Nghiên ứu nâng cao quá trình cháy than trộn trong lò hơi than phun hình chữ w

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ HỒNG SƠN VŨ HỒNG SƠN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO QUÁ TRÌNH CHÁY THAN TRỘN TRONG LỊ HƠI THAN PHUN HÌNH CHỮ W KỸ THUẬT NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT NHIỆT CH2015B Hà Nội – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204941061000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VŨ HỒNG SƠN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO QUÁ TRÌNH CHÁY THAN TRỘN TRONG LỊ HƠI THAN PHUN HÌNH CHỮ W Chuyên ngành: Kỹ Thuật Nhiệt LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS LÊ ĐỨC DŨNG Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tự tính tốn, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn tận tình thầy giáo TS LÊ ĐỨC DŨNG Để hồn thành luận văn này, tơi tham khảo sử dụng tài liệu mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu không liệt kê khác Nếu sai, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Người thực Vũ Hồng Sơn LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu nâng cao trình cháy than trộn lị than phun hình chữ W” hồn thành Viện Khoa học Cơng nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội vào tháng 03/2018 Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt - Lạnh đặc biệt giáo viên hướng dẫn TS Lê Đức Dũng thầy giáo Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt - Lạnh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tơi xin cảm ơn Ban Lãnh đạo Ban QLDA Điện lực Dầu khí Thái Bình 2, đội ngũ Trưởng ca, kỹ thuật viên NMNĐ Vũng Áng tạo điều kiện giúp đỡ tơi tìm hiểu, giải đáp thắc mắc cung cấp số liệu thiết kế vận hành nhà máy suốt trình thực luận văn Cuối tơi xin kính chúc q thầy, gia đình ln dồi sức khỏe thành cơng nghiệp trồng người cao quý Hà Nội, ngày tháng 03 năm 2018 Người thực Vũ Hồng Sơn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT CFD : Cơng cụ tính tốn động lực học lưu chất phương pháp số (Computational Fluid Dynamics) NMNĐ : Nhà máy Nhiệt điện PC : Cơng nghệ lị đốt than phun (Pulverized Coal) HHV : Nhiệt trị cao (Higher Heating Value) LHV : Nhiệt trị thấp (Lower Heating Value) ESP : Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (Electrostatic Precipttator System) SCR : Thiết bị xử lý phát thải NOx (Selective Catalytic Reduction) FGD : Thiết bị xử lý phát thải SOx (Flue Gas Desulfurization) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Nguồn than dự kiến cung cấp cho nhiệt điện theo quy hoạch Bảng 1.2 Mức tiêu thụ nhiên liệu tương ứng với chế độ phụ tải 15 Bảng 2.1 Đặc tính chất bốc cốc số loại than 21 Bảng 2.2 Năng lượng hoạt hóa phản ứng C + O2 nhiệt độ cao 950oC 27 Bảng 2.3 Phán đoán trạng thái cháy theo S m nồng độ 30 Bảng 2.4 Diện tích bề mặt 1kg than với kích thước hạt khác 35 Bảng 2.5 Tốc độ khơng khí khỏi vịi phun 39 Bảng 4.1 Các thơng số dựng hình 3D lị B&WB-028/17.43M 54 Bảng 4.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới 55 Bảng 4.3 Thông số than dùng mô 56 Bảng 4.4 Thông số đầu vào mơ hình 100% tải 57 Bảng 4.5 Các phương pháp giải sử dụng mơ hình 59 Bảng 5.1 Nhiệt độ trung bình mặt cắt ngang buồng đốt lò cháy than Hòn Gai 63 Bảng 5.2 So sánh nhiệt độ trung bình mặt cắt ngang buồng đốt ( oC) 69 Bảng 5.3 So sánh kết cháy than trộn than Hòn Gai 71 Bảng 5.4 So sánh nhiệt độ trung bình mặt cắt ngang buồng đốt (oC) 74 Bảng 5.5 So sánh kết cháy than trộn trường hợp 76 Bảng 5.6 Bảng tính hàm lượng carbon cháy khơng hết tro 77 Bảng 5.7 Entanpi 1m tc khí kg tro 78 Bảng 5.8 Bảng tính tổn thất nhiệt lị trường hợp mơ 78 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sản lượng điện theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh Hình 1.2: Cơng suất nhà máy điện theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo chung lò than phun lửa hình W 13 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý máy nghiền than NMNĐ Vũng Áng 15 Hình 1.5: Cấu tạo vịi đốt than H-PAX 16 Hình 1.6: Hình dạng lửa buồng đốt 17 Hình 2.1: Tốc độ cháy hạt than theo nhiệt độ 29 Hình 2.2: Phân bố nồng độ oxy bề mặt trình cháy 29 Hình 2.3: Các trạng thái cháy hạt than lớn theo nhiệt độ 32 Hình 2.4: Thay đổi trạng thái hạt than theo nhiệt độ 33 Hình 2.5: Tốc độ cháy hạt than anthraxit 34 Hình 2.6: Tỷ lệ cháy kiệt bột than anthraxit theo chiều dài lửa 36 Hình 2.7: Ảnh hưởng nhiệt độ ban đầu đến tốc độ bốc cháy 37 Hình 2.8: Ảnh hưởng nồng độ bột than đến tốc độ phát triển lửa 38 Hình 3.1: Các phương pháp đánh đống 41 Hình 3.2: Sơ đồ trộn Silo 43 Hình 3.3: Sơ đồ trộn đáy 43 Hình 3.4: Trộn đốt than vịi đốt phun 44 Hình 3.5: Trộn than băng tải 45 Hình 4.1: Tổng quan CFD 47 Hình 4.2: Ba phương pháp nghiên cứu học chất lưu 47 Hình 4.3: Mơ hình buồng đốt 3D sau chia lưới 55 Hình 5.1: Phân bố vector tốc độ mặt cắt đứng buồng đốt lò cháy 100% than Hịn Gai 60 Hình 5.2: Phân bố nhiệt độ mặt cắt đứng buồng đốt cháy than Hòn Gai 62 Hình 5.3: Phân bố nhiệt độ mặt cắt ngang buồng đốt cháy than Hòn Gai 62 Hình 5.4: Sự phân bố tỷ lệ khối lượng chất buồng đốt lò mặt cắt qua vòi đậm cháy than Hịn Gai 64 Hình 5.5: Phân bố tốc độ phản ứng cháy mặt cắt đứng buồng đốt than Hịn Gai 65 Hình 5.6: Phân tích thời gian lưu vịi cháy than Hịn Gai 66 Hình 5.7: Phân tích quỹ đạo chuyển động hạt cháy than Hòn Gai 67 Hình 5.8: So sánh phân bố trường nhiệt độ than trộn mặt cắt đứng D-2 68 Hình 5.9: So sánh phân bố trường nhiệt độ than trộn mặt cắt ngang D 68 Hình 5.10: So sánh quỹ đạo chuyển động hạt than biểu thị theo thay đổi khối lượng hạt char 70 Hình 5.11: So sánh phân bố tỷ lệ khối lượng khí CO 70 Hình 5.12: So sánh phân bố trường vận tốc than trộn phương án 71 Hình 5.13: So sánh quỹ đạo chuyển động dòng phương án 72 Hình 5.14: So sánh phân bố trường nhiệt độ than trộn mặt cắt đứng phương án 73 Hình 5.15: So sánh phân bố trường nhiệt độ than trộn mặt cắt ngang D phương án 73 Hình 5.16: So sánh phân bố nồng độ khí CO mặt cắt đứng trung tâm buồng đốt 75 Hình 5.17: So sánh phân bố tỷ lệ khối lượng khí CO đầu buồng đốt 75 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 Nội dung nghiên cứu luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vai trò nhiệt điện đốt than .4 1.2 Các phương pháp nâng cao trình cháy than trộn 1.2.1 Ứng dụng nước 1.2.2 Nghiên cứu Việt Nam 11 1.3 Cơng nghệ lị đốt than phun (Pulverized Coal - PC) 12 1.3.1 Nguyên lý làm việc lò 12 1.3.2 Ưu điểm lò đốt than phun lửa hình chữ W 13 1.3.3 Đối tượng lò nghiên cứu .14 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY THAN .19 2.1 Đặc tính than .19 2.1.1 Thành phần hóa học than .19 2.1.2 Đặc tính cơng nghệ than 20 2.2 Cơ sở lý thuyết cháy hạt than 22 2.3 Cơ chế phản ứng hóa học cháy carbon 22 2.3.1 Cơ chế phản ứng 22 2.3.2 Hằng số tốc độ lượng hoạt hóa phản ứng C CO2 26 2.4 Khống chế phản ứng cháy carbon .27 2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình cháy than .31 2.6 Cháy theo lửa (cháy bột than) 34 2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình bốc cháy hạt than .35 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TRỘN THAN 41 3.1 Phương pháp trộn đống 41 3.2 Phương pháp trộn Silo: .42 3.3 Phương pháp trộn đáy: .43 3.4 Phương pháp đốt trộn than vòi đốt phun 44 3.5 Phương pháp trộn than băng tải 44 CHƯƠNG 4: CƠNG CỤ MƠ PHỎNG Q TRÌNH CHÁY THAN TRỘN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG .46 4.1 Công cụ mô .46 4.1.1 Tổng quan CFD .46 4.1.2 Cơ sở lý thuyết CFD mơ hình cháy hạt than 48 4.2 Mơ q trình cháy than lò NMNĐ Vũng Áng .53 4.2.1 Mơ hình hình học, chia lưới nhập thuộc tính 53 4.2.2 Thiết lập điều kiện biên mơ hình .55 4.2.3 Thiết lập mơ hình vật lý, phương pháp giải tính tốn 58 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN .60 5.1 Nghiên cứu q trình cháy than Hịn Gai phần mềm mô CFD 60 5.1.1 Xác định trường tốc độ dòng hỗn hợp bột than buồng đốt .60 5.1.2 Xác định trường nhiệt độ buồng đốt 61 5.1.3 Phân bố sản phẩm cháy bên buồng đốt .63 5.1.4 Phân bố tốc độ phản ứng cháy bên buồng đốt 64 5.1.5 Sự chuyển động tồn hạt than bên buồng đốt 66 5.2 Ảnh hưởng than trộn đến trình cháy bên buồng đốt 67 5.2.1 Xác định trường nhiệt độ buồng đốt 5.2.2 Độ cháy kiệt nhiên liệu 69 5.3 Ảnh hưởng hệ số khơng khí thừa tỷ lệ gió cấp 2/cấp đến trình cháy than trộn 71 5.3.1 Xác định trường tốc độ dòng hỗn hợp bột than buồng đốt 71 5.3.2 Xác định trường nhiệt độ dòng hỗn hợp bột than buồng đốt 72