Giáo trình Nhiệt điện - Chương 3: Nhiên liệu và hiệu quả sử dụng nhiên liệu

liệu 
 Sản phẩm cháy (gọi là khói thực) gồm có khói khô và hơi n−ớc. Tùy thuộc 
vào điều kiện cháy hoàn toàn hay không hoàn toàn các nguyên tố cháy của nhiên liệu 
mà tỷ lệ các thành phần các chất sinh ra trong sản phẩm cháy khác nhau. ở trạng thái 
lý thuyết, khi cháy hoàn toàn (với α = 1) sẽ tạo thành trong khói các chất: CO2, SO2, 
N2 và H2O. 
 ở các lò hơi đốt dầu sử dụng vòi phun hơi thì cần thiết phải có một l−ợng hơi 
để phun dầu vào lò d−ới dạng s−ơng mù nên l−ợng khói thực tế bao giờ cũng lớn hơn 
l−ợng khói lý thuyết. 
 Trong quá trình vận hành lò hơi, th−ờng phải kiểm tra các mẫu khói định kỳ 
để phát hiện trong khói có thành phần CO không. Nếu có CO chứng tỏ quá trình cháy 
xẩy ra không hoàn toàn, nhiên liệu ch−a bị oxi hóa hoàn toàn, cần thiết phải tìm 
 19
nguyên nhân để khắc phục và điều chỉnh quá trình cháy. Đồng thời việc phân tích 
khói còn cho phép xác định hệ số không khí thừa xem có đúng tiêu chuẩn không. 
Nếu α nhỏ hơn tiêu chuẩn thì quá trình cháy sẽ thiếu O2 cháy không hết nhiên liệu. 
Nếu α lớn thì tổn thất nhiệt q2 tăng, hiệu suất của lò giảm xuống. Khi phân tích 
khói th−ờng xác định chung giá trị thể tích của khí 3 nguyên tử có trong khói CO2 và 
SO2 , ký hiệu là RO2 
222 SOCORO
VVV += (3-13) 
3.3. CÂN BằNG NHIệT Và TíNH HIệU SUấT CủA Lò 
3.3.1. Ph−ơng trình cân bằng nhiệt tổng quát của lò 
 Nhiệt l−ợng sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu trong lò hơi chính là năng l−ợng 
do nhiên liệu và không khí mang vào: 
 Qđv = Qnl + Qkk (3-14)
 Nhiệt l−ợng này một phần đ−ợc sử dụng hữu ích để sinh hơi, còn một phần 
nhỏ hơn bị mất mát đi gọi là tổn thất nhiệt. 
 Qđv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3-15)
 Trong đó: 
 Q1 là nhiệt l−ợng sử dụng hữu ích để sinh hơi, (Kj/kg) 
 Q2 là l−ợng tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi, (Kj/kg) 
 Q3 là l−ợng tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học, (Kj/kg) 
 Q4 là l−ợng tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học, (Kj/kg) 
 Q5 là l−ợng tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt từ mặt ngoài t−ờng lò ra không khí 
xung quanh, (Kj/kg) 
 Q6 là l−ợng tổn thất nhiệt do xỉ nóng mang ra ngoài, (Kj/kg). 
 Nhiệt l−ợng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu trong lò hơi chính bằng nhiệt l−ợng 
đ−ợc sử dụng hữu ích để sinh hơi và phần nhiệt bị tổn thất trong quá trình làm việc. 
Ph−ơng trình biểu diễn sự cân bằng này gọi là ph−ơng trình cân bằng nhiệt tổng quát 
của lò. 
 Qđv = Qnl + Qkk = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (3-16) 
3.3.2. Xác định hiệu suất của lò hơi 
 Hiệu suất của lò hơi là tỉ số giữa l−ợng nhiệt sử dụng hữu ích và l−ợng nhiệt 
cung cấp vào lò hơi. 
dv
1
Q
Q=η 100, (%) (3-17) 
 Hiệu suất của lò hơi có thể xác định bằng 2 ph−ơng pháp: ph−ơng pháp cân 
bằng thuận và ph−ơng pháp cân bằng nghịch. 
 20
3.3.2.1. Ph−ơng pháp cân bằng thuận: 
Ph−ơng pháp xác định hiệu suất nhiệt theo ph−ơng trình (3-17) gọi là ph−ơng 
pháp cân bằng thuận. Để tính hiệu suất của lò theo ph−ơng pháp cân bằng thuận cần 
tính l−ợng nhiệt sử dụng hữu ích Q1 và l−ợng nhiệt cung cấp vào lò hơi Qđv. 
+ Nhiệt sử dụng hữu ích hơi nhận đ−ợc: 
 Q1 + D(iqn
 - i'nc) (3-18) 
 D là sản l−ợng hơi của lò hơi, (kg/h) 
 iqn là entanpi hơi quá nhiệt, (Kj/kg) 
 i’nc là entanpi n−ớc ở đầu vào bộ hâm n−ớc, (Kj/kg) 
+ L−ợng nhiệt do nhiên liệu sinh ra khi cháy (nếu bỏ qua nhiệt l−ợng do 
không khí mang vào): 
 Qdv = BQt
lv (3-19) 
B là l−ợng nhiên liệu lò hơi tiêu thụ trong 1h (kg/h). Thay vào (3-17) ta có: 
 lv
t
qnqn
BQ
)'ii(D −=η 100, (%). (3-20)
 Nh− vậy muốn xác định hiệu suất của lò theo ph−ơng pháp thuận cần xác định 
chính xác l−ợng tiêu hao nhiên liệu t−ơng ứng vơi l−ợng hơi sản xuất ra. Đây là một 
điều khó khăn đối với các ló hơi lớn vì l−ợng tiêu hao nhiên liệu rất lớn nên rất khó 
xác định chính xác l−ợng tiêu hao nhiên liệu của lò. Vì vậy ph−ơng pháp này chỉ 
dùng để xác định hiệu suất cho các lò hơi nhỏ, có l−ợng tiêu hao nhiên liệu ít có thể 
xác định đ−ợc chính xác, còn sản l−ợng hơi đ−ợcc xác định bằng cách đo l−ợng n−ớc 
cấp vào lò. Đối với các lò lớn thì hiệu suất đ−ợc xác định theo ph−ơng pháp cân bằng 
nghịch. 
3.3.2.2. Ph−ơng pháp cân băng nghịch: 
Từ ph−ơng trình cân bằng nhiệt tổng quát của lò (3-16) ta có: 
 Q1 = Qđv - Q2 - Q3 - Q4 - Q5 - Q6 (3-21) 
Chia cả hai vế cho Qđv ta đ−ợc: 
dv
1
Q
Q
= 
dv
dv
Q
Q
-
dv
2
Q
Q
-
dv
3
Q
Q
-
dv
4
Q
Q
-
dv
5
Q
Q
-
dv
6
Q
Q
 (3-22) 
hay: 
 η = q1 = 1 - q2 - q3 - q4 - q5 - q6 (3-23) 
 η = q1 = 100 - ∑
=
6
2i
iq (%) 
trong đó: q1= 
dv
1
Q
Q
(%); q2=
dv
2
Q
Q
(%), q3=
dv
3
Q
Q
(%). . . . 
 Ph−ơng pháp xác định hiệu suất nhiệt theo ph−ơng trình (3-23) gọi là ph−ơng 
pháp cân bằng nghịch. Để tính hiệu suất của lò theo ph−ơng pháp cân bằng nghịch 
cần tính các tổn thất nhiệt q1 , q2 , q3 , q4 , q5 , q6. 
 21
3.4. Tổn thất nhiệt TRONG Lò HƠI 
3.4.1. Tổn thất nhiệt do khói thải mang ra ngoài lò hơi q2 (%) 
 Khói đ−ợc tạo thành trong quá trình cháy tức là từ không khí và nhiên liệu. 
Không khí vào lò có nhiệt độ khoảng 20-350C, trong khi đó nhiệt độ khói thải ra khỏi 
lò th−ờng lớn hơn 1100C, đặc biệt đối với các lò nhỏ không có bề mặt đốt phần đuôi 
thì nhiệt độ khói thoát có thể tới 4000C. Nh− vậy phải mất một l−ợng nhiệt để đốt 
nóng không khí và nhiên liệu từ nhiệt độ môi tr−ờng đến nhiệt độ khói thải. Tổn thất 
này gọi là tổn thất nhiệt do khói thải, ký hiệu là q2 (%) 
 Hệ số không khí thừa ra khỏi lò hơi và nhiệt độ khói thải là 2 yếu tố ảnh 
h−ởng rât lớn đến q2. Nhiệt độ khói thải càng cao thì tổn thất q2 càng lớn. Tuy nhiên 
khi nhiệt độ khói thải thấp hơn nhiệt độ đọng s−ơng sẽ gây ng−ng đọng s−ơng hơi 
n−ớc trong khói. N−ơc ng−ng đọng sẽ dễ hòa tan SO2 tạo thành H2SO4 gây hiện t−ợng 
ăn mòn kim loại. Vì vậy chúng ta phải tìm những biện pháp để giảm nhiệt độ khói 
thải đến mức hợp lý nhất. 
 Khi hệ số không khí thừa càng lớn thì nhiệt độ cháy lý thuyết của quá trình 
giảm, làm giảm l−ợng nhiệt hấp thu bằng bức xạ của buồng lửa, dẫn đến nhiệt độ 
khói sau buồng lửa tăng lên tức là nhiệt độ khói thoát tăng. Mặt khác hệ số không khí 
thừa càng lớn thì thể tích khói thải càng lớn và nh− vậy thì q2 cũng càng lớn. Vì vậy 
cần khống chế ( ở mức nhỏ nhất, đồng thời hạn chế không khí lạnh lọt vào lò hơi. 
Tổn thất nhiệt q2 th−ờng trong khoảng từ 4-7% 
3.4.2. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hóa học q3 (%) 
 Khi nhiên liệu cháy không hoàn toàn thì trong khói còn có các chất khí cháy 
không hoàn toàn nh− CO, H2, CH4 . Những khí này còn có thể cháy và sinh nhiệt 
đ−ợc nh−ng ch−a cháy đã bị thải ra ngoài, gây nên tổn thất nhiệt gọi là tổn thất nhiệt 
do cháy không hoàn toàn về hóa học, ký hiệu là q3 (%). Nguyên nhân của tổn thất 
này là có thể do thiếu không khí hoặc không khí pha trộn không đều với nhiên liệu.
 Các yếu tố ảnh h−ởng đến q3 bao gồm: Nhiệt độ buồng lửa, hệ số không khí 
thừa và ph−ơng thức xáo trộn giữa không khí với nhiên liệu trong buồng lửa. Hệ số 
không khí thừa lớn thì q3 càng nhỏ nh−ng q2 lại tăng (Tuy nhiên hệ số không khí thừa 
quá lớn làm cho nhiệt độ buồng l−ả quá thấp thì q3 lại tăng). Sự pha trộng giữa nhiên 
liệu và không khí càng tốt thì q3 càng nhỏ. Vì vậy phải tính chọn α sao cho tổng tổn 
thất nhiệt q2 + q3 là nhỏ nhất. 
 Khi đốt nhiên liệu rắn: đối với buồng lửa ghi tổn thất q3 có thể đạt đến 0,5-
1%, buồng đốt phun q3 có thể đạt đến 0,5% và với buồng lửa thủ công q3 có thể đạt 
đến 2% hoặc cao hơn. Khi đốt mazut thì q3 cao hơn vì khi cháy mazut cacbuahyđro 
dễ bị phân hủy tạo thành những liên kết khó phản ứng, th−ờng q3 = 3%. 
3.4.3. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học q4 (%) 
 22
 Nhiên liệu đ−a vào lò có một phần ch−a kịp cháy đã bị thải ra ngoài theo các 
đ−ờng: bay theo khói, lọt qua ghi lò hoặc rơi xuống đáy buồng lửa cùng với xỉ gây 
nên tổn thất nhiệt gọi là tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học. 
 Yếu tố ảnh h−ởng đến tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt cơ học 
là kích cỡ hạt, tính kết dính của tro, tốc độ và cách tổ chức cấp gió. ở lò ghi, khe hở 
của ghi càng lớn thì tổn thất q4 càng lớn. Nếu việc phân phối gió cấp I và II không tốt, 
sẽ thổi bay các hạt nhiên liệu ch−a cháy hết ra khỏi buồng lửa. Kích th−ớc hạt càng 
không đều thì q4 càng lớn. Buồng lửa phun có q4 bé nhất, đặc biệt là buồng lửa thải xỉ 
lỏng có thể coi q4 = 0. Đối với buồng đốt kiểu phun: q4 có thể đạt đến 4%; đối với 
buồng đốt ghi từ 2-14%. 
 3.4.4. Tổn thất nhiệt do tỏa nhiệt ra môi tr−ờng xung quanh q5 (%) 
 Bề mặt t−ờng xung quanh của lò luôn có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi tr−ờng 
xung quanh, do đó luôn có sự tỏa nhiệt từ mặt ngoài t−ờng lò đến môi tr−ờng gây nên 
tổn thất, gọi là tổn thất do tỏa nhiệt ra môi tr−ờng xung quanh, ký hiệu là q5 (%). Tổn 
thất nhiệt q5 phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt xung quanh của t−ờng lò, chất 
l−ợng lớp cách nhiệt t−ờng lò. Tổn thất q5 tỷ lệ thuận với diện tích xung quanh, với 
nhiệt độ bề mặt ngoài của t−ờng lò. Tuy nhiên, công suất lò càng lớn thì diện tích bề 
mặt càng tăng nh−ng độ tăng diện tích bề mặt xung quanh nhỏ hơn độ tăng sản l−ợng 
lò, do đó trị số q5 ứng với 1kg nhiên liệu sẽ giảm xuống. 
 Đối với lò hơi lớn q5 khoảng 0,5%. Muốn giảm q5 phải thiết kế t−ờng lò sao 
cho hợp lý. 
3.4.5. Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài lò hơi q6 (%) 
 Xỉ sinh ra từ nhiên liệu trong quá trình cháy, đ−ợc thải ra khỏi lò ở nhiệt độ 
cao. Đối với lò hơi thải xỉ khô nhiệt độ xỉ ra khỏi lò khoảng 600 - 8000C, đối với lò 
hơi thải xỉ lỏng nhiệt độ xỉ khoảng 1300 - 14000C, trong khi đó nhiên liệu vào lò có 
nhiệt độ khoảng 20-350C. Nh− vậy lò hơi đã mất đi một l−ợng nhiệt để nâng nhiệt độ 
xỉ từ nhiệt độ bằng nhiệt độ môi tr−ờng lúc vào đến nhiệt độ xỉ lúc ra khỏi lò, gọi là 
tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài q6 (%). 
 Tổn thất q6 phụ thuộc vào độ tro của nhiên liệu, vào ph−ơng pháp thải xỉ ra 
khỏi buồng lửa. Đối với nhiên liệu càng nhiều tro thì q6 càng lớn. Các lò thải xỉ khô 
có q6 nhỏ hơn khi thải xỉ lỏng. Tổn thất q6 có thể đạt đến 5%