Đặc tính nhiên liệu rắn sử dụng trong các lò hơi công nghiệp

 

NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRONG CÁC LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP

Trong các lò hơi công nghiệp thường sử dụng một số loại nhiên liệu sau:

 Nhiên liệu hóa thạch, gồm có: than (than cám, than đá), dầu (dầu DO, dầu FO), khí (khí LPG, khí thiên nhiên, khí CNG, khí LNG);

 Nhiên liệu sinh khối, gồm có: trấu (vỏ trấu rời, viên nén, thanh củi), mùn cưa (dưới dạng hạt nhỏ hoặc bột, viên nén, củi thanh), dăm bào, gỗ vụn, bã mía, vỏ hạt điều,….

Mục đích của tài liệu là cung cấp các thông tin giúp doanh nghiệp thuận lợi khi chuyển đổi các lò hơi đốt than sang đốt sinh khối. Do đó mục này cũng chủ yếu tập trung vào nhiên liệu rắn.

MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA NHIÊN LIỆU RẮN

1. Thành phần công nghệ (Phân tích tương đối)

Thành phần công nghệ của nhiên liệu thường chỉ được sử dụng với nhiên liệu rắn, nó giúp nhà quản lý năng lượng có một sự hình dung tốt về nhiên liệu được sử dụng trong buồng đốt. Thành phần công nghệ của nhiên liệu cho ta biết thành phần % khối lượng của: độ ẩm, chất bốc, độ tro, hàm lượng cốc.

a. Độ ẩm (% W)

Độ ẩm vốn sẵn có trong nhiên liệu gốc, nó tăng hay giảm tùy theo cách bảo quản và vận

chuyển nhiên liệu. Độ ẩm của nhiên liệu làm tăng tổn thất nhiệt do bốc hơi và hơi quá

nhiệt, giảm lượng nhiệt trên mỗi kg nhiên liệu. Về một khía cạnh nào đó, nó giúp giải quyết các hạt nhiên liệu mịn dính với nhau và giúp truyền nhiệt bức xạ.

b. Chất bốc (% V)

Chất bốc là những chất khí thoát ra khi nhiên liệu bị phân hủy nhiệt, thành phần chủ yếu

của nó là H2, CO, CH4, CxHy và các khí không cháy như CO2 và N2. Chất bốc càng nhiều thì chiều dài ngọn lửa càng dài và nhiên liệu càng dễ bắt lửa và cháy ổn định. Chất bốc thiết lập giới hạn tối thiểu độ cao và thể tích của lò, ảnh hưởng đến yêu cầu gió cấp 2 và các vấn đề về phân phối gió.

c. Độ tro (% A)

Tro là phần tạp chất còn lại không cháy được trong nhiên liệu khi quá trình cháy đã kết

thúc. Hàm lượng tro cao ảnh hưởng đến hiệu suất của lò hơi, làm tăng chi phí xử lý. Nếu

tro bụi quá nhiều trong khói sẽ gây mài mòn các bề mặt nhận nhiệt, nhất là bụng lò, sườn lò và các đầu ống lửa ra khỏi mặt sàng, gây tắc các ống lửa, mương khói, bộ hâm nước. Hàm lượng tro cũng rất quan trọng đối với thiết kế của ghi lò, thể tích đốt, thiết bị xử lý tro và kiểm soát ô nhiễm của lò hơi.

d. Hàm lượng cốc

Cốc là thành phần còn lại sau khi các chất bốc và độ ẩm trong nhiên liệu đã thoát ra. Cốc

có thể ở dạng thiêu kết (dạng cứng và xốp) hoặc không thiêu kết (dạng bột mềm). Hàm

lượng cốc phản ánh lượng carbon cố định có trong nhiên liệu, yếu tố tạo nhiệt chính trong

quá trình cháy.

2. Thành phần hóa học (Phân tích tuyệt đối)

Thành phần hóa học của nhiên liệu cho ta biết tất cả các thành phần hóa học có trong nhiên liệu, không quan tâm đến hình dạng vật lý mà các thành phần thể hiện. Thành phần hóa học trong nhiên liệu thường cho theo % khối lượng và bao gồm một số thành phần chính như: % C, % H, % O, % S, % N, % A (tro), % W (độ ẩm). Thành phần hóa học của nhiên liệu giúp ta xác định lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy và thể tích, thành phần của sản phẩm cháy. Thông tin này cần thiết cho tính toán nhiệt độ ngọn lửa và thiết kế ống khói,....

3. Nhiệt trị ( Q )

Nhiệt trị (Năng suất tỏa nhiệt) của nhiên liệu là lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu rắn, lỏng (kJ/kg hoặc kcal/kg) hoặc 1 m3 khí ở điều kiện tiêu chuẩn (kJ/m3tc hoặc kcal/m3tc). Điều kiện tiêu chuẩn là P = 760 mmHg và t = 00C. Nhiệt trị của nhiên liệu có thể xác định trực tiếp bằng thực nghiệm trên nhiệt lượng kế hoặc dùng các công thức thực nghiệm theo các thành phần của nhiên liệu.

Người ta phân biệt Nhiệt trị thấp, Qt (NCV- Net Calorific Value hoặc LHV- Lower Heating Value) và Nhiệt trị cao, Qc (GCV- Gross Calorific Value hoặc HHV- Higher Heating Value).

Nhiệt trị thấp, Qt là nhiệt trị ứng với trường hợp khi hơi nước có trong sản phẩm cháy tồn tại ở dạng hơi. Trong kỹ thuật và trong tính toán ta hay sử dụng giá trị này do trong thực tế khi đốt nhiên liệu, hơi nước đều đi theo khói thải ra ngoài môi trường. (Lý do: không muốn hơi nước ngưng tụ trên bề mặt thiết bị để chống ăn mòn.)

Nhiệt trị cao, Qc là nhiệt trị ứng với trường hợp khi hơi nước có trong sản phẩm cháy đều được ngưng tụ (đã tính đến lượng nhiệt do hơi nước giải phóng ra khi bị ngưng tụ). Nhiệt trị thấp được tính bằng cách dùng nhiệt trị cao trừ đi lượng nhiệt hóa hơi này. Nếu biết thành phần hóa học của nhiên liệu, ta có thể tính nhiệt trị theo các công thức thực nghiệm sau:

Qc = 8100 C + 3400 (H – O/8) + 2500 S (kcal/kg) (1.1)

Qt = Qc – 600 (9H + W) (kcal/kg) (1.2)

hoặc:

Qc = 33,9 C + 571,2 (H – O/8) + 10,47 S (MJ/kg) (1.3)

Qt = Qc – 600 (9H + W) (MJ/kg) (1.4)

Trong đó: C, H, O, H, W là thành phần hóa học có trong nhiên liệu tính theo % khối lượng.

Trong nhiều tài liệu đôi khi chúng ta còn gặp một khái niệm nữa là Nhiệt trị cao bom nhiệt lượng kế Qcb. Đây là lượng nhiệt thu được khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu trong “bom nhiệt lượng kế”. Tại đây phản ứng cháy tiến hành dưới điều kiện giàu oxy, áp suất và nhiệt độ cao nên lưu huỳnh và nitơ có trong nhiên liệu sẽ cháy thành SO3 và NO2 rồi kết hợp với nước tạo thành axit sulfuric và axit nitric, đây là những phản ứng tỏa nhiệt.

Trong các bài tính nhiệt thông thường của lò hơi, ta hay dùng khái niệm Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu Qtlv. Đây là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg mẫu nhiên liệu rắn (lỏng) hoặc 1 m3tc mẫu nhiên liệu khí ở điều kiện làm việc bình thường mà H2O trong sản phẩm cháy ở dạng hơi. Nếu H2O ở dạng nước ngưng, ta được Nhiệt trị cao làm việc Qclv.

Bảng 1.3 và 1.4 dưới đây cho chúng ta sự so sánh các đặc tính cơ bản của một số loại nhiên liệu sử dụng trong các lò hơi công nghiệp Việt Nam (mang tính tham khảo).

Bảng 1.3. So sánh thành phần hóa học của một số nhiên liệu rắn sử dụng trong lò hơi công nghiệp

Loại nhiên liệu	Qtlv kcal / kg	% C	% H	% O	% S	% N	% A	% W
Trấu	3.250	37,13	4,12	31,6	0,05	0,36	17,75	9
Mùn cưa	3.470	39,6	5,2	34,4	0	0,3	0,48	15
Than cám 5 Hòn Gai	5.200	58,06	2,4	2,24	0,43	0,84	27,37	8,63
Than bitum (Úc)	6.350	65,63	4,49	7,40	0,41	1,46	12,09	8,75
Than á bitum (Indonesia)	4.900	51,02	3,71	14,21	0,4	0,82	5,04	24,21

Bảng 1.4. So sánh 2 đặc tính cơ bản của một số nhiên liệu thường dùng trong lò hơi công nghiệp

Loại nhiên liệu	Nhiệt trị (kcal/kg)	Độ ẩm (%)
Than cục	5.300-5.500	8-13
Than cám	4.000-5.000	8-10
Than bitum (Úc)	6.300	8,75
Than Á bitum (Indonexia)	5.000-5.800	30-32
Dầu DO	10.800	0,25
Dầu FO	9.800-10.300	max 1
Khí LPG	11.800	-
Khí CNG	10.080/m3tc (= 0,854 kg LPG)	-
Vỏ trấu	3.246	10-15
Củi ép trấu	3.500-4.200	< 12
Viên ép trấu	3.800-4.200	< 12
Mùn cưa	3.500-3800	20-40
Củi ép mùn cưa	4.300-4.800	< 12
Viên nén mùn cưa0	4.200-4.80	< 12
Bã mía (sau khi ép)	2.000-2.100	48-50 (sau khi ép)
Củi khô	2.100-2.300	> 15

Chuyển đổi đơn vị: 1 kcal = 4,186 kJ 1 kwh = 860 kcal = 3.600 kJ

1 BTU = 252 cal = 0,252 kcal 1 TOE = 1.000 kg dầu FO