Theo quan điểm hiện đại, quỏ trỡnh chỏy chọn là một quỏ trỡnh hoỏ lý phức tạp, trong đú những phản ứng hoỏ học bao giờ cũng xảy ra trong cỏc điều kiện vật lý nhất định. Do đú tốc độ chung của quỏ trỡnh chỏy sẽ phụ thuộc vào tốc độ phản ứng hoỏ học, và tốc độ của quỏ trỡnh vật lý. Trong đú quỏ trỡnh nào xảy ra chậm hơn sẽ quyết định tốc độ chung của quỏ trỡnh chỏy.
Khớ thiờn nhiờn là loại khớ được sử dụng nhiều nhất trong lũ hơi. Thành phần chủ yếu làm nờn khớ thiờn nhiờn là: metan (CH4) sau đú là những cacbon hydro ổn định. Khi nhiệt độ vượt quỏ 8000C thỡ khớ thiờn nhiờn tạo thành một số hạt “mồ húng”. Những hạt này rất khú chỏy, nờn cú thể bay theo khúi hoặc bỏm trờn cỏc mặt đốt.
Quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu khớ cú thể tiến hành trong vựng động học hoặc trong vựng khuếch tỏn. Đối với quỏ trỡnh chỏy trong vựng động học thỡ khụng khớ và nhiờn liệu khớ đĩ được hỗn hợp trước. Nếu như hỗn hợp chất chỏy được đốt núng nhanh chúng đạt tới và vượt qua nhiệt độ bốc chỏy thỡ quỏ trỡnh oxy hoỏ này được tăng nhanh và hầu như loại trừ được sự phõn huỷ nhiệt của cỏc cacbua hydro. Trong trường hợp này ngọn lửa khụng cú cỏc hạt than nghĩa là “khụng sỏng”.
Trong quỏ trỡnh chỏy khuếch tỏn dũng nhiờn liệu và dũng khụng khớ đưa vào buồng lửa riờng lẻ, hoặc cú một phần nhỏ hỗn hợp trước khi tồn bộ thời gian chỏy lớn hơn tồn bộ thời gian chỏy trong vựng động học rất nhiều, số lượng cỏc hạt cacbua hydro bị phõn huỷ cũng tăng lờn, ngọn lửa lỳc này là ngọn lửa “sỏng”.
Trong trường hợp tổng quỏt, tổng thời gian chỏy của hỗn hợp khớ gồm 2 phần: thời gian cần thiết để thực hiện cỏc quỏ trỡnh vật lý τv và thời gian chi cho việc xảy ra bản thõn phản ứng hỗn hợp τh, ta cú
τc = τv + τh [I-75]
Ở giai đoạn đầu của phản ứng khi nhiệt độ cũn thấp tốc độ của phản ứng nhỏ, trong phản ứng khụng sử dụng hết oxy mang tới. Do đú, quỏ trỡnh phản ứng bị kỡm hĩm bởi yếu tố động học là nhiệt độ. Thời gian chỏy chủ yếu là thời gian thực hiện cỏc phản ứng hoỏ học, trong khi đú thời gian thực hiện quỏ trỡnh vật lý quỏ nhỏ, ta cú:
τh≥τv→τc ≈τh
Trong trường hợp này quỏ trỡnh chỏy xảy ra trong vựng động học. Lỳc này nếu tăng tốc độ thổi oxy thỡ tốc độ phản ứng vẫn hầu như khụng thay đổi mà nú chỉ phụ thuộc vào những yếu tố động học hoỏ học như năng lượng hoạt động, ỏp suất trong khụng gian phản ứng, nồng độ hydrocacbon khớ và nhất là
nhiệt độ. Như vậy trong vựng động học quỏ trỡnh phản ứng khụng bị kỡm hĩm bởi cỏc yếu tố vật lý.
Khi nhiệt độ trong lũ đốt đủ lớn thỡ tốc độ phản ứng hoỏ học rất lớn, nghĩa là thời gian phản ứng khỏ nhỏ, ngược lại tốc độ cao quỏ trỡnh vật lý chậm so với tốc độ phản ứng hoỏ học. Quỏ trỡnh chỏy xảy ra trong điều kiện như trờn gọi là chỏy trong vựng khuếch tỏn. Trong vựng này tốc độ cỏc quỏ trỡnh phản ứng được xảy ra và xỏc định bởi cỏc yếu tố thuỷ động và khuếch tỏn mà ớt phụ thuộc vào yếu tố động học. Lỳc này dự nhiệt độ cú tăng lờn rất cao thỡ tốc độ phản ứng cũng tăng lờn rất ớt. Thời gian chỏy chủ yếu là để chi cho việc xảy ra phản ứng hoỏ học nghĩa là:
τv≥τh→τc ≈τv
Ở nhiệt độ xỏc định khi tốc độ cỏc quỏ trỡnh vật lý bằng tốc độ phản ứng hoỏ học hay thời gian thực hiện 2 quỏ trỡnh đú bằng nhau, ta cú
B. PHẦN TÍNH TỐN CễNG NGHỆ
PHẦN I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VỚI Lề ĐỐT.I- CÁC PHƯƠNG TRèNH CỦA PHẢN ỨNG CHÁY. I- CÁC PHƯƠNG TRèNH CỦA PHẢN ỨNG CHÁY.
Quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu là quỏ trỡnh phản ứng hoỏ học giữa cỏc nguyờn tố hoỏ học với oxy và phỏt ra một lượng nhiệt lớn. Trong quỏ trỡnh chỏy xảy ra những biến đổi hoỏ học rất phức tạp nờn khụng thể mụ tả bằng những phương trỡnh hoỏ học đơn giản được. Những phương trỡnh hoỏ học thụng thường của riờng từng thành phần chỏy nhiờn liệu chỉ thể hiện cõn bằng vật chất của phản ứng chứ khụng thể hiện cơ cấu xảy ra của quỏ trỡnh phản ứng chỏy. Cú rất nhiều chất cú thể oxy hoỏ nhiờn liệu. Song trong thực tế cỏc quỏ trỡnh chỏy nhiờn liệu người ta đều dựng oxy của khụng khớ. Cỏc chất khớ sinh ra trong quỏ trỡnh phản ứng gọi là sản phẩm chỏy hay khúi.
Quỏ trỡnh chỏy cú thể xảy ra hồn tồn hay khụng hồn tồn. Trong quỏ trỡnh hồn tồn cỏc chất chỏy được của nhiờn liệu đều được oxy hoỏ hồn. Cũn trong quỏ trỡnh chỏy khụng hồn tồn cú một số chất chỏy của nhiờn liệu chưa được oxy hoỏ hồn. Trong sản phẩm hồn tồn cú cỏc chất khớ CO2, SO2, H2O và N2O2. Trong sản phẩm chỏy khụng hồn tồn ngồi những khớ trờn cũn cú cỏc chất khớ khỏc như CO, CH4, CmHn….
Khi tớnh nhiệt độ cần phải tiến hành xỏc định thể tớch lượng khụng khớ lý thuyết cần thiết cho quỏ trỡnh chỏy, thành phần và số lượng sản phẩm chỏy trong nhiờn liệu cũng tiến hành oxy hoỏ theo cỏc phản ứng hoỏ học sau, với đơn vị đo lường là m3 tiờu chuẩn.
Cỏc phản ứng xảy ra:
Chỏy metan: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
1m3tc CH4 + 2m3tc O2 = m3tc CO2 + 2m3tc H2O Chỏy etan: C2H6 + 3,5 O2 = 2CO2 + 3H2O
1m3tc C2H6 + 3,5m3tc O2 = 2m3tc CO2 + 3m3tc H2O Chỏy propan: C3H8 + 5 O2 = 3CO2 + 4H2O
1m3tc C2H6 + 5m3tc O2 = 3m3tc CO2 + 4m3tc H2O Chỏy butan: C2H6 + 6,5O2= 4CO2 +5H2O
1m3tc C2H6 + 6,5m3tc O2 = 4m3tc CO2 + 5m3tc H2O Chỏy hidrosunfua: H2S + 1,5 O2 = SO2 + H2O
1m3tc H2S+ 1,5m3tc O2 = 13tcSO2 +1m3tc H2O Cỏc số liệu ban đầu:
Khớ thiờn nhiờn cú thành phần sau: CH4 = 92,12%; C2H4 = 1,9%; C3H8=0,8% ; C4H10 = 0,2%; CO2 = 3%; N2 = 1,8%; H2S = 0,18%.
Hơi quỏ nhiệt cú: P= 40 atm, ở t= 4400C . Nhiệt độ khụng khớ vào lũ: tKK = 400C. Nhiệt độ nước cấp: tnc = 250C.
Nhiệt độ khúi thải: t= 1700C. Nhiệt độ khúi lũ: tK = 11500C. Hệ số chỉ khụng khớ: α = 1,05.
Nhiệt thế thể tớch buồng đốt: qV = 290.10 w/m3. Vũi phun khớ thiờn nhiờn năng suất: 1500ữ2000m3/h.