CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP Trong nền công nghiệp Việt Nam hiện nay có rất nhiều nhà máy hóa chất, thuốc lá, dệt, đường, rượu, bia, nước giải khát, chế biến thực phẩm . . . đó được xây dựng lân để sản xuất ra sản phẩm cung cấp đến người tiêu dựng. Để chế biến và tạo ra các sản phẩm này các nhà máy đó phải tiến hành thu mua các nguyên liệu thụ đầu vào, rồi biến đổi thông qua các chu trình công nghệ các công đoạn trong quá trình công nghệ hầu hết đều sử dụng nhiệt như nấu, thanh trùng, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm…, nhiệt cung cấp ở đây là hơi bão hòa của lò hơi cung cấp. 1.Đặc điểm của lò hơi công nghiệp 1.1 Sơ đồ sử dụng hơi điển hình trong công nghiệp. Lò hơi trong công nghiệp là thiết bị trong đó xẩy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình cháy sẽ truyền cho nước trong lò để biến nước thành hơi. Nghĩa là thực hiện quá trình biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi. Hơi ở đây thường là hơi bão hòa, áp suất hơi thấp thường phổ biến từ 6÷10 bar, sản lượng nhỏ để phục vụ cho quá trình công nghệ . Hình 1.1 Hệ thống sử dụng hơi điển hình trong công nghiệp 1 1.2 Phân loại lò hơi trong công nghiêp  Theo nguyên lý hoạt động, lò hơi có 2 loại chính – Lò hơi ống lò ống lửa. Khói sinh ra khi đốt nhiên liệu trong buồng đốt được đi qua hệ thống ống để đun nóng nước bên ngoài – Lò hơi ống nước. Các ống chứa nước bao quanh buồng lửa hoặc bố trí thành cụm để nhận nhiệt từ khói ở phía bên ngoài.  Theo nguyên lý đốt của buồng lửa lò hơi thể phân loại như sau – Buồng lửa đốt ghi (ghi cố định hoặc ghi xích chuyển động) theo đó nhiên liệu rắn được phân bố và đốt trên ghi lò để cung cấp nhiệt cho lò – Buồng lửa phun theo đó nhiên liệu (rắn, lỏng hoặc khí) được phun vào buồng lửa, hỗn hợp với không khí trong đó và cháy – Buồng lửa tầng sôi theo đó các hạt nhiên liệu rắn với kích cỡ xác định ở trạng thái giống như hiện tượng “sôi” trong buồng lửa khi bị không khí thổi lên ở một tốc độ nhất định. 1.3 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò hơi 1.3.1 Sản lượng hơi của lì: Sản lượng hơi của lì là lượng hơi mà lì sản xuất ra được trong một đơn vị thời gian (kg/h hoặc t/h hoặc kg/s). Thường dùng 3 khái niệm sản lượng. ● Sản lượng hơi định mức (D đm ): là sản lượng hơi lớn nhất lị có thể đạt được, đảm bảo vận hành trong thời gian lâu dài, ổn định với các thông số hơi đó cho mà không phá hủy hoặc gây ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc của lì. ●Sản lượng hơi cực đại (D max ): là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể đạt được, nhưng chỉ trong một thời gian ngắn, nghĩa là lò không thể làm việc lâu dài với sản lượng hơi cực đại được. Sản lượng hơi cực đại bằng: D max = (1,1 - 1,2) D đm ● Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà ở đó lì làm việc với hiệu quả kinh tế cao nhất. Sản lượng hơi kinh tế bằng: D kt = (0,8 - 0,9) D đm 1.3.2 Thông số hơi Áp suất (đo bằng kg/cm 2 ) và nhiệt độ (đo bằng 0 C) của hơi sản xuất ra. Trong nhà máy nhiệt điện, các trị số áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt được lựa chọn trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật của chu trình nhiệt. Trong công nghiệp, lò hơi được dựng để sản xuất hơi bão hòa thì có thể chỉ cần đặc trưng thống số hơi là áp suất. 2 1.3.3 Nhiệt thế thể tích của buồng lửa Nhiệt thế thể tích của buồng lửa là số lượng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thể tích buồng lửa: q v = , kW/m 3 Trong đó: B lv - lượng nhiệt tiêu hao, kg/s; Q t lv – nhiệt trị của nhiên liệu, kJ/kg; V – thể tích buồng lửa, m 3 1.3.4 Nhiệt thế diện tích trên ghi: là số lượng nhiệt sinh ra trên một đơn vị diện tích mặt cháy của ghi: q r = , kW/ trong đó R – diện tích mặt cháy của ghi, 1.3.5 Năng suất bốc hơi của lò hơi: là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện tích bề mặt đốt trong một đơn vị thời gian (kg/ 2 h). Đặc tính này thường dùng cho các lò hơi nhỏ trong công nghiệp 1.3.6 Hiệu suất của lò hơi: là tỷ số giữa lượng nhiệt mà môi chất hấp thu được có ích với lượng nhiệt đưa vào lò hơi. η = Trong đó; : là ượng nhiệt có ích; d : là lượng nhiệt đưa vào lò hơ 1.4 Các hệ cân bằng khối lượng và năng lượng trong lò hơ Đầu vào và đầu ra của lò hơi có mối quan hệ chặt chẽ với nhau dựa trên hai định 3 luật cơ bản là: định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn khối lượng, tức là tổng năng lượng và khối lượng đầu vào của lò phải cân bằng với tổng năng lượng và khối lượng đầu ra của lò. Kết luận lại, trong lò bao gồm các cân bằng s : - Cân bằng về khối lượng giữa nước cấp và hơi nư ; - Cân bằng khối lượng giữa nhiên liệu, gió với khối lượng khói thải và tro ; - Cân bằng thành phần hóa học chứa trong nước cấp và h ; - Cân bằng thành phần hóa học giữa nhiên liệu cộng gió thứ cấp với khói thải cộng tro ; - Cân bằng năng lượng của lò h . 1.4.1 Cân bằng về khối lượng giữa hơi và nước p Nước được cấp đến bao hơi, ở bao bơi nước nhận nhiệt năng từ quá trình cháy trong lò hơi và chuyển hóa thành hơi nước bão hòa. Ngoài lượng hơi chính thoát ra từ bao hơi được dẫn tới tuabin thì còn có một lượng nước đi xuống quay trở lại bao hơi. Đây chính là lượng nước được tách ra từ hơi bão hòa qua bộ phận lọc hơi. Mặc dù năng lượng mang đi bởi lượng nước này không phải là năng lượng có ích từ quan điểm của hiệu suất lò nhưng năng lượng đó là không đáng kể bởi vì lò hơi hầu như truyền nhiệt toàn bộ từ nhiệt chứa trong nhiên liệu cho nước cấp để trở thành hơi bão hòa. Trong cân bằng này thì thông thường lượng hơi sẽ chiếm khoảng 90% - 99% khối lượng 4 Lò hơi Nước cấp Hơi bão hoà Nước đi xuống Hình 1.2 Cân bằng về khối lượng giữa nước cấp à hơi 1.4.2 Cân bằng khối lượng nhiên liệu và gió với khói thải và ro xỉ Nhiên liệu được đưa vào lò cộng với không khí để cuncấp O 2 cho quá trình cháy của lò hơi. Không khí đưa vào lò thường lớn hơn rất nhiều so với nhiên liệu (gấp khoảng 12 - 1 lần). s au quá trình cháy, những chất rắn không cháy được sẽ tạo thành tro xỉ. Tro là những chất rắn không cháy được nhưng không bị nóng chảy còn xỉ chính là tro nóng chảy tạo thành. Đồng thời một lượng khói thải lớn được đưa ra ngoài trời qua ống khói. Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có cân bằng giữa đầu vào là nhiên liệu, gió với đầu ra là khói thả ình 1.3 . Cân bằng khối lượng giữa nhiên liệu, gió và khói thải o xỉ 1.4.3 Cân bằng thành phần 5 Lò hơi Hỉa chất trong nước cấp Hoá chất trong hơi chính Hoá chất trong lắng cặn Lò hơi Nước cấp Khúi Tro, xỉ Giú Hình 1.4 Cân bằng thành phần hóa học trong nước cấp hơi Nước cấp đưa vào lò bao gồm rất nhiều các thành phần hóa học khác nhau hư Ca 2 , Mg 2 Na + , K + , K O - S 4 2, Cl - v v ngoài ra còn có các chất keo Hình 1.5 Cân bằng hóa học giữa đầu vào v đầu ra Hình 1. 5 biểu diễn cân bằng hóa học đầu vào và đầu ra của quá trình cháy của lò hơi. Cũng như cân bằng hóa học của nước cấp và hơi bão hòa thì sơ đồ này cũng cho thấy cân bằng của mỗi thành phần hóa học. Nhiên liệu và gió đưa vào lò cũng bao gồm nhiều thành phần hóa học khác n a như O 2 , C, N 2 , S, H 2 , oxit n itơ, CO 2 v v Sản phẩm của quá trình cháy là khói và lượng tro xỉ. Những hạt xỉ lỏng lớn, rơi xuống phía đáy buồng lửa, ở đó có thể được là nguội, đông đặc lại rồi thải ra ngoài theo phương pháp thải xỉ khô. Những hạt quá nhỏ không tách ra được đi theo khói ra ngoài hí uyển. 1.4 .4 Cân bằng năng lượng ủa lò hơi Năng lượng đầu vào của lò được xác định bởi tổng năng lượng chứa trong nhiên liệu cấp vào lò (gồm năng lượng từ than và dầu, năng lượng từ nước cấp, năng lượng dự cháy O 2 ). Tổng năng lượng cấp vào lò được tính bởi lưu lượng nhiên liệu đầu vào nhân với năng lượng của mỗi đơn vị chuẩn trong một đơn vị hời gian. Năng lượng đầu ra của lò bao gồm năng lượng hữu ích được tích trữ trong hơi nước, năng lượng chứa trong khói lò và năng lượng chứa trong lượng nước thừa đi xuống. Ngoài ra còn mụt phần năng lượng bị mất đi do có tổn thất trong lò (lượng tổn thất này là tất yếu do quá trình cháy và tr 6 Lò hơi Nhiờn liệu H 2 , C, S, N 2 , O 2 , H 2 O Khối CO 2 , CO, O 2 , N 2 , NO X , SO x Tro, xi, C Giú N 2 , H 2 O, O 2 Lò hơi Năng lượng từ nhiờn liệu Năng lượng từ sự cháy của giú Năng lượng từ nước cấp Năng lượng hơi chính Năng lượng ở khói lị Năng lượng ở xỉ lì Bức xạ nhiệt Hình 1.6 Cân bằng năng lượng bên tron lò hơi Từ định luật cân bằng năng lượng ta có phương trình thể hiện mối quan hệ giữa năng lượng đầu vào và đầu ra của lò ư sau: Tổng năng lượng đầu vào=Tổng năng lượng hữu ích đầu ra+Tổng n thất Trong đó năng lượng tổn thất o gồm: - Tổn thất nhiệt do nước trong quá tr h cháy; - Tổn thất nhiệt để làm khô khí nhiên; - Tổn thất nhiệt do nước có trong nh n liệu; - Ẩn nhiệt cấp cho nước có trong nh n lệu; - Ẩ n nhiệt cấp cho nước hình thành bởi ự c y O 2 ; - Tổn thất nhiệt do cacbon kh g cháy; - Tổn thất nhiệt do gió thừa mang đi tr g khói; - Tổn thất nhiệt d 7 bức xạ; Chính các đòi hỏi trên đặt ra yêu cầu đối với bài toán điều khiển cho lò hơi phải đảm bảo đầu vào đáp ứng yêu cầu của đầu ra. Ngoài ra để đảm bảo tính chính xác, ổn định của lò hơi, hệ thống điều khiển còn phải đảm bảo chất lượng hơi quá nhiệt về lưu lượng, nhiệt độ, áp suất và chất lượng của quá trình cháy về nhiên l ệ u, lượng O 2 để sao cho hệ thống đạt hiệu suất cao, mang lại hiệu ảkinh tế. 1 .5 Một số loại nồi hơi thường dùng trong ng ghiệp 1.5 .1. Nồi hơi ống lửa (Fire b Boiler) Với loại lò hơi này khói sinh ra khi đốt nhiên liệu trong buồng đốt được đi qua hệ thống ống để đun nóng nước bên ngoài.sẽ được chuyển thành hơi. Lò hơi ống lửa thường được sử dụng với công suất hơi tương đối thấp cho đến áp suất hơi trung bình. Do đó, sử dụng lò hơi dạng này là ưu thế với tỷ lệ hơi lên tới 12tấn/giờ và áp suất l n tới 18 kg/cm 2 . Các lò hơi này có thể sử dụng với dầu, ga hoặc các nhiên liệu lỏng. Vì các lý do kinh tế, các lò hơi ống lửa nằm trong hạng mục lắp đặt “trọn gói” (tức là nhà sản xuất sẽ lắp đặt) đối với tất cả các hiên liệ. 8 Hình 1.7 . Mặt cắt của mộ i ốg lửa Hìn h 1.8 Lò ống l 9 lửa ngang Hình1.9 Lò ốnò ng ửa đứ n g 1.5 .2. Nồi hơi ống nước (Wate Tube Boiler) Lò hơi ống nước. Các ống chứa nước bao quanh buồng lửa hoặc bố trí thành cụm để nhận nhiệt từ khói ở phía bên ngoài,nước cấp qua các ống đi vào tang lò hơi. Nước được đun nóng bằng khí cháy và chuyển thành hơi ở khu vực đọng hơi trên tang lò hơi. Lò hơi dạng này được lựa chọn khi nhu cầu hơi cao đối vớ nhà máy phát điện. Phần lớn các thiết kế lò hơi ống nước hiện đại có công suất nằm trong khoảng 4.5 – 120 tấn/giờ hơi, ở áp suất rất cao. Rất nhiều lò hơi dạng này nằm trong hạng mục lắp đặt “trọn gói” nếu nhà máy sử dụng dầu và/hoặc ga làm nhiên liệu. Hiện cũng có loại thiết kế lò hơi ống nước sử dụng nhiên liệu rắn nhưng với loại này, thiết kế trọn gói kh g thông dụng bằng. Lò hơi ống nước • các đặc điểm sau: Sự thông gió cưỡng bức, cảm ứng, và cân bằng sẽ giúp nâng • ao hiệu suất cháy. Yêu cầu chất lượng nước cao và cần phải có • thống xử lý nước. Phù hợp với 10 [...]... ệ thống điều kiể n l hơi phải thực hiệ n được 6  hức năng điều khiển sau: Chức năng tự  ng cấp nướ c cho lò hơi Chức  ăng tự động hâm dầu đốt  hức năng tự động đốt lò Chức năngtự động điều chỉnh  suấ t hơi trong lò hơi Chức năng tự động kiểm tra  o động và bảo vệ lò hơi thống tự động xả đáy lò 2 Tự động cấp nước nồi hơi Nhờ có chức năng t động cấp nước mà mực nướ c trong lò hơi luôn giữ ở một... Quá trình điều khiển áp suấ t hơi tong lò hơi được thực hiện bằng cách khi áp suấ t hơi trong lò đt giá trị xác định thì dừng đốt,còn khi áp suấ t hơi trong lò giảm đế một giá trị đặt thì nồi hơi tự hoạt động lại • 2.5 Tự động kiểm tra,báo động ,bảo o lò hơi Các thông số báo động, bảo vệ lò hơi Mức nước trong nồi hơi giảm quá th o so với hmin, dẫn tới báo động và dừng đốt lò Áp suất dầu đốt khô o đảm... các loại lò hơi khác Những lò hơi này được phân loại dựa trên số lần số lần khí đốt nóng đi qua nồi 14 hơi Buồng đốt sẽ là lần đi qua thứ nhất,sau đó có thể hai hoặc ba bộ ống lửa.Loại nồi hơi phổ biến nhất của loại này là nồi hơi bậc 3 (3 lần khí đi qua lò hơi) với hai bộ ống đốt và với khí thải đi qua phận phía sau nồi hơi 2 Các hệ thống điề khiển của lò hơi đốt dầu Trong một hệ thống ò hơi đốt dầu... dừng đốt lò Nhiệt độ dầu đố o không đảm bảo dẫn tới báo động và dừng đốt lò Qu o gió có sự cố dẫn tới báo động và dừng đ o lò 18 Mất lửa dẫn tới báo động và dừng đốt lò Qu o gió có sự cố dẫn tới báo động và dừng đốt lò Nhiệt độ kh o xả lò quá cao dẫn tới báo động và dừng đốt lò Lò đốt không thành công dẫn tới báo động và dừng đốt lò .Quá trình điều khiển tắt lò là là tắt nhiên liệu cấp vào lò và quạt... mhơi thấp Mức nước trong nồi quá cao > h max 2 6 Chế độ làm việc thay đổi của lò hơi Chế độ làm việc thay đổi của ò hơi công suất nhỏ thường được biểu thị như sau: + Thay đổi phụ tải hơi và do đó thay đổi lượng nhiên liệu tiêu hao Nếu quá trình đạt được trạng thái ổn định tức là áp suất hơi bão hòa được giữ không đổi Nếu phụ tải hơi lớn hơn công suất đốt thì làm giảm áp suất hơi bão hòa trong lò hơi. .. thì nó không chỉ có ý nghĩa lớn trong công tác thiết kế, chế tạo lò hơi mà nhờ đó khi biết rõ đặc tính ta còn có thể tổng hợp nên những bộ điều chỉnh lò hơi có độ ổn định cao, tin cậy, có bộ thông số điều chỉnh tối ưu và bền vững giúp ích rất lớn cho công tác điều khiển, vận hành tối ưu lò hơi Ngoài ra chúng ta thấy lò hơi là một đối tượng có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động, việc có một bộ điều... nhiệt độ k i ra khỏi ống khói khi công suất lò hơi thay đổi Trong quá trình lò hơi làm việc thì quá trình nhiệt là quá trình cơ bản nhất của lò hơi và trong suốt quá trình làm việc đó các chế độ làm việc thay đổi thường xuyên với số lượng điểm thay đổi rất lớn, sự thay đổi các đặc tính nhiệt của lò hơi theo sự thay đổi một chế độ làm việc nào đó xảy ra theo những quan hệ phi tuyến Quá trình này cũng... cháy lò do mức nước trong nồi hơi quá thấp hoặc bị ràn nước ra ngoài do mức nướ c trong lò hơi quá cao Để thực hiện chức năng này người ta dựng hai bơm cấp nước (một bơm làm việc còn một bơm dự tr) Ngoài ra trong một số hệ thố ng lò hơi còn được trang bị thêm cả bơm tăng cường và bơm tuần hoàn nước Bơm tăng cưòng nhằm mục đích tăng áp lực của nước ơm vào lò hơi để thắng được áp lự c hơi trong lò còn... trường) + Do khó khăn về mặt kỹ thuật: do quá trình thiết kế bị điều chỉnh (cả phần cứng và phần mềm) Đối với ở nước ta thì chủ yếu là phần mềm mà rõ hơn là bộ thông số điều chỉnh tối ưu, muốn có được phải bám sát các đặc tính nhiệt của lò hơi ở các chế dọ vận hành (do các đối tượng lò hơi công nghiệp là các đối tượng bất định) Dẫn đến phải lập được quan hệ giữa các đặc tính nhiệt của lò hơi ở các chế độ...uất nhiệt cao Hình 11 Nồi hơi ống nước Hình 1.11 12 hơi ống nước đứng Hình 1.12 Lò ơi ng nước nghiêng 1.5 3 Nồi hơi trọn ộ (Package Boiler) Loại lò hơi này có tên gọi như vậy vì nó là một hệ thống trọn bộ Khi được lắp đặt tại nhà máy, hệ thống này chỉ cần hơi, ống nước, cung cấp nhiên liệu và nối điện để có thể đi vào hoạt động Lò hơi trọn bộ thường có dạng vỏ sò với các ống lửa . cung cấp ở đây là hơi bão hòa của lò hơi cung cấp. 1.Đặc điểm của lò hơi công nghiệp 1.1 Sơ đồ sử dụng hơi điển hình trong công nghiệp. Lò hơi trong công nghiệp là thiết bị trong đó xẩy ra quá. trình công nghệ . Hình 1.1 Hệ thống sử dụng hơi điển hình trong công nghiệp 1 1.2 Phân loại lò hơi trong công nghiêp  Theo nguyên lý hoạt động, lò hơi có 2 loại chính – Lò hơi ống lò ống. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP Trong nền công nghiệp Việt Nam hiện nay có rất nhiều nhà máy hóa chất, thuốc lá, dệt, đường,