CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHÁY THAN
2.7. Các y ếu tố ảnh hưởng đến quá trình bốc cháy hạt than
- Độ mịn bột than;
- Nhiệt độ ban đầu hỗn hợp khí – bột than;
- Nồng độ bột than trong hỗn hợp;
- Tốc độ dòng bột than;
- Tổ chức cấp không khí.
a) Tính chất nhiên liệu
Than càng có nhiều chất bốc thì bốc cháy càng dễ và càng sớm. Ví dụ với than có chất bốc 25 – 30% thì chỉ cần vùng sấy có nhiệt độ khoảng 300 – 350oC thì đủ sinh ra chất bốc. Nhưng đối với than anthraxit thì đòi hỏi phải có nhiệt độ tới 900
35
– 1100oC thì chất bốc mới có thể bốc cháy được. Quá trình cháy kiệt bột than sẽ kéo dài hơn. Trên hình 2.6 trình bày tỷ lệ cháy kiệt than (%) theo bề dài ngọn lửa đối với than anthraxit. Ta thấy bột than anthraxit chỉ cháy kiệt hoàn toàn sau khi đã đi một quãng đường dài 14m.
Hình 2.6: Tỷ lệ cháy kiệt bột than anthraxit theo chiều dài ngọn lửa [10]
Khi đốt những bột than khó cháy như vậy người ta dùng các biện pháp sau đây để rút ngắn giai đoạn bốc cháy bột than:
• Đảm bảo cho vùng bốc cháy có nhiệt độ cao bằng cách hạn chế hấp thu nhiệt. Do đó người ta đã bọc cách nhiệt một phần ống ở xung quanh miệng phun bằng một lớp cách nhiệt (cromit).
• Dùng không khí nóng để vận chuyển bột than và hạn chế lượng không khí cấp một ở miệng phun, ví dụ đối với than anthraxit nhiệt độ không khí nóng tới 350 – 400oC
• Tổ chức xáo trộn tốt dòng hỗn hợp khí – bột than phun vào với dòng khói nóng trong buồng lửa bằng cách sử dụng những miệng phun có khả năng tạo nên xáo động mạnh.
b) Độ mịn của bột than
Khi bột than càng mịn thì tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của bột than trên
36
một đơn vị khối lượng với dòng khí nóng càng lớn, tốc độ gia nhiệt dòng bột than tăng, cũng đồng nghĩa với việc tăng nhanh nhiệt độ dòng hỗn hợp gió cấp 1 và bột than. Lúc đó, lượng nhiệt cần thiết đưa hỗn hợp tới nhiệt độ bắt lửa giảm làm cho quá trình bắt lửa bột than sớm hơn.
Lí thuyết cũng như thực nghiệm chỉ ra rằng, than càng ít chất bốc thì yêu cầu bột than càng mịn.
Kinh nghiệm vận hành của các nhà máy điện thì đối với than anthraxit Việt Nam độ mịn thích hợp vào khoảng R90 = 4-8%.
c) Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp không khí – bột than
Quá trình bốc cháy của nhiên liệu phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp. Trên hình 2.7 trình bày sự phụ thuộc của tốc độ bốc cháy vào nhiệt độ ban đầu của dòng hỗn hợp.
Hình 2.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến tốc độ bốc cháy [10]
Từ đồ thị ta thấy tốc độ cháy xảy ra mạnh nhất khi nhiệt độ dòng hỗn hợp trên 500oC. Nhiệt độ ban đầu của dòng càng cao thì tốc độ bốc cháy càng nhanh, thời gian cháy càng ngắn. Vì vậy cần sử dụng không khí cấp một có nhiệt độ cao.
Hiện nay đốt những bột than khó cháy, nhiệt độ không khí nóng chỉ tới 380 – 420oC, vì nếu tăng nhiệt độ không khí lên nữa thì bộ sấy không khí phải chế tạo
37
bằng kim loại tốt để chịu được ở nhiệt độ cao.
d) Nồng độ bột than trong hỗn hợp
Kinh nghiệm đã cho thấy rằng, tốc độ phát triển của ngọn lửa phụ thuộc vào nồng độ bột than trong hỗn hợp bột than – không khí. Ta có thể khảo sát sự phụ thuộc này trên hình 2.8. Qua đồ thị ta thấy lúc đầu khi tăng nồng độ bột than, tốc độ phát triển ngọn lửa tăng lên và đạt tới giá trị cực đại, sau đó nếu tiếp tục tăng nồng độ nữa, tốc độ này giảm đi. Điều này có thể giải thích như sau:
Lúc đầu khi tăng nồng độ bột than, lượng nhiệt sinh ra tăng lên do chất bốc đã tham gia phản ứng cháy, do đó tạo điều kiện cho sự bốc cháy dễ dàng. Mặt khác lượng nhiệt chỉ cho sấy nóng không khí cấp một bé. Nhưng khi tăng quá nhiều nồng độ bột than, lượng chất bốc sinh ra nhiều, trong khi đó không khí lại thiếu nên tốc độ cháy giảm đi nhiều.
Nồng độ bột than tốt nhất để tốc độ cháy đạt tới cực đại khác nhau đối với từng loại nhiên liệu khác nhau.
Hình 2.8: Ảnh hưởng của nồng độ bột than đến tốc độ phát triển ngọn lửa [10]
e) Tốc độ dòng bột than
Mức độ đốt nóng dòng hỗn hợp không những phụ thuộc vào số lượng và
38
nhiệt độ của dòng mà còn phụ thuộc vào cả nhiệt phát ra do phản ứng hóa học tạo nên. Khi tăng tốc độ lưu động thì nhiệt phát ra của phản ứng hóa học giảm xuống vì khi ấy nhiệt lượng mang đi của dòng tăng lên (hệ số truyền nhiệt tăng lên). Như vậy sẽ gây khó khăn cho quá trình bốc cháy. Đồng thời nếu tốc độ dòng quá lớn thì ngọn lửa sẽ đập vào tường đối diện với miệng phun, gây nên đóng xỉ lên tường.
Nhưng mặt khác khi tăng tốc độ dòng thì mức độ khuếch tán của dòng tăng lên tạo điều kiện tốt cho việc hỗn hợp dòng với khói buồng lửa. Nếu tăng quá mức tốc độ của dòng thì ảnh hưởng của việc tăng mức độ khuếch tán không bù lại được với sự giảm lượng nhiệt phát ra, nghĩa là quá trình bốc cháy sẽ bị xấu đi. Ngược lại nếu tốc độ dòng quá bé thì mức độ hỗn hợp của dòng sẽ thấp, phản ứng xảy ra ngay ở miệng vòi phun và cũng gây nên đóng xỉ ở phần tường đặt miệng vòi phun, thậm chí có thể đốt cháy miệng phun. Như vậy nhiên liệu càng có khả năng tạo nên dòng khuếch tán nhiều thì tốc độ càng có thể bé (vòi phun tròn).
Bảng 2.5: Tốc độ không khí ra khỏi vòi phun [10]
Stt Loại nhiên liệu Anthraxit Than gầy Than đá và than nâu 1 Tốc độ gió cấp 1 (m/s) 12 - 16 16 - 20 20 – 26 2 Tốc độ gió cấp 2 (m/s) 18 - 22 20 - 25 20 - 30 f) Tổ chức cấp không khí
Việc tổ chức đưa không khí có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình bốc cháy. Ở phần đầu của dòng hỗn hợp với bột than khi ra khỏi vòi phun, nhiên liệu được chuẩn bị cho đến khi bốc cháy. Lúc đó lượng không khí cần vừa đủ theo yêu cầu.
Nếu lượng không khí thừa nhiều thì phải tốn nhiều nhiệt để đốt nóng lượng không khí này tới nhiệt độ bốc cháy, như vậy sẽ không có lợi cho việc bốc cháy nhiên liệu.
Nhưng nếu đến khi đã cháy rồi mà vẫn không đưa thêm không khí vào thì thời gian cháy sẽ bị kéo dài, các tổn thất q3 (tổn thất về mặt hóa học) và q4 (tổn thất về cơ học) tăng lên. Vì vậy khi ấy cần phải bổ sung không khí bằng cách đưa gió cấp hai.
Việc đưa gió cấp hai và tỷ lệ của nó so với gió cấp một phải đảm bảo sao cho
39
không có tác dụng làm lạnh trung tâm ngọn lửa, gây khó khăn cho quá trình phản ứng hóa học, cũng như không kìm hãm quá trình phản ứng do thiếu oxy.
Thông thường để dễ bốc cháy người ta hạn chế tới mức tối thiểu lượng không khí cấp một. Nhiên liệu càng có nhiều chất bốc thì tỷ lệ không khí cấp một càng lớn, ngược lại vòi phun càng có khả năng khuếch tán nhiều thì tỷ lệ gió cấp một càng ít.
40