Thiết Kế Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn Công Suất 3000KW Đốt Nhiên Liệu Trấu (Kèm Bản Vẽ )

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH
------ o0o ------
THUYẾT MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN
CÔNG SUẤT 3000KW
ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU
GVHD : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
--------------- Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ---------------
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------
KHOA: CÔNG NGHỆ NHIỆT – ĐIỆN LẠNH
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: TẠ THANH PHƯƠNG
LỚP : 05N1 Khóa:2005-2010
KHOA : CÔNG NGHỆ NHIỆT- ĐIỆN LẠNH
1. Tên đề tài:
THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN CÔNG SUẤT 3MW
ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU
2. Các số liệu ban đầu:
Năng suất sinh hơi bão hoà 3000kw, nhiên liệu là trấu, đốt bằng buồng lửa tầng sôi tuần hoàn
3. Nội dung thuyết minh:
• Chương 1: Tính cấp thiết của đề tài
• Chương 2:Cơ sở lý thuyết tầng sôi.
• Chương 3:Sự hình thành NOx,SOx trong khói khi cháy và các giải pháp kỹ thuật của lò
tầng sôi.
• Chương 4:Tính cân bằng nhiệt trong lò hơi.
• Chương 5:Tính toán trao đổi nhiệt lò tầng sôi.
• Chương 6:Tính khí động lò hơi.
• Chương 7:Thiết kế buồng lọc bụi xyclon chùm.
• Chương8:Vận hành lò tầng sôi
4. Các bản vẽ và đồ thị:
• Mặt bằng bố trí lò hơi
• Sơ đồ cấu tạo của lò hơi tầng sôi.
• Cấu tạo buồng đốt
• Cấu tạo cụm đối lưu
• Cấu tạo balon
• Sơ đồ cấu tạo của xiclon chùm.
5. Giáo viên hướng dẫn: ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG
6. Giáo viên duyệt : PGS.TS HOÀNG NGỌC ĐỒNG
7. Ngày giao nhiệm vụ : 18/02/2010
8. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/05/2010

Thông qua bộ môn
Ngày......Tháng.......Năm 2010
TRƯỞNG KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký,ghi rõ họ tên) (Ký,ghi rõ họ tên)
CÁN BỘ DUYỆT
(Ký,ghi rõ
họ tên)
Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn.
Ngày......Tháng.......Năm 2010
Kết quả điểm đánh giá: Ngày......Tháng.......Năm 2010
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký, ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC
NHI M V THI T K
Ệ Ụ Ế Ế.................................................................................................................i
NHI M V THI T K
Ệ Ụ Ế Ế.................................................................................................................i
ÁN T T NGHI P
ĐỒ Ố Ệ ....................................................................................................................i
ÁN T T NGHI P
ĐỒ Ố Ệ ....................................................................................................................i
M C L C
Ụ Ụ .....................................................................................................................................iii
M C L C
Ụ Ụ .....................................................................................................................................iii
CH NG 1
ƯƠ ....................................................................................................................................1
CH NG 1
ƯƠ ....................................................................................................................................1
TÍNH C P THI T C A TÀI
Ấ Ế Ủ ĐỀ .................................................................................................1
TÍNH C P THI T C A TÀI
Ấ Ế Ủ ĐỀ .................................................................................................1
1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRI N C A LÒ H I:
Ể Ủ Ơ ............................................................................1
1.2 TÌNH HÌNH TH C T :
Ự Ế ......................................................................................................4
1.3 Tình hình và kh n ng s d ng lò t ng sôi vào th c t Vi t Nam:
ả ă ử ụ ầ ự ế ệ .....................................5
CH NG 2:
ƯƠ ...................................................................................................................................6
CH NG 2:
ƯƠ ...................................................................................................................................6
C S LÝ THUY T T NG SÔI
Ơ Ở Ế Ầ .................................................................................................6
C S LÝ THUY T T NG SÔI
Ơ Ở Ế Ầ .................................................................................................6
2.1 GI I THI U K THU T T NG SÔI:
Ớ Ệ Ỹ Ậ Ầ ...............................................................................6
2.2 CÁC Y U T NH H NG N QUÁ TRÌNH TH Y NG C A L P SÔI
Ế Ố Ả ƯỞ ĐẾ Ủ ĐỘ Ủ Ớ ...........19
........................................................................................................................................................24
........................................................................................................................................................24
CH NG 3:
ƯƠ .................................................................................................................................24
CH NG 3:
ƯƠ .................................................................................................................................24
S HÌNH THÀNH NOX VÀ SOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GI I PHÁP K THU T
Ự Ả Ỹ Ậ
C A LÒ T NG SÔI
Ủ Ầ .....................................................................................................................24

S HÌNH THÀNH NOX VÀ SOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GI I PHÁP K THU T
Ự Ả Ỹ Ậ
C A LÒ T NG SÔI
Ủ Ầ .....................................................................................................................24
3.1 S HÌNH THÀNH NOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ GI I PHÁP K THU T:
Ự Ả Ỹ Ậ ................24
3.3 C CH HÌNH THÀNH VÀ PHÂN H Y N2O:
Ơ Ế Ủ .....................................................................29
3.4 C I M QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH N2O TRONG BU NG T T NG SÔI TU N
ĐẶ Đ Ể Ồ ĐỐ Ầ Ầ
HOÀN:..........................................................................................................................................30
3.5 PH NG PHÁP GI M N2O PHÁT TH I TRONG BUÒNGG L A T NG SÔI:
ƯƠ Ả Ả Ử Ầ ............32
3.6 V N HÌNH THÀNH SO2 TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ GI I PHÁP K THU T:
Ấ ĐỀ Ả Ỹ Ậ .....34
3.7 PH NG PHÁP CHÁY ÍT KHÍ PHÁT TH I SO2 TRONG LÒ H I T B T THAN
ƯƠ Ả Ơ ĐỐ Ộ
T NG SÔI:
Ầ ................................................................................................................................34
3.8 X LÝ KHÍ SO2 B NG VÔI VÀ OLOMIT TR N VÀO THAN:
Ử ằ Đ Ộ .....................................36
CH NG 4
ƯƠ ..................................................................................................................................38
CH NG 4
ƯƠ ..................................................................................................................................38
TÍNH CÂN B NG NHI T LÒ H I
Ằ Ệ Ơ ..............................................................................................38
TÍNH CÂN B NG NHI T LÒ H I
Ằ Ệ Ơ ..............................................................................................38
4.1 CÁC THÔNG S THI T K BAN U:
Ố Ế Ế ĐẦ ..........................................................................38
4.2 TÍNH TH TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ S N PH M CHÁY LÝ THUY T
Ể Ả Ẩ Ế ...............................39
4.3 ENTANPY C A KHÔNG KHÍ VÀ S N PH M CHÁY
Ủ Ả Ẩ ......................................................42
4.4 TÍNH CÂN B NG NHI T
Ằ Ệ ...................................................................................................44
4.5 L NG TIÊU HAO NHIÊN LI U:
ƯỢ Ệ .....................................................................................45
4.6 NHI T TH TH TÍCH BU NG L A:
Ệ Ế Ể Ồ Ử ..........................................................................46
4.7 TÍNH TOÁN CH SÔI:
Ế ĐỘ ....................................................................................................47
4.7 TÍNH TOÁN CH SÔI:
Ế ĐỘ ....................................................................................................47
CH NG 5
ƯƠ ..................................................................................................................................53
CH NG 5
ƯƠ ..................................................................................................................................53
TÍNH TOÁN TRAO I NHI T LÒ T NG SÔI
ĐỔ Ệ Ầ .......................................................................53
TÍNH TOÁN TRAO I NHI T LÒ T NG SÔI
ĐỔ Ệ Ầ .......................................................................53
5.1 TÍNH TRAO I NHI T TRONG BU NG L A:
ĐỔ Ệ Ồ Ử ........................................................53

5.2 TÍNH NHI T TRONG BU NG L NG
Ệ Ồ Ắ :.........................................................................60
5.3 TÍNH NHI T DÀN I L U:
Ệ ĐỐ Ư ............................................................................................66
5.4 TÍNH TRAO I NHI T B HÂM N C
ĐỔ Ệ Ộ ƯỚ .....................................................................83
CH NG 6
ƯƠ ..................................................................................................................................88
CH NG 6
ƯƠ ..................................................................................................................................88
TÍNH KHÍ NG LÒ H I
ĐỘ Ơ .........................................................................................................88
TÍNH KHÍ NG LÒ H I
ĐỘ Ơ .........................................................................................................88
6.1 TÍNH KHÍ NG LÒ H I
ĐỘ Ơ :..............................................................................................88
6.2 TÍNH CH N QU T GIÓ
Ọ Ạ :..................................................................................................88
6.3 TÍNH CH N QU T KHÓI:
Ọ Ạ ..............................................................................................101
......................................................................................................................................................116
......................................................................................................................................................116
CH NG 7:
ƯƠ ...............................................................................................................................117
CH NG 7:
ƯƠ ...............................................................................................................................117
THI T K BU NG L C B I XYCLON CHÙM
Ế Ế Ồ Ọ Ụ ..................................................................117
THI T K BU NG L C B I XYCLON CHÙM
Ế Ế Ồ Ọ Ụ ..................................................................117
7.1 TÁC H I C A B I:
Ạ Ủ Ụ ...........................................................................................................117
7.2 PHÂN LO I CÁC PH NG PHÁP L C B I:
Ạ ƯƠ Ọ Ụ ....................................................................118
7.3 THI T K XYCLON CHÙM:
Ế Ế ...........................................................................................119
Tài li u tham kh o
ệ ả ......................................................................................................................131
Tài li u tham kh o
ệ ả ......................................................................................................................131

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG
CHƯƠNG 1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI:
Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, nền công
nghiệp hiện đại. Không những nó được dùng trong các khu công nghiệp lớn như
nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp, mà nó còn đi sâu từng cơ sở kinh tế nhỏ, như
nấu cơm, sấy, sưởi ấm v.v...
Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất vận hành phức tạp nhất. Nó có
trình độ cơ khí hoá và tự động hoá cao, làm việc bảo đảm và hiệu suất tương đối
cao. Nó có nhiệm vụ sản xuất hơi để cung cấp hơi chạy Tuabin.
Trong các lĩnh vực công nghiệp, lò hơi dùng để sản xuất hơi nước. Hơi nước sẽ
làm chất trung gian tải nhiệt. Nó sẽ truyền nhiệt lượng cho sản phẩm cần gia nhiệt
trong thiết bị trao đổi nhiệt. Việc dùng lò hơi để sản xuất hơi nước trung gian sau đó
hơi nước gia nhiệt cho vật phẩm so với dùng những thiết bị khác để gia nhiệt có ưu
điểm hơn so với dùng điện để gia nhiệt.
So với lò hơi dùng điện dễ tự động hoá, thiết bị đơn giản gọn nhẹ, không cần phải
có phân xưởng để sản xuất nhiệt đỡ tốn kém đường ống vận chuyển hơi v.v ...
Nhưng có nhược điểm là chi phí vận hành cao, hiệu suất so với toàn bộ lại thấp vì
muốn có điện (trong điều kiện hiện nay nhiệt điện đang chiếm phần lớn) ta phải đốt
nhiên liệu. Dùng thiết bị lò hơi để thu nhận nhiệt lượng toả ra của nhiên liệu, hơi
sinh ra được đưa qua bộ phận sản xuất ra điện năng (biến nhiệt năng thành cơ năng,
rồi biến cơ năng thành điện năng). Nếu dùng điện năng để sản xuất lại nhiệt năng
thì lãng phí rất lớn. Do đó thiết bị lò hơi dùng môi chất trung gian là nước vẫn được
chế tạo và sử dụng rộng rãi.
So với dùng khói nóng để gia nhiệt, việc sử dụng khói nóng để gia nhiệt trực tiếp
cũng được sử dụng rộng rãi. Do tiếp xúc trực tiếp nên hiệu suất cao, thiết bị gọn
Trang 1

nhẹ, nhưng có nhược điểm: chỉ dùng gia nhiệt những vật phẩm không yêu cầu lắm
về độ sạch, trình độ thẩm mỹ và không ảnh hưởng về thành phần hoá học. Nên đối
với những vật phẩm yêu cầu chất lượng cao đều dùng chất tải nhiệt trung gian, tức
vẫn cần thiết bị lò hơi.
So với dùng thiết bị năng lượng khác: Việc sử dụng năng lượng mới như năng
lượng mặt trời, năng lượng gió v.v ... còn chưa được phổ biến và nhất là công suất
chưa ổn định.
Với những lò hơi lớn việc sử dụng nhiên liệu là rắn, lỏng, khí còn phụ thuộc vào
vị trí của nó. Phải xem xét bài toán kinh tế giữa việc vận chuyển hơi sinh ra và giá
thành vận hành. Ngoài ra phải kể đến ô nhiễm môi trường...
Dưới đây sẽ giới thiệu một vài loại đặc trưng để làm rõ quá trình thay đổi công
nghệ lò hơi theo lịch sử phát triển của lò hơi :
a) Lò hơi ống lò:
Là lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình. Để
tăng bề mặt truyền nhiệt của lò người ta có thể tăng chỉ số bình của lò, có nghĩa là
tăng bề mặt truyền nhiệt của lò bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hoặc đến
ba ống 500÷800 mm gọi là ống lò.
Ưu điểm của loại lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lò, có thể tích
chứa nước lớn. Nhược điểm là khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất,
hơi sinh ra thường là hơi bảo hòa, và thường có công suất nhỏ.
b) Lò hơi ống lửa :
Tương tự như ống lò, nhưng ở đây ống lò được thay bằng các ống lửa với kích
thước bé hơn ( 50÷150). Khói sau khi ra khỏi ống lửa còn có thể quặc ra hai bên đốt
nóng bên ngoài lò.
Trang 2

Ưu điểm loại lò này là bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so với
ống lò. Nhược điểm loại này vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơi
theo yêu cầu.
c) Lò hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên:
Sự phát triển của những động cơ hơi nước đòi hỏi lò hơi phải có sản lượng hơi lớn,
thông số cao, đồng thời phải giảm bớt tiêu hao kim loại cho việc chế tạo lò hơi,
nâng cao năng suất bốc hơi của lò. Vì vậy người ta đã cải tiến thay thế hệ thống ống
lò và ống lửa bằng những ống nước có đường kính 40÷100 mm.Và cùng với sự phát
triển thì quá trình nghiên cứu và cải tiến không ngừng nên loại này ngày càng tăng
thông số hơi và công suất lò. Có những loại điển hình sau:
- Lò hơi ống nước nằm ngang
- Lò hơi có bao hơi đặt nằm ngang
- Lò hơi ống đứng
- Lò hơi hai bao hơi kiểu KP
- Lò hơi hai bao hơi kiểu KB
- Lò hơi đốt than bột
d) Lò hơi trực lưu:
Lò hơi trực lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức, đặc điểm làm việc của nó là
môi chất làm việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng thái
hơi quá nhiệt có thông số quy định.
Ưu điểm: Do không có bao hơi và chỉ có rất ít ống góp nên tốn ít kim loại, khung lò
và bảo ôn nhẹ nhàng và thuận lợi hơn. Cho phép tăng áp suất hơi lên cao, và khắc
phục được nhược điểm của lò hơi tuần hoàn là tuần hoàn bé hoặc không có tuần
hoàn.
Nhược điểm: Nước cấp vào lò yêu cầu phải chất lượng cao, khó thay đổi cải tiến lò.
Trang 3

e) Lò hơi đặc biệt :
Là loại lò hơi có điều kiện làm việc đặc biệt như áp lực cao, công suất cao, nhiệt độ
cao …Nó gồm có các loại lò là: Lò hơi có áp suất cao trong buồng lửa, lò phản ứng
sinh hơi của nhà máy điện nguyên tử .
1.2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ :
Hiện nay giá các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt… đang ở mức cao,
mặc khác nguồn khai thác ngày càng cạn kiệt. Trong khi đó nước ta còn rất nhiều
nhiên liệu xấu chưa được sử dụng có hiệu quả như các loại than xấu có nồng độ lưu
huỳnh cao. Chất thải dân dụng và công nghiệp yêu cầu phải có công nghệ xử lý
thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng một phần làm nguồn năng lượng.
Việc ứng dụng buồng lửa tầng sôi để xử lý nhiệt các chất thải rắn đang được ứng
dụng rộng rải trên thế giới.
Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứng
dụng trong công nghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương pháp
đốt truyền thống khác như: công suất của buồng đốt hầu như không giới hạn, khả
năng đốt đồng thời nhiều loại nhiên liệu khác nhau, hiệu quả quá trình cháy cao,
cường độ trao đổi nhiệt lớn, chi phí chuẩn bị nhiên liệu thấp, giảm tối thiểu các khí
độc hại như NOX, SOX, đốt được các loại nhiên liệu xấu, thành phần lưu huỳnh cao,
độ ẩm cao, độ tro lớn, khí đốt thải ra ít khí độc hại…
Công nghệ đốt tầng sôi nền cát có khả năng đốt hiệu quả các loại nhiên liệu xấu
như: trấu, mùn cưa, vỏ cà phê là những chất thải rất khó xử lý sau thu hoạch. Ưu
điểm của công nghệ tầng sôi nền cát là: đốt được hầu hết phế thải nông lâm nghiệp
như trấu, vỏ cà phê, mùn cưa, rơm rạ, bã mía…Quá trình cháy triệt để do phế thải
được vùi trong lớp cát có nhiệt độ cao ( >8500
C ) và thời gian lưu lại vùng cháy lâu
đảm bảo gần cháy kiệt nhiên liệu. Hiệu suất buồng đốt có thể đạt trên 90%, không
gây ô nhiễm môi trường do lượng khí phát thải ô nhiễm trong quá trình cháy thấp.
Đốt được phế liệu có độ ẩm và độ tro, lượng lưu huỳnh cao từ 30÷40%. Quá trình
Trang 4

đốt diễn ra liên tục, tạo nên khả năng tự động hóa cao, lượng tro đốt từ các lò sấy
này có tỷ lệ SiO2 lên đến 91% và là một dạng tro vô định hình rất tốt cho việc dùng
chất phụ gia để sản xuất vật liệu xây dựng (gạch chịu lửa, xi măng, tấm cách âm,
vật liệu composit…), trong khi giá thành loại chất phụ gia này rất đắt, mang lại
nguồn lợi nhuận tương đối cao cho các doanh nghiệp.( 1)
1.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam:
Chất thải dân dụng và công nghiệp là những chất được loại ra khỏi quá trình sinh
hoạt cũng như sản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ
môi trường và tận dụng lại một phần. Ở nước ta là một nước đang phát triển, nền
kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phế thải nông lâm nghiệp thải ra có trữ
lượng lớn. Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long có nhiều nguồn nhiên liệu
xấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưu huỳnh cao,
phế thải sinh khối(rơm, rạ, bã mía, mùn cưa…). Đặc biệt ở Quảng Nam có mỏ than
Nông Sơn, là mỏ than có thành phần lưu huỳnh, độ tro cao, nhiệt trị rất thấp, có thể
nói đó là loại than được xếp vào loại than xấu. Nếu như ta dùng loại than này vào
các công việc đốt các loại lò bình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độ
tro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Vì vậy việc
ứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổ biến rộng rãi và phát
triển nhiều hơn. Hy vọng rằng, lò đốt phế thải nông – lâm nghiệp theo công nghệ
tầng sôi sẽ được chuyển giao tới các cơ sở sản xuất, góp phần hạ giá thành chế biến
nông sản và hạn chế ô nhiễm môi trường.
Trang 5

CHƯƠNG 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI
2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI:
2.1.1 Khái niệm tầng sôi
Tầng sôi đơn giản là một vùng không gian được tạo bởi các hạt rắn (than, tro, cát,
đá vôi…) những hạt này được nâng lên và lơ lững trong buồng đốt nhờ áp lực của
dòng không khí. Vì vậy lớp liệu trong buồng đốt giãn nở ra, sự tiếp xúc giữa không
khí và nhiên liệu tăng lên nhiều. Ở trạng thái này các hạt chuyển động tự do và sôi
giống như chất lỏng.
Lò tầng sôi (CFB) là loại lò có nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp hoặc trong
một thể sôi gồm những hạt rắn nóng không cháy. Kiểu đốt nhiên liệu này có lợi
trong việc giải quyết những vấn đề nan giải mà lò đốt nhiên liệu hóa thạch theo kiểu
thường gặp phải. Do vậy, trên thị trường hiện nay lò tầng sôi đang ngày càng phát
triển và dần thay thế những loại lò đốt nhiên liệu rắn kiểu củ như lò Stoke hay lò vòi
phun nhiên liệu rắn.
Ứng dụng sớm nhất của công nghệ tầng sôi là thiết bị hóa khí của Fritz Winkler,
người Đức(1921). Tuy nhiên, sau đó lý thuyết mới về công nghệ hỗn hợp khí-rắn
Trang 6

không được phát triển. Đến những năm 50, công nghệ này đươc ngành dầu hỏa ứng
dụng để cracking dầu nặng. Những cố gắng trong việc dùng lò tầng sôi cho sản xuất
hơi được bắt đầu từ thập kỷ 60. Giáo sư Douglas Elliott (người Anh) nghiên cứu và
phát triển, và ông được mệnh danh là “Cha đẻ của lò tầng sôi ” đã thúc đẩy việc ứng
dụng lò hơi tầng sôi để sản xuất hơi. Ngày nay lò hơi tầng sôi được ứng dụng rộng
rãi, từ những ứng dụng thực tế việc dùng cho giường bệnh nhân trong bệnh viện
(Baso,1995) đến nhà máy nhiệt điện công suất 250-600 MW. Sự phát triển của kỹ
thuật đốt tầng sôi làm giảm bớt những trở ngại do phụ thuộc vào nguồn năng lượng
hóa thạch. Lò tầng sôi đốt được tất cả các loại nhiên liệu, kể cả các loại nhiên liệu
xấu và có hàm lượng tro và lưu huỳnh cao, lò tầng sôi đốt nhiên liệu bằng cách đốt
cháy nhiên liệu trong một điều kiện thủy động đặc biệt gọi là thể sôi và sự truyền
nhiệt cho bề mặt hạt nhiên liệu và dàn ống sinh hơi thông qua một lớp phân tử rắn
không cháy. Trong đó nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp vật chất nóng
(800÷9000
C) với những hạt không cháy như tro, cát, đá vôi. Trong buồng đốt, nhiên
liệu cùng với lớp vật liệu sôi được thổi lên cao từ 0,5 đến 1 mét, tạo nên bởi dòng
không khí thổi qua một bộ phân phối với tốc độ xác định.
Lò tầng sôi có hai loại chính:
1) Lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ.
2) Lò tầng sôi kiểu sôi mạnh.
Trong lò hơi có buồng đốt tầng giả lỏng kiểu sôi mạnh vận tốc dòng không khí thổi
qua ghi lớn hơn nhiều so với loại lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ. Sự cung cấp dòng không
khí này vào buồng đốt nhiều hơn so với loại sôi nhẹ và nó được duy trì cho đến
điểm cao nhất của lò. Vì vậy kết quả lớp vật liệu sôi này tiếp tục chuyển động đến
đỉnh lò, lớp vật liệu sôi này được giữ lại tại bộ phận chia chất rắn và quay trở lại với
mốc cơ bản buồng đốt khi tốc độ đủ lớn, sự tái tuần hoàn này của các hạt rắn tạo ra
bởi một lưới kín. Lớp vật liệu sôi, sôi mãnh liệt này quay trở lại buồng đốt hòa trộn
Trang 7

với dòng không khí, kết quả là nhiệt độ buồng đốt ổn định và đều trong khoảng
8000
C đến 9000
C và cho quá trình cháy tối ưu và bức xạ mạnh.
Ta có thể khảo sát một thí nghiệm về tầng sôi như sau:
- Cho một lớp hạt nhiên liệu chặt trên ghi, thổi gió từ dưới lên, ta đo và vẽ thành đồ
thị quan hệ giữa tốc độ gió với hiệu áp trước và sau lớp nhiên liệu trên ghi.Ta thấy
ban đầu tốc độ gió tăng thì hiệu áp cũng tăng, đến một tốc độ s
ω ( s
ω gọi là vận tốc
giới hạn) nào đó thì p
∆ không tăng nữa, chiều dày lớp hạt tăng dần, tốc độ tăng dần
thì chiều dày lớp hạt cũng tăng theo, hạt dao động trong một phạm vi nhất định p
∆
vẫn không đổi, nhưng khi tốc độ tăng đến c
ω ( c
ω gọi là vận tốc cuốn theo) thì p
∆
giảm đột ngột và hạt bay hết theo dòng không khí.
Khảo sát tầng hạt trong phạm vi s
ω ÷ c
ω thấy các đặc điểm giống như chất lỏng
như sau:
-Các hạt chuyển động hỗn loạn tương tự như chuyển động nhiệt của phân tử.
-Giữa các hạt và không khí tồn tại mặt phẳng ranh giới như mặt nước, bất kể ban
đầu hạt đươc sắp xếp như thế nào.
-Nếu đặt một vật nhẹ lên lớp hạt, vật chuyển động bồng bềnh như thuyền trên mặt
nước.
-Nếu trổ một miệng ra thì lớp hạt chảy ra như nước, phần còn lại vẫn phân bố đều
như lớp nước. Người ta dựa vào đặc điểm này để cấp than và thải xỉ tại một vị trí
mà lớp hạt vẫn đồng đều.
- Khi cỡ hạt không đều nhau, thì những hạt nhỏ chịu lực đẩy lớn hơn trọng lực sẽ
thoát ra khỏi lớp hạt như hơi và những hạt nước nhỏ tách ra khi chất lỏng sôi.
Vì những đặc điểm khảo sát trên nên ta gọi là đốt tầng giả lỏng ( đốt tầng sôi ).
Trang 8

2.1.2 Cơ chế quá trình tạo tầng sôi:
1
2
3
5
6
8 9
10
11
12
7
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý lò hơi tầng sôi
Khi cho dòng khí đi qua miệng cấp không khí (cấp 1) vào buồng lửa có chứa lớp
nhiên liệu, có độ cao là H0 đang nằm trên ghi. Khi tốc độ ϖ của dòng khí nhỏ hơn
s
ω thì lớp liệu này không dịch chuyển, khi tăng dần tốc độ ϖ gần bằng tốc độ s
ω thì
chiều cao lớp liệu vẫn không đổi (Đoạn AB hình 2.2), còn trở lực của lớp sôi tăng
lên, khi tiếp tục tăng tốc độ đến ϖ = s
ω , lúc này lực của dòng khí cân bằng trọng lực
của lớp liệu vì vậy lớp liệu bắt đầu chuyển động, các hạt chuyển động lơ lửng trong
pha khí, khoáy trộn với nhau và chuyển động hỗn loạn, độ rỗng chiều cao của lớp
liệu tăng lên, trở lực của lớp hạt liệu đạt đến giá trị cực đại và không đổi, trạng thái
này gọi là trạng thái sôi. Trạng thái sôi được duy trì khi tốc độ dòng khí từ s
ω đến
c
ω . Khi tăng tốc độ dòng khí đến ϖ > s
ω , thì bắt đầu xuất hiện những bọt khí, túi
Trang 9

khí, các bọt khí này chuyển động lên trên bề mặt lớp sôi và vỡ ra làm cho chiều cao
lớp sôi dao động, khi vận tốc dòng khí đạt đến c
ω lúc đó lớp liệu có độ rỗng lớn
nhất, các hạt liệu treo lơ lửng trong buồng đốt, không lắng xuống cũng như không
bị bay ra khỏi buồng lửa. Tiếp tục tăng vận tốc dòng khí cho đến khi vượt vận tốc
cuốn theo c
ω thì kết thúc trạng thái sôi, lớp liệu sẽ có các hạt liệu bị lôi cuốn theo
dòng không khí bay ra khỏi buồng đốt. Do đó để tạo lớp sôi, ta phải duy trì tốc độ
dòng khí từ s
ω đến c
ω .
Hình 2.2 Quan hệ giữa tốc độ dòng, chiều cao lớp nhiên liệu, trở lực lớp liệu
2.1.3 Vật liệu sử dụng trong lò tầng sôi:
Trong kỹ thuật tầng sôi, trong quá trình đốt nguyên liệu thì ta thường cho vào
buồng lửa các vật liệu nhằm để nâng cao nhiệt độ các thành phần cháy từ nhiệt độ
thấp lên đến nhiệt độ phản ứng. Vì vậy vật liệu sử dụng cần đảm bảo các tính chất
sau:
Trang 10
h
h
hs
w
w
wc
ws
∆
P
∆
P
∆
PS
A
B

- Nhiệt dung riêng lớn (Vật liệu phải chịu được nhiệt độ cao )
- Khối lượng riêng nhỏ (giảm trở lực khi quạt thổi vào buồng lửa)
- Độ nhẵn bề mặt cao (Dễ tạo tầng sôi )
- Giá thành thấp, dễ kiếm
Để đảm bảo các yêu cầu trên, người ta thường chọn các thạch anh làm vật liệu.
2.1.4 Phân biệt, so sánh quá trình cháy trong buồng lửa tầng sôi và các loại
buồng lửa khác.
2.1.4.1 Buồng lửa phun than bột:
Trong buồng lửa phun than bột thì quá trình cháy bao gồm quá trình Ôxy hoá
các hạt than mịn (khoảng 70 % có đường kính nhỏ hơn 200 µ m) các hạt nhiên liệu
phân tán một cách rộng rãi trong không khí và khi cháy. Vùng xung quanh lò phun
có nhiệt độ lớn nhất trong buồng lửa có thể đạt đến nhiệt độ 16000
C đến 19000
C.
Mặt khác, thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa xấp xỉ thời gian lưu lại
của dòng khí và nhiệt độ của buồng lửa cao là điều kiện để hình thành nên NOx và
CO, lượng SO2 không được hấp thụ. Hơn nữa thời gian lưu lại của hạt trong buồng
lửa không lớn nên tổn thất cơ học tăng lên. Muốn cải thiện thời gian lưu lại của hạt
trong buồng lửa phải tăng chiều cao của ngọn lửa, tức là tăng kích thước của buồng
lửa do đó chi phí đầu tư phải tăng lên.
Thông thường lò đốt tầng sôi có chi phí đầu tư thấp hơn lò phun than bột
khoảng 15-20% nếu có cùng sản lượng hơi và mức độ ô nhiễm môi trường như
nhau.( 1)
2.1.4.2 Phương pháp đốt nhiên liệu trên ghi xích:
So với buồng lửa phun bột than thì kích thước hạt than ở trong buồng đốt ghi
lớn hơn, thông thường từ 1-32 mm.
Trang 11

Quá trình cháy trên ghi chỉ xảy ra hoàn toàn ở vùng phần đầu và phần cuối,
còn phần giữa ghi có rất nhiều sản phẩm cháy không hoàn toàn. Do đó quá trình
cháy trên ghi đã xảy ra đồng thời với quá trình khí hoá của nhiêu liệu. Thực tế
lượng nhiệt phát ra do các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong buồng lửa vào
khoảng 50-60 %.
Điều đó cho thấy việc tổ chức cho cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn
trong buồng lửa có ý nghĩa rất lớn. Để cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn này
thì cần cung cấp thêm không khí ở phía trên buồng lửa bằng gió cấp hai hoặc tổ
chức dùng dòng khí ở phía trước và phía sau ghi vào vùng giữa ghi.
Ưu điểm:
- Việc cấp than, thải xỉ được cơ giới hóa hoàn toàn, giữ được công suất cố
định(vì cháy liên tục) trong một chu trình làm việc thì chỉ có một nửa làm việc nên
tăng tuổi thọ của ghi.
- Nhiệt thế diện tích ở trên ghi rất lớn nên lò khó bị tắt.
- So với buồng phun than thì có cấu tạo đơn giản hơn, chi phí đầu tư thấp
hơn.
Nhược điểm:
- Công suất buồng lửa bị hạn chế vì không thể tăng tiết diện của mặt ghi,
chiều dày lớp than trên ghi.
- Nhiệt độ không khí nóng không tăng được cao, mặt khác có một vùng ghi
tiếp xúc trực tiếp với lớp cốc bốc cháy nên lá ghi không được bảo vệ dễ bị hỏng.
- Chỉ thích hợp với các loại nhiên liệu có cỡ hạt đồng đều theo thiết kế còn
đối với các hạt không đồng đều thì rất khó làm việc.
- Quán tính nhiệt lớn nên điều chỉnh phụ tải của lò không được dễ dàng
Tóm lại:
Trang 12

Đối với phương pháp đốt này thì quá trình hỗn hợp giữa không khí và nhiên
liệu không được tốt, tổn thất cơ học cao, hiệu quả quá trình cháy không cao.
2.1.4.3 Quá trình cháy trong lò đốt tầng sôi:
- Quá trình cháy nhiên liệu trong lò đốt tầng sôi được xem như quá trình cháy
trên ghi và cháy trong buồng lửa phun. Nó lợi dụng những ưu điểm đồng thời khắc
phục những nhược điểm của hai phương pháp đốt trên.
- Thông thường, kích thước của hạt than trong buồng lửa tầng sôi nhỏ hơn 7
mm tuỳ thuộc vào từng loại than cụ thể, mà kích thước của hạt than có thể lớn tới
32 mm hoặc chỉ bằng 3 mm. Tầng sôi được duy trì ở nhiệt độ 850-9000
C.
- Khi nhiên liệu được đưa vào trong buồng lửa, được gia nhiệt một cách
nhanh chóng và sau đó bốc cháy, rồi cháy, thường nhiên liệu được đốt với lượng
không khí thừa khoảng 20 %. Vì thời gian lưu lại của các hạt nhiên liệu lớn và quá
trình truyền chất có cường độ cao nên nhiên liệu được cháy một cách có hiệu quả
trong buồng lửa tầng sôi ở nhiệt độ thấp hơn so với phương pháp đốt khác.
- Những hạt nhiên liệu được lưu lại trong lớp cho đến khi nó được khói mang
đi theo hay được khói tháo ra ngoài buồng. Khi hạt nhiên liệu cháy, kích thước của
nó đạt đến giá trị mà ở đó lực do dòng khí tạo ra lớn hơn khối lượng của hạt thì hạt
bị mang ra ngoài. Vì vậy, thời gian lưu lại của hạt được xác định bởi kích thước ban
đầu của hạt nhiên liệu và bởi mức độ giảm kích thước hạt do cháy và ma sát.
- Trong tầng sôi bọt, quá trình cháy xảy ra hầu hết ở trong lớp vì vận tốc dòng
khí thấp và kích thước hạt nhiên liệu cấp vào thô. Thời gian lưu lại của những hạt
nhiên liệu mạnh trong lớp tương đương với thời gian lưu lại của khí này khi cháy.
Trong buồng đốt tầng sôi tái tuần hoàn thì thời gian này tăng lên bằng cách thu hồi
tro bay và cho các hạt này tái tuần hoàn về buồng đốt (về lớp nhiên liệu đang cháy)
do vận tốc tạo sôi lớn nên có nhiều hạt nhiên liệu bị thổi bay ra ngoài tầng sôi hơn
so với buồng lửa sôi bọt. Sau đó những hạt này được gom lại bởi các thiết bị lọc và
Trang 13

cho tái tuần hoàn vào buồng lửa. Thời gian lưu lại của các hạt trong buồng lửa theo
hiệu quả thu hồi của thiết bị lọc và tốc độ của những hạt rắn. Do có sự tái tuần hoàn
mà thời gian lưu lại của hạt lớn hơn nhiều lần so với thời gian lưu lại của dòng khí.
Hình 2.3: Quan hệ giữa áp suất và vận tốc của dòng khí
Trang 14
Lớp cố định Lớp sôi bọt Lớp sôi tuầng hoàn
Lớp sôi ống

Hình 2.4. Quan Hệ Giữa Các Buồng Lửa
2.1.5 Những ưu và nhược điểm của công nghệ sấy tầng sôi:
2.1.5.1 Ưu điểm:
a) Sử dụng nhiên liệu một cách linh hoạt:
Một lò tầng sôi có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, tổn thất nhiệt ít hơn các
loại lò đốt khác. Nên nó cho phép các nhà máy điện đa dạng hóa việc thu mua nhiều
nguồn nhiên liệu khác nhau, xóa bỏ việc phụ thuộc vào một nguồn nhiên liệu nào
đó.
Đặc điểm sử dụng linh hoạt nhiên liệu của lò tầng sôi giúp ngăn ngừa những thiệt
hại có thể có cho nhà máy do nguồn cung cấp nhiên liệu không ổn định trong tương
lai.
Trang 15

Khối lượng các hạt cháy được chỉ chiếm tỷ lệ 1/3 so với tổng khối lượng lớp vật
chất trong buồng đốt của một lò tầng sôi thông thường. Lượng vật chất còn lại là
những hạt không cháy được như tro, cát, chất hấp thụ. Điều kiện khí động đặc biệt
trong lò tầng sôi tạo nên một hỗn hợp hoà trộn rất tốt giữa chất khí-chất rắn, chất
rắn-chất rắn với nhau. Những phân tử nhiên liệu được cấp vào buồng đốt sẽ phân
tán nhanh chóng vào trong một khối lượng lớn những hạt vật chất của lớp sôi và
được lớp này đốt nóng lên trên đến nhiệt độ bắt lửa. Do nhiệt dung của các hạt
không cháy lớn hơn so với các hạt nhiên liệu, do đó dù gia nhiệt cho nhiên liệu kém
phẩm chất thì nhiệt độ của lớp hạt này không thay đổi nhiều. Chính đặc điểm này
của lò tầng sôi mà nó có thể đốt bất kỳ loại nhiên liệu nào mà không cần có một
nguồn nhiệt bổ sung và cung cấp nhiệt trị cao để làm nóng không khí và gia nhiệt
cho nhiên liệu đến nhiệt độ bốc cháy
b) Giảm thiểu lượng khí phát thải SO2:
Không giống như các loại lò đốt nhiên liệu khác, quá trình cháy và thải nhiên liệu
trong lò tầng sôi diễn ra liên tục. Đặc điểm này cùng với khả năng hòa trộn tốt các
hạt vật chất trong lớp sôi giúp buồng đốt duy trì một nhiệt độ ổn định đồng nhất
trong toàn bộ. Kết quả là nhiệt độ ổn định (800÷900)0
C. Khoảng nhiệt độ này thích
hợp cho phản ứng hóa học hấp thụ khí SO2 bởi đá vôi (CaCO3).
(800÷900)0
C
CaCO3 = CaO + CO2
SO2 + CaO + ½ O2 = CaSO4
Sản phẩm sinh ra là CaSO4. Nó được thải ra môi trường đất hoặc được sử dụng
dưới dạng hạch cao. Đá vôi dùng trong đốt tầng sôi có thể giữ lại hơn 90% SO2 và
thải ra ngoài dưới dạng chất thải rắn. Những chất này dễ xử lý hơn và ít ô nhiễm
hơn so với xỉ từ các lò hơi khác.
Trang 16

Khả năng giảm và xử lý khí SO2 trong lò tầng sôi là kết quả của trường nhiệt độ
thấp và ổn định khi đốt nhiên liệu trong lò tầng sôi. Do đó lò tầng sôi không cần
trang bị thêm bộ xử lý khí thải để liểm soát lượng khí SO2 thải ra ngoài.
c) Lượng NOX phát thải thấp:
Lượng NOX bình quân sinh ra trong lò hơi đốt tầng sôi thấp, khoảng (100 ÷ 300)
ppm (so với thể tích khô). Đó là do nhiệt độ cháy thấp, điều kiện áp suất thấp ngăn
cản sự bay hơi, và lượng gió cung cấp theo từng giai đoạn của quá trình cháy. Hầu
hết các loại lò tầng sôi đều sinh ra lượng NOX thấp mà không gây ra tổn thất nhiệt
do cháy không hoàn toàn hoặc do phải bổ sung thêm ở những vùng có quy định chặt
chẽ giới hạn lượng NOX cho phép thải ra ngoài không khí, người ta có thể đặt thêm
bộ thu khí NOX bằng dung dịch amoniac ở phần đuôi lò trong Xyclon ( theo
Chenlian &Hyvrinen, 1995).
d) Vận hành dễ dàng :
Lò hơi tầng sôi có những điều kiện vận hành rất thuận lợi và dễ dàng.
1. Không có ngọn lửa.
Đối với lò hơi có bộ đốt như lò hơi đốt than, đốt dầu, đốt khí, nhất thiết phải có
một hệ thống thiết bị tinh vi giám sát ngọn lửa. Nếu vì một lý do nào đó mà ngọn
lửa bị tắt trong giây lát, buồng đốt khi làm việc trở lại phải qua một chu trình khởi
động lại lò rất phức tạp. Khi ngừng cung cấp nhiên liệu trong một thời gian ngắn có
thể khiến cả hệ thống ngừng làm việc và tác động nhiều đến hệ Tuốcbin- máy phát
điện phía sau. Trong lò tầng sôi thì không có ngọn lửa, mà thay vào đó là một lượng
lớn các hạt trơ nóng. Nên cả khi nhiên liệu ngừng cung cấp vào, nhiệt độ của buồng
đốt không giảm và nhiệt độ hơi cũng không thay đổi. Nếu nhiên liệu được cấp lại
trong vài phút sau đó thì không cần ngừng lò.
2. Thời gian khởi động lò ngắn:
Trang 17

Một số lò công nghiệp làm việc hai ca cần phải đốt lò trong khoảng 8 tiếng. Lò
tầng sôi có thời gian khởi động lò ngắn hơn và đơn giản hơn. Buồng đốt tầng sôi
trong tình trạng nghỉ làm việc thì tổn thất nhiệt ít. Ngay cả khi sau vài giờ đồng hồ
tạm nghỉ, lớp hạt rắn vẫn còn đủ nhiệt lượng cho lần đốt lò sau. Cho nên khi cho
nhiên liệu vào lò, nó bốc cháy ngay và lò đi vào hoạt động lại sau một thời gian
ngắn.
3. Giảm hiện tượng ăn mòn:
Tro sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu ở lò tầng sôi ở dạng xốp, không bị chảy
loãng do nhiệt độ của lò thấp (800÷9000
C). Điều này làm hạn chế hiện tượng ăn
mòn kim loại ống ở bề mặt đối lưu (đuôi lò), hay ăn mòn cánh của quạt gió ở đuôi
lò.
4. Sự chuẩn bị nhiên liệu đơn giản:
Than cho lò tầng sôi thường chiếm 70% hạt than và có kích thước dưới 6000µm
(6mm), trong khi đó đối với lò hơi đốt than phải có 70% hạt than kích cỡ dưới
75µm. Do đó lò đốt than phun cần phải có hệ thống máy nghiền than và phun bụi
than. Thiết bị phun bụi than không những đắt tiền mà còn phức tạp và cần bảo trì
kiểm tra thường xuyên. Đa số các nguyên nhân khiến lò ngừng làm việc là do hoạt
động của hệ thống nghiền than không tốt. Ngược lại với lò tầng sôi thì không cần
một hệ thống nghiền than như vậy, do đó giai đoạn chuẩn bị nhiên liệu đơn giản và
không phức tạp như đối với lò hơi vòi phun đốt than.
2.1.5.2 Những hạn chế:
Với lò tầng sôi thì chúng có những nhược điểm sau:
a) Cần quạt có công suất lớn:
Lò tầng sôi cần trang bị quạt ly tâm có công suất lớn do, do không khí cấp vào lò
phải thắng được trở lực của bộ phân phối gió và trở lực của khối lượng của lớp vật
Trang 18

liệu rắn trong buồng đốt. Đầu tư cho điện năng tiêu thụ tăng, song bù lại không cần
trang bị thiết bị phun nhiên liệu.
b) Tổn thất nhiệt ra môi trường nhiều hơn:
Xyclon, hệ thống hồi, bộ trao đổi nhiệt ngoài làm tăng thêm nhiều thiết bị cho lò
CFB. Một vài bề mặt các thiết bị không được làm mát. Do đó tổn thất nhiệt do đối
lưu và bức xạ từ các bề mặt của lò CFB nhiều hơn so với lò BFB và lò PC.
c) Hiệu suất cháy thấp:
Hiệu suất cháy của một lò PC thường cao hơn so với lò CFB, do nhiệt độ cháy
cao hơn, kích cỡ hạt mịn hơn và tồn tại lâu hơn trong buồng lửa. Tuy nhiên lò PC sử
dụng không khí liên tục và hệ số không khí thừa thấp để khống chế lượng NOX
khiến nhiên liệu cháy không hoàn toàn trong buồng lửa.
2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG CỦA LỚP
SÔI
2.2.1 Độ rỗng của lớp sôi:
Với vận tốc dòng không khí đạt tới giá trị tới hạn ωs thì các hạt nhiên liệu trong
buồng đốt sẽ ở trạng thái giả sôi, thì độ rỗng của lớp nhiên liệu phải được tăng lên
và được xác định theo công thức sau:
ε = (
Ar
2
Re
36
,
0
Re
18 +
)0,21
=
h
s
ρ
ρ
−
1 [ trang 148, 3]
Trong đó : ρs- khối lượng riêng của hạt ở trạng thái sôi [kg/m3
]
ρh- khối lượng riêng của từng hạt nhiên liệu [kg/m3
]
Ar- tiêu chuẩn Acsimet đặc trưng cho lực nâng vật liệu
( )
k
k
h
h g
d
f
Ar
γ
ν
γ
γ
.
(Re) 2
3
−
=
= [ trang 148, 3]
Trang 19

Trong đó: h
d - đường kính hạt vật liệu [mm]
h
γ - trọng lượng riêng của hạt vật liệu [kg/m3
]
k
γ - trọng lượng riêng của không khí [kg/m3
]
k
ν - độ nhớt động học của không khí [m2
/s]
g - gia tốc trọng trường [m/s2
]
Tuỳ theo mức tăng của độ rỗng mà chiều cao lớp sôi sẽ tăng lên.
2.2.2 Vận tốc tối thiểu và vận tốc tối đa tạo lớp sôi.
Từ nguyên lý làm việc chúng ta thấy rằng nguyên lý cơ bản của thiết bị là tốc độ
dòng khí thổi vào lò ω đủ lớn để đẩy vật liệu đi lên. Ta có điều kiện:
cb
ω
ω >
Trong đó: cb
ω - tốc độ cân bằng tạo lớp sôi [m/s]
Tốc độ cân bằng là tốc độ dòng khí thổi từ dưới lên sao cho giữ hạt đứng yên
lơ lững trong không gian. Nó phụ thuộc vào đường kính hạt vật liệu, khối lượng
riêng của hạt vật liệu, khối lượng riêng của không khí. Được xác định theo phương
trình cân bằng giữa lực trọng trường tác dụng lên hạt vật liệu và lực nâng do dòng
không khí thổi lên:
( )
2
.
.
4
.
6
2
2
3
cb
k
h
k
h
h d
g
d ω
ρ
π
ξ
ρ
ρ
π
=
− ( 3) (*)
Xác định tốc độ cân bằng theo (*) là rất khó khăn vì hệ số trợ lực ξ phụ thuộc
vào cb
ω . Trong thực tế tốc độ cân bằng xác định theo phương pháp đồng dạng theo
các phương trình tiêu chuẩn:
+ Ar - Tiêu chuẩn Acsimet
+ Fe - Tiêu chuẩn Fedơrôp
Trang 20

3
2
.
3
)
(
4
.
k
k
k
h
h
d
Fe
ρ
ν
ρ
ρ −
=
+ Re - Tiêu chuẩn Râynôn (đặc trưng cho chế độ chuyển động của không khí)
52
,
0
56
,
1
.
22
,
0
.
19
,
0
22
,
5
1450
Re Ar
Fe
Ar
Ar
=
=
+
=
Phương trình sử dụng trong phạm vi Fe = 40 ÷ 200 [trang 149, 3]
⇒ Tốc độ cân bằng tạo lớp sôi:
h
k
cb
d
ν
ω
.
Re
=
- Khi Re < 0,2 thì tốc độ cân bằng có thể xác định theo phương pháp Stoke:
( )
k
k
k
h
h
cb
g
d
ρ
ν
ρ
ρ
ω
.
.
.
18
1 2
−
=
- Khi Re > 1000 có thể tính gần đúng:
k
h
h
cb
d
ρ
ρ
ω
.
76
,
2
=
Khi tốc độ dòng không khí đạt vận tốc tối thiểu thì các hạt rắn trong pha khí sẽ
lơ lửng và chuyển động hỗn loạn, độ rỗng của các lớp hạt tăng lên tương ứng với sự
tăng của tốc độ dùng khí. tốc độ dòng khí càng lớn thì khả năng chuyển động hỗn
loạn càng cao làm tăng cường quá trình cháy. Trạng thái này được duy trì từ tốc độ
sôi tối thiểu đến tốc độ lôi cuốn ( )
c
s ω
ω
ω ÷
= . Trong thực tế người ta chọn tốc độ
làm việc ω=(2÷3)ωs.
Tốc độ lôi cuốn được xác định bởi công thức:
h
k
c
d
ν
ω
.
Remax
=
Trong đó:
Trang 21

Ar
Ar
61
,
0
18
Remax
+
=
2.2.3 Tốc độ làm việc tối ưu:
Tốc độ làm việc tối ưu là tốc độ mà ở đó chế độ sôi là ổn định, khi đó chiều cao
của lớp nhiên liệu nói chung và chiều cao lớp sôi nói riêng là không đổi. Do đó về
nguyên tắc tốc độ ổn định phải thoả mãn điều kiện lớn hơn tốc độ giới hạn dưới và
nhỏ hơn tốc độ lôi cuốn (giới hạn trên).
( )
c
s ω
ω
ω ÷
=
Theo kinh nghiệm thì tốc độ tối ưu nằm trong khoảng:
ω=(2÷3)ωs
2.2.4 Trở lực của lớp sôi:
Khi chế độ sôi ổn định thì có thể xem trở lực của dòng khí qua tầng sôi là không
đổi và cân bằng với trọng lượng của khối hạt trên một đơn vị diện tích ghi. Do đó
trở lực của lớp sôi có thể xác định theo công thức:
( ) ( )
ε
ρ
ε
ρ −
=
−
=
∆ 1
.
.
.
1
.
. 0
0 h
g
h
g
p z
z ( 3)
Trong đó: 0
ε - hệ số nở của lớp hạt trên ghi ở trang thái cố định
ε - là hệ số nở của lớp hạt ở trạng thái sôi
g - gia tốc trọng trường
h - chiều cao của lớp hạt trên ghi ở trạng thái tĩnh
h0 - chiều cao lớp sôi
Ngoài ra trở lực của lớp sôi còn có thể xác định tương đối chính xác theo
phương trình của Feđơrôp như sau:
p
h F
G
d
h
p .
.
Re
17
,
0
2
,
0








=
∆ [trang 149, 3]
Trang 22

Trong đó: G - khối lượng vật liệu trên ghi [kg]
Fp - diện tích ghi [m2
]
2.2.5 Độ giảm áp suất theo chiều cao.
Với kích thước của hạt liệu đồng đều thì độ giảm áp suất Δp dọc theo thân lò h
được xác định bởi công thức Ergun:
3
2
3
2
2
)
1
(
75
,
1
)
(
)
1
(
150
ε
φ
ε
ρ
ε
φ
ε
µ
p
g
p d
U
d
U
h
p −
+
−
=
∆
[ 8]
Trong đó: U- vận tốc bề mặt (giá trị tỷ lệ của dòng chất khí trên đơn vị của lưới)
ε- độ rỗng lớp vật liệu sôi
dpvà φ là đường kính và độ tròn của chất rắn
µ và ρg lần lượt là độ nhớt và mật độ dòng khí.
Trang 23

CHƯƠNG 3:
SỰ HÌNH THÀNH NOX VÀ SOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GIẢI
PHÁP KỸ THUẬT CỦA LÒ TẦNG SÔI
3.1 SỰ HÌNH THÀNH NOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ GIẢI PHÁP KỸ
THUẬT:
3.1.1 Cơ chế hình thành NOX:
Nitơ oxýt sinh ra trong quá trình cháy than chủ yếu là NO và NO 2 gọi chung là
NOx, ngoài ra có một lượng nhỏ N2O. Trong quá trình đốt than, lượng NOx hình
thành và thải ra có quan hệ mật thiết với điều kiện cháy như phương thức đốt, đặc
biệt là nhiệt độ cháy và hệ số không khí thừa. Khí NOx hình thành trong quá trình
đốt cháy than theo ba cơ chế:
a. Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phân huỷ nhiệt do nitơ trong không
khí ở nhiệt độ cao tạo thành.
b. Cơ chế hình thành NOx do thành phần nhiên liệu là do thành phần hợp
chất nitơ trong nhiên liệu bị nhiệt phân rồi oxy hoá trong quá trình cháy
sau đó tạo thành NOx.
c. Cơ chế hình thành NOx theo nguyên lý phản ứng tức thời là do phản ứng
giữa nitơ trong không khí với các loại cácbuahydrô như CH trong nhiên
liệu xảy ra trong quá trình cháy.
Trang 24

3.2.1.1 Cơ chế hình thành NOX theo nguyên lý phân hủy nhiệt:
NOx nhiệt là tổng của NO và NOx do N2 và O2 trong không khí tạo thành ở nhiệt độ
cao trong quá trình cháy.
Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ hình thành NOx tăng nhanh, khi nhiệt độ đốt cháy thấp
hơn 15000
C hầu như không thấy phản ứng hình thành NO, chỉ khi nhiệt độ cao hơn
15000
C thì phản ứng tạo thành NO mới được thấy rõ. Theo tính toán, khi nhiệt độ
cao hơn 20000
C, trong thời gian chưa đến 0,1 giây đã có thể sinh ra khá nhiều NOx.
Ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng quyết định đến hình thành NOx nhiệt. Đó chính là lý do
để gọi loại ôxyt nitơ tạo thành bởi nitơ trong không khí bị ôxy hoá ở nhiệt độ cao là
NOx nhiệt. Ngoài ra sự hình thành NOx cũng phụ thuộc rất nhiều vào hệ số không
khí thừa và thời gian lưu lại của khói.
3.2.1.2 Cơ chế hình thành NOX do thành phần nhiên liệu:
Loại NOx từ hợp chất nitơ trong nhiên liệu bị nhiệt phân và ôxy hoá tạo thành
được gọi là NOx nhiên liệu. Khi đốt than, khoảng 70 – 90% là NOx nhiên liệu, bởi
vậy NOx nhiên liệu là thành phần phát thải chủ yếu.
Cơ chế hình thành NOx nhiên liệu có những quy luật như sau:
Khi than bị đốt nóng, chất bốc trong than bị nhiệt phân tách ra, nhưng nitơ chất
bốc tách ra chậm hơn so với các thành phần khác. Khi lượng chất bốc thoát ra
chiếm khoảng 10% đến 15% trọng lượng than thì nitơ mới bắt đầu tách ra.
Khi thành phần chất bốc của nhiên liệu cao, nhiệt độ nhiệt phân và tốc độ gia nhiệt
tăng lên thì nitơ chất bốc tăng, còn nitơ cốc sẽ giảm. Khi nhiệt độ nhiệt phân tăng
lên, tỷ lệ nitơ nhiên liệu chuyển hoá thành nitơ chất bốc tăng lên. Hạt than càng mịn
thì tỷ lệ Nchất bốc/Nnhiên liệu càng lớn, điều đó cho thấy hạt than càng mịn thì tốc độ gia
nhiệt bột than
trong bồng lửa phun càng cao, tỷ lệ chuyển hoá nitơ nhiên liệu thành nitơ chất bốc
càng lớn.
Trang 25

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến tỷ lệ chuyển hóa nitơ nhiên
liệu thành nitơ chất bốc( 1)
Trang 26
0
20
40
60
80
100
200 400 600 800
600
800
1000
1200
0
C
C
0
C
0
C
0
Thời gian m/s
Nitơ chất bốc/ nitơ nhiên
liệu

Hình 3.3 Ảnh hưởng của độ mịn bột than đến tỷ lệ chuyển hóa nitơ nhiên
liệu thành nitơ chất bốc( 1)
Khi đốt bột than NOx do chất bốc tạo nên chiếm 60% đến 80% tổng NOx nhiên liệu,
còn NOx do cốc tạo thành chỉ chiếm 20% đến 40%.
Phân huỷ NOx:
Khi gặp môi trường hoàn nguyên NOx hoặc phân huỷ NOx khi thải ra, vì khi thay
đổi điều kiện đốt cháy, có thể làm cho NOx hình thành bị phân huỷ, hoàn nguyên trở
lại thành phân tử nitơ. Do vậy nồng độ NOx phát thải ra của thiết bị đốt than, cuối
cùng quyết định bởi kết quả tổng hợp của phản ứng tạo thành NOx và phản ứng hoàn
nguyên hoặc phân huỷ NOx:
Trang 27
800
600
400
200
100
80
60
40
20
0
Thời gian m/s
Nitơ chất bốc/ nitơ nhiên liệu
Chỉ số độ mịn 120-150

Hình 3.5 Lộ trình phản ứng phân hủy NOX( 1)
Quá trình hình thành và phân huỷ NOx nhiên liệu vô cùng phức tạp, có đa dạng lộ
trình phản ứng và rất nhiều phương trình phản ứng.
NOx nhiên liệu chủ yếu hình thành ở giai đoạn thoát bốc và cháy, ở khoảng 8000
C -
10000
C, giai đoạn đốt cháy chất bốc gần kết thúc, giai đoạn đốt cháy cốc bắt đầu.
3.2.1.3 Cơ chế hình thành NOX theo nguyên lý phản ứng tức thời:
Khi đốt nhiên liệu là hỗn hợp cácbohydro với nồng độ nhiên liệu quá đậm đặc, ở
xung quanh khu vực phản ứng sẽ tạo thành NOx tức thời. NOx tức thời không giống
như NOx nhiệt và NOx nhiên liệu, đó là do CHi sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu va đập
vào phân tử N2 trong không khí tạo thành CN,HCN, sau đó bị oxy hoá thành NOx.
Trong các thiết bị đốt than, so với NOx nhiệt và NOx nhiên liệu thì NOx tức thời tạo
thành ít hơn nhiều, thông thường chỉ chiếm 5% tổng NOx tạo thành. Thông thường
khi đốt ở nhiệt độ tương đối thấp các nhiên liệu cácbuahydro không chứa nitơ, mới
chú ý tới NOx tức thời, vì khi nhiệt độ vượt quá 15000
C thì NOx nhiệt là tác dụng chủ
yếu.
Trang 28
CH i
HCN NCO
NO
NH i
N 2O N 2
O O,OH
H
NO
NO,N
H,O,OH
O,OH
NH,N

3.2.2 Khống chế sự hình thành NOX khi đốt than:
Từ ba cơ chế hình thành NOx nhiệt, nhiên liệu và tức thời, ta thấy cơ chế hình thành
các loại NOx là không giống nhau, chủ yếu thể hiện ở nguồn gốc nitơ, lộ trình hình
thành và điều kiện hình thành không giống nhau, nhưng giữa chúng lại có những
quan hệ nhất định. Trang thái của ba loại NOx trong quá trình đốt than rất không
giống nhau, NOx tức thời chiếm tỷ lệ 5%, ở nhiệt độ thấp hơn 13500
C hầu như không
có NOx mới chiếm 25% đến 30%. Còn trong thiết bị đốt than thông thường, NOx chủ
yếu là theo lộ trình hình thành nhiên liệu . Cho nên việc khống chế và làm giảm NOx
hình thành trong khi đốt than chủ yếu là khống chế NOx nhiên liệu. Từ cơ chế hình
thành và phân huỷ nhiên liệu NOx có thể thấy, để giảm bớt NOx nhiên liệu, không chỉ
hạn chế tối đa sự hình thành NOx mà còn phải tạo điều kiện nhiều nhất cho quá trình
phân huỷ và hoàn nguyên NOx đã tạo thành.
3.3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN HỦY N2O:
N2O cũng giống như NOx nhiên liệu, cũng là một loại hợp chất nitơ do ôxy hoá
sinh ra khi đốt nhiên liệu có chứa nitơ, quá trình hình thành N2O có quan hệ mật thiết
với NOx, vì trong các thiệt bị đốt thông thường lượng N2O thải rất ít, nên trước kia
chưa chú ý đúng mức về vấn đề N2O sinh ra trong khi đốt nhiên liệu hoá thạch,
nhưng khi kỹ thuật đốt tầng sôi phát hiện ra rằng lò hơi đốt than tầng sôi thải ra N2O
với nồng độ nhiều hơn nhiều so với các cách đốt khác.
3.3.1 Cơ chế hình thành N2O:
N2O thuộc loại ôxyt nitơ nhiên liệu, cũng trong thời kỳ tách và cháy chất bốc, nitơ
chất bốc được tách ra trước rồi hình thành NO chất bốc, sau đó NO lại phát sinh phản
ứng với HCN,NCO,NH trong nitơ chất bốc tạo thành N2O cho nên sự tồn tại NO là
điều kiện tất yếu để hình thành N2O chất bốc.
3.3.1.1 Phản ứng đồng pha phân hủy N2O
NH + NO = N2O + H
Trang 29

3.3.1.2 Phản ứng dị pha hình thành N2O:
Khác với NOX nhiên liệu, nitơ cốc có ưu thế tương đối lớn trong việc hình thành
N2O đặc biệt là lò tầng sôi.
Hình 3.8 Lộ trình phản ứng nitơ cốc tạo thành N2O ( 1)
3.3.2 Cơ chế phân hủy N2O:
Các chất có thể rắn đều có tác dụng xúc tác rất mạnh đối với N2O phân hủy, nhất là
CaO, CaSO4 có tác dụng xúc tác lớn nhất đối với cốc. Do tác dụng xúc tác của các
chất ở thể rắn, tốc độ phản ứng phân hủy trên bề mặt thể rắn cao hơn nhiều so với tốc
độ phân hủy theo phản ứng đồng pha, vì khi đốt tầng sôi, trong điều kiện tiếp xúc và
hỗn hợp khá tốt giữa thể khí và thể rắn, cho nên N2O phân hủy tại bề mặt vật rắn là
phản ứng phân hủy chủ yếu.
3.4 ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH N2O TRONG BUỒNG ĐỐT
TẦNG SÔI TUẦN HOÀN:
Quá trình đốt cháy trong buồng lửa lò hơi tầng sôi tuần hoàn, tầng dưới có
nồng độ đậm đặc, còn ở đoạn huyền phù tầng trên là nồng độ loãng, nhưng do đặc
diểm lưu động dòng hai pha khí rắn trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn, nồng độ hạt
thể rắn trong đoạn huyền phù trên buồng lửa lớn hơn nhiều so với tầng sôi thông
thường.
Để thoả mãn yêu cầu phản ứng khử lưu huỳnh bằng đá vôi, nhiệt độ đốt cháy trong
buồng lửa tầng sôi tuần hoàn thường khống chế vào khoảng 8500
C, hơn nữa sự phân
bố nhiệt độ dọc theo chiều cao buồng lửa cũng tương đối đồng đều.
Trang 30
NCốc
CN
C
CNO
NO
N2O
NO
N2
C,CaO,CaSO4

Hình 3.9 Mô hình quá trình hình thành N2O trong buồng lửa đốt tầng sôi( 1) .
Theo đặc điểm quá trình cháy trong buồng đốt tầng sôi tuần hoàn, việc chuyển hoá
nitơ cốc có tác dụng chủ yếu trong quá trình hình thành N2O trong buồng lửa tầng sôi
tuần hoàn và ước tính tỷ lệ phần trăm nguồn gốc tạo thành N2O. Từ hình vẽ dưới ta
thấy nồng độ NO giảm theo chiều cao buồng lửa, còn nồng độ N2O thì ngược lại tăng
rất nhanh theo chiều cao buồng lửa.
Chiều cao của buồng lửa tính từ tấm phối gió(m)
Hình 3.10 Phân bố NO và N2O theo chiều cao của buồng lửa từ trên tấm
Trang 31
NChất bốc
NNhiên liệu
NHi
HCN
Phản ứng ôxy
hóa
hoa đồng pha
NCốc
CaO CaSO4
Phản ứng có xúc
tác CaO, CaSO4
Phản ứng với
NO khi có O2
N 2O
Phản ứng trực
tiếp ôxy hóa
Phản ứng với NO
khi không có O2
5%
5%
5%
5%
5%
00,
5
1 2 3 4 4,5
100
20
0
300
400
50
0
20
0
160
120
8
0
4
0
230 55
0
N2
O
N
O
NO
(p
p
m
)
N
2
O
(ppm)

phân phối gió trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn( 1)
Trong buồng đốt tầng sôi tuần hoàn vật rắn phân bố trong cả buồng lửa, nên trong
cả buồng lửa đều có phản ứng hình thành N2O. Lúc đó, trong quá trình NO vượt qua
khỏi tầng sôi bay lên sẽ phản ứng với rất nhiều hạt cốc trong không gian buồng lửa
tạo thành N2O, còn NO lại bị hoàn nguyên thành N2, nên nồng độ NO giảm xuống
theo chiều cao buồng lửa. Lúc đó, phản ứng chủ yếu nhất tạo thành N2O là phản ứng
than cốc với NO trong môi trường phản ứng oxy hoá. Cùng lúc đó phản ứng phân
huỷ N2O trong buồng lửa giảm nhẹ, chủ yếu là do
-Vì khi đốt tầng sôi tuần hoàn, các hạt chất rắn phân bố đều trong cả buồng lửa,
trên bề mặt chất rắn đều có thể hấp thụ các nguyên tử và ion O, OH .v.v… cho nên
dọc theo chiều cao buồng lửa nồng độ nguyên tử hydro giảm dần từ đó làm giảm nhẹ
phản ứng chủ yếu phân huỷ theo phản ứng :
N2O + H = N2 + OH
- Do tốc độ hoá lỏng khá cao trong buồng tuần hoàn, cho nên chất bốc đốt cháy
trong phạm vi lớn hơn của buồng lửa so với buồng tầng sôi thông thường, nên nồng
độ nitơ chất bốc chuyển hoá thành N2O cũng tăng lên theo chiều cao của buồng lửa.
Tổng hợp những kết quả trên đây ta thấy trong không gian buồng lửa tầng sôi tuần
hoàn có khoảng 70% N2O đốt tầng sôi tuần hoàn là do nitơ cốc chuyển hoá.
Khi có oxy đồng thời phản ứng phân huỷ N2O thì trong không gian buồng lửa nồng
độ N2O sẽ bị giảm, đó là lí do vì sao nồng độ NO không ngừng giảm trong buồng lửa
tầng sôi tuần hoàn từ tấm phối gió lên đến cửa ra buồng lửa, còn nồng độ N2O thì
không ngừng tăng lên.
3.5 PHƯƠNG PHÁP GIẢM N2O PHÁT THẢI TRONG BUÒNGG LỬA
TẦNG SÔI:
Nâng cao nhiệt độ vận hành trong buồng lửa tầng sôi từ cơ chế hình thành và phân
huỷ N2O nói ở trên, nhiệt độ là nhân tố quyết định và sự hình thành và phân huỷ N2O.
Trang 32

Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, nâng nhiệt độ tầng sôi từ 8500
C đến 9500
C, có thể
giảm 50% nồng độ N2O phát thải, tiếp đó cứ tăng nhiệt độ buồng lửa lên 1000
C có thể
giảm 25 đến 30% lượng N2O phát thải, nhưng tăng nhiệt độ vận hành buồng lửa sẽ
làm cho hiệu quả khử lưu huỳnh giảm và làm tăng lượng phát thải NOx. Cho nên biện
pháp tăng nhiệt độ vận hành buồng lửa bị hạn chế rất nhiều bởi hai nguyên nhân trên.
- Điều chỉnh quá trình cháy, giảm hệ số không khí thừa:
Vì hàm lượng O2 trong khói cũng là một trong những nhân tố chủ yếu ảnh hưởng
đến việc hình thành N2O, cho nên thông qua phương pháp điều chỉnh quá trình cháy,
giảm bớt hệ số không thừa.
-Đốt giai đoạn sau:
Để đảm bảo nhiệt độ khử lưu huỳnh ở 8500
C trong buồng lửa tầng sôi tuần hoàn,
có thể dùng phương pháp nâng cao nhiệt độ khói rời khỏi buồng lửa để có thể giảm
bớt lượng N2O phát thải.
-Cho thêm chất xúc tác để N2O phân hủy.
Hiện nay đang nghiên cứu chất xúc tác làm cho N2O phân huỷ, thí dụ đã phát hiện
một số chất xúc tác có thể làm cho 100% N2O phân huỷ trong khói có nhiệt độ 5000
C.
Vấn đề đặt ra là nghiên cứu chế tạo các chất xúc tác rẻ tiền mà có hiệu quả cao.
Lượng NOx phát thải của lò hơi tầng sôi tuần hoàn là thấp nhất trong các thiết bị đốt
than, đó không chỉ do nhiệt độ đốt cháy của nó thấp nhất, mà còn do tác dụng phân
hủy NOx của các hạt chất rắn chứa đầy trong buồng lửa làm cho NOx phát thải thấp
hơn so với tầng sôi thông thường cùng đốt ở nhiệt độ 8500
C .
Trang 33

Hình 3.11 Lượng NOX phát thải ban đầu cùng với mức độ cần giảm NOX
để đạt tiêu chuẩn bảo vệ môi trường( 1)
3.6 VẤN ĐỀ HÌNH THÀNH SO2 TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ GIẢI
PHÁP KỸ THUẬT:
Trong quá trình hình thành cháy than, toàn bộ lưu huỳnh có thể cháy được trong
than dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ phân huỷ và chuyển thành khí SO2 , sau đó trong
môi trường nhiệt độ cao của buồng lửa, một bộ phận của chúng sẽ kết hợp với ôxy
tạo thành khí SO3 cùng với sự xúc tác của bề mặt đốt. Thông thường trong tổng lượng
khí SO3 sinh ra, chỉ có khoảng 0,5% đến 2% khí SO2 phát ra môi trường dưới dạng
khí SO3, số còn lại thoát ra dưới dạng khí H2SO4.
Trong quá trình làm lạnh khói, khí axit có thể ngưng kết thành nước axit lên trên
bề mặt kim loại trao đổi nhiệt, gây nên hiện tượng ăn mòn kim loại trong khí quyển
sẽ oxy hoá tạo thành khí SO3, khí SO3 gặp nước trong không khí sẽ tạo thành sương
axit, bụi axit, hoặc mưa axit, không những gây ô nhiễm cho bầu khí quyển mà còn
gây nên hiện tượng ăn mòn các thiết bị cháy than.
3.7 PHƯƠNG PHÁP CHÁY ÍT KHÍ PHÁT THẢI SO2 TRONG LÒ HƠI
ĐỐT BỘT THAN TẦNG SÔI:
Nguyên lý cơ bản của quá trình khử lưu huỳnh trong quá trình cháy chủ yếu là phun
trực tiếp đá vôi vào trong buồng lửa để đá vôi cùng với bột than tham gia quá trình
cháy, ở đó sẽ xảy ra phản ứng hoá học sau:
Trang 34
20
40
60
80
100
500 1000 1500 2000 2500
0
Buồng lửa bột than thải xỉ khô
Buồng lửa bột than
Buồng lửa bột than thải xỉ lỏng
Buồng đốt tầng sôi
Lò ghi xích
Lò tầng sôi tuần hoàn
,
Hàm lượng NOx phát thải
Độ
giảm
NO
x
,
%

CaCO3 CaO + CO2
CaO + SO2 + 1/2O2 CaSO4
Phản ứng trên chỉ thực hiện có hiệu quả cao ở khoảng nhiệt độ 820 0
C đến 8500
C
nhưng nhiệt độ cháy trong buồng lửa than phun cao hơn nhiều. Khi nhiệt độ cao hơn
12000
C thì CaO bị thêu kết( tái kết tinh) sẽ phá hoại các kẽ hở nhỏ giữa các tinh thể
dẫn đến giảm phản ứng của SO2 và CaO. Bởi vậy để có thể thoát lưu huỳnh trong quá
trình cháy bột than có hiệu quả chúng ta cần sử dụng công nghệ bột than phù hợp,
như công nghệ cháy tầng sôi, tầng sôi tuần hoàn, ở đó nhiệt độ cháy trong buồng lửa
không vượt quá 8500
C đến 9000
C. Trong các buồng lửa lò hơi đốt bột than thông
thường, cần sử dụng công nghệ cháy có phân cấp cấp gió nhằm tạo nên vùng bốc lửa
có nhiệt độ thấp, ở đó có thể thổi bột đá vôi vào để cùng với bột than tham gia quá
trình cháy. Điều này cũng phù hợp với yêu cầu hạn chế sự hình thành NOX như đã
trình bày ở trên.
Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thoát lưu huỳnh trong quá trình cháy bao gồm:
-Vị trí tối ưu để phun bột đá vôi vào khói: Khác với buồng lửa sôi tuần hoàn, trong
buồng lửa than phun sự phân bố nhiệt độ không đồng đều. Vì vậy việc xác định vị trí
tối ưu để thổi bột đá vôi vào trước hết phải chọn nhiệt độ nung tối ưu.
- Chủng loại đá vôi và kích thước đá vôi:
Thông thường để khử lưu huỳnh người ta dùng : đá vôi (CaCO3 ), đá Bạch Vân
(CaCO3.MgCO3) hoặc vôi tôi(Ca(OH)2). Trong điều kiện nhiệt độ tối ưu của khử lưu
huỳnh thì sử dụng CaCO3.MgCO3 có hiệu suất cao nhất, còn dùng CaCO3 hiệu quả
thấp nhất song vì trữ lượng CaCO3 lớn, giá thành lại thấp nhất nên được dùng phổ
biến nhất. Kích thước của hạt đá vôi ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả khử lưu huỳnh.
Kích thước cuả hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn. Kích thước tối ưu
của hạt là nhỏ hơn 70µ m, trong đó số lượng hạt bé hơn 11µ m phải vượt quá 50%.
Trang 35

- Tỷ số mol Ca/S : Tăng tỷ số Ca/S thì sẽ tăng hiệu quả khử lưu huỳnh, ban đầu
tăng rất nhanh nhưng khi Ca/S > 3 thì mức tăng chậm dần. Cũng cần chú ý rằng, khi
tăng bột đá vôi thì chẳng những tăng chi phí vật liệu mà còn tăng hàm lượng tro bay
trong đường khói thải, gây nhiều điều bất lợi cho các bề mặt đốt phần đuôi lò và thiết
bị khử bụi. Tỷ số Ca/S tối ưu phụ thuộc vào công nghệ cháy, đối với lò than phun
thông thường chọn khoảng 2 đến 3, còn đối với lò tầng sôi tuần hoàn thì chọn 1,7 đến
2.
3.8 XỬ LÝ KHÍ SO2 BằNG VÔI VÀ ĐOLOMIT TRỘN VÀO THAN:
Quá trình đốt nhiên liệu than nghiền có trộn bột vôi và đolomit để khử khí SO2 thì
mới được áp dụng trong những năm gần đây và hiện nay đang được nghiên cứu và
phát triển. Phản ứng giữa vôi (CaO) và đolomit (CaCO3.MgCO3) với SO2 xảy ra như
sau:
2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4
2CaCO3.MgCO3 + 2SO2 + O2 = 2[ CaSO4 + MgO] + 4CO2
Phản ứng giữa vôi và SO2 xãy ra mạnh nhất ở nhiệt độ 760÷10400
C, còn phản ứng
giữa đolomit và SO2- ở nhiệt độ 600 ÷ 12000
C.
Phương pháp này là sự kết hợp giữa quá trình cháy với quá trình khử khí SO2 thành
một quá trình thống nhất trong buồng đốt của lò mà không đòi hỏi phải lắp đặt thêm
những thiết bị phụ trợ khác. Than nghiền với cỡ hạt cớ kích thước trên 6 mm được
trộn cùng với bột vôi có kích thước 1,6 ÷ 6 mm đổ thành lớp dầy bên trên ghi phân
phối không khí. Không khí được thổi qua lớp ghi từ dưới lên trên với vận tốc trên
toàn tiết diện ngang của buồng đốt 0,6 ÷ 4,6 m/s. Không khí xuyên qua lớp than cháy
ở nhiệt độ 760÷10400
C làm cho các hạt nhiên liệu và vôi chuyển động, những hạt to
và nặng bốc lên rồi rơi xuống, còn các hạt mịn bay theo sản phẩm cháy. Lớp than
trong buồng đốt sôi động và do đó người ta gọi là quá trình đốt than “ giả hóa lỏng ”
hoặc “giả sôi”. Lớp than nổi bên trên phần lớn là tro, các chất trơ, vôi và sunfat có lẫn
Trang 36

một ít than chưa cháy hết sẽ được thải ra ngoài và nhiên liệu cùng chất hấp phụ SO2
được bổ sung vào buồng đốt qua ghi phân phối không khí họặc qua cửa cấp than trên
vách lò. Nhiệt độ cháy của lớp than “giả hóa lỏng” được chọn trong khoảng
760÷10400
C là với mục đích đạt hiệu quả khử SO2 cao nhất của vôi( khử được 90%
SO2 ). Với nhiệt độ tương đối thấp nêu trên sự hình thành và phát thải khí NOX được
giảm thiểu ở mức 250-600 ppm và vấn đề đóng cứng xỉ than cũng được hạn chế.
Hiệu quả khử SO2 của chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, kích thước
cỡ hạt và tỷ lệ giữa chất hấp phụ và lượng khí SO2 trong sản phẩm cháy.
Ở hình 3.12 là biểu đồ hiệu quả khử SO2 của chất hấp phụ ở điều kiện nhiệt độ tối
ưu đã nêu trên. Ở biểu đồ này, ứng với đường cong 1 nếu muốn đạt hiệu quả khử SO2
là 75% thì tỷ lệ (CaO + MgO): SO2 là 3, điều đó có ý nghĩa là nếu nhiên liệu có thành
phần lưu huỳnh SP = 3% thì lượng chất hấp phụ CaO cần cho 1 tấn nhiên liệu.
Hình 3.12 Biểu đồ hiệu quả khử SO2 của CaO + MgO khi đưa trực tiếp
vào buồng đốt. ( 1)
1- cỡ hạt < 60 µm; 2- cỡ hạt > 60 µm.
Trang 37
2
5
5
0
7
5
10
0
0 1 2 3 4 5
1
2
Tỷ lệ (CaO + MgO) : SO2
Hiệu
quả
khử
SO
2
,
%

CHƯƠNG 4
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI
4.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BAN ĐẦU:
Nguồn nhiên liệu sử dụng trong lò đốt tầng sôi đang thiết kế là trấu, có thành phần
và đặc tính như sau:
Bảng 4.1: Thành phần nhiên liệu rắn:
Tên Alv
Wlv
Clv
Hlv
Olv
Nlv
Slv
% 19,52 9,95 34,61 3,79 41,58 0,44 0,06
Trang 38

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu : Q v
=14000 kJ/kg
Công suất của buông lửa : Q =3000 kw
Áp suất hơi : P = 10 bar
Khối lượng riêng : ρ = 100 kg/m3
Hệ số không khí thừa trong buồng lửa : α = 1,25
Nhiệt độ không khí lạnh : tkkl= 300
C
Nhiệt độ nước : tnc = 25 0
C
Nhiệt độ nước vào bộ hâm : t’bhn = 25 0
C
Nhiệt độ nước ra khỏi bộ hâm : t’’bhn = 170 0
C
Nhiệt độ khói vào bô hâm nước : t’k = 282 0
C
Nhiệt độ khói ra khỏi bộ hâm nước : t’’ = 160 0
C
4.2 TÍNH THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY LÝ THUYẾT
4.2.1. Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg trấu:
Vo
kk = 0,0889(Clv
+ 0,375Slv
) + 0,265Hlv
– 0,0333Olv
[ 5]
= 0,0889(34,61 + 0,375.0,06) + 0,265.3,97 – 0,0333.41,58
= 2,7 m3
tc/kg
4.2.2. Thể tích sản phẩm cháy lý thuyết (Hệ số không khí thừa α= 1)
Thể tích khí 3 nguyên tử
VRO2
o
= VCO2
o
+ VSO2
o
[ 5]
VRO2
o
= 1,866
0,375
100
lv lv
C S
+
=1,866
100
06
,
0
.
375
,
0
61
,
34 +
Trang 39

=0,646 m3
tc/kg
Thể tích Nitơ:
VN2
o
= 0,79 Vo
kk + 0,008Nlv
[ 5]
= 0,79.2,7+ 0,008.0,44
= 2,136 m3
tc/kg
Thể tích hơi nước:
VH2O
o
= 0,112Hlv
+ 0,0124Wlv
+ 0,0161 Vo
kk [ 5]
= 0,112.3,79 + 0,0124.9,95 + 0,0161.2,7
= 0,59 m3
tc/kg
Thể tích khói khô lý thuyết:
Vkkkho
o
= VRO2
o
+ VN2
o
[ 5]
= 0,646 + 2,136
= 2,782 m3
tc/kg
Thể tích khói lý thuyết:
Vk
o
= Vkkkho
o
+ VH2O
o
[ 5]
= 2,782 + 0,59
= 3,372m3
tc/kg
4.2.3. Thể tích không khí và sản phẩm cháy thực tế:
- Thể tích không khí thực tế mà quạt cần cung cấp:
Vkk = Vkk
o
.αbl [ 5]
= 2,7.1,25
= 3,375 m3
tc/kg
Trang 40

(Chọn hệ số không khí thừa ở chỗ ra khỏi buồng lửa αbl = 1,25)
- Thế tích khói và thành phần thể tích các khí trong khói thực tế trên đường khói
đi:
Thể tích không khí thừa:
VTH = (α – 1)Vkk
o
[ 5]
= (1,25- 1).2,7 = 0,067 m3
tc/kg
Thể tích hơi nước thực tế:
VH2O = Vo
H2O + 0,0161(α – 1)Vo
kk [ 5]
= 0,59 + 0,0161(1,25 – 1).2,7 = 0,6 m3
tc/kg
Thể tích khói thực tế:
Vk = VRO2
o
+ VN2
o
+ VH2O + (α – 1)Vo
kk [ 5]
= 0,646+ 2,136 + 0,6 + (1,25 – 1)2,7 = 4,057m3
tc/kg
Phân thể tích hơi nước thực tế trong khói:
rH2O = VH2O / Vk [ 5]
= 0,3331 / 4,057 = 0,148
Phân thể tích các khí 3 nguyên tử:
rRO2 = Vo
R2O / Vk [ 5]
= 0,646 / 4,057 = 0,16
Nồng độ tro bay trong khói:
µ = 10(Alv
.ab)/Vk (ab = 0,9) [ 5]
= 10.19,52.0,9/4,057 = 43,3
Bảng 4.2 Các thông số khói thải
Trang 41

Đại Lượng Đơn Vị Kết Quả
Vkk
o
m3
tc/kg 2,7
VRO2
o
m3
tc/kg 0,646
VN2
o
m3
tc/kg 2,136
VH2O
o
m3
tc/kg 0,59
Vkkkho
o
m3
tc/kg 2,782
Vk
o
m3
tc/kg 3,372
VH2O m3
tc/kg 0,6
Vkk m3
tc/kg 4,057
rH2O 0,148
rRO2 0,16
µ 43,3
4.3 ENTANPY CỦA KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY
4.3.1 Entanpy của sản phẩm cháy lí thuyết Ik
0
Ik
0
= VRO2
0
(C.θ)RO2 + VH2O
0
(C. θ)H2O + VN2
0
(C. θ)N2 ,[kJ/kg]
Trong đó: CRO2 , CN2 , CH2O là nhiệt dung riêng của RO2 , N2 ,H2O
[kJ/m3
tc0
C]
θ :nhiệt độ khói thải,0
C
4.3.2 Entanpy không khí lí thuyết:
Ikk
0
= Vkk
0
(C.θ)kk , [kJ/kg]
4.3.3 Entanpy của khói thực tế :
Ik = Ik
0
+ (α-1)Io
kk + Itro, [kJ/kg]
Trong đó Itro là entanpy của tro bay theo khói :
Itro = tro
b
lv
C
a
A
)
(
100
θ , [kJ/kg]
Entanpi của tro bay theo khói chỉ tính đến khi độ tro trong khói tương đối
lớn, tức là khi:
Trang 42

6
.
.
1000 ≥
t
lv
lv
b
Q
A
a
Ta có 25
,
1
14000
19,52
.
9
.
0
.
1000
.
.
1000 =
=
t
lv
lv
b
Q
A
a
< 6
Vậy Itro= 0.
Với C: Nhiệt dung riêng, kJ/m3
tc0
C
θ : Nhiệt độ, 0
C
(C.θ ) được tra ở bảng 3 tài liệu thiết bị lò hơi tập 1(Trương Duy
Nghĩa....)
Tính toán được bảng sau
Bảng 4.3 ENTANPY CỦA KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY
Nhiãût
âäü
(C*q)R
O2 (C*q)N2 (C*q)H2
O
(C*q)K
K Io
k Io
kk Ik
q,oC kJ/m3tcü kJ/m3tcü kJ/m3tcü kJ/m3tcü KJ/kg KJ/kg KJ/kg
100 174.70 129.01 149.83 129.86 476.81 350.62 564.468
6
200 358.99 260.23 304.65 262.12 967.50 707.73 1144.43
4
300 552.88 393.66 464.47 396.79 1472.06 1071.3
3
1739.89
7
400 756.37 529.31 629.29 533.86 1990.50 1441.4
1
2350.85
7
500 969.45 667.18 799.10 673.33 2522.82 1817.9
8
2977.31
4
600 1192.13 807.25 973.91 815.20 3069.01 2201.0
3
3619.26
8
700 1424.40 949.54 1153.71 959.47 3629.08 2590.5
7
4276.71
9
800 1666.27 1094.05 1338.51 1106.14 4203.02 2986.5
9
4949.66
8
900 1917.74 1240.77 1528.31 1255.22 4790.84 3389.1
0
5638.11
3
1000 2178.80 1389.70 1723.10 1406.70 5392.53 3798.0 6342.05
Trang 43

9 6
1100 2449.46 1540.85 1922.89 1560.58 6008.10 4213.5
7
7061.49
5
1200 2729.71 1694.21 2127.67 1716.86 6637.55 4635.5
3
7796.43
2
1300 3019.56 1849.78 2337.45 1875.55 7280.87 5063.9
8
8546.86
6
1400 3319.01 2007.57 2552.23 2036.64 7938.07 5498.9
2
9312.79
7
1500 3628.05 2167.58 2772.00 2200.13 8609.14 5940.3
4
10094.2
2
1600 3946.69 2329.79 2996.77 2366.02 9294.09 6388.2
4
10891.1
5
1700 4274.92 2494.22 3226.53 2534.31 9992.91 6842.6
3
11703.5
7
1800 4612.75 2660.87 3461.29 2705.00 10705.6
1
7303.5
1
12531.4
9
1900 4960.18 2829.73 3701.05 2878.10 11432.1
9
7770.8
7
13374.9
1
2000 5317.20 3000.80 3945.80 3053.60 12172.6
4
8244.7
2
14233.8
2
2100 5683.82 3174.09 4195.55 3231.50 12926.9
7
8725.0
5
15108.2
3
2200 6060.03 3349.59 4450.29 3411.80 13695.1
7
9211.8
7
15998.1
4
4.4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT
Cân bằng nhiệt được thiết lập đối với chế độ ổn định của 1 kg nhiên liệu rắn.
Phương trình cân bằng nhiệt có dạng:
q = q1+ q2 + q3+ q4 + q5 + q6 , [%]
4.4.1. Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài q6
Trong lò hơi tầng sôi không tạo xỉ nên q6 = 0
4.4.2. Tổn thất nhiệt do thải ra môi trường xung quanh q5
Xác định theo đồ thị trang 34_SGK Tblh1: q5 = 3 %
Hệ số bảo ôn ϕ = 1 – 3/100 = 0,97
Trang 44

4.4.3. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học
Chọn q4 = 4 % theo nhiên liệu là trấu .
4.4.4 Tổn thất do cháy không hoàn toàn về mặt hoá học q3
Theo tài liệu thiết bị lò hơi tập 1, ta chọn q3= 3 %
4.4.5 Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài q2 (nhiệt độ khói thải là t =
1500
C)
4
2 ( . )(1 )
100
th o
k th kkl
q
Q I I
α
= − − ,[kJ/kg]
Theo tài liệu kỹ thuật nhiệt/163,nhiệt dung riêng của không khí:
Ckkl=1,2866+0,0001201. KKL
θ
=1,2866+0,0001201.30=1,2902 kJ/ tc
m3
0
kkl
I = 0 ( . )KKL
V Cθ = 2,7.1,2902.30=104,506 kJ/kg
Q2 =( 1479,06 - 1,25.104,506).(1-
100
4
)= 1294,49 kJ/kg
Suy ra: %
24
,
9
14000
49
,
1294
2
2 =
=
= lv
t
Q
Q
q
Như vậy: Tổng các tổn thất nhiệt trong buồng lửa:
Σq = q2+q3+q4+q5+q6
= 9,24 + 3+ 4 + 3 = 19,24 %
Do đó, hiệu suất buồng lửa:
ηt = 100- 19,24 = 80,76 %
4.5 LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU:
Tổng lượng nhiên liệu tiêu hao
Trang 45

s
Kg
Q
Q
B lv
t
hi
/
265
,
0
76
,
80
.
14000
100
.
3000
.
100
.
=
=
=
η
s
/
Kg
254
,
0
)
100
4
1
.(
265
,
0
)
100
q
1
.(
B
B 4
tt =
−
=
−
=
Nhiệt lượng hữu ích lò
Qhi = D.(ibh – inc) = 3600
x
i
i
Q
D
nc
bh
hi
−
=
⇒ = 4 T/h
tnc = 25o
C dùng phần mềm tính được entanpi inc = 105,6854 kJ/kg
pbh = 10 bar dùng phần mềm tính được ibh = 2776,1667 kJ/kg
4.6 NHIỆT THẾ THỂ TÍCH BUỒNG LỬA:
-Nhiệt thế thể tích của buồng lửa được xác định theo công thức:
qbl
lv
tt t
bl
B Q
V
= ,[W/m3
]
Trong đó: qv = 1800 kW/m3
[ 5]
Vbl: thể tích buồng lửa, m3
-Thể tích của buồng lửa được xác định theo công thức:
Vbl
lv
tt t
v
B Q
q
= ,[m3
]
Vbl =
3
m
97
,
1
1800
14000
.
254
.
0
=
Chiều cao của lớp sôi là : 200-1500 mm.
Ta chọn chiều cao buồng lửa H=1500mm
Khi đó :
Trang 46

Diện tích mặt ghi được xác định bởi công thức
Fgh =
2
bl
m
3
,
1
5
,
1
97
,
1
H
V
=
=
Thiết kế lò có mặt cắt ngang là tiết diện tròn có đường kính dtb :
m
26
,
1
14
,
3
3
,
1
.
4
d
m
3
,
1
d
.
4
F tb
2
2
tb
gh =
=
⇒
=
=
π
Vậy ta chon buồng lửa có chiều cao là H=1,5m
Các cạnh của buồng lửa là 1,3m x 1m
4.7 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ SÔI:
4.7.1 Tính vận tốc không khí:
Lưu lượng của dòng không khí trong buồng lửa:
Vkk
bl
= s
/
m
24
,
4
273
850
273
.
057
,
4
.
254
,
0
273
t
273
.
V
.
B 3
kk
tt =
+
=
+
(Chọn nhiệt độ trong lò tầng sôi trung bình là 850o
C)
Vận tốc dòng khí trong buồng lửa: Đây là vận tốc chưa tính đến các trở lực hay
còn gọi là vận tốc trống:
ω = s
/
m
26
,
3
3
,
1
24
,
4
A
V
n
bl
kk
=
=
Trong đó: An là diện tích ngang của bộ phân phối khí An = Fgh = 1,3m2
4.7.2 Kiểm tra điều kiện tạo sôi:
Như chúng ta giới thiệu chương trước, trong lò đốt tầng sôi thì khi vận tốc của
dòng không khí đạt giá trị tới hạn ωs thì hạt trở nên linh động và chiều cao của hạt
tăng dần và chế độ sôi bắt đầu. Nếu tốc độ của dòng khí tiếp tục tăng và vượt qua
giới hạn nào đó ωc thì tầng sôi sẽ bị phá vỡ, các hạt bắt đầu bị cuốn theo dòng
Trang 47

không khí và đi ra ngoài theo khói. Do đó, chế độ chỉ tồn tại trong một giới hạn nhất
định và thuộc khoảng.
4.7.2.1. Vận tốc giới hạn dưới (vận tốc tạo tầng sôi ωs)
Ở trên ta đã giới thiệu để đạt được trạng thái sôi thì vận tốc dòng không khí
phải đạt giá trị nào đó gọi là vận tốc tới hạn sôi. Lúc này vận tốc của dòng không
khí thắng được trọng lực do khối lượng hạt tạo ra.
Theo R.B Rosenbaum thì vận tốc sôi được tính theo công thức thực nghiệm
sau:
Áp dụng công thức tiêu chuẩn Achimed:
Ar
3
2
. .( )
td h k
k k
g d ρ ρ
ν ρ
−
= ( 3)
Trong đó: dtd- đường kính tương đương của vật liệu sôi, chọn dtd = 1,2mm(cát
thạch anh)
Tra bảng thông số vật lý của khói ở nhiệt độ 850o
C ta có:
ρk =0,320 kg/m3
νk =137.10-6
m2
/s
Tra bảng thông số vật lý của cát thạch anh có ρh = 1650 kg/m3
Ar = 4656
32
,
0
.
)
10
.
137
(
)
32
,
0
1650
.(
0012
,
0
.
81
,
9
2
6
3
=
−
−
Suy ra Remin
Ar
1400+5,22. Ar
= ( 3)
= 65
,
2
4656
.
22
,
5
1400
4656
=
+
Tốc độ tới hạn dưới được tính theo công thức:
Trang 48

ωs
min
Re .
d
ν
= ( 3)
= s
m /
3
.
0
10
.
2
,
1
10
.
137
.
65
,
2
3
6
=
−
−
4.7.2.2. Vận tốc giới hạn trên:(Tốc độ lơ lửng)
Khi vận tốc của dòng khí nằm trong giới hạn sôi nếu cứ tiếp tục tăng tốc độ
dòng lên đến một giá trị nào đó thì lớp sôi sẽ bị phá hủy và chuyển sang trạng thái
lơ lửng, tốc độ này là đặc trưng thứ hai của lớp sôi. Vận tốc giới hạn trên được
tính theo công thức sau:
Remax
Ar
18+0,6. Ar
= ( 3)
= 78
4656
6
,
0
18
4656
=
+
Trong đó Ar được tính ở trên
Khi đó tốc độ lơ lửng được tính theo công thức sau:
ωs
ax
Re .
m
d
ν
= , ( 3)
= s
m /
905
,
8
10
.
2
,
1
10
.
137
.
78
3
6
=
−
−
Kết luận: với vận tốc dòng khí trong buồng lửa ω = 3,26 m/s theo tính toán thỏa
mãn điều kiện tạo tầng sôi trong buồng lửa.
ω Є [ωs ÷ ωc] ↔ 3,26 m/s Є [0,3 ÷ 8,905] m/s
Như vậy quá trình tính toán là hợp lý.
Trang 49

4.7.2.3.Tính toán tốc độ làm việc tối ưu:
Tốc độ làm việc tối ưu là tốc độ mà ở đó chế độ sôi ổn định. Nói cách khác là ở
chế độ đó chiều cao của lớp vật liệu sôi và chiều cao của lớp sôi là không thay đổi.
Do đó về nguyên tắc tốc độ ổn định thỏa mãn điều kiện:
ω = ωs[2 ÷ 3]
Vậy vận tốc làm việc tối ưu là: ωtư = 0,6÷ 0,9 m/s
4.7.2.4. Tính toán độ rỗng của lớp sôi:
Độ rỗng của lớp sôi chính là tỉ số giữa thể tích trống và tổng thể tích của lớp sôi.
Độ rỗng của lớp sôi được tính theo công thức thực nghiệm sau:
ε
0,21
2
18.Re 0,36.Re
Ar
 
+
=  ÷
 
( 3)
Re
d
ω
ν
=
= 09
,
19
10
.
137
10
.
2
,
1
.
18
,
2
6
3
=
−
−
Vậy độ rỗng của lớp sôi:
ε = 62
,
0
)
4656
09
,
19
.
36
,
0
09
,
19
.
18
( 21
,
0
2
=
+
4.7.2.5. Tính toán bộ phân phối khí:
Khi chế độ sôi là ổn định thì trở lực của lớp sôi được xác định theo công thức:
Δpb = ρh.H0.g, [Pa] ( 3)
Trong đó: Ho: chiều cao của lớp sôi
g: gia tốc trọng trường
ρh : khối lượng riêng của vật liệu sôi
Trang 50

Δpb =1650.0,2.9,81=3237,3 Pa =330mmH2O
Trở lực của bộ phận phối khí:
Δppp = K.Δpb
Giá trị K nằm trong khoảng 0,1 ÷ 0,3. Chọn K = 0,15
Δppp = 0,15.3237,3 = 486 Pa
Vận tốc không khí tại miệng phun của bộ phân phối khí ωo
ωo
0,5
or
2. pp
d
g
p
C
ρ
 
∆
=  
 
 
Trong đó: Cd có giá trị 0,8 [ 1]
ρgor: Khối lượng riêng của không khí bên cạnh lỗ phân phối khí.
Tại miệng của bộ phận phân phối khí có nhiệt độ trung bình là:
t = (850 + 30)/2 = 440o
C
Tra bảng thông số của không khí ta có: ρgor = 0,815 kg/m3
Thay giá trị vào ta có:
ωo = s
m /
5
,
50
815
,
0
3
,
3237
.
2
.
8
.
0
5
,
0
=






Chọn đường kính ngoài lỗ phun là dp =10 mm
Lưu lượng không khí của lỗ phun:
Vp
2
.
.
4
p
o
d
π
ω
=
= s
m /
10
.
96
,
3
4
01
,
0
.
14
,
3
.
5
,
50 3
3
2
−
=
Chọn đường kính trong của ống phun 8 mm, trên mỗi ống phun bố trí 8 miệng
thổi đối xứng nhau
Trang 51

Lưu lượng không khí trong một ống phân phối:
V = 4.Vp = 4.3,96.10-3
= 15,84.10-3
m3
/s
Lưu lượng không khí thực tế cần cung cấp cho buồng lửa:
Vtt = Btt.Vkk = 0,254.4,057= 1,03m3
/s
Vậy số ống phân phối bố trí trên mặt sàng thổi gió:
N= 65
10
.
84
,
15
03
,
1
V
V
3
tt
=
= − ống
Ta chọn N = 65 ống.
Trang 52

CHƯƠNG 5
TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT LÒ TẦNG SÔI
5.1 TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG BUỒNG LỬA:
Ta sẽ xác định nhiệt độ khói thải ra khỏi buồng lửa. Nếu nhiệt độ này bé thì
lượng nhiệt hấp thụ bằng bức xạ trong buồng lửa sẽ lớn, do đó kích thướt buồng lửa
tăng lên. Việc giảm thấp nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa sẽ làm giảm độ chênh lệch
nhiệt độ trong bề mặt truyền nhiệt đối lưu,dẫn đến giảm truyền nhiệt trong các bề
mặt này. Đối với lò tầng sôi thì nhiệt độ buồng lửa trong khoảng (800÷1000 )0
C,
nên ta phải thiết kế phần diện tích bức xạ (Hb) phù hợp để nhiệt độ ra khỏi buồng
lửa không quá thấp cũng như không quá cao.
Phương pháp trình bày dưới đây là phương pháp phối hợp giữa các kết quả
nghiên cứu được bằng giải tích và bằng thực nghiệm, đã được nêu lên thành phương
pháp tiêu chuẩn ở Liên Xô và đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều nước.
Tổng lượng nhiệt hấp thụ bằng bức xạ trong buồng lửa có thể xác định từ
phương trình cân bằng sau:
)
I
Q
(
B
.
Q "
bl
s
tt
bx −
= ϕ ,[kJ/kg] (5-1)
Trong đó:
Qs – Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa, kJ/kg.
'
'
bl
I
- Enthalpy của khói ra khỏi buồng lửa, kJ/kg.
φ – Hệ số giữ nhiệt.
Bây giờ ta tiến hành tính toán từng thông số trong công thức ( 5–1), từ đó xác định
lượng nhiệt hấp thụ bức xạ và nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa.
Trang 53

5.1.1 Nhiệt độ cháy lý thuyết
Nhiệt độ cháy lý thuyết do nhiệt lượng sinh ra trong buồng lửa (Qs) quyết định.
kkn
kth
'
kk
4
6
4
3
DV
s Q
Q
Q
q
100
q
q
q
100
.
Q
Q −
+
+
−
−
−
−
= ,[kJ/kg] [ 2] (5-2)
Trong đó:
• '
kk
Q - Nhiệt lượng đưa vào buồng lửa theo không khí nóng hay không khí
lạnh, [kJ/kg].
kkl
bt
bl
bl
'
kk I
).
(
Q α
∆
+
α
∆
+
α
=
= (1,25 +0,1 + 0,1).157= 200kJ/kg.
Với Ikkl =Vkk . (C.t)kkl = 4.057x 1.29 x 30=157 KJ/kg
• Qkth – Nhiệt lượng do khói tuần hoàn để sấy không khí hoặc sấy nhiên liệu.
Do ở đây không có khói tuần hoàn nên Qkth = 0.
• Qkkn – Nhiệt lượng mang vào theo không khí nóng. Ở đây không có bộ sấy
không khí nên cũng không có lượng nhiệt này, Qkkn = 0.
Thay các thông số trên vào công thức ( 5 – 2) ta được Qs:
Qs = 5
,
13762
200
4
100
4
3
100
.
14000 =
+
−
−
−
KJ/kg
Mặt khác ta có: Qs = Ibl = Vk.(ct)k. Nghĩa là nhiệt lượng sinh ra trong buồng lửa
cũng chính là enthalpy của khói tại một nhiệt độ nào đó. Tra bảng 4.3 ở
chương 4 chúng ta xác định được nhiệt độ cháy lý thuyết trong buồng lửa.
Vậy nhiệt độ cháy lý thuyết tbl = 1945o
C.
5.1.2 Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa
'' 0
0,6
8 3
0
273,[ C]
1, 27.10 . . . .
1
. .
bl
bl
b bl
tt m
T
t
H a T
B VC
ξ
ϕ
−
= −
 
+
 ÷
 
[ 2] ( 5-3)
Trang 54

Trong đó:
• Tbl – Nhiệt độ cháy lý thuyết tuyệt đối; Tbl = 1945 + 273 = 22180
K.
• Btt=0,254kg/s – Lượng tiêu hao nhiên liệu tính toán
• ξ – Hệ số làm bẩn; tra bảng ta có ξ = 0,9.
• φ – Hệ số bảo toàn nhiệt năng; φ = ( 1 – q5) = 0,97.
• VCm – Tổng nhiệt dung trung bình sản phẩm cháy của 1kg nhiên liệu,
kJ/kgo
C.
• Hb – Tổng diện tích trao đổi nhiệt bằng bức xạ, m2
.
• a0 – Độ đen của buồng lửa.
Các thông số trong công thức (5-3) lại phụ thuộc vào nhiệt độ khói ra khỏi buồng
lửa, vì thế ta phải chọn sơ bộ nhiệt độ
'
'
bl
t sau đó ta so sánh lại. Ta chọn sơ bộ
'
'
bl
t =
850o
C.
5.1.2.1 Tổng nhiệt dung trung bình.
''
0
''
,[kg/kJ ]
s bl
m
bl bl
Q I
VC C
t t
−
=
− [ 2]
Trong đó:
Nhiệt độ khói ra khỏi buồng lửa là 850o
C.
Tra bảng 4.3 ta có: 89
,
5293
I"
bl = [kJ/kg]
Thay vào công thức trên ta được:
C
kg
/
KJ
65
,
7
850
1945
89
,
5293
5
,
13762
VC 0
m =
−
−
=
Trang 55

Thiết Kế Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn Công Suất 3000KW Đốt Nhiên Liệu Trấu (Kèm Bản Vẽ )

Thiết Kế Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn Công Suất 3000KW Đốt Nhiên Liệu Trấu (Kèm Bản Vẽ )

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết Kế Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn Công Suất 3000KW Đốt Nhiên Liệu Trấu (Kèm Bản Vẽ )

Similar to Thiết Kế Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn Công Suất 3000KW Đốt Nhiên Liệu Trấu (Kèm Bản Vẽ ) (20)

More from nataliej4

More from nataliej4 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết Kế Lò Hơi Tầng Sôi Tuần Hoàn Công Suất 3000KW Đốt Nhiên Liệu Trấu (Kèm Bản Vẽ )