BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên: Phạm Như Cương Khóa: 54 Khoa:Viện KH&CN Nhiệt – Lạnh Ngành:Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh  Đề tài đồ án: Tính toán và thiết kế lò hơi tầng sôi công suất 6 tấn hơi/giờ đốt nhiên liệu trấu. Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp. Số liệu ban đầu: - Sản lượng hơi: 6 tấn hơi/giờ - Áp suất hơi bão hòa: P bh = 6 bar  Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Tìm hiểu chung về công nghệ lò hơi tầng sôi - Phương pháp tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi - Tính nhiệt & thiết kế sơ bộ lò hơi tầng sôi đốt trấu công suất 6 tấn/h - Nghiên cứu, hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp - Tính toán tiềm năng tiết kiệm năng lượng chi tiết cho 02 giải pháp đề xuất  Các bản vẽ và đồ thị: - 1 bản vẽ A0 “Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của lò hơi tầng sôi” - 1 bản vẽ A0 “Bản thể lò hơi” và “Bố trí mặt bằng cho lò hơi” - Các bản vẽ chi tiết có liên quan đến bài thiết kế.  Cán bộ hướng dẫn: Phần Họ tên cán bộ Tính toán và thiết kế lò hơi tầng sôi công suất 6 tấn hơi/giờ đốt nhiên liệu trấu (70%) Ths. Trần Huy Cấp Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp (30%) Ths. Trần Huy Cấp  Ngày giao đề tài đồ án: 12/02/2014  Ngày hoàn thành đề tài đồ án: 12/06/2014 Hà Nội, ngày………tháng………năm 20…… CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) [Type the document title] LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Ths. Trần Huy Cấp và thầy giáo Ths. Nguyễn Văn An, cùng các thầy cô giáo trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh và bạn học cùng lớp. Vì chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế, chỉ dựa vào lý thuyết đã học, mặc dù đã cố gắng trong quá trình tính toán, thiết kế đồ án nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự quan tâm cùng nhận xét đóng góp từ phía các thầy cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh, các bạn trong ngành kỹ thuật Năng Lượngđể kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra được những kinh nghiệm bổ ích có thể áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn! PHẠM NHƯ CƯƠNG 2 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự tính toán, thiết kế và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn củathầy giáo: Ths. Trần Huy Cấp và Ths. Nguyễn Văn An. Để hoàn thành đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không được ghi. Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Sinh viên thực hiện (Ký, ghi rõ họ tên) Phạm Như Cương PHẠM NHƯ CƯƠNG 3 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] MỤC LỤC PHẠM NHƯ CƯƠNG 4 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] MỞ ĐẦU Năng lượng đang chứng tỏ vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội và trở thành vấn đề mang tính chất toàn cầu. Hiện nay, việc khai thác và sử dụng năng lượng đặt loài người đứng trước hai thách thức: thiếu hụt nguồn năng lượng trong tương lai và ô nhiễm môi trường. Bởi vậy, việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm, có hiệu quả, sử dụng các nguồn năng lượng mới là rất quan trọng và cần thiết trong chiến lược và chính sách phát triển năng lượng của mỗi quốc gia. Ở Việt Nam, năng lượng sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng. Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam rất đa dạng và phong phú về các nguồn sinh khối như bã mía, trấu, vỏ cà phê, gỗ củi,… nhưng chỉ có một phần nhỏ được sử dụng làm nhiên liệu đốt tạo ra năng lượng. Trong đó, trấu là một nguồn sinh khối quan trọng nhưng chưa được khai thác triệt để. Một phần nhỏ khối lượng trấu được dùng để làm thức ăn gia súc, sản xuất phân bón, ván ép, nhiên liệu đốt dùng trong các gia đình nông thôn, nhiều cơ sở công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp như: lò nung gạch truyền thống, nung vôi, nung gốm,… Vẫn còn một lượng lớn trấu dư thừa đang bị đổ ra môi trường. Trong công nghiệp, công nghệ lò hơi đốt trấu có thể cung cấp tốt nhu cầu về nhiệt và hạn chế được nạn ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó, nguồn lợi từ việc bán tro trấu sẽ giảm được chi phí vận hành cũng như đầu tư thiết bị. Kỹ thuật lớp sôi được áp dụng trong lò hơi mang lại những ưu điểm so với các loại lò hơi khác như: có thể đốt được các loại nhiên liệu sinh khối, có độ ẩm cao, có chất lượng nhiên liệu không đồng đều. Lò hơi tầng sôi có thể sử dụng các loại nhiên liệu như than cám, các phụ phẩm nông nghiệp như trấu, mùn cưa, bã mía,… để giảm chi phí nhiên liệu cho doanh nghiệp, thêm vào đó làm giảm ô nhiễm môi trường. Việc xây dựng lò hơi tận dụng nguồn nhiên liệu trấu từ địa phương và khu vực không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, mang lại hiệu quả cho nền kinh tế mà còn có ý nghĩa trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay và tăng thu nhập cho người dân qua việc bán trấu làm chất đốt. Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ tầng PHẠM NHƯ CƯƠNG 5 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] sôi đốt trấu đạt hiệu quả cao, phục vụ nền kinh tế - xã hội giúp giải quyết được nhu cầu bức thiết trong tiến trình phát triển đất nước. Hiện nay, tiết kiệm năng lượng cũng đang là một trong những chủ đề nóng và trởthành một khâu then chốt trong chiến lược phát triển kinh kế. Muốn vậy, phải chỉra được những biện pháp hữu hiệu nhằm tiết kiệm năng lượng. Trong sản xuất công nghiệp, thiết bị lò hơi là một trong những nơi dễ thất thoát năng lượng. Có thể khi lắp đặt các thiết bị cho lò vẫn có những điểm chưa thật hoàn thiện, đồng thời các tổn thất năng lượng càng tăng dần trong quá trình sửdụng.Do đó, việc nghiên cứu biện pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống lò hơi là cần thiết, góp phần tiết kiệm nguồn dự trữ năng lượng quốc gia. Với hy vọng đóng góp một phần nhỏ vào quá trình nghiên cứu này, đề tài đồ án của em: “Tính toán và thiết kế lò hơi tầng sôi công suất 6 tấn hơi/giờ đốt nhiên liệu trấu. Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp”. Đưa ra những tính toán cụ thể cho sơ đồ thiết kế lò hơi, tính toán lựa chọn thiết bị. Ngoài ra còn nghiên cứu, hệ thống và đề xuất tính toán giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp. Nội dung của bản đồ án bao gồm: PHẦN CHUNG: Tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi 6 tấn/h đốt trấu Chương 1: Cơ sở lý thuyết tầng sôi Chương 2: Phương pháp tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi Chương 3: Tính toán thiết kế lò hơi tầng sôiđốt trấu PHẦN CHUYÊN ĐỀ: Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp Chương 4: Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp Chương 5: Đề xuất tính toán tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp PHẠM NHƯ CƯƠNG 6 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] PHẦN CHUNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI CÔNG SUẤT 6 TẤN HƠI/GIỜ ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU PHẠM NHƯ CƯƠNG 7 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] CHƯƠNG I CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI 1.1Giới thiệu sơ lược về tầng sôi 1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển Kỹ thuật tầng sôi được phát minh đầu tiên vào năm 1910 của hai tác giả người Anh là Phillips và Bukteel. Mới đầu, kỹ thuật này chỉ áp dụng vào các công nghệ xúc tác, chọn quặng, sấy,… cho đến những năm 40 thì bắt đầu được sử dụng vào các quá trình cháy nhiên liệu trong buồng lửa và phát triển mạnh từ những năm 1970 đến năm 1980. Cùng với thời gian, kỹ thuật này đã phát triển và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Ứng dụng sớm nhất của công nghệ tầng sôi là thiết bị hóa khí của Fritz Winkler, người Đức(năm 1921). Tuy nhiên, sau đó lý thuyết mới về công nghệ hỗn hợp khí-rắn không được phát triển. Đến những năm 50, công nghệ này được ngành dầu hỏa ứng dụng để cracking dầu nặng. Những cố gắng áp dụng kỹ thuật tầng sôi trong việc sản xuất hơi được bắt đầu từ thập kỷ 60. Giáo sư Douglas Elliott (người Anh) nghiên cứu và phát triển, và ông được mệnh danh là “cha đẻ của lò tầng sôi” đã thúc đẩy việc ứng dụng lò hơi tầng sôi để sản xuất hơi. Sự phát triển của kỹ thuật đốt tầng sôi làm giảm bớt những trở ngại do phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch. Lò tầng sôi đốt được tất cả các loại nhiên liệu, kể cả các loại nhiên liệu xấu và có hàm lượng tro và lưu huỳnh cao. Lò tầng sôi đốt cháy nhiên liệu trong một điều kiện thủy động đặc biệt gọi là thể sôi, sự truyền nhiệt cho bề mặt hạt nhiên liệu và dàn ống sinh hơi thông qua một lớp phân tử rắn không cháy. Trong đó nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp vật chất nóng (800÷900 o C) với những hạt không cháy như tro, cát, đá vôi. Năm 1965, chương trình nghiên cứu lò đốt lớp sôi (FBC) được bắt đầu tại Mỹ và cho thấy lượng khí thải thấp hơn hẳn so với so với công nghệ đốt nhiên liệu truyền thống. Sau đó sự phát triển của lò FBC không chỉ giới hạn ở Mỹ, một số quốc gia khác như Anh, Phần Lan, Trung Quốc, Đức cũng bắt đầu phát triển lò FBC. Ngày nay, lò đốt tầng sôi tuần hoàn (CFB) đã được nghiên cứu, phát triển để đưa vào ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong lĩnh vực sản xuất điện năng. Lò CFB đã và đang được ứng dụng rộng rãi, có nhiều PHẠM NHƯ CƯƠNG 8 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] CHƯƠNG I cải tiến nhằm hoàn thiện công nghệ và đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường. Công suất của lò không ngừng được nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng. Năm 2002, lò CFB siêu tới hạn đầu tiên trên thế giới (Lagisza Power Plant) được xây dựng tại Phần Lan đã đánh dấu một bước tiến mạnh mẽ trong quá trình phát triển của công nghệ này. Hình 1.1 Hệ thống lò tầng sôi tuần hoàn 1.1.2 Khái niệm về lớp sôi Đốt tầng sôi là một công nghệ đốt được phát triển từ công nghệ đốt trên ghi cố định. Trong buồng đốt, nhiên liệu cùng với lớp vật liệu sôi được thổi lên cao từ 5001000 mm, tạo nên bởi dòng không khí thổi qua một bộ phân phối với tốc độ xác định.Gió cấp được thổi từ dưới ghi lên. Khi tốc độ gió đủ lớn sẽ tạo ra một lực cuốn thắng được trọng lực của hạt và khi đó, các hạt sẽ bắt đầu dịch chuyển lên trên tạo ra một lớp hạt lơ lửng giống như 1 lớp chất lỏng. Các chế độ tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào tốc độ gió cấp vào bao gồm: lớp cố định, giả lỏng sôi đều, sôi bọt, sôi dạng pít tông, sôi rối, sôi chèn và sôi tuần hoàn. 1.2 Cơ chế quá trình tạo tầng sôi Nguyên nhân quan trọng để hình thành lớp sôi là do lực “nâng” của dòng khí thắng trọng lực của hạt. Nhưng mức độ tương tác giữa gió và hạt phụ PHẠM NHƯ CƯƠNG 9 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54             [Type the document title] CHƯƠNG I thuộc vào rất nhiều yếu tố như tốc độ gió, trở lực của khối hạt (kích thước, đặc tính của hạt,…) qua đó hình thành các trạng thái sôi khác nhau, chiều cao lớp sôi khác nhau. Mối quan hệ giữa chiều dày lớp nhiên liệu h và trở lực của lớp nhiên liệu Δp với tốc độ của dòng được thể hiện trong hình 1.2: Hình 1.2 Mối quan hệ giữa vận tốc của gió với trở lực lớp sôi • Khi tốc độ dòng không khíω bé hơn tốc độ tới hạn ω cr , lớp vật liệu trên ghi ở trạng thái tĩnh, chiều cao lớp nhiên liệu không đổi, không khí đi lên luồn qua các lỗ rỗng tạo thành bởi các hạt vật liệu, độ chênh áp tại vị trí trước và sau lớp vật liệu tăng dần[7]. • Khi tốc độ dòng không khí tăng lên đến một giá trị nhất định (ω ω cr ), lớp vật liệu trên ghi chuyển động tương đối với sự nâng lên của không khí. Lúc này lớp vật liệu có trạng thái gần giống chất lỏng (giả lỏng, tầng sôi). Tốc độ khí này gọi là tốc độ sôi tối thiểu[7]. • Khi tiếp tục tăng tốc độ không khí, các bọt khí xuất hiện trong lớp sôi có hình dạng tương tự bọt nước khi sôi, lúc này ta có chế độ sôi bọt[7]. • Việc tiếp tục tăng thêm tốc độ khí sẽ dẫn đến sự tạo thành các bọt khí hình viên đạn và các rãnh thoát khí trong lớp sôi. Việc tăng tốc độ khí, cũng dẫn đến lớp vật liệu trên ghi ngày càng dãn nở ra [7]. • Tốc độ không khí tiếp tục được tăng, các lớp vật liệu trên ghi có xu hướng bị thổi bay ra ngoài buồng sôi. Lúc này nếu có hệ thống xyclon thu hồi vật liệu để đưa trở lại buồng sôi thì ta có hệ thống kiểu lớp sôi tuần hoàn[7]. PHẠM NHƯ CƯƠNG 10 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [...]... tắc các lỗ thổi gió PHẠM NHƯ CƯƠNG 30 KT Nhiệt Lạnh 1 – K54 [Type the document title] CHƯƠNG III CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI ĐỐT TRẤU Trên cơ sở tìm hiểu về tiềm năng sử dụng lò hơi tầng sôi ở Việt Nam (mục 1.5) và phương pháp tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi (chương 2) Trong chương này, sẽ trình bày nội dung tính toán và thiết kế sơ bộ lò hơi tầng sôi (BFB) công suất 6 tấn hơi/ giờ, ... tầng sôi 1.4.1 Ưu điểm của lò hơi tầng sôi Lò hơi tầng sôi có một số các đặc điểm nổi bật hơn so với những lò hơi đốt nhiên liệu rắn khác Những đặc tính này bao gồm: • Độ mềm dẻo trong sử dụng nhiên liệu: Đây là một đặc tính ưu việt chính của lò hơi tầng sôi Các hạt nhiên liệu rắn chiếm một lượng ít hơn 1÷3% khối lượng hạt rắn trong lớp nhiên liệu trong buồng lửa của một lò hơi tầng sôi đặc trưng Các. .. bật trong lò hơi tầng sôi Hệ thống đốt tầng sôi có nhiệt thế diện tích vào khoảng 3,5÷4,5 MW/m2, cao hơn so với hầu hết các kiểu lò hơi công nghiệp khác Số lượng điểm cấp nhiên liệu ít hơn Hệ thống cấp nhiên liệu trong lò hơi tầng sôi được đơn giản hóa do số lượng điểm cấp ít Lò yêu cầu diện tích ghi nhỏ và do vậy diện tích buồng đốt sẽ nhỏ hơn diện tích buồng đốt của hầu hết các kiểu lò hơi công nghiệp. .. số liệu về kĩ thuật lớp sôi rất nhiều, đa dạng, và có tính thực nghiệm, chưa thống nhất và chưa được tiêu chuẩn hóa Vì vậy, các nước, các hãng chế tạo lò hơi, các tác giả đưa ra các phương pháp tính nhiệt buồng đốt khác nhau 2.2 Thiết kế và tính toán lò hơi tầng sôi bọt (BFB) 2.2.1 Các vấn đề về thiết kế lò hơi BFB  - - -   - Các bước thiết kế và tính toán một lò hơi lớp sôi vẫn chưa được chuẩn... hơi FB, thiết kế phải đạt được các ưu việt của phương pháp đốt FB như các vấn đề về môi trường, nhiên liệu, … Trước khi thiết kế, tính chọn một lò hơi đốt theo lớp sôi, cần có lưu ý là các lò hơi lớp sôi BFB có các đặc điểm sau: Thường áp dụng đốt nhiên liệu theo phương pháp - BFB cho các lò hơi công nghiệp, có công suất nhỏ và trung bình (công suất nhiệt từ 5 đến 100MW nhiệt, thông số hơi tất nhiên tùy... sôi công suất 6 tấn hơi/ giờ đốt nhiên liệu trấu được trình bày như sau: 3.1 Các thông số thiết kế - Năng suất hơi định mức: D = 10 tấn/ h - Áp suất hơi bão hòa: Pbh = 12kG/cm2=11,76bar - Nhiệt độ nước cấp lò: tnc = 125oC - Nhiệt độ khói thoát ra môi trường: θth = 150oC Nguồn nhiên liệu sử dụng trong lò đốt tầng sôi đang thiết kế là trấu, có thành phần và đặc tính như sau: Bảng 3.1 Thành phần nhiên liệu. .. dạng nhiên liệu nào mà không cần cấp nhiên liệu mồi để cấp nhiệt cho không khí và chính nhiên liệu nâng nhiệt độ của chúng đến điểm bắt cháy của nó Do vậy, có thể đốt thay nhau nhiều loại nhiên liệu trong một lò tầng sôi mà không cần một sự thay đổi nào về cấu trúc lò Lò hơi tầng sôi có thể đốt nhiên liệu trấu chứa 18% hàm lượng tro Hiệu suất cháy lò hơi tầng sôi bọt là 90÷98% và trong lò hơi tầng sôi. .. dụng trấu ép làm nhiên liệu đốt Việc tính toán và thiết kế dựa trên tài liệu tham khảo có liên quan, nhưng chưa có phương pháp tính nhiệt chuẩn nào cho công nghệ lò Vì vậy, bài tính này chỉ mang tính tham khảo cho việc xây dựng mô hình thực nghiệm có độ thực tế Từ đó, sẽ hoàn thiện cơ sở lý thuyết để phục v công việc tính toán thiết kế lò đốt theo công nghệ lớp sôi Nội dung bài tính thiết kế lò hơi tầng. .. phần thiết kế và tính toán buồng đốt Các bước còn lại, thực hiện tương tự như khi thiết kế một lò hơi thông thường Như vậy việc thiết kế một lò hơi BFB cũng cần qua các bước chính sau: Xác định các thông số kinh tế - kĩ thuật của bài toán đưa ra: Đặc tính nhiên liệu đốt trong lò hơi; các điều kiện môi trường bên ngoài, ở khu vực bố trí lò; các thông số kĩ thuật như thông số hơi D, Phơi, thơi,… các yêu... LÒ HƠI TẦNG SÔI 2.1 Những vấn đề cơ bản khi tính toán thiết kế lò hơi tầng sôi Việc thiết kế một lò hơi đốt than theo phương pháp lớp sôi- FB là một công việc mới, phức tạp, đòi hỏi những người thiết kế phải nắm vững nhiều vấn đề về kĩ thuật nói chung, kĩ thuật nhiệt, về bản chất các quá trình FB xảy ra trong thiết bị thiết kế Cần tiến hành các tính toán cần thiết để có thể dự báo chính xác các hiện . án: Tính toán và thiết kế lò hơi tầng sôi công suất 6 tấn hơi/ giờ đốt nhiên liệu trấu. Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp. Số liệu ban đầu: - Sản lượng. em: Tính toán và thiết kế lò hơi tầng sôi công suất 6 tấn hơi/ giờ đốt nhiên liệu trấu. Nghiên cứu và hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp . Đưa ra những tính toán. tầng sôi - Tính nhiệt & thiết kế sơ bộ lò hơi tầng sôi đốt trấu công suất 6 tấn/ h - Nghiên cứu, hệ thống các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lò hơi công nghiệp - Tính toán tiềm năng tiết