Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Luận án tiến sĩ)
Trang 11
PHẦN MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ lớp sôi tuần hoàn (CFB) được du nhập vào Việt Nam từ những năm đầu của thế kỷ 21 thông qua các dự án sản xuất điện theo hình thức Chìa khóa trao tay (Turnkey Project) Do vậy, thực tế áp dụng công nghệ CFB ở Việt Nam, vẫn cho thấy còn nhiều tồn tại trong thiết kế, vận hành, bảo dưỡng Thực tế cho thấy, chế độ khí động của buồng đốt kiểu CFB phụ thuộc chủ yếu vào các thông số vận hành (vận tốc hạt rắn, vận tốc gió, khối lượng riêng lớp hạt, độ cứng của hạt, nhiệt độ lớp hạt và đường kính hạt rắn) và được đặc trưng bởi tốc độ tuần hoàn hạt Sự tuần hoàn của hạt quyết định đến hiệu suất cháy, hiệu quả khử lưu huỳnh, khả năng trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt, cũng như là các vấn đề khí động liên quan đến vận hành như mài mòn, đóng xỉ, Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu đầy đủ nào về chế độ khí động nói chung, tốc độ tuần hoàn hạt nói riêng trong các buồng đốt kiểu lớp sôi tuần hoàn.Vì vậy, việc hiểu rõ cơ chế tuần hoàn hạt trong CFB, phân tích và lượng hóa tác động của các thông số vận hành đến tuần hoàn hạt và trao đổi nhiệt trong buồng đốt CFB là hết sức cần thiết nhằm hỗ trợ cho công tác thiết kế, vận hành và bảo dưỡng thiết bị sử dụng công nghệ CFB, nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồn năng lượng sơ cấp Mặt khác, ưu điểm của công nghệ CFB về phương diện bảo vệ môi trường cũng cần được nhận dạng và lượng hóa, nhằm góp phần thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi công nghệ sạch này trong tương lai gần Do vậy, việc sử dụng phân tích vòng đời để nhận dạng
và lượng hóa công nghệ sạch CFB theo quan điểm bảo vệ môi trường
để đảm bảo xem xét các yếu tố phát thải một cách toàn diện của quá trình sản xuất điện năng: từ đầu nguồn (từ khai thác nhiên liệu), vận chuyển nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu và cho đến cuối nguồn (thải bỏ)
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Các ưu điểm mà công nghệ CFB đem lại chủ yếu do yếu tố khí động học, mà đặc trưng là tốc độ tuần hoàn hạt (SCR) trong lớp sôi
Do vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài đặt ra là: i) Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành (vận tốc gió sơ cấp, vận tốc gió tuần hoàn hạt, đường kính hạt, khối lượng lớp sôi, v.v) đến tốc độ tuần hoàn hạt (solid circulation rate, SCR); ii) Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành (tốc độ cấp gió dưới ghi, đường kính hạt, nhiệt
độ lớp sôi, v.v) đến hệ số trao đổi nhiệt giữa lớp sôi với tường buồng đốt; và iii) Nghiên cứu, nhận dạng và lượng hóa tiềm năng giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường của CFB so với các công nghệ đốt than truyền thống để sản xuất điện năng
Trang 22
3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình về khí động học CFB, ảnh hưởng của các thông số vận hành (đường kính trung bình hạt, khối lượng lớp hạt, tốc độ gió dưới ghi, tốc độ gió tuần hoàn hạt, chiều cao
và diện tích mặt cắt ngang lớp sôi) đến tốc độ tuần hoàn hạt trong buồng đốt (CFB) được xem xét và lượng hoá
Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình về trao đổi nhiệt trong CFB, ảnh hưởng của các thông số vận hành (đường kính trung bình hạt, khối lượng lớp hạt, tốc độ gió dưới ghi, chiều cao và diện tích mặt cắt ngang lớp sôi) đến hệ số trao đổi nhiệt từ lớp sôi đến tường buồng đốt trong khoảng nhiệt độ của lớp sôi dao động từ 700C -1000C
Nghiên cứu chu trình vòng đời của CFB được giới hạn trong 3 khâu: i) khai thác than, ii) vận chuyển than từ nơi khai thác đến nhà máy nhiệt điện, và iii) đốt than trong nhà máy điện Trong nghiên cứu này, ta chỉ xét phát thải của CO2, là một trong các khí chính gây ra hiệu ứng nhà kính;
4 Phương pháp nghiên cứu
Đối với mục tiêu cụ thể 1:
+Thu thập và cập nhật thông tin trong và ngoài nước về các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm của các tác giả trước đây
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Chỉnh sửa mô hình hiện có tại Viện Khoa học và công nghệ Nhiệt lạnh, Đại học Bách khoa Hà Nôi.Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số vận hành, xây dựng biểu thức thực nghiệm xem xét ảnh hưởng đồng thời của các thông số vận hành đối với tốc độ tuần hoàn hạt
Đối với mục tiêu cụ thể 2:
+ Thu thập và cập nhật thông tin trong và ngoài nước về các nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm của các tác giả trước đây
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông
số vận hành, xây dựng biểu thức thực nghiệm xem xét ảnh hưởng đồng thời của các thông số vận hành đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn
Đối với mục tiêu cụ thể 3:
Thu thập và tổng hợp các thông tin, nghiên cứu tài liệu trong và ngoài nước về vòng đời và đánh giá vòng đời; Khảo sát, nghiên cứu thực tế, thu thập, phân tích số liệu vận hành tại các nhà máy điện Na Dương và Uông Bí Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán phát thải vong đời CO2 của nhà máy, xác định chí phí biên giảm phát thải khí
CO2 đối với trường hợp sử dụng công nghệ buổng đốt kiểu CFB thay thế cho công nghệ đốt truyền thống
Trang 3Góp phần làm rõ ưu điểm về mặt lợi ích môi trường của công nghệ CFB so với các công nghệ năng lượng truyền thống khác hiện đang được sử dụng trong khu vực sản xuất điện năng Việc so sánh công nghệ CFB với công nghệ than phun (Pulverised fuel, PF) theo quan điểm phát thải vòng đời CO2 đã góp phần làm rõ khả năng áp dụng và nhân rộng công nghệ CFB ở Việt Nam trong tương lai gần
- Ý nghĩa về mặt học thuật và thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khí động lớp sôi tuần hoàn đã đưa
ra biểu thức thực nghiệm về quan hệ của các thông số vận hành với tốc
độ tuần hoàn hạt (solid circulation rate-SCR), cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số vận hành (đường kính hạt, khối lượng lớp, vận tốc gió sơ cấp, vận tốc gió tuần hoàn hạt) đối với SCR và biểu thức thực nghiệm cho phép xác định SCR khi biết các thông số vận hành, thông số kích thước hình học của CFB;Kết quả nghiên cứu cho thấy,
có thể xây dựng các biểu thức thực nghiệm cho các thiết bị kiểu CFB
đã và đang vận hành hiện nay khi biết thông số hình học của thiết bị và các thông số vận hành (kích thước hạt, khối lượng hạt và vận tốc gió
sơ cấp, vận tốc gió tuần hoàn hạt, ) từ đó lựa chọn chế độ khí động của thiết bị kiểu CFB phù hợp với điều kiện vận hành, giảm thiểu vấn
đề vận hành có nguyên nhân từ chế độ khí động, giúp công tác vận hành hiệu quả thiết bị, nâng cao hiệu suất cháy và hiệu quả truyền nhiệt từ lớp tới bề mặt vách buồng đốt
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt trong CFB đã đưa ra biểu thức thực nghiệm quan hệ giữa các thông số vận hành với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn, cho phép đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số vận hành đối với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách Kết quả nghiên cứu giúp xây dựng các biểu thức thực nghiệm tương tự cho các thiết bị kiểu CFB đã và đang vận hành hiện nay để có thể đánh giá sự thay đổi hệ số trao đổi nhiệt trong buồng đốt ở các chế độ vận hành khác nhau, giúp lựa chọn chế độ vận hành hiệu quả thiết bị kiểu CFB
Kết quả nghiên cứu về đánh giá vòng đời công nghệ đốt lớp sôi tuần hoàn đã xây dựng được mô hình so sánh công nghệ theo quan điểm phát thải vòng đời, phương pháp tính chi phí biên giảm phát thải khí nhà kính Kết quả nghiên cứu có thể được làm cơ sở cho các nhà đầu
Trang 44
tư ra quyết định lựa chọn công nghệ sản xuất điện nói riêng và sản xuất năng lượng nói chung trong điều kiện thực tế của mỗi dự án ở Việt Nam Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, có thể áp dụng công nghệ CFB ở Việt Nam để nâng cao hiệu quả sản xuất điện đồng thời giảm phát thải CO2 mà không đòi hỏi kinh phí bổ sung/hỗ trợ từ Nhà nước hoặc từ các tổ chức quốc tế theo cơ chế phát triển sạch
6 Điểm mới của luận án
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khí động CFB đã đánh giá ảnh hưởng của các thông số vận hành (đường kính hạt, khối lượng lớp, vận tốc gió sơ cấp, vận tốc gió tuần hoàn hạt) đối với tốc độ tuần hoàn hạt (solid circulation rate, SCR) và biểu thức thực nghiệm cho phép xác định SCR khi biết các thông số vận hành, thông số kích thước hình học của CFB;
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt trong CFB đã đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số vận hành đối với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách và đã đề xuất biểu thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt khi biết các thông số vận hành, thông số kích thước hình học của CFB;
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật tính toán đã sử dụng và kết quả thu được cho phép so sánh công nghệ nhiệt điện đốt than đã được phát triển và áp dụng để nhận dạng và định lượng tiềm năng giảm phát thải
CO2 của công nghệ lớp sôi tuần hoàn so với công nghệ PF hiện đang được sử dụng ở Việt Nam Xét theo quan điểm vòng đời, các kết quả nghiên cứu về việc sử dụng công nghệ lớp sôi tuần hoàn vào sản xuất điện năng là hoàn toàn khả thi về mặt kinh tế và môi trường
7 Bố cục luận án
Luận án gồm 183 trang: lời cam đoan (01 trang); lời cảm ơn (01 trang); mục lục (03 trang); danh mục ký hiệu, chữ viết tắt (05 trang); danh mục bảng, biểu (01 trang); danh mục hình vẽ, sơ đồ (05 trang); phần mở đầu (04 trang) Nội dung chính của luận án bao gồm 4 chương, 140 trang Chương 1 (51 trang) trình bày lý thuyết cơ bản về khí động học, trao đổi nhiệt trong CFB, vòng đời và ứng dụng vòng đời để so sánh công nghệ Chương 2 (55 trang) trình bày các kết quả nghiên cứu thực nghiệm về khí động và trao đổi nhiệt trong CFB trên
mô hình CFB Chương 3 (29 trang) trình bày lý thuyết về vòng đời, so sánh công nghệ và ứng dụng vòng đời để so sánh công nghệ nhiệt điện đốt than theo quan điểm phát thải vòng đời Các đánh giá và khuyến nghị trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của đề tài được trình bày ở Chương 4 (05 trang); tài liệu tham khảo (06 trang); danh mục công trình của tác giả (01 trang); phụ lục (16 trang)
Trang 55
CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘNG HỌC VÀ TRAO ĐỔI
NHIỆT TRONG LỚP SÔI TUẦN HOÀN
1.1 Tổng quan về khí động học
Nghiên cứu tổng quan về khí động học CFB nhằm xác định các thông số đặc trưng và ảnh hưởng của các thông số này đến đặc tính khí động của lớp sôi
1.1.1 Phân bố giáng áp lớp sôi nhanh
Giáng áp lớp sôi nhanh có thể được tính toán xấp xỉ theo công thức thực nghiệm của Kafa [60]:
g p g g p
v
e u g u
p 87 , 69 * * * / 0,6* 2* 2,89* /
Trường hợp giáng áp được đo trực tiếp trên ống lên tương ứng với các khoảng đo (L), độ rỗng slớp sôi tại một điểm được ước lượng từ gradient, P / L có thể được ước lượng như sau (Chong và cộng sự [35], 1988; Nag và Ali, 1992 [78]):
p p
Nếu không thể xác định được giáng áp thì mật độ lớp hạt có thể được tính toán bằng biểu thức xấp xỉ sau [60]:
g p g g p b
V
e u g
u / 0.6* 2* 2,89* /
*
* 4 ,
1.1.2 Vận tốc sôi tối thiểu
Vận tốc sôi tối thiểu (Umf) là vận tốc mà tại đó các hạt rắn bắt đầu trạng thái lơ lửng, và được xác định như sau:
,
3 2
g g p p mf
g d
Trang 66
2 3
p b g p
Re <0,4
18
Ar U
33 ,
SCR được tính toán trên cơ sở xác định tốc độ hạt trong CFB Tùy thuộc và cấu trúc buồng đốt và chế độ vận hành của CFB, tốc độ trung bình của hạt có thể được xác định tại các vị trí khác nhau của CFB: i) tại van L (Kim và cộng sự [97], Chovichien và cộng sự [76]), ii) tại ống xuống, Seo và cộng sự [75], Lim và cộng sự [58]; Kalita và cộng
sự [88]; và iii) tại ống lên (Tatjana và cộng sự [98]) Phương pháp xác định tốc độ hạt, do vậy cũng rất khác nhau
Các nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp xác định SCR và ảnh hưởng của các thông số vận hành đối với SCR: Lương và cộng sự [82] nghiên cứu ảnh hưởng của gió sơ cấp, khối lượng lớp, kích thước hạt; Kim và cộng sự [97] nghiên cứu ảnh hưởng của đường kính hạt và tốc
độ gió tuần hoàn hạt qua loop seal; Seo và cộng sự [75] nghiên cứu ảnh hưởng của gió sơ cấp, tốc độ gió tuần hoàn hạt; Lim và cộng sự [58] nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió tuần hoàn hạt và khối lượng lớp; Kalita và cộng sự [88] nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất vận hành
và khối lượng lớp; Lim và cộng sự [58], Chovichien [76] nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gió tuần hoàn hạt tại van L
Trang 77
Mặc dù các điều kiện thí nghiệm của các tác giả trên là khác nhau, kết quả cho thấy SCR tăng khi: tăng tốc độ gió sơ cấp; tăng tốc độ gió tuần hoàn hạt; tăng khối lượng lớp; giảm đường kính hạt
Tuy nhiên, các nghiên cứu về SCR trong CFB được đề cập ở trên chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của một vài thông số vận hành đơn lẻ đối với SCR và không nhiều tác giả đề xuất biểu thức xác định SCR theo các thông số vận hành Vì vậy, tác giả đề xuất lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các thông số vận hành đến SCR trên mô hình CFB hiện có tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt-Lạnh, Đại học Bách Khoa Hà Nội
1.3 Tổng quan về truyền nhiệt trong lớp sôi tuần hoàn
1.3.1 Truyền nhiệt từ lớp sôi tới vách
Trao đổi nhiệt từ lớp sôi nhanh đến vách buồng đốt bao gồm các thành phần sau [87]: i) dẫn nhiệt từ các cụm hạt; ii).Đối lưu từ pha phân tán; và iii).Bức xạ từ cả hai pha này Tùy thuộc vào mô hình lý thuyết về truyền nhiệt từ lớp tới vách (mô hình hạt đơn; mô hình tái tạo cụm hạt; mô hình màng liên tục) được áp dụng trong quá trình nghiên cứu mà các thành phần của quá trình trao đổi từ lớp tới vách nêu trên được xác định bằng các cách khác nhau Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện nay chủ yếu sử dụng mô hình tái tạo cụm hạt để nghiên cứu Dưới đây là chi tiết mô hình tái tạo cụm hạt:
Nếu f là phần diện tích trung bình của vách bị che phủ bởi các cụm hạt thì hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trung bình theo thời gian K
có thể được viết như là tổng của hệ số truyền nhiệt đối lưu Kc và hệ số truyền nhiệt bức xạ Kr [87]
, 0
D C C C
K cd pp l tg (1.35) Với dẫn nhiệt bởi cụm hạt (Kdcp ), dẫn nhiệt qua lớp khí (Kw), chiều dày khe khí ( ), các thành phần này được xác định như sau:
dcp
t
c K
(1.40)
Trang 8cp cp w
dcp
ccp
d C
t K
4
1 1
Trao đổi nhiệt bức xạ từ lớp sôi nhanh bao gồm hai thành phần: phần vách buồng đốt tiếp xúc với các cụm hạt sẽ nhận được bức xạ nhiệt trực tiếp từ các cụm hạt này, phần vách còn lại nhận nhiệt bức xạ
Trao đổi nhiệt bức xạ từ pha phân tán (K rd )
Bức xạ giữa pha loãng và
w b rd
T T e e
T T K
4 4
b w
w cp
w b rcp
T T e e
T T K
4 4
Trong đó, ew và ed là độ đen tương ứng của vách và pha loãng tại
Tw và Tb[87], ed được xác định theo biểu thức (1.47)
e B
e
e B
e
e
e
p p p
p p
1
5 , 0
kW/m2K4), ecp được xác định theo biểu thức (1.49):
1.4 Các nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn
Gupta, Nag [24] nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và gió sơ cấp đến truyền nhiệt từ lớp tới vách trong một ống lên CFB có áp Kết quả thí nghiệm của Gupta, Nag [24] cho thấy, hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách tăng cùng với áp suất vận hành và tốc độ gió sơ cấp Hệ số truyền nhiệt từ lớp tới vách tăng cùng với mật độ lớp hạt và nhiệt độ lớp sôi Kalita và cộng sự [88] đã nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt, khối lượng lớp và áp suất vận hành đối với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong một CFB Kết quả thí nghiệm của Kalita và cộng sự [88]
Trang 99
cho thấy, hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách tăng cùng với áp suất vận hành và tốc độ gió sơ cấp
Pagliuso và cộng sự [59] đã phân tích kết quả thực nghiệm đối với
hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách, bỏ qua thành phần bức xạ Kết quả thực nghiệm cho thấy mật độ lớp hạt giảm dọc theo chiều cao buồng đốt, nhưng lại tăng ở tại đỉnh do ảnh hưởng của quán tính của
bộ phân ly hạt tại đầu ra Hệ số trao đổi nhiệt từ lớp đến vách tăng cùng với mật độ lớp hạt, các hạt nhỏ hơn có mật độ lớp hạt cao hơn và ảnh hưởng lớn hơn đến hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách
Afsin Gungor [22] đã đã sử dụng mô hình tái tạo cụm hạt được sửa đổi để nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số vận hành (đường kính hạt, tỷ phần cụm hạt, mật độ lớp hạt, tốc độ gió sơ cấp, tốc độ tuần hàn hạt) đối với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong CFB Kết quả thí nghiệm của Afsin Gungor [22] cho thấy hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách tăng cùng với mật độ hạt
Koksal và cộng sự [74] đã nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt CFB có gió thứ cấp Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ số truyền nhiệt từ lớp tới vách tăng cùng với SCR
Nirmal và cộng sự [46] đã thực hiện nghiên cứu với truyền nhiệt từ lớp tới vách với mô hình tái tạo cụm hạt Kết quả thí nghiệm cho thấy
hệ số dẫn nhiệt của lớp đến vách tăng cùng với nhiệt độ lớp sôi
CHƯƠNG 2-NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHÍ ĐỘNG HỌC
VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP SÔI TUẦN HOÀN 2.1 Nghiên cứu thực nghiệm khí động học lớp sôi tuần hoàn
2.1.1 Mô hình xác định tốc độ tuần hoàn hạt trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn
Mô hình nghiên cứu bán thực nghiệm nhằm xác định tốc độ tuần hoàn (SCR) trong một buồng đốt CFB ở điều kiện nhiệt độ môi trường (trạng thái lạnh) đã được đề xuất và gồm 6 bước sau:
- Bước 1: Xác định các thông số vận hành của buồng đốt CFB;
Trang 1010
- Bước 6: Hiệu chỉnh sai lệch để xác lập biểu thức bán thực nghiệm cho phép tính SCR theo các thông số vận hành chính của buồng đốt CFB
2.1.2 Các thông số vận hành mô hình
Nguyên liệu lớp được sử dụng để thí nghiệm là cát thạch anh có đường kính hạt trung bình 200, 300 và 400 ; khối lượng lớp (W): m
20kg, 25kg, 30kg; tốc độ gió sơ cấp (U0): 5,16 m/s, 5,46 m/s, 6,07 m/s, 6,67 m/s; tốc độ gió tuần hoàn hạt (Ur): 0,42 m/s, 0,44m/s, 0,46 m/s đường kính hạt (dp): 200, 300 và 400 Các thí nghiệm khí động m
học lần lượt được thực hiện với sự thay đổi của từng thông số vận hành
và giữ không đổi các thông số còn lại
Hình 2.17 thể hiện phân bố áp suất của lớp hạt giảm dần theo chiều cao của ống lên Khi thay đổi vận tốc gió sơ cấp thì phân bố áp suất có
xu hướng giảm mạnh ở phần gần ghi phân phối gió, điều này là do khi tăng vận tốc gió sơ cấp, một lượng hạt nhiều hơn được sẽ được chuyển lên phía trên của ống lên, dẫn đến sự giảm áp suất ở phần gần ghi và tăng dọc theo chiều cao ống lên Tại điểm đo có cao độ từ 1,25 m đến 4,2m, giáng áp có xu hướng tăng nhẹ sau khi giảm, điều này là do sự tích tụ, tuần hoàn nội bộ của các cụm hạt dọc theo vách của ống lên Các kết quả nghiên cứu tương tự với các thông số vận hành khác được trình bày trong các hình từ PL.1 đến PL.17
b Ảnh hưởng của vân tốc gió sơ cấp đến tốc độ tuần hoàn hạt Hình 2.19 cho thấy, khi tăng vận tốc gió sơ cấp và giữ nguyên các thông số vận hành khác, SCR sẽ tăng Thực tế, khi tăng vận tốc gió sơ cấp sẽ dẫn đến tăng khối lượng hạt được vận chuyển bằng dòng khí từ phần phía dưới đến lên phần phía trên của ống lên, điều này làm tăng
Trang 1111
lượng hạt được thu hồi bởi Cyclone và được đưa trở lại ống lên SCR
do vậy đạt được giá trị cao hơn và CFB vận hành ổn định ở một chế độ mới Cũng từ hình 2.19, ta thấy khi tăng vận tốc gió tuần hoàn hạt Ur, SCR cũng tăng trong khoảng thí nghiệm Các kết quả nghiên cứu tương tự với các thông số vận hành khác được thể hiện ở trong các hình từ PL.18 đến PL.21 Trên hình 2.19, nghiên cứu của Seo và cộng
sự [75] cũng thể hiện cho thấy xu hướng tăng của SCR khi tăng vận tốc gió sơ cấp
c Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đối với tốc độ tuần hoàn hạt
Hình 2.21 Ảnh hưởng của vận
tốc gió tuần hoàn hạt đến tốc
độ tuần hoàn hạt so với kết
quả của tác giả khác
Hình 2.22 Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến G p với các giá trị khác nhau của gió sơ cấp (Ur=0,46 m/s, dp=200 ) m
Ở một vận tốc gió sơ cấp không đổi (U0), SCR tăng nhẹ khi tăng vận tốc gió tuần hoàn hạt tại van L Sự tăng này là do, khi tăng vận tốc
độ gió tuần hoàn hạt thì có nhiều hạt hơn được đưa về ống lên Các kết quả tương tự khi thí nghiệm với đường kính hạt 200 , 400m và m
với khối lượng lớp là 20kg và 25kg, như được thể hiện trong các hình
từ PL.22 đến PL.26 Kết quả nghiên cứu cũng được so sánh với với các kết quả nghiên cứu trước đó của Kim và cộng sự [79] cho thấy xu hướng ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt là giống nhau như được thể hiện trên hình 2.21
d Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến tốc độ tuần hoàn hạt
Hình 2.22 được xây dựng tại chế độ thí nghiệm với hạt có đường kính dp=200 , tốc độ gió tuần hoàn hạt Um r=0,46 m/s cho các tốc độ gió sơ cấp khác nhau khi thay đổi khối lượng lớp từ 2030 kg
SCR tăng khi tăng khối lượng lớp hạt từ 20, 25 và 30kg Khi tổng khối lượng lớp tăng, thì nồng độ hạt trong cả hai pha loãng (phần trên của ống lên) và đậm đặc (phần dưới ống lên) đều tăng, điều này dẫn
Trang 1212
đến sự tăng khối lượng hạt trong ống xuống Các kết quả nghiên cứu tương tự với các thông số vận hành khác được thể hiện ở trong các hình từ PL.27 đến PL.31
e Ảnh hưởng của đường kính hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt
Hình 2.24 Ảnh hưởng của kích
thước hạt đối với G p so với kết
quả của tác giả khác
Hình 2.25: So sánh giá trị tính toán và thực nghiệm của Gp
Từ hình 2.24 ta thấy, tại một vận tốc gió sơ cấp không đổi, SCR hạt giảm khi tăng đường kính hạt trong khi các thông số khác được giữ không đổi Khi tăng vận tốc gió sơ cấp, thì ảnh hưởng của đường kính hạt đến SCR trở lên rõ rệt hơn Các kết quả nghiên cứu tương tự với các thông số vận hành khác được thể hiện ở trong các hình từ PL.32 đến PL.36 Kết quả nghiên cứu cũng được so sánh với kết quả nghiên cứu của Kim và cộng sự [97] cho thấy, xu hướng ảnh hưởng của đường kính hạt đối với SCR là giống nhau
f Xây dựng công thức thực nghiệm xác định tốc độ tuần hoàn hạt trong CFB
Với 72 kết quả thí nghiệm được ghi lại trong bảng PL.2 và sử dụng phương pháp hồi qui, xác định được quan hệ toán học của SCR với các thông số vận hành như sau:
(2.19) Các kết quả đo và tính toán được đưa ra trong bảng PL.2 và hình 2.25 Với phép hồi qui lần thứ nhất cho giá trị R2 nằm trong khoảng 0,97 và sai số tiêu chuẩn là 0,02
Hình 2.25 thể hiện so sánh giá trị tính toán và giá trị thực nghiệm của SCR Kết quả cho thấy, các kết quả thực nghiệm tiệm cận hơn với các giá trị tính toán trong vùng có giá trị tốc độ tuần hoàn thấp (Gp = 3,59÷12,64 kg/m2.s) và cao (Gp = 16,8÷42,67 kg/m2.s)
t p
mf
p
AH
W U
U U
U U
G
0