Tổng quan về giáo trình

Môn học Lò hơi và hệ thống thiết bị phụ (Mã môn học: ELEO54031) là môn học chuyên môn nghề bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện trình độ Trung cấp và Cao đẳng, ban hành kèm theo Quyết định số 213/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Môn học có thời lượng thực hiện 75 giờ (gồm 42 giờ lý thuyết; 29 giờ thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập; 4 giờ kiểm tra), tương đương với 04 tín chỉ đào tạo.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình trang bị cho người học:

  • Kiến thức: Trình bày chức năng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc của lò hơi công nghiệp, lò hơi nhà máy nhiệt điện cùng hệ thống thiết bị phụ trợ; phân tích nguyên lý vận hành của từng phần tử trao đổi nhiệt, bao hơi, đường khói gió; nhận diện các sự cố vận hành thường gặp và quy trình xử lý sự cố thiết bị trạm nhiệt điện.
  • Kỹ năng và phẩm chất tự chủ: Rèn luyện tác phong công nghiệp ngăn nắp, cẩn trọng, tỉ mỉ, tuân thủ nghiêm ngặt các quy định an toàn áp lực và môi trường nhiệt động lực học trong nhà máy điện.

Tài liệu do các tác giả Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh biên soạn, được cấu trúc thành 7 chương nối tiếp theo chu trình nhiệt - cơ năng. Nội dung tiếp cận từ các nguyên lý nhiệt động, đặc tính cháy nhiên liệu, thiết bị áp lực chính đến các hệ thống phụ trợ đồng bộ và xử lý phát thải. Điểm đặc thù của giáo trình là gắn kết lý thuyết tính toán với các sơ đồ kết cấu của nhà máy nhiệt điện than thực tế như tổ máy 600MW Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 và cụm sấy không khí Ljungstrom 660MW.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

  • Chương 1: Khái quát chung về lò hơi (8 giờ - 8 LT): Định nghĩa lò hơi là hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt biến đổi nhiệt năng thành thế năng của dòng hơi. Trình bày cấu tạo lò hơi tuần hoàn trong nhà máy điện; phân loại lò hơi theo sản lượng (nhỏ: $<20\text{ t/h}$, trung bình: $20\text{--}75\text{ t/h}$, lớn: $>75\text{ t/h}$); phân loại theo thông số áp suất (hạ áp $<15\text{ bar}$; trung áp $15\text{--}65\text{ bar}$, $350\text{--}450^\circ\text{C}$; cao áp $60\text{--}140\text{ bar}$, $450\text{--}540^\circ\text{C}$; siêu cao áp $140\text{--}280\text{ bar}$, gồm lò cận tới hạn $\approx 210\text{ bar}$ và siêu tới hạn $>210\text{ bar}$ đến $565\text{--}570^\circ\text{C}$). Mô tả chu trình tuần hoàn tự nhiên dựa trên chênh lệch khối lượng riêng giữa nước trong ống xuống đặt ngoài vách lò và hỗn hợp hơi - nước trong dàn ống sinh hơi đặt trong buồng lửa.
  • Chương 2: Nhiên liệu và quá trình cháy trong lò hơi (7 giờ - 6 LT, 1 KT): Phân loại nhiên liệu vô cơ và hữu cơ (than, dầu DO/FO, khí thiên nhiên); phân tích các dạng mẫu nhiên liệu gồm mẫu làm việc ($C^{lv} + H^{lv} + S_c^{lv} + N^{lv} + A^{lv} + W^{lv} = 100%$), mẫu khô và mẫu cháy; các đặc tính công nghệ: độ ẩm ($W$), chất bốc ($V$), độ tro ($A$), cốc và nhiệt trị ($Q_{clv}, Q_{tlv}$, than tiêu chuẩn $Q_t = 7000\text{ kcal/kg} = 29330\text{ kJ/kg}$). Trình bày phương trình phản ứng oxy hóa của $\text{C}, \text{S}, \text{H}2$; công thức xác định thể tích không khí lý thuyết $V^0{kk}$, hệ số không khí thừa $\alpha = V_{kk} / V^0_{kk} > 1$ (buồng lửa ghi $\alpha = 1{,}3\text{--}1{,}5$; buồng lửa bột than phun $\alpha = 1{,}05\text{--}1{,}2$) và thể tích khí ba nguyên tử $V_{RO2} = V_{CO2} + V_{SO2}$.
  • Chương 3: Các bộ trao đổi nhiệt (14 giờ - 7 LT, 7 TH/Bài tập): Cấu tạo dàn ống sinh hơi và xu hướng sử dụng tường ống hàn toàn bộ (tường mành) thay thế ống đặt kề; cấu tạo ống thép trơn và ống hàn gờ tần số cao ($450.000\text{ chu kỳ}$). Khảo sát các bộ quá nhiệt: đối lưu (cho nhiệt độ $\le 510^\circ\text{C}$), nửa bức xạ ($530\text{--}560^\circ\text{C}$), bức xạ ($>560^\circ\text{C}$); bộ quá nhiệt trung gian đơn cấp và 2 cấp; bộ hâm nước (ống thép xoắn hoặc gang); bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt quay Ljungstrom và kiểu ống chùm hơi; phương pháp điều chỉnh nhiệt độ hơi bằng tái tuần hoàn khói và hệ thống phun nước giảm ôn kiểu ống Venturi.
  • Chương 4: Bao hơi (10 giờ - 5 LT, 4 TH, 1 KT): Kết cấu thân bao hơi chịu áp, cơ chế phân tách pha nước sôi và hơi bão hòa, cấu tạo các thiết bị phân ly hơi dạng xyclon lắp trong bao hơi và thiết bị rửa hơi nhằm hạn chế cuốn cặn khoáng sang tuabin.
  • Chương 5: Hệ thống khói thoát và hệ thống thải xỉ (12 giờ - 8 LT, 4 TH): Nguyên lý tuyến khói; cấu tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) ba tầng, máy thổi bụi tường lửa thò thụt, xyclon ướt Piso-Antony, thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Venturi; hệ thống khử lưu huỳnh ($FGD$) bằng đá vôi tạo thạch cao; khử oxit nitơ ($NO_x$); hệ thống xả và thải tro xỉ ướt bằng máng cào và dẫn động thủy lực.
  • Chương 6: Tổng quan về hệ thống thiết bị phụ lò hơi trong nhà máy nhiệt điện (2 giờ - 2 LT): Sơ đồ phối hợp tổng thể hệ thống phụ trợ trong không gian lò hơi tổ máy 600MW.
  • Chương 7: Các hệ thống cơ bản (22 giờ - 6 LT, 14 TH, 1 KT LT, 1 KT TH): Nguyên lý hệ thống nước cấp và bình khử khí nhiệt; quy trình xử lý nước cấp qua bình trao đổi ion Cation ($Na^+, H^+$) và Anion; hệ thống cấp gió (quạt gió, quạt hút khói); hệ thống nhiên liệu dầu mồi (FO/DO) và chu trình máy nghiền than bột.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cân bằng nhiệt môi chất: Phương trình tổng nhiệt lượng môi chất hấp thụ trong chu trình lò: $$Q_{mc} = [i''{hn} - i'{hn}] + [i_s - i''{hn} + rx] + [r(1-x) + (i''{qn} - i'{qn})] = i''{qn} - i'{qn} + i_s + r - i'{hn}$$ (trong đó $i'{hn}, i''{hn}$ là entanpi nước vào/ra bộ hâm; $r$ là nhiệt ẩn hóa hơi; $x$ là độ khô hơi; $i'{qn}, i''{qn}$ là entanpi hơi vào/ra bộ quá nhiệt).
  • Độ dày tính toán của ống áp lực: $$t = \frac{p \cdot d}{200S} + 0{,}05d + \alpha$$ (trong đó $t$ là chiều dày tính toán; $d$ là đường kính ngoài; $p$ là áp lực làm việc lớn nhất; $S$ là ứng suất kéo cho phép của kim loại ở nhiệt độ thiết kế).
  • Cơ sở nhiệt hóa học quá trình cháy: Tính toán lượng oxy và thể tích không khí lý thuyết dựa trên các tỷ lệ phản ứng: $$1\text{ kg C} + 1{,}866\text{ m}^3_{tc}\text{ O}2 \rightarrow 1{,}866\text{ m}^3{tc}\text{ CO}2$$ $$V^0{kk} = 0{,}0889 \cdot C^{lv} + 0{,}265 \cdot H^{lv} - 0{,}0333 \cdot (O^{lv} - S_c^{lv})$$

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Tính toán thể tích không khí cấp thực tế, tính toán hệ số không khí thừa qua phân tích mẫu khói ($CO, RO_2$), xác định tổn thất nhiệt khói thải ($q_2$) và tổn thất tỏa nhiệt qua vách buồng lửa ($q_5$).
  • Kỹ năng phân tích sơ đồ công nghệ: Đọc hiểu bản vẽ kết cấu lò hơi tuần hoàn tự nhiên, sơ đồ bố trí ống treo/nằm ngang của bộ quá nhiệt, mạng lưới đường nước cấp qua bình khử khí và sơ đồ cụm bình trao đổi ion xử lý nước.
  • Kỹ năng vận hành và xử lý kỹ thuật: Nhận diện thông số nhiệt - áp, vận hành hệ thống phun giảm ôn và quạt tái tuần hoàn khí nhằm ổn định nhiệt độ hơi quá nhiệt trước khi cấp sang tuabin hơi.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng phương pháp giảng dạy tích cực, bao gồm diễn giảng lý thuyết, phương pháp nêu vấn đề (problem-based learning) và tổ chức thảo luận nhóm dựa trên các tình huống vận hành thiết bị trạm điện.

Phân bổ thời lượng và cấu trúc đánh giá

Môn học triển khai trong 75 giờ với tỷ lệ: 42 giờ lý thuyết (56%), 29 giờ thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập (38,7%) và 4 giờ dành cho kiểm tra định kỳ (5,3%).

Quy trình đánh giá gồm 3 hợp phần:

  1. Kiểm tra thường xuyên: Tối thiểu 02 bài do giáo viên thực hiện thông qua kiểm tra vấn đáp đầu giờ, bài kiểm tra viết thời lượng $\le 30\text{ phút}$, hoặc chấm điểm phiếu bài tập/nội dung thực hành.
  2. Kiểm tra định kỳ: 04 bài kiểm tra chuẩn hóa thời lượng $45\text{--}60\text{ phút}$/bài:
    • Bài kiểm tra số 1 (Lý thuyết): Nội dung Chương 1 và Chương 2.
    • Bài kiểm tra số 2 (Lý thuyết): Nội dung Chương 3 và Chương 4.
    • Bài kiểm tra số 3 (Lý thuyết): Nội dung Chương 5, Chương 6 và Chương 7.
    • Bài kiểm tra số 4 (Thực hành/Bài tập): Nội dung Chương 5, Chương 6 và Chương 7.
  3. Thi kết thúc môn học: Hình thức thi lý thuyết tập trung, thời gian làm bài $45\text{--}60\text{ phút}$.

Điều kiện thực hiện và tài liệu học tập

  • Cơ sở vật chất: Phòng học lý thuyết tiêu chuẩn trang bị máy tính, máy chiếu, tranh ảnh kỹ thuật và video mô phỏng nguyên lý chuyển động của môi chất trong ống lò.
  • Học liệu: Giáo trình môn học, giáo án theo từng buổi dạy, hệ thống phiếu học tập và ngân hàng câu hỏi củng cố trắc nghiệm sau mỗi chương.
  • Hướng dẫn dành cho người học: Sinh viên phải đọc trước nội dung giáo trình trước khi lên lớp, hoàn thành đầy đủ phiếu bài tập cá nhân và báo cáo nhóm, thực hiện tra cứu các thông số kỹ thuật (lưu lượng than, nhiệt độ hơi, lượng oxy thừa) được yêu cầu trong các bài kiểm tra củng cố.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp dữ liệu công nghệ nhà máy nhiệt điện than hiện đại: Tài liệu phản ánh kết cấu lò hơi của các nhà máy điện thực tế, đưa vào phân tích giản đồ kết cấu lò hơi 600MW Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 và bộ sấy không khí trục đứng dạng quay Ljungstrom dùng cho tổ máy đốt than công suất 660MW.
  • Phân tích chi tiết xu hướng kết cấu vách sinh hơi: Cung cấp cơ sở kỹ thuật so sánh giữa tường đặt ống sát nhau truyền thống và kết cấu tường bằng ống hàn toàn bộ (tường mành). Giáo trình chỉ rõ ưu thế của tường mành: độ kín tuyệt đối chống lọt không khí, không cần lớp gạch chịu nhiệt dày phía sau, giảm khối lượng thể tích nước trong ống giúp rút ngắn thời gian khởi động lò và giảm ứng suất nhiệt.
  • Tiêu chuẩn kiểm tra vật liệu kim loại: Cập nhật phương pháp chế tạo ống thép trơn cán nóng/lạnh và ống thép hàn gờ cao tần ($50\text{--}360\text{ chu kỳ}$ và $450.000\text{ chu kỳ}$); đưa vào yêu cầu kiểm soát chất lượng mối hàn bằng phương pháp kiểm tra không phá hủy (kiểm tra siêu âm 2 lần và kiểm tra dòng điện xoáy 1 lần) nhằm phòng ngừa ăn mòn lưu huỳnh và rạn nứt do biến dạng dão nhiệt ($0{,}01%/1000\text{h}$).
  • Đồng bộ hóa các công nghệ xử lý môi trường phát thải: Tích hợp các giải pháp công nghệ đáp ứng quy chuẩn xả thải công nghiệp gồm hệ thống khử bụi ba tầng, thiết bị lọc bụi ướt Venturi, hệ thống khử lưu huỳnh ($FGD$) bằng phản ứng tạo thạch cao và các biện pháp điều chỉnh tỷ lệ tái tuần hoàn khói để kiểm soát phát thải oxit nitơ ($NO_x$).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Thuộc khối ngành kỹ thuật năng lượng, trực tiếp áp dụng cho sinh viên năm thứ hai và năm thứ ba theo học nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện (trình độ Trung cấp và Cao đẳng) theo chương trình khung của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội và Trường Cao đẳng Dầu khí.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở chuyên ngành gồm:
    • Mạch điện cơ bản (ELEI52033)
    • An toàn điện (ELET5201)
    • Điện kỹ thuật cơ bản (ELEO53012)
    • Đo lường điện (ELEI53115)
    • Khí cụ điện (ELET52116)
    • Thực tập điện cơ bản (ELEO53149)
    • Tổng quan về nhà máy nhiệt điện (ELEO52056)
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ thiết kế bài giảng, xây dựng kế hoạch đào tạo chi tiết, thiết lập các phiếu học tập và soạn thảo đề kiểm tra định kỳ 45–60 phút theo biểu mẫu kiểm định chất lượng giáo dục nghề nghiệp.
  • Kỹ thuật viên vận hành: Tài liệu hỗ trợ công tác bồi dưỡng kỹ thuật, thi nâng bậc thợ và tra cứu nguyên lý hệ thống cho nhân viên vận hành buồng lửa, kỹ thuật viên phụ trách hệ thống xử lý nước và đường khói gió tại các trạm nhiệt điện, nhà máy nhiệt điện than công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ chính khóa cho học sinh, sinh viên nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện hệ Cao đẳng, Trung cấp; đồng thời dùng cho kỹ thuật viên tại các nhà máy điện than có nhu cầu tra cứu cấu tạo và nguyên lý thiết bị nhiệt áp lực.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn này?

Người học cần hoàn thành các môn cơ sở về Điện kỹ thuật, Đo lường điện, Khí cụ điện, An toàn vệ sinh lao động và nắm vững kiến thức từ môn Tổng quan về nhà máy nhiệt điện.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết nhiệt thông thường là gì?

Tài liệu tập trung vào cấu trúc phần cứng và thiết bị công nghiệp thực tế (như dàn ống màng hàn, bộ sấy quay Ljungstrom 660MW, bình khử khí, bình trao đổi ion Cation/Anion, hệ thống khử lưu huỳnh tạo thạch cao) song song với các công thức tính toán độ dày ống và lượng không khí cấp.

4. Làm sao để tự học và nắm bắt nội dung hiệu quả?

Người học cần bám sát đề cương 7 chương, đối chiếu các phương trình cân bằng nhiệt ($Q_{mc}$) và phản ứng cháy với danh mục sơ đồ nguyên lý hình vẽ trong tài liệu, kết hợp giải các câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra định kỳ sau mỗi chương.

5. Giáo trình có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Chương trình môn học được hỗ trợ bởi hệ thống bản vẽ chi tiết các bề mặt truyền nhiệt, video mô phỏng chu trình tuần hoàn tự nhiên, hệ thống phiếu bài tập và các tài liệu chuyên khảo chuyên ngành Lò hơi và Kỹ thuật nhiệt.

Kết luận

Giáo trình Lò hơi và hệ thống thiết bị phụ (ELEO54031) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện từ tính chất nhiên liệu, cơ sở tính toán nhiệt hóa học, cấu tạo các bề mặt trao đổi nhiệt áp lực cao đến các hệ thống phụ trợ đồng bộ trong tổ hợp nhà máy nhiệt điện đốt than.

Trong chương trình đào tạo nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện, môn học đóng vai trò chuyển tiếp trọng yếu từ khối kiến thức cơ sở ngành sang các môn học chuyên sâu tiếp theo:

  • Tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ (ELEO54059 – 4 tín chỉ)
  • Vận hành lò hơi và hệ thống thiết bị phụ 1 (ELEO55160 – 5 tín chỉ)
  • Vận hành Tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ 1 (ELEO55162 – 5 tín chỉ)
  • Thực tập sản xuất (ELET54153 – 4 tín chỉ)

Danh mục tài liệu tham khảo chính yếu của giáo trình:

  1. PGS. TS. Nguyễn Bốn, PGS. TS. Hoàng Ngọc Đồng – Giáo trình Kỹ thuật nhiệt.
  2. PGS. TS. Hoàng Ngọc Đồng – Giáo trình Lò hơi.
  3. Trường Đại học Hàng hải Việt Nam – Bài giảng Nồi hơi.