1. Trang Chủ
  2. Hoá dầu
  3. Giáo trình sản phẩm dầu mỏ thương phẩm - Chương 4

Giáo trình sản phẩm dầu mỏ thương phẩm - Chương 4

Trong công nghiệp khi cần cung cấp nhiệt cho một quá trình nào đó thì người ta có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau như: Hợp chất vô cơ rắn, sản phẩm dầu mỏ (GPL, dầu đốt, cốc), khí tự nhiên hoặc dùng điện. Đối với dầu đốt thì người ta chia ra làm các loại khác nhau: Dầu đốt nhẹ Dầu đốt nặng Dầu đốt nhẹ: Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chương IV NHIÊN LIỆU ĐỐT LÒ 4.1. Nhiên liệu đốt lò và vai trò của nó Trong công nghiệp khi cần cung cấp nhiệt cho một quá trình nào đó thì người ta có thể

Thể loại Tài liệu miễn phí Hoá dầu

Số trang 22

Ngày tạo 8/29/2018 7:58:42 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước

Tên tệp

Tải Giáo trình sản phẩm dầu mỏ thương phẩm - Chương 4 (.pdf)

Xem mẫu

  1. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chương IV NHIÊN LIỆU ĐỐT LÒ 4.1. Nhiên liệu đốt lò và vai trò của nó Trong công nghiệp khi cần cung cấp nhiệt cho một quá trình nào đó thì người ta có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau như: Hợp chất vô cơ rắn, sản phẩm dầu mỏ (GPL, dầu đốt, cốc), khí tự nhiên hoặc dùng điện. Đối với dầu đốt thì người ta chia ra làm các loại khác nhau: Dầu đốt nhẹ Dầu đốt nặng Dầu đốt nhẹ: Đây là loại dầu được dùng chủ yếu để sưởi ấm nhà cửa tại vùng nông thôn, để chạy các nhà máy nông nghiệp như máy kéo, máy làm đường, ... do đó có tên là dầu đốt gia đình FOD (Fuel Oil Domestic). Về cơ bản không khác nhiều nhiên liệu diezen, nhưng có một số tính chất kỹ thuật kém hơn, đặc biệt về trị số cetan, về tính chất nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, ở nước ta tính chất nhiệt độ thấp của FOD không phải là vấn đề cần quan tâm. Dầu đốt nặng Loại dầu này dùng cho các lò công nghiệp, các lò nung, lò hơi, nhà máy phát điện, các phương tiện giao thông trọng tải lớn như tàu thuỷ. . . Trong các lĩnh vực trên thì dầu đốt nặng được sử dụng nhiều nhất cho việc cung cấp nhiệt ở các lò công nghiệp nên thường hay gọi chung là nhiên liệu đốt lò. Ở trong phần này ta chỉ nghiên cứu nhiên liệu đốt lò ở trạng thái lỏng và thu được từ dầu mỏ. Nhiên liệu đốt lò thu được bằng cách phối trộn từ các phần cặn nặng ít giá trị kinh tế, khó chế biến tiếp: cặn chưng cất chân không, cặn của các quá trình crăckinh, cốc hoá giảm nhớt, phần trích ly thu được trong quá trình sản xuất dầu nhờn, nhựa đường . . . cùng với một số phần nhẹ nhằm đảm bảo một số tính chất kỹ thuật như phân đoạn kerosen, phân đoạn gasoil . . . ThS. Trương Hữu Trì Trang 69
  2. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Ngoài những loại trên thì người ta còn tận dùng dầu bôi trơn được thải ra sau khi đã sử dụng, dầu cặn từ các quá trình hoá dầu (crackinh hơi) . . . Nhiên liệu đốt lò đóng một vai trò quan trọng trong nền công nghiệp nói chung và công nghiệp Lọc - Hoá dầu nói riêng. Khi sử dụng tốt nguồn năng lượng của nhà máy sẻ góp phần quan trọng đến hiệu quả kinh tế của nhà máy. Trong nhà máy lọc dầu thì hiệu suất thu hồi các sản phẩm như sau: SANFAYA Nguồn gốc BREGA Lybie BRENT Biển bắc Arabe leger Arable lourd Sản phẩm nhẹ 26 28 20 17 Phân đoạn 37 33 35 29 trung bình Sản phẩm nặng 37 39 45 54 Nhu cầu về các loại sản phẩm như sau: Năm 1973 1980 1990 2000 Sản phẩm nhẹ 29 31 35 37-39 Phân đoạn 30 31 36 39-41 trung bình Sản phẩm nặng 41 38 29 20-24 Trong đó: Sản phẩm nhẹ gồm: GPL, naphta, xăng ô tô Phân đoạn trung bình gồm: Kerosene, nhiên liệu phản lực, Diesel, dầu đốt dân dụng Sản phẩm nặng: Nhiên liệu đốt lò, bitum, dầu bôi trơn, cốc. ThS. Trương Hữu Trì Trang 70
  3. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Như vậy, để đáp ứng được các yêu cầu trên thì trong nhà máy lọc dầu phải có các thiết bị để chuyển hoá các phần nặng thành các phần nhẹ hơn. Các quá trình chuyển hoá này sẻ tiêu thụ một phần năng lượng đáng kể, chúng ta sẻ thấy rỏ qua bảng sau: Hiệu suất của các dạng sản phẩm thu được với các quá trình khác nhau. (dầu thô Arable leger) Quá trình lọc Quá trình chuyển Quá trình chuyển đơn giản hoá thông thường hoá sâu Sản phẩm nhẹ 20 32 35 Phân đoạn trung bình 35 41 48 Sản phẩm nặng 41 20 5 Sự tiêu thụ năng lượng 4 7 12 Như vậy khi thực hiện các quá trình chuyển hoá càng sâu thì năng lượng tiêu thụ càng lớn. 4.2. Thành phần hoá học và các nguồn thu nhiên liệu đốt lò từ dầu mỏ 4.2.1. Các nguồn thu nhiên liệu đốt lò Như phần trên đã nêu, ngày nay do nhu cầu các sản phẩm nhẹ ngày càng tăng và nhu cầu về các phần nặng thì ngày càng giảm. Vì vậy, buộc các nhà máy lọc dầu phải có các thiết bị (các quá trình chế biến sâu) để biến đổi các phần nặng thành các phần nhẹ. Việc xuất hiện các quá trình chế biến sâu đã làm thay đổi rất nhiều thành phần hoá học của nhiên liệu đốt lò. Sự biến đổi này theo xu hướng làm giảm số lượng và chất lượng của nhiên liệu đốt lò. Cùng với sự thay đổi về yêu cầu của các sản phẩm dầu mỏ thì sơ đồ nhà máy lọc dầu cũng đã biến đổi theo để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra, sự thay đổi này thể hiện qua 3 sơ đồ như sau: ThS. Trương Hữu Trì Trang 71
  4. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm • Sơ đồ 1 Khí đốt GPL RC Xăng Dầu thô Chưng cất khí HDS Kerosen quyển Gazole/FOD FO C h ấ t đố t Sơ đồ này bao gồm : Phân xưởng chưng cất khí quyển Phân xưởng reforming xúc tác Phân xưởng HDS Nhiên liệu đốt lò thu được trong sơ đồ này chỉ đơn giản là phần cặn của quá trình chưng cất trực tiếp ở áp suất khí quyển. Nó có khối lượng riêng nhỏ hơn 1000 kg/m3 ở 15oC và hàm lượng kim loại thấp. * Sơ đồ 2 Khí đốt GPL Chưng RC Xăng Dầu thô cất khí quyển KEROSENE HDS Gazole/FOD DSV FCC FO Ch ấ t đố t ThS. Trương Hữu Trì Trang 72
  5. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm So với sơ đồ 1 thì ở đây có thêm phân xưởng chưng cất chân không và phân xưởng cracking xúc tác nhằm chuyển hoá phần cặn nặng của quá trình chưng cất khí quyển thành các phân đoạn nhẹ. Nhiên liệu đốt lò thu được từ sơ đồ này là hỗn hợp của phần cặn của quá trình chưng cất trực tiếp ở áp suất khí quyển và dòng sản phẩm cúa phân xưởng FCC có vai trò như chất làm loãng để giảm độ nhớt. Nhiên liệu đốt lò đây chứa một hàm lượng lớn lưu huỳnh và kim loại. • Sơ đồ 3 Khí đốt GPL RC Chưng Xăng Dầu thô cất khí Kerosen HDS quyển Gasole/FOD FCC VB FO Ch ấ t đố t Sơ đồ này có thêm phân xưởng giảm nhớt nhằm giảm nhớt của cặn nặng và tận thu các thành phần nhẹ. Nhiên liệu đốt lò thu được từ sơ đồ này là hỗn hợp các phần cặn của quá trình giảm nhớt và các dòng chất pha loãng. Dòng chất pha loãng được sử dụng chủ yếu là LCO, HCO của quá trình cracking xúc tác, GO thu được trực tiếp từ quá trình chưng cất khí quyển. Nhiên liệu đốt lò thu được ở đây có độ ổn định kém và chứa một hàm lượng lớn lưu huỳnh và kim loại. ThS. Trương Hữu Trì Trang 73
  6. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Một vài tính chất của các phối liệu sản xuất dầu đốt công nghiệp Cặ n LCO HCO Tính chất RA RSV giảm (BTS) (BTS) nhớt Độ nhớt ở 100oC (cSt) 46 1500 7500 1 1.7 d415 0.972 1.026 1.040 0.899 0.942 Carbon Conradson 10.8 18.9 26.9 < 0.1
  7. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm hấp phụ khác nhau để tách loại chúng thành các nhóm chất khác nhau. Thực tế người ta thu được ba nhóm chất như sau: Nhóm dầu Nhóm nhựa Nhóm asphalten Việc phân chia nhiên liệu đốt lò thành các nhóm chất như trên thường không rỏ ràng vì cấu trúc của phần nặng trong nhóm nhẹ và cấu trúc của phần nhẹ trong nhóm năng là không khác nhau nhiều, nhất là giữa nhóm nhựa và nhóm asphalten. Nhóm dầu : Đây là những hợp chất nhẹ nhất của nhiên liệu đốt lò, chúng bao gồm các hợp chất parafin, olefin naphten và các hợp chất hydrocacbon thơm. Đây là các hợp chất tan được trong các dung môi thông thường như xăng nhẹ, parafin. . . nhưng không thể tách chúng ra khỏi hỗn hợp bằng các chất hấp phụ vì chúng không có cực (hoặc cực yếu) Nhóm nhựa : Nhựa là dẫn xuất của các hydrocacbon polyaromatique hoặc của các naphteno- aromatic, có độ nhớt lớn. Nó có thể tan trong các hydrocacbon nhẹ C5-C8, xăng. . . nhưng đây là các hợp chất có cực nên có thể tách chúng ra khỏi hỗn hợp bằng các chất hấp phụ. Trọng lượng phân tử của nó phân bố trong một khoảng rộng từ 2000 - 4000. Tỷ lệ C/H trong các vòng ngưng tụ của nhựa khoảng từ 7.7 - 8.9. Nhóm asphalten : Asphalten là những hợp chất cao phân tử đa vòng, ngưng tụ cao, có khối lượng phân tử lớn (từ 700 - 40000). Chúng tan được trong dung dịch H2S, benzen, CCl4 nhưng không tan được trong xăng nhẹ,các hydrocacbon nhẹ C5-C8. Người ta nhận thấy rằng trong Asphalten chứa một hàm lượng đáng kể các dị nguyên tố như O, N, S. Tỷ lệ C/H trong các vòng ngưng tụ của Asphalten khoảng từ 9 - 11. ThS. Trương Hữu Trì Trang 75
  8. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Trong dầu đốt thì nhóm nhựa tan được trong nhóm dầu để tạo thành một dung dịch thực sự và hỗn hợp của hai nhóm chất này có một tên gọi chung là nhóm Malten. Asphalten không tan trong các dung môi thông thường, không tan trong nhóm maltene kể trên mà chỉ bị trương nở trong nhóm chất này khi tồn tại trong dầu đốt để tạo thành một hệ keo cân bằng mà tướng phân tán là Asphalten và môi trường phân tán là dầu và nhựa. Trong quá trình lưu trữ và tồn chứa, do có độ nhớt cao, thường phải tiếp xúc với oxy không khí nên các nhóm chất này sẻ bị biến đổi. Xu hương của sự biến đổi này là dầu chuyển thành nhựa và nhựa sẻ chuyển thành asphalten. Khi quá trình biến đổi này xãy ra mạnh sẻ làm cho cân bằng hệ keo bị phá vỡ, gây nên kết tủa asphalten. Sự phá vỡ cân bằng hệ keo này có thể còn do khi pha trộn vào dầu đốt những loại dầu có nguồn gốc khác, làm cho asphalten có thể bị kết tủa. Kết quả là chúng sẽ cùng với nước và cặn khác tạo thành một chất như “bùn” đọng ở đáy các thiết bị chứa, gây khó khăn khi sử dụng và cả khi rửa. 4.2.3. Phân loại nhiên liệu đốt lò Do nhiên liệu đốt lò được ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau nên yêu cầu về chất lượng của nó cũng khác nhau, hơn nữa chất lượng này còn tuỳ thuộc vào mức độ phát triển và yêu cầu của từng nước hay từng khu vực. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, nhiên liệu đốt lò được phân chia dựa vào hàm lượng lưu huỳnh và độ nhớt thành 4 loại như sau: FO N01 (2,0% lưu huỳnh) FO N02A (1,5% lưu huỳnh ) FO N02B (3,0% lưu huỳnh) FO N03 (3,0% lưu huỳnh) ThS. Trương Hữu Trì Trang 76
  9. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của các loại dầu này như sau: Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N01 (2,0% lưu huỳnh) Đ ơn Mức quy Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử v ị đo định - Khối lượng riêng ở 150C (max) - TCVN 3893-95 0,965 - Độ nhớt động học ở 400C (max) cSt ASTM-D445 87 ASTM-D93/TCVN 0 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) C 66 2693-95 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 2,0 ASTM-D97/TCVN 0 - Điểm đông đặc (max) C 10 3753-95 ASTM-D95/TCVN - Hàm lượng nước (max) %tt 1,0 2692-95 - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800 ASTM-D482/TCVN - Hàm lượng tro (max) %kl 0,15 2690-95 - Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 6 ThS. Trương Hữu Trì Trang 77
  10. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N02A (1,5% lưu huỳnh ) Đ ơn Mức quy Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử v ị đo định - Khối lượng riêng ở 150C (max) - TCVN 3893-95 0,97 - Độ nhớt động học ở 400C (max) cSt ASTM-D445 180 ASTM-D93/TCVN 2693- 0 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) C 66 95 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 1,5 ASTM-D97/TCVN 3753- 0 - Điểm đông đặc (max) C 21 95 ASTM-D95/TCVN 2692- - Hàm lượng nước (max) %tt 1,0 95 - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800 ASTM-D482/TCVN - Hàm lượng tro (max) %kl 0,15 2690-95 - Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 10 ThS. Trương Hữu Trì Trang 78
  11. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N02B (3,0% lưu huỳnh) Mức Đ ơn Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử quy v ị đo định - Khối lượng riêng ở 150C (max) - TCVN 3893-95 0,97 - Độ nhớt động học ở 400C (max) cSt ASTM-D445 180 ASTM-D93/TCVN 2693- 0 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) C 66 95 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 3,0 ASTM-D97/TCVN 3753- 0 - Điểm đông đặc (max) C 21 95 ASTM-D95/TCVN 2692- - Hàm lượng nước (max) %tt 1,0 95 - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800 ASTM-D482/TCVN 2690- - Hàm lượng tro (max) %kl 0,15 95 - Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 10 ThS. Trương Hữu Trì Trang 79
  12. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N03 Mức Đ ơn Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử quy v ị đo định - Khối lượng riêng ở 150C - TCVN 3893-95 0,991 (max) - Độ nhớt động học ở 400C cSt ASTM-D445 380 (max) ASTM-D93/TCVN 2693- 0 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) C 66 95 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 3,0 ASTM-D97/TCVN 3753- 0 - Điểm đông đặc (max) C 21 95 ASTM-D95/TCVN 2692- - Hàm lượng nước (max) %tt 1,0 95 - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800 ASTM-D482/TCVN 2690- - Hàm lượng tro (max) %kl 0,35 95 - Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 14 ThS. Trương Hữu Trì Trang 80
  13. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Theo tiêu chuẩn của Pháp, dựa vào độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh người ta chia FO làm 4 loại chính: FO N01 : độ nhớt động học ở 500C nhỏ hơn hoặc bằng 110mm2/s - FO N02 : độ nhớt động học ở 500C nhỏ hơn hoặc bằng 110mm2/s - FO N02 BTS : hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng 4% khối lượng - FO N02 TBTS : hàm lượng lưu huỳnh cực thấp khoảng 1% khối lượng - Bảng phân loại các loại dầu FO theo tiêu chuẩn của Pháp Đơn vị Giá trị FO tính giới Tính chất N 02 N02 0 0 hạn N1 N2 BTS TBTS - Độ nhớt động học 500C (min) cSt Min 15 110 110 110 500C (max) Max 110 - - - 1000C (max) Max - 40 40 40 0 - Nhiệt độ chớp cháy C Min 70 70 70 70 - Đường cong chưng cất E250 % max 65 65 65 65 E350 85 85 85 85 -Hàm lượng lưu huỳnh %kl max 2 4 2 1 -Hàm lượng nước %kl max 0,75 1,5 1,5 1,5 - Hàm lượng chất không %kl max 0,25 0,25 0,25 0,25 tan ThS. Trương Hữu Trì Trang 81
  14. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm 4.3. Sơ lược về quá trình đốt cháy nhiên liệu lỏng trong lò đốt 4.3.1. Một số khái niệm cơ bản về quá trình đốt cháy 4.3.1.1. Thành phần cháy được và không cháy được Dưới gốc độ đốt cháy, thì nhiên liệu thường được phân chia thành 2 thành phần: Thành phần cháy được: Cacbon, hydro, một phần lưu huỳnh, nitơ, ôxy. Thành phần không cháy được: Tro, ẩm. Trong thành phần cháy được thì cacbon và hydro là những phần chiếm chủ yếu. Cacbon : Là thành phần chiếm đại đa số trong các nhiên liệu hữu cơ, khi cháy toả ra một lượng nhiệt khoảng 34150 kJ/kg. Thành phần cacbon càng nhiều, khi cháy toả ra nhiều nhiệt nhưng khó bắt cháy. Hydro : Cũng là thành phần cháy quan trọng, khi cháy toả rất nhiều nhiệt, khoảng 144500kJ/kg, gấp 4 lần cacbon và dễ bắt lửa. 4.3.1.2. Cháy hoàn toàn và không hoàn toàn Khi những thành phần có thể cháy trong nhiên liệu đều tham gia phản ứng cháy đến cùng và sản phẩm cháy tạo thành chỉ gồm những chất khí không thể cháy được nữa như CO2, H2O, SO2... thì quá trình ấy được coi là cháy hoàn toàn. Ngược lại, nếu một phần nhiên liệu không cháy hết hoặc trong sản phẩm cháy còn có những khí cháy được như CO, H2, HC ... thì quá trình cháy đó được coi cháy không hoàn toàn. Có hai nguyên nhân gây ra quá trình cháy không hoàn toàn: Cháy không hoàn toàn hoá học do cung cấp không đủ oxy (không khí), do sự trộn lẫn không tốt giữa không khí và nhiên liệu. Hai nguyên nhân này phụ thuộc vào loại nhiên liệu, cấu tạo thiết bị đốt, điều kiện khống chế sự cháy, chúng có thể được hạn chế và loại trừ. Nguyên nhân thứ ba do phân huỷ nhiệt thì không thể tránh khỏi, nhất là khi lò có nhiệt độ cao, thời gian khí lưu lại trong lò lớn. Cháy không hoàn toàn cơ học do lọt nhiên liệu qua ghi lò, mất mát nhiên liệu do bay bụi, do đường dẫn bị hở. . . cháy không hoàn toàn sẽ dẫn đến tổn thất nhiệt, tăng tiêu hao nhiên liệu và giảm nhiệt độ cháy lý thuyết. ThS. Trương Hữu Trì Trang 82
  15. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm 4.4.1.3. Hệ số thừa không khí Thông thường trong thực tế thì để bảo đảm cho quá trình được hoàn toàn thì lượng không khí đưa vào lò đốt lớn hơn lượng không khí tính toán theo hệ số tỷ lệ. Gọ i : Lượng không khí cần cho sự cháy hoàn toàn tính theo lý thuyết là V0kk Lượng không khí cho vào thực tế thì là Vkk (Vkk > V0kk) Khi đó tỷ số Vkk / V0kk = α được gọi là hệ số thừa không khí: 4.4.1.4. Phương thức cháy Quá trình cháy nhiên liệu lỏng trong thực tế rất phức tạp. Đối với các loại dầu nặng thì quá trình cháy càng phức tạp hơn, vì khi ở nhiệt độ cao trong một thời điểm nào đó nhiên liệu chưa kịp phối trộn với không khí để cháy thì chúng có thể sẽ bị phân huỷ nhiệt tạo thành các hợp chất độc hại. Trong công nghiệp, quá trình cháy nhiên liệu lỏng chủ yếu là cháy dạng phun sương, nhiên liệu lỏng thường qua thiết bị phun sương và bị phân chia nhỏ thành dòng các hạt sương nhỏ (hay bụi dầu) có kích thước khoảng 50 đến 200 µm ở dưới dạng hình côn. Xung quanh các hạt sương dầu có không khí. Khi dòng hạt dầu ở trong buồng lửa được đốt nóng, hạt dầu sẽ bốc hơi vừa hổn hợp với không khí vừa cháy. Vì điểm sôi của dầu thấp hơn nhiệt độ bắt cháy do vậy không thể hình thành mặt cháy ngay trên bề mặt hạt dầu mà phải cách bề mặt giọt dầu một khoảng cách nhất định mới hình thành bề mặt ngọn lửa. 4.4.2. Thiết bị đốt nhiên liệu Nhiên liệu đốt lò trước khi bị đốt cháy thì chúng phải trải qua quá trình bay hơi, trộn lẫn với không khí. Muốn cho quá trình bay hơi và trộn lẫn được tốt thì trước hết nhiên liệu cần phải bị xé thành các hạt sương có kích thước nhỏ (hay còn gọi là bụi dầu). Thông thường để đạt được yêu cầu này thì nhiên liệu được phun ra từ một hệ thống kim phun cùng với việc sử dụng một chất khác để phá vỡ độ bền của các hạt sương. Chất đưa thêm này gọi là chất biến bụi, chất thường được sử dụng là không khí nén, hơi nước có áp suất cao hay gió của quạt ly tâm cao áp. ThS. Trương Hữu Trì Trang 83
  16. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Người ta dùng loại thiết bị để đốt chýa nhiên liệu lỏng gọi là mỏ phun. Nó có nhiệm vụ biến bụi nhiên liệu để đưa hổn hợp chất biến bụi và nhiên liệu vào đốt cháy trong lò. Với nhiệm vụ này mỏ phun cần đảm bảo yêu cầu sau: Biến dòng nhiên liệu thành sương và hoà trộn tốt với không khí Bảo đảm cho nhiên liệu cháy với ngọn lửa bền và có kích thước xác định Mỏ phun có cấu tạo đơn giản, chắc chắn, bền và vận hành thuận tiện. Nếu quá trình trao đổi nhiệt giữa môi trường với hổn hợp của chất biến bụi và nhiên liệu tốt thì quá trình cháy xảy ra nhanh. Hạt dầu càng nhỏ, thời gian sấy nóng càng ngắn, nhiên liệu bốc hơi càng nhanh và sự cháy xảy ra càng nhanh. Có nhiều loại mỏ phun nhiên liệu khác nhau, khí xét theo áp suất phun thì người ta chia chúng thành 2 loại: mỏ ohun cao áp và mỏ phun thấp áp. 4.4.2.1. Mỏ phun thấp áp Sơ đồ cấu tạo mỏ phun thấp áp như hình dưới. Khi mỏ phun làm việc, nhiên liệu vào mỏ phun qua ống dẫn 1, không khí vào qua đường dẫn 2. Nhiên liệu và không khí gặp nhau ở trước cửa ra của mỏ phun. Ở đây dầu biến thành bụi và hổn hợp bụi dầu và không khí qua miệng mỏ phun 3 vào để cháy ở trong lò. Áp suất của không khí khi vào mỏ phun là 5 kN/m2, tạo cho không khí chuyển động với tốc độ 70 - 80 m/s. Kiểu mỏ đốt này có cấu tạo đơn giản, vận hành ổn định. Nhược điểm của nó là phải giữ cho mỏ phun làm việc đủ công suất. Nếu công suất thay đổi thì chất lượng biến bụi dầu cũng ảnh hưởng rất nhiều. Nếu cần giảm công suất nhiệt theo yêu cầu công nghệ trong lò thì không được giảm đến mức để cho tốc độ không khí nhỏ hơn 50 - 60 m/s. Loại mỏ này làm việc với hệ số tiêu hao không khí n = 1,1 - 1,25. ThS. Trương Hữu Trì Trang 84
  17. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Sơ đồ mỏ phun thấp áp 1-ống dẫn dầu; 2-ống dẫn không khí; 3-tường lò 4.4.2.2. Mỏ phun cao áp Sơ đồ cấu tạo mỏ phun cao áp như sau: Sơ đồ mỏ phun cao áp 1-đường dẫn dầu; 2-cơ cấu hãm; 3-đường dẫn không khí làm chất biến bụi Các bộ phận chính của mỏ phun này là: ống dẫn dầu ở trong và ống dẫn chất biến bụi 3 bao bên ngoài. Ống dẫn không khí đợt hai đưa vào đốt cháy nhiên liệu được bố trí riêng ngay tại lò nơi đặt mỏ phun. Khi mỏ phun làm việc, chất biến bụi vào mỏ phun chuyển động xung quanh ống dẫn dầu và ra gặp dòng dầu ở đầu của mỏ phun. Tiết diện miệng ra của chất biến bụi quyết định lưu lượng chất biến bụi vào phá vỡ ThS. Trương Hữu Trì Trang 85
  18. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm dòng dầu có thể thay đổi nhờ sự chuyển dịch của ống dẫn dầu. Đối với các mỏ phun đơn giản đây chính là cơ cấu điều chỉnh lượng tiêu hao chất biến bụi. Nếu chất biến bụi là không khí nén thì áp suất là 400 - 600 kN/m2 Chất biến bụi là hơi nước thì áp suất hơi nước là 500 -1500 kN/m2 Để điều chỉnh lượng dầu qua mỏ phun ta đặt van điều chỉnh trên đường ống dẫn dầu trước mỏ phun. Do chiều dài của ngọn lửa lớn nên mỏ phun này chỉ dùng được ở các lò có chiều dài phù hợp. Còn đối với các buồng đốt, buồng lò có kích thước nhỏ thì không dùng được vì ngọn lửa sẽ va đập vào tường lò làm hỏng vật liệu xây lò. Không khí nén hay hơi nước là hai chất được dùng để biến bụi dầu. Mặc dù chất biến bụi khác nhau nhưng về cấu tạo mỏ phun thì cơ bản không khác nhau. Chúng có cùng các bộ phận chủ yếu để cho dòng chất biến bụi sau khi ra khỏi miệng ống dẫn với tốc độ lớn, đập vào dòng dầu và biến chúng thành những hạt bụi. Các đặc tính của mỏ phun thấp áp và mỏ phun cao áp Đặc tính Mỏ phun Thấp áp Cao áp Không khí Chất biến bụi dầu Không khí nén hơi nước do quạt cấp Áp suất của chất biến bụi, Không khí nén : 400-600 2,59 - 8,8 kN/m2 Hơi nước : 500 - 1500 Lượng chất biến bụi (không khí), % của tổng lượng không 100 7 - 12 khí cần đốt cháy nhiên liệu .. Lượng không khí đợt hai, % của 88 - 93 tổng lượng không khí cần đốt 100 cháy nhiên liệu .. Nhiệt độ nung không khí, 0C 300 Không hạn chế Lượng chất biến bụi cho một kg 0,6 - 0,8 dầu, kg Tốc độ chất biến bụi khi ra khỏi Thường đến 330, đôi khi 50 - 80 miệng ống, m/s lớn hơn 330 Mức độ biến bụi (đường kính Đến 0,5 0,1 - 0,2 hạt bụi dầu), mm ThS. Trương Hữu Trì Trang 86
  19. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Sự khác nhau giữa hai mỏ phun này chủ yếu là: Trong mỏ phun thấp áp chất biến dầu thành bụi là không khí được cấp từ quạt ly tâm có áp suất cao. Còn trong mỏ phun cao áp chất biến bụi dầu là không khí nén hay hơi nước có áp suất cao. Ở mỏ phun thấp áp tất cả không khí cần để đốt cháy nhiên liệu đều đi qua mỏ phun. Nhiệt độ nung trước không khí không được lớn hơn 3000C để tránh hiện tượng phân huỷ nhiên liệu làm tắc mỏ phun. Ở mỏ phun cao áp, lượng không khí nén đưa qua mỏ phun để biến bụi dầu chỉ chiếm 7 - 12 % tổng số không khí cần đốt cháy nhiên liệu, phần không khí còn lại không đi qua mỏ phun mà qua một đường riêng vào lò gọi là không khí đợt hai. Lượng không khí này có thể nung trước đến nhiệt độ cao phụ thuộc vào loại lò và dạng thiết bị thu hồi nhiệt. Nếu không khí được nung ở thiết bị hoàn nhiệt thì nhiệt độ nung đạt 1000- 12000C, còn nung ở thiết bị trao đổi nhiệt thì nhiệt độ nung 500 - 6000C. 4.5. Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò Như trong phần trước chúng ta đã thấy nhiên liệu đốt lò được phối trộn chủ yếu từ cặn của các quá trình khác nhau, điều này cho thấy trong thành phần của nó sẻ chứa một lượng lớn các hợp chất có hại cho việc sử dụng nó như lưu huỳnh, nitơ, kim loại... Vì vậy, cũng như những sản phẩm dầu mỏ khác, nhiên liệu đốt lò thương phẩn phải đạt được những chỉ tiêu chất lượng nhất định để bảo đảm cho việc sử dụng của nó trong các lò đốt cũng như đảm bảo được các chỉ tiêu về việc thải các chất ô nhiễm ra môi trường. Các chỉ tiêu quan trọng đó là hàm lượng lưu huỳnh, độ nhớt, tỷ trọng nhiệt cháy, hàm lượng cặn . . . 4.5.1. Hàm lượng lưu huỳnh Nhiên liệu đốt lò thường chứa một lượng lưu huỳnh khá lớn, nồng độ của nó thay đổi tuỳ theo loại. Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu đốt lò dưới nhiều dạng khác nhau, thông thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng di vòng. Khi bị đốt ThS. Trương Hữu Trì Trang 87
  20. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm cháy lưu huỳnh sẻ chuyển thành SO2, khí này cùng với khói thải sẻ được thoát ra ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xác với oxy để chuyển một phần thành khí SO3. Khi nhiệt độ của dòng khí thải xuống thấp thì các khí này sẻ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axit tương ướng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn các kim loại rất lớn. Thực tế thì các axit sulfuaric sẻ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 100 ÷ 150oC, còn axit sulfuarơ chỉ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 40 ÷ 50oC. Để hạn chế sự ăn mòn này thì người ta thường dùng các phương pháp sau: Dùng nhiên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp Giảm lượng không khí thừa trong dòng khí Gửi cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương của các khí Dùng một số kim loại hoặc oxyt kim loại (MgO, CaO) để chuyển SO2 thành các hợp chất không ăn mòn. CaO + SO2 + 1/2O2 = CaSO4 Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môi trường do SO2, SO3 trong khói thải. Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò. 4.5.2. Độ nhớt Cũng giống như nhiên liệu Diesel hay nhiên liệu phản lực, trước khi bị đốt cháy nhiên liệu được phun ra dưới dạng các hạt sương, từ các hạt sương này nhiên liệu sẻ bay hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy. Quá trình bay hơi nhanh hay chậm phụ thuộc nhiều vào bản chất của nhiên liệu, kích thước của các hạt sương dầu khi phun ra. Ở gốc độ của độ nhớt thì ảnh hưởng của nó như sau: khi độ nhớt lớn thì kích thước của các hạt sương phun ra lớn, động năng của nó lớn nên không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn. Tuy nhiên khi kích thước của các hạt lớn thì khả năng bay hơi để tạo hỗn hợp cháy sẻ kém, điều này sẻ làm cho quá trình cháy không hoàn toàn, làm giảm nhiệt cháy và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm cho môi trường. Ngoài ảnh hưởng đến quá trình cháy thì khi độ nhớt lớn sẻ làm tăng trở lực ma sát trong hệ thống bơm. ThS. Trương Hữu Trì Trang 88
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học