Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế lò hơi đốt than cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
với công suất 300 MW

LỜI MỞ ĐẦU
Năng lượng nói chung và điện năng nói riêng là động lực phát triển của nhân loại
cũng như bất kỳ một quốc gia nào. Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đòi hỏi việc sản xuất, đáp ứng đầy đủ điện năng là vô cùng quan trọng và cấp
thiết.
Trên hệ thống điện, lượng điện năng do nhà máy nhiệt điện sản xuất ra chiếm tỉ lệ
lớn trong tổng lượng điện năng toàn quốc. Trong quá trình sản xuất điện năng cùa nhà
máy nhiệt điện, lò hơi là một thiết bị không thể thiếu bởi nó có nhiệm vụ biến năng lượng
tích trữ của nhiên liệu thành nhiệt năng của hơi.
Ở nước ta hiện nay thường sử dụng loại lò hơi hạ áp và trung áp, vì thế việc nghiên
cứu đưa các lò hơi cao áp vào sử dụng là rất hợp lý.
Hiệu suất của cả nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào hiệu suất của nhiều thiết bị,
trong đó ảnh hưởng của hiệu suất lò hơi là lớn nhất. Để nâng cao hiệu suất của nhà máy
nhiệt điện cũng như của lò hơi thì việc nâng cao hiệu quả cháy là vấn đề quan trọng hàng
đầu.
Từ tình hình thực tế đó cùng chuyên ngành học của mình em đã thực hiện bản đồ án
với đề tài như sau: “Tính toán thiết kế lò hơi đốt than cho nhà máy nhiệt điện ngưng
hơi với công suất 300 MW” cùng chuyên đề: “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu
suất quá trình cháy.”

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

1


Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế lò hơi đốt than cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
với công suất 300 MW

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI VÀ NHIÊN LIỆU CỦA LÒ
1.1. Giới thiệu chung về lò hơi.
1.1.1. Chức năng.
Trong nhà máy điện lò hơi là thiết bị lớn nhất và vận hành phức tạp nhất. Nó có
nhiệm vụ đốt cháy nhiên liệu để sinh ra nhiệt, dùng nhiệt đó để đốt nóng nước thành hơi
nước có nhiệt độ và áp suất nhất định, sau đó hơi này đươc cung cấp làm quay tuabin
chạy máy phát điện.
1.1.2. Phân loại lò hơi.
Cùng với sự phát triển của kinh tế và công nghiệp, lò hơi ngày càng thay đổi cả về
mặt nguyên lý làm việc, về công suất, về cấu trúc…do vậy hiên nay lò hơi rất đa dạng. Lò
hơi được phân loại theo các phương thức như sau:
1. Phân chia theo kiểu đốt.
a. Kiểu đốt trên ghi lò
Ưu điểm
- Các giai đoạn của quá trình cháy theo từng
vùng nhất định trên ghi nên không khí có
thể cung cấp theo từng vùng, đảm bảo hệ số
không khí thừa có trị số hợp lý, giảm tổn
thất q2, q3.
- Có thể sửa chữa lá bị gãy, bị cháy mà
không cần ngừng lò.
- Cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư và điện
năng tự dùng thấp.

Nhược điểm
- Công suất của buồng lửa bị hạn chế (dưới
100 t/h)
- Vùng ghi tiếp xúc với với lớp cốc bốc
cháy, nên lá ghi không được bảo vệ, dễ bị
cháy hỏng.

- Buồng lửa chỉ thích ứng với những loại
nhiên liệu có tính chất và cỡ hạt nhất định.
- Nhiên liệu có cỡ hạt bé hơn thiết kế thì tổn
thất do lọt tăng lên nhiều.
- Quán tính nhiệt của buồng lửa lớn nên
điều chỉnh phụ tải của lò không được dễ
dàng.

b. Kiểu đốt than phun
Ưu điểm
- Đây là loại lò tương đối hiên đại, hiệu suất
nhiệt cao.
- Có thể đốt nhiều loại nhiên liệu kể cả loại
có chất lượng thấp.
- Quá trình tự động hóa và điều chỉnh linh
hoạt.
SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

Nhược điểm
- Loại lò này cồng kềnh do cần thêm các hệ
thống phụ trợ.
- Quán tính nhiệt nhỏ nên dễ bị tắt lò nên
phải bố trí thêm các vòi phun dầu phụ trợ.

2


Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế lò hơi đốt than cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
với công suất 300 MW
c. Kiểu đốt tầng sôi

Ưu điểm

Nhược điểm

- Tốn nhiều năng lượng do gió cấp 1 có áp
- Có thể đốt nhiều loại nhiên liệu rắn có đặc suất cao.
tính khác nhau, kích thước tương đối thô
(dưới 10 mm).
- Quá trình tạo và thải tro xỉ còn gặp khó
khăn.
- Nhiệt thế buồng lửa cao, cường độ truyền
nhiệt lớn nên giảm được kích thước cũng - Thải tro sẽ làm tăng lượng bụi trong khói
như nguyên vật liệu.
đòi hỏi phải nâng công suất thiết bị lọc bụi.
- Mài mòn bề mặt truyền nhiệt lớn cấn có
các giải pháp giảm thiểu.

2. Phân chia theo thông số hay công suất của lò hơi.
- Lò hơi công suất hơi nhỏ, thông số hơi thấp.
- Lò hơi công suất vừa, thông số hơi trung bình.
- Lò hơi công suất lớn, thông số cao.
3. Phân chia theo cách bố trí vòi đốt.

a. Bố trí theo kiểu tiếp xúc (kiểu xoáy).

Vòi đốt

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt
Hình 1.1: Bố trí vòi đốt theo kiểu tiếp xúc


3


Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế lò hơi đốt than cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
với công suất 300 MW

- Hỗn hợp than gió phun vào lò tạo thành hình xoắn ốc, tỉ lệ điền đầy cao, trộn đủ
lớn để cháy hoàn toàn. Nhiệt độ quá cao hiếm khi xảy ra với ngọn lửa trong buồng đốt.
- Việc sắp xếp các đầu vòi phun gió cấp 1, cấp 2, cấp 3 có thể thiết kế theo loại than
phù hợp với việc thay đổi loại than.
- Có thể điều chỉnh được lưu lượng khí thứ cấp trong quá trình vận hành cho phù
hợp với sự biến đổi chất lượng than và phụ tải.
- Kiểu ngọn lửa xoắn được tạo thành nhờ phun các luồng than thích ứng với các
luồng không khí. Chống nhiễu do sự phân bố không đồng đều.
- Khí thải NOx thấp.
b. Bố trí theo kiểu trên tường.
Chủ yếu sử dụng cho lò đốt than anthraxit, than đá.
Tường sau

Vòi đốt

Tường trước

Hình 1.2: Bố trí vòi đốt trên tường lò

Vòi đốt

c. Kiểu đốt W.

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

Hình 1.3: Bố trí vòi đốt than kiểu W

4


Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế lò hơi đốt than cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
với công suất 300 MW

- So với lò hơi bố trí kiểu tiếp xúc thì hơi lửa hình W có các ưu điểm sau:
+ Khi than bột và dòng không khí đi xuống được mồi lửa. Sau khi được mồi lửa
than bột tiếp tục đi xuống tự do rồi vòng lên. Dòng than bột được tiếp xúc với không khí
có nhiệt độ cao đủ lớn để làm tăng nhiệt độ gốc của ngọn lửa tạo điều kiện tốt cho việc
mồi lửa giúp quá trình cháy ổn định và có hiệu suất cháy cao. Tính chất này phù hợp khi
dùng than có nhiệt trị thấp.
+ Không khí cấp 2 được đưa vào từ từ dọc theo đường đi của ngọn để phân bố
không khí đồng đều. Không khí cần cho sự cháy được bổ sung và dòng không khí cản trở
sự quay trở lại nhằm ngăn cản ngọn lửa chạm vào tường buồng đốt cũng như giảm được
sự mài mòn do tro xỉ và ăn mòn hoá học và giảm sản phẩm NO x.
+ Có thể điều chỉnh được sự tập trung than nghiền trong không khí cấp 1, nhiệt độ
khí nóng và độ mịn than bột theo hàm lượng chất bốc. Điều này thích hợp với các loại
than có cỡ hạt to.
+ Ngọn lửa quay ngược 1800 tại đáy buồng đốt đồng thời tách ra các hạt xỉ lớn để
giảm sự cọ sát của xỉ lên bề mặt quá nhiệt đối lưu.
+ Cấu tạo lò hơi là lò đối xứng so với vòi đốt. Khói được trộn đủ để đi qua vùng cổ
mà không bị chạy quẩn. Nhờ vậy mà trường nhiệt độ và trường vận tốc của khói tại đầu ra
của buồng đốt được phân bố đều làm giảm độ chênh lệch nhiệt độ giữa các bộ quá nhiệt
và bộ quá nhiệt trung gian.
- Tuy nhiên:
+ Một số ngọn lửa hình W ngọn lửa có thể bị xáo trộn dẫn đến kết xỉ, đóng xỉ trong
khu vực vòm, ngọn lửa đi trực tiếp vào buồng đốt lên tạo ra hàm lượng C cao trong xỉ bay

và làm chậm quá trình cháy hoàn toàn. Trộn không khí với than nghiền chậm hơn.
+ Trong quá trình đốt cháy phân đoạn làm giảm sự sản sinh NO x nhưng nhiệt độ
trong buồng đốt là khá cao so với nhu cầu đốt than anthraxit dẫn đến sản sinh nhiều NO x.
SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

5


Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế lò hơi đốt than cho nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
với công suất 300 MW
+ Vì mặt cắt của buồng đốt gấp đôi mặt cắt ngọn lửa nên để ngăn không cho nhiệt
độ sụt giảm và tổn thất nhiên liệu, đai cháy được đặt làm tăng khả năng kết xỉ.
+ Cấu tạo lò hơi phức tạp, khó thiết kế và xây dựng vòm lò. Các ống dẫn than
nghiền của vòi đốt rất khó sắp xếp với thể tích rất lớn đòi hỏi nhu cầu lớn về vật liệu, khó
chế tạo, thời gian chế tạo lâu chi phí cao và vận hành phức tạp.

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

4. Phân chia theo cách bố trí bề mặt trao đổi nhiệt.
Hình ảnh

Kiểu chữ Π.


Buồng đốt

Kiểu chữ T.

Kiểu tháp

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

Đường khói

Ưu điểm
- Độ cao lò hơi và nhà lò
thấp, các cơ cấu chuyển
động và thiết bị nặng (quạt
khói, quạt gió..) bố trí ở vị
trí thấp, giảm phụ tải của
khung lò.
- Đường khói nằm ngang có
thể bố trí các bề mặt đốt có
kết cấu treo đỡ đơn giản,
đường khói đi xuống bố trí
các bề mặt truyền nhiệt đối
lưu ngược chiều nên việc
sửa chữa kiểm tra dễ dàng.
- Có hai đường khói đối lưu,
có thể giảm chiều cao đường
khói cửa ra buồng lửa và
chiều sâu của đường khói đi
xuống
- Cải thiện được sự không

đồng đều về mặt nhiệt độ do
độ cao lưu động dòng khói
trong đường khói nàm ngang
và giảm tốc độ khói trong
đường khói đi xuống, giảm
mài mòn bởi tro, thuận tiện
trong việc bố trí các bề mặt
đốt phần đuôi.
- Đường khói đối lưu đi
thẳng lên phía trên qua các

Nhược điểm
- Diện tích chiếm chỗ lớn.
- Khói khi đi từ buồng đót
vào đường khói đối lưu cần
thay đổi hướng nên trường
tốc độ và nồng độ tro bay
không đồng đều ảnh hưởng
đến khả năng truyền nhiệt và
mức độ mài mòn bề mặt đốt.

- Diện tích chiếm chỗ rất
lớn.

- Bộ quá nhiệt, bộ quá nhiệt
trung gian bố trí cao, bộ sấy
7


Đồ án tốt nghiệp


GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú
bề mặt đốt.
- Diện tích chiếm chỗ nhỏ,
không có đường khói nằm
ngang và đường khói quặt.
- Sử dụng thông gió tự
nhiên, trở lực phía khói nhỏ,
các vòi đốt dễ bố trí.

không khí, quạt khói, quạt
gió, khử bụi đều bố trí trên
cao làm tang tải trọng khung
lò và nhà lò.

- Diện tích chiếm chỗ nhỏ,
kết cấu gọn, khung giá đơn
giản.
Kiểu hộp
Vòi đốt

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú


5. Phân chia theo phương thức tuần hoàn hơi nước.
a. Lò hơi tuần hoàn tự nhiên.
Là dạng lò mà nước tuần hoàn sinh ra nhờ sự chênh lệch trọng lượng riêng giữa
nước ở ống nước xuống và hỗn hợp hơi nước trong ống sinh hơi.
HƠI ĐI SANG TUA BIN

HƠI ĐI SANG TUA BIN

Hình 1.7: Sơ đồ lò hơi tuần hoàn tự nhiên.
1. Ống góp dưới của dàn ống sinh hơi.
2. Dàn ống sinh hơi.
3. Ống nước xuống.
4. Ống góp trên.
5. Bao hơi.

6. Ống hỗn hợp hơi nước vào bao hơi.
7. Ống góp quá nhiệt đầu ra.
8. Dàn ống quá nhiệt.
9. Ống dẫn hơi từ bao hơi vào quá nhiệt.
10. Ống góp quá nhiệt đầu vào.

b. Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức.
Loại lò hơi kiểu này khởi động và ngừng nhanh hơn lò tuần hoàn tự nhiên nhưng
cấu tạo phức tạp. Bơm tuần hoàn nước tiêu hao năng lượng lớn, ở áp suất và nhiệt độ cao
làm việc không an toàn.
Hình 1.8: Sơ đồ lò hơi tuần hoàn cưỡng bức.
SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

9



Đồ án tốt nghiệp

1. Bao hơi.
2. Ống nước xuống.
3. Bơm tuần hoàn.
4. Ống góp trên.
5. Đường hơi nước vào bao hơi.

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

6. Ống góp quá nhiệt đầu ra.
7. Dàn ống quá nhiệt.
8. Ống dẫn hơi từ bao hơi vào quá nhiệt.
9. Ống góp quá nhiệt đầu vào.
10. Dàn ống sinh hơi.
11. Ống góp dưới của dàn ống sinh hơi.

c. Lò trực lưu.
Được sử dụng trong lò áp suất siêu cao. Nó bao gồm nhóm các ống dẫn và được
cung cấp bằng bơm nước cấp sau khi đốt nóng, bốc hơi và quá nhiệt đưa ra dạng hơi quá
nhiệt như đã yêu cầu. Lò trực lưu yêu cầu nước cấp phải đặc biệt sạch. Hơn nữa loại lò
này chỉ có các ống mà không có bao hơi nên trữ lượng nước trong lò ít nên lò chỉ thực
dụng khi phụ tải thay đổi ít.
d. Lò hơi chu trình hỗn hợp.
Là loại kết hợp giữa hai loại lò hơi: Lò hơi tuần hoàn cưỡng bức và lò hơi trực lưu
với công suất siêu cao, áp suất trên giới hạn.
6. Phân chia theo kiểu khác.
SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt


10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

- Lò hơi có kho than bột trung gian.
- Lò hơi không có kho than bột trung gian – kiểu than thổi thẳng.
1.1.3. Nguyên lý làm việc của lò hơi.
- Không khí nóng cùng với than bột được phun vào buồng lửa qua vòi phun than bột
và cháy. Nhiệt sinh ra được truyền cho các dàn ống sinh hơi đặt xung quanh buồng lửa.
Nước trong ống của dàn ống sinh hơi hấp thụ nhiệt nóng lên tới nhiệt độ sinh hơi. Hỗn
hợp hơi nước sinh ra được cấp vào bao hơi. Tại đây hơi được phân ly ra khỏi hỗn hợp hơi
9

nước. Phần nước chưa bốc hơi trong bao hơi theo các đường nước xuống (đặt ngoài tường
11

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý lò hơi tuần hoàn tự nhiên

lò) trở lại các dàn ống10 sinh hơi.12 Nước
đi 15
trong ống không được đốt nóng nên có trọng
13
14

lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nước trong các dàn ống sinh hơi; điều đó tạo sự chênh
lệch trọng lượng làm cho môi chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong một vòng tuần


8

hoàn khép kín. Hơi ra khỏi bao hơi là hơi bão hoà được đưa đến các bộ quá nhiệt để gia

7

nhiệt thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao và áp suất theo yêu cầu sang26tuabin qua đường
6 hơi chính (Hình 1.9).
ống
5

25
16

- Để nâng cao hiệu suất của lò hơi trên đường khói thoát có đặt thêm các bộ sấy

4
không
khí (sấy nóng không khí trước17khi đưa vào lò) và bộ hâm nước (hâm nóng nước

trước khi cấp vào bao hơi lò). Nhiệt độ khói thoát ra khỏi lò hơi còn khoảng
110oC÷170oC.

3 trong khói thải có chứa tro bay và lưu huỳnh (S). Nếu lượng tro bay và S này
- Do

được thải
ra không khí sẽ có ảnh hưởng 18lớn đến môi trường xung
quanh.
lượng22

19
20 Để giảm
21
2
tro bay và S chứa trong khói thải trên đường khói thoát có đặt thêm hệ thống lọc bụi và hệ
1

thống khử S. Khói sau khi đi gia nhiệt cho bộ hâm và bộ sấy được quạt khói hút đi qua
lọc bụi. Tại đây tro được tách ra khỏi khói và được lấy ra ngoài nhờ các phễu hứng tro.
Khói chứa S tiếp tục được quạt khói đẩy đến đầu hút quạt tăng áp đi vào hệ thống khử S
trước khi qua ống khói thải ra ngoài môi trường.

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

11

24


Đồ án tốt nghiệp

1. Mương thải xỉ
2. Vít tải xỉ
3. Ống góp dưới dàn ống sinh hơi
4. Vòi phun than bột
5. Máy thổi bụi ngắn
6. Dàn ống sinh hơi
SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú


14. Máy thổi bụi dài
15. Đường hơi quá nhiệt sang tuabin
16. Bộ hâm
17. Bộ sấy không khí
18. Quạt gió
19. Đường thoát tro
12


Đồ án tốt nghiệp
7. Ống góp trên dàn ống sinh hơi
8. Đường nước xuống
9. Bao hơi
10. Bộ quá nhiệt trần lần 1
11. Bộ quá nhiệt cấp 2
12. Ống góp phun giảm ôn cấp 1
13. Ống góp phun giảm ôn cấp 2

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú
20. Phễu lấy tro
21. Quạt khói
22. Quạt tăng áp
23. Hệ thống khử lưu huỳnh
24. Ống khói
25. Van chặn cách ly
26. Phin lọc bụi

- Không khí cung cấp cho quá trình cháy của lò được thực hiện thông qua hệ thống
quạt gió. Lò hơi được trang bị hệ thống chế biến than bột để cung cấp than bột cho các

vòi đốt. Dưới đáy lò có lắp đặt hệ thống thải xỉ.
1.2. Nhiên liệu và quá trình cháy nhiên liệu
1.2.1. Nhiên liệu.
1. Khái niệm.
Nhiên liệu là những vật chất khi cháy phát ra ánh sáng và nhiệt năng. Trong công
nghiệp thì nhiên liệu đạt những yêu cầu: có nhiều trong tự nhiên, trữ lượng lớn, dễ khai
thác, giá thành rẻ. Khi cháy không sinh ra những chất nguy hiểm.
Nhiên liệu hóa thạch dùng trong công nghiệp tồn tại dưới ba dạng: rắn, lỏng, khí.
Những nhiên liệu này có thể có sẵn trong tự nhiên hoặc là do nhân tạo hoặc là sản phẩm
phụ của một dây chuyền sản xuất khác.

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú
Bảng 1.1: Phân loại tổng quát về nhiên liệu.

Loại nhiên liệu

Tự nhiên

Nhân tạo

Sản phẩm phụ

Rắn

Than anthraxit
Than đá
Than nâu
Than bùn
Đá dầu
Gỗ
Than cốc
Than bột
Than gỗ
Sản phẩm phụ
tuyển
Than
Than xít
Phế thải gỗ
Vỏ cây

Lỏng
Dầu mỏ các loại

Khí
Khí thiên nhiên
Khí đồng hành
Khí từ các giếng

Xăng
Dầu diêzen
Khí hóa lỏng

Khí hóa than
Khí hóa than ngầm


Dầu nặng
Dầu cặn

Trong các loại nhiên liệu hóa thạch thì các loại than chiếm tỷ lệ rất cao và nguồn
nhiên liệu sơ cấp quan trọng chủ yếu cho các ngành kinh tế quốc dân. Nguồn dầu mỏ khí
đốt trên thế giới vẫn còn phong phú và đang được tìm kiếm khai thác phục vụ cho công
nghiệp do vậy tỷ lệ nhiên liệu dầu khí được sử dụng ngày càng tăng cao.
Nhiên liệu dùng cho ngành nhiệt điện trên thế giới cũng như ở Việt Nam chủ yếu là
than. Vì ngành phát điện sử dụng nguồn than rất lớn nên thông thường các quốc gia đều
cố gắng tận dụng các loại than có chất lượng thấp, có nhiệt trị thấp, độ ẩm và tro khá cao
cho công nghiệp phát điện. Nhiên liệu lỏng là một nguồn nhiên liệu sử dụng rộng rãi
trong các thiết bị cháy công nghiệp, vận tải và cũng được làm nhiên liệu trong các nhà
máy nhiệt điện. Tuy nhiên do giá dầu ngày càng tăng cao cho nên tỷ trọng sử dụng dầu
để sản xuất năng lượng trong nhà máy nhiệt điện ngày càng giảm xuống.
Nhiệt điện đốt than ở nước ta có vai trò quan trọng trong cơ cấu sản xuất điện năng.
Ưu thế cơ bản của nhiệt điện đốt than là giá than ổn định và có thể cạnh tranh với các
nguồn nhiên liệu khác. Than có trữ lượng khá lớn với hai loại chủ yếu là than antraxit
Quảng Ninh và than nâu vùng đồng bằng Bắc Bộ.
Hiện nay, than antraxit đang được khai thác với quy mô lớn và đáp ứng hầu hết nhu
cầu trong nước và xuất khẩu. Nguồn than nâu được dự báo là có trữ lượng rất lớn nhưng
SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

14


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú


nằm sâu trong lòng đất, khó khai thác. Loại than này chưa được khai thác, nhưng trong
tương lai, đây sẽ là nguồn nhiên liệu quan trọng.
2. Thành phần hóa học của than.
Thành phần
Cacbon (C)

Hidro (H)
Oxy (O)
Nitơ (N)

Lưu huỳnh
(S)

Ẩm (M)
Tro (A)

Tính chất
- Là thành phần cơ bản và cháy chủ yếu trong than, thông thường than
chứa tới 40 – 85% C.
- Nhiệt lượng phát ra khi cháy của 1 kg cacbon khoảng 34150 kJ/kg.
- Tuổi hình thành than càng già, lượng C càng nhiều, độ liên kết của
than càng lớn, quá trình bắt cháy và cháy than khó.
- Rất dễ cháy, tốc độ cháy rất nhanh.
- Là nguyên tố có khả năng sinh nhiệt lớn nhất trong than nhưng lượng
hidro tron than không nhiều từ 3 – 6%.
- Là thành phần thừa trong than do không sinh ra nhiệt.
- Oxy trong than có hai dạng: oxy tự do có thể tham gia vào cháy và
oxy hợp chất không tham gia vào cháy.
- Không ảnh hưởng lớn đến sự cháy của than, lượng N trong than
khoảng 0,5 – 0,15%.

- Trong điều kiện thích hợp sẽ sinh ra các oxyt nitơ, gây ô nhiễm môi
trường.
- Là thành phần cháy trong nhiên liệu. Tồn tại dưới 3 dạng: liên kết
hữu cơ Shc, khoáng chất Sk, liên kết sunfat Ss.
- Sk và Shc: tham gia vào quá trình cháy, Ss nằm trong tro của nhiên
liệu.
- Khi S cháy tạo ra khí SO2 hoặc SO3. Khi gặp hơi nước SO3 dễ hòa tan
tạo ra axit H2SO4 gây ăn mòn kim loại của bề mặt đốt. Vì vậy lượng S
càng cao càng nguy hiểm với lò hơi. Các khí SO 2, SO3 đều gây ô
nhiễm môi trường.
- Nước là thành phần thừa trong than. Tồn tại dưới 2 dạng là: độ ẩm
trong và độ ẩm ngoài (do nước mưa hoặc nước trong khi khai thác, vận
chuyển).
- Là thành phần thừa trong than. Các khoáng chất không thể cháy được
có trong than tạo thành tro.

3. Thành phần công nghệ
Thành phần
Độ ẩm (M)

Đặc điểm
- Than có độ ẩm cang cao càng khó bắt cháy và cháy kiệt, sự cháy kéo
dài làm giảm nhiệt độ buồng đốt, tăng tổn thất do khói thải và tổn thất
không cháy hết.
- Làm tăng tiêu hao điện thông gió, ảnh hưởng đến độ mịn của bột than,
giảm năng suất máy nghiền than, có thể làm tắc đường ống than nguyên,
than bột xuống từ kho than bột và máy cấp than bột không đều, ảnh

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt


15


Đồ án tốt nghiệp

Chất bốc (V)

Cốc (FC)

Độ tro (A)

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

hưởng đến ổn định cháy.
- Khi thiết kế lò hơi, kết cấu buồng đốt, kiểu vòi đốt, cách bố trí các bề
mặt đốt đều liên quan đến chất bốc có trong nhiên liệu.
- Trong vận hành lò, sự bắt cháy, cháy ổn định và điều chỉnh cháy kinh tế
cũng bị ảnh hưởng nhiều của lượng chất bốc.
- Nhiên liệu có hàm lượng chất bốc lớn thì dễ bắt cháy, quá trình cháy ổn
định.
- Là phần khối rắn còn lại than sau khi sấy khô và bốc hết chất bốc.
- Cốc là thành phần than cố định còn lại và tro. Nếu nung khối này ở 800
± 20oC (không phát sinh ngọn lửa) cho đến khi khối lượng không đổi và
làm nguội, khối lượng mất đi là cacbon cố định, phần còn lại là tro.
- Độ tro trong than càng cao thì nhiệt trị than càng thấp, chi phí khai thác
vận chuyển tương đối sẽ tăng và làm tăng tiêu hao điện nghiền than.
- Tro ngăn cách tiếp xúc các chất chảy trong than với O 2 nên than có độ
tro cao khó cháy hoàn toàn.
- Tro nóng chảy sẽ bám trên các bề mặt đốt khó phá, ảnh hưởng đến
truyền nhiệt. Các hạt tro rắn bay theo đường khói gây bám bẩn và mài

mòn bề mặt đốt. Tro thải khỉ lò gây ô nhiễm môi trường.

1.2.2. Quá trình cháy nhiên liệu.
Quá trình cháy nhiên liệu là quá trình phản ứng hóa học của nhiên liệu với oxy và
sinh ra nhiệt, quá trình cháy còn gọi là quá trình oxy hóa.
Chất oxy hóa chính là oxy của không khí cấp vào cho quá trình cháy, chất bị oxy
hóa là những nguyên tố cháy được của nhiên liệu. Sản phẩm tạo thành sau quá trình cháy
được gọi là sản phẩm cháy (khói).
Quá trình cháy hoàn toàn là quá trình cháy trong đó các thành phần cháy được của
nhiên liệu đều được oxy hóa hoàn toàn và sản phẩm cháy của nó gồm các khí CO 2, SO2,
H2O, N2, O2.
Quá trình cháy không hoàn toàn là quá trình cháy trong đó các chất có thể cháy
được chưa được oxy hóa hoàn toàn. Khi cháy không hoàn toàn ngoài sản phẩm cháy của
quá trình cháy hoàn toàn trong khói còn có những sản phẩm khác như: CO, CH4.
Nguyên nhân của quá trình cháy không hoàn toàn có thể do thiếu không khí cho quá
trình oxy hóa hoặc có đủ không khí nhưng nhiên liệu và không khí pha trộn không đều
tạo ra chỗ thừa chỗ thiếu không khí. Quá trình cháy nhiên liệu là môt quá trình rất phức

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

16


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

tạp bao gồm nhiều giai đoạn: sấy nóng, bốc hơi, sinh chất bốc, bắt lửa, cháy chất bốc và
cốc, tạo xỉ:
- Giai đoạn sấy nóng và sinh chất bốc là giai đoạn chuẩn bị cho nhiên liệu bốc cháy,

cần thiết phải có không khí nóng có nhiệt độ từ 150 oC ÷ 400oC để sấy nóng, bốc ẩm và
bốc chất bôc khỏi nhiên liệu.
- Giai đoạn bắt lửa bắt đầu ở nhiệt độ cao hơn khi nhiên liệu tiếp xúc với không khí nóng.
- Giai đoạn cháy chất bốc và cốc kèm theo quá trình tỏa nhiệt, nhiệt lượng này có
tác dụng làm tăng nhiệt độ hỗn hợp để phản ứng oxy hóa cốc xảy ra nhanh hơn, đây là
giai đoạn oxy hóa mãnh liệt nhất.
- Giai đoạn kết thúc của quá trinh cháy là giai đoan tạo thành tro và xỉ.
Giai đoạn bắt lửa và cháy kiệt xảy ra sớm hay muộn, hoàn toàn hay không hoàn
toàn là yếu tố quyết định chủ yếu đến hiệu suất cháy của buồng lửa.
Sự bắt lửa phụ thuộc rất nhiều vào thành phần chất bốc của than. Than có hàm
lượng chất bốc càng lớn thì nhiệt độ bắt lửa càng thấp và lượng nhiệt cần thiết để đạt tới
trạng thái bắt lửa càng nhỏ. Than có độ tro và độ ẩm càng cao thì nhiệt độ bắt lửa càng
cao và do đó lượng nhiệt yêu cầu cũng càng lớn.
Bột than càng mịn thì bề mặt phản ứng hóa học trên một đơn vị trọng lượng càng
lớn, nên tốc độ phản ứng và tốc độ truyền nhiệt cũng càng lớn, làm cho quá trình bắt lửa
càng dễ dàng.
Qua một số phân tích trên đây, chúng ta thấy rằng độ mịn, độ ẩm của than cũng như việc
sử dụng và bố trí vòi phun, kết cấu buồng đốt một cách hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cháy than
bột cao hơn để nâng cao hiệu quả của quá trình cháy bột than trong các lò đốt than phun.
1.3. Kết luận chương 1.
- Lò hơi đốt than phun vẫn là lựa chọn hiệu quả.
+ Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện
năng chủ yếu trên thế giới. Công nghệ này trong tương lai vẫn sẽ là một lựa chọn ưu thế
cho các nhà máy điện. Hiệu suất phát điện dự kiến khoảng 50-53% vào năm 2020 và
55% vào năm 2050.

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

17



Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

+ Lựa chọn công suất tổ máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, suất đầu
tư, mặt bằng, trình độ vận hành, tính phổ biến của tổ máy, hệ thống điện quốc gia và khu
vực... Công suất tổ máy đối với công nghệ đốt than phun hiện nay đang nằm trong dải
rộng 50 - 1300 MW. Công suất lò hơi ở nước ta hiện đang phổ biến ở mức 300 MW, một
số nhà máy đang xây dựng có công suất 500 - 700 MW.
Như vậy, để nâng cao hiệu suất nhà máy, tăng hiệu quả kinh tế đồng thời đảm bảo
các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt, lò hơi đốt than phun vẫn sẽ là lựa
chọn hiệu quả khi xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam. Công suất tổ máy
sẽ trong khoảng 500 - 1000 MW với thông số trên tới hạn. Đây là xu hướng chung của
các nhà đầu tư trong thời gian từ nay đến năm 2020.
- Thành phần và độ mịn của than cũng như việc sử dụng và bố trí vòi phun, kết
cấu buồng đốt một cách hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cháy than bột để nâng cao hiệu
suất của quá trình cháy bột than trong các lò đốt than phun.

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

18


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ LÒ HƠI
VÀ TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU

2.1. Thiết kế sơ bộ lò hơi.
2.1.1. Các thông số thiết kế.
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Chỉ tiêu thiết kế
Sản lượng lò hơi
Lưu lượng hơi quá nhiệt trung gian
Nhiệt độ nước cấp vào bộ hâm
Áp suất nước cấp
Nhiệt độ hơi quá nhiệt
Áp suất hơi quá nhiệt
Nhiệt độ hơi vào BQNTG
Áp suất hơi vào BQNTG
Nhiệt độ hơi đầu ra BQNTG
Áp suất hơi đầu ra BQNTG

Ký hiệu
D
Dtg
t'nc

t''nc
tqn
pqn
t'tg
p'qn
t''tg
p''qn

Thông số
920
775
260
290
540
175
348
45
540
43

Đơn vị
t/h
t/h
℃
℃
℃
bar
℃
bar
℃

bar

Các đặc tính của than:
11

12
13
14
15
16
17
18

Thành phần

Clv

Hlv

Olv

Sclv

Nlv

Alv

Wlv

Vc


Phần trăm
%

55,5

3,0

2,4

0,6

0,5

29,0

9,0

5,2

Nhiệt độ bắt đầu biến dạng
Nhiệt độ bắt đầu chảy
Nhiệt trị nhiên liệu
Nhiệt độ khói thải
Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa
Nhiệt độ không khí nóng
Nhiệt độ không khí lạnh

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt


t1
t3
Qlv
tk’’
tkkn
tkkl

1050
1350
21483,3
130
1050
350
30

℃
℃
kJ/kg
℃
℃
℃
℃

19


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú


2.1.2. Xác định sơ bộ dạng tổng thể lò hơi và các bộ phận.
Theo mục 1.3 chương 1, từ công suất của lò hơi là 920 t/h và sử dụng nhiện liệu rắn
(than anthraxit) nên sử dụng lò hơi đốt than buồng lửa phun.
Chất bốc trong nhiên liệu thấp nên thiết kế đắp đai cháy để tăng khả năng bắt cháy
hạt nhiên liệu, tăng độ ổn định quá trình cháy. Độ tro cao, nhiệt độ bắt đầu chảy của tro
rất cao, t3=1500oC nên chọn phương pháp thải xỉ khô. Theo đó giảm được tổn thất nhiệt
do mang xỉ ra ngoài nên tăng hiệu suất lò hơi.
Từ mục 4 / 1.1.1 chương 1, ta chọn lò hơi bố trí theo kiểu chữ π. Đây là loại lò hơi
phổ biến hiện nay. Độ cao lò hơi và nhà lò thấp, các cơ cấu chuyển động và thiết bị nặng
(quạt khói, quạt gió..) bố trí ở vị trí thấp, giảm phụ tải của khung lò. Đường khói nằm
ngang có thể bố trí các bề mặt đốt có kết cấu treo đỡ đơn giản, đường khói đi xuống bố trí
các bề mặt truyền nhiệt đối lưu ngược chiều nên việc sửa chữa kiểm tra dễ dàng.
Cấu trúc của Pheston: Kích thước cụ thể của pheston sẽ được xác định sau khi đã
xác định cụ thể cấu tạo của buồng lửa và các cụm ống xung quanh nó.
Dạng cấu trúc của bộ quá nhiệt: Sử dụng ba cấp quá nhiệt, có bộ quá nhiệt trung
gian hơi.
Sử dụng hai cấp hâm nước và 2 cấp sấy không khí theo thứ tự: Bộ hâm nước cấp 2,
bộ hâm Bố trí bộ hâm nước và bộ sấy không khí: nước cấp 1, bộ sấy không khí cấp 1, bộ
sấy không khí cấp 2.
Đáy buồng lửa: Dùng buồng đốt than thải xỉ khô nên đáy làm lạnh tro có dạng hình
phễu, cạnh bên nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc bằng 55 o. Phễu lạnh do dàn ống
trước và sau của buồng lửa cấu tạo thành.

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

20


Đồ án tốt nghiệp


GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

Hơi quá nhiệt đi ra
Hơi từ bộ quá nhiệt trung gian đi ra
7

4

8
Hơi vào bộ quá nhiệt trung gian

6

9

2

Không khí cấp 2

11
1
Không khí lạnh

10 Nước cấp

3
12

Khói thải
Không khí cấp 1


Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc lò hơi
1. Bao hơi
2. Dàn Pheston
3. Bộ quá nhiệt cấp 2
4. Bộ quá nhiệt cấp 1
5. Bộ quá nhiệt trung gian
6. Bộ hâm nước cấp 2
7. Bộ sấy không khí cấp 2

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

8. Bộ hâm nước cấp 1
9. Bộ sấy không khí cấp 1
10. Vòi phun
11. Đai cháy
12. Đường thoát tro chính
13. Phễu tro lạnh
14. Các vòi đốt chính

21


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

2.2. Tính toán quá trình cháy nhiên liệu.
2.2.1. Tính thể tích không khí lý thuyết.
Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu rắn

(theo công thức 3-15 trang 25 lò hơi 1).
V0kk = 0,0889(Clv + 0,375Slv) + 0,265Hlv – 0,0333Olv
= 0,0889(55,5 + 0,375.0,6) + 0,265.3 – 0,0333.1,2
= 5,669 m3tc/kg
2.2.2 Xác định hệ số không khí thừa.
Là tỷ số giữa thể tích không khí thực tế cung cấp cho quá trình cháy và thể tích
không khí lý thuyết. Kí hiệu: α.
Hệ số không khí thừa tại các vị trí đường khói đi: α' , α''.
Hệ số không khí thừa lọt vào đường khói:
Δα = α''(đầu ra) - α'(đầu vào) → α’’ = α’ + Δα.
Theo Bảng 14 trang 91 Sách Tính nhiệt lò hơi ta chọn được Δα ở bảng sau:
Bảng 2.1: Hệ số lọt không khí trên đường khói
STT

Các bộ phận của lò

Δα

1

Buồng lửa

0,05

2

Bộ pheston

0


3

Bộ quá nhiệt cấp 2

0,03

4

Bộ quá nhiệt cấp 1

0,03

5

Bộ quá nhiệt trung gian

0,03

6

Bộ hâm nước cấp 2

0,02

7

Bộ sấy không khí cấp 2

0,03


8

Bộ hâm nước cấp 1

0,02

9

Bộ sấy không khí cấp 1

0,03

10

Khói thải

0,01

11

Hệ thống nghiền than

0,04

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

22


Đồ án tốt nghiệp


GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú
Bảng 2.2: Hệ số không khí thừa tại các vị trí đường khói đi

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Các bề mặt đốt
Buồng lửa
Dàn pheston
Bộ quá nhiệt cấp II
Bộ quá nhiệt cấp I
Bộ quá nhiệt trung gian
Bộ hâm nước cấp II
Bộ sấy không khí cấp II
Bộ hâm nước cấp I
Bộ sấy không khí cấp I
Khói thải
Hệ thống nghiền than


Hệ số không khí thừa
α''
α'
αtb
1,20
1,25
1,25
1,28
1,31
1,34
1,36
1,39
1,41
1,44

1,25
1,25
1,28
1,31
1,34
1,36
1,39
1,41
1,44
1,45
0,04

1,225
1,25
1,265

1,295
1,325
1,35
1,375
1,4
1,425
1,445

Lượng không khí ra khỏi bộ sấy không khí :
β’’ = αbl – Δαo - Δαng = 1,2 – 0.05 - 0,04 = 1,11
2.2.3. Tính thể tích sản phẩm cháy.
Khi quá trình cháy xảy ra hoàn toàn thì sản phẩm cháy bao gồm: CO 2, SO2, N2, O2
và H2O. Trong tính toán người ta thường tính chung thể tích các khí 3 nguyên tử vì chúng
có khả năng bức xạ mạnh: CO2, SO2 . VRO2 = VCO2 + VSO2
1. Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết.
STT

Tên đại lượng

1

Thể tích V0RO2

2

Thể tích V0N2

3

Lượng hơi nước

trong khói

4

Thể tích khói khô

5

Thể tích khói lý thuyết

Công thức tính
Theo công thức 3-22 trang 27 Lò hơi 1.
0,01866(Clv+0,375Slv)
0,79V0kk+0,008Nlv
0,112Hlv+0,0124Wlv+0,0161V0kk+1,24Gph
Gph: lượng hơi để phun dầu vào lò
Nhiên liệu than có Gph = 0 kg/kg
V0k.kh=V0RO2+V0N2

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

V0k=V0k.kh+V0H20

Kết quả
1.04
m3tc/kg
4.483
m3tc/kg
0.539
m3tc/kg

5.523
m3tc/kg
6.062
23


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú
m3tc/kg

2. Thể tích sản phẩm cháy thực tế
STT
1

Tên đại lượng
Thể tích VN2

Công thức tính
VN2=V0N2+0,79(αtb - 1).V0kk

2

Thể tích hơi nước

VH2O=V0H2O+0,0161(αtb - 1).V0kk

3

Thể tích khói


Vk = Vkkho + VH2O
= V0kkho + (α - 1).V0kk + VH2O

Kết quả
5.491
m3tc/kg
0.56
m3tc/kg
7.091
m3tc/kg

3.Tính entanpi của không khí và khói.
- Entanpi của không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình cháy:
I0kk = V0kk.(Ct)kk, kJ/kg
Trong đó: + V0kk : Thể tích của không khí lý thuyết, (m3tc/kg).
+ C: Nhiệt dung riêng, kJ/kg.K
- Entanpi của khói lý thuyết :
I0k = VRO2 (C.t)RO2 + V0N2.(C.t)N2 + V0H2O.(C.t)H2O , kJ/kg
t: Nhiệt độ của các chất khí, ở đây ta lấy nhiệt độ của các chất khí trong khói thải
bằng nhiệt độ khói thải: t = tth = 130 0C .
- Entanpi của tro bay : Itr = . ab . (C.t)tr , kJ/kg.
- Entanpi của khói thực tế :
Ik = I0k + (α-1). I0kk + Itro = I0k + (α-1).I0kk
Bảng 2.3: Entanpi của 1 m3tc của các khí và của 1 kg tro.
Nhiệt độ
o

C


(Ct) kk

(Ct) RO2

(Ct) N2

kJ/m3tc

kJ/m3tc

kJ/m3tc

(Ct) H2O
kJ/m3tc

(Ct)tr
kJ/m3tc

100

129,95

170,03

129,58

151,02

81,00


200

261,24

357,46

259,92

304,46

169,80

300

394,89

558,81

392,01

462,72

264,00

400

531,20

771,88


526,52

626,16

360,00

500

670,90

994,35

683,80

794,85

458,00

600

813,36

1224,66

804,12

968,88

560,00


SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

24


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Bùi Mạnh Tú

700

958,86

1431,07

947,52

1148,81

662,50

800

1090,56

1704,88

1093,60

1334,40


768,00

900

1256,94

1952,28

1239,84

1526,13

825,00

1000

1408,70

2203,50

1391,70

1722,90

985,00

1100

1562,55


2458,39

1543,74

1925,11

1092,00

1200

1718,16

2716,56

1697,16

2132,28

1212,00

1300

1874,86

2976,74

1852,76

2343,94


1360,00

1400

2032,52

3239,04

2028,72

2559,20

1585,00

1500

2191,50

3503,10

2166,00

2779,05

1758,00

1600

2351,68


3768,80

2324,48

3001,76

1880,00

1700

2512,26

4035,34

2484,04

3229,32

2065,00

1800

2674,26

4304,70

2643,66

3458,34


2185,00

1900

2836,32

4573,98

2804,02

3690,57

2385,00

2000

3000,00

4844,20

2965,00

3925,60

2514,00

2100

3163,02


5115,39

3127,32

4163,04

2640,00

SVTH: Hà Thị Phương - Lớp: Đ6 – Nhiệt

25