CHƯƠNG 1 1.1 VAI TRÒ CỦA LÒ HƠI VÀ PHÂN LOẠI.1 Vai trò của lò hơi. Lịch sử phát triển lò hơi. Lò hơi đầu tiên được biết đến là một thiết bị sinh hơi được phát minh vào thế kỷ đầu tiên sau Công nguyên bởi Alexandria. Tuy nhiên, thiết bị sinh hơi đó của ông ta không được đưa vào sử dụng và chỉ được dùng làm đồ chơi.
Vào năm 1698, một người Anh là Thomas Savery đã được cấp bằng sáng chế về bơm nước vận hành bằng hơi từ một lò hơi. Lò hơi của Savery là một ấm đun nước lớn được nạp nước vào một phần nhất định và được đun ở dưới đáy. 1 Lò hơi Savery Hai loại lò hơi là lò hơi ống nước và lò hơi ống lửa. Trong lò hơi ống nước, nước chảy trong các ống mà chúng được đặt trên ngọn lửa trong buồng đốt.
Nhiệt từ ngọn lửa được hấp thụ bởi các ống này và làm cho nước trong chúng được nóng Trang 17/144 lên tới sôi. Hơi sinh ra được thu lại từ các ống trong lò hơi. Bởi vì ngọn lửa không trực tiếp tác động vào lò hơi nên lò hơi ống nước được xem là có thiết kế an toàn hơn so với lò hơi ống lửa. Tuy nhiên, tất cả các lò hơi đều cần có van an toàn để ngăn ngừa nổ lò do sự tăng liên tục áp suất xảy ra khi hơi được sinh ra liên tục trong một dung tích kín.
Trong lò hơi ống lửa, các ống không chứa nước mà chúng chỉ cho khói nóng đi bên trong từ buồng đốt để ra ống khói. Khi khói nóng đi trong các ống lửa mà các ống này được đặt chìm trong nước thì nước ở xung quanh các ống này nhận được nhiệt và nóng lên tới sôi và sinh hơi. Đó là loại lò hơi ống lửa cũ nhất. Các lò hơi ống lửa loại nhỏ được sử dụng trong các máy quay dùng sức hơi nước và trong các đầu máy kéo xe lửa.
Lò hơi ống lửa bây giờ được dùng chủ yếu trong các mục đích sưởi ấm, đặc biệt là loại đốt dầu vì nó yêu cầu các điều kiện vận hành đơn giản và dễ vận hành. Nhiều loại lò hơi ống lửa khác nhau như các lò chọn bộ được lắp đặt trước khi bán, sẵn sàng đưa vào làm việc. Những lò hơi chọn bộ này không yêu cầu nền móng có cầu trúc đặc biệt lắm và tốt ít công cho việc lắp đặt tại hiện trường. Ngày nay, hầu hết các nhà máy nhiệt điện lớn, các trung tâm nhiệt điện và các tàu thuỷ lớn đều sử dụng các lò hơi loại ống nước.
Chúng có hiệu suất cao hơn so với các lò hơi ống lửa và có thể chế tạo được với các áp suất lớn hơn. Lò hơi ống nước có thể được thiết kế và xây dựng với kích thước lớn. Sự phát triển của công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn được cải tiến và đạt được tới một mức cao do chúng có tính cạnh tranh so với những loại lò hơi khác. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) có thể sử dụng các loại nhiên liệu mà các loại lò hơi khác khó đốt hoặc không thể đốt được.
Khái niệm tổng quát Hơi nước đã được loài người sử dụng từ rất lâu. Đặc biệt là sau khi máy hơi nước ra đời. Ngày nay, không ngành công nghiệp nào lại không dùng đến hơi nước. Từ những ngành công nghiệp nhẹ, hơi - nước được dùng để nhuộm, hấp giặt các sản phẩm như: bông, vải, sợi, quần áo.
Trong ngành công nghiệp nặng, hơi nước được dùng để chạy các Turbin phát điện. Ngành giao thông vận tải dùng hơi nước để chạy tàu hoả, tàu thuỷ. Ngành công nghiệp thực phẩm, hơi nước dùng để chế biến thực phẩm. Cuối cùng hơi nước còn dùng để vệ sinh, tẩy rửa công nghiệp và được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau của sinh hoạt đời sống.
Muốn có được hơi nước người ta có thể đạt được bằng cách đơn giản nhất là dùng một cái lò để đun nước lên. Đó là hoàn toàn thủ công và lạc hậu. Công nghiệp càng phát triển lên, nhu cầu về hơi nước cũng ngày càng tăng, do đó công cụ để sản xuất ra hơi nước cũng phải cải tiến và đạt đến một trình độ hiện đại. Bởi Trang 18/144 thế dù thiết bị có hiện đại đến như thế nào thì nó vẫn phải mang một cái tên muôn thủa “LÒ HƠI”.
Lò hơi là gì? Lò hơi là một thiết bị cơ khí dùng để sản xuất ra hơi nước. Vai trò của lò hơi trong công nghiệp và sản xuất điện. Lò hơi là thiết bị trong đó xảy ra các quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng toả ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi Lò hơi là thiết bị có mặt gần như trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất hơi nước phục vụ cho quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện ; phục vụ cho các quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, sấy sản phẩm trong các quá trình công nghệ ở các nhà máy hoá chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến nông sản và thực phẩm… Tùy thuộc vào nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất, có thể phân thành hai loại: - Trong các nhà máy công nghiệp như nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm….hơi nước phục vụ cho các quá trình công nghệ như đun nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm…. thường dùng là hơi bão hòa.
Áp suất hơi tương ứng với nhiệt độ bão hoà cần thiết cho quá trình công nghệ, nhiệt độ thường từ 110 đến 1800C. Loại lò hơi này được gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất thấp, sản lượng nhỏ. - Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuabin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao. Loại này được gọi là lò hơi nhà máy điện.
Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn như than, củi, bã mía, có thể là nhiên liệu lỏng như dầu nặng (FO), Dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí. Dựa vào sản lượng hơi, thường chia thành ba loại: - Lò hơi công suất nhỏ, sản lượng thường quy ước dưới 20T/h. - Lò hơi công suất trung bình, thường qui ước sản lượng hơi từ 20 đến 75T/h. - Lò hơi công suất lớn, thường qui ước sản lượng hơi trên 75T/h.
Dựa vào thông số của hơi, thường chia thành 4 loại: - Lò hơi thông số thấp,qui ước áp suất p < 15bar, nhiệt độ t<350ºC, thường dùng là hơi bão hoà. - Lò hơi thông số trung bình, qui ước áp suất từ 15÷60 bar, nhiệt độ từ 350÷450ºC. - Lò hơi thông số cao, thường qui ước áp suất trên 60 bar, nhiệt độ từ 450÷540ºC. - Lò hơi thông số siêu cao, thường qui ước áp suất trên 140 bar, trong loại này có Trang 19/144 khi còn chia thành lò hơi dưới hoặc trên thông số tới hạn.
Dựa vào chế độ chuyển động của nước trong lò hơi, có thể chia thành 4 loại: - Lò hơi đối lưu tự nhiên:môi chất chỉ chuyển động đối lưu tự nhiên do sự chênh lệch về mật độ trong nội bộ môi chất mà không tạo thành được vòng tuần hoàn tự nhiên, thường gặp trong loại lò hơi công suất nhỏ. - Lò hơi tuần hoàn tự nhiên: đây là loại lò hơi thường gặp, nhất là trong phạm vi công suất trung bình và lớn. Khi vận hành, môi chất chuyển động theo vòng tuần hoàn, nghĩa là theo một quĩ đạo khép kín rõ ràng, nhờ sự chênh lệch mật độ trong nội bộ môi chất. Cũng chỉ có lò hơi dưới tới hạn mới có thể có tuần hoàn tự nhiên.
- Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức: dưới tác dụng của bơm, môi chất chuyển động theo quĩ đạo khép kín, gặp trong lò hơi có thông số cao. Với lò hơi thông số siêu tới hạn chỉ có thể tuần hoàn cưỡng bức. - Lò hơi đối lưu cưỡng bức: trong loại lò hơi này, dưới tác dụng của bơm, môi chất chỉ đi thẳng một chiều, nhận nhiệt, biến dần thành hơi đưa ra sử dụng mà không có tuần hoàn đi lại. Dựa theo cách đốt nhiên liệu - Lò hơi đốt theo lớp: nhiên liệu rắn (than, củi, bã mía v.v…) được xếp thành lớp trên ghi để đốt.
Có loại ghi cố định, có loại ghi chuyển động thường gọi là ghi xích, có loại ghi xích thuận chiều, có loại ghi xích ngược chiều. - Lò hơi đốt phun: nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành bụi, nhiên liệu rắn được nghiền thành bột được phun vào buồng lửa, hỗn hợp với không khí và tiến hành các giai đoạn của quá trình cháy trong không gian buồng lửa. - Lò hơi đốt đặc biệt, thường gặp hai loại: buồng lửa xoáy và buồng lửa tầng sôi. + Buồng lửa xoáy có thể đốt được than cám nguyên khai hoặc nghiền sơ bộ.
Nhiên liệu và không khí được đưa vào buồng lửa hình trụ theo chiều tiếp tuyến với tốc độ cao. Dưới tác dụng của lực ly tâm, xỉ lỏng và các hạt nhiên liệu có kích thước lớn bám sát thành lớp vào tường lò, rồi đến các lớp có kích thước nhỏ hơn, những lớp này cháy hoàn toàn theo lớp, còn những hạt than nhỏ cùng với chất bốc chuyển động ở vùng trung tâm và cháy trong không gian. Như vậy có thể xem trong buồng lửa xoáy vừa đốt theo lớp vừa đốt trong không gian. + Buồng lửa tầng sôi (tầng lỏng), nhiên liệu rắn nguyên khai hoặc nghiền sơ bộ sau khi được đưa vào, dưới tác động của gió có tốc độ đủ cao, dao động lên xuống trong một khoảng không gian nhất định của buồng lửa và tiến hành tất cả các giai đoạn của quá trình cháy.
Có loại buồng lửa tầng sôi cháy ở nhiệt độ cao, tro chảy thành xỉ, kết lại rơi xuồng ghi xích rồi thải ra ngoài, có loại cháy ở nhiệt độ thấp, khoảng 8000C, không để tro nóng chảy mà để tro cọ xát với nhau và cọ xát với Trang 20/144 cát trộn vào biến thành bụi mịn, bay theo sản phẩm cháy rồi được thu hồi ở các bộ khử bụi, còn sản phẩm cháy và một phần tro bụi rất mịn được quạt khói đưa qua ống khói thải ra ngoài. Các cách phân loại khác : - Dựa theo trạng thái xỉ thải: lò hơi thải xỉ khô và lò hơi thải xỉ lỏng. - Dựa theo áp suất của không khí và sản phẩm cháy trong buồng lửa, có loại buồng lửa áp suất âm, có loại buồng lửa áp suất dương; trong loại áp suất dương có loại đốt cao áp, có loại đốt dưới áp suất bình thường.