Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit trong buồng đốt than phun

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CHIẾN THẮNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY ANTRAXIT VIỆT NAM TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CHIẾN THẮNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY ANTRAXIT VIỆT NAM TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 62520115 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TRẦN GIA MỸ 2. NGUYỄN SĨ MÃO Hà Nội, 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa có ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017 TM. Tập thể hướng dẫn khoa học Tác giả luận án PGS. TRẦN GIA MỸ NGUYỄN CHIẾN THẮNG ii LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ với đề tài: “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện” đã được hoàn thành trong thời gian từ tháng 10 năm 2009 đến tháng 7 năm 2016 tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh, đặc biệt là tập thể giáo viên hướng dẫn: PGS.

Trần Gia Mỹ, GS. Nguyễn Sĩ Mão và các Thầy giáo, Cô giáo trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin cảm ơn PGS. Trương Duy Nghĩa, Chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước KC.25/11-15 đã tạo điều kiện cho tác giả tham gia thực hiện, sử dụng số liệu, kết quả nghiên cứu của đề tài cũng như giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện đề tài, viết luận án.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Năng lượng, các đồng nghiệp trong Trung tâm tư vấn Nhiệt điện & Điện Hạt nhân, Viện Năng lượng, Bộ Công Thương đã tạo mọi điều kiện thời gian, giúp đỡ, động viên để tôi có thể hoàn thành được luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Hội Khoa học kỹ thuật Nhiệt Việt Nam, công ty Cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình, nhóm thực hiện chuyên đề mô phỏng CFD, nhóm hiệu chỉnh lò hơi - Trung tâm thí nghiệm điện, công ty ETRC, xưởng Thiết bị áp lực - Viện Khoa học & Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã tạo mọi điều kiện để tác giả được tham gia, tiếp cận, thu thập số liệu thực tế cũng như tiến hành chế tạo, vận hành, thí nghiệm, đo đạc các thông số cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình và người thân đã khuyến khích, động viên và là chỗ dựa tinh thần cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017 Tác giả luận án NGUYỄN CHIẾN THẮNG iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. viii Danh mục các bảng. xiii Danh mục các hình vẽ, đồ thị. xv MỞ ĐẦU.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu. Điểm mới của luận án. Bố cục của luận án. TỔNG QUAN VỀ CHÁY THAN TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.

Vai trò của các NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng. Vai trò nhiệt điện than trong sản xuất điện thế giới. Vai trò nhiệt điện than ở Việt Nam. Khả năng cung ứng than cho sản xuất điện.

Công nghệ đốt than antraxit trong NMNĐ ở Việt Nam. Lò hơi đốt than phun (Pulverized Coal - PC). Lò hơi đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed - CFB). Nghiên cứu cháy antraxit trong buồng lửa than phun.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy antraxit. Nhiệt lượng bắt cháy. Lưu lượng và tốc độ gió cấp 1. Nhiệt độ gió nóng và nhiệt độ khói vùng bắt lửa.

Độ mịn của bột than. Nhiệt độ bắt cháy của dòng bột than. Nồng độ dòng bột than. Trường khí động trong buồng lửa.

Nghiên cứu ảnh hưởng của vòi đốt và cấu trúc buồng đốt. Vòi phun đốt than bột và cách bố trí trên buồng đốt. Buồng đốt ngọn lửa hình W. Tổng quan các kết quả nghiên cứu về cháy than antraxit.

Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam. Nghiên cứu trên mô hình mô phỏng CFD. Tình hình nghiên cứu quá trình cháy than trên phần mềm mô phỏng trên thế giới 33 1.

Tình hình nghiên cứu quá trình cháy than trên phần mềm mô phỏng tại Việt Nam34 1. Luận cứ về nội dung nghiên cứu của luận án. Kết luận chƣơng 1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DÒNG THAN PHUN ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY.

Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo. Cơ sở lựa chọn và thiết kế mô hình. Kết quả thiết kế mô hình.

Thử nghiệm hiệu chỉnh mô hình. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy. Các chế độ và phương pháp thử nghiệm. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm.

Phương pháp thu thập số liệu thực nghiệm. Xử lý số liệu. Kết quả thực nghiệm trên mô hình. Kết quả hiệu chỉnh mô hình.

Kết quả thí nghiệm chế độ. Kết luận chƣơng 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG CHẤT BỐC ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY TRONG LÕ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy trên mô hình mô phỏng.

Lựa chọn và thiết lập mô hình. Lựa chọn mô hình và miền tính toán. Các phương trình mô phỏng bằng phương pháp số CFD .3 Thiết lập mô hình toán học và mô phỏng số lò hơi. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến hiệu suất cháy trên mô hình mô phỏng số.

Dữ liệu đầu vào và điều kiện biên .2 Kết quả nghiên cứu hiệu chỉnh mô hình. Mô hình học của bài toán. Chia lưới mô hình. Các bước tính toán mô hình.

Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy trên lò hơi thực tế. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo. Phương pháp tiến hành thực nghiệm. Nội dung thí nghiệm.

Phương pháp thí nghiệm. Phương pháp xử lý số liệu. Kết quả thực nghiệm. Năng lực thiết bị của lò hơi.

Thí nghiệm đốt than nội địa. Thí nghiệm xác định chế độ cháy tối ưu. Thí nghiệm cơ bản và cân bằng. Thí nghiệm đốt than trộn.

Đánh giá quá trình và kết quả sơ bộ. Thí nghiệm hệ số không khí thừa tối ưu. Thí nghiệm cân bằng. 80 vi Thí nghiệm than trộn 5%.

80 Thí nghiệm than trộn 10%. 82 Thí nghiệm than trộn 15%. 83 Thí nghiệm than trộn 20%. 84 Thí nghiệm than trộn 30%.

Kết luận chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của nồng độ dòng than phun đến hiệu suất cháy. Ảnh hưởng của tốc độ và nồng độ than/gió cấp 1.

Ảnh hưởng của tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và hệ số không khí thừa. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất bốc đến hiệu suất cháy trong lò hơi nhà máy nhiệt điện. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm trên lò hơi thực tế. Nồng độ dòng bột than.

Tốc độ gió cấp 1. Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 và tổng lượng gió cấp vào lò. Hệ số không khí thừa. Kết quả nghiên cứu mô phỏng số CFD ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc đến quá trình và hiệu suất cháy.

Giai đoạn trước khi thí nghiệm thực tế. Trường nhiệt độ trong buồng đốt. Trường hợp sử dụng than antraxit nội địa. Trường hợp sử dụng than trộn với các tỷ lệ khác nhau.

Trường tốc độ. Than antraxit nội địa. Trường hợp sử dụng than trộn. Hiệu suất cháy.

Giai đoạn sau thí nghiệm thực tế. Sự phân bố trường nhiệt độ. Sự phân bố trường tốc độ. Hiệu suất cháy.

Phân tích so sánh kết quả. Đề xuất giải pháp. Kết luận chƣơng 4. 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

126 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN. 127 MỘT SỐ KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

129 PHỤ LỤC A: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM PHỤ LỤC 1. Bản tính thiết kế mô hình PHỤ LỤC 2. Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên mô hình thực nghiệm PHỤ LỤC 3. Kết quả phân tích mẫu than thí nghiệm PHỤ LỤC B: THÍ NGHIỆM ĐỐT THAN TRỘN PHỤ LỤC 1.

Nhiên liệu dùng trong thí nghiệm PHỤ LỤC 2. Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh Bình PHỤ LỤC 3. Điều kiện đầu vào và điều kiện biên cho mô phỏng CFD sau thí nghiệm trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh Bình viii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Chữ viết tắt A Độ tro trong than % a Độ đen a Hệ số thực nghiệm B Lượng tiêu hao than kg/h B Khối lượng than cấp vào mô hình kg Btt Tiêu hao than đốt lò t/h b Chiều rộng miệng phun m b Lượng than bột qua 1 vòi kg/s btc Suất tiêu hao than tiêu chuẩn kg/kg C Các bon % C Nhiệt dung riêng kJ/kg.K Cp1 Nhiệt dung riêng của khói kJ/kg.K Cp2 Nhiệt dung riêng của nước kJ/kg.