Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên
của lò hơi nhà máy nhiệt điện
Đồ án tốt nghiệp 1
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà
máy nhiệt điện
MỞ ĐẦU
Dầu mỏ đã được con người biết đến từ lâu, đến thế kỉ XVII, dầu mỏ
được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỉ XIX, dầu
được coi là nguồn nguyên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho
1994 3003,4
1995 2982,5
1997 (riêng Việt Nam) 10,1
Cho đến nay, tổng trữ lượng dầu khí thế giới nhìn chung vẫn tăng đều
đặn mặc dù tốc độ tăng không còn như trước và hiện tượng này xảy ra cũng
không giống nhau ở các vùng khác nhau.
Bảng: Sự thay đổi trữ lượng dầu khí thế giới từ 1/1/1994 đến1/1/2003
Năm Dầu (triệu tấn) Khí đốt (tỉ feet khối)
1994 142.732 5016231
1995 142.826 4980278
1996 143.925 4933742
1997 145550 4945362
1998 145649 5086469
1999 147752 5144752
2000 145149 5146207
2001 146922 5278484
2002 147300 5451332
2003 173268 5501424
Đồ án tốt nghiệp 3
Theo thông tin dữ liệu của HIS Energy, vào giữa 2002 cho biết tổng trữ
lượng vùng nước sâu ở Đông Á- Đông Nam Á ước tính đạt 4598 triệu thùng
dầu (tức là cả dầu thô và khí đốt), trong đó có 1040 triệu thùng dầu thô và 20
Tcf (nghìn tỷ feet khối) khí.
Đồ án tốt nghiệp
thùng/ngày (5000 tấn/ ngày).
Về khí hyđrôcacbon hiện nay có các nơi được khai thác như sau:
Đồ án tốt nghiệp 5
+ Mỏ Tiền Hải (Thái Bình): là mỏ khí thiên nhiên đây là mỏ nhỏ, hàng
năm cung cấp 10÷30 triệu m
3
khí cho công nghiệp địa phương.
+ Mỏ Đại Hổ: là dạng khí đồng hành đi kèm khi khai thác dầu có thể
thu được 180÷200 m
3
khí đồng hành. Sản lượng của mỏ là 1,5 triệu tấn/năm.
+ Riêng mỏ khí Lan Tây- Lan Đỏ với trữ lượng là 58 tỷ m
3
sẽ dung cấp
lâu dài ở mức 2,7 tỷ m
3
khí/ năm.
Theo dự kiến của PetroVietNam, trong thời gian từ 2003 đến 2010,
cụm mỏ dầu khí ở vùng biển Cửu long và Nam Côn Sơn có thể cung cấp đến
6÷8 tỷ m
3
khí/năm.
Từ dầu khí, bằng các quá trình chế biến hóa học có thể tạo ra hàng loạt
các sản phẩm.
+ Sản phẩm năng lượng: những sản phẩm này được sử dụng để làm
chất đốt và nhiên liệu động cơ như: dầu hoả dầu FO, xăng, dienzel…
+ Sản phẩm phi năng lượng: những sản phẩm này không được sử dụng
nó có khả năng sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nước tạo áp suất đẩy
tua bin kéo theo trục quay máy phát điện nhằm tạo ra điện năng. Do thấy vai
trò và tính chất quan trọ
ng của lò hơi trong lò máy nhiệt điện như vậy, nên
việc tính toán và thiết lò hơi sao cho phù hợp là việc làm rất cần thiết khi thi
công nhà máy nhiệt điện. Nhằm tăng thêm kiến thức hiểu biết của mỗi sinh
viên, em được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài: " Thiết kế buồng đốt khí thiên
nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện năng suất 30 tấn hơi/ giờ".
Đồ án tốt nghiệp 7
PHẦN I
KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Trong nhà máy nhiệt điện lò hơi là thiết bị lớn và quan trọng nhất, nó
vận hành rất phức tạp và khả năng cơ khí hoá, tự động hoá cao. Nhiệm vụ của
lò hơi là sản xuất ra hơi quá nhiệt để cung cấp hơi nước chạy máy tuabin làm
quay trục máy phát điện nhằm biến đổi từ cơ năng sang điện năng. Ngoài ra
trong các lĩnh vực khác, lò hơi còn cung cấp hơ
i nóng để phục vụ cho các nhu
cầu như: sấy, hấp, luyện… nhưng trong các lĩnh vực này thì lò hơi của nó
thường nhỏ hơn, khả năng tự động hoá thấp hơn sơ với nhà máy nhiệt điện.
I. CẤU TẠO CỦA LÒ HƠI (HÌNH 1)
đường ống (9) đặt bên ngoài. Nước đi trong ống (9) không
được đốt nóng nên có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nước ở các dàn
ống (7), điều đó đã tạo nên sự chênh lệch trọng lượng cột nước làm cho môi
chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên kín mà không cần phải bơm.
Lượng hơi nước trong bao hơi là lượng hơi nước bão hoà sẽ đi vào ống
dẫn (14) đến b
ộ qúa nhiệt cấp I (15) và bộ quá nhiệt cấp II (17) để tạo thành
hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao, lượng hơi này được điều chỉnh ổn định bằng
giảm ôn (16). Hơi quá nhiệt được đưa sang phân xưởng tuabin để chạy máy
phát điện.
Để có hơi quá nhiệt ở trên người ta phải cung cấp 1 lượng nước mềm,
lượng nước này đã đi qua bộ hâm nóng nước cấp I (11) và bộ
hâm nóng nước
cấp II (12). Khi ra khỏi bộ hâm nóng nước cấp II thì nước đã có nhiệt độ
khoảng 150
0
C và nó được đưa đến bao hơi.
Lượng không khí nóng đưa vào buồng (4) được lấy từ không khí nhờ
quạt gió (21) và được hâm nóng bằng bộ hâm nóng không khí cấp I (18) và bộ
hâm nóng không khí cấp II (19). Phần ống ở cửa ra buồng lửa gọi là ống
pheston (8) được chia thành nhiều dãy (ống được đặt thưa) để giảm bớt tro,
bẩn bám trên ống. Pheston còn hấp thụ thêm 1 phần nhiệt lượng của khói
trước khi đi vào bộ quá nhiệt. Khói lò ra kh
ỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ cao, vì
vậy người ta đặt thêm bộ hâm nóng nước (11), (12) và bộ hâm nóng không
khí (18), (19) để tiết kiệm nhiệt thừa của khói thải. Nhiệt độ khói thải khoảng
Đồ án tốt nghiệp 9
lên chỉ có thể chui qua lỗi đặt chìm trong nước, cách mức nước thấp nhất ở
7
3
5
4
9
1
2
6
Đồ án tốt nghiệp 10
trong bao hơi khoảng 50 - 150mm. Gờ ghép của tấm đục lỗ (3) có kích thước
không nhỏ hơn 50mm để ngăn hơi không lọt ra phía ngoài tấm đục lỗ.
Nước cấp vào theo ống đưa nước cấp (6) rồi chảy vào máng lớn đặt dọc
theo bao hơi giữa tấm (3) và vách bao hơi, rồi chảy tràn lên tấm đục lỗ. Tiết
diện máng chọn theo yêu cầu, tốc độ nước đi trong máng khoảng 0,2 - 0,3m/s.
Hơi nướ
c trong bao hơi đã phân li nước đi qua tấm đục lỗ ở khoang hơi
(7) và vào ống lấy hơi (8). Nhờ tấm đục lỗ (7) này mà hơi nước đi vào ống lấy
hơi (8) được phân bố đồng đều và ổn định hơn. Mặt khác tấm (7) có tác dụng
tách ẩm cho hơi nước lần cuối. Nước trong bao hơi được tuần hoàn khi đi
xuống ống (9) để đun nóng.
Tác dụng củ
a tấm đục lỗ (3) là:
+ Đảm bảo phụ tải của mặt bốc hơi được đồng đều
+ Tăng trở lực của dòng làm cho động năng của dòng hơi giảm đi do
đó hơi không đủ khả năng mang theo những giọt nước lớn
kinh tế
= (0,8 - 0,9)D
đm
.
c. Nhiệt thế thể tích của buồng lửa
Là lượng nhiệt sinh ra trong 1 đơn vị thể tích buồng lửa trong 1 đơn vị
thời gian.
3
3
lv t
v
bl
10 .B .Q
Q,W/m
V
=
Trong đó:
B
lv
: Lượng nhiên liệu tiêu hao, m
3
/s
Q
t
: Nhiệt trị của nguyên liệu, KJ/Kg
V
bl
: Thể tích buồng lửa, m
Đồ án tốt nghiệp 12
Các đặc tính về thông số lò hơi được chọn tuỳ ý theo sản lượng, còn
các đặc tính về nhiệt độ thế thể tích được chọn theo cấu tạo buồng lửa và loại
nguyên liệu đốt.
Bảng dưới đây trình bày các đặc tính của lò hơi đã được tiêu chuẩn hoá
ở Liên Xô [I - 8].
Đồ án tốt nghiệp 13
Sản lượng định mức
(tấn/h)
áp suất hơi
(MN/m
2
)
Nhiệt độ hơi
quá nhiệt
(
0
C)
Nhiệt độ hơi
quá nhiệt
trung gian
(
0
2
và 510
0
C), bộ quá nhiệt thường
đặt ở vùng khói có nhiệt độ cao (>1000
0
C) để đảm bảo thu được hơi có nhiệt
độ yêu cầu. Song những bộ quá nhiệt này chỉ đặt sau cụm ống pheston, do đó
gọi là bộ quá nhiệt đối lưu. Ở những lò hơi có nhiệt độ hơi cao hơn (> 530
0
C)
đòi hỏi phải đặt bộ quá nhiệt ở vùng khói có nhiệt độ cao hơn. Khi đó những
bộ quá nhiệt đặt ở phần trên buồng lửa (trước cụm ống pheston) gọi là bộ quá
nhiệt nửa bức xạ, còn khi đặt xen kẽ với dàn ống hấp thụ nhiệt xung quanh
buồng lửa thì gọi là bộ quá nhiệt bức xạ.
Bộ quá nhiệt gồm cả 3 phần: bức x
ạ, nửa bức xạ, đối lưu gọi là bộ quá
nhiệt tổ hợp. Tuỳ theo thông số của lò hơi mà tỷ số giữa các phần bề mặt đối
của chúng khác nhau.
Đồ án tốt nghiệp 14
Bảng dưới đây trình bày tỷ lệ hấp thụ của bộ quá nhiệt so với tổng
lượng hấp thụ của lò: [II - 275].
Loại lò hơi
Sản
lượng
hơi D,
(tấn/h)
II.1. Bộ quá nhiệt đối lưu
Bộ quá nhiệt đối lưu gồm những ông xoắn có đường kính khoảng 28 -
42mm, có bề dày nhỏ nhất theo điều kiện công nghệ chế tạo ống là 3mm, và
lớn nhất theo điều kiện bền là 7mm. Những ống xoắn này có thể đặt đứng hay
nằm ngang. Việc đặt ngang hay đứng phụ thuộc vào phương của dòng khói,
để đảm bảo sao cho dạng lư
u động tương hỗ giữa dòng hơi và dòng khói ở
từng đoạn ống xoắn là dạng lưu động cắt. Bộ quá nhiệt có ống xoắn nằm
ngang chủ yếu được dùng cho lò hơi nhỏ kiểu ống nước sinh hơi, nằm
nghiêng vì thế nó lợi dụng triệt để không gian đường khói của lò, và cho phép
xả được nước đọng do hơi trong các ống xoắn ngưng đọng lại lúc ngừng lò,
do đó khắc phục được hiện tượng ăn mòn lò khi nghỉ. Song bộ quá nhiệt đặt
ngang có nhược điểm là hệ thống treo đỡ các ống xoắn khá phức tạp.
Trong bộ quá nhiệt có ống xoắn đặt đứng, mỗi ỗng xoắn được đặt trong
1 mặt phẳng vuông góc với ngực lò và đảm bảo đường hơi cắt đường khói
nhiều lần. Các ống xoắn do nằm trong mặt ph
ẳng trùng với phương chuyển
Đồ án tốt nghiệp 15
động của dòng khói nên cũng được đốt nóng đồng đều, mặc dù trường nhiệt
độ khói giảm dần đi theo chiều chuyển động của dòng khói. Việc đặt các ống
xoắn đứng còn khắc phục được ảnh hưởng của trường nhiệt độ không đồng
đều theo chiều cao đường khói đến lượng nhiệt hấp thụ của từng ống, tuy rằng
ở những lò lớn hiện đại có khi chi
ều cao đường khói từ 6 - 8m, phụ tải nhiệt
giữa phần trên và phần dưới ống xoắn có thể khác nhau 20%. Nhưng việc đặt
ống xoắn như vậy sẽ không khắc phục được hiện tượng đốt nóng không đồng
đều các ống xoắn do trường nhiệt độ khói không giống nhau theo chiều rộng
16
Ở những lò lớn có đường khói rộng tới 20m, phụ tải nhiệt trên mỗi ống
xoắn có thể vượt quá 30% so với trị số trung bình.
Vì các ống xoắn của bộ quá nhiệt luôn làm việc trong vùng khói có
nhiệt độ cao, nên để giảm nguy hiểm do đóng xỉ trên ống khi đốt nguyên liệu
nhiều tro, người ta thường lắp các ống xoắn theo dạng cụm ống song song.
Những bộ quá nhiệt cấp I đặt sau bộ quá nhi
ệt cấp II (theo đường khói), do
nhiệt độ khói đã giảm thấp nên có thể đặt so le được. Cũng vì lý do đóng xỉ
lên ống, khoảng cách giữa các ống cần lớn hơn trị số giới hạn nào đó.
Theo kinh nghiệm bước ngang tương đối
1
S
4,5
d
≥
và bước dọc tương
đối
2
S
3,5
d
≥
.
Thông thường mỗi cấp của bộ quá nhiệt hấp thụ vào khoảng 200 - 350
KJ/kg hoặc cao hơn một chút.
Bộ quá nhiệt đặt đứng ưu điểm hơn so với bộ quá nhiệt nằm ngang nhất
là về phần treo giữ. Nhưng có một nhược điểm rất lớn là không xả được nước
C). Vì vậy yêu cầu cao về kim loại để chế tạo và vận hành.
IV. CÁC CÔNG THỨC LIÊN QUAN.
Nước cung cấp vào lò đến khi thành hơi quá nhiệt đã trải qua giai đoạn
hấp thụ nhiệt: đun nước đến sôi, bốc hơi thành hơi bão hoà và quá nhiệt. Các
giai đoạn này có thể diễn đạt bằng các phương trình sau; [I - 6].
( ) ( )
()
( )
'' ' ''
hn hn hn
mc s p qn bh
Qii iir.xr.1xc.tt,Kj/Kg=−++++−+ −
Trong đó
i
h’n
, i
h"n
: Entapi của nước khi vào và ra khỏi bộ hâm nước, Kj/Kg
i
s
: Entapi của nước sôi trong bao hơi, KJ/Kg
r: Nhiệt hoá hơi ở áp suất trong bao hơi
X: Độ khô của hơi nước khi ra khỏi bao hơi.
t
bh
, t
qn
: Nhiệt độ bão hoà và hơi quá nhiệt,
0
)
Đồ án tốt nghiệp 18
Do đó lượng nhiệt cần để sinh hơi của 1 kg môi chất
Q
mc
= i
qn
- i
h’n
Nếu kể cả lượng nhiệt hấp thụ của bộ sấy không khí Q
kk
thì phương trình cân
bằng nhiệt củ lò hơi sẽ là :
[]
mc kk ®v
B
QQQ.. ,KJ/K
g I6
D
+=η −
Trong đó:
Q
đv
: Lượng nhiệt đưa vào ứng với 1 kg nguyên liệu, bao gồm nhiệt của
840
1260
1680
2100
2520
2940
3360
P, NM/m
2
KJ/Kg
Entanpi của hơi bão hoà khô
Δ
ipn
Δ
ibh
=R
Δ
is
Entanpi của nước sôi is
r=0
Đồ án tốt nghiệp
lò sau khi đi ra từ bộ quá nhiệt, có tác dụng là nâng cao hiệu suất của lò hơi.
Vì thế mà bộ hâm nóng nước còn có tên gọi là bộ tiết kiệm nhiên liệu.
Ở đầu vào của bộ hâm nóng nước, nhiệt độ kim loại có trị số nhỏ nhất
so với các bề mặt truyền nhiệt chịu áp suất củ
a lò. Hầu hết ở các lò, do nhiệt
độ không khí nóng không cao nên toàn bộ lượng nhiệt còn lại ở phần nhiệt
được dùng để gia nhiệt cho bộ hâm nóng nước. Vì vậy bộ hâm nóng nước
thường làm việc ở trạng thái sôi. Tỷ lệ bốc hơi nước (tỷ lệ sôi) có thể lên tới
30% hoặc cao hơn. Ở những lò hiện đại việc phân loại sôi hay không sôi
không thể hiện gì sự khác biệt về cấu tạo, mà chỉ
thể hiện sự khác nhau về quá
trình nhiệt của bộ hâm nước mà thôi.
Đồ án tốt nghiệp 20
Cấu tạo bộ hâm nước được chia làm 3 loại sau: loại ống thép trơn, ống
thép có cánh, loại bằng gang.
Loại ống thép có cánh, cánh nằm dọc theo bên ngoài ống bằng cách hàn
hoặc chế tạo liền một khối với ống. Cánh cũng có thể dạng hình đĩa (bằng
gang) lắp khít với ống. Việc đặt thêm cánh làm tăng thêm bề mặt truyền nhiệt
cho ống, hiện nay hầu như không sử dụng loạ
i này do chế tạo phức tạp.
V.1. Bộ hâm nước bằng ống thép trơn
Bộ hâm nước bằng ống thép trơn được sử dụng chủ yếu cho các loại là
hơi hiện đại. Cấu tạo của nó gồm những ống thép có đường kính ngoài thường
là 28, 32, 38mm. Các ống xoắn được chế tạo dưới dạng những đoạn ống uốn
đem hàn với nhau trong cùng một mặt phẳng.
Để tiện việc sửa chữa, người ta
thường đặt các mối hàn ở gần tường lò. Hiện nay, ngay tại nhà máy chế tạo
người ta thường cách nhiệt dầm đỡ và làm mát bằng dòng không khí lưu động
tự nhiên qua d
ầm hoặc lưu động cưỡng bước bằng cách nối dầm với đầu hút
hay đầu đẩy của quạt gió.
Người ta thường đỡ và giữ ống xoắn bằng các đai thép bộc lấy ống
xoắn hoặc treo trên những móc giữ. Để đảm bảo các ống xoắn khỏi bị mài
mòn thường che ống xoắn bằng những lá chắn hay đưa vùng ống bị mài mòn
nhất ra khỏi
đường khói của lò.
Về mặt truyền nhiệt cũng như về mặt cấu tạo thì mặt phẳng ống xoắn
có thể đặt song song hay vuông góc với ngực lò. Tuỳ vào sự bố trí đó mà tốc
độ nước đi trong ống xoắn sẽ lớn nhất hay nhỏ nhất. Song thực ra việc bố trí
ống xoắn không phải dựa trên yêu cầu của tốc độ nước mà chủ yếu là để
bảo
vệ cụm ống khỏi bị mòn. Hiện nay, người ta thường bố trí ống xoắn nằm rong
mặt phẳng song song với ngực lò vì nếu bố trí ống xoắn vuông góc tường sau
lò thì khi ấy các ống xoắn đều đi qua vùng khói có nồng độ tro lớn nhất nên
các ống xoắn đều bị mài mòn.
Ở những lò lớn do chiều rộng của lò rất lớn nên bộ hâm nước nóng
thường chia làm 2 phần, có 2 đườ
ng nước đi riêng và khi đó đoạn ống uốn
Đồ án tốt nghiệp 22
nằm gần nhau của 2 phần (giữa đường khói) cũng cần được bảo vệ khỏi mài
mòn bởi tro bay [II - 297].
Một số là bé ở các nước, để đảm bảo tốc độ nước trong ống xoắn,
người ta có thể bố trí ống xoắn theo dạng không gian chứ không phải trong
một mặt phẳng. Khi đó toàn bộ bộ hâm nước chỉ có một ống xoắn. Việc này
23
chế tạo để làm việc với áp suất 2,75MN/m
2
, ở một số nước khác thì áp suất
khoảng 6MN/m
2
.
Vì gang không chịu được tác dụng va đập nên để tránh hiện tượng thuỷ
kích trong ống của bộ hâm nước thì nước phải không được sôi và sinh hơi.
Theo phạm vi cấu tạo để vận hành an toàn lò hơi, nước ra khỏi bộ hâm nước
bằng gang có nhiệt độ nhỏ hơn 40
0
C so với nhiệt độ của nước trong lò. Mặt
khác, trong giai đoạn nhóm lò do nước không đi qua bộ hâm nước để cung
cấp vào lò nên để tránh việc khói đốt nóng ống và làm bốc hơi nước cần bố trí
đường khói tắt không cho qua bộ hâm nước.
VI. CẤU TẠO BỘ HÂM NÓNG KHÔNG KHÍ.
Theo nguyên tắc truyền nhiệt bộ hâm nóng không khí được chia làm 2
loại: loại thu nhiệt và loại hồi nhiệt. Ở loại thu nhiệt, nhiệt truyền trực tiếp từ
khói tới không khí qua vách kim loại. Ở loại hồi nhiệt, khói đầu tiên đốt nóng
kim loại rồi nhiệt tích tụ lại ở đây sau đó truyền cho không khí. Như vậy mỗi
phần từ của bộ hâm nóng không khí sẽ làm việc ở trạng thái tiếp xúc v
ới
khói, khi thì với không khí.
Bộ hâm nóng không khí kiểu thu nhiệt là loại được sử dụng rộng rãi
nhất hiện nay, về mặt cấu tạo nó có thể gồm các kiểu sau: kiểu bằng tấm thép,
kiểu bằng ống gang và ống thép. Nhưng kiểu tấm thép hiện nay không được
sử dụng, còn bộ hâm nóng không khí kiểu ống thép thì đang được sử dụng
rộng rãi nhất hiện nay. Nó gồm một hệ thống nhữ
ng ống đứng so le và được
kẽ hở, giữa các mặt sàn người ta đặt các vành bù, giữa các khối của bộ hâm
nóng với khung lò cũ
ng đặt vành bù. Vành bù là những tấm tôn mỏng nối
giữa mặt sàng với khung lò. Vì bộ hâm nóng làm việc ở trạng thái không có
áp suất nên chế tạo lá tôn dày khoảng 1,25 - 1,5mm, uốn lại và hàn mí. Các
ống thép có đường kính nằm trong phạm vi 25 - 51mm, và hiện nay có xu
hướng sử dụng hai loại đường kính 40mm và 51mm, vành bù là dày 1,5mm.
Mặt sàng được tính theo điều kiện bền, thường đối với mặt trên và dưới
lấy bằng 15 - 25mm. Để tăng cường độ cứng của b
ộ hâm nóng, giữa 2 mặt
1
2
3
a)
b)
Copyright: Tài liệu đại học ©