Giáo trình lò luyện kim P4

Chia sẻ: Hoang Nhan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

0
75
lượt xem
30
download

Giáo trình lò luyện kim P4

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình lò luyện kim P4

  1. Ch−¬ng 4 Nhiªn liÖu vµ sù ch¸y cña nhiªn liÖu 4.1. Nhiªn liÖu 4.1.1. Kh¸i niÖm chung Nhiªn liÖu lµ lo¹i vËt chÊt mµ khi ch¸y táa ra mét l−îng nhiÖt lín, l−îng nhiÖt nµy cã thÓ sö dông mét c¸ch cã hiÖu qu¶ trong c«ng nghÖ còng nh− trong ®êi sèng. Nhiªn liÖu ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu chung sau ®©y: + S¶n phÈm ch¸y cña nhiªn liÖu ph¶i ë thÓ khÝ. Khi ®ã, s¶n vËt ch¸y míi cã thÓ chuyÓn ®éng thuËn lîi trong lß, truyÒn nhiÖt cho vËt nung vµ tho¸t ra ngoµi dÔ dµng ®Ó ph¶n øng ch¸y cña nhiªn liÖu tiÕp tôc xÈy ra. + S¶n phÈm ch¸y kh«ng g©y t¸c ®éng cã h¹i ®èi víi vËt liÖu gia c«ng, kh«ng ph¸ hñy thiÕt bÞ, kh«ng ®éc h¹i ®èi víi ng−êi vµ sinh vËt xung quanh. + Cã thÓ khèng chÕ ®−îc qu¸ tr×nh ch¸y. + Tr÷ l−îng lín vµ gi¸ thµnh khai th¸c, chÕ biÕn thÊp. Tõ c¸c yªu cÇu chung ë trªn, ta thÊy chØ nh÷ng chÊt cã nguån gèc h÷u c¬, gåm c¸c bon vµ hy®r« t¹o thµnh, míi cã thÓ tho¶ m·n ®ång thêi c¸c yªu cÇu ®ã. C¸c bon vµ hy®r« khi bÞ oxy ho¸ ®Òu cã hiÖu øng nhiÖt lín, s¶n phÈm ch¸y ë thÓ khÝ vµ víi nång ®é kh«ng lín lµ lo¹i khÝ kh«ng ®éc h¹i. 4.1.2. C¸c lo¹i nhiªn liÖu a) Ph©n lo¹i - C¨n cø vµo nguån gèc h×nh thµnh, nhiªn liÖu ®−îc ph©n ra: thiªn nhiªn, nh©n t¹o. - C¨n cø vµo tr¹ng th¸i, nhiªn liÖu ®−îc ph©n ra: nhiªn liÖu r¾n, nhiªn liÖu láng, nhiªn liÖu khÝ. C¸c lo¹i nhiªn liÖu ®−îc sö dông trong c«ng nghiÖp tr×nh bµy ë b¶ng 4.1. B¶ng 4.1 Ph©n lo¹i nhiªn liÖu sö dông trong c«ng nghiÖp Tr¹ng th¸i Nguån gèc Thiªn nhiªn Nh©n t¹o R¾n Cñi, gç, than bïn, than n©u, than Than cñi, than cèc, than bôi,.. khãi, than ¨ngtraxit, ... Láng DÇu má Ðt x¨ng, dÇu ho¶, mazut,... KhÝ KhÝ ®èt thiªn nhiªn KhÝ ®èt lß cèc, khÝ lß cao, khÝ lß sinh khÝ,... - 57 -
  2. b) Nhiªn liÖu r¾n - Nhiªn liÖu r¾n thiªn nhiªn: gåm c¸c lo¹i gç, than bïn, than n©u, than khãi, than antraxit. Gç: Thµnh phÇn chñ yÕu cña gç lµ xen-luy-l«, n−íc vµ mét sè oxyt kim lo¹i kiÒm. Thµnh phÇn nguyªn tè cña gç nh− sau: %C = 49,4 ÷ 50,4; %H = 5,9 ÷ 6,1; %O = 42,7 ÷ 43,9; %N = 0,7 ÷ 1. NhiÖt trÞ Qd = 1.878 ÷ 4.460 Kcal/kg. Gç cã hµm l−îng chÊt bèc cao (kho¶ng 80 %) dÔ ch¸y, kh«ng chøa l−u huúnh, hµm l−îng tro nhá (A = 0,7 ÷ 1,2 %), nh−îc ®iÓm cña gç lµ chøa nhiÒu n−íc (gç t−¬i W = 40 ÷ 60 %, gç kh« W = 30%), nhiÖt trÞ cña gç thÊp ( khi w = 50 %, Qd =1878 Kcal/kg), khèi l−îng thÓ tÝch nhá nªn chi phÝ vËn chuyÓn cao. Gç lµ lo¹i nhiªn liÖu ®−îc dïng nhiÒu tr−íc ®©y, song hiÖn nay gç lµ nguån nguyªn liÖu cã gi¸ trÞ cña nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c nªn rÊt h¹n chÕ dïng ®Ó lµm nhiªn liÖu. Than bïn: lµ lo¹i than trÎ tuæi nhÊt võa chuyÓn tõ thùc vËt sang, chøa nhiÒu n−íc, míi khai th¸c W = 85 ÷ 91 %, ph¬i kh« kü vÉn cßn W = 30 ÷ 40 %, khèi l−îng thÓ tÝch nhá 325 ÷ 425 kg/m3. Thµnh phÇn nguyªn tè trung b×nh cña than: %Cc = 57,8; %Hd =6,0; %O = 33,4; %Nc = 2,5; %Sc =0,3; %Ak = 9,7. NhiÖt trÞ Qd = 2.660 ÷ 2.940 Kcal/kg. Than bïn cã −u ®iÓm: dÔ bèc ch¸y, chøa Ýt l−u huúnh, dÔ khÝ hãa. Nh−îc ®iÓm: khèi l−îng thÓ tÝch nhá, ®é bÒn c¬ häc thÊp, nhiÖt trÞ thÊp, ®iÓm ch¶y cña tro thÊp. Than bïn chñ yÕu dïng trong c«ng nghiÖp ®Þa ph−¬ng, gÇn n¬i khai th¸c. Than n©u: than n©u do than bïn tr¶i qua mét thêi kú biÕn ®æi t¹o thµnh, qu¸ tr×nh chuyÓn biÕn tõ thùc vËt sang kho¸ng vËt ®· hoµn thµnh. Thµnh phÇn nguyªn tè cña than n©u: %Cc = 72 ÷ 78 ; %Hd = 4,4÷ 5,6; %O = 15 ÷ 21; %Nc = 1,3 ÷ 1,5; %Sc = 0,4; %Ak = 11 ÷ 30; %Wd = 35 - 50. NhiÖt trÞ Qd = 2.660 ÷ 4.100 Kcal/kg. So víi than bïn, than n©u cã thµnh phÇn c¸c bon cao h¬n, khèi l−îng thÓ tÝch tõ 800 ÷ 900 kg/m3, ®é bÒn c¬ häc cao h¬n, hót n−íc Ýt h¬n, thµnh phÇn chÊt bèc thÊp h¬n. Than n©u cã thÓ ®−îc dïng lµm nhiªn liÖu cho c¸c lß nhiÖt ®é kh«ng cao, khÝ ho¸ ®Ó s¶n xuÊt khÝ ®èt. - 58 -
  3. Than khãi: Qu¸ tr×nh c¸c bon ho¸ cña than hoµn thiÖn h¬n, ®é hót n−íc cña than bÐ, l−îng chÊt bèc gi¶m, ®é bÒn c¬ häc cao h¬n. Theo c«ng dông than khãi ®−îc ph©n ra: than löa dµi, than khÝ ®èt, than bÐo, than luyÖn cèc, than gÇy. Than löa dµi vµ than khÝ ®èt cã hµm l−îng chÊt bèc cßn kh¸ cao, khi ch¸y sinh ra ngän löa dµi, ®−îc dïng ®èt trùc tiÕp hoÆc chÕ t¹o khÝ ®èt. Than bÐo mét phÇn ®èt trùc tiÕp, mét phÇn ®Ó luyÖn cèc. Than luyÖn cèc lµ lo¹i than quý dïng ®Ó luyÖn than cèc, lo¹i nhiªn liÖu quan träng trong c¸c lß luyÖn vµ nÊu gang. Than gÇy chñ yÕu dïng ®Ó ®èt trùc tiÕp. - Than kh«ng khãi ( than antraxit): than kh«ng khãi lµ lo¹i than giµ tuæi nhÊt, ®é bÒn lín, hót Èm Ýt, hµm l−îng c¸c bon cao, l−îng chÊt bèc thÊp, khi ch¸y kh«ng sinh khãi. Hµm l−îng tro vµ l−u huúnh trong than biÕn ®æi trong ph¹m vi réng. Than kh«ng khãi ®−îc dïng ®èt trùc tiÕp, mét phÇn ®−îc nhiÖt luyÖn ®Ó thay thÕ mét phÇn than cèc trong nÊu gang. - Nhiªn liÖu r¾n nh©n t¹o: than gç, than cèc, than antraxit nhiÖt luyÖn. Than gç: than gç ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸ch ch−ng kh« cñi gç theo ph−¬ng ph¸p thñ c«ng hoÆc dïng lß kÝn vµ nung b»ng kh«ng khÝ nãng 350 - 400 oC. Thµnh phÇn h÷u c¬ cña than gç: %C = 79,81 ÷ 88,87 ; %H = 4,33 ÷ 3,23; % (O+N) = 15,86 ÷ 7,90. Than gç chøa Ýt l−u huúnh, tr−íc ®©y ®−îc sö dông lµm nhiªn liÖu cho lß ®óc, lß cao cë nhá nh−ng hiÖn nay Ýt dïng. Than cèc: Than cèc ®−îc luyÖn b»ng c¸ch nung bét than cã tÝnh dÝnh kÕt tèt (than luyÖn cèc, than bÐo) trong m«i tr−êng c¸ch biÖt víi kh«ng khÝ tíi nhiÖt ®é 850 - 1000oC sau ®ã lµm nguéi. Qu¸ tr×nh luyÖn cèc nh− sau: nghiÒn than ®Õn ®é h¹t kho¶ng 3 mm, chÊt vµo lß vµ nung. D−íi t¸c dông cña nhiÖt, than ®−îc sÊy kh« vµ ch−ng, trong than xÈy ra c¸c ph¶n øng ph©n hãa nhiÖt. Giai ®o¹n quan träng nhÊt ®èi víi sù t¹o thµnh than cèc lµ ë nhiÖt ®é 400 - 500 oC, than bÞ biÕn mÒm vµ tiÕt ra chÊt bèc lµm cho khèi than trë nªn xèp. TiÕp tôc n©ng nhiÖt ®é, khèi than sÏ chuyÓn sang tr¹ng th¸i r¾n ta thu ®−îc than cèc. Than cèc ®−îc lÊy ra khái lß vµ lµm nguéi b»ng n−íc sau ®ã sµng ph©n lo¹i theo cì h¹t. Than cèc cã ®Æc ®iÓm: ®é bÒn c¬ vµ bÒn nhiÖt cao, ®é xèp than lín, hµm l−îng chÊt bèc thÊp, hµm l−îng tro tõ 8 - 14%. Than cèc chñ yÕu dïng cho c¸c lß cao luyÖn gang vµ c¸c lß ®øng nÊu gang. - 59 -
  4. Than antraxit nhiÖt luyÖn: Than antraxit cã ®é xèp bÐ, khi bÞ nung nãng ®ét ngét, n−íc vµ chÊt bèc tho¸t ra m¹nh lµm cho than bÞ vì vôn nhiÒu g©y khã kh¨n cho qu¸ tr×nh ch¹y lß. §Ó t¨ng ®é bÒn nhiÖt cña than antraxit ng−êi ta tiÕn hµnh nhiÖt luyÖn. Qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn than tiÕn hµnh nh− sau: ®em than nung nãng chËm ®Õn 1000 - 1100oC, gi÷ nhiÖt trong mét thêi gian sau ®ã lµm nguéi, thu ®−îc than nhiÖt luyÖn. Khi nung nãng chËm, n−íc vµ chÊt bèc trong than tho¸t ra ngoµi, hµm l−îng n−íc vµ chÊt bèc trong than gi¶m, ®ång thêi ®é xèp cña than t¨ng lªn lµm t¨ng ®¸ng kÓ ®é bÒn nhiÖt cña than khi ch¹y lß. Than gÇy nhiÖt luyÖn ®−îc sö dông thay thÕ mét phÇn than cèc ®Ó nÊu gang trong lß ®øng vµ luyÖn gang trong c¸c lß cao cì nhá. c) Nhiªn liÖu láng Nhiªn liÖu láng dïng trong lß c«ng nghiÖp chñ yÕu lµ dÇu mazut vµ dÇu ®iªzen lµ c¸c s¶n phÈm thu ®−îc khi gia c«ng dÇu má. DÇu má nguyªn khai lµ hçn hîp cña nhiÒu lo¹i cacbua hy®r« vµ mét l−îng nhá c¸c t¹p chÊt cña oxy, nit¬ vµ l−u huúnh. C¸c cacbua hy®r« trong dÇu má ®−îc chia ra ba nhãm: mª-tan (CnH2n+2), n¸p-ten (CnH2n) vµ cacbua th¬m (CnH2n-6). DÇu má cã khèi l−îng riªng 750 - 1.000 kg/m3, nhiÖt trÞ 9.800 - 10.500 kcal/kg. MÆc dï dÇu má cã nhiÖt trÞ cao nh−ng ng−êi ta kh«ng dïng nã trùc tiÕp lµm nhiªn liÖu v× trong nã chøa nhiÒu s¶n vËt quý. DÇu má ®−îc gia c«ng b»ng hai ph−¬ng ph¸p: ch−ng ph©n trùc tiÕp vµ cr¨c- kinh. Khi ch−ng ph©n trùc tiÕp, dùa vµo nhiÖt ®é s«i kh¸c nhau cña c¸c s¶n phÈm trong dÇu má, ng−êi ta ch−ng dÇu má ë nh÷ng nhiÖt ®é cÇn thiÕt ®Ó t¸ch riªng tõng lo¹i. C¸c s¶n phÈm thu ®−îc khi ch−ng ph©n trùc tiÕp gåm: Ðt-x¨ng nhÑ, Ðt-x¨ng nÆng, dÇu ho¶, ligrain, gaj«in vµ mazut. §em mazut ch−ng trong ch©n kh«ng, tiÕp tôc thu ®−îc c¸c lo¹i dÇu nhên vµ h¾c-Ýn. Cr¨c-king dÇu má lµ qu¸ tr×nh lµm ph©n hãa nhiÖt dÇu má ë 450 - 460oC ®Ó biÕn nh÷ng cacbuahy®r« nÆng thµnh nh÷ng cacbuahy®r« nhÑ h¬n. Nhê ph−¬ng ph¸p cr¨c- king ng−êi ta t¨ng thªm ®−îc l−îng dÇu nhÑ thu håi khi gia c«ng dÇu má. d) Nhiªn liÖu khÝ So víi nhiªn liÖu r¾n vµ láng, nhiªn liÖu khÝ cã nhiÒu −u ®iÓm h¬n: + DÔ hoµ trén víi kh«ng khÝ nªn chØ cÇn hÖ sè d− kh«ng khÝ nhá còng ®¶m b¶o ®èt ch¸y hoµn toµn, gi¶m tæn thÊt nhiÖt do khãi lß mang ra ngoµi. - 60 -
  5. + Cã thÓ ®¹t d−îc nhiÖt ®é ch¸y cao nhê nung nãng tr−íc kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu. + ThiÕt bÞ ®èt ®¬n gi¶n, dÔ khèng chÕ nhiÖt ®é, chiÒu dµi ngän löa vµ ¸p suÊt trong lß. + DÔ vËn chuyÓn tõ n¬i s¶n xuÊt ®Õn n¬i tiªu thô. - KhÝ ®èt thiªn nhiªn: KhÝ ®èt thiªn nhiªn cã ë c¸c má riªng hoÆc ë c¸c má dÇu. Thµnh phÇn cã thÓ ch¸y trong nã chñ yÕu lµ mª tan(CH4), chiÕm kho¶ng 75 - 98%, mét Ýt cacbuahy®r« nÆng, hy®r« vµ CO, thµnh phÇn kh«ng thÓ ch¸y lµ CO2 vµ N2. KhÝ ®èt thiªn nhiªn cã n¨ng suÊt to¶ nhiÖt cao, Qd ≈ 8.600 Kcal/m3. - KhÝ ®èt nh©n t¹o: KhÝ ®èt nh©n t¹o gåm nhiÒu lo¹i (b¶ng 4.2). B¶ng 4.2 Thµnh phÇn vµ nhiÖt trÞ cña khÝ nh©n t¹o Lo¹i khÝ Thµnh phÇn theo thÓ tÝch (%) Qd ®èt CO2+H2 S O2 CO H2 CH4 C mH n N2 kcal/m3 KhÝ ®èt 5.300 12 -15 0,2-0,5 7 - 12 8 - 12 45 - 62 5-8 2 - 10 -7.000 b¸n cèc KhÝ ®èt 3.700 2-3 0,7 - 1,2 4-8 53 - 60 19 - 25 1,6 - 2,3 7 - 15 - 4.000 lß cèc KhÝ ®èt 2.400 5-7 0,1 - 0,2 35 - 40 47 - 52 0,3 - 0,6 - 2-6 - 2.500 h¬i n−íc KhÝ ®èt 1.150 5-7 0,1 - 0,3 24 - 30 12 - 15 0,5 - 3 0,2 - 0,4 46 - 55 - 1.550 hçn hîp KhÝ ®èt 900 0,5 - 15 - 32 - 33 0, 5 -0,9 - - 64 - 66 - 1.030 kh«ng khÝ KhÝ ®èt 900 8 - 14 - 23 - 31 10 -15 0,1 - 2,6 - 48 - 60 - 1.265 lß cao KhÝ ®èt lß cao: lµ s¶n phÈm phô khi luyÖn gang b»ng lß cao, luyÖn 1 tÊn gang thu ®−îc 3.600 - 4.000 m3 khÝ lß cao. Thµnh phÇn khÝ ch¸y chñ yÕu cña khÝ lß cao lµ CO (hµm l−îng 23 - 31%) vµ hy®r« (hµm l−îng 10 - 15%). NhiÖt trÞ khÝ lß cao thÊp (Qd= 900 - 1265 Kcal/m3), ®Ó n©ng cao nhiÖt ®é ch¸y ng−êi ta th−êng nung nãng tr−íc hoÆc hçn hîp víi khÝ lß cèc. - 61 -
  6. KhÝ lß cèc: lµ s¶n phÈm phô thu ®−îc khi luyÖn than cèc, luyÖn 1 tÊn than cèc thu ®−îc 230 - 270 m3 khÝ lß cèc. Thµnh phÇn cã thÓ ch¸y cña khÝ lß cèc chñ yÕu lµ H2 (53 - 60%) vµ CH4 (19 - 225%), Qd = 3700 - 4000Kcal/kg. KhÝ ®èt kh«ng khÝ lµ s¶n phÈm thu ®−îc khi khÝ hãa than mµ khÝ thæi lµ kh«ng khÝ. Thµnh phÇn ch¸y chñ yÕu lµ CO (32 - 33%). NhiÖt trÞ khÝ ®èt kh«ng khÝ thÊp, Qd = 3780 - 4600 Kcal/kg. KhÝ ®èt h¬i n−íc lµ s¶n phÈm thu ®−îc khi khÝ hãa than b»ng h¬i n−íc. Thµnh phÇn ch¸y chñ yÕu lµ CO ( 35 - 40%) vµ H2 (47 - 52 %). NhiÖt trÞ khÝ ®èt h¬i n−íc thÊp Qd = 2400 - 2500 Kcal/kg vµ gi¸ thµnh cao nªn Ýt dïng trong luyÖn kim. 4.1.3. Thµnh phÇn cña nhiªn liÖu Thµnh phÇn nhiªn liÖu lµ mét chØ tiªu quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña nhiªn liÖu. a) Thµnh phÇn nhiªn liÖu r¾n vµ láng §èi víi c¸c nhiªn liÖu r¾n vµ láng, thµnh phÇn cña chóng rÊt phøc t¹p, c¸c nguyªn tè t¹o thµnh chóng th−êng kh«ng tån t¹i mét c¸ch ®éc lËp, mµ ho¸ hîp víi nhau t¹o thµnh c¸c hîp chÊt. ViÖc ph©n tÝch chÝnh x¸c thµnh phÇn nhiªn liÖu theo c¸c hîp chÊt t¹o thµnh chóng rÊt khã kh¨n, bëi vËy trong tÝnh to¸n nhiÖt th−êng ng−êi ta coi nhiªn liÖu r¾n vµ láng bao gåm c¸c chÊt tån t¹i ®éc lËp: - C¸c bon (C): lµ thµnh phÇn ch¸y chÝnh cña nhiªn liÖu r¾n vµ láng. Ph¶n øng ch¸y hoµn toµn cña c¸cbon víi oxy cã hiÖu øng nhiÖt lín. C +O2 = CO2 + 8.137 Kcal/kg - Hy®r« (H): d¹ng ch¸y ®−îc gåm hy®r« tù do vµ hy®r« hãa hîp víi c¸c chÊt ch¸y ®−îc, d¹ng kh«ng ch¸y ®−îc lµ hîp chÊt víi oxy. Ph¶n øng ch¸y cña hy®r« víi oxy: 1 H2 + O2 = H2O + 34.180 Kcal/ kg 2 - Nit¬ (N): lµ thµnh phÇn kh«ng ch¸y ®−îc, trong nhiªn liÖu r¾n vµ láng nit¬ chØ chiÕm 1 - 2 % nªn Ýt ¶nh h−ëng. - L−u huúnh (S): cã ba d¹ng lµ l−u huúnh h÷u c¬, l−u huúnh sunphit vµ l−u huúnh d¹ng muèi. Hai d¹ng ®Çu cã thÓ ch¸y cßn l−u huúnh d¹ng muèi kh«ng thÓ ch¸y. L−u huúnh lµ t¹p chÊt cã h¹i trong nhiªn liÖu cÇn h¹n chÕ. - Tro (A): gåm c¸c kho¸ng chÊt SiO2, Al2O3, MgO, Fe2O3... lµ c¸c thµnh phÇn kh«ng ch¸y ®−îc. Hµm l−îng tro trong nhiªn liÖu cµng cao th× chÊt l−îng nhiªn liÖu cµng - 62 -
  7. gi¶m do gi¶m hµm l−îng chÊt ch¸y ®−îc, tæn hao nhiÖt do nung nãng tro, t¨ng l−îng bôi trong s¶n phÈm ch¸y, g©y khã kh¨n cho viÖc khèng chÕ qu¸ tr×nh ch¸y. - N−íc (W): gåm n−íc hÊp phô bÒ mÆt, n−íc hÊp thô qua c¸c lç xèp cña nhiªn liÖu vµ n−íc kÕt tinh. Khi sÊy nhiªn liÖu chØ hai d¹ng ®Çu lµ cã kh¶ n¨ng bèc h¬i cßn d¹ng n−íc kÕt tinh vÉn cßn trong nhiªn liÖu. §èi víi nhiªn liÖu r¾n vµ láng, thµnh phÇn cña chóng ®−îc biÓu diÔn b»ng bèn c¸ch: + ChÊt h÷u c¬ : Ch + Hh + Oh + Nh = 100 %. (4.1) + ChÊt cã thÓ ch¸y : Cc + Hc + Oc + Nc + Sc = 100 %. (4.2) + ChÊt kh« : Ck + Hk + Ok + Nk + Sk +Ak = 100 %. (4.3) + Th«ng dông: %Cd + %Hd + %Od + %Nd + %Sd +%Ad + %Wd = 100 % (4.4) §Ó chuyÓn ®æi tõ thµnh phÇn nµy qua thµnh phÇn kh¸c ng−êi ta dïng c¸c hÖ sè thÕ ho¸n cho ë b¶ng 4.3. B¶ng 4.3. HÖ sè chuyÓn ®æi thµnh phÇn nhiªn liÖu r¾n vµ láng Thµnh Thµnh phÇn muèn chuyÓn ®æi phÇn ®· biÕt ChÊt h÷u c¬ Cã thÓ ch¸y ChÊt kh« Th«ng dông ChÊt h÷u 1 100 − S c 100 − (S k + A k ) 100 − (S d + A d + W d ) c¬ 100 100 100 Cã thÓ 100 1 100 − A k 100 − (A d + W d ) ch¸y 100 − S c 100 100 ChÊt kh« 100 100 1 100 − W d 100 − (S + A ) k k 100 − A k 100 Th«ng 100 100 100 1 dông 100 − (S + A + W ) d d d 100 − (A + W ) d d 100 − W d b) Thµnh phÇn nhiªn liÖu khÝ Nhiªn liÖu khÝ th−êng lµ hçn hîp c¬ häc cña mét sè khÝ, cã thÓ ph©n tÝch chÝnh x¸c tõng thµnh phÇn cña chóng. C¸c thµnh phÇn cã thÓ ch¸y trong nhiªn liÖu khÝ gåm: CO, H2, CH4, CmHn, H2S. C¸c thµnh phÇn kh«ng thÓ ch¸y gåm CO2, N2, SO2, H2O, O2. Trong c¸c thµnh phÇn cã thÓ ch¸y th× c¸c cacbuahy®r« nh− CH4, CmHn cã n¨ng suÊt to¶ nhiÖt cao, sau ®ã lµ H2 vµ CO, cßn H2S lµ thµnh phÇn cã h¹i cÇn h¹n chÕ. Thµnh phÇn nhiªn liÖu khÝ ®−îc biÓu thÞ b»ng hai c¸ch: + Thµnh phÇn kh«: CO2k + COk + H2k + CH4k + C2H2k + H2Sk + ...+ N2k = 100 % (4.5) - 63 -
  8. + Thµnh phÇn −ít: CO2u + COu + H2u + CH4u + C2H2u + H2Su +...+ N2u + H2Ou= 100% (4.6) C«ng thøc chuyÓn ®æi gi÷a c¸c thµnh phÇn nh− sau: 100 − H 2 O u Xu = Xk. (4.7) 100 100 Xk = Xu. (4.8) 100 − H 2 O u 100ω Trong ®ã: H2Ou = (4.9) 806,3 + ω Víi ω lµ ®é Èm cña nhiªn liÖu, tÝnh b»ng l−îng n−íc chøa trong mét mÐt khèi khÝ kh« [ g/m3]. 4.1.4. NhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu N¨ng suÊt to¶ nhiÖt hay nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu lµ l−îng nhiÖt to¶ ra khi ®èt ch¸y hoµn toµn mét ®¬n vÞ khèi l−îng nhiªn liÖu (nÕu lµ nhiªn liÖu r¾n vµ láng) hay mét ®¬n vÞ thÓ tÝch nhiªn liÖu ( nÕu lµ nhiªn liÖu khÝ), ®−îc ký hiÖu lµ Q [kcal/kg hoÆc kj/kg vµ kcal/ m3 hoÆc kj/m3]. Trong thùc tÕ, ng−êi ta dïng hai kh¸i niÖm vÒ nhiÖt trÞ lµ nhiÖt trÞ cao vµ nhiÖt trÞ thÊp. - NhiÖt trÞ cao lµ nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu x¸c ®Þnh víi ®iÒu kiÖn c¸c s¶n vËt ch¸y nguéi ®Õn nhiÖt ®é ban ®Çu, n−íc ë trong s¶n vËt ch¸y ë thÓ láng vµ nguéi ®Õn 0oC, ký hiÖu lµ Qc. - NhiÖt trÞ thÊp lµ nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu x¸c ®Þnh víi ®iÒu kiÖn c¸c s¶n vËt ch¸y nguéi ®Õn nhiÖt ®é ban ®Çu, n−íc ë trong s¶n vËt ch¸y ë thÓ h¬i vµ nguéi ®Õn 20oC, ký hiÖu lµ Qd. §Ó x¸c ®Þnh nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu cã hai ph−¬ng ph¸p: x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n. §èi víi nhiªn liÖu r¾n vµ nhiªn liÖu láng, v× kh«ng biÕt thµnh phÇn cÊu t¹o chÊt, nªn ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt trÞ th−êng tiÕn hµnh b»ng thùc nghiÖm. Ngoµi ra, cã thÓ tÝnh to¸n gÇn ®óng theo thµnh phÇn nguyªn tè b»ng c¸c c«ng thøc thùc nghiÖm, trong ®ã c«ng thøc ®−îc dïng nhiÒu lµ c«ng thøc cña Men-®ª-lª-Ðp: Qc = 4,18 [81Cd + 300Hd - 26( Od - Sd)] [Kj/kg] (4.10) Qd = 4,18 [81Cd + 246Hd - 26( Od - Sd) - 6Wd] [Kj/kg] (4.11) - 64 -
  9. §èi víi nhiªn liÖu khÝ cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm hoÆc tÝnh to¸n theo thµnh phÇn nhiªn liÖu. C«ng thøc tÝnh nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu khÝ khi biÕt thµnh phÇn khÝ nh− sau: Qc = 4,18(30,2CO + 30,5H2 + 95CH4 +152C2H4 + . . . +61H2S)[Kj/m3] (4.12) Qd = 4,18(30,2CO + 25,7H2 + 85,5CH4 +141C2H4 + . . . +56H2S) [Kj/m3] (4.13) 4.2. Sù ch¸y cña nhiªn liÖu 4.2.1. Sù ch¸y cña nhiªn liÖu r¾n Qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu r¾n (chñ yÕu lµ than) lµ qu¸ tr×nh ch¸y dÞ thÓ gi÷a mét chÊt lµ thÓ r¾n (nhiªn liÖu) vµ mét chÊt lµ thÓ khÝ (oxy cña kh«ng khÝ). Tuy nhiªn, trong qu¸ tr×nh ch¸y còng xÈy ra mét phÇn qu¸ tr×nh ch¸y ®ång thÓ ®ã lµ qu¸ tr×nh ch¸y chÊt bèc. Qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu r¾n cã thÓ chia ra c¸c giai ®o¹n sau: + Nung nãng vµ bèc h¬i n−íc. + Ph©n hãa nhiÖt nhiªn liÖu, tho¸t chÊt bèc vµ t¹o thµnh cèc. + Ch¸y chÊt bèc. + Ch¸y c¸c bon. Khi ch¸y, sù ch¸y chÊt bèc xÈy ra tr−íc, tuy thêi thêi gian ch¸y chÊt bèc ng¾n, nh−ng nã cã ý nghÜa quan träng lµm t¨ng nhiÖt ®é cña nhiªn liÖu, thóc ®Èy qu¸ tr×nh ch¸y tiÕp theo. Sù ch¸y cña c¸c bon lµ qu¸ tr×nh ch¸y chñ yÕu cña nhiªn liÖu r¾n. Qu¸ tr×nh ch¸y cac bon ®−îc ®Æc tr−ng bëi c¸c ph¶n øng sau: - Ch¸y cac bon: C + O2 = CO2 + 399 254 kj/kmol 2C + O2 = 2CO + 246 623 kj/kmol. - Ph©n hñy khÝ CO2 vµ h¬i n−íc: C + CO2 = 2CO - 162 530 kj/kmol C + 2H2O = CO2 + 2H2 - 65 294 kj/kmol - Ch¸y tiÕp khÝ CO: 2CO + O2 = 2CO2 + 571 684 kj/kmol Trong qu¸ tr×nh ch¸y, c¸c ph¶n øng ch¸y cac bon xÈy ra tr−íc, c¸c ph¶n øng ph©n hñy khÝ CO2, h¬i n−íc vµ ch¸y CO lµ c¸c ph¶n øng tiÕp theo (ph¶n øng thø cÊp). Qu¸ tr×nh ch¸y cña c¸c bon lµ qu¸ tr×nh ch¸y dÞ thÓ, do ®ã tèc ®é khhuÕch t¸n oxy tíi bÒ mÆt c¸c - 65 -
  10. bon ¶nh h−ëng lín tíi qu¸ tr×nh ch¸y. L−îng khÝ khuÕch t¸n ®Õn bÒ mÆt vËt r¾n x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc: V= D (C 0 − C n ).τ.F [g] (4.14) δ Trong ®ã: V - l−îng khÝ khuÕch t¸n [gam]. D - hÖ sè khuÕch t¸n ph©n tö [cm2/s]. δ - chiÒu dµy líp ch¶y tÇng bao quanh vËt r¾n [cm]. C0, Cn - nång ®é chÊt khuÕch t¸n trong dßng khÝ vµ ë gÇn mÆt vËt r¾n [g/cm3]. F - bÒ mÆt vËt r¾n [cm2]. τ - thêi gian [s]. Tèc ®é khuÕch t¸n cña oxy ®Õn mÆt than phô thuéc vµo tiªu chuÈn Re vµ tèc ®é dßng khÝ (ω): 0,031.ω β kt = [cm/s] (4.15) R 0, 2 e L−îng oxy khuÕch t¸n ®Õn bÒ mÆt than, mét phÇn ch¸y cßn mét phÇn ®−îc bÒ mÆt vËt r¾n hÊp thô. Sù hÊp thô oxy cña mÆt than chñ yÕu phô thuéc vµo bÒ mÆt than vµ ¸p suÊt khÝ, khi ¸p suÊt khÝ t¨ng l−îng oxy ®−îc hÊp thô t¨ng. Nghiªn cøu tèc ®é ch¸y c¸c bon trong líp nhiªn liÖu r¾n gåm nh÷ng h¹t h×nh cÇu, ng−êi ta thÊy tèc ®é biÕn ®æi bÒ mÆt than phô thuéc ¸p suÊt khÝ vµ tèc ®é dßng khÝ nh− sau: K = A(ωp ) +B 0, 4 (4.16) Trong ®ã: K - tèc ®é biÕn ®æi bÒ mÆt cÇu [cm2/s]. ω, p - tèc ®é vµ ¸p suÊt dßng khÝ, [m/s] vµ [at]. A, B: c¸c hÖ sè thùc nghiÖm. Tõ ph−¬ng tr×nh (4.16), ta nhËn thÊy khi t¨ng tèc ®é hay ¸p suÊt dßng khÝ dÉn ®Õn tèc ®é ch¸y c¸c bon t¨ng. 4.2.2. Sù ch¸y cña nhiªn liÖu láng Qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu láng (chñ yÕu lµ c¸c lo¹i dÇu) võa lµ qu¸ tr×nh ch¸y dÞ thÓ (sù ch¸y c¸c h¹t r¾n sinh ra khi ph©n huû nhiªn liÖu) võa lµ qu¸ tr×nh ch¸y ®ång thÓ (ch¸y h¬i dÇu). - 66 -
  11. §Ó ®èt ch¸y nhiªn liÖu láng cÇn ph¶i t¸ch nhiªn liÖu thµnh h¹t nhá ®Ó t¨ng bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ, qu¸ tr×nh ®ã ®−îc gäi lµ qu¸ tr×nh biÕn bôi. ChÊt ®Ó biÕn bôi dÇu gäi lµ chÊt biÕn bôi. HiÖn nay ng−êi ta dïng chÊt biÕn bôi lµ kh«ng khÝ nÐn, h¬i n−íc vµ kh«ng khÝ ¸p suÊt cao. Khi chÊt biÕn bôi va ch¹m vµo dßng nhiªn liÖu, ®éng n¨ng chÊt biÕn bôi gi¶m, ®é gi¶m ®éng n¨ng ∆U0 cña chÊt biÕn bôi mét phÇn sinh c«ng c¬ häc lµm biÕn bôi nhiªn liÖu cßn phÇn lín n¨ng l−îng nµy biÕn thµnh nhiÖt lµm t¨ng nhiÖt hµm cña hçn hîp. PhÇn ®éng n¨ng lµm biÕn bôi nhiªn liÖu ( ∆U) phô thuéc vµo tØ sè gi÷a khèi l−îng riªng cña chÊt biÕn bôi (ρ2) vµ khèi l−îng riªng cña nhiªn liÖu (ρ1). NÕu bá qua t¸c ®éng cña ®é nhít th× tØ sè gi÷a ∆U vµ ∆U0 cã thÓ tÝnh gÇn ®óng: ∆U ρ 2 ≈ ∆U 0 ρ1 NÕu khèi l−îng riªng cña nhiªn liÖu kh«ng ®æi th× khèi l−îng riªng cña chÊt biÕn bôi cµng lín th× tØ sè nµy cµng lín vµ hiÖu qu¶ biÕn bôi cµng cao. NÕu gäi ∆E lµ n¨ng l−îng cÇn thiÕt ®Ó ph¸ vë bÒ mÆt tù do giät nhiªn liÖu th× ∆E = ∆U, do ®ã x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng kÝnh cña c¸c h¹t bôi dÇu: 12.σ 1+ ϕ d= . [ω2 (1 + E u ) − ω1 ] 2 .ρ 2 ϕ 12.σ 1+ ϕ Hay: d= . [m] (4.17) (∆ω)2 .ρ 2 ϕ Trong ®ã: σ - hÖ sè søc c¨ng bÒ mÆt cña nhiªn liÖu [N/m2]. G2 ϕ= - suÊt tiªu hao ®¬n vÞ cña chÊt biÕn bôi (G1 vµ G2 lµ l−u l−îng nhiªn liÖu G1 vµ chÊt biÕn bôi) [kg/kg]. ∆ω = ω2 (1 + E u ) − ω1 . KÝch th−íc h¹t dÇu sau khi biÕn bôi dao ®éng trong kho¶ng 0,05 - 0,5 mm. Qu¸ tr×nh ch¸y cña c¸c h¹t bôi dÇu xÈy ra theo c¸c giai ®o¹n sau: - Hoµ trén gi÷a bôi dÇu vµ kh«ng khÝ. - Hçn hîp ®−îc sÊy nãng vµ bôi dÇu bèc h¬i. - Ph©n huû c¸c hîp chÊt cacbua hy®r«. - 67 -
  12. - XÈy ra c¸c ph¶n øng ch¸y. Trªn thùc tÕ c¸c giai ®o¹n trªn cã quan hÖ mËt thiÕt víi nhau vµ kh«ng t¸ch rêi nhau. 3 2 1 H×nh 4.1 Qu¸ tr×nh ch¸y bôi dÇu 1) H¹t dÇu 2) Vïng h¬i dÇu 3) Vïng xÈy ra c¸c ph¶n øng ch¸y XÐt c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng tíi sù ch¸y cña nhiªn liÖu láng ta nhËn thÊy, nÕu kÝch th−íc h¹t dÇu cµng nhá vµ qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a m«i tr−êng víi hçn hîp chÊt biÕn bôi vµ nhiªn liÖu tèt th× hçn hîp ®−îc sÊy nãng nhanh, dÇu bèc h¬i tèt vµ qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra nhanh. Qu¸ tr×nh ch¸y cßn phô thuéc vµo sù khuÕch t¸n cña oxy vµo vïng ch¸y vµ sù khuÕch t¸n cña s¶n phÈm ch¸y ra khái vïng nµy nªn sù x¸o trén hçn hîp tèt còng lµm cho qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra nhanh h¬n. 4.2.3. Sù ch¸y cña nhiªn liÖu khÝ Qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu khÝ lµ qu¸ tr×nh ch¸y ®ång thÓ gi÷a khÝ ch¸y vµ oxy cña kh«ng khÝ. Qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu khÝ cã thÓ chia ra: + Giai ®o¹n hoµ trén nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ t¹o thµnh hçn hîp ch¸y. + Giai ®o¹n ch¸y cña hçn hîp ch¸y. Tèc ®é vµ chÊt l−îng ch¸y cña nhiªn liÖu khÝ, nhiÖt ®é vµ chiÒu dµi cña ngän löa trªn thùc tÕ chñ yÕu phô thuéc vµo tèc ®é vµ chÊt l−îng cña qu¸ tr×nh hoµ trén. Nguyªn nh©n t¹o thµnh hçn hîp lµ do sù khuÕch t¸n cña c¸c ph©n tö khÝ do chªnh lÖch nång ®é (khuÕch t¸n ph©n tö) hoÆc do sù va ®Ëp cña c¸c dßng khÝ chuyÓn ®éng (khuÕch t¸n x¸o trén). Khi sù hßa trén xÈy ra cµng tèt th× qu¸ tr×nh ch¸y xÈy ra cµng nhanh, ch¸y cµng hoµn toµn, chiÒu dµi ngän löa ng¾n h¬n vµ nhiÖt ®é ngän löa còng cao h¬n. Mét yÕu tè quan träng kh¸c ¶nh h−ëng tíi sù ch¸y cña nhiªn liÖu khÝ vµ nhiÖt ®é ngän löa lµ tØ lÖ gi÷a kh«ng khÝ vµ khÝ ®èt trong hçn hîp. NÕu l−îng kh«ng khÝ ®−a vµo kh«ng ®ñ th× khÝ ®èt ch¸y kh«ng hoµn toµn, nhiÖt ®é ngän löa thÊp. Ng−îc l¹i, nÕu l−îng kh«ng khÝ ®−a vµo d−, nhiªn liÖu ch¸y hoµn toµn, tuy nhiªn nhiÖt ®é ngän löa còng kh«ng cao do tèn nhiÖt nung kh«ng khÝ d−. - 68 -
  13. 4.2.4. Kh¸i niÖm ch¸y hoµn toµn, ch¸y kh«ng hoµn toµn vµ hÖ sè kh«ng khÝ d− a) Kh¸i niÖm ch¸y hoµn toµn vµ ch¸y kh«ng hoµn toµn Sù ch¸y cña nhiªn liÖu thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh ph¶n øng hãa häc gi÷a nh÷ng thµnh phÇn cã thÓ ch¸y cña nhiªn liÖu víi oxy: C + O 2 = CO 2 1 H2 + O2 = H2O 2 S + O 2 = SO 2 NÕu nh÷ng thµnh phÇn cã thÓ ch¸y trong nhiªn liÖu ®Òu tham gia ph¶n øng ch¸y vµ s¶n vËt ch¸y t¹o thµnh chØ gåm nh÷ng chÊt khÝ kh«ng thÓ ch¸y nh− ®−îc nh− CO2, H2O, SO2 ... th× gäi lµ qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn. Ng−îc l¹i, trong qu¸ tr×nh ch¸y, mét phÇn nhiªn liÖu kh«ng tham gia ph¶n øng hay trong s¶n vËt ch¸y cßn cã c¶ nh÷ng khÝ ch¸y ®−îc nh− CO, H2 ... th× gäi lµ qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng hoµn toµn. Dùa vµo nguyªn nh©n g©y ra ch¸y kh«ng hoµn toµn ng−êi ta chia ra: - Ch¸y kh«ng hoµn toµn ho¸ häc: xÈy ra khi mét phÇn nh÷ng chÊt cã thÓ ch¸y trong nhiªn liÖu tham gia ph¶n øng ch¸y, v× mét ®iÒu kiÖn nµo ®ã kh«ng thÓ ch¸y ®−îc vµ bÞ cuèn ra ngoµi theo s¶n vËt ch¸y. Nguyªn nh©n g©y ra ch¸y kh«ng hoµn toµn hãa häc cã thÓ lµ: + Cung cÊp kh«ng khÝ kh«ng ®ñ. + Kh«ng khÝ vµ nhiªn liÖu hçn hîp kh«ng tèt. + Ph©n hãa nhiÖt. Trong c¸c nguyªn nh©n trªn, hai nguyªn nh©n ®Çu cã thÓ h¹n chÕ ®−îc, nguyªn nh©n thø ba kh«ng thÓ h¹n chÕ ®−îc, vÝ dô ph¶n øng ph©n ho¸ cña CO2: 2CO 2 → 2CO + O 2 Møc ®é ph©n hãa cña CO2 phô thuéc ¸p suÊt riªng phÇn vµ nhiÖt ®é cña khÝ. - Ch¸y kh«ng hoµn toµn c¬ häc: do nhiªn liÖu bÞ r¬i v·i, rß rØ trong qu¸ tr×nh ®èt, lµm cho mét phÇn kh«ng thÓ tham gia ph¶n øng ch¸y. Ch¸y kh«ng hoµn toµn c¬ häc phô thuéc nhiªn liÖu vµ thiÕt bÞ ®èt, vÝ dô than lät qua m¾t ghi, khÝ rß rØ trªn ®−êng èng tr−íc má ®èt ... - 69 -
  14. b) HÖ sè kh«ng khÝ d− Th«ng th−êng khi ®èt nhiªn liÖu, nÕu l−îng kh«ng khÝ sö dông lÊy ®óng theo tØ lÖ c¸c ph¶n øng hãa häc th× g©y ra ch¸y kh«ng hoµn toµn, do ®ã ng−êi ta th−êng lÊy d− so víi yªu cÇu lý thuyÕt. §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é d− kh«ng khÝ, ng−êi ta dïng kh¸i niÖm hÖ sè d− kh«ng khÝ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau: Ln n= (4.18) L0 Trong ®ã: L0 - thÓ tÝch kh«ng khÝ cÇn thiÕt theo lý thuyÕt ®Ó ®èt ch¸y hÕt mét ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch nhiªn liÖu [m3/kg hoÆc m3/m3]. Ln - thÓ tÝch kh«ng khÝ ®−îc sö dông ®Ó ®èt ch¸y mét ®¬n vÞ khèi l−îng hay thÓ tÝch nhiªn liÖu[m3/kg hoÆc m3/m3]. HÖ sè kh«ng khÝ d− ®−îc chän c¨n cø vµo nhiªn liÖu, cÊu t¹o cña thiÕt bÞ ®èt, ®iÒu kiÖn vËn hµnh. B¶ng 4.4 cho gi¸ trÞ hÖ sè kh«ng khÝ d− th−êng dïng trong thùc tÕ. B¶ng 4.4 HÖ sè kh«ng khÝ d− Nhiªn liÖu vµ kiÓu thiÕt bÞ ®èt HÖ sè d− kh«ng khÝ, n Buång ®èt than ®¸ thao t¸c thñ c«ng 1,30 - 1,70 Buång ®èt than ®¸ c¬ khÝ hãa 1,20 - 1,40 §èt than bôi 1,20 - 1,25 §èt khÝ ®èt, má ®èt kh«ng cã ngän löa 1,03 - 1,05 §èt khÝ ®èt, má ®èt cã ngän löa 1,10 - 1,15 4.3. TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh l−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y nhiªn liÖu, l−îng s¶n vËt ch¸y, thµnh phÇn, khèi l−îng riªng cña s¶n vËt ch¸y vµ nhiÖt ®é ch¸y. §Ó tÝnh to¸n ng−êi ta dùa vµo c¸c gi¶ thiÕt sau: - C¸c chÊt khÝ ®−îc coi lµ khÝ lý t−ëng. - Kh«ng tÝnh ®Õn thÓ tÝch s¶n vËt ch¸y do ph©n hãa nhiÖt. - ThÓ tÝch khÝ ®Òu ®æi vÒ ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn. - Trong kh«ng khÝ chØ chøa oxy vµ nit¬ víi tØ lÖ thÓ tÝch: 21% O2 vµ 79%N2. - 70 -
  15. 4.3.1. TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiªn liÖu r¾n vµ láng §Ó d¬n gi¶n trong tÝnh to¸n, mäi tÝnh to¸n ®−îc tiÕn hµnh víi 100 kg nhiªn liÖu. a) TÝnh l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn dïng ®Ó ®èt nhiªn liÖu : - ChuyÓn ®æi thµnh phÇn nhiªn liÖu vÒ thµnh phÇn th«ng dông: Cd + Hd + Od + Nd + Sd +Ad + Wd = 100 % - TÝnh sè kmol c¸c chÊt cã trong 100 kg nhiªn liÖu: C d Hd Od N d S d Wd ; ; ; ; vµ (kmol) 12 2 32 28 32 18 Riªng thµnh phÇn tro (A) kh«ng tham gia ph¶n øng ch¸y vµ kh«ng biÕn thµnh khÝ lß nªn kh«ng tÝnh ®Õn. - Dùa vµo ph−¬ng tr×nh ph¶n øng ch¸y cña c¸c chÊt, tÝnh l−îng oxy cÇn ®Ó ®èt ch¸y nhiªn liÖu: C d Hd Sd N ' O2 = + + (kmol) 12 4 32 Od Do trong nhiªn liÖu ®· cã kmol oxy nªn l−îng oxy cÇn cung cÊp: 32 C d H d S d Od N O2 = + + − (kmol) (4.19) 12 4 32 32 VËy thÓ tÝch oxy cÇn cung cÊp ®Ó ®èt ch¸y 100 kg nhiªn liÖu lµ: ⎛ C d Hd S d Od ⎞ VO2 =⎜ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟.22,4 ⎟ (m3) (4.20) ⎝ ⎠ L−îng nit¬ ®−a vµo theo kh«ng khÝ tÝnh theo kmol lµ: 79 ⎛ C d H d S d O d ⎞ N N2 = ⎜ + + − ⎟ (kmol) (4.21) 21 ⎜ 12 ⎝ 4 32 32 ⎟ ⎠ ⎛ C d Hd S d Od ⎞ N N 2 = 3,762.⎜ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟ ⎟ (kmol) (4.22) ⎝ ⎠ L−îng nit¬ ®−a vµo theo kh«ng khÝ tÝnh theo thÓ tÝch lµ: ⎛ C d Hd S d Od ⎞ VO2 = 3,762.⎜ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟.22,4 ⎟ (4.23) ⎝ ⎠ VËy thÓ tÝch kh«ng khÝ cÇn cung cÊp ®Ó ®èt ch¸y 100 kg nhiªn liÖu lµ: - 71 -
  16. ⎛ C d Hd S d Od ⎞ Vkk = VO2 + VN 2 = 4,762.⎜ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟.22,4 ⎟ (4.24) ⎝ ⎠ b) TÝnh l−îng s¶n vËt ch¸y lý thuyÕt: L−îng s¶n vËt ch¸y lý thuyÕt gåm hai phÇn: + L−îng s¶n vËt ch¸y do nhiªn liÖu ch¸y sinh ra: ⎛ C d Hd S d Nd Wd ⎞ N nl SVC =⎜ ⎜ 12 + 2 + 32 + 32 + 18 ⎟ ⎟ (kmol) (4.25) ⎝ ⎠ + L−îng khÝ do kh«ng khÝ mang vµo: ⎛ C d H d S d Od ⎞ N kk svc = VN 2 = 3,762.⎜ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟ (kmol) ⎟ (4.26) ⎝ ⎠ VËy l−îng s¶n vËt ch¸y tæng céng khi ®èt 100 kg nhiªn liÖu lµ: ⎛ C d Hd Sd Nd Wd ⎞ ⎛ C d H d S d Od ⎞ N SVC = ⎜ ⎜ 12 + + + + ⎟ + 3,762.⎜ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟ (kmol) (4.27) ⎝ 2 32 32 18 ⎟ ⎠ ⎝ ⎟ ⎠ ⎡⎛ C d H d S d N d W d ⎞ ⎛ C d H d S d O d ⎞⎤ VSVC ⎜ = ⎢⎜ + + + + ⎟ + 3,762.⎜ ⎟ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟⎥.22,4 (m ) ⎟ 3 ⎢⎝ 12 ⎣ 2 32 32 18 ⎠ ⎝ ⎠⎥⎦ (4.28) c) TÝnh l−îng kh«ng khÝ vµ s¶n vËt ch¸y lý thuyÕt vµ thùc tÕ khi ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu: - Tõ c«ng thøc (4.24) tÝnh ®−îc l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn ®Ó ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu: ⎛ C d H d S d O d ⎞ 22,4 L 0 = 4,762.⎜ ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟. 100 ⎟ [m3/kg] (4.29) ⎝ ⎠ - Tõ c«ng thøc (4.28) tÝnh ®−îc l−îng s¶n vËt ch¸y lý thuyÕt khi ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu: ⎡⎛ C d H d S d N d W d ⎞ ⎛ C d H d S d O d ⎞⎤ 22,4 V0 = ⎢⎜ ⎜ + + + + ⎜ 12 + 4 + 32 − 32 ⎟⎥. 100 ⎟ + 3,762.⎜ [m3/kg] ⎢⎝ 12 ⎣ 2 32 32 18 ⎟ ⎠ ⎝ ⎟ ⎠⎥⎦ (4.30) - L−îng kh«ng khÝ thùc tÕ cÇn ®Ó ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu: L n = n.L 0 [m3/kg] (4.31) - L−îng s¶n vËt ch¸y thùc tÕ sinh ra khi ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu: Vn = V0 + (n − 1)).L 0 [m3/kg] (4.32) - 72 -
  17. C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n th−êng ®−îc biÓu diÔn theo b¶ng (xem b¶ng 4.6). d) TÝnh thµnh phÇn s¶n vËt ch¸y: N Xi %X i = n .100 [%] (4.33) ∑N i =1 Xi Trong ®ã: NXi lµ sè kmol cña thµnh phÇn s¶n vËt ch¸y Xi. e) TÝnh khèi l−îng riªng cña s¶n vËt ch¸y: Khèi l−îng riªng cña s¶n vËt ch¸y x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: n ∑N Xi .M Xi ρ= i =1 n [kg/m3] (4.34) ∑V i =1 Xi Trong ®ã NXi, MXi, VXi lµ sè kmol, khèi l−îng kmol vµ thÓ tÝch cña thµnh phÇn s¶n vËt ch¸y Xi. e) TÝnh nhiÖt ®é ch¸y cña nhiªn liÖu: NhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cña nhiªn liÖu lµ nhiÖt ®é mµ s¶n vËt ch¸y ë thÓ khÝ cã thÓ ®¹t tíi khi ®èt ch¸y nhiªn liÖu trong ®iÒu kiÖn lý t−ëng, tøc lµ ch¸y hoµn toµn, kh«ng cã tæn thÊt, kh«ng cã ph©n hãa nhiÖt còng nh− kh«ng cã kh«ng khÝ d−. §Ó tÝnh to¸n, ng−êi ta gi¶ thiÕt nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt t®o cÇn t×m n»m trong kho¶ng t1 ®Õn t2 vµ: ⎧t 1 < t do < t 2 ⎨ (4.35) ⎩t 2 − t 1 = 100 C o Khi ®ã, nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: i tæng − i 1 t do = (t 2 − t 1 ) + t 1 (4.36) i 2 − i1 Trong ®ã: n %X i i1 = ∑ .i Xi ,t1 - nhiÖt hµm cña s¶n vËt ch¸y ë nhiÖt ®é t1, iXi,t1 lµ nhiÖt hµm cña i =1 100 thµnh phÇn Xi ë nhiÖt ®é t1. n %X i i2 = ∑ .i Xi ,t 2 - nhiÖt hµm cña s¶n vËt ch¸y ë nhiÖt ®é t2, iXi,t2 lµ nhiÖt hµm i =1 100 cña thµnh phÇn Xi ë nhiÖt ®é t2. itæng lµ nhiÖt hµm tæng céng cña s¶n vËt ch¸y: - 73 -
  18. Q H + i nl + i kk L n i tæng = [kcal/m3] hay [kj/m3] (4.37) Vn ë ®©y inl = cnl.tnl lµ nhiÖt hµm cña nhiªn liÖu vµ ikk = ckk.tkk lµ nhiÖt hµm cña kh«ng khÝ. Khi kh«ng nung nãng nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ th× inl, ikk b»ng kh«ng. Trong c¸c tÝnh to¸n trªn nhiÖt hµm cña c¸c chÊt ®−îc tra theo b¶ng cho s½n. NhiÖt ®é ch¸y thùc tÕ cña nhiªn liÖu tÝnh theo c«ng thøc sau: t tt = η.t do Trong ®ã η lµ hÖ sè nhiÖt ®é, phô thuéc lo¹i lß vµ d¹ng nhiªn liÖu, tra theo b¶ng. B¶ng 4.5 B¶ng tra hÖ sè nhiÖt ®é Lo¹i lß D¹ng nhiªn liÖu η Lß buång KhÝ lß sinh khÝ 0,73 - 0,78 Lß buång R¾n 0,66 - 0,70 Lß liªn tôc R¾n 0,70 - 0,75 D−íi ®©y kh¶o s¸t mét vÝ dô tÝnh to¸n sù ch¸y víi nhiªn liÖu lµ than cã thµnh phÇn ch¸y nh− sau: 85,32%Cc, 4,56%Hc, 4,07%Oc, 1,80%Nc, 4,25%Sc, 7,78%Ak, 3,00%Wd. Vµ hÖ sè d− kh«ng khÝ n = 1,25. - §æi thµnh phÇn ch¸y sang thµnh phÇn th«ng dông: §æi thµnh phÇn tro Ak sang Ad: 100 − W d 100 − 3 Ad = Ak = 7,78. = 7,55 [%] 100 100 HÖ sè thÕ ho¸n tõ thµnh phÇn ch¸y sang thµnh phÇn th«ng dông: K= ( = ) 100 − A d + W d 100 − (7,55 + 3) = 0,8945 100 100 Thµnh phÇn th«ng dông cña nhiªn liÖu: Ad = 7,55 % Wd = 3,00 % Cd = 0,895 x 85,32 = 76,32 % Hd = 0,895 x 4,56 = 4,08 % Od = 0,895 x 4,07 = 3,64 % Nd = 0,895 x 1,80 = 3,64 % Sd = 0,895 x 4,25 = 3,80 % - 74 -
  19. B¶ng 4.6 B¶ng kÕt qu¶ tÝnh l−îng kh«ng khÝ, l−îng vµ thµnh phÇn s¶n vËt ch¸y cho 100 kg nhiªn liÖu Nhiªn liÖu Kh«ng khÝ S¶n vËt ch¸y Hµm Khèi Sè kmol O2 N2 Céng CO2 H2O SO2 O2 N2 Céng Thµnh l−îng l−îng l−îng phÇn % kg kg kmol kmol kmol kmol m3 kmol kmol kmol kmol kmol kmol m3 C 76,32 76,32 12 6,36 6,360 6,36 27,782 H 4,08 4,08 2 2,04 1,020 2,04 Tõ kh«ng S 3,8 3,8 32 0,119 0,119 0,119 khÝ vµo O 3,64 3,64 32 0,114 -0,114 nhiªn liÖu (kÕt qu¶ tr×nh bµy ë b¶ng 4.6). 22,4 x 36,53 3,762 x 7,385 35,167 x 22,4 - 75 - 7,385 + 27,782 N 1,61 1,61 28 0,059 - 0,059 W 3 3 18 0,167 - 0,167 A 7,55 7,55 - - Σ= 100 100 7,385 27,78 35,67 787,8 6,36 2,207 0,119 27,84 36,53 818,2 n=1 Thµnh phÇn (%) 21,0% 79,0 100 17,41 6,04 0,33 76,22 100 n = 1,25 9,23 34,73 43,96 984,7 6,36 2,21 0,12 1,85 34,80 45,34 1016 Thµnh phÇn (%) 21,00 79,00 100 14,03 4,87 0,26 4,09 76,75 100 - TÝnh to¸n x¸c ®Þnh l−îng kh«ng khÝ l−îng vµ thµnh phÇn s¶n vËt ch¸y cho 100 kg
  20. - L−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt: 787,8 L0 = = 7,878 [m3/kg] 100 - L−îng kh«ng khÝ thùc tÕ: 984,7 Ln = = 9,847 [m3/kg] 100 - L−îng s¶n vËt ch¸y lý thuyÕt: 818,2 V0 = = 8,182 [m3/kg] 100 - L−îng s¶n vËt ch¸y thùc tÕ: 1016 Ln = = 10,16 [m3/kg] 100 - Thµnh phÇn s¶n vËt ch¸y: CO2 14,03 % H2O 4,87 % SO2 0,26 % O2 4,08 % N2 76,75 % Σ= 100 % - TÝnh khèi l−îng riªng cña s¶n vËt ch¸y: Khèi l−îng cña s¶n vËt ch¸y: CO2 → 6,36 . 44 = 279,84 H2O → 2,21 . 18 = 39,73 SO2 → 0,12 . 64 = 7,62 O2 → 1,85 . 32 = 59,32 N2 → 76,75 . 28 = 974,44 Σ= 1360,9 kg Khèi l−îng riªng cña s¶n vËt ch¸y: 1360,9 ρ= = 1,34 [kg/m3] 1016 - NhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cña nhiªn liÖu: Nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ kh«ng ®−îc nung nãng tr−íc nªn ta cã: - 76 -
Đồng bộ tài khoản