3.1.THIẾT BỊ ĐỐT NHIÊN LIỆU RẮN. 3.1.1.SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU RẮN. 3.1.1.SỰ CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU RẮN.
Khi đốt nhiên liệu rắn ta cĩ quá trình cháy dị thể giữa thể rắn là viên than và thể khí là oxy của khơng khí cùng chất bốc của nhiên liệu. Khi than được nung đến trên 200 0C thì chất bốc thốt ra. Đĩ là các chất khí cháy được tách ra khỏi than như :H2, CO, CH4, CnHm . . .Lượng chất bốc phụ thuộc vào thành phần hố học của than. Than càng già và hàm lượng cacbon càng lớn thì nhiệt độ bắt đầu thốt ra chất bốc càng cao.
Sự cháy nhiên liệu rắn được tính từ khi chất bốc tham gia phản ứng cháy với oxy, sinh nhiệt năng và thúc đẩy quá trình cháy phát triển. Khi kết thúc quá trình thốt chất bốc thì sự cháy của cacbon bắt đầu và đây là quá trình cháy chủ yếu với các phản ứng đặc trưng sau :
1 - Cháy cacbon ( cháy sơ cấp ) : C + O2 = CO2 +399.253 kj/kmol 2C + O2 = 2CO +246.623 kj/kmol
2 - Phân huỷ CO2 và hơi nước ( cháy thứ cấp ) C + CO2 = 2CO - 162.530 kj/kmol
C + 2H2O = CO2 +2H2 - 65.294 kj/kmol 3 - Cháy tiếp khí CO ( cháy thứ cấp ) 2CO + O2 = 2CO2 + 571.683 kj/kmol
Tốc độ cháy của nhiên liệu rắn phụ thuộc vào tốc độ phản ứng hố học giữa oxy với cacbon, vào tốc độ khuếch tán của oxy. Vì thế cần tạo cho giĩ cĩ khối lượng và áp suất nhất định trong buồng đốt. Than cĩ ít chất bốc cần giĩ cĩ áp suất lớn hơn so với than cĩ nhiều chất bốc.
Đốt cháy nhiên liệu rắn cĩ thể theo hai quá trình : đốt cháy hồn tồn và khơng hồn tồn ( cịn gọi là đốt bán khí ). Ở quá trình đốt cháy hồn tồn thì lượng khơng khí cung cấp cho quá trình cháy được đưa cả 100 % qua dưới ghi và cĩ áp suất đủ lớn để thắng trở lực của ghi, của lớp than và tham gia phản ứng cháy với cacbon. Vì vậy, chiều dày của lớp than trên mặt ghi lị thường là 200 ÷ 250 mm và quá trình cháy xảy
ra chủ yếu trong buồng đốt. Khi đốt cháy khơng hồn tồn (chỉ thích hợp với than cĩ nhiều chất bốc) thì lớp than trên mặt ghi lị cĩ chiều dày lớn hơn ( 300÷500 mm) và chỉ cần 60 % lượng giĩ cần cấp ( giĩ cấp 1) đưa qua dưới ghi, 40 % cịn lại ( giĩ cấp 2) được đưa vào khơng gian phía trên buồng đốt để cháy tiếp khí CO bốc lên từ lớp than.
3.1.2.CÁC LOẠI BUỒNG ĐỐT. 3.1.2.1.Buồng đốt ghi phẳng 3.1.2.1.Buồng đốt ghi phẳng
Cấu tạo của buồng đốt ghi phẳng đơn giản và các kiểu ghi lị được trình bày trên hình 3-1 và 3-2.
Loại ghi thanh được dùng nhiều với các loại than cĩ kích thước trung bình và lớn. Loại ghi này chế tạo đơn giản, thay thế dễ dàng nhưng khơng dùng được với loại than vụn và khĩ khăn trong việc đánh xỉ .
Loại ghi tấm dùng để đốt than vụn, than cám với các buồng đốt cĩ cơng suất nhiệt nhỏ. Nhược điểm của loại này là khĩ khăn trong việc làm sạch khi cĩ xỉ mắc kẹt ở các lỗ giĩ, dẫn đến việc than cháy khơng đều. Khi cĩ hư hỏng thường phải thay cả tấm.
Các khe hở để khơng khí đi qua trên mặt ghi lị gọi là mắt ghi (mắt giĩ) . Tỷ số giữa diện tích mắt ghi - f, với diện tích tồn bộ mặt ghi-F (kể cả mắt ghi) gọi là tỷ lệ mắt ghi. Giá trị này được chọn phụ thuộc vào loại than theo bảng sau:
TT Loại than f/F, %
1 Than bùn, than củi 15 ÷20
2 Than đá, than nâu 25 ÷30
3.1.2.2.Buồng đốt ghi nghiêng
Loại buồng đốt này cĩ cơng suất lớn hơn so với loại ghi phẳng và được trình bày trên hình 3-3.
Cùng với ghi nghiêng, trong buồng đốt cĩ một phần ghi phẳng, thường là ghi tấm chủ yếu là để hứng xỉ ở phần ghi nghiêng rơi xuống khơng gian chứa xỉ. Cần chú ý chọn gĩc nghiêng β ( thường từ 35 ÷ 40O )cho phù hợp để đảm bảo quá trình cháy tốt. Ở buồng đốt ghi nghiêng thì quá trình cháy của nhiên liệu xảy ra liên tục, đều đặn hơn và nhiệt độ buồng đốt ít thay đổi so với buồng đốt ghi phẳng.
Loại buồng đốt này thường dùng cho các loại than cĩ nhiều chất bốc và cĩ thể dùng đốt than kích thước nhỏ.
3.1.2.3.Buồng đốt cơ khí.
Tuỳ theo mức độ cơ khí hố mà gọi là buồng đốt cơ khí hoặc bán cơ khí. Cĩ hai khâu chủ yếu cần cơ khí hố : việc cấp than vào buồng đốt và thải xỉ ra ngồi. Cĩ hai cách cấp than : đưa than vào phía trên hoặc từ phía dưới ghi. Việc thải xỉ thường kết hợp cơ khí và thủ cơng. Trên hình 3-4 rình bày sơ đồ buồng đốt than cơ khí cấp than từ dưới lên.
Việc cấp than vào buồng đốt từ phía trên ghi cĩ thể dùng cơ cấu quay hoặc dùng khơng khí nén. Ở các lị này việc đánh xỉ cĩ thể dùng phương pháp lắc ghi, lật ghi.
3.1.3.TÍNH TỐN BUỒNG ĐỐT. 3.1.3.1.Chọn kiểu buồng đốt. 3.1.3.1.Chọn kiểu buồng đốt.
Việc chọn kiểu buồng đốt dựa vào cơng suất nhiệt, cơng nghệ lị và đặc điểm của nhiên liệu cung cấp cho quá trình cháy. Chú ý xác định số lượng và cách bố trí buồng đốt phụ thuộc vào cơng suất nhiệt, kiểu lị và quy trình cơng nghệ. Yêu cầu lắp đặt buồng đốt phải đảm bảo thuận lợi cấp nhiệt cho lị, thao tác cơng nghệ, thao tác vận hành của cơng nhân và sự hợp lý bố trí mặt bằng phân xưởng.
3.1.3.2. Tính các kích thước cơ bản của buồng đốt.
a.Ghi lị. Cĩ thể xác định diện tích bề mặt ghi lị theo hai cơng thức sau :
F = R B , m2 ; hoặc (3-1) F = r Q B t d . . 28 , 0 , m2 (3-2)
Trong các cơng thức trên thì : B - lượng than cần cung cấp, kg/h ; R - cường độ cháy của ghi, kg/m2.h ; Qtd - nhiệt trị thấp của than, kj/kg ; r - cường độ nhiệt của ghi, W/m2 .
Bảng 3-1. Cường độ cháy và cường độ nhiệt của ghi b.Thể tích buồng đốt: V = q B Qt d. , m3 (3-3)
Trong đĩ q là mật độ nhiệt thể tích của buồng đốt, W/m3, được chọn theo bảng sau:
Bảng 3-2. Mật độ nhiệt thể tích của ghi q .
Buồng đốt của lị nung Buồng đốt của lị sấy Dạng nhiên liệu 103.kcal/m3.h 103.W/m3 103.kcal/m3.h 103.W/m3
Than củi, than bùn 300÷ 400 348÷ 465 200÷ 250 232÷ 290
Than đá 230÷ 450 290÷ 523 250÷ 300 290÷ 348
Mazut 250÷ 500 290÷ 581 200÷ 300 232÷ 348
Nhiên liệu khí 200÷ 350 230÷ 407 200÷ 250 232÷ 290