Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu và mô phỏng quá trình cháy trong buồng đốt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ──────── * ─────── ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG BUỒNG ĐỐT Sinh viên thực hiện : HOÀNG TIẾN ĐẠT TRẦN VIẾT VŨ Lớp : KSCLC – CƠ KHÍ HÀNG KHÔNG – K55 Giáo viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN PHÚ KHÁNH TS. HOÀNG THỊ KIM DUNG HÀ NỘI 01-2015 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1. Thông tin về sinh viên Họ và tên sinh viên: Hoàng Tiến Đạt Điện thoại liên lạc: 090 212 2130 Email: tiendat92.hoang@gmail.com Họ và tên sinh viên: Trần Viết Vũ Điện thoại liên lạc: 01234 767 444 Email: vietvu.pfiev@gmail.com Lớp: KSCLC - Cơ khí Hàng không K55 Hệ đào tạo: Chính quy Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Hàng không và Vũ trụ, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Thời gian làm ĐAMH: Ngày giao nhiệm vụ: 19 / 08 / 2014 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10 / 01 / 2015 2. Mục đích nội dung của ĐAMH - Mô phỏng quá trình cháy của than trong lò hơi nhà máy nhiệt điện. - Mô phỏng sự hình thành các khí thải trong quá trình cháy. 3. Các nhiệm vụ cụ thể của ĐAMH - Tìm hiểu tổng quan về lò hơi nhà máy nhiệt điện. - Tìm hiểu lý thuyết về than, quá trình cháy của than và sự hình thành các khí thải. - Mô phỏng cháy than trong lò hơi, đưa ra các kết quả về phân bố nhiệt độ cháy, vận tốc dòng hỗn hợp, nồng độ các khí thải. - So sánh các kết quả thu được khi thay đổi điều kiện than đầu vào. 4. Lời cam đoan của sinh viên: Chúng tôi – Hoàng Tiến Đạt và Trần Viết Vũ - cam kết ĐAMH là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Phú Khánh và TS. Hoàng Thị Kim Dung. Các kết quả nêu trong ĐAMH là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2015 Tác giả ĐAMH Hoàng Tiến Đạt, Trần Viết Vũ 5. Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành của ĐAMH và cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày….tháng….năm 2015 Giáo viên hướng dẫn TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC Lò hơi đốt than nhà máy nhiệt điện là một bộ phận quan trọng trong nhà máy nhiệt điện với chức năng chính là chuyển hóa nhiệt năng từ quá trình đốt cháy than thành dạng nhiệt năng và động năng của hơi nước để làm quay máy phát điện. Quá trình cháy của hạt than bên trong lò hơi là quá trình cháy không đồng thể, phức tạp gồm 3 giai đoạn chính: Bốc hơi, cháy chất bốc, và cháy hạt cốc. Tốc độ của các phản ứng cháy bị chi phối bởi tốc độ khuếch tán oxi tới bề mặt hạt và tốc độ cháy bề mặt hạt. Nghiên cứu này sử dụng phần mềm ANSYS CFX 14.5 là công cụ mô phỏng quá trình cháy của than trong lò hơi, từ đó phân tích các kết quả về phân bố nhiệt độ, vận tốc, khí thải thu được để làm rõ những đặc điểm của quá trình cháy. Tiếp đến là xem xét những thay đổi trong quá trình cháy khi thay đổi thông số than đầu vào. ABSTRACT OF THESIS A pulverized coal-fired power plant boiler is an industrial boiler that generates thermal energy by burning pulverized coal that is blown into the firebox. The combustion of coal particles is a heterogeneous combustion process, including 3 stages: Devolatilization, combustion of volatiles, char combustion. Rate of reactions is controlled by the diffusion rate of oxygen to particle surface and the surface reaction rate. ANSYS CFX 14.5 is a powerful simulation tool that is used in this study. The results received from CFX including temperature, velocity and NO x distributions, would be analyzed in order to carry out characteristics of the coal combustion process. Three cases of study with three different coal analysis data would be considered to evaluate changes in the distributions. M ỤC LỤC Lời mở đầu: Trang CHƯ ƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.1.1. Vấn đề của ngành nhiệt điện than ở nước ta hiện nay 1 1.1.2. Sơ lược về lò hơi nhà máy nhiện điện 1 1.2. NGHIÊN CỨU CHÁY THAN TRONG LÒ HƠI 2 1.2.1. Các nghiên cứu trước đây và nhu cầu nghiên cứu hiện nay 2 1.2.2. Nghiên cứu cháy than trong lò hơi ứng dụng mô phỏng số 3 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. THAN VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA THAN 4 2.1.1. Than là gì? 4 2.1.2. Các tính chất của than 4 2.2. SỰ CHÁY CỦA THAN 7 2.2.1. Giai đoạn I: Bốc hơi chất bốc 7 2.2.2. Giai đoạn II: Cháy chất bốc 9 2.2.3. Giai đoạn III: Cháy hạt cốc 10 2.3. SỰ HÌNH THÀNH KHÍ THẢI 13 2.3.1. Ảnh hưởng môi trường của các khí thải 13 2.3.2. Sự hình thành và suy giảm NO x 15 CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH HÓA BÀI TOÁN 20 3.1. QUY TRÌNH MÔ PHỎNG SỐ BÀI TOÁN CHÁY THAN 20 3.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN 21 3.2.1. Xây dựng mô hình hình học 21 3.2.2. Chia lưới mô hình 22 3.2.3. Thiết lập điều kiện bài toán trong ANSYS CFX 22 3.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 26 3.3.1. Phân bố nhiệt độ với trường hợp than Hòn Gai 28 3.3.2. Phân bố vận tốc 31 3.3.3. Phân bố các sản phẩm cháy (khí thải) 33 3.3.4. So sánh kết quả với hai trường hợp than nhập khẩu và than trộn 36 CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG 39 4.1. KẾT LUẬN 39 4.2. ĐỊNH HƯỚNG 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 DANH MỤC HÌNH, BẢNG, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ một lò hơi nhà máy nhiệt điện điển hình. 1 Hình 2.1: Mô hình Kobayashi. 8 Hình 2.2: Cơ chế của mô hình lớp biên ổn định, trong đó oxi và cacbon monoxit khuếch tán tới hạt mà không có phản ứng hóa học. 10 Hình 2.3: Cơ chế mô hình màng kép của quá trình cháy hạt cacbon. 11 Hình 2.4: Các chế độ cháy ứng với nhiệt độ và kích thước hạt than khác nhau. 12 Hình 2.5: Cấu trúc các oxit nitơ. 14 Hình 2.6: Cấu trúc các oxit lưu huỳnh. 14 Hình 2.7: Sự hình thành và cấu trúc muội than. 15 Hình 3.1: Quy trình mô phỏng một bài toán CFD. 20 Hình 3.2: Phạm vi của lò hơi cần mô hình hóa. 21 Hình 3.3: Kích thước mô hình lò hơi theo tỉ lệ 1:1. 21 Hình 3.4: Chia lưới Hex Dominant và các chỉ số chất lượng lưới 22 Hình 3.5: Thiết lập các thông số cho phản ứng bốc hơi chất bốc 24 Hình 3.6: Thiết lập các thông số cho phản ứng cháy chất bốc 24 Hình 3.7: Các giá trị thiết lập cho tốc độ cháy bề mặt và tốc độ khuếch tán khí oxi 25 Hình 3.8: Hướng phun khí và than tại các miệng vòi phun. 25 Hình 3.9: Vị trí ra của dòng hỗn hợp sau cháy. 26 Hình 3.10: Đồ thị hội tụ lời giải các phương trình của bài toán. 27 Hình 3.11: Hệ tọa độ sử dụng trong phân tích kết quả. 27 Hình 3.12: Vùng buồng đốt giới hạn bởi hai mặt cắt Z = 3 m và Z = 15 m la khu vực cần quan tâm nhất 28 Hình 3.13: Phân bố nhiệt độ tại mặt cắt giữa lò (Y=3.95 m). 28 Hình 3.14: Phân bố nhiệt độ tại các mặt cắt trong vùng buồng đốt. 29 Hình 3.15: Quỹ đạo chuyển động của các hạt than bên trong lò. 30 Hình 3.16: Đường dòng vận tốc của dòng khí trong lò và tại mặt cắt Z = 8 m. 31 Hình 3.17: Phân bố vận tốc góc của dòng khí tại 3 mặt cắt qua vị trí các vòi phun. 31 Hình 3.18: Phân bố vận tốc theo phương Z tại 4 mặt cắt. 31 Hình 3.19: Phân bố nồng độ khí CO2 tại mặt cắt giữa lò. 33 Hình 3.20: Phân bố nồng độ mol khí CO2 tại các mặt cắt. 33 Hình 3.21: Nồng độ mol NO tại mặt cắt giữa lò (hình a) và mặt cắt đầu ra (hình b) 34 Hình 3.22: Phân bố nhiệt độ và nồng độ NO. 34 Hình 3.23: Phân bố Nồng độ mol NO tại các mặt cắt trong vùng buồng đốt. 35 Hình 3.24: Phân bố nhiệt độ tại mặt cắt giữa lò của 3 trường hợp than. 37 Hình 3.25: Phân bố nhiệt độ tại mặt cắt Z = 8 m của 3 trường hợp than. 37 Bảng 2.1: Hàm lượng các thành phần trong than Hòn Gai. 5 Bảng 2.2: Nhiệt lượng cháy của một số hiđrocacbon, xem Eugene S. Domanski [2]. 9 Bảng 3.1: Thành phần cấu tạo của ba loại than: than Hòn Gai, than nhập khẩu và than trộn 23 Bảng 3.2: Nhiệt độ trung bình tại các mặt cắt ngang của ba trường hợp than. 38 Đồ thị 3.1: Nhiệt độ trung bình tại các mặt cắt ngang. 30 Đồ thị 3.2: Phân bố vận tốc góc tại các mặt cắt. 32 Đồ thị 3.3: Nồng độ NO trung bình tại các mặt cắt ngang. 36 Đồ thị 3.4: Nhiệt độ trung bình trong vùng buồng đốt của ba trường hợp than. 38 LỜI MỞ ĐẦU Trong giai đoạn công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước hiện nay, ngành năng lượng ngày càng chiếm một vai trò quan trọng. Các nhà máy sản xuất điện đang được xây dựng khắp nơi trên mọi miền của Tổ quốc để đáp ứng cho nhu cầu phát triển hiện nay và trong vài năm tới. Chúng ta hiện đang có các nhà máy thủy điện, nhiệt điện than và nhiệt điện khí, với tổng sản lượng điện hằng năm đạt hàng trăm tỉ kilôoat-giờ (kWh) điện nhưng vẫn chưa đủ cung cấp cho nhu cầu trong nước, đặc biệt là những tháng cao điểm mùa hè. Nhà nước đã đầu tư xây dựng hai nhà máy điện nguyên tử đầu tiên tại Ninh Thuận nhưng các dự án này còn phải chờ tới năm 2020 mới có thể hoàn thành và đi vào sản xuất. Do vậy, trong vài năm tới, để đủ điện sử dụng, nước ta sẽ phải xây thêm nhiều nhà máy điện mới, mà trong số đó, các nhà máy nhiệt điện than sẽ chiếm đa số. Nước ta có nguồn tài nguyên than ở mức độ trung bình và lượng khai thác được hàng năm đáp ứng đủ cho nhu cầu trong nước. Tuy nhiên hiện nay ta đang phải nhập khẩu than do chất lượng nguồn than nội bị giảm sút. Điều này gây ra sự lãng phí lớn cho đất nước khi không thể sử dụng hiệu quả được nguồn tài nguyên sẵn có. Nhận thấy sự lãng phí này có thể được hạn chế, những trí thức trong nước đang ngày đêm nghiên cứu tìm ra giải pháp cho bài toán than nội địa. Chúng tôi, Hoàng Tiến Đạt và Trần Viết Vũ, thấy rằng bản thân mình cũng có thể tham gia đóng góp vào công việc cần thiết này. Do vậy chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu về cháy than, với mong muốn những kết quả thu được sẽ có những giá trị nhất định cho công cuộc nghiên cứu. Trong thời gian t hực hiện đề tài, chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của TS. Nguyễn Phú Khánh và TS. Hoàng Thị Kim Dung cùng những nhân viên thuộc Viện Nghiên cứu Quốc tế về Khoa học và Kĩ thuật Tính toán, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thành đề tài này. Hà Nội, 01/2015 Hoàng Tiến Đạt và Trần Viết Vũ CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIỆT ĐIỆN THAN 1.1.1. Vấn đề của ngành nhiệt điện than ở nước ta hiện nay Ngành năng lượng ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ do nhu cầu năng lượng của đất nước trong giai đoạn công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang tăng mạnh. Trong cơ cấu các nguồn cung năng lượng thì nhiệt điện được định hướng sẽ là nguồn cung chủ yếu cho toàn bộ đất nước, trong đó nhiệt điện than chiếm đa số. Hiện nay nhiệt điện than đang chiếm khoảng 17% tổng công suất cung cấp điện của cả nước (số liệu năm 2012). Dự kiến tới năm 2020, con số này sẽ tăng lên 48% và 51.6% vào năm 2030. Với nhu cầu rất lớn điện năng cần thiết cho giai đoạn sắp tới, lượng than dự kiến cần thiết cho nhiệt điện cũng rất lớn. Tuy nhiên lượng than khai thác được hiện nay chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ và nước ta đang phải nhập khẩu than từ nước ngoài. Các bể than lớn như bể than Quảng Ninh đã khai thác từ lâu và mức khai thác hiện đã đạt tới hạn cho phép. Chất lượng than cũng không còn tốt như trước, hàm lượng than kém chất lượng tăng lên, không đáp ứng được tiêu chuẩn sử dụng. Vấn đề đặt ra hiện nay là cần tận dụng được nguồn than kém chất lượng trong nước, hạn chế nhập khẩu than nước ngoài có giá thành cao. Đây là một công việc quan trọng đang được tập trung nghiên cứu vì nếu thực hiện thành công sẽ giúp tiết kiệm lớn cho đất nước. 1.1.2. Sơ lược về lò hơi nhà máy nhiện điện Hình 1.1: Sơ đồ một lò hơi nhà máy nhiệt điện điển hình. 1 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Lò hơi (boiler) nhà máy nhiệt điện là một bộ phận quan trọng của nhà máy nhiệt điện, có chức năng chính là chuyển hóa năng lượng cháy của nhiên liệu thành nhiệt năng và động năng của hơi nước (steam) để làm quay tuabin phát điện. Lò hơi thường có dạng hình học giống chữ Π, với chiều cao lớn, mỗi nhánh có dạng trụ vuông. Hình 1.1 mô tả một sơ đồ lò hơi điển hình. Về cấu tạo, bên trong lò hơi là hệ thống các dàn ống trao đổi nhiệt nằm trên đỉnh lò, nhánh bên phải lò và dọc trên thành nhánh, có tác dụng lấy nhiệt từ hỗn hợp cháy làm bốc hơi nước (đun sôi) và chuyển hóa thành nhiệt năng của hơi nước. Hơi nước sau khi đã tích đủ lượng nhiệt cần thiết (hơi nước nhiệt độ cao) sẽ được đưa tới tuabin phát điện. Sau khi đã trao đổi năng lượng với tuabin, lượng hơi nước còn lại (hơi nước nhiệt độ thấp) sẽ được đưa trở lại buồng đốt để tiếp tục lấy nhiệt, tạo thành một chu trình khép kín. Nhánh bên trái là khu vực buồng đốt. Trên thành buồng đốt có các cụm vòi phun để đưa nhiên liệu và không khí vào lò, ở đây ta quan tâm tới nhiên liệu là than. Tùy theo cách bố trí mà các cụm vòi phun có thể nằm tại 4 góc hoặc nằm trên các thành. Trên mỗi cụm vòi phun gồm nhiều miệng phun, để phun hỗn hợp than – khí và đưa không khí vào lò để đảm bảo điều kiện cháy. Về nhiên liệu than, đây là loại nhiên liệu được dùng chủ yếu trong nhiệt điện. Để tăng hiệu quả cháy, than được nghiền nhỏ thành dạng bột trước khi đưa vào lò, kích thước hạt than sau nghiền cỡ 10 -4 – 10 -5 m. Người ta đưa than vào lò bằng cách phun khí có trộn lẫn bột than ở vận tốc cỡ 10 – 20 m/s. Hỗn hợp than và khí được làm nóng tới nhiệt độ 200 – 300 o C trước khi phun, giúp than bắt cháy nhanh và tốt hơn. 1.2. NGHIÊN CỨU CHÁY THAN TRONG LÒ HƠI 1.2.1. Các nghiên cứu trước đây và nhu cầu nghiên cứu hiện nay Nhu cầu cải tiến lò hơi nhằm nâng cao hiệu suất lò đặt ra vào năm 1991 đối với Nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình do hiệu suất các lò hơi của nhà máy thấp vì chất lượng than không tốt. Đề tài cải tiến được đưa ra, có sự tham gia nghiên cứu của Khoa Nhiệt – Lạnh, nay là Viện Công nghệ Nhiệt – Lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Bộ Năng lượng trước đây, nay là Bộ Công Thương. Nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm đã tìm ra rằng than dùng trong lò hơi có hàm lượng chất bốc thấp làm giảm hiệu suất cháy của than, và thay đổi chế độ phun có thể giúp cải thiện điều này. Căn cứ vào các kết quả thu được, Nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình đã hợp tác với tập đoàn Mitsubishi Nhật Bản thay thế các cụm vòi phun cũ bằng cụm vòi mới đã được cải tiến, nhờ đó đã nâng cao hiệu suất đốt của lò lên hơn 5%. Hiện nay chất lượng nguồn than tiếp tục giảm do các mỏ than đã khai thác từ lâu, nước ta đang phải nhập khẩu than từ nước ngoài để đáp ứng nhu cầu trong nước. Do đó nghiên cứu tận dụng tối đa nguồn than trong nước để hạn chế phải nhập than nước ngoài là việc làm cần thiết nhằm tiết kiệm cho đất nước. Một giải pháp được 2 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ đặt ra là trộn lẫn than chất lượng thấp trong nước với loại than nhập khẩu phù hợp, với một tỉ lệ thích hợp để sử dụng cho lò hơi. Vấn đề là chọn loại than nước ngoài nào và trộn với tỉ lệ bao nhiêu thì sẽ cho hiệu quả tốt nhất? Đây chính là hướng chính cần nghiên cứu. Nhưng hiện nay khó áp dụng phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm như trước đây do chi phí thực hiện tốn kém. Trước đây để phục vụ việc nghiên cứu Nhà máy Nhiệt điện Ninh Bình phải dừng sản xuất điện cả một lò hơi. Ở Việt Nam hiện cũng chưa có mô hình lò hơi thu nhỏ dùng để nghiên cứu, chưa kể tới các thiết bị đi kèm cũng như lượng than cần sử dụng cho thử nghiệm cũng rất tốn kém. Tuy nhiên có một hướng đi mới cho nghiên cứu cháy than đó chính là sử dụng công cụ mô phỏng số. Hướng nghiên cứu này trên thế giới đã khá phổ biến tuy nhiên ở Việt Nam đây là một điều hoàn toàn mới. 1.2.2. Nghiên cứu cháy than trong lò hơi ứng dụng mô phỏng số Mô phỏng số là một công cụ đang được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành khoa học hiện nay do các ưu điểm mạnh mẽ của nó so với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm truyền thống. Trên thế giới, ứng dụng mô phỏng số trong nghiên cứu cháy than đã có từ lâu, với các công cụ phổ biến như MATLAB, ANSYS FLUENT, ANSYS CFX. Tuy nhiên ở Việt Nam, mô phỏng số nói chung còn chưa phổ biến, đặc biệt ứng dụng mô phỏng số trong nghiên cứu cháy than thì chưa từng được thực hiện trước đây. Do vậy đề tài: “ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY THAN TRONG LÒ HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN” hy vọng sẽ là nghiên cứu tiên phong mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu cháy than ở nước ta. Trong nghiên cứu này sử dụng phần mềm ANSYS CFX 14.5, là một công cụ mô phỏng số rất mạnh hiện nay. Quy trình mô phỏng một bài toán gồm các bước sau: - Xây dựng mô hình hình học của bài toán. - Chia lưới mô hình. - Thiết lập các điều kiện của bài toán và chạy giải. - Xử lý và phân tích kết quả mô phỏng. 3 [...]... rắn này 2.3.2 Sự hình thành và suy giảm NOx Hầu hết các nghiên cứu thực nghiệm và lí thuyết đều tập trung vào sự hình thành NO, đây là sản phẩm NOx chính trong quá trình cháy Ngoài ra một số ít nghiên cứu mới đây quan tâm đến NO2 và N2O, đặc biệt với các phẳn ứng cháy ở điều kiện áp suất cao [1] Với quá trình cháy ở cấp độ phân tử trong ngọn lửa, sự hình thành NOx do 4 quá trình động học: - Hình thành... và 6 được gọi là bước hậu xử lý Do đó ta có thể tóm gọn lại quy trình trên thành 3 bước là: Tiền xử lý, xử lý (giải) và hậu xử lý Hình 3.1 mô tả quy trình mô phỏng một bài toán CFD Tiền xử lý Xử lý Hậu xử lý Mô hình hình học Hình ảnh phân bố Lưới Đồ thị, bảng số Điều kiện biên Hình 3.1: Quy trình mô phỏng một bài toán CFD Trong bài toán cháy than đối tượng cần quan tâm là quá trình cháy của than và. .. TOÁN CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA BÀI TOÁN 3.1 QUY TRÌNH MÔ PHỎNG SỐ BÀI TOÁN CHÁY THAN Bài toán cháy than có quy trình mô phỏng giống như quy trình của một bài toán động lực học chất lỏng (Computational Fluid Dynamics – CFD) thông thường, bao gồm 6 bước cơ bản sau: 1- Xác định đối tượng và mục đích mô phỏng 2- Xác định trên đối tượng mô phỏng phạm vi, miền tính toán cần quan tâm Từ đó xây dựng mô hình hình... thoát ra khỏi than và bốc cháy trong giai đoạn đầu của quá trình cháy khi hạt than bị nung nóng Chính sự cháy của chất bốc tạo ra nhiệt độ cao để khởi động quá trình cháy của cốc, là hạt còn lại sau quá trình bốc hơi chất bốc, thành phần gồm cacbon cố dịnh và xỉ Hàm lượng chất bốc trong than có một vai trò quan trọng, tác động trực tiếp tới sự hình thành và sự ổn định của ngọn lửa cháy - Độ ẩm (moisture):... phản ứng của quá trình này có thể được viết như sau: t → Than Cốc + Chất bốc o (2.2) Quá trình bốc hơi chất bốc là quá trình thoát ra của thành phần chất bốc khi than bị đốt nóng Đây là một đặc điểm quan trọng của quá trình cháy của than Chất bốc ở dạng khí cháy nhanh hơn nhiều so với hạt cốc còn lại và do đó nó có vai trò quan trọng tạo ra sự khởi đầu và ổn định ngọn lửa, và quan trọng trong hình... hóa học của nó phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ nóng lên của hạt than; kích thước hạt và cấu trúc hóa học của than, trong đó tốc độ làm nóng hạt có ảnh hưởng mạnh nhất Với tầm quan trọng của quá trình bốc hơi tới sự cháy của hạt rắn và tính phức tạp của các quá trình vật lý và hóa học khi bốc hơi, nhiều mô hình đã được phát triển để mô tả tốc độ bốc hơi của chất bốc từ than Các mô hình đơn giản nhất dùng... 4 và B = 0.5 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Từ đó tốc độ xảy ra của toàn bộ quá trình đối với chất I sẽ là: K ′′ ′ = WI ∑ (vkI − vkI ) Rk SI (2.10) k =1 2.2.3 Giai đoạn III: Cháy hạt cốc Sau khi trải qua 2 giai đoạn trên, hạt còn lại lúc này là hạt cốc với thành phần gồm cacbon cố định và xỉ, trong đó thành phần xỉ không tham gia vào quá trình cháy Sự cháy hạt cốc là một quá trình phức tạp, phụ thuộc vào... II – Chế độ II: Trong vùng II tốc độ cháy được quyết định bởi tổ hợp của các hiệu ứng khuếch tán oxi (cả vào bên trong và xung quanh hạt) và tốc độ độ cháy bề mặt Đây là chế độ thường diễn ra trong các quá trình cháy than Sự cháy ở vùng II diễn ra với sự xâm nhập một phần của khí oxi, kết quả là sự thay đổi đồng thời của đường kính và khối lượng riêng của hạt khí các lỗ gần bề mặt hạt và mặt ngoài hạt... ứng cháy chất bốc - Phản ứng cháy của cốc: Phản ứng cháy của cốc là một quá trình phức tạp nhiều giai đoạn như đã được xét tới trong cơ sở lý thuyết về quá trình cháy Ta thấy rằng nếu lượng oxi đủ lớn (dư) giống như điều kiện cháy trong lò đốt than, sản phẩm sau cùng chỉ là CO2 Vậy để đơn giản bài toán ta coi phản ứng cháy cốc xảy ra như sau: t C + O2 CO2 → o (H = −394 kJ/mol) (3.3) Tốc độ cháy. .. tán của khí O2, do vậy tốc độ của quá trình cháy phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán khí O2 tới vùng khí hiđrocacbon Từ giả thiết này, ta có thể sử dụng mô hình xoáy – phân tán (Eddy – Dissipation Model) để mô hình hóa quá trình cháy chất bốc Theo mô hình này, tốc độ phản ứng thực của chất I trong phản ứng thứ k, Rk, trong chuỗi phản ứng là biểu thức có giá trị nhỏ hơn trong hai biểu thức dưới đây: [I . nhiện điện 1 1.2. NGHIÊN CỨU CHÁY THAN TRONG LÒ HƠI 2 1.2.1. Các nghiên cứu trước đây và nhu cầu nghiên cứu hiện nay 2 1.2.2. Nghiên cứu cháy than trong lò hơi ứng dụng mô phỏng số 3 CHƯƠNG. Nam, mô phỏng số nói chung còn chưa phổ biến, đặc biệt ứng dụng mô phỏng số trong nghiên cứu cháy than thì chưa từng được thực hiện trước đây. Do vậy đề tài: “ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ NGHIÊN CỨU QUÁ. ĐỘNG LỰC ──────── * ─────── ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG BUỒNG ĐỐT Sinh viên thực hiện : HOÀNG TIẾN ĐẠT TRẦN