Đồ án tốt nghiệp
liệu thành điện năng của lò hơi. Lò hơi là thiết bị lớn, vận hành rất phức tạp,
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 trọng 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".
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
5
Đồ án tốt nghiệp
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 hơi 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)
Lò hơi trong nhà máy nhiệt điện
1. Bao hơi 13.Ống dẫn nước nóng vào bao hơi
2. Phần nước trong bao hơi 14.Ống dẫn hơi bão hoà từ bao hơi tới
bộ quá nhiệt
3. Phần hơi của bao hơi 15.Bộ quá nhiệt cấp I
4. Buồng lửa 16.Bộ giảm ôn để điều chỉnh
5. Vòi phun khí tự nhiên 17.Bộ qúa nhiệt cấp II
6. Đường nhiên liệu tới vòi phun 18.Bộ sấy khí cấp I
7. Các dàn ống đặt xung quanh 19.Bộ sấy khí cấp II
8. Ống pheston 20.Ống dẫn khí nóng
9. Ẩng nước xuống 21.Quạt gió
10.Ống góp dưới của dàn ống 22.Quạt hút khói lò
11.Bộ hâm nóng nước cấp 1 23.Ống dẫn khói
12.Bộ hâm nóng nước cấp 2
II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA NỒI HƠI
Không khí nóng trong đường ống (20) cùng nhiên liệu khí tự nhiên (từ
ống dẫn 6) được phun vào vòi phun (5) và vào buồng lửa (4). Dưới tác dụng
của nhiệt độ cao trong buồng lửa, nhiên liệu kết hợp với O
2
tạo ra hỗn hợp
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
6
Đồ án tốt nghiệp
cháy, nhiệt toả ra do quá trình cháy sẽ cung cấp nhiệt cho dàn ống (7) rồi bốc
hơi đẩy hỗn hợp hơi + nước lên bao hơi (1). Sự truyền nhiệt trong buồng lửa
được thực hiện bàng bức xạ nhiệt giữa buồng lửa và dàn ống. Bao hơi được
dùng để phân ly hỗn hợp hơi và nước. Phần nước trong bao hơi được đưa trở
lại các dàn ống qua 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 bộ 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 khỏi 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
110 - 170
0
C. Quạt hút khói (22) để hút khói từ buồng đốt (4) và đẩy ra môi
trường bằng ống khói (23).
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
7
Đồ án tốt nghiệp
II.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bao hơi.
Sơ đồ thiết bị phân ly để đưa hỗn hợp hơi và nước dưới mức nước
trong bao hơi (hình 2).
Hình 2: Cấu tạo bao hơi
1. Ống sinh hơi 6. Ống đưa nước cấp
2. Tấm không đục lỗ 7. Tấm đục lỗ ở khoang hơi
3. Tấm đục lỗ đặt chìm 8. Ống lấy hơi
4. Cánh hướng của tấm đục lỗ 9. Ống nước xuống
5. Mép gỗ của tấm đục lỗ
Nguyên lý làm việc:
Hỗn hợp hơi - nước từ ống sinh hơi (1) đi vào bao hơi và được hướng
xuống dưới tấm chắn có đục lỗ (3) nhờ 1 tấm chắn không đục lỗ (2). Hơi đi
lên chỉ có thể chui qua lỗi đặt chìm trong nước, cách mức nước thấp nhất ở
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.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
8
7
3
5
4
9
1
2
6
Đồ án tốt nghiệp
Hơi nước 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 của 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
+ Sử dụng tốt hơn thể tích khoang hơi và diện tích của mặt bốc hơi.
II.2. Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò hơi
a. Thông số hơi.
Trong nhà máy nhiệt điện, các trị số áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt
được chọn trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật của chu trình nhiệt. Trong công
nghiệp, lò hơi khi dùng để sản xuất hơi bão hoà thì có thể chỉ cần đặc trưng
thông số hơi là áp suất (N/m
3
= Pascal, 1 ATM = 10
5
Pascal).
b. Sản lượng hơi.
Là số lượng hơi sản xuất ra của lò trong một đơn vị thời gian (đo bằng
kg/s, kg/h, hoặc tấn/h).
Người ta phân biệt các số lượng hơi sau đây:
- Sản lượng hơi định mức của lò hơi là sản lượng lớn nhất mà lò hơi có
thể cho phép làm việc lâu dài ở thông số hơi quy định.
- Sản lượng hơi cực đại là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể cho phép
làm việc được. Thường D
kinh tế
= (1,1 - 1,2)D
đm
.
- Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà tại đó lò làm việc với hiệu
suất cao nhất. Thường D
kinh tế
= (0,8 - 0,9)D
đm
.
c. Nhiệt thế thể tích của buồng lửa
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
9
Đồ án tốt nghiệp
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
3
.
d. Năng suất bốc hơi của lò hơi.
Là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện tích bề mặt đốt trong 1 đơn vị
thời gian (kg/m
2
h), đặc tính này thường dùng cho các lò hơi nhỏ trong công
nghiệp.
e. Hiệu suất của lò hơi.
Là tỉ số giữa lượng nhiệt mà môi chất hấp thụ được có ích so với lượng
nhiệt sinh ra trong buồng lửa. Trường hợp đơn giản, hiệu suất có thể được xác
định.
( )
qn hn
t
i i
.100%
B.Q
−
η = ∆.
Trong đó:
D: Sản lượng của lò hơi, Kg/h
Vì vậy tỉ số lượng nhiệt nước thêm vào trong 1 giờ và lượng nhiệt sinh
ra trong 1 giờ bằng η và η < 1.
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].
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
10
Đồ án tốt nghiệp
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
C)
Nhiệt độ nước
cấp (
0
C)
10 1,4 250
20 2,4 425
6,5; 10; 15; 20; 25; 35; 50;
75
4 440 150
60; 90; 120; 160; 220 10 510 - 540 215
160; 210; 320; 420; 480 14 545 - 570 230
320; 500; 640 14 545 - 570 545 - 570 230
950 25,5 545 - 585 570 260
III. BỘ QUÁ NHIỆT
Bộ quá nhiệt là 1 thiết bị dùng để gia nhiệt hơi từ trạng thái bão hoà ở
áp suất trong bao hơi tới trạng thái quá nhiệt quy định.
Ở các lò hơi cũ, bộ quá nhiệt thường đặt sau dàn ống sinh hơi (pheston
hay cụm ống đối lưu), nhiệt độ khói lò trước bộ quá nhiệt không quá 700
0
C,
nhiệt độ hơi không quá 400
0
C. Ở những lò hơi hiện đại thông số trung áp
(3,28 NM/m
2
và 450
0
C), cao áp (9,81 MN/m
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 xạ, 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.
Bảng dưới đây trình bày tỷ lệ hấp thụ của bộ quá nhiệt so với tổng
lượng hấp thụ của lò: [II - 275].
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
11
Đồ án tốt nghiệp
Loại lò hơi
Sản
lượng
hơi D,
(tấn/h)
Thông số
hơi
(MN/m
2
/
0
C)
Lượng nhiệt hấp thụ của bộ
quá nhiệt ∆
in
(KJ/Kg)
Tỷ lệ so với
tổng lượng
nhiệt hấp thụ
của lò ∆i
qn
/∆i
(%)
Chính Trung gian
BW 10 1,3/320 - 293 11
OR - 32 32 1,96/350 - 335 12,4
Гк 375/ 39 фт 75 3,82/450 - 523 19,4
Тп - 42 230 9,81/510 - 692 27,9
Тп -10 220 9,1/54 - 769 30,1
Тп - 80 420 13,72/570 - 913 36,2
Пk-39 950 25/585 3,7/570 1680 61,7
Тпп-200 2400 25/585 5,/570 và
1,5/570
1895 64
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 lưu 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 phẳng trùng với phương chuyển
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
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
12
Đồ án tốt nghiệp
ở những lò lớn hiện đại có khi chiều 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
đường khói.
Hình 3. Cấu tạo bộ quá nhiệt nằm ngang
1. Dàn ống sinh hơi nằm nghiêng
2. Ống góp
3. Ống dẫn hỗn hợp hơi
4. Bao hơi
5. Ống xoắn của bộ quá nhiệt
6. Ống góp bộ quá nhiệt
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.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
13
1
6
6
4
5
3
2
Đồ án tốt nghiệp
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 nhiệt 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
đọng ra khỏi các ống xoắn. Nước đọng có trong các ống xoắn một mặt gây
nên ăn mòn khi nghỉ, mặt khác ngăn cản không cho hơi thoát qua bộ quá nhiệt
lúc khởi động lò (do áp xuất hơi còn thấp) tạo nên các túi hơi trong ống xoắn
làm cho vách ống bị đốt nóng quá mức.
III.2. Bộ quá nhiệt bức xạ và nửa bức xạ.
Ở những lò hơi có thông số cao và siêu cao trở lên, tỷ lệ lượng nhiệt
dùng để quá nhiệt hơi khá lớn, nhất là ở những lò có quá nhiệt trung gian,
khiến cho kích thước bộ quá nhiệt rất lớn. Vì vậy đòi hỏi phải đặt một bộ
phận quá nhiệt trong buồng lửa nghĩa là hấp thụ nhiệt bằng bức xạ.
Nộ quá nhiệt nửa bức xạ bao gồm những chùm ống xoắn hình chữ U
hoặc dị hình đặt dọc phía trên buồng lửa. Bước ngang của ống (khoảng cách
giữa các dàn ống) bằng từ 700 - 1000mm. Việc chọn bước ống lớn như vậy sẽ
khắc phục được khả năng tạo nên những cầu xỉ giữa các dàn ống quá nhiệt.
Thiết kế buồng đốt khí thiên nhiên của lò hơi nhà máy nhiệt điện
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét