Phần 2 cuốn giáo trình cung cấp cho người học các kiến thức: Quá trình cháy trong buồng lửa lò hơi, hệ thống điều khiển nghiên liệu cấp cho lò hơi, các chế độ điều khiển lò hơi, yêu cầu kỹ thuật của hệ thống DCS cho nhà máy nhiệt điện đốt than,… Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
CHƯƠNG Q TRÌNH CHÁY TRONG BNG LỬA LỊ H 5.1 Quả trình cháy buồng lửa lị hoi 5.1.1 a Nhỉên liệu sản phâm cháy nhiên liệu Khái niệm Nhiên liệu vật chât cháy toa nhiệt Trong cơn« nghiệp, nhiên liệu phải đạt u cầu sau : có nhiều tron« tự nhiên, dề khai thác, giá thành rẻ, cháy không sinh chất gây nguy hiêm Trẽn giới nay, nguồn nhiên liệu chủ yếu nhiên liệu hữu CO’ ba lịng khí Những nhiên liệu có thê sẵn có tron« tự nhiên nhân tạo dùng cho ngành nhiệt điện thường loại than xấu, có nhiệt trị thấp, độ tro cao Dầu nặng, madút lả nguồn nhiên liệu hay sử dụng nhà máy Việc phát nhũng vùng mị khí đốt rộng lớn, với áp dụng cơng nghệ vận hố lịng làm tăng tỉ lệ dùng khí đốt nhà máy nhiệt điện dạng : rắn, Nhiên liệu độ âm nhiệt điện chun khí b Thành phần hố học nhiên liệu Nhiên liệu bao gồm chất có khả oxy hố gọi chất cháy chất khơng có khả oxy hố gọi chất trơ Thành phần cháy cùa nhiên liệu gồm có: Cacbon (C), Hydro (H), lưu huỳnh (S), N itơ (N), Oxy (O) cịn chất tro gồm có tro (A ) ẩm (W ) • Các chat cháy ✓ Cacbon thành phần yếu nhiên liệu, nhiệt lượng phát cháy kg Cacbon gọi nhiệt trị Cacbon (~ 34150 k.ỉ/kg) Vì lượng Cacbon nhiên liệu nhiều nhiệt trị nhiên liệu cao T u\ theo tuỏi hình thành cùa nhiên liệu, Cacbon có thẻ chiếm từ 50% den 95% Tuổi hình thành nhiên liệu cao thành phần Cacbon cao song liên kết c lớn nên khó bất lưa toả nhiều nhiệt cháy Hydro thành phân cháy quan trọng nhiên liệu, cháy toả nhiệt lượng khoan« 144500 kJ/kg, nghĩa gấp lần so vói Cacbon dề bất lửa lượng Hydro nhiên liệu lại Trong thành phần nhiên liệu hữu Hydro chiếm từ khoảng 2% đến 10%, nhiên liệu lỏng, tỷ lệ Hydro nhiều hon nhiên liệu ran Lưu huỳnh thường tồn ba dạng: dạng hữu co, dạng khoáng chất hai dạng cháy dạng thứ ba không cháy dạng muối Sulfat CaSCL, MgSƠ 4, FeS0 tạo thành tro xi Lưu huỳnh nhiên liệu không nhiều chiếm tối đa đến % vài loại than nâu, dầu có thê chiếm tới 4% khí thiên nhiên khơng có Lưu huỳnh bị xêp vào loại thành phần có hại, nhiệt trị cùa lưu huỳnh 30% nhiệt trị Cacbon tác hại chu yếu đốt nhiên liệu có nhiều lưu huỳnh kích thích tượng ăn mịn điện hố bề mặt truyền nhiệt có nhiệt độ thắp sấy khơng khí hâm nước, Hon nừa cháy lưu huvnh sinh S phần SO;, chúng làm tăng nhiệt độ đọng sương khói K hi bề mặt truvền nhiệt tiếp xúc với khỏi có nhiệt độ thấp hon nhiệt độ đọng sương nước khói ngưng tụ lại kết họp với SO; tạo thành axit sulfuric H ;S ãn mịn kim loại 123 https://tieulun.hopto.org nhanh Vì cân có hệ thơng khử lưu huỳnh FGD khói đẻ giảm thiêu nơng dộ oxit sunfur SOx Oxy N itơ chất cháy vơ ích nhiên liệu Sự có mặt chúng làm giảm thành phần cháy nhiên liệu nên làm cho nhiệt trị nhiên liệu giảm xuông Nhiên liệu non oxy nhiêu K hi đốt áp suất quvên nhiệt độ khơng thật cao N itơ không cháy mà lẫn vào sản phâm cháv dạng tự do, nhiệt độ áp suất cao nito' cháy, tạo thành nitro oxide gây ảnh hướng xấu đến mỏi trường • Các chất trơ Độ âm ( w ) thành phần cỏ hại khơng nhùng khơng cháy toả nhiệt mà cịn tiêu tốn nhiệt đê bốc hơi, làm tăng nhiệt độ đọng sương khói, đốt nhiên liệu có nhiều lưu huỳnh Tuy nhiên có nước ò nhiệt độ cao làm tăng tôc độ cháy tác dụng khí hố bê mặt than tạo thêm trung tâm hoạt tính kích thích q trình cháy Trong nhiên liệu độ âm thường xem xét ba dạng : độ âm bề mặt độ âm mao dân độ âm tinh thê Thông thường qui định độ ẩm làm việc ỈV/y tỷ lệ khối lượng giảm sấy ô' 105°c, mẫu nhiên liệu cân vói khơng khí có độ âm tương đối 60% nhiệt độ 20° c Tro tỏng hợp thành phần không cháy ô' thể rắn thường qui định phần lại đốt nhiên liệu rắn 800°c nhiên liệu lòng 500(,c Tro gồm có tro tro ngồi Tro ngồi chất răn lan vào nhiên liệu trình khai thác, vận chuyển bảo quản nhiên liệu, tro thành phần chất ran không cháy có q trình hình thành nhiên liệu T ỷ lệ tro nhiều hav phụ thuộc vào chung loại nhiên liệu, điêu kiện khai thác, vặn chuyên bảo quản nhiên liệu Tro có tác dụng xâu : làm giảm nhiệt lượng phát nhiên liệu, gây tượng bám bân mài mòn bề mặt truyền nhiệt, đường ống dẫn quạt khói Trong cơng nghệ đôt, ta thường quan tâm đến nhiệt độ biến dạng, nhiệt độ mẻm nhiệt độ nóng chảy cua tro • Cách biêu thị thành phân cua nhiên liệu Thành phân cua chát có nhiên liệu tv sơ giừa khơi lượng riêng chảt tông khối lượng cua nhiên liệu khảo sát Ta thường sư dụng thành phần làm việc, thành phần thô, thành phần cháy, thành phần hữu Neu ta lấy G kg nhiên liệu ị' điều kiện làm việc bình thường đem phân tích GC kg cacbon, GH kg hydro GS kg lưu huỳnh, GA kg tro G)V kg âm ta có định nghĩa : Thành phần làm việc cacbon c 1' _ w 1 0 % G ’ Gh 0 % G hydro : H " > Thành phân khô cua cacbon : c I G( = —— —— 100% G-G„ Thành phần cháy cacbon : c ( = -— - ] 00% G-G,,-GA https://tieulun.hopto.org c Các đặc tính cơng nghệ nhiên liệu Những dặc tính thành phần chất bốc đặc tính cốc nhiệt trị gọi đặc tính cơng nghệ nhiên liệu Nghiên cứu đặc tính nàv đẻ có thê tính tốn thơng sơ vẻ nhiên liệu, tỉ lệ khơng khí - nhiên liệu để đảm bảo q trình cháy theo u cầu Ngồi ra, việc tro xi quan trọng, xử lý tro xì vừa đàm bảo an toàn cho người vận hành, thiêt bị vừa đảm bảo cho trình cháy giảm thiêu cặn bám • Chat hốc vù đặc tỉnh cua cốc Chất bốc V khối lượng nung nóng nhiên liệu điều kiện khơng có khơng khí nhiệt độ 800°c thời man phút, phần lại tro cốc Như chất bốc chất khí nhiên liệu bị phân h nhiệt mơi trường khơng có oxy, thành phần chủ yếu hydro H hydrocacbon CxHy, c o C Nhũng liên kết có nhiều oxy nhung liên kết bền vững, dễ bị phá vờ nhiệt độ cao nên nhiên liệu non, chât bôc nhiều: than bùn chiếm khoáng 70% bắt đầu thoát 100 - 10°c, than nâu chiếm khoản 40 - 60% bắt đầu thoát 130 - 170°c, than anthracite chiếm khoảng 9% bắt đằu thoát 400°c Nhìn chung, nhiên liệu có nhiều chất bốc, dễ bẳt lửa, cháv ồn định lửa dài Nhiên liệu có ti lệ chất bốc 25% dễ cháy, 17% khó cháy, ó' nước ta, phần lớn nhiên liệu sử dụng than anthracite nửa than anthraccite nửa than gầy, hàm lượng chất bốc thấp nên khó cháv Do đó, đốt nhiên liệu này, phải t i ' nhiệt độ cao vùng bốc cháy chiều dài lửa phải dài đê đảm bảo cho cốc cháy hết Tính chắt cốc nhiên liệu phụ thuộc vào tính chất mối liên kết hừu có phần cháy Neu cốc dạng cục gọi than thiêu kết Than đá, than anthracite thuộc loại không thiêu kết, than mỡ, than béo thường loại thiêu kết Than có nhiều chất bốc cốc xốp than có khả phản ứng cao cacbon khơng dễ bị hồn ngun khí CO thành CO Anthracite than gây khơng cho cốc xốp, loại nhiên liệu khó phản ứng Khi phân huỷ nhiệt than, tuỳ thuộc vào mức độ tách khí khơi than mà cốc có độ xốp khác Độ bền nhiên liệu phụ thuộc rât nhiều vào độ xôp cốc Than xốp độ bền bé • Nhiệt trị Nhiệt trị nhiên liệu nhiệt lượng sinh cháy hoàn toàn lk g nhiên liệu rắn lòng hay nv tiêu chuân nhiên liệu khí Nhiệt trị cua nhiên liệu xác định trực tiếp nhiệt lượng kẽ dùng công thức kinh nghiệm theo thành phân nhiên liệu Tuỳ thuộc vào cách đôt cháy nhiên liệu trọng sử dụng loại nhiệt trị ba loại nhiệt trị: nhiệt trị bom nhiệt lượng kê nhiệt trị cao nhiệt trị thấp Tuỳ theo mẫu nhiên liệu mà có nhiệt trị làm việc, nhiệt trị cháy, nhiệt trị khỏ Trong tốn thơng thường, ta thường sử dụng nhiệt trị thấp làm việc Q,/v , tức nhiệt lượng toả đốt cháy hoàn toàn kg m tiêu ehuân mẫu nhiên liệu điều kiện làm việc bình thường mà H20 sản phẩm cháy dạng hơi, nẻu H 20 sản phâm cháy dạng nước ngưng, ta có nhiệt trị cao làm việc Qciv • Khi làm thí nghiệm, đo trực tiếp nhiệt trị cao bom nhiệt lượng kế Qch, tức nhiệt lượng thu đơt cháy hồn tồn lkg nhiên liệu bom nhiệt lượng kế Hoặc nhiệt trị có thẻ tính theo công thức thực nghiệm khác nhau, thường dùng công thức Mendeleev biêt thành phần hoá học nhiên liệu rắn lỏng: 125 https://tieulun.hopto.org ọ ị v = ọ!}’ - ( H lv +J¥l v ) ,jv Qcc.(m-Ah' - w ìv) c 100 W’ — kJ /k g kỉ/kg Qc = 340 ° c + H c + 1 (S C - Oc ) u/kg đỏ: C nhiệt trị cao cháy d Thành phần, thê tích sản phẩm cháy • Thành phân cùa sàn phâm cháy Tuỳ thuộc vào điều kiện cháy hồn tồn hay khơng hồn tồn ngun tố cháy cùa nhiên liệu mà tỳ lệ thành phần sản phẩm cháy khác Khi nhiên liệu cháy hồn tồn với lượng khơng khí vừa đủ, sản phâm cháy bao gồm thành phân sau: C cháy c , S cháy s, H 20 cháy H, ẩm nhiên liệu bốc hoi, phần hoi nước có khơng khí, phần khơng khí mang vào phần có sẵn nhiên liệu K hi cháy hồn tồn với lưọng khơng khí thừa cịn có thêm lượng khơng khí Khi cháy khơng hồn tồn, tồn lại c o số chất khí khơng cháv hết H 2, C H 4, CXH Y, • Hệ sơ khơng khí thừa Lượng khơng khí tưong ứng với lượng oxy cần thiết cho q trình cháy hồn tồn kg nhiên liệu rắn, lòng hay nr tiêu chuẩn nhiên liệu khí gọi lượng khơng khí lý thuyết cần thiết cho trình cháy Như vậy, lượng khơng khí lý thuyết V°KK nhiệt trị có liên quan vói : ỵ0 ĩ Ể L * ỉW ' r kk 1000 (n r tc / kg) : a - hệ số phụ thuộc vào loại nhiên liệu Trong thực tế, khơng khí nhiên liệu tiếp xúc với cách lý tường nên băt buộc thê tích khơng khí thực tế cung cấp thực cho lò phải lớn thê tích lý thuyết T ỷ số giừa tích khơng khí thực tế cung cấp cho q trình cháy để đốt cháy kg nhiên liệu thê tích khơng khí lý thuyết gọi hệ số khơng khí thừa : V a = kk >1 V0 kk Hệ sơ khơng khí thừa trị số quan trọng lị hoi, đặc trưng cho mức độ làm việc kinh tế buồng lửa Hệ số a chọn tuỳ thuộc vào loại nhiên liệu đốt loại thiết bị buồng lửa điều kiện vận hành V í dụ : đốt nhiên liệu lỏng khí lấy khoảng 1,05-1,1 ; đốt than phun lấy từ 1,15 - 1,25; đốt than cám lấy khoảng 1,5 Hệ sơ khơng khí thừa thường xác định qua thành phần sản phâm cháv : 126 https://tieulun.hopto.org n/^max R()i R _ 21 21 _ ~ £ C + QC K hi cháy khơng hồn tồn : xảy đồng thịi hai phản ứng tạo thành c o C C + 0,5 - > C + ỌC, c + -> co2 + ọc2 T ỷ lệ CO C tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ khoảng 1200°c chúng xấp xỉ nhau, nhiệt độ cao tỷ lệ c o lớn ế Phản ứng cháy cùa hydro : H + 0.5 - > H20 + ỌH Phản ứng cháy lưu huỳnh : s + ~> S + QS d Giai đoạn tạo tro xỉ Sau q trình cháy, chất khơng cháy tạo thành tro xỉ Tro chất khơng cháy khơng bị nóng cháy cịn xi tro nóng chảy tạo thành Trong q trình cháy, tác động nhiệt, thành phần nhiên liệu thay đổi tính chât vật lý hoá học Trước tiên, tinh thể nước ngậm số chất thạch cao CaS0 H 20 A l 2O SiO 2.2 H 2O bốc nhiệt độ khoảng 500°c Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cao, số muối khoáng phân huỷ thành oxit C tự ngồi Nếu nhiệt độ tiêp tục tăng cao, thành phần tro lằn lượt nóng chảy, dễ chảy kim loại kiềm hợp chất chúng Khi số thành phần nóng chảy hố thành lịng, có thê hồ tan số thành phần khác vốn khó nóng chảy tạo thành nhũng chất tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp hon Tuỳ theo tính chất nhiệt độ biến dạng, nhiệt độ mềm, nhiệt độ nóng chả} tro ta có thê chọn phương pháp thải tro xi thích hợp ví dụ thải tro nhiệt độ khơng q 850°c, có thẻ thải tro xi khơ nhiệt độ cao hon thài xi lòng hỗn hợp lỗng nên nhiệt lượng phát (do phải lượng nhiệt để đốt nóng lượng khơng khí thừa từ nhiệt độ mơi trường đên nhiệt độ khói thài), đồng thịi làm cho nhiệt độ buồng lửa thấp, cháy chậm cháy không hồn tồn 131 https://tieulun.hopto.org q (kj/kg) hỗn hợp Hình 5-2 Quan hệ nhiệt lượng toả hệ số khơng khí thừa Như xuất điếm vận hành tối ưu cùa giá trị a , thực tế a thường chọn theo kinh nghiệm thực nghiệm, tuỳ theo loại nhiên liệu, cách đốt hình dạng, kích thước buồn lửa Thơng thường a c ó giá trị nằm khoảng 1,1 - 1,5 Trong thực tế, hệ số khơng khí thừa điều chỉnh cách tự động nhờ sử dụng xung lượng nồng độ ROX có khói, tuv nhiên mục đích việc điều chinh q trình cháy cung cấp khơng khí tương ứng với lượng nhiên liệu đáp ứng yêu cầu lượng tuabin nên có thẻ nói ngồi việc phụ thuộc vào đặc diêm nhiên liệu lượng khơng khí cấp cho buồng đốt ti lệ với lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt tỉ lệ với phụ tải lị Tóm lại, đê q trinh cháy cùa nhiên liệu buông lửa than phun xảy hoàn toàn, điều kiện chất lượng nhiên liệu, cịn cần cỏ điều kiện sau : • Nhiệt độ đủ cao, nhiệt độ cao trình cháy tốt • Hệ số khơng khí thừa thích hợp • Thời gian lưu lại buồng lửa nhiên liệu đù dài Tuy nhiên điều kiện trẽn không tác dụng riêng rẽ mà có ảnh hưởng qua lại lẫn 5.3 Các phưoìig pháp điều chỉnh trình cháy Điều chinh trình cháy thực hai nhiệm vụ sau : • Đảm bảo lượng nhiên liệu cắp lượng khơng khí với khối lượng ti lệ phù họp đê đốt cháv hết nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cằn thiết với hiệu qua kinh tế cao nhất.• • Điêu chinh chê độ thơng gió họp lý tạo áp suất chân khơng bng đốt đảm bảo q trình cháy khói gió 132 https://tieulun.hopto.org I >jtl *> "I 1im íĩ \xi>.c