Tải bản đầy đủ

Khí thải Công nghệ chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt hê thống sấy Nhà máy nhiệt điện.pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ





BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ – NĂM 2007



Tên đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt
nhằm tận dụng nhiệt của khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết
bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
Ký hiệu: 151-07.RD/HĐ-KHCN












6820
25/4/2008


Hà Nội – Năm 2007
BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ







BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ – NĂM 2007



Tên đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt
nhằm tận dụng nhiệt của khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết
bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
Ký hiệu: 151-07.RD/HĐ-KHCN








Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí
Chủ nhiệm đề tài: Phạm Văn Quế







Hà Nội – Năm 2007

BỘ CÔNG NGHIỆP

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ







BẢN VẼ THIẾT KẾ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ – NĂM 2007






Tên đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt
nhằm tận dụng nhiệt của khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết
bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
Ký hiệu: 151-07.RD/HĐ-KHCN




Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí
Chủ nhiệm đề tài: Phạm Văn Quế









Hà Nội – Năm 2007
MỤC LỤC

Trang
Mở đầu 1
Chương I Tổng quan về thiết bị bộ sấy không khí trong tổ
hợp thiết bị lò hơi
4
I.1 Tổng quan về thiết bị bộ sấy không khí trong lò hơi 4
I.2 Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt (bộ sấy tĩnh) 5
I.3 Bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt (bộ sấy quay) 11
Chương II Tính toán - thiết kế bộ sấy không khí kiểu hồi
nhiệt (dạng quay)
22
II.1 Mô tả chung bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt (dạng
quay)
22
II.2 Cơ sở tính toán bộ sấy không khí 24
II.3 Các thông số của bộ sấy không khí loại hồi nhiệt và
tính toán bộ sấy
28
II.3.1 Các thông số kỹ thuật của lò hơi 28
II.3.2 Các thông số chính của bộ sấy không khí 29
II.3.3 Tính toán bộ sấy không khí kiểu quay 30
Chương III Cấu tạo và quy trình công nghệ chế tạo môđul bộ
sấy không khí
35
III.1 Cấu tạo bộ
sấy không khí loại hồi nhiệt (dạng quay) 35
III.2 Sơ đồ công nghệ chế tạo khối trao đổi nhiệt trong bộ
sấy không khí loại hồi nhiệt
39
III.2.1 Sơ đồ công nghệ chế tạo tấm trao đổi nhiệt 39
III.2.2 Sơ đồ công nghệ chế tạo tấm ngăn 40
III.2.3 Sơ đồ công nghệ chế tạo khung vỏ khối trao đổi
nhiệt
41
III.2.4 Sơ đồ công nghệ lắp ráp tổ hợp khối trao đổi nhiệt 42
Chương IV Đề xuất giải pháp công nghệ giảm thiểu mức độ
mòn hỏng của thiết bị
44
IV.1 Tình trạng của hiện tượng rò rỉ thiết bị dẫn đến mòn
hỏng
44
IV.2 Giải pháp đề xuất 56
Kế
t luận và đề xuất 59
• Một số hình ảnh chế tạo 01 môđun bộ sấy không khí 61
• Bản vẽ các khối trao đổi nhiệt 68
• Tài liệu tham khảo 69
• Phụ lục 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO



1. Lò hơi (Tập 1, tập 2) – GS.TSKH. Nguyễn Sỹ Mão – Nhà xuất bản Khoa
học và kỹ thuật – Hà Nội 2006
2. Sổ tay tính nhiệt lò hơi (phương pháp tiêu chuẩn) – Nhà xuất bản Năng
lượng quốc gia – Mockva 1957 (tiếng Nga) – Tái bản (tiếng Anh) 1998
3. Tính nhiệt lò hơi – Giáo trình Đại học Bách Khoa Hà Nội 1986
4. Quá trình buồng lửa – Giáo trình Đại học Bách Khoa Hà Nội 1986
5. Lý thuyết cháy và thiết bị cháy – GS.TSKH. Nguyễn Sỹ Mão – Nhà xuất
bản Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội 2002
6. S
ổ tay tính khí động lò hơi – Nhà xuất bản Năng lượng quốc gia –
Mockva 1964
7. Lò hơi công nghiệp - Trường ĐH Điện lực: Đàm Xuân Hiệp, Bàng Bích,
Đỗ Văn Thắng, Trương Ngọc Tuấn, Trương Huy Hoàng - Nhà xuất bản
Khoa học và kỹ thuật
8. Truyền nhiệt - Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú - Nhà xuất
bản Giáo dục
9. Thiết bị trao đổi nhiệt - PGS.TS. Bùi Hải, TS. Dương Đứ
c Hồng, TS. Hà
Mạnh Thư - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 2001





THÀNH VIÊN NHÓM ĐỀ TÀI



1. Phạm Văn Quế Kỹ sư Gia công áp lựcViện Nghiên cứu Cơ khí
2. Phan Hữu Thắng
Kỹ sư Công nghệ chế
tạo máy
Viện Nghiên cứu Cơ khí
3. Trương Mạnh Bình Kỹ sư chế tạo máy
Công ty CP Nhiệt điện
Phả Lại
4. Nguyễn Văn Thủy Kỹ sư điện
Công ty CP Nhiệt điện
Phả Lại
5. Đào Hữ
u Mạnh Kỹ sư Gia công áp lựcViện Nghiên cứu Cơ khí
6. Võ Văn Hòa Kỹ sư Gia công áp lựcViện Nghiên cứu Cơ khí
7. Ngô Đăng Hoàng
Kỹ sư Công nghệ chế
tạo máy
Viện Nghiên cứu Cơ khí
8. Ngô Hữu Hùng Kỹ sư Công nghệ hàn Viện Nghiên cứu Cơ khí

















Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
1
MỞ ĐẦU

Bộ sấy không khí là một dạng thiết bị truyền nhiệt nằm ở phia sau lò hơi
để tận dụng nhiệt của khói sau khi đi ra khỏi lò hơi, bộ sấy không khí có tác
dụng nâng cao hiệu suất hoạt động của lò hơi. Chính vì vậy mà bộ sấy không
khí còn được gọi là “bộ tiết kiệm than” trong các nhà máy nhiệt điện đốt than.
Theo xu hướng phát triển của các nền kinh tế trên thế giới, nhu cầu s

dụng điện năng ngày càng cao, từ đó phải xây dựng thêm nhiều nhà máy điện
(trong đó có cả các nhà máy nhiệt điện đốt than) để phục vụ đời sống và sản
xuất. Trong nhà máy nhiệt điện, bộ sấy không khí tuy là thiết bị phụ nhưng là
thiết bị phụ quan trọng, không thể thiếu và chiếm tỷ lệ đáng kể của nhà máy
điện đố
t than. Chính vì vậy, tại các nước phát triển và có nền công nghiệp tiên
tiến luôn nghiên cứu, thiết kế và cho ra đời các thiết bị có tính tối ưu hơn
nhằm làm tăng hiệu quả kinh tế.
Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng chế tạo các thiết bị của lò hơi cho
các nhà máy nhiệt điện. Các tập đoàn lớn, các công ty chế tạo thiết bị cho lò
hơi đã có nhiều năm kinh nghiệm sản xuấ
t như: ABB, FUJITSU, Điện khí
Thượng Hải, các nhà máy thuộc Nga, Ukraine, ...
Trên thế giới, bộ sấy không khí trong hệ thống trao đổi nhiệt hiện được
nghiên cứu và chế tạo có 2 dạng: dạng quay (kiểu hồi nhiệt) và dạng tĩnh
(kiểu thu nhiệt). Với trình độ và năng lực chuyên môn hoá cao, việc nghiên
cứu và chế tạo các chủng loại bộ sấy không khí được các nước có nền khoa
học phát triển trên thế giới không ng
ừng cải tiến, tối ưu hoá để nâng cao hiệu
suất thu hồi nhiệt khí thải lò hơi.
Ở nước ta trong nhiều năm qua, đặc biệt là trong khoảng 10 năm trở lại
đây ngành công nghiệp năng lượng đã được Nhà nước chú trọng đầu tư phát
triển và đã có những bước tiến đáng kể, tốc độ tiêu thụ năng lượng tăng
8,6%/năm trong các năm 1996-2000 và năm 2003 là 12% góp phầ
n quan
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
2
trọng vào công cuộc đổi mới và phát triển đất nước.
Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước trên thế giới, lượng điện
năng do các nhà máy nhiệt điện sản xuất chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số điện
năng sản xuất toàn quốc. Trong quá trình sản xuất của nhà máy điện, lò hơi là
khâu quan trọng đầu tiên bao gồm rất nhi
ều các thiết bị, trong đó có bộ sấy
không khí.
Ở Việt Nam hiện nay, có nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than đã được xây
dựng và đi vào sản xuất từ nhiều năm qua như:
- Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1
- Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2
- Nhà máy nhiệt điện Uông Bí 1
- Nhà máy nhiệt điện Ninh Bình
- Nhà máy nhiệt đi
ện Uông Bí 1 mở rộng, ...
Tuy nhiên các thiết bị bộ sấy không khí tại các nhà máy này chủ yếu
được nhập ở nước ngoài như: Nga, Thuỵ Điển, Trung Quốc, ... Việc chế tạo
trong nước mới chỉ dừng ở mức độ chế tạo một số cụm chi tiết phần tử của
thiết bị theo thiết kế của nước ngoài hoặc chế tạo theo mẫu sẵn có
để phục vụ
cho việc bảo dưỡng, sửa chữa.
Với tốc độ phát triển kinh tế như hiện nay, việc các nhà máy điện được
xây dựng nhằm phục vụ cho sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt là hướng phát
triển quan trọng đã được Nhà nước hoạch định. Xuất phát từ yêu cầu thực tế
và góp phần phát triển năng lực ngành Cơ khí chế tạo trong nước, nhóm đề tài
phòng Gia công áp lực - Viện Nghiên cứu Cơ khí đăng ký thực hiện kế hoạch
khoa học công nghệ năm 2007 với đề tài này nhằm mục đích tạo tiền đề cho
một hướng phát triển công nghệ chế tạo một trong các tổ hợp thiết bị quan
trọng của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện có công suất đến 300MW, tiến tới
thực hiện mục tiêu nội địa hoá nhà máy nhiệt đi
ện.

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
3
Sơ đồ tổng thể của một nhà máy nhiệt điện


Chú thích:
1. Tháp làm mát 9. Tuabin trung áp 17. Bao hơi 25. Lọc bụi
2. Bơm nước 10. Điều tốc tuabin 18. Phễu tro 26. Quạt khói
3. Đường dây tải điện 11. Tuabin áp cao 19. Hơi quá nhiệt 27. Ống khói
4. Trạm biến áp 12. Khử khí 20. Quạt hút gió
5. Máy phát 13. Gia nhiệt nước 21.Bộ gia nhiệt lại
6. Tuabin áp thấp 14. Băng tải than 22. Khí vào
7. Bơm nước cấp 15. Phễu 23. Bộ hâm nước
8. Bình ngưng 16. Máy nghiền 24. Bộ sấy khí
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
4
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ
TRONG TỔ HỢP THIẾT BỊ LÒ HƠI

I.1 Tổng quan về thiết bị bộ sấy không khí trong lò hơi:
Trong các lò hơi hiện đại, đặc biệt khi đốt các nhiên liệu ẩm, các bộ sấy
không khí được sử dụng rộng rãi. Việc cấp không khí nóng vào buồng đốt của
lò hơi làm tăng nhanh sự bốc cháy nhiên liệu và tăng cường quá trình cháy
nhiên liệu, giảm các tổn thất nhiệt do không khí cháy kiệt về hóa học và cơ
học. Lắp đặt bộ sấy không khí đồ
ng thời cho phép giảm nhiệt độ khói thoát,
điều này đặc biệt đáng kể khi gia nhiệt sơ bộ nước cấp trước khi đưa vào bộ
hâm nước.
Trong các lò đốt than bột, không khí nóng được sử dụng để sấy nhiên
liệu trong quá trình nghiền và vận chuyển than bột. Đồng thời việc lắp bộ sấy
không khí đòi hỏi bổ sung vốn đầu tư, tăng kích thước lò hơi và sức cản c
ủa
tuyến khói và không khí của hợp thể.
Bộ sấy không khí là bề mặt truyền nhiệt được đặt ở phía sau lò để tận
dụng nhiệt của khói sau khi đi ra khỏi bộ quá nhiệt, có tác dụng nâng cao hiệu
suất của lò hơi. Ở đầu vào bộ sấy không khí, kim loại tại đây có nhiệt độ nhỏ
nhất so với các bề mặt truyền nhiệt của lò. Khi bố trí bộ sấy không khí (t
ức là
bố trí bề mặt truyền nhiệt phần đuôi lò) cần biết trước nhiệt độ nước cấp và
nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy không khí.
Các sản phẩm cháy đi vào bộ sấy không khí bị nguội đi chậm hơn so với
không khí được sấy nóng. Nguyên nhân của hiện tượng đó là do lượng sản
phẩm cháy và nhiệt dung của chúng lớn hơn so với của không khí được sấy
nóng và để đạt được độ sấy nóng không khí cao hơn với việc sấy trong một
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
5
cấp đòi hỏi bề mặt đun nóng của bộ sấy không khí có kích thước cực lớn.
Trong các lò hơi hiện đại, để đạt được độ sấy không khí cao người ta sử dụng
hai cấp, bố trí bộ sấy không khí tách đôi, kẹp bộ hâm nước ở giữa.
Nhiệt độ nước cấp được xác định trên cơ sở kinh tế và kỹ thuật vì ta biết
rằng khi tăng nhiệt
độ nước cấp lượng nhiệt hấp thu của bộ hâm nước giảm đi
làm cho nhiệt độ của khói thải ra khỏi lò và tương ứng tổn thất q
2
tăng lên,
nghĩa là hiệu suất lò giảm đi. Nhưng mặt khác hiệu suất của chu trình tăng
lên.
Nhiệt độ không khí nóng được xác định theo yêu cầu đảm bảo tốt sự bốc
cháy của nhiên liệu nghĩa là càng cao càng tốt. Nhưng vì điều kiện làm việc
của kim loại bộ sấy không khí, do hệ số tản nhiệt của không khí nhỏ hơn
nhiều so với hơi và nước nên nhiệt
độ vách ống thường lớn hơn nhiệt độ
không khí nhiều, nghĩa là nếu chọn nhiệt độ không khí nóng cao thì đòi hỏi
phải dùng những kim loại quý để chế tạo.
Theo nguyên tắc truyền nhiệt, bộ sấy không khí được chia làm 2 loại:
loại thu nhiệt và loại hồi nhiệt. Ở loại thu nhiệt, nhiệt truyền trực tiếp từ khói
tới không khí qua vách kim loại. Ở loại hồi nhiệt khói đầu tiên
đốt nóng kim
loại rồi sau đó nhiệt tích tụ tại đây được truyền cho không khí. Như vậy mỗi
phần tử của bộ sấy không khí sẽ làm việc ở trang thái tiếp xúc lần lượt khi thì
với khói, khi thì với không khí.
I.2 Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt (bộ sấy tĩnh):
Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt là loại được sử dụng rộng rãi hiện nay,
về cấu tạo nó có thể gồ
m các kiểu sau: kiểu bằng tấm thép, kiểu bằng ống
gang, kiểu bằng ống thép.
Bộ sấy không khí kiểu ống gồm 2 loại: ống gang và ống thép, trong đó
bộ sấy không khí loại ống thép hiện nay hay được sử dụng. Nó gồm một hệ
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
6
thống ống đứng đặt so le và được giữ với nhau bởi hai mặt sàng, trong đó
khói đi trong ống và không khí đi ngoài ống.


Hình I-1. Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt (dạng tĩnh)
Thông thường hiện nay người ta chế tạo bộ sấy không khí theo từng cụm
(khối). Khi lắp, chúng được nối với nhau tạo thành bộ sấy không khí. Kích
thước của khối được chọn theo kích thước của đường khói đối lưu, thường
một cạnh của khối lấy bằng chiều sâu của đường khói còn cạnh kia được chọn
trên cơ s
ở kích thước chiều rộng và số khối (ước số theo chiều rộng của lò).
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
7
Việc chia thành khối như vậy cho phép vận chuyển và lắp ráp dễ dàng. Hình
vẽ sau trình bày sơ đồ chia bộ sấy không khí thành các khối và cách nối các
khối với nhau.







b)


a)
Hình I-2. Sơ đồ chia bộ sấy không khí thành các khối và cách nối các khối
Khi nối, để ngăn ngừa không khí lọt vào trong đường khói qua các kẽ hở
giữa các mặt sàng người ta đặ
t các vành bù. Giữa các khối của bộ sấy với
khung lò cũng cần đặt vành bù. Vành bù là những lá tôn mỏng nối giữa mặt
sàng và khung lò.
Vì các ống của bộ sấy làm việc ở trạng thái không có áp suất nên được
chế tạo bằng các lá tôn 1,25÷1,5mm uốn và hàn mí lại. Đường kính ngoài của
ống nằm trong phạm vi 25÷51mm. Hiện nay người ta có xu hướng sử dụng
hai loại đường kính 40mm và 51mm, dày 1,5mm.
Mặt sàng của bộ sấy được tính theo
điều kiện bền, thường đối với mặt
trên và mặt dưới lấy bằng 15÷25mm. Để tăng độ cứng vững của bộ sấy, giữa
hai mặt sàng trên và dưới còn đặt mặt sàng trung gian, có bề dày nhỏ hơn,
thường từ 5÷10mm. Mặt sàng trung gian có tác dụng để phân chia đường
không khí thành nhiều đường cắt đường khói nhiều lần. Mỗi khối của bộ sấy
không khí có thể có t
ừ 1÷2 mặt sàng trung gian.

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
8
Việc chọn số lần đường không khí cắt đường khói hay nói khác đi là việc
chọn kích thước đường không khí đi là dựa trên cơ sở đảm bảo tốc độ của
dòng không khí. (hình vẽ 1-3 trình bày các dạng sơ đồ bố trí bộ sấy không khí
kiểu ống).








a) b) c) d)
Hình I-3. Sơ đồ bộ sấy không khí kiểu ống
a) sơ đồ một dòng; b) và d) sơ đồ hai dòng nhiề
u đường;
c) sơ đồ một dòng một đường
Khi quyết định số lần đường không khí cắt đường khói cũng như số dòng
không khí không phải hoàn toàn chỉ dựa vào tốc độ không khí yêu cầu mà còn
phải dựa vào quan hệ giữa tốc độ khói và tốc độ không khí, nghĩa là còn phải
xét tới kích thước và số lượng ống (tiết diện để khói qua), do đó, còn phải tuỳ
thuộc bề mặt truyền nhi
ệt của bộ sấy không khí. Cũng cần phải chú ý rằng khi
số lần cắt càng nhiều thì độ chênh nhiệt độ càng lớn. Ta có thể thấy rõ các
mối quan hệ trên bằng cách chọn đường kính ống và tương ứng, số lượng ống
như sau:
- Khi thiết kế bộ sấy không khí thì bề mặt truyền nhiệt yêu cầu được biết
trước, còn tiết diện khói đi qua cũng đã được xác
định bằng cách chọn trước
tốc độ khói trên cơ sở tốc độ khói giới hạn theo điều kiện mài mòn bởi tro
bay. Bề mặt đốt và tiết diện để khói qua được xác định theo số lượng ống và
đường kính ống như sau:
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
9
4
2
t
d
nF
π
=
, m
2

(I.1)
ldnH
tb
π
=
, m
2

(I.2)
Trong đó: d
t
, d
tb
- đường kính trong và trung bình của ống, m
l - chiều dài ống, m
- Nếu giảm đường kính ống mà vẫn đảm bảo tiết diện khói qua thì phải tăng
tương ứng số lượng ống song song lên theo quan hệ bình phương. Nhưng khi
ấy để đảm bảo bề mặt truyền nhiệt thì lại phải giảm chiều dài của ống để bù
lại sự tăng số lượng ống này. Cứ giảm
đường kính đi bao nhiêu lần thì chiều
dài của ống phải giảm đi bấy nhiêu lần, vì tỷ số giữa chiều dài và đường kính
ống là một trị số cố định khi thay đổi đường kính ống:
tb
t
t
d
d
F
H
d
l
4
=

(I.3)
Phương trình (I.3) được lập nên bằng cách chia phương trình (I.2) cho
phương trình (I.1).
Như vậy khi giảm đường kính ống đi 2 lần thì phải tăng số lượng ống lên
4 lần và giảm chiều cao của ống đi 2 lần.
Khi tăng số lượng ống mà vẫn muốn đảm bảo tốc độ không khí thì phải
tăng số dãy ống dọc theo đường không khí, do đó làm tăng trở lực của đườ
ng
không khí, còn khi giảm chiều dài ống thì số lần cắt cũng phải giảm theo (do
phải giữ nguyên chiều cao của đường không khí đi).
Hiện nay để sử dụng ống đường kính bé và để hoàn thiện quá trình làm
việc, bộ sấy không khí có thể thực hiện theo hai dòng riêng biệt (hình vẽ I-3b
và d). Khi đó mỗi phần chỉ có một nửa tổng lượng không khí đi qua, so với sơ
đồ một dòng cho phép tăng gấp đôi số
lần cắt và giảm gấp đôi trở lực của
đường không khí khi cùng tốc độ không khí. Việc đưa không khí vào bộ sấy
có thể thực hiện theo hai phía.
♦ Bộ sấy không khí kiểu ống có những ưu điểm sau:
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
10
- Đơn giản trong chế tạo, lắp ráp và làm việc chắc chắn,
- Tro bám trong ống không nhiều, ống dễ dàng thổi sạch,
- Khắc phục được hiện tượng lọt không khí vào trong đường khói,
- Có xuất tiêu hao kim loại tương đối nhỏ.
♦ Khuyết điểm của bộ sấy không khí kiểu ống:
Khuyết điểm chủ yếu là các ống thép không bền vững dưới tác d
ụng ăn
mòn của khói ở nhiệt độ cao và tác dụng mài mòn của tro bay. Vì vậy bộ sấy
không khí kiểu ống được dùng để gia nhiệt không khí tới khoảng 400
o
C, nhiệt
độ khói trước nó không quá 550
o
C.
Khi nhiệt độ khói và không khí cao hơn người ta thường dụng bộ sấy
không khí kiểu ống bằng gang, do gang bền vững hơn dưới tác dụng ăn mòn
và mài mòn so với ống thép. Để tăng hệ số truyền nhiệt, ống gang thường có
cánh ở ngoài ống và có răng ở trong ống. Lúc này không khí được bố trí đi
trong ống còn khói đi ngoài ống. Các cánh (ngoài ống) và răng (trong ống)
được bố trí dọc theo đường lưu động củ
a dòng không khí hay khói, nghĩa là
vuông góc với nhau (như hình I-4).

Hình I-4. Cấu tạo của ống gang có cánh
và răng của bộ sấy không khí bằng gang
Số lượng ống theo chiều rộng đường khói của bộ sấy không khí bằng
gang được xác định theo điều kiện đảm bảo tốc độ khói, còn chiều dài ống
được xác định theo điều kiện đảm bảo bề mặt đốt.
Khuyết điểm chủ yếu của bộ sấ
y không khí bằng gang là kích thước cồng
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
11
kềnh và nặng nề, sản xuất tiêu hao kim loại rất lớn, độ lọt không khí nhiều và
dễ bám tro. Nhưng do khả năng chống mài mòn và mài mòn cao nên nó được
sử dụng để chế tạo bộ sấy không khí cấp một (hoặc một phần ở phía đầu vào
bộ sấy cấp một) khi đốt nhiên liệu nhiều lưu huỳnh, nhiên liệu rất ẩm và với
nhiệt độ khói thải thấp, hay
để chế tạo bộ sấy không khí cấp hai (hoặc phần đi
ra của bộ sấy không khí cấp hai) khi cần dùng không khí có nhiệt độ quá cao.
Trong các thiết bị đốt nhiệt độ khói thải ra khỏi lò còn rất cao (trên
1000
o
C) nên người ta thường dùng khói này để gia nhiệt không khí. Nhưng vì
nhiệt độ khói rất cao nên đòi hỏi kim loại chế tạo phải là thép hợp kim chống gỉ.
I.3 Bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt (bộ sấy quay):
Hiện nay trên thế giới cũng như tại một số nhà máy nhiệt điện chạy than
tại Việt Nam cũng đã sử dụng khá rộng rãi bộ sấy không khí kiểu hồi nhi
ệt
(dạng quay)

Hình I-5. Bộ sấy không khí kiểu quay (loại hồi nhiệt)
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
12
Thiết bị sấy nóng không khí hồi nhiệt kiểu quay (rotary regenerative air
heater) thu giữ và sử dụng lại khoảng 60% nhiệt lượng thoát ra ngoài lò hơi,
nếu không, năng lượng này sẽ bay đi mất theo đường ống khói. Với một nhà
máy nhiệt điện chạy than công suất 500 MW, năng lượng sử dụng lại có thể
lên tới khoảng 3,5.10
5
kcal mỗi giờ, và nhờ sử dụng lại nhiệt lượng này, có
thể giảm mức tiêu hao nhiên liệu khoảng 1.500 tấn mỗi ngày.
Bộ phận chính của bộ sấy là một rôto quay với tốc độ chậm xung quanh
trục đứng. Trên rôto có gắn các lá thép. Những lá thép này trong quá trình
rôto quay sẽ lần lượt khi thì tiếp xúc với khí nóng, khi thì tiếp xúc với không
khí lạnh. Đường khói và đường không khí được bố trí ở hai phía cố định của
bộ sấy và
được ngăn bởi vách ngăn.
Phần rôto khi đi qua đường khói sẽ được đốt nóng tới nhiệt độ của khói,
lượng nhiệt tích luỹ này sẽ được truyền cho không khí khi rôto đi qua đường
không khí, nhiệt độ của phần rôto này sẽ giảm xuống. Khi đi qua đường khói,
các chi tiết của rôto sẽ có nhiệt độ bằng nhiệt độ của khói, nên khắc phục
được hiện tượng ăn mòn ở nhiệt độ
thấp trong đường khói. Khi đi qua phần
không khí, do không khí không phải là môi trường ăn mòn như khói, nên cho
phép nhiệt độ của các chi tiết hạ xuống khá thấp. Đó cũng là ưu điểm chính
của bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt.
Ngoài ra bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt còn có ưu điểm là kích thước
nhỏ gọn, suất tiêu hao kim loại nhỏ, trở lực đường khói và không khí khá bé.
Khuyết điểm chủ y
ếu của bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt là lượng không
khí lọt vào trong đường khói khá lớn. Trong các cấu tạo cũ, khi không bảo
đảm chèn kín tốt, lượng không khí lọt vào có thể lên tới 20%. Ngay cả khi
chèn tốt, lượng không khí lọt cũng tới 10%. Điều này làm cho lượng tiêu hao
điện năng, cho việc thông gió và tổn thất q
2
tăng lên. Ngoài ra việc thực hiện
chuyển động quay trong điều kiện nhiệt độ cao làm cho cấu tạo phức tạp lên
nhiều.
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
13
Để khắc phục những khuyết điểm này, hiện nay trong nhiều trường hợp
người ta đã dùng bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt nhưng không có rôto quay
bằng kim loại mà bằng khối gạch chịu lửa cố định, chia làm hai phần, tiếp xúc
định kỳ với khói và không khí nhờ một hệ thống van lá chắn đóng mở đường
khói và gió.
Để so sánh các loại bộ sấy không khí, người ta dùng các chỉ tiêu về kích
thước. Về trọng lượng và về giá thành, bộ sấy không khí bằng gang có cánh
có kích thước cấu tạo lớn nhất và giá thành đắt nhất, sau đến bộ sấy không khí
kiểu tấm, rồi đến kiểu ống. Bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt có chỉ tiêu nhỏ
nhất. Qua các kết quả phân tích thực tế, người ta thấy so với bộ sấy không khí
kiểu ống đường kính 40mm, bộ sấy không khí bằng gang nặng h
ơn 4 lần, dài
hơn 2,5 lần và lượng tiêu hao điện năng cho việc thông gió lớn hơn 4 lần.












a) b)
Hình I-6. Bố trí các bề mặt truyền nhiệt phần đuôi lò
a) Bố trí một cấp; b) bố trí hai cấp
1,3 - Bộ sấy không khí cấp 1 và 2; 2,4 - Bộ hâm nước cấp 1 và 2

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
14
Trong đường khói phần đuôi, bộ sấy không khí có thể bố trí theo dạng
một cấp (hình I-6a) hoặc 2 cấp xen kẽ nhau (hình I-6b). Chọn kiểu kết cấu
nào là tuỳ theo yêu cầu về độ gia nhiệt không khí nóng quyết định. Thông
thường, ở ghi lò, để bảo vệ ghi lò, nhiệt độ không khí nóng thường không quá
150
o
C, (chỉ khi đốt những nguyên liệu rất nhiều tro và ẩm như than bùn, nhiệt
độ không khí nóng mới tới 205
o
C), khi ấy chỉ cần bố trí bộ sấy không khí một
cấp. Ở lò phun nhiệt nóng tới 400
o
C, có khi cao hơn. Để thu được nhiệt độ
không khí nóng cao như vậy cần thiết phải đặt đầu ra của bộ sấy không khí
vào vùng nhiệt độ khói cao, nghĩa là bộ sấy không khí chia thành hai cấp.
Nhưng thông thường nhiệt độ khói đi ra khỏi bộ quá nhiệt còn lớn hơn 600
o
C,
nên để bảo vệ bộ sấy không khí, người ta thường đặt bộ sấy không khí cấp hai
vào giữa bộ hâm nước, có nghĩa là bộ hâm nước cũng được chia thành hai
cấp.













Hình I-7. Sự thay đổi nhiệt độ khói và môi chất
của các bề mặt đốt phần đuôi khi bố trí hai cấp


Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
15
Hình I-7 trình bày đặc tính thay đổi nhiệt độ của dòng khói và môi chất
đi qua các bề mặt truyền nhiệt phần đuôi khi bố trí hai cấp. Các dòng môi chất
đều được bố trí ngược dòng khói nên theo chiều giảm nhiệt độ dòng khói và
theo chiều tăng nhiệt độ môi chất. Độ tăng nhiệt độ của không khí lạnh nhanh
hơn độ giảm nhiệt độ của khói, còn đốt với bộ hâm nước thì xảy ra ngược lại.
Ta có thể
thấy rõ điều này bằng cách khảo sát phương trình cân bằng nhiệt
của các cấp.
Đốt với bộ sấy không khí cấp một, dựa theo các ký hiệu trên hình I-7,
phương trình cân bằng nhiệt có dạng:
()
( )
()
[]
()
thkOHkkkkthNNRORO
kklkknkkkkngblbl
ttVCVCVCV
ttCV
−+−++=
=−∆−∆−
22222
0
0
1
α
ααα
(I.4)
trong đó: t
kkn
, t
kkl
- nhiệt độ không khí nóng và lạnh,
o
C;
t
k
, t
th
- nhiệt độ khói và nhiệt độ khói thải,
o
C
α
bl
- hệ số không khí thừa trong buồng lửa
∆α
ng
- hệ số không khí lọt trong hệ thống nghiền than
Người ta thường ký hiệu:
( )
kkkkngblkk
CV
0
ααψ
∆−=
, kj/kg
o
C
(I.5)
( )
OHOHkkkkthNNROROk
CVCVCVCV
222222
0
1 +−++=
αψ

(I.6)
gọi là đương lượng nước của không khí và của khói
Đối với các loại nhiên liệu, thể tích lý thuyết của không khí thường nhỏ
hơn thể tích lý thuyết của khói, nhiên liệu càng ẩm thì thể tích không khí càng
nhỏ hơn. Mặt khác do đường khói của hầu hết các lò làm việc ở trạng thái
chân không, nên có lọt không khí nghĩa là
blth
αα
>
. Khi đó tỷ nhiệt của nitơ
xấp xỉ với tỷ nhiệt tài nguyên của không khí nên tỷ nhiệt trung bình của khói
lớn hơn của không khí. Vì vậy đương lượng nước của không khí thường nhỏ
hơn nhiều so với đương lượng nước của khói. Do đó từ phương trình (I.4) ta
có hiệu nhiệt độ
()( )
thkkklkkn
tttt −>−
; nghĩa là độ tăng nhiệt độ không khí lớn
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
16
hơn độ giảm nhiệt độ của khói. Trung bình cứ giảm nhiệt độ của khói đi 1
o
C
thì nhiệt độ của không khí tăng lên 1,2÷1,5
o
C.
Trong bộ hâm nước của lò hơi, đương lượng của nước là:
pn
C
B
D
=
ψ
, kg/kg
o
C
(I.7)

lại lớn hơn đương lượng của khói do tỷ nhiệt của nước lớn hơn nhiều so với tỷ
nhiệt của khói (khoảng 2,5 lần). Vì vậy độ tăng nhiệt độ nước nhỏ hơn nhiều
so với độ giảm nhiệt độ khói. Nhiệm vụ chủ yếu khi bố trí các bề mặt truyền
nhiệt phần đuôi là xác định tỷ lệ h
ấp thụ nhiệt hay nói khác đi, tỷ lệ bề mặt
đốt của từng cấp bộ sấy không khí và bộ hâm nước. Do bố trí xen kẽ, sự làm
việc của các cấp bộ sấy không khí và bộ hâm nước có liên hệ với nhau nên
thực ra chỉ cần xác định kích thước của bộ sấy không khí cấp một và nhiệt độ
khói trước bộ sấy không khí cấp hai sẽ phân bố được tỷ lệ h
ấp thụ nhiệt giữa
các cấp của bộ sấy không khí và bộ hâm nước.
Nếu gọi nhiệt độ ở đầu ra bộ sấy không khí cấp một là:
nckhn
ttt −=∆

(I.8)
kknkskk
ttt −=∆

(I.9)
thì nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy không khí cấp một sẽ bằng:
()
k
kk
k
kk
kkl
k
kk
skkthkkn
tttt
ψ
ψ
ψ
ψ
ψ
ψ



∆−=
11
1

(I.10)
Ta thấy từ phương trình (I.10), nhiệt độ không khí nóng khi ra khỏi bộ
sấy không khí cấp một được xác định phụ thuộc vào nhiệt độ khí lạnh, nhiệt
độ khói thải, hiệu nhiệt độ ở đầu ra bộ sấy không khí cấp một và mức độ sai
khác giữa đương lượng nước của không khí và của khói. Nhiệt độ không khí
nóng sẽ giảm đi khi giảm nhiệt độ khói thải, khi tăng nhiệ
t độ không khí lạnh,
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
17
khi giảm tỷ số giữa đương lượng nước của không khí và của khói khi tăng
hiệu số nhiệt độ ở đầu ra của bộ sấy không khí.
Vì khi phân bố tỷ lệ hấp thụ nhiệt giữa các cấp, nhiệt độ khói thải là đã
chọn trước, nhiệt độ không khí lạnh là một trị số không thay đổi, còn đương
lượng nước của không khí và khói phụ thuộc vào loại nhiên liệu
đốt đã cho
nên cũng là những trị số cố định. Vì vậy đại lượng có ý nghĩa quyết định đến
nhiệt độ không khí nóng chính là hiệu nhiệt độ ở đầu ra bộ sấy không khí cấp
một.
Việc chọn hiệu nhiệt độ đầu ra bộ sấy cấp một
skk
t∆
là một vấn đề tương
đối phức tạp, được xác định trên cơ sở tính kinh tế kỹ thuật. Khi hiệu nhiệt độ
ở đầu ra bộ sấy không khí cấp một càng nhỏ thì nhiệt độ không khí nóng và
tương ứng nhiệt độ khói trước bộ sấy không khí cấp một càng cao (điểm làm
việc của nhiệt độ khói trước bộ sấy không khí cấp một dịch chuyển về bên trái
đồ thị I-7), do đó hiệu nhiệt độ ở đầu vào bộ hâm nước cấp một cũng sẽ càng
lớn vì nhiệt độ nước cấp là không đổi. Như vậy khi chọn nhiệt độ không khí
nóng ra khỏi bộ sấy không khí cấp một càng cao thì chênh lệch độ trong bộ
sấy không khí cấp một càng giảm, còn trong bộ hâm nước lại tăng. Do đó ở
một lượng nhiệt hấp thụ không đổ
i kích thước bề mặt truyền nhiệt độ hâm
nước giảm đi còn của bộ sấy không khí thì tăng lên.
Xác định được nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy không khí cấp
một thì sẽ xác định được tỷ lệ hấp thụ nhiệt giữa hai cấp của bộ sấy không
khí. Tỷ lệ phân bố hấp thụ nhiệt giữa hai cấp của bộ hâm nước được xác định
trên cơ sở chọn nhiệt độ khói trước bộ sấy không khí cấp hai. Nhiệt độ này
được chọn theo điều kiện bảo đảm chống ăn mòn ở nhiệt độ cao cho bộ sấy
không khí.
Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của
khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”
CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007
18
Trên cơ sở xác định các trị số hiệu nhiệt độ
skk
t∆
,
hn
t∆
, ta xác định được
nhiệt độ khói thải tốt nhất theo phân tích về mặt kinh tế. Dựa trên cơ sở
phương trình (I.4) và (I.8) ta sẽ xác định được nhiệt độ khói thải:

() ()
k
kk
skkkkl
k
kk
hnncth
ttttt
ψ
ψ
ψ
ψ
∆++








−∆+= 1
,
o
C
(I.11)
Từ công thức (I.11) ta thấy: Có thể giảm nhiệt độ của khói thải bằng cách
giảm nhiệt độ nước cấp, nhiệt độ không khí lạnh, hiệu nhiệt độ
hn
t∆
,
sk
t∆
hoặc
làm cho đương lượng nước của không khí và của khói gần bằng nhau. Nhiệt
độ không khí lạnh đưa vào bộ sấy không khí thường lấy bằng nhiệt độ của
không khí trong gian lò, nghĩa là đã là một trị số cố định cho trước.
Việc quyết định chọn nhiệt độ nước cấp là một vấn đề phức tạp dựa trên
cơ sở so sánh kinh tế giữa việc tăng hi
ệu suất lò (do giảm nhiệt độ khói thải)
với việc giảm hiệu suất của chu trình nhiệt khi giảm nhiệt độ nước cấp. Đối
với một thông số của lò và chu trình, nhiệt độ nước cấp đã được chọn theo
cách so sánh kinh tế.
Để cho tỷ số
k
kk
ψ
ψ
tiến tới 1 thì cần phải giảm lượng không khí lọt vào lò.
Trong quá trình vận hành cũng như khi thiết kế lò, lượng không khí lọt đã
được khắc phục đến mức tối thiểu.
Như vậy không thể dùng các biện pháp giảm nhiệt độ nước cấp, nhiệt độ
không khí lạnh và lượng không khí lọt tới quá mức quy định để làm giảm
nhiệt độ khói thải. Khi ấy nhiệt độ khói thải ch
ỉ còn phụ thuộc vào hai trị số
hn
t∆

skk
t∆
.
Bảng sau trình bày các trị số nhiệt độ khói thải kinh tế nhất khi các trị số
hn
t∆

skk
t∆
khác nhau (tỷ số
skk
hn
t
t


=1,33 - đối với nhiên liệu khô)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×