- Trộn lẫn trước (injector): chảy tầng; chảy rối - Khuếch tán: cấp không khí, tạo xoáy
- Chỉ số Wobbe về sự ổn định công suất nhiệt của mỏ đốt khi nhiệt trị khí dao động hay đổi sang khí khác
Lưu lượng thể tích của dòng khí ở áp suất p, khối lượng riêng ρk thoát ra miệng phun tiết diện F, tính theo công thức: k p kF V ρ 2 = (3.6) trong đó k là hệ số ma sát.
Công suất nhiệt của mỏ đốt tính theo (Hu là nhiệt trị thể tích của khí): * . 2 . 2 . ρ ρ ρ u kk u k u H p kF H p kF H V Q= = = (3.7)
trong đó ρkklà khối lượng riêng của kk'
ρ* là KLR tương đối của khí, ρ* =ρk/ρkk
Thừa số cuối cùng trong công thức (3.7) được gọi là chỉ số Wobbe: * ρ u u H W = (3.8)
Một mỏ đốt xác định vận hành ở chế độ đẳng áp nhưng dùng các loại khí khác nhau sẽ có cùng công suất nhiệt nếu có chỉ số Wu như nhau (khơng nhất thiết nhiệt trị các khí đĩ phải bằng nhau).
Mặt khác, nếu chỉ số Wobbe khác nhau thì ta phải thay đổi áp suất để giữ được công suất mong muốn khi phải thay loại khí đốt.
Chương 4. CHÁY NHIÊN LIỆU LỎNG
4.1 Các điểm chung
Quá trình cháy nhiên liệu lỏng là quá trình cháy khuyếch tán. Đơn giản là ta khơng thể trộn trước khơng khí với nhiên liệu được vì chúng ở 2 pha khác nhau. Tốc độ cháy do vậy phụ thuộc chính vào tốc độ khuếch tán nhiên liệu và kk' đến với nhau; ngọn lửa này gọi là ngọn lửa khuếch tán. Trước khi nhiên liệu khuếch tán được thì nó phải bay hơi ra khỏi chất lỏng. Muốn bay hơi nhanh thì bề mặt chất lỏng phải lớn tức là nhiên liệu phải được hoá bụi (phun sương). Quá trình cháy (ngọn lửa) thật sự xảy ra trong pha khí. Nhiên liệu lỏng chia làm 2 loại: dễ bay hơi và khó bay hơi. Loại dễ bay hơi thường được trộn trước trong các bộ 'chế hoà khí' và quá trình cháy sau đó là quá trình cháy giống như của hỗn hợp trộn trước. Loại khó bay hơi thì vừa cháy vừa bay hơi, ngọn lửa trên mặt chậu dầu hay từ bấc đèn dầu hỏa cho ta quan sát hiện tượng này.
4.2 Nhiệt độ chớp cháy và nhiệt độ bắt lửa (flash and fire temperatures)
Nhiên liệu lỏng bốc hơi như bao chất lỏng khác (ta ngửi thấy mùi). Tốc độ bốc hơi phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng thì tốc độ bốc hơi tăng. Cốc chứa nhiên liệu lỏng bao giờ cũng có 1 ít hơi nhiên liệu trên mặt thoáng, trộn lẫn với khơng khí. Nếu nĩ ở nhiệt độ thấp thì hơi nhiên liệu bốc lên ít không đủ tạo thành hỗn hợp cháy được (do lỗng quá). Tức là tia lửa điện mồi đánh gần mặt thống cũng khơng làm thay đổi gì. Tăng nhiệt độ lên thì lượng hơi bốc lên cũng tăng lên và đến một giá trị nào đó hỗn hợp trên mặt thống sẽ giàu hơn, có khả năng chớp lửa qua mặt thoáng khi gặp lửa mồi. Nhưng chớp lửa đĩ chỉ thoáng qua và tắt luôn vì lửa tiêu thụ hết phần hơi đã tích trữ được, lượng hơi tiếp tục bốc lên ít, chưa đủ duy trì quá trình cháy (ngọn lửa). Nhiệt độ thấp nhất để có hiện tượng đó gọi là nhiệt độ chớp cháy. Tăng nhiệt độ lên nữa thì ta sẽ đạt tới giá trị nhiệt độ bắt lửa. Lúc đó lửa sau khi mồi sẽ tự duy trì, không còn bị tắt nữa mà mạnh lên do nĩ truyền nhiệt xuống pha lỏng làm tăng lượng bay hơi. Cĩ một khoảng nhiệt độ giữa các giá trị chớp cháy và bắt lửa. Các bộ gia nhiệt nhiên liệu lỏng phải hoạt động dưới nhiệt độ bắt lửa một khoảng nhất định.
4.3 Cháy giọt nhiên liệu lỏng
Đến đây ta có thể phân tích hiện tượng cháy của nhiên liệu lỏng, nó phức tạp hơn quá trình cháy của hỗn hợp khí trộn trước vì có thêm các quá trình bốc hơi lỏng thành khí (chuyển pha) và khuếch tán tham gia vào. Ngọn lửa này gọi là khuếch tán, nó xảy ra cách bề mặt giọt nhiên liệu lỏng một khoảng, được mô tả như trên Hình 4.1 Giữa màng lửa và mặt lỏng thì không có oxy, ngược lại phía bên kia của màng lửa thì không có nhiên liệu. Nhiên liệu và oxy được vận chuyển bằng khuếch tán đến màng lửa. Ở đó chúng kết hợp với nhau trong phản ứng cháy, sản phẩm tạo ra bay khỏi màng lửa cũng bằng khuếch tán.
Các phân bước của quá trình cháy giọt nhiên liệu lỏng bao gồm
+ Truyền nhiệt vào giọt lỏng, mỗi đơn vị khối lượng nhiên liệu cần nhiệt lượng
Q = L + Cl(TW-TR) trong đó L là nhiệt ẩn hoá hơi của nhiên liệu; Cl là nhiệt dung riêng của pha lỏng; TR là nhiệt độ lỏng phía trong giọt; TW nhiệt độ lỏng ngay trên mặt. + Hoá hơi pha lỏng thành khí, thời gian hoá hơi giọt lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, đường kính d0 và các tính chất vật lý của nó:
) 1 ) ( ) ( ln( 8 ) 1 ln( 8 2 0 2 0 2 0 + − + − = + = = ∞ R B l B g g g l g g l v v T T C L T T C a d B a d d t ρ ρ ρ ρ λ
trong đó λV là hằng số hoá hơi [m2/s]; ρg là khối lượng riêng pha hơi, ag là hệ số dẫn nhiệt độ pha hơi, Cg là nhiệt dung riêng pha hơi, T∞ là nhiệt độ khí xa giọt lỏng, TB là nhiệt độ sôi của nhiên liệu.
+ khuyếch tán khí từ bề mặt lỏng ra ngoài tới màng lửa, khí nóng dần thêm trên đường đi: Hối lượng và thời gian khuyếch tán tới màng lửa phụ thuộc bản chất nhiên liệu, nhiệt độ buồng lửa…
+ Khuyếch tán oxy từ ngoài vào màng lửa + Phản ứng cháy
+ Khuyếch tán sản phẩm cháy ra xa
+ Truyền nhiệt từ màng lửa ra xung quanh
Hình 4.1 Giản đồ ngọn lửa khuếch tán và mật độ các chất phản ứng
Các kết luận chính liên quan gần gũi với thực tế có thể rút ra từ phân tích quá trình phức tạp này gồm:
(a) Năng suất đốt (năng lượng giải phĩng ra trong 1 đơn vị thể tích trong 1 giây, J/m3) nhiên liệu lỏng tăng khi ta giảm kích thước hạt lỏng, tăng mật độ pha khí và tăng tốc độ trao đổi chất. (b) Màng lửa khuếch tán không bao giờ tiến sát được đến bề mặt lỏng. Tốc độ cháy càng cao thì màng lửa càng cách xa mặt lỏng.
(c) Mật độ nhiên liệu có giá trị cực đại ngay trên mặt lỏng và giảm xuống đến zero trong màng lửa cũng như phía bên kia màng lửa. Mật độ oxy thì bằng zero ở trên mặt lỏng tới màng lửa, sau đó tăng lên cho đến giá trị của môi trường tự do phía ngoài.
(d) Nhiệt độ cực đại có thể đạt được của ngọn lửa khuếch tán cũng bằng trường hợp ngọn lửa trộn lẫn trước.
4.4 Biến bụi dầu (oil pulverization)
Ta đã thấy rằng năng suất đốt tăng khi kích thước hạt lỏng giảm. Do tốc độ cháy bụi lỏng tốt nên ta cĩ khả năng điều khiển cơng suất và ổn định ngọn lửa dể dàng. Hơn nữa hạt lỏng nhỏ hố hơi nhanh nên phản ứng sẽ hết, tức là cháy sạch, khơng sinh khĩi và tạo muội trong buồng đốt.
Các nguyên tắc sử dụng để biến bụi gồm: cơ học (phun dầu dưới áp suất cao qua đầu bét phun; phun lên đĩa đang quay ở tốc độ cao…), khí nén, và hơi nước. Các vòi (mỏ) đốt dầu công
Màng lửa Mặt lỏng Giọt nhiên liệu Màng lửa m.độ Oxy 0 m.độ nhiên liệu
nghiệp thường dùng khí nén và hơi nước cho mục đích biến bụi. Khí nén trong các mỏ đốt áp suất thấp cũng là nguồn cấp không khí sơ cấp cho buồng đốt.
4.5 Các vòi đốt dầu công nghiệp (oil burners)
Thơng thường các vịi đốt dầu dùng khí nén hay hơi nước để biến bụi và quạt để cấp khơng khí (giĩ). Giĩ được chia ra làm sơ cấp và giĩ thứ cấp. Giĩ sơ cấp cấp một phần oxy và để tạo dịng xốy ban đầu, giĩ thứ cấp cấp phần oxy cịn lại (và dư hơn) đồng thời tạo xốy mới cĩ thể ngược với xốy đầu, làm cho qua trình cháy triệt để hơn và ổn định hơn.
Chương 5. CHÁY NHIÊN LIỆU RẮN
5.1 Giới thiệu
Nhiên liệu rắn là loại nhiên liệu có từ cổ nhất và hiện vẫn đang phổ biến vào bậc nhất. Đầu tiên là củi gỗ, sau là các loại thực vật và than củi. Than đá mở đầu thời đại công nghiệp hoá. Các tên lửa nhiên liệu rắn là các thiết bị tối tân bậc nhất ngày nay. Các ví dụ về hoả hoạn cho ta những bức tranh về sức mạnh của quá trình cháy chất rắn.
Dưới tác dụng của nhiệt độ cao một số chất rắn thăng hoa (naphtalene, long não…), một số chảy lỏng rồi bay hơi. Ngọn lửa của các nhiên liệu loại này nằm trong pha khí, dừng cách mặt rắn một khoảng ngắn bao bọc quanh mặt đó. Nó có thể khá giống với ngọn lửa của giọt nhiên liệu lỏng.
Phần lớn than đá đều bị nhiệt phân một phần, biến thành khí đưới tác dụng của nhiệt độ cao. Phần này cịn gọi là chất bốc. Phần cịn lại là carbon dạng rắn. Than càng trẻ về tuổi địa chất thì càng chứa nhiều chất bốc. Than gầy (anthracite) cĩ ít chất bốc nhất, cho nên nĩ cĩ thành phần (hàm lượng) carbon cao nhất trong các loại than.
5.2 Đặc tính nhiên liệu rắn
Thành phần: Phân tích sơ bộ (proximate analysis) : tìm độ ẩm, phần chất bốc, phần carbon rắn và độ tro.
Phân tích cuối cùng (ultimate analysis) : tìm thành phần khối lượng của C, S, H, O và tro trong than.
Nhiệt trị: nhiệt trị thấp LHV; nhiệt trị cao HHV
Than tiêu chuẩn: kgCE, TCE (kg of coal equivalent, ton of coal equivalent)
Tro: tính chất theo nhiệt độ, nhiệt độ biến dạng mềm, nhiệt độ nóng chảy. Phải biết tính chất của tro để chọn phương án thải xỉ thích hợp vì trong các buồng đốt cơng nghiệp khối lượng tro thải ra rất lớn, cĩ thể đạt nhiều tấn/h.
5.3 Tính toán lượng không khí lý thuyết và khói V0
kk = 0,0889(Clv + 0,375 Slv
c) + 0,265Hlv – 0,0333Olv m3tc/kgnl
Công thức này đúng cho cả nhiên liệu rắn và lỏng, trong đó thành phần khối lượng tính theo %,
và là thành phần làm việc (đã loại ẩm và tro ra khỏi nhiên liệu). ví dụ Clv= 67 (67% khối lượng, không cần chia 100)
Khối lượng kk' lý thuyết tính theo công thức G0
kk = 0,115(Clv + 0,375 Slv
c) + 0,342Hlv – 0,0341 Olv kg/kg Lượng khói (thể tích tiêu chuẩn) tạo thành sau khi 1kg nhiên liệu cháy hết gồm: Thể tích nitơ V0 N2 = 0,79 V0 kk + 0,8 Nlv/100 m3tc/kg(nl) Thể tích các loại khí 3 nguyên tử: V0 RO2 = 1,866 (Clv + 0,375 Slv c)/100 m3tc/kgnl Thể tích hơi nước V0 H2O = 0,111Hlv + 0,0124Wlv + 0,0161 V0 kk m3tc/kgnl Thể tích khói lý thuyết: V0 kh = V0 N2 + V0 RO2 + V0 H2O m3/kg
Vkh = V0 N2 + V0
RO2 + V0
H2O + (λ - 1) V0
kk m3/kg 5.4 Quá trình cháy một hạt than
Quá trình cháy than thực ra là cháy từng hạt trong một lớp hay trong một đám, do đĩ cần phải được nghiên cứu qua một hạt. Quá trình cháy một hạt than cĩ thể phân đoạn ra như sau: + truyền nhiệt từ ngồi vào hạt than
+ phân huỷ phần chất bốc trong hạt + khuyếch tán chất bốc ra ngồi
+ khuyếch tán oxy vào và phản ứng cháy + truyền nhiệt của phản ứng cháy ra xung quanh + cháy khuyếch tán lõi carbon rắn cịn lại
Mơ hình nhiệt phân của Nusselt (lõi teo dần – shrinking core)
Quá trình cháy hạt nhiên liệu rắn trong chừng mực nào đĩ cĩ thể nhìn nhận rất giống với mơ hình nhiệt phân của hạt theo Nusselt. Các giả thiết cho mơ hình này là hạt cĩ hình cầu đường kính d0=2R, nhiệt độ ban đầu đồng đều T0 rồi tại thời điểm t≥0 bề mặt hạt đột nhiên được nâng nhiệt độ lên đến T∞ và giữ ổn định ở đĩ; các thơng số vật lý của hạt xem đã biết và khơng đổi, nhiệt sẽ được dẫn vào trong hạt làm nhiệt độ tăng lên. Nếu nhiệt phân xảy ra ở nhiệt độ nhất định là Tp thì mặt cĩ nhiệt độ này sẽ tiến vào tận tâm hạt sau một thời gian. Vị trí (bán kính r) của mặt đẳng nhiệt Tp theo thời gian cĩ thể tính được qua cơng thức dẫn nhiệt khơng ổn định cho hình cầu là:
] / exp[ sin ) 1 ( 2 2 2 2 1 0 0 ) , ( n at R R r n n r R T T T T n n t r π π π − − = − − ∑∞ = ∞
Năng suất phân huỷ trung bình của hạt là:
20 0 0 d W K
W = P kg/s, trong đĩ Kp là hằng số phụ thuộc từng chất, W0 là khối lượng ban đầu của hạt
5.5 Nghiền than
Thiết bị: Bãi chứa, băng tải, máy nghiền, kho chứa bụi than
Sấy than
Tính nổ của bụi than: bụi than trong khơng khí là hỗn hợp cĩ tính cháy nổ cao, rất nguy hiểm
5.6 Buồng đốt than 5.6.1 Buồng đốt lớp chặt
+ Thủ cơng, ghi cố định, lớp than cố định; nạp thêm than, chỉnh giĩ và cào xỉ bằng tay + Bán thủ cơng, ghi xích
ưu điểm là chi phí ban đầu thấp, đốt được tất cả các loại than, chế độ vận hành mềm dẻo nhựơc: cơng suất thấp, qui mơ nhỏ; ơ nhiễm
5.6.2 Buồng đốt tầng sôi
Kiểm sốt/gia cơng kích thước than trước khi vào lị
Các hạt cháy trong tầng giả lỏng (tầng sơi), nhiệt độ lớp khá đồng đều. Nhiệt độ lớp thấp hơn nhiệt độ mềm xỉ
5.6.3 Buồng đốt than bụi
Là kiểu đốt hiện đại nhất
+ Hệ thống nghiền than (kho bãi, tiếp nhận, tải, nghiền, kho chứa...) + Hệ thống làm nĩng khơng khí và quạt giĩ
+ Vịi phun, tạo xốy, rất giống đốt dầu
Đốt bụi than ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện hiện đại, nĩ cĩ cơng suất lớn, hiệu suất cao, điều khiển tốt.
Phụ Lục
Câu chuyện của người tự học
Vương Trí Nhàn
1. Lời khuyên đầu tiên
Ở trường đại học ra, sau khi thu xếp được một chỗ làm việc tàm tạm, cái việc mà một thanh niên tự trọng hiện nay phải lo đầu tiên, theo tơi chưa phải là lo học thạc sĩ rồi lần lên tiến sĩ... mà là học để cĩ được một ngoại ngữ cĩ thể sử dụng tự do và trước tiên, dư sức đọc các tài liệu chuyên mơn. Mỗi khi cĩ dịp trị chuyện với các bạn trẻ, lời khuyên đầu tiên tơi muốn nĩi - nếu như được yêu cầu cĩ một lời khuyên - đơn giản như vậy. Đây là kinh nghiệm tự học của tơi, mà cũng là điều tơi rút đúc được, qua nhiều thành bại của các đồng nghiệp.
2. Nhận rõ vị thế của mình!
Các trường đại học mà bọn tơi theo học nhà cửa đơn sơ, phịng học nhiều khi chỉ là mấy gian nhà lá trống trải, sách vở và phương tiện thiếu thốn, cổ lỗ. Nay các trường đại học ở ta đã khang trang to đẹp hơn nhiều. Nhưng, theo chỗ tơi hiểu, trước sau trình độ đào tạo ở ta vẫn vậy, người sinh viên ra trường thường khơng nhập được vào guồng máy sản xuất của xã hội, cịn so với trình độ đại học ở các nước tiên tiến thì lại càng khơng theo kịp (giá cĩ muốn xin việc ở nước ngồi cũng khơng ai người ta nhận!)
Chúng ta chỉđược đào tạo rất sơ sài..., chắc chắn đây là điều mà các bạn trẻ đã nghe nhiều lần. Song biết lơ mơ là một chuyện, mà ghi tạc nĩ vào tâm trí, để biến thành ý chí, nghị lực trong hành
động lại là một chuyện khác. Mà chỉ khi nào người sinh viên ở trường ra thấy đau đớn khổ sở vì mình chưa được học đến nơi đến chốn, tiếc cho tuổi trẻ của mình khơng vươn tới được cái tầm lẽ ra nĩ cĩ thể vươn tới... thì người ta mới bắt tay vào tự học thực sự, tự học cĩ kết quả.
Nhưng làm thế nào để biết rằng mình cịn đang kém cỏi, nếu khơng đọc rộng ra sách báo nước ngồi? Xin phép được lấy ví dụ từ kinh nghiệm bản thân: Nhờ tự học tiếng Nga, hiểu văn học Nga (và chút ít văn học phương Tây qua tiếng Nga) mà tơi cĩ điều kiện để nhìn nhận văn học Việt Nam phần nào thấu đáo hơn, cũng như quan niệm của tơi, cách hiểu của tơi về văn học nĩi chung,