mô phỏng quá trình cháy và sự hình thành NOx cho than nội địa và than trộn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện KH&CN Nhiệt Lạnh, đặc biệt thầy giáo hướng dẫn TS Lê Đức Dũng tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, giúp đỡ em suốt thời gian hoàn thành đề tài Em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Việt Hùng tạo điều kiện cho em sử dụng phần mềm quyền ANSYS WORKBENCH suốt trình em làm đồ án anh Trần Minh Ngọc anh Vương Văn Hải tận tình hướng dẫn bảo phần mềm ANSYS FLUENT Qua đây, em gửi lời cảm ơn đến Nhà máy nhiệt điện Ninh Bình Viện Năng lượng cung cấp số liệu để em thực đồ án Trong trình làm đồ án, kiến thức kinh nghiệm thiếu, nên đồ án không tránh khỏi sai sót Em mong bảo thầy cô để em hoàn thiện kiến thức chuyên ngành bổ sung để đồ án hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! NGUYỄN HỮU LINH i KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tự tính toán, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo TS Lê Đức Dũng Để hoàn thành đồ án này, sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu khác mà không ghi Nếu sai, xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Sinh viên thực (Ký tên) Nguyễn Hữu Linh NGUYỄN HỮU LINH ii KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC i CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan nhu cầu than cho nhà máy điện đốt than Việt Nam 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trộn than nước nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Tổng quan đề tài 1.3.1 Mục đích nghiên cứu 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 1.3.3 Nội dung đồ án CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NOx TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY THAN TRONG LÒ HƠI 2.1 Cơ chế hình thành NOx 2.1.1 Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phân hủy nhiệt 10 2.1.2 Cơ chế hình thành NOx nhiên liệu 11 2.1.3 Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phản ứng tức thời 15 2.1.4 Khống chế hình thành NOx đốt than 16 2.2 Ảnh hưởng phương pháp đốt phát thải NOx 17 2.3 Công nghệ xử lý NOx trình cháy 18 2.3.1 Đốt hệ số không khí thừa thấp 19 2.3.2 Đốt phân cấp không khí 20 2.3.3 Đốt phân cấp nhiên liệu 21 2.3.4 Tái tuần hoàn khói 22 2.3.5 Vòi phun bột than có nồng độ NOx thấp 23 NGUYỄN HỮU LINH iii KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG III PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ANSYS FLUENT 25 3.1 Một số vấn đề phương pháp CFD 25 3.1.1 Tổng quan CFD 25 3.1.2 Mô CFD 25 3.1.3 Vai trò ứng dụng CFD 28 3.2 Phần mềm ANSYS FLUENT 29 3.2.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS FLUENT – phần mềm mô hình hóa dòng chảy 29 3.2.2 Mô hình dòng phản ứng mô hình cháy có ANSYS FLUENT sử dụng trình mô cháy than hình thành NOx 30 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY THAN VÀ SỰ HÌNH THÀNH NOx TRONG LÒ HƠI BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ANSYS FLUENT 43 4.1 Giới thiệu mô hình lò dùng trình mô 43 4.2 Thiết lập giải mô hình cháy than mô hình NOX 48 4.2.1 Tổng quan mô hình cháy than 48 4.2.2 Thiết lập giải mô hình 49 4.2.3 Xử lý đánh giá kết 61 4.2.4 Ảnh hưởng tỷ lệ trộn than đến hình thành NOx 66 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 75 5.1 Tóm tắt nội dung 75 5.2 Kết luận 75 5.3 Đề xuất 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 NGUYỄN HỮU LINH iv KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGUYỄN HỮU LINH v KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan nhu cầu than cho nhà máy điện đốt than Việt Nam Theo Quy hoạch phát triển ngành than ngành điện (Quy hoạch điện VII) cho giai đoạn 2011 – 2020, có xét đến triển vọng đến 2030 nhu cầu than để sản xuất điện sau: Bảng 1.1 Sản lượng điện sản lượng than cấp cho nhà máy điện Nội dung Năm 2020 Năm 2030 - Sản lượng khai thác than 65 triệu 75 triệu - Khả cấp than cho điện 30 triệu 35 triệu - Sản lượng điện (kịch sở): 330 tỷ kWh/năm 695 tỷ kWh/năm đó: nhà máy nhiệt điện đốt than 156 tỷ kWh./năm 392 tỷ kWh/năm chiếm tỷ trọng 47,27% 56,40% - Lượng than yêu cầu 78 triệu tấn/năm 170 triệu tấn/năm Thiếu hụt 48 triệu tấn/năm 135 triệu tấn/năm Lượng than thiếu hụt bù đắp than nhập Than nội địa cấp cho NMNĐ than antraxit cám xấu (than tốt cấp cho sản xuất điện cám 5, lại cám có độ tro từ 30 – 40%), chất bốc thấp (< 6%), nên khó đốt cháy Đối với lò đốt than bột (chiến tỷ trọng chủ yếu sản xuất điện) phụ tải nhở 70% định mức phải đốt kèm dầu, phụ tải nhỏ 50% định mức phải đốt toàn dầu, lượng cacbon chưa cháy lại tro cao, từ 15 – 20%, làm giảm hiệu suất lượng nhà máy điện tới – 4% Dự báo chất lượng than nội địa cấp cho nhà máy điện tương lai không cải thiện Tình hình đòi hỏi phải có nghiên cứu khẩn trương, cấp bách để có khuyến nghị kịp thời cho việc khẳng định chủng loại chất lượng than cấp ổn định cho nỗi NMNĐ, bảo đảm để NMNĐ làm việc ổn định, tin cậy, đạt hiệu suất cao sử dụng loại than cấp Quyết định số 5964/QĐ-BCT ngày 9/12/2012 Bộ Công Thương “Xác định nhu cầu nguồn than cho sản xuất điện tới năm 2030, tối ưu phương pháp cung cấp than cho NMNĐ than duyệt Quy hoạch Điện NGUYỄN HỮU LINH KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VII”, với phụ lục đính kèm Quyết định thể ý tưởng mong muốn cấp chủng loại than ổn định suốt đời NMNĐ Tuy nhiên để thực ý tưởng cần phải có nghiên cứu toàn diện việc tổ chức đốt cháy than, đặc biệt việc phối trộn loại than để khẳng định loại than cấp cho NMNĐ tối ưu ứng với cấu tạo lò NMNĐ 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trộn than nước nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước Trong năm gần đây, chất lượng than cấp cho sản xuất điện có xu hướng ngày giảm, nên công nghệ đốt than chất lượng thấp nhiều hãng chế tạo lò nghiên cứu thực có hiệu Một giải pháp đốt hiệu than chất lượng thấp, hàm lượng tro cao áp dụng công nghệ lò lớp sôi tuần hoàn Tuy vậy, lò than phun công nghệ đốt chủ đạo có nhiều ưu điểm công suất lớn, hiệu suất cao phù hợp với loại than lưu huỳnh Trong lò CFB hạn chế mặt công suất Tại Việt Nam, hàm lượng chất bốc than antraxit thấp, khó đốt cháy, tỷ lệ bon chưa cháy hết tro bay lò đốt theo công nghệ than phun mức cao, hàm lượng lên đến 18%, gây lãng phí lớn nguồn tài nguyên than Để đốt hiệu than antraxit có chất bốc thấp, độ tro cao, phương án mà nhà chế tạo lò lớn giới (như Nhật có Mitsubishi, IHI, Idemitsu, Marubeni; Mỹ có Foster Wheeler; Trung Quốc, …) lựa chọn trộn than antraxit với than bitum bitum có chất bốc cao hơn, độ tro thấp hơn, để đốt lò NMNĐ Điển hình nhà máy điện Hanfeng Trung Quốc, vận hành từ năm 2000, có tổ máy, công suất 660 MW, đốt than antraxit mỏ Wannian trộn với than bitum có chất bốc cao tỉnh Shanxi Tây Ban Nha nước có nhiều than antraxit, với đặc tính than (nhất độ ẩm, chất bốc độ tro) tương tự than antraxit Việt Nam Vì kinh nghiệm NGUYỄN HỮU LINH KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đốt than nhà máy điện Tây Ban Nha đáng ý Một kinh nghiệm trộn than antraxit với than bitum.Ví dụ: nhà máy điện Compostilla trước năm 1992 đốt than antraxit, chất lượng nhiên liệu suy giảm khó khăn tối ưu trình cháy nên nhà máy nhập than bitum Nam Phi trộn với than antraxit nước để đốt Cũng Tây Ban Nha điều đáng ý lò nhà máy điện Puente Nuevo sử dụng hai loại vòi đốt riêng biệt Các vòi đốt bố trí vai lò, phun than xuống dùng để đốt than antraxit Các vòi đốt than bitum vòi đốt nằm ngang, bố trí tường trước sau Trong vận hành hai loại vòi đồng thời sử dụng Gần hãng IHI (Nhật Bản) theo chương trình đốt than trộn Bộ METI (Nhật Bản) tài trợ thông qua tổ chức NEDO JCOAL nghiên cứu, thí nghiệm đốt than trộn antraxit Việt Nam than nhập nhắm tới đối tượng phục vụ nhà máy điện đốt than cỡ lớn Việt Nam tương lai sử dụng công nghệ siêu tới hạn/trên siêu tới hạn Nhật Bản Đã tiến hành nghiên cứu phân tích than trộn than antraxit Việt Nam (cám 5A Hòn Gai) than nhập (á bitum Indonexia) đốt thử nghiệm hai giai đoạn: Giai đoạn quy mô nhỏ lò làm mát nước hình trụ kiểu đứng, công suất 1,2MW với vòi đốt 150 kg/h (than bitum); Giai đoạn đốt thử nghiệm lò làm mát nước kiểu đứng, công suất 12MWth, dùng loại vòi đốt, gồm vòi đốt cho than chất bốc thấp vòi đốt IHI-DF, công suất 1600 kg/h cho than bitum Theo chương trình JCOAL, tháng 12 năm 2012, Phòng Nghiên cứu, thí nghiệm than môi trường Công ty Idemitsu (Nhật Bản) có báo cáo kết mô máy tính trình cháy than trộn antraxit Việt Nam than bitum Indonexia cho lò có Phả Lại lò lắp đặt Vũng Áng Theo đó, việc trộn than chất bốc cao bitum Indonexia với than antraxit Việt Nam cải thiện độ ổn định cháy than làm tăng hiệu suất lò Tuy nhiên, tỷ lệ trộn theo khuyến cáo cần lựa chọn sở tính toán đảm bảo yếu tố: độ ổn định lửa, khả đóng xỉ, NGUYỄN HỮU LINH KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP nguy nổ hỗn hợp than máy nghiền, nguy làm hỏng vòi phun than, Tuy nhiên việc nghiên cứu đốt than trộn than antraxit Việt Nam với than bitum Úc, bitum Indonexia Nhật nghiên cứu mô hình vật lý, việc nghiên cứu cò hạn chế loại than nhiều chất bốc Một số ứng dụng hạn chế việc dùng chủ yếu than nhiều chất bốc tỷ lệ nhỏ (xấp xỉ 15%) than antraxits Chưa có nghiên cứu trộn than cám 6a, 6b hay cám 7a Việt Nam với loại than có hàm lượng chất bốc thấp (Anthracite nhập khẩu) Nghiên cứu sử dụng công nghệ lò có với loại than anthraxcite nhập có tính tương thích cao, loại than nhập thông thường có nhiệt trị cao nhiều so với loại than bitum 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước Các nghiên cứu cháy than nước hạn chế, chủ yếu hiệu chỉnh lò xây dựng theo kinh nghiệm Về chưa có đơn vị nghiên cứu cách từ khâu nghiên cứu phòng thí nghiệm, mô hình tương tự thu nhỏ, đưa áp dụng vào nhà máy nhiệt điện thực tế Toàn công nghệ lò áp dụng Viện Nam hãng chế tạo nước nghiên cứu xây dựng, nên hạn chế việc thay đổi nhiên liệu hay hiệu chỉnh hàng năm sau sửa chữa bảo dưỡng Chỉ có hợp tác nghiên cứu cải tiến, năm 2007-2008, Viện Năng lượng Bộ Công Thương chủ trì thực đề tài “Nghiên cứu sử dụng than cám chất lượng thấp trộn với than nhập nước khu vực cho lò nhà máy nhiệt điện Việt Nam" có hợp tác với hãng MHI Nhật Bản Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ KS Nguyễn Tuấn Nghiêm làm chủ nhiệm Đã nghiên cứu số nội dung sau đây: - Các xu hướng bám bẩn, đọng tro bay bề mặt dàn ống trao đổi nhiệt - Xu hướng đóng xỉ buồng đốt - Ảnh hưởng cỡ hạt nồng độ ôxy tới chế độ cháy - Hệ thống nghiền hệ thống trộn than nhà máy điện NGUYỄN HỮU LINH KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Tính toán kỹ thuật - kinh tế - môi trường sơ Nghiên cứu vấn đề cải tạo lại vòi phun, trộn than nhiều chất bốc Tuy nhiên, kết nghiên cứu dừng lại điều kiện phòng thí nghiệm sơ bộ, dạng suy luận không đủ số liệu đo đạc, phân tích minh chứng nên chưa đủ sở lý luận thực tiễn để đưa vào áp dụng sản xuất Mặt khác kích thước mô hình bé, than đem đốt thí nghiệm mô hình có khối lượng (ít nhiều so với lượng than đốt mô hình thí nghiệm IHI Idemitsu Nhật), không xét đến ảnh hưởng cỡ hạt than Ngoài nhiều ảnh hưởng khác đến chế độ đốt cháy dòng than chưa kể đến Cụ thể sau: - Ảnh hưởng chế độ vận hành hệ thống nghiền than trộn (tỷ lệ phối trộn, nhiệt độ khí nóng để tải bột than, thời gian nghiền than, v.v) đến chất lượng than nghiền đầu thùng nghiền (trong trường hợp sử dụng thùng nghiền chung) khả chống cháy nổ hệ thống nghiền than; - Ảnh hưởng thông số vận hành buồng đốt lò đốt than trộn (tỷ lệ phối trộn, hệ số không khí thừa, nhiệt độ cháy, cấu trúc buồng đốt, kiểu bố trí vòi phun, kích thước hạt than đốt, v.v) đến đặc tính vận hành lò (phân bố tốc độ hạt nhiệt độ dọc theo chiều cao buồng đốt, thành phần phát thải CO, CO2, NOx, SOx, v.v); - Ảnh hưởng thông số vận hành trình cháy than trộn (tỷ lệ phối trộn, thời gian cháy than bột) đến đặc tính thải xỉ buồng đốt lò (nhiệt độ T1, T2, T3 xỉ; thành phần xỉ, thành phần chuyển pha xỉ, độ nhớt xỉ, …); Việc trộn loại than có chất lượng tốt với than xấu mỏ than hay mỏ khác thực nhiều NMNĐ Việt Nam Như NMNĐ Phả Lại II trộn than mỏ khác (Vàng Danh, Hòn Gai, Cẩm Phả, Mạo Khê) để có mẫu than dùng cho nhà máy, NMNĐ NGUYỄN HỮU LINH KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 25 1079 939 Hình 4.8 Đồ thị thay đổi NOx nhiệt độ theo chiều cao Nhận xét: Quan sát hình 4.7, 4.8 ta nhận thấy vùng cháy, NOx chủ yếu tập trung vùng gần tường buồng lửa, trung tâm tỷ lệ NOx thấp Để rõ ta xem hình phân bố trường nhiệt độ (bên trái) trường vận tốc (bên phải) theo mặt cắt dọc buồng đốt Từ hình vẽ ta thấy, trung tâm buồng đốt, nhiệt độ vận tốc chủ yếu tập trung vùng gần tường buồng đốt Điều bố trí vòi phun buồng lửa kiểu tiếp tuyến Giá trị NOx tăng nhanh vùng cháy từ chiều cao – 11m nơi diễn cháy mãnh liệt trình cháy Ra khỏi vùng cháy, theo chiều cao buồng lửa NOx có tăng tăng nhẹ giữ ổn định lúc nhiệt độ ổn định phân bố Giá trị NOx cao miệng buồng đốt giá trị trung bình dao động 1000 ppm NGUYỄN HỮU LINH 63 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.9 Sự phân bố trường nhiệt độ vận tốc theo mặt dọc buồng đốt b Xét hình thành NOx cho riêng chế Sau chạy mô xong hình thành NOx tổng, ta xét cho hình thành NOx cho chế Hình 4.10 Sự phân bố NOx cho chế NGUYỄN HỮU LINH 64 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.11 Sự thay đổi NOx theo chiều cao cho chế hình thành Quan sát hình 4.10 4.11, ta thấy phân bố tỷ lệ chế hình thành NOx Trong ba chế, NOx nhiên liệu chiếm tỷ lệ lớn (84,26%), NOx nhiệt chiếm 15.73% NOx tức thời chiếm tỷ lệ nhỏ hình thành NOx chung, bỏ qua trình xét hình thành NOx tổng Điều với lý thuyết hình thành NOx Để thấy rõ tỷ lệ, ta có bảng 2.2 Bảng 4.13 Giá trị NOx trung bình mặt buồng đốt Cơ chế hình thành Giá trị (ppm) NO nhiên liệu 959 NO nhiệt 179 STT NGUYỄN HỮU LINH 65 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NO tức thời 0.09 NO tổng 1049 Từ bảng ta nhận thấy tổng đại số chế hình thành NOx không trùng NOx tổng Điều phản ứng thuận nghịch liên quan kết hợp các chế lại với NOx sinh phương trình bị phá hủy bới phương trình khác 4.2.4 Ảnh hưởng tỷ lệ trộn than đến hình thành NOx a Tổng quan than trộn Than trộn nhà máy nhiệt điện chủ yếu áp dụng để giảm chi phí vận hành tăng khả cháy than Các loại than chất lượng thấp trộn với than tốt mà không làm giảm hiệu suất nhiệt lò hơi, làm giảm chi phí sản xuất Nhiều quốc gia, trộn than áp dụng khoảng thời gian dài chủ yếu để tăng khả than sẵn có cho nhà máy điện Để cải thiện khả than cải thiện nhiệt lượng than cháy, số nhà máy nhiệt điện xem đến khả trộn than nhập chất lượng cao với than có độ tro cao Để định trộn than hay không, quan trọng để biết thành phần than trộn Điều có nghĩa phải biết nguồn gốc than, thành phần hóa học vô cơ, hữu đặc tính cháy than Trong trình đốt cháy, thực cần thiết để biết điều kiện vật lý tính chất than việc gia nhiệt hạt than, đánh lữa trình cháy chất bốc cháy cốc Nó không phần quan trọng để biết thay đổi pha chất khoáng chất vô có mặt than Hiệu suất cháy cacbon phải giải trình trộn than Và cần thiết để xem xét đến hình thành chất thải NOx SOx Do phức tạp trình cháy biến liên quan, khó để suy kết quy mô đầy đủ Như vậy, kinh nghiệm vận hành nhà máy điện NGUYỄN HỮU LINH 66 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP phạm vi rộng chế độ với nguồn nguyên liệu than thay đổi điều cần thiết để xác định ý nghĩa thiết thực của kết từ chuẩn bị - thử nghiệm – kiểm tra quy mô Nhiều liệu thiết lập cho loại than sử dụng thử nghiệm khác từ hiệu suất thực lò nhà máy yêu cầu Các định trộn nên dựa kiến thức đặc điểm cặp than cho, giả thiết thay đổi tuyến tính tính chất, thông số Những quy định nghiêm ngặt môi trường, hiệu tối đa với giảm chi phí phát điện, cải thiện khả độ tin cậy…được đặt lên nhà máy nhiệt điện đốt than toàn giới phát triển liên tục công nghệ nghĩa vấn đề cải thiện chất lượng nhiên liệu yếu tố b Đánh giá nhận xét số kết tỷ lệ trộn than đến hình thành NOx Vừa qua, nhà máy nhiệt điện Ninh Bình tiến hành đốt thử than trộn Than nhập than Sub-bitum, có hàm lượng chất bốc cao Xét kết ta trộn than nội địa (Hòn Gai) với than nhập với tỷ lệ khác nhau: 95% - 5%, 90% - 10%, 80% - 20% Thông số than tỷ lệ trộn than Bảng 4.14 Các thông số than tỷ lệ trộn than Thành phần công nghệ Độ ẩm H2O % NGUYỄN HỮU LINH Than Hòn Gai Than nhập Than trộn (95-5) Than trộn (90-10) Than trộn (80-20) 6.38 20.62 7.092 7.804 9.228 67 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chất bốc VM % 7.37 38.45 8.924 10.478 13.586 Tro A % 25.33 9.23 24.525 23.72 22.11 Cốc FC % 60.92 31.7 59.459 57.998 55.076 90.06 3.4 74.29 5.12 89.2715 3.486 88.483 3.572 86.906 3.744 0.91 0.45 0.887 0.864 0.0818 1.52 4.11 1.49 18.65 1.5185 4.837 1.517 5.564 1.514 7.018 21844 18125 21658.05 21472.1 21100.2 Thành phần hóa học Carbon C % Hydro H % Lưu S % huỳnh Nitơ N % Oxy O % Nhiệt trị NCV kJ/kg Ta có số kết mô sau: Hình 4.12 Sự phân bố NOx loại than Bảng 4.15 Giá trị NOx trung bình tỷ lệ than khác NGUYỄN HỮU LINH 68 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP STT 10 11 Chiều cao (m) 8,7 9,8 11,1 13 15 17 19 21 23 25 Than trộn 95-5 463 717 834 951 1037 1044 1045 1045 1050 1056 1104 Than Hòn Gai 453 677 865 925 1022 1017 1020 1025 1035 1041 1079 Than trộn 90-10 482 647 871 916 1035 1037 1044 1052 1066 1074 1131 Than trộn 80-20 579 648 861 926 1062 1064 1071 1078 1097 1104 1159 Từ bảng số liệu 4.15 ta có đồ thị sau: Hình 4.13 Đồ thị thay đổi NOx theo chiều cao buồng đốt Xét giá trị NOx trung bình mặt buồng đốt: Bảng 4.16 Giá trị NOx trung bình mặt buồng đốt STT NGUYỄN HỮU LINH Loại than Hòn Gai Than trộn 95-5 Than trộn 90-10 Than trộn 80-20 69 NO (ppm) 1052 1062 1084 1116 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhận xét: Qua hình 4.12, hình 4.13, bảng 4.15, 4.16 ta thấy phân bố NOx loại than với tỷ lệ trộn khác buồng đốt tương tự NOx tăng nhanh vùng cháy buồng đốt nơi diễn cháy mãnh liệt chủ yếu tập trung gần tường lò Về thay đổi giá trị NOx theo chiều cao buồng đốt với tỷ lệ trộn than nhiều giá trị NOx lớn Cụ thể đây, than Hòn gai có tỷ lệ phát thải NOx thấp tăng dần theo tỷ lệ trộn tương ứng tỷ lệ trộn 95% - 5%, 90% - 10%, 80% - 20% Để xem xét rõ điều này, ta xét thay đổi NOx theo chế  Xét thay đổi NOx theo chế Do NOx tức thời chiếm tỷ lệ nhỏ hình thành NOx chung, nên ta bỏ qua trình xét Sự phân bố NOx nhiên liệu: Hình 4.14 Sự phân bố NOx nhiên liệu cho tỷ lệ than trộn NGUYỄN HỮU LINH 70 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 4.17 Sự thay đổi NOx nhiên liệu theo chiều cao tỷ lệ trộn STT Chiều cao Than Hòn Gai 10 11 8,7 9,8 11 13 15 17 19 21 23 25 442 652 812 868 922 920 927 932 945 948 981 Than trộn Than trộn 95-5 90-10 447 686 783 892 930 941 944 945 952 957 1008 473 631 837 890 962 968 976 984 1000 1007 1062 Than trộn 80-20 571 632 828 900 993 998 1006 1014 1034 1040 1094 Từ bảng 4.17, ta có đồ thị sau: Hình 4.15 Đồ thị thay đổi NOx nhiên liệu theo chiều cao Sự phân bố NOx nhiệt: NGUYỄN HỮU LINH 71 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.16 Sự phân bố NOx nhiệt cho tỷ lệ trộn than Lấy giá trị trung bình NOx nhiệt mặt theo chiều cao ta đồ thị: Hình 4.17 Đồ thị thay đổi NOx nhiệt cho than trộn NGUYỄN HỮU LINH 72 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Qua ta thấy tăng NOx cho loại than với tỷ lệ khác chủ yếu NOx nhiên liệu Xét công thức tính lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn kg than: VOlt2  1,866 Car S H Oar  0, ar  5, ar  100 100 100 100*1, 428 Bảng 4.18 Bảng thành phần mẫu nhận (ar) than trộn Mẫu than Ký hiệu Hòn Gai Than nhập Than trộn 5% Than trộn 10% Than trộn 20% Các bon C 61.5 50.07 60.9285 60.357 59.214 Hydro H 2.32 3.38 2.373 2.426 2.532 Oxy O 2.81 11.14 3.2265 3.643 4.476 Nitơ N 1.04 0.71 1.0235 1.007 0.974 Lưu huỳnh S 0.62 0.73 0.6255 0.631 0.642 Độ tro A 25.33 8.19 24.473 23.616 21.902 Độ ẩm M 6.38 11.14 6.618 6.856 7.332 Bảng 4.19 Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy kg than STT Loại than Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy cháy 1kg than Hòn gai 1.262 Than trộn 95-5 1.252 Than trộn 90-10 1.241 Than trộn 80-20 1.219 NGUYỄN HỮU LINH 73 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ta thấy, tăng dần tỷ lệ trộn lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn kg than giảm dần Trong đó, lượng không khí cấp vào không đổi, dẫn đến hệ số không khí tăng Điều dẫn đến hệ số không khí thừa tăng Khi chất bốc than tăng, lượng không khí thừa nhiều lượng NOx nhiên liệu chất bốc tăng lên nhiều Vì vậy, để giảm phát thải NOx trình đốt cháy than cần phải giảm NOx nhiên liệu NGUYỄN HỮU LINH 74 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 5.1 Tóm tắt nội dung Mục đích đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình mô toán cháy than hình thành NOx buồng đốt lò hơi, từ ứng dụng để nghiên cứu toán trộn than Các kết trình bày luận văn sau:  Trên sở số liệu thực tế, đồ án xây dựng mô hình buồng đốt lò nhà máy nhiệt điện Ninh Bình phần mềm ANSYS DesignModeler  Dựa sở lý thuyết cháy than hình thành NOx, đồ án xây dựng mô hình vật lý cho mô hình dùng trình mô cháy than hình thành NOx  Đồ án có số kết định mô hình thành NOx than nội địa áp dụng cho than trộn  Đồ án xác định thay đổi NOx ta thay đổi chế độ cháy, cụ thể thay đổi tỷ lệ lượng gió cấp vào 5.2 Kết luận Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, đồ án nghiên cứu toán mô trình cháy hình thành NOx cho than nội địa than trộn Và đưa số kết hình thành NOx Tuy nhiên, kết dừng lại mô hình thí nghiệm, chưa có kết đo thực tế để so sánh đối chiếu Và hạn chế mặt thời gian sở vật chất nên đồ án chưa tiến hành nhiều trường hợp tối ưu hóa toán Do vậy, để có kết tốt hơn, thân em cần phải cố gắng Và em cần nhiều giúp đỡ thầy, cô giáo bạn bè mô trang bị sở vật chất tốt để phục vụ cho việc nghiên cứu Và có điều kiện, cần có đo đạc mô hình thực tế để so sánh với kết đồ án tốt NGUYỄN HỮU LINH 75 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.3 Đề xuất Sau hoàn thành xong luận văn, em có số đề xuất sau:  CFD lĩnh vực giới phát triển mạnh nhiên mẻ nước ta, chưa nhiều nhà khoa học, sinh viên, quan tâm, nên đầu tư cho lĩnh vực Bước đầu nên có chương trình nghiên cứu cách nghiêm túc, trao đổi, tiếp thu thành tựu sở lý thuyết CFD nước phát triển Tiếp theo, đầu tư trang thiết bị phục vụ cho công việc nghiên cứu, thí nghiệm  Để phát triển lĩnh vực này, đòi hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhà nghiên cứu khoa học có đầy đủ kiến thức chuyên môn, nước ta đội ngũ cán bộ, nhà nghiên cứu khoa học lĩnh vực hạn chế Vì vậy, cần xúc tiến, có kế hoạch đào tạo nguồn nhân lực trẻ phục vụ cho việc nghiên cứu CFD tương lai Đưa lĩnh vực CFD vào chương trình đào tạo, giảng dạy cho sinh viên nghành khí kỹ thuật Trong có việc nghiên cứu, phát triển phần mềm ứng dụng mô CFD NGUYỄN HỮU LINH 76 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Nguyễn Sỹ Mão Lò hơi, tập 1,2 Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 Quy hoạch điện VII 2011 Viện Năng lượng Nghiên cứu, thiết kế, ứng dụng vòi phun đốt than UD cho lò nhà máy điện Ninh Bình 1999 TS Lê Đức Dũng Lý thuyết hình thành biện pháp giảm phát thải NOx TS Lê Đức Dũng Một số vấn đề trộn than Viện lượng Bản vẽ CAD lò cụm miệng vòi Tài liệu tiếng anh ANSYS, Inc ANSYS Fluent Tutorial Guide Release 15.0 ANSYS, Inc ANSYS Fluent Theory Guide Release 15.0 Idemitsu Kosan Co, Ltd Result of combustion simulation analysis for Pha Lai No.2 and Vung Ang No.1 2012 10.Ligeng Qian, Yinliang Ma, Ping Sun, Kefa Cen, Jianren Fan Computational modeling of pulverized coal combustion processes in tangentially fired furnaces Elsevier 2001 11.Abdulnaser Sayma Bookboon.com Computational Fluid Dynamics Website: 12.Li Jun, Yan Weiping, Gao Yang Numerical Analysis of the Factors about Combustion Stability on Boiler TELKOMNIKA 2012 13 Zhao Feng TIAN, Peter J.WITT, M Phillip SCHWARZ, William YANG Numerical Modelling of Brown Coal Combustion in a Tangentally Fired Furnance 2009 NGUYỄN HỮU LINH 77 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH – K55 [...]... CHÁY THAN TRONG LÒ HƠI 2.1 Cơ chế hình thành NOx Nitơ oxit sinh ra trong quá trình đốt cháy bột than chủ yếu là NO và NO2 gọi chung là NOx, ngoài ra còn có ít N2O Trong quá trình đốt cháy than, lượng NOx hình thành và thải ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy như phương thức đốt, đặc biệt là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa Lấy đốt cháy than bột làm ví dụ, nếu không khống chế, lượng NOx thải... ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.7 Biểu thị lộ trình phản ứng phân hủy NOx Như đã giới thiệu, quá trình hình thành và phân hủy NOx nhiên liệu là vô cùng phức tạp, có 3 dạng lộ trình phản ứng và rất nhiều phương trình phản ứng Đến nay đã phát hiện ra ít nhất 251 loại phương trình phản ứng có quan hệ đến quá trình hình thành và phân hủy NOx 2.1.3 Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phản ứng tức thời NOx tức thời... đốt than thông thường, NOx chủ yếu là theo lộ trình hình thành NOx nhiên liệu Cho nên việc khống chế NGUYỄN HỮU LINH 16 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH 2 – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP và làm giảm NOx hình thành trong khi đốt than, chủ yếu là khống chế NOx nhiên liệu 2.2 Ảnh hưởng của phương pháp đốt đối với sự phát thải NOx Từ các quy luật hình thành NOx, các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sự hình thành và phân hủy NOx. .. liên quan về chuyển động rối và các phản ứng hóa học, pha rời rạc, bức xạ và mô hình phát thải chất gây ô nhiễm (NOx, SOx…) Hình 3.2 trình bày tổng quan về mô hình hóa phản ứng và các mô hình liên quan đến dòng phản ứng Hình 3.2 Mô hình hóa phản ứng trong FLUENT Bài toán mô phỏng cháy than được ứng dụng trực tiếp trong mô hình phản ứng nhanh (Fast chemistry) Bao gồm các mô hình liên quan sau: NGUYỄN... 2.1.4 Khống chế sự hình thành NOx khi đốt than Từ ba cơ chế hình thành NOx nhiệt, nhiên liệu và tức thời đã được trình bày ở trên ta có thể thấy, cơ chế hình thành các loại NOx là không giống nhau, chủ yếu thể hiện ở nguồn gốc Nitơ không giống nhau, lộ trình hình thành không giống nhau và điều kiện hình thành không giống nhau, nhưng chúng lại có một quan hệ nhất định Cho nên có thể dùng mô hình 2.8 để... thành NOx tổng, NOx xét riêng theo từng cơ chế hình thành Đồng thời cũng xét sự ảnh hưởng của các tỷ lệ trộn than khác nhau đến sự hình thành NOx - Chương V: Xác định sự thay đổi NOx khi thay đổi chế độ đốt Để từ đó tìm ra chế độ đốt hợp lý cho lò hơi NGUYỄN HỮU LINH 8 KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH 2 – K55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH VÀ KỸ THUẬT XỬ LÝ NOx TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY... của mô phỏng về kết cấu cơ khí Sự kết hợp của những lợi ích này với hàng loạt các khả năng mô hình hóa mô hình vật lý và những kết quả CFD nhanh chóng, chính xác, phần mềm ANSYS FLUENT cung cấp các kết quả dưới dạng một trong những gói phần mềm toàn diện nhất cho quá trình mô hình hóa CFD trên thế giới hiện nay 3.2.2 Mô hình dòng phản ứng và mô hình cháy có trong ANSYS FLUENT được sử dụng trong quá trình. .. dụng trong quá trình mô phỏng cháy than và hình thành NOx a Tổng quan về mô hình dòng phản ứng và mô hình cháy Bằng việc xác định động học và phản ứng hóa học, Fluent có thể tính các phản ứng hóa học bên trong miền dòng chảy, chúng ta có thể thấy cách bộ giải tính nồng độ và nhiệt độ các chất Cái này sau đó được kết hợp với lý thuyết phản ứng để hình thành chất mới trong mô hình, với sự chuyển năng lượng... hình 2.8 để miêu tả cơ chế hình thành NOx, đồng thời cũng thấy được sự khác nhau cũng như sự liên hệ về bac ơ chế hình thành NOx đó Cho nên hình 2.8 là bảng tóm tắt về cơ chế hình thành NOx Hình 2.8 Biểu đồ cơ chế hình thành NOx NOx tức thời chiếm tỷ lệ 5%, ở nhiệt độ thấp hơn 1350 oC, hầu như không có NOx nhiệt, chỉ khi nhiệt độ vượt quá 1600oC như trong buồng lửa thải xỷ lỏng, NOx nhiệt mới chiếm 25... cấp một hệ số không khí thừa α ... 29 3.2.2 Mô hình dòng phản ứng mô hình cháy có ANSYS FLUENT sử dụng trình mô cháy than hình thành NOx 30 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY THAN VÀ SỰ HÌNH THÀNH NOx TRONG LÒ... toàn diện cho trình mô hình hóa CFD giới 3.2.2 Mô hình dòng phản ứng mô hình cháy có ANSYS FLUENT sử dụng trình mô cháy than hình thành NOx a Tổng quan mô hình dòng phản ứng mô hình cháy Bằng... NGHIỆP CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY THAN VÀ SỰ HÌNH THÀNH NOx TRONG LÒ HƠI BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ANSYS FLUENT 4.1 Giới thiệu mô hình lò dùng trình mô Nhà máy nhiệt điện Ninh