CHAPTER 3 FUEL AND COMBUSTION PROCESS IN BOILER

CHAPTER 2: FUEL AND COMBUSTION PROCESS IN BOILER
2.1. Chất đốt nồi hơi
2.1.1 Yêu cầu với chất đốt nồi hơi tàu thuỷ
1) Lượng sinh nhiệt cao: Để tăng thêm trọng tải có ích và tăng thêm bán kính hoạt động của tàu.
2) Không tự bén cháy trong hầm chứa trên tàu.
3) Khơng bị biến chất.
4) Ít tro bụi, ít lưu huỳnh và chất độc: Để ít hại đến sức khỏe nhân viên trên tàu, để ít làm mục rỉ
ống khói bộ hâm nước tiếtt kiệm, bộ sưởi khơng khí lị.
5) Giá rẻ và chi phí về chất đốt chiếm tới 30  40% chi phí sử dụng tàu thủy.
2.1.2 Thành phần các nguyên tố
Trong chất đốt các nguyên tố cháy được như các bon (C); Hydrô (H2), lưu huỳnh bốc (Sb), các
chất không cháy được như ni tơ (N2), lưu huỳnh không bốc tức ở dạng sunfat (SKb), chất tro (A),
chất ẩm (W), chất trợ cháy: Ô xy (O 2). Lưu huỳnh bốc Sb là hợp chất sunfua kim loại như
FeS2,... nó có tính bốc cháy được sinh ra khí SO2, SO3. Lưu huỳnh không bốc Skb ở thể sunfat
không cháy được vì nó ở dạng oxy hóa tới hạn (SO3). Thành phần cháy được càng nhiều lượng
sinh nhiệt của chất đốt càng cao.
Khi 1 kg các bon cháy hoàn toàn sẽ tỏa ra 8100 Kcal, 1 kg H2- 28700 Kcal, 1kg Sb- 2130 kcal.
Chất tro là do quặng lẫn trong chất đốt như ơ xít silic, ơ xít sắt, ơ xít nhơm, sunfat lưu huỳnh,
sunfat magiê. Chất tro nhiều sẽ làm giảm lượng sinh nhiệt của chất đốt. Trong dầu đốt lị, chất tro
khơng tới 1%.
Ơ xy khơng thể sinh ra nhiệt, mà cịn ơ xít hóa các ngun tố cháy được, hạ thấp nhiệt lượng sinh
nhiệt của chất độc. Nitơ là khí trơ, khơng tham gia vào phản ứng cháy, dễ bay lên cùng khí lị khi
đốt chất đốt. Lượng N2 càng ít càng tốt, trong chất đốt chỉ có khơng đến 2%.
Chất ẩm trong chất đốt làm giảm lượng sinh nhiệt vì khơng những nó khơng làm cháy được mà
còn hấp nhiệt để bốc thành hơi khi đốt chất đốt.
2.1.3 Nhiệt trị nhiên liệu
-

Nhiệt lượng mà 1 kg chất đốt làm việc cháy hoàn toàn tỏa ra trong buồng đốt là lượng sinh
nhiệt thấp QHP (nhiệt trị thấp).

-

Nhiệt lượng mà 1kg chất đốt toả ra thu được trong nhiệt lượng kế gọi là lượng sinh nhiệt cao
QBP (nhiệt trị cao).


Lượng sinh nhiệt cao lí thuyết được tính bằng:
QBP = 81,4C + 341 (H - 0,8) + 21,8 Sb, Kcal/kg

(2.1)

Để tinh lượng sinh nhiệt có thể dùng cơng thức Mendêlêp.
QPH = 81Cl + 300 Hl - 26 (Ol - Sbl), Kcal/kg

(2-2)

QPH = 81Cl + 300Hl - 26 (Ol - Sbl) - 6(9Hl + Wl), Kcal/kg

(2.3)

Song vì các thành phần trong chất đốt có liên hệ với nhau, phản ứng cháy tiến hành phức tạp hơn
nhiều nên không thể dùng công thức trên đựơc, và khác số đo ở nhiệt lượng kể quá nhiều.
Tốt nhất vẫn dùng nhiệt lượng kế để đo lượng sinh nhiệt.
2.2. Ăn mòn điểm sương và mục rỉ vanađi
Lưu huỳnh khi cháy sẽ sinh ra SO, SO3 sẽ kết hợp với H2O tạo thành a xít H2SO4. Khi nhiệt độ
khói lị nhỏ hơn nhiệt độ điểm sương thì hơi H2SO4 và hơi H2O sẽ ngưng đọng lên các mặt hấp
nhiệt và làm mục rỉ các bề mặt ấy. Sự ăn mòn này phụ thuộc vào thành phần lưu huỳnh, ôxi,
hiđrô. Các chất hỗn hợp chuyển đổi từ khí sang lỏng ở điều kiện áp suất riêng phần P H2O=0.050.13 at, nhiệt độ bão hoà của nước là 31oC – 51oC. SO3 hoá lỏng ở nhiệt độ 120oC – 130oC. Như
vậy hiện tượng ăn mòn này xảy ra khi nhiệt độ giảm đến 120oC – 130oC
Vanađi cháy sinh ra vanađi ơ xít (V2O5) có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp, khoảng 6750

nhưng cịn có thể giảm đến 550  5800C nếu cũng có Na2SO4 và K2SO4 được tạo thành bởi sự kết
hợp giữa K2O, Na2O với SO3 khi cháy lưu huỳnh. Thí nghiệm cho thấy, khi V2O5 bám lên bề mặt
có nhiệt độ trên 5500C trong 2000 giờ có thể ăn mịn bị mặt sâu khoảng 1mm.
Ngun lí ăn mịn của Vanađi như sau:
V + O2 --> V2O5
V2O3 + O2 --> V2O5
Ở nhiệt độ nóng chảy V2O5 bám lên bề mặt kim loại
Fe + V2O5 --> Fe2O3 + V2O3
Và V2O3 lại hấp thụ ơ xy trong khói lò trở lại thành V2O5.
Lượng Vanađi trong dầu đốt là khơng được q 10-4 %.
2.3. Qúa trình cháy trong buồng đốt nồi hơi
2.3.1 Cháy hồn tồn và khơng hồn tồn
Để giảm bớt tổn thất về cháy trong buồng đốt cần tạo ra các điều kiện tạo cho chất đốt cháy hoàn
toàn.


-

Cháy hoàn toàn nghĩa là các sản phẩm cháy (H2O, CO2, SO2, N2, O2) khi ra khỏi buồng đốt
(nhiệt độ từ 800 12000C) khơng thể hịa hợp với ơ xy mà tiếp tục cháy nữa, nói cách khác
các thành phần cháy được đã cháy hết và tỏa nhiệt ra hết trong buồng đốt.

-

Ngược lại khi cung cấp không đủ không khí, hoặc khơng khí khơng trộn đều với chất đốt,
cung cấp q nhiều khơng khí làm cho nhiệt độ buồng nhiệt thấp. Khi dung tích buồng đốt
quá hẹp cũng xảy ra q trình cháy khơng hồn tồn. Trong khói lị ngồi H 2O, N2, O2 ra cịn
có các khí cháy chưa kịp cháy như CO, H2, CH4, CmHm, trên bề mặt hấp nhiệt cịn có muội
(muội là các bon thuần tuý và hyđro, hyđro cháy hết còn lại phân giải ra thành các bon và
hydrơ, hyđrơ cháy hết cịn lại các bon ở dạng muội). Thực ra trong nồi hơi q trình cháy là

khơng hồn tồn.

Ngọn lửa đốt dầu được cung cấp khơng khí vào với số lượng vừa phải sẽ khơng màu, có thể lờ
mờ nhìn thấy tường sau của buồng đốt. Nếu thiếu khơng khí ngọn lửa sẽ có màu vàng, thiếu
nhiều khơng khi sẽ có màu da cam, rất thiếu khơng khí sẽ có màu đỏ. Nếu q thừa khơng khí, sẽ
nhìn thấy rõ tường sau của buồng đốt. Lúc quá tải nhiệt độ trong buồng đốt khá cao, ngọn lửa tốt
nhất nên có màu phớt hồng.
Trường hợp khí cháy chưa cháy hếtt đã đi lên tiếp xúc với thành vách buồng đốt có nhiệt độ cao,
khí cháy sẽ tiếp tục cháy (hiện tượng cháy muộn) có thể làm buồng đốt bị hỏng nặng, làm bẩn
mặt hấp nhiệt.
Điều kiện đảm bảo cháy hoàn toàn là:
1) Cung cấp đầy đủ khơng khí. Q ít khơng khí hoặc q nhiều khơng khí đều khơng có lợi.
Q thừa khơng khí khơng những tốn thêm năng lượng cho việc thơng gió của nồi hơi mà
còn hạ thấp nhiệt độ trong buồng đốt, làm tăng tổn thất nhiệt do khói lị mang đi .
2) Trộn đều khơng khí với chất đốt, nói cách khác là đảm bảo cho khơng khí khuyếch tán nhanh
chóng đều đặn đến bề mặt chất được đốt. áp dụng các biện pháp hình thành dịng xốy lốc
trong buồng đốt là rất có lợi.
3) Nhiệt độ trong buồng đốt đủ cao (1000  20000C) và phân bố đều đặn (nếu nhiệt độ buồng
đốt quá cao lớn hơn 20000C sẽ phát sinh quá trình phân giải hấp thụ bớt một phần nhiệt
lượng. Để giúp cho chất đốt được bốc hơi một cách nhanh chóng đến nhiệt độ bén cháy
(trước khi chất đốt bén cháy cần cung cấp cho nó khoảng 5 15% nhiệt lượng mà nó sẽ tỏa ra
được về sau để nung nóng nó đến nhiệt độ bắt đầu phản ứng hóa học). Nếu nhiệt độ buồng
đốt quá thấp sẽ kéo dài giai đoạn chuẩn bị cháy, thậm chị bị tắt lị.
4) Buồng đốt đủ dung tích để cháy hết nhiên liệu
2.3.2 Các giai đoạn cháy nhiên liệu


Hạt sương dầu phun vào buồng đốt trải qua các giai đoạn sau đây:
1. Giai đoạn nung nóng bốc hơi
Nhiệt ở xung quanh truyền cho hạt sương dầu, nung nóng nó, làm nó bốc hơi, tạo thành 1 tầng

hơi dầu bao lấy giọt sương dầu. Bây giờ trên bề mặt của giọt sương dầu có các hợp chất cao phân
tử (các hợp chất cao phân tử là phần còn lại của bộ phận dầu đốt bị nung nóng bốc thành hơi dầu.
Chúng làm giảm năng lực khuyếch tán của ô xy tới giọt dầu, tạo điều kiện hóa cốc. Nguyên nhân
hóa cốc là do tốc độ bốc hơi dầu của giọt sương dầu chậm hơn tốc độ phân giải các hợp chất cao
phân tử trong dầu ma dút). Dầu ma dút bốc hơi mãnh liệt ở 200  3000C.
2. Giai đoạn phân giải của các hợp chất cao phân tử
Các bua hyđrô cao phân tử tiến hành phân giải ở nhiệt độ từ 6000C trở lên.
3. Giai đoạn cháy
Khi các thành phần hơi dầu dễ bén lửa đạt đến nhiệt độ bén, sẽ bắt đầu bước vào giai đoạn cháy.
Trong dầu đốt lị thường có 15 20% thành phần nhẹ, nên đến 150 2000C (nhiệt độ bén của
thành phần nhẹ) đã xuất hiện ngọn lửa ổn đinh, tức là giai đoạn cháy đã bắt đầu.
Tốc độ phản ứng cháy nhanh hơn nhiều tốc độ chuẩn bị cháy (nung nóng, bốc hơi, phân giải hợp
chất cao phân tử, thời gian tiến hành phản ứng cháy hóa học chỉ chiếm khoảng 1% tổng thời gian
cháy. Tổng thời gian cháy giọt sương dầu thường là 0,1 0,15 giây.
Trên thực tế, các giai đoạn cháy hầu như cùng đồng thời tiến hành.
2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy trong buồng đốt nồi hơi
Q trình cháy gồm có 2 giai đoạn: giai đoạn chuẩn bị cháy (giai đoạn tiếp xúc lí hóa giữa chất
đốt với ôxi) và giai đoạn cháy theo phản ứng hóa học giữa chúng.Tốc độ cháy càng nhanh buồng
cháy càng nhỏ gọn.
1. Tốc độ cháy trong giai đoạn chuẩn bị
Giai đoạn chuẩn bị là giai đoạn sưởi khô nung đến nhiệt độ bén cháy. Tốc độ cháy trong giai
đoạn chuẩn bị rất chậm và chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau:
1) Loại chất đốt: chất đốt ít bốc, ẩm, nồng độ của thành phần cháy được không cao, cần có thời
gian để chuẩn bị cháy, ngồi ra thời gian chuẩn bị cháy còn tùy thuộc vào nồng độ ban đầu
của nguyên tử và nhóm nguyên tử và nhóm ngun tử hoạt tính trong hỗn hợp. Kích thước
hạt chất đốt vào buống đốt càng bé, càng tiếp xúc với khí nóng trong đó với điện tích tiếp xúc
lớn.
2) Nhiệt độ buồng đốt.

3) Kiểu buồng đốt.
4) Vị trí tương đối giữa chất đốt đang cháy với chất đốt mới cấp vào.
5) Nhiệt độ khơng khí và khối lượng khơng khí cấp vào: KK cấp vào càng nóng càng làm cho
chất đốt chóng được sưởi khơ và nung nóng làm tăng nhiệt độ bình quân của buồng đốt.
6) áp suất trong buồng đốt càng cao, nhiệt độ bén cháy càng thấp, giai đoạn chuẩn bị cháy càng
ngắn.
7) Tốc độ tương đối giữa chất đốt với khơng khí: khi tốc độ này nhanh và lưu động kiểu xốy
lốc giúp cho KK hịa trộn đều với chất đốt, giúp cho quá trình khuếch tán KK với chất đốt
thêm nhanh chóng, rút ngắn thời gian chuẩn bị cháy và giảm bớt tổn thất về cháy trong
buồng đốt.
2. Tốc độ cháy trong giai đoạn theo phản ứng hóa học
Sau khi hồn thành giai đoạn chuẩn bị cháy, chất đốt và ơxi hịa trộn mãnh liệt với tốc độ cháy
nhanh, tỏa ra nhiệt lượng. Tốc độ cháy trong giai đoạn cháy nhanh chóng hơn nhiều so với giai
đoạn chuẩn bị cháy, giai đoạn này chỉ chiếm 1/20 đến 1/40 thời gian chuẩn bị cháy.
Các yếu tố ảnh hưởng là:
1) Loại chất đốt: dầu DO có tốc độ cháy rất nhanh vì trong giai đoạn chuẩn bị cháy dầu lỏng
được biến hồn tồn thành khí cháy.
2) Tốc độ phản ứng hóa học tỉ lệ thuậnvới tích nồng độ các chất tham gia phản ứng cháy.
3) Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên nhanh theo đà tăng của nhiệt độ tuyệt đối.
K  K o .e
Trong đó:



E
KT

Ko là hằng số tương đương với tổng số lần va chạm của các phân tử
E là năng lượng hoạt đông,KJ/kg
T là nhiệt độ phản ứng, oK

4) Khơng khí cấp vào có lưu tốc nhanh, chuyển động xoáy lốc, và với hệ số khơng khí thừa rất
gần bằng 1 để trộn đều với chất đốt.
5) Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên theo đà tăng của áp suất vì áp suất càng cao thì nồng độ
chất phản ứng càng cao.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cháy ổn định


Cần đảm bảo quá trình cháy trong buồng đốt được ổn định để cho chất đốt tự bén cháy được
kể cả khi nhẹ tải, giữ ngọn lửa ở vị trí thích hợp khơng làm hỏng tường buồng đốt hoặc đầu
súng phun.
Các yếu tố ảnh hưởng địn sự cháy ổn định là:
1) Chất đốt tự bén cháy được.
2) Cung cấp không khí đầy đủ và liên tục.
3) Liên tục đưa khí lị ra xa để cho khơng khí khuếch tán đến bề mặt của chất đơt.
2.4. Lượng khí cấp và hệ số khơng khí thừa
2.4.1 Tính lượng khơng khí cấp lị VKK
Trong quá trình thiết kế, sử dụng nồi hơi cần biết lượng khơng khí cần cấp vào buồng đốt để lựa
chọn hoặc điều chỉnh quạt gió cho thích hợp và để phục vụ cho việc tính lượng khí lị sinh ra và
Entanpi khi lị.
Để tính lượng khơng khí thực tế cấp lị Vkk cần dựa vào phương trình phản ứng cháy tính ra
lượng khơng khí lí thutt cấp lị Vlkk rồi nhân với hệ số khơng khí thừa .
Vkk = . Vlkk, m3tc/kg chất đốt

(2.4)

Trong đó:

: hệ số khơng khí thừa. Nó là tỷ số giữa lượng khơng khí thực tế cấp vào trên lượng khơng khí
lí thuyết cấp vào buồng đốt.

Để tính lượng khơng khí lí thuyết cấp lị cho mỗi kg chất đốt, cần dựa vào các phản ứng cháy
tính ra lượng ơ xy lí thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg chất đốt âý, từ đó tính ra lượng khơng khí lí
thuyết, ngồi ra cịn tính thêm lượng hơi ẩm trong khơng khí cấp lị.
Từ phản ứng cháy:
C + O2 = CO2

(2.5)

Như vậy cứ 12 kg các bon cần 22,41 m3tc ô xy và sinh ra 22,41m3tc khí CO2. Vậy 1 kg các bon
cần 1,866m3tc ơ xy và sinh ra 1,866 m3tc CO2.
C% các bon trong 1 kg chất đốt cần 1,866

C 3
C 3
m tc ô xy và sinh ra 1,866
m tc CO2
100
100

Từ phản ứng cháy:
2H2 + O2 = 2H2O

(2.6)


Vậy 4 kg Hydrô cần 22,41 m3tc ô xy và được 44,82 m3tc H2O. Hay 1kg Hydrô cần 5,554 m3tc ô
xy và được 11,205m3tc H2O. Do vậy H% Hydrô trong 1 kg chất đốt cần 5,554
được 11,205

H 3

m tc ô xi và
100

H 3
m tc H2O.
100

Từ phản ứng cháy:
S + O2 = SO2

(2.7)

Như vậy cứ 32kg lưu huỳnh cần 22,41 m3tc ô xy và sinh ra 22,41m 3tc SO2. Vậy S% lưu huỳnh
trong 1 kg chất đốt cần 0,7

S
S
m3tc và được 0,7
m3tc CO2.
100
100

Lại biết trong chất đốt đã có sẵn một lượng ơ xy là Ol%. Vậy lượng ơ xy lí thuyết để đốt cháy 1
kg chất đốt chứa Cl% các bon. Hl% hydrô, Sbl% lưu huỳnh, Ol% ô xy là:
O l 1,866

Sl
Cl
Hl
Ol

 5,55
 0,698 b 
, m3 tc/kg
100
100
100 100.1,429

(2.8)

Trong đó:
-

1,429 - tỷ trọng của ô xy ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3tc.

-

Ol
100.1,429 - thể tích của ơ xy vốn có trong 1 kg chất đốt m3tc.

Biết rằng trong khơng khí, ô xy chiếm 21% về thể tích (hoặc 23,2% về trọng lượng) vậy lượng
khơng khí khơ lí thuyết để đốt cháy hết 1 kg chất đốt là:
Vkkkholi 


O'
Ol 
  0,0334 S bl , m 3 tc / kg
0,0889C l  0,2646 H l 
0,21
8




(2.9)

Hoặc:
Vkkkholi 

O'
0,0889 C l  0,375 S bl  0,265 H l  0,0334 O l , m 3 tc / kg
0,21





(2.10a)

Trọng lượng khơng khí khơ lí thuyết để đốt cháy 1 kg chất đốt là:
G kkkholi 1,293.V kkkholi , kg/kg
Trong đó: 1,293- tỷ trọng của khơng khí ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3tc.

(2.10b)


Khơng khí cấp vào lị có lẫn hơi ẩm. Lượng hơi nước trong 1 kg khí trời gọi là độ chứa hơi kí
hiệu là d. Thường thường d = 8 18 g/kg (ở nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm, d nên chọn lớn. ở
các nước ôn đối d = 8 10 g/kg).
Lượng hơi ẩm theo khơng khí vào buồng đốt khi đốt 1 kg chất đốt là:
V Hl 2O 0,001

1
1,293dv kholi
0,00161d .Vkkkholi , m3 tc/kg
kk
0,804

(2.11)

Trong đó:
0,001- hệ số chuyển độ ẩm từ g/kg sang kg/kg; 0,804. Tỷ trọng hơi nước ở điều kiện tiêu chuẩn,
kg/m3.
Vậy lượng khơng khí lí thuyết để đốt cháy 1 kg chất đốt là:
Vkk lí = Vkk kholi + VlH20 = (1 + 0,0016 d) Vkkkholi

(2.12)

2.4.2 Tính lượng khí lị VK
Trong tính nhiệt và tính thơng gió cần biết lượng khí lị sinh ra để xác định lưu tốc khí lị qt
qua các mặt hấp nhiệt, để tính Entanpi khí lị.
Muốn tính lượng khí lò do 1kg chất đốt sinh ra sau khi cháy có thể dùng cách phân tích khói lị
mà biết được tỷ số phần trăm của các thành phần trong khí lị hoặc có thể dùng cách dựa vào các
phương trình phản ứng cháy lần lượt tính ra thể tích của tổng sản phẩm cháy rồi cộng lại.
Khi đốt cháy 1 kg chất đốt trong nồi hơi thường trong khí lị gồm có lượng khí các bon níc VCO2
lượng khí ơ xít các bon VCO lượng khí sunfurơ V SO2 lượng ô xy Vo2, lượng ni tơ VN 2 , lượng hơi
nước VH 2O , lượng hiđro VH 2 , lượng mê tan VCH 4 .... Lượng VH 2 và lượng VCH 4 q ít nên thường
bỏ qua khơng tính.
1. Tính VK dựa theo các phương trình phản ứng cháy từ định luật Đantôn.
Vk = VCO2 + VCO + V SO2 + Vo2 + VN2 + VH2O , m3 tc/kg chất đốt

(2.13)

Từ phản ứng cháy của các bon với ô xy và chú ý rằng 1 kmol các bon hòa hợp với 1 kmol ơ xi sẽ
được 1 kmol khí CO2 hoặc 1 kmol khí CO (tức là dù cháy hồn tồn sinh ra CO 2 hoặc cháy
khơng hồn tồn sinh ra khí CO đều được sản phẩm cháy của các bon với thể tích như nhau) vậy
khi đốt cháy 1 kg chất đốt có Cl % các bon. ta có: 0978367891
VCO2  VCO

Cl
, m3 tc/kg
1,866
100

(2.14)


Từ phương trình cháy:
V SO2

S bl
, m3 tc/kg
0,700
100

(2.15)

Lượng ơ xy trong khí lị là do cung cấp thừa khơng khí:
VO2 = . Ol - Ol = ( - 1) Ol = 0,21 ( - 1) Vkkkholi , m3 tc/kg

(2.16)

Lượng Nitơ trong khí lị là do khơng khí cấp lị mang vào và do trong chất đốt có chứa N% Ni tơ:
V N 2 0,79Vkkkholi 

Nl
m 3 tc / kg
100.1,251

(2.17)

Trong đó:
1,251- tỷ trọng Nitơ ở điều kiện tiêu chuẩn, kg/m3tc.
Lượng hơi nước trong khí lị là do hơi nước trong khơng khí cấp lị; do hơi nước sinh ra bởi H1%
hydro trong chất đốt, do hơi nước sinh ra bởi trong chất đốt có chứa W l % chất nước, ngồi ra có
khi hơi nước phun vào buồng đốt để thơng gió hoặc để phun dầu. Vậy:
V H 2O 

1 
Wl 
 Wkk  9 H l  W ph 

0,804 
100 

(2.18)

Trong đó:
0,804 - tỷ trọng của hơi nước ở điều kiện tiêu chuẩn , kg/m3 tc.
Thực ra ở điều kiện tiêu chuẩn (00C và 760 mmHg), hơi nước không tồn tại được cho nên 0,804
chỉ là tỷ trọng qui ước để tính tốn tỷ trọng hơi nước ở áp suất và nhiệt độ khác điều kiện tiêu

chuẩn.
WKK: trọng lượng hơi nước trong khơng khí cấp lị, kg/kg.
Wkk = 0,001. d  . Vkkkholi. kk 1,243

(2.19)

9Hl/100- trọng lượng hơi nước sinh ra khi đốt 1 kg chất đốt th?a H% Hydrô; kg/kg.
Wl/100- trọng lượng nước trong chất đốt, kg/kg.
Wph: trọng lượng hơi nước cần phun vào để đốt 1kg chất đốt, trường hợp súng phun hơi
nước: Wph = 0,3 0,7, kg/kg.
Trường hợp súng phun hơi nước - áp lực Wph = 0,05  0,1, kg/kg.
2. Tính Vk dựa vào các số liệu phân tích khói lị


Vì thể tích khí 3 ngun tử VRO2 và thể tích khí ơ xít các bon VCO trong khí lị chiếm tỷ lệ là:
RO2 
CO 

V RO2
V Kkho

100%

(2.20)

VCO
100%
V Kkho

(2.21)

Trong đó:
VKkho- lượng khí lị khơ do đốt 1 kg chất đốt, m3tc/kg.

V Kkho VCO2  V SO2  VCO  V N 2  VO2 V RO2  VCO  V N 2  VO2

(2.22)

Cộng hai phương trình (4.16) và (4.17)
RO2  CO 

VRO2  VCO
VKkh«

.100%

(2.23)

Trong đó:





V RO2  VCO 0,01866C l  0,007S bl 0,01866 C l  0,375S bl , m3tc/kg

(2.24)

Thay (4.20) vào (4.19):
C l  0,375Sbl

Vkkh« 1,866
RO2  CO

(2.25)

Do đó:
C l  0,375Sbl
Vk 1,866

RO2  CO

1 
Hl
Wl
Kh«1
 0,001.1,293.VKK

9

 Wph 
0,804
100 100


Trong đó:

(2.26)
3

m

, tc/ kg

Cl. Sbl. RO2.CO- phần trăm trọng lượng của 1kg chất đốt;
Wph- lượng hơi nước được phun vào để đốt 1 kg chất đốt, kg/kg.

3. Tính trọng lượng của khói lị (GK) và tỷ trọng khói lò ở điều kiện tiêu chuẩn (0K)
Trị số của GK khi đốt 1 kg chất đốt có thể dựa vào các phương trình phản ứng cháy lần lượt tính
ra trọng lượng của 1 sản phẩm cháy rồi cộng lại, hoặc bằng trọng lượng của chất đốt (đã loại bỏ
tro xỉ đi) cộng với trọng lượng khơng khí cấp lị.
GK 1 

 K0 

Al
kh«lÝ
 1,293.VKK
(1  0,001d) ,kg/kg
100

Gk
, kg/m3tc.
Vk

(2.27)
(2.28)


4. Phân áp suất các chất khí trong khí lị
Trong nồi hơi khơng tăng áp, có thể coi áp suất khí lị PK  1 ata.
Vậy phân áp suất p và phân thể tích r có trị số như nhau. Do đó:

PCO2 

VCO2

 rCO2 , ata

(2.29)

VH O
PH 2O  2  rH 2O , ata
VK

(2.30)

VO
PO2  2  rO2 , ata
VK

(2.31)

VK

5. Nhiệt dung bình qn của khí lị (VC, Kcal/0C kg chất đốt)
Nhiệt dung bình qn của khí lị là nhiệt lượng cần thiết để đưa khí lị do 1 kg chất đốt cháy sinh
ra tăng thêm 10C. Nó là tổng số nhiệt dung của các chất khí hợp thành khí lị.
VC

=

VCO2 .CCO2  VSO2 .CRO2  VO2 .CO2  VN2 .CN2  VH2O .CH2O ,

kcal/(0C

kg)

(2.32)
Trong đó:
C- tỉ nhiệt thể tích đẳng áp bình qn của các chất khí trong khí lị trong khoảng từ 00C đến 0C,
kcal/m3tc0C, xem bảng 4.1.
Ở đây tính theo tỷ lệ đẳng áp, vì có thể coi áp suất khí lị khơng đổi trong q trình trao nhiệt
trong nồi hơi.
Vì rằng tỷ nhiệt của khí 2 nguyên tử C R2 đều xấp xỉ bằng tỷ nhiệt của khơng khí khơ

C

N2



CO2 CKK .



Tỷ nhiệt của khí 3 nguyên tử CRO2 xấp xỉ như nhau CCO2 CSO2



cho nên nhiệt dung khí lị

thường được tính theo cơng thức sau:

VC = VRO2 .CRO2  VR2 .CKK  VH2O.CH 2O , kcal/0C kg chất đốt

(2.32)

Chú ý rằng tỷ nhiệt C có trị số khác nhau ở các nhiệt độ, cho nên nhiệt dung VC cũng có giá trị
khác khi biến đổi sang nhiệt độ khác.
6. Entanpi của khí lị IK và Entanpi của khơng khí cấp lị IKK
Trị số Entanpi của khí lị IK (kcal/kg chất đốt) là nhiệt lượng cần thiết để nâng cao nhiệt độ của số
khơng khí cần cho việc đốt cháy 1 kg chất đốt từ 00C lên t0C trong điều kiện p = const.
Vậy Entanpi của khí lị ở nhiệt độ 0C là:


IK = VC.  = ( VRO2 .CRO2  VR2 .CKK  VH2O.CH 2O ). , Kcal/kg chất đốt

(2.33)

Để tiện việc lập toán đồ I -  ở các hệ số khơng khí thừa thường tính IK theo cơng thức sau:
IK  = IK1 + (-1). IKK1, Kcal/kg chất đốt

(2.34)

Trong đó:
IK1- entanpi khí lị của 1 kg chất đốt cháy với hệ số khơng khí thừa  = 1.
1
I K1 VRO
.CRO2 .  VN12 .CN2 .  VH12O.CH2O .
2

(2.35)

VN12 , VH12O thể tích Nitơ và hơi nước sinh ra khi đốt 1 kg chất đốt với hệ số khơng khí thừa 
= 1.
IKK1- entanpi của khơng khí cấp lị cần cho việc đốt 1 kg chất đốt với  = 1.
l
I KK
Vkkkholi .C am
kk .

,

kcal
kg

Èm
CKK
CKK  0,0016
.d.CH2O , Kcal/m3tc 0C

(2.36)
(2.37)

Èm
CKK
: tỉ nhiệt bình qn của khơng khí ẩm cấp vào buồng đốt.

CKK- tỉ nhiệt bình qn của khơng khí khơ ở nhiệt độ 0C, tra ở bảng (4.1).
2.4.3 Hệ số khơng khí thừa 
Trong thực tế khơng thể đảm bảo trộn thật đều đặn khơng khí với chất đốt và cung cấp lượng
khơng khí thích hợp cho mỗi giai đoạn cháy và mỗi vùng của buồng đốt. Vì vậy để đảm bảo cháy
được hồn tồn, so với phương trình phản ứng cháy cần cung cấp thừa khơng khí, tức là lượng

khơng khí thực tế cấp vào buồng đốt phải lớn hơn lượng khơng khí lí thut tính theo các phản
ứng cháy.
Cung cấp khơng đủ khơng khí chất đốt khơng thể cháy hồn tồn. Song cung cấp q thừa khơng
khí khơng những làm tăng khói lị do đó làm tăng tổn thất nhiệt do khói lị mà cịn làm tăng
lượng SO2 (vì SO2 dưới xúc tác của Fe2O3 sẽ sinh ra SO3) do đó nâng cao điểm sương của khói
lị. Vì vậy cần cung cấp khơng khí với hệ số khơng khí thừa thích hợp nhất với kiểu buồng đốt,
loại chất đốt và tải trọng của nồi hơi. Do đó ngồi cách thường xun xem màu ngọn lửa và màu
khói lị ra, cần định kỳ phân tích khói lị để biết hệ số khơng khí thừa  có được thích hợp khụng.
Xỏc nh h s khụng khớ tha:
khô
khô
Vthực
Vlýkho Vthừa
;

khô
Vthực
là l ợng khôngkhíkhôthựctế

(2.38)


kh«
Vlýkh« ; Vthõa
- Lượng khơng khí khơ lí thuyết và lượng khơng khí khơ cịn thừa đối với 1 kg

chất đốt.



kh«
Vthùc
kh«
lý

V



kh«
Vthùc
kh«
thùc

V

kh«
thõa

 V


1

1
kh«
Vthõa

(2.39)

kh«
Vthùc

Lại biết lượng ơ xy và lượng Nitơ trong khói lị là:
O2
.VK
100
N
 2 .VK
100

VO2 
VN2

Trong đó:
VK- lượng khí lị do 1 kg chất đốt cháy sinh ra.
Trong 100 m3tc khơng khí có 21m3tc ơ xi và 79 m3tc Nitơ
O
100 O2
kho
Vthuc
 2 VK .
 VK
100
21 21

Nên:

N
100 N 2

kho
Vthuc
 2 .VK .
 .VK
100
79
79

1

1
1
21
1
21



O 2V k
79O2 21 
79O2
O2
1
1
21  79
21N 2
21N 2
N2
100   RO2  O2 
Vk

79

(2.40)

Khi cháy khơng hồn tồn trong khí lị có khí CO, nên lượng ơ xy cịn lại. Trong khói lị nhiều
hơn khi cháy hồn tồnmột thể tích là 0,5 CO đủ để biến khí CO thành khí CO2 (vì rằng 1 kmol
khí CO biến thành khí CO2 cần 0,5k mol khí O2) do đó hệ số khơng khí thừa  lớn hơn và bằng:



21
O2  0,5CO
21  79
100   RO2  O2  CO 

(2.41)

Khi nhẹ tải lượng chất đốt cung cấp vào buồng đốt giảm nên hệ số khơng khí thừa  tăng lên,
mặc dù đã điều chỉnh quạt gió để giảm lượng gió cung cấp vào.
Khi quá tải ngược lại  giảm bé vì phải đốt thêm chất đốt. Trị số  ở mỗi tải trọng tùy theo số
lượng chất đốt tiêu thụ ở tải trọng ấy và khả năng cung cấp (điều chỉnh) quạt gió ở tải trọng ấy.
Khi tính nhiệt cho các tải trọng 75  100% có thể coi rằng   const.


Khi nhẹ tải dưới 75%:
D' 


' =  +  0,75 
D



(2.42)

Trong đó:
-

', D': hệ số khơng khí thừa và lượng sinh hơi ở nhẹ tải;

-

, D: ở 100% tải.

2.5. Xây dựng tốn đồ I--

I (Kcal/kg)

Trong q trình tính nhiệt nồi hơi, cần
biết trị số Entanpi của khí lị ở các nhiệt
độ. Do đó cần lập bảng trị số Entanpi
khí lị ở các nhiệt độ và ở các hệ số
khơng khí thừa, hoặc tiện lợi nhất là lập
tốn đồ I- của chất đốt ấy. Chỉ cần tra
toán đồ là được trị số của Ik (khi đã biết
trị số của nhiệt độ khí lị và hệ số dư
lượng khơng khí ) hoặc được trị số nhiệt
độ khí lị (khi biết trị số entanpi và hệ
số dư lượng khơng khí) mà khơng cần 1
phép tính nội suy nào.

α=1.1
α=1.0

θ (oC)

Tốn đồ I- gồm các đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa Entanpi của 1 kg chất đốt với nhiệt
độ khí lị, mỗi đường cong tương ứng với 1 trí số của . Tỷ lệ vễ thường chọn như sau: trên trục
I lấy 10 mm cho 100 kcal, trên trục  lấy 50 mm cho 100oC.
Để vẽ tốn đồ , nên tính theo bảng 2.1 dưới đây
Mỗi loại chất đốt đều phải có tốn đồ I-. Hình vẽ là tốn đồ cho dầu ma dút có QPH =9370
Kcal/kg.
Câu hỏi ơn tập
1. Trình bày các yêu cầu đối với chất đốt nồi hơi tàu thuỷ. Trình bày hiện tượng ăn mịn điểm
sương và mục rỉ vanađi.?
2. Thế nào là cháy hồn tồn và khơng hồn tồn. Các cách nhận biết q trình cháy nhiêu liệu
trong buồng đốt nồi hơi ?
3. Thế nào là hệ số khơng khí thừa . Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cháy nhiên liệu trong
buồng đốt nồi hơi ?