Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong nền kinh tế công nghiệp hóa và hiện đại hóa, năng lượng nhiệt đóng vai trò then chốt trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống. Lò hơi (nồi hơi) là thiết bị trung tâm dùng để sản xuất hơi nước mang nhiệt năng, từ các hệ thống công suất lớn sản xuất hơi quá nhiệt dùng cho nhà máy nhiệt điện đến các hệ thống công suất nhỏ tạo hơi bão hòa phục vụ công nghiệp nhẹ, chế biến thực phẩm, may mặc và các ngành dịch vụ. Tuy nhiên, lò hơi là thiết bị áp lực làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn nghiêm trọng nếu không được tính toán thiết kế, lắp đặt và vận hành theo các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt.

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế lò hơi đốt dầu DO công suất 1.5 T/h dùng để giặt ủi" được thực hiện bởi sinh viên Hứa Quang Nhật (Khoa Cơ khí, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng) dưới sự hướng dẫn của TS. Hồ Trần Anh Ngọc, nhằm giải quyết bài toán cung cấp nhiệt cho hệ thống giặt ủi đồ vải tại Khách sạn Hội An (Thành phố Hội An, Tỉnh Quảng Nam).

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định trong đồ án bao gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về nguyên lý hoạt động, cấu tạo và phân loại các hệ thống lò hơi công nghiệp hiện nay.
  2. Tính toán nhiệt động học quá trình cháy của nhiên liệu dầu DO, xác định thể tích không khí cần thiết và sản phẩm cháy sinh ra.
  3. Lập phương trình cân bằng nhiệt nhằm xác định các tổn thất nhiệt, hiệu suất nhiệt của lò hơi và suất tiêu hao nhiên liệu vận hành.
  4. Tính toán thiết kế kích thước hình học buồng lửa, ống lò, chùm ống lửa, thân lò và tính toán truyền nhiệt bức xạ trong buồng lửa.
  5. Tính toán kết cấu cơ khí và kiểm tra độ bền, xác định chiều dày tối thiểu của các bộ phận chịu áp lực chính (thân lò, ống lò, ống lửa, mặt sàng, nắp người chui) theo tiêu chuẩn an toàn thiết bị áp lực.
  6. Tính toán khí động học đường khói, xác định trở lực khí động, kích thước ống khói và kiểm tra điều kiện thông gió tự nhiên; tính toán sơ bộ thủy động lực học.
  7. Lựa chọn các thiết bị phụ trợ (van an toàn, nắp phòng nổ, van hơi chính, hệ thống cấp dầu) và kết cấu lớp bảo ôn cách nhiệt.
  8. Khảo sát yêu cầu xử lý nước cấp lò hơi và đề xuất quy trình làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion.
  9. Xây dựng quy trình vận hành an toàn, bảo dưỡng định kỳ và phương pháp xử lý các sự cố kỹ thuật thường gặp.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống lò hơi nằm ngang kiểu ống lò – ống lửa đốt dầu DO, sinh hơi bão hòa công suất 1,5 tấn hơi/giờ (1,5 T/h) ở áp suất làm việc 7,85 bar ($8\text{ kg/cm}^2$). Phạm vi ứng dụng là phụ tải nhiệt giặt ủi tại Khách sạn Hội An với quy mô kiến trúc gồm 7 tầng, 35 phòng lưu trú cùng các nhu cầu phụ trợ liên quan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên các cơ sở lý thuyết nhiệt động học kỹ thuật, lý thuyết truyền nhiệt – truyền khối và các tiêu chuẩn tính toán thiết kế lò hơi chuyên ngành:

  • Tài liệu "Thiết kế Lò Hơi" của tác giả Trần Thanh Kỳ (1990).
  • Tài liệu "Lò Hơi Tập 1" và "Lò Hơi Tập 2" của tác giả Nguyễn Sĩ Mão (2006).
  • Lý thuyết quá trình cháy nhiên liệu lỏng và phương pháp cân bằng nhiệt lò hơi theo tiêu chuẩn ngành nhiệt.
  • Lý thuyết tính toán sức bền các chi tiết hình trụ chịu áp lực trong và áp lực ngoài, có xét đến ứng suất cho phép của vật liệu thép ở nhiệt độ làm việc, hệ số bền mối hàn và hệ số bổ sung ăn mòn.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế được áp dụng gồm:

  • Phương pháp nhiệt hóa học: Tính toán phản ứng cháy hoàn toàn của các nguyên tố cấu thành dầu DO, xác định lượng không khí lý thuyết, hệ số không khí thừa và entanpi của khói/không khí theo nhiệt độ.
  • Phương pháp cân bằng nhiệt thuận – nghịch: Xác định tổn thất nhiệt do khói thải ($q_2$), tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học ($q_3$), tổn thất do tỏa nhiệt ra môi trường ($q_5$) để suy ra hiệu suất lò ($\eta$) và lượng tiêu hao nhiên liệu ($B$).
  • Phương pháp tính toán nhiệt buồng lửa: Sử dụng phương pháp bán thực nghiệm xác định hệ số làm yếu bức xạ của khí ba nguyên tử ($k_k$) và hạt muội ($k_h$), độ đen phần sáng ($a_s$), phần không sáng ($a_k$), độ đen hữu hiệu của ngọn lửa ($a_{nl}$) và nhiệt độ cháy lý thuyết ($t_a$).
  • Phương pháp cơ học ứng suất: Tính toán chiều dày vách chịu áp lực theo công thức tiêu chuẩn thiết bị áp lực, so sánh với chiều dày tối thiểu theo quy phạm cơ khí.

Nguồn dữ liệu thành phần nhiên liệu dầu DO được sử dụng trong tính toán:

  • Độ ẩm làm việc $W^{lv} = 1,8%$
  • Độ tro làm việc $A^{lv} = 0,3%$
  • Hàm lượng lưu huỳnh $S^{lv} = 0,5%$
  • Hàm lượng cacbon $C^{lv} = 86,3%$
  • Hàm lượng hydro $H^{lv} = 10,5%$
  • Hàm lượng nitơ $N^{lv} = 0,3%$
  • Hàm lượng oxy $O^{lv} = 0,3%$

Thông số nhiệt động của môi chất nước và hơi:

  • Áp suất hơi bão hòa thiết kế: $P = 7,85\text{ bar}$ ($8\text{ kg/cm}^2$), nhiệt độ bão hòa tương ứng $t_{bh} = 169,6^\circ\text{C}$, entanpi hơi bão hòa $i_{bh} = 2768,25\text{ kJ/kg}$.
  • Nhiệt độ nước cấp vào lò: $t_{nc} = 30^\circ\text{C}$, entanpi nước cấp nội suy $i_{nc} = 126,30\text{ kJ/kg}$.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo dạng lò hơi ống lò – ống lửa đặt nằm ngang, hoàn toàn kín khít, phân bố cụm ống đối lưu dạng 2 pass (2 đường khói đi trong ống lửa) nhằm tối ưu hóa diện tích truyền nhiệt trong không gian nhỏ gọn:

Bộ phận kết cấu Vật liệu chế tạo Kích thước và thông số kỹ thuật chính
Thân lò Thép tấm cacbon 20K Đường kính trong $D_t = 1700\text{ mm}$; Đường kính ngoài $D_n = 1730\text{ mm}$; Chiều dài $L = 2200\text{ mm}$; Chiều dày tính toán $S = 10\text{ mm}$.
Ống lò (Buồng đốt) Thép tấm cacbon 20K Dạng trụ trơn; Đường kính trong $d_1 = 600\text{ mm}$; Chiều dài $l_1 = 2000\text{ mm}$; Chiều dày vách $S = 12\text{ mm}$; Diện tích bức xạ $F_{bx} = 3,768\text{ m}^2$.
Chùm ống lửa Thép ống C20 không hàn Số lượng $n = 90$ ống (chia 2 pass, mỗi pass 45 ống); $D_n = 66\text{ mm}$; $D_t = 61\text{ mm}$; Chiều dày $S = 2,5\text{ mm}$; Chiều dài $L = 1800\text{ mm}$; Bước ngang $S_1 = 96\text{ mm}$; Bước dọc $S_2 = 83\text{ mm}$.
Mặt sàng Thép tấm cacbon 20K Dạng đĩa phẳng tròn; Đường kính $D = 1650\text{ mm}$; Chiều dày $S = 12\text{ mm}$; Khoảng cách hai mặt sàng $1700\text{ mm}$.
Cửa người chui Thép tấm cacbon 20K Dạng hình elip; Kích thước lỗ khoét $300 \times 400\text{ mm}$; Nắp cửa $330 \times 430\text{ mm}$; Chiều dày nắp $S = 16\text{ mm}$.

Về công nghệ chế tạo và kiểm tra:

  • Liên kết ống lửa vào mặt sàng được thực hiện bằng phương pháp núc kết hợp bo mép cơ học. Hai đầu ống trước khi núc được làm sạch lớp sơn đến sáng ánh kim trên chiều dài lớn hơn chiều dày mặt sàng cộng phần bo mép.
  • Độ kín và độ bền của mối núc cùng các mối hàn chịu áp lực được kiểm tra thử thủy lực bằng nước với áp suất thử $P_{th} = 13\text{ kg/cm}^2$ bằng bơm tay chuyên dụng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về lò hơi

Chương này phân loại chi tiết các hệ thống lò hơi theo chế độ đốt nhiên liệu (đốt theo lớp, đốt phun ngọn lửa, tầng sôi, buồng đốt xoáy), theo chế độ tuần hoàn nước (tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức bội số lớn, trực lưu), theo áp suất/công suất và theo công dụng (tĩnh tại, công nghiệp, phát điện). Tác giả so sánh ưu nhược điểm của các dạng lò hơi ống lò – ống lửa, lò ống nước nằm ngang, lò ống nước đứng và lò tuần hoàn tự nhiên hiện đại 1-2 bao hơi. Kết luận chương khẳng định lò hơi kiểu ống lò – ống lửa đặt nằm ngang là phương án tối ưu cho công suất 1,5 T/h nhờ ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, thể tích chứa nước lớn giúp tích lũy nhiệt tốt khi phụ tải dao động, bảo ôn đơn giản và chi phí đầu tư hợp lý.

Chương 2: Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu

Chương 2 trình bày các công thức và bảng tính toán quá trình cháy của 1 kg dầu DO:

  • Lượng không khí lý thuyết cần thiết: $V_{kk}^0 = 10,576\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$.
  • Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết: $V_{RO_2} = 1,614\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$; $V_{N_2}^0 = 8,357\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$; $V_{H_2O}^0 = 1,369\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$; Thể tích khói khô lý thuyết $V_{KKkh\hat{o}}^0 = 9,971\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$; Tổng thể tích khói lý thuyết $V_k^0 = 11,34\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$.
  • Với hệ số không khí thừa buồng lửa $\alpha = 1,1$, thể tích thực tế của hơi nước là $V_{H_2O} = 1,386\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$ và thể tích khói thực tế là $V_K = 11,357\text{ m}^3_{tc}/\text{kg}$.
  • Chương cũng lập bảng tra cứu entanpi của các thành phần khí ($CO_2$, $N_2$, $H_2O$), không khí và khói thực tế ở các mức nhiệt độ từ $100^\circ\text{C}$ ($I_K = 1704,07\text{ kcal/kg}$) đến $2200^\circ\text{C}$ ($I_K = 45802,10\text{ kcal/kg}$).

Chương 3: Cân bằng nhiệt lò hơi

Chương 3 thiết lập phương trình cân bằng nhiệt trên 1 kg nhiên liệu:

  • Nhiệt trị thấp làm việc của dầu DO: $Q_{tlv} = 40047,5\text{ kJ/kg}$.
  • Nhiệt lượng đưa vào do sấy dầu lên $90^\circ\text{C}$: $Q_{nl} = 176,85\text{ kJ/kg}$ (với nhiệt dung riêng $C_{nl} = 1,965\text{ kJ/kg.độ}$), tổng nhiệt lượng đưa vào $Q_{đv} = 40224,35\text{ kJ/kg}$.
  • Các thành phần tổn thất nhiệt được xác định:
    • Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học: $q_4 = 0%$.
    • Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài: $q_6 = 0%$.
    • Tổn thất do khói thải mang ra ngoài (với nhiệt độ khói thải $\theta_{th} = 100^\circ\text{C}$, $\alpha_{th} = 1,22$, entanpi khói thải $I_{th} = 1868,98\text{ kJ/kg}$, entanpi không khí lạnh $I_{kkl}^0 = 409,29\text{ kJ/kg}$): $q_2 = 3,64%$.
    • Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học: $q_3 = 1,5%$.
    • Tổn thất nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh: $q_5 = 1%$.
  • Tổng các tổn thất nhiệt: $\sum q = 6,14%$.
  • Hiệu suất nhiệt của lò hơi: $\eta = 100% - 6,14% = 93,86%$.
  • Lượng nhiệt có ích để sản xuất 1500 kg/h hơi bão hòa: $Q_1 = 3962925\text{ kcal/h}$ (tương đương hiệu entanpi hơi và nước cấp $2768,25 - 126,30 = 2641,95\text{ kJ/kg}$).
  • Lượng tiêu hao nhiên liệu thực tế và tính toán: $B = B_{tt} = 104,13\text{ kg/h}$.

Chương 4: Thiết kế buồng lửa

Chương 4 tính toán kích thước không gian và nhiệt bức xạ buồng lửa:

  • Chọn nhiệt thế thể tích buồng lửa $q_v = 2000\text{ kW/h.m}^3$, tính được thể tích buồng lửa $V_{bl} = 0,58\text{ m}^3$.
  • Với năng suất bốc hơi riêng $D_1 = 40\text{ kg/m}^2\text{h}$, tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết là $F = 37,5\text{ m}^2$.
  • Tính toán truyền nhiệt buồng lửa: Hệ số bảo ôn $\varphi = 0,99$; Nhiệt độ không khí nóng $t_{kkn} = 30^\circ\text{C}$; Entanpi không khí nóng $I_{kkn}^0 = 409,29\text{ kJ/kg}$; Nhiệt lượng thu được khi đốt 1 kg nhiên liệu $Q_{tđ} = 39939,29\text{ kJ/kg}$; Nhiệt độ cháy lý thuyết đạt $t_a = 975,3^\circ\text{C}$.
  • Xác định các thông số bức xạ: Chiều dày tác dụng của lớp khí bức xạ $s = 0,0557\text{ m}$; Phân thể tích khí ba nguyên tử $r_k = 0,264$; Hệ số làm yếu bức xạ của khí ba nguyên tử $k_k = 3,538$; Hệ số làm yếu bức xạ của hạt muội $k_h = 0,407$; Độ đen phần sáng của ngọn lửa $a_s = 0,072$; Độ đen phần không sáng $a_k = 0,050$; Độ đen hữu hiệu của ngọn lửa và buồng lửa $a_{nl} = a_{bl} = 0,0621$; Diện tích bề mặt hấp thụ bức xạ ống lò $F_{bx} = 3,768\text{ m}^2$.

Chương 5: Tính kết cấu và độ bền của lò hơi

Chương 5 tính toán sức bền cơ học cho các chi tiết chịu áp lực chính:

  • Thân lò: Làm việc ở nhiệt độ tính toán vách $t_v = 250^\circ\text{C}$, ứng suất cho phép $\sigma_{cp} = 12\text{ kg/mm}^2$ (hệ số hiệu chỉnh $\eta = 1$), hệ số bền mối hàn tay $\varphi = 0,7$, hệ số bổ sung ăn mòn $C = 2\text{ mm}$. Chiều dày tính toán $S = 9,981\text{ mm}$, chọn chiều dày thân lò $S = 10\text{ mm}$.
  • Ống lò: Chịu áp lực ngoài, nhiệt độ vách $t_v = 269,6^\circ\text{C}$ (lấy $270^\circ\text{C}$), ứng suất định mức $12,6\text{ kg/mm}^2$, hệ số hiệu chỉnh $\eta = 0,5 \rightarrow \sigma_{cp} = 6,3\text{ kg/mm}^2$. Chiều dài tính toán $l = 950\text{ mm}$, hệ số $a = 6,25$. Chiều dày tính toán $S = 7,185\text{ mm}$, chọn chiều dày ống lò an toàn là $S = 12\text{ mm}$.
  • Ống lửa: Chịu áp lực ngoài, nhiệt độ vách $t_v = 229,6^\circ\text{C}$ (lấy $250^\circ\text{C}$), ứng suất định mức $13,2\text{ kg/mm}^2$, $\eta = 0,7 \rightarrow \sigma_{cp} = 9,24\text{ kg/mm}^2$. Chiều dày tính toán $S = 1,279\text{ mm}$. Theo quy chuẩn đối với ống chịu áp ngoài $D_n = 66\text{ mm}$, chiều dày tối thiểu không nhỏ hơn 1,5 lần bảng tiêu chuẩn nên chọn $S = 2,5\text{ mm}$.
  • Mặt sàng, ống lửa giằng và nắp người chui: Xác định chiều dày mặt sàng $12\text{ mm}$, nắp cửa người chui $16\text{ mm}$ và kiểm tra bền các lỗ khoét trên thân lò.

Chương 6: Tính khí động và thủy động lò hơi

Chương 6 tính toán các thông số khí động học: xác định lực tự hút của ống khói ($h_{th}$) dựa trên chênh lệch khối lượng riêng giữa không khí xung quanh và khói thải; tính đường kính và chiều cao ống khói; tính tổng trở lực đường khói ($\Delta H$) gồm trở lực ma sát trong cụm ống lửa ($\Delta h_m$) và trở lực cục bộ tại các hộp khói trước/sau ($\Delta h_{hk}$); kiểm tra điều kiện thông gió tự nhiên và phân tích chế độ tuần hoàn thủy động của nước bên trong thân lò.

Chương 7: Tính chọn các thiết bị phụ

Chương 7 trình bày việc lựa chọn và cấu tạo các thiết bị an toàn và phụ trợ:

  • Van an toàn: Bố trí van lò xo/đòn bẩy nhằm xả áp tự động khi áp suất vượt giới hạn định mức.
  • Nắp phòng nổ: Lắp đặt tại vị trí thích hợp trên đường khói để giải tỏa áp lực tức thời khi xảy ra sự cố nổ hỗn hợp khí cháy.
  • Van hơi chính và các phụ kiện: Van chặn cấp hơi chính, cụm kính thủy hiển thị mức nước, áp kế, cụm van xả đáy.
  • Hệ thống cấp nhiên liệu: Bơm dầu, lọc dầu, bộ sấy sơ bộ dầu DO và vòi phun cơ khí.
  • Lớp bảo ôn cách nhiệt bọc ngoài thân lò để đảm bảo an toàn lao động và giảm tổn thất nhiệt $q_5$.

Chương 8: Thiết bị xử lý nước cấp vào lò hơi

Chương 8 nhấn mạnh vai trò của việc xử lý nước cấp nhằm ngăn ngừa hình thành cáu cặn canxi và magie trên bề mặt trao đổi nhiệt (gây giảm hiệu suất truyền nhiệt, quá nhiệt cục bộ làm nổ ống). Tác giả trình bày sơ đồ nguyên lý hệ thống xử lý nước và quy trình làm mềm nước bằng cột trao đổi ion (cationit), quy trình hoàn nguyên hạt nhựa bằng dung dịch muối ăn $NaCl$.

Chương 9: Vận hành lò hơi

Chương 9 cung cấp tài liệu hướng dẫn kỹ thuật vận hành chi tiết:

  • Các bước chuẩn bị trước khi đốt lò (kiểm tra nguồn điện, mức nước kính thủy, áp suất dầu, van an toàn).
  • Quy trình nhóm lò, điều chỉnh tỷ lệ gió - dầu trong quá trình sinh hơi và thao tác ngừng lò.
  • Hướng dẫn xử lý các sự cố thường gặp: Xì hở gioăng/vastup; Bộ đốt tắt đột ngột hoặc khó bắt lửa; Động cơ bơm/quạt không hoạt động khi bật công tắc; Lò chậm lên áp hoặc tiêu tốn nhiều dầu mà lượng sinh hơi thấp.
  • Quy định bảo dưỡng định kỳ và nội quy an toàn lao động đối với công nhân vận hành và đơn vị quản lý.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn bộ hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật cho lò hơi đốt dầu DO công suất 1,5 T/h với các kết quả cụ thể:

Thông số thiết kế Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Sản lượng hơi bão hòa $D_{bh}$ 1500 $\text{kg/h}$
Áp suất làm việc thiết kế $P$ 7,85 (8) $\text{bar}$ ($\text{kg/cm}^2$)
Nhiệt độ hơi nước bão hòa $t_{bh}$ 169,6 $^\circ\text{C}$
Tổng tổn thất nhiệt $\sum q$ 6,14 $%$
Hiệu suất nhiệt lò hơi $\eta$ 93,86 $%$
Tiêu hao nhiên liệu dầu DO $B_{tt}$ 104,13 $\text{kg/h}$
Thể tích buồng lửa $V_{bl}$ 0,58 $\text{m}^3$
Tổng diện tích truyền nhiệt $F$ 37,5 $\text{m}^2$
Số lượng ống lửa ($\phi 66 \times 2,5$) $n$ 90 $\text{ống}$
Áp suất thử nghiệm thủy lực $P_{th}$ 13 $\text{kg/cm}^2$

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất:

  • Lựa chọn cấu hình lò nằm ngang 2 pass gọn gàng, bố trí dàn ống lửa theo tam giác đều ($S_1 = 96\text{ mm}$, $S_2 = 83\text{ mm}$) giúp tối ưu hóa không gian chứa nước và phân bố nhiệt đồng đều.
  • Ứng dụng công nghệ núc kết hợp bo mép ống lửa vào mặt sàng, đảm bảo độ kín khít và độ bền cơ học ở áp suất thử thủy lực $13\text{ kg/cm}^2$.
  • Thiết lập quy trình vận hành và xử lý nước cấp bằng công nghệ trao đổi ion làm mềm nước, giúp duy trì hiệu suất cao và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Đóng góp của đồ án: Cung cấp tài liệu tính toán đồng bộ từ lý thuyết nhiệt động, khí động đến thiết kế kết cấu cơ khí chi tiết và quy trình an toàn vận hành, có tính ứng dụng trực tiếp cho các cơ sở dịch vụ như khách sạn, resort.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung tính toán được trình bày trong văn bản:

  • Hạn chế: Hệ thống được thiết kế theo cấu hình cơ bản, không trang bị bộ sấy không khí sơ bộ (nhiệt độ gió cấp lấy bằng nhiệt độ môi trường $t_{kkn} = 30^\circ\text{C}$) và chưa tích hợp bộ hâm nước tận dụng nhiệt khói thải; vòi phun dầu sử dụng kiểu cơ khí thuần túy, chưa tích hợp hệ thống tự động hóa điều khiển tỷ lệ nhiên liệu/không khí theo phụ tải biến đổi thực tế; đồ án dừng lại ở mức thiết kế lý thuyết, chưa có dữ liệu đo đạc thực nghiệm sau chế tạo.
  • Hướng phát triển: Nghiên cứu lắp đặt thêm bộ hâm nước đuôi lò nhằm hạ nhiệt độ khói thải xuống thấp hơn nữa để gia tăng hiệu suất nhiệt; nâng cấp hệ thống điều khiển tự động hóa (PLC/PID) cho quá trình cấp nước và điều chỉnh ngọn lửa đốt dầu theo áp suất phụ tải hơi.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này có giá trị tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Nhiệt – Điện lạnh, Kỹ thuật Cơ khí làm đồ án môn học Lò hơi, đồ án tốt nghiệp thiết kế thiết bị áp lực và mạng nhiệt công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (MEP), cán bộ kỹ thuật vận hành trạm cấp hơi tại các khách sạn, bệnh viện, nhà máy dệt nhuộm, xưởng giặt là công nghiệp.
  • Các phần đáng tham khảo nhất bao gồm: Phương pháp lập bảng cân bằng nhiệt và entanpi khói thải theo dải nhiệt độ; Công thức tính toán chiều dày kết cấu vách chịu áp lực ngoài (ống lò, ống lửa); Hướng dẫn xử lý sự cố kỹ thuật và quy trình thử áp lực thủy lực.

Câu hỏi thường gặp

1. Lò hơi trong đồ án được thiết kế với các thông số làm việc cơ bản nào?
Lò hơi được thiết kế để sản xuất hơi nước bão hòa với sản lượng định mức $D_{bh} = 1,5\text{ T/h}$ ($1500\text{ kg/h}$), áp suất làm việc $P = 7,85\text{ bar}$ (tương đương $8\text{ kg/cm}^2$), nhiệt độ hơi bão hòa $169,6^\circ\text{C}$, sử dụng nhiên liệu đốt là dầu DO với nhiệt độ nước cấp vào lò là $30^\circ\text{C}$.

2. Hiệu suất nhiệt của lò hơi đạt bao nhiêu và tiêu hao bao nhiêu dầu DO trong một giờ?
Tổng các tổn thất nhiệt của lò hơi được tính toán là $\sum q = 6,14%$ (trong đó tổn thất khói thải $q_2 = 3,64%$, cháy không hoàn toàn hóa học $q_3 = 1,5%$, tỏa nhiệt môi trường $q_5 = 1%$, còn $q_4 = q_6 = 0%$). Do đó, hiệu suất nhiệt của lò hơi đạt $\eta = 93,86%$, tương ứng với lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán là $B_{tt} = 104,13\text{ kg/h}$.

3. Vì sao chiều dày thực tế được chọn của thân lò, ống lò và ống lửa lại lớn hơn kết quả tính toán sức bền lý thuyết?
Theo tính toán sức bền thuần túy: thân lò cần dày $9,981\text{ mm}$ (chọn $10\text{ mm}$); ống lò chịu áp lực ngoài cần dày $7,185\text{ mm}$ (chọn $12\text{ mm}$); ống lửa chịu áp ngoài cần dày $1,279\text{ mm}$ (chọn $2,5\text{ mm}$). Việc lựa chọn chiều dày lớn hơn nhằm đáp ứng quy chuẩn an toàn chế tạo thiết bị áp lực, bổ sung chiều dày chống ăn mòn hóa học/nhiệt, đảm bảo độ cứng vững khi gia công uốn/hàn và thỏa mãn yêu cầu tối thiểu khi núc ống vào mặt sàng.

4. Chùm ống lửa đối lưu của lò hơi có quy cách và cách bố trí như thế nào?
Chùm ống lửa gồm 90 ống thép không hàn C20 đường kính ngoài $D_n = 66\text{ mm}$, chiều dày $2,5\text{ mm}$, chiều dài $1800\text{ mm}$, chia làm 2 pass (mỗi pass 45 ống). Các ống được bố trí theo nguyên tắc tam giác đều với bước ngang $S_1 = 96\text{ mm}$ và bước dọc $S_2 = 83\text{ mm}$ để phân bố nhiệt lượng đồng đều cho nước trong thân lò.

5. Khi lò hơi chậm lên áp hoặc tiêu tốn nhiều dầu mà lượng sinh hơi ít, nguyên nhân và cách khắc phục theo đồ án là gì?
Nguyên nhân gồm: bề mặt truyền nhiệt bị bám nhiều cáu cặn nước hoặc bám muội khói, lớp bảo ôn hỏng gây thất thoát nhiệt, chất lượng dầu DO kém hoặc béc phun bị nghẹt/mòn làm hòa trộn kém. Biện pháp khắc phục là tiến hành tẩy rửa cáu cặn mặt trong và vệ sinh muội khói mặt ngoài ống lửa, kiểm tra phục hồi lớp cách nhiệt, xúc rửa béc phun và kiểm tra lại hệ thống xử lý nước cấp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Hứa Quang Nhật đã hoàn thành việc tính toán thiết kế chi tiết lò hơi đốt dầu DO công suất 1,5 T/h sinh hơi bão hòa 7,85 bar phục vụ nhu cầu giặt ủi tại Khách sạn Hội An. Hệ thống được thiết kế theo dạng lò nằm ngang kiểu ống lò – ống lửa 2 pass với hiệu suất nhiệt đạt 93,86%, tiêu hao 104,13 kg dầu DO/h và diện tích trao đổi nhiệt $37,5\text{ m}^2$. Các tính toán sức bền cơ khí, khí động và quy trình xử lý nước, vận hành an toàn được trình bày đầy đủ, đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật và quy chuẩn an toàn cho thiết bị áp lực công nghiệp.