Nghiên cứu quá trình phân ly khí rắn trong khói thải sau buồng đốt và sự mài mòn của các bề mặt đốt

Bụi tro bay trong khói va chạm và bám lên bề mặt ống của các bề mặt truyền nhiệt đốt, dẫn đến tăng tốc độ dòng ở những nơi đó làm tăng sự mài mòn của các ống.. 8 Xuất phát từ các phân tí

MỤC LỤC

3.1 Nguyên nhân của sự mài mòn và ăn mòn của các bề mặt đốt 28

3.1.2 Nguyên nhân của sự mài mòn ăn mòn hóa học ở nhiệt độ thấp 28 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn và mài mòn của các bề mặt đốt 30 3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự mài mòn cơ học của khói lò hơi 30 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mài mòn ăn mòn hóa học nhiệt

độ thấp

32

Chương 4 Các thiết bị phân ly bụi tro bay trong khói thải lò hơi 34

2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn, đã đặt ra rất nhiều vấn đề liên quan đến sử dụng năng lượng hiệu quả và bảo vệ môi trường Đã có rất nhiều các nguồn năng lượng đang được sử dụng trên thế giới, tuy nhiên hiện nay nguồn năng lượng chủ yếu

sử dụng vẫn là năng lượng than

Ở nước ta hiện nay nguồn năng lượng từ than vẫn là nguồn năng lượng được sử dụng chủ yếu chính vì vậy đặt ra nhiều vấn đề về sử dụng than sao cho phù hợp cũng như để xử lý khí thải từ các lò hơi đốt than sao cho có hiệu quả để góp phần đảm bảo

về môi trường luôn là vấn đề vô cùng cấp thiết

Đã có rất nhiều các đề tài nghiên cứu về vấn đề sử dụng, sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này và xử lý hiệu quả khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng than, nhưng đây là vấn đề vô cùng phức tạp và đã đang được nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới nghiên cứu

Trong những vấn đề về sử dụng than và xử lý khí thải từ than, thì vấn đề xử lý bụi tro bay và vấn đề hạn chế mài mòn của các bề mặt đốt trong việc sử dụng than là vấn đề quan trọng và đầy ý nghĩa Để có cái nhìn tổng quát nhất về vấn đề này, cũng như việc nghiên cứu sâu về việc hình thành và phân ly bụi tro trong khói thải và các biện pháp xử lý khói thải sẽ tạo ra khả năng xử lý hiệu quả vấn đề bụi tro cũng như hạn chế sự mài mòn các bề mặt đốt, bề mặt truyền nhiệt

Với những ý nghĩa như vậy, tôi đã chọn “Vấn đề mài mòn và ăn mòn bề mặt đốt của lò hơi cũng như nghiên cứu về sự hình thành bụi tro trong khói thải và các giải pháp xử lí” làm đề tài cho luận văn thạc sỹ kỹ thuật của mình tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Được sự giúp đỡ rất nhiệt tình và tâm huyết của các thầy, cô giáo tại trường cũng như các bạn đồng nghiệp, trong đó đặc biệt là sự hướng dẫn và chỉ bảo rất tận tình của thầy giáo: Giáo sư, Tiến sỹ khoa học Nguyễn Sỹ Mão tôi đã hoàn thành bài luận văn của mình Tôi hi vọng tài liệu này sẽ góp một phần nhỏ bé giúp cho các bạn đồng nghiệp trong các nghiên cứu khác liên quan đến vấn đề xử lý khí thải của lò hơi,

và cũng hi vọng các kết quả nghiên cứu được sẽ đóng góp thêm những tài liệu tham

khảo để tìm hiểu và xử lý hiệu quả vấn đề tro bụi trong khói thải lò hơi góp phần sử dụng năng lượng hiệu quả và bảo vệ môi trường sinh thái toàn cầu sau này

Dù đã có rất nhiều cố gắng, và có nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè đồng nghiệp nhưng do kiến thức có hạn việc nghiên cứu có lẽ còn nhiều vấn đề cũng như những sai sót nhất định rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè, và các nhà nghiên cứu khác để tài liệu được đầy đủ hơn và nâng cao hiệu quả ứng dụng thực tế

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy cô giáo tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các bạn đồng nghiệp và gia đình, trong đó đặc biệt là thầy giáo, Giáo sư, Tiến sỹ khoa học Nguyễn Sỹ Mão đã giúp đỡ tôi rất nhiều để hoàn thiện bài luận văn này

Hà Nội, ngày 04 tháng 03 năm 2014 Người thực hiện

Nguyễn Trung Thành

4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

Cùng với sự gia tăng mạnh mẽ nhu cầu về năng lượng trong các nước Châu Á cũng như ở Việt nam trong tương lai thì nhu cầu năng lượng than lại trở nên vô cùng quan trọng và sẽ gia tăng mạnh mẽ hơn Trên toàn cầu, than vẫn là nguồn chính phát điện vào năm 2035, mặc dù thị phần của than đã giảm tới 41% năm 2008 và đến 32% vào năm 2035

Theo Cục Quản lý Thông tin Năng lượng Mỹ (IEA) thì nhu cầu năng lượng của thế giới theo vùng trong Kịch bản khung chính sách mới (World Energy Outlook

2010, được thể hiện như các hình H.1 và H2 sau đây)

H1.1Biểu đồ thống kê về sử dụng năng lượng toàn cầu tăng 36%, với các nước ngoài OECD

dẫn đầu là Trung Quốc, nơi mà nhu cầu tăng đột biến 75%

(World Energy Outlook 2010 (IEA, 2010)  1

H.1.2 Nhu cầu than đã tăng nhanh hơn so với bất kỳ nguồn năng lượng nào khác &

dự báo chiếm hơn 1/3 nhu cầu năng lượng toàn cầu gia tăng đến năm 2030

(World Energy Outlook 2010 (IEA, 2010)  1

Ở Việt Nam ta xuất phát từ chiến lược tiết kiệm nguồn năng lượng và giảm thiểu hiệu ứng khí nhà kính thì việc phát triển công nghệ sử dụng nguồn than có hiệu suất cao để phát điện, để phục vụ công nghiệp có một ý nghĩa vô cùng to lớn, điều này chúng ta có thể thấy rõ trong Quyết định 1208/QĐ-TTg ngày 21 tháng 7 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến 2030  2 :

Để đảm bảo đủ nguồn điện, trong gian đoạn từ nay tới 2025, ngoài các nguồn thủy điện, Việt Nam cần đầu tư và đưa vào vận hành 52 nhà máy nhiệt điện với tổng công suất lên đến 54.740 MW, bao gồm:

- 07 nhà máy nhiệt điện tua bin khí với tổng công suất là 9000 MW

- 45 nhà máy nhiệt điện đốt than với tổng công suất là 45.740 MW

Trong số 45 nhà máy nhiệt điện sẽ xây dựng có 10 nhà máy dự kiến đầu tư theo hình thức BOT (chủ yếu là nhà đầu tư nước ngoài) còn lại 35 nhà máy sẽ do các chủ đầu

tư trong nước thực hiện

Với 35 các nhà máy điện do các chủ đầu tư trong nước thực hiện, tổng vốn đầu

tư có thể lên tới 43,5 tỷ USD (trung bình mỗi năm từ nay tới 2025 sẽ cần phải có 3,1 tỷ USD) Trong tổng số vốn đầu tư đó, vốn đầu tư cho các thiết bị nhà máy điện ước tính

sẽ lên tới 32,7 tỷ USD, với khoảng 24,5 tỷ USD chi phí cho thiết bị chính (tua bin, máy phát, lò hơi), còn lại 8,2 tỷ USD cho các thiết bị phụ khác

6

Có thể thấy rằng, nhu cầu các thiết bị nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam từ nay tới năm 2025 là rất lớn Việc nghiên cứu nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm thiểu tác động môi trường của nó là hết sức quan trọng, và là yêu cầu bức thiết của các chương trình phát triển kinh tế xã hội cũng như các chương trình phát triển KHCN của đất nước

Như chúng ta đã biết trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị hấp thụ lượng nhiệt sinh ra khi cháy các loại nhiên liệu để sản xuất ra hơi nước làm môi chất động lực trong chu trình nhiệt, (quay tuabin hơi, máy phát để sản xuất điện) Lò hơi là thiết

bị quan trọng nhất, lớn nhất và phức tạp nhất ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động, đến vốn đầu tư và các vấn đề an toàn khác của toàn nhà máy nhiệt điện

Để nâng cao hiệu suất nhiệt của các lò hơi trong các nhà máy nhiệt điện thì một trong những giải pháp công nghệ có hiệu quả là phải nâng cao thông số hơi nước (áp suất và nhiệt độ), và một số vấn đề kĩ thuật, công nghệ, vận hành liên quan đến phát thải, đóng xỉ và mài mòn, ăn mòn vvv Đây là những vấn đề khoa học kĩ thuật rất phức tạp mà các nhà khoa học, các trung tâm nghiên cứu trên toàn thế giới cũng như ở trong nước đã, đang và sẽ tiếp tục nghiên cứu tìm ra các phương án kĩ thuật tiên tiến nhất để phục vụ cho sự phát triển kinh tế đất nước

Dưới đây tôi chỉ xin đề cập tới một vài nội dung trong đó là : Vấn đề mài mòn

và ăn mòn bề mặt đốt của lò hơi cũng như nghiên cứu về sự hình thành bụi tro trong khói thải và các giải pháp xử lí

Ta biết rằng bụi tro và xỉ hình thành trong quá trình cháy có thể bám vào dàn ống sinh hơi và ống bộ quá nhiệt/quá nhiệt trung gian Dẫn đến sự truyền nhiệt từ khói thải nóng tới hơi nước chuyển động trong ống giảm

Bụi tro bay trong khói va chạm và bám lên bề mặt ống của các bề mặt truyền nhiệt đốt, dẫn đến tăng tốc độ dòng ở những nơi đó làm tăng sự mài mòn của các ống Các mảng xỉ lớn có thể hình thành, bám lên trên bề mặt các ống truyền nhiệt, có trọng lượng nặng đến hàng tấn, có thể bóp méo các ống Ngoài ra còn có các rủi ro tiềm tàng

là khối xỉ lớn ấy rơi xuống trong quá trình vận hành của lò hơi, có thể gây tắc lò hơi ở

bộ phận đáy lò

Ngoài ra, quá trình ăn mòn có thể xảy ra ở phễu chứa xỉ đáy lò Lưu huỳnh và kiềm trong than có quan hệ chặt chẽ với với sự ăn mòn, và vấn đề trở nên trầm trọng

hơn khi nhiệt độ hơi quá nhiệt tăng cao Cả hai hiện tượng mài mòn và ăn mòn đều tăng lên cùng với sự tăng cao nhiệt độ vách ống kim loại

Sự bám bụi và xỉ ảnh hưởng đến kích thước của lò hơi và diện tích bề mặt truyền nhiệt

Trong các lò hơi sự truyền nhiệt diễn ra thông qua các dàn ống sinh hơi của lò hơi và nhiệt độ vách ống được khống chế ở phần đường khói đối lưu phía trên của buồng đốt

Nồng độ của các kim loại kiềm trong tro xỉ cao có ảnh hưởng lớn đến mài mòn

và bám xỉ vì kim loại kiềm ảnh hưởng đến nhiệt độ mềm và nhiệt độ nóng chảy của xỉ

Kinh nghiệm trong các nhà máy những năm qua cho thấy nếu giữ cho dàn ống sinh hơi sạch bằng các giải pháp thổi bụi tro hình thành từ tro than chất lượng thấp, tăng nhiệt độ lò khóí thải ra có thể tránh được và các hiện tượng mài mòn bề mặt bộ quá nhiệt

Để giảm bám bụi tro gây tắc nghẽn bộ quá nhiệt được khống chế bằng cách tăng tần suất của thổi bụi, nhưng các bộ hâm nước của lò hơi vẫn có thể có vấn đề mài mòn

Sự kết hợp các nghiên cứu, kiểm định trong phòng thí nghiệm, với các thiết bị bằng kính hiển vi điện tử, máy tính kiểm định, và bằng các mô hình mô phỏng toán học có khả năng dự đoán xu hướng bám bụi và đóng xỉ liên quan đến than thiết kế

Trong một nghiên cứu quan trọng của Zygarlicke [5] đã phân tích các mẫu của than đưa vào nhà máy để sử dụng hàng ngày để tính toán các chỉ số về mài mòn sau đó được so sánh với hiệu suất lò hơi Đây là chỉ số liên quan trực tiếp đến mức độ nghiêm trọng của bám bụi trên ống lò hơi và các sự làm việc của các vòi phun Sự sạch sẽ của dàn ống sinh hơi, và các vùng có bộ quá nhiệt/quá nhiệt trung gian thường xuyên được ghi nhận, mẫu bám bụi cũng được thu thập từ bộ quá nhiệt trung gian cũng được thu thập để phân tích Ngoài ra, một mối tương quan giữa các chỉ số dự đoán lắng đọng tro, kiểm soát thổi bụi, sự điều chỉnh gió nóng, tuần hoàn khói lò và ống khói/Hệ số oxy được thành lập để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảm thiểu bám xỉ/tắc nghẽn đường khói

Kết quả là, nó đã có thể kéo dài thời gian làm sạch bụi định kì của tổ máy tới

2-3 tuần, do đó giảm được các khoản chi phí đáng kể

8

Xuất phát từ các phân tích trên tôi đã hình thành đề cương nghiên cứu: “Nghiên cứu phân li khí - rắn trong khói thải sau buồng đốt và sự mài mòn của các bề mặt đốt.”

Mục tiêu của đề tài chia theo hai phần:

+ Thu thập tài liệu, đi sâu phân tích về mặt lí thuyết về nguyên lý hình thành bụi tro bay trong khói thải sau khi cháy để làm cơ sở cho các cho các nghiên cứu về nguyên lí khí động học quá trình phân li khí – rắn trong dòng khói

+ Đi sâu mô tả giải trình các nguyên lí làm việc của các thiết bị phân ly khí – rắn:

 Phân ly bằng phương pháp trọng lực

 Phân ly bằng phương pháp va đập

 Phân ly bằng phương pháp xoáy

 Phân ly bằng phương pháp điện từ

Từ đó để phân tích lựa chọn các loại thiết bị phân ly bụi phù hợp với các lò hơi với các công nghệ cháy nhiên liệu khác nhau

+Trên cơ sở nghiên cứu trên sẽ đề ra những đề xuất về hướng sử dụng loại hình thiết bị khử bụi, các giải pháp kĩ thuật phụ trợ đi kèm cho từng loại nhà máy điện đốt than để nâng cao hiệu quả năng lượng của nhà máy và bảo vệ môi trường Chính bởi vậy bản luận văn được biên tập thành các chương mục sau:

I Tổng quan

II Động lực học dòng hai pha khí rắn:

2.1 Nguyên lí hình thành dòng hai pha khí rắn trong khói thải

2.2 Phân ly bằng phương pháp trọng lực

2.3 Phân ly bằng phương pháp va đập

2.4 Phân ly bằng phương pháp xoáy

2.5 Phân ly bằng phương pháp điện từ

III Tổng quan vấn đề mài mòn các bề mặt đốt

3.1 Nguyên nhân của sự mài mòn và ăn mòn của các bề mặt đốt

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn và mài mòn của các bề mặt đốt

IV Các Thiết bị phân ly bụi tro bay trong khói thải của lò hơi:

4.1 Thiết bị phân ly bằng trọng lực và va đập

4.2 Thiết bị phân ly bằng công nghệ xoáy

4.3 Thiết bị khử bụi theo nguyên lí tĩnh điện

V Những giải pháp kĩ thuật để nâng cao hiệu quả khử bụi 5.1 Đối với lò hơi đốt than bột PC

5.2 Đối với lò hơi kiểu tầng sôi và tầng sôi tuần hoàn 5.3 Tính toán cho một bộ lọc bụi tĩnh điện của nhà máy điện

VI Kết luận và kiến nghị

Các tài liệu tham khảo:

10

CHƯƠNG II ĐỘNG LỰC HỌC HAI PHA KHÍ - RẮN

2.1 Nguyên lý hình thành hai pha khí - rắn trong khói thải

Trong thực tế vận hành các nhà máy nhiệt điện của nước ta hiện nay phần lớn

sử dụng loại than được khai thác từ Quảng Ninh

Theo nhiều tài liệu nghiên cứu, ta thấy rằng tổng trữ lượng than ở Việt Nam chủ yếu là than antraxít ở Quảng Ninh chiếm khoảng 95% Trữ lượng than còn lại chủ yếu

là than mỡ và than bùn phân bố khắp các vùng chủ yếu ở Nam Bộ

Thành phần hóa học của than gồm có Cácbon (C), Hydro (H), Lưu huỳnh

(S),Oxy (O), Nitơ (N), Tro hay còn gọi là khoáng chất (A) và nước hay còn gọi là độ

+ Quá trình phản ứng của Nitơ: Trong quá trình cháy bột than sẽ hình thành phản ứng giữa Ôxy và Nitơ hình thành nên khí NO và NO2 và một ít N2O Lượng khí này sinh ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy như phương thức đốt đặc biệt là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa

+ Ngoài các sản phẩm cháy đã nêu ở trên thì trong sản phẩm cháy còn có thành phần rắn đó có thể là tro, bụi, hoặc một số khoáng chất không cháy được Theo nghiên cứu người ta thấy rằng bụi trong khói thải lò hơi là một tập hợp các hạt rắn có kích thước rất khác nhau, từ vài micrômét tới vài trăm micrômét Các kết quả nghiên cứu

đã cho thấy tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở các khoảng đường kính trung bình (dtb) của

lò đốt than như trong bảng 1

Bảng 1 Tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở lò đốt than[3]:

dtb(μm) 0÷10 10÷20 20÷30 30÷40 40÷50 50÷60 60÷86 86÷100 >100

Các hạt bụi này cùng với các chất khí sinh ra trong quá trình cháy cũng như lượng oxy còn thừa trong quá trình cháy tạo nên khói thải của buồng đốt Do các hạt bụi có kích thước và trong lượng lớn hơn nhiều so với phân tử các chất khí có trong khói thải chính vì vậy dưới tác dụng của trọng lực cũng như chuyển động khí động do quạt hút có tốc độ di chuyển cũng như quỹ đạo di chuyển của các hạt bụi cũng như các hạt khí, chính bởi vậy tạo ra sự phân ly của hai pha khí và rắn trong khói thải

Đây cũng là cơ sở cho việc sử dụng các phương pháp phân ly khác nhau để tạo

ra sự phân ly hiệu quả nhất giữa hai pha khí và rắn nhằm tách hai pha này riêng biệt trong quá trình xử lý bụi và các hạt rắn khác có trong khói thải

Để tạo cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá các phương pháp phân ly dưới đây tôi xin tổng hợp trình bày về vấn đề động lực học của quá trình phân ly trong từng phương pháp cụ thể

2.2 Phân li bằng phương pháp trọng lực

Trong quá trình nghiên cứu động lực học về phân ly bằng trọng lực, người ta thấy rằng thực tế khi các hạt bắt đầu lắng đọng, thường xảy ra quá trình lắng đọng không đồng đều Cùng với sự tăng dần của thời gian dưới tác dụng của trở lực gia tốc của các hạt không ngừng giảm Khi lực tác dụng hữu hiệu bằng trở lực thì quá trình gia tốc lắng kết thúc, và quá trình lắng tốc độ đồng đều bắt đầu, đây chính là quá trình tốc

độ lắng đọng cuối Bình thường, hệ số trở lực của quá trình lắng đọng gia tốc lớn hơn một ít hệ số trở lực của quá trình lắng đồng đều và hệ số trở lực của quá trình lằng đọng gia tốc là một số không đổi

12

Hình 2.1.Sơ đồ buồng phân ly trọng lực

Trong quá trình nghiên cứu động lực học về phân ly bằng trọng lực người ta thấy rằng thực tế khi các hạt bắt đầu lắng đọng thì thường xảy ra quá trình lắng đọng không đồng đều Cùng với sự tăng dần của thời gian, dưới tác dụng của trở lực, gia tốc của các hạt không ngừng giảm Khi lực tác dụng hữu hiệu bằng trở lực thì quá trình gia tốc lắng kết thúc, và quá trình lắng tốc độ đồng đều bắt đầu, đây chính là quá trình tốc

độ lắng đọng cuối Bình thường, hệ số trở lực của quá trình lắng đọng gia tốc lớn hơn một ít so với hệ số trở lực của quá trình lắng đồng đều và hệ số trở lực của quá trình lằng đọng gia tốc là một số không đổi

Từ đây ta có phương trình cân bằng của quá trình lắng gia tốc:

4 2

2 2 '

0

p g

D p p

d a

C a m





 (2-1) Trong đó:

C - Hệ số trở lực của quá trình lắng đọng gia tốc

Ta giả sử hạt bụi có dạng cầu thì thời gian từ khi hạt lắng không đều đền khi đạt tốc độ lắng cuối là:

D D

D D

g D

g p p

C C

C C

F C

' ) 2

ln 3

 - Khối lƣợng riêng của khói sau khi lọc

Theo lý thuyết ta có thời gian từ lắng đọng gia tốc đến lắng đọng cuối là nhỏ

Từ đó ta có thể tìm đƣợc khoảng cách lắng trong quá trình lắng gia tốc của hạt:

0 ' '

) (

2

2 3 ln

3

) (

4

g p p

g D

g D

g p p

d

F C ch

C

d

(2-3)

Hình 2.2 Trình bày quá trình lắng đọng đơn lớp

Khi dòng lắng đọng ổn định và đồng đều thì thời gian đi qua buồng lắng với chiều dài L là:

u

L V

LBH V

V

g g



 (2-4) Trong đó:

14

g

V - Lưu lượng thể tích

u- Tốc độ nằm ngang trung bình của dòng hỗn hợp

H- Độ cao của buồng lắng

B- Bề ngang của buồng lắng

Tốc độ lắng của hạt (Thời gian từ đỉnh lắng đến đáy của buồng lắng):

L

 (2-6) Hay

u

L u

H   (2-6)

Bên cạnh đó, do các hạt bụi có đường kính khác nhau, nên tốc độ lắng cũng khác nhau, vì vậy khi thời gian lắng là như nhau các hạt là khác nhau sẽ có độ cao lắng đọng là khác nhau, có thể viết chung:

hu (2-7) Trong đó:

u H

u H

   (2-8)

2 2

2

18

)(

18

)(

p g

g

p g p

g

p g p

kd V

gBL d HV

gL d

gBL k



(2.10)

Từ công thức ở trên ta thấy rằng k phụ thuộc vào kích thước hình học của buồng lắng, đặc tính và tốc độ dòng chảy Ta cũng thấy rõ ràng là hiểu quả của buồng lắng tỉ lệ thuận với bình phương của đường kính hạt, đường kính hạt càng lớn hiệu quả càng cao Tuy nhiên kích thước và kết cấu buồng lắng, tính chất của hạt và với lưu lượng nhất định thì buồng lắng có thể lắng hoàn toàn hạt nhỏ nhất là có giới hạn Khi dòng phân ly chuyển động vào vùng Stokes, thì phân ly trọng lực có thể lắng 100% hạt

có đường kính nhỏ nhất là:

V L

g

uH d

g p g

g

18 )

g

uH d

p g

Từ trên ta có thể nhận thấy việc tăng chiều cao buồng lắng, tăng tốc độ dòng, tăng chiều dài buồng lắng đều có thể nâng cao hiệu suất phân ly tuy nhiên khi tính toán thiết kế buồng lắng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể ta lựa chọn phương án nào cho phù hợp mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật

Hình 2.3.Biểu đồ tra vận tốc lắng của hạt[5]

Trong thực tế để tăng hiệu quả phân ly người ta thiết kế với buồng lắng nhiều ngăn, hay có thể coi đó là ghép nhiều buồng lắng lại với nhau như hình dưới

16

Hình 2.4 Buồng lọc bụi nhiều ngăn

Ưu điểm chủ yếu của phương pháp này:

+ Kết cấu của thiết bị tương đối đơn giản do đó giá thành rẻ

+ Tiêu hao năng lượng ít, thích hợp để khử bụi có mật độ lớn, hạt to với hiệu suất lọc bụi đạt khoảng 60% đến 80%

Tuy nhiên nếu kích thước hạt bụi mà quá nhỏ thì hầu như không thực hiện phân li được vì nó bị quấn theo khí ra khỏi thiết bị

2.3 Phân li bằng phương pháp va đập

Phân ly bằng va đập là phương pháp phân ly dựa trên nguyên lý phân ly bằng quán tính Với phương pháp này, người ta bố trí một loạt các tấm cản có hình dạng đặc biệt trong không gian phân ly Biện pháp này làm cho dòng phân ly chảy qua nhiều lần

va đập và chuyển hướng dòng liên tục qua đó tận dụng được sự khác nhau về quán tính của dòng khí và rắn, làm cho hiệu suất phân ly cao hơn so với phương pháp phân

ly bằng trọng lực

Một trong những phương pháp phân ly được sử dụng nhiều nhất áp dụng nguyên lý này là phương pháp phân ly kiểu chảy vòng va đập với tấm cản hình chữ U Trong phương pháp này theo hướng chảy của dòng khí - rắn người ta đặt một loạt các tấm cản hình chữ U làm cho dòng khí - rắn bị liên tục va đập với các tấm cản trên và không ngừng thay đổi phương hướng, các hạt rắn trong dòng chảy do tác dụng của lực quán tính càng lớn không biến đổi dòng mà tiếp tục theo hướng chuyển động đến khi lực đập trực tiếp vào tấm cản làm mất hết lực quán tính và cuối cùng được phân ly ra khỏi dòng, còn dòng có hàm lượng rắn không lớn tiếp tục chuyển động vòng qua tấm cản chảy về phía trước và được thải ra ngoài

Trường hiệu suất phân ly của biện pháp phân ly này phụ thuộc vào độ va đập giữa dòng khí - rắn và các tấm cản

Hiệu suất phân ly kiểu va đập chủ yếu phụ thuộc vào hệ số Kt là thông số đặc trưng được xác định như sau

t

i p p t

D

u d K

(1 )

1 1

R

R c

) exp(

Trong đó:

total

 - Là hiệu suất phân ly qua va đập và chặn đứng

 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phân ly

Hình 2.6, buồng tách bụi có tấm chắn

Qua các nghiên cứu người ta thấy rằng có rất nhiều các yếu tố có thể ảnh hưởng tới quá trình phân ly theo phương pháp sử dụng tấm cản, dưới đây sẽ trình bày một số

18

các yếu tố có tác động lớn nhất tới quá trình phân ly theo phương pháp này để làm rõ nguyên lý của quá trình phân ly trên

- Ảnh hưởng của khoảng cách ngang các tấm phân ly

Khoảng cách ngang các tấm phân ly là S1, và tỷ số S1/B sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và trở lực của thiết bị phân ly đã được tính ở trên Khi S1 nhỏ quá hoặc lớn quá đều làm cho hiệu suất phân ly giảm, thực tế cho thấy tỷ số này bằng 2,0 đến 2,5 thì hiệu suất đạt là tốt nhất Do S1 quá nhỏ tốc độ giữa các ống quá lớn khả năng dòng mang theo hạt quá lớn không lợi cho quá trình phân ly Khi S1 quá lớn, góc chuyển dòng bé, đồng thời giảm số lượng tấm phân ly cũng không đều làm cho hiệu suất giảm xuống

S2

S1

B

B

Hình 2.7 Mô tả khoảng cách các tấm chắn trong phân ly hình chữ U

- Ảnh hưởng của khoảng cánh dọc của tấm phân ly

Khoảng cách dọc của các tấm phân ly là S2, Thì cũng như S1, tỷ số S2/B cũng ảnh hưởng tới hiệu suất và trở lực nhưng so với ảnh hưởng của khoảng cách theo chiều ngang thì ảnh hưởng của khoảng cách theo chiều dọc tương đối nhỏ hơn Đối với hiệu suất thì S2 tốt nhất là 2,0B đến 2,5B, ngoài giá trị đó thì hiệu suất sẽ giảm xuống một

ít Trong phạm vi thí nghiệm ta thấy S2 tương đối nhỏ hoặc lớn đều có lợi cho trở lực Tổng hợp xem xét đánh giá đến cả hiệu suất và trở lực, đồng thời xét đến kết cấu gọn của lò hơi thì giá trị S2=1,5B là thích hợp nhất tuy nhiên lúc đó hiệu suất phân ly có giảm đi một ít nhưng trở lực lại giảm và kết cấu lò càng gọn hơn và thông thường người ta thường lấy S2=1,5B đến 2B

- Ảnh hưởng của số dãy tấm phân ly

Hiệu suất tấm phân ly tăng lên khi số dãy tấm phân ly tăng lên nhưng tác dụng phân ly chủ yếu đạt hiệu quả ở bốn tấm ban đầu Thực tế cho thấy khi số dãy nrãy=4 thì

hiệu suất của phân ly có thể đạt tới 90% Khi tiếp tục tăng số dãy lên nữa thì hiệu suất phân ly có tăng nhưng không rõ rệt Nguyên nhân tại các dãy đầu đường kính hạt tương đối lớn, nồng độ hạt cũng cao nên phân ly dễ dàng hơn Càng về sau số hạt có kích thước lớn đã hết chỉ còn lại các hạt có kích thước nhỏ và nồng độ các hạt cũng nhỏ hơn nên hiệu suất của quá trình phân ly tại các dãy sau không được rõ ràng Tuy nhiên khi các tần số tấm phân ly càng nhiều trở lực của thiết bị càng tăng và làm cho kích thước thiết bị cũng tăng theo, chính vì vậy nếu xét tổng thể cả về hiệu suất và trở lực thì số tấm phân ly từ 4 đến 5 là tối ưu nhất

- Ảnh hưởng của tốc độ dòng

Trong phân ly quán tính tốc độ dòng càng cao thì động năng của hạt càng lớn gia tốc ly tâm của hạt khi chuyển dòng càng lớn điều đó đều có lợi cho quá trình phân

ly hạt Mặt khác khi tốc độ dòng càng lớn có nghĩa tác động đối với hạt càng lớn điều

đó làm cho hạt dễ tách ra thành những hạt có kích thước nhỏ hơn gây khó khăn cho quá trình phân ly Hai tác dụng đó quan hệ ảnh hưởng lớn nhỏ đến quá trình phân ly Đối với tấm chắn hình chữ U thì tốc độ dòng có ảnh nhất định tới hiệu suất phân ly của thiết bị Khi tốc độ dòng đạt 3,5m/s đến 5,2m/s thì hiệu suất phân ly đạt cao nhất ra ngoài phạm vi đó hiệu suất phân ly sẽ giảm xuống nhưng biên độ giảm là không nhiều Bên cạnh đó khi tốc độ tăng thì trở lực cũng tăng lên rõ rệt nhưng trở lực trong phân ly với tấm chắn hình chữ U là rất bé do đó tấm chắn này được sử dụng khá rộng dãi

Từ góc độ hiệu suất phân ly mà xét, vì tốc độ tăng lên làm hiệu suất phân ly giảm đáng kể, vì vậy có thể chọn tốc độ dòng tương đối lớn nhưng xét tổng hợp cả trở lực và mài mòn thì không nên chọn tốc độ quá cao

Đây cũng là phương pháp phân li tương đối đơn giản và phù hợp với nhiều hạt bụi hơn so với phương pháp lắng nhưng phương pháp này ít tiêu tốn năng lượng nhiều hơn, nhưng các tấm va đập thường xuyên bị mài mòn và cần phải thay thế Phù hợp với dạng bụi có nồng độ cao

Hình 2.7 Kết cấu phân ly kiểu va đập

20

2.4 Phân ly bằng xyclon

Phân ly kiểu xyclon là phương pháp phân ly khí - rắn theo phương pháp dựa

trên nguyên tắc ly tâm hỗn hợp khí và rắn đi vào thiết bị phân ly từ chuyển động thẳng

qua chuyển động xoay tròn Đại bộ phận thiết bị phân ly này có chuyển động xoắn

theo vách trụ đi xuống Dòng khí - rắn xoáy sinh ra lực ly tâm, các chất rắn có trọng

lượng lớn sẽ bị văng ra vách ngoài, một bộ phận do vách đàn hồi trở lại dòng khí lại

mang theo, hầu hết các hạt do trọng lực rơi xuống dưới dọc theo vách hình trụ đi vào

phễu tro Khi dòng chuyển động xoáy bên ngoài đi đến phễu hình chóp, do hình chóp

thu nhỏ nên áp suất trung tâm của phân li Căn cứ theo mô men xoáy không đổi thì tốc

độ tiếp tuyến của nó tăng lên không ngừng, khi dòng khí đến tận cùng của hình chóp,

với phương xoáy vòng như cũ, từ dưới đi lên theo hình xoắn ốc gọi là xoáy bên trong

Cuối cùng khí được thải ra ngoài theo ống thải các chất rắn xuống phễu tro và được

thải ra ngoài Một bộ phận nhỏ của khí chuyển động men theo mặt trong của nắp trên,

sau đó chuyển động xuống theo bên ngoài của ống thoát khí đi đến mép cuối của ống

thoát thì ngoặt lại thải ra theo ống thoát theo dòng khí phân bụi trong đó cũng được

thải luôn ra

Hình 2.8 Quá trình lọc bụi xyclon

Nguyên lý chung của phân ly khí - rắn đó là hạt rắn trong dòng không khí chảy

xoáy sẽ bị cuốn theo dòng khí vào chuyển động xoáy Lực ly tâm gây tác động làm hạt

a x b

fthdocu ment or the summar

y of an interest ing point

You can position the text box anywhe

re in the docume

nt Use the Drawin

g Tools tab to change the formatti

ng of the pull

a x b

fthdoc ument

or the summ ary of

an interes ting point

You can positio

n the text box anywh ere in the docum ent

Use the Drawi

ng

hn

fthdocu ment or the summar

y of an interest ing point

You can position the text box anywhe

re in the docume

rắn sẽ rời xa tâm quay và tiến về vỏ ngoài xyclon Đồng thời, hạt rắn sẽ chịu tác động của sức cản không khí theo chiều ngược với hướng chuyển động, kết quả là hạt rắn dịch chuyển dần về vỏ ngoài của xyclon, va chạm với nó, sẽ mất động năng và rơi xuống phễu thu Ở đó, hạt rắn đi qua thiết bị xả đi ra ngoài

Giải các phương trình về chuyển động của hạt rắn đơn lẻ trong xyclon, người ta

3

R

R n

1

2 2

.18

75 ÷ 85% và lọc bụi có đường kính d >20 µm với hiệu suất 92 ÷ 95% Các loại xyclon thường có đường kính phần hình trụ D = 400; 500; 630 và 800 mm Các kích thước hình học khác của xyclon tỷ lệ với đường kính phần hình trụ D Đường đặc tuyến làm việc của xyclon có dạng đường thẳng trên biểu đồ có thang chia theo hàm logarit biểu

22

thị quan hệ giữa lưu lượng và trở lực của dòng khí qua xyclon Xyclon thường làm việc trong khoảng trở lực 140 ÷ 170 kg/m2 với vận tốc tối ưu cho mỗi loại xyclon

 Các yếu tố ảnh hưởng tới qúa trình phân ly khí - rắn kiểu xyclon

Có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng tới việc phân ly khí - rắn theo nguyên tắc xyclon dưới đây là một số các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất phân li

của thiết bị

- Tốc độ vào

Tốc độ vào có ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và trở lực của thiết bị Khi tốc

độ tăng thì hiệu suất của thiết bị phân ly cũng tăng, giai đoạn đầu hiệu suất tăng rất nhanh khi tốc độ tăng lên hầu như thành đường thẳng, đến một tốc độ nào đó thì hiệu suất phân ly của thiết bị tăng lên rất chậm Khi tốc độ vượt một giới hạn nào đó (từ 30m/s đến 40m/s) dòng chảy rối của hỗn hợp khí - rắn tăng lên hạt va đập vào lớp vỏ

và bị bật trở lại ngày càng nhiều, hạt bị bật trở lại dòng khí phân ly làm cho hiệu suất của thiết bị giảm xuống Còn đối với trở lực của thiết bị như ta thấy khi tốc độ tăng lên thì trở lực tăng lên rất nhanh theo bình phương của tốc độ, do đó cần xem xét tổng hợp

cả hai yếu tố để lựa chọn tốc độ vào hợp lí Thông thường người ta thấy rằng tốc độ vào của dòng khí - rắn cần phân ly nằm trong khoảng 6m/s đến 25m/s là tốc độ hợp lý nhất

- Nhiệt độ khí

Nhiệt độ dòng khí - rắn đưa vào phân ly có ảnh hưởng trực tiếp tới độ nhớt của

nó Khi nhiệt độ tăng lên độ nhớt của nó cũng tăng lên làm cho trở lực của thiết bị cũng tăng lên và làm giảm hiệu suất phân ly của thiết bị

- Tính chất bụi

Tính chất của chất rắn trong hỗn hợp cũng ảnh hưởng tới tính năng của phân ly xyclon, trong đó ảnh hưởng lớn nhất là kích thước hạt, mật độ và nồng độ hạt Khi kích cỡ hạt quá nhỏ hiệu suất phân li của xyclon không cao chính vì vậy lọa thiết bị phân ly này thường được sử dụng để lọc bụi sơ bộ

+ Với kích cỡ hạt: Hiệu suất của thiết bị phân ly có ảnh hưởng rất nhạy với kích

cỡ hạt kích cỡ hạt càng nhỏ thì hiệu suất phân ly càng thấp, với kích cỡ hạt từ

kích cỡ các hạt rắn càng nhỏ thì ảnh hưởng của mật độ hạt càng lớn tuy nhiên hầu hết lượng khí rắn cần phân ly là cố định ta không thể lai đem làm tăng lượng rắn vào luồng khí đi phân li vì thế việc nghiên cứu tính chất này chỉ đánh giá về hiệu suất phân

li chứ không thể đánh giá được hiệu quả thực tế thiết bị phân ly mang lại

- Ảnh hưởng của chất lượng chế tạo và lắp ráp

Để đảm bảo thiết bị phân ly có thể làm việc lâu dài và ổn định về hiệu suất phân

ly thì chất lượng chế tạo và phương pháp lắp ráp có ảnh hưởng rất lớn như một số các yếu tố sau:

+ Với việc chế tạo làm bề mặt trong của thiết bị phân ly càng trơn chu không có lồi lõm, nhất là không có những chỗ lồi ra trên đường chuyển động của hạt nếu không

sẽ sinh ra xoáy cục bộ đem hạt hất lên một lần nữa làm hiệu suất của thiết bị phân ly giảm xuống

+ Độ tròn của hình trụ xyclon: Vấn đề này cần phải đặc biệt chú ý nếu không hạt sẽ chuyển động vòng tròn dễ bị va đập với than tròn mà tung lên và bị vòng xoáy trong mang đi làm cho hiệu suất giảm Thường độ ô van cho phép khi chế tạo không quá 0,5% D, còn nếu có tấm lót trong thì sau khi chế tạo không vượt quá 1%D Ngoài

ra để đảm bảo khi chế tạo song không bị biến dạng khi vận chuyển thì cần đảm bảo độ dầy của vỏ không được quá mỏng, hoặc làm thêm các vành bên ngoài để tăng thêm độ cứng

+ Ống thoát khí: Ống thoát khí phải được bố trí phải được đặt ở trên cùng trục, đặc biệt là miệng ra của miệng dưới ống thoát khí và miệng cả ống thoát tro bụi của phễu phải nằm trên cùng một trục, nếu không không ổn định của vòng xoáy trong sẽ lệch với đường tâm của phân ly dễ hình thành hiện tượng “cái đuôi” đem hạt bụi xung quanh miệng thoát của tro thổi lên trở lại làm giảm hiệu suất phân ly Trong công nghiệp người ta khống chế độ không đồng tâm đó vào khoảng 0,3%D đến 0,5%D

+ Độ mài mòn xyclon: Trong phân ly xyclon sự mài mòn là một vấn đề rất quan trọng, đặc biệt là khi có nồng độ bụi cao, không những vách xyclon bị mài mòn ảnh hưởng đến tuổi thọ mà mà hạt rắn bị mài và vỡ ra làm giảm hiệu suất của thiết bị phân

ly

 Ưu điểm của phương pháp phân li này:

+ Kết cấu đơn giản giá thành thấp

+ Không có bộ phận động trong phân li, duy tu tiện lợi

+ Chịu được nhiệt độ cao đến 9000C

+ Có thể chịu áp suất cao (âm hoặc dương), dùng để khử bụi áp suất cao

24

+ Dùng dược trong phân li khô, có thể thu hồi tro khô, có thể dùng thu hồi bột than khô

+ Nếu có lót vật liệu chịu mài mòn có thể làm sạch khói và bụi sắc

Tuy nhiên đối với phương pháp này cũng có một số các hạn chế nhất định như: + Thu hồi tro bụi có kích thước nhỏ thì hiệu suất không cao

+ Hiệu suất phân li giảm xuống thấp khi đường kính hạt trụ bao tăng lên, do vậy nếu dùng đơn chiếc phân li thì lượng khử bụi là hạn chế

+ Khi lượng khí lớn dùng nhiều phân li xyclon nối tiếp nhau, nếu lắp đặt không hợp lí sẽ gây ảnh hưởng xấu nghiêm trọng đến phân li

2.5 Phương pháp phân ly tĩnh điện

Nguyên lý chung của việc phân ly khí - rắn bởi quá trình lọc bụi tĩnh điện là dựa trên khả năng tác dụng của điện trường Khi cho dòng khí - rắn đi qua môi trường điện trường không đồng đều, khi đó dòng khí - rắn sẽ bị điện li tạo thành các điện tử

và các ion dương, ion âm và các chất rắn cũng bị nhiễm điện Các hạt rắn nhiễm điện

sẽ chuyển động về phía các bản cực trái dấu và bám lên các bản tích bụi, khí lớp bụi đạt chiều dầy nhất định thì có hệ thống máy tạo rung các tấm tích bụi làm cho bụi rơi xuống đưa về phễu thu hồi đặt phía dưới môi trường

Trong hệ thống lọc bụi tĩnh điện này cần đảm bảo một số các yêu cầu sau về tấm hút bụi:

+ Có tính năng về điện cao như cường độ điện trường, mật độ dòng điện đồng đều

+ Thuận lợi cho việc tích bụi và dễ tách bụi khi thải khí khi rung, có tính năng chống bay bụi lần hai

+ Cực bản có tính năng rung động tốt như cường độ rung cao, phân bố gia tốc rung đồng đều

+ Dòng khói đi vào thông suốt, tốn trở lực bé, kết cấu gọn và độ biến dạng ít, dễ chế tạo

Hệ thống phân phối dòng khói đồng đều nhờ có các cánh hướng dòng đặt ở đầu vào

Hệ thống cấp điện bao gồm có máy tăng áp, bộ chỉnh lưu, và hộp điều khiển Thông thường điện áp sử dụng 380V được tăng áp lên tới 60-90KV Bộ chỉnh lưu

thường sử dụng bộ chỉnh lưu Silic để đảm bảo làm việc ổn định và dễ điều khiển tự dộng Để làm việc an toàn thì vỏ thiết bị khử bụi phải tiếp đất

 Động lực học quá trình khử bụi bằng phân li tĩnh điện

Giả sử hạt bụi có đường kình là d, đi qua điện trường là E khi đó giả sử cần thiết để cho hạt bụi nhiễm điện với điện tích là q ta có vận tốc của dòng khí rắn đi qua

là v:

d

qE v





 1

 (2.20) Trong đó:

- Hiệu suất thiết bị khử bụi (%)

v- Tốc độ dòng đi vào (m/s)

A-Tổng diện tích bề mặt tích bụi

Q-Lưu lượng dòng khí chứa bụi

Dựa trên công thức trên ta dễ dàng nhận thấy hiệu suất của việc khử bụi phụ thộc vào lưu lượng dòng khí - rắn đi vào thiết bị phụ thuộc vào tốc độ đi của dòng khí

đó và phụ thuộc vào diện tích bề mặt tích bụi

26

L- Lưu lượng dòng khói

F n - Tiết diện ngang của buồng

Thông thường tốc độ gió này được khống chế khoảng 1,5 đến 2m/s Khi yêu cầu khử bụi cao thì tốc độ gió có thể thấp hơn nhưng không vượt quá 1m/s

Điện trở suất của bụi được tính toán theo công thức

) ( cm F I

V _ Điện thế đi qua lớp bụi (V)

I _ Cường độ dòng điện đi qua lớp bụi (A)

F _ Diện tích tiết diện ngang lớp bụi tro (cm2)

Đối với loại bụi tro có suất điện trở bé R b  104 cm thì sau khi tích tụ lên tấm hút bụi sẽ nhanh chóng phóng điện và mất khả năng bám dính vào tấm hút nên dễ bay

ra tạo nên loại bụi bay lần 2

Đối với loại tro có điện trở suất R b104  1011 cmthì khi lớp hạt bụi này đi đến các tấm hút bụi chúng sẽ phóng điện với tốc độ vừa phải cho nên đem lại hiệu quả phân ly bụi tương đối là tốt

Đối với loại bụi có điện trở suất R b  1011 cm thì sau khi bụi tro đi đến tấm hút bụi sẽ không phóng điện mà hình thành trên bề mặt tấm hút một lớp điện tích âm làm cho hiệu quả của việc phân ly bụi giảm sút

 Ưu điểm chính của thiết bị khử bụi tĩnh điện là:

+ Hiệu suất khử bụi cao có thể đạt tới 99%

+ Tổn thất áp lực của dòng bé

+ Tiêu hao điện năng nhỏ

+ Khối lượng khói đi qua thiết bị xử lý lớn

+ Chịu được nhiệt độ cao

Tuy nhiên thiết bị còn tồn tại một số hạn chế sau:

+ Tiêu hao kim loại lớn dùng để chế tạo thiết bị

+ Diện tích lắp đặt lớn

+ Yêu cầu về lắp đặt, vận hành nghiêm ngặt

+ Nhạy cảm với các đặc tính của tro bụi về khả năng tích điện của bụi do đó trong một số trường hợp thì phải sử dụng một số biện pháp xử lý nữa mới đạt hiệu suất

xử lý mong muốn

 Kết luận:

Trên đây đã mô tả chi tiết nguyên lý hình thành hai pha khí_ rắn và động lực học các quá trình phân ly Nội dung của chương cũng đã thể hiện rõ đặc điểm của từng phương pháp với những ưu điểm và nhược điểm cụ thể là cơ sở lý luận cho các nghiên cứu sau này của luận văn

28

CHƯƠNG III TỔNG QUAN VẤN ĐỀ MÀI MÒN CỦA CÁC BỀ MẶT ĐỐT

3.1 Nguyên nhân của sự mài mòn và ăn mòn của các bề mặt đốt

3.1.1 Nguyên nhân của sự mài mòn cơ học

Nguyên nhân dẫn đến sự mài mòn của các bề mặt đốt, đặc biệt là các bề mặt đốt phía đuôi lò và các bộ quá nhiệt, bộ sấy không khí đó là do trong khói tồn tại các hạt tro, có động năng nhất định khi va đập vào các bề mặt đốt sẽ gây mài mòn và làm giảm bề dày của các bề mặt đốt Đây là nguyên nhân làm ảnh hưởng tới chất lượng của các bề mặt đốt và sự mất an toàn trong quá trình vận hành lò hơi

Khi các hạt rắn bay theo trong khói va đập vào vách ống, có thể xảy ra hai tình huống là va đập thẳng góc và va đập xiên

Vấn đề mai mòn do các hạt rắn trong khói thải va đập thẳng góc tới các bề mặt được gọi là hiện tượng mài mòn xung kích Hiện tượng mài mòn này làm suất hiện các vết lõm rõ ràng trên các bề mặt đốt

Sự mài mòn do các hạt rắn trong khói tạo ra do va đập xiên lại khác, lực va đập này được phân thành hai thành phần là lực va đập tiếp tuyến và lực va đập pháp tuyến Trong đó lực va đập pháp tuyến gây ra hiện tượng mài mòn xung kích, còn lực va đập tiếp tuyến lại gây ra các mài mòn dạng cắt

Tuy nhiên do vị trí tương đối giữa các của các hàng ống trong bộ hâm nước không giống nhau, các lực va đập của các hạt rắn lên các bề mặt tại các vị trí khác nhau không đồng đều nên vấn đề mài mòn các ống, các bề mặt cũng cho thấy sự khác biệt rõ dệt

3.1.2 Nguyên nhân của sự mài mòn ăn mòn hóa học ở nhiệt độ thấp

Như đã biết trong thành phần khói thải không chỉ có tồn tại các hạt rắn mà bên trong đó còn tồn tại cả thành phần hơi nước và hơi lưu huỳnh Khi khói đi vào vùng các bề mặt đốt có nhiệt độ thấp hơn, do nhiệt độ khói giảm, hoặc do hơi nước tiếp xúc với các bề mặt đốt có nhiệt độ thấp hơn xảy ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước và H2SO4

ở trạng thái lỏng sẽ gây ăn mòn kim loại của các bề mặt đốt tạo lên hiện tượng ăn mòn hóa học ở nhiệt độ thấp tới các bề mặt đốt

Trong các nhà máy hiện đại nhiệt độ nước cấp luôn cao hơn nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước trong khói rất nhiều đây cũng chính là nguyên nhân mà hiện tượng ăn mòn này chủ yếu xảy ra ở bộ sấy không khí

Nhiệt độ hơi nước bắt đầu ngưng tụ gọi là nhiệt độ đọng sương của khói Nhiệt

độ đọng sương của khói sẽ thấp đi khi nồng độ H2SO4 trong khói thấp Khi nồng độ hơi lưu huỳnh trong khói bằng không, điểm đọng sương của khói bằng điểm động sương của hơi nước Trong thực tế dù lượng nước trong than rất cao nhưng cũng rất khó xảy ra ngưng tụ hơi nước Tuy nhiên chỉ cần trong khói có chứa hơi lưu huỳnh, dù hàm lượng rất nhỏ điểm đọng sương của hơi nước trong khói cũng tăng rất cao

Lượng hơi lưu huỳnh trong khói là do lượng lưu huỳnh có lẫn trong than Như

đã phân tích ở trên trong quá trình cháy của than có quá trình cháy của lưu huỳnh trong than tạo ra khí SO2, nhưng trong đó chỉ có khoảng 0,5 % đến 5% lượng SO2 này phản ứng với oxy tạo thành khí SO3, SO3 lưu động trong khói cùng với hơi nước trong khói tạo thành hơi a xít Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch và khi đạt trạng thái cân bằng ta sẽ có nồng độ hơi a xít cố định

Ta có thể xác định điểm đọng sương của của hơi nước trong khói có chứa lưu huỳnh theo công thức kinh nghiệm sau:

t1 _ Điểm đọng sương của khói

tn _ Điểm đọng sương của hơi nước

SZS, aZS _Thành phần của lưu huỳnh và tro tính toán trong nhiên liệu làm việc

aFH _Hệ số tro bay

Khi nhiệt độ bề mặt kim loại của các bề mặt đốt nhận nhiệt của lò hơi thấp hơn điểm đọng sương, trên bề mặt nhận nhiệt sẽ xuất hiện H2SO4 trạng thái lỏng, không chỉ gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại mà còn có tính kết dính với tro bay có trong khói, sau đó lắng đọng trên các bề mặt ẩm ướt Lớp tro này không những ảnh hưởng đến truyền nhiệt làm nhiệt độ khói thải tăng, giảm hiệu suất lò, mà còn làm tăng trở lực đường khói, gây quá tải quạt khói và giảm hiệu suất lò Hơi a xít cũng có thể thấm vào các lớp tro bụi này tạo thành các hạt bụi a xít làm tăng quá trình mài mòn cơ học cũng

30

như hóa học tơi các bề mặt đốt Đây là nguyên nhân gây lên sự ăn mòn và mài mòn của các bề mặt đốt rất lớn

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn và mài mòn của các bề mặt đốt

3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự mài mòn cơ học của khói lò hơi

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự mài mòn của tro bay đến các bề mặt đốt và bề mặt truyền nhiệt có rất niều, quan hệ giữa chúng được biểu diễn bởi công thức dưới đây:

jc...3. (3.2)

Trong đó:

j_ Tổn thất mài mòn khối lượng tính cho một đơn vị diện tích mặt ống (g/m2)

c_ Hệ số mài mòn, phụ thộc kết cấu, bố trí bề mặt đốt và đặc tính tro bay

_Tần suất va đập của các hạt tro

_ Nồng độ tro bay (g/m2)

_ Tốc độ khói (m/s)

 _ Thời gian làm việc (giời)

Từ công thức trên ta thấy rằng có các yếu tố sau ảnh hưởng đến vấn đề mài mòn

cơ học của khói bụi đến các bề mặt đốt đó là:

a Tốc độ khói

Từ công thức trên ta thấy lượng tổn hao mài mòn vách ống tỷ lệ với tốc độ khói theo số mũ bậc 3, chính vì vậy trong vận hành lò hơi việc khống chế tốc độ khói có thể coi là một biện pháp hữu hiệu để khống chế sự mài mòn cơ học của tro bụi Tuy nhiên khi hạ thấp tốc độ khói tức là ta hạ thấp hiệu suất trao đổi nhiệt đối lưu phía khói, làm tăng khả năng bám bẩn tro, gây tắc tro, do đó cần phải khảo sát toàn diện để có thể lựa chọn tốc độ khói hợp lý

Trong đường ống khói có khi có những đường ống hẹp, có rất ít hoặc không có ống ngăn trở như khe hở giữa các hàng ống và tường trước, sau đường khói, khe hở giữa các đầu uấn ống của các trùm ống và tường… được gọi là hành lang khói Trong hành lang khói do trở lực nhỏ lên tốc độ của khói rất cao có khi gấp 3 đến4 lần tốc độ trung bình khiến cho lượng mài mòn cao hơn rất nhiều so với mức độ mài mòn trung bình

b Nồng độ tro bay

Lượng tổn hao do mài mòn tỷ lệ với nồng độ tro bay Khi nồng độ tro bay cao số điểm va chạm của các hạt rắn nhiều làm tăng mức độ mài mòn cơ học Sau vùng

chuyển hướng đường khói của lò, nồng độ hạt tro tập trung ở phía ngoài đường khói

do đó các ống ở phía ngoài bộ hâm nước bị mài mòn nhiều hươn Ngoài ra khi đốt than

có độ tro cao nhiệt trị thấp nồng độ tro bay cao cũng làm tăng sự mài mòn của các bề mặt đốt và bề mặt truyền nhiệt

c Đặc tính hạt tro

Các hạt tro có độ cứng cao càng gây mài mòn nghiêm trọng So với các bề mặt đốt nhiệt độ cao như bộ quá nhiệt bộ quá nhiệt trung gian, những bề mặt đốt có nhiệt độ thấp hơn như bộ hâm nước thì hạt tro có tính cứng hơn do đó cũng tạo ra sự mài mòn nghiêm trọng hơn

d Phương thức kết cấu và cách bố trí đường ống

Lượng mài mòn ống tỷ lệ với đường kính ống Các ống có đường kính lơn có tổn thất nhỏ Các chùm ống nằm ngang, bước ống dọc lớn cũng có tổn thất mài mòn nhỏ Các chùm ống so le cũng chịu mài mòn nhiều hơn các trùm ống song song Nói chung

sự mài mòn do va đập vào các đường ống là động năng của các hạt rắn nhưng gia tốc của các hạt càng phía sau càng giảm các hàng ống thứ 2 và 3 của chùm ống thường chịu mài mòn nhiều hơn so với các hàng ống khác

e Tình trạng cháy than

Trong thực tế nếu vận hành chọn lượng gió cháy quá lớn, ngoài các ảnh hưởng đến kinh tế và vấn đề an toàn cháy, còn gây tăng tốc độ mài mòn bởi tro do lưu lượng khói tăng lên Các tính toán cho thấy rằng khi lượng không khí thừa vùng bộ hâm nước tăng

từ 1,2 lên 1,3 thì sự mài mòn tăng lên đến 25%

Lượng lọt khí trong đường khói cũng làm tăng độ mài mòn tương tự do đó cần chú ý phòng ngừa

Trong quá trình vận hành nếu độ mịn bột than không khống chế tốt dẫn đến kích cỡ các hạt rắn và động năng các hạt rắn trong khói cũng tăng lên làm tăng độ mài mòn của các bề mặt đốt

Việc tổ chức quá trình cháy không tốt, lượng than trong tro bay cao hạt than sẽ cứng hơn vấn đề mai mòn sẽ nghiêm trọng hơn nữa

Nêu trong các đường khói do quá trình bám bẩn đường ống khói gây tích tro cục bộ, tốc độ của dòng khói sẽ bị tăng về một phía cũng là một nguyên nhân làm tăng tính mài mòn của các bề mặt

độ của nó và hơi a xít trong khói giảm làm giảm điểm đọng sương và hạn chế quá trình

ăn mòn hóa học nhiệt thấp

b Tình trạng cháy

Hàm lượng a xít trong khói phụ thuộc vào hàm lượng SO3 trong khi đó hàm lượng

SO3 lại được quyết định bởi thành phần lưu huỳnh trong than, nhiệt độ ngọn lửa, cường độ nhiệt buồng đốt, lượng không khí cháy tính chất và số lượng tro bay…Chính bởi vậy, nếu điều chỉnh quá trình cháy tốt ta có thể giảm được điểm đọng sương của khói từ đó giảm được sự ăn mòn hóa học do sự hình thành a xít trong luồng khói

c Nhiệt độ vách ống

Tốc độ ăn mòn do hóa học phụ thuộc chủ yếu vào lượng a xít ngưng tụ và nồng độ của chúng trong khói thải Nói chung khi nhiệt độ vách ống càng cao thì càng gần điểm đọng sương của khói càng dễ hình thành lượng a xít trong khói gây ăn mòn các hóa học lên các bề mặt đốt

 Kết luận

Trên đây là những luận chứng cho thấy nguyên nhân của việc gây ăn mòn và mài mòn bề mặt đốt, bề mặt truyền nhiệt của lò hơi do khói thải gây ra Bên cạnh đó cũng nêu ra nhừng tác hại do quá trình ăn mòn cơ học cũng như hóa học với các thành phần khí_ rắn trong khói thải và mô tả rất rõ ràng các yếu tố tác động cụ thể như thế nào tới mức độ mài mòn các bề mặt đốt của dòng khói thải

Từ các vấn đề trên đây ta thấy rằng, để khắc phục vấn đề mài mòn của các bề mặt đốt,

bề mặt truyền nhiệt nhằm làm nâng cao tuổi thọ cho chúng thì một trong các biện pháp làm giảm thiểu quá trình mài mòn cho các bề mặt đốt đó là tách bụi hay còn gọi là thực hiện các quá trình phân ly khí_rắn trong khói thải trước khi đưa đến các bộ truyền