Sử dụng mô hình toán học law để xác định đặc điểm cháy nhũ tương FO h2o trong buồng đốt

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

ĐỒN THANH THƠNG

SỬ DỤNG MƠ HÌNH TỐN HỌC LAW ĐỂ XÁC
ĐỊNH ĐẶC ĐIỂM CHÁY NHŨ TƯƠNG FO-H2O
TRONG BUỒNG ĐỐT
Chuyên ngành: Cơng nghệ nhiệt

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 25 tháng 1 năm 2008.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: ĐỒN THANH THƠNG

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 24/11/1979 .

Nơi sinh : TP.HCM

Chun ngành : Cơng Nghệ Nhiệt
Khố (Năm trúng tuyển) : 2006
1- TÊN ĐỀ TÀI:
SỬ DỤNG MÔ HÌNH TỐN HỌC LAW ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐẶC ĐIỂM CHÁY
NHŨ TƯƠNG FO – H2O TRONG BUỒNG ĐỐT
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
• Tổng quan về cơng nghệ đốt nhũ tương dầu FO – nước
• Nghiên cứu lý thuyết cháy nhiên liệu lỏng
• Nghiên cứu lý thuyết mơ hình tốn học Law về cháy nhiên liệu nhiều thành phần
• Xây dựng chương trình tính tốn một số thơng số đặc trưng khi đốt nhũ tương dầu/nước
• Đánh giá kết quả nghiên cứu
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25/1/2008
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 25/11/2008
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S NGUYỄN VĂN TUYÊN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

PGS. TS. LÊ CHÍ HIỆP

ii

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : .............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : .............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

iii


Con cảm ơn Cha Mẹ và gia đình của con đã tạo điều kiện cho con học hành,
động viên và giúp đỡ con trong quá trình làm luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Tuyên đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo, giúp đỡ em trong quá trình học và thực hiện luận văn.
Tơi xin cảm ơn Trung Tâm Nghiên Cứu Và Triển Khai Khu Công Nghệ Cao
Tp.HCM đã tạo các điều kiện thuận lợi để có thể hoàn thành tốt luận văn này.
Xin cảm ơn các thầy cô đã dạy em trong suốt thời gian em học tại Trường Đại
Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.
Cảm ơn các bạn Đoàn Duy Trường, Nguyễn Hưng Thủy và các bạn khác đã
giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập cũng như khi làm luận văn và trong
cuộc sống.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2008

Học viên
Đồn Thanh Thơng

iv


Tóm tắt luận văn
Ngày nay nhu cầu sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch gia tăng đáng kể do đó
nghiên cứu đặt ra làm sao sử dụng nguồn nhiên cho hiệu quả hơn. Trước đây nghiên
cứu chỉ dừng lại đối với nhiên liệu một thành phần, với yêu cầu thực tiễn thì việc áp
dụng kết quả nghiên cứu này mang lại độ chính xác khơng cao.
Trong các giải pháp tiết kiệm năng lượng, đốt nhũ tương dầu/nước mang lại
hiệu qủa đáng kể do đó việc nghiên cứu nhằm tìm hiểu cơ chế công nghệ này là
điều rất cần thiết.
Luận văn này sử dụng mơ hình tốn học của nhà nghiên cứu C.K.Law áp dụng
cho nhiên liệu nhiều thành phần nhằm mục đích tính tốn một số thơng số q trình
cháy. Việc tính tốn được lập trình thơng qua ngơn ngữ Matlab để từ đó xây dựng
các đồ thị ảnh hưởng của hàm lượng nước có trong nhũ tương dầu/nước tới thông số
đặc trưng cũng như các biến đổi thành phần vật chất cháy.
Luận văn đã khảo sát hàm lượng nước tới sáu thành phần trong quá trình cháy
nhũ tương dầu/nước: tốc độ hóa hơi giọt nhũ tương (m), tỉ số khoảng cách tới bề
mặt ngọn lửa bao quanh hạt nhiên liệu (rf), nhiệt độ bề mặt ngọn lửa (Tf’), thành
phần nước ở bề mặt ngọn lửa (YWf), thành phần dầu ở bề mặt giọt (YFs), thành phần
nước ở bề mặt giọt (YWs).
Kết quả nghiên cứu cho thấy với hàm lượng nước cho phép thì nước đóng vai
trị là chất xúc tiến quá trình cháy làm cho khả năng cháy nhiên liệu mãnh liệt và
triệt để hơn, điều này đồng nghĩa với việc giảm các tổn thất do khói thải và cháy
nhiên liệu khơng hồn góp phần tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
Ngồi ra cơng nghệ đốt nhũ tương dầu/nước cịn góp phần đáng kể trong việc
giảm khả năng phát khải khí NOx ra mơi trường.

v


Mục lục
Trang
Nhiệm vụ Luận Văn Thạc Sĩ .............................................................................. ii
Lời cảm ơn ............................................................................................................iv
Tóm tắt Luận Văn .................................................................................................v
Mục lục ..................................................................................................................vi
Các ký hiệu........................................................................................................... ix
Danh mục các hình................................................................................................x
Các bảng biểu ..................................................................................................... xii
Mở đầu ............................................................................................................... xiii
Chương 1: Tổng quan về công nghệ đốt nhũ tương FO – H2O ........................1
1.1 Tình hình sử dụng và nhu cầu bức thiết tiết kiệm năng lượng......................1
1.2 Các nghiên cứu, ứng dụng đốt nhũ tương dầu/nước .....................................3
1.2.1 Các nghiên cứu về đốt nhũ tương dầu/nước ...........................................3
1.2.2 Ứng dụng đốt nhũ tương dầu/nước trên thế giới và ở Việt Nam...........5
Chương 2: Lý thuyết cháy nhiên liệu lỏng..........................................................7
2.1 Tổng quan nhiên liệu FO ..............................................................................7
2.2 Các phương trình phản ứng cháy nhiên liệu lỏng ........................................9
2.3 Đặc điểm cháy nhiên liệu lỏng ....................................................................10
2.3.1 Phương thức cháy .................................................................................10
2.3.2 Một số mơ hình vật lý về quá trình cháy theo phun sương ..................11
2.3.2.1 Quá tình cháy thể khí theo bốc hơi ................................................11
2.3.2.2 Q trình cháy khuếch tán chùm hạt sương...................................11
2.3.2.3 Q trình cháy hỗn hợp có hóa khí một phần hạt dầu ...................12
2.4 Lý thuyết đốt nhũ tương dầu/nước ..............................................................12
2.4.1 Nhiên liệu nhũ tương dầu/nước ............................................................12

2.4.2 Cơ chế cháy của nhũ tương dầu/nước ..................................................15
2.4.3 Thiết bị tạo nhũ tương dầu/nước...........................................................16
2.4.3.1 Nguyên lý hoạt động ......................................................................16

vi


2.4.3.2 Thiết bị ....... ..................................................................................17
2.4.4 Ưu điểm khi đốt nhiên liệu nhũ tương dầu /nước so với dầu FO ........20
Chương 3: Nghiên cứu áp dụng lý thuyết mơ hình tốn học Law
cho nhiên liệu nhiều thành phần...................................................21
3.1 Giới thiệu .....................................................................................................21
3.2 Mơ hình tốn học cháy giọt dầu trong buồng đốt thường sử dụng .............22
3.2.1 Quá trình bốc hơi ..................................................................................22
3.2.2 Quá trình cháy.......................................................................................23
3.3 Mơ hình tốn học Law ................................................................................25
3.3.1 Các giả thuyết ....................................................................................25
3.3.2 Mơ hình tốn học Law ..........................................................................26
3.3.2.1 Ở pha khí ..... ..................................................................................26
3.3.2.2 Ở pha lỏng ........ .............................................................................28
Chương 4: Xây dựng chương trình tính tốn
cho trường hợp đốt nhũ tương dầu/nước .....................................30
4.1 Xác định các thông số của nhiên liệu và điều kiện cháy.............................30
4.1.1 Xác định các thông số của nhũ tương dầu/nước...................................30
4.1.2 Thông số điều kiện cháy .......................................................................31
4.2 Xác định các thơng số liên quan tới q trình cháy nhũ tương ...................31
4.2.1 Phần trăm khối lượng nước và dầu trong nhũ tương dầu/nước ............31
4.2.2 Xác định lượng Oxy lý thuyết cần cho quá trình cháy nhiên liệu, νO ..31
4.2.3 Xác định lượng khói khơ sinh ra khi nhiên liệu cháy hoàn toàn, νP.....32
4.3 Xác định hệ số truyền nhiệt khi cháy ..........................................................32

4.4 Tính tốn các thơng số đặc trưng cháy nhũ tương ......................................34
4.5 Xác định các biến đổi thành phần vật chất cháy .........................................35
4.6 Thiết lập các đồ thị ......................................................................................35
4.7 Sơ đồ khối chương trình tính tốn...............................................................36
4.8 Các bước lập trình .......................................................................................37
4.8.1 Tạo giao diện tính tốn của chương trình .............................................37

vii


4.8.2 Nội dung chương trình tính tốn...........................................................38
Chương 5: Kết quả nghiên cứu và nhận xét .....................................................42
5.1 Các thông số đặc trưng quá trình cháy nhũ tương.......................................42
5.2 Các biến đổi thành phần vật chất cháy khi đốt nhũ tương dầu/nước ..........47
5.3 Liên hệ với các áp dụng thực tế...................................................................51
5.3.1 Nhận xét về hàm lượng nước lớn nhất trong nhũ tương.......................51
5.3.2 Kết quả ứng dụng tại Việt Nam ............................................................57
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.......................................................................70
6.1 Kết luận ......................................................................................................70
6.2 Kiến nghị .....................................................................................................71
Tài liệu tham khảo ..............................................................................................72
Phụ lục..................................................................................................................74
Phụ lục 1
Bảng theo dõi lượng nhiên liệu tiêu hao khi chạy dầu FO và nhũ tương
dầu/nước tại Công Ty TNHH Thắng Lợi, Sản Xuất Gạch Đồng Tâm
Long An.............................................................................................................75
Phụ lục 2
Bảng theo dõi lượng nhiên liệu tiêu hao khi chạy dầu FO và nhũ tương
dầu/nước tại Công Ty Gạch Men Đồng Tâm Miền Trung................................76
Phụ lục 3

Bảng theo dõi lượng nhiên liệu tiêu hao khi chạy dầu FO và nhũ tương
dầu/nước tại Xí Nghiệp Cơ Điện.......................................................................77
Phụ lục 4
Chương trình MatLab ........................................................................................80
Lý lịch khoa học ..................................................................................................85

viii


Các ký hiệu
Các đại lượng có thứ nguyên
a : Bán kính giọt

(m)

Cp : Nhiệt dung riêng đẳng áp

(kJ/kg.K)

M : Khối lượng phân tử

(kg/kmol)

T : Nhiệt độ

(K)

Q : Nhiệt lượng khi đốt cháy (kJ/kg)
L : Ẩn nhiệt hóa hơi

(kJ/kg)

p : Áp suất

(bar)

r : Khoảng cách

(m)

k : Hệ số dẫn nhiệt

(kJ/m.K)

ρ : Khối lượng riêng

(kg/m3)

Các đại lượng không thứ nguyên
m : Tốc độ bay hơi
B : Hệ số truyền nhiệt
LH : Hàm nhiệt cung cấp
Y : Thành phần theo khối lượng
νO : Tỉ lệ Oxy cần thiết để đốt cháy trên mỗi đơn vị nhiên liệu
νp : Tỉ lệ khói khơ sinh ra trên mỗi đơn vị nhiên liệu
εi

: phần trăm theo khối lượng hóa hơi chất i

Các chữ viết tắt

F : Nhiên liệu
O : Oxy
W : Nước
P : Khói khơ
s : Bề mặt giọt
f : Ngọn lửa
∞ : điều kiện môi trường

ix


Danh mục các hình
Trang
Hình 1.1: Biểu đồ dự báo tiêu thụ năng lượng từ năm 2004 – 2030 .....................1
Hình 1.2: Đồ thị thể hiện mức tiêu thụ các loại nhiên liệu từ 1980 ÷ 2030...........1
Hình 2.1: Mơ hình vật lý cháy hạt nhiên liệu trong dịng
dạng cháy thể khí theo bốc hơi .............................................................11
Hình2.2: Mơ hình vật lý cháy hạt nhiên liệu trong dịng
dạng cháy khuếch tán chùm hạt sương ..................................................12
Hình 2.3: Kích thước hạt dầu FO khi được phun sương và nhũ tương hóa ........14
Hình 2.4: Mẫu dầu FO thường sử dụng...............................................................14
Hình 2.5: Dầu FO sau khi tạo nhũ tương ............................................................15
Hình 2.6 Tán sương pha phân tán khi đốt nhũ tương dầu/ nước .........................15
Hình 2.7: Khi đốt nhiên liệu FO cho ngọn lửa dài và tạo muội than .................16
Hình 2.8: Khi đốt nhũ tương dầu/nước cho ngọn lửa ngắn,
không tạo muội than..............................................................................16
Hình 2.9: Thiết bị tạo nhũ tương KAP-15 ............................................................17
Hình 2.10: Sơ đồ lắp đặt hệ thống tạo nhũ tương với KAP-15............................18
Hình 2.11: Thiết bị tạo nhũ tương CHS-6 ..........................................................18
Hình 2.12: Sơ đồ lắp đặt hệ thống tạo nhũ tương với CHS – 6 ...........................19

Hình 3.1: Mơ hình về khái niệm màng mỏng quy ước ........................................22
Hình 3.2: Mơ hình cháy khuếch tán giọt dầu có sự chuyển động cưỡng bức ......24
Hình 3.3: Sự bay hơi đối xứng hình cầu giọt nhiên liệu ......................................25
Hình 3.4: Mơ hình các thành phần bay hơi
của nhũ tương dầu/nước ở pha khí ......................................................26
Hình 4.1: Đồ thị thể hiện mối liên hệ độ nhớt
và khối lượng phân tử trung bình dầu FO ...........................................34
Hình 4.2: Giao diện chương trình ........................................................................41
Hình 5.1: Đồ thị f(Vwl, m) .....................................................................................43

x


Hình 5.2: Đồ thị f(Vwl, Tf’)....................................................................................44
Hình 5.3: Đồ thị f(Vwl, rf)......................................................................................46
Hình 5.4: Đồ thị f(Vwl, Ywf) ...................................................................................47
Hình 5.5: Đồ thị f(Vwl, YFs) ...................................................................................49
Hình 5.6: Đồ thị f(Vwl, Yws) ...................................................................................50
Hình 5.7: Đồ thị f(Vwl, m) khi hàm lượng nước thay đổi từ 1÷ 25%....................52
Hình 5.8: Đồ thị f(Vwl, Tf’) khi hàm lượng nước thay đổi từ 1÷ 25% ..................52
Hình 5.9: Đồ thị f(Vwl, rf) khi hàm lượng nước thay đổi từ 1÷ 25% ....................53
Hình 5.10: Đồ thị f(Vwl, Ywf) khi hàm lượng nước thay đổi từ 1÷ 25% ................53
Hình 5.11: Đồ thị f(Vwl, YFs) khi hàm lượng nước thay đổi từ 1÷ 25%................54
Hình 5.12: Đồ thị f(Vwl, Yws) khi hàm lượng nước thay đổi từ 1÷ 25%................54
Hình5.13: Đồ thị thể hiện khả năng tiết kiệm dầu
khi đốt nhũ tương đối với Silo số 3 .......................................................59
Hình5.14: Đồ thị thể hiện khả năng tiết kiệm dầu
khi đốt nhũ tương đối với Silo số 6 .......................................................59
Hình5.15: Đồ thị thể hiện khả năng tiết kiệm dầu
khi đốt nhũ tương tại lò hơi số 1 ............................................................64

xi


Các bảng biểu
Trang
Bảng 2.1: Tóm tắt một số thơng số dầu FO nặng...................................................8
Bảng 4.1: Bảng số liệu độ nhớt và khối lượng riêng dầu FO nặng .....................39
Bảng 4.2: Bảng số liệu được xác định từ đồ thị hình 4.1 .....................................39
Bảng 5.1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nước trong
nhũ tươngtới tốc độ hóa hơi giọt nhũ tương dầu nước, m ...................42
Bảng 5.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nước trong
nhũ tương tới nhiệt độ bề mặt ngọn lửa, Tf’ .........................................43
Bảng 5.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nước trong
nhũ tươngtới tỉ số khoảng cách bề mặt ngọn lửa, rf .............................45
Bảng 5.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nước trong
nhũ tươngtới thành phần nước ở bề mặt ngọn lửa,YWf ........................47
Bảng 5.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng nước trong
nhũ tương tới thành phần dầu ở bề mặt giọt, YFs .................................49
Bảng 5.6: Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nước trong
nhũ tương tới thành phần nước ở bề mặt giọt, YWs ..............................50
Bảng 5.7: Kết quả xử lý số liệu khi đốt nhũ tương dầu/nước tại
Công Ty TNHH Thắng Lợi, Sản Xuất Gạch Đồng Tâm Long An ........60
Bảng 5.8: Kết quả xử lý số liệu khi đốt nhũ tương dầu/nước tại
Công Ty Gạch Men Đồng Tâm Miền Trung.........................................62
Bảng 5.9: Kết quả xử lý số liệu khi đốt nhũ tương dầu/nước tại
Xí Nghiệp Cơ Điện thuộc Cơng Ty 28..................................................65
Bảng 5.10: Các thơng số q trình cháy ứng với hàm lượng nước 10% .............69

xii

Mở đầu
Chúng ta đều biết nguồn nhiên liệu hóa thạch nói chung và dầu mỏ nói riêng
trong tương lai sẽ cạn kiệt, song việc sử dụng các loại nhiên liệu này hiện nay ở
nước ta chưa hiệu quả.
Xuất phát từ nhu cầu bức thiết tiết kiệm năng lượng cũng như sử dụng nhiên
liệu có hiệu quả hơn nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng đã được triển khai ứng
dụng. Vài năm gần đây công nghệ đốt nhũ tương dầu/nước đã bắt đầu được thử
nghiệm tại Tp.HCM và cho thấy tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu là không nhỏ, mặc
dù ngay chính những người triển khai ứng dụng vẫn chưa thực sự hiểu rõ cơ chế
diễn ra khi đốt hỗn hợp này. Vì vậy đề tài “Sử dụng mơ hình tốn học Law để xác
định đặc điểm cháy nhũ tương FO-H2O trong buồng đốt” được chọn để nghiên cứu
nhằm góp phần hiểu rõ các ảnh hưởng của nước trong hỗn hợp nhũ tương dầu FO –
H2O tới quá trình cháy trong buồng đốt như thế nào.
Do tính chất phức tạp của q trình cháy nhiên liệu nói chung và khi đốt nhiên
liệu nhũ tương dầu FO – H2O nói riêng nên việc nghiên cứu để xem xét hiệu quả cụ
thể của cơng nghệ này như thế nào gặp rất nhiều khó khăn và hiện nay chưa có một
báo cáo chính thức nào được công bố.
Trong luận văn này đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là:
Nhiên liệu sử dụng là nhũ tương dầu FO nặng với nước (dầu/nước).
Phạm vi nghiên cứu: việc đốt nhũ tương dầu/nước được thực hiện cho
buồng đốt công nghiệp.
Điều kiện nghiên cứu: đốt nhũ tương dầu/nước ở áp suất khí quyển. Đây là
điều kiện xảy ra ở hầu như tất cả các buồng đốt công nghiệp.
Kết quả nghiên cứu đề tài này chủ yếu là dự đốn các trạng thái xảy ra trong
q trình đốt nhiên liệu nhũ tương dầu/nước, qua đó kiểm chứng, giải thích các hiện
tượng xảy ra trong thực tiễn góp phần vào việc phịng tránh các q trình khơng
mong muốn xảy ra khi cháy cũng như tạo điều kiện thúc đẩy quá trình cháy hỗn hợp
dầu/nước diễn ra thuận lợi.

xiii


Chương 1: Tổng quan về công nghệ đốt
nhũ tương FO-H2O
1.1 Tình hình sử dụng và nhu cầu bức thiết tiết kiệm năng lượng
Theo báo cáo của Viện dầu mỏ Mỹ (API) thì trữ lượng dầu mỏ, khí đốt,
Uranium trên trái đất sẽ chỉ còn đủ để cung cấp cho nhu cầu của con người trên
hành tinh chúng ta khoảng 50-70 năm nữa.
Trong khi đó tình hình sử dụng năng lượng của thế giới được dự báo là tăng từ
447 triệu tỉ Btu năm 2004 lên 559 triệu tỉ Btu năm 2015 và 702 triệu tỉ Btu vào năm
2030, như hình 1.1 mơ tả.

Hình 1.1: Biểu đồ dự báo tiêu thụ năng lượng từ năm 2004 – 2030
Mức tiêu thụ của từng loại nhiên liệu cũng không ngừng tăng, đặc biệt là các
dạng nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên. (xem hình 1.2)

Hình 1.2: Đồ thị thể hiện mức tiêu thụ
các loại nhiên liệu từ 1980 ÷ 2030

1


Ở nước ta tốc độ gia tăng sử dụng năng lượng thương mại được dự báo vào
khoảng 8,6% ÷ 9,7%/năm trong giai đoạn 2001÷ 2025. Nhu cầu năng lượng trong
các năm 2010, 2020 và 2025 dự báo lần lượt là 47,63; 83,99 và 97,3 triệu TOE.
Cũng theo dự báo, với tốc độ gia tăng mức khai thác năng lượng như hiện nay,
đến cuối thế kỷ này các nguồn năng lượng của Việt Nam sẽ trở nên khan hiếm, các
mỏ dầu và khí đốt sẽ cạn kiệt trong vịng 40 ÷ 60 năm tới.

Như vậy vấn đề đặt ra hiện nay làm sao kéo dài thời gian sử dụng nguồn dầu
còn lại sao cho có hiệu quả cũng như giảm thiểu khí phát thải ơ nhiễm mơi trường
trong khi chờ đợi tìm một nguồn năng lượng thay thế.
Hiện nay có ba biện pháp chính có thể áp dụng để tiết kiệm các nguồn năng
lượng truyền thống:
- Tăng hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt như lò hơi, giàn lạnh, máy chưng cất.
- Cải tiến công nghệ để tăng công suất, giảm thời gian, giảm tiêu hao điện.
- Sử dụng các loại nhiên liệu mới như xăng pha cồn, diesel pha cồn, cũng như
đưa phụ gia vào nhiên liệu.
Các biện pháp nêu trên không phải là mới mẻ, nhiều nước trên thế giới đã áp
dụng từ lâu. Trong điều kiện của nước ta hiện nay, khả năng tiết giảm lãng phí năng
lượng còn rất lớn. Hiệu suất sử dụng năng lượng trong các nhà máy điện đốt than,
dầu của nước ta chỉ đạt được từ 28% đến 32%, thấp hơn so với các nước phát triển
khoảng 10%. Hiệu suất các lò hơi cơng nghiệp chỉ đạt khoảng 80%, thấp hơn mức
trung bình của thế giới khoảng 10%. Năng lượng tiêu hao cho sản phẩm nhiều
ngành công nghiệp nước ta cao gấp nhiều lần so với các nước phát triển. Việc thiếu
các biện pháp tiết kiệm năng lượng cộng với trình độ lạc hậu của công nghệ đã tồn
tại lâu năm trong các doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp nhà nước làm cho
việc sử dụng năng lượng rất kém hiệu quả.
Ngoài các biện pháp như tăng hiệu suất thiết bị, cải tiến công nghệ, sử dụng
các dạng nhiên liệu khác nhau như vừa nêu trên thì việc tạo nhũ tương dầu/nước

2


nhằm mục đích nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cũng đang được nghiên cứu
ở nhiều nơi trên thế giới.
Theo [12] khi đốt nhũ tương từ 5 ÷ 25 % nước mức độ tiết kiệm nhiên liệu từ 2
÷ 10 % dầu và giảm được 10 ÷ 70% khí NOx, 40 ÷ 90% lượng tro bụi trong khói
thải. Đây quả là con số có ý nghĩa to lớn cho những ngành sử dụng năng lượng dầu

để đốt với lượng tiêu hao lớn.
1.2 Các nghiên cứu, ứng dụng đốt nhũ tương dầu/nước
1.2.1 Các nghiên cứu về đốt nhũ tương dầu/nước
Vấn đề quan tâm hiện nay khi đốt nhiên liệu lỏng là làm thế nào để giảm sự
không đồng nhất của các giọt nhiên liệu hiện diện trong quá trình cháy. Mặc dù đã
có nhiều cải tiến quan trọng về các công nghệ và thiết bị phun khác nhau, nhưng
ngay cả các thiết bị phun có kỹ thuật tiên tiến nhất vẫn chỉ có thể đạt được kích
thước trung bình của các hạt nhiên liệu đến một kích cỡ nhỏ nhất định chưa tới mức
mong muốn. Ngồi ra sau vịi phun ln tồn tại một lượng các hạt nhiên liệu có kích
thước lớn hơn trung bình.
Những hạt to này chiếm một tỷ lệ lớn trên tồn bộ dịng phun và rõ ràng khó
có thể hóa hơi hồn tồn. Đây là nguy cơ hình thành bồ hóng và khí NOx. Hơn nữa
phần nhiên liệu lỏng không cháy hết ở giai đoạn cuối của q trình giải phóng năng
lượng ngắn khơng chỉ làm hao tổn nhiên liệu mà cịn sản sinh hydrocacbon.
Vì vậy phương pháp tạo nhũ tương nhiên liệu với nước trước khi phun
(Glassman et al., 1975) có khả năng làm cho việc đốt cháy tại buồng đốt hiệu quả và
sạch hơn [1].
T. Kadota và H. Yamasaki trình bày những tiến bộ gần đây trong quá trình đốt
nhũ tương dầu nước, kết hợp việc cho hoặc không cho chất hoạt động bề mặt vào.
Bản chất quá trình dựa trên trên cơ chế chủ yếu có liên quan tới hiện tượng nổ vi mô
dẫn đến sự tán sương lần thứ 2, điều này thường khơng xảy ra trong q trình cháy
nhiên liệu thuần khiết. Bài nghiên cứu mơ tả mơ hình động học và mơ hình xác suất
để dự đốn cấu tạo vi mơ của các bong bóng hơi trong pha lỏng, dự đoán và xác
định các giới hạn quá nhiệt của các hydrocarbon và nước, mà ở đó khơng tồn tại pha

3


lỏng. Điều này đi sau hiện tượng nổ vi mô của nhũ tương giới hạn trong ống mao
dẫn nhằm loại bỏ tính khơng đồng nhất của nhiệt độ và dịng chảy khối bên trong

nó, cũng như sự bay hơi ở bề mặt của nó trong suốt thời gian trước khi xảy ra nổ vi
mơ. Việc khảo sát q trình cháy về hiện tượng, hằng số tốc độ cháy, quá trình khơi
mào, hiện tượng cháy bao gồm phân bố hàm lượng muội than trong sự cháy giọt
nhỏ và sự bay hơi dạng hình cầu trên bề mặt nóng. Ngồi ra một số vấn đề được đề
cập đến nữa là quá trình truyền trong giọt nhỏ bao gồm sự phân tách pha, hiện
tượng nổ vi mô và các điều kiện để quá trình nổ này xảy ra, phương trình gần đúng
tính tốn tốc độ nổ vi mơ dựa trên mơ hình xác suất. Tác động của nhũ hóa nước
trên cấu trúc ngọn lửa, hiệu suất cháy và sự phát ra khói trong thiết bị đốt phun
trong phịng thí nghiệm và các ứng dụng quá trình cháy thực tế khác nhau [10].
Kannan Vittilapuram Subramanian đề cập đến sự đốt cháy nhiều thành phần
được mô phỏng theo cơ chế biến Shvab-Zeldovich được sửa đổi. Phương trình
Shvab-Zeldovich được phát triển gần đây dùng để mơ tả phản ứng pha khí. Mơ hình
cân bằng hơi – lỏng được sử dụng mô tả sự thay đổi pha ở bề mặt giọt nhiên liệu.
Giả thiết ở đây là nhiệt riêng pha khí khơng đổi và pha lỏng thì đồng nhất về thành
phần và nhiệt độ, bỏ qua truyền nhiệt bức xạ giữa giọt nhiên liệu và môi trường. Đã
khảo sát quá trình bay hơi của xăng với sự kết hợp riêng biệt các hydrocarbon khác.
Bài nghiên cứu này phát triển một cơ chế mới gần đúng đơn giản hóa mới cho
q trình cháy nhiều thành phần của giọt nhiên liệu nhỏ và đã thiết lập một số giá trị
không phụ thuộc từng được xác nhận. Cơ chế mới đủ đơn giản để sử dụng cho các
nghiên cứu giọt nhỏ nhiều thành phần bằng máy tính.
Cơ chế Shvab-Zeldovich được thay đổi gần đây đối với việc đốt cháy giọt
nhiên liệu nhiều thành phần được sử dụng để mô phỏng các đặc tính q trình cháy
của giọt alcohol / alkane và được kiểm chứng bằng các số liệu thực nghiệm. Tốc độ
cháy của giọt octanol/ dudecane dự đoán 1.17 mm2/s gần đúng với giá trị thực
nghiệm 0.952 mm2/s của Law. Mơ hình này sau đó được dùng để đánh giá các đặc
tính q trình cháy nhiên liệu diesel với giả thiết chỉ có phản ứng pha khí [5].

4

Niko Samec, Breda Kegl và Robert W. Dibble thực hiện các nghiên cứu bằng
số học và thực nghiệm đối với một số tính chất hóa học và vật lý của quá trình cháy
của nhũ tương dầu/nước. Các nghiên cứu lý thuyết về động lực học hóa học của
cháy nhũ tương dầu /nước được thực hiện qua việc mô phỏng sự cháy hỗn hợp
nước/n-heptane với giả thiết mơ hình các vỏ đồng tâm của buồng phản ứng đồng
nhất. Việc phun và tán sương nhiên liệu được phân tích về mặt số lượng cũng như
để nghiên cứu gián tiếp các ảnh hưởng của sự có mặt nước trong nhiên liệu diesel
về mặt vật lý trong suốt quá trình cháy [6].
N. KH. Kopyt, A. I. Stroutchayev, Z. V. Govorova (Ukraine) tiến hành việc
tạo nhũ tương nước trong dầu được phân tán mịn bằng sự nhũ hóa nhiệt thủy động
lực học. Cơ chế ở đây là hiện tượng sôi của chất lỏng quá nhiệt sẽ tạo các nhũ tương
có cỡ giọt nước trung bình 0.1 – 0.5 micromet. Sự phân tán như thế sẽ loại trừ tính
khơng ổn định của nhũ tương do sự tích giọt. Thực nghiệm cho thấy nhiên liệu
(nhiên liệu hydrocarbon cơ bản: xăng, dầu lửa, dầu diesel và dầu đen) được tiết
kiệm 15 – 25%, bồ hóng tạo ra từ quá trình cháy giảm 2.5 – 4.0 lần khi hàm lượng
hơi nước trong pha khí lớn hơn 20% [4].
Theo [12], việc nghiên cứu tạo nhũ tương dầu/nước để đốt tốt hơn thì ở các
nước Châu Âu, đặc biệt là Canada, Đức, Nga, Mỹ.. đã bắt đầu vào khoảng 30 năm
trước. Ở Việt Nam đã có đề tài cấp quốc gia năm 1993 của tiến sỹ Lê Mười. Mặc dù
vậy, kể cả ở Châu Âu và Việt Nam thì hiệu quả của việc tạo nhũ tương thời gian
trước đều chưa thực sự thuyết phục. Nguyên nhân không phải là do giải pháp công
nghệ mà do thiết bị để tạo nhũ tương chưa hoàn thiện.
1.2.2 Ứng dụng đốt nhũ tương dầu/nước trên thế giới và ở Việt Nam
Cách đây khoảng 4-5 năm các chuyên gia trong lĩnh vực chế tạo nhiên liệu
động cơ tên lửa của Liên Bang Nga đã chế tạo thành công thiết bị trộn đồng nhất
bằng phương pháp động thuỷ lực CHS-14 (cavitation homogenizinng system) có thể
tán mịn hổn hợp dầu FO và nước xuống cịn khoảng 1÷5micro, và trộn đồng nhất
nó, tạo ra nhũ tương có tính ổn định không dưới một năm. Các lợi thế của việc tạo
ra thiết bị này:

5


- Giảm lượng CO, NOx, SOx trong khí thải xuống 60÷80%
- Đốt nhũ tương sẽ giảm lượng muội đi từ 2÷3 lần.
- Đốt nhũ tương này tiết kiệm từ 3÷10% dầu FO.
Một số công ty ở CHLB Nga và ở Ucraina đã áp dụng công nghệ này cho hệ
thống đốt dầu FO của các lị cơng nghiệp. Theo họ thì mức tiết kiệm tối thiểu 4%
dầu FO.
Việc ứng dụng công nghệ đốt hỗn hợp nhũ tương dầu/nước ở nước ta hiện nay
chưa được triển khai rộng rãi, chỉ mang tính chất thí điểm. Cơng nghệ này có tiềm
năng tiết kiệm năng lượng song chưa có một báo cáo khoa học cụ thể nào chứng
minh cho mức tiết kiệm đạt được.
Tại Tp.HCM có 2 cơng ty cung cấp thiết bị tạo nhũ tương dầu/nước:
CÔNG TY TNHH GARAN
306 ĐÀO DUY ANH, QUẬN PHÚ NHUẬN
CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI VÀ DỊCH VỤ XUÂN PHONG
334/2A LÊ QUANG ĐỊNH, P11, QUẬN BÌNH THẠNH
Đến tháng 5/2006, Công ty Garan đã lắp đặt thành công 2 bộ thiết bị CHS-6 tại
2 nhà máy sản xuất gạch của Công ty gạch Đồng Tâm là Công ty TNHH gạch men
Thắng Lợi (Long An) và Công ty TNHH Đồng Tâm miền Trung (KCN Điện Ngọc
Quảng Nam). Theo biên bản nghiệm thu do 2 cơng ty lập và ký kết thì tỷ lệ tiết
kiệm dầu FO của 2 nhà máy lần lượt là 7,16% và 7,26%.
Cịn cơng ty Xn Phong thì đã lắp đặt thử nghiệm thiết bị KAP -15 cho Xí
nghiệp cơ điện thuộc Cơng ty 28. Theo kết quả khảo sát thì mức tiết kiệm nhiên liệu
7.03% dầu FO.
Từ các kết quả áp dụng thực tế ta thấy việc đốt nhũ tương dầu/nước sẽ làm
mức tiêu hao nhiên liệu giảm đi, tiết kiệm 5÷9% chi phí nhiên liệu cho hệ thống
cung cấp nhiệt.

6


Chương 2: Lý thuyết cháy nhiên liệu lỏng
2.1 Tổng quan nhiên liệu FO
Theo [20] thì nhiên liệu đốt lị (Fuel oil- FO) là sản phẩm chủ yếu của quá
trình chưng cất thu được từ phân đoạn sau khi phân đoạn gas oil khi chưng cất dầu
thô ở nhiệt độ lớn hơn 3500C.
Nhiên liệu đốt lò được phân loại như sau:
Loại FO nặng: có độ nhớt cao, loại nhiên liệu này chủ yếu dùng trong cơng
nghiệp.
Loại FO nhẹ: có chỉ số độ nhớt thấp, bao gồm cả các loại dầu giống như dầu
Diesel (DO), dầu hỏa (KO)…
Mỗi loại nhiên liệu đều có các thơng số đặc trưng riêng của nó. Theo [2], trình
bày một số các đặc tính chủ yếu:
Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần thiết để nâng 1kg dầu lên 10C. Gía trị của
nhiệt dung riêng của FO vào khoảng 0.22 ÷0.28 phụ thuộc vào khối lượng riêng của
dầu. Giá trị nhiệt dung riêng quyết định lượng hơi nóng hay lượng điện cần thiết để
gia nhiệt của dầu đến nhiệt độ mong muốn.
Khối lượng riêng
Là tỉ số khối lượng và thể tích của nhiên liệu ở 150C . Đơn vị là kg/m3
Độ nhớt
Độ nhớt của chất lỏng nói lên mức độ cản trở bên trong tới dịng chảy. Độ
nhớt phụ thuộc nhiệt độ, nó giảm khi nhiệt độ tăng. Trong kỹ thuật thường sử dụng
hệ số nhớt động học υ với đơn vị đo là Stokes, Centistoke. Đôi khi dùng Engler,
Saybolt, Redwood.
Độ nhớt là một trong những thông số quan trọng nhất trong việc lưu kho và
khi sử dụng nhiên liệu. Nó ảnh hưởng tới mức độ gia nhiệt cần thiết cho việc lưu trữ
cũng như việc tán sương khi sử dụng. Nếu nhiên liệu quá đặc, nó gây khó khăn cho

7


việc bơm, khó đốt cháy. Việc tán sương kém làm dễ hình thành muội than ở thành
hay béc đốt. Vì vậy đối với loại dầu này cần phải gia nhiệt để việc tán sương tốt.
Nhiệt trị
Nhiệt trị là lượng nhiệt hay năng lượng được tạo ra khi đốt cháy một đơn vị
nhiên liệu. Giá trị nhiệt tổng (GCV) với giả thiết tất cả các sản phẩm hóa hơi trong
suốt quá trình cháy thì được ngưng tụ hồn tồn. Giá trị nhiệt thực (NCV) giả thiết
hơi nước trong sản phẩm cháy không bị ngưng tụ. Các loại nhiên liệu khác nhau
được so sánh dựa trên giá trị nhiệt thực (NCV)
Điểm chớp cháy
Điểm chớp cháy của nhiên liệu là điểm có nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu
nhận nhiệt để hóa hơi và bắt lửa. Điểm chớp cháy của dầu FO vào khoảng 660C
Hàm lượng lưu huỳnh
Là lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu. Lượng lưu huỳnh có trong dầu FO
vào khoảng 2÷ 4%.
Hàm lượng tro
Độ tro liên quan tới các vật liệu vơ cơ có trong nhiên liệu. Hàm lượng tro
nằm trong khoảng 0.03-0.07 %.
Bảng 2.1: Tóm tắt một số thơng số dầu FO nặng [2] (theo tiêu chuẩn ASTM 396)
Loại dầu FO
Stt

Các chỉ tiêu dầu FO

FO No.04

FO No.05

FO No.06

01

Thành phần % Cacbon

86.1

85.55

85.7

02

Thành phần % Hydro

11.9

11.7

10.5

03

Thành phần % Luu huỳnh

0.4 ÷ 1.5

≤2

≤ 2.8

04

Thành phần % Oxy

0.48

0.7

0.92

05

Thành phần % Nitơ

0.48

0.7

0.92

06

Thành phần % tro

0.02

0.05

0.08

07

Nhiệt độ sơi, 0 C

08

Độ nhớt Centistokes, 100F

09
10

350 ÷ 700
15

50

360

Khối lượng riêng tương đối, 60/60F

0.9279

0.9529

0.9861

Nhiệt đốt cháy Btu/gallon

141000

146000

148000

8


2.2 Các phương trình phản ứng cháy nhiên liệu lỏng [14]
Quá trình cháy nhiên liệu là quá trình phản ứng hóa học giữa các nguyên tố
hóa học với Oxy và phát ra một lượng nhiệt lớn. Trong quá trình cháy đã xảy ra
những biến đổi hóa học rất phức tạp khơnng thể mơ tả bằng những phương trình hóa
học đơn giản được. Những phương trình hóa học thơng thường của riêng từng thành
phần cháy nhiên liệu chỉ thể hiện cân bằng vật chất của phản ứng chứ không thể
hiện cơ cấu xảy ra của q trình phản ứng cháy. Có rất nhiều chất có thể Oxy hóa
nhiên liệu. Song trong thực tế các quá trình cháy nhiên liệu người ta đều dùng Oxy
khơng khí. Các chất khí sinh ra trong phản ứng gọi là sản phẩm cháy hay khói.
Q trình cháy có thể xảy ra hồn tồn hay khơng hồn tồn. Trong q trình
cháy hồn tồn các chất cháy được của nhiên liệu đều được Oxy hóa hồn tồn, cịn
trong q trình cháy khơng hồn tồn có một số chất cháy của nhiên liệu chưa được
Oxy hóa hồn tồn. Trong sản phẩm cháy hồn tồn có các chất khí CO2, SO2, H2O
và N2, O2. Trong sản phẩm cháy khơng hồn tồn ngồi những chất khí kể trên cịn
có các chất khí cháy được nữa như CO, CH4, CmHn …
Khi tính nhiệt cần phải tiến hành xác định thể tích lượng khơng khí lý thuyết
cần thiết cho q trình cháy, thành phần và số lượng sản phẩm cháy. Những số liệu
này có thể xác định được một cách dễ dàng trên cơ sở các phương trình phản ứng
hóa học. Các phương trình lập nên tương ứng với 1kg nhiên liệu rắn, lỏng, hoặc 1m3
tc nhiên liệu khí.

Phương trình cháy hồn tồn Cacbon
C + O2 = CO2
Hay

12kg C

+ 32 kg O2 = 44kg CO2

Như vậy để cháy hoàn toàn về mặt lý thuyết thì cứ 1 kg Cacbon cần 2.67kg
Oxy tạo thành 3.67kg khí CO2.
Phương trình cháy Cacbon khơng hồn tồn
C + 1/2O2 = CO
Hay

12kg C

+ 16 kg O2 = 28kg CO2

Như vậy để cháy 1kg Cacbon phải cần 1.33 kg Oxy để tạo thành 2.33 kg CO.

9


Phương trình cháy hồn tồn của Hydro và Lưu huỳnh
H2 + 1/2O2 = H2O
Hay

2kg H2

+ 16 kg O2 = 18kg H2O

Như vậy để cháy hoàn toàn về mặt lý thuyết thì cứ 1 kg Hydro cần 8kg Oxy
tạo thành 9kg H2O.
Phương trình cháy hồn tồn của Lưu huỳnh
S + O2 = SO2
Hay

32kg S

+ 32 kg O2 = 64kg CO2

Để cháy hồn tồn về mặt lý thuyết thì cứ 1 kg Lưu huỳnh cần 1kg Oxy tạo
thành 2 kg khí SO2
2.3 Đặc điểm cháy nhiên liệu lỏng [13]
2.3.1 Phương thức cháy
Có 2 phương thức cháy nhiên liệu lỏng: phương thức bốc hơi để cháy và
phương thức phun sương.
Trong trường hợp bốc hơi để cháy, nhiên liệu lỏng đã được hóa khí và hỗn hợp
với khơng khí theo tỷ lệ nhất định, ví dụ động cơ xăng có lắp bộ chế hịa khí hoặc
tuabin khí có lắp ống chưng cất khí. Ngun lý cháy dầu trong trường hợp này hoàn
toàn giống nguyên lý cháy nhiên liệu khí, có thể dùng các tỷ lệ hỗn hợp khơng khí,
nhiên liệu để biểu thị các điều kiện bắt lửa, tắt lửa và các đặc tính truyền bá ngọn
lửa.
Trong trường hợp cháy nhiên liệu lỏng theo dạng phun sương, nhiên liệu lỏng
thường qua thiết bị phun sương để phun thành dịng các bụi dầu nhỏ (50÷ 200µm)
dưới dạng hình cơn. Xung quanh các hạt sương dầu có khơng khí. Khi dịng hạt dầu
ở trong buồng lửa được đốt nóng, hạt dầu sẽ bốc hơi vừa hỗn hợp vừa cháy. Vì
điểm sơi của dầu thấp hơn nhiệt độ bắt cháy do vậy khơng thể hình thành mặt cháy
ngay trên bề mặt hạt dầu mà phải cách bề mặt dịng dầu một khoảng cách nhất định
mới hình thành bề mặt ngọn lửa.

Trong cơng nghiệp, q trình cháy nhiên liệu lỏng chủ yếu là cháy dạng phun
sương.

10


2.3.2 Một số mơ hình vật lý về q trình cháy theo phun sương
Dựa vào các kết quả thực nghiệm người ta phân loại quá trình cháy theo phun
sương như sau:
2.3.2.1 Q tình cháy thể khí theo bốc hơi
Trong trường hợp này bụi sương rất bé, nhiệt độ môi trường xung quanh hạt
sương rất cao hoặc khoảng cách từ miệng phun tới mặt cháy rất dài, như vậy hạt dầu
khi vào vùng cháy đã dược bốc hơi hoàn toàn. Quá trình xảy ra ở thể khí mà khơng
có hiện tượng bốc hơi trong đó. Ngun lý cháy này hồn tồn giống ngun lý
cháy thể khí và khi đó kích thước hạt sương ảnh hưởng rất ít đến chiều dài ngọn lửa.

Hình 2.1:Mơ hình vật lý cháy hạt nhiên liệu trong dịng
dạng cháy thể khí theo bốc hơi
2.3.2.2 Q trình cháy khuếch tán chùm hạt sương
Trong trường hợp này, nhiệt độ xung quanh hạt sương thấp, đường kính hạt
sương lớn (hoặc tính năng bốc hơi của dầu kém) ở trong vùng cháy, xung quanh hạt
dầu hình thành một màng mặt lửa bao bọc, phía trong mặt cháy hình thành hơi dầu
và sản phẩm cháy, cịn phía ngồi mặt cháy là khơng khí và sản phẩm cháy. Hơi dầu
của các giọt sương được cung cấp cùng với Oxy khuếch tán và hỗn hợp lẫn nhau để
tiến hành quá trình cháy.
Cùng với sự dịch chuyển của hạt sương vào khu vực kiệt của các hạt trước và
như vậy sẽ hình thành phương thức truyền bá ngọn lửa theo kiểu “ cháy dạng hạt
tiếp sức”. Lúc đó ảnh hưởng yếu tố động lực học không lớn.

11

Hình2.2: Mơ hình vật lý cháy hạt nhiên liệu trong dịng
dạng cháy khuếch tán chùm hạt sương
2.3.2.3 Q trình cháy hỗn hợp có hóa khí một phần hạt dầu
Kích thước hạt được phun thành sương không giống nhau và không đồng đều.
Trong đó các hạt nhỏ dễ bốc hơi trước khi đi vào vùng cháy đả bốc hơi hồn tồn
hình thành ngọn lửa có hỗn hợp trước. Cịn các hạt dầu thơ khi đến vùng cháy chưa
bốc hơi dầu hồn tồn và do đó có thể sinh ra cháy theo dạng bốc hơi của các hạt
bé. Trong trường hợp này cả ba yếu tố bốc hơi, động lực học phản ứng và độ rối đều
ảnh hưởng đến phản ứng cháy.
Quá trình cháy nhiên liệu lỏng trong thực tế phức tạp hơn nhiều. đối với dầu
nặng, quá trình cháy càng phức tạp hơn, bởi vì ở nhiệt độ cao do thiếu Oxy sẽ xảy
ra hiện tượng phân hủy nhiệt tạo thành bồ hóng, thành phần này cháy giống như
chất rắn làm cho tổn thất cháy khơng hết về cơ khí tăng lên.
2.4 Lý thuyết đốt nhũ tương dầu/nước
2.4.1 Nhiên liệu nhũ tương dầu/nước
Kết cấu phân tử của nhiên liệu thường chứa mazút, nước, tạp chất, parafin. Khi
đó phần lớn các phân tử nhiên liệu ở dạng liên kết chuỗi dài. Qúa trình cháy được
bắt đầu từ các đầu của chuỗi mạch lớn. Quá trình cháy sẽ bị cản chậm lại khi gặp
phải phân tử nước, parafin và lưu huỳnh, dẫn tới làm chậm q trình cháy nhiên
liệu, nhiên liệu sẽ khơng cháy hết, khí thải có chứa nhiều chất độc.
Thơng thường dầu được đốt bởi các loại béc đốt khác nhau và nguyên nhân
chủ yếu làm giảm hiệu quả sử dụng nhiệt năng từ việc đốt nhiên liệu lỏng là do sự
cháy khơng hồn tồn. Tổn thất nhiên liệu lỏng do cháy khơng hồn tồn vào có thể

12