Quá trình đốt cháy nhiên liệu và đun nóng bằng lò hơi

quá trình đốt cháy nhiên liệu và đun nóng bằng lò hơi, quá trình cháy nhiên liệu, quá trình đốt nhiên liệu, quá trình đốt cháy nhiên liệu, công nghệ kỹ thuật môi trường, cơ sở quá trình công nghệ, công nghệ môi trường, kỹ thuật môi trường

QUÁ TRÌNH ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU VÀ

ĐUN NÓNG BẰNG LÒ HƠI

Nhiên liệu là những vật có thể cháy được và kèm theo tỏa

ra nhiều nhiệt và ánh sáng khi cháy.

Nguồn nhiên liệu chủ yếu là các chất hữu cơ,có thể tồn tại ở:

- Dạng rắn như gỗ, củi, than bùn, than đá,

- Dạng lỏng như dầu mỏ, dầu xăng, dầu mazút,

- Hoặc thể khí như khí thiên nhiên ,khí lò cao….

7.1.1 Thành phần của nguyên liệu

Thường thành phần của nhiên liệu được biểu thị theo thành phần hóa học và thành phần công nghệ

• Có thể phân tích thành phần hóa học của nhiên liệu theo những thành phần cháy được như:

- Cacbon là thành phần cháy chủ yếu của nhiên liệu, khi cháy cacbon tỏa ra khoảng 34.150 kJ/kg, chiếm từ 50% đến 95% tùy từng loại nhiên liệu

- Hyđro là thành phần cháy quan trọng, khi cháy tỏa ra nhiều nhiệt hơn, khoảng 144500 kJ/kg, nghĩa là gấp hơn 4 lần so với cacbon và dễ bắt lửa, chiếm từ 2% đến 10%

- Lưu huỳnh thường tồn tại dưới 3 dạng: dạng hữu cơ, dạng khoáng chất là hai dạng cháy được và dạng thứ ba không cháy được là dạng sulfit như CaSO4, MgSO4, sẽ tạo tro xỉ Lưu huỳnh xếp vào loại thành phần có hại, tuy rằng khi cháy có tỏa ra một ít nhiệt, bằng khoảng 1/3 cacbon, nhưng tác hại chủ yếu khi đốt sẽ tạo ra SO2,SO3gây hiện tượng ăn mòn các bề mặt truyền nhiệt.

- Nitơ: khi đốt ở áp suất khí quyển và nhiệt độ không quá cao thì nitơ không cháy mà lẫn vào trong sản phẩm cháy dưới dạng tự do nhưng khi ở nhiệt độ cao thì cháy được,tạo NO3 làm ảnh hưởng xấu đến môi trường Chiếm khoảng 0,5% đến 2,5%

- Độ ẩm: Là thành phần có hại, không những không cháy và tỏa nhiệt còn tiêu tốn nhiên liệu để làm bốc hơi, làm tăng nhiệt độ đọng sương của khói, nhất là khi đốt nhiên liệu

có nhiều lưu huỳnh

- Độ tro A: Tro là tổng hợp các thành phần không cháy được ở thể rắn Độ tro của dầu mazút từ 0,2 đến 0,5%, của củi gỗ khoảng 0,5% đến 2,5%, của than đá khoảng 15% đến 30% hoặc hơn nữa Tro có tác dụng xấu, làm giảm lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu, gây hiện tượng bám bẩn, mài mòn các bề mặt truyền nhiệt, gây hiện tượng bám bẩn, mài mòn các bề mặt truyền nhiệt, các đường ống dẫn, quạt khói,

• Đứng về góc độ sử dụng nhiên liệu thường dùng thêm thành phần công nghệ, trong đó thành phần cháy được bao gồm có chất bốc (V) và cốc.

- Chất bốc là những chất khí thải ra khi nhiên liệu bị phân hủy nhiệt trong môi trường không có oxy, thành phần chủ yếu của nó là hyđro, cacbua hyđro (C m H n ), CO, Phần còn lại là cốc và tro.

- Nhiên liệu càng non chất bốc càng nhiều

- Nhiên liệu có càng nhiều chất bốc, càng dễ bắt lửa, cháy

7.1.2 Phân loại nhiên liệu

Dựa theo trạng thái tồn tại, có thể chia thành nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng, nhiên liệu khí Dựa theo cách hình thành, có nhiên liệu thiên nhiên như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, Và nhiên liệu chế biến như than cốc, than hoa, dầu mazút, khí lò gas, Một số nhiên liệu thường gặp :

1 Củi, gỗ và phụ phẩm nông lâm sản: Củi khô có thành

phần khá ổn định: C c = 50%, H c = 6%, O c = 4%, N c = 0,5 – 1%, chất bốc V c = 85% Còn độ ẩm thay đổi khá nhiều, củi khô có W lv khoảng 20 – 30%, củi tươi khoảng 50%, có khi lên tới 60 – 70% Các loại nhiên liệu này có nhiều chất bốc nên dễ cháy nhưng nhiệt trị không cao, thường dùng

để nhóm lò, nhiệt trị khô khoảng 19000 kJ/kg, nhiệt trị thấp không quá 12000 kJ/kg.

2 Than bùn: là dạng ban đầu của thực vật cuyển hóa thành

than đá, có độ ẩm rất lớn, Wlv dao động trong khoảng 30 – 90%, chất bốc cao, V c bằng khoảng 70%, tro không nhiều, khoảng 7 – 15%, dễ cháy nhưng nhiệt trị không cao, khoảng 8500 – 12000 kJ/kg Than bùn được xếp vào loại nhiên liệu địa phương, có nơi còn dùng làm phân bón.

3 Than nâu: là dạng tiếp theo của than bùn, các đặc tính dao động trong phạm vi rông: độ ẩm Wlv khoảng từ 18 – 60%, độ tro A lv khoản 10 – 50%, chất bốc V lv khoảng 30 – 55% Than nâu dễ cháy nhưng thành phần cacbon ít nên nhiệt trị vẫn chưa cao, bằng khoảng 12000 – 16000 kJ/kg.

4 Than đá: là loại than có tuổi hình thành tương đối cao, chất bốc thay

đổi phạm vi khá rộng từ 2 – 55%, có thể chia thành một số loại sau:

- Than có ngọn lửa dài với chất bốc Vc trên 42% dễ cháy, cho ngọn lửa dài và xanh.

5 Dầu mazút: là sản phẩm chiếm khoảng 40% khối lượng

khi chế biến dầu mỏ, thành phần Clv từ 80 – 85%, Hlv từ 8 – 10%, nhiệt trị khoảng từ 39000 – 40000 kJ/kg Nhiệt độ chớp lửa của dầu mazút thông thường khoảng 60 –

100oC Nhiệt độ bắt lửa thường lớn hơn nhiệt độ chớp lửa khoảng 10 – 30%, đây là nhiệt độ tối thiểu mà khi để gần lửa dầu có thể tiếp tục cháy

6 Khí đốt: gồm có khí thiên nhiên và khí chế biến (nhân

tạo) Khí thiên nhiên chủ yếu là metan (CH4), còn khí chế biến có thành phần khác nhau nhiều: khí lò cốc chứa khoảng 53% H2, 22% CH4, nhiệt trị khoảng 16000 kJ/m3tc

7.1.3 Nhiệt trị

Nhiệt trị (năng suất tỏa nhiệt) của nhiên liệu là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg hoặc 1m3 tc nhiên liệu (đơn vị kJ/kg hoặc kJ/m3tc)

Thường dùng 3 loại: nhiệt trị bom nhiệt lượng kế, nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp Trong các bài tính thông thường dùng nhiệt trị thấp làm việc, tức là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1kg hoặc 1m3tc mẫu nhiên liệu ở điều kiện làm việc bình thường mà H2O ở dạng nước ngưng ta được nhiệt trị cao làm việc

Có thể tính nhiệt trị theo công thức thực nghiệm khác nhau, thường dùng công thức Mendeleep khi biết được các thành phần hóa học:

,kJ/kg ,kJ/kg ,kJ/kg

Ví dụ: - Đối với bã mía

,kcal/kg

- Đối với dầu mazút

,kcal/kg ,kcal/kg

- Đối với nhiên liệu khí

=0,01(QCOCO + QH2H2 + QH2SH2S + QCmHnCmHn),kJ/m3tc

) 9

41 55

, 39

110 1250

340C H S O

Qc c c c c

7.1.4 Qúa trình cháy của nhiên liệu

7.1.4.1 Xác định lượng không khí để đốt cháy nhiên liệu

a Đối với nhiên liệu rắn và lỏng

- Phản ứng cháy của cacbon: cacbon cháy hoàn toàn theo phản ứng

C + O2 -> CO + QcKhi cháy không hoàn toàn

C + ½O2-> CO + QC1

CO hình thành có thể cháy tiếp theo phản ứng:

CO + ½O2 -> CO2 + QC2Nhiệt lượng tỏa ra có quan hệ: Qc = QC1 + QC2

- Phản ứng cháy của hyđro:

H2 + ½O2 -> H2O + Qh

- Phản ứng cháy của lưu huỳnh:

S + O2 -> SO2 + Qs

Cũng có những công thức kinh nghiệm để tính, như:

,m3tc/kgnl

Trong đó: a – hệ số xác định theo kinh nghiệm (với than

và dầu = 1,07 – 1,10; với đá dầu và nhiên liệu khí = 1,15 – 1,20)

Đối với dầu, có thể dùng công thức kinh nghiệm của Rôbin:

,m3tc/kgnl

)/1000 W

( 8 ,

V lv t o

kk 

b Đối với nhiên liệu khí

- Phản ứng cháy H2:

H2 + 1/2O2 -> H2O + QhTức là: 22,4m3tc H2 + 22,4/2 m3tc O2-> 22,4 m3tc H2O

110 1250

340C H S O

Q c c c c c

c   

Thể tích không khí lý thuyết (cháy hoàn toàn với a=1) để đốt cháy 1m3tc nhiên liệu khí:

=

Lượng không khí khô lý thuyết được tính theo công thức:

- Đối với nhiên liệu rắn, lỏng:

- Đối với nhiên liệu khí:

Trong đó: x – số nguyên tử cacbon

y – số nguyên tử hyđro

4 (m n

V O KK

V O KK

7.1.4.2 Hệ số dư không khí

V là lượng không khí lý thuyết,nghĩa là với giả thuyết tất cả không khí đều được tham gia phản ứng và vừa đủ để cháy hoàn toàn.Nhưng trong thực tế,vì nhiều lí do khác nhau,luôn có một bộ phận không khí không tiếp xúc được với các thành phần cháy nên lượng không khí thực tế Vkk khác với lượng không khí lí thuyết,thường là nhiều hơn,nên tỷ số α=

hệ số dư không khí được chọn theo kinh nghiệm:

+) đốt nhiên liệu lỏng và khí lấy khoảng 1,05÷1,10

+) đốt than phun lấy từ 1,15÷1,25

• +) trên ghi xích , đốt than don lấy khoảng 1,3

• +)đốt than cám láy khoảng 1,5

• +)trên ghi thủ công lấy khoảng 1,4÷1,5

• -) hệ số dư không khí α lấy các định từ phương trình cân bằng nhiệt lượng

• +) đối với nhiên liệu lỏng , rắn :