Đồ án tốt nghiệp thiết kế lò hơi tầng sôi tuần hoàn công suất 3000kw đốt nhiên liệu trấu

Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứngdụng trong công nghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương phápđốt truyền thống khác như: công su

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH

o0o

-THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPTHIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN

CÔNG SUẤT 3000KW

ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU

GVHD : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM - Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN CÔNG SUẤT 3MW

ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU

2 Các số liệu ban đầu:

Năng suất sinh hơi bão hoà 3000kw, nhiên liệu là trấu, đốt bằng buồng lửa tầng sôi tuần hoàn

3 Nội dung thuyết minh:

Chương 1: Tính cấp thiết của đề tài

Chương 2:Cơ sở lý thuyết tầng sôi

Chương 3:Sự hình thành NO x,SOx trong khói khi cháy và các giải pháp kỹ thuật của lò tầng sôi.

Chương 4:Tính cân bằng nhiệt trong lò hơi.

Chương 5:Tính toán trao đổi nhiệt lò tầng sôi.

Sơ đồ cấu tạo của lò hơi tầng sôi.

Cấu tạo buồng đốt

Cấu tạo cụm đối lưu

Cấu tạo balon

Sơ đồ cấu tạo của xiclon chùm.

5 Giáo viên hướng dẫn: ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

Thông qua bộ môn

Ngày Tháng Năm 2010

(Ký,ghi rõ họ tên) (Ký,ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

NHI M V THI T K Ệ Ụ Ế Ế i

NHI M V THI T K Ệ Ụ Ế Ế i

ÁN T T NGHI P ĐỒ Ố Ệ i

ÁN T T NGHI P ĐỒ Ố Ệ i

M C L C Ụ Ụ iii

M C L C Ụ Ụ iii

CH ƯƠ NG 1 1

CH ƯƠ NG 1 1

TÍNH C P THI T C A Ấ Ế Ủ ĐỀ TÀI 1

TÍNH C P THI T C A Ấ Ế Ủ ĐỀ TÀI 1

1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRI N C A LÒ H I: Ể Ủ Ơ 1

1.2 TÌNH HÌNH TH C T : Ự Ế 4

1.3 Tình hình và kh n ng s d ng lò t ng sôi vào th c t Vi t Nam: ả ă ử ụ ầ ự ế ệ 5

CH ƯƠ NG 2: 6

CH ƯƠ NG 2: 6

C S LÝ THUY T T NG SÔI Ơ Ở Ế Ầ 6

C S LÝ THUY T T NG SÔI Ơ Ở Ế Ầ 6

2.1 GI I THI U K THU T T NG SÔI: Ớ Ệ Ỹ Ậ Ầ 6

2.2 CÁC Y U T NH H Ế Ố Ả ƯỞ NG ĐẾ N QUÁ TRÌNH TH Y Ủ ĐỘ NG C A L P SÔI Ủ Ớ 19

24

24

CH ƯƠ NG 3: 24

CH ƯƠ NG 3: 24

S HÌNH THÀNH NOX VÀ SOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GI I PHÁP K THU T Ự Ả Ỹ Ậ C A LÒ T NG SÔI Ủ Ầ 24

S HÌNH THÀNH NOX VÀ SOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GI I PHÁP K THU T Ự Ả Ỹ Ậ

C A LÒ T NG SÔI Ủ Ầ 24

3.1 S HÌNH THÀNH NOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ GI I PHÁP K THU T: Ự Ả Ỹ Ậ 24

3.3 C CH HÌNH THÀNH VÀ PHÂN H Y N2O: Ơ Ế Ủ 29

3.4 ĐẶ Đ Ể C I M QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH N2O TRONG BU NG Ồ ĐỐ T T NG SÔI TU N Ầ Ầ HOÀN: 30

3.5 PH ƯƠ NG PHÁP GI M N2O PHÁT TH I TRONG BUÒNGG L A T NG SÔI: Ả Ả Ử Ầ 32

3.6 V N Ấ ĐỀ HÌNH THÀNH SO2 TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ GI I PHÁP K THU T: Ả Ỹ Ậ 34

3.7 PH ƯƠ NG PHÁP CHÁY ÍT KHÍ PHÁT TH I SO2 TRONG LÒ H I Ả Ơ ĐỐ T B T THAN Ộ T NG SÔI: Ầ 34

3.8 X LÝ KHÍ SO2 B NG VÔI VÀ OLOMIT TR N VÀO THAN: Ử ằ Đ Ộ 36

CH ƯƠ NG 4 38

CH ƯƠ NG 4 38

TÍNH CÂN B NG NHI T LÒ H I Ằ Ệ Ơ 38

TÍNH CÂN B NG NHI T LÒ H I Ằ Ệ Ơ 38

4.1 CÁC THÔNG S THI T K BAN Ố Ế Ế ĐẦ U: 38

4.2 TÍNH TH TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ S N PH M CHÁY LÝ THUY T Ể Ả Ẩ Ế 39

4.3 ENTANPY C A KHÔNG KHÍ VÀ S N PH M CHÁY Ủ Ả Ẩ 42

4.4 TÍNH CÂN B NG NHI T Ằ Ệ 44

4.5 L ƯỢ NG TIÊU HAO NHIÊN LI U: Ệ 45

4.6 NHI T TH TH TÍCH BU NG L A: Ệ Ế Ể Ồ Ử 46

4.7 TÍNH TOÁN CH Ế ĐỘ SÔI: 47

4.7 TÍNH TOÁN CH Ế ĐỘ SÔI: 47

CH ƯƠ NG 5 53

CH ƯƠ NG 5 53

TÍNH TOÁN TRAO ĐỔ I NHI T LÒ T NG SÔI Ệ Ầ 53

TÍNH TOÁN TRAO ĐỔ I NHI T LÒ T NG SÔI Ệ Ầ 53

5.1 TÍNH TRAO ĐỔ I NHI T TRONG BU NG L A: Ệ Ồ Ử 53

5.2 TÍNH NHI T TRONG BU NG L NG Ệ Ồ Ắ : 60

5.3 TÍNH NHI T DÀN Ệ ĐỐ Ư I L U: 66

5.4 TÍNH TRAO ĐỔ I NHI T B HÂM N Ệ Ộ ƯỚ C 83

CH ƯƠ NG 6 88

CH ƯƠ NG 6 88

TÍNH KHÍ ĐỘ NG LÒ H I Ơ 88

TÍNH KHÍ ĐỘ NG LÒ H I Ơ 88

6.1 TÍNH KHÍ ĐỘ NG LÒ H I Ơ : 88

6.2 TÍNH CH N QU T GIÓ Ọ Ạ : 88

6.3 TÍNH CH N QU T KHÓI: Ọ Ạ 101

116

116

CH ƯƠ NG 7: 117

CH ƯƠ NG 7: 117

THI T K BU NG L C B I XYCLON CHÙM Ế Ế Ồ Ọ Ụ 117

THI T K BU NG L C B I XYCLON CHÙM Ế Ế Ồ Ọ Ụ 117

7.1 TÁC H I C A B I: Ạ Ủ Ụ 117

7.2 PHÂN LO I CÁC PH Ạ ƯƠ NG PHÁP L C B I: Ọ Ụ 118

7.3 THI T K XYCLON CHÙM: Ế Ế 119

Tài li u tham kh o ệ ả 131

Tài li u tham kh o ệ ả 131

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

CHƯƠNG 1

1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI:

Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, nền công

nghiệp hiện đại Không những nó được dùng trong các khu công nghiệp lớn nhưnhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp, mà nó còn đi sâu từng cơ sở kinh tế nhỏ, nhưnấu cơm, sấy, sưởi ấm v.v

Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất vận hành phức tạp nhất Nó cótrình độ cơ khí hoá và tự động hoá cao, làm việc bảo đảm và hiệu suất tương đốicao Nó có nhiệm vụ sản xuất hơi để cung cấp hơi chạy Tuabin

Trong các lĩnh vực công nghiệp, lò hơi dùng để sản xuất hơi nước Hơi nước sẽlàm chất trung gian tải nhiệt Nó sẽ truyền nhiệt lượng cho sản phẩm cần gia nhiệttrong thiết bị trao đổi nhiệt Việc dùng lò hơi để sản xuất hơi nước trung gian sau đóhơi nước gia nhiệt cho vật phẩm so với dùng những thiết bị khác để gia nhiệt có ưuđiểm hơn so với dùng điện để gia nhiệt

So với lò hơi dùng điện dễ tự động hoá, thiết bị đơn giản gọn nhẹ, không cần phải

có phân xưởng để sản xuất nhiệt đỡ tốn kém đường ống vận chuyển hơi v.v Nhưng có nhược điểm là chi phí vận hành cao, hiệu suất so với toàn bộ lại thấp vìmuốn có điện (trong điều kiện hiện nay nhiệt điện đang chiếm phần lớn) ta phải đốtnhiên liệu Dùng thiết bị lò hơi để thu nhận nhiệt lượng toả ra của nhiên liệu, hơisinh ra được đưa qua bộ phận sản xuất ra điện năng (biến nhiệt năng thành cơ năng,rồi biến cơ năng thành điện năng) Nếu dùng điện năng để sản xuất lại nhiệt năngthì lãng phí rất lớn Do đó thiết bị lò hơi dùng môi chất trung gian là nước vẫn đượcchế tạo và sử dụng rộng rãi

So với dùng khói nóng để gia nhiệt, việc sử dụng khói nóng để gia nhiệt trực tiếpcũng được sử dụng rộng rãi Do tiếp xúc trực tiếp nên hiệu suất cao, thiết bị gọn

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGnhẹ, nhưng có nhược điểm: chỉ dùng gia nhiệt những vật phẩm không yêu cầu lắm

về độ sạch, trình độ thẩm mỹ và không ảnh hưởng về thành phần hoá học Nên đốivới những vật phẩm yêu cầu chất lượng cao đều dùng chất tải nhiệt trung gian, tứcvẫn cần thiết bị lò hơi

So với dùng thiết bị năng lượng khác: Việc sử dụng năng lượng mới như nănglượng mặt trời, năng lượng gió v.v còn chưa được phổ biến và nhất là công suấtchưa ổn định

Với những lò hơi lớn việc sử dụng nhiên liệu là rắn, lỏng, khí còn phụ thuộc vào

vị trí của nó Phải xem xét bài toán kinh tế giữa việc vận chuyển hơi sinh ra và giáthành vận hành Ngoài ra phải kể đến ô nhiễm môi trường

Dưới đây sẽ giới thiệu một vài loại đặc trưng để làm rõ quá trình thay đổi côngnghệ lò hơi theo lịch sử phát triển của lò hơi :

a) Lò hơi ống lò:

Là lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình Đểtăng bề mặt truyền nhiệt của lò người ta có thể tăng chỉ số bình của lò, có nghĩa làtăng bề mặt truyền nhiệt của lò bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hoặc đến

ba ống 500÷800 mm gọi là ống lò

Ưu điểm của loại lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lò, có thể tíchchứa nước lớn Nhược điểm là khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất,hơi sinh ra thường là hơi bảo hòa, và thường có công suất nhỏ

b) Lò hơi ống lửa :

Tương tự như ống lò, nhưng ở đây ống lò được thay bằng các ống lửa với kíchthước bé hơn ( 50÷150) Khói sau khi ra khỏi ống lửa còn có thể quặc ra hai bên đốtnóng bên ngoài lò

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

Ưu điểm loại lò này là bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so vớiống lò Nhược điểm loại này vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơitheo yêu cầu

c) Lò hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên:

Sự phát triển của những động cơ hơi nước đòi hỏi lò hơi phải có sản lượng hơi lớn,thông số cao, đồng thời phải giảm bớt tiêu hao kim loại cho việc chế tạo lò hơi,nâng cao năng suất bốc hơi của lò Vì vậy người ta đã cải tiến thay thế hệ thống ống

lò và ống lửa bằng những ống nước có đường kính 40÷100 mm.Và cùng với sự pháttriển thì quá trình nghiên cứu và cải tiến không ngừng nên loại này ngày càng tăngthông số hơi và công suất lò Có những loại điển hình sau:

- Lò hơi ống nước nằm ngang

- Lò hơi có bao hơi đặt nằm ngang

- Lò hơi ống đứng

- Lò hơi hai bao hơi kiểu KP

- Lò hơi hai bao hơi kiểu KB

- Lò hơi đốt than bột

d) Lò hơi trực lưu:

Lò hơi trực lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức, đặc điểm làm việc của nó làmôi chất làm việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng tháihơi quá nhiệt có thông số quy định

Ưu điểm: Do không có bao hơi và chỉ có rất ít ống góp nên tốn ít kim loại, khung lò

và bảo ôn nhẹ nhàng và thuận lợi hơn Cho phép tăng áp suất hơi lên cao, và khắcphục được nhược điểm của lò hơi tuần hoàn là tuần hoàn bé hoặc không có tuầnhoàn

Nhược điểm: Nước cấp vào lò yêu cầu phải chất lượng cao, khó thay đổi cải tiến lò

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGe) Lò hơi đặc biệt :

Là loại lò hơi có điều kiện làm việc đặc biệt như áp lực cao, công suất cao, nhiệt độcao …Nó gồm có các loại lò là: Lò hơi có áp suất cao trong buồng lửa, lò phản ứngsinh hơi của nhà máy điện nguyên tử

1.2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ :

Hiện nay giá các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt… đang ở mức cao,mặc khác nguồn khai thác ngày càng cạn kiệt Trong khi đó nước ta còn rất nhiềunhiên liệu xấu chưa được sử dụng có hiệu quả như các loại than xấu có nồng độ lưuhuỳnh cao Chất thải dân dụng và công nghiệp yêu cầu phải có công nghệ xử lýthích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng một phần làm nguồn năng lượng.Việc ứng dụng buồng lửa tầng sôi để xử lý nhiệt các chất thải rắn đang được ứngdụng rộng rải trên thế giới

Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứngdụng trong công nghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương phápđốt truyền thống khác như: công suất của buồng đốt hầu như không giới hạn, khảnăng đốt đồng thời nhiều loại nhiên liệu khác nhau, hiệu quả quá trình cháy cao,cường độ trao đổi nhiệt lớn, chi phí chuẩn bị nhiên liệu thấp, giảm tối thiểu các khíđộc hại như NO , SO , đốt được các loại nhiên liệu xấu, thành phần lưu huỳnh cao,X X

độ ẩm cao, độ tro lớn, khí đốt thải ra ít khí độc hại…

Công nghệ đốt tầng sôi nền cát có khả năng đốt hiệu quả các loại nhiên liệu xấu

như: trấu, mùn cưa, vỏ cà phê là những chất thải rất khó xử lý sau thu hoạch Ưuđiểm của công nghệ tầng sôi nền cát là: đốt được hầu hết phế thải nông lâm nghiệpnhư trấu, vỏ cà phê, mùn cưa, rơm rạ, bã mía…Quá trình cháy triệt để do phế thảiđược vùi trong lớp cát có nhiệt độ cao ( >850 C ) và thời gian lưu lại vùng cháy lâu0đảm bảo gần cháy kiệt nhiên liệu Hiệu suất buồng đốt có thể đạt trên 90%, khônggây ô nhiễm môi trường do lượng khí phát thải ô nhiễm trong quá trình cháy thấp.Đốt được phế liệu có độ ẩm và độ tro, lượng lưu huỳnh cao từ 30÷40% Quá trình

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGđốt diễn ra liên tục, tạo nên khả năng tự động hóa cao, lượng tro đốt từ các lò sấynày có tỷ lệ SiO lên đến 91% và là một dạng tro vô định hình rất tốt cho việc dùng2chất phụ gia để sản xuất vật liệu xây dựng (gạch chịu lửa, xi măng, tấm cách âm,vật liệu composit…), trong khi giá thành loại chất phụ gia này rất đắt, mang lạinguồn lợi nhuận tương đối cao cho các doanh nghiệp.( 1)

1.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam:

Chất thải dân dụng và công nghiệp là những chất được loại ra khỏi quá trình sinhhoạt cũng như sản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệmôi trường và tận dụng lại một phần Ở nước ta là một nước đang phát triển, nềnkinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phế thải nông lâm nghiệp thải ra có trữlượng lớn Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long có nhiều nguồn nhiên liệuxấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưu huỳnh cao,phế thải sinh khối(rơm, rạ, bã mía, mùn cưa…) Đặc biệt ở Quảng Nam có mỏ thanNông Sơn, là mỏ than có thành phần lưu huỳnh, độ tro cao, nhiệt trị rất thấp, có thểnói đó là loại than được xếp vào loại than xấu Nếu như ta dùng loại than này vàocác công việc đốt các loại lò bình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độtro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Vì vậy việcứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổ biến rộng rãi và pháttriển nhiều hơn Hy vọng rằng, lò đốt phế thải nông – lâm nghiệp theo công nghệtầng sôi sẽ được chuyển giao tới các cơ sở sản xuất, góp phần hạ giá thành chế biếnnông sản và hạn chế ô nhiễm môi trường

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI 2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI:

2.1.1 Khái niệm tầng sôi

Tầng sôi đơn giản là một vùng không gian được tạo bởi các hạt rắn (than, tro, cát,

đá vôi…) những hạt này được nâng lên và lơ lững trong buồng đốt nhờ áp lực củadòng không khí Vì vậy lớp liệu trong buồng đốt giãn nở ra, sự tiếp xúc giữa khôngkhí và nhiên liệu tăng lên nhiều Ở trạng thái này các hạt chuyển động tự do và sôigiống như chất lỏng

Lò tầng sôi (CFB) là loại lò có nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp hoặc trongmột thể sôi gồm những hạt rắn nóng không cháy Kiểu đốt nhiên liệu này có lợitrong việc giải quyết những vấn đề nan giải mà lò đốt nhiên liệu hóa thạch theo kiểuthường gặp phải Do vậy, trên thị trường hiện nay lò tầng sôi đang ngày càng pháttriển và dần thay thế những loại lò đốt nhiên liệu rắn kiểu củ như lò Stoke hay lò vòiphun nhiên liệu rắn

Ứng dụng sớm nhất của công nghệ tầng sôi là thiết bị hóa khí của Fritz Winkler,người Đức(1921) Tuy nhiên, sau đó lý thuyết mới về công nghệ hỗn hợp khí-rắn

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGkhông được phát triển Đến những năm 50, công nghệ này đươc ngành dầu hỏa ứngdụng để cracking dầu nặng Những cố gắng trong việc dùng lò tầng sôi cho sản xuấthơi được bắt đầu từ thập kỷ 60 Giáo sư Douglas Elliott (người Anh) nghiên cứu vàphát triển, và ông được mệnh danh là “Cha đẻ của lò tầng sôi ” đã thúc đẩy việc ứngdụng lò hơi tầng sôi để sản xuất hơi Ngày nay lò hơi tầng sôi được ứng dụng rộngrãi, từ những ứng dụng thực tế việc dùng cho giường bệnh nhân trong bệnh viện(Baso,1995) đến nhà máy nhiệt điện công suất 250-600 MW Sự phát triển của kỹthuật đốt tầng sôi làm giảm bớt những trở ngại do phụ thuộc vào nguồn năng lượnghóa thạch Lò tầng sôi đốt được tất cả các loại nhiên liệu, kể cả các loại nhiên liệuxấu và có hàm lượng tro và lưu huỳnh cao, lò tầng sôi đốt nhiên liệu bằng cách đốtcháy nhiên liệu trong một điều kiện thủy động đặc biệt gọi là thể sôi và sự truyềnnhiệt cho bề mặt hạt nhiên liệu và dàn ống sinh hơi thông qua một lớp phân tử rắnkhông cháy Trong đó nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp vật chất nóng(800÷9000C) với những hạt không cháy như tro, cát, đá vôi Trong buồng đốt, nhiênliệu cùng với lớp vật liệu sôi được thổi lên cao từ 0,5 đến 1 mét, tạo nên bởi dòngkhông khí thổi qua một bộ phân phối với tốc độ xác định.

Lò tầng sôi có hai loại chính:

1) Lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ

2) Lò tầng sôi kiểu sôi mạnh

Trong lò hơi có buồng đốt tầng giả lỏng kiểu sôi mạnh vận tốc dòng không khí thổiqua ghi lớn hơn nhiều so với loại lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ Sự cung cấp dòng khôngkhí này vào buồng đốt nhiều hơn so với loại sôi nhẹ và nó được duy trì cho đếnđiểm cao nhất của lò Vì vậy kết quả lớp vật liệu sôi này tiếp tục chuyển động đếnđỉnh lò, lớp vật liệu sôi này được giữ lại tại bộ phận chia chất rắn và quay trở lại vớimốc cơ bản buồng đốt khi tốc độ đủ lớn, sự tái tuần hoàn này của các hạt rắn tạo rabởi một lưới kín Lớp vật liệu sôi, sôi mãnh liệt này quay trở lại buồng đốt hòa trộn

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGvới dòng không khí, kết quả là nhiệt độ buồng đốt ổn định và đều trong khoảng

8000C đến 900 C và cho quá trình cháy tối ưu và bức xạ mạnh.0

Ta có thể khảo sát một thí nghiệm về tầng sôi như sau:

- Cho một lớp hạt nhiên liệu chặt trên ghi, thổi gió từ dưới lên, ta đo và vẽ thành đồthị quan hệ giữa tốc độ gió với hiệu áp trước và sau lớp nhiên liệu trên ghi.Ta thấyban đầu tốc độ gió tăng thì hiệu áp cũng tăng, đến một tốc độ s( sgọi là vận tốcgiới hạn) nào đó thì pkhông tăng nữa, chiều dày lớp hạt tăng dần, tốc độ tăng dầnthì chiều dày lớp hạt cũng tăng theo, hạt dao động trong một phạm vi nhất định p

vẫn không đổi, nhưng khi tốc độ tăng đến c( cgọi là vận tốc cuốn theo) thì p

giảm đột ngột và hạt bay hết theo dòng không khí

Khảo sát tầng hạt trong phạm vi s÷ cthấy các đặc điểm giống như chất lỏngnhư sau:

-Các hạt chuyển động hỗn loạn tương tự như chuyển động nhiệt của phân tử -Giữa các hạt và không khí tồn tại mặt phẳng ranh giới như mặt nước, bất kể banđầu hạt đươc sắp xếp như thế nào

-Nếu đặt một vật nhẹ lên lớp hạt, vật chuyển động bồng bềnh như thuyền trên mặtnước

-Nếu trổ một miệng ra thì lớp hạt chảy ra như nước, phần còn lại vẫn phân bố đềunhư lớp nước Người ta dựa vào đặc điểm này để cấp than và thải xỉ tại một vị trí

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

2.1.2 Cơ chế quá trình tạo tầng sôi:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý lò hơi tầng sôi

Khi cho dòng khí đi qua miệng cấp không khí (cấp 1) vào buồng lửa có chứa lớpnhiên liệu, có độ cao là H đang nằm trên ghi Khi tốc độ 0 của dòng khí nhỏ hơn

sthì lớp liệu này không dịch chuyển, khi tăng dần tốc độ gần bằng tốc độ sthìchiều cao lớp liệu vẫn không đổi (Đoạn AB hình 2.2), còn trở lực của lớp sôi tănglên, khi tiếp tục tăng tốc độ đến = s, lúc này lực của dòng khí cân bằng trọng lựccủa lớp liệu vì vậy lớp liệu bắt đầu chuyển động, các hạt chuyển động lơ lửng trongpha khí, khoáy trộn với nhau và chuyển động hỗn loạn, độ rỗng chiều cao của lớpliệu tăng lên, trở lực của lớp hạt liệu đạt đến giá trị cực đại và không đổi, trạng tháinày gọi là trạng thái sôi Trạng thái sôi được duy trì khi tốc độ dòng khí từ sđến

c Khi tăng tốc độ dòng khí đến > s, thì bắt đầu xuất hiện những bọt khí, túi

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGkhí, các bọt khí này chuyển động lên trên bề mặt lớp sôi và vỡ ra làm cho chiều caolớp sôi dao động, khi vận tốc dòng khí đạt đến clúc đó lớp liệu có độ rỗng lớnnhất, các hạt liệu treo lơ lửng trong buồng đốt, không lắng xuống cũng như không

bị bay ra khỏi buồng lửa Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí cho đến khi vượt vận tốccuốn theo cthì kết thúc trạng thái sôi, lớp liệu sẽ có các hạt liệu bị lôi cuốn theodòng không khí bay ra khỏi buồng đốt Do đó để tạo lớp sôi, ta phải duy trì tốc độdòng khí từ sđến c

Hình 2.2 Quan hệ giữa tốc độ dòng, chiều cao lớp nhiên liệu, trở lực lớp liệu

2.1.3 Vật liệu sử dụng trong lò tầng sôi:

Trong kỹ thuật tầng sôi, trong quá trình đốt nguyên liệu thì ta thường cho vàobuồng lửa các vật liệu nhằm để nâng cao nhiệt độ các thành phần cháy từ nhiệt độthấp lên đến nhiệt độ phản ứng Vì vậy vật liệu sử dụng cần đảm bảo các tính chấtsau:

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

- Nhiệt dung riêng lớn (Vật liệu phải chịu được nhiệt độ cao )

- Khối lượng riêng nhỏ (giảm trở lực khi quạt thổi vào buồng lửa)

- Độ nhẵn bề mặt cao (Dễ tạo tầng sôi )

- Giá thành thấp, dễ kiếm

Để đảm bảo các yêu cầu trên, người ta thường chọn các thạch anh làm vật liệu

2.1.4 Phân biệt, so sánh quá trình cháy trong buồng lửa tầng sôi và các loại

buồng lửa khác.

2.1.4.1 Buồng lửa phun than bột:

Trong buồng lửa phun than bột thì quá trình cháy bao gồm quá trình Ôxy hoácác hạt than mịn (khoảng 70 % có đường kính nhỏ hơn 200 m) các hạt nhiên liệuphân tán một cách rộng rãi trong không khí và khi cháy Vùng xung quanh lò phun

có nhiệt độ lớn nhất trong buồng lửa có thể đạt đến nhiệt độ 1600 C đến 1900 C 0 0Mặt khác, thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa xấp xỉ thời gian lưu lạicủa dòng khí và nhiệt độ của buồng lửa cao là điều kiện để hình thành nên NO vàx

CO, lượng SO không được hấp thụ Hơn nữa thời gian lưu lại của hạt trong buồng2lửa không lớn nên tổn thất cơ học tăng lên Muốn cải thiện thời gian lưu lại của hạttrong buồng lửa phải tăng chiều cao của ngọn lửa, tức là tăng kích thước của buồnglửa do đó chi phí đầu tư phải tăng lên

Thông thường lò đốt tầng sôi có chi phí đầu tư thấp hơn lò phun than bộtkhoảng 15-20% nếu có cùng sản lượng hơi và mức độ ô nhiễm môi trường nhưnhau.( 1)

2.1.4.2 Phương pháp đốt nhiên liệu trên ghi xích:

So với buồng lửa phun bột than thì kích thước hạt than ở trong buồng đốt ghilớn hơn, thông thường từ 1-32 mm

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGQuá trình cháy trên ghi chỉ xảy ra hoàn toàn ở vùng phần đầu và phần cuối,còn phần giữa ghi có rất nhiều sản phẩm cháy không hoàn toàn Do đó quá trìnhcháy trên ghi đã xảy ra đồng thời với quá trình khí hoá của nhiêu liệu Thực tếlượng nhiệt phát ra do các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong buồng lửa vàokhoảng 50-60 %

Điều đó cho thấy việc tổ chức cho cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàntrong buồng lửa có ý nghĩa rất lớn Để cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn nàythì cần cung cấp thêm không khí ở phía trên buồng lửa bằng gió cấp hai hoặc tổchức dùng dòng khí ở phía trước và phía sau ghi vào vùng giữa ghi

Ưu điểm:

- Việc cấp than, thải xỉ được cơ giới hóa hoàn toàn, giữ được công suất cốđịnh(vì cháy liên tục) trong một chu trình làm việc thì chỉ có một nửa làm việc nêntăng tuổi thọ của ghi

- Nhiệt thế diện tích ở trên ghi rất lớn nên lò khó bị tắt

- So với buồng phun than thì có cấu tạo đơn giản hơn, chi phí đầu tư thấphơn

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGĐối với phương pháp đốt này thì quá trình hỗn hợp giữa không khí và nhiênliệu không được tốt, tổn thất cơ học cao, hiệu quả quá trình cháy không cao.

2.1.4.3 Quá trình cháy trong lò đốt tầng sôi:

- Quá trình cháy nhiên liệu trong lò đốt tầng sôi được xem như quá trình cháytrên ghi và cháy trong buồng lửa phun Nó lợi dụng những ưu điểm đồng thời khắcphục những nhược điểm của hai phương pháp đốt trên

- Thông thường, kích thước của hạt than trong buồng lửa tầng sôi nhỏ hơn 7

mm tuỳ thuộc vào từng loại than cụ thể, mà kích thước của hạt than có thể lớn tới

32 mm hoặc chỉ bằng 3 mm Tầng sôi được duy trì ở nhiệt độ 850-9000C

- Khi nhiên liệu được đưa vào trong buồng lửa, được gia nhiệt một cáchnhanh chóng và sau đó bốc cháy, rồi cháy, thường nhiên liệu được đốt với lượngkhông khí thừa khoảng 20 % Vì thời gian lưu lại của các hạt nhiên liệu lớn và quátrình truyền chất có cường độ cao nên nhiên liệu được cháy một cách có hiệu quảtrong buồng lửa tầng sôi ở nhiệt độ thấp hơn so với phương pháp đốt khác

- Những hạt nhiên liệu được lưu lại trong lớp cho đến khi nó được khói mang

đi theo hay được khói tháo ra ngoài buồng Khi hạt nhiên liệu cháy, kích thước của

nó đạt đến giá trị mà ở đó lực do dòng khí tạo ra lớn hơn khối lượng của hạt thì hạt

bị mang ra ngoài Vì vậy, thời gian lưu lại của hạt được xác định bởi kích thước banđầu của hạt nhiên liệu và bởi mức độ giảm kích thước hạt do cháy và ma sát

- Trong tầng sôi bọt, quá trình cháy xảy ra hầu hết ở trong lớp vì vận tốc dòngkhí thấp và kích thước hạt nhiên liệu cấp vào thô Thời gian lưu lại của những hạtnhiên liệu mạnh trong lớp tương đương với thời gian lưu lại của khí này khi cháy.Trong buồng đốt tầng sôi tái tuần hoàn thì thời gian này tăng lên bằng cách thu hồitro bay và cho các hạt này tái tuần hoàn về buồng đốt (về lớp nhiên liệu đang cháy)

do vận tốc tạo sôi lớn nên có nhiều hạt nhiên liệu bị thổi bay ra ngoài tầng sôi hơn

so với buồng lửa sôi bọt Sau đó những hạt này được gom lại bởi các thiết bị lọc và

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGcho tái tuần hoàn vào buồng lửa Thời gian lưu lại của các hạt trong buồng lửa theohiệu quả thu hồi của thiết bị lọc và tốc độ của những hạt rắn Do có sự tái tuần hoàn

mà thời gian lưu lại của hạt lớn hơn nhiều lần so với thời gian lưu lại của dòng khí

Hình 2.3: Quan hệ giữa áp suất và vận tốc của dòng khí

L ớp cố định L ớp sôi bọt Lớp sôi ống L ớp sôi tuầng hoàn

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

Hình 2.4 Quan Hệ Giữa Các Buồng Lửa

2.1.5 Những ưu và nhược điểm của công nghệ sấy tầng sôi:

2.1.5.1 Ưu điểm:

a) Sử dụng nhiên liệu một cách linh hoạt:

Một lò tầng sôi có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, tổn thất nhiệt ít hơn cácloại lò đốt khác Nên nó cho phép các nhà máy điện đa dạng hóa việc thu mua nhiềunguồn nhiên liệu khác nhau, xóa bỏ việc phụ thuộc vào một nguồn nhiên liệu nào

đó

Đặc điểm sử dụng linh hoạt nhiên liệu của lò tầng sôi giúp ngăn ngừa những thiệthại có thể có cho nhà máy do nguồn cung cấp nhiên liệu không ổn định trong tươnglai

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGKhối lượng các hạt cháy được chỉ chiếm tỷ lệ 1/3 so với tổng khối lượng lớp vậtchất trong buồng đốt của một lò tầng sôi thông thường Lượng vật chất còn lại lànhững hạt không cháy được như tro, cát, chất hấp thụ Điều kiện khí động đặc biệttrong lò tầng sôi tạo nên một hỗn hợp hoà trộn rất tốt giữa chất khí-chất rắn, chấtrắn-chất rắn với nhau Những phân tử nhiên liệu được cấp vào buồng đốt sẽ phântán nhanh chóng vào trong một khối lượng lớn những hạt vật chất của lớp sôi vàđược lớp này đốt nóng lên trên đến nhiệt độ bắt lửa Do nhiệt dung của các hạtkhông cháy lớn hơn so với các hạt nhiên liệu, do đó dù gia nhiệt cho nhiên liệu kémphẩm chất thì nhiệt độ của lớp hạt này không thay đổi nhiều Chính đặc điểm nàycủa lò tầng sôi mà nó có thể đốt bất kỳ loại nhiên liệu nào mà không cần có mộtnguồn nhiệt bổ sung và cung cấp nhiệt trị cao để làm nóng không khí và gia nhiệtcho nhiên liệu đến nhiệt độ bốc cháy

b) Giảm thiểu lượng khí phát thải SO :2

Không giống như các loại lò đốt nhiên liệu khác, quá trình cháy và thải nhiên liệutrong lò tầng sôi diễn ra liên tục Đặc điểm này cùng với khả năng hòa trộn tốt cáchạt vật chất trong lớp sôi giúp buồng đốt duy trì một nhiệt độ ổn định đồng nhấttrong toàn bộ Kết quả là nhiệt độ ổn định (800÷900) C Khoảng nhiệt độ này thích0hợp cho phản ứng hóa học hấp thụ khí SO bởi đá vôi (CaCO2 3)

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGKhả năng giảm và xử lý khí SO trong lò tầng sôi là kết quả của trường nhiệt độ2thấp và ổn định khi đốt nhiên liệu trong lò tầng sôi Do đó lò tầng sôi không cầntrang bị thêm bộ xử lý khí thải để liểm soát lượng khí SO thải ra ngoài.2

c) Lượng NO phát thải thấp:X

Lượng NO bình quân sinh ra trong lò hơi đốt tầng sôi thấp, khoảng (100 ÷ 300)Xppm (so với thể tích khô) Đó là do nhiệt độ cháy thấp, điều kiện áp suất thấp ngăncản sự bay hơi, và lượng gió cung cấp theo từng giai đoạn của quá trình cháy Hầuhết các loại lò tầng sôi đều sinh ra lượng NO thấp mà không gây ra tổn thất nhiệtX

do cháy không hoàn toàn hoặc do phải bổ sung thêm ở những vùng có quy định chặtchẽ giới hạn lượng NO cho phép thải ra ngoài không khí, người ta có thể đặt thêmX

bộ thu khí NO bằng dung dịch amoniac ở phần đuôi lò trong Xyclon ( theoXChenlian &Hyvrinen, 1995)

2 Thời gian khởi động lò ngắn:

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG Một số lò công nghiệp làm việc hai ca cần phải đốt lò trong khoảng 8 tiếng Lòtầng sôi có thời gian khởi động lò ngắn hơn và đơn giản hơn Buồng đốt tầng sôitrong tình trạng nghỉ làm việc thì tổn thất nhiệt ít Ngay cả khi sau vài giờ đồng hồtạm nghỉ, lớp hạt rắn vẫn còn đủ nhiệt lượng cho lần đốt lò sau Cho nên khi chonhiên liệu vào lò, nó bốc cháy ngay và lò đi vào hoạt động lại sau một thời gianngắn.

3 Giảm hiện tượng ăn mòn:

Tro sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu ở lò tầng sôi ở dạng xốp, không bị chảyloãng do nhiệt độ của lò thấp (800÷900 C) Điều này làm hạn chế hiện tượng ăn0mòn kim loại ống ở bề mặt đối lưu (đuôi lò), hay ăn mòn cánh của quạt gió ở đuôilò

4 Sự chuẩn bị nhiên liệu đơn giản:

Than cho lò tầng sôi thường chiếm 70% hạt than và có kích thước dưới 6000 m(6mm), trong khi đó đối với lò hơi đốt than phải có 70% hạt than kích cỡ dưới

75 m Do đó lò đốt than phun cần phải có hệ thống máy nghiền than và phun bụithan Thiết bị phun bụi than không những đắt tiền mà còn phức tạp và cần bảo trìkiểm tra thường xuyên Đa số các nguyên nhân khiến lò ngừng làm việc là do hoạtđộng của hệ thống nghiền than không tốt Ngược lại với lò tầng sôi thì không cầnmột hệ thống nghiền than như vậy, do đó giai đoạn chuẩn bị nhiên liệu đơn giản vàkhông phức tạp như đối với lò hơi vòi phun đốt than

2.1.5.2 Những hạn chế:

Với lò tầng sôi thì chúng có những nhược điểm sau:

a) Cần quạt có công suất lớn:

Lò tầng sôi cần trang bị quạt ly tâm có công suất lớn do, do không khí cấp vào lòphải thắng được trở lực của bộ phân phối gió và trở lực của khối lượng của lớp vật

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGliệu rắn trong buồng đốt Đầu tư cho điện năng tiêu thụ tăng, song bù lại không cầntrang bị thiết bị phun nhiên liệu.

b) Tổn thất nhiệt ra môi trường nhiều hơn:

Xyclon, hệ thống hồi, bộ trao đổi nhiệt ngoài làm tăng thêm nhiều thiết bị cho lòCFB Một vài bề mặt các thiết bị không được làm mát Do đó tổn thất nhiệt do đốilưu và bức xạ từ các bề mặt của lò CFB nhiều hơn so với lò BFB và lò PC.c) Hiệu suất cháy thấp:

Hiệu suất cháy của một lò PC thường cao hơn so với lò CFB, do nhiệt độ cháycao hơn, kích cỡ hạt mịn hơn và tồn tại lâu hơn trong buồng lửa Tuy nhiên lò PC sửdụng không khí liên tục và hệ số không khí thừa thấp để khống chế lượng NOXkhiến nhiên liệu cháy không hoàn toàn trong buồng lửa

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG CỦA LỚP SÔI

1 [ trang 148, 3]

Trong đó : - khối lượng riêng của hạt ở trạng thái sôi [kg/m ]s 3

- khối lượng riêng của từng hạt nhiên liệu [kg/m ]h 3

Ar- tiêu chuẩn Acsimet đặc trưng cho lực nâng vật liệu

k k h

d f Ar

.

3 [ trang 148, 3]

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGTrong đó: d h - đường kính hạt vật liệu [mm]

h- trọng lượng riêng của hạt vật liệu [kg/m ]3

k- trọng lượng riêng của không khí [kg/m ]3

k- độ nhớt động học của không khí [m2/s]

g- gia tốc trọng trường [m/s ]2

Tuỳ theo mức tăng của độ rỗng mà chiều cao lớp sôi sẽ tăng lên

2.2.2 Vận tốc tối thiểu và vận tốc tối đa tạo lớp sôi.

Từ nguyên lý làm việc chúng ta thấy rằng nguyên lý cơ bản của thiết bị là tốc độdòng khí thổi vào lò ω đủ lớn để đẩy vật liệu đi lên Ta có điều kiện:

cb

Trong đó: cb- tốc độ cân bằng tạo lớp sôi [m/s]

Tốc độ cân bằng là tốc độ dòng khí thổi từ dưới lên sao cho giữ hạt đứng yên

lơ lững trong không gian Nó phụ thuộc vào đường kính hạt vật liệu, khối lượngriêng của hạt vật liệu, khối lượng riêng của không khí Được xác định theo phươngtrình cân bằng giữa lực trọng trường tác dụng lên hạt vật liệu và lực nâng do dòngkhông khí thổi lên:

2 4

6

2 2 3

cb k h k

+ Ar - Tiêu chuẩn Acsimet

+ Fe - Tiêu chuẩn Fedơrôp

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

3 2

3

) (

4

.

k k k h h

Ar Ar

Phương trình sử dụng trong phạm vi Fe = 40 ÷ 200 [trang 149, 3]

Tốc độ cân bằng tạo lớp sôi:

g d

.

.

d

76 , 2

Khi tốc độ dòng không khí đạt vận tốc tối thiểu thì các hạt rắn trong pha khí sẽ

lơ lửng và chuyển động hỗn loạn, độ rỗng của các lớp hạt tăng lên tương ứng với sựtăng của tốc độ dùng khí tốc độ dòng khí càng lớn thì khả năng chuyển động hỗnloạn càng cao làm tăng cường quá trình cháy Trạng thái này được duy trì từ tốc độsôi tối thiểu đến tốc độ lôi cuốn s c Trong thực tế người ta chọn tốc độlàm việc =(2÷3) s

Tốc độ lôi cuốn được xác định bởi công thức:

h

k c

d

.

Remax

Trong đó:

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

Ar

61 , 0 18

Remax

2.2.3 Tốc độ làm việc tối ưu:

Tốc độ làm việc tối ưu là tốc độ mà ở đó chế độ sôi là ổn định, khi đó chiều caocủa lớp nhiên liệu nói chung và chiều cao lớp sôi nói riêng là không đổi Do đó vềnguyên tắc tốc độ ổn định phải thoả mãn điều kiện lớn hơn tốc độ giới hạn dưới vànhỏ hơn tốc độ lôi cuốn (giới hạn trên)

p z .h01 0 z. h 1 ( 3)

Trong đó: 0- hệ số nở của lớp hạt trên ghi ở trang thái cố định

- là hệ số nở của lớp hạt ở trạng thái sôi

g - gia tốc trọng trường

h - chiều cao của lớp hạt trên ghi ở trạng thái tĩnh

h - chiều cao lớp sôi0

Ngoài ra trở lực của lớp sôi còn có thể xác định tương đối chính xác theophương trình của Feđơrôp như sau:

p

G d

h

p 0 , 17 Re

2 , 0 [trang 149, 3]

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNGTrong đó: G - khối lượng vật liệu trên ghi [kg]

F - diện tích ghi [m ]p 2

2.2.5 Độ giảm áp suất theo chiều cao.

Với kích thước của hạt liệu đồng đều thì độ giảm áp suất Δp dọc theo thân lò hđược xác định bởi công thức Ergun:

3 2 3

2

75 , 1 ) ( ) 1 ( 150

p g

U d

U h

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

CHƯƠNG 3:

PHÁP KỸ THUẬT CỦA LÒ TẦNG SÔI

THUẬT:

Nitơ oxýt sinh ra trong quá trình cháy than chủ yếu là NO và NO2 gọi chung là

NOx, ngoài ra có một lượng nhỏ N O Trong quá trình đốt than, lượng NO hình2 xthành và thải ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy như phương thức đốt, đặcbiệt là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa Khí NO hình thành trong quá trìnhx đốt cháy than theo ba cơ chế:

a Cơ chế hình thành NO theo nguyên lý phân huỷ nhiệt do nitơ trong khôngxkhí ở nhiệt độ cao tạo thành

b Cơ chế hình thành NO do thành phần nhiên liệu là do thành phần hợpxchất nitơ trong nhiên liệu bị nhiệt phân rồi oxy hoá trong quá trình cháysau đó tạo thành NOx.

c Cơ chế hình thành NO theo nguyên lý phản ứng tức thời là do phản ứngxgiữa nitơ trong không khí với các loại cácbuahydrô như CH trong nhiênliệu xảy ra trong quá trình cháy

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

3.2.1.1 Cơ chế hình thành NO theo nguyên lý phân hủy nhiệt: X

NO nhiệt là tổng của NO và NO do N và O trong không khí tạo thành ở nhiệt độx x 2 2cao trong quá trình cháy

Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hình thành NO tăng nhanh, khi nhiệt độ đốt cháy thấpxhơn 1500 C hầu như không thấy phản ứng hình thành NO, chỉ khi nhiệt độ cao hơn0

15000C thì phản ứng tạo thành NO mới được thấy rõ Theo tính toán, khi nhiệt độcao hơn 2000 C, trong thời gian chưa đến 0,1 giây đã có thể sinh ra khá nhiều NO 0

x

Ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng quyết định đến hình thành NO nhiệt Đó chính là lý dox

để gọi loại ôxyt nitơ tạo thành bởi nitơ trong không khí bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao là

NOx nhiệt Ngoài ra sự hình thành NO cũng phụ thuộc rất nhiều vào hệ số khôngxkhí thừa và thời gian lưu lại của khói

3.2.1.2 Cơ chế hình thành NO do thành phần nhiên liệu: X

Loại NO từ hợp chất nitơ trong nhiên liệu bị nhiệt phân và ôxy hoá tạo thànhxđược gọi là NO nhiên liệu Khi đốt than, khoảng 70 – 90% là NO nhiên liệu, bởix xvậy NO nhiên liệu là thành phần phát thải chủ yếu.x

Cơ chế hình thành NO nhiên liệu có những quy luật như sau:x

Khi than bị đốt nóng, chất bốc trong than bị nhiệt phân tách ra, nhưng nitơ chấtbốc tách ra chậm hơn so với các thành phần khác Khi lượng chất bốc thoát rachiếm khoảng 10% đến 15% trọng lượng than thì nitơ mới bắt đầu tách ra Khi thành phần chất bốc của nhiên liệu cao, nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ gia nhiệttăng lên thì nitơ chất bốc tăng, còn nitơ cốc sẽ giảm Khi nhiệt độ nhiệt phân tănglên, tỷ lệ nitơ nhiên liệu chuyển hoá thành nitơ chất bốc tăng lên Hạt than càng mịnthì tỷ lệ Nchất bốc/Nnhiên liệu càng lớn, điều đó cho thấy hạt than càng mịn thì tốc độ gianhiệt bột than

trong bồng lửa phun càng cao, tỷ lệ chuyển hoá nitơ nhiên liệu thành nitơ chất bốccàng lớn

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến tỷ lệ chuyển hóa nitơ nhiên liệu thành nitơ chất bốc( 1)

12000C

C0

C0

C0

Thời gian m/sNitơ chất bốc/ nitơ nhiên

liệu

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

Hình 3.3 Ảnh hưởng của độ mịn bột than đến tỷ lệ chuyển hóa nitơ nhiên liệu thành nitơ chất bốc( 1)

Khi đốt bột than NO do chất bốc tạo nên chiếm 60% đến 80% tổng NO nhiên liệu,x xcòn NO do cốc tạo thành chỉ chiếm 20% đến 40%.x

Phân huỷ NO :x

Khi gặp môi trường hoàn nguyên NO hoặc phân huỷ NO khi thải ra, vì khi thayx xđổi điều kiện đốt cháy, có thể làm cho NO hình thành bị phân huỷ, hoàn nguyên trởxlại thành phân tử nitơ Do vậy nồng độ NO phát thải ra của thiết bị đốt than, cuốixcùng quyết định bởi kết quả tổng hợp của phản ứng tạo thành NO và phản ứng hoànxnguyên hoặc phân huỷ NO :x

800600400200

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

Hình 3.5 Lộ trình phản ứng phân hủy NO ( 1) X

Quá trình hình thành và phân huỷ NO nhiên liệu vô cùng phức tạp, có đa dạng lộxtrình phản ứng và rất nhiều phương trình phản ứng

NO nhiên liệu chủ yếu hình thành ở giai đoạn thoát bốc và cháy, ở khoảng 800 C -x 0

10000C, giai đoạn đốt cháy chất bốc gần kết thúc, giai đoạn đốt cháy cốc bắt đầu

3.2.1.3 Cơ chế hình thành NO theo nguyên lý phản ứng tức thời: X

Khi đốt nhiên liệu là hỗn hợp cácbohydro với nồng độ nhiên liệu quá đậm đặc, ởxung quanh khu vực phản ứng sẽ tạo thành NO tức thời NO tức thời không giốngx xnhư NO nhiệt và NO nhiên liệu, đó là do CH sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu va đậpx x ivào phân tử N trong không khí tạo thành CN,HCN, sau đó bị oxy hoá thành NO2 x. Trong các thiết bị đốt than, so với NO nhiệt và NO nhiên liệu thì NO tức thời tạox x xthành ít hơn nhiều, thông thường chỉ chiếm 5% tổng NO tạo thành Thông thườngxkhi đốt ở nhiệt độ tương đối thấp các nhiên liệu cácbuahydro không chứa nitơ, mớichú ý tới NO tức thời, vì khi nhiệt độ vượt quá 1500 C thì NO nhiệt là tác dụng chủx 0 xyếu

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG3.2.2 Khống chế sự hình thành NO khi đốt than:X

Từ ba cơ chế hình thành NO nhiệt, nhiên liệu và tức thời, ta thấy cơ chế hình thànhxcác loại NO là không giống nhau, chủ yếu thể hiện ở nguồn gốc nitơ, lộ trình hìnhxthành và điều kiện hình thành không giống nhau, nhưng giữa chúng lại có nhữngquan hệ nhất định Trang thái của ba loại NO trong quá trình đốt than rất khôngxgiống nhau, NO tức thời chiếm tỷ lệ 5%, ở nhiệt độ thấp hơn 1350 C hầu như khôngx 0

có NO mới chiếm 25% đến 30% Còn trong thiết bị đốt than thông thường, NO chủx xyếu là theo lộ trình hình thành nhiên liệu Cho nên việc khống chế và làm giảm NOxhình thành trong khi đốt than chủ yếu là khống chế NO nhiên liệu Từ cơ chế hìnhxthành và phân huỷ nhiên liệu NO có thể thấy, để giảm bớt NO nhiên liệu, không chỉx xhạn chế tối đa sự hình thành NO mà còn phải tạo điều kiện nhiều nhất cho quá trìnhxphân huỷ và hoàn nguyên NO đã tạo thành.x

N O cũng giống như NO nhiên liệu, cũng là một loại hợp chất nitơ do ôxy hoá2 xsinh ra khi đốt nhiên liệu có chứa nitơ, quá trình hình thành N O có quan hệ mật thiết2với NO , vì trong các thiệt bị đốt thông thường lượng N O thải rất ít, nên trước kiax 2chưa chú ý đúng mức về vấn đề N O sinh ra trong khi đốt nhiên liệu hoá thạch,2nhưng khi kỹ thuật đốt tầng sôi phát hiện ra rằng lò hơi đốt than tầng sôi thải ra N O2với nồng độ nhiều hơn nhiều so với các cách đốt khác

N O thuộc loại ôxyt nitơ nhiên liệu, cũng trong thời kỳ tách và cháy chất bốc, nitơ2chất bốc được tách ra trước rồi hình thành NO chất bốc, sau đó NO lại phát sinh phảnứng với HCN,NCO,NH trong nitơ chất bốc tạo thành N O cho nên sự tồn tại NO là2điều kiện tất yếu để hình thành N O chất bốc.2

3.3.1.1 Phản ứng đồng pha phân hủy N O 2

NH + NO = N O + H2