NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG NỒI HƠI - LÒ HƠI

     Lò hơi ( nồi hơi ) được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, cung cấp hơi phục vụ cho sản xuất vậy nguyên lý hoạt động của nồi hơi như thế nào ?.   
Trong các lò hơi trong nghiệp. Hơi được sản xuất ra là hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt nhận được nhờ các quá trình : đun nóng nước đến sôi, để biến nước thành hơi bão hòa, hơi bão hòa được chuyển thành hơi quá nhiệt và được đến các bộ phận khác. Công suất của lò hơi (nồi hơi) phụ thuộc vào lưu lượng, 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 môi trường ( sản phẩm cháy ) và của môi trường chất tham gia quá trình (nước hoặc hơi ) và phụ thuộc vào hình dáng , cấu tạo , đặc tính của các phần tử lò hơi.
Trên hình 1 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi
Nhiên liệu và không khí được phun qua vòi phun nhiên liệu + không khí (1) vào buồng lửa (2) tạo thành hỗn hợp cháy và được đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ ngọn lửa có thể đạt tới 1.900oC. Nhiệt lượng tỏa ra khi nhiên liệu cháy truyền cho nước trong dàn ống sinh hơi (3), nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành hơi bão hòa. Hơi bão hòa theo ống sinh hơi (3) đi lên tập trung vào bao hơi số (5). Trong bao hơi số (5) , hơi được phân li ra khỏi nước, nước tiếp tục đi xuống theo ống xuống (4) đặt ngoài tường lò rồi lại sang ống sinh hơi số (3) để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hòa từ bao hơi số (5) sẽ đi qua ống góp hơi số (6) vào 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
và biến nhiệt năng thành cơ năng làm quay tua bin .

nguyên lý hoạt động nồi hơi - lò hơi
                                      Hình 1 : nguyên lý cấu tạo của lò hơi

Chú thích : 1. Vòi phun nhiên liệu + không khí; 2. Buồng đốt; 3. Phễu tro lạnh; 4. Đáy thải xỉ; 5. Dàn ống sinh hơi; 6. Bộ quá nhiệt bực xạ; 7. Bộ quá nhiệt nữa bức xạ; 8. ống hơi lên; 9. Bộ quá nhiệt đối lưu; 10. Bộ hãm nước; 11. Bộ sấy không khí; 12. Bộ khử bụi; 13. Quạt khói; 14. Quạt Gió; 15. Bao hơi; 16. Ống nước xuống; 17. Ống góp nước.

     Ở đây , ống sinh hơi số 3 đặt phía trong tường lò nên môi chất trong ống nhận nhiệt và sinh hơi liên tục do đó trong ống sinh hơi (3) là hỗn hợp và nước, còn ống xuống hơi (4) đặt ngoài tường lò nên môi chất trong ống (4) không nhận nhiệt do đó trong ống (4) là nước. Khối lượng tiêng của hỗn hợp hơi và nước trong ống (3) nhỏ hơn khối lượng riếng của nước trong ống xuống (4) nên hỗn hợp trong ống (3) đi lên, còn nước trong ống (4) đi xuống liên tục tạo nên quá trình tuần hoàn tự nhiên, bởi vậy lò hơi nước được gọi là lò hơi tuần hoàn tự nhiên.
Buồng lửa trình bay trên hình1 là buồng lửa phun, nhiên liệu được phun vào và cháy lơ lửng trong buồng lửa. Quá trình cháy nhiên liệu xảy ra trong buồng lửa và đạt đến nhiệt độ cao từ 1300 độC đến 1900 độC, chính vì vậy hiệu quả trao đổi nhiệt bực xạ giữa ngọn lửa và dàn ống sinh hơi rất cao và lượng nhiệt dàn ống sinh hơi thu được từ ngọn lửa chủ yếu là do troa đổi bức xạ. Để hấp thụ có hiệu quả nhiệt lượng bức xạ của ngọn lửa đồng thời bảo vệ tường lò khỏi tác dụng của nhiệt độ cao và những ảnh hưởng xấu của tro nóng chảy, người ta bố trí các dàn ống sinh hơi (3) xung quanh tường buồng lửa.
Khói ra khỏi buồng lửa, trước khi cào bộ quá nhiệt đã được làm nguội một phần ở cụm phecston, ở đây khói chuyển động ngoài ống truyền nhiệt cho hỗn hợp hơi nước 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 đuôi lò người ta đặt thêm bộ hầm nước và bộ sấy không khí.
Bộ hầm hơi nước có nhiệm vụ gia nhiệt cho nước để nâng nhiệt độ của nước 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 hơi nhiệt cho nước để thực hiện quá trình hóa hơi đẳng áp nước trong lò. Sự có mặt của bộ hâm nước sẽ làm giảm tổng diện tích mặt đốt của lò hơi và sử dụng triệt để hơn nhiệt lượng tỏa ra khi cháy nhiên liệu, làm ch nhiệt độ khói thoát khỏi lò giảm xuống, làm tăng hiệu suất lò hơi
Không khí lạnh từ ngoài trời được quạt (14) hút vào và thổi qua bộ sấy không khí (11). ở bộ sấy, không khí nhận nhiệt của khói, nhiệt độ được nâng từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ yêu cầu và được đưa vào vòi phun số (1) để cung cấp cho quá trình đốt cháy nhiên liệu.
Như vậy bộ hầm nước và bộ sấy không khí đã trả lại buồng lửa một phần nhiệt đáng lẽ bị thảo ra ngoài .Chính vì vậy người tâ còn gọi bộ hâm nước và bộ sấy không khí là bộ tiết kiệm nhiệt.
Ta hiểu như sau, bộ hầm nước và bộ sấy không khí đã hoàn trả lại buồng lửa một phần nhiệt đáng lẽ bị thải ra ngoài. Chính vì vậy người ta còn gọi bộ hầm nước và bộ sấy không khí là bộ tiết kiệm nhiệt.
Như vậy, từ khi vào bộ hầm nước đến khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi, môi chất ( nước và hơi ) trải qua các giai đoạn hấp thụ nhiệt trong các bộ phận sau : nhận nhiệt trong bộ hâm nước đến sôi, sôi trong dàn ống sinh hơi, quá nhiệt trong bộ quá nhiệt . Nhiệt lượng moi chất hấp thu được biểu diễn bằng phương trình :
Qmc = [i''hn - i'hn ] + [is - i''hn + rx] + [r(1-x) + (i''qn - i'qn)]                                                   (2-1)
Qmc =  i''qn -  i'qn   + is   + r   - i'hn    (2-1a)
Trong đó:
Qmc là nhiệt lượng môi chất nhận được trong lò hơi.
i'hn ,i''hn : Entanpi của nước vào và ra khỏi bộ hầm nước