Ging viên : Nguyễn Văn Phúc
Bộ môn Kỹ thuật lạnh
Đại học Nha Trang
CÁC NỘI DUNG CƠ BẢN
Chương 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ BUỒNG LỬA
1.1. Cháy - hình thức biến đổi năng lượng đầu tiên
1982: 8410.106 tấn NLTC, gồm: 32% Than;
1,5%Nguyên tử; 42,2% Dầu mỏ; 2,4% Thủy điện
và khác , 21,9% Khí đốt
Hi
ệ
n nay kho
ả
ng 90% ngu
ồ
n cung c
ấ
p n
ă
ng l
ượ
ng
đề
u d
ự
a
trên quá trình cháy.
Hiệu quả sử dụng: 20%
1.2. Buồng lửa
Bu
ồ

ng l
ử
a: là không gian b
ị
gi
ớ
i h
ạ
n trong
đ
ó x
ả
y ra quá trình
cháy, nó là m
ộ
t thi
ế
t b
ị
bi
ế
n
đổ
i n
ă
ng l
ượ
ng
* Phân b
ố

nhi
ệ
t
độ trong TBTĐN
t
t
Phân b
ố
nhi
ệ
t
độ trong TBTĐN c
ùng chi
ề
u có
và không có ngu
ồ
n trong
Để điề
u ch
ỉ
nh s
ự
nhi
ệ
t
độ
bu
ồ
ng l

ử
a:
Đ
i
ề
u ch
ỉ
nh thông qua v
ậ
n t
ố
c phát nhi
ệ
t –
đặ
c tr
ươ
ng b
ở
i s
ự
phân b
ố
h
ệ
s
ố
cháy ki
ệ
t

α
.
Đ
i
ề
u này
ả
nh h
ưở
ng b
ở
i:
1.3. Các quá trình trong buồng lửa
1. H
ỗ
n h
ợ
p; 2. Nung nóng; 3. Ph
ả
n
ứ
ng; 4. Truy
ề
n nhi
ệ
t
Trước BL Buồng lửa (BL)
Sau BL
Các ph
ươ

ng th
ứ
c t
ổ
h
ợ
p các quá trình c
ơ
b
ả
n trong bu
ồ
ng l
ử
a
Các lo
ạ
i bu
ồ
ng l
ử
a:
Di
ễ
n bi
ế
n quá trình h
ỗ
n h
ợ

p và cháy
theo chi
ề
u chuy
ể
n
độ
ng c
ủ
a dòng
x = 0: bắt đầu buồng lửa, L: chiều dài ngọn lửa
1.4. Cân bằng nhiệt và hiệu suất buồng lửa
- Hi
ệ
u su
ấ
t toàn ph
ầ
n: η
tp
= Q
H
/ Q
C
- Hi
ệ
u su
ấ
t bu
ồ

ng l
ử
a: η
bl
= (Q
H
+ Q
W
) / Q
C
Cân b
ằ
ng nhi
ệ
t
trong BL ko h
ồ
i
nhi
ệ
t
Cân b
ằ
ng nhi
ệ
t BL có h
ồ
i
nhi
ệ

t
S
ơ

đồ
cân b
ằ
ng nhi
ệ
t trong Bu
ồ
ng l
ử
a:
Chương 2
NHIÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU
2.1. Nhiên liệu, thành phần và tính chất
a. Thành ph

n c

a nhiên li

u
Ký hiệu Các nguyên tố
C H O N S A W
h thành phần hữu cơ
c thành phần cháy
k thành phần khô
d thành phần dùng

- Các h
ệ
s
ố
chuy
ể
n
đổ
i thành ph
ầ
n.
b. Nhit tr ca nhiên liu
- Định nghĩa:
H
0
= H
u
+ r.m
H2O
- Xác định nhiệt trị:
H
0
: bom calorimet
H
u
: dựa vào H
0
và m
H2O
Công thức thực nghiệm:

* Rắn, lỏng (kJ/kg)
H
o
= 418,6.[81,3C + 297H + 15N + 45,6S - 23,5O]
H
u
= 418,6.[81,3C + 243H + 15N + 45,6S - 23,5O - 6W]
* Nhiên liệu khí, [kJ/m
3
]
Ho = 418,6 .{30,2 [CO] + 30,5 [H
2
] + 95 [CH
4
] + 166 [C
2
H
6
]
+ 237 [C
3
H
8
] + 307 [C
4
H
10
]+377 [C
5
H

12
]
+150 [C
2
H
4
]+220 [C
3
H
6
] + 290 [C
4
H
8
] + 360 [C
5
H
10
]
+ 350 [C
6
H
6
] + 61 [H
2
S]}
Hu = 418,6 . {30,2 [CO] + 25,8 [H
2
] + 85,5 [CH
4

] + 155 [C
2
H
6
]
+ 218 [C
3
H
8
] + 283 [C
4
H
10
]+349 [C
5
H
12
]
+141 [C
2
H
4
]+205 [C
3
H
6
] + 271 [C
4
H
8

] + 337 [C
5
H
10
]
+ 335 [C
6
H
6
] + 56 [H
2
S]}
2.2. Nhiên liệu khí
Nhiên li

u khí là m

t h

n h

p khí bao g

m các khí cháy
đư
c và khí không cháy
đư
c.
a. Phân loi
b. b. Các tính cht

H
o
, H
u
, ρ, t
S
xem giáo trình.
2.3. Nhiên liệu lỏng
a. Phân lo
ạ
i
- Thành ph

n và tính ch

t
đ
c tr
ư
ng
EL (≡ DO), L, M, S (≡ FO), ES
b. Tính ch
ấ
t
đặ
c tr
ư
ng
+ Nhi
ệ

t tr
ị
: HU = 39,7 ÷42,7 Mj/m3
+
Đ
i
ể
m l
ử
a:
+
Độ
nh
ớ
t: 6 – 75 mm
2
/s
+ M
ộ
t s
ố
thành ph
ầ
n
đặ
c tr
ư
ng: S, A, W, tr
ầ
m tích

Tính chất Dầu EL Dầu S
Khối lượng riêng ở 15
o
C [kg/m
3
] 860 ≈ 940
Điểm lửa [
o
C] 55 65
Độ nhớt động học [mm
2
/s]
ở 20
o
C max. 6 -
ở 50
o
C - max. 450
ở 100
o
C - max. 40
Hàm lượng lưu huỳnh [%] max. 0,8 max. 2,8
Hàm lượng nước [%] max. 0,1 max. 0,5
Chất không hòa tan [%] max. 0,05 max. 0,5
Nhiệt trị thấp H
u
[MJ/kg] ≥ 41,868 ≥ 39,775
Độ tro [%] max. 0,01 max. 0,15
Tính ch


t c

a hai lo

i d

u quan tr

ng nh

t
2.3.2. Nhi
ệ
t dung riêng và h
ệ
s
ố
d
ẫ
n nhi
ệ
t
a. Nhi
ệ
t dung riêng và nhi
ệ
t
ẩ
n hóa h
ơ

i
- Nhi
ệ
t dung riêng trung bình, c
m
[
kj/kg.K]
đượ
c xác
đị
nh
theo công th
ứ
c th
ự
c nghi
ệ
m sau:
+ Khi
ρ
≥ 900 kg/m3:
c
m
= 3,8553 – 2,3442. 10
-3
.
ρ
+ 0,0023.t
+ Khi
ρ ≤

900 kg/m3:
c
m
= 2,8967 – 1,2893 . 10-3.
ρ
+ 0,0023.t
+ Nhi
ệ
t
ẩ
n hóa h
ơ
i, r [kJ/kg], c
ủ
a d
ầ
u
ở
nhi
ệ
t
độ
t:
r = (251453 – 376,74.t)/
ρ
b. H
ệ
s
ố
d

ẫ
n nhi
ệ
t
λ
và h
ệ
s
ố
giãn n
ở
nhi
ệ
t
β
- H
ệ
s
ố
d
ẫ
n nhi
ệ
t
λ
:
λ
= 117,208(1-0,00054 t)/
ρ
(W/m.K)

- H
ệ
s
ố
giãn n
ở
trung bình vì nhi
ệ
t
β
:
β
= 0,00072.K
-1
2.4. Nhiên liệu rắn
Thành ph
ầ
n ch
ủ
y
ế
u g
ồ
m:
Độ ẩ
m, ch
ấ
t b
ố
c, carbon

c
ố đị
nh, tro
Nhiên li
ệ
u C [%] H [%] O [%] N [%] S [%]
Than bùn 40 - 60 5 - 6 25 - 36 1 0,5 - 1
Than nâu 68 - 74 6 18 - 25 1 0,5 - 1
Than
đ
á 84 - 92 3 - 5 2 - 9 1 - 1,5 1 - 1,5
-
Độ ẩ
m (s
ấ
y
ở
106
o
C)
-
Tro
(
đố
t m
ẫ
u
ở
825 ± 25
o

C): Al
2
O
3
; SiO
2
, CaO,
MgO
-
Ch
ấ
t b
ố
c (nung không c
ó
không kh
í
ở
900
o
C)
2.4.2. Tính ch
ấ
t nhi
ệ
t v
ậ
t lý c
ủ
a than

a. Nhi
ệ
t dung riêng,
c
(kj/kg.K)
-
Than đ
á, t
o
t
ừ 0 đế
n 24
o
C, ch
ấ
t b
ố
c t
ừ
9 – 50%
C
tb
= 0,833.(1+15.10
-4
t -8.10
-10
.t
3
)(1 + 0,8b)
V

ớ
i: b – Hàm l
ượ
ng ch
ấ
t b
ố
c
t – Nhi
ệ
t
độ
< 250
0
C
Nhi
ệ
t dung riêng th
ự
c t
ế
có th
ể
tính:
C = 0,85. (1 + 0,8b). (1 + 31,1 .10
-4
t +6.10
-8
.t
2

– 33. 10
-10
.t
3
)
- Than c
ố
c, t
0
t
ừ
24 – 250
0
C
C
tb
= 0,728 + 1,256 .10
-3
.t
Nhi
ệ
t dung riêng th
ự
c:
c = 0,676 .(1 +433 .10
-5
t +316 .10
-8
t
2

)
b. H
ệ
s
ố
d
ẫ
n nhi
ệ
t
λ
(W/m.K)
λ
=
λ
30
.(1 + a.t)
λ
30
-h
ệ
s
ố
d
ẫ
n nhi
ệ
t
ở
30

0
C; a = 0,002 (than) và 0,0029 (c
ố
c)
2.5. Phản ứng cháy
a. Cháy
đ
ng th

H
ạ
t tích c
ự
c: H, O, OH, CH, CH
3
- Ph
ả
n
ứ
ng xu
ấ
t phát (sinh ra h
ạ
t tích c
ự
c t
ừ
h
ạ
t

ổ
n
đị
nh)
- Ph
ả
n
ứ
ng dây chuy
ề
n (s
ố
h
ạ
t tích c
ự
c = const)
- Ph
ả
n
ứ
ng phân nhánh (s
ố
h
ạ
t tích c
ự
c t
ă
ng)

- Ph
ả
n
ứ
ng tái h
ợ
p (ng
ượ
c l
ạ
i ph
ả
n
ứ
ng xu
ấ
t phát).
16 b
ướ
c ph
ả
n
ứ
ng c
ủ
a CH
4
Phân rã CH
4
(1) CH

4
+ OH CH
3
+ H
2
O
(2) CH
4
+ H CH
3
+ H
2
(
khi d
ư
nhiên li
ệ
u)
(3) CH
4
+ O CH
3
+ OH (ch
ậ
m)
Các ph

n

ng formaldehyd

(4) CH
3
+ O
2
H
2
CO + OH (qua H
3
COO)
(5) H
2
CO + OH HCO + H
2
O
(6) HCO + OH CO + H
2
O
(7) CH
3
+ O CO + [thay (4)]
Phân rã CO
(8) CO + OH CO
2
+ H
Phân nhánh
(9) H + O
2
OH + O
(10) O+ H
2

OH + H
(11) O + H
2
O OH + OH
Ph
ả
n
ứ
ng dây chuy
ề
n
(12) H
2
+ OH H + H
2
O
Ph
ả
n
ứ
ng tái h
ợ
p
(13) H + H + M H
2
+
M (khi d
ư
nhiên li
ệ

u)
(14) O + O + M O
2
+ M
(15) H + O + M OH + M
K
ế
t thúc
(16) H + OH + M H
2
O + M
b. Cháy không
đ
ng th

C + O
2
CO
2
C + CO
2
2CO (ph
ả
n
ứ
ng Boudouard)
C + H
2
O CO + H
2

(ph
ả
n
ứ
ng khí
nướ
c)
Di
ễ
n bi
ế
n ph
ả
n
ứ
ng
khi h
ạ
t carbon cháy
Pha I (t < 750
o
C)
k
hq
= k
m
. M
C
[1/thời gian]
Trong

đ
ó:
k
hq
- vận tốc phản ứng hiệu quả
k
m
- khả năng phản ứng tính theo gram cốc
M
C
- khối lượng nhiên liệu theo đơn vị thể tích vùng phản ứng
k
m
= H . exp(-E/RT)
Trong đó:
H - thông số của tần số (thể tích theo khối lượng và thời gian)
E - năng lượng hoạt hoá
R - hằng số chất khí
Pha II (t = 750 - 900
o
C).
k
hq
= η k
m
. M
C
η - hi
ệ
u su

ấ
t s
ử
d
ụ
ng
η =
sm
hq
K
k
D
d
6
ρ
ρ
s
- kh
ố
i l
ượ
ng riêng gi
ả đị
nh (quy v
ề
v
ậ
t li
ệ
u r

ắ
n và l
ỗ
).
D
hq
- h
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán hi
ệ
u qu
ả
Pha III (t > 900
o
C)
k
hq
= F
tđ
. D
hq
/δ
F
tđ
- b
ề

m
ặ
t t
ươ
ng
đố
i c
ủ
a nhiên li
ệ
u quy v
ề
không gian ph
ả
n
ứ
ng
δ
- chi
ề
u dày màng biên