Thuyết minh thiết kế lò hơi tầng sôi đốt trấu rời 3MW

Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, nền công nghiệp hiện đại. Không những nó được dùng trong các khu công nghiệp lớn như nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp, mà nó còn đi sâu từng cơ sở kinh tế nhỏ, như nấu cơm, sấy, sưởi ấm v.v... Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất vận hành phức tạp nhất. Nó có trình độ cơ khí hoá và tự động hoá cao, làm việc bảo đảm và hiệu suất tương đối cao. Nó có nhiệm vụ sản xuất hơi để cung cấp hơi chạy Tuabin.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH

GVHD : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG SVTH :TẠ THANH PHƯƠNG LỚP : 05N1

ĐÀ NẴNG, tháng 5/2010

THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN CÔNG SUẤT 3MW

ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU

2 Các số liệu ban đầu:

Năng suất sinh hơi bão hoà 3000kw, nhiên liệu là trấu, đốt bằng buồng lửa tầng sôi tuần hoàn

3 Nội dung thuyết minh:

 Chương 1: Tính cấp thiết của đề tài

 Chương 2:Cơ sở lý thuyết tầng sôi

 Chương 3:Sự hình thành NOx,SOx trong khói khi cháy và các giải pháp kỹ thuật của lòtầng sôi

 Chương 4:Tính cân bằng nhiệt trong lò hơi

 Chương 5:Tính toán trao đổi nhiệt lò tầng sôi

 Sơ đồ cấu tạo của lò hơi tầng sôi

 Cấu tạo buồng đốt

 Cấu tạo cụm đối lưu

 Cấu tạo balon

 Sơ đồ cấu tạo của xiclon chùm

5 Giáo viên hướng dẫn: ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

6 Giáo viên duyệt : PGS.TS HOÀNG NGỌC ĐỒNG

7 Ngày giao nhiệm vụ : 18/02/2010

8 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/05/2010

Thông qua bộ môn

TRƯỞNG KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký,ghi rõ họ tên) (Ký,ghi rõ họ tên)

Đà Nẵng, em đã được các thầy cô tận tình giảng dạy để em có được những hành trang như ngàyhôm nay, em cảm ơn tất cả các thầy cô trong trường, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Côngnghệ nhiệt - điện lạnh đã tận tâm giảng dạy Những kiến thức mà em có được hôm nay là nhờ vàocông lao dạy bảo của các thầy cô Để đáp lại sự dạy bảo chân tình đó, em sẽ cố gắng nhiều hơnnữa trong học tập cũng như trong công việc, trong nghiên cứu về sau.

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Mã Phước Hoàng đã tận tình hướng dẫn em trong thờigian tìm hiểu và thực hiện đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp này Sự hướng dẫn, góp ý tận tình củathầy đã là nguồn động viên to lớn giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn Và emcũng cảm ơn quý thầy cô trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh đã giúp đỡ em rất nhiều trongquá trình học tập và thực hiện luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn cha mẹ rất nhiều là những đã cố gắng bương chải trong cuộcsống đẻ nuôi em ăn học nên người như ngày hôm nay Những công ơn to lớn đó không có gì sánhbằng được, em xin hứa sẽ không làm thất vọng những người đã đặt niềm tin vào em

Một lần nữa xin nhận nơi đây lòng biết ơn sâu sắc

Đà nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2010

Tạ Thanh Phương

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

Chương 1 : TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI1

1.1 Tình hình phát triển của lò hơi:

1.2 Tình hình thực tế :

1.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam:

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI

2.1 Giới thiệu kỹ thuật tầng sôi:

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy động của lớp tầng sôi

Chương 3: SỰ HÌNH THÀNH NO X VÀ SO X TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CỦA LÒ TẦNG SÔI

3.1 Sự hình thành NOX trong khói khi cháy và giải pháp kỹ thuật

3.3 Cơ chế hình thành và phân hủy N2O:

3.4 Đặc điểm quá trình hình thành N2O trong buồng đốt tầng sôi tuần hoàn:

3.5 Phương pháp giảm N2O phát thải trong buồng lửa tầng sôi:

3.6 Vấn đề hình thành SO2 trong quá trình cháy và giải pháp kỹ thuật:

3.7 Phương pháp cháy ít khí phát thải SO2 trong lò hơi đốt bột than tầng sôi:

3.8 Xử lý khí SO2 bằng vôi và đolomit trộn vào than

Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

4.1 Các thông số thiết kế ban đầu:

4.2 Tính thể tích không khí và sản phẩm cháy lý thuyết:

4.3 Entanpy của không khí và sản phẩm cháy

4.4 Tính cân bằng nhiệt

4.5 Lượng tiêu hao nhiên liệu:

4.6 Nhiệt thế thể tích buồng lửa

4.7 Tính toán chế độ sôi:

Chương 5: TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT LÒ TẦNG SÔI

5.1 Tính trao đổi nhiệt trong buồng lửa

5.4 Tính trao đổi nhiệt bộ hâm nước

Chương 6: TÍNH KHÍ ĐỘNG LÒ HƠI

6.1 Tính khí động lò hơi :

6.2 Tính chọn quạt gió

6.3 Tính chọn quạt khói:

Chương 7: THIẾT KẾ BUỒNG LỌC BỤI XYCLON CHÙM

7.1 Tác hại của bụi

7.2 Phân loại các phương pháp lọc bụi:

7.3 Thiết kế xyclon chùm:

Chương 8: VẬN HÀNH LÒ HƠI TÀNG SÔI

Tài liệu tham khảo

- Lò hơi đốt than bột

d) Lò hơi trực lưu:

Lò hơi trực lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức, đặc điểm làm việc của nó là môi chất làmviệc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng thái hơi quá nhiệt có thông sốquy định

Ưu điểm: Do không có bao hơi và chỉ có rất ít ống góp nên tốn ít kim loại, khung lò và bảo ôn nhẹnhàng và thuận lợi hơn Cho phép tăng áp suất hơi lên cao, và khắc phục được nhược điểm của lòhơi tuần hoàn là tuần hoàn bé hoặc không có tuần hoàn

Nhược điểm: Nước cấp vào lò yêu cầu phải chất lượng cao, khó thay đổi cải tiến lò

e) Lò hơi đặc biệt :

Là loại lò hơi có điều kiện làm việc đặc biệt như áp lực cao, công suất cao, nhiệt độ cao …Nógồm có các loại lò là: Lò hơi có áp suất cao trong buồng lửa, lò phản ứng sinh hơi của nhà máyđiện nguyên tử

Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng trong côngnghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương pháp đốt truyền thống khác như: côngsuất của buồng đốt hầu như không giới hạn, khả năng đốt đồng thời nhiều loại nhiên liệu khácnhau, hiệu quả quá trình cháy cao, cường độ trao đổi nhiệt lớn, chi phí chuẩn bị nhiên liệu thấp,giảm tối thiểu các khí độc hại như NOX, SOX, đốt được các loại nhiên liệu xấu, thành phần lưuhuỳnh cao, độ ẩm cao, độ tro lớn, khí đốt thải ra ít khí độc hại…

Công nghệ đốt tầng sôi nền cát có khả năng đốt hiệu quả các loại nhiên liệu xấu như: trấu, mùn

cưa, vỏ cà phê là những chất thải rất khó xử lý sau thu hoạch Ưu điểm của công nghệ tầng sôinền cát là: đốt được hầu hết phế thải nông lâm nghiệp như trấu, vỏ cà phê, mùn cưa, rơm rạ, bãmía…Quá trình cháy triệt để do phế thải được vùi trong lớp cát có nhiệt độ cao ( >8500C ) và thờigian lưu lại vùng cháy lâu đảm bảo gần cháy kiệt nhiên liệu Hiệu suất buồng đốt có thể đạt trên90%, không gây ô nhiễm môi trường do lượng khí phát thải ô nhiễm trong quá trình cháy thấp

Đốt được phế liệu có độ ẩm và độ tro, lượng lưu huỳnh cao từ 30÷40% Quá trình đốt diễn ra liêntục, tạo nên khả năng tự động hóa cao, lượng tro đốt từ các lò sấy này có tỷ lệ SiO2 lên đến 91%

và là một dạng tro vô định hình rất tốt cho việc dùng chất phụ gia để sản xuất vật liệu xây dựng(gạch chịu lửa, xi măng, tấm cách âm, vật liệu composit…), trong khi giá thành loại chất phụ gianày rất đắt, mang lại nguồn lợi nhuận tương đối cao cho các doanh nghiệp.( 1)

1.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam:

Chất thải dân dụng và công nghiệp là những chất được loại ra khỏi quá trình sinh hoạt cũng nhưsản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng lại mộtphần Ở nước ta là một nước đang phát triển, nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phếthải nông lâm nghiệp thải ra có trữ lượng lớn Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long cónhiều nguồn nhiên liệu xấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưuhuỳnh cao, phế thải sinh khối(rơm, rạ, bã mía, mùn cưa…) Đặc biệt ở Quảng Nam có mỏ thanNông Sơn, là mỏ than có thành phần lưu huỳnh, độ tro cao, nhiệt trị rất thấp, có thể nói đó là loạithan được xếp vào loại than xấu Nếu như ta dùng loại than này vào các công việc đốt các loại lòbình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độ tro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễmmôi trường nghiêm trọng Vì vậy việc ứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổbiến rộng rãi và phát triển nhiều hơn Hy vọng rằng, lò đốt phế thải nông – lâm nghiệp theo côngnghệ tầng sôi sẽ được chuyển giao tới các cơ sở sản xuất, góp phần hạ giá thành chế biến nôngsản và hạn chế ô nhiễm môi trường

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI 2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI:

2.1.1 Khái niệm tầng sôi

Tầng sôi đơn giản là một vùng không gian được tạo bởi các hạt rắn (than, tro, cát, đá vôi…)những hạt này được nâng lên và lơ lững trong buồng đốt nhờ áp lực của dòng không khí Vì vậylớp liệu trong buồng đốt giãn nở ra, sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu tăng lên nhiều Ởtrạng thái này các hạt chuyển động tự do và sôi giống như chất lỏng

Lò tầng sôi (CFB) là loại lò có nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp hoặc trong một thể sôigồm những hạt rắn nóng không cháy Kiểu đốt nhiên liệu này có lợi trong việc giải quyết nhữngvấn đề nan giải mà lò đốt nhiên liệu hóa thạch theo kiểu thường gặp phải Do vậy, trên thị trườnghiện nay lò tầng sôi đang ngày càng phát triển và dần thay thế những loại lò đốt nhiên liệu rắnkiểu củ như lò Stoke hay lò vòi phun nhiên liệu rắn

Ứng dụng sớm nhất của công nghệ tầng sôi là thiết bị hóa khí của Fritz Winkler, ngườiĐức(1921) Tuy nhiên, sau đó lý thuyết mới về công nghệ hỗn hợp khí-rắn không được phát triển.Đến những năm 50, công nghệ này đươc ngành dầu hỏa ứng dụng để cracking dầu nặng Những

cố gắng trong việc dùng lò tầng sôi cho sản xuất hơi được bắt đầu từ thập kỷ 60 Giáo sư DouglasElliott (người Anh) nghiên cứu và phát triển, và ông được mệnh danh là “Cha đẻ của lò tầng sôi ”

đã thúc đẩy việc ứng dụng lò hơi tầng sôi để sản xuất hơi Ngày nay lò hơi tầng sôi được ứngdụng rộng rãi, từ những ứng dụng thực tế việc dùng cho giường bệnh nhân trong bệnh viện(Baso,1995) đến nhà máy nhiệt điện công suất 250-600 MW Sự phát triển của kỹ thuật đốt tầngsôi làm giảm bớt những trở ngại do phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch Lò tầng sôi đốtđược tất cả các loại nhiên liệu, kể cả các loại nhiên liệu xấu và có hàm lượng tro và lưu huỳnhcao, lò tầng sôi đốt nhiên liệu bằng cách đốt cháy nhiên liệu trong một điều kiện thủy động đặcbiệt gọi là thể sôi và sự truyền nhiệt cho bề mặt hạt nhiên liệu và dàn ống sinh hơi thông qua mộtlớp phân tử rắn không cháy Trong đó nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp vật chất nóng(800÷9000C) với những hạt không cháy như tro, cát, đá vôi Trong buồng đốt, nhiên liệu cùng vớilớp vật liệu sôi được thổi lên cao từ 0,5 đến 1 mét, tạo nên bởi dòng không khí thổi qua một bộphân phối với tốc độ xác định

Lò tầng sôi có hai loại chính:

1) Lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ.

2) Lò tầng sôi kiểu sôi mạnh

Trong lò hơi có buồng đốt tầng giả lỏng kiểu sôi mạnh vận tốc dòng không khí thổi qua ghi lớnhơn nhiều so với loại lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ Sự cung cấp dòng không khí này vào buồng đốtnhiều hơn so với loại sôi nhẹ và nó được duy trì cho đến điểm cao nhất của lò Vì vậy kết quả lớpvật liệu sôi này tiếp tục chuyển động đến đỉnh lò, lớp vật liệu sôi này được giữ lại tại bộ phận chiachất rắn và quay trở lại với mốc cơ bản buồng đốt khi tốc độ đủ lớn, sự tái tuần hoàn này của cáchạt rắn tạo ra bởi một lưới kín Lớp vật liệu sôi, sôi mãnh liệt này quay trở lại buồng đốt hòa trộnvới dòng không khí, kết quả là nhiệt độ buồng đốt ổn định và đều trong khoảng 8000C đến 9000C

và cho quá trình cháy tối ưu và bức xạ mạnh

Ta có thể khảo sát một thí nghiệm về tầng sôi như sau:

- Cho một lớp hạt nhiên liệu chặt trên ghi, thổi gió từ dưới lên, ta đo và vẽ thành đồ thị quan hệgiữa tốc độ gió với hiệu áp trước và sau lớp nhiên liệu trên ghi.Ta thấy ban đầu tốc độ gió tăng thìhiệu áp cũng tăng, đến một tốc độ s(sgọi là vận tốc giới hạn) nào đó thì pkhông tăng nữa,chiều dày lớp hạt tăng dần, tốc độ tăng dần thì chiều dày lớp hạt cũng tăng theo, hạt dao độngtrong một phạm vi nhất định p vẫn không đổi, nhưng khi tốc độ tăng đến c(cgọi là vậntốc cuốn theo) thì pgiảm đột ngột và hạt bay hết theo dòng không khí

Khảo sát tầng hạt trong phạm vi s÷ cthấy các đặc điểm giống như chất lỏng như sau: -Các hạt chuyển động hỗn loạn tương tự như chuyển động nhiệt của phân tử

-Giữa các hạt và không khí tồn tại mặt phẳng ranh giới như mặt nước, bất kể ban đầu hạt đươcsắp xếp như thế nào

-Nếu đặt một vật nhẹ lên lớp hạt, vật chuyển động bồng bềnh như thuyền trên mặt nước

-Nếu trổ một miệng ra thì lớp hạt chảy ra như nước, phần còn lại vẫn phân bố đều như lớp nước.Người ta dựa vào đặc điểm này để cấp than và thải xỉ tại một vị trí mà lớp hạt vẫn đồng đều

- Khi cỡ hạt không đều nhau, thì những hạt nhỏ chịu lực đẩy lớn hơn trọng lực sẽ thoát ra khỏilớp hạt như hơi và những hạt nước nhỏ tách ra khi chất lỏng sôi

Vì những đặc điểm khảo sát trên nên ta gọi là đốt tầng giả lỏng ( đốt tầng sôi )

2.1.2 Cơ chế quá trình tạo tầng sôi:

1 2

3 5

6 89

10

11 12

7

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý lò hơi tầng sôi

Khi cho dòng khí đi qua miệng cấp không khí (cấp 1) vào buồng lửa có chứa lớp nhiên liệu, có

độ cao là H0 đang nằm trên ghi Khi tốc độ  của dòng khí nhỏ hơn

s

 đến c Khi tăng tốc độ dòng khí đến  >s, thì bắt đầu xuất hiện những bọt khí, túi khí,các bọt khí này chuyển động lên trên bề mặt lớp sôi và vỡ ra làm cho chiều cao lớp sôi dao động,khi vận tốc dòng khí đạt đến clúc đó lớp liệu có độ rỗng lớn nhất, các hạt liệu treo lơ lửngtrong buồng đốt, không lắng xuống cũng như không bị bay ra khỏi buồng lửa Tiếp tục tăng vậntốc dòng khí cho đến khi vượt vận tốc cuốn theo cthì kết thúc trạng thái sôi, lớp liệu sẽ có các

hạt liệu bị lôi cuốn theo dòng không khí bay ra khỏi buồng đốt Do đó để tạo lớp sôi, ta phải duytrì tốc độ dòng khí từ sđến c.

Hình 2.2 Quan hệ giữa tốc độ dòng, chiều cao lớp nhiên liệu, trở lực lớp liệu

2.1.3 Vật liệu sử dụng trong lò tầng sôi:

Trong kỹ thuật tầng sôi, trong quá trình đốt nguyên liệu thì ta thường cho vào buồng lửa các vậtliệu nhằm để nâng cao nhiệt độ các thành phần cháy từ nhiệt độ thấp lên đến nhiệt độ phản ứng

Vì vậy vật liệu sử dụng cần đảm bảo các tính chất sau:

- Nhiệt dung riêng lớn (Vật liệu phải chịu được nhiệt độ cao )

- Khối lượng riêng nhỏ (giảm trở lực khi quạt thổi vào buồng lửa)

- Độ nhẵn bề mặt cao (Dễ tạo tầng sôi )

- Giá thành thấp, dễ kiếm

Để đảm bảo các yêu cầu trên, người ta thường chọn các thạch anh làm vật liệu

2.1.4 Phân biệt, so sánh quá trình cháy trong buồng lửa tầng sôi và các loại buồng lửa khác 2.1.4.1 Buồng lửa phun than bột:

Trong buồng lửa phun than bột thì quá trình cháy bao gồm quá trình Ôxy hoá các hạt thanmịn (khoảng 70 % có đường kính nhỏ hơn 200  m) các hạt nhiên liệu phân tán một cách rộng rãitrong không khí và khi cháy Vùng xung quanh lò phun có nhiệt độ lớn nhất trong buồng lửa cóthể đạt đến nhiệt độ 16000C đến 19000C

Mặt khác, thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa xấp xỉ thời gian lưu lại của dòng khí vànhiệt độ của buồng lửa cao là điều kiện để hình thành nên NOx và CO, lượng SO2 không được hấpthụ Hơn nữa thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa không lớn nên tổn thất cơ học tăng lên.Muốn cải thiện thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa phải tăng chiều cao của ngọn lửa, tức làtăng kích thước của buồng lửa do đó chi phí đầu tư phải tăng lên

Thông thường lò đốt tầng sôi có chi phí đầu tư thấp hơn lò phun than bột khoảng 15-20%nếu có cùng sản lượng hơi và mức độ ô nhiễm môi trường như nhau.( 1)

2.1.4.2 Phương pháp đốt nhiên liệu trên ghi xích:

So với buồng lửa phun bột than thì kích thước hạt than ở trong buồng đốt ghi lớn hơn,thông thường từ 1-32 mm

Quá trình cháy trên ghi chỉ xảy ra hoàn toàn ở vùng phần đầu và phần cuối, còn phần giữaghi có rất nhiều sản phẩm cháy không hoàn toàn Do đó quá trình cháy trên ghi đã xảy ra đồngthời với quá trình khí hoá của nhiêu liệu Thực tế lượng nhiệt phát ra do các sản phẩm cháy khônghoàn toàn trong buồng lửa vào khoảng 50-60 %

Điều đó cho thấy việc tổ chức cho cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn trong buồnglửa có ý nghĩa rất lớn Để cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn này thì cần cung cấp thêmkhông khí ở phía trên buồng lửa bằng gió cấp hai hoặc tổ chức dùng dòng khí ở phía trước và phíasau ghi vào vùng giữa ghi

Ưu điểm:

- Việc cấp than, thải xỉ được cơ giới hóa hoàn toàn, giữ được công suất cố định(vì cháyliên tục) trong một chu trình làm việc thì chỉ có một nửa làm việc nên tăng tuổi thọ của ghi

- Nhiệt thế diện tích ở trên ghi rất lớn nên lò khó bị tắt

- So với buồng phun than thì có cấu tạo đơn giản hơn, chi phí đầu tư thấp hơn

Nhược điểm:

- Công suất buồng lửa bị hạn chế vì không thể tăng tiết diện của mặt ghi, chiều dày lớpthan trên ghi.

- Nhiệt độ không khí nóng không tăng được cao, mặt khác có một vùng ghi tiếp xúc trựctiếp với lớp cốc bốc cháy nên lá ghi không được bảo vệ dễ bị hỏng

- Chỉ thích hợp với các loại nhiên liệu có cỡ hạt đồng đều theo thiết kế còn đối với các hạtkhông đồng đều thì rất khó làm việc

- Quán tính nhiệt lớn nên điều chỉnh phụ tải của lò không được dễ dàng

Tóm lại:

Đối với phương pháp đốt này thì quá trình hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu khôngđược tốt, tổn thất cơ học cao, hiệu quả quá trình cháy không cao

2.1.4.3 Quá trình cháy trong lò đốt tầng sôi:

- Quá trình cháy nhiên liệu trong lò đốt tầng sôi được xem như quá trình cháy trên ghi vàcháy trong buồng lửa phun Nó lợi dụng những ưu điểm đồng thời khắc phục những nhược điểmcủa hai phương pháp đốt trên

- Thông thường, kích thước của hạt than trong buồng lửa tầng sôi nhỏ hơn 7 mm tuỳ thuộcvào từng loại than cụ thể, mà kích thước của hạt than có thể lớn tới 32 mm hoặc chỉ bằng 3 mm.Tầng sôi được duy trì ở nhiệt độ 850-9000C

- Khi nhiên liệu được đưa vào trong buồng lửa, được gia nhiệt một cách nhanh chóng vàsau đó bốc cháy, rồi cháy, thường nhiên liệu được đốt với lượng không khí thừa khoảng 20 % Vìthời gian lưu lại của các hạt nhiên liệu lớn và quá trình truyền chất có cường độ cao nên nhiên liệuđược cháy một cách có hiệu quả trong buồng lửa tầng sôi ở nhiệt độ thấp hơn so với phương phápđốt khác

- Những hạt nhiên liệu được lưu lại trong lớp cho đến khi nó được khói mang đi theo hayđược khói tháo ra ngoài buồng Khi hạt nhiên liệu cháy, kích thước của nó đạt đến giá trị mà ở đólực do dòng khí tạo ra lớn hơn khối lượng của hạt thì hạt bị mang ra ngoài Vì vậy, thời gian lưulại của hạt được xác định bởi kích thước ban đầu của hạt nhiên liệu và bởi mức độ giảm kíchthước hạt do cháy và ma sát

- Trong tầng sôi bọt, quá trình cháy xảy ra hầu hết ở trong lớp vì vận tốc dòng khí thấp vàkích thước hạt nhiên liệu cấp vào thô Thời gian lưu lại của những hạt nhiên liệu mạnh trong lớptương đương với thời gian lưu lại của khí này khi cháy

Trong buồng đốt tầng sôi tái tuần hoàn thì thời gian này tăng lên bằng cách thu hồi tro bay và chocác hạt này tái tuần hoàn về buồng đốt (về lớp nhiên liệu đang cháy) do vận tốc tạo sôi lớn nên cónhiều hạt nhiên liệu bị thổi bay ra ngoài tầng sôi hơn so với buồng lửa sôi bọt Sau đó những hạtnày được gom lại bởi các thiết bị lọc và cho tái tuần hoàn vào buồng lửa Thời gian lưu lại của cáchạt trong buồng lửa theo hiệu quả thu hồi của thiết bị lọc và tốc độ của những hạt rắn Do có sự táituần hoàn mà thời gian lưu lại của hạt lớn hơn nhiều lần so với thời gian lưu lại của dòng khí.

Hình 2.3: Quan hệ giữa áp suất và vận tốc của dòng khí

Lớp cố định Lớp sôi bọt Lớp sôi ống Lớp sôi tuầng hoàn

Hình 2.4 Quan Hệ Giữa Các Buồng Lửa

2.1.5 Những ưu và nhược điểm của công nghệ sấy tầng sôi:

2.1.5.1 Ưu điểm:

a) Sử dụng nhiên liệu một cách linh hoạt:

Một lò tầng sôi có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, tổn thất nhiệt ít hơn các loại lò đốtkhác Nên nó cho phép các nhà máy điện đa dạng hóa việc thu mua nhiều nguồn nhiên liệu khácnhau, xóa bỏ việc phụ thuộc vào một nguồn nhiên liệu nào đó

Đặc điểm sử dụng linh hoạt nhiên liệu của lò tầng sôi giúp ngăn ngừa những thiệt hại có thể cócho nhà máy do nguồn cung cấp nhiên liệu không ổn định trong tương lai

Khối lượng các hạt cháy được chỉ chiếm tỷ lệ 1/3 so với tổng khối lượng lớp vật chất trong buồngđốt của một lò tầng sôi thông thường Lượng vật chất còn lại là những hạt không cháy được nhưtro, cát, chất hấp thụ Điều kiện khí động đặc biệt trong lò tầng sôi tạo nên một hỗn hợp hoà trộnrất tốt giữa chất khí-chất rắn, chất rắn-chất rắn với nhau Những phân tử nhiên liệu được cấp vàobuồng đốt sẽ phân tán nhanh chóng vào trong một khối lượng lớn những hạt vật chất của lớp sôi

và được lớp này đốt nóng lên trên đến nhiệt độ bắt lửa Do nhiệt dung của các hạt không cháy lớnhơn so với các hạt nhiên liệu, do đó dù gia nhiệt cho nhiên liệu kém phẩm chất thì nhiệt độ củalớp hạt này không thay đổi nhiều Chính đặc điểm này của lò tầng sôi mà nó có thể đốt bất kỳ loạinhiên liệu nào mà không cần có một nguồn nhiệt bổ sung và cung cấp nhiệt trị cao để làm nóngkhông khí và gia nhiệt cho nhiên liệu đến nhiệt độ bốc cháy

b) Giảm thiểu lượng khí phát thải SO2:

Không giống như các loại lò đốt nhiên liệu khác, quá trình cháy và thải nhiên liệu trong lò tầngsôi diễn ra liên tục Đặc điểm này cùng với khả năng hòa trộn tốt các hạt vật chất trong lớp sôigiúp buồng đốt duy trì một nhiệt độ ổn định đồng nhất trong toàn bộ Kết quả là nhiệt độ ổn định(800÷900)0C Khoảng nhiệt độ này thích hợp cho phản ứng hóa học hấp thụ khí SO2 bởi đá vôi(CaCO3)

Khả năng giảm và xử lý khí SO2 trong lò tầng sôi là kết quả của trường nhiệt độ thấp và ổn địnhkhi đốt nhiên liệu trong lò tầng sôi Do đó lò tầng sôi không cần trang bị thêm bộ xử lý khí thải đểliểm soát lượng khí SO2 thải ra ngoài

c) Lượng NOX phát thải thấp:

Lượng NOX bình quân sinh ra trong lò hơi đốt tầng sôi thấp, khoảng (100 ÷ 300) ppm (so vớithể tích khô) Đó là do nhiệt độ cháy thấp, điều kiện áp suất thấp ngăn cản sự bay hơi, và lượnggió cung cấp theo từng giai đoạn của quá trình cháy Hầu hết các loại lò tầng sôi đều sinh ra lượng

NOX thấp mà không gây ra tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn hoặc do phải bổ sung thêm ởnhững vùng có quy định chặt chẽ giới hạn lượng NOX cho phép thải ra ngoài không khí, người ta

có thể đặt thêm bộ thu khí NOX bằng dung dịch amoniac ở phần đuôi lò trong Xyclon ( theoChenlian &Hyvrinen, 1995)

là một lượng lớn các hạt trơ nóng Nên cả khi nhiên liệu ngừng cung cấp vào, nhiệt độ của buồng

đốt không giảm và nhiệt độ hơi cũng không thay đổi Nếu nhiên liệu được cấp lại trong vài phútsau đó thì không cần ngừng lò.

2 Thời gian khởi động lò ngắn:

Một số lò công nghiệp làm việc hai ca cần phải đốt lò trong khoảng 8 tiếng Lò tầng sôi có thờigian khởi động lò ngắn hơn và đơn giản hơn Buồng đốt tầng sôi trong tình trạng nghỉ làm việc thìtổn thất nhiệt ít Ngay cả khi sau vài giờ đồng hồ tạm nghỉ, lớp hạt rắn vẫn còn đủ nhiệt lượng cholần đốt lò sau Cho nên khi cho nhiên liệu vào lò, nó bốc cháy ngay và lò đi vào hoạt động lại saumột thời gian ngắn

3 Giảm hiện tượng ăn mòn:

Tro sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu ở lò tầng sôi ở dạng xốp, không bị chảy loãng do nhiệt

độ của lò thấp (800÷9000C) Điều này làm hạn chế hiện tượng ăn mòn kim loại ống ở bề mặt đốilưu (đuôi lò), hay ăn mòn cánh của quạt gió ở đuôi lò

4 Sự chuẩn bị nhiên liệu đơn giản:

Than cho lò tầng sôi thường chiếm 70% hạt than và có kích thước dưới 6000m (6mm), trongkhi đó đối với lò hơi đốt than phải có 70% hạt than kích cỡ dưới 75m Do đó lò đốt than phuncần phải có hệ thống máy nghiền than và phun bụi than Thiết bị phun bụi than không những đắttiền mà còn phức tạp và cần bảo trì kiểm tra thường xuyên Đa số các nguyên nhân khiến lòngừng làm việc là do hoạt động của hệ thống nghiền than không tốt Ngược lại với lò tầng sôi thìkhông cần một hệ thống nghiền than như vậy, do đó giai đoạn chuẩn bị nhiên liệu đơn giản vàkhông phức tạp như đối với lò hơi vòi phun đốt than

2.1.5.2 Những hạn chế:

Với lò tầng sôi thì chúng có những nhược điểm sau:

a) Cần quạt có công suất lớn:

Lò tầng sôi cần trang bị quạt ly tâm có công suất lớn do, do không khí cấp vào lò phải thắng đượctrở lực của bộ phân phối gió và trở lực của khối lượng của lớp vật liệu rắn trong buồng đốt Đầu

tư cho điện năng tiêu thụ tăng, song bù lại không cần trang bị thiết bị phun nhiên liệu

b) Tổn thất nhiệt ra môi trường nhiều hơn:

Xyclon, hệ thống hồi, bộ trao đổi nhiệt ngoài làm tăng thêm nhiều thiết bị cho lò CFB Một vài

bề mặt các thiết bị không được làm mát Do đó tổn thất nhiệt do đối lưu và bức xạ từ các bề mặtcủa lò CFB nhiều hơn so với lò BFB và lò PC

c) Hiệu suất cháy thấp:

Hiệu suất cháy của một lò PC thường cao hơn so với lò CFB, do nhiệt độ cháy cao hơn, kích cỡhạt mịn hơn và tồn tại lâu hơn trong buồng lửa Tuy nhiên lò PC sử dụng không khí liên tục và hệ

số không khí thừa thấp để khống chế lượng NOX khiến nhiên liệu cháy không hoàn toàn trongbuồng lửa

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG CỦA LỚP SÔI

2.2.1 Độ rỗng của lớp sôi:

Với vận tốc dòng không khí đạt tới giá trị tới hạn s thì các hạt nhiên liệu trong buồng đốt sẽ ởtrạng thái giả sôi, thì độ rỗng của lớp nhiên liệu phải được tăng lên và được xác định theo côngthức sau:

 = (

Ar

2

Re 36 , 0 Re

Trong đó : s- khối lượng riêng của hạt ở trạng thái sôi [kg/m3]

h- khối lượng riêng của từng hạt nhiên liệu [kg/m3]

Ar- tiêu chuẩn Acsimet đặc trưng cho lực nâng vật liệu

k

k h

d f

Trong đó: d h - đường kính hạt vật liệu [mm]

h- trọng lượng riêng của hạt vật liệu [kg/m3]

k- trọng lượng riêng của không khí [kg/m3]

k - độ nhớt động học của không khí [m2/s]

g - gia tốc trọng trường [m/s2]

Tuỳ theo mức tăng của độ rỗng mà chiều cao lớp sôi sẽ tăng lên

2.2.2 Vận tốc tối thiểu và vận tốc tối đa tạo lớp sôi.

Từ nguyên lý làm việc chúng ta thấy rằng nguyên lý cơ bản của thiết bị là tốc độ dòng khí thổivào lò ω đủ lớn để đẩy vật liệu đi lên Ta có điều kiện:

  cb

Trong đó: cb- tốc độ cân bằng tạo lớp sôi [m/s]

Tốc độ cân bằng là tốc độ dòng khí thổi từ dưới lên sao cho giữ hạt đứng yên lơ lững trongkhông gian Nó phụ thuộc vào đường kính hạt vật liệu, khối lượng riêng của hạt vật liệu, khối

lượng riêng của không khí Được xác định theo phương trình cân bằng giữa lực trọng trường tácdụng lên hạt vật liệu và lực nâng do dòng không khí thổi lên:

2 4

.6

2 2

3

cb k

h k

+ Ar - Tiêu chuẩn Acsimet

+ Fe - Tiêu chuẩn Fedơrôp

3

2.3

)(

4

k k

k h h

d Fe

Phương trình sử dụng trong phạm vi Fe = 40 ÷ 200 [trang 149, 3]

 Tốc độ cân bằng tạo lớp sôi:

h

k cb

k h h cb

g d



Khi tốc độ dòng không khí đạt vận tốc tối thiểu thì các hạt rắn trong pha khí sẽ lơ lửng vàchuyển động hỗn loạn, độ rỗng của các lớp hạt tăng lên tương ứng với sự tăng của tốc độ dùngkhí tốc độ dòng khí càng lớn thì khả năng chuyển động hỗn loạn càng cao làm tăng cường quátrình cháy Trạng thái này được duy trì từ tốc độ sôi tối thiểu đến tốc độ lôi cuốn  s c.Trong thực tế người ta chọn tốc độ làm việc =(2÷3)s

Tốc độ lôi cuốn được xác định bởi công thức:

h

k c

d



 Remax



Trong đó:

Ar

61 , 0 18

Remax





2.2.3 Tốc độ làm việc tối ưu:

Tốc độ làm việc tối ưu là tốc độ mà ở đó chế độ sôi là ổn định, khi đó chiều cao của lớp nhiênliệu nói chung và chiều cao lớp sôi nói riêng là không đổi Do đó về nguyên tắc tốc độ ổn địnhphải thoả mãn điều kiện lớn hơn tốc độ giới hạn dưới và nhỏ hơn tốc độ lôi cuốn (giới hạn trên)  s c

Theo kinh nghiệm thì tốc độ tối ưu nằm trong khoảng:

=(2÷3)s

2.2.4 Trở lực của lớp sôi:

Khi chế độ sôi ổn định thì có thể xem trở lực của dòng khí qua tầng sôi là không đổi và cân bằngvới trọng lượng của khối hạt trên một đơn vị diện tích ghi Do đó trở lực của lớp sôi có thể xácđịnh theo công thức:

p z.g.h01 0 z.g.h.1  ( 3)

Trong đó:  0- hệ số nở của lớp hạt trên ghi ở trang thái cố định

 - là hệ số nở của lớp hạt ở trạng thái sôi

g - gia tốc trọng trường

h - chiều cao của lớp hạt trên ghi ở trạng thái tĩnh

h0 - chiều cao lớp sôi

Ngoài ra trở lực của lớp sôi còn có thể xác định tương đối chính xác theo phương trình củaFeđơrôp như sau:

p

G d

h

2 , 0

2.2.5 Độ giảm áp suất theo chiều cao.

Với kích thước của hạt liệu đồng đều thì độ giảm áp suất Δp dọc theo thân lò h được xác địnhp dọc theo thân lò h được xác địnhbởi công thức Ergun:

3

2

3 2

75 , 1 )

(

) 1 ( 150

U h

Trong đó: U- vận tốc bề mặt (giá trị tỷ lệ của dòng chất khí trên đơn vị của lưới)

SỰ HÌNH THÀNH NO X VÀ SO X TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ

THUẬT CỦA LÒ TẦNG SÔI 3.1 SỰ HÌNH THÀNH NO X TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT: 3.1.1 Cơ chế hình thành NO X :

Nitơ oxýt sinh ra trong quá trình cháy than chủ yếu là NO và NO2 gọi chung là NOx, ngoài ra cómột lượng nhỏ N2O Trong quá trình đốt than, lượng NOx hình thành và thải ra có quan hệ mậtthiết với điều kiện cháy như phương thức đốt, đặc biệt là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa.Khí NOx hình thành trong quá trình đốt cháy than theo ba cơ chế:

a Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phân huỷ nhiệt do nitơ trong không khí ở nhiệt

3.2.1.1 Cơ chế hình thành NO X theo nguyên lý phân hủy nhiệt:

NOx nhiệt là tổng của NO và NOx do N2 và O2 trong không khí tạo thành ở nhiệt độ cao trongquá trình cháy

Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hình thành NOx tăng nhanh, khi nhiệt độ đốt cháy thấp hơn 15000Chầu như không thấy phản ứng hình thành NO, chỉ khi nhiệt độ cao hơn 15000C thì phản ứng tạothành NO mới được thấy rõ Theo tính toán, khi nhiệt độ cao hơn 20000C, trong thời gian chưađến 0,1 giây đã có thể sinh ra khá nhiều NOx Ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng quyết định đến hìnhthành NOx nhiệt Đó chính là lý do để gọi loại ôxyt nitơ tạo thành bởi nitơ trong không khí bị ôxyhoá ở nhiệt độ cao là NOx nhiệt Ngoài ra sự hình thành NOx cũng phụ thuộc rất nhiều vào hệ sốkhông khí thừa và thời gian lưu lại của khói

3.2.1.2 Cơ chế hình thành NO X do thành phần nhiên liệu:

Loại NOx từ hợp chất nitơ trong nhiên liệu bị nhiệt phân và ôxy hoá tạo thành được gọi là NOxnhiên liệu Khi đốt than, khoảng 70 – 90% là NOx nhiên liệu, bởi vậy NOx nhiên liệu là thànhphần phát thải chủ yếu

Cơ chế hình thành NOx nhiên liệu có những quy luật như sau:

Khi than bị đốt nóng, chất bốc trong than bị nhiệt phân tách ra, nhưng nitơ chất bốc tách ra chậmhơn so với các thành phần khác Khi lượng chất bốc thoát ra chiếm khoảng 10% đến 15% trọnglượng than thì nitơ mới bắt đầu tách ra

Khi thành phần chất bốc của nhiên liệu cao, nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ gia nhiệt tăng lên thìnitơ chất bốc tăng, còn nitơ cốc sẽ giảm Khi nhiệt độ nhiệt phân tăng lên, tỷ lệ nitơ nhiên liệuchuyển hoá thành nitơ chất bốc tăng lên Hạt than càng mịn thì tỷ lệ Nchất bốc/Nnhiên liệu càng lớn, điều

đó cho thấy hạt than càng mịn thì tốc độ gia nhiệt bột than

trong bồng lửa phun càng cao, tỷ lệ chuyển hoá nitơ nhiên liệu thành nitơ chất bốc càng lớn

12000C C0

C0

C0

Thời gian m/s Nitơ chất bốc/ nitơ nhiên

liệu

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến tỷ lệ chuyển hóa nitơ nhiên liệu thành nitơ chất bốc( 1)

Hình 3.3 Ảnh hưởng của độ mịn bột than đến tỷ lệ chuyển hóa nitơ nhiên

400200

vậy nồng độ NOx phát thải ra của thiết bị đốt than, cuối cùng quyết định bởi kết quả tổng hợp củaphản ứng tạo thành NOx và phản ứng hoàn nguyên hoặc phân huỷ NOx:

3.2.1.3 Cơ chế hình thành NO X theo nguyên lý phản ứng tức thời:

Khi đốt nhiên liệu là hỗn hợp cácbohydro với nồng độ nhiên liệu quá đậm đặc, ở xung quanh khuvực phản ứng sẽ tạo thành NOx tức thời NOx tức thời không giống như NOx nhiệt và NOx nhiênliệu, đó là do CHi sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu va đập vào phân tử N2 trong không khí tạo thànhCN,HCN, sau đó bị oxy hoá thành NOx.

Trong các thiết bị đốt than, so với NOx nhiệt và NOx nhiên liệu thì NOx tức thời tạo thành ít hơnnhiều, thông thường chỉ chiếm 5% tổng NOx tạo thành Thông thường khi đốt ở nhiệt độ tương đốithấp các nhiên liệu cácbuahydro không chứa nitơ, mới chú ý tới NOx tức thời, vì khi nhiệt độ vượtquá 15000C thì NOx nhiệt là tác dụng chủ yếu

3.2.2 Khống chế sự hình thành NOX khi đốt than:

Từ ba cơ chế hình thành NOx nhiệt, nhiên liệu và tức thời, ta thấy cơ chế hình thành các loại NOx

là không giống nhau, chủ yếu thể hiện ở nguồn gốc nitơ, lộ trình hình thành và điều kiện hình thànhkhông giống nhau, nhưng giữa chúng lại có những quan hệ nhất định Trang thái của ba loại NOxtrong quá trình đốt than rất không giống nhau, NOx tức thời chiếm tỷ lệ 5%, ở nhiệt độ thấp hơn

13500C hầu như không có NOx mới chiếm 25% đến 30% Còn trong thiết bị đốt than thông thường,

NOx chủ yếu là theo lộ trình hình thành nhiên liệu Cho nên việc khống chế và làm giảm NOx hìnhthành trong khi đốt than chủ yếu là khống chế NOx nhiên liệu Từ cơ chế hình thành và phân huỷnhiên liệu NOx có thể thấy, để giảm bớt NOx nhiên liệu, không chỉ hạn chế tối đa sự hình thành

NOx mà còn phải tạo điều kiện nhiều nhất cho quá trình phân huỷ và hoàn nguyên NOx đã tạo thành

3.3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN HỦY N 2 O:

N2O cũng giống như NOx nhiên liệu, cũng là một loại hợp chất nitơ do ôxy hoá sinh ra khi đốtnhiên liệu có chứa nitơ, quá trình hình thành N2O có quan hệ mật thiết với NOx, vì trong các thiệt bịđốt thông thường lượng N2O thải rất ít, nên trước kia chưa chú ý đúng mức về vấn đề N2O sinh ratrong khi đốt nhiên liệu hoá thạch, nhưng khi kỹ thuật đốt tầng sôi phát hiện ra rằng lò hơi đốt thantầng sôi thải ra N2O với nồng độ nhiều hơn nhiều so với các cách đốt khác

3.3.1 Cơ chế hình thành N 2 O:

N2O thuộc loại ôxyt nitơ nhiên liệu, cũng trong thời kỳ tách và cháy chất bốc, nitơ chất bốc đượctách ra trước rồi hình thành NO chất bốc, sau đó NO lại phát sinh phản ứng với HCN,NCO,NHtrong nitơ chất bốc tạo thành N2O cho nên sự tồn tại NO là điều kiện tất yếu để hình thành N2O chấtbốc

3.3.1.1 Phản ứng đồng pha phân hủy N 2 O

3.3.2 Cơ chế phân hủy N 2 O:

Các chất có thể rắn đều có tác dụng xúc tác rất mạnh đối với N2O phân hủy, nhất là CaO, CaSO4

có tác dụng xúc tác lớn nhất đối với cốc Do tác dụng xúc tác của các chất ở thể rắn, tốc độ phản

ứng phân hủy trên bề mặt thể rắn cao hơn nhiều so với tốc độ phân hủy theo phản ứng đồng pha, vìkhi đốt tầng sôi, trong điều kiện tiếp xúc và hỗn hợp khá tốt giữa thể khí và thể rắn, cho nên N2Ophân hủy tại bề mặt vật rắn là phản ứng phân hủy chủ yếu.

3.4 ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH N 2 O TRONG BUỒNG ĐỐT TẦNG SÔI TUẦN HOÀN:

Quá trình đốt cháy trong buồng lửa lò hơi tầng sôi tuần hoàn, tầng dưới có nồng độ đậm đặc,còn ở đoạn huyền phù tầng trên là nồng độ loãng, nhưng do đặc diểm lưu động dòng hai pha khí rắntrong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn, nồng độ hạt thể rắn trong đoạn huyền phù trên buồng lửa lớnhơn nhiều so với tầng sôi thông thường

Để thoả mãn yêu cầu phản ứng khử lưu huỳnh bằng đá vôi, nhiệt độ đốt cháy trong buồng lửatầng sôi tuần hoàn thường khống chế vào khoảng 8500C, hơn nữa sự phân bố nhiệt độ dọc theochiều cao buồng lửa cũng tương đối đồng đều

Hình 3.9 Mô hình quá trình hình thành N 2 O trong buồng lửa đốt tầng sôi( 1)

Theo đặc điểm quá trình cháy trong buồng đốt tầng sôi tuần hoàn, việc chuyển hoá nitơ cốc có tácdụng chủ yếu trong quá trình hình thành N2O trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn và ước tính tỷ lệphần trăm nguồn gốc tạo thành N2O Từ hình vẽ dưới ta thấy nồng độ NO giảm theo chiều caobuồng lửa, còn nồng độ N2O thì ngược lại tăng rất nhanh theo chiều cao buồng lửa

hoa đồng pha

Phản ứng có xúc tác CaO, CaSO4

Phản ứng với

Phản ứng trực tiếp ôxy hóa

Chiều cao của buồng lửa tính từ tấm phối gió(m)

Hình 3.10 Phân bố NO và N 2 O theo chiều cao của buồng lửa từ trên tấm

phân phối gió trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn( 1)

Trong buồng đốt tầng sôi tuần hoàn vật rắn phân bố trong cả buồng lửa, nên trong cả buồng lửađều có phản ứng hình thành N2O Lúc đó, trong quá trình NO vượt qua khỏi tầng sôi bay lên sẽphản ứng với rất nhiều hạt cốc trong không gian buồng lửa tạo thành N2O, còn NO lại bị hoànnguyên thành N2, nên nồng độ NO giảm xuống theo chiều cao buồng lửa Lúc đó, phản ứng chủ yếunhất tạo thành N2O là phản ứng than cốc với NO trong môi trường phản ứng oxy hoá Cùng lúc đóphản ứng phân huỷ N2O trong buồng lửa giảm nhẹ, chủ yếu là do

-Vì khi đốt tầng sôi tuần hoàn, các hạt chất rắn phân bố đều trong cả buồng lửa, trên bề mặt chấtrắn đều có thể hấp thụ các nguyên tử và ion O, OH v.v… cho nên dọc theo chiều cao buồng lửanồng độ nguyên tử hydro giảm dần từ đó làm giảm nhẹ phản ứng chủ yếu phân huỷ theo phản ứng :

N2O + H = N2 + OH

- Do tốc độ hoá lỏng khá cao trong buồng tuần hoàn, cho nên chất bốc đốt cháy trong phạm vi lớnhơn của buồng lửa so với buồng tầng sôi thông thường, nên nồng độ nitơ chất bốc chuyển hoá thành

N2O cũng tăng lên theo chiều cao của buồng lửa

Tổng hợp những kết quả trên đây ta thấy trong không gian buồng lửa tầng sôi tuần hoàn có khoảng70% N2O đốt tầng sôi tuần hoàn là do nitơ cốc chuyển hoá

Khi có oxy đồng thời phản ứng phân huỷ N2O thì trong không gian buồng lửa nồng độ N2O sẽ bịgiảm, đó là lí do vì sao nồng độ NO không ngừng giảm trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn từ tấmphối gió lên đến cửa ra buồng lửa, còn nồng độ N2O thì không ngừng tăng lên

100200300400

500200

3.5 PHƯƠNG PHÁP GIẢM N 2 O PHÁT THẢI TRONG BUÒNGG LỬA TẦNG SÔI:

Nâng cao nhiệt độ vận hành trong buồng lửa tầng sôi từ cơ chế hình thành và phân huỷ N2O nói ởtrên, nhiệt độ là nhân tố quyết định và sự hình thành và phân huỷ N2O Nghiên cứu thực nghiệmcho thấy, nâng nhiệt độ tầng sôi từ 8500 C đến 9500C, có thể giảm 50% nồng độ N2O phát thải, tiếp

đó cứ tăng nhiệt độ buồng lửa lên 1000C có thể giảm 25 đến 30% lượng N2O phát thải, nhưng tăngnhiệt độ vận hành buồng lửa sẽ làm cho hiệu quả khử lưu huỳnh giảm và làm tăng lượng phát thải

NOx Cho nên biện pháp tăng nhiệt độ vận hành buồng lửa bị hạn chế rất nhiều bởi hai nguyên nhântrên

- Điều chỉnh quá trình cháy, giảm hệ số không khí thừa:

Vì hàm lượng O2 trong khói cũng là một trong những nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến việc hìnhthành N2O, cho nên thông qua phương pháp điều chỉnh quá trình cháy, giảm bớt hệ số không thừa -Đốt giai đoạn sau:

Để đảm bảo nhiệt độ khử lưu huỳnh ở 8500 C trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn, có thể dùngphương pháp nâng cao nhiệt độ khói rời khỏi buồng lửa để có thể giảm bớt lượng N2O phát thải -Cho thêm chất xúc tác để N2O phân hủy

Hiện nay đang nghiên cứu chất xúc tác làm cho N2O phân huỷ, thí dụ đã phát hiện một số chất xúctác có thể làm cho 100% N2O phân huỷ trong khói có nhiệt độ 5000C Vấn đề đặt ra là nghiên cứuchế tạo các chất xúc tác rẻ tiền mà có hiệu quả cao

Lượng NOx phát thải của lò hơi tầng sôi tuần hoàn là thấp nhất trong các thiết bị đốt than, đókhông chỉ do nhiệt độ đốt cháy của nó thấp nhất, mà còn do tác dụng phân hủy NOx của các hạt chấtrắn chứa đầy trong buồng lửa làm cho NOx phát thải thấp hơn so với tầng sôi thông thường cùng đốt

ở nhiệt độ 8500C

Hình 3.11 Lượng NO X phát thải ban đầu cùng với mức độ cần giảm NO X

Buồng lửa bột than thải xỉ khô

để đạt tiêu chuẩn bảo vệ môi trường( 1)

3.6 VẤN ĐỀ HÌNH THÀNH SO 2 TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT:

Trong quá trình hình thành cháy than, toàn bộ lưu huỳnh có thể cháy được trong than dưới tác

dụng của nhiệt độ sẽ phân huỷ và chuyển thành khí SO2 , sau đó trong môi trường nhiệt độ cao củabuồng lửa, một bộ phận của chúng sẽ kết hợp với ôxy tạo thành khí SO3 cùng với sự xúc tác của bềmặt đốt Thông thường trong tổng lượng khí SO3 sinh ra, chỉ có khoảng 0,5% đến 2% khí SO2 phát

ra môi trường dưới dạng khí SO3, số còn lại thoát ra dưới dạng khí H2SO4

Trong quá trình làm lạnh khói, khí axit có thể ngưng kết thành nước axit lên trên bề mặt kim

loại trao đổi nhiệt, gây nên hiện tượng ăn mòn kim loại trong khí quyển sẽ oxy hoá tạo thành khí

SO3, khí SO3 gặp nước trong không khí sẽ tạo thành sương axit, bụi axit, hoặc mưa axit, khôngnhững gây ô nhiễm cho bầu khí quyển mà còn gây nên hiện tượng ăn mòn các thiết bị cháy than

3.7 PHƯƠNG PHÁP CHÁY ÍT KHÍ PHÁT THẢI SO 2 TRONG LÒ HƠI ĐỐT BỘT THAN TẦNG SÔI:

Nguyên lý cơ bản của quá trình khử lưu huỳnh trong quá trình cháy chủ yếu là phun trực tiếp đávôi vào trong buồng lửa để đá vôi cùng với bột than tham gia quá trình cháy, ở đó sẽ xảy ra phảnứng hoá học sau:

CaCO3 CaO + CO2

CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO4

Phản ứng trên chỉ thực hiện có hiệu quả cao ở khoảng nhiệt độ 8200C đến 8500C nhưng nhiệt

độ cháy trong buồng lửa than phun cao hơn nhiều Khi nhiệt độ cao hơn 12000C thì CaO bị thêukết( tái kết tinh) sẽ phá hoại các kẽ hở nhỏ giữa các tinh thể dẫn đến giảm phản ứng của SO2 vàCaO Bởi vậy để có thể thoát lưu huỳnh trong quá trình cháy bột than có hiệu quả chúng ta cần sửdụng công nghệ bột than phù hợp, như công nghệ cháy tầng sôi, tầng sôi tuần hoàn, ở đó nhiệt độcháy trong buồng lửa không vượt quá 8500C đến 9000C Trong các buồng lửa lò hơi đốt bột thanthông thường, cần sử dụng công nghệ cháy có phân cấp cấp gió nhằm tạo nên vùng bốc lửa có nhiệt

độ thấp, ở đó có thể thổi bột đá vôi vào để cùng với bột than tham gia quá trình cháy Điều này cũngphù hợp với yêu cầu hạn chế sự hình thành NOX như đã trình bày ở trên

Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thoát lưu huỳnh trong quá trình cháy bao gồm:

-Vị trí tối ưu để phun bột đá vôi vào khói: Khác với buồng lửa sôi tuần hoàn, trong buồng lửa thanphun sự phân bố nhiệt độ không đồng đều Vì vậy việc xác định vị trí tối ưu để thổi bột đá vôi vàotrước hết phải chọn nhiệt độ nung tối ưu

- Chủng loại đá vôi và kích thước đá vôi:

Thông thường để khử lưu huỳnh người ta dùng : đá vôi (CaCO3 ), đá Bạch Vân (CaCO3.MgCO3)hoặc vôi tôi(Ca(OH)2) Trong điều kiện nhiệt độ tối ưu của khử lưu huỳnh thì sử dụngCaCO3.MgCO3 có hiệu suất cao nhất, còn dùng CaCO3 hiệu quả thấp nhất song vì trữ lượng CaCO3lớn, giá thành lại thấp nhất nên được dùng phổ biến nhất Kích thước của hạt đá vôi ảnh hưởng rấtlớn đến hiệu quả khử lưu huỳnh Kích thước cuả hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn.Kích thước tối ưu của hạt là nhỏ hơn 70  m, trong đó số lượng hạt bé hơn 11  m phải vượt quá50%

- Tỷ số mol Ca/S : Tăng tỷ số Ca/S thì sẽ tăng hiệu quả khử lưu huỳnh, ban đầu tăng rất nhanhnhưng khi Ca/S > 3 thì mức tăng chậm dần Cũng cần chú ý rằng, khi tăng bột đá vôi thì chẳngnhững tăng chi phí vật liệu mà còn tăng hàm lượng tro bay trong đường khói thải, gây nhiều điềubất lợi cho các bề mặt đốt phần đuôi lò và thiết bị khử bụi Tỷ số Ca/S tối ưu phụ thuộc vào côngnghệ cháy, đối với lò than phun thông thường chọn khoảng 2 đến 3, còn đối với lò tầng sôi tuầnhoàn thì chọn 1,7 đến 2

3.8 XỬ LÝ KHÍ SO 2 BằNG VÔI VÀ ĐOLOMIT TRỘN VÀO THAN:

Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộn bột vôi và đolomit để khử khí SO2 thì mới được ápdụng trong những năm gần đây và hiện nay đang được nghiên cứu và phát triển Phản ứng giữa vôi(CaO) và đolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra như sau:

2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4

2CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2 = 2[ CaSO4 + MgO] + 4CO2

Phản ứng giữa vôi và SO2 xãy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760÷10400C, còn phản ứng giữa đolomit và

SO2- ở nhiệt độ 600 ÷ 12000C

Phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khử khí SO2 thành một quá trìnhthống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phải lắp đặt thêm những thiết bị phụ trợ khác.Than nghiền với cỡ hạt cớ kích thước trên 6 mm được trộn cùng với bột vôi có kích thước 1,6 ÷ 6

mm đổ thành lớp dầy bên trên ghi phân phối không khí Không khí được thổi qua lớp ghi từ dướilên trên với vận tốc trên toàn tiết diện ngang của buồng đốt 0,6 ÷ 4,6 m/s Không khí xuyên qua lớpthan cháy ở nhiệt độ 760÷10400C làm cho các hạt nhiên liệu và vôi chuyển động, những hạt to vànặng bốc lên rồi rơi xuống, còn các hạt mịn bay theo sản phẩm cháy Lớp than trong buồng đốt sôiđộng và do đó người ta gọi là quá trình đốt than “ giả hóa lỏng ” hoặc “giả sôi” Lớp than nổi bêntrên phần lớn là tro, các chất trơ, vôi và sunfat có lẫn một ít than chưa cháy hết sẽ được thải ra ngoài

và nhiên liệu cùng chất hấp phụ SO2 được bổ sung vào buồng đốt qua ghi phân phối không khí họặc

qua cửa cấp than trên vách lò Nhiệt độ cháy của lớp than “giả hóa lỏng” được chọn trong khoảng760÷10400C là với mục đích đạt hiệu quả khử SO2 cao nhất của vôi( khử được 90% SO2 ) Vớinhiệt độ tương đối thấp nêu trên sự hình thành và phát thải khí NOX được giảm thiểu ở mức 250-

600 ppm và vấn đề đóng cứng xỉ than cũng được hạn chế

Hiệu quả khử SO2 của chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, kích thước cỡ hạt và tỷ

lệ giữa chất hấp phụ và lượng khí SO2 trong sản phẩm cháy

Ở hình 3.12 là biểu đồ hiệu quả khử SO2 của chất hấp phụ ở điều kiện nhiệt độ tối ưu đã nêu trên

Ở biểu đồ này, ứng với đường cong 1 nếu muốn đạt hiệu quả khử SO2 là 75% thì tỷ lệ (CaO +MgO): SO2 là 3, điều đó có ý nghĩa là nếu nhiên liệu có thành phần lưu huỳnh SP = 3% thì lượngchất hấp phụ CaO cần cho 1 tấn nhiên liệu

Hình 3.12 Biểu đồ hiệu quả khử SO 2 của CaO + MgO khi đưa trực tiếp

vào buồng đốt ( 1)

1- cỡ hạt < 60 m; 2- cỡ hạt > 60 m

2 5

5 0

7 5

10 0

SO2, %

CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI

4.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BAN ĐẦU:

Nguồn nhiên liệu sử dụng trong lò đốt tầng sôi đang thiết kế là trấu, có thành phần và đặc tínhnhư sau:

Bảng 4.1: Thành phần nhiên liệu rắn:

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu : Q =14000 kJ/kg

Khối lượng riêng :  = 100 kg/m3

Hệ số không khí thừa trong buồng lửa :  = 1,25

Nhiệt độ không khí lạnh : tkkl= 300C

Nhiệt độ nước ra khỏi bộ hâm : t’’bhn = 170 0C

Nhiệt độ khói vào bô hâm nước : t’k = 282 0C

Nhiệt độ khói ra khỏi bộ hâm nước : t’’ = 160 0C

4.2 TÍNH THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY LÝ THUYẾT

4.2.1 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg trấu:

34 

=0,646 m3

tc/kgThể tích Nitơ:

Vkkkhoo = VRO2o + VN2o [ 5]

= 0,646 + 2,136 = 2,782 m3

tc/kgThể tích khói lý thuyết:

- Thế tích khói và thành phần thể tích các khí trong khói thực tế trên đường khói đi:Thể tích không khí thừa:

= (1,25- 1).2,7 = 0,067 m3

tc/kgThể tích hơi nước thực tế:

Vk = VRO2o + VN2o + VH2O + (α – 1)Vo

kk [ 5]

= 0,646+ 2,136 + 0,6 + (1,25 – 1)2,7 = 4,057m3

tc/kgPhân thể tích hơi nước thực tế trong khói:

= 0,3331 / 4,057 = 0,148Phân thể tích các khí 3 nguyên tử:

rRO2 = Vo

= 0,646 / 4,057 = 0,16Nồng độ tro bay trong khói:

µ = 10(Alv.ab)/Vk (ab = 0,9) [ 5]

= 10.19,52.0,9/4,057 = 43,3

Bảng 4.2 Các thông s khói th iố khói thải ải

4.3 ENTANPY CỦA KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY

4.3.1 Entanpy của sản phẩm cháy lí thuyết I k 0

Ik = VRO20 (C.)RO2 + VH2O0(C )H2O + VN20(C )N2 ,[kJ/kg]

Trong đó: CRO2 , CN2 , CH2O là nhiệt dung riêng của RO2 , N2 ,H2O [kJ/m3tc0C]

 :nhiệt độ khói thải,0C

4.3.2 Entanpy không khí lí thuyết:

t lv

lv b

Q

A a

14000

19,52.9.0.1000

t lv

lv b

Q

A a

< 6Vậy Itro= 0

Với C: Nhiệt dung riêng, kJ/m3tc0C

Cân bằng nhiệt được thiết lập đối với chế độ ổn định của 1 kg nhiên liệu rắn.

Phương trình cân bằng nhiệt có dạng:

q = q1+ q2 + q3+ q4 + q5 + q6 , [%]

4.4.1 Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài q 6

Trong lò hơi tầng sôi không tạo xỉ nên q6 = 0

4.4.2 Tổn thất nhiệt do thải ra môi trường xung quanh q 5

Xác định theo đồ thị trang 34_SGK Tblh1: q5 = 3 %

Hệ số bảo ôn  = 1 – 3/100 = 0,97

4.4.3 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học

Chọn q4 = 4 % theo nhiên liệu là trấu

4.4.4 Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt hoá học q 3

Theo tài liệu thiết bị lò hơi tập 1, ta chọn q3= 3 %

4.4.5 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài q 2 (nhiệt độ khói thải là t = 150 0 C)