Ths. Nguyễn Chiến Thắng, TS. Hoàng Tiến Dũng, PGS.TS. Trần Gia Mỹ, TS. Lê Đức Dũng.
Bài báo trình bày tổng quan tài liệu nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về nhiệt độ bắt cháy, nồng độ bột than hợp lý của than antraxit chất bốc thấp và than bitum chất bốc cao. Trên cơ sở kế thừa những nghiên cứu đã đạt được trong nghiên cứu thực nghiệm, xác định ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc trong than trộn đến hiệu suất lò hơi tại NMNĐ Ninh Bình
1. MỞ ĐẦU
Than Antraxit Quảng Ninh dùng trong nhà máy điện chủ yếu là than cám 4, 5, 6 theo TCVN, cháy ít khói, hàm lượng các bon (C) cao (trung bình 60%), chất bốc (VC) thấp (từ 3% đến 7%), lưu huỳnh (S) thấp (0,6%, có thể lên đến 1,4 % đối với than Vàng Danh), tro (A) cao (từ 25% đến 36%), khó bắt cháy. Tổng số hàm lượng oxít silic và oxít nhôm trong thành phần oxit trong tro đều lớn hơn 80%, tro khó nóng chảy (1), (2),(3)
Để than antraxit bắt lửa sớm và ổn định cần: nâng cao nồng độ bột than trong dòng hỗn hợp gió cấp 1; chọn độ mịn bột than thích hợp; nâng cao nhiệt độ gió cấp 1 và nhiệt độ gió nóng; tăng cư¬ờng hồi l¬ưu khói nóng vào vùng bắt lửa của bột than; đắp đai cháy cách nhiệt để tăng cư¬ờng nhiệt bức xạ trong vùng bắt lửa; Tăng cư¬ờng thời gian lưu của dòng hỗn hợp trong vùng bắt lửa; lựa chọn tỉ lệ gió cấp 1/cấp 2 tối ưu (1), (2),(3).
Như vậy, do chất bốc của than antraxit thấp nên phải cần đến những giải pháp phức tạp. Chất bốc của than có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy than. Chất bốc càng nhiều thì than càng xốp, vì vậy than càng dễ bắt lửa và cháy kiệt. Than Antraxit Việt Nam có chất bốc thấp nên rất khó bắt lửa và đòi hỏi nhiệt độ bắt cháy cao.
Để than antraxit cháy sớm hơn và kiệt hơn cần tăng chất bốc bằng trộn than antraxit nội địa với than nhập khẩu có chất bốc cao hơn nhiều lần. Cũng xuất phát từ quan điểm này, Hội Khoa học Kỹ thuật Nhiệt Việt Nam đề xuất Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước: “Nghiên cứu công nghệ đốt than trộn của than khó cháy với than nhập khẩu dễ cháy nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu tại các nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam”.
Cùng với các kết quả thu được từ các thí nghiệm đốt than trộn tại NMNĐ Ninh Bình và các thông tin liên quan đã được trình bày trước đây, trong bài báo này chúng tôi tiếp tục trình bày các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc trong than trộn đến hiệu suất lò hơi tại NMNĐ Ninh Bình.
2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
2.1. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trước đây
1. Nhiệt độ bắt lửa (1), (2),(3)
Hàm lượng chất bốc của than ảnh hưởng rất lớn đến sự bắt lửa, chất bốc càng thấp thì nhiệt độ bắt lửa càng cao, lượng nhiệt yêu cầu để đạt tới trạng thái bắt lửa càng lớn. Ngược lại, độ tro và độ ẩm của than càng cao thì nhiệt độ bắt lửa và nhiệt lượng yêu cầu để đạt tới trạng thái bắt lửa càng lớn.
Nhiệt độ bắt lửa của dòng bột than chủ yếu phụ thuộc vào chất bốc của than, vào điều kiện gia nhiệt và tản nhiệt của dòng hỗn hợp ở đầu ra vòi phun trong buồng lửa. Tại đầu ra vòi phun dòng hỗn hợp bột than được bao bọc bởi dòng gió cấp 1 và cấp 2 và được gia nhiệt bởi dòng khói nóng có nhiệt độ cao hồi lưu. Vì vậy quá trình bắt lửa vừa cưỡng bức vừa tự nhiên. Điều kiện tới hạn của sự bắt lửa được biểu thị bằng hệ phương trình:
Đưa Q1 và Q2 vào hệ phương trình điều kiện tới hạn của sự bắt lửa ở trên, có thể tìm được nhiệt độ tới hạn của sự bắt lửa Tblv và nhiệt độ môi trường của môi chất cần thiết T để gia nhiệt cho dòng hỗn hợp cũng như lượng nhiệt bắt lửa Qbl.
Đại lượng đặc trưng cho quá trình tự bắt lửa là chỉ số hoạt tính T15. Đây là nhiệt độ tại thời điểm tốc độ tự gia nhiệt đạt 15oC/1giây trong quá trình nung mẫu bột than thí nghiệm ở điều kiện giàu ôxy. Nếu chỉ số T15 cao có nghĩa là hoạt tính của than thấp và do đó khó bắt lửa. Khi than có chỉ số T15 lớn hơn 280 thì khó bắt lửa (3).
Chỉ số hoạt tính phụ thuộc vào chất bốc của than và được tính theo công thức sau (3): T15 = 229,7 – 0,01041 (VC – 27.5)3
Trong đó VC là chất bốc trong than.
Chỉ số hoạt tính (RI) là khái niệm mà Foster Wheeler đưa ra để đánh giá khả năng bắt cháy của than. RI được thể hiện bằng nhiệt độ bắt đầu cháy của mẫu than được đặt trong thiết bị thí nghiệm tiêu chuẩn khi được gia nhiệt dần lên. Như vậy, RI cũng tương đương với nhiệt độ bắt cháy mà lâu nay chúng ta vẫn quen sử dụng. Đồ thị mối quan hệ giữa RI và hàm lượng chất bốc mẫu cháy do Foster Wheeler xác định cũng hoàn toàn phù hợp với công thức thực nghiệm trên 3 (xem hình 1).
Chỉ số cháy bột than (FI) được xác định trong lò nung thí nghiệm như sau: Nhiệt độ của lò nung được nâng dần lên; Đưa ô xy và bột than vào; Bột than cháy ở nhiệt độ nào thì nhiệt độ đó được gọi là FI. Kết quả thí nghiệm của Alsthom cho thấy, chỉ số FI của bột than antraxit Việt Nam cũng rất cao, nó dao động trong khoảng 625-800oC, trung bình FI =700 độC.
Đối với thí nghiệm trong môi trường có dòng khói nóng hồi lưu (lò thực), nhiệt độ bắt cháy của bột than antraxit lên tới 1000oC trong khi với than nâu là 550 độC(3).
