Nguyên lý hoạt động của lò hơi trong ngành công nghiệp

Lò hơi công nghiệp là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất điện đến chế biến thực phẩm. 362 trang · Trường Đại Học Kỹ Thuật · 2023.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt
• Đề tài: Nguyên Lý Hoạt Động Của Lò Hơi Công Nghiệp
• Loại tài liệu: tiểu luận
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LỎ HƠI
• 1.1. Vai trò của lò hơi và phân loại
• 1.2. Nguyên lý làm việc của lò hơi trong nhà máy điện
• 1.3. Các đặc tính kỹ thuật của lò hơi
• 2. CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY
• 2.1. Khái niệm về nhiên liệu
• 2.2. Thành phần nhiên liệu
• 2.3. Đặc tính công nghiệp của nhiên liệu

Tóm tắt

I. Tổng quan về nguyên lý hoạt động của lò hơi công nghiệp

Lò hơi công nghiệp là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất điện đến chế biến thực phẩm. Nguyên lý hoạt động của lò hơi dựa trên việc đốt cháy nhiên liệu để tạo ra hơi nước, phục vụ cho các quá trình sản xuất. Hiểu rõ nguyên lý này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí vận hành.

1.1. Cấu tạo lò hơi công nghiệp và các thành phần chính

Lò hơi công nghiệp bao gồm nhiều thành phần như buồng đốt, ống sinh hơi, và hệ thống cấp nước. Mỗi thành phần có vai trò riêng trong việc đảm bảo quá trình đốt cháy và tạo hơi nước diễn ra hiệu quả.

1.2. Nguyên lý hoạt động cơ bản của lò hơi

Nguyên lý hoạt động của lò hơi là quá trình đốt cháy nhiên liệu, sinh ra nhiệt năng, làm nóng nước trong lò, tạo ra hơi nước. Hơi nước này được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau.

II. Vấn đề và thách thức trong hoạt động của lò hơi công nghiệp

Mặc dù lò hơi công nghiệp đóng vai trò quan trọng, nhưng cũng gặp nhiều thách thức trong quá trình vận hành. Các vấn đề như hiệu suất thấp, tiêu hao nhiên liệu cao và an toàn trong vận hành cần được chú ý.

2.1. Hiệu suất lò hơi và các yếu tố ảnh hưởng

Hiệu suất lò hơi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng nhiên liệu, thiết kế lò và quy trình vận hành. Việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể giúp nâng cao hiệu suất lò hơi.

2.2. An toàn trong vận hành lò hơi công nghiệp

An toàn là yếu tố quan trọng trong vận hành lò hơi. Các biện pháp bảo trì định kỳ và kiểm tra an toàn cần được thực hiện để giảm thiểu rủi ro trong quá trình hoạt động.

III. Phương pháp tối ưu hóa hiệu suất lò hơi công nghiệp

Để nâng cao hiệu suất lò hơi, nhiều phương pháp có thể được áp dụng. Từ việc cải tiến thiết kế đến việc sử dụng công nghệ mới, các giải pháp này giúp tiết kiệm nhiên liệu và tăng cường hiệu quả hoạt động.

3.1. Cải tiến thiết kế lò hơi

Thiết kế lò hơi có thể được cải tiến để tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt và giảm thiểu tổn thất nhiệt. Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt tốt cũng là một giải pháp hiệu quả.

3.2. Sử dụng công nghệ mới trong lò hơi

Công nghệ mới như cảm biến và tự động hóa có thể giúp theo dõi và điều chỉnh quá trình hoạt động của lò hơi, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của lò hơi công nghiệp trong sản xuất

Lò hơi công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất điện, chế biến thực phẩm và công nghiệp hóa chất. Việc hiểu rõ ứng dụng của lò hơi giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

4.1. Lò hơi trong sản xuất điện năng

Trong ngành điện, lò hơi được sử dụng để tạo ra hơi nước phục vụ cho các tua-bin phát điện. Hiệu suất lò hơi ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phát điện.

4.2. Lò hơi trong chế biến thực phẩm

Trong ngành chế biến thực phẩm, lò hơi cung cấp hơi nước cho các quá trình như tiệt trùng và nấu chín. Việc kiểm soát chất lượng hơi nước là rất quan trọng để đảm bảo an toàn thực phẩm.

V. Kết luận và tương lai của lò hơi công nghiệp

Lò hơi công nghiệp sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Với sự phát triển của công nghệ, lò hơi ngày càng trở nên hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn.

5.1. Xu hướng phát triển lò hơi công nghiệp

Xu hướng hiện nay là phát triển lò hơi sử dụng năng lượng tái tạo và giảm thiểu khí thải. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường.

5.2. Tương lai của công nghệ lò hơi

Công nghệ lò hơi sẽ tiếp tục được cải tiến với sự xuất hiện của các giải pháp thông minh và tự động hóa, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu rủi ro trong vận hành.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Học phần Lò hơi (hay Thiết bị sinh hơi) giữ vị trí then chốt trong chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Năng lượng nhiệt và Kỹ thuật Cơ khí. Tài liệu đóng vai trò kết nối giữa khối kiến thức cơ sở ngành (Nhiệt động lực học kỹ thuật, Truyền nhiệt - Truyền khối, Cơ học lưu chất) với các môn học ứng dụng thực tế trong thiết kế, vận hành nhà máy nhiệt điện và trạm cung cấp nhiệt công nghiệp.

Mục tiêu học tập của giáo trình nhằm trang bị cho người học hệ thống lý thuyết về quá trình biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi nước; hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý làm việc của các bề mặt đốt; thành thạo phương pháp tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt và khí động học trong buồng lửa.

Giáo trình tiếp cận kiến thức theo trình tự logic kỹ thuật chặt chẽ: mở đầu từ định nghĩa, phân loại và chu trình công nghệ của lò hơi; tiếp nối bằng cơ sở lý thuyết nhiệt - hóa học của quá trình cháy; và tiến tới các mô hình tính toán thực nghiệm áp dụng trong công nghiệp.

Điểm đặc sắc của tài liệu là việc kết hợp các nguyên lý động học hóa học kinh điển (định luật Arrhenius, lý thuyết phản ứng chuỗi Semenov) với các bài toán kỹ thuật thực tiễn. Dữ liệu tính toán được gắn liền với đặc tính các nguồn nhiên liệu cụ thể tại Việt Nam như than antraxit nội địa và dầu thô mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

• Chương 1: Nguyên lý làm việc của lò hơi
  Chương này trình bày vai trò của lò hơi trong nền kinh tế quốc dân, phân biệt rõ lò hơi công nghiệp (sản xuất hơi bão hòa, áp suất $P \le 2,0\text{ MPa}$, nhiệt độ $t \approx 250^\circ\text{C}$ phục vụ công nghệ đun nấu, chưng cất, cô đặc, sấy) và lò hơi nhà máy điện (sản xuất hơi quá nhiệt công suất lớn, $P > 2,0\text{ MPa}$, $t > 350^\circ\text{C}$).
  Nội dung phân loại lò hơi theo nhiệm vụ, chế độ đốt (ghi thủ công, ghi cơ khí xích, lò phun nhiên liệu lỏng/khí, phun bột than, buồng đốt xoáy, buồng lửa tầng sôi) và chế độ tuần hoàn (tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức, trực lưu). Phân tích sơ đồ nguyên lý cấu tạo của lò hơi buồng lửa phun tuần hoàn tự nhiên gồm 11 cụm bộ phận: buồng đốt (1), dàn ống sinh hơi (2), vòi phun (3), ống nước xuống ngoài tường lò (4), bao hơi (5), ống dẫn hơi trên trần (6), bộ quá nhiệt (7), bộ quá nhiệt trung gian (8), bộ hâm nước (9), khoảng trống vệ sinh sửa chữa (10), bộ sấy không khí (11) cùng cụm feston. Thiết lập phương trình nhiệt lượng môi chất hấp thụ $Q_{mc}$ qua các giai đoạn gia nhiệt đẳng áp và phân tích trường hợp áp suất tới hạn ($22,3\text{ MPa}$, $r=0$).
  Xác định các thông số kinh tế - kỹ thuật: sản lượng định mức ($D_{đm}$), sản lượng cực đại ($D_{max} = 1,1 - 1,2 D_{đm}$), sản lượng kinh tế ($D_{kt} = 0,8 - 0,9 D_{đm}$), hiệu suất lò ($\eta$), nhiệt thế thể tích buồng lửa ($q_v$), nhiệt thế diện tích ghi ($q_r$) và năng suất bốc hơi ($S$).

• Chương 2: Nhiên liệu và quá trình cháy
  Phân loại nhiên liệu vô cơ (nhiên liệu hạt nhân $U_{235}, U_{238}$) và nhiên liệu hữu cơ (rắn, lỏng, khí). Thiết lập công thức tính đổi thành phần phần trăm khối lượng giữa các dạng mẫu: mẫu làm việc ($lv$), mẫu khô ($k$), mẫu cháy ($ch$) và mẫu hữu cơ ($hc$).
  Khảo sát các đặc tính công nghệ: độ ẩm trong/ngoài ($W$), chất bốc ($V_c$) và cốc, độ tro ($A$) và các nhiệt độ biến dạng/nóng chảy của tro ($t_1, t_2, t_3$ qua mẫu tháp $20\text{mm} \times 7\text{mm}$). Phân tích nhiệt trị cao ($Q^c_{lv}$), nhiệt trị thấp ($Q^t_{lv}$), nhiên liệu tiêu chuẩn ($7000\text{ kcal/kg} = 29330\text{ kJ/kg}$) và phương pháp đo bằng bom nhiệt lượng kế ở áp suất $2,5 - 3,0\text{ MPa}$.
  Trình bày các loại nhiên liệu thông dụng: khí thiên nhiên ($93 - 99% CH_4$), khí đồng hành, condensate, dầu khoáng mỏ (DO/EL, FO/S), gỗ, than bùn, than nâu, than đá (than khí, than mỡ, than gầy) và than antraxit ($C^{lv}$ tới $95%$).

• Cơ sở lý thuyết cháy và khí động học buồng lửa
  Thiết lập động học phản ứng cháy ($v = \pm dc/d\tau$), định luật tác dụng khối lượng, phương trình Arrhenius ($k = k_0 e^{-E/RT}$), năng lượng hoạt hóa ($E$), lý thuyết phản ứng dây chuyền Semenov ($\phi = f - g$), cơ chế tự bốc cháy ($q_{sr} = q_{tn}$) và vận tốc lan truyền ngọn lửa ($U_{tl} = \sqrt{a/\tau_h}$).
  Phân tích quá trình cháy nhiên liệu lỏng (phun sương $50 - 200,\mu\text{m}$, sấy nóng dầu $90 - 100^\circ\text{C}$, phân hủy nhiệt ở $600^\circ\text{C}$) và cháy nhiên liệu rắn (sấy ẩm, thoát chất bốc, cháy cốc, tạo xỉ). Phân loại 4 nguyên lý khí động học buồng lửa: cháy lớp chặt, cháy tầng sôi, cháy ngọn lửa bột than lơ lửng theo định luật Stokes, và cháy dòng xoáy ly tâm.

• Tính toán quá trình cháy và cân bằng vật chất
  Xác định thể tích oxy lý thuyết ($V^0_{O_2}$), không khí lý thuyết ($V^0_{kk}$), không khí thực tế ($V_{kk} = \alpha V^0_{kk}$), thể tích khói ($V_{RO_2}, V_{N_2}, V_{H_2O}$), hệ số không khí thừa ($\alpha$), hệ số đặc tính nhiên liệu ($\beta$), công thức thực nghiệm Rosin - Fehling và phương trình Antoine [30] để tính nhiệt độ đọng sương, kiểm soát ăn mòn $H_2SO_4$.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết nhiệt - động học: Thiết lập mối quan hệ giữa nhiệt động học quá trình hóa hơi đẳng áp với động học phản ứng oxy hóa nhiên liệu trong không gian buồng lửa.
• Nguyên lý cân bằng năng lượng và tuần hoàn môi chất: Xây dựng phương trình cân bằng nhiệt lượng, nguyên lý tuần hoàn tự nhiên dựa trên chênh lệch khối lượng riêng giữa hỗn hợp hơi - nước trong dàn ống sinh hơi và cột nước trong ống nước xuống ngoài tường lò.
• Nguyên lý tận dụng nhiệt: Phân tích vai trò của bộ hâm nước và bộ sấy không khí (bộ tiết kiệm nhiệt) trong việc giảm nhiệt độ khói thải và nâng cao hiệu suất lò hơi.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng tính toán kỹ thuật: Chuyển đổi thành phần các hệ mẫu nhiên liệu; tính toán thể tích không khí và khói thải cho quá trình cháy hoàn toàn và không hoàn toàn của nhiên liệu rắn, lỏng, khí.
• Kỹ năng phân tích vận hành: Đọc và xử lý số liệu phân tích khói ($RO_2, O_2, CO$) để xác định hệ số không khí thừa $\alpha$; phân tích nguy cơ đóng xỉ dựa trên các điểm nhiệt độ $t_1, t_2, t_3$ của tro than.
• Kỹ năng đánh giá an toàn nhiệt: Đánh giá điểm đọng sương của sản phẩm cháy theo hàm lượng lưu huỳnh để thiết lập nhiệt độ khói thoát an toàn, ngăn ngừa ăn mòn ở nhiệt độ thấp.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình triển khai phương pháp diễn dịch kết hợp quy nạp kỹ thuật. Các định luật vật lý - hóa học cơ bản (bảo toàn khối lượng, định luật Arrhenius, định luật Stokes) được sử dụng để thiết lập các phương trình giải tích, sau đó chuẩn hóa thành các bảng tra cứu, đồ thị quan hệ hàm số ($q_{sr}-T$, $p_c-T_c$, $\alpha-q$) và công thức kinh nghiệm (Rosin - Fehling).

Hệ thống bài tập gắn liền với các bài toán công nghệ điển hình:

• Bài toán xác định lượng oxy, thể tích không khí lý thuyết và lượng khói thực tế khi đốt khí thiên nhiên có thành phần thể tích xác định ($[CH_4]=0,84; [C_2H_4]=0,015; [C_2H_6]=0,005; [CO_2]=0,020; [N_2]=0,12$) với $\alpha = 1,1$.
• Bài toán tính toán thành phần thể tích sản phẩm cháy không chứa oxy khi $1\text{ kg}$ cacbon cháy không hoàn toàn với hệ số cháy $\alpha = 0,95$.
• Bài tập chuyển đổi qua lại giữa mẫu làm việc, mẫu khô, mẫu cháy và mẫu hữu cơ.

Về phương diện thực hành, người học được hướng dẫn nguyên lý đo nhiệt trị bằng bom nhiệt lượng kế calorimet ngâm trong nước ở áp suất thử $2,5 - 3,0\text{ MPa}$, kỹ thuật phân tích mẫu khí thải để hiệu chỉnh tỷ lệ không khí cấp, và phương pháp nung mẫu tro hình tháp xác định độ nóng chảy.

Đánh giá kết quả học tập thực hiện thông qua bài tập lớn tính toán nhiệt quá trình cháy, đồ án thiết kế buồng lửa lò hơi, và các bài kiểm tra chuyên đề về cấu tạo các bề mặt truyền nhiệt. Người học cần tự giác lập bảng cân bằng chất, vẽ đồ thị giới hạn tự bốc cháy và thực hành giải các hệ phương trình đặc tính nhiên liệu.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Phân loại toàn diện các chế độ khí động buồng lửa: Giáo trình mô tả chi tiết 4 chế độ đốt hiện đại: cháy lớp chặt, cháy tầng sôi ($1\text{ m}^3$ lớp sôi chứa $400 - 600\text{ kg}$ hạt), buồng lửa phun bột than lơ lửng và buồng đốt xoáy tiếp tuyến; đưa ra các biểu thức giới hạn vận tốc dòng khí $\omega$ để hạt không bị thổi bay hoặc lắng đọng.
• Cập nhật dữ liệu nhiên liệu Việt Nam: Tài liệu cung cấp số liệu phân tích của dầu thô mỏ Bạch Hổ (tỷ trọng $0,8319$, tương đương $36,6^\circ\text{API}$) và mỏ Đại Hùng ($0,8403$, tương đương $36,9^\circ\text{API}$), đối chiếu với dầu thô Algérie ($0,830$) và Venezuela ($0,948$). Đồng thời phân tích sâu đặc tính than antraxit Việt Nam với hàm lượng $C^{lv}$ lên tới $95%$, chất bốc $V_c$ thấp ($2 - 8%$), ngọn lửa ngắn và nhiệt độ bắt lửa cao.
• Kiểm soát phát thải và ăn mòn thiết bị: Phân tích ảnh hưởng của $SO_2, SO_3$ trong việc đẩy nhiệt độ đọng sương từ $50^\circ\text{C}$ lên $130^\circ\text{C}$ khi nhiên liệu chứa $1% S$, gây ăn mòn axit tại bộ sấy không khí; làm rõ cơ chế hình thành $NO_x$ khi nhiệt độ cháy vượt quá $1000^\circ\text{C}$.
• Tính ứng dụng thực tế: Liên kết trực tiếp giữa lý thuyết truyền nhiệt với các dây chuyền sản xuất hơi bão hòa (nhà máy hóa chất, đường, dệt, bia rượu, thực phẩm) và hơi quá nhiệt áp lực cao trong nhà máy điện.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học và học viên cao học: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Năng lượng nhiệt, Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Nhiệt - Lạnh.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần có kiến thức nền tảng vững chắc về Nhiệt động lực học kỹ thuật, Truyền nhiệt, Hóa học đại cương và Cơ học lưu chất.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu: Sử dụng làm đề cương bài giảng lý thuyết, tài liệu hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế Lò hơi, hoặc định hướng nghiên cứu tối ưu hóa quá trình cháy và giảm thiểu phát thải ô nhiễm.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu tra cứu tại các nhà máy nhiệt điện, trạm lò hơi công nghiệp, phục vụ công tác tính toán kiểm tra hiệu suất lò ($\eta$), kiểm soát hệ số không khí thừa ($\alpha$) và quản lý vận hành buồng lửa.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?
Tài liệu được biên soạn cho sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Năng lượng nhiệt, cũng như kỹ sư vận hành hệ thống lò hơi công nghiệp và nhà máy nhiệt điện.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?
Cần nắm vững kiến thức về Nhiệt động lực học kỹ thuật (bảng tra hơi nước, chu trình nhiệt), Truyền nhiệt (truyền nhiệt bức xạ và đối lưu), và Hóa học kỹ thuật (phản ứng oxy hóa, định luật tác dụng khối lượng).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này là gì?
Tài liệu tích hợp sâu cơ sở lý thuyết động học phản ứng cháy (định luật Arrhenius, lý thuyết chuỗi Semenov) với tính toán khí động và cân bằng chất thực tế; đồng thời cung cấp số liệu thực nghiệm chi tiết về các nguồn nhiên liệu tại Việt Nam.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả?
Người học cần bám sát cấu trúc từng chương, tự giải lại các ví dụ tính toán cân bằng vật chất khi cháy hoàn toàn/không hoàn toàn, lập bảng đối chiếu các dạng mẫu nhiên liệu và phân tích sơ đồ liên kết 11 bộ phận chính của lò hơi.

5. Có tài liệu bổ trợ nào cần sử dụng kèm theo?
Nên kết hợp cùng Bảng tra cứu tính chất nhiệt động của nước và hơi nước, đồ thị $i-s$ (Mollier), Tiêu chuẩn tính toán nhiệt lò hơi tiêu chuẩn và các quy chuẩn kỹ thuật an toàn nồi hơi hiện hành.

---

Kết luận

Giáo trình cung cấp một hệ thống kiến thức hoàn chỉnh về nguyên lý cấu tạo, cơ sở nhiệt - hóa học của quá trình cháy, và các phương pháp tính toán cân bằng vật chất trong lò hơi. Lộ trình học tập khuyến nghị bắt đầu từ việc nắm vững chu trình sinh hơi và các bề mặt trao đổi nhiệt (Chương 1), tiếp tục sang bản chất động học phản ứng cháy và đặc tính nhiên liệu (Chương 2), sau đó thực hành tính toán cân bằng chất và khí động học buồng lửa. Người học nên tham khảo thêm các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN) về an toàn thiết bị áp lực và các phần mềm mô phỏng chu trình nhiệt công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Ch−¬ng 1 NGUY£N Lý LµM VIÖC CñA Lß H¥I 1. Vai trß cña lß h¬i vµ ph©n lo¹i 1. Vai trß cña lß h¬i trong nÒn kinh tÕ Lß h¬i lµ thiÕt bÞ trong ®ã xÈy ra qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu, nhiÖt l−îng táa ra tõ qu¸ tr×nh ch¸y sÏ truyÒn cho n−íc trong lß ®Ó biÕn n−íc thµnh h¬i. NghÜa lµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh biÕn ®æi ho¸ n¨ng cña nhiªn liÖu thµnh nhiÖt n¨ng cña dßng h¬i.

Lß h¬i lµ thiÕt bÞ cã mÆt gÇn nh− trong tÊt c¶ c¸c xÝ nghiÖp, nhµ m¸y. Trong c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp nh− nhµ m¸y hãa chÊt, ®−êng, r−îu, bia, n−íc gi¶i kh¸t, thuèc l¸, dÖt, chÕ biÕn thùc phÈm. , h¬i n−íc phôc vô cho c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh− ®un nÊu, ch−ng cÊt c¸c dung dÞch, c« ®Æc vµ sÊy s¶n phÈm. H¬i ë ®©y th−êng lµ h¬i b·o hßa, cã ¸p suÊt h¬i t−¬ng øng víi nhiÖt ®é b·o hßa cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh c«ng nghÖ.

Lo¹i lß h¬i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i c«ng nghiÖp, cã ¸p suÊt h¬i thÊp, s¶n l−îng nhá. Trong nhµ m¸y ®iÖn, lß h¬i s¶n xuÊt ra h¬i ®Ó lµm quay tuèc bin, phôc vô cho viÖc s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng, ®ßi hái ph¶i cã c«ng suÊt lín, h¬i lµ h¬i qu¸ nhiÖt cã ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao. Lo¹i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i ®Ó s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng. Nhiªn liÖu ®èt trong lß h¬i cã thÓ lµ nhiªn liÖu r¾n nh− than, gç, b· mÝa, cã thÓ lµ nhiªn liÖu láng nh− dÇu nÆng (FO), dÇu diezen (DO) hoÆc nhiªn liÖu khÝ.

Ph©n lo¹i lß h¬i Ta cã thÓ ph©n lo¹i lß h¬i theo nhiÒu c¸ch: * Theo nhiÖm vô cña lß h¬i: Theo nhiÖm vô cña lß h¬i trong s¶n xuÊt ta cã: lß h¬i c«ng nghiÖp vµ lß h¬i s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng. Lß h¬i c«ng nghiÖp phôc vô cho c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ë c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt c«ng nghiÖp (th−êng s¶n xuÊt h¬i b·o hoµ, ¸p suÊt h¬i kh«ng v−ît qu¸ 2,0Mpa, nhiÖt ®é t = 2500C). Lß h¬i phôc vô cho s¶n xuÊt ®iÖn s¶n xuÊt h¬i qu¸ nhiÖt, cã c«ng suÊt lín, ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é h¬i cao, th−êng lín h¬n 2,0Mpa vµ trªn 3500C. + Theo chÕ ®é ®ãt nhiªn liÖu trong buång löa ta cã: Lß ghi thñ c«ng; lß ghi nöa c¬ khÝ; lß ghi c¬ khÝ (ghi xich); lß phun nhiªn liÖu láng, lß phun nhiªn liÖu khÝ; lß phun bét than th¶i xØ kh« hay th¶i xØ láng; lß buång ®èt xo¸y; lß buång löa tÇng s«i.

+ Theo chÕ ®é tuÇn hoµn cña n−íc trong lß ta cã: Lß tuÇn hoµn tù nhiªn; lß tuÇn hoµn c−ìng bøc; lß trùc l−u. Tuy nhiªn c¸ch ph©n lo¹i nµy chØ thÓ hiÖn mét vµi ®Æc tÝnh nµo ®ã cña lß h¬i nªn thùc tÕ khi gäi tªn lß h¬i th−êng ng−êi ta kÕt hîp nhiÒu kiÓu ph©n lo¹i. Nguyªn lý lµm viÖc cña lß h¬i trong nhµ m¸y ®iÖn Trong c¸c lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn, h¬i ®−îc s¶n xuÊt ra lµ h¬i qu¸ nhiÖt. H¬i qu¸ nhiÖt nhËn ®−îc nhê c¸c qu¸ tr×nh: ®un nãng n−íc ®Õn s«i, s«i ®Ó biÕn n−íc thµnh h¬i b·o hßa vµ qu¸ nhiÖt h¬i ®Ó biÕn h¬i b·o hßa thµnh h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao trong c¸c bé phËn cña lß.

C«ng suÊt nhiÖt cña lß h¬i phô thuéc vµo l−u l−îng, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt h¬i. C¸c gi¸ trÞ nµy cµng cao th× c«ng suÊt lß h¬i cµng lín. HiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a ngän löa vµ khãi víi m«i chÊt trong lß h¬i phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña s¶n phÈm ch¸y vµ cña m«i chÊt tham gia qu¸ tr×nh (n−íc hoÆc h¬i trong lß) vµ phô thuéc vµo h×nh d¸ng, ®Æc tÝnh cÊu t¹o cña c¸c phÇn tö lß h¬i.1 tr×nh bµy nguyªn lý cÊu t¹o cña lß h¬i buång löa phun tuÇn hoµn tù nhiªn hiÖn ®¹i trong nhµ m¸y ®iÖn. Nguyªn lý cÊu t¹o cña lß h¬i 1- buång ®èt; 2- dµn èng sinh h¬i; 3- vßi phun nhiªn liÖu + kh«ng khÝ; 4- èng n−íc xuèng; 5- bao h¬i; 6- èng dÉn h¬i trªn trÇn; 7- bé qu¸ nhiÖt h¬i; 8- bé qu¸ nhiÖt trung gian h¬i; 9- bé h©m n−íc; 10- kho¶ng trèng ®Ó vÖ sinh vµ s÷a ch÷a; 11- bé sÊy kh«ng khÝ; Nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®−îc phun qua vßi phun sè 3 vµo buång löa sè 1, t¹o thµnh hçn hîp ch¸y vµ ®−îc ®èt ch¸y trong buång löa, nhiÖt ®é ngän löa cã thÓ ®¹t tíi 4 1.

NhiÖt l−îng táa ra khi nhiªn liÖu ch¸y trong buång löa truyÒn cho n−íc trong c¸c èng cña dµn èng sinh h¬i 2 lµm cho n−íc t¨ng dÇn nhiÖt ®é ®Õn s«i, trong èng sÏ lµ hçn hîp h¬i n−íc. Hçn hîp h¬i n−íc trong èng sinh h¬i 2 sÏ chuyÓn ®éng ®i lªn, tËp trung vµo bao h¬i sè 5. Trong bao h¬i sè 5, h¬i b·o hoµ sÏ t¸ch ra khái n−íc, n−íc tiÕp tôc ®i xuèng theo èng xuèng 4 ®Æt ngoµi t−êng lß. èng xuèng ®−îc nèi víi èng lªn b»ng èng gãp d−íi, nªn n−íc l¹i sang èng sinh h¬i sè 2 ®Ó tiÕp tôc nhËn nhiÖt.

H¬i b·o hßa tõ bao h¬i sè 5 sÏ ®i theo c¸c çng dÉn h¬i 6 vµo c¸c èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt sè 7. ë bé qu¸ nhiÖt h¬i b·o hßa chuyÓn ®éng trong c¸c èng xo¾n sÏ nhËn nhiÖt tõ khãi nãng chuyÓn ®éng phÝa ngoµi èng ®Ó biÕn thµnh h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao h¬n vµ ®i vµo èng gãp ®Ó sang tua bin h¬i. ë s¬ ®å cã qu¸ nhiÖt trung gian, h¬i tõ tuèc bin vÒ bé qu¸ nhiÖt trung gian 8 ®Ó qu¸ nhiÖt l¹i råi l¹i quay trë l¹i tuèc bin; ë ®©y, èng sinh h¬i sè 2 ®Æt phÝa trong t−êng lß nªn m«i chÊt trong èng nhËn nhiÖt vµ sinh h¬i liªn tôc do ®ã trong èng èng sinh h¬i 2 lµ hçn hîp h¬i vµ n−íc, cßn èng xuèng 4 ®Æt ngoµi t−êng lß nªn m«i chÊt trong èng 4 kh«ng nhËn nhiÖt do ®ã trong èng 4 lµ n−íc. Khèi l−îng riªng cña hçn hîp h¬i vµ n−íc trong èng 2 nhá h¬n khèi l−îng riªng cña n−íc trong èng xuèng 4 nªn hçn hîp trong èng 2 ®i lªn, cßn n−íc trong èng 4 ®i xuèng liªn tôc t¹o nªn qu¸ tr×nh tuÇn hoµn tù nhiªn, bëi vËy lß h¬i lo¹i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i tuÇn hoµn tù nhiªn.

Buång löa tr×nh bµy trªn h×nh 1.1 lµ buång löa phun, nhiªn liÖu ®−îc phun vµo vµ ch¸y l¬ löng trong buång löa. Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu xÈy ra trong buång løa vµ ®¹t ®Õn nhiÖt ®é rÊt cao, tõ 1300 0C ®Õn 1900 0C, chÝnh v× vËy hiÖu qu¶ trao ®æi nhiÖt bøc x¹ gi÷a ngän löa vµ dµn èng sinh h¬i rÊt cao vµ l−îng nhiÖt dµn èng sinh h¬i thu ®−îc tõ ngän löa chñ yÕu lµ do trao ®æi nhiÖt bøc x¹. §Ó hÊp thu cã hiÖu qu¶ nhiÖt l−îng bøc x¹ cña ngän löa ®ång thêi b¶o vÖ t−êng lß khái t¸c dông cña nhiÖt ®é cao vµ nh÷ng ¶nh h−ëng xÊu cña tro nãng ch¶y, ng−êi ta bè trÝ c¸c dµn èng sinh h¬i 2 xung quanh t−êng buång löa. Khãi ra khái buång löa, tr−íc khi vµo bé qu¸ nhiÖt ®· ®i qua côm phecston, thùc chÊt côm feston chÝnh lµ d·y èng t−êng sau (®o¹n ®i qua cöa ra cña buång löa) ®−îc chia thµnh nhiÒu d·y (tõ 3 ®Õn 5 d·y) ®Ó khãi ®i qua dÔ dµng vµ gi¶m bët hiÖn t−îng mµi mßn mÆt ngoµi èng.

ë ®©y khãi chuyÓn ®éng ngoµi èng truyÒn nhiÖt cho hçn hîp h¬i n−íc chuyÓn ®éng trong èng. Khãi ra khái bé qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cßn cao, ®Ó tËn dông phÇn nhiÖt thõa cña khãi khi ra khái bé qu¸ nhiÖt, ë phÇn sau nã ng−êi ta ®Æt thªm bé h©m n−íc 9 vµ bé sÊy kh«ng khÝ 11. Bé h©m n−íc cã nhiÖm vô gia nhiÖt cho n−íc ®Ó n©ng nhiÖt ®é cña n−íc tõ nhiÖt ®é ra khái b×nh gia nhiÖt lªn ®Õn nhiÖt ®é s«i vµ cÊp vµo bao h¬i 5. §©y lµ giai ®o¹n ®Çu tiªn cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt cho n−íc ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh hãa h¬i ®¼ng ¸p n−íc trong lß.

Sù cã mÆt cña bé h©m n−íc sÏ lµm gi¶m tæng diÖn tÝch bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i vµ sö dông triÖt ®Ó h¬n nhiÖt l−îng táa ra khi ch¸y nhiªn liÖu, lµm cho nhiÖt ®é khãi tho¸t khái lß gi¶m xuèng, lµm t¨ng hiÖu suÊt cña lß. Kh«ng khÝ l¹nh tõ ngoµi trêi ®−îc qu¹t giã hót vµo vµ thæi qua bé sÊy kh«ng khÝ 11. ë bé sÊy, kh«ng khÝ nhËn nhiÖt cña khãi, nhiÖt ®é ®−îc n©ng tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng ®Õn nhiÖt ®é yªu cÇu vµ ®−îc ®−a vµo vßi phun sè 1 ®Ó cung cÊp cho qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu. Khãi sÏ ®−îc qu¹t khãi hót ra khái lß tr−íc khi ®i qua khö bôi ®Ó 5 th¶i ra ngoµi qua èng khãi.

Nh− vËy bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®· hoµn tr¶ l¹i buång löa mét phÇn nhiÖt ®¸ng lÏ bÞ th¶i ra ngoµi. ChÝnh v× vËy ng−êi ta cßn gäi bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ lµ bé tiÕt kiÖm nhiÖt. Nh− vËy, tõ khi vµo bé h©m n−íc ®Õn khi ra khái bé qu¸ nhiÖt cña lß h¬i, m«i chÊt (n−íc vµ h¬i) tr¶i qua c¸c giai ®o¹n hÊp thô nhiÖt trong c¸c bé phËn sau: NhËn nhiÖt trong bé h©m n−íc ®Õn s«i, s«i trong dµn èng sinh h¬i, qu¸ nhiÖt trong bé qu¸ nhiÖt. NhiÖt l−îng m«i chÊt hÊp thu ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh: Qmc = [i''hn - i'hn ]+ [is - i''hn + rx] + [r(1-x) + (i''qn - i'qn)], (1-1a) Trong ®ã: Qmc lµ nhiÖt l−îng 1kg m«i chÊt nhËn ®−îc trong lß h¬i, kj/kg; i'hn, i''hn : Entanpi cña n−íc vµo vµ ra khái bé h©m n−íc, kj/kg; is, : Entanpi cña n−íc s«i trong bao h¬i, kj/kg; r : NhiÖt Èn hãa h¬i cña n−íc, kj/kg; x : ®é kh« cña h¬i ra khái bao h¬i, i'qn, i''qn : Entanpi h¬i vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt, kj/kg; [i''hn - i'hn ] nhiÖt l−îng n−íc nhËn ®−îc trong bé h©m n−íc, kj/kg; [is - i''hn + rx] nhiÖt l−îng n−íc vµ h¬i nhËn ®−îc trong dµn èng sinh h¬i, kj/kg; [r(1-x) + (i''qn - i'qn)] nhiÖt l−îng h¬i nhËn ®−îc trong bé qu¸ nhiÖt, kj/kg; TØ lÖ nhiÖt l−îng hÊp thu ®−îc trong bé h©m n−¬c, dµn èng sinh h¬i, bé qu¸ nhiÖt phô thuéc vµo th«ng sè h¬i cña lß.

¸p suÊt cña h¬i cµng lín th× l−îng nhiÖt ®Ó bèc h¬i cµng nhá vµ l−îng nhiÖt ®Ó ®un n−íc ®Õn s«i cµng lín. Tõ ¸p suÊt t¬i h¹n trë lªn (22,3Mpa) th× l−îng nhiÖt ®Ó bèc h¬i b»ng kh«ng (r = 0), l−îng nhiÖt m«i chÊt hÊp thu ®−îc trong lß h¬i chØ ®Ó ®un n−íc ®Õn s«i vµ qu¸ nhiÖt h¬i. ChÝnh v× thÕ nªn lß cã ¸p suÊt trªn tíi h¹n chØ ¸p dông cho kiÓu lß trùc l−u (lß bao h¬i n−íc lu«n ë tr¹ng th¸i s«i).