Bề mặt gia nhiệt trong lò hơi

Lò hơi là thiết bị tạo ra hơi nước bão hòa hoặc hơi nước quá nhiệt. Hơi nước quá nhiệt dùng để làm nguồn năng lượng cung cấp cho các thiết bị quay (rotatedevice) tại các nhà máy sản xuất công nghiệp như turbine truyền động bơm hoặc máy nén...hay dẫn động các turbine để quay các máy phát điện. Bên cạnh việc tạo ra động năng, hơi nước quá nhiệt này còn có thể sử dụng trong một vài ứng dụng khác như làm khô sản phẩm hay gia nhiệt chất xúc tác…. Trong lò hơi thực hiện hai quá trình: Sự đốt cháy giải phóng nhiệt từ nhiên liệu trong các thiết bị đốt. Truyền nhiệt cho nước và hơi nước trong các thiết bị khác nhau của lò hơi. Bề mặt gia nhiệt trong lò hơi gồm: Buồng lửa Cụm ống sinh hơi Bộ quá nhiệt Thiết bị tái sử dụng gồm: Bộ hâm nước (ECON): cụm ống tiếp tục nhận nhiệt từ khói thải để truyền nhiệt cho nước quá lạnh. Bộ sấy không khí: Nhận nhiệt từ khói thải trong giai đoạn cuối cùng và truyền nhiệt để đốt nóng không khí.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

BÁO CÁO

Đề tài: Bề mặt gia nhiệt trong lò hơi

TP HCM, Tháng 12/2015

MỤC LỤC

1 Giới thiệu 3

2 Bề mặt gia nhiệt 3

2.1 Buồng lửa 3

2.1.1 Những yêu cầu đối với buồng lửa lò hơi 3

2.1.2 Dàn ống buồng lửa 4

2.1.3 Kích thước buồng lửa 4

2.1.4 Nhiệt độ khí thoát buồng lửa hoặc nhiệt độ ra buồng lửa (FEGT or FOT) 5

2.2 Tường lò 6

2.3 Cụm pheston 8

2.4 Bao hơi 8

2.5 Bộ quá nhiệt 8

2.5.1 Vai trò bộ quá nhiệt 8

2.5.2 Cấu tạo bộ quá nhiệt 9

2.5.3 Cách bố trí bộ quá nhiệt 14

2.5.4 Điều chỉnh nhiệt độ của hơi quá nhiệt 16

3 Thiết bị tái sử dụng 19

3.1 Bộ hâm nước 19

3.1.1 Công dụng và phân loại bộ hâm nước 20

3.1.2 Bộ hâm nước ống thép trơn: 21

3.1.3 Bộ hâm nước bằng gang 24

3.1.4 Cách nối bộ hâm nước 26

3.2 Bộ sấy không khí 27

3.2.1 Công dụng và phân loại 27

3.2.2 Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt (bộ sấy tĩnh) 27

3.2.3 Bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt (bộ sấy quay) 31

3.2.4 Các vấn đề cần quan tâm 33

Trong lò hơi thực hiện hai quá trình:

Sự đốt cháy giải phóng nhiệt từ nhiên liệu trong các thiết bị đốt

Truyền nhiệt cho nước và hơi nước trong các thiết bị khác nhau của lò hơi

Bề mặt gia nhiệt trong lò hơi gồm:

2.1.1 Những yêu cầu đối với buồng lửa lò hơi

Phải bảo đảm cháy hết nhiên liệu cấp vào với hệ số không khí thừa nhỏ nhất Phải thoả mãn được một chương trình nhiên liệu rộng nhất có thể mà không giảm hiệu suất hoặc chu kỳ vận hành khi thay đổi nhiên liệu đốt

Sản phẩm cháy không được phép rút ngắn chu kỳ vận hành do đóng xỉ hay bám tro Sản phẩm cháy đi ra khỏi buồng lửa phải chứa ít tro nhất và chứa ít các chất

có hại

Tường buồng lửa phải được sử dụng tốt để sản xuất hơi và phải bảo đảm làm lạnh khói đến mức cần thiết trước khi ra khỏi buồng lửa

Không gian cần thiết cho buồng lửa phải nhỏ nhất đến mức có thể

Các phần của buồng lửa và các trang bị phụ của nó phải có khối lượng nhỏ nhất có thể, không yêu cầu nhiều vật liệu hợp kim đắt tiền

Năng lượng tự dùng của buồng lửa và các thiết bị phụ của nó như máy nghiền, các quạt, phải ở mức tối thiểu

Có thể điều chỉnh tốt và nhanh các quá trình trong buồng lửa, đồng thời công suất tối thiểu của buồng lửa phải thấp nhất có thể

Buồng lửa không hạn chế sản lượng của lò hơi và không cản trở sự tăng sản lượng của lò hơi

Phải bảo đảm độ tin cậy cao trong vận hành

Chi phí đầu tư và vận hành buồng lửa phải thấp nhất

Buồng lửa cho phép dùng những phương pháp quen thuộc để điều chỉnh nhiệt

độ hơi quá nhiệt về phía khói

Người ta phân buồng lửa theo dạng nhiên liệu dùng để đốt và phương pháp đốt thành ra buồng lửa ghi (nhiên liệu rắn cháy theo lớp), buồng lửa phun nhiên liệu rắn, lỏng, khí (nhiên liệu cháy trong dòng, cháy lơ lửng), buồng lửa xoáy và buồng lửa cháy trong lớp sôi

lỗ giảm xuống làm cho độ bền của ống góp giảm đi

Các ống nước xuống được bọc cách nhiệt và đặt phía ngoài tường buồng lửa (được gọi là ống xuống)

2.1.3 Kích thước buồng lửa

Các thiết bị đốt là ghi lò, buồng đốt, bệ đỡ, hoặc bộ đốt Kích thước của thiết

bị đốt phụ thuộc vào bề mặt và hình dạng của buồng lửa Buồng lửa được chế tạo để quá trình cháy diễn ra hoàn toàn, tránh dẫn đến việc thải khói có nhiệt độ quá cao ra

môi trường Chiều cao lò được quyết định bởi thể tích buồng lửa hoặc yêu cầu thời gian tồn tại của nhiên liệu khác nhau và các loại thiết bị đốt Bảng sau cung cấp chi tiết cho thời gian tồn tại ngọn lửa trong buồng lửa Thời gian tồn tại là cần thiết cho các lại hạt nhiên liệu để đạt tới điểm giữa buồng lửa từ các thiết bị đốt (tâm của nhiệt đưa vào, để được chính xác) Trong lò hơi với dòng khí nằm ngang, bộ đốt quyết định mặt cắt ngang và thời gian tồn tại trong khi chiều dài ngọn lửa chi phối độ dài của buồng lửa

Thời gian tồn tại trong lò hơi (giây) của 1 số loại nhiên liệu

Nhiên liệu Đốt lò Bộ đốt Lò hơi đốt Lò hơi đốt tầng sôi tầng sôi

tạo bọt tuần hoàn

2.1.4 Nhiệt độ khí thoát buồng lửa hoặc nhiệt độ ra buồng lửa (FEGT or FOT)

Nhiệt độ khí thoát buồng lửa hoặc nhiệt độ ra buồng lửa là nhiệt độ khí trung bình ở giữa mặt phẳng thoát ra của buồng lửa Truyền nhiệt trong lò chủ yếu là bức

xạ Trừ những lò hơi đốt tầng sôi tuần hoàn (CFBC), trong đó có một lớp dày tro nóng rơi xuống dọc theo vách ống và truyền nhiệt của nó chủ yếu bằng dẫn nhiệt và đối lưu Nhiệt độ khí trong buồng lửa cao và ống lò tương đối thấp nên quá trình truyền nhiệt diễn ra hiệu quả

Một ước tính chính xác của FEGT là không thể bằng tính toán lý thuyết bởi

vì các biến số liên tục thay đổi trong buồng lửa với hình học phức tạp Kích thước và

số lượng của ngọn lửa, độ phát xạ, nhiệt độ ngọn lửa, và độ sạch của buồng lửa đều thay đổi theo những điều kiện khác nhau Các bề mặt điều chỉnh thực tế (AS) hoặc phương pháp EPRS, là độc quyền cho mỗi hãng chế tạo lò hơi, phát triển qua thời gian, nhiên liệu và hình học cụ thể Các tính toán bao gồm các bước sau:

+ Tính PRS của buồng lửa thấp để mở pass (bên dưới trục) và tổng số buồng lửa phụ thuộc vào chỗ thoát buồng lửa

+ Rút ra từ bề mặt EPRS bằng cách nhân với các yếu tố hiệu quả cho mỗi vách tường Yếu tố hiệu quả khác nhau từ 0,9 đến 0,98 vách ngăn tường phụ thuộc vào nhiên liệu và độ dốc của tường

+ Tính thất thoát nhiệt và có sẵn (HR và A) từ các nhiên liệu và không khí Tổng số nhiệt có sẵn, dựa vào giá trị nhiệt trị thấp của nhiên liệu (NCV), bao gồm cả nhiệt thêm vào trong AH, được điều chỉnh cho lượng cacbon hao hụt không cháy và tổn thất bức xạ của buồng lửa (giả thiết là một nửa của tổng) Nhiệt độ môi trường xung quanh được lấy làm mốc để tính toán nhiệt này

+ tính toán cường độ nhiệt thoát ra

cường độ nhiệt thoát ra = H0

EPRS

Từ các đồ thị độc quyền, việc FEGTs được đọc cho mỗi nhiên liệu và loại đốt cháy (ghi lò hoặc bộ đốt) FEGT vì thế đạt được là chính xác chỉ trong phạm vi khoảng ± 50°C

+ Kết quả bộ đốt gia nhiệt trong FEGT cao hơn bởi vì tâm của nhiệt đưa vào (CHI) là cao hơn

+ Nhiên liệu với chất dễ bay hơi cao (VM) giải thoát nhiệt nhiều hơn ở một mức độ cao hơn so với các nhiên liệu với ít VM, mặc dù cả hai ghi lò đốt và kết quả

là cho FEGT cao hơn mặc dù độ ẩm cao hơn

2.2 Tường lò

Tường lò có nhiệm vụ ngăn cách các phần tử được đốt nóng của lò với môi trường xung quanh nhằm giảm bớt tổn thất nhiệt do tỏa ra môi trường xung quanh, đồng thời hạn chế việc đốt nóng quá mức không khí ở chung quanh nhằm đảm bảo điều kiện làm việc cho công nhân vận hành, mặt khác nó còn có nhiệm vụ ngăn cản việc lọt gió lạnh ở ngoài vào trong buồng lửa và đường khói

Theo tiêu chuẩn vận hành, để đảm bảo an toàn cho công nhân vận hành, nhiệt độ không khí ở khu làm việc phải nhỏ hơn 50oC Vì vậy tường lò phải cách nhiệt tốt đảm bảo điều kiện nhiệt độ mặt ngoài của tường lò không được vượt quá

50oC Thông thường, tường lò tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa và dòng khói, chịu tác dụng phá hủy do mài mòn của tro bay, ăn mòn của xỉ nên tường lò được cấu trúc gồm 3 lớp:

Lớp trong cùng là vật liệu chịu lửa, xây bằng gạch chịu lửa, chịu được tác dụng của nhiệt độ cao, ăn mòn và mài mòn của xỉ Lớp thứ hai là vật liệu cách nhiệt, có tác dụng cách nhiệt và ngoài cùng là lớp tôn mỏng vừa có tác dụng bảo vệ lớp cách nhiệt vừa có tác dụng trang trí

Vật liệu chịu lửa: ở lò hơi thường dùng các loại vật liệu chịu lửa như: Samot, Cromit Yêu cầu đối với vật liệu chịu lửa là độ chịu lửa, độ bền nhiệt, độ chịu xỉ cao

- Độ chịu lửa: là khả năng chịu được nhiệt độ cao (trên 1500oC), tức là vẫn giữ được các tính chất cơ học và vật lý ở nhiệt độ cao

- Độ bền nhiệt: là khả năng chịu được sự thay đổi nhiệt độ nhiều lần mà không

bị thay đổi về cấu tạo và tính chất

- Độ chịu xỉ: là khả năng chịu được sự mài mòn và ăn mòn hóa học của xỉ Samốt là loại vật liệu được sử dụng nhiều vì có sẵn trong tự nhiên, rẻ tiền,

có thể chịu được nhiệt độ đến 1730oC, thường được sản xuất ra dưới dạng bột hoặc gạch có kích thước tiêu chuẩn

Cromit có thể chịu nhiệt độ đến 2000oC, đắt tiền, thường dùng trong lò hơi

ở dạng bột để làm vữa trát lên một phần dàn ống của buồng lửa (ngang vòi phun) để tạo thành đai cháy của lò Ở những vùng có nhiệt độ cao hơn (trên 2000oC) cần phải dùng zirconi, loại này có độ chịu lửa cao nhưng đắt tiền

Amiăng: là vật liệu có cấu tạo dạng sợi vải, bìa, dây, bột, thờng đợc dùng ở những nơi có nhiệt độ từ 100 đến 500oC Hệ số dẫn nhiệt của Amiăng trong khoảng từ 0,12 đến 0,14 W/moC

Bông thủy tinh (bông khoáng): gồm những sợi thủy tinh do nấu chảy

đá khoáng, xỉ hay thủy tinh, có thể sử dụng ở những vùng có nhiệt độ đến 600oC Hệ

số dẫn nhiệt của bông thủy tinh phụ thuộc vào bề dày của sợi, độ nén của sợi, dao động trong khoảng từ 0,0490 đến 0,0672 W/moC

Điatonit: là loại vật liệu cách nhiệt có thể chịu được nhiệt độ đến 1000oC, tuy nhiên ở nhiệt độ cao thì hệ số dẫn nhiệt bị giảm nhiều, do đó thường dùng ở nhiệt độ thấp hơn dưới dạng gạch hoặc bột như samốt

2.3 Cụm pheston

Cụm pheston chính là các ống của dàn ống sinh hơi tường sau nối với bao hơi tạo thành cụm ống thưa hơn để cho khói đi qua ra khỏi buồng lửa Do nhiệt độ của khói phân bố không đều theo chiều rộng buồng lửa, thành phần và kích thước nhiên liệu không đồng nhất nên có một số hạt nhiên liệu kích thước nhỏ đang bị nóng chảy bị thổi bay ra khỏi buồng lửa có thể bám vào các bề mặt ống của bộ quá nhiệt gây hiện tượng đóng xỉ Nhờ cụm pheston nhận bớt nhiệt, nhiệt độ dòng khói có thể giảm bớt 50oC, đảm bảo cho những hạt tro nóng nguội đi và rắn lại, hạn chế hiện tượng đóng xỉ ở bộ quá nhiệt Ở cụm pheston các ống được bố trí thấp hơn nên không

có hiện tượng đóng xỉ ở đó

2.4 Bao hơi

Dàn ống buồng lửa, cụm pheston của lò hơi tuần hoàn được nối trực tiếp với bao hơi đặt nằm ngang trên đỉnh lò hoặc nối qua các ống góp trung gian Nước cấp từ bộ hâm nước được đa vào bao hơi, từ bao hơi nước được đi xuống theo các ống nước xuống, qua các ống góp dưới đi vào toàn bộ dàn ống buồng lửa, tại đây nước nhận nhiệt biến thành hơi Dòng hỗn hợp hơi và nước sinh ra trong các ống sinh hơi sẽ đi vào bao hơi và hơi được phân ly ra khỏi nước rồi sang bộ quá nhiệt

2.5 Bộ quá nhiệt

2.5.1 Vai trò bộ quá nhiệt

Bộ quá nhiệt là bộ phận sấy khô hơi, gia nhiệt cho hơi biến hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn, do đó nhiệt lượng tích lũy trong một đơn vị khối lượng hơi quá nhiệt cao hơn nhiều so với hơi bão hòa ở cùng áp suất Ở

áp suất hơi 120 bar và cao hơn, hiệu suất cải thiện của chu trình là ~1% cho mỗi 20°C tăng lên trong quá nhiệt Bởi vậy khi công suất máy giống nhau nếu dùng hơi quá nhiệt thì kích thước máy sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với máy dùng hơi bảo hòa

Để nhận hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao cần phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói

có nhiệt độ cao (trên 700oC)

Các lò hơi có áp suất, nhiệt độ hơi quá nhiệt càng cao thì tỷ lệ giữa lượng nhiệt cần cấp để quá nhiệt hơi trong bộ quá nhiệt với lượng nhiệt cần cấp để đun sôi nước trong dàn ống sinh hơi càng cao, nhất là lò có quá nhiệt trung gian hơi, khiến cho kích thước bộ quá nhiệt rất lớn Khi đó nếu chỉ đặt bộ quá nhiệt ở sau cụm pheston thì độ chênh nhiệt độ giữa khói và hơi sẽ giảm nên diện tích bề mặt ống của bộ quá nhiệt sẽ rất lớn, có thể sẽ không đủ chỗ bố trí, do đó cần thiết phải bố trí bộ một phần của quá nhiệt vào trong buồng lửa để hấp thu nhiệt bức xạ nhằm giảm bớt kích thước bộ quá nhiệt

Đối với lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt từ 510oC trở xuống thì bộ quá nhiệt thường được đặt ở vùng khói có nhiệt độ dưới 1050oC, thường là đặt ở đoạn đường khói nằm ngang sau cụm ống pheston ở đây trao đổi nhiệt giữa khói và cụm ống chủ yếu là trao đổi nhiệt đối lưu, nên gọi là bộ quá nhiệt đối lưu

Đối với lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt cao hơn 510oC, bộ quá nhiệt được đặt ở cửa ra buồng lửa (trước cụm pheston) ở đây bộ quá nhiệt vừa nhận nhiệt đối lưu từ dòng khói đi qua, vừa nhận nhiệt bức xạ từ buồng lửa nên gọi là bộ quá nhiệt nửa bức

Bộ quá nhiệt gồm phần đối lưu, nửa bức xạ và bức xạ được gọi là bộ quá nhiệt

tổ hợp Tỷ lệ giữa các phần này được phân bố phụ thuộc vào thông số của lò hơi

2.5.2 Cấu tạo bộ quá nhiệt

Bộ quá nhiệt thường được chế tạo gồm những ống xoắn nối vào các ống góp Ống xoắn bộ quá nhiệt là những ống thép uốn gấp khúc có đường kính từ 32 – 45mm

Hình: các dạng ống xoắn của bộ quá nhiệt a)Ống đơn; b)Ống kép đôi; c)Ống kép ba; d)Ống kép bốn

Để nhận được hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao (có thể lên đến 5600C), cần phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao (trên 7000C) Khi đó nhiệt độ hơi trong ống và nhiệt độ khói ngoài ống của bộ quá nhiệt đều cao, yêu cầu các ống thép của

bộ quá nhiệt phải được làm bằng thép hợp kim Kích thước của bộ quá nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ hơi quá nhiệt Về cấu tạo chia làm 3 loại:

2.5.2.1 Bộ quá nhiệt đối lưu

Bộ quá nhiệt đối lưu thường được chế tạo gồm những ống xoắn, hai đầu được nối vào 2 ống góp Ống xoắn bộ quá nhiệt là những ống thép chịu nhiệt uốn gấp khúc nhiều lần đảm bảo cho đường khói cắt đường hơi nhiều lần Mỗi ống xoắn được uốn

gấp khúc trong một mặt phẳng, nhiều ống xoắn cùng nối vào một ống góp tạo thành cụm ống Ống có đường kính từ 28-42 mm, chiều dày từ 3 đến 7 mm

Các ống xoắn của bộ quá nhiệt có thể đặt nằm ngang hoặc đặt đứng phụ thuộc vào kiểu lò hơi

Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang thường dùng cho các lò hơi nhỏ có ống sinh hơi nằm nghiêng Khi đó người ta bố trí ống xoắn nằm ngang để tận dụng triệt

để các khoảng không gian trong đường khói của lò

Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang có ưu điểm là có thể xả được nước đọng

do hơi ngưng tụ khi ngừng lò nên tránh được hiện tường ăn mòn ống xoắn khi lò nghỉ

Nhược điểm lớn nhất của bộ quá nhiệt loại này là hệ thống treo đỡ các ống xoắn Vì các ống xoắn nằm ngang nên phải được giữ bởi các đai thép chịu nhiệt dài bằng chiều sâu của cụm ống và được treo lên khung lò Hệ thống treo đỡ không được làm mát nên sẽ có nhiệt độ rất cao, làm việc trong điều kiện rất năng nề, dễ hư hỏng

Ở các lò hơi hiện đại ống nước đứng thường bố trí bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng, có ống góp hơi đặt song song với bao hơi

Ưu điểm của bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng là hệ thống treo đỡ đơn giản, làm việc nhẹ nhàng hơn so với ống xoắn nằm ngang

Nhược điểm của bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng là khi lò nghỉ nước đọng trong các ống xoắn do hơi ngưng tụ sẽ gây ăn mòn các ống xoắn, mặt khác nó cản trở không cho hơi thoát qua bộ quá nhiệt lúc khởi động lò và tạo thành các túi hơi trong các ống xoắn làm ống bị đốt nóng quá mức Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng được biểu diễn như hình sau

Hình: bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng

Để cố định các ống xoắn với nhau người ta thường dùng các tấm gang chịu nhiệt hình răng lược để cài các ống xoắn hoặc dùng các thanh nẹp bằng thép chịu nhiệt Hệ thống treo bộ quá nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang được biểu diễn trên hình sau

Hình: Hệ thống treo bộ quá nhiệt ống xoắn đặt đứng

Các ống xoắn của bộ quá nhiệt được đặt đứng sẽ khắc phục được ảnh hưởng của chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao đường khói đến lượng nhiệt hấp thu của từng ống xoắn

Các ống dẫn hơi từ bao hơi đến bộ quá nhiệt thường được đặt trên trần lò, nó vừa có thể hấp thu nhiệt, vừa làm mát trần lò Các ống trên trần và các ống xoắn của

bộ quá nhiệt được giữ bằng các đai (các thanh lượn sóng), giữa đai và ống có lót một lớp đệm amiăng để bảo vệ ống

Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt lớn hơn nhiệt độ bão hoà khoảng 200oC trở lên thì người ta chia bộ quá nhiệt thành hai hoặc ba cấp nối tiếp nhau theo đường hơi đi theo thứ tự cấp một, cấp hai và cấp ba, giữa các cấp là các ống góp hơi được nối với nhau

Độ gia nhiệt của mỗi cấp khoảng từ 100-150oC, hấp thu một lượng nhiệt khoảng 200-350 kJ/kg

Khi tách ra như vậy thì độ gia nhiệt của mỗi cấp không lớn lắm và các cấp có nhiệt độ hơi trung bình khác nhau nên mỗi cấp được chế tạo bằng một loại vật liệu phù hợp với nhiệt độ làm việc của nó do đó tiết kiệm được vật liệu đắt tiền Ví dụ lò trung áp có nhiệt độ hơi quá nhiệt khoảng 450oC thì bộ quá nhiệt được chia thành hai cấp, hơi ra khỏi bộ quá nhiệt cấp hai có nhiệt độ 450oC nên bộ quá nhiệt cấp hai được chế tạo bằng thép hợp kim crom-molipđen, trong khi đó hơi ra khỏi bộ quá nhiệt cấp một có nhiệt độ khoảng 360 - 380oC nên bộ quá nhiệt cấp một có thể được chế tạo bằng thép carbon Mặt khác khi tách ra như vậy, giữa các cấp có thể bố trí thiết bị điều chỉnh nhiệt độ hoặc tạo điều kiện làm đồng đều chênh lệch trở lực và nhiệt độ giữa các ống xoắn

Thông thường bộ quá nhiệt cấp hai nằm gần cửa khói ra khỏi buồng lửa ở đây khói có nhiệt độ cao nên để giảm nguy cơ đóng xỉ trên ống, các ống xoắn thường được bố trí song song đồng thời cần đảm bảo bước ngang tương đối S1 /d ≥ 4,5 và bước dọc tương đối S2 /d ≥ 3,5 Bộ quá nhiệt cấp một đặt sau, nằm ở vùng khói có nhiệt độ thấp hơn, nên để tăng khả năng đối lưu của khói thì các ống xoắn được bố trí so le

Các ống xoắn này có thể được bố trí là ống đơn hay ống kép Việc chọn bố trí ống đơn hay kép phụ thuộc vào số lượng ống của bộ quá nhiệt, việc đảm bảo tốc độ hơi và kích thước đường khói (chỗ đặt bộ quá nhiệt)

Hơi trong ống của bộ quá nhiệt phải đảm bảo tốc độ trong một phạm vi nào đó

đủ để làm mát cho ống Khi bố trí ống kép thì tốc độ khói không thay đổi, nhưng tốc

độ hơi sẽ giảm đi 2 lần nên nếu tốc độ nhỏ quá thì có thể sẽ không đảm bảo được điều kiện làm mát ống đồng thời còn gây nên chênh lệch nhiệt giữa các ống xoắn do phân

bố lưu lượng qua các ống không đều

2.5.2.2 Bộ quá nhiệt nửa bức xạ

Với những lò cao và siêu cao áp có nhiệt độ hơi quá nhiệt từ 530oC trở lên thì

độ quá nhiệt hơi rất lớn nên kích thước bộ quá nhiệt sẽ rất lớn và nhất là những lò có quá nhiệt trung gian hơi, khi đó cần thiết phải có một phần bộ quá nhiệt là bức xạ hoặc nửa bức xạ

Bộ quá nhiệt nửa bức xạ là những chùm ống xoắn chữ U hoặc chữ L được chế tạo dạng dàn phẳng, được bố trí ở phần trên buồng lửa hay ở cửa ra buồng lửa Các dàn được đặt cách nhau từ 0,7 đến 0,9m (bước ngang S1 ) để khói dễ dàng lưu thông

qua đồng thời tránh khả năng tạo nên cầu xỉ giữa các dàn ống Các dàn có thể được đặt đứng hay nằm ngang

Để giữ khoảng cách giữa các dàn ống người ta dùng các ống giữ Các ống này cũng chính là ống hơi của dàn được uốn cong chữ V, các ống giữ được nối với nhau bằng nẹp giữ

Hình: Cấu tạo của bộ quá nhiệt nửa bức xạ

2.5.2.3 Bộ quá nhiệt bức xạ

Bộ quá nhiệt bức xạ là những dàn ống đặt trên trần buồng lửa hoặc các ống nằm xen kẽ với các ống sinh hơi trên tường buồng lửa Ở đây các ống nhận nhiệt bằng bức xạ từ ngọn lửa với nhiệt độ cao nên cường độ trao đổi nhiệt lớn Phụ tải nhiệt của

bộ quá nhiệt bức xạ thường lớn hơn bộ quá nhiệt đối lưu từ 3 - 5 lần nên nhiệt độ vách ống cũng cao hơn nhiệt độ hơi từ 100 - 140oC, do đó yêu cầu rất cao về kim loại chế tạo và chế độ vận hành Tuy nhiên do có phụ tải nhiệt lớn nên khi bố trí bộ quá nhiệt bức xạ sẽ giảm đáng kể kích thước bộ quá nhiệt đối lưu của lò

Hình: Đặc điểm của bộ quá nhiệt bức xạ và đối lưu

2.5.3 Cách bố trí bộ quá nhiệt

Việc bố trí cho hơi đi vào phần nào trước trong bộ quá nhiệt tổ hợp hay bố trí cho hơi và khói chuyển động thuận chiều, ngược chiều hay hỗn hợp trong bộ quá nhiệt đối lưu là tùy thuộc vào thông số của hơi ra khỏi bộ quá nhiệt Bộ quá nhiệt được bố trí sao cho lợi nhất về mặt truyền nhiệt để giảm được lượng kim loại tiêu hao đồng thởi đảm bảo tối ưu về kim loại chế tạo các phần của bộ quá nhiệt, để khi làm việc nhiệt độ vách ống không vượt quá trị số cho phép

Hình: cách bố trí bộ quá nhiệt

2.5.3.1 Bố trí ngược chiều

Cách bố trí này có độ chênh nhiệt độ trung bình giữa khói và hơi sẽ cao hơn

so với bố trí kiểu thuận chiều nên diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị sẽ giảm xuống Nhưng khi đó ở phía hơi ra vừa có nhiệt độ cao vừa có nhiệt độ khói cao, kim loại phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nên phải chế tạo loại đắt tiền Trong thực tế, kiểu bố trí này chỉ sử dụng cho lò hơi có nhiệt độ hơi quá nhiệt không vượt quá 450oC

2.5.3.2 Bố trí thuận chiều

Cách bố trí này giúp kim loại trong ống sẽ làm việc trong điều kiện nhẹ nhàng hơn, nhưng độ chênh nhiệt độ trung bình giữa khói và hơi sẽ thấp so với bố trí ngược chiều do đó diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị sẽ tăng lên Vì vậy kiểu bố trí này trong thực tế không được sử dụng

2.5.3.3 Bố trí hỗn hợp (sử dụng kết hợp bố trí thuận chiều và ngược chiều)

Khi nhiệt độ hơi quá nhiệt cao hơn 450oC thì bộ quá nhiệt được bố trí theo kiểu hỗn hợp, hai lần ngược chiều như trong hình Trong thực tế thường bố trí hơi đi ngược chiều với khói trong bộ quá nhiệt cấp một đặt ở vùng khói có nhiệt độ thấp hơn và đi thuận chiều trong bộ quá nhiệt cấp hai đặt ở ngay sau pheston có nhiệt độ khói cao hơn Bố trí theo kiểu này, phía hơi ra có nhiệt độ cao hơn nhưng nhiệt độ khói không cao, kim loại sẽ không bị đốt nóng quá mức

Do trường nhiệt độ và tốc độ khói không đồng đều theo chiều rộng của lò, bám bẩn trên các ống và trở lực của các ống xoắn không đồng đều làm cho khả năng hấp thụ nhiệt của các ống sẽ khác nhau dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa các ống xoắn của bộ quá nhiệt Để khắc phục hiện tượng này, khi bố trí bộ quá nhiệt người ta áp dụng một số biện pháp nhằm làm giảm đến mức tối thiểu độ chênh lệch nhiệt độ giữa các ống xoắn của bộ quá nhiệt như sau:

- Chia bộ quá nhiệt nhiệt ra hai hoặc ba phần để giảm bớt chênh lệch thủy lực giữa các ống do các ống quá dài

- Bố trí cho các dòng hơi đi chéo từ phần này sang phần kia

Hình: Bố trí dòng hơi đi chéo

2.5.4 Điều chỉnh nhiệt độ của hơi quá nhiệt

2.5.4.1 Tầm quan trọng của việc điều chỉnh nhiệt độ của hơi quá nhiệt

Nhiệt độ hơi quá nhiệt là nhiệt độ của hơi ra khỏi ống góp của bộ quá nhiệt nhiệt độ hơi quá nhiệt thay đổi sẽ dẫn đến một loạt thay đổi khác gây ảnh hưởng xấu đến các chế độ làm việc của lò

Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống sẽ làm giảm công suất của lò mặt khác khi cấp hơi cho các tải thì hơi sau khi ra khỏi tải sẽ có nhiệt độ thấp và độ ẩm của hơi tăng lên làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của tải và ăn mòn các chi tiết

Nếu nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng lên quá trị số quy định, khi đó các chi tiết của bộ quá nhiệt và của tải phải làm việc ở điều kiện khắc nghiệt hơn làm ảnh hưởng đến độ bền của kim loại chế tạo

Khi bố trí bộ quá nhiệt theo kiểu tổ hợp cũng có thể có tác dụng điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt trong phạm vi tương đối rộng Ví dụ khi hệ số không khí thừa tăng thì nhiệt độ buồng lửa sẽ giảm, làm giảm lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa, do đó nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa tăng lên, tức là nhiệt độ khói qua bộ quá nhiệt tăng, mặt khác sản lượng hơi bão hoà sinh ra sẽ giảm, nghĩa là lượng hơi đi qua

bộ quá nhiệt giảm, đối với bộ quá nhiệt hoàn toàn đối lưu thì cả hai yếu tố đều tác động làm nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng Nhưng ở bộ quá nhiệt tổ hợp thì khi hệ số không khí thừa tăng thì nhiệt độ buồng lửa sẽ giảm, làm giảm lượng nhiệt trao đổi bức xạ trong buồng lửa, theo lập luận ở trên thì nhiệt độ hơi trong phần quá nhiệt đối lưu sẽ tăng, trong khi đó lượng nhiệt phần quá nhiệt bức xạ nhận được sẽ giảm nên nhiệt độ hơi quá nhiệt trong phần này sẽ giảm, kết quả là nhiệt độ hơi quá nhiệt trong bộ quá nhiệt tổ hợp sẽ thay đổi rất ít hoặc có thể không thay đổi tuỳ thuộc vào tỷ lệ bề mặt hấp thu giữa các phần

Do đó ta phải điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt ổn định và ở trị số phù hợp nhất

2.5.4.2 Các nguyên nhân làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt

Do đóng xỉ ở dàn ống sinh hơi, cụm pheston: khi đóng xỉ ở dàn ống sinh hơi

và cụm pheston thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng

Do thay đổi phụ tải của lò, khi phụ tải tăng lên thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống Ngược lại, khi phụ tải nhiệt giảm thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng

Do thay đổi nhiệt độ nước cấp: khi nhiệt độ nước cấp tăng lên thì độ gia nhiệt nước trong các ống sinh hơi sẽ giảm, do đó nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa ( vào bộ quá nhiệt) sẽ tăng lên làm cho nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng lên và ngược lại

Do thay đổi chất lượng nhiên liệu: khi chất lượng nhiên liệu tăng thì nhiệt lượng trong buồng lửa tăng làm nhiệt độ hơi quá nhiệt cũng tăng theo và ngược lại

Do dao động áp suất trong đường hơi chung ( ở các lò có ống góp hơi chung): Khi áp suất trong đường hơi chung giảm thì lượng hơi ra khỏi lò đi vào ống góp chung tăng lên do đó tình trạng sẽ xảy ra như khi tăng phụ tải

Do thay đổi hệ số không khí thừa: khi hệ số không khí thừa tăng thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng và ngược lại

Do thay đổi trung tâm của ngọn lửa hoặc do máy cấp than bột làm việc không đều vòi phun không đều

Do bám bẩn trên các bền mặt đốt của lò, do ảnh hưởng của việc thổi tro bám

Do có hiện tượng cháy lại trong bộ quá nhiệt: khi có hiện tượng cháy lại trong

bộ quá nhiệt thì nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng

2.5.4.3 Các phương pháp điều chỉnh hơi quá nhiệt

* Điều chỉnh hơi quá nhiệt về phía hơi

Điều chỉnh hơi quá nhiệt về phía hơi tức là tác động trực tiếp vào hơi quá nhiệt làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt

Người ta đặt vào ống góp hơi của bộ quá nhiệt một thiết bị gọi là bộ giảm ôn Cho nước đi qua bộ giảm ôn, do nước có nhiệt độ thấp hơn hơi nên sẽ nhận nhiệt của dòng hơi, làm cho nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống Khi thay đổi lưu lượng nước qua bộ giảm ôn sẽ làm thay đổi nhiệt độ hơi quá nhiệt Tuy nhiên nếu vì một lí do nào

đó mà nhiệt độ nước cấp giảm xuống thì nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm xuống, nhưng mặt khác nhiệt độ nước cấp giảm thì lượng hơi sinh ra cũng giảm theo, đòi hỏi phải tăng lượng nhiên liệu cấp cho lò và khi đó cả nhiệt độ và lưu lượng khói đi vào bộ quá nhiệt đều tăng Hai yếu tố này tác động ngược nhau có thể làm cho nhiệt độ hơi quá nhiệt gần như không thay đổi, do đó không cần thay đổi lưu lượng nước giảm ôn Hiện nay có 2 loại bộ giảm ôn là bộ giảm ôn bề mặt và bộ giảm ôn kiểu hỗn hợp