Giáo trình sản phẩm dầu mỏ thương phẩm - Chương 4 docx

Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chương IV
NHIÊN LIỆU ĐỐT LÒ

4.1. Nhiên liệu đốt lò và vai trò của nó
Trong công nghiệp khi cần cung cấp nhiệt cho một quá trình nào đó thì người ta
có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau như: Hợp chất vô cơ rắn, sản phẩm
dầu mỏ (GPL, dầu đốt, cốc), khí tự nhiên hoặc dùng điện.
Đối với dầu đốt thì người ta chia ra làm các loại khác nhau:
 Dầu đốt nhẹ
 Dầu đốt nặng
D
ầu đốt nhẹ:
Đây là loại dầu được dùng chủ yếu để sưởi ấm nhà cửa tại vùng nông thôn, để chạy
các nhà máy nông nghiệp như máy kéo, máy làm đường, do đó có tên là dầu đốt gia
đình FOD (Fuel Oil Domestic). Về cơ bản không khác nhiều nhiên liệu diezen, nhưng
có một số tính chất kỹ thuật kém hơn, đặc biệt về trị số cetan, về tính chất nhiệt độ
thấp. Tuy nhiên, ở nước ta tính chất nhiệt
độ thấp của FOD không phải là vấn đề cần
quan tâm.
Dầu đốt nặng
Loại dầu này dùng cho các lò công nghiệp, các lò nung, lò hơi, nhà máy phát
điện, các phương tiện giao thông trọng tải lớn như tàu thuỷ. . .
Trong các lĩnh vực trên thì dầu đốt nặng được sử dụng nhiều nhất cho việc cung
cấp nhiệt ở các lò công nghiệp nên thường hay gọi chung là nhiên liệu đốt lò. Ở trong
phần này ta chỉ nghiên cứu nhiên liệu
đốt lò ở trạng thái lỏng và thu được từ dầu mỏ.
Nhiên liệu đốt lò thu được bằng cách phối trộn từ các phần cặn nặng ít giá trị kinh tế,
khó chế biến tiếp: cặn chưng cất chân không, cặn của các quá trình crăckinh, cốc hoá
giảm nhớt, phần trích ly thu được trong quá trình sản xuất dầu nhờn, nhựa đường . . .
cùng với một số phần nhẹ nhằm đảm bảo mộ

t số tính chất kỹ thuật như phân đoạn
kerosen, phân đoạn gasoil . . .
ThS. Trương Hữu Trì Trang 69
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Ngoài những loại trên thì người ta còn tận dùng dầu bôi trơn được thải ra sau
khi đã sử dụng, dầu cặn từ các quá trình hoá dầu (crackinh hơi) . . .
Nhiên liệu đốt lò đóng một vai trò quan trọng trong nền công nghiệp nói chung
và công nghiệp Lọc - Hoá dầu nói riêng. Khi sử dụng tốt nguồn năng lượng của nhà
máy sẻ góp phần quan trọng đến hiệu quả kinh tế của nhà máy.
Trong nhà máy lọc dầu thì hiệu suất thu hồi các sản phẩ
m như sau:
Nguồn gốc BREGA Lybie BRENT Biển bắc Arabe leger
SANFAYA
Arable lourd
Sản phẩm nhẹ 26 28 20 17
Phân đoạn
trung bình
37 33 35 29
Sản phẩm nặng 37 39 45 54

Nhu cầu về các loại sản phẩm như sau:
Năm 1973 1980 1990 2000
Sản phẩm nhẹ 29 31 35 37-39
Phân đoạn
trung bình
30 31 36 39-41
Sản phẩm nặng 41 38 29 20-24
Trong đó:
Sản phẩm nhẹ gồm: GPL, naphta, xăng ô tô
Phân đoạn trung bình gồm: Kerosene, nhiên liệu phản lực, Diesel, dầu đốt dân dụng

Sản phẩm nặng: Nhiên liệu đốt lò, bitum, dầu bôi trơn, cốc.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 70
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Như vậy, để đáp ứng được các yêu cầu trên thì trong nhà máy lọc dầu phải có
các thiết bị để chuyển hoá các phần nặng thành các phần nhẹ hơn. Các quá trình
chuyển hoá này sẻ tiêu thụ một phần năng lượng đáng kể, chúng ta sẻ thấy rỏ qua bảng
sau:
Hiệu suất của các dạng sản phẩm thu được với các quá trình khác nhau.
(dầu thô Arable leger)
Quá trình lọc
đơn giản
Quá trình chuyển
hoá thông thường
Quá trình chuyển
hoá sâu
Sản phẩm nhẹ 20 32 35
Phân đoạn trung bình 35 41 48
Sản phẩm nặng 41 20 5
Sự tiêu thụ năng lượng 4 7 12
Như vậy khi thực hiện các quá trình chuyển hoá càng sâu thì năng lượng tiêu
thụ càng lớn.
4.2. Thành phần hoá học và các nguồn thu nhiên liệu đốt lò từ dầu mỏ
4.2.1. Các nguồn thu nhiên liệu đốt lò
Như phần trên đã nêu, ngày nay do nhu cầu các sản phẩm nhẹ ngày càng tăng
và nhu cầu về các phần nặng thì ngày càng giảm. Vì vậy, buộc các nhà máy lọc dầu
phải có các thiết bị (các quá trình chế biến sâu) để biến đổi các phần nặng thành các
phần nhẹ. Việc xuất hiện các quá trình chế biến sâu đã làm thay đổi rất nhiều thành
phần hoá học của nhiên liệu đốt lò. Sự biến đổi này theo xu hướng làm giảm số lượng
và chất lượng của nhiên liệu đốt lò.
Cùng với sự thay đổi về yêu cầu của các sản phẩm dầu mỏ thì sơ đồ nhà máy

lọc dầu cũng đã biến đổi theo để đáp
ứng được các yêu cầu đặt ra, sự thay đổi này thể
hiện qua 3 sơ đồ như sau:

ThS. Trương Hữu Trì Trang 71
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Khí đốt
ThS. Trương Hữu Trì Trang 72

Chưng
cất khí
quyển

Dầu thô
RC
Chất đốt
• Sơ đồ 1
Sơ đồ này bao gồm :
GPL
Xăng
HDS
Kerosen
Gazole/FOD
FO
 Phân xưởng chưng cất khí quyển
 Phân xưởng reforming xúc tác
 Phân xưởng HDS
Nhiên liệu đốt lò thu được trong sơ đồ này chỉ đơn giản là phần cặn của quá
trình chưng cất trực tiếp ở áp suất khí quyển. Nó có khối lượng riêng nhỏ hơn 1000
kg/m

3
ở 15
o
C và hàm lượng kim loại thấp.
* Sơ đồ 2
Khí đốt
GPL
Chưng
cất khí
quyển

DSV FCC
HDS
RC
Chất đốt
Dầu thô
Xăng
KEROSENE
Gazole/FOD
FO
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
So với sơ đồ 1 thì ở đây có thêm phân xưởng chưng cất chân không và phân
xưởng cracking xúc tác nhằm chuyển hoá phần cặn nặng của quá trình chưng cất khí
quyển thành các phân đoạn nhẹ.
Nhiên liệu đốt lò thu được từ sơ đồ này là hỗn hợp của phần cặn của quá trình
chưng cất trực tiếp ở áp suất khí quyển và dòng sản phẩm cúa phân xưởng FCC có vai
trò như chất làm loãng để giảm độ
nhớt. Nhiên liệu đốt lò đây chứa một hàm lượng lớn
lưu huỳnh và kim loại.
• Sơ đồ 3

VB
FCC
HDS
RC
Chưn
g

cất
khí
quyển
Kerosen
Gasole/FOD

Xăng
GPL
Dầu thô
Khí đốt
FO
Chất đốt
Sơ đồ này có thêm phân xưởng giảm nhớt nhằm giảm nhớt của cặn nặng và tận

thu các thành phần nhẹ.
Nhiên liệu đốt lò thu được từ sơ đồ này là hỗn hợp các phần cặn của quá trình
giảm nhớt và các dòng chất pha loãng. Dòng chất pha loãng được sử
dụng chủ yếu là
LCO, HCO của quá trình cracking xúc tác, GO thu được trực tiếp từ quá trình chưng
cất khí quyển. Nhiên liệu đốt lò thu được ở đây có độ ổn định kém và chứa một hàm
lượng lớn lưu huỳnh và kim loại.



ThS. Trương Hữu Trì Trang 73
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Một vài tính chất của các phối liệu sản xuất dầu đốt công nghiệp
Tính chất RA RSV
Cặn
giảm
nhớt
LCO
(BTS)
HCO
(BTS)
Độ nhớt ở 100
o
C (cSt) 46 1500 7500 1 1.7
d
4
15
0.972 1.026 1.040 0.899 0.942
Carbon Conradson
(%m)

10.8 18.9 26.9 < 0.1 <0.1
Asphaltène (%m) 3.2 6.4 16.6 0 0
Lưu huỳnh (%m) 3.4 4.5 4.8 0.5 1.0
Nitơ (ppm) 2500 3000 3500 370 1050
Kim loại (ppm) 65 215 257 0 0

Tóm lại : Ngày nay, nhiên liệu đốt lò thu được từ nhiều quá trình chế biến sâu
với các chất pha loảng khác nhau để đạt được những chỉ tiêu sử dụng của nó như độ
nhớt, hàm lượng lưu huỳnh, khôi lượng riêng . . .
4.2.2. Thành phần hoá học của nhiên liệu đốt lò
Thành phần của nhiên liệu đốt lò là một hỗn hợp phức tạp bao gồm những hợp
chất có trọng lượng phân tử
lớn, chúng có mặt trong dầu thô ban đầu hay được sinh ra
từ các quá trình chuyển hoá sâu. Cấu trúc của các hợp chất này rất phức tạp vì vậy việc
phân tách chúng thành các hợp chất riêng lẻ hay các họ như khi nghiên cứu đối với các
phân đoạn nhẹ là rất khó khăn và không có nhiều ý nghĩa thực tế.
Trong thực tế để khi nghiên cứu thành phần hoá học của nhiên liệu đốt lò người
ta dựa vào các tính chất lý học của nó như
khả năng tan trong các dung môi, khả năng
ThS. Trương Hữu Trì Trang 74
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
hấp phụ khác nhau để tách loại chúng thành các nhóm chất khác nhau. Thực tế người
ta thu được ba nhóm chất như sau:
 Nhóm dầu
 Nhóm nhựa
 Nhóm asphalten
Việc phân chia nhiên liệu đốt lò thành các nhóm chất như trên thường không rỏ
ràng vì cấu trúc của phần nặng trong nhóm nhẹ và cấu trúc của phần nhẹ trong nhóm
năng là không khác nhau nhiều, nhất là giữa nhóm nhựa và nhóm asphalten.
Nhóm dầu :

Đây là những hợp chất nhẹ nhất của nhiên liệu
đốt lò, chúng bao gồm các hợp
chất parafin, olefin naphten và các hợp chất hydrocacbon thơm. Đây là các hợp chất
tan được trong các dung môi thông thường như xăng nhẹ, parafin. . . nhưng không thể
tách chúng ra khỏi hỗn hợp bằng các chất hấp phụ vì chúng không có cực (hoặc cực
yếu)
Nhóm nhựa :
Nhựa là dẫn xuất của các hydrocacbon polyaromatique hoặc của các naphteno-
aromatic, có độ nhớt lớn. Nó có thể tan trong các hydrocacbon nhẹ C
5
-C
8,
xăng. . .
nhưng đây là các hợp chất có cực nên có thể tách chúng ra khỏi hỗn hợp bằng các chất
hấp phụ.
Trọng lượng phân tử của nó phân bố trong một khoảng rộng từ 2000 - 4000. Tỷ
lệ C/H trong các vòng ngưng tụ của nhựa khoảng từ 7.7 - 8.9.
Nhóm asphalten :
Asphalten là những hợp chất cao phân tử đa vòng, ngưng tụ cao, có khối lượng
phân tử lớn (từ 700 - 40000). Chúng tan được trong dung dịch H
2
S, benzen, CCl
4
nhưng không tan được trong xăng nhẹ,các hydrocacbon nhẹ C
5
-C
8
. Người ta nhận
thấy rằng trong Asphalten chứa một hàm lượng đáng kể các dị nguyên tố như O, N, S.
Tỷ lệ C/H trong các vòng ngưng tụ của Asphalten khoảng từ 9 - 11.

ThS. Trương Hữu Trì Trang 75
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Trong dầu đốt thì nhóm nhựa tan được trong nhóm dầu để tạo thành một dung
dịch thực sự và hỗn hợp của hai nhóm chất này có một tên gọi chung là nhóm Malten.
Asphalten không tan trong các dung môi thông thường, không tan trong nhóm maltene
kể trên mà chỉ bị trương nở trong nhóm chất này khi tồn tại trong dầu đốt để tạo thành
một hệ keo cân bằng mà tướng phân tán là Asphalten và môi trường phân tán là dầu và
nhựa.
Trong quá trình lưu trữ và tồn chứa, do có độ nhớt cao, thường phải tiếp xúc v
ới
oxy không khí nên các nhóm chất này sẻ bị biến đổi. Xu hương của sự biến đổi này là
dầu chuyển thành nhựa và nhựa sẻ chuyển thành asphalten. Khi quá trình biến đổi này
xãy ra mạnh sẻ làm cho cân bằng hệ keo bị phá vỡ, gây nên kết tủa asphalten. Sự phá
vỡ cân bằng hệ keo này có thể còn do khi pha trộn vào dầu đốt những loại dầu có
nguồn gốc khác, làm cho asphalten có thể bị kết tủa. Kết quả là chúng sẽ cùng với
nước và cặn khác tạo thành một chất như “bùn” đọng ở đáy các thiết bị chứa, gây khó
khăn khi sử dụng và cả khi rửa.
4.2.3. Phân loại nhiên liệu đốt lò
Do nhiên liệu đốt lò được ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau nên yêu cầu về
chất lượng của nó cũng khác nhau, hơn nữa chất lượng này còn tuỳ thuộc vào mức độ
phát triển và yêu cầu của từng nước hay từ
ng khu vực.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam, nhiên liệu đốt lò được phân chia dựa vào hàm lượng lưu
huỳnh và độ nhớt thành 4 loại như sau:
 FO N
0
1 (2,0% lưu huỳnh)
 FO N
0
2A (1,5% lưu huỳnh )

 FO N
0
2B (3,0% lưu huỳnh)
 FO N
0
3 (3,0% lưu huỳnh)




ThS. Trương Hữu Trì Trang 76
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chỉ tiêu chất lượng của các loại dầu này như sau:
Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N
0
1 (2,0% lưu huỳnh)
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
Đơn
vị đo
Phương pháp thử
Mức quy
định
- Khối lượng riêng ở 15
0
C (max) - TCVN 3893-95 0,965
- Độ nhớt động học ở 40
0
C (max) cSt ASTM-D445 87
- Điểm chớp cháy cốc kín (min)
0

C
ASTM-D93/TCVN
2693-95
66
- Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 2,0
- Điểm đông đặc (max)
0
C
ASTM-D97/TCVN
3753-95
10
- Hàm lượng nước (max) %tt
ASTM-D95/TCVN
2692-95
1,0
- Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15
- Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800
- Hàm lượng tro (max) %kl
ASTM-D482/TCVN
2690-95
0,15
- Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 6





ThS. Trương Hữu Trì Trang 77
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N

0
2A (1,5% lưu huỳnh )
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
Đơn
vị đo
Phương pháp thử
Mức quy
định
- Khối lượng riêng ở 15
0
C (max) - TCVN 3893-95 0,97
- Độ nhớt động học ở 40
0
C (max) cSt ASTM-D445 180
- Điểm chớp cháy cốc kín (min)
0
C
ASTM-D93/TCVN 2693-
95
66
- Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 1,5
- Điểm đông đặc (max)
0
C
ASTM-D97/TCVN 3753-
95
21
- Hàm lượng nước (max) %tt
ASTM-D95/TCVN 2692-
95

1,0
- Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15
- Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800
- Hàm lượng tro (max) %kl
ASTM-D482/TCVN
2690-95
0,15
- Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 10






ThS. Trương Hữu Trì Trang 78
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N
0
2B (3,0% lưu huỳnh)
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
Đơn
vị đo
Phương pháp thử
Mức
quy
định
- Khối lượng riêng ở 15
0
C (max) - TCVN 3893-95 0,97
- Độ nhớt động học ở 40

0
C (max) cSt ASTM-D445 180
- Điểm chớp cháy cốc kín (min)
0
C
ASTM-D93/TCVN 2693-
95
66
- Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 3,0
- Điểm đông đặc (max)
0
C
ASTM-D97/TCVN 3753-
95
21
- Hàm lượng nước (max) %tt
ASTM-D95/TCVN 2692-
95
1,0
- Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15
- Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800
- Hàm lượng tro (max) %kl
ASTM-D482/TCVN 2690-
95
0,15
- Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 10

ThS. Trương Hữu Trì Trang 79
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N
0
3
Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
Đơn
vị đo
Phương pháp thử
Mức
quy
định
- Khối lượng riêng ở 15
0
C
(max)
- TCVN 3893-95 0,991
- Độ nhớt động học ở 40
0
C
(max)
cSt ASTM-D445 380
- Điểm chớp cháy cốc kín (min)
0
C
ASTM-D93/TCVN 2693-
95
66
- Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 3,0

- Điểm đông đặc (max)
0
C
ASTM-D97/TCVN 3753-
95
21
- Hàm lượng nước (max) %tt
ASTM-D95/TCVN 2692-
95
1,0
- Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15
- Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800
- Hàm lượng tro (max) %kl
ASTM-D482/TCVN 2690-
95
0,35
- Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 14



ThS. Trương Hữu Trì Trang 80
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Theo tiêu chuẩn của Pháp, dựa vào độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh người ta
chia FO làm 4 loại chính:
- FO N
0
1 : độ nhớt động học ở 50
0
C nhỏ hơn hoặc bằng 110mm
2

/s
- FO N
0
2 : độ nhớt động học ở 50
0
C nhỏ hơn hoặc bằng 110mm
2
/s
- FO N
0
2 BTS : hàm lượng lưu huỳnh thấp khoảng 4% khối lượng
- FO N
0
2 TBTS : hàm lượng lưu huỳnh cực thấp khoảng 1% khối lượng
Bảng phân loại các loại dầu FO theo tiêu chuẩn của Pháp
FO
Tính chất
Đơn vị
tính
Giá trị
giới
hạn
N
0
1 N
0
2
N
0
2

BTS
N
0
2
TBTS
- Độ nhớt động học
50
0
C (min)
50
0
C (max)
100
0
C (max)

cSt

Min
Max
Max

15
110
-

110
-
40

110
-
40

110
-
40
- Nhiệt độ chớp cháy
0
C Min 70 70 70 70
- Đường cong chưng cất
E250
E350

%

max

65
85

65
85

65
85

65
85
-Hàm lượng lưu huỳnh %kl max 2 4 2 1

-Hàm lượng nước %kl max 0,75 1,5 1,5 1,5
- Hàm lượng chất không
tan
%kl max
0,25 0,25 0,25 0,25

ThS. Trương Hữu Trì Trang 81
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
4.3. Sơ lược về quá trình đốt cháy nhiên liệu lỏng trong lò đốt
4.3.1. Một số khái niệm cơ bản về quá trình đốt cháy
4.3.1.1. Thành phần cháy được và không cháy được
Dưới gốc độ đốt cháy, thì nhiên liệu thường được phân chia thành 2 thành phần:
 Thành phần cháy được: Cacbon, hydro, một phần lưu huỳnh, nitơ, ôxy.
 Thành phần không cháy được: Tro, ẩm.
Trong thành phần cháy được thì cacbon và hydro là những phần chiếm chủ yếu.
Cacbon : Là thành phần chiếm đại
đa số trong các nhiên liệu hữu cơ, khi cháy toả ra
một lượng nhiệt khoảng 34150 kJ/kg. Thành phần cacbon càng nhiều, khi cháy toả ra
nhiều nhiệt nhưng khó bắt cháy.
Hydro : Cũng là thành phần cháy quan trọng, khi cháy toả rất nhiều nhiệt, khoảng
144500kJ/kg, gấp 4 lần cacbon và dễ bắt lửa.
4.3.1.2. Cháy hoàn toàn và không hoàn toàn
Khi những thành phần có thể cháy trong nhiên liệu đều tham gia phản ứng cháy
đến cùng và sản phẩm cháy tạo thành chỉ gồm những chất khí không thể cháy được
nữa như CO
2
, H
2
O, SO
2

thì quá trình ấy được coi là cháy hoàn toàn. Ngược lại, nếu
một phần nhiên liệu không cháy hết hoặc trong sản phẩm cháy còn có những khí cháy
được như CO, H
2
, HC thì quá trình cháy đó được coi cháy không hoàn toàn.
Có hai nguyên nhân gây ra quá trình cháy không hoàn toàn:
Cháy không hoàn toàn hoá học do cung cấp không đủ oxy (không khí), do sự
trộn lẫn không tốt giữa không khí và nhiên liệu. Hai nguyên nhân này phụ thuộc vào
loại nhiên liệu, cấu tạo thiết bị đốt, điều kiện khống chế sự cháy, chúng có thể được
hạn chế và loại trừ. Nguyên nhân thứ ba do phân huỷ nhiệt thì không thể tránh khỏi,
nhất là khi lò có nhiệt độ cao, thời gian khí lưu lại trong lò lớn.
Cháy không hoàn toàn cơ học do l
ọt nhiên liệu qua ghi lò, mất mát nhiên liệu
do bay bụi, do đường dẫn bị hở. . . cháy không hoàn toàn sẽ dẫn đến tổn thất nhiệt,
tăng tiêu hao nhiên liệu và giảm nhiệt độ cháy lý thuyết.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 82
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
4.4.1.3. Hệ số thừa không khí
Thông thường trong thực tế thì để bảo đảm cho quá trình được hoàn toàn thì
lượng không khí đưa vào lò đốt lớn hơn lượng không khí tính toán theo hệ số tỷ lệ.
Gọi :
Lượng không khí cần cho sự cháy hoàn toàn tính theo lý thuyết là V
0
kk
Lượng không khí cho vào thực tế thì là Vkk (Vkk > V
0
kk)
Khi đó tỷ số Vkk / V
0
kk = α được gọi là hệ số thừa không khí:

4.4.1.4. Phương thức cháy
Quá trình cháy nhiên liệu lỏng trong thực tế rất phức tạp. Đối với các loại dầu
nặng thì quá trình cháy càng phức tạp hơn, vì khi ở nhiệt độ cao trong một thời điểm
nào đó nhiên liệu chưa kịp phối trộn với không khí để cháy thì chúng có thể sẽ bị phân
huỷ nhiệt tạo thành các hợp chất độc hạ
i.
Trong công nghiệp, quá trình cháy nhiên liệu lỏng chủ yếu là cháy dạng phun
sương, nhiên liệu lỏng thường qua thiết bị phun sương và bị phân chia nhỏ thành dòng
các hạt sương nhỏ (hay bụi dầu) có kích thước khoảng 50 đến 200 µm ở dưới dạng
hình côn. Xung quanh các hạt sương dầu có không khí. Khi dòng hạt dầu ở trong
buồng lửa được đốt nóng, hạt dầu sẽ bốc hơi vừa hổn hợp với không khí vừa cháy. Vì
đ
iểm sôi của dầu thấp hơn nhiệt độ bắt cháy do vậy không thể hình thành mặt cháy
ngay trên bề mặt hạt dầu mà phải cách bề mặt giọt dầu một khoảng cách nhất định mới
hình thành bề mặt ngọn lửa.
4.4.2. Thiết bị đốt nhiên liệu
Nhiên liệu đốt lò trước khi bị đốt cháy thì chúng phải trải qua quá trình bay hơi,
trộn lẫn với không khí. Muốn cho quá trình bay hơi và trộn lẫ
n được tốt thì trước hết
nhiên liệu cần phải bị xé thành các hạt sương có kích thước nhỏ (hay còn gọi là bụi
dầu). Thông thường để đạt được yêu cầu này thì nhiên liệu được phun ra từ một hệ
thống kim phun cùng với việc sử dụng một chất khác để phá vỡ độ bền của các hạt
sương. Chất đưa thêm này gọi là chất biến bụi, chất thường được s
ử dụng là không khí
nén, hơi nước có áp suất cao hay gió của quạt ly tâm cao áp.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 83
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Người ta dùng loại thiết bị để đốt chýa nhiên liệu lỏng gọi là mỏ phun. Nó có
nhiệm vụ biến bụi nhiên liệu để đưa hổn hợp chất biến bụi và nhiên liệu vào đốt cháy
trong lò. Với nhiệm vụ này mỏ phun cần đảm bảo yêu cầu sau:

 Biến dòng nhiên liệu thành sương và hoà trộn tốt với không khí
 Bảo đảm cho nhiên liệu cháy với ngọn lửa bền và có kích thước xác định
 Mỏ phun có cấu tạo đơn giản, chắc chắn, bền và vận hành thuận tiện.
Nếu quá trình trao đổi nhiệt giữa môi trường với hổn hợp của chất biến bụi và
nhiên liệu tốt thì quá trình cháy xảy ra nhanh. Hạt dầu càng nhỏ, thời gian sấy nóng
càng ngắn, nhiên liệu bốc hơi càng nhanh và sự cháy xảy ra càng nhanh.
Có nhiều loại mỏ phun nhiên liệu khác nhau, khí xét theo áp suất phun thì người ta
chia chúng thành 2 loại: mỏ ohun cao áp và mỏ phun thấp áp.
4.4.2.1. Mỏ phun thấp áp
Sơ đồ cấu tạo mỏ phun thấp áp như hình dưới.
Khi mỏ phun làm việc, nhiên liệu vào mỏ phun qua ống dẫn 1, không khí vào
qua đường dẫn 2. Nhiên liệu và không khí gặp nhau ở trước cửa ra của mỏ phun. Ở
đây dầu biến thành bụi và hổn hợp bụi dầu và không khí qua miệng mỏ phun 3 vào để
cháy ở trong lò. Áp suất của không khí khi vào mỏ phun là 5 kN/m2, tạo cho không
khí chuyển động với tốc độ 70 - 80 m/s. Kiể
u mỏ đốt này có cấu tạo đơn giản, vận
hành ổn định.
Nhược điểm của nó là phải giữ cho mỏ phun làm việc đủ công suất. Nếu công
suất thay đổi thì chất lượng biến bụi dầu cũng ảnh hưởng rất nhiều.
Nếu cần giảm công suất nhiệt theo yêu cầu công nghệ trong lò thì không được giảm
đến mức để cho tốc độ không khí nhỏ hơn 50 - 60 m/s. Lo
ại mỏ này làm việc với hệ số
tiêu hao không khí n = 1,1 - 1,25.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 84
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm

Sơ đồ mỏ phun thấp áp
1-ống dẫn dầu; 2-ống dẫn không khí; 3-tường lò
4.4.2.2. Mỏ phun cao áp
Sơ đồ cấu tạo mỏ phun cao áp như sau:

Sơ đồ mỏ phun cao áp
1-đường dẫn dầu; 2-cơ cấu hãm; 3-đường dẫn không khí làm chất biến bụi
Các bộ phận chính của mỏ phun này là: ống dẫn dầu ở trong và ống dẫn chất
biến bụi 3 bao bên ngoài. Ống dẫn không khí đợt hai đưa vào đốt cháy nhiên liệu được
bố trí riêng ngay tại lò nơi đặt mỏ phun. Khi mỏ phun làm việc, chất biến bụi vào mỏ
phun chuyển động xung quanh ống d
ẫn dầu và ra gặp dòng dầu ở đầu của mỏ phun.
Tiết diện miệng ra của chất biến bụi quyết định lưu lượng chất biến bụi vào phá vỡ
ThS. Trương Hữu Trì Trang 85
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
dòng dầu có thể thay đổi nhờ sự chuyển dịch của ống dẫn dầu. Đối với các mỏ phun
đơn giản đây chính là cơ cấu điều chỉnh lượng tiêu hao chất biến bụi.
Nếu chất biến bụi là không khí nén thì áp suất là 400 - 600 kN/m
2

Chất biến bụi là hơi nước thì áp suất hơi nước là 500 -1500 kN/m
2
Để điều chỉnh lượng dầu qua mỏ phun ta đặt van điều chỉnh trên đường ống dẫn
dầu trước mỏ phun.
Do chiều dài của ngọn lửa lớn nên mỏ phun này chỉ dùng được ở các lò có
chiều dài phù hợp. Còn đối với các buồng đốt, buồng lò có kích thước nhỏ thì không
dùng được vì ngọn lửa sẽ va đập vào tường lò làm hỏng vật liệu xây lò.
Không khí nén hay hơi nước là hai chất được dùng
để biến bụi dầu. Mặc dù
chất biến bụi khác nhau nhưng về cấu tạo mỏ phun thì cơ bản không khác nhau. Chúng
có cùng các bộ phận chủ yếu để cho dòng chất biến bụi sau khi ra khỏi miệng ống dẫn
với tốc độ lớn, đập vào dòng dầu và biến chúng thành những hạt bụi.
Các đặc tính của mỏ phun thấp áp và mỏ phun cao áp
Đặc tính Mỏ phun

Thấp áp Cao áp
Chất biến bụi dầu
Không khí
do quạt cấp
Không khí nén hơi nước
Áp suất của chất biến bụi,
kN/m
2
2,59 - 8,8
Không khí nén : 400-600
Hơi nước : 500 - 1500
Lượng chất biến bụi (không
khí), % của tổng lượng không
khí cần đốt cháy nhiên liệu
100 7 - 12
Lượng không khí đợt hai, % của
tổng lượng không khí cần đốt
cháy nhiên liệu

88 - 93
100
Nhiệt độ nung không khí,
0
C 300 Không hạn chế
Lượng chất biến bụi cho một kg
dầu, kg
0,6 - 0,8
Tốc độ chất biến bụi khi ra khỏi
miệng ống, m/s
50 - 80

Thường đến 330, đôi khi
lớn hơn 330
Mức độ biến bụi (đường kính
hạt bụi dầu), mm
Đến 0,5 0,1 - 0,2


ThS. Trương Hữu Trì Trang 86
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Sự khác nhau giữa hai mỏ phun này chủ yếu là:
Trong mỏ phun thấp áp chất biến dầu thành bụi là không khí được cấp từ quạt
ly tâm có áp suất cao. Còn trong mỏ phun cao áp chất biến bụi dầu là không khí nén
hay hơi nước có áp suất cao.
Ở mỏ phun thấp áp tất cả không khí cần để đốt cháy nhiên liệu đều đi qua mỏ
phun. Nhiệt độ nung trước không khí không được lớn hơn 300
0
C để tránh hiện tượng
phân huỷ nhiên liệu làm tắc mỏ phun.
Ở mỏ phun cao áp, lượng không khí nén đưa qua mỏ phun để biến bụi dầu chỉ
chiếm 7 - 12 % tổng số không khí cần đốt cháy nhiên liệu, phần không khí còn lại
không đi qua mỏ phun mà qua một đường riêng vào lò gọi là không khí đợt hai. Lượng
không khí này có thể nung trước đến nhiệt độ cao phụ thuộc vào loại lò và dạng thiết
bị thu hồi nhiệt.
Nếu không khí được nung
ở thiết bị hoàn nhiệt thì nhiệt độ nung đạt 1000-
1200
0
C, còn nung ở thiết bị trao đổi nhiệt thì nhiệt độ nung 500 - 600
0
C.

4.5. Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò
Như trong phần trước chúng ta đã thấy nhiên liệu đốt lò được phối trộn chủ yếu
từ cặn của các quá trình khác nhau, điều này cho thấy trong thành phần của nó sẻ chứa
một lượng lớn các hợp chất có hại cho việc sử dụng nó như lưu huỳnh, nitơ, kim loại
Vì vậy, cũng như những sản phẩ
m dầu mỏ khác, nhiên liệu đốt lò thương phẩn
phải đạt được những chỉ tiêu chất lượng nhất định để bảo đảm cho việc sử dụng của nó
trong các lò đốt cũng như đảm bảo được các chỉ tiêu về việc thải các chất ô nhiễm ra
môi trường. Các chỉ tiêu quan trọng đó là hàm lượng lưu huỳnh, độ nhớt, tỷ trọng nhiệt
cháy, hàm lượng cặn . . .
4.5.1. Hàm lượng lưu huỳnh
Nhiên liệu đốt lò thường chứa một lượng lưu huỳnh khá lớn, nồng độ của nó
thay đổi tuỳ theo loại.
Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu đốt lò dưới nhiều dạng khác nhau, thông
thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng di vòng. Khi bị đốt
ThS. Trương Hữu Trì Trang 87
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
cháy lưu huỳnh sẻ chuyển thành SO
2
, khí này cùng với khói thải sẻ được thoát ra
ngoài, trong thời gian này chúng có thể tiếp xác với oxy để chuyển một phần thành khí
SO
3
. Khi nhiệt độ của dòng khí thải xuống thấp thì các khí này sẻ kết hợp với hơi nước
để tạo thành các axit tương ướng, đó chính là các axit vô cơ có độ ăn mòn các kim loại
rất lớn. Thực tế thì các axit sulfuaric sẻ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 100 ÷ 150
o
C,
còn axit sulfuarơ chỉ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 40 ÷ 50
o

C.
Để hạn chế sự ăn mòn này thì người ta thường dùng các phương pháp sau:
 Dùng nhiên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp
 Giảm lượng không khí thừa trong dòng khí
 Gửi cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương của các khí
 Dùng một số kim loại hoặc oxyt kim loại (MgO, CaO) để chuyển SO
2
thành
các hợp chất không ăn mòn. CaO + SO
2
+ 1/2O
2
= CaSO
4

Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môi trường do SO
2
,
SO
3
trong khói thải.
Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làm giảm
nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò.
4.5.2. Độ nhớt
Cũng giống như nhiên liệu Diesel hay nhiên liệu phản lực, trước khi bị đốt
cháy nhiên liệu được phun ra dưới dạng các hạt sương, từ các hạt sương này nhiên liệu
sẻ bay hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy. Quá trình bay hơi nhanh hay chậm phụ
thuộc nhiều vào bả
n chất của nhiên liệu, kích thước của các hạt sương dầu khi phun ra.
Ở gốc độ của độ nhớt thì ảnh hưởng của nó như sau: khi độ nhớt lớn thì kích

thước của các hạt sương phun ra lớn, động năng của nó lớn nên không gian trộn lẫn
của nhiên liệu với không khí lớn. Tuy nhiên khi kích thước của các hạt lớn thì khả
năng bay hơi để tạo hỗn hợp cháy sẻ kém,
điều này sẻ làm cho quá trình cháy không
hoàn toàn, làm giảm nhiệt cháy và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm cho môi trường.
Ngoài ảnh hưởng đến quá trình cháy thì khi độ nhớt lớn sẻ làm tăng trở lực ma
sát trong hệ thống bơm.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 88
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
4.5.3. Tỷ trọng
Tỷ trọng là một đại lượng rất quan trọng đối với nhiên liệu đốt lò bởi nó liên
quan đến bản chất của nhiên liệu, độ nhớt, độ bay hơi nghĩa là nó liên quan đến quá
trình cháy của nhiên liệu, tất cả những vấn đề này ta đã đề cập đến ở trên.
Ngoài ra, trong quá trình xử lý nhiên liệu, người ta tách loại nước bằng phương
pháp ly tâm do đó yêu cầu tỷ trọ
ng của nhiên liệu và nước phải khác nhau để đảm bảo
cho quá trình tách loại có hiệu quả. Trong quá trình vận chuyển hay tồn chứa thì nước
thường lẫn vào trong nhiên liệu, khi sự chênh lệch tỷ trọng của hai loại này lớn sẻ giúp
cho quá trình lắng tách nước cũng tốt hơn.
4.5.4. Hàm lượng nước
Nước không phải là thành phần của dầu mỏ nhưng nó luôn có mặt trong dầu thô
hay trong tất cả các sản phẩm của d
ầu mỏ. Sự có mặt của nước luôn gây ra những tác
hại nhất định. Nước có mặt trong dầu thô hay các sản phẩm có thể từ các nguồn gốc
sau:
 Trong dầu thô ban đầu nhưng không tách loại hết trong quá trình xử lý
 Do sự thở của các bồn chứa
 Do thủng ở các thiết bị đun nóng lại
 Do lỗi ở các chổ nối
Nước trong nhiên liệu có thể gây ra những tác hại nh

ư sau:
 Sự rít bơm
 Hiện tượng xâm thực
 Quá trình bay hơi lớn dẫn đến hoạt động của mỏ đốt không bình thường
 Sự có mặt của nước sẻ gây rỉ trong bảo quan.
4.5.5. Cặn Cacbon
Để đánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn đặc trưng là
độ cốc hoá, tùy theo phương pháp tiến hành xác định cặn mà cặn thu được gọ
i là cặn
cacbon conradson hoặc cặn cacbon rabostton.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 89
Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Hàm lượng cặn cacbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động
từ 5 - 10% khối lượng, có khi lên đến 20% khối lượng.
Tỷ lệ cao cặn cacbon conradson trong nhiên liệu đốt lò cao luôn luôn gây trở
ngại cho quá trình cháy, làm tăng hàm lượng bụi của các chất thải rắn trong dòng khí
thải.
4.5.6. Hàm lượng tro
Các hợp chất cơ kim và muối có trong dầu mỏ đều tập trung đa phần ở dầu cặn,
khi đốt nó biến thành tro. Tro có nhiều trong nhiên liệu đố
t lò sẽ làm giảm hiệu quả sử
dụng như gây tắc ghi lò, làm giảm khả năng truyền nhiệt của lò, ở nhiệt độ cao một số
kim loại như vanadi có thể kết hợp với sắt để tạo ra những hợp kim tương ứng có nhiệt
độ nóng chảy thấp do đó dễ dẫn đến sự thủng lò
4.5.7. Nhiệt trị
Nhiệt trị là một chỉ tiêu ch
ất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò. Thường thì
nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò khác cao (>10000 cal/g) đây chính là một trong những
yếu tố chính làm cho nhiên liệu đốt lò được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Nhiệt trị này phụ thuộc vào thành phần hoá học. Nếu trong thành phần nhiên

liệu đốt lò càng có nhiều hydrocacbon mang đặc tính parafinic, càng có ít hydrocacbon
thơm nhiều vòng và trọng lượng phân tử càng bé thì nhiệt năng của chúng càng cao.
Những thành phần không thuộc loạ
i hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh
hưởng rất lớn đến nhiệt trị của nó. Các hợp chất lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trung chủ
yếu vào dầu cặn. Sự có mặt của lưu huỳnh đã làm giảm bớt nhiệt năng của dầu cặn,
khoảng 85 kcal/kg tính cho 1% lưu huỳnh.
4.5.8. Điểm chớt cháy
Cũng giống như những sản phẩm phẩ
m dầu mỏ khác, đối với nhiên liệu đốt lò
thì điểm chớt cháy cũng đặc trưng cho mước độ hoả hoạn của nó.
Ngoài những chỉ tiêu trên thì nhiên liệu đốt lò còn phải đạt những chỉ tiêu chất
lượng khác như điểm đông đặc, độ ổn định oxy hoá . . .

ThS. Trương Hữu Trì Trang 90