ôn thi lò hơi nhiệt điện lạnh

1.Phân tích tác hại khi nước không đảm bảo chất lượng.Sự có mặt của các tạp chất trong nước cấp có thể dẫn đến tạo ra cáu cặn bám trên bề mặt đốt của lò hơi và phá hủy chế độ làm việc bì

1.Phân tích tác hại khi nước không đảm bảo chất lượng.

Sự có mặt của các tạp chất trong nước cấp có thể dẫn đến tạo ra cáu cặn bám trên bề mặt đốt của lò hơi và phá hủy chế độ làm việc bình thường của lò, làm xấu chất lượng hơi và ăn mòn các chi tiết kim loại đường hơi và nước

Hàm lượng các chất lơ lửng, chất khô, các vật chất hữu cơ, độ cứng và độ kiềm tổng quát của nước càng cao thì nước càng bẩn, dễ hình thành các lớp cáu, cặn đóng trong hệ thống đường ống và các thiết bị, gây tắc nghẽn hệ thống, giảm lưu lượng hơi đi trong các ống,tăng trở lực đường ống, hơn nữa các lớp cáu bẩn này

có nhiệt trở khá lớn sẽ cản trở quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và khói làm cho các bề mặt kim loại tiếp xúc với khói làm việc ở nhiệt độ cao làm giảm nhanh tuổi thọ của ống, trường hợp nguy hiểm hơn nếu áp suất hơi trong lò vượt quá ứng suất mỏi cho phép của ống sẽ gây hiện tượng nổ ống

Nống độ ion hiđro trong nước quá cao sẽ làm cho nước có tính axit, dễ gây ăn mòn đường ống, làm giảm tuổi thọ của ống, dễ gây thủng ống dẫn đến rò rỉ nước, hơi, làm giảm năng suất hơi của lò

Các chất khí hòa tan trong nước như N2, O2, CO2 cũng có tác dụng ăn mòn kim loại, đặc biệt sự xuất hiện của O2 sẽ đẩy nhanh quá trình oxi hóa kim loại trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao của lò

2 Trình bày phương pháp xử lý nước cấp cho lò hơi bằng lắng cặn

Tùy theo hóa chất dùng mà có các phương pháp sau:

Vôi hóa: Dùng Ca(OH)2, Vôi – Xô đa: Dùng Ca(OH)2 + Na2CO3 Xút: Dùng NaOH

Xút – Vôi: Dùng NaOH + Ca(OH)2 Xút – Xô đa: Dùng NaOH + Na2CO3 Làm mềm nước bằng phương pháp lắng cặn dựa trên cơ sở chuyển các muối hòa tan trong nước thành những hợp chất ít hòa tan và lắng xuống Mục đích chính

là loại bỏ các ion Mg2+; Ca2+; HCO- 3 bằng cách đưa vào nước các ion OH - và CO32- Hóa chất dùng là NaOH, Ca(OH)2 ; Ba(OH)2 ; Na3(PO4); Na2CO3…

Dùng OH- phản ứng với HCO3-, với CO2 hòa tan trong nước để tạo CO32- Ngoài ra OH- còn làm kết tủa Mg2+

HCO- 3 + OH - → H2O + CO3

CO2 + 2OH- → H2O + CO3

2-Ion CO32- kết hợp với ion Ca2+ tạo ra CaCO3 ít hòa tan và lắng xuống

Ca2+ +CO32- → CaCO3

Ion OH+ kết hợp với Mg2+ sẽ tạo ra magie hidroxit ít hòa tan

Mg2+ + OH- → Mg(OH)2

Ngoài ra khi dùng Ca(OH)2 thì có thể làm lắng sắt, một phần axit silicic

Khi lắng các muối của độ cứng cacbonat thì hàm lượng muối trong nước giảm xuống

Để tăng cường quá trình thì đồng thời với việc làm mềm nước người ta cũng tiến hành keo tụ nước bằng cách đốt nóng nước mềm và đưa vào một lượng dư chất phản ứng

3 Trình bày các phương pháp xử lý nước bằng trao đổi ion

Có 2 phương pháp xử lý nước bằng phương pháp trao đổi ion là xử lý bằng phương pháp trao đổi cation và anion

+ Xử lý bằng phương pháp trao đổi cation:

Các cation thường dùng là NaR, HR, NH4R, trong đó R là gốc cationit Vật liệu cationit cần có đủ độ bền cơ học, độ bền hóa học và có khả năng trao đổi ion lớn

- Khi dùng cationit natri NaR thì xảy ra sự trao đổi ion theo các phản ứng:

Ca2+ + 2Na+R- → Ca2+R2- + 2Na+

Mg2+ + 2Na+R- → Mg2+R2- + 2Na+ Hoặc:

Ca(HCO3)2 + 2NaR → CaR2 + 2NaHCO3 Mg(HCO3)2 + 2NaR → MgR2 + 2NaHCO3 CaCl2 + 2NaR → CaR2 + 2NaCl

MgCl2 + 2NaR → MgR2 + 2NaCl CaSO4 + 2NaR → CaR2 + Na2SO4 MgSO4 + 2NaR → MgR2 + Na2SO4 Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là đưa ion Na+ vào sẽ kết hợp với HCO3 -rồi phản ứng tiếp với nước tạo thành NaOH, làm tăng độ kiềm natri của nước lò Ca(HCO3)2 + 2Na+R- → Ca2+R2 + 2NaHCO3

2NaHCO3 → Na2CO3+ CO2 + H2O

Na2CO3 + H2O → 2NaOH + O2

Để hoàn nguyên NaR dùng NaCl có nồng độ (6-8)%

CaR + 2NaCl → 2NaR + CaCl2

MgR + 2NaCl → 2NaR + MgCl2

- Khi dùng cationit hydro HR ta có các phản ứng sau:

Ca2+ + 2H+R- → Ca2+R2- + 2H+

Mg2+ + 2H+R- → Mg2+R- 2 + 2H +

2HR + Ca(HCO3)2 → CaR2 + H2O + CO2

2HR + Mg(HCO3)2 → MgR2 + 2H2O + CO2

2HR + CaSO4 → CaR2 + H2SO4

2HR + MgCl2 → MgR2 + 2HCl

2HR + CaCl2 → CaR2 + 2HCl

Nhược điểm của phương pháp này là trong quá trình trao đổi HR, mọi cation trong nước sẽ được thay thế bằng H+ nên các sunfat clorua và natri canxi có trong dung dịch sẽ biến thành các axit khoáng tự do làm tăng độ axit trong nước lò Vì vậy người ta thường phối hợp 2 phương pháp trên để thu được nước trung hòa

Để hoàn nguyên HR người ta dùng axit sunfuric có nồng độ (1 – 1,5)% hay axit clohidric

CaR2 + H2SO4 → 2HR + CaSO4

MgR2 + H2SO4 → 2HR + MgSO4

- Khi dùng cationit amon NH4 R độ cứng của nước cũng giảm đến còn rất nhỏ

nhưng sẽ để lại trong nước lò ion NH4+ Ion này kết hợp với các anion khác trong nước lò tạo thành các muối dễ bị phân hủy nhiệt và sản phẩm cuối cùng sẽ sinh ra NH3 và các axit gây ăn mòn

NH4Cl → NH3 + HCl

(NH4)2SO4 → NH3 + H2SO4

Sự có mặt của NH3 va oxy trong nước sẽ gây ăn mòn các hợp kim đồng Thường

sử dụng phương phương pháp này với phương pháp trao đổi NaR

CaR2 + 2NH4Cl → 2NH4R + CaCl2

+ Xử lý bằng pp trao đổi anion:

Mục đích chính của phương pháp này là khử các axit có trong nước Các anion thường dùng là RaOH, Ra2CO3, RaHCO3, trong đó Ra là gốc anionit Các anion của muối và axit trong nước sẽ trao đổi với anion trong hợp chất của anionit

RaOH + H2SO4 → RaSO4 + H2O

RaOH + HCl → RaCl + H2O

Dùng các anionit khác nhau như : Ra2CO3, RaHCO3

Trao đổi anion sẽ khử được triệt để các axit trong nước vì thế người ta đặt bình

HR trước bình trao đổi ion

4 Phân tích các ảnh hưởng khi hơi không đảm bảo chất lượng và nguyên nhân làm bẩn hơi bão hòa

+ Các yêu cầu về độ sạch của hơi:

Chất lượng hơi do lò sản xuất ra gồm các thông số (áp suất, nhiệt độ) và độ sạch của hơi tức là số lượng và thành phần của các tạp chất như các muối và khí chứa trong hơi

Mức độ làm việc kinh tế của tuốc bin hơi phụ thuộc vào thông số và độ sạch của hơi Các tạp chất chứa trong hơi đặc biệt là các muối sẽ bám vào các ống của bộ quá nhiệt và vào phần truyền hơi của tuabin

Khi muối bám vào tua bin sẽ gây những hậu quả có hại:

- Làm giảm độ kinh tế của tuabin vì độ nhám của cánh quạt tăng lên và biên dạng của các rãnh bị sai đi, sẽ làm tăng tổn thất thủy lực

- Làm tăng giáng áp giữa các tầng tuốc bin làm tang ứng suất trong các cánh quạt, giảm lượng hơi qua tua bin, giảm công suất qua tuabin

Thông số hơi càng cao thì yêu cầu về độ sạch của hơi cũng tăng lên

Phải dùng các biện pháp khác nhau để thu đk hơi sạch tức là hơi có chứa ít tạp chất (bay hơi và ko bay hơi)

Tạp chất bay hơi gồm: N2, NH3, CO2 và H2

Tạp chất ko bay hơi: chất rắn hòa tan hay lơ lửng trong nước lò

Duy trì các tạp chất ko bay hơi trong hơi ở mức độ dảm bảo sự làm việc của tuốc bin trong t/gian dài mà ko có sự giảm rõ rệt về kinh tế và ko hạn chế công suất

+ Nguyên nhân cơ bản làm bẩn hơi bão hòa:

Thứ nhất là các giọt nước lò bị cuốn theo hơi Trong các giọt ẩm do hơi cuốn theo có chứa các muối hào tan hay muối lơ lửng và các hạt bùn mịn

Nguyên nhân thứ hai là có các muối như: muối silic, sắt, đồng … hòa tan trong hơi bão hòa cao áp

5 Các phương pháp và thiết bị để thu được hơi sạch.

Để thu được hơi sạch phải giảm số lượng các giọt nước lò trong hơi và giảm hàm lượng các vật chất hòa tan trong hơi

Giảm độ ẩm của hơi bão hòa bằng cách phân ly ẩm ra khỏi hơi, giảm hàm lượng các chất hòa tan trong hơi bằng cách giảm nồng độ các tạp chất trong nước lò và rửa hơi qua lớp nước sạch thường là nước cấp Giảm hàm lượng muối của nước lò bằng cách nâng cao độ sạch của nước cấp hay tăng cường xả lò, tiến hành bốc hơi theo cấp

+ Phân ly ẩm ra khỏi hơi:

Thiết bị phân ly ẩm phải thỏa mãn những yêu cầu:

- Giảm được động năng của dòng hỗn hợp hơi và tách được một khối lượng tối đa các giọt nước ra khỏi hơi

- Phân bố đồng đều hơi trong khoang hơi của bao hơi nhằm giảm tốc độ của hơi

- Phân ly cơ học trong thiết bị do sinh ra các lực ly tâm khi dòng hơi chuyển động cong

Ở các lò hơi có bao hơi dung các thiết bị phân ly như:

Tấm chắn: đặt nghiêng 45o so với hướng dòng hơi để dòng hh hơi và nước đập vào Do va đập các giọt lỏng bị mất động năng sẽ tách ra và rơi xuống

Cửa chớp: nhờ lực ly tâm khi dòng hơi ẩm đi ngoặt trong cửa chớp mà ẩm được

phân ly ra

Tấm có khoan lỗ: đảm bảo cấp đồng đều hỗn hợp hơi nước vào bao hơi và lấy

hơi ra khỏi bao hơi người ta còn đặt các tấm khoan lỗ chìm dưới mặt nước và ở chỗ hơi đi vào ống quá nhiệt, các lỗ khan có đường kính (5 – 10)mm

Thiết bị phân ly kiểu xyclon: dòng hơi ẩm đi xoáy trong xyclon sẽ làm các giọt

ẩm va đập vào thành xyclon, mất động năng và rơi xuống, dòng hơi khô được tách

ra và đi ra ngoài qua ống lồng trong xyclon Cho phép thu được hơi rất sạch ngay

cả khi nước lò có độ muối cao

+ Rửa hơi: làm giảm hàm lượng muối tổng và đặc biệt là giảm SiO2 trong hơi bằng cách cho hơi cần làm sạch tiếp xúc với lớp nước sạch

Có nhiều pp cho hơi tiếp xúc nước sạch như:

- Phun nước cấp vào khoang hơi của bao hơi

- Cho các dòng hơi nhỏ đi qua trên bề mặt đk rửa bằng nước cấp

- Cho hơi khuếch tán qua lớp nước cấp

Hơi đk rửa thì các giọt nước có nồng độ muối cao nằm trong hơi sẽ pha trộn với nước sạch, các chất hòa tan trong hơi cũng chuyển sang cho nước Hơi rửa xong đk sấy và sau đó đi vào các ống của bộ quá nhiệt

Việc rửa hơi đk thực hiện trong khoang hơi của bao hơi Đường kính bao hơi ko đk nhỏ hơn 1400 – 1800mm để có đủ ko gian lắp đặt thiết bị

Kết quả là hàm lượng chất rắn hòa tan sau khi rửa giảm đi hang chục lần

+ Bốc hơi theo cấp: Thực chất là tạo ra trong lò 2, 3 hay nhiều vòng tuần hoàn độc

lập có nồng độ nước lò khác nhau Muốn vậy người ta đặt trong bao hơi các vách ngăn để chia khoang nước thành 2, 3 khoang Nước cấp được đưa vào khoang sạch

có kích thước thước lớn nhất và gọi là cấp bốc hơi thứ nhất Nước ở khoang sạch được tháo sang khoang muối ( cấp bốc hơi thứ 2),…

Dùng bốc hơi theo cấp có thể tăng đáng kể nồng độ nước xả mà chất lượng hơi

không bị xấu đi Do đó dùng bốc hơi theo cấp để giảm lượng nước xả hoặc để có thể dùng nước cấp có hàm lượng muối cao hơn

Hàm lượng muối của hơi khi dùng bốc hơi bốc hơi theo cấp được xác định theo các công thưc sau:

Khi có hai cấp bốc hơi:

Ch = [(100 – n11)/100].C1 h + (n11/100).C 11 h , mg/kg

Khi có ba cấp bốc hơi:

Ch =

1

11 111

100

n n

C

+

11 11

100 h

n C

+

111 111

100 h

n C

Trong đó n11 và n111 là sản lượng hơi của cấp bốc hơi thứ hai và thứ 3, %

Hàm lượng muối thứ trong hơi của từng cấp bốc hơi được xác định như sau:

Ch1 = (kt/100).Cnl1, mg/kg

Ch11 = (k2/100).Cnl11, mg/kg

Ch11 = (k3/100).Cnl111, mg/kg

Trong đó: k1, k2, k3 là hệ số bay các chất theo hơi từ cấp bốc hơi thứ 1, thứ 2, thứ 3,

%

Cnl1, Cnl11, Cnl111 là hàm lượng muối của nước lò trong cấp bốc hơi thứ 1, thứ 2, thứ

3, mg/kg

+ Chế độ xả lò:

Tùy thuộc các yêu cầu về độ sạch của hơi mà nồng độ muối trong nước lò phải không được lớn hơn một giá trị xác định Muốn vậy phải tiến hành xả liên tục ra khỏi lò hơi một lượng nước lò có nồng độ muối cao nhất

Cùng với xả lien tục cúng cần phải xả định kỳ lò hơi, việc xả định kỳ được thực hiện ở các ống góp dưới của dàn ống sinh hơi hay bao nước của lò có hai bao hơi

và ở chỗ thấp nhất của các lò hơi nhỏ

Độ xả lò hơi p được tính bằng phần tram của sản lượng lò hơi, tức là:

P=(Dx/D).100%

Dx là lượng nước xả, kg/s

D là sản lượng hơi định mức của lò hơi, kg/s

Lượng nước cấp vào lò hơi Dnc bằng: Dnc = D + Dx , kg/s

6 Vai trò, phân loại bộ quá nhiệt.

+ Vai trò BQN:

Bộ quá nhiệt là bộ phân để sấy khô hơi, gia nhiệt cho hơi, biến hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt Bởi vậy, khi công suất máy giống nhau nếu dung hơi quá nhiệt thì kích thước máy sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với máy dung hơi bão hòa

Để nhận đk hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao thì phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao ( trên 700 C)

Đối với lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt <= 510 C thì bộ quá nhiệt thường đk dặt

ở vùng khói có nhiệt độ <1050 C

+ Phân loại:

Bộ quá nhiệt bức xạ: nhận nhiệt bức xạ từ khói là chủ yếu, th > 560 oC Phải đặt một phần của bộ quá nhiệt ở trên trần buồng lửa hay đặt xen kẽ với các ống sinh hơi trên tường buồng lửa

Bộ quá nhiệt nửa bức xạ: vừa nhận nhiệt đối lưu vừa nhận nhiệt bức xạ từ dòng khói, th > 510oC Dùng cho lò có nhiệt độ hơi quá nhiệt cao hơn 510 C

Bộ quá nhiệt đối lưu: nhận nhiệt đối lưu từ khói là chủ yếu, th < 510oC

Bộ quá nhiệt tổ hợp: một phần đối lưu , một phần nửa bức xạ và một phần bức xạ

7 Sơ đồ cấu tạo bộ quá nhiệt đối lưu.

Bộ quá nhiệt đối lưu: gồm những ống xoắn, hai đầu được nối vào 2 ống góp Ống xoắn là những ống thép chịu nhiệt, uốn gấp khúc nhiều lần đảm bảo cho đường khói cắt đường hơi nhiều 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 3-7mm Có 2 loại:

+ Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt nằm ngang: Dùng cho các lò hơi nhỏ, nhất là lò có

ống nước nghiêng để tận dụng hết các khoảng ko gian trong đường khói của lò

Ưu điểm: có thể xả hết nước đọng do hơi ngưng tụ khi ngừng lò nên tránh được hiện tượng ăn mòn ống xắn khi lò nghỉ

Nhược: hệ thống treo đỡ phức tạp là các đai thép dài bằng chiều sâu của ống ko đk làm mát nên có nhiệt độ rất cao làm việc trong điều kiện rất nặng nề, chóng hỏng

+ Bộ quá nhiệt ống xoắn đặt thẳng đứng: Ở các lò hơi hiện đại, ống nước đứng

thường bố trí BQN ống xoắn đặt đứng, có ống góp hơi đặt song song với bao hơi

Ưu điểm: hệ thống treo đỡ đơn giản, làm việc nhẹ nhàng hơn so với ống xoắn nằm ngang

Nhược: khi lò nghỉ nước đọng trong các ống xoắn do hơi ngưng tụ sẽ gây ăn mòn các ống xoắn, đồng thời nó 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

8 Sơ đồ cấu tạo bộ quá nhiệt nửa bức xạ và bức xạ.

+ Bộ quá nhiệt nửa bức xạ: là những chùm ống xoắn chữ U hoặc L, được chế tạo

dạng dàn phẳng, được bố trí ở phần trên buồng lửa hay ở cửa ra buồng lửa Các dàn cách nhau 0,7-0,9 m để khói dễ dàng lưu thông, đồng thời tránh khả năng tạo cầu xỉ giữa các ống Các dàn có thể đặt đứng hay đặt nằm ngang

Để giữ khoảng cách giữa các ống người ta dùng các ống giữ chữ V, các ống này được nối với nhau bằng nẹp giữ

+ Bộ quá nhiệt bức xạ: là những dàn ống đặt trên trần buống lửa hoặc các ống nằm

xen kẽ với các ống sinh hơi trên tường buồng lửa Các ống nhận nhiệt bằng bức xạ 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 đọ vách ống cũng cao hơn nhiệt độ hơi từ (100-140)C nên 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 BQN bức xạ sẽ giảm đáng kể kích thước BQN đối lưu của lò

9 Bố trí BQN hoàn toàn đối lưu

+ Bố trí kiểu thuận chiều cho hơi quá nhiệt đi thuận với chiều dòng khói

Ống kim loại làm việc trong điều kiện nhẹ nhàng nhưng độ chênh lệch nhiệt

độ trung bình giữa khói và hơi sẽ thấp, diện tích bề mặt TĐN tang lên Thực tế ko

bố trí kiểu này

+ Bố trí kiểu ngược chiều cho hơi quá nhiệt đi ngược chiều dòng khói

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa khói và hơi sẽ cao hơn kiểu thuận chiều, diện tích bề mặt TĐN giảm Nhưng khi đó phía hơi ra vừa có nhiệt độ cao hơn, vừa có nhiệt độ khói cao Kim loại chế tạo đắt tiền và làm việc nặng nề Trong thực tế chỉ dung cho lò có nhiệt độ HQN <= 450 C

+ Bố trí kiểu hỗn hợp:

Khi nhiệt độ HQN > 450 C Thực tế thường bố trí hơi đi ngược chiều với khói trong BQN cấp 1 đặt ở vùng khói có nhiệt độ thấp hơn và đi thuận chiều trong BQN cấp 2 đặt ở ngay sau pheston có nhiệt độ khói cao hơn

10 Bố trí BQN tổ hợp

+ BQN tổ hợp gồm 2 phần: Đối lưu, nữa bức xạ hoặc 3 phần: đối lưu, nữa bx và bx + Có thể bố trí theo nhiều cách:

Đối lưu – nữa bx

Bức xạ - đối lưu

Đối lưu – bx

Bx – đối lưu – bx

+ Khi bố trí BQN đối lưu – nữa bx hơi sẽ đk gia nhiệt trong phần đối lưu trước sau

đó mới qua phần bx, như vậy phần đối lưu nhiệt độ ko cao nên cho phép chọn KL chất lg ko cần cao, nhưng phần bx thì KL phải rất tốt do nhiệt độ khói và hơi đều cao

+ Bố trí BQN đối lưu – bx thì hơi trong phần đối lưu có nhiệt độ cao hơn nên độ chênh nhiệt độ giữa khói và hơi giảm làm tăng diện tích bề mặt phần quá nhiệt đối lưu

+ Bố trí bx – đối lưu cũng có đặc điểm tương tự bố trí đối lưu – bx