Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN CHIẾN THẮNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY ANTRAXIT VIỆT NAM
TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Nhiệt
Mã số:

62520115

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

Hà Nội - 2017


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Trần Gia Mỹ
2. GS. TSKH. Nguyễn Sĩ Mão

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp

Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi

giờ, ngày

tháng

năm

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng 3 năm 2016 của Việt Nam, giai đoạn
2015-2030 điện năng sản xuất từ nhiệt điện than luôn tăng và chiếm tỷ trọng lớn nhất
trong cơ cấu nguồn điện. Các lò hơi đốt than phun đã được thiết kế chế tạo đốt than
ổn định, song hiệu suất còn thấp, tỷ lệ cacbon chưa cháy hết trong tro còn cao. Đặc
biệt là đối với các lò đốt than antraxit Việt Nam, loại than cháy ít khói, hàm lượng
các bon (C) trong than cao, song chất bốc (V) hàm lượng tro (A) cao nên khó bắt
cháy và khó cháy kiệt. Chính vì vậy, hiện nay, thành phần các bon còn lại trong tro ở
các nhà máy nhiệt điện cũ đều rất cao như: Phả Lại: 12-18%, Ninh Bình: 15 -35%,
Uông Bí cũ: 30 - 40%, ...); Các nhà máy mới xây dựng như Phả Lại 2, Uông Bí mở
rộng 1, ... vẫn chưa khắc phục được các nhược điểm trên của than antraxit Việt Nam,
hàm lượng C còn lại trong tro vẫn cao (trên 12%).

Kinh nghiệm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò hơi NMNĐ đốt than sử dụng than
antraxit có chất bốc thấp ở mức dưới 8% như than Việt Nam chưa nhiều. Việc nâng
cao hiệu suất cháy than trong các NMNĐ hiện vẫn đang thực hiện ở mức trung, đại tu
thiết bị và những cải tiến mang tính nhỏ, lẻ.
Các nghiên cứu lý thuyết cháy ứng dụng đã chỉ ra rằng, để nâng cao hiệu hiệu quả
sử dụng than ít chất bốc cần phải giải quyết các vấn đề kĩ thuật cơ bản sau: Bảo đảm
bắt lửa sớm, ổn định; Bảo đảm hiệu suất cháy cao, cháy kiệt; Hạn chế và loại bỏ đóng
xỉ buồng lửa; Đề phòng ăn mòn nhiệt độ cao; Giảm chất phát thải khí và các thành
phần ô nhiễm khác. Đây là những vấn đề kĩ thuật phức tạp mâu thuẫn lẫn nhau, phải
nghiên cứu và chọn lựa các giải pháp phù hợp, tối ưu.
Từ những trình bày trên đây có thể nhận thấy, vấn đề nâng cao độ tin cậy trong vận
hành và đặc biệt là hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam là vấn đề cấp thiết và cấp
bách hiện nay. Để giải quyết vấn đề đặt ra cần nghiên cứu bằng lý thuyết và thực
nghiệm quá trình cháy bột than, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy,
tạo cơ sở tin cậy cho việc lựa chọn một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit
trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện Việt Nam.
Với lý do trình bày trên đây có thể nhận thấy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt
than phun nhà máy nhiệt điện” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá
trình cháy, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy bột than antraxit Việt
Nam trong buồng đốt lò hơi nhà máy nhiệt điện; Tổng hợp phân tích kết quả thu
được, đề xuất và lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong
buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện và phạm vi
nghiên cứu là ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất cháy
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận án được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô

hình thực nghiệm, mô phỏng và thực tiễn.


2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Về mặt khoa học: Đề tài đã làm sáng tỏ được một số yếu tố ảnh hưởng của nồng độ
dòng bột than/ gió sơ cấp, ảnh hưởng của tỷ lệ gió sơ cấp/ thứ cấp đến hiệu suất cháy
bột than antraxit trên mô hình thí nghiệm. Ảnh hưởng của một số điều kiện vận hành
lò hơi nhà máy điện đến hiệu suất lò hơi, các vấn đề này đã thể hiện rõ ý nghĩa khoa
học của công trình nghiên cứu.
Về mặt thực tiễn: Những đóng góp của đề tài có ý nghĩa thực tiễn khá rõ rệt là đã
nghiên cứu thành công một số yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất cháy bột than, đã
nâng cao được hiệu suất này lên từ 3 đến 5 % so với trước đó .
6. Điểm mới của luận án
- Đã xác định được các giá trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý, nồng độ than/gió hợp lý, hệ
số không khí thừa hợp lý trên mô hình thực nghiệm, là tư liệu nghiên cứu quan trọng
có thể ứng dụng trong quá trình thí nghiệm hiệu chỉnh lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt
than phun trong thực tế.
- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa nồng độ dòng bột than hợp lý, tốc độ gió cấp
1 (dòng bột than) hợp lý, hệ số không khí thừa đầu ra buồng đốt hợp lý, hiệu suất
cháy và hiệu suất lò hơi với hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu bằng phương pháp
thí nghiệm trên lò hơi nhà máy nhiệt điện thực tế.
- Đã xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình cháy trong buồng đốt than phun
bằng phương pháp mô phỏng số CFD với kết quả có ý nghĩa thực tiễn.
7. Bố cục của luận án
Phần thuyết minh luận án gồm 134 trang với các phần: Mở đầu (04 trang); Chương
1 - Tổng quan (33 trang); Chương 2 - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dòng than
phun đến hiệu suất cháy (23 trang); Chương 3 - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm
lượng chất bốc đến hiệu suất cháy (28 trang); Chương 4 - Kết quả nghiên cứu và thảo

luận (37 trang); Kết luận và kiến nghị (2 trang); Danh mục công trình của luận án (04
công trình); Tài liệu tham khảo (93 tài liệu); Luận án có 32 bảng và 45 hình vẽ.
Phần phụ lục của luận án gồm 65 trang với Phụ lục A: Mô hình thí nghiệm có 3
phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Bản tính thiết kế mô hình; phụ lục 2: Bảng tính và bảng thông
số các kết quả thí nghiệm trên mô hình; phụ lục 3: Kết quả phân tích mẫu than thí
nghiệm; Phụ lục B: Thí nghiệm đốt than trộn có 3 phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Nhiên liệu
dùng trong thí nghiệm; phụ lục 2: Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên lò hơi thực tế
tại NMNĐ Ninh Bình, phụ lục 3: Điều kiện đầu vào và điều kiện biên cho mô phỏng
CFD sau thí nghiệm trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh Bình.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHÁY THAN TRONG BUỒNG ĐỐT THAN
PHUN NMNĐ VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.1. Vai trò của các NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng
Giới thiệu tổng quan về công suất, điện năng sản xuất, tỷ trọng của các NMNĐ đốt
than trong sản xuất điện năng trên thế giới, ở Việt Nam và khả năng cung ứng than
cho sản xuất điện.
1.2. Công nghệ đốt than antraxit trong NMNĐ ở Việt Nam
Hiện nay, đốt than antraxit trong lò hơi tại các NMNĐ của Việt Nam bao gồm hai
phương pháp là sử dụng công nghệ lò hơi đốt than phun (Pulverize Coal - PC) và
công nghệ lò hơi đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed - CFB).


3

1.3. Nghiên cứu cháy antraxit trong buồng lửa than phun
Phân tích lý thuyết về các yếu tố ảnh hưởng chính tới nhiệt lượng bắt lửa: lưu
lượng và tốc độ gió cấp 1, nhiệt độ gió nóng và nhiệt độ khói vùng bắt lửa, độ mịn
của bột than, nhiệt độ bắt cháy của dòng bột than, nồng độ dòng bột than, trường khí
động trong buồng lửa. Chúng tôi cũng phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình
cháy: vòi đốt, buồng đốt, các phương pháp bố trí vòi phun trên buồng đốt, buồng đốt
ngọn lửa hình W.

1.4. Tổng quan các kết quả nghiên cứu về cháy than antraxit
1.4.1. Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài
Nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng than và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các tổ
chức nghiên cứu đốt than trên thế giới đã nghiên cứu phát triển công nghệ đốt than
phun trong lò hơi nhà máy nhiệt điện chủ yếu đi theo hai hướng chính là nghiên cứu
điều chỉnh các đặc tính hoá lý của than và nghiên cứu cải thiện chế độ khí động quá
trình cháy. Theo đó, các nước Tây Âu đã đi theo hướng kết hợp sử dụng hiệu quả
tăng cường phản ứng hoá học quá trình bén lửa và bốc cháy của than bằng giải pháp
sử dụng thiết bị phân ly than có khả năng điều chỉnh để tăng độ mịn, nhằm giảm tổn
thất không cháy hết của nhiên liệu; Ngoài ra, còn sử dụng hỗn hợp than khó cháy
antraxit với than có chất bốc cao dễ cháy như bitum hoặc á bitum; Về khí động của
quá trình cháy đã nghiên cứu đưa vào sử dụng công nghệ đốt than ngọn lửa hình W,
kiểu buồng đốt “có vai”; Sử dụng vòi đốt có khả năng sấy bột than và hoà trộn than
bột - gió nóng (cho dòng đậm đặc); Bổ sung thêm một tầng gió nóng ở phía trên vai
lò (OFA) và đưa vòi loãng lên tầng gió OFA; Nâng cao hiệu suất lò hơi và giảm phát
thải NOX nhờ hệ thống giám sát và điều khiển tại chỗ các điều kiện cháy 45. Ngoài
ra, còn có một số biện pháp khác như: Áp dụng công nghệ thải xỉ khô và tận dụng
lượng nhiệt của tro xỉ để gia nhiệt không khí quay lại buồng đốt; Sử dụng băng tải
đệm khí cho hệ thống vận chuyển than; Áp dụng hệ thống giám sát tự động quá trình
cháy tiên tiến OPTICOM để cải thiện hiệu suất lò hơi trong nhà máy điện đốt than;
Áp dụng phương pháp INPUT/LOSS Method (phương pháp thí nghiệm và đánh giá
vận hành nhà máy bằng mô phỏng trên máy tính) 48.
Liên Xô cũ là nước có rất nhiều kinh nghiệm trong việc đốt than antraxit trong các
lò hơi nhà máy nhiệt điện, họ sử dụng các giải pháp như nghiền than mịn, nâng cao
nhiệt độ gió nóng, vận tải than bột nồng độ cao 84, 85.
Trung Quốc lựa chọn hệ thống chế biến than có phễu than trung gian với sơ đồ
nguyên lý hệ thống chế biến than kiểu hở, dùng khói lò trộn với không khí làm môi
chất sấy, sau khi làm việc được khử bụi than trong các bộ khử bụi và thải ra ngoài
trời áp dụng cho than có độ ẩm cao 64, 65.
Ngoài ra còn có các nghiên cứu khác của các học giả trên thế giới như: nghiên cứu

về độ mịn của bột than 80,8275,58, nghiên cứu so sánh các loại than 61,55,
nghiên cứu về bổ sung chất xúc tác 51,78, nghiên cứu về than trộn 60,71,
nghiên cứu về giảm thiểu phát thải NOx79,54, nghiên cứu về khí động 59,72.
1.4.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam có rất nhiều tác giả nghiên cứu về nâng cao hiệu suất cháy theo các
hướng như: lựa chọn phương pháp đốt 23,33, tăng cường khả năng cháy kiệt 14,


4

15, 18, 29, 37, trộn với than chất bốc cao hơn 25, 37. Tuy nhiên, nghiên
cứu về nồng độ dòng bột than hợp lý cho buồng đốt ngọn lửa hình W và nghiên cứu
ảnh hưởng của thay đổi chất bốc trong nhiên liệu khi trộn than antraxit nội địa với
than nhập khẩu có chất bốc cao thì chưa được đề cập đến.
1.4.3. Nghiên cứu trên mô hình mô phỏng CFD
CFD (Computational Fluid Dynamics) là lĩnh vực khoa học sử dụng các phương
pháp số kết hợp với công nghệ mô phỏng trên máy tính để giải quyết các bài toán có
sự chuyển động của lưu chất. Với những tính năng ưu việt của công cụ CFD, lĩnh vực
mô phỏng quá trình cháy than trên thế giới đã được phát triển từ lâu và đã gặt hái
được nhiều thành quả có thể kể đến như: nghiên cứu về quá trình cháy hạt đơn
40,73, 49, nghiên cứu về quá trình cháy chùm hạt 63. Ở Việt Nam, nghiên cứu
quá trình cháy bằng CFD mới chỉ đang bắt đầu, cụ thể là mới có công trình nghiên
cứu về mô phỏng cháy than trên lò hơi Phả Lại 2 và Vũng Áng 1 với các loại than
khác nhau với sự hỗ trợ của Nhật Bản 47. Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa chỉ ra
được sự thay đổi của hiệu suất cháy với các tỷ lệ trộn khác nhau cũng như chưa so
sánh đánh giá với bất kỳ số liệu thực nghiệm nào để kiểm tra độ chính xác của lời
giải .
1.5. Luận cứ về nội dung nghiên cứu của luận án
Các nghiên cứu nêu trên đã chỉ ra rằng, để lò hơi than phun, đốt than antraxit làm
việc ổn định, tin cậy, hiệu suất cao thì thiết kế lò hơi cần phải đáp ứng các yêu cầu

sau: Tốc độ hỗn hợp than - không khí ra khỏi miệng vòi đốt thấp; Quãng đường
chuyển dịch của hạt than phải dài; Nghiền than mịn; Cung cấp không khí theo tầng.
Điều đó làm tăng hiệu quả sấy hạt than (trong buồng đốt) và bắt cháy; Nhiệt độ trong
vùng bắt cháy cao để sấy dòng hỗn hợp nhanh; Nồng độ bột than trong hỗn hợp cao;
Nhiệt độ hỗn hợp than-gió và nhiệt độ gió nóng cao; Phân bố than và gió đồng đều
theo các vòi đốt để đảm bảo trường khí động trong buồng đốt ổn định, than bắt cháy
sớm đồng thời ngọn lửa không bị táp tường; Lưu lượng dòng hồi lưu khói nóng đến
miệng vòi đốt lớn để đảm bảo quá trình sấy hỗn hợp than - gió tốt 15, 33, 34.
Để nâng cao hiệu quả sử dụng than ít chất bốc cần bảo đảm: bắt lửa sớm, ổn định;
hiệu suất cháy cao, cháy kiệt; hạn chế và loại bỏ đóng xỉ buồng lửa; đề phòng ăn mòn
nhiệt độ cao; giảm phát thải khí và các thành phần ô nhiễm khác. Đây là những vấn
đề kĩ thuật phức tạp mâu thuẫn lẫn nhau, cần phải nghiên cứu cả về lý thuyết và thực
tiễn làm cơ sở cho việc lựa chọn một số giải pháp có tính khả thi cao mang lại hiệu
quả kinh tế và phù hợp với đặc tính đặc thù của than antraxit Việt Nam.
Từ các phân tích trên đây, để đạt được mục tiêu nâng cao hiệu suất cháy than
antraxit Việt Nam, đề tài chọn hai hướng nghiên cứu chính là: (i) Nâng cao nồng độ
bột than đến giá trị tối ưu trong dòng hỗn hợp gió cấp 1 và (ii) Nâng cao hàm lượng
chất bốc trong nhiên liệu sử dụng bằng giải pháp trộn than antraxit chất bốc thấp với
than bitum hoặc á bitum nhập khẩu chất bốc cao – giải pháp có tính khả thi và hiệu
quả cao, phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay.
Để đạt được mục đích nghiên cứu, luận án cần phải thực hiện các nội dung chính
sau:
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cháy hạt than trong buồng lửa than phun.


5

- Nghiên cứu thực nghiệm nồng độ dòng bột than ảnh hưởng đến cháy hạt than
antraxit Việt Nam trong buồng lửa than phun có ngọn lửa hình W.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi chất bốc trong nhiên liệu khi trộn than

antraxit nội địa với than nhập khẩu có chất bốc cao hơn bằng thực nghiệm và mô
phỏng số.
1.6. Kết luận chƣơng 1
Đã xác định được vấn đề cần giải quyết và các nội dung cần thực hiện trong luận
án là:
+ Xây dựng mô hình thực nghiệm với loại vòi phun/buồng đốt, bố trí vòi phun
trong buồng đốt hợp lý và xác định/điều chỉnh các thông số ảnh hưởng để quá trình
cháy hiệu quả phù hợp với than antraxit Việt Nam;
+ Khắc phục nhược điểm cố hữu của than antraxit Việt Nam là chất bốc thấp, tăng
hàm lượng chất bốc trong than bằng cách trộn thêm than nhập khẩu có chất bốc cao
và tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi này đối với hiệu quả quá
trình cháy trên lò hơi thực tế;
+ Kết hợp nghiên cứu trên lò hơi thực tế với xây dựng mô hình mô phỏng CFD để
tiến tới làm chủ lĩnh vực nghiên cứu tiềm năng này.
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DÕNG THAN
PHUN ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY
2.1. Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu
Các lò hơi đốt than phun sử dụng than antraxit tại Việt Nam mới vận hành và đang
được xây dựng với tổ máy công suất từ 300 MW trở lên đều được các nhà chế tạo sử
dụng lò hơi với buồng đốt có ngọn lửa hình W. Tuy nhiên, qua quá trình vận hành
ban đầu, các lò hơi vẫn gặp phải các nhược điểm như tổn thất cháy không hết về cơ
học lớn (các bon còn lại trong tro thường > 12%), lò hơi dễ đóng xỉ 34. Đây là vấn
đề gây khó khăn không chỉ cho đội ngũ quản lý, vận hành mà còn cả với các nhà sản
xuất lò hơi vốn có kinh nghiệm với than antraxit trên thế giới. Để khắc phục vấn đề
này cần có các nghiên cứu về cải tạo, thay đổi chế độ vận hành đối với các lò hơi
đang sản xuất và thay đổi/bổ sung thiết kế đối với các lò hơi sử dụng than antraxit
trong tương lai. Một trong những thông số quan trọng cần tiếp tục nghiên cứu là nồng
độ dòng bột than trong vòi đốt.
Việc nghiên cứu tìm nồng độ dòng bột than phù hợp với than antraxit Việt Nam
nếu thực hiện trên lò thực công suất lớn sẽ gặp phải nhiều khó khăn vì những lý do

như: ảnh hưởng đến an toàn, chế độ làm việc tin cậy, điều độ hệ thống, lãng phí tài
nguyên, ...Ngoài ra, phần lớn các lò hơi công suất lớn có ngọn lửa hình W đưa vào
vận hành gần đây còn vướng mắc đến vấn đề bảo hành, nghiệm thu. Vì vậy, cần thiết
có nghiên cứu về tìm nồng độ dòng bột than phù hợp với buồng đốt ngọn lửa hình W
trên mô hình thực nghiệm.
Xuất phát từ mục đích trên, chúng tôi xây dựng mô hình thực nghiệm có cấu trúc
buồng đốt ngọn lửa hình W và tiến hành thí nghiệm trên đó nhằm tìm được giá trị
nồng độ dòng bột than phù hợp với than antraxit. Kết quả của nghiên cứu có thể dùng
để tham khảo, ứng dụng trên lò hơi than phun NMNĐ sử dụng than antraxit Việt
Nam với cấu trúc buồng đốt ngọn lửa hình W và hệ thống chế biến than có phễu than
bột trung gian.


6

2.2. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo
Thiết bị thực nghiệm là mô hình có cấu tạo bao gồm: Hệ thống cấp nhiên liệu:
phễu than đã nghiền, máy cấp than có điều chỉnh, bộ mồi lửa sấy buồng đốt, bình
ga,…; Vòi đốt than bột (02 bộ), vòi gió cấp 2 (02 bộ); Thân buồng đốt: buồng đốt
dưới, buồng đốt trên, đường khói, bộ làm mát, bộ sấy không khí cấp 1, cấp 2; Hệ
thống đường ống gió cấp 1, cấp 2; Bộ dập bụi và đường dẫn khói, ống khói; Hệ thống
cung cấp nước làm mát; Hệ thống phụ trợ: điện động lực, điện đo lường điều khiển,
quạt gió cấp 1, cấp 2, quạt khói, động cơ máy cấp than bột, động cơ bơm nước; Hệ
thống đo lường: can đo nhiệt độ, nhiệt kế thuỷ ngân, cân, đồng hồ, thiết bị đo lưu
lượng gió, thiết bị đo nhiệt độ buồng đốt, thiết bị đo thành phần khí thải trong khói
thoát, lỗ xem lửa, điểm đo áp suất buồng đốt…
Hệ thống đảm bảo đốt hai (02) vòi đốt, mỗi vòi công suất 6 - 9 kg than/giờ. Than
thiết kế tương đương than cám 5A-TCVN (nhiên liệu là than bột sau nghiền lấy tại
NMNĐ).

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm
Thiết bị đo sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm có thiết đo bố trí tại chỗ (gắn
trên mô hình) và thiết bị đo cầm tay. Thiết bị đo tại chỗ bao gồm các can đo nhiệt độ,
nhiệt kế thuỷ ngân, đồng hồ đo lưu lượng nước. Thiết bị cầm tay bao gồm hoả quang
kế điện tử, vi áp kế xách tay, tổ hợp đo gió và phân tích khí thải TESTO.
Công tác thử nghiệm hiệu chỉnh mô hình đã thực hiện gồm: hiệu chỉnh lắp đặt, thí
nghiệm lạnh và thí nghiệm sơ bộ.
2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ dòng than phun đến hiệu suất
cháy
2.3.1. Các chế độ và phương pháp thử nghiệm
Thí nghiệm chính được thực hiện trong nghiên cứu thực nghiệm là thí nghiệm chế
độ ảnh hưởng của nồng độ than/gió cấp 1 đến hiệu suất cháy. Trong chế độ thí
nghiệm này giữ nguyên công suất máy cấp than bột cùng với lưu lượng gió cấp 2 hợp
lý, thay đổi lưu lượng gió cấp 1 và đo đạc, xác định các thông số.


7

Bên cạnh thí nghiệm chính, tiến hành các thí nghiệm chế độ phụ trợ: ảnh hưởng
của tốc độ gió cấp 1; Tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu; ảnh hưởng của hệ số không
khí thừa.
Thí nghiệm về ảnh hưởng của tốc độ gió cấp 1 được tiến hành đồng thời cùng với
thí nghiệm về ảnh hưởng của nồng độ than/gió cấp 1. Thí nghiệm về tỉ lệ tốc độ gió
cấp 2/cấp 1 tối ưu được tiến hành đồng thời cùng với thí nghiệm về ảnh hưởng của hệ
số không khí thừa. Trong chế độ thí nghiệm này giữ nguyên công suất máy cấp than
bột và lưu lượng gió cấp 1 hợp lý, thay đổi lưu lượng gió cấp 2 và đo đạc, xác định
các thông số.
2.3.2. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm
Trong mục này chúng tôi trình bày về phương pháp thu thập số liệu, phương pháp xử
lý số liệu và phương pháp tính đối với các đại lượng/thông số thực nghiệm.

2.3.3. Kết quả thực nghiệm trên mô hình
Kết quả hiệu chỉnh mô hình: Trình bày kết quả kiểm tra máy cấp than, kết quả cân
bằng gió, than, hiệu suất phân ly dòng bột than gió cấp 1 và thí nghiệm sơ bộ.Kết quả
thí nghiệm lạnh rất tốt, kết quả thí nghiệm sơ bộ cho thấy mô hình hoạt động tốt nhất
ở công suất thiết kế lớn nhất (18 kg/h).
Kết quả thí nghiệm chế độ: các thông số được cụ thể hoá dưới dạng bảng biểu.
2.5. Kết luận chƣơng 2
- Đã xác định mục tiêu và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật
lý nhằm đánh giá ảnh hưởng của nồng độ dòng than phun antraxit.
- Đã tính toán thiết kế chế tạo lắp đặt và hiệu chỉnh được mô hình thí nghiệm và hệ
thống thiết bị đo để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dòng than phun đến
hiệu suất cháy và các thí nghiệm liên quan.
- Đã thí nghiệm lạnh, thí nghiệm sơ bộ và thí nghiệm các chế độ trên mô hình phục
vụ công tác nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ của dòng than phun.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG CHẤT BỐC
ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY
3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy
trên mô hình mô phỏng
3.1.1. Lựa chọn và thiết lập mô hình
3.1.1.1. Lựa chọn mô hình và miền tính toán
Ở Việt Nam lĩnh vực nghiên cứu quá trình cháy bằng công cụ mô phỏng số CFD
đang được hình thành. Sự hạn chế về cơ sở vật chất cũng như nhân lực chuyên sâu về
công nghệ mô phỏng quá trình cháy than đang là một rào cản lớn. Với mong muốn
lĩnh vực mô phỏng quá trình cháy than ở Việt Nam sẽ phát triển mạnh trong thời gian
tới, nhóm nghiên cứu đã tiên phong tiếp cận phần mềm với mục đích đưa ra phương
pháp tiếp cận và trình tự giải quyết bài toán cháy than trộn có sử dụng phần mềm mô
phỏng.
Bên cạnh nghiên cứu đảm bảo an toàn khi đốt than trộn, việc xác định sự thay đổi
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lò hơi khi
thay đổi hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu là hết sức cần thiết. Cùng với việc xác

định sự thay đổi các yếu tố ảnh hưởng, trong nghiên cứu mô phỏng cũng thực hiện


8

mô phỏng kiểm tra một số thí nghiệm đã triển khai trên thực tế, từ đó rút ra so sánh
và các nhận định về công tác nghiên cứu mô phỏng.
Lò hơi thực tế sử dụng để thí nghiệm trong nghiên cứu là lò hơi số 1 của Công ty
Cổ phần nhiệt điện Ninh Bình, mã hiệu SG 130-40-450. Miền tính toán là buồng đốt
của lò hơi SG 130-40-450.
3.1.1.2. Các phương trình mô phỏng bằng phương pháp số CFD
Các phương trình chủ đạo trong mô phỏng số CFD bao gồm hệ phương trình động
lực học chất lưu và phương trình trạng thái.
3.1.1.3. Thiết lập mô hình toán học và mô phỏng số lò hơi
Mô hình mô phỏng quá trình cháy than phun được thiết lập trên cơ sở mô hình
dòng chảy rối, mô hình cháy bột than và mô hình bức xạ.
3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trên
mô hình mô phỏng số
3.1.2.1. Dữ liệu đầu vào và điều kiện biên
Dữ liệu đầu vào và điều kiện biên để mô phỏng quá trình cháy than phun bao gồm
các kích thước của buồng đốt, vòi phun, lưu lượng và nhiệt độ gió các loại, lượng
than tiêu thụ, thành phần than. Đối với các kích thước hình học lấy theo thiết kế của
lò hơi, buồng đốt, vòi phun, các thông số động học lấy theo thông số vận hành thực tế
của lò hơi
3.1.2.2. Kết quả nghiên cứu hiệu chỉnh mô hình
Mô hình buồng đốt 3D được xây dựng theo các thông số thực tế của lò hơi nhà
máy nhiệt điện Ninh Bình. Mô hình buồng đốt được chia lưới bằng công cụ ANSYS
Meshing. Các phần tử lưới được chia theo kiểu tứ diện (Tetrahedron), chất lượng lưới
của mô hình đạt kết quả tốt.
3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy

trên lò hơi thực tế
3.2.1. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo
Thiết bị thực nghiệm là lò hơi SG 130-40-450 (mục 3.1).
Thiết bị đo sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm có thiết đo bố trí tại chỗ (bảng
điều khiển lò hơi) và thiết bị đo cầm tay. Thiết bị đo tại chỗ bao gồm các đồng hồ đo
nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, tốc độ vòng quay, dòng điện, công suất. Thiết bị cầm tay
bao gồm hoả quang kế điện tử, vi áp kế xách tay, tổ hợp đo gió và phân tích khí thải
TESTO. Ngoài ra còn có thiết bị phân tích mẫu than, tro xỉ bố trí tại phân xưởng hoá
của nhà máy.
3.2.2. Phương pháp tiến hành thực nghiệm
3.2.2.1. Nội dung thí nghiệm
Nghiên cứu ảnh hưỏng của hàm lượng chất bốc đến quá trình cháy và hiệu suất
cháy bao gồm các nội dung cần xác định: Nồng độ dòng bột than; Tốc độ gió cấp 1;
Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và tổng lượng gió cấp vào lò; Hệ số không khí thừa;
Hiệu suất (hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi).
Để có thể xác định được các thông số nêu trên cần tiến hành các thí nghiệm: Thí
nghiệm năng lực thiết bị của lò hơi; Thí nghiệm sơ bộ khi đốt than trộn; ảnh hưởng
của việc đốt than trộn tới khả năng đóng xỉ và nồng độ phát thải của lò; ảnh hưởng
của đốt than trộn tới chế độ cháy của lò, xác định chế độ vận hành tối ưu khi đốt than


9

trộn; hệ số không khí thừa tối ưu và thí nghiệm cân bằng ở các phụ tải của lò hơi
tương ứng với nhiên liệu than antraxit nội địa và các mẫu than trộn; phân tích các
mẫu than bột, than nguyên, tro, xỉ phục vụ thí nghiệm tại hiện trường .
3.2.2.2. Phương pháp thí nghiệm
Trong mục này chúng tôi trình bày về các phương pháp đo, xác định thông số.
3.2.3. Phương pháp xử lý số liệu
Trong mục này chúng tôi trình bày về xử lý số liệu, tính hiệu suất cháy, lò hơi theo

phương pháp cân bằng nghịch.
3.2.4. Kết quả thực nghiệm
3.2.4.1. Năng lực thiết bị của lò hơi
Kết quả thí nghiệm xác định lò hơi và thiết bị phụ đảm bảo đủ điều kiện để tiến
hành các thí nghiệm như đã đề ra ở mục 3.2.2.1.
3.2.4.2. Thí nghiệm đốt than nội địa
Thí nghiệm xác định chế độ cháy tối ưu
Tại mỗi phụ tải của lò duy trì tốc độ gió cấp I ở giá trị tối ưu 18 - 19 m/s, giữ
nguyên phụ tải nhiệt, thay đổi tổng lưu lượng gió vào lò để đạt được các chế độ hệ số
không khí thừa khác nhau sau bộ hâm nước cấp II (αhn2 ). Đo tổng tổn thất q2+ q4 để
xác định hệ số không khí thừa tối ưu.
Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm hệ số không khí thừa tối ưu khi đốt than nội địa
Tên đại lượng

STT

Đơn vị

Hệ số không khí thừa tối ưu
q2+ q4
%
%
lh
%
c
-

1
2
3

4

Giá trị ở các phụ tải lò hơi
130 t/h 120 t/h 110 t/h 100 t/h
1,185
1,193
1,195
1,2
17,82
16,84
15,99
16,56
81,53
82,5
83,24
82,61
87,95
88,31
88,82
88,38

90 t/h
1,21
17,02
82,07
87,93

84.00

Hiệu suất cháy (%)

Hiệu suất lò hơi (%)

Thí nghiệm cơ bản và cân bằng
Qua các thí nghiệm cân bằng đã xây dựng đặc tuyến kinh tế kỹ thuật của lò hơi số
1 và đặc tuyến hiệu suất cháy thể hiện trong đồ thị hình 3.9.

83.50
83.00
82.50
82.00
81.50
81.00
85.00

90.00

95.00

100.00

105.00

110.00

115.00

120.00

125.00

130.00

135.00

D (Tấn /giờ)

a) Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật lò hơi số 1, Công ty CP Nhiệt điện Ninh Bình
(đốt 100% than nội địa)

89
88.7
88.4
88.1
87.8
87.5
85

90

95

100

105

110

115

120

125

130

135

D (Tấn /giờ)

b) Đặc tuyến hiệu suất cháy lò hơi số 1, Công ty CP Nhiệt điện Ninh Bình
(đốt 100% than nội địa)

Hình 3.9. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật và hiệu suất cháy của lò hơi thí nghiệm khi
đốt than nội địa
3.2.4.3. Thí nghiệm đốt than trộn
Trong mục này trình bày về kết quả thí nghiệm đốt than trộn trong đó có:


10

Đánh giá quá trình và kết quả sơ bộ: Quá trình thí nghiệm đốt than trộn được thực
hiện tuần tự theo các tỷ lệ trộn 5%, 10%, 15%, 20% và 30% than nhập khẩu. Các chế
độ thí nghiệm sơ bộ đánh giá đạt yêu cầu. Trong suốt quá trình thí nghiệm, buồng lửa
lò hơi đảm bảo ổn định, điền đầy, không có vùng nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp.
Nhiệt độ buồng lửa trung bình từ 1370 – 1420 oC, nhiệt độ cao nhất ghi nhận 1520 oC
(đang trong quá trình chỉnh chế độ). Tại các cửa vệ sinh vòi đốt ở các góc lò, quan sát
hiện tượng cháy ở các vòi đốt. Nhận thấy sự bắt cháy tốt, ngay sát đầu vòi phun
(trong khi ở các vòi đốt 100% than nội địa, khoảng cách này là từ 20 – 40 cm).Trong
quá trình thí nghiệm theo dõi tình trạng ra xỉ, xỉ xuống đều, ổn định, xỉ xốp, vít xỉ

hoạt động bình thường. Theo dõi qua các cửa xem lửa, đôi khi có hiện tượng xỉ chảy
nhỏ giọt (được xác định là do nhiệt độ biến mềm của tro than nhập khẩu có giá trị
thấp), tuy nhiên, không xảy ra hiện tượng đóng xỉ, các giọt xỉ này rơi xuống vít xỉ với
kích thước nhỏ (lớn nhất khoảng 10mm x 30mm). Sau khi ngừng lò, tiến hành kiểm
tra xỉ. Kết quả trong buồng lửa sạch, không đóng bám xỉ, trên các dàn feston sạch,
không đóng xỉ, các bên thống nhất sau khi ngừng lò, hiện tượng đóng bám xỉ ở buồng
lửa và dàn feston của lò đốt thí nghiệm sạch hơn bình thường so với lò sử dụng 100%
than nội địa. Về khói thải, theo dõi trong suốt quá trình thí nghiệm, chỉ tiêu SOx
tương đương với các lò vận hành 100% than nội địa (có xu hướng nhỏ hơn). Riêng
các chỉ tiêu NOx và CO thì nhỏ hơn rõ rệt, đạt mức từ 10 – 15%.
Kết quả thí nghiệm các mẫu than trộn theo các tỷ lệ trộn 5%, 10%, 15%, 20% và
30% than nhập khẩu: Trình bày kết quả thí nghiệm chế độ cháy tối ưu và thí nghiệm
cơ bản cân bằng tương tự như đối với than nội địa trình bày ở mục 3.2.4.2.
Các kết quả chỉ ra đối với than trộn hệ số không khí thừa nhỏ hơn và hiệu suất
cháy, hiệu suất lò hơi cao hơn khi đốt than nội địa.
3.3. Kết luận chƣơng 3
- Xây dựng mô hình mô phỏng số CFD với các kết quả ban đầu về dựng mô hình
hình học, chia lưới mô hình, xác định các điều kiện ban đầu và các bước tính toán.
- Xác định nội dung thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu đối với
phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên lò hơi thực tế.
- Xác định năng lực của lò hơi và thiết bị phụ phục vụ thí nghiệm, hoàn tất/đánh
giá công tác thí nghiệm sơ bộ cho trường hợp đốt các mẫu than trộn.
- Thu được kết quả và xây dựng các đồ thị liên quan về thí nghiệm tối ưu, thí
nghiệm cơ bản cân bằng cho trường hợp đốt than antraxit nội địa và các mẫu than
trộn. Các đặc tuyến xây dựng được đều có độ chính xác rất cao.
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của nồng độ dòng
than phun đến hiệu suất cháy
4.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ và nồng độ than/gió vòi phun gió cấp 1
Kết quả tổng hợp thí nghiệm và đồ thị phản ánh sự ảnh hưởng được thể hiện ở

hình 4.1, 4.2


11

Hình 4.1. Sự phụ thuộc của hiệu suất
vào tốc độ vòi phun gió cấp 1

Hình 4.2. Sự phụ thuộc của hiệu suất
vào nồng độ than/gió vòi phun gió cấp1

Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tốc độ vòi phun gió cấp 1 cho kết quả tốt
nhất nằm ở giá trị khoảng 13 m/s tương ứng với hiệu suất cháy 84%. Tương ứng với
tốc độ gió cấp 1, kết quả nồng độ than/gió (kg/kg) tốt nhất trong thí nghiệm này nằm
ở giá trị khoảng 0,95. Giá trị này nằm ở cận dưới so với những nghiên cứu trước đây
của Alstom, MHI và Viện Năng lượng (0,8 - 1,2 và 0,9 - 1,1).
4.1.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và hệ số không khí thừa
Kết quả tổng hợp thí nghiệm và đồ thị phản ánh sự ảnh hưởng được thể hiện ở
hình 4.3, 4.4.

Hình 4.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất vào
Hình 4.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất
tỉ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1
vào hệ số không khí thừa
Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng tỷ lệ tốc độ vòi phun gió cấp 2/cấp1 cho kết
quả tốt nhất nằm ở giá trị khoảng 0,96. Điều này có thể lý giải là tốc độ của hai loại
gió có giá trị độ lớn gần nhau sẽ giúp cho chế độ khí động trong buồng lửa đạt được
sự hài hoà tốt nhất. Trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng hệ số không khí thừa cho
kết quả tốt nhất nằm ở giá trị khoảng 1,27. Giá trị này cũng tương đối phù hợp (nằm
ở cận dưới giá trị tối ưu) với thiết kế và vận hành thực tế cho các nhà máy điện có

công nghệ tương tự sử dụng than antraxit (1,25 - 1,32).
4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu
suất cháy trong lò hơi nhà máy nhiệt điện
4.2.1. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm trên lò hơi thực tế
4.2.1.1. Nồng độ dòng bột than
Từ kết quả của các thí nghiệm, ta xây dựng được ảnh hưởng của hàm lượng chất
bốc trong nhiên liệu đến nồng độ hợp lý của dòng bột than ở các chế độ phụ tải. Sự
thay đổi nồng độ dòng bột than hợp lý được thể hiện trên các đồ thị hình 4.5.


12

Nồng độ than/gió (kg/kg)

1.20

Than noi dia
Than tron 5%

1.10

3

Than tron 10%

5

6

1.00

Than tron 15%
Than tron 20%

4

0.90

Than tron 30%

1

1.Than noi dia

0.80

2.Than tron 5%

2

3.Than tron 10%

0.70

4.Than tron 15%
5.Than tron 20%

0.60

6.Than tron 30%

0.50
80.00

90.00

100.00

110.00

120.00

130.00

140.00

Phụ tải lò hơi (t/h)

a) Nồng độ dòng bột than tối ƣu ở các tỷ lệ trộn

1.00

Nồng độ than/gió (kg/kg)

Nồng độ than/gió (kg/kg)

1
0.96
0.92
0.88

0.84
0.8

0.96
0.92
0.88
0.84
0.80

0

5

10

15

20

25

30

9.00

11.00

13.00

Tỷ lệ trộn (%)

15.00

17.00

19.00

Hàm lƣợng chất bốc Vc(% )

b) Nồng độ dòng bột than tối ưu ở phụ tải kinh tế phụ thuộc các tỷ lệ trộn

c) Nồng độ bột than tối ƣu theo hàm lƣợng chất bốc

Hình 4.5. Nồng độ bột than hợp lý theo hàm lượng chất bốc
Nồng độ than/gió của dòng gió cấp 1 hợp lý ở các chế độ đốt than trộn nhỏ hơn so
với chế độ đốt than nội địa, mức độ biến thiên nồng độ phù hợp với biến thiên tốc độ
gió cấp 1 Điều này cũng phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây, khi tăng
hàm lượng chất bốc thì nồng độ bột than hợp lý giảm dần. Tuy nhiên, đối với lò hơi
NMĐ Ninh Bình được thiết kế để đốt nhiên liệu chất bốc thấp, khi hàm lượng chất
bốc tăng vượt dải thiết kế, cần có những điều chỉnh cần thiết để lò hơi hoạt động ổn
định. Vì vậy, Nồng độ dòng bột than không giảm tuyến tính khi tăng hàm lượng chất
bốc mà tồn tại một giá trị hợp lý. Nồng độ bột than giảm dần khi tăng chất bốc (giá trị
khoảng 0,94 khi đốt than nội địa) và đạt giá trị hợp lý tương ứng với chất bốc mẫu
cháy khoảng 14 - 16% (giá trị khoảng 0,86).
4.2.1.2. Tốc độ gió cấp 1
Sự thay đổi tốc độ gió cấp 1 than hợp lý được thể hiện trên các đồ thị hình 4.6.
25.00

Tốc độ gió cấp 1 (m/s)

Than noi dia
24.00

Than tron 5%
Than tron 10%

23.00

Than tron 15%

5
22.00

Than tron 20%

4

6
2

21.00

Than tron 30%
1.Than noi dia

3

20.00

2.Than tron 5%

1

3.Than tron 10%

19.00

4.Than tron 15%
18.00
80.00

5.Than tron 20%
90.00

100.00

110.00

120.00

130.00

140.00

Phụ tải lò hơi (t/h)

a) Tốc độ gió cấp 1 tối ƣu ở các tỷ lệ trộn

6.Than tron 30%

13

Tốc độ gió cấp 1 tối ƣu (m/s)

Tốc độ gió cấp 1 tối ưu (m/s) x

23

22

21
20

23
22.5
22
21.5
21
20.5
20
19.5

19
0

5

10

15

20

25

Tỷ lệ trộn (%)
b) Tốc độ gió cấp 1 tối ưu phụ thuộc các tỷ lệ trộn ở phụ tải định mức

19
9.00

30

11.00

13.00

15.00

17.00

19.00

Hàm lƣợng chất bốc Vc(% )
c) Tốc độ gió cấp 1 tối ƣu theo hàm lƣợng chất bốc

Hình 4.6. Tốc độ gió cấp 1 hợp lý theo hàm lượng chất bốc
Tốc độ gió cấp 1 hợp lý ở các chế độ đốt than trộn cao hơn so với chế độ đốt than
nội địa, phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây. Đối với tỷ lệ trộn 30%,

khi tăng tốc độ gió cấp 1 lên cao, lò cháy mãnh liệt, nhiệt độ buồng lửa tăng cao, xuất
hiện hiện tượng chảy xỉ lỏng nên phải điều chỉnh giảm để lò hơi vận hành an toàn, ổn
định. Tốc độ gió cấp 1 hợp lý tăng dần khi tăng hàm lượng chất bốc và đạt giá trị ổn
định ở khoảng 22 m/s. Tốc độ gió cấp 1 hợp lý phù hợp với nghiên cứu lý thuyết,
thực nghiệm trước đây đối với than antraxit và đã tiệm cận với giá trị áp dụng cho
than gầy. Tốc độ gió cấp 1 tăng không đều do điều chỉnh chống đóng xỉ buồng đốt.
4.2.1.3. Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và tổng lượng gió cấp vào lò
Sự thay đổi tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý và tổng lượng gió cấp vào lò được
thể hiện trên các đồ thị hình 4.7.
1.60
Than noi dia

236
1

Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1

1.40
1.20

Than tron 5%
Than tron 10%

4
5

Than tron 15%
Than tron 20%

1.00

Than tron 30%
1.Than noi dia

0.80

2.Than tron 5%
3.Than tron 10%

0.60

4.Than tron 15%
0.40

5.Than tron 20%
6.Than tron 30%

0.20
0.00
80.00

90.00

100.00

110.00

120.00

130.00

140.00

Phụ tải lò hơi (t/h)

a) Tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ƣu ở các tỷ lệ trộn

Tổng lƣợng gió vào lò (Nm3/h)

Tỷ lệ tốc độ cấp 2/cấp 1

1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
9.00

11.00

13.00

15.00

17.00

19.00

Hàm lƣợng chất bốc Vc(%)

b) Tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ƣu theo hàm lƣợng chất bốc

120000

3
2

110000

Than noi dia
Than tron 5%

6
1

100000

Than tron 10%

4

Than tron 15%

5

Than tron 20%
Than tron 30%

90000

1.Than noi dia
80000

2.Than tron 5%
3.Than tron 10%

70000

4.Than tron 15%

60000
80.00

5.Than tron 20%
90.00

100.00

110.00

120.00

130.00

140.00

6.Than tron 30%

Phụ tải lò hơi (t/h)

c) Tổng lƣợng gió tiêu chuẩn cấp vào lò ở các tỷ lệ đốt than trộn

Hình 4.7. Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý và tổng lượng gió cấp vào lò theo
hàm lượng chất bốc


14

Hệ số không khí thừa

Kết quả về ảnh hưởng của tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 trong quá trình thí nghiệm
là tương đồng nhau. Tỷ số tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý không thay đổi rõ ràng trong
các chế độ cháy nhiên liệu khác nhau. Tỷ số tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý có xu
hướng giảm nhưng không thay đổi rõ ràng trong các chế độ thí nghiệm, điều này
được lý giải là đối với than hàm lượng chất bốc cao hơn, bên cạnh sự tăng lên của gió
cấp 1, lượng không khí lý thuyết yêu cầu cao hơn, lượng gió cấp 2 cũng cao hơn. Đây
cũng là sự hài hoà về chế độ khí động đối với một dạng buồng đốt, kể cả khi nhiên
liệu thay đổi.
Ở cùng dải công suất của lò hơi, đối với than trộn, lưu lượng gió cấp cần thiết cho
quá trình cháy cao hơn. Khi tăng gió cấp 1 & 2 vào lò, nhiệt độ buồng lửa và đường
khói sau quá nhiệt cũng tăng theo. Cùng với việc tăng lượng gió cấp 1, cấp 2 và giảm
lượng gió cấp 3, tổng lượng gió cấp vào lò đáp ứng quá trình cháy của lò hơi của các
chế độ than trộn so sánh với đốt 100% than nội địa ở các phụ tải tương ứng tăng. Về
cơ bản, khi đốt than trộn, tổng lượng gió tiêu chuẩn cấp cho lò hơi cao hơn so với chế
độ đốt than nội địa. Ở các tỷ lệ trộn 15% và 20%, lượng gió cấp vào lò có xu hướng
thấp hơn so với chế độ đốt than nội địa, điều này có thể lý giải là ở các chế độ trộn
trên, lò hơi đạt được hiệu suất cao nên tiết kiệm được nhiên liệu dẫn đến lượng gió
yêu cầu giảm đi.
4.2.1.4. Hệ số không khí thừa
Sự thay đổi hệ số không khí thừa hợp lý được thể hiện trên các đồ thị hình 4.8.

1.23

Than noi dia

1.22

Than tron 5%

1.21

Than tron 10%

1.2

Than tron 15%

1.19

3

1.18
1.17
1.16

Than tron 20%

1
6
2

Than tron 30%
1.Than noi dia

4

2.Than tron 5%
3.Than tron 10%

5

1.15

5.Than tron 20%
4.Than tron 15%

1.14
80

90

100

110

120

130

140

6.Than tron 30%

Phụ tải lò hơi (t/h)
a) Hệ số không khí thừa ở các phụ tải phụ thuộc các chế độ trộn

1.21

Hệ số không khí thừa

Hệ số không khí thừa

1.21
1.205
1.2
1.195
1.19
1.185
1.18
1.175

1.205
1.2
1.195
1.19
1.185
1.18
1.175

1.17
0

5

10

15

20

25

30

Tỷ lệ trộn (%)
b) Hệ số không khí thừa tối ưu ở phụ tải kinh tế phụ thuộc các tỷ lệ trộn

1.17
9.00

11.00

13.00

15.00

17.00

19.00

Hàm lượng chất bốc Vc(%)

c) Hệ số không khí thừa tối ưu ở phụ tải kinh tế phụ thuộc hàm lượng chất
bốc

Hình 4.8. Hệ số không khí thừa hợp lý theo hàm lượng chất bốc


15

Hệ số không khí thừa hợp lý ở các chế độ đốt than trộn nhỏ hơn so với chế độ đốt
than nội địa. Điều nay cũng phù hợp với lý thuyết, đối với than antraxit nội địa khó
bắt cháy và khó cháy kiệt, yêu cầu về hệ số không khí thừa sẽ cao hơn so với than
nhập khẩu. Theo tính toán, lượng không khí lý thuyết cần thiết cung cấp cho cháy
hoàn toàn nhiên liệu than nhập khẩu sẽ cao hơn so với nhiên liệu than nội địa. Thực
tế lượng không khí cần thiết cấp cho lò hơi tăng không rõ rệt khi tăng hàm lượng chất
bốc, điều này lý giải cho việc giảm hệ số không khí thừa hợp lý. Mặt khác, trong cả
quá trình đốt than trộn ở các tỷ lệ, nhiệt độ gió nóng của lò luôn cao hơn khi đốt
100% than nội địa từ 10 đến 25 oC, do vậy việc sấy than tốt hơn, điều này cũng góp
phần lý giải cho hiện tượng làm việc tốt hơn của hệ thống nghiền và giảm được lượng
gió cấp 3 đưa vào lò.
4.2.1.5. Hiệu suất
a. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật
Từ kết quả của các thí nghiệm, ta đã xây dựng được các đường đặc tính kinh tế kỹ
thuật của lò hơi ở chế độ đốt than nội địa và các chế độ đốt than trộn với tỷ lệ khác
nhau. Để có thể so sánh tương quan trực tiếp sự thay đổi của các đường đặc tuyến
này, tổ hợp các đường đặc tuyến được thể hiện trên đồ thị hình 4.9.
85.5

Than noi dia

85.0

Than tron 5%

4

Hiệu suất (%)

84.5

Than tron 10%
Than tron 15%

84.0

6

83.5

Than tron 20%
Than tron 30%

2

83.0

1.Than noi dia

5

82.5

2.Than tron 5%

82.0

3.Than tron 10%

3

81.5

1

4.Than tron 15%
5.Than tron 20%

81.0
80

90

100

110

120

130

140

6.Than tron 30%

Phụ tải lò hơi (t/h)

Hình 4.9. Đặc tuyến kinh tế kỹ thuật lò hơi ở các tỷ lệ trộn

92

86

91.5

85.5

Hiệu suất lò hơi(%)

Hiệu suất cháy (%)

b. Hiệu suất
Từ kết quả của các thí nghiệm cân bằng và các đồ thị đã xây dựng, ta xây dựng
được ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu đến hiệu suất (hiệu suất
cháy và hiệu suất lò hơi) ở chế độ phụ tải kinh tế. Sự thay đổi hiệu suất được thể hiện
trên các đồ thị hình 4.10.
91
90.5
90
89.5
89
88.5

85
84.5
84
83.5
83
82.5

88
9.00

11.00

13.00

15.00

17.00

19.00

Hàm lƣợng chất bốc Vc(% )
a) Hiệu suất cháy ở phụ tải kinh tế theo hàm lƣợng chất bốc

82
9.00

11.00

13.00

15.00

17.00

19.00

Hàm lƣợng chất bốc Vc(% )
b) Hiệu suất lò hơi ở phụ tải kinh tế theo hàm lƣợng chất bốc

Hình 4.10. Sự thay đổi hiệu suất theo hàm lượng chất bốc


16

Trong quá trình đốt than trộn, hiệu suất lò hơi xác định được cao hơn khi đốt 100%
than nội địa. So sánh với giá trị hiệu suất cao nhất xác định được trong thí nghiệm,
giá trị cao hơn được xác định từ 0,6% đến 2%. Tuy nhiên, đối với các chế độ đốt than
trộn, hiệu suất chênh lệch giữa các phụ tải của lò hơi ít hơn, hiệu suất ở các phụ tải
đồng đều hơn dẫn đến hiệu suất trung bình của lò hơi cao hơn. Hiệu suất trong thí
nghiệm thay đổi về hàm lượng chất bốc nhiên liệu được thể hiện qua hiệu suất cháy
(chỉ tính đến tổn thất cháy không hết về mặt hoá học, cơ học) và hiệu suất lò hơi (tính
cả thêm tổn thất theo khói thoát, toả nhiệt ra môi trường và tổn thất nhiệt do tro xỉ).
Hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi tăng theo hàm lượng chất bốc và đạt giá trị lớn
nhất ở giá trị hàm lượng chất bốc mẫu cháy khoảng 14 - 16%. So sánh với chế độ đốt
hoàn toàn than antraxit (chất bốc mẫu cháy 9%), hiệu suất cháy cao nhất tăng 3% và
hiệu suất lò hơi tăng 2%.
4.2.2. Kết quả nghiên cứu mô phỏng số CFD ảnh hƣởng của hàm lƣợng
chất bốc đến quá trình và hiệu suất cháy
4.2.2.1. Giai đoạn trước khi thí nghiệm thực tế

1. Trường nhiệt độ trong buồng đốt
a. Trường hợp sử dụng than antraxit nội địa
Kết quả mô phỏng về quá trình phân bố ngọn lửa cũng như trường nhiệt độ trong
buồng đốt lò hơi nhà máy điện Ninh Bình khi sử dụng than antraxit nội địa được thể
hiện trên hình 4.11, 4.12 và bảng 4.8.

Hình 4.11. Trường nhiệt độ trong buồng đốt

Hình 4.12. Bề mặt ngọn lửa bên trong buồng đốt ở nhiệt độ 1500 oC


17

Quan sát hình 4.11, theo chiều cao của buồng đốt, nhiệt độ có sự phân tầng rõ rệt.
Nhiệt độ cao tập trung ở không gian giữa 2 mặt cắt A và D, về hai phía đáy lò và đỉnh
lò nhiệt độ giảm dần. Số liệu trong bảng 4.8 cũng cho thấy, giá trị nhiệt độ trung bình
trên các mặt trong vùng không gian giữa mặt A và D cao, cụ thể mặt A (1375 oC), mặt
B (1401oC), mặt C (1425oC). Điều này được giải thích là do tại vùng không gian này
có vị trí của các vòi đốt, dẫn đến mật độ hỗn hợp của bột than và không khí nóng cao.
Khi quá trình cháy xảy ra, nhiệt lượng tỏa ra do phản ứng cháy sẽ lớn. Mặt khác,
cũng do sự hình thành dòng xoáy tại tâm buồng đốt nên khả năng hòa trộn của hỗn
hợp bột than và không khí tăng lên, cũng tạo điều kiện cho quá trình cháy xảy ra tốt
hơn, từ đó duy trì được nhiệt độ cao trong vùng không gian này. Cũng theo số liệu từ
bảng 4.8, theo đường khói, giá trị nhiệt độ trung bình trên các mặt D, E, F giảm dần,
tương ứng là 1323oC, 1282oC, 1105oC. Sự thay đổi này được giải thích bởi tổn thất
nhiệt do quá trình trao đổi nhiệt bức xạ, trao đổi nhiệt đối lưu giữa không khí nóng và
tường buồng lửa. Hình 4.11 cũng cho thấy, càng lên cao sự đồng đều về nhiệt độ trên
các mặt cắt ngang của buồng đốt càng thể hiện rõ. Cụ thể với số liệu ở bảng 4.8, độ
chênh nhiệt độ (∆T) giữa nhiệt độ min và max trên các mặt D, E, F giảm dần (553 oC,
479oC, 432oC) tương ứng. Điều này là do sự phân bố trường tốc độ của không khí

nóng và sản phẩm cháy trong buồng đốt cũng đồng đều và ổn định hơn khi càng lên
cao.
Bảng 4.8. Thông số nhiệt độ trên các mặt cắt ngang của buồng đốt
Nhiệt độ (C)
TB
Max
Min
∆T
Mặt A
1375
1542
245
1297
Mặt B
1401
1632
245
1387
Mặt C
1425
1590
88
1502
Mặt D
1323
1491
938
553
Mặt E
1282

1384
905
479
Mặt F
1105
1242
810
432
Quan sát hình 4.12 cho thấy sự phân bố bề mặt ngọn lửa ở trường nhiệt độ 1500 oC
đã tạo được một quả cầu lửa tại tâm buồng đốt. Sự hình thành quả cầu lửa này do cấu
trúc của buồng đốt than phun kiểu tiếp tuyến.
b. Trường hợp sử dụng than trộn với các tỷ lệ khác nhau
Các thông số đầu vào của mô hình được giữ nguyên như trong trường hợp mô
phỏng quá trình cháy đối với than Antraxit nội địa, chỉ thay đổi thông số than đầu vào
tương ứng với các tỷ lệ trộn. Các kết quả mô phỏng khi sử dụng than trộn được biểu
diễn như trong hình 4.13 và 4.14. Ta có thể thấy rằng khi thay đổi tỷ lệ trộn thì nhiệt
độ bên trong buồng đốt không thay đổi quá nhiều.


18

Hình 4.13. Trường phân bố nhiệt độ trên mặt cắt dọc của buồng đốt

Hình 4.14. Bề mặt ngọn lửa 1500oC trong các trường hợp trộn khác nhau
Để cụ thể hơn ta xét sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao buồng đốt như trong bảng
4.9. Ở đây ta chỉ xét một số trường hợp ví dụ như than antraxit nội địa, than trộn 5%,
10% và 20%. Có thể thấy rằng, so với trường hợp đốt than antraxit nội địa thì trong
vùng cháy (mặt A, B, C) nhiệt độ trung tâm buồng đốt giảm khi tăng tỷ lệ trộn và
nhiệt độ tăng khi ra khỏi vùng cháy (mặt D, E, F).
2. Trường tốc độ

a. Than antraxit nội địa
Trong chế độ đốt than antraxit nội địa, kết quả mô phỏng phân bố trường tốc độ
bên trong lò được thể hiện trên hình 4.15 và hình 4.16.

Hình 4.15. Véc tơ tốc độ tại các mặt cắt của buồng đốt


19

Hình 4.15 cho thấy, ở đầu các vòi phun, tốc độ không khí đạt giá trị lớn nhất, sau
đó giảm dần. Một số vị trí xuất hiện hiện tượng xoáy cục bộ, đặc biệt là các vị trí góc
chuyển tiếp ở bề mặt tường. Không khí ở phần đáy lò chuyển động rất chậm. Ở các
mặt cắt trên cao, phân bố tốc độ không khí và sản phẩm cháy tương đối đều, điều này
là do lúc này động lực của quá trình chuyển động chỉ là lực nâng do chênh lệch nhiệt
độ. Các kết quả mô phỏng cũng chỉ ra được hiện tượng hình thành vòng xoáy ở tâm
lò. Điều này được giải thích là do góc phun của các vòi đốt được đặt hướng phun tiếp
tuyến với một đường tròn tại tâm.

Hình 4.16. Profile vận tốc tại mặt cắt C
Profile vận tốc trên hình 4.16 đã thể hiện chính xác xu hướng phân bố tốc độ ở các
điểm bên trong lò. Vận tốc đạt giá trị max tại giá trị lân cận trung điểm của đoạn
thẳng nối tâm lò và tường lò.
Để nghiên cứu chuyển động của hạt trong buồng đốt, chúng tôi tập trung vào phân
tích chuyển động của hạt từ hai vòi phun điển hình ở hai góc đối diện nhau nhưng độ
cao khác nhau. Vòi phun 1 là vòi phun phía dưới ở độ cao Y = 8,7m; vòi phun 2 là
vòi phun ở độ cao Y = 9,8m. Ở mỗi vòi phun, nghiên cứu 10 hạt điển hình. Kết quả
thời gian lưu lại trong buồng đốt các hạt vòi phun 1 là 3,19 - 39,9s, vòi phun 2 là 2,12
- 5,31s (hình 4.17).

Hình 4.17. Thời gian lưu và quỹ đạo của các hạt bên trong buồng đốt

20

Hình 4.17 cho thấy, quỹ đạo chuyển động của các hạt phun từ hai vòi ở 2 độ cao có
sự khác nhau rõ rệt. Do hiện tượng chuyển động rối cũng như vùng không gian dưới
đáy lò không có cửa thoát khiến dòng bị quẩn nên một số hạt chuyển động xuống
phía dưới đáy buồng đốt sau đó mới theo đường khói đi ra ngoài. Quỹ đạo chuyển
động của các hạt phun từ vòi số 2 có xu hướng đi lên theo đường khói thải một cách
khá ổn định. Điều này được giải thích do vùng không gian phun vòi 2 phun vào có
trường tốc độ ổn định theo phương y.
b. Trường hợp sử dụng than trộn

Hình 4.18. Véc tơ vận tốc tại mặt cắt ngang của buồng đốt đi qua cụm vòi phun
thứ nhất
Quan sát hình 4.18 cho thấy, trường véc tơ vận tốc không thay đổi đáng kể. Điều
này cũng dễ dàng được giải thích bởi trong các trường hợp than trộn, chúng tôi chỉ
thay đổi thành phần của than, các thông số đầu vào khác như lưu lượng gió, tỷ lệ gió
các cấp giữ nguyên.
3. Hiệu suất cháy
Trong nội dung nghiên cứu, do không thể xác định trực tiếp được hiệu suất cháy
nên chúng tôi đã xác định hiệu suất cháy một cách gián tiếp qua tỷ lệ oxy tham gia
phản ứng và tỷ lệ cacbon cháy không hết trong tro được xác định thông qua hiệu suất
cháy.


21

STT

Thông số

Đơn
vị

Than
nội địa

Than
trộn 5%

Than
trộn
10%

Than
trộn
15%

Than
trộn
20%

Than
trộn
30%

1

Hiệu suất cháy

than

%

0,9195

0,9245

0,9368

0,9447

0,9542

0,9734

2

C cháy không
hết trong tro

%

17,839

17,278

15,210

13,896

12,102

7,836

4.2.2.1. Giai đoạn sau thí nghiệm thực tế
Xu hướng phân bố trường nhiệt độ không có sự khác nhau nhiều giữa các trường
hợp kiểm tra và kết quả trước khi thí nghiệm. So với kết quả mô phỏng trước thí
nghiệm thì quỹ đạo chuyển động không có sự khác biệt nhiều, tuy nhiên có một ít sự
khác nhau về thời gian lưu hạt, xét kết quả cho than nội địa, ta nhận thấy thời gian
lưu lại của hạt bột than trong buồng đốt đối với kết quả kiểm tra là 7.51 giây dài hơn
so với kết quả mô phỏng trước thí nghiệm (5.31 giây). Với điều kiện như thí nghiệm
thực nghiệm, hiệu suất cháy tính từ mô phỏng tăng theo tỷ lệ trộn từ 5 – 20%, tuy
nhiên lại giảm nhẹ ở trường hợp trộn 30%. Hiệu suất cháy khi kiểm tra thấp hơn so
với kết quả mô phỏng trước. Cacbon còn lại trong tro tương ứng với hiệu suất cháy.
4.3. Phân tích so sánh kết quả
Ở đây có một vài sự sai khác giữa kết quả nghiên cứu trên mô hình mô phỏng CFD
và kết quả thí nghiệm trên lò hơi thực tế:
+ Ở mô hình mô phỏng CFD, trường nhiệt độ buồng lửa có xu hướng giảm khi
tăng hàm lượng chất bốc trong khi ở lò hơi thực tế là ngược lại. Điều này được lý giải
bởi đối với mô phỏng CFD, khi thay đổi nhiên liệu vẫn giữ nguyên các thông số về
gió. Than nhập khẩu với nhiệt trị làm việc thấp hơn làm giảm nhiệt thế thể tích buồng
lửa khi tăng hàm lượng chất bốc (tăng tỷ lệ trộn). Đối với lò hơi thực tế, khi tăng hàm
lượng chất bốc kết hợp với các điều chỉnh quá trình cháy dẫn đến quá trình cháy
diễn ra tốt hơn, trường nhiệt độ buồng lửa tăng.
+ Trường tốc độ và mật độ hạt trong mô phỏng CFD không có thay đổi nhiều khi
tăng hàm lượng chất bốc, trong khi ở thí nghiệm trên lò hơi thực tế sự thay đổi này là
đáng kể do trong quá trình vận hành đã tăng lưu lượng/tốc độ gió cấp 1, 2 và giảm
gió cấp 3 để đảm bảo sự làm việc ổn định, hiệu quả của lò hơi.
+ Hệ số không khí thừa đầu ra buồng lửa trong mô phỏng CFD đều giảm khi tăng

hàm lượng chất bốc nhưng ở mô phỏng CFD sự giảm này là đồng đều, thể hiện quá
trình cháy diễn ra tốt hơn khi tăng hàm lượng chất bốc và giữ nguyên lưu lượng/tốc
độ gió các loại. Đối với lò hơi thực tế, sự giảm hệ số không khí thừa diễn ra khi tổng
lượng gió cấp vào lò có xu hướng tăng, lưu lượng/tốc độ gió cấp 1, 2 tăng, gió cấp 3
giảm và sự giảm này không đồng đều theo tăng hàm lượng chất bốc do có can thiệp
của việc điều chỉnh chế độ.
+ Hiệu suất cháy tăng đều khi tăng hàm lượng chất bốc trên mô phỏng CFD trong
khi ở lò hơi thực tế, sự tăng này là không đều bởi có sự can thiệp của vận hành như
đã trình bày ở trên. Mặt khác, trong trường hợp mô phỏng trước thí nghiệm, hiệu suất
cháy tính toán trên mô phỏng CFD cao hơn hiệu suất cháy tính toán được từ vận hành
thí nghiệm lò hơi thực tế. Sự sai khác này lên đến ~ 4%. Sự sai khác này có thể do hai


22

nguyên nhân. Thứ nhất, thông số thiết kế lò hơi và quá trình thực hiện và kết quả của
công tác mô phỏng là rất tốt. Thứ hai, trên mô phỏng CFD lưu lượng than và gió
được cân bằng tuyệt đối với các vòi phun cùng cấp, trong khi ở lò hơi thực tế, từ các
kết quả tính toán, các giá trị này cũng được điều chỉnh với sự đồng đều nhất định
nhưng sự sai khác là không thể tránh khỏi do các sai số về hệ số chuẩn, công tác
đo,.... Mặt khác, trong buồng đốt lò hơi thực tế luôn tồn tại các vùng bám xỉ dẫn đến
chế độ khí động trong buồng đốt không đồng đều. Sự sai khác này nêu lên tầm quan
trọng của việc cân bằng/điều chỉnh/giám sát lưu lượng than và gió qua các vòi đốt.
+ Đối với trường hợp mô phỏng kiểm tra sau thí nghiệm thực tế, các số liệu đầu
vào và điều kiện biên được lấy theo thông số vận hành của các chế độ thí nghiệm
được đánh giá có hiệu suất cao nhất đối với mỗi tỉ lệ trộn (các chế độ này được xác
định thực hiện ở phụ tải kinh tế của lò hơi, phụ tải này ~ 85% phụ tải định mức của lò
hơi). Trong trường hợp này, hiệu suất cháy tính toán được từ mô phỏng tăng dần theo
tăng hàm lượng chất bốc nhưng có giảm nhẹ ở chế độ có chất bốc cao nhất, các giá trị
hiệu suất tính toán được của mô phỏng đều cao hơn thí nghiệm thực tế trên lò hơi

nhưng sự sai khác này là không lớn, trung bình ~ 1%. Điều này chứng tỏ mô phỏng
khá sát với thực tế, sự tăng lên của hiệu suất cháy cũng phù hợp với lý giải ở trên.
Các giá trị hiệu suất cháy xác định theo thí nghiệm thực tế và tính theo mô phỏng
được so sánh ở bảng 4.16 dưới đây.
Bảng 4.16. So sánh hiệu suất cháy ở điều kiện mô phỏng và thí nghiệm thực tế
STT

Hiệu suất cháy (%) ở các tỷ lệ trộn

Nội dung
0%

5%

10%

15%

20%

30%

1

Mô phỏng trước thí nghiệm

91,95

92,45

93,68

94,47

95,42

97,34

2

Thí nghiệm thực tế

88,38

90,36

90,11

91,42

91,13

90,83

3

Mô phỏng sau thí nghiệm

90,59

91,18

91,43

92,68

93,02

92,1

Từ các so sánh, đánh giá trên cho thấy rằng, mô phỏng CFD là công cụ hỗ trợ rất
tốt cho nghiên cứu quá trình cháy trong buồng đốt than phun và cần được triển khai
mở rộng để ứng dụng trong vận hành sản xuất thực tế.
4.4. Đề xuất giải pháp
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được có thể đề xuất hai giải pháp cơ bản
nâng cao hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy
nhiệt điện là: Hiệu chỉnh, xác định, vận hành buồng đốt với nồng độ dòng bột than
hợp lý và tăng hàm lượng chất bốc trong than. Bên cạnh hai giải pháp cơ bản nêu
trên, để gián tiếp nâng cao hiệu quả cháy, đề xuất giải pháp thứ ba là sớm nhân rộng
và đưa công cụ mô phỏng số CFD vào công tác học tập, nghiên cứu cũng như hỗ trợ
thiết kế, vận hành buồng đốt lò hơi NMNĐ đốt than phun.
4.5. Kết luận chƣơng 4
Trong các thí nghiệm chế độ trên mô hình thực nghiệm, đã xác định được các giá
trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý (12 -14 m/s), nồng độ than/gió hợp lý (0,92 – 1,0), tỉ số
tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý (0,94 - 0,98), hệ số không khí thừa hợp lý (1,24 - 1,27).
Các kết quả thí nghiệm trên mô hình tương đối phù hợp với những hiểu biết hiện có
về than antraxit Việt Nam và công nghệ đốt ứng dụng. Các kết quả thí nghiệm có thể


23

được sử dụng để tham khảo trong vận hành lò hơi NMNĐ đốt than phun cũng như
trong thiết kế.
Trong thí nghiệm than trộn tại NMNĐ Ninh Bình, các số liệu thu được và xử lý là
đáng tin cậy. Kết quả thí nghiệm phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây.
Các sai khác được lý giải phù hợp:
Khi tỷ lệ trộn than nhập khẩu tăng lên, lò cháy ngày càng tốt hơn nhưng ở hàm
lượng chất bốc cao lại dẫn đến hiện tượng chảy xỉ, vì vậy để đảm bảo vận hành an
toàn của lò hơi, phải hiệu chỉnh giảm gió dẫn đến hiệu suất của lò hơi giảm. Do đó,
để có kết luận thấu đáo và chính xác về vấn đề này cần phải tiếp tục tiến hành nghiên
cứu, thí nghiệm và đánh giá. Đây cũng có thể coi là là yếu tố hạn chế quyết định bởi
cấu tạo thiết kế bản thể lò hơi của NMNĐ Ninh Bình. Vì vậy, để áp dụng đốt than
trộn cho các lò hơi dạng khác đang vận hành, trước đó phải có chương trình nghiên
cứu và thí nghiệm phù hợp.
Trong các thí nghiệm tại lò hơi thực tế, khi tăng hàm lượng chất bốc, nồng độ
dòng bột than hợp lý giảm xuống; Tốc độ gió cấp 1 (dòng bột than) hợp lý tăng lên;
Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý giảm xuống nhưng không rõ ràng, hệ số không
khí thừa đầu ra buồng đốt giảm, hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi tăng lên. Các sự
thay đổi trên không hoàn toàn tuyến tính mà tồn tại giá trị hợp lý (đạt được ở giá trị
chất bốc mãu cháy 14 - 16%, tương ứng với tỷ lệ 15% than nhập khẩu, 85% than nội
địa), điều này được lý giải do đặc tính của lò hơi sử dụng để thí nghiệm.
Hiệu suất cháy tăng nhiều hơn hiệu suất lò hơi, vì vậy để có thể khai thác hết ưu
điểm của than trộn chất bốc cao, cần có cải tạo hệ thống trao đổi nhiệt sẵn có của lò
hơi.
Có thể dùng thông số “hàm lượng chất bốc” để thay thế cho “tỷ lệ trộn than” trong
các nghiên cứu về than trộn sau này.
Công tác mô phỏng CFD được tiến hành đúng trình tự, kết quả đạt được rất khả
quan, phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây cũng như rất gần với thực
tế. Từ mô hình mô phỏng trong nghiên cứu này, nhận thấy CFD là công cụ mạnh, cần
được khai thác sâu hơn nữa để mở ra một hướng nghiên cứu mới về lĩnh vực cháy tại

Việt Nam.
Các kết quả thể hiện ở trên cũng có thể sử dụng tham khảo để phục vụ cho công
tác vận hành/thiết kế các lò hơi đốt nhiên liệu than trộn sau này.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu thu được, có thể rút ra một số kết luận chính sau:
1. Trong các thí nghiệm chế độ trên mô hình thực nghiệm, đã xác định được các
giá trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý (12 -14 m/s), nồng độ than/gió hợp lý (0,92 – 1,0), tỉ
số tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý (0,94 - 0,98), hệ số không khí thừa hợp lý (1,25 1,28). Các kết quả thí nghiệm trên mô hình tương đối phù hợp với những hiểu biết
hiện có về than antraxit Việt Nam và công nghệ đốt ứng dụng. Các kết quả thí
nghiệm có thể được sử dụng để tham khảo trong vận hành lò hơi NMNĐ đốt than
phun cũng như trong thiết kế.
2. Công tác mô phỏng CFD được tiến hành đúng trình tự, kết quả đạt được rất khả
quan, phù hợp với lý thuyết, các nghiên cứu trước đây và gần với thực tế. Từ mô