Xem mẫu
- Ch−¬ng 3
nhiªn liÖu – qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu
Trong ch−¬ng nµy chØ kh¶o s¸t lo¹i nhiªn liÖu h÷u c¬ th«ng dông nhÊt.
3.1 §Æc tÝnh chung cña nhiªn liÖu.
3.1.1 Ph©n lo¹i nhiªn liÖu.
Theo tr¹ng vËt lý nhiªn liÖu ®−îc chia lµm 3 lo¹i r¾n, láng vµ khÝ ë b¶ng 3-1
B¶ng 3-1 Ph©n lo¹i nhiªn liÖu c«ng nghiÖp
Nhiªn liÖu r¾n Nhiªn liÖu láng Nhiªn liÖu khÝ
Thiªn Nh©n t¹o Thiªn Nh©n Thiªn Nh©n t¹o
nhiªn nhiªn t¹o nhiªn
Cñi Than bôi DÇu má DÇu KhÝ thiªn KhÝ than
x¨ng nhiªn
Than bïn Than cñi KhÝ lß cèc
DÇu háa (hay khÝ
Than n©u KOK KhÝ lß cao
®èt)
Mazót
Than ®¸ Than KhÝ nhµ m¸y läc
b¸nh dÇu
§¸ dÇu
Yªu cÇu chung cña c¸c lo¹i nhiªn liÖu:
- DÔ ch¸y, táa l−îng nhiÖt lín tÝnh theo mét ®¬n vÞ thÓ tÝch hay träng l−îng.
- Khi ch¸y nhiªn liÖu kh«ng ®−îc t¸ch ra khÝ ®éc h¹i ®Õn søc kháe cña con
ng−êi còng nh− ¨n mßn nh÷ng vËt liÖu x©y lß.
- DÔ khai th¸c vµ rÎ tiÒn. DÔ b¶o qu¶n l©u dµi trong kho vµ kh«ng cã sù thay
®æi tÝnh chÊt cña chóng. B¶o ®¶m c¸c chØ tiªu vÒ kinh tÕ vµ kü thuËt.
3.1.2 Thµnh phÇn nhiªn liÖu.
Nhiªn liÖu cã hai phÇn: PhÇn ch¸y ®−îc c¸c chÊt h÷u c¬ phøc t¹p vµ phÇn kh«ng ch¸y
®−îc lµ tro, xØ vµ h¬i Èm.
Thµnh phÇn nhiªn liÖu r¾n vµ láng ®−îc biÓu thÞ b»ng phÇn tr¨m c¸c nguyªn tè t¹o
thµnh chóng. Tro lµ nh÷ng kho¸ng kh«ng ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu, kÝ hiÖu lµ A vµ ®é
Èm kÝ hiÖu W.
Nhiªn liÖu cã 4 thµnh phÇn: thµnh phÇn h÷u c¬, thµnh phÇn ch¸y, thµnh phÇn kh«
vµ thµnh phÇn lµm viÖc.
B¶ng 3-2 Thµnh phÇn nhiªn liÖu theo ký hiÖu.
Tªn thµnh phÇn Ký hiÖu Thµnh phÇn nguyªn tè % Tæng céng %
Chc + Hhc + Ohc+ Nhc
Thµnh phÇn h÷u c¬ hc 100
Cch+ Hch+ Och+ Nch+ Sch
Thµnh phÇn ch¸y ch 100
k k k k k k
Thµnh phÇn kh« k C +H +O +N +S +A 100
lv lv lv lv lv lv
Thµnh phÇn lµm viÖc lv C +H +O +N +S +A + 100
wlv
71
- KÕt qu¶ ph©n tÝch thµnh phÇn nhiªn liÖu ®Òu cho d−íi d¹ng kh«, v× ®é Èm cña
chóng thay ®æi theo thêi tiÕt. Trong kü thuËt l¹i cÇn ®Õn thµnh phÇn lµm viÖc, cho nªn khi
tÝnh to¸n cÇn chuyÓn vÒ thµnh phÇn lµm viÖc.
TÝnh chuyÓn thµnh phÇn nhiªn liÖu
VÝ dô khi biÕt thµnh phÇn ch¸y cña nhiªn liÖu cÇn chuyÓn sang thµnh phÇn lµm
viÖc dïng hÖ sè chuyÓn ®æi K
100 − ( Alv + W lv )
K=
100
B¶ng 3.3 tÝnh hÖ sè chuyÓn ®æi K
Thµnh Thµnh phÇn nhiªn liÖu cÇn chuyÓn sang
phÇn H÷u c¬ Ch¸y Kh« tuyÖt ®èi Lµm viÖc
nhiªn
liÖu
100 − S ch 100 − ( S kh + Akh ) 100 − ( S lv + Alv + W lv )
H÷u c¬ 1
100 100 100
100 100 − A kh 100 − ( Alv + W lv )
Ch¸y 1
100 − S ch 100 100
100
100 100 − W lv
Kh« 1
100 − A kh
100 − ( S kh + Akh )
tuyÖt 100
®èi
100 100
100
Lµm 1
100 − W lv
100 − ( Alv + W lv )
100 − ( S + Alv + W lv )
viÖc lv
3.1.3 TÝnh chÊt cña nhiªn liÖu.
3.1.3.1 NhiÖt sinh cña nhiªn liÖu.
NhiÖt sinh lµ l−îng nhiÖt táa ra khi ch¸y hoµn toµn mét ®¬n vÞ nhiªn liÖu (1kg
nhiªn liÖu r¾n hay láng hoÆc 1m3 nhiªn liÖu khÝ).
L−îng nhiÖt táa ra khi ch¸y nhiªn liÖu lµ kÕt qu¶ cña c¸c ph¶n øng ch¸y táa nhiÖt
cña c¸c nguyªn tè riªng biÖt trong nhiªn liÖu. Nh−ng ®ång thêi còng cã nh÷ng qu¸ tr×nh
thu nhiÖt cïng tiÕn hµnh song song nh− sÊy kh«, ph©n hñy c¸c chÊt phøc t¹p thµnh c¸c
c¸c thµnh phÇn ®¬n gi¶n. Cho nªn nhiÖt sinh chÝnh lµ tæng c¸c hiÖu øng nhiÖt tÝnh theo
mét ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch cña nhiªn liÖu. Cã hai lo¹i nhiÖt sinh: nhiÖt sinh cao
vµ nhiÖt sinh thÊp. NhiÖt sinh cao kh«ng tÝnh ®Õn nhiÖt tiªu tèn ®Ó bèc h¬i Èm cña nhiªn
liÖu vµ h¬i n−íc t¹o ra khi ch¸y hydro, kÝ hiÖu QC .
C¨n cø vµo hiÖu øng nhiÖt cña tõng nguyªn tè khi ®èt ch¸y D.I Mendeleev x¸c
®Þnh c«ng thøc ®Ó tÝnh to¸n nhiÖt sinh cña:
Nhiªn liÖu láng hay r¾n.
Qt= 81C1 + 300H1 - 26(01-S1) - 6(w1 + 9Hl) , kcal/kg
Qt=339C1 + 1256H1 - 108,8(01-S1) - 25,1(w1 + 9Hl) , kj/kg
C1,H1,O1,S1 øng víi thµnh phÇn lµm viÖc cña c¸c nguyªn tè
Quan hÖ gi÷a nhiÖt sinh thÊp vµ nhiÖt sinh cao:
72
- Qt = Qc- 25,1(9H1 + W1) , kj/kg
Nhiªn liÖu khÝ thiªn nhiªn.
Qt= 358,2 CH4+637,5C2 H+912,5 C3H8+1186,5 C4H10 +1460,8 C5H12 , kj/m3
KhÝ than vµ khÝ lß cao.
Qt = 127,7 CO + 108H2 + 359,6CH4 + 598,7 C2H4 + 231,1 H2S , kj/m3
Trong c¸c c«ng thøc, thµnh phÇn cña khÝ ®Òu tÝnh theo % thÓ tÝch vµ nhiÖt sinh ®Òu tÝnh
theo kj hay kcal trªn mÐt khèi khÝ tiªu chuÈn.
Chó ý: Trong thùc tÕ s¶n xuÊt cã thÓ sö dông c«ng thøc ®¬n gi¶n sau
Qt = 82Ckc® +aVk
Ckc® : hµm l−îng c¸cbon cè ®Þnh (%)
Vk : hµm l−îng chÊt bèc (%)
.a: HÖ sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo hµm l−îng chÊt bèc, tra b¶ng
V (%) trÞ sè a V (%) trÞ sè a V (%) trÞ sè a
5 145 13 122 21 108
6 142 14 120 22 107
7 136 15 117 23 105
8 134 16 115 24 104
9 133 17 113 25 103
10 130 18 112 26 102
11 127 19 110 27 101
12 124 20 109 28 100
NhiÖt sinh cña nhiªn liÖu phô thuéc vµo thµnh phÇn cña nhiªn liÖu vµ giao ®éng
trong mét kho¶ng lín. L−îng nhiÖt táa ra nhiÒu nhÊt lµ hydro sau ®ã lµ carbon. Cho nªn
nhiªn liÖu nµo giµu 2 thµnh phÇn nµy th× nhiÖt sinh cµng cao.
Tuæi cµng lín th× hµm l−îng carbon cµng lín vµ hµm l−îng «xy cµng nhá.
Trong kü thuËt, cÇn ph¶i so s¸nh tiªu tèn nhiÖt riªng cho mét ®¬n vÞ (thÓ tÝch hay
khèi l−îng) s¶n phÈm khi nung, sÊy, nªn cã kh¸i niÖm ®¬n vÞ nhiªn liÖu tiªu chuÈn. §ã lµ
nhiªn liÖu (t−ëng t−îng) cã nhiÖt sinh b»ng 29.300Kj/kg (7000 Kcal/kg). §Ó chuyÓn
nhiªn liÖu bÊy kú nµo sang nhiªn liÖu tiªu chuÈn sö dông hÖ sè:
Qt .B Q .B
∂= khi Qt (kj/kg) hay ∂ = t khi Qt (kcal/kg)
29.300 7000
B: l−îng nhiªn liÖu tiªu tèn riªng kg/®¬n vÞ s¶n phÈm.
3.1.3.2 Vai trß l−u huúnh trong nhiªn liÖu.
L−u huúnh trong nhiªn liÖu cho th−êng cã ba d¹ng:
- Hîp nhÊt h÷u c¬.
- Hîp chÊt Sulfua s¾t FeS2.
- Sulfat CaSO4, FeSO4.
73
- L−u huúnh trong hîp chÊt h÷u c¬, sulfua lµ thµnh phÇm ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu.
S + O2 = SO2 + 9240 kj/kg .
L−u huúnh ë d¹ng Sulfat kh«ng ch¸y ®−îc, hµm l−îng cña nã trong nhiªn liÖu
kh«ng ®¸ng kÓ. Hµm l−îng cña l−u huúnh trong nhiªn liÖu dao ®éng nh− sau:
Cñi gç 0
Thanh bïn 0,2 - 2,0
Than n©u 1,0 - 15,0
Than ®¸ 0,2 - 7,0
Antraxit 0,1 - 5,0
DÇu má 0,0 - 3,0
MÆc dï l−u huúnh ch¸y ®−îc vµ táa nhiÖt, nh−ng sù cã mÆt cña l−u huúnh sÏ lµm
gi¶m bít chÊt l−îng nhiªn liÖu. V× s¶n phÈm ch¸y cña l−u huúnh sÏ lµm « nhiªm m«i
tr−êng vµ ¨n mßn thiÕt bÞ vµ g©y ra sù cè trong lß. Còng cã tr−êng hîp l−u huúnh cã h¹i
trùc tiÕp ®Õn vËt liÖu gia c«ng trong lß.
Nhiªn liÖu cã trªn 5 - 7% l−u huúnh, gi¸ trÞ sö dông cña nã trong c«ng nghiÖp rÊt
kÐm. Than n©u cã chøa l−u huúnh dÔ bÞ t¶ vôn trong kh«ng khÝ, v× FeS2 bÞ «xy hãa thµnh
Fe2(SO4)3 lµm cho than bÞ vôn. DÇu má chøa l−u huúnh ë d¹ng nguyªn tè, merkaptan,
disulfua, Sulfua nh÷ng chÊt nµy ¨n mßn kim lo¹i ®−îc.
3.1.3.3 Tro, xØ.
Tro xØ lµ t¹p chÊt cña nhiªn liÖu vµ lµ chÊt r¾n kh«ng ch¸y ®−îc khi ®èt nhiªn liÖu.
Hµm l−îng tro phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu, vÞ trÝ khai th¸c vµ dao ®éng tõ 0% ë nhiªn
liÖu khÝ, vµi phÇn ngh×n ë nhiªn liÖu láng, 1-2% ë cñi ®Õn 50 - 60% ë ®¸ dÇu.
CÇn ph©n biÖt:
Tro liªn kÕt:Tro ph©n bè ®ång ®Òu trong nhiªn liÖu kh«ng lo¹i trõ ®−îc khi lµm giÇu.
Tro tù do: lµ t¹p chÊt lÉn c¬ häc víi nhiªn liÖu, chóng dÔ dµng lo¹i trõ khi lµm giµu.
Tro xØ lµ thµnh phÇn cã h¹i v×:
- H¹ thÊp nhiÖt sinh cña nhiªn liÖu.
- Tiªu tèn nhiÖt ®Ó nãng ch¸y tro xØ vµ ph©n hñy c¸c hîp chÊt cña tro xØ.
CaCO3 → CaO + CO2 - q
VÝ dô
CaSO4 . 2H2O→ CaSO4 + 2H2O - q
- Tæn thÊt nhiÖt do tro xØ mang ra khái lß.
- G©y trë ng¹i viÖc cÊp kh«ng khÝ vµo ®Ó ch¸y nhiªn liÖu v× tro xØ lµm t¾t nghÏn
buång ®èt. NÕu xØ dÔ ch¸y chóng dÔ t¹o t¶ng xØ trong lß lµm sù ph©n bè kh«ng khÝ trong
lß kh«ng ®Òu.
- G©y tæn thÊt do ch¸y kh«ng hoµn toµn c¬ häc v× mét sè than trong xØ kh«ng ch¸y
®−îc.
- CÇn ph¶i lµm vÖ sinh ghi vµ ®¶o trén nhiªn liÖu.
- XØ cã thÓ ph¸ ho¹i g¹ch lãt lß vµ ghi ®èt.
- NÕu ch¸y than trùc tiÕp trong lß, xØ than lµm háng, lµm bÈn vËt liÖu nung.
74
- Theo thµnh phÇn hãa häc cña xØ ta chia ra:
SiO 2 + Al 2 O 3
>1
XØ axÝt
CaO + MgO
SiO 2 + Al 2 O 3
- PhÇn cßn l¹i cña nhiªn liÖu sau khi ®· lo¹i trõ chÊt bèc gäi lµ Koks. Tïy thuéc lo¹i
than mµ Koks cã thÓ kh«ng kÕt l¹i víi nhau thµnh khèi. Than mµ cã Koks kÕt khèi tèt gäi
lµ than luyÖn Koks, cßn Koks kÕt khèi ®ã gäi lµ than Koks. Than Koks ®−îc s¶n xuÊt tõ
lß luyÖn Koks vµ dïng trong c«ng nghiÖp luyÖn thÐp.
Than cµng nhiÒu Koks tøc cµng Ýt chÊt bèc th× cµng khã ch¸y vµ ch¸y ngän löa
ng¾n hoÆc kh«ng cã ngän löa. Than antraxÝt lµ than giµ nhÊt, chøa Ýt chÊt bèc vµ nhiÒu
Koks. V× vËy nhiÖt sinh cña nã cao, nh−ng khã ch¸y vµ ch¸y víi ngän löa v« cïng ng¾n.
Thµnh phÇn chÊt bèc vµ Koks cã thÓ xem trong s¬ ®å h×nh 3-1
chÊt r¾n (Koks)
chÊt bèc
chÊt r¾n
chÊt r¾n ch¸y ®−îc
chÊt bèc ch¸y ®−îc
h¬i n−íc
kh«ng ch¸y
W C S A
H
O+N
n−íc
Thµnh phÇn h÷u c¬
Thµnh phÇn ch¸y
Thµnh phÇn kh«
Thµnh phÇn lµm viÖc
H×nh 3.1 S¬ ®å thµnh phÇn nhiªn liÖu
3.1.3.6 C¸c tÝnh chÊt kh¸c cña nhiªn liÖu.
- HiÖn t−îng tù ch¸y.
Nhiªn liÖu r¾n cã kh¶ n¨ng hÊp thô «xy cña kh«ng khÝ trªn bÒ mÆt cña chóng vµ
tiÕn hµnh oxy hãa. NÕu nhiÖt cña ph¶n øng kh«ng t¶n ra ngoµi ®−îc, nhÊt lµ ë líp s©u bªn
trong ®èng than th× dÔ dÉn tíi t¨ng nhiÖt ®é vµ t¹o ra ®¸m tù ch¸y.
Tïy theo lo¹i than vµ thêi gian dù tr÷ mµ quyÕt ®Þnh kÝch th−íc cña ®èng than vµ
cã nh÷ng biÖn ph¸p phßng háa cÈn thËn.
- NhiÖt ®é bïng ch¸y: cña nhiªn liÖu láng lµ nhiÖt ®é khi cã ¸p suÊt h¬i cña nhiªn
liÖu láng t¹o víi kh«ng khÝ thµnh hçn hîp dÔ bïng ch¸y nÕu ®−a gÇn ngän löa. §©y lµ
mét ®Æc tÝnh quan träng cña nhiªn liÖu láng vµ cã ý nghÜa thùc tÕ khi l−u kho. §Ó tr¸nh
háa ho¹n trong kho nhiªn liÖu láng cÇn tu©n thñ nh÷ng nguyªn t¾c mét c¸ch chÆt chÏ.
- NhiÖt ®é b¾t ch¸y: cña nhiªn liÖu láng lµ nhiÖt ®é khi ®ã nhiªn liÖu láng ®−îc
®èt nãng trong ®iÒu kiÖn chuÈn sÏ bÞ ch¸y nÕu ®−a ngän löa ®Õn gÇn vµ ch¸y trong thêi
gian h¬n 5 gi©y.
3..2. C¸c lo¹i nhiªn liÖu.
3.2.1 Nhiªn liÖu r¾n.
3.2.1.1. Cñi gç
§Õn nay viÖc dïng cñi gç ®èt trong c¸c thiÕt bÞ nhiÖt h¹n chÕ, v× ®ã lµ nguyªn liÖu
gi¸ trÞ ®èi víi c«ng nghiÖp t¬ sîi, giÊy thùc phÈm, x©y dùng Thµnh phÇn ch¸y cña cñi
trung b×nh nh− sau : C0 = 51%; Hc =6%; Ne= 0,6%; Oc = 42,3%. NhiÖt sinh cña cñi gç
kho¶ng 11.300 - 13.300 kj/kg khi ®é Èm 25-35%.
¦u ®iÓm chñ yÕu cña gç:
76
- - Hµm l−îng tro rÊt Ýt 1,5 - 2%, khã nãng ch¶y (>1200oC) vµ khã t¹o xØ.
- Hµm l−îng bèc rÊt cao vµ ®¹t tíi 85% tÝnh theo thµnh phÇn h÷u c¬.
- DÔ b¾t ch¸y (gÇn 300oC).
- Kh«ng chøa l−u huúnh.
- §é Èm cao 60%.
3.2.1.2 Than bïn.
Than bïn lµ s¶n phÈm ph©n hñy thùc vÊt trong ®iÒu kiÖn Èm vµ kh«ng cã kh«ng
khÝ. Tïy theo møc ®é ph©n hñy ta cã 3 lo¹i than bïn: giµ, trung b×nh vµ non.
Thµnh phÇn h÷u c¬ cña than bïn phô thuéc vµo møc ®é ph©n hñy, ph©n hñy cµng
m¹nh cµng giµu cacbon cµng Ýt «xy. Thµnh phÇn cña chóng trong b¶ng 3-5
B¶ng 3.5 Thµnh phÇn h÷u c¬ vµ nhiÖt sinh cña than bïn.
Ch Hh Oh + Nh
Lo¹i than bïn Q kj/kg
Non 52 6 42 20.100
Trung b×nh 58 6 36 21.800
Giµ 62 6 32 24.300
Than bïn cã mµu s¾c thay ®æi tõ n©u, x¸m ®Õn ®en. §é Èm cña than bïn t−¬i rÊt
cao vµ ®¹t tíi 80 - 85%, ®Ó l©u trong kh«ng khÝ nã h¹ xuèng 25 - 30%. §é tro kh«ng lín
l¾m 10- 12%, chÊt bèc ®Õn 80%. Cho nªn than bïn lµ lo¹i than dµi löa vµ ë d¹ng kh« bèc
ch¸y rÊt nhanh.
NhiÖt sinh than bïn kh« kho¶ng (10400 - 13.700)kj/kg.
Khi l−u kho thµnh ®èng, than bïn dÔ tù Oxy hãa vµ dÉn tíi hiÖn t−îng tù ch¸y. Cho nªn
ph¶i ®Ò phßng háa ho¹n vµ nh÷ng nguyªn t¾c an toµn phßng háa.
Than bïn cã thÓ sö dông trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt vËt liÖu x©y dùng, than bïn
dïng trong lß nung g¹ch ngãi, than côc cã thÓ dïng trong c¸c buång ®èt hoµn toµn hoÆc
kh«ng hoµn toµn. Còng cã thÓ dïng than bïn ®Ó khÝ hãa than.
3.2.1.3 Than n©u.
Than n©u cã hµm l−îng cacbon cao h¬n vµ hµm l−îng «xy nhá h¬n so víi than
bïn. Thµnh phÇn c¸cbon vµ «xy cña 3 lo¹i than trong b¶ng 3.6.
B¶ng 3.6 Hµm l−îng c¸cbon vµ «xy trong than bïn, than ®¸ vµ than n©u
D¹ng Hµm l−îng (%)
Ch Oh
Nhiªn liÖu
Than bïn 55-60 35- 40
Than n©u 65-75 17-28
Than ®¸ 75-90 5-15
Than n©u cã mµu n©u, kh«ng ãng ¸nh nh− than ®¸, cã d¹ng nh− ®Êt. Trong dung
dÞch kiÒm yÕu vµ s«i nã hßa tan chót Ýt vµ dung dÞch cã mµu. §ã lµ 2 ®iÓm kh¸c than ®¸.
Than n©u cã nh÷ng ®Æc tÝnh sau:
- Hµm l−îng t¹p chÊt cao nh−: tro xØ, l−îng Èm, ®«i khi cã c¶ l−u huúnh.
77
- - Hµm l−îng chÊt bèc cao vµ ®¹t ®Õn 60% v× thÕ nã lµ lo¹i than dµi löa.
- Cã huynh h−íng tù bèc ch¸y khi ®Ó l©u trong kho.
- BÞ vì vôn khi ®Ó l©u trong kh«ng khÝ nªn cµng ®Ó l©u chÊt l−îng cµng gi¶m.
NhiÖt sinh cña dao ®éng nhiÒu Q 1 = (7350 ÷ 12.800) Kj/kg tïy theo ®é Èm.
t
Than n©u dïng ®Ó ®èt trong lß vßng, lß quay (d¹ng bôi) hoÆc khÝ hãa ®Ó dïng
trong c«ng nghiÖp silic¸t.
3.2.1.4. Than ®¸.
Kh¸c víi than n©u, than ®¸ cã cÊu tróc ®Æc h¬n, ®é hót Èm nhá h¬n, mµu ®en h¬n, vµ cã
¸nh kim gÇn nh− antraxit. Hµm l−îng chÊt bèc cña than ®¸ giao ®éng trong kho¶ng lín tõ
9% than gÇy ®Õn 50% ë than dµi löa. Thµnh phÇn nguyªn tè vµ nhiÖt sinh còng bÞ thay
®æi t−¬ng øng. Hµm l−îng oxy gi¶m theo tuæi cña than, ng−îc l¹i hµm l−îng cacbon vµ
nhiÖt sinh l¹i t¨ng lªn.
B¶ng 3.7 Ph©n lo¹i than ®¸
Lo¹i than ®¸ Hµm l−îng chÊt bèc % §Æc ®iÓm cña cèc
Than dµi löa > 42 Kh«ng kÕt khèi t¹o d¹ng bét
Than khÝ 35-42 KÕt khèi, nãng ch¶y, cã khi
phång
Than mì 26-35 KÕt khèi, nãng ch¶y ®Æc hoÆc rÊt
®Æc
Than koks 18-26 KÕt khèi ®Æc
Than gÇy < 17 Kh«ng kÕt khèi
3.2.2.5. Than antraxit.
Antraxit lµ lo¹i than giµ nhÊt. Theo h×nh d¹ng bªn ngoµi dÔ dµng nhËn ra chóng
bëi ¸nh kim, cÊu tróc líp. Chóng cã mËt ®é, c−êng ®é c¬ häc lín, do ®ã chóng cã ®é hót
Èm vµ ®é Èm thÊp. §é tro cña antraxit kh«ng lín theo thµnh phÇn kh« kho¶ng 14%, ë lo¹i
antraxit kÐm h¬n ®é tro ®«i khi h¬n 18%. NhiÖt sinh cña nã kho¶ng 27.200Kj/kg. Do
hµm l−îng chÊt bèc kh«ng lín kho¶ng 2-9%, nªn antraxit khã ch¸y, nhiÖt ®é b¾t ch¸y
®Õn 600oC vµ khi ch¸y hÇu nh− kh«ng cã ngän löa. Khi l−u kho l©u hay vËn chuyÓn xa
antraxit kh«ng bÞ biÕn chÊt, cho nªn cã thÓ l−u kho v« thêi h¹n. Antraxit th−êng ®−îc
ph©n lo¹i theo kÝch th−íc.
B¶ng 3.8 Ph©n lo¹i than antraxit theo kÝch th−íc
Lo¹i antraxit KÝch th−íc mm
Than t¶ng Trªn 100
Côc to 50 - 100
Côc trung 25 - 50
Côc nhá 13 - 25
Don 6 - 13
C¸m
- §¸ dÇu lµ lo¹i ®¸ ®−îc ngÊm bëi s¶n phÈm ph©n hñy c¸c chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n.
Chóng lµ lo¹i nhiªn liÖu nhiÒu tro xØ hµm l−îng nµy ®¹t tõ 40% ®Õn 60%, nh−ng ®é Èm
kh«ng lín l¾m chØ kho¶ng 4- 5%.
Thµnh phÇn ch¸y cña ®¸ dÇu trung b×nh nh−:
Cc = 65 -75% 0c = 15 -20% Sc =1,5 -4,5%
Hc = 8 -10% Nc = 0,5 -1,5%
NhiÖt sinh cña ®¸ dÇu tÝnh theo thµnh phÇn ch¸y giao ®éng trong kho¶ng 27.300 - 35.500
kj/kg. Song nhiÖt sinh theo thµnh phÇn lµm viÖc, do chøa nhiÒu tro xØ, nªn kho¶ng 6.200
÷8.300 kj/kg.
§¸ dÇu chøa nhiÒu carbonat, khi ph©n hñy sÏ tiªu tèn nhiÖt, nªn nhiÖt sinh bÞ h¹
thÊp. Do hµm l−îng chÊt bèc lín, ®¹t ®Õn 90%, ngän löa cña ®¸ dÇu t−¬ng ®èi dµi. §¸
dÇu cã thÓ ®èt tèt trong lß quay nung clinker, trong lß nung vËt liÖu gèm.
3.2.2 Nhiªn liÖu láng.
Nhiªn liÖu láng thiªn nhiªn lµ dÇu má. §ã lµ chÊt láng mµu n©u thÈm gÇn ®en, cÊu
t¹o tõ hçn hîp cacbua hy®roho parafin (CnH2n+2) anken(CnH2n) vµ c¸cbua th¬m víi tû lÖ
kh¸c nhau. Thµnh phÇn dÇu má th« kh«ng thÓ biÓu thÞ b»ng mét c«ng thøc hãa häc nµo.
Thµnh phÇn hãa häc cña dÇu má nãi chung lµ æn ®Þnh ®èi víi ®a sè má dÇu vµ th−êng
n»m trong kho¶ng sau: (85-89%)C, (11- 15%) H2, (0,1 - 0,8%) O2 + N2, (0,05 - 3,27)S.
§é tro cña chóng rÊt nhá (0,3%) ®é Èm kh«ng ®¸ng kÓ.
Nhiªn liÖu láng nh©n t¹o lµ s¶n phÈm ch−ng cÊt dÇu má: x¨ng, dÇu háa....cuèi
cïng lµ mazut. TÊt c¶ c¸c nhiªn liÖu láng chÕ biÕn tõ dÇu má ®Òu ph©n ra lo¹i nÆng vµ
lo¹i nhÑ. DÇu mazót sö dïng t−¬ng ®èi nhiÒu trong s¶n xuÊt vËt liÖu.
TÊc c¶ c¸c d¹ng nhiªn liÖu láng ®Òu cã nhiÖt sinh gÇn nh− nhau vµ 40.000 - 44.000 kj/kg.
TÝnh chÊt M¸c cña dÇu mazut
10 20 40 80 100
NhiÖt trÞ (kj) 41240 40410 39440 38685 38885
§é nhít ë 75oC 3,6 6 10 16,5
O
NhiÖt ®é ®«ng ®Æc kh«ng qu¸ C +5 +5 +10 +2,5
O
NhiÖt ®é bïng ch¸y C 65 80 100 140
Khèi l−îng riªng T/m3
ë 0 oC 0,964 0,996 1,058 0,962
ë 100oC 0,905 0,938 1,018 0,900
Hµm l−îng l−u huúnh kh«ng qu¸% 4 4 4 4 4
NhiÖt ®é nªn dïng vßi phun
Cùc tiÓu oC 65 75 85 100
Cùc ®¹i oC 70 85 100 110
3.2.3 Nhiªn liÖu khÝ thiªn nhiªn vµ nh©n t¹o.
79
- Nhiªn liÖu khÝ gi¸ trÞ nhÊt lµ khÝ thiªn nhiªn. C¸c tói khÝ nµy th−êng n»m gÇn má
dÇu. NhiÖt sinh cña chóng t−¬ng ®èi cao do thµnh phÇn chÝnh cña khÝ thiªn nhiªn lµ CH4
(trªn 90%). So víi c¸c lo¹i nhiªn liÖu khÝ kh¸c, khÝ thiªn nhiªn cã −u viÖt lín lµ nhiÖt
sinh cao, s¹ch, vËn chuyÓn trong ®−êng èng rÊt dÔ dµng.
KhÝ than ®−îc s¶n xuÊt tõ nhiªn liÖu r¾n trong lß khÝ hãa.
KhÝ lß cao lµ s¶n phÈm thõa tõ lß cao trong c«ng nghiÖp luyÖn gang thÐp. NhiÖt
sinh cña nã kh«ng cao - gÇn 4200kj/m3. KhÝ lß cao ®«i khi sö dông lÉn víi khÝ lß koks ®Ó
®¶m b¶o nhiÖt ®é trong lß.
KhÝ lß koks còng lµ s¶n phÈm d− thõa cña lß koks. Nã chøa tíi 55% H2 vµ 25%
CH4, v× vËy nhiÖt sinh cña nã kh¸ lín 14.650 - 18.840 Kj/m3.
KhÝ nhµ m¸y läc dÇu nhËn ®−îc khi gia c«ng dÇu má b»ng Cr¨cking. Bªn c¹nh s¶n
phÈm chÝnh ë d¹ng láng ta cßn cã mét l−îng lín khÝ, khÝ nµy cã nhiÖt sinh tíi 46.000 -
50.000 Kj/m3. −u ®iÓm cña nhiªn liÖu khÝ:
- Kh«ng chøa tro xØ, nªn kh«ng lµm bÈn vËt liÖu nung khi nung trùc tiÕp. Tr−êng
hîp khÝ than, khÝ lß cèc cã chøa t¹p chÊt ë d¹ng r¾n, chóng cã thÓ lo¹i trõ ®−îc qua c¸c
thiÕt bÞ läc.
- DÔ ch¸y, khi ch¸y ngän löa cã nhiÖt ®é cao v× dÔ hçn hîp víi kh«ng khÝ vµ ch¸y
víi l−îng kh«ng khÝ nhá nhÊt.
- DÔ vËn chuyÓn theo ®−êng èng vµ cã thÓ chuyÓn ®i rÊt xa ®−îc.
B¶ng thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt c¸c nhiªn liÖu khÝ
NhiÖt
sinh
Tªn khÝ CO H2 CH4 Cm Hn H2S CO2 N2 P
kj/m3
KhÝ lß cèc 7,0 57,0 23,0 2,05 0,5 2,0 7,5 1,0 16748
KhÝ than lÉn 27,5 13,5 0,5 - 0,2 5,5 52,6 0,2 5150
tõ antraxÝt
Khi lß cao 28,0 2,7 0,3 - - 10,5 58,5 - 3980
3.2.4. Lùa chän nhiªn liÖu.
Nhiªn liÖu dïng trong lß c«ng nghiÖp ®−îc lùa chän dùa trªn c¬ së:
- Yªu cÇu vËt liÖu nung.
- KÕt cÊu lß.
§iÒu kiÖn ®iÒu chØnh m«i tr−êng …
-
VÒ gi¸ thµnh cña mét sè khÝ tÝnh theo 1 tÊn nhiªn liÖu tiªu chuÈn khi coi khÝ thiªn nhiªn
lµ 1 ®¬n vÞ ta cã thÓ so s¸nh nh− sau:
KhÝ thiªn nhiªn 1,0
Mazót 1,5
Propan, Butan 1,7
KhÝ lß kok 1,4
KhÝ lß cao 0,9
80
- KhÝ than tõ than ®¸ 2,3
KhÝ than tõ than bïn 4,5
Nhiªn liÖu cã gi¸ trÞ vµ thuËn lîi nhÊt lµ khÝ thiªn nhiªn. §èi víi nhiªn liÖu láng,
dÇu mazót cã vÞ trÝ quan träng v× nhiÖt n¨ng cao vµ viÖc vËn chuyÓn ®Õn nhµ m¸y hay
trong nhµ m¸y ®Õn chç dïng t−¬ng ®èi dÔ dµng.
ViÖc sö dông nhiªn liÖu r¾n tèt nhÊt th«ng qua lß khÝ hãa, v× nhiªn liÖu khÝ cã
nhiÒu −u viÖt h¬n. Song còng cÇn chó ý ®Õn ®iÒu kiÖn cô thÓ tõng n¬i, tõng s¶n phÈm vµ
tïy theo ®iÒu kiÖn kinh tÕ kü thuËt mµ dïng than hay khÝ than.
Nh÷ng lß hiÖn ®¹i lµm viÖc liªn tôc, tù ®éng hãa, nªn qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn
liÖu còng ph¶i ®−îc ®iÒu khiÓn tù ®éng. V× vËy ë nh÷ng lß nµy tèt nhÊt lµ dïng nhiªn liÖu
khÝ. Còng cã thÓ sö dông nhiªn liÖu láng ë nh÷ng lß nµy nh−ng do ®Æc ®iÓm cña mazót
khã ch¸y ë vßi phun.
ViÖc sö dông thiªn nhiªn r¾n trong lß c«ng nghiÖp ®Ó nung s¶n phÈm chÞu löa,
gèm ... trªn thÕ giíi ngµy cµng thu hÑp vµ nh−êng chç cho nhiªn liÖu khÝ, láng. Sö dông
nhiªn liÖu khÝ, láng dÔ ®iÒu khiÓn m«i tr−êng, nhiÖt ®é ë nh÷ng giai ®o¹n cÇn thiÕt trong
lß.
Lß quay s¶n xuÊt cement, nung c¸c vËt liÖu chÞu löa... cã thÓ dïng rÊt tèt nhiªn
liÖu khÝ, mazót. Song bªn c¹nh ®ã cã thÓ dïng nhiªn liÖu r¾n d¹ng bôi.
Lß tuyn-nen lµm viÖc ë nhiÖt ®é 1300 - 1400oC, nªn sö dông nhiªn liÖu khÝ,
mazót. Lß tuyn-nen nung gèm th« nh− g¹ch x©y dùng, cã thÓ dïng nhiªn liÖu r¾n ®−îc,
tèt h¬n c¶ lµ dïng nhiªn liÖu bôi.
Lß ®øng nung cement, v«i, ®olomÝt, samèt... ngoµi nhiªn liÖu khÝ vµ láng cã thÓ
dïng than Ýt chÊt bèc, Ýt tro vÝ dô than antraxÝt, than gÇy, than kok cã c−êng ®é c¬ häc
cao vµ ®é bÒn nhiÖt lín.
Lß nÊu thñy tinh nªn sö dông nhiªn liÖu khÝ s¹ch hoÆc mazót ®Ó tr¸nh bôi xØ lµm
bÈn thñy tinh, ë lß nåi cì nhá cã thÓ dïng than dµi löa.
3.3. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu.
3.3.1. Môc ®Ých vµ quy ®Þnh tÝnh to¸n.
Môc ®Ých tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu lµ x¸c ®Þnh ®−îc:
- L−îng kh«ng khÝ (lý thuyÕt vµ thùc tÕ) cÇn thiÕt ®Ó ch¸y nhiªn liÖu.
- L−îng s¶n phÈm ch¸y, thµnh phÇn cña nã vµ nhiÖt ®é ch¸y. NÕu nhiÖt ®é ch¸y
cña nhiªn liÖu lùa chän kh«ng ®¹t ®−îc nhiÖt ®é nung cña lß, th× ta ph¶i x¸c
®Þnh nhiÖt ®é cÇn thiÕt ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ (hoÆc c¶ nhiªn liÖu). Trªn c¬
së ®ã mµ quyÕt ®Þnh hay lùa chän thiÕt bÞ ®èt nãng kh«ng khÝ hoÆc nhiªn liÖu
®ã.
L−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y nhiªn liÖu vµ l−îng khÝ th¶i (s¶n phÈm ch¸y
hay khãi lß) ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së c©n b»ng vËt chÊt cña qu¸ tr×nh ch¸y.
NhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu x¸c ®Þnh trªn c¬ së c©n b»ng nhiÖt, bao gåm nhiÖt cña
nhiªn liÖu, kh«ng khÝ mang vµo vµ nhiÖt cña c¸c s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh.
Qu¸ tr×nh ch¸y ®−îc tÝnh to¸n kh«ng phô thuéc vµo l−îng nhiªn liÖu dïng, v×
l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y t¹o ra khÝ ch¸y nhiªn liÖu ®−îc x¸c
®Þnh theo mét ®¬n vÞ khèi l−îng hoÆc thÓ tÝch cña nhiªn liÖu vµ biÓu thÞ b»ng m3/kg. (mÐt
81
- khèi tiªu chuÈn theo kilogam nhiªn liÖu) hoÆc m3/m3(mÐt khèi tiªu chuÈn trªn mÐt khèi
tiªu chuÈn nhiªn liÖu).
NhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu - nhiÖt ®é lý thuyÕt cùc ®¹i cã thÓ cã, ®−îc x¸c ®Þnh theo
hµm nhiÖt cña khãi lß. NhiÖt ®é nµy còng kh«ng phô thuéc vµo l−îng nhiªn liÖu ch¸y
trong mét ®¬n vÞ thêi gian vµ x¸c ®Þnh víi ®é chÝnh x¸c cao.
Mçi tr−êng hîp tÝnh to¸n cÇn ph¶i liªn hÖ ®Õn nh÷ng ®iÒu kiÖn thùc tÕ ch¸y nhiªn
liÖu vµ nh÷ng ®Æc ®iÓm cña thiÕt bÞ nhiÖt. Trªn c¬ së thùc tÕ ®ã chóng ta lÊy hÖ sè kh«ng
khÝ d− cho phï hîp ®Ó ch¸y nhiªn liÖu. NhiÖt ®é thùc tÕ hay nhiÖt ®é t¸c dông cña khãi lß
®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng. V× nã phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau, vµ nh÷ng yÕu tè
®ã rÊt khã tÝnh to¸n.
Khi tÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu ta sö dông ®¬n vÞ chuÈn, tøc thÓ tÝch khÝ
øng víi 00C vµ ¸p suÊt 1 atm vµ ký hiÖu m3 chuÈn.
NhiÖm vô ®Çu tiªn khi tÝnh to¸n sù ch¸y nhiªn liÖu lµ ph¶i x¸c ®Þnh thµnh phÇn
lµm viÖc cña nhiªn liÖu, sau ®ã x¸c ®Þnh nhiÖt sinh cña nã theo c¸c c«ng thøc ë trªn.
Trong thµnh phÇn lµm viÖc sÏ cã l−îng h¬i Èm cña nhiªn liÖu r¾n hoÆc l−îng h¬i Èm ë
tr¹ng th¸i c©n b»ng trong nhiªn liÖu khÝ.
3.3.2 L−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y nhiªn liÖu.
§Ó tÝnh l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt khi ch¸y nhiªn liÖu ta dùa vµo c¸c ph−¬ng tr×nh
c©n b»ng vËt chÊt cña c¸c ph¶n øng ch¸y. Khi tÝnh to¸n ta lÊy thµnh phÇn thÓ tÝch cña
kh«ng khÝ lµ N2 - 79% vµ 21%.
Kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ( α =1).
Víi nhiªn liÖu khÝ nh− khÝ than, lß koks, khÝ lß cao:
4,762 CO + H 2
Lo = + 2 CH 4 + 3C 2 H 4 + 1,5H 2 S − O 2 )
(
100 2
CO, H2, CH4, C2H4, SO2 – thµnh phÇn trong khÝ m3 tch/ m3 tch , % thÓ tÝch.
Víi nhiªn liÖu láng vµ r¾n:
Lo = 0,0889 CL +0,265H - 0,0333(01 - S1) , m3ch/kg
C1, H1, O1, S1- Thµnh phÇn lµm viÖc cña nhiªn liÖu.
Do ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu, cÊu t¹o ghi, lß nung, ®Æc ®iÓm cña nhiªn liÖu. H¬n
n÷a trong qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu, giã vµ nhiªn liÖu cã xu h−íng chuyÓn ®éng t−¬ng
®èi víi nhau. Sù chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi nµy dÔ dµng cã mét l−îng «xy trong kh«ng khÝ
ch−a kÞp ph¶n øng víi nhiªn liÖu ®· bÞ lo¹i ra ngoµi. Do ®ã l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ
dïng th−êng cao h¬n so víi lý thuyÕt. L−îng kh«ng khÝ thùc tÕ:
Lα = α Lo m3 tch/ m3 tch hoÆc m3 tch/kg
α - hÖ sè kh«ng khÝ d−.
L−îng kh«ng khÝ d− so víi lý thuyÕt ®−îc x¸c ®Þnh:
Ld− = (α - 1)Lo m3 tch/m3 tch hay m3 tch/kg
Nhiªn liÖu cã thÓ ch¸y hoµn toµn víi l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt chØ trong tr−êng
hîp nÕu nhiªn liÖu ®−îc trén ®Òu víi kh«ng khÝ ®Ó ch¸y vµ hçn hîp ch¸y ë d¹ng khÝ. NÕu
®ã lµ nhiªn liÖu láng th× ë thiÕt bÞ ®èt nã ph¶i ®−îc khÝ hãa s¬ bé.
82
- Trong thùc tÕ s¶n xuÊt rÊt khã ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn trªn, cho nªn nhiªn liÖu ®Òu
ch¸y víi hÖ sè kh«ng khÝ d−. Th«ng th−êng nhiªn liÖu khÝ, mazót vµ than bôi ch¸y hoµn
toµn víi hÖ sè kh«ng khÝ d− α = 1,05 ÷ 1,25.
Nhiªn liÖu khÝ dÔ ch¸y do dÔ trén lÉn víi kh«ng khÝ cho nªn th−êng ch¸y víi hÖ sè
kh«ng khÝ d− nhá α = 1,00 ÷1,1.
Nhiªn liÖu láng, nÕu ®−îc khÝ hãa s¬ bé vµ trén tèt víi kh«ng khÝ hÖ sè ®ã cã thÓ
gi¶m xuèng = 1,00 -1,05.
KhÝ ch¸y antraxÝt hay than bïn trong buång ®èt c¬ khÝ, vµo than vµ ra xØ liªn tôc
hÖ sè kh«ng khÝ d− α =1,3 ÷1,4. ë buång ®èt thñ c«ng ®èi víi antraxÝt α =1,4 than ®¸ α
= 1,5 - 1,6, than n©u α =1,6 - 1.8
ë buång ®èt b¸n khÝ ®¬n gi¶n, hÖ sè α gi¶m xuèng 1,1 - 1,2.
NÕu ch¸y nhiªn liÖu r¾n trong lß ®øng hÖ sè kh«ng khÝ d− ë z«n nung α = 1,2 - 1,3, trong
lß vßng α dao ®éng nhiÒu tõ 1,5 - 2,0 ®Õn 4,0 - 5,0 hoÆc h¬n, v× kh«ng khÝ hót vµo lß qua
khe hë.
Trong kh«ng khÝ cã chøa mét l−îng h¬i n−íc nhÊt ®Þnh cã thÓ biÕt qua hµm Èm d
(gam Èm/kg kkkh«), nªn thÓ tÝch kh«ng khÝ Èm:
L’0 = (1+ 0,016d).Lo, m3 tch/ m3 tch hoÆc m3 tch/kg
L’α = (1+ 0,016d).Lα , m3 tch/ m3 tch hoÆc m3 tch/kg
1,293
0,0016 = lµ hÖ sè qui ®æi tõ ®¬n vÞ träng l−îng kh«ng khÝ Èm tÝnh
0,804.1000
b»ng gam/kgkkkh« ra ®¬n vÞ thÓ tÝch cña khÝ Èm chøa trong 1m3 tiªu chuÈn kh«ng khÝ
kh«.
Chó ý: PhÇn Èm sÏ lµm t¨ng thÓ tÝch kh«ng khÝ lªn kho¶ng1,5% khi tÝnh nhiÖt cho lß
nung cã thÓ bá qua phÇn Èm nµy. Nh−ng khi tÝnh ®èi víi lß sÊy hµm Èm d cña kh«ng
khÝ kh«ng ®−îc bá qua.
3.3.3. L−îng vµ thµnh phÇn s¶n phÈm ch¸y.
Khi ch¸y nhiªn liÖu hoµn toµn th× nh÷ng s¶n phÈm thu ®−îc ®Òu ë d¹ng khÝ nh−
CO2, H2O, N2, O2 vµ SO2 nÕu nhiªn liÖu cã chøa l−u huúnh. V× s¶n phÈm ch¸y hay khãi
lß ®Òu ë nhiÖt ®é 100o cho nªn h¬i Èm ®Òu n»m ë tr¹ng th¸i h¬i.
ThÓ tÝch chung cña khãi lß khÝ ch¸y nhiªn liÖu víi hÖ sè khong khÝ d− α, b»ng
tæng thÓ tÝch c¸c thµnh phÇn.
Vα = Vco2 + VH2O + VN2 + VO2 + VSO2
Víi nhiªn liÖu khÝ nh− khÝ than, khÝ lß KOKs, khÝ lß cao.
VCO2 = 0,01 (CO2 + CO + CH4 + 2C2H4) , m3 tch/m3 tch
0,16 Lα l−îng h¬i n−íc do kh«ng khÝ mang vµo khi hµm Èm cña nã lµ d (g Èm/kg
kkkh«).
VSO2 = 0,01 H2S , m3 tch/m3 tch.
VH2O = 0,01 (H2 + 2CH4 + 2C2H4 + H2S + H2O + 0,16 dLα ) , m3 tch/m3 tch
VN2 = 0,01 N2 + 0,79Lα , m3 tch/m3 tch
83
- m3 tch/m3 tch
VO2 = 0,21 (α - 1) Lo
Tæng hîp:
Vα = 0,01 (CO2 + CO + H2 + 3CH4 + 4C2H2 + 2H2S + H2O + N2)+ LO(α+0,0016 dLα -
0,21) , m3 tch/m3 tch
CO2 CO… phÇn tr¨m % thÓ tÝch nhiªn liÖu khÝ lµm viÖc.
Víi nhiªn liÖu r¾n vµ láng.
VCO2 = 0,0186 C1 , VSO2 = 0,007S1
VH 2 O = 0,112H1 + 0,0124 (W1 + 100Wh) + 0,0016dLα
= 0,79Lα + 0,008N1 , VO 2 = 0,21 (α - 1) Lo
VN 2
Tæng hîp:
V = 0,01 [1,86C1 + 0,7S1 + 11,2H1 + 1,24 (W1 + 100Wh) + 0,08N1 ]
+ Lo (α + 0,0016dLα - 0,21) , m3 tch/kg.
C1, H1, S1, W1, No. t−¬ng øng thµnh phÇn lµm viÖc % khèi l−îng.
Wh - l−îng h¬i n−íc ®Ó biÕn nhiªn liÖu láng thµnh d¹ng bôi kg/kg nhiªn liÖu.
NÕu biÕt l−îng khÝ riªng vµ chung, ta dÔ dµng x¸c ®Þnh thµnh phÇn phÇn tr¨m cña
khÝ ®ã trong khãi lß. L−îng khãi lß tæng trong mét ®¬n vÞ thêi gian x¸c ®Þnh b»ng:
Nm3/h
Vk = BVα
B - l−îng nhiªn liÖu tiªu tèn trong 1 giê m3 tch/h hay kg/h
NhiÒu tr−êng hîp l−îng khãi lß t¨ng lªn do kh«ng khÝ lät vµo lß qua khe hë. Khi
®ã l−îng kh«ng khÝ d t¨ng lªn tíi α = 4,0 ÷ 4,5 vµ l−îng khãi lß thùc tÕ th¶i qua thiÕt bÞ
hót giã (èng khãi, qu¹t hót) lµ:
Vkt = B [Vα + (αc - 1) Lo] , m3 tch/h
αc - hÖ sè d− cña lß tõ lóc ®èt ®Õn ch©n èng khãi hay qu¹t hót.
ë mét sè lß, l−îng khãi lß cßn ph¶i kÓ ®Õn l−îng khÝ do ph©n hñy vËt liÖu nung nh− CO2
khi ph©n hñy ®¸ v«i (CaCO3 ) vµ h¬i n−íc khi lo¹i trõ Èm vµ ph©n hñy caolinit.
3.3.4. NhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu.
Ch¸y nhiªn liÖu trong lß cã thÓ tiÕn hµnh b»ng hai c¸ch:
- Ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu ë buång ®èt råi dÉn s¶n phÈm ch¸y vµo lß.
- Ch¸y nhiªn liÖu trùc tiÕp trong lß gi÷a vËt liÖu nung.
- §«i khi cã thÓ kÕt hîp hai c¸ch trªn, nghÜa lµ qu¸ tr×nh ch¸y b¾t ®Çu ë buång ®èt
vµ kÕt thóc t¹i lß nung.
ChÕ ®é nhiÖt ®é trong lß phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn cña qu¸ tr×nh ch¸y, cÊu tróc cña
thiÕt bÞ ®èt, cÊu tróc cña kho¶ng lµm viÖc cña lß. §ång thêi chÕ ®é nhiÖt ®é trong lß ®−îc
duy tr× bëi sù ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ch¸y. NÕu ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh ch¸y ®óng quy tr×nh kü
thuËt, ta cã thÓ ®¹t ®−îc nhiÖt ®é cùc ®¹i cã thÓ cã. V× vËy víi mçi lo¹i nhiªn liÖu lùa
chän vµ ph−¬ng ph¸p ®èt cã thÓ ®¶m b¶o chÕ ®é trong lß ®−îc.
84
- Khi tÝnh to¸n nhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu, quan träng h¬n c¶ lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc
nhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ trong ®iÒu kiÖn cô thÓ cña lß vµ ph−¬ng ph¸p ®èt. Song cã nhiÒu
nh©n tè khã x¸c ®Þnh, nªn chØ cã thÓ tÝnh gÇn ®óng mµ th«i.
Ng−êi ta ph©n biÖt 3 nhiÖt ®é ch¸y nhiªn liÖu.
- NhiÖt ®é calo.
NhiÖt ®é calo lµ nhiÖt ®é ®¹t ®−îc trong ®iÒu kiÖn ch¸y hoµn toµn vµ tÊt c¶ nhiÖt sinh cña
nhiªn liÖu, nhiÖt lÝ häc cña nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ mang vµo chØ dïng ®Ó ®èt nãng s¶n
phÈm ch¸y.
Qtl + C n t n + C kk t kk Lα
tc =
Vα C k
Q l - nhiÖt sinh cña nhiªn liÖu lµm viÖc, kj/kg. Cn ,, tn- tû nhiÖt vµ nhiÖt ®é cña
t
nhiªn liÖu
Ckk , tkk - tû nhØÖt (kj/m3.®é) vµ nhiÖt ®é (oC) cña kh«ng khÝ.
Lα - l−îng kh«ng khÝ thùc tÕ ®Ó ch¸y 1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu.
Ck- tû nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y, Kj/m3.®é
NÕu tn = 0, tkk = 0 vµ α = 1, th× nhiÖt ®é calo chØ phô thuéc vµo thµnh phÇn hãa häc cña
nhiªn liÖu. NhiÖt ®é Calo cùc ®¹i cã thÓ ®¹t ®−îc khÝ α = 1.
- NhiÖt ®é lý thuyÕt.
ë nhiÖt ®é cao cã sù ph©n ly CO2 vµ H2O theo ph¶n øng:
1
CO2 → CO + O2 - (12.500 + 12.300) , kj/m3 tch
2
1
H 2O → H 2 + O2 - (11.200 + 10.900) , j/m3 tch
2
V× vËy, ë nhiÖt ®é cao viÖc ch¸y CO vµ H2 kh«ng thùc hiÖn ®Õn cïng vµ s¶n phÈm
ch¸y vÉn chøa CO vµ H2 mÆc dï ë nhiÖt ®é cao vµ cã mÆt oxy tù do. KhÝ CO vµ H2 ®ã sÏ
tiÕp tôc ch¸y nèt trong lß ë nhiÖt ®é thÊp h¬n. Ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh, khi nhiÖt ®é ch¸y
b»ng 1600o víi hµm l−îng CO2 trong khãi lß lµ 10% th× l−îng CO2 bÞ ph©n ly kh«ng qu¸
1,5% vµ møc ®é ph©n ly khÝ CO2 vµ H2O chØ kÓ ®Õn nÕu nhiÖt ®é ch¸y trªn 1600oC. Møc
®é ph©n ly khÝ CO2 vµ H2O phô thuéc vµo nhiÖt ®é ch¸y vµ ¸p suÊt riªng phÇn cña chóng
cho trong biÓu ®å h×nh 3-2 vµ 3-3.
Nh− vËy, ë nhiÖt ®é ch¸y cao (h¬n 1600oC), cßn ph¶i tiªu tèn mét n¨ng l−îng Qph
®Ó thùc hiÖn ph¶n øng ph©n hñy CO2 vµ H2O. Do ®ã nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cã thÓ x¸c
®Þnh:
Qtl + C n n + C kk t kk Lα − Q ph
t
t lt =
Vα C k
VËy nhiÖt ®é lý thuyÕt lµ nhiÖt ®é khi ch¸y hoµn toµn nhiªn liÖu, ®ång thêi toµn bé
nhiÖt sinh, nhiÖt lý häc cña nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ sau khi tiªu tèn mét Ýt ®Ó ph©n ly s¶n
phÈm ch¸y chØ dïng ®Ó ®èt nãng s¶n phÈm ch¸y.
ë nhiÖt ®é d−íi (1500 – 1600)oC nhiÖt ®é lý thuyÕt sÏ kh«ng kh¸c nhiÖt ®é Calo,
v× ë nhiÖt ®é thÊp sÏ kh«ng cã sù ph©n ly CO2 vµ H2O. NhiÖt ®é Calo vµ nhiÖt ®é lý
85
- thuyÕt cã thÓ x¸c ®Þnh theo hµm nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y vµ th«ng th−êng ng−êi ta dïng
b¶ng ®Ó tÝnh.
nh 3-2. §é ph©n ly CO2 theo nhiÖt ®é
§ ph©n ly a
é
§é ph©n ly a
H×nh 3-3. §é ph©n ly HO theo nhiÖt ®é
- NhiÖt ®é thùc tÕ
Thùc tÕ trong lß c«ng nghiÖp, qu¸ tr×nh ch¸y thùc hiÖn ®ång thêi víi qu¸ tr×nh trén
kh«ng khÝ víi nhiªn liÖu. C¶ hai qu¸ tr×nh nµy cã ¶nh h−ëng ®Õn l−îng nhiÖt táa ra vµ
nhiÖt ®é ch¸y cña nhiªn liÖu. V× vËy cÇn ph¶i kÓ ®Õn ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh trén vµ ch¸y
hay viÖc ch¸y kh«ng hoµn toµn v× trén kh«ng khÝ víi nhiªn liÖu ch−a hoµn chØnh. KÕt qu¶
møc ®é táa nhiÖt phô thuéc kh«ng chØ vµo ®é ph©n ly s¶n phÈm ch¸y mµ cßn vµo ®é ch¸y
kh«ng hoµn toµn vÒ hãa häc, nghÜa lµ cã mét sè thµnh phÇn ch¸y cña nã theo khÝ th¶i.
Nguyªn nh©n chÝnh g©y nªn tæng thÊt hay hiÖn t−îng ch¸y kh«ng hoµn toµn hãa
häc lµ v× kÕt cÊu thiÕt bÞ ®èt kh«ng hoµn chØnh, nhiÖt ®é qu¸ thÊp, cÊp nhiÖt qu¸ nhiÒu tõ
ngän löa cho ®Õn vËt liÖu, tèc ®é chuyÓn ®éng cña khÝ qu¸ lín. Trong ®iÒu kiÖn nh− vËy
c¸c ph¶n øng ch¸y kh«ng kÞp hoÆc kh«ng ®ñ ®iÒu kiÖn thùc hiÖn ®Õn cïng. Cho nªn ch¸y
kh«ng hoµn toµn vµ phô thuéc nhiÒu vµo sù tæ chøc qu¸ tr×nh ch¸y, chÕ ®é nhiÖt ®é ch¸y
vµ chÕ ®é th«ng giã trong lß.
ViÖc tæ chøc ch¸y nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é thÊp (999-1000)oC, mÆc dï trén kh«ng khÝ
tèt, kh«ng khÝ d− ®¹t yªu cÇu vÉn cã ®é ch¸y kh«ng hoµn toµn lín h¬n so víi khÝ ch¸y ë
nhiÖt ®é cao. ë nhiÖt ®é cao tuy cã sù ph©n ly s¶n phÈm ch¸y thµnh Hydro,CO nh−ng ®Õn
®o¹n nhiÖt ®é thÊp (1500-1600)oC chóng l¹i ch¸y vµ táa nhiÖt.
NÕu cung cÊp kh«ng khÝ ®Çy ®ñ, tæ chøc ch¸y tèt th× sÏ h¹ thÊp møc ®é ch¸y
kh«ng hoµn toµn. NÕu trong khÝ th¶i kh«ng ®−îc phÐp cã mÆt oxy tù do th× tæn thÊt do
ch¸y kh«ng hoµn toµn lµ kh«ng thÓ tr¸nh ®−îc.
§é ch¸y kh«ng hoµn toµn c¬ häc còng gi¶m l−îng nhiÖt táa ra v× khi ®ã mét phÇn
ch¸y ®−îc cña nhiªn liÖu ®äng l¹i trong tro xØ vµ ph¶i tiªu tèn mét phÇn nhiÖt ®Ó ®èt
nãng chung.
86
- Ngoµi ra khi ch¸y, ngän löa sÏ cÊp nhiÖt cho vËt liÖu nung, t−êng lß vµ tæn thÊt
nhiÖt ta m«i tr−êng xung quanh.
V× nh÷ng nguyªn nh©n trªn, nªn nhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ cña nhiªn liÖu sÏ thÊp h¬n
nhiÒu so víi nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt. NhiÖt ®é nµy còng lu«n lu«n cao h¬n nhiÖt ®é vËt
liÖu nung vµ nhiÖt ®é mÆt trong cña t−êng lß.
Khãi lß trong lß nung cã nhiÖt ®é kh«ng ®ång ®Òu theo thÓ tÝch, v× vËy khi tÝnh
to¸n ta x¸c ®Þnh nhiÖt ®é thùc tÕ trung b×nh cña khãi lß øng víi z«n kh¶o s¸t theo c«ng
thøc sau:
Qt + C n t n + C kk t kk Lα + Q f − Q fh − Qtt
tt =
Vα C k
Qf - nhiÖt táa phô
Qtt - nhiÖt tæn thÊt
C¸c th«ng sè Qf, Qfh, Qtt thùc tÕ rÊt khã tÝnh to¸n. V× vËy ng−êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh
gÇn ®óng qua thùc nghiÖm b»ng thøc sau:
tt = tc . ηρ
b¶ng 3.11 ηρ : hÖ sè piromet phô thuéc vµo d¹ng nhiªn liÖu, kÕt cÊu lß.
ηo
KiÓu lß nung Nhiªn liÖu dïng
Lß phßng löa ®¶o gi¸n ®o¹n khÝ 0.73-0.78
r¾n 0.66-0.70
Lß tuynnen nung nung g¹ch chÞu löa khÝ, mazót 0.70-0.80
Lß tuynnen nung ®å gèm sø - 0.65-0.75
Lß ®øng khÝ 0.67-0.73
R¾n 0.52-0.62
Lß nåi buång håi nhiÖt gi¸n ®o¹n khÝ 0.60-0.70
Lß bÓ víi buång håi nhiÖt gi¸n ®o¹n khÝ 0.7-0.75
Lß bÓ víi buång håi nhiÖt liªn tôc - 0.75-0.85
Lß quay khÝ, bôi, mazót 0.70-0.75
3.5. NhiÖt ®é cÇn ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ.
Khi lùa chän nhiªn liÖu cho lß, chóng ta ph¶i kiÓm tra hoÆc tÝnh nhiÖt ®é ch¸y
nhiªn liÖu. NÕu nhiÖt ®é nµy phï hîp víi yªu cÇu th× kh«ng cÇn ph¶i ®èt nãng s¬ bé
kh«ng khÝ hoÆc nhiªn liÖu hoÆc c¶ hai. Ng−îc l¹i, nÕu nhiÖt ®é ch¸y thÊp h¬n so víi yªu
cÇu th× ph¶i t×m c¸ch t¨ng nhiÖt ®é ch¸y cña nã b»ng c¸ch ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ hoÆc
nhiªn liÖu hoÆc c¶ hai.
Dùa theo c«ng thøc: tK = tcalo.ηp vµ t k C kVk = Qt + C n t n + Lkk t kk C kk
Hµm nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y øng víi 1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é calo.
QK = VK CK tK Kj/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu.
Vk - thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y m3/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu
Ck - tû nhiÖt cña s¶n phÈm ch¸y Kj/m3, ®é
87
- L−îng nhiÖt lý häc do kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu:
∆Q1 = QK - Qlt Kj/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu
Do ®ã nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu (khÝ) tr−íc khi vµo ch¸y x¸c ®Þnh:
∆Q 1 o
t= C
Vα C kk + C n
Vα thÓ tÝch kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y mét ®¬n vÞ nhiªn liÖu víi hÖ sè d− α, m3/®v
nhiªn liÖu.
CKK- tû nhiÖt cña kh«ng khÝ, Kj/m3, ®é
Cn- tû nhiÖt cña nhiªn liÖu , Kj/m3, ®é
NÕu nhiªn liÖu cña khÝ ®· ®−îc ®èt nãng s¬ bé hoÆc ë lß khÝ hãa ra ®· cã nhiÖt ®é tn, th×
t−îng nhiÖt do kh«ng khÝ mang vµo ph¶i cã:
∆Q2 = QK - Qlt - Cn tn Kj/1 ®¬n vÞ nhiªn liÖu
Do ®ã nhiÖt ®é cÇn ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ lµ:
∆Q 2 o
tkk = C
Vα + C kk
NhiÖt ®é tÝnh to¸n ë trªn lµ nhiÖt ®é tèi thiÕu mµ kh«ng khÝ hoÆc nhiªn liÖu ph¶i
®¹t ®−îc. Song trong thùc tÕ nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ hay nhiªn liÖu khÝ ®−îc ®èt nãng ®Õn
nhiÖt ®é cao h¬n so víi tÝnh to¸n. ViÖc ®èt nãng s¬ bé kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu khÝ ch¼ng
nh÷ng ®¶m b¶o yªu cÇu cÇn kü thuËt mµ cßn tiÕt kiÖm ®−îc nhiªn liÖu.
4. ThiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu.
4.1. ThiÕt bÞ ®èt nhiªn liÖu r¾n.
MÆc dï nhiªn liÖu r¾n cã nh÷ng ®Æc ®iÓm nhÊt ®Þnh so víi nhiªn liÖu khÝ vµ láng
khi dïng trong lß c«ng nghiÖp. Song cho ®Õn nay nã còng ®−îc sö dông, nhÊt lµ trong kü
thuËt gèm th«, cement... ë c¸c n−íc cã nÓn kinh tÕ kh¸, nhiªn liÖu r¾n ®ang bÞ thay dÇn
bëi nhiªn liÖu khÝ vµ láng.
4.1.1. Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh khi ch¸y nhiªn liÖu.
Khi nhiªn liÖu ch¸y trªn ghi ®èt, nhiªn liÖu lÇn l−ît qua 4 qu¸ tr×nh: sÊy, t¸ch chÊt
bèc, ch¸y than koks vµ cÆn koks trong tro, cuèi cïng t¹o ra tro xØ (H×nh 3-4).
88
- ë giai ®o¹n sÊy h¬i Èm t¸ch ra, nÕu qu¸ nhiÒu h¬i Èm th× mét mÆt ph¶i tiªu tèn n¨ng
l−îng ®Ó bèc h¬i Èm ®ã, mÆt kh¸c nhiªn liÖu kh«ng chuÈn bÞ kÞp ®Ó ®i vµo z«n ch¸y.
Trong giai ®o¹n t¸ch vµ ch¸y chÊt bèc còng cÇn nhiÖt vµ kh«ng khÝ. ChÊt bèc t¸ch
ra, mét phÇn ch¸y ngay ë ®ã nh−ng phÇn lín ch¸y ë kho¶ng kh«ng cña buång ®èt, nghÜa
lµ trªn líp nhiªn liÖu.
Sau khi t¸ch chÊt bèc, phÇn Koks cßn l¹i sÏ ®−îc ch¸y trong tr¹ng th¸i nung ®á. ë ®©y
c¸c ph¶n øng oxy hãa tiÕn hµnh m·nh kiÖt ®Ó t¹o ra khÝ CO2 vµ H2O. Khi ch¸y, xung
quanh h¹t koks t¹o ra líp tro xØ kh«ng lo¹i trõ hoµn toµn th× khi th¸o xØ ra ngoµi sÏ cã
nhiÒu h¹t koks ®i theo.
Kh«ng khÝ vµo buång ®èt ®−îc ®èt nãng s¬ bé khi ®i qua líp xØ, ®iÒu ®ã cµng xóc
tiÕn qu¸ tr×nh oxy hãa líp than koks. Song mét phÇn O2 vÉn ®i qua líp than vµo buång ®Ó
ch¸y nèt chÊt bèc vµ c¸c h¹t koks bay theo dßng khÝ.
Theo dßng kh«ng khÝ vµo líp koks nung ®á, ®Çu tiªn chóng ph¶n øng sau:
C + O2 = CO2 + 566 . 474 Kj
2C + O2 = 2CO + 232 . 384 Kj
C + H2O = CO + H2 Kj
C + 2H2O = CO2 + 2H2 Kj
89
- Cµng lªn phÝa trªn, CO, H2 l¹i ch¸y tiÕp trong dßng khÝ chøa nhiÒu oxy vµ nhiÖt ®é cao
theo
2CO + O2 = 2CO2
2H2 + O2 = 2H2O
Hçn hîp khÝ cuèi cïng chøa CO2, H2), N2, O2 (d− cña kh«ng khÝ) vµ bôi xØ.
NÕu ch¸y nhiªn liÖu trong buång b¸n khÝ, l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ch¸y hoµn
toµn nhiªn liÖu sÏ chia lµm 2 phÇn gÇn b»ng nhau. Kh«ng khÝ thø nhÊt ®i qua líp nhiªn
liÖu ®Ó tiÕn hµnh c¸c ph¶n øng oxy hãa khö ë trªn. §Ó t¨ng hµm l−îng H2 t¹o ra, ng−êi ta
pha thªm mét Ýt h¬i n−íc vµo kh«ng khÝ thø nhÊt. V× kh«ng ®ñ oxy, nªn khÝ CO, H2
kh«ng bÞ ch¸y tiÕp hoÆc chØ bÞ ch¸y mét phÇn theo dßng khÝ ë phÝa trªn líp than koks
nung ®á. KÕt qu¶ khi ra khái líp than khÝ chøa nhiÒu CO, H2 vµ c¸c khÝ ch¸y ®−îc kh¸c
(do t¸ch chÊt bèc). C¸c khÝ nµy sÏ ®−îc ch¸y hoµn toµn bëi kh«ng khÝ thø hai thæi phÝa
trªn buång vµo lß (h×nh 3-5).
H×nh 3 - 5. Buång ®èt b¸n khÝ.
1. Kh«ng khÝ thø nhÊt. 2.Kh«ng khÝ thø hai.
Víi ph−¬ng ph¸p nµy ta cã thÓ t¨ng chiÒu dµi ngän löa vµ ®−a khu vùc ch¸y hoµn toµn
vµo z«n nung. §ång thêi nhiÖt ®é z«n oxy hãa khö (koks nung ®á) sÏ h¹ thÊp cßn (700
– 1000)oC chø kh«ng qu¸ cao nh− trong buång ®èt hoµn toµn (trªn 1200oC).
§Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy, chiÒu cao líp nhiªn liÖu th«ng th−êng gÊp ®«i víi buång
®èt ch¸y hoµn toµn vµ phô thuéc vµo lo¹i nhiªn liÖu dïng (xem b¶ng 3-12 ) ngoµi ra
chiÒu dµy líp cßn phô thuéc vµo ®é Èm cña than vµ kÝch th−íc cña than. Líp than cµng
dµy th× thµnh phÇn b¸n khÝ cµng tèt. §é Èm vµ kÝch th−íc than cµng lín th× chiÒu dµy cña
líp than cµng cao.
90
nguon tai.lieu . vn
