Công nghệ cháy lớp sôi (Fluidized Bed Combustion, FBC) được phát triển từ công nghệ đốt nhiên liệu rắn trên ghi cố định. Gió sơ cấp của quá trình cháy được cấp từ đáy buồng đốt qua các nấm gió (nozzle). Gió cấp 2 được thổi từ một cao độ xác định ở phía trên đáy buồng lửa. Công nghệ cháy lớp sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed Combustion, CFBC) có điều kiện khí động đặc biệt tại đó các hạt rắn được vận chuyển trong toàn bộ không gian buồng lửa. Phần lớn các hạt rắn rời khỏi buồng lửa được thu lại nhờ bộ phận phân ly khói hạt rắn (cyclon) và được tái tuần hoàn tới điểm cấp dưới đáy của buồng lửa. Các hạt nhiên liệu cháy ở trong buồng lửa sinh ra nhiệt. Một phần nhiệt lượng của quá trình cháy được hấp thụ bởi tường ống nước được bố trí phía trong buồng lửa và phần còn lại được hấp thụ bởi các bề mặt đốt được bố trí ở đường khói ra sau Cyclon. • Lò hơi lớp sôi tuần hoàn có một số các đặc điểm nổi bật hơn so với những lò hơi đốt nhiên liệu rắn khác, bao gồm : ❑ Sử dụng tương đối linh hoạt các loại nhiên liệu rắn: Đây là một đặc tính ưu việt chính của lò hơi CFB. Các hạt nhiên liệu rắn chiếm từ 13% khối lượng hạt rắn trong buồng đốt, phần còn lại là chất hấp thụ, tro nhiên liệu và cát. Các hạt nhiên liệu được cấp vào buồng lửa sẽ được phân tán vào trong khối hạt và nhanh chóng được gia nhiệt đến nhiệt độ bắt cháy; ❑ Có hiệu suất cháy cao: khoảng 9597% do có sự hỗn hợp khíhạt tốt, do va chạm và mài mòn giữa các hạt nhiên liệu trong quá trình cháy, và do có sự tái tuần hoàn lại buồng đốt của các hạt nhiên liệu chưa cháy hết; ❑ Khử lưu huỳnh khá hiệu quả: cho phép sử dụng đá vôi để khử lưu huỳnh ngay trong buồng đốt; ❑ Giảm phát thải NOx: do nhiệt độ cháy nhiên liệu tương đối thấp (850900oC) ❑ Bề mặt cắt ngang buồng lửa nhỏ: Lượng nhiệt sinh ra trên một đơn vị diện tích bề mặt cắt ngang của buồng lửa (được gọi là nhiệt thế diện tích) cao là một ưu điểm nổi bật của lò hơi CFB (3,54,5 MWthm2) ❑ Có số lượng điểm cấp nhiên liệu ít hơn: do bản chất “giả lỏng” của CFB, số lượng điểm cấp nhiên liệu sẽ ít.
CHUN ĐỀ LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN CIRCULATING FLUIDIZED BED COMBUSTION BOILER PGS TS PHẠM HOÀNG LƯƠNG Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt-Lạnh, Đại học Bách Khoa Hà Nội Email: luong.phamhoang@hust.edu.vn, hoangluongp@yahoo.com Cell phone: 0904277121 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CẨM PHẢ, 24-27.06.2020 Nội dung trình bầy – Thời lượng • Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn (1ngày) • Phần B Lị lớp sơi tuần hồn (1ngày) Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn [1] Giới thiệu chung • Cơng nghệ cháy lớp sôi (Fluidized Bed Combustion, FBC) phát triển từ công nghệ đốt nhiên liệu rắn ghi cố định Gió sơ cấp q trình cháy cấp từ đáy buồng đốt qua nấm gió (nozzle) Gió cấp thổi từ cao độ xác định phía đáy buồng lửa Cơng nghệ cháy lớp sơi tuần hồn (Circulating Fluidized Bed Combustion, CFBC) có điều kiện khí động đặc biệt hạt rắn vận chuyển tồn khơng gian buồng lửa Phần lớn hạt rắn rời khỏi buồng lửa thu lại nhờ phận phân ly khói - hạt rắn (cyclon) tái tuần hoàn tới điểm cấp đáy buồng lửa Các hạt nhiên liệu cháy buồng lửa sinh nhiệt Một phần nhiệt lượng trình cháy hấp thụ tường ống nước bố trí phía buồng lửa phần lại hấp thụ bề mặt đốt bố trí đường khói sau Cyclon • Lị lớp sơi tuần hồn có số đặc điểm bật so với lò đốt nhiên liệu rắn khác, bao gồm : ❑ Sử dụng tương đối linh hoạt loại nhiên liệu rắn: Đây đặc tính ưu việt lò CFB Các hạt nhiên liệu rắn chiếm từ 1-3% khối lượng hạt rắn buồng đốt, phần lại chất hấp thụ, tro nhiên liệu cát Các hạt nhiên liệu cấp vào buồng lửa phân tán vào khối hạt nhanh chóng gia nhiệt đến nhiệt độ bắt cháy; ❑ Có hiệu suất cháy cao: khoảng 95-97% có hỗn hợp khí-hạt tốt, va chạm mài mịn hạt nhiên liệu trình cháy, có tái tuần hồn lại buồng đốt hạt nhiên liệu chưa cháy hết; ❑ Khử lưu huỳnh hiệu quả: cho phép sử dụng đá vôi để khử lưu huỳnh buồng đốt; ❑ Giảm phát thải NOx: nhiệt độ cháy nhiên liệu tương đối thấp (850-900oC) ❑ Bề mặt cắt ngang buồng lửa nhỏ: Lượng nhiệt sinh đơn vị diện tích bề mặt cắt ngang buồng lửa (được gọi nhiệt diện tích) cao ưu điểm bật lị CFB (3,5-4,5 MWth/m2) ❑ Có số lượng điểm cấp nhiên liệu hơn: chất “giả lỏng” CFB, số lượng điểm cấp nhiên liệu Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn [2] Khí động học lớp sơi tuần hồn • Lớp sôi xác định trạng thái làm việc lớp hạt mà hoạt động chất rắn lưu động phần tử chất lỏng trạng thái sôi Khi tốc độ dịng khí ghi thay đổi (tăng dần), hạt rắn dịch chuyển từ trạng thái đến trạng thái khác, bao gồm: ❑ Lớp cố định (hình 2.1a) ❑ Lớp bọt (hình 2.1b) ❑ Lớp rối (hình 2.1c) ❑ Lớp nhanh (sử dụng lớp sơi tuần hồn) ❑ Lớp vận chuyển kiểu khí nén (hình 2.1d) Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn [3] Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn [4] Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn [5] Lớp sơi nhanh (lớp sơi tuần hồn) • Lớp sôi nhanh kiểu sôi thiết lập vận tốc cao hỗn hợp khí - hạt mà đó, hạt bị quét khỏi lớp sơi khí giả lỏng có tốc độ cao vận tốc giới hạn hạt đơn hạt thu lại trở điểm cấp buồng lửa • Đây chế độ nằm hai chế độ sơi rối chuyển động dạng khí nén Ở dạng lớp sơi nhanh tiêu biểu, quan sát thấy khối hạt mảnh lơ lửng không đồng chuyển động lên xuống dịng hỗn hợp lỗng chuyển động liên tục lên phía trên, biểu diễn hình 2.3 • Do có vận tốc trượt lớn khí hạt rắn, khối hạt hợp thành tan rã nhanh, Các hạt rắn liên tục đưa vào dòng khí lên đường ống lên Với tốc độ đưa vào nhỏ, hạt rắn phân tán đồng dịng khí Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn [6] • Với vận tốc khí cho trước, tốc độ cấp hạt gia tăng tới mức hạt nhỏ bị thổi vào phần hạt khác • Khi điều xảy ra, lực nâng dịng khí tác động lên hạt giảm hạt rơi xuống theo sức hút lực trọng trường theo đường cũ (hình 2.4) • Diện tích bề mặt hữu hiệu hai hạt bị giảm vậy, lực nâng hạt giảm so với trọng lượng tổng cộng hai hạt Điều làm cho hạt tiếp tục rơi xuống hạt khác • Do vậy, gia tăng số lượng lớn hạt liên kết với tạo tập hợp hạt (cluster) Những cụm hạt dù bền vững Chúng tiếp tục tách dịng khí thổi lên • Do vậy, hợp thành phân tán cụm hạt diễn liên tục Phần A Công nghệ lớp sơi tuần hồn [7] Phân bố giáng áp lớp sơi tuần hồn • Phần lớp sơi nhanh có nhiều hạt giáng áp đơn vị chiều cao lớp lớn phần cao Với lượng hạt cố định cho trước lớp hạt phân phối lớp sơi vịng tuần hồn ngược để giáng áp hai phần cân (hình 2.5) Giáng áp ngang van L kiểm sốt dịng hạt tỷ lệ với tốc độ dịng Giáng áp ngang qua ống lên phụ thuộc vào mật độ hạt có • Khi vận hành ổn định, cân áp suất vịng tuần hồn biểu diễn: PF-A + PA-B + PB-C + PC-D = PD-E + PE-F Phần A Công nghệ lớp sôi tuần hồn [8] Vận tốc sơi tối thiểu (Minimum fluidization velocity-Umf) • Vận tốc sôi tối thiểu vận tốc mà hạt rắn bắt đầu trạng thái lơ lửng • Khi trạng thái sơi thiết lập, dù vận tốc khí tiếp tục tăng giáng áp trì khơng đổi • Ở trạng thái sơi, lực nâng hạt dịng khí cân với trọng lượng hạt • Do tốc độ sơi tối thiểu xác định từ phương trình cân sau: 10 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [30] Chụp thổi gió/nấm gió lị CFB Kết cấu hộp gió ghi có lớp làm mát Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [31] Hệ thống khởi động đốt • Là hệ thống thiết bị giúp cho lò khởi động nâng dần nhiệt độ lớp vật liệu sơi lên nhiệt độ làm bắt cháy nhiên liệu • Q trình khởi động đốt nhìn chung có giai đoạn • Dùng khói có nhiệt độ cao làm nguồn nhiệt, gia nhiệt tạo sôi lớp liệu buồng đốt đến nhiệt độ bắt cháy than • Cấp lưu lượng than nhỏ, giảm dần lượng dầu FO cắt hoàn toàn đốt dầu, tăng tiếp nhiệt độ buồng lửa tới nhiệt độ vận hành bình thưường • Cấp than kịp thời, điều chỉnh tốt tỉ lệ gió than , đưa lị đến thơng số làm việc bình thường Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [32] • Phương án bố trí hệ thống khởi động đốt • Lắp đặt trực tiếp vịi đốt dầu khởi động phía hộp gió ghi ,, vịi đốt dần sử dụng kiểu vịi đốt khí phun bụi dầu , bắt cháy hộp gió, hình thành hỗn hợp khói có nhiệt độ 9000C, qua ghi để gia nhiệt cho lớp liệu ghi Hệ thống khởi động đơn giản nhưưng hỗn hợp khói hộp gió không đều, nên xẩy tưượng nhiệt độ cao cục bộ, dễ bị đóng xỉ khởi động cháy chụp thổi gió • Dùng đường gió nóng khởi động riêng (hoặc buồng gia nhiệt khởi động) có quạt gió khởi động riêng Một phần gió cấp có áp suất cao, sau qua quạt gió khởi động, với khói dầu đưược phun sương cháy đưường gió nóng khởi động, tạo khói có nhiệt độ cao cỡ 15000C, khói nóng tiếp tục hỗn hợp với gió cấp 1, tạo thành khói 9000C để qua ghi, gia nhiệt cho lớp liệu Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [33] Nghiên cứu cụ thể: Lò CFB NMNĐ Sơn Động [1] 59 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [34] Nghiên cứu cụ thể: Lị CFB NMNĐ Sơn Động [2] Ghi phân phối gió (2100 nozzles) – No1 CFB Boiler Ghi phân phối gió – No2 CFB Boiler 60 Phần B Lị lớp sơi tuần hoàn [35] Nghiên cứu cụ thể: Sơ đồ – nước ngưng Tuabin NMNĐ Sơn Động [1] 61 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [36] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT Circulating Fluidized Bed Boilers Source: Jouko (Valmet) Presentation at HUST, Oct.1, 2019 62 Phần B Lò lớp sơi tuần hồn [37] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT So sánh q trình cháy cơng nghệ lớp sơi tuần hồn (CFB) so với cơng nghệ than bột (Pulverized Coal, PC) 63 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [38] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT So sánh kích thước lị CFB với lị than bột (cơng suất lị: 600 MWe, lò siêu tới hạn (Ultra Super Critical, USC), đốt than Antraxit Việt Nam có hàm lượng tro cao) 64 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [39] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT So sánh đặc tính trao đổi nhiệt lớp sôi tường buồng đốt hai công nghệ: đốt than CFB đót than bột 65 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [40] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT So sánh thiết kế lị lớp sơi tuần hồn so với lị đốt than bột 66 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [41] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT Cơng nghệ đốt lớp sơi tuần hồn không cần hệ thống nghiền sấy nhiên liệu 67 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [42] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT Độ tin cậy vận hành lò lớp sơi tuần hồn cải thiện 68 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [43] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT Lợi ích mơi trường việc áp dụng cơng nghệ cháy lớp sơi tuần hồn 69 Phần B Lị lớp sơi tuần hồn [35] SO SÁNH LỊ HƠI LỚP SƠI TUẦN HỒN VỚI LỊ HƠI ĐỐT THAN BỘT Cơng nghệ cháy CFB góp phần giảm phát thải CO2 70 ... ❑ Lớp bọt (hình 2.1b) ❑ Lớp rối (hình 2.1c) ❑ Lớp nhanh (sử dụng lớp sơi tuần hồn) ❑ Lớp vận chuyển kiểu khí nén (hình 2.1d) Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần hồn [3] Phần A Cơng nghệ lớp sơi tuần. .. đặc trưng đáng ý lớp sôi lớp sôi tuần hoàn (Fluidized bed and Circulating fluidized bed; FB&CFB) đồng nhiệt độ lớp hạt, điều có ảnh hưởng rõ rệt đến q trình trao đổi nhiệt từ lớp sôi tới vách buồng... nghệ lớp sơi tuần hồn [7] Phân bố giáng áp lớp sơi tuần hồn • Phần lớp sơi nhanh có nhiều hạt giáng áp đơn vị chiều cao lớp lớn phần cao Với lượng hạt cố định cho trước lớp hạt phân phối lớp sơi