CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CHÁY BỘT THAN
2.6. Vấn đề cháy than Antraxit Việt Nam
Đánh giá chung về đặc tính than Antraxit Vùng Quảng Ninh như sau:
- Than Vùng Quảng Ninh thuộc loại bán Antraxit và Antraxit.
- Than Vùng Quảng Ninh có hàm lượng chất bốc Vc thấp, hàm lượng lưu huỳnh (S) trong than thấp, thuộc loại khó bắt cháy.
- Tuy các mỏ ở từng khu vực có đặc tính của than khác nhau. Qua các số liệu thống kê trong 15 năm trở lại đây, đặc tính các loại than này hầu như không biến đổi. Các thành phần nguyên tố hoá học như: C, H2, O2, S , N2 không biến đổi lớn khi so sánh giữa các mỏ than với nhau, cũng như than của các Công ty than thuộc vùng này.
- Than vùng Quảng Ninh thuộc loại than có tro khó nóng chảy. Tổng số hàm lượng Oxít Silic và Oxít nhôm trong thành phần Oxít của tro đều lớn hơn 80%.
Để nâng cao hiệu quả sử dụng than ít chất bốc cần phải giải quyết các vấn đề kỹ thuật cơ bản sau [6] :
- Bảo đảm bắt cháy sớm, ổn định.
- Bảo đảm cháy kiệt và hiệu suất cháy cao.
- Hạn chế và loại bỏ hiện tượng đóng xỉ trong buồng lửa.
30
- Đề phòng hiện tượng ăn mòn nhiệt độ cao.
- Giảm nồng độ chất phát thải khí và các thành phần ô nhiễm khác.
Đây là những vấn đề kĩ thuật phức tạp, mâu thuẫn lẫn nhau, phải nghiên cứu và lựa chọn các giải pháp công nghệ phù hợp , tối ưu để giải quyết.
2.6.1. Vấn đề bắt cháy than
Vấn đề bắt cháy than và cháy kiệt than sớm hay muộn, hoàn hảo hay không hoàn hảo là yếu tố quyết đinh đến hiệu suất cháy của lò hơi.
Đại lượng đặc trưng cho quá trình tự bắt lửa là chỉ số hoạt tính của than T15
là nhiệt độ tương ứng với quá trình tự gia nhiệt tăng 150C trong một giây. Nếu chỉ số T15 càng cao thì hoạt tính của than càng thấp và do đó than càng khó bắt lửa. Thông thường khi than có chỉ số T15 lớn hơn 2800C thì đó là loại than có đặc tính than Antraxit (khó bắt lửa).
Chỉ số hoạt tính đó phụ thuộc vào chất bốc của than và được tính theo công thức sau [6]:
T15 = 229,7 - 0.01041 ( VC -27.5)3
Trong đó: Vc là chất bốc trong than. Từ công thức trên ta cũng thấy được nếu chất bốc càng cao thì bao nhiêu thì chỉ số hoạt tính của than càng bé và như vậy than càng dễ bắt lửa bấy nhiêu. Ở trong các phòng thí nghiệm nhiệt độ bắt lửa của than được xác định bằng thực nghiệm như sau: Cho các bột than tĩnh vào lò điện, sau đó tăng dần nhiệt độ của lò sau đó nhiệt độ bắt lửa của hạt bột than.
Nhiệt độ bắt cháy của hạt bột than được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Đặc tính cháy của than: Thành phần chất bốc của than ảnh hưởng rất lớn đến sự bắt lửa, chất bốc càng cao bao nhiêu thì nhiệt độ bắt lửa càng thấp, lượng nhiệt yêu cầu để đạt tới trạng thái bắt lửa càng nhỏ theo.
31
Ngược lại độ tro và độ ẩm của than càng cao bao nhiêu thì nhiệt độ bắt cháy càng cao và lượng nhiệt yêu cầu để đạt tới trạng thái bắt lửa càng lớn bấy nhiêu.
+ Nhiệt độ bắt lửa của bột than trong dòng khói nóng:
Trong quá trình bắt cháy cần phải nâng cao nhiệt độ hỗn hợp: Gió cấp một, bột than, khói lên tới nhiệt độ bắt lửa. Nhiệt độ bắt lửa của một loại nhiên liệu dưới một điều kiện nhất định được xác định bởi điều kiện tới hạn của quá trình bắt cháy. Ở đây cần nhấn mạnh rằng điều kiện bắt lửa của dòng hỗn hợp bột than và gió nóng trong ngọn lửa khác với sự bắt lửa của một hạt than trong thí nghiệm không chỉ cần tính đến nhiệt độ khói nóng mà còn cần tính toán đến lưu lượng nhiệt cần cung cấp cho dòng bột than
Thông thường trong buồng lửa đốt than phun thì lượng gió cần thiết cho quá trình cháy được chia thành gió cấp một (gió sơ cấp), gió cấp hai, có lúc còn có gió cấp ba (gió xiết). Nhiệm vụ của gió cấp một là đưa bột than từ hệ thống nghiền than vào buồng lửa thông qua vòi phun, đồng thời cung cấp Ôxy cần thiết cho giai đoạn bắt cháy (bắt lửa) của dòng hỗn hợp bột than và gió nóng.
Gió cấp hai được đưa vào để hỗn hợp với dòng sau khi đã bắt cháy để đảm bảo quá trình cháy kiệt bột than.
Bảng 2.2: Nhiệt độ bắt lửa của bột than trong dòng khói nóng[6]
Loại than
Chất bốc VC (%)
Nhiệt độ bắt cháy (oC) Tbl
(oC)
Loại than Chất bốc VC
(%)
Nhiệt độ bắt cháy (oC)Tbl
(oC) Than
bùn 50 550 Than Bitum 14 900
Than nâu 40 650 Than Antraxit 2-10 1000
Từ các kết quả nghiên cứu về lí thuyết cũng như thực nghiệm chứng minh rằng các giải pháp kĩ thuật chủ yếu để đảm bảo bột than sớm bắt lửa và bắt lửa ổn định là:
+ Nâng cao độ mịn của bột than;
+ Nâng cao nồng độ bột than trong dòng hỗn hợp bột than, gió cấp một và 32
khói nóng;
+ Nâng cao nhiệt độ gió cấp một và gió nóng;
+ Tăng cường hồi lưu khói nóng vào vùng bắt lửa của bột than;
+ Đắp đai cháy cách nhiệt để nâng cao nhiệt độ buồng đốt để tăng cường nhiệt bức xạ trong vùng bắt lửa;
+ Kéo dài thời gian dừng lại của dòng hỗn hợp trong vùng bắt lửa hợp lí.
2.6.2. Vấn đề cháy kiệt than, cháy ổn định:
Cháy kiệt than là giai đoạn cháy cốc của than từ kích thước ban đầu của hạt cho đến lúc đường kính hạt bột than bằng không. Thời gian cháy kiệt của hạt bột than phụ thuộc rất lớn đặc tính nhiên liệu (than), vào kích thước hạt bột than (độ mịn), và nhiệt độ của trung tâm cháy cũng như chế độ khí động của dòng khói nóng trong buồng lửa .
Từ các kết quả phân tích bằng lí thuyết cũng như thực nghiệm cho thấy các yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ cháy và thời gian cháy kiệt hạt bột than bao gồm:
+ Độ mịn của hạt bột than:
Than càng ít chất bốc bao nhiêu, độ tro càng nhiều thì yêu cầu bột than càng mịn bấy nhiêu:
Độ mịn bột than tối ưu được chọn theo kinh nghiệm như sau [6]:
- Theo các nước phương Tây (Anh, Mỹ..) đối với các loại than ít chất bốc Vdaf < 10 thì độ mịn nên chọn là: R90 < 0,5 Vdaf+2 ; R75< 0,5Vdaf+4 - Theo các học giả Nga thì đối với các loại than ít chất bốc
Vdaf < 10 thì độ mịn nên chọn là: R90= 6 + 0,7 Varc
- Kinh nghiệm vận hành của các nhà máy điện Antraxit Việt Nam thì độ mịn thích hợp vào khoảng: R90= 6-8%
33
Điều này liên quan trực tiếp đến hệ thống chuẩn bị nhiên liệu, hệ thống nghiền than, đến sự lựa chọn chủng loại máy nghiền than sẽ được thảo luận dưới đây.
+ Nhiệt độ trung tâm cháy: Muốn nâng cao nhiệt độ trung tâm cháy buộc chúng ta phải đắp đai cháy lên dàn ống sinh hơi vùng trung tâm cháy (xung quanh vị trí đặt vòi phun trên buồng lửa).Vấn đề quan trọng là phải chọn tỷ lệ diện tích đai cháy phù hợp vừa đảm bảo nhiệt độ cao nhưng không gây ra hiện tượng đóng xỉ trên bề mặt đốt.
+ Gió cấp 2: Lưu lượng, tốc độ và phương pháp đưa gió cấp hai vào vùng cháy có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hỗn hợp gió cấp hai mới bổ sung vào và dòng hỗn hợp sản phẩm cháy sau giai đoạn bắt lửa. Tuỳ từng loại vòi phun và sự bố trí của nó trên buồng lửa để xác định được các giải pháp kĩ thuật thích hợp trong thiết kế và vận hành để cung cấp gió cấp hai đủ số lượng, kịp thời từ đó đẩy nhanh quá trình cháy kiệt. Chọn hệ số không khí thừa thích hợp, chọn tốc độ gió cấp hai thích hợp và bố trí hợp lí gió cấp hai thích hợp là giải pháp tăng cường sự hỗn hợp nâng cao hiệu suất cháy kiệt giảm tổn thất cháy không hết của các bon trong than.
+ Thời gian dừng lại của bột than trong vùng cháy và trong buồng lửa. Đối với than càng ít chất bốc thì thời gian dừng lại của hạt bột than trong buồng lửa đòi hỏi càng dài hơn. Điều này chỉ có thể thoả mãn khi kết hợp thỏa đáng giữa thiết kế kết cấu buồng lửa và chọn lựa loại vòi phun và cách bố trí vòi phun trên buồng lửa. Đối với loại than Antraxit thì yêu cầu chiều dài ngọn lửa dài hơn đối với các loại than nhiều chất bốc như than Bitum, than nâu, than bùn…