Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt công suất đến 300MW

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP BỘ – NĂM 2007

Tên đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt

nhằm tận dụng nhiệt của khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết

bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

Ký hiệu: 151-07.RD/HĐ-KHCN

6820

25/4/2008

Hà Nội – Năm 2007

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP BỘ – NĂM 2007

Tên đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt

nhằm tận dụng nhiệt của khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết

bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

Ký hiệu: 151-07.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Văn Quế

Hà Nội – Năm 2007

BỘ CÔNG NGHIỆP

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BẢN VẼ THIẾT KẾ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP BỘ – NĂM 2007

Tên đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt

nhằm tận dụng nhiệt của khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết

bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

Ký hiệu: 151-07.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Văn Quế

Hà Nội – Năm 2007

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu 1

Chương I Tổng quan về thiết bị bộ sấy không khí trong tổ

hợp thiết bị lò hơi

4

I.1 Tổng quan về thiết bị bộ sấy không khí trong lò hơi 4

I.2 Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt (bộ sấy tĩnh) 5

I.3 Bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt (bộ sấy quay) 11

Chương II Tính toán - thiết kế bộ sấy không khí kiểu hồi

nhiệt (dạng quay)

22

II.1 Mô tả chung bộ sấy không khí kiểu hồi nhiệt (dạng

quay)

22

II.2 Cơ sở tính toán bộ sấy không khí 24

II.3 Các thông số của bộ sấy không khí loại hồi nhiệt và

tính toán bộ sấy

28

II.3.1 Các thông số kỹ thuật của lò hơi 28

II.3.2 Các thông số chính của bộ sấy không khí 29

II.3.3 Tính toán bộ sấy không khí kiểu quay 30

Chương III Cấu tạo và quy trình công nghệ chế tạo môđul bộ

sấy không khí

35

III.1 Cấu tạo bộ sấy không khí loại hồi nhiệt (dạng quay) 35

III.2 Sơ đồ công nghệ chế tạo khối trao đổi nhiệt trong bộ

sấy không khí loại hồi nhiệt

39

III.2.1 Sơ đồ công nghệ chế tạo tấm trao đổi nhiệt 39

III.2.2 Sơ đồ công nghệ chế tạo tấm ngăn 40

III.2.3 Sơ đồ công nghệ chế tạo khung vỏ khối trao đổi

nhiệt

41

III.2.4 Sơ đồ công nghệ lắp ráp tổ hợp khối trao đổi nhiệt 42

Chương IV Đề xuất giải pháp công nghệ giảm thiểu mức độ

mòn hỏng của thiết bị

44

IV.1 Tình trạng của hiện tượng rò rỉ thiết bị dẫn đến mòn

hỏng

44

IV.2 Giải pháp đề xuất 56

Kết luận và đề xuất 59

• Một số hình ảnh chế tạo 01 môđun bộ sấy không khí 61

• Bản vẽ các khối trao đổi nhiệt 68

• Tài liệu tham khảo 69

• Phụ lục 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lò hơi (Tập 1, tập 2) – GS.TSKH. Nguyễn Sỹ Mão – Nhà xuất bản Khoa

học và kỹ thuật – Hà Nội 2006

2. Sổ tay tính nhiệt lò hơi (phương pháp tiêu chuẩn) – Nhà xuất bản Năng

lượng quốc gia – Mockva 1957 (tiếng Nga) – Tái bản (tiếng Anh) 1998

3. Tính nhiệt lò hơi – Giáo trình Đại học Bách Khoa Hà Nội 1986

4. Quá trình buồng lửa – Giáo trình Đại học Bách Khoa Hà Nội 1986

5. Lý thuyết cháy và thiết bị cháy – GS.TSKH. Nguyễn Sỹ Mão – Nhà xuất

bản Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội 2002

6. Sổ tay tính khí động lò hơi – Nhà xuất bản Năng lượng quốc gia –

Mockva 1964

7. Lò hơi công nghiệp - Trường ĐH Điện lực: Đàm Xuân Hiệp, Bàng Bích,

Đỗ Văn Thắng, Trương Ngọc Tuấn, Trương Huy Hoàng - Nhà xuất bản

Khoa học và kỹ thuật

8. Truyền nhiệt - Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú - Nhà xuất

bản Giáo dục

9. Thiết bị trao đổi nhiệt - PGS.TS. Bùi Hải, TS. Dương Đức Hồng, TS. Hà

Mạnh Thư - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 2001

THÀNH VIÊN NHÓM ĐỀ TÀI

1. Phạm Văn Quế Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí

2. Phan Hữu Thắng

Kỹ sư Công nghệ chế

tạo máy

Viện Nghiên cứu Cơ khí

3. Trương Mạnh Bình Kỹ sư chế tạo máy Công ty CP Nhiệt điện

Phả Lại

4. Nguyễn Văn Thủy Kỹ sư điện

Công ty CP Nhiệt điện

Phả Lại

5. Đào Hữu Mạnh Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí

6. Võ Văn Hòa Kỹ sư Gia công áp lực Viện Nghiên cứu Cơ khí

7. Ngô Đăng Hoàng

Kỹ sư Công nghệ chế

tạo máy

Viện Nghiên cứu Cơ khí

8. Ngô Hữu Hùng Kỹ sư Công nghệ hàn Viện Nghiên cứu Cơ khí

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của

khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 1

MỞ ĐẦU

Bộ sấy không khí là một dạng thiết bị truyền nhiệt nằm ở phia sau lò hơi

để tận dụng nhiệt của khói sau khi đi ra khỏi lò hơi, bộ sấy không khí có tác

dụng nâng cao hiệu suất hoạt động của lò hơi. Chính vì vậy mà bộ sấy không

khí còn được gọi là “bộ tiết kiệm than” trong các nhà máy nhiệt điện đốt than.

Theo xu hướng phát triển của các nền kinh tế trên thế giới, nhu cầu sử

dụng điện năng ngày càng cao, từ đó phải xây dựng thêm nhiều nhà máy điện

(trong đó có cả các nhà máy nhiệt điện đốt than) để phục vụ đời sống và sản

xuất. Trong nhà máy nhiệt điện, bộ sấy không khí tuy là thiết bị phụ nhưng là

thiết bị phụ quan trọng, không thể thiếu và chiếm tỷ lệ đáng kể của nhà máy

điện đốt than. Chính vì vậy, tại các nước phát triển và có nền công nghiệp tiên

tiến luôn nghiên cứu, thiết kế và cho ra đời các thiết bị có tính tối ưu hơn

nhằm làm tăng hiệu quả kinh tế.

Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng chế tạo các thiết bị của lò hơi cho

các nhà máy nhiệt điện. Các tập đoàn lớn, các công ty chế tạo thiết bị cho lò

hơi đã có nhiều năm kinh nghiệm sản xuất như: ABB, FUJITSU, Điện khí

Thượng Hải, các nhà máy thuộc Nga, Ukraine, ...

Trên thế giới, bộ sấy không khí trong hệ thống trao đổi nhiệt hiện được

nghiên cứu và chế tạo có 2 dạng: dạng quay (kiểu hồi nhiệt) và dạng tĩnh

(kiểu thu nhiệt). Với trình độ và năng lực chuyên môn hoá cao, việc nghiên

cứu và chế tạo các chủng loại bộ sấy không khí được các nước có nền khoa

học phát triển trên thế giới không ngừng cải tiến, tối ưu hoá để nâng cao hiệu

suất thu hồi nhiệt khí thải lò hơi.

Ở nước ta trong nhiều năm qua, đặc biệt là trong khoảng 10 năm trở lại

đây ngành công nghiệp năng lượng đã được Nhà nước chú trọng đầu tư phát

triển và đã có những bước tiến đáng kể, tốc độ tiêu thụ năng lượng tăng

8,6%/năm trong các năm 1996-2000 và năm 2003 là 12% góp phần quan

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của

khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 2

trọng vào công cuộc đổi mới và phát triển đất nước.

Hiện nay ở nước ta cũng như hầu hết các nước trên thế giới, lượng điện

năng do các nhà máy nhiệt điện sản xuất chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số điện

năng sản xuất toàn quốc. Trong quá trình sản xuất của nhà máy điện, lò hơi là

khâu quan trọng đầu tiên bao gồm rất nhiều các thiết bị, trong đó có bộ sấy

không khí.

Ở Việt Nam hiện nay, có nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than đã được xây

dựng và đi vào sản xuất từ nhiều năm qua như:

- Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1

- Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2

- Nhà máy nhiệt điện Uông Bí 1

- Nhà máy nhiệt điện Ninh Bình

- Nhà máy nhiệt điện Uông Bí 1 mở rộng, ...

Tuy nhiên các thiết bị bộ sấy không khí tại các nhà máy này chủ yếu

được nhập ở nước ngoài như: Nga, Thuỵ Điển, Trung Quốc, ... Việc chế tạo

trong nước mới chỉ dừng ở mức độ chế tạo một số cụm chi tiết phần tử của

thiết bị theo thiết kế của nước ngoài hoặc chế tạo theo mẫu sẵn có để phục vụ

cho việc bảo dưỡng, sửa chữa.

Với tốc độ phát triển kinh tế như hiện nay, việc các nhà máy điện được

xây dựng nhằm phục vụ cho sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt là hướng phát

triển quan trọng đã được Nhà nước hoạch định. Xuất phát từ yêu cầu thực tế

và góp phần phát triển năng lực ngành Cơ khí chế tạo trong nước, nhóm đề tài

phòng Gia công áp lực - Viện Nghiên cứu Cơ khí đăng ký thực hiện kế hoạch

khoa học công nghệ năm 2007 với đề tài này nhằm mục đích tạo tiền đề cho

một hướng phát triển công nghệ chế tạo một trong các tổ hợp thiết bị quan

trọng của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện có công suất đến 300MW, tiến tới

thực hiện mục tiêu nội địa hoá nhà máy nhiệt điện.

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của

khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 3

Sơ đồ tổng thể của một nhà máy nhiệt điện

Chú thích:

1. Tháp làm mát 9. Tuabin trung áp 17. Bao hơi 25. Lọc bụi

2. Bơm nước 10. Điều tốc tuabin 18. Phễu tro 26. Quạt khói

3. Đường dây tải điện 11. Tuabin áp cao 19. Hơi quá nhiệt 27. Ống khói

4. Trạm biến áp 12. Khử khí 20. Quạt hút gió

5. Máy phát 13. Gia nhiệt nước 21.Bộ gia nhiệt lại

6. Tuabin áp thấp 14. Băng tải than 22. Khí vào

7. Bơm nước cấp 15. Phễu 23. Bộ hâm nước

8. Bình ngưng 16. Máy nghiền 24. Bộ sấy khí

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của

khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 4

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ BỘ SẤY KHÔNG KHÍ

TRONG TỔ HỢP THIẾT BỊ LÒ HƠI

I.1 Tổng quan về thiết bị bộ sấy không khí trong lò hơi:

Trong các lò hơi hiện đại, đặc biệt khi đốt các nhiên liệu ẩm, các bộ sấy

không khí được sử dụng rộng rãi. Việc cấp không khí nóng vào buồng đốt của

lò hơi làm tăng nhanh sự bốc cháy nhiên liệu và tăng cường quá trình cháy

nhiên liệu, giảm các tổn thất nhiệt do không khí cháy kiệt về hóa học và cơ

học. Lắp đặt bộ sấy không khí đồng thời cho phép giảm nhiệt độ khói thoát,

điều này đặc biệt đáng kể khi gia nhiệt sơ bộ nước cấp trước khi đưa vào bộ

hâm nước.

Trong các lò đốt than bột, không khí nóng được sử dụng để sấy nhiên

liệu trong quá trình nghiền và vận chuyển than bột. Đồng thời việc lắp bộ sấy

không khí đòi hỏi bổ sung vốn đầu tư, tăng kích thước lò hơi và sức cản của

tuyến khói và không khí của hợp thể.

Bộ sấy không khí là bề mặt truyền nhiệt được đặt ở phía sau lò để tận

dụng nhiệt của khói sau khi đi ra khỏi bộ quá nhiệt, có tác dụng nâng cao hiệu

suất của lò hơi. Ở đầu vào bộ sấy không khí, kim loại tại đây có nhiệt độ nhỏ

nhất so với các bề mặt truyền nhiệt của lò. Khi bố trí bộ sấy không khí (tức là

bố trí bề mặt truyền nhiệt phần đuôi lò) cần biết trước nhiệt độ nước cấp và

nhiệt độ không khí nóng ra khỏi bộ sấy không khí.

Các sản phẩm cháy đi vào bộ sấy không khí bị nguội đi chậm hơn so với

không khí được sấy nóng. Nguyên nhân của hiện tượng đó là do lượng sản

phẩm cháy và nhiệt dung của chúng lớn hơn so với của không khí được sấy

nóng và để đạt được độ sấy nóng không khí cao hơn với việc sấy trong một

Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ sấy không khí của hệ thống trao đổi nhiệt nhằm tận dụng nhiệt của

khí thải, tăng hiệu suất lò hơi trong tổ hợp thiết bị nhiệt điện công suất đến 300MW”

CNĐT - KS. Phạm Văn Quế - TT. GCAL-NARIME/2007 5

cấp đòi hỏi bề mặt đun nóng của bộ sấy không khí có kích thước cực lớn.

Trong các lò hơi hiện đại, để đạt được độ sấy không khí cao người ta sử dụng

hai cấp, bố trí bộ sấy không khí tách đôi, kẹp bộ hâm nước ở giữa.

Nhiệt độ nước cấp được xác định trên cơ sở kinh tế và kỹ thuật vì ta biết

rằng khi tăng nhiệt độ nước cấp lượng nhiệt hấp thu của bộ hâm nước giảm đi

làm cho nhiệt độ của khói thải ra khỏi lò và tương ứng tổn thất q2 tăng lên,

nghĩa là hiệu suất lò giảm đi. Nhưng mặt khác hiệu suất của chu trình tăng

lên.

Nhiệt độ không khí nóng được xác định theo yêu cầu đảm bảo tốt sự bốc

cháy của nhiên liệu nghĩa là càng cao càng tốt. Nhưng vì điều kiện làm việc

của kim loại bộ sấy không khí, do hệ số tản nhiệt của không khí nhỏ hơn

nhiều so với hơi và nước nên nhiệt độ vách ống thường lớn hơn nhiệt độ

không khí nhiều, nghĩa là nếu chọn nhiệt độ không khí nóng cao thì đòi hỏi

phải dùng những kim loại quý để chế tạo.

Theo nguyên tắc truyền nhiệt, bộ sấy không khí được chia làm 2 loại:

loại thu nhiệt và loại hồi nhiệt. Ở loại thu nhiệt, nhiệt truyền trực tiếp từ khói

tới không khí qua vách kim loại. Ở loại hồi nhiệt khói đầu tiên đốt nóng kim

loại rồi sau đó nhiệt tích tụ tại đây được truyền cho không khí. Như vậy mỗi

phần tử của bộ sấy không khí sẽ làm việc ở trang thái tiếp xúc lần lượt khi thì

với khói, khi thì với không khí.

I.2 Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt (bộ sấy tĩnh):

Bộ sấy không khí kiểu thu nhiệt là loại được sử dụng rộng rãi hiện nay,

về cấu tạo nó có thể gồm các kiểu sau: kiểu bằng tấm thép, kiểu bằng ống

gang, kiểu bằng ống thép.

Bộ sấy không khí kiểu ống gồm 2 loại: ống gang và ống thép, trong đó

bộ sấy không khí loại ống thép hiện nay hay được sử dụng. Nó gồm một hệ