Xemtailieu Tải về 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
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 Chương I Mở đầu 1 Tổng quan về thiết bị bộ sấy không khí trong tổ 4 hợp thiết bị lò hơi 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 22 nhiệt (dạng quay) II.1 Mô tả chung bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt (dạng 22 quay) 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 28 tính toán bộ sấy 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 35 sấy không khí 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 39 sấy không khí loại hồi nhiệt 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 41 nhiệt 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 44 mòn hỏng của thiết bị IV.1 Tình trạng của hiện tượng rò rỉ thiết bị dẫn đến mòn 44 hỏng IV.2 Giải pháp đề xuất 56 Kết 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. Sổ 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 Đức Hồng, TS. Hà Mạnh Thư - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 2001 THÀNH VIÊN NHÓM ĐỀ TÀI 1. Phạm Văn Quế 2. Phan Hữu Thắng Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí Kỹ sư Công nghệ chế tạo máy Viện Nghiên cứu Cơ khí Công ty CP Nhiệt điện 3. Trương Mạnh Bình Kỹ sư chế tạo máy 4. Nguyễn Văn Thủy Kỹ sư điện 5. Đào Hữu Mạnh Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí 6. Võ Văn Hòa Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí 7. Ngô Đăng Hoàng 8. Ngô Hữu Hùng Kỹ sư Công nghệ chế tạo máy Kỹ sư Công nghệ hàn Phả Lại Công ty CP Nhiệt điện Phả Lại Viện Nghiên cứu Cơ khí 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” 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 sử 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 đốt 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 xuất 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 ngừng 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 phần quan CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 1 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” 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 nhiều 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 điện 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 điện. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 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” Sơ đồ tổng thể của một nhà máy nhiệt điện Chú thích: 1. Tháp làm mát 2. Bơm nước 3. Đường dây tải điện 4. Trạm biến áp 5. Máy phát 6. Tuabin áp thấp 7. Bơm nước cấp 8. Bình ngưng 9. Tuabin trung áp 10. Điều tốc tuabin 11. Tuabin áp cao 12. Khử khí 13. Gia nhiệt nước 14. Băng tải than 15. Phễu 16. Máy nghiền CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 17. Bao hơi 18. Phễu tro 19. Hơi quá nhiệt 20. Quạt hút gió 21.Bộ gia nhiệt lại 22. Khí vào 23. Bộ hâm nước 24. Bộ sấy khí 25. Lọc bụi 26. Quạt khói 27. Ống khói 3 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” 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 đồng 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 của 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 (tức 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 CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 4 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” 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 q2 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 gồm 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 CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 5 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” 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 sở kích thước chiều rộng và số khối (ước số theo chiều rộng của lò). CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 6 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” 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 đặt 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 từ 1÷2 mặt sàng trung gian. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 7 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” 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) Hình I-3. Sơ đồ bộ sấy không khí kiểu ống d) a) sơ đồ một dòng; b) và d) sơ đồ hai dòng nhiều 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 nhiệt 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: CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 8 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” F = nπ d t2 , m2 4 2 H = nπd tb l , m (I.1) (I.2) Trong đó: dt, dtb - 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: l H dt = d t 4 F d tb (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 đường 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: CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 9 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” - 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 dụng 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 400oC, nhiệt độ khói trước nó không quá 550oC. 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 của 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 sấy không khí bằng gang là kích thước cồng CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 10 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” 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 1000oC) 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 nhiệt (dạng quay) Hình I-5. Bộ sấy không khí kiểu quay (loại hồi nhiệt) CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 11 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” 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 3,5.105 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 yếu 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 q2 tăng lên. Ngoài ra việc thực hiện chuyển động quay trong điều kiện nhiệt độ cao làm cho cấu tạo phức tạp lên nhiều. CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 12 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” 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 hơn 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 CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 13 Tải về bản full