Bài-giảng-LH---LCN-tuần-6

5.5 XỬ LÝ NƯỚC CẤP LÒ HƠI (tt)
Lưu huỳnh (S):
Tồn tại dưới 3 dạng:
Dạng vơ cơ.
Dạng khống chất.
Dạng sulfat (khơng cháy), CaSO4,
MgSO4 …
S chiếm không cao trong nhiên liệu.
Toả ra ít nhiệt khoảng 1/3 cacbon.
Tác hại: Kích thích hiện tượng ăn mịn các bề mặt
truyền nhiệt có nhiệt độ thấp như bộ sấy khơng khí, bộ hâm
nước.



Nitơ (N2):
Chiếm 0,5-2,5 %.
Ơ áp suất khí quyển, nhiệt độ thấp
N2 không cháy mà lẩn vào nhiên liệu.
Khi áp suất cao, nhiệt độ t >1500ºC
N2 cháy tạo ra nhiều NO, NO2 gây ảnh
hưởng đến môi trường.
Oxy (O2):


Thành phần không cháy được:
Gồm: Tro và ẩm.
Ẩm: là thành phần có hại đối với nhiên liệu.
Khơng cháy và toả nhiệt mà còn tốn nhiệt để làm bốc
hơi.
Giảm nhiệt độ khi đốt, ảnh hưởng đến q trình cháy,

Tăng chi phí vận chuyển và xử lý.
Tro: là tổng hợp các thành phần khơng cháy được ở thể
rắn.
Thường quy định: Phần cịn lại khi đốt nhiên liệu rắn ở
800°C và lỏng ở 500ºC.
Tác dụng xấu:
Giảm nhiệt phát ra của nhiên liệu.
Gây hiện tượng bám bẩn, mài mòn bề mặt truyền
nhiệt.


B. Thành phần cơng nghệ:
Đứng về góc độ sử dụng nhiên liệu thường dùng
thêm thành phần cơng nghệ, trong đó thành phần cháy
được gồm:
Chất bốc:
Là khối lượng mất đi khi nung nóng nhiên liệu trong
điều kiện khơng có khơng khí ở nhiệt độ 800°C trong
7 phút, phần còn lại là cốc và tro. Như vậy, chất bốc là
những chất khí thốt ra khi nhiên liệu bị phân huỷ
nhiệt trong mơi trường khơng có Oxy. Thành phần chủ
yếu của nó là hiđro (H2), cacbuahiđro (CmHn), CO,…
Cốc:
Là thành phần cháy được còn lại sau khi thoát hết chất
bốc.


Nhiệt trị:
Là nhiệt lượng sinh ra khi đốt cháy hoàn
toàn 1kg nhiên liệu rắn hoặc 1m3tc nhiên liệu

khí ở đktc (p =760mmHg, t =00C).
Đơn vị: kJ/kg, kcal/kg.
Đây là thông số đánh giá khả năng sinh nhiệt
của các chất đốt.
Thường người ta chia nhiệt trị của nhiên liệu
thành 2 giới hạn:
Nhiệt trị cao Qc.
Nhiệt trị thấp Qt.


Nhiệt trị thấp là nhiệt trị toả ra khi cháy hoàn
toàn 1kg hoặc 1m3tc nhiên liệu ở điều kiện
làm việc bình thường mà nước trong sản phẩm
cháy ở dạng hơi. Nếu như hơi nước đó ngưng
tụ lại thành nước thì nó toả ra thêm một nhiệt
lượng nữa. Nhiệt trị cao của nhiên liệu chính
là nhiệt trị có kể đến phần nhiệt lượng thêm
đó.
Qt = Qc − 25( 9H + W) kJ / kg


Phân loại nhiên liệu:
Theo trạng thái tồn tại:

Nhiên liệu rắn.
Nhiên liệu lỏng.
Nhiên liệu khí.

Nhiên liệu rắn:
Than: là loại nhiên liệu có thành phần đồng nhất, được xếp

loại theo độ tuổi hình thành (tuổi càng cao hàm lượng cacbon
càng lớn).
Nhiệt trị 21-30000kJ/kg.
Củi gổ và phụ phẩm nông sản: dễ cháy, nhiệt trị khơng cao.
Bã mía: Nhiên liệu cho các nhà máy đường.
Dễ cháy.
Tro dễ bay theo khói, bám bẩn lên các bề mặt truyền nhiệt,
gây ô nhiễm môi trường.


Nhiên liệu lỏng:
Thường sử dụng dầu DO, FO.
Nhiệt trị: 40-46 kJ/kg
Phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh, có thể chia thành:
Dầu có hàm lượng lưu huỳnh thấp:
S < 0,5%.
Dầu có hàm lượng lưu huỳnh trung bình: S = 0,5 -2%
Dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao:
S > 2%.
Khi S>3% gây ăn mòn các bề mặt trao đổi nhiệt ở nhiệt
độ thấp.
Dầu là nhiên liệu quý, dễ bắt lửa, dễ cháy, nhiệt trị cao,
có ngọn lửa dài và khả năng bức xạ lớn, ít tro. Tuy nhiên,
phải chú ý phịng cháy nổ khi sử dụng.


Nhiên liệu khí đốt:
Khí thiên nhiên: Chủ yếu là CH4 (75-98%).
Nhiệt trị 36000-50000kJ/m3tc.
Khí nhân tạo:

Khí lị cốc: 58%H2, 22%CH4
Nhiệt trị: 16000 kJ/m3tc.
Khí lị cao: chủ yếu là CO.
Nhiệt trị: 4000kJ/m3tc.
Ưu điểm: dễ cháy, dễ đốt, ít tro, khơng gây
mài mịn, ít bám bẩn.


Các phản ứng cháy, lượng khơng khí cần
thiết và sản phẩm cháy:
Đối với nhiên liệu rắn và lỏng:
Các phản ứng cháy: C, H, S
Phản ứng cháy C:
Cháy hoàn toàn:
C + O2 = CO2 + QC
Cháy khơng hồn tồn:
C +1/2 O2 =CO
+QC1
CO +1/2 O2 = CO2+QC2
Phản ứng cháy Hidro:
H2 + O2 =H2O +
QH


Lượng khơng khí cần thiết:
Đối với C:

C
+
O2 =

CO2 +
QC
1kmolC
1kmolO2
1kmolCO2
12kg
22,4m3tcO2
22,4m3tcCO2
1kg
Lượng O2 cần:1,866m3tc
Tương tự: Lượng oxy cần đốt cháy 1kg H2: 5,6m3tc
Lượng oxy cần đốt cháy 1kg S: 0,7m3tc
Như vậy, khi đốt cháy 1kg nhiên liệu có thành phần C là C/100, H là H/100 và
S là S/100 thì lượng oxy cần là: 1,866 x C/100 + 5,6 x H/100 + 0,7 x S/100
Do trong nhiên liệu có sẳn O2: O/100 kg hay 0,7xO/100m3tc.
Lượng oxy cần đưa vào để đốt cháy 1kg nhiên liệu là:
C
H
S
O
+ 5,6x
+ 0,7x
− 0,7x
; m3tc
100khoảng
100
100
100
chiếm
21% theo

thể tích,
nên lượng khơng khí

VO02 = 1,866x

Trong khơng khí oxy
vừa đủ để cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu là:
0
VKK
= VO02 x

100
21

C
H
S
O  100 3

Vkk0 = 1,866 x
+ 5,6 x
+ 0,7 x
− 0,7 x
 x 21 ; m tc / kgnl
100
100
100
100



Cũng có những cơng thức kinh nghiệm
để tính:
0
VKK
= a( Qt + W) / 1000
; m3tc/ kgnl

a: hệ số xác định theo kinh nghiệm:
Than và dầu: a =1,07-1,1
Khí :
a =1,15-1,2.
Đối với dầu có thể dùng cơng thức của
Rơsin:
0
VKK
= 0,8( Qt / 1000) + 2; m3tc/ kgnl


V0KK: là lượng khơng khí lý thuyết, nghĩa là theo lý
thuyết tất cả khơng khí đều được tham gia phản ứng và vừa
đủ để cháy hoàn toàn.
Nhưng trong thực tế, vì nhiều lý do khác nhau, ln có
một bộ phận khơng khí khơng tiếp xúc được với các thành
phần cháy nên lượng khơng khí thực tế V KK khác với lượng
khơng khí lý thuyết, thường là nhiều hơn, nên tỷ số:
VKK/V0KK gọi là hệ số khơng khí thừa.
Ký hiệu:
VKK

α = 0
KK lỏng và khí:
Thường: Đốt nhiên V
liệu
α =1,05-1,1.
Than phun:
α =1,15-1,25.
Ghi thủ công:
α =1,4-1,5.


Thành phần, thể tích và entanpy của sản phẩm cháy:
Thành phần của sản phẩm cháy:
Khi cháy hoàn toàn với α =1
CO2
do cháy C
SO2 do cháy S
H 2O
do cháy H
Am nhiên liệu bốc hơi
Hơi nước trong khơng khí.
Hơi dùng để phun nhiên liệu
N2
do khơng khí mang vào.
Do có sẳn trong nhiên liệu.
Khi cháy hoàn toàn với α >1
Ngoài các thành phần trên cịn có oxy do KK thừa mang vào.
Khi cháy khơng hồn tồn
Ngồi các thành phần trên cịn có CO và 1 ít chất khí khơng cháy hết
như: H2, CH4, CmHn .v.v.

Thể tích của sản phẩm cháy:
Khi cháy hồn tồn với α =1:
V0CO2: Từ phản ứng cháy:C
+
O2 =
CO2
12kg
22,4m3tcO2
22,4m3tcCO2
1kg
1,866m3tc.
Suy ra: V0CO2 = 1,866x C/100 m3tc/kgnl.
V0CO2:
V0SO2 = 0,7x S/100 m3tc/kgnl.
V0N2:
Do khơng khí mang vào: 0,79x V0KK.
Do có sẳn trong nhiên liệu: N/100 kg hay
N/100x22,4/28=0,008xN
Suy ra: V0N2= 0,79x V0KK+0,008xN; m3tc/kgnl
V0H2O:
Do cháy H/100 kg H2: 0,112H
Am bốc hơi: W/100x22,4/18=0,0124 W
Hơi nước dùng để phun nhiên liệu: Gx22,4/18
1 kg nhiên liệu cần G kg hơi nước thì: 1,24xG.
Do khơng khí ẩm (độ chứa hơi d=10g/kg): 0,0161 x V0KK.
ρ Hơi H2O

=0,804 kg/m3tc

ρ KK
d
x
ρH 2O 1000
0
Suy ra: V H2O= 0,112H+ 0,0124 W+1,24xG+ 0,0161 x V0KK m3tc/kgnl
3
=1,293
kg/m
tc
KK
ρ

VH02O = VKK x


Khi cháy hồn tồn với α >1
V0CO2, V0SO2 khơng đổi.
O2 tăng thêm (do khơng khí thừa mang vào)

; m3tc/kg

N2 tăng thêm (do khơng khí thừa mang vào)

; m3tc/kg

0
VO2 = 0,21(α − 1).VKK

H2O tăng thêm (do khơng khí thừa mang vào)
0
∆VN = 0,79(α − 1).VKK
Nên thể tích sản phẩm cháy:

; m3tc/kg

2

0
∆VH 2O = 0,0161
(α − 1).VKK

Khi cháy khơng hồn tồn:
Do khơng đủ khơng khí (α <1)
Do khơng khí khơng tiếp xúc được với nhiên liệu, kể cả khi α >1.
Lúc này, trong khói cịn có những chất khí cháy được, nhiều nhất là CO, có thể có
cả H2, CH4…
Thành phần thể tích sản phẩm cháy:
CO2+SO2+O2+N2 +H2O+CO+H2+CH4+…=100%


ĐỐI VỚI NHIÊN LIỆU KHÍ:
Phương pháp tính tốn tương tự như với nhiên liệu rắn, nhưng ở đây, thể tích
những chất cháy được ở thể khí tính theo m3tc.
P/ư cháy H2: H2
+
1/2 O2
=
H2O

+ QH
1m3tc H2
+
0,5m3tc O2 =
1m3tc H2O
CO: CO
+
1/2 O2
=
CO2 + QCO
1m3tc CO
+
0,5m3tc O2 =
1m3tc CO2
S: S
+
O2
=
SO2
+ QS
1m3tc S
+
1m3tc O2 =
1m3tc SO2
H2S: H2S
+
3/2 O2
=
SO2 + H2O + QH2S
1m3tc H2S + 1,5m3tc O2 = 1m3tc SO2 1m3tc H2O

CH4: CH4
+
2 O2
=
CO2
+ 2H2O + QCH4
1m3tc CH4
+ 2m3tc O2 = 1m3tc CO2
2m3tc H2O
Phản ứng cháy Cacbuahydro:
CmHn +
(m+n/4) O2
=
m CO2 + n/2H2O + QCmHn
1m3tc CmHn
+ (m+n/4)m3tc O2 = 1m3tc CO2
n/2m3tc H2O


Lượng oxy cần đưa vào để đốt cháy 1m3tc nhiên liệu khí:
V0O2=0,5H2 +0,5CO +S +1,5H2S +2CH4 +(m+n/4)CmHn -O2 ;m3tc/m3tc
Lượng khơng khí lý thuyết (để đốt cháy hồn tồn =1) 1m3tc nhiên liệu khí:
V0KK= 0,0476[0,5H2 + 0,5CO + S +1,5H2S + 2CH4 + (m+n/4) CmHn -O2 ];
m3tc/m3tc
Thể tích sản phẩm cháy theo lý thuyết:
V0CO2=0,01[CO2 + CO + CH4 +mCmHn ] ;m3tc/m3tc
V0SO2=0,01[S + H2S) ;m3tc/m3tc
V0N2= 0,79 V0KK +0,01N2 ;m3tc/m3tc
V0H2O=0,01[H2 + 2CH4 +H2S+n/2CmHn ]+0,012dK+0,0161 V0KK;m3tc/m3tc
d: độ chứa hơi trong nhiên liệu khí, g/m3tc.

H2 , CO, S, H2S, CH4 , CmHn , N2 : là thành phần thể tích các chất khí có trong
0
VO = 0,21(α − 1).VKK
nhiên liệu khí (%).
0
Thực tế, α >1
∆VN = 0,79(α − 1).VKK
Nên sản phẩm cháy thực tế so với khi =1 cịn có thêm:
2

2

0
∆VH 2O = 0,0161
(α − 1).VKK