Nghiên cứu khí động, trao đổi nhiệt và vòng đời của công nghệ lớp sôi tuần hoàn

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

NGUYỄN MINH TIẾN

NGHIÊN CỨU KHI ĐỘNG, TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ VÒNG ĐỜI CỦA
CÔNG NGHỆ LỚP SÔI TUẦN HOÀN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

HÀ NỘI-2018
i


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

NGUYỄN MINH TIẾN

NGHIÊN CỨU KHI ĐỘNG, TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ VÒNG ĐỜI CỦA
CÔNG NGHỆ LỚP SÔI TUẦN HOÀN

Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
Mã số: 62520115

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS PHẠM HOÀNG LƯƠNG

HÀ NỘI-2018
i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu được trích
dẫn có nguồn gốc. Các kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được tác
giả nào công bố trong bất kỳ công trình nào.
Tác giả luận án

NGUYỄN MINH TIẾN

i


LỜI CẢM ƠN
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin chân thành cảm ơn thầy
giáo hướng dẫn PGS.TS Phạm Hoàng Lương đã tận tình chỉ bảo và động viên trong suốt
quá trình nghiên cứu và viết luận án để tác giả có thể hoàn thành bản luận án này.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn cảm ơn tập thể các Thầy cô giáo Phòng nghiên cứu
năng lượng bền vững, Viện Tiên tiến khoa học và công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ
Nhiệt-Lạnh, Viện Đào tạo sau đại học của Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình
góp ý và giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Tiên tiến khoa học và công nghệ, Chương trình
giáo sư UNESCO (Đại học Bách khoa Hà Nội) đã hỗ trợ tài chính trong việc cải tạo mô
hình buồng đốt lớp sôi tuần hoàn hiện có tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt-Lạnh, các
cán bộ kỹ thuật tại các Công ty nhiệt điện Na Dương, Cao Ngạn, Uông Bí đã cung cấp số
liệu thông tin về hiện trạng khai thác vận hành lò lớp sôi tuần hoàn (CFB), lò than phun
(PF) tại các công ty này.

Cuối cùng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và các bạn bè đã
động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu, thực hiện luận án.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................................iii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT..........................................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ.........................................................................................xiii
MỞ ĐẦU....................................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài......................................................................................2
3. Phạm vi nghiên cứu........................................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.......................................................................3
6. Điểm mới của luận án.....................................................................................................4
7. Bố cục của luận án..........................................................................................................4
CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘNG HỌC, TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG LỚP
SÔI TUẦN HOÀN VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH VÒNG ĐỜI ĐỂ SO SÁNH CÔNG
NGHỆ.........................................................................................................................................5
1.1. Khí động học lớp sôi tuần hoàn...................................................................................5
1.1.1. Các trạng thái tương tác khí-hạt...........................................................................5
1.1.2. Cơ chế của lớp sôi................................................................................................7
1.1.2.1. Lớp chặt.............................................................................................................7
1.1.2.2. Lớp sôi nhanh....................................................................................................8
1.1.2.3. Phân bố giáng áp và độ rỗng trong buồng đốt lớp sôi nhanh..........................10

1.1.2.4.Vận tốc sôi tối thiểu..........................................................................................11
1.1.2.5.Vận tốc tới hạn.................................................................................................13
1.2. Nghiên cứu thực nghiệm về tốc độ tuần hoàn hạt trong buồng đốt..........................14
1.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm của Phạm Hoàng Lương và cộng sự..........................14
1.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm của Sung Won Kim và cộng sự..................................15
1.2.3. Nghiên cứu thực nghiệm của Myung Won Seo và các cộng sự.........................16
1.2.4. Nghiên cứu thực nghiệm của Tzeng Lim và các cộng sự..................................16
1.2.5. Nghiên cứu thực nghiệm của Kalita và các cộng sự..........................................17
1.2.6. Nghiên cứu thực nghiệm của Jong Hun Lim và các cộng sự.............................18
1.2.7. Nghiên cứu thực nghiệm của N. Chovichien và các cộng sự.............................19
1.2.8. Nghiên cứu thực nghiệm của Tatjana và các cộng sự........................................20
1.2.9. Đánh giá các nghiên cứu mô hình lý thuyết và mô hình thực nghiệm xác định
tốc độ tuần hoàn hạt trong lớp sôi tuần hoàn................................................................24
1.3. Truyền nhiệt trong lớp sôi tuần hoàn.........................................................................25
1.3.1. Nguyên lý truyền nhiệt trong lớp sôi tuần hoàn.................................................25
1.3.2. Cơ chế truyền nhiệt trong lớp sôi tuần hoàn......................................................26
1.3.2.1. Truyền nhiệt từ khí tới hạt...............................................................................26
1.3.2.2. Truyền nhiệt từ lớp sôi tới vách.......................................................................28
1.4. Mô hình lý thuyết truyền nhiệt từ lớp tới vách..........................................................34
1.4.1. Thành phần đối lưu hạt (Kcp)............................................................................35
1.4.2. Thành phần đối lưu pha phân tán (Kcd).............................................................39
1.4.3. Thành phần bức xạ (Kr).....................................................................................40
1.5. Các nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong lớp sôi tuần hoàn 42
iii


1.5.1. Nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách của Gupta và Nag........42
1.5.2. Nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách của Kalita và cộng sự..44
1.5.3. Nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách của Pagliuso và cộng sự
......................................................................................................................................45

1.5.4. Nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách của Afsin Gungor và
cộng sự.........................................................................................................................46
1.5.5. Nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách của Koksal và cộng sự 47
1.5.6. Nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách của Nirmal và cộng sự 48
1.5.7. Đánh giá các nghiên cứu mô hình lý thuyết và mô hình thực nghiệm về trao đổi
nhiệt trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn.......................................................................54
1.6. Vòng đời và ứng dụng phân tích vòng đời để so sánh công nghệ năng lượng..........55
1.6.1. Các khái niệm về Vòng đời................................................................................55
1.6.2. Ứng dụng phân tích Vòng đời để so sánh công nghệ năng lượng......................55
CHƯƠNG 2-NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHÍ ĐỘNG HỌC VÀ TRAO ĐỔI
NHIỆT TRONG LỚP SÔI TUẦN HOÀN..........................................................................58
2.1. Hệ thống thí nghiệm..................................................................................................58
2.2. Nghiên cứu thực nghiệm về khí động học lớp sôi tuần hoàn....................................66
2.2.1. Mô hình xác định tốc độ tuần hoàn hạt trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn.......66
2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm xác định tốc độ tuần hoàn hạt trong buồng đốt lớp sôi
tuần hoàn......................................................................................................................67
2.2.2.1. Quá trình thí nghiệm........................................................................................68
2.2.2.2. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu............................................................69
2.2.2.4. Kết luận về nghiên cứu thực nghiệm về khí động học lớp sôi tuần hoàn.......88
2.3. Nghiên cứu thực nghiệm truyền nhiệt trong lớp sôi tuần hoàn của tác giả...............89
2.3.1. Nghiên cứu thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt dọc theo chiều cao ống
lên.................................................................................................................................89
2.3.1.1. Quá trình thí nghiệm........................................................................................89
2.3.1.2. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu............................................................89
2.3.1.3. Kết quả thí nghiệm và các đánh giá................................................................92
2.3.1.4. Kết luận nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng
đốt lớp sôi tuần hoàn..................................................................................................113
CHƯƠNG 3-NGHIÊN CỨU VÒNG ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ LỚP SÔI TUẦN
HOÀN.....................................................................................................................................115
3.1. Các khái niệm về vòng đời......................................................................................115

3.1.1. Vòng đời...........................................................................................................115
3.1.2. Khái niệm đường biên của một vòng đời.........................................................115
3.2. Các bước thực hiện đánh giá vòng đời....................................................................116
3.2.1. Kiểm kê nguồn.................................................................................................116
3.2.2. Phân tích tác động môi trường..........................................................................117
3.2.3. Phân tích và đề xuất các cơ hội cải thiện, tăng hiệu suất sử dụng năng lượng,
giảm ô nhiễm môi trường...........................................................................................118
3.3. Các phương pháp so sánh công nghệ năng lượng...................................................118
3.3.1. So sánh dựa trên một bộ các hiển thị/chỉ số.....................................................118
3.3.2. So sánh dựa trên cách tiếp cận hệ thống...........................................................119
3.3.3. So sánh dựa trên các phương pháp tư vấn........................................................120
3.4. So sánh công nghệ nhiệt điện đốt than theo quan điểm phát thải vòng đời CO2....121
3.4.1. Giới hạn so sánh...............................................................................................121
3.4.2. Tính toán chi phí sản xuất điện........................................................................121
3.4.3. Chi phí biên giảm phát thải khí nhà kính.........................................................122
3.4.4. Hệ số phát thải CO2 của các khâu trong quá trình sản xuất điện năng............123
iv


3.4.4.1. Tính toán hệ số phát thải vòng đời CO2........................................................123
3.4.4.2. Hệ số phát thải CO2 tại khâu khai thác than.................................................123
3.4.4.3. Hệ số phát thải CO2 khâu vận chuyển than..................................................124
3.4.4.4. Hệ số phát thải khí CO2 tại khâu sản xuất điện............................................124
3.5. So sánh công nghệ đốt than tại nhà máy nhiệt điện Uông Bí và Na Dương...........125
3.5.1. Đặc tính công nghệ của hai nhà máy................................................................125
3.5.1.1. Đặc tính công nghệ nhà máy nhiệt điện Uông Bí sử dụng công nghệ đốt than
phun (Pulverized Fuel, PF)[1]:...................................................................................125
3.5.1.2. Đặc tính công nghệ nhà máy nhiệt điện Na Dương sử dụng công nghệ đốt lớp
sôi tuần hoàn (Circulation fluidized bed, CFB)[ 3, 5, 15]:.........................................132
3.5.2. Lựa chọn các thông số đầu vào của hai nhà máy.............................................138

3.5.3. Kết quả tính toán của phương án......................................................................140
3.5.4. Đánh giá...........................................................................................................141
3.5.5. Kết luận............................................................................................................142
CHƯƠNG 4- KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT........................................................................142
4.1. Kết luận...................................................................................................................142
4.1.1. Khí động học trong lớp sôi tuần hoàn..............................................................142
4.1.2. Trao đổi nhiệt trong lớp sôi tuần hoàn..............................................................144
4.1.3. Sử dụng công nghệ lớp sôi tuần hoàn để sản xuất điện năng...........................145
4.1.4. Ý nghĩa thực tiễn của luận án...........................................................................146
4.2. Đề xuất....................................................................................................................146
4.2.1. Khí động học trong lớp sôi tuần hoàn..............................................................146
4.2.2. Trao đổi nhiệt trong lớp sôi tuần hoàn..............................................................147
4.2.3. Sử dụng vòng đời để so sánh công nghệ năng lượng.......................................147
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................147
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN...........................153
PHỤ LỤC..................................................................................................................................1

v


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
TT
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38

Ký hiệu đại lượng (theo chữ Latinh)
Ký hiệu
Tên đại lượng
A
Diện tích mặt cắt ngang của lớp hạt
AR
Diện tích mặt cắt ngang ống lên
AD
Diện tích mặt cắt ngang ống xuống
Ab
Diện tích vách nhận bức xạ
Ahtp
Diện tích mặt cắt ngang của thiết bị đo thăm dò truyền nhiệt
B
Thông số trong phương trình (1.64)
Ccp
Nhiệt dung riêng của cụm hạt (cp: cluster of particle)
Cg
Nhiệt dung riêng của khí (g: gas)
ch
Hệ số hiệu chuẩn trong phương trình (1.80)
Cp
Nhiệt dung riêng của hạt (p: particle)
cv
Nồng độ thể tích hạt trung bình
Cvs
Nồng độ thể tích hạt trung bình tại mặt cắt ngang
CD
Hệ số nâng, tại phương trình 1.31

Cl
Hệ số điều chỉnh đối với chiều dài ống
Cpp
Hệ số hiệu chỉnh phản ánh sự tham dự của hạt trong
pha phân tán
Ct
Hệ số hiệu chỉnh về sự khác biệt nhiệt độ giữa vách và
môi trường
D
Đường kính buồng đốt/ống lên
Db
Đường kính bọt
DD
Đường kính trong của ống nhựa Acrylic
DLV
Đường kính trong của van L
DLV,h
Đường kính trong van L (theo phương ngang của van L)
Dbmax
Kích thước cực đại của bọt khí
dpt
Đường kính của hạt thô
dp
Đường kính hạt (p: particle)
dpi
Đường kính hạt có tỷ phần xi
dt
Đường kính ống
eb
Độ đen của lớp (b: bed)

ed
Độ đen của pha phân tán (d: dilute phase)
eg
Độ đen của khí (g: gas)
ep
Độ đen của hạt (p: particle)
ecp
Độ đen của cụm hạt (cp: cluster of particle)
ew
Độ đen của vách
ewall
Độ đen của bề mặt trao đổi nhiệt
ewt
Độ đen của vật liệu vách
f
Tỷ phần trung bình diện tích theo thời gian của vách
được bao phủ bởi hạt
fc
Tỷ phần hạt trong cụm hạt
fcp
Tỷ số vách được bao phủ bởi cụm hạt là hàm số độ
rỗng trung bình tại mặt cắt ngang lớp sôi
Phần diện tích được bao phủ bởi khí
fg

vi

Thứ nguyên
[m2]
[m2]

[m2]
[m2]
[m2]
[-]
[kJ/kg.K]
[kJ/kg.K]
[-]
[kJ/kg.K]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]

[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]


39

fp

40
41
42
43
44
45
47
48
49
50
51
52
53

fs
F
FD
g

gc
Gd
G0
gp
Gp
GR
Gu
K
KAR

54

Kgpb

55

Kccp

56
57

Kcb
Kdcp

58
59

Kc
Krcp

60

Kcd

61
62

Kp
Krd

63
64
65
66
67

Kcg
Kgpp
Kcp
Kr
Kw

68

Kx

69
70
71

H
HTG
Hv

72
73
74
75
76
77

I
Kt
l
L
La
Lb

Tỷ phần thể tích hạt trong lớp

[-]

Phần diện tích được bao phủ bởi hạt

[-]

Tỷ số độ lớn của hạt trong pha loãng
[-]
Lực nâng hạt
[N]

Gia tốc trọng trường
[m/s2]
Hệ số chuyển đổi
=1(kg.m/N.s2)
Dòng khối lượng hạt di chuyển xuống
[kg/m2.s]
Lưu lượng gió sơ cấp
[m3/s]
Khối lượng hạt tuần hoàn
[kg/s]
Tốc độ tuần hoàn hạt
[kg/m2.s]
Lưu lượng gió tuần hoàn hạt
[m3/s]
Dòng khối lượng hạt di chuyển lên
[kg/m2.s]
Hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách
[W/m2.K]
Hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách dọc theo chiều cao
[W/m2.K]
ống lên
Hệ số truyền nhiệt khí hạt cho toàn bộ lớp (gpb: gas to
[W/m2.K]
particle of bed)
Hệ số truyền nhiệt đối lưu của cụm hạt (ccp: cluster of
[W/m2.K]
particle convective)
Hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách
[W/m2.K ]
Hệ số trao đổi nhiệt do bởi dẫn nhiệt của cụm hạt (dcp:

[W/m2.K]
cluster of particle conductive)
Hệ số truyền nhiệt đối lưu (c: convective)
[W/m2.K]
Hệ số truyền nhiệt bức xạ của cụm hạt (rcp: radial of [W/m2.K]
particle cluster)
Hệ số truyền nhiệt đối lưu của pha phân tán (cd: [W/m2.K]
convective of dilute phase)
Hệ số trao đổi nhiệt tương ứng với đường kính hạt dp.
[W/m2.K]
Hệ số truyền nhiệt bức xạ của pha phân tán (rd: Radial
[W/m2.K]
of dilute phase)
Hệ số truyền nhiệt đối lưu của khí (cg: convective of gas)
[W/m2.K]
Hệ số truyền nhiệt khí-hạt của hạt đơn (gas-particle)
[W/m2.K]
Hệ số truyền nhiệt đối lưu của hạt (cp: convective of particle)
[W/m2.K]
Hệ số truyền nhiệt bức xạ (r: radial)
[W/m2.K]
Hệ số truyền nhiệt do bởi dẫn nhiệt qua lớp khí giữa [W/m2.K]
cụm hạt và vách
Hệ số truyền nhiệt được tính toán tại độ cao x từ đỉnh [W/m2.K]
của lớp
Chiều cao ống lên (buồng đốt) tính từ mặt ghi
[m]
Chiều cao phía trên ghi phân phối
[m]
Chiều cao lớp theo phương thẳng đứng được đo từ mặt

[m]
của ghi
Cường độ dòng điện
[A]
Hệ số chính xác trong phương trình (1.36) và (1.37).
[-]
Chiều cao thiết bị đo truyền nhiệt
[m]
Chiều cao lớp
[m]
Chiều cao đo hạt tuần hoàn
[m]
Chiều dài tia trung bình
[m]
vii


78
79

Lc
LD

80
81
82
83
84

LLV,h

Lmf
ma
mp
∆ PL

85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98

q
qbw
r
r1, r2
R
Ra
Rcp
Rw
tcp
Tb

Tf
Tw
Twall
U

99
100

Ucp
Uch

101
102

Ucl
Upt

103

UE

104

Ug, ug

105
106
107
108
109

110
111
112
113
114
115
116
117

Chiều dài di chuyển tiêu biểu của cụm hạt trên vách
Chiều dài đoạn ống được sử dụng để đo thời gian rơi
của hạt
Chiều dài theo thương ngang van L
Chiều cao của lớp ở vận tốc sôi tối thiểu
Dòng khối lượng hạt qua mặt ghi phân phối
Khối lượng hạt
Giáng áp tại van L (theo phương ngang của van)
Dòng nhiệt
Dòng nhiệt truyền từ lớp tới bề mặt vách
Khoảng cách bán kính từ trục của buồng đốt
Khoảng cách từ cặp nhiệt đến tâm ống
Bán kính hay ½ chiều rộng buồng đốt
Tốc độ mài mòn hạt
Nhiệt trở dẫn nhiệt trong cụm hạt
Nhiệt trở tiếp xúc giữa cụm hạt và vách
Thời gian cư trú của cụm hạt trên vách
Nhiệt độ của lớp
Nhiệt độ buồng đốt
Nhiệt độ bề mặt vách
Nhiệt độ bề mặt trao đổi nhiệt

Vận tốc khí trên bề mặt, được xác định như là tốc độ
dòng khí trên một mặt cắt ngang qua của lớp.
Vận tốc của cụm hạt (cp: Cluster of particle)
Vân tốc chèn (ch: Chocking – Chèn) là vận tốc mà tại
đó lớp cố định bắt đầu chuyển sang lớp sôi nhanh
Vận tốc trung bình của cụm hạt trên vách

[m]
[m]
[m]
[m]
[kg/s]
[kg]
[Pa]
[W]
[W/m2]
[m]
[m]
[m]
[kg/s]
[m2.K/W]
[m2.K/W]
[s]
[K]
[K]
[K]
[K]
[m/s]
[m/s]
[m/s]

[m/s]
[m/s]

Umf
UO,LV
Ut
V
Ve
Vem
Vm
Vp
Vt
W

Vận tốc của hạt thô là vận tốc của hạt thô có đường
kính dcp trong lớp hạt có đường kính trung bình là dp
Tốc độ cấp nước vào ống lên ứng với giá trị cứ đại của
độ rỗng lớp hạt ε =1 (nghĩa là không có hạt rắn trong
ống lên)
Vận tốc dòng khí trên bề mặt tương ứng với tổng tốc
độ dòng khí
Vận tốc sôi tối thiểu
Vận tốc khí trên bề mặt tại van L
=(U-Up), Vận tốc tới hạn của hạt
Thể tích lớp
Điện áp
Điện áp đo được từ đồng hồ
Vận tốc rơi cực đại của cụm hạt trên vách
Vận tốc rơi trung bình của hạt trong ống xuống
Vận tốc tới hạn của lớp hạt trung bình

Tổng khối lượng lớp hạt

[m/s]
[m/s]
[m/s]
[m3]
[V]
[mV]
[m/s]
[m/s]
[m/s]
[kg]

Wb
WD
WF

Khối lượng hạt
Khối lượng hạt được rút ra từ đoạn ống đo
Khối lượng hạt trong buồng lửa

[kg]
[kg]
[kg]

viii

[m/s]

[m/s]

118
119
120
121
122
123
124
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

TT
1
2

3
4
5

x
xa
xi
X
Y
z
Z

Khoảng cách cụm tính từ bề mặt cánh
Tỷ phần trọng lượng của hạt sau mài mòn tại dpi
Tỷ phần trọng lượng hạt có đường kính dpi
Khoảng cách ở phía trên ghi phân phối
Tỷ phần thể tích hạt trong pha phân tán
Trục tọa độ
Thông số trong phương trình (1.80)
Ký hiệu đại lượng (theo số không thứ nguyên )
Ký hiệu
Tên đại lượng
Ar
Archimedes
Nu
Số Nusselt
Nubed
Số Nusselt dựa trên hệ số truyền nhiệt khí-hạt cho toàn
bộ lớp
Nucb

Số Nusselt cục bộ
Nup
Số Nusselt dựa trên hệ số truyền nhiệt khí-hạt (Kgpdp/
λg )
NuTB
Số Nusselt trung bình cho toàn bộ chiều cao của ống lên
NuTBTN
Số Nusselt trung bình theo thực nghiệm
NuTNHQ Số Nusselt trung bình theo hồi quy
Nuwp
Số Nusselt của hạt-vách = hgp.dp/Kg
Re
Số Reynold
Rec
Số Reynold ở chế độ bắt đầu sôi rối được xác định
theo phương trình (1.7)
Rept
Số Reynold của hạt thô, dựa trên vận tốc trượt khí-hạt
Rep
Số Reynold của hạt = (U − U p ) d p ρ p / µ
Rep,mf
Số Reynold của hạt ở điều kiện sôi
Rek
Số Reynold ở chế độ chuyển sang sôi rối hoàn toàn,
được xác định theo phương trình (1.8)
Ret
Số Reynold dựa trên cột lớp trong ống (column) =
U.dt. ρ p / µ

[

]

Ký hiệu đại lượng (theo chữ Hy Lạp )
Ký hiệu
Tên đại lượng
∆P / L
Chênh lệch áp suất trên một đơn vị chiều dài
δ
Chiều dày không thứ nguyên của khe khí giữa vách và
cụm hạt
Chiều dày của hình vành khuyên
δa
Độ rỗng lớp hạt
εp

[m]
[-]
[-]
[m]
[-]
[m]
[-]
Thứ nguyên
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]

[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]
[-]

Thứ nguyên
[mmH2O/m]
[-]
[m]
[-]

Độ rỗng trung bình tại mặt cắt ngang của pha loãng

[-]

Độ rỗng trung bình của lớp

[-]

7
8
9

ε

ε av
εc
εcp
εm

Độ rỗng lớp ở trạng thái chèn
Độ rỗng cụm hạt
Độ rỗng lớp hạt di chuyển trong ống xuống

[-]
[-]
[-]

10

ε mf

Độ rỗng lớp hạt ở điều kiện sôi tối thiểu

[-]

11

ε p,w

Độ rỗng lớp hạt gần vách

[-]

12

εw

Độ rỗng lớp hạt gần vách, [-]

[-]

6

−

ix


13

φp

Độ cầu của các hạt trong lớp

14

λcp

Hệ số dẫn nhiệt của cụm hạt (cp: cluster of partical)

[W/m.k]

15

Hệ số dẫn nhiệt của pha phân tán (d: dilute-phân tán)

[W/m.k]

16

λd
λcw

[W/m.K]

17

λg

Hệ số dẫn nhiệt hiệu quả của một cụm hạt gần vách
(cw: cluster nearby wall – cụm hạt gần vách)
Hệ số dẫn nhiệt của khí (g: gas-khí)

18

Hệ số dẫn nhiệt của hợp kim Inconel

(W/m.K)

19

λinconel
λp

Hệ số dẫn nhiệt của hạt

[W/m.K]

20

µ

Độ nhớt động học của môi chất tạo sôi

[kg/m.s]

21

µg

Độ nhớt động học của khí

[kg/m.s]

22

µ H 2O

Độ nhớt động học của nước

[kg/m.s]

23

ρ cp

Khối lượng riêng cụm hạt

[kg/m3]

24

ρf

Khối lượng riêng của khí

[kg/m3]

25

ρp

Khối lượng riêng của hạt

[kg/m3]

26

ρb

Khối lượng riêng lớp hạt

[kg/m3]

27

ρb
σ

Khối lượng riêng trung bình lớp hạt tại mặt cắt ngang

[kg/m3]

28

−

Hằng số Stefan Boltzmann (5,67.10-11)

x

[-]

[W/m.K]

kW/m2.K4


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 So sánh các điểm đặc trưng của các quá trình tiếp xúc khí-rắn ở trên [87]..................6
Bảng 1.2 Biểu thức thực nghiệm xác định vận tốc sôi tối thiểu của một số tác giả [38, 95].......11
Bảng1.3 Chi tiết các nghiên cứu thực nghiệm về tốc độ tuần hoàn của các tác giả khác...........22
Bảng 1.5. Các mô hình lý thuyết về truyền nhiệt trong lớp sôi nhanh [86]................................34
Bảng 1.6 Chi tiết các nghiên cứu thực nghiệm về trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong lớp sôi

nhanh của một số tác giả khác...............................................................................................52
Bảng 1.7. Cơ sở dữ liệu cơ bản được sử dụng để xác định đặc tính các công nghệ năng lượng
được so sánh [70]..................................................................................................................56
1: Ống lên; 2: Bộ phân ly; 3: Ống xuống; 4: Ống đo (có thể tháo lắp (sử dụng ống Acrylic khi
thí nghiệm khí động, sử dụng ống thép khi thí nghiệm trao đổi nhiệt); 5: máy nén khí; 6: Bình
tích áp; 7: Quạt gió sơ cấp; 8: Bộ gia nhiệt điện trở; 9: Bộ cấp nhiên liệu kiểu trục vít; 10: Bộ
trao đổi nhiệt; 11: Van chặn; 12: Van điều chỉnh lưu lượng; 13: Van giảm áp suất; 14: Kính
quan sát; 15: Đồng hồ đo lưu lượng gió tuần hoàn hạt; 16: Đồng hồ đo lưu lượng gió sơ cấp và
thứ cấp; 17: Đồng hồ đo áp suất; 18: Đồng hồ đo chênh lệch áp suất; 19: Cặp nhiệt đo nhiệt độ
lớp sôi; 20: Cảm biến đo dòng nhiệt và nhiệt độ bề mặt ngoài vách; 21: Điểm lấy mấu và đo
phân tích khí; 22: Cao độ mặt ghi phân phối; 23: Bộ làm mát (bằng nước) bộ cấp liệu............59
Bảng 2.1. Phân bố cỡ hạt của 3 loại cát được làm thí nghiệm.................................................63
Bảng 2.2. Kết quả xác định đường kính trung bình tính toán của 3 loại cát được sử dụng cho thí
nghiệm..................................................................................................................................64
Bảng 2.3 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên của 03 cỡ hạt có đường kính trung bình
200 µm, 300 µm và 400 µm...................................................................................................78
Bảng 2.4. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số vận hành đối với tốc độ tuần hoàn
hạt.........................................................................................................................................79
Bảng 2.5. Kết quả xác định các hệ số của biểu thức hồi quy (2.18) bằng phần mềm Microsoft
exel.......................................................................................................................................84
Bảng 2.6 Các số liệu đo được từ thí nghiệm trao đổi nhiệt.....................................................100
Bảng 2.7 Quan hệ giữa khối lượng riêng lớp hạt, vận tốc gió sơ cấp và tốc độ tuần hoàn hạt với
hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới tường ống lên..........................................................................101
Bảng 2.8 Số liệu đo từ thí nghiệm trao đổi nhiệt dọc theo chiều cao ống lên khi không có hạt.104
Bảng 2.9 Quan hệ giữa thông số vận hành với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách dọc theo chiều cao
ống lên................................................................................................................................105
Bảng 2.10. Kết quả xác định các hệ số của biểu thức hồi quy (2.27) bằng phần mềm Microsoft
exel.....................................................................................................................................106

xi

Bảng 2.11 Ảnh hưởng của khối lượng riêng lớp sôi tới trao đổi nhiệt lớp-vách dọc theo chiều
cao ống lên..........................................................................................................................108
Bảng 2.12. Kết quả xác định các hệ số của biểu thức hồi quy (2.29) bằng phần mềm Microsoft
exel......................................................................................................................................111
Bảng 2.13. Hệ số trao đổi nhiệt trung bình tính cho toàn bộ chiểu cao lớp sôi........................113
Bảng 3.1. Ưu điểm và tồn tại chính của phương pháp so sánh công nghệ dựa trên một tập các
chỉ số/hiển thị.......................................................................................................................119
Bảng 3.2 Ưu điểm và tồn tại chính của phương pháp mô hình hoá hệ thống chi phí tối thiểu để
so sánh năng lượng..............................................................................................................120
Bảng 3.3. Ưu điểm và tồn tại chính của phương pháp tư vấn để so sánh công nghệ...............121
Bảng 3.4. Một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, vận hành của 2 tổ máy 55MW [1]........................126
Bảng 3.6 Thông số vận hành kỹ thuật, kinh tế và môi trường lò hơi số 5 + lò hơi số 6 [1]......130
Bảng 3.7 Thông số vận hành kỹ thuật, kinh tế và môi trường lò hơi số 7 + lò hơi số 8 [1]......130
Bảng 3.8 Đặc tính kỹ thuật dầu FO [1].................................................................................131
Bảng 3.9 Kết quả quan trắc phát thải khí từ nhà máy điện Uông Bí [1].................................132
Bảng 3.10. Thông số nhiên liệu than sử dụng cho nhà máy nhiệt điện Na Dương [ 5 ]...........134
Bảng 3.11 Đặc tính đá vôi sử dụng cho nhà máy nhiệt điện Na Dương [ 5 ]...........................134
Bảng 3.12 Kết quả phân tích thành phần tro xỉ sử dụng cho nhà máy nhiệt điện Na Dương [ 5 ]
............................................................................................................................................135
Bảng 3.13 Sản lượng điện hàng năm của NMNĐ Na Dương [5]...........................................136
Bảng 3.14 Thời gian vận hành liên tục không bị sự cố dừng lò [5 ]........................................136
Bảng 3.15 Thời gian vận hành của các tổ máy trong một năm [ 5 ].......................................136
Bảng 3.16 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, môi trường đạt được [5 ].........................................136
Bảng 3.17. Thông số định mức của từng nhà máy.................................................................138
Bảng 3.18. Các kết quả tính toán về phát thải và chi phí biên giảm phát thải khí nhà kính......140
Bảng PL-01 Danh sách thiết bị đo..........................................................................................15
Bảng PL-02. Một số hình ảnh màn hình máy tính trong quá trình tiến hành thí nghiệm............16

xii


DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Hình 1.1- (a) Lớp cố định của các hạt qua đó mà dòng khí đang thổi. (b) Lớp sôi bọt thể
hiện sự tuần hoàn khí xung quanh bọt. (c) Lớp sôi rối. (d) Lớp lưu động hay lớp
cuốn.[87]...............................................................................................................5
Hình 1.2 -Quan hệ giữa giáng áp lớp hạt và tốc độ dòng khí theo các chế độ giả lỏng
[38]........................................................................................................................7
Hình 1.3 -Nguyên lý hoạt động của CFB [87].....................................................................7
Hình 1.4 - Lớp sôi nhanh bao gồm các cụm hạt chuyển động lên xuống có sự phân tán
của pha loãng [87]................................................................................................9
Hình 1.5 - Sự biến đổi từ chế độ chuyển động kiểu khí nén sang chế độ sôi nhanh có thể
xảy ra khi tốc độ tuần hoàn hạt gia tăng trong khi giữ nguyên vận tốc khí tại một
giá trị [87]...........................................................................................................10
Hình 1.6- Cân bằng lực cho hạt di chuyển lên trên dòng khí [87]....................................13
Hình 1.7- Sơ đồ nguyên lý Mô hình lạnh CFB của Sung Won Kim (2002); 1-ống lên; 2Cyclone; 3-Phễu; 4-Van L; 5-Cửa lấy mẫu; 6-Van bướm; 7-Bộ phân phối [97]16
Hình 1.8- Sơ đồ nguyên lý Mô hình lạnh CFB của Myung Won Seo (2011). 1-Ống lên; 2Cyclone; 3-Van bi; 4-Ống xuống; 5-Lớp sôi bọt; 6-Loop seal; 7-Hộp gió; 8Đường xả [75].....................................................................................................16
Hình 1.9- Sơ đồ nguyên lý mô hình lạnh CFB của Tzeng Lim (2012) [100].....................17
Hình 1.10- Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm lớp sôi tuần hoàn có áp của Kalita và cộng sự
(2013) [88]..........................................................................................................18
Hình 1.11- Sơ đồ nguyên lý lớp sôi tuần hoàn có kích thước ống lên 2,6mx0,009m của
Jong Hun Lim và cộng sự [58]............................................................................19
Hình 1.12- Sơ đồ nguyên lý lớp sôi tuần hoàn có kích thước ống lên 2,6mx0,009m của
N.Chovichien và cộng sự [76].............................................................................20
Hình 1.13- Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nguyên lý lớp sôi tuần hoàn của Tatjana và cộng
sự [98].................................................................................................................21
Hình 1.14 Các vùng hấp thụ nhiệt của lò hơi lớp sôi tuần hoàn [87]...............................25
Hình 1.15 Tác động của số Reynolds của hạt lên khí đối với số Nusselt của hạt ở các loại
lớp sôi khác nhau (Watanabe và cộng sự )[102].................................................27

Hình 1.16- Nguyên lý của cơ chế truyền nhiệt tới các vách...............................................29
của lò hơi lớp sôi tuần hoàn [87].......................................................................................29
Hình 1.17- Khoảng cách trung bình giữa bề mặt hạt và bề mặt ống [87].........................30
Hình 1.18 Cơ chế truyền nhiệt trong một lớp sôi nhanh [87]............................................31
Hình 1.19-Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm của Gupta và Nag [24]...........................43
Hình 1.20- Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm của Paglusio và cộng sự [59]................45
Hình 1.21. Sơ đồ nguyên lý mô hình thí nghiệm của Koksal và cộng sự [74]...................48
Hình 1.22. Nguyên lý của mô hình làm mới cụm hạt (Nirmal và cộng sự [46])................49
Hình 1.23. Sơ đồ đánh giá vòng đời đối với các quá trình sản xuất điện năng từ than [81]
.............................................................................................................................57

xiii


Hình 2.1 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị thí nghiệm lớp sôi tuần hoàn tại Viện Khoa
học và Công nghệ Nhiệt lạnh [53]......................................................................59
Hình 2.2-Tổng thể hệ thống thí nghiệm tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt lạnh.......60
Hình 2.3-Đồng hồ hiển thị chênh lệch áp suất (PDIR2 đến PDIR8).................................60
Hình 2.4: Đồng hồ đo lưu lượng gió sơ cấp (FIR7)...........................................................60
Hình 2.5-Van điều khiển và thang đo lưu lượng gió tuần hoàn hạt (FI4, FI5)..................60
Hình 2.6-Chi tiết cấu tạo ống quan sát tại đường ống xuống............................................61
Hình 2.7- ống quan sát(nhựa Arcylic) có nối bích tại ví trí chân ống xuống.....................61
Hình 2.8- Quan sát sự tuần hoàn của hạt tại ống xuống...................................................61
Hình 2.9- ống thép có nối bích tại ví trí chân ống xuống..................................................62
Hình 2.10- Màn hình hiển thị các thông số vận hành........................................................62
Hình 2.11 Bộ cảm biến đo dòng nhiệt (HFS 100FT) và cảm biến nhiệt độ bề mặt vách
(cặp nhiệt loại T).................................................................................................62
Hình 2.12 Thiết bị hiển thị nhiệt độ bề mặt vách (UDC 700 Universal Honeywell).........62
Hình 2.13 Thiết bị hiển thị mật độ dòng nhiệt dạng Mv (Voltmeter).................................62
Hình 2.14 Gắn thiết bị cảm biến lên bề mặt ngoài ống lên- đo nhiệt độ mặt ngoài của ống

lên của CFB.........................................................................................................63
Hình 2.15 Gắn thiết bị cảm biến lên bề mặt ngoài ống lên-đo mật độ dòng nhiệt của ống
lên của CFB.........................................................................................................63
Hình 2.16 Quy trình đo tốc độ tuần hoàn hạt....................................................................69
Hình 2.17 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên (tại Ur=0,46 m/s,
W=30kg, dp=400)...............................................................................................72
Hình 2.18 Ảnh hưởng của gió sơ cấp đến tốc độ tuần hoàn hạt ở các giá trị vận tốc gió
tuần hoàn hạt khác nhau (W=25kg, dp=300).....................................................73
Hình 2.19 Ảnh hưởng của vận tốc gió sơ cấp đối với tốc độ tuần hoàn hạt được so với kết
quả nghiên cứu của tác giả khác.........................................................................73
Hình 2.20 Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt tại các giá
trị gió sơ cấp khác nhau ( W=30kg, dp=300).....................................................74
Hình 2.21 Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt so với kết
quả của tác giả khác............................................................................................74
Hình 2.22 Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến tốc độ tuần hoàn hạt với các giá trị khác
nhau của gió sơ cấp (Ur=0,46 m/s, dp=200)......................................................75
Hình 2.23 Ảnh hưởng của đường kính hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt với các kích thước hạt
khác nhau (Ur=0,46 m/s,W=30kg).....................................................................76
Hình 2.24 Ảnh hưởng của kích thước hạt đối với tốc độ tuần hoàn hạt so với kết quả của
tác giả khác.........................................................................................................76
Hình 2.25: So sánh giá trị tính toán và thực nghiệm của tốc độ tuần hoàn hạt Gp..........86
Hình 2.26. So sánh kết quả tính tốc độ tuần hoàn hạt từ các biểu thức (1.25) (1.27) và
(2.19) với kết quả thí nghiệm...............................................................................87
Hình 2.27 Quy trình đo hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách..............................................90
Hình 2.28 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=25kg, U0=6,07 m/s dp=200).................................................92
Hình 2.29 Phân bố khối lượng riêng lớp hạt dọc theo chiều cao ống lên.........................93
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, dp=200).....................................................................................93
Hình 2.30 Hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách dọc theo chiều cao ống lên ở chế độ
thí nghiệm Ur=0,46 m/s, U0=5,46 m/s, W=30kg...............................................94

Hình 2.31 Ảnh hưởng của vận tốc gió sơ cấp đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách
dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46m/s, W=30kg, dp=200)............................94
95

xiv


Hình 2.32. So sánh ảnh hưởng của vận tốc gió sơ cấp đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp
tới vách với các tác giả khác...............................................................................95
Hình 2.33 Ảnh hưởng của khối lượng riêng lớp hạt đến hệ số trao đổi nhiệt lớp-vách
(W=30kg, Ur=0,46 m/s, dp=0, 200, 300 và 400)...............................................96
Hình 2.34 Ảnh hưởng của nhiệt độ lớp sôi, đường kính trung bình hạt đến hệ số trao đổi
nhiệt lớp-vách......................................................................................................97
Hình 2.35 Ảnh hưởng của tốc độ tuần hoàn hạt đến hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách. 98
Hình 2.36 So sánh kết quả tính và số liệu thực nghiệm của Nusselt trung bình cho toàn bộ
chiều cao ống lên.................................................................................................99
Hình 2.37. So sánh kết quả tính và số liệu thực nghiệm của Nu trung bình ở phần dưới
của ống lên........................................................................................................107
Hình 3.1 Các giai đoạn chính của 1 vòng đời [32]..........................................................115
Hình 3.2. Các quá trình sản xuất điện từ than.................................................................121
Hình 3.3. Phát thải CO2 từ sản xuất than (gCO2/tấn than nhiên liệu)[67]....................123
Hình 3.4. Sơ đồ nhiệt lò hơi nhà máy điện Uông Bí [1]..................................................128
Hình 3.5 Sơ đồ lò CFB compact của nhà máy nhiệt điện Na Dương [5]........................133
Hình PL .1 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,44 m/s, W=30kg, dp=400)
...............................................................................................................................1
Hình PL.2 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,42 m/s, W=30kg, dp=400)
...............................................................................................................................1
Hình PL.3 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/, W=25kg, dp=300).1
Hình PL.4 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s -W=30kg, d300)....1
Hình PL.5 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,44 m/s, W=30kg, dp=300)

...............................................................................................................................1
Hình PL.6 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,44 m/s, W=25kg, dp=300)
...............................................................................................................................1
Hình PL.7 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,42 m/s, W=30kg, dp=300)
...............................................................................................................................2
Hình PL.8 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,42 m/s, W=25kg, dp=300)
...............................................................................................................................2
Hình PL.9 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s, W=25kg, dp=200)
...............................................................................................................................2
Hình PL.10 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s, W=30kg,
dp=200).................................................................................................................2
Hình PL.11 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s, W=20kg, dp=200)
...............................................................................................................................2
Hình PL.12 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,44 m/s, W=30kg,
dp=200).................................................................................................................2
Hình PL.13 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,44 m/s, W=25kg,
dp=200).................................................................................................................3
Hình PL.14 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,44 m/s, W=20kg,
dp=200).................................................................................................................3
Hình PL.15 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,42 m/s, W=30kg,
dp=200).................................................................................................................3
Hình PL.16 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,42 m/s, W=25kg,
dp=200).................................................................................................................3
Hình PL.17 Phân bố áp suất dọc theo chiều cao ống lên....................................................3
(Ur=0,42 m/s, W=25kg, dp=200)........................................................................................3
Hình PL.18 Ảnh hưởng của gió sơ cấp đến tốc độ tuần hoàn hạt ở các giá trị vận tốc gió
tuần hoàn hạt khác nhau (W=30kg, dp=300).......................................................4
xv

Hình PL.19 Ảnh hưởng của gió sơ cấp đến tốc độ tuần hoàn hạt ở các giá trị vận tốc gió
tuần hoàn hạt khác nhau (W=30kg, dp=200).......................................................4
Hình PL.20 Ảnh hưởng của gió sơ cấp đến tốc độ tuần hoàn hạt ở các giá trị vận tốc gió
tuần hoàn hạt khác nhau (W=25kg, dp=200).......................................................4
Hình PL.21 Ảnh hưởng của gió sơ cấp đến tốc độ tuần hoàn hạt ở các giá trị vận tốc gió
tuần hoàn hạt khác nhau (W=20kg, dp=200).......................................................4
Hình PL.22 Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt tại các
giá trị gió sơ cấp khác nhau (W=25kg, dp=300)..................................................4
Hình PL.23 Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đối với tốc độ tuần hoàn hạt tại các
giá trị gió sơ cấp khác nhau (W=30kg, dp=400)..................................................4
Hình PL.24 Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt tại các
giá trị gió sơ cấp khác nhau( W=30kg, dp=200)..................................................5
Hình PL.25 Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt tại các
giá trị gió sơ cấp khác nhau (W=25kg, dp=200)..................................................5
Hình PL.26 Ảnh hưởng của vận tốc gió tuần hoàn hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt tại các
giá trị gió sơ cấp khác nhau( W=25kg, dp=200)..................................................5
Hình PL.27 Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến tốc độ tuần hoàn hạt với các giá trị khác
nhau của gió sơ cấp ( Ur=0,44 m/s, dp=200).......................................................5
Hình PL.28 Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến tốc độ tuần hoàn hạt với các giá trị khác
nhau của gió sơ cấp (Ur=0,42 m/s, dp=200)........................................................5
Hình PL.29 Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến tốc độ tuần hoàn hạt với các giá trị khác
nhau của gió sơ cấp ( Ur=0,46 m/s, dp=300).......................................................6
HìnhPL.30 Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến tốc độ tuần hoàn hạt với các giá trị khác
nhau của gió sơ cấp (Ur=0,44 m/s, dp=300)........................................................6
Hình PL.31 Ảnh hưởng của khối lượng lớp đến tốc độ tuần hoàn hạt với các giá trị khác
nhau của gió sơ cấp ( Ur=0,42 m/s, dp=300).......................................................6
Hình PL.32 Ảnh hưởng của đường kính hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt với các kích thước
hạt khác nhau (Ur=0,44 m/s,W=30kg).................................................................6
Hình PL.33 Ảnh hưởng của đường kính hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt với các kích thước
hạt khác nhau (Ur=0,42 m/s,W=30kg).................................................................6

Hình PL.34 Ảnh hưởng của đường kính hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt với các kích thước
hạt khác nhau (Ur=0,46 m/s,W=25kg).................................................................7
Hình PL.35 Ảnh hưởng của đường kính hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt với các kích thước
hạt khác nhau (Ur=0,42 m/s,W=30kg).................................................................7
Hình PL.36 Ảnh hưởng của đường kính hạt đến tốc độ tuần hoàn hạt với các kích thước
hạt khác nhau (Ur=0,42 m/s,W=25kg).................................................................7
Hình PL.37 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=6,07 m/s dp=200)...................................................7
Hình PL.38 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=25kg, U0=5,46 m/s, dp=200)..................................................7
Hình PL.39 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=5,46 m/s, dp=200)..................................................8
Hình PL.40 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=25kg, U0=5,16 m/s, dp=200)..................................................8
Hình PL.41 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=5,16 m/s, dp=200)..................................................8
Hình PL.42 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=6,07 m/s, dp=300)..................................................8
Hình PL.43 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=25kg, U0=6,07 m/s, dp=300)..................................................9
xvi


Hình PL.44 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=5,46 m/s, dp=300)..................................................9
Hình PL.45 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=25kg, U0=5,46 m/s, dp=300)..................................................9
Hình PL.46 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=5,16 m/s, dp=300)..................................................9
Hình PL.47 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi

(Ur=0,46 m/s, W=25kg, U0=5,16 m/s, dp=300)................................................10
Hình PL.48 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=6,07 m/s, dp=400)................................................10
Hình PL.49 Phân bố chênh lệch áp suất dọc theo chiều cao ống lên theo nhiệt độ lớp sôi
(Ur=0,46 m/s, W=30kg, U0=5,46 m/s, dp=400)................................................10
Hình PL.50 Phân bố khối lượng riêng lớp hạt dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s,
W=25kg, dp=200)...............................................................................................11
Hình PL.51 Phân bố khối lượng riêng lớp hạt dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s,
W=25kg, dp=300)...............................................................................................11
Hình PL.52 Phân bố khối lượng riêng lớp hạt dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s,
W=30kg, dp=300)...............................................................................................11
Hình PL.53 Phân bố khối lượng riêng lớp hạt dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46 m/s,
W=30kg, dp=400)...............................................................................................11
Hình PL.54 Hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách dọc theo chiều cao ống lên
(Ur=0,46 m/s, U0=5,16 m/s, W=30kg)...............................................................11
Hình PL.55 Hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách dọc theo chiều cao ống lên
(Ur=0,46 m/s, U0=6,07 m/s, W=30kg)...............................................................11
Hình PL.56 Hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách dọc theo chiều cao ống lên
(Ur=0,46 m/s, U0=5,16 m/s, W=25kg)...............................................................12
Hình PL.57 Hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách dọc theo chiều cao ống lên
(Ur=0,46 m/s, U0=5,46 m/s, W=25kg)...............................................................12
Hình PL.58 Hệ số trao đổi nhiệt cục bộ từ lớp tới vách dọc theo chiều cao ống lên
(Ur=0,46 m/s, U0=6,07 m/s, W=25kg)...............................................................12
Hình PL.59 Ảnh hưởng của vận tốc gió sơ cấp đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách
dọc theo chiều cao ống lên..................................................................................13
(Ur=0,46m/s, W=25kg, dp=200).......................................................................................13
Hình PL.60 Ảnh hưởng của vận tốc gió sơ cấp đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách
dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46m/s, W=30kg, dp=300)............................13
Hình PL.61 Ảnh hưởng của vận tốc gió sơ cấp đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách
dọc theo chiều cao ống lên (Ur=0,46m/s, W=25kg, dp=300)............................13

Hình PL.62 Sự thay đổi dọc theo chiều cao ống lên của hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới
vách khi không có hạt (Ur=0,46m/s,U0=5,16-6,67 m/s)....................................14
Hình PL.63 Ảnh hưởng của nhiệt độ lớp sôi đối với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách. 14
Hình PL.64 Ảnh hưởng của khối lượng riêng hạt đối với hệ số trảo đổi nhiệt từ lớp tới
vách.....................................................................................................................15

xvii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ lớp sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed, CFB) được phát triển từ
công nghệ đốt nhiên liệu rắn trên ghi cố định với đặc thù là các hạt nhiên liệu rắn và tro xỉ
được lưu chuyển và tuần hoàn trong toàn bộ hệ thống CFB gồm buồng đốt, bộ phân ly
(cyclone), và đường hồi (Return Leg). Do đặc thù này, lò hơi CFB có một số các ưu điểm
nổi bật so với những lò hơi đốt nhiên liệu rắn khác, cụ thể là:

- Linh hoạt trong việc sử dụng nhiên liệu: Điều kiện khí động đặc biệt của CFB tạo
điều kiện cho các hạt nhiên liệu cấp vào buồng lửa nhanh chóng được phân tán vào trong
buồng đốt, nhanh chóng được gia nhiệt đến nhiệt độ bắt cháy;
- Hiệu suất cháy cao: Tùy thuộc vào tốc độ cấp nhiên liệu và sự tuần hoàn của hạt
trong hệ thống, hiệu suất cháy trong lò hơi CFB đạt trên 90 [87]. Những đặc tính sau góp
phần nâng cao hiệu suất cháy trong lò hơi CFB : i) Sự hỗn hợp khí-hạt tốt hơn, ii) Tốc độ
cháy cao hơn (đặc biệt với các hạt than thô); và iii) Đa số các hạt nhiên liệu chưa cháy kiệt
sẽ được tái tuần hoàn lại buồng lửa.
- Hiệu quả khử lưu huỳnh: Lò hơi CFB có hiệu quả khử lưu huỳnh cao do cháy ở
nhiệt độ tương đối thấp (850-950oC), có thể đưa trực tiếp đá vôi vào trong buồng đốt, các
hạt hấp thụ rất mịn cho phép tăng diện tích bề mặt phản ứng khử lưu huỳnh;
- Giảm phát thải NOx: Giảm phát thải NOx là một đặc tính hấp dẫn chủ yếu của lò
hơi CFB. Các số liệu thu được trong các lò hơi CFB đưa ra giá trị phát thải NOx trong

khoảng 50-150 ppm hay là 20-150 mg/MJ;
- Bề mặt cắt ngang buồng lửa nhỏ: Lượng nhiệt sinh ra trên một đơn vị diện tích bề
mặt cắt ngang của buồng lửa (nhiệt thế diện tích) cao là một ưu điểm nổi bật trong lò hơi
CFB. Hệ thống đốt CFB có một nhiệt thế diện tích vào khoảng 3,5-4,5 MW/m2 [87], có
thể bằng hoặc cao hơn lò đốt than phun.

- Có số lượng điểm cấp nhiên liệu ít hơn: Hệ thống cấp nhiên liệu trong lò hơi CFB
được đơn giản hoá do số lượng điểm cấp ít, yêu cầu diện tích ghi nhỏ và do vậy diện tích
buồng đốt sẽ nhỏ hơn diện tích buồng đốt lò than phun cùng công suất.
- Vận hành ổn định hơn so với buồng đốt than phun ở chế độ thấp tải: Vận tốc gió
dưới ghi (sơ cấp) cao và do có lượng hạt trơ (cát, tro xỉ) trong buồng đốt lớn, lò hơi CFB
có thể vận hành khá ổn định ở các chế độ phụ tải thấp với nhu cầu dầu đốt kèm là tối thiểu.
- Công nghệ CFB được du nhập vào Việt Nam từ những năm đầu của thế kỷ 21
thông qua các dự án sản xuất điện theo hình thức Chìa khóa trao tay (Turnkey Project). Do
vậy, thực tế áp dụng công nghệ CFB ở Việt Nam, vẫn cho thấy còn nhiều tồn tại trong thiết
kế, vận hành, bảo dưỡng. Thực tế cho thấy, chế độ khí động của buồng đốt kiểu CFB phụ
thuộc chủ yếu vào các thông số vận hành (vận tốc hạt rắn, vận tốc gió, khối lượng riêng
lớp hạt, độ cứng của hạt, nhiệt độ lớp hạt và đường kính hạt rắn) và được đặc trưng bởi tốc
độ tuần hoàn hạt. Sự tuần hoàn của hạt quyết định đến hiệu suất cháy, hiệu quả khử lưu
huỳnh, khả năng trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt, cũng như là các vấn đề khí
động liên quan đến vận hành như mài mòn, đóng xỉ,...Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu đầy
đủ nào về chế độ khí động nói chung, tốc độ tuần hoàn hạt nói riêng trong các buồng đốt
kiểu lớp sôi tuần hoàn.Vì vậy, việc hiểu rõ cơ chế tuần hoàn hạt trong CFB, phân tích và
lượng hóa tác động của các thông số vận hành đến tuần hoàn hạt và trao đổi nhiệt trong
buồng đốt CFB là hết sức cần thiết nhằm hỗ trợ cho công tác thiết kế, vận hành và bảo
1


dưỡng thiết bị sử dụng công nghệ CFB, nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồn năng lượng
sơ cấp. Mặt khác, ưu điểm của công nghệ CFB về phương diện bảo vệ môi trường cũng

cần được nhận dạng và lượng hóa, nhằm góp phần thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi công
nghệ sạch này trong tương lai gần. Do vậy, việc sử dụng phân tích vòng đời để nhận dạng
và lượng hóa công nghệ sạch CFB theo quan điểm bảo vệ môi trường để đảm bảo xem xét
các yếu tố phát thải một cách toàn diện của quá trình sản xuất điện năng: từ đầu nguồn (từ
khai thác nhiên liệu), vận chuyển nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu và cho đến cuối nguồn
(thải bỏ).

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát:
Làm chủ công nghệ CFB để phục vụ cho công tác thiết kế, vận hành công nghệ CFB
và lượng hoá tiềm năng giảm nhẹ tác động môi trường của công nghệ lớp sôi tuần hoàn
(CFB) trong khu vực sản xuất điện năng.
2.2. Mục tiêu cụ thể:
i) Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành (vận tốc gió sơ cấp, vận tốc gió
tuần hoàn hạt, đường kính hạt, khối lượng lớp sôi, v.v) đến tốc độ tuần hoàn hạt (solid
circulation rate, SCR);
ii) Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành (tốc độ cấp gió dưới ghi, đường
kính hạt, nhiệt độ lớp sôi, v.v) đến hệ số trao đổi nhiệt giữa lớp sôi với tường buồng đốt; và
iii) Nghiên cứu, nhận dạng và lượng hóa tiềm năng giảm phát thải gây ô nhiễm môi
trường của CFB so với các công nghệ đốt than truyền thống để sản xuất điện năng.

3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình về khí động học CFB, ảnh hưởng của các
thông số vận hành (đường kính trung bình hạt, khối lượng lớp hạt, tốc độ gió dưới ghi, tốc
độ gió tuần hoàn hạt, chiều cao và diện tích mặt cắt ngang lớp sôi) đến tốc độ tuần hoàn hạt
trong buồng đốt (CFB) được xem xét và lượng hoá.
- Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình về trao đổi nhiệt trong CFB, ảnh hưởng
của các thông số vận hành (đường kính trung bình hạt, khối lượng lớp hạt, tốc độ gió dưới
ghi, chiều cao và diện tích mặt cắt ngang lớp sôi) đến hệ số trao đổi nhiệt từ lớp sôi đến
tường buồng đốt trong khoảng nhiệt độ của lớp sôi dao động từ 700C -1000C.

- Nghiên cứu chu trình vòng đời của CFB được giới hạn trong 3 khâu: i) khai thác
than, ii) vận chuyển than từ nơi khai thác đến nhà máy nhiệt điện, và iii) đốt than trong nhà
máy điện. Trong nghiên cứu này, ta chỉ xét phát thải của CO 2, là một trong các khí chính
gây ra hiệu ứng nhà kính;

4. Phương pháp nghiên cứu
- Đối với mục tiêu cụ thể 1:
+Thu thập và cập nhật thông tin trong và ngoài nước về các nghiên cứu lý thuyết,
thực nghiệm của các tác giả trước đây.
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Chỉnh sửa mô hình hiện có tại Viện Khoa học và công
nghệ Nhiệt lạnh, Đại học Bách khoa Hà Nội. Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của từng
thông số vận hành, xây dựng biểu thức thực nghiệm xem xét ảnh hưởng đồng thời của các
thông số vận hành đối với tốc độ tuần hoàn hạt

- Đối với mục tiêu cụ thể 2:

2


+ Thu thập và cập nhật thông tin trong và ngoài nước về các nghiên cứu lý thuyết,
thực nghiệm của các tác giả trước đây.
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số vận hành, xây
dựng biểu thức thực nghiệm xem xét ảnh hưởng đồng thời của các thông số vận hành đối
với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong buồng đốt lớp sôi tuần hoàn.

- Đối với mục tiêu cụ thể 3:
Thu thập và tổng hợp các thông tin, nghiên cứu tài liệu trong và ngoài nước về vòng đời
và đánh giá vòng đời; Khảo sát, nghiên cứu thực tế, thu thập, phân tích số liệu vận hành tại các
nhà máy điện Na Dương và Uông Bí. Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán phát thải vong
đời CO2 của nhà máy, xác định chí phí biên giảm phát thải khí CO 2 đối với trường hợp sử dụng

công nghệ buổng đốt kiểu CFB thay thế cho công nghệ đốt truyền thống.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa về mặt khoa học:
Góp phần nhận dạng và lượng hóa ảnh hưởng của các thông số vận hành đến chế độ
tuần hoàn hạt và trao đổi nhiệt trong hệ thống/thiết bị kiểu CFB;
Góp phần làm rõ ưu điểm về mặt lợi ích môi trường của công nghệ CFB so với các
công nghệ năng lượng truyền thống khác hiện đang được sử dụng trong khu vực sản xuất
điện năng. Việc so sánh công nghệ CFB với công nghệ than phun (Pulverised fuel, PF)
theo quan điểm phát thải vòng đời CO 2 đã góp phần làm rõ khả năng áp dụng và nhân rộng
công nghệ CFB ở Việt Nam trong tương lai gần.
- Ý nghĩa về mặt học thuật và thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khí động lớp sôi tuần hoàn đã đưa ra biểu thức thực
nghiệm về quan hệ của các thông số vận hành với tốc độ tuần hoàn hạt (solid circulation
rate-SCR), cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số vận hành (đường kính hạt, khối
lượng lớp, vận tốc gió sơ cấp, vận tốc gió tuần hoàn hạt) đối với SCR và biểu thức thực
nghiệm cho phép xác định SCR khi biết các thông số vận hành, thông số kích thước hình
học của CFB;Kết quả nghiên cứu cho thấy, có thể xây dựng các biểu thức thực nghiệm cho
các thiết bị kiểu CFB đã và đang vận hành hiện nay khi biết thông số hình học của thiết bị
và các thông số vận hành (kích thước hạt, khối lượng hạt và vận tốc gió sơ cấp, vận tốc gió
tuần hoàn hạt,...) từ đó lựa chọn chế độ khí động của thiết bị kiểu CFB phù hợp với điều
kiện vận hành, giảm thiểu vấn đề vận hành có nguyên nhân từ chế độ khí động, giúp công
tác vận hành hiệu quả thiết bị, nâng cao hiệu suất cháy và hiệu quả truyền nhiệt từ lớp tới
bề mặt vách buồng đốt.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt trong CFB đã đưa ra biểu thức thực
nghiệm quan hệ giữa các thông số vận hành với hệ số trao đổi nhiệt từ lớp tới vách trong
buồng đốt lớp sôi tuần hoàn, cho phép đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số vận hành
đối với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách. Kết quả nghiên cứu giúp xây dựng các biểu thức thực
nghiệm tương tự cho các thiết bị kiểu CFB đã và đang vận hành hiện nay để có thể đánh
giá sự thay đổi hệ số trao đổi nhiệt trong buồng đốt ở các chế độ vận hành khác nhau, giúp

lựa chọn chế độ vận hành hiệu quả thiết bị kiểu CFB.
Kết quả nghiên cứu về đánh giá vòng đời công nghệ đốt lớp sôi tuần hoàn đã xây
dựng được mô hình so sánh công nghệ theo quan điểm phát thải vòng đời, phương pháp
tính chi phí biên giảm phát thải khí nhà kính. Kết quả nghiên cứu có thể được làm cơ sở
cho các nhà đầu tư ra quyết định lựa chọn công nghệ sản xuất điện nói riêng và sản xuất
năng lượng nói chung trong điều kiện thực tế của mỗi dự án ở Việt Nam. Ngoài ra, kết quả
nghiên cứu cũng cho thấy, có thể áp dụng công nghệ CFB ở Việt Nam để nâng cao hiệu
3


quả sản xuất điện đồng thời giảm phát thải CO 2 mà không đòi hỏi kinh phí bổ sung/hỗ trợ
từ Nhà nước hoặc từ các tổ chức quốc tế theo cơ chế phát triển sạch.

6. Điểm mới của luận án
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khí động lớp CFB đã đánh giá ảnh hưởng của
các thông số vận hành (đường kính hạt, khối lượng lớp, tốc độ gió sơ cấp, tốc độ gió tuần
hoàn hạt) đối với tốc độ tuần hoàn hạt (solid circulation rate, SCR) và biểu thức thực
nghiệm cho phép xác định SCR khi biết các thông số vận hành, thông số kích thước hình
học của CFB;
- Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trao đổi nhiệt trong CFB đã đánh giá sự ảnh
hưởng của các thông số vận hành đối với trao đổi nhiệt từ lớp tới vách và đã đề xuất biểu
thức thực nghiệm xác định hệ số trao đổi nhiệt khi biết các thông số vận hành, thông số
kích thước hình học của CFB;
- Lần đầu tiên phương pháp so sánh công nghệ nhiệt điện đốt than đã được phát
triển và áp dụng để nhận dạng và định lượng tiềm năng giảm phát thải CO 2 của công nghệ
lớp sôi tuần hoàn so với công nghệ PF hiện đang được sử dụng ở Việt Nam. Xét theo quan
điểm vòng đời, các kết quả nghiên cứu về việc sử dụng công nghệ lớp sôi tuần hoàn vào
sản xuất điện năng là hoàn toàn khả thi về mặt kinh tế và môi trường.

7. Bố cục của luận án

Luận án gồm 183 trang, bao gồm: lời cam đoan (01 trang); lời cảm ơn (01 trang);
mục lục (03 trang); danh mục ký hiệu, chữ viết tắt (05 trang); danh mục bảng, biểu (02
trang); danh mục hình vẽ, sơ đồ (05 trang); phần mở đầu (04 trang), phần thuyết minh (140
trang), tài liệu tham khảo (06 trang), danh mục các công trình đã công bố của luận án (01
trang) và phụ lục (16 trang). Nội dung chính của luận án bao gồm 4 chương. Chương 1
trình bày tổng quan về khí động học, trao đổi nhiệt trong CFB, vòng đời và ứng dụng vòng
đời để so sánh công nghệ năng lượng. Chương 2 trình bày các kết quả nghiên cứu thực
nghiệm về khí động và trao đổi nhiệt trong CFB của mô hình buồng đốt CFB có công suất
nhiệt là 100kW. Chương 3 trình bày lý thuyết về vòng đời, so sánh công nghệ và ứng dụng
vòng đời để so sánh công nghệ nhiệt điện đốt than theo quan điểm phát thải vòng đời CO 2.
Cuối cùng, các đánh giá và khuyến nghị trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của đề tài được
trình bày ở Chương 4.

4


CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỘNG HỌC, TRAO ĐỔI
NHIỆT TRONG LỚP SÔI TUẦN HOÀN VÀ ỨNG DỤNG
PHÂN TÍCH VÒNG ĐỜI ĐỂ SO SÁNH CÔNG NGHỆ
1.1. Khí động học lớp sôi tuần hoàn
1.1.1. Các trạng thái tương tác khí-hạt
Lớp sôi được xác định như là một trạng thái làm việc của lớp hạt mà trong đó sự hoạt
động các chất rắn lưu động như các phần tử chất lỏng ở trạng thái sôi. Trong một lớp sôi,
trọng lực của các hạt sôi được cân bằng với lực nâng của dòng khí đi lên. Lực này giữ cho
các hạt ở trạng thái bán lơ lửng. Với những sự thay đổi về vận tốc dòng khí, các chất rắn
dịch chuyển từ một trạng thái hay cơ chế này đến một trạng thái hay cơ chế khác. Các cơ
chế này bao gồm:
•
Lớp cố định (hình 1.1a);
•

Lớp bọt (hình 1.1b);

•

Lớp rối (hình 1.1c);

•

Lớp nhanh (sử dụng các lớp sôi tuần hoàn);

•

Lớp vận chuyển (khí nén hay lớp vào ) (hình 1.1d).

Hình 1.1- (a) Lớp cố định của các hạt qua đó mà dòng khí đang thổi. (b) Lớp sôi bọt thể
hiện sự tuần hoàn khí xung quanh bọt. (c) Lớp sôi rối. (d) Lớp lưu động hay
lớp cuốn.[87]
Mặt phân
phối
Mặt
phân
phối

5


Bảng 1.1 So sánh các điểm đặc trưng của các quá trình tiếp xúc khí-rắn ở trên [87].
Đặc tín

Lớp sôi

Lớp nhanh

Vận chuyển
khí n

ủ công
Sôi bọt

Sôi tuần hoàn

Đốt than phun

Lớp chặt
Ứng dụng trong các lò hơin

Đường kính hạt trung
bình (mm)

Đốt t

<300

0,03-3

0,00 -0,5

0,02-0,08

Vận tốc khí qua khu vực
buồng đốt (m/s)

1-3

0,5-2,5

4-6

15-30

Tỷ số điển hình U/Ut

0,01

0,3

2

40

Chuyển động dòng khí

đi lên

đi lên

đi lên

đi

Chuyển động của các
hạt rắnlên

Tĩnh

Lên và xuống

Phần lớn đi
lên, một vài đi
xuống

Sự hoà trộn hạt-hạt

Không
đáng kể

Độ rỗng

0,4-0,5

0,5-0,85

0,8-0,99

0,98-0,998

Lớn

Rất nhỏ

Nhỏ

Có thể là đáng kể

50-150

200-550

00-

00
50-

Gradien nhiệt độ
Hệ số truyền nhiệt điển
hình từ lớp tới bề mặt
(W/m2.K)

Thường xuyên
Gần hoàn hảo
gần như hoàn hảo

Đi lên

Nhỏ

00

Quá trình tạo lớp sôi khí – hạt là quá trình trong đó các hạt chất rắn có kích thước nhỏ

chuyển sang trạng thái lưu động lơ lửng (hay còn gọi là trạng thái sôi – fluidization state)
khi tiếp xúc với môi chất khí được thổi từ phía dưới lớp hạt. Phương pháp này có một số
tính chất đặc biệt và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp [11], [19], [87].
Quá trình hình thành và duy trì của một lớp sôi khí – hạt được biểu diễn trên hình 1.2.

6