MỞ ĐẦU Ngày nay con người đã nhận thức sự thay đổi khí hậu toàn cầu là do các hoạt động kinh tế do chính mình gây ra như hoạt động của việc tạo ra năng lượng, hoạt động của các các phương tiện giao thông thải ra, hoạt động từ các công trình nghiên cứu hoá học, nghiêm trọng hơn là hoạt động xúc tiến lò phản ứng hạt nhân, vũ khí nguyên tử….Những hoạt động đó từng ngày đã phá huỷ đi môi trường sống của loài người và tự nhiên. Các hoạt động trên thải ra khí CO2, NOx, HC(hydrocacbon cháy không hết) ,các hoạt động nông nghiệp ủ phân , phân huỷ các chất thải công nghiệp phát sinh ra lượng CH4 đáng kể, các quá trình khai thác than đá và dầu mỏ…Các loại khí thải trên phát tán vào khí quyển làm trái đất nóng lên, gây mưa axit, hiệu ứng quang hoá…làm thay đổi khí hậu toàn cầu, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người cũng như sự phát triển bình thường của động vật, thực vật. Về nguyên nhân ô nhiễm có thể chia ra: nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo. Nguồn tự nhiên gồm có: cháy rừng,hoạt động núi lửa, vi sinh vật,chất phóng xạ, nguồn ô nhiễm từ vũ trụ…Nguồn nhân tạo bao gồm: ô nhiễm do đốt nhiên liệu, từ các nghành sản xuất gốm sứ, luyện kim, công nghiệp hoá chất, lọc dầu, giao thông vận tải, đốt rác….Cùng với kinh tế phát triển đã xuất hiện nhiều đô thị mới với tập trung mật độ dân cư tăng cao kèm theo lượng thải rắn khổng lồ, đặc biệt là chất thải bệnh viện y tế, chất thải trong các khu công nghiệp, khu chế xuất… là những vấn đề bức xúc đối với những nước đất chật người đông như nước ta, đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… Có nhiều phương pháp loại bỏ chất thải rắn và khí độc, trong đó có công nghệ thiêu đốt. Để nghiên cứu được lĩnh vực đó, trước hết chúng ta phải nghiên cứu nguyên lí hoạt động của dầu đốt mà nhiên liệu chủ yếu là dầu đốt, vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài tiểu luận: “Dầu đốt và nguyên lý hoạt động của lò đốt” làm đề tài nghiên cứu. Mặc dù đã cố gắng trong quá trình tìm hiểu để hoàn thành bài tiểu luận nhưng không thể tránh khỏi những sai sót, mong thầy và các bạn góp ý kiến bổ sung để bài tiểu luận lần sau được tốt hơn. Qua đây, nhóm chúng em xin gửi lời chân thành đến giáo viên bộ môn Marketing đã giúp chúng em trong quá trình tìm hiểu bài tiểu luận.
Trang 1MỞ ĐẦU
Ngày nay con người đã nhận thức sự thay đổi khí hậu toàn cầu là do các hoạt động kinh tế do chính mình gây ra như hoạt động của việc tạo ra năng lượng, hoạt động của các các phương tiện giao thông thải ra, hoạt động từ các công trình nghiên cứu hoá học, nghiêm trọng hơn là hoạt động xúc tiến lò phản ứng hạt nhân, vũ khí nguyên tử….Những hoạt động đó từng ngày đã phá huỷ đi môi trường sống của loài người và
tự nhiên Các hoạt động trên thải ra khí CO2, NOx, HC(hydrocacbon cháy không hết) ,các hoạt động nông nghiệp ủ phân , phân huỷ các chất thải công nghiệp phát sinh ra lượng CH4 đáng kể, các quá trình khai thác than đá và dầu mỏ…Các loại khí thải trên phát tán vào khí quyển làm trái đất nóng lên, gây mưa axit, hiệu ứng quang hoá…làm thay đổi khí hậu toàn cầu, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người cũng như sự phát triển bình thường của động vật, thực vật
Về nguyên nhân ô nhiễm có thể chia ra: nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo Nguồn tự nhiên gồm có: cháy rừng,hoạt động núi lửa, vi sinh vật,chất phóng
xạ, nguồn ô nhiễm từ vũ trụ…Nguồn nhân tạo bao gồm: ô nhiễm do đốt nhiên liệu, từ các nghành sản xuất gốm sứ, luyện kim, công nghiệp hoá chất, lọc dầu, giao thông vận tải, đốt rác….Cùng với kinh tế phát triển đã xuất hiện nhiều đô thị mới với tập trung mật độ dân cư tăng cao kèm theo lượng thải rắn khổng lồ, đặc biệt là chất thải bệnh viện
y tế, chất thải trong các khu công nghiệp, khu chế xuất… là những vấn đề bức xúc đối với những nước đất chật người đông như nước ta, đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… Có nhiều phương pháp loại bỏ chất thải rắn và khí độc, trong đó có công nghệ thiêu đốt Để nghiên cứu được lĩnh vực đó, trước hết chúng ta phải nghiên cứu nguyên lí hoạt động của dầu đốt mà nhiên liệu chủ yếu là dầu đốt, vì
Trang 2đốt” làm đề tài nghiên cứu Mặc dù đã cố gắng trong quá trình tìm hiểu để hoàn thành
bài tiểu luận nhưng không thể tránh khỏi những sai sót, mong thầy và các bạn góp ý kiến bổ sung để bài tiểu luận lần sau được tốt hơn Qua đây, nhóm chúng em xin gửi lời chân thành đến giáo viên bộ môn Marketing đã giúp chúng em trong quá trình tìm hiểu bài tiểu luận
Trang 3NỘI DUNG
1. Định nghĩa
Như đã biết, dầu đốt có được từ quá trình chưng cất dầu mỏ Theo như một số định nghĩa nước ngoài thì “fuel oil” (dầu đốt) được gọi là sản phẩm dầu mỏ ở dạng lỏng được dùng để đốt trong nồi hơi để sinh nhiệt hay trong động cơ đốt trong để sinh công Dầu đốt này có thể là sản phẩm chưng cất hoặc chỉ là thành phần cặn còn sót lại sau khi chưng cất dầu mỏ, đương nhiên không tính tới dầu gốc và nhựa đường (base oil và bitumen) Nó bao gồm từ xăng (gasoline hay petrol), dầu hỏa (kerosen) dầu diesel chưng cất (distilate diesel fuel) và dầu cặn diesel (Residual diesel fuel) Cả hai loại đều được mang tên là diesel bởi vì chúng được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel
2. Thành phần, tính chất hoá học và các chỉ tiêu kĩ thuật
Vì trong thực tiễn có nhiều loại dầu làm nguyên liệu đốt nên nhóm chúng em chọn ra loại dầu đốt đặc trưng và phổ biến để có thể nghiên cứu sâu hơn về đề tài mình đã chọn,
đó là dầu nhiên liệu
Dầu nhiên liệu – Fuel Oil (FO)
Nhiên liệu đốt lò (Fuel Oils – FO) là sản phẩm chủ yếu của quá trình chưng cất thu được từ phân đoạn sau phân đoạn gas oil khi chưng cất dầu thô ở nhiệt độ sôi lớn hơn
350 0C
Nhiên liệu đốt lò được phân loại như sau:
- Nhiên liệu đốt lò loại nặng (FO nặng): là nhiên liệu đốt lò chủ yếu dùng trong công
Trang 4- Nhiên liệu đốt lò loại nhẹ (FO nhẹ): bao gồm cả các loại dầu giống như điêzen (DO); dầu hỏa (KO), … khi chúng được sử dụng làm nhiên liệu để đốt lò (lò đốt dạng bay hơi, dạng ống khói hoặc lò đốt gia đình)
Nhiên liệu đốt lò phải đáp ứng được những tiêu chuẩn quy định như nhiệt trị, hàm lượng lưu huỳnh, độ nhớt, nhiệt độ bắt cháy, độ bay hơi, điểm đông đặc và điểm sương, cặn cacbon, hàm lượng tro, nước và tạp chất cơ học
Dầu nhiên liệu là một phần nhỏ thu được từ dầu mỏ chưng cất, hoặc như là một sản phẩm chưng cất hoặc dư lượng Nói chung, nhiên liệu dầu là bất kỳ sản phẩm dầu khí lỏng được đốt trong lò hoặc nồi hơi cho các thế hệ của nhiệt hoặc được sử dụng trong một động cơ cho các thế hệ quyền lực, trừ các loại dầu có độ chớp cháy khoảng 40 ° C (
104 ° F) và các loại dầu bị đốt cháy trong bông hoặc len-bấc ổ ghi Trong ý nghĩa này, động cơ diesel là một loại dầu nhiên liệu Dầu nhiên liệu được làm bằng các chuỗi hydrocacbon dài, đặc biệtlà alkan cycloalkanes và chất thơm Dầu nhiên liệu cũng được
sử dụng trong một cảm giác chặt chẽ để chỉ nhiên liệu thương mại nặng nhất có thể thu được từ dầu thô , nặng hơn so với xăng dầu và naphtha
Dầu FO hay còn gọi là dầu mazut, là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không Các dầu FO có điểm sôi cao
Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO nặng Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu mazut có những thay đổi đáng kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao
Các chỉ tiêu xác định chất lượng của dầu FO
Hàm lượng lưu huỳnh:
Trang 5Nhiên liệu đốt lò thường chứa một lượng lưu huỳnh khá lớn, nồng độ của nó thay đổi tuỳ theo loại
Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu đốt lò dưới nhiều dạng khác nhau, thông thường
là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng di vòng Khi bị đốt cháy lưu huỳnh sẽ chuyển thành SO2, khí này cùng với khói thải sẽ được thoát ra ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xác với oxy để chuyển một phần thành khí SO3 Khi nhiệt độ của dòng khí thải xuống thấp thì các khí này sẽ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axit tương ướng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn các kim loại rất lớn Thực tế thì các axit sulfuaric sẽ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 100 ÷ 150oC, còn axit sulfuarơ chỉ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 40 ÷ 50oC
Để hạn chế sự ăn mòn này thì người ta thường dùng các phương pháp sau:
- Dùng nhiên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp
- Giảm lượng không khí thừa trong dòng khí
- Gửi cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương của các khí
- Dùng một số kim loại hoặc oxyt kim loại (MgO, CaO) để chuyển SO2 thành các hợp chất không ăn mòn CaO + SO2 + 1/2O2 = CaSO4
Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môi trường do SO2, SO3 trong khói thải
Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò
Độ nhớt:
Cũng giống như nhiên liệu Diesel hay nhiên liệu phản lực, trước khi bị đốt cháy nhiên liệu được phun ra dưới dạng các hạt sương, từ các hạt sương này nhiên liệu sẽ bay
Trang 6hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy Quá trình bay hơi nhanh hay chậm phụ thuộc nhiều vào bản chất của nhiên liệu, kích thước của các hạt sương dầu khi phun ra
Ở gốc độ của độ nhớt thì ảnh hưởng của nó như sau: khi độ nhớt lớn thì kích thước của các hạt sương phun ra lớn, động năng của nó lớn nên không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn Tuy nhiên khi kích thước của các hạt lớn thì khả năng bay hơi để tạo hỗn hợp cháy sẽ kém, điều này sẽ làm cho quá trình cháy không hoàn toàn, làm giảm nhiệt cháy và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm cho môi trường
Ngoài ảnh hưởng đến quá trình cháy thì khi độ nhớt lớn sẽ làm tăng trở lực ma sát trong hệ thống bơm
Tỷ trọng
Tỷ trọng là một đại lượng rất quan trọng đối với nhiên liệu đốt lò bởi nó liên quan đến bản chất của nhiên liệu, độ nhớt, độ bay hơi nghĩa là nó liên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu, tất cả những vấn đề này ta đã đề cập đến ở trên Ngoài ra, trong quá trình xử lý nhiên liệu, người ta tách loại nước bằng phương pháp ly tâm do đó yêu cầu tỷ trọng của nhiên liệu và nước phải khác nhau để đảm bảo cho quá trình tách loại có hiệu quả Trong quá trình vận chuyển hay tồn chứa thì nước thường lẫn vào trong nhiên liệu, khi sự chênh lệch tỷ trọng của hai loại này lớn sẽ giúp cho quá trình lắng tách nước cũng tốt hơn
Hàm lượng nước
Nước không phải là thành phần của dầu mỏ nhưng nó luôn có mặt trong dầu thô hay trong tất cả các sản phẩm của dầu mỏ Sự có mặt của nước luôn gây ra những tác hại nhất định Nước có mặt trong dầu thô hay các sản phẩm có thể từ các nguồn gốc sau:
- Trong dầu thô ban đầu nhưng không tách loại hết trong quá trình xử lý
- Do sự thở của các bồn chứa
- Do thủng ở các thiết bị đun nóng lại
Trang 7- Do lỗi ở các chổ nối
- Nước trong nhiên liệu có thể gây ra những tác hại như sau:
- Sự rít bơm
- Hiện tượng xâm thực
- Quá trình bay hơi lớn dẫn đến hoạt động của mỏ đốt không bình thường
- Sự có mặt của nước sẽ gây rỉ trong bảo quan
Cặn Carbon:
Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn đặc trưng là độ cốc hoá, tùy theo phương pháp tiến hành xác định cặn mà cặn thu được gọi là cặn crcbon conradson hoặc cặn carbon rabostton
Hàm lượng cặn cacbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động từ 5-10% khối lượng, có khi lên đến 20% khối lượng
Tỷ lệ cao cặn cacbon conradson trong nhiên liệu đốt lò cao luôn luôn gây trở ngại cho quá trình cháy, làm tăng hàm lượng bụi của các chất thải rắn trong dòng khí thải
Hàm lượng tro
Các hợp chất cơ kim và muối có trong dầu mỏ đều tập trung đa phần ở dầu cặn, khi đốt nó biến thành tro Tro có nhiều trong nhiên liệu đốt lò sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng như gây tắc ghi lò, làm giảm khả năng truyền nhiệt của lò, ở nhiệt độ cao một số kim loại như vanadi có thể kết hợp với sắt để tạo ra những hợp kim tương ứng có nhiệt độ nóng chảy thấp do đó dễ dẫn đến sự thủng lò
Nhiệt trị
Trang 8Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò Thường thì nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò khác cao (>10000 cal/g) đây chính là một trong những yếu tố chính làm cho nhiên liệu đốt lò được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
Nhiệt trị này phụ thuộc vào thành phần hoá học Nếu trong thành phần nhiên liệu đốt
lò càng có nhiều hydrocacbon mang đặc tính parafinic, càng có ít hydrocacbon thơm nhiều vòng và trọng lượng phân tử càng bé thì nhiệt năng của chúng càng cao
Những thành phần không thuộc loại hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt trị của nó Các hợp chất lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trung chủ yếu vào dầu cặn Sự có mặt của lưu huỳnh đã làm giảm bớt nhiệt năng của dầu cặn, khoảng 85 kcal/kg tính cho 1% lưu huỳnh
Điểm chớp cháy
Cũng giống như những sản phẩm phẩm dầu mỏ khác, đối với nhiên liệu đốt lò thì điểm chớp cháy cũng đặc trưng cho mước độ hoả hoạn của nó
Ngoài những chỉ tiêu trên thì nhiên liệu đốt lò còn phải đạt những chỉ tiêu chất lượng khác như điểm đông đặc, độ ổn định oxy hoá
Nước và tạp chất cơ học:
Sự có mặt của nước và tạp chất cơ học làm bẩn, tắc lưới học và nhũ hóa sản phảm, đồng thời sẽ gây khó khăn cho việc vận chuyển Sự có mặt của nước dưới đáy bể dẫn đến ăn mòn bể Hàm lượng nước được xác định theo phương pháp ASTM D95 Tạp chất cơ học được xác định theo phương pháp ASTM D473 Tổng hàm lượng nước và tạp chất cơ học được xác định theo phương pháp ASTM D1796
- Mục tiêu chính liên quan tới kỹ thuật đốt là phải đốt cháy dầu với các tiêu chí là phải đạt hiệu xuất tốt nhất, đảm bảo an toàn vận hành và giảm thiểu sự ô nhiễm đối với
Trang 9không khí Mục tiêu này chỉ có thể đạt được bằng cách sử dụng các cụm đầu đốt thích hợp và vận hành chúng một cách đúng đắn Chúng ta có thể xếp các nhóm đầu đốt tuỳ theo nguyên lý xử lý dầu trước khi đưa vào đốt bằng phương pháp phân biệt các đầu đốt hoạt động theo cách làm hoá hơi hay phun sương
Nguyên lý của các đầu đốt hoạt động bằng cách làm hoá hơi: dầu được làm hoá
hơi dưới điểm cháy, sau đó hơi dầu đã tạo thành được hoà trộn với không khí cần thiết cho sự cháy và được đốt cháy Các loại đầu đốt kiểu này chỉ sử dụng được với các loại dầu hoá hơi trên nhiệt độ thấp như dầu nhẹ, diesel Các đầu đốt kiểu hoá hơi chỉ dùng trong các lò sưởi dầu của gia đình và các nồi hơi công suất nhỏ
- Nhiệm vụ của các đầu đốt dầu hoạt động theo kiểu phun sương: là dẫn nhiên
liệu vào vùng đốt và cùng lúc phân tán chúng ra thành các hạt sương nhỏ Dầu được phun sương, được hoá hơi bởi nhiệt bức xạ của ngọn lửa, bởi sự truyền nhiệt và bởi nhiệt lượng tuần hoàn trong ngọn lửa Độ lớn của các giọt dầu được phun sương vào khoảng 10 - 200 m, nhưng trong một số trường hợp, các yếu tố phụ thuộc vào chất lượng dầu, vào kiểu phun sương và sự hoạt động của chúng, các giọt dầu lớn hơn cũng có thể xuất hiện trong nhiên liệu được phun sương Tuỳ theo kiểu phun sương
mà sự phân bố các kích thước, các hạt sương cũng thay đổi
- Yêu cầu cơ bản được đặt ra đối với các đầu đốt là phải đảm bảo một sự phân bố các hạt sương một cách hợp lý, để việc hoá hơi nhanh nhất Ngoài ra, nhiên liệu phải được phân bổ đều đặn trong không khí, chúng ta có thể xếp nhóm các đầu đốt như sau:
- Đầu đốt phun sương bằng không khí (kiểu gió tán sương - air atomizing), có các
ưu diểm sau:
Trang 10+ Phun sương mịn, vận tốc tương đối lớn, nên hoà trộn tốt với không khí dùng
để đốt cháy
+ Kết cấu đơn giản, không cầu kì mà vẫn cháy tốt, hiệu suất cao
+ Không kén dầu, có thể đốt được dầu xấu
+ Cần phải trang bị thêm máy nén khí
- Đầu đốt phun sương bằng hơi bão hoà (hơi nóng tán sương - steam atomizing),
có các ưu điểm:
+Dầu tiếp tục được hâm nóng từ hơi dùng để phun sương
+ Kết cấu đơn giản, không cầu kỳ mà vẫn cháy tốt, hiệu suất cao
+ Không kén dầu, có thể đốt được dầu xấu
Ưu điểm:
- Đầu đốt dùng áp lực phun sương (cao áp), có các ưu điểm sau:
+ Dầu có áp suất cao (đến 30 at) được dưa vào đầu đốt sẽ cải thiện độ mịn của việc phun sương
+ Kết cấu đơn giản
Nhược điểm:
+ Béc phun dầu là chi tiết đòi hỏi gia công cầu kỳ, chính xác và đòi hỏi vật liệu chịu mài mòn
+ Chất lượng dầu ảnh hưởng nhiều đến việc đốt cháy
Trang 11- Đầu đốt phun sương bằng phương pháp ly tâm (kiểu chén xoay), có các ưu điểm sau:
+ Xét về quan điểm hoà trộn với không khí, đây là kiểu có lợi nhất Sự phân bố các hạt sương thừa hơn so với sự phân bố của kiểu phun sương dùng áp lực
+ Không kén dầu, có thể đốt được dầu xấu
+ Kết cấu phức tạp, chi tiết đòi hỏi gia công chính xác, chén xoay có vận tốc cao, giá thành cao
Một đầu đốt dầu tốt đòi hỏi một quá trình đốt cháy hoàn hảo và sự đảm bảo một lượng không khí dư tối thiểu Một quá trình đốt ở trạng thái lý tưởng có một số các điểm lợi quan trọng nhất là:
- Hiệu suất của nồi hơi được cải thiện bởi sự giảm được lượng khí thải, đồng thời giảm được tổn thất theo đường khí thải và tiếp theo đó là do việc tạo ra ít muội than nên các bề mặt trao đổi nhiệt sạch hơn, tạo sự trao đổi nhiệt tốt hơn
- Giảm được lượng các chất thải phóng thích vào môi trường
- Do giảm được việc sinh ra axit sulfuric và hạ thấp được điểm sương, nên giảm được sự ăn mòn hoá học
Để quá trình đốt cháy được hoàn hảo, cần phải đảm bảo được việc hoà trộn tốt giữa dầu và không khí dùng để đốt cháy, ngoại trừ trường hợp dùng khí để phun sương ở tất cả các loại đầu đốt chỉ bắt đầu sau quá trình phun sương
Trên thị trường Việt Nam hiện nay, chủ yếu sử dụng các loại đầu đốt chế tạo theo nguyên lý cao áp của nhiều nước khác nhau Các loại đầu đốt này sau thời gian sử dụng bộc lộ rõ các điểm sau: