BÀI tập lớn NHIỆT điện máy phát hơi nước bản Powerpoint

tự động hóa NM Nhiệt Điện, nhà máy nhiệt điện, nhiệt điện, tự động hóa

Nhóm 3:

Nguyễn Quang Thuận

Lã Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Hà Nguyễn Huy Long

BÀI TẬP LỚN NHIỆT ĐIỆN

NỘI DUNG

I GIỚI THIỆU

II TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1 Vòng tuần hoàn hơi nước

2 Vòng tuần hoàn đốt cháy

3 Thiết kế và xây dựng

4 Các phần tử cấu thành

5 Vách ngăn

III TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG NHIỆT

1 Loại Scoth Marine

2 Loại Firebox

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

I.GIỚI THIỆU

Máy phát hơi nước: chuyển hóa năng lượng

Nhiên liệu hóa thạch

Hơi nước

Quay tua bin

ĐIỆN

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

Sự bố trí của lò hơi nước hiện đại

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1. Vòng tuần hoàn hơi nước

Chúng chảy qua waterwall tubes Ở hầu hết các nồi hơi, vòng tuần hoàn

của nước bắt đầu từ bao hơi nằm ở trên đỉnh lò hơi đi xuyên qua các ống gọi

là downcomers xuống đáy lò hơi và sau đó nó đi qua những bức tường nước

rồi lại trở về bao hơi

Có nhiều lò hơi, năng lượng tuần hoàn là do sự đối lưu, đó có thể là tuần

hoàn tự nhiên được cung cấp đủ bởi sự dịch chuyển diễn ra trong waterwall

giữa phần nóng và phần lạnh

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1. Vòng tuần hoàn hơi nước

a. Tuần hoàn tự nhiên

•. Nhiệt => nước trong waterwall tubers, nước

được gia nhiệt mật độ ngày càng tăng lên và

nổi lên phía trên trong lòng ống và chảy qua

bao hơi đó là do hiện tượng đối lưu

• Khi nước đủ nóng để đạt tới nhiệt độ bão hòa

bong bóng hơi bắt đầu xuất hiện và nổi lên

bao hơi

• Nước lạnh hơn chìm xuống dưới đường ống

qua downcomers

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

a. Tuần hoàn tự nhiên

 Với áp suất trong lò hơi tăng tới áp

suất tới hạn 3206,2 psia thì không

còn tuần hoàn tự nhiên.

 Lò hơi với ấp suất thấp khoảng

1800 psia có thể đã không thích

hợp với tuần hoàn tự nhiên.

 Với áp suất 2400 psia thì tuần hoàn

cưỡng bức hầu hết là cần thiết.

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1 Vòng tuần hoàn hơi nước

b Tuần hoàn cưỡng bức

.Bơm thường đặt ở trong ống downcomers để

thúc đẩy sự tuần hoàn, điều đó đã cho phép

áp suất làm việc cao hơn và điều khiển được

chu trình tuần hoàn tốt hơn.

 Tuần hoàn trong lò hơi có thể được điều

khiển bởi orifice thường đặt dưới ống, chúng

đảm bảo dòng chảy được phân bố đều trong

mọi ống của waterwall tubes.

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1. Vòng tuần hoàn hơi nước

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1. Vòng tuần hoàn hơi nước

Với áp suất trên tới hạn lò hơi dạng once-through dùng tuần hoàn tạm thời

bằng cách khởi động lại cho đến khi áp suất đến dưới tới hạn Nhìn chung 1 flash tank hoặc buồng trộn và bơm cưỡng bức được sắp xếp thành 1 vòng

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1. Vòng tuần hoàn hơi nước

Để tăng hiệu suất ta sử dụng các khu vực đặc biệt:

•. Superheater: tăng thêm nhiệt lượng cho hơi nước sau khi ra khỏi bao hơi

và trước khi đi qua tua bin

•. Reheaters: hâm lại hơi nước sau khi nó đi qua 1 phần tua bin, và đôi khi nó

được hâm lại 2 lần

•. Một bộ phận trao đổi nhiệt đặc biệt khác trong lò hơi gọi là economizer, nó

làm cho khí nhiên liệu truyền nhiệt đến nước trước khi vào lò hơi

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

1. Vòng tuần hoàn hơi nước

Sự trao đổi nhiệt trong waterwall tuber: sự chuyển pha giữa nước và hơi

gồm 2 phần riêng biệt:

.Quá trình hình thành nhân sôi

.Quá trình hình thành màng sôi

Trạng thái chuyển giao giữa quá trình tạo thành nhân sôi và màng sôi

được gọi là departure from nucleate boiling (DNB) Nó vô cùng quan trọng

trong thiết kế máy phát hơi nước và quá trình làm việc để giải thoát toàn bộ nhiệt trong lò và đủ để quá trình DNB không đạt tới Nếu DNB xảy ra nó sẽ phá hủy toàn bộ đường ống bởi sự quá nhiệt

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

2 Vòng tuần hoàn đốt cháy

Sự gia nhiệt trong nước và sinh hơi gắn chặt

với sự truyền nhiệt:

b Bộ gia nhiệt không khí đốt cháy

Giảm thiểu tổn thất nhiệt và tránh giảm hiệu

suất nhà máy.

balanced-draft boiler

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

Tổng quan về máy phát hơi nước chúng ta chỉ ra những đánh giá ước lượng giữa chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế Một số thông số được đánh giá cho bản thiết kế hoàn chỉnh bao gồm:

• Tốc độ nhiệt được giải phóng.

• Nhiệt độ bốc hơi

• Tro bụi.

• Khí NOx.

• Hiệu suất nhiên liệu

• Nhiệt độ hơi nước

=> Các vấn đề cần giải quyết: giảm tro bụi, khí NOx …

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

a. Khu vực đối lưu

Khu vực đối lưu: diện tích lớn, số lượng nhiệt trao đổi lớn và tại đây không khí được làm lạnh từ 2000 oF (1093 oC) xuống

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

b. Khu vực áp suất

Máy phát sinh hơi được thiết

kế phù hợp với khu vực I của

“ASME Boiler and Pressuare

Vessel Code” Độ dày của

phần áp suất này phải được

lựa chọn một cách cẩn thận để

vật liệu chịu được áp suất lớn

trong nhiệt độ cho phép

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

c. Sự phụ thuộc vào nhiên liệu trong thiết kế

Loại nhiên liệu và chất lượng nhiên liệu dùng để

đốt cháy đặc biệt là than đá chiếm 1 phần quan

trọng trong thiết kế của lò hơi:

khu vực địa lý khai thác

biến đổi dựa vào tỉ lệ giữa những vật chất dễ

bay hơi với Cacbon trong than

khác nhau

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

d Lò hơi và bức tường nước

• Cấu trúc của ống có dạng hình hộp, được

ứng dụng ở phần lớn khu vực nước được

làm lạnh và bề mặt hấp thụ nhiệt.

• Lò hơi với những bức tường đường ống

nước phải được thiết kế để cho những khối

lỏng chảy qua giữ cho nhiệt độ kim loại làm

đường ống ở mức an toàn.

=> thiết kế 1 chiếc bơm để cho quá trình tuần

hoàn diễn ra nhanh hơn.

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

d. Lò hơi và bức tường nước

Loại ống hình hộp lớn hơn được

thay thế bởi membrane wall được

làm bằng những thanh thép được

hàn với nhau xen kẽ với các ống

=> với cấu trúc này, chu trình tuần

hoàn tự nhiên và cưỡng bức dùng

được cho tất cả những loại có nhiên

liệu đốt cháy khác nhau

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

e Bao hơi

 Nó đóng vai trò đứng đầu trong việc

phân chia nước xuống ống downcomer.

 Tạo hơi từ nước một cách có quy luật.

 Bên trong bao hơi bao gồm:

 Ống dẫn nước.

 Ván hoặc ống nối ra.

 Thiết bị dẫn hóa chất

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

e Bao hơi

.Ống Blowdown nối tiếp:

 Hóa chất được phun hướng vào bao hơi và những chất rắn đã phân hủy khác mà chúng có thể vào lò hơi và không di chuyển cùng với hơi nước Kết quả, những chất

rắn bị phân hủy tập trung ngày càng tăng Ống Blowdown nối tiếp di chuyển những

chất rắn bị phân hủy và cặn từ nước bằng đẩy liên tục phần nước chứa những chất rắn này Nước chảy về thay thế phần nước bị mất.

. Ống blowdown nối tiếp đặt ở bao hơi tại điểm dưới mực nước thấp nơi mà sự tập

trung của chất rắn này hướng tới mực nước cao nhất Xác định kích cỡ van

blowdown thường được dùng để điều khiển tốc độ chảy trong ống blowdown, van có

thể xác định phần trăm số lần mở, thời gian mở của vòng quay

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

e Bao hơi

.Bộ phận thoát hơi ra: Chúng thường là chuỗi nối tiếp những ống nằm trên bao hơi chứa hơi

nước đi đến superheater.

.Máy sấy: loại trừ hơi ẩm còn dư trong hơi di chuyển đến bao hơi.

 Những phần kết nối vào bao hơi nhằm mục đích chính là điều khiển.

 Thiết bị đo mực nước gắn trên phần cuối của bao hơi hiển thị mức nước

 Thiết bị đo áp suất và cặp nhiệt điện gắn trên bao hơi để đo áp suất nhiệt độ

 Thiết bị tuyến tính cung cấp đầu ra để điều khiển theo cấp độ trong bao hơi.

 Bao hơi có một vài lỗ thông hơi suốt chiều dài của nó Chúng làm việc suốt từ lúc khởi động

để thông không khí từ bao hơi Suốt quá trình đóng tắt, lò hơi lạnh đi, chúng được mở ra để ngăn chân không trong lò hơi.

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

e. Bên trong bao hơi

Bên cạnh những vách ngăn, bao hơi bên trong có thể được chia tách theo lực ly tâm để phân chia nước , hơi và máy sấy, với những tấm được gấp nếp làm lệch hướng hơi và nước

• Máy tách ly tâm: được chia ra theo lực ly tâm,

thiết kể theo kiểu lốc xoáy thẳng đứng, vì vậy

hơi+nước trộn lẫn chảy theo đường vòng tròn,

nước nặng hơn lắng đọng thành giọt nhỏ chảy

qua phần bên ngoài tường Ở đây, nước được

đọng lại và chảy lại theo dòng nước đến bao

hơi Hơi tiếp tục bốc hơi đến máy lọc hơi

II.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG HƠI NƯỚC

3. Thiết kế và xây dựng

e. Bên trong bao hơi

.Máy lọc hơi: Trong máy sấy có sự pha trộn hơi+nước Nước bị “bẫy” dính

vào kim loại và bị dẫn trở lại đến phần nước đọng; từ đó nó trở lại chu trình Hơi bay từ máy lọc hơi trở thành 1 bộ phận của máy sấy, nó là phần cuối

cùng của bộ phận tách, và ra khỏi bao hơi đến superheater qua ống Hơi

được di chuyển đến bao hơi thỏa mãn vì nó có nhiệt độ giống với nước Chất lượng của hơi ( phần trăm của hơi trong tổng số được trộn với nước) rất cao, thông thường khoảng trên 99%

III.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG NHIỆT

Loại lò đường ống nhiệt dạng Scotch marine hay dạng Firebox

được sử dụng phổ biến trong các khu công nghiệp mà yêu cầu về hơi bão hòa thấp hơn 50.000 lb/h(6,3kg/s) và yêu cầu về áp suất thấp hơn 250 pisg (1720 kpa) Ngày nay, chúng được thiết kế trọn gói

III.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG NHIỆT

1. Loại Scoth Marine

a. Nó làm việc như thế nào ?

Sự đốt cháy diễn ra trong buồng hình trụ (có

những gờ lượn để tăng hiệu quả) và nó thì

nằm trong 1 ống áp suất hình trụ khác Nước

trong nồi hơi (tạo bởi thép hàn) sẽ được đốt

nóng trong đường ống nhiệt, những chiếc ống

này chạy dọc theo lớp vỏ lò, bên trên, bên

dưới

III.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG NHIỆT

1. Loại Scoth Marine

b Ưu điểm nổi trội của loại watertube

.Khả năng đáp ứng tải nhanh

.Dễ dàng thay thế đường ống: do ống của lò Scotch marine dạng thẳng mà có

thể tiếp xúc từ bên ngoài Ngược lại đường ống hơi nước thì cong và không tiếp xúc trực tiếp từ bên ngoài

.Lắp đạt được trong những nơi có khoảng không thấp Với dạng đường ống hơi nước thì yêu cầu trần cao hơn 1,5m

.Ít biến động trước nhiệt độ lạnh và sự ăn mòn Mấu chốt của lò Scotch marine

là nó duy trì bằng hay hơn ở nhiệt độ bão hòa trong suốt 1 loại tải, vì vậy mà tốc độ khí nhiên liệu cao hơn…

III.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG NHIỆT

1. Loại Scoth Marine

c. Hiệu suất cao

lò đường ống hơi nước cùng loại

nóng bằng vòi phun tự động

cắt khí oxy Đường ống hình trụ đc thiết kế đặc biệt dễ dàng thiết lập, dễ dàng thay thế những đoạn tương đương

thiên nhiên và oxy

III.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG NHIỆT

2. Loại Firebox

.Firebox yêu cầu thể tích lò lớn để truyền nhiệt

bề mặt hơn Scotch marine => tạo ra việc đốt

nhiên liệu lỏng tốt hơn Loại thường có 1

buồng đốt với đáy phẳng và 2 bên đứng và 1

mái vòm cong ở trên đỉnh Lò firebox yêu cầu

phải hỗ trợ cơ cấu được làm lạnh bên trong và

ngoài

.Lò firebox với thiết kế ban đầu sử dụng than

đốt, nhưng hầu hết gần đây sử dụng khí hay

dầu với nhiệt lượng 700 hp (6870 kw)

III.TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG NHIỆT

IV.TÀI LIỆU THAM KHẢO

ASME Boiler and Pressure Vesel Code-An American National Standard, ASME, New Yock, 1983.

Baumeister, T., et a1., Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers, 8th ed., McGraw-Hill Book Co.,

New York, 1978.

Davis, R.F., “Expansion Theory of Circulation in Water Tube Boilers,” Engineering, 163:145-148, 1947.

Kutateladze, S.S., Fundamentals of Heat Transfer, 2d Rev., Academic Press Inc., New York, 1963.

Lewis, W.Y., and S.A Robertson, “The Circulation of Water and Steam in Water Tube Boilers and the Rational

Simplification of Boilers,” Proseedings of Institution of Mechanical Engineers, 143:147-178, 1940.

Powell, E.M., and H.A Grabowski, “Drum Internals and High-Pressure Boiler Design,” ASME Paper No

54-A-242, ASME, New Yock, 1954.

Rohsenow, W.M., and H Choi, Heat, Mass and Momentum Transfer, Prentice-Hall Inc., Enlewood Cliffs, N.J.,