Hình 2.1: Bơm nhiệt lƣợng kế

lv M H  lv t lv c Q Q  = 225 Hlv + 25Mlv H là số phần trăm (30% H = 30); (kJ/kg), (kJ/m3tc) H2 + 1/2 O2 = H2O 1 kg 9 kg Hlv 9 Hlv Qcc = Qct + Hc Qtc = Qlvt . lv lv M A   100 100 Ta cĩ: c c c c S O H C    = 100 % lv lv lv lv lv lv M A S O H C    100%  lv lv lv c M A C C    % 100 % 100 lv lv lv c M A C C    % 100 % 100

Cơng thức của Menđeleép để tính nhiệt trị thấp làm việc Qlvt

Qlvt = 339Clv + 1030Hlv – 109(Olv - Slvc ) – 25Mlv (Đối với nhiên liệu rắn và lỏng)

339, 1030, 109 là nhiệt trị riêng khi đốt cháy của các nguyên tố tƣơng ứng (đã chia cho 100)

Clv, Hlv, Olv, Slv

c là thành phần % của các nguyên tố (Ví dụ, Clv cĩ thành phần là 60%, ta đƣa vào phƣơng trình trên giá trị 60)

Tính đƣợc Qlv t Qlvc Đối với nhiên liệu khí:

Qlvt = 0,01(QCO.CO + QH2.H2 + QH2S + QCH4.CH4 + …+ QCmHn) Trong đĩ: QCO, QH2, QH2S, QCmHn là các nhiệt trị riêng của các chất khí (kJ) đơn vị của Q lv

t (kJ/m3tc). CO, H2,… là thành phần, phần trăm của các khí trong sách cho QCO, QH2

Qlv t = 126CO + 108H2 + 355CH4 + 636C2H6 + … Nhiệt trị thấp (kCal/kg) - Than: 30007000 - Than bùn:  2000 - Củi: 25003000

- Madút (dầu FO): 91009400 - Dầu DO:  10.000

- Nhiên liệu khí: 1100012000.

Nhiệt trị đƣợc xác định bằng cách đốt một khối lƣợng nhỏ nhiên liệu, m, trong mơi trƣờng oxy trong thiết bị gọi là bom nhiệt lƣợng kế (bomb calorimeter), nhƣ thể hiện ở hình 2.1. Bomb calorimeter cĩ bộ phận chính là “quả bom” bằng inox, khơng nổ mà chịu đƣợc áp lực cao tạo ra bởi quá trình cháy mẫu thí nghiệm đặt trong chén mẫu treo trong ruột bom. Bom cĩ nắp vặn bằng răng để đặt mẫu vào trong và lấy ra, xuyên qua nắp cĩ đƣờng nạp oxy và hai điện cực. Mẫu (chỉ vài gam) đƣợc cân chính xác, m, đổ vào chén và treo chén vào trong ruột bom. Vặn đĩng nắp bom chặt lại, dùng oxy tẩy khơng khí ra khỏi bom và nâng áp suất oxy trong bom lên đến mức đã định, khố van oxy lại. Đặt bom vào vị trí, nối dây điện, đổ một lƣợng nƣớc cần thiết vào bình (Dewar), đậy nắp bình, cho quạt khuấy chạy, ghi nhận nhiệt độ ban đầu. Tiếp theo, ta bấm nút điện, đốt cháy mẫu, ghi nhiệt độ biến thiên theo thời gian cho đến khi đạt nhiệt độ cao nhất ổn định, hiệu của giá trị này với nhiệt độ ban đầu là ΔT. Nhiệt lƣợng giải phĩng ra làm tăng nhiệt độ nƣớc và bình chứa cĩ tổng chung nhiệt dung là Cp lên một giá trị ΔT; nhiệt trị Q đƣợc tính ra từ cân bằng năng lƣợng. Nhiệt trị Q tính theo cơng thức:

Q = mCpT

2.1.4. Nhiên liệu quy ƣớc và các đặc tính quy dẫn của nhiên liệu

Để so sánh nhiệt trị của các nhiên liệu khác nhau ngƣời ta dùng khái niệm nhiên liệu quy ƣớc đĩ là so sánh nhiệt trị thấp làm việc của một nhiên liệu cần so sánh với nhiệt trị thấp làm việc của than tiêu chuẩn bằng 29300 kJ/kg = 7000 kCal/kg. Từ đây, khái niệm tƣơng đƣơng nhiệt E đƣợc xác định: E = th q lv t Q Q = 29300 lv t Q

Lúc này, độ tiêu hao nhiên liệu Bq cĩ thể tính sang độ tiêu hao nhiên liệu quy ƣớc nhờ cơng thức quy đổi

Bq = B.E

B - độ tiêu hao nhiên liệu bình thƣờng E – tƣơng đƣơng nhiệt của nhiên liệu

Đặc tính quy dẫn của nhiên liệu:

Để so sánh độ ẩm, độ tro và độ lƣu huỳnh của các nhiên liệu, ngƣời ta sử dụng các đặc tính của nhiên liệu và tính trên 1000 kCal hay 4190 kJ

lv t lv qd Q A A  4190

Aqd = 4190 lv

t lv

Q A

Độ ẩm quy dẫn của lƣu huỳnh và độ ẩm: Sqd = 4190 lv t lv c Q S (lƣu huỳnh) Mqd = 4190 lv t lv Q M (độ ẩm)

Các tính chất của Madút: (FO)

Dầu madút là phân đoạn nặng, thu đƣợc khi chƣng cất dầu thơ parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân khơng.

Độ nhớt:

Độ nhớt khá cao và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Nĩ đĩng vai trị quan trọng trong việc hâm và phun trong các hành trình đốt. Thơng thƣờng, để dễ vận chuyển và hiệu quả trong quá trình phun thì nhiệt của mazut phải giữ ở nhiệt độ từ 6070oC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Tỉ trọng:

Đƣợc so sánh với tỉ trọng của nƣớc ở 20o

C gọi là tỉ trọng tƣơng đối.

 = ) 20 ( ) 20 ( 2O C H C FO o o   1 ( 20) ) 20 ( 0C  t  t FO   

Trong đĩ:  là hệ số giãn nở khối, t là nhiệt độ. Dầu FO nhẹ cĩ độ sơi 200-3000C, tỷ trọng 0,88-0,92. Dầu FO nặng cĩ độ sơi trên 3200C, tỷ trọng 0,92-1,0.

Nhiệt độ đơng đặc:

- Là nhiệt độ mà ở đĩ madút mất tính chảy lỏng của nĩ, dao động từ 525oC

- Madút cĩ độ lƣu huỳnh cao và độ parafia lớn, thì nhiệt độ đơng đặc của nĩ cũng khá cao từ 2535oC. Nhiệt độ đơng đặc cĩ ảnh hƣởng trực tiếp đến vấn đề vận chuyển và bảo quản.

Nhiệt độ bắt lửa:

- Là nhiệt độ mà hỗn hợp hơi madút hoặc bụi madút với khơng khí sẽ bốc cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa, nhiệt độ này từ 80140 oC.

- Nhiệt độ trong các bộ hâm (bộ gia nhiệt) phải thấp hơn nhiệt độ bốc lửa từ 1015 oC.

Nhiệt độ bốc cháy:

- Là nhiệt độ mà ở đĩ madút sau khi bốc lửa cháy khơng dƣới 5(s). Nhiệt độ này thƣờng cao hơn nhiệt độ bốc lửa khoảng 20oC.

2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY 2.2.1. Khái niệm

Quá trình cháy trong buồng lửa là sự tổng hợp của các quá trình sau: - Quá trình phĩng thích năng lƣợng

- Quá trình truyền nhiệt

- Quá trình chuyển hĩa năng lƣợng.

Trong quá trình cháy, các phản ứng hĩa học xảy ra mãnh liệt phát ra ánh sáng và nhiệt lƣợng rất cao, đồng thời kèm theo một loạt các biến đổi vật chất khác.

Quá trình cháy nhiên liệu gồm hai giai đoạn: giai đoạn bốc cháy và giai đoạn cháy mãnh liệt.

* Giai đoạn bốc cháy: Nhiệt độ của vật chất tăng lên

* Giai đoạn cháy mãnh liệt

- Giai đoạn tỏa nhiệt cho mơi chất hay bị vách buồng lửa hấp thụ. - Sức phát triển của quá trình cháy phụ thuộc vào tỉ lệ giữa lƣợng nhiệt sinh ra và lƣợng nhiệt bị hấp thụ. Ở giai đoạn đầu của quá trình cháy, lƣợng nhiệt sinh ra lớn hơn lƣợng nhiệt mất đi nên nhiệt độ của phản ứng cháy tăng lên.

- Khi nhiệt độ tăng thì lƣợng nhiệt mất đi tăng đến lúc nào lƣợng nhiệt sinh ra bằng lƣợng nhiệt lấy đi và quá trình cháy sẽ diễn ra theo sự tự bốc cháy của nhiên liệu.

2.2.2. Sự lan truyền ngọn lửa

Nếu nhƣ hỗn hợp khi cháy đã hịa trộn đồng đều từ trƣớc và đƣợc chuyển động trong một ống nào đĩ, thì khi cháy bề mặt bốc lửa sẽ phân dịng khí thành hai phần:

Hình 2.2:Lý thuyết ngọn lửa

- Ở phía sau bề mặt bốc lửa là sản phẩm cháy

- Ở phía trƣớc bề mặt bốc lửa là các vật chất chƣa cháy, nhƣ thể hiện ở hình 2.2.

- Nhiệt lƣợng sinh ra trong quá trình cháy sẽ làm cho khí chƣa cháy tự bốc lửa và cháy tiếp.

- Đại lƣợng đặc trƣng cho quá trình cháy là tốc độ lan truyền ult (m/s) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

b lt a u   , m/s Trong đĩ: a: hệ số khuếch tán nhiệt, a = c .   , m2/s : khối lƣợng riêng của vật chất cháy, kg/m3 c : nhiệt dung riêng (tỉ nhiệt), J/kg.K

: hệ số dẫn nhiệt, W/m.K

b

 : thời gian bốc lửa, s.

* Tốc độ lan truyền phụ thuộc vào:

- Nhiệt độ và nồng độ vật chất tham gia phản ứng cháy - Tạp chất nằm trong hỗn hợp khí

- Áp suất p, tuy nhiên nĩ phụ thuộc ít.

Các giá trị tốc độ lan truyền ult (m/s) trong mơi trƣờng khơng khí và oxy

+ Mêtan (CH4): ult = 0,37 và 4,5 m/s + Hyđrơ (H2): ult = 2,5 và 9 m/s + Oxy cacbon: ult = 0,42 và 1,1 m/s + Và xác hợp chất nhƣ hơi nƣớc, hyđrơ.

Khí chƣa cháy

mặt cháy hình cơn

2.2.3. Đặc điểm của các quá trình cháy nhiên liệu

Tổng thời gian cháy: t bao gồm hai phần

c

 : thời gian cần để sinh ra các hằng số vật lý.

r

 : thời gian thực hiện các phản ứng cháy hĩa học.

- Nếu nhƣ hai chất phản ứng đều cùng ở một thể khí (phản ứng đồng nhất) thì c lúc này dùng để hịa trộn hỗn hợp trƣớc khi cháy.

- Nếu nhƣ hai chất phản ứng ở hai thể khác nhau (phản ứng khơng đồng nhất) thì c là thời gian để chuyển vật chất ở thể khí đến bề mặt vật cứng để cháy.

* Giai đoạn đầu của quá trình cháy:

Giai đoạn này cĩ nhiệt độ thấp, tốc độ phản ứng chậm lƣợng oxy đƣa vào khơng sử dụng hết cho nên dù cĩ tăng oxy lên bao nhiêu thì tốc độ phản ứng cháy khơng thay đổi và ta gọi vùng cháy trong giai đoạn này là vùng cháy động học. Giai đoạn cháy này bị kiềm hãm bởi yếu tố nhiệt độ và c >>r dẫn đến t c: giai đoạn này chủ yếu sinh ra các hằng số vật lý.

* Giai đoạn sau:

Nhiệt độ tăng dần nên tốc độ phản ứng xảy ra nhanh hơn, cho nên lƣợng nhiệt sinh ra nhiều hơn. Nếu chúng ta khơng cung cấp đủ Oxy cho giai đoạn này thì quá trình cháy sẽ chuyển sang vùng khuếch tán, đồng thời r>>c dẫn đến t r: dùng để tạo ra các phản ứng hĩa học.

2.2.3.1. Quá trình cháy nhiên liệu rắn

Gồm các giai đoạn nhƣ sau: sấy, bốc hơi chất bốc, cháy chất bốc (bắt lửa) và cháy cốc. Thời gian cháy chủ yếu là cháy cốc.

* Giai đoạn đầu:

Nếu nhiệt độ nhiên liệu thấp thì đƣợc sấy để tăng nhiệt độ và làm bốc hơi chất bốc. Chất bốc sẽ cháy tạo thành một màng bao quanh nhiên liệu và cản trở sự khuếch tán oxy và nhiên liệu và vùng này gọi là vùng chƣa cháy mạnh.

Hình 2.3:Nhiệt lượng với nhiệt độ

Vùng I: vùng cháy khơng hết Vùng II: vùng cháy hồn tồn Vùng III: vùng phân hủy.

Giai đoạn này tỏa nhiệt lớn. Hình 2.3 thể hiện mối quan hệ giữa mật độ dịng nhiệt đạt đƣợc với nhiệt độ. Nhiệt lƣợng thu đƣợc trong buồng lửa đạt cực đại khi hệ số khơng khí thừa  bằng 1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Đối với vùng I: nhiệt độ thấp, tốc độ phản ứng chậm Đối với vùng II: cĩ nhiệt độ cao, tốc độ phản ứng nhanh

Đối với vùng III: cĩ nhiệt độ khá cao, sản phẩm cháy chuyển sang phản ứng phân hủy và hấp thụ nhiệt.

1



 Qmax

 < 1Q giảm

 > 1Q giảm nhanh (do khơng khí lạnh nên hấp thụ nhiệt) Hình 2.4 cho thấy, với một hệ số khơng khí thừa  tối ƣu nào đĩ, nhiệt lƣợng sinh ra trong buồng lửa đạt đƣợc cực đại.

Hình 2.4:Nhiệt lượng với hệ số khơng khí thừa

Q (kJ/kg) t(oC) 1   1  

Đƣờng giới hạn sinh nhiệt giới hạn (max)

I II III

Q (kJ/kg)

2.2.3.2. Quá trình cháy nhiên liệu lỏng

Đối với madút: nhiệt độ bốc hơi nhỏ hơn rất nhiều nhiệt độ bốc cháy; do đĩ; đầu tiên madút đƣợc sấy cho bốc cháy.

- Thời gian bốc hơi thƣờng rất ngắn so với thời gian bốc cháy. - Để tăng cƣờng việc chuyển hĩa madút lỏng thành khí (hơi) thì cần phải tăng bề mặt bốc hơi bằng cách phun madút dƣới dạng sƣơng qua thiết bị phun sƣơng, đồng thời khi phun sƣơng sẽ làm tăng mức độ gia nhiệt cho madút.

- Quá trình cháy madút thƣờng xảy ra ở vùng khuếch tán. Để tăng cƣờng tốc độ phản ứng cháy thì nhiệt độ tốt nhất là 500600oC. Nếu nhiệt độ lớn hơn 600oC thì madút sẽ tạo thành bồ hĩng rất khĩ cháy.

2.2.3.3. Quá trình cháy nhiên liệu khí

Thƣờng là khí thiên nhiên (chủ yếu CH4 và một ít khí CmHn) nhiệt độ cháy tốt nhất của nhiên liệu khí 500600oC. Khi nhiệt độ lớn hơn 600oC thì các phân tử của cacbua hyđrơ sẽ tạo thànhbồ hĩng.

Tĩm lại: Nhiên liệu, dù ở trạng thái nào, cũng cĩ thể cháy ở vùng khuếch tán hoặc vùng động học. Vùng động học: ct

Trộn khơng khí và nhiên liệu trƣớc. Nếu hỗn hợp cháy đƣợc chuẩn bị tốt thì, ở nhiệt độ cao, quá trình cháy xảy ra nhanh và loại trừ sự phân hủy nhiệt, khơng tạo thành mồ hĩng, ngọn lửa lúc này khơng sáng.

Vùng khuếch tán r t

Dịng khí và nhiên liệu đƣợc đƣa vào riêng rẽ hoặc chỉ hỗn hợp một phần nhỏ. Tồn bộ thời gian cháy chủ yếu xảy ra phản ứng hỗn hợp và lúc này các cacbua hyđrơ ở nhiệt cao, ngọn lửa lúc này thƣờng là sáng.

2.2.4. Cơ sở khí động để phân loại buồng lửa

Quá trình cháy trong lị hơi chủ yếu theo ba ngọn lửa sau: cháy theo lớp, cháy theo ngọn lửa và cháy xốy.

2.2.4.1. Cháy theo lớp

Chủ yếu xảy ra ở các buồng lửa ghi, nhƣ hình 2.5

Các giai đoạn của nhiên liệu rắn nhƣ sấy, bốc hơi, chất bốc,… đều xảy ra trong chiều dày lớp nhiên liệu

Hình 2.5:Cháy theo lớp

- Để cháy theo lớp: đƣờng kính phải đảm bảo khơng khí phải đƣợc thổi qua lớp nhiên liệu.

- Tuy nhiên, nĩ khơng đƣợc thổi phù lớp nhiên liệu, nghĩa là trọng lƣợng hạt than lớn hơn áp lực động của khơng khí. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

  n c n