BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
GS.TS. PHẠM XUÂN VƯỢNG (CHỦ BIÊN)
PSG.TS. NGUYỄN VĂN MUỐN
GIÁO TRÌNH
KỸ THUẬT LÒ HƠI
HÀ NỘI – 2007
1
Chương I. Khái niệm về lò hơi
MỤC LỤC
Trang
1
1. Nhiệm vụ, yêu cầu kỹ thuật, phân loại
1.1. Nhiệm vụ
1.2. Yêu cầu kỹ thuật
1.3. Phân loại
2. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc
2.1. Cấu tạo liên hợp lò hơi
2.2. Các bộ phận của liên hợp nồi hơi
2.3. Bộ phận quá nhiệt
2.4. Bộ phận hâm nóng nước
2.5. Bộ phận hâm nóng không khí
2.6. Nguyên tắc làm việc của lò hơi
3. Nhiên liệu và sản phẩm của nhiên liệu
3.1. Thành phần của nhiên liệu
3.2. Sự cháy của nhiên liệu
3.3. Thể tích không khí lý thuyết cần cho quá trình cháy
4. Phương trình cân bằng nhiệt và hiệu suất thiết bị
4.1. Phương trình cân bằng nhiệt
4.2. Thiết bị nhiệt
Chương II. Quá trình cháy và chế tạo lò đốt

1. Quá trình cháy
1.1. Các giai đoạn của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò đốt
1.2. Giai đoạn sấy khô và làm nóng nhiên liệu
1.3. Giai đoạn cháy
1.4. Phản ứng cháy
1.5. Giai đoạn tạo xỉ
2. Phân loại và cấu tạo lò đốt
2.1. Yêu cầu kỹ thuật đối với buồng lửa
2.2. Phân loại buồng lửa (lò đốt)
Chương III. Quá trình sinh hơi, các bề mặt truyền nhiệt
1
1
1
1
5
5
6
8
8
9
10
10
10
11
14
17
17
20
21
21

21
21
21
23
24
26
26
26
43
2
1. Bề mặt sinh hơi và cách bố trí
2. Tính nhiệt thiết bị sinh hơi
2.1. Phương trình truyền nhiệt
2.2. Tính nhiệt các bề mặt truyền nhiệt đối lưu
2.3. Hệ số truyền nhiệt
3. Chế độ nước và chất lượng hơi
3.1. Khái niệm chung
3.2. Chỉ tiêu chất lượng nước
3.3. Các biện pháp xử lý nước
Chương IV. Hệ thống thông gió
1. Nhiệm vụ của hệ thống thông gió
2. Giải pháp thông gió
Chương V. Vận hành và bảo dưỡng
1. Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
1.1. Chỉ tiêu kinh tế
1.2. Chỉ tiêu về chế độ vận hành
2. Chọn số lượng nồi hơi và phân bố phụ tải giữa các lò
Tài liệu tham khảo
43
51

51
53
54
58
58
59
60
66
66
66
82
82
82
83
83
101
3
Chương I : KHÁI NIỆM VỀ LÒ HƠI
1 - NHIỆM VỤ, YÊU CẦU KĨ THỤÂT, PHÂN LOẠI
1.1. Nhiệm vụ:
Nhiệm vụ của lò hơi là chuyển hoá năng lượng từ các dạng khác nhau khi bị đốt
cháy thành dạng năng lượng khác: nước nóng, nước bão hoà hoặc hơi quá nhiệt. Hơi
quá nhiệt là hơi ở nhiệt độ và áp suất cao.
1.2. Yêu cầu kĩ thuật.
- Thiết bị sinh hơi phải có năng suất hơi cao (Tấn/giờ), hiệu suất sinh hơi lớn.
- Chất lượng sản phẩm phải đáp ứng yêu cầu sản xuất: chất lượng nước nóng,
hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt.
- Cấu tạo của thiết bị không quá phức tạp, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa dễ
dàng.
- Chi phí nhiên liệu riêng thấp, hiệu suất lò đốt cao.

1.3. Phân loại lò hơi.
+ Lò hơi hiện nay chia thành hai loại chính: loại sinh hơi và loại sản xuất nước
nóng. Tuy nhiên cũng có một số lò hơi kiêm cả hai chức năng này.
Lò hơi loại sinh hơi, thể hiện bằng tấn hơi trong một giờ. Một số lò hơi dùng để
chuyển hoá năng lượng nhiệt thành thế năng của hơi, nên có thể đặc trưng bằng công
suất (KW, MW).
+ Năng suất của lò hơi phân thành ba loại: loại nhỏ ( 15 20 T/h); loại trung
(160 ( 220T/h) và loại lớn (220 250T/h). Tuy nhiên việc phân loại này cũng chỉ là qui
uớc, vì giới hạn giữa các loại cũng chưa thật chính xác.
Áp suất đo bằng átmốtphe (atm).Trong hệ SI,
đơn vị đo là Niutơn trên mét
vuông (N/m
2
). Hệ số chuyển đổi 1bar = 1.10
5
N/m
2
= 1,0196atm.
+ Nếu phân loại theo áp lực chia ra lò hơi áp thấp (< 9 atm); lò hơi áp trung bình
(14 ( 40 atm); lò hơi áp cao (100 140 atm) và áp suất tiêu chuẩn (255atm). Giới hạn
giữa lò hơi áp thấp và lò hơi trung bình chỉ là qui ước.
Về nhiệt độ hơi, biểu diễn bằng
0
C (hệ SI) hoặc
0
K. Hơi bão hoà bị đốt nóng tới
nhiệt độ 570
0
C và cao hơn nữa.
Lò hơi dùng trong công nghiệp, trong ngành năng lượng,...

+ Theo kiểu lò hơi người ta có thể phân ra: kiểu trụ đứng, kiểu ống nước đứng
có bề mặt bốc hơi được đốt nóng và loại màn chắn.
Sau đây giới thiệu tóm tắt một vài kiểu lò hơi:
4
a/ - Lò hơi kiểu trụ đứng: có vỏ trụ ngoài 2, thân trụ bên trong 3, phía đáy có thể liên
kết qua tấm đệm hoặc gấp mép trụ bên trong. Phía trên có cổ 4, 5 dạng hình cầu; liên
5
với buồng khói 6 hoặc hệ ống đứng; qua đó khí và khói từ buồng lửa 1 vào ống khói 7.
Nước đưa vào khoảng không gian giữa 2 và 3. Tại đây nước bốc hơi dưới tác dụng của
nhiệt, tập trung giữa 4 và 5; thoát qua ống dẫn hơi. Trong quá trình làm việc nước được
cấp liên tục vào bình. Loại thiết bị này có năng suất hơi từ 0,2 c 1 T/h; sản xuất hơi bão
hoà có áp suất tới 9 atm.
a) b)
c)
6
Hình 1.2. Sơ đồ các kiểu liên hợp lò hơi.
a – Lò hơi trụ - đứng b – Loại ống nước thẳng đứng c – Kiểu màn chắn
- Lò hơi kiểu ống nước đứng (Hình 1.2b).
Gồm hai trống ngang 1, 4 đặt phía trên nhau; liên kết với ống nước sôi 2, 3
đường kính 51 đ 60 mm. Bao phủ bên ngoài hệ theo chiều dọc, ngang dòng khí khói,
truyền nhiệt vào nước bằng đối lưu. Nước cung cấp vào phần trên trống 1 lò hơi. Từ đây
nước được đun nóng ở ống đi xuống 3 của hệ thống lò hơi, và hướng về trống dưới 4.
Ra khỏi trống nước được hâm nóng mạnh, nhờ ống 2 quay trở về trống trên. Dưới tác
dụng của nhiệt, truyền qua thành ống, làm nước bốc hơi. Lực kích thích gây ra chuyển
động của nước theo chu kỳ tuần hoàn là do sự sai khác về mật độ của nước ở trên và
dưới. Hỗn hợp nước nạp đầy ống lên. Tại trống trên của lò hơi, hơi tách khỏi nước đi ra
khỏi trống, nước quay trở lại ống xuống.
Lò hơi kiểu ống nước đứng có năng suất hơi 2,5 L 50 T/h, áp suất hơi 14 40
atm. Hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt tới 250, 370, 425 và 440
0

C.
b/ Lò hơi kiểu màn chắn (Hình 1.2c).
Khác nhau chủ yếu là bề mặt hâm nóng kiểu màn chắn 1, liên hợp với buồng lò
đốt, vì nhiên liệu rắn cháy ở dạng bột. Loại hình này, khi làm việc nước được bốc hơi
đồng thời làm giảm bề mặt trao đổi nhiệt.
Loại này dùng cho các trạm điện. Năng suất hơi từ 35 L 2500 T/h để sản xuất
hơi quá nhiệt có áp suất từ 40 h 255 atm, nhiệt độ 440 585
0
C.
Trong lò hơi có chu trình tự nhiên, nước được cung cấp bởi bơm 1, qua bộ hâm
nóng nước 2 vào trống trên 3, nước được bốc hơi trong chu trình 4, 5 (Hình 1.3a). Hơi
tạo ra ở trống 3 đi vào bộ qúa nhiệt 6, và tới nơi tiêu thụ.
Tiêu thụ
Nước
cung cấp
a) b) c)
7
Hình 1.3. Sơ đồ chuyển động của nước, hỗn hợp hơi và hơi của liên hợp lò hơi.
a - Chu trình tự nhiên b - Chu trình cưỡng bức nhiều lần c - Kiểu thẳng
Lò có chu trình cưỡng bức nhiều lần (Hình 1.3b), tương tự loại chu trình tự
nhiên, nước cấp vào trống 3, chuyển động của nước theo chu trình khép kín 4, 5, nhờ
bơm 7. Tiếp theo hơi từ trống vào bộ quá nhiệt, sau đi tới nơi tiêu thụ.
Trong chu trình thẳng (Hình 1.3c), nước cung cấp qua bộ hâm nóng nước, giống
sơ đồ trước, nhưng chu trình bốc hơi khép kín không có. Bề mặt đốt nóng bốc hơi 4, 5 là
bề mặt kéo dài bộ hâm nóng nước 2 và cũng trực tiếp vào bề mặt đốt nóng bộ quá nhiệt 6.
Như vậy, quá trình bốc hơi của nước chỉ một lần trong bề mặt bốc hơi nóng.
Bảng 1.1.
Kiểu lò hơi
E - Chu trình tự
nhiên với bộ

quá nhiệt,
nhưng hơi
không quá nhiệt
EP - Chu trình
tự nhiên với bộ
quá nhiệt và hơi
được quá nhiệt
trung gian
P
P
- Chu trình
thẳng với bộ
quá nhiệt và hơi
được quá nhiệt
trung gian
Năng suất hơi
(T/h)
0,2; 0,4; 0,7; 1,0
2,5
4,0; 6,5; 10
15; 20
4,0; 6,5; 10; 15; 20
6,5; 10; 15; 20; 25;
35; 50; 75
60; 90; 120; 160;
220
160; 210; 320; 420;
480
320; 500; 640
250; 320; 500; 610

150; 1600; 2500
áp suất
tuyệt
đối của
hơi
(atm)
9
14
24
40
100
140
140
140
255
Nhiệt độ hơi
(
0
C)
Hơi bão hoà
Hơi bão hoà
Hơi bão hoà
hoặc quá nhiệt
250
Hơi bão hoà
hoặc quá nhiệt
370; 425
440
540
570

570
570
585
Nhiệt độ
hơi sau
khi qua
bộ quá
nhiệt
(
0
C)
C
C
C
C
C
C
570
570
570
Nhiệt
độ
nước
cung
cấp
(
0
C)
50
80

100
100
145
215
230
230
230
260
8
2 - CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC.
2.1. Cấu tạo liên hợp lò hơi.
Hiện nay, liên hợp lò hơi là loại thiết bị tương đối phức tạp, ngoài phần tạo hơi,
còn có khá nhiều bộ phận phụ trợ.
a/ - Lò hơi đốt thủ công.
Đây là loại lò hơi đơn giản gồm các bộ phận chính: Trống (bao hơi) 1 chứa nước
hơi và cũng là bề mặt truyền nhiệt; van hơi chính 2 để điều chỉnh lượng hơi cung cấp.
Van cấp nước 3 để cấp nước vào nồi hơi; ghi lò 4 cố định, đỡ nhiên liệu cháy, đồng thời
có khe hở để không khí cấp vào đốt cháy nhiên liệu và thải tro, xỉ ; cửa gió 7 và cửa cấp
nhiên liệu 8; ống khói 9.
- Lò hơi đốt phun.
Đây là loại nồi hơi có thể dùng nhiên liệu lỏng (mazút), nhiên liệu khí (khí thiên
nhiên, khí lò cốc,...) nhiên liệu rắn đã nghiền thành bột.
Lò hơi đốt phun gồm các bộ phận: trống 1, van hơi chính 2, đường nước cấp 3,
vòi phun 4, buồng lửa 5, phễu tro lạnh 6 dùng làm nguội các hạt tro xỉ khi thải ra ngoài
trường hợp thải xỉ khô, giếng xỉ 7, bơm nước cấp 8, ống khói 9, bộ sấy không khí 10,
quạt gió 11, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, dàn ống nước lên 15, dãy phestôn
17, bộ quá nhiệt 18 (Hình 1.5.a)
Hình 1.4. Sơ đồ lò đốt thủ công.
b/ - Lò hơi ghi xích (Hình 1.5b).
Thuộc loại lò hơi công suất nhỏ hoặc trung bình. Cấu tạo gồm: trống 1, van hơi

chính 2, đường cấp nước 3, ghi lò dạng xích 4, buồng lửa 5, hộp tro xỉ 6, hộp gió 7 cấp
gió cấp 1 qua ghi cho lớp nhiên liệu trên ghi, phễu than 8, ống khói 9, bộ sấy không khí
10, quạt 11, quạt khói 12, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, ống góp dưới 15,
dàn ống nước lên 16, dãy phestôn 17 và bộ quá nhiệt 18.
2.2. Các bộ phận của liên hợp nồi hơi
- Bề mặt bốc hơi được đốt nóng.
9
Hệ thống bề mặt bốc hơi được đốt nóng xác định theo kiểu liên hợp lò hơi. Hệ thống
bốc hơi của lò hơi có chu trình tự nhiên. (Hình 1.6 và 1.7)
+ Bề mặt bốc hơi được hâm nóng của lò hơi ống nước thẳng đứng bao
gồm:
chùm ống nước sôi 2, trống trên 1 và trống dưới 3, màn chắn lửa 6. Nước từ trống qua
ống đi xuống 7, vào ống góp 5, và hệ thống ống nối 4. Trống chế tạo bằng thép đường
kính 1000 k 1500 mm. Lò hơi loại này làm việc ở áp suất 14 40 atm. Ống góp có
đường kính tới 219 mm.
a)
b)
Hình 1.5. Sơ đồ lò hơi.
a/ Loại đốt than phun. b/ Lò hơi ghi xích.
+ Bề mặt bốc hơi hâm nóng của lò hơi kiểu màn chắn gồm: trống 2, hệ ống có
màn chắn 6, 7 với ống góp màn chắn 9, 10 ở dưới và 4, 5 ở trên; Hệ thống ống xuống 8
và hệ thống ống liên kết 3.
10
Trống chế tạo bằng phương pháp hàn, đáy dập. Đường kính trống 1200 T 1800
mm, chiều dài gần 18 m. Chiều dày thành trống khi áp suất hơi 100 atm là 90 m 100
mm; khi áp suất hơi 140 atm thì chiều dày trống lớn hơn. Chu trình tuần hoàn tự nhiên
trong ống nước sôi và màn chắn là do tác dụng của lực trọng trường; do sai khác mật độ
nước và hỗn hợp hơi nước trong môi trường hấp dẫn. Nếu trong vùng khép kín, xảy ra
hiện tượng, một hệ thống ống này nóng hơn hệ thống ống kia, hoặc một hệ thống ống
nóng, một hệ thống ống không nóng,

sẽ làm cho nước chuyển động.Nước trong
ống
nóng dâng lên, trong ống nguội hạ xuống. Nguyên nhân do mật độ nước trong ống nóng
giảm và nhiệt độ tăng. Kết quả là áp suất của nước ở phần dưới vòng tuần hoàn không
như nhau, phát sinh chuyển động.
+ Hệ thống bốc hơi của lò hơi kiểu chu trình cưỡng bức nhiều lần.
Đường kính ống không lớn, khoảng 42 ố32 mm. Chu trình cưỡng
bức do tác
dụng của ngoại lực là bơm. Số lần trong lò hơi kiểu này khoảng 5 d 10 lần. Đặc điểm
làm việc của lò hơi loại này là phân phối nước không đều cho các ống song song.
+ Lò hơi có chu trình thẳng, chuyển động của nước và hỗn hợp hơi tương tự loại
lò hơi cưỡng bức nhiều lần. Tuy nhiên, ở đây nước và hỗn hợp hơi chỉ đi qua bộ phận
bốc hơi một lần.
2.3. Bộ phận quá nhiệt
Bộ phận quá nhiệt thường không có trên lò hơi công nghiệp, vì chỉ dùng với hơi
không quá nóng. Bộ phận này dùng trong lò hơi năng lượng, cần hơi có nhiệt độ cao và
áp suất lớn. Tăng nhiệt độ hơi làm tăng entalpi; nâng cao áp suất hơi lại làm giảm
entalpi. Hiện nay có hai loại bộ qúa nhiệt: loại đối lưu và loại phối hợp.
Loại đối lưu thường có một số hàng ống đặt tách riêng khỏi lò.
Loại phối hợp cũng tương tự trên, nhưng lại có phần chịu tác động của bức xạ
nhiệt hoặc nửa bức xạ đặt trong lò.
Bộ quá nhiệt làm bằng các ống thép có đường kính ngoài 28 B 42 mm. Tốc độ
hơi trong ống chọn từ điều
kiện chế độ nhiệt ổn định của nó. Thường tốc độ khối đối
với bộ quá nhiệt thứ nhất 500 v 1200 Kg/m
2
.h. Khi chọn tốc độ chuyển động của hơi,
cần lưu ý sức cản thuỷ lực của bộ quá nhiệt không được vượt quá 10% áp suất làm việc
của hơi.
2.4. Bộ phận hâm nóng nước

Bộ phận hâm nóng nước nhận 12 B 18% lượng nhiệt chung. Bộ phận hâm nóng
nước có hai kiểu: kiểu ống gang có gờ và kiểu ống thép nhẵn.
Kiểu ống gang có gờ thường bố trí ở lò hơi năng suất hơi không lớn và có áp
suất tới 24 atm. Loại ống thép có thể bố trí trên lò hơi với bất kỳ năng suất hơi và áp
suất nào (40 atm hoặc cao hơn).
11
Kiểu ống gang gồm hệ thống ống gang có gờ và một số hàng ngang. Số lượng
ống trong hàng ngang xuất phát từ yêu cầu đòi hỏi tốc độ chuyển động của sản phẩm
cháy (6 c 9 m/s trong tải trọng tiêu chuẩn). Số hàng ngang xuất phát từ yêu cầu diện tích
bề mặt hâm nóng của thiết bị.
Nhiệt độ của nước vào bộ phận hâm nóng cần vượt quá nhiệt độ đọng sương của
khói, nhưng không nhỏ hơn 10
0
C, để loại trừ khả năng ngưng tụ hơi nước trong thành
phần của khói và kết tủa ẩm trên ống. Nhiệt độ cuối cùng của nước
được hâm nóng
trong ống gang có gờ, với lò cung cấp nước liên tục, lò có thể tích nước trong trống nhỏ,
khi có bộ phận điều chỉnh tự động, cần thấp hơn nhiệt độ bão hoà ở áp suất đã cho và
không được nhỏ hơn 20
0
C.
2.5. Bộ phận hâm nóng không khí
Bộ phận hâm nóng không khí nhận được gần 7 B 15% nhiệt hữu ích từ lò hơi.
Bộ phận hâm nóng không khí chia làm hai loại: loại thu hồi nhiệt và loại hoàn nhiệt.
Loại thu nhiệt từ khói vào không khí không đổi qua thành phân chia khói và không khí.
Loại hoàn nhiệt, nhiệt truyền từ gạch lò hoàn nhiệt bằng kim loại, được đốt nóng theo
chu kỳ bởi khí nóng, tích tụ và truyền cho không khí lạnh.
Bộ phận hâm nóng không khí loại thu hồi nhiệt là một hệ ống thép mỏng đặt
song song hàn vào tấm bản. Ống đường kính 25 s 51 mm, thành dày 1,25 1,5 mm.
Ống sắp đặt theo hình bàn cờ. Khoảng cách giữa các cạnh ngoài ống kề nhau 9 Ố 15

mm. Khói đi trong ống. Đốt nóng không khí bên ngoài ống theo chiều ngang ống. Tốc
độ khói 10 đ 14 m/s. Tốc độ không khí nhỏ hơn hai lần tốc độ khói.
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý làm việc và cấu tạo của lò bao hơi.
12
1-bao hơi; 2-phần chứa nước của bao hơi; 3-phần chứa hơi của bao hơi; 4-buồng lửa; 5-
vòi phun; 6-đường nhiên liệu tới; 7-các ống dàn đặt xung quanh buồng lửa để sinh hơi;
8-ống phestôn; 9-ống xuống; 10-ống góp dưới của dàn ống; 11-cấp một của bộ hâm
nước; 12-cấp hai của bộ hâm nước; 13-ống dẫn để đưa nước từ bộ hâm nước vào bao
hơi; 14-ống dẫn hơi bão hoà từ bao hơi tới bộ quá nhiệt; 15-cấp một của bộ quá nhiệt;
16-bộ giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt; 17-cấp hai của bộ quá nhiệt; 18-cấp
một của bộ sấy không khí; 19-cấp hai của bộ sấy không khí; 20-đường dẫn không khí
vào buồng lửa; 21-đường dẫn không khí nóng tới máy nghiền; 22-tường bảo ôn của lò;
23-buồng quặt để đổi chiều dòng khói; 24-phần đường khói đặt các bề mặt đốt đối lưu;
25-giếng thải xỉ; 27-hút không khí nóng từ đỉnh lò; 28-quạt gió; 29-khử bụi; 30-quạt
khói; 31-ống khói.
2.6. Nguyên tắc làm việc của lò hơi
Không khí nóng cùng bột than phun vào buồng lửa qua vòi phun 5 và cháy,
truyền nhiệt lượng cho các dàn ống bố trí xung quanh buồng lửa. Nước trong ống được
đốt nóng, sôi và sinh hơi. Hỗn hợp hơi nước sinh ra được đưa lên bao hơi. Bao hơi dùng
để tách hơi ra khỏi nước. Phần nước chưa bốc hơi có trong bao hơi được đưa trở lại dàn
ống, qua các ống xuống bố trí ngoài tường lò, có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi
nước ở trong các dàn (vì không được hấp thu nhiệt) tạo nên độ chênh trọng lượng cột
nước. Do đó môi chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong một chu trình kín. Hơi ra
khỏi bao hơi được chuyển tới bộ phận quá nhiệt để tạo thành hơi quá nhiệt, có nhiệt độ
cao.
Khói thoát khỏi bộ phận quá nhiệt, nhiệt độ còn cao, do đó bố trí bộ phận hâm
nước và bộ phận sấy không khí để tận dụng nhiệt thừa của khói. Nhiệt độ khói thải ra
khỏi lò chỉ còn 120 k 180
0
C. Quạt khói để hút khói xả ra ngoài ống khói. Để tránh bụi

cho môi trường xung quanh, khói trước khi thải ra được qua bộ phận tách bụi.
3 - NHIÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU
Nhiên liệu sử dụng phổ biến hiện nay gồm:
Nhiên liệu rắn: than đá, than nâu, than bùn, gỗ, ...
Nhiên liệu lỏng: dầu thô, mazút, xăng, ...
Nhiên liệu khí: khí lò cao, khí lò cốc, khí ga, khí tự nhiên, ...
Than đá (than mỡ, than gầy, than ăngtraxít) chất bốc thay đổi từ 2 T 55%.
Than bùn là dạng ban đầu của thực vật chuyển hoá thành than đá, độ ẩm 30
T90%, độ tro 7 9 15%, chất bốc 70%. Năng suất toả nhiệt 8500 12000 KJ/Kg.
Than nâu là dạng tiếp theo của than bùn, độ ẩm 18 T 60%, độ tro 10 50%, chất
bốc 30 b 55%, năng suất toả nhiệt 12000 16000 KJ/Kg.
13
Gỗ là nhiên liệu hữu cơ trẻ nhất, thành phần gồm cácbon chiếm 50%, Hyđrô
khoảng 6%, ôxy khoảng 43%, Nitơ khoảng 0,5 k 1%, độ tro 0,5 2%, chất bốc 85%, độ
ẩm thay đổi trong phạm vi rộng.
Dầu mazút có thành phần cácbon 80 D 85%, hyđrô từ 8 10%, nhiệt trị khoảng
39000 3 40000 KJ/Kg. Dầu là nhiên liệu dễ bắt lửa, dễ cháy, nhiệt trị cao, ít tro (0,1%).
Khí đốt gồm khí thiên nhiên và khí ga (nhân tạo). Khí thiên nhiên chủ yếu là khí
mêtan (CH
4
), nhiệt trị khoảng 35000 KJ/m
3
tiêu chuẩn. Khí ga gồm khí lò cốc, khí lò
cao, khí lò ga.
3.1. Thành phần của nhiên liệu
Trong nhiên liệu nói chung bao gồm các chất: cácbon, Hyđrô, lưu huỳnh, ôxy,
tro và ẩm.
Cácbon là thành phần cháy chủ yếu trong nhiên liệu. Nhiệt trị của cácbon
khoảng 34150 KJ/Kg. Lượng cácbon trong nhiên liệu càng cao thì nhiệt trị của nó cũng
càng cao.

Hyđrô là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu. Nhiệt trị khoảng 144500
KJ/Kg. Lượng hyđrô trong nhiên liệu rất ít.
Lưu huỳnh là thành phần cháy trong nhiên liệu. Trong than lưu huỳnh tồn tại
dưới ba dạng: Dạng liên kết hữu cơ, khoáng chất và dạng liên kết sunfat. Hai dạng đầu
có thể tham gia quá trình cháy. Dạng thứ ba (lưu huỳnh sunfat) không tham gia quá
trình cháy mà chuyển thành tro của nhiên liệu. Nhiệt trị của lưu huỳnh khoảng 1/3 nhiệt
trị của cácbon. Khi cháy, lưu huỳnh tạo thành khí SO
2
hoặc SO
3
. Khí SO
3
gặp hơi nước
tạo thành axít H2SO4. Khí SO2 thải ra ngoài là khí độc, do đó lưu huỳnh là thành phần
có hại của nhiên liệu. Bảng 1.2 là bảng thành phần của một số loại nhiên liệu.
3.2. Sự cháy của nhiên liệu
Cháy là phản ứng hoá học giữa các thành phần cháy được có trong nhiênliệu với
ôxy chứa trong không khí. Trước khi bắt đầu cháy, nhiên liệu phải đạt tới nhiệt độ bắt
lửa: than đá là 400 l 500
0
C, than nâu là 250 C 450
0
C, gỗ 300
0
C, than bùn 225
0
C, than
cốc 700
0
C, khí ga 700 C 800

0
C, khí lò cao 700 C 800
0
C, dầu mỏ 580
0
C, hyđrô khoảng
600
0
C.
Khi nhiên liệu cháy hoàn toàn, hyđrô tự do kết hợp trực tiếp với cácbon cho ta
hyđrôcácbua nhẹ (CH
2
) hoặc nặng (C
2
H
4
). Hai khí này dễ dàng bắt lửa và cháy với ôxy
của khí cháy cho ta khí CO
2
và hơi nước.
Khi nhiên liệu cháy không hoàn toàn, khí chưa cháy và khí xả từ lò hơi là
ôxítcácbon (CO) và hyđrôcácbua. Nghiên cứu khí xả cho phép đánh giá chất lượng của
sự cháy. Muốn cháy hoàn toàn, cần phải cung cấp một lượng không khí lớn, có nghĩa là
ôxy. Hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu rất khó hoàn hảo, vì thế cần phải cấp thừa
14
một lượng không khí cao hơn lý thuyết. Người ta gọi là độ thừa không khí. Một độ thừa
không khí quá lớn, lại là điều bất lợi, vì nó làm giảm nhiệt độ của lò.
Khi tính nhiệt cần phải xác định thể tích lượng không khí lý thuyết cần cho qúa
trình cháy, thành phần và số lượng sản phẩm cháy. Những số liệu này có thể xác định
nhờ các phương trình phản ứng hoá học ( ứng với 1 kg nhiên liệu rắn , lỏng hoặc 1Nm

3
nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn).
Phương trình cháy hoàn toàn C:
C + O2 = CO2
1mol C + 1 mol O2 = 1 mol CO2
12kg C + 32kg O
2
= 44kg CO
2
(1)
1 kg C + 2,67kg O
2
= 3,67kg CO
2
Như thế, để đốt cháy hoàn toàn 1 kg C cần 2,67kg O
2
và tạo thành 3,67kg CO
2
.
15
Nhiên li ệ u C
H
2
O
2
+
B ả ng 1.2. Thành ph ầ n
nhiên li ệ u r ắ n.
S H
2

O S
Nă ng su ấ t
toả A
1
G
1
G
2
G
3
= G
1
K
max
N 2 (1)
nhi ệ t thấ p
Kcal/Kg (2)
(2) (2) (2) + G 2 (2)
Than
Westphalie
Than Sarre
79 4,5 7 1 2,5 6 7500 8,13 7,93
74 4,5
10 1
3,5 7 700 7,58
0,54 8,47 18,6
7,4 0,55 7,95
18,65
Than Anh 75 4,5 8 1 5,5 6 7100 7,73 7,54 0,57 8,11 18,5
Bánh than

Westphalie
Than c ố c 84
8,2 4,2 3,7 1,2 1,7 7,2 7750 8,44 8,23
0,8 3,4 1
1,8
9 7000 7,72 7,7
0,49 8,72 18,6
0,11 7,81
20,35
Than nâu thô
Bas-Rhin
Than nâu thô
Bohème
Than bùn nén
23,06 1,87 12,07 1 59,28 2,72
37,05 2,88 4,86 1 42,31 6,9
44 4,5 25
0,5 20
6
1940
3275
3800
2,24 2,16 0,45 3,11 20,00
3,83 3,74 0,85 4,59 18,5
4,38 4,3 0,75
5,05 19,7
G ỗ khô 40 4,5 37 0,5 16 1,5 3500 3,6 3,61 0,7 4,31 20,7
D ầ u ρ = 0,87
Hắ c ín ρ =
1,05

83,5 14 2,5 0,5 16 1,5 10000 11,17
89 7 2,8 0,2 0,2 0,1 8875 9,8 9,46 0,79 10,25 17,50
10,41 1,57 11,98 15,00
Ch ỉ dẫ n: (1) – Ch ấ p nh ậ n N
2
= 1%; (2) – Tr ườ
ng h ợ p t ừ 0
0
C và 1,012 bar, ngh ĩa là b ằ ng (Nm
3
); A
1
– L ượ ng
không khí c ầ n thi ế t ( b ằ ng
N.m
3
/Kg nhiên li ệ u); G
1
– L ượ ng
không khí khô lý thuy ế t ( b ằ ng N.m
3
/Kg
nhiên li ệ u); G
2
– L ượ ng h ơ i
n ướ c ( b ằ ng N.m
3
/Kg nhiên li ệ u);
G
3

– L ượ ng khí lý thuy ế t ( b ằ ng
N.m
3
/Kg nhiên li ệ u); K
max
– Hàm l ượ ng khí
CO
2
lý thuy ế t ( b ằ ng N.m
3
/Kg nhiên li ệ u); N - Điề u ki ệ n tiêu
chu ẩ n; Khi g ọ i u – h ệ s ố th ừ a không khí thì: L ượ
ng không khí th ự c là: A = u.A
1
(Nm
3
); L ượ ng khí th ự c : G =
G
3
+ A – A
1
(Nm
3
)
K
K – Hàm l ượ ng th ự c củ a khí CO
2
. H ệ s ố th ừ a
không khí
u =max

K
16
Bảng 1.3
Năng suất
Nhiên liệu
Khí ga của
than nâu thô
H
2
CH
4
C
2
H
4
CO H
2
O N
2
CO
2
O
2
toả nhiệt
thấp
Kcal/N.m
3
- Trích tự
nhiên
- Vòi thổi

Của bánh
than nâu
10
15
2
2
0,5
0,5
22
24
2
2
57
51
8,3 0,2
7,3 0,2
1170
1355
- Trích tự
nhiên
10 2,5
0,5
27
2
55 4,8 0,2 1360
- Vòi thổi
Của than đá
15 2,5 0,6 31
3
47 3,7 0,2 1600

- Trích tự
nhiên
8 1,5 0,2 24
2
59 7,1 0,2 1093
- Thổi 12 2,0 0,2 28
2 53,6
4,0
0,2
1365
Khí lò cao
Khí lò cốc
3 3
55 32
3 27,5
2,3 7
5
1
54,5 10 1 85081150
1,5 10 1 3500 4500
Khí tự nhiên
K 88,9
8
8 8 8 1,3 1
9478
Nhận xét: Thành phần các chất này rất biến động, đặc biệt khí lò cao và khí ga. Khí tự
nhiên thành phần chính là mêtan (CH4).
Ta biết khối lượng riêng của ôxy ρo
2
= 1,428 kg/Nm

3
, của khí cácbônic là ρ =
1,964kg/Nm
3
. Thay vào phương trình trên (1) ta có:
1kgC + 1,866Nm
3
O2 = 1,866Nm
3
CO2
Phương trình cháy cácbon không hoàn toàn :
C +
1
O
2
= CO
2
Tương tự trên ta có 1kg C + 0,933 Nm
3
O
2
= 1,866Nm
3
CO
Phản ứng cháy của S và H2 như sau:
H
2
+
1
O

2
= H
2
O
2
1kg H
2
+ 5,6Nm
3
O
2
= 11,2Nm
3
H
2
O (2)
S + O
2
= SO
2
1kg S + 0,7Nm
3
O2 = 0,7Nm
3
SO2
Đối với nhiên liệu khí đơn vị đo lường là Nm
3
.
H
2

+
1
O
2
= H
2
O
2
22,4Nm
3
H
2
+ 11,2Nm
3
O2 = 22,4Nm
3
H
2
O
17
1Nm
3
H
2
+ 0,5Nm
3
O
2
= 1Nm
3

H
2
O
Đối với CO ta có :
CO +
1
O2 = CO2
2
1Nm
3
CO + 0,5Nm
3
O
2
= 1Nm
3
CO
2
Với lưu huỳnh
S + O
2
= SO
2
1Nm
3
S + 1Nm
3
O2 = 1Nm
3
SO2

Với mêtan (CH4)
CH
4
+ 2O
2
= CO
2
+ 2H
2
O
1Nm
3
CH
4
+ 2Nm
3
O
2
= 1Nm
3
CO
2
+ 2Nm
3
H
2
O
Với cácbuahyđrô
C
m

H
n
+

m
+


n  O
2
= mCO
2
+
4 
n
H
2
O
2

m
+
1Nm
3
C
m
H
n
+ 


n  Nm
3
O
2
= mNm
3
O
2
+
n
Nm
3
H
2
O
Với hyđrôsunfua

4 
2
H2S +
3
O2 = SO2 + H2O
2
1 Nm
3
H
2
S +
3
Nm

3
O
2
= 1Nm
3
SO
2
+ 1 Nm
3
H
2
O
2
3.3 Thể tích không khí lý thuyết cần cho quá trình cháy
Căn cứ vào các phương trình cháy trên, ta có thể xác định được lượng ôxy cần
thiết cho quá trình cháy:
V
O
=


0,93
⋅
C
lv
100
+ 0,7
⋅
S
lv

100
+ 5,6
⋅
H
lv
−
O
lv
l


Nm
3
/Kg
2

100 100 1,428 
Trong không khí, ôxy chiếm 21%, Nitơ chiếm 79%. Do đó thể tích không khí cần thiết
để đốt cháy 1Kg nhiên liệu (rắn, lỏng) là:
V
kk
1
= ⋅V
O
=

1  0,
933.
C
lv

+
0, 7
⋅
S
lv
+ 5, 6
⋅
H
lv
−
O
lv


Hoặc
21
2
0, 21 
100 100
100 100 1, 428 
V
kk
= [0,0889(C
lv
+
0,375 ⋅ S
lv
)
+
0,265 ⋅ H

lv
−
0,0333 ⋅O
lv
] Nm
3
/Kg.
Đối với nhiên liệu khí:
18

=

+ + + + ∑ 
m
+

−

V 0,0476 0,5CO 0,5H 2CH 1,5HS
n
C
m
H
O
Nm
3
/Kg
kk

2 4 2


n
2 

Thể tích sản phẩm cháy:
 4  
Trong khói của quá trình cháy nhiên liệu hầu như luôn có sản phẩm cháy hoàn
toàn và sản phẩm cháy không hoàn toàn. Để giảm bớt ảnh hưởng của cháy không hoàn
toàn, thường không khí được cung cấp với độ thừa nhất định. Người ta gọi α là hệ số
không khí thừa:
Nhiên liệu khí:
=α
79
1 − ⋅
O
2
1
− (0,5CO +
0,5H
2
+ 2CH
4
)
21 100 − RO
2 − O
2
V
t
− H
2

− CH
4
Nhiên liệu rắn: =α
0,79 V
t
kk > 1
V
kk
1
=α ⋅ kk =
0,79 V
kk
79
1 − ⋅
O
2
− 0,5CO
21 100 − RO
2
− O
2
− CO
Trong đó: V
kk
t – là thể tích không khí thực tế (Nm
3
/Kg) để đốt cháy 1Kg nhiên liệu.
Trong cháy lý thuyết (α = 1) trong sản phẩm cháy tồn tại CO
2
, SO

2
, N
2
và hơi
nước. Đối với khói khô ta có:
VKKhô = (Vco
2
+ Vso
2
+ VN
2
) Nm
3
/Kg.
Thường khi phân tích khói CO
2
và SO
2
thường được xác định chung, nên ký hiệu chúng
bằng RO
2
.
VRO2
= V
co
2
+ Vso
2
0,375 ⋅ S
lv

V
RO
2
= ⋅ +
1,866 C
lv
100
Nitơ không tham gia quá trình cháy, vì thế trong khói luôn tồn tại. Ta cần biết rằng nitơ
trong nhiên liệu khi cháy đã chuyển vào khói dưới dạng tự do, mặt khác nitơ lại có mặt
trong không khí đi vào lò hơi. Thể tích nitơ ứng với lượng không khí lý thuyết đưa vào
lv
bằng 0,79V
kk
và theo nhiên liệu là
N
⋅
1
ρ
, (
ρN2là khối lượng riêng của nitơ = 1,251
Kg/Nm
3
)
100
N
2
Thể tích lý thuyết của nitơ trong khói là:
19

 N

lv
1

V
N
= 
⋅
+ 0, 79V
kk
 Nm3
/kg
2
 100 1, 251
V =
+

N
2
0,008N
lv
0,79V
kk
Hàm lượng nitơ trong nhiên liệu rất nhỏ, có thể bỏ qua: vì vậy thể tích lý thuyết của nitơ
trong khói bằng V
N
2
= 0,79V
kk
. Thể tích khói khô lý thuyết:
V

KKh«
= 0,01866 (C
lv
+ 0,375S
lv
) + 0,79V
kk
Lượng hơi nước có trong khói gồm: do ôxy hoá hyđrô, do độ ẩm của nhiên liệu, độ ẩm
không khí, do hơi nước dùng để phun dầu mazút khi đốt nó . Vậy thể tích lý thuyết của
hơi nước là:
V
H O
=
0,112
H
lv
+
0,124W
lv
+
0, 0161V
KK
+
1,
24G
(Nm
3
)/kg;
2
Trong đó G là lưu lượng nước để phun mazút thành bụi (0,3 0,35 kg hơi nước /kg

mazút).
Đối với nhiên liệu khí, thể tích lý thuyết các sản phẩm cháy:
=
(CO + CO CH + H S + ∑ (C H
))
V
RO
0,01
2 4 2 m n
V
N
2
2
= 0,79V
kk
+ 0,01N
2

n

V
H
2
0
= 0,01
H
2
+
2CH
4

+ ∑
C H
m
n  +0,124d + 0,0161V
kk

2

Trong đó CO
2
, CO, CH
4
, H
2
S, C
m
H
n
, H
2
, N
2
tính theo phần trăm so với thể tích các khí
trong nhiên liệu; d độ ẩm của nhiên liệu khí (g/Nm
3
).
Thể tích hơi nước thực tế V
t
H O
2

= V
H O
2
+
0,
79
(α )
− ⋅1 V
kk
Thể tích khói thực tế:
V
t
H

O
t
2
= 0,112 H
lv
+ 0, 0124W
lv
+1, 24G +
0,0161αV
kk
«
V
V
k
= V
KKh

H O
Entalpi của không khí và sản phẩm cháy .
2
Entalpi của khói thực tế ứng với một 1kg hoặc 1Nm
3
nhiên liệu:
20
t = +
I
k
I
k
I + I
α
( α −1)
kk
H O+I
tro
(KJ/Kg hay KJ/Nm
3
)
2
Ở đây: I
kk
- entalpi không khí lý thuyết
I
kk
= V
kk
.C

kk
.t
I α - entalpi của phần hơi ẩm do không khí đưa vào
H O
2
I
tro
– Entalpi của tro:
Iα
H
O
2
= 0,0161( α −1)
⋅
V C
kk
H O
2
⋅ t
I
tro
a
b
A
lv
100
⋅C
tro
⋅t
Ở đây: A - Độ tro của nhiên liệu

ab - Tỉ lệ độ tro của nhiên liệu phân phối theo khói .
C tro - Tỉ nhiệt của tro ở nhiệt độ t. (Bảng 1.4)
Bảng 1.4. Entalpi của Nm
3
các khí và của 1kg tro.
Nhiệt độ ,
0
C
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200

2300
2400
2500
(C.t)
kk
,
kJ/m
3
tc
129,95
261,24
394,89
531,20
670,90
813,36
958,86
1090,56
1256,94
1408,70
1562,55
1718,16
1874,86
2032,52
2191,50
2351,68
2512,26
2674,26
2836,32
3000,00
3163,02

3327,50
3492,32
3658,08
3823,00
(C.t) co
2
,
kJ/ m
3
tc
170,03
357,46
558,81
771,88
994,35
1224,66
1431,07
1704,88
1952,28
2203,50
2458,39
2716,56
2976,74
3239,04
3503,10
3768,80
4035,31
4304,70
4573,98
4844,20

5115,39
5386,48
5658,46
5930,40
6202,75
(C.t) N2
,
kJ /m
3
tc
129,58
259,92
392,01
526,52
683,80
804,12
947,52
1093,60
1239,84
1391,70
1543,74
1697,16
1852,76
2028,72
2166,00
2324,48
2484,04
2643,66
2804,02
2965,00

3127,32
3289,22
3452,30
3615,36
3778,50
(C.t) H20,
kJ / m
3
tc
151,02
304,46
462,72
626,16
794,85
968,88
1148,84
1334,40
1526,13
1722,90
1925,11
2132,28
2343,64
2559,20
2779,05
3001,76
3229,32
3458,34
3690,57
3925,60
4163,04

4401,98
4643,47
4887,60
5132,00
(C.t) r ,
kJ/ kg
81,0
169,8
264
360
458
560
662,5
768
825
985
1092
1212
1360
1585
1758
1880
2065
2185
2385
2514
2640
2762
2
2

2
21