giÁo trÌnh lÒ hƠi -...

1

GIÁO TRÌNH

LÒ HƠI

2

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LÒ HƠI ........................................ 3

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY ...................................... 10

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NHIỆT VÀ HIỆU SUẤT LÒ HƠI .............................. 55

CHƯƠNG 4: BUỒNG LỬA LÒ HƠI VÀ THIẾT BỊ ĐỐT NHIÊN LIỆU ............ 65

CHƯƠNG 5: TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LÒ HƠI .............................................. 181

CHƯƠNG 6: QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG TRONG LÒ HƠI ............................... 198

CHƯƠNG 7: CHẾ ĐỘ NƯỚC CỦA LÒ HƠI ........................................................ 122

CHƯƠNG 8: BỘ QUÁ NHIỆT ............................................................................... 162

CHƯƠNG 9: BỘ HÂM NƯỚC VÀ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ ................................. 182

CHƯƠNG 10: KẾT CẤU XÂY DỰNG VÀ TRANG BỊ PHỤ .............................. 209

CHƯƠNG 11: KIM LOẠI CHẾ TẠO LÒ HƠI VÀ TÍNH SỨC BỀN CÁC CHI

TIẾT CỦA LÒ HƠI................................................................................................... 234

CHƯƠNG 12: VẬN HÀNH LÒ HƠI ...................................................................... 245

3

Ch−¬ng 1 NGUY£N Lý LµM VIÖC CñA Lß H¥I

1.1. Vai trß cña lß h¬i vµ ph©n lo¹i

1.1.1. Vai trß cña lß h¬i trong nÒn kinh tÕ Lß h¬i lµ thiÕt bÞ trong ®ã xÈy ra qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu, nhiÖt l−îng táa

ra tõ qu¸ tr×nh ch¸y sÏ truyÒn cho n−íc trong lß ®Ó biÕn n−íc thµnh h¬i. NghÜa lµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh biÕn ®æi ho¸ n¨ng cña nhiªn liÖu thµnh nhiÖt n¨ng cña dßng h¬i.

Lß h¬i lµ thiÕt bÞ cã mÆt gÇn nh− trong tÊt c¶ çc xÝ nghiÖp, nhµ m¸y. Trong çc nhµ m¸y c«ng nghiÖp nh− nhµ m¸y hãa chÊt, ®−êng, r−îu, bia, n−íc gi¶i kh¸t, thuèc l¸, dÖt, chÕ biÕn thùc phÈm . . . , h¬i n−íc phôc vô cho çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ nh− ®un nÊu, ch−ng cÊt çc dung dÞch, c« ®Æc vµ sÊy s¶n phÈm . . . H¬i ë ®©y th−êng lµ h¬i b·o hßa, cã ¸p suÊt h¬i t−¬ng øng víi nhiÖt ®é b·o hßa cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh c«ng nghÖ. Lo¹i lß h¬i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i c«ng nghiÖp, cã ¸p suÊt h¬i thÊp, s¶n l−îng nhá. Trong nhµ m¸y ®iÖn, lß h¬i s¶n xuÊt ra h¬i ®Ó lµm quay tuèc bin, phôc vô cho viÖc s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng, ®ßi hái ph¶i cã c«ng suÊt lín, h¬i lµ h¬i qu¸ nhiÖt cã ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao. Lo¹i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i ®Ó s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng.

Nhiªn liÖu ®èt trong lß h¬i cã thÓ lµ nhiªn liÖu r¾n nh− than, gç, b· mÝa, cã thÓ lµ nhiªn liÖu láng nh− dÇu nÆng (FO), dÇu diezen (DO) hoÆc nhiªn liÖu khÝ. 1.1.2. Ph©n lo¹i lß h¬i

Ta cã thÓ ph©n lo¹i lß h¬i theo nhiÒu çch: * Theo nhiÖm vô cña lß h¬i: Theo nhiÖm vô cña lß h¬i trong s¶n xuÊt ta cã: lß h¬i c«ng nghiÖp vµ lß h¬i s¶n

xuÊt ®iÖn n¨ng. Lß h¬i c«ng nghiÖp phôc vô cho çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ë çc nhµ m¸y s¶n

xuÊt c«ng nghiÖp (th−êng s¶n xuÊt h¬i b·o hoµ, ¸p suÊt h¬i kh«ng v−ît qu¸ 2,0Mpa, nhiÖt ®é t = 2500C). Lß h¬i phôc vô cho s¶n xuÊt ®iÖn s¶n xuÊt h¬i qu¸ nhiÖt, cã c«ng suÊt lín, ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é h¬i cao, th−êng lín h¬n 2,0Mpa vµ trªn 3500C.

+ Theo chÕ ®é ®ãt nhiªn liÖu trong buång löa ta cã: Lß ghi thñ c«ng; lß ghi nöa c¬ khÝ; lß ghi c¬ khÝ (ghi xich); lß phun nhiªn liÖu láng, lß phun nhiªn liÖu khÝ; lß phun bét than th¶i xØ kh« hay th¶i xØ láng; lß buång ®èt xo¸y; lß buång löa tÇng s«i.

+ Theo chÕ ®é tuÇn hoµn cña n−íc trong lß ta cã: Lß tuÇn hoµn tù nhiªn; lß tuÇn hoµn c−ìng bøc; lß trùc l−u.

Tuy nhiªn çch ph©n lo¹i nµy chØ thÓ hiÖn mét vµi ®Æc tÝnh nµo ®ã cña lß h¬i nªn thùc tÕ khi gäi tªn lß h¬i th−êng ng−êi ta kÕt hîp nhiÒu kiÓu ph©n lo¹i.

4

1.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña lß h¬i trong nhµ m¸y ®iÖn Trong çc lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn, h¬i ®−îc s¶n xuÊt ra lµ h¬i qu¸ nhiÖt. H¬i qu¸

nhiÖt nhËn ®−îc nhê çc qu¸ tr×nh: ®un nãng n−íc ®Õn s«i, s«i ®Ó biÕn n−íc thµnh h¬i b·o hßa vµ qu¸ nhiÖt h¬i ®Ó biÕn h¬i b·o hßa thµnh h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao trong çc bé phËn cña lß. C«ng suÊt nhiÖt cña lß h¬i phô thuéc vµo l−u l−îng, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt h¬i. Çc gi¸ trÞ nµy cµng cao th× c«ng suÊt lß h¬i cµng lín.

HiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a ngän löa vµ khãi víi m«i chÊt trong lß h¬i phô thuéc vµo tÝnh chÊt vËt lý cña s¶n phÈm ch¸y vµ cña m«i chÊt tham gia qu¸ tr×nh (n−íc hoÆc h¬i trong lß) vµ phô thuéc vµo h×nh d¸ng, ®Æc tÝnh cÊu t¹o cña çc phÇn tö lß h¬i.

Trªn h×nh 1.1 tr×nh bµy nguyªn lý cÊu t¹o cña lß h¬i buång löa phun tuÇn hoµn tù nhiªn hiÖn ®¹i trong nhµ m¸y ®iÖn.

H×nh 1.1. Nguyªn lý cÊu t¹o cña lß h¬i 1- buång ®èt; 2- dµn èng sinh h¬i; 3- vßi phun nhiªn liÖu + kh«ng khÝ;

4- èng n−íc xuèng; 5- bao h¬i; 6- èng dÉn h¬i trªn trÇn; 7- bé qu¸ nhiÖt h¬i; 8- bé qu¸ nhiÖt trung gian h¬i; 9- bé h©m n−íc;

10- kho¶ng trèng ®Ó vÖ sinh vµ s÷a ch÷a; 11- bé sÊy kh«ng khÝ;

Nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®−îc phun qua vßi phun sè 3 vµo buång löa sè 1, t¹o thµnh hçn hîp ch¸y vµ ®−îc ®èt ch¸y trong buång löa, nhiÖt ®é ngän löa cã thÓ ®¹t tíi

5

1.900 0C. NhiÖt l−îng táa ra khi nhiªn liÖu ch¸y trong buång löa truyÒn cho n−íc trong çc èng cña dµn èng sinh h¬i 2 lµm cho n−íc t¨ng dÇn nhiÖt ®é ®Õn s«i, trong èng sÏ lµ hçn hîp h¬i n−íc. Hçn hîp h¬i n−íc trong èng sinh h¬i 2 sÏ chuyÓn ®éng ®i lªn, tËp trung vµo bao h¬i sè 5. Trong bao h¬i sè 5, h¬i b·o hoµ sÏ t¸ch ra khái n−íc, n−íc tiÕp tôc ®i xuèng theo èng xuèng 4 ®Æt ngoµi t−êng lß. èng xuèng ®−îc nèi víi èng lªn b»ng èng gãp d−íi, nªn n−íc l¹i sang èng sinh h¬i sè 2 ®Ó tiÕp tôc nhËn nhiÖt. H¬i b·o hßa tõ bao h¬i sè 5 sÏ ®i theo çc çng dÉn h¬i 6 vµo çc èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt sè 7. ë bé qu¸ nhiÖt h¬i b·o hßa chuyÓn ®éng trong çc èng xo¾n sÏ nhËn nhiÖt tõ khãi nãng chuyÓn ®éng phÝa ngoµi èng ®Ó biÕn thµnh h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao h¬n vµ ®i vµo èng gãp ®Ó sang tua bin h¬i. ë s¬ ®å cã qu¸ nhiÖt trung gian, h¬i tõ tuèc bin vÒ bé qu¸ nhiÖt trung gian 8 ®Ó qu¸ nhiÖt l¹i råi l¹i quay trë l¹i tuèc bin;

ë ®©y, èng sinh h¬i sè 2 ®Æt phÝa trong t−êng lß nªn m«i chÊt trong èng nhËn nhiÖt vµ sinh h¬i liªn tôc do ®ã trong èng èng sinh h¬i 2 lµ hçn hîp h¬i vµ n−íc, cßn èng xuèng 4 ®Æt ngoµi t−êng lß nªn m«i chÊt trong èng 4 kh«ng nhËn nhiÖt do ®ã trong èng 4 lµ n−íc. Khèi l−îng riªng cña hçn hîp h¬i vµ n−íc trong èng 2 nhá h¬n khèi l−îng riªng cña n−íc trong èng xuèng 4 nªn hçn hîp trong èng 2 ®i lªn, cßn n−íc trong èng 4 ®i xuèng liªn tôc t¹o nªn qu¸ tr×nh tuÇn hoµn tù nhiªn, bëi vËy lß h¬i lo¹i nµy ®−îc gäi lµ lß h¬i tuÇn hoµn tù nhiªn.

Buång löa tr×nh bµy trªn h×nh 1.1 lµ buång löa phun, nhiªn liÖu ®−îc phun vµo vµ ch¸y l¬ löng trong buång löa. Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu xÈy ra trong buång løa vµ ®¹t ®Õn nhiÖt ®é rÊt cao, tõ 1300 0C ®Õn 1900 0C, chÝnh v× vËy hiÖu qu¶ trao ®æi nhiÖt bøc x¹ gi÷a ngän löa vµ dµn èng sinh h¬i rÊt cao vµ l−îng nhiÖt dµn èng sinh h¬i thu ®−îc tõ ngän löa chñ yÕu lµ do trao ®æi nhiÖt bøc x¹. §Ó hÊp thu cã hiÖu qu¶ nhiÖt l−îng bøc x¹ cña ngän löa ®ång thêi b¶o vÖ t−êng lß khái t¸c dông cña nhiÖt ®é cao vµ nh÷ng ¶nh h−ëng xÊu cña tro nãng ch¶y, ng−êi ta bè trÝ çc dµn èng sinh h¬i 2 xung quanh t−êng buång löa.

Khãi ra khái buång löa, tr−íc khi vµo bé qu¸ nhiÖt ®· ®i qua côm phecston, thùc chÊt côm feston chÝnh lµ d·y èng t−êng sau (®o¹n ®i qua cöa ra cña buång löa) ®−îc chia thµnh nhiÒu d·y (tõ 3 ®Õn 5 d·y) ®Ó khãi ®i qua dÔ dµng vµ gi¶m bët hiÖn t−îng mµi mßn mÆt ngoµi èng. ë ®©y khãi chuyÓn ®éng ngoµi èng truyÒn nhiÖt cho hçn hîp h¬i n−íc chuyÓn ®éng trong èng. Khãi ra khái bé qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cßn cao, ®Ó tËn dông phÇn nhiÖt thõa cña khãi khi ra khái bé qu¸ nhiÖt, ë phÇn sau nã ng−êi ta ®Æt thªm bé h©m n−íc 9 vµ bé sÊy kh«ng khÝ 11.

Bé h©m n−íc cã nhiÖm vô gia nhiÖt cho n−íc ®Ó n©ng nhiÖt ®é cña n−íc tõ nhiÖt ®é ra khái b×nh gia nhiÖt lªn ®Õn nhiÖt ®é s«i vµ cÊp vµo bao h¬i 5. §©y lµ giai ®o¹n ®Çu tiªn cña qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt cho n−íc ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh hãa h¬i ®¼ng ¸p n−íc trong lß. Sù cã mÆt cña bé h©m n−íc sÏ lµm gi¶m tæng diÖn tÝch bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i vµ sö dông triÖt ®Ó h¬n nhiÖt l−îng táa ra khi ch¸y nhiªn liÖu, lµm cho nhiÖt ®é khãi tho¸t khái lß gi¶m xuèng, lµm t¨ng hiÖu suÊt cña lß.

Kh«ng khÝ l¹nh tõ ngoµi trêi ®−îc qu¹t giã hót vµo vµ thæi qua bé sÊy kh«ng khÝ 11. ë bé sÊy, kh«ng khÝ nhËn nhiÖt cña khãi, nhiÖt ®é ®−îc n©ng tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng ®Õn nhiÖt ®é yªu cÇu vµ ®−îc ®−a vµo vßi phun sè 1 ®Ó cung cÊp cho qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu. Khãi sÏ ®−îc qu¹t khãi hót ra khái lß tr−íc khi ®i qua khö bôi ®Ó

6

th¶i ra ngoµi qua èng khãi. Nh− vËy bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®· hoµn tr¶ l¹i buång löa mét phÇn

nhiÖt ®¸ng lÏ bÞ th¶i ra ngoµi. ChÝnh v× vËy ng−êi ta cßn gäi bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ lµ bé tiÕt kiÖm nhiÖt.

Nh− vËy, tõ khi vµo bé h©m n−íc ®Õn khi ra khái bé qu¸ nhiÖt cña lß h¬i, m«i chÊt (n−íc vµ h¬i) tr¶i qua c¸c giai ®o¹n hÊp thô nhiÖt trong c¸c bé phËn sau: NhËn nhiÖt trong bé h©m n−íc ®Õn s«i, s«i trong dµn èng sinh h¬i, qu¸ nhiÖt trong bé qu¸ nhiÖt.

NhiÖt l−îng m«i chÊt hÊp thu ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh:

Qmc = [i''hn - i'hn ]+ [is - i''hn + rx] + [r(1-x) + (i''qn - i'qn)], (1-1a) Trong ®ã: Qmc lµ nhiÖt l−îng 1kg m«i chÊt nhËn ®−îc trong lß h¬i, kj/kg; i'hn, i''hn : Entanpi cña n−íc vµo vµ ra khái bé h©m n−íc, kj/kg; is, : Entanpi cña n−íc s«i trong bao h¬i, kj/kg; r : NhiÖt Èn hãa h¬i cña n−íc, kj/kg; x : ®é kh« cña h¬i ra khái bao h¬i, i'qn, i''qn : Entanpi h¬i vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt, kj/kg;

[i''hn - i'hn ] nhiÖt l−îng n−íc nhËn ®−îc trong bé h©m n−íc, kj/kg;

[is - i''hn + rx] nhiÖt l−îng n−íc vµ h¬i nhËn ®−îc trong dµn èng sinh h¬i, kj/kg;

[r(1-x) + (i''qn - i'qn)] nhiÖt l−îng h¬i nhËn ®−îc trong bé qu¸ nhiÖt, kj/kg; TØ lÖ nhiÖt l−îng hÊp thu ®−îc trong bé h©m n−¬c, dµn èng sinh h¬i, bé qu¸

nhiÖt phô thuéc vµo th«ng sè h¬i cña lß. ¸p suÊt cña h¬i cµng lín th× l−îng nhiÖt ®Ó bèc h¬i cµng nhá vµ l−îng nhiÖt ®Ó ®un n−íc ®Õn s«i cµng lín. Tõ ¸p suÊt t¬i h¹n trë lªn (22,3Mpa) th× l−îng nhiÖt ®Ó bèc h¬i b»ng kh«ng (r = 0), l−îng nhiÖt m«i chÊt hÊp thu ®−îc trong lß h¬i chØ ®Ó ®un n−íc ®Õn s«i vµ qu¸ nhiÖt h¬i. ChÝnh v× thÕ nªn lß cã ¸p suÊt trªn tíi h¹n chØ ¸p dông cho kiÓu lß trùc l−u (lß bao h¬i n−íc lu«n ë tr¹ng th¸i s«i).

BiÕn ®æi (1-1) ta ®−îc:

Qmc = [is + r] + (i''qn - i'qn)] - i'hn (1-1b) V× (is + r) lµ entanpi cña h¬i kh« ra khái bao h¬i còng chÝnh lµ entanpi i'qn cña

h¬i vµo bé qu¸ nhiÖt, do ®ã tõ (1-1b) ta cã nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó sinh h¬i 1kg n−íc lµ:

Qmc = i''qn - i'hn (1-1c)

7

1.3. Çc ®Æc tÝnh kü thuËt cña Lß h¬i §Ó x¸c ®Þnh mét lß h¬i, ng−êi ta th−êng dïng çc ®Æc tÝnh kü thuËt chÝnh cña lß

nh− sau: 1- Th«ng sè h¬i cña lß: §èi víi lß h¬i cña nhµ m¸y ®iÖn, h¬i s¶n xuÊt ra lµ qu¸ nhiÖt nªn th«ng h¬i cña

lß ®−îc biÓu thÞ b»ng ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt: Pqn (Mpa), tqn (0C). ¸p suÊt vµ

nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt ®−îc chän trªn c¬ së so s¸nh kinh tÕ kü thuËt cña chu tr×nh nhiÖt.

§èi víi lß h¬i c«ng nghiÖp trong çc nhµ m¸y c«ng nghiÖp, h¬i n−íc ë ®©y th−êng lµ h¬i b·o hßa, ¸p suÊt h¬i t−¬ng øng víi nhiÖt ®é b·o hßa cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, do ®ã th«ng sè cña lo¹i lß h¬i nµy lµ ¸p suÊt P (Mpa).

2- S¶n l−îng h¬i cña lß: S¶n l−îng h¬i cña lß lµ l−îng h¬i mµ lß s¶n xuÊt ra ®−îc trong mét ®¬n vÞ thêi

gian (kg/h hoÆc t/h hoÆc kg/s). Th−êng dïng 3 kh¸i niÖm s¶n l−îng. - S¶n l−îng h¬i ®Þnh møc (D®m): lµ s¶n l−îng h¬i lín nhÊt lß cã thÓ ®¹t ®−îc,

®¶m b¶o vËn hµnh trong thêi gian l©u dµi, æn ®Þnh víi çc th«ng sè h¬i ®· cho mµ kh«ng ph¸ hñy hoÆc g©y ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß.

- S¶n l−îng h¬i cùc ®¹i (Dmax): lµ s¶n l−îng h¬i lín nhÊt mµ lß cã thÓ ®¹t ®−îc, nh−ng chØ trong mét thêi gian ng¾n, nghÜa lµ lß kh«ng thÓ lµm viÖc l©u dµi víi s¶n l−îng h¬i cùc ®¹i ®−îc. S¶n l−îng h¬i cùc ®¹i b»ng:

Dmax = (1,1 - 1,2) D®m (1-2) - S¶n l−îng h¬i kinh tÕ lµ s¶n l−îng h¬i mµ ë ®ã lß lµm viÖc víi hiÖu qu¶ kinh tÕ

cao nhÊt. S¶n l−îng h¬i kinh tÕ b»ng: Dkt = (0,8 - 0,9) D®m (1-3) 3- HiÖu suÊt cña lß: HiÖu suÊt cña lß lµ tØ sè gi÷a l−îng nhiÖt mµ m«i chÊt hÊp thô ®−îc (hay cßn

gäi lµ l−îng nhiÖt cã Ých) víi l−îng nhiÖt cung cÊp vµo cho lß (sinh ra trong buång löa). HiÖu suÊt cña lß ký hiÖu b»ng η, ®−îc x¸c ®Þnh:

lvt

'hnqn

BQ)ii(D −

=η (1-4)

Trong ®ã: D lµ s¶n l−îng h¬i, (kg/h); iqn lµ entanpi cña h¬i qu¸ nhiÖt, (Kj/kg); i’hn lµ entanpi cña n−íc ®i vµo bé h©m nø¬c, (Kj/kg);

B lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao trong mét giê, (kg/h); Qt

lv: NhiÖt trÞ thÊp lµm viÖc cña nhiªn liÖu, (Kj/kg). 4- NhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa:

NhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa lµ l−îng nhiÖt sinh ra trong mét ®¬n vÞ thêi

8

gian trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch cña buång löa.

bl

lvt

v VBQ

q = , (W/m3) (1-5)

Trong ®ã: Vbl: ThÓ tÝch buång löa, (m3); B, (kg/s), §èi víi çc lß h¬i nhá, ng−êi ta cßn chó ý ®Õn çc ®Æc tÝnh sau ®©y 5- NhiÖt thÕ diÖn tÝch trªn ghi: NhiÖt thÕ diÖn tÝch trªn ghi lµ nhiÖt l−îng sinh ra trong mét ®¬n vÞ thêi gian

trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt cña ghi:

R

BQq

lvt

r = , (W/m2) (1-6)

R: diÖn tÝch mÆt ghi, (m2). 6- N¨ng suÊt bèc h¬i cña bÒ mÆt sinh h¬i: N¨ng suÊt bèc h¬i cña bÒ mÆt sinh h¬i lµ kh¶ n¨ng bèc h¬i cña mét ®¬n vÞ diÖn

tÝch bÒ mÆt ®èt (bÒ mÆt sinh h¬i) trong mét ®¬n vÞ thêi gian, ký hiÖu lµ S, th−êng dïng cho çc lß h¬i c«ng nghiÖp c«ng suÊt nhá.

HDS = , (kg/m2h) (1-7)

D: S¶n l−îng h¬i cña lß, (kg/h); H: diÖn tÝch bÒ mÆt sinh h¬i (bÒ mÆt ®èt), (m2).

10

Ch−¬ng 2 Nhiªn liÖu vµ qu¸ tr×nh ch¸y

2.1. Nhiªn liÖu 2.1.1. Kh¸i niÖm vÒ nhiªn liÖu Nhiªn liÖu lµ nh÷ng vËt chÊt khi ch¸y ph¸t ra ¸nh s¸ng vµ nhiÖt n¨ng. Trong c«ng nghiÖp th× nhiªn liÖu ph¶i ®¹t çc yªu cÇu: Cã s½n trong tù nhiªn víi tr÷ l−îng lín, dÔ khai th¸c, gi¸ thµnh rÎ, khi ch¸y kh«ng sinh ra çc chÊt g©y nguy hiÓm. Nhiªn liÖu cã thÓ ph©n thµnh hai nhãm chÝnh: nhiªn liÖu v« c¬ vµ nhiªn liÖu h÷u c¬. 2.1.1.1. Nhiªn liÖu h÷u c¬:

Nhiªn liÖu h÷u c¬ lµ nhiªn liÖu cã s½n trong thiªn nhiªn do qu¸ tr×nh ph©n hñy h÷u c¬ t¹o thµnh. Nhiªn liÖu h÷u c¬ th−êng dïng trong lß h¬i c«ng nghiÖp vµ n¨ng l−îng cã 3 lo¹i: + KhÝ thiªn nhiªn. + Nhiªn liÖu láng: dÇu nhÑ (Diezen DO), dÇu nÆng (dÇu ®en FO). + Nhiªn liÖu r¾n: theo tuæi h×nh thµnh nhiªn liÖu ta cã gç, than bïn, than n©u, than mì, than ®¸, nöa antraxit vµ antraxit (çm). 2.1.1.2. Nhiªn liÖu v« c¬: Nhiªn liÖu v« c¬ lµ nhiªn liÖu h¹t nh©n, ®−îc dïng trong çc lß h¬i cña nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö. Nã sinh nhiÖt do ph¶n øng ph©n hñy h¹t nh©n cña mét sè ®ång vÞ çc nguyªn tè nÆng nh−: ®ång vÞ cña uran U235 ; ®ång vÞ cña uran U238 t¹o ra pr«tn P238. Kh¶ n¨ng to¶ nhiÖt cña nhiªn liÖu h¹t nh©n rÊt l¬n, cã thÓ ®¹t 8.1010 kj/kg. Trong gi¸o tr×nh nµy chóng ta chØ nghiªn cøu nhiªn liÖu h÷u c¬. 2.1.2. Thµnh phÇn nhiªn liÖu

Nhiªn liÖu bao gåm nh÷ng chÊt cã kh¶ n¨ng bÞ oxy hãa gäi lµ chÊt ch¸y vµ nh÷ng chÊt kh«ng thÓ bÞ oxy hãa gäi lµ chÊt tr¬.

Nhiªn liÖu th−êng ®−îc ph©n tÝch theo thµnh phÇn çc chÊt t¹o nªn chóng. Thµnh phÇn cña mét chÊt nµo ®ã trong nhiªn liÖu lµ tû sè gi÷a khèi l−îng hoÆc thÓ tÝch cña chÊt ®ã víi tæng khèi l−îng hoÆc thÓ tÝch nhiªn liÖu ta ®ang kh¶o s¸t.

Thµnh phÇn cña tÊt c¶ çc lo¹i nhiªn liÖu bao gåm: Cacbon (C), Hy®ro (H2), L−u huúnh (S), Hy®r«carbua (CmHn), Nit¬ (N2), Oxy (O2), §é tro (A), §é Èm (W).

Tuú thuéc lo¹i nhiªn liÖu vµ tuæi h×nh thµnh mµ tû lÖ çc thµnh phÇn cña nhiªn liÖu sÏ kh¸c nhau.

11

2.1.2.1. Thµnh phÇn cña nhiªn liÖu khÝ: Nhiªn liÖu khÝ lµ hçn hîp cña çc khÝ ch¸y vµ kh«ng ch¸y. Thµnh phÇn chñ

yÕu cña nhiªn liÖu khÝ bao gåm: hydro H2, metan CH4, hydrocacbua CnHm, sunphua hydro H2S, oxyt cabon CO, l−u huúnh S, . . . . . Nhiªn liÖu khÝ cã nhiÒu −u ®iÓm mh−: dÔ v©n chuyÓn, dÔ ®èt, dÔ ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh ch¸y, gÇn nh− kh«ng cã tro nªn s¹ch, kh«ng mµi mßn, kh«ng b¸m bÈn. v . v . v .

KhÝ hay hçn hîp khÝ cã thÓ sö dông ®Ó ®èt víi møc ®é lín trong c«ng nghiÖp ®−îc gäi lµ khÝ ®èt (kh«ng kÓ çc khÝ ®Ó sinh nhiÖt cho nh÷ng môc ®Ých ®Æc biÖt nh− ®Ó hµn axetylenhydro,....). Tuú theo hµm l−îng t−¬ng ®èi cña çc thµnh phÇn khÝ mµ çc khÝ cã nhiÖt trÞ vµ nh÷ng tÝnh chÊt kh¸c nhau.

Hy®rocacbon lµ thµnh phÇn chñ yÕu cña khÝ dÇu, cã c«ng thøc tæng qu¸t lµ CnH2n+2, víi n lµ sè nguyªn tö cã trong m¹ch. Çc hydrocacbua nµy lµ lo¹i hydrocacbon no vµ tªn gäi tËn cïng b»ng -an: mªtan CH4, ªtan C2H6, Propan C3H8, butan C4H10, hexan C6H14, heptan C7H16,.. çc hydrocacbua parafin ë thÓ khÝ. * Çch biÓu thÞ thµnh phÇn nhiªn liÖu khÝ:

Thµnh phÇn nhiªn liÖu khÝ ®−îc x¸c ®Þnh theo phÇn tr¨m thÓ tÝch cña tõng chÊt khÝ thµnh phÇn, ë ®©y cã mÆt tÊt c¶ çc thµnh phÇn cña nhiªn liÖu:

[CO] + [H2] + [CmHn] + [CO2] + [N2] + [O2] = 100% (2-1) CÇn chó ý r»ng hµm l−îng h¬i n−íc trong khÝ ®èt kh«ng ®−îc ®−a ra d−íi d¹ng thµnh phÇn thÓ tÝch mµ ®−îc biÓu thÞ qua ®é Èm t−¬ng ®èi nh− ®èi víi kh«ng khÝ Èm, max./ hh pp=ϕ

2.1.2.2. Thµnh phÇn cña nhiªn liÖu láng Thµnh phÇn chñ yÕu cña dÇu lµ: Cacbon(C = 82-87%), Hy®ro (H2 = 11-14%).

Ngoµi ra cßn cã çc nguyªn tè kh¸c nh−: S = 1÷4% ; N2 = 0,001-1,8%; 02= 0,05-1,0%; vµ mét l−îng rÊt nhá tÝnh b»ng ppm çc nguyªn tè nh− halogen (clo, Iod), çc kim lo¹i (vanadi, Niken, Volfram, . . .).

* §Æc ®iÓm dÇu th« ViÖt Nam (®¹i diÖn lµ má B¹ch hæ, má ®¹i Hïng): DÇu th« ViÖt Nam thuéc lo¹i nhÑ võa ph¶i, cã tû träng kho¶ng 0,83 ÷ 0,85,

trong ®ã: dÇu ë má B¹ch hæ lµ 0,8319 (36,6 0API); ë má §¹i hïng lµ 0,8403 (36,9 0API), trong khi ®ã DÇu th« Angieri d = 0,830; Venªzuªla d = 0,948)

DÇu th« ViÖt nam lµ lo¹i dÇu s¹ch, chøa Ýt çc chÊt ®éc tè, rÊt Ýt l−u huúnh, nit¬ vµ kim lo¹i nÆng. 2.1.2.3. Thµnh phÇn cña nhiªn liÖu r¾n Trong nhiªn liÖu r¾n cã: Cacbon(C), Hy®ro (H), ¤xi (O), Nit¬ (N), L−u huúnh (S), ®é tro (A) vµ ®é Èm (W). Çc nguyªn tè hãa häc trong nhiªn liÖu ®Òu ë d¹ng liªn kÕt çc ph©n tö h÷u c¬ rÊt phøc t¹p nªn khã ch¸y. * Cacbon: Çc bon lµ thµnh phÇn ch¸y chñ yÕu trong nhiªn liÖu r¾n, cã thÓ chiÕm tíi 95% khèi l−îng nhiªn liÖu. Khi ch¸y 1kg çc bon táa ra mét nhiÖt l−îng kh¸ lín, kho¶ng 34150 KJ/Kg, gäi lµ nhiÖt trÞ cña çc bon, do vËy nhiªn liÖu cµng nhiÒu çc bon th× nhiÖt trÞ cµng cao. Tuæi h×nh thµnh than cµng cao th× l−îng çc bon

12

chøa ë than cµng nhiÒu nghÜa lµ nhiÖt trÞ cµng cao. * Hy®ro: Hy®ro lµ thµnh phÇn ch¸y quan träng cña nhiªn liÖu r¾n. Tuy l−îng hy®ro trong nhiªn liÖu rÊt it, tèi ®a chØ ®Õn 10% khèi l−îng nhiªn liÖu, nh−ng nhiÖt trÞ cña Hy®r« rÊt lín. Khi ch¸y, 1kg Hy®ro táa ra mét nhiÖt l−îng kho¶ng 144.500 KJ/Kg . * L−u huúnh: Tuy lµ mét thµnh phÇn ch¸y, nh−ng l−u huúnh lµ mét chÊt cã h¹i trong nhiªn liÖu v× khi ch¸y t¹o thµnh SO2 th¶i ra m«i tr−êng rÊt ®éc vµ SO3 g©y ¨n mßn kim lo¹i rÊt m¹nh, ®Æc biÖt SO2 t¸c dông víi n−íc t¹o thµnh axÝt H2SO4. §ång thêi sù cã mÆt cña çc chÊt nµy sÏ lµm t¨ng ®¸ng kÓ nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña khãi. VÝ dô khi ®èt dÇu víi hÖ sè kh«ng khÝ thõa 1,25, nÕu kh«ng cã l−u huúnh th× nhiÖt ®é ®äng s−¬ng kho¶ng 500C, nÕu cã 1% l−u huúnh th× nhiÖt ®é ®äng s−¬ng t¨ng lªn ®Õn kho¶ng 1300C sÏ lµm t¨ng nguy c¬ ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp bé sÊy kh«ng khÝ. Muèn tr¸nh nã th× buéc ph¶i t¨ng nhiÖt ®é khãi tho¸t, lµm t¨ng tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i vµ lµm gi¶m hiÖu suÊt lß. Tû lÖ l−u huúnh trong nhiªn liÖu r¾n kho¶ng 7-8%, trong nhiªn liÖu láng kho¶ng 1-3%, trong nhiªn liÖu khÝ gÇn nh− kh«ng cã l−u huúnh. L−u huúnh tån t¹i d−íi 3 d¹ng: liªn kÕt h÷u c¬ Shc, kho¸ng chÊt Sk vµ liªn kÕt Sunfat SSP.

S = Shc + Sk + Ssp L−u huúnh h÷u c¬ vµ kho¸ng chÊt cã thÓ tham gia qu¸ tr×nh ch¸y gäi lµ l−u

huúnh ch¸y, cßn l−u huúnh Sunfat th−êng n»m d−íi d¹ng CaSO4, MgSO4...kh«ng tham gia qu¸ tr×nh ch¸y mµ t¹o thµnh tro cña nhiªn liÖu. * Nit¬: Nit¬ lµ thµnh phÇn v« Ých trong nhiªn liÖu v× sù cã mÆt cña nã trong nhiªn liÖu sÏ lµm gi¶m çc thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, do ®ã lµm gi¶m nhiÖt trÞ chung cña nhiªn liÖu. Ë nhiÖt ®é thÊp h¬n 10000C th× nit¬ kh«ng tham gia ph¶n øng mµ gi¶i phãng ra ë d¹ng tù do, khi nhiÖt ®é trªn 10000C th× nit¬ ch¸y ®−îc t¹o thµnh oxynit¬ NOx g©y nguy h¹i cho m«i tr−êng. Trong nhiªn liÖu nit¬ chiÕm kho¶ng 0,5 ®Õn 2,5%. * ¤xi: Tuy lµ thµnh phÇn ch¸y, nh−ng cã rÊt nhiÒu trong kh«ng khÝ, nªn sù cã mÆt cña nã trong nhiªn liÖu sÏ lµm gi¶m çc thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, do ®ã lµm gi¶m nhiÖt trÞ chung cña nhiªn liÖu, do ®ã sù cã nÆt cña oxy trong nhiªn liÖu lµ kh«ng cÇn thiÕt. Nhiªn liÖu cµng non th× l−îng oxy cµng nhiÒu.

* Çch biÓu thÞ thµnh phÇn nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng: Trong thùc tÕ, ng−êi ta th−êng ph©n tÝch nhiªn liÖu theo thµnh phÇn khèi l−îng

ë çc d¹ng mÉu kh¸c nhau nh−: mÉu lµm viÖc, mÉu kh«, mÉu ch¸y, dùa vµo ®ã cã thÓ ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña çc qu¸ tr×nh khai th¸c, vËn chuyÓn vµ b¶o qu¶n ®Õn thµnh phÇn nhiªn liÖu.

B¶ng 2.3. B¶ng tÝnh ®æi çc mÉu nhiªn liÖu MÉu cÇn t×m Méu

®· biÕt Lµm viÖc Kh« Ch¸y H÷u c¬

Lµm viÖc

1 lv

100

100 W− lv lv

100

100 A W− − lv lv lvk

100

100 S A W− − −

13

Kh« lv100 W

100

−

1

k

100

100 A−

k kk

100

100 (S A )− +

Ch¸y lv lv100 A W

100

− −

k100 A

100

−

1 ck

100

100 S−

H÷u c¬ lv lv lvk100 A W S

100

− − −

k kk100 A S

100

− −

ck100 S

100

−

1

§èi víi nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng, thµnh phÇn nhiªn liÖu ®−îc x¸c ®Þnh theo

phÇn tr¨m khèi l−îng, cã thÓ biÓu thÞ theo çc lo¹i mÉu nhiªn liÖu sau: MÉu lµm viÖc: lµ mÉu ë tr¹ng th¸i thùc tÕ, lÊy t¹i b·i chøa nhiªn liÖu tr−íc khi

cÊp vµo lß, ë mÉu nµy cã mÆt tÊt c¶ çc thµnh phÇn cña nhiªn liÖu: Clv + Hlv

+ Sclv + Nlv + Olv + Alv + Wlv = 100% (2-2)

MÉu kh«: SÊy mÉu lµm viÖc ë nhiÖt ®é 105 0C, thµnh phÇn Èm sÏ t¸ch khái nhiªn liÖu (W= 0), khi ®ã ta cã mÉu nhiªn liÖu kh«: Ck + Hk

+ Sck + Nk + Ok + Ak = 100% (2-3)

MÉu ch¸y: lµ mÉu trong ®ã chØ cã mÆt çc thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu: Cch + Hch

+ Sc + Nch + Och = 100% (2-4)

MÉu h÷u c¬: lµ mÉu trong ®ã chØ cã mÆt çc thµnh phÇn h÷u c¬ cña nhiªn liÖu:

Cch + Hch + Sc

ch + Nch + Och = 100% (2-5) Cã thÓ tÝnh ®æi tõ mÉu nhiªn liÖu nµy sang mÉu kh¸c theo çc c«ng thøc tõ (2-3) ®Õn (2-5), ®−îc biÓu thÞ trªn b¶ng 2.3.

vÝ dô: Ck = Clv.lv

100

100 W− = Cch.

k100 A

100

− = Chc.k k

k100 A S

100

− −

2.1.3. §Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu

ViÖc lùa chän ph−¬ng ph¸p ®èt vµ sö dông nhiÖt l−îng gi¶i phãng tõ qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu phô thuéc nhiÒu vµo çc ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu. Trong c«ng nghiÖp, ng−êi ta coi çc ®Æc tÝnh sau ®©y lµ ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nhiªn liÖu: ®é Èm, chÊt bèc, cèc, tro vµ nhiÖt trÞ. 2.1.3.1. §é Èm: §é Èm ký hiÖu lµ W, lµ l−îng n−íc chøa trong nhiªn liÖu, v× l−îng n−íc nµy nªn nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu gi¶m xuèng. MÆt kh¸c khi nhiªn liÖu ch¸y cÇn cung cÊp mét nhiÖt l−îng ®Ó bèc Èm thµnh h¬i n−íc. §é Èm cña nhiªn liÖu ®−îc chia ra 2 lo¹i: §é Èm trong vµ ®é Èm ngoµi.

14

§é Èm trong cã s½n trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh nhiªn liÖu, th−êng ë d¹ng tinh thÓ ngËm n−íc vµ chØ t¸ch ra khái nhiªn liÖu khi nung nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é kho¶ng 8000C §é Èm ngoµi xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh khai th¸c, vËn chuyÓn vµ b¶o qu¶n nhiªn liÖu. §é Èm ngoµi t¸ch ra khái nhiªn liÖu khi sÊy ë nhiÖt ®é kho¶ng 1050C 2.1.3.2. ChÊt bèc vµ cèc:

Khi ®èt nãng nhiªn liÖu trong ®iÒu kiÖn kh«ng cã «xi ë nhiÖt ®é tõ 3000C trë lªn th× cã chÊt khÝ tho¸t ra do sù ph©n hñy nhiÖt çc liªn kÕt h÷u c¬ cña nhiªn liÖu. Nã lµ thµnh phÇn ch¸y ë thÓ khÝ gåm: hy®r«, cacbuahy®r«, cacbon, oxitcacbon, oxi vµ nit¬ . . . . ®−îc gäi lµ chÊt bèc, ký hiÖu lµ Vc. Nhiªn liÖu cµng giµ th× l−îng chÊt bèc cµng Ýt, nh−ng nhiÖt trÞ cña chÊt bèc cµng cao, l−îng chÊt bèc cña nhiªn liÖu thay ®æi trong ph¹m vi: than Anfratxit 2-8%, than ®¸ 10-45%, than bïn 70%, gç 80%. Nhiªn liÖu cµng nhiÒu chÊt bèc cµng dÔ ch¸y.

Sau khi chÊt bèc bèc ra, phÇn r¾n cßn l¹i cña nhiªn liÖu cã thÓ tham gia qu¸ tr×nh ch¸y gäi lµ cèc. Nhiªn liÖu cµng nhiÒu chÊt bèc th× cèc cµng xèp, nhiªn liÖu cµng cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao. Khi ®èt nhiªn liÖu Ýt chÊt bèc nh− than antraxit, cÇn thiÕt ph¶i duy tr× nhiÖt ®é ë vïng bèc ch¸y cao, ®ång thêi ph¶i t¨ng chiÒu dµi buång löa ®Ó ®¶m b¶o cho cèc ch¸y hÕt tr−íc khi ra khái buång löa. 2.1.3.3. §é tro: §é tro ký hiÖu lµ A, tro cña nhiªn liÖu lµ phÇn r¾n ë d¹ng chÊt kho¸ng cßn l¹i sau khi nhiªn liÖu ch¸y. Thµnh phÇn cña nã gåm mét sè hçn hîp kho¸ng nh− ®Êt sÐt, çt, pyrit s¾t, oxit s¾t, . . . Sù cã mÆt cña nã lµm gi¶m thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, do ®ã gi¶m nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu. Trong qóa tr×nh ch¸y, d−íi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao mét phÇn bÞ biÕn ®æi cÊu tróc, mét phÇn bÞ ph©n hñy nhiÖt, bÞ oxy hãa nh−ng chñ yÕu biÕn thµnh tro. §é tro cña mét sè lo¹i nhiªn liÖu trong kho¶ng: Than 15-30%, gç 0,5 ®Õn 1,0%, mazut 0,2 ®Õn 0,3%, khÝ 0%, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çch ®èt nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é 8500C víi nhiªn liÖu r¾n, ë 5000C víi nhiªn liÖu láng cho ®Õn khi khèi l−îng cßn l¹i hoµn toµn kh«ng thay ®æi. T¸c h¹i cña tro: sù cã mÆt cña tro trong nhiªn liÖu lµm gi¶m nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu, c¶n trë qu¸ tr×nh ch¸y. Khi bay theo khãi qua çc bÒ mÆt ®èt, tro sÏ mµi mßn çc bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i. Mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh quan träng cña tro ¶nh h−ëng ®Õn ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña lß lµ nhiÖt ®é nãng ch¶y cña tro. ë nhiÖt ®é nµy tro sÏ ch¶y láng nªn rÊt dÔ b¸m lªn v¸ch èng, ng¨n c¶n sù trao ®æi nhiÖt gi÷a khãi víi m«i chÊt trong èng vµ lµm t¨ng nhiÖt ®é v¸ch èng g©y nguy hiÓm cho èng. NhiÖt ®é nãng ch¶y cña tro trong kho¶ng tõ 12000C ®Õn 14250C. Tro cã nhiÖt ®é ch¶y cµng thÊp th× cµng cã nhiÒu kh¶ n¨ng t¹o xØ b¸m lªn çc bÒ mÆt èng cña lß.

15

H×nh 2.1. ®Æc tÝnh ch¶y cña tro.

1. b¾t ®Çu biÕn d¹ng; 2. b¾t ®Çu mÒm; 3. b¾t ®Çu ch¶y.

NhiÖt ®é nãng ch¶y cña tro ®−îc x¸c ®Þnh trong phßng thÝ nghiÖm b»ng çch nung mÉu tro ®−îc Ðp thµnh h×nh th¸p cao 20mm, cã ®¸y vu«ng mçi c¹nh ®¸y b»ng 7mm. NhiÖt ®é mµ th¸p b¾t ®Çu biÕn d¹ng gäi lµ nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng t1. Khi th¸p tro b¾t ®Çu mÒm gäi lµ nhiÖt ®é b¾t ®Çu mÒm t1. Khi th¸p tro b¾t ®Çu ch¶y biÕn thµnh láng gäi lµ nhiÖt ®é b¾t ®Çu ch¶y t3.

Khi nhiÖt ®é b¾t ®Çu ch¶y t3 < 12000C lµ tro dÔ ch¶y, 12000C < t3 < 142500C lµ tro cã ®é ch¶y trung b×nh,

t3 > 142500C lµ tro khã ch¶y.

2.1.3.4. NhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu. NhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu lµ l−îng nhiÖt to¶ ra khi ch¸y hoµn toµn 1kg nhiªn liÖu

r¾n hoÆc láng hay 1m3 tiªu chuÈn nhiªn liÖu khÝ (kj/kg, kj/m3tc).

Tuú thuéc vµo çch ®èt vµ lµm nguéi s¶n phÈm ch¸y, ng−êi ta ph©n biÖt nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu thµnh niÖt trÞ cao vµ nhiÖt trÞ thÊp. §Ó so s¸nh çc lo¹i nhiªn liÖu víi nhau, ng−êi ta th−êng dïng kh¸i niÖm nhiªn liÖu tiªu chuÈn, lµ nhiªn liÖu cã nhiÖt trÞ Qt = 7000 Kcal/kg (29330 Kj/kg).

*. NhiÖt trÞ thÊp Qtlv [kJ/kg hay kJ/m3]

NhiÖt trÞ thÊp lµ nhiÖt trÞ kh«ng kÓ ®Õn l−îng nhiÖt ng−ng tô h¬i n−íc trong s¶n phÈm ch¸y.

Trong çc buång löa thùc tÕ th«ng th−êng nhiÖt ®é cña khãi ra khái lß cao h¬n nhiÖt ®é ng−ng tô h¬i n−íc, v× kh«ng cho phÐp lµm nguéi s¶n phÈm ch¸y xuèng nhiÖt ®é thÊp h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ¨n mßn thiÕt bÞ ë nhiÖt ®é thÊp, tøc lµ trong çc thiÕt bÞ c«ng nghiÖp kh«ng cã qu¸ tr×nh ng−ng tô h¬i n−íc trong khãi. NghÜa lµ nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu khi ch¸y trong thiÕt bÞ thùc tÕ lµ nhiÖt trÞ thÊp.

*. NhiÖt trÞ cao Qclv [kJ/kg hay kJ/m3],

NhiÖt trÞ cao lµ nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu khi cã kÓ ®Õn l−îng nhiÖt to¶ ra do ng−ng tô h¬i n−íc trong s¶n phÈm ch¸y khi s¶n phÈm ch¸y ®−îc lµm nguéi tíi nhiÖt ®é gèc (hay cßn gäi lµ nhiÖt ®é c©n b»ng, lµ nhiÖt ®é m«i tr−êng th−êng lÊy b»ng 250C).

Th«ng th−êng trong s¶n phÈm ch¸y cã h¬i n−íc, nÕu h¬i n−íc ®ã ng−ng tô thµnh n−íc sÏ táa ra mét l−îng nhiÖt. Khi x¸c ®Þnh nhiÖt trÞ cao, ng−êi ta ®· tÝnh ®Õn nhiÖt l−îng ng−ng tô cña toµn bé l−îng h¬i n−íc cã nguån gèc tõ nhiªn liÖu cã trong s¶n phÈm ch¸y, v× ë nhiÖt ®é gèc, phÇn lín l−îng n−íc nµy ®· ng−ng tô.

NhiÖt trÞ cao ®−îc dïng khi tÝnh to¸n trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm. NhiÖt trÞ thÊp chØ kh¸c nhiÖt trÞ cao ë chç lµ khi x¸c ®Þnh nã, ng−êi ta kh«ng

tÝnh ®Õn nhiÖt ng−ng tô cña h¬i n−íc trong s¶n phÈm ch¸y, mÆc dï cã thÓ ®−îc lµm nguéi tíi nhiÖt ®é gèc nh−ng vÉn gi¶ thiÕt lµ trong s¶n phÈm ch¸y kh«ng x¶y ra qu¸ tr×nh ng−ng tô h¬i n−íc.

16

NÕu gäi l−îng n−íc ®−îc h×nh thµnh khi ch¸y mét ®¬n vÞ nhiªn liÖu lµ OH2m

vµ nhiÖt Èn ho¸ h¬i cña n−íc ë 250C lµ r = 2442,5 kJ/kg, th× quan hÖ gi÷a Qt vµ Qc cã d¹ng: Qc

lv = Qtlv + 2442,5. OH2

m ,kj/kg; (2-6a)

HoÆc: Qclv = Qt

lv + 2442,5.lv lvw H9

100 100⎛ ⎞

+⎜ ⎟⎝ ⎠

,kj/kg; (2-6b)

*. X¸c ®Þnh nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu

Cã thÓ x¸c ®Þnh nhiÖt trÞ theo hai çch: Thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n. Khi x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiªm, ng−êi ta ®o trùc tiÕp l−îng nhiÖt to¶ ra khi

ch¸y nhiªn liÖu bom nhiÖt l−îng kÕ (calorimet). H×nh 2.2 tr×nh bµy cÊu t¹o bom nhiÖt l−îng kÕ. Mét l−îng nhiªn liÖu x¸c ®Þnh hay mét dßng nhiªn liÖu cã l−u l−îng æn ®Þnh ®−îc ®èt ch¸y hoµn toµn b»ng O2 ë ¸p suÊt tõ 2,5 ®Õn 3,0Mpa trong b×nh b»ng thÐp gäi lµ “bom nhiÖt l−îng kÕ”. Bom ®−îc ®Æt trong thïng nhiÖt l−îng kÕ chøa ®Çy n−íc (ngËp bom). §Ó gi¶m kh¶ n¨ng to¶ nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh, thïng nhiÖt l−îng kÕ ®−îc ®Æt trong mét b×nh çch nhiÖt hai vá. S¶n phÈm ch¸y ®−îc lµm nguéi tíi nhiÖt ®é gèc nªn l−îng h¬i n−íc trong s¶n phÈm ch¸y còng ng−ng tô vµ to¶ nhiÖt. NhiÖt l−îng to¶ ra khi nhiªn liÖu ch¸y b»ng nhiÖt l−îng nung nãng thiÕt bÞ vµ n−íc trong ®ã. NÕu x¸c ®Þnh l−îng n−íc lµm m¸t vµ ®é chªnh nhiÖt ®é cña n−íc khi vµo vµ ra khái ¸o n−íc, ta dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt trÞ cao Qc. NhiÖt trÞ thÊp Qt ®−îc tÝnh theo (2-6a) khi ®o l−îng n−íc ng−ng tô tõ s¶n phÈm ch¸y hoÆc (2-6b) khi tÝnh theo thµnh phÇn nhiªn liÖu. Do nhiÖt trÞ cao kh«ng cã ý nghÜa trong çc thiÕt bÞ kü thuËt nªn ®Ó ®¬n gi¶n, trong gi¸o tr×nh nµy ta nãi nhiÖt trÞ nghÜa lµ nhiÖt trÞ thÊp. Chóng ta biÕt qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu lµ ch¸y çc thµnh phÇn cã thÓ ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, nghÜa lµ nhiÖt l−îng to¶ ra sÏ phô thuéc vµo nhiÖt trÞ nhiªn liÖu. Hay nãi çch kh¸c, nhiÖt trÞ nhiªn liÖu phô thuéc vµo nhiÖt trÞ vµ tû lÖ thµnh phÇn çc chÊt cÊu thµnh nhiªn liÖu. Bëi vËy trong tr−êng hîp kh«ng cã ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm çc lo¹i nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu, cã thÓ sö dông çc c«ng thøc kinh nghiÖm sau ®©y ®Ó tÝnh to¸n: + Nhiªn liÖu r¾n vµ láng, [kJ/kg] QC = 418,6.[81,3C + 297H + 15N + 45,6S - 23,5.O], (2-7a) Qt = 418,6.[81,3C + 243H + 15N + 45,6S - 23,5.O – 6W], (2-7b)

+ Nhiªn liÖu khÝ, [kJ/m3] QC = 418,6.{30,2[CO] + 30,5[H2] + 95[CH4] + 166[C2H6] + 237[C3H8] + + 307[C4H10] + 377[C5H12] + 150[C2H4] + 220[C3H6] + + 290[C4H8] + 360[C5H10] + 350[C6H6] + 61[H2S]}, (2-8a) Qt = 418,6.{30,2[CO] + 25,8[H2] + 85,5[CH4] + 155[C2H6] + 218[C3H8] +

+ 283[C4H10] + 349[C5H12] + 141[C2H4] + 205[C3H6] + + 271[C4H8] + 337[C5H10] + 335[C6H6] + 56[H2S]}. (2-8b) 2.1.4.Çc lo¹i nhiªn liÖu th−êng dïng trong lß h¬i

17

2.1.4.1.Nhiªn liÖu khÝ Cã thÓ ph©n lo¹i nhiªn liÖu khÝ theo nh÷ng çch kh¸c nhau: theo nguån gèc,

theo nhiÖt trÞ, theo môc ®Ých sö dông.... Thùc tÕ trong lß h¬i th−êng sö dông khÝ thiªn nhiªn, khÝ dÇu má.

a) KhÝ thiªn nhiªn: KhÝ thiªn nhiªn t¹o thµnh tõng má ë trong lßng ®Êt, thµnh phÇn chñ yÕu cña khÝ thiªn nhiªn lµ khÝ metan CH4 (93 ÷99%), cßn l¹i lµ çc khÝ kh¸c nh− etan (C2H6), propan (C3H8), butan (C4H10); Qt = 35- 45 MJ/m3.

b) KhÝ dÇu má: Gåm khÝ ®ång hµn vµ khÝ ng−ng tô: * KhÝ ®ång hµnh cßn gäi lµ khÝ läc dÇu: lµ khÝ lÉn trong dÇu má, ®−îc h×nh

thµnh cïng víi dÇu, thµnh phÇn chñ yÕu lµ çc khÝ nÆng nh−: propan (C3H8), butan (C4H10), Pentan(C5H12) . . . . cßn ®−îc gäi lµ khÝ dÇu má.

* KhÝ ng−ng tô (condensate): thùc chÊt lµ d¹ng trung gian gi÷a dÇu má vµ khÝ (phÇn cuèi cña khÝ vµ phÇn ®Çu cña dÇu), bao gåm çc hydrocacbon nh− propan, butan vµ mét sè hydrocacbon láng kh¸c nh− pentan, hexam, thËm chÝ hydrocacbon naphtenic vµ aromic ®¬n gi¶n . ë ®iÒu kiÖn th−êng khÝ ng−ng tô ë d¹ng láng. KhÝ ng−ng tô lµ nguyªn liÖu quý ®Ó s¶n xuÊt LPG vµ sö dông trong tæng hîp hãa dÇu. Khi hãa láng thÓ tÝch cña çc hydrocacbon gi¶m, vÝ dô 1 lÝt propan láng cho 270 lÝt h¬i ë 1 at, 1 lÝt butan láng cho 238 lÝt h¬i ë 1 at.

2.1.4.2. Nhiªn liÖu láng

DÇu cã thÓ khai th¸c tõ 3 nguån sau ®©y: DÇu kho¸ng chÊt (chÕ biÕn tõ nguyªn liÖu dÇu má); DÇu tæng hîp (chÕ biÕn tõ than ®¸ hoÆc than n©u); DÇu ®¸ (khai th¸c tõ çc vØa ®¸ dÇu).

DÇu th−êng dïng ®Ó ®èt trong lß h¬i thuéc nhãm dÇu kho¸ng. DÇu kho¸ng ®−îc chia thµnh 5 lo¹i: dÇu ®Æc biÖt nhÑ (EL), cßn gäi lµ dÇu DO; dÇu nhÑ (L); dÇu nhÑ trung b×nh (M); dÇu nÆng (S) vµ dÇu ®Æc biÖt nÆng (ES).

Th−êng dïng ®Ó ®èt trong lß h¬i lµ 2 lo¹i: dÇu ®Æc biÖt nhÑ (EL), cßn gäi lµ dÇu DO, cã khèi l−îng riªng nhá h¬n n−íc vµ dÇu nÆng (S) hay cßn gäi lµ dÇu FO, cã khèi l−îng riªng lín h¬n n−íc.

B¶ng 2.4 tr×nh bµy tÝnh chÊt cña hai lo¹i dÇu kho¸ng quan träng nhÊt. Çc gi¸ trÞ ë ®©y lµ yªu cÇu tèi thiÓu, trong thùc tÕ chóng th−êng cã tÝnh chÊt tèt h¬n. B¶ng 2.4. TÝnh chÊt cña hai lo¹i dÇu quan träng nhÊt.

TÝnh chÊt DÇu EL (DO) DÇu S (FO) Khèi l−îng riªng ë 150C [kg/m3] 860 ≈ 940 §iÓm löa [0C] 55 65 §é nhít ®éng häc, max [mm2/s] ë: 200C 6 - 500C - 450 1000C - 40 Hµm l−îng l−u huúnh, max [%] 0,8 2,8 Hµm l−îng n−íc, max [%] 0,1 0,5 ChÊt kh«ng hoµ tan, max [%] 0,05 0,5 NhiÖt trÞ thÊp Qt [Mj/kg] ≥ 41,868 ≥ 39,775 §é tro, max [%] 0,01 0,15

18

2.1.4.3. Çc lo¹i nhiªn liÖu r¾n

Theo tuæi h×nh thµnh tõ thÊp lªn cao ta cã çc lo¹i nhiªn liÖu r¾n theo thø tù sau: Gç, than bïn, than n©u, than ®¸, than nöa antraxit vµ antraxit.

Nhiªn liÖu cµng non th× cµng nhiÒu chÊt bèc, cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao, cµng dÔ ch¸y, cèc cµng xèp, nh−ng l−îng çcbon Ýt nªn nhiÖt trÞ thÊp.

Nhiªn liÖu cµng giµ (tuæi h×nh thµnh than cµng cao) th× l−îng chÊt bèc cµng Ýt, cµng khã ch¸y, nh−ng l−îng çc bon chøa ë than cµng nhiÒu nghÜa lµ nhiÖt trÞ cµng cao.

Khi ®èt nhiªn liÖu Ýt chÊt bèc nh− than antraxit, cÇn thiÕt ph¶i duy tr× nhiÖt ®é ë vïng bèc ch¸y cao, ®ång thêi ph¶i t¨ng chiÒu dµi buång löa ®Ó ®¶m b¶o cho cèc ch¸y hÕt tr−íc khi ra khái buång löa. * Gç vµ çc phô phÈm cña n«ng l©m s¶n: §©y lµ lo¹i nhiªn liÖu cã tuæi Ýt nhÊt. L−îng chÊt bèc cao, kho¶ng 80 ®Õn 85% nªn dÔ ch¸y. Thµnh phÇn kh¸ æn ®Þnh gåm: 50% Cc, 43% Oc, 6% Hc, kho¶ng 0,5 ®Õn 1% Nc . Trong gç gÇn nh− kh«ng cã S, ®é tro rÊt nhá, th−êng Ac chiÕm kho¶ng 0,5 ®Õn 2% cßn ®é Èm ®èi víi gç kh« kho¶ng 20-30%, ®èi víi gç t−¬i th× kho¶ng 50 ®Õn 60%. NhiÖt trÞ thÊp ®èi víi gç kh« kho¶ng 19.000kj/kg, ®èi víi gç t−¬i kh«ng qu¸ 12.000kj/kg. B· mÝa ®−îc ®èt trong nhµ m¸y ®−êng còng cã thµnh phÇn t−¬ng tù. * Than bïn: Than bïn cã ®é Èm rÊt cao, Wlv cã thÓ tíi 90%, ®é tro Alv kho¶ng 7-15%, lµ lo¹i nhiªn liÖu dÔ ch¸y v× chÊt bèc Vc tíi 70%, nh−ng nhiÖt trÞ kh«ng cao, th−êng Qt

lv kho¶ng tõ 8.500 ®Õn 12.000 kj/kg nªn Ýt ®−îc dïng trong c«ng nghiÖp. * Than n©u: Than n©u cã ®é Èm Wlv tõ kho¶ng 18 ®Õn 60%, ®é tro Alv kho¶ng 10-50%, chÊt bèc Vc kho¶ng 30 ®Õn 50%, còng lµ lo¹i nhiªn liÖu dÔ ch¸y nh−ng nhiÖt trÞ kh«ng cao v× l−îng carbon thÊp, th−êng Qt

lv kho¶ng tõ 8.500 ®Õn 12.000 kj/kg nªn Ýt ®−îc xÕp vµo lo¹i nhiªn liÖu ®Þa ph−¬ng. * Than ®¸: cã tuæi h×nh thµnh t−¬nh ®èi cao, l−îng carbon t−¬ng ®èi lín, ®é Èm thÊp, cßn l−îng chÊt bèc th× thay ®æi trong ph¹m vi réng tõ 9 ®Õn 50%, nhiÖt trÞ Qt

lv thay ®æi trong ph¹m vi tõ 33.000 ®Õn 38.000 kj/kg. Cã thÓ chia thµnh 4 lo¹i nh− sau: - Than cã l−îng chÊt bèc Vc trªn 42% víi ngän löa dµi vµ xanh; - Than khÝ (gas) cã l−îng chÊt bèc Vc tõ 35 ®Õn 42% dÔ ch¸y vµ ch¸y nhanh; - Than mì (luyÖn cèc) cã l−îng chÊt bèc Vc tõ 18 ®Õn 28% cã ngän löa ng¾n vµ s¸ng, th−êng dïng ®Ó luyÖn cèc; - Than gÇy cã l−îng chÊt bèc Vc d−íi 17%, cã ngän löa ng¾n vµ vµng; * Than Antraxit: lµ than cã tuæi h×nh thµnh cao nhÊt, nhiÒu carbon nhÊt Clv cã thÓ tíi 95% vµ chÊt bèc Ýt nhÊt Vc kho¶ng 7 ®Õn 8%. Tuy chøa l−îng carbon cao nh−ng l−îng hy®r« trong nã thÊp h¬n than trong ®¸ nªn nhiÖt trÞ thÊp h¬n than ®¸. V× l−îng chÊt bèc Ýt nªn nhiÖt ®é b¾t löa cao vµ khã ch¸y. Khi ch¸y cã ngän löa xanh vµ kh«ng khãi nªn gäi lµ than kh«ng khãi. Than cña ViÖt Nam chñ yÕu lµ lo¹i nµy.

19

2.2. C¬ së lý thuyÕt ch¸y 2.2.1. Çc kh¸i niÖm c¬ b¶n

2.2.1.1. Qu¸ tr×nh ch¸y

Qu¸ tr×nh ch¸y lµ qu¸ tr×nh ph¶n øng ho¸ häc xÈy ra m·nh liÖt, ph¸t ra ¸nh s¸ng vµ to¶ ra l−îng nhiÖt rÊt lín, ®ång thêi kÌm theo mét lo¹t çc biÕn hãa vËt chÊt kh¸c, ®ã lµ tæng hîp çc hiÖn t−îng cña qu¸ tr×nh gi¶i phãng n¨ng l−îng, truyÒn nhiÖt vµ chuyÓn hãa n¨ng l−îng. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh ch¸y tøc lµ nghiªn cøu b¶n chÊt çc hiÖn t−îng trªn, t×m ra ®−îc çc mèi liªn hÖ vµ çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn nã, mµ trung t©m lµ nghiªn cøu qu¸ tr×nh ®éng häc cña ph¶n øng ch¸y.

Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu lµ qu¸ tr×nh ph¶n øng hãa häc gi÷a çc nguyªn tè hãa häc cña nhiªn liÖu víi oxi vµ sinh ra nhiÖt, qu¸ tr×nh ch¸y cßn lµ qu¸ tr×nh oxi hãa. ChÊt oxi hãa chÝnh lµ oxi cña kh«ng khÝ cÊp vµo cho qu¸ tr×nh ch¸y, chÊt bÞ oxy hãa lµ çc nguyªn tè ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu. S¶n phÈm t¹o thµnh sau qu¸ tr×nh ch¸y gäi lµ s¶n phÈm ch¸y (khãi).

Qu¸ tr×nh ch¸y cã thÓ xÈy ra hoµn toµn hoÆc kh«ng hoµn toµn. Qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn: Qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn lµ qu¸ tr×nh ch¸y trong

®ã çc thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu ®Òu ®−îc oxi hãa hoµn toµn vµ s¶n phÈm ch¸y cña nã gåm çc khÝ CO2, SO2, H2O, N2, vµ O2.

Qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn: Qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn lµ qu¸ tr×nh ch¸y trong ®ã cßn nh÷ng chÊt cã thÓ ch¸y ®−îc ch−a ®−îc « xi hãa hoµn toµn. Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn, ngoµi nh÷ng s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn trong khãi cßn cã nh÷ng s¶n phÈm kh¸c: CO, H2, CH4. . . . Nguyªn nh©n cña qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn cã thÓ lµ do: - Kh«ng ®ñ kh«ng khÝ, - §ñ nh−ng ph©n bè kh«ng khÝ kh«ng ®Òu, - Thµnh phÇn ch−a ch¸y bÞ gi¶m nhiÖt ®é xuèng d−íi nhiÖt ®é b¾t löa. Trong çc thiÕt bÞ gia nhiÖt th× khi ch¸y kh«ng hoµn toµn sÏ l·m gi¶m n¨ng suÊt to¶ nhiÖt vµ do ®ã lµm gi¶m hiÖu suÊt thiÕt bÞ. 2.2.1.2. VËn tèc ph¶n øng ho¸ häc

VËn tèc ph¶n øng hãa häc lµ vËn tèc thay ®æi nång ®é cña çc vËt chÊt tham gia ph¶n øng:

τ

±=ddcv , mol/m3.s; (2-9)

C lµ nång ®é vËt chÊt tham gia ph¶n øng, mol/m3; VËn tèc ph¶n øng ho¸ häc lµ ®¹o hµm bËc nhÊt cña nång ®é theo thêi gian, v×

vËy lu«n lu«n d−¬ng. Nã mang dÊu (+) khi x¸c ®Þnh ph¶n øng theo biÕn thiªn nång ®é çc chÊt t¹o thµnh vµ dÊu (-) khi x¸c ®Þnh theo chÊt tham gia ph¶n øng.

20

2.2.1.3. §Þnh luËt khèi l−îng t¸c dông

Theo ®Þnh luËt khèi l−îng t¸c dông th× vËn tèc ph¶n øng tû lÖ víi tÝch s« nång ®é vËt chÊt tham gia ph¶n øng. VËn tèc ph¶n øng hãa häc ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm.

Thùc tÕ th× bÊt kú ph¶n øng nµo còng ®Òu xÈy ra hai chiÒu: ph¶n øng thuËn vµ ph¶n øng nghÞch. + Trong tr−êng hîp ®¬n gi¶n khi sè ph©n tö cña çc vËt chÊt tham gia ph¶n øng b»ng nhau, nghÜa lµ ph¶n øng cã d¹ng: DCBA +→+ th× vËn tèc ph¶n øng thuËn (chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i) sÏ lµ: v1 = k1.CA.CB , (2-10) Cßn vËn tèc ph¶n øng nghÞch (chiÒu tõ ph¶i sang tr¸i) sÏ lµ: v2 = k2.CC.CD , (2-11) trong ®ã CA, CB, CC, CD – nång ®é cña çc chÊt A, B , C , D; k1, k2 - h»ng sè vËn tèc ph¶n øng hãa häc. + NÕu çc vËt chÊt tham gia ph¶n øng cã sè mol kh¸c nhau nh− ph¶n øng: a.A + b.B → c.C + d.D, trong ®ã a, b, c, d lµ sè mol cña çc nguyªn tè A, B, C, D th× vËn tèc cña çc ph¶n øng thuËn vµ nghÞch sÏ lµ: v1 = k1

bB

aACC (2-12)

v2 = k2dD

cCCC (2-13)

2.2.1.4. C©n b»ng ho¸ häc vµ h»ng sè c©n b»ng ho¸ häc Khi ph¶n øng xÈy ra, nång ®é cña vËt chÊt ban ®Çu gi¶m dÇn nªn vËn tèc cña ph¶n øng thuËn sÏ gi¶m ®i liªn tôc. Trong khi ®ã nång ®é çc s¶n phÈm do ph¶n øng t¹o ra l¹i t¨ng dÇn lªn, do ®ã vËn tèc ph¶n øng nghÞch kh«ng ngõng t¨ng lªn. §Õn mét thêi ®iÓm nµo ®ã, v©n tèc ph¶n øng thuËn b»ng vËn tèc ph¶n øng nghÞch (v1 = v2) tøc lµ ph¶n øng ®· ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng hãa häc, nghÜa lµ: d

DcC2

bB

aA1 C.C.kC.C.k = (2-14)

Trong ®ã dD

cC

bB

aA C,C,C,C - nång ®é vËt chÊt A, B , C , D ë tr¹ng th¸i c©n b»ng.

Tõ ®ã ta suy ra h»ng sè c©n b»ng: a b

2 A BC c d

1 C D

k C Ckk C C

= = (2-15)

H»ng sè c©n b»ng ho¸ häc biÓu thÞ b»ng nång ®é vËt chÊt nªn cßn gäi lµ h»ng sè c©n b»ng nång ®é. Khi çc chÊt tham gia ph¶n øng ®Òu ë thÓ khÝ th× h»ng sè c©n b»ng cã thÓ ®−îc biÓu thÞ qua çc ¸p suÊt riªng phÇn cña çc chÊt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng.

Tõ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ta cã: pi = Ci.R.T, thay vµo (2-15) ta ®−îc:

a bA B

p c dC D

p pkp p

= (2-16)

21

kp gäi lµ h»ng sè can b»ng ¸p suÊt Gi÷a kC , kp cã quan hÖ víi nhau nh− sau: kC = kp (RT)∆n (2-17)

Trong ®ã: R - h»ng sè chÊt khÝ, kJ/mol ®é; T- nhiÖt ®é ph¶n øng, 0K;

∆n = (c+d) - (a+b) lµ hiÖu sè cña sè l−îng mol tr−íc vµ sau ph¶n øng. NÕu ph¶n øng tiÕn hµnh ë ®iÒu kiÖn thÓ tÝch kh«ng ®æi v = const (∆n = 0) th× kC = kp. H»ng sè c©n b»ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é ph¶n øng:

2d ln k Q ,dT RT

= (2-18)

Trong ®ã: Q- hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng ë tr¹ng th¸i ®¼ng tÝch (Qv) hay ®¼ng ¸p (Qp),

kJ/mol; Tõ ph−¬ng tr×nh (2-18) ta thÊy: trong ph¶n øng ph¸t nhiÖt (Q > 0) khi nhiÖt ®é t¨ng th× h»ng sè c©n b»ng sÏ t¨ng lªn, cßn trong ph¶n øng thu nhiÖt (Q < 0) th× ng−îc l¹i, khi nhiÖt ®é t¨ng th× h»ng sè c©n b»ng sÏ gi¶m xuèng.

Theo (2-15) th× h»ng sè c©n b»ng t¨ng lªn cã nghÜa lµ t¨ng nång ®é vËt chÊt ban ®Çu vµ gi¶m nång ®é s¶n phÈm sinh ra. Tõ ®ã ta cã thÓ suy ra: ë nhiÖt ®é thÊp cã thÓ tiÕn hµnh hoµn toµn ph¶n øng ph¸t nhiÖt, cßn ë nhiÖt ®é rÊt cao th× dÔ tiÕn hµnh hoµn toµn ph¶n øng thu nhiÖt. Trong ®a sè çc tr−êng hîp, nhiÖt ®é cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn vËn tèc ph¶n øng, cã thÓ lµ ¶nh h−ëng thuËn chiÒu, còng cã thÓ lµ ¶nh h−ëng ng−îc chiÒu víi chiÒu thay ®æi nhiÖt ®é. Tèc ®é ph¶n øng ho¸ häc trong qu¸ tr×nh ch¸y hÇu nh− ®Òu t¨ng khi t¨ng nhiÖt ®é, tøc thuéc lo¹i thø nhÊt. Trong ®ã ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn vËn tèc ph¶n øng chñ yÕu lµ ¶nh h−ëng ®Õn hÖ sè tèc ®é ph¶n øng k. Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é víi hÖ sè tèc ®é ph¶n øng k ®· ®−îc Arrhenius ®−a ra nh− sau: k = k0exp(-E/RT) (2-19) Trong ®ã: ®¬n vÞ cña k cã quan hÖ víi bËc ph¶n øng, k = v/Cn, v lµ v©n tèc ph¶n øng, mol/cm3.s; R lµ h»ng sè chÊt khÝ, J/kg.0K ; T lµ nhiÖt ®é ph¶n øng, 0K ; k0 lµ hÖ sè cã liªn quan tíi tÇn sè va ®Ëp cña çc ph©n tö. HÖ sè k0 cã liªn quan ®Õn nhiÖt ®é, nh−ng cã liªn quan rÊt Ýt so víi ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é tíi exp(-E/RT) BiÓu thøc (2-19) lµ biÓu thøc cña ®Þnh luËt Arrhenius. Nã kh«ng chØ thÝch øng víi çc ph¶n øng ®¬n gi¶n hoÆc mét b−íc cña ph¶n øng phøc t¹p mµ cßn thÝch øng víi c¶ nh÷ng p¶hn øng phøc t¹p cã bËc ph¶n øng vµ hÖ sè tèc ®é ph¶n øng ®· ®−îc x¸c ®Þnh. Víi çc ph¶n øng phøc t¹p tèc ®é ph¶n øng kh«ng tÝnh ®−îc theo c«ng thøc v = k.Ca

A. CbB

. . . do kh«ng cã bËc ph¶n øng th× hÖ sè tèc ®é ph¶n øng kh«ng x¸c ®Þnh ®−îc b»ng c«ng thøc cña ®Þnh luËt Arrhenius nµy. 2.2.1.6. N¨ng l−îng ho¹t ho¸

22

Theo thuyÕt ®éng häc ph©n tö th× nhiÖt ®é cµng t¨ng, çc ph©n tö vµ nguyªn tö chuyÓn ®éng cµng m¹nh, khi ®ã lùc va ch¹m gi÷a çc ph©n tö cµng m¹nh nªn cµng dÔ ph¸ vì çc liªn kÕt gi÷a chóng ®Ó t¹o nªn çc chÊt míi, nghÜa lµ çc ph¶n øng ho¸ häc gi÷a chóng cµng dÔ xÈy ra. Song kh«ng ph¶i bÊt kú mét sù va ch¹m nµo còng cã thÓ g©y nªn ph¶n øng hãa häc, mµ chØ lóc nµo sù va ch¹m ®ã ®ñ søc ph¸ vì liªn kÕt nguyªn tö míi cã thÓ t¹o ra ph¶n øng. N¨ng l−îng c©n thiÕt nhá nhÊt ®Ó g©y nªn ph¶n øng ®−îc gäi lµ n¨ng l−îng ho¹t ho¸ E cña ph¶n øng. Víi mét ph¶n øng cho tr−íc th× n¨ng l−îng ho¹t ho¸ E lµ mét trÞ sè cè ®Þnh. Tõ hai chÊt ban ®Çu A vµ B, ®Ó t¹o ra s¶n phÈm cuèi cïng C vµ D th× cÇn ph¶i t¹o ra mét chÊt trung gian AB. Çc chÊt A vµ B cã n¨ng l−îng ban ®Çu lµ 0

aZ + 0bZ

(møc n¨ng l−îng I, xem h×nh 2.3. n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng thuËn vµ nghÞch). Song ®Ó cho A vµ B cã thÓ ph¶n øng víi nhau ®−îc cÇn ph¶i cung cÊp cho chóng mét n¨ng l−îng 0

abZ (møc n¨ng l−îng I’) cao h¬n møc I ®Ó chóng t¹o thµnh

mét hîp chÊt AB ë tr¹ng th¸i trung gian kh«ng æn ®Þnh, sau ®ã biÕn thµnh çc s¶n phÈm C vµ D cã n¨ng l−îng 0

cZ + 0dZ (møc n¨ng l−îng II).

HiÖu sè gi÷a møc n¨ng l−îng I’ cña chÊt trung gian AB vµ møc n¨ng l−îng I cña çc chÊt A + B gäi lµ n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng thuËn E1 (lµ n¨ng l−îng mµ ph¶n øng thuËn ph¶i v−ît qua ®Ó tiÕn hµnh ph¶n øng). Lý luËn t−¬ng tù, ®Ó cho C vµ D t¸c dông ®−îc víi nhau t¹o thµnh A vµ B th× ph¶i cung cÊp cho nã mét n¨ng l−îng møc I’ cao h¬n møc II cña C+D ®Ó t¹o thµnh hîp chÊt AB sau ®ã biÕn thµnh A vµ B. HiÖu sè gi÷a møc n¨ng l−îng I’ cña hîp chÊt AB vµ møc n¨ng l−¬ng II cña çc chÊt C+D gäi lµ n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng nghÞch E2 (lµ n¨ng l−îng mµ ph¶n øng nghÞch ph¶i v−ît qua ®Ó tiÕn hµnh ph¶n øng).

HiÖu sè gi÷a n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng thuËn E1 víi n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng nghÞch E2 chÝnh lµ biÕn ®æi tæng n¨ng l−îng cña toµn hÖ thèng ë ®iÒu kiÖn ®¼ng tÝch ®−îc gäi lµ hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng.

Tõ tr¹ng th¸i ®Çu A, B biÕn thµnh tr¹ng th¸i cuèi C vµ D, néi n¨ng ®· biÕn thiªn mét l−îng lµ:

Q = U1 - U2 = ( 0aZ + 0

bZ ) - ( 0cZ + 0

dZ ), (2-20a)

Q = ( 0abZ - ( 0

cZ + 0dZ )) - ( 0

abZ -( 0aZ + 0

bZ )), (2-20b)

Q = E2 - E1 (2-20c) Tõ çc c«ng thøc trªn ta thÊy: khi tæng n¨ng l−îng cña çc chÊt ban ®Çu ( 0

aZ + 0bZ ) cao h¬n tæng n¨ng l−îng cña çc chÊt t¹o thµnh sau ph¶n øng ( 0

cZ + 0dZ ), cã

nghÜa lµ n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng thuËn E1 thÊp h¬n n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng nghÞch E2 th× ph¶n øng lµ sinh nhiÖt, cßn ng−îc l¹i lµ ph¶n øng thu nhiÖt.

23

ThËt vËy, Qu¸ tr×nh ph¶n øng thuËn lµ tõ tr¸i sang ph¶i, tõ møc n¨ng l−îng I chØ cã thÓ xÈy ra sau khi kh¾c phôc ®é c¶n trë E1 nhá h¬n sau ®ã ph¶n øng tù tiÕn hµnh dÉn hÖ thèng kh¶o s¸t ®Õn møc míi II thÊp h¬n vµ ®ång thêi gi¶i phãng mét l−îng nhiÖt t−¬ng øng b»ng Q = E1 - E2. Qu¸ tr×nh ph¶n øng nghÞch tõ ph¶i sang tr¸i chØ cã thÓ xÈy ra khi kh¾c phôc ®−îc c¶n trë E2 lín h¬n vµ sau ®ã ph¶n øng dÉn hÖ thèng ®Õn møc I, ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh ng−îc nµy cÇn tiªu hao mét n¨ng l−îng t−¬ng øng Q = E2 - E1. N¨ng l−îng ho¹t ho¸ ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së ®Þnh luËt khèi l−îng t¸c dông (Arrhenius) vµ ®−îc hiÓn thÞ qua h»ng sè vËn tèc ph¶n øng hãa häc:

RTE

0ekk−

= , (2-21)

Trong ®ã: k0 – H»ng sè ph¶n øng víi tæng sè lÇn va ch¹m cña ph©n tö; E – n¨ng l−îng ho¹t ho¸, kJ/mol; T- nhiÖt ®é ph¶n øng, 0K. R = 8,314KkJ/kmom®é ≈ 2[kcal/kmol 0K] - h»ng sè phæ biÕn cña chÊt khÝ,

§èi víi mét ph¶n øng ®· cho, nhiÖt ®é cµng cao th× k sÏ cµng lín. Bëi v× khi nhiÖt ®é cµng cao th× n¨ng l−îng cña çc ph©n tö cµng cao do ®ã sè l−îng çc ph©n tö ho¹t ®éng cµng nhiÒu nªn lµm t¨ng vËn tèc ph¶n øng. Khi gi¸ trÞ k0 nh− nhau th× ph¶n øng nµo cã n¨ng l−îng ho¹t ho¸ E cµng lín th× k cµng nhá, nghÜa lµ vËn tèc ph¶n øng cµng bÐ. Ng−îc l¹i E cµng nhá th× k cµng lín vµ ph¶n øng xÈy ra cµng nhanh.

Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ta thÊy, n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cµng bÐ th× l−îng nhiÖt chi

phÝ cho viÖc ph¸ vì çc liªn kÕt cò cµng bÐ, dÉn ®Õn vËn tèc ph¶n øng hãa häc t¨ng lªn vµ cµng phô thuéc nhiÒu vµo nhiÖt ®é.

N¨ng l−îng ho¹t ho¸ ®Æc tr−ng cho tÝnh chÊt ho¹t ho¸ cña çc chÊt cã kh¶ n¨ng tham gia ph¶n øng víi nhau. Cã thÓ coi n¨ng l−îng ho¹t ho¸ nh− mét c¶n trë n¨ng l−îng nµo ®ã mµ cÇn ph¶i kh¾c phôc ®Ó cã thÓ xÈy ra ph¶n øng.

V× ®¹i l−îng E ë mét møc ®é nµo ®ã ®Æc tr−ng cho tiªu thô n¨ng l−îng cÇn thiÕt ®Ó ph¸ vì çc liªn kÕt nguyªn tö trong çc ph©n tö ph¶n øng, ta cã thÓ cã ®−îc gi¸ trÞ cña n¨ng l−îng ho¹t ho¸ tõ viÖc kh¶o s¸t nh÷ng sè liÖu thùc nghiÖm.

LÊy logarit biÓu thøc (2-21) ta ®−îc:

.T1

REklnkln 0 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−= (2-22)

HÖ sè k0 tû lÖ víi sè lÇn va ch¹m vµ víi vËn tèc trung b×nh ω cña çc ph©n tö,

vËn tèc nµy theo thuyÕt ®éng häc çc chÊt khÝ th× tû lÖ víi T (v× ω2 ∼ T). Do vËy biÓu thøc ®èi víi k0 cã d¹ng sau: TCk 0 .= (2-23)

C lµ h»ng sè. 2.2.1.7. Ph¶n øng d©y chuyÒn Trong qu¸ tr×nh ch¸y, nhiÒu tr−êng hîp vËn tèc ph¶n øng x¶y ra kh¸c th−êng, rÊt m·nh liÖt hoÆc rÊt chËm so víi møc b×nh th−êng. Khi ®ã kh«ng thÓ gi¶i thÝch çc tr−êng hîp trªn mét çch cÆn kÏ b»ng ®Þnh luËt khèi l−îng t¸c dông vµ n¨ng l−îng

24

ho¹t ho¸ ®−îc, v× r»ng nh÷ng ph¶n øng ®ã cã thÓ võa xÈy ra trùc tiÕp tõ chÊt tham gia ph¶n øng ban ®Çu ®Õn s¶n phÈm cuèi cïng ngay hoÆc còng cã thÓ tiÕn hµnh qua ph¶n øng trung gian ®Ó t¹o thµnh s¶n phÈm trung gian cã møc n¨ng l−îng thÊp h¬n sau ®ã míi tiÕp tôc ph¶n øng ®Ó t¹o ra s¶n phÈm cuèi cïng víi møc n¨ng l−îng ho¹t ho¸ nhá h¬n, do vËy ph¶n øng xÈy ra dÔ dµng h¬n. S¶n phÈm trung gian ®−îc gäi lµ nh÷ng trung t©m ho¹t ®éng (gåm nguyªn tö tù do, nh÷ng gèc, nh÷ng vËt chÊt cã hãa trÞ...). S¶n phÈm trung gian dÔ dµng ph¶n øng víi çc ph©n tö b·o hßa hãa trÞ. Sau tõng giai ®o¹n ph¶n øng, ngoµi nh÷ng s¶n phÈm cuèi cïng cßn cã rÊt nhiÒu trung t©m ho¹t ®éng míi thay thÕ cho nh÷ng trung t©m ho¹t ®éng cò ®· mÊt ®i, do ®ã ph¶n øng x¶y ra liªn tôc. Ph¶n øng nh− vËy gäi lµ ph¶n øng d©y chuyÒn. Qu¸ tr×nh sinh ra çc trung t©m ho¹t ®éng gäi lµ qu¸ tr×nh t¹o d©y chuyÒn. Qu¸ tr×nh tiªu huû dÇn çc trung t©m ho¹t ®éng gäi lµ qu¸ tr×nh ®øt d©y chuyÒn.

Sau mét giai ®o¹n tiÕn hµnh ph¶n øng, ngoµi s¶n phÈm cuèi cïng cßn t¹o ra hai hay nhiÒu trung t©m ho¹t ®éng míi th× ph¶n øng ®ã ®−îc gäi lµ ph¶n øng d©y chuyÒn ph¸t triÓn, cßn ph¶n øng mµ sau mét giai ®o¹n tiÕn hµnh chØ t¹o ra s¶n phÈm cuèi cïng chØ mét trung t©m ho¹t ®éng míi mµ th«i th× gäi lµ ph¶n øng d©y chuyÒn kh«ng ph¸t triÓn. VËn tèc ph¶n øng d©y chuyÒn ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

)1e(fav

v 0 −ϕ

= ϕτ (2-24)

trong ®ã: v0 - lµ vËn tèc t¹o thµnh trung t©m ho¹t ®éng ban ®Çu (tøc sè l−îng trung t©m

ho¹t ®éng t¹o thµnh trong 1 gi©y); f - h»ng sè sinh d©y chuyÒn ph¸t triÓn; a - sè l−îng ph©n tö s¶n phÈm cuèi cïng; ϕ - h»ng sè sinh d©y chuyÒn thùc tÕ; ϕ = f - g, trong ®ã g lµ h»ng sè ®øt d©y

chuyÒn. TrÞ sè ϕ phô thuéc vµo ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau:

Tm e.p.eλ

−=ϕ (2-25)

trong ®ã e, m vµ λ - çc h»ng sè phô thuéc vµo çc ph¶n øng. Khi f >> g nghÜa lµ ϕ >> 0 th× c«ng thøc (2-24) ®−îc coi nh−:

ϕτ

ϕ= e

favv 0 (2-26)

Khi f = g nghÜa lµ ϕ = 0 th× hµm sè vËn tèc (2-24) tiÕn tíi mét trÞ sè tíi h¹n lµ: v = f.a.v0.τ. (2-27) Khi f << g th× v còng sÏ tiÕn tíi mét trÞ sè tíi h¹n:

V = ϕ

0v.a.f (2-28)

26

2.2.2. Qu¸ tr×nh bèc ch¸y vµ t¾t ngän löa Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu cã thÓ chia thµnh hai giai ®o¹n: giai ®o¹n bèc ch¸y vµ giai ®o¹n ch¸y m·nh liÖt. NhiÖt l−îng sinh ra trong qu¸ trinh ch¸y mét phÇn dïng ®Ó n©ng cao nhiÖt ®é vËt chÊt tham gia ph¶n øng, mét phÇn táa nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh. 2.2.2.1. Qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y

§Ó nghiªn cøu qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y, ta kh¶o s¸t hçn hîp nhiªn liÖu + kh«ng khÝ ®ùng trong b×nh kÝn. Gi¶ sö b×nh cã thÓ tÝch lµ V, nhiÖt ®é thµnh b×nh lµ T0. Thùc tÕ th× nhiÖt l−îng sinh ra srq sÏ to¶ ra m«i tr−êng mét phÇn qtn do ®ã qu¸ tr×nh b¾t löa

lµ tæng hîp cña sù sinh nhiÖt vµ to¶ nhiÖt. Theo c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña ViÖn sÜ Sªmi«nèp th× trong qu¸ tr×nh ch¸y, ë

giai ®o¹n ®Çu nhiÖt ®é thµnh b×nh T0 cßn thÊp, vËn tèc ph¶n øng cßn bÐ nªn l−îng nhiÖt do ph¶n øng sinh ra kh«ng ®¸ng kÓ, do ®ã l−îng nhiÖt to¶ ra m«i tr−êng xung quanh qua thµnh b×nh lín h¬n l−îng nhiÖt do ph¶n øng sinh ra, nghÜa lµ hçn hîp khÝ tù lµm l¹nh.

NÕu ta gia nhiÖt cho hçn hîp, nhiÖt ®é hçn hîp sÏ t¨ng dÇn, vËn tèc ph¶n øng còng t¨ng lªn do ®ã l−îng nhiÖt sinh ra còng t¨ng dÇn vµ l−îng nhiÖt do ph¶n øng sinh ra lín h¬n l−îng nhiÖt to¶ ra m«i tr−êng xung quanh qua thµnh b×nh, nghÜa lµ hçn hîp khÝ tù nung nãng. Sau mét kho¶ng thêi gian τ nhiÖt ®é hçn hîp t¨ng lªn ®Õn mét gi¸ trÞ nµo ®ã T1 > T0, th× xuÊt hiÖn ngän löa (τ ®−îc gäi lµ thêi gian c¶m øng), khi ®ã nhiÖt ®é, ¸p suÊt, nång ®é hçn hîp khÝ trong b×nh thay ®æi ®ét ngét.

Nh− vËy th× qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y chØ cã thÓ xÈy ra khi l−îng nhiÖt do ph¶n øng sinh ra lín h¬n l−îng nhiÖt to¶ ra m«i tr−êng xung quanh. NghÜa lµ cã thÓ coi: Sù gia t¨ng nhiÖt ®é cho hçn hîp khÝ lµ nguyªn nh©n g©y ra hiÖn t−îng tù bèc ch¸y.

2.2.2.2. NhiÖt ®é tù bèc ch¸y

NhiÖt l−îng to¶ ra m«i tr−êng lµ:

qtn = α (T - T0) F, Kw; (2-29) NhiÖt l−îng sinh ra trong toµn bé thÓ tÝch b×nh lµ: qsr = V.Q.v = V.Q.k0.C (2-30)

trong ®ã: v lµ vËn tèc ph¶n øng ho¸ häc ë trong b×nh, mol/m3.s; Q lµ hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng, chÝnh lµ nhiÖt l−îng sinh ra khi t¹o ra 1mol s¶n phÈm, (kj/mol); §iÒu kiÖn ®Ó hçn hîp tù bèc ch¸y lµ: l−îng nhiÖt sinh ra b»ng l−îng nhiÖt to¶

cho m«i tr−êng, nghÜa lµ: srq = qtn (2-31)

sr tndq dqdT dT

⎛ ⎞ ⎛ ⎞=⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

(2-32)

27

qtnq sr1 q sr2

q sr3q sr

qtn

T

32

qsrq tn

q tn1

q tn2

1

B

TBT0

B

TBT 03T 02T 01

2

1

q sr

qtn

T

Trong thêi gian c¶m øng τ còng cã mét sè ph©n tö tham gia ph¶n øng nh−ng sè l−îng rÊt nhá nªn cã thÓ coi v = const. Khi thêi gian ph¶n øng τ1 > τ th× qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y xÈy ra vµ vËn tèc ph¶n øng ®−îc tÝnh:

n E / RT0v k .C .e−= (2-33)

k0 lµ h»ng sè vËn tèc ph¶n øng khi T = :, C lµ nång ®é çc chÊt tham gia ph¶n øng, ®−îc tÝnh b»ng sè ph©n tö thùc cña çc chÊt tham gia ph¶n øng trong 1m3 thÓ tÝch b×nh, n lµ bËc ph¶n øng (ph¶n øng ®¬n ph©n tö cã n = 1; ph¶n øng ®a ph©n tö cã n = 2), E lµ n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng, T lµ nhiÖt ®é hçn hîp tham gia ph¶n øng. HoÆc cã thÓ viÕt:

qsr = n E / RT0VQk C e− = A RTEe /− (2-34)

A lµ hÖ sè phô thuéc vµo nång ®é ph©n tö chÊt ph¶n øng, ¸p suÊt vµ nhiÖt trÞ nhiªn liÖu. Çc ph−¬ng tr×nh (2-29) vµ (2-34) cho biÕt nhiÖt l−îng hçn hîp khÝ to¶ ra m«i

tr−êng qua thµnh b×nh cã quan hÖ tuyÕn tÝnh víi nhiÖt ®é hçn hîp, cßn nhiÖt l−îng sinh ra trong toµn bé thÓ tÝch b×nh qsr phô thuéc vµo nhiÖt ®é hçn hîp khÝ theo qui luËt hµm sè mò.

BiÓu diÔn 2 ph−¬ng tr×nh (2-29) vµ (2-34) trªn hÖ to¹ ®é q-T ta thÊy cã 2 tr−êng hîp cã thÓ xÈy ra: *. Thay ®æi ¸p suÊt khi nhiÖt ®é thµnh b×nh (m«i tr−êng) T0 kh«ng ®æi

H×nh 2.4. Quan hÖ Qsr = f(T) H×nh 2.5. Quan hÖ Qsr = f(T) vµ qtn = f(T) khi thay ®æi ¸p suÊt HH vµ qtn = f(T) khi thay ®æi nhiÖt ®é

p1 ⟩ p2 ⟩ p3 T01 ⟨ T0

2 ⟨ T03

Khi cho nhiÖt ®é thµnh b×nh T0 kh«ng thay ®æi ta ®−îc ®−êng th¼ng qtn =

f(T) c¾t trôc hoµnh t¹i ®iÓm T0. Cho ¸p suÊt thay ®æi (tøc a thay ®æi) ta ®−îc mét hä

28

®−êng cong qsr = f(T) øng víi çc gi¸ trÞ ¸p suÊt kh¸c nhau (H×nh 2.4). §−êng cong 1srq t−¬ng øng víi ¸p suÊt lín nhÊt (víi sè l−îng çc ph©n tö chÊt tham gia ph¶n øng

nhiÒu nhÊt a1), cßn ®−êng cong 3srq t−¬ng øng víi ¸p suÊt nhá nhÊt.

NÕu qu¸ tr×nh sinh nhiÖt xÈy ra theo ®−êng cong 3srq th× ban ®Çu l−îng nhiÖt

sinh ra lín h¬n l−îng nhiÖt to¶ cho thµnh b×nh, hçn hîp khÝ ®−îc tiÕp tôc ®èt nãng, nhiÖt ®é hçn hîp tiÕp tôc t¨ng dÇn ®Õn 1T (®iÓm 1 lµ giao ®iÓm cña 3

srq vµ qtn). T¹i

giao ®iÓm nµy l−îng nhiÖt sinh ra b»ng l−îng nhiÖt to¶ cho thµnh b×nh, sau ®ã th× hçn hîp khÝ kh«ng ®−îc ®èt nãng n÷a vi khi ®ã l−îng nhiÖt sinh ra nhá h¬n l−îng nhiÖt to¶ cho thµnh b×nh. NÕu ta tiÕp tôc gia nhiÖt cho hçn hîp ®Õn nhiÖt ®é 2T (®iÓm 2) th× l−îng nhiÖt sinh ra sÏ b¾t ®Çu æn ®Þnh, t¨ng dÇn vµ lín h¬n l−îng nhiÖt to¶ cho m«i tr−êng, khi Êy ph¶n øng kh«ng ngõng n©ng cao nhiÖt ®é vµ dÉn ®Õn hiÖn t−îng tù bèc ch¸y.

Ta thÊy ®−êng cong 1srq kh«ng c¾t ®−êng th¼ng qtn nªn øng víi bÊt kú mét

nhiÖt ®é nµo th× l−îng nhiÖt sinh ra lu«n lu«n lín h¬n l−îng nhiÖt to¶ cho m«i tr−êng, nªn nÕu qu¸ tr×nh sinh nhiÖt xÈy ra theo ®−êng cong 1

srq th× ph¶n øng lu«n lu«n n©ng

cao nhiÖt ®é vµ dÉn ®Õn hiÖn t−îng tù bèc ch¸y. NÕu qu¸ tr×nh sinh nhiÖt xÈy ra theo ®−êng cong 2

srq th× t¹i ®iÓm B (tiÕp xóc

gi÷a hai ®−êng) l−îng nhiÖt sinh ra b»ng l−îng nhiÖt to¶ cho thµnh b×nh, ngoµi ®iÓm ®ã ra th× øng víi bÊt kú mét nhiÖt ®é nµo l−îng nhiÖt sinh ra lu«n lu«n lín h¬n l−îng nhiÖt to¶ cho thµnh b×nh vµ qu¸ tr×nh sÏ tiÕn tíi tù bèc ch¸y.

Nh− vËy ¸p suÊt p2 øng víi ®−êng cong 2srq lµ ¸p suÊt tíi h¹n cña qu¸ tr×nh tù

bèc ch¸y khi nhiÖt ®é thµnh b×nh lµ T0. Hçn hîp sÏ tù bèc ch¸y chØ khi ¸p suÊt p > p2, cßn khi p < p2 th× hçn hîp sÏ kh«ng tù bèc ch¸y. *. Thay ®æi nhiÖt ®é m«i tr−êng T0 khi ¸p suÊt hçn hîp khÝ p kh«ng ®æi

Khi cho ¸p suÊt hçn hîp khÝ p kh«ng thay ®æi ta ®−îc ®−êng cong srq = f(T).

Cho nhiÖt ®é thµnh b×nh T0 thay ®æi ta ®−îc mét hä ®−êng th¼ng qtn = f(T) øng víi çc gi¸ trÞ nhiÖt ®é T0 kh¸c nhau (H×nh 2.5). §−êng th¼ng 1

tnq t−¬ng øng víi nhiÖt ®é 10T

nhá nhÊt, cßn ®−êng th¼ng 3tnq t−¬ng øng víi nhiÖt ®é 3

0T lín nhÊt. Còng lý luËn

t−¬ng tù nh− trªn ta cã 20T lµ nhiÖt ®é thµnh b×nh tíi h¹n ®Ó g©y nªn qu¸ tr×nh tù bèc

ch¸y cña nhiªn liÖu khi ¸p suÊt hçn hîp kh«ng ®æi. Khi nhiÖt ®é thµnh b×nh T0 > 20T

qu¸ tr×nh sÏ tiÕn tíi tù bèc ch¸y. Nh− vËy: nhiÖt ®é TB t−¬ng øng víi tiÕp ®iÓm cña ®−êng sinh nhiÖt vµ ®−êng

to¶ nhiÖt lµ giíi h¹n cña sù tù bèc ch¸y vµ ®−îc gäi lµ nhiÖt ®é tù bèc ch¸y. NhiÖt ®é tù bèc ch¸y kh«ng ph¶i lµ mét h»ng sè vËt lý mµ lµ mét th«ng sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt nhiªn liÖu, nång ®é hçn hîp vµ ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt ë vïng bèc ch¸y. 2.2.2.3. Giíi h¹n tù bèc ch¸y

29

Nh− trªn ®· ph©n tÝch, nhiÖt ®é ch¸y cña nhiªn liÖu T vµ nhiÖt ®é tù bèc ch¸y cña nã lµ TBC kh«ng ph¶i thuéc tÝnh s½n cã cña nhiªn liÖu mµ nã cã quan hÖ víi ¸p suÊt, nång ®é vµ ®iÒu kiÖn tån t¹i cña hçn hîp chÊt ch¸y. C¨n cø vµo ®iÒu kiÖn tíi h¹n cña qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y thay çc gi¸ trÞ qsr vµ qtn vµo (2-31) vµ (2-32) ta ®−îc:

( )n0 0

EQ.V.k C exp .s T TRT

⎛ ⎞− = α −⎜ ⎟⎝ ⎠

(2-35)

n02

E EQ.V.k C .exp .SRT RT

⎛ ⎞− = α⎜ ⎟⎝ ⎠

(2-36)

Trong qu¸ tr×nh ph¶n øng, nång ®é vËt chÊt C ®−îc coi nh− kh«ng ®æi, chia hai ph−¬ng tr×nh trªn cho nhau ta cã:

2

0RTT T

E− = (2-37)

Gi¶i ph−¬ng tr×nh bËc hai nµy ta ®−îc 2 nghiÖm gi¸ trÞ nhiÖt ®é tù bèc ch¸y: 20

BC

RT1 1ET R2

E

± −= (2-38)

§èi víi çc ph¶n øng ch¸y th× gi¸ trÞ n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng hçn hîp tr−íc chÊt khÝ çcbuahydro vµ kh«ng khÝ vµo kho¶ng (105 ~ 2,5.105) J/mol. NÕu nhiÖt ®é T0 = 500 ÷ 10000K th× RTo/E ≈ 0,05, do ®ã nghiÖm cã dÊu céng (+) sÏ kh«ng cã ý nghÜa thùc tÕ, v× khi ®ã TBC = E/R sÏ xÊp xØ b»ng 10.0000C. ChØ nghiÖm cã dÊu trõ (-) cã gi¸ trÞ, khi ®ã Error! Not a valid link.cã thÓ dùa vµo c«ng thøc Taylor

®Ó khai triÓn biÓu thøc 1/ 2

04RT1E

⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠

nh− sau:

1 2 32

0 0 0 04RT RT RT RT1 1 2 2 4 ....E E E E

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞− = − − − −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

(2-39)

Bá qua sè h¹ng cã T3 vµ thay (2-39) vµo (2-40) ta ®−îc nhiÖt ®é tù bèc ch¸y lµ:

20

BC 0RTT T

E= + (2-40)

HiÖu sè nhiÖt ®é 2

00BC 0

RTT T T , KE

∆ = − =

Khi 20RTT ,

E∆ ≥ th× hçn hîp sÏ bèc ch¸y, cßn ng−îc l¹i

20RTT

E∆ ⟨ th× hçn hîp kh«ng

thÓ bèc ch¸y. T∆ ®−îc gäi lµ giíi h¹n gia nhiÖt t¹o nªn sù bèc ch¸y. VÝ dô khi E = 100kj/mol, T0 = 5000K th× T∆ = T - T0 = 200K; lóc E = 160

kj/mol, To = 10000K th× T∆ = T - T0 = 500K. Do vËy trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng coi T0 nh− lµ TBC. Song cÇn ph¶i chØ râ r»ng T0 vµ TBC lµ hai kh¸i niÖm kh¸c nhau, cho nªn vÒ gi¸ trÞ chóng cã thÓ gÇn gièng nh−ng b¶n chÊt th× kh«ng thÓ coi nh− nhau ®−îc.

Tõ c«ng thøc (2-36) ta cã:

30

2

n 0

0

RT 1C .S.E EV.Q.k.exp

RT

= α⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠

, (2-41)

MÆt kh¸c theo ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ta l¹i cã: p = CRT, hay nång ®é: pC

RT= , (2-42)

Khi coi TBC ≈ T0. Thay (2-42) vµo (2-41) vµ biÕn ®æi ta cã quan hÖ gi÷a ¸p suÊt hçn hîp vµ nhiÖt ®é ph¶n øng:

n n 1

n 20

o0

P .S.RT EV.Q.k .E.exp

RT

+

+

α≈

⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠

, (2-43)

H×nh 2.6 biÓu diÔn quan hÖ gi÷a pC vµ TBC

H×nh 2.6 biÓu diÔn quan hÖ gi÷a pC vµ TBC theo c«ng thøc (2-43). PhÝa ph¶i cña ®−êng cong lµ vïng tù bèc ch¸y cßn phÝa tr¸i lµ khu vùc kh«ng bèc ch¸y.

Tõ ®å thÞ ta thÊy: khi ¸p suÊt hçn hîp thÊp, th× cÇn ph¶i ®¹t ®−îc nhiÖt ®é thËt cao th× qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y míi x¶y ra. Ng−îc l¹i khi nhiÖt ®é hçn hîp chÊt ch¸y rÊt thÊp th× cÇn ph¶i nÐn ®Õn ¸p suÊt cao hçn hîp míi cã thÓ tù bèc ch¸y ®−îc. ¸p suÊt tíi h¹n pC vµ nhiÖt ®é tíi h¹n TC cña qu¸ tr×nh b¾t ch¸y cña hçn hîp nhiªn liÖu vµ oxy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc b»ng thùc nghiÖm.

B»ng thùc nghiÖm ta ®o ®¹c ®−îc c¸c gi¸ trÞ ¸p suÊt tíi h¹n pC vµ nhiÖt ®é tíi h¹n TC cña qu¸ tr×nh bèc ch¸y hçn hîp nhiªn liÖu vµ oxy, tõ ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc n¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng nh− sau: Ta gi¶ sö r»ng ph¶n øng ®¬n gi¶n lµ ph¶n øng bËc 2, c«ng thøc (2-43) cã thÓ viÕt:

2 12

cc2 2

0c

ESR .expRTp

V.Q.k .ET

+

+

⎛ ⎞α ⎜ ⎟

⎝ ⎠= (2-44)

LÊy logarit ph−¬ng tr×nh (2-16) ta ®−îc:

13 2

c2

0c

p sR Eln lnQ.V.k E 2RTT

⎛ ⎞ ⎛ ⎞α= +⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎝ ⎠ (2-45)

Tõ c¸c gi¸ trÞ pC, TC thu ®−îc, biÓu diÔn chóng lªn ®å thÞ ln(pc/Tc2)-1/Tc h×nh

2.10 ta sÏ ®−îc mét ®−êng th¼ng. HÖ sè gãc cña ®−êng th¼ng chÝnh lµ E/2R vµ tõ ®ã t×m ra ®−îc gi¸ trÞ cña n¨ng l−îng ho¹t ho¸ E. NÕu nh− gi¸ trÞ sè E t×m ®−îc vµ trÞ sè E tÝnh theo ®Þnh luËt Arrhenius t−¬ng ®−¬ng nhau th× chøng tá gi¶ thiÕt tr−íc ®©y coi

31

l−îng tiªu hao nhiªn liÖu vµ l−îng nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh ph¶n øng lµ kh«ng ®¸ng kÓ, cã thÓ bá qua lµ chÝnh x¸c.

H×nh 2.7. gi¸ trÞ cña n¨ng l−îng ho¹t ho¸ E MÆt kh¸c ta thÊy r»ng, ®iÒu kiÖn tíi h¹n cña sù bèc ch¸y cßn phô thuéc vµo

nång ®é nhiªn liÖu trong hçn hîp chÊt ch¸y vµ kh«ng khÝ. Gi¶ thiÕt r»ng trong hçn hîp A lµ nhiªn liÖu vµ B lµ chÊt oxy ho¸. Ph¶n øng lµ ph¶n øng bËc 2 cña hai ph©n tö. NÕu dïng CA thay cho C ta cã:

A AA

P x PCRT RT

= = , (2-46)

Trong ®ã xA lµ tû sè mol chÊt A trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch. Tõ c«ng thøc (2-45) ta cã:

13 2

c2 2c 0 A

p sR Eln ln2RTT Q.V.k x E

⎛ ⎞ ⎛ ⎞β= +⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ (2-47)

Khi cho ¸p suÊt kh«ng ®æi, cho nång ®é nhiªn liÖu trong hçn hîp thay ®æi ta x¸c ®Þnh ®−îc sù thay ®æi cña nhiÖt ®é tù bèc ch¸y, quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é tù bèc ch¸y vµ nång ®é nhiªn liÖu ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 2.11. H×nh 2.8. Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é tù bèc ch¸y vµ nång ®é nhiªn liÖu Khi cho nhiÖt ®é kh«ng ®æi, cho nång ®é nhiªn liÖu trong hçn hîp thay ®æi ta x¸c ®Þnh ®−îc sù thay ®æi cña ¸p suÊt tíi h¹n cña qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y, quan hÖ gi÷a ¸p suÊt tíi h¹n vµ nång ®é nhiªn liÖu ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 2.9. H×nh 2.9. Quan hÖ gi÷a ¸p suÊt tíi h¹n tù bèc ch¸y vµ nång ®é nhiªn liÖu Tõ çc ®å thÞ trªn ta rót ra çc kÕt luËn sau:

- ë mét ¸p suÊt hoÆc ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, hçn hîp sÏ tù bèc ch¸y khi nång ®é nhiªn liÖu n»m trong ph¹m vi giíi h¹n d−íi vµ giíi h¹n trªn. NÕu nång ®é nhiªn liÖu thÊp h¬n gi¸ trÞ giíi h¹n d−íi hoÆc cao h¬n gi¸ trÞ giíi h¹n trªn th× hçn hîp sÏ kh«ng tù bèc ch¸y.

- ë ¸p suÊt nhÊt ®Þnh khi ta h¹ thÊp nhiÖt ®é hoÆc ë nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh khi ta h¹ thÊp ¸p suÊt th× kho¶ng çch gi÷a giíi h¹n d−íi vµ giíi h¹n trªn cña nång ®é nhiªn liÖu cña qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y sÏ thu hÑp l¹i, vïng tù bèc ch¸y sÏ thu hÑp l¹i.

- ë mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh nÕu nhiÖt ®é qu¸ thÊp hoÆc ë nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh nÕu ¸p suÊt qu¸ thÊp th× sÏ kh«ng x¶y ra tù bèc ch¸y.

- Kh¶ n¨ng to¶ nhiÖt cña b×nh còng ¶nh h−ëng ®Õn giíi h¹n nång ®é cña sù tù bèc ch¸y, kh¶ n¨ng to¶ nhiÖt t¨ng lªn th× ph¹m vi b¾t löa sÏ thu hÑp l¹i. 2.2.3. Qu¸ tr×nh lan truyÒn ngän löa

32

NÕu gia nhiÖt cho b×nh chøa hçn hîp khÝ ch¸y, nhiÖt ®é hçn hîp sÏ t¨ng lªn vµ

®Õn gi¸ trÞ T1 nµo ®ã hçn hîp sÏ tù bèc ch¸y t¹i mét ®iÓm råi lan truyÒn ra xung quanh theo mäi h−íng. NghÜa lµ tõ lóc xuÊt hiÖn ngän löa ®Õn khi toµn bé hçn hîp trong b×nh ®Òu ph¶n øng th× cÇn mét kho¶ng thêi gian, thêi gian ®ã ®−îc x¸c ®Þnh b»ng vËn tèc lan truyÒn ngän löa (cm/s). NÕu b×nh cã d¹ng cÇu th× ngän löa sÏ xuÊt hiÖn ®Çu tiªn t¹i t©m b×nh v× ®ã lµ n¬i cã nhiÖt ®é cao nhÊt.

Trong thùc tÕ ng−êi ta dïng nguån nhiÖt bªn ngoµi ®Ó måi löa, lµm cho côc bé cña hçn hîp chÊt ch¸y b¾t löa, sau ®ã phÇn b¾t löa truyÒn n¨ng l−îng nhiÖt vµ h¹t ho¹t tÝnh cho phÇn khÝ ch−a b¾t löa, bÒ mÆt ngän löa dÞch chuyÓn dÇn vÒ phÝa hçn hîp ch−a ch¸y lµm cho nã b¾t l−¶ gäi lµ qu¸ tr×nh lan truyÒn ngän löa lµm cho qu¸ tr×nh ch¸y tiÕp tôc.

Ngän löa cã thÓ tån t¹i trong m«i tr−êng tÜnh hoÆc trong m«i tr−êng dßng chuyÓn ®éng. Trong m«i tr−êng tÜnh hoÆc trong dßng ch¶y tÇng ta cã qu¸ tr×nh lan truyÒn ngän löa ch¶y tÇng. Trong dßng ch¶y rèi ta cã qu¸ tr×nh lan truyÒn ngän löa ch¶y rèi.

Tèc ®é lan truyÒn ngän löa ch¶y tÇng chØ phô thuéc vµo tÝnh chÊt ho¸ lý cña vËt chÊt tham gia ph¶n øng.

Khi hçn hîp khÝ ch¸y ë tr¹ng th¸i ch¶y rèi th× tèc ®é lan truyÒn ngän löa ch¶y rèi phô thuéc nhiÒu vµo ®Æc tÝnh dßng ch¶y, sù truyÒn nhiÖt vµ truyÒn h¹t ho¹t tÝnh sÏ m¹nh h¬n rÊt nhiÒu, do vËy sÏ t¨ng nhanh sù lan truyÒn ngän löa. Khi hçn hîp ch¸y bÞ nÐn ®o¹n nhiÖt vµ mµ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é côc bé t¨ng lªn rÊt cao, ta gäi lµ hiÖn t−îng næ, tèc ®é lan truyÒn ngän löa t¨ng lªn rÊt cao, lan truyÒn ngän löa chñ yÕu lµ nhê c¸c sãng xung kÝch lín h¬n nhiÒu so víi tèc ®é trtuyÒn nhiÖt vµ h¹t ho¹t tÝnh. Ph−¬ng thøc lan truyÒn ®ã gäi lµ lan truyÒn næ.

Dùa vµo lý thuyÕt nµy, nÕu biÕt ph−¬ng tr×nh vËn tèc ph¶n øng trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, nång ®é vµ ¸p suÊt cña hçn hîp khÝ ®· cho ban ®Çu, kÝch th−íc b×nh vµ vËt liÖu lµm b×nh th× chóng ta cã thÓ tÝnh to¸n tr−íc ®−îc qu¸ tr×nh tù bèc ch¸y cã thÓ xÈy ra ®−îc hay kh«ng.

VËn tèc truyÒn lan bÒ mÆt b¾t löa theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn cña nã ®−îc gäi lµ vËn tèc truyÒn lan ngän löa b×nh th−êng, ký hiÖu b»ng ch÷a Utl, (m/s).

NÕu nh− vËn tèc ®i ra cña dßng hçn hîp khi ch¸y vx c©n b»ng víi vËn tèc truyÒn lan ngän löa ®i vµo Utl th× bÒ mÆt b¾t löa sÏ æn ®Þnh. MÆt kh¸c còng cã sù c©n b»ng vÒ mÆt truyÒn nhiÖt nghÜa lµ l−îng nhiÖt bªn ngoµi dÉn vµo ph¶i b»ng l−îng nhiÖt hçn hîp chÊt khÝ hÊp thô:

),TT(CUdndTq 0chp1t −ρ=λ−= (2-48)

MÆt kh¸c chiÒu dµy mÆt b¾t löa ®−îc coi lµ chiÒu dµy cña vËn tèc ph¶n øng hãa häc nªn.

1b

ch0 TTdndT

δ−

=

Do ®ã ta cã:

).TT(CUTT

0chp1t1b

0ch −ρ=δ−

λ

33

δbl: chiÒu dµy mÆt b¾t löa,

H×nh 2.10. chiÒu dµy çc vïng ch¸y

δt: chiÒu dµy bÒ mÆt ngän löa khuyÕch t¸n, δk: chiÒu dµy vïng ch¸y kiÖt,

Tõ ®ã rót ra

1b1bp

1ta1.

CU

δ=

δρλ

= (2-49)

Trong çc c«ng thøc trªn th×: ρ - mËt ®é cña hçn hî khÝ ch¸y; Cp - NhiÖt dung riªng cña hçn hîp khÝ ch¸y; T0 – nhiÖt ®é ban ®Çu cña hçn hîp khÝ ch¸y; Tch – nhiÖt ®é ch¸y cña hçn hîp. NÕu τh lµ thêi gian ph¶n øng hãa häc trong qu¸ tr×nh ch¸y (®−îc coi lµ thêi

gian b¾t löa) th× h1t1b U τ×=δ

thay: 1t

1b Ua

=δ vµo ta ®−îc: h1t1t

UUa

τ= . , hay h

2tl

aUτ

=

Nh− vËy

h

1taUτ

= (2-50)

Râ rµng vËn tèc chuyÒn lan ngän löa phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nång ®é vËt chÊt tham gia ph¶n øng, vµo nhiÖt ®é vµ t¹p chÊt n»m trong hçn hîp khÝ. Cßn ¸p suÊt th× ¶nh h−ëng rÊt Ýt ®Õn vËn tèc truyÒn lan mÆt b¾t löa. VËn tèc truyÒn lan ngän löa b×nh th−êng cña mét sè chÊt khÝ:

Hy®r« hçn hîp víi kh«ng khÝ: v = 2,5m/s; hçn hîp víi oxy: v = 9,0m/s Mª tan hçn hîp víi kh«ng khÝ: v = 0,37m/s; hçn hîp víi oxy: v = 4,5m/s

2.2.4. Çc ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh ch¸y

34

2.2.4.1. Ch¸y ®éng häc vµ ch¸y khuÕch t¸n. Qu¸ tr×nh ch¸y lµ mét tæ hîp çc hiÖn t−îng vËt lý vµ ho¸ häc. Tuú thuéc kh¶

n¨ng pha trén gi÷a chÊt ch¸y vµ chÊt oxy ho¸, cã thÓ chia qu¸ tr×nh ch¸y thµnh ch¸y ®éng häc vµ ch¸y khuÕch t¸n. - Qu¸ tr×nh ch¸y ®éng häc: Qu¸ tr×nh ch¸y ®éng häc lµ qu¸ tr×nh ®èt ch¸y hçn hîp nhiªn liÖu - kh«ng khÝ ®· ®−îc pha trén tr−íc, khi ®ã qu¸ tr×nh ch¸y bÞ giíi h¹n bëi vËn tèc ph¶n øng ho¸ häc. - Qu¸ tr×nh ch¸y khuyÕch t¸n: Qu¸ tr×nh ch¸y khuyÕch t¸n lµ qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra ®ång thêi víi qu¸ tr×nh pha trén ®Ó t¹o thµnh hçn hîp ch¸y, nghÜa lµ nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ch−a ®−îc pha trén tr−íc. Trong tr−êng hîp nµy qu¸ tr×nh ch¸y ®−îc quyÕt ®Þnh bëi qu¸ tr×nh vËt lý ®¶m b¶o sù tiÕp xóc cña çc thµnh phÇn nhiªn liÖu víi «xy.

Trong tr−êng hîp tæng qu¸t, tæng thêi gian ch¸y gåm hai phÇn: thêi gian cÇn thiÕt ®Ó sinh ra çc h»ng sè vËt lý τv (thêi gian t¹o hçn hîp) vµ thêi gian ®Ó xÈy ra çc ph¶n øng hãa häc τh.: hvt τττ += , (2-51)

Khi c¶ hai chÊt tham gia ph¶n øng ®Òu ë tr¹ng th¸i thÓ khÝ (ph¶n øng ®ång thÓ) th× τv lµ thêi gian t¹o nªn hçn hîp tr−íc khi ch¸y. Khi çc chÊt tham gia ph¶n øng lµ kh«ng ®ång nhÊt (ch¸y nhiªn liÖu láng hoÆc r¾n) th× τv lµ thêi gian vËn chuyÓn vËt chÊt oxyho¸ thÓ khÝ tõ m«i tr−êng cã nång ®é ban ®Çu ®Õn bÒ mÆt h¹t nhiªn liÖu ®ang ch¸y. ë giai ®o¹n ®Çu cña ph¶n øng khi nhiÖt ®é cßn thÊp th× tèc ®é ph¶n øng nhá, ph¶n øng kh«ng sö dông hÕt l−îng oxy mang tíi, bëi vËy qu¸ tr×nh ph¶n øng bÞ k×m h·m bëi yÕu tè ®éng häc lµ nhiÖt ®é. (Thêi gian ch¸y chñ yÕu lµ thêi gian pha trén ®Ó t¹o ra hçn hîp).

Lóc nµy nÕu t¨ng tèc ®é thæi oxy tíi bÒ mÆt vËt ch¸y (t¨ng nång ®é oxy cho ph¶n øng) hoÆc lµ t¨ng bÒ mÆt ph¶n øng (nh− t¨ng ®é mÞn h¹t nhiªn liÖu) th× tèc ®é ph¶n øng vÉn hÇu nh− kh«ng thay ®æi. Tèc ®é nµy chØ phô thuéc vµo nh÷ng yÕu tè ®éng häc nh− n¨ng l−îng ho¹t ho¸, ¸p suÊt trong kh«ng gian ph¶n øng vµ nång ®é vËt chÊt ph¶n øng. Trong tr−êng hîp nµy ta nãi r»ng qu¸ tr×nh ph¶n øng x¶y ra trong vïng ®éng häc.

τh >> τv τt ≈ τh Nh− vËy trong vïng ®éng häc qu¸ tr×nh ph¶n øng kh«ng bÞ k×m h·m bëi çc

yÕu tè thuû ®éng vµ khuÕch t¸n. Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn, tèc ®é ph¶n øng t¨ng lªn vµ yªu cÇu oxy t¨ng lªn. NÕu

yªu cÇu nµy kh«ng tháa m·n th× qu¸ tr×nh nµy sÏ chuyÓn vµo vïng khuÕch t¸n. Trong vïng nµy tèc ®é ph¶n øng ®−îc quyÕt ®Þnh bëi çc yÕu tè thñy ®éng vµ khuyÕch t¸n, rÊt Ýt phô thuéc vµo çc yÕu tè ®éng häc. Lóc nµy dï nhiÖt ®é cã t¨ng lªn rÊt cao th× tèc ®é ph¶n øng còng t¨ng lªn rÊt Ýt. Thêi gian ch¸y chñ yÕu lµ thùc hiÖn çc ph¶n øng hãa häc, nghÜa lµ: τv >> τh τt ≈ τv

Vïng ®éng häc vµ vïng khuyÕch t¸n cña qu¸ tr×nh ch¸y lµ nh÷ng vïng giíi h¹n. Gi÷a hai vïng nµy lµ vïng trung gian, ®−îc ®Æc tr−ng bëi t¸c dông ®ång thêi cña c¶ hai giai ®o¹n (τv ≈ τh). §a sè qu¸ tr×nh ph¶n øng xÈy xa trong vïng nµy.

35

4.2.2.2. §Æc ®iÓm ch¸y nhiªn liÖu khÝ

Thµnh phÇn chñ yÕu cña khÝ thiªn nhiªn lµ CH4 vµ mét Ýt hy®r«cacbua æn ®Þnh. Qu¸ tr×nh ch¸y cã thÓ xÈy ra trong vïng ®éng häc hoÆc trong vïng khuÕch t¸n tuú thuéc vµo thµnh phÇn hçn hîp ch¸y gi÷a nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ. ViÖc t¹o thµnh hçn hîp ch¸y phô thuéc rÊt nhiÒu vµo kiÓu vßi phun vµ kiÓu buång ®èt. Cã thÓ kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu pha trén tr−íc hoµn toµn, cã thÓ pha trén tr−íc mét phÇn hoÆc cã thÓ kh«ng pha trén tr−íc khi ra khái vßi phun. Thµnh phÇn vµ cÊu tróc cña hçn hîp cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn qu¸ tr×nh ch¸y hçn hîp ®ång thÓ ®· sinh ra.

* Khi kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu ®· ®−îc pha trén tr−íc th× qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra trong vïng ®éng häc. NÕu hçn hîp ch¸y ®−îc ®èt nãng nhanh vµ v−ît qua nhiÖt ®é bíc ch¸y th× qu¸ tr×nh ch¸y gÇn nh− lo¹i trõ ®−îc sù ph©n huû hy®r«cacbua. Khi ®ã kh«ng cã çc h¹t “må hãng” trong khãi do ®ã ngon löa lµ ngän löa kh«ng s¸ng.

* Khi kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu kh«ng pha trén tr−íc hoÆc cã thÓ pha trén tr−íc mét phÇn rÊt nhá. Sù pha trén t−¬ng hç gi÷a dßng nhiªn liÖu vµ dßng khÝ x¶y ra chØ do khuÕch t¸n ph©n tö tõ dßng kh«ng khÝ bao quanh vµo. Qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra trong vïng khuÕch t¸n. Ph¶i cã thêi gian ®Ó t¹o thµnh hçn hîp ch¸y nªn toµn bé thêi gian ch¸y lín h¬n khi qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra trong vïng khuyÕch t¸n, çc h¹t hy®r«cacbua còng bÞ ph©n hñy nhiÒu h¬n vµ t¹o thµnh nhiÒu h¹t “må hãng” trong ngän löa nªn ngän löa trong tr−êng hîp nµy lµ ngän löa s¸ng.

Khi nhiÖt ®é cao h¬n 6000C th× hy®r«cacbua cã thÓ bÞ ph©n hñy thµnh nh÷ng çc h¹t “må hãng” rÊt khã ch¸y. V× vËy, ®Ó t¨ng nhanh qu¸ tr×nh oxy hãa vµ tr¸nh sù ph©n hñy nhiÖt hy®r«cacbua ë nhiÖt ®é cao th× cÇn ph¶i cÊp giã nãng vµo gèc ngän löa. 4.2.2.3. §Æc ®iÓm ch¸y nhiªn liÖu láng.

Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu láng trong dßng lµ mét tæ hîp cña nhiÒu hiÖn t−îng phøc t¹p nh− qu¸ tr×nh phun s−¬ng, ®èt nãng, bèc h¬i nhiªn liÖu, t¹o thµnh hçn hîp gi÷a h¬i cña nhiªn liÖu víi chÊt oxy ho¸, bèc ch¸y vµ ch¸y çc hy®r«cacbua vµ cuèi cïng lµ sù ch¸y kiÖt h¹t “må hãng”.

§èi víi mazut th× nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó ho¹t hãa ngän löa th−êng tõ 2500 ÷ 3700kj/kg, nghÜa lµ ®Õn gÇn 10% nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu.

Khi nhiªn liÖu láng ®−îc phun thµnh dßng çc h¹t s−¬ng mÞn, ®Ó ®¬n gi¶n cã thÓ coi mét çch gÇn ®óng qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu láng t−¬ng tù qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu khÝ, v× oxy ph¶n øng víi h¬i cña nhiªn liÖu cã tr¹ng th¸i gÇn nh− thÓ khÝ, tÊt nhiªn qu¸ tr×nh nµy cã mét sè ®Æc ®iÓm riªng sau ®©y:

Dßng nhiªn liÖu láng ®−îc phun thµnh bôi lµ hÖ kh«ng ®ång nhÊt, gåm çc h¹t nhiªn liÖu láng, h¬i nhiªn liÖu, oxy, nit¬ cña kh«ng khÝ vµ çc s¶n phÈm ch¸y.

36

Còng gièng nh− tr−êng hîp ®èt nhiªn liÖu khÝ kh«ng cã sù pha trén s¬ bé khÝ víi kh«ng khÝ, ë ®©y h¬i bèc ra tõ çc giät nhiªn liÖu láng ®−îc phun s−¬ng t¹o nªn nh÷ng khèi h¬i nhiªn liÖu.

Tuy nhiªn kh¸c víi qu¸ tr×nh ch¸y kiÖt çc khèi nhiªn liÖu khÝ, khi ®èt nhiªn liÖu láng phun thµnh s−¬ng trong tr−êng hîp tæng qu¸t th× ngoµi pha h¬i cßn cã c¶ pha láng tån t¹i xung quanh pha h¬i.

Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu láng thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh ch¸y h¬i bèc ra tõ giät nhiªn liÖu láng, nªn tèc ®é ch¸y sÏ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo tèc ®é bèc h¬i çc giät láng. V× vËy qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu láng, mét mÆt lµ qu¸ tr×nh ch¸y l−îng h¬i bèc ra tõ nã, cã nghÜa nã lµ qu¸ tr×nh ho¸ häc ®ång thÓ, mÆt kh¸c tèc ®é cña qu¸ tr×nh ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh bëi tèc ®é cña qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt kÌm theo sù bèc h¬i trªn bÒ mÆt chÊt láng, nghÜa lµ qu¸ tr×nh vËt lý dÞ thÓ.

Kh«ng khÝ cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y ®−îc dÉn vµo èng lãt cña vßi phun, dßng kh«ng khÝ sÏ pha trén víi çc giät nhiªn liÖu láng ®· ®−îc phun thµnh s−¬ng, t¹o ra trong buång löa mét dßng trµn ngËp kh«ng ®¼ng nhiÖt. Dßng hçn hîp ®−îc sÊy nãng do hót s¶n phÈm ch¸y cã nhiÖt ®é cao tõ xung quanh vµo, tõ ®ã çc giät nhá nhiªn liÖu láng sÏ ®−îc sÊy nãng vµ bèc h¬i khi nhËn nhiÖt nhê trao ®æi nhiÖt ®èi l−u trong dßng khuÕch t¸n rèi gi÷a çc giät nhiªn liÖu, kh«ng khÝ vµ khãi nãng ®ång thêi nhê bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa, cña khãi buång löa vµ cña t−êng lß nãng ®á.

Khi ®èt nhiªn liÖu láng theo kiÓu phun s−¬ng, nhiªn liÖu sÏ ®−îc çc thiÕt bÞ phun vµo buång löa thµnh çc h¹t s−¬ng rÊt nhá (kÝch th−íc kho¶ng 50 ®Õn 200µm), nhê nhËn ®−îc nhiÖt cña khãi nãng trong buång löa mµ çc giät dÇu sÏ bèc h¬i, ph©n hñy nhiÖt vµ hçn hîp víi kh«ng khÝ ë trong dßng. H¬i bèc ra tõ dÇu sÏ hçn hîp víi oxy ®· ®−îc gia nhiÖt ®Çy ®ñ vµ b¾t löa. L−îng nhiÖt sinh ra ë ®©y sÏ lµm t¨ng nhanh qu¸ tr×nh bèc h¬i vµ qu¸ tr×nh ch¸y nã. H¬i dÇu ®· ®−îc sÊy nãng vµ ph©n hñy nhiÖt th× khuyÕch t¸n tõ trong ra ngoµi m«i tr−êng, cßn oxy th× l¹i khuyÕh t¸n tõ m«i tr−êng ngoµi vµo mÆt giät nhiªn liÖu. Çch bÒ mÆt giät dÇu mét kho¶ng nhÊt ®Þnh hçn hîp ®¹t tíi tû lÖ nhÊt ®Þnh (t−¬ng øng víi tû lÖ trong ph¶n øng ch¸y) th× hçn hîp sÏ bèc ch¸y.

Qu¸ tr×nh sÊy nãng dßng x¶y ra m¹nh nhÊt trªn chu vi dßng, do ®ã t¹o ®iÒu kiÖn bèc h¬i rÊt m¹nh çc giät n»m trªn biªn dßng. Çc giät nhiªn liÖu n»m trong phÇn gi÷a cña dßng ®−îc ®èt nãng vµ bèc h¬i chËm h¬n, chóng sÏ bèc h¬i hoµn toµn khi ®· chuyÓn ®éng ®−îc mét kho¶ng çch nhÊt ®Þnh däc theo trôc cña dßng, v× vËy ngän löa th−êng cã d¹ng h×nh c«n.

§Ó t¨ng nhanh qu¸ tr×nh ch¸y th× cÇn t¨ng tèc ®é bèc h¬i çc giät dÇu. Muèn vËy cÇn ph¶i t¨ng bÒ mÆt bèc h¬i, nghÜa lµ ph¶i phun ma dót thµnh çc h¹t cµng mÞn cµng tèt. Khi çc giät ma dót ®−îc phun cµng mÞn th× kh¶ n¨ng hçn hîp víi khãi vµ khÝ nãng cµng tèt, do ®ã cµng t¨ng nhanh møc ®é gia nhiÖt cho giät nhiªn liÖu. §é mÞn cña giät dÇu t¨ng lªn khi ®−êng kÝnh çc lç phun nhá, tèc ®é chuyÓn ®éng cña giät lín, mËt ®é m«i tr−êng t¨ng lªn. §Ó gi¶m søc c¨ng bÒ mÆt cña dÇu, th«ng th−êng ph¶i gia nhiÖt tr−íc cho dÇu tíi 90-1000C.

37

Nh− ®· ph©n tÝch ë trªn, KÝch th−íc h¹t nhiªn liªô lµ yÕu tè ¶nh h−ëng lín nhÊt ®Õn qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu láng, h¹t cµng nhá ch¸y cµng nhanh vµ dÔ ch¸y kiÖt. Khi ra khái miÖng phun, dßng hçn hîp khuyÕch t¸n vµo m«i tr−êng, do cã sù ma s¸t gi÷a çc giät dÇu vµ chÊt khÝ xung quanh lµm cho çc giät dÇu cµng ®−îc t¸ch ra nhá h¬n.

Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu láng xÈy ra trong vïng khuyÕch t¸n, cho nªn tèc ®é qu¸ tr×nh ch¸y còng phô thuéc nhiÒu vµo tèc ®é bèc h¬i cña giät dÇu. Çc hydrocacbon cña nhiªn liÖu láng lµ kh«ng bÒn v÷ng vÒ nhiÖt, v× vËy khi ®èt nãng nhiªn liÖu láng mµ kh«ng ®ñ kh«ng khÝ çc hydrocacbon sÏ bèc h¬i vµ kÌm theo qu¸ tr×nh ph©n hñy cña chóng. Tuú thuéc vµo nhiÖt ®é trong qu¸ tr×nh gia nhiÖt çc hydrocacbua trong nhiªn liÖu láng sÏ bÞ ph©n hñy nhiÖt vµ t¹o thµnh çc hîp chÊt kh¸c nhau. ë nhiÖt ®é 6000C th× cacbuahy®r« phøc t¹p ph©n hñy thµnh hîp chÊt ®¬n gi¶n, nh÷ng hîp chÊt nµy dÔ bÞ oxy hãa thµnh CO2 vµ H2O. Khi nhiÖt ®é cao h¬n 6000C th× l¹i ph©n hñy thµnh nh÷ng cacbuahy®r« nÆng, cao ph©n tö hoÆc çc h¹t “må hãng” rÊt khã ch¸y. Møc ®é ph©n hñy çc hydrocacbon ®Æc tr−ng bëi biÓu thøc sau:

CmHn → mC + 2H2n

hoÆc (2-52)

CmHn → xC + yH2 + Cm - x Hn - 2y (2-53) Trong thùc tÕ th−êng sù ph©n hñy bÞ h¹n chÕ do cã sù t¹o thµnh çc

hydrocacbon nhÑ vµ nÆng. Cac hydrocacbon nhÑ dÓ ch¸y, cßn hydrocacbon nÆng cao phÈn tö vµ cacbon d¹ng må hãng rÊt khã ch¸y, do ®ã hoÆc bÞ mang ra khái buång ch¸y trong d¹ng ch−a ch¸y hoÆc t¹o ra çc nÊm cèc trong buång ®èt.

Khi ®ñ oxy th× çc hydrocacbon ë thÓ h¬i bÞ oxy hãa ®Ó t¹o ra çc khÝ ch¸y (CO vµ H2):

2CmHn + mO2 = 2m CO + nH2 (2-54) V× vËy, ®Ó t¨ng nhanh qu¸ tr×nh oxy hãa vµ tr¸nh sù ph©n hñy nhiÖt ë nhiÖt ®é

cao th× cÇn ph¶i cÊp giã nãng vµo gèc ngän löa. 2.2.4.4. §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu r¾n

Qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu r¾n xÈy ra theo çc giai ®o¹n lµ: sÊy Èm, bèc chÊt bèc, ch¸y chÊt bèc, ch¸y cèc cßn l¹i vµ t¹o xØ, trong ®ã giai ®o¹n ch¸y cèc lµ chñ yÕu. Lóc ®Çu chÊt bèc tho¸t ra vµ b¾t löa t¹o thµnh líp häc xung quanh h¹t nhiªn liÖu, líp nµy sÏ h¹n chÕ sù khuyÕch t¸n trùc tiÕp cña oxy tõ ngoµi t¬i bÒ mÆt h¹t than. Sau ®ã chuyÓn sang ch¸y cèc cßn l¹i, tr−íc hÕt qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra trªn bÒ mÆt sau ®ã ph¸t triÓn vµo s©u trong h¹t nhiªn liÖu. Qu¸ tr×nh ch¸y cµng tèt th× nhiÖt sinh ra sÏ cµng nhiÒu. Çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh ch¸y rÊt nhiÒu nh−: l−îng kh«ng khÝ tham gia qu¸ tr×nh ch¸y, nhiÖt ®é cña buång löa, tÝnh chÊt hçn hîp.

38

H×nh 2.11. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn l−îng nhiÖt sinh ra

trong buång löa

§èi víi qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu r¾n th× nhiÖt ®é lµ yÕu tè ¶nh h−ëng cã tÝnh chÊt quyÕt ®Þnh. Trªn h×nh 2.14 tr×nh bµy quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é trong buång löa vµ l−îng nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh ch¸y øng víi 1kg nhiªn liÖu.

Tõ ®å thÞ trªn ta thÊy cã 3 vïng nhiÖt ®é. Vïng thø nhÊt (nhiÖt ®é thÊp d−íi 10000C) lµ vïng ch¸y ch−a m¹nh, lµm cho tèc ®é ph¶n øng hãa häc chËm l¹i, kÐo dµi thêi gian ch¸y kiÖt h¹t than trong buång löa. Vïng thø hai (nhiÖt ®é tõ 10000C ®Õn 20000C) tèc ®é ph¶n øng rÊt cao, nhiªn liÖu ch¸y t−¬ng ®èi hoµn toµn. Bëi vËy l−îng nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh nµy ®¹t tíi trÞ sè cùc ®¹i (khi α = 1 thi q lµ cùc ®¹i con khi α < 1 thi q cã gi¶m xuèng). Vïng thø ba (nhiÖt ®é v−ît qu¸ 20000C) th× ®−êng cong sinh nhiÖt gi¶m xuèng v× xuÊt hiÖn çc ph¶n øng ph©n hñy s¶n phÈm ch¸y CO2 thµnh CO, ®ã lµ ph¶n øng ph©n huû kÌm theo sù hÊp thô nhiÖt.

H×nh 2-12. Quan hÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra vµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa. Quan hÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra vµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa ®−îc tr×nh bµy trªn

h×nh 2-15. Tõ h×nh 2-15 ta thÊy khi α lín hoÆc bÐ ®Òu lµm cho q gi¶m thÊp xuèng, chØ lóc α = 1 thi q ®¹t tíi trÞ sè cùc ®¹i. Khi hÖ sè < 1 sÏ thiÕu kh«ng khÝ, ph¶n øng xÈy ra kh«ng hoµn toµn g©y tæn th©t nhiÖt, cßn khi > 1 nÕu t¨ng hÖ sè kh«ng khÝ thõa th× q gi¶m nhanh h¬n v× kh«ng khÝ l¹nh mang vµo lµm gi¶m nhiÖt ®é buång ch¸y dÉn ®Õn lµm gi¶m tèc ®é ph¶n øng ch¸y.

Trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ, l−îng nhiÖt ph¸t ra trong qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu sÏ nhá h¬n (trong ®å thÞ trªn ch−a kÓ ®Õn tæn thÊt ch¸y kh«ng hoµn toµn). 2.2.5. C¬ së khÝ ®éng ®Ó ph©n lo¹i buång löa

Qu¸ tr×nh ch¸y trong çc lß h¬i theo ba nguyªn lý c¬ b¶n sau: ch¸y theo líp, ch¸y theo ngän löa , ch¸y xo¸y.

Buång löa ch¸y theo líp chÆt: S¬ ®å biÒu thÞ nguyªn lý ch¸y theo líp ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 2.16a. ë lo¹i

buång löa nµy çc giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh ch¸y ch¸y ®Òu xÈy trong chiÒu dµy líp

39

nhiªn liÖu vµ trªn bÒ mÆt líp nhiªn liÖu vÉn cßn tiÕp tôc qu¸ tr×nh ch¸y çc chÊt khÝ ch¸y cßn l¹i. Bëi vËy qu¸ tr×nh khÝ ®éng ph¶i b¶o ®¶m sao cho kh«ng khÝ cã thÓ xuyªn thÊu líp nhiªn liÖu ®Ó cung cÊp kh«ng khÝ, ®ång thêi kh«ng ®−îc thæi bay líp nhiªn liÖu, khi ®ã trong l−îng h¹t than ph¶i lín h¬n ¸p lùc ®éng cña dßng kh«ng khÝ, nghÜa lµ:

,ρ2

ωδ4

πC)ρρ(

6

πδkk

22

kknl

3

> (2-55)

Trong ®ã: δ - ®−êng kÝnh quy dÉn cña h¹t nhiªn liÖu, m; ρnl, ρkk – khèi l−îng riªng cña nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ, kg/m3, ω - Tèc ®é t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu, m/s. C – hÖ sè trë lùc, phô thuéc vµo trÞ sè r©yn«n.

Tèc ®é cho phÐp cña dßng kh«ng khÝ ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn.

C

.62,3kk

kknl δρρ-ρω < , m/s; (2-56)

Buång löa ch¸y trong líp s«i:

Khi t¨ng tèc ®é dßng kh«ng khÝ lªn th× ¸p suÊt tÜnh cã thÓ ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b»ng khãi l−îng cña h¹t, çc h¹t sÏ bÞ dßng thæi bång lªn vµ dao ®éng ë mét ®é cao nµo ®ã. Khi ®ã líp h¹t sÏ “në ra” nªn thÓ tÝch cña líp h¹t sÏ t¨ng lªn 1,5 ®Õn 2 lÇn, 1m3 líp h¹t s«i cã khèi l−îng kho¶ng 400-600kg. Cç h¹t nhiªn liÖu chuyÓn dÞch trong líp s«i vµ ch¸y. Qu¸ tr×nh ch¸y nh− vËy gäi lµ ch¸y trong líp s«i. S¬ ®å nguyªn lý qu¸ tr×nh ch¸y trong líp s«i ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 2.16b.

2 3 22 2 d

kk nl kk kkC ( ) C ,4 2 6 4 2π ω πδ π ωδ ρ ≥ ρ −ρ > δ ρ (2-57)

Buång löa ch¸y theo ngän löa: Khi tiÕp tôc t¨ng tèc ®é dßng lªn th× çc h¹t sÏ

bÞ cuèn bay theo dßng. Khi ®ã h¹t bét than cïng chuyÓn ®éng víi kh«ng khÝ, vµ qu¸ tr×nh ch¸y h¹t bét than còng x¶y ra trong suèt qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng. S¬ ®å nguyªn lý qu¸ tr×nh ch¸y theo ngän löa tr×nh bµy trªn h×nh 2.16c. §Ó ®¶m b¶o cho h¹t nhiªn liÖu ch¸y ë tr¹ng th¸i l¬ löng, nh÷ng h¹t lín kh«ng bÞ t¸ch ra khái dßng th× çc h¹t bét than ph¶i tu©n theo ®Þnh luËt Stèc, nghÜa lµ:

( )g

3=

6 kknl

3 πµδωρ-ρπδ, (2-58)

trong ®ã : µ - ®é nhít ®éng lùc cña mçi chÊt, Ns/m2. Bëi vËy tèc ®é t−¬ng ®èi gi÷a bét than vµ kh«ng khÝ ph¶i ®¹t yªu cÇu sau:

( )

µρ-ρδ

ω18

g= kknl

2; m/s, (2-59)

Buång löa ch¸y theo dßng xo¸y: Trong buång löa nµy, nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®−a vµo theo ph−¬ng tiÕp tuyÕn víi dßng trßn tiÕt diÖn ngang buång löa. S¬ ®å qu¸ tr×nh ch¸y theo dßng xo¸y ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 2.16d.

40

D−íi t¸c dông cña lùc ly t©m h¹t nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ chuyÓn ®éng xo¸y rÊt m¹nh, lu«n lu«n ë tr¹ng th¸i ch¶y rèi. Trong buång löa xo¸y, qu¸ tr×nh ch¸y nh− ë tr¹ng th¸i ngän löa nh−ng thêi gian dõng l¹i cña dßng trong buång löa kh«ng h¹n chÕ. §Ó ®¶m b¶o h¹t nhiªn liÖu xo¸y ®−îc theo dßng kh«ng khÝ th× träng l−îng cña nhiªn liÖu ph¶i bÐ h¬n ¸p lùc ®éng do dßng kh«ng khÝ t¹o nªn, nghÜa lµ:

( ) kk

2

kknl

3

2δ

4.C<

6.ρω..πρ-ρπδ 2 (2-60)

Nh− vËy tèc ®é cña dßng khÝ ph¶i b¶o ®¶m yªu cÇu:

ω ≥ C

.62,3kk

kknl δρρ-ρ

, m/s (2-61)

H×nh 2.13.Ph©n lo¹i buång löa. a- ch¸y theo líp; b- ch¸y trong tÇng s«i; c- ch¸y theo ngän löa;

d- ch¸y theo dßng xo¸y. * Nh÷ng yªu cÇu chung ®èi víi buång löa: 1. Cã thÓ ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu øng víi hÖ sè kh«ng khÝ thõa tèi thiÓu. 2. Ýt ®ãng xØ buång löa vµ c¸c bÒ mÆt ®èt vµ xØ dÔ dµng khö ®−îc, 3. §¶m b¶o ®−îc nh÷ng ®iÒu kiÖn thuËn lîi nhÊt cho viÖc hÊp thu nhiÖt cña c¸c bÒ mÆt ®èt.

4. Cã ®é tin cËy cao, thuËn tiÖn vµ ®¬n gi¶n trong vËn hµnh, 5. Cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh nhanh phô t¶i trong ph¹m vi réng.

Yªu cÇu ®Çu tiªn lµ quan träng nhÊt vµ khã thùc hiÖn nhÊt. Yªu cÇu nµy dÔ thùc hiÖn nhÊt ë buång löa ®èt nhiªn liÖu khÝ. Nh÷ng tÝnh chÊt quan träng cña nhiªn liÖu cã ¶nh h−ëng ®Õn viÖc chän thiÕt bÞ buång löa vµ cÊu t¹o cña nã lµ: chÊt bèc V0 (%), thµnh phÇn nhiªn liÖu, ®é tro, ®Æc tÝnh nhiÖt ®é cña tro vµ tÝnh thiªu kÕt cña cèc, ®é Èm cña nhiªn liÖu. Nh÷ng yÕu tè cã tÝnh chÊt quyÕt ®Þnh ®Õn viÖc chän thiÕt bÞ buång löa lµ s¶n l−îng lß h¬i vµ chÊt l−îng cña nhiªn liÖu ®èt.

41

2.3. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu 2.3.1. Khai niÖm chung 2.3.1.1. Môc ®Ých, néi dung vµ çc gi¶ thiÕt khi tÝnh to¸n TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nh»m môc ®Ých cung cÊp çc sè liÖu cÇn thiÕt cho viÖc thiÕt kÕ, vËn hµnh, nghiªn cøu vµ kiÓm tra buång löa.

Çc ®¹i l−îng cÇn x¸c ®Þnh bao gåm: ThÓ tÝch kh«ng khÝ lÝ thuyÕt vµ thùc tÕ cÇn thiÕt; Thµnh phÇn vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¶y (kh«, Èm, lÝ thuyÕt, thùc tÕ) sinh ra khi ®èt ch¸y mét ®¬n vÞ (1 kg hay 1m3) nhiªn liÖu. NhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña s¶n phÈm ch¸y. ViÖc tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y dùa trªn ®Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l−îng vµ khèi l−îng. V× vËy tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y cßn ®−îc gäi lµ c©n b»ng chÊt cña qu¸ tr×nh ch¸y. §Ó ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n ta gi¶ thiÕt: - Qu¸ tr×nh ch¸y lµ ®¼ng ¸p. - ChÊt «xy ho¸ lµ oxy cña kh«ng khÝ cã thµnh phÇn thÓ tÝch: 21% O2 vµ 79% N2. - Çc chÊt khÝ vµ h¬i tham gia vµ xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh ch¸y ®Òu ®−îc xem lµ khÝ lÝ t−ëng, ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn thÓ tÝch mét kmol cña chóng b»ng 22,4 m3/kmol. 2.3.1.2. Kh¸i niÖm vÒ thÓ tÝch kh«ng lÝ thuyÕt, thùc tÕ vµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa

* ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt: ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y lµ l−îng kh«ng khÝ t−¬ng øng víi l−îng O2 tèi thiÓu cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn 1kg nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng hay 1 m3

tc tiªu chuÈn nhiªn liÖu khÝ. *ThÓ tÝch kh«ng khÝ thùc tÕ: ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸

tr×nh ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh theo çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng hãa häc x¶y ra khi ch¸y çc nguyªn tè ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu. NghÜa lµ ®−îc tÝnh to¸n víi ®iÒu kiÖn lÝ t−ëng, trong ®ã tõng ph©n tö çc chÊt oxi hãa vµ bÞ oxi hãa tiÕp xóc vµ ph¶n øng víi nhau. Trong thùc tÕ kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu kh«ng thÓ tiÕp xóc lý t−ëng víi nhau ®−îc nh− vËy. Do vËy ®Ó qóa tr×nh ch¸y cã thÓ xÈy ra hoµn toµn th× l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ cÇn ph¶i cung cÊp vµo bao giê còng lín h¬n l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y. ViÖc t¨ng l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ nh»m: - T¨ng nhanh qu¸ tr×nh ch¸y - §Ò phßng tr−êng hîp thiÕu kh«ng khÝ do biÕn ®éng dßng, do thay ®æi tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu vµ cña kh«ng khÝ (thay ®æi nhiÖt trÞ, khèi l−îng riªng, ®é Èm). - Tr¸nh thiÕu kh«ng khÝ côc bé vµ tøc thêi trong buång löa do trë lùc dßng lÉn thµnh phÇn ho¸ häc cña nhiªn liÖu thay ®æi theo vÞ trÝ vµ thêi gian.

* HÖ sè kh«ng khÝ thõa: TØ sè gi÷a l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ cÊp vµo Vkk víi l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt tÝnh to¸n ®−îc V0

kk gäi lµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa, ký hiÖu lµ α:

0kk

kk

V

V=α > 1

(2-61)

42

B¶ng 2.5. Çc gi¸ trÞ phæ biÕn cña hÖ sè kh«ng khÝ thõa

Nhiªn liÖu α KhÝ thiªn nhiªn, khÝ lß cao, lß cèc 1,02 - 1,05 Dçu 1,05 - 1,15 Bét than 1,1 - 1,3 Than, ghi c¬ khÝ 1,3 - 1,5 Than, ghi thñ c«ng 1,4 - 2,0

Lß h¬i kh«ng thÓ kÝn tuyÖt ®èi ®−îc v× cã çc chç ghÐp nèi t−êng lß, trªn

t−êng lß ph¶i cã cöa vÖ sinh, cöa quan s¸t, cña phßng næ. Khi lß lµm viÖc, ¸p suÊt ®−êng khãi lu«n thÊp h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn vµ ¸p suÊt khãi gi¶m dÇn theo chiÒu khãi ®i, do ®ã kh«ng khÝ l¹nh tõ ngoµi sÏ lät vµo ®−êng khãi lµm t¨ng dÇn hÖ sè kh«ng khÝ thõa trong ®−êng khãi theo chiÒu ®i cña khãi. Tuy nhiªn khi ch¸y víi l−îng kh«ng khÝ thõa α qu¸ lín th× nhiÖt ®é buång löa gi¶m xuèng tøc lµ qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt gi¶m xuèng, nhiÖt thõa cña khãi t¨ng lªn tøc lµ l−îng nhiÖt do khãi mang ra khái lß (q2) t¨ng lªn, hiÖu suÊt lß gi¶m xuèng vµ t¨ng tiªu hao n¨ng l−îng cña çc lo¹i qu¹t. V× vËy, khi vËn hµnh cÇn ph¶i phÊn ®Êu gi÷ cho α ë gi¸ trÞ tèi thiÓu. 2.3.2. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu r¾n vµ láng. 2.3.2.1. Çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y nhiªn liÖu láng hoÆc r¾n

§Ó tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y, c¨n cø vµo thµnh phÇn cña nhiªn liÖu ta viÕt ®−îc çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y çc nguyªn tè ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, dùa vµo ®ã ta viÕt ®−îc ph−¬ng tr×nh b¶o toµn khèi l−îng cña tõng thµnh phÇn tham gia qu¸ tr×nh ch¸y, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc thÓ tÝch kh«ng khÝ lÝ thuyÕt, thÓ tÝch s¶n phÈm ch¶y sinh ra khi ®èt ch¸y mét ®¬n vÞ (1 kg hay 1m3) nhiªn liÖu. * Ph¶n øng ch¸y hoµn toµn:

- Ch¸y cacbon: C + O2 = CO2 (2-62a) 12kgC + 32kgO2 = 44kgCO2

1kgC + 2,67 O2 = 3,67kgCO2. (2-62b) Nh− vËy, vÒ mÆt lý thuyÕt khi muèn ®èt ch¸y hoµn toµn 1kg carbon th× cÇn tiªu tèn 2,67kg oxy vµ t¹o ra 3,67kg khÝ carbonic. Trong thùc tÕ çc chÊt khÝ th−êng ®o b»ng m3 nªn ta ®æi l−îng khÝ thµnh thÓ tÝch:

Khi thay khèi l−îng riªng cña Oxi ρo2 = 1,428kg/ m3tc vµ cacbonnic ρCO2 = 1,964kg/

m3tc vµo (2-62b), ta ®−îc:

1KgC + 1,866 m3tc O2 = 1,866 m3

tc CO2. (2-62c)

43

Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng, thµnh phÇn chñ yÕu cßn cã thÓ ch¸y ®−îc trong s¶n phÈm ch¸y lµ CO vµ H2 do cacbon vµ hydro ch¸y kh«ng hoµn toµn.

T−¬ng tù, ta cã thÓ tÝnh l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn c¸c thµnh phÇn kh¸c.

- Ch¸y hy®ro: 2H2 + O2 = 2H2O (2-63a)

1kgH2 + 5,6 m3tc O2 = 11,2 m3

tc H2O (2-63b)

- Ch¸y l−u huúnh: S + O2 = SO2 (2-64a)

1kgS + 0,7 m3tc O2 = 0,7m3

tc SO2 (2-64b) * Ph¶n øng ch¸y kh«ng hoµn toµn carbon:

2C + O2 = 2CO (2-65a) 24kgC + 32kg O2 = 56kg CO 1kgC + 0,933 m3

tc O2 = 1,866 m3tc CO (2-65b)

Tõ hai ph¶n øng ch¸y hoµn toµn vµ kh«ng hoµn toµn cña cacbon: C + O2 = CO2 (2-66a) C + 1/2O2 = CO (2-66b) ta thÊy l−îng s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh bÊt kÓ lµ ch¸y hoµn toµn hay kh«ng hoµn toµn tõ mét ®¬n vÞ cacbon lµ nh− nhau, sù kh¸c nhau chØ ë l−îng «xy tiªu tèn. Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn tiªu tèn «xy chØ b»ng mét nöa so víi khi ch¸y hoµn toµn. NÕu gäi phÇn ch¸y hoµn toµn cña cacbon lµ a, phÇn ch¸y kh«ng hoµn toµn lµ (1 - a) th× tiªu tèn «xy cho 1kg nhiªn liÖu cã hµm l−îng cacbon C sÏ lµ: VC

O2 = 1,866 aC + 1,866(1 - a)C/2 = 1,866 C(1 + a)/2 = V0

O2 (1 + a)/2 , m3/kg, (2-67)

T−¬ng tù, khi ch¸y kh«ng hoµn toµn H2 víi hÖ sè ch¸y hoµn toµn b, tiªu tèn «xy sÏ lµ: bH65VH2O .,= (2-68) Tæng tiªu tèn «xy vµ kh«ng khÝ cho qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn cña nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng: ( ) O70S70Hb652a1C8671V 2O ,,,/,* −+++= (2-69)

** , 2OKK V7624V = (2-70) HÖ sè kh«ng khÝ ®èi víi tr−êng hîp ch¸y kh«ng hoµn toµn nµy sÏ lµ:

0KK

KK

VV*

=α (2-71)

2.3.2.2. X¸c ®Þnh thÓ tÝch kh«ng khÝ cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y

44

* ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt: Trong nhiªn liÖu r¾n, çc thµnh phÇn C, H, S cã thÓ ch¸y ®−îc vµ sinh nhiÖt.

L−îng oxi cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn 1 kg nhiªn liÖu b»ng tæng l−îng oxi cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn l−îng C, H, S cã trong 1kg nhiªn liÖu. VËy cã thÓ tÝnh l−îng oxi cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn 1 kg nhiªn liÖu theo çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng (2-62), (2-63), (2-64) vµ l−u ý ph¶i trõ ®i l−îng oxy ®· cã s½n trong nhiªn liÖu Olv: lvlvlvlv0

O O.7,0-S.7,0H.6,5C.866,1V2

++= (2-72)

Oxi cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y trong lß h¬i lÊy tõ kh«ng khÝ, mµ trong kh«ng khÝ oxi chiÕm 21%, do ®ã cã thÓ tÝnh ®−îc l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn 1kg nhiªn liÖu:

21,0V

V0O0

kk2=

21,01V0

kk =lvlvlvlv0

O O.33,3-S.33,3H.67,26C.89,8V2

++= , (2-73)

Tõ ph−¬ng tr×nh (2-73) ta thÊy: l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y 1kg nhiªn liÖu chØ phô thuéc vµo thµnh phÇn nhiªn liÖu mµ thµnh phÇn nhiªn liÖu sÏ quyÕt ®Þnh nhiÖt trÞ, do ®ã l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt vµ nhiÖt trÞ cã liªn quan víi nhau vµ cã quan hÖ:

1000

.W.25+aQ=V

lvlvt0

KK (2-74)

trong ®ã: a lµ hÖ sè phô thuécvµo lo¹i nhiªn liÖu. Gç a = 0,251 Than bïn a = 0,251 Than ®¸, gÇy, antraxit a = 0,251 Mat zut a = 0,251

* ThÓ tÝch kh«ng khÝ thùc tÕ: 0

kkkk VV α= (2-75)

2.3.2.3. ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh khi ch¸y nhiªn liÖu S¶n phÈm ch¸y (gäi lµ khãi thùc) gåm cã khãi kh« vµ h¬i n−íc. Tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn ch¸y hoµn toµn hay kh«ng hoµn toµn çc nguyªn tè ch¸y cña nhiªn liÖu mµ tû lÖ thµnh phÇn çc chÊt sinh ra trong s¶n phÈm ch¸y kh¸c nhau. ë tr¹ng th¸i lý thuyÕt, khi ch¸y hoµn toµn (víi α = 1) sÏ t¹o thµnh trong khãi çc chÊt: CO2, SO2, N2 vµ H2O. ThÓ tÝch khãi b»ng: V0

Khoi = VCO2 + VSO2 + V0N2

+ V0H2O, m3tc/kg; (2-76a)

V0Khoi = V0

Khoi.K + V0H2O , m3tc/kg; (2-76b)

trong ®ã thÓ tÝch khãi kh«: V0Khoi.K = VCO2 + VSO2 + V0

N2 , (2-77)

Trong thùc tÕ, khi ph©n tÝch khãi ng−êi ta th−êng x¸c ®Þnh chung gi¸ trÞ thÓ tÝch cña khÝ 3 nguyªn tö cã trong khãi CO2 vµ SO2, ký hiÖu lµ VRO2 = VCO2 + VSO2.

Theo çc ph−¬ng tr×nh tõ (2-62) ®Õn (2-66) ta tÝnh ®−îc thÓ tÝch RO2:

45

VRO2 = 1,866.Clv + 0,7.Slv, m3tc/kg; (2-78) Nit¬ cã mÆt trong khãi xuÊt ph¸t tõ 2 nguån: do nit¬ cã s½n trong nhiªn liÖu ®−îc chuyÓn vµo trong khãi d−íi d¹ng tù do khi nhiªn liÖu ch¸y vµ nit¬ do kh«ng khÝ mang vµo. ThÓ tÝch nit¬ lý thuyÕt trong khãi: V0

N2 = 0,8.Nlv + 0,79.V0KK, m3tc/kg; (2-79a)

Th«ng th−êng l−îng nit¬ cã trong nhiªn liÖu rÊt Ýt nªn cè thÓ bá qua, khi ®ã l−îng nit¬ ®−îc tÝnh:

V0N2 = 0,79.V0

KK, m3tc/kg. (2-79b) VËy thÓ tÝch khãi kh« lý thuyÕt lµ: V0

Khoi.K = 1,866.Clv + 0,7.Slv + 0,79.V0KK, m3tc/kg, (2-80)

L−îng n−íc cã trong khãi do çc nguån sau ®©y: 1. Do oxy ho¸ hy®r« cña nhiªn liÖu: VH2

H2O = 11,2.Hlv, m3tc/kg,

2. Do ®é Èm cña nhiªn liÖu:VWH2O= ==

ρlvlv

O2H

W804,01W1

1,24.Wlv, m3tc/kg,

3. Do ®é Èm cña kh«ng khÝ ®−a vµo: VKKH2O =

1000dV

O2H

KK0KK ρ

ρ

trong ®ã d lµ ®é chøa h¬i cña kh«ng khÝ th−êng lÊy d = 10g/kg kh«ng khÝ,

vËy: VKKH2O =

100010

804,0293,1V0

KK = 1,611.V0KK, m3tc/kg,

4. Do h¬i n−íc phun dÇu madut khi ®èt dÇu: VphH2O = 1,24.Gph, m3tc/kg,

Trong ®ã Gph lµ l−u l−îng h¬i n−íc ®Ó phun madut thµnh s−¬ng, th−êng lÊy b»ng 0,3-0,35 kgh¬i/kg dÇu. VËy thÓ tÝch lý thuyÕt h¬i n−íc lµ:

V0H2O = 11,2.Hlv + 1,24.Wlv + 1,611.V0

KK + 1,24.Gph, m3tc/kg, (2-81) Thùc tÕ hÖ sè kh«ng khÝ thõa lu«n lín h¬n 1 nªn thÓ tÝch khãi thùc tÕ lín h¬n

thÓ tÝch khãi lý thuyÕt do l−îng nit¬ vµ h¬i n−íc trong kh«ng khÝ t¨ng lªn theo l−îng kh«ng khÝ thõa.

ThÓ tÝch nit¬ thùc tÕ: VN2 = V0

N2 + 0,79.(α-1).V0KK = 0,79. α.V0

KK, m3tc/kg; (2-82) ThÓ tÝch h¬i n−íc thùc tÕ:

VH2O = V0H2O + 1,611.(α-1).V0

KK, VH2O = 11,2.Hlv + 1,24.Wlv + 1,24.Gph + 1,611.α.V0

KK, m3tc/kg, (2-83) ThÓ tÝch khãi thùc lµ:

VKhoi = VKhoi.K + VH2O = VRO2 + VN2 + VH2O, m3tc/kg; (2-84) 2.3.3. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu khÝ 2.3.3.1. Çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y nhiªn liÖu khÝ TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu khÝ ®¬n gi¶n so víi tÝnh ch¸y nhiªn liÖu r¾n vµ láng v× tÊt c¶ çc thµnh phÇn tham gia ph¶n øng ®Òu ë pha khÝ. Çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y gåm: * Ch¸y hoµn toµn:

46

- Ch¸y hy®r«: 2H2 + O2 = 2H2O (2-85a) 22,4 m3 H2 + 11,2 m3 O2 = 22,4 m3 H2O 1 m3 H2 + 0,5 m3 O2 = 1 m3 H2O (2-85b) t−¬ng tù nh− vËy ta cã çc ph−¬ng tr×nh ch¸y çc khÝ kh¸c: 2CO + O2 = 2CO2 (2-86a) 1 m3 CO + 0,5 m3 O2 = 1 m3 CO2 (2-86b)

CmHn + (m + n/4)O2 = mCO2 + (n/2) H2O, (2-87a) 1 m3 CmHn + (m + n/4) m3 O2 = m m3 CO2 + (n/2) m3 H2O; (2-87b) H2S + 3/2 O2 = SO2 + H2O, (2-88a) 1 m3 H2S + 1,5 m3 O2 = 1 m3 SO2 + 1 m3 H2O, (2-88b) * Ch¸y kh«ng hoµn toµn: Khi CO, H2, CH4 ch¸y kh«ng hoµn toµn, nghÜa lµ chØ mét phÇn çc thµnh phÇn nµy cña nhiªn liÖu ph¶n øng víi «xy ®Ó t¹o thµnh CO2 vµ H2O, phÇn cßn l¹i kh«ng ch¸y vµ chuyÓn vµo s¶n phÈm ch¸y d−íi d¹ng tù do. NÕu kÝ hiÖu a lµ çc hÖ sè ch¸y hoµn toµn cña tõng thµnh phÇn th× ta cã çc c«ng thøc sau ®©y: - Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn CO: V*

O2,CO = 0,5.aCO.[CO] (2-75) [ ]( )CO

*CO,Khoi a.811,11COV += (2-76)

[ ]COa.381,2V.762,4V CO0CO,2O

*0CO,KK == (2-77)

[ ]CO3812V0 COKK ,, = (2-78)

CO0CO,KK

*0CO,KK*

CO aVV

4==α (2-79)

- Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn H2: Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn H2 c«ng thøc gièng nh− tr−êng hîp ch¸y CO,

nÕu thay b»ng çc kÝ hiÖu t−¬ng øng cho H2. - Ch¸y kh«ng hoµn toµn CH4:

Mét phÇn (a1) CH4 ph¶n øng víi «xy theo ph−¬ng tr×nh: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O PhÇn kh¸c (a2) bÞ ph©n huû thµnh muéi than vµ hydro: CH4 = C + 2H2

PhÇn cßn l¹i (1 - a1 - a2) kh«ng tham gia bÊt kú ph¶n øng nµo mµ chuyÓn vµo s¶n phÈm ch¸y d−íi d¹ng tù do. Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn CH4 , nÕu bá qua ph¶n øng ph©n huû CH4, tøc lµ a2 = 0 th× ta cã: [ ]414CH2O CHa2V =*

, (2-80)

[ ]41*

4CH,Khoi CHa524,9V = (2-81)

[ ]( )140

4CHKhoiA a52491CHV ,, += (2-82)

47

104CH,KK

*04CH,KK*

CH aVV

4==α (2-83)

Tõ çc qu¸ tr×nh kh«ng hoµn toµn ®¬n lÎ trªn ®©y ta cã thÓ thiÕt lËp c«ng thøc cho tr−êng hîp tæng qu¸t khi ®ång thêi cã 2, 3 hoÆc nhiÒu thµnh phÇn ch¸y kh«ng hoµn toµn. Dùa vµo çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng nµy cã thÓ tÝnh çc thÓ tÝch «xy, s¶n phÈm ch¸y lý thuyÕt vµ thùc tÕ khi ®èt ch¸y hoµn toµn 1m3 khÝ 2.3.3.2. ThÓ tÝch «xy lÝ thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y Tæng tÊt c¶ l−îng «xy ®−îc tÝnh to¸n theo çc ph¶n øng ch¸y trõ ®i l−îng «xy cã s½n trong nhiªn liÖu chÝnh lµ l−îng «xy lÝ thuyÕt cÇn cung cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y:

02OV = 0,5[CO] + 0,5[H2] + (m + n/4) [CmHn] + 1,5[H2S]- [O2], [m

3/m3]; (2-85)

Trong ®ã: [CO], [H2], [CmHn], [H2S], [S] vµ [O2] lµ nång ®é çc khÝ cã trong nhiªn liÖu khÝ, ®o b»ng % thÓ tÝch.

2.3.3.3. ThÓ tÝch kh«ng khÝ lÝ thuyÕt cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ch¸y

* Kh«ng khÝ kh«

0KKV = (100/21). 0

2OV = 4,762. 02OV , [m3/m3] (2-86)

* Kh«ng khÝ Èm Khèi l−îng h¬i n−íc chøa trong 1 kg kh«ng khÝ kh« chÝnh lµ ®é chøa h¬i d:

s

s

p.p

P.622,0=d , [kg/kg k] (2-87a)

nªn l−îng h¬i n−íc [m3] chøa trong 1m3 kh«ng khÝ kh« d’ ®−îc tÝnh theo: d’ = (29/18)d = 1,611 d, [m3/m3 k] (2-87b) Trong ®ã: ϕ - ®é Èm t−¬ng ®èi cña kh«ng khÝ ps - ¸p suÊt b·o hoµ cña h¬i n−íc [Pa] ë nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ [Pa], tra

theo b¶ng h¬i n−íc hoÆc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh Antoin [30]:

t+394,233

205,3978462,23exp=ps (2-88)

Trong ®ã: ps - ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña kh«ng khÝ Èm, Pa. Tiªu hao kh«ng khÝ Èm:

0kkAV = (1 + 1,611 d). 0

KKV , [m3/m3] (2-89)

ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y lÝ thuyÕt ®−îc tÝnh:

0KhoiV = [CO]+[H2]+(m+n/2)[CmHn]+[CO2]+[H2S]+

02NV , [m3/m3], (2-90)

ë ®©y [CO], [H2], (m+n/2)[CmHn], [CO2], [H2S] lµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh

khi ch¸y çc khÝ nµy, cßn 02NV lµ thµnh phÇn cña nit¬ trong kh«ng khÝ.

0KhoiV = [CO]+[H2]+(m+n/2)[CmHn]+[CO2]+[H2S]+[N2]+0,79. 0

KKV , (2-91)

48

ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y thùc tÕ: KhoiV = 0

KhoiV + (α-1). 0KKV , [m3/m3] (2-92)

2.3.5. X¸c ®Þnh hÖ sè kh«ng khÝ thõa Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh lß h¬i, th−êng ph¶i kiÓm tra c¸c mÉu khãi ®Þnh kú ®Ó ph¸t hiÖn trong khãi cã thµnh phÇn CO kh«ng. NÕu cã CO chøng tá qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra kh«ng hoµn toµn, nhiªn liÖu ch−a bÞ oxi hãa hoµn toµn, cÇn thiÕt ph¶i t×m nguyªn nh©n ®Ó kh¾c phôc vµ ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh ch¸y. §ång thêi viÖc ph©n tÝch khãi cßn cho phÐp x¸c ®Þnh hÖ sè kh«ng khÝ thõa xem cã ®óng tiªu chuÈn kh«ng. NÕu α nhá h¬n tiªu chuÈn th× qu¸ tr×nh ch¸y sÏ thiÕu O2 ch¸y kh«ng hÕt nhiªn liÖu. NÕu α lín th× tæn thÊt nhiÖt q2 t¨ng, hiÖu suÊt cña lß gi¶m xuèng.

Trong thùc tÕ vËn hµnh hÖ sè kh«ng khÝ thõa ®−îc x¸c ®Þnh b»ng viÖc ph©n tÝch khãi, tõ ®Þnh nghi·:

0KK

KK

V

V=α (2-93)

ta cã: 0N

N

0KK

KK

2

2

V

V=

V.79,0

V.79,0=α = 0

2

2

K.Khoi

0N

K.Khoi

N

NN

VVVV

2

2

= (2-94)

L−îng nit¬ thùc tÕ bao gåm l−îng nit¬ lý thuyÕt vµ nit¬ thõa: α

2022 N+N=N (2-95)

trong ®ã Nα2 lµ tû lÖ phÇn tr¨m thÓ tÝch nit¬ thõa so víi thÓ tÝch khãi kh«. VËy:

α−

=22

2

NNN

α (2-96)

L−îng oxy vµ nit¬ thõa trong khãi do chÝnh kh«ng khÝ thõa mang vµo nªn chóng sÏ tû lÖ víi nhau, nghÜa lµ:

79

21=

N

Oα2

2

Thay vµo c«ng thøc (2-96) ta cã:

2

222

2

NO

21791

1

O2179N

N

.−=

−=α (2-97)

2.3.5.1. Khi ch¸y hoµn toµn: Khi ch¸y hoµn toµn trong khãi chØ cßn: RO2, N2, O2 nªn víi khãi kh« ta cã: RO2 + N2 + O2 = 100%, vµ N2 = 100 - (RO2 + O2) ,%, Tõ ®ã ta cã:

49

2

2 2

179 O1 .21 100 (RO O )

α =−

− +

(2-98)

2.3.5.2. Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn: Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn, ngoµi 3 thµnh phÇn trªn trong khãi cßn cã c¶ nh÷ng chÊt cßn cã thÓ ch¸y ®−îc nh−: CO, H2, CH4 . . . , khi ®ã khãi kh« gåm: RO2 + N2 + O2 + CO + H2 + CH4 + . . . = 100%, hay N2 = 100 - (RO2 + O2 + CO + H2 + CH4 + . . . ),%, (2-99) Khi trong khãi chøa c¸c khÝ ch−a ch¸y hoµn toµn th× nã cã thÓ tiÕp tôc ch¸y n÷a nªn l−îng oxy trong (2-99) kh«ng ph¶i lµ l−îng oxy thõa trong khãi do kh«ng khÝ thõa mang vµo mµ ph¶i trõ ®i l−îng oxy cßn l¹i do ch−a ch¸y hÕt CO, H2, CH4, . . . nghÜa lµ: O’2 = O2 - (0,5.CO + 0,5.H2 + 2.CH4 + . . . ) V× vËy tr−êng hîp tæng qu¸t ta cã:

2 2 4

2 2 2 4

1α 79 O (0,5CO 0,5H 2CH ....)1 .21 100 (RO O CO H CH ...)

=− + + +

−− + + + + +

, (2-100)

§èi víi nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng ta cã:

2

2 2

179 O 0,5CO1 .21 100 (RO O CO)

α =−

−− + +

(2-101)

2.3.6. Ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh ch¸y Theo thµnh phÇn ph©n tÝch mÉu khãi, nÕu trong khãi cã CO th× qu¸ tr×nh ch¸y lµ kh«ng hoµn toµn, khi ®ã: VKhoi.K = VRO2 + VCO + VN2 + VO2, m

3tc/kg; (2-102)

V×: dvON 22

V21

79=V (2-103)

Trong ®ã:

2

2

2

22

2

22

O

lv2

OOH

OCOO

ROO

dvO .100

OVVVVVρ

−+++=

ë ®©y: 2

2

22

2

2 OOH

OCOO

ROO V,V,V,V lµ thÓ tÝch oxy cÇn thiÕt ®Ó ch¸y cacbon, hy®r«, l−u

huúnh vµ thÓ tÝch oxy thõa.

lvOHOCO

COORO

ROO H6,5=V ,V5,0=V ,V=V 2

222

2

2,

nªn : lvlvOCORO

dvO O7,0H6,5VV5,0VV

222−+++=

thay vµo (2-103) ta cã:

),,,( lvlvOCORON O70H65VV50V

2179V

222−+++= , (2-104)

50

ThÓ tÝch khãi kh«:

2 2Khoi.K RO CO OV V V V= + + +

2 2

lv lvRO CO O

79 (V 0,5V V 5,6H 0,7O )21

+ + + + − , (2-105)

Gi¶i ®ång thêi hai ph−¬ng tr×nh (2-103) vµ (2-105) ta ®−îc: RO2 (1+β) + CO(β+0,605) + O2 = 21% (2-106) Trong ®ã β lµ hÖ sè ®Æc tÝnh nhiªn liÖu. §èi víi nhiªn liÖu r¾n vµ láng:

lvlv

lvlv

S3750CO0,125-H372β

,,

+= (2-107a)

§èi víi nhiªn liÖu khÝ:

79,0V

V79,0N01,021,02RO

0KK2 −

+=β , (2-107b)

Tõ ®ã ta thÊy hÖ sè ®Æc tr−ng β chØ phô thuéc vµo c¸c thµnh phÇn ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu. §èi víi nhiªn liÖu r¾n, láng vµ khÝ thiªn nhiªn th× β lu«n cã gi¸ trÞ 0<β<1, cßn ®èi víi nhiªn liÖu khÝ nh©n t¹o thµnh phÇn RO2 lín nªn β cã thÓ cã gi¸ trÞ ©m:

Nhiªn liÖu r¾n β = 0,035 -0,15; Nhiªn liÖu láng β = 0,2 - 0,35; Nhiªn liÖu khÝ β = 0,7 - 0,8; KhÝ lß cao β th−êng cã gi¸ trÞ ©m. Hµm l−îng CO cã trong khãi tÝnh theo ph−¬ng tr×nh (2-106) lµ:

β++−β−

=6050

ORORO21CO 222

,

)()( (2-108)

Khi ch¸y hoµn toµn th× CO = 0, tõ (2-107) ta cã ph−¬ng tr×nh ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn: 21 - β.RO2 - (RO2 + O2) = 0 (2-109)

tõ ®ã ta cã:

β+−

=1O21

RO 22 (2-110)

Nh− vËy khi ch¸y hoµn toµn vµ kh«ng cã kh«ng khÝ thõa (O2 = 0) th× trÞ sè RO2 sÏ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i:

β+1

21=ROmax

2 (2-111)

TrÞ sè max2RO chØ phô thuéc vµo β tøc vµo ®Æc tÝnh nhiªn liÖu, do ®ã víi mçi

lo¹i nhiªn liÖu ta cã ®−îc trÞ sè max2RO . Khi vËn hµnh víi α > 1 th× sÏ cã O2 thõa nªn

l−îng RO2 trong khãi sÏ nhá h¬n trÞ sè max2RO do ®ã ph¶i phÊn ®Êu ®iÒu chØnh sao cho

RO2 tiÕn tíi max2RO nh»m cho α ®¹t gi¸ trÞ nhá nhÊt.

Tõ c«ng thøc (2-97) ta cã hÖ sè kh«ng khÝ thõa:

51

( )[ ]22

2

2

2

ORO100O

.21791

1

NO.

21791

1

+−−

=−

=α

mµ theo (2-108) th×: RO2 + O2 = 21 - β.RO2, do ®ã:

( ) 2

2

2

2

RO79O.79

21

21

RO21100O.79

21

21

β+−

=

β−−−

=α

coi gÇn ®óng: 79 + β.RO2 = 79, ta cã:

2O2121−

=α

thay trÞ sè 21 - O2 bëi RO2(1+ β), ta ®−îc:

( ) 2

max2

2 RORO

RO121

=β+

=α (2-112)

2.3.7. C«ng thøc thùc nghiÖm tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y Trong tr−êng hîp kh«ng biÕt thµnh phÇn cña nhiªn liÖu, ta cã thÓ tÝnh thÓ tÝch kh«ng khÝ vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y lý thuyÕt qua nhiÖt trÞ Qt theo çc c«ng thøc gÇn ®óng cña Rosin vµ Fehling cho trong b¶ng 1.8. §èi víi nhiªn liÖu cã nhiÖt trÞ Qt n»m trong kho¶ng 13 ÷ 17 MJ/m3 kh«ng thÓ sö dông çc c«ng thøc gÇn ®óng nµy. Khi ®ã cã thÓ tÝnh t−¬ng ®èi theo tû lÖ cø mçi 1 MJ cÇn 1m3 kh«ng khÝ. Trong thùc tÕ cã Ýt lo¹i khÝ ®èt n»m trong kho¶ng nµy.

B¶ng 1.8. C«ng thøc gÇn ®óng cña Rosin vµ Fehling Lo¹i nhiªn liÖu V0

kk V0k §¬n vÞ

R¾n 0,2416 Qt + 0,5 0,2129 Qt + 1,65 m3/kg Láng O,2033 Qt + 2,0 0,2656 Qt m3/kg KhÝ nhiÖt trÞ thÊp Qt < 13 MJ/m3 0,2093 Qt 0,1734 Qt + 1,0 m3/m3

KhÝ nhiÖt trÞ cao Qt > 17 MJ/m3

0,2608 Qt – 0,25 0,2727 Qt + 0,25 m3/m3

Qt ®−îc tÝnh b»ng MJ/kg ®èi víi nhiªn liÖu r¾n vµ láng, MJ/m3 ®èi víi nhiªn liÖu khÝ.

2.3.8. NhiÖt ®é ®äng s−¬ng NhiÖt ®é ®äng s−¬ng lµ nhiÖt ®é b·o hoµ øng víi ph©n ¸p suÊt cña h¬i thµnh phÇn chøa trong hçn hîp khÝ.

Trong s¶n phÈm ch¸y cña çc thiÕt bÞ thùc tÕ cã hai lo¹i h¬i cã thÓ ng−ng tô ®ã lµ h¬i n−íc vµ h¬i H2SO4, khi ng−ng tô chóng ®Òu lµm t¨ng kh¶ n¨ng ¨n mßn ®−îc gäi

52

lµ hiÖn t−îng ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp. §Ó tr¸nh hiÖn t−îng nµy, nhiÖt ®é cña s¶n phÈm ch¸y (trªn v¸ch thiÕt bÞ) cÇn ph¶i cao h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng. NhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña tõng lo¹i h¬i trong khãi phô thuéc vµo ph©n ¸p suÊt cña tõng lo¹i h¬i ®ã trong hçn hîp; ph©n ¸p cña chóng cµng lín th× nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cµng cao, tøc lµ nguy c¬ ng−ng tô cµng lín, cµng dÔ g©y hiÖn t−îng ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp.

VÝ dô 1-1: TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y khÝ thiªn nhiªn (víi α = 1,1) khi bá qua ¶nh h−ëng

cña ®é Èm trong kh«ng khÝ, cã thµnh phÇn thÓ tÝch: [CH4] = 0,84, [C2H4] = 0,015, [C2H6] = 0,005, [CO2] = 0,020, [N2] = 0,12 Gi¶i:

L−îng oxy lÝ thuyÕt theo (2-31): 02OV = (m+n/4)[CmHn], [m

3/m3]

02OV = (1+1)[CH4] + (2+1)[C2H4]+(2+1,5)[C2H6]

02OV = 2. 0,84 + 3.0,015 + 3,5.0,005 = 1,743 (m3/m3)

L−îng kh«ng khÝ lÝ thuyÕt: 0KKV = 4,76. 0

2OV = 4,76.1,743 = 8,297 (m3/m3) L−îng khãi lÝ thuyÕt theo (2-37):

0KhoiV = (m+n/2)[CmHn]+[CO2]+[N2]+0,79. 0

KKV , (m3/m3) 0KhoiV = (1+4/2)[CH4] + (2+4/2)[C2H4] + (2+6/2)[C2H6] +

+ [CO2] + [N2] + 0,79. 0KKV , (m3/m3)

0KhoiV = 3.0,84 + 4.0,015 + 5.0,005 +0,02 + 0,12 + 0,79.8,297 = 9,2996;

L−îng khãi kh« thùc tÕ theo (2-38):

KhoiV = 0KhoiV + (α-1). 0

KKV , [m3/m3]

KhoiV = 9,2996 + 0,1.8,297 = 10,129 (m3/m3)

ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y cña çc khÝ thµnh phÇn cã thÓ tÝnh ®−îc theo çc c«ng thøc tõ (2-27) ®Õn (2-30) vµ biÓu diÔn trªn b¶ng 1.6 vµ 1.7.

B¶ng 1.6. ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y cña çc khÝ thµnh phÇn.

Tõ

2COV = m[CmHn](m3)

[ ]nmO2H HC2

n=V

(m3)

2Nv

(m3) 2Ov

(m3)

[CH4] = 0,840

1.0,84 = 0,84 2.0,84 = 1,68 0 0

[C2H4] = 0,015

2.0,015 = 0,03 2.0,015 = 0,03 0 0

[C2H6] = 0,005

2.0,005 = 0,01 3.0,005 = 0,015 0 0

[CO2] = 0,020

0,02 0 0 0

[N2] = 0,12 0 0 0,12 0

53

Kh«ng khÝ 0 0 0,79α 0KKV (α-1) 0

2OV

Σ = 0,9 1,725 7,210 0,174 B¶ng 1.7. Thµnh phÇn thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y cña vÝ dô 1-1

Thµnh phÇn Tr¹ng th¸i kh«, % Tr¹ng th¸i Èm. % CO2 0,1071 0,0889 H2O 0 0,1703 N2 0,8722 0,7237 O2 0,0207 0,0172

2.3.9. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn

2.3.9.1. Ch¸y kh«ng hoµn toµn nhiªn liÖu khÝ 2.3.9.2. Ch¸y kh«ng hoµn toµn nhiªn liÖu r¾n vµ láng ThÓ tÝch c¸c khÝ thµnh phÇn s¶n phÈm ch¸y vi, m

3/kg lµ: CO2: 1,867aC (2-91a) CO: 1,867(1 - a)C (2-92b) SO2: 0,7S (2-92c) H2: 11,2(1 - b)H (2-92d) N2: 0,8N + 3,762 V*

O2 (2-92e) H2O: 1,244w + 11,2bH + 7,671.d.V*

O2 (2-92f) ThÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y (kh«, Èm): *

min,KhoiV = 1,867C + 11,2(1 - b)H + 0,7S + 0,8N + 3,762. *2OV (2-93)

*min,,AKhoiV = 1,867C + 11,2H + 0,8N + 0,7S +

+ 1,244w + (3,762 + 7,671d). *2OV (2-94)

NÕu ch¸y kh«ng hoµn toµn mµ trong s¶n phÈm chay vÉn tån t¹i «xy th× cã nghÜa lµ α > α*, l−îng kh«ng khÝ tiªu tèn trong tr−êng hîp nµy lµ:

V*KK = αV0

KK = α.4,762. *2OV (2-95)

trong ®ã V0KK lµ tiªu hao kh«ng khÝ lý thuyÕt khi ch¸y hoµn toµn.

Tuy nhiªn ë tr−êng hîp nµy α còng cã thÓ nhá h¬n mét. ThÓ tÝch s¶n

phÈm ch¸y khi α ≠ α* sÏ lµ: ( ) *

min,**

min,* / KKKhoiKhoi V1VV −αα+= (2-96)

( )min,**

min,*

, KKaKhoiAAKhoi VVV α−α+= (2-97)

VÝ dô 2.4.

54

Mét kg cacbon ch¸y kh«ng hoµn toµn víi hÖ sè ch¸y hoµn toµn α = 0,95. TÝnh thµnh phÇn thÓ tÝch cña s¶n phÈm ch¸y kh«ng chøa «xy.

Lêi gi¶i. Theo (2-86) l−îng s¶n phÈm ch¸y ®−îc t¹o thµnh lµ: V*

Khoi = 1,866.1.[1 + 3,762(1 + 0,95)/2] = 8,715 m3/kg do ®ã thµnh phÇn thÓ tÝch cña s¶n phÈm ch¸y kh«ng chøa «xy theo (2-87) sÏ lµ: CO2: 1,867.0,95/8,715 = 0,2035 hay 20, 35% CO: 1,867. 0,05/8,715 = 0,0107 hay 1,07% N2: 3,762.1,867. 0,975/8,715 = 0,7858 hay 78,58%

55

Ch−¬ng 3. c©n b»ng nhiÖt Vµ hiÖu suÊt lo h¬i

3.1. C¢N B»NG NHIÖT Vµ TÝNH HIÖU SUÊT CñA Lß 3.1.1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cña lß

LËp c©n b»ng nhiÖt cho lß h¬i lµ x©y dùng ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn sù c©n b»ng

gi÷a l−îng nhiÖt ®−a vµo lß víi l−îng nhiÖt sö dông h÷u Ých vµ c¸c tæn thÊt nhiÖt cña lß.

NhiÖt l−îng sinh ra khi ®èt ch¸y nhiªn liÖu trong lß h¬i chÝnh lµ nhiÖt l−îng do nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ mang vµo:

Q®v = Qnl + Qkk (3-1) NhiÖt l−îng sinh ra khi ®èt ch¸y nhiªn liÖu trong lß h¬i ®−îc ph©n thµnh hai phÇn: mét phÇn nhiÖt ®−îc sö dông ®Ó sinh h¬i (gäi lµ nhiÖt l−îng h÷u Ých) vµ mét phÇn nhiÖt bÞ mÊt ®i trong qu¸ tr×nh lµm viÖc (gäi lµ tæn thÊt nhiÖt cña lß). Nh− vËy cã thÓ viÕt: Q®v = Qnl + Qkk = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3-2) Trong ®ã: Q1 lµ nhiÖt l−îng sö dông h÷u Ých ®Ó sinh h¬i, kj/kg; Q2 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i mang ra ngoµi lß h¬i, kj/kg; Q3 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt hãa häc, kj/kg; Q4 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc, kj/kg; Q5 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do táa nhiÖt tõ mÆt ngoµi t−êng lß ra kh«ng khÝ xung quanh, kj/kg; Q6 lµ l−îng tæn thÊt nhiÖt do xØ nãng mang ra ngoµi, kj/kg;.

Ph−¬ng tr×nh (3-1) biÓu diÔn sù c©n b»ng nµy gäi lµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cña lß. L−îng nhiÖt do 1kg nhiªn liÖu r¾n hoÆc láng hay 1m3tc nhiªn liÖu khÝ ®−a vµo lß h¬i ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: lv n

dv t nl KK p KQ Q Q Q Q Q= + + + − , kj/kg, kj/m3tc; (3-3)

Trong ®ã: Qt

lv - nhiệt trÞ thÊp l�m viÖc cña nhiªn liÖu, kj/kg, kj/m3tc; Qnl - nhiÖt vËt lý cña nhiªn liÖu ®−a v�o,

Qnl = Cnl.tnl, kj/kg, kj/1m3tc; (3-4) víi Cnl l� nhiÖt dung riªng cña nhiªn liÖu, x¸c ®Þnh nh− sau:

- Nhiªn liÖu r¾n vµ láng:

56

lv lvk

nl nlW 100 WC 4,186 C100 100

−= + , kj/kg (3-5)

Cknl l� dung riªng cña nhiªn liÖu kh«, tra theo b¶ng th«ng sè nhiÖt ®éng:

- than antraxit v� than gÇy: Cknl = 0,92 kj/kg 0C,

- than ®¸: Cknl = 1,07 kj/kg 0C,

- dÇu madut: Cmd = 1,74 + 0,0025.t, kj/kg 0C, - nhiªn liÖu khÝ: Cnl = 0,01(CCO.CO+CH2.H2+CCH4.CH4 + . . .), kj/m3tc0C Tr−êng hîp kh«ng sÊy nhiªn liÖu b»ng nguån nhiÖt bªn ngo�i th× nhiÖt ®é nhiªn liÖu vµo lß lµ 200C nªn nhiÖt vËt lý cña nã rÊt nhá, Qnl chØ cÇn tÝnh khi:

%150QWlvtlv > ;

QnKK

- nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ nãng mang vµo, ®−îc tÝnh ®Õn khi kh«ng khÝ ®−îc sÊy nãng b»ng nguån nhiÖt bªn ngoµi:

( ) ( )[ ]lkknlnkknl0kk

;kk

nkk tCtCVαQ == , kj/kg, kj/1m3tc; (3-6)

trong ®ã:

α’ - hÖ sè kh«ng khÝ thõa ®Çu vµo bé sÊy kh«ng khÝ; (Ckktkk)n; (Ckktkk)l – nhiÖt dung riªng vµ nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ nãng vµ kh«ng

khÝ l¹nh, Qph- nhiÖt l−îng do dïng h¬i phun nhiªn liÖu láng v�o lß:

Qph = Gph(iph - 2500), kj/kg (3.7) ë ®©y:

Gph - l−îng h¬i ®Ó phun dÇu v�o lß khi sö dông vßi phun kiÓu thæi, tÝnh øng víi 1 kg nhiªn liÖu th−êng lÊy Gph = 0,3 - 0,35 kg h¬i/kg dÇu. §èi víi vßi phun dÇu kiÓu c¬ khÝ th× Gph = 0 nªn Qph = 0.

iph - Entanpi cña h¬i phun dÇu v�o lß. Thùc tÕ th× kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu cÊp cho lß h¬i th−êng kh«ng sÊy b»ng nguån nhiÖt bªn ngoµi mµ sÊy b»ng chÝnh khãi tõ lß h¬i vµ kh«ng dïng h¬i phun dÇu v× rÊt tèn h¬i nªn Qnl, Qkk, Qph ®−îc coi gÇn b»ng kh«ng vµ l−îng nhiÖt ®−a vµo lß sÏ b»ng nhiÖt trÞ thÊp cña nhiªn liÖu:

lvtâv QQ = , kj/kg, kj/m3tc; (3.8)

3.1.2. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña lß h¬i

HiÖu suÊt cña lß h¬i lµ tØ sè gi÷a l−îng nhiÖt sö dông h÷u Ých vµ l−îng nhiÖt cung cÊp vµo lß h¬i.

57

dv

1

QQ

=η 100, (%) (3-9)

HiÖu suÊt cña lß h¬i cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng 2 ph−¬ng ph¸p: ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn vµ ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch. 3.1.2.1. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn:

Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hiÖu suÊt nhiÖt theo ph−¬ng tr×nh (3-9) gäi lµ ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn. §Ó tÝnh hiÖu suÊt cña lß theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn cÇn tÝnh l−îng nhiÖt sö dông h÷u Ých Q1 vµ l−îng nhiÖt cung cÊp vµo lß h¬i Q®v.

+ NhiÖt sö dông h÷u Ých h¬i nhËn ®−îc:

( ) ( ) ( ) ( )'' '' ' '

qn nc bh nc tg tg tg x nc1

D i i D i i D i i D i iQ

B− + − + − + −

= , (3-10)

ë ®©y: D lµ s¶n l−îng h¬i cña lß h¬i, kg/h; Dbh lµ l−îng h¬i b·o hoµ tù dïng cña lß h¬i, kg/h; Dtg lµ l−îng h¬i qu¸ nhiÖt trung gian cña lß h¬i, kg/h; Dx lµ l−îng n−íc x¶ lß, kg/h;

iqn, inc, i’, i’’, i’tg, i’’tg, ix lµ entanpi h¬i qu¸ nhiÖt, n−íc cÊp, n−íc s«i, h¬i b·o hoµ, h¬i vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt trung gian, kj/kg.

Khi l−îng n−íc x¶ lß nhá p = Dx/D < 2%, kh«ng cã qu¸ nhiÖt trung gian vµ kh«ng dïng h¬i b·o hoµ th×:

( )qn nc

1

D i iQ

B−

= , (3-11)

+ L−îng nhiÖt do nhiªn liÖu sinh ra khi ch¸y nÕu tÝnh theo (3-8): Qdv = Qt

lv, Khi ®ã ta cã hiÖu suÊt lß:

lvt

qnqn

BQ)'ii(D −

=η 100, (%). (3-12)

Tõ (3-13) ta thÊy: muèn x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña lß theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng thuËn th× cÇn x¸c ®Þnh chÝnh x¸c l−îng tiªu hao nhiªn liÖu B, entanpi cña h¬i qu¸ nhiÖt iqn, entanpi n−íc c©p inc t−¬ng øng v¬i l−îng h¬i s¶n xuÊt ra ë tõng thêi ®iÓm. §©y lµ mét ®iÒu rÊt khã kh¨n ®èi víi çc lã h¬i lín v× l−îng tiªu hao nhiªn liÖu rÊt lín nªn rÊt khã x¸c ®Þnh chÝnh x¸c. V× vËy ph−¬ng ph¸p nµy chØ dïng ®Ó x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cho çc lß h¬i cã s¶n l−îng nhá, l−îng tiªu hao nhiªn liÖu Ýt cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc chÝnh x¸c trong khi vËn hµnh. §èi víi çc lß lín th× hiÖu suÊt ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch. 3.1.2.2. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch:

58

Tõ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt tæng qu¸t cña lß (3-2) ta cã: Q1 = Q®v - Q2 - Q3 - Q4 - Q5 - Q6 (3-13) Chia c¶ hai vÕ cho Q®v ta ®−îc:

dv

1

QQ

= dv

dv

QQ

-dv

2

QQ

-dv

3

QQ

-dv

4

QQ

-dv

5

QQ

-dv

6

QQ

hay:

η = q1 = 1 - q2 - q3 - q4 - q5 - q6 (3-14)

η = q1 = 100 - ∑=

6

2iiq (%)

trong ®ã: q1= dv

1

QQ

(%); q2=dv

2

QQ

(%), q3=dv

3

QQ

(%). . . . lµ tæn thÊt nhiÖt tÝnh theo tû

lÖ phÇn tr¨m nhiÖt l−îng ®−a vµo. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hiÖu suÊt nhiÖt theo ph−¬ng tr×nh (3-14) gäi lµ ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch. §Ó tÝnh hiÖu suÊt cña lß theo ph−¬ng ph¸p c©n b»ng nghÞch cÇn x¸c ®Þnh c¸c tæn thÊt nhiÖt q2 , q3 , q4 , q5 , q6.

L−îng tiªu hao nhiªn liÖu cña lß:

h/kg,Q.QB lv

t

hi

η= (3-15)

L−îng tiªu hao nhiªn liÖu tÝnh to¸n cña lß:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

100q1BB 4

tt , kg/h (3-16)

3.2. Tæn thÊt nhiÖt TRONG Lß H¥I 3.2.1. Tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i mang ra ngoµi lß h¬i Khãi ®−îc t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh ch¸y tøc lµ tõ kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu. Kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu vµo lß cã nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é m«i tr−êng, kho¶ng 20-350C, trong khi ®ã nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß th−êng lín h¬n 1100C, ®Æc biÖt ®èi víi c¸c lß nhá kh«ng cã bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i th× nhiÖt ®é khãi tho¸t cã thÓ tíi 4000C. Nh− vËy ph¶i mÊt mét l−îng nhiÖt ®Ó ®èt nãng kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu tõ nhiÖt ®é m«i tr−êng ®Õn nhiÖt ®é khãi th¶i. mÊt m¸t nhiÖt nµy gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i, ký hiÖu lµ Q2, kj/kg hay kj/m3tc hoÆc q2, (%).

Tæn thÊt do khãi th¶i ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

( )( )100

q100IIQ 4kklth2

−−= , Kj/kg (3-17)

59

hoặc:

( )( )

dv

4kklth

dv

22 Q

q100II100.QQq −−

== (3-18)

Trong ®ã: Ith - entanpi khãi th¶i tÝnh theo nhiÖt ®é khãi th¶i, kj/kg;

Ith = Vth(Cθ)th, Vth- ThÓ tÝch khãi th¶i ra khái lß, , m3tc/kg, m3tc/ m3tc;

Cth, θth - nhiÖt dung riªng vµ nhiÖt ®é cña khãi th¶i ra khái lß, Ikkl - entanpi cña kh«ng khÝ l¹nh vµo lß, kj/kg; Ikkl = th.I

0kkl,

αth - hÖ sè kh«ng khÝ thõa t¹i vÞ trÝ khãi th¶i ra khái lß, I0

kkl - entanpi kh«ng khÝ l¹nh lý thuyÕt, kj/kg I0

kkl = V0kk(C.t)kkl,

V0kk - ThÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt, m3tc/kg, m3tc/ m3tc;

Ckkl, tkkl- nhiÖt dung riªng vµ nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ l¹nh, q4 - tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ c¬ häc, %.

HÖ sè kh«ng khÝ thõa ra khái lß h¬i vµ nhiÖt ®é khãi th¶i lµ 2 yÕu tè ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn q3. NhiÖt ®é khãi th¶i cµng cao th× tæn thÊt q2 cµng lín. Tuy nhiªn khi nhiÖt ®é khãi th¶i thÊp h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng sÏ g©y ng−ng ®äng s−¬ng h¬i n−íc trong khãi. N−¬c ng−ng ®äng sÏ dÔ hßa tan SO2 t¹o thµnh H2SO4 g©y hiÖn t−îng ¨n mßn kim lo¹i. V× vËy chóng ta ph¶i t×m nh÷ng biÖn ph¸p ®Ó gi¶m nhiÖt ®é khãi th¶i ®Õn møc hîp lý nhÊt. Khi hÖ sè kh«ng khÝ thõa cµng lín th× nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh gi¶m, lµm gi¶m l−îng nhiÖt hÊp thu b»ng bøc x¹ cña buång löa, dÉn ®Õn nhiÖt ®é khãi sau buång löa t¨ng lªn tøc lµ nhiÖt ®é khãi tho¸t t¨ng. §ång thêi hÖ sè kh«ng khÝ thõa cµng lín th× thÓ tÝch khãi th¶i cµng lín vµ nh− vËy th× q2 còng cµng lín. V× vËy cÇn khèng chÕ α ë møc nhá nhÊt, ®ång thêi h¹n chÕ kh«ng khÝ l¹nh lät vµo lß h¬i. Tæn thÊt nhiÖt q2 th−êng trong kho¶ng tõ 4-8%. NhiÖt ®é khãi th¶i ®−îc chän dùa trªn ph−¬ng ¸n so s¸nh kinh tÕ kü thuËt, lo¹i nhiªn liÖu. Bảng 3.1. tr×nh bµy nhiÖt ®é khãi th¶i cña lß h¬i cã s¶n l−îng tõ 75t/h trë lªn, ®−îc chän theo ®é Èm nhiªn liÖu vµ nhiÖt ®é n−íc cÊp vµo lß.

Bảng 3.1. Nhiệt độ khói thóat khỏi lò hơi có D từ 75t/h. Nhiên liệu tnc = 1500C tnc = 215-2350C tnc = 2650C Aqd ≤ 3 110-120 120-130 130-140 Aqd=4 ÷20 120-130 140-150 150-160 Aqd > 20 130-140 160-170 170-180

60

3.2.2. Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc q3 (%) Khi nhiªn liÖu ch¸y kh«ng hoµn toµn th× trong khãi cßn cã çc chÊt khÝ ch−a ch¸y hÕt nh− CO, H2, CH4 . Nh÷ng khÝ nµy cßn cã thÓ ch¸y vµ sinh nhiÖt ®−îc nh−ng ch−a ch¸y ®· bÞ th¶i ra ngoµi, lµm mÊt ®i mét l−îng nhiÖt g©y nªn tæn thÊt nhiÖt gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc, ký hiÖu lµ Q3, kj/kg hay kj/m3tc hoÆc q3, (%). Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

( )m n

43 2 4 C H m n k.kho

qQ 126.CO 108H 358CH Q C H V 1100

⎛ ⎞= + + + −⎜ ⎟⎝ ⎠

∑ ,

kj/kg, (3-19) trong ®ã: CO, H2, CH4, CmHn l� tû lÖ thµnh phÇn khÝ ch¸y cßn l¹i trong khãi, (%); 12.600, 10.800, 35.800 vµ QCmHn lµ nhiÖt trÞ cña çc khÝ CO, H2, CH4, CmHn . Khi ch¸y kh«ng hoµn toµn nhiªn liÖu r¾n th× trong khãi cßn chñ yÕu lµ CO do ®ã:

43 k.kho

qQ 126.CO.V . 1100

⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

, kj/kg,

Khi thay thÎ tÝch khãi kh« vµo ta ®−îc:

( )lv lv4

32

2,33 C 3,75S CO qQ 1RO CO 100

+ ⎛ ⎞= −⎜ ⎟+ ⎝ ⎠, kj/kg, (3-20)

HoÆc cã thÓ tÝnh tæn thÊt Q3 theo c«ng thøc gÇn ®óng:

Q3 = 3,2.α. CO, kj/kg (3-21)

ë ®©y α lµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa t¹i ®iÓm x¸c ®Þnh CO. Nguyªn nh©n cña tæn thÊt nµy lµ cã thÓ do thiÕu kh«ng khÝ hoÆc cã ®ñ kh«ng

khÝ nh−ng pha trén kh«ng ®Òu víi nhiªn liÖu. Çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn q3 bao gåm: NhiÖt ®é buång löa, hÖ sè kh«ng khÝ thõa vµ ph−¬ng thøc x¸o trén gi÷a kh«ng khÝ víi nhiªn liÖu trong buång löa.

NhiÖt ®é buång löa thÊp th× qu¸ tr×nh ch¸y sÏ xÊu ®i, do ®ã tæn thÊt q3 t¨ng. HÖ sè kh«ng khÝ thõa lín th× q3 cµng nhá nh−ng q2 l¹i t¨ng (Tuy nhiªn hÖ sè

kh«ng khÝ thõa qu¸ lín lµm cho nhiÖt ®é buång l−¶ qu¸ thÊp th× q3 l¹i t¨ng). Sù pha tréng gi÷a nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ cµng tèt th× q3 cµng nhá. V× vËy ph¶i tÝnh chän α sao cho tæng tæn thÊt nhiÖt q2 + q3 lµ nhá nhÊt. NÕu chiÒu dµi buång löa kh«ng ®¹t yªu cÇu tèi thiÓu th× thêi gian nhiªn liÖu l−u l¹i trong buång löa ng¾n còng sÏ g©y lµm cho nhiªn liÖu ch¸y kh«ng hoµn toµn lµm cho q3 t¨ng.

Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n: ®èi víi buång ®èt bét than q3 th−êng nhá h¬n 0,5%, buång löa ghi xÝch tæn thÊt q3 cã thÓ ®Õn 0,5-1%, vµ víi buång löa ghi thñ c«ng q3 cã thÓ ®¹t ®Õn 2% hoÆc cao h¬n. Khi ®èt mazut th× q3 cao h¬n v× khi ch¸y mazut

61

cacbuahy®ro dÔ bÞ ph©n hñy t¹o thµnh nh÷ng liªn kÕt khã ph¶n øng (må hãng), th−êng q3 = 3%. 3.2.3. Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc q4 (%) Nhiªn liÖu ®−a vµo lß cã mét phÇn ch−a kÞp ch¸y ®· bÞ th¶i ra ngoµi theo c¸c ®−êng: bay theo khãi, lät qua ghi lß hoÆc dÝnh víi xØ r¬i xuèng ®¸y buång löa cïng víi xØ g©y nªn tæn thÊt nhiÖt gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc, ký hiÖu lµ Q4, kj/kg hay kj/m3tc hoÆc q4 , (%). L−îng tro xØ ra khái lß øng víi 1kg nhiªn liÖu lµ:

g = gx + gl + gb, kg/kg; Trong ba thµnh phÇn trªn cßn chøa nh÷ng chÊt ch−a ch¸y hÕt. NÕu ký hiÖu tû

lÖ phÇn tr¨m thµnh phÇn chÊt ch¸y ®−îc trong tro bay, lät vµ xØ t−¬ng øng lµ: kb, kl, kx th× l−îng chÊt ch−a ch¸y hÕt cã trong tro bÞ th¶i ra khái lß øng víi 1 kg nhiªn liÖu lµ:

kg = gx.kx + gl.kl + gb.kb, kg/kg; (3-22) Th−êng ta coi nhiÖt trÞ cña chÊt ch¸y ®−îc trong tro b»ng nhiÖt trÞ carbon, b»ng

32600 kj/kg, do ®ã t n thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ c¬ häc Q4: Q4 = 32600.( gx.kx + gl.kl + gb.kb), kj/kg; (3-23)

Th«ng th−êng viÖc x¸c ®Þnh trùc tiÕp l−îng nhiªn liÖu ch−a ch¸y bay ra khái lß øng víi 1kg nhiªn liÖu gx, gl , gb lµ rÊt khã kh¨n, do ®ã ph¶i th«ng qua con ®−êng gi¸n tiÕp ®Ó t×m q4. §èi víi mçi lo¹i lß h¬i th× qui luËt ph©n bè tro lät xuèng ®¸y, tro lÉn vµo xØ vµ tro bay theo khãi Ýt thay ®æi, vµ cã thÓ biÓu thÞ b»ng tû lÖ:

ax + al + ab = 1 cã thÓ t×m ®−îc qui luËt ph©n bè ba thµnh phÇn trªn b»ng thùc nghiÖm, trong ®ã: ax, al, ab lµ tû lÖ ®é tro cña nhiªn liÖu ph©n bè theo ®−êng xØ, lät vµ bay theo khãi, ta cã:

gx = lv lv

x xx x

A 100 A 100a a100 100 k 100 100 k⎛ ⎞

=⎜ ⎟ − −⎝ ⎠;

gx =lv

bb

A 100a100 100 k−

;

gx = lv

ll

A 100a100 100 k−

;

thay vµo (3-23) ta cã: lv

x b l4 x b l

x b l

k k k AQ 32600 a a a100 k 100 k 100 k 100

⎡ ⎤= + +⎢ ⎥− − −⎣ ⎦

Trong thùc tÕ, L−îng lät xuèng ®¸y ®èi víi lß phun gÇn nh− b»ng kh«ng, cßn ®èi víi lß ghi th× rÊt nhá nªn th−êng tÝnh gép vµo v¬i l−îng lÉn theo xØ, do ®ã ta cã:

ax+l + ab = 1

62

Do ®ã tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ c¬ häc Q4 hoặc q4 ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

x 1 bx 1 blv

x 1 b44

dv dv

k ka a100 k 100 kQ Aq .100 32650 , %

Q 100 Q

++

+

⎛ ⎞+⎜ ⎟− −⎝ ⎠= = , (3.24)

Trong ®ã: ax, al, ab - tû lÖ tro cña nhiªn liÖu ph©n phèi ra ngo�i cã trong xØ v� lät hoÆc bay theo khãi, th−êng ®−îc ph©n bè theo qui luËt: ax + al + ab = 1.

§èi víi lß phun th¶i xØ kh«: ax = 0,1, ab = 0,9, §èi víi lß phun th¶i xØ láng: ax = 0,6-0,7, ab = 0,4-0,3,

§èi víi lß ghi xÝch: ax+l = 0,8, ab = 0,2, kx+1, kb - phÇn chÊt ch¸y ®−îc cã trong xØ v� than lät, trong tro bay, %

YÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ mÆt c¬ häc lµ kÝch cì h¹t, tÝnh kÕt dÝnh cña tro, tèc ®é vµ çch tæ chøc cÊp giã. ë lß ghi, khe hë cña ghi cµng lín th× tæn thÊt q4 cµng lín. NÕu viÖc ph©n phèi giã cÊp I vµ II kh«ng tèt, sÏ thæi bay çc h¹t nhiªn liÖu ch−a ch¸y hÕt ra khái buång löa. KÝch th−íc h¹t cµng kh«ng ®Òu th× q4 cµng lín. Buång löa phun cã q4 bÐ nhÊt, ®Æc biÖt lµ buång löa th¶i xØ láng cã thÓ coi q4 = 0, v× çc h¹t nhiªn liÖu r¬i xuèng ®¸y lß gÆp líp xØ ch¶y láng cã nhiÖt ®é cao nªn tiÕp tôc ch¸y vµ ch¸y kiÖt. §èi víi buång ®èt kiÓu phun: q4 cã thÓ ®¹t ®Õn 4%; ®èi víi buång ®èt ghi tõ 2-14%. 3.2.4. Tæn thÊt nhiÖt do táa nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh q5 (%) BÒ mÆt t−êng xung quanh cña lß lu«n cã nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é m«i tr−êng xung quanh, do ®ã lu«n cã sù táa nhiÖt tõ mÆt ngoµi t−êng lß ®Õn m«i tr−êng g©y nªn tæn thÊt, gäi lµ tæn thÊt do táa nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh, ký hiÖu lµ q5 (%).

Tæn thÊt nhiÖt q5 phô thuéc vµo nhiÖt ®é, diÖn tÝch bÒ mÆt xung quanh cña t−êng lß, chÊt l−îng líp çch nhiÖt t−êng lß. Tæn thÊt q5 tû lÖ thuËn víi diÖn tÝch xung quanh, víi nhiÖt ®é bÒ mÆt ngoµi cña t−êng lß. Tuy nhiªn, c«ng suÊt lß cµng lín th× diÖn tÝch bÒ mÆt cµng t¨ng nh−ng ®é t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt xung quanh nhá h¬n ®é t¨ng s¶n l−îng lß, do ®ã trÞ sè q5 øng víi 1kg nhiªn liÖu sÏ gi¶m xuèng. §èi víi lß h¬i lín q5 kho¶ng 0,5%. Muèn gi¶m q5 ph¶i thiÕt kÕ t−êng lß sao cho hîp lý. Tæn thÊt do to¶ nhiÖt ra m«i tr−êng xung quanh Q5 hoặc q5 ®−îc x¸c ®Þnh theo

to¸n ®å thùc nghiÖm (h×nh 3.1). §èi víi çc lß cã s¶n l−îng D ≥ 900T/h th× q5 lÊy b»ng 0,2%. Trong tr−êng hîp s¶n l−îng lß kh¸c víi s¶n l−îng ®Þnh møc th× q5 ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

63

DD.qq âmâm

55 = (3.25)

C«ng thøc nµy ®−îc ¸p dông khi: %25D

DDD

D

dm

dm

dm

≥−

=∆

.

H×nh 3.1: Tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr−êng bªn ngoµi

1. Lß h¬i cã bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i. 2. Lß h¬i kh«ng cã bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i.

3.2.5. Tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra ngoµi lß h¬i q6 (%) XØ sinh ra tõ nhiªn liÖu trong qu¸ tr×nh ch¸y, ®−îc th¶i ra khái lß ë nhiÖt ®é cao. §èi víi lß h¬i th¶i xØ kh« nhiÖt ®é xØ ra khái lß kho¶ng 600 - 8000C, ®èi víi lß h¬i th¶i xØ láng nhiÖt ®é xØ kho¶ng 1300 - 14000C, trong khi ®ã nhiªn liÖu vµo lß cã nhiÖt ®é kho¶ng 20-350C. Nh− vËy lß h¬i ®· mÊt ®i mét l−îng nhiÖt ®Ó n©ng nhiÖt ®é xØ tõ nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é m«i tr−êng lóc vµo ®Õn nhiÖt ®é xØ lóc ra khái lß, gäi lµ tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra ngoµi q6 (%).

Tæn thÊt q6 phô thuéc vµo ®é tro cña nhiªn liÖu, vµo ph−¬ng ph¸p th¶i xØ ra khái buång löa. §èi víi nhiªn liÖu cµng nhiÒu tro th× q6 cµng lín. C¸c lß th¶i xØ kh« cã q6 nhá h¬n khi t+h¶i xØ láng. Tæn thÊt q6 cã thÓ ®¹t ®Õn 5% Tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra ngoµi ®−îc tÝnh ®Õn khi ®èt than trªn ghi hoÆc buång löa phun th¶i xØ láng. Khi ®èt than trong buång löa phun th¶i xØ kh«, l−îng xØ th¶i ra Ýt nªn chØ tÝnh ®Õn q6 khi than cã ®é tro tõ trung b×nh trë lªn nÕu:

1000QAlvtlv >

Tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra ngoµi ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

( ) lv6 x x

Q a C .A ,kj/ kg= θ , (3-26)

64

Hay:

( ) lvx6 x

6dv dv

a C .AQq .100 , %Q Q

θ= = (3-27)

Trong ®ã: ax = 1- ab víi ab tØ lÖ trobay theo khãi,

(Cθ)tr l� entanpi cña tro, NhiÖt ®é xØ ®−îc chän:

Khi ®èt trªn ghi: θx = 600 - 7000C,

Buång löa phun th¶i xØ kh«: θx 600 - 7000C,

Buång löa phun th¶i xØ láng: θx = t3 + 1000C (t3 l� nhiÖt ®é ch¶y láng).

Bảng. 3.2. Entanpi cña 1m3 khÝ v� cña 1kg tro NhiÖt ®é (C.t)kk,

kj/m3tc (C.t)CO2, kj/m3tc

(C.t)N2, kj/m3tc

(C.t)H2O, kj/m3tc

(C.t)tro, kj/kg

100 129,95 200 216,24 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200

65

Ch−¬ng 4. Buång löa lß h¬i vµ thiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu

4.1. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn lß h¬i 4.1.1. Lß h¬i kiÓu b×nh vµ lß h¬i èng lß, èng löa 4.1.1.1. Lß h¬i kiÓu b×nh

N¨m 1790 ng−êi ta ®· chÕ t¹o ®−îc lß h¬i kiÓu b×nh ®Çu tiªn dïng ®inh t¸n.

H×nh 4.1. lß h¬i kiÓu b×nh. 1- Bao h¬i; 2- ®¸y bao h¬i; 3- §«m h¬i; 4-èng dÉn h¬i ra; 6- tÊm ®ì; 7- n¾p lç vÖ sinh; 8- ¸p kÕ; 9- èng thuû; 10- van an toµn; 11- van h¬i chÝnh; 12-van c¸p n−íc;

13- van mét chiÒu; 14- van x¶; 15- ghi lß; 16- buång löa; 17- ng¨n chøa tro; 18- cöa cÊp than; 19- cöa cÊp giã; 20- ®−êng khãi; 21- g¹ch chÞu löa; 22- líp c¸ch nhiÖt; 23- mãng lß; 24- khãi vµo èng khãi; 25- èng khãi; 26- tÊm ®iÒu chØnh khãi.

§©y lµ lo¹i lß h¬i ®¬n gi¶n nhÊt. Khãi ®èt nãng bªn ngoµi b×nh vµ chØ ®èt ë

nöa d−íi cña b×nh. Lß cã khèi l−îng n−íc lín. Tû sè gi÷a bÒ mÆt ®èt cña lß vµ l−îng n−íc F/G lµ t−¬ng ®èi nhá, kho¶ng 1 m2/t, khãi ra cã nhiÖt ®é rÊt cao, ®Õn 300 0C vµ lín h¬n. Nh−îc ®iÓm lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt nhá, tèi ®a b»ng 25 30÷ m2, th©n b×nh bÞ ®èt nãng trùc tiÕp do ®ã sinh ra øng suÊt nhiÖt phô trong kim lo¹i thµnh b×nh. Do ®èt nãng vµ gi·n në kh«ng ®Òu cña phÇn trªn vµ d−íi mµ trong thµnh b×nh cã øng suÊt cao h¬n. TuÇn hoµn cña n−íc kh«ng râ rÖt. §Ó t¨ng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt F(m2) ng−êi ta dïng nhiÒu b×nh. H¬i s¶n xuÊt ë lß h¬i nµy lµ h¬i b·o hßa. S¶n l−îng nhá kho¶ng 200 500÷ kg/h. Tiªu hao nhiÒu kim lo¹i 250 300÷ kg/m2.

66

4.1.1.2. Lß h¬i èng lß Víi môc ®Ých t¨ng F (m2) ng−êi ta dïng lß h¬i cã cÊu t¹o míi (n¨m 1802) lµ lß h¬i èng lß: 1 ®Õn 2 èng cã 400 900φ = ÷ mm. Buång löa ®Æt bªn trong nªn truyÒn nhiÖt bøc x¹ m¹nh ë èng lß.

a) b)

H×nh 4.2. lß b×nh cã èng lß.

a) mét èng lß; b) hai èng lß; 1- èng lß; 2- ghi lß; 3-vµnh trong th©n lß; 4- vµnh ngoµi th©n lß;

5- gi¸ ®ì; 6- §«m h¬i.

S¶n l−îng h¬i kho¶ng 0,8 1,5÷ t/h ®èi víi lß cã mét èng lß vµ 1,0 3,5÷ t/h ®èi víi lß cã hai èng lß, tû lÖ F/G tèt h¬n b»ng 4 5÷ m2/t, dßng nhiÖt 11,63q = W/m2,

suÊt sinh h¬i cña lß h¬i èng lß b»ng hm/kg20F/Dd 2≈= . 4.1.1.3. Lß h¬i èng löa Lß h¬i èng löa xuÊt hiÖn vµo kho¶ng n¨m 1829. èng löa cã ®−êng kÝnh b»ng 50 80÷ mm. BÒ mÆt truyÒn nhiÖt t¨ng lªn 3 3,5÷ lÇn, ¸p suÊt lµm viÖc ®Õn 1,5 2,0÷ MPa.

67

¦u ®iÓm cña lß h¬i èng löa lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lín h¬n, suÊt tiªu hao kim lo¹i gi¶m.

H×nh 4.3. Lß h¬i kiÓu b×nh cã èng löa. 1- th©n lß; 2- ghi lß; 3- t−êng lß; 4- èng löa; 5- khoang n−íc; 6-khoang h¬i. 4.1.1.4. Lß h¬i phèi hîp èng lß - èng löa

H×nh 4.4. Lß h¬i n»m èng lß èng löa

Lß h¬i èng lß, èng löa cã suÊt sinh h¬i lín h¬n ( / 25D F = kg/m2h). TruyÒn nhiÖt bøc x¹ tèt ë èng lß vµ truyÒn nhiÖt ®èi l−u m¹nh trong çc èng löa, do khãi ®i trong çc èng nhá cã tèc ®é lín. Lß h¬i kiÓu dßng khãi ®i quÆt trë l¹i ®· gióp gi¶m chiÒu dµi cña lß vµ gän h¬n, ë ®©y khãi ra khái èng lß ®i quÆt vµo çc èng löa (xem h×nh vÏ 4.5).

68

H×nh 4.5. Lß h¬i n»m èng lß èng löa (ППК400) cã dßng khãi ®i quÆt trë l¹i: 1- mÆt sµng tr−íc; 2- mÆt sµng sau; 3- th©n ngoµi; 4- th©n trong (èng lß); 5- èng löa; 6- èng n−íc; 7- hép khãi; 8- bé qu¸ nhiÖt h¬i; 9- èng gãp h¬i; 10- èng khãi; 11- xiphon h¬i ®Ó hót khãi; 12- ®«m h¬i; 13- cöa vÖ sinh.

H×nh 4.6. Lß h¬i n»m èng lß èng löa cã dßng khãi ®i quÆt trë l¹i 1- èng lß; 2- hép khãi; 3- èng löa; 4- thanh gi»ng; 5- ®«m h¬i; 6- th©n ngoµi.

69

H×nh 4.7. Lß h¬i ®øng èng lß èng löa ПЖ-25; ®èt than, ¸p suÊt lµm viÖc p = 1,1Mpa;

diÖn tÝch bÒ mÆt nhËn nhiÖt H = 37,7m2; gåm 156 èng löa ф51x2,5 mm 1- th©n lß; 2- bÖ lß; 3- mÆt sµng trªn; 4- mÆt sµng d−íi;

5- èng lß (th©n trong); 6-®¸y lß; 7- vµnh ®ì ghi; 8- ghi lß; 9- èng löa; 10- chãp khãi; 11- èng khãi; 12- cöa ng−êi chui; 13- cöa vÖ sinh.

Lß h¬i kiÓu ®øng lµ sù phèi hîp èng lß vµ èng löa. S¶n l−îng h¬i cã thÓ ®¹t

1 2÷ t/h, ¸p suÊt h¬i ®¹t 0,6 0,8÷ MPa (h×nh vÏ 4.7; 4.8; 4.9).

70

H×nh 4.8. Lß h¬i ®øng èng lß èng n−íc ММЗ: 1- th©n lß; 2- èng lß (th©n trong); 3- buång löa; 4- tÊm ch¾n khãi;

5- chïm èng n−íc; 6- tÊm ch¾n khãi; 7- mÆt sµng trªn; 8- èng khãi; 9- chãp ®Ønh lß; 10- van an toµn; 11- hép gi÷ van an toµn; 12- tÊm ®iÒu chØnh khãi;

13- èng thuû; 14- cöa vÖ sinh; 15- cöa cÊp nhiªn liÖu; 16- ghi lß; 17- bÖ lß; 18- cöa vÖ sinh èng n−íc; 19- cöa vÖ sinh mÆt sµng trªn; 20- èng thuû tèi; 21- ¸p kÕ;

23- cÇn ®iÒu chØnh khãi; 24- van chÆn; 25- van mét chiÒu; 26- van x¶ ®¸y.

71

H×nh 4.9. Lß h¬i ®øng èng lß èng khãi МЗK, ®èt nhiªn liÖu khÝ;: 1- hÖ thèng ®iÒu khiÓn; 2- èng cÊp n−íc; 4- van cÊp; 5- èng thuû; 6- xi phon cã van 3 ng·; 7- ¸p kÕ; 8- van an toµn; 9- qu¹t khãi;

10- tÊm ®iÒu chØnh khãi; 11- côm èng n−íc; 12- èng lß (th©n trong); 13- chãp trong; 14- th©n lß; 15- chãp ®Ønh lß; 16- van h¬i; 17-van phßng næ;

18- c¸ch nhiÖt; 19- ®−êng khãi; 20- vßi phun khÝ; 21- vµnh ®¸y lß;

72

H×nh 4.10. Lß h¬i ®øng èng lß èng löa vµ èng n−íc ТМЗ; ®èt than; s¶n l−îng h¬i 1t/h; p = 0,9Mpa; diÖn tÝch nhËn nhiÖt h = 35m2.

1- cöa vÖ sinh; 2- van n−íc cÊp; 3- van mét chiÒu; 4- èng thuû tèi; 5- van ba ng¶; 6- ¸p kÕ; 7- van an toµn;8- èng khãi; 8- van cÊp n−íc; 10- èng thuû s¸ng;

11- cöa vÖ sinh mÆt sµng trªn; 12- cöa vÖ sinh côm èng n−íc; 13- - van x¶ ®¸y; 14- ghi lß; 15- th©n lß; 16- èng lß (th©n trong); 17- cöa thæi bôi; 18- chïm èng n−íc;

19- tÊm ch¾n khãi; 20- côm èng löa; 21- vµnh ch¾n h¬i; 22- èng khãi.

73

H×nh 4.11. Lß h¬i ®øng, èng n−íc n»m ngang kiÓu sukhèp. 1- èng lß

(th©n trong); 2- chïm èng n−íc ngang (h¬i nghiªng).

H×nh 4.12. Lß h¬i ®øng, èng lß èng èng n−íc ®øng. a) cÊu t¹o lß; b)

chi tiÕt èng lång èng. 1- th©n ngoµi; 2- ®Õ lß; 3- th©n trong; 4- mÆt sµng trªn; 6- chïm èng n−íc ®øng;7- èng lång trong; 8-

tÊm ch¾n khãi; 9- cöa ng−êi chui; 10- cöa vÖ sinh; 11- van an toµn.

a)

b)

74

H×nh 4.13. Lß n»m èng lß èng n−íc n»m ngang kiÓu KB 1- th©n ngoµi; 2- èng lß (th©n trong); 3- tÊm ch¾n khãi;

4- ghi lß; 5- chïm èng n−íc; 6- bao h¬i; 7- n¾p tr−íc; 8-n¾p sau; 9- èng khãi; 10- ®Õ lß; 11- - ¸p kÕ; 12- ®−êng lÊy h¬i ra; 13- van an toµn; 14- van x¶ ®¸y.

Mét sè nh−îc ®iÓm chung cña c¸c lo¹i lß h¬i kÓ trªn lµ:

- BÒ mÆt truyÒn nhiÖt bÞ h¹n chÕ, do ®ã kh«ng thÓ t¨ng s¶n l−îng h¬i theo yªu cÇu (kh«ng lín h¬n 15 18÷ t/h);

- Tiªu hao nhiÒu kim lo¹i cho mét ®¬n vÞ bÒ mÆt ®èt ( 200 300÷ kg/m2);

75

- ¸p suÊt h¬i lín nhÊt chØ b»ng 1,3 2,0÷ MPa;

- TuÇn hoµn cña n−íc kh«ng râ rÖt. Ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn kü thuËt chÕ t¹o lß h¬i lµ lµm sao kh¾c phôc ®−îc nh÷ng nh−îc ®iÓm trªn cña c¸c lo¹i lß h¬i cò ®Ó t¨ng ®−îc s¶n l−îng h¬i vµ c¸c th«ng sè cña h¬i.

H×nh 4.14. Lß n»m èng lß èng n−íc ®øng

kiÓu КПП-90, s¶n l−îng D= 700kg/h; ¸p suÊt p =0,5Mpa; bÒ mÆt nhËn nhiÖt H =

18,7m2; 1- th©n ngoµi; 2- th©n trong; 4- côm èng n−íc ®øng; 10- d·y èng vn−íc n»m ngang; 14- thóng nhiªn liÖu láng; 15- bao h¬i; 16- èng

n−íc xuèng; 17- èng h¬i lªn; 18- v¸ch ng¨n; 19- ch©n ®Õ.

4.1.2. Lß h¬i èng n−íc cã hép gãp vµ lß h¬i nhiÒu bao h¬i

a) b)

H×nh 4.15. Lß h¬i cã hép gãp vµ bao h¬i ®Æt däc; a) èng n−íc ngang;

b) èng n−íc nghiªng: 1- ghi lß; 2- hép gãp; 3- bao h¬i; 4- bé qu¸ nhiÖt.

76

Lß h¬i èng n−íc chØ ®−îc ph¸t triÓn khi ng−êi ta ®· cã thÓ chÕ t¹o c¸c èng liÒn (kh«ng cã mèi hµn däc). Lß h¬i nµy cã tõ nöa sau cña thÕ kû 19. Lß h¬i èng n−íc cã nh÷ng −u ®iÓm sau ®©y:

H×nh 4.16. Lß h¬i cã hép gãp bao h¬i ®Æt ngang.

- Cã thÓ t¨ng bÒ mÆt ®èt chÕ t¹o tõ nh÷ng èng cã ®−êng kÝnh nhá vµ ®Æt dµy trong ®−êng khãi;

- Cho phÐp t¨ng ®¸ng kÓ ¸p suÊt h¬i v× c¸c èng sinh h¬i cã ®−êng kÝnh b»ng 50 100÷ mm, vµ bao h¬i lóc nµy kh«ng ph¶i lµm nhiÖm vô bÒ mÆt ®èt n÷a nªn cã thÓ gi¶m ®−êng kÝnh ®Õn 800 1500÷ mm;

- Gi¶m rÊt nhiÒu l−îng kim lo¹i tiªu hao cho lß, suÊt tiªu hao kim lo¹i gi¶m tõ 8 10÷ t/t h¬i/h ®Õn 3 3,5÷ t/t h¬i/h.

4.1.2.1. Lß h¬i èng n−íc cã hép gãp Lo¹i lß h¬i cã hép gãp víi nh÷ng èng n−íc h¬i nghiªng (10 15o o÷ so víi mÆt ph¼ng ngang). Cã hai lo¹i ®ã lµ lo¹i cã bao h¬i ®Æt däc vµ lo¹i cã bao h¬i ®Æt ngang.

Sè èng h¹n chÕ c¶ chiÒu ngang lÉn chiÒu ®øng. Do cã hép gãp t¸n ®inh nªn kh«ng thÓ t¨ng ¸p suÊt lªn cao ®−îc, dÔ x× hë nh÷ng chç nèi nóc èng vµo hép gãp do gi·n në nhiÖt cña chóng kh«ng ®Òu.

77

Lß h¬i cã hép gãp ®−îc chÕ t¹o ®Õn s¶n l−îng 16 t/h, ¸p suÊt lµm viÖc b»ng 2,0 MPa, bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt ®¹t ®Õn 450 m2, suÊt sinh h¬i b»ng 35 kg/m2h, chiÒu dµi çc èng n−íc ®Õn 5 m vµ lµ çc èng th¼ng. 4.1.2.2. Lß h¬i èng n−íc cã èng gãp ph©n ®o¹n §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña hép gãp ng−êi ta ph©n hép gãp thµnh nhiÒu èng gãp cã tiÕt diÖn vu«ng hay ch÷ nhËt, kÝch th−íc mçi èng gãp vu«ng cã thÓ ®¹t ®Õn 140 140× mm. Nh÷ng lß h¬i nµy do h·ng Babcock-Wilcox khëi th¶o vµ chÕ t¹o ®Çu tiªn.

a) b)

H×nh 4.17. Lß h¬i cã èng gãp ph©n ®o¹n.

a) nèi èng víi hép gãp ; b) chi tiÕt n¾p ®Ëy lç trªn èng gãp. 1- hép gãp; 2- bu l«ng; 3- ªcu; 4- mèc ; a- lç kiÓm tra;b- lç nóc èng; c- n¾p ®Ëy.

V× thêi kú Êy ng−êi ta ch−a biÕt xö lý n−íc cÊp cho lß h¬i nªn ph¶i ®Æt çc lç ë hép gãp hay èng gãp ph©n ®o¹n ®èi diÖn víi èng ®Ó lµm s¹ch çu cÆn b¸m trong èng b»ng biÖn ph¸p c¬ khÝ. Nh÷ng lç nµy cã n¾p ®Ëy kiÓu enlip vµ xiÕt bul«ng thËt chÆt. ë nh÷ng n−íc Anh, §øc, Mü m·i tíi nh÷ng n¨m 1940 míi ngõng h¼n viÖc s¶n xuÊt nh÷ng lß h¬i lo¹i nµy. 4.1.2.3. Lß h¬i cã nhiÒu bao h¬i

Lß h¬i èng n−íc ®øng cã tuÇn hoµn cña n−íc râ rÖt vµ m¹nh. Lß h¬i lo¹i nµy cã ba, bèn vµ n¨m bao h¬i (nh− lß Sterling) vµ ®−îc dïng phæ biÕn trong nh÷ng n¨m 1925 - 1930.

78

H×nh 4.18. LßGacberg cã 4 bao h¬i, èng n−íc th¼ng.

79

H×nh 4.19. Lß h¬i cã 4 bao h¬i èng n−íc ®øng víi 2 bao h¬i bé h©m n−íc. 1- h¬i kh«; 2- bé qu¸ nhiÖt; 3- bé h©m n−íc.

Lß h¬i Sterling cã c¸c èng n−íc ®−îc uèn cong. Kho¶ng tõ n¨m 1930 ng−êi ta thay bao h¬i t¸n ®inh b»ng hµn ®iÖn.

80

4.1.3. Lß h¬i èng n−íc cã çc dµn èng Dùa vµo ®Æc ®iÓm tuÇn hoµn cña n−íc vµ hçn hîp h¬i n−íc trong lß h¬i cã thÓ ph©n chia thµnh lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn, cã tuÇn hoµn c−ìng bøc vµ trùc l−u (once through boiler). 4.1.3.1. Lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn Sù thay ®æi tËn gèc s¬ ®å nguyªn lý cña lß h¬i èng n−íc b¾t ®Çu vµo nh÷ng n¨m thø 20 cña thÕ kû XX. Së dÜ cã sù thay ®æi nh− vËy v× sù tiÕn bé cña kü thuËt xö lý n−íc ®· cho phÐp b¶o ®¶m ®−îc chÕ ®é lµm viÖc cña lß h¬i kh«ng cã ®ãng çu trong èng b»ng çch lµm mÒm n−íc (trao ®æi ion), ®ång thêi tiÕn hµnh xö lý n−íc bæ sung b»ng phèt-ph¸t vµ x¶ liªn tôc. Do tiÕn bé nµy mµ ng−êi ta ®· cã thÓ dïng çc èng uèn cong thay cho çc èng th¼ng tr−íc ®©y.

H×nh 4.20. Sù ph¸t triÓn cña lß h¬i tuÇn hoµn tù nhiªn

Çc ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn khi chÕ t¹o lß h¬i bao gåm: - T¨ng D, p, t; - Gi¶m khèi l−îng vµ kÝch th−íc b»ng çch gi¶m sè bao h¬i, dïng èng cã ®−êng

kÝnh bÐ; - T¨ng bÒ mÆt ®èt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹, dïng t−êng nhÑ vµ b¶o «n lß; - Hoµn thiÖn tuÇn hoµn, tr¸nh ®èt nãng çc èng n−íc xuèng;

81

- T¨ng hiÖu suÊt lß b»ng c¸ch ®Æt c¸c bÒ mÆt ®èt ë phÇn ®u«i lß; - Hoµn thiÖn ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu.

H×nh 4.20a. Sù ph¸t triÓn cña lß h¬i èng n−íc ®øng. a- lß 4 bao h¬i èng n−íc th¼ng; b, c, d, e, g- lß 2, 3, 4, 5 bao h¬i;

g- lß mét bao h¬i kiÓu hiÖn ®¹i.

H×nh 4.20b. Sù ph¸t triÓn cña lß h¬i èng n−íc ®øng nhiÒu bao h¬i. a- lß Oschats; b- lß Sl¸dek; c- lß Garbe; d- lß Sterling.

82

Vµo nh÷ng n¨m 1920 - 1930, ë nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi nh− Liªn X« (cò), Mü, Ph¸p, §øc ng−êi ta ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu vµ thÝ nghiÖm mét ph−¬ng ph¸p míi ®Ó ®èt nhiªn liÖu r¾n, ®ã lµ ph−¬ng ph¸p ®èt than bét. Do ¸p dông ph−¬ng ph¸p ®èt bét than trong buång löa lß h¬i mµ s¶n l−îng h¬i cña lß ®· t¨ng lªn rÊt nhiÒu.

N¨m 1923 ng−êi ta ®· b¾t ®Çu dïng th«ng sè cao ®Ó t¨ng hiÖu suÊt vµ ®é kinh tÕ sö dông than trong viÖc s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng.

H×nh 4.22. Sù ph¸t triÓn tiÕp theo cña lß h¬i èng n−íc ®øng. 1- bé qu¸ nhiÖt; 2- bé h©m n−íc; 3- bé sÊy kh«ng khÝ; 4- dµn èng sinh h¬i.

H×nh 4.23. lß h¬i hai bao h¬i kiÓu E-1/9. 1- èng gãp; 2- dµn èng t−êng tr−íc; 3- dµn èng t−êng bªn; 4- bao h¬i trªn;

5- tÊm ch¾n; 6- côm èng ®èi l−u; 7- èng gãp bªn; 8- bao h¬i d−íi.

83

H×nh 4.24. lß h¬i hai bao h¬i ДКВР. ¸p suÊt lµm viÖc ®Õn 1,4Mpa; c«ng suÊt D = 2,5; 4; 6,5; 10 vµ 25t/h.

1- dµn èng bøc x¹; 2- bao h¬i trªn; 3- ¸p kÕ; 4- van an toµn; 6- ph©n ly h¬i; 8- ®−êng khãi ®i; 9- tÊm ch¾n; 10- côm èng bøc x¹; 11- thiÕt bÞ thæi bôi;

12- bao h¬i d−íi; 13- van x¶ ®¸y.

84

H×nh 4.25. Lß ghi xÝch, c«ng suÊt 35t/h, p = 4Mpa, tqn = 4500C, tnc = 1050C. ®èt nhiªn liÖu hçn hîp gç vµ trÊu; cã nhiÖt trÞ Qt = = 22,5Mj/kg; ¦ = 8,25%; A = 26,6%; Vc = 36,4%. BÒ mÆt nhËn nhiÖt sinh h¬i H = 358m2; bé qu¸ nhiÖt 360m2; bé h©m n−íc 800m2; bé sÊy kh«ng khÝ 500m2; nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng t = 1200C; nhiÖt ®é khãÝ th¶i t = 1600C; hiÖu suÊt ®¹t 79% ë c«ng suÊt ®inh møc vµ 81% ë c«ng suÊt kinh tÕ; trë lùc ®−êng kh«ng khÝ 2020pa; trë lùc ®−êng khãÝ lµ 1600pa; qu¹t khãi cã l−u l−îng 14m3/s; qu¹t giã cã l−u l−îng 12,4m3/s ë nhiÖt ®é 00C vµ ¸p suÊt 0,1Mpa.;

85

H×nh 4.26. Lß hai bao h¬i D =50t/h, p = 6,4Mpa, tqn = 4600C, tnc = 1300C,Ý ®èt nhiªn liÖu khÝ hoÆc láng; cã bÒ mÆt nhËn nhiÖt sinh h¬i H = 554m2; Bé qu¸ nhiÖt 589,5m2; bé h©m n−íc 354m2; bé sÊy kh«ng khÝ 1030m2; nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng t = 2110C; nhiÖt ®é khãÝ th¶i t = 1800C; hiÖu suÊt ®¹t 87% khi ®èt d©u vµ 88% khi ®èt khÝ; trë lùc ®−êng kh«ng khÝ 2020pa; trë lùc ®−êng khãÝ lµ 960pa; trë lùc ®−êng h¬i qu¸ nhiÖt 0,665Mpa;

86

H×nh 4.27. Lß ®èt b· mÝa D = 50t/h, p = 6,4Mpa, tqn = 4600C, tnc = 1300C.

87

H×nh 4.28. Lß h¬i tuÇn hoµn tù nhiªn ®èt than Antraxit.

88

H×nh 4.29. Lß ba bao h¬i ЛМЗ, D =110t/h, p = 3,3Mpa, tqn = 4250C, tnc = 1300C.

89

ë nh÷ng lß th«ng sè cao vai trß cña bé qu¸ nhiÖt t¨ng lªn râ rÖt vµ trë thµnh phÇn tö kh«ng thÓ thiÕu ®−îc cña thiÕt bÞ lß h¬i. Lß cã tuÇn hoµn tù nhiªn dïng ®Õn ¸p suÊt 18p = MPa. 4.1.3.2. Lß h¬i cã tuÇn hoµn c−ìng bøc

Bªn c¹nh nh÷ng lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn cña n−íc vµ hçn hîp h¬i n−íc trong c¸c dµn èng sinh h¬i, ®· xuÊt hiÖn vµo n¨m 1923 nh÷ng lß h¬i cã tuÇn hoµn c−ìng bøc. §ã lµ lß La Mont (Mü) cã suÊt sinh h¬i ®Õn 46 170÷ kg/m2h. Vµo nh÷ng n¨m 1930 - 1945 chóng ®−îc dïng phæ biÕn. ë Mü cã c¸c lß h¬i La Mont lín D=250 430÷ t/h víi 21,5p = MPa. ë Anh cã lo¹i lß h¬i nµy víi 1700D = t/h,

17qnp = MPa, 568qnt = oC, vµ qu¸ nhiÖt trung gian ®Õn 568 oC.

H×nh 4.30. Lß h¬i La Mont (Mü): 1− bao h¬i, 2− b¬m tuÇn hoµn, 3− dµn èng sinh h¬i, 4, 5− bé qu¸ nhiÖt, 6− bé h©m n−íc.

4.1.3.3. Lß h¬i trùc l−u

ý t−ëng t¹o ra lß h¬i kiÓu trùc l−u ®· cã tõ thÕ kû 19. §Õn tr−íc chiÕn tranh thÕ giíi thø nhÊt mét kü s− TiÖp tªn lµ Müller ®· khëi th¶o lß trùc l−u vÒ mÆt kü thuËt. ¤ng ta di c− sang Anh vµ ®æi tªn lµ Benson. T¸c gi¶ ®· giao ph¸t minh cña m×nh cho mét h·ng §øc lµ Siemens-Schuckert vµ hä ®· ¸p dông vµo n¨m 1923. ë Liªn X« (cò) vµo nh÷ng n¨m 1930 - 1931 gi¸o s− L. K. Ramzin (Л. K. Paмзuн) còng ®· ph¸t minh ra lß h¬i trùc l−u mang tªn «ng. Sau chiÕn tranh thÕ giíi thø hai lß Paмзuн ®−îc dïng phæ biÕn ë Liªn X« (cò). ë Thôy Sü cã lß h¬i Sulzer, v× Thôy Sü kh«ng cã quÆng vµ than nªn ®ßi hái gi¶m kim lo¹i ®Ó chÕ t¹o lß h¬i, mµ lß h¬i nµy ®· ®¸p øng ®−îc ®ßi hái ®ã.

90

H×nh 4.31. S¬ ®å cña lß h¬i trùc l−u tËn dông khãi th¶i cña lß mactanh.

91

a) b)

c)

H×nh 4.32. S¬ ®å cña lß h¬i trùc l−u: a- lß Ben-s¬n, b- lß Sulzer, c- lß Ramzin

1−phÇn h©m n−íc; 2−phÇn sinh h¬i; 3−phÇn qu¸ nhiÖt.

92

H×nh 4.32. S¬ ®å cña lß h¬i trùc l−u

93

H×nh 4.33. Lß h¬i trùc l−u D =1600t/h, p =17,9/3,9Mpa, tqn /t= 540/5400C, tnc =

2540C; phôc vô khèi 500MW , ®èt than ®¸.

94

H×nh 4.34. S¬ ®å cña lß h¬i trùc l−u:

95

HiÖn nay nguyªn nh©n chñ yÕu ®Ó dïng réng r·i lß trùc l−u lµ cè g¾ng lµm sao t¨ng ®−îc th«ng sè h¬i ®Õn vïng trªn tíi h¹n ( 22,5p = MPa, 374,15t = oC) ®Ó qu¸ tr×nh biÕn nhiÖt n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng cã hiÖu suÊt cao nhÊt. ë Liªn X« (cò) ®· chÕ t¹o lß h¬i trùc l−u cã s¶n l−îng 3950D = t/h, ®èt hçn hîp nhiªn liÖu khÝ madót. ë Mü ®· chÕ t¹o lß h¬i trùc l−u cã s¶n l−îng 4438D = t/h,

27,3qnp = MPa, 543/ 538qnt = oC. H¬i cña lß h¬i nµy cung cÊp cho tuabin h¬i n−íc

cã c«ng suÊt 1300 MW.

H×nh 4.36 Lß h¬i trùc l−u cã 4438D = t/h, 27,3qnp = MPa, 543/ 538qnt = oC.

96

4.1.3.4. Lß h¬i th¶i xØ kh« vµ th¶i xØ láng §èt nhiªn liÖu d¹ng bét th¶i xØ kh« gÆp mét sè trë ng¹i nh−:

- §ãng xØ bÒ mÆt ®èt trong buång löa; - Mµi mßn bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i bëi tro bay theo khãi.

Khi ®èt nhiªn liÖu cµng nhiÒu tro cµng t¨ng çc trë ng¹i nµy. Lß h¬i th¶i xØ kh« cã 90 95%÷ tro bay theo khãi, 5 10%÷ thu ®−îc d−íi d¹ng xØ côc ë ®¸y buång löa.

BiÖn ph¸p hiÖu qu¶ ®Ó chèng ®ãng xØ bÒ mÆt ®èt vµ chèng tro mµi mßn lµ thu ®−îc nhiÒu tro ë ®¸y buång löa d−íi d¹ng xØ láng (n¨m 1926). ë lß h¬i th¶i xØ láng xØ ch¶y ra liªn tôc khái ®¸y buång löa. CÊu t¹o ®¸y buång löa ë ®©y n»m ngang hoÆc h¬i nghiªng (xem h×nh vÏ 4.37).

H×nh 4.37. §¸y buång löa th¶i xØ láng n»m ngang hoÆc h¬i nghiªng Buång löa th¶i xØ láng chØ dïng ®Ó ®èt than. NhiÖt ®é ch¶y cña tro cña çc lo¹i than dao ®éng trong ph¹m vi 1000 1600÷ oC. L−îng tro thu ®−îc ë buång löa th¶i xØ láng b»ng 30 60%÷ vµ lín h¬n. Víi çc buång löa xo¸y th¶i xØ láng l−îng tro thu ®−îc ë d¹ng xØ láng ®¹t ®Õn 80 95%÷ . Lß h¬i th¶i xØ láng cã lßη cao v× blα nhá

( 1,00 1,20blα = ÷ ), 4q bÐ.

HiÖn nay lß h¬i th¶i xØ láng ®−îc thiÕt kÕ cho than cã nhiÒu tro, s¶n l−îng vµ th«ng sè h¬i còng gièng nh− ë lß h¬i th¶i xØ kh«.

97

4.1.4. Lß h¬i ®Æc biÖt 4.1.4.1. Lß cã ¸p suÊt buång löa cao C¸c lß h¬i th«ng th−êng®−îc tr×nh bµy ë nh÷ng phÇn tr−íc cã ¸p suÊt khãi trong buång löa nhë h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn (cã ®é ch©n kh«ng kho¶ng -20 ®Õn - 40 pa), cßn ë lo¹i lß h¬i nµy ®−êng khãi cã ¸p suÊt lín h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn, ¸p suÊt d− lµ 0,3 - 0,5 Mpa, khi ®ã lß h¬i chØ cÇn bè trÝ qu¹t giã mµ kh«ng cÇn qu¹t khãi.

H×nh 4.32. S¬ ®å cña lß Vªl«c.

1− buång löa; 2- bao h¬i; 3- b¬m trî lùc; 4- bé qu¸ nhiÖt h¬i; 5- bé h©m n−íc; 6- tuèc bin khÝ; 7- m¸y nÐn khÝ; 8- m¸y ph¸t ®iÖn;

9- kh«ng khÝ vµo; 10- nhiªn liÖu vµo; 11- n−íc cÊp.. 4.1.4.2. Lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö Lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö kh¸c so víi lß h¬i ®èt than, madót hoÆc khÝ ®èt. ë lß h¬i cña nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö kh«ng cã qu¸ tr×nh buång löa, l−îng nhiÖt cÇn thiÕt ®Ó sinh h¬i ®−îc táa ra víi mét l−îng khæng lå trong lß ph¶n øng h¹t nh©n. Trong viÖc ph¸t triÓn kü thuËt lß h¬i vµ buång löa mét ®iÒu quan träng, nhÊt lµ ®èi víi nh÷ng lß h¬i s¶n l−îng lín vµ th«ng sè cao lµ ®é tin cËy cña thiÕt bÞ. Ph−¬ng h−íng chung lµ:

- T¨ng s¶n l−îng ®¬n vÞ cña mét thiÕt bÞ; - T¨ng th«ng sè cña h¬i qu¸ nhiÖt;

98

- B¶o ®¶m ®é tin cËy cao; - B¶o ®¶m ®é kinh tÕ cao trong vËn hµnh c¸c khèi lß h¬i - tuabin cã c«ng suÊt

lín.

H×nh 4.38. S¬ ®å lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö. a) phÇn sinh h¬i; b) bé h©m n−íc hay bé qu¸ nhiÖt;

1- ®Çu nèi víi ®ång hå ®o muèi; 2- ®Çu nèi víi van an toµn; 3, 4- ®Çu nèi víi èng thuû; 5- ®Çu lÊy mÉu; 6- ®Çu x¶; 7- ®Çu nèi víi ®−êng n−íc cÊp.

99

4.2. Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi buång löa vµ çc ®Æc tÝnh c«ng nghÖ

Buång löa lß h¬i lµ kh«ng gian ®Ó ®èt nhiªn liÖu hay nãi kh¸c lµ n¬i ®Ó biÕn ho¸ n¨ng cña nhiªn liÖu thµnh nhiÖt n¨ng, nhiÖt n¨ng nµy sÏ truyÒn cho n−íc chuyÓn ®éng bªn trong èng ®Æt trong buång löa ®Ó sinh ra h¬i n−íc. D−íi ®©y lµ çc yªu cÇu ®èi víi buång löa lß h¬i. 4.2.1 Nh÷ng yªu cÇu ®èi víi buång löa lß h¬i

1- Ph¶i b¶o ®¶m ch¸y hÕt nhiªn liÖu cÊp vµo víi hÖ sè kh«ng khÝ thõa nhá nhÊt. 2- Ph¶i tho¶ m·n ®−îc mét ch−¬ng tr×nh nhiªn liÖu réng nhÊt cã thÓ mµ kh«ng

gi¶m hiÖu suÊt hoÆc chu kú vËn hµnh khi thay ®æi nhiªn liÖu ®èt. 3- S¶n phÈm ch¸y kh«ng ®−îc phÐp rót ng¾n chu kú vËn hµnh do ®ãng xØ hay

b¸m tro. S¶n phÈm ch¸y ®i ra khái buång löa ph¶i chøa Ýt tro nhÊt vµ chøa Ýt çc chÊt cã h¹i.

4- T−êng buång löa ph¶i ®−îc sö dông tèt ®Ó s¶n xuÊt h¬i vµ ph¶i b¶o ®¶m lµm l¹nh khãi ®Õn møc cÇn thiÕt tr−íc khi ra khái buång löa.

5- Kh«ng gian cÇn thiÕt cho buång löa ph¶i nhá nhÊt ®Õn møc cã thÓ. 6- Çc phÇn cña buång löa vµ çc trang bÞ phô cña nã ph¶i cã khèi l−îng nhá

nhÊt cã thÓ, kh«ng yªu cÇu nhiÒu vËt liÖu hîp kim ®¾t tiÒn. 7- N¨ng l−îng tù dïng cña buång löa vµ çc thiÕt bÞ phô cña nã nh− m¸y nghiÒn,

çc qu¹t, � ph¶i ë møc tèi thiÓu. 8- Cã thÓ ®iÒu chØnh tèt vµ nhanh çc qu¸ tr×nh trong buång löa, ®ång thêi c«ng

suÊt tèi thiÓu cña buång löa ph¶i thÊp nhÊt cã thÓ. 9- Buång löa kh«ng h¹n chÕ s¶n l−îng cña lß h¬i vµ kh«ng c¶n trë sù t¨ng s¶n

l−îng cña lß h¬i. 10- Ph¶i b¶o ®¶m ®é tin cËy cao trong vËn hµnh. 11- Chi phÝ ®Çu t− vµ vËn hµnh buång löa ph¶i thÊp nhÊt 12- Buång löa cho phÐp dïng nh÷ng ph−¬ng ph¸p quen biÕt ®Ó ®iÒu chØnh nhiÖt ®é

h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa khãi. Ng−êi ta ph©n buång löa theo d¹ng nhiªn liÖu dïng ®Ó ®èt vµ ph−¬ng ph¸p ®èt thµnh ra buång löa ghi (nhiªn liÖu r¾n ch¸y theo líp), buång löa phun nhiªn liÖu r¾n, láng, khÝ (nhiªn liÖu ch¸y trong dßng, ch¸y l¬ löng), buång löa xo¸y vµ buång löa ch¸y trong líp s«i. 4.2.2. Çc ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña buång löa TÊt c¶ çc kiÓu buång löa ®Ó ®èt çc d¹ng nhiªn liÖu kh¸c nhau ®Òu cã çc ®Æc tÝnh c«ng nghÖ sau ®©y: 1- NhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa: lµ l−îng nhiÖt sinh ra trong 1m3 thÓ tÝch buång löa trong mét ®¬n vÞ thêi gian, ký hiÖu lµ Vq :

bl

lvt

V VBQq = , kW/m3 (4-1)

100

trong ®ã: blV lµ thÓ tÝch cña buång löa, m3.

2- NhiÖt thÕ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña buång löa:

bl

lvt

F FBQ

q = , kW/m2 (4-2)

trong ®ã: blF lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña buång löa, m2.

3- §èi víi buång löa ghi cÇn biÕt nhiÖt thÕ thÓ tÝch mÆt ch¸y cña ghi, ký hiÖu

Rq , ®ã lµ l−îng nhiÖt sinh ra tõ 1m2 bÒ mÆt ghi cã nhiªn liÖu ®ang ch¸y trong mét ®¬n vÞ thêi gian.

gh

lvt

R RBQ

q = , kW/m2 (4-3)

trong ®ã: ghR lµ diÖn tÝch mÆt ghi cã líp nhiªn liÖu ®ang ch¸y, m2.

4- HÖ sè kh«ng khÝ thõa trong buång löa, th−êng ®−îc tÝnh ë cuèi buång löa, ký hiÖu lµ blα . Gi¸ trÞ cña blα phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu vµ ph−¬ng ph¸p ®èt.

5- Tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ ho¸ häc 3q vµ ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ

c¬ häc 4q , %. 4.3. Buång löa ghi (nhiªn liÖu ch¸y theo líp) 4.3.1. Nguyªn lý cÊu t¹o buång löa ghi S¬ ®å nguyªn lý buång löa ghi ®−îc cho trong h×nh vÏ 4.39. ThiÕt bÞ buång löa gåm c¸c phÇn sau: ghi, buång löa, phÔu tro xØ, cöa cÊp nhiªn liÖu vµo lß, cöa cÊp kh«ng khÝ vµ cöa th¶i tro xØ. Ghi ®Ó gi÷ nhiªn liÖu ch¸y vµ ®Ó ph©n phèi kh«ng khÝ cho líp nhiªn liÖu.

H×nh 4.39. S¬ ®å buång löa ghi thñ

c«ng. 1- ghi; 2- buång löa; 3- kh«ng khÝ

®i lªn; 4- cöa cÊp nhiªn liÖu; 5- cöa cÊp kh«ng khÝ vµ th¶i tro xØ.

4.3.1. Ph©n lo¹i buång löa ghi Buång löa ®èt nhiªn liÖu trong líp ®−îc ph©n lo¹i theo chÕ ®é cÊp nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ, viÖc tæ chøc qu¸ tr×nh t¹o thµnh hçn hîp, viÖc chuÈn bÞ nhiÖt vµ ®Æc ®iÓm cÊu t¹o. VËn hµnh buång löa ghi gåm nh÷ng c«ng viÖc sau ®©y:

- CÊp nhiªn liÖu vµo buång löa; - Trang than (cêi than); - Th¶i xØ ra khái buång löa. C¨n cø vµo møc ®é c¬ khÝ ho¸ nh÷ng c«ng viÖc nãi trªn ®Ó ph©n buång löa ghi

thµnh:

101

a- Buång löa ghi thñ c«ng (kh«ng ®−îc c¬ khÝ ho¸), ë ®©y c¶ ba c«ng viÖc ®Òu ®−îc lµm thñ c«ng (b»ng tay),

b- Buång löa ghi b¸n c¬ khÝ ho¸, trong ®ã cã mét hay hai c«ng viÖc ®−îc c¬ khÝ ho¸,

c- Buång löa ghi c¬ khÝ ho¸ lµ buång löa c¶ ba c«ng viÖc ®Òu ®−îc c¬ khÝ ho¸. Theo chÕ ®é cÊp nhiªn liÖu lªn ghi ng−êi ta ph©n biÖt buång löa ®−îc cÊp

nhiªn liÖu theo chu kú vµ cÊp liªn tôc. §Æc ®iÓm cÊp nhiªn liÖu lªn ghi (vµo buång löa) cã ¶nh h−ëng quyÕt ®Þnh ®Õn c«ng suÊt vµ ®é kinh tÕ cña thiÕt bÞ buång löa.

H×nh 4.40. a) buång löa ghi thñ c«ng; b) buång löa ghi nghiªng; c) buång löa ghi nghiªng cã líp NL chuyÓn ®éng trªn ghi;

d) buång löa ghi cÊp nhiªn liÖu tõ d−íi lªn; e) buång löa ghi xÝch; g) buång löa ghi-phun.

Theo viÖc tæ chøc qu¸ tr×nh chuÈn bÞ nhiÖt vµ bèc ch¸y nhiªn liÖu ng−êi ta

ph©n biÖt buång löa cã bèc ch¸y tõ phÝa d−íi, bèc ch¸y tõ phÝa trªn, vµ bèc ch¸y hçn hîp. Qu¸ tr×nh bèc ch¸y tõ phÝa d−íi cã hiÖu qu¶ nhÊt v× khi cÊp nhiªn liÖu lªn líp nhiªn liÖu ®ang ch¸y sÏ ®¶m b¶o ®−îc c−êng ®é cao cña viÖc chuÈn bÞ nhiÖt cho nhiªn liÖu. Bèc ch¸y tõ phÝa trªn cã liªn quan ®Õn viÖc ®èt nãng vµ bèc ch¸y nhiªn liÖu do bøc x¹ nhiÖt cña khãi buång löa vµ cña t−êng. Trong thùc tÕ ta th−êng gÆp qu¸ tr×nh bèc ch¸y hçn hîp.

Theo biÖn ph¸p t¹o thµnh hçn hîp gi÷a nhiªn liÖu víi kh«ng khÝ trong líp ng−êi ta ph©n biÖt thµnh hai dßng ®i ng−îc chiÒu nhau, hai dßng ®i song song, ®i ngang, vµ c¸c dßng hçn hîp. HiÖu qu¶ ch¸y vµ c«ng suÊt cña thiÕt bÞ buång löa ghi phô thuéc chñ yÕu vµo viÖc tæ chøc hîp lý qu¸ tr×nh chuÈn bÞ nhiÖt cña nhiªn liÖu, sù bèc ch¸y vµ sù ch¸y nhiªn liÖu.

102

4.3.2. Nh÷ng ®Æc tÝnh chung cña qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu trªn ghi (trong líp)

Ta kh¶o s¸t ®Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh ch¸y líp nhiªn liÖu n»m cè ®Þnh trªn ghi khi cÊp nhiªn liÖu vµo tõ phÝa trªn. CÊu t¹o cña líp nhiªn liÖu ®ang ch¸y cho trong h×nh vÏ 4.40.

H×nh 4.40. Qu¸ tr×nh ch¸y trong líp cè ®Þnh khi cÊp nhiªn liÖu tõ phÝa trªn Trong thêi kú ®Çu sau khi nhiªn liÖu t−¬i ®−îc cÊp lªn trªn (líp) vïng cèc ®ang ch¸y th× x¶y ra qu¸ tr×nh chuÈn bÞ nhiÖt cña nhiªn liÖu nh− sau: nung nãng, bèc h¬i Èm, tho¸t chÊt bèc; ®Ó tiÕn hµnh nh÷ng qu¸ tr×nh Êy ph¶i tiªu thô mét phÇn nhiÖt sinh ra trong líp. NhiÖt ®é cao nhÊt sÏ cã ë vïng ch¸y cèc, ë ®©y l−îng nhiÖt sinh ra lµ chñ yÕu. XØ sinh ra khi ch¸y n»m trªn ghi b¶o vÖ cho ghi khái bÞ qu¸ nãng ®ång thêi nung nãng kh«ng khÝ vµ ph©n phèi ®Òu kh«ng khÝ cho toµn diÖn tÝch ghi. Kh«ng khÝ ®i qua ghi lªn líp nhiªn liÖu gäi lµ kh«ng khÝ cÊp mét. Kh«ng khÝ thæi tõ trªn xuèng ®Ó ch¸y nèt nh÷ng s¶n phÈm ch¸y kh«ng hoµn toµn ë bªn trªn líp gäi lµ kh«ng khÝ cÊp hai. Trong tr−êng hîp ®ang kh¶o s¸t nhiªn liÖu ®−îc cÊp lªn ghi tõ phÝa trªn vµ nhiªn liÖu bèc ch¸y tõ phÝa d−íi, hai dßng nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®i ng−îc chiÒu nhau. Nh÷ng ph¶n øng ho¸ häc s¬ cÊp gi÷a nhiªn liÖu vµ chÊt «xy ho¸ x¶y ra trong vïng cèc nãng ®á. §Æc tÝnh t¹o thµnh c¸c chÊt khÝ trong líp nhiªn liÖu ®ang ch¸y cho trong h×nh vÏ 4.41.

103

H×nh 4.41. Sù t¹o thµnh khÝ trong líp than. a) víi than gç; b) víi than antraxit cã cì h¹t 7,2 ÷ 9mm

ë ®Çu líp ®ång thêi sinh ra c¶ hai «xÝt CO2 vµ CO. Vïng tiªu thô «xy gäi lµ vïng «xy hãa. ë cuèi vïng «xy hãa nång ®é O2 gi¶m ®Õn vµ CO2 cã nång ®é cùc ®¹i. NhiÖt ®é cña líp trong vïng «xy ho¸ t¨ng lªn râ rÖt vµ ®¹t cùc ®¹i ë chç CO2 cã nång ®é lín nhÊt. S¸t trªn vïng «xy ho¸ lµ vïng hoµn nguyªn. ë ®©y thùc tÕ kh«ng cã «xy, CO2 t−¬ng t¸c víi c¸cbon nãng ®á ®Ó t¹o ra CO theo ph¶n øng sau: 2COCCO2 →+ . Theo chiÒu cao cña vïng hoµn nguyªn hµm l−îng CO2 trong khãi gi¶m xuèng vµ CO t¨ng lªn t−¬ng øng. Ph¶n øng hoµn nguyªn CO2 lµ ph¶n øng tiªu thô nhiÖt nªn nhiÖt ®é theo chiÒu cao cña vïng hoµn nguyªn gi¶m xuèng. NÕu trong khãi cã h¬i n−íc th× còng cã thÓ cã ph¶n øng ph©n huû H2O (thu nhiÖt) trong vïng hoµn nguyªn. Tû lÖ CO vµ CO2 thu ®−îc ë ®o¹n ®Çu cña vïng hoµn nguyªn phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ thay ®æi theo biÓu thøc:

CO CO2

2

CO

CO

E ERTAe−⎛ ⎞

⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠= , (4-4)

trong ®ã: COE vµ 2COE lµ n¨ng l−îng ho¹t ho¸ t¹o ra CO vµ CO2; A lµ hÖ sè b»ng sè;

R lµ h»ng sè chÊt khÝ (kJ/mol®é); T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi (K). NhiÖt ®é cña líp nhiªn liÖu phô thuéc vµo nång ®é chÊt «xy ho¸, vµo c−êng ®é vµ møc ®é sÊy nãng kh«ng khÝ. Trong vïng hoµn nguyªn yÕu tè nhiÖt ®é cã ¶nh h−ëng quyÕt ®Þnh ®Õn tû lÖ CO vµ CO2 trong khãi. Khi t¨ng nhiÖt ®é th× ph¶n øng

2COCCO2 ↔+ dÞch sang ph¶i vµ hµm l−îng CO trong khãi sÏ t¨ng lªn. KÝch th−íc vïng hoµn nguyªn tuú thuéc chñ yÕu vµo b¶n chÊt cña nhiªn liÖu ®èt vµ vµo chÕ ®é nhiÖt ®é vµ b»ng 1÷2 lÇn ®−êng kÝnh h¹t. ChiÒu dµy vïng «xy ho¸ b»ng kho¶ng 3 4÷ lÇn ®−êng kÝnh h¹t nhiªn liÖu.

104

Sù tån t¹i cña vïng hoµn nguyªn vµ vïng «xy ho¸ lµ ®Æc tr−ng cho mäi lo¹i nhiªn liÖu. Khi ®èt nhiªn liÖu trong buång löa lß h¬i th× líp nhiªn liÖu n»m trªn ghi th−êng máng ®¶m b¶o cho çc ph¶n øng «xy ho¸ x¶y ra m·nh liÖt. ChiÒu dµy líp nhiªn liÖu n»m trªn ghi phô thuéc vµo kÝch th−íc h¹t vµ ®é Èm cña nhiªn liÖu. ChiÒu dµy hîp lý cña líp nhiªn liÖu trªn ghi cho trong b¶ng 4.1

B¶ng 4.1 ChiÒu dµy hîp lý cña líp nhiªn liÖu trªn ghi.

ChiÒu dµy líp nhiªn liÖu (mm) Nhiªn liÖu Buång löa ghi thñ c«ng Buång löa ghi xÝch

Antraxit cã cì h¹t 2 5÷ mm 60-80 200 Antraxit cã cì h¹t 2 5÷ mm 100-120 200 Antraxit cã cì h¹t lín 200 200 Than ®¸ 200 80-120 Gç, cñi 600-1500 -

4.3.3. Buång löa ghi thñ c«ng S¬ ®å buång löa ghi thñ c«ng ®−îc cho trong h×nh vÏ 4.42.

H×nh 4.42. S¬ ®å buång löa ghi thñ c«ng. 1- ghi; 2- buång löa; 3- kh«ng

khÝ ®i lªn; 4- cöa cÊp nhiªn liÖu; 5- cöa cÊp kh«ng khÝ vµ th¶i tro xØ.

ThiÕt bÞ buång löa ghi thñ c«ng gåm çc phÇn sau: ghi, buång löa, phÔu tro xØ, cöa cÊp nhiªn liÖu vµo lß, cöa cÊp kh«ng khÝ vµ cöa th¶i tro xØ. Ghi ®Ó gi÷ nhiªn liÖu ch¸y vµ ®Ó ph©n phèi kh«ng khÝ cho líp nhiªn liÖu. Ghi gåm cã hai lo¹i lµ ghi thanh vµ ghi tÊm (xem h×nh vÏ 4.43). §èi víi ghi thanh th× ë gi÷a vµ ë cuèi thanh ®−îc lµm dÇy h¬n do ®ã khe hë gi÷a çc thanh ghi b»ng 3 15÷ mm. Ghi tÊm cã kÝch th−íc b»ng 210 × 520 mm, çc lç ë tÊm cã d¹ng trßn hoÆc h×nh ch÷ nhËt, phÝa d−íi mÆt ghi lç ®−îc më réng ra h¬n ®Ó tr¸nh t¾c tro trong lç. Tû lÖ diÖn tÝch cña tÊt c¶ çc khe hë (lç) khR trong m¹ng ghi cho kh«ng khÝ

®i qua trªn tiÕt diÖn toµn bé cña ghi ghR

gäi lµ tiÕt diÖn sèng cña ghi, th−êng tÝnh b»ng phÇn tr¨m. TiÕt diÖn sèng cña ghi phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu ®èt vµ kÝch th−íc h¹t than.

Ghi thanh dïng cho than bïn côc vµ gç cã tiÕt diÖn sèng b»ng 15 40%÷ . Ghi tÊm dïng cho than antraxit vµ than n©u cã tiÕt diÖn sèng b»ng 8 20%÷ . MÆt d−íi ghi cã çc gê ®Ó t¨ng ®é bÒn vµ t¨ng c−êng to¶ nhiÖt cho thanh ghi.

105

a)

b)

H×nh 4.43. a) CÊu t¹o ghi thanh; b) CÊu t¹o ghi

tÊm: 1- thanh ghi; 2- g©n trî lùc vµ lµm m¸t ghi; 3- gi¸ ®ì; 4- phÇn t¹o khe hë.

§iÓm ®Æc tr−ng cña buång löa ghi thñ c«ng lµ cÊp nhiªn liÖu theo chu kú do ®ã qu¸ tr×nh ch¸y còng cã tÝnh chu kú. Nh÷ng hiÖn t−îng x¶y ra trong líp nhiªn liÖu trong kho¶ng thêi gian gi÷a hai lÇn cÊp nhiªn liÖu ®−îc minh ho¹ trªn h×nh vÏ 4.44.

Trong h×nh vÏ 4.44, ®−êng cong 1 ®Æc tr−ng cho l−îng kh«ng khÝ yªu cÇu vµ cÇn ®−îc cÊp vµo buång löa ®Ó ch¸y hoµn toµn l−îng nhiªn liÖu n»m trªn ghi. Cùc ®¹i cña ®−êng cong t−¬ng øng víi thêi gian tho¸t nhiÒu chÊt bèc nhÊt. §−êng cong 2 ®Æc tr−ng cho l−îng kh«ng khÝ tiªu thô ®Ó ch¸y cèc. Kho¶ng c¸ch theo tung ®é gi÷a ®−êng 1 vµ 2 lµ l−îng kh«ng khÝ ®Ó ch¸y chÊt bèc. NÕu viÖc cÊp kh«ng khÝ gi÷a hai lÇn cÊp nhiªn liÖu mµ kh«ng ®−îc ®iÒu chØnh th× tæng l−îng kh«ng khÝ ®i qua líp nhiªn liÖu ®−îc thÓ hiÖn b»ng ®−êng 3.

Sù t¨ng dÇn cña ®−êng cong 3 liªn quan ®Õn møc ®é ch¸y kiÖt líp vµ sù gi¶m trë lùc cña líp cho kh«ng khÝ ®i qua. Cét 4 thÓ hiÖn l−îng kh«ng khÝ lïa trùc tiÕp vµo buång löa qua cöa më khi cÊp nhiªn liÖu vµo ghi. Kh«ng khÝ ®−îc sö dông thùc tÕ trong buång löa ®−îc thÓ hiÖn ë ®−êng cong 5, v× kh«ng ph¶i toµn bé kh«ng khÝ ®i qua líp ®Òu ®−îc dïng ®Ó ch¸y líp nhiªn liÖu mµ cßn dïng ®Ó ch¸y chÊt bèc vµ c¸c lo¹i h¹t mÞn bay ra trong kh«ng gian buång löa, mét phÇn nhá kh«ng khÝ kh«ng ®−îc

106

dïng do qu¸ tr×nh pha trén nhiªn liÖu víi kh«ng khÝ kh«ng hoµn h¶o vµ ®i theo khãi ra ngoµi.

H×nh 4.44 L−îng kh«ng khÝ thay ®æi theo chu kú cÊp nhiªn liÖu.

Tõ h×nh vÏ 4.44, ta thÊy trong thêi kú tho¸t nhiÒu chÊt bèc th× kh«ng ®ñ kh«ng

khÝ ®Ó ch¸y, do ®ã xuÊt hiÖn 3q mÆc dï 6,14,1 ÷=blα . ë cuèi chu kú ch¸y trong khãi

l¹i cã mét l−îng kh«ng khÝ d− kh¸ lín, do ®ã dÉn ®Õn t¨ng tæn thÊt nhiÖt 2q .

Nh−îc ®iÓm chñ yÕu cña buång löa cÊp nhiªn liÖu theo chu kú lµ gi¶m c«ng suÊt nhiÖt cña thiÕt bÞ mét çch chu kú, kÓ c¶ trong thêi kú cÊp nhiªn liÖu vµo buång löa v× lóc ®ã cöa bÞ më ra (kÐo dµi tõ 5 10÷ phót).

Buång löa thñ c«ng yªu cÇu nhiÒu lao ®éng ch©n tay nÆng nhäc cña ng−êi c«ng nh©n ®èt lß vµ c«ng nh©n th¶i xØ. §èi víi buång löa ghi thñ c«ng ph¶i cêi than theo chu kú ®Ó san ph¼ng líp nhiªn liÖu, lµm mÊt çc æ gµ xuÊt hiÖn trong líp. Khi cêi líp nhiªn liÖu theo tõng chu kú th× trë lùc cña líp gi¶m xuèng mét Ýt nh−ng xu h−íng chung lµ t¨ng lªn.

ViÖc t¨ng suÊt c«ng suÊt cña ghi lvt ghBQ R bÞ h¹n chÕ do t¨ng trë lùc khi

kh«ng khÝ ®i qua líp nhiªn liÖu. Nh÷ng buång löa ghi thñ c«ng th−êng ®−îc th«ng giã tù nhiªn. ViÖc th«ng giã qu¸ møc sÏ sinh ra çc æ gµ vµ do ®ã t¨ng tæn thÊt nhiÖt do bay çc h¹t nhá. ë buång löa ghi thñ c«ng tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra còng lín. S¶n l−îng cña lß h¬i cã buång ghi thñ c«ng cã thÓ ®¹t ®Õn 6 7÷ t/h. 4.3.4. Buång löa ghi ®−îc c¬ khÝ ho¸ mét phÇn Lo¹i buång löa nµy th−êng lµ çc buång löa cã ghi quay vµ ghi l¾c, nh− ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh vÏ 4.45. ë nh÷ng lo¹i ghi nµy mét c«ng viÖc nÆng nhäc lµ th¶i xØ ®· ®−îc c¬ khÝ ho¸. Ghi quay gåm 3 4÷ phÇn, mµ mçi phÇn gåm çc l¸ ghi g¾n chung trªn mét trôc. Khi quay ghi sÏ th¶i toµn bé xØ xuèng phÔu xØ. Víi ghi l¾c, khi l¾c (theo chu kú) sÏ lµm xèp xØ vµ chØ th¶i nh÷ng líp xØ n»m d−íi cïng vµ ®· ®−îc ch¸y kiÖt. Qu¸ tr×nh ch¸y cña líp nhiªn liÖu n»m bªn trªn khi ®ã kh«ng bÞ ph¸ ho¹i. Cø sau 1 3÷ ngµy tiÕn hµnh lµm s¹ch hoµn toµn xØ trong buång löa chø kh«ng ph¶i 1 2÷ lÇn trong mét ca nh− ë ghi cè ®Þnh. Cã thÓ dïng truyÒn ®éng thñ c«ng hay c¬ khÝ ®èi víi ghi quay hay ghi l¾c.

107

H×nh 4.45. a) Nguyªn lý ghi lËt vµ ghi l¾c: a) ghi l©t; b) ghi l¾c.

H×nh 4.46. S¬ ®å cña buång löa cã: a) ghi l¾c cÊp nhiªn liÑu b»ng tay; b) ghi l¾c cÊp nhiªn liÖu b»ng m¸y.

§Ó gi¶m lao ®éng nÆng nhäc cho c«ng nh©n vËn hµnh lß h¬i vµ ®Ó hoµn thiÖn ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña líp, ng−êi ta c¬ khÝ ho¸ viÖc cÊp nhiªn liÖu lªn ghi b»ng çch dïng çc m¸y hÊt nhiªn liÖu cã cÊu t¹o kh¸c nhau. Trong tr−êng hîp nµy th× phÝa ngùc lß ®Æt phÔu (bunke) chøa nhiªn liÖu vµ nhiªn liÖu ®−îc ®−a tõ phÔu xuèng m¸y hÊt. Çc m¸y hÊt nhiªn liÖu th−êng lµ m¸y hÊt c¬ khÝ, m¸y hÊt dïng khÝ hay h¬i vµ m¸y hÊt phèi hîp c¬ khÝ - khÝ nÐn, nh− ®−îc biÓu diÔn trong h×nh vÏ 4.16.

M¸y hÊt kiÓu c¬ khÝ cÊp nhiªn liÖu lªn ghi do tay quay liªn tôc víi tèc ®é 550 800÷ vßng/phót. M¸y hÊt c¬ khÝ cã xÎng (b), cÊp nhiªn liÖu theo chu kú do mét c¬ cÊu b¾t ch−íc sù lµm viÖc cña xÎng (kho¶ng 10 lÇn ®Ëp trong 1 phót).

108

H×nh 4.47. S¬ ®å çc m¸y hÊt nhiªn liÖu. (a) vµ (b) - çc m¸y hÊt kiÓu c¬ khÝ; (c) - m¸y hÊt dïng khÝ nÐn; (d) - m¸y hÊt phèi hîp c¬ khÝ - khÝ nÐn. 1−thiÕt bÞ ®Þnh l−îng; 2−thiÕt bÞ hÊt; 3−tÊm ®Ó t¨ng tèc; 4−tÊm ph©n phèi nhiªn liÖu lªn ghi.

Víi m¸y hÊt dïng h¬i (khÝ nÐn), l−u l−îng kh«ng khÝ b»ng 0,2 0,25÷ m3/kg nhiªn liÖu, tèc ®é kh«ng khÝ b»ng 30 80÷ m/s. NÕu dïng h¬i th× tèc ®é h¬i ra khái èng phun b»ng kho¶ng 400 m/s.

ë m¸y hÊt phèi hîp c¬ khÝ - khÝ nÐn, kh«ng khÝ t¹o ®iÒu kiÖn ph©n phèi ®Òu h¬n çc h¹t nhá theo chiÒu dµi cña ghi.

108

4.3.5. Buång löa cã ghi nghiªng vµ cã líp nhiªn liÖu chuyÓn ®éng 4.3.5.1. Buång löa cã ghi nghiªng:

Ghi ®Æt nghiªng ®Ó líp nhiªn liÖu võa chuyÓn ®éng võa ch¸y. Nhiªn liÖu cµng cã nhiÒu chÊt bèc cµng dÔ ch¸y nªn gãc nghiªng cña ghi cµng lín. §o¹n ghi n»m ngang ®Ó ch¸y kiÖt xØ vµ th¶i xØ.

H×nh 4.48. S¬ ®å buång löa cã ghi nghiªng vµ cã líp nhiªn liÖu chuyÓn ®éng. §Ó ®èt m¹t c−a Èm ng−êi ta dïng ghi nghiªng d¹ng bËc thang nh− trong h×nh

vÏ 4.49. Ghi lo¹i nµy thÝch hîp cho nhiªn liÖu cã chÊt bèc lín vµ cã nhiÒu h¹t nhá. 4.3.5.2. Buång löa cã ghi nghiªng dån cÊp: S¬ ®å cña lo¹i buång löa cã ghi nghiªng dån cÊp ®−îc tr×nh bµy trong h×nh vÏ 4.50. ë ®©y nhiªn liÖu chuyÓn ®éng ®−îc lµ do chuyÓn ®éng ®i l¹i cña çc thanh ghi. Çc thanh ghi chuyÓn ®éng vµ thanh ghi cè ®Þnh ®Æt xen kÏ nhau. Khi çc thanh ghi chuyÓn ®éng ®−îc chuyÓn ®éng th× cung cÊp nhiªn liÖu cho líp, chang vµ lµm t¬i líp nhiªn liÖu ®ång thêi th¶i tro xØ xuèng phÔu xØ. Lo¹i buång löa ghi nµy dïng cho nhiªn liÖu cã ®é Èm cao vµ chÊt bèc lín. Nh−îc ®iÓm lín nhÊt cña lo¹i ghi nµy lµ ghi chÞu t¸c dông cña nhiÖt ®é cao vµ cã hiÖu suÊt thÊp.

109

H×nh 4.49. S¬ ®å buång löa cã ghi

bËc thang ®Ó ®èt m¹t c−a Èm. 1- phÔu cÊp nhiªn liÖu; 2- cöa cÊp mhiªn liÖu; 3- ghi nghiªng; 4- ghi

ph¼ng; 5- cöa cÊp giã.

H×nh 4.50. S¬ ®å buång löa cã ghi nghiªng dån cÊp. 1−thanh ghi cè ®Þnh; 2−thanh ghi chuyÓn ®éng;3-ghi n»m ngang; 4-thanh ®iÒu chØnh; 5- ®«ng c¬; 7-tÊm ®iÒu chØnh ®é dµy líp nhiªn liÖu.

4.3.5.3. Lo¹i buång löa ghi cã thanh trang than (hay tÊm cêi löa):

H×nh 4.51. S¬ ®å buång löai ghi cã thanh trang than. 1− ghi cè ®Þnh; 2− t−êng lß; 3- cuèn lß; 4- thanh trang than; 5- xÝch kÐo thanh trang.

110

Lo¹i buång löa ghi cã thanh chang (hay tÊm cêi löa) ®−îc biÓu diÔn trong h×nh 4.51. Thanh trang cã chiÒu dµi b»ng chiÒu réng cña ghi. Khi thanh chang ®i tõ tr¸i sang ph¶i sÏ ®Èy nhiªn liÖu tõ phÔu vµo ghi vµ san ph¼ng líp, ®Õn cuèi ghi sÏ ®Èy xØ ra ngoµi xuèng phÔu xØ. Khi ®i ng−îc l¹i víi tèc ®é nhanh h¬n sÏ l¹i chang líp than trªn ghi, ë ®©y thanh chang lµm viÖc theo chu kú. Buång löa cã thanh chang ®−îc thiÕt kÕ cho lß h¬i cã s¶n l−îng ®Õn 12 t/h, ®èt than n©u vµ than ®¸. C¸c chØ tiªu lµm viÖc cña lo¹i buång löa nµy lµ:

1050900 ÷==gh

lvt

R RBQq kW/m2

290==bl

lvt

V VBQq kW/m3

3 1 2%q = ÷ ,

4 6 8%q = ÷ .

4.3.5.4. Lo¹i buång löa cÊp nhiªn liÖu tõ d−íi lªn:

Lo¹i buång löa cÊp nhiªn liÖu tõ d−íi lªn ®−îc miªu t¶ trong h×nh vÏ 4.52.

a)

b)

H×nh 4.52. Buång löa cÊp nhiªn liÖu tõ d−íi lªn. a) s¬ ®å nguyªn lý buång

löa; b) vÝt t¶i cÊp nhiªn liÖu tõ d−íi lªn.

111

Trong buång löa nµy sù ch¸y ®ång thêi cña chÊt bèc vµ cèc trong líp cã t¸c

dông t¨ng c−êng sù ch¸y kiÖt nhiªn liÖu. XØ ®−îc th¶i ®i nhê lËt ghi quay ®−îc ®Æt ë hai gãc. Buång löa nµy thuéc lo¹i buång löa ®−îc c¬ khÝ ho¸ ë møc ®é ®¸ng kÓ, nh−ng yªu cÇu nhiªn liÖu ®èt ph¶i cã chÊt l−îng cao. Than cã ®é thiªu kÕt võa ph¶i, cã nhiÒu chÊt bèc, cã ®é tro vµ ®é Èm nhá vµ tro khã ch¶y khi ®èt trong buång löa nµy sÏ ®¹t hiÖu qu¶ cao. 4.3.6. Buång löa ghi xÝch 4.3.6.1. Nguyªn lý lµm viÖc

§©y lµ lo¹i buång löa ®−îc c¬ khÝ ho¸ hoµn toµn, cã thÓ dïng cho lß h¬i cã s¶n l−îng tõ 10 12÷ t/h ®Õn 150 t/h. §Æc ®iÓm cña buång löa nµy lµ sù dÞch chuyÓn liªn tôc cña nhiªn liÖu cïng víi ghi. S¬ ®å cña buång löa ghi xÝch ®−îc cho trong h×nh vÏ 4.53 vµ 4.54.

H×nh 4.53. S¬ ®å buång löa ghi xÝch. 1- ghi; 2- hép gi¶m tèc; 3- phÔu than; 4- tÊm ®iÒu chØnh bÒ dµy líp nhiªn liÖu; 5- hép lµm m¸t ghi; 6- cuèn tr−íc;

7- dµn èng t−êng sau; 8- cuèn sau; c¸i g¹t xØ; hép giã.

Tèc ®é chuyÓn ®éng cña ghi cã thÓ thay ®æi tõ 2 30÷ m/h. Ng−êi ta dïng ghi xÝch kh«ng lät kiÓu vÈy c¸ cã chiÒu dµi b»ng 5500 7900÷ mm vµ réng 1560 4500÷ mm. DiÖn tÝch ho¹t ®éng cña mÆt ch¸y ®¹t ®Õn 7 32÷ m2.

112

H×nh 4.54. S¬ ®å nguyªn lý

buång löa ghi xÝch. 1- nÒn ghi; 2- trôc truyÒn ®éng cho ghi (trôc dÉn ë gÇn phÔu than); 3- phÔu than; 4- tÊm ®iÒu chØnh chiÒu dµy líp nhiªn liÖu; 5- tÊm g¹t xØ; 6−phÔu tro xØ;.

4.3.6.2. CÊu t¹o ghi xÝch Ghi xÝch gåm 2 lo¹i: Ghi xÝch thanh vµ ghi xÝch vÈy ç.

H×nh 4.55. CÊu t¹o ghi xÝch thanh.

a) ghi ®· l¾p; b) thanh ghi ch−a l¾p. 1- thanh ghi;

2- trôc nèi çc thanh ghi. H×nh 4.56. CÊu t¹o ghi xÝch vÈy ç.

a) h×nh kh«ng gian; b) mÆt c¾t. 1- l¸ ghi; 2- m¸ kÑp; 3- m¾t xÝch; 4- thanh nèi hai m¾t xÝch; 5- chètgi÷ m¸ kÑp víi m¾t xÝch. 6- trôc l¾p bi; 7- con l¨n.

113

H×nh 4.57. Ghi xÝch kh«ng lät. 1- l¸ ghi vÊy c¸; 2- tói høng than lät tõ l¸ ghi; 3- l¸ ghi khi vøt than lät lªn tói; 4- tÊm g¹t xØ; 5- xØ than; 6- xØ r¬i xuèng; 7- con l¨n.

4.3.6.3. Qu¸ tr×nh ch¸y trªn ghi xÝch Qu¸ tr×nh ch¸y trªn ghi xÝch x¶y ra liªn tôc tõ nung nãng, sÊy kh«, tho¸t chÊt bèc, ch¸y chÊt bèc vµ cèc, ch¸y kiÖt ®Õn th¶i xØ. Víi ghi xÝch ng−êi ta cung cÊp giã theo nhu cÇu tõng vïng cña qu¸ tr×nh ch¸y, nh− ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 4.58.

H×nh 4.58. BiÓu ®å cung cÊp giã cho buång löa ghi xÝch.

§−êng cong 1 ®Æc tr−ng cho l−îng kh«ng khÝ yªu cÇu ®Ó ch¸y nhiªn liÖu däc theo chiÒu dµi ghi. §−êng cong 2 biÓu diÔn l−îng kh«ng khÝ ®−a vµo buång löa kh«ng theo tõng vïng. §−êng 3 lµ l−îng kh«ng khÝ cÊp cho c¸c vïng kh¸c nhau.

L−îng kh«ng khÝ cÊp vµo vïng cuèi (vïng xØ) víi sè l−îng lín h¬n sè l−îng cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o ch¸y kiÖt xØ vµ lµm m¸t ghi. ViÖc cung cÊp kh«ng khÝ theo tõng vïng gióp hoµn thiÖn qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu ®ång thêi gi¶m ®−îc tæn thÊt 2q do gi¶m l−îng kh«ng khÝ thõa trong buång löa. S¬ ®å ®¬n gi¶n cña qu¸ tr×nh ch¸y líp nhiªn liÖu trªn ghi xÝch cho trong h×nh vÏ 4.59.

H×nh 4.59. S¬ ®å ®¬n gi¶n qu¸ tr×nh ch¸y líp nhiªn liÖu trªn ghi xÝch. 1−vïng nhiªn liÖu míi; 2−vïng tho¸t vµ ch¸y chÊt bèc;

3−vïng ch¸y cèc; 4−vïng chøa xØ.

Qu¸ tr×nh chuÈn bÞ nhiÖt cho nhiªn liÖu ®−îc b¾t ®Çu ngay sau khi nhiªn liÖu r¬i lªn ghi. §−êng O1L t¸ch vïng nhiªn liÖu míi víi vïng tho¸t chÊt bèc. Bªn ph¶i ®−êng O1L lµ mÆt b¾t ®Çu tho¸t chÊt bèc mµ thùc tÕ lµ trïng víi mÆt bèc ch¸y nhiªn

114

liÖu. §−êng O2K lµ giíi h¹n gi÷a vïng tho¸t chÊt bèc vµ vïng ch¸y cèc. Trong vïng O2O3O4O5KO2 x¶y ra qu¸ tr×nh ch¸y cèc, trong ®ã 3a lµ vïng «xy ho¸ vµ 3b lµ vïng hoµn nguyªn. Vïng 4 lµ vïng xØ ë cuèi ghi mµ ë ®©y xØ ®−îc ch¸y kiÖt.

Nguån nhiÖt chñ yÕu ®Ó nung nãng vµ bèc ch¸y nhiªn liÖu míi lµ bøc x¹ cña khãi tõ buång löa. Thµnh phÇn cña çc khÝ sinh ra ë phÝa trªn líp nhiªn liÖu ch¸y trªn ghi xÝch ®−îc cho trong h×nh vÏ 4.60.

H×nh 4.60. Thµnh phÇn cña çc khÝ sinh ra ë phÝa trªn líp nhiªn liÖu ch¸y trªn ghi xÝch däc theo ®−êng ®i cña líp nhiªn liÖu.

Tõ h×nh vÏ ta thÊy ë phÇn ho¹t ®éng nhÊt cña líp nhiªn liÖu x¶y ra sù khÝ ho¸ nhiªn liÖu vµ sinh ra mét l−îng lín çc khÝ ch¸y CO, H2, CH4 cïng víi çc s¶n phÈm ch¸y hoµn toµn CO2,� §−êng cong thay ®æi hµm l−îng O2 chøng tá r»ng ë ®Çu vµ cuèi ghi xÝch cã d− «xy, cßn ë vïng gi÷a ho¹t ®éng m¹nh nhÊt (ch¸y m·nh liÖt) l¹i kh«ng ®ñ «xy. Cho nªn ®Ó buång löa lµm viÖc mét çch hiÖu qu¶ th× ta ph¶i pha trén tèt dßng çc khÝ ch¸y ë phÇn gi÷a ghi víi dßng «xy d− cña phÇn ®Çu vµ cuèi ghi. Muèn vËy ng−êi ta bè trÝ çc cuèn lß thÝch hîp ®Ó lµm co bít buång löa ë phÝa trªn ghi vµ chÝnh ®iÒu ®ã lµm t¨ng ®¸ng kÓ tèc ®é khãi vµ thùc hiÖn ®−îc sù pha trén cña chóng.

a) b)

115

c)

H×nh 4.61. S¬ ®å buång löa ghi xÝch dïng ®Ó ®èt: a- than antraxit, b- than n©u; c- than ®¸.

Nh÷ng ®iÒu kiÖn chuÈn bÞ nhiªn liÖu trªn ghi xÝch, ®iÒu kiÖn bèc ch¸y vµ ch¸y

nhiªn liÖu, vµ ®iÒu kiÖn ch¸y kiÖt xØ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo nh÷ng ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña nhiªn liÖu. Ngoµi ra tÝnh chÊt cña m«i tr−êng khãi chøa trong buång löa còng phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu ®èt; m«i tr−êng nµy ¶nh h−ëng rÊt nhiÒu ®Õn qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt cña líp nhiªn liÖu ®ang ch¸y víi bÒ mÆt ®èt bè trÝ trong buång löa.

V× nh÷ng lý do ®ã mµ cÊu t¹o cña buång löa ghi xÝch ®Ó ®èt nh÷ng nhiªn liÖu kh¸c nhau cã çc ®Æc ®iÓm riªng biÖt. H×nh vÏ 4.61a lµ s¬ ®å buång löa ghi xÝch ®Ó ®èt than antraxit. Ta cã thÓ thÊy r»ng buång löa trong h×nh vÏ 4.58a cã cuèn sau dµi vµ ®−îc ®Æt thÊp, do ®ã çc khÝ ch¸y sinh ra ë vïng ho¹t ®éng nhÊt cña ghi (vïng ch¸y m¹nh nhÊt) ®−îc h−íng vµo ®o¹n ®Çu cña ghi (phÝa ®Çu ghi) t¹o ®iÒu kiÖn ch¸y nhiªn liÖu míi cÊp vµo. §ång thêi cuèn sau còng bøc x¹ nhiÖt cho xØ ®Ó ®¶m b¶o ch¸y kiÖt xØ ë cuèi ghi. §Ó t¨ng c−êng sù pha trén çc khÝ ch¸y trong buång löa ®¶m b¶o cho chóng ch¸y hÕt tr−íc khi bay ra khái buång löa ng−êi ta dïng giã xiÕt cã tèc ®é 50 70÷ m/s. L−îng giã xiÕt b»ng 5 10%÷ toµn bé l−îng kh«ng khÝ ®Ó ch¸y. §Ó ch¸y kiÖt xØ (gi¶m tæn thÊt 6q ) ng−êi ta bè trÝ cuèn sau thÊp xuèng vµ bäc g¹ch ®Ó m«i chÊt trong èng kh«ng

hÊp thu nhiÖt. Toµn bé nhiÖt do g¹ch hÊp thu sÏ ph¶n x¹ lªn vïng xØ ®ang ch¸y. §ång thêi ®Æt bé phËn gi÷ xØ ë cuèi ghi ®Ó lµm chËm sù chuyÓn ®éng cña xØ vµ do ®ã ch¸y kiÖt xØ tr−íc khi th¶i vµo phÔu xØ. ChÝnh bé gi÷ xØ nµy còng b¶o vÖ cho ghi khái bÞ hë. §Ó tr¸nh sinh ra çc côc xØ b¸m ë çc t−êng bªn cña buång löa ng−êi ta ®Æt panen lµm l¹nh b»ng n−íc (®Æt s¸t mÆt ghi). Panen nµy nèi vµo hÖ thèng tuÇn hoµn cña lß h¬i. NhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng cung cÊp cho ghi xÝch bÞ h¹n chÕ bëi ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña ghi. Khi ®èt than antraxit trªn ghi xÝch nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng cã thÓ ®¹t ®Õn 150 200÷ oC. Khi ®èt nhiªn liÖu cã nhiÒu chÊt bèc, kh«ng khÝ ®−îc sÊy ®Õn 250 300÷ oC. H×nh vÏ 4.61b vµ 4.61c lµ s¬ ®å buång löa ghi xÝch ®Ó ®èt than n©u vµ

116

than ®¸. Çc ®Æc tÝnh tÝnh to¸n cña buång löa ghi xÝch ®èt than antraxit ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng 4.2.

B¶ng 4.2 Nh÷ng ®Æc tÝnh tÝnh to¸n cña buång löa ghi xÝch Than Antraxit

Tªn ®¹i l−îng §¬n vÞ 2=qdA 3=qdA

NhiÖt thÕ mÆt ch¸y Rq kW/m2 1000 1200÷ 800 900÷

NhiÖt thÕ thÓ tÝch buång löa Vq kW/m3 290 350÷ 230 290÷

HÖ sè kh«ng khÝ thõa blα – 1,3 1,5

Tæn thÊt nhiÖt 3q % 0 0

Tæn thÊt nhiÖt 4q % 7 14 PhÇn tro lät ghi vµ trong xØ xØ+läta – 0,75 0,7

PhÇn tro bay theo khãi ba – 0,25 0,3

¸p suÊt kh«ng khÝ d−íi ghi P® mmH2O 100 100 NhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng KKNt oC 25 150÷ 25 150÷ 4.4. Buång löa phun 4.4.1. Kh¸i niÖm chung Buång löa phun lµ lo¹i thiÕt bÞ buång löa v¹n n¨ng nhÊt, v× trong buång löa phun cã thÓ ®èt bÊt kú lo¹i nhiªn liÖu nµo tõ nhiªn liÖu khÝ, nhiªn liÖu láng ®Õn çc lo¹i nhiªn liÖu r¾n. Buång löa phun cã ®Æc ®iÓm kh¸c so víi buång löa ghi lµ ph¶i chuÈn bÞ nhiªn liÖu tr−íc khi phun vµo buång ®èt. Nguyªn lý buång löa phun ®−îc chØ ra trªn h×nh 4.62.

Buång löa ghi cã nh÷ng nh−îc ®iÓm nh− sau: ChØ ®èt ®−îc than cã chÊt l−îng vµ cì h¹t thÝch hîp, ghi bÞ d·n në nhiÖt rÊt lín (hay bÞ ch¸y ghi vµ hang), kh«ng thÓ ph©n phèi ®Òu kh«ng khÝ cho ghi, s¶n l−îng cña lß h¬i bÞ h¹n chÕ (tèi ®a 150 t/h), vµ lät nhiÒu than mÞn qua ghi g©y tæn thÊt ch¸y kh«ng hoµn toµn. Trong khi ®ã yªu cÇu cña lß h¬i cã s¶n l−îng lín, hiÖu suÊt cao vµ lµm viÖc tin cËy. Do vËy, buång löa ghi kh«ng tho¶ m·n ®−îc çc yªu cÇu trªn.

Buång löa phun cã nh÷ng −u ®iÓm nh− sau: S¶n l−îng cña lß h¬i kh«ng bÞ h¹n chÕ, tho¶ m·n mét ch−¬ng tr×nh nhiªn liÖu réng h¬n buång löa ghi, hiÖu suÊt ch¸y cao h¬n buång löa ghi, cã thÓ sÊy kh«ng khÝ ®Õn nhiÖt ®é cao ( 200 450÷ oC), cã ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh vËn hµnh lß h¬i. Do ®ã sau chiÕn tranh thÕ giíi thø nhÊt buång löa phun ®−îc ph¸t triÓn m¹nh mÏ. Nh÷ng lß h¬i cã s¶n l−îng tõ 30 t/h trë lªn dïng buång löa phun lµ thÝch hîp nhÊt. Dïng buång löa phun cã thÓ ®èt nh÷ng nhiªn liÖu kÐm chÊt l−îng vµ nhiªn liÖu cì h¹t nhá thu ®−îc trong qu¸ tr×nh khai th¸c. Tuy nhiªn, buång löa phun cã cÊu t¹o phøc t¹p h¬n, ®Çu t− ®¾t h¬n v× ph¶i cã qu¸ tr×nh vµ thiÕt bÞ chuÈn bÞ nhiªn liÖu. Trong khi buång löa ghi chØ yªu cÇu ®Ëp vµ ph©n lo¹i nhiªn liÖu hoÆc hoµn toµn kh«ng cÇn chuÈn bÞ, th× ë buång löa phun khi

117

®èt nhiªn liÖu r¾n ph¶i cã c¶ mét hÖ thèng chuÈn bÞ bé than rÊt cång kÒnh, tèn kÐm c¶ vÒ kinh phÝ, ®iÖn n¨ng vµ c«ng phu.

H×nh 4.62. Nguyªn lý buång löa

phun

Mét yªu cÇu quan träng ®èi víi buång löa phun hay bÊt kú kiÓu buång löa nµo lµ ®¶m b¶o ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu víi hiÖu suÊt cao vµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa nhá nhÊt. Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n, ®Ó tr¸nh ®ãng xØ ë pheston vµ bé qu¸ nhiÖt ph¶i gi÷ cho nhiÖt ®é khãi ë chç ra khái buång löa bθ thÊp h¬n nhiÖt ®é ®«ng cøng l¹i cña tro.

NhiÖt thÕ thÓ tÝch cho phÐp cña buång löa, lvblV BQq = , lµ ®¹i l−îng quan träng dïng ®Ó ®¸nh

gi¸ ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu trong buång löa phun. §Ó gi¶m gi¸ thµnh cña buång löa ph¶i t¨ng phô t¶i nhiÖt thÓ tÝch cña buång löa ®Õn cùc ®¹i, nh−ng nÕu t¨ng Vq qu¸ møc cho phÐp ®èi

víi d¹ng nhiªn liÖu ®· cho sÏ dÉn ®Õn t¨ng tæn thÊt 3q vµ 4q vµ do ®ã gi¶m møc ®é kinh tÕ cña

buång löa. §ång thêi, khi møc ®é ®Æt èng trong buång löa kh«ng ®ñ sÏ lµm t¨ng ®¸ng kÓ

nhiÖt ®é trong buång löa vµ do vËy ®ãng xØ c¶ t−êng hë lÉn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt trong buång löa. V× vËy gi¸ trÞ Vq ®èi víi tõng d¹ng nhiªn liÖu kh«ng ®−îc lín h¬n trÞ sè

cùc ®¹i ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. 4.4.2. Buång löa ®èt nhiªn liÖu khÝ Buång löa ®èt nhiªn liÖu khÝ ®¬n gi¶n nhÊt c¶ vÒ mÆt thiÕt bÞ lÉn vËn hµnh, v× kh«ng cÇn nh÷ng trang bÞ phøc t¹p vµ ®¾t tiÒn ®Ó chuÈn bÞ nhiªn liÖu, kh«ng cã thiÕt bÞ ®Ó thu tro vµ th¶i xØ. Nhiªn liÖu khÝ chñ yÕu dïng ®Ó ®èt trong buång löa lß h¬i hiÖn nay lµ khÝ thiªn nhiªn. PhÇn tö chÝnh cña buång löa ®èt nhiªn liÖu khÝ lµ vßi phun khÝ. Cã nhiÒu kiÓu vßi phun khÝ v× ng−êi ta dïng nh÷ng biÖn ph¸p kh¸c nhau ®Ó pha trén khÝ ®èt víi kh«ng khÝ vµ v× çc khÝ ®èt cã tÝnh chÊt kh¸c nhau. Theo nguyªn lý ch¸y cña nhiªn liÖu khÝ trong vïng ®éng häc hay trong vïng khuÕch t¸n mµ ng−êi ta chia vßi phun khÝ thµnh vßi phun cã pha trén khÝ ®èt víi kh«ng khÝ ngay trong vßi phun vµ vßi phun cã pha trén bªn ngoµi vßi phun (trong buång löa). ë vßi phun cã pha trén bªn ngoµi vßi phun th× khÝ ®èt vµ kh«ng khÝ ®−îc dÉn ®i riªng rÏ, khi vµo buång löa chóng míi pha trén víi nhau. Ngoµi ra ng−êi ta cßn sö dông kiÓu vßi phun cã pha trén tr−íc mét phÇn. Çc vßi phun cã pha trén ngoµi vµ pha trén trong mét phÇn ®−îc dïng ®Ó ®èt çc khÝ chøa çc hydr« cacbon kh«ng æn ®Þnh nhiÖt, chóng cho ngän löa thÊy ®−îc vµ dµi. Nh÷ng vßi phun cã ngän löa thÊy ®−îc gäi lµ vßi phun khuÕch t¸n.

118

Çc vßi phun cã pha trén bªn trong cho ngän löa kh«ng thÊy ®−îc vµ ng¾n, ng−êi ta gäi chóng lµ vßi phun kh«ng cã ngän löa (vßi phun kiÓu tunen).

Trªn çc h×nh vÏ 4.63 vµ 4.64 lµ s¬ ®å nguyªn lý cña çc vßi phun khÝ kh«ng cã ngän löa vµ cã ngän löa. Víi kiÓu vßi phun cã ngän löa th× tuú theo møc ®é hoµn thiÖn cña ®iÒu kiÖn pha trén khÝ víi kh«ng khÝ mµ qu¸ tr×nh ch¸y ®−îc hoµn thiÖn vµ ngän löa sÏ ng¾n l¹i. Trong h×nh vÏ 4.63 th× s¬ ®å (a) cã ngän löa dµi nhÊt, s¬ ®å (c) cã ngän löa ng¾n nhÊt v× cã pha trén mét phÇn trong vßi phun. ë vßi phun kh«ng cã ngän löa, do hçn hîp khÝ - kh«ng khÝ ®· ®−îc pha trén tr−íc vµ ®èt nãng ®Õn nhiÖt ®é cao nªn qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn khÝ trong tr−êng hîp nµy øng víi hÖ sè kh«ng khÝ thõa nhá nhÊt %)52( ÷ , ( 05,102,1 ÷=blα ).

H×nh 4.63. Nguyªn lý ch¸y nhiªn liÖu khÝ. a) ch¸y khuyÕh t¸n; b) ch¸y ®éng häc; c) ch¸y hçn hîp.

119

H×nh 4.64. S¬ ®å nguyªn lý cña vßi phun khÝ kiÓu tunen (kh«ng cã ngän löa).

1−thiÕt bÞ (buång) pha trén; 2−miÖng (buång) lµm l¹nh b»ng n−íc; 3−buång ®èt ®Æt tr−íc; 4−khe hë ph©n phèi.

120

H×nh 4.65. S¬ ®å nguyªn lý cña vßi phun cã ngän löa.

Trong buång löa lß h¬i ng−êi ta dïng c¶ hai kiÓu vßi phun khÝ cã ngän löa vµ kh«ng cã ngän löa. Khi ®èt khÝ thiªn nhiªn tû lÖ gi÷a l−îng khÝ ®èt vµ kh«ng khÝ trong hçn hîp b»ng 1/9,51 m3tc. Buång löa lß h¬i ®èt nhiªn liÖu khÝ cã ®¸y n»m ngang, nÕu nhiªn liÖu lµ hçn hîp khÝ vµ bét than th× ®¸y lß h¬i ph¶i cã phÔu xØ, nh− ®−îc biÓu diÔn trong h×nh vÏ 4.66. H×nh 4.66. C¸c kiÓu ®¸y buång löa lß h¬i. a−khi ®èt thuÇn tóy nhiªn liÖu khÝ; b−khi ®èt hçn hîp khÝ vµ bét than.

121

Mét sè ®Æc tÝnh tÝnh to¸n cña buång löa ®èt nhiªn liÖu khÝ vµ láng ®−îc cho trong b¶ng 4.3.

B¶ng 4.3: Mét sè ®Æc tÝnh tÝnh to¸n cña buång löa ®èt nhiªn liÖu khÝ vµ láng. Nhiªn liÖu Vq , kW/m3 blα 3q , % Chó thÝch

Madót 250 1,10 0,5 KhÝ lß cao 200 1,10 1,5

KhÝ thiªn nhiªn, khÝ cèc 300 400÷ 1,10 0,5

Lß h¬i cã s¶n l−îng h¬i > 75 t/h

4.4.3. Buång löa ®èt nhiªn liÖu láng Nhiªn liÖu láng dïng trong lß h¬i lµ madót. Trong buång löa lß h¬i th−êng ®èt madót cã l−u huúnh cã ®é nhít cao vµ madót cã paraphin. Madót ®−îc phun mÞn qua çc vßi phun vµo buång löa, cã thÓ ®−îc ®èt theo çc ph−−ong ph¸p kh¸c nhau, nh− biÓu diÔn trong h×nh 4.67.

H×nh 4.67. Çc ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu láng

Çc lo¹i vßi phun madót lµ vßi phun c¬ khÝ vµ vßi phun dïng h¬i hay kh«ng

khÝ nÐn, nh− ®−îc biÓu diÔn trong h×nh vÏ 4.68.

122

H×nh 4.68. a−vßi phun c¬ khÝ dßng ®i th¼ng; b−vßi phun c¬ khÝ ly t©m; c−vßi phun dïng h¬i cao ¸p.

H×nh 4.69. vßi phun dïng h¬i cao ¸p.

123

Víi vßi phun c¬ khÝ th× nhiªn liÖu ®−îc phun bôi do ®éng n¨ng cña dßng cã ¸p suÊt lín khi ®i qua çc lç phun nhá hoÆc do lùc ly t©m khi xo¾n dßng. Sù ®Ëp mÞn çc giät nhiªn liÖu sau ®ã lµ do t¸c dông cña ¸p suÊt m«i tr−êng. §Õn nay, víi vßi phun c¬ khÝ ®−îc chÕ t¹o ®¹t n¨ng suÊt 250 1250÷ kg/h ë ¸p lùc tÝnh to¸n cña madót b»ng 1,2 MPa. Khi dïng kh«ng khÝ nÐn ®Ó phun madót th× ¸p suÊt kh«ng khÝ b»ng 6,03,0 ÷ MPa, tiªu hao khÝ nÐn b»ng 0,6 1÷ kg/kg madót. Qua vßi phun madót ng−êi ta ®−a kho¶ng 5 10%÷ l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y hoµn toµn madót, l−îng kh«ng khÝ cßn l¹i ®−îc cÊp vµo ch©n ngän löa. ë çc vßi phun cao ¸p tèc ®é t−¬ng ®èi cña h¬i n−íc dïng ®Ó phun madót b»ng 200 1000÷ m/s. Khi dïng h¬i n−íc ®Ó phun madót th× h¬i cã ¸p suÊt b»ng 5,13,0 ÷ MPa vµ tiªu hao h¬i b»ng 0,3 0,6÷ kg/kg madót. CÊu t¹o cña vßi phun h¬i n−íc ®¬n gi¶n vµ lµm viÖc tin cËy nh−ng dïng nhiÒu h¬i do ®ã kh«ng kinh tÕ. Ng−êi ta chØ dïng nã nh− lµ vßi phun phô ®Ó nhãm lß. N¨ng suÊt cña vßi phun h¬i b»ng 100 800÷ kg/h. §−êng kÝnh trung b×nh cña giät nhiªn liÖu láng ®· ®−îc phun bôi b»ng

σ=

ρω0

tb 2

dd A , (4-5)

trong ®ã: A lµ hÖ sè tû lÖ phô thuéc vµo kiÓu vßi phun vµ lo¹i nhiªn liÖu láng; ω lµ tèc ®é chuyÓn ®éng cña giät; 0d lµ ®−êng kÝnh lç vßi phun; σ lµ søc c¨ng bÒ mÆt cña

chÊt láng; vµ ρ lµ mËt ®é cña m«i tr−êng khãi. 4.4.4. Buång löa phun ®èt bét than th¶i xØ kh« Bét than ®−îc kh«ng khÝ thæi qua vßi phun vµo buång löa vµ ch¸y ë tr¹ng th¸i l¬ löng qua tÊt c¶ çc giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu r¾n. Sù bèc ch¸y cña dßng hçn hîp bét than kh«ng khÝ b¾t ®Çu tõ líp biªn ®−îc nung nãng nhÊt vµ lan truyÒn vµo chiÒu s©u cña dßng vµ t¹o ra ngän löa. Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó bèc ch¸y dßng hçn hîp bét vµ kh«ng khÝ phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh− ®é mÞn cña bét than, chÊt bèc cña nhiªn liÖu, nhiÖt ®é ban ®Çu cña hçn hîp, tû lÖ gi÷a l−îng kh«ng khÝ cÊp mét vµ cÊp hai, biÖn ph¸p cÊp kh«ng khÝ cÊp hai vµo buång löa,� Sù bèc ch¸y cña hçn hîp ®−îc hoµn thiÖn khi t¨ng nhiÖt ®é ban ®Çu cña nã, do ®ã trong thùc tÕ ng−êi ta sÊy kh«ng khÝ ®Õn nhiÖt ®é cao (300 400÷ oC), ®Æc biÖt ®èi víi than Ýt chÊt bèc khã ch¸y nh− than antraxit, nöa antraxit, vµ than gÇy. Cã thÓ gia tèc sù bèc ch¸y bét khi gi¶m l−îng kh«ng khÝ cÊp mét, ®iÒu nµy t−¬ng øng víi sù t¨ng nång ®é cña bét. Gi¶m l−îng kh«ng khÝ cÊp mét trong hçn hîp sÏ gi¶m ®−îc nhiÖt dung riªng cña nã, do ®ã ®¶m b¶o nung nãng hçn hîp ®Õn nhiÖt ®é cao nhÊt. §ång thêi l−îng kh«ng khÝ cÊp mét ph¶i ®ñ ®Ó tiÕn hµnh ph¶n øng «-xy ho¸ ë giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh ch¸y hçn hîp ®· bèc ch¸y. Kh«ng khÝ cÊp hai ®−îc thæi riªng vµo buång löa vµ ®−a ®Õn ch©n ngän löa ®Ó lµm gi¶m nhiÖt ®é ë ®©y vµ ®ång thêi t¸ch ®iÓm b¾t ®Çu bèc ch¸y khái vßi phun. Kh«ng khÝ cÊp hai cÇn pha trén vµo ngän löa sau khi ®· bèc ch¸y hçn hîp.

124

NhiÖt ®é ë t©m ngän löa b»ng kho¶ng 1500 1600÷ oC vµ cao h¬n, chÕ ®é ch¸y gÇn víi chÕ ®é khuÕch t¸n. Do vËy c−êng ®é ch¸y bét trong ngän löa phô thuéc vµo nhiÖt ®é, nång ®é chÊt «xy ho¸, tèc ®é t−¬ng ®èi cña h¹t vµ thêi gian l−u l¹i cña h¹t trong buång löa. §Ó t¨ng c−êng ch¸y kiÖt bét trong ngän löa ph¶i duy tr× nhiÖt ®é ®ñ cao nhÊt lµ ë cuèi buång löa v× ë ®ã nång ®é chÊt «xy ho¸ gi¶m xuèng râ rÖt.

H×nh 4.70. Lß h¬i ®èt bét than th¶i xØ kh«. 1- qu¹t giã; 2- èng dÉn bét than vµ kh«ng khÝ;

3- èng dÉn bét than xuèng; 4- m¸y cÊp bét than; 5- phÔu than; 6, 9- kh«ng khÝ cÊp 2;

7- vßi phun bét than; 8- èng dÉn giã; 10- èng sinh h¬i t−êng tr−íc; 11- t−êng buång löa;

12- dµn èng sinh h¬i t−êng bªn.

KhÝ ®éng cña ngän löa ph¶i ®¶m b¶o hót m¹nh khãi ®Õn ch©n ngän löa, g©y rèi dßng vµ pha trén tèt çc h¹t bét víi chÊt «xy ho¸. C−êng ®é, ®é æn ®Þnh vµ møc ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ch¸y bét than phô thuéc tr−íc hÕt vµo sù lµm viÖc cña vßi phun. Mét ®Æc tÝnh tÝnh to¸n chñ yÕu x¸c ®Þnh thÓ tÝch buång löa ®èi víi nhiªn liÖu ®· cho lµ nhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa Vq , 3kW/m . §¹i

l−îng nµy phô thuéc chñ yÕu vµo thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ch¸y hoµn toµn çc h¹t bét vµ thêi gian ch¸y nµy l¹i lµ hµm sè cña kÝch th−íc h¹t, cña l−îng tho¸t chÊt bèc vµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa. B»ng tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ thùc tÕ vËn hµnh ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh gi¸ trÞ tèi −u 90R vµ blα ®èi víi nh÷ng

nhiªn liÖu kh¸c nhau ®Ó x¸c ®Þnh Vq , khi ®ã 3q vµ 4q lµ

cùc tiÓu øng víi phô t¶i ®Þnh møc cña lß h¬i. Mét sè ®Æc tÝnh tÝnh to¸n cña buång löa phun ®èt bét than th¶i xØ kh« ®èi víi lß h¬i cã s¶n l−îng 75D ≥ t/h vµ 25 50D = ÷ t/h ®−îc lÇn l−ît tr×nh bµy trong çc b¶ng 4.4 vµ 4.5.

B¶ng 4.4. Nh÷ng ®Æc tÝnh tÝnh to¸n cña buång löa phun ®èt bét than th¶i xØ kh« ®èi víi lß h¬i cã s¶n l−îng D ≥ 75 t/h.

125

Nhiªn liÖu blα Vq , kW/m3 3q , % 4q , % ba

Bét than antraxit vµ nöa antraxit Than gÇy Than ®¸ §¸ dÇu

1,2÷1,25

1,2÷1,25

1,2 1,2

120 140 150 100

0 0 0 0

4÷6

2 1,0÷1,5

0,5÷1,0

0,95 0,95 0,95 0,95

B¶ng 4.5. Nh÷ng ®Æc tÝnh tÝnh to¸n cña buång löa phun ®èt bét than th¶i xØ kh«

®èi víi lß h¬i cã s¶n l−îng 25 50D = ÷ t/h.

Vq , kW/m3 4q , % Nhiªn liÖu blα

25 t/h 35 t/h 50 t/h3q , %

25 t/h 35 t/h 50 t/h ba

Than ®¸ Than n©u

1,20 1,20

220 250

180 210

160 180

0,5 0,5

5 3

3 1,5÷2,0

2÷3 1÷2

0,95 0,95

Víi vßi phun bét than th× cÊu t¹o vµ bè trÝ cña vßi phun ph¶i ®¶m b¶o nh÷ng

yªu cÇu sau: - §Ó dßng hçn hîp bèc ch¸y nhanh vµ ch¸y æn ®Þnh; - HiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh ch¸y cao; - Buång löa vËn hµnh æn ®Þnh vµ ch¾c ch¾n.

Vßi phun cã ¶nh h−ëng quan träng ®Õn diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh ch¸y vµ ®Õn møc ®é ®iÒn ®Çy cña ngän löa trong buång löa. §Ó ®¶m b¶o yªu cÊu thø nhÊt th× vßi phun ph¶i t¹o ra ®−îc vïng xo¸y m¹nh cña dßng s¶n phÈm ch¸y tr−íc miÖng vßi phun, ®−a ®−îc dßng khãi nãng ®Õn dßng bét than, ph¶i h−íng ®−îc dßng khãi ®Õn t©m ngän löa, ph¶i h¹n chÕ l−îng kh«ng khÝ cÊp mét vµ ®èt nãng nã ®Õn nhiÖt ®é cao. §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu thø hai th× vßi phun ph¶i ph©n bè ®Òu ngän löa trong buång löa vµ ®¶m b¶o ch¸y kiÖt bét than, mÆt kh¸c ph¶i ®¶m b¶o ®é mÞn cña bét than. §Ó tho¶ m·n yªu cÇu thø ba th× vßi phun ph¶i cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, dÔ ®iÒu chØnh n¨ng suÊt cña vßi phun trong ph¹m vi réng, kh«ng g©y ®ãng xØ bÒ mÆt sinh h¬i vµ buång löa. Trong thùc tÕ cã hai kiÓu vßi phun bét than ®ã lµ vßi phun trßn (xo¸y) trªn h×nh 4-71 vµ vßi phun dÑt (khe hë) trªn h×nh 4-72. Vßi phun trßn cã hai lo¹i ®−îc ph©n biÖt theo sù chuyÓn ®éng cña dßng hçn hîp ®ã lµ dßng hçn hîp ®i theo èng dÉn th¼ng hay chuyÓn ®éng ly t©m trong vá xo¸y èc.

B¶ng 4.6. Tèc ®é kh«ng khÝ ra khái vßi phun trßn.

Lo¹i nhiªn liÖu Than c¸m antraxit Than gÇy

Than ®¸ vµ than n©u

Tèc ®é kh«ng khÝ cÊp mét, m/s 12 16÷ 16 20÷ 20 26÷ Tèc ®é kh«ng khÝ cÊp hai, m/s 18 22÷ 20 25÷ 20 30÷

ë vßi phun trßn cã hçn hîp ®i theo èng th¼ng th× hçn hîp ®i trong èng 3. ViÖc ®iÒu chØnh tiÕt diÖn ra cho kh«ng khÝ cÊp mét nhê cã h×nh c«n 5 cã thÓ di chuyÓn ®−îc. H×nh c«n 5 ®¶m b¶o gãc më cña dßng hçn hîp vµ hót khãi vµo ch©n ngän löa ®Ó t¨ng c−êng bèc ch¸y nhiªn liÖu.

126

a)

b)

H×nh 4.71. Vßi phun bét than lo¹i trßn: a) cÊp 1 vµ cÊp 2 ®Òu xo¸y; b) cÊp 1 thæi th¼ng, cÊp 2 xo¸y.

1- èng giã cÊp 2; 2- ®Çu nèi èng giã cÊp 1; 3- èng giã cÊp 1; gi¸ ®ì b»ng gang; 5- ®Çu c«n diÒu chØnh ®é loe cña dßng; 6- lç ®Æt vßi phun ma dót; 7- tay vÆn ®iÒu chØnh ®é loe cña dßng; 8- thanh ®iÒu chØnh giã cÊp 2; 9- l¸ ®iÒu chØnh bét than ®Òu

h¬n trong dßng giã cÊp 1.

127

H×nh 4.72. Vßi phun bét than lo¹i dÑt ®Æt gãc buång löa. 1- ®Çu nèi èng dÉn giã cÊp 1; 2- miÖng phun giã cÊp 1; 3- miÖng phun giã cÊp 2;

4- c¬ cÊu ®iÒu chØnh gãc quay vßi phun.

128

H×nh 4.72. Vßi phun bét than dÑt ®Æt gãc buång löa. 1- ®Çu nèi èng dÉn giã cÊp 1; 2- miÖng phun giã cÊp 1; 3- miÖng phun giã cÊp 2;

4- c¬ cÊu ®iÒu chØnh gãc quay vßi phun.

129

H×nh 4.73. Bè trÝ vßi phun bét than lo¹i dÑt

1- ®Çu nèi èng dÉn giã cÊp 1; 2- èng phun giã cÊp 1; 3- èng phun giã cÊp 2; 4- c¬

cÊu diÒu chØnh ®é xoay cña vßi phun.

130

Víi vßi phun trßn xo¸y th× ®é v¨ng xa cña giã cÊp mét vµ cÊp hai ®−îc x¸c ®Þnh bëi gãc më cña ngän löa. Gãc më cã ¶nh h−ëng ®Õn c−êng ®é hót khãi vµo ch©n

131

ngän löa, gãc më cµng lín hót khãi cµng m¹nh vµ ®é v¨ng xa cµng nhá. §èt than Ýt chÊt bèc nh− than antraxit th× gãc më cµng cÇn lín.

H×nh 4.74. S¬ ®å bèc ch¸y cña hçn hîp bét than vµ kh«ng khÝ. ë vßi phun cã hçn hîp ®i theo èng th¼ng gãc më b»ng 120o ®èi víi than antraxit, 90o ®èi víi than gÇy, cßn than ®¸ nhiÒu chÊt bèc cã gãc më b»ng 60o. Vßi phun trßn cã nh−îc ®iÓm lµ kÝch th−íc lín nªn kh«ng ®Æt ®−îc ë gãc buång löa. Do ®ã th«ng th−êng vßi phun trßn ®−îc bè trÝ phÝa ngùc lß, ®èi diÖn nhau ë hai t−êng bªn hay ë ®Ønh lß. Vßi phun dÑt ®−îc ®Æt ë gãc buång löa. Víi buång löa lß h¬i s¶n l−îng lín ng−êi ta ®Æt vßi phun dÑt thµnh nhiÒu tÇng theo chiÒu cao cña buång löa.

B¶ng 4.7. Tèc ®é kh«ng khÝ ra khái vßi phun trßn Bét than Antraxit vµ than gÇy KiÓu vßi

phun C«ng su¸t vßi

phun, GJ/h ω1, m/s ω2, m/s ω2/ω1, Xo¸y-Xo¸y 80 14-16 18-21 1,3-1,4 120 14-16 18-21 1,3-1,4 180 16-18 22-25 1,3-1,4 260 18-20 26-30 1,4-1,5 Th¼ng-xo¸y 80 14-16 17-19 1,2-1,3 120 14-16 17-19 1,2-1,3

B¶ng 4.7. Tèc ®é kh«ng khÝ ra khái vßi phun trßn Lo¹i Nhiªn liÖu Antraxit GÇy §¸ Giã cÊp 1, m/s 27-32 27-32 27-32 Giã cÊp 2, m/s 27-32 27-32 32-37

Tèc ®é giã ra khái vßi phun trßn nhá h¬n ë vßi phun dÑt v× vßi phun trßn t¹o ra

dßng xo¸y cã ®é khuÕch t¸n lín h¬n vßi phun dÑt. H¬n n÷a, vßi phun dÑt ®Æt ë gãc buång löa nªn t¸c dông ®ãng xØ t−êng buång löa Ýt h¬n vßi phun trßn, do ®ã tèc ®é ra khái vßi phun dÑt cã thÓ lín h¬n. Vßi phun dÑt dïng cã hiÖu qu¶ khi ®èt than dÔ ch¸y. Tû lÖ kh«ng khÝ cÊp mét vµ cÊp hai còng ph¶i ®−îc chän hîp lý cho tõng lo¹i nhiªn liÖu.

B¶ng 4.9. Tû lÖ kh«ng khÝ cÊp 1 vµ cÊp 2 cung cÊp vµo buång nhiÖt.

Nhiªn liÖu PhÇn tr¨m (%) kh«ng khÝ cÊp mét trong toµn bé kh«ng khÝ cÊp vµo buång löa khi t¶i bét b»ng:

132

Kh«ng khÝ nãng M«i chÊt sÊy Bét antraxit, nöa antraxit vµ than gÇy 15 20÷ 20 25÷

Than ®¸ 20 25÷ 25 35÷ Than n©u 20 25÷ 45 55÷

B¶ng 4.10. Çc kÝch th−íc ®Æt vßi phun trªn t−êng buång löa. Vßi phun ®Æt ë

t−êng tr−íc hay t−êng bªn

Vßi phun dÑt ®Æt gãc

S¶n l−îng quy −íc cña vßi phun, tÝnh theo tÊn h¬i/h

Kho¶ng çch, m

25< 25 50÷ 25< 25 50÷ Tõ trôc vßi phun d·y d−íi ®Õn chç

b¾t ®Çu phÔu tro l¹nh 1,5 1,7÷ 1,7 2,2÷ 1,2 1,4÷ 1,4 1,6÷

Tõ trôc vßi phun ngoµi cïng ®Õn t−êng kÒ liÒn

1,5 1,8÷ 1,8 2,2÷ − −

Gi÷a çc trôc vßi phun trong mét d·y vµ gi÷a çc d·y

1,6 2,0÷ 2,0 2,5÷ 1,4 2,0÷ 1,6 2,5÷

H×nh 4. ¶nh h−ëng cña cÊu tróc buång löa

vµ vÞ trÝ vßi phun ®Õn khÝ ®éng lß h¬i.

133

Ghi chó: Khi ®Æt vßi phun trßn theo tam gi¸c cã ®Ønh quay xuèng d−íi th× kho¶ng çch lÊy b»ng 0,7 1,2÷ m. Khi quay ®Ønh lªn trªn lÊy b»ng 1,2 1,5÷ m ®èi víi çc vßi phun cã s¶n l−îng theo h¬i b»ng tõ 25 ®Õn 40 t/h. ChiÒu dµi ngän löa cÇn ®−îc chän nh− sau:

- 7 10÷ m ®èi víi lß h¬i cã s¶n l−îng 20 50D = ÷ t/h; - Kh«ng nhá h¬n 11 13÷ m ®èi víi lß h¬i cã 75 20D = ÷ t/h; - Kh«ng nhá h¬n 14 16÷ m ®èi víi lß h¬i cã 230D = t/h; - Kh«ng nhá h¬n 20 25÷ m ®èi víi lß h¬i cã 420D = t/h.

Çc giíi h¹n trªn ®−îc giíi thiÖu cho lß h¬i ®èt than antraxit vµ than gÇy. ChiÒu s©u buång löa b ®−îc chän xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o sù ph¸t triÓn b×nh th−êng cña ngän löa vµ kh«ng cã sù va ®Ëp trùc tiÕp ngän löa vµo t−êng ®èi diÖn khi ®Æt vßi phun ë t−êng tr−íc.

B¶ng 4.11. ChiÒu s©u buång löa khi ®Æt vßi phun ë t−êng tr−íc D , t/h 12 30 50 75 120 230÷ 230> b , m 4 4,5 5 5,5 6 7,5÷ 8 8,5÷

ChiÒu réng buång löa a ®−îc chän cã kÓ ®Õn chiÒu dµi cÇn thiÕt cña bao h¬i ®Ó ®¶m b¶o sÊy thËt kh« h¬i vµ ®¶m b¶o tèc ®é thÝch hîp cña h¬i trong bé qu¸ nhiÖt. §èi víi çc lß h¬i cã s¶n l−îng 35 110D = ÷ t/h giíi thiÖu chiÒu réng buång löa x¸c ®Þnh tõ biÓu thøc / 9 15D a = ÷ .

B¶ng 4.12. ChiÒu réng buång löa D , t/h 120 230 420 a , m 7 10 14

PhÝa d−íi buång löa ®èt bét than th¶i xØ kh« lµm phÔu tro l¹nh nghiªng 55 60o o÷ so víi ®−êng n»m ngang. PhÝa trªn buång löa cã thÓ n»m ngang hay nghiªng mét gãc o o30 45÷ so víi ®−êng n»m ngang. Khi ®Æt vßi phun dÑt ë gãc buång löa th× chän / 1 1,2a b = ÷ . Cöa khãi ra khái buång löa chän sao cho tèc ®é

khãi ë pheston n»m trong ph¹m vi 84 ÷=Kω m/s (tèc ®é lín dïng cho than Èm). Vßi phun cÊp ba ®Æt çch trôc vßi phun chÝnh 1,5 2,5÷ m. H×nh 4.75. ®ai ch¸y §ai ch¸y dïng khi ®èt bét antraxit. ChiÒu cao ®ai ch¸y trªn çc v¸ch ®øng cña buång löa (kÓ tõ mÐp trªn cña phÔu tro l¹nh) lÊy tõ 2,5 3,5÷ m. §ai ch¸y kh«ng lµm cao h¬n 1000 1400÷ mm kÓ tõ trôc cña d·y vßi phun trªn cïng. Sù t¨ng tiÕp theo chiÒu cao ®ai ch¸y so víi trôc vßi phun g©y ra t¨ng nhiÖt ®é khãi ë chç ra khái buång löa vµ ®−a ®Õn ®ãng xØ çc èng pheston vµ bé qu¸ nhiÖt. Khi ®Æt vßi phun ë t−êng tr−íc th× kh«ng lµm ®ai ch¸y ë t−êng sau mµ chØ lµm trªn ba t−êng cßn l¹i nh»m lµm gi¶m ®ãng xØ lªn t−êng sau. Khi ®Æt vßi phun ®èi diÖn

134

nhau th× lµm ®ai ch¸y c¶ bèn t−êng. Çc èng ë gãc buång löa ( 2 4÷ èng) kh«ng bÞt ®ai ch¸y. §Ó n©ng cao nhiÖt ®é khãi ë phÝa d−íi buång löa ng−êi ta bÞt g¹ch samèt lªn çc èng ë mäi phÝa. Vßi phun madót dïng h¬i ®−îc dïng ®Ó khëi ®éng vµ ng−ng buång löa ®èt than bét, nh÷ng vßi phun madót cho phÐp thay ®æi l−u l−îng madót trong ph¹m vi réng mµ qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng bÞ kÐm ®i. Vßi phun madót cã thÓ l¾p trong vßi phun bét than hay thÊp h¬n trôc vßi phun bét than chÝnh mét kho¶ng 300 500÷ mm. S¶n l−îng çc vßi phun madót cÇn ®¶m b¶o 20 30%÷ s¶n l−îng ®Þnh møc cña lß h¬i. KÝch th−íc ®¸y phÔu l¹nh ®−îc chän phô thuéc vµo s¶n l−îng h¬i cña lß tõ 0,6 ®Õn 1,2 m. NhiÖt ®é xØ th¶i ra khái buång löa 600=xiθ oC. B−íc èng t−¬ng ®èi trong

buång löa / 1,1 1,25S d = ÷ . Lß h¬i cã s¶n l−îng 35D ≈ t/h th× ®Æt èng ë çc dµn tr−íc vµ dµn bªn víi b−íc (1,8 1,85)s d= ÷ , dµn sau cã (1,2 1,35)s d= ÷ . Kho¶ng

çch tõ t©m èng dµn sinh h¬i ®Õn t−êng ( )= ÷e 0,5 0,8 d . §−êng kÝnh èng

60 5ngd = × vµ 76 6× ®èi víi lß trung ¸p vµ cao ¸p.

XØ kh« ®−îc th¶i ra ë ®¸y buång löa mét çch liªn tôc hoÆc theo chu kú. Çc −u ®iÓm cña buång löa phun th¶i xØ kh«:

- Tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra nhá (10 20%÷ tro ®−îc th¶i ë d¹ng xØ), do ®ã cã tr−êng hîp cã thÓ bá qua;

- Cã thÓ ®iÒu chØnh phô t¶i trong mét ph¹m vi réng mµ kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn viÖc th¶i xØ;

- CÊu t¹o phÔu tro l¹nh ®¬n gi¶n. Çc nh−îc ®iÓm gåm cã

- §ãng xØ bÒ mÆt ®èt vµ mµi mßn bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i bëi tro bay; - Tro bay ra khái buång löa chiÕm tíi 80 90%÷ toµn bé tro cña nhiªn liÖu ®èt

do ®ã g©y mµi mßn m¹nh çc bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i lß (bÒ mÆt ®èi l−u); - NhiÖt thÕ thÓ tÝch buång löa cã trÞ sè thÊp v× ph¶i ®¶m b¶o nhiÖt ®é ë vïng th¶i

xØ kh«ng cao qu¸, kÕt qu¶ lµ thÓ tÝch buång löa kh¸ lín; - Kh«ng thÝch hîp ®Ó ®èt nhiªn liÖu cã tro dÔ ch¶y, v× ®Ó ®¶m b¶o tro kh«ng ë

tr¹ng th¸i nãng ch¶y th× nhiÖt ®é buång löa ph¶i thÊp, nh−ng khi Êy nhiªn liÖu sÏ khã ch¸y. §Ó gi¶m tèc ®é mµi mßn do tro g©y ra nhÊt lµ khi ®èt nhiªn liÖu nhiÒu tro ph¶i

gi¶m tèc ®é khãi. Tuy nhiªn, biÖn ph¸p nµy sÏ ®−a ®Õn gi¶m hÖ sè truyÒn nhiÖt vµ t−¬ng øng t¨ng bÒ mÆt ®èt ®èi l−u.

§Ó ng¨n ngõa ®ãng xØ th× ë phô t¶i ®Þnh møc cña lß nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa ph¶i thÊp h¬n nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng cña tro cña nhiªn liÖu ®èt (t1). Tuy nhiªn, viÖc lµm l¹nh khãi ®Õn nhiÖt ®é Êy gÆp khã kh¨n vµ ®«i khi kh«ng thùc hiÖn ®−îc. Së dÜ nh− vËy v× khi t¨ng c«ng suÊt cña lß h¬i lªn ®¸ng kÓ th× thÓ tÝch buång löa t¨ng lªn nhanh h¬n bÒ mÆt çc t−êng buång löa vµ do ®ã nhanh h¬n bÒ mÆt çc dµn èng ®Æt xung quanh t−êng cña nã. ViÖc ®Æt çc dµn ®−îc ®èt nãng (hÊp thu nhiÖt) c¶ hai phÝa hay çc bÒ mÆt cña bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹ vµ bøc x¹ chØ cã hiÖu qu¶ ®Õn mét c«ng suÊt nhÊt ®Þnh cña lß h¬i, ®ång thêi chØ khi ®èt trong buång löa nµy mét sè lo¹i nhiªn liÖu nhÊt ®Þnh.

BiÖn ph¸p hiÖu qu¶ nhÊt ®Ó ng¨n ngõa ®ãng xØ vµ chèng tro mµi mßn lµ thu ®−îc thËt nhiÒu tro d−íi d¹ng xØ láng vµ th¶i ra ë ®¸y buång löa. NhiÖt ®é xØ khi ch¶y

135

ra khái buång löa cã thÓ lín h¬n nhiÒu so víi nhiÖt ®é ®«ng cøng l¹i cña tro, Ctxi

03 100+=θ .

Tãm l¹i buång löa th¶i xØ kh« th−êng dïng cho nhiªn liÖu cã chÊt bèc lín vµ cã tro khã ch¶y.

H×nh 4.75. H×nh 4.70. Lß h¬i БКЗ-75/39

®èt bét than th¶i xØ kh« L¾p t¹i nhµ m¸y ®iÖn NinhB×nh.

2- èng dÉn bét than vµ kh«ng khÝ; 3- buång löa; 4- bé qu¸ nhiÖt; 5- bé h©m n−íc; 6- bé sÊy kh«ng khÝ.

136

H×nh 4.76. Lß h¬i 500t/h; 14Mp; 5700C

137

H×nh 4.77. H×nh 4.75. Lß h¬i 210t/h; 140at

®èt bét than th¶i xØ kh«

138

H×nh 4.78. Lß h¬i nhµ m¸y ®iÖn U«ng BÝ 920t/h phôc vô tæ m¸y 300MW

®èt bét than th¶i xØ kh«

139

H×nh 4.79.

Lß h¬i t/h; at ®èt bét than th¶i xØ kh«

4.4.5 Buång löa ®èt bét than phun th¶i xØ láng

140

NhiÖt ®é ch¶y láng cña xØ cña ®a sè çc lo¹i than n»m trong ph¹m vi 1000 1600÷ oC. NhiÖt ®é ngän löa trong buång löa th¶i xØ láng ph¶i b»ng 1500 1800÷ oC. §Ó ®¹t ®−îc chÕ ®é nhiÖt ®é cao nh− vËy trong buång löa ng−êi ta bäc kÝn mét phÇn bÒ mÆt ®èt cña çc dµn èng b»ng çc dµn cã gai vµ tr¸t chÊt chÞu löa vµ t¹o ra mét vïng réng cã nhiÖt ®é cao ®Ó ®¶m b¶o tro ch¶y láng æn ®Þnh. Do ®ã vßi phun ®−îc ®Æt thÊp h¬n nhiÒu so víi buång löa th¶i xØ kh«, nã ®−îc ®Æt ngay phÝa trªn ®¸y buång löa ®¶m b¶o vïng nµy cã nhiÖt ®é cùc ®¹i vµ do ®ã xØ cã thÓ ch¶y láng vµ ch¶y tù do dÔ dµng ra khái lç th¸o.

H×nh 4.80. S¬ ®å buång löa bét than th¶i xØ láng: a) th¶i xØ láng mét buång; b) th¶i xØ láng hai buång

141

H×nh 4.81. S¬ ®å buång löa th¶i xØ láng mét buång

H×nh 4.82. S¬ ®å buång löa th¶i xØ láng hai buång Buång löa th¶i xØ láng cã mét sè −u ®iÓm nh− sau:

- −u ®iÓm c¬ b¶n lµ thu ®−îc mét l−îng tro lín trong buång löa, gÊp 3 4÷ lÇn so víi buång löa th¶i xØ kh«, do ®ã gi¶m ®−îc tro mµi mßn c¸c bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i lß, v× l−îng tro trong khãi bay ra gi¶m vµ thµnh phÇn h¹t còng thay ®æi. ë ®©y chØ cã nh÷ng h¹t tro rÊt mÞn nªn b¸m bÈn.

- Ngoµi ra do cã thÓ lµm viÖc víi blα nhá nªn 4q (%) gi¶m xuèng b»ng kho¶ng

50% so víi buång löa th¶i xØ kh«, v× cã chÕ ®é nhiÖt ®é cao trong buång löa vµ kÕt qu¶ lµ lßη cao h¬n.

142

- Buång löa th¶i xØ láng Ýt nh¹y bÐn ®èi víi tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu ®èt v× thÕ cã thÓ dïng cã hiÖu qu¶ cho çc than kh¸c nhau kÓ c¶ than g©y ®ãng xØ vµ cã tro khã ch¶y. Mét sè nh−îc ®iÓm cña buång löa th¶i xØ láng lµ: tæn thÊt nhiÖt do xØ mang ra

xiq6 lín, nguy hiÓm t¾c xØ khi gi¶m phô t¶i cña lß h¬i, phøc t¹p h¬n vÒ cÊu t¹o vµ vËn

hµnh so víi buång löa th¶i xØ kh«. 1003 += txilongθ oC.

PhÇn ®ai ch¸y ®Ó n©ng cao nhiÖt ®é ngän löa vµ cã tro ®«ng cøng b¸m nªn chèng ®−îc t¸c dông cña xØ láng lªn vËt liÖu chÞu löa, ®ång thêi líp tro nµy çch nhiÖt gi÷a èng dµn vµ ngän löa.

§¸y buång löa th¶i xØ láng n»m ngang hoÆc h¬i nghiªng, lç th¸o cã bê cao ®Ó t¹o ra giÕng xØ. XØ th¶i liªn tôc ra khái buång löa. Buång löa hai buång th¶i tro ë d¹ng xØ láng cã thÓ ®¹t ®Õn 50 60%÷ toµn bé tro cña nhiªn liÖu.

B¶ng 4.13: Nh÷ng ®Æc tÝnh cña buång löa th¶i xØ láng. KiÓu buång löa ''blα /láng kh«

V Vq q ba

Buång löa mét buång 1,15 1,20÷ 1,2 0,6 0,7÷ Buång löa hai buång 1,1 1,15÷ 1,3 0,4 0,5÷

Ghi chó:

- §èi víi buång löa mét buång 3q lÊy nh− ë buång löa th¶i xØ kh«, ë buång löa

hai buång th× 03 =q ;

- 4q gi¶m ®i so víi 4q ë buång löa th¶i xØ kh«, tû lÖ víi sù thay ®æi l−îng tro bay.

4.4.6. Buång löa xo¸y (xyclon)

Buång löa th¶i xØ kh« cã Vq thÊp do ®ã buång löa cã kÝch th−íc lín. ViÖc

n©ng cao Vq kh«ng cho phÐp v× sÏ ®−a ®Õn t¨ng 3q , 4q vµ ®ãng xØ bÒ mÆt ®èt ®èi l−u.

ViÖc dïng buång löa th¶i xØ láng mét buång kh«ng lµm gi¶m kÝch th−íc buång löa, kh«ng cho phÐp t¨ng tèc ®é khãi trong ®−êng khãi sau buång löa v× vÉn cã hiÖn t−îng tro mµi mßn. Cßn buång löa hai buång cã nhiÖt thÕ Vq chØ lín h¬n so víi buång löa

th¶i xØ kh« kho¶ng 30% . V× vËy viÖc t¹o ra buång löa cã hiÖu qu¶ cao trong khi b¶o toµn ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ch¸y, cho phÐp t¨ng c−êng qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu, gi¶m kÝch th−íc buång löa, thu thËt nhiÒu tro trong buång löa, gi¶m chi phÝ vËn hµnh, kh«ng cÇn chuÈn bÞ nhiªn liÖu tèn nhiÒu chÝ phÝ,� ®ßi hái ph¶i t×m con ®−êng míi trong viÖc tæ chøc qu¸ tr×nh buång löa. Do ®ã buång löa xo¸y ®· ra ®êi. Khi ®èt nhiªn liÖu trong d¹ng ngän löa th× çc h¹t ch¸y ë tr¹ng th¸i l¬ löng. Thêi gian l−u l¹i cña çc h¹t trong buång löa (thêi gian ch¸y) th−êng kh«ng lín h¬n thêi gian l−u l¹i cña khãi trong buång löa, thêi gian Êy tû lÖ nghÞch víi nhiÖt thÕ Vq .

143

150=Vq kW/m3 thêi gian ch¸y b»ng kho¶ng 3 gi©y,

500=Vq kW/m3 thêi gian ch¸y b»ng kho¶ng 1 gi©y.

Nguyªn lý xyclon dùa trªn tÝnh kh«ng h¹n chÕ thêi gian l−u l¹i cña çc h¹t nhiªn liÖu trong buång ch¸y, kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é cña dßng khãi trong buång löa. Muèn vËy ng−êi ta ®−a nhiªn liÖu cïng víi kh«ng khÝ cÊp mét vµo buång löa ®Æt tr−íc kiÓu xyclon h×nh trô sao cho çc h¹t nhiªn liÖu ®−îc quay cho ®Õn khi ch¸y hoµn toµn.

H×nh 4.83. Buång löa xo¸y.

H×nh 4.84. S¬ ®å nguyªn lý vßi phun buång löa xo¸y. Çc h¹t nhiªn liÖu chuyÓn ®éng trong xyclon theo ®−êng xo¸y èc d−íi t¸c dông cña hai lùc lµ lùc ly t©m cã xu h−íng nÐn çc h¹t ®Õn thµnh xyclon vµ thµnh phÇn khÝ ®éng cã xu h−íng kÐo çc h¹t vµ dßng khãi ®Õn trôc xyclon vµ ®Õn ®Çu ra. Khi ®ã çc h¹t lín ®−îc gi÷ trong xyclon cho ®Õn khi chóng ch¸y hoµn toµn hoÆc ch¸y ®Õn khi cã kÝch th−íc mµ dßng khãi cã thÓ kÐo chóng ®i qua cöa ra. Do dßng bÞ xo¾n m¹nh vµ cã nhiÖt ®é cao ( ~ 1700 oC vµ cao h¬n) mµ sù t¹o thµnh hçn hîp vµ qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra rÊt m·nh liÖt. Çc h¹t than thæi vµo xyclon cã kÝch th−íc 2 10÷ mm. NhiÖt thÕ thÓ tÝch Vq

rÊt cao ®¹t ®Õn 63 ÷ MW/m3. Tro thu ®−îc d−íi d¹ng xØ láng trong buång löa xyclon ®¹t ®Õn 85 90%÷ vµ lín h¬n. NhiÖt thÕ diÖn tÝch xyclon ®¹t ®Õn 1510 ÷ MW/m2,

10,105,1 ÷=xyclonα . Kh«ng khÝ cÊp mét víi sè l−îng 20 25%÷ l−îng kh«ng khÝ lý

144

thuyÕt ®−îc cÊp vµo cïng víi than, kh«ng khÝ cÊp hai ®−a vµo vßi phun víi sè l−îng ~ 40% cã tèc ®é 100≥ m/s do ®ã ngän löa xo¸y trong xyclon víi tèc ®é 20 30÷ vßng/phót. L−îng kh«ng khÝ cßn l¹i cã tèc ®é 40 50÷ m/s cÊp tiÕp tuyÕn qua çc èng phun ®Æt phÝa d−íi vßi phun. ¸p suÊt cña kh«ng khÝ cÊp mét b»ng 250 300÷ mmH2O, cña kh«ng khÝ cÊp hai b»ng 140 170÷ mmH2O. ¸p suÊt qu¹t b»ng 1000 2000÷ mmH2O. −u ®iÓm cña buång löa xyclon lµ:

- Cã nhiÖt thÕ thÓ tÝch cao, do ®ã gi¶m ®−îc kÝch th−íc thiÕt bÞ; - Thu ®−îc nhiÒu xØ (85 90%)÷ , do ®ã t¨ng ®−îc tèc ®é khãi trong ®−êng khãi

®èi l−u vµ gi¶m ®−îc kÝch th−íc çc bÒ mÆt ®èt ®èi l−u, cã khi kh«ng cÇn ®Æt bé khö bôi;

- Cã thÓ ®èt than ®Ëp nhá vµ nghiÒn th«, do ®ã gi¶m tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó chuÈn bÞ bét than vµ gi¶m gi¸ thµnh ban ®Çu cña thiÕt bÞ;

- Lß h¬i cã thÓ lµm viÖc víi ¸p suÊt d−¬ng, do ®ã t¨ng c−êng hiÖu qu¶ lµm viÖc cña bÒ mÆt ®èt ®èi l−u vµ kh«ng cÇn ®Æt qu¹t khãi.

Nh−îc ®iÓm cña buång löa xyclon gåm cã: - 6q lín 6( 2%)q ≥ ;

- T¨ng tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó thæi; - Cã ®é v¹n n¨ng nhá h¬n ë buång löa ®èt bét than do kh«ng ®èt ®−îc nhiÒu

lo¹i nhiªn liÖu, v× khi ®èt than Ýt chÊt bèc vµ cã ®é Èm cao th× thiÕt bÞ phøc t¹p h¬n.

Buång löa xyclon ®−îc ®Æt tr−íc buång löa lß h¬i, cã thÓ ®Æt n»m ngang, h¬i nghiªng xuèng d−íi hoÆc th¼ng ®øng. ë nh÷ng lß h¬i cã s¶n l−îng lín ng−êi ta ®Æt nhiÒu buång löa xo¸y, chóng nh− nh÷ng vßi phun lín hay buång löa ®Æt ngay phÝa tr−íc buång löa cã ®Æt çc dµn èng sinh h¬i.

H×nh 4.85. S¬ ®å nguyªn lý buång löa xo¸y ®øng ®Æt ngoµi.

145

H×nh 4.86. S¬ ®å nguyªn lý buång löa xo¸y: a) ®øng; b) ngiªng.

a) b)

H×nh 4.87. Lß cã buång löa xo¸y n»m ngang a) vµ n»m ngiªng b).

146

H×nh 4.88. S¬ ®å buång löa xyclon. 4.5. Buång löa tÇng s«i (líp s«i) Kü thuËt tÇng s«i ®−îc ph¸t minh lÇn ®Çu tiªn vµo thËp niªn ®Çu cña thÕ kû 20 ë n−íc Anh ¸p dông cho c¸c c«ng nghÖ xóc t¸c, chän quÆng, sÊy,�N¨m 1921 ë §øc ®· ¸p dông tÇng s«i ®Ó khÝ ho¸ than. ViÖc øng dông hµng lo¹t qu¸ tr×nh tiÕp xóc khÝ – chÊt r¾n míi nµy ®−îc b¾t ®Çu vµo nh÷ng n¨m 1950 trong c«ng nghiÖp dÇu má ®Ó cracking dÇu nÆng. Sù nç lùc sö dông kü thuËt tÇng s«i trong viÖc s¶n xuÊt h¬i n−íc ®−îc b¾t ®Çu vµo gi÷a nh÷ng n¨m 1960. Gi¸o s− Douglas Elliott ë Anh ®−îc coi lµ cha ®Î cña lß h¬i tÇng s«i. §Õn nay trªn thÕ giíi cã hµng ngµn lß h¬i tÇng s«i (lß h¬i dïng buång löa tÇng s«i) cã c«ng suÊt ®¬n vÞ ®Õn hµng tr¨m tÊn h¬i trong mét giê. ë ViÖt nam hiÖn nay lß h¬i tÇng s«i ®−îc dïng ë c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn B·i B»ng, NaD−¬ng, Cao Ng¹n, dÖt Nam ®Þnh,�

147

Ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu r¾n trong tÇng s«i cã thÓ ®−îc coi lµ mét gi¶i ph¸p c«ng nghÖ míi vÒ nguyªn lý so víi ph−¬ng ph¸p ®èt líp chÆt n»m trªn ghi vµ ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu r¾n d¹ng bét phun vµo kh«ng gian buång löa. 4.5.1. S¬ ®å nguyªn lý buång löa tÇng s«i. Cã mét líp h¹t nhiªn liÖu r¾n n»m trªn ghi vµ thæi kh«ng khÝ tõ d−íi ghi lªn (h×nh vÏ 4.89).

H×nh 4.89. Nguyªn lý buång löa tÇng s«i.

H×nh 4.90. MiÖng thæi kh«ng khÝ.

148

H×nh 4.36. Trong líp chÆt quan hÖ gi÷a gi¸ng ¸p tr−íc vµ sau líp nhiªn liÖu P∆ vµ tèc ®é giã ω ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Ecgan (Ergun, 1952):

( )

( )( )ρ ω − εµω − ε∆

= +φ εφ ε

2 2g

2 33hh

11P150 1,75

L dd, (4-6)

trong ®ã: L lµ chiÒu cao cña líp nhiªn liÖu; ε lµ ®é rçng trong líp; hd vµ φ lµ ®−êng kÝnh trung b×nh vµ ®é trßn cña çc h¹t;

µ vµ gρ lµ ®é nhít ®éng lùc vµ mËt ®é cña dßng kh«ng khÝ.

Khi t¨ng tèc ®é thæi kh«ng khÝ qua líp chÆt th× gi¸ng ¸p t¨ng lªn liªn tôc cho ®Õn khi tèc ®é ®¹t gi¸ trÞ tíi h¹n 0ω ®−îc gäi lµ tèc ®é g©y s«i tèi thiÓu (hay tèc ®é

b¾t ®Çu s«i). Trong giai ®o¹n nµy çc h¹t ë tr¹ng th¸i kh«ng träng l−îng vµ b¾t ®Çu chuyÓn ®éng. Khi ®ã tÇng chÆt chuyÓn thµnh tÇng s«i. NÕu tiÕp tôc t¨ng tèc ®é thæi giã qua líp th× kh«ng lµm t¨ng gi¸ng ¸p n÷a, chiÒu cao líp h¹t t¨ng lªn, çc h¹t dao ®éng lªn xuèng trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh. Tèc ®é g©y s«i tèi thiÓu 0ω ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

( )⎡ ⎤⎛ ⎞ρ ρ −ρµ ⎢ ⎥⎜ ⎟ω = + −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ µ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

0,53

g h g h20 1 2 12

h g

g dc c c

d, (4-7)

trong ®ã: hρ vµ gρ lµ mËt ®é cña h¹t vµ cña khÝ;

g lµ gia tèc träng tr−êng; c1 vµ c2 lµ çc hµm sè cña ,...,, φµε ; gi¸ trÞ cña çc h»ng sè thùc nghiÖm c1 = 27,2; c2 = 0,0408.

Khi tèc ®é thæi giã qua líp t¨ng lªn ®Õn mét gi¸ trÞ tíi h¹n kh¸c gäi lµ tèc ®é cuèi cïng tèi ®a maxω th× çc h¹t bÞ cuèn ra khái líp vµ bay theo dßng kh«ng khÝ,

®ång thêi gi¸ng ¸p P∆ gi¶m ®ét ngét.

149

§èi víi çc h¹t h×nh cÇu øng víi çc tèc ®é giã thæi kh¸c nhau ta cã çc biÓu thøc x¸c ®Þnh maxω nh− sau:

µ ⎛ ⎞ω = < <⎜ ⎟ρ ⎝ ⎠

maxh g

Arkhi 0 Re 0,4

d 18

µ ⎛ ⎞ω = < <⎜ ⎟ρ ⎝ ⎠

0,66

maxh g

Arkhi 0,4 Re 500

d 7,5

µ ⎛ ⎞ω = >⎜ ⎟ρ ⎝ ⎠

0,5

maxh g

Arkhi Re 500

d 0,33

ë ®©y:

ω ρ

=µ

h gdRe lµ tiªu chuÈn R©yn«n (Reynolds)

( )ρ ρ −ρ

=µ

3g h g h

2

g dAr lµ tiªu chuÈn Acsimet (Arshimedes)

4.5.2. Çc kiÓu buång löa tÇng s«i vµ −u nh−îc ®iÓm cña nã Cã hai kiÓu buång löa tÇng s«i (xem h×nh 4.37), ®ã lµ:

- Buång löa tÇng s«i b×nh th−êng cßn gäi lµ buång löa tÇng s«i cã bät khÝ. - Buång löa tÇng s«i tuÇn hoµn.

H×nh 4.86. Çc kiÓu buång löa tÇng s«i

151

H×nh 4.37. −u ®iÓm cña buång löa tÇng s«i:

- §èt ®−îc nhiªn liÖu cã phÈm cÊp thÊp, cô thÓ lµ nhiªn liÖu cã nhiÖt trÞ bÐ, ®é tro cao, hµm l−îng l−u huúnh cao, ®é Èm cao. - C−êng ®é truyÒn nhiÖt trong buång löa rÊt cao, do ®ã gi¶m ®−îc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tøc lµ buång löa sÏ nhá gän h¬n so víi çc buång löa kiÓu kh¸c. - Trong tÇng s«i çc h¹t nhiªn liÖu thay ®æi vÞ trÝ nhanh vµ liªn tôc lµm thay ®æi sù tiÕp xóc gi÷a çc h¹t nhiªn liÖu vµ s¶n phÈm ch¸y thÓ khÝ, do ®ã t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó tiÕn hµnh çc ph¶n øng ho¸ häc. NhiÖt ®é çc h¹t nhiªn liÖu trong tÇng

152

s«i hÇu nh− ®ång nhÊt vµ cã thÓ duy tr× nhiÖt ®é ch¸y trong ph¹m vi 800 ÷ 900 0C. ë nhiÖt ®é nµy l−u huúnh cña nhiªn liÖu sÏ bÞ «xy ho¸ m¹nh vµ SO2 sinh ra sÏ liªn kÕt víi ®¸ v«i hay d«l«mit ®−îc bæ sung vµo tÇng s«i, kÕt qu¶ lµ SO2 bÞ khö kh¸ nhiÒu, cã thÓ ®¹t ®Õn 90 ÷ 99 %, tøc lµ gi¶m ®−îc l−îng ph¸t th¶i SO2 trong khãi. ChÝnh v× vËy cã thÓ ®èt trong buång löa tÇng s«i nh÷ng nhiªn liÖu cã hµm l−îng l−u huúnh cao. - Ph¸t th¶i NOx thÊp, chØ kho¶ng 100 ÷ 300 ppm do nhiÖt ®é ch¸y thÊp (800 ÷ 900 0C). ë nhiÖt ®é nµy ph¶n øng «xy ho¸ Nit¬ cã trong kh«ng khÝ lµ kh«ng ®¸ng kÓ cã thÓ bá qua. Tuy vËy Nit¬ cã trong nhiªn liÖu sÏ bÞ «xy ho¸ thµnh NOx. - NhiÖt thÕ diÖn tÝch ghi qR vµ nhiÖt thÕ thÓ tÝch buång löa qV kh¸ lín: 41÷=Rq MW/m2;

21,0 ÷=Vq MW/m3.

- Ph−¬ng ph¸p chuÈn bÞ nhiªn liÖu ®Ó ®èt ®¬n gi¶n vµ rÎ tiÒn. - Kh«ng cã hiÖn t−îng ®ãng xØ trªn çc dµn èng sinh h¬i ®Æt trong buång löa vµ bÒ mÆt çc èng nhóng ch×m trong tÇng s«i, gi¶m møc ®é b¸m tro çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ë phÇn ®u«i lß.

Nh÷ng h¹n chÕ cña buång löa tÇng s«i gåm cã: - Tiªu thô nhiÒu n¨ng l−îng cho qu¹t giã cã ¸p suÊt cao; - DiÖn tÝch ghi lín (®èi víi tÇng s«i kiÓu cã bät khÝ); - Tæn thÊt to¶ nhiÖt qua bÒ mÆt lín (®èi víi tÇng s«i tuÇn hoµn); - HiÖu suÊt ch¸y ë buång löa tÇng s«i tuÇn hoµn thÊp h¬n so víi buång löa ®èt bét than phun th«ng th−êng. Nh×n chung buång löa tÇng s«i nhÊt lµ buång löa tÇng s«i tuÇn hoµn cã nhiÒu −u ®iÓm, hiÖn ®ang ®−îc nghiªn cøu ®Ó chÕ t¹o lß h¬i cã c«ng suÊt ngµy cµng lín, ®èt nh÷ng lo¹i nhiªn liÖu chÊt l−îng thÊp (cã nhiÒu tro, cã hµm l−îng l−u huúnh cao,�).

153

4.6. ChuÈn bÞ nhiªn liÖu ®Ó ®èt trong lß h¬i 4.6.1. chuÈn bÞ nhiªn liÖu khÝ Çc khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ nh©n t¹o ®−îc ®èt trong buång löa lß h¬i. Çc khÝ ®èt cã tÝnh ®éc vµ dÔ ch¸y nªn khi kÕt cÊu vµ vËn hµnh çc thiÕt bÞ sö dông khÝ cÇn ph¶i cã biÖn ph¸p b¶o vÖ an toµn.

H×nh 4.38. S¬ ®å cung cÊp khÝ ®èt cho lß h¬i. 1-van ®ãng më b»ng tay; 2-van ®ãng më b»ng ®éng c¬ ®iÖn;

3-bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt khÝ; 4-van an toµn; 5-bé ®iÒu chØnh l−u l−îng khÝ;6-van c¾t nhanh; 7-¸p kÕ; 8-thiÕt bÞ ®o l−u l−îng; 9-c¶m biÕn cña bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt; 10-

thiÕt bÞ läc s¹ch khÝ; 11-nÕn tÝn hiÖu; 12-cung cÊp khÝ ®Õn bé ®¸nh löa cña vßi phun; 13-®−êng x¶;

14- lÊy mÉu khÝ ®Ó ph©n tÝch. S¬ ®å cung cÊp khÝ ®Õn lß h¬i ®−îc cho trªn h×nh vÏ 4.38.

Çc c«ng viÖc ph¶i lµm khi chuÈn bÞ nhiªn liÖu khÝ ®Ó ®èt lµ dÉn khÝ ®Õn buång ®èt vµ tiÕt l−u khÝ ®Õn ¸p suÊt lµm viÖc. KhÝ tõ èng dÉn khÝ chÝnh cã ¸p suÊt b»ng 0,7÷1,3MPa. §Ó gi¶m ¸p suÊt khÝ ®Õn møc cÇn thiÕt ë vßi phun khÝ (0,13÷0,2MPa) ph¶i tiÕn hµnh tiÕt l−u trong phßng

154

riªng ®Ó ®¶m b¶o an toµn vÒ næ ch¸y vµ do ån khi tiÕt l−u. Trong phßng tiÕt l−u khÝ th−êng ®Æt 3 ®−êng èng dÉn khÝ vµ ®Æt çc bé ®iÒu chØnh ¸p suÊt, trong 3 ®−êng èng trªn cã mét ®−êng èng dù phßng. Ngoµi ra ng−êi ta ®Æt ®−êng èng dÉn khÝ ®i t¾t kh«ng qua bé ®iÒu chØnh. Bé läc khÝ ®−îc ®Æt tr−íc xupap ®Ó lµm s¹ch çc t¹p chÊt c¬ khÝ cã lÉn trong khÝ. Çc xupap ®iÒu chØnh sÏ gi÷ ¸p suÊt cÇn thiÕt cña khÝ ë phÝa sau xupap. §Ó kh«ng x¶y ra sù cè khi t¨ng ¸p suÊt ph¶i ®Æt van an toµn trªn ®−êng èng dÉn khÝ. ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng (l−u l−îng kÕ) sÏ ghi l−u l−îng khÝ ®i qua phßng tiÕt l−u. Trªn ®−êng èng dÉn khÝ ®Õn tõng lß h¬i ph¶i ®Æt bé ®iÒu chØnh tù ®éng vµ xupap c¾t nhanh. Bé ®iÒu chØnh sÏ ®¶m b¶o c«ng suÊt nhiÖt cÇn thiÕt cña lß h¬i ë bÊt kú thêi ®iÓm nµo. Xupap c¾t nhanh sÏ c¾t viÖc cung cÊp khÝ vµo buång löa lß h¬i trong tr−êng hîp sù cè (gi¶m ¸p suÊt kh«ng khÝ ë vßi phun, ngõng ®éng c¬ ®iÖn kÐo qu¹t khãi hay giã,. . .) 4.6.2. ChuÈn bÞ nhiªn liÖu láng Nhiªn liÖu láng ®−îc dïng ®Ó ®èt trong lß h¬i th−êng lµ dÇu FO (Fuel Oil) hay cßn gäi lµ mazut. Çc c«ng viÖc ph¶i lµm khi chuÈn bÞ nhiªn liÖu láng ®Ó ®èt bao gåm: sÊy nãng, t¸ch khö çc t¹p chÊt c¬ khÝ, phun thµnh s−¬ng. Trªn h×nh 4.39 lµ s¬ ®å hÖ thèng chuÈn bÞ FO ®Ó ®èt trong lß h¬i.

T¹i bÓ chøa, FO ®−îc sÊy nãng b»ng h¬i n−íc ®Ó ®¹t nhiÖt ®é 60 – 800C nh»m gi¶m ®é nhít cña dÇu, t¹i bÓ chøa cßn cã viÖc t¸ch n−íc ra khái dÇu, n−íc sÏ l¾ng xuèng phÇn d−íi cña bÓ (®¸y bÓ) vµ ®−îc b¬m hót th¶i ra ngoµi. DÇu nhiªn liÖu (FO) tõ bÓ sÏ theo ®−êng èng dÉn vµ çc bé läc dÇu th« ®Ó ®Õn b¬m dÇu. Khi ra khái b¬m vµo ®−êng èng ®Èy cã ¸p lùc, dÇu ®−îc sÊy trong bé sÊy dÇu vµ ®−îc läc lÇn thø hai (läc tinh). TiÕp ®ã dÇu ®−îc b¬m cao ¸p b¬m ®i víi ¸p suÊt ®Õn 3,5÷4,5 MPa vµ sÏ ®−îc phun thµnh s−¬ng trong çc vßi phun kiÓu c¬ khÝ ®Æt trªn t−êng buång löa lß h¬i. §Ó ng¨n ngõa kh«ng cho dÇu ®«ng ®Æc l¹i trong èng ph¶i çch nhiÖt èng dÉn dÇu thËt tèt, cã thÓ ph¶i ®Æt èng dÉn h¬i n−íc ®i kÌm èng dÉn dÇu vµ bäc çch nhiÖt chung c¶ hai èng dÉn nµy. Ngoµi ra ®Ó dÇu l−u ®éng liªn tôc kh«ng dõng l¹i tr¸nh ®«ng ®Æc dÇu trong èng ph¶i ®Æt ®−êng dÇu håi l−u (t¸i tuÇn hoµn) vÒ l¹i bÓ chøa.

H×nh 4.39. S¬ ®å c«ng nghÖ chuÈn

bÞ mazut ®Ó ®èt trong lß h¬i.

155

1-Xe xitec chøa dÇu; 2-thiÕt bÞ x¶ dÇu tõ xitec; 3-bé läc th«;

4-bÓ chøa dÇu ®−îc sÊy nãng; 5-b¬m dÇu; 6-bÓ chøa dÇu chÝnh; 7, 8-®−êng t¸i tuÇn hoµn dÇu vÒ bÓ chøa; 9-b¬m dÇu cÊp 1;

10-van mét chiÒu; 11-bé sÊy nãng dÇu; 12-bé läc tinh; 13-b¬m dÇu cÊp 2; 14-van khãa; 15-bé ®iÒu chØnh l−u l−îng dÇu;

16-thiÕt bÞ ®o l−u l−îng; 17-van khãa; 18-vßi phun dÇu ViÖc sÊy dÇu nh»m lµm gi¶m ®é nhít cña nã do ®ã dÔ dµng l−u ®éng, läc s¹ch vµ phun thµnh s−¬ng. Cã mét sè FO cã ®é nhít rÊt cao vµ ®«ng ®Æc ë nhiÖt ®é kh¸ cao (20÷400C). Th«ng th−êng FO ®−îc sÊy ®Õn 70÷ 900C tïy lo¹i dÇu. §èi víi çc lo¹i FO cã nhiÒu parafin ph¶i sÊy ®Õn nhiÖt ®é cao h¬n (®«i khi sÊy ®Õn 105÷1300C). FO ®−îc sÊy trong çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt bÒ mÆt kiÓu èng xo¾n b»ng h¬i n−íc ¸p suÊt thÊp (0,6÷1,2MPa). Khi dïng h¬i n−íc ®Ó phun FO thµnh s−¬ng th× bÓ chøa dÇu ®Æt cao h¬n vÞ trÝ vßi phun dÇu mét kho¶ng b»ng 3÷7m. 4.6.3. Nh÷ng ®Æc ®iÓm vµ −u viÖt cña viÖc ®èt nhiªn liÖu r¾n ë d¹ng bét

• ¦u ®iÓm: - Cã thÓ ®èt hiÖu qu¶ nh÷ng nhiªn liÖu cã chÊt l−îng thÊp; - Cã thÓ chÕ t¹o lß h¬i cã c«ng suÊt ®¬n vÞ thùc tÕ kh«ng bÞ giíi h¹n; - Cã thÓ dÔ dµng ®iÒu chØnh çc vßi phun bét than vµ tù ®éng hãa qu¸ tr×nh ch¸y. • Nh−îc ®iÓm: - Tiªu thô nhiÒu ®iÖn n¨ng ®Ó chuÈn bÞ bét than: ®Ëp, nghiÒn, vËn chuyÓn; - Tro bay ra nhiÒu g©y mµi mßn çc bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i lß vµ cÇn ph¶i ®Æt bé läc

bôi. Çc c«ng viÖc chuÈn bÞ bét than gåm cã: §Ëp s¬ bé khi cã çc h¹t lín h¬n

250÷300mm vµ chiÕm tíi 3% toµn bé khèi l−îng nhiªn liÖu, t¸ch çc mÈu s¾t ra khái than, ®Ëp than, t¸ch çc mÈu gç, sÊy vµ nghiÒn, vËn chuyÓn ®Õn phÔu chøa vµ ®Õn vßi phun cña lß h¬i. Tr−íc khi gi¶i quyÕt nhiÖm vô nghiÒn than thµnh bét chóng ta cÇn n¾m v÷ng çc quy luËt cña qu¸ tr×nh nghiÒn vËt liÖu vµ çc tÝnh chÊt cña bét than.

4.6.4. Nh÷ng quy luËt nghiÒn nhiªn liÖu Than thuéc vËt liÖu rßn, trong çc h¹t cã çc lç vµ cã nhiÒu gê, c¹nh s¾c. Khi bÞ t¸c ®éng c¬ häc h¹t than bÞ vì ra thµnh çc h¹t nhá h¬n. ViÖc nghiÒn nhiªn liÖu trong m¸y ®Ëp vµ m¸y nghiÒn lµ kÕt qu¶ cña çc lùc va ®Ëp, nghiÒn n¸t vµ mµi mßn. Trong çc thiÕt bÞ nghiÒn çc lùc t¸c ®éng trªn cã thÓ kÕt hîp víi nhau, vÝ dô m¸y nghiÒn bi: va ®Ëp vµ mµi mßn. Do ph¸ vì h¹t than mµ sinh ra çc bÒ mÆt tù do míi. BÒ mÆt tù do cña h¹t tïy thuéc vµo thµnh phÇn cì h¹t. Than ®−îc nghiÒn cµng mÞn th× bÒ mÆt tù do cµng lín. §Ó t¹o ra bÒ mÆt tù do míi cÇn ph¶i kh¾c phôc ®−îc lùc liªn kÕt gi÷a çc ph©n tö do ®ã ph¶i tiªu thô mét c«ng nhÊt ®Þnh. Ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm r»ng

156

c«ng chi phÝ ®Ó nghiÒn tØ lÖ thuËn víi bÒ mÆt tù do thu ®−îc (®Þnh luËt Rittinger). H¹t cµng mÞn th× bÒ mÆt cµng lín vµ do ®ã c«ng tiªu hao (®iÖn n¨ng tiªu thô) ®Ó nghiÒn cµng lín: Et = A(S2-S1), kWh/kg (4-8) trong ®ã: Et lµ suÊt tiªu thô ®iÖn n¨ng, kWh/kg; A lµ hÖ sè tØ lÖ, phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu (c¬ tÝnh), kWh/m2; S1 vµ S2 lµ bÒ mÆt tù do cña çc h¹t nhiªn liÖu tr−íc vµ sau khi nghiÒn, m2/kg. NÕu biÕt sù ph©n bè bét than theo kÝch th−íc cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc bÒ mÆt cña nã khi cho s¬ bé h×nh d¹ng cña h¹t (h×nh cÇu, h×nh khèi):

n

1

902 R

100lnn1CS ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= , m2/kg (4-9)

trong ®ã:

NL

450Cρ

= lµ hÖ sè b»ng sè;

NLρ lµ khèi l−îng riªng cña nhiªn liÖu, NLρ = 1700÷1840 kg/m3 ;

n lµ hÖ sè ph©n t¸n bét, ®Æc tr−ng cÊu tróc cña bét, sù ph©n bè bét theo kÝch th−íc. Thùc ra h×nh d¹ng h¹t than kh«ng ph¶i h×nh cÇu hay h×nh khèi nªn bÒ mÆt sÏ lín h¬n so víi tÝnh to¸n theo c«ng thøc (4-9). Tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó nghiÒn trong hÖ thèng nghiÒn than lu«n lu«n lín h¬n tiªu thô lý thuyÕt theo (4-8). Mét phÇn n¨ng l−îng pE dïng ®Ó ph¸ hñy bÒ mÆt çc

thiÕt bÞ nghiÒn vµ t¹o ra biÕn d¹ng ®µn håi vµ dÎo trong chóng, vµ bao gåm çc tæn thÊt nhiÖt,�Nhãm tæn thÊt nµy cã liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh nghiÒn vµ tû lÖ víi chi phÝ n¨ng l−îng dïng ®Ó nghiÒn. Ngoµi ra lu«n cã tæn thÊt kh«ng t¶i kh«ng ®æi cña m¸y nghiÒn

ktE .

Do ®ã tæng tiªu thô ®iÖn n¨ng lý thuyÕt ®Ó nghiÒn b»ng: ktptlt EEEE ++= (4-10)

SuÊt tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó nghiÒn phô thuéc vµo c¬ tÝnh cña nhiªn liÖu vµ thÓ hiÖn ë hÖ sè A trong (4-8). ViÖc x¸c ®Þnh trùc tiÕp A gÆp khã kh¨n, cho nªn ng−êi ta ®¸nh gi¸ nh÷ng tÝnh chÊt nghiÒn ®−îc cña nhiªn liÖu qua hÖ sè kh¶ n¨ng nghiÒn, hÖ sè nµy ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. * HÖ sè kh¶ n¨ng nghiÒn cña nhiªn liÖu lµ tû sè gi÷a l−îng ®iÖn n¨ng tiªu thô ®Ó nghiÒn nhiªn liÖu tiªu chuÈn (th−êng lµ antraxit) vµ l−îng ®iÖn n¨ng tiªu thô ®Ó nghiÒn nhiªn liÖu ®−îc kh¶o s¸t. C¶ hai nhiªn liÖu ®−îc nghiÒn trong tr¹ng th¸i kh«ng khÝ kh« trong m¸y nghiÒn phßng thÝ nghiÖm tõ kÝch th−íc h¹t ban ®Çu gièng nhau ®Õn ®é mÞn cña bét nh− nhau:

ks

tcng E

EK = (4-11)

Than mÒm cã Kng lín h¬n than tiªu chuÈn vµ than r¾n cã Kng nhá h¬n than tiªu chuÈn (Kng = 1).

157

* Cã thÓ dïng c«ng thøc cña viÖn nghiªn cøu nhiÖt kü thuËt VTI (Liªn x« cò) ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè kh¶ n¨ng nghiÒn cña than:

3

2

90

VTIng R

100ln96.1K ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= , (4-

12)trong ®ã: R90 lµ phÇn tr¨m bét than n»m l¹i trªn r©y cã kÝch th−íc cña lç r©y b»ng 90µ m, %. * §é mÞn vµ ®é mÞn kinh tÕ cña bét than: Ng−êi ta dïng gi¸ trÞ cña R90 ®Ó ®¸nh gi¸ ®é mÞn cña bét than. Bét than cã R90 cµng nhá th× cµng mÞn. Than cã Ýt chÊt bèc khã ch¸y ph¶i cã ®é mÞn lín tøc lµ cã R90 nhá, than cã nhiÒu chÊt bèc dÔ ch¸y cã thÓ nghiÒn th« h¬n tøc lµ cã R90 lín h¬n.

H×nh 4.38. X¸c ®Þnh ®é mÞn kinh tÕ cña bét than §é mÞn kinh tÕ hay cßn gäi lµ ®é mÞn tèi −u cña bét than tu

90R t−¬ng øng víi gi¸ trÞ

cùc tiÓu cña tæng chi phÝ ®Ó s¶n xuÊt mét tÊn h¬i. Khi ®é mÞn cña bét t¨ng lªn th× chi phÝ ®Ó s¶n xuÊt bét sÏ t¨ng, ®ång thêi tæn thÊt nhiÖt do ch¸y nhiªn liÖu kh«ng hoµn toµn sÏ gi¶m xuèng. Trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh cña ®é mÞn bét ta cã tæng chi phÝ lµ cùc tiÓu. §é mÞn kinh tÕ cña bét ®−îc x¸c ®Þnh bëi lo¹i than, kiÓu m¸y nghiÒn vµ kiÓu thiÕt bÞ ph©n ly th«, kiÓu buång löa vµ sù lµm viÖc cña nã. §èi víi tõng thiÕt bÞ cô thÓ ng−êi ta x¸c ®Þnh ®é mÞn kinh tÕ cña bét than b»ng thùc nghiÖm trong qu¸ tr×nh vËn hµnh. YÕu tè c¬ b¶n ®Ó x¸c ®Þnh ®é mÞn kinh tÕ cña bét than lµ l−îng tho¸t chÊt bèc Vc(%). Nhiªn liÖu cã hµm l−îng chÊt bèc lín cã thÓ nghiÒn th« h¬n. §é mÞn kinh tÕ cña bét than cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh s¬ bé theo c¸c hÖ thøc thùc nghiÖm nh− sau: R90 = 4 + 0,8nVc , % (4-13a) vµ R90 = 6 + 0,7Vc , % (4-13b) víi n lµ hÖ sè ph©n bè (ph©n t¸n) cña bét than.

qn.l- gi¸ thµnh nhiªn liÖu tæn thÊt do ch¸y kh«ng hoµn toµn; q®.n-gi¸ thµnh ®iÖn n¨ng tiªu thô ®Ó nghiÒn; ∑ q- tæng tæn thÊt.

158

4.6.5. TÝnh chÊt vµ çc ®−êng ®Æc tÝnh cña bét than 4.6.5.1. TÝnh chÊt cña bét than Bét than lµ bét kh«, bao gåm çc h¹t cã h×nh d¹ng kh«ng ®Òu ®Æn vµ cã kÝch th−íc kh¸c nhau tõ 0 ®Õn 300÷500 mµ . Bét than cã çc tÝnh chÊt sau:

a- TÝnh l−u ®éng: Bét than kh« dÔ l−u ®éng. Bét than cã kh¶ n¨ng ch¶y ra qua nh÷ng khe hë nhá. Bét míi s¶n xuÊt khi hçn hîp víi kh«ng khÝ dÔ vËn chuyÓn trong çc èng dÉn. Khèi l−îng riªng cña bét míi b»ng 0,45÷0,5 t/m3, khi ®Ó l©u trong phÔu chøa (bunke) khèi l−îng riªng cña nã t¨ng lªn ®Õn 0,8÷0,9 t/m3.

b- TÝnh næ: Bét than nhiÒu chÊt bèc ë mét nång ®é nhÊt ®Þnh trong hçn hîp víi kh«ng khÝ cã thÓ næ g©y nguy hiÓm. Khi nång ®é «xy trong hçn hîp víi bét than nhá h¬n 15% hay khi hµm l−îng chÊt bèc nhá h¬n 10% th× hçn hîp kh«ng khÝ vµ bét than kh«ng cã kh¶ n¨ng næ. B»ng çch bæ sung çc khÝ tr¬ (khãi buång löa) vµo hçn hîp kh«ng khÝ bét than cã thÓ gi¶m ®−îc nång ®é «xy trong hçn hîp Êy. Nång ®é bét than trong kh«ng khÝ nguy hiÓm nhÊt lµ 0,3÷0,6 kg bét than trong 1m3 kh«ng khÝ. Trong hÖ thèng nghiÒn than bét than cã thÓ t¸ch ra khái dßng vµ ®äng l¹i ë nh÷ng ®iÓm chÕt. Sau mét thêi gian bét than giµu chÊt bèc sÏ tù ch¸y ©m Ø. V× thÕ trong hÖ thèng nghiÒn ph¶i tr¸nh lµm nh÷ng èng dÉn n»m ngang hoÆc Ýt nghiªng v× ë ®ã tèc ®é dßng hçn hîp kh«ng khÝ bét than qu¸ bÐ.

c- §é Èm cña bét than: Bét than trong hÖ thèng nghiÒn ph¶i ®−îc sÊy ®Õn mét ®é Èm nhÊt ®Þnh. Bét kh«ng ®ñ kh« sÏ khã l−u ®éng vµ khã cÊp cho çc vßi phun. Bét cã ®é Èm cao sÏ khã bèc ch¸y do ®ã lµm gi¶m hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh ch¸y. Bét qu¸ kh« trõ antraxÝt vµ nöa antraxÝt cã kh¶ n¨ng tù bèc ch¸y.

Th«ng th−êng ®é Èm cña bét than Wb ®−îc chän tïy thuéc lo¹i than theo nh÷ng giíi thiÖu sau ®©y: than gÇy, antraxit vµ nöa antraxit Wb ≤ Wpt (®é Èm ph©n tÝch), than ®¸ 0,5 Wpt ≤ Wb ≤ Wpt ; ®èi víi than n©u vµ ®¸ dÇu ph¶i ®¶m b¶o Wpt ≤ Wb ≤ Wpt + 0,8; ®èi víi than bïn c¾t nhá: Wb ≥ 25%.

ViÖc sÊy nhiªn liÖu th−êng tiÕn hµnh ®ång thêi víi qu¸ tr×nh nghiÒn, do ®ã m«i chÊt sÊy ®−îc cÊp vµo m¸y nghiÒn; m«i chÊt sÊy cã thÓ lµ kh«ng khÝ nãng hay hçn hîp kh«ng khÝ nãng víi khãi buång löa. M«i chÊt sÊy ®ång thêi còng dïng ®Ó vËn chuyÓn bét. ViÖc sÊy trong qu¸ tr×nh nghiÒn x¶y ra rÊt m¹nh do çc bÒ mÆt tù do míi cña çc h¹t than ®−îc sinh ra. Qu¸ tr×nh sÊy còng cã t¸c dông hoµn thiÖn qu¸ tr×nh nghiÒn.

d- Bét than ra khái hÖ thèng nghiÒn ph¶i cã nhiÖt ®é lín h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña h¬i n−íc, nÕu kh«ng Èm sÏ bÞ ng−ng l¹i trªn v¸ch èng dÉn bét vµ lµm bét dÝnh l¹i. Tuy nhiªn nhiÖt ®é bét than sau thiÕt bÞ nghiÒn, ®èi víi nh÷ng than cã kh¶ n¨ng næ, ph¶i thÊp h¬n nhiÖt ®é nguy hiÓm næ. NhiÖt ®é nguy hiÓm næ phô thuéc vµo kiÓu hÖ thèng nghiÒn vµ vµo thµnh phÇn m«i chÊt sÊy. §èi víi thiÕt bÞ cã phÔu bét than trung gian vµ sÊy b»ng kh«ng khÝ nãng th× nhiÖt ®é giíi h¹n cña hçn hîp sau m¸y nghiÒn b»ng 1300C ®èi víi than gÇy, cßn ®èi víi than antraxit vµ nöa antraxit kh«ng h¹n chÕ nhiÖt ®é cña hçn hîp. 4.6.5.2. Çc ®−êng ®Æc tÝnh cña bét than

159

§Ó ®¸nh gi¸ sù lµm viÖc cña hÖ thèng nghiÒn than vµ hiÖu qu¶ ch¸y cña bét than ta cÇn ph¶i biÕt sù ph©n bè kÝch th−íc cña bét. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch bét th−êng dïng lµ tiÕn hµnh r©y bét qua mét bé r©y vµ thu ®−îc kÕt qu¶ ph©n tÝch r©y.

R©y ®−îc tiªu chuÈn hãa cã h×nh trßn ®−êng kÝnh 200mm vµ cao 50 – 80 mm, d−íi ®¸y c¨ng l−íi. MÆt trªn cña r©y ®−îc ®Ëy n¾p. R©y th−êng dïng cã kÝch th−íc lç r©y 200, 150, 125, 90, 75 mµ .

PhÇn bét cßn l¹i trªn mét r©y nµo ®ã ký hiÖu lµ Rx (%), phÇn bét lät qua r©y ký hiÖu lµ Dx (%), nh− vËy ta cã: %100DR xx =+ (4-14)

* §Æc tÝnh h¹t cña bét than: Nh÷ng sè liÖu ph©n tÝch r©y cho phÐp ta x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh h¹t biÓu diÔn

quan hÖ gi÷a l−îng bét than cßn l¹i trªn r©y víi kÝch th−íc h¹t (h×nh vÏ 4.39). Tïy theo sù gi¶m kÝch th−íc lç r©y mµ phÇn cßn l¹i trªn r©y sÏ t¨ng lªn vµ tiÕn

®Õn 100%. §Æc tÝnh h¹t diÔn t¶ mét quy luËt vËt lý x¸c ®Þnh cña qu¸ tr×nh nghiÒn vµ cã

thÓ m« t¶ b»ng to¸n häc theo ®Þnh luËt Rosin-Rammler:

nbx

x e.100R −= (4-15)

trong ®ã: x lµ kÝch th−íc h¹t (kÝch th−íc lç r©y), mµ ; b vµ n lµ nh÷ng hÖ sè hÖ sè kh«ng ®æi ®èi víi nhiªn liÖu ®· cho vµ ph−¬ng ph¸p nghiÒn ®· sö dông: b ph¶n ¸nh ®é mÞn cña bét, bét cµng mÞn th× b cµng nhá; n ph¶n ¸nh ®é ®ång ®Òu cña thµnh phÇn h¹t (cÊu t¹o bªn trong cña bét).

Trong ph−¬ng tr×nh (4-15) cã hai ®¹i l−îng kh«ng ®æi (b vµ n); ®Ó x¸c ®Þnh chóng cÇn ph¶i biÕt trÞ sè phÇn cßn l¹i trªn 2 r©y kh¸c nhau. Theo phÇn cßn l¹i trªn 2 r©y ta x©y dùng ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh h¹t hoµn toµn cña bét.

H×nh 4.39. §−êng ®Æc tÝnh h¹t cña bét than.

160

Trong c«ng nghÖ lß h¬i th«ng th−êng chÊt l−îng bét ®−îc ®¸nh gi¸ qua phÇn cßn l¹i trªn 2 r©y cã kÝch th−íc lç r©y b»ng 200 mµ vµ 90 mµ (R200 vµ R90). NÕu biÕt R90 th× ph−¬ng tr×nh (4-15) cã thÓ viÕt d−íi d¹ng sau:

n90b

90 e.100R −= , % (4-16)

tõ ®ã: 90

n R100ln

901b = .

thay gi¸ trÞ cña b vµo (4-15) ta ®−îc:

n

90x

90x 100

R.100R

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= , % (4-17)

Ph−¬ng tr×nh nµy cho ta kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh l−îng cßn l¹i trªn mét r©y bÊt kú cã kÝch th−íc lç r©y lµ x.

Theo nh÷ng sè liÖu cña R90, R200 vµ dùa vµo ph−¬ng tr×nh (4-15) ta tÝnh ®−îc hÖ sè n:

90200lg

R100lnlg

R100lnlg

n 90200

−= . (4-18)

HÖ sè n ®èi víi mét thiÕt bÞ nghiÒn ®· cho trong ph¹m vi x = 60÷200 mµ cã gi¸ trÞ thùc tÕ kh«ng thay ®æi. V× thÕ khi sö dông ph−¬ng tr×nh (4-18) cã thÓ x©y dùng ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh cña bét theo phÇn cßn n»m l¹i trªn mét r©y. Ph−¬ng tr×nh ®−êng ®Æc tÝnh cña h¹t kh«ng tr¶ lêi ®−îc trùc tiÕp c©u hái vÒ sè l−îng h¹t cã kÝch th−íc x¸c ®Þnh chøa trong mÉu bét kh¶o s¸t. Tuy nhiªn do tung ®é Rx cña ®−êng cong Rx=f(x) biÓu diÔn tæng tÊt c¶ çc h¹t cã kÝch th−íc lín h¬n x, nªn ®−êng ®Æc tÝnh h¹t lµ ®−êng cong tÝch ph©n phæ çc h¹t theo kÝch th−íc. Do ®ã ®Ó x¸c ®Þnh quy luËt ph©n bè çc h¹t theo kÝch th−íc cÇn lÊy vi ph©n ph−¬ng tr×nh (4-15) vµ lÊy dÊu ng−îc l¹i:

1100 , %nn bxxdRy b n x e

dx− −= − = (4-19)

hay y = Rx.b.n.xn-1 , %. (4-20)

Trªn h×nh vÏ 4.40 cho nh÷ng ®−êng ®Æc tÝnh h¹t cña bét than vµ nh÷ng ®−êng cong phæ çc h¹t theo kÝch th−íc t−¬ng øng, ®−îc x©y dùng theo çc ph−¬ng tr×nh (4-15) vµ (4-19). Tõ ®å thÞ ta thÊy çc h¹t cã kÝch th−íc 20÷40 mµ chiÕm phÇn lín trong bét than nghiÒn. D¹ng cña ®−êng cong ph©n bè h¹t theo kÝch th−íc phô thuéc rÊt nhiÒu vµo gi¸ trÞ cña biÕn n. Khi n>1 ®−êng cong cã cùc ®¹i, v× khi t¨ng x th× hµm xn-1 t¨ng, cßn

nbxe− gi¶m. Khi n=1 th× sè l−îng çc h¹t cã kÝch th−íc gÇn b»ng kh«ng lµ lín nhÊt. Khi n<1, nÕu gi¶m x th× vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh (4-19) tiÕn ®Õn v« h¹n. CÇn ph¶i hiÓu lµ khi n<1 th× trong bét cã rÊt nhiÒu nh÷ng h¹t mÞn (tøc lµ bét bÞ nghiÒn qu¸ mÞn).

161

Nh− vËy khi cïng mét gi¸ trÞ Rx bét cã n<1 sÏ chøa nhiÒu h¹t qu¸ mÞn h¬n bét cã n>1. Thùc tÕ vËn hµnh chØ ra r»ng nghiÒn bét qu¸ mÞn sÏ kh«ng tèt (kh«ng thÝch hîp), v× l−îng ®iÖn n¨ng tiªu thô cho viÖc nghiÒn sÏ t¨ng lªn ®¸ng kÓ mµ l¹i kh«ng hoµn thiÖn qu¸ tr×nh ch¸y; ®iÒu kiÖn ch¸y tèi −u ®−îc x¸c ®Þnh bëi sù ch¸y kiÖt cña nh÷ng h¹t lín nhÊt. Ng−êi ta th−êng nghiÒn bét sao cho ®¶m b¶o n>1. M¸y nghiÒn bi cã n=0,8÷1,2; m¸y nghiÒn bóa cã n = 1,2÷1,5.

H×nh 4.40. §Æc tÝnh h¹t (a) vµ ®−êng cong ph©n bè h¹t theo kÝch th−íc (b) víi nh÷ng trÞ sè n kh¸c nhau.

4.6.6. C¸c lo¹i m¸y nghiÒn than: Tïy theo tèc ®é quay cña m¸y nghiÒn ta cã c¸c lo¹i m¸y nghiÒn sau: + M¸y nghiÒn ch¹y chËm: m¸y nghiÒn bi; + M¸y nghiÒn tèc ®é trung b×nh: m¸y nghiÒn qu¶ l¨n vµ m¸y nghiÒn trôc l¨n; + M¸y nghiÒn ch¹y nhanh: m¸y nghiÒn bóa, m¸y nghiÒn qu¹t. 4.6.6.1. M¸y nghiÒn bi * Nh÷ng −u ®iÓm cña m¸y nghiÒn bi;

a

b

162

1. Lµ lo¹i m¸y nghiÒn v¹n n¨ng, cã thÓ nghiÒn tÊt c¶ çc lo¹i than. ViÖc nghiÒn b»ng bi kh«ng bÞ h¹n chÕ vÒ hÖ sè kh¶ n¨ng nghiÒn cña nhiªn liÖu, ®é Èm ban ®Çu vµ ®é mÞn cña bét. Kh«ng cã thiÕt bÞ nµo cã −u viÖt nh− vËy.

2. Cã thÓ lµm viÖc liªn tôc, viÖc bæ sung bi bÞ mßn cã thÓ tiÕn hµnh c¶ trong lóc m¸y ®ang ch¹y qua cöa ë phÝa èng dÉn nhiªn liÖu vµo. M¸y nghiÒn ph¶i dõng ®Ó thay thÕ bi bÞ mßn sau 2000÷3000 giê lµm viÖc.

3. Cã thÓ ®¹t ®−îc n¨ng suÊt ®¬n vÞ cao. §èi víi than antraxit ®· chÕ t¹o ®−îc m¸y nghiÒn bi víi n¨ng suÊt 70 t/h vµ lín h¬n.

4. §¶m b¶o nghiÒn than rÊt mÞn. Nhiªn liÖu cµng kÐm ph¶n øng cµng cÇn ph¶i nghiÒn mÞn. §èi víi than antraxit (Kng = 0,95) m¸y nghiÒn bi cã thÓ ®¶m b¶o s¶n l−îng æn ®Þnh.

5. Cã ®é tin cËy cao trong vËn hµnh. 6. Sè vßng quay nhá nªn dÔ khëi ®éng, n = 16÷25 vg/ph.

* Mét sè nh−îc ®iÓm cña m¸y nghiÒn bi: 7. Tiªu thô nhiÒu ®iÖn n¨ng ®Ó nghiÒn, suÊt tiªu hao ®iÖn n¨ng > 20 kWh/t; 8. Kim lo¹i cña çc bé phËn trong m¸y nghiÒn bÞ mµi mßn: 200÷700 g/t than

®−îc nghiÒn; 9. Gi¸ thµnh cao: cã kÝch th−íc lín, tiªu thô nhiÒu kim lo¹i, cã bé truyÒn ®éng

®¾t tiÒn. Ph¹m vi sö dông: ®Ó nghiÒn than cã trë lùc lín nh− antraxit vµ nöa antraxit,

than cã chÊt bèc nhá, khi cÇn ®¶m b¶o n¨ng suÊt lín mµ nh÷ng m¸y nghiÒn lo¹i kh¸c kh«ng ®¶m b¶o ®−îc.

* CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc: Thïng nghiÒn lµ mét h×nh trô ®−êng kÝnh 2÷4 m vµ dµi 3÷10 m, bªn trong chøa

bi cã ®−êng kÝnh tõ 30÷60 mm. Thµnh trong cã lãt mét líp lãt l−în sãng. Tèc ®é quay n = 16÷25 vg/ph. Khi thïng quay th× çc viªn bi ®−îc n©ng lªn ®Õn mét ®é cao nhÊt ®Þnh vµ khi r¬i xuèng cã ®éng n¨ng lín va ®Ëp vµo çc h¹t than vµ nghiÒn n¸t chóng, ®ång thêi nhiªn liÖu ®−îc nghiÒn c¶ do mµi mßn gi÷a çc viªn bi khi dÞch chuyÓn.

Quü ®¹o chuyÓn ®éng cña viªn bi gåm 2 phÇn: phÇn quü ®¹o trßn vµ phÇn quü ®¹o r¬i. Gäi α lµ gãc t¸ch bi khái quü ®¹o trßn th× ë ®iÓm A ta cã:

C = N hay α=α= cosmgcosGR

mu 2

.

Do ®ã: α= cosRgu 2 . Ta biÕt r»ng: 30Rnu π

= nªn rót ra:

g 30n cos , vg/ph

R= α

π

(4-21)

163

Khi 0=α (®iÓm z) ta cã:

2mu G hay C G

R= = ,

vµ ta còng cã sè vßng quay tíi h¹n b»ng:

t / hg 30n , vg/ph

R=

π

coi g≈π th×: t / h30n , vg/phR

= (4-22)

Sè vßng quay tíi h¹n cña m¸y nghiÒn h/tn lµ sè vßng quay mµ ë ®ã çc viªn bi

cã kÝch th−íc nhá v« h¹n (v« cïng nhá) n»m ë mÆt trong cña thïng b¾t ®Çu ly t©m. Khi thay D=2R th× ta ®−îc:

t / h30 2 42,3n , vg/ph

D D= = (4-23)

Thay nt/h vµo c«ng thøc (4-21) ta ®−îc sè vßng quay lµm viÖc cña thïng nghiÒn:

α= cos.nn h/tv/l gãcα thÝch

hîp nhÊt vÒ mÆt lý thuyÕt khi kh«ng kÓ ®Õn ®é tr−ît cña bi trªn líp lãt sÏ b»ng '04454=α vµ v× 0cos54 44 ' 0,756= nªn:

l / v t / h32n 0,756n , vg/phD

= = (4-24)

Vá thïng nghiÒn gåm çc líp (kÓ tõ trong ra): Líp lãt bªn trong ®Ó n©ng bi lªn vµ chèng mßn b»ng thÐp mangan; líp amiang çch nhiÖt dµy 10÷20 mm; thµnh thïng b»ng thÐp dµy 20÷25 mm; líp nØ çch ©m dµy 30÷40 mm; líp t«n bäc ngoµi dµy 2mm. Tèc ®é m«i chÊt sÊy vµ th«ng giã trong thïng b»ng 1÷3 m/s vµ t−¬ng øng trë lùc cña m¸y nghiÒn b»ng 100÷250 mm H2O.

a)

b)

H×nh 4.48. M¸y nghiÒn bi. a-d¹ng chung vµ mÆt c¾t ngang; b-x¸c ®Þnh quü ®¹o r¬i cña bi. 1-èng dÉn vµo; 2-gèi ®ì; 3-thïng nghiÒn cã çch nhiÖt vµ çch ©m; 4-èng dÉn ra; 5-b¸nh r¨ng lín; 6-hép gi¶m tèc; 7-®éng c¬ ®iÖn

164

Th−êng m¸y nghiÒn ®−îc chÊt bi ®Õn 20 – 35% thÓ tÝch cña thïng. §é chøa bi ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

tb

b

VGρ

=ϕ , (4-25)

trong ®ã: bG lµ khèi l−îng bi, kg;

bρ lµ khèi l−îng riªng chÊt ®èng cña bi, bρ = 4,9 t/m3;

tV lµ thÓ tÝch thïng nghiÒn, m3.

* N¨ng suÊt cña m¸y nghiÒn bi: N¨ng suÊt cña m¸y nghiÒn bi phô thuéc nhiÒu yÕu tè: tÝnh chÊt vËt lý cña nhiªn

liÖu, sè vßng quay cña m¸y nghiÒn, ®é Èm cña than nguyªn, ®é mÞn yªu cÇu vµ ®é Èm cña bét. N¨ng suÊt m¸y nghiÒn bi ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

2.4 0.8 0.6

ng 1 2 3 4

590

0,1D Ln K K K K KB , t/h

100K lnR

ϕ=

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

4-26)

trong ®ã: Kng lµ hÖ sè kh¶ n¨ng nghiÒn (theo ph−¬ng ph¸p VTI); K1 lµ hÖ sè hiÖu chØnh kÓ ¶nh h−ëng cña ®é Èm ®Õn kh¶ n¨ng nghiÒn cña

nhiªn liÖu:

( )( )2pt

2

2tb

2

1 WKWK

K−−

=

K – h»ng sè nhiªn liÖu, lvWK max= , nÕu kh«ng cã sè liÖu lvWmax th× tÝnh theo

c«ng thøc: K = 4+1,06Wlv

4W3'W

W bottb

+= - ®é Èm trung b×nh

W’ lµ ®é Èm nhiªn liÖu ë tr−íc m¸y nghiÒn; K2 lµ hÖ sè chuyÓn ®æi khèi l−îng than tõ ®é Èm trung b×nh sang khèi l−îng than t−¬i (nguyªn) W1:

;W100W100

Kt

tb2 −

−=

K3 lµ hÖ sè kÓ ®Õn d¹ng líp lãt; ®èi víi líp lãt l−în sãng ch−a mßn th× K3 = 1; K4 lµ hÖ sè kÓ ®Õn sù gi¶m n¨ng suÊt m¸y nghiÒn trong vËn hµnh do mµi mßn bi, líp lãt vµ do nh÷ng nguyªn nh©n kh¸c, lÊy K4 = 0,9; K5 lµ hÖ sè hiÖu chØnh kÓ ®Õn sù thay ®æi n¨ng suÊt phô thuéc møc ®é ®Ëp than ®−îc ®Æc tr−ng qua phÇn cßn l¹i trªn r©y cã kÝch th−íc lç 5x5 mm; ®èi víi c¸m antraxit K5 =1;

165

90

100lnR

lµ ®¹i l−îng kÓ ®Õn sù thay ®æi n¨ng suÊt phô thuéc vµo ®é mÞn cña

bét sau bé ph©n ly th«. * C«ng suÊt ®iÖn do m¸y nghiÒn bi cã truyÒn ®éng b»ng b¸nh r¨ng tiªu thô:

+ C«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬:

( )DLn1,0KKLnD105,01N 639,0

b3

tdtruc +ϕρ

η= ,KW. (4-27)

trong ®ã: K6 lµ hÖ sè kÓ ®Õn tÝnh chÊt cña nhiªn liÖu ®−îc nghiÒn, khi quay m¸y nghiÒn kh«ng chøa nhiªn liÖu th× K6 = 1; khi nghiÒn antraxit K6 = 0,95; khi nghiÒn çc than kh¸c K6 = 1,05.

tdη lµ hiÖu suÊt truyÒn ®éng.

Sè h¹ng thø 2 trong c«ng thøc tÝnh c«ng suÊt lµ c«ng suÊt tiªu thô ®Ó kh¾c phôc ma s¸t trong çc gèi ®ì tr−ît chÝnh cña m¸y nghiÒn. + C«ng suÊt trªn l−íi:

kW,N

Nco.d

trucl η= (4-28)

trong ®ã co.dη lµ hiÖu suÊt ®éng c¬ ®iÖn.

C«ng suÊt ®Æt ®éng c¬ ®iÖn ®−îc chän dù tr÷ 10% so víi c«ng suÊt tÝnh to¸n.

B¶ng 4.14 Çc m¸y nghiÒn bi ®· ®−îc chÕ t¹o ë Liªn bang Nga D/L

Tªn ®/vÞ 265

207

390250

410287

470287

... 800400

1000400

§−êng kÝnh D mm 2070 2500 2870 2870 4000 4000 ChiÒu dµi L mm 2650 3900 4100 4700 8000 10000 Sè vßng quay ®Þnh møc vg/ph 23 20 18,7 18,7 16,7 17,1

C«ng suÊt lín nhÊt cña ®éng c¬ ®iÖn kW 125 320 400 500 2460 2460

Khèi l−îng bi tÊn 10 25 30 35 127 138

N¨ng suÊt ®Þnh møc t/h 4 10 12 16 58 70

§−êng kÝnh çc èng nèi vµo mm 500 700 800 800 1100 1700

§−êng kÝnh çc èng nèi ra mm 600 800 900 900 1350 1700

N¨ng suÊt ®Þnh møc tÝnh cho antraxit cã Kng = 0,95; R90 = 7%; R5 = 20%.

166

4.6.6.2. M¸y nghiÒn trung tèc M¸y nghiÒn trung tèc cã tèc ®é quay cña r«to b»ng 40÷300 vg/ph. Cã hai lo¹i m¸y nghiÒn trung tèc ®−îc dïng nhiÒu trong c«ng nghiÖp lµ m¸y nghiÒn trung tèc kiÓu qu¶ cÇu nghiÒn vµ kiÓu trôc çn. Nguyªn lý nghiÒn than ë ®©y lµ nÐn vì vµ mµi s¸t cña qu¶ cÇu hay trôc çn (h×nh vÏ 4.42).

H×nh 4.42. M¸y nghiÒn trung tèc. a-m¸y nghiÒn kiÓu trôc çn; b-m¸y nghiÒn kiÓu qu¶ cÇu nghiÒn.

1-bµn nghiÒn n»m ngang quay ®−îc; 2-trôc çn h×nh c«n; 3-cÊp nhiªn liÖu vµo bµn nghiÒn; 4-cÊp kh«ng khÝ nãng; 5-hép gi¶m tèc; 6-dÉn bét lªn bé ph©n ly;

7-bé ph©n ly bét; 8-m¸y cÊp than nguyªn; 9-bµn quay phÝa d−íi; 10-qu¶ cÇu nghiÒn; 11-bµn nghiÒn cè ®Þnh phÝa trªn;

12-çnh h−íng cña bé ph©n ly; 13-c¬ cÊu truyÒn ®éng

M¸y nghiÒn trung tèc kiÓu qu¶ cÇu nghiÒn cã cÊu t¹o ®−îc tr×nh bµy trªn (h×nh 4.42b). ViÖc nghiÒn than x¶y ra gi÷a qu¶ cÇu vµ hai vµnh nghiÒn trªn vµ d−íi, trong ®ã vµnh trªn cè ®Þnh vµnh d−íi chuyÓn ®éng quay sung quanh trôc ®øng. §−êng kÝnh cña qu¶ cÇu nghiÒn b»ng 200÷400 mm. Qu¶ cÇu nghiÒn n»m trong m¸ng cña vµnh d−íi.

167

Khi vµnh d−íi quay, qu¶ cÇu nghiÒn ®−îc gi÷ l¹i trong vµnh d−íi nhê lùc ®Ì do khèi l−îng cña vµnh trªn vµ do lùc nÐn cña çc lß xo. ¸p lùc do qu¶ cÇu nghiÒn t¸c dông lªn nhiªn liÖu vµo kho¶ng 200÷700 N vµ cÇn ®−îc gi÷ kh«ng ®æi b»ng çch ®iÒu chØnh søc c¨ng cña lß xo. Nhiªn liÖu ®−îc cÊp vµo phÇn trong cña vµnh d−íi. D−íi t¸c dông cña lùc ly t©m, nhiªn liÖu ®−îc di chuyÓn ®Õn vµnh nghiÒn vµ ®−îc nghiÒn n¸t. Kh«ng khÝ nãng cã nhiÖt ®é ®Õn 3500C ®−îc thæi vµo víi tèc ®é 30÷50 m/s sÏ mang bét than lªn bé ph©n ly th« ®Æt phÝa trªn. ë bé ph©n ly th« nh÷ng h¹t than lín sÏ ®−îc t¸ch ra vµ qua cöa sæ ®Ó trë l¹i m¸y nghiÒn, cßn bét mÞn sÏ ®−îc dßng kh«ng khÝ dÉn tíi vßi phun l¾p trªn t−êng buång löa. ViÖc ®iÒu chØnh ®é mÞn cña bét than ®−îc thùc hiÖn chñ yÕu b»ng çch thay ®æi gãc nghiªng cña çc çnh h−íng ë bé ph©n ly th«. Çc m¸y nghiÒn trung tèc dïng qu¶ cÇu nghiÒn ®−îc dïng phæ biÕn ë Mü, Anh, Céng hßa Liªn bang §øc, SÐc. §Æc tÝnh m¸y nghiÒn trung tèc dïng qu¶ cÇu nghiÒn cña h·ng Babcock cho trong b¶ng 4.15.

B¶ng 4.15. M¸y nghiÒn trung tèc qu¶ cÇu nghiÒn cña h·ng Babcock kiÓu E

Qu¶ cÇu nghiÒn KiÓu m¸y

nghiÒn

§−êng kÝnh trung b×nh

vµnh nghiÒn, mm

Sè l−îng lß xo nÐn Sè

l−îng

§−êng kÝnh, mm

N¨ng suÊt m¸y

nghiÒn, t/h

C«ng suÊt ®éng c¬

®iÖn, kW

Ghi chó

E17 E25 E29 E32 E35 E38 E41 E44 E47 E50 E53 E56 E64 E70

432 660 737 812 889 965 1040 1118 1194 1270 1346 1425 1625 1775

3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

6 8 9

10 11 10 11 12 13 14 15 16 - -

192 237 237 237 237 267 267 267 267 267 267 267

- -

- 2,6 3,1 3,6 4,2 4,6 5,0 5,4 6,3 6,7 7,5 8,3 10

11,5

49 58,5 67,5 76,5 76,5 85,5 92,0 108 110 130 139 147

- -

Ghi chó: N¨ng suÊt m¸y nghiÒn tÝnh cho than gÇy cã hÖ sè kh¶ n¨ng nghiÒn Kng = 1,9 khi R90 = 13%.

4.6.6.3. M¸y nghiÒn ch¹y nhanh M¸y nghiÒn bóa vµ m¸y nghiÒn kiÓu qu¹t. M¸y nghiÒn lo¹i nµy cã sè vßng quay cña r«to b»ng 600÷1500 vg/ph.

168

4.6.7. Chän kiÓu, sè l−îng vµ n¨ng suÊt ®¬n vÞ cña m¸y nghiÒn

ViÖc chän kiÓu m¸y nghiÒn tïy thuéc vµo d¹ng nhiªn liÖu, hÖ sè kh¶ n¨ng nghiÒn, chÊt bèc, ®é mÞn yªu cÇu cña bét, c«ng suÊt vµ sè l−îng lß h¬i. M¸y nghiÒn ®−îc chän ph¶i ®¶m b¶o sù lµm viÖc tin cËy vµ kinh tÕ cña lß h¬i khi vèn ®Çu t− lµ nhá nhÊt (tèi thiÓu). M¸y nghiÒn bi cã gi¸ thµnh ban ®Çu cao, kÝch th−íc lín vµ tiªu thô nhiÒu ®iÖn n¨ng ®Ó nghiÒn. V× thÕ m¸y nghiÒn bi ®−îc dïng ®Ó nghiÒn nh÷ng nhiªn liÖu khã nghiÒn vµ nh÷ng nhiªn liÖu yªu cÇu ph¶i nghiÒn mÞn nh− than antraxit, nöa antraxit vµ mét sè than ®¸ cã Kng< 1,2. Ngoµi ra m¸y nghiÒn bi dïng ®Ó nghiÒn nh÷ng nhiªn liÖu cã %76 ÷=lv

pS .

M¸y nghiÒn bóa ®Ó nghiÒn nhiªn liÖu t−¬ng ®èi mÒm vµ cã l−îng tho¸t chÊt bèc lín, v× c¸c lo¹i than nµy cho phÐp nghiÒn th«. Th−êng dïng m¸y nghiÒn bóa ®Ó nghiÒn than n©u, ®¸ dÇu vµ nh÷ng than ®¸ cã Vc(%) lín. M¸y nghiÒn trung tèc dïng ®Ó nghiÒn c¸c lo¹i than ®¸ cã ®é cøng, ®é Èm võa ph¶i vµ t−¬ng ®èi Ýt tro. §èi víi than cã ®é tro lín (Ak> 30%) kh«ng dïng m¸y nghiÒn nµy. M¸y nghiÒn qu¹t thÝch hîp nhÊt cho than n©u mÒm, Èm vµ than bïn. ViÖc chän sè l−îng m¸y nghiÒn cho mét lß h¬i tïy thuéc vµo s¬ ®å hÖ thèng nghiÒn ®· chän, c«ng suÊt lß h¬i, sè vßi phun vµ viÖc bè trÝ chóng,� Khi dïng s¬ ®å hÖ thèng nghiÒn than cã phÔu bét trung gian th× n¨ng suÊt m¸y nghiÒn ®−îc chän b»ng:

, t/hz k kM

M

k Z BBZ

=∑

(4-29)

trong ®ã: kz = 1,1 lµ hÖ sè dù tr÷; Zk lµ sè lß h¬i ®−îc ®Æt; Bk lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao ë c«ng suÊt ®Þnh møc cña lß h¬i, t/h;

ZM lµ sè m¸y nghiÒn cho mét lß h¬i; MZ∑ lµ toµn bé sè m¸y nghiÒn ®−îc ®Æt.

B¶ng 4.16 Sè m¸y nghiÒn bi cho mét lß h¬i (s¬ ®å cã phÔu bét trung gian)

C«ng suÊt cña lß h¬i, t/h KiÓu

m¸y nghiÒn

12÷ 35

50÷75

120÷ 270

320÷ 420

500÷ 600

950 1600 2500

M¸y nghiÒn bi

1

1

1÷2

1÷2

2

2

4

6

4.6.7. S¬ ®å hÖ thèng nghiÒn than

169

S¬ ®å hÖ thèng nghiÒn than cã 2 kiÓu: s¬ ®å tËp trung vµ s¬ ®å ph©n t¸n (thæi trùc tiÕp vµ cã phÔu bét trung gian). 4.6.7.1. S¬ ®å tËp trung

H×nh 4.43. S¬ ®å hÖ thèng nghiÒn than tËp trung.

1-PhÔu than nguyªn; 2- ThiÕt bÞ sÊy; 3- M¸y nghiÒn ;4- PhÔu bét; 5- B¬m bét; 6- PhÔu bét cña lß h¬i;

7- Buång löa; 8- Qu¹t giã cña lß h¬i.

¦u ®iÓm: thiÕt bÞ nghiÒn lµm viÖc ®éc lËp víi sù lµm viÖc cña lß h¬i. M¸y nghiÒn cã thÓ lµm viÖc chu kú nh−ng ®Çy t¶i, nh− vËy gi¶m ®−îc suÊt tiªu hao ®iÖn n¨ng ®Ó chuÈn bÞ bét. Nh−îc ®iÓm: Phøc t¹p, gi¸ thµnh ban ®Çu cao, chi phÝ vËn hµnh lín. Tuy nhiªn dïng s¬ ®å nµy cho c¸c khèi n¨ng l−îng lín tõ 300 MW trë lªn th× cã lîi. 4.6.7.2. S¬ ®å ph©n t¸n ( cã thÓ lµ kÝn hay hë)

170

H×nh 4.44. S¬ ®å hÖ thèng nghiÒn than ph©n t¸n. a-thæi trùc tiÕp; b-cã phÔu bét trung gian.1- phÔu than nguyªn; 2- thiÕt bÞ sÊy;3- M¸y nghiÒn; 4- qu¹t giã;5- buång löa;6- phÔu bét trung gian;7- bé phËn vÝt t¶i bét than.

a- S¬ ®å thæi trùc tiÕp: ë s¬ ®å nµy toµn bé bét than do m¸y nghiÒn s¶n xuÊt sÏ ®−îc thæi th¼ng vµo buång löa; dïng m¸y nghiÒn tèc ®é nhanh hay m¸y nghiÒn trung tèc. Trong s¬ ®å thæi trùc tiÕp n¨ng suÊt cña m¸y nghiÒn ®−îc x¸c ®Þnh bëi c«ng suÊt cña lß h¬i. Muèn ®iÒu chØnh c«ng suÊt cña lß h¬i th× ®iÒu chØnh l−îng than vµ m«i chÊt sÊy cÊp vµo m¸y nghiÒn. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å ph©n t¸n thæi trùc tiÕp lµ ®¬n gi¶n, èng dÉn bét ng¾n, kh«ng cã phÔu bét, xyclon, m¸y cÊp bét, do ®ã chi phÝ ban ®Çu t−¬ng ®èi nhá vµ gi¶m ®¸ng kÓ tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó vËn chuyÓn bét. S¬ ®å nµy lµm viÖc thÝch hîp víi lß h¬i cã phô t¶i Ýt thay ®æi th−êng xuyªn. Nh−îc ®iÓm chñ yÕu cña s¬ ®å nµy lµ kh«ng cã dù tr÷ bét nªn lß h¬i lµm viÖc phô thuéc hoµn toµn vµo sù lµm viÖc cña m¸y nghiÒn. Dïng s¬ ®å nµy ph¶i ®Æt Ýt nhÊt 2 m¸y nghiÒn cho 1 lß h¬i ®Ó ®¶m b¶o lß h¬i lµm viÖc liªn tôc, s¶n l−îng cña mçi m¸y nghiÒn ph¶i ®−îc chän b»ng 75% l−îng nhiªn liÖu tiªu thô cña lß h¬i ë phô t¶i ®Þnh møc.

a)

171

1-phÔu than nguyªn; 2-m¸y cÊp than; 3-m¸y nghiÒn bi; 4-bé ph©n ly th«; 5-xyclon; 6-khãa khÝ; 7-vÝt t¶i bét than; 8-phÔu bét than; 9-m¸y cÊp bét than; 10-hép giã cÊp 2; 11-bé sÊy kh«ng khÝ; 12-qu¹t giã; 13-buång löa; 14-vßi phun bét than; 15-vßi phun giã cÊp 3; 16a-qu¹t giã cÊp 3; 16b-qu¹t nghiÒn; 17-®−êng t¸i tuÇn hoµn kh«ng khÝ vÒ m¸y nghiÒn; 18-®−êng than th« trë l¹i thïng nghiÒn; 19-kh«ng khÝ nãng cÊp vµo m¸y nghiÒn; 20-van lÊy kh«ng khÝ ngoµi trêi; 21-®−êng hót Èm.

S¬ ®å nµy cßn cã thªm nh−îc ®iÓm lµ toµn bé bét than ®i qua qu¹t nghiÒn nªn r«to qu¹t bÞ mßn nhanh. b) S¬ ®å hÖ thèng nghiÒn than cã phÔu bét trung gian, kiÓu kÝn: dïng cho m¸y nghiÒn bi ch¹y chËm (h×nh vÏ 4.45). * ¦u ®iÓm: - Gi¶m ®−îc ®é mßn cña r«to qu¹t nghiÒn; - T¨ng ®é mÒm dÎo cña viÖc ®iÒu chØnh n¨ng suÊt m¸y cÊp bét vµo buång löa; - M¸y nghiÒn lµm viÖc ®éc lËp víi lß h¬i, do ®ã cã thÓ lµm viÖc ®Çy t¶i, kÕt qu¶ lµ suÊt tiªu hao ®iÖn n¨ng sÏ gi¶m xuèng; - T¨ng møc ®é tin cËy trong viÖc cung cÊp bét cho lß h¬i nhê cã phÔu bét than trung gian vµ cã thÓ liªn hÖ gi÷a c¸c hÖ thèng lß h¬i b»ng vÝt t¶i bét than; - M¸y nghiÒn ®−îc ®Æt víi dù tr÷ vÒ n¨ng suÊt nhá h¬n. ë hÖ thèng nµy khi ®Æt 2 m¸y nghiÒn cho 1 lß h¬i th× n¨ng suÊt chung cña chóng chØ cÇn lÊy b»ng 110% l−îng tiªu hao nhiªn liÖu cña lß h¬i. S¬ ®å nµy rÊt thÝch hîp cho lß h¬i cã phô t¶i thay ®æi. * Nh−îc ®iÓm: - Tèn nhiÒu c«ng nh©n vËn hµnh do tßa nhµ cã kÝch th−íc lín vµ cã thªm nh÷ng thiÕt bÞ phô nh− xyclon, bunke bét, m¸y cÊp bét, vÝt t¶i bét,..; phôc vô phøc t¹p; - T¨ng l−îng ®iÖn n¨ng tiªu thô ®Ó vËn chuyÓn do lät kh«ng khÝ l¹nh vµo hÖ thèng cã ch©n kh«ng cao; - Gi¶m hiÖu suÊt cña lß h¬i do lät kh«ng khÝ l¹nh vµo hÖ thèng nghiÒn. 4.6.8. C¸c trang bÞ cña hÖ thèng nghiÒn than 4.6.8.1. M¸y cÊp than nguyªn N¨ng suÊt cña m¸y cÊp than nguyªn ®−îc chän víi hÖ sè dù tr÷ b»ng 1,2 lÇn n¨ng suÊt tÝnh to¸n cña m¸y nghiÒn. Th−êng dïng hai lo¹i m¸y cÊp than lµ kiÓu ®Üa quay vµ kiÓu t¶i b»ng cao su.

* M¸y cÊp than kiÓu ®Üa quay (h×nh vÏ 4.46): m¸y nµy cã −u ®iÓm lµ gän, t−¬ng ®èi kÝn kh«ng cho kh«ng khÝ lät vµo. M¸y cÊp than kiÓu ®Üa trßn ®−îc dïng cho than xèp kh«ng dÝnh; n¨ng suÊt cña lo¹i m¸y nµy b»ng 5, 10, 20, 30 t/h vµ ph¹m vi ®iÒu chØnh n¨ng suÊt tõ 100% ®Õn 50%; sè vßng quay cña ®Üa (bµn) cã ®−êng kÝnh b»ng 600÷850 mm lµ tõ 9÷14,8 vg/ph.

H×nh 4.45. S¬ ®å hÖ thèng nghiÒn than ph©n t¸n cã phÔu bét trung gian.a-cã giã cÊp 3; b-kh«ng dïng giã cÊp 3.

b)

172

B¶ng 6.4 Nh÷ng ®Æc tÝnh cña m¸y cÊp than kiÓu ®Üa

KiÓu m¸y ®−êng kÝnh

®Üa, mm

Sè vßng quay cña ®Üa, vg/ph

Sè vßng quay cña ®éng c¬ ®iÖn, vg/ph

Tû sè truyÒn cña hép gi¶m

tèc

N¨ng suÊt, t/h

C«ng suÊt

®éng c¬ ®iÖn, kW

600/5 600 7,25 960 1:132 5 2 600/10 600 14,5 960 1:66 10 2 850/20 850 14,5 960 1:66 20 2 850/30 850 14,5 960 1:66 30 2

M¸y cÊp than kiÓu b¨ng t¶i cao su (h×nh vÏ 4.47): M¸y nµy cã kh¶ n¨ng cÊp than víi ®é mÞn bÊt kú, vËn hµnh tin cËy vµ thuËn

tiÖn khi cÇn cÊp nhiªn liÖu tõ phÔu than ®Õn m¸y nghiÒn trªn kho¶ng c¸ch lín. L−u l−îng nhiªn liÖu ®−îc ®iÒu chØnh b»ng l¸ ch¾n ë ®¸y phÔu than lµm thay ®æi chiÒu cao cña líp than trªn b¨ng t¶i hoÆc b»ng c¸ch thay ®æi sè vßng quay cña ®éng c¬ ®iÖn.

Nh−îc ®iÓm cña m¸y cÊp than kiÓu b¨ng t¶i lµ

kh«ng kÝn, kh«ng khÝ cã thÓ lät vµo nhiÒu h¬n so víi m¸y cÊp kiÓu ®Üa trßn (bµn

quay).

H×nh 4.46. M¸y cÊp than kiÓu ®Üa quay.1-®Üa quay; 2-tÊm g¹t; 3-hép gi¶m tèc; 4-®éng c¬ ®iÖn;5-vá m¸y.

173

N¨ng suÊt m¸y cÊp than kiÓu b¨ng t¶i ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: t/h,3600..v..h.bG l.n ψρ= (4-30)

trong ®ã: b lµ chiÒu réng líp nhiªn liÖu, m; h lµ chiÒu cao líp nhiªn liÖu, m;

l.nρ lµ mËt ®é chÊt ®èng cña nhiªn liÖu, t/m3;

v lµ tèc ®é chuyÓn ®éng cña b¨ng t¶i, th−êng v = 0,2÷0,5 m/s; ψ lµ møc ®é ®æ ®Çy (chÊt ®Çy) thÓ tÝch cña vá, ψ =0,7÷0,8. N¨ng suÊt cña m¸y cÊp than nµy cã thÓ tíi 15 t/h vµ lín h¬n. 4.6.8.2. Bé phËn ph©n ly than th« kiÓu ly t©m C«ng dông: t¸ch çc h¹t than to kh«ng ®ñ ®é mÞn yªu cÇu ra khái than mÞn vµ ®−a trë l¹i m¸y nghiÒn ®Ó nghiÒn l¹i. §é kinh tÕ cña c«ng viÖc nghiÒn than phô thuéc vµo hiÖu qu¶ lµm viÖc cña bé ph©n ly th«. Bé ph©n ly th« lµm viÖc kÐm hiÖu suÊt th× n¨ng l−îng ®Ó nghiÒn bét qu¸ mÞn sÏ t¨ng lªn, n¨ng suÊt m¸y nghiÒn gi¶m vµ suÊt tiªu hao ®iÖn n¨ng sÏ t¨ng. øng víi ®é mÞn ®· cho cña bét than, bé ph©n ly th« ph¶i ®¶m b¶o cho m¸y nghiÒn lµm viÖc cã n¨ng suÊt tèi ®a vµ suÊt tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó nghiÒn lµ tèi thiÓu, ®ång thêi cã thÓ ®iÒu chØnh ®é mÞn cña bét trong ph¹m vi réng. Trªn (h×nh 4.48) giíi thiÖu mét kiÓu bé ph©n ly than th« ®−îc ®Æt trong hÖ thèng nghiÒn than ph©n t¸n cã phÔu bét than trung gian khi nghiÒn than antraxit vµ than cøng. ë ®©y ®· dïng çc lùc ly t©m, qu¸n tÝnh, träng lùc ®Ó t¸ch çc h¹t than th« ra khái bét mÞn.

Sù lµm viÖc cña bé ph©n ly than th« ®−îc ®Æc tr−ng b»ng nh÷ng chØ tiªu sau: - HiÖu suÊt; - Béi sè tuÇn hoµn; - Trë lùc; - §Æc tÝnh h¹t cña bét ra khái bé ph©n ly th«;

H×nh 4.47. M¸y cÊp than kiÓu b¨ng t¶i cao su.

174

- §Æc tÝnh thay ®æi ®é mÞn cña bét khi ®iÒu chØnh.

HiÖu suÊt cña bé ph©n ly than th« lµ tû sè gi÷a l−îng bét ®i ra vµ toµn bé l−îng bét vµo bé ph©n ly th«:

( )( ) %,100.

BR100AR100

b

a

−−

=η (4-31)

hoÆc:

( )( )( )( ) %,100.

RRR100RRR100

acb

bca

−−−−

=η (4-32)

trong ®ã: A lµ l−îng bét mÞn ®i ra khái bé ph©n ly th«, t/h; B lµ l−îng bét ra khái m¸y nghiÒn ®i vµo bé ph©n ly than th«, t/h; Ra, Rb, Rc lµ phÇn cßn l¹i trªn r©y nµo ®ã (90 hay 200 mµ ) cña bét mÞn, bét sau m¸y nghiÒn ®i vµo bé ph©n ly th« vµ cña than th« trë vÒ thïng nghiÒn. S¶n phÈm sau m¸y nghiÒn cµng th« th× l−u l−îng h¹t th« do bé ph©n ly tr¶ vÒ m¸y nghiÒn cµng nhiÒu vµ béi sè tuÇn hoµn cña bé ph©n ly th« cµng lín. * Béi sè tuÇn hoµn cña bé ph©n ly th« ®−îc ®Þnh nghÜa lµ:

AC1

ACA

ABK +=

+== (4-33)

H×nh 4.48. Bé ph©n ly than th« kiÓu ly t©m.a-s¬ ®å vµ nguyªn lý ho¹t ®éng; b-x¸c ®Þnh béi sè tuÇn hoµn.

1-èng cÊp hçn hîp bét than-kh«ng khÝ tõ m¸y nghiÒn; 2-vá th©n

ngoµi; 3-vá trong; 4-c¸nh t¹o xo¸y; 5-èng dÉn hçn hîp: bét mÞn � kh«ng khÝ ®i ra; 6-èng dÉn than th« tõ vá ngoµi trë vÒ thïng nghiÒn;

7-èng dÉn than th« tõ vá trong trë vÒ thïng nghiÒn.

b)

a

175

hay tõ c©n b»ng ®é mÞn: Rb.K = Ra + (K - 1)Rc (4-34) ta rót ra béi sè tuÇn hoµn:

bc

ac

RRRR

K−−

= (4-35)

Nh− vËy K phô thuéc vµo: - §é mÞn cña bét ®i ra khái m¸y nghiÒn Rb; - §é mÞn yªu cÇu cña bét ra khái bé ph©n ly th«, Ra; - HiÖu qu¶ lµm viÖc cña bé ph©n ly th«, tøc lµ vµo

(%)η cña nã ®Æc tr−ng bëi Rc. §èi víi than antraxit khi dïng m¸y nghiÒn bi th× K = 3; ®èi víi than nöa antraxit vµ than gÇy K = 2,2 4.6.8.3. Bé ph©n ly bét than mÞn (xyclon)

Yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi xyclon lµ ph¶i t¸ch ra khái dßng hçn hîp nhiÒu bét nhÊt víi trë lùc t−¬ng ®èi nhá. Xyclon cã hiÖu suÊt cao (lµm viÖc tèt) sÏ t¨ng ®−îc tuæi thä cña qu¹t nghiÒn. Sù l¾ng bét trong xyclon x¶y ra do lùc ly t©m cña dßng hçn hîp kh«ng khÝ bét than ®−îc cÊp vµo tiÕp tuyÕn ë phÇn trªn cña xyclon. HiÖu suÊt cña xyclon:

%,100BB

'xyc

"xyc

xyc =η (4-36)

Trong ®ã: ''xycB lµ l−îng bét l¾ng trong xyclon, t/h;

'xycB lµ l−îng bét cÊp vµo xyclon, t/h.

YÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn xycη lµ: ®−êng kÝnh xyclon, nång ®é vµ tèc ®é cña dßng ®i vµo

xyclon,�Tèc ®é cña dßng vµo b»ng 18÷22 m/s th× xycη t¨ng lªn nhanh, nh−ng kh«ng

lín h¬n 25 m/s v× cã thÓ bay c¶ bét theo kh«ng khÝ ra ngoµi. MiÖng èng dÉn bét vµo xyclon cµng nhá (khi ®· cho Dxyc) th× ®−êng ®i ®Ó bét ch¹m thµnh xyclon cµng ng¾n vµ

cycη cµng cao.

4.6.8.4. M¸y cÊp bét than:

H×nh 4.49. Xyclon.1-hçn hîp bét than mÞn vµ kh«ng khÝ ®i vµo xyclon; 2-kh«ng khÝ ®i ra; 3-bét than mÞn ®i xuèng.

176

Cã hai kiÓu m¸y cÊp bét than lµ kiÓu ®Üa cã çnh vµ kiÓu vÝt v« tËn. §èi víi than antraxit, than nöa antraxit vµ mét sè than ®¸ th−êng dïng m¸y cÊp bét kiÓu ®Üa cã çnh, nã cã kh¶ n¨ng cÊp bét ®ång ®Òu h¬n m¸y cÊp kiÓu vÝt. N¨ng suÊt cã thÓ b»ng tõ 1÷5 t/h ®Õn 8÷12 t/h. §éng c¬ ®iÖn cã c«ng suÊt tõ 0,9 kW ®Õn 3,4 kW, dïng dßng ®iÖn mét chiÒu thay ®æi ®−îc sè vßng quay tõ 1350 ®Õn 1450 vg/ph. N¨ng suÊt m¸y cÊp bét than kiÓu ®Üa cã çnh x¸c ®Þnh nh− sau: t/h,n.V..C.60B hbb ρ= (4-37)

trong ®ã: n lµ sè vßng quay cña b¸nh xe m¸y cÊp (®Üa cã çnh), vg/ph; Vh lµ thÓ tÝch cña tÊt c¶ çc ng¨n cña ®Üa cã çnh, m3; bρ lµ mËt ®é bét, t/m3;

C lµ hÖ sè chÊt ®Çy ng¨n. Khi ®Æt 2 m¸y cÊp bét cho 1 lß h¬i th× n¨ng suÊt tèi ®a cña mçi m¸y ph¶i ®¶m b¶o 75% phô t¶i cña lß h¬i. Khi ®Æt 3 m¸y cÊp bét hay nhiÒu h¬n n÷a th× n¨ng suÊt tèi ®a yªu cÇu cña mçi m¸y b»ng:

( )

1

1 100100

lvk M M xyc

b bb

B Z B WBC Z W

η− − −=

−, t/h (4-38)

trong ®ã: ZM lµ sè m¸y nghiÒn cho mét lß h¬i; BK lµ l−îng tiªu thô than nguyªn cña lß h¬i, t/h; BM lµ n¨ng suÊt cña mét m¸y nghiÒn, t/h; Zb lµ sè m¸y cÊp bét than;

C1 lµ hÖ sè kÓ ®Õn dù tr÷ cÇn thiÕt vÒ l−îng bét vµ ph¹m vi ®iÒu chØnh cña m¸y cÊp bét. Khi ®Æt ®éng c¬ ®iÖn cã 3 cÊp ®iÒu chØnh tèc ®é quay th× C1 = 0,75; cã 5 cÊp ®iÒu chØnh th× C1 =0,6.

4.6.8.5. Khãa khÝ:

H×nh 4.50. M¸y cÊp bét than kiÓu ®Üa cã çnh.

1-tÊm g¹t; 2-cöa quay; 3-lç trªn; 4-b¸nh xe (®Üa) cã çnh ®Ó cung cÊp; 5-lè ë gi÷a; 6-b¸nh xe cã çnh ®Ó ®o; 7-èng bét than ®i ra; 8-®éng c¬ ®iÖn

B¸nh xe cã çnh

177

Khãa khÝ ®−îc ®Æt trªn ®−êng than th« trë vÒ thïng nghiÒn vµ ®¸y bé ph©n ly

bét than mÞn. §Æt khãa khÝ ®Ó ng¨n ngõa kh«ng khÝ lät vµo hÖ thèng nghiÒn. Khãa khÝ h×nh c«n ®−îc chÕ t¹o 9 kÝch th−íc kh¸c nhau víi ®−êng kÝnh quy

−íc Dy = 100, 150, 250, 300, 350, 400, 450 vµ 500. §−êng kÝnh khãa khÝ ®Æt d−íi xyclon ®−îc chän b»ng:

35,7 , mmxyck

Bd

g= (4-39) trong ®ã:

b

lv

xycMxyc W100W100BB

−−

η= lµ l−îng bét l¾ng trong xyclon, t/h;

BM s¶n l−îng m¸y nghiÒn tÝnh theo than nguyªn, t/h; xycη lµ hiÖu suÊt cña xyclon tÝnh theo phÇn thËp ph©n;

g lµ suÊt phô t¶i bét cña khãa khÝ, lÊy trung b×nh b»ng 0,3 kg/mm2h. 4.6.8.6. PhÔu than vµ phÔu bét than

* PhÔu than nguyªn ®Æt trªn thïng nghiÒn, lµm b»ng bª t«ng cèt thÐp, mÆt

trong nh½n vµ cã ®é dèc nhÊt ®Þnh ®Ó ®¶m b¶o th¸o c¹n nhiªn liÖu chøa trong nã. Trªn phÔu ®Æt ghi (l−íi s¾t) cã lç 80 x 300 mm ®Ó tr¸nh lät nh÷ng côc than to xuèng phÔu. Gãc nghiªng cña v¸ch ≥ 650 ®Ó than ch¶y xuçng dÔ dµng. Cöa than ra ph¶i ®ñ lín (1200 x 1200 mm). ThÓ tÝch (dung tÝch) cña phÔu than nguyªn khi dïng antraxit vµ than ®¸ ®−îc tÝnh cho 8h lµm viÖc ®Çy t¶i cña lß h¬i.

nK

Kp Z

ZBVρϕ

= , m3 (4-40)

trong ®ã: Z lµ sè giê lµm viÖc cña lß h¬i øng víi dù tr÷ than ®· chän chøa trong phÔu, h;

H×nh 4.51. Khãa khÝ

178

Bk lµ tiªu thô nhiªn liÖu cña lß h¬i ë phô t¶i ®Þnh møc, t/h; ϕ lµ hÖ sè chøa ®Çy phÔu, lÊy gÇn ®óng khi tÝnh to¸n ϕ = 0,8;

ln.ρ lµ mËt ®é chÊt ®èng cña nhiªn liÖu, t/m3;

Zk lµ sè phÔu than cho mét lß h¬i. • PhÔu bét than: dung tÝch phÔu ®−îc tÝnh øng víi phô t¶i ®Þnh møc cña lß h¬i,

®¶m b¶o ®−îc Ýt nhÊt 4÷6 giê lµm viÖc cña lß. §é cao (chiÒu cao) cña líp bét Ýt nhÊt b»ng 3m ®Ó m¸y cÊp bét lµm viÖc tin cËy. (ph¶i ®Æt nhiÖt kÕ ®Ó ®o nhiÖt ®é cña bét trong phÔu, trõ bét antraxit).

ThÓ tÝch (dung tÝch) phÔu bét than:

pl.nZ

bbb.p ZK

BZVρ

= , m3 (4-41)

trong ®ã: Zb lµ thêi gian lµm viÖc cña lß h¬i øng víi dù tr÷ bét than ®· chän, h; Bb lµ tiªu thô bét than cña lß h¬i:

η= bt

lvt

kb QQ

BB , t/h

Bk lµ tiªu thô nhiªn liÖu cña lß h¬i ë phô t¶i ®Þnh møc, t/h; lv

tQ vµ btQ lµ nhiÖt trÞ thÊp cña nhiªn liÖu vµ cña bét, kJ/kg;

bbb

cht

bt W6

100WA100QQ −

−−= , kJ/kg (4-42)

chtQ lµ nhiÖt trÞ thÊp cña mÉu ch¸y cña nhiªn liÖu, kJ/kg;

η lµ hiÖu suÊt cña bé ph©n ly than mÞn tÝnh theo phÇn thËp ph©n; KZ lµ hÖ sè chøa ®Çy phÔu bét;

l.nρ lµ mËt ®é chÊt ®èng cña bét, t/m3;

Zp lµ sè phÔu bét cho mét lß h¬i. 4.6.8.7. Qu¹t nghiÒn: th−êng dïng qu¹t ly t©m N¨ng suÊt qu¹t nghiÒn tÝnh theo ®iÒu kiÖn nghiÒn cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm sau:

( )3bng

3ngtqn K36K1000VV ϕ+= ,m3/h. (4-43)

trong ®ã: Vt lµ thÓ tÝch thïng nghiÒn, m3;

bϕ lµ ®é chøa bi trong thïng nghiÒn.

4.6.9. TÝnh nhiÖt cña hÖ thèng nghiÒn than: Môc ®Ých tÝnh nhiÖt cña hÖ thèng nghiÒn than lµ x¸c ®Þnh l−îng m«i chÊt sÊy cÇn thiÕt vµ nhiÖt ®é cña nã ®ång thêi lµ c¬ së ®Ó chän c¸c thiÕt bÞ cña hÖ thèng nghiÒn than.

179

TÝnh nhiÖt cho hÖ thèng nghiÒn than ®−îc tiÕn hµnh cho 1kg than t−¬i (nguyªn) tÝnh tõ m¸ng dÉn than t−¬i vµo m¸y nghiÒn ®Õn tr−íc qu¹t nghiÒn. 4.6.9.1. L−îng nhiÖt cÊp vµo: nllotcksv.d qqqqq +++= , (4-44)

trong ®ã: qs lµ nhiÖt vËt lý cña m«i chÊt sÊy:

qs = g’.c’s.t’, kj/kg m«i chÊt lµ kh«ng khÝ nãng th×: 10"' −= SKKtt

qc.k lµ nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh nghiÒn: mck k86.0q = , kJ/kg

km lµ hÖ sè ®iÒu chØnh cho mét phÇn n¨ng l−îng chuyÓn thµnh nhiÖt ®èi víi m¸y nghiÒn bi lÊy km = 0,7 qlät lµ nhiÖt do kh«ng khÝ l¹nh lät vµo mang vµo: qlot = klot.g’.Ckkl.tkkl, kj/kg (klät =0,42 víi m¸y nghiÒn bi 207/265; klät =0,42 víi m¸y nghiÒn bi 287/470) tkkl = 300C Ckkl = 1 (kJ/kg0C) qn.l lµ nhiÖt vËt lý cña nhiªn liÖu: l.nl.nl.n t.Cq = , kJ/kg

(tnl = 200C) 4.6.9.2. L−îng nhiÖt tiªu thô (sö dông): 5gnrbhtt qqqqq +++= , (4-45)

trong ®ã: qbh lµ nhiÖt l−îng ®Ó bèc h¬i Èm cña nhiªn liÖu:

( )"bh t47.02510Wq +∆= , kJ/kg

b

blv

W100WWW

−−

=∆

qr lµ nhiÖt l−îng do m«i chÊt sÊy mang ra khái hÖ thèng nghiÒn: qr = (1 + klot).g’.C”s.t” , kJ/kg qgn lµ nhiÖt l−îng ®Ó ®èt nãng (sÊy nãng, gia nhiÖt) nhiªn liÖu:

.100 .

100 100

lv bk

gn n l nlb

W Wq C tW

⎛ ⎞−= +⎜ ⎟−⎝ ⎠

, kJ/kg

víi klnC . lµ tû nhiÖt cña nhiªn liÖu kh«, kJ/kgK.

Víi antraxit vµ than gÇy kl.nC =0,92 kJ/kgK;

than ®¸: kl.nC = 1,09 kJ/kgK; than dÇu k

l.nC = 1,88 kJ/kgK.

q5 lµ tæn thÊt nhiÖt do táa ra m«i tr−êng xung quanh:

180

B1000

Qq 5

5 = , kJ/kg

víi B lµ n¨ng suÊt nghiÒn than, t/h. 4.6.9.3. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt cña hÖ thèng nghiÒn: qd.v = qt.t hay: qs + qck + qlot + qn.l = qb.h + qr + qg.n + q5 (4-46) Tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc c¸c ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m:

- L−îng m«i chÊt sÊy: g’, kg/kg; - NhiÖt ®é ban ®Çu cña m«i chÊt sÊy t’, 0C.

Ver. 1.0 181

Ch−¬ng 5. Trao ®æi nhiÖt trong lß h¬i Trao ®æi nhiÖt trong thiÕt bÞ lß h¬i bao gåm hai d¹ng lµ bøc x¹ vµ ®èi l−u. Trong ph¹m vi buång löa trao ®æi nhiÖt bøc x¹ lµ chñ yÕu v× ë ®©y cã bøc x¹ trùc tiÕp tõ ngän löa cã nhiÖt ®é cao ®Õn çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bè trÝ trong buång löa, cßn thµnh phÇn ®èi l−u ë ®©y kh«ng ®¸ng kÓ do tèc ®é cña dßng khãi nhá vµ do çc èng sinh h¬i bÞ tro b¸m bÈn nªn cã trë lùc nhiÖt lín. Trong ®−êng khãi cña lß h¬i cã c¶ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u vµ trao ®æi nhiÖt bøc x¹. Trong ®−êng khãi cã bøc x¹ nhiÖt lµ do cã çc khÝ ba nguyªn tö vµ çc h¹t tro, h¹t than bay theo khãi, nh−ng trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lµ chñ yÕu. ChÝnh v× vËy çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt trong ®−êng khãi ®−îc gäi lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u. 5.1 Kh¶ n¨ng bøc x¹ cña ngän löa Dùa theo c−êng ®é bøc x¹ trong vïng phæ thÊy ®−îc ng−êi ta ph©n chia çc d¹ng ngän löa s¸ng, nöa s¸ng, kh«ng s¸ng. Sù bøc x¹ cña ngän löa s¸ng vµ nöa s¸ng lµ do çc h¹t ë thÕ r¾n trong s¶n phÈm ch¸y, ®ã lµ çc h¹t cèc, h¹t tro, h¹t må hang. Sù bøc x¹ cña ngän löa kh«ng s¸ng lµ do cã çc khÝ ba nguyªn tö nh− SO2, CO2, H2O trong buång löa.

C−êng ®é bøc x¹ cña çc h¹t r¾n trong ngän löa phô thuéc vµo kÝch th−íc çc h¹t, tÝnh chÊt vµ nång ®é cña chóng trong thÓ tÝch cña buång löa. Sù bøc x¹ cña çc chÊt khÝ ba nguyªn tö trong buång löa ®−îc x¸c ®inh bëi nång ®é çc chÊt khÝ nµy vµ bëi chiÒu dµy cña thÓ tÝch bøc x¹.

HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña m«i tr−êng khÝ ®−îc biÓu thÞ qua ®Þnh luËt Bu-ghe (Bouguer)

1 g p

g

k p sa e−= − , (5-1)

trong ®ã: gk lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi mét m«i tr−êng khÝ;

pp lµ tæng ph©n ¸p suÊt cña çc khÝ ba nguyªn tö, MPa;

s lµ chiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹, m. HÖ sè bøc x¹ cña ngän löa (hay ®é ®en cña ngän löa) khi ®èt nhiªn liÖu r¾n ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau 1 l

lk psa e−= − , (5-2)

trong ®ã: lk lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i tr−êng buång löa;

p lµ ¸p suÊt cña çc chÊt khÝ trong buång löa, MPa. ChiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹ trong buång löa s ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

3,6 bl

v

VsF

= , m (5-3)

trong ®ã:

blV lµ thÓ tÝch buång löa, m3;

Ver. 1.0 182

vF lµ diÖn tÝch çc t−êng buång löa m2.

Khi ®èt bét than trong buång löa phun, ngän löa s¸ng cho¸n hÇu nh− toµn bé thÓ tÝch buång löa (xem h×nh vÏ 5.1) vµ ®é chiÕu s¸ng cña ngän löa kh¸ ®ång ®Òu theo

chiÒu cao cña buång löa. HÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i tr−êng buång löa ®−îc tÝnh theo c«ng thø: k k r k kl g n tr tr c= + µ + χ

k k r k kl g n tr tr c= + µ + χ , (5-4)

trong ®ã:

( )r r r2 2n RO H O= + lµ tæng çc phÇn thÓ tÝch cña çc khÝ ba nguyªn tö;

trk lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi çc h¹t tro;

trµ lµ nång ®é tro trong khãi;

ck lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi çc h¹t cèc;

χ lµ hÖ sè kÓ ®Õn kh¶ n¨ng ph¶n øng cña nhiªn liÖu (kÐm ph¶n øng hay cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao). Ngän löa sinh ra khi ®èt nhiªn liÖu r¾n nãi chung thuéc kiÓu ngän löa nöa s¸ng. Ngän löa khi ®èt khÝ vµ ®èt FO quy −íc gåm hai phÇn lµ phÇn s¸ng vµ phÇn kh«ng s¸ng, do vËy hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa (®é ®en cña ngän löa) ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: ( )a ma 1 m al s ks= + − , (5-5)

trong ®ã: sa lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa s¸ng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

(5-2), cßn kl ®−îc thay b»ng ks: k k k rs m g n= + , víi mk lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi

çc h¹t må hãng; ksa lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa kh«ng s¸ng, tøc lµ cña

m«i tr−êng khÝ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5-1); m lµ hÖ sè x¸c ®Þnh phÇn thÓ tÝch buång löa bÞ t©m ngän löa cho¸n ®Çy. Khi ®èt khÝ thiªn nhiªn: 0,1m = . Khi ®èt FO: 0,55m = . Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n: 1m = . HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña buång löa (hay ®é ®en cña buång löa) bla ®−îc x¸c

®Þnh qua hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa la vµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng trªn

t−êng, cô thÓ lµ:

H×nh 5.1. Sù thay ®æi ®é ®en ngän löa theo chiÒu cao buång löa. 1-khi ®èt bét than; 2-khi ®èt mazut (FO)

Ver. 1.0 183

1a

11 1a

bl

dl

=⎛ ⎞

+ − ψ⎜ ⎟⎝ ⎠

. (5-6)

Dßng nhiÖt bøc x¹ trung b×nh ®−îc çc dµn èng sinh h¬i hÊp thu lµ

4

3Tq c a 10100

lbx 0 bl d

−⎛ ⎞= ψ ⎜ ⎟⎝ ⎠

, kW/m2 (5-7)

trong ®ã: lT lµ nhiÖt ®é hiÖu qu¶ trung b×nh cña m«i tr−êng khÝ trong buång löa, K;

dψ lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

xdψ = ξ , (5-8)

víi x lµ hÖ sè gãc vµ ξ lµ hÖ sè b¸m bÈn quy −íc. 5.2 TÝnh trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong buång löa Sù truyÒn nhiÖt tõ ngän löa ®Õn çc dµn èng sinh h¬i ®Æt trªn t−êng buång löa lµ mét qu¸ tr×nh rÊt phøc t¹p, ë ®©y qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt x¶y ra ®ång thêi víi qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu. chÝnh sù ch¸y nhiªn liÖu ®· t¹o ra nguån nhiÖt bªn trong m«i tr−êng bøc x¹. Ph−¬ng ph¸p tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn viÖc sö dông ®ång thêi çc kÕt qu¶ nghiªn cøu gi¶i tÝch vµ thùc nghiÖm. Ph−¬ng ph¸p nµy xuÊt ph¸t tõ kh¶ n¨ng øng dông lý thuyÕt ®ång d¹ng ®Ó ph©n tÝch çc qu¸ tr×nh x¶y ra trong buång löa. C«ng thøc b¸n thùc nghiÖm cña A. M. Gurvich ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh«ng thø nguyªn sau ®©y ®−îc dïng lµm c¬ së ®Ó tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa:

0,6

"0,6

BoBo Mabl 0,6

bl

θ =+

, (5-9)

C«ng thøc nµy thÓ hiÖn sù liªn hÖ gi÷a nhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi ë cöa ra buång löa bl''θ vµ tiªu chuÈn Boltzmann (Bo), tiªu chuÈn nµy ®Æc tr−ng cho tû

lÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu so víi c−êng ®é táa nhiÖt tèi ®a ®Õn çc bÒ mÆt dµn èng ®Æt trªn t−êng. §Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong thÓ tÝch buång löa còng ®−îc kÓ ®Õn qua hÖ sè M . NhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi bl

''θ lµ tû sè gi÷a nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa bl''T (K) vµ nhiÖt ®é ®o¹n nhiÖt (nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt) aT (K):

TT

blbl

a

''''θ = , (5-10)

Chóng ta lu«n lu«n cã 1bl''θ < vµ nã ®Æc tr−ng cho møc ®é gi¶m nhiÖt ®é cña

khãi trong thÓ tÝch buång löa do cã trao ®æi nhiÖt. Sè Bo ®−îc x¸c ®Þnh theo çc c«ng thøc sau:

Ver. 1.0 184

B V c

Boc F T

tt g g

30 d v a

ϕ=

ψ, (5-11)

vµ 4

B Q 1Boc F T 1

tt bx

0 d v a bl''=

ψ −θ. (5-12)

§Æc tÝnh nhiÖt chñ yÕu cña buång löa lµ l−îng nhiÖt sinh ra h÷u Ých trong buång löa blQ vµ entanpi cña khãi ë chç ra khái buång löa (ë cöa ra buång löa) bl''I .

NhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa blQ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

3 4 6

4

100 q q qQ Q Q Q Q100 q

lvbl tr kk kkng tth

− − −= + − +

−, (5-13)

trong ®ã: Q lv

tr lµ nhiÖt l−îng tµng tr÷ trong nhiªn liÖu dïng ®Ó ®èt;

kkQ lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ nãng vµ kh«ng khÝ l¹nh mang vµo buång löa;

kkngQ lµ nhiÖt l−îng kh«ng khÝ thu ®−îc do nã ®−îc sÊy s¬ bé ë phÝa tr−íc bé

sÊy kh«ng khÝ chÝnh cña lß h¬i; tthQ lµ nhiÖt l−îng do khãi t¸i tuÇn hoµn tõ “®u«i lß” vÒ buång löa.

NhiÖt l−îng do kh«ng khÝ mang vµo buång löa kkQ bao gåm nhiÖt l−îng trong

kh«ng khÝ nãng vµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät vµo buång löa, tøc lµ: Qkk = Qkkn + Qkkl (5-14)

= ( ) ( ) ( ) ( )kkl0kkngblkkl

0kkngblbl CtVCtV α∆+α∆+α∆−α∆−α

,(5-14) trong ®ã: blα∆ lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo buång löa;

ngα∆ lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo hÖ thèng nghiÒn than.

Entanpi cña khãi ë cöa ra buång löa bl''I ®−îc x¸c ®Þnh theo b¶ng I θ− øng

víi gi¸ trÞ nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa bl''θ ®· chän tr−íc ®©y.

NÕu nh− toµn bé nhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa blQ ®−îc truyÒn

hoµn toµn cho s¶n phÈm ch¸y th× ta cã nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt (cùc ®¹i) vµ th−êng gäi lµ nhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt cña nhiªn liÖu:

( )

QVc

bla

tb

θ = , (5-15)

trong ®ã ( )tb

Vc lµ tæng nhiÖt dung riªng trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y 1 kg nhiªn liÖu

trong kho¶ng nhiÖt ®é 0 aθ÷ (kJ/kgK). NhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt phô thuéc vµo d¹ng

nhiªn liÖu vµ vµo hÖ sè kh«ng khÝ thõa vµ cã gi¸ trÞ nh− sau: 1700 1850aθ = ÷ oC ®èi víi than n©u vµ than bïn;

1850 2100aθ = ÷ oC ®èi víi than ®¸, antraxit, FO vµ khÝ thiªn nhiªn.

Ver. 1.0 185

ViÖc tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn hai ph−¬ng tr×nh chñ yÕu sau:

- Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: ( ) ( ) ( )Q Q I Vcbx bl bl a blg

'' ''= ϕ − = ϕ θ −θ , (5-16)

- Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt bøc x¹:

( ) 11B Q c a xF T T 104 4tt bx 0 bl v l tr

−= − , (5-17)

ë ®©y ϕ lµ hÖ sè gi÷ nhiÖt; ( )g

Vc lµ nhiÖt dung trung b×nh cña çc chÊt khÝ

trong kho¶ng nhiÖt ®é a bl''θ ÷θ (kJ/kgoK).

Ph−¬ng tr×nh (5-17) cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh¸c:

11TB Q c a xF T 1 .10T

44 tr

tt bx 0 bl v l 4l

−⎛ ⎞= −⎜ ⎟

⎝ ⎠. (5-18)

Khi thay T1T

4tr

4l

ξ = − vµ xdψ = ξ ta ®−îc:

11B Q c a F T 104tt bx 0 bl d v l

−= ψ . (5-19)

Tõ (5-19) ta t×m ®−îc diÖn tÝch cña t−êng buång löa:

11B QF 10c a T

tt bxv 4

0 bl d l

=ψ

, m2 (5-20)

HÖ sè M kÓ ®Õn ®Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong buång löa cÇn ®−îc ®−a vµo c«ng thøc (5-20), hÖ sè nµy ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X:

M = A- B.x, (5-21) trong ®ã A vµ B lµ çc hÖ sè thùc nghiÖm, çc hÖ sè nµy cã gi¸ trÞ kh¸c nhau khi ®èt çc d¹ng nhiªn liÖu kh¸c nhau. §èi víi buång löa mét buång:

- §èt FO vµ nhiªn liÖu khÝ: M 0,54 0,2X= − ; - §èt nhiªn liÖu r¾n cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao trong buång löa phun vµ trong

buång löa ghi: M = 0,59 – 0,5M; - §èt nhiªn liÖu r¾n kÐm ph¶n øng (antraxit vµ than gÇy) trong buång löa phun

vµ çc lo¹i than cã ®é tro cao: M = 0,59 – 0,5M; §èi víi buång löa phun gi¸ trÞ tèi ®a cña M lÊy kh«ng lín h¬n 0,5 kh«ng phô thuéc vµo X .

VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a kho¶ng çch tõ ®¸y buång löa hay tõ gi÷a phÔu tro l¹nh ®Õn mÆt ph¼ng cã nhiÖt ®é cùc ®¹i cña khãi (th−êng ë ®é cao cña trôc vßi phun) hvf vµ kho¶ng çch ®Õn gi÷a cöa ra buång löa Hbl (xem h×nh vÏ 5.2):

hXH

= vf

bl

, (5-22)

Ver. 1.0 186

H×nh 5.2. VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña®iÓm cã nhiÖt ®é cùc

®¹i trong buång löa

Khi tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ buång löa, c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch bÒ mÆt t−êng buång löa cã d¹ng sau:

2

11 3" "

B Q T1F 10 15,67.a M T T M T

tt bx av 3 2

bl d bl a bl

⎛ ⎞= −⎜ ⎟ψ ⎝ ⎠

, m2 (5-23)

Khi tÝnh nhiÖt kiÓm tra buång löa ph¶i x¸c ®Þnh nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa theo c«ng thøc sau:

" T 273a1 MBo

abl 0,6

bl

θ = −⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠

, oC (5-24)

hay cô thÓ h¬n lµ c«ng thøc:

( )

"

11

T 2735,67 F a TM 10 1

B Vc

abl 0,6

3dtb v bl a

tt tb

−

θ = −⎛ ⎞ψ

+⎜ ⎟⎜ ⎟ϕ⎝ ⎠

, oC (5-25)

trong ®ã: dtbψ lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt trung b×nh cña dµn èng ®Æt trªn t−êng; ( )tb

Vc lµ

tæng nhiÖt dung trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y. 5.3. TÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong ®−êng khãi phÝa sau buång löa 5.3.1. Trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong ®−êng khãi cña lß h¬i L−îng nhiÖt hÊp thu b»ng bøc x¹ cña mét ®¬n vÞ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ë phÇn ®u«i lß ®−îc x¸c ®Þnh bëi ph−¬ng tr×nh sau

( )a 1q a T T2

4 4trbx 0 tr

+= σ − , W/m2 (5-26)

ë ®©y: a lµ ®é ®en cña khãi cã kÓ ®Õn c¸c h¹t tro chøa trong khãi; tra lµ ®é ®en cña

bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ (®Ó tÝnh táa nhiÖt bøc x¹ cho bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ta lÊy 0,08tra = ), T lµ nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña dßng khãi th−êng tÝnh b»ng trung

b×nh céng cña nhiÖt ®é khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n (K), trT lµ

nhiÖt ®é v¸ch ngoµi cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cã kÓ ®Õn b¸m bÈn (K).

Ver. 1.0 187

Ph−¬ng tr×nh (5-26) cã thÓ viÕt d−íi d¹ng kh¸c nh− sau:

( ) ( )1 T Ta 1q a T t

2 1 T T

4

tr3trbx 0 tr

tr

−+= σ θ−

−, W/m (5-27)

hay ( )q tbx bx tr= α θ− , W/m2 (5-28)

trong ®ã θ lµ nhiÖt ®é cña khãi (oC). Do ®ã hÖ sè táa nhiÖt bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y

bxα ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

( )11

T1a 1 T5,67.10 a T T2 1

T

3

tr

3trbx

tr

−

⎛ ⎞− ⎜ ⎟+ ⎝ ⎠α =−

, W/m2K (5-29)

NhiÖt ®é v¸ch èng cã b¸m tro bôi trt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ lÊy b»ng nhiÖt

®é trung b×nh cña líp bÈn b¸m bªn ngoµi trt vµ tÝnh theo ph−¬ng tr×nh:

1t t qtr

2

⎛ ⎞= + ε +⎜ ⎟α⎝ ⎠

, oC (5-30)

trong ®ã: t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i tr−êng l−u ®éng bªn trong èng, b»ng trung b×nh céng cña nhiÖt ®é ®Çu vµ nhiÖt ®é cuèi ( t (t t ) / 2' ''= + ), oC; ε lµ hÖ sè b¸m bÈn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u (trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m trªn bÒ mÆt ngoµi cña èng hoÆc cña líp chÊt chÞu löa vµ líp xØ trªn dµn èng cã gai, m2K/W; 2α lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ v¸ch èng ®Õn m«i chÊt l−u ®éng trong èng, W/m2K;

q lµ suÊt nhiÖt l−îng hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®−îc tÝnh to¸n, kW/m2. §é ®en cña m«i tr−êng khãi trong tr−êng hîp tæng qu¸t ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh sau: kpsa 1 e−= − . (5-31) TÝch sè kps gäi lµ tæng lùc hÊp thu cña s¶n phÈm ch¸y, kps cµng lín th× ®é ®en cña m«i tr−êng khãi cµng lín. Tæng lùc hÊp thu ®èi víi dßng khãi cã chøa çc h¹t tro ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

( )kps k r k psg n tr tr= + µ , (5-32)

trong ®ã: trk lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ trong thÓ tÝch cã çc h¹t tro bôi; trµ lµ nång ®é

tro trong s¶n phÈm ch¸y, g/m3. HÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi çc h¹t tro r¾n ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

1k 7

d Ttr 2n

= , (5-33)

víi nd lµ ®−êng kÝnh h¹t tro ( mµ ).

Ver. 1.0 188

ChiÒu dµy cña líp bøc x¹ gi÷a çc èng trong chïm èng ®èi l−u s phô thuéc vµo b−íc èng ngang t−¬ng ®èi 1( / )s d vµ b−íc èng däc t−¬ng ®èi 2( / )s d , th−êng

0,1 0,2s = ÷ m. 5.3.2 Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u BÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u th−êng cã d¹ng chïm èng. Trong lß h¬i m«i chÊt (h¬i, n−íc, hçn hîp h¬i n−íc) chuyÓn ®éng bªn trong èng vµ khãi chuyÓn ®éng bªn ngoµi èng. Khãi cã thÓ bäc ngang hay bäc däc chïm èng. ë bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u th−êng dßng khãi bäc ngang èng. èng ®−îc bè trÝ so le hay song song. ë bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng th× khãi ®i trong èng vµ kh«ng khÝ ®i ngang bªn ngoµi èng. Khi thiÕt kÕ cÊu t¹o çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u cña lß h¬i ph¶i x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña bÒ mÆt Êy vµ chän h×nh d¹ng tèi −u cña chïm èng. Khi ®ã ph¶i kÓ ®Õn çc ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh ®é tin cËy, ®é kinh tÕ vµ gi¸ thµnh cña toµn thiÕt bÞ. Çc kÝch th−íc h×nh häc cña çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®−îc chän tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn trao ®æi nhiÖt, b¸m tro, mµi mßn èng vµ tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó kh¾c phôc trë lùc chuyÓn ®éng cña khãi. 5.3.2.1. Çc ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n §Ó tÝnh to¸n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ta dïng hai ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n lµ ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt vµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt. Ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt (trao ®æi nhiÖt) cho phÐp x¸c ®Þnh l−îng nhiÖt hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt

kH tQ

Btt

∆= , kJ/kg (5-34)

trong ®ã: Q lµ nhiÖt l−îng do bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n hÊp thu b»ng ®èi l−u vµ bøc x¹, kJ/kg; k lµ hÖ sè truyÒn nhiÖt, W/m2K; H lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, m2; t∆ lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a m«i tr−êng nãng vµ m«i chÊt ®−îc ®èt nãng, K;

ttB lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n, kg/s.

Trong çc chïm èng ®èi l−u H (m2) ®−îc lÊy b»ng toµn bé bÒ mÆt ngoµi cña èng (vÒ phÝa khãi). BÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng ®−îc tÝnh theo ®−êng kÝnh trung b×nh cña èng. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt dïng ®Ó tÝnh nhiÖt l−îng do khãi truyÒn ®i b»ng nhiÖt l−îng do h¬i, n−íc hay kh«ng khÝ hÊp thu:

( )Q I I I0g g kklät' ''= ϕ − + ∆α , kJ/kg (5-35)

ë ®©y: g'I vµ g''I lµ entanpi cña khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n,

kJ/kg; 0kklätIα∆ lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät mang vµo.

NhiÖt l−îng do m«i chÊt (h¬i, n−íc, kh«ng khÝ) hÊp thu ®−îc tÝnh theo çc c«ng thøc sau:

- §èi víi bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u vµ bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng:

Ver. 1.0 189

( )DQ i i i QB

qxg.« bx

tt

'' '= − + ∆ − , kJ/kg (5-36)

- §èi víi bé h©m n−íc vµ vïng qu¸ ®é cña lß h¬i trùc l−u:

( )DQ i iBtt

'' '= − , kJ/kg (5-37)

trong ®ã: D lµ l−u l−îng h¬i n−íc ®i qua bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, kg/s; ''i vµ 'i lÇn l−ît lµ entanpi cña h¬i (n−íc) ë chç ra vµ chç vµo bÒ mÆt tÝnh to¸n, kJ/kg; g.«i∆ lµ

l−îng nhiÖt do 1 kg h¬i truyÒn cho n−íc lµm l¹nh (ë bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt), kJ/kg. - §èi víi bé sÊy kh«ng khÝ:

( )''0Q I I2

0skkskk skk skk" '∆α⎛ ⎞= β + −⎜ ⎟

⎝ ⎠, (5-38)

trong ®ã: skk''β lµ tû lÖ gi÷a l−îng kh«ng khÝ ë sau bé sÊy kh«ng khÝ vµ l−îng kh«ng

khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ( )''skk bl bl ngβ = α −∆α −∆α ; skkα∆ lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ vµo bé

sÊy kh«ng khÝ, ®−îc lÊy b»ng l−îng rß tõ phÝa kh«ng khÝ. §Ó x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt hoÆc l−îng nhiÖt ®−îc truyÒn ®i ta ph¶i biÕt hÖ sè truyÒn nhiÖt vµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh. 5.3.2.2. HÖ sè truyÒn nhiÖt Trong çc chïm èng ®èi l−u sù truyÒn nhiÖt tiÕn hµnh qu¸ v¸ch trô nhiÒu líp tøc lµ qua èng cã b¸m bÈn bªn ngoµi vµ çu cÆn b¸m bªn trong. Khi tÝnh nhiÖt th× hÖ sè truyÒn nhiÖt th−êng ®−îc x¸c ®Þnh theo çc c«ng thøc cho v¸ch ph¼ng nhiÒu líp. §iÒu nµy kh«ng g©y ra sai sè lín ®èi víi çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm b»ng çc èng tr¬n ®ång thêi ®¬n gi¶n rÊt nhiÒu cho viÖc tÝnh to¸n. HÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi v¸ch ph¼ng nhiÒu líp ®−îc biÓu diÔn b»ng c«ng thøc sau:

1k 1 1tr kl c

1 tr kl c 2

=δ δ δ

+ + + +α λ λ λ α

, W/m2K (5-39)

trong ®ã: 1α vµ 2α lÇn l−ît lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ m«i tr−êng nãng ®Õn v¸ch èng vµ tõ

v¸ch èng ®Õn m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, W/m2K; klδ vµ klλ lÇn l−ît lµ chiÒu dµy vµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i v¸ch èng,

W/mK; tr trε = δ λ lµ trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m trªn èng hay cßn gäi lµ hÖ

sè b¸m bÈn èng, m2K/W; c cδ λ lµ nhiÖt trë cña líp cÆn çu b¸m trªn bÒ mÆt bªn trong èng, m2K/W.

Th«ng th−êng nhiÖt trë táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch ( )11 α vµ nhiÖt trë ®i qua

líp b¸m bÈn ε cã trÞ sè lín nhÊt.

Ver. 1.0 190

NhiÒu khi trong tÝnh to¸n coi r»ng kh«ng cã c¸u cÆn b¸m vµ bá qua nhiÖt trë cña v¸ch kim lo¹i. Nh− vËy ®èi víi bé qu¸ nhiÖt hÖ sè truyÒn nhiÖt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

1

11 2 2

11 1 11

k α

ε ε αα α α

= =⎛ ⎞+ + + +⎜ ⎟⎝ ⎠

, W/m2K (5-40)

C«ng thøc nµy ®−îc dïng ®Ó tÝnh bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt. ë bé qu¸ nhiÖt th−êng 2 1000α ≥ W/m2K vµ 1 100α < W/m2K, tuy nhiªn khi kh«ng kÓ ®Õn

nhiÖt trë 21 α cã thÓ ph¹m sai sè trong viÖc x¸c ®Þnh bÒ mÆt ®èt cña bé qu¸ nhiÖt ®Õn

4%. ë bé h©m n−íc vµ bÒ mÆt sinh h¬i cã ( ) 3

2 5 20 10α = ÷ × (W/m2K) nªn nhiÖt

trë 21 α cã thÓ bá qua, do ®ã:

( )1 1k 1= α + εα , W/m2K (5-41)

ë bé sÊy kh«ng khÝ 1 2α ≈ α . V× ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ta kh«ng cã nh÷ng

sè liÖu vÒ nhiÖt trë cña líp b¸m bÈn ε vµ møc ®é bäc kh«ng ®Òu bÒ mÆt bëi dßng khãi vµ dßng kh«ng khÝ nªn ¶nh h−ëng ®ång thêi cña chóng ®−îc kÓ ®Õn b»ng hÖ sè sö dông ξ x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm. Do vËy hÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

1 2

1 2

1 2

1k 1 1α α

= ξ = ξα +α+

α α

, W/m2K (5-42)

HÖ sè sö dông ξ phô thuéc d¹ng nhiªn liÖu ®èt vµ kiÓu bé sÊy kh«ng khÝ. HÖ sè truyÒn nhiÖt k ë bé sÊy kh«ng khÝ quay (kiÓu hoµn nhiÖt) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

1 1 2 2

k 1 1x x

ξπ=

+α α

, W/m2K (5-43)

trong ®ã: 1x F / Fg= lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho khãi ®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn

tæng cña bé sÊy kh«ng khÝ; 2x F / Fkk= lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho kh«ng khÝ

®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn tæng cña b« sÊy kh«ng khÝ; 1α vµ 2α lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ khãi

®Õn v¸ch kim lo¹i vµ tõ v¸ch kim lo¹i cho kh«ng khÝ; π lµ hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña sù trao ®æi nhiÖt, ®−îc x¸c ®Þnh phô thuéc vµo tèc ®é quay cña r«to nh− sau:

n (vßng/phót) 0,5 1,0 1,5≥π 0,85 0,97 1,0

Ver. 1.0 191

HÖ sè táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch èng cña chïm èng ®èi l−u 1α ®−îc x¸c ®Þnh

theo c«ng thøc sau: ( )1 1 ®l bxα ξ α α= + , W/m2K (5-44)

trong ®ã 1ξ lµ hÖ sè sö dông kÓ ®Õn sù gi¶m l−îng nhiÖt hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn

nhiÖt do khãi bao phñ kh«ng ®Òu. §èi víi çc èng ®−îc khãi bao phñ ngang ë çc lß h¬i hiÖn ®¹i lÊy hÖ sè 1ξ = . a. HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u ®lα HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u phô thuéc vµo tèc ®é vµ nhiÖt ®é dßng, kÝch th−íc th¼ng x¸c ®Þnh, sù bè trÝ èng trong chïm, d¹ng bÒ mÆt (tr¬n hay cã çnh) vµ ®Æc ®iÓm dßng khãi bao phñ bÒ mÆt ®ã (däc, ngang hay chÐo), çc tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ch¶y qua chïm èng, vµ trong mét sè tr−êng hîp vµo nhiÖt ®é v¸ch èng.

* HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt song song vµ çc b¨ng èng, tÝnh chung cho toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ theo ®−êng kÝnh ngoµi cña èng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

0,2 Re Pr C Cd

0,65 0,33®l z s

λα = , W/m2K (5-45)

víi zC ®−îc hiÖu chØnh vÒ sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i, ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc

vµo sè d·y trung b×nh trong tõng chïm nhá cña chïm èng ®−îc kh¶o s¸t nh− sau:

( )10 0,91 0,0125 2

10 12 z 2

2 z

z C zz C

⎧ < → = + −⎪⎨

≥ → =⎪⎩, (5-45a)

vµ sC ®−îc hiÖu chØnh vÒ ®Æc tÝnh h×nh häc cña chïm èng, tïy thuéc vµo b−íc däc vµ

ngang t−¬ng ®èi, 2σ vµ 1σ :

( )1 2 3 12

-23

2s 1C σσ

⎡ ⎤⎛ ⎞= + − −⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

, (5-45b)

trong ®ã 1 1s dσ = vµ 2 2s dσ = .

Khi 2 ≥ 2, 1 < 1,5 th× Cs =1, (5-45c)

Khi 2 < 2, 1 > 3 th× thay 1 = 3 vµo c«ng thøc (5-45b) * HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt sole ®−îc

x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Re Pr C Cd

0,6 0,33®l s z' '

λα = , W/m2K (5-46)

trong ®ã: s'C lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo b−íc ngang t−¬ng ®èi 1σ vµ

vµo gi¸ trÞ cña

11

1

2'σ

σ −ϕ =

σ −, (5-47)

Ver. 1.0 192

ë ®©y 2'σ lµ b−íc t−¬ng ®èi trung b×nh theo ph−¬ng ®−êng chÐo gi÷a c¸c èng, vµ z'C

lµ hiÖu chØnh sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i.

Ver. 1.0 193

* §èi víi chïm èng trong ®ã mét phÇn èng bè trÝ sole, mét sè èng bè trÝ song song th×:

H HH H

sole sole ss ss®l

sole ss

α +αα =

+, W/m2K (5-48)

NÕu phÇn èng bè trÝ sole (song song) > 85% toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt th× chïm èng ®ã ®−îc coi nh− lµ chïm èng sole (song song).

* HÖ sè táa nhiÖt khi bao phñ däc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bëi dßng rèi mét pha (khãi, kh«ng khÝ, n−íc, h¬i) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

0,023 Re Pr C C Cd

0,8 0,4®l t d l

λα = , W/m2K (5-49)

trong ®ã: tC lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ nhiÖt ®é phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dßng khãi vµ

nhiÖt ®é v¸ch èng; dC lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ ®−êng kÝnh èng; lC lµ hÖ sè hiÖu chØnh

vÒ chiÒu dµi t−¬ng ®èi (khi (l / d) 50≥ th× 1lC = ).

* HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ quay (tèc ®é quay cña r«to 1,5 5n = ÷ vßng/phót) vÒ phÝa khãi vµ vÒ phÝa kh«ng khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc

sau:

dA Pr C C

d

0,8

0,4t®®l t l

t®

ωλ ⎛ ⎞α = ⎜ ⎟ν⎝ ⎠, W/m2K (5-50)

ë ®©y: A lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh bëi lo¹i vËt liÖu vµ c¸ch bè trÝ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt; λ lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña khãi vµ kh«ng khÝ, W/mK; t®d lµ ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng, m;

ω l� tèc ®é tÝnh to¸n cña khãi vµ kh«ng khÝ, m/s. b. HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y bxα HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau

( )

qt

bxbx

tr

α =θ−

, W/m2K (5-51)

5.3.2.3. §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh cho toµn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµ hiÖu sè nhiÖt ®é cña m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, phô thuéc vµo ph−¬ng chuyÓn ®éng t−¬ng hç gi÷a hai m«i tr−êng.

H×nh 5.3. Sù thay ®æi nhiÖt ®é cña c¸c m«i tr−êng däc theo bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. a - ChuyÓn ®éng cïng chiÒu; b - ChuyÓn ®éng ng−îc chiÒu.

Ver. 1.0 194

Trong tr−êng hîp hai dßng chuyÓn ®éng cïng chiÒu thuÇn tóy vµ ng−îc chiÒu thuÇn tóy th× ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh ®−îc tÝnh nh− lµ hiÖu trung b×nh logarit çc nhiÖt ®é m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng (xem h×nh vÏ 5.3)

ln

t tt tt

∆ −∆∆ =

∆∆

l b

l

b

, oC (5-52)

trong ®ã: lt∆ lµ hiÖu sè nhiÖt ®é lín cña 2 m«i tr−êng;

bt∆ lµ hiÖu sè nhiÖt ®é nhá cña 2 m«i tr−êng (nãng vµ ®−îc ®èt nãng).

Khi t 1,7t

l

b

∆≤

∆ th× víi ®é chÝnh x¸c cho phÐp cã thÓ tÝnh t∆ nh− sau:

t tt t

2l b∆ + ∆

∆ = = θ− , oC (5-53)

trong ®ã θ vµ t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña hai m«i tr−êng. Khi nhiÖt ®é cña mét trong hai m«i chÊt kh«ng thay ®æi còng cã thÓ tÝnh t∆ theo çc c«ng thøc trªn.

NÕu t 0,92 tth ng∆ ≥ ∆ th× ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é ®èi víi s¬ ®å phøc t¹p bÊt kú nµo

còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

t t

t2

th ng∆ + ∆∆ = , oC (5-54)

trong ®ã tht∆ vµ ngt∆ lÇn l−ît lµ ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh khi hai dßng cïng chiÒu

vµ ng−îc chiÒu hoµn toµn. §èi víi s¬ ®å hçn hîp song song vµ hçn hîp nèi tiÕp ta x¸c ®Þnh t∆ nh− sau: t tng∆ = ψ∆ , oC (5-55)

víi ψ lµ hÖ sè tÝnh ®æi tõ s¬ ®å dßng ng−îc chiÒu sang s¬ ®å phøc t¹p h¬n. HÖ sè ψ trong dßng c¾t nhau tïy thuéc sè lÇn c¾t nhau vµ sù thay ®æi nhiÖt ®é cña m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng. 5.4 TÝnh nhiÖt thiÕt bÞ lß h¬i 5.4.1 Kh¸i niÖm TÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ lµ tÝnh chÕ t¹o hay tÝnh kiÓm tra. Ph−¬ng ph¸p tÝnh lµ chung cho c¶ hai tr−êng hîp. TÝnh nhiÖt chÕ t¹o vµ tÝnh nhiÖt kiÓm tra kh¸c nhau ë môc ®Ých tÝnh vµ çc ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m. TÝnh nhiÖt chÕ t¹o nh»m x¸c ®Þnh kÝch th−íc buång löa vµ ®é lín bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña mäi phÇn tö cña lß h¬i ®−îc thiÕt kÕ, ®Ó ®¶m b¶o nhËn ®−îc s¶n l−îng h¬i vµ çc th«ng sè ®Þnh møc cña h¬i øng víi thµnh phÇn nhiªn liÖu vµ nhiÖt ®é n−íc cÊp cho tr−íc. Trong nhiÖm vô tÝnh to¸n ph¶i cho biÕt s¶n l−îng h¬i ®Þnh møc cña lß, çc th«ng sè cña h¬i ë chç ra khái bé qu¸ nhiÖt, nhiÖt ®é n−íc cÊp vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. KiÓu lß, ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu, kiÓu buång löa, nhiÖt ®é khãi

Ver. 1.0 195

tho¸t vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng hoÆc cho tr−íc trong nhiÖm vô thiÕt kÕ hoÆc chän tïy thuéc vµo çc th«ng sè h¬i, s¶n l−îng h¬i cña lß vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. NÕu lß h¬i cã bé qu¸ nhiÖt trung gian th× trong nhiÖm vô thiÕt kÕ cÇn cho biÕt l−u l−îng vµ th«ng sè cña h¬i qu¸ nhiÖt trung gian ë chç vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt trung gian. ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra ®−îc tiÕn hµnh cho lß h¬i ®· cã s½n, nh− vËy lµ ®· biÕt kiÓu lß h¬i vµ buång löa, ®Æc tÝnh h×nh häc cña çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c cña lß. Môc ®Ých tÝnh ë ®©y lµ x¸c ®Þnh ®é kinh tÕ cña lß vµ ®¸nh gi¸ møc ®é lµm viÖc tin cËy cña lß ®èi víi nhiªn liÖu ®· cho, ph¸t hiÖn çc ®Æc tÝnh nhiÖt cña lß ë nh÷ng phô t¶i kh¸c nhau vµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh (sù lµm viÖc cña lß h¬i). ViÖc tÝnh to¸n cã thÓ thùc hiÖn ë phô t¶i ®Þnh møc vµ ë phô t¶i kh¸c ®Þnh møc. TÝnh kiÓm tra còng ®−îc tiÕn hµnh sau khi c¶i tiÕn buång löa hoÆc çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c nh»m n©ng cao s¶n l−îng vµ tÝnh kinh tÕ cña thiÕt bÞ lß h¬i. TÝnh kiÓm tra ®−îc thùc hiÖn khi thay ®æi nhiÖt ®é n−íc cÊp, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt, nhiªn liÖu ®èt cã tÝnh chÊt kh¸c so víi nhiªn liÖu dïng khi thiÕt kÕ. Çc ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m khi tÝnh kiÓm tra lµ nhiÖt ®é khãi ë cuèi buång löa bl''θ vµ trªn däc ®−êng khãi ®i vµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é vµ tèc ®é khãi,

n−íc, h¬i, kh«ng khÝ ë tõng phÇn tö cña lß h¬i. Sau khi tÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ trªn c¬ së çc sè liÖu nhËn ®−îc ®Ó tiÕn hµnh tÝnh khÝ ®éng, thñy ®éng, søc bÒn vµ chÕ ®é nhiÖt ®é cña çc èng, chÕ ®é n−íc vµ chÊt l−îng h¬i, ®éng lùc häc cña thiÕt bÞ lß h¬i vµ toµn bé khèi lß h¬i tuabin. TiÕp sau ®ã tÝnh hÖ thèng chuÈn bÞ nhiªn liÖu vµ çc phÇn tö cña lß nh− vßi phun chÝnh, vßi phun phô, � 5.4.2 Nh÷ng ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ThiÕt bÞ lß h¬i bao gåm mét sè l−îng lín çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt nèi tiÕp nhau däc ®−êng khãi ®i. Sù lµm viÖc cña tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ cña toµn bé lß h¬i ®−îc m« t¶ b»ng mét hÖ çc ph−¬ng tr×nh: C©n b»ng vËt chÊt, c©n b»ng n¨ng l−îng, trao ®æi nhiÖt vµ trao ®æi chÊt, tr¹ng th¸i vµ chuyÓn ®éng. 1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt ®−îc viÕt c¶ cho chÊt t¶i nhiÖt vµ cho khãi.

§èi víi chÊt t¶i nhiÖt ta cã: D D Dh ncÊp x¶= + , kg/s (5-56)

§èi víi khãi ta cã: ( )V V 1 V0 0

k k kk= + α − , (5-57)

2. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng a. Ph−¬ng tr×nh liªn hÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra vµ l−îng nhiÖt sö dông trong thiÕt bÞ lß h¬i:

( ) ( ) ( )BQ D i i D i i D i ilv r vt lß qn nc trg trg trg x¶ nc'η = − + − + − , (5-58)

víi 6

ii 2

1 qlß=

η = −∑ , %

Ver. 1.0 196

b. Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn sù c©n b»ng gi÷a l−îng nhiÖt nhËn ®−îc tõ s¶n phÈm ch¸y céng víi l−îng lät kh«ng khÝ l¹nh vµ nhiÖt l−îng truyÒn cho m«i chÊt vµ to¶ vµo m«i tr−êng xung quanh:

( )B I I Q D itt lät'' '⎡ ⎤ϕ − + ∆ = ∆⎣ ⎦ , (5-59)

3. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i Khãi lµ mét hçn hîp nhiÒu chÊt khÝ kh¸c nhau. Quan hÖ gi÷a thÓ tÝch khãi vµ nhiÖt ®é ®−îc thÓ hiÖn qua ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ lý t−ëng. NhiÖt dung riªng cña tõng chÊt khÝ thµnh phÇn trong khãi phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ cho trong çc b¶ng. Sù liªn hÖ gi÷a çc th«ng sè cña chÊt t¶i nhiÖt (ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i) ®−îc cho d−íi d¹ng b¶ng (b¶ng çc tÝnh chÊt vËt lý nhiÖt cña n−íc vµ lß h¬i). 4. Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt §−îc viÕt riªng cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Khi tÝnh to¸n ta gi¶i ph−¬ng tr×nh nµy cïng víi çc ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt vµ c©n b»ng n¨ng l−îng viÕt cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt diÔn t¶ sù kh«ng thay ®æi l−u l−îng cña chÊt t¶i nhiÖt vµ cña khãi theo thêi gian. §èi víi chÊt t¶i nhiÖt th× ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ cã thÓ cã sù thay ®æi l−u l−îng chÊt t¶i ë ®Çu hay cuèi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, cßn trong ph¹m vi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt l−u l−îng kh«ng thay ®æi

D = const (5-60a) §èi víi ®−êng khãi ta coi r»ng cã lät kh«ng khÝ l¹nh ë ®Çu vµ cuèi bÒ mÆt

truyÒn nhiÖt, b¶n th©n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm viÖc víi l−îng lät kh«ng ®æi vµ ®−îc tÝnh b»ng gi¸ trÞ trung b×nh sè häc:

BVk = const (5-60b) §èi víi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u vµ nöa bøc x¹ ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt cã d¹ng D i kH t∆ = ∆ , (5-60c) trong ®ã t∆ lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh logarit. HÖ çc ph−¬ng tr×nh (5-60a) - (5-60c) ®−îc viÕt cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. 5.4.3. Thø tù tÝnh to¸n 1. Thø tù tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ lß h¬i cã bao h¬i (cã tuÇn hoµn tù nhiªn)

Ph¸c th¶o kiÓu d¸ng lß h¬i; - TÝnh to¸n thÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y. X¸c ®Þnh thÓ tÝch thùc cña kh«ng khÝ vµ s¶n phÈm ch¸y (khãi); - X¸c ®Þnh entanpi cña s¶n phÈm ch¸y vµ cña kh«ng khÝ; - TiÕn hµnh c©n b»ng nhiÖt cña lß h¬i, x¸c ®Þnh çc tæn thÊt nhiÖt 2q , 3q , 4q ,

5q , 6q , tÝnh hiÖu suÊt cña lß h¬i, tÝnh l−îng nhiªn liÖu tiªu hao thùc tÕ vµ l−îng nhiªn

liÖu tiªu hao tÝnh to¸n; - ThiÕt kÕ buång löa: Chän tiÕt diÖn buång löa dùa vµo nhiÖt thÕ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña buång löa fq (kW/m2), chän s¬ bé nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa

Ver. 1.0 197

θ bl'' , sau ®ã x¸c ®Þnh diÖn tÝch toµn bé çc t−êng cña buång löa vF (m2), diÖn tÝch bÒ

mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cña çc dµn èng sinh h¬i ®Æt trong buång löa. ViÖc tÝnh to¸n nhiÖt buång löa ®−îc kÕt thóc b»ng viÖc kiÓm tra sù phï hîp cña nhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa vq (kW/m3), gi¸ trÞ cña nã kh«ng ®−îc v−ît gi¸ trÞ giíi h¹n cho

trong çc b¶ng; - TÝnh nhiÖt pheston hoÆc bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng ®Æt ë cöa ra buång löa; - Ph©n phèi nhiÖt l−îng cho çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt sau buång löa; - ThiÕt kÕ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u; - ThiÕt kÕ bé h©m n−íc; - ThiÕt kÕ bé sÊy kh«ng khÝ.

2. Thø tù tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i ®−îc thùc hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn tiÕp. Lóc ®Çu cho s¬ bé nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß h¬i th¶iθ , trªn c¬ së ®ã thùc hiÖn

tÝnh nhiÖt cña lß h¬i vµ tÝnh to¸n chÝnh x¸c gi¸ trÞ cña th¶iθ . TiÕp ®ã x¸c ®Þnh hiÖu suÊt

cña lß h¬i lßη vµ tÝnh çc l−îng nhiªn liÖu tiªu hao B , ttB . Sau khi chän s¬ bé gi¸ trÞ

cña nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng KKNt cã thÓ tÝnh nhiÖt cña buång löa vµ çc bÒ mÆt

truyÒn nhiÖt kh¸c. NhiÖm vô cña viÖc tÝnh buång löa lµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é thùc cña khãi ë cöa ra buång löa θ bl'' . Tr−íc hÕt cho s¬ bé mét gi¸ trÞ cña θ bl'' vµ sÏ lµm chÝnh x¸c sau ®ã

theo c«ng thøc:

0,6

T 273a1 MBo

abl

bl

''θ = −⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠

, oC (5-61)

Khi cã sù sai kh¸c lín (trªn 100 oC) ph¶i chän gi¸ trÞ kh¸c cña bl''θ vµ tÝnh l¹i.

ViÖc tÝnh çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®Æt sau buång löa còng theo ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn tiÕp. TÝnh CBQ vÒ phÝa khãi hay vÒ phÝa m«i chÊt sau ®ã so s¸nh CBQ

víi TNQ . ë pheston sai kh¸c gi÷a CBQ vµ TNQ cho phÐp ®Õn 5%, ®èi víi çc bÒ mÆt

truyÒn nhiÖt ®èi l−u kh¸c cho phÐp sai kh¸c gi÷a CBQ vµ TNQ lµ 2%.

ViÖc tÝnh to¸n ®−îc coi lµ kÕt thóc nÕu gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é khãi th¶i th¶iθ chän

s¬ bé vµ gi¸ trÞ tÝnh to¸n sai kh¸c nhau b»ng hoÆc nhá h¬n 10± oC vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng chän vµ tÝnh sai kh¸c nhau nhá h¬n hay b»ng 40± oC. NÕu kh«ng tháa m·n nh÷ng yªu cÇu trªn ph¶i tÝnh l¹i b»ng viÖc chän gi¸ trÞ míi cña th¶iθ .

Ngµy nay cã thÓ øng dông nh÷ng thµnh tùu cña c«ng nghÖ th«ng tin vµo viÖc gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt cña lß h¬i. Muèn vËy tr−íc hÕt ph¶i x©y dùng m« h×nh to¸n cña lß h¬i, lËp tr×nh ®Ó gi¶i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. Thêi gian gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt lß h¬i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö kho¶ng d−íi 10 phót.

complete 198

Ch−¬ng 6. Qu¸ tr×nh thñy ®éng trong lß h¬i 6.1 B¶n chÊt vµ ý nghÜa cña sù tuÇn hoµn n−íc trong lß h¬i. ChÕ ®é nhiÖt ®é cña èng ®−îc ®èt nãng.

Sù lµm viÖc tin cËy cña thiÕt bÞ lß h¬i yªu cÇu ph¶i tæ chøc ®óng ®¾n çc qu¸ tr×nh x¶y ra trong phÇn h¬i n−íc cña lß tøc lµ çc qu¸ tr×nh bªn trong lß ®Ó ®¶m b¶o cho nhiÖt ®é v¸ch èng kim lo¹i gÇn nhÊt víi nhiÖt ®é cña m«i chÊt. Mét trong nh÷ng qu¸ tr×nh quan träng Êy lµ sù tuÇn hoµn cña n−íc, nã t¹o ra sù chuyÓn ®éng liªn tôc cña n−íc vµ hçn hîp h¬i n−íc trong lß vµ kÕt qu¶ lµ cã thÓ thu nhiÖt tõ bÒ mÆt kim lo¹i víi c−êng ®é cao.

ë bé h©m n−íc vµ bé qu¸ nhiÖt th× sù chuyÓn ®éng cña n−íc vµ h¬i lµ do t¸c dông c−ìng bøc cña b¬m hay hiÖu ¸p suÊt gi÷a h¬i trong bao h¬i vµ trong bé qu¸ nhiÖt. Trong bÒ mÆt ®èt sinh h¬i sù chuyÓn ®éng cña n−íc vµ hçn hîp h¬i n−íc lµ do t¸c dông c−ìng bøc cña b¬m tuÇn hoµn hoÆc do chªnh lÖch khèi l−îng riªng cña m«i chÊt ®−îc ®èt nãng vµ kh«ng ®−îc ®èt nãng tøc lµ tuÇn hoµn tù nhiªn. VÝ dô vÒ mét vßng tuÇn hoµn tù nhiªn ®¬n gi¶n ®−îc biÓu diÔn trong h×nh vÏ 6.1.

Vßng tuÇn hoµn lµ mét vßng kÝn gåm bao h¬i çc èng ®Êu song song vµ èng gãp. Trong vßng tuÇn hoµn hçn hîp h¬i n−íc chØ chuyÓn ®éng trong mét phÇn cña vßng tuÇn hoµn v× trong bao h¬i trªn hay èng gãp trªn çc bät h¬i t¸ch ra khái n−íc, cßn

n−íc l¹i tiÕp tôc tuÇn hoµn nhiÒu lÇn trong vßng. Thùc ra vßng tuÇn hoµn thùc tÕ phøc t¹p h¬n,

nh−ng khi çc èng ®−îc ®èt nãng nh− nhau vµ cã çc kÝch

th−íc nh− nhau th× ta còng cã thÓ coi nã nh− mét vßng tuÇn hoµn ®¬n gi¶n. Sù lµm viÖc tin cËy cña çc bÒ mÆt ®èt ®−îc x¸c ®Þnh bëi chÕ ®é nhiÖt ®é cña kim lo¹i èng. Khi t¨ng nhiÖt ®é th× søc bÒn cña kim lo¹i gi¶m ®i. Mçi lo¹i thÐp cã mét nhiÖt ®é giíi h¹n cho phÐp, khi v−ît nhiÖt ®é Êy trong thêi gian dµi cã thÓ dÉn ®Õn h− háng èng. èng còng cã thÓ bÞ h− háng khi nhiÖt ®é v¸ch cña nã bÞ dao ®éng mét çch hÖ thèng mÆc dï nhiÖt ®é v¸ch thÊp h¬n nhiÖt ®é giíi h¹n cho phÐp, v× dao ®éng nhiÖt ®é mµ sinh ra nh÷ng néi øng suÊt bæ sung, khi sè chu kú dao ®éng kh¸ lín th× øng suÊt nµy lµm h− háng kim lo¹i do hiÖn t−îng mái. Møc ®é lµm viÖc tin cËy cña bÒ mÆt ®èt ®−îc x¸c ®Þnh bëi ®é lµm viÖc tin cËy cña mäi èng ®Êu song song. NÕu mét èng nµo ®ã lµm viÖc kh«ng tin cËy th× sù lµm viÖc cña toµn bÒ mÆt ®èt lµ kh«ng tin cËy. Do ®ã chÕ ®é lµm viÖc cña mçi èng ph¶i kh¸c rÊt Ýt so víi chÕ ®é tÝnh to¸n trung b×nh. NhiÖt ®é kim lo¹i v¸ch èng ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

H×nh 6.1.S¬ ®å vßng tuÇn hoµn tù nhiªn ®¬n gi¶n. htb lµ chiÒu cao vßng tuÇn hoµn; hkdn lµ chiÒu cao ®o¹n èng kh«ng ®èt nãng; hs lµ chiÒu cao cña ®iÓm b¾t ®Çu s«i; hdn lµ chiÒu cao ®o¹n èng cã ®èt nãng.

complete 199

( )max

1t t t q1V T

M 2

⎛ ⎞δ= + ∆ +βµ +⎜ ⎟⎜ ⎟λ +β α⎝ ⎠

, oC (6-1)

trong ®ã: t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i chÊt l−u ®éng trong èng ë tiÕt diÖn tÝnh to¸n, oC; Tt∆ lµ ®é v−ît cña nhiÖt ®é m«i tr−êng l−u ®éng trong èng so víi nhiÖt ®é

trung b×nh, oC; µ lµ hÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt theo chu vi èng, lµ tû sè gi÷a nhiÖt ®é thùc tÕ vµ

nhiÖt ®é mµ èng cã thÓ cã khi nã ®−îc ®èt nãng ®ång ®Òu bëi dßng nhiÖt maxq , ®èi víi

èng sinh h¬i cña lß h¬i cã ¸p suÊt d−íi tíi h¹n lÊy 1=µ ;

( )d d d d 2trβ = = − δ lµ tû sè gi÷a ®−êng kÝnh ngoµi vµ ®−êng kÝnh trong cña

èng; δ lµ chiÒu dµy v¸ch èng, m; Mλ lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i v¸ch èng, kW/mK, nã phô thuéc vµo nh·n

hiÖu thÐp vµ vµo nhiÖt ®é. §Ó tÝnh Mλ th× lÊy nhiÖt ®é 50Vt t= + oC;

2α lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ v¸ch èng ®Õn m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, kW/m2K;

maxq lµ phô t¶i nhiÖt ®é ë ®iÓm hÊp thu nhiÖt cùc ®¹i cña èng chÞu phô t¶i lín

nhÊt, kW/m2. Tõ c«ng thøc (6-1) ta thÊy r»ng nhiÖt ®é v¸ch èng phô thuéc vµo nhiÖt ®é m«i

chÊt l−u ®éng trong èng, vµo phô t¶i nhiÖt vµ hÖ sè táa nhiÖt 2α . Tr−êng hîp nguy hiÓm nhÊt cho sù lµm viÖc cña kim lo¹i lµ sù kÕt hîp (kh«ng

thuËn lîi) gi÷a phô t¶i nhiÖt cao vµ nhiÖt ®é m«i chÊt cao cã kÌm theo gi¸ trÞ thÊp cña

2α vµ Mλ khi èng cã v¸ch dµy.

Phô t¶i nhiÖt phô thuéc vµo chç ®Æt bÒ mÆt ®èt. ë buång löa bét than phô t¶i nhiÖt trung b×nh cña çc bÒ mÆt ®èt bøc x¹ b»ng 20 50q = ÷ kW/m2. Phô t¶i nhiÖt lín nhÊt ë vïng trung t©m ngän löa khi ®èt nhiªn liÖu r¾n ®¹t ®Õn 250 300÷ kW/m2, khi ®èt nhiªn liÖu láng b»ng 500 600÷ kW/m2.

ë çc bÒ mÆt ®èt ®èi l−u phô t¶i nhiÖt Ýt khi lín h¬n 50 75÷ kW/m2, ë çc bÒ mÆt ®èt ®Æt xa buång löa phô t¶i nhiÖt gi¶m ®Õn 2 10÷ kW/m2. HÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i Mλ phô thuéc thµnh phÇn hãa häc cña thÐp vµ nhiÖt ®é.

HÖ sè táa nhiÖt bªn trong èng 2α khi dßng mét pha chuyÓn ®éng trong èng (h¬i, n−íc) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

( )B

0,24d

0,8

2 0,2td

ρωα = , kW/m2K , (6-2)

trong ®ã CB

0,4

0,6P⎛ ⎞= λ⎜ ⎟µ⎝ ⎠

lµ hÖ sè phô thuéc vµo lo¹i vËt chÊt vµ nhiÖt ®é.

Çc th«ng sè vËt lý ®−îc tÝnh theo nhiÖt ®é cña dßng. Tõ c«ng thøc (6-2) ta thÊy hÖ sè táa nhiÖt 2α tû lÖ thuËn víi tèc ®é lòy thõa 0,8 . Cho nªn cã thÓ nhËn ®−îc

complete 200

hÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u tháa m·n vÒ kü thuËt b»ng çch t¨ng tèc ®é khèi l−îng ( )ρω . HÖ sè B ®Æc tr−ng cho çc th«ng sè vËt lý vµ thay ®æi tïy thuéc ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é. Khi n−íc s«i chuyÓn ®éng trong çc èng sinh h¬i th× hÖ sè táa nhiÖt phô thuéc chÕ ®é chuyÓn ®éng cña dßng vµ phô t¶i nhiÖt. Khi s«i m¹nh th× cã hÖ sè táa nhiÖt cao (kho¶ng 10 150÷ kW/m2K, ®ång thêi khi t¨ng q th× 2α t¨ng lªn cho ®Õn khi ®¹t ®Õn

phô t¶i tíi h¹n thq . Do vËy nhiÖt ®é v¸ch èng trong tr−êng hîp s«i m¹nh gÇn b»ng

nhiÖt ®é s«i. Sau khi ®¹t ®Õn thq th× hÖ sè táa nhiÖt gi¶m xuèng ®ét ngét tïy thuéc sù

chuyÓn ®éng cña dßng hai pha. 6.2 Çc chÕ ®é chuyÓn ®éng cña dßng hçn hîp h¬i n−íc 6.2.1. èng ®øng: Cã bèn chÕ ®é chuyÓn ®éng c¬ b¶n cña hçn hîp h¬i n−íc trong èng th¼ng ®øng nh− sau (h×nh vÏ 6.2):

1. ChuyÓn ®éng cña çc bät h¬i nhá trong n−íc chñ yÕu däc theo trôc èng d−íi d¹ng xÝch. ChuyÓn ®éng cña çc bät h¬i nh− vËy gäi lµ chÕ ®é chuyÓn ®éng bät, chÕ ®é nµy tån t¹i khi hµm l−îng h¬i bÐ.

2. ChuyÓn ®éng cña çc bät h¬i liÒn thµnh çc bät h¬i lín trong n−íc, ®«i khi çc bät lín nµy cã chiÒu dµi ®Õn 0,5 m vµ lín h¬n vµ tr«ng gièng ®Çu ®¹n. Ng−êi ta gäi nã lµ chÕ ®é chuyÓn ®éng ®Çu ®¹n, vµ nã tån t¹i khi tèc ®é chuyÓn ®éng cña hçn hîp h¬i n−íc lín h¬n tèc ®é trong chÕ ®é chuyÓn ®éng bät. ë ®©y çc ®Çu ®¹n h¬i çch ly v¸ch èng b»ng mét mµng n−íc.

3. ChuyÓn ®éng cña cét h¬i liªn tôc d−íi d¹ng thanh dµi cã çc giät n−íc lÉn vµo, cét h¬i çch bÒ mÆt èng bëi mét mµng n−íc máng. ChÕ ®é nµy gäi lµ chÕ ®é chuyÓn ®éng thanh, chÕ ®é nµy x¶y ra khi tèc ®é cña hçn hîp h¬i n−íc lín h¬n tèc ®é trong chÕ ®é ®Çu ®¹n.

4. ChuyÓn ®éng cña h¬i víi sù ph©n bè ®Òu çc giät Èm trªn toµn tiÕt diÖn èng ®−îc gäi lµ chÕ ®é chuyÓn ®éng nhò t−¬ng, nã x¶y ra khi hµm l−îng h¬i cao h¬n so víi chÕ ®é thanh.

H×nh 6.2. Çc chÕ ®é chuyÓn ®éng cña hçn hîp h¬i n−íc trong èng ®øng a - Bät; b - ®Çu ®¹n; c - thanh; d - nhò t−¬ng.

ChÕ ®é chuyÓn ®éng thanh cña hçn hîp h¬i n−íc lµ tèt nhÊt v× mµng máng n−íc däc theo v¸ch èng sÏ lÊy nhiÖt ra khái v¸ch kim lo¹i èng, do ®ã èng ®−îc lµm m¸t vµ nhiÖt ®é kim lo¹i èng sÏ gÇn b»ng nhiÖt ®é m«i chÊt chuyÓn ®éng trong èng.

complete 201

6.2.2. èng n»m ngang: ë èng n»m ngang lùc hÊp dÉn t¸c dông vu«ng gãc víi ph−¬ng dßng ch¶y. V× thÕ sù ph©n bè pha trong tiÕt diÖn èng phô thuéc vµo t−¬ng quan gi÷a lùc n©ng vµ lùc hÊp dÉn. Tèc ®é dßng cµng lín lùc n©ng cµng lín, phÇn t©m dßng cµng ®−îc b·o hßa nhiÒu bät h¬i h¬n vµ dßng cµng gÇn ®èi xøng h¬n. Khi gi¶m tèc ®é th× cµng mÊt tÝnh ®èi xøng cña dßng, n−íc sÏ n»m ë phÇn d−íi cña èng. Khi tèc ®é dßng nhá qu¸ d−íi mét møc nµo ®ã th× lùc hÊp dÉn lín h¬n h¼n lùc n©ng vµ dßng bÞ ph©n líp, cã nghÜa lµ h¬i chuyÓn ®éng phÝa trªn vµ n−íc phÝa d−íi nh− biÓu diÔn trong h×nh vÏ 6.3.

H×nh 6.3. ChÕ ®é l−u ®éng

ph©n líp cña hçn hîp h¬i n−íc. 6.3. Çc ®Æc tÝnh, th«ng sè vµ ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña m«i chÊt 6.3.1. Çc ph−¬ng tr×nh thñy ®éng lùc vµ trao ®æi nhiÖt chñ yÕu trong ®−êng h¬i - n−íc cña lß h¬i

Çc qu¸ tr×nh thñy ®éng lùc vµ trao ®æi nhiÖt trong ®−êng h¬i n−íc cña lß h¬i

x¶y ra trong çc èng. V¸ch èng cã çc tÝnh chÊt nhÊt ®Þnh nh−: tÝnh dÉn nhiÖt, nhiÖt dung, khèi l−îng. Trªn bÒ mÆt èng diÔn ra çc qu¸ tr×nh tõ m«i tr−êng xung quanh ®Õn bÒ mÆt ngoµi cña èng vµ tõ bÒ mÆt trong cña èng ®Õn m«i chÊt l−u ®éng trong èng. Çc tÝnh chÊt cña v¸ch èng vµ çc qu¸ tr×nh diÔn ra trªn v¸ch èng ®−îc kÓ ®Õn b»ng nh÷ng ®iÒu kiÖn biªn cña çc ph−¬ng tr×nh m« t¶ çc qu¸ tr×nh diÔn ra trong ®−êng h¬i - n−íc. Çc ph−¬ng tr×nh nµy gåm cã: ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt, ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng cña dßng m«i chÊt vµ v¸ch bäc dßng vµ ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng (hay cßn gäi lµ ph−¬ng tr×nh ®éng l−îng).

- Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt cã d¹ng sau:

G f 0z

∂ ∂ρ+ =

∂ ∂τ; (6-3)

- Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng cña dßng m«i chÊt:

( ) ( )Gi i

f qz t

∂ ∂ ρ+ =

∂ ∂τ; (6-4)

- Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt cña v¸ch r·nh (èng) bÞ ®èt nãng:

( )tq q mC C t tzkl

t ng kl kl

∂= − = α −

∂. (6-5)

Trong çc ph−¬ng tr×nh trªn cã çc ký hiÖu nh− G , ρ , i , z t−¬ng øng lµ l−u l−îng ch¶y qua r·nh (èng), mËt ®é, entanpi, vµ täa ®é trïng víi ph−¬ng chuyÓn ®éng

complete 202

cña m«i chÊt; f , tq , ngq lÇn l−ît lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn, mËt ®é dßng nhiÖt tuyÕn tÝnh

trªn bÒ mÆt trong vµ bÒ mÆt ngoµi cña r·nh (èng); m lµ khèi l−îng cña 1 m kim lo¹i v¸ch r·nh (èng) (cßn gäi lµ khèi l−îng tuyÕn tÝnh cña kim lo¹i v¸ch r·nh); klt , klC lµ

nhiÖt ®é vµ nhiÖt dung cña kim lo¹i; α lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ v¸ch ®Õn m«i chÊt; C lµ chu vi bªn trong cña tiÕt diÖn r·nh (víi èng ta cã tC dπ= ).

- Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng hay cßn gäi lµ ph−¬ng tr×nh b¶o toµn ®éng l−îng cña m«i chÊt l−u ®éng trong r·nh cã d¹ng sau:

2p k gsin

z z 2∂ ∂ω ∂ω ω ρ

− = ρ +ρω + ±ρ α∂ ∂τ ∂

. (6-6)

TÝch ph©n hai vÕ ph−¬ng tr×nh (6-6) trong giíi h¹n tõ ®Çu r·nh

1 1z 0 ( , p p ) = ω = ω = ®Õn cuèi r·nh 2 2z l ( , p p ) = ω = ω = ta ®−îc ph−¬ng tr×nh ®éng

l−îng d−íi d¹ng tÝch ph©n nh− sau:

2

1

l l h2

1 20 0 0

p p k z z g h2

d d d dω

ω

ω ρ ∂ω− = + ωρ ω+ ± ρ

∂τ∫ ∫ ∫ ∫ , (6-7)

trong ®ã sinh l α= . Ta thÊy r»ng trong vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh (6-7) çc sè h¹ng lÇn l−ît biÓu diÔn lùc ma s¸t, lùc gia tèc dßng, lùc qu¸n tÝnh, vµ lùc träng tr−êng. Nh− vËy gi¸ng ¸p trong r·nh 1 2p p p∆ = − dïng ®Ó kh¾c phôc bèn lo¹i lùc sinh ra khi chÊt láng chuyÓn

®éng trong ®ã. - HÖ bèn ph−¬ng tr×nh trªn ®−îc bæ sung thªm ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cã

d¹ng: ( )p,iρ = ρ . (6-8)

Trong tr¹ng th¸i æn ®Þnh th× mäi ®¹o hµm theo τ t¹i çc ph−¬ng tr×nh (6-3) - (6-8) ®Òu b»ng kh«ng, mäi th«ng sè chØ lµ hµm sè cña täa ®é z vµ khi Êy çc ph−¬ng tr×nh trªn cã d¹ng sau:

- Ph−¬ng tr×nh b¶o toµn khèi l−îng:

0d

d

Gz= ; (6-9)

- Ph−¬ng tr×nh b¶o toµn n¨ng l−îng:

( )d

d

Giq

z= ; (6-10)

- Ph−¬ng tr×nh b¶o toµn ®éng l−îng: 2 pk gsin

z 2 zd d

d d

ω ω ρωρ + ±ρ α = − ; (6-11)

- Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i: ( )p,iρ = ρ . (6-12)

Trong chÕ ®é æn ®Þnh ta cã ( ) constG z = , tøc lµ l−u l−îng khèi l−îng lµ nh− nhau ë mäi tiÕt diÖn cña r·nh (èng). Tõ ®ã ta cã thÓ viÕt l¹i ph−¬ng tr×nh (6-10) d−íi d¹ng sau:

complete 203

i qz G

d

d= , (6-13)

hoÆc lµ:

qi i zGv= + , (6-14)

víi vi lµ entanpi cña m«i chÊt ë tiÕt diÖn vµo cña r·nh (èng).

6.3.2. C¸c ®Æc tÝnh chuyÓn ®éng cña hçn hîp h¬i - n−íc C¸c ®Æc tÝnh l−u ®éng chÝnh cña hçn hîp h¬i - n−íc gåm cã:

1. Tèc ®é khèi l−îng cña m«i chÊt ωρ (n−íc, h¬i, hçn hîp h¬i - n−íc), ®ã lµ l−u l−îng khèi l−îng tÝnh trªn mét ®¬n vÞ tiÕt diÖn èng:

Gf

ωρ = , kg/m2s (6-15)

2. Tèc ®é tuÇn hoµn 0ω , ®ã lµ tèc ®é cña n−íc ë nhiÖt ®é b·o hßa, t−¬ng øng

víi l−u l−îng m«i chÊt trong èng:

0Gf

hh

'ω =

ρ, m/s (6-16)

trong ®ã: hhG lµ l−u l−îng khèi l−îng cña hçn hîp h¬i - n−íc ®i qua hÖ thèng èng

(khi n−íc ®i vµo èng sinh h¬i ta cã hh nG G= ), kg/s; f lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn ®Ó m«i

chÊt ®i , m2 ; 'ρ lµ mËt ®é cña n−íc ë nhiÖt ®é b·o hßa, kg/m3.

3. Tèc ®é quy dÉn cña n−íc 0'ω , ®ã lµ tèc ®é n−íc cã ®−îc khi ®i qua tiÕt

diÖn ®· cho cña èng sinh h¬i trong ®iÒu kiÖn n−íc chiÕm toµn bé tiÕt diÖn èng sinh h¬i:

Gf

n0' '

ω =ρ

; m/s (6-17)

4. Tèc ®é quy dÉn cña h¬i 0''ω , ®ã lµ tèc ®é mµ h¬i cã ®−îc khi ®i qua tiÕt

diÖn ®· cho cña èng sinh h¬i trong ®iÒu kiÖn h¬i chiÕm toµn bé tiÕt diÖn èng sinh h¬i:

Gf

h0''

''ω =

ρ, m/s (6-18)

ë ®©y hG lµ l−u l−îng khèi l−îng cña h¬i ®i qua hÖ thèng èng; ''ρ lµ mËt ®é

cña h¬i. 5. Tèc ®é t−¬ng ®èi cña h¬i rω . Trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ h¬i vµ n−íc chuyÓn

®éng ®ång thêi trong èng vµ tèc ®é cña h¬i kh¸c tèc ®é cña n−íc, tøc lµ h nω ≠ ω .

Trong dßng hçn hîp ®i lªn ta cã h¬i chuyÓn ®éng nhanh h¬n n−íc ( h nω > ω ), vµ trong

dßng ®i xuèng ta cã tèc ®é cña n−íc lín h¬n cña h¬i ( h nω < ω ). HiÖu sè gi÷a hai tèc

®é nµy lµ tèc ®é t−¬ng ®èi cña h¬i: r h nω = ω −ω , m/s (6-19)

complete 204

Tèc ®é t−¬ng ®èi cña h¬i cã ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn quy luËt chuyÓn ®éng cña dßng hçn hîp h¬i - n−íc (hai pha).

6. Hµm l−îng h¬i khèi l−îng x , ®ã lµ phÇn l−u l−îng khèi l−îng cña h¬i trong dßng hçn hîp h¬i - n−íc khi cã h nω = ω :

GxG

h

hh

= . (6-20)

Khi l−u ®éng c©n b»ng vÒ mÆt nhiÖt ®éng häc th× hµm l−îng h¬i khèi l−îng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

i ixr

d '−= , (6-21)

trong ®ã: di lµ entanpi riªng cña dßng ë tiÕt diÖn kh¶o s¸t cña hÖ thèng èng, kJ/kg; 'i

lµ entanpi riªng cña n−íc trªn ®−êng b·o hßa, kJ/kg; r lµ nhiÖt l−îng chuyÓn pha ë cïng ¸p suÊt, kJ/kg.

7. Hµm l−îng n−íc khèi l−îng:

G G1 x 1G G

h n

hh hh

− = − = . (6-22)

8. Tèc ®é cña hçn hîp h¬i - n−íc hhω . Ta cã tèc ®é tuÇn hoµn:

0G G Gf f

hh h n

' '

+ω = =

ρ ρ, (6-23)

trong ®ã: G V fn n 0'= ' '= ρ ω ρ , kg/s (6-24)

G V fh h 0''= '' ''= ρ ω ρ , kg/s (6-25)

víi nV vµ hV lµ l−u l−îng thÓ tÝch cña n−íc vµ cña h¬i, tÝnh b»ng m3/s. Thay(6-24) vµ

(6-25) vµo (6-23) ta thu ®−îc:

0 0 0

''' ''

'

ρω = ω +ω

ρ, m/s (6-26)

Tèc ®é cña hçn hîp h¬i n−íc ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: V V

fh n

hh

+ω = , m/s (6-27)

hoÆc hh 0 0' ''ω = ω +ω , (6-28)

vµ 1hh 0 0

''''

'

⎛ ⎞ρω = ω +ω −⎜ ⎟ρ⎝ ⎠

.

Th«ng th−êng hhω ®−îc thÓ hiÖn qua hµm l−îng h¬i khèi l−îng x .

Ta cã: f f fh n= + . (6-29)

Nh− vËy: f f fh h n n hhω + ω = ω , (6-30)

hoÆc lµ: G v G v G vh n hh hh'' '+ = , (6-31)

tõ ®ã rót ra:

complete 205

G Gv v vG G

h nhh

hh hh

'' '= + , (6-32)

hay lµ: ( )v xv 1 x vhh '' '= + − . (6-33)

Ta biÕt r»ng:

G v

fhh hh

hhω = . (6-34)

Khi thay hhv tõ (6-33) vµo (6-34) ta ®−îc:

0G v v v1 x 1 1 x 1

f v vhh

hh

' '' ''

' '

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ω = + − = ω + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ ⎣ ⎦, (6-35)

hay lµ: 0 1 x 1hh

'

''

⎡ ⎤⎛ ⎞ρω = ω + −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎝ ⎠⎣ ⎦

. (6-36)

9. Hµm l−îng h¬i l−u l−îng thÓ tÝch β , ®ã lµ phÇn thÓ tÝch cña h¬i trong dßng hçn hîp h¬i n−íc khi tèc ®é cña h¬i vµ n−íc nh− nhau:

V

V Vh

h n

β =+

. (6-37)

Khi sö dông c¸c c«ng thøc (6-20) vµ (6-22) ta sÏ cã gi¸ trÞ cña β nh− sau:

( ) ''

'

11 x

1x

β =− ρ+

ρ

. (6-38)

§å thÞ trªn h×nh vÏ

6.4 thÓ hiÖn quan hÖ gi÷a hµm l−îng h¬i thÓ tÝch β vµ hµm l−îng h¬i khèi l−îng x cña dßng.

ë ¸p suÊt thÊp ¶nh h−ëng cña x ®Õn β trong ph¹m vi x nhá lµ rÊt ®¸ng kÓ, khi t¨ng ¸p suÊt th× ¶nh h−ëng nµy gi¶m xuèng. ë mét gi¸ trÞ ¸p suÊt bÊt kú nµo ®ã th× / )(d dxβ sÏ gi¶m xuèng khi t¨ng x . Quy luËt nµy cã ¶nh h−ëng ®Õn chÕ ®é l−u ®éng cña dßng hai pha trong èng vµ chÕ ®é nhiÖt ®é cña v¸ch èng;

10. Hµm l−îng h¬i thùc

H×nh 6.4. Quan hÖ gi÷a hµm l−îng h¬i thÓ tÝch β vµ hµm l−îng h¬i khèi l−îng x cña dßng ë c¸c ¸p suÊt kh¸c nhau.

complete 206

ϕ , ®ã lµ phÇn tiÕt diÖn cña èng do h¬i chiÕm hf ng víi tèc ®é thùc cña n−íc vµ cña

h¬i:

ffhϕ = . (6-39)

Gi÷a ϕ vµ β cã mèi quan hÖ nh− sau: V f

V V fh h h h

h n hh hh

ω ωβ = = = ϕ

+ ω ω, (6-40)

hay lµ: hh

h

ωϕ = β

ω. (6-41)

Khi ký hiÖu c /hh h= ω ω ta ®−îc:

cϕ = β . (6-42) §èi víi dßng chuyÓn ®éng ®i lªn ta cã: h hhω > ω , c c 1< , ϕ < β .

§èi víi dßng chuyÓn ®éng ®i xuèng ta cã: h hhω < ω , c 1> , ϕ > β .

NÕu coi tèc ®é cña h¬i b»ng tèc ®é n−íc vµ b»ng tèc ®é cña hçn hîp hai pha th× cã:

n h hhω = ω = ω , c = 1, ϕ = β . HÖ sè tû lÖ c ®Æc tr−ng cho tû sè gi÷a tèc ®é cña hçn hîp h¬i n−íc vµ tèc ®é

thùc cña h¬i, vµ v× thÕ nã còng kÓ ®Õn tèc ®é t−¬ng ®èi cña h¬i rω . Khi t¨ng ¸p suÊt

th× rω gi¶m vµ khi tiÕn gÇn ®Õn ¸p suÊt tíi h¹n ta sÏ cã 1c → vµ ϕ→β . Däc theo chiÒu dµi cña èng sinh h¬i ®−îc ®èt nãng ®ång ®Òu ta cã hµm l−îng h¬i khèi l−îng x thay ®æi tuyÕn tÝnh vµ ë chç vµo èng 0x = (nÕu v 'i i= ) vµ ë chç ra khái èng 1x =

(nÕu r ''i i= ) (xem h×nh vÏ 6.5). Trong khi ®ã hµm l−îng h¬i thÓ tÝch β vµ hµm l−îng

h¬i thùc ϕ ë chç vµo èng còng cã gi¸ trÞ b»ng kh«ng, sau ®ã t¨ng râ rÖt ë ®o¹n ®Çu cña èng (r·nh). TiÕp ®ã c−êng ®é t¨ng cña β vµ ϕ gi¶m vµ ë cuèi (®Çu ra) cña èng sinh h¬i chóng cã gi¸ trÞ lín nhÊt b»ng 1. §¸ng chó ý lµ khi t¨ng ¸p suÊt th× β vµ ϕ tiÕn gÇn ®Õn gi¸ trÞ cña x . Hµm l−îng h¬i thùc ϕ lµ mét ®Æc tÝnh quan träng cña dßng v× nã ph¶n ¸nh sù ph©n bè thùc cña h¬i vµ n−íc vµ c¸c gi¸ trÞ tèc ®é cña chóng trong chuyÓn ®éng ®ång thêi cña hçn hîp h¬i n−íc.

H×nh 6.5. Sù thay ®æi β , ϕ vµ x Däc theo chiÒu dµi cña èng sinh h¬i.

complete 207

11. Tèc ®é thùc cña h¬i lµ:

0h

''ωωϕ

= . (6-43)

12. Tèc ®é thùc cña n−íc lµ:

1

0n

'ωω =

−ϕ. (6-44)

12. MËt ®é l−u l−îng cña hçn hîp h¬i n−íc hhρ , ®ã lµ mËt ®é øng víi tr−êng

hîp tèc ®é cña n−íc vµ cña h¬i nh− nhau:

0 0

G Gf f

h nhh '' '

ρ = +ω ω

, kg/m3 (6-45)

14. MËt ®é thùc cña hçn hîp h¬i n−íc thρ , ®ã lµ mËt ®é øng víi tèc ®é thùc

cña h¬i vµ cña n−íc: ( ) ( )1th ' ' '' ' ''ρ = ρ −ϕ ρ −ρ = −ϕ ρ +ϕρ . (6-46)

Trong dßng hçn hîp h¬i n−íc chuyÓn ®éng ®i lªn ta thÊy tèc ®é t−¬ng ®èi cña h¬i rω lµm gi¶m phÇn tiÕt diÖn èng do h¬i chiÕm ϕ vµ phÇn tiÕt diÖn èng do n−íc

chiÕm (1−ϕ ) t¨ng lªn, do vËy th hhρ > ρ . Khi t¨ng ¸p suÊt ta thÊy th hhρ →ρ .

15. Béi sè tuÇn hoµn K , lµ ®¹i l−îng nghÞch ®¶o cña hµm l−îng h¬i khèi l−îng hay lµ tû sè gi÷a l−îng n−íc tuÇn hoµn vµ l−îng h¬i thu ®−îc trong cïng mét kho¶ng thêi gian:

n

h

G1Kx G

= = . (6-47)

Víi lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn: K = 4 ÷ 30; Víi lß h¬i cã tuÇn hoµn c−ìng bøc nhiÒu lÇn: K = 3 ÷ 10; Víi lß h¬i trùc l−u: K = 1.

6.4. Trë kh¸ng thuû lùc Khi n−íc, hçn hîp h¬i n−íc vµ h¬i chuyÓn ®éng trong èng do cã trë lùc mµ sinh ra gi¸ng ¸p gi÷a c¸c tiÕt diÖn bÊt kú cña èng. Ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t cña gi¸ng ¸p toµn phÇn ®−îc dïng trong tÝnh to¸n thùc tÕ cã d¹ng sau: ms cp gt dcp p p p p∆ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆ (6-48)

trong ®ã: msp∆ lµ trë lùc ma s¸t;

cbp∆ lµ trë lùc côc bé;

gtp∆ lµ trë lùc do t¨ng tèc (gia tèc);

dcp∆ lµ trë lùc do chªnh lÖch ®é cao.

1. Trë lùc ma s¸t: §èi víi dßng hai pha cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc nh− ®èi víi dßng mét pha nh−ng thay thÕ tèc ®é dßng mét pha b»ng tèc ®é hçn hîp

hhω , ngoµi ra ph¶i tu©n thñ ®iÒu kiÖn ®ång nhÊt cña dßng hai pha:

complete 208

2 2hh hh

ms hh 0 hhlp ld 2 2ω ω

∆ = λ ρ = λ ρ , (6-49)

trong ®ã: λ lµ hÖ sè ma s¸t;

0

dλ

lµ hÖ sè ma s¸t quy dÉn;

l lµ chiÒu dµi cña r·nh ®−îc kh¶o s¸t, m; d lµ ®−êng kÝnh èng, m; hhρ lµ mËt ®é cña hçn hîp, kg/m3.

Theo ®Þnh luËt b¶o toµn khèi l−îng ta cã: hh hh 0

'ρ ω = ρω (6-50)

Nh− vËy cã thÓ viÕt l¹i c«ng thøc (6-49) d−íi d¹ng kh¸c:

20

ms 0 0 0"

'''p l 1 ,

2 '⎡ ⎤⎛ ⎞ω ρ

∆ = λ ρ ω +ω −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ (6-51)

hoÆc:

20

ms 0' 'p l 1 x 1 .

2 ''⎡ ⎤ω ⎛ ⎞ρ

∆ = λ ρ + −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎝ ⎠⎣ ⎦ (6-52)

CÊu tróc cña dßng hai pha kh¸c h¼n cÊu tróc cña dßng mét pha, v× thÕ ph¶i ®−a vµo c«ng thøc (6-52) mét hÖ sè hiÖu chØnh ψ kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña cÊu tróc dßng. Khi hµm l−îng h¬i kh«ng ®æi ta cã:

20

ms 0' 'p l 1 x 1 .

2 ''⎡ ⎤ω ⎛ ⎞ρ

∆ = λ ρ + ψ −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎝ ⎠⎣ ⎦ (6-53)

§èi víi dßng cã hµm l−îng h¬i thay ®æi ta x¸c ®Þnh tæn thÊt do ma s¸t theo c«ng thøc sau:

20

ms 0' 'p l 1 x 1 ,

2 ''⎡ ⎤ω ⎛ ⎞ρ

∆ = λ ρ − ψ −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎝ ⎠⎣ ⎦ (6-54)

trong ®ã: x lµ hµm l−îng h¬i trung b×nh trong r·nh kh¶o s¸t;

ψ lµ hÖ sè hiÖu chØnh trung b×nh, ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

0 c d d

c d

x x ,x x

ψ −ψψ =

−

víi dψ vµ cψ lµ hÖ sè hiÖu chØnh kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña cÊu tróc dßng

øng víi hµm l−îng h¬i lóc ®Çu dx vµ lóc cuèi cx .

2. Trë lùc côc bé. §èi víi dßng hai pha trë lùc côc bé ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

20

cb cb'p ' ' 1 x 1 ,

2 ''⎡ ⎤ω ⎛ ⎞ρ

∆ = ∑ξ ρ + −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎝ ⎠⎣ ⎦ (6-55)

trong ®ã:

complete 209

'cbξ lµ hÖ sè true lùc côc bé quy −íc.

Khi dßng 2 pha ch¶y bäc ngang chïm èng ta cã trë lùc côc bé b»ng:

20

cb ch l'p ' ' 1 x 1 ,

2 ''⎡ ⎤ω ⎛ ⎞ρ

∆ = ∑ξ ρ + −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎝ ⎠⎣ ⎦ (6-56)

ë ®©y lx lµ hµm l−îng h¬i trung b×nh trong ®o¹n èng kh¶o s¸t.

3. Tæn thÊt ¸p suÊt do gia tèc: tæn thÊt nµy cã lµ do sù thay ®æi thÓ tÝch vµ do sù thay ®æi tèc ®é dßng.

c

d

gtp dω

ω

∆ = ωρ ω∫ (6-57)

®èi víi dßng ch¶y æn ®Þnh ta cã: d d c c constω ρ = ω ρ = ωρ =

Víi dßng ch¶y hai pha ë ¸p suÊt nhá h¬n ¸p suÊt tíi h¹n ta cã thÓ x¸c ®Þnh

gtp∆ theo c«ng thøc:

( ) ( )( )2gt c dp v '' v ' x x∆ = ωρ − − , (6-58)

4. Tæn thÊt ¸p suÊt do chªnh lÖch ®é cao ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

h

dc0

p g dh gh∆ = ρ = ρ∫ , (6-59)

trong ®ã: h lµ ®é cao cña ®o¹n èng ®−îc kh¶o s¸t. dcp∆ lÊy dÊu d−¬ng khi dßng chuyÓn ®éng ®i lªn vµ lÊy dÊu ©m khi dßng

chuyÓn ®éng ®i xuèng. 6.5. Nh÷ng quy luËt cña tuÇn hoµn tù nhiªn. Trong buång löa lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn çc èng sinh h¬i ®−îc bè trÝ thµnh çc vßng tuÇn hoµn. Trong çc vßng tuÇn hoµn cã n−íc vµ hçn hîp h¬i n−íc chuyÓn ®éng liªn tôc, do ®ã ®¶m b¶o qu¸ tr×nh to¶ nhiÖt hiÖu qu¶ vµ liªn tôc cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt (bÒ mÆt ®èt) vµ duy tr× nhiÖt ®é kim lo¹i bÒ mÆt ®èt ë møc cho phÐp. §iÒu ®ã ®¶m b¶o cho çc vßng tuÇn hoµn lµm viÖc ®−îc l©u dµi vµ cã ®é tin cËy cao. Qu¸ tr×nh tuÇn hoµn t−dj nhiÖ ®−îc t¹o ra do lùc chuyÓn ®éng Sch®, lùc nµy sinh ra khi çc èng ®Æt ®øng cã m«i tr−êng chuyÓn ®éng ®i lªn (gäi lµ èng lªn) ®−îc ®èt nãng. Chóng ta sÏ viÕt ph−¬ng tr×nh Becnuli cho tõng kh©u cña vßng tuÇn hoµn (xem h×nh vÏ 6.6). Trªn ®o¹n 3-4 cã hçn hîp h¬i n−íc cã mËt ®é bhρ chuyÓn ®éng, trªn

phÇn cßn l¹i cña vßng tuÇn hoµn (®o¹n 4-1-2-3) chøa n−íc chuyÓn ®éng cã mËt ®é 'ρ øng víi ¸p suÊt trong bao h¬i.

complete 210

Trong kh©u 1-2 (èng n−íc xuèng) ta cã:

( )2 21 2

1 2 1 2H h 'g p ' p ' p2 2 −

ω ω− ρ + + ρ = + ρ + ∆ (6-60)

Trong çc kh©u 2-3 (èng gãp d−íi), kh©u 3-4 (èng lªn), kh©u 4-1 (thÓ tÝch n−íc cña bao h¬i) ta cã çc c©n b»ng lÇn l−ît nh− sau:

2232

2 3 2 3p ' p ' p2 2 −

ωω+ ρ = + ρ + ∆

2 23 4

3 hh 4 hh 3 4p ' H g p p2 2 −

ω ω+ ρ = ρ + + ρ + ∆

2 24 1

4 hh 1 4 1H 'g p (H h) 'g p ' p2 2 −

ω ωρ + + ρ = − ρ + + ρ + ∆ ;

Khi tÝnh tæng gi̧ ng ̧ p trong çc kh©u cña vßng tuÇn hoµn ta ®−îc:

( )hh chdH ' g p Sρ −ρ = ∑∆ = , (6-61)

trong ®ã: hhρ lµ mËt ®é trung b×nh cña hân hîp h¬i n−íc, hoÆc lùc chuyÓn ®éng dïng

®Ó kh¾c phôc trë lùc cña kh©u ®i lªn vµ ®i xuèng cña vßng tuÇn hoµn, tøc lµ: chd x lS p p= ∆ + ∆

ë ®©y: xp∆ lµ trë lùc cña kh©u ®i xuèng cña vßng tuÇn hoµn;

lp∆ lµ trë lùc cña kh©u ®i lªn cña vßng tuÇn hoµn.

HiÖu sè gi÷a lùc chuyÓn ®éng vµ trë lùc cña çc èng lªn ®−îc gäi lµ lùc h÷u Ých: hi chd lS S p= −∆ (6-62)

Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña tuÇn hoµn lµ: hi xS p= ∆ (6-63)

Tøc lµ lùc h÷u Ých dïng ®Ó kh¾c phôc trë lùc cña çc èng xuçng (kh©u ®i xuèng).

H×nh 6.6. S¬ ®å x¸c ®Þnh ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña vßng tuÇn hoµn tù nhiªn.

complete 211

C¸c yÕu tè nh− tèc ®é tuÇn hoµn 0ω , tèc ®é quy dÉn cña h¬i 0''ω , ¸p suÊt p vµ

®−êng kÝnh èng d cã ¶nh h−ëng quyÕt ®Þnh ®Õn gi¸ trÞ cña lùc h÷u Ých Shi, cô thÓ lµ: ( )hi 0 0S f ; '' ; p;d= ω ω

Ng−êi ta th−êng biÓu diÔn quan hÖ ( )hi 0S f= ω víi c¸c 0"ω kh¸c nhau vµ p =

const, d = const trong hÖ to¹ ®é hi 0S −ω (h×nh vÏ 6.6).

Toµn bé chiÒu cao H cña èng lªn ®−îc chia lµm hai ®o¹n lµ ®o¹n h©m n−íc

hnH vµ ®o¹n sinh h¬i shH , tøc lµ:

hn shH H H= + . (6-64)

TiÕt diÖn èng ë ®ã x¶y ra sù s«i m¹nh ®−îc gäi lµ tiÕt diÖn b¾t ®Çu s«i hay ®iÓm b¾t ®Çu s«i. ë lß h¬i cã bé h©m n−íc kiÓu kh«ng s«it a cã entanpi cña n−íc ë chç ra khái bé h©m n−íc nhá h¬n entanpi cña n−íc s«i, tøc lµ " 'hni i< , v× vËy nhiÖt ®é n−íc trong

bao h¬i thÊp h¬n nhiÖt ®é s«i. §é h©m n−íc ch−a ®Õn s«i trong bao h¬i lµ:

hnb

i ' i"iK−

∆ = (6-65)

trong ®ã K lµ béi sè tuÇn hoµn. V× thÕ ë chç vµo èng xuèng n−íc ch−a ®−îc ®èt nãng (h©m) ®Õn tr¹ng th¸i s«i. Møc ®é h©m n−íc ch−a ®Õn s«i ë èng gãp d−íi lµ lín nhÊt vµ b»ng:

xog b x

pi 'i i 'g Hp 'g

⎛ ⎞∆∆∆ = ∆ + ρ −⎜ ⎟∆ ρ⎝ ⎠

(6-66)

trong ®ã:i ' 'gp

∆ρ

∆ lµ sù thay ®æi entanpi cña n−íc trªn mét mÐt chiÒu cao, kJ/kg.m; Hx

lµ chiÒu cao èng xuèng, m; xp∆ lµ trë lùc cña èng xuèng, Pa.

Møc ®é ®èt nãng n−íc ch−a ®Õn s«i tÝnh cho 1 kg l−u l−îng n−íc tuÇn hoµn ®Õn tiÕt diÖn b¾t ®Çu s«i lµ:

xb x hn

pi ' i 'i 'g H H 'gp 'g p

⎛ ⎞∆∆ ∆∆ + ρ − − ρ⎜ ⎟∆ ρ ∆⎝ ⎠

, (6-67)

§èi víi G kg/h l−u l−îng n−íc tuÇn hoµn ta cã møc ®é ®èt nãng n−íc ch−a ®Õn s«i b»ng:

xb x hn

pi ' i 'i 'g H H 'g Gp 'g p

⎡ ⎤⎛ ⎞∆∆ ∆∆ + ρ − − ρ⎢ ⎥⎜ ⎟∆ ρ ∆⎝ ⎠⎣ ⎦

. (6-68)

ChiÒu cao ®o¹n h©m n−íc (hay chiÒu cao cña ®iÓm b¾t ®Çu s«i) ®−îc x¸c ®Þnh tõ sù c©n b»ng gi÷a nhiÖt l−îng cÇn truyÒn cho n−íc trong mét ®¬n vÞ thêi gian ®Ó ®èt nãng n−íc ®Õn s«i trong ®o¹n h©m n−íc vµ nhiÖt l−îng mµ ®o¹n h©m n−íc nhËn ®−îc tõ buång löa trong cïng thêi gian nãi trªn, tõ ®ã ta cã:

complete 212

xb x

hnvg

vg

pi 'i 'g Hp 'g

H Q i ' 'gH G p

⎛ ⎞∆∆∆ + ρ −⎜ ⎟∆ ρ⎝ ⎠=

∆+ ρ∆

. (6-69)

6.6. Ph−¬ng ph¸p gi¶i vßng tuÇn hoµn tù nhiªn b»ng ®å thÞ. Cã hai kiÓu vßng tuÇn hoµn tù nhiªn lµ vßng tuÇn hoµn tù nhiªn ®¬n gi¶n vµ phøc t¹p (h×nh vÏ 6.7) .

H×nh 6.7. S¬ ®å vßng tuÇn hoµn tù hiªn. a, b - ®¬n gi¶n; c - phøc t¹p. 1-bao h¬i; 2-èng sinh h¬i (èng lªn); 3-èng gãp; 4-èng xuèng; 5-èng dÉn hçn hîp vµo bao h¬i.

complete 213

ë vßng tuÇn hoµn tù nhiªn ®¬n gi¶n mäi èng lªn ®Òu cã ®Æc tÝnh h×nh häc nh− nhau bao gåm ®−êng kÝnh, chiÒu dµi, h×nh d¸ng èng vµ ®−îc ®èt nãng nh− nhau. Vßng tuÇn hoµn tù nhiªn ®¬n gi¶n kh«ng cã çc kh©u (phÇn tö) chung víi çc vßng kh¸c, vÝ dô nh− çc dµn èng sinh h¬i ®Æt trong buång löa. ë vßng tuÇn hoµn tù nhiªn phøc t¹p cã çc èng lªn cã ®Æc tÝnh h×nh häc kh¸c nhau vµ ®−îc ®èt nãng kh¸c nhau. Kh©u chung lµ çc èng xuèng ®¶m b¶o cung cÊp n−íc vµo çc b¨ng èng lªn cña vßng tuÇn hoµn. 6.6.1. Vßng tuÇn hoµn tù nhiªn ®¬n gi¶n Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña tuÇn hoµn cã d¹ng sau: hi xS p .= ∆ (6-70)

C¶ hai vÕ cña ph−¬ng tr×nh phô thuéc vµo l−u l−îng n−íc tuÇn hoµn (tèc ®é tuÇn hoµn), tøc lµ: ( )hi 0S f= ω vµ ( )x 0p f∆ = ω . Khi t¨ng 0ω lùc h÷u Ých Shi sÏ gi¶m,

cßn trë lùc cña èng xuèng sÏ t¨ng tû lÖ víi l−u l−îng tuÇn hoµn b×nh ph−¬ng. Giao ®iÓm hai ®−êng cong hiS vµ xp∆ chÝnh lµ ®iÓm lµm viÖc A cña vßng tuÇn hoµn vµ to¹

®é cña giao ®iÓm nµy chÝnh lµ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh (6-70), xem h×nh vÏ 6.8a.

H×nh 6.8. §å thÞ gi¶i vßng tuÇn hoµn tù nhiªn ®¬n gi¶n. a - èng sinh h¬i (èng lªn) nèi trùc tiÕp vµo bao h¬i;b - èng sinh h¬i nèi vµo èng gãp trung gian.

A-®iÓm lµm viÖc cña vßng tuÇn hoµn; 0thω tèc ®é tuÇn hoµn thùc;

§Ó vÏ víi ®å thÞ tuÇn hoµn th−êng cho biÕt 3 gi¸ trÞ tèc ®é tuÇn hoµn 01ω ; 02ω ;

03ω .

Khi tÝnh tuÇn hoµn ph¶i x¸c ®Þnh çc ®¹i l−îng theo thø tù sau: Trë lùc cña èng xuèng; chiÒu cao ®iÓm b¾t ®Çu s«i trong èng lªn (®o¹n h©m n−íc) vµ chiÒu cao ®o¹n sinh h¬i; tiÕt diÖn t−¬ng ®èi cña èng cã chøa h¬i; lùc chuyÓn ®éng; trë lùc cña èng lªn; lùc h÷u Ých.

complete 214

Theo çc kÕt qu¶ tÝnh to¸n ta vÏ ®å thÞ tuÇn hoµn, tøc lµ vÏ çc ®−êng cong ( )hi 0S f= ω vµ ( )x 0p f∆ = ω .

§èi víi tr−êng hîp èng lªn nèi vµo èng gãp trung gian (h×nh 6.8b) th× ph¶i x¸c ®Þnh lùc h÷u Ých trong èng sinh h¬i vµ trong èng dÉn hçn hîp. Lùc h÷u Ých cña vßng tuÇn hoµn b»ng tæng lùc h÷u Ých cña hai ®o¹n èng nãi trªn, tøc lµ .vong sh o dan

hi hi hiS S S= + ,

lùc nµy ®−îc dïng ®Ó kh¾c phôc trë lùc cña çng n−íc xuèng xp∆ . To¹ ®é cña giao

®iÓm A cña çc ®−êng cong cho ta biÕt l−u l−îng n−íc thùc trong vßng tuÇn hoµn 0tG

vµ lùc h÷u Ých cña c¶ vßng tuÇn hoµn vonghiS . Çc lùc h÷u Ých cña èng sinh h¬i vµ èng

dÉn hçn hîp cã thÓ t×m ®−îc qua to¹ ®é cña çc ®iÓm cña çc ®−êng cong shhiS vµ .o dan

hiS

øng víi 0tG (h×nh 6-8b).

6.6.2 Vßng tuÇn hoµn tù nhiªn phøc t¹p §èi víi vßng tuÇn hoµn tù nhiªn phøc t¹p cã èng xuèng chung (h×nh 6-7c) ph¶i x¸c ®Þnh lùc h÷u Ých cña tõng b¨ng èng lªn, tøc lµ I

hiS ; IIhiS ; III

hiS . Çc b¨ng èng

lªn lµm viÖc song song nhau øng víi gi¸ng ¸p chung nªn ®−êng cong lùc h÷u Ých cña vßng tuÇn hoµn ®−îc vÏ b»ng çch céng l−u l−îng n−íc qua çc b¨ng èng lªn ë çc gi¸ trÞ lùc h÷u Ých nh− nhau (céng theo trôc hoµnh) vµ sÏ ®−îc ®−êng cong tæng DB (h×nh 6.9).

TiÕp ®ã vÏ ®−êng cong trë lùc cña èng n−íc xuèng OC. Giao ®iÓm cña hai ®−êng cong DB vµ OC lµ ®iÓm lµm viÖc A cña gi¶n ®å (®å thÞ) tuÇn hoµn. To¹ ®é cña ®iÓm A lµ l−u l−îng n−íc

tæng G∑ vµ lùc Ých

vonghiS cña vßng

tuÇn hoµn. L−u l−îng n−íc qua ®−êng b¨ng

èng lªn ®−îc t×m tõ giao ®iÓm cña ®−êng n»m ngang ®i qua ®iÓm A víi ®−êng cong lùc h÷u Ých cña tõng b¨ng èng lªn ®ã. 6.7. Nh÷ng hiÖn t−îng ph¸ huû tuÇn hoµn tù nhiªn Môc ®Ých cuèi cïng cña viÖc tÝnh tuÇn hoµn lµ ®¸nh gi¸ ®é lµm viÖc tin cËy cña çc èng sinh h¬i trong vßng tuÇn hoµn tù nhiªn. Ph¶i ®¶m b¶o ®Ó nhiÖt ®é v¸ch èng gÇn b»ng nhiÖt ®é s«i. Muèn vËy tr−íc hÕt cÇn ®¶m b¶o chÕ ®é sinh h¬i trong çc èng lªn sao cho trªn bÒ mÆt trong cña èng lu«n cã mét mµng n−íc liªn tôc. Trong ®iÒu kiÖn nh− thÕ sÏ cã táa nhiÖt m¹nh tõ v¸ch èng ®Õn m«i chÊt ngay c¶ khi phô t¶i nhiÖt cña èng rÊt cao vµ kÕt qu¶ lµ nhiÖt ®é v¸ch èng rÊt gÇn víi nhiÖt ®é m«i chÊt l−u

H×nh 6.9. §å thÞ gi¶i vßng tuÇn hoµn tù nhiªn phøc t¹p.

complete 215

®éng bªn trong èng. VÊn ®Ò nµy rÊt phøc t¹p v× sù lµm viÖc cña vßng tuÇn hoµn tù nhiªn phô thuéc kh«ng nh÷ng vµo cÊu t¹o cña vßng tuÇn hoµn mµ cßn vµo ®iÒu kiÖn vËn hµnh n÷a. NhiÖm vô chóng ta lµ ph¶i x¸c ®Þnh nh÷ng giíi h¹n tån t¹i cña çc chÕ ®é kh«ng tin cËy trªn c¬ së nh÷ng sè liÖu tÝnh to¸n tuÇn hoµn vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña vßng tuÇn hoµn tù nhiªn. Nh÷ng chÕ ®é nguy hiÓm cho çc èng lªn cña vßng tuÇn hoµn lµ: sù h×nh thµnh møc n−íc tù do; sù tuÇn hoµn ng−îc; sù ph©n líp cña dßng hçn hîp h¬i n−íc; chÕ ®é cã béi sè tuÇn hoµn giíi h¹n; sù ph¸ ho¹i chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng cña çc èng xuèng: h¬i sinh ra trong èng xuèng do gi¶m ¸p suÊt ë chç vµo èng (thñy kÝch) hay do èng xuèng bÞ ®èt nãng, h¬i cã thÓ ®i vµo èng xuèng tõ khoang h¬i. HËu qu¶ lµ viÖc cung cÊp n−íc cho çc èng lªn bÞ gi¸n ®o¹n. 6.7.1 Béi sè tuÇn hoµn giíi h¹n cho phÐp Khi béi sè tuÇn hoµn nhá (hµm l−îng h¬i ë chç ra cao) cã thÓ chuyÓn sang chÕ ®é cã trao ®æi nhiÖt kÐm h¬n. ë çc lß h¬i cã bao h¬i th× chÕ ®é lµm viÖc trªn ®©y kÌm theo hiÖn t−îng kÕt tña kh«ng cã giíi h¹n çc t¹p chÊt trong dung dÞch ch−a b·o hßa cña n−íc lß lªn v¸ch èng. Hµm l−îng h¬i giíi h¹n khi ®ã chuyÓn sang chÕ ®é trao ®æi nhiÖt kÐm h¬n øng víi ¸p suÊt ®· cho, phô thuéc vµo phô t¶i nhiÖt. §èi víi çc lß h¬i cã bao h¬i cao ¸p vµ siªu cao ¸p th× chÕ ®é cã béi sè tuÇn hoµn b»ng 3 2÷ lµ nguy hiÓm. Cho nªn khi

4K = vµ thÊp h¬n ph¶i kiÓm tra l¹i kh¶ n¨ng chuyÓn çc èng sinh h¬i sang chÕ ®é lµm viÖc cã trao ®æi nhiÖt kÐm h¬n. Tr−íc hÕt tiÕn hµnh kiÓm tra çc èng ®−îc ®èt nãng nhiÒu nhÊt v× béi sè tuÇn hoµn cho phÐp trong chóng cao h¬n, vµ gi¸ trÞ thùc tÕ cña K thÊp h¬n gi¸ trÞ trung b×nh cña toµn bé vßng tuÇn hoµn.

6.7.2 Sù h×nh thµnh møc n−íc tù do trong çc èng lªn hay hiÖn t−îng ngõng tuÇn hoµn ChÕ ®é lµm viÖc nµy x¶y ra ë nh÷ng èng ®−îc ®èt nãng Ýt lµm viÖc song song víi nh÷ng èng ®−îc ®èt nãng nhiÒu. Trong çc èng lªn kh«ng ®−îc ®èt nãng (èng c) n−íc ®−îc æn ®Þnh ë mét møc nhÊt ®Þnh ( maxtbh h− ) ®Æc tr−ng gi¸ng ¸p gi÷a bao h¬i vµ

èng gãp d−íi, gi¸ng ¸p nµy b»ng:

H×nh 6.10. S¬ ®å vßng tuÇn hoµn tù nhiªn cã møc n−íc tù do.

complete 216

( )1 2

p h p h h htb x tb max max' ' ''−

∆ = − ∆ = − +ρ ρ ρ , (6-71)

vµ tõ ph−¬ng tr×nh nµy ta nhËn ®−îc:

( )

ph xmax ' ''

∆=

ρ −ρ (6-72)

ë èng ®−îc ®èt nãng yÕu (èng b ) cã thÓ h×nh thµnh møc n−íc tù do nh−ng ë ®iÓm cao h¬n mét chót so víi møc n−íc ë èng kh«ng ®−îc ®èt nãng. NhiÖt ®é v¸ch èng ë phÝa trªn møc n−íc tù do cã gi¸ trÞ rÊt cao hÇu nh− b»ng nhiÖt ®é khãi xung quanh, v× hÖ sè táa nhiÖt 2α rÊt thÊp. H¬i ë ®©y khuÕch t¸n qua n−íc ®Ó ®i lªn. §èi víi èng ®−îc ®èt nãng Ýt gi¸ng ¸p gi÷a bao h¬i vµ èng gãp b»ng: ( )h p h h h phhtb x tb td td l' ''ρ −∆ = − ρ + ρ + ∆ , (6-73)

vµ sau khi biÕn ®æi ta ®−îc:

( ) ( )h p p hhh hhtb l x td' ''ρ −ρ −∆ = ∆ − ρ −ρ . (6-74)

VÕ tr¸i cña ph−¬ng tr×nh nµy lµ lùc h÷u Ých cña èng cã møc n−íc tù do. Lùc chuyÓn ®éng ë ®©y gåm hai phÇn: cña ®o¹n d−íi vµ ®o¹n trªn møc tù do. ë nh÷ng èng ®−îc ®èt nãng b×nh th−êng (èng a ) khi kh«ng cã møc n−íc tù do ( 0tdh = ) th× cã c©n b»ng cña lùc chuyÓn ®éng vµ trë lùc:

( )h p phhtb l x'ρ −ρ −∆ = ∆ . (6-75)

Khi so s¸nh hai ph−¬ng tr×nh (6-74) vµ (6-75) ta thÊy lùc chuyÓn ®éng ë èng cã møc n−íc tù do nhá h¬n trë lùc cña c¸c èng xuèng. Do ®ã ë møc ®é ®èt nãng ®· cho nÕu lùc chuyÓn ®éng cña èng nhá h¬n lùc chuyÓn ®éng cña toµn vßng tuÇn hoµn th× b¾t ®Çu cã møc n−íc tù do. Ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc giíi h¹n chuyÓn tõ chÕ ®é tuÇn hoµn b×nh th−êng sang chÕ ®é cã møc n−íc tù do b»ng ®å thÞ (qua biÓu ®å tuÇn hoµn ë h×nh vÏ 6.11).

Lùc h÷u Ých t−¬ng øng víi chÕ

®é h×nh thµnh møc n−íc tù do tdp sÏ n»m ë giao ®iÓm gi÷a ®−êng cong lùc h÷u Ých

cña èng ®· cho víi ®−êng th¼ng ®øng ®i qua gi¸ trÞ l−u l−îng n−íc b»ng l−u l−îng h¬i ènghD . NÕu lùc nµy nhá h¬n hoÆc b»ng lùc h÷u Ých cña vßng tuÇn hoµn th× cã møc

n−íc tù do. NÕu lùc h÷u Ých trong tõng èng ®−îc ®èt nãng Ýt øng víi chÕ ®é cã møc n−íc tù do èng

hiP mµ lín h¬n lùc h÷u Ých tæng cña c¶ vßng tuÇn hoµn th× kh«ng cã møc

n−íc tù do. Do ®ã giíi h¹n chuyÓn tõ chÕ ®é cã møc tù do sang chÕ ®é tuÇn hoµn b×nh th−êng ®−îc biÓu thÞ b»ng bÊt ph−¬ng tr×nh sau:

P 1P

td

hi

> , (6-76)

H×nh 6.11. Gi¶n ®å tuÇn hoµn ®Ó tÝnh lùc h÷u Ých khi h×nh thµnh møc n−íctù do.

complete 217

Khi ®−a vµo hÖ sè dù tr÷ b»ng 1,15 ta cã:

P 1,15P

td

hi

> . (6-77)

Lùc h÷u Ých cña èng cã møc tù do khi bá qua trë lùc cña çc èng lªn b»ng: ( )P htd ®n kt ' ''= ϕ ρ −ρ , (6-78)

trong ®ã: ktϕ lµ phÇn tiÕt diÖn èng lªn do h¬i chiÕm khi h¬i khuÕch t¸n qua líp n−íc;

dnh lµ chiÒu cao cña èng lªn ®−îc ®èt nãng.

Trong tÝnh to¸n ta th−êng dïng ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i. 6.7.3 Sù tuÇn hoµn ng−îc Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh khi çc èng lªn ®−îc nèi vµo khoang n−íc cña bao h¬i mµ bÞ ®èt nãng yÕu th× chóng cã thÓ lµm viÖc nh− nh÷ng èng xuèng. Khi dßng ®i xuèng cã tèc ®é thÊp th× çc bät h¬i cã thÓ b¬i lªn rÊt chËm. Khi çc bät h¬i hßa vµo nhau thµnh bät lín cã thÓ chiÕm mét phÇn ®¸ng kÓ tiÕt diÖn èng. HiÖn t−îng nµy th−êng thÊy ë nöa trªn cña èng nghiªng. Do cã hiÖn t−îng trªn mµ 2α gi¶m vµ èng sÏ cã nhiÖt ®é cao. Quy luËt thay ®æi lùc h÷u Ých trong èng ®èt nãng tïy thuéc h−íng l−u ®éng vµ l−îng h¬i sinh ra trong èng:

( )P h p phhhi tb l x'= ρ −ρ ∆ = ∆m . (6-79)

Khi dßng ®i lªn ta lÊy dÊu trõ vµ khi dßng ®i xuèng ta lÊy dÊu céng. Trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh nµy ta vÏ ®å thÞ tuÇn hoµn cña èng ®øng trong h×nh vÏ 6.12. Khi t¨ng l−u l−îng n−íc trong èng cã chÕ ®é ®i xuèng th× lùc h÷u Ých cña nã lóc ®Çu gi¶m xuèng sau ®ã t¨ng lªn. Sù gi¶m ban ®Çu cña lùc h÷u Ých lµ do gi¶m ®¹i l−îng ( hh'ρ −ρ ) vµ do trë lùc t¨ng t−¬ng ®èi Ýt. Khi tiÕp tôc t¨ng l−u l−îng n−íc th× trë lùc cña èng t¨ng lªn theo quy luËt bËc hai. Trong vïng cã l−u l−îng nhá (miÒn g¹ch chÐo trªn h×nh vÏ 6.12) èng th¼ng ®øng cã chÕ ®é lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh, chuyÓn ®éng ®i lªn bÞ thay thÕ b»ng chuyÓn ®éng ®i xuèng, tøc lµ x¶y ra ®Ëp m¹ch dßng m«i chÊt. NÕu èng n»m ngang th× cã thÓ cã sù ph©n líp æn ®Þnh. Lùc h÷u Ých cña chÕ ®é tuÇn hoµn ng−îc ngP t−¬ng øng víi ®iÓm cùc tiÓu cña

®−êng cong lùc h÷u Ých ë phÝa tr¸i ®å thÞ tuÇn hoµn. NÕu lùc h÷u Ých cña vßng tuÇn hoµn nhá h¬n lùc giíi h¹n th× kh«ng cã tuÇn hoµn ng−îc. Do ®ã ®iÒu kiÖn ®Ó kh«ng x¶y ra tuÇn hoµn ng−îc lµ:

P

1,15P

ng

hi

≥ . (6-80)

§Ó x¸c ®Þnh lùc h÷u Ých cña èng cã tuÇn hoµn ng−îc ta ph¶i vÏ ®−êng cong lùc h÷u Ých ë nöa bªn tr¸i cña ®å thÞ tuÇn hoµn.

complete 218

Nh÷ng èng lªn nèi vµo khoang h¬i cña bao h¬i sÏ kh«ng x¶y ra tuÇn hoµn ng−îc. Khi cã èng gãp trung gian cña dµn èng cã thÓ cã tuÇn hoµn ng−îc. Trong tr−êng hîp nµy cÇn kiÓm tra chÕ ®é cã tuÇn hoµn ng−îc theo lùc h÷u Ých gi÷a èng gãp trung gian vµ èng gãp d−íi. H×nh 6.12. §Æc tÝnh tuÇn hoµn cña èng ®øng khi cã tuÇn hoµn ng−îc

6.7.4 Sù ph¸ hñy chÕ ®é lµm viÖc cña çc èng n−íc xuèng §Ó vßng tuÇn hoµn lµm viÖc b×nh th−êng ph¶i cung cÊp ®ñ vµ liªn tôc n−íc cho çc èng lªn. HiÖn t−îng gi¶m l−u l−îng n−íc vµo çc èng xuèng x¶y ra khi cã h¬i sinh ra trong çc èng nµy. Nguyªn nh©n lµ do èng n−íc xuèng bÞ ®èt nãng, do h¬i tõ bao h¬i ®i vµo èng xuèng, do s«i n−íc khi gi¶m ¸p suÊt ®ét ngét. 1. Sù sinh h¬i trong çc èng n−íc xuèng do gi¶m ¸p suÊt ë tiÕt diÖn vµo èng HiÖn t−îng nµy gäi lµ sù x©m thùc. ¸p suÊt tÝnh ë tiÕt diÖn vµo èng lµ:

( )vp p h g 12

2x

b m v' '⎡ ⎤ω

= + ρ − ξ + ρ⎢ ⎥⎣ ⎦

, (6-81)

trong ®ã vp vµ bp lÇn l−ît lµ ¸p suÊt ë chç vµo èng xuèng vµ trong bao h¬i.

ë ®©y vp lín hay nhá h¬n bp phô thuéc vµo dÊu cña hiÖu sè trong ngoÆc

vu«ng. NÕu v bp p< th× n−íc trong bao h¬i gÇn s«i sÏ s«i ë tiÕt diÖn vµo èng n−íc

xuèng. Do vËy ®iÒu kiÖn ®Ó kh«ng cã x©m thùc trong èng n−íc xuèng lµ:

( )h g 1 02

2x

m v' 'ω

ρ − ξ + ρ ≥ , (6-82)

hoÆc: ( )h 12g

2x

m v

ω≥ ξ + , (6-83)

víi 0,2 0,5vξ = ÷ , tïy thuéc çch nèi èng.

H×nh 6.12. §Æc tÝnh tuÇn hoµn cña èng ®øng khi cã tuÇn hoµn ng−îc.

complete 219

Sù x©m thùc sinh ra cã quan hÖ víi møc n−íc kh«ng ®ñ cao ë phÝa trªn èng

n−íc xuèng, tèc ®é n−íc trong çc èng xuèng cµng lín th× møc n−íc phÝa trªn èng xuèng cµng cÇn ph¶i lín. V× vËy mµ çc èng n−íc xuèng lu«n lu«n ®−îc nèi vµo phÝa gÇn ®¸y bao h¬i (khoang n−íc). 2. H¬i tõ bao h¬i ®i vµo èng n−íc xuèng khi sinh ra çc phÔu xo¸y phÝa trªn èng n−íc xuèng. Sù h×nh thµnh phÔu xo¸y sÏ x¶y ra khi líp n−íc phÝa trªn èng n−íc xuèng kh«ng ®ñ lín. ChiÒu cao cùc ®¹i cña líp n−íc lh cã thÓ sinh ra phÔu xo¸y tïy thuéc tèc ®é

n−íc ch¶y trong èng xuèng vµ ®−êng kÝnh cña èng nµy (xem h×nh vÏ 6.14). NÕu cÊp n−íc ®çi xøng th× phÔu xo¸y chØ sinh ra khi lh kh¸ nhá, tøc lµ khi h1=50 ÷ 100mm.

Khi cÊp n−íc kh«ng ®èi xøng do dßng sinh ra çc xo¸y nªn cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh phÔu. Trong tr−êng hîp nµy phÔu xo¸y cã thÓ xuÊt hiÖn khi chiÒu cao líp n−íc bªn trªn èng xuèng b»ng 150 200÷ mm. Thùc tÕ møc n−íc trong bao h¬i phÝa trªn èng n−íc xuèng th−êng lín h¬n 300 500÷ mm nªn kh«ng sinh ra phÔu xo¸y. ë møc n−íc nµy phÔu xo¸y chØ sinh ra khi ®−êng kÝnh èng xuèng rÊt lín, vÝ dô ë çc lß h¬i tuÇn hoµn c−ìng bøc nhiÒu lÇn.

H×nh 6.14. Quan hÖ gi÷a chiÒu cao tèi ®a cña líp n−íc cã phÔu xo¸y sinh ra víi tèc ®é; ®−êng kÝnh trong cña èng t−¬ng øng b»ng: 1-32 mm, 2-63 mm, 3-107 mm. §Ó tr¸nh t¹o ra phÔu xo¸y ng−êi ta ®Æt ë cöa vµo èng n−íc xuèng b»ng mét çi

chao cã l−íi. Khi ®ã chiÒu cao cho phÐp cùc tiÓu cña líp n−íc cã thÓ gi¶m ®i hai lÇn. c) H¬i cã thÓ bÞ dßng n−íc kÐo vµo èng xuèng

H×nh 6.13. Sù thay ®æi ¸p suÊt: a- trong èng n−íc xuèng; b–ë tiÕt diÖn vµo èng n−íc xuèng.

complete 220

H¬i cã thÓ bÞ dßng n−íc (n−íc lß) kÐo xuèng nÕu tèc ®é b¬i lªn cña bät h¬i trong bao h¬i nhá h¬n tèc ®é dßng ®i xuèng x hω ω> , hay ®iÒu kiÖn ®Ó h¬i bÞ kÐo vµo

èng xuèng lµ:

( )231

3 4g2,5

+0,152

x 0

'''

' '' ''

⎛ ⎞ ⎛ ⎞σ ρω > ω ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ρ −ρ ρ⎝ ⎠⎝ ⎠

. (6-84)

Khi t¨ng hµm l−îng muèi cña n−íc lß th× tèc ®é chuyÓn ®éng ®i lªn cña çc bät h¬i bÞ gi¶m ®i. Do vËy, ®èi víi n−íc lß cã ®é muèi cao th× x¸c suÊt kÐo h¬i vµo çc èng xuèng sÏ lín h¬n. 6.8. Çc biÖn ph¸p n©ng cao ®é tin cËy cña tuÇn hoµn tù nhiªn ChÕ ®é tuÇn hoµn kh«ng tin cËy sinh ra tr−íc hÕt ë nh÷ng èng ®−îc ®èt nãng kh¸c víi møc ®é ®èt nãng trung b×nh. ë nh÷ng èng bÞ ®èt nãng nhiÒu, ®Æc biÖt ë nh÷ng lß h¬i siªu cao ¸p, khi béi sè tuÇn hoµn cã gi¸ trÞ nhá th× cã kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn çc chÕ ®é cã trao ®æi nhiÖt kÐm. Ng−îc l¹i sù h×nh thµnh møc n−íc tù do (ngõng tuÇn hoµn) vµ tuÇn hoµn ng−îc x¶y ra tr−íc hÕt ë nh÷ng èng ®−îc ®èt nãng Ýt. Do vËy ph¶i dïng nh÷ng biÖn ph¸p vÒ cÊu t¹o vµ vËn hµnh lµm cho çc èng cña vßng tuÇn hoµn hÊp thu nhiÖt gièng nhau míi cã thÓ t¨ng ®−îc ®é tin cËy tuÇn hoµn. B»ng çch ph©n ®o¹n çc dµn èng cã thÓ gi¶m sù chªnh lÖch vÒ møc ®é ®èt nãng çc èng sinh h¬i cña mét vßng tuÇn hoµn. Mçi vßng tuÇn hoµn nhá cã èng n−íc xuèng riªng vµ èng lªn hoÆc èng dÉn hèn hîp tõ èng gãp trung gian riªng. Mçi vßng tuÇn hoµn chØ gåm mét sè Ýt èng nªn møc ®é ®èt nãng chóng nh− nhau. ChiÒu réng mçi ph©n ®o¹n tuÇn hoµn b»ng kho¶ng 1,0 1,5÷ m. BiÖn ph¸p v¹n n¨ng nhÊt nh»m t¨ng ®é tin cËy tuÇn hoµn lµ t¨ng tiÕt diÖn çc èng n−íc xuèng. Khi ®ã c¶ l−u l−îng n−íc tuÇn hoµn tæng, c¶ l−u l−îng n−íc qua tõng èng cña vßng tuÇn hoµn sÏ ®−îc t¨ng lªn (xem h×nh vÏ 6.15). Lùc h÷u Ých lóc ®ã gi¶m xuèng vµ dù tr÷ ®Ó ng¨n ngõa tuÇn hoµn ng−îc vµ h×nh thµnh møc n−íc tù do còng sÏ gi¶m xuèng. Víi çc lß h¬i hiÖn ®¹i tiÕt diÖn çc èng n−íc xuèng b»ng 25 50%÷ tiÕt diÖn çc èng lªn. Tèc ®é n−íc trong çc èng n−íc xuèng kh«ng ®−îc nhá h¬n 0,6÷0,8 m/s.

complete 221

§èi víi vßng tuÇn hoµn tù nhiªn cã èng gãp trung gian ph¶i lµm çc èng dÉn hçn hîp tõ èng gãp trung gian ®Õn bao h¬i cã trë lùc tèi thiÓu, ®ång thêi çc giµn èng sinh h¬i cña vßng tuÇn hoµn nµy ph¶i ®−îc lµm cao lªn.

H×nh 6.15. Hoµn thiÖn ®Æc tÝnh tuÇn hoµnb»ng çch t¨ng tiÕt diÖn çc èng n−íc xuèng.

122

Ch−¬ng 7. ChÕ ®é n−íc cña lß h¬i

vµ çc ph−¬ng ph¸p thu nhËn h¬i s¹ch 7.1. Çc t¹p chÊt trong n−íc thiªn nhiªn vµ nh÷ng chØ tiªu chÊt

l−îng cña n−íc 7.1.1. Çc t¹p chÊt trong n−íc thiªn nhiªn

Theo kÝch th−íc h¹t cã thÓ chia çc t¹p chÊt thµnh 3 nhãm: + T¹p chÊt th« gåm çc h¹t cã kÝch th−íc >100 nanomet (1 nanomet = 10-9m); + T¹p chÊt keo gåm çc h¹t cã kÝch th−íc tõ 1-100 nanomet; + T¹p chÊt ë d¹ng ph©n tö gåm çc h¹t cã kÝch th−íc < 1 nanomet. Nh÷ng t¹p chÊt th« lµm ®ôc n−íc thiªn nhiªn vµ lµ nh÷ng t¹p chÊt c¬ khÝ, gåm çt, ®Êt sÐt vµ çc h¹t cã nguån gèc kho¸ng vµ nguån gèc h÷u c¬. VËt chÊt keo cã kÝch th−íc h¹t n»m gi÷a vËt chÊt th« vµ vËt chÊt ë d¹ng ph©n tö. Çc chÊt keo kh«ng l¾ng mÆc dï thêi gian rÊt dµi. Çc hîp chÊt cña silic, nh«m, s¾t vµ çc chÊt h÷u c¬ h×nh thµnh do ph©n hñy ®éng vËt vµ thùc vËt n»m trong n−íc thiªn nhiªn ë tr¹ng th¸i keo ®¬n ph©n t¸n. Çc muèi, axit, kiÒm vµ çc khÝ hßa tan trong n−íc thuéc vÒ çc chÊt ph©n t¸n ë d¹ng ph©n tö vµ d¹ng ion. Thµnh phÇn cña n−íc thiªn nhiªn ®−îc x¸c ®Þnh bëi çc ion sau: K+, Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, SO4

2-, HSiO32-. Çc ion cßn l¹i nh−:

CO32-, H+, OH-, NH4

+, NO2-, NO3

2-, Fe2+, Cu2+, �th−êng cã trong n−íc thiªn nhiªn víi mét l−îng kh«ng ®¸ng kÓ, song chóng cã ¶nh h−ëng quan träng ®Õn çc tÝnh chÊt cña n−íc nãi chung còng nh− çc ®Æc ®iÓm cña n−íc trong lß h¬i, trong ®−êng n−íc cÊp vµ trong b×nh ng−ng cña tuabin. Nguån chÝnh sinh ra çc ion Ca2+ trong n−íc thiªn nhiªn lµ ®¸ v«i CaCO3 vµ mét nguån kh¸c lµ th¹ch cao CaSO4.2H2O. Çc ion Mg2+ cã trong n−íc khi hßa tan dolomit (MgCO3.CaCO3) do ®ã cã CO2 tù do trong n−íc.

123

7.1.2. Nh÷ng chØ tiªu chÊt l−îng n−íc

Nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña chÊt l−îng n−íc gåm cã

hµm l−îng çc chÊt l¬ löng, chÊt kh«, ®é cøng toµn phÇn vµ çc thµnh phÇn cña nã, ®é kiÒm toµn phÇn vµ çc thµnh phÇn cña nã, nång ®é çc ion hydro vµ hµm l−îng çc chÊt khÝ hßa tan cã t¸c dông ¨n mßn kim lo¹i nh− O2 vµ CO2. §Ó cã chÊt l−îng ®Çy ®ñ cña n−íc ng−êi ta x¸c ®Þnh thªm hµm l−îng çc ion Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, çc ion cacbonat, sunfat, silicat vµ çc hîp chÊt cña s¾t, nh«m. 1. Hµm l−îng çc chÊt l¬ löng tÝnh b»ng mg/kg. 2. ChÊt kh« cña n−íc lµ sè l−îng çc chÊt keo vµ ph©n tö cã nguån gèc h÷u c¬ vµ nguån gèc kho¸ng kh«ng bay h¬i vµ ®−îc hßa tan trong n−íc, tÝnh b»ng mg/kg. ChÊt kh« ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çch cho mÉu n−íc ®· läc s¬ bé bèc h¬i sau ®ã sÊy phÇn kh«ng bay h¬i ë 1100C ®Õn khi khèi l−îng kh«ng thay ®æi. 3. §é cøng cña n−íc : lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña chÊt l−îng n−íc dïng cho lß h¬i nhÊt lµ lß h¬i nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn. + §é cøng toµn phÇn cña n−íc H0 b»ng tæng nång ®é cña çc ion canxi (®é cøng canxi HCa) vµ çc ion magie (®é cøng magie HMg), tÝnh b»ng mg®l/kg hay g®l/t hay µ g®l/kg: H0 = HCa + HMg (7-1) §Ó tÝnh ®æi nång ®é canxi vµ magie tõ ®¬n vÞ mg/kg sang mg®l/kg ta chia nång ®é cña chóng cho khèi l−îng ®−¬ng l−îng cña çc cation Êy, tøc lµ:

,04,20

CH

2CaCa

+

= mg®l/kg (7-2)

,16,12

CH

2MgMg

+

= mg®l/kg, (7-3)

trong ®ã: +2CaC vµ +2Mg

C lµ nång ®é çc ion Ca2+ vµ Mg2+ cã trong

n−íc, mg®l/kg; 20,04 vµ 12,16 lµ khèi l−îng ®−¬ng l−îng cña Canxi vµ Magie. §é cøng toµn phÇn cña n−íc ®−îc ph©n thµnh ®é cøng cacbonat vµ ®é cøng kh«ng çc bonat.

124

+ §é cøng cacbonat cña n−íc HC sinh ra chñ yÕu do cã çc canxi bicacbonat Ca(HCO3)2 vµ magie bicacbonat Mg(HCO3)2 trong n−íc.

+ §é cøng kh«ng cacbonat cña n−íc HKC: §é cøng nµy sinh ra do cã çc clorua, sunfat vµ çc muèi kh«ng cacbonat kh¸c cña Canxi vµ Magie nh−: CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4, CaSiO3, MgSiO3,.. §é cøng kh«ng cacbonat cßn gäi lµ ®é cøng vÜnh cöu. Do ®ã ®é cøng toµn phÇn cña n−íc H0 mét mÆt lµ b»ng tæng çc ®é cøng canxi vµ magie vµ mÆt kh¸c b»ng tæng çc ®é cøng cacbonat vµ kh«ng cacbonat. Ph©n lo¹i n−íc thiªn nhiªn theo ®é cøng toµn phÇn nh− sau: H0 < 1,5 mg®l/kg – n−íc cã ®é cøng nhá; H0 = 1,5 - 3,0 mg®l/kg – n−íc cã ®é cøng trung b×nh; H0 = 3,0 - 6,0 mg®l/kg – n−íc cã ®é cøng n©ng cao; H0 = 6,0 – 12,0 mg®l/kg – n−íc cã ®é cøng cao; H0 > 12,0 mg®l/kg – n−íc cã ®é cøng rÊt cao. 4. §é kiÒm tæng qu¸t cña n−íc K0 (mg®l/kg) lµ tæng nång ®é çc anion OH-, HCO3

-, CO32-, PO4

3-, HSiO3-, SiO3

2- vµ çc muèi cña çc axit h÷u c¬ yÕu cã trong n−íc. Tïy thuéc vµo çc anion g©y ra ®é kiÒm mµ ng−êi ta ph©n biÖt thµnh:

a- ®é kiÒm hydrat Kh do cã ion hydroxyl OH- trong n−íc t¹o ra;

b- ®é kiÒm cacbonat KC do cã ion cacbonat CO32- trong

n−íc; c- ®é kiÒm bicacbonat KbC do cã çc b160 d- icacbonat HCO3

- trong n−íc. 5. Çc vËt chÊt h÷u c¬ ViÖc x¸c ®Þnh trùc tiÕp nång ®é çc vËt chÊt h÷u c¬ thùc tÕ kh«ng thÓ lµm ®−îc, nªn hµm l−îng cña chóng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng con ®−êng gi¸n tiÕp khi x¸c ®Þnh ®é oxy hãa cña n−íc dïng kali pemanganat KMnO4 lµm chÊt oxy hãa trong m«i tr−êng axit. 6. Nång ®é ion hydro

Çc ion hydro H+ vµ hydroxyl OH- sinh ra trong n−íc do ph©n hñy n−íc: H2O ⇔ H+ + OH- (7-4)

125

Çc ion H+ cã thÓ cã trong dung dÞch do ph©n hñy çc axit, vÝ dô: HCl ⇔ H+ + Cl- (7-5) Çc ion OH- sinh ra do ph©n hñy chÊt kiÒm, vÝ dô: NaOH ⇔ Na+ + OH- (7-6) Trong n−íc nguyªn chÊt vÒ hãa häc ë 230C th× çc nång ®é

+HC vµ −OH

C b»ng 10-7 g ion/kg vµ chóng ®Æc tr−ng ph¶n øng trung

hßa chÊt láng. Trong m«i tr−êng axit +HC > 10-7 g ion/kg > −OH

C ,

trong m«i tr−êng kiÒm th× ng−îc l¹i +HC < 10-7 g ion/kg < −OH

C

Cã thÓ biÓu diÔn ph¶n øng cña dung dÞch mét çch thuËn tiÖn h¬n qua chØ sè PH hay POH, chóng lµ logarit ©m cña nång ®é çc ion t−¬ng øng. Trong m«i tr−êng trung hßa PH = 7 = POH. M«i tr−êng axit cã pH < 7 < POH, m«i tr−êng kiÒm cã pH > 7 > POH.

TÝnh axit vµ tÝnh kiÒm §é PH Axit yÕu Trung hßa KiÒm yÕu KiÒm m¹nh

4,0 – 6,5 7,0

7,5 – 10 11 – 14

7. Çc chÊt khÝ hßa tan trong n−íc. Çc chÊt khÝ nh− N2, O2, CO2, hßa tan trong n−íc. CO2 vµ O2 cã t¸c dông g©y ¨n mßn kim lo¹i. §é hßa tan cña çc chÊt khÝ trong n−íc phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña n−íc vµ ph©n ¸p suÊt cña khÝ ë phÝa trªn mÆt n−íc. 7.1.3. ChÊt l−îng n−íc thiªn nhiªn N−íc thiªn nhiªn gåm n−íc bÒ mÆt nh− n−íc s«ng, hå, biÓn, hå chøa n−íc nh©n t¹o vµ n−íc ngÇm. ChÊt l−îng n−íc bÒ mÆt nhÊt lµ n−íc s«ng hå thay ®æi theo thêi gian vµ mïa trong mét n¨m, ®ång thêi theo chiÒu dµi s«ng chÊt l−îng n−íc còng kh¸c nhau. N−íc s«ng th−êng chøa mét sè l−îng t−¬ng ®èi kh«ng lín çc muèi hßa tan kho¶ng 500÷600 mg/kg. N−íc s«ng th−êng cã çc cation Ca2+, Mg2+, Na+ vµ çc anion HCO3

-, SO42-, Cl-. ChØ tiªu

pH cña n−íc s«ng th−êng b»ng 6,5÷7,5.

126

N−íc s«ng th−êng chøa mét sè l−îng nhÊt ®Þnh çc chÊt l¬ löng vµ dao ®éng trong ph¹m vi réng tïy thuéc vµo l−îng n−íc m−a. N−íc hå vµ biÓn cã tû lÖ çc cation vµ anion gÇn nh− nhau. Hµm l−îng muèi cña n−íc hå vµ biÓn gÇn b»ng 35 g/kg. Çc ion chÝnh cña n−íc biÓn lµ Na+ vµ Cl-. §é cøng toµn phÇn cña n−íc hå n»m trong ph¹m vi 215÷225 mg®l/kg, trong ®ã ®é cøng cacbonat b»ng kho¶ng 15 mg®l/kg N−íc ngÇm cã thµnh phÇn hãa häc rÊt kh¸c nhau. N−íc d−íi ®Êt chøa mét l−îng ®¸ng kÓ CO2 hßa tan, s¾t vµ H2S. 7.2. NhiÖm vô chÕ ®é n−íc cña lß h¬i. N−íc cÊp cho lß h¬i çc nhµ m¸y ®iÖn gåm n−íc ng−ng cña tuabin vµ n−íc bæ sung ®· ®−îc xö lý ®Ó bï l¹i tæn thÊt n−íc vµ h¬i. ë çc nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn ng−ng h¬i thuÇn tóy çc tæn thÊt n−íc vµ h¬i gåm h¬i tiªu thô ®Ó truyÒn ®éng c¬ cÊu phô, ®Ó thæi bôi tro b¸m bÈn çc bÒ mÆt ®èt, th«ng h¬i lµm m¸t bé qu¸ nhiÖt trong lóc ®èt lß, ®Ó chÌn tuabin h¬i vµ rß rØ ë nh÷ng chç hë trªn ®−êng h¬i, ®−êng n−íc; tæn thÊt nµy kh«ng lín h¬n 1÷3% s¶n l−îng ®Þnh møc cña ph©n x−ëng lß h¬i. V× thÕ n−íc cÊp cho lß h¬i gåm 96÷98 % n−íc ng−ng cña tuabin vµ 2÷4 % n−íc bæ sung. ë çc trung t©m nhiÖt ®iÖn l−îng n−íc ng−ng vµ n−íc bæ sung dao ®éng trong ph¹m vi rÊt réng tïy thuéc ®Æc tÝnh cña çc bé tiªu thô nhiÖt (n−íc nãng, h¬i trÝch tõ tuabin cã tr¶ l¹i n−íc hay kh«ng, h¬i lÊy tõ bé qu¸ nhiÖt), trong mét sè tr−êng hîp n−íc bæ sung ®¹t ®Õn 40÷50% vµ cã thÓ lín h¬n. §«i khi n−íc ng−ng do çc bé tiªu thô h¬i tr¶ vÒ ®· bÞ bÈn nªn kh«ng thÓ dïng ngay lµm n−íc cÊp cho lß h¬i ®−îc. Çc t¹p chÊt kh«ng mong muèn cã nh− çc muèi vµ hîp chÊt cña çc kim lo¹i nÆng th©m nhËp vµo n−íc theo çc ®−êng kh¸c nhau. Nguån sinh ra çc t¹p chÊt chñ yÕu lµ lät (rß) n−íc lµm l¹nh qua çc chç hë trong çc b×nh gia nhiÖt cung cÊp nhiÖt cña m¹ng nhiÖt,� Sù cã mÆt cña çc t¹p chÊt trong n−íc cÊp cã thÓ dÉn ®Õn t¹o ra çu cÆn b¸m trªn bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i vµ ph¸ hñy chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng cña lß, lµm xÊu chÊt l−îng h¬i vµ ¨n mßn çc chi tiÕt kim lo¹i ®−êng h¬i vµ n−íc. V× thÕ ®Ó lß h¬i lµm viÖc liªn tôc vµ kinh tÕ th× nhiÖm vô cña chÕ ®é n−íc ph¶i:

127

1- Ng¨n ngõa hoÆc gi¶m thiÓu sù t¹o thµnh çu b¸m trªn çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt (bÒ mÆt ®èt);

2- Ng¨n ngõa hoÆc gi¶m thiÓu qu¸ tr×nh ¨n mßn kim lo¹i ®−êng n−íc vµ h¬i;

3- §¶m b¶o thu ®−îc h¬i cã ®é s¹ch yªu cÇu. 7.3. Sù t¹o thµnh çu cÆn trong lß h¬i vµ ®−êng n−íc cÊp N−íc cÊp cña lß h¬i lu«n lu«n chøa mét l−îng nhÊt ®Þnh çc vËt chÊt hßa tan nh− nh÷ng hîp chÊt v« c¬ kh«ng bay h¬i vµ çc chÊt bay h¬i (chÊt khÝ). Mäi chÊt hßa tan trong n−íc (trõ çc chÊt khÝ, çc axit cacbonic vµ silicic) ®Òu bÞ ph©n hñy hoµn toµn tøc lµ chóng lµ çc chÊt ®iÖn ph©n m¹nh. Çc axit cacbonic vµ silicic lµ çc chÊt ®iÖn ph©n yÕu. N−íc lß lµ dung dÞch n−íc cña çc hîp chÊt hãa häc kh¸c nhau, trong n−íc lß x¶y ra qu¸ tr×nh hãa lý phøc t¹p vµ kÕt qu¶ lµ t¸ch pha r¾n ra khái dung dÞch trùc tiÕp b¸m ch¾c trªn bÒ mÆt kim lo¹i, gäi lµ çu b¸m hoÆc ë tr¹ng th¸i çc h¹t l¬ löng trong n−íc lß, gäi lµ bïn. Bïn cµng tÝch tô l¹i th× hoÆc biÕn thµnh chÊt xèp kh«ng b¸m vµo bÒ mÆt kim lo¹i vµ cã thÓ dÔ dµng x¶ ra ngoµi hoÆc b¸m vµo bÒ mÆt kim lo¹i gäi lµ çu thø cÊp. Sù t¸ch pha cøng ra khái n−íc lß cã thÓ x¶y ra do nh÷ng nguyªn nh©n sau:

1- Do x¶y ra ph¶n øng gi÷a çc chÊt kh¸c nhau cã trong n−íc;

2- Do gi¶m ®é hßa tan mét sè muèi khi t¨ng nhiÖt ®é (çc muèi cã hÖ sè hßa tan ©m);

3- Do t¨ng nång ®é muèi trong n−íc lß khi bay h¬i. Sù ph¶n øng gi÷a çc hîp chÊt kh¸c nhau n»m trong n−íc ®−îc ®èt nãng vµ bèc h¬i cã thÓ dÉn ®Õn t¹o thµnh vµ t¸ch çc chÊt khã hßa tan ra khái dung dÞch. Çc chÊt nµy lµ CaSO4, CaCO3, MgCO3, CaSiO3, vµ MgSiO3, çc hydroxyt Ca(OH)2 vµ Mg(OH)2,� Qu¸ tr×nh l¾ng çc hîp chÊt khã hßa tan nãi trªn tu©n theo quy luËt tÝch sè ®é hßa tan. Quy luËt nµy nãi r»ng trong dung dÞch b·o hßa cña chÊt khã hßa tan th× tÝch sè nång ®é çc ion n»m trong dung dÞch ë nhiÖt ®é ®· cho lµ ®¹i l−îng kh«ng ®æi: [ ][ ] constTHA.C

nnACnn ==−+ , (7-7)

128

trong ®ã: [Cn

+] vµ [An-] lµ nång ®é çc cation vµ anion trong n−íc;

TH lµ gi¸ trÞ b»ng sè cña tÝch sè ®é hßa tan, gi¸ trÞ nµy kh«ng ®æi ë nhiÖt ®é ®· cho víi chÊt cho tr−íc. Do ®ã nÕu [ ][ ]−+> nnAC A.CTH

nn th× dung dÞch ch−a b·o hßa

vµ çc chÊt cÆn sÏ kh«ng l¾ng. NÕu [ ][ ]−+< nnAC A.CTHnn

th× dung

dÞch qu¸ b·o hßa vµ x¶y ra qu¸ tr×nh l¾ng cÆn. Cho nªn tÝch sè ®é hßa tan ®Æc tr−ng giíi h¹n ®é hßa tan cña chÊt ®iÖn ph©n ë nhiÖt ®é ®· cho vµ phô thuéc vµo b¶n chÊt hãa häc cña chÊt Êy. VÝ dô tÝch sè ®é hßa tan cña mét sè chÊt n»m trong n−íc ®−îc diÔn t¶ nh− sau: [ ][ ]

4CaSO24

2 THSO.Ca =−+

[ ][ ]4MgSO

24

2 THSO.Mg =−+

[ ][ ]3CaSiO

23

2 THSiO.Ca =−+

Sù gi¶m ®é hßa tan cña mét sè chÊt khi t¨ng nhiÖt ®é còng dÉn ®Õn l¾ng cÆn. VÝ dô çc muèi hßa tan cña canxi vµ magie cã hÖ sè hßa tan ©m. Quan hÖ gi÷a ®é hßa tan cña çc chÊt t¹o thµnh çu chñ yÕu vµ mét sè hîp chÊt dÔ hßa tan víi nhiÖt ®é ®−îc minh häa trong çc h×nh vÏ 7.1 vµ 7.2. Sù t¸ch (l¾ng) çc chÊt chøa trong n−íc cÊp ra khái dung dÞch x¶y ra chñ yÕu d−íi d¹ng tinh thÓ. Sù kÕt tinh çc chÊt cã thÓ x¶y ra trªn bÒ mÆt kim lo¹i vµ trong thÓ tÝch dung dÞch. Nh÷ng trung t©m cña qu¸ tr×nh kÕt tinh bao gåm ®é nh¸m cña bÒ mÆt, çc h¹t keo vµ çc bät khÝ n»m trong dung dÞch, çc h¹t l¬ löng. Çc chÊt t¹o thµnh çu lµ nh÷ng chÊt bÞ kÕt tinh trªn bÒ mÆt kim lo¹i d−íi d¹ng çc chÊt l¾ng thÓ r¾n liªn kÕt ch¾c víi kim lo¹i.

129

Nh÷ng chÊt bÞ kÕt tinh trong thÓ tÝch n−íc lß d−íi d¹ng çc tinh thÓ l¬ löng trong dung dÞch gäi lµ bïn. Çc hîp chÊt cña canxi vµ magie Ýt hßa tan cã mÆt trong n−íc lß chÝnh lµ çc chÊt t¹o thµnh çu b¸m. CaSiO3 t¹o ra çu cøng dÝnh chÆt vµo v¸ch èng kim lo¹i. Çu nµy cã mK/W12,0=λ tøc lµ nhá h¬n 400 lÇn so víi hÖ sè dÉn nhiÖt cña thÐp cacbon th«ng th−êng. Cho nªn khi cã líp çu nµy rÊt máng còng lµm t¨ng râ rÖt nhiÖt ®é v¸ch èng. CaSO4

còng lµ çu ch¾c, nã cã mK/W33,223,0 −=λ . CaCO3 cã thÓ t¹o ra çc çu cøng hay bïn. Çc hîp chÊt silicat cña magie nh− MgSiO3, 3MgO.2SiO2.2H2O t¹o ra bïn vµ dÔ th¶i ra ngoµi. Sù t¹o thµnh çu cøng trªn bÒ mÆt èng sinh h¬i x¶y ra do kÕt qu¶ cña çc qu¸ tr×nh hãa lý vµ ®iÖn hãa phøc t¹p, kh«ng nh÷ng çc chÊt t¹o thµnh çu mµ c¶ çc oxyt kim lo¹i (s¾t, nh«m, kÏm), çc kim lo¹i nguyªn chÊt (®ång) vµ çc chÊt dÔ hßa tan ®Òu tham gia vµo çc qu¸ tr×nh sinh çu.

H×nh 7.1. §é hßa tan cña çc chÊt t¹o thµnh çu chñ yÕu cã trong n−íc

H×nh 7.2. §é hßa tan cña mét sè hîp chÊt dÔ hßa

tan cã trong n−íc

130

Çu sinh ra trong lß h¬i cã çc tÝnh chÊt vËt lý vµ tÝnh chÊt hãa häc kh¸c nhau. Nh÷ng chØ tiªu chñ yÕu cña çu lµ ®é xèp, ®é cøng vµ kh¶ n¨ng dÉn nhiÖt. Tïy theo ®é cøng vµ ®é xèp cña çu mµ x¸c ®Þnh ®−îc cÊu t¹o vµ thµnh phÇn hãa häc cña çu vµ kh¶ n¨ng cã thÓ th¶i çu b»ng biÖn ph¸p c¬ khÝ hay kh«ng. §é dÉn nhiÖt cña çu tïy thuéc cÊu t¹o vµ thµnh phÇn hãa häc cña çu. §Ó ®¶m b¶o sù lµm viÖc b×nh th−êng cña lß h¬i cÇn ®¶m b¶o chÕ ®é lµm viÖc kh«ng sinh ra çu. Muèn vËy mét mÆt ph¶i lµm mÒm thËt s©u n−íc bæ sung vµ khö hiÖn t−îng lät n−íc tuÇn hoµn trong b×nh ng−ng, mÆt kh¸c ph¶i ®¶m b¶o chÊt l−îng cÇn thiÕt cña n−íc lß. MÆc dÇu cã nhiÒu biÖn ph¸p dïng ®Ó n©ng cao chÊt l−îng n−íc cÊp vµ n−íc lß nh−ng vÉn cã çu sinh ra nªn ph¶i dïng biÖn ph¸p c¬ khÝ hay dïng axit ®Ó th¶i çu ra ngoµi. §Ó chèng ®ãng çu lµ çc hîp chÊt cña s¾t, ®ång trong èng sinh h¬i vµ èng qu¸ nhiÖt (çc lo¹i nµy t¹o ra lç thñng vµ rç kim) cÇn ph¶i duy tr× nång ®é s¾t vµ ®ång trong n−íc lß vµ n−íc cÊp ë møc tèi thiÓu b»ng çch khö khÝ hßa tan trong n−íc. B¶ng 7.1. Gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè dÉn nhiÖt cña mét sè çu cÆn

D¹ng çu vµ thµnh phÇn hãa häc cña nã ®Æc tÝnh cña çu

HÖ sè dÉn nhiÖt W/mK,λ

Çu chøa dÇu Cøng 0,116 - 0,175

Çu silicat (cã hµm l−îng SiO2 b»ng hoÆc lín h¬n 20 – 25%)

Cøng 0,058- 0,232

Çu th¹ch cao (cã hµm l−îng CaSO4 ®Õn 50%) R¾n, ch¾c 0,580 - 2,900

Çu cacbonat (cã hµm l−îng CaCO3 + MgCO3 lín h¬n 50%)

Tõ bét kh«ng ®Þnh h×nh ®Õn ®¸ lß

cøng 0,580 - 7,000

Çu hçn hîp gåm th¹ch cao, cacbonat, silicat canxi vµ magie

Cøng, ch¾c 0,800 - 3,500

7.4. Qu¸ tr×nh ¨n mßn kim lo¹i bÒ mÆt truyÒn nhiÖt

131

Sù ¨n mßn kim lo¹i bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i lµ sù ph¸ hñy kim lo¹i d−íi t¸c dông cña m«i tr−êng xung quanh (h¬i, n−íc, khãi) do çc qu¸ tr×nh hãa häc vµ ®iÖn hãa häc. Qu¸ tr×nh ph¸ hñy kim lo¹i do t−¬ng t¸c hãa häc trùc tiÕp gi÷a kim lo¹i víi m«i tr−êng xung quanh lµ sù ¨n mßn hãa häc. Sù ¨n mßn ®iÖn hãa häc kh¸c víi sù ¨n mßn hãa häc ë chç çc ph¶n øng x¶y ra cã kÌm theo sinh ra dßng ®iÖn. Cã çc d¹ng ¨n mßn sau (h×nh vÏ 7.3): Sù ¨n mßn ®ång ®Òu lµ sù ph¸ hñy kim lo¹i x¶y ra víi tèc ®é nh− nhau trªn toµn bé hay hÇu nh− trªn toµn bé bÒ mÆt tiÕp xóc víi m«i tr−êng ¨n mßn (x©m thùc).

Trong tr−êng hîp ¨n mßn khu vùc th× sù ph¸ hñy kim lo¹i x¶y ra trªn tõng phÇn cña bÒ mÆt. ¡n mßn khu vùc th−êng cã çc d¹ng sau: ¨n mßn ®iÓm, vÕt, gi÷a çc tinh thÓ, xuyªn ngang tinh thÓ vµ lùa chän. ¡n mßn vÕt xuÊt hiÖn trªn tõng phÇn nhá cña bÒ mÆt, nh−ng th−êng ®¹t ®Õn ®é s©u ®¸ng kÓ. §−êng kÝnh vÕt ë khoang n−íc cña bao h¬i b»ng 4÷5mm, vµ ë nh÷ng èng sinh h¬i cã khi thÊy çc hè rÊt lín bÞ phñ bëi mét líp oxyt s¾t dµy. Khi ®−êng kÝnh vÕt b»ng 0,2÷1mm th× gäi lµ ¨n mßn ®iÓm vµ th−êng ¨n mßn ®iÓm g©y ra çc lç xuyªn thñng nªn ¨n mßn ®iÓm lµ nguy hiÓm nhÊt. Sù ph¸ hñy kim lo¹i trªn biªn cña çc h¹t gäi lµ ¨n mßn gi÷a çc tinh thÓ. Khi Êy ®é bÒn c¬ häc cña kim lo¹i bÞ gi¶m vµ cã thÓ h×nh thµnh çc vÕt r¹n gi÷a çc tinh thÓ. D¹ng ¨n mßn nµy cã ë nh÷ng èng thÐp «stenit. Khi ¨n mßn xuyªn qua tinh thÓ th× vÕt r¹n ®i xuyªn qua h¹t kim lo¹i.

H×nh 7.3. Çc d¹ng ¨n mßn kim lo¹i. 1-®ång ®Òu; 2-vÕt loÐt; 3-®iÓm; 4-gi÷a çc tinh thÓ; 5-xuyªn ngang tinh thÓ.

132

TÊt c¶ çc d¹ng h− háng kim lo¹i do ¨n mßn ®Òu cã thÓ cã trong lß h¬i vµ th−êng cã sù kÕt hîp mét sè d¹ng h− háng do ¨n mßn. Tèc ®é ¨n mßn ®Òu vµ ¨n mßn vÕt ®−îc x¸c ®Þnh theo ®é gi¶m khèi l−îng cña phÇn tö bÞ ¨n mßn, tÝnh b»ng g/m2h hay theo chiÒu s©u ¨n mßn tÝnh b»ng mm/n¨m. Khi chän tèc ®é ¨n mßn cho phÐp trong ®−êng n−íc cÊp cÇn ph¶i kÓ ®Õn sù t¨ng lªn cña hµm l−îng t¹p chÊt trong n−íc cÊp, chñ yÕu lµ çc hîp chÊt s¾t Ýt hßa tan. Çc s¶n phÈm ¨n mßn trong n−íc cÊp lµm t¨ng hµm l−îng bïn trong lß h¬i, bïn nµy còng tham gia vµo sù t¹o ra çu b¸m trªn bÒ mÆt ®èt. Khi n−íc l−u ®éng trong vßng tuÇn hoµn víi tèc ®é nhá th× bïn n»m l¹i ë èng gãp hay ë tiÕt diÖn vµo cña èng sinh h¬i do ®ã lµm gi¶m tiÕt diÖn cho n−íc ®i hoÆc cã thÓ lµm t¾c ®−êng n−íc. Kh«ng cho phÐp x¶y ra sù ph¸ hñy kim lo¹i do ¨n mßn gi÷a çc tinh thÓ v× nã lµm gi¶m ®é bÒn c¬ häc cña kim lo¹i mÆc dï tæn thÊt khèi l−îng nhá h¬n nhiÒu so víi ¨n mßn ®Òu vµ ¨n mßn vÕt. Trong b¶ng 7.2 cho biÕt sù ph©n lo¹i c−êng ®é ¨n mßn ë çc èng sinh h¬i vµ èng h©m n−íc. (Thêi h¹n phôc vô cña èng lµ 20 n¨m ®−îc lÊy lµm c¬ së ®Ó tÝnh tèc ®é ¨n mßn cho phÐp).

B¶ng 7.2. C−êng ®é ¨n mßn çc èng sinh h¬i vµ èng h©m n−íc

(thêi h¹n phôc vô cña èng lµ 20 n¨m)

Tèc ®é ¨n mßn vÕt loÐt, mm/n¨m

Tèc ®é ¨n mßn ®Òu, mm/n¨m

§Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh ¨n

mßn Trung ¸p Cao ¸p Trung,

cao ¸p

VÕt nøt do ¨n mßn

Thùc tÕ lµ kh«ng cã

0,00 – 0,05

0,00 – 0,05

0,00 – 0,02

Kh«ng cã

¡n mßn yÕu 0,05 – 0,10

0,00 – 0,20

0,03 – 0,08

Kh«ng cã

¡n mßn cho phÐp

0,10 – 0,15

0,20 – 0,30

0,08 – 0,12

Kh«ng cã

¡n mßn m¹nh 0,15 – 0,60

0,30 – 1,20

0,13 – 0,40

Ph¸t hiÖn ®−îc

¡n mßn sù cè ≥ 0,60 ≥ 1,20 ≥ 0,40 Ph¸t hiÖn thÊy

133

§Ó phßng ngõa ¨n mßn vµ ng¨n ngõa çc s¶n phÈm ¨n mßn lµm bÈn n−íc cÊp cÇn ph¶i biÕt c¬ chÕ vµ çc ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh qu¸ tr×nh ¨n mßn. Trong lß h¬i cã c¶ ¨n mßn hãa häc vµ ¨n mßn ®iÖn hãa häc vµ nhiÒu khi c¶ hai qu¸ tr×nh nµy x¶y ra ®ång thêi.

* ¡n mßn hãa häc thuÇn tóy: vÝ dô ¨n mßn cña h¬i n−íc trong çc èng cña bé qu¸ nhiÖt do oxy hãa kim lo¹i bëi h¬i qu¸ nhiÖt:

3Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4H2 (7-8) D¹ng ¨n mßn nµy cã ®Æc tÝnh ®ång ®Òu. Mµng oxyt s¾t

Fe3O4 cã t¸c dông b¶o vÖ bÒ mÆt èng khái bÞ ¨n mßn tiÕp theo. ë çc èng sinh h¬i ¨n mßn do h¬i n−íc chØ x¶y ra khi ph¸ hñy thñy ®éng cña chóng nh− ph©n líp hçn hîp h¬i n−íc vµ ngõng tuÇn hoµn.

Nh÷ng yÕu tè c¬ b¶n ¶nh h−ëng ®Õn c−êng ®é ¨n mßn h¬i n−íc lµ nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn hãa häc cña kim lo¹i. §èi víi thÐp cacbon ë nhiÖt ®é < 5000C th× tèc ®é ¨n mßn h¬i n−íc cã trÞ sè nhá. Khi tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é th× tèc ®é ¨n mßn t¨ng lªn nhanh chãng.

Khi bæ sung çc nguyªn tè hîp kim nh− Mo, Cr, Ni vµo thÐp th× tÝnh æn ®Þnh chèng ¨n mßn bëi h¬i n−íc cña thÐp sÏ t¨ng lªn.

* ¡n mßn ®iÖn hãa häc: NhiÒu qu¸ tr×nh ¨n mßn kim lo¹i trong lß h¬i lµ qu¸ tr×nh ®iÖn hãa häc. Sù ¨n mßn nµy x¶y ra do t¸c dông cña çc khÝ cã ho¹t tÝnh ¨n mßn nh− O2, CO2, cña dung dÞch çc chÊt ®iÖn ph©n (çc muèi, çc axit, çc chÊt kiÒm) cã sinh ra dßng ®iÖn ®i tõ phÇn nµy ®Õn phÇn kh¸c cña kim lo¹i. Së dÜ sinh ra dßng ®iÖn v× khi kim lo¹i tiÕp xóc víi çc chÊt ®iÖn ph©n th× trªn bÒ mÆt kim lo¹i sinh ra çc pin ®iÖn rÊt nhá. Nguyªn nh©n xuÊt hiÖn çc pin ®iÖn nhá chñ yÕu lµ do tÝnh kh«ng ®ång nhÊt vÒ ®iÖn hãa häc cña bÒ mÆt ph©n chia gi÷a kim lo¹i vµ chÊt ®iÖn ph©n do bÒ mÆt kim lo¹i kh«ng ®ång nhÊt, khi cã çu b¸m trªn tõng phÇn cña bÒ mÆt ®èt, do chÊt ®iÖn ph©n cã nång ®é kh¸c nhau vµ do ph©n bè kh«ng ®ång ®Òu çc s¶n phÈm ¨n mßn trªn bÒ mÆt kim lo¹i. HiÖu ®iÖn thÕ cña çc pin ®iÖn (g©y ¨n mßn) chØ ®¸ng kÓ trong giai ®o¹n ®Çu khi sinh ra çc pin ®iÖn Êy, sau mét kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n hiÖu ®iÖn thÕ nµy sÏ gi¶m xuèng râ rÖt. Sù gi¶m hiÖu ®iÖn thÕ ban ®Çu cña çc ®iÖn cùc cña pin ®iÖn nhá khi cã dßng ®iÖn ®i qua gäi lµ sù ph©n cùc. V× thÕ sù ph©n cùc sÏ lµm gi¶m c−êng ®é ¨n mßn. Sù ph©n cùc bÞ gi¶m ®i khi trong chÊt ®iÖn ph©n cã çc chÊt cã kh¶ n¨ng phôc håi thÕ ®iÖn cùc. Nh÷ng chÊt nh− vËy gäi lµ chÊt khö cùc vµ qu¸ tr×nh gi¶m ph©n cùc gäi lµ qu¸ tr×nh khö cùc.

134

Ng−êi ta ph©n biÖt sù khö cùc anot vµ sù khö cùc catot. Sù khö cùc anot ®−îc ®Æc tr−ng b»ng sù chuyÓn kim lo¹i vµo dung dÞch vµ gi¶i phãng çc (®iÖn tö) electron; sù khö cùc catot ®Æc tr−ng bëi sù tiÕp nhËn çc electron cña chÊt khö cùc vµ do ®ã c−êng ®é dßng ®iÖn ¨n mßn sÏ t¨ng lªn.

ChÊt khö cùc (¨n mßn) ho¹t tÝnh nhÊt lµ oxy hßa tan trong n−íc, nã g©y ra sù khö cùc catot rÊt m¹nh do nhËn çc electron vµ t¹o ra çc ion hydroxyl:

4e + O2 +2H2O → 4OH- (7-9) Çc ion hydro n»m trong n−íc còng g©y ra sù khö cùc catot

(sù khö cùc hydro) do kÕt hîp çc electron mµ chóng biÕn thµnh çc ph©n tö hydro:

2e + 2H+ → H2 (7-10) KÕt qu¶ cña çc qu¸ tr×nh ¨n mßn lµ ë anot cã sù t¨ng nång

®é çc ion kim lo¹i, cßn ë catot cã sù tÝch tô çc ion OH-. Khi chóng t−¬ng t¸c víi nhau sÏ t¹o ra hydroxyt s¾t hai:

Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 (7-11) Khi trong n−íc cã oxy hßa tan th× Fe(OH)2 chuyÓn thµnh

Fe(OH)3 kh«ng hßa tan trong n−íc: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 (7-12) Qu¸ tr×nh nµy lµm gi¶m nång ®é çc ion s¾t trong dung dÞch

ë anot vµ do ®ã dÉn ®Õn t¨ng c−êng sù ¨n mßn do khö cùc anot. CO2 tù do cã trong n−íc còng lµm t¨ng qu¸ tr×nh ¨n mßn vµ khi ®ång thêi cã O2 vµ CO2 trong n−íc sÏ x¶y ra song song çc qu¸ tr×nh khö cùc oxy vµ khö cùc hydro. Cho nªn ®iÒu kiÖn quan träng phßng ngõa ¨n mßn ®iÖn hãa häc lµ khö khÝ cho n−íc, tøc lµ th¶i O2 vµ CO2 ra khái n−íc. 7.5. ChÕ ®é n−íc cña lß h¬i ChÕ ®é n−íc cña lß h¬i ph¶i ®−îc tæ chøc nh− thÕ nµo ®Ó ®¶m b¶o sù lµm viÖc tin cËy vµ kinh tÕ cña lß vµ h¬i s¶n xuÊt ra cã chÊt l−îng cao. Tr−íc hÕt ph¶i ®¶m b¶o chÊt l−îng n−íc cÊp, ph¶i cã nh÷ng yªu cÇu nhÊt ®Þnh ®èi víi çc t¹p chÊt cã trong n−íc cÊp cho lß h¬i. ChÕ ®é n−íc ë lß h¬i cã bao h¬i kh¸c ë lß h¬i trùc l−u. ë lß h¬i cã bao h¬i chÕ ®é n−íc ®−îc x¸c ®Þnh bëi ¸p suÊt h¬i, cßn ë lß h¬i trùc l−u th× chÊt l−îng n−íc cÊp ph¶i nh− nhau ®èi víi bÊt kú Êp suÊt nµo.

135

ViÖc tæ chøc tèt chÕ ®é n−íc cña lß h¬i sÏ ng¨n ngõa sù sinh çu vµ lo¹i trõ sù ¨n mßn vµ gi¶m sù b¸m muèi trong phÇn truyÒn h¬i cña tuabin. 7.5.1. ChÕ ®é n−íc cña lß h¬i cã bao h¬i (lß h¬i tuÇn hoµn tù nhiªn) Tiªu chuÈn chÊt l−îng n−íc cÊp cho lß h¬i cã bao h¬i ph¶i tháa m·n nh÷ng yªu cÇu trong b¶ng 7.3.

B¶ng 7.3. Tiªu chuÈn chÊt l−îng n−íc cÊp cho lß h¬i cã bao h¬i,

tuÇn hoµn tù nhiªn. Hµm l−îng cho phÐp tèi ®a trong n−íc cÊp

¸p suÊt h¬i trong bao h¬i cña lß, Mpa

§é cøng toµn phÇn, µ g®l/

kg

Axit silic tÝnh ®æi

sang SiO3

2- , µ g/kg

Oxy hßa tan, µ g/kg

Hîp chÊt s¾t tÝnh ®æi sang

Fe, µ g/kg

Hîp chÊt ®ång tÝnh ®æi

sang Cu, µ g/kg

DÇu, mg/k

g

< 4,0 4,0÷10,0

>10,0

15 10 5

100 50

30 20 10

75 35 20

20 10

3 1

0,5 §é pH cña n−íc cÊp ph¶i n»m trong ph¹m vi 7,0 – 8,5. ViÖc h¹n chÕ ®¹i l−îng nµy vµ hµm l−îng oxy trong n−íc nh»m ng¨n ngõa ¨n mßn ®iÖn hãa häc trong ®−êng h¬i n−íc cña lß h¬i. Kh«ng thÓ ®¶m b¶o chÕ ®é lµm viÖc cña lß h¬i kh«ng cã çu chØ b»ng çch tu©n theo çc tiªu chuÈn chÊt l−îng n−íc cÊp mµ cßn ph¶i th¶i ra ngoµi lß çc t¹p chÊt cã trong n−íc lß b»ng çch x¶ liªn tôc, x¶ ®Þnh kú vµ xö lý n−íc bªn trong lß hay xö lý n−íc lß ( ph−¬ng ph¸p hiÖu chØnh). §Ó xö lý n−íc lß th−êng dïng natriphotphat Na3PO4. Khi t¨ng râ rÖt ®é kiÒm cña n−íc lß ng−êi ta dïng natri hidrophotphat Na2HPO4, nh÷ng chÊt nµy kÕt hîp víi çc chÊt t¹o thµnh çu råi t¸ch ra khái dung dÞch d−íi d¹ng bïn vµ ®−îc x¶ ra ngoµi, ph−¬ng ph¸p nµy gäi lµ ph−¬ng ph¸p photphat hãa n−íc lß. Çc ph¶n øng hãa häc x¶y ra nh− sau: 2Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 6NaHCO3; (7-13) 2Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3; (7-14)

136

Trong ph−¬ng ph¸p nµy çc cation Ca2+ kÕt hîp víi çc ion photphat ®Ó t¹o ra Ca3(PO4)2 hoÆc øng víi ®é kiÒm x¸c ®Þnh cña n−íc sÏ t¹o ra hydroxyl apatit Ca10(PO4)6(OH)2, cßn çc ion Mg2+ sÏ l¾ng d−íi d¹ng photphat 3 magie Mg3(PO4)2. C¶ hai hîp chÊt nµy Ýt hßa tan trong n−íc. Photphat hãa n−íc lß b»ng çch cho vµo bao h¬i mét l−îng photphat ®ñ ®Ó t−¬ng t¸c víi chÊt t¹o thµnh çu cã trong n−íc lß vµ cßn d− mét l−îng nµo ®ã. Trong ®iÒu kiÖn nh− vËy th× hµm l−îng çc ion Ca2+ vµ Mg2+ trong n−íc sÏ nhá ®Õn møc lo¹i trõ ®−îc sù sinh çu. L−îng d− PO4

3- b»ng kho¶ng 7÷15 mg/l. Ph−¬ng ph¸p kh¸c b¶o vÖ kim lo¹i khái bÞ t¸c dông cña kiÒm nång ®é cao trong lß h¬i lµ gi¶m tÝnh ¨n mßn cña n−íc lß b»ng çch duy tr× mét tû lÖ nhÊt ®Þnh gi÷a nång ®é kiÒm hydrat vµ çc ion kh¸c. Tiªu chuÈn chÊt l−îng n−íc lß vµ chÕ ®é x¶ lß ph¶i ®−îc x¸c ®Þnh cho tõng lß h¬i trªn c¬ së thÝ nghiÖm nhiÖt hãa. CÇn l−u ý lµ ph¶i ®¶m b¶o thu ®−îc h¬i cã chÊt l−îng phï hîp víi yªu cÇu. 7.5.2. ChÕ ®é n−íc cña lß h¬i trùc l−u. ë nh÷ng lß h¬i trùc l−u kh«ng cã bé phËn ph©n ly amar th× toµn bé n−íc cÊp ®−îc bèc h¬i. V× kh«ng ®−îc x¶ ra ngoµi nªn mäi t¹p chÊt cã trong n−íc cÊp hoÆc sÏ b¸m lªn bÒ mÆt ®èt cña lß h¬i hoÆc bay theo h¬i vµo tuabin. Do vËy ph¶i ®Æt ra nh÷ng yªu cÇu kh¾t khe ®èi víi chÊt l−îng n−íc cÊp cho lß h¬i trùc l−u kh«ng cã bé ph©n ly Èm (xem b¶ng 7.4).

B¶ng 7.4. Tiªu chuÈn chÊt l−îng n−íc ®èi víi lß h¬i trùc l−u kh«ng cã bé ph©n ly Èm

Çc chØ tiªu chÊt l−îng n−íc cÊp Hµm l−îng cho phÐp tèi ®a

- §é cøng toµn phÇn, µ g®l/kg 1 - Axit silic tÝnh ®æi sang SiO3

2-, µ g/kg 20 - Çc hîp chÊt Natri tÝnh ®æi sang Na2SO4, µ g/kg 50 - §é pH 7,0-8,5 - Hµm l−îng oxy hßa tan, µ g/kg 10

137

- Hµm l−îng hîp chÊt s¾t tÝnh ®æi sang Fe, µ g/kg 20 - Hµm l−îng hîp chÊt ®ång ®æi sang Cu, µ g/kg 10 - Hµm l−îng dÇu, mg/l ChØ cã vÕt §Ó ng¨n ngõa ¨n mßn ®−êng h¬i n−íc cña lß h¬i trùc l−u cÇn khö khÝ b»ng nhiÖt thËt tèt cho n−íc cÊp, ®é pH cña n−íc cÊp < 7,0. Ngoµi khö khÝ b»ng nhiÖt ng−êi ta cßn cho thªm hydrazyn N2H4 vµo n−íc cÊp, nã sÏ liªn kÕt víi oxy d− trong n−íc cÊp theo ph−¬ng tr×nh sau: N2H4 + O2 → N2 + 2H2O (7-15) ViÖc dïng hydrazyn ®Ó b¶o vÖ kim lo¹i khái bÞ ¨n mßn ®Æc biÖt cã hiÖu qu¶. Muèn vËy cÊp n−íc cã hydrazyn víi sè l−îng kho¶ng 15÷20 mg/l vµo lß. 7.6. Çc ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc cÊp cho lß h¬i

Xö lý n−íc tr−íc khi cÊp vµo lß h¬i ®Ó khö ®Õn møc tèi thiÓu

nh÷ng vËt chÊt tan vµ kh«ng tan cã trong n−íc. D−íi ®©y sÏ tr×nh bµy çc ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th−êng dïng. 7.6.1. Xö lý n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p l¾ng cÆn Tïy theo hãa chÊt dïng mµ ta cã ph−¬ng ph¸p xö lý nh− sau:

Ph−¬ng ph¸p xö lý Hãa chÊt dïng V«i hãa Ca(OH)2 V«i – x« ®a Ca(OH)2 + Na2CO3

Xót NaOH Xót – x« ®a NaOH + Na2CO3 Xót – v«i NaOH + Ca(OH)2

ViÖc lµm mÒm n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p l¾ng cÆn dùa trªn c¬ së chuyÓn çc muèi hßa tan trong n−íc thµnh nh÷ng hîp chÊt Ýt hßa tan vµ l¾ng xuèng. Muèn vËy ®−a vµo n−íc ion hydroxyl (OH-) vµ ion cacbonat (CO3

2-). Hãa chÊt dïng lµ v«i t«i Ca(OH)2, xót NaOH, x« ®a Na2CO3, Na3PO4 (ba natri photphat), BaCO3, Ba(OH)2, BaAl2O3,�Khi dïng Ca(OH)2 hoÆc NaOH, th× çc ion OH- ph¶n øng víi çc ion HCO3

- lµ nh÷ng ®é cøng cacbonat, víi çc ion Mg2+ vµ víi khÝ CO2 hßa tan trong n−íc:

138

HCO3- + OH- → H2O + CO3

2- (7-16a) CO2 + 2OH- → H2O + CO3

2- (7-16b) Ion CO3

2- kÕt hîp víi ion Ca2+ t¹o ra CaCO3 Ýt hßa tan vµ l¾ng xuèng: Ca2+ + CO3

2- → CaCO3 ↓ (7-17) Khi OH- t−¬ng t¸c víi Mg2+ sÏ t¹o ra magie hydroxyt Ýt hßa tan: Mg2+ + OH- → Mg(OH)2 ↓ (7-18)

Cho nªn v«i chuyÓn çc muèi canxi cña ®é cøng cacbonat (cña n−íc) vµ mäi muèi magie thµnh cÆn. Ngoµi ra v«i lµm l¾ng s¾t, mét phÇn axit silicic vµ liªn kÕt víi CO2. Khi bæ sung Na2CO3 th× ion cacbonat CO3

2- ph¶n øng víi Ca2+ cña ®é cøng kh«ng cacbonat ®Ó t¹o ra CaCO3: CO3

2- + Ca2+ → CaCO3 (7-19) Khi t−¬ng t¸c gi÷a x« ®a vµ v«i th× sinh ra NaOH, chÊt nµy tham gia vµo ph¶n øng l¾ng cÆn: Ca(OH)2 + Na2CO3 → 2NaOH + CaCO3 ↓ (7-20) Khi l¾ng çc muèi cña ®é cøng cacbonat th× hµm l−îng muèi trong n−íc mÒm gi¶m xuèng. Sù kÕt tinh vµ t¸ch cÆn sÏ bÞ chËm l¹i khi cã chÊt h÷u c¬ trong n−íc. V× thÕ ®Ó t¨ng c−êng qu¸ tr×nh th× ®ång thêi víi viÖc lµm mÒm n−íc ng−êi ta còng tiÕn hµnh keo tô n−íc. §Ó lµm viÖc nµy ph¶i ®èt nãng n−íc mÒm vµ ®−a vµo mét l−îng d− chÊt ph¶n øng. Khi kh«ng ®èt nãng th× ®é cøng cã thÓ gi¶m ®Õn 1,4÷1,8 mg®l/l, khi ®é kiÒm b»ng 2,0÷2,5 mg®l/l mµ ®èt nãng 70÷800C th× ®é cøng gi¶m ®Õn 0,3÷0,35 mg®l/l. 7.6.2. Xö lý n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion (cation vµ anion). Dïng ph−¬ng ph¸p l¾ng cÆn kh«ng thÓ lµm mÒm hoµn toµn n−íc thiªn nhiªn. V× thÕ th−êng dïng s¬ ®å phèi hîp, trong ®ã xö lý s¬ bé b»ng çch l¾ng cÆn vµ kÕt thóc b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion. Xö lý n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion dùa vµo kh¶ n¨ng cña mét sè chÊt thùc tÕ kh«ng hßa tan trong n−íc gäi lµ çc chÊt trao ®æi ion hay ionit, chÊt nµy lµm thay ®æi thµnh phÇn ion cña n−íc theo h−íng mong muèn. Xö lý b»ng trao ®æi ion kh¸c vÒ nguyªn lý víi ph−¬ng ph¸p l¾ng cÆn ë chç t¹p chÊt ®−îc th¶i ra khái n−íc kh«ng t¹o ra cÆn vµ viÖc xö lý nµy kh«ng yªu cÇu ®Þnh l−îng (pha chÕ) liªn tôc chÊt

139

ph¶n øng. Do vËy viÖc vËn hµnh thiÕt bÞ xö lý n−íc b»ng trao ®æi ion ®¬n gi¶n h¬n, kÝch th−íc thiÕt bÞ nhá h¬n, hiÖu qu¶ xö lý cao h¬n nhiÒu so víi thiÕt bÞ xö lý b»ng ph−¬ng ph¸p l¾ng cÆn. Thêi gian cña chu tr×nh lµm viÖc cña thiÕt bÞ trao ®æi ion ®−îc x¸c ®Þnh bëi dung tÝch trao ®æi cña ionit tøc lµ kh¶ n¨ng trao ®æi ion cña nã. Sau mét thêi gian lµm viÖc th× kh¶ n¨ng trao ®æi ion cña ionit gi¶m ®i do ®ã ph¶i hoµn nguyªn (t¸i sinh) ®Ó kh«i phôc kh¶ n¨ng trao ®æi ion ban ®Çu cña ionit. 7.6.2.1. Xö lý n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi cation Çc cation th−êng dïng lµ Natri NaR, hydro HR vµ amoni NH4R, trong ®ã R lµ gèc cña cationit. VËt liÖu cationit cÇn cã ®ñ ®é bÒn c¬ häc, ®é bÒn hãa häc vµ cã kh¶ n¨ng trao ®æi ion lín. Dung tÝch hÊp thô biÓu thÞ b»ng gam ®−¬ng l−îng çc ion canxi vµ magie tÝnh cho 1 m3 h¹t. Khi dïng cationit natri th× x¶y ra sù trao ®æi ion theo çc ph¶n øng sau: Ca2+ + 2Na+R- → Ca2+R2

- + 2Na+ (7-21a) Mg2+ + 2Na+R- → Mg2+R2

- + 2Na+ (7-21b) hoÆc: 2NaR + Ca(HCO3)2 → CaR2 + 2NaHCO3; (7-21c) 2NaR + CaSO4 → CaR2 + Na2SO4; (7-21d) 2NaR + CaCl2 → CaR2 + 2NaCl; (7-21e) 2NaR + Mg(HCO3)2 → MgR2 + 2NaHCO3; (7-21f) 2NaR + MgSO4 → MgR2 + Na2SO4; (7-21g) 2NaR + MgCl2 → MgR2 + 2NaCl. (7-21h) Do qu¸ tr×nh trao ®æi cation mµ ®é cøng cßn l¹i cña n−íc gi¶m ®Õn 10 µ g®l/kg vµ thÊp h¬n, ®é kiÒm vµ çc thµnh phÇn anion kh«ng thay ®æi cßn hµm l−îng muèi th× t¨ng lªn mét Ýt. Nh−îc ®iÓm c¬ b¶n cña trao ®æi cation Natri NaR lµ biÕn ®æi ®é cøng cacbonat thµnh natri bicacbonat lµm t¨ng ®é kiÒm natri cña n−íc lß, v× trong lß h¬i NaHCO3 ®−îc biÕn thµnh Na2CO3 vµ NaOH: Ca(HCO3)2 + 2Na+R- → Ca2+R2 + 2NaHCO3; (7-22a) 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2↑ + H2O; (7-22b) Na2CO3 + H2O → 2NaOH + CO2↑ . (7-22c) §Ó hoµn nguyªn NaR ta dïng NaCl cã nång ®é 6÷8%, ph¶n øng x¶y ra nh− sau:

140

CaR + 2NaCl → 2NaR + CaCl2; (7-23a) MgR + 2NaCl → 2NaR + MgCl2. (7-23b) Khi dïng cationit hydro ta cã çc ph¶n øng sau: Ca2+ + 2H+R- → Ca2+R2

- + 2H+; (7-24a) Mg2+ + 2H+R- → Mg2+R2

- + 2H+; (7-24b) hoÆc: 2HR + Ca(HCO3)2 → CaR2 + 2H2O + CO2; (7-25a) 2HR + Mg(HCO3)2 → MgR2 + 2H2O + CO2; (7-25b) 2HR + CaSO4 → CaR2 + H2SO4; (7-25c) 2HR + MgCl2 → MgR2 + 2HCl; (7-25d) 2HR + CaCl2 → CaR2 + 2HCl. (7-25e) KÕt qu¶ lµ ®é cøng toµn phÇn gi¶m ®Õn 10 µ g®l/kg vµ thÊp h¬n, ®é cøng cacbonat ®−îc khö hoµn toµn, do ®ã hµm l−îng muèi gi¶m ®i vµ khö ®−îc ®é kiÒm cña n−íc. V× trong qu¸ tr×nh trao ®æi HR mäi cation trong n−íc ®−îc thay thÕ b»ng H+ nªn çc sunfat, clorua, vµ nitrat canxi.. cã trong dung dÞch sÏ biÕn thµnh çc axit kho¸ng tù do (H2SO4, HCl,......) do ®ã tÝnh axit cña n−íc t¨ng lªn. Th−êng ng−êi ta phèi hîp hai ph−¬ng ph¸p trao ®æi NaR vµ HR ®Ó ®é kiÒm cña n−íc sau khi qua b×nh NaR ®−îc trung hßa bëi axit sinh ra khi n−íc ®i qua b×nh HR (h×nh vÏ 7.4)

H×nh 7.4. S¬ ®å bè trÝ çc b×nh trao ®æi cation NaR vµ HR a-khi trao ®æi cation Na; b-khi bè trÝ nèi tiÕp b×nh HR vµ b×nh NaR; c-khi kÕt hîp HR vµ NaR trong mét b×nh; d-khi bè trÝ song song b×nh HR vµ b×nh NaR. 1-®−êng

141

cÊp n−íc cøng; 2-b×nh NaR; 3-b×nh hßa tan muèi; 4-bÓ dung dÞch; 5-bÓ n−íc ®Ó röa ng−îc; 6-®−êng n−íc mÒm ®i ra; 7-thïng chøa H2SO4; 8-b×nh HR; 9-bé phËn th¶i CO2; 10-qu¹t giã;11-bÓ chøa n−íc trung gian; 12-b¬m; 13-b×nh NaR cÊp 2 HCO3

- + H+ → H2O + CO2 (7-26) §Ó hoµn nguyªn HR ta dïng axit sunfuric cã nång ®é 1,0÷1,5% hay axit clohydric. Khi dïng H2SO4 ®Ó t¸i sinh HR sÏ x¶y ra ph¶n øng sau: CaR2 + H2SO4 → 2HR + CaSO4; (7-27a)

MgR2 + H2SO4 → 2HR + MgSO4. (7-27b)

Khi dïng cationit amon ®é cøng cña n−íc gi¶m ®Õn cßn rÊt nhá nh−ng çc muèi amon t¹o thµnh khi ®−a vµo lß h¬i sÏ bÞ ph©n hñy nhiÖt ®Ó t¹o ra NH3 vµ çc axit: NH4Cl → NH3 ↑ + HCl; (7-28a) (NH4)2SO4 → 2NH3 ↑ + H2SO4;... (7-28b) Sù cã mÆt cña NH3 vµ oxy trong n−íc sÏ g©y ¨n mßn çc hîp kim ®ång. Th−êng sö dông phèi hîp ph−¬ng ph¸p nµy víi ph−¬ng ph¸p trao ®æi NaR. §Ó hoµn nguyªn cationit amon ta dïng çc muèi amon: CaR2 + 2NH4Cl → 2NH4R + CaCl2 (7-29) 7.6.2.2. Xö lý n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi anion Çc anion cña muèi vµ axit trong n−íc sÏ trao ®æi víi gèc cña anionit theo ph¶n øng sau: 2RaOH + H2SO4 = Ra2SO4 + 2H2O (7-30a) RaOH + HCl = RaCl + H2O (7-30b) Ng−êi ta còng dïng çc anionit kh¸c nhau nh−: Ra2CO3, RaHCO3 Trao ®æi anion sÏ khö ®−îc triÖt ®Ó çc axit trong n−íc, v× thÕ ng−êi ta ®Æt b×nh HR tr−íc b×nh trao ®æi anion 7.6.3. Çc ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc kh¸c: - Dïng ®iÖn tr−êng, tõ tr−êng, siªu ©m ®Ó xö lý n−íc cho çc lß h¬i c«ng nghiÖp. - Ch−ng cÊt n−íc ®Ó lÊy h¬i vµ sau ®ã cho h¬i ng−ng tô l¹i thµnh n−íc ng−ng ®Ó lµm n−íc cÊp cho lß h¬i.

142

7.7. §é s¹ch cña h¬i 7.7.1. Yªu cÇu vÒ ®é s¹ch cña h¬i ChÊt l−îng h¬i do lß s¶n xuÊt ra gåm çc th«ng sè (¸p suÊt vµ nhiÖt ®é) vµ ®é s¹ch cña h¬i tøc lµ sè l−îng vµ thµnh phÇn cña çc t¹p chÊt nh− çc muèi vµ khÝ chøa trong h¬i. Møc ®é lµm viªc kinh tÕ cña tuabin h¬i phô thuéc ®¸ng kÓ vµo çc th«ng sè cña h¬i vµ vµo ®é s¹ch cña h¬i. Çc t¹p chÊt chøa trong h¬i ®Æc biÖt lµ çc muèi sÏ b¸m vµo çc èng cña bé qu¸ nhiÖt vµ vµo phÇn truyÒn h¬i cña tuabin h¬i. Khi muèi b¸m vµo phÇn truyÒn h¬i cña tuabin h¬i sÏ g©y hËu qu¶ cã h¹i:

- Lµm gi¶m ®é kinh tÕ cña tuabin v× ®é nh¸m cña çnh qu¹t t¨ng lªn vµ biªn d¹ng (profile) cña çc r·nh bÞ sai ®i, sÏ lµm t¨ng tæn thÊt thñy lùc.

- Lµm t¨ng gi¸ng ¸p gi÷a çc tÇng tuabin do ®ã lµm t¨ng øng suÊt trong çc çnh qu¹t vµ t¨ng ¸p suÊt trong çc æ ch¾n dÇu, t¹o sù t¨ng gi¸ng ¸p gi÷a çc tÇng lµm gi¶m l−u l−îng h¬i qua tuabin vµ do ®ã lµm gi¶m c«ng suÊt cña tuabin, kÕt qu¶ lµ kh«ng s¶n suÊt ®ñ ®iÖn n¨ng.

NÕu cã çu dÔ hßa tan b¸m trªn çnh qu¹t th× cã thÓ röa tuabin b»ng h¬i Èm, muèn vËy ph¶i gi¶m c«ng suÊt trong mét sè giê (cã thÓ gi¶m ®Õn cßn 50% c«ng suÊt ®Þnh møc). Nh÷ng çu khã hßa tan trong n−íc nh− SiO2 vµ çu chøa Cu kh«ng thÓ khö b»ng çch dïng n−íc ®Ó röa mµ röa phøc t¹p h¬n, cã khi ph¶i më tuabin ra ®Ó c¹o s¹ch çu b¸m tøc lµ dïng dung dÞch kiÒm, dïng ph−¬ng ph¸p c¬ khÝ. Th«ng sè h¬i cµng cao th× yªu cÇu ®èi víi ®é s¹ch cña h¬i còng t¨ng lªn. Ph¶i dïng çc biÖn ph¸p kh¸c nhau ®Ó thu ®−îc h¬i s¹ch tøc lµ h¬i cã chøa Ýt t¹p chÊt (bay h¬i vµ kh«ng bay h¬i).

Çc t¹p chÊt bay h¬i gåm: N2, NH3, CO2 vµ H2. Trõ CO2 cßn çc khÝ kh¸c kh«ng tham gia t¹o thµnh cÆn bÈn trong tuabin. Çc t¹p chÊt kh«ng bay h¬i cã trong h¬i gåm çc chÊt r¾n hßa tan hay l¬ löng trong n−íc lß. Çc t¹p chÊt kh«ng bay h¬i nµy cã thÓ b¸m trong ®−êng h¬i. Hµm l−îng çc t¹p chÊt kh«ng bay h¬i n»m trong h¬i b·o hßa cã thÓ biÓu diÔn nh− sau:

143

( ) µg/kg,CK01.0C nph +ω= (7-31)

hay

µg/kg,C100KC nh = (7-32)

trong ®ã: Cn lµ hµm l−îng çc t¹p chÊt trong n−íc lß, µg/kg ;

K lµ hÖ sè bay muèi: pKK +ω= , %;

ω lµ ®é Èm cña h¬i, %; Kp lµ hÖ sè ph©n bè hîp chÊt ®· cho gi÷a h¬i b·o hßa vµ n−íc s«i, %. Yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi chÊt l−îng h¬i lµ duy tr× çc t¹p chÊt kh«ng bay h¬i cã trong h¬i ë møc ®é ®¶m b¶o sù lµm viÖc cña tuabin trong mét thêi gian dµi mµ kh«ng cã sù gi¶m râ rÖt ®é kinh tÕ vµ kh«ng h¹n chÕ c«ng suÊt. Trong b¶ng 7.5 giíi thiÖu tiªu chuÈn chÊt l−îng cña h¬i.

B¶ng 7.5. Tiªu chuÈn chÊt l−îng h¬i. Hµm l−îng cho phÐp tèi ®a trong h¬i ¸p suÊt

h¬i ë tuabin, Mpa

Çc hîp chÊt natri tÝnh ®æi sang

Na2SO4, µg/kg

Axit silic tÝnh ®æi sang SiO3

2-, µg/kg

CO2 tù do, µg/kg

< 4 4÷10 >10

200÷300 200

50÷80

─ 20÷ 30 20÷30

10÷20 5÷10 2÷7

§é s¹ch cña h¬i qu¸ nhiÖt ë lß h¬i cã bao h¬i ®−îc x¸c ®Þnh

bëi ®é s¹ch cña h¬i b·o hßa, v× vËy ta ph¶i biÕt nguyªn nh©n lµm bÈn h¬i b·o hßa vµ cã biÖn ph¸p ®Ó thu ®−îc h¬i b·o hßa s¹ch. 7.7.2. Nguyªn nh©n lµm bÈn h¬i b·o hßa:

Nguyªn nh©n c¬ b¶n lµm bÈn h¬i b·o hßa lµ çc giät n−íc lß

bÞ cuèn theo h¬i. Trong çc giät Èm do h¬i cuèn theo cã chøa çc muèi hßa tan hay muèi l¬ löng vµ çc h¹t bïn mÞn. Nguyªn nh©n thø hai lµm bÈn h¬i b·o hßa lµ cã mét sè muèi nh−: muèi Silic, s¾t, ®ång,�hßa tan trong h¬i b·o hßa cao ¸p.

144

§Ó ®¶m b¶o h¬i cã ®é s¹ch cao nhÊt khi chÊt l−îng n−íc cÊp ®· cho th× ph¶i lµm sao thu ®−îc h¬i b·o hßa cã ®é kh« tèi ®a vµ gi¶m nång ®é cña çc chÊt hßa tan trong h¬i ®Õn møc tèi thiÓu.

7.8. Sù cuèn c¬ häc çc giät Èm theo h¬i b·o hßa §é Èm cña h¬i b·o hßa phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh−: phô t¶i cña lß, chiÒu cao cña khoang h¬i, hµm l−îng muèi cña n−íc lß vµ ®iÒu kiÖn cÊp hçn hîp h¬i n−íc vµo bao h¬i cña lß h¬i. Khi çc bät h¬i ®i ra khái mÆt n−íc th× vá cña bät bÞ vì ra vµ t¹o ra mét sè nhÊt ®Þnh çc giät Èm lín vµ mét tËp hîp çc giät Èm mÞn. Khi sñi bät h¬i qua n−íc th× kÝch th−íc vµ sè l−îng çc giät Èm ®−îc sinh ra phô thuéc vµo ®éng n¨ng cña bät h¬i vµo çc th«ng sè vËt lý cña n−íc, cña h¬i vµ hµm l−îng muèi trong n−íc lß. Khi t¨ng tèc ®é chuyÓn ®éng cña çc bät h¬i qua mÆt bèc h¬i th× mét mÆt lµm t¨ng sè l−îng çc giät Èm ®−îc sinh ra vµ mÆt kh¸c sè giät Èm cã kÝch th−íc lín còng t¨ng lªn. Sù t¨ng ®éng n¨ng cña dßng hçn hîp h¬i n−íc khi cÊp hçn hîp nµy vµo khoang h¬i cña bao h¬i còng sÏ lµm t¨ng sè l−îng vµ kÝch th−íc çc giät Èm. Ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®é Èm cña h¬i phô thuéc vµo phô t¶i cña lß h¬i (xem h×nh vÏ 7.5) vµ cã thÓ biÓu diÔn nh− sau: nDA=ω (7-33)

Ng−êi ta ph©n biÖt ba vïng trong quan hÖ x = f(D)

H×nh 7.5. Quan hÖ gi÷a ®é Èm cña h¬i vµ phô t¶i lß h¬i.

145

Vïng 1: øng víi ®é Èm rÊt nhá cña h¬i %01,0<ω , 21n ÷= ; Vïng 2: øng víi ®é Èm trung b×nh, 43n ÷= ; Vïng 3: ë phô t¶i lín øng víi ®é Èm cao %2,0>ω , 10n ≥ . Bëi vËy h¬i cã ®é s¹ch cao nhÊt khi lß lµm viÖc ë phô t¶i øng

víi ®Çu vïng thø hai cã 43÷=n . Phô t¶i mµ ë ®ã b¾t ®Çu t¨ng râ rÖt ®é Èm cña h¬i vµ do ®ã t¨ng râ rÖt hÖ sè bay muèi

( 100.CC

Kn

h= ) ®−îc gäi lµ phô t¶i tíi h¹n. Nh− vËy çc lß h¬i cao

¸p vµ siªu cao ¸p cÇn ph¶i lµm viÖc trong ph¹m vi phô t¶i d−íi tíi h¹n.

Phô t¶i cña kh«ng gian h¬i vµ phô t¶i cña mÆt bèc h¬i cã ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng ph©n ly çc giät Èm ra khái h¬i. Phô t¶i cña lß tÝnh cho 1m3 thÓ tÝch khoang h¬i vµ cho 1m2 mÆt bèc h¬i gäi lµ suÊt phô t¶i cña khoang h¬i tÝnh b»ng m3/ m3s hay kg/m3s hoÆc suÊt phô t¶i cña mÆt bèc h¬i m3/m2s hay kg/m2s:

s/mm,V

10".v.DR 33

h.K

3

v = hay skg/m,V

DR 3

h.K

'v =

s/mm,F

10".v.DR 23

h.b

3

S = hay skg/m,FD'R 2

h.bS =

SuÊt phô t¶i cao cña c¶ khoang h¬i vµ cña mÆt bèc h¬i sÏ lµm gi¶m kÝch th−íc cña bao h¬i tøc lµ gi¶m gi¸ thµnh bao h¬i. Tuy nhiªn ®é kh« vµ ®é s¹ch cña h¬i sÏ cao h¬n khi suÊt phô t¶i h¬i kh«ng cao qu¸ vµ kh«ng thÊp qu¸. Thùc ra khi khoang h¬i cã chiÒu cao nhá th× çc giät Èm b¾n ra tõ mÆt bèc h¬i cã thÓ bay ®Õn tËn miÖng çc èng lÊy h¬i ra vµ cã thÓ bÞ dßng h¬i kÐo ra khái bao h¬i. Khi t¨ng chiÒu cao khoang h¬i tøc lµ gi¶m suÊt phô t¶i cña nã th× mét phÇn ®¸ng kÓ çc giät Èm lín ®−îc n©ng ®Õn chiÒu cao nhÊt ®Þnh sÏ r¬i trë l¹i mÆt bèc h¬i. §iÒu nãi trªn còng phï hîp víi ý nghÜa vËt lý cña c¶ hai ®¹i l−îng suÊt phô t¶i cña khoang h¬i vµ cña mÆt bèc h¬i ®· nãi trªn, thø nguyªn cña phô t¶i khoang h¬i (1/s) lµ ®¹i l−îng nghÞch ®¶o cña thêi gian l−u l¹i cña h¬i trong bao h¬i; khi t¨ng chiÒu cao khoang h¬i tøc lµ gi¶m phô t¶i cña nã th× thêi gian l−u l¹i cña h¬i trong bao h¬i sÏ t¨ng lªn, ®iÒu nµy t¹o ®iÒu kiÖn gi¶m ®é Èm cña h¬i. Thø nguyªn cña phô t¶i mÆt bèc h¬i [m/s] lµ tèc ®é quy dÉn cña h¬i tÝnh

146

cho toµn bé bÒ mÆt bèc h¬i. Tèc ®é quy dÉn cña h¬i cµng nhá th× sè giät n−íc bÞ dßng h¬i kÐo theo sÏ cµng Ýt vµ ®é Èm cña h¬i sÏ gi¶m xuèng.

Cho nªn suÊt phô t¶i cña khoang h¬i vµ cña mÆt bèc h¬i lµ nh÷ng yÕu tè quan träng x¸c ®Þnh sù cuèn Èm theo h¬i ra khái bao h¬i vµ do ®ã x¸c ®Þnh ®é Èm cña h¬i b·o hßa.

Quan hÖ gi÷a ®é Èm cña h¬i vµ chiÒu cao khoang h¬i khi phô t¶i mÆt bèc h¬i kh«ng ®æi vµ hµm l−îng muèi kh«ng ®æi ®−îc cho trong h×nh vÏ 7.6. Tõ h×nh vÏ ta thÊy r»ng khi t¨ng chiÒu cao khoang h¬i th× ®é Èm cña h¬i lóc ®Çu gi¶m râ rÖt, sau ®ã b¾t ®Çu ë mét chiÒu cao nhÊt ®Þnh ®é Èm gÇn nh− kh«ng thay ®æi. Cho nªn chiÒu cao khoang h¬i chØ cÇn lín h¬n chiÒu cao n©ng lªn tèi ®a cña c¸c giät Èm, th−êng chiÒu cao khoang h¬i b»ng 0,5÷0,6m hay tèi ®a b»ng 0,8÷1m lµ ®ñ.

Hµm l−îng muèi cña n−íc lß cã ¶nh h−ëng lín ®Õn hµm l−îng cña h¬i. Ng−êi ta ®· chøng minh r»ng hµm l−îng muèi cña h¬i tû lÖ víi hµm l−îng muèi cña n−íc lß, khi v−ît nång ®é tíi h¹n Êy th× hµm l−îng muèi cña h¬i sÏ t¨ng lªn râ rÖt. V× thÕ ®Ó ®¶m b¶o ®é s¹ch cÇn thiÕt cña h¬i th× hµm l−îng muèi cña n−íc lß kh«ng ®−îc lín h¬n gi¸ trÞ n»m trong pham vi (vïng) d−íi tíi h¹n (xem h×nh vÏ 7.7).

Khi t¨ng hµm l−îng muèi trong n−íc lß v−ît trªn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh vµ tïy thuéc vµo thµnh phÇn muèi vµ ¸p suÊt h¬i sÏ x¶y ra qu¸ tr×nh sinh bät. Khi líp bät cã chiÒu cao ®¸ng kÓ th× sù cuèn Èm còng t¨ng lªn râ rÖt vµ do ®ã ®é Èm cña h¬i t¨ng lªn m¹nh.

H×nh 7.6. Quan hÖ gi÷a ®é Èm cña h¬i vµ chiÒu cao khoang h¬i.

H×nh 7.7. Quan hÖ gi÷a ®é Èm cña h¬i vµ hµm l−îng muèi cña n−íc lß.

147

Sù cuèn m¹nh çc giät Èm vµ do ®ã bay nhiÒu muèi theo h¬i còng cßn do sù s«i bång cña n−íc trong bao h¬i. Nguyªn nh©n s«i bång lµ do khèi l−îng riªng cña çc líp n−íc bÞ b·o hßa bëi çc bät h¬i bÞ gi¶m ®i ®ét ngét, do ®ã lµm t¨ng thÓ tÝch cña hçn hîp trong bao h¬i vµ lµm cho møc n−íc t¨ng lªn (bång lªn). 7.9. §é hßa tan cña çc chÊt trong h¬i. Ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh b»ng nghiªn cøu vµ thùc nghiÖm r»ng trong khi hiÖn t−îng cuèn çc giät Èm theo h¬i lµ nguån chÝnh lµm bÈn h¬i cã ¸p suÊt bÊt kú th× ®èi víi h¬i cã ¸p suÊt > 6 MPa nguån rÊt quan träng lµm bÈn h¬i còng lµ sù cuèn chän läc mét sè vËt chÊt theo h¬i nh− SiO2, çc muèi cña natri (NaCl, Na2SO4, Na2SiO3,�). Nghiªn cøu nh÷ng quy luËt cuèn chän läc çc chÊt kÓ trªn theo h¬i ng−êi ta thÊy nguyªn nh©n chÝnh cña qu¸ tr×nh lµ ®é hßa tan t−¬ng ®èi cao cña çc chÊt trong h¬i cao ¸p. §é hßa tan cña çc chÊt trong h¬i cã mét sè ®Æc ®iÓm lµ: 1- Çc chÊt ®−îc hßa tan cã chän läc trong h¬i, tøc lµ trong nh÷ng ®iÒu kiÖn hoµn toµn gièng nhau (®èi víi h¬i qu¸ nhiÖt th× ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é nh− nhau, ®èi víi h¬i b·o hßa th× ¸p suÊt vµ nång ®é çc chÊt trong n−íc nh− nhau) th× ®é hßa tan trong h¬i cña çc hîp chÊt kh¸c nhau. 2- Kh¶ n¨ng cho hßa tan cña h¬i t¨ng lªn khi t¨ng ¸p suÊt. §é hßa tan cña çc chÊt trong h¬i b·o hßa ®−îc ®Æc tr−ng bëi hÖ sè ph©n bè, ®ã lµ tû sè gi÷a hµm l−îng cña çc chÊt hßa tan trong h¬i Ch vµ hµm l−îng cña çc chÊt Êy trong n−íc Cn:

%,100.CC

Kn

hp = . (7-34)

ë ¸p suÊt thÊp ®é hßa tan cña hÇu hÕt çc hîp chÊt v« c¬ kh«ng bay h¬i cña n−íc lß trong h¬i b·o hßa lµ rÊt nhá. Tïy theo møc ®é t¨ng ¸p suÊt mµ ®é hßa tan cña çc chÊt trong h¬i (sÏ t¨ng lªn) vµ hÖ sè ph©n bè cña chóng t¨ng lªn. Ng−êi ta ®· chøng minh b»ng thùc nghiÖm r»ng ®é lín cña hÖ sè ph©n bè cña ®a sè çc hîp chÊt v« c¬ n»m trong khoang h¬i phô thuéc chñ yÕu vµo ¸p suÊt (¸p suÊt nµy x¸c ®Þnh mËt ®é cña h¬i vµ n−íc). HÖ sè ph©n bè t−¬ng øng víi d¹ng tån t¹i nh− nhau cña t¹p chÊt hßa tan trong pha h¬i vµ pha n−íc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:

148

n

nl

hpK ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ρρ

= , (7-35)

trong ®ã: Sh, Snl lµ mËt ®é h¬i vµ n−íc lß; n lµ sè ph©n tö H2O dïng thñy hãa t¹p chÊt ®· cho, mçi hîp chÊt cã gi¸ trÞ n riªng vµ kh«ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é. Çc chÊt ®iÖn ph©n rÊt yÕu nh− oxyt s¾t, nh«m,�cã n < 1; çc chÊt ®iÖn ph©n yÕu (axit silicic, H2SiO3) cã n = 1÷3; çc chÊt ®iÖn ph©n m¹nh cã n = 4÷9.

Trong h¬i qu¸ nhiÖt cã thÓ cã çc chÊt sau ®©y hßa tan: NaCl, NaOH, CaCl2, Na2SiO3, Ca(OH)2, Na2SO4, CaSO4, . . .(h×nh vÏ 7.8). §é hßa tan cña çc chÊt r¾n trong h¬i qu¸ nhiÖt ®¹t ®Õn gi¸ trÞ lín ngay c¶ ë çc ¸p suÊt trung b×nh, nh−ng ë ¸p suÊt nµy ®é hßa tan cña çc chÊt trªn trong h¬i b·o hßa lµ rÊt nhá.

ë cïng mét nhiÖt ®é qu¸ nhiÖt (h¬i qu¸ nhiÖt) khi t¨ng ¸p suÊt vµ mËt ®é h¬i qu¸ nhiÖt th× ®é hßa tan cña çc hîp chÊt v« c¬ trong h¬i sÏ t¨ng lªn. 7.10. Çc ph−¬ng ph¸p thu ®−îc h¬i s¹ch

§Ó thu ®−îc h¬i s¹ch trong çc lß h¬i cã bao h¬i ta ph¶i

gi¶m sè l−îng çc giät n−íc lß trong h¬i vµ gi¶m hµm l−îng çc vËt chÊt hßa tan trong h¬i.

H×nh 7.8. §é hßa tan cña mét sè muèi vµ hydroxit trong h¬i qu¸ nhiÖt ë 30

149

Gi¶m ®é Èm cña h¬i b·o hßa b»ng çch ph©n ly Èm ra khái h¬i, gi¶m hµm l−îng çc t¹p chÊt hßa tan trong h¬i b»ng çch gi¶m nång ®é çc t¹p chÊt trong n−íc lß vµ röa h¬i qua líp n−íc s¹ch th−êng lµ n−íc cÊp. Gi¶m hµm l−îng muèi cña n−íc lß b»ng çch n©ng cao ®é s¹ch cña n−íc cÊp hay t¨ng c−êng x¶ lß, tiÕn hµnh bèc h¬i theo cÊp. 7.10.1. Ph©n ly Èm ra khái h¬i.

Çc thiÕt bÞ ph©n ly Èm ra khái h¬i ph¶i tháa m·n nh÷ng yªu cÇu sau:

1- Gi¶m ®−îc ®éng n¨ng cña dßng hçn hîp h¬i n−íc kÕt hîp víi viÖc ®Ëp thËt mÞn çc giät Èm vµ t¸ch ®−îc mét khèi l−îng tèi ®a çc giät n−íc ra khái h¬i.

2- Ph¶i cã kh¶ n¨ng ph©n bè ®ång ®Òu h¬i trong khoang h¬i cña bao h¬i nh»m gi¶m tèc ®é cña h¬i, cã nh− vËy míi ®¶m b¶o qu¸ tr×nh ph©n ly tù nhiªn ®¹t hiÖu qu¶ cao.

3- CÇn thùc hiÖn ph©n ly c¬ häc trong thiÕt bÞ do sinh ra çc cùc ly t©m khi dßng h¬i chuyÓn ®éng cong.

ë çc lß h¬i cã bao h¬i dïng çc thiÕt bÞ ph©n ly kh¸c nhau nh−: tÊm ch¾n, cöa chíp, tÊm cã khoan lç, xyclon�

Mçi thiÕt bÞ ph©n ly ®¸p øng ®−îc mét hay ®ång thêi hai, ba yªu cÇu kÓ trªn.

§Ó n©ng cao hiÖu qu¶ ph©n ly tù nhiªn Èm ra khái h¬i do hiÖu khèi l−îng riªng cña n−íc vµ cña h¬i th× tèc ®é dßng h¬i trong khoang h¬i ph¶i ®ñ nhá. Tèc ®é nµy cµng nhá th× sè giät Èm trong dßng h¬i sÏ cµng Ýt vµ gåm chñ yÕu lµ nh÷ng giät mÞn. Ng−êi ta tæ chøc qu¸ tr×nh ph©n ly gåm 2 giai ®o¹n: Giai ®o¹n thø nhÊt yªu cÇu lµm gi¶m (t¾t) ®éng n¨ng cña dßng hçn hîp h¬i n−íc tõ èng ®i vµo bao h¬i vµ t¸ch l−îng Èm chÝnh ra khái h¬i. Giai ®o¹n nµy cßn gäi lµ giai ®o¹n ph©n ly h¬i khái n−íc. Giai ®o¹n thø hai sÊy kh« h¬i ®Õn møc cã thÓ vµ gi¶m ®é Èm ®Õn kho¶ng 0,01÷ 0,005%, giai ®o¹n nµy cßn gäi lµ giai ®o¹n ph©n ly Èm ra khái h¬i vµ lµ giai ®o¹n chÝnh.

D−íi ®©y sÏ tr×nh bµy s¬ ®å, nguyªn lý lµm viÖc vµ çch bè trÝ mét sè thiÕt bÞ ph©n ly Èm ®Æt trong bao h¬i cña lß h¬i.

*TÊm ch¾n: TÊm ch¾n lµ thiÕt bi ph©n ly ®¬n gi¶n nhÊt, ®−îc ®Æt trong khoang h¬i cña bao h¬i . Ng−êi ta ®Æt tÊm ch¾n riªng cho tõng d·y èng , tÊm ch¾n ®Æt nghiªng 450 so víi h−íng dßng h¬i ®Ó

150

®¶m b¶o dßng hçn hîp h¬i n−íc ®Ëp vµo chóng ªm h¬n (h×nh vÏ 7.9).

* Cöa chíp: ë ®©y nhê lùc ly t©m sinh ra khi dßng h¬i Èm ®i ngoÆt mµ thùc hiÖn ®−îc qu¸ tr×nh ph©n ly tù nhiªn (h×nh vÏ 7.10).

* TÊm cã khoan lç: §Ó ®¶m b¶o cÊp ®ång ®Òu hçn hîp h¬i n−íc vµo bao h¬i vµ lÊy h¬i ra khái bao h¬i ng−êi ta cßn ®Æt çc tÊm khoan lç ch×m d−íi mÆt n−íc vµ ë chç h¬i ®i vµo èng qu¸ nhiÖt, çc lç khoan cã ®−êng kÝnh 5÷10 mm vµ sè lç ®−îc tÝnh to¸n ®Ó ®¶m b¶o trë lùc cña tÊm kh«ng lín h¬n 300÷350 Pa.

§Æt tÊm khoan lç thÊp h¬n møc n−íc cho phÐp thÊp nhÊt mét kho¶ng 50÷100 mm ®Ó t¨ng trë lùc chuyÓn ®éng cña hçn hîp h¬i n−íc do ®ã ®¶m b¶o phô t¶i ®ång ®Òu cña mÆt bèc h¬i vµ h¬i ®i ra tõ mÆt bèc h¬i víi tèc ®é nhá nhÊt, khi ®ã h¬i kh«ng thÓ kÐo theo çc giät Èm lín.

Mét trong nh÷ng biÖn ph¸p hiÖu qu¶ nhÊt ®Ó gi¶m ®éng n¨ng cña dßng hçn hîp lµ cÊp khèi l−îng chÝnh cña hçn hîp vµo d−íi møc n−íc trong bao h¬i.

§Æt tÊm khoan lç ë tr−íc chç lÊy h¬i ra còng cã t¸c dông lµm c©n b»ng trë lùc cña mäi dßng h¬i vµ ®¶m b¶o sö dông toµn bé tiÕt diÖn bao h¬i, ®iÒu nµy cã ¶nh h−ëng ®Õn ®é ®ång ®Òu cña phô t¶i mÆt bèc h¬i vµ phô t¶i khoang h¬i cña bao h¬i.

H×nh 7.9. TÊm ch¾n ®Æt ë chç hçn hîp h¬i n−íc ®i vµo bao h¬i.

H×nh 7.10. Cöa chíp. a-uèn trßn; b-uèn cã gãc nhän

151

* ThiÕt bÞ ph©n ly kiÓu

xyclon: Khi n−íc lß cã hµm l−îng muèi cao vµ cã khuynh h−íng sinh bät th× c¸c xyclon ®Æt trong bao h¬i sÏ ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ cao cña qu¸ tr×nh ph©n ly h¬i ra khái Èm. Hçn hîp ®−îc cÊp tiÕp tuyÕn vµo xyclon. Khi hçn hîp h¬i n−íc ®i vµo xyclon ®éng n¨ng cña dßng bÞ gi¶m., do t¸c dông cña lùc ly t©m mµ n−íc bÞ nÐn ®Õn v¸ch xyclon vµ ch¶y xuèng d−íi theo mÆt trong xyclon. Xyclon cã ®−êng kÝnh b»ng 300÷400 mm vµ chiÒu cao b»ng 500÷650 mm (h×nh vÏ 7.11).

H×nh 7.11. Xyclon ®Æt trong bao h¬i.a-s¬ ®å xyclon; b-bè trÝ xyclon trong bao h¬i.

×nh 7.12. Xyclon ®Æt ngoµi bao h¬i. èng gãp; 2-hçn hîp h¬i n−íc ®i vµo xyclon; -bé t¹o xo¸y; 4-tÊm cã khoan lç; 5-èng lÊy h¬i

a; 6-èng th¶i kh«ng khÝ; -®−êng x¶; 8-èng n−íc uèng; 9-n−íc tõ bao h¬i ®Õn; 10-ch¹c ch÷ thËp

152

ë ®Çu d−íi cña xyclon ®Æt mét çi ®¸y ®Ó cho n−íc ®i thµnh

vßng, gi÷a ®¸y vµ th©n cã çc çnh h−íng ®Ó chuyÓn ®éng xo¸y cña n−íc thµnh chuyÓn ®éng th¼ng ®øng vµ dßng ch¶y ªm vµo khoang n−íc.

Khi ®Æt xyclon lo¹i trõ ®−îc sù sinh bät vµ s«i bång cña n−íc, kh«ng cã s«i bång v× n−íc vµ h¬i sau khi vµo xyclon sÏ chuyÒn ®éng theo hai h−íng kh¸c nhau, kh«ng cã sinh bät v× lùc ly t©m sÏ nÐn çc bät ®Õn v¸ch xyclon vµ ph¸ hñy bät nhanh chãng.

¦u ®iÓm nµy cña xyclon cho phÐp dïng xyclon c¶ trong tr−êng hîp n−íc lß cã hµm l−îng muèi vµ ®é kiÒm cao. Do kh«ng thÓ t¨ng kÝch th−íc bao h¬i nªn ng−êi ta ®Æt çc xyclon bªn ngoµi bao h¬i ®Ó t¨ng ®−îc chiÒu cao kh«ng gian h¬i vµ t¹o ra mÆt bèc h¬i quay bªn trong xyclon (h×nh vÏ 7.12).

ChiÒu cao khoang n−íc cña xyclon ngoµi b»ng 2÷2,5 m vµ chiÒu cao phÇn h¬i kho¶ng 1,5÷2,5m, ®−êng kÝnh trong cña xyclon b»ng 300÷500 mm. Tèc ®é h¬i ë chç ®i vµo tiÕp tuyÕn b»ng 6,0 m/s, ë trong th©n xyclon b»ng 5,5 m/s. V× hiÖu qu¶ ph©n ly phô thuéc tèc ®é vµo cña h¬i nªn ng−êi ta ®· t¨ng tèc ®é vµo xyclon ®Õn 10÷12m/s vµ cã thÓ ®Õn 20 m/s. Nh−ng khi ®ã ph¶i kiÓm tra møc ®é tuÇn hoµn tin cËy cña vßng tuÇn hoµn nèi vµo xyclon.

ViÖc dïng xyclon ngoµi cho phÐp thu ®−îc h¬i rÊt s¹ch ngay c¶ khi n−íc lß cã ®é muèi cao. Do ®ã xyclon ngoµi ®−îc dïng lµm khoang muèi cña lß h¬i cã bèc h¬i theo cÊp. 7.10.2. Röa h¬i

Khi t¨ng ¸p suÊt nh÷ng yªu cÇu vÒ ®é s¹ch cña h¬i vµ vÒ viÖc

gi¶m hµm l−îng SiO2 trong h¬i ngµy cµng t¨ng, vµ ngay c¶ khi bèc h¬i theo cÊp vµ dïng xyclon ngoµi còng kh«ng thÓ ®¶m b¶o ®−îc chÊt l−îng h¬i yªu cÇu. Khã kh¨n chÝnh sinh ra lµ do khi t¨ng ¸p suÊt th× møc ®é cuèn SiO2 theo h¬i b·o hßa còng t¨ng lªn.

Röa h¬i ®Ó gi¶m hµm l−îng muèi tæng vµ ®Æc biÖt lµ gi¶m SiO2 trong h¬i.

153

B¶n chÊt cña viÖc röa h¬i lµ cho h¬i cÇn lµm s¹ch tiÕp xóc víi líp n−íc cÊp hay líp n−íc cña khoang s¹ch. Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p cho h¬i tiÕp xóc víi n−íc s¹ch nh−:

- Phun n−íc cÊp vµo khoang h¬i cña bao h¬i; - Cho çc dßng (tia) h¬i nhá ®i qua trªn bÒ mÆt ®−îc röa

b»ng n−íc cÊp; - Cho h¬i khuÕch t¸n (sñi bät) qua líp n−íc cÊp. Khi h¬i ®−îc röa th× çc giät n−íc cã nång ®é muèi cao n»m

trong h¬i sÏ pha trén víi n−íc s¹ch vµ ®Ó l¹i trong n−íc s¹ch phÇn lín çc muèi chøa trong nã. §ång thêi çc chÊt hßa tan trong h¬i còng sÏ chuyÓn sang cho n−íc, v× ®é hßa tan cña çc chÊt trong n−íc cao h¬n nhiÒu so víi trong h¬i ngay c¶ khi ¸p suÊt cao. H¬i sau khi röa, ®−îc sÊy trong khoang h¬i vµ sau ®ã ®i vµo çc èng cña bé qu¸ nhiÖt.

BiÖn ph¸p cho h¬i khuÕch t¸n qua líp n−íc cÊp lµ biÖn ph¸p röa h¬i cã hiÖu qu¶ nhÊt (h×nh vÏ 7.13). ChiÒu dµy líp n−íc röa b»ng 40÷50 mm lµ tèt nhÊt. NÕu < 40 mm th× hiÖu qu¶ röa gi¶m ®i râ rÖt.

H×nh 7.13. S¬ ®å thiÕt bÞ röa h¬i kiÓu cho h¬i khuÕch t¸n qua líp n−íc cÊp. a-bè trÝ thiÕt bÞ röa h¬i trong bao h¬i; b-tÊm cã khoan lç ®Æt n»m ngang;

c-tÊm cã khoan lç vµ cã m¸ng ®Æt d−íi

154

HiÖu qu¶ röa do khuÕch t¸n (sñi bät) phô thuéc chñ yÕu 2 yÕu tè:

- Hµm l−îng çc t¹p chÊt trong n−íc röa; - HÖ sè bay çc t¹p chÊt theo h¬i ®−îc röa.

1. Hµm l−îng t¹p chÊt trong n−íc röa ®−îc x¸c ®Þnh tr−íc hÕt bëi chÊt l−îng n−íc röa vµ phô thuéc vµo phÇn n−íc cÊp ®−a vµo ®Ó röa h¬i:

%,100.DD

Znc

r= (7-36)

trong ®ã: Dr lµ l−u l−îng n−íc ®−a vµo thiÕt bÞ röa, kg/s;

Dnc lµ l−îng n−íc cÊp vµo lß, kg/s. Khi t¨ng Dr , hiÖu qu¶ röa t¨ng lªn tøc lµ l−îng t¹p chÊt

trong n−íc röa vµ do ®ã hµm l−îng t¹p chÊt trong h¬i gi¶m xuèng. ChÊt l−îng n−íc röa sÏ xÊu ®i khi t¨ng nång ®é çc t¹p chÊt trong n−íc lß; së dÜ nh− vËy v× khi hÖ sè bay muèi K1 kh«ng ®æi nÕu t¨ng hµm l−îng çc t¹p chÊt trong n−íc lß th× hµm l−îng cña chóng trong h¬i tr−íc khi röa sÏ t¨ng lªn. Hµm l−îng çc t¹p chÊt trong n−íc röa cßn phô thuéc vµo hÖ sè bay çc chÊt cïng víi h¬i tr−íc khi röa. NÕu nång ®é çc t¹p chÊt trong n−íc lß cµng cao th× ¶nh h−ëng cña K1 ®Õn hµm l−îng çc t¹p chÊt trong n−íc röa vµ do ®ã trong h¬i ®· ®−îc röa sÏ cµng lín. Nh− vËy hµm l−îng çc t¹p chÊt trong n−íc röa phô thuéc vµo: - Sè l−îng vµ chÊt l−îng n−íc ®−a vµo thiÕt bÞ röa; - HÖ sè bay çc chÊt theo h¬i tr−íc khi röa; - Hµm l−îng çc t¹p chÊt trong n−íc lß. HÖ sè bay çc chÊt theo h¬i tr−íc thiÕt bÞ röa b»ng: 1

p11 KK +ω= ,

vµ sau thiÕt bÞ röa: 2p22 KK +ω= ,

trong ®ã: 1ω vµ 2ω lµ ®é Èm cña h¬i tr−íc vµ sau khi röa, %;

1pK vµ 2

pK lµ hÖ sè ph©n bè ®Æc tr−ng hµm l−îng çc t¹p chÊt

hßa tan trong h¬i tr−íc vµ sau khi röa, %. Trong thùc tÕ khi tÝnh to¸n ®é s¹ch cña h¬i cã thÓ lÊy 1

pK = 2pK .

155

ViÖc röa h¬i ®−îc thùc hiÖn trong khoang h¬i cña bao h¬i. §−êng kÝnh cña bao h¬i ph¶i kh«ng nhá h¬n 1400÷1800mm ®Ó cã ®ñ kh«ng gian l¾p ®Æt thiÕt bÞ röa h¬i. KÕt qu¶ cña viÖc röa h¬i b»ng n−íc cÊp lµ hµm l−îng çc chÊt r¾n hßa tan trong h¬i sau khi röa, ®Æc biÖt lµ axit silicic gi¶m ®i hµng chôc lÇn. HiÖu qu¶ röa cµng cao khi l−îng n−íc röa cµng lín. L−îng n−íc cÊp dïng ®Ó röa h¬i cã thÓ b»ng 25÷100% l−îng n−íc cÊp vµo bao h¬i. 7.10.3. Bèc h¬i theo cÊp B¶n chÊt cña ph−¬ng ph¸p bèc h¬i theo cÊp lµ t¹o ra trong lß 2, 3 hay nhiÒu vßng tuÇn hoµn ®éc lËp cã nång ®é n−íc lß kh¸c nhau. Muèn vËy ng−êi ta ®Æt trong bao h¬i çc v¸ch ng¨n ®Ó chia khoang n−íc thµnh 2, 3 khoang, do ®ã còng chia çc bÒ mÆt sinh h¬i thµnh sè vßng tuÇn hoµn t−¬ng øng ®éc lËp víi nhau. N−íc cÊp ®−îc ®−a vµo khoang s¹ch cã kÝch th−íc lín nhÊt vµ gäi lµ cÊp bèc h¬i thø nhÊt. N−íc ë khoang s¹ch ®−îc th¸o sang khoang muèi (cÊp bèc h¬i thø 2), . . . .(h×nh vÏ 7.14 vµ 7.15).

H×nh 7.14. S¬ ®å bèc h¬i hai cÊp cã khoang muèi trong bao h¬i.1-bao h¬i; 2-èng dÉn h¬i ra; 3-èng gãp d−íi cña ßng tuÇn hoµn;

4-èng sinh h¬i; 5-èng n−íc xuèng; 6-®−êng n−íc cÊp; 7-®−êng n−íc x¶ liªn tôc tõ bao h¬i; 8-v¸ch ng¨n trong bao h¬i.

156

Nång ®é muèi trong n−íc sÏ t¨ng lªn tõ nång ®é muèi trong n−íc cÊp Cnc ®Õn nång ®é muèi trong n−íc x¶ Cx¶. Lóc ®ã ®é x¶ t−¬ng ®èi cña mçi cÊp lµ rÊt lín nh−ng ®é lín x¶ tuyÖt ®èi cña toµn bé lß h¬i l¹i rÊt nhá. Hµm l−îng muèi trong cÊp bèc h¬i thø nhÊt rÊt nhá mµ l−îng h¬i sinh ra ë cÊp nµy lµ lín nhÊt. Dïng bèc h¬i theo cÊp cã thÓ t¨ng ®¸ng kÓ nång ®é n−íc x¶ mµ chÊt l−îng h¬i kh«ng bÞ xÊu ®i. Do ®ã dïng bèc h¬i theo cÊp ®Ó gi¶m l−îng n−íc x¶ hoÆc ®Ó cã thÓ dïng n−íc cÊp cã hµm l−îng muèi cao h¬n. Hµm l−îng muèi cña h¬i khi dïng bèc h¬i theo cÊp ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc sau: Khi cã 2 cÊp bèc h¬i:

mg/kg,C100nC

100n100C 11

h111

h11

h +−

= ; (7-37)

Khi cã 3 cÊp bèc h¬i:

mg/kg,C100n

C100n

C100

nn100C 111

h11111

h111

h11111

h ++−−

= (7-

38) trong ®ã: n11 vµ n111 lµ s¶n l−îng h¬i cña cÊp bèc h¬i thø hai vµ thø ba, %.

157

H×nh 7.15. S¬ ®å bèc h¬i ba cÊp cã xyclon ®Æt ngoµi bao h¬i. 1-bao h¬i; 2-xyclon ®Æt ngoµi; 3-èng gãp d−íi cña vßng tuÇn hoµn;

4-èng sinh h¬i; 5-èng n−íc xuèng; 6-®−êng n−íc cÊp; 7-®−êng n−íc x¶ liªn tôc tõ xyclon ngoµi; 8-èng dÉn n−íc tõ bao h¬i vµo xyclon ngoµi;

9-®−êng dÉn h¬i tõ xyclon ngoµi vµo bao h¬i; 10-®−êng lÊy h¬i ra; 11-v¸ch ng¨n trong bao h¬i.

* Hµm l−îng muèi thø trong h¬i cña tõng cÊp bèc h¬i ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

;mg/kg,C100kC 1

nl11

h = (7-39a)

;mg/kg,C100k

C 11nl

211h = (7-39b)

mg/kg,C100k

C 111nl

3111h = . (7-39c)

Trong c¸c c«ng thøc trªn ký hiÖu: k1, k2, k3 lµ hÖ sè bay c¸c chÊt theo h¬i tõ cÊp bèc h¬i thø 1, thø 2, thø 3, %; 1

nlC , 11nlC , 111

nlC lµ hµm l−îng muèi cña n−íc lß trong cÊp bèc h¬i thø 1, thø 2, thø 3, mg/kg.

158

ViÖc cho bèc h¬i theo cÊp sÏ lµm gi¶m hµm l−îng muèi trong n−íc lß tøc lµ lµm gi¶m hµm l−îng muèi trong h¬i, do ®ã chÊt l−îng h¬i t¨ng lªn. §ång thêi bèc h¬i theo cÊp còng ®−îc coi lµ biÖn ph¸p xö lý hiÖu chØnh n−íc trong lß. 7.10.4. X¶ liªn tôc vµ x¶ ®Þnh kú cña lß h¬i Tïy thuéc çc yªu cÇu vÒ ®é s¹ch cña h¬i mµ nång ®é muèi trong n−íc lß ph¶i kh«ng ®−îc lín h¬n mét gi¸ trÞ x¸c ®Þnh. Muèn vËy ph¶i tiÕn hµnh x¶ liªn tôc ra khái lß h¬i mét l−îng n−íc lß cã nång ®é muèi cao nhÊt. Trong s¬ ®å bèc h¬i theo cÊp viÖc x¶ liªn tôc ®−îc thùc hiÖn ë khoang muèi. Cïng víi x¶ liªn tôc ta còng cÇn ph¶i x¶ ®Þnh kú lß h¬i, viÖc thùc hiÖn ë çc èng gãp d−íi cña dµn èng sinh h¬i hay bao n−íc (bal«ng d−íi) cña lß cã hai bao h¬i vµ ë chç thÊp nhÊt cña çc lß h¬i nhá. Mçi ca vËn hµnh ph¶i x¶ ®Þnh kú 1 ®Õn 2 lÇn, thêi gian x¶ kÐo dµi kho¶ng 2 ®Õn 5 phót. §é x¶ lß h¬i p th−êng tÝnh b»ng phÇn tr¨m cña s¶n l−îng lß h¬i, tøc lµ:

%,100.D

Dp x= (7-40)

trong ®ã: Dx lµ l−îng n−íc x¶, kg/s; D lµ s¶n l−îng h¬i ®Þnh møc cña lß h¬i, kg/s. L−îng n−íc cÊp vµo lß h¬i Dnc b»ng: Dnc = D + Dx , kg/s. (7-41)

S¬ ®å c©n b»ng muèi cña lß h¬i ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 7.16. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng muèi cña lß h¬i cã bao h¬i khi kh«ng

cã çu cÆn b¸m cã d¹ng sau: ( ) xxhncx CDCDCDD +=+ ,

(7-42) hay: (100 + p) Cnc = 100 Ch + p Cx , (7-43) trong ®ã: Cnc, Ch, Cx lµ hµm l−îng muèi trong n−íc cÊp, trong h¬i vµ trong n−íc x¶, mg/kg.

159

Th«ng th−êng ®é x¶ lß h¬i p = 0,5÷1,0 %, tèi ®a p = 3%. Gi¶i ph−¬ng tr×nh (7-43) khi

cho biÕt ®é x¶ lß p ta x¸c ®Þnh ®−îc hµm l−îng muèi trong n−íc x¶ (n−íc lß) nh− sau:

( )

pC100Cp100

C hncx

−+= . (7-

44)

Khi coi hµm l−îng muèi trong h¬i b»ng kh«ng (Ch=0) vµ lÊy ®é x¶ lß p = 1% ta x¸c ®Þnh ®−îc hµm l−îng muèi trong n−íc x¶ b»ng:

( )nc

ncnlx C101

1C1100

CC =+

== (7-45)

Tõ biÓu thøc (7-45) ta thÊy r»ng hµm l−îng muèi cña n−íc lß lín h¬n 101 lÇn hµm l−îng muèi cña n−íc cÊp. V× vËy ®Ó thu ®−îc h¬i cã ®é s¹ch cao ta ph¶i gi¶m hµm l−îng muèi cña n−íc lß b»ng c¸ch t¨ng c−êng x¶ lß.

H×nh 7.16. S¬ ®å c©n b»ng muèi cña lß h¬i.

162

Ch−¬ng 8. Bé QU¸ NHIÖT

8.1. Vai trß vµ ph©n lo¹i cña bé qu¸ nhiÖt Bé qu¸ nhiÖt lµ bé phËn ®Ó sÊy kh« h¬i, gia nhiÖt cho h¬i biÕn h¬i b·o hßa thµnh

h¬i qu¸ nhiÖt. H¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao h¬n, do ®ã nhiÖt l−îng tÝch lòy trong mét ®¬n vÞ

khèi l−îng h¬i qu¸ nhiÖt cao h¬n nhiÒu so víi h¬i b·o hßa ë cïng ¸p suÊt. Bëi vËy khi c«ng suÊt m¸y gièng nhau nÕu dïng h¬i qu¸ nhiÖt th× kÝch th−íc m¸y sÏ nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi m¸y dïng h¬i b·o hßa.

§Ó nhËn ®−îc h¬i qu¸ nhiÖt cã nhiÖt ®é cao, cÇn ph¶i ®Æt bé qu¸ nhiÖt ë vïng khãi cã nhiÖt ®é cao (trªn 7000C).

§èi víi lß cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt tõ 5100C trë xuèng th× bé qu¸ nhiÖt th−êng ®−îc ®Æt ë vïng khãi cã nhiÖt ®é d−íi 10500C, th−êng lµ ®Æt ë ®o¹n ®−êng khãi n»m ngang sau côm èng pheston. ë ®©y trao ®æi nhiÖt gi÷a khãi vµ côm èng chñ yÕu lµ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u, nªn gäi lµ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u.

C¸c lß h¬i cã ¸p suÊt, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt cµng cao th× tû lÖ gi÷a l−îng nhiÖt cÇn cÊp ®Ó qu¸ nhiÖt h¬i trong bé qu¸ nhiÖt víi l−îng nhiÖt cÇn cÊp ®Ó ®un s«i n−íc trong dµn èng sinh h¬i cµng cao, nhÊt lµ lß cã qu¸ nhiÖt trung gian h¬i, khiÕn cho kÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt rÊt lín. Khi ®ã nÕu chØ ®Æt bé qu¸ nhiÖt ë sau côm pheston th× ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a khãi vµ h¬i sÏ gi¶m nªn diÖn tÝch bÒ mÆt èng cña bé qu¸ nhiÖt sÏ rÊt lín, cã thÓ sÏ kh«ng ®ñ chç bè trÝ, do ®ã cÇn thiÕt ph¶i bè trÝ bé mét phÇn cña qu¸ nhiÖt vµo trong buång löa ®Ó hÊp thu nhiÖt bøc x¹ nh»m gi¶m bít kÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt.

H×nh 8.1. CÊu t¹o bé qu¸ nhiÖt 1-Bao h¬i; 2-èng xuèng; 3-Bé qu¸ nhiÖt bøc x¹;

4-Bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹; 5-Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u; 6-Bé h©m n−íc

163

§èi víi lß cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt cao h¬n 5100C, bé qu¸ nhiÖt ®−îc ®Æt ë cöa ra buång löa (tr−íc côm pheston). ë ®©y bé qu¸ nhiÖt võa nhËn nhiÖt ®èi l−u tõ dßng khãi ®i qua, võa nhËn nhiÖt bøc x¹ tõ buång löa nªn gäi lµ bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹.

Khi bé qu¸ nhiÖt cã thÓ ®−îc ®Æt ë trªn trÇn buång löa hay ®Æt xen kÏ víi çc èng sinh h¬i trªn t−êng buång löa, ë ®©y bé qu¸ nhiÖt nhËn nhiÖt chñ yÕu lµ tõ bøc x¹ cña buång löa nªn gäi lµ bé qu¸ nhiÖt bøc x¹. Bé qu¸ nhiÖt bøc x¹ th−êng ®−îc dïng khi nhiÖt ®é h¬i trªn 5600C.

Bé qu¸ nhiÖt gåm phÇn ®èi l−u, nöa bøc x¹ vµ bøc x¹ ®−îc gäi lµ bé qu¸ nhiÖt tæ hîp. Tû lÖ gi÷a çc phÇn nµy ®−îc ph©n bè phô thuéc vµo th«ng sè cña lß h¬i. H×nh 8.1. Tr×nh bµy çch bè trÝ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u, nöa bøc x¹ vµ nöa bøc x¹ trong lß h¬i.

§èi víi nh÷ng chu tr×nh nhiÖt cã qu¸ nhiÖt trung gian th× bé qu¸ nhiÖt trung gian th−êng lµ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u.

8.2. S¬ ®å cÊu t¹o bé qu¸ nhiÖt 8.2.1. Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u

Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u th−êng ®−îc chÕ t¹o gåm nh÷ng èng xo¾n, hai ®Çu ®−îc

nèi vµo 2 èng gãp. èng xo¾n bé qu¸ nhiÖt lµ nh÷ng èng thÐp chÞu nhiÖt uèn gÊp khóc nhiÒu lÇn ®¶m b¶o cho ®−êng khãi c¾t ®−êng h¬i nhiÒu lÇn. Mçi èng xo¾n ®−îc uèn

164

gÊp khóc trong mét mÆt ph¼ng, nhiÒu èng xo¾n cïng nèi vµo mét èng gãp t¹o thµnh côm èng. èng cã ®−êng kÝnh tõ 28-42 mm, chiÒu dµy tõ 3 ®Õn 7 mm.

Çc èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt cã thÓ ®Æt n»m ngang hoÆc ®Æt ®øng phô thuéc vµo kiÓu lß h¬i.

Bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt n»m ngang th−êng dïng cho çc lß h¬i nhá cã èng

sinh h¬i n»m nghiªng. khi ®ã ng−êi ta bè trÝ èng xo¾n n»m ngang ®Ó tËn dông triÖt ®Ó çc kho¶ng kh«ng gian trong ®−êng khãi cña lß. Bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt n»m ngang ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.2.

Bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt n»m ngang cã −u ®iÓm lµ cã thÓ x¶ ®−îc n−íc ®äng do h¬i ng−ng tô khi ngõng lß nªn tr¸nh ®−îc hiÖn t−êng ¨n mßn èng xo¾n khi lß nghØ.

H×nh 8.2. bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt n»m ngang Nh−îc ®iÓm lín nhÊt cña bé qu¸ nhiÖt lo¹i nµy lµ hÖ thèng treo ®ì çc èng

xo¾n. v× çc èng xo¾n n»m ngang nªn ph¶i ®−îc gi÷ bëi çc ®ai thÐp chÞu nhiÖt dµi b»ng chiÒu s©u cña côm èng vµ ®−îc treo lªn khung lß. HÖ thèng treo ®ì kh«ng ®−îc lµm m¸t nªn sÏ cã nhiÖt ®é rÊt cao, lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn rÊt n¨ng nÒ, chãng háng. HÖ thèng treo bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt n»m ngang ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.3.

H×nh 8.3. HÖ thèng treo bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt n»m ngang

ë çc lß h¬i hiÖn ®¹i èng n−íc ®øng th−êng bè trÝ bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt

®øng, cã èng gãp h¬i ®Æt song song víi bao h¬i. −u ®iÓm cña bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt ®øng lµ hÖ thèng treo ®ì ®¬n gi¶n, lµm viÖc nhÑ nhµng h¬n so víi èng xo¾n n»m ngang. Nh−îc ®iÓm cña bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt ®øng lµ khi lß nghØ n−íc ®äng trong çc èng xo¾n do h¬i ng−ng tô sÏ g©y ¨n mßn çc èng xo¾n, mÆt kh¸c nã c¶n trë kh«ng cho h¬i tho¸t qua bé qu¸ nhiÖt lóc khëi ®éng lß vµ t¹o thµnh çc tói h¬i trong çc èng xo¨n lµm èng bä ®èt nãng qu¸ møc. Bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt ®øng ®−îc biÓu diÔn tren h×nh 8.4.

165

H×nh 8.4. bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt ®øng

§Ó cè ®Þnh çc èng xo¾n víi nhau ng−êi ta th−êng dïng çc tÊm gang chÞu

nhiÖt h×nh r¨ng l−îc ®Ó cµi çc èng xo¾n hoÆc dïng çc thanh nÑp b»ng thÐp chÞu nhiÖt. HÖ thèng treo bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt n»m ngang ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.5.

Çc èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt ®−îc ®Æt ®øng sÏ kh¾c phôc ®−îc ¶nh h−ëng cña chªnh lÖch nhiÖt ®é theo chiÒu cao ®−êng khãi ®Õn l−îng nhiÖt hÊp thu cña tõng èng xo¾n.

Çc èng dÉn h¬i tõ bao h¬i ®Õn bé qu¸ nhiÖt th−êng ®−îc®Æt trªn trÇn lß, nã võa cã thÓ hÊp thu nhiÖt, võa lµm m¸t trÇn lß. Çc èng trªn trÇn vµ çc èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt ®−îc gi÷ b»ng çc ®ai (çc thanh l−în sãng), gi÷a ®ai vµ èng cã lãt mét líp ®Öm ami¨ng ®Ó b¶o vÖ èng.

166

H×nh 8.5. HÖ thèng treo bé qu¸ nhiÖt èng xo¾n ®Æt ®øng

Khi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt lín h¬n nhiÖt ®é b·o hoµ kho¶ng 2000C trë lªn th×

ng−êi ta chia bé qu¸ nhiÖt thµnh hai hoÆc ba cÊp nèi tiÕp nhau theo ®−êng h¬i ®i theo

167

thø tù cÊp mét, cÊp hai vµ cÊp ba, Gi÷a çc cÊp lµ çc èng gãp h¬i ®−îc nèi víi nhau. §é gia nhiÖt cña mçi cÊp kho¶ng tõ 100-1500C, hÊp thu mét l−¬png nhiÖt kho¶ng 200-350kj/kg.

Khi t¸ch ra nh− vËy th× ®é gia nhiÖt cña mçi cÊp kh«ng lín l¾m vµ çc cÊp cã nhiÖt ®é h¬i trung b×nh kh¸c nhau nªn mçi cÊp ®−îc chÕ t¹o b»ng mét lo¹i vËt liÖu phï hîp víi nhiÖt ®é lµm viÖc cña nã do ®ã tiÕt kiÖm ®−îc vËt liÖu ®¾t tiÒn. VÝ dô lß trung ¸p cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt kho¶ng 4500C th× bé qu¸ nhiÖt ®−îc chia thµnh hai cÊp, h¬i ra khái bé qu¸ nhiÖt cÊp hai cã nhiÖt ®é 4500C nªn bé qu¸ nhiÖt cÊp hai ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp hîp kim crom-molip®en, trong khi ®ã h¬i ra khái bé qu¸ nhiÖt cÊp mét cã nhiÖt ®é kho¶ng 360-3800C nªn bé qu¸ nhiÖt cÊp mét cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp carbon. MÆt kh¸c khi t¸ch ra nh− vËy, gi−a çc cÊp cã thÓ bè trÝ thiÕt bÞ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é hoÆc t¹o ®iÒu kiÖn lµm ®ång ®Òu chªnh lÖch trë lùc vµ nhiÖt ®é gi÷a çc èng xo¾n.

Th«ng th−êng bé qu¸ nhiÖt cÊp hai n»m gÇn cöa khãi ra khái buång löa. ë ®©y khãi cã nhiÖt ®é cao nªn ®Ó gi¶m nguy c¬ ®ãng xØ trªn èng, çc èng xo¾n th−êng ®−îc bè trÝ song song ®ång thêi cÇn ®¶m b¶o b−íc ngang t−¬ng ®èi s1/d ≥ 4,5 vµ b−íc däc t−¬ng ®èi s2/d ≥ 3,5. Bé qu¸ nhiÖt cÊp mét ®Æt sau, n»m ë vïng khãi cã nhiÖt ®é thÊp h¬n, nªn ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng ®èi l−u cña khãi th× çc èng xo¾n ®−îc bè trÝ so le.

Çc èng xo¾n nµy cã thÓ ®−îc bè trÝ lµ èng ®¬n hay èng kÐp nh− biÓu diÔn trªn h×nh 8.6. ViÖc chän bè trÝ èng ®¬n hay kÐp phô thuéc vµo sè l−îng èng cña bé qu¸ nhiÖt, viÖc ®¶m b¶o tèc ®é h¬i vµ kÝch th−íc ®−êng khãi (chç ®Æt bé qu¸ nhiÖt).

H¬i trong èng cña bé qu¸ nhiÖt ph¶i ®¶m b¶o tèc ®é trong mét ph¹m vi nµo ®ã ®ñ ®Ó lµm m¸t cho èng. Khi bè trÝ èng kÐp th× tèc ®é khãi kh«ng thay ®æi, nh−ng tèc ®é h¬i sÏ gi¶m ®i 2 lÇn nªn nÕu tèc ®é nhá qu¸ th× cã thÓ sÏ kh«ng ®¶m b¶o ®−îc ®iÒu kiÖn lµm m¸t èng ®ång thêi cßn g©y nªn chªnh lÖch nhiÖt gi÷a çc çng xo¾n do ph©n bè l−u l−îng qua çc èng kh«ng ®Òu.

Tèc ®é h¬i th−êng ®−îc chän theo tèc ®é khèi l−îng ωρ , kg/m2s. Theo kinh nghiÖm th× ®èi víi bé qu¸ nhiÖt cÊp mét th−êng chän ωρ = 500-1200kg/m2s, cßn ®èi víi çc cÊp sau cña bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u vµ bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹ hay bøc x¹ h¬i cã nhiÖt ®é lín h¬n do ®ã cÇn chän ωρ lín h¬n.

H×nh 8.6. Çc d¹ng èng xo¾n cña BQN a.èng ®¬n; b.èng kÐp ®«i; c-èng kÐp ba; d. èng kÐp bèn

168

8.2.2. Bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹ vµ bøc x¹ Víi nh÷ng lß cao vµ siªu cao ¸p cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt tõ 5300C trë lªn th× ®é qu¸ nhiÖt h¬i rÊt lín nªn kÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt sÏ rÊt lín vµ nhÊt lµ nh÷ng lß cã qu¸ nhiÖt trung gian h¬i, khi ®ã cÇn thiÕt ph¶i cã mét phÇn bé qu¸ nhiÖt lµ bøc x¹ hoÆc nöa bøc x¹. Bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹ lµ nh÷ng chïm èng xo¾n ch÷ U hoÆc ch÷ L ®−îc chÕ t¹o d¹ng dµn ph¼ng, ®−îc bè trÝ ë phÇn trªn buång löa hay ë cöa ra buång löa. Çc dµn ®−îc ®Æt çch nhau tõ 0,7 ®Õn 0,9m (b−íc ngang s1) ®Ó khãi dÔ dµng l−u th«ng qua ®ång thêi tr¸nh kh¶ n¨ng t¹o nªn cÇu xØ gi÷a çc dµn èng. Çc dµn cã thÓ ®−îc ®Æt ®øng hay n»m ngang. §Ó gi÷ kho¶ng çch gi÷a çc dµn èng ng−êi ta dïng çc èng gi÷. Çc èng nµy còng chÝnh lµ èng h¬i cña dµn ®−îc uèn cong ch÷ V, çc èng gi÷ ®−îc nèi víi nhau b»ng nÑp gi÷. H×nh 8.7. tr×nh bµy cÊu t¹o cña bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹.

H×nh 8.7. CÊu t¹o cña bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹.

Bé qu¸ nhiÖt bøc x¹ cã thÓ lµ nh÷ng dµn èng ®Æt trªn trÇn buång löa hoÆc çc

èng n»m xen kÏ víi çc èng sinh h¬i trªn t−êng buång löa. ë ®©y çc èng nhËn nhiÖt b»ng bøc x¹ tõ ngän löa víi nhiÖt ®é cao nªn c−êng ®é trao ®æi nhiÖt lín. Phô t¶i nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt bøc x¹ th−êng lín h¬n bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u tõ 3-5 lÇn nªn nhiÖt ®é

169

v¸ch èng còng cao h¬n nhiÖt ®é h¬i tõ 100-1400C, do ®ã yªu cÇu rÊt cao vÒ kim lo¹i chÕ t¹o vµ chÕ ®é vËn hµnh. Tuy nhiªn do cã phô t¶i nhiÖt lín nªn khi bè trÝ bé qu¸ nhiÖt bøc x¹ sÏ gi¶m ®¸ng kÓ kÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u cña lß. H×nh 8.8. tr×nh bµy cÊu t¹o cña bé qu¸ nhiÖt bøc x¹.

H×nh 8.8. CÊu t¹o cña bé qu¸ nhiÖt bøc x¹. 8.3. C¸ch bè trÝ bé qu¸ nhiÖt

ViÖc bè trÝ cho h¬i ®i vµo phÇn nµo tr−íc trong bé qu¸ nhiÖt tæ hîp hay bè trÝ

cho h¬i vµ khãi chuyÓn ®éng thuËn chiÒu, ng−îc chiÒu hoÆc hçn hîp trong bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u lµ tïy thuéc vµo th«ng sè cña h¬i ra khái bé qu¸ nhiÖt. Bé qu¸ nhiÖt ®−îc bè trÝ sao cho cã lîi nhÊt vÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Ó gi¶m l−îng kim lo¹i tiªu hao ®ång thêi ®¶m b¶o tèi −u vÒ kim lo¹i chÕ t¹o c¸c phÇn cña bé qu¸ nhiÖt, ®Ó khi lµm viÖc nhiÖt ®é v¸ch èng kh«ng v−ît qu¸ trÞ sè cho phÐp. 8.3.1. Bè trÝ bé qu¸ nhiÖt hoµn toµn ®èi l−u

Trong bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u cã thÓ bè trÝ cho h¬i vµ khãi chuyÓn ®éng thuËn

chiÒu, ng−îc chiÒu hoÆc hçn hîp nh− trªn h×nh 8.9.

H×nh 8.9. ChuyÓn ®éng cña h¬i trong bé qu¸ nhiÖt;

a- thuËn chiÒu; b- ng−îc chiÒu; c vµ d- hçn hîp.

4.3.3.1. Bè trÝ theo kiÓu thuËn chiÒu NÕu bè trÝ cho h¬i qu¸ nhiÖt ®i thuËn chiÒu víi dßng khãi (biÓu diÔn trªn h×nh

8.9a) th× kim lo¹i èng sÏ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nhÑ nhµng h¬n, nh−ng ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh gi÷a khãi vµ h¬i sÏ thÊp h¬n so víi bè trÝ ng−îc chiÒu, do ®ã diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt sÏ t¨ng lªn. Bëi vËy trong thùc tÕ kh«ng bè trÝ theo kiÓu thuËn chiÒu.

170

4.3.3.2. Bè trÝ theo kiÓu ng−îc chiÒu: NÕu bè trÝ cho h¬i qu¸ nhiÖt ®i ng−îc chiÒu víi dßng khãi (biÓu diÔn trªn h×nh

8.9b th× ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh gi÷a khãi vµ h¬i sÏ cao h¬n so víi bè trÝ thuËn chiÒu, do ®ã diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt sÏ gi¶m xuèng. Nh−ng khi ®ã ë phÝa h¬i ra võa cã nhiÖt ®é h¬i cao võa cã nhiÖt ®é khãi cao, kim lo¹i sÏ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn rÊt nÆng nÒ, ®ßi hái kim lo¹i chÕ t¹o ph¶i rÊt ®¾t tiÒn. V× vËy trong thùc tÕ kiÓu bè trÝ ng−îc chiÒu chØ dïng cho c¸c lß cã nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt kh«ng v−ît qu¸ 4500C.

4.3.3.3. Bè trÝ theo kiÓu hçn hîp:

Khi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt cao h¬n 4500C th× bé qu¸ nhiÖt ®−îc bè trÝ kiÓu hçn hîp, hai lÇn ng−îc chiÒu nh− trªn h×nh 8.9c hoÆc mét phÇn h¬i vµ khãi ®i ng−îc chiÒu vµ mét phÇn ®i thuËn chiÒu.

Trong thùc tÕ th−êng bè trÝ h¬i ®i ng−îc chiÒu víi khãi trong bé qu¸ nhiÖt cÊp mét ®Æt ë vïng khãi cã nhiÖt ®é thÊp h¬n vµ ®i thuËn chiÒu trong bé qu¸ nhiÖt cÊp hai ®Æt ë ngay sau pheston cã nhiÖt ®é khãi cao h¬n. Bè trÝ theo kiÓu nµy, phÝa h¬i ra cã nhiÖt ®é h¬i cao nh−ng nhiÖt ®é khãi kh«ng cao, kim lo¹i sÏ kh«ng bÞ ®èt nãng qu¸ møc.

Khi ®ã bé qu¸ nhiÖt cÊp hai ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp hîp kim crom-molip®en, cßn bé qu¸ nhiÖt cÊp mét cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp carbon. S¬ ®å bé qu¸ nhiÖt bè trÝ kiÓu nµy ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.10.

H×nh 8.10. Bè trÝ bé qu¸ nhiÖt hai cÊp

171

1- èng gãp h¬i tõ bao h¬i; 2- bé qu¸ nhiÖt cÊp 1; 3- èng gãp h¬i ra khái cÊp 1; 4- bé qu¸ nhiÖt cÊp 2; 5 - èng gãp h¬i ra khái cÊp 2.

Do tr−êng nhiÖt ®é vµ tèc ®é khãi kh«ng ®ång ®Òu theo chiÒu réng ®−êng khãi cña lß, b¸m bÈn trªn mÆt ngoµi çc èng còng kh«ng ®ång ®Òu nªn hÖ sè to¶ nhiÖt α1 tõ khãi ®Õn v¸ch èng sÏ kh«ng ®Òu nhau, mÆt kh¸c trë lùc cña h¬i chuyÓn ®éng trong çc èng xo¾n còng kh«ng ®ång ®Òu lµm cho hÖ sè to¶ nhiÖt α2 tõ v¸ch èng ®Õn h¬i còng sÏ kh«ng ®Òu nhau, nghÜa lµ kh¶ n¨ng hÊp thu nhiÖt cña çc èng xo¾n sÏ kh¸c nhau dÉn ®Õn cã sù chªnh lÖch nhiÖt ®é h¬i gi÷a çc èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt. §Ó kh¾c phôc hiÖn t−îng nµy, khi bè trÝ bé qu¸ nhiÖt ng−êi ta ¸p dông mét sè biÖn ph¸p nh»m lµm gi¶m ®Õn møc tèi thiÓu ®é chªnh lÖch nhiÖt gi÷a çc èng xo¾n cña bé qu¸ nhiÖt nh− sau:

H×nh 8.10. bè trÝ dßng h¬i ®i chÐo

1-èng gãp h¬i cña BQN; 2-èng h¬i ®i chÐo

- Chia bé qu¸ nhiÖt ra hai hoÆc ba phÇn ®Ó gi¶m bít chªnh lÖch trë lùc thñy lùc gi÷a çc èng do çc èng qu¸ dµi nh− biÓu diÔn trªn h×nh 8.10.

- Tæ chøc çc dßng h¬i ®i chÐo tõ èng gãp cña phÇn nµy sang èng gãp phÇn kia (h×nh 8.10, 8.11; 8.12.).

172

H×nh 8.10. bè trÝ dßng h¬i ®i chÐo,

H×nh 8.11 bè trÝ dßng h¬i ®i chÐo. H×nh 8.1 2 bè trÝ dßng h¬i ®i chÐo

8.3.1. Bè trÝ bé qu¸ nhiÖt tæ hîp

Bé qu¸ nhiÖt tæ hîp cã thÓ gåm 2 phÇn: ®èi l−u, nöa bøc x¹ hoÆc 3 phÇn ®èi l−u, nöa bøc x¹ vµ bøc x¹.

Lß h¬i cã ¸p suÊt, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt cµng cao th× l−îng nhiÖt cÇn ®Ó ®un s«i n−íc trong dµn èng sinh h¬i cµng Ýt cßn l−îng nhiÖt cÇn ®Ó qu¸ nhiÖt h¬i trong bé qu¸ nhiÖt cµng lín nªn tû lÖ l−îng nhiÖt hÊp thu trong bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹ vµ bøc x¹ cµng lín, nghÜa lµ kÝch th−íc bé qu¸ nhiÖt nöa bøc x¹ vµ bøc x¹ cµng lín.

Bé qu¸ nhiÖt tæ hîp cã thÓ bè trÝ theo nhiÒu c¸ch: Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u- nöa bøc x¹; bøc x¹-®èi l−u; ®èi l−u-bøc x¹-®èi l−u; bøc x¹-®èi l−u-bøc x¹ nh− trªn h×nh 8.13.

173

H×nh 8.13. B è trÝ bé qu¸ nhiÖt tæ hîp a) Bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u- bøc x¹; b) bøc x¹-®èi l−u. c) ®èi l−u-bøc x¹-®èi l−u; d) bøc x¹-®èi l−u-bøc x¹. Khi bè trÝ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u - nöa bøc x¹ h¬i sÏ ®−îc gia nhiÖt trong phÇn ®èi

l−u tr−íc, sau ®ã míi ®i qua phÇn bøc x¹, nh− vËy ë phÇn ®èi l−u nhiÖt ®é khãi vµ nhiÖt ®é h¬i trong èng ®Òu thÊp nªn cã thÓ cho phÐp chän kim lo¹i cã chÊt l−îng kh«ng cÇn cao, nh−ng khi ®ã phÇn bøc x¹ cã nhiÖt ®é khãi vµ nhiÖt ®é h¬i ®Òu cao nªn kim lo¹i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ, kim lo¹i ph¶i rÊt tèt, do ®ã s¬ ®å nµy Ýt dïng.

Khi bè trÝ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u - bøc x¹ th× yªu cÇu vÒ kim lo¹i ®èi víi phÇn ®èi l−u cã cao h¬n, nh−ng ®· kh¾c phôc ®−îc nh−îc ®iÓm trªn. Tuy nhiªn khi ®ã h¬i trong phÇn ®èi l−u cã nhiÖt ®é cao h¬n nªn ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a khãi vµ h¬i sÏ bÞ gi¶m lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt phÇn qu¸ nhiÖt ®èi l−u.

Khi bè trÝ bøc x¹ - ®èi l−u th× yªu cÇu vÒ kim lo¹i ®èi víi phÇn ®èi l−u cã cao h¬n, nh−ng ®· kh¾c phôc ®−îc nh−îc ®iÓm trªn. Tuy nhiªn khi ®ã h¬i trong phÇn ®èi l−u cã nhiÖt ®é cao h¬n nªn ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a khãi vµ h¬i sÏ bÞ gi¶m lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt phÇn qu¸ nhiÖt ®èi l−u.

Khi bè trÝ bøc x¹ - ®èi l−u - bøc x¹ th× phÇn h¬i ra cña bé qu¸ nhiÖt võa cã nhiÖt ®é cao, ®ång thêi lµ phÇn bøc x¹ ®−îc bè trÝ trong vïng khãi cã nhiÖt ®é cao kim lo¹i ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn rÊt nÆng nÒ. 8.4. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt

8.4.1. C¸c nguyªn nh©n lµm thay ®æi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt

Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt cã thÓ thay ®æi do c¸c nguyªn

nh©n sau: 1. Do thay ®æi phô t¶i cña lß, khi phô t¶i t¨ng lªn th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m

xuèng. Khi phô t¶i gi¶m th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng,

174

2. Do dao ®éng ¸p suÊt trong ®−êng h¬i chung (ë çc lß cã èng gãp h¬i chung): Khi ¸p suÊt trong ®−êng h¬i chung gi¶m th× l−îng h¬i ra khái lß ®i vµo èng gãp chung t¨ng lªn do ®ã t×nh tr¹ng sÏ xÈy ra nh− khi t¨ng phô t¶i.

3. Do thay ®æi nhiÖt ®é cña n−íc cÊp: khi nhiÖt ®é n−íc cÊp t¨ng lªn th× ®é gia nhiÖt n−íc trong çc èng sinh h¬i sÏ gi¶m, do ®ã nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa (vµo bé qu¸ nhiÖt) sÏ t¨ng lµm cho nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt còng t¨ng theo vµ ng−îc l¹i.

4. Do thay ®æi chÊt l−îng nhiªn liÖu: khi chÊt l−îng nhiªn liÖu t¨ng nghÜa lµ l−îng nhiÖt cÊp vµo buång löa t¨ng th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng.

5. Do thay ®æi hÖ sè kh«ng khÝ thõa: khi hÖ sè kh«ng khÝ thõa t¨ng th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng.

6. Do ®ãng xØ ë dµn èng sinh h¬i, côm Pheston: Khi ®ãng xØ ë dµn èng sinh h¬i, côm Pheston th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng.

7. Do b¸m bÈn trªn çc bÒ mÆt ®èt cña lß, do n¶nh h−ëngcña viÖc thæi tro b¸m. 8. Do cã hiÖn t−îng ch¸y l¹i trong bé qu¸ nhiÖt: Khio cã hiÖn t−îng ch¸y l¹i

trong bé qu¸ nhiÖt th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng. 9. Do thay ®æi vÞ trÝ trung t©m ngän löa hoÆc do m¸y cÊp than bét lµm viÖc

kh«ng ®Òu, cÊp than vµo vßi phun kh«ng ®Òu. 8.4.2. TÇm quan träng cña viÖc b¶o ®¶m æn ®Þnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt

NhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt lµ nhiÖt ®é cña h¬i ra khái èng gãp h¬i cña bé qu¸ nhiÖt

tr−íc khi sang tuèc bin. NhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt thay ®æi sÏ dÉn ®Õn mét lo¹t thay ®æi kh¸c g©y ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña lß vµ tuèc bin.

- Khi nhiÖt ®é h¬i thay ®æi th× nhiÖt d¸ng dßng h¬i thay ®æi lµm thay ®æi c«ng suÊt tuèc bin do ®ã cã thÓ lµm thay ®æi tèc ®é quay cña tæ tuèc bin-m¸y ph¸t, dÉn ®Õn lµm gi¶m chÊt l−îng dßng ®iÖn (thay ®æi ®iÖn ¸p vµ tÇn sè dßng ®iÖn).

- NÕu nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh ®ång thêi lµm gi¶m c«ng suÊt tuèc bin, mÆt kh¸c khi ®ã ®é Èm cña h¬i ë çc tÇng cuèi tuèc bin t¨ng lªn lµm gi¶m hiÖu suÊt tuèc bin vµ lµm t¨ng tèc ®é ¨n mßn çnh tuèc bin.

- NÕu nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng lªn qu¸ trÞ sè qui ®Þnh, khi ®ã çc chi tiÕt cña bé qu¸ nhiÖt còng nh− tuèc bin ph¶i lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ h¬n, lµm cho ®é bÒn cña kim lo¹i gi¶m xuèng, cã thÓ g©y næ çc èng cña bé qu¸ nhiÖt hoÆc lµm cong vªnh çc çnh cña tuèc bin g©y nªn cä x¸t gi÷a phÇn ®øng yªn vµ phÇn quay cña tuèc bin, g©y sù cè.

VÝ dô: Çc èng xo¾n cña bé qóa nhiÖt ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp 12X 1MФ ®−îc tÝnh to¸n ®Ó cã thÓ lµm viÖc æn ®Þnh ®Õn 100.000 giê ë nhiÖt ®é h¬i 585 0C, nh−ng sÏ gi¶m ®i cßn 30.000giê nÕu lµm viÖc víi nhiÖt ®é h¬i lµ 595 0C.

Bëi vËy, cÇn thiÕt ph¶i t×m çc biÖn ph¸p ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt nh»m ®¶m b¶o æn ®Þnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt ë gi¸ trÞ qui ®Þnh.

Khi bè trÝ bé qu¸ nhiÖt theo kiÓu tæ hîp còng cã thÓ cã t¸c dông ®iÒu chØnh

175

nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt trong ph¹m vi t−¬ng ®èi réng. VÝ dô khi hÖ sè kh«ng khÝ thõa t¨ng th× nhiÖt ®é buång löa sÏ gi¶m, lµm gi¶m l−îng nhiÖt trao ®æi bøc x¹ trong buång löa, do ®ã nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa t¨ng lªn, tøc lµ nhiÖt ®é khãi qua bé qu¸ nhiÖt t¨ng, mÆt kh¸c s¶n l−îng h¬i b·o hoµ sinh ra sÏ gi¶m, nghÜa lµ l−îng h¬i ®i qua bé qu¸ nhiÖt gi¶m, ®èi víi bé qu¸ nhiÖt hoµn toµn ®èi l−u th× c¶ hai yÕu tè ®Òu t¸c ®éng lµm nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng. Nh−ng ë bé qu¸ nhiÖt tæ hîp th× khi hÖ sè kh«ng khÝ thõa t¨ng th× nhiÖt ®é buång löa sÏ gi¶m, lµm gi¶m l−îng nhiÖt trao ®æi bøc x¹ trong buång löa, theo lËp luËn ë trªn th× nhiÖt ®é h¬i trong phÇn qu¸ nhiÖt ®èi l−u sÏ t¨ng, trong khi ®ã l−îng nhiÖt phÇn qu¸ nhiÖt bøc x¹ nhËn ®−îc sÏ gi¶m nªn nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt trong phÇn nµy sÏ gi¶m, kÕt qu¶ lµ nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt trong bé qu¸ nhiÖt tæ hîp sÏ thay ®æi rÊt Ýt hoÆc cã thÓ kh«ng thay ®æi tuú thuéc vµo tû lÖ bÒ mÆt hÊp thu gi÷a çc phÇn.

8.4.3. Çc ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt

Cã hai ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt: §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i

qu¸ nhiÖt vÒ phÝa h¬i vµ §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa khãi. ViÖc lùa chän ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh cÇn ®¸p øng çc yªu cÇu sau: - Qu¸n tÝnh nhiÖt nhá; - Ph¹m vi ®iÒu chØnh réng, - CÊu t¹o ch¾c ch¾n, tèn Ýt vËt liÖu; - Lµm gi¶m Ýt nhÊt hiÖu suÊt chu tr×nh nhiÖt; - Cho phÐp dÔ dµng tù ®éng ho¸ viÖc ®iÒu chØnh.

8.4.3.1. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa h¬i.

§iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa h¬i tøc lµ t¸c ®éng trùc tiÕp vµo phÝa h¬i qu¸ nhiÖt ®Ó lµm thay ®æi l−îng nhiÖt nã nhËn ®−îc do ®ã thay ®æi nhiÖt ®é cña h¬i.

Ng−êi ta ®Æt vµo èng gãp h¬i cña bé qu¸ nhiÖt mét thiÕt bÞ gäi lµ bé gi¶m «n. Cho n−íc ®i qua bé gi¶m «n, v× n−íc cã nhiÖt ®é thÊp h¬n h¬i nªn sÏ nhËn nhiÖt cña h¬i lµm cho nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng. Khi thay ®æi l−u l−îng n−íc qua bé gi¶m «n th× sÏ lµm thay ®æi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt. Tuy nhiªn, nÕu v× mét lý do g× ®ã mµ nhiÖt ®é n−íc cÊp gi¶m xuèng th× nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng, nh−ng mÆt kh¸c nhiÖt ®é n−íc cÊp gi¶m th× l−îng h¬i sinh ra còng gi¶m theo, ®ßi hái ph¶i t¨ng l−îng nhiªn liÖu cÊp vµo lß vµ khi ®ã c¶ nhiÖt ®é khãi vµ l−u l−îng khãi ra khái lß (®i vµo bé qu¸ nhiÖt) ®Òu t¨ng lªn. Hai yÕu tè nµy t¸c ®éng ng−îc nhau cã thÓ lµm cho nhiÖt ®é h¬i gÇn nh− kh«ng thay ®æi, do ®ã kh«ng cÇn thay ®æi l−îng n−íc gi¶m «n.

HiÖn nay th−êng dïng 2 lo¹i bé gi¶m «n: Bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt vµ bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp.

* Bé gi¶m «n kiÒu bÒ mÆt: Bé gi¶m «n kiÒu bÒ mÆt ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.14. ®©y lµ mét thiÕt bÞ trao

176

®æi nbiÖt kiÓu bÒ mÆt, gåm côm èng ®ång ®−îc uèn ch÷ U ®Æt trong gãp h¬i, h¬i ®i phÝa ngoµi èng çc èng ®ång sÏ nh¶ nhiÖt cho n−íc gi¶m «n ®i trong. N−íc ®i vµo bé gi¶m «n sÏ nhËn nhiÖt cña h¬i qua bÒ mÆt çc èng ®ång lµm cho ®é qu¸ nhiÖt cña h¬i gi¶m xuèng.

Bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt th−êng ®−îc thiÕt kÕ víi kho¶ng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i lµ 40-500C t−¬ng øng víi l−îng n−íc qua gi¶m «n b»ng 40-60% l−îng n−íc cÊp, do ®ã l−îng n−íc sau khi qua gi¶m «n cÇn ®−îc ®−a vÒ tr−íc bé h©m n−íc.

ë bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt, n−íc gi¶m «n kh«ng pha trén víi h¬i nªn yªu cÇu chÊt l−îng n−íc gi¶m «n kh«ng cÇn cao l¾m, cã thÓ dïng n−íc cÊp hoÆc n−íc lß tõ bao h¬i tuú thuéc vµo vÞ trÝ ®Æt bé gi¶m «n ë ®Çu vµo hay ë ®Çu ra cña h¬i.

Çch nèi bé gi¶m «n víi ®−êng n−íc lß hoÆc n−íc cÊp ®−îc chØ ra trªn h×nh 8.16.

§èi víi çc lß h¬i nhá, ng−êi ta sö dông bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt vµ ®−îc ®Æt trùc tiÕp vµo bao h¬i. Mét phÇn h¬i qu¸ nhiÖt sÏ ®i vµo bé gi¶m «n ®Æt trong bao h¬i vµ ®i ra sÏ hçn hîp víi phÇn h¬i kh«ng ®i qua gi¶m «n do ®ã sÏ thay ®æi ®−îc nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt.

* Bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp: Nguyªn lý cÊu t¹o bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.15, lµ mét tæ hîp çc èng phun t¨ng tèc vµ t¨ng ¸p. N−íc gi¶m «n sÏ ®−îc phun qua çc èng phun thµnh çc h¹t rÊt nhá ®i vµo pha trén víi h¬i qu¸ nhiÖt vµ lÊy nhiÖt cña h¬i ®Ó bèc h¬i do ®ã lµm cho nhiÖt ®é cña h¬i qu¸ nhiÖt gi¶m xuèng. §é gi¶m nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt phô thuéc vµo l−îng n−íc vµo gi¶m «n.

ë bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp, n−íc gi¶m «n pha trén víi h¬i qu¸ nhiÖt nªn yªu cÇu chÊt l−îng n−íc gi¶m «n rÊt cao, th−êng dïng n−íc ng−ng cña h¬i b·o hßa tõ çc b×nh bèc h¬i hoÆc tõ nguån n−íc nµo kh«ng cã muèi nh− ë h×nh 8.17. Bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp cã −u ®iÓm lµ qu¸n tÝnh nhiÖt bÐ, ®iÒu chØnh nhanh, cÊu t¹o ®¬n gi¶n. Bé gi¶m «n kiÓu hçn hîp ®−îc dïng phæ biÕn cho çc lß h¬i hiÖn ®¹i, nh−ng cÇn chó ý lµ kh«ng dïng cho bé qu¸ nhiÖt trung gian. V× phun trùc tiÕp n−íc gi¶m «n vµo h¬i qu¸ nhiÖt nh− vËy sÏ lµm t¨ng l−îng h¬i qua phÇn trung vµ h¹ ¸p cã nghÜa lµ gi¶m l−îng h¬i qua phÇn cao ¸p, lµm gi¶m ®é kinh tÕ cña chu tr×nh tuèc bin.

177

H×nh 8.14. CÊu t¹o gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt.

1. Vá, 2- èng ®ång ch÷ U, 3-n−íc lß vµo vµ ra, 4,5-èng nèi, 9,6-N−íc vµo vµ ra, 7,8- van ®iÒu chØnh.

H×nh 8.15. CÊu t¹o gi¶m «n hçn hîp 1-èng gãp; 2-èng khuyÕch t¸n; 3-mòi phun

178

H×nh 8.16.Nèi bé gi¶m «n víi ®−êng n−íc ng−ng 1-bao h¬i; 2- BQN cÊp 2; 3-Bé gi¶m «n; 4-BQN cÊp 2; 5-b×nh ng−ng;

6-b×nh chøa n−íc ng−ng; 7-van ®iÒu chØnh; 8-bé h©m n−íc; 9-lÊy xung l−îng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é h¬i.

* Çch bè trÝ bé gi¶m «n:

Bé gi¶m «n cã thÓ bè trÝ ë ®Çu vµo, ®Çu ra hoÆc gi÷a çc cÊp cña bé qu¸ nhiÖt. Çch bè trÝ gi¶m «n ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 8.18. - NÕu bè trÝ ë ®Çu ra bé qu¸ nhiÖt (èng gãp thø ba nh− ë h×nh 8.18c.) th× qu¸n tÝnh ®iÒu chØnh nhiÖt bÐ, ®iÒu chØnh nhanh nhiÖt ®é h¬i do ®ã tuèc bin ®−îc b¶o ®¶m an toµn tuyÖt ®èi, nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ bé qu¸ nhiÖt kh«ng ®−îc b¶o vÖ, do ®ã bé qu¸ nhiÖt sÏ bÞ ®èt nãng qu¸ møc, tuæi thä bé qu¸ nhiÖt sÏ gi¶m xuèng vµ cã thÓ lµm næ èng. S¬ ®å nµy th−êng dïng khi nhiÖt ®é h¬pi qu¸ nhiÖt kh«ng qu¸ 3750C. - NÕu bè trÝ ë ®Çu vµo bé qu¸ nhiÖt (èng gãp thø nhÊt nh− ë h×nh 8.18a) th× sÏ ®iÒu chØnh ®−îc nhiÖt ®é h¬i trong toµn bé bé qu¸ nhiÖt, nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ võa lµm Èm h¬i, võa qu¸n tÝnh nhiÖt lín, t¸c ®éng chËm do ®ã bé qu¸ nhiÖt vµ tuèc bin sÏ bÞ ®èt nãng qu¸ møc trong kho¶ng thêi gian ch−a kÞp t¸c ®éng. §èi víi bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt, khi ®Æt ë ®Çu vµo cña bé qu¸ nhiÖt th× n−íc gi¶m «n ph¶i lµ n−íc cÊp v× ë ®ã h¬i lµ h¬i b·o hoµ cã nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é n−íc lß nªn kh«ng thÓ lÊy n−íc lß lÊy tõ bao h¬i ®Ó lµm n−íc gi¶m «n ®−îc.

§Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña hai s¬ ®å trªn, th−êng ng−êi ta bè trÝ bé gi¶m «n

H×nh 8.16.Nèi bé gi¶m «n víi ®−êng n−íc lß hoÆc n−íc cÊp. a- Dïng n−íc lß; b- Dïng n−íc cÊp. 1-bao h¬i; 2-Bé gi¶m «n; 3-BQN; 4-H¬itíi tuèc bin; 5-N−íc cÊp; 6-lÊy xung l−îng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é h¬i

H×nh 8.18. Çch bè trÝ bé gi¶m «n.

179

n»m gi÷a 2 cÊp cña bé qu¸ nhiÖt (èng gãp gi÷a nh− ë h×nh 8.18b). 8.4.3.2. §iÒu chØnh nhiÖt ®« h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa khãi:

Cã thÓ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt b»ng çch thay ®æi nhiÖt ®é, l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt hoÆc thay ®æi ®ång thêi c¶ nhiÖt ®é vµ l−u l−îng khãi.

+ §iÒu chØnh l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt: §iÒu chØnh l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt lµ lµm gi¶m hay t¨ng l−îng khãi

®i qua bé qu¸ nhiÖt b»ng çch cho mét phÇn khãi ®i t¾t qua ®−êng khãi kh«ng ®Æt bé qu¸ nhiÖt nh»m gi¶m l−îng nhiÖt mµ bé qu¸ nhiÖt nhËn ®−îc, do ®ã lµm gi¶m nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt. S¬ ®å ®−êng khãi ®i t¾t ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 8.19. S¬ ®å I vµ III cã hiÖu qu¶ kinh tÕ cao nhÊt, nh−ng tÊm ch¾n ®iÒu chØnh l−îng khãi n»m trong vïng khãi cã nhiÖt ®é cao nªn chãng háng. S¬ ®å II tÊm ch¾n lµm viÖc ë vïng khãi cã nhiÖt ®é thÊp h¬n, nh−ng ®iÒu chØnh kÐm thuËn lîi h¬n. S¬ ®å IV vµ V (cã ®Æt thªm bÒ mÆt truyÒn nhiÖt hÊp thu nhiÖt nh− bé h©m n−íc, bä qu¸ nhiÖt trung gian) tÊm ch¾n lµm viÖc ë vïng khãi cã nhiÖt ®é thÊp nhÊt, nh−ng khi ®ã ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi hÖ sè truyÒn nhiÖt vµ ®é chªnh nhiÖt ®é sÏ Ýt cã t¸c dông ®Õn viÖc thay ®æi nhiÖt ®é h¬i trong bé qu¸ nhiÖt.

H×nh 8.19. Çc d¹ng ®−êng khãi ®i t¾t qua bé qu¸ nhiÖt

+ §iÒu chØnh nhiÖt ®é khãi: §iÒu chØnh nhiÖt ®é khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt b»ng çch thay ®æi gãc quay cña

vßi phun, cho vßi phun h−íng lªn trªn hoÆc xuèng d−íi sÏ lµm thay ®æi vÞ trÝ trung t©m cña ngän löa (h×nh 8.20), do ®ã lµm thay ®æi nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa tøc lµ thay ®æi nhiÖt ®é khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt, lµm thay ®æi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt.

Khi cho vßi phun h−íng lªn trªn sÏ lµm vÞ trÝ trung t©m cña ngän löa dÞch lªn phÝa trªn, nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa t¨ng lªn tøc lµ nhiÖt ®é khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt t¨ng lªn, lµm t¨ng nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt. Nh−ng khi ®ã ®· lµm gi¶m thêi gian l−u l¹i cña nhiªn liÖu trong buång löa nªn tæn thÊt ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ c¬ häc q4 sÏ t¨ng lªn, ®ång thêi nhiÖt ®é khãi th¶i còng t¨ng lµm t¨ng tæn thÊt do khãi th¶i mang ra khái lß q2. V× vËy biÖn chØ dïng khi ®èt nhiªn liÖu dÔ ch¸y.

+ KÕt hîp võa ®iÒu chØnh nhiÖt ®é khãi võa ®iÒu chØnh l−u l−îng khãi: §iÒu chØnh ®ång thêi nhiÖt ®é khãi vµ l−u l−îng khãi b»ng çch trÝch mét phÇn

180

khãi ë phÝa sau bé h©m n−íc ®−a vµo buång löa (cßn gäi lµ t¸i tuÇn hoµn khãi, h×nh 8.21). Khi trÝch mét phÇn khãi ë phÝa sau bé h©m n−íc ®−a vµo buång löa, nhiÖt ®é trung b×nh trong buång löa sÏ gi¶m xuèng lµm cho nhiÖt l−îng hÊp thu b»ng bøc x¹ cña dµn èng sinh h¬i gi¶m xuèng, nghÜa lµ nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa t¨ng lªn, ®ång thêi l−u l−îng khãi ®i qua bé qu¸ nhiÖt t¨ng lªn lµm cho l−îng nhiÖt hÊp thu cña bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u t¨ng lªn, dÉn ®Õn nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt còng t¨ng lªn.

§èi víi bé qu¸ nhiÖt tæ hîp th× t¸i tuÇn hoµn khãi sÏ kh«ng cã t¸c dông ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i v× khi ®ã tuy nhiÖt ®é h¬i trong phÇn qu¸ nhiÖt ®èi l−u t¨ng lªn, nh−ng nhiÖt ®é trung b×nh trong buång löa gi¶m sÏ lµm cho nhiÖt l−îng hÊp thu cña phÇn qu¸ nhiÖt bøc x¹ vµ nöa bøc x¹ gi¶m do ®ã nhiÖt ®é h¬i ra khái bé qu¸ nhiÖt cã thÓ sÏ kh«ng thay ®æi.

Khi t¸i tuÇn hoµn khãi vµo buång löa th× l−− l−îng khãi th¶i kh«ng t¨ng, do ®o tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i q2 gÇn nh− kh«ng ®æi

NhiÖt ®é h¬i thay ®æi khi t¨ng hÖ sè kh«ng khÝ thõa sÏ t¸c ®éng t−¬ng tù nh− khi t¸i tuÇn hoµn khãi, tuy nhiªn khi t¨ng hÖ sè kh«ng khÝ thõa sÏ lµm t¨ng l−îng khãi th¶i do ®ã lµm t¨ng tæn thÊt nhiÖt do khãi th¶i q2.

Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p t¸i tuÇn hoµn khãi lµ ph¶i l¾p thªm qu¹t khãi vµ t¨ng l−îng ®iÖn tù dïng; cã qu¸n tÝnh nhiÖt lín, ®iÒu chØnh chËm, ph¹m vi ®iÒu chØnh hÑp vµ cã khi hiÖu suÊt lß l¹i gi¶m; viÖc tù ®éng ho¸ khã kh¨n h¬n ®iÒu chØnh b»ng h¬i nªn ph−¬ng ph¸p nµy Ýt ®−îc dïng. MÆt kh¸c khi t¸i tuÇn hoµn khãi vµo buång löa sÏ lµm gi¶m nång ®é oxy trong buång löa sÏ g©y khã kh¨n cho qu¸ tr×nh ch¸y, do ®ã

H×nh 8.20. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt b»ng c¸ch thay ®æi vÞ trÝ trung t©m

ngän löa nhê quay vßi phun

H×nh 8.21. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt b»ng c¸ch t¸i

tuÇn hoµn khãi. 1-Vßi phun; 2-Bé qu¸ nhiÖt; 3-Bé h©m n−íc; 4-bé SKK; 5-Qu¹t giã t¸i tuÇn hoµn;

6-dßng khãi

181

nã chØ dïng khi ®èt nhiªn liÖu dÔ ch¸y. Qua ph©n tÝch ta thÊy mçi ph−¬ng ph¸p ®Òu cã −u, nh−îc ®iÓm nhÊt ®Þnh, v×

vËy thùc tÕ ë c¸c lß h¬i hiÖn ®¹i th−êng ng−êi ta kÕt hîp nhiÒu biÖn ph¸p nh− sö dông bé gi¶m «n hçn hîp víi quay vßi phun hoÆc t¸i tuÇn hoµn khãi; sö dông bé gi¶m «n hçn hîp víi bé gi¶m «n bÒ mÆt ®Ó cã thÓ tho¶ m·n ®−îc yªu cÇu cña bé ®iÒu chØnh nhiÖt ®é.

182

Ch−¬ng 9. bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ 9.1. Bé H¢M N¦íC

§Ó tËn dông nhiÖt thõa cña khãi sau bé qu¸ nhiÖt nh»m n©ng cao hiÖu suÊt cña

lß h¬i, ng−êi ta bè trÝ thªm phÝa sau bé qu¸ nhiÖt çc bÒ mÆt nhËn nhiÖt nh− bé h©m n−íc, bé sÊy kh«ng khÝ. V× vËy bé h©m n−íc cßn ®−îc gäi lµ bé tiÕt kiÖm nhiÖt. Bè trÝ Bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc bè trÝ sau bé qu¸ nhiÖt, viÖc bè trÝ chóng cã liªn quan chÆt chÏ víi nhau phô thuéc vµo nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng vµ nhiÖt ®é n−íc cÊp vµo bé h©m 9.1.1. C«ng dông vµ ph©n lo¹i bé h©m n−íc

NhiÖm vô cña bé h©m n−íc lµ gia nhiÖt cho n−íc cÊp ®Õn nhiÖt ®é s«i hoÆc gÇn

s«i tr−íc khi n−íc vµo bao h¬i. Theo nhiÖm vô cã thÓ ph©n thµnh hai kiÓu bé h©m: Bé h©m n−íc kiÓu s«i vµ

kiÓu ch−a s«i.

- ë bé h©m n−íc kiÓu s«i, n−íc ra khái bé h©m ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i s«i, ®é s«i cã thÓ ®¹t tíi 30%. Bé h©m n−íc kiÓu s«i cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng èng thÐp tr¬n hoÆc èng thÐp cã çnh.

- ë bé h©m n−íc kiÓu ch−a s«i, n−íc ra khái bé h©m n−íc ch−a ®¹t ®Õn nhiÖt ®é s«i. Bé h©m n−íc kiÓu ch−a s«i cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp hay b»ng gang tïy theo thµnh phÇn l−u huúnh trong nhiªn liÖu

L−îng nhiÖt n−íc hÊp thu ®−îc trong bé h©m n−íc sÏ phô thuéc vµo nhiÖt ®é n−íc cÊp vµo lß, nhiÖt ®é n−íc cÊp ra khái bé h©m n−íc vµ ®é s«i cña n−íc trong bé h©m.

NhiÖt ®é n−íc cÊp khi vµo bé h©m n−íc ®−îc lùa chän trªn c¬ së tÝnh to¸n kinh tÕ kü thuËt chu tr×nh nhiÖt cña toµn nhµ m¸y. Khi nhiÖt ®é n−íc cÊp vµo bé h©m n−íc t¨ng lªn th× l−îng nhiÖt n−íc hÊp thu ®−îc trong bé h©m n−íc sÏ gi¶m lµm nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß t¨ng, nghÜa lµ hiÖu suÊt lß h¬i gi¶m xuèng, nh−ng tr¸i l¹i khi ®ã hiÖu suÊt chu tr×nh nhiÖt l¹i t¨ng lªn. NhiÖt ®é n−íc cÊp cã lîi nhÊt ®−îc tÝnh to¸n theo th«ng sè cña chu tr×nh nhiÖt.

Khi t¨ng ¸p suÊt h¬i th× phÇn nhiÖt l−îng ®Ó ®un n−íc ®Õn s«i t¨ng lªn, do ®ã phÇn nhiÖt l−îng hÊp thu trong bé h©m n−íc ph¶i t¨ng lªn. Khi ®ã ph¶i chÕ t¹o bé h©m n−íc kiÓu s«i (®èi v¬i çc lß trung ¸p, phÇn nhiÖt l−îng ®Ó sinh h¬i chiÕm kho¶ng 60% toµn bé nhiÖt l−îng cÊp cho lß). §èi víi çc lß ghi, v× b¾t buéc nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng kh«ng cao (kho¶ng

183

150 C) nªn toµn bé l−îng nhiÖt cña khãi ë phÇn ®u«i lß sÏ dµnh cho bé h©m n−íc. V× vËy bé h©m n−íc sÏ ®−îc thiÕt kÕ víi ®é s«i cao, l−îng n−íc bèc h¬i trong bé h©m cã thÓ tíi 30%. §èi víi çc lß h¬i hiÖn ®¹i, bé h©m cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ kiÓu s«i hoÆc kh«ng s«i.

VÒ cÊu t¹o bé h©m n−íc cã thÓ ®−îc chia thµnh ba lo¹i: èng thÐp tr¬n, èng thÐp cã çnh vµ èng gang. Bé h©m n−íc b»ng èng thÐp cã çnh vÒ cÊu t¹o gièng bé h©m n−íc èng thÐp tr¬n, chØ kh¸c lµ ë ngoµi èng ng−êi ta lµm thªm çc çnh ®Ó lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt nh»m t¨ng c−êng truyÒn nhiÖt. Bé h©m n−íc kiÓu èng thÐp cã çnh cã −u ®iÓm lµ t¨ng c−êng ®−îc hÖ sè truyÒn nhiÖt, nh−ng chÕ t¹o phøc t¹p vµ dÔ bÞ b¸m tro bôi, khã vÖ sinh nªn hiÖn nay kh«ng sö dông n÷a.

9.1.2. Bé h©m n−íc èng thÐp tr¬n:

H×nh 9.2. Bé h©m n−íc kiÓu èng xo¾n

1, 2- èng gãp trªn vµ d−íi; 3- èng xo¾n; 4- thanh gi÷ èng xo¾n; 5- thanh ®ì; 6- èng n−íc vµo; 7- t−êng b¶o «n.

1- Bé h©m n−íc èng thÐp tr¬n cã cÊu t¹o gÇn nh− bé qu¸ nhiÖt, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.1. gåm çc èng thÐp cã ®−êng kÝnh tõ 28, 32, 38mm ®−îc uèn gÊp nhiÒu lÇn vµ hai ®Çu ®−îc nèi vµo hai èng gãp. Bé h©m n−íc ®−îc chÕ

t¹o thµnh tõng côm cã chiÒu cao kho¶ng 1m vµ çc côm ®−îc ®Æt çch nhau 0,6m nh»m t¹o kho¶ng trèng cho viÖc söa ch÷a vµ lµm vÖ sinh ®−îc dÔ dµng.

Th«ng th−êng çc èng xo¾n cña bé h©m n−íc ®−îc bè trÝ sole, t¹o tèc ®é dßng khãi lín vµ xo¸y nhiÒu nh»m t¨ng c−êng truyÒn nhiÖt.

184

H×nh 4.15. èng xo¾n cña bé h©m n−íc 1-van; 2, 3- èng gãp d−íi vµ trªn; 4- thanh gi»ng 5- thanh ®ì; 6- èng xo¾n Th«ng th−êng çc èng xo¾n ®−îc uèn nhiÒu lÇn trong mét mÆt ph¼ng. B¸n kÝnh

uèn cña èng xo¸n kho¶ng 1,5 ®Õn 2 lÊn ®−êng kÝnh èng cßn b−íc ngang t−¬ng ®èi gi÷a çc èng b»ng 2-3 lÇn ®−êng kÝnh èng ®Ó h¹n chÕ b¸m tro bôi. Çc mÆt ph¼ng èng xo¾n cã thÓ ®Æt song song hoÆc vu«ng gãc víi t−êng sau cña lß. Khi ®Æt vu«ng gãc víi t−êng sau cña lß th× do chiÒu s©u ®−êng khãi nhá h¬n chiÒu réng nªn èng xo¾n sÏ ng¾n h¬n do ®ã viÖc gi÷ èng xo¾n sÏ ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu, chØ cÇn gi÷ hai ®iÓm hai ®Çu èng xo¾n, nh−ng khi ®ã tÊt c¶ çc èng xo¾n ®Òu n¨m ë vïng s¸t phÝa sau t−êng lß, n¬i cã l−îng tro bay theo khãi nhiÒu nhÊt vµ tèc ®é khãi lín nhÊt, nªn tÊt c¶ çc èng xo¾n ®Òu bÞ mµi mßn vµ mµi mßn nhiÒu nhÊt. Bëi vËy gÇn nh− ë tÊt c¶ çc lß h¬i ®Òu bè trÝ mÆt ph¼ng èng xo¾n song song víi t−êng sau cña lß ®Ó chØ mét vµi dÉy phÝa sau bÞ mµi mßn. Víi nh÷ng lß h¬i c«ng suÊt lín, chiÒu rèng ®−êng khãi rÊt lín nªn bé h©m n−íc th−êng ®−îc chia thµnh hai phÇn, cã hai ®−êng n−íc ®i riªng. H×nh 9.2. tr×nh bµy s¬ ®å ®Æt çc èng xo¾n trong ®−êng khãi cña lß.

185

H×nh 9.2. S¬ ®å ®Æt çc èng xo¾n trong ®−êng khãi cña lß. a) mÆt ph¼ng èng xo¾n ®Æt song song víi t−êng sau cña lß;

b vµ c) mÆt ph¼ng èng xo¾n ®Æt vu«ng gãc víi t−êng sau cña lß, b-mét ®−êng n−íc; c- hai ®−êng n−íc.

ViÖc bè trÝ èng xo¾n còng ph¶i chó ý ®Õn tèc ®é n−íc ®i trong çc èng xo¾n.

Tèc ®é n−íc ®−îc lùa chän trªn c¬ sá ng¨n ngõa hiÖn t−îng ¨n mßn. ë phÇn kh«ng s«i cña bé h©m, tèc ®é n−íc ph¶i kh«ng ®−îc nhá h¬n 0,3 m/s, cßn ë phÇn s«i ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ph©n tÇng trong èng th× tèc ®é n−íc ph¶i lín h¬n 1 m/s.

H×nh 9.3. S¬ ®å kh«ng gian èng xo¾n bé h©m n−íc §èi víi çc lß h¬i nhá, ®Ó ®¶m b¶o tèc ®é n−íc trong èng xo¾n cã thÓ bè trÝ èng

xo¾n theo h×nh kh«ng gian, khi ®ã toµn bé bé h©m cã thÓ chØ lµ mét hay vµi èng xo¾n nh− trªn h×nh 9.3.

Çc èng xo¾n ®−îc gi÷ b»ng çc ®ai thÐp cã thÓ ®−îc treo hoÆc ®ì trªn dÇm.

186

H×nh 9.4. tr×nh bµy c¬ cÊu gi÷ çc èng xo¾n cña bé h©m. H×nh 9.4. C¬ cÊu gi÷ çc èng xo¾n cña bé h©m.

9.1.3. Bé h©m n−íc b»ng gang:

Gang cã −u ®iÓm lµ chÞu ®−îc sù ¨n mßn cña çc axÝt vµ mµi mßn cña tro, do

vËy ë nh÷ng lß h¬i ®èt nhiÖt liÖu cã nhiÒu l−u huúnh hoÆc ë nh÷ng lß h¬i kh«ng cã hÖ thèng xö lý n−íc ng−êi ta dïng bé h©m n−íc b»ng gang. TÊt nhiªn gang l¹i cã nh−îc ®iÓm lµ chÞu lùc va ®Ëp kÐm, do ®ã ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng thñy kÝch g©y lùc va ®Ëp trong çc èng cña bé h©m, n−íc trong bé h©m ph¶i kh«ng ®−îc s«i, nghÜa lµ bé h©m n−íc b»ng gang chØ ®−îc trang bÞ cho nh÷ng lß cÇn bé h©m n−íc kiÓu ch−a s«i vµ nhiÖt ®é n−íc ra khái bé h©m ph¶i nhá h¬n nhiÖt ®é s«i ë ¸p suÊt t−¬ng øng kho¶ng 400C.

Bé h©m n−íc b»ng gang ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.5, gåm nh÷ng èng gang ®óc cã ®−êng kÝnh trong tõ 76-120 mm, dµi tõ 1,5-3m, ®−îc nèi víi nhau b»ng çc cót nèi cã mÆt bÝch vµ bu l«ng nªn l¾p ®Æt rÊt dÔ dµng. VÒ mÆt cÊu t¹o bé h©m n−íc b»ng gang gåm mét hoÆc vµi èng xo¾n bè trÝ kiÓu kh«ng gian.

Gang cã hÖ sè dÉn nhiÖt nhá h¬n thÐp, do ®ã ®Ó t¨ng c−êng kh¶ n¨ng truyÒn nhiÖt phÝa ngoµi èng ®−îc ®óc thªm çc çnh.

Bé h©m n−íc b»ng gang cã nh−îc ®iÓm lµ kÝch th−íc lín, nÆng nÒ, ®ång thêi do cã çnh nªn tro bôi b¸m lªn èng rÊt nhiÒu, v× vËy cÇn ph¶i ®Æt thªm bé thæi bôi cho nã. S¬ ®å ®Æt thæi bôi trong bé h©m n−íc b»ng gang ®−îc chØ trªn h×nh 9.6.

Bé èng b»ng gang th−êng ®−îc dïng cho nh÷ng lß c«ng suÊt nhá hoÆc trung b×nh. Th«ng th−êng çc lß lo¹i nµy ch−a cã hÖ thèng xö lý n−íc hoÆc cã nh−ng ch−a hoµn thiÖn nªn trong n−íc cßn nhiÒu chÊt cã kh¶ n¨ng g©y ra ¨n mßn, mµ gang chÞu ¨n mßn vµ mµi mßn tèt nªn tuæi thä sÏ cao h¬n so víi bé h©m n−íc b»ng thÐp. HiÖn nay bé h©m n−íc b»ng gang chØ cho phÐp lµm viÖc ®Õn ¸p suÊt 4 Mpa

187

H×nh 9.5. Bé h©m n−íc b»ng gang 1-Çnh t¶n nhiÖt; 2-BÝch nèi; 3-Van; 4-cót nèi; 5- èng gang

H×nh 9.6. S¬ ®å thæi bôi trong bé h©m n−íc b»ng gang Khi vËn hµnh bé h©m n−íc b»ng gang cÇn l−u ý trong giai ®o¹n nhãm lß do

n−íc kh«ng l−u th«ng liªn tôc vµo lß nªn ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng ®èt nãng lµm n−íc cã thÓ s«i, cÇn ph¶i bè trÝ ®−êng khãi ®i t¾t kh«ng ®i qua bé h©m n−íc.

9.1.4. Çch nèi bé h©m n−íc

Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh, phô t¶i lß sÏ th−êng xuyªn thay ®æi, cã nh÷ng lóc phô t¶i rÊt thÊp, cã thÓ b»ng kh«ng (khi khëi ®éng), khi ®ã l−îng n−íc ®i qua bé h©m n−íc sÏ rÊt nhá nªn n−íc cã thÓ s«i trong bé h©m, ®iÒu nµy lµ kh«ng cho phÐp ®èi víi bé h©m b»ng gang. Trong tr−êng hîp nµy cÇn thiÕt ph¶i t¸ch bé h©m n−ëc khái sù ho¹t ®éng cña lß h¬i, do ®ã viÖc nèi bé h©m víi bao h¬i sao cho cã thÓ ®¶m b¶o ®−îc ®iÒu kiÖn nay.

ViÖc nèi bé h©m n−íc víi bao h¬i thùc hiÖn b»ng 2 çch: ng¾t ®−îc ra khái lß hoÆc kh«ng ng¾t ®−îc ra khái lß.

KiÓu ng¾t ®−îc ra khái lß ®−îc dïng cho lo¹i bé h©m n−íc b»ng gang (kiÓu kh«ng s«i), ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.7a. ViÖc ®Æt bé h©m n−íc kiÓu ng¾t ®−îc ra khái lß chñ yÕu lµ b¶o vÖ ®Ó n−íc kh«ng s«i trong bé h©m khi khëi ®éng lß hoÆc lóc

188

lµm viÖc víi phô t¶i thÊp. Khi ®ã cho khãi ®i ®−êng t¾t kh«ng qua bé h©m n−íc vµ n−íc ®i t¾t vµo bao h¬i kh«ng qua bé h©m hoÆc cho n−íc tõ bé h©m t¸i tuÇn hoµn vÒ bÓ chøa n−íc cÊp. Muèn nèi kiÓu ng¾t ®−îc th× cÇn ph¶i cã ®−êng khãi ®i t¾t, khi ®ã cÊu t¹o lß sÏ phøc t¹p thªm.

KiÓu kh«ng ng¾t ®−îc ra khái lß ®−îc dïng cho lo¹i bé h©m n−íc b»ng thÐp, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.7b.

ViÖc bé trÝ çc èng dÉn n−íc tõ bé h©m vµo bao h¬i còng cÇn ®−îc l−u ý bè trÝ phï hîp víi tõng lo¹i bé h©m. §èi víi bé h©m n−íc kiÓu s«i, n−íc s«i kh¸ m¹nh, cã thÓ tíi 30%), do ®ã cÇn bè trÝ çc èng n−íc vµo bao h¬i phÝa ngoµi ®−êng khãi. V× khi bè trÝ trong ®−êng khãi, n−íc tiÕp tôc nhËn nhiÖt, s«i m¹nh vµ cã thÓ t¹o thµnh møc n−íc tù do g©y nguy hiÓm cho èng. §èi víi bé h©m n−íc kiÓu ch−a s«i, cÇn bè trÝ çc èng n−íc vµo bao h¬i phÝa phÝa trong ®−êng khãi s¸t trÇn vµ t−êng lß, t¹o thµnh çc dµn èng che t−êng cã t¸c dông b¶o vÖ t−êng. H×nh 9.7b. biÓu diÔn s¬ ®å bè trÝ èng dÉn n−íc tõ bé h©m vµo bao h¬i.

H×nh 9.7b. S¬ ®å bè trÝ èng dÉn n−íc vµo bao h¬i

9.2. Bé SÊY KH¤NG KHÝ.

9.2.1. C«ng dông vµ ph©n lo¹i §Ó t¨ng c−êng hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh ch¸y, ®¶m b¶o qu¸ tr×nh bèc ch¸y nhanh vµ

ch¸y æn ®Þnh, kh«ng khÝ cÊp vµo lß cÇn ®−îc sÊy nãng ®Õn mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh. NhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng yªu cÇu tïy thuéc vµo loai nhiªn liÖu ®èt. Nhiªn liÖu láng ®·

H×nh 4.17. S¬ ®å nèi bé h©m n−íc víi bao h¬i

a) s¬ ®å ng¾t ®−îc; b) s¬ ®å kh«ng ng¾t ®−îc.

1, 3, 5-van khãa; 2-van mét chiªu; 4-van an toµn;

189

®−îc sÊy nãng b»ng h¬i ®Õn kho¶ng 1000C vµ lµ lo¹i nhiªn liÖu dÔ bèc ch¸y, do ®ã kh«ng khÝ nãng kh«ng cÇn ph¶i cã nhiÖt ®é cao l¾m, th−êng kho¶ng 1500C. §èi víi çc lß h¬i ®èt than, kh«ng khÝ nãng cßn cã nhiÖm vô bèc Èm trong than vµ sÊy than do ®ã yªu cÇu nhiÖt ®é kh¸ cao, kho¶ng tõ 250 ®Õn 4000C

Lß ®èt than trªn ghi, do ghi lß tiÕp xóc trùc tiÕp víi çc h¹t than ®ang ch¸y ®á cã nhiÖt ®é cao, do ®ã kh«ng khÝ ®i qua ghi ngoµi nhiÖm vô cung cÊp oxy cho qu¸ tr×nh ch¸y cßn cã nhiÖm vô lµm m¸t ghi lß, do ®ã th«ng th−êng nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng qua ghi ®−îc chän kho¶ng 1500C.

§Ó sÊy nãng kh«ng khÝ cÊp cho lß ®ång thêi tËn dông nhiÖt ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt lß, ng−êi ta ®Æt thªm ë ®−êng khãi phÇn ®u«i lß thiÕt bÞ sÊy kh«ng khÝ.

Theo nguyªn lý truyÒn nhiÖt, cã thÓ ph©n thµnh hai lo¹i bé sÊy kh«ng khÝ: Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt vµ bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt.

9.2.2. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt

HiÖn nay bé sÊy kh«ng khÝ thu nhiÖt th−êng ®−îc chÕ t¹o kiÓu èng, cã thÓ lµ

èng thÐp hoÆc èng gang. * Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt b»ng èng thÐp: Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt b»ng èng thÐp th−êng ®−îc chÕ t¹o thµnh nhiÒu côm (khèi) ghÐp l¹i theo chiÒu cao vµ chiÒu réng cña lß ®Ó thuËn lîi khi vËn chuyÓn vµ l¾p ®Æt. S¬ ®å cÊu t¹o bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt èng b»ng thÐp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.8. Mçi côm cña bé sÊy kh«ng khÝ gåm çc èng thÐp cã ®−êng kÝnh 25 - 51mm. Çc èng cña bé sÊy kh«ng chÞu ¸p lùc nªn cã chiÒu dµy nhá, th−êng tõ 1,5 - 2 mm vµ ®−îc liªn kÕt víi nhau bëi mÆt sµng cã chiÒu dµy 15-25mm. ë ®©y khãi ®i trong èng cßn kh«ng khÝ sÏ ®i c¨t ngang phÝa ngoµi èng. NhiÒu tr−êng hîp võa ®Ó t¨ng ®é cøng cña bé sÊy ®ång thêi t¨ng sè lÇn c¾t nhau gi÷a khãi vµ kh«ng khÝ, ng−êi ta ®Æt thªm mét hay hai mÆt sµng trung gian gi÷a hai mÆt sµng chÝnh.

§Ó tr¸nh hiÖn t−îng lät kh«ng khÝ vµo ®−êng khãi qua çc khe hë gi÷a çc mÆt sµng vµ gi÷a bé sÊy víi khung lß cÇn ph¶i ®Æt çc vµnh bï. Vµnh bï lµ çc l¸ t«n máng. S¬ ®å cÊu t¹o bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt èng b»ng thÐp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.8.

ViÖc bè trÝ sè côm cña bé sÊy hay sè mÆt sµng trung gian cÇn ph¶i tÝnh to¸n ®¶m b¶o tèc ®é kh«ng khÝ ®i qua bé sÊy. Trªn h×nh 9.8. tr×nh bµy çc s¬ ®å bè trÝ bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng. Khi chän sè lÇn ®−êng kh«ng khÝ c¾t ®−êng khãi, ngoµi viÖc ®¶m b¶o tèc ®é kh«ng khÝ cÇn dùa vµo quan hÖ gi÷a tèc ®é khãi vµ tèc ®é kh«ng khÝ, tøc lµ xÐt tíi kÝch th−íc vµ sè l−îng èng ®Ó ®¶m b¶o tèc ®é khãi ®i qua. Khi x¸c ®Þnh sè l−îng èng cña bé sÊy ta ®· biÕt tr−íc diÖn tÝch bÒ mÆt truyÒn nhiÖt yªu cÇu H, cßn tèc ®é khãi ®· ®−îc chän theo giíi h¹n mµi mßn èng bëi tro bay, do ®ã sè l−îng èng vµ kÝch ®−êng kÝnh èng sÏ cã quan hÖ víi nhau nh»m ®¶m b¶o

190

diÖn tÝch tiÕt diÖn khãi ®i qua F. DiÖn tÝch tiÕt diÖn khãi ®i qua: 2tdF n

4= π ,m2.

DiÖn tÝch bÒ mÆt truyÒn nhiÖt yªu cÇu: tbH n d l,= π m2.

Râ rµng khi gi¶m ®−êng kÝnh th× ph¶i t¨ng sè l−îng èng. Khi t¨ng sè l−îng èng, muèn ®¶m b¶o diÖn tÝch bÒ mÆt nhËn nhiÖt th× ph¶i gi¶m chiÒu dµi èng, ®ång thêi muèn ®¶m b¶o tèc ®é kh«ng khÝ th× ph¶i t¨ng sè d·y èng däc theo ®−êng kh«ng khÝ, khi ®ã sÏ lµm t¨ng trë lùc ®−êng kh«ng khÝ, cßn gi¶m chiÒu dµi èng th× sÏ lµm gi¶m sè lÇn c¾t cña kh«ng khÝ víi khãi. Th«ng th−êng ng−êi ta t¸ch thµnh hai dßng kh«ng khÝ riªng biÖt, kh«ng khÝ vµo vµ ra khái bé sÊy theo hai phÝa. Khi ®ã l−îng kh«ng khÝ ®i qua mçi phÇn chØ cßn mét nöa do ®ã trë lùc ®−êng kh«ng khÝ gi¶m ®i hai lÇn vµ cho phÐp t¨ng sè lÇn c¾t lªn gÊp ®«i. H×nh 9.9 tr×nh bµy cÊu t¹o bé sÊy kh«ng khÝ cña lß h¬i.

H×nh 9.9. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu thu nhiÖt

1-MÆt sµng; 2-èng thÐp; 3- V¸ch ng¨n; 4- Hép khãi; 5- Hép kh«ng khÝ

191

Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng thÐp cã −u ®iÓm sau: - §¬n gi¶n khi chÕ t¹o, l¾p r¸p. - Khãi chuyÓn ®éng däc èng do ®ã tro Ýt b¸m trong èng, nÕu b¸m còng dÔ lµm

s¹ch. - Ýt bÞ lät kh«ng khÝ vµo trong ®−êng khãi. - L−îng tiªu hao kim lo¹i Ýt. Nh−îc ®iÓm cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng thÐp lµ: - V× lµm b»ng èng thÐp nªn chÞu ®−îc nhiÖt ®é kh«ng cao l¾m. - Kh«ng bÒn d−íi t¸c dông ¨n mßn bëi khãi cã nhiÖt ®é cao vµ mµi mßn bëi

tro bay theo khãi. V× vËy bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng thÐp chØ ®−îc dïng khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ

nãng yªu cÇu ®Õn 4200C vµ ®Æt ë vïng khãi cã nhiÖt ®é kh«ng qu¸ 5500C. Khi nhiÖt kh«ng khÝ nãng vµ khãi cao h¬n th× ph¶i dïng bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang. * Bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang :

Bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang kh¾c phôc ®−îc çc nh−îc ®iÓm trªn cña bé sÊy kh«ng khÝ b»ng thÐp. Tuy nhiªn bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang cã nh−îc ®iÓm lµ nÆng nÒ, tèn kim lo¹i v× èng gang chÞu lùc kÐm nªn ph¶i ®óc dµy h¬n, mÆt kh¸c gang cã ®é dÉn nhiÖt ®é kÐm nªn ph¶i lµm çnh ë phÝa ngoµi èng vµ r¨ng ë trong èng ®Ó t¨ng c−êng truyÒn nhiÖt.

Bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang th−êng ®−îc dïng lµm phÇn ®Çu vµo cña kh«ng khÝ (phÇn cã nhiÖt ®é thÊp cña bé sÊy cÊp mét) ë çc lß ®èt nhiªn liÖu nhiÒu l−u huúnh, hoÆc lµm phÇn ®Çu ra (phÇn cã nhiÖt ®é cao cña bé sÊy cÊp hai) ë çc lß ®èt nhiªn liÖu cã ®é Èm lín, khã ch¸y, cÇn kh«ng khÝ nãng cã nhiÖt ®é cao.

192

9.2.3. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt:

HiÖn nay ng−êi ta sö dông kh¸ phæ biÕn bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt cho lß

h¬i ®èt dÇu hoÆc lµm bé sÊy cÊp 1 cho çc lß h¬i ®èt than cã nhiÒu l−u huúnh. Bé phËn chÝnh cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt lµ mét rotor quay quanh 1 trôc th¼ng ®øng víi tèc ®é kho¶ng 2-5 vßng/phót. Trªn roto g¾n çc çnh b»ng kim lo¹i ®Ó nhËn nhiÖt. Khi Rotor quay, çc çnh kim lo¹i lÇn l−ît khi th× tiÕp xóc víi khãi, khi th× tiÕp xóc víi kh«ng khÝ l¹nh. §−êng khãi vµ ®−êng kh«ng khÝ ®−îc bè trÝ vÒ hai phÝa cè ®Þnh cña bé sÊy vµ ®−îc ng¨n çch bëi v¸ch ng¨n. S¬ ®å bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.10.

Khi çc çnh cña rotor n»m ë phÝa khãi, tiÕp xóc víi khãi cã nhiÖt ®é cao h¬n nªn sÏ bÞ khãi ®èt nãng, cßn lóc quay sang phÇn kh«ng khÝ l¹nh tiÕp xóc víi kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é thÊp h¬n sÏ nh¶ nhiÖt lµm cho kh«ng khÝ nãng lªn.

+ ¦u ®iÓmcña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt: - Kh«ng bÞ ¨n mßn bëi nhiÖt ®é thÊp do ë nhiÖt ®é thÊp nã tiÕp xóc víi kh«ng

193

khÝ kh«ng ph¶i lµ m«i tr−êng ¨n mßn, cßn khi tiÕp xóc víi khãi th× nhiÖt ®é cao h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng. - KÝch th−íc gän gµng, tiªu hao kim lo¹i Ýt

H×nh 9.10. Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt. 6-§éng c¬ ®iÖn; 7-C¸nh nhËn nhiÖt; 8-ChÌn vá; 9-Hép kh«ng khÝ, khãi vµo vµ ra; 10-æ trôc; 11-Trôc; 12- vá h×nh trô; 13-Tang trèng

194

+ Nh−îc ®iÓm cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu håi nhiÖt: - NhiÖt ®é kh«ng khÝ sÏ kh«ng cao l¾m. - Do c¬ cÊu quay nªn tuæi thä kh«ng cao. - Cã sù lät khãi qua ®−êng kh«ng khÝ t−¬ng ®èi lín. Do nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng kh«ng cao l¾m nªn lo¹i nµy th−êng dïng cho lß

h¬i ®èt dÇu.

9.3. Bè trÝ bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ CÊu t¹o vµ chøc n¨ng cña bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ kh¸c h¼n nhau,

nh−ng chóng cã liªn quan mËt thiÕt víi nhau khi bè trÝ chóng trong ®−êng khãi. Bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc bè trÝ trªn ®o¹n ®−êng khãi sau bé qu¸

nhiÖt, cã thÓ bè trÝ mét cÊp hoÆc hai cÊp ®Æt xen kÏ. ViÖc chän c¸ch bè trÝ mét hay hai cÊp hoµn toµn tïy thuéc vµo nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng yªu cÇu.

§èi víi c¸c lß ghi, qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu xÈy ra trªn ghi, kh«ng khÝ thæi tõ d−íi lªn qua ghi võa cÊp oxy cho qu¸ tr×nh ch¸y võa lµm m¸t ghi. §Ó b¶o vÖ ghi khái bÞ qu¸ nãng, nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng th−êng kh«ng qu¸ 1500C. Khi ®ã chØ cÇn bè trÝ bé sÊy kh«ng khÝ mét cÊp vµ do ®ã bé h©m n−íc còng mét cÊp. §èi víi lß ®èt than phun, yªu cÇu kh«ng khÝ nãng cã thÓ trªn 4000C. §Ó thu ®−îc kh«ng khÝ nãng cã nhiÖt ®é cao nh− vËy, cÇn ph¶i ®Æt mét phÇn ®Çu ra cña bé sÊy kh«ng khÝ trong vïng khãi cã nhiÖt ®é cao, nghÜa lµ ph©n bé sÊy kh«ng khÝ thµnh hai cÊp, khi ®ã bé h©m n−íc cã thÓ lµm mét cÊp ®Æt gi÷a hai cÊp cña bé s©y. Tuy nhiªn nh− vËy th× bé sÊy kh«ng khÝ cÊp hai n»m ngay sau bé qu¸ nhiÖt, vïng cã nhiÖt ®é khãi qu¸ cao nªn sÏ rÊt chãng háng. Bëi vËy ®Ó b¶o vÖ bé sÊy cÊp hai, th−êng ng−êi ta còng chia bé h©m n−íc ra thµnh hai cÊp vµ bé sÊy cÊp hai ®−îc ®Æt vµo gi÷a hai cÊp cña bé h©m.

S¬ ®å bè trÝ bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.11.

195

H×nh 9.11. Bè trÝ bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ

Trªn h×nh 9.11 tr×nh bµy sù biÕn thiªn nhiÖt ®é cña m«i chÊt khi ®i qua bé h©m

n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ. ë ®©y c¸c dßng m«i chÊt ®−îc bè trÝ chuyÓn ®éng ng−îc chiÒu víi dßng khãi ®Ó ®¹t ®−îc ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh gi÷a c¸c dßng m«i chÊt lµ lín nhÊt.

196

Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt viÕt cho bé sÊy kh«ng khÝ:

( ) ( )2 2 2 2

0bl bl ng kk kk kkn kkl RO RO N NV C t t V C V C⎡α − ∆α − ∆α − = + +⎣

( ) ( )2 2

0 'th kk kk H O H O Skk th1 V C V C ⎤+ α − + θ − θ⎦ , kj/kg. (9-1)

trong ®ã: tkkn, tkkl lµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng vµ l¹nh, 0C;

kk th

' ,θ θ lµ nhiÖt ®é khãi vµo bé sÊy kh«ng khÝ cÊp mét vµ th¶i ra khái lß, 0C;

khi ký hiÖu Mkk , Mk lµ ®−¬ng l−îng n−íc cña kh«ng khÝ vµ cña khãi:

Mkk = ( ) 0bl bl ng kk kkV Cα − ∆α − ∆α kj/kg0C; (9-2)

Mk = ( )2 2 2 2 2 2

0RO RO N N th kk kk HO HOV C V C 1 V C V C+ + α − + ; (9-3)

Th× (9-1) sÏ ®−îc viÕt l¹i theo ®−¬ng l−îng n−íc lµ:

( ) ( )'kk kkn kkl k skk thM t t M− = θ − θ , (9-4)

Bëi v× ®−¬ng l−îng n−íc cña kh«ng khÝ nhá h¬n ®−¬ng l−îng n−íc cña khãi

nªn ( ) ( )'kkn kkl skk tht t− ⟩ θ − θ , nghÜa lµ ®é t¨ng nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ lín h¬n ®é gi¶m

nhiÖt ®é cña khãi. Th«ng th−êng khãi gi¶m ®i 10C th× kh«ng khÝ t¨ng lªn 1,2 ®Õn 1,50C. §èi víi bé h©m n−íc th× v× nhiÖt dung riªng cña n−íc lín h¬n nhiÖt dung riªng cña khãi nhiÒu (kho¶ng 2,5 lÇn), nªn ®é t¨ng nhiÖt ®é cña n−íc nhá h¬n nhá h¬n nhiÒu so víi ®é gi¶m nhiÖt ®é cña khãi. Khi bè trÝ bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ, chóng ta cÇn ph¶i x¸c ®Þnh tû lÖ nhiÖt l−îng hÊp thu gi÷a çc cÊp cña bé h©m vµ bé sÊy, tøc lµ x¸c ®Þnh tû lÖ bÒ mÆt hÊp thu gi÷a çc cÊp.

Ký hiÖu ∆thn vµ ∆tskk lµ hiÖu nhiÖt ®é gi÷a khãi víi çc m«i chÊt ë ®Çu ra khái vµo bé sÊy vµ ®Çu vµo bé h©m n−íc cÊp mét, tøc lµ:

∆thn = 'skkθ - tnc , (9-5a)

∆tskk = 'skkθ - tkkn , (9-5b)

KÕt hîp víi (9-4) ta cã: ( ) ( )'kkkkn kkl skk th kkn kkn

k

M t t t tM

− = θ − θ + −

hay ( )kkkkn kkl kkn th skk

k

M t t t tM

− = − θ + ∆

tõ ®ã ta cã nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng ra khái bé sÊy cÊp mét:

( )kk

kkkn th skk kkl

kk kk

k k

M1 Mt t tM M1 1M M

= θ − ∆ −− −

, (9-6)

Râ rµng nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng ra khái bé sÊy cÊp mét phô thuéc vµo nhiÖt

197

®é khãi th¶i th

θ , nhiÖt ®é kh«ng khÝ l¹nh tkkl, hiÖu nhiÖt ®é ∆tskk ë ®Çu ra bé sÊy

kh«ng khÝ cÊp mét vµ tû lÖ gi÷a ®−¬ng l−îng n−íc cña kh«ng khÝ víi khãi Mkk/Mk. Khi thiÕt kÕ lß h¬i nhiÖt ®é khãi th¶i ®· ®−îc chän tr−íc, nhiÖt ®é kh«ng khÝ

l¹nh chÝnh lµ nhiÖt ®é m«i tr−êng, cßn ®−¬ng l−îng n−íc cña kh«ng khÝ vµ khãi phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu vµ ph−¬ng ph¸p ®èt nªn còng lµ nh÷ng trÞ sè cè ®Þnh, v× vËy hiÖu nhiÖt ®é ∆tskk ë ®Çu ra bé sÊy kh«ng khÝ cÊp mét lµ ®¹i l−îng cã ý nghÜa quyÕt ®Þnh ®èi víi nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng ra khái bé sÊy cÊp mét.

Tõ (9-6) ta thÊy khi hiÖu nhiÖt ®é ∆tskk ë ®Çu vµo bé sÊy kh«ng khÝ cÊp mét cµng nhá th× nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng ra khái bé sÊy cÊp mét vµ nhiÖt ®é khãi tr−íc bé sÊy kh«ng khÝ cÊp mét cµng cao, do ®ã hiÖu nhiÖt ®é ∆thn ë ®Çu vµo bé h©m n−íc cÊp mét còng sÏ cµng cao v× nhiÖt ®é n−íc cÊp ®· ®−îc chän tr−íc kh«ng ®æi. V× vËy víi mét l−îng nhiÖt hÊp thu kh«ng ®æi cho bé h©m vµ bé sÊy cÊp mét, kÝch th−íc bÒ mÆt nhËn nhiÖt bé h©m n−íc gi¶m ®i cßn bé sÊy kh«ng khÝ th× t¨ng lªn. Chóng ta biÕt gi¸ thµnh cña 1m2 bÒ mÆt bé h©m n−íc cao h¬n 1m2 bÒ mÆt bé sÊy do èng bé h©m n−íc dµy h¬n, kim lo¹i tèt h¬n vµ chÕ t¹o khã h¬n, v× vËy viÖc chän hiÖu sè nhiÖt ®é ∆tskk ë ®Çu vµo bé sÊy kh«ng khÝ cÊp mét vµ tû lÖ hiÖu nhiÖt ®é ∆tskk /∆thn ë ®Çu vµo bé sÊy kh«ng khÝ cÊp mét vµ hiÖu nhiÖt ®é ë ®Çu vµo bé h©m n−íc cÊp mét ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së so s¸nh kinh tÕ, kü thuËt ®Ó sao cho gi¸ thµnh chung cña bé h©m n−íc vµ bé sÊy kh«ng khÝ lµ nhá nhÊt.

ë c¸c n−íc ®«ng ¢u tû lÖ nµy th−êng lÇ b»ng 1,3-1,5, khi ®· cã gi¸ trÞ cña mét hiÖu nhiÖt ®é theo tû lÖ nµy ta t×m ®−îc gi¸ trÞ hiÖu nhiÖt ®é kia vµ tõ (9-5a) vµ (9-5b) ta x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng: .

tkkn = tnc + ∆thn - ∆tskk, Khi cã nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng ra khái bé sÊy cÊp mét ta x¸c ®Þnh ®−îc tû lÖ nhiÖt l−îng gi÷a hai cÊp cña bé sÊy.

Ph©n bè tû lÖ nhiÖt l−îng hÊp thu gi÷a hai cÊp cña bé h©m n−íc ®−îc x¸ ®Þnh bëi viÖc chän nhiÖt ®é khãi tr−íc bé sÊy kh«ng khÝ cÊp hai. NhiÖt ®é nµy ®−îc chän theo ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o chèng ¨n mßn bé sÊy kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é cao, th«ng th−êng nhiÖt ®é khãi tr−íc bé sÊy cÊp hai kh«ng v−ît qu¸ 5500C.

B¶ng 9.1. NhiÖt ®é khãi th¶i

tnc = 1500C tnc = 215-2350C tnc = 2650C Nhiªn liÖu a b a b a b

Aqd ≤ 3 110-120 110 120-130 110 130-140 110-120

Aqd=4 ÷20 120-130 110-120 140-150 120-130 150-160 130-140

Aqd > 20 130-140 - 160-170 - 170-180 -

9.4. §iÒu kiÖn lµm viÖc cña c¸c bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i vµ biÖn ph¸p b¶o vÖ

198

Khãi bao gåm çc chÊt khÝ, tro vµ çc h¹t nhiªn liÖu ch−a ch¸y. Çc chÊt khÝ cã thÓ ¨n mßn kim lo¹i èng cßn tro vµ çc h¹t nhiªn liÖu ch−a ch¸y cã thÓ mµi mßn bÒ mÆt èng khi chóng chuyÓn ®é qua èng víi tèc ®é lín, hoÆc b¸m l¹i trªn mÆt èng nÕu chuyÓn ®éng víi tèc ®é nhá.

9.4.1. B¸m bÇn bÒ mÆt ®èt Kh¶ n¨ng b¸m tro lªn bÒ mÆt çc èng phô thuéc vµo tèc ®é chuyÓn ®éng cña khãi, kÝch th−íc h¹t tro, tÝnh chÊt cña tro vµ çc bè trÝ èng. Khi tro b¸m lªn v¸ch èng th× hÖ sè truyÒn nhiÖt cña v¸ch èng bÞ gi¶m ®i, lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp thu nhiÖt cña dµn èng. T¸c h¹i cña viÖc b¸m bÈn ®−îc ®Æc tr−ng b»ng hÖ sè b¸m bÈn:

tr

tr

δε =

λ, m2 0C/w, (9-7)

trong ®ã: tr tr,δ λ lµ chiÒu dµy (m) vµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña líp tro b¸m W/ m2 0C.

ViÖc b¸m tro chØ xÈy ra víi çc h¹t tro cã kÝch th−íc nhá h¬n 2µm. KÝch th−íc cña nh÷ng h¹t nµy xÊp xØ víi qu·ng ®−êng tù do cña çc ph©n tö nªn chóng mang nhiÒu tÝnh chÊt cña ph©n tö. Khi tiÕp xóc víi èng, t¹i ®iÓm tiÕp xóc sÏ xuÊt hiÖn néi lùc ph©n tö, lµm cho çc h¹t tro b¸m lªn v¸ch èng. Ngoµi ra çc h¹t nhá cßn cã thÓ mang ®iÖn tÝch nªn cã thÓ b¸m lªn d−íi søc hót cña èng. Søc hót nµy phô thuéc vµo ®é dÉn ®iÖn cña çc h¹t tro, ®é dÉn ®iÖn cµng nhá th× søc hót cµng m¹nh. Bëi vËy, tro cã ®é dÉn ®iÖn nhá h¬n h¹t cèc nªn bÞ søc hót m¹nh h¬n. Dßng khãi chuyÓn ®éng qua èng, khi ®Õn gÇn èng th× dßng bÞ rÏ ®«i, ë phÝa tr−íc èng ngay chç rÏ khi tèc ®é dßng bÐ th× tèc ®é dßng trªn mÆt èng ë chç rÏ gÇn nh− b»ng kh«ng nªn cã mét l−îng nhá tro b¸m l¹i. PhÝa sau èng t¹o nªn vïng xo¸y, tèc ®é dßng còng gi¶m nªn mét phÇn tro sÏ b¸m l¹i. Hai bªn èng tèc ®é dßng lín nªn kh«ng bÞ b¸m tro. Tèc ®é dßng cµng lín th× vïng xo¸y cµng nhá, lùc qu¸n tÝnh nhá nªn tro b¸m cµng Ýt. Vïng xo¸y nhá hay lín cßn phô thuéc vµo çc bè trÝ èng so le hay song song vµ b−íc èng t−¬ng ®èi.

ë côm èng song song, tõ d·y thø hai trë ®i th× c¶ tr−íc vµ sau èng ®Òu cã vïng xo¸y do ®ã c¶ b−íc ngang vµ däc ®Òu kh«ng cã ¶nh h−ëng g× ®Õn d¹ng l−u ®éng cña dßng nªn kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn hiÖn t−îng b¸m bÈn. Trªn h×nh 9.12. tr×nh bµy ¶nh h−ëng cña tèc ®é vµ ph−¬ng l−u ®éng.

199

H×nh 9.12. ¶nh h−ëng cña tèc ®é vµ ph−¬ng l−u ®éng

§èi víi côm èng so le, b−íc ngang ¶nh h−ëng rÊt Ýt ®Õn d¹ng l−u ®éng cña dßng, nh−ng b−íc däc cã ¶nh h−ëng rÊt nhiÒu. Khi gi¶m b−íc däc t−¬ng ®èi s2/d th× dßng sÏ bÞ uèn cong nhiÒu h¬n do ®ã vïng xo¸y sÏ bÞ co hÑp l¹i, møc ®é b¸m bÈn gi¶m ®i. VÝ dô víi tèc ®é l−u ®éng 8-10m/s, khi gi¶m b−íc däc t−¬ng ®èi s2/d tõ 2 xuèng 1 th× hÖ sè b¸m bÈn gi¶m ®i 4,5 lÇn. Thùc tÕ ë tèc ®é nµy, khi s2/d = 1,0-1,2 th× gÇn nh− kh«ng cã b¸m bÈn. §−êng kÝnh èng còng ¶nh h−ëng ®Õn møc lín ®é b¸m bÈn. Khi gi¶m ®−êng kÝnh èng th× hÖ sè b¸m bÈn gi¶m xuèng. VÝ dô khi gi¶m ®−êng kÝnh tõ 38 mm xuèng 25mm th× hÖ sè b¸m bÈn gi¶m ®i 2,2 lÇn ®èi víi côm èng so le vµ 2,5 ®èi víi côm èng song song. Trong thùc tÕ, hÖ sè b¸m bÈn th−êng ®−îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm sau:

ε = 0,86CdChε0 + ∆ε, m2 0C/w, (9-8) trong ®ã:

Cd = εd/ε38 lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ ®−êng kÝnh èng,

200

Ch lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ cì h¹t, ε 0 lµ hÖ sè b¸m bÈn x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm víi ®−êng kÝnh èng 38mm, cì h¹t cña tro lµ 33,7%,

∆ε hiÖu chØnh vÒ vÒ sù sai kh¸c gi÷a thÝ nghiÖm víi thùc tÕ.

Çc gi¸ trÞ ®¹i l−îng hiÖu chØnh Cd , Ch vµ ε0 ®−îc tÝnh to¸n theo çc c«ng thøc tuú thuéc vµo çch bè trÝ côm èng vµ b−íc èng. Tõ çc c«ng thøc nµy ng−êi ta lËp çc to¸n ®å nh− trªn h×nh 9.13. ë ®©y ®· coi ¶nh h−ëng cña cÊu t¹o côm èng ®Õn Cd , Ch lµ gièng nhau.

HiÖu chØnh vÒ vÒ sù sai kh¸c gi÷a thÝ nghiÖm víi thùc tÕ ®−îc x¸c ®Þnh theo tõng lo¹i côm èng vµ theo lo¹i nhiªn liÖu ®èt nh− sau:

§èi víi côm èng cña bé h©m n−íc ®Æt ë vïng khãi cã nhiÖt ®é t < 4000C, ∆ε = 0.

§Æt ë vïng khãi cã nhiÖt ®é t > 4000C, ∆ε = 0,002.

Khi ®èt than antraxit ∆ε = 0,002. Qu¸ tr×nh b¸m bÈn th−êng xÈy ra khi tèc ®é dßng nhá h¬n 2,5-3m/s. Khi ®·

b¸m bÈn råi th× viÖc t¨ng tèc ®é khãi kh«ng cßn ý nghÜa n÷a, do ®ã trong vËn hµnh ph¶i lu«n ®¶m b¶o tèc ®é dßng kh«ng nhá h¬n 3m/s. Th«ng th−êng khi thiÕt kÕ chän tèc ®é dßng kh«ng nhá h¬n 5,5-6,5m/s ë c«ng suÊt ®Þnh møc.

Qu¸ tr×nh b¸m bÈn ch¾c lªn v¸ch èng xÈy ra do trong tro cã «xitcanxi CaO sinh ra do ph©n huû çc muèi canxi vµ oxitnatri Na2O sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu, t¸c dông víi SO2 oxy trong khãi ®Ó t¹o thµnh sunph¸tcanxi cã kh¶ n¨ng b¸m ch¾c lªn v¸ch èng khi tinh thÓ ho¸:

CaO + 2SO2 + O2 ↔ 2CaSO4.

Na2O + 2SO2 + O2 ↔ 2Na2SO4. Kh¶ n¨ng b¸m bÈn phô thuéc vµo nhiÖt ®é tro, hµm l−îng CaO, Na2O trong

tro. Ph¶n øng sÏ xÈy ra theo chiÒu thuËn m¹nh nhÊt khi nhiÖt ®é trong kho¶ng 700-

7500C. Khi nhiÖt ®é t < 5000C th× cã thÓ coi nh− kh«ng cã b¸m bÈn ch¨c. Khi hµm l−îng CaO nhá h¬n 4% th× cã thÓ coi nh− kh«ng cã b¸m bÈn. Bªn c¹nh ®ã trong tro cßn cã mét sè liªn kÕt kiÒm kh¸c, cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp

nªn cã thÓ b¸m dÝnh l¹i trªn v¸ch èng khi nhiÖt ®é khãi ço h¬n nhiÖt ®é ch¶y cña nã. Khi ®èt ma dut, tuy hµm l−îng tro trong nã thÊp nh−ng hµm l−îng natri vµ l−u

huúnh kh¸ cao nªn kh¶ n¨ng b¸m bÈn v¸ch èng còng cã thÓ lín.

201

9.4.2. Mµi mßn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n (nhÊt lµ ®èt than), trong khãi cã chøa çc h¹t tro vµ çc h¹t than ch−a

ch¸y ®−îc, ®©y lµ çc h¹t r¾n cã ®é cøng cao nªn cã kh¶ n¨ng mµi mßn rÊt m¹nh khi bay theo khãi.

Møc ®é mµi mßn ®−îc ®Æc tr−ng bëi c−êng ®é mµi mßn, lµ l−îng vËt chÊt bÞ mµi mßn cña 1m2 bÒ mÆt tiÕp xóc víi dßng, kg/m2 , hay møc ®é b¶o máng èng mm. C−êng ®é mµi mßn phô thuéc vµo sè lÇn va ®Ëp cña h¹t lªn bÒ mÆt (mËt ®é h¹t cøng trong khãi), vµo ®éng n¨ng cña h¹t (tèc ®é dßng khãi mang h¹t), ®é cøng cña h¹t vµ kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn cña bÒ mÆt èng. Nh÷ng èng n»m ë vïng cã tèc ®é khãi lín, nång ®é tro bay cao th× bÞ mµi mßn nhiÒu. Nh÷ng chç ngoÆt dßng trong ®−êng khãi, do t¸c dông cña lùc ly t©m nªn nång ®é tro vµ tèc ®é dßng khãi còng lín h¬n çc chç kh¸c nhiÒu, do ®ã t¹i ®©y èng sÏ bÞ mµi mßn nhiÒu h¬n. H×nh 9.13. tr×nh bµy nh÷ng chç çc bÒ mÆt bÞ mµi mßn nhiÒu nh©t

H×nh 9.13. Nh÷ng chç bÞ mµi mßn nhiÒu nhÊt §èi víi çc côm èng th× hiÖn t−îng mµi mßn xÈy ra ng−îc l¹i víi hiÖn t−îng b¸m bÈn. §èi víi çc côm èng so le, dÉy thø hai bÞ mµi mßn nhiÒu nhÊt. Bëi v× khi dßng ®Ëp vµo d·y èng ®Çu tiªn th× tèc ®é cßn nhá, b»ng tèc ®é ë chç kh«ng ®Æt èng nªn mµi mßn Ýt. §Õn d·y èng thø hai th× tèc ®é ®· t¨ng lªn ®ét ngét, møc ®é mµi mßn cã thÓ t¨ng lªn gÊp 1,5 lÇn, nh−ng ë çc d·y sau th× do va ch¹m vµo çc èng nªn tèc ®é h¹t r¾n còng gi¶m ®i vµ do ®ã c−êng ®é mµi mßn còng gi¶m. §èi víi çc côm èng song song, tõ dÉy thø hai trë ®i ®Òu xuÊt hiÖn vïng xo¸y tr−íc vµ sau èng, ë ®ã tèc ®é cña dßng gi¶m nhiÒu nªn èng bÞ mµi mßn Ýt h¬n ë côm so le nhiÒu. Tuy nhiªn khi ®¸nh gi¸ mµi mßn, ng−êi ta còng coi nh− côm so le ®Ó ®Ò phßng tr−êng hîp çc èng ®−îc l¾p ®Æt kh«ng cïng n»m trong mét mÆt ph¼ng. Çc h¹t r¾n cã thÓ va ®Ëp vµo èng theo çc gãc kh¸c nhau, cã thÓ va ®Ëp th¼ng gãc 900 víi èng hoÆc cã thÓ va ®Ëp xiªn víi gãc nhá h¬n 900. Lùc va ®Ëp xiªn cã thÓ ph©n tÝch thµnh hai thµnh phÇn: thµnh phÇn ph¸p tuyÕn (vu«ng gãc) vµ thµnh phÇnh tiÕp tuyÕn, thµnh phÇn lùc vu«ng gãc t¹o nªn mµi mßn va ®Ëp, cßn thµnh phÇn lùc tiÕp tuyÕn t¹o nªn mµi mßn tr−ît. Møc ®é mµi mßn va ®Ëp vµ mµi mßn tr−ît còng kh¸c nhau phô thuéc vµo gãc va cña çc h¹t vµo èng. H×nh 9.14. tr×nh bµy c−êng ®é mµi mßn phô thuéc vµo gãc va ®èi víi mét sè lo¹i thÐp.

202

H×nh 9.14. C−êng ®é mµi mßn phô thuéc vµo gãc va cña çc h¹t vµo èng.

Çc h¹t bay theo khãi cã thÓ lµ tro xØ, cã thÓ lµ h¹t than ch−a ch¸y. Çc h¹t tro xØ t¹o ra

khi ch¸y trong buång löa cã nhiÖt ®é cao nªn ®· bÞ ch¶y hoÆc biÕn d¹ng nªn cã c¹nh trßn hoÆc cÇu nªn chØ cã thÓ g©y ra mµi mßn va ®Ëp, cßn çc h¹t tro cã nhiÖt ®é ch¸y cao vµ çc h¹t than ch−a ch¸y cã c¹nh s¾c nªn cã thÓ g©y ra c¶ mµi mßn va ®¹p vµ c¶ mµi mßn tr−ît. ë çc lß h¬i cã l−îng tro bay lín vµ çc h¹t than ch−a ch¸y bay theo khãi nhiÒu (nh− lß ghi xÝch ®èt çm antraxit) th× çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u bÞ mµi mßn kh¸ nhanh. Çc vËt liÖu cã ®é cøng vµ ®é dÎo kh¸c nhau nªn kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn va ®Ëp vµ mµi mßn tr−ît còng kh¸c nhau. H×nh 9.15a. tr×nh bµy d¹ng h− háng cña èng øng víi çc gãc va. ë ®©y ta thÊy c−êng ®é mµi mßn ®¹t cùc ®¹i øng víi gãc va 450. H×nh 9.15b. tr×nh bµy sù thay ®æi c−êng ®é mµi mßn xung quanh èng phô thuéc vµo tèc ®é dßng. Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh, c−êng ®é ¨n mßn t¨ng dÇn v× kim lo¹i sÏ bÞ ¨n mßn t¹o thµnh çc líp rØ, çc líp rØ Ýt bÒn v÷ng h¬n kim lo¹i chÝnh nªn dÏ bÞ mµi mßn h¬n. §Ó b¶o vÖ çc èng khái bÞ mµi mßn, ng−êi ta dïng çc biÖn ph¸p sau: §èi víi çc côm èng cã dßng l−u ®éng ngang qua (Bé h©m n−íc), ë nh÷ng dÉy ®Çu tiªn cña côm èng ng−êi ta ®Æt çc tÊm che b¸n trô, tÊm che vu«ng gãc hoÆc hµn hai thanh s¾t 6-8mm däc theo ®−êng sinh ë gãc 450 trªn èng nh− biÓu diÔn trªn h×nh 9.16. §èi víi çc côm èng cã dßng l−u ®éng däc trong èng (Bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng), ë chç dßng vµo ®Çu èng dßng bÞ co th¾t, tiÕp theo dßng ph×nh ra vµ sau ®ã chuyÓn ®éng æn ®Þnh däc theo èng. T¹i chç dßng ph×nh ra çc h¹t sÏ vµ ®Ëp m¹nh nªn ®o¹n nµy cña èng sÏ bÞ mµi mßn m¹nh, cßn çc chç kh¸c gÇn nh− kh«ng bÞ mµi mßn. Do ®ã chØ cÇn b¶o vÖ phÇn ®Çu vµo cña èng. S¬ ®å chuyÓn ®éng cña dßng vµ çc biÖn ph¸p b¶o vÖ bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 9.17.

204

H×nh 9.17. S¬ ®å chuyÓn ®éng cña dßng vµ çc biÖn ph¸p b¶o vÖ Trong thiÕt kÕ, cÇn x¸c ®Þnh c−êng ®é mµi mßn cho phÐp theo thêi gian lµm viÖc vµ tèc ®é khãi cho phÐp theo ®iÒu kiÖn mµi mßn.

C−êng ®é mµi mßn cho phÐp sau mét kho¶ng thêi gian lµm viÖc τ b»ng:

J = C.m.η.kω3.τ, kg/m2 hay mm, (9-9) trong ®ã: C lµ hÖ sè tû lÖ, phô thuéc vµo ®¬n vÞ ®o c−êng ®é mµi mßn, nÕu ®¬n vÞ ®o lµ kg/m2 th× C = 9,37.10-6 s3/m2h; m lµ hÖ sè tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng mµi mßn cña vËt liÖu, víi thÐp carbon m = 1, víi thÐp Cr-Mo m = 0,7;p

η lµ x¸c suÊt va ®Ëp, x¸c ®Þnh b»ng tû lÖ çc h¹t va ®Ëp vµo èng vµ çc h¹t bay trong dßng.

ω lµ tèc ®é dßng, m/s;

k lµ nång ®é çc h¹t r¾n bay theo khãi (kh¸c víi µ lµ ®· cã c¶ çc h¹t ch−a ch¸y)

( )lv

b

b k k

A a 273k .100 C V t 273

=− +

, kg/m3; (9-10)

víi tk, Vk lµ nhiÖt ®é (0C) vµ thÓ tÝch (m3) khãi cña 1kg nhiªn liÖu;

205

ab, Cb lµ tû lÖ tro bay vµ tû lÖ chÊt ch¸y trong tro bay, %. ®Ó kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña sù ph©n bè kh«ng ®«ng ®Òu vÒ tèc ®é dßng vµ nång ®é h¹t trong ®−êng khãi, cÇn ph¶i ®−a thªm çc hÖ sè hiÖu chØnh βk vµ βω. §ång thêi ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho èng cÇn tÝnh theo ®iÒu kiÖn mµi mßn cùc ®¹i b»ng çch ®−a thªm hÖ sè hiÖu chØnh β1 ®èi víi d·y èng bÞ mµi mßn nhiÒu nhÊt vµ β2 ®èi víi chç bÞ mµi mßn m¹nh nhÊt cña èng, khi ®ã c−êng ®é mµi mßn cùc ®¹i cho phÐp sÏ lµ:

Jmax = C.β1.β2.m.η. βk.k.(βω.ω)3.τ, kg/m2 hay mm, (9-11) Vµ møc ®é mµi mßn t¹i chç nhiÒu nhÊt cho phÐp lµ:

hmax = max 1 1

kl kl

j Cβ β=

ρ ρ. m.η. βk.k.(βω.ω)3.τ, mm,

ë ®©y ®Æt 1 1

kl

Ca β β=

ρ lµ hÖ sè phô thuéc vµo tÝnh chÊt mµi mßn cña tro, th−êng lÊy a = 05,4.10-

9m.s3.kg.h. §èi víi çc dµn èng lß h¬i th−êng lÊy thêi gian lµm viÖc cña lß lµ 10 n¨m, møc ®é mµi mßn t¹i chç nhiÒu nhÊt cho phÐp lµ 0,2mm/n¨m. Khi ®ã cã thÓ x¸c ®inh ®−îc tèc ®é khãi giíi h¹n cho phÐp vÒ mÆt mµi mßn lµ:

3max 3k

0,0002a.m. . .k. .ω

ω =ηβ β τ

, m/s, (9-12)

Lß h¬i th−êng lµm viÖc víi phô t¶i d−íi ®Þnh møc, nªn tèc ®é khãi th−êng nhá h¬n tèc ®é tÝnh to¸n, do ®ã cho phÐp lÊy tèc ®é khãi cho phÐp lín h¬n 1,2 lÇn so víi gi¸ trÞ tÝnh ®−îc theo c«ng thøc (9-12). Tèc ®é khãi lín nhÊt cho phÐp lß lµm viÖc an toµn theo ®iÒu kiÖn mµi mßn ®−îc giíi thiÖu trong çc b¶ng 9.2.

B¶ng 9.2. Tèc ®é khãi giíi h¹n cho phÐp theo mµi mßn ®èi víi bé h©m n−íc vµ bé qu¸ nhiÖt

Tèc ®é khãi lín nhÊt khi ®é tro qui dÉn Aqd

d−íi 1,2 1,43-1,67 2,14-2,38 7,16

Bé h©m n−íc 13 10 9 7

Bé qu¸ nhiÖt 14 12 11 8

Tuy nhiªn khi chän tèc ®é khãi, ngoµi viÖc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn mµi mßn ng−êi ta cßn ph©n

tÝch kinh tÕ, kü thuËt ®Ó ®¶m b¶o chi phÝ ®Çu t− vµ vËn hµnh lµ thÊp nhÊt. Khi ®ã ta gäi lµ tèc ®é khãi cã lîi nhÊt. Khi t¨ng tèc ®é khãi th× kh¶ n¨ng truyÒn nhiÖt t¨ng lªn, nªn kÝch th−íc vµ do ®ã gi¸ thµnh thiÕt bÞ gi¶m, nh−ng ng−îc l¹i khi ®ã trë lùc ®−êng khãi t¨ng lµm t¨ng chi phÝ ®iÖn n¨ng th«ng giã, t¨ng c−êng ®é mµi mßn èng lµm gi¶m tuæi thä thiÕt bÞ. Do vËy ng−êi ta th−êng lÊy tèc ®é khãi cã lîi nhÊt ®Ó tÝnh to¸n. Tèc ®é khãi cã lîi nhÊt ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 9.3.

B¶ng 9.3 Tèc ®é khãi cã lîi nhÊt

BÒ mÆt truyÒn nhiÖt Tèc ®é khãi cã lîi nhÊt

Bé h©m n−íc èng thÐp 8-11

Bé h©m n−íc b»ng gang 3-5

Bé qu¸ nhiÖt b»ng thÐp carbon 10-14

Bé qu¸ nhiÖt b»ng thÐp 15-20

206

§èi víi bé sÊy kh«ng khÝ th× khãi chuyÓn ®éng däc trong èng nªn c−êng ®é ¨n mßn rÊt

thÊp, do ®ã kh«ng cÇn quan t©m ®Õn tèc ®é gi−ãi h¹n vÒ mµi mßn. ViÖc chän tèc ®é khãi cã lîi nhÊt chñ yÕu dùa trªn c¬ së bµi to¸n so s¸nh khi t¨ng tèc ®é khãi sÏ gi¶m chi phÝ ®Çu t− do gi¶m kÝch th−íc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt nh−ng khi ®ã sÏ lµm t¨ng chi phÝ ®iÖn n¨ng cho viÖc th«ng giã. Tèc ®é khãi cã lîi nhÊt ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 9.4.

B¶ng 9.4. Tèc ®é khãi cã lîi nhÊt ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ

KiÓu bé sÊy kh«ng khÝ CÊp mét CÊp hai

KiÓu èng thÐp 10-11 12-14

KiÓu tÊm 9-10 11-13

KiÓu èng gang cã çnh 10-11 -

KiÓu èng gang cã çnh vµ r¨ng 13-15 -

9.4.3. ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp Bé sÊy kh«ng khÝ cña lß h¬i lµ n¬i cã nhiÖt ®é bÒ mÆt kim lo¹i nhá nhÊt. Khi nhiÖt ®é trªn v¸ch kim lo¹i nhá h¬n nhiÖt ®é b·o hoµ øng víi ph©n ¸p suÊt cña chÊt khÝ thµnh phÇn nµo ®ã chøa trong hçn hîp khãi th× sÏ lµm cho chÊt khÝ ®ã ng−ng tô l¹i thµnh láng trªn v¸ch èng. NhiÖt ®é cao nhÊt cña v¸ch èng mµ chÊt khÝ trong khãi cã thÓ ng−ng ®äng ®−îc ®−îc gäi lµ nhiÖt ®é ®äng s−¬ng.

NhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña tõng lo¹i h¬i trong khãi phô thuéc vµo nång ®é (ph©n ¸p suÊt) tøc thêi cña çc lo¹i h¬i ®ã trong hçn hîp khãi. Ph©n ¸p cña chóng cµng lín th× nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cµng cao, tøc lµ nguy c¬ ng−ng tô cµng lín, hiÖn t−îng ¨n mßn cµng dÔ xÈy ra. HiÖn t−îng ¨n mßn xÈy ra ë nhiÖt ®é ng−ng tô cña mét sè khÝ trong khãi ®−îc gäi lµ hiÖn t−îng ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp.

Trong s¶n phÈm ch¸y cña çc thiÕt bÞ thùc tÕ cã hai lo¹i h¬i cã thÓ ng−ng tô ®ã lµ h¬i n−íc H2O vµ h¬i cña axitsunphuric H2SO4, khi ng−ng tô chóng ®Òu lµm t¨ng kh¶ n¨ng ¨n mßn bÒ mÆt ®èt ë nhiÖt ®é thÊp.

B¶ng 9.5 tr×nh bµy nhiÖt ®é ®äng s−¬ng tÝnh to¸n cña h¬i n−íc nguyªn chÊt trong khãi víi çc ph©n ¸p suÊt kh¸c nhau ®èi víi mét sè lo¹i nhiªn liÖu.

B¶ng 9.5. NhiÖt ®é ®äng s−¬ng tÝnh to¸n cña h¬i n−íc nguyªn chÊt

Nhiªn liÖu §é Èm Wlv(%)

Ph©n ¸p suÊt h¬i n−íc Mpa

NhiÖt ®é ®äng s−¬ng 0C

Antraxxit 6,5 0,00363 27 Than gÇy 5,5 0,0053 34 Than bïn 40 0,01678 56 Ma dót 3 0,00903 44

Tõ b¶ng 9.5 ta thÊy nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña h¬i n−íc nguyªn chÊt øng víi ph©n ¸p suÊt

trong khãi kh«ng v−ît qu¸ 600C. Tuy nhiªn nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña khãi cao h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cña h¬i n−íc nguyªn chÊt ë ph©n ¸p suÊt t−¬ng øng rÊt nhiÒu, v× trong khãi cßn cã SO3,

207

chóng sÏ t¸c dông víi h¬i n−íc ®Ó t¹o thµnh axitsunphuric H2SO4, h¬i axits nµy cã nhiÖt ®é ®äng s−¬ng cao h¬n nhiÒu so víi h¬i n−íc nguyªn chÊt.

Khi ch¸y, l−u huúnh bÞ oxy ho¸ nªn SO2, vµ mét phÇn nhá SO2 bÞ oxy ho¸ tiÕp ®Ó t¹o thµnh SO3:

SO2 + O2 SO3 + 296kj/mol (9-13) sau ®ã SO3 t¸c dông víi h¬i n−íc ®Ó t¹o thµnh H2SO4: SO2 + O2 H2SO4 (9-14)

Trong khãi ngoµi H2SO4 cßn cã h¬i n−íc, sù cã mÆt ®ång thêi cña hai chÊt nµy ®· lµm cho nhiÖt ®é ®äng s−¬ng t¨ng lªn rÊt nhiÒu (h×nh 9-18). §ång thêi khi ng−ng tô nång ®é H2SO4 còng t¨ng lªn. §iÒu nµy sÏ ®−îc kh¶o s¸t qua ®å thÞ th¨ng b»ng pha cña hÖ thèng H2O - H2SO4.

H×nh 9.19. tr×nh bµy ®å thÞ th¨ng b»ng pha cña hÖ thèng H2O - H2SO4 ë çc ph©n ¸p suÊt kh¸c nhau. Çc ®−êng cong phÝa trªn t−¬ng øng víi pha h¬i cßn çc ®−êng cong phÝa d−íi lµ pha láng ë nhiÖt ®é b·o hoµ øng víi nång ®é (ph©n ¸p suÊt) cña H2SO4. §iÓm gÆp nhau phÝa d−íi cña hai ®−êng cong ë mçi ¸p suÊt t−¬ng øng víi tr¹ng th¸i s«i cña n−íc nguyªn chÊt (nång ®é H2SO4 b»ng kh«ng), ®iÓm gÆp nhau phÝa trªn cña hai ®−êng cong t−¬ng øng víi tr¹ng th¸i cña axit H2SO4 ®Ëm ®Æc (nång ®é 98,3%). Tõ ®ã ta thÊy ngay c¶ khi nång ®é H2SO4 rÊt nhá còng cã thÓ lµm t¨ng nhiÖt ®é ng−ng tô so víi h¬i n−íc nguyªn chÊt lªn rÊt nhiÒu.

H×nh 9.18. Sù phô thuéc cña nhiÖt ®é ®äng s−¬ng vµo ph©n ¸p suÊt

H×nh 9.19. §å thÞ th¨ng b»ng pha cña hÖ thèng H2O-H2SO4 ë çc ph©n ¸p suÊt kh¸c nhau.

§å thÞ th¨ng b»ng pha cña hÖ thèng H2O-H2SO4 ë çc ph©n ¸p suÊt kh¸c nhau. Tõ ®å thÞ th¨ng b»ng pha cña hÖ thèng H2O - H2SO4 h×nh 9.19 ta thÊy ë ¸p suÊt p =

0,005Mpa, nhiÖt ®é 1600C, t−¬ng øng víi nång ®é H2SO4 ë tr¹ng th¸i h¬i lµ 2% th× khi ng−ng ®äng, nång ®é dung dich H2SO4 ë tr¹ng th¸i láng sÏ t¨ng tíi 88%. §iÒu ®ã chøng tá r»ng ngay c¶ khi nång ®é H2SO4 ë tr¹ng th¸i h¬i rÊt nhá còng cã thÓ t¹o nªn dung dÞch cã nång ®é rÊt cao khi ng−ng tô, bëi vËy tèc ®é ¨n mßn cµng t¨ng.

§èi víi lß h¬i cã çc bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i nh− trong nhµ m¸y ®iÖn, ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp chØ xÈy ra víi bé sÊy kh«ng khÝ cÊp mét (lµ n¬i cã nhiÖt ®é bÒ mÆt kim lo¹i nhá nhÊt). §Ó b¶o vÖ chóng khái bÞ ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp cÇn thiÕt ¸p dôngçc biÖn ph¸p sau:

1. gi¶m l−îng l−u huúnh cã trong nhiªn liÖu ®Õn møc tèi thiÓu, 2. gi¶m l−îng SO3 sinh ra trong khãi ®Õn møc tèi thiÓu, 1. dïng vËt liÖu chÞu ®−îc t¸c ®éng ¨n mßn cña axit, 3. n©ng nhiÖt ®é bÒ mÆt v¸ch thiÕt bÞ cao h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng. BiÖn ph¸p gi¶m l−îng l−u huúnh cã trong nhiªn liÖu chØ cã t¸c dông víi thµnh phÇn l−u

huúnh kho¸ng trong nhiªn liÖu r¾n, cßn çc thµnh phÇn kh¸c cña nhiªn liÖu r¾n vµ nhiªn liÖu kh¸c th× kh«ng gi¶i quyÕt ®−îc. Do ®ã biÖn ph¸p nµy th−êng ®i kÌm víi çc biÖn ph¸p kh¸c.

§Ó h¹n chÕ l−îng SO3 sinh ra trong khãi ®Õn møc tèi thiÓu cÇn ph¶i: * H¹n chÕ hÖ sè kh«ng khÝ thõa ë møc nhá nhÊt, ®ång thêi n©ng cao nhiÖt ®é buång löa. * ®−a vµo ®−êng khãi çc chÊt cã t¸c dông hÊp thô SO3 vµ trung hoµ H2SO4 t¹o nªn trªn mÆt èng (nh− manhªtit, ®olomit, amoniac, th«ng th−êng dïng amoniac). BiÖn ph¸p dïng vËt liÖu cã kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cña H2SO4 cã thÓ thùc hiÖn ®−îc khi

dïng èng tr¸ng men hoÆc èng thuû tinh, tuy nhiªn khi ®ã hÖ sè truyÒn nhiÖt gi¶m nhiÒu vµ líp

208

men hay thuû tinh dÔ bÞ vì nªn Ýt dïng. BiÖn ph¸p th−êng ¸p dông nhÊt lµ chia bé sÊy ra nhiÒu phÇn, phÇn cã thÓ bÞ ¨n mßn th× dïng bé sÊy b»ng èng gang.

BiÖn ph¸p t¨ng nhiÖt ®é v¸ch èng lªn cao h¬n nhiÖt ®é ®äng s−¬ng ®−îc thùc hiÖn nhiÒu nhÊt b»ng çch t¨ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµo, t¨ng nhiÖt ®é khãi ë phÝa ®Çu vµo cña kh«ng khÝ. * T¨ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµo bé sÊy kh«ng khÝ b»ng çch trÝch mét phÇn kh«ng khÝ nãng ra khái bé sÊy ®−a vÒ ®Çu vµo bé sÊy, gäi lµ biÖn ph¸p t¸i tuÇn hoµn kh«ng khÝ nãng. BiÖn ph¸p n¸y cã nh−îc ®iÓm lµ tèn ®iÖn n¨ng tù dïng. S¬ ®å t¸i tuÇn hoµn ®−îc chØ trªn h×nh 9.20.

H×nh 9.20. S¬ ®å t¸i tuÇn hoµn kh«ng khÝ

Còng cã thÓ gia nhiÖt cho kh«ng khÝ b»ng h¬i trÝch tõ tu«cbin vµ n−íc ng−ng sÏ ®−îc ®−a vÒ ®−êng n−íc cÊp lµm t¨ng nhiÖt ®é n−íc cÊp, do ®ã t¨ng nhiÖt ®é khãi th¶i, gi¶m hiÖu suÊt lß h¬i. Tuy nhiªn khi t¨ng l−îng h¬i trÝch tõ tuèc bin th× hiÖu suÊt chu tr×nh nhiÖt t¨ng lªn.

* t¨ng nhiÖt ®é khãi ë ®Çu kh«ng khÝ vµo b»ng çch ®Æt mét phÇn ®Çu vµo bé sÊy kh«ng khÝ ë vïng khãi cã nhiÖt ®é cao (h×nh 9.21). Çch nµy còng Ýt ®−îc dïng v× khi ®ã hai dßng chuyÓn ®éng cïng chiÒu nªn lµm gi¶m hiÖu qu¶ truyÒn nhiÖt.

BiÖn ph¸p th−êng dïng ®Ó chèng ¨n mßn ë nhiÖt ®é thÊp cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ dïng bé sÊy kiÓu håi nhiÖt ®èi víi nhiªn liÖu nhiÒu l−u huúnh hay dïng lµm phÇn ®Çu vµo cña bé sÊy.

209

Ch−¬ng 10. KÕt cÊu x©y dùng vµ trang bÞ phô

10.1. KHUNG Lß Vµ T¦êNG Lß

10.1.1. Khung lß

H×nh. 10.1. KÕt cÊu khung lß

1- cét, 2-dÇm chÝnh; 3-bÖ dì bao h¬i; 4-Bao h¬i; 5- dÇm phô; 6-mãng cét; 7-ch©n mãng;

Bao h¬i cã thÓ treo hoÆc ®ì trªn dÇm, toµn bé träng l−îng cña bao h¬i ®Æt lªn çc dÇm trªn

trÇn. NÕu ®ì th× bao h¬i sÏ ®−îc ®Æt lªn hai gèi ®ì. MÆt d−íi gèi ®ì g¾n chÆt víi khung lß. Çc gèi ®ì cã hai líp bi trô ®Æt vu«ng gãc víi nhau vµ ®−îc ng¨n çch bëi tÊm thÐp nh»m ®¶m b¶o cho bao h¬i cã thÓ dÞch chuyÓn theo c¶ hai ph−¬ng khi d·n në.

Khung lß lµ mét hÖ thèng kÕt cÊu b»ng kim lo¹i dïng ®Ó treo hoÆc ®ì tÊt c¶ çc phÇn tö cña lß. Khung lß gåm cã çc cét chÝnh, phô ®Æt trªn hÖ thèng mãng vµ ®−îc nèi víi nhau b»ng çc dÇm ngang, chÐo.

DÇm vµ cét cña khung lß th−êng lµm b»ng çc thanh thÐp ch÷ I, V, U ®¬n hoÆc çc thanh nµy ghÐp l¹i víi nhau b»ng çch hµn. Çc kÕt cÊu treo vµ ®ì ph¶i ®¶m b¶o sao cho çc phÇn tö cña lß cã thÓ dÞch chuyÓn tù do ®−îc khi bÞ d·n në nhiÖt. KÕt cÊu khung lß ®−îc chØ trªn h×nh 10.1.

Mãng lß b»ng bª t«ng cèt thÐp, cã thÓ x©y cao ngang cèt phôc vô cña nhµ m¸y ®Ó cã thÓ dì hÖ thèng ghi hoÆc hÖ thèng th¶i xØ.

Ngoµi ra cßn çc hÖ thèng treo ®ì dµn èng cña buång löa, bé qu¸ nhiÖt, bé h©m n−íc, bé sÊy kh«ng khÝ, toµn bé sµn thao t¸c ®Ó phôc vô cho c«ng nh©n lµm viÖc ë vÞ trÝ cao vµ ë çc chç cÇn kiÓm tra, theo dâi, quan s¸t, lµm vÖ sinh tro bôi.

H×nh 10.2. Tr×nh bµy kÕt cÊu khung lß cã c¶ sµn thao t¸c cña lß БКЗ-75/39 cña Liªn x«.

TiÕt diÖn cét vµ dÇm cã thÓ lµ h×nh vu«ng, ch÷ nhËt, ch−c U, ch÷ I nh− chØ trªn h×nh 10.3.

Khung lß n»m ngoµi t−êng lß nªn nhiÖt ®é çc bé phËn cña khung lß b»ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ gian lß. Bëi vËy çc kÕt cÊu cña khung lß ®−îc tÝnh trªn c¬ së chÞu çc t¶i träng cña thiÕt bÞ ®Æt trªn ®ã nh− tÝnh søc bÒn cña çc dÇm kh«ng gian nhiÒu tÇng kh¸c.

210

§èi víi nh÷ng bao h¬i lín, dµi trªn 10m nÕu hai gèi tù kh«ng ®ñ gi÷u cho bao h¬i khái bÞ uèn th× cÇn ph¶i cã thªm cë cÊu treo lªn khung lß.

H×nh 10.2. KÕt cÊu khung lß cã c¶ sµn thao t¸c cña lß БКЗ-75/39 H×nh 10.3. TiÕt diÖn cét vµ dÇm cña lß

Çc èng gãp th−êng ®−îc ®Æt lªn khung b»ng hai tÊm ®ì, mét tÊm cè ®Þnh víi khung, cßn mét tÊm cã thÓ cho phÐp èng gãp dÞch chuyÓn theo khung khi d·n në nhiÖt. Trong mét sè tr−êng hîp còng cã thÓ treo èng gãp lªn khung lß. Çc dµn èng lß th−êng ®−îc treo lªn khung lß ®Ó d·n në dÔ dµng h¬n. §Ó gi÷ cho çc èng n»m trong cïng mét mÆt ph¼ng, ng−êi ta dïng çc mãc gi÷ èng víid khung lß. CÊu t¹o mãc gi÷ èng ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.4. Th−êng mãc trªn cã t¸c dông ®ì èng, cßn çc mãc d−íi ®Ó gi÷ èng.

211

H×nh 10.4.CÊu t¹o mãc gi÷ èng

Sµn thao t¸c ®−îc ®Æt ë nh÷ng chç cÇn phôc vô nh− thæi bôi, çc cöa quan s¸t, n¬i ®Æt çc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn, thao t¸c vµ söa ch÷a. 10.1.2. T−êng lß

T−êng lß cã nhiÖm vô ng¨n çch çc phÇn tö ®−îc ®èt nãng cña lß víi m«i tr−êng xung

quanh nh»m gi¶m bít tæn thÊt nhiÖt do táa ra m«i tr−êng xung quanh, ®ång thêi h¹n chÕ viÖc ®èt nãng qu¸ møc kh«ng khÝ ë xung quanh nh»m ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lµm viÖc cho c«ng nh©n vËn hµnh, mÆt kh¸c nã cßn cã nhiÖm vô ng¨n c¶n viÖc lät giã l¹nh tõ ngoµi vµo trong buång löa vµ ®−êng khãi.

Theo tiªu chuÈn vËn hµnh, ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho c«ng nh©n vËn hµnh, nhiÖt ®é kh«ng khÝ ë khu lµm viÖc ph¶i nhá h¬n 500C. V× vËy t−êng lß ph¶i çch nhiÖt tèt ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é mÆt ngoµi cña t−êng lß kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 500C. Th«ng th−êng, t−êng lß tiÕp xóc trùc tiÕp víi ngän löa vµ dßng khãi, chÞu t¸c dông ph¸ hñy do mµi mßn cña tro bay, ¨n mßn cña xØ nªn t−êng lß ®−îc cÊu tróc gåm 3 líp ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.5. Líp trong cïng lµ vËt liÖu chÞu löa, x©y b»ng g¹ch chÞu löa, chÞu ®−îc t¸c dông cña nhiÖt ®é cao, ¨n mßn vµ mµi mßn cña xØ. Líp thø hai lµ vËt liÖu çch nhiÖt, cã t¸c dông çch nhiÖt vµ ngoµi cïng lµ líp t«n máng võa cã t¸c dông b¶o vÖ líp çch nhiÖt võa cã t¸c dông trang trÝ.

212

H×nh 10.5 t−êng lß 1. lµ líp g¹ch chÞu löa. 2. lµ líp vËt liÖu çch nhiÖt. 3. lµ líp kim lo¹i b¶o vÖ 4. èng sinh h¬i

10.1.2.1. VËt liÖu chÞu löa:

Yªu cÇu ®èi víi vËt liÖu chÞu löa lµ ®é chÞu löa, ®é bÒn nhiÖt, ®é chÞu xØ cao. Mçi lo¹i vËt liÖu chÞu löa cã çc ®Æc tÝnh kh¸c nhau. Tuú thuéc vµo nhiÖt ®é tõng vïng ®Ó chän lo¹i vËt liÖu phï hîp. ë lß h¬i th−êng dïng çc lo¹i vËt liÖu chÞu löa nh−: Samot, Cromit.

* §é chÞu löa: lµ kh¶ n¨ng chÞu ®−îc nhiÖt ®é cao (trªn 15000C). VËt liÖu chÞu löa lµ vËt liÖu gi÷ ®−îc çc tÝnh chÊt c¬ häc vµ vËt lý khi lµm viÖc l©u dµi ë nhiÖt ®é cao trªn 15800C.

Tuú theo ®é chÞu löa, ng−êi ta chia vËt liÖu chÞu löa thµnh 3 nhãm: - nhãm chÞu löa th−êng, chÞu ®−îc nhiÖt ®é trong ph¹m vi 1580-17700C, - nhãm chÞu löa cao, chÞu ®−îc nhiÖt ®é trong ph¹m vi 1770-20000C,

- nhãm chÞu löa rÊt cao, chÞu ®−îc nhiÖt ®é trªn 20000C, * §é bÒn nhiÖt: lµ kh¶ n¨ng chÞu ®−îc sù thay ®æi nhiÖt ®é nhiÒu lÇn mµ kh«ng bÞ thay ®æi

vÒ cÊu t¹o vµ tÝnh chÊt. Nh÷ng vËt liÖu bë, xèp cã ®é bÒn nhiÖt cao do tÝnh chÊt ®µn håi cña nã cã thÓ bï l¹i ®−îc nh÷ng øng suÊt sinh ra ë nhiÖt ®é cao.

* §é chÞu xØ: lµ kh¶ n¨ng kh«ng bÞ mµi mßn vµ ¨n mßn hãa häc d−íi t¸c dông cña xØ.

- Samèt lµ lo¹i vËt liÖu chÞu löa ®−îc sö dông nhiÒu v× cã çc tÝnh chÊt ®¹t yªu cÇu, ®ång thêi cã s½n trong tù nhiªn, rÎ tiÒn. Thµnh phÇn chÝnh cña samèt gåm oxÝt silic vµ oxÝt nh«m, ®é chÞu löa cã thÓ ®¹t ®Õn nhiÖt ®é 17300C, th−êng ®−îc s¶n xuÊt ra d−íi d¹ng bét hoÆc d¹ng viªn g¹ch cã kÝch th−íc tiªu chuÈn.

- Cromit cã thÓ chÞu nhiÖt ®é tõ 1800 ®Õn 20000C, ®¾t tiÒn. Thµnh phÇn chÝnh cña cromit gåm chñ yÕu lµ Cr2O3FeO vµ mét sè Ýt MgO. Cromit cã ®é chÞu xØ tèt, nh−ng ®é bÒn c¬ bÞ h¹n chÕ, th−êng dïng trong lß h¬i ë d¹ng bét ®Ó lµm v÷a tr¸t lªn mét phÇn dµn èng cña buång löa

213

(ngang vßi phun) ®Ó t¹o thµnh ®ai ch¸y cña lß khi ®èt nhiªn liÖu khã ch¸y.

ë nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é cao h¬n (trªn 20000C) nh− ®¸y buång löa th¶i xØ láng, buång löa xo¸y th× yªu cÇu ph¶i dïng vËt liÖu cã ®é chÞu löa cao nh− zirconi (cã thÓ tõ 2000-25000C), lo¹i nµy tuy cã ®é chÞu löa cao nh−ng ®¾t tiÒn nªn th−êng dïng líp máng trùc tiÕp víi ngän löa ®Ó b¶o vÖ líp sam«t. 10.1.2.2. VËt liÖu çch nhiÖt:

Yªu cÇu ®èi víi vËt liÖu çch nhiÖt lµ cã hÖ sè dÉn nhiÖt thÊp vµ cã thÓ gi÷ kh«ng ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, ®ång thêi cßn ®ßi hái vÒ ®é bÒn vÒ c¬, ®é bÒn nhiÖt, dÔ gai c«ng, kh«ng ¨n mßn kim lo¹i vµ cã ®é xèp. Çc vËt liÖu xèp cã chøa kh«ng khÝ bªn trong do ®ã ®é dÉn nhiÖt cµng thÊp, tuy nhiªn vËt liÖu cµng xèp th× ®é bÒn c¬ cµng thÊp. Th«ng th−êng vËt liÖu çch nhiÖt cã hÖ sè dÉn nhiÖt b»ng kho¶ng 0,03 ®Õn 0,25W/m0C.

HÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu phô thuéc vµo b¶n chÊt, cÊu tróc, ®é Èm cña chóng vµ cã thÓ thay ®æi theo nhiÖt ®é, ®é Èm. Khi bÞ Èm, do n−íc dÉn nhiÖt tèt h¬n kh«ng khÝ nªn hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu t¨ng lªn, nghÜa lµ t¸c dông çch nhiÖt gi¶m xuèng.

Çc lo¹i vËt liÖu çch nhiÖt hiÖn nay th−êng dïng lµ: ami¨ng, ®iatonit, b«ng thñy tinh. * Ami¨ng: lµ vËt liÖu cã cÊu t¹o d¹ng sîi v¶i, tÊm b×a, d©y, bét, trong nã chñ yÕu lµ oxit

silic vµ oxit magiª th−êng ®−îc dïng ë nh÷ng n¬i cã nhiÖt ®é tõ 100 ®Õn 5000C. HÖ sè dÉn nhiÖt cña Ami¨ng trong kho¶ng tõ 0,12 ®Õn 0,14 W/m0C. Khi bÖn thµnh sîi ami¨ng cã ®é bÒn kh¸ cao, ®é xèp cµng cao khi kÝch th−íc cña sîi cµng nhá. Khi nhiÖt ®é t¨ng th× ami¨ng sÏ kh« vµ bÞ dßn, ®Õn 6000C th× bÞ vì vôn ra thµnh bét.

HÖ sè dÉn nhiÖt cña ami¨ng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

d©y thõng: λ = 0,14 + 0,00023t, w/ m0C ;

v¶i: λ = 0,123 + 0,000158t, w/ m0C ; * B«ng thñy tinh (b«ng kho¸ng): gåm nh÷ng sîi thñy tinh do nÊu ch¶y ®¸ kho¸ng, xØ hay

thñy tinh, cã thÓ sö dông ë nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é ®Õn 6000C. HÖ sè dÉn nhiÖt cña b«ng thñy tinh phô thuéc vµo bÒ dµy cña sîi, ®é nÐn cña sîi, dao ®éng trong kho¶ng tõ 0,0490 ®Õn 0,0675 W/m0C.

* §iatonit: lµ lo¹i vËt liÖu çch nhiÖt xèp, chñ yÕu lµ oxit silic, cã thÓ chÞu ®−îc nhiÖt ®é ®Õn 10000C, tuy nhiªn ë nhiÖt ®é cao th× hÖ sè dÉn nhiÖt bÞ gi¶m nhiÒu, do ®ã th−êng dïng ë nhiÖt ®é thÊp h¬n d−íi d¹ng g¹ch cã kÝch th−íc tiªu chuÈn hoÆc bét nh− samèt. Trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng sö dông kÕt hîp nhiÒu lo¹i vËt liÖu ®Ó chÕ t¹o çc lo¹i vËt liÖu çch nhiÖt rÎ tiÒn h¬n. VÝ dô nh−: Hçn hîp ami¨ng víi xi m¨ng t¹o thµnh tÊm ami¨ng-xi m¨ng çch nhiÖt cã thÓ chÞu nhiÖt ®é tíi 4500C, cã hÖ sè dÉn nhiÖt ë nhiÖt ®é 500C lµ 0,0875 W/m0C. Dïng hçn hîp 85% ®«l«mit (gåm MgCO3 vµ CaCO3) víi 15% ami¨ng ®Ó t¹o thµnh x«vªlit, cã thÓ chÞu ®−îc nhiÖt ®é tíi 4500C. X«vªlit th−êng ®−îc ®óc thµnh tõng èng ®Ó çch nhiÖt èng dÉn. HÖ sè dÉn nhiÖt ë nhiÖt ®é 1000C lµ 0,093 W/m0C.

§Ó chÕ t¹o çc lo¹i vËt liÖu çch nhiÖt cã ®é xèp cao h¬n, nhÑ h¬n, cã thÓ ng−êi ta ¸p dông ph−¬ng ph¸p t¹o xèp b»ng nh÷ng vËt liÖu t¹o bät nh− chÕ t¹o bª t«ng xèp hoÆc trén mïn c−a víi ®iat«mit ®óc thµnh g¹ch, khi nung th× mïn c−a bÞ ch¸y sÏ t¹o nªn çc lç hæng, hoÆc cho tréng bét thuû tinh víi bét than, khi nung than sÏ bèc khÝ t¹o nªn vËt liÖu xèp. 10.1.2.3. CÊu t¹o t−êng lß

Tuú thuéc vµo lo¹i lß h¬i, t−êng lß cã thÓ lµ t−êng nÆng, t−êng nhÑ hoÆc t−êng treo trªn èng.

214

H×nh 10.6. CÊu t¹o t−êng buång löa. * T−êng nÆng: T−êng nÆng th−êng dïng cho çc lß h¬i nhá hoÆc çc cuèn tr−íc cña lß ghi

xÝch. Çc lß nhá kh«ng cã dµn èng sinh h¬i, t−êng tiÕp xóc trùc tiÕp víi ngän löa nªn t−êng ph¶i chÞu nhiÖt ®é rÊt cao, cã thÓ trªn 12000C, do ®ã t−êng kh¸ dµy vµ ®−îc ®Æt trùc tiÕp lªn mãng lß. Líp trong cña t−êng nÆng lµ g¹ch chÞu löa sam«t cßn phÝa ngoµi lµ g¹ch th−êng. BÒ dµy líp sam«t lµ mét viªn cßn g¹ch th−êng lµ 2 hoÆc 3 viªn. §Ó liªn kÕt hai líp g¹ch nµy ng−êi ta th−êng dïng nh÷ng mãc s¾t hoÆc nh÷ng viªn g¹ch c«ng. §Ó ®¶m b¶o d·n në gi÷a çc t−êng vu«ng gãc, ë gãc buång löa th−êng ®Æt çc líp v¶i hoÆc sîi ami¨ng (h×nh 10.6).

* T−êng nhÑ: T−êng nhÑ th−êng dïng cho çc lß c«ng suÊt lín cã dµn èng sinh h¬i. ë ®©y çc dµn èng sinh h¬i ®Æt phÝa trong t−êng ®· nhËn nhiÖt nªn b¶o vÖ t−êng khái chÞu t¸c ®éng cña nhiÖt ®é cao. Bëi vËy nhiÖt ®é mÆt trong t−êng ®· thÊp ®i nhiÒu, chiÒu dµy t−êng còng gi¶m ®i hai lÇn do ®ã t−êng còng nhÑ h¬n nhiÒu. T−êng ®−îc chia thµnh nhiÒu phÇn theo chiÒu cao vµ ®−îc ®Æt lªn dÇm hoÆc gÝa ®ì liªn kÕt víi khung lß, mçi phÇn cao kho¶ng 1,0 ®Õn 1,5m. T−êng lß ®−îc g¾n víi khung nhê mét sè viªn g¹ch ®Þnh h×nh ®−îc mãc víi khung b»ng mãc s¾t. CÊu t¹o nhÑ ®−îc chØ trªn h×nh 10.8

T−êng nhÑ còng cã thÓ ®−îc ®óc s½n thµnh tõng tÊm b»ng bª t«ng chÞu löa cã kÝch th−íc 2500 x 1000mm dµy 140mm, gåm hai líp, líp trong lµ bª t«ng sam«t chÞu löa dµy 80mm, líp thø hai lµ bª t«ng ami¨ng-®iat«mit dµy 60mm. çc líp bª t«ng nµy ®−îc g¾n víi t−êng lß b»ng bu l«ng. Ngoµi t−êng nhÑ lµ líp çch nhiÖt b¨ng b«ng kho¸ng dµy 120mm.

215

*T−êng treo: T−êng treo cã cã kh¶ n¨ng çch nhiÖt cao vµ kÝn h¬n çc lo¹i t−êng kh¸c, chi phÝ vËt liÖu, kim lo¹i còng gi¶m ®i nªn gi¸ thµnh thÊp h¬n t−êng nhÑ. T−êng ®−îc t¹o nªn tõ mét sè líp v÷a chÞu löa vµ çch nhiÖt g¾n trùc tiÕp trªn èng nhê çc gai hµn trªn èng. CÊu t¹o t−êng treo ®−îc chØ trªn h×nh 10.9. ë ®©y toµn bé trong l−îng t−êng ®Æt trùc tiÕp lªn dµn èng. Lo¹i t−êng nµy cã −u ®iÓm lµ rÊt thuËn lîi khi l¾p khèi. Th«ng th−êng t−êng treo gåm líp cr«mit chÞu löa dµy kho¶ng 40mm, líp bª t«ng nhÑ çch nhiÖt dµy kho¶ng 50mm vµ líp çh nhiÖt b»ng x«velit kho¶ng 50mm. Gi÷a çc líp cã líp l−íi m¨t ço ®Ó dÝnh kÕt, ngoµi cïng lµ líp v÷a chèng lätami¨ng, ®Êt sÐt, h¾c Ýn vµ dÇu kho¸ng. Çc líp nµy ®−îc g¾n víi èng b»ng bu l«ng.

10.1.3. Dµn èng buång löa vµ bao h¬i

10.1.3.1. Dµn èng buång löa

Dµn èng buång löa cßn gäi lµ èng sinh h¬i hay èng lªn. Çc èng lªn lµ nh÷ng èng thÐp chôi nhiÖt cã ®−êng kÝnh tõ 40 ®Õn 63 mm ®−îc ®Æt ngay phÝa trong t−êng buång löa. N−íc trong èng sÏ nhËn nhiÖt trùc tiÕp tõ ngän löa, biÕn thµnh h¬i chuyÓn ®éng lªn phÝa trªn (cßn ®−îc gäi lµ dµn èng sinh h¬i). §Çu trªn cña èng lªn cã thÓ nèi víi èng gãp trªn hoÆc cã thÓ nèi trùc tiÕp vµo bao h¬i, cßn ®Çu d−íi cña nã ®−îc nèi víi èng gãp d−íi.

Kho¶ng çch gi÷a çc èng lªn (gäi lµ b−íc èng s) vµ kho¶ng çch tõ èng ®Õn t−êng (®−îc gäi lµ ®é ®Æt èng e) cã ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng b¶o vÖ t−êng buång löa khái bÞ bøc x¹ trùc tiÕp cña ngän löa vµ khái bÞ ®ãng xØ còng nh− kh¶ n¨ng hÊp thu nhiÖt cña dµn èng. NÕu bè trÝ sÝt nhau qu¸ th× t−êng ®−îc b¶o vÖ tèt h¬n, nh−ng ®é chiÕu s¸ng cña ngän löa ®Õn dµn èng gi¶m ®i, do ®ã kh¶ n¨ng hÊp thô nhiÖt cña mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt chôi nhiÖt (diÖn tÝch bÒ mÆt xung quanh èng) còng gi¶m ®i. NÕu ®Æt dµy qu¸ th× èng gãp cña dµn èng ph¶i khoan nhiÒu lç, kho¶ng çch gi÷a çc lç gi¶m xuèng lµm cho ®é bÒn cña èng gãp gi¶m ®i. §èi víi çc lß h¬i lín, b−íc t−¬ng ®èi s/d = 1,2 - 1,4 (d lµ ®−êng kÝnh ngoµi cña èng). Dµn èng buång löa ®−îc chØ trªn h×nh 9.10.

§Ó cung cÊp n−íc tõ bao h¬i vµo dµn èng sinh h¬i th× cÇn cã çc èng xuèng. Çc èng n−íc xuèng ®Æt phÝa ngoµi t−êng buång löa vµ ®−îc bäc çch nhiÖt (®−îc gäi lµ èng xuèng) cã ®−êng kÝnh lín h¬n, th−êng kho¶ng tõ 125 ®Õn 175mm. Çc ®Çu d−íi cña èng lªn vµ èng xuèng ®−îc nèi víi chung vµo èng gãp d−íi, ®Çu phÝa trªn cña èng xuèng nèi vµo bao h¬i.

216

H×nh 10.7. dµn èng sinh h¬i

10.1.3.2. Côm pheston Côm pheston chÝnh lµ c¸c èng cña dµn èng sinh h¬i t−êng sau nèi lªn bao h¬i, ®o¹n ®i qua

cöa ra cña buång löa. §Ó khãi ®i ra khái buång löa vµo bé qu¸ nhiÖt qua côm pheston ®−îc dÔ dµng th× ®o¹n èng ë ®©y cÇn ®−îc bè trÝ th−a h¬n. Muèn vËy ng−êi ta ®· t¸ch d·y èng t−êng sau ë ®o¹n nµy thµnh nhiÒu d·y (tõ 3 ®Õn 5 d·y), ë ®©y do c¸c èng ®−îc bè trÝ th−a h¬n nªn kh«ng cã hiÖn t−îng ®ãng xØ.

217

Do nhiÖt ®é cña khãi ph©n bè kh«ng ®Òu theo chiÒu réng buång löa, do thµnh phÇn vµ kÝch th−íc nhiªn liÖu kh«ng ®ång nhÊt nªn cã mét sè h¹t nhiªn liÖu kÝch th−íc nhá ®ang bÞ nãng ch¶y bÞ thæi bay ra khái buång löa cã thÓ b¸m vµo çc bÒ mÆt èng cña bé qu¸ nhiÖt g©y hiÖn t−îng ®ãng xØ. Nhê côm pheston nhËn bít nhiÖt, nhiÖt ®é dßng khãi cã thÓ gi¶m bít 500C, ®¶m b¶o cho nh÷ng h¹t tro nãng nguéi ®i vµ r¾n l¹i, h¹n chÕ hiÖn t−îng ®ãng xØ ë bé qu¸ nhiÖt. 10.1.3.3. Bao h¬i Bao h¬i lµ thiÕt bÞ quan träng cña lß h¬i tuÇn hoµn, ®−îc ®Æt n»m ngang trªn ®Ønh lß, n−íc tõ bé h©m n−íc cÊp vµo ®©y vµ tõ ®©y n−íc ®−îc cÊp ®i cho çc dµn èng cña lß, ®ång thêi ë ®©y h¬i b·o hoµ ®−îc t¸ch ra khái hçn hîp h¬i n−íc råi ®i sang bé qu¸ nhiÖt. Dµn èng buång löa, côm pheston cña lß cã thÓ ®−îc nèi trùc tiÕp víi bao h¬i. Tuy nhiªn ®Ó gi¶m bít sè lç khoÐt trªn bao h¬i nh»m t¨ng ®é bÒn cho bao h¬i th× cã thÓ nèi çc èng lªn vµo çc èng gãp trung gian, rèi nèi èng gãp víi bao h¬i b»ng mét sè èng dÉn h¬i. N−íc cÊp tõ bé h©m n−íc ®−îc ®−a vµo bao h¬i, tõ bao h¬i n−íc ®−îc ®i xuèng theo çc èng n−íc xuèng, qua çc èng gãp d−íi ®i vµo toµn bé dµn èng buång löa, t¹i ®©y n−íc nhËn nhiÖt biÕn thµnh h¬i. Dßng hçn hîp h¬i vµ n−íc sinh ra trong çc èng sinh h¬i sÏ ®i vµo bao h¬i vµ h¬i ®−îc ph©n ly ra khái n−íc råi sang bé qu¸ nhiÖt §Ó ®¶m b¶o chiÒu cao khoang h¬i, ®−êng kÝnh hîp lý cña bao h¬i th−êng kho¶ng 1,4 ®Õn 1,6 m.

H×nh 10.8. Bao h¬i

10.2. Çc lo¹i van vµ b¬m n−íc cÊp 10.2.1. Çc lo¹i van

Van lµ mét thiÕt bÞ dïng ®Ó ®ãng vµ c¾t mét thiÕt bÞ khái sù liªn th«ng víi thiÕt bÞ kh¸c hoÆc víi hÖ thèng. Van ph¶i ®¶m b¶o cã trë lùc nhá khi më cho dßng m«i chÊt ®i qua vµ kÝn hoµn toµn khi ®ãng.

Ph©n lo¹i: Theo nguyªn t¾c lµm viÖc, ng−êi ta ph©n thµnh van khãa, van ®iÒu chØnh, van b¶o vÖ. Çc lo¹i van khãa, van ®iÒu chØnh cã thÓ thao t¸c b»ng tay hoÆc truyÒn ®éng b»ng khÝ nÐn, thñy lùc hoÆc b»ng ®iÖn. Çc lo¹i van b¶o vÖ (van 1 chiÒu, van an toµn) ®ãng më hoµn toµn tù ®éng theo t¸c ®éng cña m«i chÊt ®i qua nã.

Trong thùc tÕ chØ cã van van khãa vµ van b¶o vÖ lµ yªu cÇu cã ®é kÝn cao, cßn van ®iÒu chØnh th× kh«ng cÇn thiÕt ph¶i kÝn tuyÖt ®èi.

Van ®−îc tiªu chuÈn ho¸ theo ®−êng kÝnh qui −íc vµ ¸p suÊt qui −íc 10.2.1.1. Van khãa

NhiÖm vô cña van khãa lµ ®ãng hoÆc c¾t dßng m«i chÊt kh«ng cho dßng ch¶y qua. Çc lo¹i van khãa ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.10 gåm van ®Üa, van cöa, van vßi n−íc.

218

H×nh 10.10. c¸c lo¹i van khãa

a-van ®Üa; b-van cöa; c-van vßi n−íc Van ®Üa cã trë lùc kh¸ lín, khi van cµng lín th× lç cµng lín vµ sù tiÕp xóc gi÷a ®Üa vµ lç l¹i

cµng khã khÝt nª khã ®¶m b¶o ®ãng kÝn tuyÖt ®èi. Bëi vËy van ®Üa chØ chÕ t¹o ®Õn ®−êng kÝnh 150-200mm.

Van cöa ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn v× cã trë lùc nhá, vÒ cÊu t¹o cã thÓ chia thµnh hai lo¹i: lo¹i cöa h×nh nªm vµ cöa ph¼ng, trong ®ã lo¹i h×nh nªm ®−îc dïng nhiÒu h¬n v× dÔ kÝn h¬n. 10.2.1.2. Van ®iÒu chØnh

H×nh 10.11. Van ®iÒu chØnh b»ng tay

Van ®iÒu chØnh dïng ®Ó ®iÒu chØnh l−u l−îng, ¸p suÊt cña dßng n−íc vµ ®Ó tiÕt l−u h¬i qu¸ nhiÖt. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña van ®iÒu chØnh lµ thay ®æi ®é më cöa van ®Ó thay ®æi tiÕt diÖn m«i chÊt ®i qua ®ã nªn ®iÒu chØnh ®−îc ¸p suÊt, l−u l−îng cña m«i chÊt. Trªn h×nh 10.11 biÓu diÔn van ®iÒu chØnh b»ng tay, h×nh 10.12 biÓu diÔn van ®iÒu chØnh b»ng ®éng c¬ ®iÖn. 10.2.1.3 Van b¶o vÖ van b¶o vÖ lµ van tù ®éng t¸c ®éng nªn kh«ng cã tay quay. Van b¶o vÖ gåm hai lo¹i: van mét chiÒu vµ van an toµn.

219

* Van mét chiÒu: Van mét chiÒu lµ van chØ cho m«i chÊt chuyÓn ®éng theo mét chiÒu nhÊt

®Þnh, van sÏ tù ®éng ®ãng l¹i khi dßng m«i chÊt chuyÓn ®éng ng−îc l¹i. Van mét chiÒu gåm van lß xo; van tù träng, ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.13.

Van mét chiÒu th−êng ®−îc l¾p trªn ®−êng n−íc cÊp vµo lß, phÝa ®Çu ®Èy cña b¬m, tr−íc van chÆn nh»m b¶o vÖ b¬m khái bÞ dßng h¬i hoÆc n−íc nãng ph¸ ho¹i khi ®ãng, c¾t b¬m, hoÆc ®−îc l¾p trªn ®−êng nèi liªn th«ng çc lß ®Ó t¸ch biÖt çc lß h¬i khi cÇn thiÕt.

* Van an toµn: Van an toµn cã t¸c dông khèng chÕ ¸p suÊt lµm viÖc cña m«i chÊt kh«ng v−ît qu¸ trÞ sè cho phÐp, nh»m b¶o vÖ cho thiÕt bÞ lµm viÖc an toµn vµ l©u dµi.

TÊt c¶ nh÷ng thiÕt bÞ cã ¸p suÊt lín h¬n 0,7 kG/cm2 ®Òu b¾t buéc ph¶i l¾p ®Æt van an toµn. Van an toµn cã 3 lo¹i, van an toµn kiÓu lß xo, kiÓu ®ßn bÈy (qu¶ t¹) vµ kiÓu xung l−îng. Çc

lo¹i van an toµn ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.14; 10.15 vµ 10.16.

ë lo¹i van an toµn kiÓu lß xo vµ kiÓu ®ßn bÈy, ¸p suÊt t¸c ®éng cña van sÏ ®−îc ®iÒu chØnh c©n b»ng víi lùc nÐn cña lß xo hoÆc søc ®Ì cña hÖ thèng ®ßn bÈy. Do ¸p suÊt giíi h¹n cho phÐp cña lß kh«ng lín h¬n ¸p suÊt lµm viÖc ®Þnh møc cña lß nhiÒu nªn lùc ®Ì cña lß xo lªn ®Üa van t−¬ng ®èi bÐ, do ®ã van khã kÝn. Ngoµi ra do tiÕt diÖn lç tho¸t h¬i bÐ nªn kh¶ n¨ng tho¸t m«i chÊt chËm, ¸p suÊt cña lß gi¶m t−¬ng ®èi chËm. ChÝnh v× vËy chóng chØ ®−îc sö dông ë çc lß h¬i cã ¸p suÊt võa vµ nhá (d−íi 4Mpa).

220

H×nh 10.12. Van ®iÒu chØnh b»ng ®éng c¬ ®iÖn

a) b)

H×nh 10.13. van mét chiÒu a-van lß xo; b-van tù träng

Van an toµn kiÓu ®ßn bÈy cã −u ®iÓm lµ lµm viÖc æn ®Þnh, ®iÒu chØnh van ®¬n gi¶n, nh−ng cång kÒnh, ®−îc dïng chñ yÕu ë c¸c lß h¬i ¸p suÊt trung b×nh (d−íi 4Mpa).

221

Hinh 10.14. van an toµn: a) kiÓu ®ßn bÈy; b) kiÓu lß xo; c) kiÓu xung l−îng.

Lo¹i van lß xo cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, gän nhÑ, nh−ng khã ®iÒu chØnh, ®−îc dïng chñ yÕu ë

çc lß h¬i ¸p suÊt thÊp (d−íi 2Mpa), s¶n l−îng nhá. Van xung l−îng: §èi víi nh÷ng lß cã ¸p suÊt tõ 4Mpa trë lªn th−êng sö dông van an toµn

kiÓu xung l−îng. Van an toµn kiÓu xung l−îng ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.16. Van xung l−îng lµ mét tæ hîp hai van, van chÝnh vµ van xung l−îng tÝn hiÖu. Nguyªn lý lµm viÖc nh− sau: B×nh th−êng ®Üa cña van chÝnh ®−îc Ðp b»ng ¸p lùc h¬i phÝa tr−íc ®Üa van. ¸p lø nµy lín h¬n lùc nÐn cña lß xo sau ®Üa rÊt nhiÒu nªn van rÊt kÝn. Khi ¸p suÊt h¬i v−ît qu¸ trÞ sè cho phÐp th× van xung l−îng tÝn hiÖu sÏ më ra, phÇn h¬i tho¸t cña nã sÏ ®−îc ®−a tíi phÝa sau ®Üa cña van chÝnh ®Ó c©n b»ng víi ¸p lùc ®Èy cña h¬i phÝa tr−íc ®Üa van chÝnh, do ®ã ¸p lùc tr−íc vµ sau van chÝnh c©n b»ng nhau, khi ®ã d−íi t¸c dông cña lùc ®Èy lß xo nªn ®Üa van chÝnh sÏ më ra cho h¬i tho¸t ra ngoµi. V× van cã tiÕt diÖn lç tho¸t h¬i lín nªn h¬i tho¸t ra rÊt nhanh.

VÞ trÝ ®Æt van an toµn: Trong lß h¬i, van an toµn ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ cao nhÊt khoang h¬i cña bao h¬i, ë çc èng gãp cña bé qu¸ nhiÖt, cña bé h©m n−íc, èng gãp h¬i chung.

Trong çc thiÕt bÞ kh¸c, van an toµn ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ cao nhÊt cña thiÕt bÞ. Trong bé h©m n−íc b»ng gang, ng−êi ta ®Æt van an toµn ë èng gãp tr−íc (phÝa vµo cña n−íc).

Sè l−îng vµ kÝch th−íc van an toµn: Mçi lß h¬i ph¶i ®Æt Ýt nhÊt lµ hai van an toµn ë khoang h¬i, trõ mét sè lß h¬i nhá cã thÓ l¾p mét van.

ë nh÷ng lß h¬i ®Æt 2 van an toµn th× trong ®ã cã mét van lµm viÖc cßn mét van kiÓm tra, 2 van nµy sÏ ®−îc ®iÒu chØnh ®Ó tù më ë ¸p suÊt lµm viÖc vµ ¸p suÊt kiÓm tra.

¸p suÊt t¸c ®éng cña çc van an toµn ®−îc ®iÒu chØnh b»ng lùc Ðp cña lß xo hoÆc søc ®Ì cña

222

®ßn bÈy theo b¶ng sau: B¶ng 10.1. C¸c gi¸ trÞ ¸p suÊt t¹i ®ã c¸c van an toµn b¾t ®Çu më.

¸p suÊt më van an toµn ¸p suÊt lµm viÖc p, MN/m2 Van kiÓm tra Van lµm viÖc

ë bao h¬i, khi p < 1,28 1,28 < p < 3,93 p > 1,93

ë bé qu¸ nhiÖt, khi p < 1,28 p > 1,28

ë èng gãp vµo cña bé h©m n−íc ë èng gãp ra cña bé h©m n−íc

p + 0,02 1,03.p 1,05. p

p + 0,02 1,02. p 1,25. p 1,10. p

p + 0,03 1,05. p 1,08. p

p + 0,02 1,02. p 1,25. p 1,10. p

Cã thÓ x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña van an toµn tõ c«ng thøc sau ®©y:

n.d.h = ApD

(10-1)

n: sè l−îng van an toµn. d: ®−êng kÝnh trong cña lç van (cm), ®−êng kÝnh nµy kh«ng ®−îc nhá h¬n 25mm vµ

kh«ng lín h¬n 125mm.

h: chiÒu cao n©ng lªn cña van, cã 2 lo¹i: h = 20d

vµ h = 4d

h = 20d

®èi víi lo¹i van kh«ng n©ng lªn hoµn toµn, h = 4d

®èi víi lo¹i van n©ng lªn hoµn

toµn. A: hÖ sè tïy thuéc vµo van n©ng lªn hoµn toµn hay kh«ng hoµn toµn. víi van n©ng lªn

kh«ng hoµn toµn: A=0,0075, víi van n©ng lªn hoµn toµn A=0,0150 D: s¶n l−îng h¬i cña lß (kg/h). p: ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña h¬i (N/m2). §−êng kÝnh d cña lç van th−êng lµ: 25, 32,40,50,60,75mm.

10.3. ¸p kÕ vµ èng thuû

10.3.1. ¸p kÕ

¸p kÕ lµ thiÕt bÞ ®Ó ®o ¸p suÊt cña h¬i vµ n−íc trong lß h¬i.

¸p kÕ ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ cao nhÊt cña thiÕt bÞ. Trªn ®−êng nèi tõ bao h¬i ra ¸p kÕ ph¶i ®Æt van 3 ng¶ cã èng xi ph«ng. Trong èng xi ph«ng cã chøa n−íc hoÆc kh«ng khÝ ®Ó b¶o vÖ ®ång hå khái bÞ m«i chÊt ph¸ háng. ë ng· thø ba cña van sÏ nèi ®ång hå mÉu ®Ó kiÓm tra ®é chÝnh x¸c cña ®ång hå ®ang dïng, kiÓm tra xem ®ång hå cã lµm viÖc kh«ng. H×nh 10.17 biÓu diÔn van 3 ng·.

Trªn mÆt ¸p kÕ cã thang chia ®é, thang chia ®é cña ®ång hå ®−îc chän theo ¸p suÊt lµm viÖc cña lß. Th«ng th−êng chän gi¸ trÞ lín nhÊt cña thang chia ®é b»ng 1,5 lÇn ¸p suÊt lµm viÖc

223

cña lß. Víi çc thiÕt bÞ ¸p lùc, ®−êng kÝnh mÆt ®ång hå nhá nhÊt lµ 110mm. L¾p ®Æt ®ång hå: NÕu ¸p kÕ ë ngang tÇm m¨t th× ®−îc ®Æt th¼ng ®øng. NÕu ¸p kÕ ë trªn tÇm

m¾t, xa kho¶ng 2m th× ph¶i ®Æt nghiªng kho¶ng 300.

H×nh 10.17. van 3 ng·

4.6.4.1. B¬m n−íc cÊp

* NhiÖm vô cña b¬m n−íc cÊp: b¬m n−íc cÊp cã nhiÖm vô cÊp n−íc cho lß trong qu¸

tr×nh lß lµm viÖc. Mçi lß h¬i th−êng yªu cÇu ph¶i cã Ýt nhÊt 2 b¬m n−íc cÊp. Riªng ®èi víi nh÷ng lß c«ng suÊt nhá h¬n 500kg/h cã thÓ cho phÐp dïng 1 b¬m.

* CÊu t¹o b¬m cÊp: cã 2 lo¹i b¬m cÊp, b¬m piston vµ b¬m ly t©m .

+ B¬m pit t«ng: B¬m piston th−êng cã ¸p suÊt cao nh−ng s¶n l−îng kh«ng lín nªn th−êng dïng cho çc lß h¬i nhá. Trong çc xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp, ë çc lß h¬i nhá th−êng dïng b¬m pit t«ng ch¹y b»ng h¬i lµm b¬m gi÷ tr÷ phßng khi mÊt ®iÖn.

+ B¬m ly t©m: Çc lß h¬i cña nhµ m¸y ®iÖn th−êng lµm viÖc ë ¸p suÊt cao nªn ph¶i dïng b¬m ly t©m nhiÒu cÊp (nhiÒu l¸t), mçi mét cÊp gåm mét d·y çnh ®éng vµ mét d·y çnh tÜnh, sè l−îng cÊp tïy thuéc vµo ¸p suÊt cña lß. Khi chän b¬m ph¶i l−u ý, ¸p suÊt b¬m ph¶i lín h¬n ¸p suÊt m«i chÊt trong bao h¬i ë møc cã thÓ kh¾c phôc ®−îc trë lùc ®−êng èng dÉn tõ b¬m ®Õn bao h¬i. CÊu t¹o cña b¬m ly t©m ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.18.

H×nh 10.18. B¬m ly t©m.

a) b¬m mét cÊp; 1-cæ vµo, 2-Çnh ®éng, 3-vá, 4-miÖng ra,

b) b¬m nhiÒu cÊp

1, 2, 3, 4. çc tÇng çnh ®éng

224

Çc çnh ®éng ®−îc ®−îc g¾n trªn rotor cña b¬m, cßn tÊt c¶ çc çnh tÜnh g¾n trªn th©n

b¬m gäi lµ stato. Khi lµm viÖc, trôc cña b¬m quay tøc lµ çc çnh ®éng quay, nÐn n−íc trong b¬m lµm cho ¸p suÊt t¨ng dÇn tõ ®Çu vµo tíi ®Çu ra.

B¬m ®−îc cã thÓ ®−îc dÉn ®éng b»ng ®éng c¬ ®iÖn hoÆc tuèc bin h¬i. §èi víi çc b¬m cã c«ng suÊt lín cña çc nhµ m¸y ®iÖn th−êng ®−îc dÉn ®éng b»ng tuabin h¬i.

Th«ng sè quan träng cña b¬m lµ: cét ¸p ®Çu ®Èy, ®Çu hót vµ l−u l−îng b¬m.

10.3.2. èng thñy

10.3.2.1. NhiÖm vô èng thñy

èng thñy lµ mét thiÕt bÞ rÊt quan träng cña lß h¬i, dïng ®Ó theo dâi møc n−íc trong lß h¬i. èng thñy ®−îc nèi víi lß h¬i theo nguyªn t¾c b×nh th«ng nhau, mét ®Çu cña èng thñy ®−îc nèi víi khoang h¬i, mét ®Çu ®−îc nèi víi khoang n−íc, ®−îc nèi sao cho møc n−íc cña lß n»m gi÷a èng thñy.

Víi lß h¬i èng löa ®øng, qui ®Þnh møc n−íc trong qu¸ tr×nh lß lµm viÖc lu«n ngËp 2/3-3/4 èng löa. Víi lß h¬i èng löa n»m ngang, qui ®Þnh møc n−íc trong lß cao h¬n èng löa trªn cïng lµ 10cm. §èi víi lß bao h¬i th× møc n−íc lµ gi÷a bao h¬i. 10.3.2.2. Çc lo¹i èng thñy

Th−êng cã hai lo¹i èng thñy: èng thñy s¸ng vµ èng thñy tèi.

* èng thñy s¸ng: èng thñy s¸ng cho phÐp nh×n thÊy møc n−íc qua èng thñy tinh nÕu lµ èng thñy trßn, hoÆc qua tÊm thñy tinh nÕu lµ èng thñy dÑt. ë ®©y èng hoÆc tÊm thñy tinh ®Òu lµ thñy tinh chÞu nhiÖt.

èng thñy tinh cña èng thñy trßn chÞu lùc kÐm dÔ bÞ vì, do ®ã th−êng ®−îc dïng cho çc lß h¬i cã ¸p suÊt thÊp, nhiÖt ®é n−íc nhá h¬n 2500C. ë çc lß ¸p suÊt cao, ng−êi ta th−êng dïng èng thñy dÑt. CÊu t¹o çc lo¹i èng thñy ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 10.20 vµ 10.21.

225

Theo qui ph¹m an toµn lß h¬i th× mçi lß h¬i ph¶i cã Ýt nhÊt lµ 2 èng thñy ®Æt ®éc lËp víi

nhau.

* èng thñy tèi: §èi víi nh÷ng lß h¬i nhá, diÖn tÝch bÒ mÆt ®èt nhá h¬n 100m2, cã thÓ cho phÐp thay thÕ mét èng thñy s¸ng b»ng mét èng thñy tèi. èng thñy tèi th−êng gåm 3 van ®−îc nèi ë møc n−íc cao nhÊt, trung b×nh vµ thÊp nhÊt cña lß. §èi víi lo¹i nµy, khi cÇn kiÓm tra n−íc ë møc nµo th× më van ®ã.

§Ó cã thÓ tõ phßng ®iÒu khiÓn trung t©m theo dâi ®−îc møc n−íc ë bao h¬i trªn cao, ng−êi ta dïng èng thñy d−íi (èng thñy kÐo dµi). H×nh 10.22 biÓu diÔn èng thñy d−íi cña lß h¬i.

H×nh 10.21. èng thñy d−íi

10.4. HÖ thèng th«ng giã 10.4.1. NhiÖm vô cña hÖ thèng th«ng giã HÖ thèng th«ng giã cã nhiÖm vô võa cung cÊp ®Çy ®ñ kh«ng khÝ ®Ó ®èt ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu, ®ång thêi th¶i khãi ra khái lß ®Ó lß lµm viÖc liªn tôc vµ æn ®Þnh. §Ó thùc hiÖn nhiÖm vô ®ã cã thÓ dïng ba lo¹i thiÕt bÞ: èng khãi, qu¹t cÊp giã vµ qu¹t hót khãi. Tuú thuéc vµo c«ng suÊt lß h¬i (trë lùc cña hÖ thèng) ta cã thÓ dïng mét, hai hay c¶ ba lo¹i thiÕt bÞ trªn.

H×nh 10.19. èng thñy dÑt. 1-tÊm thñy tinh; 2-hép kim lo¹i;

H×nh 10.20. èng thñy trßn. 1. èng thñy tinh; 5-hép kim lo¹i; 2, 3, 4 van nèi èng thñy víi lß;

226

§èi víi çc lß h¬i nhá, cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, ®èt than ®¸ hay gç, trë lùc cña ®−êng cÊp kh«ng khÝ vµo vµ th¶i khãi ra còng rÊt nhá nªn cã thÓ th«ng giã tù nhiªn b»ng lùc tù hót cña èng khãi. Khi ®ã chiÒu cao èng khãi t¹o nªn lùc hót ®ñ kh¾c phôc ®−îc trë lùc cña ®−êng giã vµ ®−êng khãi ®Ó hót khãi ra khái lß.

§èi víi çc lß h¬i ghi thñ c«ng, kh«ng cã bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i, trë lùc cña ®−êng cÊp kh«ng khÝ vµo vµ th¶i khãi ra còng kh«ng lín l¾m nªn chØ cÇn qu¹t giã thæi kh«ng khÝ vµo cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu, cßn chiÒu cao cña èng khãi sÏ t¹o nªn lùc hót ®Ó hót khãi ra khái lß.

Víi çc lß h¬i lín cã bÒ mÆt ®èt phÇn ®u«i, trë lùc ®−êng cÊp kh«ng khÝ vµ th¶i khãi rÊt lín nªn th−êng dïng c¶ qu¹t giã vµ qu¹t khãi. Qu¹t giã cã nhiÖm vô cung cÊp kh«ng khÝ cho qu¸ tr×nh ch¸y, tøc lµ cã thÓ kh¾c phôc®−îc trë lùc tõ qu¹t ®Õn miÖng phun, cßn qu¹t khãi cã nhiÖm vô hót khãi ra khái lß tøc lµ kh¾c phôc®−îc trë lùc tõ buång löa ®Õn qu¹t. Qu¹t giã vµ qu¹t khãi t¹o nªn hÖ thèng th«ng giã cho lß h¬i, hÖ thèng ®ã gäi lµ hÖ thèng th¨ng b»ng, lu«n t¹o cho ¸p suÊt cña khãi tõ buång löa ®Õn khi ra khái lß nhá h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn mét Ýt ®Ó tr¸nh khãi ph× ra xung quanh. Khi ®ã chiÒu cao èng khãi ®−îc tÝnh to¸n ®Ó th¶i khãi ra ngoµi ®¶m b¶o vÖ sinh m«i tr−êng.

10.4.2. Trë lùc cña hÖ thèng th«ng giã Trë lùc cña hÖ thèng th«ng giã gåm: trë lùc ma s¸t däc kªnh dÉn, trë lùc côc bé khi thay ®æi tiÕt diÖn hoÆc chuyÓn h−íng dßng ch¶y, trë lùc khi ®i qua côm èng hay thiÕt bÞ, trë lùc thuû tÜnh vµ trë lùc gia tèc. Khi m«i chÊt ®i trong kªnh dÉn rçng th× çc trë lùc cã thÓ ®−îc tÝnh riªng rÏ, cßn khi ®i qua côm èng, thiÕt bÞ khö bôi . . . th× cã thÓ tÝnh gép vµi lo¹i trë lùc víi nhau. 10.4.2.1. Trë lùc ma s¸t: Trë lùc ma s¸t lµ trë lùc g©y nªn bëi lùc ma s¸t gi÷a dßng vµ bÒ mÆt v¸ch.

Trong lß h¬i dßng khãi vµ kh«ng khÝ lµ dßng kh«ng ®¼ng nhiÖt nªn trë lùc ma s¸t ®−îc tÝnh:

0,5832

ms mstd v

l Th ,d 2 T

⎛ ⎞ω∆ = λ ρ ⎜ ⎟

⎝ ⎠Pa (10-1)

Trong ®ã:

λms lµ hÖ sè ma s¸t cña bÒ mÆt v¸ch l lµ chiÒu dµi kªnh dÉn, m, dtd lµ ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng cña kªnh dÉn, m,

ρ lµ khãi l−îng riªng cña dßng lÊy theo ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é trung b×nh cña dßng, kg/m3,

ω lµ tèc ®é dßng lÊy theo nhiÖt ®é trung b×nh t¹i tiÕt diÖn nhá nhÊt, m/s T, Tv lµ nhiÖt ®é dßng m«i chÊt vµ nhiÖt ®é v¸ch, 0K,

HÖ sè ma s¸t cña bÒ mÆt v¸ch λms phô thuéc vµo trÞ sè R©yn«n vµ ®é nh¸m cña v¸ch, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm ®èi víi çc èng nh½n bãng nh− sau:

Khi Re < 2000, λms = v

64Re

, (10-2a)

Re = 2.103 ÷ 4. 103, λms = 0,4, (10-2b)

Re = 4.103 ÷ 105, λms = 4

v

0,3164Re

, (10-2c)

227

Re > 105, λms = ( )2,4

v

0,857lg Re

, (10-2d)

Trong thùc tÕ, çc kªnh dÉn, èng dÉn lu«n cã ®é nh¸m nªn th−êng dïng çc c«ng thøc vµ hÖ sè ma s¸t thùc nghiÖm nh− sau:

Khi 7 /8td

k 30d Re

≥ th× ms

3

td

0,19k

d

λ = , (10-3)

Trong lß h¬i, ®èi víi èng thÐp lÊy k b»ng (0,1-0,2).10-3m, víi kªnh dÉn bª t«ng hoÆc g¹ch lÊy b»ng 2,5.10-3m, víi bé sÊy kh«ng khÝ b»ng gang cã çnh lÊy b»ng 0,85. 10-3m.

Víi ®−êng dÉn khãi mÆt trong b»ng thÐp, λms = 0,02; Víi ®−êng dÉn khãi mÆt trong b»ng g¹ch, λms = 0,04; Th«ng th−êng trong tÝnh to¸n nhiÖt lß h¬i trë lùc ma s¸t ®−îc tra theo çc to¸n ®å ®−îc

x©y dùng tõ c«ng thøc (10-2). 10.4.2.2. Trë lùc côc bé: Trë lùc côc bé lµ trë lùc t¹o nªn khi thay ®æi h−íng chuyÓn ®éng cña dßng hay tiÕt diÖn dßng thay ®æi ®ét ngét (®ét thu hoÆc ®ét më).

2

cb cbh ,2ω

∆ = ξ ρ N/m2. (10-4)

ξ lµ hÖ sè trë lùc côc bé,

ρ lµ khèi l−îng riªng cña dßng lÊy theo ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é trung b×nh, kg/m3,

ω lµ tèc ®é dßng lÊy theo tõng tr−êng hîp cô thÓ, m/s + Khi tiÕt diÖn thay ®æi ®ét ngét:

Khi tiÕt diÖn dßng thay ®æi ®ét ngét (®ét thu hoÆc ®ét më) th× hÖ sè trë lùc côc bé khi vµo ξv vµ ra ξr khái mét èng riªng lÎ th× lÊy theo ®å thÞ h×nh 10.22. NÕu dßng vµo vµ ra khái mét côm èng cã ®−êng kÝnh d (m), b−íc èng ngang s1 (m), b−íc èng däc s2 (m) th× lÊy çc hÖ sè trë lùc khi vµo ξv vµ ra ξr theo b¶ng 10-3, trong ®ã ftb = 0,785d2/s1.s2 .

H×nh 10.22. ®å thÞ hÖ sè trë lùc vµo ξv vµ ra ξr

B¶ng 10-2. hÖ sè trë lùc vµo vµ ra khái côm èng ftb 0,1 0,20 0,3 0,40 0,5 0,6 0,7 0,8 0.9

ξv 0,9 0,70 0,55 0,40 0,27 0,20 0,10 0,05 0,02

ξr 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05

+ Khi dßng thay ®æi h−íng: Khi dßng thay ®æi h−íng, hÖ sè trë lùc côc bé phô thuéc vµo møc ®é uèn dßng, h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc èng dÉn, ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

ξ = ξ0.K.B.C (10-5)

trong ®ã: ξ0 lµ hÖ sè trë lùc côc bé gèc tra theo to¸n ®å, K lµ hÖ sè hiÖu chØnh ®é nh¸m bÒ mÆt tra theo ®å thÞ, B lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ gãc uèn dßng tra theo ®å thÞ, gãc 900 th× B = 1,

228

C lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ h×nh d¸ng tiÕt diÖn èng tra theo ®å thÞ, tiÕt diÖn trßn hoÆc vu«ng lÊy C = 1.

H×nh 10.23. ®å thÞ hÖ sè hiÖu chØnh K H×nh 10.24. ®å thÞ hÖ sè hiÖu chØnh B H×nh 10.25. ®å thÞ hÖ sè hiÖu chØnh C

+ Çc trë lùc khi dßng ph©n nh¸nh hoÆc nhËp dßng, trë lùc ë miÖng ra qu¹t giã vµ vµo qu¹t khãi, çc hép nèi bé sÊy, vßi phun, ghi, thiÕt bÞ khö bôi . . . ®−îc cho theo b¶ng hoÆc çc to¸n ®å tuú tõng tr−êng hîp cô thÓ. 10.4.2.3. Trë lùc khi dßng ch¶y ngang qua côm èng: Trë lùc khi dßng ch¶y vu«ng gãc ngang qua côm èng ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

∆hcb = ∆h + ∆ht , Pa, (10-6) Trong ®ã:

∆h lµ trë lùc côm èng phô thuéc vµo cÊu t¹o côm èng, Pa;

∆ht lµ thay ®æi ¸p lùc ®éngcña dßng do thay ®æi tèc ®é, Pa. * Trë lùc côm èng phô thuéc vµo cÊu t¹o côm èng ®−îc tÝnh: + §èi víi côm èng so le:

Khi 2

1

1 d / ss / d 1+

≤−

0,5 th×

( )2

025h 2,8 Z 1 Re2

− ω∆ = + ρ ,Pa; (10-7)

Khi 2

1

1 d / s 0,5s / d 1+

⟩−

th×

( )2

0252

1

1 d / sh 3,86 Z 1 Res / d 1 2

−+ ω∆ = + + ρ

−,Pa; (10-8)

+ §èi víi côm èng song song: n 2

m2

1

s / d 0,8h 0,53 Z Re , Pas / d 1 2

⎛ ⎞− ω∆ = ρ⎜ ⎟−⎝ ⎠

; (10-9)

Sè mò n = 2,5 khi 2

1

s / d 0,8 1s / d 1

−≤

− vµ n = 2,0 khi 2

1

s / d 0,8 1s / d 1

−⟩

−.

Sè mò m = 0,138

1

2

s / d 10,88. 1s / d 0,8⎡ ⎤−

−⎢ ⎥−⎣ ⎦ khi s2/d ≥ 1,24;

vµ m = 0,138

2 1

2

s s / d 10,88. 1d /1,24 s / d 0,8

⎡ ⎤−−⎢ ⎥−⎣ ⎦

khi s2/d < 1,24.

Çc gi¸ trÞ ë çc c«ng thøc tõ (10-7) ®Õn (10-9) còng cã thÓ tra ®−îc theo to¸n ®å. Khi dßng ch¶y xiªn (kh«ng vu«ng gãc) qua côm èng th× trë lùc còng ®−îc tÝnh theo c«ng

229

thøc trªn, nh−ng tèc ®é dßng ph¶i tÝnh b»ng 1,07 tèc ®é dßng ch¶y vu«ng gãc víi èng.

10.4.2.3. Çc l−u ý khi tÝnh trë lùc cña hÖ thèng th«ng giã lß h¬i:

* §èi víi tÝnh to¸n chung: Çc trë lùc ®−îc x¸c ®Þnh nhê çc c«ng thøc vµ to¸n ®å trªn khi tèc ®é ®−îc tÝnh ë ®iÒu

kiÖn tiªu chuÈn (nhiÖt ®é 200C vµ ¸p suÊt 0,0981Mpa vµ kh«ng cã b¸m bÈn). Do ®ã cÇn ph¶i hiÖu chØnh thªm vÒ b¸m bÈn, vÒ khèi l−îng riªng theo nhiÖt ®é, ¸p suÊt chÊt khÝ, vÒ nèng ®é bôi trong khãi.

* §èi víi côm èng lß: Trë lùc cña dßng khãi chuyÓn ®éng ngang qua côm èng ®−îc tÝnh theo 10.4.2.3. Vµ chó ý

thªm trªn bÒ mÆt côm èng cã b¸m bÈn nªn khi tÝnh trë lùc ph¶i nh©n thªm hÖ sè hiÖu chØnh vÒ b¸m bÈn kbb, x¸c ®Þnh nh− sau:

- §èi víi lß cã dµn èng ngang lÊy k = 1,05 khi ®èt khÝ, dÇu, gç vµ lÊy 1,15 khi ®èt than; - §èi víi lß cã dµn èng n−íc ®øng lÊy k = 0,9 khi ®èt khÝ, dÇu, gç vµ lÊy 1,0 khi ®èt than; * §èi víi côm èng xo¾n bé qu¸ nhiªt, bé h©m n−íc:

ë ®©y khãi ®i c¾t ngang qua côm èng. HÖ sè hiÖu chØnh vÒ b¸m bÈn kbb, x¸c ®Þnh nh− sau: - Bé qu¸ nhiÖt lÊy k = 1,3; - Bé h©m n−íc: èng tr¬n k= 1,3; èng cã çnh k = 2. * §èi víi bé sÊy kh«ng khÝ: §èi víi bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng th× cã c¶ trë lùc phÝa khãi vµ phÝa kh«ng khÝ. Trë lùc

phÝa khãi gåm trë lùc ma s¸t khi khãi l−u ®éng trong èng vµ trë lùc khãi vµo vµ ra khái bé sÊy theo 10.4.2.1 vµ 10.4.2.2. Trë lùc phÝa kh«ng khÝ khi kh«ng khÝ chay ngang qua ngoµi èng sÏ cã trë lùc dßng c¾t ngang qua côm èng vµ trë lùc çc hép nèi tÝnh theo 10.4.2.3.

§èi víi bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu quay (håi nhiÖt), Trë lùc ma s¸t còng ®−îc tÝnh theo (10-1), trong ®ã hÖ sè ma s¸t λ x¸c ®Þnh theo çc c«ng thøc thùc nghiÖm nh− sau:

- Lo¹i çnh roto d¹ng tÊm ph¼ng, víi Re < 1,4.103 lÊy λ = 90/Re;

víi Re ≥ 1,4.103 lÊy λ = 0,35.Re-0,25;

- Lo¹i çnh roto d¹ng tÊm l−în sãng, víi Re < 1,4.103 lÊy 33.Re-0,8;

víi Re ≥ 1,4.103 lÊy λ = 0,6.Re-0,25; * Trë lùc côc bé cña bé khö bôi : Trë lùc côc bé cña bé khö bôi ®−îc x¸c ®Þnh:

2

kbh . . ,2ω

∆ = ξ ρ Pa; (10-10)

ë ®©y hÖ sè trë lùc ξkb cña bé khö bôi lÊy theo thùc tÕ, tuú thuéc tõng lo¹i thiÕt bÞ khö bôi. * Trë lùc cña èng khãi: Trë lùc cña èng khãi gåm trë lùc ma s¸t däc èng, trë lùc thuû tÜnh vµ trë lùc ®éng. Trë lùc ma s¸t däc èng ®−îc tÝnh theo (10-1), tÝnh cho mét mÐt chiÒu cao èng khãi:

0,5832tb

ok mstd v

l Th ,d 2 T

⎛ ⎞ω∆ = λ ρ ⎜ ⎟

⎝ ⎠Pa (10-11)

230

λ lµ hÖ sè ma s¸t, lÊy theo thùc nghiÖm nh− sau:

èng khãi b»ng thÐp, λms = 0,02; èng khãi b»ng bª t«ng hay g¹ch, λms = 0,04;

Tèc ®é khãi tÝnh theo gi¸ trÞ trung b×nh, m/s:

ktb 2

tb

V2830d

ω = ,m/s. (10-12)

ë ®©y: dtb lµ ®−êng kÝnh trung b×nh, ®−îc tÝnh:

1 2tb

1 2

2d ddd d

=+

, m

d1, d2 lµ ®−êng kÝnh ë cöa vµo vµ ra cña èng khãi. Vk lµ thÓ tÝch khãi ®i qua èng khãi, tÝnh theo nhiÖt ®é trung b×nh.

tb 1 ok1t t t.H2

= − ∆ , 0C (10-13)

t1 lµ nhiÖt ®é khãi ®i vµo èng khãi, 0C; Hok lµ chiÒu cao èng khãi,m; t∆ lµ møc gi¶m nhiÖt ®é cña khãi theo 1m chiÒu cao èng khãi, phô thuéc vµo cÊu t¹o èng khãi, cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc:

CtD

∆ = , 0C/m (10-14)

C lµ hÖ sè phô thuéc cÊu t¹o èng khãi ®−îc chän theo kinh nghiÖm: èng khãi b»ng thÐp lÊy C = 0,5; èng khãi b»ng thÐp lãt g¹ch lÊy C = 0,42; èng khãi b»ng g¹ch chiÒu dµy d−íi 0,5m lÊy C = 0,21; chiÒu dµy trªn 0,5m lÊy C = 0,105; D lµ s¶n l−îng h¬i, kg/s. Tèc ®é khãi ra khái èng khãi khi th«ng giã tù nhiªn th−êng lÊy trong kho¶ng tõ 6-10m/s,

kh«ng ®−îc nhá h¬n 4m/s ®Ó tr¸nh hiÖn t−îng gÝo thæi ng−îc vµo trong èng khãi. Khi th«ng giã c−ìng bøc th× lÊy tõ 10-20m/s.

* Lùc tù hót cña èng khãi: Lùc tù hót ®−îc t¹o nªn bëi ®é chªnh ¸p suÊt thuû tÜnh cña dßng ë miÖng ra vµ vµo èng

khãi. Khi khãi nãng chuyÓn ®éng trong èng, do nhiÖt ®é khãi cao h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ xung

quanh nªn ®· t¹o ra chªnh lÖch khèi l−îng riªng cña dßng khãi víi kh«ng khÝ bªn ngoµi. Khi dßng khãi ®i xuèng chªnh lÖch nµy sÏ lµ lùc c¶n trë chuyÓn ®«ng, ®−îc gäi lµ trë lùc. Khi dßng khãi ®i lªn, chªnh lÖch nµy sÏ lùc thóc ®Èy chuyÓn ®«ng, ®−îc gäi lµ lùc tù hót. §èi víi dßng khÝ l¹nh th× ng−îc l¹i.

Lùc tù hót ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

( )th 2 1 kk 0tb

273h h h273 t

⎛ ⎞= − ρ −ρ⎜ ⎟+⎝ ⎠

, Pa (10-15)

10.4.3. TÝnh to¸n trë lùc cña hÖ thèng th«ng giã 10.4.3.1. Tæng trë lùc cña ®−êng khãi:

231

Tæng trë lùc cña ®−êng khãi lµ tæng trë lùc tõ miÖng vßi phun cña buång löa lß h¬i ®Õn èng khãi.

- Tæng trë lùc cña ®−êng khãi tõ lß h¬i ®Õn èng khãi ®−îc tÝnh:

( ) kl-kb kb-ok

760H= h 1 h1,293 p⎛ ⎞ρ⎡ ⎤∆ ∆ +µ + ∆ ⎜ ⎟⎣ ⎦ ⎝ ⎠

∑ ∑ , Pa; (10-16)

Trong ®ã: ∆hl-kb , ∆hkb-ok lµ trë lùc tõ lß ®Õn khö bôi vµ tõ khö bôi ®Õn èng khãi, Pa;

ρk0 lµ khèi l−îng riªng khãi ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn (00C vµ 760mmHg);

p lµ ¸p suÊt kh«ng khÝ trong gian lß;

µ lµ nång ®é tro bôi trong khãi, kg/m3;

- ë ®©y cÇn l−u ý ph¶i tÝnh ®Õn lùc tù hót cña b¶n th©n buång löa. Khi buång löa lµm viÖc víi ¸p suÊt ©m th× buång löa ph¶i ®¶m b¶o ®é ch©n kh«ng tèi thiÓu ®Ó tr¸nh ph× khãi ra ngoµi, th«ng th−êng ë cöa ra buång löa (tr−íc pheston) cã ¸p suÊt ©m ''

blh :

''blh = 10 ÷ 20 Pa, (10-17)

- V× buång löa cã chiÒu cao t−¬ng ®èi, ®ång thêi nhiÖt ®é khãi trong buång löa rÊt cao nªn chªnh lÖch ¸p suÊt thuû tÜnh trong tr−êng hîp nµy sÏ t¹o nªn lùc tù hót ∆Hth. Khi ®ã tæng trë lùc cña ®−êng khãi dïng ®Ó chän qu¹t khãi khi th«ng giã c−ìng bøc hoÆc tÝnh ®é cao èng khãi khi th«ng giã tù nhiªn sÏ lµ:

∆Htong = ∆H + ''blh - ∆Hth, (10-18)

∆Htong = ( ) kl-kb kb-ok

760h 1 h1,293 p⎛ ⎞ρ⎡ ⎤∆ +µ + ∆ ⎜ ⎟⎣ ⎦⎝ ⎠

∑ ∑ + ''blh - ∑hth, (10-19)

trong ®ã ∑hth lµ tæng lùc tù hót cña ®−êng khãi ch−a kÓ èng khãi. 10.4.3.2. Tæng trë lùc cña ®−êng giã: Tæng trë lùc cña ®−êng giã lµ tæng trë lùc tõ qu¹t giã ®Õn miÖng vßi phun còng tÝnh t−¬ng tù nh− ®èi víi ®−êng khãi , cÇn l−u ý thªm c¸c ®iÓm sau ®©y:

- NÕu cã t¸i tuÇn hoµn kh«ng khÝ nãng th× cÇn tÝnh thªm trë lùc cña ®−êng t¸i tuÇn hoµn; - Ph¶i kÓ ®Õn trë lùc líp nhiªn liÖu hay vßi phun.

Trë lùc cña vßi phun lµ: 2

vp vph . . ,2ω

∆ = ξ ρ Pa; (10-20)

trong ®ã:

ω lµ tèc ®é gÝo cÊp hai ra khái vßi phun;

ξvp lµ trë lùc côc bé cña vßi phun phô thuéc vµo lo¹i vßi phun. - Ph¶i kÓ ®Õn ®é ch©n kh«ng t¹i miÖng vßi phun ®−îc t¹o ra do ®é ch©n kh«ng t¹i cöa ra

buång löa lµ ''blh = 10 ÷ 20 Pa céng thªm lùc tù hót cña buång löa tÝnh theo chiÒu cao

tõ vßi phun lªn ®Õn cöa ra buång löa. Khi ®ã ¸p suÊt ch©n kh«ng ë ®Çu ra vßi phun lµ:

hvp = ''blh + 0,05h, Pa.

trong ®ã h lµ ®é cao tõ vßi phun ®Õn cöa ra buång löa. Nh− vËy tæng trë lùc ®−êng kh«ng khÝ lµ:

∆Htong = ∆Hqg-vp - hvp - ∆Hth, (10-21)

trong ®ã ∆Hth lµ tæng lùc tù hót cña ®−êng kh«ng khÝ.

232

10.4.4. TÝnh to¸n hÖ thèng th«ng giã

10.4.4.1. TÝnh hÖ thèng th«ng giã tù nhiªn Trong th«ng giã tù nhiªn, èng khãi sÏ t¹o lùc hót kh¾c phôc tÊt c¶ c¸c trë lùc cña hÖ thèng th«ng giã, do ®ã chiÒu cao vµ ®−êng kÝnh èng khãi ph¶i ®−îc tÝnh ®Ó t¹o ®−îc lùc hót vµ th¶i ®−îc khãi ra ngoµi víi tèc ®é trªn 6m/s, ®ång thêi ®¸p øng yªu cÇu vÒ an toµn vÖ sinh m«i tr−êng.

+ ChiÒu cao èng khãi ®−îc tÝnh tõ c«ng thøc:

Hok.g.(ρkk - ρk) = 1,2∆htg + 1,1∆hd + Hok.∆hok, Pa, (10-22) Trong ®ã: Hok lµ chiÒu cao èng khãi; G = 9,81m/s2 lµ gia tèc träng tr−êng;

ρkk lµ khèi l−îng riªng cña kh«ng khÝ trong gian lß;

ρk lµ khèi l−îng riªng cña khãi ë nhiÖt ®é trung b×nh trong èng khãi;

∆htg lµ tæng trë lùc cña ®−êng kh«ng khÝ vµ khãi,

∆hd lµ trë lùc ®éng cña khãi khi thay ®æi tèc ®é vµo vµ ra;

∆hok lµ trë lùc cña 1m chiÒu cao èng khãi; 1,2 vµ 1,1 lµ hÖ sè an toµn.

( )

tg dok

kk k ok

1,2 h 1,1 hH

g h∆ + ∆

=ρ −ρ − ∆

, m, (10-23)

HiÖu chØnh theo ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt ta cã chiÒu cao cÇn thiÕt cña èng khãi:

0k

tg d

ok 00 k

kk k ok

7601,2 h 1,1 h273 pH

273 p 760g h273 t 760 1,293 p

ρ∆ + ∆=

ρ⎛ ⎞ρ −ρ − ∆⎜ ⎟+⎝ ⎠

, m, (10-24)

ë ®©y: p lµ ¸p suÊt kh«ng khÝ trong gian lß;

ρk0 lµ khèi l−îng riªng khãi ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn;

+ §−êng kÝnh miÖng ra cña èng khãi ®−îc tÝnh to¸n nh»m ®¶m b¶o tèc ®é khãi ra khái èng khãi ω2:

k

22

273 tV .273d 2

.

+

=π ω

, m, (10-25)

§−êng kÝnh ch©n èng khãi ®−îc lÊy: d1 = d1 nÕu èng khãi b»ng thÐp; d2 > d1 + 0,02Hok nÕu

èng khãi b»ng bª t«ng v× ph¶i ®¶m b¶o ®é c«n èng khãi kh«ng nhá h¬n 2%. 10.4.4.2. TÝnh hÖ thèng th«ng giã c−ìng bøc §èi víi c¸c lß h¬i cã th«ng giã c−ìng bøc, cÇn thiÕt ph¶i tÝnh qu¹t giã vµ qu¹t khãi thÝch hîp ®Ó kh¨ch phôc ®−îc trë lùc cña ®−êng giã vµ ®−êng khãi, cßn chiÒu cao èng khãi chØ cÇn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn vÖ sinh m«i tr−êng. * ChiÒu cao èng khãi: ChiÒu cao tèi thiÓu èng khãi ®−îc tÝnh to¸n theo tiªu chuÈn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn vÖ sinh m«i tr−êng. Th«ng th−êng chän theo linh nghiÖm. Víi lß h¬i c«ng nghiÖp,

233

chiÒu cao èng khãi kh«ng d−íi 14-16m ; lÊy b»ng 30m víi lß h¬i s¶n l−îng d−íi 5t/h; lÊy 45m víi lß h¬i tõ 5-15t/h vµ 60m víi lß h¬i tõ 15-50t/h.

* TÝnh chän qu¹t giã- qu¹t khãi §Ó t¹o ¸p lùc t−¬ng ®èi lín th× qu¹t giã vµ qu¹t khãi th−êng dïng qu¹t ly t©m ®−îc dÉn

®éng cã thÓ b»ng ®éng c¬ ®iÖn hoÆc tuèc bin h¬i. Nguyªn lý cÊu t¹o qu¹t ly t©m ®−îc chØ ra trªn h×nh 10.26.

H×nh 10.26. Nguyªn lý cÊu t¹o qu¹t ly t©m.

a) qu¹t ly t©m; b) qu¹t h−íng trôc.

H×nh 10.27. H×nh kh«ng gian qu¹t ly t©m.

1- ®Çu ®Èy; 2- ®Çu hót; 3- hép giã; 4- gi¸ ®ì; 5- c¸nh qu¹t; 6- gèi ®ì; 7- khíp nèi trôc; 8- ®éng c¬ kÐo

C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt cña qu¹t: §Æc tÝnh kü thuËt cña qu¹t lµ l−u l−îng, ¸p suÊt ®Çu hót vµ ®Çu ®Èy, c«ng suÊt.

* L−u l−îng qu¹t giã: + Khi kh«ng cã t¸i tuÇn hoµn kh«ng khÝ nãng:

( ) 0 kklg g1 tt bl bl ng s kk

273 tV B V273+

= β α − ∆α − ∆α + ∆α , m3/h, (10-26)

+ Khi cã t¸i tuÇn hoµn kh«ng khÝ nãng:

( ) 0 kklg g1 tt bl bl ng s kk

273 tV B V 1 x273+⎛ ⎞= β α − ∆α − ∆α + ∆α +⎜ ⎟

⎝ ⎠, m3/h, (10-27)

trong ®ã:

234

β1 lµ hÖ sè an toµn, β1 = 1,1; Btt lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n, (kg/h),

αbl lµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa trong buång löa;

∆αbl lµ hÖ sè kh«ng khÝ lät vµo buång löa;

∆αng lµ hÖ sè kh«ng khÝ l¹nh lät vµo hÖ thèng nghiÒn than;

∆αs lµ hÖ sè kh«ng khÝ l¹nh lät vµo bé sÊy kh«ng khÝ; V0

lµ l−îng kh«ng khÝ lÝ thuyÕt, (m3 tc/kg),

tkkl lµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ l¹nh, (0C), x lµ tû lÖ phÇn tr¨m kh«ng khÝ t¸i tuÇn hoµn. * L−u l−îng qu¹t khãi

( )0 thk k1 tt th dk kk

273 tV B V V273+

= β + ∆α , m3/h, (10-28)

Vth: L−îng khãi th¶i ra khái lß, (m3 tc/kg),

tth: nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß, (0C), ∆αdk: hÖ sè kh«ng khÝ l¹nh lät trong ®−êng khãi. Khi kh«ng cã thiÕt bÞ khö bôi lÊy ∆αdk = 0,02; khi cã thiÕt bÞ khö bôi b»ng ®iÖn lÊy ∆αdk = 0,2; khi cã thiÕt bÞ khö bôi b»ng ®iÖn vµ khö bôi xyclon lÊy ∆αdk = 0,25.

* ¸p suÊt ®Çu ®Èy cña qu¹t giã:

¸p suÊt ®Çu ®Èy cña qu¹t giã ph¶i ®¶m b¶o kh¾c phôc ®−îc tæng trë lùc cña ®−êng giã ∆Hg

tong ®· ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (10-21) nh©n thªm hÖ sè an toµn b»ng βg2 = 1,1:

Hg = βg2.∆Hgtong, Pa, (10-29)

* ¸p suÊt ®Çu hót cña qu¹t khãi:

¸p suÊt ®Çu hót cña qu¹t khãi ph¶i ®¶m b¶o kh¾c phôc ®−îc tæng trë lùc cña ®−êng khãi ∆Hk

tong ®· ®−îc tÝnh theo c«ng thøc (10-19) nh©n thªm hÖ sè an toµn b»ng βk2 = 1,1:

Hk = βk2.∆Hktong, Pa, (10-30)

* C«ng suÊt cña qu¹t giã:

g gg

g

V .HN 1,1.

3600=

η, Kw;

* C«ng suÊt cña qu¹t khãi:

k kk

k

V .HN 1,1.3600

=η

, Kw;

Vg, Vk: l−u l−îng kh«ng khÝ vµ khãi cña lß, Hg, Hk: ¸p suÊt cña ®Çu ®Èy cña qu¹t giã vµ ®Çu hót cña qu¹t khãi, ηg, ηk: hiÖu suÊt cña qu¹t giã vµ qu¹t khãi.

Ver. 1.0 234

Ch−¬ng 11. Kim lo¹i chÕ t¹o lß h¬i vµ tÝnh søc bÒn çc chi tiÕt cña lß h¬i

11.1 §Æc ®iÓm lµm viÖc cña kim lo¹i trong lß h¬i §iÒu kiÖn lµm viÖc cña kim lo¹i çc phÇn tö vµ chi tiÕt kh¸c nhau cña lß h¬i rÊt kh¸c nhau. Khung lß lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é kh«ng khÝ xung quanh. Kim lo¹i èng bé sÊy kh«ng khÝ chÞu øng suÊt kh«ng ®¸ng kÓ. Çc chi tiÕt kh«ng ®−îc lµm l¹nh nh− gi¸ treo, gi¸ ®ì, mãc gi÷ lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn rÊt nÆng, nhiÖt ®é kim lo¹i çc chi tiÕt nµy cã thÓ ®Õn 800 oC. Çc èng gãp ra vµ ®Æc biÖt çc èng bé qu¸ nhiÖt cña lß h¬i cao ¸p vµ siªu cao ¸p lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ nhÊt, v× m«i tr−êng l−u ®éng bªn trong èng cã nhiÖt ®é cao. NhiÖt ®é v¸ch vµ ¸p suÊt bªn trong lµ çc th«ng sè ®−îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh viÖc chän m¸c thÐp. NhiÖt ®é kim lo¹i t¨ng lªn th× kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kim lo¹i sÏ gi¶m kh«ng nh÷ng do gi¶m ®é bÒn mµ cßn do çc qu¸ tr×nh ¨n mßn sÏ x¶y ra m¹nh h¬n. Do cã ¨n mßn mµ viÖc sö dông thÐp bÞ h¹n chÕ, vÝ dô thÐp cacbon cã thÓ dïng lµm bÒ mÆt ®èt nÕu nhiÖt ®é bÒ mÆt kim lo¹i kh«ng lín h¬n 500 oC v× ë nhiÖt ®é cao h¬n thÐp sÏ gØ rÊt m¹nh. Khi ph©n bè nhiÖt ®é kh«ng ®Òu trong v¸ch kim lo¹i th× cã nh÷ng líp gi·n në nhiÒu h¬n vµ cã nh÷ng líp gi·n në Ýt h¬n. Nh÷ng líp ®−îc ®èt nãng Ýt sÏ ng¨n c¶n sù gi·n në cña nh÷ng líp ®−îc ®èt nãng nhiÒu h¬n, kÕt qu¶ lµ trong nh÷ng líp ®−îc ®èt nãng nhiÒu h¬n sÏ xuÊt hiÖn nh÷ng øng suÊt nÐn vµ trong nh÷ng líp ®−îc ®èt nãng Ýt h¬n sÏ sinh ra øng suÊt kÐo. Nh÷ng øng suÊt nµy t¨ng lªn khi t¨ng ®é chªnh nhiÖt ®é trong v¸ch. §é chªnh nhiÖt ®é nµy ®−îc x¸c ®Þnh bëi chiÒu dµy v¸ch, phô t¶i nhiÖt vµ bëi ®é dÉn nhiÖt cña kim lo¹i. Khi dao ®éng nhiÖt ®é cã thÓ sinh ra h− háng çc chi tiÕt d−íi d¹ng nh÷ng vÕt r¹n nÕu biªn ®é dao ®éng cña øng suÊt vµ sè chu kú ®ñ lín. HiÖn t−îng ph¸ hñy kim lo¹i do ®èt nãng vµ lµm l¹nh lÆp ®i lÆp l¹i gäi lµ ®é mái nhiÖt. NÕu biªn ®é dao ®éng cña øng suÊt kh«ng lín th× cã thÓ kh«ng x¶y ra sù ph¸ hñy kim lo¹i ngay c¶ khi çc chu kú ®èt nãng vµ lµm l¹nh cã tÇn sè cao. Trong thêi kú ®èt lß cã thÓ cã çc chu kú dao ®éng víi biªn ®é lín. MÆc dï sè chu kú th−êng lµ nhá nh−ng khi biªn ®é lín còng cã thÓ g©y ra h− háng, do vËy chÕ ®é ®èt lß ph¶i ®−îc chän sao cho khi ®ã çc øng suÊt sinh ra do nhiÖt ®é kh«ng v−ît ra ngoµi giíi h¹n cho phÐp. ë nhiÖt ®é b×nh th−êng trong phßng, ®é bÒn cña kim lo¹i ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng

hai tiªu chuÈn, ®ã lµ giíi h¹n ch¶y vµ giíi h¹n bÒn. Nh÷ng ®Æc tÝnh nµy t×m ®−îc b»ng çch kÐo mÉu (h×nh trô) trªn çc m¸y kÐo v¹n n¨ng thÝ nghiÖm (xem h×nh 11.1).

* Giíi h¹n ch¶y chσ lµ øng suÊt mµ ë ®ã mÉu

thÝ nghiÖm nhËn ®−îc biÕn d¹ng d− khi kh«ng t¨ng phô t¶i

Ver. 1.0 235

PF

chch

0

σ = , N/mm2 (11-1)

ë ®©y: chP lµ phô t¶i t¸c dông lªn mÉu thÝ nghiÖm, N;

F0 lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang ban ®Çu cña mÉu thÝ nghiÖm, mm2.

* Giíi h¹n bÒn bσ lµ øng suÊt t−¬ng øng víi

phô t¶i lín nhÊt tr−íc khi ph¸ hñy mÉu

bb

0

PF

σ = , N/mm2 (11-2)

§é gi·n dµi t−¬ng ®èi vµ ®é co th¾t t−¬ng ®èi lµ nh÷ng chØ tiªu chÊt l−îng rÊt quan träng cña kim lo¹i lß h¬i, chóng ®Æc tr−ng cho tÝnh dÎo cña kim lo¹i. §é gi·n dµi t−¬ng ®èi δ lµ tû sè gi÷a ®é t¨ng chiÒu dµi vµ chiÒu dµi ban ®Çu cña mÉu:

1 0

0 0

100 100l l ll l

δ − ∆= = , % (11-3)

trong ®ã 0l vµ 1l lÇn l−ît lµ chiÒu dµi ban ®Çu vµ chiÒu dµi sau khi ®øt cña mÉu.

§é co th¾t t−¬ng ®èi ψ lµ tû sè gi÷a ®é gi¶m diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang sau khi ®øt vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn ban ®Çu cña mÉu:

100F FF

ψ −= 0 k

0

, % (11-4)

víi kF lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn cña mÉu sau khi ®øt.

Mäi ®Æc tÝnh kÓ trªn thu ®−îc khi thÝ nghiÖm kim lo¹i b»ng phô t¶i tÜnh. ViÖc x¸c ®Þnh c«ng va ®Ëp cÇn thiÕt ®Ó ph¸ hñy mÉu còng rÊt quan träng ®èi víi vËt liÖu chÕ t¹o lß h¬i. C«ng nµy ®−îc gäi lµ ®é dai va ®Ëp ka , ®−îc x¸c ®Þnh khi thÝ nghiÖm

b»ng phô t¶i ®éng trªn m¸y thö va ®Ëp kiÓu con l¾c vµ tÝnh cho diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña mÉu. * §é dai va ®Ëp ka ®Æc tr−ng cho ®é dai hay tÝnh gißn nhiÖt cña kim lo¹i vµ

®ång thêi lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu nh¹y bÐn nhÊt thÓ hiÖn sù tån t¹i cña çc thiÕu sãt trong kim lo¹i (çc t¹p chÊt kh«ng ph¶i kim lo¹i, çc bät khÝ, hay chÕ ®é nhiÖt luyÖn kh«ng ®óng,�) lµm gi¶m chÊt l−îng cña nã. Yªu cÇu ®é dai va ®Ëp cao lµ mét trong nh÷ng yªu cÇu quan träng nhÊt ®èi víi

thÐp lß h¬i, mÆc dï ®Æc tÝnh nµy cña thÐp kh«ng dïng trong tÝnh to¸n søc bÒn. Çc c¬ tÝnh cña kim lo¹i bÞ thay ®æi khi t¨ng nhiÖt ®é (xem h×nh vÏ 11.2).

h 11.1. Gi¶n ®å øng cña thÐp

Ver. 1.0 236

Tõ h×nh 11.2 ta thÊy giíi h¹n ch¶y gi¶m liªn tôc khi t¨ng nhiÖt ®é. Giíi h¹n bÒn lóc ®Çu gi¶m, sau kho¶ng nhiÖt ®é 50 100÷ oC th× nã b¾t ®Çu t¨ng vµ ®¹t cùc ®¹i ë

250 300÷ oC, råi sau ®ã l¹i gi¶m. §é gi¶m cµng lín nÕu kim lo¹i chÞu øng suÊt cµng l©u. Sù gi¶m giíi h¹n ch¶y ë nhiÖt ®é cao khi t¨ng thêi gian duy tr× phô t¶i trªn mÉu ®−îc gäi lµ hiÖn t−îng r·o, ®ã lµ qu¸ tr×nh tÝch lòy biÕn d¹ng dÎo d−íi t¸c dông cña phô t¶i kh«ng ®æi vµ nhiÖt ®é. §−êng cong ®iÓn h×nh cña qu¸ tr×nh r·o ®èi víi

thÐp trong hÖ täa ®é ®é gi·n dµi - thêi gian ë nhiÖt ®é ®· cho cña kim lo¹i ®−îc biÓu diÔn trong h×nh vÏ 11.3. Ta thÊy cã ba giai ®o¹n ®Æc tr−ng, hay cßn gäi lµ ba pha r·o. Trong giai ®o¹n mét (pha thø nhÊt), ®é gi·n dµi d− t¨ng lªn nhanh chãng. Trong pha thø hai th× biÕn d¹ng tiÕn triÓn víi tèc ®é ®ång ®Òu. Vµ ë pha thø ba l¹i cã sù gia tèc ®é t¨ng cña biÕn d¹ng d− vµ dÉn ®Õn ph¸ hñy kim lo¹i. Cho nªn, qu¸ tr×nh ph¸t triÓn hiÖn t−îng r·o phô thuéc chñ yÕu vµo øng suÊt, nhiÖt ®é vµ thêi gian lµm viÖc. Theo ®é nghiªng cña ®o¹n bc ta x¸c ®Þnh ®−îc tèc ®é r·o ®ång ®Òu:

r

lvτ∆

= , %/h (11-5)

HiÖn nay ®èi víi çc chi tiÕt cña lß h¬i cho phÐp tèc ®é r·o 510rv −= %/h,

nghÜa lµ sau 100.000 h phôc vô chi tiÕt cã thÓ tÝch lòy biÕn d¹ng kh«ng lín h¬n 1%. Tiªu chuÈn ®Ó ®¸nh gi¸ hiÖn t−îng r·o lµ ®é bÒn l©u dµi t

Dσ , ®ã lµ kh¶ n¨ng

cña kim lo¹i tiÕp nhËn phô t¶i trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh mµ kh«ng bÞ ph¸ hñy. 11.2 Çc lo¹i thÐp dïng trong chÕ t¹o lß h¬i 11.2.1 Nh÷ng yªu cÇu chung ®èi víi thÐp ®Ó chÕ t¹o lß h¬i ThÐp dïng ®Ó chÕ t¹o lß h¬i cÇn ph¶i ®¸p øng ®−îc nh÷ng yªu cÇu chung sau ®©y:

H×nh 11.3. Çc ®−êng cong r·o cña kim lo¹i. 1-ë nhiÖt ®é t1; 2-ë nhiÖt ®é t2 (t1 < t2)

H×nh 11.2. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn c¬ tÝnh cña thÐp.

Ver. 1.0 237

- Cã ®é bÒn vµ ®é dÎo cao; - Cã ®é æn ®Þnh cÊu tróc cao. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña lß h¬i th× cÊu tróc

thÐp kh«ng ®−îc phÐp cã thay ®æi g× ®¸ng kÓ; - Cã ®é bÒn nhiÖt cao, tøc lµ kh¶ n¨ng gi÷ nguyªn ®−îc nh÷ng ®Æc tÝnh bÒn cÇn

thiÕt khi lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn øng suÊt vµ nhiÖt ®é cao; - Cã ®é æn ®Þnh hãa häc cao. TÝnh æn ®Þnh hãa häc lµ cÇn thiÕt ®Ó ng¨n ngõa ¨n

mßn bÒ mÆt ®èt cña lß; - Cã hµm l−îng çc t¹p chÊt cã h¹i ë møc ®é tèi thiÓu (P, S, As, çc khÝ hßa

tan), v× chóng cã ¶nh h−ëng xÊu ®Õn tÝnh chÊt cña thÐp khi lµm viÖc l©u dµi; - Cã tÝnh hµn tèt, kh«ng yªu cÇu dïng çc ph−¬ng ph¸p hµn vµ nhiÖt luyÖn phøc

t¹p vµ ®¾t tiÒn. Trong thùc tÕ, thÐp cacbon, thÐp hîp kim thÊp vµ thÐp hîp kim cao ®−îc sö

dông réng r·i ®Ó chÕ t¹o çc bé phËn cña lß h¬i. 11.2.2 ThÐp cacbon §a sè çc chi tiÕt cña lß h¬i ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp cacbon. Khi t¨ng hµm l−îng cacbon (C) trong thÐp th× ®é bÒn cña nã t¨ng vµ tÝnh dÎo gi¶m xuèng. Trªn quan ®iÓm ®é bÒn th× dïng thÐp cã hµm l−îng C cao, tuy nhiªn khi ®ã chÊt l−îng mèi hµn nèi sÏ gi¶m v× cã sù t«i thÐp trong kh«ng khÝ khi hµn. V× thÕ hµm l−îng C trong thÐp cacbon dïng ®Ó chÕ t¹o lß h¬i ®−îc h¹n chÕ rÊt nghiªm ngÆt, cô thÓ lµ

0,25C %≤ . Ngoµi ra, trong thÐp cßn cã çc thµnh phÇn kh¸c lµ Mn, Si, S, P vµ O2. Mangan (Mn) ®−îc ®−a vµo thÐp ®Ó khö «xy cña thÐp trong qu¸ tr×nh nÊu ch¶y vµ nã n»m trong thÐp d−íi tr¹ng th¸i hßa tan (víi sè l−îng 0,3 0,8%÷ ). Silic (Si) còng gièng nh− Mn, ®−îc ®−a vµo thÐp ®Ó lµm chÊt khö «xy. Mét l−îng nhá Si 0,5< % cßn l¹i sau khi khö «xy ®−îc hßa tan trong ferit. Si lµm t¨ng ®é bÒn cña thÐp nh−ng còng lµm t¨ng c¶ khuynh h−íng kÕt tinh l¹i sau khi cã biÕn d¹ng dÎo nhá. Photpho (P) lµ nguyªn tè kh«ng muèn cã trong thÐp v× nã lµm gi¶m ®é dai va ®Ëp ka vµ cã kh¶ n¨ng sinh ra gißn nguéi. Hµm l−îng P trong thÐp lß h¬i kh«ng ®−îc

lín h¬n 0,045% . L−u huúnh (S) lµ t¹p chÊt cã h¹i v× nã t¹o ®iÒu kiÖn sinh ra gißn nãng, nghÜa lµ ph¸ hñy gißn thÐp ë nhiÖt ®é 800 1200÷ oC. Trong çc thÐp lß h¬i hµm l−îng S ®−îc h¹n chÕ ë trÞ sè 0,03 0,045%÷ . ¤xy (O2) còng nh− nit¬ (N2) vµ hydr« (H2) n»m l¹i trong thÐp do khö khÝ kh«ng hoµn toµn. O2 trong thÐp víi mét l−îng nhá còng lµm gi¶m tÝnh chèng ¨n mßn cña thÐp. Hµm l−îng O2 vµ N2 trong thÐp cã chÊt l−îng 0,01%≤ vµ hµm l−îng H2

0,001%≤ . §Ó chÕ t¹o bao h¬i cña lß h¬i cã ¸p suÊt thÊp, ¸p suÊt trung b×nh vµ ¸p suÊt n©ng cao, 6,0p < MPa, ta dïng thÐp cacbon cã chÊt l−îng nh·n hiÖu 15K, 20K, 25K (cña Nga) hoÆc t−¬ng ®−¬ng. §èi víi lß h¬i cã ¸p suÊt 0,08p < MPa cã thÓ dïng

thÐp cacbon chÊt l−îng th−êng 3CT , nÕu nhiÖt ®é kim lo¹i kh«ng lín h¬n 120 oC. §Ó

Ver. 1.0 238

chÕ t¹o bao h¬i cña lß cao ¸p, 6 12,5p = ÷ MPa th× ph¶i dïng thÐp cacbon nh·n hiÖu ®Æc biÖt 22K hoÆc t−¬ng ®−¬ng. Çc èng dÉn n−íc, dÉn h¬i vµ èng bÒ mÆt ®èt th−êng ®−îc chÕ t¹o tõ thÐp 10 vµ 20 vµ t−¬ng ®−¬ng. Khi Êy nhiÖt ®é kim lo¹i èng bÒ mÆt ®èt kh«ng ®−îc lín h¬n 500 oC, kim lo¹i èng gãp vµ èng dÉn h¬i kh«ng lín h¬n 450 oC. 11.2.3 ThÐp hîp kim thÊp vµ hîp kim cao 11.2.3.1. ThÐp hîp kim thÊp ViÖc t¨ng nhiÖt ®é kim lo¹i ®Õn 300 350÷ oC lµm gi¶m ®¸ng kÓ giíi h¹n ch¶y. Ngoµi ra ë nhiÖt ®é 500> oC kh«ng nh÷ng gi¶m râ rÖt søc c¶n r·o mµ còng b¾t ®Çu «xy hãa m¹nh. Do vËy ph¶i bæ sung çc nguyªn tè hîp kim cho thÐp ®Ó t¨ng ®é bÒn vµ tÝnh chèng gØ. Ph¹m vi nhiÖt ®é sö dông thÐp hîp kim thÊp cho çc chi tiÕt chÝnh cña lß h¬i ®−îc nªu trong b¶ng 11.1 sau ®©y.

B¶ng 11.1. Ph¹m vi nhiÖt ®é sö dông thÐp hîp kim thÊp. Ph¹m vi sö dông, oC

M¸c thÐp èng gãp vµ èng dÉn h¬i Çc èng bÒ mÆt ®èt

12MoCr 540 540 15CrMo 560 565 12Cr1MoV 585 595 15Cr1Mo1V 595 − 12Cr2MoVSiB − 620

11.2.3.2. ThÐp hîp kim cao ViÖc dïng h¬i cã thèng sè siªu cao vµ tr−íc hÕt lµ t¨ng nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt ®Õn 600 oC ®· yªu cÇu ph¶i dïng thÐp hîp kim cao cho çc tÇng cuèi vµ èng gãp ra cña bé qu¸ nhiÖt. Çc m¸c thÐp hîp kim cao dïng trong chÕ t¹o lß h¬i cao ¸p gåm cã: 1Cr12W2MoV, 2Cr12WMoNbVB, 1Cr18Ni10Ti, 1Cr18Ni12Ti, 1Cr14Ni18W2NbB, � 11.2.3.3. Çc lo¹i thÐp ®Æc biÖt

B¶ng 11.2. ThÐp dïng ®Ó chÕ t¹o gi¸ ®ì, gi¸ treo, kÑp, thiÕt bÞ thæi. M¸c thÐp NhiÖt ®é b¾t ®Çu «xy hãa m¹nh, 0C

SiCr6 750 SiCr6Mo 750 Cr17 900 Cr28 1100 1Cr20Ni14Si2 1000

Ver. 1.0 239

Çc gi¸ treo, gi¸ ®ì, çc chi tiÕt gi÷, thiÕt bÞ thæi tro bôi lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ kh«ng ®−îc lµm m¸t nªn thÐp dïng ®Ó chÕ t¹o çc chi tiÕt Êy ph¶i cã tÝnh chÞu nãng cao. Çc m¸c thÐp dïng ®Ó chÕ t¹o çc chi tiÕt gi÷ gåm cã 30CrMo, 35CrMo, 38Cr, vµ 40Cr. Nh÷ng chi tiÕt nh− gi¸ ®ì, gi¸ treo, kÑp, thiÕt bÞ thæi th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng çc m¸c thÐp nh− ®−îc cho trong b¶ng 11.2. 11.3 TÝnh søc bÒn cña nh÷ng chi tiÕt chÝnh cña lß h¬i 11.3.1 Ph−¬ng ph¸p tÝnh Çc bé phËn chÞu ¸p lùc bao gåm bao h¬i, hép gãp, èng gãp, èng cña çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, mÆt sµng, èng lß, èng löa. TÝnh søc bÒn lµ ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu dµy v¸ch hay ¸p suÊt lµm viÖc cho phÐp trong chi tiÕt. Khi tÝnh søc bÒn thiÕt kÕ th× ta cã thÓ biÕt tr−íc ¸p suÊt lµm viÖc, ®−êng kÝnh vµ cÊu t¹o cña chi tiÕt. Do ®ã cÇn chän kim lo¹i vµ øng suÊt cho phÐp cña kim lo¹i øng víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc ®· cho. ë ®©y ph¶i x¸c ®Þnh chiÒu dµy v¸ch. Khi tÝnh kiÓm tra søc bÒn th× cho biÕt: ®−êng kÝnh vµ cÊu t¹o cña chi tiÕt, chiÒu dµy v¸ch, kim lo¹i vµ øng suÊt cho phÐp cña nã. CÇn ph¶i x¸c ®Þnh ¸p suÊt lµm viÖc cho phÐp trong chi tiÕt. Yªu cÇu nhÊt thiÕt ®èi víi lß h¬i lµ ®¹t ®é an toµn tèi ®a khi tiªu hao kim lo¹i lµ tèi thiÓu. ë ®©y tån t¹i hai ph−¬ng ph¸p tÝnh søc bÒn çc chi tiÕt cña lß h¬i lµ ph−¬ng ph¸p øng suÊt giíi h¹n vµ ph−¬ng ph¸p phô t¶i giíi h¹n. Çc nhµ khoa häc ®· ®i ®Õn kÕt luËn lµ tÝnh søc bÒn theo phô t¶i giíi h¹n sÏ kinh tÕ h¬n, v× ®èi víi mét chi tiÕt cã thÓ cho phÐp mang phô t¶i lín h¬n phô t¶i øng víi øng suÊt giíi h¹n. Trong çc tiªu chuÈn tÝnh to¸n ng−êi ta dïng ph−¬ng ph¸p phô t¶i giíi h¹n ®Ó tÝnh søc bÒn çc chi tiÕt lß h¬i. 11.3.1.1. Chän øng suÊt cho phÐp Tr−íc khi tÝnh søc bÒn ph¶i x¸c ®Þnh øng suÊt cho phÐp ®èi víi vËt liÖu ®· cho vµ nhiÖt ®é tÝnh cña tõng chi tiÕt. øng suÊt cho phÐp ®−îc x¸c ®Þnh dùa vµo nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch (nhiÖt ®é kim lo¹i) vµ m¸c thÐp. TÝnh søc bÒn çc chi tiÕt lß h¬i theo øng suÊt cho phÐp sau: *

cp cpσ ησ= , (11-6)

trong ®ã: η lµ hÖ sè kÓ ®Õn ®Æc ®iÓm cÊu t¹o vµ vËn hµnh cña chi tiÕt; *cpσ lµ øng suÊt

cho phÐp ®Þnh møc, lÊy theo b¶ng. NÕu nh− thÐp sö dông mµ kh«ng cã nh÷ng sè liÖu vÒ *

cpσ th× nã ®−îc lÊy b»ng gi¸ trÞ nhá nhÊt trong ba gi¸ trÞ sau ®©y:

2,6

t* bcp

σσ ≤ ; 1,5

t* chcp

σσ ≤ ; 1,5

t* Dcp

σσ ≤ , (11-7)

ë ®©y: tbσ , t

chσ , tDσ lµ nh÷ng gi¸ trÞ ®−îc b¶o ®¶m ë nhiÖt ®é lµm viÖc t cña v¸ch.

11.3.1.2. NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch

Ver. 1.0 240

NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch ®Ó x¸c ®Þnh *

cpσ ®−îc lÊy phô thuéc vµo lo¹i vµ

nhiÖt ®é m«i chÊt chøa trong phÇn tö tÝnh to¸n vµ vµo nh÷ng ®iÒu kiÖn ®èt nãng phÇn tö bëi khãi vµ lµm l¹nh bëi m«i chÊt. Trong mäi tr−êng hîp nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch kh«ng ®−îc lÊy thÊp h¬n 250 oC. a- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch bao h¬i vµ çc panen chøa chÊt láng hay h¬i b·o hßa lÊy nh− sau:

- §èi víi bao h¬i ®Æt ngoµi ®−êng khãi hay çch nhiÖt tèt th× v bhßat t= (11-8)

- §èi víi bao h¬i kh«ng çch nhiÖt ®−îc ®Æt trong ®−êng khãi ®èi l−u, khi nhiÖt ®é khãi 600khãit ≤ oC:

1,2 10,t t S= + + ov bhßa C (11-9)

khi nhiÖt ®é khãi 600 900o okhãi C Ct< ≤ :

2,5 20,t t S= + + ov bhßa C (11-10)

- §èi víi çc bao h¬i kh«ng çch nhiÖt vµ çc panen lµm m¸t chÞu bøc x¹ cña ngän löa hay cña líp nhiªn liÖu ®ang ch¸y:

4 30,t t S= + + ov bhßa C (11-11)

trong ®ã S lµ chiÒu dµy ®Þnh møc cña v¸ch, mm. b- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch èng lß ®−îc tÝnh theo çc c«ng thøc sau:

- §èi víi çc èng tr¬n: 4 60,t t S= + + o

v bhßa C (11-12)

- §èi víi çc èng l−în sãng: 5 60,t t S= + + o

v bhßa C (11-13)

c- NhiÖt ®é tÝnh to¸n v¸ch çc èng s«i lÊy nh− sau: - Trong çc lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn kh«ng phô thuéc vµo ¸p suÊt lµm viÖc

vµ ë çc lß cã tuÇn hoµn c−ìng bøc nhiÒu lÇn khi ¸p suÊt lµm viÖc 16,0lvp ≤

MPa: 60,t t= + o

v bhßa C (11-14)

- §èi víi lß h¬i cã tuÇn hoµn c−ìng bøc nhiÒu lÇn khi ¸p suÊt lµm viÖc 16,0lvp > MPa vµ lß h¬i trùc l−u kh«ng phô thuéc vµo ¸p suÊt ta sÏ lÊy nhiÖt

®é tÝnh to¸n tõ kÕt qu¶ tÝnh nhiÖt vµ thñy ®éng cña lß h¬i. d- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch èng bé qu¸ nhiÖt:

( ) 2

11000 1v tb max

St t t qµβλ β α

⎛ ⎞= + ∆ + +⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠

, oC (11-15)

trong ®ã: tbt lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña h¬i l−u ®éng bªn trong èng; t∆ lµ chªnh lÖch

nhiÖt ®é cña h¬i trong tõng èng so víi nhiÖt ®é cña h¬i trong c¶ chïm èng,

max( )tbt t t∆ = − vµ kh«ng ®−îc lÊy nhá h¬n 10 oC; µ lµ hÖ sè khuÕch t¸n nhiÖt kh«ng

®Òu theo chu vi èng; maxq lµ c−êng ®é dßng nhiÖt lín nhÊt hay suÊt phô t¶i nhiÖt lín

Ver. 1.0 241

nhÊt cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt, kW/mK; β lµ tû sè gi÷a ®−êng kÝnh ngoµi vµ ®−êng

kÝnh trong cña èng / /( 2 )n t n nD D D D Sβ = = − ; S lµ chiÒu dµy v¸ch (thµnh) èng,

mm; λ lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i èng, kW/mK. - §èi víi çc èng cña bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u ë çc lß h¬i cã 2,5lvp ≤ MPa vµ

nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt kh«ng cao h¬n 425 oC th×: 70 o

v qn Ct t= + (11-16)

e- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch çc èng bé h©m n−íc ®−îc tÝnh theo çc c«ng thøc sau: - §èi víi bé h©m n−íc cña lß cã tuÇn hoµn tù nhiªn vµ tuÇn hoµn c−ìng bøc

nhiÒu lÇn kiÓu kh«ng s«i: 30 o

v bhßa Ct t= + (11-17)

- §èi víi bé h©m n−íc kiÓu s«i tÝnh theo c«ng thøc cña çc èng s«i. - §èi víi bé h©m n−íc cña lß h¬i trùc l−u:

40 ov tb Ct t t= + ∆ + (11-18)

f- NhiÖt ®é tÝnh to¸n cña v¸ch èng gãp dµn èng sinh h¬i, èng gãp bé h©m n−íc vµ bé qu¸ nhiÖt lÊy nh− sau:

- §èi víi nh÷ng èng gãp kh«ng bÞ ®èt nãng (®Æt ngoµi ®−êng khãi hay çch nhiÖt ch¾c ch¾n) cña bé h©m n−íc, cña dµn èng sinh h¬i vµ èng gãp h¬i b·o hßa cña lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn vµ tuÇn hoµn c−ìng bøc nhiÒu lÇn, èng gãp vµo cña bé h©m n−íc ë lß trùc l−u, ta lÊy:

v tbt t= (11-19)

- §èi víi çc èng gãp cña bé qu¸ nhiÖt (trõ èng gãp h¬i b·o hßa) lÊy: v tbt t x t= + ∆ , (víi 0,5x = ) (11-20)

11.3.2. TÝnh søc bÒn mét sè chi tiÕt (phÇn tö) cña lß h¬i 11.3.2.1. ChiÒu dµy v¸ch cña chi tiÕt h×nh trô chÞu ¸p suÊt bªn trong (bao h¬i, èng gãp): ChiÒu dµy v¸ch cña chi tiÕt h×nh trô chÞu ¸p suÊt bªn trong (bao h¬i, èng gãp) ®−îc x¸c ®Þnh theo çc c«ng thøc sau:

- Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh trong ta cã:

2

t

cp

p DS Cpϕσ

= +−

, m (11-21)

- Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh ngoµi ta cã:

2

ng

cp

p DS C

pϕσ= +

−, m (11-22)

trong ®ã: p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa; Dt vµ Dng lµ ®−êng kÝnh trong vµ ®−êng kÝnh ngoµi, m; ϕ lµ hÖ sè bÒn cña chi tiÕt bÞ yÕu ®i do çc mèi hµn hay cã çc lç ®Ó nèi èng;

Ver. 1.0 242

cpσ lµ øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu, MPa;

C lµ bæ sung cho chiÒu dµy tÝnh to¸n cña v¸ch, khi chiÒu dµy tÊm thÐp nhá h¬n 20 mm lÊy C = 1 mm, khi chiÒu dµy tÊm thÐp lín h¬n 20 mm lÊy C = 0. 11.3.2.2. ChiÒu dµy v¸ch ®¸y bao h¬i cã d¹ng elip hay d¹ng cÇu: ChiÒu dµy v¸ch ®¸y bao h¬i cã d¹ng elip hay d¹ng cÇu ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

4 2

t t

cp t

p D DS Cz p hσ

= +−

, m (11-23)

nÕu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn:

0,2; 0,1; 0,6.t

t t t

h S C dD D D

−≥ ≤ ≤

Trong c«ng thøc trªn ký hiÖu: p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa; Dt lµ ®−êng kÝnh trong, m; ht lµ chiÒu cao phÇn låi cña ®¸y tÝnh ®Õn bÒ mÆt bªn trong, m; cpσ lµ øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu, MPa;

C lµ bæ sung cho chiÒu dµy tÝnh to¸n, C = 0,05 (S - C) nh−ng kh«ng nhá h¬n 1 mm; z lµ hÖ sè tÝnh ®Õn sù lµm yÕu ®¸y do cã c¸c lç, lÊy tuú thuéc th«ng sè

( )t

daD S C

=−

:

khi 0,4a ≤ lÊy z = 1,0; khi 0,4 2a≤ < lÊy ( )

21, 25 1,5

za

=+

; khi a > 2 lÊy z =

2(a + 2).

H×nh 11.4. §¸y låi d¹ng elip. a - kh«ng cã lç ë t©m; b - cã lç ë t©m.

11.3.2.3. ChiÒu dµy v¸ch ®¸y trßn ph¼ng vµ n¾p ph¼ng : ChiÒu dµy v¸ch ®¸y trßn ph¼ng vµ n¾p ph¼ng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Ver. 1.0 243

10

t

cp

K D pSK σ

= , m (11-24)

trong ®ã: K lµ hÖ sè kÓ ®Õn tû sè gi÷a chiÒu dµy v¸ch èng gãp vµ chiÒu dµy ®¸y,

1

0, 41 1 0, 23 SKS

⎛ ⎞= −⎜ ⎟

⎝ ⎠ ph¶i kh«ng nhá h¬n 0,31;

K0 lµ hÖ sè ®−îc lÊy tuú thuéc vµo tû sè gi÷a ®−êng kÝnh lç ë ®¸y d vµ ®−êng

kÝnh trong cña èng gãp Dt, tøc lµ tû sè t

dD

:

Khi t

dD

< 0,35 cã K0 = 1- 0,43t

dD

,

Khi 0,35 0,75t

dD

≤ ≤ lÊy K0 = 0,85;

p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa;

cpσ lµ øng suÊt cho phÐp cña vËt liÖu, MPa.

11.4.2.4. ChiÒu dµy v¸ch çc èng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ èng dÉn: ChiÒu dµy v¸ch çc èng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt (sinh h¬i, qu¸ nhiÖt, h©m n−íc) vµ èng dÉn ®−îc x¸c ®Þnh theo çc c«ng thøc sau: Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh trong cña èng:

12t

cp

p dS Cpσ+

−, m (11-25)

Khi tÝnh theo ®−êng kÝnh ngoµi cña èng:

H×nh 11.5. Çc kiÓu ®¸y vµ n¾p ph¼ng.

Ver. 1.0 244

12ng

cp

p dS C

pσ= +

+, m (11-26)

trong ®ã: p lµ ¸p suÊt tÝnh to¸n, MPa; ,ng td d lµ ®−êng kÝnh ngoµi vµ ®−êng kÝnh trong cña èng, m;

cpσ lµ øng suÊt cña vËt liÖu lµm èng, MPa;

C1 lµ bæ sung cho chiÒu dµy tÝnh to¸n, th−êng lÊy C1 = 0,5 mm.

245

Ch−¬ng 12. VËn hµnh lß h¬i 12.1. Çc chÕ ®é vËn hµnh lß h¬i NhiÖm vô chñ yÕu khi vËn hµnh lß h¬i lµ ®¶m b¶o sù lµm viÖc tin cËy, an toµn cña lß h¬i trong mét thêi gian dµi víi viÖc ®¹t ®−îc ®é kinh tÕ cao nhÊt khi s¶n xuÊt ®ñ l−îng h¬i yªu cÇu vµ tu©n thñ ®å thÞ phô t¶i. ViÖc vËn hµnh lß h¬i ph¶i thùc hiÖn ®óng quy tr×nh vËn hµnh. Trong quy tr×nh vËn hµnh cho biÕt çc th«ng sè cña h¬i, n−íc, khãi vµ kh«ng khÝ ë c«ng suÊt ®Þnh møc, c«ng suÊt tèi thiÓu, tèi ®a, trung gian vµ ®é chªnh lÖch cho phÐp cña çc th«ng sè Êy. Phô t¶i ®Þnh møc lµ phô t¶i tÝnh to¸n dïng ®Ó x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt trong lß h¬i øng víi çc th«ng sè cña h¬i vµ hiÖu suÊt cña lß ®· cho tr−íc. Phô t¶i tèi thiÓu cña lß h¬i phô thuéc kiÓu lß h¬i, d¹ng nhiªn liÖu vµ biÖn ph¸p ®èt. ë lß h¬i cã bao h¬i, tuÇn hoµn tù nhiªn phô t¶i tèi thiÓu b»ng 30÷40% phô t¶i ®Þnh møc do ph¶i ®¶m b¶o sù tuÇn hoµn tin cËy cña m«i chÊt (n−íc vµ hçn hîp h¬i n−íc) vµ sù ch¸y æn ®Þnh cña nhiªn liÖu. ë lß h¬i trùc l−u phô t¶i tèi thiÓu ®−îc chän theo ®iÒu kiÖn lµm viÖc tin cËy cña çc dµn èng sinh h¬i vµ th−êng b»ng 25÷30% phô t¶i ®Þnh møc. ChÕ ®é lµm viÖc cña lß h¬i ®−îc ®Æc tr−ng bëi gi¸ trÞ cña phô t¶i vµ tæ hîp çc th«ng sè x¸c ®Þnh møc ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt h¬i. ChÕ ®é lµm viÖc æn ®Þnh lµ chÕ ®é mµ gi¸ trÞ cña mäi th«ng sè x¸c ®Þnh sù lµm viÖc cña lß h¬i kh«ng thay ®æi trong mét thêi gian dµi. Tuy nhiªn trong chÕ ®é lµm viÖc æn ®Þnh vÉn cho phÐp çc th«ng sè cã sù chªnh lÖch Ýt nhiÒu so víi gi¸ trÞ trung b×nh v× cã sù thay ®æi nhiÖt l−îng sinh ra trong buång löa, l−îng kh«ng khÝ cÊp vµo lß. NÕu sù chªnh lÖch cña çc th«ng sè nãi trªn kh«ng nhiÒu so víi chÕ ®é æn ®Þnh th× ta cã chÕ ®é kh«ng ®æi. V× thÕ chÕ ®é kh«ng ®æi ®−îc coi lµ gÇn víi chÕ ®é æn ®Þnh.

Trong chÕ ®é lµm viÖc æn ®Þnh cña lß h¬i, quan hÖ gi÷a çc th«ng sè ra vµ vµo ®−îc thÓ hiÖn qua çc ®Æc tÝnh tÜnh. VÝ dô mét trong çc ®Æc tÝnh tÜnh lµ quan hÖ gi÷a çc tæn thÊt nhiÖt vµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa (h×nh vÏ 12.1).

246

ë ®©y çc th«ng sè nh−: chÊt l−îng nhiªn liÖu, phô t¶i cña lß h¬i, α ®−îc coi lµ kh«ng thay ®æi. Khi t¨ng "

blα th× thÓ tÝch vµ nhiÖt

®é cña khãi trªn ®−êng khãi ®i trong lß sÏ t¨ng lªn, do ®ã q2 t¨ng lªn. NhiÖt ®é khãi t¨ng khi t¨ng

"blα v× møc nhiÖt ®é trong buång

löa gi¶m vµ ®−¬ng l−îng n−íc cña khãi Wk t¨ng lªn dÉn ®Õn gi¶m ®é chªnh nhiÖt ®é vµ v× vËy gi¶m l−îng nhiÖt hÊp thu cña çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Tæn thÊt nhiÖt q4 lóc ®Çu gi¶m sau ®ã t¨ng lªn. Së dÜ q4 t¨ng mÆc dï "

blα lín lµ do gi¶m

møc nhiÖt ®é trong buång löa vµ gi¶m thêi gian l−u l¹i cña çc h¹t nhiªn liÖu trong buång löa. Tæng çc tæn thÊt nhiÖt cã gi¸ trÞ cùc tiÓu øng víi "

blα tèi −u. Gi¸

trÞ cña "blα tèi −u phô thuéc vµo

phô t¶i cña lß h¬i. Çc ®Æc tÝnh tÜnh cho phÐp x¸c ®Þnh chÕ ®é tèi −u cña qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu vµ do ®ã cho ta kh¶ n¨ng ®¶m b¶o sù lµm viÖc kinh tÕ nhÊt cña lß h¬i.

Trªn c¬ së çc ®Æc tÝnh tÜnh ta x¸c ®Þnh ®−îc ph¹m vi ®iÒu chØnh cÇn thiÕt çc th«ng sè chÝnh cña lß h¬i ®ång thêi çc ®Æc tÝnh tÜnh còng cho nh÷ng sè liÖu ban ®Çu ®Ó tÝnh to¸n çc ®Æc tÝnh ®éng lùc häc cña lß h¬i.

ChÕ ®é lµm viÖc thay ®æi lµ chÕ ®é mµ lß h¬i lµm viÖc víi çc c«ng suÊt h¬i cña lß kh¸c nhau. Do c«ng suÊt h¬i cña lß ph¶i thay ®æi phï hîp víi phô t¶i cña hé tiªu thô. Muèn thay ®æi c«ng suÊt h¬i cña lß h¬i ta ph¶i thay ®æi l−u l−îng n−íc cÊp, l−îng nhiªn liÖu, l−îng kh«ng khÝ cÊp vµo lß vµ l−îng khãi th¶i ra khái lß. Cã thÓ coi chÕ ®é lµm viÖc thay ®æi gåm nhiÒu chÕ ®é lµm viÖc kh«ng ®æi nèi tiÕp nhau.

H×nh 12.1. Quan hÖ gi÷a tæn thÊt nhiÖt trong lß h¬i vµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa.

247

Qu¸ tr×nh qu¸ ®é hay kh«ng æn ®Þnh lµ qu¸ tr×nh mµ khi chuyÓn tõ mét chÕ ®é æn ®Þnh nµy sang mét chÕ ®é æn ®Þnh kh¸c th× çc th«ng sè lµm viÖc cña nã lín còng thay ®æi tõ gi¸ trÞ æn ®Þnh lóc ®Çu sang gi¸ trÞ æn ®Þnh lóc sau. VÝ dô qu¸ tr×nh khëi ®éng vµ qu¸ tr×nh ngõng lß h¬i lµ çc qu¸ tr×nh qu¸ ®é. HiÓu biÕt ®Çy ®ñ çc quy luËt x¶y ra trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é lµ cÇn thiÕt ®Ó ®−a ra ®−îc çc hÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng vµ ®¸nh gi¸ møc ®é lµm viÖc tin cËy cña çc phÇn tö lß h¬i. Çc c«ng viÖc khi vËn hµnh lß h¬i bao gåm: chuÈn bÞ vµ khëi ®éng lß h¬i vµo lµm viÖc; tr«ng coi, ®iÒu khiÓn vµ ®iÒu chØnh sù lµm viÖc cña lß h¬i khi vËn hµnh b×nh th−êng; ngõng lß, b¶o qu¶n vµ b¶o d−ìng lß h¬i trong thêi gian lß ngõng lµm viÖc. 12.2. Çc qu¸ tr×nh kh«ng æn ®Þnh trong lß h¬i cã bao h¬i ChÕ ®é lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh cña lß h¬i x¶y ra khi mÊt c©n b»ng vËt chÊt vµ c©n b»ng n¨ng l−îng do thay ®æi l−îng nhiÖt sinh ra trong buång löa, thay ®æi nhiÖt ®é, l−u l−îng n−íc cÊp, thay ®æi chÕ ®é kh«ng khÝ cña lß h¬i, khi mÊt c©n b»ng gi÷a l−îng h¬i do lß h¬i s¶n ra vµ l−îng h¬i tiªu thô t¹i hé tiªu thô. ë lß h¬i cã bao h¬i ®−êng h¬i n−íc ®−îc ph©n thµnh ba phÇn: phÇn h©m n−íc (x¶y ra trong bé h©m n−íc), phÇn sinh h¬i (x¶y ra trong çc dµn èng sinh h¬i), phÇn qu¸ nhiÖt (x¶y ra trong bé qu¸ nhiÖt). Bao h¬i lµ kh©u liªn hÖ vÒ thñy lùc gi÷a ba phÇn nãi trªn. 12.2.1. Sù thay ®æi phô t¶i nhiÖt hay l−îng nhiÖt sinh ra trong buång löa Khi thay ®æi l−îng nhiªn liÖu cÊp vµo buång löa sÏ lµm thay ®æi l−îng nhiÖt sinh ra trong buång löa. Khi t¨ng l−îng nhiÖt sinh ra trong buång löa sÏ lµm t¨ng phô t¶i nhiÖt cña tÊt c¶ çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt (bÒ mÆt ®èt), do ®ã c«ng suÊt h¬i cña lß t¨ng lªn. Khi thay ®æi phô t¶i nhiÖt th× nhiÖt ®é cña h¬i qu¸ nhiÖt còng thay ®æi nh−ng gi¸ trÞ vµ h−íng thay ®æi cã thÓ kh¸c nhau tïy thuéc vµo quan hÖ gi÷a phÇn ®èi l−u vµ phÇn bøc x¹ cña bé qu¸ nhiÖt. H×nh vÏ 12.2 chØ ra sù thay ®æi çc th«ng sè khi t¨ng l−îng nhiªn liÖu cÊp vµo buång löa lß h¬i cã bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u. NhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng lªn t−¬ng øng víi sù t¨ng cña l−u l−îng h¬i nh−ng cã ®é chËm trÔ. NÕu bé qu¸ nhiÖt cã phÇn bøc

248

x¹ lín th× ®é qu¸ nhiÖt cã thÓ bÞ gi¶m khi t¨ng phô t¶i. Nãi chung sù gia t¨ng nhiÖt ®é cña h¬i qu¸ nhiÖt phô thuéc d¹ng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt (bøc x¹ hai ®èi l−u) nh−ng kh«ng lín l¾m. VÝ dô khi t¨ng phô t¶i nhiÖt lªn 10% sù thay ®æi nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt sau bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u nhá h¬n 5÷10 0C. Khi t¨ng phô t¶i nhiÖt vµ l−u l−îng n−íc cÊp kh«ng thay ®æi th× møc n−íc trong bao h¬i thay ®æi lµ do t¨ng c«ng suÊt h¬i vµ do th¶i thªm mét phÇn n−íc tõ çc èng sinh h¬i vµo bao h¬i.

H×nh 12.2. Sù thay ®æi c«ng suÊt h¬i, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vµ møc n−íc trong bao h¬i khi thay ®æi ®ét ngét l−îng nhiªn liÖu cÊp vµo buång löa.

1-møc n−íc khèi l−îng; 2-thµnh phÇn s«i bång; 3-møc n−íc trong bao h¬i. Mçi gi¸ trÞ cña phô t¶i nhiÖt t−¬ng øng víi mét tØ lÖ nhÊt ®Þnh gi÷a thÓ tÝch n−íc vµ thÓ tÝch h¬i trong çc èng sinh h¬i. ThÓ tÝch h¬i trong çc èng sinh h¬i t¨ng lªn khi t¨ng phô t¶i nhiÖt ®iÒu nµy dÉn ®Õn th¶i thªm mét l−îng n−íc tõ èng sinh h¬i vµo bao h¬i, v× thÕ trong thêi kú ®Çu sau khi cã thay ®æi phô t¶i nhiÖt th× møc n−íc trong bao h¬i t¨ng lªn, sau ®ã gi¶m xuèng do l−îng h¬i lÊy ®i lín h¬n l−u l−îng n−íc cÊp. ThÓ tÝch n−íc ®−îc th¶i ra tõ çc èng sinh h¬i vµo bao h¬i khi chuyÓn tõ chÕ ®é lµm viÖc nµy sang chÕ ®é lµm viÖc kh¸c b»ng gia sè thÓ tÝch cña h¬i, ®é gia t¨ng nµy cã thÓ x¸c ®Þnh tõ biÓu thøc sau: ( )2 2 1 1V n f l lϕ ϕ∆ = − , (12-1)

trong ®ã: n vµ f lµ sè èng vµ tiÕt diÖn cña èng;

249

1ϕ vµ 2ϕ lµ hµm l−îng h¬i cña hçn hîp h¬i n−íc

trong èng cã chiÒu dµi t−¬ng øng b»ng l1 vµ l2. Khi t¨ng phô t¶i nhiÖt th× 0V∆ > vµ møc n−íc trong bao h¬i ë thêi ®iÓm ®Çu t¨ng lªn, ng−îc l¹i khi gi¶m phô t¶i nhiÖt th×

0V∆ < vµ møc n−íc gi¶m xuèng. 12.2.2. Sù thay ®æi l−u l−îng n−íc cÊp Khi lß h¬i lµm viÖc b×nh th−êng th× møc n−íc trong bao h¬i dao ®éng trong ph¹m vi rÊt nhá xung quanh møc n−íc trung b×nh. Møc n−íc trong bao h¬i ®−îc ®iÒu chØnh b»ng çch thay ®æi l−u l−îng n−íc cÊp. V× thÓ tÝch n−íc ®−îc ®iÒu chØnh trong bao h¬i cña çc lß h¬i c«ng suÊt trung b×nh vµ lín lµ rÊt nhá nªn kh«ng cho phÐp l−u l−îng n−íc cÊp chªnh lÖch nhiÒu so víi l−u l−îng trung b×nh. Khi l−u l−îng n−íc cÊp thay ®æi Ýt th× l−îng nhiÖt hÊp thu cña bé h©m n−íc thay ®æi trong ph¹m vi nhá vµ cã thÓ coi nh− kh«ng ®æi v× hÖ sè truyÒn nhiÖt k thùc tÕ chØ phô thuéc vµo hÖ sè táa nhiÖt 1α .

Sù thay ®æi l−u l−îng n−íc cÊp còng Ýt ¶nh h−ëng ®Õn ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh t∆ , v× t∆ ®−îc x¸c ®Þnh chñ yÕu bëi ®é chªnh nhiÖt ®é ë chç vµo bé h©m n−íc hn

vt∆ nh−ng hnvt∆ thùc tÕ lµ

kh«ng thay ®æi. Bëi vËy l−îng nhiÖt do n−íc cÊp mang vµo bao h¬i kh«ng phô thuéc vµo sù dao ®éng cña l−u l−îng n−íc cÊp. L−îng h¬i do bÒ mÆt sinh h¬i s¶n ra phô thuéc vµo phô t¶i nhiÖt cña bÒ mÆt ®ã vµ vµo møc ®é ®èt nãng n−íc ch−a ®Õn s«i csi∆ .

Nh−ng csi∆ thay ®æi rÊt nhá nªn toµn bé c«ng suÊt h¬i ®−îc x¸c ®Þnh

bëi phô t¶i nhiÖt cña çc dµn èng sinh h¬i chø kh«ng phô thuéc vµo l−u l−îng n−íc cÊp. Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ®©y ta thÊy khi thay ®æi l−u l−îng n−íc cÊp ë lß h¬i cã bao h¬i th× chØ cã møc n−íc trong bao h¬i bÞ thay ®æi cßn çc th«ng sè kh¸c nh− c«ng suÊt h¬i, nhiÖt ®é cña h¬i thùc tÕ kh«ng thay ®æi. NÕu kh«ng kh«i phôc l−u l−îng n−íc cÊp phï hîp víi ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt th× møc n−íc cã thÓ kh«ng n»m trong giíi h¹n cho phÐp, ®ång thêi çc th«ng sè cßn l¹i nh−: c«ng suÊt h¬i, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt ®−îc gi÷ kh«ng ®æi cho ®Õn khi b¾t ®Çu x¶y ra sù cè.

250

12.2.3. Sù thay ®æi nhiÖt ®é n−íc cÊp Khi thay ®æi nhiÖt ®é n−íc cÊp tøc lµ thay ®æi nhiÖt l−îng do n−íc mang vµo lß th× c«ng suÊt h¬i cña lß gi¶m xuèng, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt t¨ng lªn, møc n−íc trong bao h¬i gi¶m xuèng ( 0V∆ < ). Trong thùc tÕ sù dao ®éng nhá cña nhiÖt ®é n−íc cÊp kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn çc th«ng sè cña lß h¬i. 12.2.4. Sù thay ®æi ®é Èm cña nhiªn liÖu

§é Èm cña nhiªn liÖu thay ®æi sÏ lµm ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn ®Æc tÝnh lµm viÖc cña lß h¬i (h×nh vÏ 12.3).

Khi t¨ng ®é Èm cña nhiªn liÖu th× nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt gi¶m xuèng, c−êng ®é cña qu¸ tr×nh ch¸y gi¶m vµ çc tæn thÊt nhiÖt cña buång löa q3, q4 t¨ng lªn. Tæn thÊt nhiÖt q2 còng t¨ng do t¨ng thÓ tÝch vµ nhiÖt ®é cña khãi. PhÇn nhiÖt do bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u hÊp thu t¨ng lªn (bëi tèc ®é khãi t¨ng) vµ phÇn nhiÖt do bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bøc x¹ hÊp thu gi¶m xuèng (bëi møc nhiÖt ®é trong buång löa gi¶m).

12.3. Khëi ®éng lß h¬i cã bao h¬i

H×nh 12.3. Quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt, çc tæn thÊt nhiÖt cña lß h¬i víi ®é Èm quy dÉn cña nhiªn liÖu.

251

Khëi ®éng vµ ngõng lß h¬i kÌm theo sù thay ®æi ®¸ng kÓ cña çc øng suÊt trong çc phÇn tö cña lß d−íi t¸c dông cña biÕn d¹ng nhiÖt vµ sù thay ®æi cña çc lùc c¬ häc. Nh÷ng øng suÊt phô sinh ra cã thÓ ®¹t ®Õn giíi h¹n nguy hiÓm. V× vËy khëi ®éng vµ ngõng lß h¬i lµ nh÷ng thêi kú quan träng nhÊt trong vËn hµnh lß, nguêi vËn hµnh ph¶i biÕt thao t¸c chÝnh x¸c ®¶m b¶o ®é tin cËy vµ an toµn cao cho lß h¬i, ®ång thêi ph¶i ®¶m b¶o ®é kinh tÕ cña lß h¬i nhÊt lµ çc lß h¬i c«ng suÊt lín vµ viÖc khëi ®éng vµ ngõng lß h¬i ®−îc lÆp l¹i nhiÒu lÇn. Khi khëi ®éng lß h¬i tõ tr¹ng th¸i l¹nh (lß ®· ngõng ho¹t ®éng l©u ngµy) ph¶i tiÕn hµnh kiÓm tra vµ xem xÐt kü mäi thiÕt bÞ chÝnh vµ phô cña lß h¬i, nÕu khëi ®éng sau khi söa ch÷a th× cßn ph¶i tiÕn hµnh nh÷ng c«ng viÖc kh¸c n÷a nh− kiÒm lß. TiÕn hµnh kiÓm tra buång löa vµ ®−êng khãi sau buång löa ®Ó biÕt t×nh tr¹ng cña lß h¬i ®· s½n sµng lµm viÖc hay ch−a. C«ng nh©n vËn hµnh lß h¬i ph¶i kiÓm tra çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña lß h¬i, t−êng lß, çc cöa ng−êi chui, cöa th¨m löa, van phßng næ, çc vßi phun nhiªn liÖu, m¸y cÊp bét than, qu¹t giã, qu¹t khãi, çc trang bÞ kh¸c cña hÖ thèng nghiÒn than, van an toµn, èng thñy, ¸p kÕ vµ çc bé ®iÒu chØnh tù ®éng sù lµm viÖc cña lß h¬i, çc dông cô kiÓm tra ®o l−êng. Tr−íc khi ®èt lß ph¶i më çc van x¶ khÝ, ph¶i ®ãng çc van x¶ ®¸y, ph¶i më van x¶ bé qu¸ nhiÖt vµ van trªn ®−êng t¸i tuÇn hoµn gi÷a bao h¬i vµ bé h©m n−íc. 12.3.1. CÊp n−íc vµo lß CÊp n−íc vµo lß cã chÊt l−îng cÇn thiÕt vµ cã nhiÖt ®é b»ng 50÷90 0C. NÕu cÊp n−íc cã nhiÖt ®é cao h¬n hoÆc thÊp h¬n th× çc chi tiÕt nh−: bao h¬i, èng sinh h¬i sÏ ®−îc ®èt nãng hay lµm l¹nh nhanh vµ kh«ng ®Òu do ®ã cã thÓ g©y ra øng suÊt nhiÖt trong çc phÇn tö ®ã. Çc èng cña bé h©m n−íc vµ çc èng sinh h¬i t−¬ng ®èi máng nªn viÖc ®èt nãng nhanh, bao h¬i cã v¸ch dµy nªn ®−îc ®èt nãng chËm h¬n nhiÒu. Çc líp bªn trong cña kim lo¹i v¸ch bao h¬i ®−îc ®èt nãng nhanh h¬n nh÷ng líp bªn ngoµi. HiÖu sè nhiÖt ®é trong v¸ch bao h¬i ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

2

2vt xaω

∆ = , 0C (12-2)

trong ®ã:

252

dtd

ωτ

= lµ tèc ®é n©ng nhiÖt ®é cña m«i tr−êng nãng hay nãi

c¸ch kh¸c lµ tèc ®é ®èt lß, 0C/h;

acλρ

= lµ hÖ sè dÉn nhiÖt ®é, m2/h;

x lµ chiÒu dµy bao h¬i, m.

H×nh 12.4. Sù thay ®æi nhiÖt ®é theo chiÒu dµy bao h¬i.

Nh− vËy sù thay ®æi nhiÖt ®é trong chiÒu dµy v¸ch bao h¬i x¶y ra theo ®−êng parabol bËc hai (h×nh vÏ 12.4).

HiÖu nhiÖt ®é gi÷a bÒ mÆt trong vµ bÒ mÆt ngoµi cña v¸ch bao h¬i tØ lÖ víi ω , cô thÓ lµ:

2

max 2t

aωδ

∆ = , 0C (12-3)

Khi ®é chªnh nhiÖt ®é trong v¸ch bao h¬i ®−îc x¸c ®Þnh bëi tèc ®é ®èt nãng kim lo¹i th× viÖc cÊp n−íc vµo lß h¬i ph¶i tiÕn hµnh trong kho¶ng thêi gian tõ 1÷1,5h ®èi víi lß h¬i trung ¸p vµ tõ 1,5÷2,5h ®èi víi lß h¬i cao ¸p ®Ó tr¸nh sinh ra nh÷ng øng suÊt lín bªn trong kim lo¹i. 12.3.2. Sù ®èt nãng bao h¬i vµ bÒ mÆt ®èt sinh h¬i trong thêi gian ®èt lß

253

ë çc lß h¬i lín v¸ch bao h¬i sÏ bÞ ®èt nãng kh«ng ®Òu trong thêi kú ®Çu cña qu¸ tr×nh ®èt lß. V¸ch phÝa trªn bÞ ®èt nãng nhiÒu h¬n v¸ch phÝa d−íi ( tr dt t> ). Do ®ã bao h¬i cã thÓ bÞ biÕn d¹ng uèn

vµ trong v¸ch cã øng suÊt nÐn vµ kÐo bæ sung. Gi¸ trÞ cña çc øng suÊt nãi trªn ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ,n k E tσ α= ∆ , N/m2 (12-4)

trong ®ã: α = 12.10-6 mm/mmK lµ hÖ sè gi·n në nhiÖt cña thÐp; E = (2,0÷2,1).104 N/mm2 lµ modul dµn håi cña thÐp;

2

tr dt tt −∆ = , 0C.

Nh÷ng biÕn d¹ng cña bao h¬i chØ sinh ra trong thêi kú cã tr¹ng th¸i nhiÖt ch−a æn ®Þnh. Khi tr¹ng th¸i nhiÖt ®· æn ®Þnh th× nh÷ng biÕn d¹ng Êy mÊt ®i hoÆc chØ cßn rÊt nhá. Trong lß h¬i cã tuÇn hoµn tù nhiªn hiÖn t−îng ®èt nãng vµ biÕn d¹ng còng x¶y ra kh«ng ®Òu trong çc dµn èng sinh h¬i vµ èng gãp do nhiÖt l−îng hÊp thu cña chóng kh¸c nhau vµ do ®ã tuÇn hoµn ë trong chóng kh¸c nhau. Sù ®èt nãng kh«ng ®ång ®Òu çc vßng tuÇn hoµn lµ nguyªn nh©n h¹n chÕ tèc ®é ®èt lß ®Ó gia tèc viÖc ®èt nãng çc èng ®−îc ®èt nãng yÕu ta ph¶i tiÕn hµnh x¶ çc èng gãp d−íi cña chóng. 12.3.3. B¶o vÖ bé qu¸ nhiÖt trong thêi gian ®èt lß Trong lóc ®èt lß l−îng nhiÖt ®Ó sinh h¬i t−¬ng ®èi nhá v× ph¶i tiªu thô mét l−îng nhiÖt lín ®Ó ®èt nãng n−íc vµ kim lo¹i lß h¬i. Tuy r»ng l−îng nhiÖt do khãi truyÒn trong bé qu¸ nhiÖt khi ®èt lß nhá h¬n so víi khi lß lµm viÖc ë phô t¶i ®Þnh møc nh−ng l−u l−îng h¬i qua bé qu¸ nhiÖt còng nhá nªn møc ®é ®èt nãng èng qu¸ nhiÖt t¨ng lªn nhanh h¬n ¸p suÊt. NhiÖt ®é kim lo¹i èng bé qu¸ nhiÖt tv

®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng theo c«ng thøc sau:

1

1 2

'( )v qn qn qnt t tα θα α

= + −+

, 0C (12-5)

trong ®ã: 'qnθ lµ nhiÖt ®é cña khãi ë phÝa tr−íc bé qu¸ nhiÖt, 0C;

qnt lµ nhiÖt ®é cña h¬i ®i trong bé qu¸ nhiÖt, 0C.

254

ë ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th−êng cã 1 70 90α = ÷ W/m2K;

1 1700 3500α = ÷ W/m2K; nh− vËy 1

1 2

0,02 0,05αα α

≈ ÷+

.

Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc ë phô t¶i ®Þnh møc ta cã 12 30v qnt t t∆ = − = ÷ 0C, nh−ng trong khi ®èt lß th× nhiÖt ®é s¶n

phÈm ch¸y t¨ng tØ lÖ víi nhiÖt l−îng sinh ra trong buång löa. Çc èng qu¸ nhiÖt bÞ ®èt nãng m¹nh vµ nÕu trong èng kh«ng cã h¬i n−íc th× nhiÖt ®é v¸ch èng t¨ng lªn nhanh. §Ó tr¸nh ®èt nãng qu¸ møc èng bé qu¸ nhiÖt ng−êi ta cho h¬i ®i qua çc èng qu¸ nhiÖt vµ x¶ ra ngoµi trêi. L−îng h¬i x¶ tõ bé qu¸ nhiÖt trong thêi gian ®èt lß b»ng kho¶ng 10÷15% c«ng suÊt h¬i cña lß, khi ®ã tèc ®é h¬i ®i trong çc èng qu¸ nhiÖt ®¹t ®Õn 2÷3 m/s. Ng−êi ta dïng mét sè biÖn ph¸p ®Ó lµm m¸t çc èng bé qu¸ nhiÖt trong khi ®èt lß nh− sau:

− Cho h¬i ®i qua çc èng cña bé qu¸ nhiÖt vµ x¶ ra ngoµi trêi;

− §èi víi bé qu¸ nhiÖt n»m ngang ng−êi ta cho n−íc lß hay n−íc ng−ng ®i qua çc èng cña bé qu¸ nhiÖt do ®ã gi¶m ®−îc tæn thÊt nhiÖt do x¶ vµ gia tèc ®−îc qu¸ tr×nh ®èt lß;

− §èi víi bé qu¸ nhiÖt ®Æt ®øng, khi ngõng lß cã n−íc ng−ng ®äng l¹i trong nöa d−íi cña çc èng ®øng, khi ®èt lß n−íc ®äng nµy bèc h¬i vµ ®−îc x¶ ra ngoµi trêi do ®ã çc èng ®−îc lµm m¸t.

− Khi ®· më van cÊp h¬i tõ lß h¬i vµo èng gãp h¬i chung th× ngõng x¶ bé qu¸ nhiÖt.

12.3.4. Lµm m¸t bé h©m n−íc trong thêi gian ®èt lß Khi ®èt lß nÕu nh÷ng ®o¹n èng ë cuèi bé h©m n−íc kh«ng ®−îc lµm m¸t tin cËy th× cã thÓ sinh ra h¬i qu¸ nhiÖt trong çc èng nµy vµ èng sÏ bÞ ®èt nãng qu¸ møc. Trong khi ®èt lß th−êng cÊp n−íc theo ®Þnh kú, l−îng n−íc cÊp lóc ®ã ®−îc x¸c ®Þnh bëi l−îng x¶ tõ bé qu¸ nhiÖt vµ x¶ bëi çc èng gãp d−íi cña dµn èng sinh h¬i. §Ó lµm m¸t çc èng bé h©m n−íc ng−êi ta ®Æt ®−êng t¸i tuÇn hoµn gi÷a bao h¬i vµ èng gãp vµo cña bé h©m n−íc. N−íc tõ bao h¬i ch¶y theo ®−êng t¸i tuÇn hoµn vÒ bé h©m n−íc råi ®i theo çc èng cña bé

255

h©m n−íc ®Ó trë vÒ bao h¬i (h×nh 12.5a,b). ë nh÷ng lß h¬i lín ng−êi ta b¬m n−íc liªn tôc qua bé h¬i n−íc trong lóc ®èt lß vµ n−íc ®−îc x¶ vÒ b×nh khö khÝ, nh− vËy kh«ng cÇn ®−êng t¸i tuÇn hoµn n÷a (h×nh 12.5c).

H×nh 12.5. Çc biÖn ph¸p lµm m¸t bé h©m n−íc. a-®Æt ®−êng t¸i tuÇn hoµn; b-®Æt ®−êng t¸i tuÇn hoµn vµ eject¬;

c-b¬m n−íc liªn tôc qua bé h©m n−íc.

Tèc ®é ®èt lß bÞ h¹n chÕ do çc øng suÊt nhiÖt sinh ra trong çc chi tiÕt cña lß h¬i vµ ph¶i b¶o ®¶m ®Ó tèc ®é t¨ng nhiÖt ®é b·o hßa trong bao h¬i kh«ng lín h¬n 1,5÷20C/phót. Thêi gian ®èt lß h¬i cã bao h¬i trung ¸p th−êng lµ 2÷4h, lß h¬i cao ¸p vµ siªu cao ¸p t−¬ng øng lµ 3÷4h vµ 8÷12h, lß h¬i trùc l−u lµ 1÷2h. Trªn h×nh vÏ 12.6 biÓu diÔn mét vÝ dô ®å thÞ ®èt lß h¬i cao ¸p.

a) b)

c)

256

H×nh 12.6. §å thÞ ®èt lß h¬i cao ¸p.

1-¸p suÊt h¬i; 2-nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt; 3-nhiÖt ®é khãi th¶i; a-thêi ®iÓm cho vßi phun mazót lµm viÖc; b-khëi ®éng qu¹t giã;

c-cho qu¹t nghiÒn vµ m¸y cÊp bét lµm viÖc; d-më van h¬i chÝnh; e-nèi lß h¬i vµo èng gãp h¬i chung; f-cho lß h¬i mang t¶i.

12.4. VËn hµnh lß h¬i khi lµm viÖc b×nh th−êng Khi lß h¬i lµm viÖc b×nh th−êng ng−êi vËn hµnh cã nhiÖm vô ®iÒu chØnh c«ng suÊt h¬i cña lß h¬i phï hîp víi nhu cÇu cña hé tiªu thô vµ ®¶m b¶o c¸c th«ng sè h¬i theo quy ®Þnh còng nh− ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu. C¸c ®¹i l−îng vµ th«ng sè d−íi ®©y cÇn ph¶i ®−îc ®iÒu chØnh vµ duy tr×: c«ng suÊt h¬i cña lß h¬i, ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ch¸y, møc n−íc trong bao h¬i, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt. 12.4.1. §iÒu chØnh c«ng suÊt h¬i cña lß h¬i Khi nhu cÇu tiªu thô h¬i cña hé tiªu thô thay ®æi th× ¸p suÊt cña h¬i ë lß h¬i còng thay ®æi theo. ¸p suÊt cña h¬i ë lß h¬i sÏ t¨ng lªn khi gi¶m l−îng h¬i tiªu thô vµ ng−îc l¹i. Ng−êi vËn hµnh ph¶i ®iÒu chØnh sù lµm viÖc cña lß h¬i ®Ó ®¶m b¶o sù c©n b»ng gi÷a l−îng h¬i do lß h¬i s¶n ra vµ l−îng h¬i sö dông ë hé tiªu thô nh»m gi÷ cho ¸p suÊt cña h¬i ë lß h¬i kh«ng thay ®æi.

257

Muèn t¨ng c«ng suÊt h¬i cña lß h¬i cÇn ph¶i t¨ng c−êng qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu ®Ó sinh ra ®ñ nhiÖt l−îng cung cÊp cho n−íc sinh h¬i tøc lµ t¨ng l−îng nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ cÊp vµo lß víi mét tØ lÖ thÝch hîp. Ng−îc l¹i khi gi¶m c«ng suÊt h¬i ph¶i ®ång thêi gi¶m l−îng nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ cÊp vµo lß. Xung l−îng ®Ó ®iÒu chØnh trong tr−êng hîp nµy lµ c«ng suÊt (l−u l−îng) h¬i vµ tèc ®é

thay ®æi ¸p suÊt h¬i pτ∂∂

. Çc xung l−îng nµy sÏ t¸c ®éng lªn çc bé

®iÒu chØnh l−u l−îng nhiªn liÖu vµ l−u l−îng kh«ng khÝ cÊp vµo buång löa lß h¬i. 12.4.2. §iÒu chØnh ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ch¸y §Ó ®iÒu chØnh ®é kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ch¸y ph¶i duy tr× hÖ sè kh«ng khÝ thõa tèi −u ë cuèi buång löa ( "

blα ) vµ ph©n phèi kh«ng

khÝ t¹i çc vßi phun phï hîp víi l−u l−îng nhiªn liÖu cÊp ®Õn vßi phun. Gi¸ trÞ tèi −u cña "

blα ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së ®¶m b¶o gi¸ trÞ

tèi thiÓu cña çc tæn thÊt nhiÖt q3 , q4 . Khi ph©n phèi ®Òu nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ cho çc vßi phun sÏ gãp phÇn lµm gi¶m nhiÖt ®é v¸ch èng sinh h¬i trong buång löa vµ gi¶m sù “vªnh” (kh«ng ®ång ®Òu) cña nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó kh«ng cã hiÖn t−îng ®ãng xØ trong buång löa. 12.4.3. §iÒu chØnh vµ duy tr× møc n−íc trong bao h¬i dao ®éng nhá trong ph¹m vi cho phÐp. Khi møc n−íc t¨ng lªn sÏ lµm t¨ng çc giät n−íc lß bÞ cuèn theo h¬i vµo çc èng cña bé qu¸ nhiÖt, ®iÒu nµy kh«ng nh÷ng lµm gi¶m chÊt l−îng (®é s¹ch) cña h¬i mµ cßn x¶y ra b¸m muèi trªn v¸ch èng kim lo¹i bé qu¸ nhiÖt dÉn ®Õn t¨ng nhiÖt ®é v¸ch èng vµ èng sím bÞ h− háng. NÕu møc n−íc trong bao h¬i qu¸ thÊp sÏ ¶nh h−ëng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh tuÇn hoµn cña n−íc vµ hçn hîp h¬i n−íc trong vßng tuÇn hoµn tù nhiªn cña lß h¬i (xem ch−¬ng 6). 12.4.4. §iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt

258

ë lß h¬i cã bao h¬i nhiÖt ®é cña h¬i qu¸ nhiÖt bÞ thay ®æi khi thay ®æi phô t¶i cña lß h¬i, hÖ sè kh«ng khÝ thõa trong buång löa, nhiÖt ®é n−íc cÊp, ®é Èm cña nhiªn liÖu, cã ®ãng xØ trong buång löa,� NhiÖm vô ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt lµ duy tr× ®Ó nhiÖt ®é nµy dao ®éng trong ph¹m vi quy ®Þnh, chØ cho phÐp chªnh lÖch víi gi¸ trÞ ®Þnh møc tõ +100C÷ -150C ®èi víi çc lß h¬i trung ¸p vµ tõ +50C÷ -100C ®èi víi lß h¬i cao ¸p vµ siªu cao ¸p. Khi ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt vÒ phÝa h¬i ng−êi ta ®Æt bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt hoÆc kiÓu phun n−íc thµnh s−¬ng trùc tiÕp vµo h¬i. §Ó ®iÒu chØnh nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt ®èi víi bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt ta thay ®æi l−u l−îng n−íc ch¶y trong èng ch÷ U cña bé gi¶m «n, ®èi víi bé gi¶m «n kiÓu phun n−íc vµo h¬i ta thay ®æi l−u l−îng n−íc phun. Ng−êi ta th−êng lÊy tèc ®é thay ®æi nhiÖt ®é h¬i

qu¸ nhiÖt tτ∂∂

vµ b¶n th©n nhiÖt ®é cña h¬i sau bé qu¸ nhiÖt tqn lµm

xung l−îng ®Ó ®iÒu chØnh. §ång thêi trong ca vËn hµnh ng−êi c«ng nh©n vËn hµnh lß h¬i ph¶i tiÕn hµnh th«ng röa èng thñy, thö van an toµn ®Ó chøng minh van kh«ng bÞ kÑt, x¶ ®¸y (x¶ ®Þnh kú), thæi tro bôi b¸m trªn çc dµn èng sinh h¬i trong buång löa vµ çc èng cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u phÝa sau buång löa, vËn hµnh hÖ thèng th¶i xØ, hÖ thèng thiÕt bÞ läc bôi, läc çc chÊt khÝ ®éc h¹i cã trong khãi tr−íc khi th¶i khãi vµo khÝ quyÓn, ghi nhËt ký vËn hµnh vµ xö lý çc sù cè x¶y ra trong ca vËn hµnh theo ®óng quy tr×nh. 12.5. Ngõng lß h¬i Qu¸ tr×nh ngõng lß h¬i lµ qu¸ tr×nh kh«ng æn ®Þnh, ng−êi vËn hµnh ph¶i thùc hiÖn viÖc ngõng lß h¬i ®óng quy tr×nh, b¶o ®¶m ®é tin cËy, ®é an toµn cao vµ ®é kinh tÕ cña lß h¬i. Tïy theo c«ng dông kü thuËt ng−êi ta ph©n chia viÖc ngõng lß h¬i thµnh 3 kiÓu sau ®©y:

− Ngõng lß ®Ó dù phßng (nãng hay l¹nh); − Ngõng lß ®Ó söa ch÷a; − Ngõng lß sù cè.

12.5.1. Ngõng lß b×nh th−êng ®Ó dù phßng hay söa ch÷a

259

C«ng viÖc nµy ®−îc tiÕn hµnh theo kÕ ho¹ch víi thø tù thao t¸c nh− sau:

− Th¶i hÕt bét than ra khái phÔu chøa, ë lß ghi cÇn ®èt ch¸y hÕt than cßn n»m trªn ghi;

− Ngõng qu¹t giã, sau ®ã ngõng qu¹t khãi; − Sau khi ngõng qu¸ tr×nh ch¸y trong buång löa th× lß h¬i

®−îc ng¾t khái èng gãp h¬i chung vµ më van x¶ ë bé qu¸ nhiÖt kho¶ng 30÷50 phót ®Ó lµm m¸t èng bé qu¸ nhiÖt;

− Lµm nguéi lß tõ tõ trong thêi gian 4÷6h, khi ®ã ph¶i ®ãng kÝn çc cöa ë buång löa vµ çc l¸ ch¾n khãi ë sau lß h¬i;

− Sau 4÷6h tiÕn hµnh th«ng giã çc ®−êng khãi b»ng çch hót tù nhiªn vµ x¶ lß;

− Kho¶ng 8÷10h sau khi ngõng lß tiÕn hµnh x¶ lß lÇn n÷a vµ khi cÇn lµm nguéi nhanh th× cho qu¹t khãi lµm viÖc vµ x¶ thªm.

− Qua 18÷24h sau khi ngõng, lóc Êy nhiÖt ®é n−íc trong lß h¬i b»ng 70÷800C tiÕn hµnh x¶ tõ tõ n−íc ra khái lß, çc van x¶ kh«ng khÝ ®−îc më ra.

Trong lóc ngõng lß h¬i ph¶i liªn tôc theo dâi møc n−íc trong bao h¬i vµ cung cÊp n−íc vµo bao h¬i. 12.5.2. Ngõng lß sù cè Ngõng lß sù cè trong çc tr−êng hîp sau:

− Do t¨ng ¸p suÊt qu¸ møc cho phÐp, ¸p suÊt vÉn tiÕp tôc t¨ng mÆc dï ®· gi¶m viÖc cÊp nhiªn liÖu, gi¶m viÖc hót khãi vµ cung cÊp kh«ng khÝ vµ t¨ng c−êng cÊp n−íc cho lß;

− Khi møc n−íc t¨ng hay gi¶m qu¸ møc cho phÐp; − Khi mäi èng thñy, ¸p kÕ, b¬m cÊp n−íc ®Òu kh«ng ho¹t

®éng ®−îc; − Khi næ èng, phång èng, cã çc vÕt r¹n nøt hay rß rØ ë çc

phÇn tö cña lß h¬i; − Khi cã çc t×nh tr¹ng bÊt th−êng nh−: tiÕng ®éng lín,

rung ®éng m¹nh, cã va ®Ëp m¹nh, t−êng lß bÞ háng, khung bÞ nãng ®á.

260

− Khi ch¸y l¹i nhiªn liÖu trong ®−êng khãi cña lß h¬i. Çch xö lý sù cè: Ph¶i nhanh chãng ng¾t lß h¬i ra khái èng gãp chung,ngõng cÊp nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ vµo lß, gi¶m hót khãi, th¶i nhanh chãng nhiªn liÖu ®ang ch¸y trªn ghi ra ngoµi hoÆc dïng n−íc dËp t¾t nhiªn liÖu ®ang ch¸y trªn ghi. Khi ngõng lß h¬i l©u ngµy (trªn 1 tuÇn lÔ) ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p tèt ®Ó b¶o qu¶n lß h¬i khái bÞ Èm vµ «xy ¨n mßn nh−: b¶o qu¶n kh«, b¶o qu¶n Èm, dïng ¸p suÊt d− trong lß h¬i. 12.6. Çc chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt vËn hµnh lß h¬i

Çc chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt chñ yÕu ®Æc tr−ng chÕ ®é lµm

viÖc cña lß h¬i gåm cã çc chØ tiªu kinh tÕ vµ çc chØ tiªu chÕ ®é lµm viÖc. 12.6.1. Mét sè chØ tiªu kinh tÕ

1. HiÖu suÊt cña lß h¬i − HiÖu suÊt th« (brutto):

brbr lv

t

QBQ

η = , (12-6)

− HiÖu suÊt tinh (netto):

netnet lv

t

QBQ

η = , (12-7)

trong ®ã: B lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu thô cña lß h¬i, kg/s; Qbr lµ nhiÖt l−îng do lß s¶n ra, kJ; Qnet lµ nhiÖt l−îng h÷u Ých cña lß h¬i sau khi ®· trõ tù dïng, kJ; lv

tQ lµ nhiÖt trÞ thÊp cña nhiªn liÖu lµm viÖc, kJ/kg.

2. SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu quy −íc qub

29310

lvt

quBQb

D= , t/t (12-8)

trong ®ã 29310 kJ/kg lµ nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu chuÈn. 3. SuÊt tiªu hao ®iÖn n¨ng cho tù dïng cña lß h¬i

261

EeD

= , kWh/t (12-9)

trong ®ã E lµ l−îng ®iÖn n¨ng tù dïng cña lß h¬i, kWh. 4. Gi¸ thµnh s¶n xuÊt h¬i: lµ tØ sè gi÷a gi¸ thµnh vµ l−îng h¬i

do lß s¶n ra

GgD

= , ®ång/t (12-10)

®©y lµ chØ tiªu quan träng nhÊt ph¶n ¶nh tæ hîp mäi ®iÒu kiÖn vËn hµnh lß h¬i nh−: ®é tin cËy, ®é kinh tÕ, møc ®é sö dông c«ng suÊt ®Æt, møc ®é hoµn h¶o cña viÖc vËn hµnh vµ söa ch÷a thiÕt bÞ. 12.6.2. Mét sè chØ tiªu chÕ ®é vËn hµnh lß h¬i

1. HÖ sè thêi gian lµm viÖc lµ tØ sè gi÷a thêi gian lµm viÖc cña lß h¬i lvτ vµ thêi gian tÝnh theo lÞch (th−êng tÝnh theo n¨m):

.100 .1008760

lv lvlv

l

K τ ττ

= = , % (12-11)

trong ®ã 8760lτ = h lµ sè giê cña mét n¨m.

§èi víi c¸c lß h¬i c«ng suÊt lín 70 90%lvK = ÷ .

2. HÖ sè s½n sµng lµ tØ sè gi÷a thêi gian tæng mµ lß h¬i lµm viÖc vµ ë tr¹ng th¸i dù phßng víi thêi gian tÝnh theo lÞch:

lv dpss

l

Kτ τ

τ+

= , (12-12)

§èi víi lß h¬i c«ng suÊt lín 0,79 0,93ssK = ÷ .

3. HÖ sè sö dông c«ng suÊt ®Æt cña lß h¬i lµ tØ sè gi÷a l−îng h¬i do lß s¶n ra sau thêi gian lvτ vµ l−îng h¬i mµ lß cã thÓ

s¶n ra sau thêi gian tÝnh theo lÞch lτ khi lß h¬i lµm viÖc víi

c«ng suÊt ®Þnh møc:

.8760sd

dm

DKD∑

= . (12-13)

Thay v× Ksd ng−êi ta dïng chØ tiªu sè giê sö dông c«ng suÊt ®Æt:

csdm

DD

τ ∑= . (12-14)

262

4. Thêi gian lµm viÖc liªn tôc trung b×nh vµ tèi ®a hay theo lý thuyÕt ®é tin cËy ®ã lµ thêi gian m¸y háng.

12.7. VÊn ®Ò b¶o vÖ m«i tr−êng Khi ®èt ch¸y nhiªn liÖu h÷u c¬ trong buång löa lß h¬i sÏ sinh ra çc s¶n phÈm ch¸y thÓ khÝ bao gåm çc khÝ 2 hoÆc 3 nguyªn tö nh−: cacbonoxyt CO, cacbondioxyt CO2 (khÝ cacbonic), khÝ sunfur¬ SO2, khÝ sunfuric SO3, çc nit¬ «xyt NOx,�S¶n phÈm ch¸y cña nhiªn liÖu r¾n cßn cã tro xØ vµ tro bôi bay theo khãi. Çc chÊt khÝ SOx vµ NOx lµ nh÷ng chÊt rÊt ®éc h¹i kh«ng nh÷ng ®èi víi ng−êi, ®éng vËt mµ c¶ ®èi víi thùc vËt vµ thiÕt bÞ b»ng kim lo¹i. Nguêi sö dông lß h¬i ph¶i cã tr¸ch nhiÖm xö lý khÝ ®éc h¹i vµ bôi cã lÉn trong khãi xuèng b»ng hoÆc thÊp h¬n møc cho phÐp tr−íc khi th¶i khãi vµo khÝ quyÓn nh»m gãp phÇn b¶o vÖ m«i tr−êng. 12.7.1. Xö lý lµm gi¶m çc chÊt khÝ ®éc h¹i nh− SOx, NOx cã trong khãi lß h¬i

1. KhÝ SO2 sinh ra khi ch¸y l−u huúnh (S) cña nhiªn liÖu. ë nhiÖt ®é cao vµ khi cã d− «xy th× SO2 bÞ «xy hãa mét phÇn thµnh SO3. §èi víi nhiªn liÖu cã hµm l−îng l−u huúnh cao (S > 0,5%) vµ ®Æc biÖt khi cã «xy nguyªn tö trong buång löa vµ ë nhiÖt ®é > 11500C th× sÏ sinh ra SO3. ë çc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt nhiÖt ®é thÊp phÝa ®u«i lß h¬i nh− bé sÊy kh«ng khÝ cã thÓ x¶y ra hiÖn t−îng SO3

kÕt hîp víi H2O t¹o ra axit sunfuric H2SO4 ¨n mßn kim lo¹i. Çc hîp chÊt cña l−u huúnh nÕu bay theo khãi vµo khÝ quyÓn sÏ rÊt cã h¹i cho thÕ giíi ®éng vËt vµ thùc vËt. Cã nhiÒu çch ®Ó lµm gi¶m l−îng ph¸t th¶i khÝ ®éc h¹i SO2 nh− sau:

- Khö l−u huúnh ra khái nhiªn liÖu tr−íc khi ®èt b»ng çc biÖn ph¸p c¬ khÝ hay hãa häc;

- Liªn kÕt çc «xyt cña l−u huúnh trong qu¸ tr×nh ®èt nhiªn liÖu trong tÇng s«i;

- Dïng biÖn ph¸p hãa häc ®Ó thu l¹i SO2 cã trong khãi (dïng bét ®¸ v«i hay s÷a v«i phun vµo buång ®èt vµ buång ho¹t hãa ®Æt trªn ®−êng khãi phÝa sau bé sÊy kh«ng khÝ cña lß h¬i).

263

2. Çc «xyt cña nit¬: ë ®©y chØ nãi ®Õn NO vµ NO2, ký hiÖu chung lµ NOx.

Trong buång löa lß h¬i NO chiÕm 90÷95%, NO2 chØ chiÕm 5÷10%. Hµm l−îng NOx trong khãi dao ®éng trong ph¹m vi tõ 0÷1g/m3. KhÝ NO2 ®−îc sinh ra do «xy hãa NO khi khÝ nµy l−u l¹i l©u trong vïng nhiÖt ®é cao cña buång löa theo ph¶n øng sau: 2NO + O2 = 2NO2 + 124kJ. NOx ®−îc sinh ra tõ nit¬ cña nhiªn liÖu vµ nit¬ trong kh«ng khÝ cÊp cho qu¸ tr×nh ch¸y. Tuy vËy khèi l−îng chÝnh cña NOx ®−îc t¹o ra do «xy hãa khÝ nit¬ cã trong kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é ch¸y cao nªn ®−îc gäi lµ çc nit¬ «xyt nhiÖt, ph¶n øng x¶y ra theo c¬ chÕ d©y chuyÒn vµ lµ ph¶n øng thu nhiÖt cã d¹ng sau: N2 + O2 → 2NO - 825 kJ Çc yÕu tè ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh qu¸ tr×nh «xy hãa nit¬ gåm cã: sù t¹o thµnh «xy nguyªn tö ë nhiÖt ®é cao ( > 1550 0C), nång ®é «xy cao vµ thêi gian l−u l¹i l©u cña chÊt ch¸y trong vïng ch¸y. Cã thÓ dïng çc biÖn ph¸p sau ®©y ®Ó lµm gi¶m c−êng ®é t¹o thµnh NOx:

- Duy tr× nhiÖt ®é trong vïng ch¸y m¹nh nhiªn liÖu kh«ng cao h¬n 1500÷1550 0C b»ng çch t¸i tuÇn hoµn mét phÇn khãi cã nhiÖt ®é thÊp ®−îc hót ë phÝa tr−íc bé sÊy kh«ng khÝ ®−a vµo buång löa ®Ó gi¶m møc nhiÖt ®é ch¸y vµ gi¶m nång ®é «xy. Khi hÖ sè t¸i tuÇn hoµn khãi b»ng 15÷20% th× l−îng NOx trong lß h¬i ®èt bét than phun gi¶m ®−îc kho¶ng 25%.

- Duy tr× hÖ sè kh«ng khÝ thõa ë çc vßi phun ë møc ®é thÊp ( 1,0 1,05α = ÷ ).

- Gi¶m ®Õn møc tèi thiÓu thêi gian l−u l¹i cña nhiªn liÖu trong khu vùc buång löa cã nhiÖt ®é cao nhÊt b»ng çc biÖn ph¸p tæ chøc tèt khÝ ®éng trong buång löa. HiÖn nay nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi ¸p dông mét sè biÖn ph¸p nh− dïng vßi phun cã cÊu t¹o ®Æc biÖt vµ tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y theo ph©n cÊp (theo giai ®o¹n) ®Ó gi¶m sù t¹o thµnh NOx. C¶ hai biÖn ph¸p nãi trªn ®Òu nh»m tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y ë hÖ sè kh«ng khÝ thõa nhá ë nhiÖt ®é thÊp. Khi ®èt than theo ph©n cÊp th× cung cÊp kh«ng khÝ cÊp 3 qua çc vßi phun ®Æc biÖt ®Æt cao h¬n trung t©m ch¸y hoÆc c¾t viÖc cÊp nhiªn liÖu vµo çc vßi phun cña d·y ®Æt phÝa trªn. BiÖn ph¸p nµy

264

lµm gi¶m nhiÖt ®é trong vïng ch¸y m¹nh vµ gi¶m hÖ sè kh«ng khÝ thõa. ë çc vßi phun t¹o ra Ýt NOx ta ph¶i hoµn thiÖn qu¸ tr×nh t¹o thµnh hçn hîp ch¸y. §Ó thùc hiÖn viÖc nµy ë Mü ng−êi ta trang bÞ m¸y ghi xo¾n kÐp, ë NhËt ng−êi ta cÊp nhiªn liÖu cã nång ®é cao trong hçn hîp víi kh«ng khÝ (hçn hîp giµu nhiªn liÖu, nghÌo «xy) vµo mét sè vßi phun vµ nhiªn liÖu cã nång ®é thÊp (hçn hîp nghÌo nhiªn liÖu) vµo mét sè vßi phun kh¸c. ViÖc hoµn thiÖn qu¸ tr×nh ch¸y vµ khÝ ®éng trong buång löa vµ øng dông çc vßi phun c¶i tiÕn ®· gi¶m ®−îc l−îng ph¸t th¶i NOx khi ®èt nhiªn liÖu r¾n tíi 2 lÇn (cßn 0,4 0,5%≈ ÷ ).

ë çc n−íc Mü, NhËt, §øc, Trung Quèc ng−êi ta ®· t¹o ra nhiÒu kiÓu vßi phun ®Ó ®èt ph©n cÊp vµ gi¶m ®−îc l−îng ph¸t th¶i NOx xuèng rÊt thÊp, kho¶ng 100÷200 ppm. 12.7.2. Khö bôi lÉn trong khãi Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n trong khãi bay ra khái lß h¬i cã chøa nhiÒu h¹t bôi, ®ã lµ çc h¹t tro cña nhiªn liÖu vµ çc h¹t çcbon do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ c¬ häc. Tïy theo kiÓu buång löa mµ phÇn tro bôi bay theo khãi cã gi¸ trÞ kh¸c nhau (b¶ng 12.1).

B¶ng 12.1. PhÇn tro bôi bay theo khãi ra khái buång löa lß h¬i.

KiÓu buång löa PhÇn tro bôi bay theo

khãi, ab ,% Buæng löa ghi 15,0 ÷30,0 Buæng löa phun bét than th¶i xØ kh« 75,0 ÷95,0 Buæng löa phun bét than th¶i xØ láng 40,0 ÷ 55,0 Buæng löa xyclon ®øng 15,0 ÷ 20,0 Buæng löa tÇng s«i 20,0 ÷ 30,0

Tro bôi bay theo khãi sÏ mµi mßn çnh qu¹t cña qu¹t khãi vµ èng khãi, khi th¶i vµo khÝ quyÓn tro bôi cã h¹i ®èi víi con ng−êi vµ c©y cá. §Ó ng¨n ngõa t¸c h¹i nãi trªn ta ph¶i thu gom bôi trong çc bé khö bôi. Cã nhiÒu kiÓu bé khö bôi nh−: xyclon ®¬n (lo¹i kh« hay lo¹i Èm), xyclon chïm, bé khö bôi b»ng ®iÖn.

265

Çc th«ng sè ®Æc tr−ng cho sù lµm viÖc cña bé khö bôi lµ hiÖu suÊt hay hÖ sè ph©n ly (lµm s¹ch bôi vµ trë lùc cña bé khö bôi vÒ phÝa khãi).

H×nh 12.7. S¬ ®å bé khö bôi b»ng ®iÖn. a-kiÓu tÊm; b-kiÓu èng.

1-khãi vµo; 2-khãi ra; 3-®iÖn cùc thu; 4-®iÖn cùc ph¸t; 5-çch ®iÖn; 6-biÕn trë; 7-m¸y biÕn thÕ ®iÖn.

HiÖu suÊt ph©n ly ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

.100,lpl

l r

GG G

η =+

% (12-15)

trong ®ã: Gl lµ khèi l−îng bôi thu ®−îc trong bé khö bôi, kg/h; Gr lµ khèi l−îng bôi theo khãi ®i ra khái bé khö bôi, kg/h; Nãi chung 60 99%plη = ÷ vµ trë lùc cña bôi b»ng tõ 20÷30

mmH2O ®Õn 70÷80mmH2O tïy theo kiÓu bé khö bôi. D−íi ®©y tr×nh bµy s¬ ®å vµ nguyªn lý lµm viÖc cña bé khö

bôi b»ng ®iÖn (h×nh vÏ 12.7). Bé khö bôi b»ng ®iÖn gåm cã çc ®iÖn cùc ph¸t vµ çc ®iÖn

cùc thu ®−îc lµm b»ng hîp kim. Dßng khãi lÉn bôi víi tèc ®é 1,5÷2 m/s ®−îc cho ®i qua gi÷a hai ®iÖn cùc cña ®iÖn tr−êng do dßng ®iÖn mét chiÒu ®iÖn thÕ cao (50÷70kV) t¹o ra; çc ®iÖn cùc ph¸t ®−îc nèi víi cùc ©m cßn çc ®iÖn cùc thu ®−îc nãi víi cùc d−¬ng cña nguån ®iÖn vµ ®iÖn cùc d−¬ng ®−îc nèi ®Êt. D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng cao thÕ vµ sù phãng hå quang ®iÖn sÏ x¶y ra sù ion hãa khãi. Çc h¹t bôi trong khãi sÏ va ch¹m víi çc ion mang ®iÖn tÝch ©m vµ ®−îc tÝch ®iÖn. D−íi t¸c dông cña lùc ®iÖn tr−êng çc h¹t bôi r¾n tÝch ®iÖn ©m sÏ dÞch chuyÓn ®Õn ®iÖn cùc d−¬ng vµ b¸m lªn ®iÖn cùc nµy. B»ng çch ng¾t ®iÖn vµ dïng c¬

266

cÊu rung ®Ó lµm cho c¸c h¹t bôi b¸m nãi trªn r¬i vµo phÔu chøa cña bé khö bôi sau ®ã th¶i ra ngoµi. HiÖu suÊt cña bé khö bôi b»ng ®iÖn cã thÓ ®¹t ®Õn 99% vµ cao h¬n vµ cã kh¶ n¨ng khö ®−îc c¸c h¹t bôi nhá h¬n 2µm . Trë lùc cña bé khö bôi b»ng ®iÖn vµo kho¶ng 20÷30 mmH2O.

giÁo trÌnh lÒ hƠi -...

Documents