Đang tải... (xem toàn văn)
12 Trang 12 DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu/Chữ cái Đơn vị Ý nghĩa C 10-2k.l Tỷ lệ carbon trong nhiên liệu V 10-2 k.l Tỷ lệ chất bốc trong nhiên liệuA 10-2k.l Tỷ lệ tr
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH HÙNG NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU KHÍ PHÁT THẢI NOX TRONG LỊ HƠI NGỌN LỬA HÌNH CHỮ W LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205066221000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH HÙNG NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU KHÍ PHÁT THẢI NOX TRONG LỊ HƠI NGỌN LỬA HÌNH CHỮ W Chuyên ngành Kỹ thuật nhiệt Mã số 15BKTN-TB-12 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ ĐỨC DŨNG Hà Nội, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu, tính tốn thiết kế tơi dƣới hƣớng dẫn thầy giáo TS Lê Đức Dũng Để hồn thành luận văn tơi sử dụng tài liệu tham khảo Các kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chƣa cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày 05 tháng 11 năm 2018 Học viên Nguyễn Thanh Hùng i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu giảm thiểu khí phát thải NOx lị lửa hình chữ W” đƣợc hoàn thành thời gian từ tháng 02 năm 2017 đến tháng…năm 2018 Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt - Lạnh, đặc biệt giáo viên hƣớng dẫn TS Lê Đức Dũng, Thầy giáo, Cô giáo Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt - Lạnh tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến gia đình ngƣời thân khuyến khích, động viên chỗ dựa tinh thần cho tác giả trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 05 tháng 11 năm 2018 Tác giả Nguyên Thanh Hùng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI DANH MỤC CÁC BẢNG IX DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT X MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: .3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC XỬ LÝ NO X: Nhiệt điện đốt than Việt Nam: Lượng khí NOx thải hàng năm: Các tác hại NOx: 1.1.3.1 Ảnh hƣởng NOx đến môi trƣờng [6]: 1.1.3.2 Ảnh hƣởng NOx đến sức khỏe ngƣời [6]: Yêu cầu môi trường: 1.2 THỰC TRẠNG CỦA VIỆC XỬ LÝ NO X: 1.2.1 Lò đốt than phun (Pulverized Coal - PC): 10 1.2.2 Hệ thống khử NOx nhà máy nhiệt điện hiệu quả: 12 1.2.3.2 Tính tốn lượng phát thải NOx đốt cháy than: 16 1.2.3.3 Đánh giá kết tính toán thu được: .18 KẾT LUẬN 19 CHƢƠNG 2: CƠ CHẾ HÌNH THÀNH NO X TRONG LÒ HƠI ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 20 2.1 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH NO X: 20 2.1.1 Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phân hủy nhiệt: .22 2.1.2 Cơ chế hình thành NOx nhiên liệu: .23 2.1.2.2 Lộ trình chủ yếu NH N chất bốc bị oxy hóa: 25 2.1.2.3 Dưới nhiệt độ cháy thông thường, NO x nhiên liệu chủ yếu từ N chất bốc: 26 2.1.2.4 Phân hủy NOx : 26 2.1.3 Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phản ứng tức thời: 27 iii 2.1.4 Khống chế hình thành NOx đốt than: 27 ẢNH HƢỞNG CỦA PHƢƠNG PHÁP ĐỐT ĐỐI VỚI SỰ PHÁT THẢI NO X: .28 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU NOX TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 31 3.1 THAY ĐỔI ĐIỀU KIỆN CHÁY: .31 3.1.1 ĐỐT HỆ SỐ KHÔNG KHÍ THỪA THẤP: 31 3.1.2 Đốt phân cấp khơng khí: .32 3.1.3 Đốt phân cấp nhiên liệu: 33 3.1.4 Tái tuần hồn khói: .34 3.1.5 Vòi phun bột than có nồng độ NOx thấp: 35 A VÒI PHUN ĐỐT NO X THẤP KIỂU DRB CỦA CÔNG TY MỸ B&W (BABCOCK &WILCOX): 36 B VÒI PHUN ĐỐT NO X THẤP KIỂU HT-NR CỦA BABCOCK – HITACHI: .37 C VÒI PHUN ÍT NO X PHÂN CẤP NHIÊN LIỆU ĐỂ CHÁY: .38 D VÒI PHUN KIỂU MSM CỦA HÃNG STEINMULLER: 38 E VÒI PHUN ÍT NO X KIỂU PM VÀ DM CỦA HÃNG MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES: 39 F VÒI PHUN CỦA NMNĐ THÁI BÌNH 2: 40 3.1.6 Giảm NOx URE lò đốt (SNCR): .42 3.2 XỬ LÝ NOX SAU KHI CHÁY: 43 3.2.1 Hấp thụ nước: 43 3.2.2 Hấp thụ kiềm: .43 3.2.3 Hấp thụ chọn lọc: 44 3.2.4 Phương pháp hấp thụ đồng thời SO2 NOx: .44 3.2.5 Phương pháp xúc tác nhiệt: .44 3.2.6 Phương pháp có xúc tác nhiệt độ cao: 44 3.2.7 Phương pháp xúc tác có chọn lọc: 45 3.2.8 Phương pháp thiêu hủy: 46 4.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CFD: 49 4.1.1 Mơ hình cháy hạt than phần mềm ANSYS Fluent: 50 4.1.1.1 Mơ hình dịng chảy rối: .52 4.1.1.2 Mơ hình xạ: .53 4.1.1.3 Mơ hình cháy bột than: .54 4.1.1.4 Mơ hình hình thành NOx: 56 4.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH CHÁY BỘT THAN VÀ SỰ HÌNH THÀNH NO X TRÊN PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ANSYS FLUENT: 63 4.2.1 Xây dựng mơ hình buồng đốt 3D: .63 4.2.2 Điều kiện biên đầu vào mơ hình: 65 4.2.3 Thiết lập mơ hình tính tốn: 67 4.2.4 Quy trình chạy tốn mơ phỏng: 70 iv 4.3.1 Sự hình thành NOx cho than Hịn Gai: 71 4.3.1.1 Sự hình thành NO theo chế: 74 4.3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ trộn đến hình thành NO: .84 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ bố trí hệ thống xử lý khói thải lị PC 11 Hình 1.2: sơ đồ nguyên lý hệ thống khử NO x NMNĐ Vũng Áng 14 Hình 1.3: Hệ số hoạt động chất xúc tác theo thời gian .18 Hình 2.1: Quan hệ lƣợng NOx thải với phƣơng thức đốt 21 sản lƣợng lò [4] 21 Hình 2.2 Tƣơng quan lƣợng NOx sinh từ chế theo nhiệt độ [4] 22 Hình 2.3: Biểu thị trình phân hủy N nhiên liệu thành 23 N chất bốc N cốc [4] 23 Hình 2.4: Ảnh hƣởng nhiệt độ đến tỷ lệ chuyển hóa Nitơ [4] 24 Hình 2.5: Lộ trình chủ yếu phản ứng oxy hóa HCN[4] 25 Hình 2.6: Lộ trình chủ yếu phản ứng oxy hóa NH 3[4] 25 Hình 2.7: Biểu thị lộ trình phản ứng phân hủy NOx [4] 26 Hình 2.8 Biểu đồ chế hình thành NOx 28 Hình 2.9: Giá trị NO x phát thải ban đầu với mức độ cần giảm NO x để đạt tiêu chuẩn bảo vệ môi trƣờng 29 Hình 3.1: Quan hệ tỷ lệ hệ số khơng khí thừa với hàm lƣợng than tro bay NOx khói .32 Hình 3.2: Sơ đồ bố trí miệng vịi phun OFA buồng lửa đặt vòi than tƣờng trƣớc 33 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý đốt phân cấp nhiên liệu 34 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống tái tuần hồn khói .35 Hình 3.5 Nguyên lý vịi phun phân cấp gió .36 Hình 3.6: Vịi phun kiểu DRB (Mỹ) 37 Hình 3.7: Vịi phun kiểu MSM hãng Steinmuller 39 Hình 3.8: Vịi phun kiểu PM .40 Hình 3.9: Vịi phun BCWC dùng cho NMNĐ Thái Bình .40 Hình 3.10: Sơ đồ ngun lý bố trí vịi phun mặt cắt ngang buồng lửa 42 Hình 3.11: Nguyên lý khử NO x URE lò đốt 43 Hình 4.1 Định nghĩa CFD 49 Hình 4.2 Ba hƣớng nghiên cứu học chất lƣu 50 Hình 4.3 Cơ chế tất N cốc chuyển thành HCN 60 Hình 3.4 Cơ chế tất N cốc chuyển thành NO 60 Hình 4.5 Tất N cốc chuyển hóa thành NH3 61 Hình 4.6 Cơ chế tất N cốc chuyển thành NO 62 Hình 4.7 Mơ hình 3D buồng đốt lị .64 Hình 4.8: Giao diện thiết lập mơ hình pha phân tán phần mềm ANSYS FLUENT .68 Hình 4.9: Giao diện thiết lập mơ hình rối phần mềm ANSYS FLUENT 69 vi Hình 3.10: Giao diện thiết lập mơ hình xạ phần mềm ANSYS FLUENT 69 Hình 4.11: Giao diện thiết lậpcủa mơ hình cháy than trộn phần mềm ANSYS FLUENT .70 Hình 4.12 Sự phân bố nồng độ NO theo tỷ lệ mol 71 Hình 4.13 Sự phân bố nhiệt độ mặt cắt dọc theo chiều cao buồng đốt 72 Hình 4.14 Sự phân bố nồng độ O theo khối lƣợng mặt cắt dọc theo chiều cao buồng đốt 72 Hình 4.15 Phân bố tốc độ hình thành NO mặt cắt dọc theo chiều cao buồng đốt (kgmol.m -3.s-1 ) 73 Hình 4.16 Sự hình NO theo chế mặt cắt dọc theo chiều cao buồng đốt (kgmol.m-3.s-1) .74 Hình 4.17 Sự hình thành NO theo chế mặt cắt ngang qua cụm vịi lỗng (kgmol.m-3.s-1 ) 75 Hình 4.18 Sự hình thành HCN(a) NH 3(b) mặt cắt theo chiều cao buồng đốt 76 Hình 4.19 Sự hình thành HCN(a) NH 3(b) mặt cắt ngang qua cụm .76 vịi lỗng 76 Hình 4.20 Vùng hồn ngun NO nhiên liệu 77 Hình 4.21 Cơ chế hình thành/hồn ngun NO nhiên liệu 78 lửa than phun 78 Hình 4.22 Tốc độ cháy char mặt cắt dọc theo chiều cao buồng đốt 79 Hình 4.23 Sự phân bố nhiệt độ mặt cắt ngang qua cụm vịi lỗng 80 Hình 4.24 Sự phân bố nồng độ O mặt cắt ngang qua cụm vịi lỗng 80 Hình 4.25 Sự phân bố tốc độ cháy char mặt cắt ngang qua cụm vòi lỗng 81 Hình 4.26 Sự thay đổi tốc độ hình thành NO nhiệt đƣờng AB 81 Hình 4.27 Sự thay đổi tốc độ hình thành NO nhiên liệu đƣờng AB .82 Hình 4.28 Sự thay đổi tốc độ hình thành NO tổng đƣờng AB 82 Hình 4.29 Sự thay đổi tốc độ thoát chất bốc đƣờng AB 82 Hình 4.30 Sự thay đổi tốc độ cháy char đƣờng AB 83 Hình 4.31 Sự thay đổi nồng độ O đƣờng AB theo khối lƣợng 83 Hình 4.32 Sự thay đổi nhiệt độ đƣờng AB .83 Hình 4.33 Sự phân bố nồng độ NO mặt cắt dọc cho trƣờng hợp trộn khác 84 Hình 4.34 Sự phân bố nồng độ mặt buồng đốt .85 Hình 4.35 Sự phân bố nhiệt độ mặt cắt dọc cho trƣợng hợp trộn 85 khác 85 Hình 4.36 Sự phân bố nồng độ O mặt cắt dọc cho trƣợng hợp trộn khác 86 vii Hình 4.37 Vùng hình thành NO nhiên liệu mặt cắt dọc cho trƣờng hợp trộn (kgmol.m-3.s-1) .88 Hình 4.38 Vùng hồn ngun NO nhiên liệu mặt cắt dọc cho trƣờng hợp trộn (kgmol.m-3.s-1) 89 Hình 4.39 Vùng hình thành NO nhiên liệu mặt cắt ngang cho trƣờng hợp trộn (kgmol.m-3.s-1) 89 Hình 4.40 Vùng hồn nguyên NO nhiên liệu mặt cắt ngang cho trƣờng hợp trộn (kgmol.m-3.s-1) 90 Hình 4.41 Tốc độ thoát chất bốc trƣờng hợp trộn khác 90 Hình 4.42 Sự hình thành NO nhiệt trƣờng hợp trộn khác (kgmol.m3.s-1) 91 viii