Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật nhiệt: Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện

Mục đích nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá trình cháy, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy bột than antraxit Việt Nam trong buồng đốt lò hơi nhà máy nhiệt điện; Tổng hợp phân tích kết quả thu được, đề xuất và lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CHIẾN THẮNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY ANTRAXIT VIỆT NAM TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật Nhiệt Mã số: 62520115 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội - 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Gia Mỹ GS TSKH Nguyễn Sĩ Mão Phản biện 1: PGS TS Lê Công Cát Phản biện 2: PGS TS Vũ Duy Trường Phản biện 3: PGS TS Trương Ngọc Tuấn Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi giờ, ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng năm 2016 Việt Nam, giai đoạn 2015-2030 điện sản xuất từ nhiệt điện than tăng chiếm tỷ trọng lớn cấu nguồn điện Các lò đốt than phun thiết kế chế tạo đốt than ổn định, song hiệu suất thấp, tỷ lệ cacbon chưa cháy hết tro cao Đặc biệt lò đốt than antraxit Việt Nam, loại than cháy khói, hàm lượng bon (C) than cao, song chất bốc (V) hàm lượng tro (A) cao nên khó bắt cháy khó cháy kiệt Chính vậy, nay, thành phần bon lại tro nhà máy nhiệt điện cũ cao như: Phả Lại: 12-18%, Ninh Bình: 15 -35%, ng Bí cũ: 30 - 40%, ); Các nhà máy xây dựng Phả Lại 2, ng Bí mở rộng 1, chưa khắc phục nhược điểm than antraxit Việt Nam, hàm lượng C lại tro cao (trên 12%) Kinh nghiệm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lị NMNĐ đốt than sử dụng than antraxit có chất bốc thấp mức 8% than Việt Nam chưa nhiều Việc nâng cao hiệu suất cháy than NMNĐ thực mức trung, đại tu thiết bị cải tiến mang tính nhỏ, lẻ Các nghiên cứu lý thuyết cháy ứng dụng rằng, để nâng cao hiệu hiệu sử dụng than chất bốc cần phải giải vấn đề kĩ thuật sau: Bảo đảm bắt lửa sớm, ổn định; Bảo đảm hiệu suất cháy cao, cháy kiệt; Hạn chế loại bỏ đóng xỉ buồng lửa; Đề phòng ăn mòn nhiệt độ cao; Giảm chất phát thải khí thành phần nhiễm khác Đây vấn đề kĩ thuật phức tạp mâu thuẫn lẫn nhau, phải nghiên cứu chọn lựa giải pháp phù hợp, tối ưu Từ trình bày nhận thấy, vấn đề nâng cao độ tin cậy vận hành đặc biệt hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam vấn đề cấp thiết cấp bách Để giải vấn đề đặt cần nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trình cháy bột than, xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy, tạo sở tin cậy cho việc lựa chọn số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện Việt Nam Với lý trình bày nhận thấy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện” có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án là: Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trình cháy, xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy bột than antraxit Việt Nam buồng đốt lị nhà máy nhiệt điện; Tổng hợp phân tích kết thu được, đề xuất lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến hiệu suất cháy Phương pháp nghiên cứu Luận án thực phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mơ hình thực nghiệm, mô thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Về mặt khoa học: Đề tài làm sáng tỏ số yếu tố ảnh hưởng nồng độ dịng bột than/ gió sơ cấp, ảnh hưởng tỷ lệ gió sơ cấp/ thứ cấp đến hiệu suất cháy bột than antraxit mơ hình thí nghiệm Ảnh hưởng số điều kiện vận hành lò nhà máy điện đến hiệu suất lò hơi, vấn đề thể rõ ý nghĩa khoa học cơng trình nghiên cứu Về mặt thực tiễn: Những đóng góp đề tài có ý nghĩa thực tiễn rõ rệt nghiên cứu thành công số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất cháy bột than, nâng cao hiệu suất lên từ đến % so với trước Điểm luận án - Đã xác định giá trị vận tốc gió cấp hợp lý, nồng độ than/gió hợp lý, hệ số khơng khí thừa hợp lý mơ hình thực nghiệm, tư liệu nghiên cứu quan trọng ứng dụng q trình thí nghiệm hiệu chỉnh lị nhà máy nhiệt điện đốt than phun thực tế - Đã xây dựng mối quan hệ nồng độ dòng bột than hợp lý, tốc độ gió cấp (dịng bột than) hợp lý, hệ số khơng khí thừa đầu buồng đốt hợp lý, hiệu suất cháy hiệu suất lò với hàm lượng chất bốc nhiên liệu phương pháp thí nghiệm lị nhà máy nhiệt điện thực tế - Đã xây dựng mơ hình mơ q trình cháy buồng đốt than phun phương pháp mô số CFD với kết có ý nghĩa thực tiễn Bố cục luận án Phần thuyết minh luận án gồm 134 trang với phần: Mở đầu (04 trang); Chương - Tổng quan (33 trang); Chương - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy (23 trang); Chương - Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy (28 trang); Chương - Kết nghiên cứu thảo luận (37 trang); Kết luận kiến nghị (2 trang); Danh mục cơng trình luận án (04 cơng trình); Tài liệu tham khảo (93 tài liệu); Luận án có 32 bảng 45 hình vẽ Phần phụ lục luận án gồm 65 trang với Phụ lục A: Mơ hình thí nghiệm có phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Bản tính thiết kế mơ hình; phụ lục 2: Bảng tính bảng thơng số kết thí nghiệm mơ hình; phụ lục 3: Kết phân tích mẫu than thí nghiệm; Phụ lục B: Thí nghiệm đốt than trộn có phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Nhiên liệu dùng thí nghiệm; phụ lục 2: Bảng tính chế độ thí nghiệm lị thực tế NMNĐ Ninh Bình, phụ lục 3: Điều kiện đầu vào điều kiện biên cho mô CFD sau thí nghiệm lị thực tế NMNĐ Ninh Bình CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHÁY THAN TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NMNĐ VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Vai trò NMNĐ đốt than sản xuất điện Giới thiệu tổng quan công suất, điện sản xuất, tỷ trọng NMNĐ đốt than sản xuất điện giới, Việt Nam khả cung ứng than cho sản xuất điện 1.2 Công nghệ đốt than antraxit NMNĐ Việt Nam Hiện nay, đốt than antraxit lò NMNĐ Việt Nam bao gồm hai phương pháp sử dụng cơng nghệ lị đốt than phun (Pulverize Coal - PC) cơng nghệ lị đốt tầng sơi tuần hồn (Circulating Fluidized Bed - CFB) 1.3 Nghiên cứu cháy antraxit buồng lửa than phun Phân tích lý thuyết yếu tố ảnh hưởng tới nhiệt lượng bắt lửa: lưu lượng tốc độ gió cấp 1, nhiệt độ gió nóng nhiệt độ khói vùng bắt lửa, độ mịn bột than, nhiệt độ bắt cháy dòng bột than, nồng độ dịng bột than, trường khí động buồng lửa Chúng tơi phân tích yếu tố ảnh hưởng tới q trình cháy: vịi đốt, buồng đốt, phương pháp bố trí vịi phun buồng đốt, buồng đốt lửa hình W 1.4 Tổng quan kết nghiên cứu cháy than antraxit 1.4.1 Các kết nghiên cứu nước Nhằm nâng cao hiệu sử dụng than giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tổ chức nghiên cứu đốt than giới nghiên cứu phát triển công nghệ đốt than phun lò nhà máy nhiệt điện chủ yếu theo hai hướng nghiên cứu điều chỉnh đặc tính hố lý than nghiên cứu cải thiện chế độ khí động q trình cháy Theo đó, nước Tây Âu theo hướng kết hợp sử dụng hiệu tăng cường phản ứng hố học q trình bén lửa bốc cháy than giải pháp sử dụng thiết bị phân ly than có khả điều chỉnh để tăng độ mịn, nhằm giảm tổn thất không cháy hết nhiên liệu; Ngồi ra, cịn sử dụng hỗn hợp than khó cháy antraxit với than có chất bốc cao dễ cháy bitum bitum; Về khí động q trình cháy nghiên cứu đưa vào sử dụng công nghệ đốt than lửa hình W, kiểu buồng đốt “có vai”; Sử dụng vịi đốt có khả sấy bột than hồ trộn than bột - gió nóng (cho dịng đậm đặc); Bổ sung thêm tầng gió nóng phía vai lị (OFA) đưa vịi lỗng lên tầng gió OFA; Nâng cao hiệu suất lị giảm phát thải NOX nhờ hệ thống giám sát điều khiển chỗ điều kiện cháy 45 Ngồi ra, cịn có số biện pháp khác như: Áp dụng công nghệ thải xỉ khô tận dụng lượng nhiệt tro xỉ để gia nhiệt khơng khí quay lại buồng đốt; Sử dụng băng tải đệm khí cho hệ thống vận chuyển than; Áp dụng hệ thống giám sát tự động trình cháy tiên tiến OPTICOM để cải thiện hiệu suất lò nhà máy điện đốt than; Áp dụng phương pháp INPUT/LOSS Method (phương pháp thí nghiệm đánh giá vận hành nhà máy mơ máy tính) 48 Liên Xơ cũ nước có nhiều kinh nghiệm việc đốt than antraxit lò nhà máy nhiệt điện, họ sử dụng giải pháp nghiền than mịn, nâng cao nhiệt độ gió nóng, vận tải than bột nồng độ cao 84, 85 Trung Quốc lựa chọn hệ thống chế biến than có phễu than trung gian với sơ đồ nguyên lý hệ thống chế biến than kiểu hở, dùng khói lị trộn với khơng khí làm mơi chất sấy, sau làm việc khử bụi than khử bụi thải trời áp dụng cho than có độ ẩm cao 64, 65 Ngồi cịn có nghiên cứu khác học giả giới như: nghiên cứu độ mịn bột than 80,8275,58, nghiên cứu so sánh loại than 61,55, nghiên cứu bổ sung chất xúc tác 51,78, nghiên cứu than trộn 60,71, nghiên cứu giảm thiểu phát thải NOx79,54, nghiên cứu khí động 59,72 1.4.2 Các kết nghiên cứu Việt Nam Ở Việt Nam có nhiều tác giả nghiên cứu nâng cao hiệu suất cháy theo hướng như: lựa chọn phương pháp đốt 23,33, tăng cường khả cháy kiệt 14, 15, 18, 29, 37, trộn với than chất bốc cao 25, 37 Tuy nhiên, nghiên cứu nồng độ dòng bột than hợp lý cho buồng đốt lửa hình W nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi chất bốc nhiên liệu trộn than antraxit nội địa với than nhập có chất bốc cao chưa đề cập đến 1.4.3 Nghiên cứu mơ hình mơ CFD CFD (Computational Fluid Dynamics) lĩnh vực khoa học sử dụng phương pháp số kết hợp với công nghệ mô máy tính để giải tốn có chuyển động lưu chất Với tính ưu việt công cụ CFD, lĩnh vực mô trình cháy than giới phát triển từ lâu gặt hái nhiều thành kể đến như: nghiên cứu trình cháy hạt đơn 40,73, 49, nghiên cứu trình cháy chùm hạt 63 Ở Việt Nam, nghiên cứu trình cháy CFD bắt đầu, cụ thể có cơng trình nghiên cứu mơ cháy than lị Phả Lại Vũng Áng với loại than khác với hỗ trợ Nhật Bản 47 Tuy nhiên, nghiên cứu chưa thay đổi hiệu suất cháy với tỷ lệ trộn khác chưa so sánh đánh giá với số liệu thực nghiệm để kiểm tra độ xác lời giải 1.5 Luận nội dung nghiên cứu luận án Các nghiên cứu nêu rằng, để lò than phun, đốt than antraxit làm việc ổn định, tin cậy, hiệu suất cao thiết kế lị cần phải đáp ứng yêu cầu sau: Tốc độ hỗn hợp than - khơng khí khỏi miệng vịi đốt thấp; Quãng đường chuyển dịch hạt than phải dài; Nghiền than mịn; Cung cấp khơng khí theo tầng Điều làm tăng hiệu sấy hạt than (trong buồng đốt) bắt cháy; Nhiệt độ vùng bắt cháy cao để sấy dòng hỗn hợp nhanh; Nồng độ bột than hỗn hợp cao; Nhiệt độ hỗn hợp than-gió nhiệt độ gió nóng cao; Phân bố than gió đồng theo vịi đốt để đảm bảo trường khí động buồng đốt ổn định, than bắt cháy sớm đồng thời lửa không bị táp tường; Lưu lượng dịng hồi lưu khói nóng đến miệng vịi đốt lớn để đảm bảo trình sấy hỗn hợp than - gió tốt 15, 33, 34 Để nâng cao hiệu sử dụng than chất bốc cần bảo đảm: bắt lửa sớm, ổn định; hiệu suất cháy cao, cháy kiệt; hạn chế loại bỏ đóng xỉ buồng lửa; đề phòng ăn mòn nhiệt độ cao; giảm phát thải khí thành phần nhiễm khác Đây vấn đề kĩ thuật phức tạp mâu thuẫn lẫn nhau, cần phải nghiên cứu lý thuyết thực tiễn làm sở cho việc lựa chọn số giải pháp có tính khả thi cao mang lại hiệu kinh tế phù hợp với đặc tính đặc thù than antraxit Việt Nam Từ phân tích đây, để đạt mục tiêu nâng cao hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam, đề tài chọn hai hướng nghiên cứu là: (i) Nâng cao nồng độ bột than đến giá trị tối ưu dịng hỗn hợp gió cấp (ii) Nâng cao hàm lượng chất bốc nhiên liệu sử dụng giải pháp trộn than antraxit chất bốc thấp với than bitum bitum nhập chất bốc cao – giải pháp có tính khả thi hiệu cao, phù hợp với điều kiện Việt Nam Để đạt mục đích nghiên cứu, luận án cần phải thực nội dung sau: - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến cháy hạt than buồng lửa than phun - Nghiên cứu thực nghiệm nồng độ dòng bột than ảnh hưởng đến cháy hạt than antraxit Việt Nam buồng lửa than phun có lửa hình W - Nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi chất bốc nhiên liệu trộn than antraxit nội địa với than nhập có chất bốc cao thực nghiệm mô số 1.6 Kết luận chương Đã xác định vấn đề cần giải nội dung cần thực luận án là: + Xây dựng mơ hình thực nghiệm với loại vịi phun/buồng đốt, bố trí vịi phun buồng đốt hợp lý xác định/điều chỉnh thơng số ảnh hưởng để q trình cháy hiệu phù hợp với than antraxit Việt Nam; + Khắc phục nhược điểm cố hữu than antraxit Việt Nam chất bốc thấp, tăng hàm lượng chất bốc than cách trộn thêm than nhập có chất bốc cao tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng thay đổi hiệu q trình cháy lị thực tế; + Kết hợp nghiên cứu lò thực tế với xây dựng mơ hình mơ CFD để tiến tới làm chủ lĩnh vực nghiên cứu tiềm CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DÒNG THAN PHUN ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY 2.1 Mục đích phương pháp nghiên cứu Các lò đốt than phun sử dụng than antraxit Việt Nam vận hành xây dựng với tổ máy công suất từ 300 MW trở lên nhà chế tạo sử dụng lị với buồng đốt có lửa hình W Tuy nhiên, qua trình vận hành ban đầu, lò gặp phải nhược điểm tổn thất cháy không hết học lớn (các bon lại tro thường > 12%), lò dễ đóng xỉ 34 Đây vấn đề gây khó khăn không cho đội ngũ quản lý, vận hành mà với nhà sản xuất lò vốn có kinh nghiệm với than antraxit giới Để khắc phục vấn đề cần có nghiên cứu cải tạo, thay đổi chế độ vận hành lò sản xuất thay đổi/bổ sung thiết kế lò sử dụng than antraxit tương lai Một thông số quan trọng cần tiếp tục nghiên cứu nồng độ dòng bột than vòi đốt Việc nghiên cứu tìm nồng độ dịng bột than phù hợp với than antraxit Việt Nam thực lị thực cơng suất lớn gặp phải nhiều khó khăn lý như: ảnh hưởng đến an toàn, chế độ làm việc tin cậy, điều độ hệ thống, lãng phí tài ngun, Ngồi ra, phần lớn lị cơng suất lớn có lửa hình W đưa vào vận hành gần vướng mắc đến vấn đề bảo hành, nghiệm thu Vì vậy, cần thiết có nghiên cứu tìm nồng độ dịng bột than phù hợp với buồng đốt lửa hình W mơ hình thực nghiệm Xuất phát từ mục đích trên, chúng tơi xây dựng mơ hình thực nghiệm có cấu trúc buồng đốt lửa hình W tiến hành thí nghiệm nhằm tìm giá trị nồng độ dịng bột than phù hợp với than antraxit Kết nghiên cứu dùng để tham khảo, ứng dụng lò than phun NMNĐ sử dụng than antraxit Việt Nam với cấu trúc buồng đốt lửa hình W hệ thống chế biến than có phễu than bột trung gian 2.2 Thiết bị thực nghiệm thiết bị đo Thiết bị thực nghiệm mơ hình có cấu tạo bao gồm: Hệ thống cấp nhiên liệu: phễu than nghiền, máy cấp than có điều chỉnh, mồi lửa sấy buồng đốt, bình ga,…; Vịi đốt than bột (02 bộ), vịi gió cấp (02 bộ); Thân buồng đốt: buồng đốt dưới, buồng đốt trên, đường khói, làm mát, sấy khơng khí cấp 1, cấp 2; Hệ thống đường ống gió cấp 1, cấp 2; Bộ dập bụi đường dẫn khói, ống khói; Hệ thống cung cấp nước làm mát; Hệ thống phụ trợ: điện động lực, điện đo lường điều khiển, quạt gió cấp 1, cấp 2, quạt khói, động máy cấp than bột, động bơm nước; Hệ thống đo lường: can đo nhiệt độ, nhiệt kế thuỷ ngân, cân, đồng hồ, thiết bị đo lưu lượng gió, thiết bị đo nhiệt độ buồng đốt, thiết bị đo thành phần khí thải khói thốt, lỗ xem lửa, điểm đo áp suất buồng đốt… Hệ thống đảm bảo đốt hai (02) vịi đốt, vịi cơng suất - kg than/giờ Than thiết kế tương đương than cám 5A-TCVN (nhiên liệu than bột sau nghiền lấy NMNĐ) Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý mơ hình thí nghiệm Thiết bị đo sử dụng nghiên cứu thực nghiệm có thiết đo bố trí chỗ (gắn mơ hình) thiết bị đo cầm tay Thiết bị đo chỗ bao gồm can đo nhiệt độ, nhiệt kế thuỷ ngân, đồng hồ đo lưu lượng nước Thiết bị cầm tay bao gồm hoả quang kế điện tử, vi áp kế xách tay, tổ hợp đo gió phân tích khí thải TESTO Cơng tác thử nghiệm hiệu chỉnh mơ hình thực gồm: hiệu chỉnh lắp đặt, thí nghiệm lạnh thí nghiệm sơ 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy 2.3.1 Các chế độ phương pháp thử nghiệm Thí nghiệm thực nghiên cứu thực nghiệm thí nghiệm chế độ ảnh hưởng nồng độ than/gió cấp đến hiệu suất cháy Trong chế độ thí nghiệm giữ ngun cơng suất máy cấp than bột với lưu lượng gió cấp hợp lý, thay đổi lưu lượng gió cấp đo đạc, xác định thông số Bên cạnh thí nghiệm chính, tiến hành thí nghiệm chế độ phụ trợ: ảnh hưởng tốc độ gió cấp 1; Tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp tối ưu; ảnh hưởng hệ số khơng khí thừa Thí nghiệm ảnh hưởng tốc độ gió cấp tiến hành đồng thời với thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ than/gió cấp Thí nghiệm tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp tối ưu tiến hành đồng thời với thí nghiệm ảnh hưởng hệ số khơng khí thừa Trong chế độ thí nghiệm giữ ngun cơng suất máy cấp than bột lưu lượng gió cấp hợp lý, thay đổi lưu lượng gió cấp đo đạc, xác định thông số 2.3.2 Phương pháp thu thập xử lý số liệu thực nghiệm Trong mục chúng tơi trình bày phương pháp thu thập số liệu, phương pháp xử lý số liệu phương pháp tính đại lượng/thơng số thực nghiệm 2.3.3 Kết thực nghiệm mơ hình Kết hiệu chỉnh mơ hình: Trình bày kết kiểm tra máy cấp than, kết cân gió, than, hiệu suất phân ly dịng bột than gió cấp thí nghiệm sơ bộ.Kết thí nghiệm lạnh tốt, kết thí nghiệm sơ cho thấy mơ hình hoạt động tốt cơng suất thiết kế lớn (18 kg/h) Kết thí nghiệm chế độ: thơng số cụ thể hố dạng bảng biểu 2.5 Kết luận chương - Đã xác định mục tiêu phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mơ hình vật lý nhằm đánh giá ảnh hưởng nồng độ dịng than phun antraxit - Đã tính toán thiết kế chế tạo lắp đặt hiệu chỉnh mơ hình thí nghiệm hệ thống thiết bị đo để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy thí nghiệm liên quan - Đã thí nghiệm lạnh, thí nghiệm sơ thí nghiệm chế độ mơ hình phục vụ cơng tác nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dòng than phun CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CHẤT BỐC ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy mơ hình mơ 3.1.1 Lựa chọn thiết lập mơ hình 3.1.1.1 Lựa chọn mơ hình miền tính tốn Ở Việt Nam lĩnh vực nghiên cứu q trình cháy cơng cụ mơ số CFD hình thành Sự hạn chế sở vật chất nhân lực chun sâu cơng nghệ mơ q trình cháy than rào cản lớn Với mong muốn lĩnh vực mơ q trình cháy than Việt Nam phát triển mạnh thời gian tới, nhóm nghiên cứu tiên phong tiếp cận phần mềm với mục đích đưa phương pháp tiếp cận trình tự giải tốn cháy than trộn có sử dụng phần mềm mô Bên cạnh nghiên cứu đảm bảo an toàn đốt than trộn, việc xác định thay đổi yếu tố ảnh hưởng đến trình cháy tiêu kinh tế kỹ thuật lò thay đổi hàm lượng chất bốc nhiên liệu cần thiết Cùng với việc xác định thay đổi yếu tố ảnh hưởng, nghiên cứu mô thực mô kiểm tra số thí nghiệm triển khai thực tế, từ rút so sánh nhận định công tác nghiên cứu mô Lị thực tế sử dụng để thí nghiệm nghiên cứu lị số Cơng ty Cổ phần nhiệt điện Ninh Bình, mã hiệu SG 130-40-450 Miền tính tốn buồng đốt lị SG 130-40-450 3.1.1.2 Các phương trình mơ phương pháp số CFD Các phương trình chủ đạo mơ số CFD bao gồm hệ phương trình động lực học chất lưu phương trình trạng thái 3.1.1.3 Thiết lập mơ hình tốn học mơ số lị Mơ hình mơ q trình cháy than phun thiết lập sở mơ hình dịng chảy rối, mơ hình cháy bột than mơ hình xạ 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy mơ hình mơ số 3.1.2.1 Dữ liệu đầu vào điều kiện biên Dữ liệu đầu vào điều kiện biên để mô q trình cháy than phun bao gồm kích thước buồng đốt, vòi phun, lưu lượng nhiệt độ gió loại, lượng than tiêu thụ, thành phần than Đối với kích thước hình học lấy theo thiết kế lị hơi, buồng đốt, vịi phun, thơng số động học lấy theo thông số vận hành thực tế lò 3.1.2.2 Kết nghiên cứu hiệu chỉnh mơ hình Mơ hình buồng đốt 3D xây dựng theo thơng số thực tế lị nhà máy nhiệt điện Ninh Bình Mơ hình buồng đốt chia lưới công cụ ANSYS Meshing Các phần tử lưới chia theo kiểu tứ diện (Tetrahedron), chất lượng lưới mơ hình đạt kết tốt 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy lò thực tế 3.2.1 Thiết bị thực nghiệm thiết bị đo Thiết bị thực nghiệm lò SG 130-40-450 (mục 3.1) Thiết bị đo sử dụng nghiên cứu thực nghiệm có thiết đo bố trí chỗ (bảng điều khiển lị hơi) thiết bị đo cầm tay Thiết bị đo chỗ bao gồm đồng hồ đo nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, tốc độ vịng quay, dịng điện, cơng suất Thiết bị cầm tay bao gồm hoả quang kế điện tử, vi áp kế xách tay, tổ hợp đo gió phân tích khí thải TESTO Ngồi cịn có thiết bị phân tích mẫu than, tro xỉ bố trí phân xưởng hố nhà máy 3.2.2 Phương pháp tiến hành thực nghiệm 3.2.2.1 Nội dung thí nghiệm Nghiên cứu ảnh hưỏng hàm lượng chất bốc đến trình cháy hiệu suất cháy bao gồm nội dung cần xác định: Nồng độ dòng bột than; Tốc độ gió cấp 1; Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp tổng lượng gió cấp vào lị; Hệ số khơng khí thừa; Hiệu suất (hiệu suất cháy hiệu suất lị hơi) Để xác định thông số nêu cần tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm lực thiết bị lị hơi; Thí nghiệm sơ đốt than trộn; ảnh hưởng việc đốt than trộn tới khả đóng xỉ nồng độ phát thải lò; ảnh hưởng đốt than trộn tới chế độ cháy lò, xác định chế độ vận hành tối ưu đốt than 11 Hình 4.1 Sự phụ thuộc hiệu suất vào tốc độ vịi phun gió cấp Hình 4.2 Sự phụ thuộc hiệu suất vào nồng độ than/gió vịi phun gió cấp1 Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng tốc độ vịi phun gió cấp cho kết tốt nằm giá trị khoảng 13 m/s tương ứng với hiệu suất cháy 84% Tương ứng với tốc độ gió cấp 1, kết nồng độ than/gió (kg/kg) tốt thí nghiệm nằm giá trị khoảng 0,95 Giá trị nằm cận so với nghiên cứu trước Alstom, MHI Viện Năng lượng (0,8 - 1,2 0,9 - 1,1) 4.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp hệ số khơng khí thừa Kết tổng hợp thí nghiệm đồ thị phản ánh ảnh hưởng thể hình 4.3, 4.4 Hình 4.3 Sự phụ thuộc hiệu suất vào Hình 4.4 Sự phụ thuộc hiệu suất tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp vào hệ số khơng khí thừa Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng tỷ lệ tốc độ vịi phun gió cấp 2/cấp1 cho kết tốt nằm giá trị khoảng 0,96 Điều lý giải tốc độ hai loại gió có giá trị độ lớn gần giúp cho chế độ khí động buồng lửa đạt hài hồ tốt Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng hệ số khơng khí thừa cho kết tốt nằm giá trị khoảng 1,27 Giá trị tương đối phù hợp (nằm cận giá trị tối ưu) với thiết kế vận hành thực tế cho nhà máy điện có công nghệ tương tự sử dụng than antraxit (1,25 - 1,32) 4.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy lò nhà máy nhiệt điện 4.2.1 Kết nghiên cứu thử nghiệm lò thực tế 4.2.1.1 Nồng độ dòng bột than Từ kết thí nghiệm, ta xây dựng ảnh hưởng hàm lượng chất bốc nhiên liệu đến nồng độ hợp lý dòng bột than chế độ phụ tải Sự thay đổi nồng độ dòng bột than hợp lý thể đồ thị hình 4.5 12 Nồng độ than/gió (kg/kg) 1.20 Than noi dia Than tron 5% 1.10 Than tron 10% 1.00 Than tron 15% Than tron 20% 0.90 Than tron 30% 1.Than noi dia 0.80 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 0.70 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 0.60 6.Than tron 30% 0.50 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 Phụ tải lò (t/h) a) Nồng độ dòng bột than tối ưu tỷ lệ trộn 1.00 Nồng độ than/gió (kg/kg) Nồng độ than/gió (kg/kg) 0.96 0.92 0.88 0.84 0.8 0.96 0.92 0.88 0.84 0.80 10 15 20 25 30 9.00 11.00 13.00 Tỷ lệ trộn (%) 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(% ) b) Nồng độ dòng bột than tối ưu phụ tải kinh tế phụ thuộc tỷ lệ trộn c) Nồng độ bột than tối ưu theo hàm lượng chất bốc Hình 4.5 Nồng độ bột than hợp lý theo hàm lượng chất bốc Nồng độ than/gió dịng gió cấp hợp lý chế độ đốt than trộn nhỏ so với chế độ đốt than nội địa, mức độ biến thiên nồng độ phù hợp với biến thiên tốc độ gió cấp Điều phù hợp với lý thuyết nghiên cứu trước đây, tăng hàm lượng chất bốc nồng độ bột than hợp lý giảm dần Tuy nhiên, lị NMĐ Ninh Bình thiết kế để đốt nhiên liệu chất bốc thấp, hàm lượng chất bốc tăng vượt dải thiết kế, cần có điều chỉnh cần thiết để lò hoạt động ổn định Vì vậy, Nồng độ dịng bột than khơng giảm tuyến tính tăng hàm lượng chất bốc mà tồn giá trị hợp lý Nồng độ bột than giảm dần tăng chất bốc (giá trị khoảng 0,94 đốt than nội địa) đạt giá trị hợp lý tương ứng với chất bốc mẫu cháy khoảng 14 - 16% (giá trị khoảng 0,86) 4.2.1.2 Tốc độ gió cấp Sự thay đổi tốc độ gió cấp than hợp lý thể đồ thị hình 4.6 25.00 Tốc độ gió cấp (m/s) Than noi dia 24.00 Than tron 5% Than tron 10% 23.00 Than tron 15% 22.00 Than tron 20% 21.00 Than tron 30% 1.Than noi dia 20.00 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 19.00 4.Than tron 15% 18.00 80.00 5.Than tron 20% 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 Phụ tải lị (t/h) a) Tốc độ gió cấp tối ưu tỷ lệ trộn 6.Than tron 30% 13 Tốc độ gió cấp tối ưu (m/s) T ố c đ ộ g i ó c ấ p tố i u (m / s) x 23 22 21 20 23 22.5 22 21.5 21 20.5 20 19.5 19 10 15 20 25 30 19 9.00 Tỷ lệ trộn (%) b) Tốc độ gió cấp tối ưu phụ thuộc tỷ lệ trộn phụ tải định mức 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) c) Tốc độ gió cấp tối ưu theo hàm lượng chất bốc Hình 4.6 Tốc độ gió cấp hợp lý theo hàm lượng chất bốc Tốc độ gió cấp hợp lý chế độ đốt than trộn cao so với chế độ đốt than nội địa, phù hợp với lý thuyết nghiên cứu trước Đối với tỷ lệ trộn 30%, tăng tốc độ gió cấp lên cao, lò cháy mãnh liệt, nhiệt độ buồng lửa tăng cao, xuất hiện tượng chảy xỉ lỏng nên phải điều chỉnh giảm để lò vận hành an tồn, ổn định Tốc độ gió cấp hợp lý tăng dần tăng hàm lượng chất bốc đạt giá trị ổn định khoảng 22 m/s Tốc độ gió cấp hợp lý phù hợp với nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm trước than antraxit tiệm cận với giá trị áp dụng cho than gầy Tốc độ gió cấp tăng khơng điều chỉnh chống đóng xỉ buồng đốt 4.2.1.3 Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp tổng lượng gió cấp vào lị Sự thay đổi tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý tổng lượng gió cấp vào lị thể đồ thị hình 4.7 1.60 Than noi dia 36 Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1.40 1.20 Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% 1.00 Than tron 30% 1.Than noi dia 0.80 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 0.60 4.Than tron 15% 0.40 5.Than tron 20% 6.Than tron 30% 0.20 0.00 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 Phụ tải lị (t/h) a) Tốc độ gió cấp 2/cấp tối ưu tỷ lệ trộn 120000 T ổn g lư ợ ng g ió vào lị (N m 3/h ) Tỷ lệ tốc độ cấp 2/cấp 1.2 1.1 0.9 0.8 0.7 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) b) Tốc độ gió cấp 2/cấp tối ưu theo hàm lượng chất bốc 110000 Than noi dia 100000 Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% Than tron 30% 90000 1.Than noi dia 80000 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 70000 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 60000 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 6.Than tron 30% Phụ tải lò (t/h) c) Tổng lượng gió tiêu chuẩn cấp vào lị tỷ lệ đốt than trộn Hình 4.7 Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý tổng lượng gió cấp vào lị theo hàm lượng chất bốc 14 Hệ số khơng khí thừa Kết ảnh hưởng tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp q trình thí nghiệm tương đồng Tỷ số tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý không thay đổi rõ ràng chế độ cháy nhiên liệu khác Tỷ số tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý có xu hướng giảm khơng thay đổi rõ ràng chế độ thí nghiệm, điều lý giải than hàm lượng chất bốc cao hơn, bên cạnh tăng lên gió cấp 1, lượng khơng khí lý thuyết yêu cầu cao hơn, lượng gió cấp cao Đây hài hoà chế độ khí động dạng buồng đốt, kể nhiên liệu thay đổi Ở dải công suất lị hơi, than trộn, lưu lượng gió cấp cần thiết cho trình cháy cao Khi tăng gió cấp & vào lị, nhiệt độ buồng lửa đường khói sau nhiệt tăng theo Cùng với việc tăng lượng gió cấp 1, cấp giảm lượng gió cấp 3, tổng lượng gió cấp vào lị đáp ứng q trình cháy lị chế độ than trộn so sánh với đốt 100% than nội địa phụ tải tương ứng tăng Về bản, đốt than trộn, tổng lượng gió tiêu chuẩn cấp cho lị cao so với chế độ đốt than nội địa Ở tỷ lệ trộn 15% 20%, lượng gió cấp vào lị có xu hướng thấp so với chế độ đốt than nội địa, điều lý giải chế độ trộn trên, lò đạt hiệu suất cao nên tiết kiệm nhiên liệu dẫn đến lượng gió yêu cầu giảm 4.2.1.4 Hệ số khơng khí thừa Sự thay đổi hệ số khơng khí thừa hợp lý thể đồ thị hình 4.8 1.23 Than noi dia 1.22 Than tron 5% 1.21 Than tron 10% 1.2 Than tron 15% 1.19 1.18 1.17 Than tron 20% Than tron 30% 1.Than noi dia 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 1.16 1.15 5.Than tron 20% 4.Than tron 15% 1.14 80 90 100 110 120 130 140 6.Than tron 30% Phụ tải lò (t/h) a) Hệ số khơng khí thừa phụ tải phụ thuộc chế độ trộn 1.21 Hệ số khơng khí thừa Hệ số khơng khí thừa 1.21 1.205 1.2 1.195 1.19 1.185 1.18 1.175 1.205 1.2 1.195 1.19 1.185 1.18 1.175 1.17 10 15 20 25 30 Tỷ lệ trộn (%) b) Hệ số khơng khí thừa tối ưu phụ tải kinh tế phụ thuộc tỷ lệ trộn 1.17 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) c) Hệ số khơng khí thừa tối ưu phụ tải kinh tế phụ thuộc hàm lượng chất bốc Hình 4.8 Hệ số khơng khí thừa hợp lý theo hàm lượng chất bốc 15 Hệ số khơng khí thừa hợp lý chế độ đốt than trộn nhỏ so với chế độ đốt than nội địa Điều phù hợp với lý thuyết, than antraxit nội địa khó bắt cháy khó cháy kiệt, u cầu hệ số khơng khí thừa cao so với than nhập Theo tính tốn, lượng khơng khí lý thuyết cần thiết cung cấp cho cháy hoàn toàn nhiên liệu than nhập cao so với nhiên liệu than nội địa Thực tế lượng khơng khí cần thiết cấp cho lị tăng không rõ rệt tăng hàm lượng chất bốc, điều lý giải cho việc giảm hệ số khơng khí thừa hợp lý Mặt khác, trình đốt than trộn tỷ lệ, nhiệt độ gió nóng lị ln cao đốt 100% than nội địa từ 10 đến 25 oC, việc sấy than tốt hơn, điều góp phần lý giải cho tượng làm việc tốt hệ thống nghiền giảm lượng gió cấp đưa vào lò 4.2.1.5 Hiệu suất a Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật Từ kết thí nghiệm, ta xây dựng đường đặc tính kinh tế kỹ thuật lò chế độ đốt than nội địa chế độ đốt than trộn với tỷ lệ khác Để so sánh tương quan trực tiếp thay đổi đường đặc tuyến này, tổ hợp đường đặc tuyến thể đồ thị hình 4.9 85.5 Than noi dia 85.0 Than tron 5% Hiệu suất (%) 84.5 Than tron 10% Than tron 15% 84.0 83.5 Than tron 20% Than tron 30% 83.0 1.Than noi dia 82.5 2.Than tron 5% 82.0 3.Than tron 10% 81.5 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 81.0 80 90 100 110 120 130 140 6.Than tron 30% Phụ tải lò (t/h) Hình 4.9 Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật lò tỷ lệ trộn 92 86 91.5 85.5 Hiệu suất lò hơi(%) Hiệu suất cháy (%) b Hiệu suất Từ kết thí nghiệm cân đồ thị xây dựng, ta xây dựng ảnh hưởng hàm lượng chất bốc nhiên liệu đến hiệu suất (hiệu suất cháy hiệu suất lò hơi) chế độ phụ tải kinh tế Sự thay đổi hiệu suất thể đồ thị hình 4.10 91 90.5 90 89.5 89 88.5 85 84.5 84 83.5 83 82.5 88 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(% ) a) Hiệu suất cháy phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc 82 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) b) Hiệu suất lò phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc Hình 4.10 Sự thay đổi hiệu suất theo hàm lượng chất bốc 16 Trong trình đốt than trộn, hiệu suất lò xác định cao đốt 100% than nội địa So sánh với giá trị hiệu suất cao xác định thí nghiệm, giá trị cao xác định từ 0,6% đến 2% Tuy nhiên, chế độ đốt than trộn, hiệu suất chênh lệch phụ tải lò hơn, hiệu suất phụ tải đồng dẫn đến hiệu suất trung bình lị cao Hiệu suất thí nghiệm thay đổi hàm lượng chất bốc nhiên liệu thể qua hiệu suất cháy (chỉ tính đến tổn thất cháy khơng hết mặt hố học, học) hiệu suất lị (tính thêm tổn thất theo khói thốt, toả nhiệt mơi trường tổn thất nhiệt tro xỉ) Hiệu suất cháy hiệu suất lò tăng theo hàm lượng chất bốc đạt giá trị lớn giá trị hàm lượng chất bốc mẫu cháy khoảng 14 - 16% So sánh với chế độ đốt hoàn toàn than antraxit (chất bốc mẫu cháy 9%), hiệu suất cháy cao tăng 3% hiệu suất lò tăng 2% 4.2.2 Kết nghiên cứu mô số CFD ảnh hưởng hàm lượng chất bốc đến trình hiệu suất cháy 4.2.2.1 Giai đoạn trước thí nghiệm thực tế Trường nhiệt độ buồng đốt a Trường hợp sử dụng than antraxit nội địa Kết mơ q trình phân bố lửa trường nhiệt độ buồng đốt lị nhà máy điện Ninh Bình sử dụng than antraxit nội địa thể hình 4.11, 4.12 bảng 4.8 Hình 4.11 Trường nhiệt độ buồng đốt Hình 4.12 Bề mặt lửa bên buồng đốt nhiệt độ 1500oC 17 Quan sát hình 4.11, theo chiều cao buồng đốt, nhiệt độ có phân tầng rõ rệt Nhiệt độ cao tập trung không gian mặt cắt A D, hai phía đáy lị đỉnh lị nhiệt độ giảm dần Số liệu bảng 4.8 cho thấy, giá trị nhiệt độ trung bình mặt vùng không gian mặt A D cao, cụ thể mặt A (1375oC), mặt B (1401oC), mặt C (1425oC) Điều giải thích vùng khơng gian có vị trí vịi đốt, dẫn đến mật độ hỗn hợp bột than khơng khí nóng cao Khi q trình cháy xảy ra, nhiệt lượng tỏa phản ứng cháy lớn Mặt khác, hình thành dịng xốy tâm buồng đốt nên khả hòa trộn hỗn hợp bột than khơng khí tăng lên, tạo điều kiện cho trình cháy xảy tốt hơn, từ trì nhiệt độ cao vùng không gian Cũng theo số liệu từ bảng 4.8, theo đường khói, giá trị nhiệt độ trung bình mặt D, E, F giảm dần, tương ứng 1323oC, 1282oC, 1105oC Sự thay đổi giải thích tổn thất nhiệt q trình trao đổi nhiệt xạ, trao đổi nhiệt đối lưu không khí nóng tường buồng lửa Hình 4.11 cho thấy, lên cao đồng nhiệt độ mặt cắt ngang buồng đốt thể rõ Cụ thể với số liệu bảng 4.8, độ chênh nhiệt độ (∆T) nhiệt độ max mặt D, E, F giảm dần (553oC, 479oC, 432oC) tương ứng Điều phân bố trường tốc độ khơng khí nóng sản phẩm cháy buồng đốt đồng ổn định lên cao Bảng 4.8 Thông số nhiệt độ mặt cắt ngang buồng đốt Nhiệt độ (C) TB Max Min ∆T Mặt A 1375 1542 245 1297 Mặt B 1401 1632 245 1387 Mặt C 1425 1590 88 1502 Mặt D 1323 1491 938 553 Mặt E 1282 1384 905 479 Mặt F 1105 1242 810 432 Quan sát hình 4.12 cho thấy phân bố bề mặt lửa trường nhiệt độ 1500oC tạo cầu lửa tâm buồng đốt Sự hình thành cầu lửa cấu trúc buồng đốt than phun kiểu tiếp tuyến b Trường hợp sử dụng than trộn với tỷ lệ khác Các thông số đầu vào mô hình giữ ngun trường hợp mơ trình cháy than Antraxit nội địa, thay đổi thông số than đầu vào tương ứng với tỷ lệ trộn Các kết mô sử dụng than trộn biểu diễn hình 4.13 4.14 Ta thấy thay đổi tỷ lệ trộn nhiệt độ bên buồng đốt khơng thay đổi q nhiều 18 Hình 4.13 Trường phân bố nhiệt độ mặt cắt dọc buồng đốt Hình 4.14 Bề mặt lửa 1500oC trường hợp trộn khác Để cụ thể ta xét thay đổi nhiệt độ theo chiều cao buồng đốt bảng 4.9 Ở ta xét số trường hợp ví dụ than antraxit nội địa, than trộn 5%, 10% 20% Có thể thấy rằng, so với trường hợp đốt than antraxit nội địa vùng cháy (mặt A, B, C) nhiệt độ trung tâm buồng đốt giảm tăng tỷ lệ trộn nhiệt độ tăng khỏi vùng cháy (mặt D, E, F) Trường tốc độ a Than antraxit nội địa Trong chế độ đốt than antraxit nội địa, kết mô phân bố trường tốc độ bên lị thể hình 4.15 hình 4.16 Hình 4.15 Véc tơ tốc độ mặt cắt buồng đốt 19 Hình 4.15 cho thấy, đầu vịi phun, tốc độ khơng khí đạt giá trị lớn nhất, sau giảm dần Một số vị trí xuất hiện tượng xốy cục bộ, đặc biệt vị trí góc chuyển tiếp bề mặt tường Khơng khí phần đáy lị chuyển động chậm Ở mặt cắt cao, phân bố tốc độ khơng khí sản phẩm cháy tương đối đều, điều lúc động lực trình chuyển động lực nâng chênh lệch nhiệt độ Các kết mô tượng hình thành vịng xốy tâm lị Điều giải thích góc phun vòi đốt đặt hướng phun tiếp tuyến với đường trịn tâm Hình 4.16 Profile vận tốc mặt cắt C Profile vận tốc hình 4.16 thể xác xu hướng phân bố tốc độ điểm bên lò Vận tốc đạt giá trị max giá trị lân cận trung điểm đoạn thẳng nối tâm lò tường lò Để nghiên cứu chuyển động hạt buồng đốt, chúng tơi tập trung vào phân tích chuyển động hạt từ hai vịi phun điển hình hai góc đối diện độ cao khác Vòi phun vịi phun phía độ cao Y = 8,7m; vòi phun vòi phun độ cao Y = 9,8m Ở vòi phun, nghiên cứu 10 hạt điển hình Kết thời gian lưu lại buồng đốt hạt vòi phun 3,19 - 39,9s, vịi phun 2,12 - 5,31s (hình 4.17) Hình 4.17 Thời gian lưu quỹ đạo hạt bên buồng đốt 20 Hình 4.17 cho thấy, quỹ đạo chuyển động hạt phun từ hai vịi độ cao có khác rõ rệt Do tượng chuyển động rối vùng khơng gian đáy lị khơng có cửa khiến dòng bị quẩn nên số hạt chuyển động xuống phía đáy buồng đốt sau theo đường khói ngồi Quỹ đạo chuyển động hạt phun từ vịi số có xu hướng lên theo đường khói thải cách ổn định Điều giải thích vùng khơng gian phun vịi phun vào có trường tốc độ ổn định theo phương y b Trường hợp sử dụng than trộn Hình 4.18 Véc tơ vận tốc mặt cắt ngang buồng đốt qua cụm vòi phun thứ Quan sát hình 4.18 cho thấy, trường véc tơ vận tốc không thay đổi đáng kể Điều dễ dàng giải thích trường hợp than trộn, thay đổi thành phần than, thông số đầu vào khác lưu lượng gió, tỷ lệ gió cấp giữ nguyên Hiệu suất cháy Trong nội dung nghiên cứu, xác định trực tiếp hiệu suất cháy nên xác định hiệu suất cháy cách gián tiếp qua tỷ lệ oxy tham gia phản ứng tỷ lệ cacbon cháy không hết tro xác định thông qua hiệu suất cháy 21 STT Thông số Đơn vị Than nội địa Than trộn 5% Than trộn 10% Than trộn 15% Than trộn 20% Than trộn 30% Hiệu suất cháy than % 0,9195 0,9245 0,9368 0,9447 0,9542 0,9734 C cháy không hết tro % 17,839 17,278 15,210 13,896 12,102 7,836 4.2.2.1 Giai đoạn sau thí nghiệm thực tế Xu hướng phân bố trường nhiệt độ khơng có khác nhiều trường hợp kiểm tra kết trước thí nghiệm So với kết mơ trước thí nghiệm quỹ đạo chuyển động khơng có khác biệt nhiều, nhiên có khác thời gian lưu hạt, xét kết cho than nội địa, ta nhận thấy thời gian lưu lại hạt bột than buồng đốt kết kiểm tra 7.51 giây dài so với kết mơ trước thí nghiệm (5.31 giây) Với điều kiện thí nghiệm thực nghiệm, hiệu suất cháy tính từ mô tăng theo tỷ lệ trộn từ – 20%, nhiên lại giảm nhẹ trường hợp trộn 30% Hiệu suất cháy kiểm tra thấp so với kết mơ trước Cacbon cịn lại tro tương ứng với hiệu suất cháy 4.3 Phân tích so sánh kết Ở có vài sai khác kết nghiên cứu mơ hình mơ CFD kết thí nghiệm lị thực tế: + Ở mơ hình mơ CFD, trường nhiệt độ buồng lửa có xu hướng giảm tăng hàm lượng chất bốc lò thực tế ngược lại Điều lý giải mô CFD, thay đổi nhiên liệu giữ ngun thơng số gió Than nhập với nhiệt trị làm việc thấp làm giảm nhiệt thể tích buồng lửa tăng hàm lượng chất bốc (tăng tỷ lệ trộn) Đối với lò thực tế, tăng hàm lượng chất bốc kết hợp với điều chỉnh trình cháy dẫn đến trình cháy diễn tốt hơn, trường nhiệt độ buồng lửa tăng + Trường tốc độ mật độ hạt mơ CFD khơng có thay đổi nhiều tăng hàm lượng chất bốc, thí nghiệm lò thực tế thay đổi đáng kể trình vận hành tăng lưu lượng/tốc độ gió cấp 1, giảm gió cấp để đảm bảo làm việc ổn định, hiệu lị + Hệ số khơng khí thừa đầu buồng lửa mơ CFD giảm tăng hàm lượng chất bốc mô CFD giảm đồng đều, thể trình cháy diễn tốt tăng hàm lượng chất bốc giữ nguyên lưu lượng/tốc độ gió loại Đối với lị thực tế, giảm hệ số khơng khí thừa diễn tổng lượng gió cấp vào lị có xu hướng tăng, lưu lượng/tốc độ gió cấp 1, tăng, gió cấp giảm giảm không đồng theo tăng hàm lượng chất bốc có can thiệp việc điều chỉnh chế độ + Hiệu suất cháy tăng tăng hàm lượng chất bốc mô CFD lò thực tế, tăng khơng có can thiệp vận hành trình bày Mặt khác, trường hợp mơ trước thí nghiệm, hiệu suất cháy tính tốn mơ CFD cao hiệu suất cháy tính tốn từ vận hành thí nghiệm lị thực tế Sự sai khác lên đến ~ 4% Sự sai khác hai 22 ngun nhân Thứ nhất, thơng số thiết kế lị q trình thực kết cơng tác mô tốt Thứ hai, mô CFD lưu lượng than gió cân tuyệt vòi phun cấp, lị thực tế, từ kết tính toán, giá trị điều chỉnh với đồng định sai khác tránh khỏi sai số hệ số chuẩn, công tác đo, Mặt khác, buồng đốt lị thực tế ln tồn vùng bám xỉ dẫn đến chế độ khí động buồng đốt không đồng Sự sai khác nêu lên tầm quan trọng việc cân bằng/điều chỉnh/giám sát lưu lượng than gió qua vịi đốt + Đối với trường hợp mơ kiểm tra sau thí nghiệm thực tế, số liệu đầu vào điều kiện biên lấy theo thông số vận hành chế độ thí nghiệm đánh giá có hiệu suất cao tỉ lệ trộn (các chế độ xác định thực phụ tải kinh tế lò hơi, phụ tải ~ 85% phụ tải định mức lò hơi) Trong trường hợp này, hiệu suất cháy tính tốn từ mơ tăng dần theo tăng hàm lượng chất bốc có giảm nhẹ chế độ có chất bốc cao nhất, giá trị hiệu suất tính tốn mơ cao thí nghiệm thực tế lị sai khác khơng lớn, trung bình ~ 1% Điều chứng tỏ mô sát với thực tế, tăng lên hiệu suất cháy phù hợp với lý giải Các giá trị hiệu suất cháy xác định theo thí nghiệm thực tế tính theo mơ so sánh bảng 4.16 Bảng 4.16 So sánh hiệu suất cháy điều kiện mơ thí nghiệm thực tế STT Hiệu suất cháy (%) tỷ lệ trộn Nội dung 0% 5% 10% 15% 20% 30% Mơ trước thí nghiệm 91,95 92,45 93,68 94,47 95,42 97,34 Thí nghiệm thực tế 88,38 90,36 90,11 91,42 91,13 90,83 Mơ sau thí nghiệm 90,59 91,18 91,43 92,68 93,02 92,1 Từ so sánh, đánh giá cho thấy rằng, mô CFD công cụ hỗ trợ tốt cho nghiên cứu trình cháy buồng đốt than phun cần triển khai mở rộng để ứng dụng vận hành sản xuất thực tế 4.4 Đề xuất giải pháp Trên sở kết nghiên cứu thu đề xuất hai giải pháp nâng cao hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện là: Hiệu chỉnh, xác định, vận hành buồng đốt với nồng độ dòng bột than hợp lý tăng hàm lượng chất bốc than Bên cạnh hai giải pháp nêu trên, để gián tiếp nâng cao hiệu cháy, đề xuất giải pháp thứ ba sớm nhân rộng đưa công cụ mô số CFD vào công tác học tập, nghiên cứu hỗ trợ thiết kế, vận hành buồng đốt lò NMNĐ đốt than phun 4.5 Kết luận chương Trong thí nghiệm chế độ mơ hình thực nghiệm, xác định giá trị vận tốc gió cấp hợp lý (12 -14 m/s), nồng độ than/gió hợp lý (0,92 – 1,0), tỉ số tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý (0,94 - 0,98), hệ số khơng khí thừa hợp lý (1,24 - 1,27) Các kết thí nghiệm mơ hình tương đối phù hợp với hiểu biết có than antraxit Việt Nam công nghệ đốt ứng dụng Các kết thí nghiệm 23 sử dụng để tham khảo vận hành lò NMNĐ đốt than phun thiết kế Trong thí nghiệm than trộn NMNĐ Ninh Bình, số liệu thu xử lý đáng tin cậy Kết thí nghiệm phù hợp với lý thuyết nghiên cứu trước Các sai khác lý giải phù hợp: Khi tỷ lệ trộn than nhập tăng lên, lò cháy ngày tốt hàm lượng chất bốc cao lại dẫn đến tượng chảy xỉ, để đảm bảo vận hành an tồn lị hơi, phải hiệu chỉnh giảm gió dẫn đến hiệu suất lị giảm Do đó, để có kết luận thấu đáo xác vấn đề cần phải tiếp tục tiến hành nghiên cứu, thí nghiệm đánh giá Đây coi là yếu tố hạn chế định cấu tạo thiết kế thể lị NMNĐ Ninh Bình Vì vậy, để áp dụng đốt than trộn cho lị dạng khác vận hành, trước phải có chương trình nghiên cứu thí nghiệm phù hợp Trong thí nghiệm lị thực tế, tăng hàm lượng chất bốc, nồng độ dòng bột than hợp lý giảm xuống; Tốc độ gió cấp (dịng bột than) hợp lý tăng lên; Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý giảm xuống khơng rõ ràng, hệ số khơng khí thừa đầu buồng đốt giảm, hiệu suất cháy hiệu suất lò tăng lên Các thay đổi khơng hồn tồn tuyến tính mà tồn giá trị hợp lý (đạt giá trị chất bốc mãu cháy 14 - 16%, tương ứng với tỷ lệ 15% than nhập khẩu, 85% than nội địa), điều lý giải đặc tính lị sử dụng để thí nghiệm Hiệu suất cháy tăng nhiều hiệu suất lò hơi, để khai thác hết ưu điểm than trộn chất bốc cao, cần có cải tạo hệ thống trao đổi nhiệt sẵn có lị Có thể dùng thơng số “hàm lượng chất bốc” để thay cho “tỷ lệ trộn than” nghiên cứu than trộn sau Công tác mô CFD tiến hành trình tự, kết đạt khả quan, phù hợp với lý thuyết nghiên cứu trước gần với thực tế Từ mơ hình mơ nghiên cứu này, nhận thấy CFD công cụ mạnh, cần khai thác sâu để mở hướng nghiên cứu lĩnh vực cháy Việt Nam Các kết thể sử dụng tham khảo để phục vụ cho công tác vận hành/thiết kế lò đốt nhiên liệu than trộn sau KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu được, rút số kết luận sau: Trong thí nghiệm chế độ mơ hình thực nghiệm, xác định giá trị vận tốc gió cấp hợp lý (12 -14 m/s), nồng độ than/gió hợp lý (0,92 – 1,0), tỉ số tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý (0,94 - 0,98), hệ số khơng khí thừa hợp lý (1,25 1,28) Các kết thí nghiệm mơ hình tương đối phù hợp với hiểu biết có than antraxit Việt Nam cơng nghệ đốt ứng dụng Các kết thí nghiệm sử dụng để tham khảo vận hành lò NMNĐ đốt than phun thiết kế Công tác mô CFD tiến hành trình tự, kết đạt khả quan, phù hợp với lý thuyết, nghiên cứu trước gần với thực tế Từ mô 24 hình mơ nghiên cứu này, nhận thấy CFD công cụ mạnh, cần khai thác sâu để mở hướng nghiên cứu lĩnh vực cháy Việt Nam Khi tỷ lệ trộn than nhập tăng lên (hàm lượng chất bốc tăng lên), lò cháy ngày tốt hơn, hiệu suất cháy tăng lên (có thể tới 4-5%) hàm lượng chất bốc cao (Vc>14%) lại dễ dẫn đến tượng chảy xỉ, để đảm bảo vận hành an tồn lị hơi, phải hiệu chỉnh giảm gió dẫn đến hiệu suất lị giảm Do đó, để có kết luận thấu đáo xác vấn đề cần phải tiếp tục tiến hành nghiên cứu, thí nghiệm đánh giá Trong thí nghiệm lò thực tế, tăng hàm lượng chất bốc, nồng độ dòng bột than hợp lý giảm xuống; Tốc độ gió cấp (dịng bột than) hợp lý tăng lên; Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp hợp lý giảm xuống không rõ ràng, hệ số khơng khí thừa đầu buồng đốt giảm, hiệu suất cháy hiệu suất lò tăng lên Các thay đổi khơng hồn tồn tuyến tính mà tồn giá trị hợp lý (đạt giá trị chất bốc mẫu cháy 14 - 16%, tương ứng với tỷ lệ 15% than nhập khẩu, 85% than nội địa), điều lý giải đặc tính lị sử dụng thí nghiệm Hiệu suất cháy tăng nhiều hiệu suất lị hơi, để khai thác hết ưu điểm than trộn chất bốc cao, cần có cải tạo hệ thống trao đổi nhiệt sẵn có lị Có thể dùng thông số “hàm lượng chất bốc” để thay cho “tỷ lệ trộn than” nghiên cứu than trộn sau Các kết nghiên cứu tham khảo để phục vụ cho cơng tác vận hành/thiết kế lị đốt nhiên liệu than trộn sau NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Đã xác định giá trị vận tốc gió cấp hợp lý, nồng độ than/gió hợp lý, hệ số khơng khí thừa hợp lý mơ hình thực nghiệm, tư liệu nghiên cứu quan trọng ứng dụng q trình thí nghiệm hiệu chỉnh lò nhà máy nhiệt điện đốt than phun thực tế Đã xây dựng mối quan hệ nồng độ dòng bột than hợp lý, tốc độ gió cấp (dịng bột than) hợp lý, hệ số khơng khí thừa đầu buồng đốt hợp lý, hiệu suất cháy hiệu suất lò với hàm lượng chất bốc nhiên liệu phương pháp thí nghiệm lị nhà máy nhiệt điện thực tế Đã xây dựng mơ hình mơ trình cháy buồng đốt than phun phương pháp mơ số CFD với kết có ý nghĩa thực tiễn ứng dụng vào việc xác định chế độ nhiệt độ khí động lị trước tiến hành thí nghiệm đốt than thực tế so sánh, kiểm chứng sau thí nghiệm đốt than thực tế MỘT SỐ KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Cần tiếp tục nghiên cứu lĩnh vực cháy buồng đốt lò nhà máy nhiệt điện đốt than phun theo hướng sau: Xây dựng chương trình nghiên cứu xác định nhiệt độ bắt cháy bột than theo hàm lượng chất bốc để cập nhật bổ sung nghiên cứu trình cháy Nghiên cứu đầy đủ chi tiết chế độ khí động buồng đốt lò nhà máy nhiệt điện đốt than phun Nghiên cứu mô số CFD tối ưu trình cháy buồng đốt Nghiên cứu hàm lượng chất bốc tối ưu trường hợp lò hơi/nhà máy nhiệt điện thiết kế sử dụng nhiên liệu than trộn DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trương Duy Nghĩa, Nguyễn Chiến Thắng, Trịnh Văn Yên, Trịnh Văn Đoàn (2015) Các kết thu từ thí nghiệm đốt than trộn than antraxit nội địa than bitum nhập nhà máy nhiệt điện Ninh Bình Tạp chí Năng lượng Nhiệt số 122 – 3/2015 (trang 5-8) Nguyễn Chiến Thắng, Trương Duy Nghĩa, Hoàng Tiến Dũng, Trần Gia Mỹ, Lê Đức Dũng (2015) Sự thay đổi yếu tố ảnh hưởng đến q trình cháy than lị từ thí nghiệm đốt than trộn than antraxit nội địa than bitum nhập nhà máy điện Ninh Bình Tạp chí Năng lượng Nhiệt, số 124 – 7/2015 (trang 7-11) Nguyễn Chiến Thắng, Hoàng Tiến Dũng, Trần Gia Mỹ, Lê Đức Dũng (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất bốc than trộn đến hiệu suất lò nhà máy điện Ninh Bình Tạp chí Năng lượng Nhiệt, số 127 – 1/2016 (trang 5-9) Le Duc Dung, Nguyen Huu Linh, Nguyen Chien Thang (2016), Numerical simulation of pulverized coal combustion in a tangentialy fired boiler SG – 130 – 40 – 450 4th AUN/SEED-Net Regional Coference on Energy Egineering 2016, Phnom Penh, Cambodia ... chọn giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện phạm vi nghiên. .. than phun nhà máy nhiệt điện Việt Nam Với lý trình bày nhận thấy, việc lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện? ??... kết nghiên cứu thu đề xuất hai giải pháp nâng cao hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện là: Hiệu chỉnh, xác định, vận hành buồng đốt với nồng độ dòng bột than