CHƯƠNG 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI: Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, nền công nghiệp hiện đại. Không những nó được dùng trong các khu công nghiệp lớn như nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp, mà nó còn đi sâu từng cơ sở kinh tế nhỏ, như nấu cơm, sấy, sưởi ấm v. Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất vận hành phức tạp nhất. Nó có trình độ cơ khí hoá và tự động hoá cao, làm việc bảo đảm và hiệu suất tương đối cao.
Nó có nhiệm vụ sản xuất hơi để cung cấp hơi chạy Tuabin. Trong các lĩnh vực công nghiệp, lò hơi dùng để sản xuất hơi nước. Hơi nước sẽ làm chất trung gian tải nhiệt. Nó sẽ truyền nhiệt lượng cho sản phẩm cần gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt.
Việc dùng lò hơi để sản xuất hơi nước trung gian sau đó hơi nước gia nhiệt cho vật phẩm so với dùng những thiết bị khác để gia nhiệt có ưu điểm hơn so với dùng điện để gia nhiệt. So với lò hơi dùng điện dễ tự động hoá, thiết bị đơn giản gọn nhẹ, không cần phải có phân xưởng để sản xuất nhiệt đỡ tốn kém đường ống vận chuyển hơi v. Nhưng có nhược điểm là chi phí vận hành cao, hiệu suất so với toàn bộ lại thấp vì muốn có điện (trong điều kiện hiện nay nhiệt điện đang chiếm phần lớn) ta phải đốt nhiên liệu. Dùng thiết bị lò hơi để thu nhận nhiệt lượng toả ra của nhiên liệu, hơi sinh ra được đưa qua bộ phận sản xuất ra điện năng (biến nhiệt năng thành cơ năng, rồi biến cơ năng thành điện năng).
Nếu dùng điện năng để sản xuất lại nhiệt năng thì lãng phí rất lớn. Do đó thiết bị lò hơi dùng môi chất trung gian là nước vẫn được chế tạo và sử dụng rộng rãi. So với dùng khói nóng để gia nhiệt, việc sử dụng khói nóng để gia nhiệt trực tiếp cũng được sử dụng rộng rãi. Do tiếp xúc trực tiếp nên hiệu suất cao, thiết bị gọn Trang 1 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS.
MÃ PHƯỚC HOÀNG nhẹ, nhưng có nhược điểm: chỉ dùng gia nhiệt những vật phẩm không yêu cầu lắm về độ sạch, trình độ thẩm mỹ và không ảnh hưởng về thành phần hoá học. Nên đối với những vật phẩm yêu cầu chất lượng cao đều dùng chất tải nhiệt trung gian, tức vẫn cần thiết bị lò hơi. So với dùng thiết bị năng lượng khác: Việc sử dụng năng lượng mới như năng lượng mặt trời, năng lượng gió v. còn chưa được phổ biến và nhất là công suất chưa ổn định.
Với những lò hơi lớn việc sử dụng nhiên liệu là rắn, lỏng, khí còn phụ thuộc vào vị trí của nó. Phải xem xét bài toán kinh tế giữa việc vận chuyển hơi sinh ra và giá thành vận hành. Ngoài ra phải kể đến ô nhiễm môi trường. Dưới đây sẽ giới thiệu một vài loại đặc trưng để làm rõ quá trình thay đổi công nghệ lò hơi theo lịch sử phát triển của lò hơi : a) Lò hơi ống lò: Là lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình.
Để tăng bề mặt truyền nhiệt của lò người ta có thể tăng chỉ số bình của lò, có nghĩa là tăng bề mặt truyền nhiệt của lò bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hoặc đến ba ống 500÷800 mm gọi là ống lò. Ưu điểm của loại lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lò, có thể tích chứa nước lớn. Nhược điểm là khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, hơi sinh ra thường là hơi bảo hòa, và thường có công suất nhỏ. b) Lò hơi ống lửa : Tương tự như ống lò, nhưng ở đây ống lò được thay bằng các ống lửa với kích thước bé hơn ( 50÷150).
Khói sau khi ra khỏi ống lửa còn có thể quặc ra hai bên đốt nóng bên ngoài lò. Trang 2 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG Ưu điểm loại lò này là bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so với ống lò. Nhược điểm loại này vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơi theo yêu cầu.
c) Lò hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên: Sự phát triển của những động cơ hơi nước đòi hỏi lò hơi phải có sản lượng hơi lớn, thông số cao, đồng thời phải giảm bớt tiêu hao kim loại cho việc chế tạo lò hơi, nâng cao năng suất bốc hơi của lò. Vì vậy người ta đã cải tiến thay thế hệ thống ống lò và ống lửa bằng những ống nước có đường kính 40÷100 mm.Và cùng với sự phát triển thì quá trình nghiên cứu và cải tiến không ngừng nên loại này ngày càng tăng thông số hơi và công suất lò. Có những loại điển hình sau: - Lò hơi ống nước nằm ngang - Lò hơi có bao hơi đặt nằm ngang - Lò hơi ống đứng - Lò hơi hai bao hơi kiểu KP - Lò hơi hai bao hơi kiểu KB - Lò hơi đốt than bột d) Lò hơi trực lưu: Lò hơi trực lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức, đặc điểm làm việc của nó là môi chất làm việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng thái hơi quá nhiệt có thông số quy định. Ưu điểm: Do không có bao hơi và chỉ có rất ít ống góp nên tốn ít kim loại, khung lò và bảo ôn nhẹ nhàng và thuận lợi hơn.
Cho phép tăng áp suất hơi lên cao, và khắc phục được nhược điểm của lò hơi tuần hoàn là tuần hoàn bé hoặc không có tuần hoàn. Nhược điểm: Nước cấp vào lò yêu cầu phải chất lượng cao, khó thay đổi cải tiến lò. Trang 3 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG e) Lò hơi đặc biệt : Là loại lò hơi có điều kiện làm việc đặc biệt như áp lực cao, công suất cao, nhiệt độ cao …Nó gồm có các loại lò là: Lò hơi có áp suất cao trong buồng lửa, lò phản ứng sinh hơi của nhà máy điện nguyên tử .2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ : Hiện nay giá các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt… đang ở mức cao, mặc khác nguồn khai thác ngày càng cạn kiệt.
Trong khi đó nước ta còn rất nhiều nhiên liệu xấu chưa được sử dụng có hiệu quả như các loại than xấu có nồng độ lưu huỳnh cao. Chất thải dân dụng và công nghiệp yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng một phần làm nguồn năng lượng. Việc ứng dụng buồng lửa tầng sôi để xử lý nhiệt các chất thải rắn đang được ứng dụng rộng rải trên thế giới. Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương pháp đốt truyền thống khác như: công suất của buồng đốt hầu như không giới hạn, khả năng đốt đồng thời nhiều loại nhiên liệu khác nhau, hiệu quả quá trình cháy cao, cường độ trao đổi nhiệt lớn, chi phí chuẩn bị nhiên liệu thấp, giảm tối thiểu các khí độc hại như NOX, SOX, đốt được các loại nhiên liệu xấu, thành phần lưu huỳnh cao, độ ẩm cao, độ tro lớn, khí đốt thải ra ít khí độc hại… Công nghệ đốt tầng sôi nền cát có khả năng đốt hiệu quả các loại nhiên liệu xấu như: trấu, mùn cưa, vỏ cà phê là những chất thải rất khó xử lý sau thu hoạch.
Ưu điểm của công nghệ tầng sôi nền cát là: đốt được hầu hết phế thải nông lâm nghiệp như trấu, vỏ cà phê, mùn cưa, rơm rạ, bã mía…Quá trình cháy triệt để do phế thải được vùi trong lớp cát có nhiệt độ cao ( >850 0C ) và thời gian lưu lại vùng cháy lâu đảm bảo gần cháy kiệt nhiên liệu. Hiệu suất buồng đốt có thể đạt trên 90%, không gây ô nhiễm môi trường do lượng khí phát thải ô nhiễm trong quá trình cháy thấp. Đốt được phế liệu có độ ẩm và độ tro, lượng lưu huỳnh cao từ 30÷40%. Quá trình Trang 4 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS.
MÃ PHƯỚC HOÀNG đốt diễn ra liên tục, tạo nên khả năng tự động hóa cao, lượng tro đốt từ các lò sấy này có tỷ lệ SiO2 lên đến 91% và là một dạng tro vô định hình rất tốt cho việc dùng chất phụ gia để sản xuất vật liệu xây dựng (gạch chịu lửa, xi măng, tấm cách âm, vật liệu composit…), trong khi giá thành loại chất phụ gia này rất đắt, mang lại nguồn lợi nhuận tương đối cao cho các doanh nghiệp.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam: Chất thải dân dụng và công nghiệp là những chất được loại ra khỏi quá trình sinh hoạt cũng như sản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng lại một phần. Ở nước ta là một nước đang phát triển, nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phế thải nông lâm nghiệp thải ra có trữ lượng lớn. Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long có nhiều nguồn nhiên liệu xấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưu huỳnh cao, phế thải sinh khối(rơm, rạ, bã mía, mùn cưa…). Đặc biệt ở Quảng Nam có mỏ than Nông Sơn, là mỏ than có thành phần lưu huỳnh, độ tro cao, nhiệt trị rất thấp, có thể nói đó là loại than được xếp vào loại than xấu.
Nếu như ta dùng loại than này vào các công việc đốt các loại lò bình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độ tro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Vì vậy việc ứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổ biến rộng rãi và phát triển nhiều hơn. Hy vọng rằng, lò đốt phế thải nông – lâm nghiệp theo công nghệ tầng sôi sẽ được chuyển giao tới các cơ sở sản xuất, góp phần hạ giá thành chế biến nông sản và hạn chế ô nhiễm môi trường. Trang 5 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS.
MÃ PHƯỚC HOÀNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI 2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI: 2.1 Khái niệm tầng sôi Tầng sôi đơn giản là một vùng không gian được tạo bởi các hạt rắn (than, tro, cát, đá vôi…) những hạt này được nâng lên và lơ lững trong buồng đốt nhờ áp lực của dòng không khí. Vì vậy lớp liệu trong buồng đốt giãn nở ra, sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu tăng lên nhiều.