Báo cáo khoa học: "Nghiên cứu sự ảnh h-ởng của nhiệt độ dầu FO đến hiệu quả quá trình cháy – sấy nóng cốt liệu trong tang sấy trạm BTNN dùng đầu đốt hở kiểu phun ngang dòng dầu" pptx

Nghiên cứu sự ảnh hởng của nhiệt độ dầu FO
đến hiệu quả quá trình cháy sấy nóng cốt liệu
trong tang sấy trạm BTNN dùng đầu đốt hở
kiểu phun ngang dòng dầu

TS. Nguyễn Bính
Bộ môn Máy xây dựng Xếp dỡ
Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT
ThS. nguyễn văn đông

Trờng Cao đẳng GTVT 2 Đ Nẵng

Tóm tắt: Dầu FO l loại nhiên liệu phổ biến dùng trong các trạm bê tông nhựa nóng
(BTNN). Sự cháy của dầu FO phụ thuộc rất nhiều vo chế độ gia nhiệt cho nó, từ đó ảnh hởng
rất lớn đến hiệu quả quá trình sấy nóng cốt liệu, đến chất lợng sản phẩm v sự ô nhiễm môi
trờng.
Bi báo trình by cơ sở khoa học của vấn đề ny v minh chứng bằng một số kết quả của
quá trình nghiên cứu thực nghiệm tại trạm BTNN dùng đầu đốt hở kiểu phun ngang dòng dầu.
Kết quả nghiên cứu giúp cho việc tính toán, thiết kế đầu đốt v vận hnh để đạt hiệu quả cao,
góp phần hạ giá thnh sản phẩm v bảo vệ tốt môi trờng.
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. quá trình đốt cháy nhiên liệu dầu FO sấy nóng cốt liệu ở trạm BTNN
a) Quá trình đốt cháy nhiên liệu dầu FO sấy nóng cốt liệu trong tang sấy trạm BTNN là một
quá trình hoá lý rất phức tạp, xảy ra liên tục, đan xen lẫn nhau. Có nhiều cách lý giải, có nhiều
cách phân đoạn quá trình cháy, nhng có thể chia thành các giai đoạn sau:
Giai đoạn phun dầu tán sơng: Để đốt cháy dầu phun vào trong buồng đốt phải phun thành
những hạt nhỏ để làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí, thúc đẩy quá trình đốt nóng

hoá hơi.
Giai đoạn hoá hơi: Những hạt dầu phun vào trong buồng lửa đang vận hành có nhiệt độ rất
cao, sẽ nhận nhiệt bức xạ từ tờng lò, ngọn lửa và nhiệt đối lu từ không khí và khói, nhiệt độ
tăng dần rồi hoá hơi từ ngoài vào trong. Dầu đợc gia nhiệt càng cao, hạt dầu càng nhỏ, tiếp
xúc tốt với không khí và khói nóng thì hoá hơi càng nhanh.

Giai đoạn khuếch tán tạo thnh hỗn hợp với không khí: Sau khi dầu đợc hoá hơi thì phải
hỗn hợp ngay với không khí nếu không sẽ ảnh hởng đến quá trình cháy và tạo nên tổn thất. Đó
là vì sau khi hoá hơi, nếu thiếu không khí do cung cấp không đủ hoặc hỗn hợp không tốt, thì khi
nhiệt độ tăng đến khoảng (550 ữ 650)
0
C sẽ xảy ra hiện tợng phân huỷ nhiệt, tạo thành những
hạt cacbon rắn có kích thớc rất nhỏ khoảng (0,006 ữ 0,16)
m

, thờng kết hợp lại với nhau
thành hạt có đờng kính (0,1 ữ 0,3) gọi là muội mồ hóng rất khó cháy, chúng tạo thành khói
đen và tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học.
m
Ngoài ra, hạt dầu quá lớn, cũng có thể tạo thành muội mồ hóng. Đó là trờng hợp những
hạt dầu thô đợc phun vào ngọn lửa đang cháy có nhiệt độ cao, lớp ngoài cùng bị nhiệt phân
tạo thành vỏ mồ hóng hình cầu ngăn không cho hơi dầu bên trong khuếch tán ra ngoài. Khi
nhiệt độ tăng, áp suất hơi dầu tăng đến một mức độ nào đó thì nổ lớp vỏ mồ hóng ở ngoài vỡ
thành những hạt mồ hóng bay theo khói tạo thành khói đen.
Giai đoạn bắt lửa cháy: Khi hơi dầu và không khí hỗn hợp với nhau, nhiệt độ tăng lên đến
nhiệt độ bắt lửa thì sẽ cháy và tạo thành mặt ngọn lửa nh hình 1. Nếu không khí cung cấp đủ
và tạo hỗn hợp tốt, nhiệt độ đủ cao thì sẽ cháy hoàn toàn, kể cả những hạt muội mồ hóng.
Nhng nếu không khí cung cấp không đủ, hoặc hỗn hợp không tốt tạo thành thiếu cục bộ ở
những vùng nhiệt độ không đủ cao thì thờng vẫn sót lại những chất khí cũng nh những vật rắn
cha cháy hết, tạo nên tổn thất do cháy không hoàn toàn về hoá học và về cơ học.

Trong quá trình cháy, nhiệt sinh ra đốt nóng sản phẩm cháy và truyền nhiệt cho môi trờng
chất qua các bề mặt truyền nhiệt.
Hạt dầu
Hơi dầu
Bề m ặt ngọn lửa
Hạt dầu béHạt dầu lớn
Thành phần %
C + O = CO
CO +
2
1
O
2
= CO
2
H
2
+
2
1
O
2
= H
2
O

Hình 1. Quá trình cháy hạt dầu
b) Đối với quá trình đốt cháy dầu FO, nhiệt độ có tác dụng rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, thì tỷ
trọng và độ nhớt giảm, độ mịn của hạt dầu tăng lên quá trình cháy dễ dàng hơn, mà nhiệt lợng
toả ra cũng cao hơn.

Tuỳ theo tỷ trọng của dầu từ 0.9402 ữ 1.000 thì nhiệt độ cần sấy nóng cho dầu FO nên
trong khoảng (74 ữ 150)
0
C [6].
Nhiệt lợng toả ra trong buồng đốt sẽ tăng lên khi gia nhiệt dầu. Nhiệt lợng thu đợc khi
đốt cháy 1kg nhiên liệu trong buồng đốt có thể tính theo [1]:

pkknl
lv
td
QIIQQ +++=
kcal/kgnl (1)
Q
d
- Nhiệt lợng thu đợc khi đốt cháy 1kg nhiên liệu, kcal/kg.
- Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, kcal/kg.
lv
t
Q
nlnlnl
tCI
ì
=
I
nl
- Nhiệt vật lý của nhiên liệu, có thể tính theo [5]: kcal/kg (2)
trong đó:
C
nl
- Nhiệt dung riêng của nhiên liệu, kcal/kg.độ

0
t
nl
- Nhiệt độ của nhiên liệu, ( C)
I
kk
- Nhiệt vật lý của không khí nóng đa vào, có thể tính theo [1]:
kkp
0
kkkk
txCxVxI =
(3)
- là hệ số không khí thừa, khi đốt dầu có thể lấy bằng = (1,1 ữ 1,2)
0
kk
V - Lợng không khí lý thuyết
3
Cp - Nhiệt dung riêng thể tích của không khí, Kcal/m
.độ
Q
p
- Lợng nhiệt do hơi dùng để phun nhiên liệu, ở đây phun bằng không khí, không xét đến.
ii. Nghiên cứu thực nghiệm [3,4]
Tiến hành khảo sát và thực nghiệm ở trạm 40 T/h, khi cố định góc mở bớm gió 75
0
và
lợng dầu cung cấp là 320 kg/h.
7
6
2

3
1
4
5
v
ị
trí đo
A
1
h
1. Quạt gió
2. Đờng dẫn dầu
3. Đầu đốt
4. Lò đốt hình côn
5. Lò trụ dẫn lửa
6. Giá đỡ
7. Bơm dầu FO

Hình 2. Sơ đồ kết cấu cụm đầu đốt hở kiểu phun ngang dòng dầu

a. Thiết bị đo:
- Nhiệt kế hiện số Type K, dải nhiệt độ đo đợc từ (0 ữ 1350)
0
C, ngoài nhiệm vụ đo nhiệt độ
ngọn lửa, thì nhiệt kế này còn đo đợc nhiệt độ sản phẩm đá - cát sau khi sấy nóng.

b. Quá trình đo thực nghiệm:
Chế độ đo: Khi ngọn lửa đã cháy ổn định, thay đổi các giá trị nhiệt độ gia nhiệt dầu khác
nhau (90 ữ 130)
0

C tiến hành đo nhiệt độ ngọn lửa, đo kiểm tra nhiệt độ đá - cát sấy nóng. Mỗi
đợt đo trên một điểm đợc thực hiện 4 lần ở cùng một chế độ v.v


c. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
Các kết quả đo ở các đợt thực nghiệm đều có chung quy luật và có giá trị gần với kết quả ở
bảng 1, bảng 2 dới đây.

Bảng 1. Giá trị nhiệt độ ngọn lửa sau các lần thực nghiệm
C
0
Nhiệt độ ngọn lửa,
C Nhiệt độ gia nhiệt dầu,
0
Số lần đo
90 100 110 120 130
lần 1 850 990 1120 1170 1225
lần 2 880 998 1102 1120 1260
lần 3 900 997 1109 1145 1250
lần 4 902 998 1090 1205 1250
Trung bình 883 995.75 1105.25 1160 1246.25

850
990
1225
1120
1170
880
998
1102

1260
1120
900
997
1109
1145
1250
902
998
1090
1205
1250
883
995.75
1105.25
1160
1246.25
800
850
900
950
1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Nhiệt độ gia nhiệt dầu, độ C

nhiệt độ ngọn lửa, độ C
Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ nhất Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ hai
Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ ba Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ t
Nhiệt độ trung bình ngọn lửa

Hình 3. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ ngọn lửa với nhiệt độ gia nhiệt dầu
Bảng 2. Giá trị nhiệt độ đá - cát sấy nóng sau các lần đo
0
C Nhiệt độ sản phẩm,
C Nhiệt độ gia nhiệt dầu,
0
Số lần đo
90 100 110 120 130
Lần 1 138 149 172 181 190
Lần 2 139 151 168 177 193
Lần 3 141 151 169 179 191
Lần 4 141 152 167 186 191
Trung bình 139.75 150.75 169 180.75 191

181
172
149
138
190
193
168
151
139
177
191

179
169
151
141
186
191
167
152
141
191
139.75
150.75
169
180.75
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
85 90 95 100 105 110 115 120 125 130
Nhiệt độ gia nhiệt dầu, độ C

Nhiệt độ đá - cát sấy nóng, độ C
Dải nhiệt độ hợp lý
Dải nhiệt độ gia nhiệt hợp lý
Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ nhất Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ hai
Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ ba Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ t
giá trị trung bình

Hình 4. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ đá - cát đợc sấy nóng với nhiệt độ gia nhiệt dầu
Nhận xét: Từ các kết quả thực nghiệm, ta thấy khi tăng nhiệt độ gia nhiệt dầu FO thì nhiệt độ
ngọn lửa và nhiệt độ đá - cát đều tăng. Trên cơ sở qui định khoảng nhiệt độ sản phẩm ổn định và
hợp lý là (160 ữ 200)
0
C, ta tìm đợc đợc dải nhiệt độ gia nhiệt hợp lý cho dầu là (105 ữ 130)
0
C.
Khi nhiệt độ gia nhiệt dầu khoảng (90 ữ 100)
0
C, ngọn lửa cháy không cho ánh sáng trắng,
kèm theo là khói đen và nớc thải của hệ thống lọc bụi ớt trong trạm BTNN luôn có váng dầu
và tạo bọt đen.
Khi tiếp tục tăng nhiệt độ dầu lên khoảng (105 ữ 130)
0
C, thì quá trình cháy rất tốt, độ chói
sáng ngọn lửa cao và khói có màu trắng nhờ, nớc thải của hệ lọc bụi chỉ có màu bùn nâu.
Thực nghiệm còn cho thấy khi sấy dầu FO quá 130
0
C, thì ngọn lửa cháy có lúc không ổn
định do dầu đã quá loãng và các phần tử nớc lẫn trong dầu đã ở trạng thái hoá hơi làm cho
dầu có hiện tợng sủi bọt.
(Xem tiếp trang 64)