Phần 1 cuốn giáo trình Kỹ thuật cháy cung cấp cho người đọc các kiến thức: Kỹ thuật cháy dầu, kỹ thuật cháy than, sự hình thành các chất độc hại và khả năng hạn chế chúng trong quá tình cháy, phương pháp thực nghiệm ngọn lửa. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1Chuong 4
KY THUAT CHAY DAU 4.1 Các bước dẫn tới cháy một giọt
Để đốt cháy nhiên liệu lỏng, người ta đưa chúng về dạng các giọt sương có đường kính trong khoảng 0,05 + 0,3 mm
Khi biến bụi (hóa sương), một bể mặt lớn được sinh ra và quá
trình bay hơi diễn ra nhanh hơn
Quá trình cháy của một giọt nhiên liệu lỏng bao gồm các bước
sau đây:
1- Biến bụi nhiên liệu lỏng thành các giọt riêng biệt;
2- Hỗn hợp giọt sương với ddng không khí rối và với khí nóng
hồi lưu;
3- Nung nóng các giọt sương (đối lưu, bức x4):
4- Các giọt bay hơi và hỗn hợp hơi với không khí và khí nóng hồi lưu; 3- Hỗn hợp bắt lửa khi thành phẩn và nhiệt độ phù hợp Ưu thế thuộc về các giọt bé: 6- Hỗn hợp cháy (cháy các giọt rất bề hay đám mây giọt Đổ): 7- Hình thành muội và các mạch cacbon: 8- Cháy muội và các mạch cacbon theo nguyên lý chấy nhiên liệu rắn
Các quá trình trên diễn ra theo nhiều kiểu phối hợp Khác nhau, không theo trình tự mà có thể chồng chéo Khi các øiot hỗn hợp với dong không khí đã có quá trình nung, bay hơi hồn hợp CC bộ và có
thể cả bắt lửa, việc hình thành muội được bắt đầu
Ngoài ra, các giọt dầu có trong các phần khác nhau của nEỢn lửa có vận tốc, nồng độ, nhiệt độ khác nhau, điều kiện xung quanh, biến thiên của vận tốc các giọt tùy điều kiện xung quanh và đường kính ban đầu cũng khác nhau
Trang 2
n bụi dầu
Mục đích biến bụi dầu là tăng bể mặt tiếp xúc của dầu với chat ôxy hóa Để tạo các giọt có kích thước mong muốn, độ nhớt của dầu không được lớn hơn 10 mmỶ/s Quá trình biến bụi có thể thực hiện đối với đầu nhẹ ở nhiệt độ phòng, đối với dầu nặng ở khoảng 1 I0
Các thiết bị biến bụi có thể làm việc với đầu được xốy hoặc khơng xoáy
4.2.1 Thiết bị biến bụi khơng xốy
Dầu được cấp vào ống ở tâm còn chất biến bụi là không khí hoặc hơi nước thường được cấp vào ống bao ngoài với vận tốc lớn hơn, hình 4 Dậu — Không khíbiến bụi Không khí cấp hai ————
Hình 4.1 Thiết bị biến bụi
Dòng chất lòng khi bắn ra từ miệng phun vào không khí yên tĩnh
ít nhiều biến thành các giọt Trong kỹ thuật người ta không áp dụng
cách biến bụi đơn giản này, vì khả năng điều chỉnh rất hạn chế, mà phải dùng thêm một dòng chất biến bụi Chất biến bụi có độ rối cao nên dễ dàng xé vụn dòng dầu và truyền xung cho các hạt dầu Bằng
cách điều chỉnh khối lượng dòng chất biến bụi có thể điều chỉnh hình đáng ngọn lửa
"Nhiệt độ chất biến bụi chỉ được phép lớn hơn nhiệt độ dầu một ít
để đảm bảo dầu có nhiệt độ cuối mong muốn Ở các nhiệt độ quá cao
đầu có thể hóa hơi và phân hủy tạo thành chất rắn lắng đọng trong
thiết bị biến bụi,
Người ta phân biệt các mức biến bụi như trong bảng 4.1
Trang 3Bảng 4.1 Cac mite bién bui ch
Ten gi vá tạ | Không Kh UIT chất Í [ưu lượng
chất biến bụi Ấp suất ĐAf | biến bụi EM a dấu kg/h 'Thấp áp không khí | 0,02+0,08 | 03+! 4+14 đến 100 'Trung áp không khí | 0,2+0,7 | 0.03 + 0.06 0,4 +08 đến 300 ‘Cao ip không khí 14 |001+003 50 + 5000 'Cao áp hơi nước 2+6 - 50 + 5000
Giọt chất lông chuyển động chịu áp lực của môi trường khí Môi
trường có xu hướng làm đẹt và làm vụn git Áp suất của môi trường,
lên giọt được xác định bởi lực ma sát của môi trường P và diện tích trực diện của giọt S p= š an | Khi bỏ qua trọng lực và chỉ xem Xét tác động của môi trường t8 có lực ma sắt: P=w.S.p-tẺ (4-2) Trong đó:
1y - hệ số trở lực của môi trường p- khối lượng riêng của môi trường
u- vận tốc tương đối của giọt so với môi trường
Khi đó áp suất lên mặt trực diện sẽ là:
pave (43)
Sức căng bể mặt làm cho giọt có hình cầu Áp suất lên mặt cầu
dưới tác động của sức căng bể mặt:
=28 (4-4)
“Trong đó: ơ - hệ số sức căng bể mặt, Nim r - bán kính gigt
Trang 4Giọt bị cha ra làm các giọt nhỏ hơn khi p, > ps, còn bán kính giọt lớn nhất nhận được khi p, = p, và bang: re (4-5) ‘Theo Khzmalian va Kagan [28] thông thường madut được nung đến 80:90'C có thể lấy hệ số sức căng bẻ mặt ơ = 0,03 N/m Hệ số trở lực phụ thuộc vào số Reynolds và ở trong khoảng Re = 10` + 10° có y= 0,2 Thay các giá trị này vào công thức (4-5) ta có: mn 2S (4-6) pu
4.2.2 Thiết bị biến bụi xoáy
Trang 5Trong thiết bị biến bụi quay một lớp dầu mỏng được tạo ra trong cốc quay và bản vào dòng không khí chuyển động song song với trục quay Vận tốc dòng không khí khoing 100 m/s Diu bin ra theo phương tiếp tuyến, dưới tác động của lực ly tâm và xung của dòng sẽ biến thành các giọt nhỏ và được dòng cuốn đi, hình 4.2
Độ lớn của giọt phụ thuộc vào vận tốc quay của cốc, vận tốc không khí, lưu lượng và độ nhớt của đầu Khi lưu lượng dẫu bé sẽ có các giọt hoặc sợi dầu riêng biệt được bắn ra, còn ở các lưu lượng Hình 4.3 Thiết bị bin bui quay ác giọt b,xợi 6 da thường gặp trong kỹ thuật hình thành màng dầu hình đĩa với chiểu dày giảm nhanh theo bán kính Trong không khí yên tĩnh đĩa này vỡ thành các giọt
và sợi, hình 4.3
Dòng không khí cấp
một phun ra với vận tốc
khoảng 100 m/s làm gia tăng sự biến bụi (giống như trong thiết bị biến bụi
khơng xốy) Q trình «
biến bụi được hồn thiện —°
nếu để màng chất lỏNg gang 4# Thiết bị biến bụi áp tất:
không bị tác động mỘC ¿ uồng xốy, b.sự phân bố khơng gian của
quãng tiếp các hạt
5 v "ở —È ‘
Trang 6Phần lớn thiết bị biến bụi áp suất đều có buồng xoáy, hình 4.4a Dâu bắn theo phương tiếp tuyến vào buồng có đường kính d, và tạo nên đồng xoáy Nhân của dòng xốy khơng chứa chất lơng mà có thé
chứa không khí (phụ thuộc vào tỷ lệ dòng cấp tới) Kết quả đo sự phân bố các giọt trên hình nón dầu bắn từ miệng phun được
thể hiện trên hình 4.4b Qua lỗ
thoát hẹp đường kính d, có một dòng liên tục phun ra tương ứng với dòng cấp tới và một màng mỏng hình phéu được hình thành Chiểu dày của màng giảm nhanh cho đến khi phân nhỏ thành các sợi và các giọt, hình 4.5 Góc của hình nón phụ Hình 4.5 Sự phân rã của màng dấu từ Đưởng xoáy
thuộc vào tỷ lệ vận tốc hướng trục và vận tốc quay Nửa góc hình nón ơ được xác định như sau:
Trong đó:
4-7)
(0 - vận tốc quay (quy về r;)
u - vận tốc hướng trục,
€ - tâm sai của tiết diện vào
S- điện tích tiết diện ngang của các mật vào tiếp tuyến
Kích thước lớn nhất của các giọt có thể tính theo công thức thực
Trang 7
ø - sức căng bề mặt, N/cm
p- áp suất, N/cmẺ
p- khối lượng riêng, kg/dm”
"Thiết bị biến bụi, hình 4.4a, có giới hạn điều chỉnh rất hẹp vì lưu
lượng tỷ lệ với can bac hai của áp suất Giới hạn đưới của áp suất không được thấp hơn 10 bar, nếu không các giọt sẽ quá lớn, vùng, điều
chỉnh 1 : 2 dẫn tới áp suất từ 40 đến 80 bar
Để điều chỉnh trong các giới hạn rộng hơn có thể sử dụng các
khả năng sau đây:
1 Dẫn trở lại từ buồng xoáy một dòng điều chỉnh được, hình 4.6a
Hình 4.6 Các khả năng điều chỉnh của thiết bị biến bại a dn tr lai, b thay đối khe iếp tiếp, c kim miệng phun
2 Thay đổi tiết diện ngang vào buồng xoáy, nghĩa là tiết điện
ngang của khe tiếp tuyến, chẳng hạn, bằng cách thay đổi vị trí của
piston, hình 4.6b
3 Thay đổi tiết diện ra của bng xốy, nghĩa là miệng phun, bằng một kim miệng phun, hình 4.6c
4.3 Các quá trình cháy
4.3.1 Cháy các giọt riêng biệt
Sự cháy của các giọt riêng biệt, cố định trong môi trường yên tãnh được nghiên cứu bằng cách treo đổi tượng nghiên cứu lô sợi chỉ
thạch anh ở trong lồ Lò chứa khí có thành phần và nhiệt độ đã biết
Trang 8
Quá trình bay hơi được tăng nhanh nhờ nhiệt cấp từ không khí tới giọt Hơi khuếch tán ra khỏi giọt, hỗn hợp với không khí và bắt lửa khí đạt một thành phần và nhiệt độ xác định Chẳng hạn trong không khí các giọt cháy ở 800°C, c6 thể theo đối quá trình cháy bằng máy ảnh hoặc các thiết bị đo Cạnh bể mặt giọt hình thành vùng phản ứng có hình đáng tương tự như được thể hiện trên hình 4.7a Nhiên liệu phản ứng hoàn toàn thành khói, ngồi mặt cháy khơng còn hơi nhiên liệu, trong mặt cháy không còn ôxy Hình dáng kéo đài bắt nguồn từ lực nâng của vùng phản ứng có nhiệt độ cao và khói bao quanh nó
Để tính toán người ta chấp nhận mô hình đơn giản hoá là hình cầu, hình 4.7b hoặc đôi khi đơn giản, vùng phản ứng được thay bằng
một bể mặt phản ứng, hình 4.7c,
NÌ,O,, Kh: đồng độ hơi nhin liệu, osy và Khôi
Hình 4.7 Vùng phản ứng quanh một giọt dâu cháy: 3) đạng thực, b) mô hình hình cầu, c) mỏ hình hình cầu đơn giản
Toàn bộ thời gian cháy của một giọt bao gồm thời gian bắt lửa
chậm trễ và thời gian cháy, Bát lửa chậm trễ là thời gian từ khi bat đầu cấp nhiệt cho đến khi cháy Thời gian bắt lửa chậm trễ cần để nung
giọt, làm bay hơi, nung và hỗn hợp hơi và để cho những phản ứng đầu
tiên kết thúc
Với giả thiết bất lửa chậm trễ chủ yếu do các điều kiện động học quyết định, thời gian chậm trễ thực nghiệm được biểu thị theo định luật Arrhenius:
(4-9)
Trang 9Trong đó a và b phụ thuộc và đường kính giọt
Đối với các giọt có đường kính 1,5mm Masdin và Thring [38] đưa ra các gid tri sau day: Dầu nhẹ: Ina=-945 b 80 b 88.10" Dâunặng: — Ina .79.10°
Việc ứng dụng một số kết quả nhất định (rước hết cho tuabin khí và động cơ đốt trong) cho các buồng đốt gặp khó khăn vì không thực hiện được điều kiện nhiệt độ môi trường của giọt không đổi Vì vậy chỉ có thể đưa ra một số đánh giá Với các số liệu trên đối với giọt có đường kính 150 ðm ở các nhiệt độ 1200, 1500 và 1800 K thời gian bắt lita bằng 10, 2 và 1 mỹ [12] Một giọt chuyển động với vận tốc âm tong không khí ở 1800 K bắt lửa sau khi bay một quãng đường 0.4m, day là một giá trị quá thấp theo kinh nghiệm
Các thử nghiệm tính thời gian cháy của các giọt riêng biệt đã được nhiều tác giả thực hiện (8, 17, 18] Phần lớn các tác giả chấp
nhận các giả thiết sau đây:
1 Mô hình tương ứng với hình 4.7c;
2 Giọt nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt, bỏ qua vai trò của bức xạ và đối lưu;
3 Giọt có nhiệt độ đồng đều, nhiệt cấp chỉ để bay hơi;
4 Hơi nhiên liệu khuếch tấn tới mật cháy, khói theo hướng
ngược lại tới bể mặt giọt;
5 Ngoài bể mặt giọt là môi trường không khí yên tĩnh; 6 Vận tốc phản ứng vô cùng lớn, hình thành một mặt cháy
Trên cơ sở các phương trình bảo tồn dạng nguyên tử, bảo tồn năng,
Trang 10Các tác giả tìm ra các hệ số k khác nhau Theo Spalding [44] thì: AT k= Se BO Se) (4-12) Đo 44O;]j„„ q Trong đó:
AT - hiệu nhiệt độ giữa ngọn lửa và giọt; 4 - nhiệt hoá hơi của dầu;
H, - nhiệt trị dưới của nhiên liệu;
{O;]„„ - nhu cầu Oxy tối thiểu của nhiên liệu;
(O,] - hàm lượng ôxy trong môi trường xung quanh ngọn lửa
r4 00
Các chỉ số: g-khở fe eat gia gigt va ngọn lửa;
+ chất giọt tou peor rc Việc tính toán chỉ có ‘ ¥ nghia din hung vi phat gga |
chấp nhận nhiều giả tiết 3 trên, ngoài ra còn thiếu 2
hiểu biết về nhiệt độ và “ 0m 1
khối lượng riêng của lớp
khí ở giữa giọt và ngọn lửa í ở giữa giọt và ngọn lửa sai Phân lớn các giá trị
đo của k nằm trong khoảng
001 đến 0,02 cm/s trong WSS a as
đó giá trị thấp nhất tìm Sslebn lie)
được ở nhiệt độ khoảng — Hink 4.8 Anh hưởng của môi trường đến
70ỚŒC Ảnh hưởng của hệ số k khí cháy giọt
thành phần môi trường đến k được thể hiện trên hình 4.8 [38]
4.3.2 Cháy trong đám sương
Khi cháy trong đám sương cần phải tính đến ảnh hưởng lẫn nhau của các giọt Các giọt có độ lớn khác nhau và khoảng cách giữa chúng
Trang 11cũng khác nhau nên ảnh hưởng qua lại cũng khác nhau Thời gian cháy giọt trong đám sương có thể coi gần gấp đôi thời gian cháy một giọt riêng lẻ, nghĩa là, k có giá trị từ 0,005 + 0,01 cm⁄s [S1] Đối với đầu nhẹ, môi trường xung quanh yên tĩnh va vận tốc tương đối bằng
không người ta tìm được thời gian cháy như ở bảng 4.2 Bảng 4.2 Thời gian cháy của giọt và đám sương
Đường kính giọt “Thời gian cháy của giọt Thời gian chấy
(mm) riêng lễ (ms) của đám sương (ms) 1 500 đến 1000 1000 đến 2000, 05 125 đến 250 250 đến 500 01 5 đến 10 10 đến 20 005 1,25 dén 2,5 250m5 |
| 4.3.3 Diễn biến của quá trình hỗn hợp và phản ứng
Giữa ngọn lửa dầu và ngọn lửa khí có nhiều điểm giống nhau, đặc biệt các điểm sau:
| - Cả hai nhiên liệu đều phản ứng ở pha khí;
- Tiến trình hỗn hợp của hơi dầu cũng như của các sản phẩm phân rã và không khí quyết định tiến trình phản ứng, chỉ có ở gần mỏ đốt, đối với ngọn lửa dầu, các quá trình tại giọt có tính quyết định;
- Hướng và độ lớn của xung của cả hai đồng, quyết định hình dáng
ngọn lửa ‘
Những điểm khác biệt quan trọng:
~ Để giọt hoá hơi cần thời gian;
- Các phân tử lớn hơn cần nhiều phản ứng trung gian hơn so với
các phân tử khí, có nhiều khả năng hơn để tạo muội; - Các mạch cacbon từ dầu nặng, có thể xuất hiện
Trang 12Ngọn lửa dầu thường gồm hai phần chồng lên nhau: phần đầu là hoá hơi, bắt lửa và một phản cháy; phần thứ hai có tính chất của một ngọn lửa khí
Nhu câu thời gian để phân rã các phân tử và tỉ số C/H cao trong dấu (so với khí) cho nhiều khả năng tạo muội Có thể dễ dàng tạo ngọn lửa chiếu sáng với nồng độ muội cục bộ 20 g/m” hoặc lớn hơn Khi đốt dâu nặng không thể đốt cháy hoàn toàn
các giọt, các phân tử có nhiệt
độ sôi lớn nhất tạo ra một Hình 4.9 Mạch cacbon chat dang céc và lắng đọng
vào khung (mạch cacbon), hình 4.9 thước lớn nhất của một kiến
trúc như thế này bằng đường kính của giọt ban đầu Thời gian cháy của mạch gấp đôi thời gian cháy của giọt có đường kính tương đương [38] Đối với giọt Imm ở 700 °C các tác giả này tìm được thời gian cháy 2s, hệ số k = 0,0043 cm’/s, 4.4 Ngọn lửa đầu Ngọn lửa của các thí
trường phản ứng tương tự như ngọn lửa khí Việc tính chính xác ngọn
Trang 13Trong đó:
- công suất nhiệt đo bằng GJ/h
Thiết bị biến bụi áp suất tạo nên ngọn lửa hình chữ W trong đồng khơng xốy Các điểm chân của W nằm cách mỏ đốt một khoảng ở trong dòng dầu Khi tăng xung không khí, có thể giảm đáng kể thể
tích ngọn lửa
4.4.2 Ổn định ngọn lửa
Ổn định ngọn lửa dâu rất khó so với ổn định ngọn lửa khí vì cần thêm năng lượng để nhiên liệu bay hơi và cẩn thêm thời gian để cấp năng lượng này Nguồn năng lượng mồi có thể là không khí được nung nóng trước, chất biến bụi được nung nóng trước, khói nóng hồi lưu, trao đổi nhiệt do tiếp xúc giữa các chỉ tiết nóng và các dòng khí hoặc
bức xạ của ngọn lửa và tường nóng
Bề mặt ngọn lửa rối hnồn phun cũu giọt dầu
Rị ưí vẫn tốc hưởng trực bằng 0
Hình 4.10 Ổn định ngọn lửa bằng cách phun đâu vào vàng hồi lưu
'Vẻ mặt nguyên lý thì có thể sử dụng được các trật tự tương tự
Trang 14
lửa, sự bắt lửa xuất hiện ở vùng biên của dòng, ở đấy có sự cân bằng
giữa vận tốc ngọn lửa của hỗn hợp hơi dầu - không khí và vận tốc dòng
Thong thường để ổn định người ta sử dụng vùng hồi lưu trong
hạt nhân đồng xoáy hoặc sau vật cản Trong các thiết bị biến bụi áp suất bằng cách thay đổi góc của dòng có thể thay đổi thời gian lưu của giọt trong vùng chảy ngược vẻ và đặc tính của ngọn lửa, hình 4.10 Trên đường đi qua vùng khí hỏi lưu nóng các giọt sẽ bay hơi hoàn toàn Hơi cùng với khói chuyển động ngược dòng, nhờ trao đổi rối
thâm nhập vào dòng không khí chảy về phía trước Trong vùng chuyển
hướng xác lập sự cân bằng giữa vận tốc dòng và vận tốc ngọn lửa
Người ta thấy rằng, vùng dòng hồi lưu có khả năng vận chuyển hơi dầu tới bể mặt ngọn lửa trên hai đường Điều này phụ thuộc vào sắp xếp hình học của hình nón phun và vùng hồi lưu vào mức độ tham
gia của con đường thứ hai, Trên con đường này có nhiều cơ hội để
hình thành muội, 4.5 Mỏ đốt dâu
Để cháy dễ dàng mỗi nhiên liệu cần các thiết bị chuẩn bị Việc chuẩn bị dầu được thực hiện nhờ mỏ đốt Mỏ đốt có nhiệm vụ biến dầu
thành các hạt nhỏ nhất có thể và đốt cháy hoàn toàn chúng ở một hệ số
không khí thích hợp Việc chuẩn bị dấu được thực hiện theo nhiều nguyên lý, hệ thống khác nhau, trong đó mỗi một hệ thống còn có thể chia làm nhiều nhóm 4.5.1 Tổng quan về các hệ mỏ đốt “Theo nguyên lý chuẩn bị đầu thì mỏ đốt có thể chia ra làm một số hệ sau đây: ~ Mỏ đốt hoá hơi;
~ Mỏ đốt biến bụi: mô đốt biến bụi bằng áp suất dầu (mỏ đốt nhũ tương nước/dầu); mỏ đốt biến bụi bằng áp suất không khí (mỏ đốt thấp 4p, trung áp; mỏ đốt nhũ tương không khí/đẩu; mỏ đốt cao áp; mỏ đốt tao xuyến toroidal));
~ Mé dot biến bụi bằng hơi nước, mỏ đốt quay;
Trang 15- Mô đốt hoá khí;
~ Một số kết cấu đặc biệt khác
“Tất cả các hệ đều có một điểm chung: làm cho dầu biến bụi, hoá hơi, hoá khí và đốt cháy Ở mỏ đốt hoá hơi quá trình hoá hơi, hoá khí
được thực hiện nhờ nhiệt bức xạ từ ngọn lửa, sau đấy quá trình cháy
mới diễn ra Với các mỏ đốt biến bụi quá trình bay hơi và hoá khí được thực hiện nhờ ngọn lửa, nhưng chúng diễn ra đồng thời với quá trình cháy, Mỏ đốt hoá khí hoàn thiện sự chuẩn bị đầu do quá trình hoá khí (nhiệU diễn ra ngay sau quá tình biến bụi và hoá hơi sau phản ứng hố học
Ngồi ra người ta phân biệt mỏ đốt dẫu theo cấu trúc và trang bị điều khiển an toàn, gồm 3 loại:
- Mỏ đốt đầu tự động hoá: mồi lửa, theo đối ngọn lửa, đóng và tất mỏ đốt, phụ thuộc vào đại lượng điểu khiển, được thực hiện tự
động
- Mỏ đốt bán tự động được trang bị các thiết bị mổi lửa, theo dõi ngọn lửa và điều khiển Mỏ đốt được đưa vào hoạt động bằng tay Sau
khi ngắt không tự mồi lửa trở lại
- Mỏ đốt điểu khiển bằng tay: quá trình mỗi được điểu khiển
bằng tay Mỏ đốt được trang bị thiết bị theo dõi ngọn lira va được ngất khi cần thiết Việc đồng lại mỏ đốt phải do người thực hiện
4.5.2 Mỏ đốt hoá hơi
Mỏ đốt hố hơi có cơng suất thấp Đây là hệ đốt đầu đơn giản
nhất, không có năng lượng ngoài: dầu bay hơi từ một bể mật lớn dưới
tác động của bức xạ ngọn lửa hơi trong quá Hình cháy, biến thành khí
ồn định Quá trình hoá hơi diễn ra ở nhiệt độ 200 + 400C Không khí
chỉ được cấp một xung nhỏ nhờ sức hút của ống khói Quá trình cháy có thể tạo ngọn lửa xanh hoặc ngọn lửa chiếu sáng miu vàng Mỏ đốt này chỉ thích hợp với dâu nhẹ Kết cấu mo dot hoá hơi được thể hiện trên hình 4.1 1a và ứng dụng của nó trong một lò dâu, hình 4.Ì Ib
Vi lượng không khí được cấp hạn chế nên mơ đốt hố hơi chỉ có thể đạt tới công suất tối đa 40000kJ/h
Trang 16
Đỡ ống; 4 Đồi hướng khói; 5 Buồng đốt; 6- 8 Vòng mỏ
đốt; 7 Mỏ đốt; 9 Miệng cấp không 10 Ong cấp dầu; 11 Vỏ lò; 12 Đế; 13, Tấm lót
sàn; 14 Tấm ngan bite xa; 15 Tank chứa đầu; 16 Điều chỉnh phao 4.5.3 Mỏ đốt biến bụi
Ö các mỏ đốt biến bụi cần công cơ học để biến bụi dầu, nghĩa là để phá huỷ sự liên kết giữa các hạt Mục đích của việc biến bụi là tăng bẻ mặt phản ứng Quá trình cháy cũng như quá trình hoá hơi một giọt dâu yêu cầu thời gian nhất định, đường kính của giọt càng lớn thì thời gian này càng dai
4.5.3.1 Mỏ đối biến bụi bằng dâu
Nguyên lý biến bụi bằng dầu: dầu sau khi được quay một số
vòng nhất định được đẩy qua một lỗ phun, đưới tác động của các thành phẩn hướng trục và ly tâm dâu bị xé nhỏ Người ta phân biệt mỏ đốt một khối (tất cả các phân của mỏ đốt liên kết với nhau làm một khối) và mỏ đốt hai khối (hường quạt và bơm dâu tách rồi) Mỏ đốt một khối có năng suất đến 1000 kg/h, còn mỏ đốt hai khối có năng suất trên 1000 kẹ/h Năng suất tối thiểu của mỏ đốt biến bụi bằng áp suất đâu: khoảng 2 kg/h không nung dâu và 0,6 kg/h có nung nóng dấu Giới hạn dưới của năng suất bị khống chế bởi khả năng khoan lỗ bé nhất và nguy cơ tắc lỗ phun
Trang 17Lĩnh vực ứng dung của mỏ đốt biến bụi bằng dâu: lò hơi, thiết bị
nung nóng không khí, nung nóng nước, lò nướng, lờ công nghiệp v- -
Kế ¢ íu một đầu phun đâu được thể hiện trên hình 4.12 và các
chỉ tiết chủ yếu của mỏ đốt một khối được thể hiện trên hình 4.13 PA # 4 SIN a TW = - 2 1 | | 1h 14 15 16 17 18 16 2021 2223
Hình 4.13 Các bộ phận chủ yết của mỏ đối một dâu (Weishaupt, CHLB Đức) khổi biển bụi bằng áp suất
1 động cợ 2 bánh quạn 3 thiết bị diều khiển 4 kính au) xát 5 thiết bị theo đối ngọn lửa; 6, van từ cho đầu phun 1; 7 van từ: 8 ích đổi hướng; 9 điện cực đánh lửa méiclO, da chin; 11 Sng lia; 12 các miệng phun; l3- động 9Ø điều chỉnh lượng không khí; 14 van không khí; 15, bơm dấu; ló hồi dầu; 17 hút dầu; 18 bbiến thể đánh lừa mỗi: 19, má cấp điện: 20 công tắc điện: 21 cầu chỉ động cơ; 22 cấp mỗi:
23 ống dẫn dấu;
Trang 18
3.5.3.2 Mỏ đốt nhĩ tương (nướcldâu)
Mỏ đốt nhữ tương thích hợp để đốt dâu trung bình và dâu nang, Khi đốt nước được cấp vào với ty lệ giữa đâu và nước nằm trong khoảng 10 : 1 đến 5 : I (100 phần khối lượng dầu, từ 10 đến 20 phân khối lượng nước) Khi đốt đâu nhẹ việc bảo vệ môi trường dễ dàng được đáp ứng, Dầu nhẹ trung bình và dầu nặng có những yêu cầu cao hơn đối với quá trình cháy Nhũ tương là một nhiên liệu mới với các
á
tính chất vật lý đã thay đổi
Nước có ảnh hưởng sau đây đối với quá trình cháy dâu: các hạt muội nóng sáng hình thành khi cháy dầu tham gia cùng nước vào phản ứng hoá học:
C+H,O>CO+H,
Nhờ phản ứng trên mà cháy không có muội, không cần độ dư không khí cao
Tác dụng khác của nước là nó cẩn năng lượng để bay hơi cũng như để phân huỷ hoá học, vì vậy nhiệt độ cháy giảm, dẫn đến hạn chế
sự hình thành ôxit nitơ NO; và ôxit lưu huỳnh SO, Tuy nhiên các tổn
thất năng lượng này được hoàn bù khi CO và H, cháy tiếp
Nhũ tương được tạo ra khỉ hai chất lỏng không tan được vào
nhau cùng chuyển động trong một khối sao cho chất lỏng thứ nhất dưới dạng các giọt được phân bố đều trong chất lỏng thứ hai Một số ưu điểm của cháy nhũ tương:
~ Giảm đáng kể hàm lượng chất rắn;
~ Nước cấp thêm làm giảm đáng kể lớp muội trên tường lò hơi
Sự truyền nhiệt được thực hiện tốt Khoảng thời gian làm sạch lò hơi dài hơn
~ Hình thành ít SO, vì không cần hệ số khong khí cao Phương pháp đốt nhũ tương được thể hiện trên hình 4,14, 4.3.3.3 Mỏ đốt biển bụi bằng không khí
Trong nhóm mỏ đốt này có nhiều kiểu kết hợp, có thể chia các mỏ đốt biến bụi bằng không khí ra làm các loại như trong bảng 4.3
Trang 19Hình 4.14 Sơ đồ phương pháp đốt nhũ tương 1 ống dẫn dấu: 2 Bơm dất 3 ống dẫn nước; 4 bộ lọc nước: 5 định lượng nước; 6 ống mỏ đốt, 7 mỏ phun, Bảng 4.3 Các loại mỏ đốt biến bụi bằng không khí CfcbiSnbl | Ấpsuấkhôngkhí | Tỷ lệ không khfbiến bụi \"Thap ap 15 = 100 mbar 25 + 100% “Trung áp 0,1 + 1,0 bar 3+5% | Cao ép >| bar 2+3
Trong các mỏ đốt này dầu được cấp với áp suất thấp (từ 0,2 đến
1,0 bar) Ap suat không khí quyết định vận tốc của dầu Dầu cẩn có độ
nhớt thấp, từ 12 đến 45 mmí? 2/s Dâu nặng trung bình và dầu nặng cần phải được hâm nóng
a Mỏ đốt biến bụi bằng không khí thấp áp và trung áp
“Trong mỏ đốt này, hình 4.15, qué trình biến bụi được thực hiện ở áp
Dầu CKhơagkh Gạchmưđốc Tấmmỏdối — Điềuchỉnhkhông kh Hình 4.15 Mỏ đốt biến bụi bằng không khí thấp áp
Trang 20suất từ 50 đến 60 mbar, dầu được cấp với độ chênh áp tự nhiên (0,2 bar = 2 m H,O),
Khi đốt dầu nặng trung bình và nặng, dầu được hâm nóng và cấp vào mỏ đốt đưới áp suất Ibar Giới hạn điều chỉnh của mỏ đốt nằm trong khoảng | : 2 đến I : 3 phụ thuộc vào công suất Điều chỉnh công xuất được thực hiện thong qua điều chỉnh lưu lượng dầu và không khí, b Mỏ đối biến bụi bằng không khí cao áp Trong mỏ 3 đốt này quá trình “
biến bụi điễn ra +
trong phun injector đặc miéng ` mmÄi <—2
biệt (biến bụi ly Kw tâm) theo hình 3
4.16 Khi đầu ra Hình 4.16, Mở đối giấy bụi bằng không khí cao áp:
khỏi miệng phun 1 - đầu vào; 2 - không khí biến bụi; 3 - khơng khí cháy
ngồi chuyển
động thẳng nó còn được cấp một chuyển động quay có cùng độ lớn
Dưới tác động của lực ly tâm đầu được xé thành những hạt rất mịn và thâm nhập vào buổng đốt dưới dạng sương mù Không khí biến bụi được cấp qua tiết diện hình xuyển bao quanh miệng phun dầu
© Mỏ đối tạo xuyến (toroidal)
Mỏ đốt có tên
gọi như vậy do sắn phẩm cháy hồi lưu
Trang 21Do áp suất âm trước vật giữ ngọn lửa nên một phần sản phẩm cháy nóng chuyển động trở lại Tại gốc ngọn lửa tạo nên cơ chế mồi thường xuyên Ngọn lửa hình thành có độ ổn định cao và mật độ cháy cao Khi sử dụng ôxy làm chất biến bụi ngọn lửa mang đặc tính của ngọn lửa khí, nhiệt độ cao đến mức phải làm mát phần trước mỏ đốt bằng nước
4.5.3.4 Mở đốt biển bụi bằng hơi nước
Mặc dù mỏ đốt biến bụi bằng hơi nước có cùng nguyên lý hoạt động như mỏ đốt biến bụi bằng không khí cao áp nhưng có sự khác biệt về quá trình cháy Bảng 4.4 là lượng tiêu hao áp suất hơi nước khi
n bụi
Hơi nước dưới
nhiệt độ cao trong
buồng đốt bị phân huỷ thành ôxy và hydro
Hydro chấy cùng a) hydrocacbon của dầu,
còn ôxy cùng với Oxy
không khí tham giả phản ứng cháy Để phân huỷ hydro két thúc cần một thời gian > nhất định nên cường `” độ bức xạ tổng của
ngọn lửa so với khi by
biến bụi bằng không \
khí thấp hơn Khi biến _ ¿ng ¿.7§, Thiết bị biển bụi với hồn hợp trong bụi bằng hơi, bức xạ và ngoài cực đại nằm ở đẩu a giến bụi với hồn hợp trong
ngọn lửa, trong khi đó 1 déu vào; 2 hơi vào: 3 buổng hỗn hợp đáuhơi:
ở ngọn lửa biến bụi 4.hrơpdấmhơire
bằng không khí cường _- Biến bại với hồn hợp ngoài - -
độ bức xạ phân bố đều 1 dẫu vào; 2 hơi vào: 3 hướng của dầu; 4 hướng
trên toàn bộ chiếu đài “ A
ngọn lửa Nông độ cacbon của đám sương nhiên liệu là thước đo
Trang 22
cường độ bức xạ Khi biến bụi bằng hơi nồng độ cacbon thấp hơn khi biến bụi bằng không khí do các phản ứng sau đây: C+H,O =CO+H, CO +H,0=CO, +H, Bảng 4.4 Tiêu hao hơi và áp suất hơi khi biến bụi Chất biến bụi Ấp suất hơi nước Tỷ lệ hơi/ dầu, kg/kg Hơi nước 2+8 bar 0 4
Như vậy hơi nước là chất hạ nhiệt vì vậy cần sử dụng hơi nước ít nhất có thể để đạt hiệu quả biến bụi mong muốn Quá trình hỗn hợp sau khi biến bụi có thể diễn ra trong (hình 4.18a) hoặc ngoài (hình 4.18b) thiết bị biến bụi
4.5.4 Mỏ đốt hoá khí
Mỏ đốt hoá khí có hai mục đích:
- Tách hoàn toàn hoặc một phần quá trình cháy ra khỏi không
gian trao đổi nhiệt với vật nung;
~ Tạo dòng khí có xung lớn để có thể điều khiển dòng khói trong khơng gian vật nung
Ngồi ra mỏ đốt hoá khí có nhiệm vụ đốt cháy không tạo muội và không tạo các chất cặn, nghĩa là đốt cháy sạch các dầu rất nặng Do thời gian chấy hạt dầu lớn hơn cháy khí nên thường thiết kế tiết diện ngang mỏ đốt này lớn hơn để tạo điều
kiện thuận lợi cho -
quá trình bắt lửa, ie
tạo một kênh riêng để dẫn khói
Hình 4.19 Mỏ dối hoá khí có dẫn ngược khói nóng
Trang 23
Để tránh nhiệt độ tới hạn của vật liệu chịu lita (khoang 1400°C), thường người ta chỉ đốt cháy hết trong mỏ đốt một phẩn Dòng phun ra từ mỏ đốt còn chứa các chất cháy như CO, H; cho nên mỏ đốt có tên gọi là hoá khí 44 Thiết bị cấp dâu
Thiết bị cấp dầu có nhiệm vụ cấp dầu cho các điểm đốt Thiết bị cấp dầu bao gồm bơm dầu, hệ thống ống dẫn, thiết bị hâm nóng khi đốt dầu nặng và bể chứa Ngoài việc khai thác có hiệu quả kinh thiết bị đốt còn cần có tính đơn giản trong sử dụng, dầu phải dễ chứa và dễ vận chuyển Các thiết bị cấp đâu có năng suất từ 0,5 I/h (lò sưởi) đến 200000 //h (nhà máy nhiệt điện) hoặc lớn hơn
“Theo đặc điểm cấp dâu có thể phân biệt các thiết bị sau đây: 1 Thiết bị đốt có bơm riêng, chẳng hạn mỏ đốt một khối;
2 Thiết bị có bơm tách rời, chẳng hạn lò dầu (thiết bị cấp dầu trung tâm); 3 Thiết bị có bơm áp suất và bơm cấp khi khoảng cách giữa bể chứa và mỏ đốt lớn 4, Bơm dâu
Bơm dùng để hút chất lỏng từ một mức thấp hơn lên một mức cao hơn Bơm là máy tiêu tốn công và nó cần có một động cơ Dầu có
thể được bơm từng mẻ hoặc bơm liên tục Để bơm dầu không có khả năng bôi trơn (chẳng hạn dâu hắc ín) cân có bơm đặc biệt có bôi trơn riêng và các bộ phận bên trong được chế tạo từ các vật liệu đặc biệt
Để bơm dầu có độ nhớt cao (dầu nặng) người ta sử dụng các bơm được nung nóng (nung bằng điện hoặc hơi nước vỏ máy bơm)
Bơm dâu là phân quan trọng nhất nhưng cũng là phần thường yếu nhất của thiết bị cấp dâu Có nhiều yếu tố khác nhau tác động đến
tuổi thọ của bơm Bơm chịu ảnh hưởng của dầu (mức độ bẩn, các chất
lắng dong, chất lượng dâu, lượng nước pha lẫn), của đường ống dẫn dâu (rò rỉ, chân không quá cao, chất lượng, lớp bể mặt trong của bể chứa), của độ chuẩn xác khi khởi động (chạy khô quá lâu khi hút, các van đều đóng, bơm quay ngược chiêu khi dùng điện xoay chiều) Khả
Trang 24năng bôi trơn của dầu cũng có vai trò quan trong đối với tuổi thọ của bơm Độ nhớt của dầu nhẹ ngày càng được giảm, ngoài ra còn cho phụ gia dé giám độ nhớt
Có thể có các loại: bơm piston, bơm ly tâm, bơm vít hành trình, bơm bánh răng va bom piston dao động
4:62 Hệ thống đường ống dẫn dầu cho các thiết bị đốt biến bụi Việc lựa chọn hệ thống đường ống phụ thuộc vào loại thiết bị đốt, sự sắp xếp nhà xưởng và loại déu, Hệ thống đường ống dẫn dầu cùng với các bộ phận khác có tác động quyết định tới hoạt động của thiết bị cấp dầu,
Khi lắp đặt hệ thống cấp dầu cần đảm bảo kín và thoả mãn các
yêu cầu kỹ thuật Các ống dẫn dâu trong các ngôi nhà phải làm bằng
các vật liệu không cháy và ngay cả trong trường hợp bị cháy thì chúng
vẫn kín
Các ống dẫn dầu và gioăng làm kín phải có tuổi thọ cao, có độ bên cơ học, hoá học và bên nhiệt Các ống phải được bắt chặt, hàn dắm bảo kín đầu hoặc các mặt bích kết nối kín dầu Các ống dẫn dấu phải được tự do, không được treo các vật khác hoặc bị các vật khác đè lên
Các ống dẫn dâu chính và các đường ống dẫn dầu từ bể chứa, trừ trường hợp dầu hồi và ống thoát không khí, cần được bố trí ở nơi dễ tiếp cận cạnh bể chứa và dễ đóng khoá Van khoá phải dễ dàng sử dụng và dễ tiếp cận
a Dầu nhẹ
Dau nhẹ (EL) được dẫn chủ yếu trong các ống đồng Việc chọn hệ thống ống dẫn phụ thuộc vào dạng và số lượng của mỏ đốt, vào độ lớn của áp suất hút và áp suất đẩy, vào khoảng cách giữa bể dầu và mỏ đốt và vào giá thành chế tạo,
Vì công suất của bơm lớn hơn công suất của các mỏ đốt nên
lượng déu được bơm thừa cần phải dẫn vào đường dầu hồi hoặc quay trở lại bơm
Nếu áp suất hút (chân không) của thiết bị trên 500 mbar (SmH,O), ngudi ta sử dụng áp suất đẩy để cấp dầu
Trang 25Ở các thiết bị lớn sử dụng các bơm cấp chuyên dụng (bơm bánh răng) có kèm hoặc tách rời van dầu thừa, hình 4.20 Để tránh sự cố
Hình 4.20 Sơ đồ một đường mắc bơm và mỏ đốt theo nguyên lý đẩy:
1 bể chứa dầu; 2 ống hút; 3 ống đẩy; 4 ống xả: 5 ống đẩy tới các mỏ đốt;
6 máy bơm 7 mô đối dầu
thường lắp hai bơm Khi một bơm bị hỏng thì bơm dự y có thể sử
trong vận hành t
phòng được tự động đưa vào sử dụng Sơ đỏ một đường nà)
dụng cá khi bể chứa nằm cao, trên mặt đất Ưu điểm của sơ đồ này là tiết điện của ống được xác định theo công suất của mỏ đốt chứ không phải theo năng suất cao hơn của bơm Vận tốc dầu cần được duy trì trong giới hạn nhất định, bảng 4.5 Bảng 4.5 Vận tốc đầu Loại đầu “Trong ống hút (m/s) "Trong ống đẩy (m/s) Dâu nhẹ EL 0,2+0.5 04+2/0 Dâu nặng S 01 +02 02+04 ị
Một hệ thống ống dẫn thông thường là hệ hai đường, một đường cấp dầu và một đường hồi dâu Bot không khí hoặc khí có thể hình thành được dẫn vẻ bể chứa dầu qua ống hồi dầu Bể có thể nằm cao hơn hoặc thấp hơn mặt đất Khi xác định tiết diện ống hút cần dựa vào bơm chứ không phải năng suất mỏ đốt Bơm hút đầy năng suất của
không không
dâu, lượng dầu thừa theo ống hồi chây vẻ bể Độ chân
Trang 26được quá 500 mbar Cân tính đến tổn thất áp suất của các bộ lọc Sơ đồ cấp dầu hai đường theo nguyên lý hút được giới thiệu trên hình 4.21
Hình 4.21 Hệ thống cấp dâu hai đường cho nhiêu mỏ đốt một khởi: 1 mỗ đốt; 2 van; it bị an toàn; 4 bộ lọc dầu; 5 van; 6 van đáy:
7 van mot chiếu; 8 van dấu thừa; 9 phân phối dong cấp; 10 phân phối đồng khí,
b Dầu nặng
Để cấp dâu nặng thường sử dụng ống thép Việc liên kết giữa các phần được thực hiện chủ yếu bằng các mặt bích Để vận chuyển, dầu cân được hâm nóng
Để giảm tổn thất nhiệt hệ thống ống, thiết bị cần được cách
nhiệt, Hệ thống có thể được nung bằng hơi, nước nóng, dâu nóng hoặc bằng điện
“Thiết bị đốt dầu nặng phần lớn được trang bị hai bơm dâu (bơm vận hành và bơm cấp), hình 4.22,
Trang 27Chi tiết ‘mung Áp suất 0,5 + 2,0 bar
Hình 4.22 Sơ đồ cấp dâu cho mở đốt hai khối, bơm đâu nặng tách rời: 1.mỏ đốt; I1 bơm vận hành có thiết bị hâm nóng đầu; III bơm cấp:
1 mỏ đốt; 2, ống kim loại: 3 van nối nhanh; 4 bơm vận hành; 5 van dat áp xuất: 6 manomet; 7 van chan: 8 van mot chiều; 9 bộ lọc; 10 vacumet: 11 đồng hồ lưu lượng dầu; 12 van 3 nhánh; 13 bộ nung đầu; 14 thermostat; 15 nhiệt kế: 16, bom cấp: 17 đặt áp suất; 18 thoát khí: 19 manomet 0 + 4 bar; 20 bé chứa đầu: 21, thiết bị nung; 22 văn đáy
Trang 28
Chuong 5
KY THUAT CHAY THAN
5.1, Chuan bị than
Ở các nhà máy nhiệt điện hiện đại than được đốt cháy ở trạng thái lơ lửng trong ngọn lửa phun Để biến các cục than lớn, ẩm, thô thành bụi than khô phải có khâu chuẩn bị bao gồm nghiên sơ bọ và nghiền
Than cục cấp cho nhà máy nhiệt điện thường có độ lớn đến 200 mm hoặc lớn hơn và trước khi cấp tới các máy nghiền phải qua khâu chuẩn bị sau đây
Trong dây chuyển cấp nhiên liệu, hình 5., người ta bi
thiết bị tách từ để tách các vật bằng kim loại, thiết bị tách gỗ để tách các mẩu gỗ lẫn vào than trong quá trình khai thác Khi than có độ ẩm
cao thì độ rồi của các hạt than giảm, một lượng than dính bám vào thành thiết bị Để ngăn ngừa hiện tượng này người ta sấy sơ bộ nhiên liệu, giảm độ ẩm bên ngoài 4 + 6%
Hình 5.1 Sơ đô công nghệ của hệ thống thiết bị chuẩn bị than bụi:
Trang 29Sau khi l c lưới sàng với kích thước lỗ 10+15mm Những cục to được đưa tới may dap
lại bỏ các mẩu kim loại than được dẫn qua
để đập nhỏ xuống dưới 10+1Smm Mức độ đập vỡ nhiên liệu được
đánh giá theo kết quả sàng mẫu bằng sàng có kích thước lỗ 5 x 5 mm”,
theo tỷ lệ phản trăm khối lượng còn lại trên sàng so với khối lượng ban đấu, ký hiệu R„ Thông thường than được đập cho tới khi R; = 20% “Than được đập nhỏ bằng máy đập trục hoặc máy đập búa
Sau khi đập nhỏ, than được vận chuyển tới các thùng chứa, từ
đây được cấp vào hệ thống chuẩn bị than bụi, nơi than sẽ được sấy
mạnh và nghiền nhỏ Sản phẩm của hệ thống này là than bụi
5.2 Cac tính chất vật lý của than bụi
5.2.1 Độ mịn và đặc tính hạt
Than bụi là bột than khô với kích thước tir 0,1 jam đến 500 pum Độ mịn của than bột được xác định bằng cách sàng một mẫu bụi khối lượng 25z50 g trong 20 phút trong máy sàng Máy được trang bị một bộ sàng đẩy đủ khoảng 8 đến 10 chiếc với kích thước lỗ từ 50 đến 1000 pm, hoặc tối thiểu 2 sàng 90 và 20 um khi nghiền mịn, hoặc 90 và 1000 um hoặc 200 và 1000 jum khi nghiền thô Kết quả sàng được đánh giá bằng khối lượng của phần còn lại trên sàng đầu tiên lớn nhất R,„„„ hình 5.2, của sàng mịn nhất D„ và cả phần mịn nhất bay ra môi trường AG [28] c phần $ trên các sàng trung gian và phản đi qua
Ryo + sane + Prose Sonzan + dso + Dạy + ÁG = 100% (5-1)
Phin bụi bay cho
phép khong duge qua 2% ® [28] Khối lượng phần còn
lại trên mỗi sàng bằng khối lượng của phần ở trên sàng này cộng với khối
Trang 30
trén sang 90 um bang:
Reo = Ost Dy» % (5-2)
Đối với sàng bất kỳ tổn tại quan hệ sau:
R; + D,= 100% (5-3)
“Theo kết quả
phụ thuộc của phân trên sàng vào kích thước hạt x, được gọi là đặc tính hạt Trên hình 5.3, đường cong
1 biểu thị đặc tính hạt của bụi than Ỷ =
khi nghiền than nâu với các phần
trên sàng nhu sau: Ry = 75%,
Ry 55%, Rau 17%,
Rew = 0,3%, Rian = 0 Cling tren hình này, đường cong 2 biểu thị đặc tính của bụi mịn: Ry, = 20%, Rụ› = 7%, Rau = 0,5 4 =| 30200 100 400-500 ym
Đặc tính hạt của than bụi tuân
theo phương trình: Hình 5.3 Đặc tính hạt của bụi: 1- Bụi thỏ (than nâu): Ry, = 55%, bx" Ryo = 17%; n= 1,3 ; 2 - Bụi mịn: R= 100 6% 4 RL 706, Raw = 045%, n = 065: Trong đó b và n là các hàng _ 3- Đặc tính lý tưởng cho x > 90 jum số đặc trưng độ mịn và độ đồng đều của thành phần hạt Giá trị b càng lớn thì hạt càng mịn Trong công nghiệp b = 4 I0” + 40 107, Trong thực tế phụ thuộc vào máy nghiền, n giao động trong khoảng 0,7+1,5 [28]
5.2.2 Khối lượng riêng của than bụi
Người ta phân biệt khối lượng riêng đống p”, khối lượng riêng ảo p va khdi lượng riêng thực p':
(5-5)
Trang 31
“Trong đó:
G - khối lượng bụi, kg
Vy - tổng thể tích của mẫu bụi, m”
'V,- thể tích pha rắn của bụi, m`
'V, - tổng thể tích các lỗ bên trong hạt, m° 'V¡,- thể tích khoảng không giữa các hạt, mì` Hiển nhiên p” < p*< p'
Khối lượng riêng đống dùng để tính thể tích các bunker chứa bụi và năng suất của các thiết bị cấp nhiên liệu
Khối lượng riêng ảo dùng để tính xyclon bụi, thiết bị tách bụi, thiết bị vận chuyển thủy khí
Bui than hấp thụ không khí rất mạnh nên khối lượng riêng đống, bao giờ cũng nhỏ hơn 1 Bụi không chịu được các tải tập trung nên
người có thể bị ngập ở trong bụi Vì vậy, khi phải làm việc trong bunker phải có biện pháp an toàn Khối lượng riêng đống có thể giao
động trong phạm vi rộng, từ 500 đến 900 kg/m” Khối lượng riêng ảo tuỳ thuộc loại than, chẳng hạn, với than gầy bing 1350 kg/m’,
5.2.3 Bé mat của than bụi
Bề mặt riêng của than bụi S„, (m”/kg) là tổng diện tích của các
hạt trong khối lượng Ikg Bể mặt riêng được xác định bang lý thuyết
hoặc thực nghiệm S„ phụ thuộc vào loại than và mức độ mịn, chẳng hạn đối với than antrazit khi nghiền với R„ = 7% có bẻ mặt riêng bằng 2000 m°/kg Bẻ mặt riêng của bụi đồng nhất với đường kính hạt hình cầu d Zn(x.102)ˆ 0 „ñ(x.10 5)” xp* 2p 1610), P6 §y= (5-7) Trong đó:
Z - số hạt bụi trong 1 kg bụi p"- khối lượng riêng ảo, kg/mÌ
Trang 32Nếu bụi cấu tạo từ các hạt có kích thước và hình thù khác nhau thì: TS) (5-8)
Trong đó AS, là bể mặt của các hạt bụi ở trong phản có khối lượng $ = R,-R,„ % với kích thước trung bình của phẩn: "¬ 2 5-9) 6.10°) AS) = Ky $ (St) + 6-10) 5-10)
Trong đó Kạ là hệ số hình dáng của hat (Ky > 1), biểu thị sự sai
khác của hạt so với hình cầu Đối với than có thể lấy Kạ= 1.75 [28],
5.2.4 Độ Ẩm của than bụi
Độ ẩm của than bụi (W, %) là một đặc tính quan trọng Than càng được sấy khô, nghĩa là độ ẩm càng thấp, thì càng dé bat lửa và
quá trình cháy càng tốt
Trong quá trình nghiễn, than được sấy sơ bộ bằng không khí hoặc khói nóng đến độ ẩm phân tích của nhiên liệu
Không được phép sấy sâu hơn đề phòng cháy nổ
Nếu sấy không đủ, quá trình vận chuyển và nghiền than sẽ gập
khó khăn, dẫn đến giảm năng suất máy nghiền và tăng chỉ phí năng,
lượng
5.2.5 Tính nổ của bụi
Bụi than cùng với không khí tạo nên hỗn hợp dễ nổ, Các hạt bụi than có kích thước bé hơn 0,2mm (đối với than bùn, than phiến), bé hơn 0,15mm (đối với than nâu) và bé hơn 0,12mm (đối với than đá) là
những loại đễ nổ nhất
Nổ than bụi là hậu quả của sự bắt lửa của các khí chất bốc khi
nung than bụi Khi thiếu ôxy, nổ không thể xảy ra Gi
ôxy trong tác nhân sấy đảm bảo không nổ đối với các loại than: cho bụi than bùn, than phiến là 16%, bụi than nâu là 18% và bụi than dé la 19%
Trang 33
Khi trong t
bụi than giảm
nhân sấy chứa các khí trơ, hơi nước thì tính nổ của
“Tính nổ của than bụi phụ thuộc không chỉ vào nồng độ ôxy trong hỗn hợp mà còn vào hàm lượng chất ác nhân sấy sau
máy nghiên, độ ẩm và độ tro của than, độ ẩm và độ mịn của bui (Ry
VA Ray) và chất lượng than
Dưới đây chúng ta xem xét ảnh hưởng của các yếu tố trên
Lượng chất bốc càng nhiều nguy cơ nổ càng lớn, chỉ khi lượng, chất bốc thấp hơn 8% nhiên liệu mới không nguy hiểm vẻ nổ
Nhiệt độ tác nhân sấy sau máy nghiển càng cao nguy cơ nổ càng lớn Vì vậy nhiệt độ này đối với phản lớn các trường hợp không được quá 70:80'C
Độ ẩm và độ tro của nhiên liệu càng cao thì nguy cơ cháy nổ
càng thấp
Độ ẩm của bụi càng thấp, nghĩa là bụi bị quá sấy càng nhiều, thì
nguy cơ nổ càng cao
ng mịn thì bể mặt càng lớn, được nung càng nhanh, nguy
ng tăng, Khi R„, (sau máy nghiền) > 30% nổ sẽ không,
Các kết quả nghiên cứu cho thấy than bụi nổ khi nồng độ nhiên
liệu trong hỗn hợp nằm ở trong các giới hạn cho trong bing 5.1 [29]
Trang 345.2.6 Tinh vận chuyển của than bụi
Than bụi dể dàng vận chuyển bàng dòng không khí hoặc sản
phẩm cháy Hồn hợp bụi than - không khí tạo nên một nhữ tương rất động, có các tính chất của chất lỏng và dễ bơm theo đường ống Trong
các hệ thống chuẩn bị bụi độc lập gần lò hơi, nông độ của bụi trong
+ 1 kg/kp kk
Khi có nhà máy bụi trung tâm việc vận chuyển bụi từ các bunker của nhà máy tới bunker của lò hơi được thực hiện ở nồng độ cao (khoảng 30+35 kg/kgkk) theo các đường ống có tiết diện bé bằng bơm với ấp suất không khí nén 0,5 + I MPa Hỏn hợp có thể được bơm đi xa hàng trăm mét
hỗn hợp không cao và thường nằm trong khoảng C =
5.3 Những đặc điểm của sự cháy than
Khi than cháy xuất hiện nhiều quá trình thành phản mà khi dâu hay khí cháy không có Một mặt, các phản ứng cháy than là dị thể, Mat khác cấu trúc của than thay đổi trong quá trình phản ứng Ban đầu than được sấy khô, sau đấy một phần biến thành thể khí, phần khác
chuyển thành cốc là chất rắn kết tỉnh một phần Dưới đây chúng ta sẽ
xem xét các quá trình đó
5.3.1 Sự thay đổi của than khi nung, tách khí
Vì cấu trúc phân tử của than không đồng nhất và chưa được hiểu
biết đầy đủ nên người ta chỉ có thể miêu tả các thay đổi này về mặt
công nghệ, Khi nhiệt độ tăng từ 400 đến 500" than mềm dân, chất khí thoát, đến khoảng 900°C van cdn khi thoát và hình thành một chất
tất rắn có lỗ là cốc
Luu lượng, nhiệt độ hình thành và thành phần của khí thoát ra có ý nghĩa đối với quá trình cháy vì khí này đễ cháy hơn so với chất rắn
‘Thanh phan hóa học của khí thoát ra thay đổi theo nhiệt độ và
hàm lượng chất bốc Khi nung đến khoảng 550C chất bốc bao gồm
40z50%: CH., ngoài ra có CO, H,, CO, N, Nhiệt trị thấp của hỗn hợp khí này khoảng 35000 kJ/m`,
Độ rồng của cốc đóng vai trò quan trọng đối với quá trình cháy, thường nằm trong khoảng 40 đến 55%, trong đó các lỗ bé hơn 6 jim
Trang 35chiém khoang 4 + 23%, [28]
c lỗ lớn hơn 6 ym chiếm khoảng 27 + 51%
Sấy và vai trò của hơi nước
Ẩm có thể ở trên bẻ mặt cũng như trong các lỗ của than Khi sấy
than xuất hiện các quá trình như khí sấy vật có lỗ nói chung Các quá
trình không ồn định sau đây cũng tác động đến quá trình sấy:
+ Truyền nhiệt đến hạt;
+ Dẫn nhiệt vào phía trong hạt;
+ Bốc hơi cũng như thoát nước ra khỏi hạt, + Khuếch tần qua lỗ của nước và hơi nước, + Khuếch tần hơi nước vào môi trường
Quá trình sấy đã bắt đầu ngay từ khi hạt còn ở trong máy nghiền và tiếp tục trong không khí nóng cấp một
Hơi nước được hình thành thêm do phản ứng dưới 200C giữa các thành phân chứa hydro và ôxy có trong than Hơi nước ở một chừng mực nào đấy là mong muốn vì quá trình cháy CO diễn ra dễ dàng nhờ nhóm OH Ngoài ra, hơi nước tham gia vào quá trình cháy thông qua hai phản ứng khí nước Phần lớn than đá và toàn bộ than nâu chứa quá nhiều nước so với nhu cầu của các phản ứng này, Đây là
nguyên nhân gây nên nhiệt độ cháy thấp (cỡ khoảng 1200°C)
5.3.3 Cháy đồng thể và cháy không đồng thể
“Trong khi quá trình cháy dị thể chỉ diễn ra với một phần nhỏ của
nhiên liệu lỏng (muội, mạch cacbon) thì nó lại diễn ra với phần lớn
của nhiên rắn Quá trình cháy đồng thể vẫn đóng vai trò quan trọng đối với nhiên liệu rắn, được thể hiện bằng hai cách sau:
+ Các chất bốc tách ra từ hạt than và cháy giống hơi bay ra từ giọt dầu trong ngọn lửa bọc lấy hạt than hoặc trong môi trường của hạt than Vì nhiệt độ bất lửa của các chất chỉ khoảng 500C nên chúng khởi đầu quá trình cháy của hạt than Hàm lượng chất bốc quyết định
các tính chất bat lửa của nhiên liệu rắn: cốc và antrazit có ít chất bốc
nên khó bắt lửa hơn so với than mỡ và than khí hoặc cả than nâu và gỗ
Trang 36
+ Một loại phản ứng đồng thể thứ hai bắt nguồn từ các phản ứng dị thể sảnh ra chủ yếu CO, các phản ứng di thể khác như phản ứng Boudouard: c+o, hay phản ứng khí nước: =2CO C+H, CO+H, xinh ra các sản phẩm khí là CO và H., Các khí này cháy đồng thể,
Hai quá trình này có thể
chồng chéo nhau nếu sự thốt chất Đốc và ơxy hoá diễn ra đồng thời, Tương tự như cháy giọt dầu người ta đưa ra mô hình viên bi, hình 5.4
Các kết quả nghiên cứu cho thấy - vì mô hình này chỉ hiện thực với các See fo Ị
hạt có kích thước lớn [18]
5.3.4 Vai trò của tro
Hình 5.4 Sơ đồ mô hình viên b Các chất khoáng đồng hành '“"“ ở đồ mô hình viên bi trong nhiên liệu rắn ảnh hưởng rất íL đến diễn biến quá trình c Lượng nhiệt do tro nhận thường chiếm một tỷ lệ không lớn trong cân
bằng năng lượng, hơn nữa cũng có thể tận dụng nó một phần Điều bất
lợi có thể xẩy ra nếu ở nhiệt độ cao tro biến mềm và chảy lỏng, bít kín
một phần hoặc hoàn toàn đường dẫn không khí tới nhiên liệu
Hậu quả còn nặng nẻ hơn đối với thiết bị, Một mặt phải ngân "gừa sự dính bám của tro nóng trên các bộ phận của thiết bị và sự lắng xuống của các hạt từ dòng khí Mặt khác không được thải qua ống khối một lượng tro lớn vào môi trường mà bắt buộc phải có thiết bị lọc bụi
Để tránh sự dính bám của to, không nên bố trí các bộ phận của
Trang 37thiết bị trên đường khói Phụ thuộc vào độ kiểm của tro, nhiệt độ có
thể giao động trong khoảng 1000 + 1200°C Ngay cả ở các nhiệt độ
thấp hơn cũng không tránh khỏi sự đính bám cho nên cần nhiều thiết bị lọc bụi cơ khí Ngược lại nếu tro không dính bám, chẳng hạn ôxit
khó nóng chảy như SiO,, có thể phát tán trên không gian rộng Để hạn chế hiện tượng này cũng cần những giải pháp thích hợp, chẳng hạn,
phải hạn chế vận tốc
5.4, Chay than bui
Than bụi được đốt chủ yếu trong các lò hơi lớn và lò quay ximăng Những nội dung trình bày dưới đây phân lớn liên quan đến lò hơi
5.4.1 Các quá trình riêng biệt của sự cháy than
Các quá trình riêng biệt diễn ra khi than cháy khác với các quá trình khi dầu cháy Dạng quá trình và trình tự của chúng phụ thuộc vào hệ thống buồng đốt Trình tự sau đây diễn ra đối với các ngọn lửa than bụi ở trong buồng đốt lớn, không tiếp xúc với tường:
1 Vận chuyển than bụi vào buồng đốt bằng dòng khí Thường
dòng này là một phần không khí cấp một
2 Nung nóng hạt quá nhiệt độ không khí cấp một nhờ bức xạ của ngọn lửa, của tường lò hoặc bằng dòng khí nóng hồi lưu 3 Hạt được sấy khơ và thốt khí, hình thành hỗn hợp chất bốc
và không khí cấp một
4 Hỗn hợp chất bốc và không khí cấp một bắt lửa tại nơi và thời điểm mà thành phần và nhiệt độ thích hợp
5 Chất bốc cháy chủ yếu bằng không khí cấp một
6 Hỗn hợp không khí cấp hai với không khí cấp một và sản phẩm cháy
7 Chay di thé hạt cốc
8 Thai tro ra khỏi buồng đốt trong dòng khí
5.4.2 Sự chuyển động của các hạt trong dòng không khí
Các lực tác động và các quá trình của hạt than tương tự như các
Trang 38
lực và các quá trình của giọt dầu Điều khác biệt cơ bản so với thiết bị biến bụi khơng xốy ở chỗ: giọt dầu được gia tốc bởi đồng không khí, còn hạt than chuyển động với vận tốc của dòng không khí cấp một Khi đồng này mở ra như dòng phun tự do, các hạt nhờ mật độ xung lớn hơn nên vượt lên trước và nhanh chóng thâm nhập vào các vùng có nhiệt độ cao hơn
Điều khác biệt tiếp theo là trong các giọt dầu bay hơi, khối lượng riêng của chất lỏng không đổi, đường kính giọt giảm Trong than bụi đo có tro nên điểu này không diễn ra, khi cháy khối lượng riêng giảm
nhưng đường kính của hạt chỉ thay đổi một ít chừng nào tro còn chưa biến mềm
Để tránh mài mòn, các dòng than bụi được tạo vận tốc chỉ đến 30 m/s nên trong các đồng nằm ngang các hạt than bụi tách ra khỏi dòng nhiều hơn so với các giọt trong dòng dâu Trong các dòng thẳng đứng hướng xuống dưới các hạt to cháy chậm tách ra trước, do đó cần thận trọng khi ngọn lửa hướng từ trên xuống dưới
5.4.3 Sự bắt lửa và cháy ban đầu
Năng lượng cẩn thiết cho hạt than bắt lửa được lấy một phần từ không khí cấp một, một phần từ bức xạ bởi khói nóng hồi lưu Để đi quãng đường từ máy nghiền tới mỏ đốt các hạt than cần thời gian
khoảng Is nên chúng hầu như đạt nhiệt độ không khí Để tránh sự
cháy giật lùi của ngọn lửa vào mỏ đốt người ta nung không khí chỉ đến nhiệt độ khoảng 200°C, đối với các than ít khí có thể nung không khí đến 400C Trong mọi trường hợp, không cho phép các chất bốc thoát ra nhiều để trắnh xa giới hạn dưới của sự bắt lửa Sự bức xạ từ ngọn lửa hoặc từ tường nóng chỉ cấp một phân nhỏ năng lượng để nung hạt Nếu giả thiết khoảng cách giữa đầu ngọn lửa (mặt bắt lửa) và mỏ đốt là 0,5 m, với vận tốc 20 m/s thì cần thời gian bay 25 ms Trong khoảng thời gian nầy một hạt 0,1 mm nhờ bức xạ từ mọi phía của vật den & 1500°C được nung nóng thêm 3K, một hạt 0,05 mm được nung nóng thêm 60 K [55] Như vậy cần nghĩ đến sự hỗn hợp của khí hồi lưu
Đối với than chất lượng kém, người ta cải thiện cân bằng năng lượng trong vùng bất lửa bằng cái gọi là vành đai bắt lửa hay ô bắt lửa là các bề mặt tường bằng các vật liệu chịu lửa Hiệu quả của các bẻ mặt này ở bức xạ nhiệt trực tiếp đến các hạt chuyển động tiến về tường
Trang 39thì ít mà ở nung không khí chảy qua và ngăn ngừa sự dap tắt cháy của các hạt thì nhiều, Bằng cách này sự ổn định của ngọn lửa khi có phần không cháy được tốt hơn
Tỷ lệ chất bốc càng cao thì nhu cầu không khí để đốt cháy chúng, quy vẻ một đơn vị khối lượng cacbon càng lớn Tỷ lệ không khí cấp một so với tồn bộ lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy than ít nhất phải bằng lượng không khí để đốt cháy các chất bốc Gumz [19] cho rằng tỷ lệ không khí cấp một trên 50%, trong khi tải than bằng khí nén với 15% đã đủ Theo một số kết quả do [20, 32] tỷ lệ không khí cấp một cao chưa hẳn đã hợp lý
5.4.4 Diễn biến cháy của hạt than
Công thức thực nghiệm để tính thời gian cháy z của một hạt độc lập có đường kính ban đầu d, tương tự như của giọt dầu: độ =k.z (5-19) Hệ số k thường cho trong khoảng 0.2 + 0,5.10° em*/s, n nằm trong khoảng 1,85+2 [55] Người ta xác định được :
đối với hạt 0, mm thời gian
cháy từ 0,2 đến 0,5 s, đối với 1 hạt 0,2 mm thời gian cháy từ
0.8 đến 2s
Các số liệu này hầu như trùng với các kết quả do Gumz [I9] tính theo một công thức thực nghiệm, trong đó tác giả này đã tính đến ngoài khuếch tán còn hàm lượng chất bốc, nhiệt độ phản
ứng, hệ số không khí dư và cả 4 + met mức độ thiêu kết của hạt Các Đường kính hạt
Trang 40giảm khi hệ số không khí du tang hay áp suất riêng của ôxy tăng, theo Gumz ty lệ với l/nẺ,
Thời gian chấy chất bốc chiếm khoảng 10 đến 20% tổng thời Bian cháy hạt than, hình 5.6 Năng lượng được giải phóng nung nóng hạt đến các điều kiện cho phản ứng di thé chin muéi Nhiệt độ của hạt
tầng lên đột ngột và giảm chậm Một nhiệt độ cực tiểu sau khi chất bốc
chấy được tình cờ phát hiện nhưng không phải là đặc trưng Vận tốc nung đối với quá các buồng đốt nằm | trong khoảng 10° dén 10° K/phtit Các hạt có đường kính 0.Imm, theo một % 600 JIz00 đánh gid [25] sau 30 ms thốt khí hồn tồn ở vận tốc nung ae IƠ" K/phút, nhưng phải sau tận 500 ms 400 mới thoát hết khí ở Vận tốc nung 2 10° K/phút Sự bắt lửa bát 9 Or q6 06s
Thôi ion bay từ mồ đốt
đầu trước khi sự thoát Be ta aan
khí kết thúc, ở thời Hình 5.6 Quá trình cháy chất bốc và chất rắn điểm hỗn hợp khí - của hại, đường kính: 50% từ 0 đến 30 pum, 75% tie
không khí có khả Oden 60 sum
năng bắt lửa đạt nhiệt độ bắt lửa,
Š.5 Buồng đốt than
Các thiết bị thực hiện quá trình cháy than được gọi là buồng đối Các buồng đốt có cùng một điểm chung la trong buồng đốt không khí bao bọc than và than được đốt cháy Phụ thuộc vào mức độ chuyển động và kích thước của hat than người ta phân biệt ba loại buồng đốt than, hình 5.7
- Nếu than trong quá trình cháy nằm yên trong lớp chặt (rên Bhi), buồng đốt được gọi là lớp chặt hoặc ghi