Giáo trình Lò hơi

1 
GIÁO TRèNH 
Lề HƠI 
2 
MỤC LỤC 
CHƯƠNG 1: NGUYấN Lí LÀM VIỆC CỦA Lề HƠI ........................................ 3 
CHƯƠNG 2: NGUYấN LIỆU VÀ QUÁ TRèNH CHÁY ...................................... 10 
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NHIỆT VÀ HIỆU SUẤT Lề HƠI .............................. 55 
CHƯƠNG 4: BUỒNG LỬA Lề HƠI VÀ THIẾT BỊ ĐỐT NHIấN LIỆU ............ 65 
CHƯƠNG 5: TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG Lề HƠI .............................................. 181 
CHƯƠNG 6: QUÁ TRèNH THỦY ĐỘNG TRONG Lề HƠI ............................... 198 
CHƯƠNG 7: CHẾ ĐỘ NƯỚC CỦA Lề HƠI ........................................................ 122 
CHƯƠNG 8: BỘ QUÁ NHIỆT ............................................................................... 162 
CHƯƠNG 9: BỘ HÂM NƯỚC VÀ BỘ SẤY KHễNG KHÍ ................................. 182 
CHƯƠNG 10: KẾT CẤU XÂY DỰNG VÀ TRANG BỊ PHỤ .............................. 209 
CHƯƠNG 11: KIM LOẠI CHẾ TẠO Lề HƠI VÀ TÍNH SỨC BỀN CÁC CHI 
TIẾT CỦA Lề HƠI................................................................................................... 234 
CHƯƠNG 12: VẬN HÀNH Lề HƠI ...................................................................... 245 
 3
 Ch−ơng 1 NGUYÊN Lý LàM VIệC CủA Lò HƠI 
1.1. Vai trò của lò hơi và phân loại 
1.1.1. Vai trò của lò hơi trong nền kinh tế 
Lò hơi là thiết bị trong đó xẩy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt l−ợng tỏa 
ra từ quá trình cháy sẽ truyền cho n−ớc trong lò để biến n−ớc thành hơi. Nghĩa là thực 
hiện quá trình biến đổi hoá năng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi. 
Lò hơi là thiết bị có mặt gần nh− trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy. Trong các 
nhà máy công nghiệp nh− nhà máy hóa chất, đ−ờng, r−ợu, bia, n−ớc giải khát, thuốc 
lá, dệt, chế biến thực phẩm . . . , hơi n−ớc phục vụ cho các quá trình công nghệ nh− 
đun nấu, ch−ng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm . . . Hơi ở đây th−ờng là hơi 
bão hòa, có áp suất hơi t−ơng ứng với nhiệt độ bão hòa cần thiết cho quá trình công 
nghệ. Loại lò hơi này đ−ợc gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản l−ợng 
nhỏ. Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuốc bin, phục vụ cho 
việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất 
và nhiệt độ cao. Loại này đ−ợc gọi là lò hơi để sản xuất điện năng. 
Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn nh− than, gỗ, bã mía, có thể 
là nhiên liệu lỏng nh− dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí. 
1.1.2. Phân loại lò hơi 
Ta có thể phân loại lò hơi theo nhiều cách: 
* Theo nhiệm vụ của lò hơi: 
Theo nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất ta có: lò hơi công nghiệp và lò hơi sản 
xuất điện năng. 
Lò hơi công nghiệp phục vụ cho các quá trình công nghệ ở các nhà máy sản 
xuất công nghiệp (th−ờng sản xuất hơi bão hoà, áp suất hơi không v−ợt quá 2,0Mpa, 
nhiệt độ t = 2500C). Lò hơi phục vụ cho sản xuất điện sản xuất hơi quá nhiệt, có công 
suất lớn, áp suất và nhiệt độ hơi cao, th−ờng lớn hơn 2,0Mpa và trên 3500C. 
+ Theo chế độ đót nhiên liệu trong buồng lửa ta có: Lò ghi thủ công; lò ghi nửa 
cơ khí; lò ghi cơ khí (ghi xich); lò phun nhiên liệu lỏng, lò phun nhiên liệu khí; lò 
phun bột than thải xỉ khô hay thải xỉ lỏng; lò buồng đốt xoáy; lò buồng lửa tầng sôi. 
+ Theo chế độ tuần hoàn của n−ớc trong lò ta có: Lò tuần hoàn tự nhiên; lò tuần 
hoàn c−ỡng bức; lò trực l−u. 
Tuy nhiên cách phân loại này chỉ thể hiện một vài đặc tính nào đó của lò hơi 
nên thực tế khi gọi tên lò hơi th−ờng ng−ời ta kết hợp nhiều kiểu phân loại. 
 4 
 1.2. Nguyên lý làm việc của lò hơi trong nhà máy điện 
Trong các lò hơi nhà máy điện, hơi đ−ợc sản xuất ra là hơi quá nhiệt. Hơi quá 
nhiệt nhận đ−ợc nhờ các quá trình: đun nóng n−ớc đến sôi, sôi để biến n−ớc thành hơi 
bão hòa và quá nhiệt hơi để biến hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao trong 
các bộ phận của lò. Công suất nhiệt của lò hơi phụ thuộc vào l−u l−ợng, nhiệt độ và áp 
suất hơi. Các giá trị này càng cao thì công suất lò hơi càng lớn. 
Hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt giữa ngọn lửa và khói với môi chất trong 
lò hơi phụ thuộc vào tính chất vật lý của sản phẩm cháy và của môi chất tham gia quá 
trình (n−ớc hoặc hơi trong lò) và phụ thuộc vào hình dáng, đặc tính cấu tạo của các 
phần tử lò hơi. 
Trên hình 1.1 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi buồng lửa phun tuần hoàn 
tự nhiên hiện đại trong nhà máy điện. 
 Hình 1.1. Nguyên lý cấu tạo của lò hơi 
 1- buồng đốt; 2- dàn ống sinh hơi; 3- vòi phun nhiên liệu + không khí; 
 4- ống n−ớc xuống; 5- bao hơi; 6- ống dẫn hơi trên trần; 
7- bộ quá nhiệt hơi; 8- bộ quá nhiệt trung gian hơi; 9- bộ hâm n−ớc; 
 10- khoảng trống để vệ sinh và sữa chữa; 11- bộ sấy không khí; 
Nhiên liệu và không khí đ−ợc phun qua vòi phun số 3 vào buồng lửa số 1, tạo 
thành hỗn hợp cháy và đ−ợc đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ ngọn lửa có thể đạt tới 
 5
1.900 0C. Nhiệt l−ợng tỏa ra khi nhiên liệu cháy trong buồng lửa truyền cho n−ớc 
trong các ống của dàn ống sinh hơi 2 làm cho n−ớc tăng dần nhiệt độ đến sôi, trong 
ống sẽ là hỗn hợp hơi n−ớc. Hỗn hợp hơi n−ớc trong ống sinh hơi 2 sẽ chuyển động đi 
lên, tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5, hơi bão hoà sẽ tách ra khỏi n−ớc, 
n−ớc tiếp tục đi xuống theo ống xuống 4 đặt ngoài t−ờng lò. ống xuống đ−ợc nối với 
ống lên bằng ống góp d−ới, nên n−ớc lại sang ống sinh hơi số 2 để tiếp tục nhận nhiệt. 
Hơi bão hòa từ bao hơi số 5 sẽ đi theo các ỗng dẫn hơi 6 vào các ống xoắn của bộ quá 
nhiệt số 7. ở bộ quá nhiệt hơi bão hòa chuyển động trong các ống xoắn sẽ nhận nhiệt 
từ khói nóng chuyển động phía ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao 
hơn và đi vào ống góp để sang tua bin hơi. ở sơ đồ có quá nhiệt trung gian, hơi từ tuốc 
bin về bộ quá nhiệt trung gian 8 để quá nhiệt lại rồi lại quay trở lại tuốc bin; 
ở đây, ống sinh hơi số 2 đặt phía trong t−ờng lò nên môi chất trong ống nhận 
nhiệt và sinh hơi liên tục do đó trong ống ống sinh hơi 2 là hỗn hợp hơi và n−ớc, còn 
ống xuống 4 đặt ngoài t−ờng lò nên môi chất trong ống 4 không nhận nhiệt do đó 
trong ống 4 là n−ớc. Khối l−ợng riêng của hỗn hợp hơi và n−ớc trong ống 2 nhỏ hơn 
khối l−ợng riêng của n−ớc trong ống xuống 4 nên hỗn hợp trong ống 2 đi lên, còn 
n−ớc trong ống 4 đi xuống liên tục tạo nên quá trình tuần hoàn tự nhiên, bởi vậy lò hơi 
loại này đ−ợc gọi là lò hơi tuần hoàn tự nhiên. 
Buồng lửa trình bày trên hình 1.1 là buồng lửa phun, nhiên liệu đ−ợc phun vào 
và cháy lơ lửng trong buồng lửa. Quá trình cháy nhiên liệu xẩy ra trong buồng lứa và 
đạt đến nhiệt độ rất cao, từ 1300 0C đến 1900 0C, chính vì vậy hiệu quả trao đổi nhiệt 
bức xạ giữa ngọn lửa và dàn ống sinh hơi rất cao và l−ợng nhiệt dàn ống sinh hơi thu 
đ−ợc từ ngọn lửa chủ yếu là do trao đổi nhiệt bức xạ. Để hấp thu có hiệu quả nhiệt 
l−ợng bức xạ của ngọn lửa đồng thời bảo vệ t−ờng lò khỏi tác dụng của nhiệt độ cao 
và những ảnh h−ởng xấu của tro nóng chảy, ng−ời ta bố trí các dàn ống sinh hơi 2 
xung quanh t−ờng buồng lửa. 
Khói ra khỏi buồng lửa, tr−ớc khi vào bộ quá nhiệt đã đi qua cụm phecston, thực 
chất cụm feston chính là dãy ống t−ờng sau (đoạn đi qua cửa ra của buồng lửa) đ−ợc 
chia thành nhiều dãy (từ 3 đến 5 dãy) để khói đi qua dễ dàng và giảm bởt hiện t−ợng 
mài mòn mặt ngoài ống. ở đây khói chuyển động ngoài ống truyền nhiệt cho hỗn hợp 
hơi n−ớc chuyển động trong ống. Khói ra khỏi bộ quá nhiệt có nhiệt độ còn cao, để 
tận dụng phần nhiệt thừa của khói khi ra khỏi bộ quá nhiệt, ở phần sau nó ng−ời ta đặt 
thêm bộ hâm n−ớc 9 và bộ sấy không khí 11. 
Bộ hâm n−ớc có nhiệm vụ gia nhiệt cho n−ớc để nâng nhiệt độ của n−ớc từ nhiệt 
độ ra khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi và cấp vào bao hơi 5. Đây là giai đoạn 
đầu tiên của quá trình cấp nhiệt cho n−ớc để thực hiện quá trình hóa hơi đẳng áp n−ớc 
trong lò. Sự có mặt của bộ hâm n−ớc sẽ làm giảm tổng diện tích bề mặt đốt của lò hơi 
và sử dụng triệt để hơn nhiệt l−ợng tỏa ra khi cháy nhiên liệu, làm cho nhiệt độ khói 
thoát khỏi lò giảm xuống, làm tăng hiệu suất của lò. 
Không khí lạnh từ ngoài trời đ−ợc quạt gió hút vào và thổi qua bộ sấy không khí 
11. ở bộ sấy, không khí nhận nhiệt của khói, nhiệt độ đ−ợc nâng từ nhiệt độ môi 
tr−ờng đến nhiệt độ yêu cầu và đ−ợc đ−a vào vòi phun số 1 để cung cấp cho quá trình 
đốt cháy nhiên liệu. Khói sẽ đ−ợc quạt khói hút ra khỏi lò tr−ớc khi đi qua khử bụi để 
 6 
thải ra ngoài qua ống khói. 
Nh− vậy bộ hâm n−ớc và bộ sấy không khí đã hoàn trả lại buồng lửa một phần 
nhiệt đáng lẽ bị thải ra ngoài. Chính vì vậy ng−ời ta còn gọi bộ hâm n−ớc và bộ sấy 
không khí là bộ tiết kiệm nhiệt. 
Nh− vậy, từ khi vào bộ hâm n−ớc đến khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi, môi 
chất (n−ớc và hơi) trải qua các giai đoạn hấp thụ nhiệt trong các bộ phận sau: Nhận 
nhiệt trong bộ hâm n−ớc đến sôi, sôi trong dàn ống sinh hơi, quá nhiệt trong bộ quá 
nhiệt. 
Nhiệt l−ợng môi chất hấp thu đ−ợc biểu diễn bằng ph−ơng trình: 
 Qmc = [i''hn - i'hn ]+ [is - i''hn + rx] + [r(1-x) + (i''qn - i'qn)], (1-1a) 
Trong đó: 
 Qmc là nhiệt l−ợng 1kg môi chất nhận đ−ợc trong lò hơi, kj/kg; 
 i'hn, i''hn : Entanpi của n−ớc vào và ra khỏi bộ hâm n−ớc, kj/kg; 
 is, : Entanpi của n−ớc sôi trong bao hơi, kj/kg; 
 r : Nhiệt ẩn hóa hơi của n−ớc, kj/kg; 
 x : độ khô của hơi ra khỏi bao hơi, 
 i'qn, i''qn : Entanpi hơi vào và ra khỏi bộ quá nhiệt, kj/kg; 
[i''hn - i'hn ] nhiệt l−ợng n−ớc nhận đ−ợc trong bộ hâm n−ớc, kj/kg; 
[is - i''hn + rx] nhiệt l−ợng n−ớc và hơi nhận đ−ợc trong dàn ống sinh hơi, kj/kg; 
[r(1-x) + (i''qn - i'qn)] nhiệt l−ợng hơi nhận đ−ợc trong bộ quá nhiệt, kj/kg; 
Tỉ lệ nhiệt l−ợng hấp thu đ−ợc trong bộ hâm n−ơc, dàn ống sinh hơi, bộ quá 
nhiệt phụ thuộc vào thông số hơi của lò. áp suất của hơi càng lớn thì l−ợng nhiệt để 
bốc hơi càng nhỏ và l−ợng nhiệt để đun n−ớc đến sôi càng lớn. Từ áp suất tơi hạn trở 
lên (22,3Mpa) thì l−ợng nhiệt để bốc hơi bằng không (r = 0), l−ợng nhiệt môi chất hấp 
thu đ−ợc trong lò hơi chỉ để đun n−ớc đến sôi và quá nhiệt hơi. Chính vì thế nên lò có 
áp suất trên tới hạn chỉ áp dụng cho kiểu lò trực l−u (lò bao hơi n−ớc luôn ở trạng thái 
sôi). 
Biến đổi (1-1) ta đ−ợc: 
Qmc = [is + r] + (i''qn - i'qn)] - i'hn (1-1b) 
 Vì (is + r) là entanpi của hơi khô ra khỏi bao hơi cũng chính là entanpi i'qn của 
hơi vào bộ quá nhiệt, do đó từ (1-1b) ta có nhiệt l−ợng cần thiết để sinh hơi 1kg n−ớc 
là: 
 Qmc = i''qn - i'hn (1-1c) 
 7
1.3. Các đặc tính kỹ thuật của Lò hơi 
Để xác định một lò hơi, ng−ời ta th−ờng dùng các đặc tính kỹ thuật chính của lò 
nh− sau: 
1- Thông số hơi của lò: 
Đối với lò hơi của nhà máy điện, hơi sản xuất ra là quá nhiệt nên thông hơi của 
lò đ−ợc biểu thị bằng áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt: Pqn (Mpa), tqn (0C). áp suất và 
nhiệt độ hơi quá nhiệt đ−ợc chọn trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật của chu trình 
nhiệt. 
Đối với lò hơi công nghiệp trong các nhà máy công nghiệp, hơi n−ớc ở đây 
th−ờng là hơi bão hòa, áp suất hơi t−ơng ứng với nhiệt độ bão hòa cần thiết cho quá 
trình công nghệ, do đó thông số của loại lò hơi này là áp suất P (Mpa). 
2- Sản l−ợng hơi của lò: 
Sản l−ợng hơi của lò là l−ợng hơi mà lò sản xuất ra đ−ợc trong một đơn vị thời 
gian (kg/h hoặc t/h hoặc kg/s). Th−ờng dùng 3 khái niệm sản l−ợng. 
- Sản l−ợng hơi định mức (Dđm): là sản l−ợng hơi lớn nhất lò có thể đạt đ−ợc, 
đảm bảo vận hành trong thời gian lâu dài, ổn định với các thông số hơi đã cho mà 
không phá hủy hoặc gây ảnh h−ởng xấu đến chế độ làm việc của lò. 
- Sản l−ợng hơi cực đại (Dmax): là sản l−ợng hơi lớn nhất mà lò có thể đạt đ−ợc, 
nh−ng chỉ trong một thời gian ngắn, nghĩa là lò không thể làm việc lâu dài với sản 
l−ợng hơi cực đại đ−ợc. Sản l−ợng hơi cực đại bằng: 
 Dmax = (1,1 - 1,2) Dđm (1-2) 
- Sản l−ợng hơi kinh tế là sản l−ợng hơi mà ở đó lò làm việc với hiệu quả kinh tế 
cao nhất. Sản l−ợng hơi kinh tế bằng: 
 Dkt = (0,8 - 0,9) Dđm (1-3) 
3- Hiệu suất của lò: 
 Hiệu suất của lò là tỉ số giữa l−ợng nhiệt mà môi chất hấp thụ đ−ợc (hay còn 
gọi là l−ợng nhiệt có ích) với l−ợng nhiệt cung cấp vào cho lò (sinh ra trong buồng 
lửa). Hiệu suất của lò ký hiệu bằng η, đ−ợc xác định: 
 lv
t
'
hnqn
BQ
)ii(D −=η (1-4) 
Trong đó: D là sản l−ợng hơi, (kg/h); 
 iqn là entanpi của hơi quá nhiệt, (Kj/kg); 
 i’hn là entanpi của n−ớc đi vào bộ hâm nứơc, (Kj/kg); 
 B là l−ợng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ, (kg/h); 
 Qt
lv: Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, (Kj/kg). 
4- Nhiệt thế thể tích của buồng lửa: 
Nhiệt thế thể tích của buồng lửa là l−ợng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời 
 8 
gian trên một đơn vị thể tích của buồng lửa. 
bl
lv
t
v V
BQ
q = , (W/m3) (1-5) 
Trong đó: 
 Vbl: Thể tích buồng lửa, (m
3); B, (kg/s), 
 Đối với các lò hơi nhỏ, ng−ời ta còn chú ý đến các đặc tính sau đây 
 5- Nhiệt thế diện tích trên ghi: 
 Nhiệt thế diện tích trên ghi là nhiệt l−ợng sinh ra trong một đơn vị thời gian 
trên một đơn vị diện tích bề mặt của ghi: 
R
BQ
q
lv
t
r = , (W/m2) (1-6) 
R: diện tích mặt ghi, (m2). 
6- Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi: 
Năng suất bốc hơi của bề mặt sinh hơi là khả năng bốc hơi của một đơn vị diện 
tích bề mặt đốt (bề mặt sinh hơi) trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là S, th−ờng dùng 
cho các lò hơi công nghiệp công suất nhỏ. 
H
DS = , (kg/m2h) (1-7) 
D: Sản l−ợng hơi của lò, (kg/h); 
H: diện tích bề mặt sinh hơi (bề mặt đốt), (m2). 
 10
Ch−ơng 2 
Nhiên liệu và quá trình cháy 
2.1. Nhiên liệu 
2.1.1. Khái niệm về nhiên liệu 
 Nhiên liệu là những vật chất khi cháy phát ra ánh sáng và nhiệt năng. Trong 
công nghiệp thì nhiên liệu phải đạt các yêu cầu: Có sẵn trong tự nhiên với trữ l−ợng 
lớn, dễ khai thác, giá thành rẻ, khi cháy không sinh ra các chất gây nguy hiểm. 
 Nhiên liệu có thể phân thành hai nhóm chính: nhiên liệu vô cơ và nhiên liệu 
hữu cơ. 
2.1.1.1. Nhiên liệu hữu cơ: 
Nhiên liệu hữu cơ là nhiên liệu có sẵn trong thiên nhiên do quá trình phân hủy 
hữu cơ tạo thành. Nhiên liệu hữu cơ th−ờng dùng trong lò hơi công nghiệp và năng 
l−ợng có 3 loại: 
 + Khí thiên nhiên. 
 + Nhiên liệu lỏng: dầu nhẹ (Diezen DO), dầu nặng (dầu đen FO). 
 + Nhiên liệu rắn: theo tuổi hình thành nhiên liệu ta có gỗ, than bùn, than nâu, 
than mỡ, than đá, nửa antraxit và antraxit (cám). 
2.1.1.2. Nhiên liệu vô cơ: 
 Nhiên liệu vô cơ là nhiên liệu hạt nhân, đ−ợc dùng trong các lò hơi của nhà 
máy điện nguyên tử. Nó sinh nhiệt do phản ứng phân hủy hạt nhân của một số đồng vị 
các nguyên tố nặng nh−: đồng vị của uran U235 ; đồng vị của uran U238 tạo ra prôtn 
P238. Khả năng toả nhiệt của nhiên liệu hạt nhân rất lơn, có thể đạt 8.1010 kj/kg. 
 Trong giáo trình này chúng ta chỉ nghiên cứu nhiên liệu hữu cơ. 
2.1.2. Thành phần nhiên liệu 
Nhiên liệu bao gồm những chất có khả năng bị oxy hóa gọi là chất cháy và 
những chất không thể bị oxy hóa gọi là chất trơ. 
Nhiên liệu th−ờng đ−ợc phân tích theo thành phần các chất tạo nên chúng. 
Thành phần của một chất nào đó trong nhiên liệu là tỷ số giữa ... thức: 
 1
1
1 2 2
1
1 1 11
k α
ε ε αα α α
= = ⎛ ⎞+ + + +⎜ ⎟⎝ ⎠
, W/m2K (5-40) 
 Công thức này đ−ợc dùng để tính bề mặt truyền nhiệt của bộ quá nhiệt. ở bộ 
quá nhiệt th−ờng 2 1000α ≥ W/m2K và 1 100α < W/m2K, tuy nhiên khi không kể đến 
nhiệt trở 21 α có thể phạm sai số trong việc xác định bề mặt đốt của bộ quá nhiệt đến 
4%. 
 ở bộ hâm n−ớc và bề mặt sinh hơi có ( ) 32 5 20 10α = ữ ì (W/m2K) nên nhiệt 
trở 21 α có thể bỏ qua, do đó: 
 ( )1 1k 1= α + εα , W/m2K (5-41) 
 ở bộ sấy không khí 1 2α ≈ α . Vì đối với bộ sấy không khí ta không có những 
số liệu về nhiệt trở của lớp bám bẩn ε và mức độ bọc không đều bề mặt bởi dòng 
khói và dòng không khí nên ảnh h−ởng đồng thời của chúng đ−ợc kể đến bằng hệ số 
sử dụng ξ xác định qua thực nghiệm. Do vậy hệ số truyền nhiệt đối với bộ sấy không 
khí đ−ợc tính theo công thức: 
 1 2
1 2
1 2
1k 1 1
α α= ξ = ξ α +α+α α
, W/m2K (5-42) 
 Hệ số sử dụng ξ phụ thuộc dạng nhiên liệu đốt và kiểu bộ sấy không khí. 
 Hệ số truyền nhiệt k ở bộ sấy không khí quay (kiểu hoàn nhiệt) đ−ợc xác định 
theo công thức: 
1 1 2 2
k 1 1
x x
ξπ=
+α α
, W/m2K (5-43) 
trong đó: 1x F / Fg= là tỷ số giữa diện tích tiết diện cho khói đi và diện tích tiết diện 
tổng của bộ sấy không khí; 2x F / Fkk= là tỷ số giữa diện tích tiết diện cho không khí 
đi và diện tích tiết diện tổng của bô sấy không khí; 1α và 2α là hệ số tỏa nhiệt từ khói 
đến vách kim loại và từ vách kim loại cho không khí; π là hệ số kể đến ảnh h−ởng 
của tính không ổn định của sự trao đổi nhiệt, đ−ợc xác định phụ thuộc vào tốc độ quay 
của rôto nh− sau: 
n (vòng/phút) 0,5 1,0 1,5≥
π 0,85 0,97 1,0
Ver. 1.0 191
 Hệ số tỏa nhiệt từ khói đến vách ống của chùm ống đối l−u 1α đ−ợc xác định 
theo công thức sau: 
 ( )1 1 đl bxα ξ α α= + , W/m2K (5-44) 
trong đó 1ξ là hệ số sử dụng kể đến sự giảm l−ợng nhiệt hấp thu của bề mặt truyền 
nhiệt do khói bao phủ không đều. Đối với các ống đ−ợc khói bao phủ ngang ở các lò 
hơi hiện đại lấy hệ số 1ξ = . 
a. Hệ số tỏa nhiệt đối l−u đlα 
 Hệ số tỏa nhiệt đối l−u phụ thuộc vào tốc độ và nhiệt độ dòng, kích th−ớc 
thẳng xác định, sự bố trí ống trong chùm, dạng bề mặt (trơn hay có cánh) và đặc điểm 
dòng khói bao phủ bề mặt đó (dọc, ngang hay chéo), các tính chất của môi tr−ờng 
chảy qua chùm ống, và trong một số tr−ờng hợp vào nhiệt độ vách ống. 
* Hệ số tỏa nhiệt đối l−u khi dòng khói bao phủ ngang chùm ống đặt song 
song và các băng ống, tính chung cho toàn bộ bề mặt truyền nhiệt và theo đ−ờng kính 
ngoài của ống đ−ợc xác định theo công thức: 
 0,2 Re Pr C C
d
0,65 0,33
đl z s
λα = , W/m2K (5-45) 
với zC đ−ợc hiệu chỉnh về số dãy ống theo đ−ờng khói đi, đ−ợc xác định tùy thuộc 
vào số dãy trung bình trong từng chùm nhỏ của chùm ống đ−ợc khảo sát nh− sau: 
( )10 0,91 0,0125 2
10 1
2 z 2
2 z
z C z
z C
⎧ < → = + −⎪⎨ ≥ → =⎪⎩
, (5-45a) 
và sC đ−ợc hiệu chỉnh về đặc tính hình học của chùm ống, tùy thuộc vào b−ớc dọc và 
ngang t−ơng đối, 2σ và 1σ : 
( )1 2 3 1
2
-23
2
s 1C
σσ⎡ ⎤⎛ ⎞= + − −⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
, (5-45b) 
trong đó 1 1s dσ = và 2 2s dσ = . 
 Khi 2 ≥ 2, 1 < 1,5 thì Cs =1, (5-45c) 
 Khi 2 3 thì thay 1 = 3 vào công thức (5-45b) 
* Hệ số tỏa nhiệt đối l−u khi dòng khói bao phủ ngang chùm ống đặt sole đ−ợc 
xác định theo công thức: 
 Re Pr C C
d
0,6 0,33
đl s z' '
λα = , W/m2K (5-46) 
trong đó: s'C là hệ số đ−ợc xác định tùy thuộc vào b−ớc ngang t−ơng đối 1σ và 
vào giá trị của 
1
1
1
2'
σ
σ −ϕ = σ − , (5-47) 
Ver. 1.0 192
ở đây 2'σ là b−ớc t−ơng đối trung bình theo ph−ơng đ−ờng chéo giữa các ống, và z'C 
là hiệu chỉnh số dãy ống theo đ−ờng khói đi. 
Ver. 1.0 193
* Đối với chùm ống trong đó một phần ống bố trí sole, một số ống bố trí song 
song thì: 
H H
H H
sole sole ss ss
đl
sole ss
α +αα = + , W/m
2K (5-48) 
 Nếu phần ống bố trí sole (song song) > 85% toàn bộ bề mặt truyền nhiệt thì 
chùm ống đó đ−ợc coi nh− là chùm ống sole (song song). 
* Hệ số tỏa nhiệt khi bao phủ dọc bề mặt truyền nhiệt bởi dòng rối một pha 
(khói, không khí, n−ớc, hơi) đ−ợc xác định theo công thức: 
 0,023 Re Pr C C C
d
0,8 0,4
đl t d l
λα = , W/m2K (5-49) 
trong đó: tC là hệ số hiệu chỉnh về nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ của dòng khói và 
nhiệt độ vách ống; dC là hệ số hiệu chỉnh về đ−ờng kính ống; lC là hệ số hiệu chỉnh 
về chiều dài t−ơng đối (khi (l / d) 50≥ thì 1lC = ). 
* Hệ số tỏa nhiệt đối l−u đối với bộ sấy không khí quay (tốc độ quay của rôto 
1,5 5n = ữ vòng/phút) về phía khói và về phía không khí đ−ợc tính theo công thức 
sau: 
dA Pr C C
d
0,8
0,4tđ
đl t l
tđ
ωλ ⎛ ⎞α = ⎜ ⎟ν⎝ ⎠ , W/m
2K (5-50) 
ở đây: A là hệ số đ−ợc xác định bởi loại vật liệu và cách bố trí bề mặt truyền nhiệt; λ 
là hệ số dẫn nhiệt của khói và không khí, W/mK; tđd là đ−ờng kính t−ơng đ−ơng, m; 
ω l tốc độ tính toán của khói và không khí, m/s. 
b. Hệ số tỏa nhiệt do bức xạ của sản phẩm cháy bxα 
 Hệ số tỏa nhiệt do bức xạ của sản phẩm cháy đ−ợc xác định theo công thức 
sau 
 ( )
q
t
bx
bx
tr
α = θ− , W/m
2K (5-51) 
5.3.2.3. Độ chênh nhiệt độ trung bình 
 Độ chênh nhiệt độ trung bình cho toàn bề mặt truyền nhiệt là hiệu số nhiệt độ 
của môi tr−ờng nóng và môi tr−ờng đ−ợc đốt nóng, phụ thuộc vào ph−ơng chuyển 
động t−ơng hỗ giữa hai môi tr−ờng. 
Hình 5.3. Sự thay đổi nhiệt độ của các môi 
tr−ờng dọc theo bề mặt truyền nhiệt. 
a - Chuyển động cùng chiều; b - Chuyển 
động 
ng−ợc chiều. 
Ver. 1.0 194
Trong tr−ờng hợp hai dòng chuyển động cùng chiều thuần túy và ng−ợc chiều thuần 
túy thì độ chênh nhiệt độ trung bình đ−ợc tính nh− là hiệu trung bình logarit các nhiệt 
độ môi tr−ờng nóng và môi tr−ờng đ−ợc đốt nóng (xem hình vẽ 5.3) 
ln
t tt t
t
∆ −∆∆ = ∆
∆
l b
l
b
, oC (5-52) 
trong đó: 
 lt∆ là hiệu số nhiệt độ lớn của 2 môi tr−ờng; 
 bt∆ là hiệu số nhiệt độ nhỏ của 2 môi tr−ờng (nóng và đ−ợc đốt nóng). 
Khi 
t 1,7
t
l
b
∆ ≤∆ thì với độ chính xác cho phép có thể tính t∆ nh− sau: 
t tt t
2
l b∆ + ∆∆ = = θ− , oC (5-53) 
trong đó θ và t là nhiệt độ trung bình của hai môi tr−ờng. Khi nhiệt độ của một trong 
hai môi chất không thay đổi cũng có thể tính t∆ theo các công thức trên. 
Nếu t 0,92 tth ng∆ ≥ ∆ thì độ chênh lệch nhiệt độ đối với sơ đồ phức tạp bất kỳ nào 
cũng có thể xác định theo công thức: 
t t
t
2
th ng∆ + ∆∆ = , oC (5-54) 
trong đó tht∆ và ngt∆ lần l−ợt là độ chênh nhiệt độ trung bình khi hai dòng cùng chiều 
và ng−ợc chiều hoàn toàn. 
 Đối với sơ đồ hỗn hợp song song và hỗn hợp nối tiếp ta xác định t∆ nh− sau: 
 t tng∆ = ψ∆ , oC (5-55) 
với ψ là hệ số tính đổi từ sơ đồ dòng ng−ợc chiều sang sơ đồ phức tạp hơn. Hệ số ψ 
trong dòng cắt nhau tùy thuộc số lần cắt nhau và sự thay đổi nhiệt độ của môi tr−ờng 
nóng và môi tr−ờng đ−ợc đốt nóng. 
5.4 Tính nhiệt thiết bị lò hơi 
5.4.1 Khái niệm 
 Tính nhiệt của lò hơi có thể là tính chế tạo hay tính kiểm tra. Ph−ơng pháp tính 
là chung cho cả hai tr−ờng hợp. Tính nhiệt chế tạo và tính nhiệt kiểm tra khác nhau ở 
mục đích tính và các đại l−ợng cần phải tìm. 
 Tính nhiệt chế tạo nhằm xác định kích th−ớc buồng lửa và độ lớn bề mặt 
truyền nhiệt của mọi phần tử của lò hơi đ−ợc thiết kế, để đảm bảo nhận đ−ợc sản 
l−ợng hơi và các thông số định mức của hơi ứng với thành phần nhiên liệu và nhiệt độ 
n−ớc cấp cho tr−ớc. Trong nhiệm vụ tính toán phải cho biết sản l−ợng hơi định mức 
của lò, các thông số của hơi ở chỗ ra khỏi bộ quá nhiệt, nhiệt độ n−ớc cấp và đặc tính 
của nhiên liệu. Kiểu lò, ph−ơng pháp đốt nhiên liệu, kiểu buồng lửa, nhiệt độ khói 
Ver. 1.0 195
thoát và nhiệt độ không khí nóng hoặc cho tr−ớc trong nhiệm vụ thiết kế hoặc chọn 
tùy thuộc vào các thông số hơi, sản l−ợng hơi của lò và đặc tính của nhiên liệu. Nếu lò 
hơi có bộ quá nhiệt trung gian thì trong nhiệm vụ thiết kế cần cho biết l−u l−ợng và 
thông số của hơi quá nhiệt trung gian ở chỗ vào và ra khỏi bộ quá nhiệt trung gian. 
 Việc tính nhiệt kiểm tra đ−ợc tiến hành cho lò hơi đã có sẵn, nh− vậy là đã biết 
kiểu lò hơi và buồng lửa, đặc tính hình học của các bề mặt truyền nhiệt khác của lò. 
Mục đích tính ở đây là xác định độ kinh tế của lò và đánh giá mức độ làm việc tin cậy 
của lò đối với nhiên liệu đã cho, phát hiện các đặc tính nhiệt của lò ở những phụ tải 
khác nhau và khả năng điều chỉnh (sự làm việc của lò hơi). Việc tính toán có thể thực 
hiện ở phụ tải định mức và ở phụ tải khác định mức. Tính kiểm tra cũng đ−ợc tiến 
hành sau khi cải tiến buồng lửa hoặc các bề mặt truyền nhiệt khác nhằm nâng cao sản 
l−ợng và tính kinh tế của thiết bị lò hơi. Tính kiểm tra đ−ợc thực hiện khi thay đổi 
nhiệt độ n−ớc cấp, nhiệt độ hơi quá nhiệt, nhiên liệu đốt có tính chất khác so với nhiên 
liệu dùng khi thiết kế. Các đại l−ợng cần phải tìm khi tính kiểm tra là nhiệt độ khói ở 
cuối buồng lửa bl''θ và trên dọc đ−ờng khói đi và xác định nhiệt độ và tốc độ khói, 
n−ớc, hơi, không khí ở từng phần tử của lò hơi. 
 Sau khi tính nhiệt của lò hơi có thể trên cơ sở các số liệu nhận đ−ợc để tiến 
hành tính khí động, thủy động, sức bền và chế độ nhiệt độ của các ống, chế độ n−ớc 
và chất l−ợng hơi, động lực học của thiết bị lò hơi và toàn bộ khối lò hơi tuabin. Tiếp 
sau đó tính hệ thống chuẩn bị nhiên liệu và các phần tử của lò nh− vòi phun chính, vòi 
phun phụ,  
5.4.2 Những ph−ơng trình cơ bản 
 Thiết bị lò hơi bao gồm một số l−ợng lớn các bề mặt truyền nhiệt đặt nối tiếp 
nhau dọc đ−ờng khói đi. Sự làm việc của từng bề mặt truyền nhiệt và của toàn bộ lò 
hơi đ−ợc mô tả bằng một hệ các ph−ơng trình: Cân bằng vật chất, cân bằng năng 
l−ợng, trao đổi nhiệt và trao đổi chất, trạng thái và chuyển động. 
1. Ph−ơng trình cân bằng vật chất 
 Ph−ơng trình cân bằng vật chất đ−ợc viết cả cho chất tải nhiệt và cho khói. 
 Đối với chất tải nhiệt ta có: 
 D D Dh ncấp xả= + , kg/s (5-56) 
 Đối với khói ta có: 
 ( )V V 1 V0 0k k kk= + α − , (5-57) 
2. Ph−ơng trình cân bằng năng l−ợng 
 a. Ph−ơng trình liên hệ giữa l−ợng nhiệt sinh ra và l−ợng nhiệt sử dụng trong 
thiết bị lò hơi: 
 ( ) ( ) ( )BQ D i i D i i D i ilv r vt lò qn nc trg trg trg xả nc'η = − + − + − , (5-58) 
 với 
6
i
i 2
1 qlò
=
η = −∑ , % 
Ver. 1.0 196
 b. Ph−ơng trình biểu diễn sự cân bằng giữa l−ợng nhiệt nhận đ−ợc từ sản phẩm 
cháy cộng với l−ợng lọt không khí lạnh và nhiệt l−ợng truyền cho môi chất và toả vào 
môi tr−ờng xung quanh: 
 ( )B I I Q D itt lọt'' '⎡ ⎤ϕ − + ∆ = ∆⎣ ⎦ , (5-59) 
3. Ph−ơng trình trạng thái 
 Khói là một hỗn hợp nhiều chất khí khác nhau. Quan hệ giữa thể tích khói và 
nhiệt độ đ−ợc thể hiện qua ph−ơng trình trạng thái của khí lý t−ởng. Nhiệt dung riêng 
của từng chất khí thành phần trong khói phụ thuộc vào nhiệt độ và cho trong các bảng. 
Sự liên hệ giữa các thông số của chất tải nhiệt (ph−ơng trình trạng thái) đ−ợc cho d−ới 
dạng bảng (bảng các tính chất vật lý nhiệt của n−ớc và lò hơi). 
4. Ph−ơng trình trao đổi nhiệt 
 Đ−ợc viết riêng cho từng bề mặt truyền nhiệt. Khi tính toán ta giải ph−ơng 
trình này cùng với các ph−ơng trình cân bằng vật chất và cân bằng năng l−ợng viết 
cho từng bề mặt truyền nhiệt. 
 Ph−ơng trình cân bằng vật chất của bề mặt truyền nhiệt diễn tả sự không thay 
đổi l−u l−ợng của chất tải nhiệt và của khói theo thời gian. Đối với chất tải nhiệt thì 
điều đó có nghĩa là có thể có sự thay đổi l−u l−ợng chất tải ở đầu hay cuối bề mặt 
truyền nhiệt, còn trong phạm vi bề mặt truyền nhiệt l−u l−ợng không thay đổi 
 D = const (5-60a) 
 Đối với đ−ờng khói ta coi rằng có lọt không khí lạnh ở đầu và cuối bề mặt 
truyền nhiệt, bản thân bề mặt truyền nhiệt làm việc với l−ợng lọt không đổi và đ−ợc 
tính bằng giá trị trung bình số học: 
 BVk = const (5-60b) 
 Đối với bề mặt truyền nhiệt đối l−u và nửa bức xạ ph−ơng trình trao đổi nhiệt 
có dạng 
 D i kH t∆ = ∆ , (5-60c) 
trong đó t∆ là độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit. 
 Hệ các ph−ơng trình (5-60a) - (5-60c) đ−ợc viết cho từng bề mặt truyền nhiệt. 
5.4.3. Thứ tự tính toán 
1. Thứ tự tính nhiệt thiết kế lò hơi có bao hơi (có tuần hoàn tự nhiên) 
Phác thảo kiểu dáng lò hơi; 
 - Tính toán thể tích không khí lý thuyết cần thiết và thể tích sản phẩm cháy. 
Xác định thể tích thực của không khí và sản phẩm cháy (khói); 
 - Xác định entanpi của sản phẩm cháy và của không khí; 
 - Tiến hành cân bằng nhiệt của lò hơi, xác định các tổn thất nhiệt 2q , 3q , 4q , 
5q , 6q , tính hiệu suất của lò hơi, tính l−ợng nhiên liệu tiêu hao thực tế và l−ợng nhiên 
liệu tiêu hao tính toán; 
 - Thiết kế buồng lửa: Chọn tiết diện buồng lửa dựa vào nhiệt thế diện tích tiết 
diện ngang của buồng lửa fq (kW/m
2), chọn sơ bộ nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa 
Ver. 1.0 197
θ bl'' , sau đó xác định diện tích toàn bộ các t−ờng của buồng lửa vF (m2), diện tích bề 
mặt hấp thu nhiệt bằng bức xạ của các dàn ống sinh hơi đặt trong buồng lửa. Việc tính 
toán nhiệt buồng lửa đ−ợc kết thúc bằng việc kiểm tra sự phù hợp của nhiệt thế thể 
tích của buồng lửa vq (kW/m
3), giá trị của nó không đ−ợc v−ợt giá trị giới hạn cho 
trong các bảng; 
 - Tính nhiệt pheston hoặc bộ quá nhiệt kiểu băng ống đặt ở cửa ra buồng lửa; 
 - Phân phối nhiệt l−ợng cho các bề mặt truyền nhiệt đặt sau buồng lửa; 
 - Thiết kế bộ quá nhiệt đối l−u; 
 - Thiết kế bộ hâm n−ớc; 
 - Thiết kế bộ sấy không khí. 
2. Thứ tự tính nhiệt kiểm tra lò hơi 
 Việc tính nhiệt kiểm tra lò hơi đ−ợc thực hiện bằng ph−ơng pháp gần đúng liên 
tiếp. Lúc đầu cho sơ bộ nhiệt độ khói thải ra khỏi lò hơi thảiθ , trên cơ sở đó thực hiện 
tính nhiệt của lò hơi và tính toán chính xác giá trị của thảiθ . Tiếp đó xác định hiệu suất 
của lò hơi lòη và tính các l−ợng nhiên liệu tiêu hao B , ttB . Sau khi chọn sơ bộ giá trị 
của nhiệt độ không khí nóng KKNt có thể tính nhiệt của buồng lửa và các bề mặt 
truyền nhiệt khác. 
 Nhiệm vụ của việc tính buồng lửa là xác định nhiệt độ thực của khói ở cửa ra 
buồng lửa θ bl'' . Tr−ớc hết cho sơ bộ một giá trị của θ bl'' và sẽ làm chính xác sau đó 
theo công thức: 
 0,6
T 273
a1 M
Bo
a
bl
bl
''θ = −⎛ ⎞+ ⎜ ⎟⎝ ⎠
, oC (5-61) 
 Khi có sự sai khác lớn (trên 100 oC) phải chọn giá trị khác của bl''θ và tính lại. 
Việc tính các bề mặt truyền nhiệt đối l−u đặt sau buồng lửa cũng theo ph−ơng pháp 
gần đúng liên tiếp. Tính CBQ về phía khói hay về phía môi chất sau đó so sánh CBQ 
với TNQ . ở pheston sai khác giữa CBQ và TNQ cho phép đến 5%, đối với các bề mặt 
truyền nhiệt đối l−u khác cho phép sai khác giữa CBQ và TNQ là 2%. 
 Việc tính toán đ−ợc coi là kết thúc nếu giá trị của nhiệt độ khói thải thảiθ chọn 
sơ bộ và giá trị tính toán sai khác nhau bằng hoặc nhỏ hơn 10± oC và nhiệt độ không 
khí nóng chọn và tính sai khác nhau nhỏ hơn hay bằng 40± oC. Nếu không thỏa mãn 
những yêu cầu trên phải tính lại bằng việc chọn giá trị mới của thảiθ . 
 Ngày nay có thể ứng dụng những thành tựu của công nghệ thông tin vào việc 
giải bài toán tính nhiệt của lò hơi. Muốn vậy tr−ớc hết phải xây dựng mô hình toán 
của lò hơi, lập trình để giải trên máy tính điện tử. Thời gian giải bài toán tính nhiệt lò 
hơi trên máy tính điện tử khoảng d−ới 10 phút.