Đang tải... (xem toàn văn)
Bộ hâm nước là thiết bị sử dụng một phần nhiệt còn lại của khói thải để đốt nóng nước cấp của lò hơi.nhằm nâng cao hiệu suất của lò hơi .Lắp đặt bộ hâm nước có những lợi thế sau: Hiệu suất của lò hơi được tăng lên bởi giảm được tổn thất nhiệt trong khói thoát. Nó làm cho giảm ứng suất nhiệt của lò hơi (bao hơi) bởi vì làm giảm chênh nhiệt độ giữa bao hơi và nước cấp đã được đốt nóng.
BỘ HÂM NƯỚC TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN GIỚI THIỆU I Chức hâm nước Bộ hâm nước thiết bị sử dụng phần nhiệt lại khói thải để đốt nóng nước cấp lò hơi.nhằm nâng cao hiệu suất lò Lắp đặt hâm nước có lợi sau: - Hiệu suất lò tăng lên giảm tổn thất nhiệt khói Nó làm cho giảm ứng suất nhiệt lò (bao hơi) làm giảm chênh nhiệt độ bao nước cấp đốt nóng Tiết kiệm kim loại quý để chế tạo bề mặt sinh (do giảm diện tích bề mặt sinh hơn).Còn hâm nước đặt vùng có nhiệt độ thấp nên chế tạo gang II Công dụng Phân loại Nhiệm vụ hâm nước gia nhiệt cho nước cấp đến nhiệt độ sôi gần sôi trước nước vào bao Phân loại vật liệu: - ống thép có cánh - ống thép trơn ống gang Theo nhiệm vụ chia thành hai kiểu hâm: hâm nước kiểu sôi chưa sôi - Ở hâm nước kiểu sôi,nước khỏi hâm đạt đến trạng thái sôi,độ sơi đạt tới 30% Bộ hâm nước kiểu sơi chế tạo ống thép trơn ống thép có cánh - Ở hâm nước kiểu chưa sôi,nước khỏi hâm nước chưa đạt đến nhiệt độ sơi.Bộ hâm nước kiểu chưa sơi chế tạo thép hay gang tùy hteo thành phần lưu huỳnh nhiên liệu Khi tăng áp suất phần nhiệt lượng để đun nước sơi tăng lên, phần nhiệt lượng hấp thu hâm nước phải tăng lên.khi phải chế tạo hâm nước kiểu sơi(đối với lò trung áp ,phần nhiệt lượng để sinh chiếm khoảng 60% toàn nhiệt lượng cấp cho lò) Bộ hâm nước phân chia theo chiều chuyển động dòng khói nước cấp sau: - Các dòng mơi chất chiều Các dòng mơi chất ngược chiều Dạng hỗn hợp Dạng dòng mơi chất chiều, dòng khói chạy chiều với dòng nước cấp,dạng dòng mơi chất ngược chiều dòng ngược chiều nhau.Còn dạng hỗn hợp kết hợp hai dạng trên.Phần lớn hâm nước dạng ngược chiều có hiệu suất truyền nhiệt cao III Vai trò Trong q trình sử dụng lò thiết bị hâm nước đóng vai trò quan trọng, mang lại nhiều lợi ích cho cơng nghệ Bộ hâm nước gang Gang có ưu điểm chịu ăn mòn axit mài mòn tro, lò đốt nhiên liệu có lưu huỳnh người ta dùng hâm nước gang Gang có hệ số dẫn nhiệt nhỏ thép, phía ngồi ống đúc thêm cánh để tăng cường khả trao đổi nhiệt Bộ hâm nước ống thép trơn Có cấu tạo gồm ống thép hai đầu nối vào hai ống góp hâm nước Được chế tạo thành cụm có khoảng trống nhằm dễ dàng vệ sinh Thông thường ống xoắn hâm nước bố trí sole, tạo tốc độ dòng khói lớn xốy nhiều nhằm tăng cường truyền nhiệt Bộ hâm nước ống thép có cánh Bộ hâm nước kiểu có cánh có nhược điểm: khả bám bụi lớn, khó làm vệ sinh dùng Ưu điểm: làm tăng diện tích trao đổi nhiệt nhằm tăng cường truyền nhiệt IV Mục đích Tận dụng nhiệt khói thải để gia nhiệt cho nước gần đến nhiệt độ sơi, đơi cho bốc phần trăm, giảm tổn thất khói thải co dãn đột ngột, tạo ứng suất nhiệt V Ngoài giảm kim loại quý chế tạo bề mặt sinh hâm nước đặt vùng nhiệt độ thấp, khơng cần kim loại tốt có chế tạo gang Cấu Tạo Nói chung, hâm nước gồm chùm ống cong, làm gang thép, nước ống khói bên ngồi ống Người ta bố trí cho nước từ lên khói từ xuống.Các bố trí nhằm: - Tận dụng lưu thơng nước tuần hồn tự nhiên Hạn chế bọt khí, bọt bám vào vách ống, kích thích ăn mòn bề mặt, đồng thời làm giảm hệ số truyền nhiệt Tự điều chỉnh phân phối nước không đồng lưu lượng ống với Ngồi bố trí đường tắt cho khói nước , chí bố trí đường tái tuần hồn nước Về mặt cấu tạo hâm nước chia làm hai loại sau: Ống thép Bằng gang Bộ hâm nước thép Bộ hâm nước ống thép thường gồm ống trơn có đường kính khoảng 28÷38 mm, chế tạo thành cụm ống xoắn,được uốn gấp nhiều lần hai đầu nối vào hai ống góp hâm nước(hình 4.15).Những ống thép dễ bị gỉ lại nối với cách hàn chịu va đập tốt hơn.Do đó, ống thép dùng cho hâm nước kiểu sôi với tỷ suất sôi không 10%.Bộ hâm nước chế tạo thành cụm nhỏ có chiều cao khoảng 1m cụm đặt cách 0,6m nhằm tạo khoảng chống cho việc làm vệ sinh dễ dàng Thông thường ống xoắn hâm nước bố trí sole, tạo tốc độ dòng khói lớn xốy nhằm tăng cường truyền nhiệt Bộ hâm nước gang Bộ hâm nước ống gang có giá thành rẻ, chịu ăn mòn mài mòn tốt, để đúc.Do thường đúc thành ống có cánh tản nhiệt phía khói đi, đường kính khoảng 76÷120 mm,dài từ 1,5÷3m nối với cút nối có mặt bích bu lơng nên lắp đặt dễ dàng.Gang có ưu điểm chịu ăn mòn axit mài mòn tro, lò đốt nhiên liệu có luy huỳnh người ta dùng hâm nước gang.(hình 4.16) Tuy nhiên, hâm nước gang có nhược điểm sau: - Do gang khó hàn nên ống phải nối với mặt bích, khơng áp dụng cho lò thơng số cao - Gang chịu uốn, va đập nên không dùng cho hâm nước kiểu sơi - Do ống có cánh nên dễ bám bụi nên phải bố trí kèm máy thổi bụi VI Ứng Dụng Bộ hâm nước thiết bị khơng thể thiếu lò hơi, thiết bị có vai trò tận dụng nhiệt khói thải sử dụng lò, gia nhiệt cấp nước cho nồi nhằm tiết kiệm chi phí nâng cao hiệu sản xuất VII Cách nối hâm nước PHƯƠNG PHÁP NỐI BỘ HÂM NƯỚC VỚI LỊ Bình gia nhiệt Bộ hâm nước Ngắt khỏi hệ thống lò Bao Khơng ngắt khỏi hệ thống lò Ví dụ 2.1 Bộ hâm nước nóng máy nhiệt điện có số liệu sau: lưu lượng nước G2= 230T/h, nhiệt độ nước vào t2’=160 , nhiệt độ nước t2’= 300 Nước chảy ống thép có hệ số dẫn nhiệt =22W/m.oK, đường kính ống d1/d2=44/51 mm, tốc độ trung bình nước chảy ống (chọn lần đầu) = 0,6 m/s Khói có thành phần thể tích 13% CO2, 11% H2O, chuyển động cắt ngang qua chùm ống so le với tốc độ tiết diện hẹp (chọn lần đầu tiên) =13 m/s, với lưu lượng G1= 500T/h nhiệt độ t1’= 800 Các bước ống s1 = 2,1.d2; s2 = 2.d2 Xác định diện tích tồn F thiết bị Số ống uốn khúc n, chiều dài ống uốn khúc l1, hiệu suất trao đổi nhiệt thiết bị Bài làm: Phân tích tốn: Đây dạng tính toán thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống trơn Nước cần đun nóng ống trơn từ lên trên, khói từ q trình đốt cháy nhiên liệu từ xuống cắt ngang bên ống xếp sole Ở bố trí khối bên ngồi ống dễ làm bề mặt ngồi ống bụi từ khói bám vào Và lỏng < khói nên khói cho bên ngoài, nước cho bên ống Cách giải tổng quát cho toán: Q: Lượng nhiệt trao đổi (kW) + Dựa vào công thức: Q=k.F t k: hệ số truyền nhiệt ( ) F:diện bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị (m2) t: độ chênh lệch nhiệt độ môi chất ( +Tìm Q Q=G.Cp t Q: Lượng nhiệt trao đổi (kW) Cp: nhiệt dung riêng môi chất (kJ/kg.oK) t: độ chênh lệch nhiệt độ +Tìm k k= : Hệ số tỏa nhiệt đối lưu khói vào bề mặt ống : Hệ số tỏa nhiệt đối lưu cảu nước vào bề mặt ống Hệ số tỏa nhiệt khói phải kể đến ảnh hưởng xạ khói: = + 1d 1b : hệ số tỏa nhiệt đối lưu khói 1d : hệ số tỏa nhiệt xạ khói 1b : Chiều dày vách, = 0,5(d2-d1) : Hế số dẫn nhiệt vách ống Giải toán: Nhiệt độ trung bình nước: t2 = 0,5.(t2’+ t2”) = 0,5.(160+300) = 230 Ở nhiệt độ ta có thông số vật lý nước sau: P2=827 kg/m3 ; Cp2= 4,68 kJ/kg.độ ; 2 = 0,637 W/m oK ; = 0,145.10-6 m2/s ; Prf= 0,88 Trong đó: P: khối lượng riêng (kg/m3) Cp: nhiệt dung riêng (kJ/kg.độ) : độ nhớt động học (m2/s) Pr: tiêu chuẩn Prandtl : tốc độ (m/s2) Lượng nhiệt nhận: Q= G2 Cp2.(t”2 - t’2)= 4,68(300 - 160) Q= 4,2.104 kW Tiêu chuẩn Reynold nước: Ref = Ref = 1,82.105 >104, nước chảy rối ống hệ số tỏa nhiệt xác định theo công thức: Nuf = 0,021.Ref0,8.Prf0.43.A Trong đó: : hệ số hiệu chỉnh, l/d 50 = 1; l/d 50 < 50 xác định từ bảng hệ số hiệu chỉnh tính đến độ cong ống: = + 1,77 d: đường kính ống R: bán kính ống Do hệ số tỏa nhiệt nước lớn khói nhiều nên nhiệt độ vách ống bên tw nhiệt độ nước , t2 tw coi A= Chiều dài ống l1 chắn lớn 50d1, ta có với chiều dài ống nên ta bỏ qua ảnh hưởng ống uốn cong, Vì phần ống uốn cong nhỏ so Vậy: Nuf = 0,021.(1,82.105)0,85.(0,88)0.43 = 314 = Nuf W/m2.oK Từ bảng nhiệt rung riêng khói ta thấy 800 oC ,CP = 1,264 ; 700 oC, CP = 1,239.Ở lần thử đầu ta chọn CP1 = 1,25 kJ/kg.độ, nhiệt độ khói khỏi thiết bị t”1 bỏ qua tổn thất nhiệt: t1” = t1’Nhiệt độ trung bình t1 khói bằng: t1 = 0,5 (t1”+ t1’) = 0,5.(800+ 558) = 679 oC Với t1 = 679 oC tra bảng nhiệt rung riêng khói CP1 = 1,234 kJ/kg.độ tính lại nhiệt độ khỏi khói: t1” = Với nhiệt độ trung bình khói t1 = 0,5(800 + 554) = 677 oC Ở nhiệt độ nhiệt dung riêng khói cũ CP1 = 1,234 kJ/kg.độ , ta không cần phải tính lại • Độ chênh nhiệt độ trung bình 10 t1’= 800 oC tt ” = 300 oC t1”=554 oC t2’=160 oC Kết từ nhiệt độ trung bình khói t1 = 677 oC, tra bảng ta được: ; = 0,0808 W/m oK ; ; Prf = 0,61 Tiêu chuẩn Reynold khói: Ref = Vì chưa biết số hàng ống nên hệ số tỏa nhiệt đối lưu chùm ống coi hệ số tỏa nhiệt hàng ống thứ : ’ = ống xếp so le theo công thức: Nuf1 = 0,41.Ref0,6.Prf0.33.A Trong đó: : hệ số kể đến ảnh hưởng bước ống Với chùm ống so le: = 1,2 s1/s2 11 = s1/s2 < Theo toán ta thấy s1/s2 = 2,1/2 < Vậy nên ta lấy Vì tiêu chuẩn Pr khói thay đổi theo nhiệt độ nên A = =1 ta có: Nuf1 = 0,41.(6130)0,6.(0,61)0,33 =65,22 ’1 = Nuf1 = 65,22 = 103,32 W/m2.oK Khi kể đến bám bụi khói tới bề mặt ống , hệ số tỏa nhiệt đối lưu khói là: 1đ ’1 = 0,8.103,32 =82,7 W/m2.oK = Hệ số tỏa nhiệt khói bề mặt ngồi ống = 1đ + là: 1b Để xác định ảnh hưởng xạ khói tới bề mặt 1b ta phải tính chiều dài trung bihf tia xạ theo công thức: l = 1,08.d2 = 1,08.5,1.(2,1.2 - 0,785)= 18,8 cm 12 Phân áp suất CO2 H2O coi áp suất khói P = at = P = 0,13.1 = 0,13 at = P = 0,11.1 = 0,11 at l= 0,13.18,8 = 2,45 at.cm l= 0,11.8,8 = 2,07 at.cm Từ nhiệt độ khói t1 = = 0,074 = + ta tra đồ thị độ đen CO2 H2O là: = 0,046 Vậy độ đen khoi coi = = 677 = là: = 0,074 + 0,046 = 0,12 Để tìm nhiệt độ bề mặt ống , ta có giả thiết sau: Bỏ nhiệt trở dẫn nhiệt vách, nên nhiệt độ bềm ặt bên ngoái ống bằng bên Gọi độ chênh lệch nhiệt độ gữa khói bề mặt bên ống mặt bên ống Ta coi nước bề = 82,7 W/m2.oK 13 = t1 - = - Ta có: q = = = = ta lại có: + = 439 = t1 - = 55,01 = t1- t2 = 677 – 230 = 447 = 677 – 439 = 238 nhiệt độ với vật liệu thép bị oxi hóa ta tra độ đen ống thép = 0,79 Lấy Co = 5,67 Ta tính hệ số xạ hệ thống là: Ch = = = 0,66 Nhiệt độ xạ khói là: qb= Ch 14 = 4926 w/m2 = 0,66 Hệ số tỏa nhiệt xạ khói là: = = = 11,2 Hệ số tỏa nhiệt khói với bề mặt ống là: = + = 82,7 + 11,2 = 93,9 Ảnh hưởng xạ 12% Hệ số truyền nhiệt d1/d2 = 51/44 = 1,16 < 1,4 nên tính vách phẳng bằng: = k= = 90,6 w/m2.K Ta có: = t’1 – t”2 = 800 300 = 500 = t”1 – t’2 = 554 - 160 = 394 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình coi chuyển động ngược chiều là: = = 445 15 Ta kiểm tra lại việc tính gần nhiệt độ bề mặt tw: q = k tw = t + =230 + 8,86 = 238,86 Kết phù hợp với việc tính gần tw = 238 nên ta khơng phải tính lại Tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt ống : F Số ống uốn khúc n: n Chọn n =85 ống , từ tính lại tốc độ nước : 16 Vì nên (như giả thiết ban đầu) ta khơng phải tính lại tốc độ khơng thay đổi Chiều dài ống uốn khúc: l1 = Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt W1 = (G1 CP1 )< W2 = (G2 CP2) : KẾT LUẬN • Việc tận dụng nhiệt khói thải lò để nâng cao hiệu suất sử dụng lượng vấn đề quan tâm nhằm giải hai vấn đề nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng tình hình nguồn lượng thiên nhiên ngày cạn kiệt nhanh chóng • Từ vấn đề trình bày phân tích phương án tận dụng nhiệt khói thải khẳng định phương án tận dụng nhiệt khói thải để nâng cao nhiệt độ hâm nước cấp mang lại hiểu kinh tế cao hơn, 17 ... thống lò Ví dụ 2.1 Bộ hâm nước nóng máy nhiệt điện có số liệu sau: lưu lượng nước G2= 230T/h, nhiệt độ nước vào t2’=160 , nhiệt độ nước t2’= 300 Nước chảy ống thép có hệ số dẫn nhiệt =22W/m.oK,... thải sử dụng lò, gia nhiệt cấp nước cho nồi nhằm tiết kiệm chi phí nâng cao hiệu sản xuất VII Cách nối hâm nước PHƯƠNG PHÁP NỐI BỘ HÂM NƯỚC VỚI LỊ Bình gia nhiệt Bộ hâm nước Ngắt khỏi hệ thống... dàng vệ sinh Thông thường ống xoắn hâm nước bố trí sole, tạo tốc độ dòng khói lớn xốy nhiều nhằm tăng cường truyền nhiệt Bộ hâm nước ống thép có cánh Bộ hâm nước kiểu có cánh có nhược điểm: khả