Để hoàn thành ản luận ăn này, i đó L b v tụtham kh o Bả ỏo cỏ ổo t ng kết và cỏ ỏc b o c o chuyỏ ờn đề của Nhiệm vụ ươm tạo Cụng nghệ ề ghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ lớp sụi và lớp sụi
Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội trần huy cấp nghiên cứu khí động học cháy than lò lớp sôi công suất nhỏ Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: công nghƯ nhiƯt l¹nh Ngêi híng dÉn khoa häc pgs.ts ph¹m hoàng lơng Hà nội 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205217711000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc ***** LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sỹ nghiên cứu thực với hướng dẫn PGS.TS Phạm Hoàng Lương Để hồn thành luận văn này, tơi tham khảo Báo cáo tổng kết báo cáo chuyên đề Nhiệm vụ ươm tạo Công nghệ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lớp sôi lớp sôi tuần hoàn Việt Nam (Mã số HĐ-UTCN 2005-2006-ĐHBKHN) PGS.TS Phạm Hồng Lương chủ trì tài liệu khác liệt kê phần Tài liệu tham khảo Tơi cam đoan khơng chép cơng trình thiết kế tốt nghiệp người khác trình soạn thảo luận văn cao học Hà Nội, ngày tháng năm 2008 ( Ký, ghi rõ họ tên) Trần Huy Cấp LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin trân trọng cảm ơn đến PGS.TS Phạm Hoàng Lương người trực tiếp giành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn, cung cấp thông tin quý báu giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn đến ban lãnh đạo, cán công nhân viên nhà máy giấy Tissue - Cầu Đuống, công ty nhiệt điện Na Dương giúp đỡ tơi tận tình việc thu thập số liệu thực nghiệm, tài liệu tham khảo liên quan đến lị lớp sơi, lớp sơi tuần hồn cơng ty Tơi xin cảm ơn đến thầy cô giáo Viện KH&CN Nhiệt - Lạnh, gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người thường xun cổ vũ động viên tơi hồn thiện luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Trần Huy Cấp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 CƠ SỞ ĐỀ TÀI Năng lượng nói chung ngành điện lực nói riêng có vai trị quan trọng phát triển quốc gia, vùng, địa phương Điều ngẫu nhiên thường nước có mức tiêu thụ lượng thấp lại nước nghèo, phát triển mức tiêu thụ lượng đầu người (hoặc tiêu thụ điện đầu người) thường tiêu đánh giá phát triển kinh tế Ngày quốc gia nhận thức để phát triển kinh tế bền vững buộc phải biết kết hợp hài hồ ba q trình phát triển là: Kinh tế - Năng lượng – Môi trường Ở Việt Nam, ngành lượng Nhà nước trọng đầu tư phát triển có bước tiến đáng kể, tốc độ tiêu thụ lượng 8,6%/năm năm 1996 – 2000 năm 2003 12% [4], góp phần quan trọng vào cơng đổi phát triển đất nước Tuy nhiên, ngành lượng Việt Nam nhỏ bé bộc lộ nhiều vấn đề yếu kém, phát triển chưa cân đối phân ngành lượng, điện, than, dầu khí; cơng nghệ cung cấp tiêu thụ lượng nhiều khâu lạc hậu, dẫn tới hiệu hệ thống lượng thấp, cường độ lượng cao nhiều so với nước khu vực Ngày nay, giá thành nhiên liệu sơ cấp: dầu, than, khí tăng cao giá dầu thô trạm ngưỡng 150$/thùng, nguồn nhiên liệu ngày cạn kiệt ảnh hưởng lớn đến kinh tế, xã hội, an ninh lượng điều đòi hỏi cần phải cải tiến công nghệ sử dụng nhiên liệu tiết kiệm hiệu quả, tìm kiếm nguồn nhiên liệu khác thay ngày trở lên cấp thiết Một số quan điểm, định hướng phát triển lượng Việt Nam tới năm 2020 [4] là: + Đảm bảo cung cấp lượng an toàn, hợp lý cho kinh tế an ninh quốc phòng phạm vi nước vùng lãnh thổ + Đa dạng hoá nguồn cung cấp lượng, ưu tiên phát triển nguồn nội địa, phát huy nội lực đảm bảo tính độc lập lượng, mở rộng hợp tác lượng khu vực + Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu coi nguồn lượng quan trọng Nhất nay, trình độ cơng nghệ sử dụng lượng ta thấp, tiềm cho tiết kiệm lượng lớn + Kiểm sốt giảm nhiễm mơi trường hoạt động lượng, đảm bảo tính ổn định bền vững phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường sinh thái Do vậy, sử dụng lượng với hiệu cao, đồng thời ngăn chặn nhiễm q trình đốt cháy định hướng vô quan trọng yêu cầu bảo vệ môi trường liên quan đến sống cịn nhiều vùng trái đất Thay tìm cách sản xuất bán nhiều lượng phải ý vấn đề: tiết kiệm lượng, giảm mức tiêu thụ lượng không tái tạo, sử dụng hiệu quả, hợp lý nguồn lượng Hiện nay, sản suất sử dụng lượng lãng phí nhiều (nhất nước phát triển): lò sưởi điện sử dụng lượng cường độ cao để tạo lượng cường độ thấp, nhiều nhà máy điện toả nhiệt lượng lãng phí vào mơi trường xung quanh, nhiều cơng trình xây dựng cách nhiệt kém, nhiều nhà máy công nghiệp tiêu thụ lượng nhiều mức cần thiết, nhiều hệ thống dẫn truyền lượng mát lớn Quan điểm phát triển bền vững liên quan đến sản suất sử dụng lượng kinh tế phát triển nhanh khơng địi hỏi gia tăng cao (q so với tốt thiểu cần thiết) tiêu thụ lượng Trong hầu hết ngành cơng nghiệp lị thiết bị quan trọng thiếu dây truyền cơng nghệ sản xuất Nó đóng vai trị quan trọng việc cung cấp lượng phục vụ u cầu cơng nghệ sản xuất Lị thiết bị sản xuất nước để làm nguồn lượng cho máy động lực làm quay tuabin – máy phát điện, động nước mơi chất tải nhiệt làm việc dây chuyền sản xuất sản phẩm công nghiệp như: sấy, nấu, hấp, Vấn đề nghiên cứu, ứng dụng, cải tiến công nghệ đốt nhằm nâng cao hiệu đốt than giảm ô nhiễm môi trường đạt thành cơng định Một thành cơng phát triển ứng dụng công nghệ đốt lớp sôi lớp sơi tuần hồn Đây cơng nghệ đốt tiên tiến tận dụng loại than xấu, đốt với nhiều loại nhiên liệu khác than, trấu, bã mía, phế phẩm nơng nghiệp , giảm ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu đốt Đề tài “ Nghiên cứu khí động học cháy than lị lớp sơi cơng suất nhỏ” tơi tập trung tìm hiểu cơng nghệ đốt lớp sôi công suất nhỏ, đánh giá tiềm áp dụng cơng nghệ lớp sơi cho lị đốt than/ sinh khối công suất nhỏ 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu đề tài nghiên cứu khí động học cháy than lị cơng suất nhỏ nhằm xây dựng đặc tính khí động học buồng đốt lớp sôi công suất nhỏ đánh giá tiềm áp dụng công nghệ lớp sôi cho lò đốt than Để đạt mục tiêu nêu cần phải giải số nội dung chủ yếu nhận dạng đề tài như: - Nghiên cứu khí động học cháy buồng đốt lớp sơi bọt; - Hồn thiện phương pháp tính tốn thiết kế tính nhiệt lị lớp sôi công suất nhỏ ( – 10 tấn/giờ); - Nghiên cứu thực nghiệm khí động học cháy than lị lớp sơi cơng suất nhỏ; - So sánh kết tính tốn lý thuyết số liệu thực nghiệm; - Đánh giá tiềm tiết kiệm nhiên liệu giảm ô nhiễm môi trường công nghệ cháy lớp sơi lị cơng nghiệp 1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN - Nghiên cứu khí động học cháy, tính tốn thiết kế tính nhiệt buồng đốt lớp sôi bọt thực thông qua việc thu thập, cập nhập tài liệu, báo cáo khoa học công nghệ FB nước nước - Tiến hành thực nghiệm vận hành lị lớp sơi bọt FB Xưởng nghiên cứu chế tạo thiết bị áp lực - Viện KH&CN Nhiệt - Lạnh, trường đại học Bách Khoa Hà Nội - Tiến hành tham quan, khảo sát, lấy số liệu thực tế số sở sử dụng lị lớp sơi Việt Nam 1.4 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU Phạm vi luận văn tập trung nghiên cứu lị lớp sơi cơng suất nhỏ Cụ thể là: + Nghiên cứu khí động học cháy buồng đốt lớp sơi bọt; + Tính tốn thiết kế tính nhiệt cho lị lớp sơi cơng suất nhỏ ( 2- 10 T/h); + Nghiên cứu thực nghiệm khí động cháy lị lớp sôi bọt; + Đánh giá tiềm áp dụng công nghệ lớp sơi 1.5 TRÌNH TỰ LUẬN VĂN Luận văn gồm chương: Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Tổng quan cơng nghệ lị lớp sơi cơng suất nhỏ Chương 3: Q trình khí động học & cháy lị lớp sơi Chương 4: Tính tốn thiết kế & tính nhiệt cho lị lớp sơi công suất nhỏ Chương 5: Tiềm ứng dụng công nghệ lị lớp sơi cơng suất nhỏ Việt Nam Chương 6: Kết luận - đề xuất CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LỊ HƠI LỚP SƠI CƠNG SUẤT NHỎ 2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ LỊ HƠI LỚP SƠI CƠNG SUẤT NHỎ TẠI VIỆT NAM Công nghệ lớp sôi (FB) nghiên cứu từ năm 1940 - 1950 Đức, Anh nhằm nâng cao hiệu trao đổi nhiệt - trao đổi chất hệ thống sấy, chưng cất dầu mỏ, làm quặng, để đốt than chất lượng thấp (nhiều tro, có hàm lượng lưu huỳnh cao) công nghiệp Từ năm 1990 trở lại đây, cơng nghệ lớp sơi tuần hồn (CFB), loại hình FB với đặc điểm vận hành dải công suất lớn có tuần hồn hạt nhiên liệu trở lại buồng đốt nhằm nâng cao hiệu cháy nhiên liệu, giảm phát thải NOx SOx, nhiều công ty hàng đầu giới (Foster Willer, Alstom, Babcock & Wilcox, Misubishi Heavy Industry, v.v) nghiên cứu ứng dụng triển khai rộng rãi chủ yếu khu vực sản xuất điện nước Mỹ, Pháp, Trung Quốc, Ấn độ, Thuỵ Điển, Ba Lan, Phần Lan, Nhật Bản Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng than địa phương, chất lượng thấp (độ tro hàm lượng lưu huỳnh cao), phụ phẩm nông nghiệp (trấu, bã mía) nguồn nhiên liệu rắn khác (mẩu gỗ củi, rác công nghiệp, phế thải đô thị, v.v) thay cho nguồn nhiên liệu chất lượng cao nhập đắt tiền (dầu, khí đốt), để sản xuất điện cung cấp lên lưới phục vụ nhu cầu lượng chỗ, tăng khả cạnh tranh sản xuất hàng hóa giảm nhiễm môi trường trở nên cấp thiết Công nghệ FB Viện khoa học Kỹ thuật điện (nay Viện lượng), Bộ môn Thiết bị lượng nhiệt (nay Bộ môn Máy Năng Lượng, Đại học Bách khoa Hà nội) quan tâm từ năm 1985-1990 Tuy nhiên, hoạt động nghiên cứu dừng lại kết lý thuyết túy, chưa đầy đủ, thiếu nghiên cứu thực nghiệm chưa tạo sản phẩm cụ thể để ứng dụng, triển khai thực tiễn Công nghệ FB & CFB thang độ công nghiệp du nhập vào Việt Nam hoàn toàn theo phương thức chìa khóa trao tay (turnkey) nhà cung cấp thiết bị chủ đầu tư, công nghệ đốt than lớp sôi kiểu IGNIFLUID công ty giấy bột giấy Bãi (Phú thọ) vận hành năm 1983 nhà máy dệt Nam định (thành phố Nam Định) vận hành năm 1986 Hai lị cơng nghệ CFB hãng Foster Willer lần sử dụng Việt Nam công ty nhiệt điện Na Dương (Lạng sơn) Tập đồn Than Khống sản Việt nam (VINACOMIN) chủ đầu tư có cơng suất điện x 55 MW Hệ thống lị - tuabin công ty đưa vào khai thác thương mại từ tháng 11/2006 Hai lò CFB khác hãng Alstom lắp đặt công ty nhiệt điện Cao Ngạn (Thái nguyên) VINACOMIN chủ đầu tư với công suất điện x 55 MW Thực tế vận hành, bảo dưỡng sửa chữa lò FB khoảng 15 năm qua công ty giấy bột giấy Bãi Bằng, nhà máy dệt Nam Định, nhà máy dệt Vĩnh Phú đặc biệt công tác lắp đặt, chạy thử nghiệm thu lò CFB công ty điện Na Dương, Cao Ngạn cho thấy tồn nhiều rào cản kỹ thuật việc ứng dụng khai thác thương phẩm công nghệ FB & CFB Việt nam: đặc thù nhiên liệu than địa phương khai thác sử dụng sở có lị FB&CFB, cơng nghệ xử lý phát thải SOx buồng đốt CFB chưa phù hợp, lực sở tiếp quản việc làm chủ công nghệ, sử dụng khai thác thiết bị Gần cơng nghệ FB nhóm nghiên cứu PGS.TS Phạm Hoàng Lương khởi động trở lại đạt số kết tốt nghiên cứu tương đối đầy đủ lý thuyết công nghệ đốt lớp sơi lớp sơi tuần hồn thiết kế chế tạo thử thành cơng sản phẩm lị lớp sôi đốt than công suất nhỏ Tôi thành viên nhóm nghiên cứu nên có điều kiện tiếp cận sử dụng số kết đạt 2.2 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CƠNG NGHỆ LỊ HƠI LỚP SƠI Đây công nghệ đốt phát triển từ công nghệ đốt ghi cố định Gió cấp thổi từ ghi lên Khi tốc độ gió đủ lớn tạo lực thắng trọng lực hạt đó, hạt bắt đầu dịch chuyển lên tạo lớp hạt lơ lửng giống lớp chất lỏng Các chế độ tương tác khí hạt phụ thuộc vào tốc độ gió cấp vào bao gồm : lớp cố định, giả lỏng đồng đều, sôi bọt, sôi dạng pittông ( slugging), sơi rối, sơi chèn (choking) sơi tuần hồn Lị lớp sôi hoạt động theo phương thức sôi bọt, chiều cao lớp sôi giữ cố định khoảng cho phép Khơng gian cháy chiếm phần tồn buồng đốt Gió cấp vào từ quạt có hai nhiệm vụ : + Cung cấp khơng khí cho q trình cháy nhiên liệu, + Tạo trì lớp sơi Khi tốc độ gió cấp vượt tốc độ gió tới hạn, chất rắn bị thổi bay khỏi lớp Nếu hạt tương đối thơ quay trở lại mặt ghi ảnh hưởng trọng lực Nếu tiếp tục tăng tốc độ gió phận toàn chất rắn mặt ghi rơi vào trạng thái chuyển động hai hướng : Một hướng lên lực nâng, hướng xuống trở lại mặt ghi trọng lực Trạng thái giống trạng thái sơi chất lỏng, tốc độ gió umf (tốc độ sơi tối thiểu) Lúc đó, lớp chất rắn chuyển động từ trạng thái lớp cố định sang trạng thái sôi hay lớp sôi Khi tốc độ gió tiếp tục tăng, tồn lớp sơi bị phá huỷ, chất rắn lớp sôi bị bay ngồi, tương tự tốc độ gió q nhỏ không đủ để nâng khối lượng hạt lên lớp sơi lại trở thành lớp cố định Như vậy, vận hành lị FB, tốc độ gió cấp vào lò phải nằm khoảng giới hạn sau : umf < u < ugiới hạn 2.3 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠNG NGHỆ LỊ HƠI LỚP SƠI FB Một buồng lửa lò FB chứa khối lượng hạt rắn, thông thường khoảng kích thước từ 0,1-0,3 mm [12] Nó bao gồm: