Công nghệ chuyển hóa than - Phần 6: Các kỹ thuật đốt than

PHẦN 6. Các kỹ thuật đốt than PGS.TS. Văn Đình Sơn Thọ Bộ môn Công nghệ hữu cơ – hóa dầu Khoa Công nghệ Hóa học Đại học Bách Khoa Hà Nội Email : thovds-petrochem@mail.hut.edu.vn thovds@yahoo.com Tel : 097.360.4372 • Công nghệ chính để đốt than cung cấp nhiệt năng cho các ngành công nghiệp sản xuất xy măng, nhiệt điện, vật liệu xây dựng • Nhiệt năng tạo thành do phản ứng cháy được cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp Các công nghệ đốt than -Đốt tầng chặt -Đốt tầng sôi -Công nghệ đốt than bụi - Cháy theo lớp cố định  Than được nằm cố định trên mặt ghi hoặc chuyển động nhờ ghi  Không khí được đưa vào buồng lửa sau khi qua lớp than và tiến hành phản ứng cháy.  Sản phẩm cháy đi vào buồng lửa  Kích thước than 5-10cm  Nhiệt độ vùng cháy 1500oC  Hiệu suất sử dụng nhiệt  Năng suất thấp Công nghệ đốt tầng chặt Buồng đốt than bụi  Năng suất lớn hơn  Tốc độ phản ứng nhanh và xảy ra đồng thời theo thể tích  Kịch thước hạt (um)  Thải xỷ khô  Hạn chế thải NOx Cháy tầng sôi  Lớp sôi : Sôi tĩnh hoặc sôi rối  Sôi tĩnh : Lớp sôi 20cm, sôi rối lớp sôi khoảng 1,5m Khí thải của quá trình đốt Sự hình thành NOx trong vùng cháy Nito sinh ra trong quá trình đốt cháy than chủ yếu là NO và NO2 gọi là NOx(Khi quá trình cháy trên 1000oC thì NO chiếm > 90%, NO2 từ 5-10%.  Nox hình thành do sự phân hủy nhiệt  Nox do thành phần của nhiên liệu  Nox hình thành do phản ứng tức thời NOx phân hủy nhiệt  Ở nhiệt độ cao quá trình tạo NOx xảy ra theo phản ứng N2 + O2 = 2NO NO + 1/2O2 = NO2  . T(K) NO(ppm) NO2(ppm) 300 1,1x10-1 3,3x10-5 800 0,77 0,11 1400 250 0,87 1873 2000 1,8 Nox nhiên liệu  Năng lượng liên kết C-N không bền ( 25-60.107J/mol). Trong quá trình cháy liên kết này bị phân hủy và tham gia phản ứng cháy tạo Nox.  Loại Nox từ hợp chất N trong nhiên liệu bị nhiệt phân và oxy hóa tạo thành Nox nhiên liệu.  Nox nhiên liệu chiếm khoảng 70-90% hàm lượng tổng Nox trong quá trình đốt than.  Khi đốt nhiên liệu với nồng độ quá đậm đặc sẽ tạo Nox tức thời.  Nox sinh ra trong quá trình cháy va đập với N2 trong không khí tạo thành CN hoặc HCN sau đó bị oxy hóa tạo thành NOx. NOx hình thành tức thời Sự hình thành SOX  SO2 hình thành do thành phần lưu huỳnh hữu cơ và vô cơ có trong than  SO3 hình thành do oxy hóa SO2 ở nhiệt độ cao  Khí thải có 0.5-2% SO3 và phần còn lại là H2SO4.  Khí thải gây ăn mòn thiết bị, ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe. Nguyên lý hình thành SO2  Oxy hóa FeS2 4FeS2 + 11O2 = 2 Fe2O3 + 8SO2  Oxy hóa lưu huỳnh hữu cơ RSH + O2  RS + H2O RS + O2  SO2 + R Phương pháp hạn chế SO2 trong quá trình cháy  Đưa đá vôi vào vùng cháy để thực hiện phản ứng hóa học sau CaCO3  CaO + CO2 CaO + SO2 + 1/2O2  CaSO4 - Vùng nhiệt độ : 820-850oC - Nhiệt độ 1200oC CaO bị thiêu kết nên giảm khả năng phản ứng. Công nghệ đốt than Đốt than bụi • Nâng cao năng suất nhiệt tận dụng nhiệt của hệ thống • Nhiệt độ và áp suất của hơi nước rất cao • Ứng dụng rộng rãi trên thế giới • Giảm hàm lượng NOx của hệ thống Nhiệt độ của hơi nước Công nghệ đốt lớp sôi tuần hoàn (CBFC)  Có khả năng sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau ( nhiên liệu hóa thạch như than chất lượng cao, dầu và khí; Nhiên liệu chất lượng thấp như than chất lượng thấp, biomass, bùn thải, nhựa phế thải, vỏ lốp cao su  Nhiệt độ vùng cháy là 850-900oC  Kích thước hạt than  Tốc độ gió 4-8m/s  Giảm thiểu ô nhiễm ( Nox và Sox)  Với than nhiều lưu huỳnh, tác nhân tầng sôi sử dụng trực tiếp là đá vôi  Nguyên liệu được đốt cháy hai lần ( lần 1 đốt cháy trong vùng cháy, lần 2 phần không cháy hết tách ra ở cyclon rồi lại cháy lại lần 2). Do đó hiệu suất cháy cao hơn.  Vật liệu làm thiết bị rẻ và dễ sửa chữa À Nguyên lý cơ bản của công nghệ ICFBC  Đạt được nhiệt độ đồng đều của lớp sôi nhờ vào sự tạo soáy của lớp cát  Có thể kiểm soát nhiệt độ của lớp sôi bằng cách điều chỉnh nhiệt của thiết bị bị tận dụng nhiệt của lớp sôi  Dễ dàng tách loại những sản phẩm chưa được  Không có hệ thống trao đổi nhiệt ở vùng cháy 1. Có thể sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu chất lượng thấp 2. Có thể kiểm soát nhiệt độ vùng sôi được tốt hơn thông qua điều khiển tốc độ gió. 3. Hạn chế hiệu tượng phát thải khí NOX và SOX. Với quy trình FB thì quá trình khử lưu huỳnh xảy ra trực tiếp trong vùng cháy nên quá trình ăn mòn xảy ra. Với ICFBC thì tác nhân tạo tầng sôi là cát ( không phải đá vôi) do đó chỉ cần sử dụng lượng nhỏ đá vôi Ca/S=2 thì hiệu quả khử lưu huỳnh là 90%. Lượng NÕ được giảm bớt nhờ quá trình đôt hai cấp xảy ra ở cùng tầng sôi và tầng “freeboard section”. Phần cacbon không cháy hết được tách ra ở cyclon được ở đầu ra của khí và được đưa tuần hoàn lại thiết bị cháy. 4. Tiết kiệm kích thước thiết bị và dễ dàng bảo hành. Quy trình này không cần thiết bị desulphua hóa, xử lý NOx., nghiền than Nguyên lý hoạt động của ICFBC  Sử dụng cát làm tác nhân sôi  VÙng sôi chi làm hai vùng chính : Vùng cháy và vùng thu hồi nhiệt. Hai vùng này tạo ra sự xoáy trộn đối lưu giữa các vùng.  Phần không cháy hết và CaCO3 sẽ được tách ra ở cyclon và đưa lại vùng cháy Dòng xoáy trong vùng cháy được tạo ra bởi vì ở vùng cháy được chia thành 3 khu vực - ở vùng trung tâm hình thành lớp sôi tốc độ thấp (tầng chuyển động) do sự phân bố gió ở tốc độ thấp hơn so với hai bên - Hai vùng bên tạo thành lớp có tốc độ sôi lớn hơn nguyên nhân do sự phân bố gió và tốc độ gió lớn hơn. - Sự chệnh lệch giữa các vùng tạo nên xoáy