

Người ta thường đỡ và giữ ống xoắn bằng các đai thép bộc lấy ốngxoắn hoặc treo trên những móc giữ Để đảm bảo các ống xoắn khỏi bị màimòn thường che ống xoắn bằng những lá chắn hay đưa vùng ống bị mài mònnhất ra khỏi đường khói của lò

Về mặt truyền nhiệt cũng như về mặt cấu tạo thì mặt phẳng ống xoắn

có thể đặt song song hay vuông góc với ngực lò Tuỳ vào sự bố trí đó mà tốc

độ nước đi trong ống xoắn sẽ lớn nhất hay nhỏ nhất Song thực ra việc bố tríống xoắn không phải dựa trên yêu cầu của tốc độ nước mà chủ yếu là để bảo

vệ cụm ống khỏi bị mòn Hiện nay, người ta thường bố trí ống xoắn nằm rongmặt phẳng song song với ngực lò vì nếu bố trí ống xoắn vuông góc tường sau

lò thì khi ấy các ống xoắn đều đi qua vùng khói có nồng độ tro lớn nhất nêncác ống xoắn đều bị mài mòn

Ở những lò lớn do chiều rộng của lò rất lớn nên bộ hâm nước nóngthường chia làm 2 phần, có 2 đường nước đi riêng và khi đó đoạn ống uốnnằm gần nhau của 2 phần (giữa đường khói) cũng cần được bảo vệ khỏi màimòn bởi tro bay [II - 297]

Một số là bé ở các nước, để đảm bảo tốc độ nước trong ống xoắn,người ta có thể bố trí ống xoắn theo dạng không gian chứ không phải trongmột mặt phẳng Khi đó toàn bộ bộ hâm nước chỉ có một ống xoắn Việc nàycho phép giảm được bước dọc của ống khá nhiều, do đó kích thước khônggian của bộ hâm nước giảm đi nhiều nhưng chế tạo và sửa chữa tương đốiphức tạp.

V.2 Bộ hâm nước bằng gang

Bộ hâm nước bằng gang gồm những ống bằng gang đúc Đường kínhtrong khoảng từ 76 - 120mm, dài từ 1,5 - 3m Những ống này thường đặt nốitiếp với nhau bằng những cút nối bằng gang Thực chất bộ hâm nước bằnggang cũng chỉ gồm một ống xoắn bố trí theo dạng không gian

Do gang có hệ số dẫn nhiệt kém nên để tăng cường hệ số truyền nhiệtngười ta đúc thêm cánh cho các ống và gọi là ống bằng gang có cánh

Vì các ống và cút nối được gắn với nhau nhờ mặt bích và bulông nênviệc lắp bộ hâm nước này tương đối dễ dàng Số ống được nối trong mỗi dãyngang thường 2 - 10 ống, còn theo dãy dọc từ 4 - 14 ống Trở lực trung bìnhqua mỗi dãy ống khoảng 15 - 20N/m2

Do các ống có cánh nên tro bám lên ống rất nhiều, vì vậy ở đây người

ta lắp thêm thiết bị thổi bụi Bộ hâm nước bằng gang được sử dụng khá rộngrãi cho các lò công nghiệp và lò nhỏ không có những phương pháp xử lý nướchoàn thiện (như không có biện pháp khử khi nước cấp) do gang chịu ăn mòntốt hơn thép Mặt khác, do gang ít bền hơn thép, dòn không chịu được tácdụng va đập nên người ta không dùng gang để chế tạo cho những bộ hâmnước có áp suất lớn Ở Liên bang Nga hiện nay bộ hâm nước bằng gang chỉchế tạo để làm việc với áp suất 2,75MN/m2, ở một số nước khác thì áp suấtkhoảng 6MN/m2

Vì gang không chịu được tác dụng va đập nên để tránh hiện tượng thuỷkích trong ống của bộ hâm nước thì nước phải không được sôi và sinh hơi.Theo phạm vi cấu tạo để vận hành an toàn lò hơi, nước ra khỏi bộ hâm nướcbằng gang có nhiệt độ nhỏ hơn 400C so với nhiệt độ của nước trong lò Mặtkhác, trong giai đoạn nhóm lò do nước không đi qua bộ hâm nước để cungcấp vào lò nên để tránh việc khói đốt nóng ống và làm bốc hơi nước cần bố tríđường khói tắt không cho qua bộ hâm nước.

VI CẤU TẠO BỘ HÂM NÓNG KHÔNG KHÍ.

Theo nguyên tắc truyền nhiệt bộ hâm nóng không khí được chia làm 2loại: loại thu nhiệt và loại hồi nhiệt Ở loại thu nhiệt, nhiệt truyền trực tiếp từkhói tới không khí qua vách kim loại Ở loại hồi nhiệt, khói đầu tiên đốt nóngkim loại rồi nhiệt tích tụ lại ở đây sau đó truyền cho không khí Như vậy mỗiphần từ của bộ hâm nóng không khí sẽ làm việc ở trạng thái tiếp xúc vớikhói, khi thì với không khí

Bộ hâm nóng không khí kiểu thu nhiệt là loại được sử dụng rộng rãinhất hiện nay, về mặt cấu tạo nó có thể gồm các kiểu sau: kiểu bằng tấm thép,kiểu bằng ống gang và ống thép Nhưng kiểu tấm thép hiện nay không được

sử dụng, còn bộ hâm nóng không khí kiểu ống thép thì đang được sử dụngrộng rãi nhất hiện nay Nó gồm một hệ thống những ống đứng so le và đượcgiữ với nhau bởi 2 mặt sàng, trong đó khói đi trong ống còn không khí đingoài ống Thông thường người ta chế tạo bộ hâm nóng không khí thànhtừng cụm (khối), khi lắp lò chúng được nối với nhau tạo thành bộ hâm nóngkhông khí Kích thước của khối này được chọn theo kích thước của đườngkhói đối lưu, thường một cạnh của khối lấy bằng chiều sâu của đường khói,còn cạnh kia được chọn trên cơ sở kích thước chiều rộng và số khối (ước sốtheo bề rộng của lò) Việc chia thành khối như vậy cho phép vận chuyển vàlắp ráp dễ dàng Sơ đồ bộ hâm nóng không khí thành các khối và cách nốicác khối với nhau được trình bày (hình 5) [II - 302]

Hình 5: Sơ đồ chia bộ hâm nóng không khí thành khối và

cách nối các khối.

a Các khối b Chi tiết nối giữa 2 khối

1 Mặt sàng; 2 Ống; 3 Vành bù dãn nở nhiệt và làm kínKhi nối các khối là để ngăn không khí lọt vào trong đường khói qua các

kẽ hở, giữa các mặt sàn người ta đặt các vành bù, giữa các khối của bộ hâmnóng với khung lò cũng đặt vành bù Vành bù là những tấm tôn mỏng nốigiữa mặt sàng với khung lò Vì bộ hâm nóng làm việc ở trạng thái không có

áp suất nên chế tạo lá tôn dày khoảng 1,25 - 1,5mm, uốn lại và hàn mí Cácống thép có đường kính nằm trong phạm vi 25 - 51mm, và hiện nay có xuhướng sử dụng hai loại đường kính 40mm và 51mm, vành bù là dày 1,5mm

Mặt sàng được tính theo điều kiện bền, thường đối với mặt trên và dướilấy bằng 15 - 25mm Để tăng cường độ cứng của bộ hâm nóng, giữa 2 mặtsàng trên và dưới còn đặt thêm mặt sàng trung gian, mặt này có bề dày nhỏ từ

5 - 10mm Nó có tác dụng để phân chia đường không khí thành nhiều đường

1

a)

b)

cắt đường khói nhiều lần Mỗi khối của bộ hâm nóng không khí có thể chia

từ 1 đến 2 mặt sàng trung gian

Khi thiết kế bộ hâm nóng không khí thì bề mặt truyền nhiệt yêu cầu đãbiết trước, còn tiết diện khói qua cũng được xác định bằng cách lựa chọn tốc

độ khói trên cơ sở tốc độ khói giới hạn theo được mài mòn bởi tro bay

Bộ hâm nóng không khí kiểu ống có những ưu điểm sau:

-Đơn giản trong chế tạo, làm việc và lắp ráp dễ dàng

-ống dễ dàng được làm sạch vì tro bám trong ống không nhiều, lợi vềkinh tế

-Khắc phục được hiện tượng lọt khí vào trong khói

-Tiêu hao kim loại tương đối bé, khoảng 24kg cho 1m2 bề mặt truyềnnhiệt

Khuyết điểm chủ yếu của bộ hâm nóng không khí kiểu ống là:

Các ống thép không bền vững dưới tác dụng ăn mòn của khói ở nhiệt

độ cao và tác dụng mài mòn bởi tro bay Vì vậy bộ hâm nóng không khí kiểuống thép được dùng để gia nhiệt không khí tới 4000C, nhiệt độ khói trước nókhông quá 5500C Khi nhiệt độ khói và không khí cao hơn người ta thườngdùng bộ hâm nóng không khí kiểu ống bằng gang, do gang bền vững hơndưới tác dụng ăn mòn và mài mòn Để tăng hệ số truyền nhiệt, ống gangthường có cánh ở ngoài và có răng ở trong ống Mặt khác, số lượng ống theochiều rộng đường khói được xác định theo điều kiện đảm bảo tốc độ khói, cònchiều dài ống được xác định theo điều kiện bảo đảm bề mặt đốt

Khuyết điểm chủ yếu của bộ hâm nóng không khí bằng ống gang làkích thước cồng kềnh, suất tiêu hao kim loại rất lớn, độ lọt không khí nhiều và

dễ bám tro Nhưng do có khả năng chống ăn mòn và mài mòn cao nên được

sử dụng để chế tạo bộ hâm nóng không khí cấp I khi đốt nguyên liệu nhiều

lưu huỳnh, nguyên liệu rất ẩm và nhiệt độ khói thải thấp, hay để chế tạo bộhâm nóng không khí cấp II khi cần dùng không khí có nhiệt độ quá cao.

Trong các thiết bị lò đốt (lò luyện kim, lò cốc…) nhiệt độ khói thải rakhỏi lò còn rất cao (> 10000C) nên người ta dùng khói này để gia nhiệt khôngkhí Nhưng vì nhiệt độ khói rất cao nên đòi hỏi kim loại chế tạo phải là théphợp kim chống gỉ, và cấu tạo của bộ hâm nóng không khí khá đơn giảnthường chỉ gồm 1 ống có hai ngăn, một ngăn để không khí và một ngăn đểkhói đi

VIII QUẠT GIÓ (QUẠT ĐẨY) [VII-112].

Quạt gió dùng để vận chuyển không khí hoặc không khí có áp suấtchung không vượt quá 1500mmHg Quạt gió tạo ra hiệu số áp suất để thắng

áp lực vận tốc và trở lực Hiệu số áp suất này rất nhỏ cỡ mm cột nước

Căn cứ vào áp suất làm việc người ta phân làm 3 loại:

-Quạt áp suất thấp từ 6 đến 100mmHg

-Quạt áp suất trung bình từ 100 - 200 mmHg

-Quạt áp suất cao từ 200 - 1500 mmHg

Cấu tạo quạt đẩy gồm 1 vỏ hình xoắn ốc làm bằng thép tấm Bên trongthân có guồng gồm rất nhiều cánh ngắn uốn cong Không khí hay khí đượchút qua cửa ở tâm của guồng, rồi bị cánh guồng cuốn theo, nhờ lực ly tâmvăng ra thành vỏ và được đẩy ra khỏi quạt với áp suất lớn hơn áp suất hút mộtchút

Vì quạt có tiếp xúc với khí nên các bộ phận bên trong phải được bảo vệbằng cách phủ 1 lớp vật liệu chống ăn mòn hoặc làm bằng vật liệu không ănmòn

VII QUẠT HÚT (QUẠT HƯỚNG TRỤC) [VII-114]

Dùng để vận chuyển khí hay không khí có áp suất nhỏ (không quá25mmH2O) Cấu tạo quạt gồm có cánh guồng đặt trong vỏ, guồng có nhiềucánh bố trí theo hướng tâm Khi guồng quay, không khí đập vào cánh guồngvới một góc nào đó và tạo nên 1 luồng không khí chuyển động song song vớitrục của quạt

Đối với quạt hút, khi mở máy phải mở các van hay lá chắn trước, vì khiđóng lá chắn công suất của quạt sẽ tăng đến cực đại Hiệu suất của quạtkhoảng 0,5 - 0,85

IX ỐNG HÚT

Ống khói dùng để đưa không khí hay khói lò từ các thiết bị ra môitrường Cấu tạo ống khói gồm các ống hình nón bằng thép được lắp ghép vớinhau, hoặc xây bằng gạch Chiều cao của ống khói tuỳ thuộc vào yêu cầu,thường từ 15 - 20m Thông thường đường kính ống ở đáy lớn hơn đường kínhống ở trên đỉnh, do đó tăng tốc độ của khói khi ra khỏi ống và làm cho khói lòkhông còn đọng lại trong ống khói

Với nhà máy nhiệt điện lượng sản phẩm cháy rất lớn, trong khói cónồng độ lớn của CO2, ngoài ra còn có SO2, do đó ống khói thường có chiềucao rất lớn, có khi tới 100 - 250m Ống khói còn có tác dụng bảo vệ môitrường xung quanh nhà máy nhiệt điện

PHẦN II: NƯỚC TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Cấp nước trong nhà máy nhiệt điện phục vụ cho các mục đích:

- Để làm nước sinh hoạt, nước cứu hoả

- Để vệ sinh phân xưởng và các thiết bị

- Quan trọng nhất là dùng để sản xuất hơi trong nồi hơi và dùng cho cácthiết bị khác (chất tải nhiệt trong thiết bị truyền nhiệt, trong máy lọc chânkhông thùng quay và dùng để làm nguội các trục chuyển động…)

Nước được lấy từ các nguồn sau như: sông, ao, hồ hay giếng khoan Dùlấy từ nguồn nào thì trong nước luôn có lẫn tạp chất, tạp chất gồm: tạp chất cơhọc tồn tại ở dạng lơ lửng, tan (ion Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, SO42-…) Hàm lượngcác anion và cation phụ thuộc vào nguồn nước của từng vùng

Ví dụ trong nguồn nước thông dụng: tổng hàm lượng các ion (cation

và anion) cũng chính là hàm lượng muối trong nước là 735mg/l, trong đó:

Trong lò hơi diện tích truyền nhiệt của các ống dẫn nước có thể dẫn từvài trăm mét vuông đến vài ngàn mét vuông tùy theo công suất hơi cần sảnxuất, các ống dẫn nước bố trí dọc theo tường buồng đốt, dọc theo đường

chuyển động của khói lò Do đó các bề mặt sinh hơi bằng bức xạ, bằng đốilưu, bề mặt truyền nhiệt của các ống truyền nhiệt rất dễ tạo ra cáu bẩn bámvào bề mặt ống Vấn đề làm sạch cáu bẩn của các ống dẫn nước là rất khókhăn so với làm sạch bề mặt truyền nhiệt của nồi hơi trong các ngành côngnghiệp khác.

Nguyên nhân tạo ra sự cáu bẩn trong lò hơi và trong các đường ống là

do trong quá trình vận hành các ion Ca2+, Mg2+, SO42- có trong nước sẽ kết hợplại với nhau tạo thành muối không tan (CaSO4, Mg(OH)2, MgSO4, CaSO3…)bám lên bề mặt ống làm giảm hệ số truyền nhiệt của ống, ảnh hưởng tới côngsuất của lò hơi Ở những chỗ có cáu bẩn bám thì ống lại bị nung nóng đếnnhiệt độ quá quy định, dẫn tới ống bị phá hỏng, sự cố kỹ thuật xảy ra nên phảingừng vận hành để sửa chữa Hệ số dẫn nhiệt của cáu bẩn bé hơn hàng trămlần so với hệ số dẫn nhiệt của thép, nên khi có cáu bẩn bám thì nhiệt độ và sựhấp thụ nhiệt của lò giảm đi, lượng tiêu hao nhiên liệu tăng lên Ngoài ra, cáubẩn còn làm tăng nhanh quá trình ăn mòn bề mặt đốt, thường thể hiện dướidạng ăn mòn cục bộ, gây nên những hố sâu, khe nứt

Để đảm bảo lò hơi hoạt động tốt, có hiệu quả cao thì nước cấp cho lòphải đạt các chỉ tiêu chất lượng sau:

-Độ cứng Ho của nước được quy định theo sản lượng của lò

+ Lò hơi ống nước, áp suất dưới 1,6MN/m2: H0 ≤ 0,3 mgdl/l+ Lò hơi ống nước, áp suất từ 1,6-3,15 MN/m2: H0 ≤ 0,02 mgdl/l

áp suất từ 3,15-10 MN/m2: H0≤ 0,01 mgdl/l

áp suất từ 10 MN/m2 trở lên: H0≤ 0,005 mgdl/l+ Lò hơi ống lò và ống lửa từ 10MN/m2 H0≤ 0,5 mgdl/l

- Lượng oxy thì khi áp suất dưới 3,15MN/m2 thì không quá 0,03mg/l,khi áp suất trên 3,15MN/m2 thì không quá 0,02 mg/l

- Hàm lượng các vật chất khác trong nước cũng nằm trong phạm vitrong bảng sau:

Bảng hàm lượng cho phép của các vật chất trong nước.

Áp suất trong bao hơi MN/m2 Hàm lượng cho phép cực đại (mg/l)

I CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG CÁU TRONG LÒ HƠI.

Để ngăn ngừa việc sinh cáu trong lò hơi, người ta dùng 2 phươngpháp xử lý chủ yếu sau:

- Hạn chế tới mức tối thiểu số lượng những vật chất có trong nước cókhả năng tạo cáu trong lò trước khi đưa vào lò

- Biến những vật chất có khả năng sinh cáu (do nước cấp chưa được xử

lý hay xử lý chưa hết) thành những vật chất tách ra ở pha cứng thành nhữngdạng bùn, rồi dùng phương pháp xả lò để loại chúng ra khỏi lò Phương phápnày gọi là phương pháp xử lý nước trong lò

Các phương pháp xử lý nước bên trong lò dựa trên nguyên tắc

+ Dùng những chất hoá học đưa vào trong lò sánh để tạo ra kết tủa,những chất đó là những hóa chất như: NaOH, Na2CO3, Na3PO4.12H2O…,trong đó Na3PO4 là hoá chất được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay

+ Dùng phương pháp nhiệt để phân huỷ đối với một số chất hoà tan,tạo nên những chất khó tan và tách ra ở pha rắn dạng bùn Phương pháp nàyđược dùng nhờ thiết bị làm mềm nước bằng nhiệt đặt trong lò, ở thiết bị nàynước bị đốt nóng đến nhiệt độ bão hoà nhờ nguồn nhiệt của khói lò Tại nhiệt

độ này những muối của canxi và magiê hoà tan trong nước là các loạibicacbonat bị phân huỷ theo phương trình sau:

Ca(HCO3)2→ CaCO3 ↓ + CO2 + H2OMg(HCO3)2→ MgCO3 + CO2 + H2)

Và sau đó MgCO3 bị thuỷ phân:

MgCO3 + H2O → Mg(OH)2↓ + CO2

Do đó CaCO3 và Mg(OH)2 được tách ra ở dạng bùn, đồng thời ở nhiệt

độ này độ hoà tan của CaSO4 cũng bị giảm, nó tách ra ở thể rắn trong thiết bị

làm mềm Như vậy khi đi ra khỏi thiết bị này nước đã được làm mềm đi rấtnhiều.

II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC TRƯỚC KHI VÀO LÒ.

Việc xử lý nước là đảm bảo đến mức tối thiểu những chất tan và khôngtan có trong nước có khả năng sinh thành cáu ở trong lò trước khi đưa vào lò.Tuỳ theo lò hơi và yêu cầu của nước cấp mà người ta chọn biện pháp và mức

xử lý khác nhau:

II.1 Xử lý nước bằng phương pháp lắng cặn.

Nguyên tắc của phương pháp này giống như khi chống cáu bên trong lòbằng hoá chất Tuỳ theo hóa chất được dùng mà ta có các phương pháp sau:

+ Vôi hoá: Ca(OH)2

+ Vôi hóa - xôđa: (CaO + Na2CO3)

+ Xút: NaOH

+ Xút - xôđa: (NaOH + Na2CO3)

+ Xút - vôi: (NaOH + CaO)

Ví dụ: khi dùng xút (NaOH) thì quá trình phản ứng xảy ra

Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2OMg(HCO3)2 + 2NaOH → MgCO3 + Na2CO3 + 2H2OMgCO3 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2CO3

MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaCl

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2OCaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4

II.2 Xử lý nước bằng phương pháp trao đổi cation

Quá trình làm mềm nước bằng trao đổi giữa các cation dễ đóng cáucanxi (Ca2+), magiê (Mg2+) với cation của nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ionkhông tan trong nước - những chất này gọi là cationit Trong kỹ thuật chủyếu sử dụng các loại như sau: Natri, hydro, amôn (NaR, HR, NH4R) Trong

đó R là gốc của cationit không hoà tan trong nước, đóng vai trò của mộtanion Do đó, các cation dễ đóng cáu cặn sẽ được giữ lại, còn các cation dễhoà tan thì đi theo nước cấp vào lò hơi

Cationit có tác dụng loại bỏ ion dương trong nước được thể hiện nhưsau:

+ Khi dùng cationit natri, phản ứng xảy ra

Ca(HCO3)2 + 2NaR → CaR2 + 2NaHCO3 Mg(HCO3)2 + 2NaR → MgR2 + 2NaHCO3 MgCl2 + 2NaR → MgR2 + 2NaCl

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2OCaSO4 + Na2R → CaR2 + Na2SO4

MgSO4 + 2NaR → MgR2 + Na2SO4

+ Khi dùng cationit hydro thì Mg(HCO3)2 và Ca(HCO3)2 được phảnứng như trên nhưng CaCl2, MgSO4 lại tạo ra axit

CaCl2 + 2HR → CaR2 + 2HClMgSO4 + 2HR → MgR2 + H2SO4

+ Khi dùng NH4R thì tạo ra các muối amon

CaCl2 + 2NH4R → CaR2 + 2NH4ClMg(HCO3)2 + 2NH4R → MgR2 + 2NH4HCO3

NaSO4 + 2NH4R → 2NaR + (NH4)2SO4

Ta thấy khi sử dụng cationit natri toàn bộ ion Ca2+ và Mg2+ đều đượckhử, độ cứng còn lại rất nhỏ khoảng 0,01 - 0,015, nhưng độ kiềm và các ionkhác trong nước thì không thay đổi Khi dùng cationit hydro thì độ cứng và

độ kiềm được khử nhưng khi ấy các anion của các muối lại tạo thành axit,không thuận lợi cho việc cung cấp cho lò hơi Vì vậy, người ta thường dùngphối hợp cả 2 phương pháp trao đổi cationit natri và hydro.

Còn khi dùng cationit NH4R thì độ cứng cũng giảm đi còn rất nhỏnhưng lại tạo các muối amon, khi đưa vào lò sẽ phân huỷ nhiệt tạo thành NH3

và H2SO4 theo phản ứng sau

NH4Cl → NH3 HCl(NH4)SO4 → 2NH3 + H2SO4

Do đó, axit sẽ ăn mòn các hợp kim đồng, vì vậy phương pháp này cũng

sử dụng phối hợp với phương pháp trao đổi cationit natri

Trong quá trình làm việc cationit dần dần bị kiệt hết vai trò cationit, vìvậy để khôi phục khả năng làm việc của nó người ta cho chúng trao đổi vớinhững chất có khả năng cung cấp cation Để hoàn nguyên cationit natri người

ta dùng dung dịch NaCl có nồng độ 6 - 8%; cationit hydro dùng dung dịchHCl hay H2SO4 1 - 1,5%; cationit amon dùng bằng các muối amôn

5

Hỡnh 6 Sơ đồ nối tiếp phối hợp bỡnh cationit hydro và natri.

1 Bỡnh cationit natri 6 Thựng chứa nước rửa ngượcbỡnh cationit hydro

2 Bỡnh cationit hydro 7 Bỡnh khử khớ

3 Dung dịch muối hoàn nguyờn 8 Quạt giú

4 Dung dịch axi hoàn nguyờn 9 Thựng trung gian

5 Bỡnh chứa nước rửa ngược bỡnh

caionit natri

10.Bơm

II.3 Xử lý nước bằng phương phỏp trao đổi anion

Nguyờn tắc của phương phỏp này cũng giống như phương phỏp trao đổication Ở đõy cỏc anion của muối và axit trao đổi với anion của anionit theo phản ứng:

2RaOH + H2SO4  Ra2SO4 + 2H2O

RaOH + HCl  RaCl + H2O

Anionit ở trờn cung cấp ion hydroxyl OH-, cũng cú thể dựng cỏc anionitcacboxyl Ra2CO3 hay RaHCO3 Bằng phương phỏp này đó khử được triệt đểcỏc axit cú trong nước Vỡ vậy muốn khử muối đầu tiờn biến nú thành axitbằng cỏch cho đi qua bỡnh trao đổi cationit hydro, sau đú cho qua bỡnh traođổi anion

Sơ đồ sử dụng phối hợp cỏc bỡnh trao đổi, hỡnh 7

T

BơmNước nguồn

Nước mềm

Hình 7 Sơ đồ sử dụng phối hợp các bình trao đổi

H1, A1, Na: Bình trao đổi cation hydro, anion, natriT: Thùng đựng nước

K: Bình khử khíNhư vậy khi nước đi qua bình anionit thì hàm lượng các ion SO42-, Cl-,

NO3-… có trong nước sẽ giảm

Để tái sinh anionit bằng cách ngâm chúng vào dung dịch kiềm (NaOH)10% Khi đó sẽ xảy ra phản ứng

Ra2SO4 + 2NaOH → 2RaOH + Na2SO4

Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị đơn giản và cho hiệu suất cao.Ngày nay, ngoài các phương pháp kể trên người ta còn sử dụng rộng rãicác phương pháp xử lý nước bằng điện trường, từ trường, siêu âm cho các lòhơi công nghiệp

mỏ dầu hay mỏ khí khai thác Vấn đề tìm ra nguồn gốc của dầu mỏ và khí cónhiều cách khác nhau, nhưng có một quan điểm tương đối được các nhà khoahọc công nhận là chúng được xuất phát từ những vật liệu hữu cơ ban đầu,những vi sinh vật sống ở biển chủ yếu như: phù du, rong rêu, tảo và một phầnxác động vật ở các dòng sông hội tụ qua, chúng bị chìm xuống đáy biển vàlún sâu trong lòng đất, được biến đổi qua nhiều giai đoạn để tạo thành dầu mỏ

và khí

Đối với khí thì có 3 loại chính sau:

- Khí thiên nhiên (khí tự nhiên)

- Khí ngưng tụ

- Khí đồng hành

Khí thiên nhiên là loại khí xuất hiện từ trong các mỏ dầu khí tự nhiên.Thường thì khí được tạo ra từ những mỏ dầu đã tồn tại lâu năm (mỏ tồn tạisâu trong lòng đất lớn hơn 5km, tại đây nhiệt độ và áp suất cao nên dầu sẽ bịcracking để trở thành những phần tử nhỏ rồi trở thành khí) Mỏ dầu càngnhiều tuổi thì thành phần nhẹ càng nhiều đồng thời cũng nhiều khí

Từ những vật liệu hữu cơ ban đầu đó, để tạo nên dầu khí như ngày naythì đã trải qua quá trình tích tụ và biến đổi, xảy ra trong khoảng thời gian ítnhất là hàng triệu năm với nhiều điều kiện khác nhau của môi trường Songquá trình này có thể phân chia thành 4 giai đoạn chính sau:

1 Giai đoạn 1: Tích đọng các vật liệu hữu cơ có ban đầu

Những vật liệu hữu cơ ban đầu, dù là xác động vật ở biển hay trên đấtliền sau khi chết dễ bị lắng xuống đáy biển, sẽ bị các vi khuẩn phá huỷ, chúngtạo nên khí và các sản phẩm hoà tan trong nước Phần bền vững nhất là củaxác động thực vật chưa bị phá huỷ hoặc chưa kịp phá huỷ sẽ dần dần lắngđộng tạo nên các lớp trầm tích ở đáy biển Sự lắng đọng này trải qua hàngtriệu năm, các lớp trầm tích sẽ chồng lên nhau làm cho lớp trầm tích đầu tiêncàng bị lún chìm và chịu những áp suất lớn Do đó lượng nước trong các lớptrầm tích này ngày càng bị ép đẩy ra noài đến khi chỉ còn khoảng 10% Sựlắng tụ này trong thiên nhiên xảy ra rất chậm chạp chỉ đạt 1 - 2mm, vài chục

mm trong hàng nghìn năm

2 Giai đoạn 2: Biến đổi các chất hữu cơ bền vững thành các

hydrocacbon ban đầu của dầu khí

Trong thành phần hữu cơ các xác động thực vật, các chất lipit là bềnvững nhất, nó không bị vi khuẩn phá huỷ và được bảo vệ tương đối nguyênvẹn khi lắng đọng và do đó nó đóng vai trò quan trọng trong việc biến đổi đểtạo nên dầu khí Lipit là tên chung của một nhóm chất mà đặc trưng củachúng là các phần tử có các mạch hydrocacbon thẳng hoặc vòng như: axitbéo, các este của các axit béo, các rượu cao, các chất sáp, nhựa, các chấtmang mầu (picmen), licnhin…, các chất này khi nằm trong các lớp trầm tíchngày càng bị ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất Càng xuống sâu thì nhiệt độ

và áp suất càng tăng lên (nhiệt độ từ 100 - 2000C, P = 200 - 1000atm) Vớiđiều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác cùng với thời gian lâu như vậy, các chấtlipit bền vững và vi khuẩn đều bị biến đổi do các phản ứng hoá học để tạo nêncác hydrocacbon ban đầu của dầu khí

3 Giai đoạn 3 Di cư của dầu khí đến các bồn chứa thiên nhiên.

Các hydrocacbon ban đầu của dầu khí thường nằm dưới dạng phân bốrải rác trong các lớp trầm tích chứa dầu gọi là “đá mẹ”, vì áp suất ban đầu

trong các lớp trầm tích rất cao và vì những biến động của địa chất nên cáchydrocacbon ban đầu này được tạo ra trong đá mẹ liền bị đẩy ra ngoài vàbuộc chúng phải tìm đường di cư đến nơi ở mới Quá trình di cư đó diễn ratrong các lớp sa thạch đá vôi hoặc các loại nham thạch có độ rỗng, xốp đượcgọi là “đá chứa” và nó sẽ ở lại đó nếu cấu trúc địa chất có khả năng giữ được

nó, bảo vệ nó nghĩa là tạo được bể chứa tự nhiên Những bể chứa này lànhững cái “bẫy” chỉ có vào mà không có ra, với cấu trúc bao giờ cũng có mộttầng đá chắn ở trên thường là lớp đá bùn, mịn hoặc nút muối có tác dụng giữdầu khí ở lại Trong suốt quá trình di cư, các hydrocacbon dầu khí ban đầu sẽchịu nhiều biến đổi hoá học làm cho thành phần và tính chất của nó thay đổi,kết quả là chúng sẽ nhẹ hơn ban đầu

4 Giai đoạn 4 Biến đổi tiếp tục trong bể chứa tự nhiên.

Ở giai đoạn này, tính chất của dầu khí biến đổi rất ít không đáng kể.Tuy nhiên vẫn có sự biến đổi theo hướng làm tăng độ biến chất Nếu các

“bẫy” dầu nằm không sâu lắm, tầng đá chắn không đủ khả năng bảo vệ tốt thìmột bộ phận dầu khí có thể bay hơi, nước sẽ lẫn vào và gây oxi hóa làm chodầu xấu đi… kết quả là làm dầu nặng đi nhiều và có mặt thêm nhựa vàasphanten

Dầu và khí trong thiên nhiên đều có cùng một nguồn gốc Chính vì vậy,nơi nào có dầu thì nơi ấy có khí và ngược lại Tuy nhiên, do quá trình di cư

có thể khác nhau mặc dù chúng sinh ra ở một nơi vì thế chúng vẫn có thể cưtrú ở những nơi khác xa nhau Vì vậy, có thể gặp những “bẫy” chứa khí nằm

xa những “bẫy” chứa dầu

II PHÂN LOẠI, THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ TỰ NHIÊN.

Khí tự nhiên có thành phần khí chủ yếu là CH4 chiếm tỷ lệ từ 80 - 98%thể tích khí Phần còn lại bao gồm các khí khác như etan (C2H6), propan(C3H8) và butan (C4H10) ngoài ra còn có một số khí như: N2, CO2, H2S, CO,

H2, O2 chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong khí thiên nhiên Trong các loại khí khôngthuộc hydrocacbon kể trên thì N2 chiếm phần lớn

1 Khí mỏ khí.

Là loại khí thu được từ các mỏ khí tự nhiên, các mỏ này là các túi khínằm sâu dưới mặt đất, mỏ này không có dầu ở dạng lỏng

Thành phần mỏ khí chủ yếu là các loại khí nhẹ từ C1 đến C5, mà trong

đó chủ yếu là CH4 (90%) và các đồng đẳng của metan (các hydrocacbon no),khí này còn gọi là khí nghèo vì ít các khí nặng từ C2 - C5 do đó chúng không

có ích nhiều cho hoá dầu

2 Khí ngưng tụ.

Là khí sau khi đã tách hết các sản phẩm lỏng ngưng tụ (giống như xăngnhẹ) Khí mỏ ngưng tụ cũng tồn tại thành một mỏ riêng và không có dầu mỏ ởdạng lỏng Thường thì các mỏ này nằm sâu trong lòng đất, nhiệt độ và áp suất cóthể thay đổi, nhưng khí thoát lên khỏi mặt đất do giảm nhiệt độ và áp suất, cáckhí ở dạng C5 - C6 sẽ bị ngưng tụ lại Trong thành phần khí lúc này chỉ còn phầnnhẹ C1 -C4, hàm lượng khí metan là chủ yếu chiếm tới 90% thể tích, còn lại rất ítđồng đẳng của metan và C2 - C4, lượng C5 - C6 còn lại rất ít (nhỏ hơn 0,7%)

3 Khí đồng hành.

Khí đồng hành được khai thác từ các mỏ dầu đồng thời với các quátrình khai thác dầu mỏ ở thể lỏng Trong khí này không có C5 và C6 nênkhông có hiện tượng ngưng tụ thành lỏng Song loại khí này có khá nhiều C2,

C3 và n-C4, izo-C4, là nguyên liệu rất quan trọng cho công nghiệp hoá dầu, dovậy nó còn có tên là khí giàu Hàm lượng khí metan trong khí này khoảng30% đến 40% Như vậy so với mỏ khí tự nhiên thì hàm lượng metan của khíđồng hành là ít hơn và hàm lượng C2 - C4 là nhiều hơn Ngoài ra trong khíđồng hành còn có các khí như: H2S, CO2, N2 và H2O

Bảng: Thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành khai thác từ một mỏ

của CHLB Nga (% thể tích) [IV-14].

Các cấu tử Tây SiberiKhí tự nhiênUzbekistann QuibisepKhí đồng hànhVolgagrad

Áp suất tớihạn (Mpa)

Nhiệt độ hoá lỏng ở ápsuất khí quyển (0C)