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 trongbuồng đốt, cũng như là các vấn đề khí động liên quan đến vận hànhn
Trang 1PHẦN MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ lớp sôi tuần hoàn (CFB) được du nhập vào Việt Nam từnhững năm đầu của thế kỷ 21 thông qua các dự án sản xuất điện theohình thức Chìa khóa trao tay (Turnkey Project) Do vậy, thực tế ápdụng công nghệ CFB ở Việt Nam, vẫn cho thấy còn nhiều tồn tại trongthiết kế, vận hành, bảo dưỡng Thực tế cho thấy, chế độ khí động củabuồng 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 độtuần 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 trongbuồng đốt, cũng như là các vấn đề khí động liên quan đến vận hànhnhư mài mòn, đóng xỉ, Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu đầy đủ nào vềchế độ khí động nói chung, tốc độ tuần hoàn hạt nói riêng trong cácbuồng đốt kiểu lớp sôi tuần hoàn.Vì vậy, việc hiểu rõ cơ chế tuần hoànhạt trong CFB, phân tích và lượng hóa tác động của các thông số vậnhành đến tuần hoàn hạt và trao đổi nhiệt trong buồng đốt CFB là hếtsức cần thiết nhằm hỗ trợ cho công tác thiết kế, vận hành và bảo dưỡngthiết bị sử dụng công nghệ CFB, nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồnnăng lượng sơ cấp Mặt khác, ưu điểm của công nghệ CFB về phươngdiện bảo vệ môi trường cũng cần được nhận dạng và lượng hóa, nhằmgóp phần thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi công nghệ sạch này trongtương 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 quátrình sản xuất điện năng: từ đầu nguồn (từ khai thác nhiên liệu), vậnchuyển 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 khíđộng 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 ảnhhưởng của các thông số vận hành (vận tốc gió sơ cấp, vận tốc gió tuầnhoàn hạt, đường kính hạt, khối lượng lớp sôi, v.v) đến tốc độ tuầnhoàn hạt (solid circulation rate, SCR); ii) Nghiên cứu ảnh hưởng củacác 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 buồngđốt; và iii) Nghiên cứu, nhận dạng và lượng hóa tiềm năng giảm phátthải gây ô nhiễm môi trường của CFB so với các công nghệ đốt thantruyền thống để sản xuất điện năng
Trang 23 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình về khí động học CFB, ảnhhưởng của các thông số vận hành (đường kính trung bình hạt, khốilượng 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 trongbuồng 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, khốilượng lớp hạt, tốc độ gió dưới ghi, chiều cao và diện tích mặt cắt nganglớp sôi) đến hệ số trao đổi nhiệt từ lớp sôi đến tường buồng đốt trongkhoảng nhiệt độ của lớp sôi dao động từ 700C -1000C
Nghiên cứu chu trình vòng đời của CFB được giới hạn trong 3khâu: i) khai thác than, ii) vận chuyển than từ nơi khai thác đến nhàmáy nhiệt điện, và iii) đốt than trong nhà máy điện Trong nghiên cứunày, ta chỉ xét phát thải của CO2, là một trong các khí chính gây ra hiệuứng 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 nghiêncứu lý thuyết, thực nghiệm của các tác giả trước đây
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Chỉnh sửa mô hình hiện có tại ViệnKhoa học và công nghệ Nhiệt lạnh, Đại học Bách khoa Hà Nôi.Tiếnhành nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số vận hành, xây dựngbiểu thức thực nghiệm xem xét ảnh hưởng đồng thời của các thông sốvận 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 nghiêncứu 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 đồngthời của các thông số vận hành đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tớivách 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 vàngoài nước về vòng đời và đánh giá vòng đời; Khảo sát, nghiên cứuthực tế, thu thập, phân tích số liệu vận hành tại các nhà máy điện NaDương và Uông Bí Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán phát thảivong 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 thaythế cho công nghệ đốt truyền thống
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2
Trang 3- Ý nghĩa về mặt khoa học:
Góp phần nhận dạng và lượng hóa ảnh hưởng của các thông số vậnhành đến chế độ tuần hoàn hạt và trao đổi nhiệt trong hệ thống/thiết bịkiểu CFB;
Góp phần làm rõ ưu điểm về mặt lợi ích môi trường của công nghệCFB so với các công nghệ năng lượng truyền thống khác hiện đangđược sử dụng trong khu vực sản xuất điện năng Việc so sánh côngnghệ CFB với công nghệ than phun (Pulverised fuel, PF) theo quanđiểm phát thải vòng đời CO2 đã góp phần làm rõ khả năng áp dụng vànhân 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 ảnhhưởng của các thông số vận hành (đường kính hạt, khối lượng lớp, vậntốc gió sơ cấp, vận tốc gió tuần hoàn hạt) đối với SCR và biểu thứcthực 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 vàcác 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 độngcủa 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 vậnhành hiệu quả thiết bị, nâng cao hiệu suất cháy và hiệu quả truyềnnhiệt từ lớp tới bề mặt vách buồng đốt
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt trong CFB đã đưa rabiểu thức thực nghiệm quan hệ giữa các thông số vận hành với hệ sốtrao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn, chophép đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số vận hành đối với trao đổinhiệt từ lớp tới vách Kết quả nghiên cứu giúp xây dựng các biểu thứcthực nghiệm tương tự cho các thiết bị kiểu CFB đã và đang vận hànhhiện nay để có thể đánh giá sự thay đổi hệ số trao đổi nhiệt trongbuồng đốt ở các chế độ vận hành khác nhau, giúp lựa chọn chế độ vậnhành hiệu quả thiết bị kiểu CFB
Kết quả nghiên cứu về đánh giá vòng đời công nghệ đốt lớp sôi tuầnhoàn đã xây dựng được mô hình so sánh công nghệ theo quan điểmphát thải vòng đời, phương pháp tính chi phí biên giảm phát thải khínhà kính Kết quả nghiên cứu có thể được làm cơ sở cho các nhà đầu
tư ra quyết định lựa chọn công nghệ sản xuất điện nói riêng và sản xuất
Trang 4Nam Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, có thể áp dụng côngnghệ CFB ở Việt Nam để nâng cao hiệu quả sản xuất điện đồng thờigiảm phát thải CO2 mà không đòi hỏi kinh phí bổ sung/hỗ trợ từ Nhànước 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 ảnhhưởng của các thông số vận hành (đường kính hạt, khối lượng lớp, vậntốc 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 xácđịnh SCR khi biết các thông số vận hành, thông số kích thước hình họccủa CFB;
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt trong CFB đã đánhgiá sự ảnh hưởng của các thông số vận hành đối với trao đổi nhiệt từlớp tới vách và đã đề xuất biểu thức thực nghiệm xác định hệ số traođổi nhiệt khi biết các thông số vận hành, thông số kích thước hình họccủa CFB;
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật tính toán đã sử dụng và kết quảthu được cho phép so sánh công nghệ nhiệt điện đốt than đã được pháttriển 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 đangđược sử dụng ở Việt Nam Xét theo quan điểm vòng đời, các kết quảnghiên cứu về việc sử dụng công nghệ lớp sôi tuần hoàn vào sản xuấtđiện 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 (01trang); 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 4chương, 140 trang Chương 1 (51 trang) trình bày lý thuyết cơ bản vềkhí động học, trao đổi nhiệt trong CFB, vòng đời và ứng dụng vòngđời để so sánh công nghệ Chương 2 (55 trang) trình bày các kết quảnghiên 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, sosánh công nghệ và ứng dụng vòng đời để so sánh công nghệ nhiệt điệnđốt than theo quan điểm phát thải vòng đời Các đánh giá và khuyếnnghị trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của đề tài được trình bày ởChương 4 (05 trang); tài liệu tham khảo (06 trang); danh mục côngtrình của tác giả (01 trang); phụ lục (16 trang)
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
4
Trang 5Nghiên cứu tổng quan về khí động học CFB nhằm xác định cácthông số đặc trưng và ảnh hưởng của các thông số này đến đặc tính khíđộng 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 thứcthực nghiệm của Kafa [60]:
(1.5) Trường hợp giáng áp được đo trực tiếp trên ống lên tương ứng vớicác khoảng đo (L), độ rỗng lớp sôi tại một điểm được ước lượng từgradient, có thể được ước lượng như sau (Chong và cộng sự[35], 1988; Nag và Ali, 1992 [78]):
(1.6)
Do vậy, mật độ lớp hạt được ước lượng như sau:
, kg/m3 (1.7): khối lượng riêng của hạt (kg/m3); : khối lượng riêng của khí(kg/m3);ug : vận tốc khí trên bề mặt (m/s); gp : khối lượng hạt tuần hoàn(kg/s); Hv: chiều cao theo phương thẳng đứng được đo từ đáy của ghi(m); H: chiều cao của buồng đốt (m); = Chênh lệch áp suất trênmột đơn vị chiều dài (mmH2O/m)
Nếu không thể xác định được giáng áp thì mật độ lớp hạt có thểđược tính toán bằng biểu thức xấp xỉ sau [60]:
(1.8)
1.1.2.Vận tốc sôi tối thiểu
Vận tốc sôi tối thiểu (Umf) là vận tốc mà tại đó các hạt rắn bắt đầutrạng thái lơ lửng, và được xác định như sau:
Trang 6số Archimet , các biểu thức bán thực nghiệm xác định vận tốc sôi tối thiểu trong điều kiện vận hành, thí nghiệm đều có dạng:
SCR được tính toán trên cơ sở xác định tốc độ hạt trong CFB Tùythuộc và cấu trúc buồng đốt và chế độ vận hành của CFB, tốc độ trungbình 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) tạiống 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 xácđịnh tốc độ hạt, do vậy cũng rất khác nhau
Các nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp xác định SCR và ảnhhưởng 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 cứuảnh 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 lượnglớp; Kalita và cộng sự [88] nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất vận hành
6
Trang 7và khối lượng lớp; Lim và cộng sự [58], Chovichien [76] nghiên cứuảnh hưởng của tốc độ gió tuần hoàn hạt tại van L
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 giótuần hoàn hạt; tăng khối lượng lớp; giảm đường kính hạt
Tuy nhiên, các nghiên cứu về SCR trong CFB được đề cập ở trênchỉ nghiên cứu ảnh hưởng của một vài thông số vận hành đơn lẻ đốivới SCR và không nhiều tác giả đề xuất biểu thức xác định SCR theocác thông số vận hành Vì vậy, tác giả đề xuất lựa chọn nghiên cứu ảnhhưởng đồng thời của các thông số vận hành đến SCR trên mô hìnhCFB hiện có tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt-Lạnh, Đại họcBách 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 cácthành phần sau [87]: i) dẫn nhiệt từ các cụm hạt; ii).Đối lưu từ phaphân tán; và iii).Bức xạ từ cả hai pha này Tùy thuộc vào mô hình lýthuyết về truyền nhiệt từ lớp tới vách (mô hình hạt đơn; mô hình tái tạocụm hạt; mô hình màng liên tục) được áp dụng trong quá trình nghiêncứu mà các thành phần của quá trình trao đổi từ lớp tới vách nêu trênđược xác định bằng các cách khác nhau Tuy nhiên, các nghiên cứuhiện nay chủ yếu sử dụng mô hình tái tạo cụm hạt để nghiên cứu Dướiđây là chi tiết mô hình tái tạo cụm hạt:
Nếu f là phần diện tích trung bình của vách bị che phủ bởi các cụmhạt 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 sốtruyền nhiệt bức xạ Kr [87]
(1.33)Trong đó, Kccp và Kcd tương ứng là hệ số truyền nhiệt đối lưu docụm hạt và do pha phân tán Hệ số Krcp và Krd tương ứng diễn tả hệ sốtruyền nhiệt bức xạ do cụm hạt và do pha phân tán Hệ số trao đổinhiệt đối lưu Kc bao gồm đối lưu của pha phân tán (Kcd) với các hệ sốhiệu chuẩn sự tham gia của hạt, nhiệt độ giữa vách và môi trường,chiều dài buồng đốt tương ứng Cpp, Ct, Cl và cụm hạt (Kdcp) [87]:
(1.34)
(1.35)Với dẫn nhiệt bởi cụm hạt (Kdcp ), dẫn nhiệt qua lớp khí (Kw), chiềudày khe khí ( ), các thành phần này được xác định như sau:
Trang 8từ pha loãng:
(1.42)
Trao đổi nhiệt bức xạ từ pha phân tán (K rd)
Bức xạ giữa pha loãng và
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)
(1.47)
(1.49)
Trong đó Tb là nhiệt độ lớp cụm hạt, và ecp và ew tương ứng là độđen của cụm hạt và vách là hằng số Stefan boltzmann (5,67 x 10-11kW/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 cấpđến truyền nhiệt từ lớp tới vách trong một ống lên CFB có áp Kết quảthí nghiệm của Gupta, Nag [24] cho thấy, hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới
8
Trang 9vách tăng cùng với áp suất vận hành và tốc độ gió sơ cấp Hệ số truyềnnhiệt 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 tớivách trong một CFB Kết quả thí nghiệm của Kalita và cộng sự [88]cho thấy, hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách tăng cùng với áp suất vậnhành 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 caobuồng 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 tăngcùng với mật độ lớp hạt, các hạt nhỏ hơn có mật độ lớp hạt cao hơn vàảnh 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 sửađổi để nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số vận hành (đườngkính hạt, tỷ phần cụm hạt, mật độ lớp hạt, tốc độ gió sơ cấp, tốc độtuần hàn hạt) đối với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong CFB Kết quảthí nghiệm của Afsin Gungor [22] cho thấy hệ số trao đổi nhiệt từ lớptới vách tăng cùng với mật độ hạt
Koksal và cộng sự [74] đã nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từlớp tới vách trong buồng đốt CFB có gió thứ cấp Kết quả thực nghiệmcho 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 từlớp 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 tuầnhoàn (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;
- Bước 2: Tính các giá trị Umf, Ut , , , ;
- Bước 3: Nghiên cứu và xác định bằng thực nghiệm quan hệ đơn trịgiữa SCR với từng thông số vận hành chính của buồng đốt CFB;
Trang 10- Bước 4: Thiết lập quan hệ giữa SCR với các thông số vận hànhchính của buồng đốt CFB theo phương pháp hồi quy thực nghiệm;
- Bước 5: So sánh các kết quả đo (bước 3) với kết quả tính (bước 4)của SCR;
- Bước 6: Hiệu chỉnh sai lệch để xác lập biểu thức bán thực nghiệmcho phép tính SCR theo các thông số vận hành chính của buồng đốtCFB
2.1.2 Các thông số vận hành mô hình
Nguyên liệu lớp được sử dụng để thí nghiệm là cát thạch anh cóđường kính hạt trung bình 200, 300 và 400 ; khối lượng lớp (W):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 họclần lượt được thực hiện với sự thay đổi của từng thông số vận hành vàgiữ không đổi các thông số còn lại
10
Trang 11Hình 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 đượcchuyển lên phía trên của ống lên, dẫn đến sự giảm áp suất ở phần gầnghi 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 ốnglên Các kết quả nghiên cứu tương tự với các thông số vận hành khácđược 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 cácthông số vận hành khác, SCR sẽ tăng Thực tế, khi tăng vận tốc gió sơcấp sẽ dẫn đến tăng khối lượng hạt được vận chuyển bằng dòng khí từphần phía dưới đến lên phần phía trên của ống lên, điều này làm tănglượng 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 độmới 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 cứutương tự với các thông số vận hành khác được thể hiện ở trong cáchình 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 vậntốc gió sơ cấp
c Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đối với tốc độ tuần hoàn hạt
Trang 12Ở một vận tốc gió sơ cấp không đổi (U0), SCR tăng nhẹ khităng vận tốc gió tuần hoàn hạt tại van L Sự tăng này là do, khi tăngvận 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 , 400
và với khối lượng lớp là 20kg và 25kg, như được thể hiện trongcác hình từ PL.22 đến PL.26 Kết quả nghiên cứu cũng được so sánhvới với các kết quả nghiên cứu trước đó của Kim và cộng sự [79] chothấy xu hướng ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt là giống nhaunhư 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 đườngkính dp=200 , tốc độ gió tuần hoàn hạt Ur=0,46 m/s cho các tốc độgió sơ cấp khác nhau khi thay đổi khối lượng lớp từ 20 30 kg
SCR tăng khi tăng khối lượng lớp hạt từ 20, 25 và 30kg Khi tổngkhối lượng lớp tăng, thì nồng độ hạt trong cả hai pha loãng (phần trêncủa ống lên) và đậm đặc (phần dưới ống lên) đều tăng, điều này dẫnđến sự tăng khối lượng hạt trong ống xuống Các kết quả nghiên cứutương tự với các thông số vận hành khác được thể hiện ở trong cáchình 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
12