ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH
------ o0o ------

THUYẾT MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN
CÔNG SUẤT 3000KW
ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU

GVHD
SVTH
LỚP

: ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG
:TẠ THANH PHƯƠNG
: 05N1

ĐÀ NẴNG, tháng 5/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
--------------Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
--------------TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------KHOA: CÔNG NGHỆ NHIỆT – ĐIỆN LẠNH

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: TẠ THANH PHƯƠNG
LỚP

: 05N1

Khóa:2005-2010

KHOA

: CÔNG NGHỆ NHIỆT- ĐIỆN LẠNH

1. Tên đề tài:
THIẾT KẾ LÒ HƠI TẦNG SÔI TUẦN HOÀN CÔNG SUẤT 3MW
ĐỐT NHIÊN LIỆU TRẤU
2. Các số liệu ban đầu:
Năng suất sinh hơi bão hoà 3000kw, nhiên liệu là trấu, đốt bằng buồng lửa tầng sôi tuần hoàn

3. Nội dung thuyết minh:

• Chương 1: Tính cấp thiết của đề tài
• Chương 2:Cơ sở lý thuyết tầng sôi.
• Chương 3:Sự hình thành NOx,SOx trong khói khi cháy và các giải pháp kỹ thuật của lò
tầng sôi.
• Chương 4:Tính cân bằng nhiệt trong lò hơi.
• Chương 5:Tính toán trao đổi nhiệt lò tầng sôi.
• Chương 6:Tính khí động lò hơi.
• Chương 7:Thiết kế buồng lọc bụi xyclon chùm.
• Chương8:Vận hành lò tầng sôi


4. Các bản vẽ và đồ thị:
•
•
•
•
•
•

Mặt bằng bố trí lò hơi
Sơ đồ cấu tạo của lò hơi tầng sôi.
Cấu tạo buồng đốt
Cấu tạo cụm đối lưu
Cấu tạo balon
Sơ đồ cấu tạo của xiclon chùm.

5. Giáo viên hướng dẫn: ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG
6. Giáo viên duyệt
: PGS.TS HOÀNG NGỌC ĐỒNG
7. Ngày giao nhiệm vụ
:
18/02/2010
8. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
30/05/2010


Thông qua bộ môn
Ngày......Tháng.......Năm 2010
TRƯỞNG KHOA
(Ký,ghi rõ họ tên)


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký,ghi rõ họ tên)

CÁN

BỘ DUYỆT
(Ký,ghi rõ

họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn.
Ngày......Tháng.......Năm 2010

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày......Tháng.......Năm 2010
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Trải qua một thời gian dài học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học
Đà Nẵng, em đã được các thầy cô tận tình giảng dạy để em có được những hành trang như ngày
hôm nay, em cảm ơn tất cả các thầy cô trong trường, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Công
nghệ nhiệt - điện lạnh đã tận tâm giảng dạy. Những kiến thức mà em có được hôm nay là nhờ vào
công lao dạy bảo của các thầy cô. Để đáp lại sự dạy bảo chân tình đó, em sẽ cố gắng nhiều hơn
nữa trong học tập cũng như trong công việc, trong nghiên cứu về sau.
Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Mã Phước Hoàng đã tận tình hướng dẫn em trong thời
gian tìm hiểu và thực hiện đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp này. Sự hướng dẫn, góp ý tận tình của

thầy đã là nguồn động viên to lớn giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn. Và em
cũng cảm ơn quý thầy cô trong khoa Công Nghệ Nhiệt - Điện Lạnh đã giúp đỡ em rất nhiều trong
quá trình học tập và thực hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn cha mẹ rất nhiều là những đã cố gắng bương chải trong cuộc
sống đẻ nuôi em ăn học nên người như ngày hôm nay. Những công ơn to lớn đó không có gì sánh
bằng được, em xin hứa sẽ không làm thất vọng những người đã đặt niềm tin vào em.
Một lần nữa xin nhận nơi đây lòng biết ơn sâu sắc.

Đà nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2010

Tạ Thanh Phương


MỤC LỤC

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ.................................................................................................................i
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ.................................................................................................................i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP....................................................................................................................i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP....................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................................iii
MỤC LỤC.....................................................................................................................................iv
MỤC LỤC.....................................................................................................................................iv
CHƯƠNG 1....................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1....................................................................................................................................1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.................................................................................................1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.................................................................................................1
1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI:............................................................................1
1.2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ :......................................................................................................3
1.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam:.....................................4

CHƯƠNG 2:...................................................................................................................................5
CHƯƠNG 2:...................................................................................................................................5
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI.................................................................................................5
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI.................................................................................................5
2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI:...............................................................................5
2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG CỦA LỚP SÔI...........15
........................................................................................................................................................18
........................................................................................................................................................18
CHƯƠNG 3:.................................................................................................................................19
CHƯƠNG 3:.................................................................................................................................19


SỰ HÌNH THÀNH NOX VÀ SOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT
CỦA LÒ TẦNG SÔI.....................................................................................................................19
SỰ HÌNH THÀNH NOX VÀ SOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT
CỦA LÒ TẦNG SÔI.....................................................................................................................19
3.1 SỰ HÌNH THÀNH NOX TRONG KHÓI KHI CHÁY VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT:................19
3.3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN HỦY N2O:.....................................................................22
3.4 ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH N2O TRONG BUỒNG ĐỐT TẦNG SÔI TU ẦN
HOÀN:..........................................................................................................................................23
3.5 PHƯƠNG PHÁP GIẢM N2O PHÁT THẢI TRONG BUÒNGG LỬA TẦNG SÔI:............25
3.6 VẤN ĐỀ HÌNH THÀNH SO2 TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT:.....26
3.7 PHƯƠNG PHÁP CHÁY ÍT KHÍ PHÁT THẢI SO2 TRONG LÒ HƠI ĐỐT B ỘT THAN
TẦNG SÔI:................................................................................................................................27
3.8 XỬ LÝ KHÍ SO2 BằNG VÔI VÀ ĐOLOMIT TRỘN VÀO THAN:.....................................28
CHƯƠNG 4..................................................................................................................................30
CHƯƠNG 4..................................................................................................................................30
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI..............................................................................................30
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LÒ HƠI..............................................................................................30
4.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BAN ĐẦU:..........................................................................30

4.2 TÍNH THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY LÝ THUYẾT...............................30
4.3 ENTANPY CỦA KHÔNG KHÍ VÀ SẢN PHẨM CHÁY......................................................32
4.4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT...................................................................................................34
4.5 LƯỢNG TIÊU HAO NHIÊN LIỆU:.....................................................................................35
4.6 NHIỆT THẾ THỂ TÍCH BUỒNG LỬA:..........................................................................35
4.7 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ SÔI:....................................................................................................36
4.7 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ SÔI:....................................................................................................36
CHƯƠNG 5..................................................................................................................................40
CHƯƠNG 5..................................................................................................................................40
TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT LÒ TẦNG SÔI.......................................................................40


TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT LÒ TẦNG SÔI.......................................................................40
5.1 TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG BUỒNG LỬA:........................................................40
5.2 TÍNH NHIỆT TRONG BUỒNG LẮNG :.........................................................................46
5.3 TÍNH NHIỆT DÀN ĐỐI LƯU:............................................................................................50
5.4 TÍNH TRAO ĐỔI NHIỆT BỘ HÂM NƯỚC.....................................................................62
CHƯƠNG 6..................................................................................................................................65
CHƯƠNG 6..................................................................................................................................65
TÍNH KHÍ ĐỘNG LÒ HƠI.........................................................................................................65
TÍNH KHÍ ĐỘNG LÒ HƠI.........................................................................................................65
6.1 TÍNH KHÍ ĐỘNG LÒ HƠI :..............................................................................................65
6.2 TÍNH CHỌN QUẠT GIÓ :..................................................................................................65
6.3 TÍNH CHỌN QUẠT KHÓI:................................................................................................75
........................................................................................................................................................87
........................................................................................................................................................87
CHƯƠNG 7:.................................................................................................................................87
CHƯƠNG 7:.................................................................................................................................87
THIẾT KẾ BUỒNG LỌC BỤI XYCLON CHÙM....................................................................87
THIẾT KẾ BUỒNG LỌC BỤI XYCLON CHÙM....................................................................87

7.1 TÁC HẠI CỦA BỤI:.............................................................................................................87
7.2 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC BỤI:......................................................................88
7.3 THIẾT KẾ XYCLON CHÙM:.............................................................................................89
Tài liệu tham khảo........................................................................................................................99
Tài liệu tham khảo........................................................................................................................99


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA LÒ HƠI:
Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu được trong nền kinh tế quốc dân, nền công nghiệp hiện
đại. Không những nó được dùng trong các khu công nghiệp lớn như nhà máy nhiệt điện, khu công
nghiệp, mà nó còn đi sâu từng cơ sở kinh tế nhỏ, như nấu cơm, sấy, sưởi ấm v.v...
Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất vận hành phức tạp nhất. Nó có trình độ cơ
khí hoá và tự động hoá cao, làm việc bảo đảm và hiệu suất tương đối cao. Nó có nhiệm vụ sản
xuất hơi để cung cấp hơi chạy Tuabin.
Trong các lĩnh vực công nghiệp, lò hơi dùng để sản xuất hơi nước. Hơi nước sẽ làm chất trung
gian tải nhiệt. Nó sẽ truyền nhiệt lượng cho sản phẩm cần gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt.
Việc dùng lò hơi để sản xuất hơi nước trung gian sau đó hơi nước gia nhiệt cho vật phẩm so với
dùng những thiết bị khác để gia nhiệt có ưu điểm hơn so với dùng điện để gia nhiệt.
So với lò hơi dùng điện dễ tự động hoá, thiết bị đơn giản gọn nhẹ, không cần phải có phân
xưởng để sản xuất nhiệt đỡ tốn kém đường ống vận chuyển hơi v.v ... Nhưng có nhược điểm là
chi phí vận hành cao, hiệu suất so với toàn bộ lại thấp vì muốn có điện (trong điều kiện hiện nay
nhiệt điện đang chiếm phần lớn) ta phải đốt nhiên liệu. Dùng thiết bị lò hơi để thu nhận nhiệt
lượng toả ra của nhiên liệu, hơi sinh ra được đưa qua bộ phận sản xuất ra điện năng (biến nhiệt
năng thành cơ năng, rồi biến cơ năng thành điện năng). Nếu dùng điện năng để sản xuất lại nhiệt

năng thì lãng phí rất lớn. Do đó thiết bị lò hơi dùng môi chất trung gian là nước vẫn được chế tạo
và sử dụng rộng rãi.
So với dùng khói nóng để gia nhiệt, việc sử dụng khói nóng để gia nhiệt trực tiếp cũng được sử
dụng rộng rãi. Do tiếp xúc trực tiếp nên hiệu suất cao, thiết bị gọn nhẹ, nhưng có nhược điểm: chỉ
dùng gia nhiệt những vật phẩm không yêu cầu lắm về độ sạch, trình độ thẩm mỹ và không ảnh
hưởng về thành phần hoá học. Nên đối với những vật phẩm yêu cầu chất lượng cao đều dùng chất
tải nhiệt trung gian, tức vẫn cần thiết bị lò hơi.
So với dùng thiết bị năng lượng khác: Việc sử dụng năng lượng mới như năng lượng mặt trời,
năng lượng gió v.v ... còn chưa được phổ biến và nhất là công suất chưa ổn định.
Với những lò hơi lớn việc sử dụng nhiên liệu là rắn, lỏng, khí còn phụ thuộc vào vị trí của nó.
Phải xem xét bài toán kinh tế giữa việc vận chuyển hơi sinh ra và giá thành vận hành. Ngoài ra
phải kể đến ô nhiễm môi trường...

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 1


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Dưới đây sẽ giới thiệu một vài loại đặc trưng để làm rõ quá trình thay đổi công nghệ lò hơi theo
lịch sử phát triển của lò hơi :
a) Lò hơi ống lò:
Là lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình. Để tăng bề mặt
truyền nhiệt của lò người ta có thể tăng chỉ số bình của lò, có nghĩa là tăng bề mặt truyền nhiệt
của lò bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hoặc đến ba ống 500÷800 mm gọi là ống lò.
Ưu điểm của loại lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lò, có thể tích chứa nước lớn.
Nhược điểm là khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, hơi sinh ra thường là hơi bảo

hòa, và thường có công suất nhỏ.
b) Lò hơi ống lửa :
Tương tự như ống lò, nhưng ở đây ống lò được thay bằng các ống lửa với kích thước bé hơn
( 50÷150). Khói sau khi ra khỏi ống lửa còn có thể quặc ra hai bên đốt nóng bên ngoài lò.
Ưu điểm loại lò này là bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so với ống lò. Nhược
điểm loại này vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơi theo yêu cầu.
c) Lò hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên:
Sự phát triển của những động cơ hơi nước đòi hỏi lò hơi phải có sản lượng hơi lớn, thông số cao,
đồng thời phải giảm bớt tiêu hao kim loại cho việc chế tạo lò hơi, nâng cao năng suất bốc hơi của
lò. Vì vậy người ta đã cải tiến thay thế hệ thống ống lò và ống lửa bằng những ống nước có đường
kính 40÷100 mm.Và cùng với sự phát triển thì quá trình nghiên cứu và cải tiến không ngừng nên
loại này ngày càng tăng thông số hơi và công suất lò. Có những loại điển hình sau:

-

Lò hơi ống nước nằm ngang

-

Lò hơi có bao hơi đặt nằm ngang

-

Lò hơi ống đứng

-

Lò hơi hai bao hơi kiểu KP

-


Lò hơi hai bao hơi kiểu KB

-

Lò hơi đốt than bột

d) Lò hơi trực lưu:
Lò hơi trực lưu có môi chất chuyển động cưỡng bức, đặc điểm làm việc của nó là môi chất làm
việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng thái hơi quá nhiệt có thông số
quy định.

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 2


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Ưu điểm: Do không có bao hơi và chỉ có rất ít ống góp nên tốn ít kim loại, khung lò và bảo ôn nhẹ
nhàng và thuận lợi hơn. Cho phép tăng áp suất hơi lên cao, và khắc phục được nhược điểm của lò
hơi tuần hoàn là tuần hoàn bé hoặc không có tuần hoàn.
Nhược điểm: Nước cấp vào lò yêu cầu phải chất lượng cao, khó thay đổi cải tiến lò.
e) Lò hơi đặc biệt :
Là loại lò hơi có điều kiện làm việc đặc biệt như áp lực cao, công suất cao, nhiệt độ cao …Nó
gồm có các loại lò là: Lò hơi có áp suất cao trong buồng lửa, lò phản ứng sinh hơi của nhà máy
điện nguyên tử .
1.2 TÌNH HÌNH THỰC TẾ :

Hiện nay giá các loại nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt… đang ở mức cao, mặc khác
nguồn khai thác ngày càng cạn kiệt. Trong khi đó nước ta còn rất nhiều nhiên liệu xấu chưa được
sử dụng có hiệu quả như các loại than xấu có nồng độ lưu huỳnh cao. Chất thải dân dụng và công
nghiệp yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng một phần
làm nguồn năng lượng. Việc ứng dụng buồng lửa tầng sôi để xử lý nhiệt các chất thải rắn đang
được ứng dụng rộng rải trên thế giới.
Những năm gần đây, kỹ thuật đốt tầng sôi đã được đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng trong công
nghiệp do những ưu điểm nỗi bậc của nó so với các phương pháp đốt truyền thống khác như: công
suất của buồng đốt hầu như không giới hạn, khả năng đốt đồng thời nhiều loại nhiên liệu khác
nhau, hiệu quả quá trình cháy cao, cường độ trao đổi nhiệt lớn, chi phí chuẩn bị nhiên liệu thấp,
giảm tối thiểu các khí độc hại như NO X, SOX, đốt được các loại nhiên liệu xấu, thành phần lưu
huỳnh cao, độ ẩm cao, độ tro lớn, khí đốt thải ra ít khí độc hại…
Công nghệ đốt tầng sôi nền cát có khả năng đốt hiệu quả các loại nhiên liệu xấu như: trấu, mùn
cưa, vỏ cà phê là những chất thải rất khó xử lý sau thu hoạch. Ưu điểm của công nghệ tầng sôi
nền cát là: đốt được hầu hết phế thải nông lâm nghiệp như trấu, vỏ cà phê, mùn cưa, rơm rạ, bã
mía…Quá trình cháy triệt để do phế thải được vùi trong lớp cát có nhiệt độ cao ( >850 0C ) và thời
gian lưu lại vùng cháy lâu đảm bảo gần cháy kiệt nhiên liệu. Hiệu suất buồng đốt có thể đạt trên
90%, không gây ô nhiễm môi trường do lượng khí phát thải ô nhiễm trong quá trình cháy thấp.
Đốt được phế liệu có độ ẩm và độ tro, lượng lưu huỳnh cao từ 30÷40%. Quá trình đốt diễn ra liên
tục, tạo nên khả năng tự động hóa cao, lượng tro đốt từ các lò sấy này có tỷ lệ SiO 2 lên đến 91%
và là một dạng tro vô định hình rất tốt cho việc dùng chất phụ gia để sản xuất vật liệu xây dựng
(gạch chịu lửa, xi măng, tấm cách âm, vật liệu composit…), trong khi giá thành loại chất phụ gia
này rất đắt, mang lại nguồn lợi nhuận tương đối cao cho các doanh nghiệp.( 1)

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 3


Đồ Án Tốt Nghiệp


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

1.3 Tình hình và khả năng sử dụng lò tầng sôi vào thực tế Việt Nam:
Chất thải dân dụng và công nghiệp là những chất được loại ra khỏi quá trình sinh hoạt cũng như
sản xuất, yêu cầu phải có công nghệ xử lý thích hợp nhằm bảo vệ môi trường và tận dụng lại một
phần. Ở nước ta là một nước đang phát triển, nền kinh tế chủ yếu là nông nghiệp, nên lượng phế
thải nông lâm nghiệp thải ra có trữ lượng lớn. Ở Miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long có
nhiều nguồn nhiên liệu xấu chưa khai thác hết như than nâu, than bùn, than có thành phần lưu
huỳnh cao, phế thải sinh khối(rơm, rạ, bã mía, mùn cưa…). Đặc biệt ở Quảng Nam có mỏ than
Nông Sơn, là mỏ than có thành phần lưu huỳnh, độ tro cao, nhiệt trị rất thấp, có thể nói đó là loại
than được xếp vào loại than xấu. Nếu như ta dùng loại than này vào các công việc đốt các loại lò
bình thường thì khả năng phát thải khí ô nhiễm và độ tro bay ra môi trường sẽ rất lớn gây ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng. Vì vậy việc ứng dụng công nghệ lò tầng sôi vào nước ta cần được phổ
biến rộng rãi và phát triển nhiều hơn. Hy vọng rằng, lò đốt phế thải nông – lâm nghiệp theo công
nghệ tầng sôi sẽ được chuyển giao tới các cơ sở sản xuất, góp phần hạ giá thành chế biến nông
sản và hạn chế ô nhiễm môi trường.

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 4


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẦNG SÔI
2.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TẦNG SÔI:

2.1.1 Khái niệm tầng sôi
Tầng sôi đơn giản là một vùng không gian được tạo bởi các hạt rắn (than, tro, cát, đá vôi…)
những hạt này được nâng lên và lơ lững trong buồng đốt nhờ áp lực của dòng không khí. Vì vậy
lớp liệu trong buồng đốt giãn nở ra, sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu tăng lên nhiều. Ở
trạng thái này các hạt chuyển động tự do và sôi giống như chất lỏng.
Lò tầng sôi (CFB) là loại lò có nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp hoặc trong một thể sôi
gồm những hạt rắn nóng không cháy. Kiểu đốt nhiên liệu này có lợi trong việc giải quyết những
vấn đề nan giải mà lò đốt nhiên liệu hóa thạch theo kiểu thường gặp phải. Do vậy, trên thị trường
hiện nay lò tầng sôi đang ngày càng phát triển và dần thay thế những loại lò đốt nhiên liệu rắn
kiểu củ như lò Stoke hay lò vòi phun nhiên liệu rắn.
Ứng dụng sớm nhất của công nghệ tầng sôi là thiết bị hóa khí của Fritz Winkler, người
Đức(1921). Tuy nhiên, sau đó lý thuyết mới về công nghệ hỗn hợp khí-rắn không được phát triển.
Đến những năm 50, công nghệ này đươc ngành dầu hỏa ứng dụng để cracking dầu nặng. Những
cố gắng trong việc dùng lò tầng sôi cho sản xuất hơi được bắt đầu từ thập kỷ 60. Giáo sư Douglas
Elliott (người Anh) nghiên cứu và phát triển, và ông được mệnh danh là “Cha đẻ của lò tầng sôi ”
đã thúc đẩy việc ứng dụng lò hơi tầng sôi để sản xuất hơi. Ngày nay lò hơi tầng sôi được ứng
dụng rộng rãi, từ những ứng dụng thực tế việc dùng cho giường bệnh nhân trong bệnh viện
(Baso,1995) đến nhà máy nhiệt điện công suất 250-600 MW. Sự phát triển của kỹ thuật đốt tầng
sôi làm giảm bớt những trở ngại do phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch. Lò tầng sôi đốt
được tất cả các loại nhiên liệu, kể cả các loại nhiên liệu xấu và có hàm lượng tro và lưu huỳnh
cao, lò tầng sôi đốt nhiên liệu bằng cách đốt cháy nhiên liệu trong một điều kiện thủy động đặc
biệt gọi là thể sôi và sự truyền nhiệt cho bề mặt hạt nhiên liệu và dàn ống sinh hơi thông qua một
lớp phân tử rắn không cháy. Trong đó nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp vật chất nóng
(800÷9000C) với những hạt không cháy như tro, cát, đá vôi. Trong buồng đốt, nhiên liệu cùng với
lớp vật liệu sôi được thổi lên cao từ 0,5 đến 1 mét, tạo nên bởi dòng không khí thổi qua một bộ
phân phối với tốc độ xác định.
Lò tầng sôi có hai loại chính:

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG


Trang 5


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

1) Lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ.
2) Lò tầng sôi kiểu sôi mạnh.
Trong lò hơi có buồng đốt tầng giả lỏng kiểu sôi mạnh vận tốc dòng không khí thổi qua ghi lớn
hơn nhiều so với loại lò tầng sôi kiểu sôi nhẹ. Sự cung cấp dòng không khí này vào buồng đốt
nhiều hơn so với loại sôi nhẹ và nó được duy trì cho đến điểm cao nhất của lò. Vì vậy kết quả lớp
vật liệu sôi này tiếp tục chuyển động đến đỉnh lò, lớp vật liệu sôi này được giữ lại tại bộ phận chia
chất rắn và quay trở lại với mốc cơ bản buồng đốt khi tốc độ đủ lớn, sự tái tuần hoàn này của các
hạt rắn tạo ra bởi một lưới kín. Lớp vật liệu sôi, sôi mãnh liệt này quay trở lại buồng đốt hòa trộn
với dòng không khí, kết quả là nhiệt độ buồng đốt ổn định và đều trong khoảng 800 0C đến 9000C
và cho quá trình cháy tối ưu và bức xạ mạnh.
Ta có thể khảo sát một thí nghiệm về tầng sôi như sau:
- Cho một lớp hạt nhiên liệu chặt trên ghi, thổi gió từ dưới lên, ta đo và vẽ thành đồ thị quan hệ
giữa tốc độ gió với hiệu áp trước và sau lớp nhiên liệu trên ghi.Ta thấy ban đầu tốc độ gió tăng thì
hiệu áp cũng tăng, đến một tốc độ ω s ( ω s gọi là vận tốc giới hạn) nào đó thì ∆p không tăng nữa,
chiều dày lớp hạt tăng dần, tốc độ tăng dần thì chiều dày lớp hạt cũng tăng theo, hạt dao động
trong một phạm vi nhất định ∆p vẫn không đổi, nhưng khi tốc độ tăng đến ω c ( ω c gọi là vận tốc
cuốn theo) thì ∆p giảm đột ngột và hạt bay hết theo dòng không khí.
Khảo sát tầng hạt trong phạm vi ω s ÷ ω c thấy các đặc điểm giống như chất lỏng như sau:
-Các hạt chuyển động hỗn loạn tương tự như chuyển động nhiệt của phân tử.
-Giữa các hạt và không khí tồn tại mặt phẳng ranh giới như mặt nước, bất kể ban đầu hạt đươc
sắp xếp như thế nào.
-Nếu đặt một vật nhẹ lên lớp hạt, vật chuyển động bồng bềnh như thuyền trên mặt nước.
-Nếu trổ một miệng ra thì lớp hạt chảy ra như nước, phần còn lại vẫn phân bố đều như lớp nước.

Người ta dựa vào đặc điểm này để cấp than và thải xỉ tại một vị trí mà lớp hạt vẫn đồng đều.
- Khi cỡ hạt không đều nhau, thì những hạt nhỏ chịu lực đẩy lớn hơn trọng lực sẽ thoát ra khỏi
lớp hạt như hơi và những hạt nước nhỏ tách ra khi chất lỏng sôi.
Vì những đặc điểm khảo sát trên nên ta gọi là đốt tầng giả lỏng ( đốt tầng sôi ).

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 6


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp
2.1.2 Cơ chế quá trình tạo tầng sôi:

3

5

12
6

8

9

11
2

7

1

10

Hình 2.1

Sơ đồ nguyên lý lò hơi tầng sôi

Khi cho dòng khí đi qua miệng cấp không khí (cấp 1) vào buồng lửa có chứa lớp nhiên liệu, có
độ cao là H0 đang nằm trên ghi. Khi tốc độ ϖ của dòng khí nhỏ hơn

ω s thì lớp liệu này không dịch chuyển, khi tăng dần tốc độ ϖ gần bằng tốc độ ω s thì chiều cao
lớp liệu vẫn không đổi (Đoạn AB hình 2.2), còn trở lực của lớp sôi tăng lên, khi tiếp tục tăng tốc
độ đến ϖ = ω s , lúc này lực của dòng khí cân bằng trọng lực của lớp liệu vì vậy lớp liệu bắt đầu
chuyển động, các hạt chuyển động lơ lửng trong pha khí, khoáy trộn với nhau và chuyển động
hỗn loạn, độ rỗng chiều cao của lớp liệu tăng lên, trở lực của lớp hạt liệu đạt đến giá trị cực đại và
không đổi, trạng thái này gọi là trạng thái sôi. Trạng thái sôi được duy trì khi tốc độ dòng khí từ

ω s đến ω c . Khi tăng tốc độ dòng khí đến ϖ > ω s , thì bắt đầu xuất hiện những bọt khí, túi khí, các
bọt khí này chuyển động lên trên bề mặt lớp sôi và vỡ ra làm cho chiều cao lớp sôi dao động, khi
vận tốc dòng khí đạt đến ω c lúc đó lớp liệu có độ rỗng lớn nhất, các hạt liệu treo lơ lửng trong
buồng đốt, không lắng xuống cũng như không bị bay ra khỏi buồng lửa. Tiếp tục tăng vận tốc

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 7


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG


Đồ Án Tốt Nghiệp

dòng khí cho đến khi vượt vận tốc cuốn theo ω c thì kết thúc trạng thái sôi, lớp liệu sẽ có các hạt
liệu bị lôi cuốn theo dòng không khí bay ra khỏi buồng đốt. Do đó để tạo lớp sôi, ta phải duy trì
tốc độ dòng khí từ ω s đến ω c .

h
h
hs
w

∆P

∆PS A

B
ws

wc

w

Hình 2.2 Quan hệ giữa tốc độ dòng, chiều cao lớp nhiên liệu, trở lực lớp liệu
2.1.3 Vật liệu sử dụng trong lò tầng sôi:
Trong kỹ thuật tầng sôi, trong quá trình đốt nguyên liệu thì ta thường cho vào buồng lửa các vật
liệu nhằm để nâng cao nhiệt độ các thành phần cháy từ nhiệt độ thấp lên đến nhiệt độ phản ứng.
Vì vậy vật liệu sử dụng cần đảm bảo các tính chất sau:

-


Nhiệt dung riêng lớn (Vật liệu phải chịu được nhiệt độ cao )

-

Khối lượng riêng nhỏ (giảm trở lực khi quạt thổi vào buồng lửa)

-

Độ nhẵn bề mặt cao (Dễ tạo tầng sôi )

-

Giá thành thấp, dễ kiếm

Để đảm bảo các yêu cầu trên, người ta thường chọn các thạch anh làm vật liệu.

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 8


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

2.1.4 Phân biệt, so sánh quá trình cháy trong buồng lửa tầng sôi và các loại buồng lửa khác.
2.1.4.1 Buồng lửa phun than bột:
Trong buồng lửa phun than bột thì quá trình cháy bao gồm quá trình Ôxy hoá các hạt than
mịn (khoảng 70 % có đường kính nhỏ hơn 200 µ m) các hạt nhiên liệu phân tán một cách rộng rãi
trong không khí và khi cháy. Vùng xung quanh lò phun có nhiệt độ lớn nhất trong buồng lửa có

thể đạt đến nhiệt độ 16000C đến 19000C.
Mặt khác, thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa xấp xỉ thời gian lưu lại của dòng khí và
nhiệt độ của buồng lửa cao là điều kiện để hình thành nên NO x và CO, lượng SO2 không được hấp
thụ. Hơn nữa thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa không lớn nên tổn thất cơ học tăng lên.
Muốn cải thiện thời gian lưu lại của hạt trong buồng lửa phải tăng chiều cao của ngọn lửa, tức là
tăng kích thước của buồng lửa do đó chi phí đầu tư phải tăng lên.
Thông thường lò đốt tầng sôi có chi phí đầu tư thấp hơn lò phun than bột khoảng 15-20%
nếu có cùng sản lượng hơi và mức độ ô nhiễm môi trường như nhau.( 1)
2.1.4.2 Phương pháp đốt nhiên liệu trên ghi xích:
So với buồng lửa phun bột than thì kích thước hạt than ở trong buồng đốt ghi lớn hơn,
thông thường từ 1-32 mm.
Quá trình cháy trên ghi chỉ xảy ra hoàn toàn ở vùng phần đầu và phần cuối, còn phần giữa
ghi có rất nhiều sản phẩm cháy không hoàn toàn. Do đó quá trình cháy trên ghi đã xảy ra đồng
thời với quá trình khí hoá của nhiêu liệu. Thực tế lượng nhiệt phát ra do các sản phẩm cháy không
hoàn toàn trong buồng lửa vào khoảng 50-60 %.
Điều đó cho thấy việc tổ chức cho cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn trong buồng
lửa có ý nghĩa rất lớn. Để cháy nốt các sản phẩm không hoàn toàn này thì cần cung cấp thêm
không khí ở phía trên buồng lửa bằng gió cấp hai hoặc tổ chức dùng dòng khí ở phía trước và phía
sau ghi vào vùng giữa ghi.
Ưu điểm:
- Việc cấp than, thải xỉ được cơ giới hóa hoàn toàn, giữ được công suất cố định(vì cháy
liên tục) trong một chu trình làm việc thì chỉ có một nửa làm việc nên tăng tuổi thọ của ghi.
- Nhiệt thế diện tích ở trên ghi rất lớn nên lò khó bị tắt.
- So với buồng phun than thì có cấu tạo đơn giản hơn, chi phí đầu tư thấp hơn.
Nhược điểm:

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 9



Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

- Công suất buồng lửa bị hạn chế vì không thể tăng tiết diện của mặt ghi, chiều dày lớp
than trên ghi.
- Nhiệt độ không khí nóng không tăng được cao, mặt khác có một vùng ghi tiếp xúc trực
tiếp với lớp cốc bốc cháy nên lá ghi không được bảo vệ dễ bị hỏng.
- Chỉ thích hợp với các loại nhiên liệu có cỡ hạt đồng đều theo thiết kế còn đối với các hạt
không đồng đều thì rất khó làm việc.
- Quán tính nhiệt lớn nên điều chỉnh phụ tải của lò không được dễ dàng
Tóm lại:
Đối với phương pháp đốt này thì quá trình hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu không
được tốt, tổn thất cơ học cao, hiệu quả quá trình cháy không cao.
2.1.4.3 Quá trình cháy trong lò đốt tầng sôi:
- Quá trình cháy nhiên liệu trong lò đốt tầng sôi được xem như quá trình cháy trên ghi và
cháy trong buồng lửa phun. Nó lợi dụng những ưu điểm đồng thời khắc phục những nhược điểm
của hai phương pháp đốt trên.
- Thông thường, kích thước của hạt than trong buồng lửa tầng sôi nhỏ hơn 7 mm tuỳ thuộc
vào từng loại than cụ thể, mà kích thước của hạt than có thể lớn tới 32 mm hoặc chỉ bằng 3 mm.
Tầng sôi được duy trì ở nhiệt độ 850-9000C.
- Khi nhiên liệu được đưa vào trong buồng lửa, được gia nhiệt một cách nhanh chóng và
sau đó bốc cháy, rồi cháy, thường nhiên liệu được đốt với lượng không khí thừa khoảng 20 %. Vì
thời gian lưu lại của các hạt nhiên liệu lớn và quá trình truyền chất có cường độ cao nên nhiên liệu
được cháy một cách có hiệu quả trong buồng lửa tầng sôi ở nhiệt độ thấp hơn so với phương pháp
đốt khác.
- Những hạt nhiên liệu được lưu lại trong lớp cho đến khi nó được khói mang đi theo hay
được khói tháo ra ngoài buồng. Khi hạt nhiên liệu cháy, kích thước của nó đạt đến giá trị mà ở đó
lực do dòng khí tạo ra lớn hơn khối lượng của hạt thì hạt bị mang ra ngoài. Vì vậy, thời gian lưu

lại của hạt được xác định bởi kích thước ban đầu của hạt nhiên liệu và bởi mức độ giảm kích
thước hạt do cháy và ma sát.
- Trong tầng sôi bọt, quá trình cháy xảy ra hầu hết ở trong lớp vì vận tốc dòng khí thấp và
kích thước hạt nhiên liệu cấp vào thô. Thời gian lưu lại của những hạt nhiên liệu mạnh trong lớp
tương đương với thời gian lưu lại của khí này khi cháy.

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 10


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp

Trong buồng đốt tầng sôi tái tuần hoàn thì thời gian này tăng lên bằng cách thu hồi tro bay và cho
các hạt này tái tuần hoàn về buồng đốt (về lớp nhiên liệu đang cháy) do vận tốc tạo sôi lớn nên có
nhiều hạt nhiên liệu bị thổi bay ra ngoài tầng sôi hơn so với buồng lửa sôi bọt. Sau đó những hạt
này được gom lại bởi các thiết bị lọc và cho tái tuần hoàn vào buồng lửa. Thời gian lưu lại của các
hạt trong buồng lửa theo hiệu quả thu hồi của thiết bị lọc và tốc độ của những hạt rắn. Do có sự tái
tuần hoàn mà thời gian lưu lại của hạt lớn hơn nhiều lần so với thời gian lưu lại của dòng khí.

Lớp cố định

Lớp sôi bọt

Lớp sôi ống

Lớp sôi tuầng hoàn


Hình 2.3: Quan hệ giữa áp suất và vận tốc của dòng khí

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 11


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Hình 2.4. Quan Hệ Giữa Các Buồng Lửa

2.1.5 Những ưu và nhược điểm của công nghệ sấy tầng sôi:

2.1.5.1 Ưu điểm:
a) Sử dụng nhiên liệu một cách linh hoạt:
Một lò tầng sôi có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, tổn thất nhiệt ít hơn các loại lò đốt
khác. Nên nó cho phép các nhà máy điện đa dạng hóa việc thu mua nhiều nguồn nhiên liệu khác
nhau, xóa bỏ việc phụ thuộc vào một nguồn nhiên liệu nào đó.
Đặc điểm sử dụng linh hoạt nhiên liệu của lò tầng sôi giúp ngăn ngừa những thiệt hại có thể có
cho nhà máy do nguồn cung cấp nhiên liệu không ổn định trong tương lai.
Khối lượng các hạt cháy được chỉ chiếm tỷ lệ 1/3 so với tổng khối lượng lớp vật chất trong buồng
đốt của một lò tầng sôi thông thường. Lượng vật chất còn lại là những hạt không cháy được như
tro, cát, chất hấp thụ. Điều kiện khí động đặc biệt trong lò tầng sôi tạo nên một hỗn hợp hoà trộn
rất tốt giữa chất khí-chất rắn, chất rắn-chất rắn với nhau. Những phân tử nhiên liệu được cấp vào
buồng đốt sẽ phân tán nhanh chóng vào trong một khối lượng lớn những hạt vật chất của lớp sôi
và được lớp này đốt nóng lên trên đến nhiệt độ bắt lửa. Do nhiệt dung của các hạt không cháy lớn
hơn so với các hạt nhiên liệu, do đó dù gia nhiệt cho nhiên liệu kém phẩm chất thì nhiệt độ của
lớp hạt này không thay đổi nhiều. Chính đặc điểm này của lò tầng sôi mà nó có thể đốt bất kỳ loại

nhiên liệu nào mà không cần có một nguồn nhiệt bổ sung và cung cấp nhiệt trị cao để làm nóng
không khí và gia nhiệt cho nhiên liệu đến nhiệt độ bốc cháy

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 12


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp
b) Giảm thiểu lượng khí phát thải SO2:

Không giống như các loại lò đốt nhiên liệu khác, quá trình cháy và thải nhiên liệu trong lò tầng
sôi diễn ra liên tục. Đặc điểm này cùng với khả năng hòa trộn tốt các hạt vật chất trong lớp sôi
giúp buồng đốt duy trì một nhiệt độ ổn định đồng nhất trong toàn bộ. Kết quả là nhiệt độ ổn định
(800÷900)0C. Khoảng nhiệt độ này thích hợp cho phản ứng hóa học hấp thụ khí SO 2 bởi đá vôi
(CaCO3).
(800÷900)0C
CaCO3 =

CaO + CO2

SO2 + CaO + ½ O2

=

CaSO4

Sản phẩm sinh ra là CaSO 4. Nó được thải ra môi trường đất hoặc được sử dụng dưới dạng hạch

cao. Đá vôi dùng trong đốt tầng sôi có thể giữ lại hơn 90% SO 2 và thải ra ngoài dưới dạng chất
thải rắn. Những chất này dễ xử lý hơn và ít ô nhiễm hơn so với xỉ từ các lò hơi khác.
Khả năng giảm và xử lý khí SO2 trong lò tầng sôi là kết quả của trường nhiệt độ thấp và ổn định
khi đốt nhiên liệu trong lò tầng sôi. Do đó lò tầng sôi không cần trang bị thêm bộ xử lý khí thải để
liểm soát lượng khí SO2 thải ra ngoài.
c) Lượng NOX phát thải thấp:
Lượng NOX bình quân sinh ra trong lò hơi đốt tầng sôi thấp, khoảng (100 ÷ 300) ppm (so với
thể tích khô). Đó là do nhiệt độ cháy thấp, điều kiện áp suất thấp ngăn cản sự bay hơi, và lượng
gió cung cấp theo từng giai đoạn của quá trình cháy. Hầu hết các loại lò tầng sôi đều sinh ra lượng
NOX thấp mà không gây ra tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn hoặc do phải bổ sung thêm ở
những vùng có quy định chặt chẽ giới hạn lượng NO X cho phép thải ra ngoài không khí, người ta
có thể đặt thêm bộ thu khí NO X bằng dung dịch amoniac ở phần đuôi lò trong Xyclon ( theo
Chenlian &Hyvrinen, 1995).
d) Vận hành dễ dàng :
Lò hơi tầng sôi có những điều kiện vận hành rất thuận lợi và dễ dàng.
1. Không có ngọn lửa.
Đối với lò hơi có bộ đốt như lò hơi đốt than, đốt dầu, đốt khí, nhất thiết phải có một hệ thống
thiết bị tinh vi giám sát ngọn lửa. Nếu vì một lý do nào đó mà ngọn lửa bị tắt trong giây lát, buồng
đốt khi làm việc trở lại phải qua một chu trình khởi động lại lò rất phức tạp. Khi ngừng cung cấp
nhiên liệu trong một thời gian ngắn có thể khiến cả hệ thống ngừng làm việc và tác động nhiều
đến hệ Tuốcbin- máy phát điện phía sau. Trong lò tầng sôi thì không có ngọn lửa, mà thay vào đó
là một lượng lớn các hạt trơ nóng. Nên cả khi nhiên liệu ngừng cung cấp vào, nhiệt độ của buồng

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 13


Đồ Án Tốt Nghiệp


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

đốt không giảm và nhiệt độ hơi cũng không thay đổi. Nếu nhiên liệu được cấp lại trong vài phút
sau đó thì không cần ngừng lò.
2. Thời gian khởi động lò ngắn:
Một số lò công nghiệp làm việc hai ca cần phải đốt lò trong khoảng 8 tiếng. Lò tầng sôi có thời
gian khởi động lò ngắn hơn và đơn giản hơn. Buồng đốt tầng sôi trong tình trạng nghỉ làm việc thì
tổn thất nhiệt ít. Ngay cả khi sau vài giờ đồng hồ tạm nghỉ, lớp hạt rắn vẫn còn đủ nhiệt lượng cho
lần đốt lò sau. Cho nên khi cho nhiên liệu vào lò, nó bốc cháy ngay và lò đi vào hoạt động lại sau
một thời gian ngắn.
3. Giảm hiện tượng ăn mòn:
Tro sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu ở lò tầng sôi ở dạng xốp, không bị chảy loãng do nhiệt
độ của lò thấp (800÷9000C). Điều này làm hạn chế hiện tượng ăn mòn kim loại ống ở bề mặt đối
lưu (đuôi lò), hay ăn mòn cánh của quạt gió ở đuôi lò.
4. Sự chuẩn bị nhiên liệu đơn giản:
Than cho lò tầng sôi thường chiếm 70% hạt than và có kích thước dưới 6000 µm (6mm), trong
khi đó đối với lò hơi đốt than phải có 70% hạt than kích cỡ dưới 75µm. Do đó lò đốt than phun
cần phải có hệ thống máy nghiền than và phun bụi than. Thiết bị phun bụi than không những đắt
tiền mà còn phức tạp và cần bảo trì kiểm tra thường xuyên. Đa số các nguyên nhân khiến lò
ngừng làm việc là do hoạt động của hệ thống nghiền than không tốt. Ngược lại với lò tầng sôi thì
không cần một hệ thống nghiền than như vậy, do đó giai đoạn chuẩn bị nhiên liệu đơn giản và
không phức tạp như đối với lò hơi vòi phun đốt than.
2.1.5.2 Những hạn chế:
Với lò tầng sôi thì chúng có những nhược điểm sau:
a) Cần quạt có công suất lớn:
Lò tầng sôi cần trang bị quạt ly tâm có công suất lớn do, do không khí cấp vào lò phải thắng được
trở lực của bộ phân phối gió và trở lực của khối lượng của lớp vật liệu rắn trong buồng đốt. Đầu
tư cho điện năng tiêu thụ tăng, song bù lại không cần trang bị thiết bị phun nhiên liệu.
b) Tổn thất nhiệt ra môi trường nhiều hơn:
Xyclon, hệ thống hồi, bộ trao đổi nhiệt ngoài làm tăng thêm nhiều thiết bị cho lò CFB. Một vài

bề mặt các thiết bị không được làm mát. Do đó tổn thất nhiệt do đối lưu và bức xạ từ các bề mặt
của lò CFB nhiều hơn so với lò BFB và lò PC.
c) Hiệu suất cháy thấp:

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 14


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp

Hiệu suất cháy của một lò PC thường cao hơn so với lò CFB, do nhiệt độ cháy cao hơn, kích cỡ
hạt mịn hơn và tồn tại lâu hơn trong buồng lửa. Tuy nhiên lò PC sử dụng không khí liên tục và hệ
số không khí thừa thấp để khống chế lượng NO X khiến nhiên liệu cháy không hoàn toàn trong
buồng lửa.
2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG CỦA LỚP SÔI
2.2.1 Độ rỗng của lớp sôi:
Với vận tốc dòng không khí đạt tới giá trị tới hạn ωs thì các hạt nhiên liệu trong buồng đốt sẽ ở
trạng thái giả sôi, thì độ rỗng của lớp nhiên liệu phải được tăng lên và được xác định theo công
thức sau:
ε=(

18 Re + 0,36 Re 2 0,21 1 − ρ s
) =
[ trang 148, 3]
ρh
Ar


Trong đó : ρs- khối lượng riêng của hạt ở trạng thái sôi [kg/m3]
ρh- khối lượng riêng của từng hạt nhiên liệu [kg/m3]
Ar- tiêu chuẩn Acsimet đặc trưng cho lực nâng vật liệu
d (γ − γ k ) g
Ar = f (Re) = h h2
ν .γ k
3

[ trang 148, 3]

d h - đường kính hạt vật liệu [mm]

Trong đó:

γ h - trọng lượng riêng của hạt vật liệu [kg/m3]
γ k - trọng lượng riêng của không khí [kg/m3]
ν k - độ nhớt động học của không khí [m2/s]
g - gia tốc trọng trường [m/s2]
Tuỳ theo mức tăng của độ rỗng mà chiều cao lớp sôi sẽ tăng lên.
2.2.2 Vận tốc tối thiểu và vận tốc tối đa tạo lớp sôi.
Từ nguyên lý làm việc chúng ta thấy rằng nguyên lý cơ bản của thiết bị là tốc độ dòng khí thổi
vào lò ω đủ lớn để đẩy vật liệu đi lên. Ta có điều kiện:

ω > ω cb
Trong đó:

ω cb - tốc độ cân bằng tạo lớp sôi [m/s]

Tốc độ cân bằng là tốc độ dòng khí thổi từ dưới lên sao cho giữ hạt đứng yên lơ lững trong
không gian. Nó phụ thuộc vào đường kính hạt vật liệu, khối lượng riêng của hạt vật liệu, khối


SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 15


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp

lượng riêng của không khí. Được xác định theo phương trình cân bằng giữa lực trọng trường tác
dụng lên hạt vật liệu và lực nâng do dòng không khí thổi lên:

πd h3
πd h2
ω cb2
( 3)
( ρ h − ρ k ).g = ξ
.ρ k .
6
4
2

(*)

Xác định tốc độ cân bằng theo (*) là rất khó khăn vì hệ số trợ lực ξ phụ thuộc vào ω cb .
Trong thực tế tốc độ cân bằng xác định theo phương pháp đồng dạng theo các phương trình tiêu
chuẩn:
+ Ar - Tiêu chuẩn Acsimet
+ Fe - Tiêu chuẩn Fedơrôp

Fe = d h .3

4( ρ h − ρ k )
3ν k2 .ρ k

+ Re - Tiêu chuẩn Râynôn (đặc trưng cho chế độ chuyển động của không khí)
Re =

Ar
1450 + 5,22 Ar

= 0,19.Fe1,56 = 0,22. Ar 0,52

Phương trình sử dụng trong phạm vi Fe = 40 ÷ 200 [trang 149, 3]
⇒ Tốc độ cân bằng tạo lớp sôi:

ω cb =

Re .ν k
dh

- Khi Re < 0,2 thì tốc độ cân bằng có thể xác định theo phương pháp Stoke:

ω cb =

1 d h2 ( ρ h − ρ k ).g
.
18
ν k .ρ k


- Khi Re > 1000 có thể tính gần đúng:

ω cb = 2,76

d h .ρ h
ρk

Khi tốc độ dòng không khí đạt vận tốc tối thiểu thì các hạt rắn trong pha khí sẽ lơ lửng và
chuyển động hỗn loạn, độ rỗng của các lớp hạt tăng lên tương ứng với sự tăng của tốc độ dùng
khí. tốc độ dòng khí càng lớn thì khả năng chuyển động hỗn loạn càng cao làm tăng cường quá
trình cháy. Trạng thái này được duy trì từ tốc độ sôi tối thiểu đến tốc độ lôi cuốn ω = ( ω s ÷ ω c ) .
Trong thực tế người ta chọn tốc độ làm việc ω=(2÷3)ωs.
Tốc độ lôi cuốn được xác định bởi công thức:

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 16


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp

ωc =

Re max .ν k
dh

Trong đó:
Re max =


Ar
18 + 0,61 Ar

2.2.3 Tốc độ làm việc tối ưu:
Tốc độ làm việc tối ưu là tốc độ mà ở đó chế độ sôi là ổn định, khi đó chiều cao của lớp nhiên
liệu nói chung và chiều cao lớp sôi nói riêng là không đổi. Do đó về nguyên tắc tốc độ ổn định
phải thoả mãn điều kiện lớn hơn tốc độ giới hạn dưới và nhỏ hơn tốc độ lôi cuốn (giới hạn trên).

ω = (ω s ÷ ωc )
Theo kinh nghiệm thì tốc độ tối ưu nằm trong khoảng:
ω=(2÷3)ωs
2.2.4 Trở lực của lớp sôi:
Khi chế độ sôi ổn định thì có thể xem trở lực của dòng khí qua tầng sôi là không đổi và cân bằng
với trọng lượng của khối hạt trên một đơn vị diện tích ghi. Do đó trở lực của lớp sôi có thể xác
định theo công thức:
∆p = ρ z .g .h0 (1 − ε 0 ) = ρ z .g .h.(1 − ε )
Trong đó:

( 3)

ε 0 - hệ số nở của lớp hạt trên ghi ở trang thái cố định

ε - là hệ số nở của lớp hạt ở trạng thái sôi
g - gia tốc trọng trường
h - chiều cao của lớp hạt trên ghi ở trạng thái tĩnh
h0 - chiều cao lớp sôi
Ngoài ra trở lực của lớp sôi còn có thể xác định tương đối chính xác theo phương trình của
Feđơrôp như sau:


h
∆p = 0,17 Re .
dh

Trong đó:

0, 2


G
 .
 Fp

[trang 149, 3]

G - khối lượng vật liệu trên ghi [kg]

Fp - diện tích ghi [m2]

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 17


GVHD: : ThS. MÃ PHƯỚC HOÀNG

Đồ Án Tốt Nghiệp
2.2.5 Độ giảm áp suất theo chiều cao.

Với kích thước của hạt liệu đồng đều thì độ giảm áp suất Δp dọc theo thân lò h được xác định

bởi công thức Ergun:

ρ g U 2 (1 − ε )
∆p
µU (1 − ε ) 2
= 150
+ 1,75
h
(φd p ) 2 ε 3
φd p ε 3

[ 8]

Trong đó: U- vận tốc bề mặt (giá trị tỷ lệ của dòng chất khí trên đơn vị của lưới)
ε- độ rỗng lớp vật liệu sôi
dpvà φ là đường kính và độ tròn của chất rắn
µ và ρg lần lượt là độ nhớt và mật độ dòng khí.

SVTH: TẠ THANH PHƯƠNG

Trang 18