Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí rắn trong các lò hơi công nghiệp

Nó được hình thành do phản ứng hoá học của khí nitơ với khí oxy trong khí quyển đốt cháy ở nhiệt độ cao >1100oC: N2 + x NO2 ↔ 2 NOx Môi trường ô nhiễm bị ô nhiễm chất khí NOx chủ yếu ở c

-*** -

Luận văn thạc sỹ khoa học

Ngành: công nghệ nhiệt lạnh

Nâng cao hiệu suất cháy và

giảm thiểu ô nhiễm phát thải khí, rắn

trong các lò hơi công nghiệp

đặng quang hùng

Mở đầu

Năng lượng là động lực của quá trình phát triển của nhân loại cũng như bất

kỳ của quốc gia nào trên thế giới Ngày nay mọi quốc gia đều nhận thức được rằng để phát triển kinh tế bền vững buộc phải biết kết hợp hài hoà giữa ba quá trình phát triển, đó là: Kinh tế – Năng lượng – Môi trường Tuỳ theo thực trạng

về năng lượng của mỗi nước mà các nước đều có các chính sách trùng và dàI hạn nhằm đáp ứng có hiệu quả nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng Việt nam tuy còn là một nước nghèo, nhưng đã có sự tiếp cận đầy trách nhiệm khi coi môI trường là một trong bốn nhân tố chinh của xã hội phát triển bền vững (Kinh tế – MôI trường – Văn hoá - Xã hội), gắn việc bảo vệ môI trường với các chính sách phát triển kinh tế xã hội Đây cũng chính là quan điểm cơ bản để xem xét vấn đề

“Bảo vệ môi trường trong phát triển năng lượng ở Việt Nam”

ở nước ta các thiết bị đốt dầu hoặc than (lò hơi, lò hơi công nghiệp,…) có hàm lượng lưu huỳnh cao phần lớn vẫn chưa trang bị hệ thống xử lý SO2 trong khói thải Lượng phát thải SO2 ra khí quyển là rất lớn Kết quả đo đạc phát thải phát thải khí độc hại từ lò hơi cho thấy rõ chúng đều vượt quá giới hạn cho phép tiêu chuẩn Việt Nam Việc xử lý khí SO2 cho các thiết bị sử dụng nhiên liệu có nhiều lưu huỳnh là yêu cầu cấp thiết, nhất là đối với các thiết bị tiêu hao nhiên liệu lớn Hiện nay một số đơn vị đã trang bị hệ thống xử lý SO2 trong khói thải Các hệ thống này thường sử dụng dung dịch xút hoặc đá vôi làm chất trung hoà với hệ thống cồng kềnh và có tuổi thọ thấp do bị ăn mòn hoặc cáu bám, vận hành khó khăn

Chất phát thải khí trong quá trình cháy được xem xét ở đây chủ yếu là thành phần CO2, SO2 và NOx Đây là một yêu cầu bức bách hiện nay đòi hỏi cần

nghiên cứu giả quyết để đảm bảo sử dụng than trong các lò hơi công nghiệp cũng như trong các nhà máy nhiệt điện mà vẫn đảm bảo yêu cầu khắt khe về môi trường Thông thường để cháy kiệt than, bắt lửa dễ dàng thì đòi hỏi nhiệt đô cháy cao nhưng hàm lượng phát thải khí lại cao, đây là mâu thuẫn cần được giải quyết

Đề tài: “Nâng cao hiệu suất cháy và giảm thiểu ô nhiễm phát thải rắn,

khí trong các lò hơi công nghiệp“ có ý nghĩa rất quan trọng trong việc kiềm

chế phát thải ô nhiễm môi trường và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên than của nước ta Đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau:

- Nghiên cứu thực trạng các lò hơi công nghiệp ở Việt nam

- Nghiên cứu quá trình cháy trong buồng đốt

- Nghiên cứu các biện pháp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu phát thải ô nhiễm

- Xây dựng phương pháp tính toán thiết kế, cải tạo lò đốt nhằm tối ưu quá trình cháy

Chương 1

đặt vấn đề

Lò hơi công nghiệp bao gồm: lò đốt than, đốt dầu, đốt khí, đốt các nhiên liệu khác như phụ phẩm nông nghiệp đã và đang đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp năng lượng trong rất nhiều ngành công nghiệp của chúng ta như: Nhà máy nhiệt điện, công nghiệp giao thông vận tải, Công nghiệp giấy, công nghiệp hoá chất- phân bón- dược phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng – khai khoáng, công nghiệp dệt may, cơ khí – gốm

sứ, rượu – bia – nước giải khát, thuốc lá, thực phẩm hàng tiêu dùng

Các lò hơi công nghiệp có thể là thiết bị sản xuất hơi nước để làm nguồn năng lượng cho các máy động lực hoặc dùng làm môi chất trong các dây truyền sản xuất các sản phẩm khác

Hàng năm các lò hơi công nghiệp sử dụng một nguồn năng lượng khá lớn bao gồm: nhiên liệu sơ cấp (than, dầu, khí) hoặc nhiên liệu thứ cấp (điện)

1.1 Thực trạng lò hơi công nghiệp tại Việt Nam

Song song với việc tiêu thụ nhiên liệu sơ cấp thì các lò hơi công nghiệp cũng sẽ phát ra một lượng khí thải CO2, NOx, SO2,… đáng kể Vì vậy việc lựa chọn công nghệ, thay đổi công nghệ, cải tiến tính năng công nghệ nâng cao hiệu suất thiết bị là những biện pháp có tác dụng tổng hợp để nâng cao hiệu quả chuyển hoá và sử dụng năng lượng (nhiên liệu) để đảm bảo sự phát triển năng lượng của đất nước bền vững trong tương lai

Theo số liệu thống kê cho thấy đến 12/2001, ta khảo sát với 1228 lò hơi bao gồm nhiều loại công suất khác nhau, thậm chí có nhiều nước khác nhau như Trung Quốc, Nga, Nhật bản, Mỹ, Đức, Anh , Pháp, … Việt Nam, trong đó nhiều nhất là lò hơi đốt than 485, đốt dầu 376 chiếc

Bảng 1.1 Kết quả thống kê các lò hơi có công suất trên 1T/h

Theo nhiên liệu sử dụng

Bảng1.2 Số liệu lò hơi – lò gia nhiệt của 8 ngành công nghiệp nhẹ

Stt Ngành công nghiệp Lò đốt

than

Lò đốt dầu

Lò đốt

ga

Lò đốt nhiên liệu khác

(Nguồn: Đề tài NCKH cấp bộ I-111)

1.2 ảnh hưởng chất thải lò hơi gây ô nhiễm không khí

- Khi lò hơi đốt than vận hành thì luôn có chất thải bao gồm các loại khí và chất rắn được thải ra môi trường ngoài Các khí thải nay thường là các ôxit

có ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và phát triển của các sinh vật, ảnh hưởng đến môi trường như gây hiệu ứng nhà kính, các chất thải rắn

1.2.1 Tác hại của chất thải khí

- Tác hại của khí Sulfurơ (SO2): Khí sulfurơ được xem là khí gây ô nhiễm quan trọng nhất trong họ lưu huỳnh ôxít, tuy rằng Anhydrít sulfuríc (SO3)

được sản sinh ra cũng phổ biến, nhưng số lượng không nhiều, thường chỉ chiếm một vài phần trăm của lượng SO2 được thải ra Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy, có vị cay khi có nồng độ trong không khí không quá một phần triệu (1ppm), có mùi vị hăng cay mạnh và gây kích thích khi nồng độ ba phần triệu

Do tác dụng của phản ứng hoá học hoặc do chất xúc tác nào đó mà khí

SO2 dề dạng bị oxy hoá và chuyển hoá thành SO3 trong khí quyển

SO2 tác dụng với hơi nước trong môi trường không khí ẩm ướt biến thành axit sulfuric hoặc muối sulfat, chúng se nhanh chóng tách khỏi khí quyển và rơi xuống đất Anhydrit sulfuric (SO3) phản ứng rất nhanh với H2O để hình thành axit sulfuric, là nguyên nhân chính gây ra mưa axit:

SO3 + H2O → H2SO4Các phần tử axit sulfuric nhanh chóng tái hợp với bụi lơ lửng trong không khí hoặc hoà nhập với hơi nước thành dạng giọt H2O-H2SO4.Các hạt bụi sulfat trong không khí thường có kích thước < 2àm, phần lớn là 0,2 - 0,9àm Các hạt này làm giảm độ trong suốt của khí quyển và tác động rất mạnh đồi với bộ máy hô hấp của con người, đây cũng là một nguyên nhân gây bệnh phổi

SO2 và H2SO4 đều có ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người và động vật ở nồng độ thấp đã gây ra sự kích thích đối với bộ máy hô hấp của người và động vật, ở mức độ cao sẽ gây biến đổi bệnh lý đối với bộ máy hô hấp và có thể dẫn

đến tử vong

Chỉ với nồng độ SO2 là 0,03ppm đã gây ảnh hưởng tới sinh trưởng của rau quả ở nồng độ cao trong thời gian ngắn đã làm rụng lá và gây chết hoại đối với thực vật ở nồng độ thấp với thời gian kéo dài một vài ngày sẽ làm lá vàng úa và rụng

Khí sulfurơ còn làm hỏng các vật liệu xây dựng và đồ dùng Sắt thép và các kim loại khác ở trong môi trường khí ẩm, nóng, khi ô nhiễm khí SO2 thì bị han rỉ rất nhanh SO2 cũng làm hư hỏng và làm giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nilon, giấy, da,

- Tác hại của nitơ oxit (NOx)

- Có nhiều loại nitơ oxit như là: NO, NO2, NO3, N2O3, N2O4, N2O5,

do hoạt động của con người thải vào khí quyển, nhưng chỉ có hai loại nitric oxit (NO) và nitơ đioxit (NO2) là có số lượng quan trọng nhất trong khí quyển Nó

được hình thành do phản ứng hoá học của khí nitơ với khí oxy trong khí quyển

đốt cháy ở nhiệt độ cao (>1100oC): N2 + x NO2 ↔ 2 NOx

Môi trường ô nhiễm bị ô nhiễm chất khí NOx chủ yếu ở các thành phố và các khu công nghiệp, nồng độ khí NO thông thường là khoảng 21 ppm, và nồng

độ NO2 thông thường khoảng trên 5ppm

Khí NO2 có phản ứng với các khí gốc Hydroxyl (HO) trong khí quyển để hình thành axit nitric (HNO3) Khi trời có mưa, nước mưa sẽ rửa không khí bị ô nhiễm khí NO2 và hình thành mưa axit

NO2 là khí có màu phớt hồng, mùi của nó có thể phát hiện thấy khi nồng

độ vào khoảng 0,12ppm Tính chất quan trọng của nó là hấp thụ bức xạ tử ngoại

Khí NO2 với nồng độ khoảng 100ppm có thể gây tử vong cho người và

động vật, với nồng độ khoảng 5 ppm có thể dẫn đến ảnh hưởng xấu đối với bộ

máy hô hấp Con người nếu tiếp xúc lâu với không khí có nồng độ khí NO2khoảng 0,06ppm đã gây trầm trọng thêm các bệnh về phổi

- Tác hại của khí cacbon monoxyt (CO)

Các bonmonoxyt (CO) là khí gây kích thích, không màu, không mùi, không vị Khả năng đề kháng của con người đối với khí CO rất thấp Khí CO có thể bị oxy hoá thành cacbondioxyt (CO2) nhưng phản ứng này xảy ra chậm dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời trong một thời gian khá lâu Khí CO có thể oxy hoá và chuyển dịch trong quá trình diệp lục hoá ở thực vật

1.2.2 Tác hại của chất thải rắn

- Các phần tử bụi lơ lửng

Các phần tử bụi lơ lửng là các phần tử lơ lửng trong không khí với kích thước không quá 10àm Khi các phần tử này tồn tại trong không khí thời gian dài

và nồng độ cao sẽ gây hại tới sức khoẻ

Như vậy, SO2, NOx, CO2, và bụi có hại đói với sức khoẻ người, động vật, thực vật, và ảnh hưởng tới môi trường không khí xung quanh Mọi biện pháp kỹ thuật cần thực hiện để giảm các khí độc hại này Luật môi trường đã đưa ra các tiêu chuẩn giới hạn cho từng loại khí, đó là chỉ tiêu để kiểm soát và thực hiện các hoạt động sản xuất, kinh doanh

1.3 Kết luận

Qua các khảo sát, thống kê ở phần trên, ta thấy rằng các thiết bị lò hơi trong công nghiệp nước ta có nhiều dạng thuộc thế hệ cũ, lạc hậu Không những hiệu suất thấp, tiêu tốn nhiều nhiên liệu mà còn không đảm bảo về thông số vận hành (năng suất, áp suất, nhiệt độ) Khả năng tự động hoá thấp Vì công nghệ

cháy lạc hậu cùng với thiết bị quá thô sơ cho nên gây ô nhiễm tới quá trình của công nghệ sản xuất và môi trường sinh hoạt

Cùng với sự phát triển công nghiệp và nguồn năng lượng hạn chế, chúng ta cần phải nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng để đảm bảo nâng cao hiệu suất sử dụng lò hơi, nâng cao khả năng tự động hoá trong các công đoạn của hệ thống, giảm bớt tổn thất nhiệt để nâng cao hiệu quả chuyển hoá năng lượng trong quá trình sản xuất và sử dụng trong các ngành, các đơn vị sử dụng lò công

Chương 2

Cơ sở lý thuyết cháy

Trong chương này tôi xin được trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan đến quá trình cháy nhiên liệu, quá trình bắt lửa của nhiên liệu

2.1 Quá trình bắt lửa của nhiên liệu

Bất kỳ quá trình cháy của một nhiên liệu nào cũng có thể cũng có thể chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn bắt cháy và giai đoạn cháy kiệt

Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cháy, một phần để nâng cao nhiệt độ của sản phẩm cháy (khói), còn một phần bị bề mặt buồng lửa hấp thụ Bởi vậy sự phát triển của quá trình cháy phụ thuộc vào tỷ lệ giữa nhiệt lượng phát ra và nhiệt lượng mất đi Đối với mỗi loại nhiên liệu nhất định thì tỷ lệ đó phụ thuộc vào chế

độ nhiệt của quá trình cháy

Trong giai đoạn đầu của quá trình cháy có một bộ phận nào đó, mà ở đó lượng nhiệt phát ra vượt quá lượng nhiệt mất đi thì quá trình cháy sẽ dẫn đến việc nâng cao nhiệt độ lên, tốc độ phẩn ứng oxy hoá sẽ tăng nhanh, quá trình tiếp tục cho đến lúc nhiệt lượng đưa vào và lượng nhiệt mất đi tự cân bằng Từ đó quá trình cháy tiếp theo dẫn đến sự tự bốc cháy nhiên liệu

Nếu như phản ứng xảy ra trong một hình thức nào đó có thể tích là V với tốc độ là v thì lượng nhiệt phát ra trong toàn bộ thể tích của bình là:

v Q V

Trong đó:

E o

n

Trong đó:

a- số phân tử vật chất ban đầu;

n- cấp phẩn ứng (đối với phản ứng đơn phân tử thì n = 1, đối với phản ứng nhiều phân tử thì n = 2) nên phương trình (4-1) có thể viết thành:

e e

k a

E RT

E o n

2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình cháy trong buồng lửa

2.2.1 Các giai đoạn của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong buồng lửa:

Từ khi đưa vào buồng lửa đến khi đốt cháy hết nhiên liệu đã trải qua một

sự thay đổi về mặt vật lý và hoá học rất phức tạp xen kẽ lẫn nhau, nói chung có thể chia thành mấy giai đoạn chính như sau:

Đối với nhiên liệu rắn, quá trình cháy gồm 4 giai đoạn:

• Giai đoạn sấy nóng và sấy khô nhiên liệu

• Giai đoạn thoát chất bốc và chất bốc cháy

• Giai đoạn cháy cốc

• Giai đoạn tạo tro xỉ

Đối với nhiên liệu lỏng không có giai đoạn tạo cốc và tạo xỉ Với nhiên liệu khí chỉ có giai đoạn sấy nóng và cháy

Các giai đoạn của quá trình cháy không phải tiến hành tuần tự, tách biệt

mà thường tiến hành gối đầu nhau, xen kẽ nhau

Thời gian tiến hành các giai đoạn dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính của nhiên liệu, cấu tạo của buồng lửa và phương pháp vận hành Dưới đây sẽ ta khảo sát kỹ hơn từng giai đoạn của quá trình cháy

2.2.2 Quá trình sấy nóng và sấy khô nhiên liệu

Khi nhiên liệu được đưa vào buồng lửa đang vận hành, lập tức nhận được nhiệt từ không khí nóng, từ sản phẩm cháy, từ lớp than đang cháy, từ vách tường của buồng lửa Phương thức truyền nhiệt từ không khí nóng và đối lưu, từ sản

phẩm cháy là đối lưu và bức xạ, từ lớp than đang cháy là dẫn nhiệt và bức xạ, từ vách buồng lửa cũng là bức xạ

Khi nhận được nhiệt nhiên liệu được sấy nóng và sấy khô Nhiệt độ của nhiên liệu tăng dần, lượng ẩm trong nhiên liệu cũng nhận được nhiệt, nhiệt độ tăng dần và bốc hơi với cường độ mạnh dần Khi nhiệt độ lên đến khoảng 100oC thì bốc hơi mãnh liệt, cho đến khi bốc hầu hết độ ẩm bề mặt thì nhiệt độ tiếp tục tăng và bước sang giai đoạn thoát chất bốc

Nhiên liệu có nhiệt độ ban đầu càng thấp, độ ẩm càng cao thì nhịêt lượng cần để sấy càng nhiều, thời gian sấy càng dài, lượng không khí cần cũng nhiều nhưng cần lưu ý là ở giai đoạn này cần không khí chỉ với tư cách là tác nhân sấy, chứ không phải là cung cấp O2 cho quá trình cháy

2.2.3 Giai đoạn thoát chất bốc và tạo cốc

Nhiên liệu đã sấy khô, nếu tiếp tục nhận nhiệt thì nhiệt độ tăng lên, chất bốc thoát ra dần và có thể bắt đầu cháy Mỗi loại nhiên liệu bắt đầu thoát chất bốc ở nhiệt khác nhau, than nâu bắt đầu ở nhiệt độ 130oC đến 170oC than đá bắt

đầu 210 oC đến 260oC than gầy và antraxit bắt đầu ở 380oC đến 400oC hoặc cao hơn

Trong quá trình đốt nóng nhiên liệu, nhiều hợp chất Cacbua Hydro bị nhiệt phân thành những nguyên tố đơn giản Cacbon và Hydro Những hợp chất hữu cơ gồm nhiều Hydro thường dễ thoát chất bốc, dễ phân huỷ và dễ cháy, nhưng nhiên liệu và các chất bốc không cao và cháy với ngọn lửa không sáng Khó nhiệt phân nhất là Mêtan (CH4); phải trên 600oC, Mêtan mới phân huỷ nhưng lại cho những chất điểm Cacbon ở thể rắn rất khó cháy gọi là “muội than” hoặc “mồ hóng” Những loại nhiên liệu chứa nhiều Mêtan như dầu madút, khí thiên nhiên, khí

cháy, hình thành nhiều hạt “muội than” nóng đỏ tạo thành ngọn lửa sáng và tăng khả năng truyền nhiệt bức xạ của ngọn lửa

2.2.4 Giai đoạn cháy

Cháy là quá trình phản ứng hoá học giữa oxy và các thành phần cháy được

có toả nhiều nhiệt và ánh sáng Tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ chất cháy được

ở một nhiệt độ nhất định tốc độ cháy phụ thuộc vào nồng độ chất cháy

được trong hỗn hợp nhiên liệu với không khí Nồng độ thấp, tốc độ cháy chậm; nồng độ cao, tốc độ cháy nhanh Còn ở một nồng nhất định tốc độ cháy phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình cháy lớn hơn rất nhiều ảnh hưởng của nồng độ Nhiệt độ bắt lửa của các loại nhiên liệu không giống nhau: củi, gỗ, than bùn, than nâu có nhiệt độ bắt lửa thấp nhất vào khoảng 250oC, than đá với thành phần chất bốc Vch > 20% khoảng 300oC đến

350oC; than gầy, antraxit, than cốc bắt đầu khoảng 650oC đến 800oC; dầu madút khoảng 500oC đến 600oC, khí lò cao khoảng 700oC đến 800oC

Sau khi bắt lửa, tốc độ cháy càng mãnh liệt, tuy nồng độ chất cháy giảm dần; đó là do nhiệt độ buồng lửa tăng cao cho đến khi cháy hết khoảng 80% đến 90% chất cháy được thì phản ứng mới giảm dần tốc độ Ta khảo sát kỹ hơn giai

đoạn cháy chất bốc, tức là các chất khí cháy được như Hydro, CO, và giai đoạn cháy cốc

a Phản ứng cháy dây chuyền của chất khí:

Trong giai đoạn sấy và thoát chất bốc, những chất khí cháy được như H2,

CO, gặp oxy trong không khí đã có phản ứng oxy hoá, toả nhiệt như ban đầu khi nhiệt độ còn thấp, tốc độ phản ứng chậm, nhiệt phát ra chưa đủ đốt nóng để

toả ra ánh sáng Nhiệt độ tăng dần, khi nhiệt độ tăng cao, phản ứng cháy tăng nhanh hơn rất nhiều, gấp hàng trăm hàng ngàn lần so với các phản ứng hoá học thông thường; đó không chỉ là do ảnh hưởng của nhiệt độ cao mà chủ yếu là phản ứng cháy dây truyền nhờ có những trung tâm hoạt tính như các nguyên tử tự do

H, O hoặc gốc OH và trong quá trình cháy dây truyền lại có thể tạo ra nhiều trung tâm hoạt tính mới nữa Để làm thí dụ ta hãy khảo sát phản ứng cháy dây truyền hai chất khí chủ yếu trong chất bốc là H2 và CO

Phản ứng cháy dây truyền của H2, có thể trình bày như sau: Khi phân tử

H 2 O H

Như vậy nhờ một trung tâm hoạt tính, hoặc O, hoặc H hoặc OH đã góp phần cháy H2 và sau một chu kỳ cháy lại sinh ra 3 trung tâm hoạt tính mới cùng với sản phẩm cuối cùng là H2O

Ta thấy là sản phẩm cháy H2 cuối cùng vẫn là H2O, nhiệt lượng toả ra cũng không thêm nhưng tốc độ cháy tăng nhanh hơn rất nhiều và tạo thêm nhiều trung tâm hoạt tính mới, và càng thúc đẩy quá trình cháy nhanh hơn

Phản ứng cháy dây truyền có thể viết như sau:

Chú ý thêm rằng có những phản ứng phân huỷ, nhận nhiệt cũng có thể tạo thành những trung tâm hoạt tính mới, thúc đẩy quá trình cháy như:

Do vậy khi than cháy, phun một ít nước hoặc hơi nước vào, sẽ làm cho quá trình cháy mãnh liệt hơn, do có thêm trung tâm hoạt tính, tuy nhiên nhiệt lượng không những không tăng, mà sẽ giảm đi khi phun nước vì tốn nhiệt lượng hoá hơi

b Quá trình cháy của chất rắn:

Khi cục nhiên liệu đưa vào buồng lửa đang vận hành, xung quanh có không khí, sản phẩm cháy, tường lò có nhiệt độ cao, nên sẽ nhận nhiệt lượng ẩm bốc hơi dần và chất bốc cũng thoát ra

Hơi nước và chất bốc thoát ra bao bọc lấy hạt nhiên liệu, ngăn cách sự tiếp xúc giữa oxy cùng trung tâm hoạt tính với bề mặt than cốc

Nhưng rồi nhờ sự khuếch tán của hơi nước và chất bốc từ bề mặt than ra ngoài và sự khuếch tán của oxy và trung tâm hoạt tính từ ngoài vào trong, tiếp

Hình 2.1 Sự phân bố các chất khí xung quanh hạt than

xúc được với bề mặt than tạo thành phản ứng cháy, sản phẩm cháy mới tạo thành cũng ngăn cách sự tiếp xúc giữa oxy với bề mặt, nhưng rồi cũng nhờ hiện tượng khuếch tán cả hai phía lên quá trình cháy có thể tiếp tục Vì một mặt có các phản ứng cháy tạo thành sản phẩm cháy, mặt khác có sự khuếch tán theo xu thế đồng

đều hoá nồng độ các chất khí, nên hình thành sự phân bố các chất xung quanh bề mặt hạt than như sau:

• Khí CO: ở sát mặt nhiên liệu có nồng độ lớn nhất, càng ra xa càng giảm dần CO tạo thành được, vì mặt cốc có nhiệt độ cao gặp oxy đồng thời có hai phản ứng tạo thành CO và CO2 như sau:

C + H2O → CO + H2 (2-9)

Càng xa mặt cốc nồng độ CO giảm dần, một mặt là do sự khuếch tán, mặt khác còn do phản ứng cháy CO khi gặp O2 theo phản ứng:

CO + 12 O2 → CO2 + Q2 (2-10)

• Khí CO2 như trên đã nói, khi mặt cốc bị oxy phản ứng sẽ tạo thành

CO2 cùng CO, mặt khác khi CO khuéch tán ra ngoài, gặp oxy cũng sẽ cháy tạo thành CO2, nên ở cách bề mặt cốc một khoảng nào đó, nồng độ đạt giá trị lớn nhất CO2max, sau đó do khuếch tán nồng độ CO2 giảm xuống

• Khí O2 Trong dòng không khí ở cách xa mặt cốc có nồng độ O2 lớn nhất, sẽ khuếch tán dần vào mặt cốc Trên đường khuếch tán gặp CO sẽ tiến hành phản ứng cháy như đã nêu trên, nồng độ giảm dần khi tiếp xúc với mặt cốc, sẽ phản ứng với C để tạo thành CO và CO2, lên ở bề mặt cốc giá trị của nồng độ O2

là nhỏ nhất:

Như vậy để nhiên liệu có thể cháy triệt để, cần có các điều kiện sau:

• Nhiệt độ đủ cao , nhiệt độ càng cao quá trình cháy càng tốt

• Hệ số không khí thừa thích hợp, nếu quá nhỏ thì không đủ ôxy, còn khi quá lớn thì làm cho nhiệt độ giảm xuống

• Thời gian lưu lại trong buồng lửa đủ dài

Tuy nhiên các điều kiện trên không phải có tác dụng riêng rẽ mà có ảnh hưởng lẫn nhau rất nhiều

Nếu nhiệt độ trong buồng lửa thấp, thì phản ứng cháy chậm, đòi hỏi thời gian lưu lại trong buồng lửa dài thì hạt nhiên liệu mới kịp cháy hết trước khi ra khỏi buồng lửa Nếu nhiệt độ trong buồng lửa càng cao, phản ứng càng nhanh thì thời gian lưu lại trong buồng lửa không cần dài cũng có thể cháy hoàn toàn được Hơn nữa khi phản ứng cháy càng nhanh, nhiệt lượng toả ra càng nhiều, nhiệt độ lại càng cao thì đòi hỏi thời gian lưu lại trong buồng lửa lại càng ngắn

Hệ số không khí thừa có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy, vì nó có

ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt độ trong buồng lửa Nhiệt độ buồng lửa không chỉ phụ thuộc vào số lượng và chất lượng nhiên liệu đưa vào mà còn phụ thuộc rất nhiều vào lượng không khí và khả năng tiếp xúc giữa không khí với nhiên liệu

Nếu không khí đưa vào vừa đủ, tức hệ số không khí thừa α =1, mà hỗn hợp tốt thì nhiệt lượng toả ra ứng với 1kg hỗn hợp nhiên liệu và không khí là lớn nhất (hình 2.2)

Nếu thiếu không khí, tức là α < 1 thì cháy không hoàn toàn, nhiệt lượng toả ra là ít hơn Nếu α > 1, thì hỗn hợp loảng, lượng nhiên liệu trong 1kg hỗn hợp

ít, nên nhiệt lượng phát ra ít, nhiệt lượng trong buồng lửa thấp, cháy chậm và dễ cháy không hoàn toàn

Chọn hệ số không khí thừa thích hợp thường dựa theo kinh nghiệm và thực nghiệm, tuỳ theo loại nhiên liệu, cách đốt cũng như hình dạng và kích thước buồng lửa Không khí có thể đưa vào cùng một lúc với nhiên liệu hoặc đi qua lớp

thêm sau để cháy kiệt nhiên liệu, cải thiện quá trình cháy, lượng không khí này thường gọi là gió cấp hai Tỷ lệ gió cấp một và cấp hai cũng phụ thuộc vào tính chất của nhiên liệu và cách đốt

Cũng cần nhắc lại là đôi khi cho thêm hơi nước hoặc nước vào buồng lửa làm cho tốc độ cháy tăng lên, cường độ cháy mạnh lên, đó là nhờ tốc độ làm cốc

”khí hoá” cũng như phản ứng phân huỷ tạo thành trung tâm hoạt tính, nhưng nhiệt lượng thì không những không được thêm mà sẽ giảm xuống nếu dùng nước

để phun

2.2.5 Giai đoạn tạo tro xỉ:

Sau quá trình cháy, những chất rắn không cháy được sẽ tạo thành tro xỉ, tro

là những chất rắn không cháy được nhưng không bị nóng chảy còn xỉ chính là tro nóng chảy tạo thành

Trong quá trình cháy, dưới tác động của nhiệt, các thành phần của nhiên liệu sẽ thay đổi nhiều về tính chất vật lý cũng như hoá học Trước tiên các tinh thể nước ngậm trong một số chất như thạch cao (CaSO4 2H2O) hoặc (Al02 2SIO2 2H2O) Sẽ bốc hơi ở khoảng 500oC

Nếu nhiệt độ tiếp tục nâng cao, một số muối khoáng phân huỷ thành các

ôxy và CO2 tự do thoát ra ngoài, thí dụ như:

Nếu nhiệt độ tiếp tục nâng cao, các thành phần của tro lần lượt nóng chảy,

dễ cháy nhất là các kim loại kiềm (K2O, Na2O nóng chảy ở 800 đến 1000°C) và các clorua, sulfua sắt (FeS2), trong môi trường hoàn nguyên có thể nóng chảy ở nhiệt độ 800 đến 900°C ~ 1070°C, còn trong môi trường ôxy hoá thì sẽ thành

Fe2O3 ,v.v

Khi một số thành phần nóng chảy, hoá thành thể lỏng, có thể hoà tan một

số thành phần khác vốn khó chảy, tạo thành những chất cùng tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn Thí dụ nếu trong tro có nhiều thành phần ôxyt silic tự do (SIO2) thì dễ cùng với các chất FeO, CaO, MgO, FeS,vv tạo thành chất cùng tinh dễ nóng chảy và dễ hoà tan được vối các chất Al2O3 vốn rất khó nóng chảy

Do vậy nếu trong tro có nhiều thành phần SiO2 thì tro đó dễ nóng chảy, nếu ít SiO2 thì tro đó khó nóng chảy

Tuỳ theo tính chất và các nhiệt độ biến dạng, nhiệt độ mềm và nhiệt độ nóng chảy của tro, ta có thể chọn phương pháp thải tro xỉ thích hợp: có thể thải tro ở nhiệt độ không quá 850°C có thể thải xỉ khô ở nhiệt độ hơn hoặc thải xỉ lỏng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của tro

2.3 cấu trúc buồng lửa và ảnh hưởng của nó tới quá trình cháy nhiên liệu

2.3.1 Các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật đối vối buồng lửa

Buồng lửa là hệ thống thiết bị và không gian để tiến hành các giai đoạn của quá trình cháy nhiên liệu Khi thiết kế cần chú ý các tiêu chuẩn sau:

1) Có khả năng đốt cháy hoàn toàn nhiều loại nhiên liệu khác nhau, vối

hệ số không khí thừa nhỏ nhất, các thứ tổn thất nhiệt ít nhất, trong phạm vi thay

2) Có kích thước phù hợp, tiết kiệm được nguyên vật liệu Muốn vậy phải nâng cao được cường độ cháy và cường độ truyền nhiệt Cường độ cháy cao tức là nhiệt thế thể tích của buồng lửa, nhiệt thế diện tích của ghi phải cao Muốn tăng cường độ truyền nhiệt, phải tăng cường tỷ lệ bề mặt truyền nhiệt bức xạ, chọn các chuyển động của môi chất thích hợp, tránh đóng cáu cặn, tro xỉ, và nếu

có đóng cáu cặn và tro xỉ thì có thể làm sạch được một cách dễ dàng Nhiệt thế thể tích của buồng lửa hoặc nhiệt thế thể tích của ghi thường xác định theo kinh nghiệm hoặc thực nghiệm, tuỳ thuộc đặc tính của nhiên liệu, hình dạng kích thước của buồng lửa và ghi cùng với phương thức vận hành

3) Cấu tạo phù hợp với mục đích sử dụng, dễ chế tạo, dễ theo dõi kiểm tra, dễ sửa chữa

4) Vận hành đơn giản, nhẹ nhàng, ổn định mà có thể điều chỉnh linh hoạt, dễ dàng tự động hoá

2.3.2 Phân loại buồng lửa

Qua quá trình phát triển lâu đời, đến nay dã có rất nhiều loại buồng lửa khác nhau Dựa theo cách đốt, có thể chia theo 3 loại lớn, trong mỗi loại lớn lại

có thể chia thành nhiều loại nhỏ

lỏng, khí, rắn Riêng đối với nhiên liệu rắn có thể sử dụng trong buồng lửa đốt kiểu phun, ta phải nghiền thành bột mịn bằng các máy nghiền phù hợp

3) Buồng lửa hỗn hợp: trong loại buồng lửa này nhiên liệu có thể 1 phần cháy theo tầng, một phần cháy trong không gian như buông lửa xoáy hoăc cháy lơ lửng, bập bùng trong một khoảng không gian buồng lửa, không xếp hẳn thành lớp mà cũng không bay hẳn theo sản phẩm cháy như trong buồng lửa tầng lỏng (tầng sôi)

Trong nhiều trường hợp vận hành thường bị giảm công suất và hiệu suất thấp? chủ yếu do một số nguyên nhân sau:

Một số lò sử dụng thời gian dài, việc quản lý, bảo dưỡng kém, gây ra những hỏng hóc cục bộ trong các bộ phận đốt của lò, làm biến dạng cửa lò, vỡ hỏng thành lò, hơn nữa lại không được sửa chữa kịp thời

Trong quá trình chế tạo lò còn nhiều vấn đề

Có nhiều trường hợp do sự khác biệt giữa loại than thiết kế và loại than sử dụng nên gây ra những tác động xấu trong quá trình đốt cháy

Theo tình hình trong nước và thực tế sử dụng lò, không thể thay đổi toàn

bộ lò cũ hiệu suất thấp, hay dù làm ra lò mới thì cũng vẫn tồn tại vấn đề về sự phù hợp của than khi đưa vào vận hành lò Do đó để nâng cao hiệu suất của lò, từng bước khai thác tiềm lực của lò, thì vấn đề cải tạo lò là vấn đề đáng được quan tâm Trên cơ sở phân tích lý luận, kết hợp qua tình hình thực tế việc nghiên

cứu ra phương án cải tạo và tiến hành thiết kế hợp lý là vấn đề quan trọng Rất nhiều cơ quan, đơn vị trên cả nước căn cứ vào tình hình thực tế đã nghiên cứu rất nhiều phương pháp, tiến hành cải tạo nhiều lò đốt tuy nhiên dựa vào từng đơn vị

cụ thể có cách cải tạo cụ thể khác nhau

3.1 Về buồng đốt

Trên thực tế, quá trình cháy trong lò vô cùng phức tạp, nó có liên quan rất nhiều nhân tố Thành phần nguyên tố và đặc tính cháy của nhiên liệu, kết cấu lò cháy, mức độ và sự phân bố nhiệt độ trong lò, phương pháp và lưu lượng không khí cấp, mức độ hoà trộn không khí trong nhiên liệu và trạng thái lưu động khí,

đều ảnh hưởng đến tốc độ cháy của nhiêu liệu và khả năng cháy hoàn toàn hay không hoàn toàn Phân tích trong quá trình vận hành, phản ứng cháy thường diễn

ra 4 giai đoạn sau:

Sau khi than

đạt 400 oC sẽ gia nhiệt cho cốc

Chất bốc sau khi cháy khí phân tán trên bề mặt than cốc và phản ứng cháy xảy

ra (cháy cốc)

Khi cháy cốc thi bắt dầu cháy từ bề mặt ngoài vào trong và cháy kiệt

Có thể thấy, các giai đoạn của quá trình cháy trên về cơ bản được thực hiện theo tuần tự nhưng cũng có giai đoạn đan xen nhau Quá trình than cốc có thể bắt

đầu khi phần nước còn chưa thoát hết, than cũng có thể bắt đầu cháy, khi than cốc còn chưa cháy hoàn toàn (nhiệt độ để than cốc cháy hoàn toàn là khoảng

1000 ữ 1200oC)

Muốn quá trình cháy có thể tiến hành một cách thuận lợi, trước hết phải

đảm bảo nhiên liệu cháy đủ nhiệt độ để duy trì sự cháy ổn định, tức nguyên liệu phải được gia nhiệt đến nhiệt độ cháy Nhưng nhiên liệu cháy là loại chất hỗn hợp bao gồm nhiều tạp chất, không phải là loại chất cháy chỉ bao gồm một loại chất hoá học nguyên chất nào Trong một trường hợp nhất định nào đó có một nhiệt độ cháy xác định, tức là nhiệt độ cháy của nó không có một giá trị ổn định nào mà biến đổi trong những môi trường nhất định Các loại nhiên liệu cháy khác nhau thì nhiệt độ cháy cũng khác nhau và biến đổi theo hàm lượng các thành phần chứa trong nó, nhiệt độ cháy của nhiên liệu rắn quyết định ở chất và lượng

Hút nhiệt Lửa sáng vàng Ngọn lửa lớn màu

xanh Giữ nhiệt độ

Hinh 3.1 Đồ thị biểu diễn xu thế nhiệt độ của các giai đoạn cháy

chất bốc, nhiên liệu có nhiều chất bốc thì nhiệt độ cháy thấp, số lượng lỗ hổng trên than cốc cao, hơn nữa có diện tích bề mặt than cốc lớn, làm tăng tốc độ, nâng cao khả năng cháy hoàn toàn

Nhiên liệu gia nhiệt đến nhiệt độ cháy thì cần thêm nhiệt lượng Qgj:

Trong đó:

Qvl là nhiệt hấp thụ của vật liệu trước khi đạt đến nhiệt độ cháy (kJ/kg)

Qkq là nhiệt hấp thụ của không khí trước khi đạt đến nhiệt độ cháy (kJ/kg)

Qfj là nhiệt phân giải của chất bốc (kJ/kg)

Mục đích của các biện pháp cải tạo lò là làm cho quá trình cháy hoàn thiện hơn, cháy nhanh và cháy kiệt Để làm được như vậy, quan trọng nhất là phải đáp ứng được 3 điều kiện:

Nhiệt độ lò đủ lớn, nhiệt độ cao, lửa cháy nhanh, tốc độ phản ứng hoá học nhanh dễ dàng cháy kiệt

Không khí vừa đủ, làm cho không khí và nhiên liệu tiếp xúc và hoà trộn một cách nhanh chóng Lượng không khí quá ít, không đáp ứng được nhu cầu của phản ứng hoá học, không thể cháy kiệt Lượng không khí quá nhiều sẽ làm cho nhiệt độ lò giảm, làm ảnh hưởng đến phản ứng cháy

Bảo đảm thời gian và không gian cần thiết cho phản ứng cháy, chất cháy trong buồng lửa vừa chuyển động vừa cháy, nếu thể tích buồng lửa quá nhỏ hẹp, khí khói lưu động nhanh, thời gian lưu lại trong buồng lửa ngắn dẫn đến cháy không hoàn toàn

3.2 Trọng điểm cải tạo lò

Cải tạo lò hơi chủ yếu là cải tạo các thiết bị cháy của lò, kết cấu lò (cuốn

lò, tường và đáy lò để tăng cường nhiệt từ quá trình bức xạ và quá trình đối lưu trong lò, )

Nhiệm vụ cơ bản của thiết bị cháy là làm chuyển hoá năng lượng trong nhiên liệu thành nhiệt năng Do đặc tính và chủng loại nhiên liệu khác nhau và công suất của lò khác nhau nên có rất nhiều phương án cải tạo lò

Các vấn đề chính của việc cải tạo lò cũng không giống nhau, lò đốt thủ công chủ yếu là cải tạo thiết bị cháy để làm giảm sức lao động công nhân, nâng cao hiệu suất nhiệt của lò và giảm bớt khói bụi Lò đốt tầng (bao gồm lò lắp đặt nhanh) chủ yếu là cải tạo kết cấu buồng lò, nếu cải tạo cuốn lò trước, cuôn lò sau, làm nhiên liệu cháy ổn định, cháy kiệt, để nâng cao hiệu suất nhiệt và công suất của lò

3.2.1 Lò hơi đốt thủ công

Lò đốt thủ công được sử dụng sớm nhất trong các loại lò đốt tầng, do trình

độ công nghệ kỹ thuật còn lạc hậu, yêu cầu về tính kinh tế, trình độ cơ giới hoá

và phương diện bảo vệ môi trường còn chưa cao nên kết cấu lò đốt thủ công còn rất đơn giản và tính thông dụng cao, vì thế mà đã được sử dụng rộng rãi Nhưng

do hiệu suất cháy của lò thấp, sức lao động bỏ ra nhiều, ống khỏi nhả nhiều khói

đen làm ô nhiễm môi trường nên các lò lần lượt được cải tạo nhằm tăng khả năng cháy kiệt và giảm thiểu ô nhiễm phát thải rắn, khí

Trong lò đốt thủ công than từ cửa lò được đưa lên ghi lò một cách có chu

kỳ, còn không khí tuần hoàn qua tầng than Do việc nạp than có tính chu kỳ dẫn

đến một đặc điểm quan trọng là quá trình cháy cũng có tính chu kỳ sau khi nạp than một lượng lớn chất bốc trong than được phân giải, tầng than cũng dày lên, lượng không khí cần để đốt cháy cũng nhiều lên Qua giai đoạn này, chất bốc về

cơ bản đã phân giải hết, đã đốt đi lượng lớn than, nên không cần dùng nhiều không khí nữa Nhưng không khí cung cấp cho lò về cơ bản không thay đổi Vì thế cho nên sau khi cho than vào, không khí không đủ, cháy không hoàn toàn, gây tổn thất lượng lớn chất khí cháy không hoàn toàn Vì than đen do chất bốc nóng phân giải thành, không thể đạt tới cháy hoàn toàn nên óng khói nhả khói

đen làm ô nhiễm không khí Qua giai đoạn này không khí lại quá nhiều, làm tăng tổn thất khói thải Ngoài ra khi nạp than, cửa lò mở, lượng lớn không khí lạnh đi vào trong lò cũng làm gia tăng tổn thất nhả khói, làm nhiệt độ trong lò giảm xuống Như vậy, lúc thì không khí không đủ lúc thì không khí thừa Hiện tượng này gọi là tính chu kỳ của quá trình cháy, làm cho hiệu suất của lò đốt thủ công thấp, đồng thời ống khói theo chu kỳ nhả khói đen

Kết cấu của lò thủ công rất đơn giản bộ phận quan trọng của nó là ghi lò, cấu thành từ hình dạng ghi lò, kết cấu của ghi lò có hợp lý hay không ảnh hưởng rất lớn tới tính kinh tế và độ tin cậy của lò

Đặc tính chủ yếu của ghi lò là tỷ lệ tiết diện thông gió Tỷ lệ tiết diện thông gió chính là tỷ lệ giữa tổng diện tích của lỗ thông gió trên ghi lò ΣFtf và diện tích ghi lò R

thể thu được lớp tro xỉ tơi xốp Do đó, đối với lò đốt thủ công không khói than, tỷ

lệ tiết diện thông gió nhỏ

Tấm ghi lò về cơ bản có thể phân thành 2 kiểu: kiểu mảnh và kiểu tấm Trước đây, trong lò đốt thủ công hầu hết dùng tấm ghi lò kiểu mảnh hình 3-2b S(diện tích) tản nhiệt lớn, chắc chắn, nhưng khoảng cách giữa các thanh ghi

lò lớn, tỷ lệ tiết diện thông gió đạt tới 20-40%, vì thế khi than cháy vụn, lượng than tổn thất tương đối lớn

Sử dụng phổ biến nhất là loại tấm ghi lò kiểu tấm (hình 3-2a) bản được chế tạo từ kim loại, trên bề mặt có lỗ hình bầu dục, làm không khí phân bố đều Để tránh tàn than lấp lỗ, các lỗ hướng xuống dưới thành hình mũi khoan Phần dưới của tấm ghi lò có các cánh tản nhiệt để bảo vệ các thanh ghi lò không bị đốt cháy

và tăng độ cứng vững của ghi Tỷ lệ diện tích thông gió khoảng 8-20% Nó có thể dùng để đốt than không khói, than có khói và than nâu

Tấm ghi lò nhận nhiệt của tầng than, còn 2 cạnh gân thì tiếp xúc với không khí Thông thường dùng giá trị tỷ lệ giữa diện tích nhận và diện tích hơi lạnh của tấm ghi lò để thể hiện đặc tính nguội của nó, lấy k để biểu thị Ví dụ độ rộng của tấm ghi lò là S, số lượng gân là n, độ cao của nó là h thì

nh

S k

2

= Rõ ràng k càng nhỏ thì đặc tính nguội càng trội hơn

(a)-

Tính chu kỳ của quá trình cháy của lò đốt thủ công làm cho hiệu suất thấp,

mà tính chu kỳ còn dẫn đến khói đen, làm ô nhiễm môi trường Nhưng trong nhiều lò nhỏ lại không tiện dùng những thiết bị cháy cơ giới phức tạp Vì vậy, có khi phải sử dụng một vài phương thức đốt cháy mới, mặc dù vẫn nhờ vào sức người để nạp than, nhưng có thể tránh được tính chu kỳ của quá trình đốt cháy

Hình 3-2 Tấm ghi của lò đốt thủ công (a)- Tấm ghi lò kiểu bản (b)- Tấm ghi lò kiểu mảnh

Phương pháp cháy ngược được chấp nhận và sử dụng rộng rãi, ghi lò 2 tầng và lò khí hóa than đơn giản

Phương pháp Cháy ngược

Nguyên lý của phương pháp này là : trên ghi lò, tăng thêm một lượng than tương đối dày (khoảng 300 - 400mm), đốt cháy trên tầng than, tự cháy lên vùng rồi xuống dưới Tình trạng cháy trong tầng than lúc này như hình 3-3, phần trên của vùng cháy là tàn tro còn lưu lại sau khi cháy, nhiệt lượng của vùng cháy một phần nhờ bức xạ và truyền xuống dưới tầng than dưới còn chưa cháy, làm cho nó dần đến được gia nhiệt, làm khô, thoát (sinh ra) chất bốc Không khí vẫn tự động xuống dưới rồi lên trên qua tầng than Có thể thấy, lúc này mặc dù than nạp vào một phần, nhưng than phía dưới dần dần được gia nhiệt bắt lửa và cháy Ngoài lớp tro phần trên ngày càng dày lên, tầng than mới phía dưới mỏng dần đi, tình trạng vùng cháy, vùng gia nhiệt, và vùng chất bốc thoát ra đều không thay đổi, từ

đó khắc phục được tính chu kỳ của quá trình cháy Ngoài ra, vùng chất bốc thoát

ra nằm ở dưới vùng cháy, sau khi chất bốc thoát ra, kết hợp với không khí cùng

đi qua vùng cháy có nhiệt độ cao sau đó đi vào buồng lửa Phần chất bốc có thể ở trong tầng than được cháy hoàn toàn, sẽ không có than đen đi vào buồng lò, ống khói nhả khói đen Do vùng cháy có thể khá dày trong khói khí thoát ra từ tầng than có thể có một lớp khí CO dễ cháy, có thể bố trí thêm gió (gió cấp 2) trong buồng lửa làm cho chúng có thể cháy hoàn toàn trong buồng lửa Lớp tro phía trên tầng than còn có tác dụng lọc, ngăn ngừa những tro xỉ ở vùng cháy phía dưới vào buồng lửa, lượng bụi trong khói thoát ra từ lò có thể giảm

Vì vậy lò đốt thủ công sử dụng phương pháp cháy ngược (phản thiêu) có

ưu điểm rõ rệt hơn các phương thức đốt cháy bình thường Một mặt khắc phục

được tính chu kỳ của quá trình cháy, có thể nâng cao được hiệu suất cháy Mặt

khác, do không thải khói đen, lượng bụi chứa trong khói thải thấp, có thể đáp ứng

được yêu cầu bảo vệ môi trường

Hình 3-3 Cấu trúc tầng than khi cháy ngược của lò đốt thủ công

Lớp xỉ Vùng cháy Vùng gia nhiệt bốc chất bốc Vùng than mới

Hình 3-4 Bầu lò của lò đốt thủ công khi cháy ngược 0,2t/h

Kết quả thí nghiệm của một lò dùng phương pháp cháy ngược như sau: Loại LSGF 0.2-4-A (II) Công suất định mức của lò là 200kg/h, áp lực làm việc 0.4MPa (kiểu áp), phụ tải nhiệt của buồng lửa là 1460MJ/(m3h), phụ tải nhiệt của ghi lò là 2430 MJ/(m3h),dung tích buồng lửa 0,524 m3 Sử dụng quạt gió lượng gió là 1080N m3/h, áp suất là 880Pa và bố trí thêm gió cấp 2 Lần thứ nhất lượng gia than là 130-150kg

Trong điều kiện thí nghiệm: công suất lò là 213 kg/h, hiệu suất cân bằng là 62,2%, nhiệt độ khói thải là 378oC, lượng bụi trong khói thải là 48,7mg/Nm3, trong phụ tải định mức mỗi giờ cháy 38kg than Sau khi lắp thêm bộ thu nhiệt thừa, nhiệt độ khói thải giảm xuống đến 214oC, hiệu suất của lò còn tăng thêm 5% Hình 3-4 là giản đồ của lò dùng phương pháp cháy ngược

Nhưng lò sử dụng phương pháp cháy ngược còn tồn tại một vài nhược

điểm Như đã nói phần trên, lần gia than đầu tiên là 130-150kg trong phụ tải định mức chỉ có thể làm việc 3-4h, mỗi lần gia than lại hình thành một chu kỳ cháy, sau khi than cháy hết còn phải làm sạch tàn (tro), gia than lần hai và đốt lửa

Đồng thời cũng tồn tại hiện tượng kết tro lại nên việc tro, xỉ đi ra ngoài cũng khó khăn, gây bất tiện cho công nhân, cũng không thể cung cấp khí liên tục Ngoài ra khi sử dụng phương pháp cháy ngược, nhiệt độ khói đi qua tầng than mới chưa cháy, tầng than mới dần dần được gia nhiệt và đốt cháy nhờ bức xạ và truyền nhiệt từ vùng cháy Rõ ràng điều kiện cháy lúc này không bằng lò đốt thủ công bình thường, nò không phải là cháy vô hạn Vì vậy, nó chỉ thích hợp khi sử dụng những loại than tốt Ngoài ra, khi sử dụng phương pháp cháy ngược tăng phụ tải nhiệt của ghi lò nhờ gia tăng việc thông gió là có hạn, nếu thông gió quá mạnh sẽ gây ảnh hưởng đến truyền nhiệt từ vùng cháy đến tầng than mới Than có chất lượng càng kém thì càng khó cháy, phụ tải nhiệt của thân lò có thể đạt tới giá trị càng thấp

3.2.2 Lò ghi xích cấp gió từ dưới lên

Để giải quyết nhược điểm về việc không thể cấp than liên tục của phương pháp cháy ngược, người ta đã nghiên cứu và chế tạo một loại máy cơ giới cấp than, cấp gió từ dưới lên Nguyên lý của nó như sau: thông qua máy biến tốc kéo xích tải, xích tải được chia thành 2 phần trước và sau: phía dưới của phần trước lắp đặt một hộp gia than (cấp than) có thể lên xuống, tăng giảm nhờ máy biến tốc, phần sau là ghi lò thông qua sự di chuyển trước, sau của xích tải, có thể giữ cho lò cháy ngược liên tục nhờ có hộp cấp than bổ sung

Kết quả thử nghiệm lò ghi xích, cấp gió từ dưới lên như sau: Cỡ lò là LSGF 0.2-4-A (III), lò định mức công suất là 200kg/h, áp lực làm việc là 0,4Mpa Phụ tải nhiệt của buồng lửa là 0,411m3, công suất điện của động cơ xích tải than là 0,36kW, quạt cấp gió với lưu lượng là 2000Nm3/h, áp suất gió 1470Pa Trong

điều kiện thí nghiệm, công suất

lò là 209kg/h, nhiệt độ khói thải

là 214oC, hiệu suất cần bằng của

bộ phận lò nhiệt là 61,6%, bộ

thu nhiệt thừa có hiệu suất nhiệt

là 10% Lượng bụi trong khói

thải là 140mg/Nm3, phụ tải định

mức mỗi giờ lượng than cháy là

Hình 3-5 Lò hơi ống lửa ống nước

nước nguội, nó có quan hệ mật thiết với hệ thống tuần hoàn nước của lò Than từ cửa lò trên được đưa lên trên ghi lò, đốt lửa phía dưới, kết cấu trong tầng than giống với những lò đốt thủ công thông thường, từ trên xuống dưới theo thứ tự như sau: tầng than mới, vùng gia nhiệt và thoát chất bốc, vùng cháy, tầng tro Nhưng không khí cũng từ cửa lò trên đi vào từ trên xuống dưới qua tầng than, ghi lò nước nguội đến buồng lửa nằm phía dưới của ghi lò nước nguội sau đó thông qua

đường khói đối lưu hoặc buồng cháy kiệt hướng về phía sau.Vì thế hướng lưu

động của không khí và khói khí ngược với hướng lửa cháy của than trong tầng than Quá trình đốt cháy của nó cũng giống như phương pháp cháy ngược, than mới cháy cũng nhờ vào bức xạ và đối lưu của vùng cháy Sau khi chất bốc thoát

ra cũng phải đi qua vùng cháy có nhiệt độ cao, khói khí cũng phải lọc qua tầng tro mới đi vào buồng lửa, vì thế cũng có những ưu, nhược điểm giống như phương pháp cháy ngược Quá trình cháy không có tính chu kỳ, không khói đen, lượng bụi trong khói thải ít Nhưng điều kiện cháy của nó cũng kém như phương pháp cháy ngược Chỉ có điều trong khi vận hành có thể nạp than từ cửa trên của

lò, không cần dùng bất kỳ thiết bị máy móc nào cũng có thể vận hành liên tục

Giữa các đường nước làm mát cấu thành lên ghi lò phải để lại những khe

hở vừa đủ để khói khí đi qua, nếu những khe này quá nhỏ sẽ làm cho lực cản khói khí tăng, nếu những khe này quá lớn sẽ khiến cho than bị rò, tốt nhất là khoảng 20-30mm Có thể thấy, trong điều kiện nhất định để bảo quản những khe hở này,

đường kính ống càng nhỏ, tỷ lệ tiết diện thông gió càng lớn, càng có lợi cho sự cháy, có thể giảm bớt lực cản thông gió Nhưng nếu ống quá nhỏ cũng không

đảm bảo, vì thế người ta thường dùng ống có đường kính khoảng 51mm Những khe hở to như vậy sẽ khó tránh khỏi những việc bị rò than xuống dưới ghi lò nước nguội lại bố trí thêm một ghi lò gang, kết cấu của nó cũng giống như ghi lò của

lò đốt thủ công bình thường, làm cho than rò chưa cháy hết tiếp tục cháy ở trên

đó ở lò có hai tầng ghi lò phải thiết kế 3 tầng cửa Cửa trên đưa than và không khí vào, khi vận hành phải mở ra; cửa giữa khi vận hành thường phải đóng vào và chỉ mở ra khi làm sạch tàn tro ở ghi lò dưới mới mở ra; cửa dưới là cửa tro, dùng

để làm sạch tro lọt xuống phía dưới của ghi lò dưới, khi vận hành chỉ được mở

hé, để một lượng không khí nhỏ đi vào đủ cho than phía trên của ghi lò dưới có thể cháy

3.2.3 Lò khí hóa than đơn giản

Những năm gần đây trong việc cải tạo lò đã xuất hiện loại lò khí than đơn giản Kết cấu của loại lò này rất đơn giản, chủ yếu dựa vào sự sắp đặt của lò, không cần đường ống dẫn khí than khác, khí than chưa qua xử lý trực tiếp đi vào trong buồng đốt của lò để cháy

Ngày nay, lò khí than đơn giản thường cấp than đứt quãng, mỗi lần gia than có thể cháy trong 4-5h, độ cao của tầng than thường là 0,6-1m Lúc này, trong tầng than từ trên xuống dưới có thể phân thành: vùng than mới gia nhiệt, vùng làm khô và thoát chất bốc, vùng hoàn nguyên, vùng ôxy hoá và vùng tạo tro

xỉ Do than đưa vào lần thứ nhất vị trí của các khu dần di chuyển lên phía trên nên các vùng phía trên lần lượt thu hẹp lại đến khi biến mất, vùng tàn tro dần dần dày lên, vùng oxy hoá dần dần di chuyển lên phía trên, rồi bắt đầu xuất hiện sương trên bề mặt, làm cho lửa sáng Ban đầu tầng than và thông gió không đều, nên đầu tiên thường cháy qua 1 vùng cục bộ nào đó, sau đó mới mở rộng ra toàn

bộ bề mặt, làm cho lửa cháy sáng, cuối cùng toàn bộ đều cháy thành tro Như vậy, quá trình làm việc của lò khí than đơn giản phân thành 3 giai đoạn: khí hóa toàn bộ, cháy cục bộ và cháy lửa sáng, lần lượt chiếm khoảng 30%, 50%, 20% thời gian ở giai đoạn khí hoá toàn bộ, khí than sinh ra nhiệt lượng khá lớn, nhưng nhiệt độ của khí than thì tương đối thấp, sau đó nhiệt lượng của khí than

có giảm, nhiệt độ của khí than lại tăng lên rất cao, trong điều kiện lò khí than và

lò rất gần nhau, nhưng sự biến đổi công suất của lò vẫn tương đối ổn định

Hình 3-6 Biểu thị sự bố trí lò nước nóng khí than đơn giản, bên ngoài có lắp đặt một ống nước nguội sinh ra khí than, Diện tích khuôn lò mà mỗi một tấn /giờ khí than cần thiết sinh ra là khoảng 2m2, tường lò đốt thủ công cũng tương tự như vậy Trên tầng than nên không gian khí than phù hợp, cao khoảng 0,3- 0,5m

Lò đốt khí than có 2 cửa nước nguội, một cửa cho khí than đi ra, phía trên bên cạnh và một cửa cho phòng cháy Tốc độ khí than đi ra là 3-5m/s, tốc độ quá cao, lực cản quá lớn; tốc độ quá thấp thì có thể xảy ra cháy lại Cửa gió cấp II nằm ở phía trên cửa ra của khí than, giao với cửa ra của khí than 1 góc 45o

Lò khí than đơn giản thường được thiết kế có một buồng chuyên đốt cháy Thời kỳ đầu phát sinh khí than, trong khí có một lượng lớn hơi nước, rất khó dùng lửa để đốt cháy, nếu sau khí tích tụ tương đối nhiều có thể cháy lại được thì

Hình 4-6 Lò khí nước nóng do lò đơn giản cải tạo thành

(1- Cửa gió cấp 1; 2- lò sinh khí than; 3- ống nước; 4- ống khí than; 5- cửa gió cấp 2; 6- buồng

cháy; 7- Bộ phận chính của lò ban đầu)