Giáo trình Hệ điều khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng: Phần 2

CHƯƠNG 5 QUÁ TRÌNH CHÁY
TRONG BUÔNG LỬA LÒ HOÌ
5.1

Quả trình cháy trong buồng lửa lò hoi

5.1.1
a.

Nhỉên liệu và sản phâm cháy của nhiên liệu
Khái niệm

Nhiên liệu là những vật chât khi cháy toa ra nhiệt năng. Trong côn« nghiệp, nhiên liệu phải
đạt được các yêu cầu sau : có nhiều tron« tự nhiên, dề khai thác, giá thành rẻ, khi cháy không
sinh ra những chất gây nguy hiêm.
Trẽn thế giới hiện nay, nguồn nhiên liệu chủ yếu là nhiên liệu hữu CO’ dưới ba
lòng và khí. Những nhiên liệu này có thê sẵn có tron« tự nhiên hoặc do nhân tạo.
dùng cho ngành nhiệt điện thường là các loại than xấu, có nhiệt trị thấp, độ tro và
cao. Dầu nặng, madút cũng lả nguồn nhiên liệu hay được sử dụng trong nhà máy
Việc phát hiện nhũng vùng mò khí đốt rộng lớn, cùng với sự áp dụng công nghệ vận
hoá lòng đã làm tăng tỉ lệ dùng khí đốt trong các nhà máy nhiệt điện.

dạng : rắn,
Nhiên liệu
độ âm khá
nhiệt điện.
chuyên khí

b. Thành phần hoá học của nhiên liệu
Nhiên liệu bao gồm những chất có khả năng oxy hoá gọi là chất cháy và những chất không
có khả năng oxy hoá gọi là chất trơ. Thành phần cháy được cùa nhiên liệu gồm có: Cacbon (C),

Hydro (H), lưu huỳnh (S), N itơ (N), Oxy (O) còn chất tro gồm có tro (A ) và ẩm (W ).
•

Các chat cháy
✓

Cacbon là thành phần chú yếu trong nhiên liệu, nhiệt lượng phát ra khi cháy 1 kg Cacbon gọi
là nhiệt trị của Cacbon (~ 34150 k.ỉ/kg). Vì vậy. lượng Cacbon trong nhiên liệu càng nhiều thì
nhiệt trị của nhiên liệu càng cao. T u\ theo tuỏi hình thành cùa nhiên liệu, Cacbon có thẻ chiếm
từ 50% den 95%. Tuổi hình thành của nhiên liệu càng cao thì thành phần Cacbon càng cao. song
khi ấy liên kết c càng lớn nên càng khó bất lưa và toả nhiều nhiệt khi cháy.
Hydro là thành phân cháy quan trọng của nhiên liệu, khi cháy toả ra nhiệt lượng khoan«
144500 kJ/kg, nghĩa là gấp 4 lần so vói Cacbon và dề bất lửa nhưng lượng Hydro trong nhiên
liệu lại rất ít. Trong thành phần nhiên liệu hữu cơ. Hydro chiếm từ khoảng 2% đến 10%, trong
nhiên liệu lỏng, tỷ lệ Hydro nhiều hon trong nhiên liệu ran.
Lưu huỳnh thường tồn tại dưới ba dạng: dạng hữu co, dạng khoáng chất là hai dạng cháy
được và dạng thứ ba không cháy được là dạng muối Sulfat như CaSCL, MgSƠ 4, FeS0 4 ... sẽ tạo
thành tro xi. Lưu huỳnh trong nhiên liệu không nhiều chiếm tối đa đến 8 % trong một vài loại
than nâu, trong dầu có thê chiếm tới 4%. trong khí thiên nhiên thì hầu như không có. Lưu huỳnh
bị xêp vào loại thành phần có hại, mặc dù nhiệt trị cùa lưu huỳnh bằng 30% nhiệt trị của Cacbon
nhưng tác hại chu yếu khi đốt nhiên liệu có nhiều lưu huỳnh là kích thích hiện tượng ăn mòn
điện hoá các bề mặt truyền nhiệt có nhiệt độ thắp như bộ sấy không khí. bộ hâm nước,... Hon
nừa. khi cháy lưu huvnh sinh ra S 0 2 và một phần SO;,. chúng làm tăng nhiệt độ đọng sương của
khói. K hi bề mặt truvền nhiệt tiếp xúc với khỏi có nhiệt độ thấp hon nhiệt độ đọng sương thì hơi
nước trong khói ngưng tụ lại. kết họp với SO; tạo thành axit sulfuric H ;S 0 4 ãn mòn kim loại rất

123

nhanh. Vì vậy cân có hệ thông khử lưu huỳnh FGD trong khói đẻ giảm thiêu nông dộ các oxit
sunfur SOx.
Oxy và N itơ là những chất cháy vô ích trong nhiên liệu. Sự có mặt của chúng làm giảm
thành phần cháy của nhiên liệu nên làm cho nhiệt trị của nhiên liệu giảm xuông. Nhiên liệu càng
non thì oxy càng nhiêu. K hi đốt ở áp suất khi quvên và nhiệt độ không thật cao thì N itơ không
cháy mà lẫn vào trong sản phâm cháv dưới dạng tự do, nhưng ở nhiệt độ và áp suất cao thì nito'
cháy, tạo thành nitro oxide gây ảnh hướng xấu đến mỏi trường.
•

Các chất trơ

Độ âm ( w ) là thành phần cỏ hại. không nhùng không cháy và toả nhiệt mà còn tiêu tốn nhiệt
năng đê bốc hơi, làm tăng nhiệt độ đọng sương của khói, nhất là khi đốt nhiên liệu có nhiều lưu
huỳnh. Tuy nhiên có một ít nước ò nhiệt độ cao cũng làm tăng tôc độ cháy do tác dụng khí hoá
bê mặt than và tạo thêm trung tâm hoạt tính kích thích quá trình cháy. Trong nhiên liệu độ âm
thường được xem xét ở ba dạng : độ âm bề mặt. độ âm mao dân và độ âm tinh thê. Thông
thường qui định độ ẩm làm việc ỈV/y là tỷ lệ khối lượng giảm đi khi sấy ô' 105°c, mẫu nhiên liệu
cân bằng vói không khí có độ âm tương đối 60% và nhiệt độ 20° c.
Tro là tỏng hợp các thành phần không cháy được ô' thể rắn. thường qui định là phần còn lại
khi đốt nhiên liệu rắn ở 800°c hoặc nhiên liệu lòng ở 500(,c . Tro gồm có tro trong và tro ngoài.
Tro ngoài là những chất răn lan vào nhiên liệu trong quá trình khai thác, vận chuyển và bảo
quản nhiên liệu, còn tro trong là thành phần chất ran không cháy được có ngay trong quá trình
hình thành nhiên liệu. T ỷ lệ tro nhiều hav ít phụ thuộc vào chung loại nhiên liệu, điêu kiện khai
thác, vặn chuyên và bảo quản nhiên liệu. Tro có tác dụng xâu : làm giảm nhiệt lượng phát ra của
nhiên liệu, gây hiện tượng bám bân. mài mòn các bề mặt truyền nhiệt, các đường ống dẫn. quạt
khói ... Trong công nghệ đôt, ta thường quan tâm đến nhiệt độ biến dạng, nhiệt độ mẻm và nhiệt
độ nóng chảy cua tro.
•

Cách biêu thị thành phân cua nhiên liệu

Thành phân cua một chát có trong nhiên liệu là tv sô giừa khôi lượng của riêng chảt đó và
tông khối lượng cua nhiên liệu khảo sát. Ta thường sư dụng thành phần làm việc, thành phần
thô, thành phần cháy, thành phần hữu cơ ... Neu ta lấy G kg nhiên liệu ò' điều kiện làm việc bình
thường đem phân tích được GC kg cacbon, GH kg hydro. GS kg lưu huỳnh, GA kg tro. G)V kg
âm ... ta có các định nghĩa :
Thành phần làm việc của cacbon là c 1' _ w 1 1 0 0 %
G ’

Gh .1 0 0 %
G

của hydro là : H "
>
Thành phân khô cua cacbon :

c

I

G(

= —— —— . 100%

G-G„

Thành phần cháy của cacbon : c ( = ---------—--------- . ] 00%

G-G,,-GA

c.

Các đặc tính công nghệ của nhiên liệu

Những dặc tính về thành phần chất bốc. đặc tính cốc và nhiệt trị được gọi là các đặc tính
công nghệ của nhiên liệu. Nghiên cứu các đặc tính nàv đẻ có thê tính toán các thông sô vẻ nhiên
liệu, tỉ lệ không khí - nhiên liệu để đảm bảo quá trình cháy theo yêu cầu. Ngoài ra, việc thoát tro
xi cũng rất quan trọng, xử lý tro xì thoát vừa đàm bảo an toàn cho người vận hành, thiêt bị vừa
đảm bảo cho quá trình cháy và giảm thiêu cặn bám.
•

Chat hốc vù đặc tỉnh cua cốc

Chất bốc V là khối lượng mất đi khi nung nóng nhiên liệu trong điều kiện không có không
khí ờ nhiệt độ 800°c trong thời man 7 phút, phần còn lại là tro và cốc. Như vậy chất bốc là
những chất khí thoát ra khi nhiên liệu bị phân huý nhiệt trong môi trường không có oxy, thành
phần chủ yếu của nó là hydro H. hydrocacbon CxHy, c o . C 0 2 ... Nhũng liên kết có nhiều oxy
là nhung liên kết ít bền vững, dễ bị phá vờ ờ nhiệt độ cao nên nhiên liệu càng non, chât bôc
càng nhiều: trong than bùn chiếm khoáng 70%. bắt đầu thoát ra ờ 100 - 1 10°c, trong than nâu
chiếm khoản 40 - 60% bắt đầu thoát ra ờ 130 - 170°c, trong than anthracite chiếm khoảng 2 9% và bắt đằu thoát ra ở 400°c. Nhìn chung, nhiên liệu có càng nhiều chất bốc, càng dễ bẳt lửa,
cháv ồn định và ngọn lửa dài. Nhiên liệu có ti lệ chất bốc trên 25% rất dễ cháy, dưới 17% khó
cháy, ó' nước ta, phần lớn nhiên liệu sử dụng là than anthracite hoặc nửa than anthraccite nửa
than gầy, hàm lượng chất bốc rất thấp nên rất khó cháv. Do đó, khi đốt nhiên liệu này, phải duy
t i ' nhiệt độ cao ờ vùng bốc cháy và chiều dài ngọn lửa phải dài đê đảm bảo cho cốc cháy hết.
Tính chắt của cốc nhiên liệu phụ thuộc vào tính chất các mối liên kết hừu cơ có trong các
thanh phần cháy. Neu cốc ờ dạng cục gọi là than thiêu kết. Than đá, than anthracite thuộc loại
không thiêu kết, than mỡ, than béo thường là loại thiêu kết. Than có nhiều chất bốc thì cốc càng

xốp. than càng có khả năng phản ứng cao. cacbon không những dễ bị hoàn nguyên khí CO 2
thành CO. Anthracite và than gây không cho cốc xốp, nó là loại nhiên liệu khó phản ứng. Khi
phân huỷ nhiệt than, tuỳ thuộc vào mức độ tách khí ra khôi than mà cốc có độ xốp khác nhau.
Độ bền của nhiên liệu phụ thuộc rât nhiều vào độ xôp của cốc. Than càng xốp thì độ bền càng
bé.
•

Nhiệt trị

Nhiệt trị của nhiên liệu là nhiệt lượng sinh ra khi cháy hoàn toàn lk g nhiên liệu rắn hoặc
lòng hay 1 nv tiêu chuân nhiên liệu khí. Nhiệt trị cua nhiên liệu có thể xác định trực tiếp bằng
nhiệt lượng kẽ hoặc dùng các công thức kinh nghiệm theo các thành phân của nhiên liệu. Tuỳ
thuộc vào cách đôt cháy nhiên liệu chú trọng sử dụng loại nhiệt trị nào trong ba loại nhiệt trị:
nhiệt trị bom nhiệt lượng kê. nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp. Tuỳ theo mẫu nhiên liệu mà có nhiệt
trị làm việc, nhiệt trị cháy, nhiệt trị khỏ. Trong các bài toán thông thường, ta thường sử dụng
nhiệt trị thấp làm việc Q,/v , tức là nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg hoặc 1 m 3 tiêu
ehuân mẫu nhiên liệu ở điều kiện làm việc bình thường mà H20 trong sản phẩm cháy ở dạng
hơi, nẻu H 20 trong sản phâm cháy ờ dạng nước ngưng, ta có nhiệt trị cao làm việc Qciv •
Khi làm thí nghiệm, có thể đo trực tiếp nhiệt trị cao bom nhiệt lượng kế Qch, tức là nhiệt
lượng thu được khi đôt cháy hoàn toàn lkg nhiên liệu trong bom nhiệt lượng kế. Hoặc nhiệt trị
cùng có thẻ tính theo các công thức thực nghiệm khác nhau, thường dùng công thức của
Mendeleev khi biêt được các thành phần hoá học của nhiên liệu rắn hoặc lỏng:

125



ọ ị v = ọ!}’ - 2 5 ( 9 H lv +J¥l v )
,jv

Qcc.(m-Ah' - w ìv)

c

100

W’ —

kJ /k g
kỉ/kg

Qc = 340 ° c + 1 2 5 0 H c + 1 1 0 .(S C - Oc )

u/kg

trong đỏ: 0 C là nhiệt trị cao khi cháy.

d. Thành phần, thê tích của sản phẩm cháy
•

Thành phân cùa sàn phâm cháy

Tuỳ thuộc vào điều kiện cháy hoàn toàn hay không hoàn toàn các nguyên tố cháy cùa nhiên
liệu mà tỳ lệ thành phần các sản phẩm cháy sẽ khác nhau. Khi nhiên liệu cháy hoàn toàn với
lượng không khí vừa đủ, trong sản phâm cháy bao gồm các thành phân sau: C 0 2 do cháy c , S 0 2
do cháy s, H 20 do cháy H, do ẩm của nhiên liệu bốc hoi, một phần hoi nước có trong không
khí, một phần do không khí mang vào và một phần do có sẵn trong nhiên liệu. K hi cháy hoàn
toàn với lưọng không khí thừa thì còn có thêm 0 2 trong lượng không khí. Khi cháy không hoàn
toàn, sẽ tồn lại c o và một số ít các chất khí không cháv hết như H 2, C H 4, CXH Y,...
•

Hệ sô không khí thừa

Lượng không khí tưong ứng với lượng oxy cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn 1 kg nhiên
liệu rắn, lòng hay 1 nr tiêu chuẩn nhiên liệu khí được gọi là lượng không khí lý thuyết cần thiết
cho quá trình cháy. Như vậy, lượng không khí lý thuyết V°KK và nhiệt trị có sự liên quan vói
nhau :

ỵ0

ĩ Ể L * 2 ỉW ' r

kk

1000

(n r tc / kg)

trong đó : a - hệ số phụ thuộc vào loại nhiên liệu.
Trong thực tế, giữa không khí và nhiên liệu không thể tiếp xúc với nhau một cách lý tường
nên băt buộc thê tích không khí thực tế cung cấp thực cho lò hơi phải lớn hơn thê tích lý thuyết.
T ỷ số giừa thế tích không khí thực tế cung cấp cho quá trình cháy để đốt cháy 1 kg nhiên liệu và
thê tích không khí lý thuyết gọi là hệ số không khí thừa :

V
a = kk >1
V0
kk
Hệ sô không khí thừa là một trị số rất quan trọng của lò hoi, nó đặc trưng cho mức độ làm
việc kinh tế của buồng lửa. Hệ số a được chọn tuỳ thuộc vào loại nhiên liệu đốt. loại thiết bị

buồng lửa và điều kiện vận hành. V í dụ : đốt nhiên liệu lỏng và khí lấy khoảng 1,05-1,1 ; đốt
than phun lấy từ 1,15 - 1,25; đốt than cám lấy khoảng 1,5 ...
Hệ sô không khí thừa thường được xác định qua thành phần của sản phâm cháv :

126



n/^max

R()i
R

0

1

_____ 21 ____ __

21 _

~ £<£? (l + £ ) ~ 2 1 - Ọ ,

trong đó :

(3 I'à hệ số đặc tính nhiên liệu;
R 0 2niax là lượng R 0 2 ứng với trường hợp cháy hoàn toàn :
max
R

21

O

2

1 + /?

Hệ số không khí thừa cũng có thê được xác định thông qua đồ thị khi xác định được thành
phần R 0 2 hoặc 0 2 có trong khói. Hình 5-1 cho biết cách xác định hệ số không khí thừa cùa một
số loại nhiên liệu như than anthracite, than đá, dầu madut. khí thiên nhiên, khí lò gas,... khi biết
nồng độ R 0 2 và 0 2 trong khỏi.
Nồng độ %
trong khói

Nồng độ % RO

Hệ số khône khí thừa (X

Hệ số không khí thừa (X

Ọuan hệ của RQ với oc

Ọuan hệ của Q với cx

Hình 5-1. Đồ thị xác định hệ số không khí thừa a

Trên đồ thị : đường số

0

ứng với /3=0,1

đường số

©
©

đường số

0 ứng với

đường số

đường số

ứng với £ = 0 . 2

- Than anthracite
- Than đá

ứng với £ = 0.36 - Dầu madut
£ = 0.8

ứng với £ = 1.2

- Khí thiên nhiên
- Khí lò ga

127

Vì đường dẫn khói cua lò hơi không được kín tuyệt đối, buồng lửa lò hơi và các đường khói
đêu làm việc ò' áp lực âm nên có không khí lạnh lọt vào buồng lửa và đường khói. Do đó. hệ sô
không khí thừa càng táng dần theo đường khói đi. Việc lọt không khí này làm nhiệt độ khói
trứng bình trong các bê mặt đôt giảm đi. gây ảnh hưởng xâu đẻn việc truyên nhiệt, làm cho nhiệt
độ khói thải tăng lẻn, thẻ tích khói thải tăng và làm tăng tổn thất nhiệt do khói thai mang ra
ngoài dan đến hiệu suât nhiệt cùa lò hoi bị giảm xuống. Chính vì vậy mà trong vận hành, người
ta’cố gắng đê giảm hệ số không khí thừa đến mức tối thiêu.

5.1.2

Các giai đoạn của quá trình đốt cháy trong buồng lửa

Quá trình đốt cháy nhiên liệu là quá trình phản ứng hoá học giữa các nguyên tố với oxy và
phát ra một lượng nhiệt lớn. Từ khi đưa vào buồng lửa đến khi đốt cháy hết, nhiên liệu đâ trài
qua một quá trình thay đôi về vặt lý và hoá học rât phức tạp xen kẽ nhau, cỏ thê chia thành 4
giai đoạn chính như sau :
•

Giai đoạn sấy nóng và sấy kho nhiên liệu

•

Giai đoạn thoát chất bốc và tạo cốc

•

Giai đoạn cháy chất bốc và tạo cốc

•

Giai đoạn tạo tro xi

Các giai đoạn của quá trình cháy không phải diễn biến tuần tự, tách biệt mà thường diễn biến
gối đầu nhau, xen kẽ nhau. Thòi gian tiến hành các giai đoạn dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như đặc tính của nhiên liệu, cấu tạo của buồng lửa và phương pháp vận hành ....

a.

Giai đoạn say nóng và sây khô nhiên liệu

K hi nhiên liệu được đưa vào buồng lửa đang vận hành, lập tức được nhận nhiệt từ không khí
nóng, từ sánphẩm cháy, từ lớp than đang cháy,từ váchtường của buồng lửa,...phương thức
truyền nhiệttừ không khí nóng là đỏi lưu,từ sản phâmcháy là đối lưu và bứcxạ, từ lóp than
đang cháy là dẫn nhiệt và bức xạ, từ vách buồng lửa cũng là bức xạ,...
Khi nhận được nhiệt, nhiên liệu được sấy nóng và sấy khỏ. Nhiệt độ của nhiên liệu tăng dần,
lượng âm trong nhiên liệu cũng được nhặn nhiệt, nhiệt độ tăng dần và bốc hoi với cường độ
mạnh dần. K hi nhiệt độ lẽn đến khoảng 100°c thì ẩm bốc hơi mãnh liệt, cho đến khi bốc hầu hết
độ ẩm bề mặt thì nhiệt độ tiếp tục tăng và bước sang giai đoạn thoát chất bổc.
Nhiên liệu có nhiệt độ ban đầu càng thấp, độ âm càng cao thi nhiệt lượng cần đe sấy càng
nhiều, thời gian sây càng dài, lượng không khí cằn là lớn. Nhưng cần lưu ý là ờ giai đoạn này
cần không khí với tư cách là tác nhân sấy chứ không phải là cung cấp oxy cho quá trình cháy.

h.

Giai đoạn thoái chất boc và tạo cốc

Nhiên liệu đã sây khô, nếu tiếp tục được nhặn nhiệt thì nhiệt độ tăng lẻn, chất bốc thoát ra

dân và cỏ thê bắt đau cháy. M ồi loại nhiên liệu bắt đằu thoát chất bốc ỏ- nhiệt độ khác nhau. V í
dụ: nhiệt độ thoát chất bốc của than nâu là 130 - 170°c, than đá là 210 - 260°c, than gầy là 380
- 400°c,...
Trong quá trình đốt nóng nhiên liệu, nhiều hợp chắt cacbua - hydro bị nhiệt phân thành
những nguyên tô đơn giản cacbon và hydro. Những họp chất hừu cơ gồm nhiều hydro thường
dê thoát chât bôc. dê phân huỷ và dê cháy nhưng nhiệt lượng từ các chất bôc không cao và cháy
với ngọn lửa không sáng. Một số loại nhiên liệu chứa nhiều mêtal tC H 4) như dầu madut, khí

128



thiên nhiên, khi cháy hình thành ngọn lửa sáng và tăn í» khả năng truyền nhiệt bức xạ của ngọn
lửa.

c.

Giai đoạn cháy

Cháy là quá trình phản ứng hoả học giữa oxv và các thành phần cháy được có toả nhiều nhiệt
và ánh sáng. Muốn cháy đuục nhiệt độ nhiên liệu phải đạt tới một giá trị nhiệt độ tôi thiêu gọi là
nhiệt độ băt lưa. Ọuá trình cháy có thê xảy ra hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Trong quá trình
cháy hoàn toàn, các chất cháy cùa nhiên liệu được oxy hoá hoàn toàn. Ngược lại, trong quá trình
cháy không hoàn toàn có một sô chất cháy chưa được oxy hoá.
K hi nhiên liệu được đưa vào buồng lửa đang vận hành, xung quanh có không khí, sàn phầm
cháy, tường lò có nhiệt độ cao nên hạt nhiên liệu sẽ nhận nhiệt, lượng âm bốc hoi dần và chất
bốc cũng thoát ra. Hơi nước và chất bốc thoát ra bao bọc lấy hạt nhiên liệu, ngăn cách sự tiếp
xúc giữa oxy cùng với trung tâm hoạt tính với bề mặt than cốc. Nhưng nhờ sự khuếch tán của
hơi nước và chất bốc từ mặt than ra ngoài và sự khuếch tán cùa oxy và trung tâm hoạt tính từ
ngoài vào trong, tiếp xúc được với bề mặt than tạo thành phản ứng cháy, hình thành các sàn

phẩm cháy. Trong nhiên liệu rắn và long, các phản ứng cháy của chúng có thê được viết như
sau:
Cacbon cháy hoàn toàn theo phan ứng: c + 0 2 - > C 0 2 + QC
K hi cháy không hoàn toàn : xảy ra đồng thòi hai phản ứng tạo thành c o và C 0 2
C + 0,5 0 2 - > C 0 + ỌC,
c +

0 2 ->

co2 + ọc2

T ỷ lệ CO và C 0 2 tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ, ở nhiệt độ khoảng 1200°c chúng xấp xỉ
nhau, nhiệt độ càng cao tỷ lệ c o càng lớn.
ế
Phản ứng cháy cùa hydro : H 2 + 0.5 0 2 - > H20 + ỌH
Phản ứng cháy của lưu huỳnh : s + 0 2 ~> S 0 2 + QS

d.

Giai đoạn tạo tro xỉ

Sau quá trình cháy, những chất không cháy được sẽ tạo thành tro xỉ. Tro là những chất không
cháy được nhưng không bị nóng cháy còn xi chính là tro nóng chảy tạo thành.
Trong quá trình cháy, dưới tác động nhiệt, các thành phần của nhiên liệu sẽ thay đổi về tính
chât vật lý cũng như hoá học. Trước tiên, các tinh thể nước ngậm trong một số chất như thạch
cao CaS0 4 .2 H 20 hoặc A l 2O 3 .2 SiO 2.2 H 2O sẽ bốc hơi ớ nhiệt độ khoảng 500°c. Nếu nhiệt độ
tiếp tục tăng cao, một số muối khoáng phân huỷ thành các oxit và C 0 2 tự do thoát ra ngoài. Nếu
nhiệt độ tiêp tục tăng cao, các thành phần của tro lằn lượt nóng chảy, dễ chảy nhất là các kim
loại kiềm và các hợp chất của chúng. Khi một số thành phần nóng chảy hoá thành thế lòng, có
thê hoà tan một số thành phần khác vốn khó nóng chảy tạo thành nhũng chất cùng tinh có nhiệt

độ nóng chảy thấp hon. Tuỳ theo tính chất và các nhiệt độ biến dạng, nhiệt độ mềm, nhiệt độ
nóng chả} của tro. ta có thê chọn phương pháp thải tro xi thích hợp ví dụ như thải tro ờ nhiệt độ
không quá 850°c, có thẻ thải tro xi khô ở nhiệt độ cao hon hoặc thài xi lòng <5 nhiệt độ cao hon
nhiệt độ nóng chảy cùa tro.

129



5.2

C át yếu tố ảnh hưởng tói quá trình cháy

Ọuá trình cháy của nhiên liệu trong buồng lửa than phun phụ thuộc vào rất nhiều yếu tô nhu
tính chất của nhiên liệu, nông độ bột than, nhiệt độ và tốc độ của hỗn hợp không khí - nhiên
liệu, ché độ vận hành của lò hơi. chê độ câp không khí...

5.2.1

Chất lượng nhiên liệu

Với nhiên liệu có chất bốc nhiều thì dề cháy, bắt lửa sớm, thời gian cháy ngắn, cháy kiệt. Đó
là do chất bốc dễ cháy, hơn nữa khi chất bốc thoát ra nhiều làm cho cốc xôp hơn lại phá huỷ các
lóp khí bao bọc xung quanh hạt than, làm cho oxy và các trung tâm hoạt tính dễ tiêp xúc nên
quá trình cháy tốt hon. V í dụ với than có chất bốc 25 - 30% thì chi cần vùng sấy có nhiệt độ
300 - 350°c là đủ sinh ra chất bốc; nhưng đối với than anthracite đòi hòi nhiệt độ từ 900 1100°c thì chất bốc mới có thể cháy được và quá trình cháy kiệt bột than sê kéo dài hơn.
Neu nồng độ bột than lớn thì tốc độ cháy do nhiệt lượng toả ra nhiều, dẫn đến nhiệt độ tăng,
nhưng nếu nồng độ ló’n quá thì không đủ không khí, làm tốc độ cháy giảm, nhiệt lượng sinh ra
giảm. Nồng độ bột than tốt nhất đẻ tốc độ cháy đạt tới cực đại tuv thuộc vào loại than, loại lò và
cách thức đốt cháy.

Khi độ tro của nhiên liệu tăng thì nhiệt trị của nhiên liệu giảm, dẫn tới giảm nhiệt lượng phát
ra của nhiên liệu, làm Iưọng nhiệt hữu ích cùa buồng lửa giảm, ảnh hưởng đến sản lượng hơi.
Đẻ duy trì sản lượng hơi cần thiết thì phải tăng lượng nhiên liệu cấp vào. Tuy nhiên, do nhiên
liệu nhiều tro sẽ gây nên nhiều tác hại cho thiết bị và điều kiện làm việc bình thường của lò hoi.
Khi độ ẩm cùa nhiên liệu tăng, nhiệt trị của nhiên liệu giảm (do ẩm là thành phan có hại,
không những không cháy, không toả nhiệt mà còn tiêu tốn nhiệt lượng để bốc hơi), dẫn đến
nhiệt lượng hữu ích sinh ra trong buồng lửa giảm làm giảm lượng hơi sinh ra. Đế có được sản
lượng hơi theo yêu cầu thì cũng phái tăng lượng nhiên liệu cấp vào. Hiệu suất lò giảm, giảm
hiệu quả kinh tế và ảnh hưởng xấu tới quá trình điều khiển lò.

5.2.2

Nhiệt độ và tốc độ dòng hỗn họp không khí - bột than

Ọuá trình cháy của hạt nhiên liệu còn phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ ban đầu của hỗn họp
không khí - bột than. Qua nghiên cứu, người ta thấy ràng tốc độ cháy xảy ra mạnh nhất khi
nhiệt độ dòng hỗn hợp trên 500°c. Nhiệt độ ban đầu của dòng hồn họp càng cao thì tốc độ bốc
cháy càng nhanh, thời gian cháy càng ngắn. Tuy nhiên, ngay cả đối với những loại than khó
cháy, nhiệt độ không khí nóng cũng chi tới 380 - 420°c vì nếu tăng nhiệt độ không khí lẽn cao
quá thì bộ sấy không khí phải chế tạo bằng kim loại tốt để chịu được nhiệt độ cao, chi phí sẽ rất
tốn kém.
Nếu dòng hỗn hợp không khí và nhiên liệu (gió cấp một) có nhiệt độ thấp thì phàn ứng cháy
chậm, đòi hòi thời gian lưu lại trong buồng lửa dài thì hạt nhiên liệu mới kịp cháy hết trước khi
ra khỏi buồng lửa. Nếu nhiệt độ gió cấp một cao thì bắt lửa sớm, cháy nhanh, cháy kiệt và thời
gian lưu lại trong buồng lửa của nhiên liệu không cần dài quá. Nhưng nếu nhiệt độ gió cấp một
cao quá thì lại gây ra hiện cháy sớm ngay từ trong ống cấp gây nguy hiểm.
Tốc độ cháy cấp một cũng gây ảnh hường không nhỏ. Nếu tốc độ dòng hỗn họp dòng hỗn
họp quá lớn, tuy hồn họp tốt, dễ cháy, nhưng thời gian lưu lại trong buồrig lửa ngắn, nhiên liệu
không kịp cháy hết, ngọn lửa sẽ đập vào tường lò đối diện vòi phun, gây lên hiện tượng đóng x i
trên tưòng. Nhưng khi tăng tôc độ dòng hồn họp thì mức độ khuếch tán cũng tăng lẻn, tạo điều

kiện tạo điêu kiện tốt cho quá trình cháy và thoát khói buồng lửa. Song nếu tăng quá mức thi

130



ảnh hường cùa việc tăng mức độ khuếch tán khóng bù lại được với sự giảm lượng nhiệt phát ra,
nghĩa là gây ảnh hường xấu đến quá trình cháy. Ngược lại nếu tốc độ dòng hỗn hợp quá bé thì
mức độ hỗn hợp sẽ thấp, phản ứng cháy sẽ xảy ra ngay tại miệng vòi phun và cũng gây nẻn
đóng xi ờ phần tường lò đặt vòi phun, thậm chí có thể đốt cháy vòi phun. Thông thường, tốc độ
gió sè tuỳ thuộc vào loại nhiên liệu và loại vòi phun. V òi phun tròn, tốc độ hỗn họp dòng không
khí - bột than anthracite vào khoảng 12 -16 m/s. Với vòi phun dẹt. tốc độ cao hơn, khoảng 27 32 m/s.
Nếu nhiệt độ trong buồng lửa thấp thì phan ứng cháy chậm, đòi hòi thòi gian lưu lại trong
buồng lừa dài thì hạt nhiên liệu mới kịp cháy hết trước khi ra khôi buồng lửa. Nêu nhiệt độ
trong buồng lửa càng cao, phản ứng càng nhanh thì thời gian lưu lại trong buông lửa không cân
dài cũng có thể cháy hoàn toàn được.
K h i chân không trong buồng đốt tăng lẻn làm cho nhiên liệu chưa kịp cháy hết đã bị hút ra
ngoài , gây lãng phí nhiên liệu và có thể gây cháy ờ phía đuôi lò, gây ảnh hường xấu đên các
thiết bị ò’ đây. Khi chân không trong buồng đốt giam sẽ dẫn tới áp suất lò bị dương, ngọn lửa
trong lò phì ra ngoài làm cháy thiết bị và gây nguy hiểm cho người ở xung quanh lò, đồng thời
làm ô nhiễm môi trường và làm giảm hiệu suất của lò.

5.2.3

Chế độ cấp không khí

K h i phun tải lò thay đồi tức là yêu cầu về lưu lượng và thông số hơi thay đổi thì yêu cầu về
lượng nhiệt sinh hơi cũng thay đổi theo, dẫn tới lượng nhiên liệu cấp và lượng không khí đảm
bảo quá trình cháy cũng thay đôi theo. Nhưng trong nhiều trường họp, sự thay đôi của lượng
không khí chưa đáp ứng kịp với lượng thay đôi của nhiên liệu cấp vào buồng đốt, dẫn đến hệ số

không khí thừa bị thay đôi. Như đã từng đê cập tới ờ trên, hệ sô không khí thừa ảnh hưởng rât
lớn tới quá trình cháy, vì nó ảnh hưỏng đến nhiệt độ trong buồng lửa và độ cháy kinh tế cùa quá
trình cháy. Nhiệt độ trong buồng lửa không chi phụ thuộc vào số lượng và chất Iưọng nhiên liệu
đưa vào mà còn phụ thuộc rất nhiều vào lượng không khí \à khả năng tiếp xúc giừa không khí
và nhiên liệu.
Neu không khí đưa vàổ vừa đủ, tức là hệ sô a = /, phản ứng cháy hoàn toàn, nhiệt lượng toà
ra ứng với 1 kg hỗn họp nhiên liệu và không khí là lớn nhất. Nếu a < 1 thi phản ứng cháy không
hoàn toàn, nhiệt lượng toà ra ít, đồng thời khói toà ra có màu đen. Trong khói có khí c o độc
gảy ảnh hường đên môi trường. Nhưng nguy hiềm hon là có một lưọmg lớn chất đốt,thừa được
tích tụ ờ phía đuôi lò, nếu cháy lại có thể sê gây nổ. Neu a > 1 thì hỗn hợp loãng nên nhiệt
lượng phát ra ít (do phải mất một lượng nhiệt để đốt nóng lượng không khí thừa ấy từ nhiệt độ
môi trường đên nhiệt độ khói thài), đồng thòi làm cho nhiệt độ trong buồng lửa thấp, cháy chậm
và cháy không hoàn toàn.

131



q (kj/kg) hỗn hợp

Hình 5-2. Quan hệ giữa nhiệt lượng toả ra và hệ số không khí thừa

Như vậy xuất hiện một điếm vận hành tối ưu cùa giá trị a , nhưng trong thực tế a thường
được chọn theo kinh nghiệm và thực nghiệm, tuỳ theo loại nhiên liệu, cách đốt cũng như hình
dạng, kích thước buồn lửa. Thông thường a c ó giá trị nằm trong khoảng 1,1 - 1,5.
Trong thực tế, hệ số không khí thừa được điều chỉnh một cách tự động nhờ sử dụng xung
lượng nồng độ 0 2 và ROX có trong khói, tuv nhiên vì mục đích chính việc điều chinh quá trình
cháy là cung cấp không khí tương ứng với lượng nhiên liệu đáp ứng yêu cầu năng lượng của
tuabin nên có thẻ nói rằng ngoài việc phụ thuộc vào đặc diêm của nhiên liệu thì lượng không khí
cấp cho buồng đốt ti lệ với lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt hay chính là tỉ lệ với phụ tải lò

hơi.
Tóm lại, đê quá trinh cháy cùa nhiên liệu trong buông lửa than phun được xảy ra hoàn toàn,
ngoài điều kiện về chất lượng nhiên liệu, còn cần cỏ các điều kiện sau :
•

Nhiệt độ đủ cao, nhiệt độ càng cao quá trình cháy càng tốt.

•

Hệ số không khí thừa thích hợp.

•

Thời gian lưu lại trong buồng lửa của nhiên liệu đù dài.

Tuy nhiên các điều kiện trẽn không tác dụng riêng rẽ mà có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.

5.3

Các phưoìig pháp điều chỉnh quá trình cháy

Điều chinh quá trình cháy thực hiện hai nhiệm vụ chính sau :
•

Đảm bảo lượng nhiên liệu cắp và lượng không khí với một khối lượng và ti lệ phù họp
nhất đê đốt cháv hết nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cằn thiết với hiệu qua kinh tế cao
nhất.•

•

Điêu chinh chê độ thông gió họp lý tạo áp suất chân không buông đốt đảm bảo quá trình
cháy và thoát khói gió.

132



Thực hiện hai nhiệm vụ đó có các.chién lược điều khiên lương ứng trình bàv ơ phân tiềp
theo. Các chiến lược điều khiên này mana tính chất khái quát chuna, định hướng điều khiên.
Nhừna sơ đỏ điéu khiên cụ thê sê được trình bàv cụ thê ờ chương 6 và chương 7.

5.3.1

Điều chỉnh độ kinh tế cua quá trình cháy

Điêu khiên quá trinh cháy tron a lò hoi thực chất là điêu khiên quá trình sản sinh năng lượng
một cách an toàn, hiệu quả và hợp lý. Trong đó việc điều chinh hệ số không khí thừa ứrhay tỷ lệ
giữa nhiên liệu và khôn a khí được đặc biệt quan tâm. Nó quyết định độ kinh tế cua quá trình
cháy cũng như hiệu quà nhiệt của lò hơi.
Khi đốt bảt cứ loại nhiên liệu nào. luôn tồn tại một moi quan hệ xác định giữa lượng nhiên
liệu đana sử dụng với lượng khôna khí cân thiêt phải được cung câp đê đốt cháy nó. Trong thực
tê không thẻ đảm bâo quá trình trộn hỗn hợp nhiên liệu và không khí như điều kiện lý tưởng nên
lượng không khí đưa vào buồng đốt phải lớn hon lượng không khí tính toán lý thuyết. Thực tẻ.
người ta thường đưa vào buồng đôt khoảng 110 - 150% lượng không khí lý thuyết (a = 1.1 1.5) đẻ đảm bào nhiên liệu được đôt cháv hoàn toàn. Mặc dù lượng không khí thừa là rât cân
thiết cho quá trình cháy hoàn toàn cua nhiên liệu nhưng nó cần được giữ ờ mức tối thiêu đê giừ
hiệu suât lò hoi tối ưu cũng như đảm bảo ti lệ S 0 2 trong khói không vưọt quá mức cho phép,
đặc biệt đôi với các lò hoi dôt dâu.

1.0

1.1

1.2

1.3

hệ số không khí thừa

1.4

1.5

1.6

a

Hình 5-3. Đồ thị để xác định hệ số không khí thừa tối ưu

133



Việc lựa chọn hệ sô không khí thừa tỏi ưu phải đảm bao tông tôn thát nhiệt cùa lò hơi đạt giá
trị nhỏ nhắt. Trong thực tế. hệ số không khi thừa a ảnh hưởng rất lớn đến ba loại tổn thất nhiệt
là tôn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài Ợ/, tôn thất nhiệt do cháy khôn« hoàn toàn về hoá
học ( ị2 , tôn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học q$. Neu a càng 1ÓT) thì CỊi càng lớn,
đồng thời nhiệt độ buồng lửa sê thấp, tốc độ hạt than lớn có thể làm tăng q2 và q3. Ngược lại.
nếu a quá nhô sẽ ảnh hưÒTig tới quá trình cháy của nhiên liệu, do đó cũng làm tăng tôn thất q2 ,
q3. V ì vậy, người ta thưÒTig chọn hệ số không khí thừa a sao cho tổng tổn thất (qi + q2 + q3) đạt
giá trị nhỏ nhất.

Tuy nhiên trong thực tê vận hành, a thường được điều chinh tự động đê phù họp với kết quả
phân tích mẫu khói trong quá trình làm việc của lò hơi đê đảm bảo hiệu suất cao nhất và có thể
áp dụng cho nhiều loại lò hơi và các loại nhiên liệu khác nhau. Đê thực hiện điều này, người ta
đưa ra các nguyên tấc điêu chinh như sau:

Điều chỉnh phụ tải

nhiên liệu

quạt gió

Hình 5-4. Nguyên tắc điều chỉnh song song nhlẻn liệu - không khí

a.

Điêu chinh song song

Đây là phương pháp đơn giàn nhất đề duy trì tỉ lệ nhiên liệu/ không khí không đồi bằng cách
điều chinh song song hai thông số nhiên liệu và không khí. Mô hình điều khiên này được sử
dụng cho các hệ thống lò hoi kiêu cũ. cở nhò. Trong đó. độ mở của cánh hướng sẽ tỉ lệ vói độ
mờ của van cấp nhiên liệu theo một ti lệ cho trước. Khi phụ tải thay đôi, tín hiệu đặt từ bộ điều
chinh phụ tải sẽ tác động đồng thời vào hai van điều khiên và không khí điẻu chinh lượng nhiên
liệu và không khí họp lý.
M ột hạn chế của hệ thống điều chinh này là việc giả thiết lưọng nhiên liệu và lượng khí cung
cấp qua các thiết bị điều chinh là không đồi vói cùng một độ mờ. Trong thực tế, nếu độ mờ các
van điều chinh hoặc cánh hướng không đồi thì lượng nhiên liệu và khí cấp vào sẽ phụ thuộc vào
sự thay đổi áp suất. Hon nữa, nó còn chịu tác động của các đặc tính nhiên liệu và không khí, đặc
biệt là ti trọng của hồn họp.
M ột vấn đề khác của hệ thống là đáp ứng thòi gian của hệ thống cấp nhiên liệu và không khí
là không thống nhất. V ì vậy, nếu phụ tải thay đổi và hai thiết bị địều chinh đều được mở với độ

134



mở định trước thì trong nhiêu trường hợp. Inọruĩ nhiên liệu và không khí cung câp sẽ gây anh
hưởng đen tỉ lệ nhiên liệu/ không khí. 'Thông thường, đáp ứng của hệ thống cấp nhiên liệu
thường tác thường tác động nhanh hơn hệ thống cấp không khí khi phụ tái tăng đột ngột. Do đó,
nêu ti lệ nhiên liệu/ không khí được giữ không đỏi thì quá trình cháy trong buồng lửa sẽ xảy ra
không hoàn toàn do thừa nhiên liệu đen khi hệ thống câp khí có thê đáp ứng kịp, làm hiệu suất
quá trình cháy giam, Ngược lại. khi phụ tải giam đột ngột, lưu lượng nhiên liệu giảm nhanh và
lượng không khí cấp vào sẽ quá nhiều cho quá trinh chá), cũng gây ảnh hường xấu tới quá trình
cháy. Phương pháp giải quvết vân đề này đon giản nhât là sử dụng một khối trễ phi tuyến trong
việc điều chinh van nhiên liệu. Phương pháp này rất đon giản và có hiệu quả cao nhưng phụ
thuộc vào việc xác định chính xác hang số thơi gian phù họp với đặc tính của hệ thống. M ột
phương pháp khác được sử dụng đê khắc phục các hạn chế của hệ thống điều chinh song song là
sử dụng các mạch vòng phản hỏi điều chinh đẻ gi ừ môi quan hệ này. Phương pháp này được gọi
là phương pháp điêu chỉnh ti lệ nhiên liệu/ không khí.

h.

Điêu chinh ti lệ nhiên liệu/ không khí

Trong phương pháp này. bộ điêu chinh phụ
tai sẽ xác định lượng cung cấp cần thiết của
một số thông số (nhiên liệu hoặc không khí),
bộ điều chinh tỉ lệ nhiên liệu/ không khí sẽ
điều chinh thông số còn lại đẽ duy trì ti lệ này
theo yêu cẩu. Neu bộ điều chinh phụ tải điều
chinh độ mở van nhiên liệu, bộ điêu chinh

không khí sè duy trì ti lệ này theo yêu cầu. Khi
đó. ta có hệ điều chỉnh theo lượng nhiên liệu.
So’ đồ nguyên tăc điều khiên được trình bảy
trên Hình 5-5 với tín hiệu g là hệ số ti lệ
nhiên liệu/khỏng khí.
M ột khối khuếch
khâu phản hồi lượng
không khí theo ti lệ g
không khí cần thiết
toàn.

L ư u lư ọ n g k h ô n g k h í

L ư u lư ợ n g n h iê n liệ u

đại được sử dụng trong
nhiên liệu đẻ điêu chỉnh
nhất định đảm bao lượng
để quá trình cháv hoàn
Hình 5-5. Điều chỉnh tỉ lệ nhiên liệu/khỏng khi
theo hệ số tỉ lệ g

Tuy nhiên trên thực tê. luôn có một lượng
không khí lọt vào buồng lửa trong quá trình vận hành làm lượng không khí thừa luôn thay đôi
không đúng tỉ 1ệ khi lượng nhiên liệu thav đôi. Nhìn chung, lượng không khí thừa sẽ tăng dần
khi lượng nhiên liệu giam dần. Đây chính là nguyên nhân gảy ra đường không khí thừa có dạng
hyperbol như trẽn Hình 5-6.
Đê khác phục hiện tượng này người ta thường sử dụng nguyên tắc điều khiên trẽn Hình 5-6.
Theo nguyên tăc này, thay khâu khuếch dại g. hệ thống sử dụng hệ số sai lệch b đẽ xét ảnh
hưởng cua lượng không khí thừa lọt vào buông lưa. Điều này sè duy tri một lượng không khí

thừa bô sung cẩn thiết cho quá trình cháy khi lượng nhiên liệu cấp vào nhỏ. Khi thay đôi hệ số
sai lệch b sẽ làm thay đôi toàn bộ đường cong hyperbol không khí thừa.
Phương pháp sử dụng hệ số sai lệch b làm tăng ảnh hường của lượng không khí lọt vào
buông lửa nên thường được sử dụng cho các lò hoi nhò. Phương pháp sử dụng hệ số khuếch đại
g thường được coi là phương pháp điều chinh cơ bàn cho hệ thống điều chính ti lệ nhiên liệu/
không khí.




Lưu lượng
không khí cấp

Hỉnh 5-6. Đặc tính nhiên liệu- không khí
khi xét lượng không khí lọt vào buồng lửa

Lưu lượng nhiên liệu

Lưu lượng không khí

Cánh hướng quạt
gió
Hỉnh 5-7. Điều chỉnh tỉ lệ nhiên liệu/không khí

theo hệ số sai lệch b

136

c.

Điêu chinh kêí hợp ha thông sô

Xuất phát từ hai phương pháp điều chính ti lệ nhiên liệu/ không khí. một giải pháp tối ưu cho
việc điều chinh quá trình cháy sư dụng hệ điều chinh két hợp ba thông số với hai mạch vòng
điều khiên thê hiện trên Hình 5-7.
Bộ điều chinh phụ tải thông qua các khối chọn (< ) và ( ) sẽ dặt các giá trị yêu cầu cho bộ
điều chinh dộc lập cấp nhiên liệu và cấp không khí. do đó lượng hỗn hợp nhiên liệu - không khí
cấp vào buồng lửa luôn đuợc giữ phù họp vói tai. Vì lượng nhiên liệu và lượng không khí cấp
được thực hiện qua hai mạch vòng phan hồi độc lặp nên hệ thống sẽ bù được sự thay đỏi về lưu
lượng do các tác nhản khác gây ra. Khối f(x) trong SO' đồ làm nhiệm vụ điều chinh tín hiệu phản
hòi đẻ thực hiện so sánh với ti lệ nhiên liệu/ không khí đặt.

Van điều
chỉnh
nhiên liệu

Cánh
hướng
quạt gió

Hỉnh 5-8. Điều chỉnh kết hợp ba thông số

137



Khi hệ thống làm việc ôn định, các tín hiệu sai lệch vào các bộ điêu chinh FRC được cân
bằng. Khi có yêu cầu tăng phụ tải nhiệt, bộ điều chinh phụ tải sê đưa ra tín hiệu tăng lượng

nhiên liệu. K hi đó. tín hiệu đầu ra từ bộ điều chinh phụ tai sẽ lớn hơn các tín hiệu phản hồi vê
lưu lượng nhiên liệu và lưu lượng không khí. Bộ chọn (>) ờ khối điều chinh không khí và bộ
chọn (<) ớ khối điều chinh nhiên liệu sè cùng tác động đẻ chọn tín hiệu phù hợp đưa đến các bộ
điều chinh cánh hướng và tín hiệu phản hồi lưu lượng khi sẽ được đưa về khối điêu chinh van
nhiên liệu qua bộ (<). Bộ điều chinh nhiên liệu sẽ bò qua lệnh tăng nhiên liệu đê thực hiện ờ chê
độ điều chinh tỉ lệ nhiên liệu/khỏng khí : điều chỉnh lượng nhiên liệu phù họp với lượng không
khí cấp cho quá trình cháy. Khi thực hiện chế độ này, hệ thống dựa vào sự điêu chinh cánh
hướng quạt gió đê đạt hiệu suất tối đa và lượng nhiên liệu chi được điều chình cấp vào cho phù
hợp với phụ tài khi lượng khí cấp vào đã đạt tới giá trị thích họp cho quá trình cháy tối ưu trong
buồng lửa.
Ngược lại, khi phụ tái giám, bộ điều chinh phụ tải sẽ tác động.tới bộ chọn (< ) đê giảm nhiên
liệu cung cấp. đồng thời bộ điều chinh lưu lượng khi cấp cũng sẽ tác động đê giảm lượng khí
cấp phù họp với lượng nhiên liệu câp vào.
Việc điều chinh két họp ba thông số : áp suất hơi chính, lượng nhiên liệu và lưu lượng không
khí cấp sẽ đảm bào mối quan hệ với các đặc tính động cua lò hoi trong một khoảng tương đôi
lớn nhờ thực hiện các vòng điêu khiên độc lập. Khi lưu lượng khí giảm đột ngột vi một nguyên
nhân nào đó thì hệ thống sẽ tự động giảm lượng nhiên liệu câp vào đẻ đám bảo quá trình cháy
diễn ra hoàn toàn và tránh sự tích tụ trong buồng lửa. Ngược lại, khi van .điều chinh nhiên liệu
mờ đột ngột thì lượng khí cấp vào cũng sẽ được bô sung đẽ giữ trạng thái ôn định của hệ thông.
Mặc dù vậy. hệ thống vẫn còn tồn tại nhừng hạn chê như : không thê bù mọi tôn that và sai
sót của quá trình vận hành, hệ thống đòi hoi có hệ thống giám sát, dự phòng liên động và bảo vệ
đế đảm bảo quá trình hoạt động an toàn chính xác. Hệ thống có thể phản ứng kịp thòi khi van
nhiên liệu mò' đột ngột nhưng độ chậm trễ trong đáp ứng của quạt gió sẽ vân có thê gây ra hiện
tượng tích tụ nhiên liệu trong buồng lưa.

d.

Điêu chinh theo san phârh cháv

Trong các hệ thống điều chinh mỏ ta trên Hình 5-4 và Hình 5-6. tỉ lệ nhiên liệu/không khí

và các điều kiện của quá trình cháy được diều chỉnh thông qua các hệ số ti lệ g và hệ số sai lệch
b. Với những hệ thống này, nếu hệ số điều chinh được xác định không chính xác hoặc sự thay
đôi nằm ngoài dải điều chinh của hệ thống thì ti lệ này sê bị thay đôi không phù họp với các
thay đôi của quá trình cháy, chúng chi cỏ thể được thiết lặp lại thông qua sự can thiệp của người
vận hành.
Đê nâng cao độ chính xác và độ an toàn cùa hệ thống, có nhiêu phương pháp có thê dược sử
dụng nhằm hiệu chinh và xác định tương đối chính xác các hệ số điều chinh này. Người ta dùng
phương pháp xác định thành phần trong sản phẩm cháy đẽ điều chinh ti lệ nhiên liệu/ không khí.
V ó i các lò hơi sử dụng nhiên liệu hoá thạch, lượng 0 2 sè tăng khi lượng không khí thừa tăng
trong khi lượng c o và hơi nước sẽ giảm. Mặt khác, lượng c o trong khỏi là một trong những
nhân tố cơ bàn đẻ đánh giá quá trình cháy hoàn toàn trong lò hơi. Vì vậy. người ta thường sử
dụng hai thông số cơ bản là 0 2 và c o đê xác định hệ số điều chinh cho hệ điều chinh nhiên
liệu/không khí.

138



Nồng độ 02

Lưu lưọng

Lưu lượng

$
Cánh
hướng
quạt gió

Hình 5-9. Điều chỉnh theo nồng độ oxy trong khói

Trong hệ thống điều chinh theo lượng O2 trong khỏi. xung lượng O xv dư trong khói được
đưa vào bộ điều chinh ọ c đê xác định hệ sỏ điêu chinh thích hợp cho ti lệ nhiên liệu/không
khí. Khối giới hạn sẽ định giải điều chinh thích hợp đê loại trừ các hiện tượng quá điều chinh
hoặc sai số của phép đo. Tín hiệu đặt cho bộ điều chinh QC được xác định thông qua khối hàm
f(x) dưới ảnh hưởng của nhiễu phụ tài. Do điêu kiện làm việc cua thiết bị xác định O: trong khói
là khó khăn nên rất dễ xây ra kha năng mât tín hiệu phan hồi hoặc có sai số lớn. Do đó, thường
có thêm khối H /A đẻ cho phép người vận hành có thê can thiệp vào hệ thống điều chinh. Đê
nâng cao độ chính xác của hệ thống điêu chinh nàv, cỏ thẻ kẻt hợp với việc xác định độ đục của
khói hoặc lượng c trong khỏi, nhưng người ta thường ket hợp với lượng c o trong khói dẽ điêu
chinh lưu lượng không khí câp vào.
Điều chinh theo lượng c o có ưu điểm là nó hoạt động dựa trên số đo trực tiêp lượng nhiên
liệu chưa bị đôt trong ông khói, và vì vậy nó cũng xác định được khả năng cháy hoàn toàn của
quá trình cháy. Hệ thông điêu chinh này có độ nhạy và độ chính xác cao, tưong đối kinh tế.
cũng như có tính thực tiễn cao. Tuy nhiên, vì mục đích cua quá trinh cháy hoàn toàn là giảm
lượng khí thừa đến mức tối thiêu nên không thể áp dụng trong trường hợp phải tăng lượng
không khí thừa cho các yêu cầu phụ tải (ví dụ như khi tải thay đổi). Với lv do này, người ta kết
hợp cả hai phương pháp giám 0 2 và giám sát c o . -Các hệ thống điều chỉnh này dùng tín hiệu
CO điều khiển khi lò hơi ồn định và dùng tín hiệu O 2 khi tài thay đổi.
H ìn h 5-10 mô tả phương pháp điều chinh két hợp hai thông số phản ánh lượng 0 2 dư và c o
trong khói. Hệ thống gôm hai khối điều chinh - phân tích khí ọ c với tín hiệu đặt được xác định
thông qua mối quan hệ với phụ tài lò. Tuy nhiên, tín hiệu đặt của khối điều chinh - phân tích O 2
có xét đen ảnh hường của lượng c o . Khối H/A trong khối điều chỉnh - phân tích khí cho phép
hệ thống hoạt động ờ chế độ hai thông số hoặc chi một thông sổ 0 2. Khối H /A còn lại sẽ làm
nhiệm vụ chuyên sang chế độ vận hành bàng tay, cách lv bộ điều chinh - phân tích khí khỏi hệ
thông điều chình.

Phụ tải hơi

Nồng độ
CO trong
khói

Nồng độ
0 2 trong
khói

©

Lưu
Lượng
nhiên liệu

Lưu lưọng
không khí

FT

Cánh
hướng
quạt giỏ

Hình 5-10. Sơ đồ điều chỉnh theo nồng độ c o và O2 trong khói

5.3.2

Điều chỉnh áp suất chân không buồng đốt

Bộ điều chỉnh chân không buồng đốt có nhiệm vụ duy trì chân không buồng đốt ờ mức ổn
định để chế độ cháy của lò là tối ưu nhất, đàm bào an toàn cho người và thiết bị ờ xung quanh
lò, đồng thời nâng cao hiệu suất lò.
Khi điều chinh lượng không khí cấp vào lò, sự thông gió (khi thông gió đồng thời bằng quạt
gió và quạt khói) mất cân bằng, dẫn tới sự thay đối chân không buồng đốt. V ì vậy, bộ điều chỉnh
ổn định áp suất chân không buồng đốt sẽ lấy xung lượng chính là chân không buông lửa và
xung lượng thay dồi từ bộ điều chỉnh không khí cấp để tác động lên bộ điều chỉnh cánh hướng
quạt khói.
Khi có sự thay đổi lưu lượng không khí cấp vào lò, sai lệch tín hiệu vào bộ điều chinh chân
không sẽ mất cân bằng, bộ điều chinh sẽ tạo điều khiển tác động vào cơ cấu điều chỉnh của hệ
thống các lá chắn quạt khói, làm thay đổi độ mờ của các lá chắn dẫn đến thay đổi lưu lượng gió
hút ra từ lò để duy trì áp suất áp suất âm buồng ở dải cho phép. Tức là, khi tăng lưu lượng gió
vào lò thì bộ điều chỉnh chân không buồng đốt sẽ tự động điều chinh mờ to lá chắn đê tăng lưu
lượng khói hút ra và ngược lại.

140



Lưu lượng
không khi

Áp suất

Cánh hướng
quạt gió

Cánh hướng
quạt gió

Hình 5-11 . Sơ đồ nguyên tắc điều chỉnh áp suất chân không buồng đốt

141






CHƯƠNG 6

6.1

H ệ thống cung cấp gió

6.1.1

Hệ thống cung cấp gió

HỆ THÒNG ĐIỀU KHIÊN
KHÓI CHO LÒ HOÌ

Các thiết bị của hệ thống khói gió bao gồm :
•

Ọuạt gió vào.

•

Quạt hút khói ra.

•

Quạt gió sơ cấp (dùng cho loại máy nghiên kiêu áp suât).

•

Quạt hút (dùng cho máy nghiền kiêu hút áp lực).

•

Bộ gia nhiệt không khí.

•

Hệ thống các đường ống dẫn khói và gió.

•

Các van và các cánh hướng điều chinh khói gió.

•

Hệ thống lọc bụi tĩnh điện

G ió ngoài trời có nhiệt độ theo mùa khoáng từ 10°c - 39°c được hút vào bởi quạt gió (FD).
Lưu lượng gió qua quạt FD có thê được điều chinh bời độ mở cánh hướng hoặc tốc độ của quạt.
Gió sau quạt FD được chia làm 2 thành phần, một lượng lớn gió qua bộ gia nhiệt không khí.
Phần còn lại được dẫn đến quạt gió sơ cấp PA coi như thành phần cung cấp gió lạnh cho máy

nghiền, đê điều chinh nhiệt độ ra cua máy nghiên.
Thành phần gió sau khi qua bộ gia nhiệt không khí sê tăng nhiệt độ lẽn khoảng 100°c. Gió
sau khi được gia nhiệt lại chia thành 2 thành phần, một thành phần với lượng lớn giỏ sẽ đi thăng
vào lò gọi là gió cắp 2 (hay gió thứ cắp, gió cháy). Gió cấp 2 được phân bố đều đến tất cả các
góc của buông đốt. Thành phần còn lại của gió đã gia nhiệt sè theo các đường ỏng dân đẻn quạt
gió sơ câp (P A ) được gọi là gió nóng cấp 1.
Quạt gió sơ cấp (P A ) cung cấp đồng thời giỏ nóng và gió lạnh cho máy nghiền. M ỗi đường
ống gió nóng và gió lạnh đều có các cánh hướng điều chỉnh lưu lượng gió và cánh hướng điều
chinh liên thông giữa gió nóng và gió lạnh. Trong một số loại máy nghiên thì từ đường ông gió
lạnh được trích ra một phần đê chèn vào các lỗ hòng cua máy nghiền gọi là gió chèn.
Có một sô loại máy nghiền thì sử dụng quạt hút thay cho quạt gió sơ câp (PA). nó được đặt ở sau máy
nghiền (giữa máy nghiền và vòi đốt). Quạt hút tạo chân không để hút đồng thời cả than và gió vào buồng
đốt.
Khói sau khi ra khỏi lò có nhiệt độ rất cao khoảng hơn 215°c, sẽ được dẫn qua bộ tiết kiệm
đẻ hâm nóng nước tuần hoàn. Sau khi ra khỏi bộ tiết kiệm, khói được đưa vào bộ gia nhiệt
không khí đẻ làm tăng nhiệt độ cho giỏ vào. Nguyên lý của bộ gia nhiệt không khí là gia nhiệt
bỏi khói nóng thoát ra từ lò. Trong bộ gia nhiệt không khí thì gió và khói đi qua 2 mặt của một
tâm kim loại quay. 2 dòng gió và khói đi ngược chiều nhau và truyên nhiệt cho nhau. Khói ra
khôi bộ gia nhiệt không khí sẽ qua bộ lọc bụi tĩnh điện đẻ loại bô các chât bân trước khi được
quạt khói (ID ) hút lẻn ống khói ra khí quvên. Hình 6-1 biêu diễn sơ đồ khói gió của lò hơi.

143



Hình 6-1. Sơ đồ hệ thống khói gió của lò hơi

144

Trên đường lưu thông của gió có sự thav đôi áp suất trên mỗi đoạn do sự thay đôi tiêt diện
giừa các đường ống dẫn. các ống bẻ cong chưvền hướng dòng lưu thông làm tôn hao lưu lưọrtg
và áp suất gió. Bộ gia nhiệt bù phần năng lượng mất đi do sự tôn hao này, đảm bảo tốc độ gió
phun vào buông đôt. ống khói nhà máy nhiệt điện phải có độ cao và đường kính đủ lớn đê sao
cho đảm bao sự chênh lệch áp suất với khí quyển, khói thoát tố t giảm thiêu tôn hao do ma sát
với thành lò.
Neu sử dụng gió tự nhiên, tuần hoàn tự nhiên thì tổn hao nhò hơn nhiều so với khi dùng gió
cường bức bởi quạt gió. Vòng tuần hoàn này được tạo ra hoàn toàn do hiệu ứng ống, độ cao của
ống khói, các ống dẫn khói và nhiệt độ khói gió. Khi đó sự trao đồi nhiệt giừa khói gió và các bề
mặt truyền nhiệt nhiều hơn, hiệu suất lò đạt cao hơn. Đứng trên quan diêm về mặt kinh tế thi
nên sử dụng tuần hoàn gió tự nhiên nhưng nếu phụ thuộc vào tự nhiên thì nhà máy không thê
hoạt động ổn định không đạt được các yêu cầu kỹ thuật nên bắt buộc phải sử dụng hệ thống quạt
gió và quạt khói để tạo đường lưu thông khói gió.

6.1.2
a.

Vai trò của gió
Gió cap 1

Gió cấp 1 là gió đưa trực tiếp vào máy nghiền bao gồm hỗn họp gió nóng và gió lạnh. Gió
cap 1 có hai nhiệm vụ chính :
•

Vặn chuyển than bột đến các vòi đốt

•

sấv khô than trước khi đưa vào buồng đốt

Gió được thôi vào máy nghiền, những hạt than bụi có kích thước nhỏ sẽ được gió vận
chuyên đến bộ phận phản li của máy nghiền, tại đâu ra của máy nghiền là hồn hợp than và gió.
Hon hợp nhiên liệu này được vặn chuyên theo các đường ống đến các vòi đốt của lò hơi.
Ngoài vặn chuyên than bột thì gió cấp 1 còn có tác dụng sấy khô than trong máy nghiền.
Thông thường than thô từ máy cấp luôn có độ âm cao, khi than có độ ẩm cao sẽ gậy khó khăn
trong vận chuyên đến các vòi đôt bôi vì than rât dê vón cục trong đường ống. Ngoài ra khi than
âm ưót sẽ làm giảm hiệu suất lò do bị mất một lượng ân nhiệt làm bốc hơi nước trong than. Tuy
nhiên than cũng không được quá khô, khi dỏ rât de xảy ra sự tự cháy trong máy nghiền gây
hòng thiết bị. Đê nhận biết khả năng cháy trong máy nghiền người ta do nồng độ c o , nồng độ
khí CO phải nhò hơn giá trị cho phép. Thông thường nhiệt độ trong máy nghiền được giừ trong
khoảng từ 1 4 0 °c đến 160°c.
b.

Gió cap 2

Gió cấp 2 là gió được đưa trực tiếp vào lò ngay sau khi được gia nhiệt bời khói. Gió cấp 2 có
nhiệm vụ chính là cung cấp 0 2 cho quá trình cháy nhiên liệu trong lò. Đề đảm bảo quá trình
cháy được ôn định thi lượng 0 2 phải đảm bảo luôn được duy tri theo yêu câu. Lượng 0 2 thừa
hay thiêu đêu làm giảm hiệu suất của lò hơi. Nếu gió cắp 2 dưa vào ít tức ià lượng 0 2 đưa vào lò
thiếu sẽ không đủ cho quá trình cháv thì nhiên liệu sẽ không cháy hết và xi tạo ra sẽ nhiều. Neu
gió câp 2 đưa vào lò quá nhiều thì quá trình cháy xảy ra quá nhanh, lượng hơi sinh ra sẽ tăng
nhanh gây ảnh hường đến tải.
Úng với lượng nhiên liệu đưa vào nhất định thì theo lý thuyết tính được lượng 0 2 thích họp
đê đàm bào hiệu suât tối ưu cho quá trình cháy. Khi yêu cầu tải thay đổi thì lưọng nhiên liệu vào
lò hoi cũng thay đôi vì vậy lượng gió cấp 2 đưa vào lò cũng phải được điều chinh để thay đổi
tưong ứng với thay đôi cua nhiên liệu. Tuy nhiên với cùng một lưu lưọng than đưa vào lò thì

145

luu lượng gió cấp 2 còn phụ thuộc vào chất lượng than. Khi chât lượng than tôt thì có thẻ cân ít
0 2 hơn do vậy gió câp 2 đưa vào lò cũng cân ít hơn và ngược lại.
Vì vậy trong hệ thống điều khiển lò luôn có hệ thốmi do lường và phân tích c>2 dư trong khỏi
thoát ra từ lò hơi. Nếu phần trăm 0 2 lớn hơn giá trị cho phép tức là gió đưa vào lò thừa ra vì vậy
hệ thống điều khiên cần đưa ít gió cắp 2 vào lò hơn và ngược lại.

6.2

Cân bằng gió lò và áp suất chân không buồng đốt - yêu cầu cho bộ điều
khiển

Đầu vào lò là gió từ quạt hút gió (FD), được đưa vào đẽ tạo O 2 cho quá trình cháy trong lò.
Đầu ra của lò là khói được hút ra bởi quạt hút khói (1D). áp suất trong lò luôn được giữ ờ một
giá trị âm không đổi. Việc giữ áp suất âm trong lò là cằn thiết đẻ đảm bảo cho sự cháy của nhiên
liệu và an toàn cho người và thiết bị. Hon nừa đẽ tạo ra ngọn lửa cỏ hình w với đỉnh ngọn lửa
tôa nhiệt lớn nhất, nên hiệu suất lò sẽ cao hơn.
Ổng khỏi

Hình 6-2. Sơ đồ cân bằng gió lò

Gió vào lò được hút vào nhờ áp suất do quạt FD tạo ra. Gió qua bộ gia nhiệt được tăng nhiệt
độ sau đó qua hộp trộn với nhiên liệu phun vào buồng đốt. Khói cháy từ buồng đốt được đưa ra
khỏi buồng đốt đưa qua bộ gia nhiệt. Khói sau cùng được hút bời quạt hút rồi thoát ra ngoài khí
quyên theo ống khói.
Khi tải tăng hay giảm sẽ làm lượng nhiên liệu yêu cầu nhiên liệu tăng giảm tương ứng.
Lượng nhiên liệu thay đổi dòi hỏi lưu lượng gió thay đổi theo để cung cấp đủ Oxv đốt cháy
nhiên liệu. Lưu lượng gió cấp vào phải đảm bảo những yêu cầu sau :
•

Cung cấp đù Oxy đẽ đốt cháy hết nhiên liệu

•

Đảm bảo hiệu suất cháy của lò và ôn định quá trinh cháy: cung câp lượng oxv vừa đủ
theo hệ số không khí thừa nhất định (như đă đề cập trong chương 5) và phân bỗ áp suât
theo một luật phân bố nhất định.

Điêu khiên quạt gió vào (FD) phụ thuộc chính vào yêu cảu nhiên liệu, dam bao đu Oxy cho
nhiên liệu cháy với hiệu suất cao nhất. Sự thay đôi của lưu lượng gió vào buộc lưu lượng khói
hút ra cũng phải thay đôi theo, điều khiển quạt hút khói ID đẻ giữ cho áp suất chân không buồng

146



đốt khôníi đôi. đảm bao cho lò hoạt động ôn định. Như vậy, điều khiên quạt ID phụ thuộc vào
giá trị áp suât chân không buông đôt và lưu lượng gió vào.
Hình 6-3 biêu diễn phân bố áp suất của hệ thống khói gió từ đầu ra của quạt gió đến ỏng
khói. Tại đâu ra cua quạt gió (FD). áp suất gió có giá trị dương lớn, do áp suất dương cao nên
gió được vận chuyên tới hộp trộn với áp suất dương thấp hơn.
ơ buồng đốt ta có áp suất âm do lượng khói hút ra nhiều, tại đau ra của quạt khói (ID ) áp
suât rât âm do vậy sau quạt ID khói sề được hút dần lẽn ống khói đê ra khí quyên, áp suât ô' ông
khói bót âm hơn so với đầu ra quạt hút khói.
Từ phản tích ta thấy, điêu khiên gió đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bào quá trinh
cháy của nhiên liệu tức là đàm bảo sir biến đôi từ nhiên liệu thành nhiệt năng yêu cầu. Đại lượng
điêu khiên là dòng lưu thông gió vào và khói cháy, đối tượng điều khiên là tốc độ quạt và van
cánh hướng (damper) điều chinh lưu lượng gió và khói. Thông tin được sử dụng để điều khiên
là: lượng nhiên liệu, áp suất chân không buồng đốt và nồng độ oxy trong khói. Quá trình điều

khiên các đôi tượng điêu khiên có sự liên kêt với nhau, phôi họp với nhau đê lò hoạt động ôn
định, hiệu suất cao, đảm bảo an toàn lao động.

ứ n g v ớ i lò h o ạ t
đ ộ n g đ ầ y tả i (1 0 0 % )
ứ n g v ớ i lò h o ạ t
đ ộ n g v ớ i tả i (7 0 % )

Đầu ra Hộp
quạt gió gió

Buồng Đầu ra Đầu ra ống
lửa của lò quạt hút khói

Hình 6-3. Phản bố áp suất của hệ thống khói gió

6.3

Hệ thống điều khiển gió

Hệ thông điêu khiên gió là một hệ thống rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng
hoạt động và hiệu suất của lò hơi. Trong hệ thống điều khiển khói gió nói chung thì gió vào
được điêu khiên khá độc lập, tín hiệu điều khiển chỉ phụ thuộc chính vào yêu cầu về nhiên liệu.
Việc điêu khiên lưu lượng gió vào được thực hiện bằng cách điều khiển tốc độ quạt hút FD và
độ mở cánh hướng van bằng các cách sau :
•

Giữ nguyên tốc độ quạt hút và điều khiển độ mỏ' cánh hướng van.

•

Giũ' độ mờ cánh hướng van có độ mơ cực đại rồi điều khiển tốc độ quạt hút.

•

Điêu khiên cả tôc độ quạt và độ mờ cánh hướng của van.

Hai cách điêu khiên trẽn đon giản hơn nhưng có chất lượng điều khiển không cao. thường áp
dụng cho các lò hơi trung bình và nho. Cách điều khiển thứ ba cỏ cấu trúc phức tạp hơn với chất

147