Tóm tắt Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện

hưởng của tốc độ gió cấp 1; Tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu; ảnh hưởng của hệ số không khí thừa. Thí nghiệm về ảnh hưởng của tốc độ gió cấp 1 được tiến hành đồng thời cùng với thí nghiệm về ảnh hưởng của nồng độ than/gió cấp 1. Thí nghiệm về tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu được tiến hành đồng thời cùng với thí nghiệm về ảnh hưởng của hệ số không khí thừa. Trong chế độ thí nghiệm này giữ nguyên công suất máy cấp than bột và lưu lượng gió cấp 1 hợp lý, thay đổi lưu lượng gió cấp 2 và đo đạc, xác định các thông số. 2.3.2. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm Trong mục này chúng tôi trình bày về phương pháp thu thập số liệu, phương pháp xử lý số liệu và phương pháp tính đối với các đại lượng/thông số thực nghiệm. 2.3.3. Kết quả thực nghiệm trên mô hình Kết quả hiệu chỉnh mô hình: Trình bày kết quả kiểm tra máy cấp than, kết quả cân bằng gió, than, hiệu suất phân ly dòng bột than gió cấp 1 và thí nghiệm sơ bộ.Kết quả thí nghiệm lạnh rất tốt, kết quả thí nghiệm sơ bộ cho thấy mô hình hoạt động tốt nhất ở công suất thiết kế lớn nhất (18 kg/h). Kết quả thí nghiệm chế độ: các thông số được cụ thể hoá dưới dạng bảng biểu. 2.5. Kết luận chương 2 - Đã xác định mục tiêu và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật lý nhằm đánh giá ảnh hưởng của nồng độ dòng than phun antraxit. - Đã tính toán thiết kế chế tạo lắp đặt và hiệu chỉnh được mô hình thí nghiệm và hệ thống thiết bị đo để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy và các thí nghiệm liên quan. - Đã thí nghiệm lạnh, thí nghiệm sơ bộ và thí nghiệm các chế độ trên mô hình phục vụ công tác nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ của dòng than phun. CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CHẤT BỐC ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trên mô hình mô phỏng 3.1.1. Lựa chọn và thiết lập mô hình 3.1.1.1. Lựa chọn mô hình và miền tính toán Ở Việt Nam lĩnh vực nghiên cứu quá trình cháy bằng công cụ mô phỏng số CFD đang được hình thành. Sự hạn chế về cơ sở vật chất cũng như nhân lực chuyên sâu về công nghệ mô phỏng quá trình cháy than đang là một rào cản lớn. Với mong muốn lĩnh vực mô phỏng quá trình cháy than ở Việt Nam sẽ phát triển mạnh trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu đã tiên phong tiếp cận phần mềm với mục đích đưa ra phương pháp tiếp cận và trình tự giải quyết bài toán cháy than trộn có sử dụng phần mềm mô phỏng. Bên cạnh nghiên cứu đảm bảo an toàn khi đốt than trộn, việc xác định sự thay đổi các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò hơi khi thay đổi hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu là hết sức cần thiết. Cùng với việc xác định sự thay đổi các yếu tố ảnh hưởng, trong nghiên cứu mô phỏng cũng thực hiện 8 mô phỏng kiểm tra một số thí nghiệm đã triển khai trên thực tế, từ đó rút ra so sánh và các nhận định về công tác nghiên cứu mô phỏng. Lò hơi thực tế sử dụng để thí nghiệm trong nghiên cứu là lò hơi số 1 của Công ty Cổ phần nhiệt điện Ninh Bình, mã hiệu SG 130-40-450. Miền tính toán là buồng đốt của lò hơi SG 130-40-450. 3.1.1.2. Các phương trình mô phỏng bằng phương pháp số CFD Các phương trình chủ đạo trong mô phỏng số CFD bao gồm hệ phương trình động lực học chất lưu và phương trình trạng thái. 3.1.1.3. Thiết lập mô hình toán học và mô phỏng số lò hơi Mô hình mô phỏng quá trình cháy than phun được thiết lập trên cơ sở mô hình dòng chảy rối, mô hình cháy bột than và mô hình bức xạ. 3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trên mô hình mô phỏng số 3.1.2.1. Dữ liệu đầu vào và điều kiện biên Dữ liệu đầu vào và điều kiện biên để mô phỏng quá trình cháy than phun bao gồm các kích thước của buồng đốt, vòi phun, lưu lượng và nhiệt độ gió các loại, lượng than tiêu thụ, thành phần than. Đối với các kích thước hình học lấy theo thiết kế của lò hơi, buồng đốt, vòi phun, các thông số động học lấy theo thông số vận hành thực tế của lò hơi 3.1.2.2. Kết quả nghiên cứu hiệu chỉnh mô hình Mô hình buồng đốt 3D được xây dựng theo các thông số thực tế của lò hơi nhà máy nhiệt điện Ninh Bình. Mô hình buồng đốt được chia lưới bằng công cụ ANSYS Meshing. Các phần tử lưới được chia theo kiểu tứ diện (Tetrahedron), chất lượng lưới của mô hình đạt kết quả tốt. 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trên lò hơi thực tế 3.2.1. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo Thiết bị thực nghiệm là lò hơi SG 130-40-450 (mục 3.1). Thiết bị đo sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm có thiết đo bố trí tại chỗ (bảng điều khiển lò hơi) và thiết bị đo cầm tay. Thiết bị đo tại chỗ bao gồm các đồng hồ đo nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, tốc độ vòng quay, dòng điện, công suất. Thiết bị cầm tay bao gồm hoả quang kế điện tử, vi áp kế xách tay, tổ hợp đo gió và phân tích khí thải TESTO. Ngoài ra còn có thiết bị phân tích mẫu than, tro xỉ bố trí tại phân xưởng hoá của nhà máy. 3.2.2. Phương pháp tiến hành thực nghiệm 3.2.2.1. Nội dung thí nghiệm Nghiên cứu ảnh hưỏng của hàm lượng chất bốc đến quá trình cháy và hiệu suất cháy bao gồm các nội dung cần xác định: Nồng độ dòng bột than; Tốc độ gió cấp 1; Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và tổng lượng gió cấp vào lò; Hệ số không khí thừa; Hiệu suất (hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi). Để có thể xác định được các thông số nêu trên cần tiến hành các thí nghiệm: Thí nghiệm năng lực thiết bị của lò hơi; Thí nghiệm sơ bộ khi đốt than trộn; ảnh hưởng của việc đốt than trộn tới khả năng đóng xỉ và nồng độ phát thải của lò; ảnh hưởng của đốt than trộn tới chế độ cháy của lò, xác định chế độ vận hành tối ưu khi đốt than 9 trộn; hệ số không khí thừa tối ưu và thí nghiệm cân bằng ở các phụ tải của lò hơi tương ứng với nhiên liệu than antraxit nội địa và các mẫu than trộn; phân tích các mẫu than bột, than nguyên, tro, xỉ phục vụ thí nghiệm tại hiện trường. 3.2.2.2. Phương pháp thí nghiệm Trong mục này chúng tôi trình bày về các phương pháp đo, xác định thông số. 3.2.3. Phương pháp xử lý số liệu Trong mục này chúng tôi trình bày về xử lý số liệu, tính hiệu suất cháy, lò hơi theo phương pháp cân bằng nghịch. 3.2.4. Kết quả thực nghiệm 3.2.4.1. Năng lực thiết bị của lò hơi Kết quả thí nghiệm xác định lò hơi và thiết bị phụ đảm bảo đủ điều kiện để tiến hành các thí nghiệm như đã đề ra ở mục 3.2.2.1. 3.2.4.2. Thí nghiệm đốt than nội địa Thí nghiệm xác định chế độ cháy tối ưu Tại mỗi phụ tải của lò duy trì tốc độ gió cấp I ở giá trị tối ưu 18 - 19 m/s, giữ nguyên phụ tải nhiệt, thay đổi tổng lưu lượng gió vào lò để đạt được các chế độ hệ số không khí thừa khác nhau sau bộ hâm nước cấp II (αhn2 ). Đo tổng tổn thất q2+ q4 để xác định hệ số không khí thừa tối ưu. Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm hệ số không khí thừa tối ưu khi đốt than nội địa STT Tên đại lượng Đơn vị Giá trị ở các phụ tải lò hơi 130 t/h 120 t/h 110 t/h 100 t/h 90 t/h 1 Hệ số không khí thừa tối ưu - 1,185 1,193 1,195 1,2 1,21 2 q2+ q4 % 17,82 16,84 15,99 16,56 17,02 3 lh % 81,53 82,5 83,24 82,61 82,07 4 c % 87,95 88,31 88,82 88,38 87,93 Thí nghiệm cơ bản và cân bằng Qua các thí nghiệm cân bằng đã xây dựng đặc tuyến kinh tế kỹ thuật của lò hơi số 1 và đặc tuyến hiệu suất cháy thể hiện trong đồ thị hình 3.9. a) Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật lò hơi số 1, Công ty CP Nhiệt điện Ninh Bình (đốt 100% than nội địa) 81.00 81.50 82.00 82.50 83.00 83.50 84.00 85.00 90.00 95.00 100.00 105.00 110.00 115.00 120.00 125.00 130.00 135.00 D (Tấn /giờ) H iệ u s u ất lò h ơ i ( % ) b) Đặc tuyến hiệu suất cháy lò hơi số 1, Công ty CP Nhiệt điện Ninh Bình (đốt 100% than nội địa) 87.5 87.8 88.1 88.4 88.7 89 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 D (Tấn /giờ) H iệ u s u ất c h áy ( % ) Hình 3.9. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật và hiệu suất cháy của lò hơi thí nghiệm khi đốt than nội địa 3.2.4.3. Thí nghiệm đốt than trộn Trong mục này trình bày về kết quả thí nghiệm đốt than trộn trong đó có: 10 Đánh giá quá trình và kết quả sơ bộ: Quá trình thí nghiệm đốt than trộn được thực hiện tuần tự theo các tỷ lệ trộn 5%, 10%, 15%, 20% và 30% than nhập khẩu. Các chế độ thí nghiệm sơ bộ đánh giá đạt yêu cầu. Trong suốt quá trình thí nghiệm, buồng lửa lò hơi đảm bảo ổn định, điền đầy, không có vùng nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Nhiệt độ buồng lửa trung bình từ 1370 – 1420 oC, nhiệt độ cao nhất ghi nhận 1520 oC (đang trong quá trình chỉnh chế độ). Tại các cửa vệ sinh vòi đốt ở các góc lò, quan sát hiện tượng cháy ở các vòi đốt. Nhận thấy sự bắt cháy tốt, ngay sát đầu vòi phun (trong khi ở các vòi đốt 100% than nội địa, khoảng cách này là từ 20 – 40 cm).Trong quá trình thí nghiệm theo dõi tình trạng ra xỉ, xỉ xuống đều, ổn định, xỉ xốp, vít xỉ hoạt động bình thường. Theo dõi qua các cửa xem lửa, đôi khi có hiện tượng xỉ chảy nhỏ giọt (được xác định là do nhiệt độ biến mềm của tro than nhập khẩu có giá trị thấp), tuy nhiên, không xảy ra hiện tượng đóng xỉ, các giọt xỉ này rơi xuống vít xỉ với kích thước nhỏ (lớn nhất khoảng 10mm x 30mm). Sau khi ngừng lò, tiến hành kiểm tra xỉ. Kết quả trong buồng lửa sạch, không đóng bám xỉ, trên các dàn feston sạch, không đóng xỉ, các bên thống nhất sau khi ngừng lò, hiện tượng đóng bám xỉ ở buồng lửa và dàn feston của lò đốt thí nghiệm sạch hơn bình thường so với lò sử dụng 100% than nội địa. Về khói thải, theo dõi trong suốt quá trình thí nghiệm, chỉ tiêu SOx tương đương với các lò vận hành 100% than nội địa (có xu hướng nhỏ hơn). Riêng các chỉ tiêu NOx và CO thì nhỏ hơn rõ rệt, đạt mức từ 10 – 15%. Kết quả thí nghiệm các mẫu than trộn theo các tỷ lệ trộn 5%, 10%, 15%, 20% và 30% than nhập khẩu: Trình bày kết quả thí nghiệm chế độ cháy tối ưu và thí nghiệm cơ bản cân bằng tương tự như đối với than nội địa trình bày ở mục 3.2.4.2. Các kết quả chỉ ra đối với than trộn hệ số không khí thừa nhỏ hơn và hiệu suất cháy, hiệu suất lò hơi cao hơn khi đốt than nội địa. 3.3. Kết luận chương 3 - Xây dựng mô hình mô phỏng số CFD với các kết quả ban đầu về dựng mô hình hình học, chia lưới mô hình, xác định các điều kiện ban đầu và các bước tính toán. - Xác định nội dung thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu đối với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên lò hơi thực tế. - Xác định năng lực của lò hơi và thiết bị phụ phục vụ thí nghiệm, hoàn tất/đánh giá công tác thí nghiệm sơ bộ cho trường hợp đốt các mẫu than trộn. - Thu được kết quả và xây dựng các đồ thị liên quan về thí nghiệm tối ưu, thí nghiệm cơ bản cân bằng cho trường hợp đốt than antraxit nội địa và các mẫu than trộn. Các đặc tuyến xây dựng được đều có độ chính xác rất cao. CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy 4.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ và nồng độ than/gió vòi phun gió cấp 1 Kết quả tổng hợp thí nghiệm và đồ thị phản ánh sự ảnh hưởng được thể hiện ở hình 4.1, 4.2 11 Hình 4.1. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào tốc độ vòi phun gió cấp 1 Hình 4.2. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào nồng độ than/gió vòi phun gió cấp1 Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tốc độ vòi phun gió cấp 1 cho kết quả tốt nhất nằm ở giá trị khoảng 13 m/s tương ứng với hiệu suất cháy 84%. Tương ứng với tốc độ gió cấp 1, kết quả nồng độ than/gió (kg/kg) tốt nhất trong thí nghiệm này nằm ở giá trị khoảng 0,95. Giá trị này nằm ở cận dưới so với những nghiên cứu trước đây của Alstom, MHI và Viện Năng lượng (0,8 - 1,2 và 0,9 - 1,1). 4.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và hệ số không khí thừa Kết quả tổng hợp thí nghiệm và đồ thị phản ánh sự ảnh hưởng được thể hiện ở hình 4.3, 4.4. Hình 4.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 Hình 4.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào hệ số không khí thừa Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng tỷ lệ tốc độ vòi phun gió cấp 2/cấp1 cho kết quả tốt nhất nằm ở giá trị khoảng 0,96. Điều này có thể lý giải là tốc độ của hai loại gió có giá trị độ lớn gần nhau sẽ giúp cho chế độ khí động trong buồng lửa đạt được sự hài hoà tốt nhất. Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng hệ số không khí thừa cho kết quả tốt nhất nằm ở giá trị khoảng 1,27. Giá trị này cũng tương đối phù hợp (nằm ở cận dưới giá trị tối ưu) với thiết kế và vận hành thực tế cho các nhà máy điện có công nghệ tương tự sử dụng than antraxit (1,25 - 1,32). 4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trong lò hơi nhà máy nhiệt điện 4.2.1. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm trên lò hơi thực tế 4.2.1.1. Nồng độ dòng bột than Từ kết quả của các thí nghiệm, ta xây dựng được ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu đến nồng độ hợp lý của dòng bột than ở các chế độ phụ tải. Sự thay đổi nồng độ dòng bột than hợp lý được thể hiện trên các đồ thị hình 4.5. 12 a) Nồng độ dòng bột than tối ưu ở các tỷ lệ trộn 1 2 3 4 56 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 Phụ tải lò hơi (t/h) N ồn g đ ộ th an /g ió (k g/ kg ) Than noi dia Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% Than tron 30% 1.Than noi dia 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 6.Than tron 30% b) Nồng độ dòng bột than tối ưu ở phụ tải kinh tế phụ thuộc các tỷ lệ trộn 0.8 0.84 0.88 0.92 0.96 1 0 5 10 15 20 25 30 Tỷ lệ trộn (%) N ồn g đ ộ th an /g ió (k g/ kg ) c) Nồng độ bột than tối ưu theo hàm lượng chất bốc 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) N ồn g độ th an /g ió (k g/ kg ) Hình 4.5. Nồng độ bột than hợp lý theo hàm lượng chất bốc Nồng độ than/gió của dòng gió cấp 1 hợp lý ở các chế độ đốt than trộn nhỏ hơn so với chế độ đốt than nội địa, mức độ biến thiên nồng độ phù hợp với biến thiên tốc độ gió cấp 1 Điều này cũng phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây, khi tăng hàm lượng chất bốc thì nồng độ bột than hợp lý giảm dần. Tuy nhiên, đối với lò hơi NMĐ Ninh Bình được thiết kế để đốt nhiên liệu chất bốc thấp, khi hàm lượng chất bốc tăng vượt dải thiết kế, cần có những điều chỉnh cần thiết để lò hơi hoạt động ổn định. Vì vậy, Nồng độ dòng bột than không giảm tuyến tính khi tăng hàm lượng chất bốc mà tồn tại một giá trị hợp lý. Nồng độ bột than giảm dần khi tăng chất bốc (giá trị khoảng 0,94 khi đốt than nội địa) và đạt giá trị hợp lý tương ứng với chất bốc mẫu cháy khoảng 14 - 16% (giá trị khoảng 0,86). 4.2.1.2. Tốc độ gió cấp 1 Sự thay đổi tốc độ gió cấp 1 than hợp lý được thể hiện trên các đồ thị hình 4.6. a) Tốc độ gió cấp 1 tối ưu ở các tỷ lệ trộn 1 2 3 4 5 6 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 Phụ tải lò hơi (t/h) Tố c độ g ió c ấp 1 (m /s ) Than noi dia Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% Than tron 30% 1.Than noi dia 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 6.Than tron 30% 13 b) Tốc độ gió cấp 1 tối ưu phụ thuộc các tỷ lệ trộn ở phụ tải định mức 19 20 21 22 23 0 5 10 15 20 25 30 Tỷ lệ trộn (%) T ốc đ ộ gi ó cấ p 1 tố i ư u (m /s ) x c) Tốc độ gió cấp 1 tối ưu theo hàm lượng chất bốc 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) Tố c độ g ió c ấp 1 tố i ư u (m /s ) Hình 4.6. Tốc độ gió cấp 1 hợp lý theo hàm lượng chất bốc Tốc độ gió cấp 1 hợp lý ở các chế độ đốt than trộn cao hơn so với chế độ đốt than nội địa, phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây. Đối với tỷ lệ trộn 30%, khi tăng tốc độ gió cấp 1 lên cao, lò cháy mãnh liệt, nhiệt độ buồng lửa tăng cao, xuất hiện hiện tượng chảy xỉ lỏng nên phải điều chỉnh giảm để lò hơi vận hành an toàn, ổn định. Tốc độ gió cấp 1 hợp lý tăng dần khi tăng hàm lượng chất bốc và đạt giá trị ổn định ở khoảng 22 m/s. Tốc độ gió cấp 1 hợp lý phù hợp với nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm trước đây đối với than antraxit và đã tiệm cận với giá trị áp dụng cho than gầy. Tốc độ gió cấp 1 tăng không đều do điều chỉnh chống đóng xỉ buồng đốt. 4.2.1.3. Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và tổng lượng gió cấp vào lò Sự thay đổi tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý và tổng lượng gió cấp vào lò được thể hiện trên các đồ thị hình 4.7. a) Tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu ở các tỷ lệ trộn 1 2 3 4 5 6 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 Phụ tải lò hơi (t/h) Tỷ lệ tố c đ ộ gi ó cấ p 2 /c ấp 1 Than noi dia Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% Than tron 30% 1.Than noi dia 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 6.Than tron 30% b) Tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu theo hàm lượng chất bốc 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) T ỷ lệ tố c đ ộ c ấp 2 /c ấp 1 c) Tổng lượng gió tiêu chuẩn cấp vào lò ở các tỷ lệ đốt than trộn 1 2 3 4 5 6 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 Phụ tải lò hơi (t/h) Tổ ng lư ợ ng g ió v ào lò (N m 3/ h) Than noi dia Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% Than tron 30% 1.Than noi dia 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 6.Than tron 30% Hình 4.7. Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý và tổng lượng gió cấp vào lò theo hàm lượng chất bốc 14 Kết quả về ảnh hưởng của tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 trong quá trình thí nghiệm là tương đồng nhau. Tỷ số tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý không thay đổi rõ ràng trong các chế độ cháy nhiên liệu khác nhau. Tỷ số tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý có xu hướng giảm nhưng không thay đổi rõ ràng trong các chế độ thí nghiệm, điều này được lý giải là đối với than hàm lượng chất bốc cao hơn, bên cạnh sự tăng lên của gió cấp 1, lượng không khí lý thuyết yêu cầu cao hơn, lượng gió cấp 2 cũng cao hơn. Đây cũng là sự hài hoà về chế độ khí động đối với một dạng buồng đốt, kể cả khi nhiên liệu thay đổi. Ở cùng dải công suất của lò hơi, đối với than trộn, lưu lượng gió cấp cần thiết cho quá trình cháy cao hơn. Khi tăng gió cấp 1 & 2 vào lò, nhiệt độ buồng lửa và đường khói sau quá nhiệt cũng tăng theo. Cùng với việc tăng lượng gió cấp 1, cấp 2 và giảm lượng gió cấp 3, tổng lượng gió cấp vào lò đáp ứng quá trình cháy của lò hơi của các chế độ than trộn so sánh với đốt 100% than nội địa ở các phụ tải tương ứng tăng. Về cơ bản, khi đốt than trộn, tổng lượng gió tiêu chuẩn cấp cho lò hơi cao hơn so với chế độ đốt than nội địa. Ở các tỷ lệ trộn 15% và 20%, lượng gió cấp vào lò có xu hướng thấp hơn so với chế độ đốt than nội địa, điều này có thể lý giải là ở các chế độ trộn trên, lò hơi đạt được hiệu suất cao nên tiết kiệm được nhiên liệu dẫn đến lượng gió yêu cầu giảm đi. 4.2.1.4. Hệ số không khí thừa Sự thay đổi hệ số không khí thừa hợp lý được thể hiện trên các đồ thị hình 4.8. a) Hệ số không khí thừa ở các phụ tải phụ thuộc các chế độ trộn 1 2 3 5 4 6 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21 1.22 1.23 80 90 100 110 120 130 140 Phụ tải lò hơi (t/h) H ệ số k h ô ng k hí th ừ a Than noi dia Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% Than tron 30% 1.Than noi dia 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 5.Than tron 20% 4.Than tron 15% 6.Than tron 30% b) Hệ số không khí thừa tối ưu ở phụ tải kinh tế phụ thuộc các tỷ lệ trộn 1.17 1.175 1.18 1.185 1.19 1.195 1.2 1.205 1.21 0 5 10 15 20 25 30 Tỷ lệ trộn (%) H ệ số k h ôn g k h í t h ừ a c) Hệ số không khí thừa tối ưu ở phụ tải kinh tế phụ thuộc hàm lượng chất bốc 1.17 1.175 1.18 1.185 1.19 1.195 1.2 1.205 1.21 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) H ệ số k h ôn g k h í t h ừ a Hình 4.8. Hệ số không khí thừa hợp lý theo hàm lượng chất bốc 15 Hệ số không khí thừa hợp lý ở các chế độ đốt than trộn nhỏ hơn so với chế độ đốt than nội địa. Điều nay cũng phù hợp với lý thuyết, đối với than antraxit nội địa khó bắt cháy và khó cháy kiệt, yêu cầu về hệ số không khí thừa sẽ cao hơn so với than nhập khẩu. Theo tính toán, lượng không khí lý thuyết cần thiết cung cấp cho cháy hoàn toàn nhiên liệu than nhập khẩu sẽ cao hơn so với nhiên liệu than nội địa. Thực tế lượng không khí cần thiết cấp cho lò hơi tăng không rõ rệt khi tăng hàm lượng chất bốc, điều này lý giải cho việc giảm hệ số không khí thừa hợp lý. Mặt khác, trong cả quá trình đốt than trộn ở các tỷ lệ, nhiệt độ gió nóng của lò luôn cao hơn khi đốt 100% than nội địa từ 10 đến 25 oC, do vậy việc sấy than tốt hơn, điều này cũng góp phần lý giải cho hiện tượng làm việc tốt hơn của hệ thống nghiền và giảm được lượng gió cấp 3 đưa vào lò. 4.2.1.5. Hiệu suất a. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật Từ kết quả của các thí nghiệm, ta đã xây dựng được các đường đặc tính kinh tế kỹ thuật của lò hơi ở chế độ đốt than nội địa và các chế độ đốt than trộn với tỷ lệ khác nhau. Để có thể so sánh tương quan trực tiếp sự thay đổi của các đường đặc tuyến này, tổ hợp các đường đặc tuyến được thể hiện trên đồ thị hình 4.9. 1 2 3 4 5 6 81.0 81.5 82.0 82.5 83.0 83.5 84.0 84.5 85.0 85.5 80 90 100 110 120 130 140 Phụ tải lò hơi (t/h) H iệ u s u ất (% ) Than noi dia Than tron 5% Than tron 10% Than tron 15% Than tron 20% Than tron 30% 1.Than noi dia 2.Than tron 5% 3.Than tron 10% 4.Than tron 15% 5.Than tron 20% 6.Than tron 30% Hình 4.9. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật lò hơi ở các tỷ lệ trộn b. Hiệu suất Từ kết quả của các thí nghiệm cân bằng và các đồ thị đã xây dựng, ta xây dựng được ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu đến hiệu suất (hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi) ở chế độ phụ tải kinh tế. Sự thay đổi hiệu suất được thể hiện trên các đồ thị hình 4.10. a) Hiệu suất cháy ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc 88 88.5 89 89.5 90 90.5 91 91.5 92 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) H iệ u s u ất c h áy (% ) b) Hiệu suất lò hơi ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc 82 82.5 83 83.5 84 84.5 85 85.5 86 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 Hàm lượng chất bốc Vc(%) H iệ u su ất lò h ơ i(% ) Hình 4.10. Sự thay đổi hiệu suất theo hàm lượng chất bốc 16 Trong quá trình đốt than trộn, hiệu suất lò hơi xác định được cao hơn khi đốt 100% than nội địa. So sánh với giá trị hiệu suất cao nhất xác định được trong thí nghiệm, giá trị cao hơn được xác định từ 0,6% đến 2%. Tuy nhiên, đối với các chế độ đốt than trộn, hiệu suất chênh lệch giữa các phụ tải của lò hơi ít hơn, hiệu suất ở các phụ tải đồng đều hơn dẫn đến hiệu suất trung bình của lò hơi cao hơn. Hiệu suất trong thí nghiệm thay đổi về hàm lượng chất bốc nhiên liệu được thể hiện qua hiệu suất cháy (chỉ tính đến tổn thất cháy không hết về mặt hoá học, cơ học) và hiệu suất lò hơi (tính cả thêm tổn thất theo khói thoát, toả nhiệt ra môi trường và tổn thất nhiệt do tro xỉ). Hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi tăng theo hàm lượng chất bốc và đạt giá trị lớn nhất ở giá trị hàm lượng chất bốc mẫu cháy khoảng 14 - 16%. So sánh với chế độ đốt hoàn toàn than antraxit (chất bốc mẫu cháy 9%), hiệu suất cháy cao nhất tăng 3% và hiệu suất lò hơi tăng 2%. 4.2.2. Kết quả nghiên cứu mô phỏng số CFD ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến quá trình và hiệu suất cháy 4.2.2.1. Giai đoạn trước khi thí nghiệm thực tế 1. Trường nhiệt độ trong buồng đốt a. Trường hợp sử dụng than antraxit nội địa Kết quả mô phỏng về quá trình phân bố ngọn lửa cũng như trường nhiệt độ trong buồng đốt lò hơi nhà máy điện Ninh Bình khi sử dụng than antraxit nội địa được thể hiện trên hình 4.11, 4.12 và bảng 4.8. Hình 4.11. Trường nhiệt độ trong buồng đốt Hình 4.12. Bề mặt ngọn lửa bên trong buồng đốt ở nhiệt độ 1500oC 17 Quan sát hình 4.11, theo chiều cao của buồng đốt, nhiệt độ có sự phân tầng rõ rệt. Nhiệt độ cao tập trung ở không gian giữa 2 mặt cắt A và D, về hai phía đáy lò và đỉnh lò nhiệt độ giảm dần. Số liệu trong bảng 4.8 cũng cho thấy, giá trị nhiệt độ trung bình trên các mặt trong vùng không gian giữa mặt A và D cao, cụ thể mặt A (1375oC), mặt B (1401oC), mặt C (1425oC). Điều này được giải thích là do tại vùng không gian này có vị trí của các vòi đốt, dẫn đến mật độ hỗn hợp của bột than và không khí nóng cao. Khi quá trình cháy xảy ra, nhiệt lượng tỏa ra do phản ứng cháy sẽ lớn. Mặt khác, cũng do sự hình thành dòng xoáy tại tâm buồng đốt nên khả năng hòa trộn của hỗn hợp bột than và không khí tăng lên, cũng tạo điều kiện cho quá trình cháy xảy ra tốt hơn, từ đó duy trì được nhiệt độ cao trong vùng k