Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp

Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong lò hơi công nghiệp

lời cam đoan

Luận văn thạc sĩ này do tôi nghiên cứu và thực hiện với sự hướng dẫn

ngoài các tài liệu tham khảo đã liệt kê, tôi cam đoan không sao chép các công trình hoặc thiết kế tốt nghiệp của người khác

Hà Nội, ngày 09 tháng 10 năm 2007

Người cam đoan

Trịnh Anh Tuấn

Lời cảm ơn

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo hướng

dẫn GS.TSKH Nguyễn Sĩ M฀o, người đã trực tiếp dành nhiều thời

gian tận tình hướng dẫn, cung cấp những thông tin quý báu giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới các thầy giáo trong Viện khoa học và công nghệ Nhiệt - Lạnh, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, Xưởng nghiên cứu và chế tạo thiết bị áp lực đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện bản luận văn này

Cuối cùng tôi xin tỏ lòng biết ơn tới gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp,

đặc biệt là ThS Mai Thanh Hà Huế đã giúp tôi rất nhiều trong quá

trình hoàn thiện bản luận văn này

Hà Nội, ngày 09 tháng 10 năm 2007

Trịnh Anh Tuấn

Trang

1.1 Thực trạng về lò hơi công nghiệp ở Việt Nam

1.2 Định hướng phát triển năng lượng của Việt Nam

1.3 Một số kết luận

3

7

13

2.1 Lò hơi kiểu ống lò ống lửa

3.1 Một số hãng sản xuất lò hơi tại Việt Nam và trên thế giới

3.2 Một số sản phẩm của các công ty sản xuất lò hơi tại Việt Nam

3.3 Một số sản phẩm của các công ty sản xuất lò hơi trên thế giới

5.1 Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế lò hơi

5.2 Sơ đồ logic tính toán thiết kế lò hơi

5.3 Kết quả tính toán mẫu lò hơi điển hình

Mở đầu

Năng lượng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong lịch sử phát triển của nhân loại, nó là một trong những nhân tố có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển, tiến hoá của loài người Khi xã hội loài người ngày càng phát triển, ngày càng văn minh thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn trong khi các nguồn năng lượng sơ cấp sẵn có trong tự nhiên như than, dầu, khí

đốt, năng lượng hạt nhân là hạn chế và ngày càng cạn kiệt, khan hiếm Tại các nước có nền công nghiệp sớm phát triển trên thế giới đã từng xảy ra các cuộc khủng hoảng về năng lượng hiện nay đã chuyển sang phát triển nền kinh tế của mình theo hướng tiết kiệm năng lượng Các nước có tiềm năng khai thác và xuất khẩu năng lượng cũng đã chuyển sang khai thác các nguồn năng lượng sơ cấp một cách hợp lý Tại nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu và đưa ra các luật về tiết kiệm năng lượng

Trước tình hình đó, chúng ta cần phải nghiên cứu, tìm kiếm các công nghệ chuyển đổi năng lượng và sử dụng năng lượng có hiệu quả Vấn đề này chưa bao giờ được nhiều người quan tâm đến như trong giai đoạn hiện nay Trong bối cảnh như vậy, tiết kiệm năng lượng ở nước ta cũng đã trở thành một vấn đề hết sức quan trọng

Do nhiều nguyên nhân khác nhau, chúng ta đã và đang sử dụng năng lượng

ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp với hiệu suất thấp Trong đó, một trong những nguyên nhân hết sức quan trọng là do trình độ công nghệ sử dụng năng lượng thấp dẫn đến hiệu suất sử dụng năng lượng thấp Tại phần lớn các cơ sở sản xuất công nghiệp ở nước ta vẫn đang sử dụng các dây chuyền công nghệ lạc hậu, trình độ tự động hóa thấp, vấn đề tổ chức quản

lý sử dụng năng lượng không hợp lý, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao ở hầu hết các khâu khác nhau dẫn đến hiệu suất sử dụng năng lượng của toàn bộ

hệ thống thấp Vì vậy, chúng ta phải nhanh chóng tìm ra các giải pháp cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu suất thiết bị, hệ thống, nâng cao hiệu quả trong tổ chức, quản lý sử dụng năng lượng

Trong hầu hết các ngành công nghiệp nặng cũng như công nghiệp nhẹ, các ngành sản xuất và chế biến cũng như các ngành dịch vụ, hơi nước được sử dụng như là một loại môi chất không thể thiếu được, tham gia vào phần lớn

các quá trình công nghệ Lò hơi lại là thiết bị sản xuất ra hơi nước vì vậy lò hơi chiếm một vị trí rất quan trọng

Các lò hơi công nghiệp sử dụng một nguồn năng lượng khá lớn bao gồm: nhiên liệu sơ cấp (than, dầu, khí ) hoặc nhiên liệu thứ cấp (điện) Đồng thời với việc tiêu thụ nhiên liệu, các lò hơi công nghiệp phát ra một lượng khí thải

CO2, NOx, SO2… đáng kể Vì vậy, việc lựa chọn, cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu suất là biện pháp có tác dụng tổng hợp để nâng cao hiệu quả chuyển hoá và sử dụng năng lượng, đảm bảo cho sự phát triển năng lượng bền vững trong tương lai của đất nước, bảo vệ môi trường toàn cầu

Chính vì những lí do như vậy, đề tài: “ Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí, rắn trong lò hơi công nghiệp ” có một ý nghĩa rất thực tế trong giai đoạn hiện nay ở nước ta Với mục đích: xây dựng

được những mẫu lò hơi công nghiệp điển hình phù hợp với các loại nhiên liệu Việt Nam, có hiệu suất cao, giảm ô nhiễm phát thải, có khả năng chế tạo tại Việt Nam, đề tài đã giải quyết được một số các vấn đề như:

• Nghiên cứu thực trạng các loại lò hơi công nghiệp, phân tích các ưu và nhược điểm các loại lò hơi đốt dầu và than điển hình

• Lựa chọn và tối ưu hóa các loại lò hơi điển hình

• Xây dựng phương pháp tính toán thiết kế lò hơi nhỏ theo gam công suất

và nhiên liệu

• Nghiên cứu trên mô hình và triển khai ứng dụng trong thực tế

Chương 1

đặt vấn đề

Lò hơi công nghiệp bao gồm: lò hơi đốt than, đốt dầu, đốt khí đã và đang

đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp năng lượng trong rất nhiều ngành công nghiệp của chúng ta như: công nghiệp nhẹ, công nghiệp hoá chất, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng, công nghiệp giao thông vận tải và công nghiệp công cộng phục vụ dân sinh

Các lò hơi công nghiệp là thiết bị sản xuất ra hơi nước để làm nguồn năng lượng cho các máy động lực, hơi nước cũng có thể sử dụng làm môi chất và

được sử dụng một cách phổ biến và rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất khá nhiều sản phẩm công nghiệp Bởi nó có nhiều ưu điểm,lợi thế riêng của

nó Chính vì vậy mà hàng trăm năm nay đã có rất nhiều công ty nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò hơi trên thế giới và Việt Nam đã chế tạo và lắp đặt các lò hơi công nghiệp tại các nhà máy, các xí nghiệp, các cụm dân cư trải khắp các vùng lạnh thổ đất nước

1.1 Thực trạng về lò hơi công nghiệp ở việt nam

Trên cơ sở thu thập, phân tích các số liệu thống kê đã được công bố và các tài liệu quản lý của các bộ, các đề tài nghiên cứu liên quan Bằng phương pháp điều tra bằng phiếu để bổ sung thông tin về hiện trạng sử dụng Kết quả thống kê cho thấy đến 12/2000 chúng ta có 1228 lò hơi bao gồm nhiều loại công suất khác nhau, thậm chí của nhiều nước khác nhau như Trung Quốc, Nhật Bản, Nga, Mỹ, Đức, Anh, Pháp và Việt Nam, trong đó nhiều nhất là lò công nghiệp đốt than 485 chiếc, đốt dầu khoảng 376 chiếc Hiện nay, con số này đã có thể lớn hơn rất nhiều nhưng trong với thời gian và

điều kiện không cho phép, tôi chưa thể thu thập thêm các số liệu thống kê

Bảng 1.1 Kết quả thống kê các lò hơi có công suất trên 1T/h

Theo nhiên liệu sử dụng

Theo số liệu điều tra của đề tài cấp bộ B - 111 của Viện năng lượng thì số liệu lò hơi công nghiệp và lò gia nhiệt chỉ trong 8 ngành công nghiệp chính: giấy, cơ khí - gốm sứ, sản xuất vật liệu xây dựng, dệt may, hóa chất dược phẩm, rượu bia - nước giải khát, chế biến lương thực, cản xuất hàng tiêu dùng đã có 915 lò hơi công nghiệp phân bố như trong bảng 1.2:

Bảng 1.2 Số liệu lò hơI, lò gia nhiệt của 8 nhành công nghiệp nhẹ

STT Ngành công nghiệp Lò đốt

than

Lò đốt dầu

Lò đốt gas

Lò đốt

NL khác

Tổng cộng

Trong công nghệ sản xuất của các ngành công nghiệp vừa và nhỏ như hoá chất và công nghệ giấy năng lượng tiêu thụ chủ yếu dưới hai hình thức nhiệt năng và điện năng, ngoài ra còn được phụ trợ bởi hệ thống nước và hệ thống khí nén Thiết bị sản xuất và cung cấp nhiệt thường lạc hậu, các yếu

tố về nhiên liệu, bố trí mặt bằng, quản lý sản xuất đều chưa được hợp lý

Do những nguyên nhân trên hiệu suất các lò hơi, lò ga thấp, đặc biệt là các

lò đốt than Trong đó, hiệu suất các lò hơi đốt than thường chỉ đạt 50%, hiệu suất các lò hơi đốt dầu đạt 60 – 62 %, trừ một số ít lò hơi mới được trang bị trong một vài năm gần đây có hiệu suất khá cao đạt 85 – 90 % Cơ chế

quản lý năng lượng còn nhiều bất hợp lý gây lãng phí trong việc bảo quản, vận hành và tiêu thụ năng lượng

Tóm lại, trong các ngành công nghiệp vừa và nhỏ, chí phí năng lượng cho một đơn vị sản phẩm khá lớn trong khi mức độ tự động hoá sản xuất, hiệu quả sản xuất còn thấp

Trong bối cảnh công nghệ sử dụng nêu trên dẫn đến hiện trạng tiêu thụ năng lượng trong hai ngành có những đặc điểm như sau :

• Tình trạng vận hành của các lò hơi :

Trong dây chuyền công nghệ của các ngành công nghiệp hoá chất, công nghệ giấy hơi được cung cấp từ các lò hơi Các lò hơi chủ yếu là loại đốt than, các thiết bị đã quá cũ, lạc hậu về công nghệ, không còn giữ được năng suất, hiệu suất thiết kế ban đầu, nhân công phục vụ nhiều, điều kiện lao động năng nhọc Chi phí sản xuất cao dẫn đến việc giá thành sản phẩm cao, giảm sức cạnh tranh trên thị trường Chế độ cháy trong buồng lửa chưa phù hợp, các lò hơi đốt than hiện tại vận hành trong điều kiện khó khăn, mức độ tin cậy tương đối thấp Ví dụ: tại Công

ty cao su sao vàng các quạt gió làm việc liên tục, cánh hướng quạt gió của lò hơi CT1 và SZ đã bị hỏng làm ảnh hưởng tới việc điều chỉnh chế độ cháy tối ưu trong buồng lửa Theo thiết kế, các lò đều được trang bị bộ hâm nước và bộ sấy không khí tuy nhiên đến nay chỉ có bộ hâm của một số lò hơi còn hoạt động, các bộ hâm của các lò khác hầu như không sử dụng được Nước cấp cho các lò hơi không qua khử khí do bình khử khí đã bị hỏng.Các cửa buồng lửa đã bị xuống cấp gây ra tình trạng tổn thất nhiệt ra bên ngoài từ ngọn lửa có nhiệt độ lên đến 1000 oC Mặt khác, trong quá trình vận hành, các cửa này được đóng mở không phù hợp, đây cũng là một trong những nguyên nhân gây ra tổn thất nhiệt lớn Hệ số không khí thừa ở các lò hơi của các nhà máy thường thường cao hơn so với yêu cầu

Theo như khảo sát tại các công ty có sử dụng lò hơi và mạng nhiệt thì ở hầu hết các thiết bị chính của dây chuyền sản xuất với hệ thống đường ống phân phối hơi dày đặc và kéo dài từ các lò hơi đến tất cả các hộ tiêu thụ Dọc theo

đường ống phân phối hơi này có rất nhiều điểm bảo ôn bị hỏng thậm chí không được bảo ôn như các điểm nối mặt bích, các van điều chỉnh, các điểm

đỡ đường ống Điều này gây thất thoát nhiệt đáng kể

• Rò rỉ hơi

Ngoài những vấn đề do bảo ôn, trên hệ thống phân phối hơi còn có các vấn

đề rò rỉ hơi Các điểm rò rỉ hơi xuất hiện ở các van, chỗ nối mặt bích những rò rỉ này gây thất thoát lượng nhiệt lớn ra môi trường xung quanh

Theo thực tế cũng như theo tính toán lý thuyết, khi hệ thống có thu hồi nước ngưng thì hiệu suất của toàn hệ thống sẽ tăng lên đáng kể Nếu lò hơi sử dụng nước ngưng làm nước cấp thì hiệu suất từ nhiên liệu đến hơi tăng lên,

đồng nghĩa với việc chúng ta tiết kiệm được nhiên liệu, giảm phát thải, giảm lượng hóa chất cho xử lý nước Nhưng hiện tại, ở các xưởng sản xuất của các nhà máy trong các ngành công nghiệp vừa và nhỏ như nhà máy giấy, nhà máy hoá chất có lắp đặt hệ thống thu nước ngưng sau công đoạn sản xuất Nhưng chỉ một lượng nước ngưng nhỏ được thu gom, còn lại xả xuống cống thoát gây thất thoát nhiệt với mức độ lớn

Để có cơ sở phân tích, tính toán, lựa chọn và thiết kế lò công nghiệp được một cách tối ưu, phù hợp với định hướng phát triển kinh tế của nhà nước cũng như định hướng phát triển năng lượng bền vững trong những năm tới, trước hết chúng ta cũng cần điểm qua những định hướng phát triển năng lượng bền vững trong giai đoạn đến 2010 mà chương trình trọng điểm nhà nước KHCN-09 đã tổng kết có liên quan đến các loại hình lò hơi công nghiệp như sau:

1.2 định hướng phát triển năng lượng của Việt Nam

Đường ống dẫn khí từ mỏ Bạch Hổ vào bờ đã cung cấp 14.00 triệu m3 vào năm 1999 cho các nhà máy điện Bà Rịa, Phú Mỹ, và sản xuất LPG tại Dinh

Cố Hiện nay sản lượng khí đạt ở mức 5 triệu m3 ngày

Sản lượng khai thác năm 1998 đạt 11,7 triệu tấn, năm 2000 đạt 10,84 triệu tấn, xuất khẩu gần 3 triệu tấn Hiện tổng công suất thiết kế các mỏ than ở Việt Nam khoảng 13 triệu tấn/năm Do tình hình kinh tế chững lại năm 1998, thị trường tiêu thụ than nội địa bị giảm mạnh đã gây không ít khó khăn cho việc đẩy mạnh khai thác, nhưng đó chỉ là hiện tượng suy giảm tạm thời

Từ năm 1990 đến nay do việc xuất khẩu dầu thô và than tăng mạnh, năm

1999 xuất khoảng 14,5 triệu tấn dầu thô; 3,3 triệu tấn than, cán cân xuất nhập khẩu nang lượng của ta đã thay đổi đáng kể Việt Nam từ một nước nhập khẩu trở thành một nước xuất khẩu năng lượng, mặc dù 100% nhu cầu các sản phẩm dầu trong nước đều phải nhập khẩu do chưa có công nghiệp lọc dầu, năm 1999 nhập khoảng 7,2 triệu tấn

dầu dùng trong giao thông vận tải là lớn nhất (66,5%), sau đó là công nghiệp (14,7 %)

Tiêu thụ LPG tăng nhanh, năm 1993 chỉ 6 nghìn tấn, năm 2000 nhà máy LPG Dinh Cố sản xuất 266 nghìn tấn chưa đáp ứng đủ nhu cầu Hơn 85 % LPG được dùng cho đun nấu trong gia dụng và dịch vụ

Đến nay 100 % số tỉnh, thành đã có lưới điện quốc gia, 96,4 % số huyện, 81,9 % số xã và 73,5 số hộ gia đình đã được dùng điện lưới

Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống năng lượng thấp, một số cơ sở sản xuất theo công nghệ lạc hậu, hiệu suất các nhà máy nhiệt điện than khoảng 25

%, nhiệt điện khí 34 %, các lò hơi công ngiệp khoảng 60 – 70 %, tổn thất khai thác than hầm lò tới 35 – 40 % Hệ thống truyền tải và phân phối điện thiếu cân xứng, tỷ trọng lưới phân phối thấp so với lưới truyền tải, tổn thất lớn (năm 1998 tổn thất điện ở hai khâu này khoảng 16 %) và thiếu tin cậy ở khâu thiết bị sử dụng năng lượng hiệu suất thấp do công nghệ lạc hậu, thời gian vận hành quá lâu

Một số chỉ tiêu năng lượng thương mại trên đầu người như sau:

Cường độ năng lượng thương mại cuối cùng của GDP có được cải thiện, năm 1999 ước tính là 0,383 kgOE/USD Giá trị này ở một số quốc gia ASEAN năm 1996 như sau: Thái Lan: 0,239; Inđônêxia: 0,244 và Malaixia: 0,255kgOE/USD Tuy nhiên để đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng trong sản xuất cần xem xét cường độ năng lượng theo các ngành Cường độ

năng lượng trong trong nông lâm ngư nghiệp Việt Nam là 0,125, cho thấy trình độ cơ giới hoá trong nông nghiệp nước ta còn rất thấp phải sử dụng năng lượng cơ bắp là chính, cường độ năng lượng trong công nghiệp Việt Nam năm 1995 là 0,776, cao hơn Thái Lan và Malaixia khoảng 2,5 lần, chứng tỏ sử dụng năng lượng trong công nghiệp hiệu quả thấp, làm tăng giá thành sản phẩm

2010 và 2020

Các quan điểm

• Hội nhập khu vực hoá, toàn cầu hoá và sự hình thành nền kinh tế tri thức

• Bảo đảm cung cấp năng lượng an toàn, hợp lý nhất cho nền kinh tế và an ninh quốc phòng trên phạm vi cả nước và các vùng lãnh thổ

• Đa dạng hoá các nguồn cung cấp năng lượng, ưu tiên phát triển các nguồn năng lượng nội địa, phát huy nội lực đảm bảo tính độc lập năng lượng, mở rộng hợp tác năng lượng khu vực

• Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được coi như là một nguồn cung cấp năng lượng sạch quan trọng Nhất là hiện nay, khi trình độ công nghệ sử dụng năng lượng của ta còn thấp, tiềm năng cho tiết kiệm năng lượng khá lớn

• Kiểm soát và giảm ô nhiễm môi trường trong các hoạt động năng lượng,

đảm bảo tính ổn định và bền vững trong phát triển kinh tế - xã hội cũng như trong bảo vệ môi trường sinh thái

Khai thác chế biến nguồn năng lượng hoá thạch

Xúc tiến tìm kiếm thêm các nguồn năng lượng hoá thạch và đưa nhanh vào

sử dụng, đặc biệt là khí đốt:

• Đẩy mạnh khai thác và sử dụng khí đốt trong nước, coi đó là một trọng tâm của ngành năng lượng Việt Nam trong vài thập kỷ tới Phấn đấu đến năm 2010 đạt 12 - 15 tỷ m3/ năm và năm 2000 khoảng 18 - 20 tỷ m3/ năm

• Đầu tư năng lực sản xuất than trong nước lên 20 triệu tấn hoặc cao hơn vào khoảng năm 2020

• Đảm bảo sản xuất dầu thô khoảng 25 triệu tấn vào năm 2010 và 25 - 27 triệu tấn năm 2020

• Thăm dò tìm kiếm, xác minh chữ lượng và điều kiện khai thác các nguồn năng lượng, đặc biệt là nguồn than nâu đồng bằng sông Hồng

Dự kiến đến năm 2010 sẽ xây dựng nhà máy lọc dầu số 2, và giai đoạn 2011- 2020 sẽ xây dựng thêm nhà máy lọc dầu số 3 đưa tổng công suất lọc dầu lên 18 triệu tấn/năm, đáp ứng khoảng 60 % nhu cầu các sản phẩm dầu trong nước

Phát điện

Khai thác hiệu quả các công trình thuỷ điện hiện có và xúc tiến xây dựng các nhà máy thuỷ điện mới, đặc biệt ưu tiên các công trình có lợi ích tổng hợp, sớm khởi công xây dựng thuỷ điện Sơn La

ứng dụng công nghệ sản xuất điện hiệu suất cao và tiên tiến về chỉ tiêu môi trường

Tăng dần tỷ trọng nhiệt điện trong cơ cấu nguồn điện đặc biệt là nhiệt điện

sử dụng khí

Đầu tư nghiên cứu, nắm bắt công nghệ, chuẩn bị cho khả năng có thể xuất hiện điện nguyên tử vào giai đoạn sau năm 2015

Sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng

Xây dựng nề nếp quản lý sử dụng năng lượng nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao với suất tiêu thụ năng lượng ngày càng thấp

Nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng năng lượng bằng cách ứng dụng công nghệ tiên tiến có hiệu suất cao và sạch về môi trường

• Công nghệ khai thác có hiệu suất thu hồi cao

• Các loại trang thiết bị năng lượng có hiệu suất cao

• Thực hiện hiệu quả chương trình quản lý phía cung và cầu

Phát triển các nguồn năng lượng tái tạo hợp lý nhằm giảm hoặc thay thế bớt việc sử dụng than, sản phẩm dầu và kéo dài lưới điện quốc gia đến các vùng sâu vùng xa

Năng luợng phi thương mại

Năng lượng phi thương mại chủ yếu là năng lượng sinh khối, là thành phần quan trọng trong các nguồn năng lương quốc gia, nhất là cho phát triển nông thôn miền núi, nó vẫn chiếm tỷ trọng lớn trong tổng nhu cầu năng lượng cuối cùng đến năm 2020

Trong phát triển năng lượng chung, cần lồng ghép chặt chẽ các chương trình quốc gia và địa phương khai thác, sản xuất và tiêu dùng năng lượng sinh khối với các chương trình xây dựng và phát triển kinh tế lâm nghiệp và các chương trình kinh tế xã hội khác

Khuyến khích chuyển đổi cơ cấu tiêu thụ năng lượng ở nông thôn theo hướng giảm tỷ lệ năng lượng sinh khối và tăng tỷ lệ năng lượng thương mại Khuyến khích và hỗ trợ phát triển năng lượng mới như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, thuỷ điện nhỏ, biogas cho vùng núi, vùng sâu, vùng xa

độ làm việc của hệ thống điện

Đổi mới công nghệ lò hơi, lò đốt công nghiệp

Phát triển công nghệ năng lượng mới và tái tạo như các dàn đun nước mặt trời, phát điện bằng sức gió, năng lượng mặt trời, công nghệ biogas, công nghệ năng lượng sinh học

Từ định hướng chiến lược trên ta thấy nghiên cứu thiết kế chế tạo lò hơi công nghiệp hiệu suất cao có ý nghĩa quan trọng Phần tiếp theo chúng ta xem xét các nội dung cụ thể có liên quan

1.3 Một số kết luận

Các thiết bị lò hơi trong công nghiệp nước ta có nhiều dạng thuộc thế hệ cũ, lạc hậu Không những hiệu suất thấp, tiêu tốn nhiên liệu nhiều mà còn không đảm bảo thông số kỹ thuật vận hành (lưu lượng, áp suất, nhiệt độ) Trình độ tự động hoá thấp Vì công nghệ cháy lạc hậu cùng với thiết bị quá thô sơ cho nên gây ô nhiễm ảnh hưởng tới quá trình công nghệ sản xuất và môi trường sinh hoạt

Phần lớn lò đốt dầu, khí đều nhập khẩu từ nước ngoài giá thành cao, còn các lò hơi công nghiệp do Việt nam chế tạo chỉ mới chiếm tỷ trọng bé chưa tương xứng với tiềm năng KHCN của chúng ta

Thực tiễn đó đòi hỏi chúng ta cần phải nhanh chóng nghiên cứu nâng cao hiệu suất sử dụng, nâng cao trình độ tự động hoá, giảm bớt tổn thất nhiệt để nâng cao hiệu quả chuyển hoá năng lượng trong quá trình sản xuất và sử dụng năng lượng nhiệt của các ngành, các đơn vị sử dụng lò công nghiệp

Đồng thời chủ động tạo ra những sản phẩm lò công nghiệp Việt nam có hiệu suất cao, với các tính năng kỹ thuật tiến tiến trên nền khoa học kỹ thuật sẵn

có của nước ta

Đề tài tốt nghiệp cao học “ Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí, rắn trong lò hơi công nghiệp ”được ra đời trên cơ sở luận cứ đã được trình bầy ở trên

ở đây cần phải nhấn mạnh thêm là để có thể tạo dựng được các thiết bị chuyển hoá năng lượng có hiệu quả cao, ngoài việc phải nắm vững được các phần lý thuyết cơ bản ra , cần phải xây dựng được năng lực chế tạo có trình độ kỹ thuật cao, đồng thời lại phải thích ứng với hoàn cảnh cụ thể của Việt Nam

• Lò hơi kiểu ống lò ống lửa

• Lò hơi kiểu ống nước

• Lò hơi buồng đốt ngoài

2.1 Lò hơi kiểu ống lò ống lửa

Loại lò hơi kiểu ống lò ống lửa có những đặc điểm sau:

• Có độ tin cậy và độ ổn định trong vận hành cao

• Dễ lắp đặt, thuận tiện trong vận hành và bảo dưỡng

• Yêu cầu về chất lượng nước cấp và hệ thống điều khiển không nghiêm ngặt như đối với các lò hơi kiểu ống nước

• Có hình thức mang tính mỹ thuật cao

• Tốn vật liệu chế tạo

• Kết cấu phức tạp

Lò hơi ống lò ống lửa bao gồm các kiểu kết cấu chính như sau:

• Lò hơi có buồng khói quặt kiểu khô (Dry back)

• Lò hơi có buồng khói quặt kiểu ướt (Wet back)

• Lò hơi có đối lưu trong ống lò

2.1.1 Lò hơi có buồng khói quặt kiểu khô (Dry back)

a) Cấu tạo:

Hình 2.1 Nguyên lý cấu tạo lò hơi có buồng khói quặt kiểu khô 2 pass

Hình 2.2 Lò hơi có lắp thêm bộ trao đổi nhiệt ống nước

Lò hơi thường được thiết kế theo kiểu nằm ngang Các bộ phận chính của lò hơi bao gồm: thân ngoài, ống lò, các chùm ống lửa, các hộp khói rời lắp bên ngoài ở kiểu lò hơi này toàn bộ ống lò, các ống lửa đều được ngâm hoàn toàn trong không gian chứa nước của lò hơi Hộp khói sau ống lò của lò hơi

được lắp bên ngoài thân lò (còn gọi là buồng lửa quặt), nơi tập trung khói sau ống lò Chính từ đặc điểm này mà kiểu lò hơi này có tên là Dry back Trong một số lò hơi, người ta có lắp thêm bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nước để tiết kiệm năng lượng và làm mát hộp khói (Hình 2.1) Tùy theo yêu cầu công nghệ sử dụng hơi, một số lò hơi có lắp thêm bộ quá nhiệt đối lưu để sản

xuất hơi quá nhiệt (Hình 2.2)

Dựa vào số lần đổi chiều đi của dòng khói trong lò hơi, người ta chia các lò hơi thuộc kiểu này thành các loại 2 pass, 3 pass hoặc 4 pass, tương đương với việc khói đổi chiều 2 lần, 3 lần hoặc 4 lần Theo các tài liệu chúng tôi có loại lò hơi phổ biến nhất hiện nay là loại lò 3 pass

Thông thường loại lò hơi này được thiết kế cho dải công suất từ 500 kg/h trở lên

b) Nguyên lý làm việc:

Dầu hoặc khí được vòi phun phun vào ống lò và cháy tại đây Trong buồng lửa quá trình trao đổi nhiệt bức xạ chiếm phần lớn, phần trao đổi nhiệt đối lưu rất nhỏ và thường được bỏ qua trong các tính toán

Dòng khói nóng đi dọc theo ống lò ra hộp khói phía sau và đổi chiều đi vào chùm ống lửa ra phía trước Theo sự phân loại đã nêu ở trên, tương ứng với

số pass của lò hơi, sau khi đi hết chùm ống lửa thứ nhất, khói có thể đi ra ống khói hoặc tiếp tục vào các hộp khói kế tiếp để đi vào các chùm ống lửa

bố trí sau đó rồi mới thoát ra ống khói

c) Các ưu khuyết điểm

Ưu điểm lớn nhất của kiểu lò hơi này là tương đối đơn giản và chắc chắn, rất thuận lợi cho công việc chế tạo và bảo dưỡng, sửa chữa Trong công tác sửa chữa lớn, khi phải tiến hành thay thế các ống lửa hoặc ống lò, hoàn toàn

có thể thi công tại chỗ, không phải tháo các phụ kiện, không phải chui vào bên trong lò hơi Mọi thao tác lắp ráp cũng như hàn các chi tiết đều có thể thực hiện trong tư thế tương đối thoải mái với điều kiện dễ dàng

Do có độ dự trữ nước lớn nên lò hơi hoạt động ổn định, an toàn Lò hơi loại này có thể đốt được nhiều loại nhiên liệu khác nhau như dầu DO, các loại dầu FO, khí … vì có thể làm vệ sinh tốt các bề mặt tiếp nhiệt của ống lò và các chùm ống lửa

Do thể tích buồng lửa đủ lớn nên nhiệt độ ra khỏi buồng lửa không cao lắm vì vậy các khí độc hại như NOx được tạo ra không nhiều

Do toàn bộ các hộp khói, đặc biệt là hộp khói đầu tiên sau ống lò, nơi có nhiệt độ khói rất lớn (khoảng 1000 oC), được lắp rời phía ngoài nên tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 lớn Vì vậy so với các lò hơi cùng nhóm, hiệu suất của kiểu lò hơi này thấp hơn Để làm mát hộp khói, người ta thường bố trí các bộ hâm nước hoặc các bộ trao đổi nhiệt phụ trong hộp khói nhưng điều này lại dẫn tới việc làm phức tạp thêm kết cấu lò hơi và tăng chi phí chế tạo

Cũng vì lý do trên nên việc chế tạo và lắp đặt hộp khói sau ống lò sẽ tốn kém và khó khăn hơn, tuổi thọ của hộp khói sẽ thấp Trong vận hành các hộp khói sau phải được theo dõi và bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên

Do kết cấu kiểu ống lửa nên hiệu suất trao đổi nhiệt không cao và nhiệt độ khói thải của lò hơi kiểu này tương đối lớn (khoảng trên 300 0C) nên sẽ gây

ô nhiễm môi trường và tổn thất nhiệt qua khói thải q2 tương đối lớn

Với kết cấu bao gồm thân ngoài, các mặt sàng, ống lò, các chùm ống lửa, suất tiêu hao kim loại của các lò hơi kiểu Dry back vẫn còn tương đối lớn, nhất là khi so sánh với các lò hơi thuộc nhóm ống nước Do vậy kiểu lò hơi này ít khi được sử dụng ở dải công suất cao và áp suất làm việc lớn

a) Cấu tạo:

Lò hơi thường được thiết kế theo kiểu nằm ngang Các bộ phận chính của lò hơi bao gồm: các mặt sàng, thân ngoài, ống lò, các chùm ống lửa, các hộp khói ở kiểu lò hơi này toàn bộ ống lò, các ống lửa và đặc biệt hộp khói sau ống lò (buồng lửa quặt), nơi có nhiệt độ khói cao nhất (khoảng 1000 0C),

đều được ngâm hoàn toàn trong không gian chứa nước của lò hơi Chính từ

đặc điểm này mà kiểu lò hơi này có tên là Wet back

Cũng như trong kiểu lò Dry back, dựa vào số lần đổi chiều đi của dòng khói trong lò hơi, người ta chia các lò hơi thuộc kiểu này thành các loại 2 pass, 3 pass hoặc 4 pass, tương đương với việc khói đổi chiều 2 lần, 3 lần hoặc 4 lần hiện đang được ưa chuộng nhất Theo các tài liệu chúng tôi có, loại lò hơi phổ biến nhất hiện nay và là kiểu lò hơi ống lò ống lửa 3 pass

Thông thường loại lò hơi này được thiết kế cho giải công suất từ 500 kg/h trở lên

b) Nguyên lý làm việc:

Dầu hoặc khí được vòi phun phun vào ống lò và cháy tại đây Trong buồng lửa quá trình trao đổi nhiệt bức xạ chiếm phần lớn, phần trao đổi nhiệt đối lưu rất nhỏ và thường được bỏ qua trong các tính toán

Dòng khói nóng đi dọc theo ống lò ra hộp khói phía sau và đổi chiều đi vào chùm ống lửa ra phía trước Theo sự phân loại đã nêu ở trên, tương ứng với

số pass của lò hơi, sau khi đi hết chùm ống lửa thứ nhất, khói có thể đi ra

ống khói hoặc tiếp tục vào các hộp khói kế tiếp để đi vào các chùm ống lửa

bố trí sau đó rồi mới thoát ra ống khói

c) Các ưu khuyết điểm:

Hình 2.3 Nguyên lý cấu tạo lò hơi có buồng khói quặt kiểu ướt 3 pass

Do toàn bộ hộp khói đầu tiên sau ống lò, nơi có nhiệt độ khói rất lớn (khoảng 1000 oC) được bố trí hoàn toàn trong không gian chứa nước của lò hơi nên tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 giảm nhiều so với kiểu lò hơi Dry back

Với kết cấu Wet back, khói thải của lò hơi kiểu này sẽ thấp hơn nên tổn thất qua khói thải q2 sẽ giảm so với lò hơi kiểu Dry back

Vì vậy so với các lò hơi cùng nhóm, hiệu suất của kiểu lò hơi này cao hơn Một số lò hơi ở các hãng tiên tiến trên thế giới như LOOSE, SCHNEIDDER, BABCOX-WILLCOX, DANSTOCKER… hiệu suất của lò hơi có thể đạt đến trên 90 %

Do có độ dự trữ nước lớn nên lò hơi hoạt động ổn định, an toàn

Lò hơi có kích thước nhỏ gọn, chắc chắn nên rất thuận tiện cho việc lắp đặt vận hành cũng như bảo dưỡng Lò hơi loại này có thể đốt được nhiều loại nhiên liệu khác nhau như dầu DO, các loại dầu FO, khí … vì có thể làm vệ sinh tốt các bề mặt tiếp nhiệt của ống lò và các chùm ống lửa

Do thể tích buồng lửa đủ lớn nên nhiệt độ ra khỏi buồng lửa không cao lắm vì vậy các khí độc hại như NOx được tạo ra không nhiều

Với kết cấu bao gồm thân ngoài, các mặt sàng, ống lò, các chùm ống lửa và buồng khói quặt kiểu ướt, các lò hơi kiểu nay có suất tiêu hao kim loại lớn hơn so với các lò hơi thuộc nhóm ống nước và kiểu Dry back Do vậy kiểu lò hơi này ít khi được sử dụng ở giải công suất cao và áp suất làm việc lớn

Do có kết cấu phức tạp nên việc chế tạo lò hơi kiểu này khó khăn và tốn nhiều chi phí hơn Công tác bảo dưỡng cũng như sửa chữa sẽ không được thuận lợi như đối với kiểu Dry back

Do kết cấu kiểu ống lửa nên hiệu suất trao đổi nhiệt không cao và nhiệt độ khói thải của lò hơi kiểu này tương đối lớn (khoảng trên 300 0C) nên sẽ gây

ô nhiễm môi trường

a) Cấu tạo:

Lò hơi thường được thiết kế theo kiểu nằm ngang Các bộ phận chính của lò hơi bao gồm: các mặt sàng, thân ngoài, ống lò, các chùm ống lửa, các hộp khói Cũng như kiểu lò hơi có Wet back, ở kiểu lò hơi này toàn bộ ống lò, các ống lửa và đặc biệt phần đáy ống lò, nơi có nhiệt độ khói cao nhất (1000

0C), đều được ngâm hoàn toàn trong không gian chứa nước của lò hơi Tùy theo yêu cầu công nghệ sử dụng hơi, một số lò hơi có lắp thêm bộ quá nhiệt đối lưu để sản xuất hơi quá nhiệt

Cũng như trong các kiểu lò hơi đã nêu trên, dựa vào số lần đổi chiều đi của dòng khói trong lò hơi, người ta chia các lò hơi thuộc kiểu này thành các loại

2 pass, 3 pass hoặc 4 pass, tương đương với việc khói đổi chiều 2 lần, 3 lần hoặc 4 lần

Thông thường loại lò hơi này được thiết kế cho giải công suất từ 500 kg/h trở lên

b) Nguyên lý làm việc:

Dầu hoặc khí được vòi phun phun vào ống lò và cháy tại đây Dòng khói sinh ra trong quá trình cháy dội vào đáy ống lò, đổi chiều và đi theo thành ống ngoặt về phía trước vào hộp khói Trong buồng lửa quá trình trao đổi nhiệt bức xạ chiếm phần lớn nhưng phần trao đổi nhiệt đối lưu cũng đáng kể

và không được bỏ qua trong các tính toán

Hình 2.4 Nguyên lý cấu tạo lò hơi có đối lưu trong ống lò

Dòng khói nóng từ hộp khói phía trước đi vào chùm ống lửa ra phía sau Theo sự phân loại đã nêu ở trên, tương ứng với số pass của lò hơi, sau khi đi hết chùm ống lửa thứ nhất, khói có thể đi ra ống khói hoặc tiếp tục vào các hộp khói kế tiếp để đi vào các chùm ống lửa bố trí sau đó rồi mới thoát ra ống khói

Hiện nay đã có một số nơi ở Việt nam sử dụng kiểu lò hơi này (Khách sạn GUOMAN, Công ty POSTEL Các lò hơi kiểu này thường được chế tạo tại

Đài Loan, Malaisia theo thiết kế của Anh (hãng MECHMAR …)

c) Các ưu khuyết điểm:

Do toàn bộ vách sau ống lò, nơi có nhiệt độ khói rất lớn (khoảng 1000 oC)

được bố trí hoàn toàn trong không gian chứa nước của lò hơi nên tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 giảm nhiều so với kiểu lò hơi Dry back Kích thước của lò hơi vì vậy cũng nhỏ gọn hơn

Với kết cấu này, khói thải của lò hơi kiểu đối lưu trong ống lửa sẽ thấp hơn nên tổn thất qua khói thải q2 sẽ giảm so với lò hơi kiểu Dry back

Lò hơi có kích thước nhỏ gọn, chắc chắn nên rất thuận tiện cho việc lắp đặt vận hành cũng như bảo dưỡng

Do có độ dự trữ nước lớn nên lò hơi hoạt động ổn định, an toàn

Lò hơi loại này có thể đốt được nhiều loại nhiên liệu khác nhau như dầu DO, các loại dầu FO, khí … vì có thể làm vệ sinh tốt các bề mặt tiếp nhiệt của ống lò và các chùm ống lửa

Do thể tích buồng lửa đủ lớn nên nhiệt độ ra khỏi buồng lửa không cao lắm vì vậy các khí độc hại như NOx được tạo ra không nhiều

Với kết cấu bao gồm thân ngoài, các mặt sàng, ống lò, các chùm ống lửa và buồng khói quặt kiểu ướt, các lò hơi kiểu nay có suất tiêu hao kim loại lớn hơn so với các lò hơi thuộc nhóm ống nước và kiểu Dry back

Vì phần đối lưu trong ống lò chiếm một tỷ lệ không lớn (khoảng 30 % tổng lượng nhiệt hấp thụ trong buồng đốt) nên nhiệt độ khói ra khỏi buồng đốt vẫn còn tương đối lớn nên tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 (qua hộp khói trước) vẫn lớn hơn so với kiểu lò hơi Wet back Nhiệt độ khói thải vẫn còn lớn nên tổn thất nhiệt qua khói thải q vẫn tương đối lớn Vì vậy hiệu

suất của kiểu lò hơi này thường nằm trong khoảng giữa hai loại lò hơi đã kể trên Kết cấu hộp khói trước của lò hơi phức tạp và cồng kềnh nên có yêu cầu khắt khe hơn, tốn kém hơn, khó chế tạo và tuổi thọ cũng sẽ không cao Vì có sự chuyển động bắt buộc của dòng khói trong ống lửa nên vòi phun sử dụng cho lò hơi loại này thường có thông số cao hơn (cột áp đẩy của quạt lớn hơn) Chi phí cho thiết bị đốt của lò hơi kiểu này sẽ cao hơn so với các loại lò hơi khác

Do có kết cấu phức tạp và ống lò phải có kích thước lớn hơn nên việc chế tạo lò hơi kiểu này khó khăn và tốn nhiều chi phí hơn Công tác bảo dưỡng cũng như sửa chữa sẽ không được thuận lợi như đối với kiểu Dry back

Suất tiêu hao kim loại lớn hơn so với loại Dry back và nhóm lò hơi ống nước

Do vậy kiểu lò hơi này ít khi được sử dụng ở giải công suất cao và áp suất làm việc lớn

2.2 lò hơi kiểu ống nước

Lò hơi kiểu ống nước khác với lò hơi kiểu ống lò ống lửa bởi vì nước được tuần hoàn trong ống và quá trình truyền nhiệt từ buồng đốt, khói lò cho nước

từ phía ngoài ống vào

Vì nước tuần hoàn trong ống có đường kính nhỏ hơn nhiều so với thân lò của

lò hơi kiểu ống lò ống lửa cho nên lò hơi ống nước có thể chịu được áp suất cao hơn rất nhiều

Lò hơi ống nước có thể đáp ứng được các nhu cầu cung cấp hơi:

• Công suất từ 500 kg/h trở lên

• áp suất có thể lên tới 160 kg/cm2

• Có thể sản suất hơi quá nhiệt đạt 550 0C

Lò hơi ống nước bao gồm các kiểu kết cấu chính như sau:

• Lò hơi có khoang chứa hơi và nước, khói đi dọc theo các chùm ống

• Lò hơi có khoang chứa hơi và nước, khói đi xoáy vuông góc với các chùm ống nước

• Lò hơi có bao hơi có thể đốt các loại nhiên liệu rắn, lỏng và khí

• Lò hơi không có khoang chứa hơi và nước (kiểu trực lưu)

Hình 2.6 Nguyên lý cấu tạo lò hơi ống nước

ống

a) Cấu tạo:

Lò hơi thường được thiết kế theo kiểu đứng Các bộ phận chính của lò hơi gồm có khoang chứa nước ở bên dưới, khoang trên (tùy theo các mẫu lò hơi,

đây có thể là khoang hơi hoàn toàn hoặc có một phần chứa nước) và các chùm ống nước nối hai khoang Để phân bố nhiệt đều và thuận tiện cho việc

bố trí các chùm ống, các khoang chứa và các chùm ống nước thường được thiết kế theo kiểu tròn Các chùm ống nước và mặt sàng các khoang chứa của lò hơi khi tổ hợp lại với nhau sẽ chia không gian của lò hơi thành buồng lửa và các chùm ống sinh hơi kiểu đối lưu Để bắt buộc khói trong lò chuyển

động theo ý muốn và chia thành các chặng người ta thường dùng các cách sau đây:

Hình 2.7 Mẫu lò hơi ống nước kiểu khói đi dọc ống

• Hàn các tấm hướng dòng

• Sử dụng các ống màng (cánh dọc thân ống)

• Sử dụng các ống đã tóp đầu để tạo ra các khe hở theo ý muốn

Dựa vào số lần đổi chiều đi của dòng khói trong lò hơi, người ta chia các lò hơi thuộc kiểu này thành các loại 2 pass, 3 pass hoặc 4 pass, tương đương với việc khói đổi chiều 2 lần, 3 lần hoặc 4 lần

Thông thường loại lò hơi này có giải công suất từ 50 kg/h đến 5.000 kg/h

b) Nguyên lý làm việc:

Thông thường, vòi phun được bố trí ở phía trên Dầu hoặc khí được vòi phun phun vào buồng lửa và cháy tại đây Dòng khói sinh ra trong quá trình cháy

được hướng dòng, chuyển động qua cửa thoát khói ở phía dưới và đổi chiều

đi vào khoang khói thứ nhất trong lò hơi Tại đây khói bị buốc phải chuyển

động theo hướng dọc theo chùm ống lên phía trên vào cửa thoát, đổi chiều

đi sang khoang khói tiếp theo Tại khoang khói này, khói chuyển động dọc theo chùm ống nước theo hướng đi xuống rồi thoát ra ngoài qua ống khói Hiện nay đã có một số nơi ở Việt nam sử dụng kiểu lò hơi này, chủ yếu là các lò hơi có công suất nhỏ

c) Các ưu khuyết điểm:

Do đặc điểm cấu tạo, lò hơi kiểu này không có các hộp khói và khói thải của

lò hơi không cao nên tổn thất nhiệt qua khói thải q2 và tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 giảm nhiều so với kiểu lò hơi ống lò ống lửa Hiệu suất của lò hơi có thể đạt được giá trị cao (khoảng 90 % đối với các lò hơi nhập từ các nước tiên tiến)

Việc ứng dụng các công nghệ cao như sử dụng các ống tóp đầu, người ta có thể thu nhỏ được kích thước lò hơi cho gọn hơn, trong một chừng mực nào

đó điều chỉnh được không gian giữa các chùm ống nước, tăng được vận tốc khói đi qua chùm ống và như vậy có thể tăng cường được truyền nhiệt cho các chùm ống trao đổi nhiệt đối lưu và vì vậy hiệu suất của lò hơi cũng được cải thiện đáng kể

Với kết cấu kiểu này công nghệ chế tạo lò hơi đơn giản, tốn ít vật liệu nên suất tiêu hao kim loại nhỏ Do lò hơi kiểu này có không gian chứa nước nhỏ nên quán tính nhiệt thấp, tốc độ sinh hơi nhanh, rất phù hợp cho các công nghệ có nhu cầu sử dụng phụ tải linh hoạt

Lò hơi có kích thước nhỏ gọn, chắc chắn nên rất thuận tiện cho việc lắp đặt

và vận hành

Do các khoang khói của lò hơi rất nhỏ, nhất là khoảng không gian giữa các chùm ống, nên việc vệ sinh đường khói rất khó khăn Vì vậy, người ta thường

sử dụng các loại nhiên liệu “sạch” như khí tự nhiên hoặc dầu DO cho các lò hơi thuộc loại này Vì phải đốt các loại nhiên liệu đắt tiền như trên nên khi

sử dụng lò hơi ở giải công suất cao sẽ không tiết kiệm về mặt chi phí vận hành

Do có kết cấu nhỏ gọn, không có các hộp khói nên công tác vệ sinh, bảo dưỡng và sửa chữa sẽ gặp nhiều khó khăn Thông thường để bảo dưỡng hay thay ống cho loại lò hơi này người ta phải dừng lò lâu để tháo vỏ bảo ôn rồi mới tiến hành công việc

Do không gian chứa nước nhỏ nên mức nước trong lò hơi không ổn định như mức nước trong các loại lò hơi ống lò ống lửa Vì vậy việc điều khiển chế độ cấp nước cho lò hơi sẽ phức tạp hơn, các yêu cầu về bảo vệ cạn nước phải

đặt ra chặt chẽ hơn

Chất lượng nước cho lò hơi kiểu này cũng có yêu cầu cao để đảm bảo cho

lò hơi không bị đống cáu phía trong ống Vì vậy việc giám sát chất lượng nước cấp cho lò hơi phải tiến hành hết sức nghiêm túc

đây:

• Hàn các tấm hướng dòng

• Sử dụng các ống đã tóp đầu để tạo ra các khe hở theo ý muốn

Thông thường loại lò hơi này có giải công suất từ 50 kg/h đến 5.000 kg/h

Hình 2.8 Lò hơi ống nước khói đi kiểu xoáy vuông góc với các chùm ống

b) Nguyên lý làm việc:

Cũng như kiểu lò hơi được nói đến ở trên, dầu hoặc khí được vòi phun phun vào buồng lửa và cháy tại đây Dòng khói sinh ra trong quá trình cháy được hướng dòng và đổi chiều để đi theo hình xoáy quét ngang các chùm ống tiếp theo trong lò hơi rồi thoát ra ống khói

Hiện nay đã có một số nơi ở Việt nam sử dụng kiểu lò hơi này, chủ yếu là các lò hơi có công suất từ 1 đến 3.600 kg/h

c) Các ưu khuyết điểm:

Do đặc điểm cấu tạo, lò hơi kiểu này không có các hộp khói và khói thải của

lò hơi không cao nên tổn thất nhiệt qua khói thải q và tổn thất nhiệt ra môi

trường xung quanh q5 giảm nhiều so với kiểu lò hơi ống lò ống lửa Hiệu suất của lò hơi có thể đạt được giá trị cao (khoảng 90 % đối với các lò hơi nhập từ các nước tiên tiến)

Việc ứng dụng các công nghệ cao như sử dụng các ống tóp đầu, người ta có thể thu nhỏ được kích thước lò hơi cho gọn hơn, trong một chừng mực nào

đó điều chỉnh được không gian giữa các chùm ống nước, tăng được vận tốc khói đi qua chùm ống và như vậy có thể tăng cường được truyền nhiệt cho các chùm ống trao đổi nhiệt đối lưu và vì vậy hiệu suất của lò hơi cũng được cải thiện đáng kể

Việc bắt buộc dòng khói đổi chiều đi theo hình xoáy và quét ngang các ống nước cũng cải thiện được đáng kể hiệu suất trao đổi nhiệt, tức là tăng được hiệu suất của lò hơi nói chung

Với kết cấu kiểu này công nghệ chế tạo lò hơi đơn giản, tốn ít vật liệu nên suất tiêu hao kim loại nhỏ Theo các tính toán của chúng tôi, đây là loại lò hơi rất tiết kiệm về mặt tiêu hao vật liệu, có hiệu suất cao và đáng được đầu tư nghiên cứu tiếp để hoàn thiện

Do lò hơi kiểu này có không gian chứa nước nhỏ nên quán tính nhiệt thấp, tốc độ sinh hơi nhanh, rất phù hợp cho các công nghệ có nhu cầu sử dụng phụ tải linh hoạt

Lò hơi có kích thước nhỏ gọn, chắc chắn nên rất thuận tiện cho việc lắp đặt

Do không gian chứa nước nhỏ nên mức nước trong lò hơi không ổn định như mức nước trong các loại lò hơi ống lò ống lửa Vì vậy việc điều khiển chế độ

cấp nước cho lò hơi sẽ phức tạp hơn, các yêu cầu về bảo vệ cạn nước phải

đặt ra chặt chẽ hơn Yêu cầu về chất lượng của các thiết bị điều khiển cần phải được đặt lên hàng đầu để đảm bảo cho lò hơi được hoạt động tin cậy Chất lượng nước cho lò hơi kiểu này cũng có yêu cầu cao để đảm bảo cho

lò hơi không bị đống cáu phía trong ống Vì vậy việc giám sát chất lượng nước cấp cho lò hơi phải tiến hành hết sức nghiêm túc

a) Cấu tạo:

Cấu tạo của lò hơi rất đơn giản, bao gồm một hoặc nhiều chùm ống xoắn lồng vào nhau tạo thành buồng lửa và các bề mặt trao đổi nhiệt của lò hơi

Lò hơi thường được thiết kế theo kiểu đứng hoặc nằm ngang

Lò hơi kiểu này không có các khoang chứa hơi và chứa nước

Dựa vào số lần đổi chiều đi của dòng khói trong lò hơi, người ta chia các lò hơi thuộc kiểu này thành các loại 2 pass hoặc 3 pass, tương đương với việc khói đổi chiều 2 lần hoặc 3 lần

Thông thường loại lò hơi này có giải công suất từ 50 kg/h đến 5.000 kg/h

Hình 2.9 Lò hơi kiểu trực lưu nằm ngang

b) Nguyên lý làm việc:

Cũng như kiểu lò hơi được nói đến ở trên, dầu hoặc khí được vòi phun phun vào buồng lửa và cháy tại đây Dòng khói sinh ra trong quá trình cháy đi xuống phía dưới qua khe hở phía dưới vòng lên phía trên ở ngoài chùm ống thứ nhất và thoát ra ống khói (loại lò hơi 2 pass, có 1 chùm ống xoắn) hoặc tiếp tục thoát qua khe hở phía trên đổi chiều đi xuống phía dưới ở mặt ngoài của chùm ống thứ hai rồi mới thoát ra ống khói (loại lò hơi 3 pass, có 2 chùm ống xoắn lồng nhau)

Đối với lò hơi có 1 chùm ống xoắn, nước được bơm nước cấp bơm vào phía dưới của chùm ống , đi lên phía trên, nhận nhiệt và hoá hơi và được lấy ra từ phía trên

Đối với lò hơi có 2 chùm ống, nước được bơm nước cấp bơm vào phía trên của chùm ống, lưu động xuống phía dưới của chùm ống này rồi đi sang

chùm ống thứ 2 và chuyển động theo chiều đi lên tại chùm ống này Trong quá trình lưu động, nước được nhận nhiệt và hoá hơi và được lấy ra từ phía trên của chùm ống thứ 2

Hiện nay đã có một số nơi ở Việt nam sử dụng kiểu lò hơi này, chủ yếu là các lò hơi có công suất từ 300 kg/h đến 2.000 kg/h

c) Các ưu khuyết điểm:

Do đặc điểm cấu tạo, lò hơi kiểu này không có các hộp khói và khói thải của

lò hơi không cao nên tổn thất nhiệt qua khói thải q2 và tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh q5 giảm nhiều so với kiểu lò hơi ống lò ống lửa Hiệu suất của lò hơi có thể đạt được giá trị cao (khoảng 90 % đối với các lò hơi nhập từ các nước tiên tiến)

Với việc sử dụng các chùm ống xoắn kiểu lò so, người ta có thể thu nhỏ

được kích thước lò hơi cho gọn hơn, điều chỉnh được không gian giữa các chùm ống nước, tăng được vận tốc khói đi qua chùm ống và như vậy có thể tăng cường được truyền nhiệt cho các chùm ống trao đổi nhiệt đối lưu và vì vậy hiệu suất của lò hơi cũng được cải thiện đáng kể

Việc dòng khói chuyển động theo chiều vuông góc với các ống nước cũng cải thiện được đáng kể hiệu suất trao đổi nhiệt, giảm được nhiệt độ khói thoát và tăng hiệu suất của lò hơi nói chung

Với kết cấu kiểu này công nghệ chế tạo lò hơi đơn giản, tốn ít vật liệu nên suất tiêu hao kim loại là nhỏ nhất Theo các tính toán của chúng tôi, đây là loại lò hơi tiết kiệm nhất về mặt tiêu hao vật liệu, có hiệu suất cao và đáng

được đầu tư nghiên cứu tiếp để hoàn thiện

Do lò hơi kiểu này có quán tính nhiệt thấp, tốc độ sinh hơi rất nhanh, rất phù hợp cho các công nghệ có nhu cầu sử dụng phụ tải linh hoạt

Lò hơi có kích thước nhỏ gọn, chắc chắn nên rất thuận tiện cho việc lắp đặt

Do không gian chứa nước rất nhỏ nên mức nước trong lò hơi không ổn định như mức nước trong các loại lò hơi ống lò ống lửa Vì vậy việc điều khiển chế

độ cấp nước cho lò hơi sẽ phức tạp hơn, các yêu cầu về bảo vệ cạn nước phải đặt ra chặt chẽ hơn Yêu cầu về chất lượng của hệ thống điều khiển cần phải được đặt lên hàng đầu để đảm bảo cho lò hơi được hoạt động tin cậy Các chế độ bảo vệ phải được đặt trong chế độ kiểm soát cực kỳ ngặt nghèo Yêu cầu đối với bơm nước cấp cho loại lò hơi này được đặt ra rất chặt chẽ về chất lượng cũng như thông số vận hành

Chất lượng nước cho lò hơi kiểu này cũng có yêu cầu rất cao để đảm bảo cho lò hơi không bị đống cáu phía trong ống Vì vậy việc giám sát chất lượng nước cấp cho lò hơi phải tiến hành hết sức chặt chẽ và nghiêm túc

Vì những lý do trên, hệ thống điều khiển cho lò hơi kiểu này và các thiết bị phụ như bơm nước cấp sẽ tương đối phức tạp và phải có độ tin cậy cao nên giá thành sẽ cao

2.2.4 Lò hơi có bao hơi, đốt nhiên liệu rắn, lỏng khí

Loại lò hơi này thường được ứng dụng cho dải công suất lớn (khoảng từ 4.000 kg/h trở lên) nên trong khuôn khổ đề tài này chúng tôi chỉ đưa ra phần nguyên lý và không đề cập tới các phần khác

a) Lò hơi có bao hơi dọc:

Hình 2.10 Nguyên lý cấu tạo lò hơi ống nước có bao hơi dọc

Hình 2.11 Lò hơi ống nước có bao hơi dọc

Đây là loại lò hơi ống nước đầu tiên vận hành theo nguyên lý siphon nhiệt Nước lạnh được cấp vào bao hơi phía trên nguồn nhiệt chảy xuống phía dưới qua các dàn ống nghiêng, nhận nhiệt, tăng nhiệt độ, sôi, khối lượng riêng giảm và do đó tạo nên vòng tuần hoàn trong lò hơi Hơi nước được lấy ra từ bao hơi

b) Lò hơi có bao hơi ngang:

Hình 2.12 Nguyên lý cấu tạo lò hơi ống nước có bao hơi ngang

Hình 2.13 Lò hơi ống nước có bao hơi ngang

Đây là một loại lò hơi ống nước biến đổi của dạng lò lò hơi ống nước bao hơi dọc, bao hơi của nó xoay ngang so với hướng của nguồn nhiệt Nguyên lý làm việc của nó cũng giống như loại trên, ngoại trừ bao hơi của nó không nhận nhiệt từ nguồn nhiệt

c) Lò hơi Stirling:

Để cải tiến hơn nữa, người ta đã sáng chế ra loại lò hơi Stirling Nguyên lý làm việc của loại lò hơi này cũng giống như hai loại lò hơi trên nhưng với 4 bao hơi

Loại lò hơi này có diện tích trao đổi nhiệt lớn hơn và khả năng tuần hoàn tự nhiên của nước trong lò cũng tốt hơn

Hình 2.14 Nguyên lý cấu tạo lò hơi ống nước Stirling

Hình 2.15 Lò hơi ống nước Stirling 5 bao hơi

d) Lò hơi tận dụng nhiệt:

Loại lò hơi này tận dụng nhiệt thải của turbine khí hoặc của các nguồn nhiệt

khác, sản suất hơi bão hòa hoặc hơi quá nhiệt phục vụ nhu cầu cung cấp nhiệt hoặc phát điện tùy theo nguồn nhiệt và yêu cầu của nhà đầu tư

H×nh 2.17 Lß h¬i tËn dông nhiÖt th¶i cña lß Mac tanh