Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế lò hơi tầng sôi tuần hoàn công suất 3MW đốt nhiên liệu trấu

Đồ án tốt nghiệp chi tiết về thiết kế lò hơi tầng sôi tuần hoàn 3000kW, tập trung vào công nghệ đốt nhiên liệu trấu hiệu quả và thân thiện với môi trường.

• Tác giả: Tạ Thanh Phương
• Người hướng dẫn: ThS. Mã Phước Hoàng
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công nghệ nhiệt - Điện lạnh
• Đề tài: Thiết kế lò hơi tầng sôi tuần hoàn công suất 3000kw đốt nhiên liệu trấu
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Thiết kế lò hơi tầng sôi tuần hoàn 3000kW đốt nhiên liệu trấu Hướng dẫn chi tiết

Lò hơi tầng sôi là một giải pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường cho các ứng dụng công nghiệp. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá chi tiết về thiết kế và vận hành của lò hơi tầng sôi công suất 3000kW đốt nhiên liệu trấu. Đây là một giải pháp năng lượng bền vững, mang lại nhiều lợi ích cho các doanh nghiệp và môi trường.

1.1. Cơ sở lý thuyết tầng sôi

Tầng sôi là một kỹ thuật đốt nhiên liệu hiệu quả, cho phép tối ưu hóa quá trình đốt và giảm thiểu sự hình thành các chất gây ô nhiễm. Trong lò hơi tầng sôi, quá trình đốt diễn ra trong một buồng đặc biệt, tạo ra nhiệt lượng cần thiết để sản xuất hơi nước. Cơ sở lý thuyết tầng sôi bao gồm việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy động học và sự hình thành nhiệt trong buồng đốt.

1.2. Sự hình thành NOx và SOx trong khói

Một trong những thách thức của lò hơi là sự hình thành các chất gây ô nhiễm như NOx và SOx trong khói thải. Sự hình thành NOx và SOx phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ, thời gian đốt, và thành phần của nhiên liệu. Trong lò hơi tầng sôi, các giải pháp kỹ thuật được áp dụng để giảm thiểu sự hình thành các chất này, đảm bảo sự vận hành hiệu quả và thân thiện với môi trường.

1.3. Tính cân bằng nhiệt trong lò hơi

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, việc tính toán cân bằng nhiệt trong lò hơi là rất quan trọng. Các thông số thiết kế ban đầu, bao gồm năng suất sinh hơi và công suất, được tính toán kỹ lưỡng để đạt được hiệu suất cao nhất. Ngoài ra, việc tính toán thể tích không khí và sản phẩm cháy lý thuyết cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế.

1.4. Tính toán trao đổi nhiệt lò tầng sôi

Quá trình tính toán trao đổi nhiệt trong lò tầng sôi là bước then chốt để xác định hiệu suất của lò. Các thông số như entanpy của không khí và sản phẩm cháy thực tế được tính toán để xác định lượng nhiệt trao đổi trong buồng đốt. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình đốt và đảm bảo hiệu suất cao của lò hơi.

1.5. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Lò hơi tầng sôi đốt nhiên liệu trấu đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án công nghiệp. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất cao và sự giảm thiểu đáng kể các chất gây ô nhiễm so với các loại lò truyền thống. Các ứng dụng thực tiễn của lò hơi tầng sôi bao gồm sản xuất hơi nước cho các nhà máy công nghiệp, nhà máy điện, và các ứng dụng khác đòi hỏi nguồn năng lượng sạch và hiệu quả.

II. Thiết kế buồng đốt và hệ thống lọc bụi

Buồng đốt là một thành phần quan trọng trong lò hơi tầng sôi, nơi diễn ra quá trình đốt nhiên liệu. Thiết kế buồng đốt phải đảm bảo sự đốt cháy hiệu quả và tối ưu hóa sự trao đổi nhiệt. Ngoài ra, hệ thống lọc bụi cũng đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các hạt bụi và tro bay, đảm bảo chất lượng của hơi nước sản xuất.

2.1. Cấu tạo buồng đốt và cụm đối lưu

Buồng đốt của lò hơi tầng sôi được thiết kế với cấu tạo đặc biệt, bao gồm các lớp đối lưu và khu vực đốt cháy. Cấu tạo buồng đốt phải đảm bảo sự phân bố nhiệt đều và tối ưu hóa quá trình đốt. Cụm đối lưu đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi nhiệt và làm mát, giúp giảm thiểu sự hình thành các chất gây ô nhiễm.

2.2. Hệ thống lọc bụi xyclon chùm

Để đảm bảo chất lượng của hơi nước sản xuất, hệ thống lọc bụi là cần thiết. Hệ thống lọc bụi xyclon chùm được thiết kế để loại bỏ các hạt bụi và tro bay, đảm bảo sự sạch sẽ của hơi nước. Các thiết bị lọc bụi này hoạt động hiệu quả, giúp giảm thiểu sự hình thành các chất gây ô nhiễm và đảm bảo môi trường làm việc an toàn.

2.3. Ứng dụng thực tế của hệ thống lọc bụi

Hệ thống lọc bụi xyclon chùm đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án lò hơi tầng sôi. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ các hạt bụi và tro bay, đảm bảo chất lượng của hơi nước. Các ứng dụng thực tế bao gồm các nhà máy sản xuất, nơi đòi hỏi nguồn hơi nước sạch và an toàn cho các quá trình sản xuất.

III. Vận hành và bảo trì lò hơi tầng sôi

Vận hành và bảo trì lò hơi tầng sôi là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất cao và tuổi thọ lâu dài của lò. Các quy trình vận hành và bảo trì phải được thực hiện theo đúng hướng dẫn và tiêu chuẩn để đạt được hiệu quả tối ưu.

3.1. Hướng dẫn vận hành lò tầng sôi

Để vận hành lò hơi tầng sôi hiệu quả, cần có các hướng dẫn chi tiết và rõ ràng. Hướng dẫn vận hành bao gồm các bước khởi động, điều chỉnh nhiệt độ, và các quy trình kiểm tra định kỳ. Việc tuân thủ các hướng dẫn này sẽ giúp đảm bảo sự vận hành ổn định và an toàn của lò hơi.

3.2. Quy trình bảo trì và kiểm tra

Bảo trì và kiểm tra định kỳ là cần thiết để đảm bảo hiệu suất và an toàn của lò hơi. Quy trình bảo trì bao gồm việc kiểm tra các bộ phận quan trọng, như buồng đốt, hệ thống lọc bụi, và các thiết bị phụ trợ. Việc kiểm tra định kỳ giúp phát hiện và khắc phục các vấn đề tiềm ẩn, đảm bảo sự vận hành ổn định của lò hơi.

3.3. Ứng dụng thực tế và kết quả vận hành

Lò hơi tầng sôi đã được vận hành thành công trong nhiều dự án công nghiệp. Kết quả vận hành cho thấy sự ổn định và hiệu quả cao trong sản xuất hơi nước. Các ứng dụng thực tế bao gồm các nhà máy sản xuất, nhà máy điện, và các ứng dụng đòi hỏi nguồn năng lượng sạch và đáng tin cậy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI: Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, nền công nghiệp hiện đại. Không những nó được dùng trong các khu công nghiệp lớn như nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp, mà nó còn đi sâu từng cơ sở kinh tế nhỏ, như nấu cơm, sấy, sưởi ấm v. Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất vận hành phức tạp nhất. Nó có trình độ cơ khí hoá và tự động hoá cao, làm việc bảo đảm và hiệu suất tương đối cao.

Nó có nhiệm vụ sản xuất hơi để cung cấp hơi chạy Tuabin. Trong các lĩnh vực công nghiệp, lò hơi dùng để sản xuất hơi nước. Hơi nước sẽ làm chất trung gian tải nhiệt. Nó sẽ truyền nhiệt lượng cho sản phẩm cần gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt.

Việc dùng lò hơi để sản xuất hơi nước trung gian sau đó hơi nước gia nhiệt cho vật phẩm so với dùng những thiết bị khác để gia nhiệt có ưu điểm hơn so với dùng điện để gia nhiệt. So với lò hơi dùng điện dễ tự động hoá, thiết bị đơn giản gọn nhẹ, không cần phải có phân xưởng để sản xuất nhiệt đỡ tốn kém đường ống vận chuyển hơi v. Nhưng có nhược điểm là chi phí vận hành cao, hiệu suất so với toàn bộ lại thấp vì muốn có điện (trong điều kiện hiện nay nhiệt điện đang chiếm phần lớn) ta phải đốt nhiên liệu. Dùng thiết bị lò hơi để thu nhận nhiệt lượng toả ra của nhiên liệu, hơi sinh ra được đưa qua bộ phận sản xuất ra điện năng (biến nhiệt năng thành cơ năng, rồi biến cơ năng thành điện năng).

Nếu dùng điện năng để sản xuất lại nhiệt năng thì lãng phí rất lớn. Do đó thiết bị lò hơi dùng môi chất trung gian là nước vẫn được chế tạo và sử dụng rộng rãi. So với dùng khói nóng để gia nhiệt, việc sử dụng khói nóng để gia nhiệt trực tiếp cũng được sử dụng rộng rãi. Do tiếp xúc trực tiếp nên hiệu suất cao, thiết bị gọn Trang 1 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS.

MÃ PHƯỚC HOÀNG nhẹ, nhưng có nhược điểm: chỉ dùng gia nhiệt những vật phẩm không yêu cầu lắm về độ sạch, trình độ thẩm mỹ và không ảnh hưởng về thành phần hoá học. Nên đối với những vật phẩm yêu cầu chất lượng cao đều dùng chất tải nhiệt trung gian, tức vẫn cần thiết bị lò hơi. So với dùng thiết bị năng lượng khác: Việc sử dụng năng lượng mới như năng lượng mặt trời, năng lượng gió v. còn chưa được phổ biến và nhất là công suất chưa ổn định.

Với những lò hơi lớn việc sử dụng nhiên liệu là rắn, lỏng, khí còn phụ thuộc vào vị trí của nó. Phải xem xét bài toán kinh tế giữa việc vận chuyển hơi sinh ra và giá thành vận hành. Ngoài ra phải kể đến ô nhiễm môi trường. Dưới đây sẽ giới thiệu một vài loại đặc trưng để làm rõ quá trình thay đổi công nghệ lò hơi theo lịch sử phát triển của lò hơi : a) Lò hơi ống lò: Là lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình.

Để tăng bề mặt truyền nhiệt của lò người ta có thể tăng chỉ số bình của lò, có nghĩa là tăng bề mặt truyền nhiệt của lò bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hoặc đến ba ống 500÷800 mm gọi là ống lò. Ưu điểm của loại lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lò, có thể tích chứa nước lớn. Nhược điểm là khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, hơi sinh ra thường là hơi bảo hòa, và thường có công suất nhỏ. b) Lò hơi ống lửa : Tương tự như ống lò, nhưng ở đây ống lò được thay bằng các ống lửa với kích thước bé hơn ( 50÷150).

Khói sau khi ra khỏi ống lửa còn có thể quặc ra hai bên đốt nóng bên ngoài lò. Trang 2 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG Ưu điểm loại lò này là bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so với ống lò. Nhược điểm loại này vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơi theo yêu cầu.

c) Lò hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên: Sự phát triển của những động cơ hơi nước đòi hỏi lò hơi phải có sản lượng hơi lớn, thông số cao, đồng thời phải giảm bớt tiêu hao kim loại cho việc chế tạo lò hơi, nâng cao năng suất bốc hơi của lò. Vì vậy người ta đã cải tiến thay thế hệ thống ống lò và ống lửa bằng những ống nước có đường kính 40÷100 mm.Và cùng với sự phát triển thì quá trình nghiên cứu và cải tiến không ngừng nên loại này ngày càng tăng thông số hơi và công suất lò. Có những loại điển hình sau: - Lò hơi ống nước nằm ngang - Lò hơi có bao hơi đặt nằm ngang - Lò hơi ống đứng - Lò hơi hai bao hơi kiểu KP - Lò hơi hai bao hơi kiểu KB - Lò hơi đốt than bột d) Lò hơi trực lưu: Lò hơi trực lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức, đặc điểm làm việc của nó là môi chất làm việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng thái hơi quá nhiệt có thông số quy định. Ưu điểm: Do không có bao hơi và chỉ có rất ít ống góp nên tốn ít kim loại, khung lò và bảo ôn nhẹ nhàng và thuận lợi hơn.

Cho phép tăng áp suất hơi lên cao, và khắc phục được nhược điểm của lò hơi tuần hoàn là tuần hoàn bé hoặc không có tuần hoàn. Nhược điểm: Nước cấp vào lò yêu cầu phải chất lượng cao, khó thay đổi cải tiến lò. Trang 3 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG e) Lò hơi đặc biệt : Là loại lò hơi có điều kiện làm việc đặc biệt như áp lực cao, công suất cao, nhiệt độ cao …Nó gồm có các loại lò là: Lò hơi có áp suất cao trong buồng lửa, lò phản ứng sinh hơi của nhà máy điện nguyên tử .2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ : Hiện nay giá các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt… đang ở mức cao, mặc khác nguồn khai thác ngày càng cạn kiệt.

Trong khi đó nước ta còn rất nhiều nhiên liệu xấu chưa được sử dụng có hiệu quả như các loại than xấu có nồng độ lưu huỳnh cao. Chất thải dân dụng và công nghiệp yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng một phần làm nguồn năng lượng. Việc ứng dụng buồng lửa tầng sôi để xử lý nhiệt các chất thải rắn đang được ứng dụng rộng rải trên thế giới. Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương pháp đốt truyền thống khác như: công suất của buồng đốt hầu như không giới hạn, khả năng đốt đồng thời nhiều loại nhiên liệu khác nhau, hiệu quả quá trình cháy cao, cường độ trao đổi nhiệt lớn, chi phí chuẩn bị nhiên liệu thấp, giảm tối thiểu các khí độc hại như NOX, SOX, đốt được các loại nhiên liệu xấu, thành phần lưu huỳnh cao, độ ẩm cao, độ tro lớn, khí đốt thải ra ít khí độc hại… Công nghệ đốt tầng sôi nền cát có khả năng đốt hiệu quả các loại nhiên liệu xấu như: trấu, mùn cưa, vỏ cà phê là những chất thải rất khó xử lý sau thu hoạch.

Ưu điểm của công nghệ tầng sôi nền cát là: đốt được hầu hết phế thải nông lâm nghiệp như trấu, vỏ cà phê, mùn cưa, rơm rạ, bã mía…Quá trình cháy triệt để do phế thải được vùi trong lớp cát có nhiệt độ cao ( >850 0C ) và thời gian lưu lại vùng cháy lâu đảm bảo gần cháy kiệt nhiên liệu. Hiệu suất buồng đốt có thể đạt trên 90%, không gây ô nhiễm môi trường do lượng khí phát thải ô nhiễm trong quá trình cháy thấp. Đốt được phế liệu có độ ẩm và độ tro, lượng lưu huỳnh cao từ 30÷40%. Quá trình Trang 4 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS.

MÃ PHƯỚC HOÀNG đốt diễn ra liên tục, tạo nên khả năng tự động hóa cao, lượng tro đốt từ các lò sấy này có tỷ lệ SiO2 lên đến 91% và là một dạng tro vô định hình rất tốt cho việc dùng chất phụ gia để sản xuất vật liệu xây dựng (gạch chịu lửa, xi măng, tấm cách âm, vật liệu composit…), trong khi giá thành loại chất phụ gia này rất đắt, mang lại nguồn lợi nhuận tương đối cao cho các doanh nghiệp.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam: Chất thải dân dụng và công nghiệp là những chất được loại ra khỏi quá trình sinh hoạt cũng như sản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng lại một phần. Ở nước ta là một nước đang phát triển, nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phế thải nông lâm nghiệp thải ra có trữ lượng lớn. Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long có nhiều nguồn nhiên liệu xấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưu huỳnh cao, phế thải sinh khối(rơm, rạ, bã mía, mùn cưa…). Đặc biệt ở Quảng Nam có mỏ than Nông Sơn, là mỏ than có thành phần lưu huỳnh, độ tro cao, nhiệt trị rất thấp, có thể nói đó là loại than được xếp vào loại than xấu.

Nếu như ta dùng loại than này vào các công việc đốt các loại lò bình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độ tro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Vì vậy việc ứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổ biến rộng rãi và phát triển nhiều hơn. Hy vọng rằng, lò đốt phế thải nông – lâm nghiệp theo công nghệ tầng sôi sẽ được chuyển giao tới các cơ sở sản xuất, góp phần hạ giá thành chế biến nông sản và hạn chế ô nhiễm môi trường. Trang 5 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS.

MÃ PHƯỚC HOÀNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI 2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI: 2.1 Khái niệm tầng sôi Tầng sôi đơn giản là một vùng không gian được tạo bởi các hạt rắn (than, tro, cát, đá vôi…) những hạt này được nâng lên và lơ lững trong buồng đốt nhờ áp lực của dòng không khí. Vì vậy lớp liệu trong buồng đốt giãn nở ra, sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu tăng lên nhiều.