CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Quá trình phát triển về cấu tạo của lò hơi: Quá trình phát triển về cấu tạo của nồi hơi thường chuyển từ loại này sang loại khác là do yêu cầu ngày càng tăng về công suất sản lượng hơi cũng như yêu cầu về giảm tiêu hao kim loại và nhiêu liệu cho nồi hơi. Các nồi hơi hình trụ và các loại nồi hơi ống lửa chuyển sang các loại nồi hơi ống nước đã diễn ra cách đây hàng trăm năm. Kết quả là ta đã đạt được việc tăng diện tích bề mặt đốt trên cơ sở giảm đường kính ống, tức là tăng được công suất lò hơi mà vẫn tiết kiệm được kim loại. Trong các nồi hơi ống nước nằm ngang có buồng nước các ống sinh hơi được liên kết với nhau thành từng chùm nhỏ các buồng nước hình hộp.
Điều này không cho phép tăng áp suất hơi lên quá 12 – 15 at và không thể tiêu chuẩn hóa việc chế tạo các bộ phận của nồi hơi. Các nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách nối các chùm ống thẳng với đầu góp hình trụ và cứ hai chùm nằm ngang thì nối với một bao hơi. Điều đó cho phép tăng áp suất hơi, đồng thời tăng được công suất của nồi hơi, nhờ tăng số lượng, chiều dài ống và tăng số lượng đầu góp. Các bao hơi lúc đầu thì đặt dọc về sau thì đặt ngang, vì khi đặt dọc công suất của lò sẽ bị giới hạn bởi không phát triển được bề mặt đốt theo chiều rộng.
Để ngăn ngừa sự Tieu luan 5 đóng xỉ, các hàng ống phía dưới được làm dưới dạng festôn. Áp dụng các bộ phận hâm nước và bộ sấy không khí cho phép tăng hiệu suất của nồi hơi và tăng công suất của các loại nồi hơi nói trên. Tuy nhiên, sự tiêu hao nhiều kim loại do có nhiều bao hơi, sự bố trí dày đặc các chùm ống cản trở công việc vệ sinh nồi hơi và các nhược điểm khác đã làm cho việc phát triển các loại nồi hơi trên đây không còn nữa. Ngày nay, nồi hơi đã được thay thế bởi các loại nồi hơi ống nước đứng.
Các ống sinh hơi được đấu trực tiếp vào bao hơi. Lúc đầu số bao hơi lên tới 3 – 5 và các ống thẳng, về sau dần dần chỉ còn 1 bao hơi và các ống thì uốn cong ở 2 đầu. Điều đó đã cải thiện điều kiện liên kết các ống và phát triển bề mặt đốt bức xạ trong buồng lửa. Trong những năm gần đây người ta đã hoàn thiện loại lò hơi có một bao hơi cũng như loại nồi hơi không có bao hơi – nồi hơi trực lưu.
Thiết bị nồi hơi hiện đại bao gồm bản thân nồi hơi và các thiết bị phụ của nồi hơi. Hệ thống đập than và nghiền than thành bột, vận chuyển và cung cấp nhiên liệu và nước cho lò, các loại quạt để cung cấp gió và vận chuyển khói. Các dụng cụ đo và kiểm soát, các thiết bị tự đồng điều chỉnh. Nồi hơi lớn và hiện đại thường có đủ các bộ phận như sau: buồng lửa, dàn ống sinh hơi, bộ quá nhiệt, bộ hâm nước và bộ sấy không khí.
Ngoài ra, phải có Tieu luan 6 đầy đủ tất cả các loại van, dụng cụ đo và kiểm soát, các thiết bị tự động điều chỉnh. Buồng lửa và đường khói được làm bằng gạch chịu lửa hoặc các tấm keramit gọi là lớp bảo ôn của nồi hơi.2 Phân loại lò hơi: Có nhiều cách phân loại khác nhau, dựa theo những đặc tính khác nhau: Dựa vào sản lượng hơi, thường chia thành 3 loại: 1.1 Lò hơi công suất nhỏ, sản lượng thường quy ước dưới 20 T/h Lò hơi công suất trung bình, thường quy ước sản lượng hơi từ 20 đến 75 T/h Lò hơi công suất lớn, thường quy ước sản lượng trên 75 T/h Dựa vào thông số của hơi, thường chia thành 4 loại: 1.2 Lò hơi thông số thấp, thường quy ước áp suất p < 15 bar, nhiệt độ t < 350 0C, thường dùng là hơi bão hòa Lò hơi thông số trung bình, thường quy ước áp suất từ 15 đến 60 bar, nhiệt độ từ 350 0C đến 450 0C Lò hơi thông số trung bình, thường quy ước áp suất trên 60 bar, nhiệt độ từ 450 0C đến 540 0C Lò hơi thông số siêu cao, thường quy ước áp suất trên 140 bar, trong loại này có khi còn chia thành lò hơi dưới hoặc trên thông số tới hạn Tieu luan 7 Dựa theo chế độ chuyển động của nước trong lò hơi, có thể chia thành 4 1.3 loại: Lò hơi đối lưu tự nhiên: ở đây môi chất chỉ chuyển động đối lưu tự nhiên do sự chênh lệch về mật độ trong nội bộ môi chất mà không tạo được vòng tuần hoàn tự nhiên, thường gặp trong các lò hơi công suất nhỏ. Lò hơi tuần hoàn tự nhiên: đây là 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 quỹ đạo khép kín rõ ràng, nhờ sự chênh lệch mật độ môi chất.
Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức: dưới tác dụng của bơm, môi chất chuyển động theo quỹ đạo khép kín, gặp trong lò hơi có thông số cao. Lò hơi đối lưu cưỡng bức: đây là lò hơi trực lưu hoặc đơn lưu; 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, có thể chia thành mấy loại: 1.4 Tieu luan 8 Lò hơi đốt theo lớp: nhiên liệu rắn (than, củi, bã mía…) được xếp thành lớp trên ghi để đốt. Có loại cố định, có loại ghi chuyển động thường gọi là ghi xích, có loại ghi xích thuận chiều và ngược chiều.
Lò hơi đốt phun: nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành bụi, nhiên liệu rắn nghiền thành bột 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 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 nguyên 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 Còn trong lò hơi buồng lửa tầng sôi (tầng lỏng), nhiên liệu rắn nguyên khai hoặc nghiền sơ bộ sau khi được đưa vào, dưới tác dụng của gió có tốc độ đủ cao, dao động lên xuống trong một khoảng Tieu luan 9 không gian nhất định của buồng lửa và tiến hành tất cả các giai đoạn của quá trình cháy. Các cách phân loại khác: Ngoài các cách trên còn có một số cách phân loại 1.5 khác như: Dựa theo trạng thái xỉ thải ra, chia thành lò hơi xỉ thải khô và loại xit thải 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. Dựa theo cách lắp đặt, có loại lò hơi di động, có loại lò hơi tĩnh tại. Dựa theo công dụng, có loại lò hơi cấp nhiệt, có laoij lò hơi động lực.
Dựa theo đặc điểm bề mặt truyền nhiệt, có loại lò hơi ống lò, có loại lò hơi ống lửa, có loại lò hơi ống nước, có loại lò hơi nằm, có loại lò hơi đứng.1 Lò hơi ống lò và ống lửa: a. Nồi hơi ống lò: Là nồi hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình. Để tăng bề mặt truyền nhiệt của nồi, người ta có thể tăng số bình của lò. Tieu luan 10 Người ta có thể tăng bề mặt truyền nhiệt của nồi hơi bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hay hai đến 3 ống 500 800 mm gọi là ống lò.
Khói đi trong ống lò và có thể quặt ra sau để đốt nóng vỏ bình. Ưu điểm: Loại này không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lửa có thể tích - chứa nước lớn. Khuyết điểm: Khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, hơi - sinh ra thường là hơi bảo hòa. Nồi hơi ống lò thường có sản lượng bé, khoảng 2 2,5 t/h.
Nồi hơi ống lửa: Trong loại này ống lò được thay bằng ống lửa với kích thước nhỏ hơn (50 150mm). Buồng lửa được đặt dưới nồi hơi. Khói sau khi đi qua ống lửa còn có thể quặt ra hai bên đốt nóng bên ngoài lò. - Ưu điểm: Loại nồi hơi này có bề mặt truyền nhiệt lớn hơn, suất tiêu hao kim loại giảm so với loại ống lò.
Nhưng loại này khả năng tăng công suất và chất lượng hơi theo yêu cầu vẫn còn hạn chế. Nồi hơi phối hợp ống lò - ống lửa: - Nồi hơi phối hợp ống lò - ống lửa được sử dụng khá rộng rãi hiện nay do nó lợi dụng được ưu điểm của nồi hơi ống lò và nồi hơi ống lửa. vì vậy những nồi này năng suất bốc hơi cao hơn, cho phép tăng công suất của nồi hơi lên cao hơn. Tieu luan 11 Do kích thước của nồi hơi này rất gọn nên được sử dụng chủ yếu cho nhu cầu di động: nồi hơi xe lửa, tàu thủy, cho các trạm phát điện di động (nồi hơi lôcô).
Nồi hơi xe lửa: Là loại nồi hơi phối hợp có sản lượng hơi lớn nhất, có thể đạt 20t/h, năng suất bốc hơi cũng cao nhất trong các loại nồi hơi ống lò và ống lửa, từ 30 35 đến 70 80 và có thể đạt tới 90kg/m2h. Do hơi sản xuất ra để chạy máy hơi nên nồi hơi cần đặt thêm bộ quá nhiệt để gia nhiệt hơi tới nhiệt độ thường không quá 4000C. Các ống xoắn của bộ quá nhiệt có thể đặt ở buồng khói sau cụm ống lửa hoặc có thể đặt lồng trong các ổng lửa. Để đảm bảo tuần hoàn nước trong lò, người ta đặt thêm hệ thống ống nghiêng trong hộp lửa, dẫn nước chuyển động từ dưới lên.