BÀI 03: NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH ĐỐT CHÁY
- Nhiên Liệu Sử Dụng Cho Lò Hơi
Lò hơi có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau để tạo ra nhiệt lượng cần thiết cho quá trình tạo hơi. Các loại nhiên liệu này được lựa chọn dựa trên yêu cầu kỹ thuật, hiệu quả kinh tế, và điều kiện môi trường. Dưới đây là các loại nhiên liệu phổ biến được sử dụng cho lò hơi:
- Nhiên Liệu Rắn
1.1. Than (Coal)
– Than đá: Là loại nhiên liệu rắn phổ biến nhất, than đá có hàm lượng carbon cao và nhiệt trị cao, thường được sử dụng trong các lò hơi công nghiệp lớn.
– Than bùn: Than bùn có hàm lượng carbon thấp hơn than đá và nhiệt trị thấp hơn, thường được sử dụng trong các lò hơi nhỏ hơn hoặc ở các khu vực có sẵn nguồn than bùn.
– Than cốc: Than cốc là sản phẩm của quá trình chưng cất than đá ở nhiệt độ cao trong điều kiện yếm khí, có nhiệt trị cao và ít tạp chất.
1.2. Sinh Khối (Biomass)
– Gỗ và mùn cưa: Gỗ và mùn cưa là nguồn nhiên liệu sinh khối phổ biến, thường được sử dụng ở các khu vực có sẵn nguồn cung cấp gỗ.
– Vỏ trấu và cỏ: Các loại phế phẩm nông nghiệp như vỏ trấu và cỏ cũng có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho lò hơi.
- Nhiên Liệu Lỏng
2.1. Dầu (Oil)
– Dầu diesel: Thường được sử dụng trong các lò hơi công suất nhỏ và trung bình, dầu diesel có nhiệt trị cao và dễ dàng kiểm soát quá trình đốt.
– Dầu nặng (Heavy Fuel Oil – HFO): Được sử dụng trong các lò hơi công suất lớn, dầu nặng có giá thành thấp hơn dầu diesel nhưng đòi hỏi hệ thống đốt phức tạp hơn.
2.2. Dầu Thực Vật và Dầu Tái Chế
– Dầu thực vật: Dầu từ cây trồng như dầu cọ, dầu đậu nành có thể được sử dụng làm nhiên liệu lò hơi.
– Dầu tái chế: Các loại dầu thải từ quá trình công nghiệp hoặc dầu ăn đã qua sử dụng có thể được tái chế và sử dụng lại.
- Nhiên Liệu Khí
3.1. Khí Thiên Nhiên (Natural Gas)
– Khí tự nhiên: Khí thiên nhiên là nhiên liệu phổ biến nhất cho lò hơi hiện đại do tính sạch và hiệu quả cao. Khí tự nhiên bao gồm chủ yếu là methane (CH4).
– Khí sinh học (Biogas): Được sản xuất từ quá trình phân hủy sinh học của chất thải hữu cơ, khí sinh học chứa chủ yếu là methane và có thể được sử dụng trong lò hơi.
3.2. Khí Lique Hóa (Liquefied Petroleum Gas – LPG)
LPG: Bao gồm propane và butane, LPG là nhiên liệu khí được nén lỏng và thường được sử dụng trong các lò hơi nhỏ và trung bình.
- Lựa Chọn Nhiên Liệu Dựa Trên Yếu Tố
- Hiệu Quả Kinh Tế
– Chi phí nhiên liệu: Nhiên liệu phải có giá thành phù hợp với ngân sách và điều kiện kinh tế của nhà máy.
– Hiệu suất đốt: Hiệu suất đốt cháy của nhiên liệu ảnh hưởng đến lượng nhiệt tạo ra và hiệu quả hoạt động của lò hơi.
- Yêu Cầu Kỹ Thuật
– Thiết kế lò hơi: Loại nhiên liệu phải phù hợp với thiết kế và công suất của lò hơi.
– Dễ dàng cung cấp: Nhiên liệu phải dễ dàng cung cấp và lưu trữ.
- Yếu Tố Môi Trường
– Phát thải: Nhiên liệu ít gây ô nhiễm môi trường và có mức phát thải thấp được ưu tiên.
– Tuân thủ quy định: Phải tuân thủ các quy định về môi trường và an toàn của địa phương và quốc gia.
Kết Luận về nhiên liệu sử dụng cho lò hơi
Lựa chọn nhiên liệu cho lò hơi đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố bao gồm hiệu quả kinh tế, yêu cầu kỹ thuật, và yếu tố môi trường. Hiểu rõ các loại nhiên liệu và đặc điểm của chúng giúp đảm bảo rằng lò hơi hoạt động hiệu quả, kinh tế và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và môi trường.
- Quá Trình Đốt Cháy Trong Lò Hơi
Quá trình đốt cháy trong lò hơi là quá trình chuyển hóa năng lượng hóa học của nhiên liệu thành nhiệt năng, sau đó nhiệt năng này được sử dụng để tạo ra hơi nước. Quá trình này bao gồm nhiều bước và các yếu tố kỹ thuật nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn. Dưới đây là chi tiết về quá trình đốt cháy trong lò hơi:
- Chuẩn Bị Nhiên Liệu
1.1. Nhiên Liệu Rắn:
– Nghiền và Sàng: Than và các nhiên liệu rắn khác có thể cần được nghiền và sàng để đạt kích thước hạt tối ưu cho quá trình đốt cháy.
– Vận Chuyển: Nhiên liệu được vận chuyển từ kho chứa vào buồng đốt thông qua hệ thống băng tải hoặc các thiết bị vận chuyển khác.
1.2. Nhiên Liệu Lỏng:
– Lọc và Đun Nóng: Dầu nhiên liệu có thể được lọc để loại bỏ tạp chất và đun nóng để giảm độ nhớt, giúp phun nhiên liệu dễ dàng hơn.
1.3. Nhiên Liệu Khí:
– Điều Chỉnh Áp Suất: Khí thiên nhiên và các nhiên liệu khí khác cần được điều chỉnh áp suất để đảm bảo cung cấp ổn định và an toàn cho buồng đốt.
- Cung Cấp Không Khí
2.1. Quạt Gió:
– Cung Cấp Không Khí Sơ Cấp: Quạt gió cung cấp không khí sơ cấp vào buồng đốt để duy trì quá trình đốt cháy.
– Cung Cấp Không Khí Thứ Cấp: Không khí thứ cấp được cung cấp để hoàn thiện quá trình đốt cháy và giảm lượng khí thải chưa cháy hết.
- Quá Trình Đốt Cháy
3.1. Giai Đoạn Ban Đầu:
– Hòa Trộn Không Khí và Nhiên Liệu: Nhiên liệu và không khí được hòa trộn với tỷ lệ thích hợp để đảm bảo quá trình đốt cháy hoàn toàn.
– Đánh Lửa: Hệ thống đánh lửa (thường là bằng điện hoặc khí) tạo ra tia lửa để bắt đầu quá trình đốt cháy.
3.2. Giai Đoạn Đốt Cháy Chính:
Phản Ứng Cháy: Nhiên liệu phản ứng với oxy trong không khí, tạo ra CO2, H2O và nhiệt năng. Phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt, giải phóng lượng nhiệt lớn.
3.3. Phản ứng hóa học chính:
– Đối với hydrocarbon:
– Đối với than (C):
3.4. Giai Đoạn Hoàn Tất:
– Hoàn Tất Đốt Cháy: Các phần còn lại chưa cháy hết được đốt cháy hoàn toàn bằng cách cung cấp thêm không khí thứ cấp.
– Giảm Thiểu Khí Thải: Các thiết bị như bộ lọc bụi, bộ khử NOx và bộ lọc SOx được sử dụng để giảm thiểu khí thải độc hại.
- Truyền Nhiệt
4.1. Truyền Nhiệt Đến Nước:
– Bức Xạ Nhiệt: Nhiệt lượng từ quá trình đốt cháy được truyền đến các bề mặt ống nước bằng bức xạ nhiệt.
– Dẫn Nhiệt và Đối Lưu: Nhiệt từ khí nóng được truyền đến nước qua các ống lửa hoặc ống nước.
- Xử Lý Khói Thải
5.1. Khói Thải:
– Thu Gom và Xử Lý: Khói thải từ quá trình đốt cháy được thu gom và xử lý qua các thiết bị lọc bụi và bộ lọc khí.
– Thải Ra Môi Trường: Sau khi qua các bộ lọc, khói thải được thải ra ngoài môi trường qua ống khói.
- Điều Khiển Quá Trình Đốt Cháy
6.1. Hệ Thống Điều Khiển:
– Cảm Biến và Bộ Điều Khiển: Sử dụng các cảm biến nhiệt độ, áp suất, và lưu lượng để giám sát và điều chỉnh quá trình đốt cháy.
– Tự Động Hóa: Hệ thống tự động hóa giúp duy trì điều kiện đốt cháy tối ưu và an toàn, đồng thời giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu và phát thải.
Quá trình đốt cháy trong lò hơi là một quá trình phức tạp và đòi hỏi sự kiểm soát chính xác để đảm bảo hiệu quả và an toàn. Sự hòa trộn tối ưu giữa nhiên liệu và không khí, kết hợp với việc sử dụng các thiết bị xử lý khói thải, giúp đảm bảo lò hơi hoạt động hiệu quả và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường. Việc hiểu rõ và kiểm soát tốt quá trình đốt cháy là yếu tố quan trọng để vận hành lò hơi một cách hiệu quả và an toàn.
III. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Đốt Cháy
Quá trình đốt cháy trong lò hơi chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau. Những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến hiệu quả, an toàn và lượng phát thải của quá trình. Dưới đây là các yếu tố chính:
- Tỷ Lệ Nhiên Liệu – Không Khí
1.1. Tỷ Lệ Không Khí Thừa (Excess Air Ratio):
– Không Khí Quá Ít: Dẫn đến đốt cháy không hoàn toàn, sinh ra CO và các chất khí cháy chưa hết, giảm hiệu suất và gây ô nhiễm.
– Không Khí Quá Nhiều: Làm mất mát nhiệt do nhiệt lượng dư thừa thoát ra ngoài theo khói thải, giảm hiệu suất nhiệt của lò.
1.2. Hòa Trộn Không Khí và Nhiên Liệu:
– Phân Phối Đồng Đều: Đảm bảo nhiên liệu và không khí được hòa trộn đồng đều để tối ưu hóa quá trình đốt cháy.
- Chất Lượng Nhiên Liệu
2.1. Tính Chất Hóa Lý Của Nhiên Liệu:
– Nhiệt Trị (Calorific Value): Nhiệt trị cao giúp tạo ra nhiều nhiệt hơn từ cùng một lượng nhiên liệu.
– Độ Ẩm: Nhiên liệu có độ ẩm cao làm giảm hiệu suất đốt cháy vì năng lượng phải được tiêu tốn để làm bay hơi nước.
– Tạp Chất: Tạp chất trong nhiên liệu như lưu huỳnh, tro có thể gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến thiết bị lò hơi.
2.2. Dạng Nhiên Liệu:
– Nhiên Liệu Rắn: Than, gỗ đòi hỏi hệ thống đốt cháy và xử lý tro đặc biệt.
– Nhiên Liệu Lỏng và Khí: Dầu và khí đốt cháy sạch hơn, dễ kiểm soát nhưng cần hệ thống béc phun và van điều khiển chính xác.
- Nhiệt Độ và Áp Suất
3.1. Nhiệt Độ Buồng Đốt:
– Nhiệt Độ Tối Ưu: Đảm bảo nhiên liệu cháy hoàn toàn và hiệu quả.
– Nhiệt Độ Quá Cao: Có thể gây hư hại cho các bề mặt trao đổi nhiệt và giảm tuổi thọ lò hơi.
3.2. Áp Suất Buồng Đốt:
– Áp Suất Tối Ưu: Duy trì áp suất tối ưu để đảm bảo quá trình đốt cháy diễn ra hiệu quả.
- Hệ Thống Điều Khiển
4.1. Điều Khiển Tự Động:
– Cảm Biến: Các cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng giám sát quá trình đốt cháy và điều chỉnh theo thời gian thực.
– Bộ Điều Khiển Tự Động: Điều chỉnh tỷ lệ không khí – nhiên liệu, lưu lượng nhiên liệu và các thông số khác để duy trì điều kiện đốt cháy tối ưu.
4.2. Điều Khiển Bằng Tay:
– Kỹ Năng Người Vận Hành: Người vận hành cần có kỹ năng và kiến thức để điều chỉnh các thông số của quá trình đốt cháy.
- Thiết Kế Buồng Đốt
5.1. Kích Thước và Hình Dạng Buồng Đốt:
– Kích Thước: Buồng đốt lớn hơn cho phép thời gian cháy dài hơn, đảm bảo nhiên liệu cháy hoàn toàn.
– Hình Dạng: Hình dạng buồng đốt ảnh hưởng đến dòng chảy khí và hiệu quả hòa trộn nhiên liệu và không khí.
5.2. Vật Liệu Lót Buồng Đốt:
– Vật Liệu Chịu Nhiệt: Vật liệu lót chịu nhiệt cao giúp duy trì nhiệt độ buồng đốt và bảo vệ cấu trúc lò hơi.
- Bảo Dưỡng và Vệ Sinh
6.1. Bảo Dưỡng Định Kỳ:
– Kiểm Tra và Sửa Chữa: Đảm bảo các thiết bị như béc phun, quạt gió, cảm biến hoạt động chính xác và hiệu quả.
6.2. Vệ Sinh Buồng Đốt và Ống Dẫn:
– Loại Bỏ Cặn Bẩn: Cặn bẩn và tro tích tụ có thể cản trở quá trình truyền nhiệt và giảm hiệu suất đốt cháy.
Quá trình đốt cháy trong lò hơi chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như tỷ lệ nhiên liệu – không khí, chất lượng nhiên liệu, nhiệt độ và áp suất, hệ thống điều khiển, thiết kế buồng đốt, và bảo dưỡng. Hiểu rõ và kiểm soát tốt các yếu tố này sẽ giúp đảm bảo quá trình đốt cháy hiệu quả, an toàn và giảm thiểu tác động đến môi trường.
Như vậy:
Hiểu rõ về các loại nhiên liệu và quá trình đốt cháy trong lò hơi là chìa khóa để vận hành thiết bị này một cách hiệu quả và an toàn. Việc chọn lựa và quản lý nhiên liệu hợp lý, cùng với điều chỉnh quá trình đốt cháy chính xác, sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động đến môi trường.