BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN CHIẾN THẮNG
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY ANTRAXIT VIỆT NAM
TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Chuyên ngành: Kỹ thuật Nhiệt
Mã số: 62520115
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Trần Gia Mỹ
2. GS. TSKH. Nguyễn Sĩ Mão
Phản biện 1: PGS. TS. Lê Công Cát
Phản biện 2: PGS. TS. Vũ Duy Trường
Phản biện 3: PGS. TS. Trương Ngọc Tuấn
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi giờ, ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng 3 năm 2016 của Việt Nam, giai đoạn
2015-2030 điện năng sản xuất từ nhiệt điện than luôn tăng và chiếm tỷ trọng lớn nhất
trong cơ cấu nguồn điện. Các lò hơi đốt than phun đã được thiết kế chế tạo đốt than
ổn định, song hiệu suất còn thấp, tỷ lệ cacbon chưa cháy hết trong tro còn cao. Đặc
biệt là đối với các lò đốt than antraxit Việt Nam, loại than cháy ít khói, hàm lượng
các bon (C) trong than cao, song chất bốc (V) hàm lượng tro (A) cao nên khó bắt
cháy và khó cháy kiệt. Chính vì vậy, hiện nay, thành phần các bon còn lại trong tro ở
các nhà máy nhiệt điện cũ đều rất cao như: Phả Lại: 12-18%, Ninh Bình: 15 -35%,
Uông Bí cũ: 30 - 40%, ...); Các nhà máy mới xây dựng như Phả Lại 2, Uông Bí mở
rộng 1, ... vẫn chưa khắc phục được các nhược điểm trên của than antraxit Việt Nam,
hàm lượng C còn lại trong tro vẫn cao (trên 12%).
Kinh nghiệm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò hơi NMNĐ đốt than sử dụng than
antraxit có chất bốc thấp ở mức dưới 8% như than Việt Nam chưa nhiều. Việc nâng
cao hiệu suất cháy than trong các NMNĐ hiện vẫn đang thực hiện ở mức trung, đại tu
thiết bị và những cải tiến mang tính nhỏ, lẻ.
Các nghiên cứu lý thuyết cháy ứng dụng đã chỉ ra rằng, để nâng cao hiệu hiệu quả
sử dụng than ít chất bốc cần phải giải quyết các vấn đề kĩ thuật cơ bản sau: Bảo đảm
bắt lửa sớm, ổn định; Bảo đảm hiệu suất cháy cao, cháy kiệt; Hạn chế và loại bỏ đóng
xỉ buồng lửa; Đề phòng ăn mòn nhiệt độ cao; Giảm chất phát thải khí và các thành
phần ô nhiễm khác. Đây là những vấn đề kĩ thuật phức tạp mâu thuẫn lẫn nhau, phải
nghiên cứu và chọn lựa các giải pháp phù hợp, tối ưu.
Từ những trình bày trên đây có thể nhận thấy, vấn đề nâng cao độ tin cậy trong vận
hành và đặc biệt là hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam là vấn đề cấp thiết và cấp
bách hiện nay. Để giải quyết vấn đề đặt ra cần nghiên cứu bằng lý thuyết và thực
nghiệm quá trình cháy bột than, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy,
tạo cơ sở tin cậy cho việc lựa chọn một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit
trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện Việt Nam.
Với lý do trình bày trên đây có thể nhận thấy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt
than phun nhà máy nhiệt điện” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá
trình cháy, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy bột than antraxit Việt
Nam trong buồng đốt lò hơi nhà máy nhiệt điện; Tổng hợp phân tích kết quả thu
được, đề xuất và lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong
buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện và phạm vi
nghiên cứu là ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất cháy
4. Phương pháp nghiên cứu
Luận án được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô
hình thực nghiệm, mô phỏng và thực tiễn.
2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Về mặt khoa học: Đề tài đã làm sáng tỏ được một số yếu tố ảnh hưởng của nồng độ
dòng bột than/ gió sơ cấp, ảnh hưởng của tỷ lệ gió sơ cấp/ thứ cấp đến hiệu suất cháy
bột than antraxit trên mô hình thí nghiệm. Ảnh hưởng của một số điều kiện vận hành
lò hơi nhà máy điện đến hiệu suất lò hơi, các vấn đề này đã thể hiện rõ ý nghĩa khoa
học của công trình nghiên cứu.
Về mặt thực tiễn: Những đóng góp của đề tài có ý nghĩa thực tiễn khá rõ rệt là đã
nghiên cứu thành công một số yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất cháy bột than, đã
nâng cao được hiệu suất này lên từ 3 đến 5 % so với trước đó.
6. Điểm mới của luận án
- Đã xác định được các giá trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý, nồng độ than/gió hợp lý, hệ
số không khí thừa hợp lý trên mô hình thực nghiệm, là tư liệu nghiên cứu quan trọng
có thể ứng dụng trong quá trình thí nghiệm hiệu chỉnh lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt
than phun trong thực tế.
- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa nồng độ dòng bột than hợp lý, tốc độ gió cấp
1 (dòng bột than) hợp lý, hệ số không khí thừa đầu ra buồng đốt hợp lý, hiệu suất
cháy và hiệu suất lò hơi với hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu bằng phương pháp
thí nghiệm trên lò hơi nhà máy nhiệt điện thực tế.
- Đã xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình cháy trong buồng đốt than phun
bằng phương pháp mô phỏng số CFD với kết quả có ý nghĩa thực tiễn.
7. Bố cục của luận án
Phần thuyết minh luận án gồm 134 trang với các phần: Mở đầu (04 trang); Chương
1 - Tổng quan (33 trang); Chương 2 - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dòng than
phun đến hiệu suất cháy (23 trang); Chương 3 - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm
lượng chất bốc đến hiệu suất cháy (28 trang); Chương 4 - Kết quả nghiên cứu và thảo
luận (37 trang); Kết luận và kiến nghị (2 trang); Danh mục công trình của luận án (04
công trình); Tài liệu tham khảo (93 tài liệu); Luận án có 32 bảng và 45 hình vẽ.
Phần phụ lục của luận án gồm 65 trang với Phụ lục A: Mô hình thí nghiệm có 3
phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Bản tính thiết kế mô hình; phụ lục 2: Bảng tính và bảng thông
số các kết quả thí nghiệm trên mô hình; phụ lục 3: Kết quả phân tích mẫu than thí
nghiệm; Phụ lục B: Thí nghiệm đốt than trộn có 3 phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Nhiên liệu
dùng trong thí nghiệm; phụ lục 2: Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên lò hơi thực tế
tại NMNĐ Ninh Bình, phụ lục 3: Điều kiện đầu vào và điều kiện biên cho mô phỏng
CFD sau thí nghiệm trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh Bình.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHÁY THAN TRONG BUỒNG ĐỐT THAN
PHUN NMNĐ VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.1. Vai trò của các NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng
Giới thiệu tổng quan về công suất, điện năng sản xuất, tỷ trọng của các NMNĐ đốt
than trong sản xuất điện năng trên thế giới, ở Việt Nam và khả năng cung ứng than
cho sản xuất điện.
1.2. Công nghệ đốt than antraxit trong NMNĐ ở Việt Nam
Hiện nay, đốt than antraxit trong lò hơi tại các NMNĐ của Việt Nam bao gồm hai
phương pháp là sử dụng công nghệ lò hơi đốt than phun (Pulverize Coal - PC) và
công nghệ lò hơi đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed - CFB).
3
1.3. Nghiên cứu cháy antraxit trong buồng lửa than phun
Phân tích lý thuyết về các yếu tố ảnh hưởng chính tới nhiệt lượng bắt lửa: lưu
lượng và tốc độ gió cấp 1, nhiệt độ gió nóng và nhiệt độ khói vùng bắt lửa, độ mịn
của bột than, nhiệt độ bắt cháy của dòng bột than, nồng độ dòng bột than, trường khí
động trong buồng lửa. Chúng tôi cũng phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình
cháy: vòi đốt, buồng đốt, các phương pháp bố trí vòi phun trên buồng đốt, buồng đốt
ngọn lửa hình W.
1.4. Tổng quan các kết quả nghiên cứu về cháy than antraxit
1.4.1. Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài
Nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng than và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các tổ
chức nghiên cứu đốt than trên thế giới đã nghiên cứu phát triển công nghệ đốt than
phun trong lò hơi nhà máy nhiệt điện chủ yếu đi theo hai hướng chính là nghiên cứu
điều chỉnh các đặc tính hoá lý của than và nghiên cứu cải thiện chế độ khí động quá
trình cháy. Theo đó, các nước Tây Âu đã đi theo hướng kết hợp sử dụng hiệu quả
tăng cường phản ứng hoá học quá trình bén lửa và bốc cháy của than bằng giải pháp
sử dụng thiết bị phân ly than có khả năng điều chỉnh để tăng độ mịn, nhằm giảm tổn
thất không cháy hết của nhiên liệu; Ngoài ra, còn sử dụng hỗn hợp than khó cháy
antraxit với than có chất bốc cao dễ cháy như bitum hoặc á bitum; Về khí động của
quá trình cháy đã nghiên cứu đưa vào sử dụng công nghệ đốt than ngọn lửa hình W,
kiểu buồng đốt “có vai”; Sử dụng vòi đốt có khả năng sấy bột than và hoà trộn than
bột - gió nóng (cho dòng đậm đặc); Bổ sung thêm một tầng gió nóng ở phía trên vai
lò (OFA) và đưa vòi loãng lên tầng gió OFA; Nâng cao hiệu suất lò hơi và giảm phát
thải NOX nhờ hệ thống giám sát và điều khiển tại chỗ các điều kiện cháy 45. Ngoài
ra, còn có một số biện pháp khác như: Áp dụng công nghệ thải xỉ khô và tận dụng
lượng nhiệt của tro xỉ để gia nhiệt không khí quay lại buồng đốt; Sử dụng băng tải
đệm khí cho hệ thống vận chuyển than; Áp dụng hệ thống giám sát tự động quá trình
cháy tiên tiến OPTICOM để cải thiện hiệu suất lò hơi trong nhà máy điện đốt than;
Áp dụng phương pháp INPUT/LOSS Method (phương pháp thí nghiệm và đánh giá
vận hành nhà máy bằng mô phỏng trên máy tính) 48.
Liên Xô cũ là nước có rất nhiều kinh nghiệm trong việc đốt than antraxit trong các
lò hơi nhà máy nhiệt điện, họ sử dụng các giải pháp như nghiền than mịn, nâng cao
nhiệt độ gió nóng, vận tải than bột nồng độ cao 84, 85.
Trung Quốc lựa chọn hệ thống chế biến than có phễu than trung gian với sơ đồ
nguyên lý hệ thống chế biến than kiểu hở, dùng khói lò trộn với không khí làm môi
chất sấy, sau khi làm việc được khử bụi than trong các bộ khử bụi và thải ra ngoài
trời áp dụng cho than có độ ẩm cao 64, 65.
Ngoài ra còn có các nghiên cứu khác của các học giả trên thế giới như: nghiên cứu
về độ mịn của bột than 80,8275,58, nghiên cứu so sánh các loại than 61,55,
nghiên cứu về bổ sung chất xúc tác 51,78, nghiên cứu về than trộn 60,71,
nghiên cứu về giảm thiểu phát thải NOx79,54, nghiên cứu về khí động 59,72.
1.4.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam có rất nhiều tác giả nghiên cứu về nâng cao hiệu suất cháy theo các
hướng như: lựa chọn phương pháp đốt 23,33, tăng cường khả năng cháy kiệt 14,
