Nghiên cứu giải pháp đốt cháy antraxit kèm khí đốt để nâng cao hiệu suất cháy của atraxit và giảm phát thải trong nhà máy nhiệt điện

Khi các giọt hỗn hợp với dòng không khí đã có quá trìnhnung, bay hơi, hỗn hợp cục bộ và có thể cả bắt lửa, việc hình thành muội được bắtđầu.. Diễn biến của quá trình hỗn hợp và phản ứng

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

-NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỐT CHÁY ANTRAXIT KÈM KHÍ ĐỐT ĐỂ NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY CỦA ANTRAXIT VÀ GIẢM PHÁT THẢI

TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt

Mã số : 15BKTN-TB-03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN GIA MỸ

Hà Nội – Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung đề tài do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn củaPGS TS Trần Gia Mỹ Các số liệu và kết quả tính toán trong luận văn là trung thực

và chưa có ai thực hiện

Hà nội, ngày 29 tháng 9 năm 2017

Tác giả luận văn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sỹ với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp đốt cháy antraxit kèm khí

đốt để nâng cao hiệu suất cháy của atraxit và giảm phát thải trong nhà máy nhiệt điện” đã được hoàn thành trong thời gian từ tháng 2 năm 2017 đến tháng 9 năm

2017 tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa HàNội

Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh, đặc biệt làthầy hướng dẫn PGS TS Trần Gia Mỹ, các Thầy giáo, Cô giáo trong Viện Khoa học

và Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trìnhthực hiện luận văn

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Lãnh đạo Tập đoàn dầu khí, Ban Quản lý dự ánđiện lực Dầu khí Thái Bình, Công ty Nhiệt điện Dầu khí Vũng Áng 1 đã tạo điềukiện để tôi được tham gia, tiếp cận, thu thập số liệu thực tế, vận hành, thí nghiệmtrong quá trình thực hiện đề tài

Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2017 Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC CÁC BẢNG 2

DANH MỤC CÁC HÌNH 3

MỞ ĐẦU 5

a Tính cấp thiết của đề tài 5

b Thực trạng và hướng khắc phục 6

c Mục tiêu nghiên cứu 7

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY NHIÊN LIỆU 8

1.1 Cháy dầu 8

1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy dầu 8

1.1.2 Các biện pháp cơ bản để tăng nhanh quá trình cháy nhiên liệu lỏng 16

1.2 Cháy antraxit 16

1.2.1 Đặc tính antraxit 16

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy antraxit 17

1.2.3 Buồng đốt ngọn lửa hình W của Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 28

1.3 Cháy khí than ướt 30

1.3.1 Đặc tính của khí than ướt 30

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy khí than ướt 30

CHƯƠNG 2 TÍNH CHÁY, PHÁT THẢI CỦA DẦU FO VÀ ANTRAXIT 33

2.1 Đặt vấn đề 33

2.2 Tính cháy và phát thải của dầu 33

2.3 Tính cháy và phát thải của antraxit 38

Kết luận chương 2 43

CHƯƠNG 3 ĐỐT CHÁY ANTRAXIT KÈM KHÍ THAN ƯỚT 44

3.1 Cơ sở lựa chọn 44

3.2 Tính tỷ lệ khí than ướt 45

3.3 Tính cháy hỗn hợp antraxit và khí than ướt 45

3.3.1 Tính khối lượng khí than ướt cấp tại chế độ tải 30% công suất 45

3.3.2 Tính cháy hỗn hợp antraxit và khí than ướt tại 100% tải 49

3.3.3 Bố trí vòi đốt khí 60

3.4 Sản xuất khí than ướt 62

3.4.1 Lý thuyết về khí hóa than 62

3.4.2 Lựa chọn công nghệ và thiết bị khí hóa than 65

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY CFD 68

4.1 Gới thiệu về mô hình CFD 68

4.2 Cơ sở lý thuyết CFD trong mô hình cháy hạt than 71

4.3 Thông số đầu vào để thiết lập mô hình 77

4.3.1 Phương án đốt antraxit 80

4.3.2 Phương án đốt than kèm khí than ướt 82

4.4 Phân tích kết quả mô phỏng CFD 84

4.4.1 Nhiên liệu antraxit 84

4.4.2 Nhiên liệu antraxit kèm khí than ướt 89

Kết luận chương 4 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Qlv

Bảng 1.2 Thời gian cháy của giọt và đám sương [6] 13

Bảng 1.3 Đặc tính antraxit [13] 17

Bảng 1.4 Nhiệt lượng cần thiết để bắt cháy 1 kg than bột, MJ/kg 23

Bảng 1.5 Lưu lượng hồi lưu khói nóng cần thiết đối với than antraxit 27

Bảng 1.6 Đặc tính của khí than ướt [10] 30

Bảng 2.1 Thành phần dầu FO 33

Bảng 2.2 Kết quả tính cháy dầu FO 35

Bảng 2.3 Sản phẩm cháy dầu FO tại 30% công suất 36

Bảng 2.4 Tỉ lệ lưu lượng, nhiệt độ gió cấp khi đốt dầu FO 37

Bảng 2.5 Thành phần antraxit 39

Bảng 2.6 Kết quả tính cháy antraxit 40

Bảng 2.7 Lưu lượng không khí, sản phẩm cháy đốt antraxit tại 100% công suất 41

Bảng 2.8 Tỉ lệ lưu lượng, nhiệt độ gió cấp khi đốt antraxit 41

Bảng 3.1 Kết quả cháy hỗn hợp than trộn antraxit và á bitum nhập khẩu [3] 44

Bảng 3.2 Thành phần khí than ướt 45

Bảng 3.3 Kết quả tính cháy khí than ướt 47

Bảng 3.4 Sản phẩm cháy khi sử dụng khí than ướt tại 30% công suất 48

Bảng 3.5 Kết quả tính cháy vùng 1 53

Bảng 3.6 Khối lượng tro, xỉ trong vùng 1 54

Bảng 3.7 Khối lượng tro, xỉ trong vùng 2 55

Bảng 3.8 Kết quả tính cháy vùng 2 57

Bảng 3.9 Tỉ lệ lưu lượng, nhiệt độ gió cấp khi đốt hỗn hợp 58

Bảng 3.10 So sánh phát thải, nhiệt độ cháy lý thuyết, hiệu suất của các phương án60 Bảng 3.11 Thông số cơ bản lò khí hóa than công suất 18.000 m3/h [18] 66

Bảng 4.1 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của lưới 79

Bảng 4.2 Thông số đầu vào mô hình quá trình cháy antraxit 80

Bảng 4.3 Thông số đầu vào mô hình quá trình cháy antraxit kèm khí than ướt 82

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Giản đồ ngọn lửa khuếch tán và mật độ các chất phản ứng [2] 10

Hình 1.3 Mạch cacbon [6] 14

Hình 1.4 Mối quan hệ nhiệt độ bắt lửa Tbl (T15, RI) và hàm lượng chất bốc Vc 21

Hình 1.5 Mối quan hệ nhiệt độ cháy và hàm lượng chất bốc [3] 22

Hình 1.6 Mối quan hệ giữa các loại than và nồng độ hỗn hợp có lợi nhất [4] 24

Hình 1.7.a Hiệu suất cháy ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc 28

Hình 1.7.b Hiệu suất lò hơi ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc 28

Hình 1.8 Lò hơi có buồng đốt ngọn lửa hình W 30

Hình 3.1 Phân vùng đốt trong buồng đốt 50

Hình 3.2 Cấu tạo mặt cắt dọc của vùng cháy chính (vùng I) 61

Hình 3.3 Cấu tạo mặt cắt ngang của hệ thống vòi đốt và gió cấp 1, 2 61

Hình 3.4 Bố trí vòi đốt khí than ướt 62

Hình 3.5 Sơ đồ phân bố các vùng của lò khí hóa than 64

Hình 3.6 Sơ đồ thiết bị chính sản xuất khí than ướt bằng oxy và hơi nước 66

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý bố trí kết nối lò khí hóa than với lò hơi chính 67

Hình 4.1 Định nghĩa CFD 69

Hình 4.2 Ba phương pháp cơ bản nghiên cứu cơ học chất lưu 69

Hình 4.3 Miền tính toán mô hình 77

Hình 4.4 Mô hình 3D của buồng lửa dựng trên phần mềm ANSYS 78

Hình 4.5 Mô hình buồng đốt 3D sau khi được chia lưới 79

Hình 4.6 Sự phân bố nhiệt độ trên các mặt cắt 84

Hình 4.7 Sự phân bố nhiệt độ trên từng mặt 84

Hình 4.8 Sự phân bố vectơ vận tốc trên các mặt cắt dọc theo phương Z 86

Hình 4.9 Sự phân bố vector vận tốc trong buồng lửa 86

Hình 4.10 Vùng xoáy 87

Hình 4.11 Tốc độ bay hơi và thoát chất bốc 87

Hình 4.12 Tốc độ cháy cốc 88

Hình 4.13 Sự phân bố tỷ lệ mol khí O2 88

Hình 4.14 Sự phân bố nhiệt độ trong buồng đốt 89

Hình 4.15 Sự sai khác nhiệt độ trong hai trường hợp 89

Hình 4.16 Sự phân bố tốc độ bên trong buồng đốt 90

Hình 4.17 Cháy kiệt của hạt than 91

Hình 4.18 Sự phân bố tỷ lệ mol chất bốc 91

Hình 4.19 Sự phân bố tỷ lệ mol khí O2 92

MỞ ĐẦU

a Tính cấp thiết của đề tài

Nhiệt điện đốt than hiện nay vẫn chiếm tỷ trọng lớn trên thế giới trong cơ cấunguồn điện Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế, năm 2015 tỷ trọng nhiệt điện thanthế giới chiến 39,48% Dự báo tỷ lệ này sẽ là 38,11% vào năm 2020, 37,92% năm

2025 và năm 2030 là 37,39%; cao hơn rất nhiều so với loại nhà máy điện có tỷtrọng đứng thứ hai là điện từ năng lượng tái tạo: 22,75% năm 2015 và 24,53%;24,16% và 24,01% tương ứng cho các năm 2020, 2025 và 2030 [3]

Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng 3 năm 2016 của Việt Nam, giai đoạn2015-2030 điện năng sản xuất từ nhiệt điện than luôn tăng và chiếm tỷ trọng lớnnhất trong cơ cấu nguồn điện, tỷ lệ này sẽ là 33,4%, 42,7%, 49,3% và 42,6% vàocác năm 2015, 2020, 2025 và 2030 Các nhà máy nhiệt điện than đã và đang xâydựng ở Việt Nam hiện nay, cơ bản sử dụng loại lò đốt than phun thông số cận tớihạn và siêu tới hạn có công suất tổ máy từ 300 - 600 MW, nhiên liệu sử dụng làthan antraxit và một số sử dụng than bitum và á bitum nhập khẩu Tương lai tiếptheo quy mô công suất tổ máy dự kiến nâng lên đến 1000 MW Các lò hơi đốt thanphun đã được thiết kế chế tạo đốt than ổn định, song hiệu suất còn thấp, tỷ lệ cacbonchưa cháy hết trong tro còn cao Đặc biệt là đối với các lò đốt than antraxit ViệtNam, loại than cháy ít khói, hàm lượng các bon (C) trong than cao, chất bốc (V)thấp, hàm lượng tro (A) cao nên khó bắt cháy và khó cháy kiệt Chính vì vậy, hiệnnay, thành phần các bon còn lại trong tro ở các nhà máy nhiệt điện cũ đều rất caonhư: Phả Lại: 12-18%, Ninh Bình: 15 -35%, Uông Bí cũ: 30 - 40%, ); Các nhàmáy mới xây dựng như Phả Lại 2, Uông Bí mở rộng 1, vẫn chưa khắc phục đượccác nhược điểm trên của than antraxit Việt Nam, hàm lượng C còn lại trong tro vẫncao (trên 12%)

Thiết kế, chế tạo lò hơi NMNĐ đốt than sử dụng than antraxit có chất bốc thấp ởmức dưới 8% như than Việt Nam chưa nhiều Gần đây, các lò hơi mới ở nhà máynhiệt điện đốt than Việt Nam đều sử dụng dạng ngọn lửa hình W (như NMNĐVũng Áng 1, Thái Bình 1 & 2, Long Phú 1, Sông hậu 2), nhằm kéo dài thời giancháy của hạt than để hạt than cháy kiệt hơn, nâng cao độ ổn định và hiệu suất lò

Các nghiên cứu lý thuyết cháy ứng dụng đã chỉ ra rằng, để nâng cao hiệu quả sửdụng than ít chất bốc cần phải giải quyết các vấn đề kĩ thuật cơ bản sau:

+ Bảo đảm bắt lửa sớm, ổn định;

+ Bảo đảm hiệu suất cháy cao, cháy kiệt;

+ Hạn chế và loại bỏ đóng xỉ buồng lửa;

+ Đề phòng ăn mòn nhiệt độ cao;

+ Giảm chất phát thải khí và các thành phần ô nhiễm khác

Đây là những vấn đề kĩ thuật phức tạp, mâu thuẫn lẫn nhau phải nghiên cứu vàchọn lựa các giải pháp phù hợp, tối ưu

Đi kèm với NĐ đốt than là vấn đề ô nhiễm môi trường như: xỉ than, các khí

NO x , SO x, bụi tro, và bụi dầu (do dầu HFO không cháy hết) trong quá trình khởiđộng và vận hành tại chế độ tải thấp (≤ 60% công suất)

Với những điều trình bày trên việc “nghiên cứu giải pháp đốt cháy antraxit kèmkhí đốt để nâng cao hiệu suất cháy của antraxit và giảm phát thải trong nhà máynhiệt điện” là cần thiết

b Thực trạng và hướng khắc phục

Hiện nay trong nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu dầu FO và than antraxit,loại than này cháy ít khói, hàm lượng các bon (C) trong tro xỉ cao, chất bốc (V)thấp, tro (A) cao nên khó bắt cháy và khó cháy kiệt Hậu quả là hàm lượng cacbontrong xỉ cao (trên 12%), tổn thất năng lượng lớn, sử dụng tro xỉ kém hiệu quả (dohàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro xỉ cao)

Hướng khắc phục: Hiện tại đốt than trộn (antraxit và than nhập khẩu) hiện đã vàđang nghiên cứu triển khai tại một số NMNĐ như Ninh Bình, Vũng Áng… Trongphạm vi đề tài này đưa ra giải pháp đốt antraxit kèm khí than ướt Vì vậy, trong luậnvăn sẽ đề cập đến các nội dung liên quan như sau:

- Cháy dầu, cháy than, cháy khí;

- Sản xuất khí than ướt;

- Nghiên cứu mô phỏng quá trình cháy CFD

c Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích của đề tài “Nghiên cứu giải pháp đốt cháy atraxit kèm khí đốt để nângcao hiệu suất cháy của atraxit và giảm phát thải trong nhà máy nhiệt điện” nhằm đạtđược các mục tiêu dưới đây:

- Nâng cao hiệu suất cháy atraxit trong buồng đốt;

- Giảm phát thải đảm bảo tiêu chuẩn môi trường;

- Giảm tỷ lệ C trong tro xỉ về mức 5%

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY NHIÊN LIỆU

1.1 Cháy dầu

1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy dầu

Đặc tính của dầu như được thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của dầu FO [13]

Khi biến bụi (hóa sương), một bề mặt lớn được sinh ra và quá trình bay hơi diễn

ra nhanh hơn Quá trình cháy của một giọt nhiên lỏng bao gồm các bước sau đây:

1 Biến bụi nhiên liệu lỏng thành các giọt riêng biệt;

2 Hỗn hợp giọt sương với dòng không khí rối và với khí nóng hồi lưu;

3 Nung nóng các giọt sương (đối lưu, bức xạ);

4 Các giọt bay hơi và hỗn hợp hơi với không khí và khí nóng hồi lưu;

5 Hỗn hợp bắt lửa khi thành phần và nhiệt độ phù hợp Ưu thế thuộc về cácgiọt bé;

7 Hình thành muội và các mạch cacbon;

8 Cháy muội và các mạch cacbon theo nguyên lý cháy nhiên liệu rắn

Các quá trình trên diễn ra theo nhiều kiểu phối hợp khác nhau, không theo trình

tự mà có thể chồng chéo Khi các giọt hỗn hợp với dòng không khí đã có quá trìnhnung, bay hơi, hỗn hợp cục bộ và có thể cả bắt lửa, việc hình thành muội được bắtđầu

Ngoài ra, các giọt dầu có trong các thành phần khác nhau của ngọn lửa có vậntốc, nồng độ, nhiệt độ khác nhau, điều kiện xung quanh, biến thiên của vận tốc cácgiọt tùy điều kiện xung quanh và đường kính ban đầu cũng khác nhau

b Cháy giọt nhiên liệu lỏng

Quá trình cháy của nhiên liệu lỏng phức tạp hơn quá trình cháy của hỗn hợp khí

vì có thêm các quá trình bốc hơi lỏng thành khí (chuyển pha) và khuếch tán thamgia vào Ngọn lửa này gọi là khuếch tán, nó xảy ra cách bề mặt giọt nhiên liệu lỏngmột khoảng, được mô tả như hình 1.1 Giữa màng lửa và mặt lỏng không có oxy,ngược lại phía bên kia của màng lửa thì không có nhiên liệu Nhiên liệu và oxyđược vận chuyển bằng khuếch tán đến màng lửa Ở đó chúng kết hợp với nhautrong phản ứng cháy, sản phẩm tạo ra bay khỏi màng lửa cũng bằng khuếch tán.Các phân bước của quá trình cháy giọt nhiên liệu lỏng bao gồm:

Truyền nhiệt vào giọt lỏng, mỗi đơn vị khối lượng nhiên liệu cần nhiệt lượng [2]

Trong đó:

L: là nhiệt ẩn hóa hơi của nhiên liệu,

Cl: là nhiệt dung riêng của pha lỏng,

TR: là nhiệt độ lỏng phía trong giọt,

Tw: là nhiệt độ lỏng ngay bề mặt

- Hóa hơi pha lỏng thành khí, thời gian hóa hơi giọt lỏng phụ thuộc vào nhiệt

độ môi trường, đường kính d0 và các tính chất vật lý của nó [2]

Trong đó:

λv: là hằng số hóa hơi [m2/ s],

ρg: là khối lượng riêng pha hơi,

αg: là hệ số dẫn nhiệt độ pha hơi,

Cg: là nhiệt dung riêng pha hơi,

T∞: là nhiệt độ khí xa giọt lỏng,

TB: là nhiệt độ sôi của nhiên liệu

- Khuếch tán hơi nhiên liệu từ bề mặt lỏng ra ngoài tới màng lửa, hơi nóng dầnthêm trên đường đi: Khối lượng và thời gian khuếch tán tới màng lửa phụthuộc bản chất nhiên liệu, nhiệt độ buồng lửa…

- Khuếch tán oxy từ ngoài vào màng lửa

- Phản ứng cháy xảy ra

- Khuếch tán sản phẩm cháy ra xa

- Truyền nhiệt từ màng lửa ra xung quanh

Hình 1.1 Giản đồ ngọn lửa khuếch tán và mật độ các chất phản ứng [2].

c Cháy các giọt riêng biệt

Sự cháy của các giọt riêng biệt, cố định trong môi trường yên tĩnh được nghiêncứu bằng cách treo đối tượng nghiên cứu lên sợi dây chỉ thạch anh ở trong lò Lòchứa khí có thành phần và nhiệt độ đã biết Quá trình bay hơi được hình thành nhờnhiệt cấp từ không khí tới giọt Hơi khuếch tán ra khỏi giọt, hỗn hợp với không khí

và bắt lửa khi đạt một thành phần và nhiệt độ xác định Chẳng hạn trong không khícác giọt cháy ở 8000C, có thể theo dõi quá trình cháy bằng máy ảnh hoặc các thiết bị

đo Nhiên liệu phản ứng hoàn toàn thành khói, ngoài mặt cháy không còn hơi nhiênliệu, trong mặt cháy không còn oxy.

Hình 1.2 Vùng phản ứng quanh một giọt dầu cháy [6].

a Dạng thực, b Mô hình hình cầu, c Mô hình hình cầu đơn giản

Toàn bộ thời gian cháy của giọt bao gồm thời gian bắt lửa chậm trễ và thời giancháy Bắt lửa chậm trễ là thời gian từ khi bắt đầu cấp nhiệt cho đến khi cháy Thờigian bắt lửa chậm trễ cần để nung giọt, làm bay hơi, nung và hỗn hợp hơi và để chonhững phản ứng đầu tiên kết thúc

Với giả thiết bắt lửa chậm trễ chủ yêu do các điều kiện động học quyết định,thời gian chậm trễ thực nghiệm được biểu thị theo định luật Arrhenius [6]

tz = a.eb/T

Trong đó a và b phụ thuộc vào đường kính giọt

Đối với các giọt có đường kính 1,5mm Masdin và Thring đưa ra các giá trị sau đây [6]

2 Giọt nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt, bỏ qua vai trò của bức xạ và đối lưu;

3 Giọt có nhiệt độ đồng đều, nhiệt cấp chỉ để bay hơi;

4 Hơi nhiên liệu khuếch tán tới mặt cháy, khói theo hướng ngược lại tới bề mặtgiọt;

5 Ngoài bề mặt giọt là môi trường không khí yên tĩnh;

chỉ số 0 – trạng thái ban đầu

Các tác giả tìm ra các hệ số k khác nhau Theo Spalding [6] thì

k = 8 λ g

ρ t c g ln ⁡¿

(1-5)Trong đó:

∆T – hiệu nhiệt độ giữa ngọn lửa và giọt;

Q – nhiệt hóa hơi của dầu;

Q lv t – nhiệt trị làm việc của nhiên liệu;

[O2]min – nhu cầu oxy tối thiểu của nhiên liệu;

Các chỉ số: g – khí ở giữa giọt và ngọn lửa; t – chất giọt

Việc tính toán chỉ có ý nghĩa định hướng vì phải chấp nhận nhiều giả thiết trên,ngoài ra còn thiếu hiểu biết về nhiệt độ và khối lượng riêng của lớp khí ở giữa giọt

trong đó giá trị thấp nhất tìm được ở nhiệt độ khoảng 7000C [6]

d Cháy trong đám sương

Khi cháy trong đám sương cần phải tính đến ảnh hưởng lẫn nhau của các giọt Cácgiọt có độ lớn khác nhau và khoảng cách giữa chúng cũng khác nhau nên ảnh hưởngqua lại cũng khác nhau Thời gian cháy giọt trong đám sương có thể coi gần gấp đôithời gian cháy một giọt riêng lẻ, nghĩa là, k có giá trị từ 0,005 ÷ 0,01 cm2/s [6].

Bảng 1.2 Thời gian cháy của giọt và đám sương [6]

e Diễn biến của quá trình hỗn hợp và phản ứng

Giữa ngọn lửa dầu và ngọn lửa khí có nhiều điểm giống nhau đặc biệt các điểmsau:

- Cả hai nhiên liệu đều phản ứng ở pha khí;

- Tiến trình hỗn hợp của hơi dầu cũng như của các sản phẩm phân rã và khôngkhí quyết định tiến trình phản ứng, chỉ có ở gần mỏ đốt, đối với ngọn lửa dầu, các quá trình tại giọt có tính quyết định;

- Hướng vào độ lớn của xung của cả hai dòng quyết định hình dáng ngọn lửa.Những điểm khác biệt quan trọng:

- Để giọt hóa hơi cần thời gian;

- Các phân tử lớn hơn cần nhều phản ứng trung gian hơn so với các phân tửkhí, có nhiều khả năng hơn để tạo muội;

- Các mạch cacbon từ dầu nặng có thể xuất hiện

Độ lớn của các phân tử dầu gây ra nhiều phản ứng trung gian cũng như sản

định H2, CO (nếu có mặt O2)

Ngọn lửa dầu thường gồm 2 phần chồng lên nhau: phần đầu là hóa hơi, bắt lửa

và một phần cháy; phần thứ hai có tính chất của một ngọn lửa khí

Nhu cầu thời gian để phân rã các phân tử và tỉ số C/H cao trong dầu (so với khí)cho nhiều khả năng tạo muội Có thể dễ dàng tạo ngọn lửa chiếu sáng với nồng độmuội cục bộ 20 g/m3 hoặc lớn hơn [6].

Khi đốt dầu nặng không thể đốt cháy hoàn toàn các giọt, các phân tử có nhiệt độsôi lớn nhất tạo ra một dạng cốc và lắng đọng vào khung (mạch cacbon), hình 1.3.Kích thước lớn nhất của một kiến trúc như thế này bằng đường kính của giọt banđầu Thời gian cháy của mạch gấp đôi thời gian cháy của giọt có đường kính tươngđương [6]

Hình 1.3 Mạch cacbon [6]

0,0043cm2/s [1]

f Ngọn lửa dầu

Hình dáng và chiều dài ngọn lửa

Ngọn lửa của các thiết bị biến bụi không xoáy có trường dòng và trường phảnứng tương tự như ngọn lửa khí Việc tính chính xác ngọn lửa dầu rất khó khăn.Thường người ta phải nhờ đến công thức thực nghiệm dạng [6]

Trong đó:

I – xung của dòng không khí

Đối với các lò hơi người ta còn dùng công thức đơn giản hơn [6].

Trong đó:

Q – công suất nhiệt đo bằng GJ/hThiết bị biến bụi áp suất tạo nên ngọn lửa hình W trong dòng không xoáy Cácđiểm chân của W nằm cách mỏ đốt một khoảng ở trong dòng dầu Khi tăng xungkhông khí, có thể giảm đáng kể thể tích ngọn lửa

Ổn định ngọn lửa

Ổn định ngọn lửa dầu rất khó so với ổn định ngọn lửa không khí vì cần thêmnăng lượng để nhiên liệu bay hơi và cần thêm thời gian để cấp năng lượng này.Nguồn năng lượng mồi có thể là không khí được nung nóng trước, chất biến bụiđược nung nóng trước, khói nóng hồi lưu, trao đổi nhiệt do tiếp xúc giữa các chi tiếtnóng và các dòng khí hoặc bức xạ của ngọn lửa và tường nóng

Về mặt nguyên lý thì có thể sử dụng được các trật tự tương tự như trong ngọnlửa khí: trong dòng không xoáy không có vật giữ ngọn lửa, sự bắt lửa xuất hiện ởvùng biên của dòng, ở đấy có sự cân bằng giữa vận tốc ngọn lửa của hỗn hợp hơidầu – không khí và vận tốc dòng

Thông thường để ổn định người ta sử dụng vùng hồi lưu trong hạt nhân dòngxoáy hoặc sau vật cản Trong các thiết bị biến bụi áp suất bằng cách thay đổi góccủa dòng có thể thay đổi thời gian lưu của giọt trong vùng chảy ngược về và đặctính của ngọn lửa Trên đường đi qua vùng khí hồi lưu nóng các giọt sẽ bay hơihoàn toàn Hơi cùng với khói chuyển động ngược dòng, nhờ trao đổi rối thâm nhậpvào dòng không khí chảy về phía trước Trong vùng chuyển hướng xác lập sự cânbằng giữa vận tốc dòng và vận tốc ngọn lửa

Người ta thấy rằng, vùng hồi lưu có khả năng vận chuyển hơi dầu tới bề mặtngọn lửa trên hai đường Điều này phụ thuộc vào sắp xếp hình học của hình nónphun và vùng hồi lưu vào mức độ tham gia của con đường thứ hai Trên con đườngnày có nhiều cơ hội để hình thành muội

1.1.2 Các biện pháp cơ bản để tăng nhanh quá trình cháy nhiên liệu lỏng

- Tăng nhanh quá trình bốc hơi của nhiên liệu lỏng

- Tăng nhanh quá trình hỗn hợp giữa giọt nhiên liệu và không khí

- Đề phòng hoặc giảm nhẹ hiện tượng phân giải nhiệt

Trong thực tế công nghiệp người ta sử dụng các biện pháp sau để đề phòng và hạn chế phân hủy nhiệt

+ Đưa một phần nhỏ không khí vào xung quanh miệng phun để đề phòng nhiệt

độ gốc ngọn lửa quá cao

+ Làm cho nhiệt độ của dòng phun sương sau miệng phun thấp xuống, như vậycho dù có sinh ra phân giải nhiệt thì cũng là loại phân giải nhiệt đối xứng tạothành cacbuahydro nhẹ

+ Tìm mọi cách đảm bảo hạt sương nhỏ và đều đảm bảo bốc hơi nhanh, khuếchtán hỗn hợp tốt, tránh hiện tượng khuếch tán vào vùng nhiệt cao thiếu oxy

1.2 Cháy antraxit

Antraxit là loại than cháy ít khói, hàm lượng các bon (C) trong than cao, chấtbốc (V) thấp, tro (A) cao nên khó bắt cháy và khó cháy kiệt như được thể hiện ởbảng 1.3

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy antraxit

a Nhiệt lượng bắt cháy

Nhiệt độ bắt lửa của một loại nhiên liệu dưới điều kiện nhất định được xác địnhbởi điều kiện tới hạn của quá trình bắt cháy Điều kiện bắt lửa của dòng bột thankhông chỉ tính đến nhiệt độ mà còn phải tính đến cả lượng nhiệt cần cung cấp chodòng bột than Lượng nhiệt cần thiết cho quá trình bắt lửa, nghĩa là lượng nhiệt cần

(kJ/kg.h), được xác định theo công thức sau [5]

B - lượng tiêu hao than cho một vòi phun, kg/h

Co - nhiệt dung riêng gió cấp 1, kJ/m tc3 .oC

q4 - tổn thất nhiệt cháy không hết về cơ học của lò hơi, %

Cbt - nhiệt dung riêng của gió sấy than, kJ/kg.oC

W - độ ẩm mẫu làm việc của than, %

độ mịn của bột than, nhiệt độ bắt cháy của dòng bột than, nồng độ dòng bột than,trường khí động trong buồng lửa.

b Lưu lượng và tốc độ gió cấp 1

Nếu tỷ lệ gió cấp 1 càng cao thì nhiệt lượng cần thiết để đạt tới trạng thái bắt lửa

sẽ càng lớn Bởi vậy than càng khó cháy thì cần chọn tỷ lệ gió cấp 1 càng thấp Tuynhiên lượng gió cấp 1 cần phải đảm bảo các yêu cầu của sự cháy ổn định nên giócấp 1 không được chọn quá thấp Mặt khác tốc độ gió cấp 1 cũng không được chọnquá lớn vì như vậy sẽ dẫn đến kéo lùi sự bắt lửa ra xa miệng vòi phun

Tỷ lệ gió cấp 1 đối với than antraxit được chọn như sau: r1= 0,15  0,2

c Nhiệt độ gió nóng và nhiệt độ khói vùng bắt lửa

Nâng cao nhiệt độ ban đầu của dòng hỗn hợp gió cấp 1 và bột than có thể giảmđược lượng nhiệt cần thiết để đạt tới trạng thái bắt lửa, làm cho sự bắt lửa dịch vềphía trước gần vòi phun hơn Thông thường đối với than ít chất bốc như than

than, như vậy sẽ làm cho than dễ bắt lửa hơn

Ngoài ra sử dụng đai cháy để nâng cao nhiệt độ buồng đốt vùng bắt lửa cũng làmột trong những biện pháp có lợi cho việc cung cấp nhiệt cho dòng bắt cháy

d Độ mịn của bột than

Khi bột than càng mịn thì tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của bột than trên mộtđơn vị khối lượng với dòng khí nóng càng lớn, tốc độ gia nhiệt dòng bột than tăng,cũng đồng nghĩa với việc tăng nhanh nhiệt độ dòng hỗn hợp gió cấp 1 và bột than.Theo biểu thức (1.8) lúc đó lượng nhiệt cần thiết đưa hỗn hợp tới nhiệt độ bắt lửagiảm làm cho quá trình bắt lửa bột than sớm hơn

Lí thuyết cũng như thực nghiệm chỉ ra rằng than càng ít chất bốc thì yêu cầu bộtthan càng mịn Độ mịn phù hợp được tính như sau 10, 11

* Theo các nước phương Tây đối với loại than ít chất bốc Vdaf< 10 thì:

R90< 0,5 Vdaf+2 R75< 0,5Vdaf+4

* Theo tiêu chuẩn của Nga đối với các lọai than ít chất bốc Vdaf< 10 thì:

* Kinh nghiệm vận hành của các nhà máy điện thì đối với than antraxit Việt Nam

độ mịn thích hợp vào khoảng R90= 4-8%

e Nhiệt độ bắt cháy của dòng bột than

Nhiệt độ bắt lửa của dòng bột than chủ yếu phụ thuộc vào chất bốc của than, vàođiều kiện gia nhiệt và tản nhiệt của dòng hỗn hợp ở đầu ra vòi phun trong buồnglửa Tại đầu ra vòi phun dòng hỗn hợp bột than được bao bọc bởi dòng gió cấp 1 vàcấp 2 và được gia nhiệt bởi dòng khói nóng có nhiệt độ cao hồi lưu Vì vậy quátrình bắt lửa vừa cưỡng bức vừa tự nhiên Điều kiện tới hạn của sự bắt lửa đượcbiểu thị bằng hệ phương trình:

Q1 = Q2

T

Q T

Q1 - Nhiệt lượng hoá học

Q2 - Nhiệt lượng toả nhiệt Giả thiết rằng nhiệt độ bột than trước khi bắt lửa là không cao, phản ứng hóa họctrong dòng trước khi bắt lửa nằm trong vùng động học Vì vậy lúc đó nhiệt lượnghóa học sinh ra do phản ứng hóa học cháy bột than 5] Q1 sẽ là:

exp

1/

1

bl o

n o t

lv

RT E K

T

O Q

exp

1/

1

bl o

n o t

lv

RT E K

T

O Q

Q

, W/m2Nhiệt lượng toả từ hạt bột than ra môi trường Q2 sẽ là:

 - đại lượng đặc trưng lượng tiêu hao than khi cháy một kg ôxy.

Than cốc, khi cháy hoàn toàn sẽ cho ta CO2 nên lúc đó đại lượng:

 = 0,375 kg (C)/ 1kg(O2);

Đối với bột than, vì trong bột than có chất bốc nên khi tiêu tốn 1 kg O2 thì sẽcháy hết nhiều nhiên liệu hơn, với than antraxit có thể chọn giá trị  = 0.531

o - Khối lượng riêng của Oxy, kg/m3

To - Nhiệt độ dòng hỗn hợp bột than và gió nóng, K

R - Hằng số chất khí, kJ/(mol K)

E - Năng lượng hoạt hóa bề mặt hạt than, kJ/mol

Ko - Hệ số va đập, m/s

 - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa bột than với dòng gió nóng, W/m2 .K

 - Hệ số trao đổi chất, m/s, được chọn như sau [5]

Đại lượng đặc trưng cho quá trình tự bắt lửa là chỉ số hoạt tính T15 Đây cũngchính là nhiệt độ mà tại thời điểm đó tốc độ tự gia nhiệt đạt 15oC/1giây trong quátrình nung mẫu bột than thí nghiệm ở điều kiện giàu ôxy Nếu chỉ số T15 mà cao cónghĩa là hoạt tính của than thấp và do đó khó bắt lửa Khi than có chỉ số T15 lớn hơn

280 thì đó là than có đặc tính than antraxit khó bắt lửa Chỉ số hoạt tính đó phụthuộc vào chất bốc của than và được tính theo công thức sau 4, 5

Trong đó VC là tỷ lệ chất bốc trong than

Từ công thức này ta cũng thấy được nếu chất bốc càng cao thì chỉ số hoạt tínhcủa than càng nhỏ và như vậy than càng dễ bắt cháy

Chỉ số hoạt tính (RI) là khái niệm mà Foster Wheeler đưa ra để đánh giá khảnăng bắt cháy của than RI được thể hiện bằng nhiệt độ bắt đầu cháy của mẫu thanđược đặt trong thiết bị thí nghiệm tiêu chuẩn khi được gia nhiệt dần lên Như vậy,

RI cũng tương đương với nhiệt độ bắt cháy Đồ thị mối quan hệ giữa RI và hàmlượng chất bốc mẫu cháy do Foster Wheeler xác định cũng phù hợp với công thứcthực nghiệm trên (hình 1.4) 16

Hình 1.4 Mối quan hệ nhiệt độ bắt lửa T bl (T 15 , RI) và hàm lượng chất bốc V c

Chỉ số cháy bột than (FI) được xác định trong lò nung thí nghiệm như sau:Nhiệt độ của lò nung được nâng dần lên, đưa ô xy và bột than vào, bột than cháy ởnhiệt độ nào thì nhiệt độ đó được gọi là FI

Kết quả thí nghiệm của Alstom cho thấy, chỉ số FI của bột than antraxit ViệtNam rất cao, dao động trong khoảng 625-800oC, trung bình FI =700 oC 9

Chỉ số FI phụ thuộc vào hàm lượng chất bốc, hay chính xác hơn là phụ thuộc vàonhiệt trị chất bốc của một đơn vị nhiên liệu (hình 1.5)

RI và FI là các chỉ số được xác định trong điều kiện thí nghiệm, nơi chất ô xy hoá

là ô xy nguyên chất Trong điều kiện của lò hơi, các nhiệt độ trên còn cao hơnnhiều, với than antraxit, chỉ số FI lên đến 1000 0C 4, 5, 9

Hình 1.5 Mối quan hệ nhiệt độ cháy và hàm lượng chất bốc [3]

Trong đó: Cr và Ck nhiệt dung riêng của hạt bột than và gió cấp 1,

V1 là lượng gió cấp 1 để cháy 1kg bột than

T0 nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp gió cấp 1 và bột than

Có thể thấy rằng khi nồng độ bột than tăng lên, nghĩa là lượng gió cấp 1 giảmdẫn đến Qzh giảm, và bột than càng dễ bắt lửa Nồng độ than khác nhau thì lượngnhiệt cần thiết để bắt lửa của than cũng khác nhau, số liệu thí nghiệm xem bảng 1.4.Các giá trị thực nghiệm trong bảng với giả thiết rằng nhiệt độ bắt cháy của thanbitum 500oC và của than antraxit là 700oC

Nồng độ bột than ở đầu ra vòi phun tăng làm tăng tốc độ phản ứng hoá học (phảnứng cháy) trước khi bột than bắt cháy Do vậy luợng nhiệt phát ra do phản ứng cháy

3 4 5 6 7 8 9

sẽ tăng lên, điều này thúc đẩy hạt bột than bắt cháy Nồng độ bột than ở đầu ra vòiphun tăng lên làm tăng độ đen của ngọn lửa và tăng lượng hấp thụ nhiệt bức xạ củangọn lửa Tuy nhiên nếu nồng độ bột than quá cao, không chỉ làm cho luợng ô xyđưa vào bị thiếu, ảnh hưởng đến sự cháy kiệt của chất bốc mà còn ảnh hưởng đếnnhiệt độ của bản thân hạt bột than và làm cho sự bắt lửa bị kéo lùi lại Như vậy, tồntại một giá trị nồng độ có lợi nhất cho sự cháy ổn định của bột than Bảng 1.4 trìnhbày một ví dụ về mối quan hệ giữa các loại than và nồng độ hỗn hợp có lợi nhất,than càng có chất bốc thấp bao nhiêu, thì đòi hỏi nồng độ bột than trong dòng cấp 1càng cao bấy nhiêu 8.

Bảng 1.4 Nhiệt lượng cần thiết để bắt cháy 1 kg than bột, MJ/kg

Đối với than antraxit, nồng độ bột than tối ưu theo các nghiên cứu trước đây cũng

có sự khác biệt nhau Với các nhà thiết kế của Nga, giá trị này trong khoảng 2kgthan/kg gió 20 với các hãng chế tạo phương tây giá trị này nằm trong khoảng 0,8 -

1,2 kg than/kg gió 14, 16, Viện Năng lượng trong nghiên cứu phục vụ cho chếtạo vòi đốt UD nhà máy điện Ninh Bình cho kết quả nằm trong khoảng 0,9 - 1,1 kgthan/kg gió 3.

g Trường khí động trong buồng lửa

Tổ chức hợp lý trường khí động trong buồng lửa, tăng cường nguồn nhiệt do khóinóng quay về cung cấp cho dòng hỗn hợp là một trong những biện pháp vô cùngquan trọng để cải thiện quá trình bắt lửa

Dòng hồi lưu quay về phía miệng vòi đốt mang theo một lượng nhiệt lớn, tạođiều kiện sấy nhanh dòng hỗn hợp bột than gần miệng vòi đốt, nâng cao nhiệt độdòng hỗn hợp T0 cũng có nghĩa với việc giảm nhiệt lượng Qbl cần thiết đưa hỗn hợptới nhiệt độ bắt lửa, hay nói một cách khác là dòng hỗn hợp bột than sớm bắt cháy.Lưu lượng khói nóng hồi lưu vào dòng hỗn hợp bột than và gió cấp 1 phụ thuộc rấtlớn vào chế độ khí động của dòng khi ra khỏi vòi phun Thông thường trong kỹthuật đốt cháy, dòng gió cấp 1 là dòng phun khuyếch tán thổi thẳng hoặc dòng phunxoáy Lưu lượng khói nóng hồi lưu tăng lên khi tốc độ dòng hỗn hợp bột than tăng Trong thực tế các loại vòi phun khuếch tán thổi thẳng thường là vòi phun dẹt, lúc

đó lượng hồi lưu khói nóng được tính toán theo quy luật chuyển động của dòngkhuếch tán tự do với các công thức tính toán như sau 5

Đối với dòng tròn:

2

) 1

(

19 0

/

) 1

( 19 0

k ax

r ax

k

q q

m m

m m

m m

/ (

57 0 1 442 1

5 1

q

q

mo m

(1-13)

Trong công thức trên:

r - bán kính miệng phun, m

m - Tốc độ dòng tương đối phụ thuộc vào khoảng cách từ miệng phun

2 2 / 3

5 0

a - Hệ số thực nghiệm, đối với dòng hỗn lưu thì a = 0,06 – 0,08

x, y - Tọa độ của dòng tính từ miệng phun

h, b - chiều cao và chiều rộng của miệng phun, m

Umo,Um - Tốc độ dòng dọc trục từ miệng vòi đến mặt cắt khảo sát, m/s

Từ công thức (1.13) ta nhận biết rằng lưu lượng hồi lưu khói nóng tăng khi tỷ lệh/b giảm

Đối với dòng phun xoáy thì lưu lượng hồi lưu vào dòng phun sẽ phụ thuộc vàocường độ xoáy “” của vòi phun, đại lượng đặc trưng cho ảnh hưởng của cấu tạovòi phun tới chế độ xoáy của dòng Thông thường có 3 định nghĩa của cường độxoáy :

** = 8 I / (DP)

* = 4 I / (DP)

 = 2 I / (DP)

Trong công thức trên:

I - Mô men động lượng đầu vào thiết bị xoáy I = qv R

P - Động lượng dòng theo phương dọc trục: P = qvu

qv - Lưu lượng thể tích dòng

R, D - Bán kính và đường kính buồng xoáy

u,  - Tốc độ trung bình theo phương dọc trục đầu ra, và tốc độ trung bình theophương tiếp tuyến đầu vào buồng xoáy

Các loại vòi phun khác nhau, các kết cấu buồng xoáy khác nhau sẽ có các côngthức tính toán khác nhau, tuy nhiên chúng đều chỉ phụ thuộc vào kích thước hìnhhọc và kết cấu của buồng xoáy Thông thường các nước Âu Mỹ thường dùng 2 cáchđịnh nghĩa thứ nhất và thứ hai, còn các nước khác thường dùng cách thứ ba

Như chúng ta đều biết trong trường tốc độ của vòi phun tròn có hai vòng hồi lưutrong và ngoài, tức là vòng hồi lưu ở tâm dòng và hồi lưu ở ngoài dòng gần gốcngọn lửa gần miệng vòi phun Tích phân trường tốc độ ta có thể tính được lưu lượnghồi lưu trong(qmt) và ngoài (qmn) như sau:

t

1 t

R

R

i li i i i m

i i i i R

R m

dr ) r r u q

dr r u

Trong công thức (1-15) trên: Rn, Rt và r là bán kính lớp biên vùng hồi lưu ngoài

và trong, và của đầu ra miệng phun Thực nghiệm cho hay rằng lưu lượng hồi lưucuốn theo dòng sẽ tăng dần cùng với sự tăng dần khoảng cách tính từ miệng vòiphun (chiều dài vùng hồi lưu) và phụ thuộc vào cường độ xoáy của vòi phun TheoAbramovich thì lưu lượng hồi lưu trong có thể xác định gần đúng bằng công thứcthực nghiệm sau 5

3 1)1(053

m o

t q

o

e d

x q

q

td m

h Sự phụ thuộc độ cháy kiệt của than vào hàm lượng chất bốc như được thể

hiện ở Hình 1.7.a và 1.7.b [3]

a) Hiệu suất cháy ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc

88 88.5

89 89.5

90 90.5

91 91.5

Hình 1.7.a Hiệu suất cháy ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc

b) Hiệu suất lò hơi ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc

82 82.5

83 83.5

84 84.5

85 85.5

Hình 1.7.b Hiệu suất lò hơi ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc

Những nghiên cứu và thực nghiệm gần đây đã chứng tỏ rằng, với công nghệ lòthan phun, buồng đốt ứng dụng công nghệ ngọn lửa hình W là có thể sử dụng hiệuquả với than antraxit khi đáp ứng được đặc điểm “thời gian cháy kiệt dài” – một đặctính điển hình của loại than này Hình 1.8 trình bày mô hình buồng lửa có ngọn lửahình chữ W

Buồng đốt kiểu “có vai”, ngọn lửa hình W, cho phép hạt than lưu lại trong vùngcháy mãnh liệt lâu hơn 2 lần so với buồng đốt kiểu cũ (lò hơi của các NMĐ Phả lại

1, Uông Bí, Ninh Bình) Có thể tổng kết các đặc điểm chủ yếu của ngọn lửa hìnhchữ W như sau [3]

1 Trung tâm ngọn lửa hình chữ W rất gần với đầu ra của vòi phun bột than , điềunày sẽ rất thuận lợi cho việc bắt lửa bột than (đặc biệt là loại than xấu, chất bốcthấp)

2 Vòm lò ở tường trước tường sau đều có tác dụng như những cuốn lò phản xạdòng nhiệt cung cấp một phần nhiệt cho sự bắt cháy của dòng hỗn hợp bột than vàgió ở miệng vòi phun

3 Dễ dàng sử dụng loại vòi phun kiểu phân dòng đậm đặc để có lợi cho việc bắtlửa

4 Tăng chiều dài ngọn lửa có nghĩa là tăng thời gian lưu lại của hạt bột thantrong buồng lửa có lợi cho việc nâng cao hiệu suất cháy Điều này cực kì quan trọngđối với các loại than xấu

5 Vì có thể điều chỉnh phân đoạn cấp gió và nồng độ bột than ở đầu ra của vòiphun nên loại lò hơi ngọn lửa hình chữ W có khả năng thích ứng với loại than khárộng và sự thay đổi phụ tải tương đối rộng, nói cách khác tính năng điều tiết tươngđối tốt

6 Dễ phân cấp phân phối gió (cấp gió), cháy phân đoạn, và có thể điều chỉnh,khống chế quá trình cháy ở trạng thái hệ số không khí thừa bé và như vậy đảm bảo

hệ số phát thải khí NOx thấp

Hình 1.8 Lò hơi có buồng đốt ngọn lửa hình W

1.3 Cháy khí than ướt

1.3.1 Đặc tính của khí than ướt

Khí than ướt là một khí nhân tạo, được sản xuất từ than, hơi nước và oxy, cóthành phần chủ yếu là CO, H2 như được thể hiện ở bảng 1.6

Bảng 1.6 Đặc tính của khí than ướt [10]

CO, H2, H2S ,C m H n - Thành phần phần tram các khí trong nhiên liệu, %;

Q CO , Q H2, Q H2S ,Q C m H n - nhiệt trị cháy của các khí thành phần ương ứng

b Giới hạn bắt lửa

Hỗn hợp nhiên liệu khí – không khí có thể bắt lửa khi tỷ lệ nhiên liệu khítrong hỗn hợp nằm trong hai giá trị: giới hạn bắt lửa dưới (Z d) và giới hạn bắt lửatrên (Z t), khoảng cách giữa các giới hạn bắt lửa không chỉ phụ thuộc vào loại nhiênliệu khí, loại chất oxy hóa, nhiệt độ, áp suất mà còn phụ thuộc vào nguồn kích vàthiết bị đốt Giới hạn bắt cháy của hỗn hợp khí được xác định theo nguyên lý LeChatelier [6]

c Nhiệt độ và năng lượng bắt lửa tối thiểu

Hai đại lượng này được xác định bằng thực nghiệm, phụ thuộc vào thànhphần hỗn hợp, loại nhiên liệu khí và áp suất Quá trình tự bắt lửa phụ thuộc khôngchỉ vào thành phần hỗn hợp mà còn vào năng lượng của nguồn kích thích

Năng lượng bắt lửa tối thiểu có quan hệ với vận tốc cháy tầng như sau [6]

Trong đó:

Kết luận chương 1

Qua chương này giúp hiểu và nắm rõ bản chất cháy của các loại nhiên liệu(dầu FO, antrxit và khí), và các yếu tố ảnh hưởng Đây là cơ sở lý thuyết để triểnkhai tính hiệu suất, phát thải cho từng loại nhiên liệu ở chương sau

CHƯƠNG 2 TÍNH CHÁY, PHÁT THẢI CỦA DẦU FO VÀ ANTRAXIT

2.1 Đặt vấn đề

Lò hơi NMNĐ Vũng Áng 1 do Công ty Babcok & Wilcox Bắc Kinh, TrungQuốc sản xuất, thuộc loại lò một (01) bao hơi, tuần hoàn tự nhiên, thông gió cânbằng, quá nhiệt trung gian 1 cấp và áp lực cận tới hạn Lò hơi được thiết kế để đốtthan bột với hệ thống phun than trực tiếp, tuổi thọ của lò là 30 năm với chế độ khởiđộng như sau:

- Khởi động lạnh (thời gian ngừng lò đến 150 giờ);

- Khởi động ấm (thời gian ngừng lò đến 32 giờ);

- Khởi động nóng (thời gian ngừng lò đến 8 giờ)

Khi lò tăng tải từ 0% đến 30% công suất nhiên liệu sử dụng là dầu FO với lưulượng là 31,211 t/h, trên 30% đến 60% công suất nhiên liệu sử dụng là dầu FO vàantraxit, trên 60% công suất nhiên liệu sử dụng là antraxit với lưu lượng là 250 t/h.Thời gian khởi động lò hơi đưa vào vận hành tùy thuộc vào chế độ khởi động lạnh,khởi động ấm hay khởi động nóng, do đó lượng nhiên liệu sử dụng cho mỗi lầnkhởi động lò hơi đưa vào vận hành cũng khác nhau

Việc tính toán cháy và phát thải của dầu FO và antraxit như hiện nay đang vậnhành tại NMNĐ Vũng Áng 1 là cần thiết làm cơ sở để so sánh với các giải pháp sẽđược đề xuất ở các chương sau

2.2 Tính cháy và phát thải của dầu

Thành phần dầu FO, theo % khối lượng được thể hiện ở bảng 2.1 [6]

a Tính cháy dầu FO được thể hiện ở bảng 2.2

chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp nhiệt điện số QCVN22:2009/BTNMT, đối với nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu than) Vậy chọn hệ sốkhông khí thừa α = 1,43 là phù hợp

Khi tổ máy 600MW sử dụng 100% nhiên liệu dầu FO tại 30% công suất(180MW) với hệ số không khi thừa α = 1,43 được thể hiện ở bảng 2.3

Bảng 2.2 Kết quả tính cháy dầu FO

Thành

phần

lượng,(kg)

O2,(kmol)

H2O,(kmol

SO2,

kmol)

N2,(kmol)

O2,kmol

3,762 +0,4:28

Bảng 2.3 Sản phẩm cháy dầu FO tại 30% công suất

(*) Thông số theo tính toán tại bảng 2.2

(**) Theo bảng số liệu thực tế vận hành khi khởi động, vận hành tổ máy củanhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 ngày lượng tiêu thụ dầu FO lớn nhất là 31.211 kg/htại 30% tải của tổ máy, giả thiết dầu FO cháy hoàn toàn

b Tính khối lượng bụi phát thải

Theo tài liệu vận hành nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1, một tổ máy 600MW sử dụng100% nhiên liệu là dầu FO từ khi khởi động đến mức tải 30% công suất tổ máy (180MW),

và sử dụng dầu FO đốt kèm với than cám đến mức tải khoảng 65% công suất tổ máy(390MW) thì bắt đầu cắt dầu FO, khi đó tổ máy sử dụng hoàn toàn nhiên liệu than

Theo thống kê lượng dầu tiêu thụ trong quá trình khởi động lạnh tổ máy 1Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 (600MW), bắt đầu đốt lò từ 6h 28 phút ngày1/8/2017 đến 8h 48 phút ngày 2/8/2017 thì ngắt dầu hoàn toàn (tổng thời gian 26giờ 20 phút) phút là 306,99 tấn

Theo [7] khi đốt 1tấn dầu HFO (hàm lượng lưu huỳnh 0,3% – 0,5%) thải ra0,4kg bụi

Khối lượng bụi phát thải khi đốt dầu FO