Nghiªn cøu sù ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é dÇu FO ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh ch¸y – sÊy nãng cèt liÖu trong tang sÊy tr¹m BTNN dïng ®Çu ®èt hë kiÓu phun ngang dßng dÇu

TS. NguyÔn BÝnh Bé m«n M¸y x©y dùng – XÕp dì Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §¹i häc GTVT ThS. nguyÔn v¨n ®«ng Tr−êng Cao ®¼ng GTVT 2 §μ N½ng

Tãm t¾t: DÇu FO lμ lo¹i nhiªn liÖu phæ biÕn dïng trong c¸c tr¹m bª t«ng nhùa nãng (BTNN). Sù ch¸y cña dÇu FO phô thuéc rÊt nhiÒu vμo chÕ ®é gia nhiÖt cho nã, tõ ®ã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn hiÖu qu¶ qu¸ tr×nh sÊy nãng cèt liÖu, ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm vμ sù « nhiÔm m«i tr−êng.

Bμi b¸o tr×nh bμy c¬ së khoa häc cña vÊn ®Ò nμy vμ minh chøng b»ng mét sè kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh nghiªn cøu thùc nghiÖm t¹i tr¹m BTNN dïng ®Çu ®èt hë kiÓu phun ngang dßng dÇu. KÕt qu¶ nghiªn cøu gióp cho viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ ®Çu ®èt vμ vËn hμnh ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ cao, gãp phÇn h¹ gi¸ thμnh s¶n phÈm vμ b¶o vÖ tèt m«i tr−êng.

Summary: Heavy oil (FO) – Fuel of mixing asfal plant.

Burn (blate) oil FO depend raise temperature its. Burn of frire influence for effect dry material and the quality of products, polluted water an air. Result of scientific research and experimental for design, word, and depend environment (medium).

i. qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu dÇu FO sÊy nãng cèt liÖu ë tr¹m BTNN

a) Qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu dÇu FO sÊy nãng cèt liÖu trong tang sÊy tr¹m BTNN lµ mét qu¸ tr×nh ho¸ lý rÊt phøc t¹p, x¶y ra liªn tôc, ®an xen lÉn nhau. Cã nhiÒu c¸ch lý gi¶i, cã nhiÒu c¸ch ph©n ®o¹n qu¸ tr×nh ch¸y, nh−ng cã thÓ chia thµnh c¸c giai ®o¹n sau:

Giai ®o¹n phun dÇu t¸n s−¬ng: §Ó ®èt ch¸y dÇu phun vµo trong buång ®èt ph¶i phun thµnh nh÷ng h¹t nhá ®Ó lµm t¨ng diÖn tÝch bÒ mÆt tiÕp xóc víi kh«ng khÝ, thóc ®Èy qu¸ tr×nh ®èt nãng ho¸ h¬i.

Giai ®o¹n ho¸ h¬i: Nh÷ng h¹t dÇu phun vµo trong buång löa ®ang vËn hµnh cã nhiÖt ®é rÊt cao, sÏ nhËn nhiÖt bøc x¹ tõ t−êng lß, ngän löa vµ nhiÖt ®èi l−u tõ kh«ng khÝ vµ khãi, nhiÖt ®é t¨ng dÇn råi ho¸ h¬i tõ ngoµi vµo trong. DÇu ®−îc gia nhiÖt cµng cao, h¹t dÇu cµng nhá, tiÕp xóc tèt víi kh«ng khÝ vµ khãi nãng th× ho¸ h¬i cµng nhanh.

Giai ®o¹n khuÕch t¸n t¹o thμnh hçn hîp víi kh«ng khÝ: Sau khi dÇu ®−îc ho¸ h¬i th× ph¶i hçn hîp ngay víi kh«ng khÝ nÕu kh«ng sÏ ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh ch¸y vµ t¹o nªn tæn thÊt. §ã lµ v× sau khi ho¸ h¬i, nÕu thiÕu kh«ng khÝ do cung cÊp kh«ng ®ñ hoÆc hçn hîp kh«ng tèt, th× khi nhiÖt ®é t¨ng ®Õn kho¶ng (550 ÷ 650)0C sÏ x¶y ra hiÖn t−îng ph©n huû nhiÖt, t¹o thµnh nh÷ng h¹t cacbon r¾n cã kÝch th−íc rÊt nhá kho¶ng (0,006 ÷ 0,16) mμ , th−êng kÕt hîp l¹i víi nhau

mμ

thµnh h¹t cã ®−êng kÝnh (0,1 ÷ 0,3) gäi lµ muéi må hãng rÊt khã ch¸y, chóng t¹o thµnh khãi

®en vµ tæn thÊt nhiÖt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ c¬ häc.

Ngoµi ra, h¹t dÇu qu¸ lín, còng cã thÓ t¹o thµnh muéi må hãng. §ã lµ tr−êng hîp nh÷ng h¹t dÇu th« ®−îc phun vµo ngän löa ®ang ch¸y cã nhiÖt ®é cao, líp ngoµi cïng bÞ nhiÖt ph©n t¹o thµnh vá må hãng h×nh cÇu ng¨n kh«ng cho h¬i dÇu bªn trong khuÕch t¸n ra ngoµi. Khi nhiÖt ®é t¨ng, ¸p suÊt h¬i dÇu t¨ng ®Õn mét møc ®é nµo ®ã th× næ líp vá må hãng ë ngoµi vì thµnh nh÷ng h¹t må hãng bay theo khãi t¹o thµnh khãi ®en.

Giai ®o¹n b¾t löa ch¸y: Khi h¬i dÇu vµ kh«ng khÝ hçn hîp víi nhau, nhiÖt ®é t¨ng lªn ®Õn nhiÖt ®é b¾t löa th× sÏ ch¸y vµ t¹o thµnh mÆt ngän löa nh− h×nh 1. NÕu kh«ng khÝ cung cÊp ®ñ vµ t¹o hçn hîp tèt, nhiÖt ®é ®ñ cao th× sÏ ch¸y hoµn toµn, kÓ c¶ nh÷ng h¹t muéi må hãng. Nh−ng nÕu kh«ng khÝ cung cÊp kh«ng ®ñ, hoÆc hçn hîp kh«ng tèt t¹o thµnh thiÕu côc bé ë nh÷ng vïng nhiÖt ®é kh«ng ®ñ cao th× th−êng vÉn sãt l¹i nh÷ng chÊt khÝ còng nh− nh÷ng vËt r¾n ch−a ch¸y hÕt, t¹o nªn tæn thÊt do ch¸y kh«ng hoµn toµn vÒ ho¸ häc vµ vÒ c¬ häc.

B Ò m Æ t n g ä n l ö a

H ¹ t d Ç u l í n

H ¹ t d Ç u b Ð

H ¬ i d Ç u H ¹ t d Ç u

T h µ n h p h Ç n %

Trong qu¸ tr×nh ch¸y, nhiÖt sinh ra ®èt nãng s¶n phÈm ch¸y vµ truyÒn nhiÖt cho m«i tr−êng chÊt qua c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt.

1 2

CO + O2 = CO2 C + O = CO

1 2

H2 + O2 = H2O

H×nh 1. Qu¸ tr×nh ch¸y h¹t dÇu

b) §èi víi qu¸ tr×nh ®èt ch¸y dÇu FO, nhiÖt ®é cã t¸c dông rÊt lín. Khi nhiÖt ®é t¨ng, th× tû träng vµ ®é nhít gi¶m, ®é mÞn cña h¹t dÇu t¨ng lªn qu¸ tr×nh ch¸y dÔ dµng h¬n, mµ nhiÖt l−îng to¶ ra còng cao h¬n.

Tuú theo tû träng cña dÇu tõ 0.9402 ÷ 1.000 th× nhiÖt ®é cÇn sÊy nãng cho dÇu FO nªn

trong kho¶ng (74 ÷ 150)0C [6].

NhiÖt l−îng to¶ ra trong buång ®èt sÏ t¨ng lªn khi gia nhiÖt dÇu. NhiÖt l−îng thu ®−îc khi ®èt ch¸y 1kg nhiªn liÖu trong buång ®èt cã thÓ tÝnh theo [1]:

=

+

+

+

Q

Q

I

I

Q

d

lv t

nl

kk

p

kcal/kgnl (1)

Qd - NhiÖt l−îng thu ®−îc khi ®èt ch¸y 1kg nhiªn liÖu, kcal/kg.

lv tQ

=

×

C

t

- NhiÖt trÞ thÊp lµm viÖc cña nhiªn liÖu, kcal/kg.

I nl

nl

nl

kcal/kg (2) Inl - NhiÖt vËt lý cña nhiªn liÖu, cã thÓ tÝnh theo [5]:

trong ®ã:

0

Cnl - NhiÖt dung riªng cña nhiªn liÖu, kcal/kg.®é

tnl - NhiÖt ®é cña nhiªn liÖu, ( C)

Ikk - NhiÖt vËt lý cña kh«ng khÝ nãng ®−a vµo, cã thÓ tÝnh theo [1]:

α=

I

txCxVx

kk

p

kk

0 kk

(3)

0

kkV - L−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt

3

α - lµ hÖ sè kh«ng khÝ thõa, khi ®èt dÇu cã thÓ lÊy b»ng α = (1,1 ÷ 1,2)

Cp - NhiÖt dung riªng thÓ tÝch cña kh«ng khÝ, Kcal/m .®é

Qp - L−îng nhiÖt do h¬i dïng ®Ó phun nhiªn liÖu, ë ®©y phun b»ng kh«ng khÝ, kh«ng xÐt ®Õn.

ii. Nghiªn cøu thùc nghiÖm [3,4]

TiÕn hµnh kh¶o s¸t vµ thùc nghiÖm ë tr¹m 40 T/h, khi cè ®Þnh gãc më b−ím giã 750 vµ l−îng dÇu cung cÊp lµ 320 kg/h.

5

vÞ trÝ ®o 3 4 h

1. Qu¹t giã

2

A 1

2. §−êng dÉn dÇu

3. §Çu ®èt

4. Lß ®èt h×nh c«n

5. Lß trô dÉn löa

6. Gi¸ ®ì

7. B¬m dÇu FO

1

6

7

H×nh 2. S¬ ®å kÕt cÊu côm ®Çu ®èt hë kiÓu phun ngang dßng dÇu

a. ThiÕt bÞ ®o:

- NhiÖt kÕ hiÖn sè Type K, d¶i nhiÖt ®é ®o ®−îc tõ (0 ÷ 1350)0C, ngoµi nhiÖm vô ®o nhiÖt ®é ngän löa, th× nhiÖt kÕ nµy cßn ®o ®−îc nhiÖt ®é s¶n phÈm ®¸ - c¸t sau khi sÊy nãng.

b. Qu¸ tr×nh ®o thùc nghiÖm:

ChÕ ®é ®o: Khi ngän löa ®· ch¸y æn ®Þnh, thay ®æi c¸c gi¸ trÞ nhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu kh¸c nhau (90 ÷ 130)0C tiÕn hµnh ®o nhiÖt ®é ngän löa, ®o kiÓm tra nhiÖt ®é ®¸ - c¸t sÊy nãng. Mçi ®ît ®o trªn mét ®iÓm ®−îc thùc hiÖn 4 lÇn ë cïng mét chÕ ®é v.v...

c. KÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm

C¸c kÕt qu¶ ®o ë c¸c ®ît thùc nghiÖm ®Òu cã chung quy luËt vµ cã gi¸ trÞ gÇn víi kÕt qu¶ ë b¶ng 1, b¶ng 2 d−íi ®©y.

B¶ng 1. Gi¸ trÞ nhiÖt ®é ngän löa sau c¸c lÇn thùc nghiÖm

0

Sè lÇn ®o C NhiÖt ®é ngän löa, NhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu, 0 C

1300

1260

1250

lÇn 1 lÇn 2 lÇn 3 lÇn 4 Trung b×nh 90 850 880 900 902 883 100 990 998 997 998 995.75 110 1120 1102 1109 1090 1105.25 120 1170 1120 1145 1205 1160 130 1225 1260 1250 1250 1246.25

C é ®

1250

1246.25

, a ö

1250

1205

l

1225

1200

1170

1160

1150

1120

1145

1105.25

i

1120

1109

n ä g n é ® t Ö h n

1100

1102

1090

1050

998

998

995.75

1000

997

990

950

902

900

900

880

883

850

850

800

85

90

95

100

105

115

120

125

130

110 NhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu, ®é C

NhiÖt ®é ngän löa ë lÇn ®o thø hai NhiÖt ®é ngän löa ë lÇn ®o thø t−

NhiÖt ®é ngän löa ë lÇn ®o thø nhÊt NhiÖt ®é ngän löa ë lÇn ®o thø ba NhiÖt ®é trung b×nh ngän löa

H×nh 3. §å thÞ quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é ngän löa víi nhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu

B¶ng 2. Gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®¸ - c¸t sÊy nãng sau c¸c lÇn ®o

0C NhiÖt ®é s¶n phÈm, NhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu, 0

Sè lÇn ®o C

90 138 139 141 141 139.75 100 149 151 151 152 150.75 110 172 168 169 167 169 120 181 177 179 186 180.75 130 190 193 191 191 191 LÇn 1 LÇn 2 LÇn 3 LÇn 4 Trung b×nh

195

193

191

191

190

C é ®

191

,

186

190

185

181

180

180.75

179

177

175

172

170

169

169

D¶i nhiÖt ®é hîp lý

i

168

165

g n ã n y Ê s t ¸ c - ¸ ® é ® t Ö h N

167

160

155

152

151

150.75

151

150

149

141

145

141

140

139

139.75

138

135

130

85

90

95

100

105

110

115

120

130

D¶i nhiÖt ®é gia nhiÖt hîp lý

125 NhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu, ®é C

NhiÖt ®é s¶n phÈm ®o lÇn thø nhÊt

NhiÖt ®é s¶n phÈm ®o lÇn thø hai

NhiÖt ®é s¶n phÈm ®o lÇn thø ba

NhiÖt ®é s¶n phÈm ®o lÇn thø t−

gi¸ trÞ trung b×nh

H×nh 4. §å thÞ quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é ®¸ - c¸t ®−îc sÊy nãng víi nhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu

NhËn xÐt: Tõ c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm, ta thÊy khi t¨ng nhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu FO th× nhiÖt ®é ngän löa vµ nhiÖt ®é ®¸ - c¸t ®Òu t¨ng. Trªn c¬ së qui ®Þnh kho¶ng nhiÖt ®é s¶n phÈm æn ®Þnh vµ hîp lý lµ (160 ÷ 200)0C, ta t×m ®−îc ®−îc d¶i nhiÖt ®é gia nhiÖt hîp lý cho dÇu lµ (105 ÷ 130)0C.

Khi nhiÖt ®é gia nhiÖt dÇu kho¶ng (90 ÷ 100)0C, ngän löa ch¸y kh«ng cho ¸nh s¸ng tr¾ng, kÌm theo lµ khãi ®en vµ n−íc th¶i cña hÖ thèng läc bôi −ít trong tr¹m BTNN lu«n cã v¸ng dÇu vµ t¹o bät ®en.

Khi tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é dÇu lªn kho¶ng (105 ÷ 130)0C, th× qu¸ tr×nh ch¸y rÊt tèt, ®é chãi s¸ng ngän löa cao vµ khãi cã mµu tr¾ng nhê, n−íc th¶i cña hÖ läc bôi chØ cã mµu bïn n©u.

(Xem tiÕp trang 64)

Thùc nghiÖm cßn cho thÊy khi sÊy dÇu FO qu¸ 1300C, th× ngän löa ch¸y cã lóc kh«ng æn ®Þnh do dÇu ®· qu¸ lo·ng vµ c¸c phÇn tö n−íc lÉn trong dÇu ®· ë tr¹ng th¸i ho¸ h¬i lµm cho dÇu cã hiÖn t−îng sñi bät.