Thiết Kế Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn Công Suất 3000KW Đốt Nhiên Liệu Trấu (Kèm Bản Vẽ )

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 đồthị quan hệ giữa tốc độ gió với hiệu áp trướ

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH

GVHD : ThS MÃ PHƯỚC HOÀNG

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 lò tầng 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

TRƯỞNG KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký,ghi rõ họ tên) (Ký,ghi rõ họ tên)

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ i

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

MỤC LỤC iii

CHƯƠNG 1 1

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI: 1

1.2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ : 4

1.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam: 5

CHƯƠNG 2: 6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI 6

2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI: 6

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG CỦA LỚP SÔI 19

CHƯƠNG 3: 24

SỰ HÌNH THÀNH NO X VÀ SO X TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CỦA LÒ TẦNG SÔI 24

3.1 SỰ HÌNH THÀNH NOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT: 24

3.3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN HỦY N2O: 29

3.4 ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH N2O TRONG BUỒNG ĐỐT TẦNG SÔI TUẦN HOÀN: 30

3.5 PHƯƠNG PHÁP GIẢM N2O PHÁT THẢI TRONG BUÒNGG LỬA TẦNG SÔI: 33

3.6 VẤN ĐỀ HÌNH THÀNH SO2 TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT: 34

3.7 PHƯƠNG PHÁP CHÁY ÍT KHÍ PHÁT THẢI SO2 TRONG LÒ HƠI ĐỐT BỘT THAN TẦNG SÔI: 35

3.8 XỬ LÝ KHÍ SO2 BằNG VÔI VÀ ĐOLOMIT TRỘN VÀO THAN: 36

CHƯƠNG 4 38

4.3 ENTANPY CỦA KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY 42

4.4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT 45

4.5 LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU: 46

4.6 NHIỆT THẾ THỂ TÍCH BUỒNG LỬA: 47

4.7 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ SÔI: 48

CHƯƠNG 5 53

TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT LÒ TẦNG SÔI 53

5.1 TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG BUỒNG LỬA: 53

5.2 TÍNH NHIỆT TRONG BUỒNG LẮNG : 60

5.3 TÍNH NHIỆT DÀN ĐỐI LƯU: 66

5.4 TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT BỘ HÂM NƯỚC 83

CHƯƠNG 6 89

TÍNH KHÍ ĐỘNG LÒ HƠI 89

6.1 TÍNH KHÍ ĐỘNG LÒ HƠI : 89

6.2 TÍNH CHỌN QUẠT GIÓ : 89

6.3 TÍNH CHỌN QUẠT KHÓI: 102

CHƯƠNG 7: 119

THIẾT KẾ BUỒNG LỌC BỤI XYCLON CHÙM 119

7.1 TÁC HẠI CỦA BỤI: 119

7.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC BỤI: 119

7.3 THIẾT KẾ XYCLON CHÙM: 121

Tài liệu tham khảo 133

- 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 làmôi chất làm việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng tháihơi quá nhiệt có thông số quy 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 nhẹ nhàng và thuận lợi hơn Cho phép tăng áp suất hơi lên cao, và khắcphục được nhược điểm của lò hơi tuần hoàn là tuần hoàn bé hoặc không có tuầnhoàn

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 độcao …Nó gồm có các loại lò là: Lò hơi có áp suất cao trong buồng lửa, lò phản ứngsinh hơi của nhà máy điện nguyên tử

1.2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ :

Hiện nay giá các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt… đang ở mức cao,mặc khác nguồn khai thác ngày càng cạn kiệt Trong khi đó nước ta còn rất nhiềunhiên liệu xấu chưa được sử dụng có hiệu quả như các loại than xấu có nồng độ lưuhuỳnh cao Chất thải dân dụng và công nghiệp yêu cầu phải có công nghệ xử lýthích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng một phần làm nguồn năng lượng.Việc ứng dụng buồng lửa tầng sôi để xử lý nhiệt các chất thải rắn đang được ứngdụng rộng rải trên thế giới

Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứngdụng trong công nghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương pháp

cường độ trao đổi nhiệt lớn, chi phí chuẩn bị nhiên liệu thấp, giảm tối thiểu các khíđộc hại như NOX, SOX, đốt được các loại nhiên liệu xấu, thành phần lưu huỳnh 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 Ưuđiểm của công nghệ tầng sôi nền cát là: đốt được hầu hết phế thải nông lâm nghiệpnhư trấu, vỏ cà phê, mùn cưa, rơm rạ, bã mía…Quá trình cháy triệt để do phế thảiđược vùi trong lớp cát có nhiệt độ cao ( >8500C ) và thời gian lưu lại vùng cháy lâuđảm bảo gần cháy kiệt nhiên liệu Hiệu suất buồng đốt có thể đạt trên 90%, khônggây 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 trìnhđốt diễn ra liên tục, tạo nên khả năng tự động hóa cao, lượng tro đốt từ các lò sấynày có tỷ lệ SiO2 lên đến 91% và là một dạng tro vô định hình rất tốt cho việc dùngchất 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 gia này rất đắt, mang lạinguồn 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 sinhhoạt cũng như sản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệmôi trường và tận dụng lại một phần Ở nước ta là một nước đang phát triển, nềnkinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phế thải nông lâm nghiệp thải ra có trữlượng lớn Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long có nhiều nguồn nhiên liệuxấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưu huỳnh 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 thểnói đó là loại than được xếp vào loại than xấu Nếu như ta dùng loại than này vàocác công việc đốt các loại lò bình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độ

tro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Vì vậy việcứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổ biến rộng rãi và pháttriển nhiều hơn Hy vọng rằng, lò đốt phế thải nông – lâm nghiệp theo công nghệtầng sôi sẽ được chuyển giao tới các cơ sở sản xuất, góp phần hạ giá thành chế biếnnông sản 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,

dòng không khí Vì vậy lớp liệu trong buồng đốt giãn nở ra, sự tiếp xúc giữa khôngkhí và nhiên liệu tăng lên nhiều Ở trạng thái này các hạt chuyển động tự do và sôigiống như chất lỏng.

Lò tầng sôi (CFB) là loại lò có nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp hoặc trongmột thể sôi gồm những hạt rắn nóng không cháy Kiểu đốt nhiên liệu này có lợitrong việc giải quyết những vấn đề nan giải mà lò đốt nhiên liệu hóa thạch theo kiểuthường gặp phải Do vậy, trên thị trường hiện nay lò tầng sôi đang ngày càng pháttriển và dần thay thế những loại lò đốt nhiên liệu rắn kiểu củ như lò Stoke hay lò vòiphun nhiên liệu rắn

Ứng dụng sớm nhất của công nghệ tầng sôi là thiết bị hóa khí của Fritz Winkler,người Đức(1921) Tuy nhiên, sau đó lý thuyết mới về công nghệ hỗn hợp khí-rắnkhông được phát triển Đến những năm 50, công nghệ này đươc ngành dầu hỏa ứngdụng để cracking dầu nặng Những cố gắng trong việc dùng lò tầng sôi cho sản xuấthơi được bắt đầu từ thập kỷ 60 Giáo sư Douglas Elliott (người Anh) nghiên cứu vàphát triển, và ông được mệnh danh là “Cha đẻ của lò tầng sôi ” đã thúc đẩy việc ứngdụng lò hơi tầng sôi để sản xuất hơi Ngày nay lò hơi tầng sôi được ứng dụng rộngrãi, 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 kỹthuật đốt tầng sôi làm giảm bớt những trở ngại do phụ thuộc vào nguồn năng lượnghóa thạch Lò tầng sôi đốt được tất cả các loại nhiên liệu, kể cả các loại nhiên liệuxấu và có hàm lượng tro và lưu huỳnh cao, lò tầng sôi đốt nhiên liệu bằng cách đốtcháy nhiên liệu trong một điều kiện thủy động đặc biệt gọi là thể sôi và sự truyềnnhiệt cho bề mặt hạt nhiên liệu và dàn ống sinh hơi thông qua một lớp phân tử rắnkhông 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, nhiênliệu cùng với lớp vật liệu sôi được thổi lên cao từ 0,5 đến 1 mét, tạo nên bởi dòngkhông khí thổi qua một bộ phân 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 thổiqua ghi lớn hơn nhiều so với loại lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ Sự cung cấp dòng khôngkhí này vào buồng đốt nhiều hơn so với loại sôi nhẹ và nó được duy trì cho đếnđiểm cao nhất của lò Vì vậy kết quả lớp vật liệu sôi này tiếp tục chuyển động đếnđỉnh lò, lớp vật liệu sôi này được giữ lại tại bộ phận chia chất rắn và quay trở lại vớimốc cơ bản buồng đốt khi tốc độ đủ lớn, sự tái tuần hoàn này của các hạt rắn tạo rabởi 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 đồthị quan hệ giữa tốc độ gió với hiệu áp trước và sau lớp nhiên liệu trên ghi.Ta thấyban đầu tốc độ gió tăng thì hiệu áp cũng tăng, đến một tốc độ s(sgọi là vận tốcgiới hạn) nào đó thì pkhông tăng nữa, chiều dày lớp hạt tăng dần, tốc độ tăng dầnthì chiều dày lớp hạt cũng tăng theo, hạt dao động trong một phạm vi nhất định p

vẫn không đổi, nhưng khi tốc độ tăng đến c(cgọi là vận tốc cuốn theo) thì p

giảm 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 lỏngnhư 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

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

-Nếu trổ một miệng ra thì lớp hạt chảy ra như nước, phần còn lại vẫn phân bố đềunhư 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 sẽthoát ra khỏi lớp 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

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

 thì lớp liệu này không dịch chuyển, khi tăng dần tốc độ  gần bằng tốc độ s

thì chiều cao lớp liệu vẫn không đổi (Đoạn AB hình 2.2), còn trở lực của lớp sôităng lên, khi tiếp tục tăng tốc độ đến  =s, lúc này lực của dòng khí cân bằngtrọng lực của lớp liệu vì vậy lớp liệu bắt đầu chuyển động, các hạt chuyển động lơlửng trong pha khí, khoáy trộn với nhau và chuyển động hỗn loạn, độ rỗng chiềucao của lớp liệu tăng lên, trở lực của lớp hạt liệu đạt đến giá trị cực đại và khôngđổi, trạng thái này gọi là trạng thái sôi Trạng thái sôi được duy trì khi tốc độ dòngkhí từ sđến c Khi tăng tốc độ dòng khí đến  >s, thì bắt đầu xuất hiệnnhững bọt khí, túi khí, các bọt khí này chuyển động lên trên bề mặt lớp sôi và vỡ ralàm 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 lửng trong buồng đốt, không lắng xuốngcũng như không bị bay ra khỏi buồng lửa Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí cho đếnkhi 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 phảiduy trì 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 vàobuồng lửa các vật liệu nhằm để nâng cao nhiệt độ các thành phần cháy từ nhiệt độthấp lên đến nhiệt độ phản ứng Vì vậy vật liệu sử dụng cần đảm bảo các tính chấtsau:

- 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 hoácác hạt than mịn (khoảng 70 % có đường kính nhỏ hơn 200m) các hạt nhiên liệuphân tán một cách rộng rãi trong không khí và khi cháy Vùng xung quanh lò phun

có nhiệt độ lớn nhất trong buồng lửa có thể đạt đến nhiệt độ 16000C đến 19000C

Mặt khác, thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa xấp xỉ thời gian lưu lạicủa dòng khí và nhiệt độ của buồng lửa cao là điều kiện để hình thành nên NOx và

CO, lượng SO2 không được hấp thụ Hơn nữa thời gian lưu lại của hạt trong buồnglửa không lớn nên tổn thất cơ học tăng lên Muốn cải thiện thời gian lưu lại của hạttrong buồng lửa phải tăng chiều cao của ngọn lửa, tức là tăng kích thước của buồnglửa 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 bộtkhoảng 15-20% nếu có cùng sản lượng hơi và mức độ ô nhiễm môi trường nhưnhau.( 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 ghilớn 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 giữa ghi có rất nhiều sản phẩm cháy không hoàn toàn Do đó quá trìnhcháy trên ghi đã xảy ra đồng thời với quá trình khí hoá của nhiêu liệu Thực tếlượng nhiệt phát ra do các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong buồng lửa vàokhoảng 50-60 %

Điều đó cho thấy việc tổ chức cho cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàntrong buồng lửa có ý nghĩa rất lớn Để cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn nàythì cần cung cấp thêm không khí ở phía trên buồng lửa bằng gió cấp hai hoặc tổchức dùng dòng khí ở phía trước và phía sau ghi vào vùng giữa ghi

Ưu điểm:

- Việc cấp than, thải xỉ được cơ giới hóa hoàn toàn, giữ được công suất cốđịnh(vì cháy liên tục) trong một chu trình làm việc thì chỉ có một nửa làm việc nêntăng 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 thấphơn

Nhược điểm:

- Công suất buồng lửa bị hạn chế vì không thể tăng tiết diện của mặt ghi,

- Nhiệt độ không khí nóng không tăng được cao, mặt khác có một vùng ghitiếp xúc trực tiếp 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 cònđối với các hạt không 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 nhiênliệu không được 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 cháytrên ghi và cháy trong buồng lửa phun Nó lợi dụng những ưu điểm đồng thời khắcphục những nhược điểm của hai phương pháp đốt trên

- Thông thường, kích thước của hạt than trong buồng lửa tầng sôi nhỏ hơn 7

mm tuỳ thuộc vào 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 cáchnhanh chóng và sau đó bốc cháy, rồi cháy, thường nhiên liệu được đốt với lượngkhông khí thừa khoảng 20 % Vì thời gian lưu lại của các hạt nhiên liệu lớn và quátrình truyền chất có cường độ cao nên nhiên liệu được cháy một cách có hiệu quảtrong buồng lửa tầng sôi ở nhiệt độ thấp hơn so với phương pháp đốt khác

- Những hạt nhiên liệu được lưu lại trong lớp cho đến khi nó được khói mang

đi theo hay được khói tháo ra ngoài buồng Khi hạt nhiên liệu cháy, kích thước của

nó đạt đến giá trị mà ở đó lực do dòng khí tạo ra lớn hơn khối lượng của hạt thì hạt

bị mang ra ngoài Vì vậy, thời gian lưu lại của hạt được xác định bởi kích thước banđầu của hạt nhiên liệu và bởi mức độ giảm kích thước hạt do cháy và ma sát

- Trong tầng sôi bọt, quá trình cháy xảy ra hầu hết ở trong lớp vì vận tốc dòngkhí thấp và kích thước hạt nhiên liệu cấp vào thô Thời gian lưu lại của những hạtnhiên liệu mạnh trong lớp tương 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 hồitro bay và cho các hạt này tái tuần hoàn về buồng đốt (về lớp nhiên liệu đang cháy)

do vận tốc tạo sôi lớn nên có nhiều hạt nhiên liệu bị thổi bay ra ngoài tầng sôi hơn

so với buồng lửa sôi bọt Sau đó những hạt này được gom lại bởi các thiết bị lọc vàcho tái tuần hoàn vào buồng lửa Thời gian lưu lại của các hạt trong buồng lửa theohiệu quả thu hồi của thiết bị lọc và tốc độ của những hạt rắn Do có sự tái tuần 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

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 cácloại lò đốt khác Nên nó cho phép các nhà máy điện đa dạng hóa việc thu mua nhiềunguồn nhiên liệu khác nhau, 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 thiệthại có thể có cho nhà máy do nguồn cung cấp nhiên liệu không ổn định trong tươnglai

Khối lượng các hạt cháy được chỉ chiếm tỷ lệ 1/3 so với tổng khối lượng lớp vậtchất trong buồng đốt của một lò tầng sôi thông thường Lượng vật chất còn lại lànhững hạt không cháy được như tro, cát, chất hấp thụ Điều kiện khí động đặc biệttrong lò tầng sôi tạo nên một hỗn hợp hoà trộn rất tốt giữa chất khí-chất rắn, chấtrắn-chất rắn với nhau Những phân tử nhiên liệu được cấp vào buồng đốt sẽ phântán nhanh chóng vào trong một khối lượng lớn những hạt vật chất của lớp sôi vàđược lớp này đốt nóng lên trên đến nhiệt độ bắt lửa Do nhiệt dung của các hạtkhông cháy lớn hơn so với các hạt nhiên liệu, do đó dù gia nhiệt cho nhiên liệu kémphẩm chất thì nhiệt độ của lớp hạt này không thay đổi nhiều Chính đặc điểm nàycủa lò tầng sôi mà nó có thể đốt bất kỳ loại nhiên liệu nào mà không cần có mộtnguồn nhiệt bổ sung và cung cấp nhiệt trị cao để làm nóng không khí và gia nhiệtcho 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 liệutrong lò tầng sôi diễn ra liên tục Đặc điểm này cùng với khả năng hòa trộn tốt cáchạt vật chất trong lớp sôi giúp buồng đốt duy trì một nhiệt độ ổn định đồng nhấttrong toàn bộ Kết quả là nhiệt độ ổn định (800÷900)0C Khoảng nhiệt độ này thíchhợp 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 độthấp và ổn định khi đốt nhiên liệu trong lò tầng sôi Do đó lò tầng sôi không cầntrang bị thêm bộ xử lý khí thải để liểm 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 với thể tích khô) Đó là do nhiệt độ cháy thấp, điều kiện áp suất thấp ngăncản sự bay hơi, và lượng gió cung cấp theo từng giai đoạn của quá trình cháy Hầuhết 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 ở những vùng có quy định chặtchẽ 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)

2 Thời gian khởi động lò ngắn:

Một số lò công nghiệp làm việc hai ca cần phải đốt lò trong khoảng 8 tiếng Lòtầng sôi có thời gian khởi động lò ngắn hơn và đơn giản hơn Buồng đốt tầng sôitrong tình trạng nghỉ làm việc thì tổn thất nhiệt ít Ngay cả khi sau vài giờ đồng hồtạm nghỉ, lớp hạt rắn vẫn còn đủ nhiệt lượng cho lần đốt lò sau Cho nên khi chonhiên liệu vào lò, nó bốc cháy ngay và lò đi vào hoạt động lại sau một thời gianngắn.

3 Giảm hiện tượng ăn mòn:

Tro sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu ở lò tầng sôi ở dạng xốp, không bị chảyloãng do nhiệt độ của lò thấp (800÷9000C) Điều này làm hạn chế hiện tượng ănmòn kim loại ống ở bề mặt đối lưu (đuôi lò), hay ăn mòn cánh của quạt gió ở đuôilò

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), trong khi đó đối với lò hơi đốt than phải có 70% hạt than kích cỡ dưới75m Do đó lò đốt than phun cần phải có hệ thống máy nghiền than và phun bụithan Thiết bị phun bụi than không những đắt tiền mà còn phức tạp và cần bảo trìkiểm tra thường xuyên Đa số các nguyên nhân khiến lò ngừng làm việc là do hoạtđộng của hệ thống nghiền than không tốt Ngược lại với lò tầng sôi thì không cầnmột 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

liệu rắn trong buồng đốt Đầu tư cho điện năng tiêu thụ tăng, song bù lại không cầntrang 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 lòCFB Một vài bề mặt các thiết bị không được làm mát Do đó tổn thất nhiệt do đốilưu và bức xạ từ các bề mặt của 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 cháycao hơn, kích cỡ hạt mịn hơn và tồn tại lâu hơn trong buồng lửa Tuy nhiên lò PC sửdụng không khí liên tục và hệ số không khí thừa thấp để khống chế lượng NOX

khiến nhiên liệu cháy không hoàn toàn trong buồng lửa

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

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

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 độdòng khí thổi vào 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 trong không gian Nó phụ thuộc vào đường kính hạt vật liệu, khối lượngriêng của hạt vật liệu, khối lượng riêng của không khí Được xác định theo phươngtrình cân bằng giữa lực trọng trường tác dụng lên hạt vật liệu và lực nâng do dòngkhông 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

h

d Fe

0 , 19 1 , 56 0 , 22 0 , 52

22 , 5 1450

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

 Tốc độ cân bằng tạo lớp sôi:

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 và chuyển động hỗn loạn, độ rỗng của các lớp hạt tăng lên tương ứng với sựtăng của tốc độ dùng khí tốc độ dòng khí càng lớn thì khả năng chuyển động hỗnloạn càng cao làm tăng cường quá trình cháy Trạng thái này được duy trì từ tốc độsôi tối thiểu đến tốc độ lôi cuốn  s  c Trong thực tế người ta chọn tốc độlàm việc =(2÷3)s

Tốc độ lôi cuốn được xác định bởi công thức:

h

k c





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 caocủa lớp nhiên liệu nói chung và chiều cao lớp sôi nói riêng là không đổi Do đó vềnguyên tắc tốc độ ổn định phải thoả mãn điều kiện lớn hơn tốc độ giới hạn dưới vànhỏ hơn tốc độ lôi cuốn (giới hạn trên)

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 theophương trình của Feđơrôp 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 hp dọc theo thân lò hđược xác định bởi công thức Ergun:

3

2 3

2

75 , 1 )

(

) 1 ( 150

U h

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 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 có một lượng nhỏ N2O Trong quá trình đốt than, lượng NOx hìnhthành và thải ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy như phương thức đốt, đặcbiệt là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa Khí NOx hình thành trong quá trìnhđốt cháy than theo ba cơ chế:

a Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phân huỷ nhiệt do nitơ trong khôngkhí ở nhiệt độ cao tạo thành

b Cơ chế hình thành NOx do thành phần nhiên liệu là do thành phần hợpchất nitơ trong nhiên liệu bị nhiệt phân rồi oxy hoá trong quá trình cháysau đó tạo thành NOx.

c Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phản ứng tức thời là do phản ứnggiữa nitơ trong không khí với các loại cácbuahydrô như CH trong nhiênliệu xảy ra trong quá trình cháy

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 độcao trong quá trình cháy

Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hình thành NOx tăng nhanh, khi nhiệt độ đốt cháy thấphơn 15000C hầu như không thấy phản ứng hình thành NO, chỉ khi nhiệt độ cao hơn

15000C thì phản ứng tạo thành NO mới được thấy rõ Theo tính toán, khi nhiệt độcao hơn 20000C, trong thời gian chưa đến 0,1 giây đã có thể sinh ra khá nhiều NOx

Ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng quyết định đến hình thành NOx nhiệt Đó chính là lý do

để gọi loại ôxyt nitơ tạo thành bởi nitơ trong không khí bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao là

NOx nhiệt Ngoài ra sự hình thành NOx cũng phụ thuộc rất nhiều vào hệ số khôngkhí 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 thànhđược gọi là NOx nhiên liệu Khi đốt than, khoảng 70 – 90% là NOx nhiên liệu, bởivậy NOx nhiên liệu là thành phần 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 chấtbốc tách ra chậm hơn so với các thành phần khác Khi lượng chất bốc thoát rachiếm khoảng 10% đến 15% trọng lượng 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 nhiệttăng lên thì nitơ chất bốc tăng, còn nitơ cốc sẽ giảm Khi nhiệt độ nhiệt phân tănglên, tỷ lệ nitơ nhiên liệu chuyển hoá thành nitơ chất bốc tăng lên Hạt than càng mịnthì tỷ lệ Nchất bốc/Nnhiên liệu càng lớn, điều đó cho thấy hạt than càng mịn thì tốc độ gianhiệt bột than

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

liệu

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

800 600

400 200

Hình 3.5 Lộ trình phản ứng phân hủy NO X ( 1)

Quá trình hình thành và phân huỷ NOx nhiên liệu vô cùng phức tạp, có đa dạng lộtrình phản ứng và rất nhiều phương trình phản ứng

NOx nhiên liệu chủ yếu hình thành ở giai đoạn thoát bốc và cháy, ở khoảng 8000C

-10000C, giai đoạn đốt cháy chất bốc gần kết thúc, giai đoạn đốt cháy cốc bắt đầu

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, ởxung quanh khu vực phản ứng sẽ tạo thành NO tức thời NO tức thời không giống

như NOx nhiệt và NOx nhiên liệu, đó là do CHi sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu va đậpvào phân tử N2 trong không khí tạo thành CN,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 tạothành ít hơn nhiều, thông thường chỉ chiếm 5% tổng NOx tạo thành Thông thườngkhi đốt ở nhiệt độ tương đối thấp các nhiên liệu cácbuahydro không chứa nitơ, mớichú ý tới NOx tức thời, vì khi nhiệt độ vượt quá 15000C thì NOx nhiệt là tác dụng chủyếu

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 thànhcác loại NOx là không giống nhau, chủ yếu thể hiện ở nguồn gốc nitơ, lộ trình hìnhthành và điều kiện hình thành không giống nhau, nhưng giữa chúng lại có nhữngquan hệ nhất định Trang thái của ba loại NOx trong quá trình đốt than rất khônggiống 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 chủyếu là theo lộ trình hình thành nhiên liệu Cho nên việc khống chế và làm giảm NOx

hình thành trong khi đốt than chủ yếu là khống chế NOx nhiên liệu Từ cơ chế hìnhthành và phân huỷ nhiên liệu NOx có thể thấy, để giảm bớt NOx nhiên liệu, không chỉhạn chế tối đa sự hình thành NOx mà còn phải tạo điều kiện nhiều nhất cho quá trìnhphân 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 hoásinh ra khi đốt nhiên liệu có chứa nitơ, quá trình hình thành N2O có quan hệ mật thiếtvới NOx, vì trong các thiệt bị đốt thông thường lượng N2O thải rất ít, nên trước kiachưa chú ý đúng mức về vấn đề N2O sinh ra trong khi đốt nhiên liệu hoá thạch,nhưng khi kỹ thuật đốt tầng sôi phát hiện ra rằng lò hơi đốt than tầng sôi thải ra N2Ovới 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, nitơchất bốc được tách ra trước rồi hình thành NO chất bốc, sau đó NO lại phát sinh phảnứng với HCN,NCO,NH trong nitơ chất bốc tạo thành N2O cho nên sự tồn tại NO làđiều kiện tất yếu để hình thành N2O chất bốc

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 làCaO, CaSO4 có tác dụng xúc tác lớn nhất đối với cốc Do tác dụng xúc tác của cácchất 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, vì khi đốt tầng sôi, trong điều kiện tiếp xúc vàhỗn hợp khá tốt giữa thể khí và thể rắn, cho nên N2O phân hủy tại bề mặt vật rắn làphản 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 cónồng độ đậm đặc, còn ở đoạn huyền phù tầng trên là nồng độ loãng, nhưng do đặcdiểm lưu động dòng hai pha khí rắn trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn, nồng độ hạtthể rắn trong đoạn huyền phù trên buồng lửa lớn hơn nhiều so với tầng sôi thôngthường

Để thoả mãn yêu cầu phản ứng khử lưu huỳnh bằng đá vôi, nhiệt độ đốt cháy trongbuồng lửa tầng sôi tuần hoàn thường khống chế vào khoảng 8500C, hơn nữa sự phân

bố nhiệt độ dọc theo chiều 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 hoánitơ cốc có tác dụng chủ yếu trong quá trình hình thành N2O trong buồng lửa tầng sôituần hoàn và ước tính tỷ lệ phần trăm nguồn gốc tạo thành N2O Từ hình vẽ dưới tathấy nồng độ NO giảm theo chiều cao buồng lửa, còn nồng độ N2O thì ngược lại tăngrất nhanh theo chiều cao buồng lửa

hoa đồng pha

NCốc

Phản ứng có xúc tác CaO, CaSO4

Phản ứng với

Phản ứng trực tiếp ôxy hóa

Phản ứng với NO khi không có O2

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 lửa đều có phản ứng hình thành N2O Lúc đó, trong quá trình NO vượt quakhỏi tầng sôi bay lên sẽ phản ứng với rất nhiều hạt cốc trong không gian buồng lửatạo thành N2O, còn NO lại bị hoàn nguyên thành N2, nên nồng độ NO giảm xuốngtheo chiều cao buồng lửa Lúc đó, phản ứng chủ yếu nhất tạo thành N2O là phản ứngthan cốc với NO trong môi trường phản ứng oxy hoá Cùng lúc đó phản ứng phânhuỷ 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 chất rắn đều có thể hấp thụ các nguyên tử và ion O, OH v.v… cho nêndọc theo chiều cao buồng lửa nồng độ nguyên tử hydro giảm dần từ đó làm giảm nhẹphản ứng chủ yếu phân huỷ theo phản ứng :

500 200

Tổng hợp những kết quả trên đây ta thấy trong không gian buồng lửa tầng sôi tuầnhoàn có khoảng 70% 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 bị giảm, đó là lí do vì sao nồng độ NO không ngừng giảm trong buồng lửatầng sôi tuần hoàn từ tấm phối gió lên đến cửa ra buồng lửa, còn nồng độ N2O thìkhông ngừng tăng lên

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 phânhuỷ N2O nói ở trên, nhiệt độ là nhân tố quyết định và sự hình thành và phân huỷ N2O.Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, nâng nhiệt độ tầng sôi từ 8500 C đến 9500C, có thểgiảm 50% nồng độ N2O phát thải, tiếp đó cứ tăng nhiệt độ buồng lửa lên 1000C có thểgiảm 25 đến 30% lượng N2O phát thải, nhưng tăng nhiệt độ vận hành buồng lửa sẽlàm cho hiệu quả khử lưu huỳnh giảm và làm tăng lượng phát thải NOx Cho nên biệnpháp tăng nhiệt độ vận hành buồng lửa bị hạn chế rất nhiều bởi hai nguyên nhân trên

- 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 hưởngđến việc hình thành 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 dùng phương pháp nâng cao nhiệt độ khói rời khỏi buồng lửa để có thể giảmbớt 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 hiệnmột số chất xúc tác có thể làm cho 100% N2O phân huỷ trong khói có nhiệt độ 5000C.Vấn đề đặt ra là nghiên cứu chế 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 đốtthan, đó không chỉ do nhiệt độ đốt cháy của nó thấp nhất, mà còn do tác dụng phânhủy NOx của các hạt chất rắn chứa đầy trong buồng lửa làm cho NOx phát thải thấphơn 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

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 trongmôi trường nhiệt độ cao của buồng lửa, một bộ phận của chúng sẽ kết hợp với ôxytạo thành khí SO3 cùng với sự xúc tác của bề mặt đốt Thông thường trong tổng lượng

khí SO3 sinh ra, chỉ có khoảng 0,5% đến 2% khí SO2 phát ra môi trường dưới dạngkhí 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 sươngaxit, bụi axit, hoặc mưa axit, không những gây ô nhiễm cho bầu khí quyển mà còngây 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 phuntrực tiếp đá vôi vào trong buồng lửa để đá vôi cùng với bột than tham gia quá trìnhcháy, ở đó sẽ xảy ra phản ứng 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 8500Cnhưng nhiệt độ cháy trong buồng lửa than phun cao hơn nhiều Khi nhiệt độ cao hơn

12000C thì CaO bị thêu kết( tái kết tinh) sẽ phá hoại các kẽ hở nhỏ giữa các tinh thểdẫn đến giảm phản ứng của SO2và CaO Bởi vậy để có thể thoát lưu huỳnh trongquá trình cháy bột than có hiệu quả chúng ta cần sử dụng công nghệ bột than phùhợp, như công nghệ cháy tầng sôi, tầng sôi tuần hoàn, ở đó nhiệt độ cháy trong buồnglửa không vượt quá 8500C đến 9000C Trong các buồng lửa lò hơi đốt bột than thôngthường, 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 quátrình cháy Điều này cũng phù hợp với yêu cầu hạn chế sự hình thành NOX như đãtrình bày ở trên