Đánh giá thực trạng công nghệ khí hóa ở các nhà máy nhiệt điện ở việt nam, đề xuất công nghệ phù hợp cho các nhà máy nhiệt điện trong tương lai

CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỐT THAN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẠI VIỆT NAM .... DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT TÊN VIẾT 04 CFBC Circulating Fluidized Bed Combustion Lò hơi

Bảng 4.9 Bảng phân tích một số thành phần khí thải từ nhà máy nhiệt điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

VÕ TIẾN DŨNG

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA

Ở CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Ở VIỆT NAM,

ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP CHO CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG TƯƠNG LAI

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS ĐÀO QUỐC TÙY

Hà Nội- 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả trình bày trong luận văn được thu thập từ quá trình nghiên cứu là trung thực chưa từng được ai công bố trước đây

Hà Nội, tháng 09 năm 2016 Tác giả luận văn

Võ Tiến Dũng

LỜI CẢM ƠN

Tôi cũng xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện kỹ Hóa học đã tạo điều kiện để tôi tham gia học tập và nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn TS Đào Quốc Tùy đã tận tình hướng dẫn

và truyền đạt lại những kinh nghiệm, kiến thức quý báu để hoàn thành tốt

đề tài này

Hà Nôi, tháng 09 năm 2016

Học Viên

Võ Tiến Dũng

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC BẢNG 2

DANH MỤC HÌNH 3

DANH MỤC BIỂU ĐỒ 4

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I NGUYÊN LIỆU THAN ĐÁ 6

1.1 Nguồn gốc và quá trình hình thành than đá 6

1.1.1.Khái niệm than đá 6

1.1.2.Giả thuyết về nguồn gốc thực vật 6

1.2 Trữ lượng và nhu cầu sử dụng than trên thế giới 8

1.2.1 Trữ lượng than trên thế giới 8

1.2.2 Nhu cầu sử dụng than trên thế giới 10

1.3 Trữ lượng và nhu cầu sử dụng than của Việt Nam 11

1.3.1 Trữ lượng than của Việt Nam 11

1.3.2 Nhu cầu sử dụng than của Việt Nam 13

CHƯƠNG II CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỐT THAN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẠI VIỆT NAM 14

2.1 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điên sử dụng nguyên liệu than đá 14

2.2 Các bộ phân chính của nhà máy điện 16

2.2.1 Cụm lò hơi 16

2.2.2 Máy phát 19

2.3 Các công nghệ đốt than trong nhà máy điện 21

2.3.1 Công nghệ đốt than tầng chặt 21

2.3.2 Công nghệ đốt than tầng sôi 22

2.3.3 Công nghệ đối than phun 25

2.4 Đánh giá các công nghệ đốt than hiện tại 26

2.4.1 Hiệu quả kinh tế 26

2.4.2 Tác động môi trường 27

CHƯƠNG III KHÍ HÓA THAN 28

3.1 Tổng quan về khí hóa than 28

3.1.1 Cơ sở lý thuyết về khí hóa than 28

3.1.2 Pham vi ứng dụng của khí hóa than 29

3.2 Cấu tạo của than và thành phần hóa học của than 29

3.2.1 Cấu tạo của than 29

3.2.2 Thành Phần hóa học của than 30

3.2.3 Chỉ tiêu chất lượng than việt nam 34

3.2.4 Những thông số đặc trưng cho than sử dụng trong công nghệ khí hóa 45 3.3 Các loại công nghệ khí hóa than 46

3.3.1 Khí hóa than ướt 46

3.3.2 Khí hóa than khô 51

CHƯƠNG IV CÁC CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN 53

4.1 Khí hóa tầng cố định 53

4.2 Khí hóa tầng sôi 54

4.2.1 Ưu điểm của khí hóa tầng sôi 55

4.2.2 Nhược điểm của khí hóa tầng sôi 55

4.3 Khí hóa dòng cuốn 56

4.3.1 Ưu điểm khí hóa dòng cuốn 56

4.3.2 Nhược điểm của khí hóa dòng cuốn 57

4.4 Đặc điểm các công nghệ khí hóa 57

4.5 Một số công nghệ khí hóa than đang đƣợc ứng dụng trên thế giới 57

4.6 Đề xuất ứng dụng công khí hóa sử dụng cho nhà máy nhiệt điện sử dụng nguyên liệu than 65

4.6.1 Phân tích nguồn nguyên liệu than trong nước 65

4.6.2 Đánh giá thực trạng ngành sản xuất điện sử dụng nguyên liệu than 69 4.6.3 Lựa chon công nghệ phù hợp với như cầu sản xuất điện trong tương lai 73

4.6.4 Mô tả công nghệ Integrated Gasification Combined Cycle ( IGCC) 75 KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT TÊN VIẾT

04 CFBC Circulating Fluidized Bed

Combustion

Lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí

05 CFB circulating fluidized bed Lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Generator

Quy trình thu hồi nhiệt cho máy phát tuabine hơi

12 GDP Gross Domestic Product Tổng sản phẩm Quốc nội

15 Syngas synthetic gas produced by

the gasification

Khí tổng hợp được sản xuất từ quá trình khí hóa

16 IGCC Integrated gasification

18 SRU Sulfur recovery unit Thiết bị thu hồi lưu huỳnh

19 TIT Turbine inlet temperature Nhiệt độ đầu vào tua bin

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần chất bốc than antraxit 27

Bảng 2.2 Kết quả khảo sát lượng khí thải của Nhà máy nhiệt điện xài nguyên liệu than so với Nhà máy nhiệt điện sử dụng nguyên lieu dầu DO và khí .27

Bảng 3.1 Thông số thành phần kỹ thuật than 33

Bảng 3.2 Yêu cầu kỹ thuật với than thương mại 35

Bảng 3.3 Yêu cầu kỹ thuật của than tại các mỏ Than Hòn Gai - Cẩm Phả 36

Bảng 3.4 Sự biến đổi thành phần khí than ướt theo thời gian thổi gió lạnh 48

Bảng 3.5 Sự thay đổi thành phần khí ở các pha 50

Bảng 3.6 Thành phần khí than khô đi từ than cốc và than nâu .51

Bảng 4.1 Đặc điểm các công nghệ khí hóa 57

Bảng 4.2 Bảng phân tích than Bùn 66

Bảng 4.3 Bảng phân tích than Nâu 67

Bảng 4.4 Bảng phân tích than Bitum .67

Bảng 4.5 Bảng phân tích than Antraxit 68

Bảng 4.6 Bảng trử lượng các loại than 68

Bảng 4.7 Cơ cấu phát triển các Nhà máy Nhiệt điện than hiện tại và đến năm 2030 69

Bảng 4.8 Thống kê lượng xỉ than thải ra từ một số nhà máy nhiệt điện 72

Bảng 4.9 Bảng phân tích một số thành phần khí thải từ nhà máy nhiệt điện than (công suất 200 MW ) 72

Bảng 4.10 Ước tính tải lượng các chất ô nhiễm trong khí thải của các nhà máy nhiệt điện than 73

Bảng 4.11 Ước tính sản lượng điện sản xuất và nhu cầu nguyên liệu than cho giai đoạn năm 2020 và năm 2030 .74

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Mô hình nhà máy điện sử dụng nguyên liệu than đá 14

Hình 2.2 Sơ đồ dòng hơi 17

Hình 2.3 Cấu tạo turbine khí 20

Hình 2.4 Cấu tạo turbine hơi 20

Hình 2.5 Cấu tạo lò hơi tầng chặt 21

Hình 2.6 Mặt cắt lò hơi tầng chặt 21

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động đốt than tầng sôi 22

Hình 2.8 Lò đốt than phun 25

Hình 2.9 Đốt cháy theo phương tiếp tuyến của nhiên liệu phun 26

Hình 3.1 Cấu tạo than 29

Hình 3.2 Các chỉ số cho biết thành phần % chất bốc – theo tổng số gốc cháy 46

Hình 4.1 Khí hóa tầng cố định 53

Hình 4.2 Khí hóa tầng sôi 54

Hình 4.3 Lò khí hóa dòng cuốn 56

Hình 4.4 Quá trình khí hóa áp suất thường Koppers-Totzek 58

Hình 4.5 Sơ đồ thiết bị phản ứng khí hóa Sasol – Lurgi 59

Hình 4.6 Quá trình khí hóa Texaco phương pháp tiếp xúc trực tiếp 61

Hình 4.7 Quá trình khí hóa Texaco phương pháp radiant boiler 61

Hình 4.8 Sơ đồ thiết bị phản ứng khí hóa Shell 63

Hình 4.9 Quy trình công nghệ IGCC 76

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 2.1 Chu trình hơi nước 17 Biểu đồ 2.2 Tương quan lượng tro thải ra và công suât nhà máy nhiệt điện tại

Việt Nam 27 Biểu đồ 4.1 Kết quả so sánh khí thải giửa công nghệ IGCC và công nghệ đốt tầng

sôi tuần hòan 78

MỞ ĐẦU

Thế giới đang khai thác mạnh các nguồn năng lượng hóa thạch phục vụ cho đời sống sinh hoạt, sản xuất của con người, như năng lượng than đá, năng lượng dầu mỏ, khí gas Tuy nhiên, các dạng năng lượng trên đều có hạn, có khả năng dần dần cạn kiệt sau 50 năm tới, như vậy năng lượng hóa thạch về lâu dài không thế đảm bảo về vấn đề an ninh năng lượng

Tại Việt Nam, các nguồn hóa thạch đang dần cạn kiệt cùng với tốc độ tiêu thụ điện năng gấp hai lần tăng trưởng GDP Sản lượng điện cần đạt từ

329 đến 695 tỷ kWh với nhiệt điện than chiếm 46,8% trong cơ cấu nguồn năm

2020 và đến 2030 sẽ lên 56,4% Ngoài tác động môi trường; do than nội địa không đáp ứng đủ, hàng năm Việt Nam sẽ phải nhập khẩu từ 46,7 triệu tấn (năm 2020) đến 157 triệu tấn (trong giai đoạn 2020 - 2030), điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến an ninh năng lượng quốc gia

Để đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu cho các nhà máy nhiệt điện trong

lộ trình phát triển kinh tế trong tương lai Chúng ta cần cải tiến công nghệ để tận dụng được nguồn nguyên liệu than sẵn có trong nước và sự dụng một cách hiệu quả về kinh tế và trách thấp nhất gây ô nhiểm môi trường

Trong những năm gần đây, người ta đã ứng dụng nhiều phương pháp đốt

và chuyển nhiên liệu than thành các dạng nhiên liệu khác rất có hiệu quả, nó giảm thiểu được nguồn khí thải gây ô nhiễm môi trường, như chuyển than đá thành nhiên liệu lỏng, rửa than và đặc biệt là khí hoá than đá

Luận văn này có mục đích phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế, các ảnh hưởng môi trường của các công nghệ đốt than hiện tại ở các nhà máy nhiệt điện ở Việt nam và đưa ra phải pháp cải tiến công nghệ mới phù hợp với nhu cầu phát triển của ngành điện trong tương lai

CHƯƠNG I NGUYÊN LIỆU THAN ĐÁ

1.1 Nguồn gốc và quá trình hình thành than đá

1.1.1 Khái niệm than đá

Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch được hình thành ở các hệ sinh thái đầm lầy nơi xác thực vật được nước và bùn lưu giữ không bị ôxi hóa và phân hủy bởi sinh vật

Than đá là sản phẩm của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy được

Thành phần của than đá chủ yếu là cacbon cùng với một số các yếu tố khác, chủ yếu là hydro, lưu huỳnh, oxy và nitơ

1.1.2 Giả thuyết về nguồn gốc thực vật

Than hình thành quá trình cacbon hóa cây cối, thực vật Khi chết, cacbon trong mô của chúng thường tái lưu chuyển vào môi trường khi chúng bị phân hủy Sự cacbon hóa xảy ra khi vật chất thực vật chết chịu tác động của nhiệt

và áp suất trong hàng triệu năm Những hạng than khác nhau được hình thành

do sự phối hợp khác nhau về thời gian, nhiệt độ và áp suất tác động lên vật chất thực vật

Hầu hết than đá trên thế giới được hình thành trong kỷ cacbon từ 286 tới

360 triệu năm trước Trong thời kỳ này, những khu vực rộng lớn trên bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi rừng già ẩm ướt Cây chết ngã xuống đầm lầy không phân hủy hoàn toàn mà tích tụ thành những lớp than bùn dày, ẩm ướt Sau đó, khi đầm lầy bị biển tràn ngập, than bùn bị vùi dưới những lớp trầm tích Qua những thời kỳ lâu dài, trầm tích phân rã thêm và dần khô và cứng

thành than nâu hay linhit Khi có thêm những lớp trầm tích mới, nhiệt và áp suất tăng cao, biến linhit thành than bitum (hắc ín, nhựa đường) Trong vài trường hợp, áp suất gia tăng biến than bitum thành than antraxit (hay than gầy)

Cách đây từ 300 đến 350 triệu năm hình thành nên kỷ cacbon Một đặc điểm nổi bật của trầm tích của vỏ quả đất trong kỷ này là những tầng chứa than đá rất phổ biến được hình thành ở nhiều nơi trên thế giới như Tây Âu, Bắc Mỹ, Nga, Trung Quốc… Đây là lần đầu tiên hình thành những mỏ lớn than đá có ý nghĩa kinh tế trong lịch sử Trái Đất Những tầng chứa than này là nguồn năng lượng chủ yếu cho phát triển công nghiệp ở thế kỷ 19 và ngày nay cũng vẫn còn có ý nghĩa kinh tế quan trọng

Trong kỷ cacbon, ở những khu vực nhiệt đới, xích đạo phổ biến các lớp trầm tích biển nông với sự xen kẽ với những lớp tướng đầm hồ, tam giác châu chứa các vỉa than

Các nhịp trầm tích như vậy lặp đi lặp lại nhiều lần, có khi đạt tới bề dày hàng nhiều nghìn mét Điều này chứng tỏ trong Cacbon ở những nơi này đã

có nhiều đợt biển ngập và biển rút, khi biển rút điều kiện đầm hồ, tam giác châu hình thành và là nơi phát triển những khu rừng phong phú thực vật trong môi trường đầm lầy

Khi đó vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ chưa phát triển, do đó gỗ của những thân cây chết được tích lũy và qua thời gian lâu dài vẫn không bị phân hủy nên chất đống lại rồi bị chôn vùi dưới những lớp trầm tích mới Đó chính là nguồn tạo than đá trong trầm tích hệ Cacbon

Hình 1.1 Sự hình thành các lớp trầm tích

Hình 1.2 Sự hình thành các lớp than 1.2 Trữ lƣợng và nhu cầu sử dụng than trên thế giới

1.2.1 Trữ lƣợng than trên thế giới

Trong cơ cấu sử dụng năng lượng, than được coi là nguồn năng lượng truyền thống và cơ bản Than được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống Trước đây, than được dùng làm nhiên liệu trong các máy hơi nước, đầu máy xe lửa Sau đó than được dùng làm nhiên liệu trong các nhà máy nhiệt điện, than được cốc hoá làm nhiên liệu cho ngành luyện kim Gần đây, nhờ sự

phát triển của công nghiệp hoá học, than được sử dụng như là nguồn nguyên liệu để sản xuất ra nhiều loại dược phẩm, chất dẻo

Trữ lượng than trên toàn thế giới cao hơn gấp nhiều lần trữ lượng dầu

mỏ và khí đốt Ước tính trên 10 nghìn tỷ tấn, trong đó trữ lượng có thể khai thác là 3.000 tỷ tấn mà 3/4 là than đá Than tập trung chủ yếu ở Bắc bán cầu, trong đó đến 4/5 thuộc về Trung Quốc, Hoa Kỳ, Nga, Ucraina, Đức, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Ba Lan Trong vòng 50 năm qua, tốc độ tăng trung bình là 5,4%/năm, còn cao nhất vào thời kì 1950 - 1980 đạt 7%/năm Từ đầu thập kỉ

90 đến nay, mức tăng giảm xuống chỉ còn 1,5%/năm Mặc dù việc khai thác

và sử dụng than có thể gây hậu quả xấu đến môi trường (đất, nước, không khí ), song nhu cầu than không vì thế mà giảm đi Các khu vực và quốc gia khai thác nhiều than đều thuộc về các khu vực và quốc gia có trữ lượng than lớn trên thế giới Sản lượng than tập trung chủ yếu ở khu vực châu á- Thái Bình Dương, Bắc Mỹ, Nga và một số nước Đông Âu Các nước sản xuất than hàng đầu là Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, Ôxtrâylia, Nga, chiếm tới 2/3 sản lượng than của thế giới Nếu tính cả một số nước như Nam Phi, CHLB Đức,

Ba Lan, CHDCND Triều Tiên thì con số này lên đến 80% sản lượng than toàn cầu

1.2.2 Nhu cầu sử dụng than trên thế giới

Hình 1.3 Top 10 quốc gia khai thác than trên thế giới

Công nghiệp khai thác than ra đời trước tiên ở Anh vào đầu thế kỉ XIX Sau đó, người ta tìm thấy nhiều than ở Hoa Kỳ, Ấn Độ, Canađa Vì thế các quốc gia này lần lượt dẫn đầu về sản lượng than khai thác được của thế giới Sau chiến tranh thế giới thứ hai, hàng loạt bể than khổng lồ đã được phát hiện

ở Nga, Ba Lan, Đông Đức Trong nhiều năm, Nga dẫn đầu về sản lượng than Thị trường than quốc tế mới chỉ chiếm trên 10% sản lượng than khai thác Việc buôn bán than gần đây phát triển nhờ thuận lợi về giao thông đường biển, song sản lượng than xuất khẩu không tăng nhanh, chỉ dao động ở mức

550 đến 600 triệu tấn/năm Từ nhiều năm nay, Ôxtrâylia luôn là nước xuất khẩu than lớn nhất thế giới, chiếm trên 35% lượng than xuất khẩu Tiếp sau là các nước Trung Quốc, Nam Phi, Hoa Kỳ, Inđônêxia, Côlômbia, Canađa, Nga,

Ba Lan Các nước công nghiệp phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc, Hà Lan,

Pháp, Italia, Anh có nhu cầu rất lớn về than và cũng là các nước nhập khẩu than chủ yếu

Hình 1.4 Top 10 quốc gia tiêu thụ than trên thế giới

1.3 Trữ lƣợng và nhu cầu sử dụng than của Việt Nam

1.3.1 Trữ lƣợng than của Việt Nam

Theo Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam – TKV trữ lượng than tại Việt Nam rất lớn: riêng ở Quảng Ninh khoảng 10.5 tỷ tấn [9], trong đó đã tìm kiếm thăm dò 3.5 tỷ tấn (chiếm khoảng 67% trữ lượng than đang khai thác trên cả nước hiện nay), chủ yếu là than antraxit Khu vực đồng bằng sông Hồng được dự báo có khoảng 210 tỷ tấn[9], chủ yếu là than Asbitum, các mỏ than ở các tỉnh khác khoảng 400 triệu tấn Riêng than bùn là khoảng 7 tỉ m3phân bố ở cả 3 miền Tuy nhiên, theo thống kê của Cơ quan thông tin Năng lượng Mỹ (EIA) trữ lượng than Việt Nam có 165 triệu tấn, còn theo tập đoàn

BP thì con số này là khoảng 150 triệu tấn

Bảng 1.1 Trữ lượng than việt nam

I.2 Các mỏ mới ( khu vực

Đông Triều-Phả Lại) và

1.3.2 Nhu cầu sử dụng than của Việt Nam

Ngành than đã đặt vấn đề khai thác nguồn than nâu của khu vực đồng bằng sông Hồng từ năm 2020 Tuy nhiên, việc khai thác bể than đồng bằng Sông Hồng vẫn còn nhiều vấn đề cần được làm rõ trước khi triển khai như: công nghệ và hiệu quả khai thác, tác động tiêu cực đến môi trường và giải pháp giảm thiểu

Theo đánh giá cân đối cung - cầu của Bộ Công Thương, giai đoạn đến hết năm 2015 than khai thác trong nước đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ Từ năm

2016, Việt Nam sẽ phải nhập khẩu than phục vụ các hộ tiêu thụ trong nước, đặc biệt là cho sản xuất điện với khối lượng dự kiến như sau: Năm 2016 khoảng 3-4 triệu tấn; năm 2020 khoảng 35 triệu tấn; năm 2025 khoảng 80 triệu tấn, năm 2030 khoảng 135 triệu tấn

CHƯƠNG II CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỐT THAN ĐƯỢC SỬ

DỤNG TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẠI VIỆT NAM

2.1 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điên sử dụng nguyên liệu than đá

Một nhà máy nhiệt điện than gồm có hai cụm thiết bị chính là cụm lò hơi

để sản xuất ra hơi nước và cụm turbine - máy phát để biến đổi nhiệt năng của dòng hơi thành điện năng [1] Ngoài ra còn có thêm lò hơi phụ trợ phục vụ cho khởi động nhà máy, hệ thống nước làm mát, hệ thống chuẩn bị nhiên liệu (kho than, băng chuyền, máy nghiền than), hệ thống sản xuất khí nén, hệ thống thu hồi tro bay, gom xỉ đáy lò, lọc bụi và xử lý khói thải…

Hình 2.1 Mô hình nhà máy điện sử dụng nguyên liệu than đá

Than cục đã qua nghiền thô từ phểu than được máy cấp đến máy nghiền than, ở đây than được sấy nóng và nghiền mịn thành bột có đường kính trung bình từ 40μm đến 90μm Bột than hỗn hợp với không khí nóng (gió cấp một) phun vào buồng lửa và bốc cháy trong môi trường nhiệt độ cao Không khí

cấp vào lò ngoài gió cấp một còn có thêm gió cấp hai và có thể có thêm gió cấp ba Nhiệt của quá trình cháy bột than truyền cho các ống sinh hơi đặt xung quanh buồng đốt để hóa hơi dòng nước bên trong ống Hỗn hợp hơi và nước ra khỏi ống sinh hơi đi vào bao hơi, trong bao hơi có đặt các thiết bị phân ly hơi nhằm đảm bảo tách tối đa các hạt lỏng bị dòng hơi cuốn theo Hơi bảo hòa tiếp tục đi qua bộ quá nhiệt để nâng nhiệt độ đến giá trị mong muốn trước khi đi vào turbine Hơi có áp suất và nhiệt độ cao theo ống dẫn hơi đi vào thân cao áp của turbine, hơi ra khỏi thân cao áp thường được đưa trở về lò hơi để tái sấy đến nhiệt độ hơi mới rồi đi vào thân trung áp, hơi ra khỏi thân trung áp có thể được đưa trở lại lò hơi để tái sấy thêm một lần nữa hoặc đi trực tiếp vào thân hạ áp Việc tái sấy hơi (hồi nhiệt trung gian) một lần hay hai lần nhằm mục đích nâng cao hiệu suất nhiệt cho turbine

Thiết bị turbine có nhiệm vụ biến nhiệt năng của dòng hơi thành cơ năng trên trục rô-to để dẫn động máy phát điện Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng và được hòa lên lưới điện quốc gia qua máy biến thế Hơi thoát từ thân hạ áp của turbine đi vào bình ngưng nhả nhiệt cho nước làm mát, ngưng

tụ thành nước và được bơm trở lại lò hơi theo một chu trình khép kín Nước làm mát ở đây có thể là nước biển, nước sông, hay nước hồ

Khói đi ra khỏi buồng đốt có nhiệt độ cao nên người ta thiết kế các bộ hâm nước, bộ sấy không khí trên đường khói để tận dụng nguồn nhiệt này nhằm nâng cao hiệu suất lò hơi Tro bay, bụi được tách ra khỏi dòng khói bằng bộ lọc bụi tĩnh điện trước khi thải ra ngoài môi trường

Xỉ đáy lò và tro bay từ bộ hâm nước, bộ sấy không khí, bộ lọc bụi…, được đưa về hệ thống thu gom để tái sử dụng rất hiệu quả trong lĩnh vực xây dựng như sản xuất gạch không nung, làm chất phụ gia cho bê tông

2.2 Các bộ phân chính của nhà máy điện

2.2.1 Cụm lò hơi

Lò hơi là thiết bị trong đó xẩy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi

Lò hơi là thiết bị có mặt gần như trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất hơi nước phục vụ cho quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện, phục vụ cho các quá trình đun nấu, chưng cất các dung dịch, sấy sản phẩm trong các quá trình công nghệ ở các nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, ước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến nông sản và thực phẩm

Tùy thuộc vào nhiệm vụ của lò hơi trong sản xuất, ta có thể phân thành hai loại sau:

Trong các nhà máy công nghiệp như nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến thực phẩm , hơi nước phục vụ cho các quá trình công nghệ như đun nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm thường là hơi bão hòa áp suất hơi tương ứng với nhiệt độ bão hòa cần thiết cho quá trình công nghệ, nhiệt độ thường từ 110 đến 180 0

C [1] Loại lò hơi này được gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản lượng nhỏ

Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay turbine, 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 được gọi là lò hơi nhà máy điện

Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn như than, củi, bã mía,

có thể là nhiên liệu lỏng như dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí [1]

* Chu trình hơi nước (steam cycle )

Biểu đồ 2.1 Chu trình hơi nước

Hình 2.2 Sơ đồ dòng hơi Trong chu trình hở, bơm sẽ tạo ra áp suất nước từ áp suất thường (A) đến

áp suất làm việc của lò hơi ( B) Nước sẽ được cấp nhiệt đến nhiệt độ sôi (C)

và sai đó sẽ bay hơi (D)

Hơi nước quá nhiệt sẽ là đoạn DE trên đồ thì T-s Sự giãn nở từ nhiệt độ cao và áp suất cao về áp suất thấp và nhiệt độ thấp (EF) sẽ tiến hành trong tuarbine

Toàn bộ lượng nhiệt được thể hiện ở chu trình ABCDEF

Với chu trình kín ( close cycle) kết hợp với ngưng tụ được biết đến như chu trình Rankine Quá trình tiếp tục đến F’ ( áp suất dưới áp suất khí quyển), hơi nước được ngưng tụ và quay về vị trí A’ Chu trình lúc này sẽ là A’ABCDEFF [2]

+ Đặc tính kỹ thuật lò hơi

Đặc tính kỹ thuật chính của lò là các đại lượng thể hiện số lượng và chất lượng hơi được sản xuất ra Số lượng hơi sản xuất ra được xác định bằng sản lượng hơi còn chất lượng hơi được xác định bằng thông số hơi

* 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 được biểu thị bằng áp suất và nhiệt độ hơi quá nhiệt: Pqn (Mpa), tqn (0C) [1]

* Sản lượng hơi của lò

Sản lượng hơi của lò là lượng hơi mà lò sản xuất ra được trong một đơn

vị thời gian (Kg/h hoặc Tấn/h) Thường dùng 3 khái niệm sản lượng:

Sản lượng hơi định mức (Dđm): là sản lượng hơi lớn nhất lò có thể đạt được, 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 hưởng xấu đến chế độ làm việc của lò Sản lượng hơi cực đại (Dmax): là sản lượng hơi lớn nhất mà lò có thể đạt được, nhưng chỉ trong một thời gian ngắn, nghĩa là lò không thể làm việc lâu dài với sản lượng hơi cực đại được

Sản lượng hơi kinh tế là sản lượng hơi mà ở đó lò làm việc với hiệu quả kinh tế cao nhất

* Hiệu suất của lò

Hiệu suất của lò là tỉ số giữa lượng nhiệt mà môi chất hấp thụ được ( hay còn gọi là lượng nhiệt có ích) với lượng nhiệt cung cấp vào cho lò [1]

Hiệu suất của lò ký hiệu bằng η

η =

Trong đó: D là sản lượng hơi, (kg/h)

iqn là entanpi của hơi quá nhiệt, (Kj/kg) i’hn là entanpi của nước đi vào bộ hâm nước, (Kj/kg)

B là lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ, (kg/h)

là nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, (Kj/h)

* Nhiệt thế thể tích của buồng lửa

Nhiệt thế thể tích của buồng lửa là lượng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời

gian trên một đơn vị thể tích của buồng lửa

qv =

, (W/m3) Trong đó: Vbl là thể tích buồng lửa, (m3), B (kg/s)

* 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

S = (kg/m2h) D: Sản lượng hơi của lò, (kg/h)

H: diện tích bề mặt sinh hơi (bề mặt đôt), (m2

) 2.2.2 Máy phát

A Turbine khí

Là loại động cơ nhiệt, dạng rotor trong đó chất giãn nở sinh công là không khí

Động cơ gồm ba bộ phận chính là khối máy nén khí (compressor) dạng rotor (chuyển động quay); buồng đốt đẳng áp loại hở; và khối turbine khí rotor Khối máy nén và khối turbine có trục được nối với nhau để turbine làm quay máy nén Khí nén đưa vào buồng đốt, trộn với khí nhiên liệu và đốt, không khí nén nhận được nhiệt từ khí đốt và giãn nở -> không khí giãn nở sẽ làm quay các turbine [2]

Hình 2.3 Cấu tạo turbine khí

B Turbine hơi

Hình 2.4 Cấu tạo turbine hơi Tuabin hơi nước hay còn gọi là động cơ hơi nước, trong đó thế năng của hơi ban đầu sẽ chuyển hóa thành động năng, sau đó chuyển thành cơ năng làm quay bánh công tác

2.3 Các công nghệ đốt than trong nhà máy điện

Một số công nghệ đốt than truyền thống:

Than được nằm cố định trên mặt ghi hoặc chuyển động nhờ ghi Không khí được đưa vào buồng lửa sau khi qua lớp than và tiến hành phản ứng cháy Sản phẩm cháy đi vào buồng lửa, kích thước than 5-10cm, nhiệt độ vùng cháy

1500oC Hiệu suất sử dụng nhiệt phụ thuộc vào điều kiện công nghệ, thông thường công nghệ đốt cháy theo tầng chặt cho năng suất thấp

2.3.2 Công nghệ đốt than tầng sôi

Các kiểu lò đốt tầng sôi được thiết kế đa dạng để đốt cháy có hiệu quả các trạng thái của nhiên liệu và trong môi trường chấp nhận được cho các trạng thái ứng dụng khác nhau

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động đốt than tầng sôi Than thường được trộn với một lượng nhỏ đá vôi qua thiết bị nghiền rồi đưa vào buồng đốt, phía dưới lò luồn không khí nóng được thổi lên Vân tốc không khí tang dần qua các giai đoạn, dẫn đến trạng thái các hạt đơn bị treo lơ lửng trong không khí này gọi là tầng sôi

Khi vận tốc không khí tăng thêm sẽ tạo bong bóng, chuyển động mạnh, pha trộn nhanh và tạo bề mặt nhiên liệu đặc Lớp vật liệu với những hạt rắn này được xem như là dung dịch đun sôi sẽ tạo thành lớp chất lỏng “ tầng sôi”

Phần hơi nóng trong lò sẽ được hấp thụ qua hệ thống trao đổi nhiệt sinh hơi để sử dụng cho quá trình phát điện turbine hơi

Khói thải sẽ đi ra phía trên lò qua một thiết bị lọc các hạt chưa cháy hết, phần khí thải sau khi lọc sẽ đến thiết bị sấy khí tao khí nóng cho quá trình đốt

lò Khí thải sau đó sẽ được thải ra ngoài

Nêu các hạt cát ở trạng thái sôi được đun tới nhiệt độ than có thể bốc cháy, và than được cấp vào lien tục, khi đến lớp nhiên liệu, than sẽ bốc cháy tức thì, và lớp nhiên liệu đạt nhiệt độ đồng đều

Quá trình đốt cháy tầng sôi diển ra ở mức nhiệt độ 840oc đến 950o

c Vì nhiệt độ này thấp hơn nhiệt độ tan chảy rất nhiều, nên có thể trách được các vấn đề xỉ nóng chảy và văn đề khác có liên quan

Nhiệt độ cháy thấp hơn đạt được là do hệ số truyền nhiệt cao nhờ sự pha trộn nhanh ở tầng sôi và sự thoát nhiêt liệu hiệu quả từ lớp nhiên liệu qua những ống truyền nhiêt trong lớp nhiên liệu và thành của tầng nhiên liệu Vận tốc khí được duy trì ở giửa khoảng vận tốc sôi tối thiểu và vận tốc các hạt nhiên liệu cuốn theo Điều này giúp đảm bảo sự vận hành ổn định của lớp nhiên liệu và tránh các hạt cuốn theo vào không khí

 Một số kiểu lò hơi đốt tầng sôi

+ Lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí

Phần lớn các lò hơi vận hành dạng này là theo quá trình cháy tầng sôi không khí

Quá trình này phức tạp hơn là bổ sung một buồng đốt tầng sôi vào lò hơi

vỏ sò truyền thống Những hệ thống như thế này được lắp đặt tương tự như lò hơi ống nước Than được đập theo cỡ 1 – 10 mm phụ thuộc vào loại than, loại nhiên liệu cấp cho buồng đốt Không khí khí quyển, đóng vai trò là cả khí đốt

và khí tầng sôi, được cấp vào ở một mức áp suất, sau khi được đun nóng sơ

bộ bằng khí thải Những ống trong tầng nhiên liệu mang nước đóng vai trò là

thiết bị bay hơi Những sản phẩm khí của quá trình đốt đi qua bộ phận quá nhiệt của lò hơi, qua bộ phận tiết kiệm, thiết bị thu hồi bụi và thiết bị đun nóng khí sơ bộ trước khi ra không khí [11]

+ Lò hơi buồng lửa tầng sôi điều áp

Ở loại lò hơi này, một máy nén khí sẽ cung cấp khí sơ cấp cưỡng bức (FD) và buồng đốt là một nồi áp suất Tốc độ thoát nhiệt trong tầng sôi tỷ lệ với áp suất của tầng sôi và do dó, tầng sâu sẽ giúp thoát nhiệt nhiều Nhờ vậy, hiệu suất cháy và sự hấp thụ S2 trong tầng nhiên liệu Hơi được tạo ra trong hai ống, một nằm trong tầng sôi và một nằm trên Khí lò nóng có thể chạy turbine sử dụng gas phát điện Hệ thống PFBC có thể được sử dụng trong đồng phát (hơi và điện) hoặc phát điện chu trình kết hợp Việc vận hành chu trình kết hợp (turbine dung gas và tua bin chạy bằng hơi nước) sẽ cải tiện hiệu suất chuyển đổi toàn phần từ 5 đến 8 % [11]

+ Lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí

Với hệ thống tuần hoàn, các thông số của tầng nhiên liệu được duy trì để thúc đẩy việc loại sạch những hạt rắn trong tầng nhiên liệu Chúng nâng lên, pha trộn trong dàn ống lên và hạ xuống theo cyclon phân li và quay trở lại Trong tầng nhiên liệu, không có ống sinh hơi

Việc sinh hơi và làm quá nhiệt hơi diễn ra ở bộ phận đối lưu, thành ống nước và ở đầu ra của dàn ống nâng lên Các lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí thường kinh tế hơn so với lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí khi áp dụng trong các doanh nghiệp công nghiệp cần sử dụng lượng hơi lớn hơn 75 –

100 T/h Với các nhà máy có nhu cầu lớn hơn, nhờ đặc điểm lò đốt cao của hệ thống lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn khí sẽ cung cấp khoảng trống lớn hơn để sử dụng, các hạt nhiên liệu lớn hơn, và thời gian lưu hấp thụ để đạt hiệu suất cháy và mức SO2 cao hơn, việc áp dụng các công nghệ để kiểm soát mức NOx cũng dễ dàng hơn so với lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí

2.3.3 Công nghệ đối than phun

Hình 2.8 Lò đốt than phun (1) Ba long, (2) đường nước cấp, (3) vòi phun nhiên liệu, (4) vòi đốt, (5) buồng đốt, (6) nơi làm nguội tro xỉ trước khí cho ra ngoài, (7) nơi hứng xỉ than, (8) bơm nước cấp, (9) ống khói, (10) bộ sấy khí, (11) quạt gió, (12) quạt khói, (13) bộ hâm nước, (14) dàn ống nước xuống, (15) dàn ống nước lên, (16) vỏ buồng đốt, (17) pheston, (18) bộ quá nhiệt

Hầu hết các nhà máy nhiệt điện (than) đều sử dụng lò hơi dùng nhiên liệu phun, và rất nhiều lò hơi ống nước công nghiệp cũng sử dụng loại nhiên liệu phun này Công nghệ này được nhân rộng rất nhanh và hiện có hàng nghìn nhà máy áp dụng, chiếm hơn 90% công suất đốt than Than được nghiền thành bột mịn sao cho dưới 2% có đường kính +300 micrometer (μm)

và 70-75 % nhỏ hơn 75 microns, đối với than bitum Cũng cần lưu ý rằng, bột quá mịn sẽ gây lãng phí điện sử dụng cho máy nghiền Mặt khác bột to quá sẽ không cháy hết trong buồng đốt và dẫn tới tổn thất do chưa cháy hết Hình 2.10 đốt cháy theo phương tiếp tuyến ở nhiên liệu phun (nguồn tham khảo

không xác định) Than nghiền được phun cùng với một phần khí đốt vào dây chuyền lò hơi thông qua một số vòi đốt Quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ từ 1300-1700 °C, phụ thuộc nhiều vào loại than Thời gian lưu của các than trong lò điển hình từ khoảng 2 đến 5 giây, và kích thước hạt phải nhỏ vừa để hoàn tất quá trình đốt, diễn ra trong khoảng thời gian này Hệ thống kiểu này

có rất nhiều ưu điểm như khả năng cháy với các loại than chất lượng khác nhau, phản ứng nhanh với các thay đổi mức tải, sử dụng nhiệt độ khí đun nóng sơ bộ cao Một trong những hệ thống phổ biến nhất để đốt than nghiền

là đốt theo phương tiếp tuyến sử dụng 4 góc để tạo ra quả bóng lửa ở giữa lò

Hình 2.9 Đốt cháy theo phương tiếp tuyến của nhiên liệu phun

2.4 Đánh giá các công nghệ đốt than hiện tại

2.4.1 Hiệu quả kinh tế

Các nhà máy nhiệt điện than hiện tại sử dung công nghệ truyền thống dẫn đến hiệu suất thu nhiệt không cao

Nguyên liệu cũng là yếu tố ảnh hưởng, nguyên liệu hiện tại đang sử dung

là than antraxit hàm lượng chất bốc thấp qua bảng 2.1, dẫn đến hiệu quả cháy không cao

Lượng khí NOx, SOx,… trong quá trình sử dung lò hơi đốt than sinh ra

vô cùng lớn so với các kiểu lò hơi đốt dầu diesel và khí tự nhiên, gây nên hiệu ứng nhà kính, chi phí đầu tư hệ thống xử lý khí thải vô cùng tốn kém

Bảng 2.2 Kết quả khảo sát lượng khí thải của Nhà máy nhiệt điện xài nguyên liệu than so với Nhà máy nhiệt điện sử dụng nguyên lieu dầu DO và khí

Đơn vị: tấn/năm (CO2: nghìn tấn/năm)

Qua biểu đồ 2.2, ta thấy lượng xỉ than đốt từ công nghệ truyền thống thải

ra với số lượng vô cùng lớn Vấn đề giải quyết lượng chất thải rắn trên cũng

là nan giải với những nhà máy nhiệt điện than hiện nay

Biểu đồ 2.2 Tương quan lượng tro thải ra và công suât nhà máy nhiệt điện tại

Việt Nam

CHƯƠNG III KHÍ HÓA THAN

3.1 Tổng quan về khí hóa than

3.1.1 Cơ sở lý thuyết về khí hóa than

Khí hóa than là quá trình dùng oxy (hoặc không khí, hoặc không khí giàu oxy, hơi nước, nói chung gọi là chất khí hóa) phản ứng với than ở nhiệt độ cao chuyển nhiên liệu từ dạng rắn sang dạng nhiên liệu khí Nhiên liệu này được gọi chung là khí than với thành phần cháy được chủ yếu là CO, H2,

CH4 dùng làm nhiên liệu khí dân dụng, trong công nghiệp hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp NH3, tổng hợp CH3OH [12]

Các phản ứng cơ bản cần được thực hiện trong quá trình khí hóa bao gồm:

Phản ứng hoá học dị thể xảy ra trong vùng cháy:

C + O2 = CO2 + Q

C + O2 = CO + Q Không khí đưa vào có chứa hơi nước phản ứng với cácbon ở nhiệt độ cao:

C + H2O = H2 + CO - Q

Trong vùng suy giảm, CO2 tạo ra trong vùng cháy bị khử bởi khí CO theo phản ứng Boudouard:

CO2 + C = 2CO + Q Trong vùng suy giảm còn xảy ra một phản ứng tạo H2 như sau:

CO + H2O = CO2 + H2 + Q Khí mêtan cũng được tạo ra trong thiết bị hoá khí:

C + 2H2 = CH4 + Q

CO + 3H2 = CH4 + H2O +Q

3.1.2 Pham vi ứng dụng của khí hóa than

Hiện nay phạm vi ứng dụng của khí hóa than trên thế giới rất đa dạng từ sản xuất năng lượng từ than, sản xuất dầu thô từ than, các sản phẩm khác từ quá trình khí hoa như: methanol, ammoniac, phân ure, CO2, nhựa than…

3.2 Cấu tạo của than và thành phần hóa học của than

3.2.1 Cấu tạo của than

Hình 3.1 Cấu tạo than

Cấu trúc than gồm 2 phần chính:

Nhân là hợp chất cao phân tử trùng hợp và chủ yếu là vòng thơm ngưng tụ

Nhánh là các hợp chất cao phân tử trùng hợp thẳng trong đó có loại no, không

no, vòng… và các dịnguyên tố như O, N, S…Phần nối giữa nhánh và nhân đó

là các cầu nối -O-, -CH2-, -CH3, -NH2…

Trong quá trình biến tính của than kích thước phần nhân tằng dần , phần nhánh giảm dần độ ngưng tụ tăng, phần nhánh và các cầu nối giảm

Trong phân tử than có chứa các nhóm chức mang oxy như –OH, - OCH3, -COOH, -CO Những liện kết oxy trong phân tử than gồm hai liên kết bền và không bến Tổng quá trình biến tính các liên kết bền giảm và những nhóm chức chứa oxy cũng giảm

Phần nhân là phần có cấu trúc hoàn chỉnh, trật tự và khả năng phản ứng kém Phần nhánh không hoàn chỉnh và khả năng phản ứng cao hơn

Tỷ lệ phần nhân và phần nhánh trong đơn vị cấu trúc biến đổi theo độ biến tính và có ảnh hưởng quyết định tới sự biến đổi các tính chất hoá học, cơ

lý của than cũng như ảnh hưởng quá trình chế biến than, chất lượng của sản phẩm chế biến than sau này

3.2.2 Thành Phần hóa học của than

 Thành phần nguyên tố

Nguyên tố Cacbon

Là nguyên tố quan trọng nhất trong than, khi cháy tỏa ra một lượng nhiệt lượng lớn ( Q = 8140Kcal/KgC) [7] Cacbon nằm trong than dưới dạng liên kết do đó khả năng phản ứng kém Trong quá trình nhiệt phân chỉ một lượng nhỏ cacbon thoát ra ở dạng hơi và khí Chủ yếu cacbon còn lại ở sản phẩm rắn trong quá trình nhiệt phân

Khi độ biến tính tăng thì hàm lượng cacbon tăng và hàm lượng Cthơmcũng tăng

Phương pháp xác định hàm lượng cacbon :

Nguyên tố Hydro

Hydro là thành phần cháy quan trọng của nhiên liệu rắn, khi cháy toả ra nhiệt lượng 144.500 kJ/kg Nhưng lượng hydro có trong thiên nhiên rất ít Trong nhiên liệu lỏng hydro có nhiều hơn trong nhiên liệu rắn[7]

Xác định hàm lượng hydro thường tiến hành song song với xác định hàm lượng cacbon Khi thu được hơi nước đã bao gồm cả lượng ẩm của nhiên liệu cũng như muối kết tinh của các khoáng do vậy trong quá trình tính toán phải loại trừ muối kết tinh của khoáng…

Khi độ biến tính tăng thì hàm lượng hydro giảm dần

Nguyên tố oxi và nitơ

Oxy và nitơ là những chất trơ trong nhiên liệu rắn và lỏng Sự có mặt của oxy và nitơ làm giảm thành phần cháy của nhiên liệu, làm cho nhiệt trị của nhiên liệu giảm xuống Nhiên liệu càng non thì oxy càng nhiều Khi đốt nhiên liệu, nitơ không tham gia quá trình cháy chuyển thành dạng tự do ở trong khói Nitơ là nguyên tố duy nhất nằm ở phần hữu cơ của than Nitơ khi cháy sinh ra khí NOx, khi nhiệt phân thoát ra dưới dạng NH3, piridin hoặc các chất xyan

Hàm lượng nitơ trong than càng nhiều bao nhiêu thì trong quá trình chế biến cũng sẽ càng phức tạp

Nguyên tố Lưu huỳnh ( hữu cơ và vô cơ)

Lưu huỳnh dạng pyrit nằm trong than dạng tinh thể lập phương FeS2.Lưu huỳnh sunfat (Ssul) chủ yếu là CaSO4 và có lẫn một chút FeSO4 và muối sunfat của các kim loại khác Nguyên nhân là do các nguồn nước mang vào trong than hoặc do quá trình oxy hoá FeS2

Lưu huỳnh hữu cơ (Shydrocacbon) chủ yếu nằm trong than dạng mecaptan hoặc thiofen Nguồn gốc là do lưu huỳnh có sẵn trong thực vật ban đầu để lại khi tạo than Lưu huỳnh là thành phần cháy trong nhiên liệu Trong than lưu huỳnh tồn tại dưới ba dạng: liên kết hữu cơ, khoáng chất liên kết sunfat Lưu huỳnh hữu cơ và khoáng chất có thể tham gia quá trình cháy gọi là lưu huỳnh cháy Còn lưu huỳnh sunfat thường nằm dưới dạng CaSO4, MgSO4 , FeSO4 …[7] những liên kết này không tham gia quá trình cháy mà chuyển thành tro của nhiên liệu

Phản ứng đốt cháy lưu huỳnh pyrite

4FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO2 Lưu huỳnh hữu cơ cũng biến thành SO2 còn lưu huỳnh sulfat còn lại trong tro dưới dạng muối sulfat kim loại Khi cốc hóa than chì 70% Schungchuyển vào than cốc, còn SO2 dễ liên kết với một số oxit kim loại, làm tăng hàm lượng S trong than Nên lưu huỳnh là một trong những nguyên tố không

có lợi cho việc sử dụng than Chẳng hạn khi dùng than cốc để luyện gang thì

S chuyển vào trong gang làm tăng tính giòn xốp ở gang Trong than trung bình Schung = 0,6% và không lớn hơn 0,8% thường được xác định bằng phương pháp khối lượng BaSO4, phá mẫu bằng hỗn hợp Eska (nên thường được gọi là phương pháp Eska)

Lưu huỳnh nằm trong nhiên liệu rắn ít hơn trong nhiên liệu lỏng Nhiệt trị của lưu huỳnh bằng khoảng 1/3 nhiệt trị của cacbon Khi cháy lưu huỳnh

sẽ tạo ra khí SO2 hoặc SO3 Lúc gặp hơi nước SO3 dễ hoà tan tạo ra axit

H2SO4 gây ăn mòn kim loại Khí SO2 thải ra ngoài là khí độc nguy hiểm vì vậy lưu huỳnh là nguyên tố có hại của nhiên liệu

Sự biến đổi hàm lượng S không phụ thuộc vào độ biến tính của than mà phụ thuộc vào điều kiện tạo than

Để xác định cụ thể Ssul, Sspyrit và Shydrocacbon có phương pháp phân tích riêng biệt

Lưu huỳnh là nguyên tố có hại cho các quá trình sử dụng vì khi đốt tạo

ra SO2, SO3 gây ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường

Nếu trong than luyện cốc có nhiều S thì sẽ dẫn đến giảm chất lượng cốc, nếu than cho quá trình khí hoá thì S gây ra ngộ độc xúc tác

 Thành phần kỹ thuật

Trong than có hai phần: phần hữu cơ, phần vô cơ

Phần hữu cơ: đó là phần cơ bản nhất cuả than gồm các nguyên tố C, H,

O, N, S Phần hữu cơ là phần quan trọng nhất vì nó có khả năng cháy được và toả ra một lượng nhiệt lớn

Phần vô cơ: là phần khoáng có chứa các muối cacbonat, silicat… và còn

có các nguyên tố hiếm khác như Be, Br, Ge, Zr… Phần vô cơ không có khả năng cháy và là phần vô ích của nhiên liệu Khi cháy chúng biến thành tro Phần hữu cơ bao gồm toàn bộ C, H, O, N và ký hiệu là (Organic)

Phần cháy gồm các nguyên tố C, H, O, N, S và ký hiệu là (Combustion ) Phần khô là phần chất được cộng với hàm lượng tro (ký hiệu Dry )

Phần làm việc bao gồm toàn bộ cấu tử có trong than ở trạng thái ban đầu (ký hiệu là As received)

Bảng 3.1 Thông số thành phần kỹ thuật than

Thành phần kỹ thuật của than:

3.2.3 Chỉ tiêu chất lƣợng than việt nam

+ Yêu cầu kỹ thuật với than thương mại