So sánh kết quả cháy than trộn và than Hòn Gai
So sánh nhiệt độ trung bình tại các mặt cắt ngang trong buồng đốt (oC)
So sánh kết quả cháy của than trộn trong các trường hợp
Bảng tính hàm lượng carbon cháy không hết trong tro
Entanpi của 1m3 tc các khí và của 1 kg tro
Bảng tính tổn thất nhiệt lò hơi trong các trường hợp mô phỏng
So sánh phân bố trường nhiệt độ của than trộn tại mặt cắt đứng D-2
So sánh phân bố trường nhiệt độ của than trộn tại mặt cắt ngang D
So sánh phân bố trường vận tốc của than trộn trong các phương án
So sánh quỹ đạo chuyển động của dòng trong các phương án
So sánh phân bố trường nhiệt độ của than trộn tại mặt cắt đứng trong các phương án
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục đích nghiên cứu
a) Mục đích
- Nghiên cứu các phương pháp trộn than và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của than trộn trong lò hơi than phun hình chữ W;
- Tổng hợp, phân tích các kết quả thu được khi thay đổi điều kiện cháy trong lò hơi khi sử dụng than trộn và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cháy khi sử dụng than trộn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5. Nội dung nghiên cứu của luận văn
Mục đích chính của luận văn là nghiên cứu nâng cao quá trình cháy than trộn trong lò hơi than phun hình chữ W trong Nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam. Trong đó, nội dung cụ thể luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của việc đốt than trộn đến quá trình...
- Nghiên cứu nguyên lý, cấu tạo và chỉ ra được ưu điểm của công nghệ lò hơi than phun ngọn lửa hình W;
- Trình bày tóm tắt những lý thuyết cơ bản liên quan đến đặc tính của than, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của than và các phương pháp trộn than;
- Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng các công cụ mô phỏng CFD trong nghiên cứu các quá trình chuyển động chất lưu nói chung và quá trình cháy nhiên liệu trong lò hơi đốt than phun nói riêng;
- Dựa trên cơ sở lý thuyết cháy và các số liệu thực tế của NMNĐ Vũng Áng 1, luận văn đã mô phỏng được quá trình cháy than trộn trong lò hơi bằng phần mềm ANSYS FLUENT;
- Luận văn đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của hệ số không khí thừa, tỷ lệ gió cấp 2/cấp 1 đến quá trình cháy bên trong lò hơi khi sử dụng than trộn 15% về nhiệt trị.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vai trò của nhiệt điện đốt than
1.2. Các phương pháp nâng cao quá trình cháy than trộn
1.3. Công nghệ lò hơi đốt than phun (Pulverized Coal - PC)
1.3.1. Nguyên lý làm việc của lò hơi
1.3.2. Ưu điểm của lò hơi đốt than phun ngọn lửa hình chữ W
1.3.3. Đối tượng lò hơi được nghiên cứu
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY THAN
2.
2.1. Đặc tính của than
2.2. Cơ sở lý thuyết cháy hạt than
2.3. Cơ chế phản ứng hóa học của sự cháy carbon
2.4. Khống chế phản ứng cháy carbon
2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình cháy than
2.6. Cháy theo ngọn lửa (cháy bột than)
2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bốc cháy hạt than
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TRỘN THAN
3.1. Phương pháp trộn đống
3.2. Phương pháp trộn trong Silo
3.3. Phương pháp trộn đáy
3.4. Phương pháp đốt trộn than bằng vòi đốt phun
3.5. Phương pháp trộn than trên băng tải
Ưu/nhược điểm của việc trộn than trên băng tải
CHƯƠNG 4: CÔNG CỤ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY THAN TRỘN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG 1
4.1. Công cụ mô phỏng
4.2. Mô phỏng quá trình cháy than lò hơi NMNĐ Vũng Áng 1
a) Mô hình hình học của buồng đốt lò hơi PC
b) Chia lưới mô hình
Hình 4.3: Mô hình buồng đốt 3D sau khi được chia lưới
Bảng 4.2: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của lưới
4.2.2. Thiết lập điều kiện biên của mô hình
a) Đặc tính của nhiên liệu
b) Các trường hợp mô phỏng
a. Thiết lập mô hình vật lý
Bài toán mô phỏng quá trình cháy sử dụng các mô hình vật lý sau:
- Mô hình rối;
- Mô hình bức xạ;
- Mô hình pha phân tán;
- Mô hình truyền chất;
- Mô hình cháy.
b. Thiết lập các phương pháp giải
Các phương pháp giải lựa chọn để chạy mô hình được tổng hợp ở bảng dưới đây.
Bảng 4.5: Các phương pháp giải sử dụng trong mô hình
c. Tính toán mô hình
Trình tự các bước để giải bài toán trên mô hình mô phỏng sử dụng phần mềm ANSYS Fluent 17.2 Academic được trình bày dưới đây.
Bước 2: Khởi tạo phản ứng cháy. Sử dụng tính năng: Patch trong ANSYS FLUENT để tạo nhiệt độ bắt cháy cho hỗn hợp bột than và không khí.
Bước 3: Tính toán mô hình phản ứng cháy.
Bước 4: Tính toán mô hình phản ứng cháy có xét thêm mô hình bức xạ.
Bước 5: Tính toán mô hình phản ứng cháy có xét thêm mô hình tương tác bức xạ giữa các hạt (Particle-Radiation Interaction).
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
5.1. Nghiên cứu quá trình cháy than Hòn Gai bằng phần mềm mô phỏng CFD
1.
1.1.
2.
3.
4.
5.
5.1.
5.1.1. Xác định trường tốc độ dòng hỗn hợp bột than trong buồng đốt
5.1.2. Xác định trường nhiệt độ trong buồng đốt
5.1.3. Phân bố sản phẩm cháy bên trong buồng đốt
5.1.4. Phân bố tốc độ phản ứng cháy bên trong buồng đốt
5.1.5. Sự chuyển động và sự tồn tại của hạt than bên trong buồng đốt
5.2. Ảnh hưởng của than trộn đến quá trình cháy bên trong buồng đốt
Hình 5.8: So sánh phân bố trường nhiệt độ của than trộn tại mặt cắt đứng D-2
Hình 5.9: So sánh phân bố trường nhiệt độ của than trộn tại mặt cắt ngang D
Bảng 5.3. So sánh kết quả cháy than trộn và than Hòn Gai
5.3 Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa và tỷ lệ gió cấp 2/cấp 1 đến quá trình cháy than trộn
Hình 5.12: So sánh phân bố trường tốc độ của than trộn trong các phương án
Hình 5.13: So sánh quỹ đạo chuyển động của dòng trong các phương án
Hình 5.14: So sánh phân bố trường nhiệt độ của than trộn tại mặt cắt đứng D-2
trong các phương án
Bảng 5.5: So sánh kết quả cháy của than trộn trong các trường hợp
Hàm lượng carbon còn lại trong tro là thông số quan trọng của lò hơi nhằm đánh giá hiệu suất của lò hơi cũng như hiệu quả của quá trình cháy bên trong buồng đốt. Khi hàm lượng các bon còn lại trong tro cao có nghĩa tổn thất nhiệt do cháy không hết về ...
Bảng 5.6: Bảng tính hàm lượng carbon cháy không hết trong tro
Than
Than
Đơn vị
Đại lượng
STT
trộn 15%
Hòn Gai
6,9
7,5
s
1
Thời gian lưu hạt than
98,81
99,82
%
2
Tỷ lệ chuyển hóa char
0,1514
0
g/s
3
Lưu lượng khí CO
Kết quả tính toán cho thấy, ở các điều kiện vận hành khác nhau, hàm lượng carbon còn lại trong tro là khác nhau. Khi sử dụng than trộn, trường hợp tăng tỷ lệ gió cấp 1 lên 20%, hàm lượng carbon cháy không hết trong tro là cao nhất (4,8%), trường hợp t...
5.3.5. Sự ảnh hưởng đến hiệu suất của lò hơi
Để xác định sự ảnh hưởng của hệ số không khí thừa hay tỷ lệ phân chia gió khi sử dụng than trộn đến hiệu suất lò hơi cần xét đến các tổn thất nhiệt của lò như: tổn thất nhiệt do khói thải mang đi (q2); tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa...
Tác giả sử dụng phương pháp nội suy để xác định được Entanpi của khí và tro tại đầu ra khói thải ở nhiệt độ 130oC như trong bảng 5.7 dưới đây:
Bảng 5.7: Entanpi của 1m3 tc các khí và của 1 kg tro
Tác giả sử dụng phương pháp tính hiệu suất cân bằng nghịch trên cơ sở nhiệt trị thấp của nhiên liệu [11].
Bảng 5.8: Bảng tính tổn thất nhiệt lò hơi trong các trường hợp mô phỏng
Kết quả tính toán cho thấy, phương án tăng tỷ lệ gió cấp 1 lên 20% thì tổn thất nhiệt do khói thải (q2) là nhỏ nhất (4,94%); tổn thất nhiệt do cháy không hết về cơ học (q4) là lớn nhất (1,81%).
Phương án tăng hệ số không khí thừa và giữ nguyên phân cấp gió theo thiết kế thì tổn thất nhiệt do khói thải (q2) là lớn nhất (5,16%); tổn thất do cháy không hết về cơ học (q4) là nhỏ nhất (0,91%).
Tổng lượng nhiệt tổn thất (q2+q4) của phương án 2 là nhỏ nhất và đây cũng chính là phương pháp nâng cao quá trình cháy của than trộn 15%. Tuy nhiên, các kết quả trên cần được kiểm tra lại và thực hiện thêm nhiều chế độ mô phỏng nữa để có thể rút ra đư...
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Từ những kết quả nghiên cứu thu được, tác giả rút ra một số kết luận như sau:
1. Việc thay đổi chủng loại than trong lò hơi đốt than phun sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy bên trong buồng đốt;
2. Việc thay đổi tỷ lệ gió cấp 2/cấp 1 cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình cháy. Cụ thể, trong trường hợp sử dụng than trộn 15% về nhiệt trị, tỷ lệ gió cấp 1 tăng từ 13% lên 20%, tỷ lệ gió cấp 2 giảm từ 67% xuống 60%, tỷ lệ gió cấp 3 là 20% và hệ số không khí [
3. Việc thay đổi lượng không khí cấp vào lò sẽ ảnh hưởng đến quá trình cháy. Cụ thể, trong trường hợp sử dụng than trộn 15% về nhiệt trị, giữ nguyên tỷ lệ phân cấp gió cấp 1/cấp 2/cấp 3 theo như thiết kế đối với than anthraxit và tăng hệ số không khí thừa [
Do hạn chế về mặt thời gian và tài nguyên máy tính sử dụng để mô phỏng nên luận văn chưa chỉ ra được giải pháp vận hành tối ưu cho các tỷ lệ trộn khác nhau mà mới chỉ dừng lại ở mô phỏng quá trình cháy của than trộn 15% về nhiệt trị.
Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để tối giản hóa các trường hợp trước khi đưa vào thí nghiệm thực tế và nắm bắt được xu hướng điều chỉnh chế độ vận hành lò hơi than phun hình chữ W khi thay đổi chủng loại than, đặc biệt là than trộn.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình cháy của than trộn trong lò hơi đốt than phun ngọn lửa hình W theo hướng như sau:
1. Xác định tốc độ cháy của hạt than, chùm hạt than, thời gian cháy cốc và bổ sung các nghiên cứu cơ bản về quá trình cháy;
2. Nghiên cứu tối ưu sự ảnh hưởng của độ xoáy vòi phun và kích thước hạt than đối với quá trình cháy, phân cấp gió, hệ số không khí thừa;
TÀI LIỆU THAM KHẢO