Bài giảng Kiểm tra năng lượng - Chương 5: Quản lí sử dụng lò hơi

Quản lí sử dụng lò hơi
Nội dung trình bày
Công dụng và vai trò của lò hơi
Phân loại lò hơi
cấu tạo và các dòng năng lượng
Hiệu suất và các loại tổn thất
Các cơ hội tiết kiệm năng lượng trong phân xưởng lò
Công dụng và vai trò của lò hơi
Là thiết bị sản xuất, tích trữ và cung cấp năng lượng nhiệt cho các quá trình sấn xuất công nghiệp
Nhiệt năng được cung cấp dưới dạng:
Hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao
Nước nóng
Chất lỏng mang nhiệt (dầu)
Nhiệt năng được dùng để:
Tạo nguồn động lực (phát điện)
Sấy
Nấu, hấp, tẩy,...
Phân loại lò ho’i
■
Theo dạng nhiên liệu sử dụng
Lò dot than (Lò ghi xích, lò than phun)
Lò đổt dầu
Lò đốt khí
Theo đầu ra
Nhiệt độ (quá nhiệt, hơi bảo hoà)
Áp suất (Cao áp, trung áp, ...)
Theo công suất
Lò công nghiệp (nhỏ, trung bĩnh)
Lò hơi của các nhà máy nhiệt điện (lởn)
Các dòng năng lượng vào-ra
Tổn thất do
bức xạ, đối
lưu
Khói thải, tro
bay
Hơi và nước sử dụng cho công nghiệp
(Era)
Tro
Động lực cho quạt, bom
Không khí
Nhiên liệu
(Eyào)
Nước cấp
Nước xả và
rò rỉ
Nhiệt phản ứng do cháy các thành
phan cháy
Các thành phần cháy
Phản ứng
SPcháy- Trạng thái
Nhiệt phản ứng (kJ / kgmol)
Cácbon (cốc)
c + O2
co2 (khí)
407.000
Cácbon, c
c + O2
co2 (khí)
397.000
ôxít cácbon co
CO+ 1/2 02
co2 (khí)
283.000
Hyđrò, H2
H2 +1/2 02
H2O (khí
286.000
Lưu huỳnh, s
s + O2
so2 (khí)
291.000
Hiệu suât lò ho’!
■
Là tỉ số giữa năng lượng hữu ích để sinh hơi và năng lượng tàng trữ trong lượng nhiên liệu sử dụng (Era/Evào)
Thông thường hiệu suất của lò hơi có thiết kế tốt đạt từ 80% đến 90%
Các lò hơi càng lớn thì hiệu suất càng cao
Hiệu suất tối ưu của lò thường đạt ở chế độ 80-90% tải định mức.
Để tăng hiệu suất của lo cần phải tìm cách giảm bớt các tổn thất năng lượng
Các loại hiệu suât lò ho’i
■ ■
Hiệu suât cháy của lò hơi?
Hiệu suất nhịêt cua lò hơi?
Hiệu suất của toàn bộ phân xưởng?
Sử dụng loại nhiệt trị nào đế tính toán hiệu suất?
Hiệu suất tính toán cho cá năm?
Hiệu suất tính toán ớ chế độ thấp tái?
Các loại hiệu suât lò hơi
■ ■
LÒ HƠI
Hiệu suất cháy HSC = Qnhiệ/ Qhóa
Hiệu suất sinh hơi = Qhơi?Qnhiệt
Hiệu suất truyền hơi = Qhơi2^Qhơii
Hiệu suất sử dụng hơi = Qhơi2/Qhi
Các dạng tổn thất nhiệt của lò hơi
Tổn thất do cháy không hết (tro, xỉ)
Tổn thất do bức xạ , truyền nhiệt đối lưu từ bề mặt của thân lò
Tổn thất nhiệt trong nước xả lò
Tổn thất nhiệt trong khói bay
Tổn thất nhiệt do độ ẩm có trong không khí
Tính toán hiêu suât lò hơi
Có 2 phương pháp - trực tiếp và gián tiếp
• Trực tiếp — Thông tin cần:
Hiệu suất lò hơi (r|) = (Nhiệt đầu ra hữu Ích/Nhiệt đầu vào)X100
Trong đó: Q = hơi sản xuất ra mỗi giờ (Kg/h)
Số lượng của nhiên liệu sử dụng mỗi giờ (q) - kg/h
Hg: Entanpy của hơi mới
Hf: Entanpy của nước cấp
GCV: Nhiệt trị của nhiên liệu (kcal/kg)
Hiệu suất lò hơi (r|) = ((Q.(hg-hf))/q.GCV) X 100
Tính toán hiệu suất lò hoi ...
• Phương pháp gián tiếp
Hiệu suất lò hơi (ĩ|) = (1-Tổng nhiệt tổn thất/Nhiệt đầu vào)X100
Trong đó:
Tổng nhiệt tổn thất = Tổn thất do cháy không hết (tro, xỉ) + Tổn thất do bức xạ, truyền nhiệt đối lưu từ bề mặt lò + Tổn thất nhiệt trong nước xả lò
+ Tổn thất nhiệt trong khói bay
+ Tổn thất nhiệt do độ ẩm có trong không khí
Ví dụ: Cân băng nhiệt cho 1 lò hơi
73.8 %
Tổn thất nhiệt do khói thải
khô
Tổn thất nhiệt do cháy Hydro trong nhiên liệu
Tổn thất nhiệt do độ ảm của
nhiên liệu
Tổn thất nhiệt do độ ầm có trong không khí cháy
Tổn thát nhiệt do cháy không hoàn toàn của nhiên liệu
Tổn thất nhiệt do bức xạ, và các tổn thất khác
Nhiệt hữu ích (năng lượng của hơi nước)
Bài tập tại lớp
Tính toán hiệu suất lò hơi bằng phương pháp trực tiếp
Loại lò hơi: đốt than
số lượng hơi sản xuất được (khô): 8 tấn/h
Áp suất hơi và nhiệt độ: 10 kg/cm2 (g), 180 °C
Lượng than tiêu thụ: 1.8 tấn/h
Nhiệt độ của nước cấp: 85 °C
GCV của than: 3200 kcal/kg
Enthalpy của hơi ở 10 kg/cm2: 665 kcal/kg
Enthalpy của nước cấp: 85 kcal/kg
Bài tập tại lớp ...
Hiệu suất lò hơi có thể được cải thiện
■ ■ ■
nhờ
Làm sạch các bề mặt truyền nhiệt (ống sinh hơi)
Bảo ôn vỏ lò hơi
Đảm bảo chất lượng nước cấp (ít cáu bẩn,...)
Điều chỉnh hệ số không khí thừa tối ưu
Xử lí nhiên liệu tốt
Tận dụng nhiệt khói thải
Các cơ hội tiết kiệm năng lượng phân xưởng lò hơi
Bảo dưỡng thường xuyên Điều chỉnh quá trình cháy Tận dụng nhiệt thải
Tận dụng nước thải
Bảo dưỡng thường xuyên
Bảo ôn thân lò, các đường ống dẫn hơi và nước nóng
Làm sạch các bề mặt trao đổi nhiệt của lò hơi và các thiết bị dùng nhiệt trong sản xuất
Đảm bảo chất lượng nước cấp (bộ phận xử lỷ nước)
Sửa chữa, thay thế vòi đốt
Thường xuyên xả nước tại các bẩy hơi
Đảm bảo vận hành tốt hệ thống các đồng hồ đo
Bảo ôn thân lò, các đường ông dân hơi và
nước nóng
• Lượng nhiệt mất mát do toả nhiệt từ thân lò và các đường ống có thể khá lớn do bảo ôn kém
Đường kính ống (mm)
Nhiệt độ bề mặt (°C)
Bề dày cách nhiệt (mm)
Tổn thất nhiệt (W/m)
Ống trần
Ông có bảo ôn
100
90
38
290
67
150
50
770
115
200
64
1440
144
150
90
38
410
90
150
50
1250
170
200
64
1920
185
200
90
38
530
110
150
50
1440
195
200
64
2640
240
So sánh lợi ích của bảo ôn
■
Bảo ôn đưòng ống hoi
Tổn thất đường ống trần, đường kính 89 mm, thép
Không có bảo ôn
320 W/m
Chiều dày bảo ôn 100 mm
19 WAn
đen, nhiệt độ bể mặt 90 °C
Chiều dày bảo ôn 50 mm
29 w/m
50 mm bảo ôn so với ống trần: 320 - 29 = 291 w/mét ống -^Tiết kiệm 263 lít dầu / năm
50 mm bảo ôn so với 100 mm bảo ôn: 29 - 19 = 10 w/mét ống ->Chi phí thêm 9 lít dầu / năm
Bảo ôn thân lò, các đường ông dân hơi và nước nóng
• Những nguyên tắc về bọc cách nhiệt:
Bọc lớp cách nhiệt thích hợp trên bề mặt để giảm truyền nhiệt có í nghĩa quan trọng về tiết kiệm năng lượng
Cần phải bọc cách nhiệt toàn bộ bề mặt truyền nhiệt
Bề dày cách nhiệt càng dày thì nhiệt thất thoát càng ít, nhưng chi phí đầu tư càng cao
Bề dày cách nhiệt thực tế cần được xác định một cách tối ưu.
Làm sạch các bê mặt trao đôi nhiệt
• • •
Bề mặt trao đổi nhiệt bị bẩn làm cho quá trình trao đổi nhiệt kém hiệu quả (giảm lượng nhiệt truyền từ khí tới nước,...)
Bề mặt trao đổi nhiệt bị bản là do:
Be mặt cháy có muội hám
Be mặt tiếp xúc với nước đóng cặn do xử lí nước kém
Bảo dưỡng bề mặt truyền nhiệt băng cách:
về phía nước:
Xử lý nước thích hợp
Lưu lượng nước hợp lý
về phía khí:
Thường xuyên thổi khí làm sạch muội bám
Đảm bảo chát lượng nước câp
Trước khi được cấp vào lò, nước phải được xử lý (làm mềm hoá) để loại bỏ các tạp chất có nguy cơ gây đóng cặn trong các đường ống. Tuy nhiên, quá trình xử lý không thể triệt để được.
Trong lò các tạp chất sẽ lắng đọng ở đáy của bao hơi. Do đó người ta phải tiến hành việc xả định kỳ để làm giảm nồng độ các tạp chất. Tổn thất nhiệt do xả lò là đáng kể do nhiệt độ của nước xả là rất cao.
Như vậy, chất lượng nước cấp phụ thuộc vào quá trình xử lý và quá trình xả lò.
Sửa chữa, thay thê vòi đôt
Vòi đốt là bộ phận phun nhiên liệu vào buồng đốt. Đây là thiết bị đảm bảo cho quá trình cháy đuợc tối ưu. Nếu vòi đốt không tốt, phân bố nhiệt trong buồng đốt không đồng đều, quá trình cháy không hoàn toàn gây nên tổn thất nhiệt trong khói bay, tro, xỉ.
Cần phải thường xuyên làm sạch, kiểm tra và hiệu chỉnh vòi đốt.
Theo kinh nghiệm, nếu nâng cấp vòi đốt có thể tăng hiệu suất lò đến 3%
Điều chỉnh quá trình cháy
Lựa chọn nhiên liệu phù hợp
Khống chế không khí thừa
Khống chế thất thoát nhiệt và rò rỉ
Sử dụng hệ thống điều chỉnh lò
Cân bằng phụ tảỉ (điều chỉnh phụ tảỉ lò khỉ nhu cầu nhiệt thay đối)
Lựa chọn nhiên liệu phù hợp
Đối với các lò hơi, nhà thiết kế thường quy định loại nhiên Ịiệu, độ ẩm của nhiên liệu, hàm lượng các tạp chất nhất là hàm lượng Lưu huỳnh. Neu chất íượng nhiên liệu khác thiet kế thì hiệu suất của lò cũng thay đổi.
Đặc biệt quan tâm đến nhiệt trị và độ ẩm của nhiên liệu trong quá trình tiếp nhận và bảo quản.
Lựa chọn nhiên liệu phù hợp
• Khi lựa chọn nhiên liệu cần cân nhắc:
• • •
Giá nhiên liệu
Khả năng cung cấp đều đặn
Vấn đề tích trữ (kho chứa)
Vân đê quản ỉỷ
Chỉ phí bảo quản
Chỉ phí môi trường
•1 Kg than cần 10-12 kg không khí để cháy hoàn toàn
•Bố trí gió cho buồng đốt than: sơ cấp (cấp 1), thứ cấp (cấp 2) •Điều chỉnh cấp gió tuỳ thuộc bề dày lớp than
•Gió thứ cấp tạo rối
•Loại bỏ tro xỉ trong quá trình cháy than
Không chê không khí thừa
Các lò hơi phải vận hành với không khí thừa đê đảm bảo quá trình cháy hoàn toàn
Nhưng nếu quá nhiều không khí thừa sẽ làm giảm nhiệt độ cháy và tăng tổn thất khí thoát
Mỗi loại nhiên liệu sử dụng cần cháy với một hệ số không khí thừa khác nhau
Với nhiên liệu là dầu, khí thì hệ số không khí thừa:
15% với các lò nhỏ (<30 MW)
10% với các lò công nghiệp >30 MW)
Với các lò đốt than, củi, bã mía hệ số không khí thưa từ 10 đến 50%
Khống chế không khỉ thừa...
Các nguyên nhân gây không khí thừa vượt quá định mức:
Không có điều chỉnh quá trình cháy
Không có hệ thống hút cưỡng bức
Vòỉ đốt bị bẩn
Sử dụng nhiên liệu saỉ quy cách (độ ẩm lớn hơn mức cho phép, ...)
Không chê that thoát nhiệt và rò rỉ
• Đẻ giảm bớt nhiệt tổn thất từ hệ thống phân phối hơi và nước cấp cần:
Bảo ôn các đường ống dẫn hơi, nước cấp, hệ thống các van
Dùng ống có kích thước hợp lý (theo lưu lượng và áp suất)
Thường xuyên bảo dưỡng, chống rò rỉ hơi và nước từ hệ thống các đường ống, các van, bẫy hơi
Thiết kế hợp lý hệ thống phân phối hơi và nước cấp
Tôn that do rò rỉ đường ông/van hơi
Hoi rò rỉ từ đường ống / van hoi
CÓ tiếng réo
Tiếng động nhẹ, không nhìn thây dòng hơi rò ri
CÓ tiếng réo, nhìn thây dòng hơi rò ri
800 lít dẩu/nâm
2,000 - 4,000 lít dầu / năm
Bảo dưỡng các bây ho’!
Trọng hệ thống phân phối hơi người ta phải đặt các bẫy nhằrn thực hiện các chức năng:
Phân ỉy nước ngưng từ hơi
Rút khỉ và các chất không ngưng tụ khác
Ngăn ngừa mất hơi mới
Do đó bẫy hơi hiệu quả động vai trò hết sức quan trọng để đảm bảo hiệu suất cao nhất của việc vận hành các thiết bị tiêu thụ hơi
cần đặc biệt chú ý tới việc kiểm tra thường xuyên và chương trình bảo dưỡng định kỳ các bẫy hơi
Thiêt kê hợp lý hệ thông phân phôi hơi và
nước câp
THIẾT KÉ SAI
THIẾT KÉ ĐÚNG
Tận dụng nước thải
Xả lò là bắt buộc để làm giảm nồng độ muối và các khoáng chất trong nước cấp qua đó ngăn ngừa việc đóng cặn trên các đường ống sinh hơi làm ngăn cản các quá trình trao đổi nhiệt dẫn tới nổ ống
Tổn thất xả lò là đáng kể do nhiệt độ nước xã rất cao.
Để giảm tổn thất chúng ta nên:
Duy trì xả lò ở mức thấp
Tận dụng nhiệt từ nước xả lò
Tận dụng nhiệt từ nước ngưng
Tận dụng nhiệt từ nước xả lò
• Chúng ta có thể tận dụng nhiệt từ nước xả lò bằng cách:
Cho nước xả đi qua van tiết lưu và đi tiếp vao bình giản nở. Một phần nước xã sẽ bay hơi và được đưa vào bộ khử khí.
Phần còn lại của nước xả được đưa vào bình trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho nước cấp
Nước cấp bổ sung
Tận dụng nhiệt từ nước ngưng
Sau các quá trình trao đôi nhiệt, hơi được ngưng tụ thành nước, thường được gọi là nước ngưng.
Nước ngưng có nhiệt độ cao do đó nếu xả thẳng nước ngưng vào đường thoát là việc làm không cho phép
Tận dụng nước ngưng bằng cách thu hồi và đưa trở lại vào hệ thống nước câp sẽ cho phép:
Tăng nhiệt độ nước cấp
Giảm tiêu thụ nước
Giảm chi phí xử lý nước
Tuy nhiên, nước ngưng chỉ có thể tận dụng khi không có nguy cơ bị nhiem bấn và không nằm quá xa khu vực lò hơi.
Tiêm năng TK nhiên liệu do thu
hồi nước ngưng
Tiềm năng tăng hiệu suất
Exhibit X3 Em<-|fíiéy Improvemcỉii fz-nrri Fcw.lwater F*»Ti'heatiw<
Mức tàng nhiệt độ nưóc cap
Tận dụng nhiệt thải
Tuy thuộc thiết kế cụ thể mà nhiệt độ khói thoát của lò giao động từ 175đến300°C
Nhiệt độ khí thoát càng cao thì tổn thất khói thải càng lớn
Thông thường nên vận hành với nhiệt độ khói thoát = Nhiệt độ đọng sương + 20°C
Năng lượng trong khói thải có thể dùng để gia nhiệt cho nước cấp hoặc không khí trước khi thải ra ngoài trời
Với các bộ gia nhiệt và bộ sấy không khí đặt ở đuôi lò cho phép:
Tăng nhiệt độ của nước cấp và không khí trước khi đưa vào lò
Giảm nhiệt độ khói thoát (tức là giảm tổn thất nhiệt trong khói thoát)
Bộ sấy không khí
Bài tập tại lớp
Xí nghiệp dệt Tân Châu đầu tư lắp đặt bộ hâm nước nhằm đưa nhiệt độ nước cấp từ 25°c lên 75°c trước khi đưa vào lò. Lượng nước cấp cần sử dụng 80 000 lít/ngày. Hệ thống làm việc 260 ngày/năm. Nhiên liệu sử dụng của lò hơi là dầu FO có nhiệt trị 9800 Kcal/kg. Hiệu suất lò hơi 85%. Nhiệt dung riêng của nước là 1 Kcal/°C. Tính lượng dầu có thể tiết kiệm từ bộ hâm nước.
Bài tập tại lớp ...
Bài tập nhóm
Các nhóm khảo sát về lò hơi trình bày