Tính lượng không khí cần thiết cho một chất đốtChế tạo một lò đốt để doc

Tính lượng không khí cần thiết cho một
chất đốt

Chế tạo một lò đốt để sản suất sức nóng dùng để sấy các trái cây, cá,
mực, v.v. hay hơi nước dùng để chạy turbine và quay generator để sản
suất điện là công việc mà kỷ sư năng lượng thường hay gặp. Công việc
đầu tiên là chúng ta sẽ tính bao nhiêu lượng chất đốt sẽ xử dụng trong
một giờ? Chất đốt ở dạng nào (khí thiên nhiên, dầu thô hoặc than đá)?
Chất gì sẽ sa thải sau khi đốt (CO
2
, CO, hơi nước, SOx, NOx, v.v.)
(Chomiak (1990))
Các chất đốt lỏng (dầu nặng, dầu hôi, v.v.) hay rắn (than đá, gỗ, v.v.)
thường được đo bằng kg/giờ hay kg/giây và không khí (KK) được thổi
vào vào lò bằng một máy thổi và đơn vị đo là m
3
/giờ hay m
3
/giây. Tính
lượng KK cần thiết để đốt cháy một lượng chất đốt
Hiện tại mặc dù với kỷ nghệ thông tin với những máy tính nhanh nhất
thế giới vẫn chưa tính chính xác cho ngọn lửa của dầu hoặc than đá vì
một phần lý thuyết vẫn chưa hoàn toàn hoàn chỉnh và một phần độ
nhanh của những máy tính hiện đại ngày nay vẫn chưa tính được các mô
hình phức tạp. Do đó những tính toán bằng máy tính bỏ túi dưới đây chỉ
là phỏng chừng, độ sai có thể quá 50%. Phương pháp (PP) đo các chất sa
thải sau khi đốt vẫn là PP tốt nhất.
PP trình bày dưới đây không chính xác vì chúng ta đã đơn giản hoá
nhiều vấn đề. Thí dụ như N
2
không tham gia phản ứng cháy hay các

phản ứng xảy ra cùng một lúc, điều này không xảy ra trong thực tế. PP
này vẫn xử dụng được nếu chúng ta chưa có PP nào tốt hơn.
Sự đốt cháy của hydrocarbon

1) Tính lượng không khí (KK) cho sự cháy của hydrocarbon
Hydrocarbon có công thức hoá học là C
x
H
y
thí dụ như (CH
4
, C
2
H
6
,
C
3
H
8
, v.v.). Thí dụ cháy hoàn toàn một lượng khí mê tan trong lò đốt
(xem Hình 1). Phương trình phản ứng hoá học cho phản ứng của khí mê
tan như sau:
(1)
tương tự phản ứng cháy cho hydrocarbon như sau
(2)
viết theo trọng lượng các phân tử (chất) như sau (nguyên tử gram cho C,
H và O là 12, 1 và 16)
(3)
hay

(4)
Như vậy (12x+y) kg hydrocarbon sẽ cần (32x+8y) kg oxygen và sẽ sa
thải 44x kg CO
2
và 9y kg hơi nước (H
2
O). Trong thực tế chúng ta không
lấy oxygen nguyên chất mà chúng ta dùng không khí (KK).
Thành phần hoá học và tỉ lệ phần trăm theo thể tích và trọng lượng của
“KK khô” hay gọi tắt là KK (KK không có độ ẩm hay hơi nước) như sau


N2 O2 Ar CO2 H2 Andet
Tổng
cộng

Thể tích (%)

78,03

20,99

0,94 0,03 0,01 < 0,003

100
Trọng lư
ợng
(%)
75,47

23,20

1,28 0,046 0,001 < 0,003

100
Bảng 1: Thí dụ tỉ lệ phần trăm của thể tích và trọng lượng KK. KK tại
VN chứa rất nhiều hơi nước và tỉ lệ phần trăm của chất khí có thể khác
nhau.
Để tính toán nhanh người ta thường tính gần đúng KK khô gồm 23,2%
O
2
và 76,8% N
2
theo trọng lượng và 21% O
2
và 79% N
2
theo thể tích.
Trong thực tế chất đốt rất phức tạp, không chỉ đơn giản chỉ có carbon và
hydrogen như nêu trên. Bảng 2 chỉ một thí dụ thành phần hoá học và tỉ
lệ phần trăm của một loại khí đốt thiên nhiên (thành phần hoá học của
khí thiên nhiên tùy thuộc vào các mỏ khí).