Giáo trình Lò hơi - Chương 6: Quá trình thủy động trong lò hơi

complete 198
Ch−ơng 6. Quá trình thủy động trong lò hơi 
6.1 Bản chất và ý nghĩa của sự tuần hoàn n−ớc trong lò hơi. 
Chế độ nhiệt độ của ống đ−ợc đốt nóng. 
Sự làm việc tin cậy của thiết bị lò hơi yêu cầu phải tổ chức đúng đắn các quá 
trình xảy ra trong phần hơi n−ớc của lò tức là các quá trình bên trong lò để đảm bảo 
cho nhiệt độ vách ống kim loại gần nhất với nhiệt độ của môi chất. Một trong những 
quá trình quan trọng ấy là sự tuần hoàn của n−ớc, nó tạo ra sự chuyển động liên tục 
của n−ớc và hỗn hợp hơi n−ớc trong lò và kết quả là có thể thu nhiệt từ bề mặt kim 
loại với c−ờng độ cao. 
 ở bộ hâm n−ớc và bộ quá nhiệt thì sự chuyển 
động của n−ớc và hơi là do tác dụng c−ỡng bức của 
bơm hay hiệu áp suất giữa hơi trong bao hơi và trong 
bộ quá nhiệt. Trong bề mặt đốt sinh hơi sự chuyển 
động của n−ớc và hỗn hợp hơi n−ớc là do tác dụng 
c−ỡng bức của bơm tuần hoàn hoặc do chênh lệch 
khối l−ợng riêng của môi chất đ−ợc đốt nóng và 
không đ−ợc đốt nóng tức là tuần hoàn tự nhiên. Ví dụ 
về một vòng tuần hoàn tự nhiên đơn giản đ−ợc biểu 
diễn trong hình vẽ 6.1. 
Vòng tuần hoàn là một vòng kín gồm bao 
hơi các ống đấu song song và ống góp. Trong vòng 
tuần hoàn hỗn hợp hơi n−ớc chỉ chuyển động trong 
một phần của vòng tuần hoàn vì trong bao hơi trên 
hay ống góp trên các bọt hơi tách ra khỏi n−ớc, còn 
n−ớc lại tiếp tục tuần hoàn nhiều lần trong vòng. 
Thực ra vòng tuần hoàn thực tế phức tạp hơn, 
nh−ng khi các ống đ−ợc đốt nóng nh− nhau và có các 
kích 
th−ớc nh− nhau thì ta cũng có thể coi nó nh− một vòng tuần hoàn đơn giản. 
 Sự làm việc tin cậy của các bề mặt đốt đ−ợc xác định bởi chế độ nhiệt độ của 
kim loại ống. Khi tăng nhiệt độ thì sức bền của kim loại giảm đi. Mỗi loại thép có 
một nhiệt độ giới hạn cho phép, khi v−ợt nhiệt độ ấy trong thời gian dài có thể dẫn 
đến h− hỏng ống. ống cũng có thể bị h− hỏng khi nhiệt độ vách của nó bị dao động 
một cách hệ thống mặc dù nhiệt độ vách thấp hơn nhiệt độ giới hạn cho phép, vì dao 
động nhiệt độ mà sinh ra những nội ứng suất bổ sung, khi số chu kỳ dao động khá lớn 
thì ứng suất này làm h− hỏng kim loại do hiện t−ợng mỏi. 
 Mức độ làm việc tin cậy của bề mặt đốt đ−ợc xác định bởi độ làm việc tin cậy 
của mọi ống đấu song song. Nếu một ống nào đó làm việc không tin cậy thì sự làm 
việc của toàn bề mặt đốt là không tin cậy. Do đó chế độ làm việc của mỗi ống phải 
khác rất ít so với chế độ tính toán trung bình. Nhiệt độ kim loại vách ống đ−ợc tính 
theo công thức sau: 
Hình 6.1.Sơ đồ vòng tuần 
hoàn tự nhiên đơn giản. 
htb là chiều cao vòng tuần 
hoàn; hkdn là chiều cao 
đoạn ống không đốt nóng; 
hs là chiều cao của điểm 
bắt đầu sôi; hdn là chiều 
cao đoạn ống có đốt nóng. 
complete 199
 ( )max
1t t t q
1V T M 2
⎛ ⎞δ= + ∆ +βà +⎜ ⎟⎜ ⎟λ +β α⎝ ⎠
, oC (6-1) 
trong đó: 
 t là nhiệt độ trung bình của môi chất l−u động trong ống ở tiết diện tính toán, oC; 
 Tt∆ là độ v−ợt của nhiệt độ môi tr−ờng l−u động trong ống so với nhiệt độ 
trung bình, oC; 
 à là hệ số khuếch tán nhiệt theo chu vi ống, là tỷ số giữa nhiệt độ thực tế và 
nhiệt độ mà ống có thể có khi nó đ−ợc đốt nóng đồng đều bởi dòng nhiệt maxq , đối với 
ống sinh hơi của lò hơi có áp suất d−ới tới hạn lấy 1=à ; 
 ( )d d d d 2trβ = = − δ là tỷ số giữa đ−ờng kính ngoài và đ−ờng kính trong của 
ống; 
 δ là chiều dày vách ống, m; 
 Mλ là hệ số dẫn nhiệt của kim loại vách ống, kW/mK, nó phụ thuộc vào nhãn 
hiệu thép và vào nhiệt độ. Để tính Mλ thì lấy nhiệt độ 50Vt t= + oC; 
 2α là hệ số tỏa nhiệt từ vách ống đến môi tr−ờng đ−ợc đốt nóng, kW/m2K; 
 maxq là phụ tải nhiệt độ ở điểm hấp thu nhiệt cực đại của ống chịu phụ tải lớn 
nhất, kW/m2. 
 Từ công thức (6-1) ta thấy rằng nhiệt độ vách ống phụ thuộc vào nhiệt độ môi 
chất l−u động trong ống, vào phụ tải nhiệt và hệ số tỏa nhiệt 2α . 
 Tr−ờng hợp nguy hiểm nhất cho sự làm việc của kim loại là sự kết hợp (không 
thuận lợi) giữa phụ tải nhiệt cao và nhiệt độ môi chất cao có kèm theo giá trị thấp của 
2α và Mλ khi ống có vách dày. 
 Phụ tải nhiệt phụ thuộc vào chỗ đặt bề mặt đốt. ở buồng lửa bột than phụ tải 
nhiệt trung bình của các bề mặt đốt bức xạ bằng 20 50q = ữ kW/m2. Phụ tải nhiệt lớn 
nhất ở vùng trung tâm ngọn lửa khi đốt nhiên liệu rắn đạt đến 250 300ữ kW/m2, khi 
đốt nhiên liệu lỏng bằng 500 600ữ kW/m2. 
 ở các bề mặt đốt đối l−u phụ tải nhiệt ít khi lớn hơn 50 75ữ kW/m2, ở các bề 
mặt đốt đặt xa buồng lửa phụ tải nhiệt giảm đến 2 10ữ kW/m2. Hệ số dẫn nhiệt của 
kim loại Mλ phụ thuộc thành phần hóa học của thép và nhiệt độ. 
Hệ số tỏa nhiệt bên trong ống 2α khi dòng một pha chuyển động trong ống (hơi, 
n−ớc) đ−ợc xác định theo công thức: 
( )B0,24
d
0,8
2 0,2
td
ρωα = , kW/m2K , (6-2) 
trong đó 
CB
0,4
0,6P⎛ ⎞= λ⎜ ⎟à⎝ ⎠ là hệ số phụ thuộc vào loại vật chất và nhiệt độ. 
 Các thông số vật lý đ−ợc tính theo nhiệt độ của dòng. Từ công thức (6-2) ta 
thấy hệ số tỏa nhiệt 2α tỷ lệ thuận với tốc độ lũy thừa 0,8 . Cho nên có thể nhận đ−ợc 
complete 200
hệ số tỏa nhiệt đối l−u thỏa mãn về kỹ thuật bằng cách tăng tốc độ khối l−ợng ( )ρω . 
Hệ số B đặc tr−ng cho các thông số vật lý và thay đổi tùy thuộc áp suất và nhiệt độ. 
 Khi n−ớc sôi chuyển động trong các ống sinh hơi thì hệ số tỏa nhiệt phụ thuộc 
chế độ chuyển động của dòng và phụ tải nhiệt. Khi sôi mạnh thì có hệ số tỏa nhiệt cao 
(khoảng 10 150ữ kW/m2K, đồng thời khi tăng q thì 2α tăng lên cho đến khi đạt đến 
phụ tải tới hạn thq . Do vậy nhiệt độ vách ống trong tr−ờng hợp sôi mạnh gần bằng 
nhiệt độ sôi. Sau khi đạt đến thq thì hệ số tỏa nhiệt giảm xuống đột ngột tùy thuộc sự 
chuyển động của dòng hai pha. 
6.2 Các chế độ chuyển động của dòng hỗn hợp hơi n−ớc 
6.2.1. ống đứng: 
 Có bốn chế độ chuyển động cơ bản của hỗn hợp hơi n−ớc trong ống thẳng 
đứng nh− sau (hình vẽ 6.2): 
1. Chuyển động của các bọt hơi nhỏ trong n−ớc chủ yếu dọc theo trục ống d−ới 
dạng xích. Chuyển động của các bọt hơi nh− vậy gọi là chế độ chuyển động bọt, chế 
độ này tồn tại khi hàm l−ợng hơi bé. 
2. Chuyển động của các bọt hơi liền thành các bọt hơi lớn trong n−ớc, đôi khi các 
bọt lớn này có chiều dài đến 0,5 m và lớn hơn và trông giống đầu đạn. Ng−ời ta gọi 
nó là chế độ chuyển động đầu đạn, và nó tồn tại khi tốc độ chuyển động của hỗn hợp 
hơi n−ớc lớn hơn tốc độ trong chế độ chuyển động bọt. ở đây các đầu đạn hơi cách ly 
vách ống bằng một màng n−ớc. 
3. Chuyển động của cột hơi liên tục d−ới dạng thanh dài có các giọt n−ớc lẫn 
vào, cột hơi cách bề mặt ống bởi một màng n−ớc mỏng. Chế độ này gọi là chế độ 
chuyển động thanh, chế độ này xảy ra khi tốc độ của hỗn hợp hơi n−ớc lớn hơn tốc độ 
trong chế độ đầu đạn. 
4. Chuyển động của hơi với sự phân bố đều các giọt ẩm trên toàn tiết diện ống 
đ−ợc gọi là chế độ chuyển động nhũ t−ơng, nó xảy ra khi hàm l−ợng hơi cao hơn so 
với chế độ thanh. 
Hình 6.2. Các chế độ chuyển động của hỗn 
hợp hơi n−ớc trong ống đứng 
a - Bọt; 
b - đầu đạn; 
c - thanh; 
d - nhũ t−ơng. 
 Chế độ chuyển động thanh của hỗn hợp hơi n−ớc là tốt nhất vì màng mỏng 
n−ớc dọc theo vách ống sẽ lấy nhiệt ra khỏi vách kim loại ống, do đó ống đ−ợc làm 
mát và nhiệt độ kim loại ống sẽ gần bằng nhiệt độ môi chất chuyển động trong ống. 
complete 201
6.2.2. ống nằm ngang: 
 ở ống nằm ngang lực hấp dẫn tác dụng vuông góc với ph−ơng dòng chảy. Vì 
thế sự phân bố pha trong tiết diện ống phụ thuộc vào t−ơng quan giữa lực nâng và lực 
hấp dẫn. Tốc độ dòng càng lớn lực nâng càng lớn, phần tâm dòng càng đ−ợc bão hòa 
nhiều bọt hơi hơn và dòng càng gần đối xứng hơn. Khi giảm tốc độ thì càng mất tính 
đối xứng của dòng, n−ớc sẽ nằm ở phần d−ới của ống. 
 Khi tốc độ dòng nhỏ quá d−ới một mức nào đó thì lực hấp dẫn lớn hơn hẳn lực 
nâng và dòng bị phân lớp, có nghĩa là hơi chuyển động phía trên và n−ớc phía d−ới 
nh− biểu diễn trong hình vẽ 6.3. 
Hình 6.3. Chế độ l−u động 
phân lớp của hỗn hợp hơi n−ớc. 
6.3. Các đặc tính, thông số và ph−ơng trình chuyển động của môi chất 
6.3.1. Các ph−ơng trình thủy động lực và trao đổi nhiệt chủ yếu trong đ−ờng hơi 
- n−ớc của lò hơi 
Các quá trình thủy động lực và trao đổi nhiệt trong đ−ờng hơi n−ớc của lò hơi 
xảy ra trong các ống. Vách ống có các tính chất nhất định nh−: tính dẫn nhiệt, nhiệt 
dung, khối l−ợng. Trên bề mặt ống diễn ra các quá trình từ môi tr−ờng xung quanh 
đến bề mặt ngoài của ống và từ bề mặt trong của ống đến môi chất l−u động trong 
ống. Các tính chất của vách ống và các quá trình diễn ra trên vách ống đ−ợc kể đến 
bằng những điều kiện biên của các ph−ơng trình mô tả các quá trình diễn ra trong 
đ−ờng hơi - n−ớc. Các ph−ơng trình này gồm có: ph−ơng trình cân bằng vật chất, 
ph−ơng trình cân bằng năng l−ợng của dòng môi chất và vách bọc dòng và ph−ơng 
trình chuyển động (hay còn gọi là ph−ơng trình động l−ợng). 
- Ph−ơng trình cân bằng vật chất có dạng sau: 
G f 0
z
∂ ∂ρ+ =∂ ∂τ ; (6-3) 
- Ph−ơng trình cân bằng năng l−ợng của dòng môi chất: 
( ) ( )Gi if q
z t
∂ ∂ ρ+ =∂ ∂τ ; (6-4) 
- Ph−ơng trình cân bằng nhiệt của vách rãnh (ống) bị đốt nóng: 
 ( )tq q mC C t t
z
kl
t ng kl kl
∂= − = α −∂ . (6-5) 
 Trong các ph−ơng trình trên có các ký hiệu nh− G , ρ , i , z t−ơng ứng là l−u 
l−ợng chảy qua rãnh (ống), mật độ, entanpi, và tọa độ trùng với ph−ơng chuyển động 
complete 202
của môi chất; f , tq , ngq lần l−ợt là diện tích tiết diện, mật độ dòng nhiệt tuyến tính 
trên bề mặt trong và bề mặt ngoài của rãnh (ống); m là khối l−ợng của 1 m kim loại 
vách rãnh (ống) (còn gọi là khối l−ợng tuyến tính của kim loại vách rãnh); klt , klC là 
nhiệt độ và nhiệt dung của kim loại; α là hệ số tỏa nhiệt từ vách đến môi chất; C là 
chu vi bên trong của tiết diện rãnh (với ống ta có tC dπ= ). 
- Ph−ơng trình chuyển động hay còn gọi là ph−ơng trình bảo toàn động l−ợng 
của môi chất l−u động trong rãnh có dạng sau: 
2p k gsin
z z 2
∂ ∂ω ∂ω ω ρ− = ρ +ρω + ±ρ α∂ ∂τ ∂ . (6-6) 
 Tích phân hai vế ph−ơng trình (6-6) trong giới hạn từ đầu rãnh 
1 1z 0 ( , p p ) = ω = ω = đến cuối rãnh 2 2z l ( , p p ) = ω = ω = ta đ−ợc ph−ơng trình động 
l−ợng d−ới dạng tích phân nh− sau: 
2
1
l l h2
1 2
0 0 0
p p k z z g h
2
d d d d
ω
ω
ω ρ ∂ω− = + ωρ ω+ ± ρ∂τ∫ ∫ ∫ ∫ , (6-7) 
trong đó sinh l α= . 
 Ta thấy rằng trong vế phải của ph−ơng trình (6-7) các số hạng lần l−ợt biểu 
diễn lực ma sát, lực gia tốc dòng, lực quán tính, và lực trọng tr−ờng. Nh− vậy giáng áp 
trong rãnh 1 2p p p∆ = − dùng để khắc phục bốn loại lực sinh ra khi chất lỏng chuyển 
động trong đó. 
- Hệ bốn ph−ơng trình trên đ−ợc bổ sung thêm ph−ơng trình trạng thái có 
dạng: 
 ( )p,iρ = ρ . (6-8) 
 Trong trạng thái ổn định thì mọi đạo hàm theo τ tại các ph−ơng trình (6-3) - 
(6-8) đều bằng không, mọi thông số chỉ là hàm số của tọa độ z và khi ấy các ph−ơng 
trình trên có dạng sau: 
- Ph−ơng trình bảo toàn khối l−ợng: 
 0d
d
G
z
= ; (6-9) 
- Ph−ơng trình bảo toàn năng l−ợng: 
( )d
d
Gi
q
z
= ; (6-10) 
 - Ph−ơng trình bảo toàn động l−ợng: 
2 pk gsin
z 2 z
d d
d d
ω ω ρωρ + ±ρ α = − ; (6-11) 
- Ph−ơng trình trạng thái: 
 ( )p,iρ = ρ . (6-12) 
 Trong chế độ ổn định ta có ( ) constG z = , tức là l−u l−ợng khối l−ợng là nh− 
nhau ở mọi tiết diện của rãnh (ống). Từ đó ta có thể viết lại ph−ơng trình (6-10) d−ới 
dạng sau: 
complete 203
i q
z G
d
d
= , (6-13) 
hoặc là: 
qi i z
Gv
= + , (6-14) 
với vi là entanpi của môi chất ở tiết diện vào của rãnh (ống). 
6.3.2. Các đặc tính chuyển động của hỗn hợp hơi - n−ớc 
Các đặc tính l−u động chính của hỗn hợp hơi - n−ớc gồm có: 
1. Tốc độ khối l−ợng của môi chất ωρ (n−ớc, hơi, hỗn hợp hơi - n−ớc), đó là 
l−u l−ợng khối l−ợng tính trên một đơn vị tiết diện ống: 
G
f
ωρ = , kg/m2s (6-15) 
2. Tốc độ tuần hoàn 0ω , đó là tốc độ của n−ớc ở nhiệt độ bão hòa, t−ơng ứng 
với l−u l−ợng môi chất trong ống: 
 0
G
f
hh
'
ω = ρ , m/s (6-16) 
trong đó: hhG là l−u l−ợng khối l−ợng của hỗn hợp hơi - n−ớc đi qua hệ thống ống 
(khi n−ớc đi vào ống sinh hơi ta có hh nG G= ), kg/s; f là diện tích tiết diện để môi 
chất đi , m2 ; 'ρ là mật độ của n−ớc ở nhiệt độ bão hòa, kg/m3. 
 3. Tốc độ quy dẫn của n−ớc 0'ω , đó là tốc độ n−ớc có đ−ợc khi đi qua tiết 
diện đã cho của ống sinh hơi trong điều kiện n−ớc chiếm toàn bộ tiết diện ống sinh 
hơi: 
G
f
n
0' '
ω = ρ ; m/s (6-17) 
4. Tốc độ quy dẫn của hơi 0''ω , đó là tốc độ mà hơi có đ−ợc khi đi qua tiết 
diện đã cho của ống sinh hơi trong điều kiện hơi chiếm toàn bộ tiết diện ống sinh hơi: 
G
f
h
0'' ''
ω = ρ , m/s (6-18) 
ở đây hG là l−u l−ợng khối l−ợng của hơi đi qua hệ thống ống; ''ρ là mật độ 
của hơi. 
 5. Tốc độ t−ơng đối của hơi rω . Trong điều kiện thực tế hơi và n−ớc chuyển 
động đồng thời trong ống và tốc độ của hơi khác tốc độ của n−ớc, tức là h nω ≠ ω . 
Trong dòng hỗn hợp đi lên ta có hơi chuyển động nhanh hơn n−ớc ( h nω > ω ), và trong 
dòng đi xuống ta có tốc độ của n−ớc lớn hơn của hơi ( h nω < ω ). Hiệu số giữa hai tốc 
độ này là tốc độ t−ơng đối của hơi: 
 r h nω = ω −ω , m/s (6-19) 
complete 204
Tốc độ t−ơng đối của hơi có ảnh h−ởng đáng kể đến quy luật chuyển động của dòng 
hỗn hợp hơi - n−ớc (hai pha). 
6. Hàm l−ợng hơi khối l−ợng x , đó là phần l−u l−ợng khối l−ợng của hơi trong 
dòng hỗn hợp hơi - n−ớc khi có h nω = ω : 
Gx
G
h
hh
= . (6-20) 
Khi l−u động cân bằng về mặt nhiệt động học thì hàm l−ợng hơi khối l−ợng đ−ợc xác 
định theo công thức sau: 
i ix
r
d '−= , (6-21) 
trong đó: di là entanpi riêng của dòng ở tiết diện khảo sát của hệ thống ống, kJ/kg; 'i 
là entanpi riêng của n−ớc trên đ−ờng bão hòa, kJ/kg; r là nhiệt l−ợng chuyển pha ở 
cùng áp suất, kJ/kg. 
7. Hàm l−ợng n−ớc khối l−ợng: 
G G1 x 1
G G
h n
hh hh
− = − = . (6-22) 
8. Tốc độ của hỗn hợp hơi - n−ớc hhω . Ta có tốc độ tuần hoàn: 
 0
G G G
f f
hh h n
' '
+ω = =ρ ρ , (6-23) 
trong đó: 
G V fn n 0'= ' '= ρ ω ρ , kg/s (6-24) 
G V fh h 0''= '' ''= ρ ω ρ , kg/s (6-25) 
với nV và hV là l−u l−ợng thể tích của n−ớc và của hơi, tính bằng m
3/s. Thay(6-24) và 
(6-25) vào (6-23) ta thu đ−ợc: 
0 0 0
''
' ''
'
ρω = ω +ω ρ , m/s (6-26) 
Tốc độ của hỗn hợp hơi n−ớc đ−ợc xác định theo công thức: 
V V
f
h n
hh
+ω = , m/s (6-27) 
hoặc hh 0 0' ''ω = ω +ω , (6-28) 
và 1hh 0 0
''
''
'
⎛ ⎞ρω = ω +ω −⎜ ⎟ρ⎝ ⎠ . 
Thông th−ờng hhω đ−ợc thể hiện qua hàm l−ợng hơi khối l−ợng x . 
Ta có: 
 f f fh n= + . (6-29) 
Nh− vậy: f f fh h n n hhω + ω = ω , (6-30) 
hoặc là: G v G v G vh n hh hh'' '+ = , (6-31) 
từ đó rút ra: 
complete 205
G Gv v v
G G
h n
hh
hh hh
'' '= + , (6-32) 
hay là: ( )v xv 1 x vhh '' '= + − . (6-33) 
Ta biết rằng: 
G v
f
hh hh
hhω = . (6-34) 
Khi thay hhv từ (6-33) vào (6-34) ta đ−ợc: 
0
G v v v1 x 1 1 x 1
f v v
hh
hh
' '' ''
' '
⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ω = + − = ω + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ ⎣ ⎦ , (6-35) 
hay là: 0 1 x 1hh
'
''
⎡ ⎤⎛ ⎞ρω = ω + −⎢ ⎥⎜ ⎟ρ⎝ ⎠⎣ ⎦
. (6-36) 
9. Hàm l−ợng hơi l−u l−ợng thể tích β , đó là phần thể tích của hơi trong dòng 
hỗn hợp hơi n−ớc khi tốc độ của hơi và n−ớc nh− nhau: 
V
V V
h
h n
β = + . (6-37) 
Khi sử dụng các công thức (6 ... ộ 
thay đổi áp suất hơi 
p
τ
∂
∂ . Các xung l−ợng này sẽ tác động lên các bộ 
điều chỉnh l−u l−ợng nhiên liệu và l−u l−ợng không khí cấp vào 
buồng lửa lò hơi. 
12.4.2. Điều chỉnh độ kinh tế của quá trình cháy 
 Để điều chỉnh độ kinh tế của quá trình cháy phải duy trì hệ 
số không khí thừa tối −u ở cuối buồng lửa ( "blα ) và phân phối không 
khí tại các vòi phun phù hợp với l−u l−ợng nhiên liệu cấp đến vòi 
phun. Giá trị tối −u của "blα đ−ợc xác định trên cơ sở đảm bảo giá trị 
tối thiểu của các tổn thất nhiệt q3 , q4 . Khi phân phối đều nhiên liệu 
và không khí cho các vòi phun sẽ góp phần làm giảm nhiệt độ vách 
ống sinh hơi trong buồng lửa và giảm sự “vênh” (không đồng đều) 
của nhiệt độ khói ở cửa ra buồng lửa và tạo điều kiện thuận lợi để 
không có hiện t−ợng đóng xỉ trong buồng lửa. 
12.4.3. Điều chỉnh và duy trì mức n−ớc trong bao hơi dao động 
nhỏ trong phạm vi cho phép. 
 Khi mức n−ớc tăng lên sẽ làm tăng các giọt n−ớc lò bị cuốn 
theo hơi vào các ống của bộ quá nhiệt, điều này không những làm 
giảm chất l−ợng (độ sạch) của hơi mà còn xảy ra bám muối trên 
vách ống kim loại bộ quá nhiệt dẫn đến tăng nhiệt độ vách ống và 
ống sớm bị h− hỏng. 
 Nếu mức n−ớc trong bao hơi quá thấp sẽ ảnh h−ởng xấu đến 
quá trình tuần hoàn của n−ớc và hỗn hợp hơi n−ớc trong vòng tuần 
hoàn tự nhiên của lò hơi (xem ch−ơng 6). 
12.4.4. Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 
 258 
 ở lò hơi có bao hơi nhiệt độ của hơi quá nhiệt bị thay đổi khi 
thay đổi phụ tải của lò hơi, hệ số không khí thừa trong buồng lửa, 
nhiệt độ n−ớc cấp, độ ẩm của nhiên liệu, có đóng xỉ trong buồng 
lửa, 
 Nhiệm vụ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt là duy trì để 
nhiệt độ này dao động trong phạm vi quy định, chỉ cho phép chênh 
lệch với giá trị định mức từ +100Cữ -150C đối với các lò hơi trung áp 
và từ +50Cữ -100C đối với lò hơi cao áp và siêu cao áp. 
 Khi điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt về phía hơi ng−ời ta 
đặt bộ giảm ôn kiểu bề mặt hoặc kiểu phun n−ớc thành s−ơng trực 
tiếp vào hơi. 
 Để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt đối với bộ giảm ôn kiểu 
bề mặt ta thay đổi l−u l−ợng n−ớc chảy trong ống chữ U của bộ 
giảm ôn, đối với bộ giảm ôn kiểu phun n−ớc vào hơi ta thay đổi l−u 
l−ợng n−ớc phun. Ng−ời ta th−ờng lấy tốc độ thay đổi nhiệt độ hơi 
quá nhiệt 
t
τ
∂
∂ và bản thân nhiệt độ của hơi sau bộ quá nhiệt tqn làm 
xung l−ợng để điều chỉnh. 
 Đồng thời trong ca vận hành ng−ời công nhân vận hành lò 
hơi phải tiến hành thông rửa ống thủy, thử van an toàn để chứng 
minh van không bị kẹt, xả đáy (xả định kỳ), thổi tro bụi bám trên 
các dàn ống sinh hơi trong buồng lửa và các ống của bề mặt truyền 
nhiệt đối l−u phía sau buồng lửa, vận hành hệ thống thải xỉ, hệ thống 
thiết bị lọc bụi, lọc các chất khí độc hại có trong khói tr−ớc khi thải 
khói vào khí quyển, ghi nhật ký vận hành và xử lý các sự cố xảy ra 
trong ca vận hành theo đúng quy trình. 
12.5. Ngừng lò hơi 
 Quá trình ngừng lò hơi là quá trình không ổn định, ng−ời vận 
hành phải thực hiện việc ngừng lò hơi đúng quy trình, bảo đảm độ 
tin cậy, độ an toàn cao và độ kinh tế của lò hơi. Tùy theo công dụng 
kỹ thuật ng−ời ta phân chia việc ngừng lò hơi thành 3 kiểu sau đây: 
− Ngừng lò để dự phòng (nóng hay lạnh); 
− Ngừng lò để sửa chữa; 
− Ngừng lò sự cố. 
12.5.1. Ngừng lò bình th−ờng để dự phòng hay sửa chữa 
 259 
 Công việc này đ−ợc tiến hành theo kế hoạch với thứ tự thao 
tác nh− sau: 
− Thải hết bột than ra khỏi phễu chứa, ở lò ghi cần đốt 
cháy hết than còn nằm trên ghi; 
− Ngừng quạt gió, sau đó ngừng quạt khói; 
− Sau khi ngừng quá trình cháy trong buồng lửa thì lò hơi 
đ−ợc ngắt khỏi ống góp hơi chung và mở van xả ở bộ quá 
nhiệt khoảng 30ữ50 phút để làm mát ống bộ quá nhiệt; 
− Làm nguội lò từ từ trong thời gian 4ữ6h, khi đó phải 
đóng kín các cửa ở buồng lửa và các lá chắn khói ở sau 
lò hơi; 
− Sau 4ữ6h tiến hành thông gió các đ−ờng khói bằng cách 
hút tự nhiên và xả lò; 
− Khoảng 8ữ10h sau khi ngừng lò tiến hành xả lò lần nữa 
và khi cần làm nguội nhanh thì cho quạt khói làm việc và 
xả thêm. 
− Qua 18ữ24h sau khi ngừng, lúc ấy nhiệt độ n−ớc trong 
lò hơi bằng 70ữ800C tiến hành xả từ từ n−ớc ra khỏi lò, 
các van xả không khí đ−ợc mở ra. 
Trong lúc ngừng lò hơi phải liên tục theo dõi mức n−ớc trong bao 
hơi và cung cấp n−ớc vào bao hơi. 
12.5.2. Ngừng lò sự cố 
 Ngừng lò sự cố trong các tr−ờng hợp sau: 
− Do tăng áp suất quá mức cho phép, áp suất vẫn tiếp tục 
tăng mặc dù đã giảm việc cấp nhiên liệu, giảm việc hút 
khói và cung cấp không khí và tăng c−ờng cấp n−ớc cho 
lò; 
− Khi mức n−ớc tăng hay giảm quá mức cho phép; 
− Khi mọi ống thủy, áp kế, bơm cấp n−ớc đều không hoạt 
động đ−ợc; 
− Khi nổ ống, phồng ống, có các vết rạn nứt hay rò rỉ ở các 
phần tử của lò hơi; 
− Khi có các tình trạng bất th−ờng nh−: tiếng động lớn, 
rung động mạnh, có va đập mạnh, t−ờng lò bị hỏng, 
khung bị nóng đỏ. 
 260 
− Khi cháy lại nhiên liệu trong đ−ờng khói của lò hơi. 
Cách xử lý sự cố: 
 Phải nhanh chóng ngắt lò hơi ra khỏi ống góp chung,ngừng 
cấp nhiên liệu và không khí vào lò, giảm hút khói, thải nhanh chóng 
nhiên liệu đang cháy trên ghi ra ngoài hoặc dùng n−ớc dập tắt nhiên 
liệu đang cháy trên ghi. 
 Khi ngừng lò hơi lâu ngày (trên 1 tuần lễ) phải có những 
biện pháp tốt để bảo quản lò hơi khỏi bị ẩm và ôxy ăn mòn nh−: bảo 
quản khô, bảo quản ẩm, dùng áp suất d− trong lò hơi. 
12.6. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật vận hành lò hơi 
Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu đặc tr−ng chế độ làm 
việc của lò hơi gồm có các chỉ tiêu kinh tế và các chỉ tiêu chế độ 
làm việc. 
12.6.1. Một số chỉ tiêu kinh tế 
1. Hiệu suất của lò hơi 
− Hiệu suất thô (brutto): 
 brbr lv
t
Q
BQ
η = , (12-6) 
− Hiệu suất tinh (netto): 
 netnet lv
t
Q
BQ
η = , (12-7) 
trong đó: B là l−ợng nhiên liệu tiêu thụ của lò hơi, kg/s; 
 Qbr là nhiệt l−ợng do lò sản ra, kJ; 
 Qnet là nhiệt l−ợng hữu ích của lò hơi sau khi đã trừ tự 
dùng, kJ; 
 lvtQ là nhiệt trị thấp của nhiên liệu làm việc, kJ/kg. 
2. Suất tiêu hao nhiên liệu quy −ớc qub 
29310
lv
t
qu
BQb
D
= , t/t (12-8) 
trong đó 29310 kJ/kg là nhiệt trị của nhiên liệu chuẩn. 
3. Suất tiêu hao điện năng cho tự dùng của lò hơi 
 261 
Ee
D
= , kWh/t (12-9) 
trong đó E là l−ợng điện năng tự dùng của lò hơi, kWh. 
4. Giá thành sản xuất hơi: là tỉ số giữa giá thành và l−ợng hơi 
do lò sản ra 
Gg
D
= , đồng/t (12-10) 
đây là chỉ tiêu quan trọng nhất phản ảnh tổ hợp mọi điều kiện vận 
hành lò hơi nh−: độ tin cậy, độ kinh tế, mức độ sử dụng công suất 
đặt, mức độ hoàn hảo của việc vận hành và sửa chữa thiết bị. 
12.6.2. Một số chỉ tiêu chế độ vận hành lò hơi 
1. Hệ số thời gian làm việc là tỉ số giữa thời gian làm việc của 
lò hơi lvτ và thời gian tính theo lịch (th−ờng tính theo năm): 
 .100 .100
8760
lv lv
lv
l
K τ ττ= = , % (12-11) 
trong đó 8760lτ = h là số giờ của một năm. 
 Đối với các lò hơi công suất lớn 70 90%lvK = ữ . 
2. Hệ số sẵn sàng là tỉ số giữa thời gian tổng mà lò hơi làm việc 
và ở trạng thái dự phòng với thời gian tính theo lịch: 
 lv dpss
l
K
τ τ
τ
+= , (12-12) 
 Đối với lò hơi công suất lớn 0,79 0,93ssK = ữ . 
3. Hệ số sử dụng công suất đặt của lò hơi là tỉ số giữa l−ợng 
hơi do lò sản ra sau thời gian lvτ và l−ợng hơi mà lò có thể 
sản ra sau thời gian tính theo lịch lτ khi lò hơi làm việc với 
công suất định mức: 
.8760sd dm
DK
D
∑= . (12-13) 
Thay vì Ksd ng−ời ta dùng chỉ tiêu số giờ sử dụng công suất đặt: 
 cs
dm
D
D
τ ∑= . (12-14) 
 262 
4. Thời gian làm việc liên tục trung bình và tối đa hay theo lý 
thuyết độ tin cậy đó là thời gian máy hỏng. 
12.7. Vấn đề bảo vệ môi tr−ờng 
 Khi đốt cháy nhiên liệu hữu cơ trong buồng lửa lò hơi sẽ 
sinh ra các sản phẩm cháy thể khí bao gồm các khí 2 hoặc 3 nguyên 
tử nh−: cacbonoxyt CO, cacbondioxyt CO2 (khí cacbonic), khí 
sunfurơ SO2, khí sunfuric SO3, các nitơ ôxyt NOx,Sản phẩm cháy 
của nhiên liệu rắn còn có tro xỉ và tro bụi bay theo khói. 
 Các chất khí SOx và NOx là những chất rất độc hại không 
những đối với ng−ời, động vật mà cả đối với thực vật và thiết bị 
bằng kim loại. 
 Nguời sử dụng lò hơi phải có trách nhiệm xử lý khí độc hại 
và bụi có lẫn trong khói xuống bằng hoặc thấp hơn mức cho phép 
tr−ớc khi thải khói vào khí quyển nhằm góp phần bảo vệ môi tr−ờng. 
12.7.1. Xử lý làm giảm các chất khí độc hại nh− SOx, NOx có 
trong khói lò hơi 
1. Khí SO2 sinh ra khi cháy l−u huỳnh (S) của nhiên liệu. ở 
nhiệt độ cao và khi có d− ôxy thì SO2 bị ôxy hóa một phần thành 
SO3. Đối với nhiên liệu có hàm l−ợng l−u huỳnh cao (S > 0,5%) và 
đặc biệt khi có ôxy nguyên tử trong buồng lửa và ở nhiệt độ > 
11500C thì sẽ sinh ra SO3. ở các bề mặt truyền nhiệt nhiệt độ thấp 
phía đuôi lò hơi nh− bộ sấy không khí có thể xảy ra hiện t−ợng SO3 
kết hợp với H2O tạo ra axit sunfuric H2SO4 ăn mòn kim loại. Các 
hợp chất của l−u huỳnh nếu bay theo khói vào khí quyển sẽ rất có 
hại cho thế giới động vật và thực vật. 
Có nhiều cách để làm giảm l−ợng phát thải khí độc hại SO2 nh− sau: 
- Khử l−u huỳnh ra khỏi nhiên liệu tr−ớc khi đốt bằng các 
biện pháp cơ khí hay hóa học; 
- Liên kết các ôxyt của l−u huỳnh trong quá trình đốt nhiên 
liệu trong tầng sôi; 
- Dùng biện pháp hóa học để thu lại SO2 có trong khói (dùng 
bột đá vôi hay sữa vôi phun vào buồng đốt và buồng hoạt hóa đặt 
trên đ−ờng khói phía sau bộ sấy không khí của lò hơi). 
 263 
2. Các ôxyt của nitơ: ở đây chỉ nói đến NO và NO2, ký hiệu 
chung là NOx. 
 Trong buồng lửa lò hơi NO chiếm 90ữ95%, NO2 chỉ chiếm 
5ữ10%. Hàm l−ợng NOx trong khói dao động trong phạm vi từ 
0ữ1g/m3. 
 Khí NO2 đ−ợc sinh ra do ôxy hóa NO khi khí này l−u lại lâu 
trong vùng nhiệt độ cao của buồng lửa theo phản ứng sau: 
 2NO + O2 = 2NO2 + 124kJ. 
 NOx đ−ợc sinh ra từ nitơ của nhiên liệu và nitơ trong không 
khí cấp cho quá trình cháy. Tuy vậy khối l−ợng chính của NOx đ−ợc 
tạo ra do ôxy hóa khí nitơ có trong không khí ở nhiệt độ cháy cao 
nên đ−ợc gọi là các nitơ ôxyt nhiệt, phản ứng xảy ra theo cơ chế dây 
chuyền và là phản ứng thu nhiệt có dạng sau: 
 N2 + O2 → 2NO - 825 kJ 
 Các yếu tố đóng vai trò quyết định quá trình ôxy hóa nitơ 
gồm có: sự tạo thành ôxy nguyên tử ở nhiệt độ cao ( > 1550 0C), 
nồng độ ôxy cao và thời gian l−u lại lâu của chất cháy trong vùng 
cháy. 
 Có thể dùng các biện pháp sau đây để làm giảm c−ờng độ 
tạo thành NOx: 
- Duy trì nhiệt độ trong vùng cháy mạnh nhiên liệu không 
cao hơn 1500ữ1550 0C bằng cách tái tuần hoàn một phần khói có 
nhiệt độ thấp đ−ợc hút ở phía tr−ớc bộ sấy không khí đ−a vào buồng 
lửa để giảm mức nhiệt độ cháy và giảm nồng độ ôxy. Khi hệ số tái 
tuần hoàn khói bằng 15ữ20% thì l−ợng NOx trong lò hơi đốt bột 
than phun giảm đ−ợc khoảng 25%. 
- Duy trì hệ số không khí thừa ở các vòi phun ở mức độ thấp 
( 1,0 1,05α = ữ ). 
- Giảm đến mức tối thiểu thời gian l−u lại của nhiên liệu 
trong khu vực buồng lửa có nhiệt độ cao nhất bằng các biện pháp tổ 
chức tốt khí động trong buồng lửa. 
 Hiện nay nhiều n−ớc trên thế giới áp dụng một số biện pháp 
nh− dùng vòi phun có cấu tạo đặc biệt và tổ chức quá trình cháy 
theo phân cấp (theo giai đoạn) để giảm sự tạo thành NOx. Cả hai 
biện pháp nói trên đều nhằm tổ chức quá trình cháy ở hệ số không 
khí thừa nhỏ ở nhiệt độ thấp. 
 Khi đốt than theo phân cấp thì cung cấp không khí cấp 3 qua 
các vòi phun đặc biệt đặt cao hơn trung tâm cháy hoặc cắt việc cấp 
nhiên liệu vào các vòi phun của dãy đặt phía trên. Biện pháp này 
 264 
làm giảm nhiệt độ trong vùng cháy mạnh và giảm hệ số không khí 
thừa. 
 ở các vòi phun tạo ra ít NOx ta phải hoàn thiện quá trình tạo 
thành hỗn hợp cháy. Để thực hiện việc này ở Mỹ ng−ời ta trang bị 
máy ghi xoắn kép, ở Nhật ng−ời ta cấp nhiên liệu có nồng độ cao 
trong hỗn hợp với không khí (hỗn hợp giàu nhiên liệu, nghèo ôxy) 
vào một số vòi phun và nhiên liệu có nồng độ thấp (hỗn hợp nghèo 
nhiên liệu) vào một số vòi phun khác. 
 Việc hoàn thiện quá trình cháy và khí động trong buồng lửa 
và ứng dụng các vòi phun cải tiến đã giảm đ−ợc l−ợng phát thải NOx 
khi đốt nhiên liệu rắn tới 2 lần (còn 0,4 0,5%≈ ữ ). 
 ở các n−ớc Mỹ, Nhật, Đức, Trung Quốc ng−ời ta đã tạo ra 
nhiều kiểu vòi phun để đốt phân cấp và giảm đ−ợc l−ợng phát thải 
NOx xuống rất thấp, khoảng 100ữ200 ppm. 
12.7.2. Khử bụi lẫn trong khói 
 Khi đốt nhiên liệu rắn trong khói bay ra khỏi lò hơi có chứa 
nhiều hạt bụi, đó là các hạt tro của nhiên liệu và các hạt cácbon do 
cháy không hoàn toàn về cơ học. Tùy theo kiểu buồng lửa mà phần 
tro bụi bay theo khói có giá trị khác nhau (bảng 12.1). 
Bảng 12.1. Phần tro bụi bay theo khói ra khỏi buồng lửa lò hơi. 
Kiểu buồng lửa 
Phần tro bụi bay theo 
khói, ab ,% 
Buổng lửa ghi 15,0 ữ30,0 
Buổng lửa phun bột than thải xỉ khô 75,0 ữ95,0 
Buổng lửa phun bột than thải xỉ lỏng 40,0 ữ 55,0 
Buổng lửa xyclon đứng 15,0 ữ 20,0 
Buổng lửa tầng sôi 20,0 ữ 30,0 
 Tro bụi bay theo khói sẽ mài mòn cánh quạt của quạt khói và 
ống khói, khi thải vào khí quyển tro bụi có hại đối với con ng−ời và 
cây cỏ. Để ngăn ngừa tác hại nói trên ta phải thu gom bụi trong các 
bộ khử bụi. 
 Có nhiều kiểu bộ khử bụi nh−: xyclon đơn (loại khô hay loại 
ẩm), xyclon chùm, bộ khử bụi bằng điện. 
 265 
 Các thông số đặc tr−ng cho sự làm việc của bộ khử bụi là 
hiệu suất hay hệ số phân ly (làm sạch bụi và trở lực của bộ khử bụi 
về phía khói). 
Hình 12.7. Sơ đồ 
bộ khử bụi bằng 
điện. 
a-kiểu tấm; 
b-kiểu ống. 
1-khói vào; 2-
khói ra; 3-điện 
cực thu; 4-điện 
cực phát; 5-cách 
điện; 6-biến trở; 
7-máy biến thế 
điện. 
 Hiệu suất phân ly đ−ợc xác định theo công thức sau: 
 .100,lpl
l r
G
G G
η = + % (12-15) 
trong đó: Gl là khối l−ợng bụi thu đ−ợc trong bộ khử bụi, kg/h; 
 Gr là khối l−ợng bụi theo khói đi ra khỏi bộ khử bụi, kg/h; 
 Nói chung 60 99%plη = ữ và trở lực của bụi bằng từ 20ữ30 
mmH2O đến 70ữ80mmH2O tùy theo kiểu bộ khử bụi. 
D−ới đây trình bày sơ đồ và nguyên lý làm việc của bộ khử 
bụi bằng điện (hình vẽ 12.7). 
Bộ khử bụi bằng điện gồm có các điện cực phát và các điện 
cực thu đ−ợc làm bằng hợp kim. Dòng khói lẫn bụi với tốc độ 1,5ữ2 
m/s đ−ợc cho đi qua giữa hai điện cực của điện tr−ờng do dòng điện 
một chiều điện thế cao (50ữ70kV) tạo ra; các điện cực phát đ−ợc 
nối với cực âm còn các điện cực thu đ−ợc nói với cực d−ơng của 
nguồn điện và điện cực d−ơng đ−ợc nối đất. 
 D−ới tác dụng của điện tr−ờng cao thế và sự phóng hồ quang 
điện sẽ xảy ra sự ion hóa khói. Các hạt bụi trong khói sẽ va chạm 
với các ion mang điện tích âm và đ−ợc tích điện. D−ới tác dụng của 
lực điện tr−ờng các hạt bụi rắn tích điện âm sẽ dịch chuyển đến điện 
cực d−ơng và bám lên điện cực này. Bằng cách ngắt điện và dùng cơ 
 266 
cấu rung để làm cho các hạt bụi bám nói trên rơi vào phễu chứa của 
bộ khử bụi sau đó thải ra ngoài. 
 Hiệu suất của bộ khử bụi bằng điện có thể đạt đến 99% và 
cao hơn và có khả năng khử đ−ợc các hạt bụi nhỏ hơn 2àm . Trở lực 
của bộ khử bụi bằng điện vào khoảng 20ữ30 mmH2O.