Mô phỏng nồng độ phát thải quá trình đốt than trên hệ thống tầng sôi tuần hoàn

Nội dung bài viếtnày trình bày mô hình dự đoán nồng độ và tính chất khí thải cho quá trình đốt than kiểu tầng sôi tuần hoàn công suất 10 MWth, sử dụng nguyên lý bảo toàn khối lượng và độ chuyển hóa khí. Nồng độ và lưu lượng khí thải gồm CO2, O2, CO, SO2, NOx đã được dự đoán tốt. Đồng thời, ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu lên thành phần khí thải cũng được trình bày.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng nồng độ phát thải quá trình đốt than trên hệ thống tầng sôi tuần hoàn Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 YSC4F.314 MÔ PHỎNG NỒNG ĐỘ PHÁT THẢI QUÁ TRÌNH ĐỐT THAN TRÊN HỆ THỐNG TẦNG SÔI TUẦN HOÀN NGUYỄN HOÀNG KHÔI, BÙI TRUNG THÀNH Khoa Công nghệ Nhiệt lạnh, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh nguyenhoangkhoi@iuh.edu.vn, buitrungthanh@iuh.edu.vn Tóm tắt. Công nghệ đốt nhiên liệu rắn kiểu tầng sôi tuần hoàn là công nghệ tiềm năng, giúp giảm thiểu phát thải khí ô nhiễm (NOx, SOx) từ quá trình cháy trong các lò đốt công nghiệp hoặc các nhà máy nhiệt điện. Nội dung bài báo này trình bày mô hình dự đoán nồng độ và tính chất khí thải cho quá trình đốt than kiểu tầng sôi tuần hoàn công suất 10 MWth, sử dụng nguyên lý bảo toàn khối lượng và độ chuyển hóa khí. Nồng độ và lưu lượng khí thải gồm CO2, O2, CO, SO2, NOx đã được dự đoán tốt. Đồng thời, ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu lên thành phần khí thải cũng được trình bày. Mô hình đề xuất này có thể được sử dụng như là công cụ mô phỏng số phục vụ cho việc thiết kế và đánh giá vận hành hệ thống đốt tầng sôi tuần hoàn quy mô thương mại. Từ khóa. quá trình cháy, tầng sôi tuần hoàn, khí thải, nhiên liệu rắn, than, mô phỏng. SIMULATION FOR FLUE GAS CONCENTRATION DURING COAL COMBUSTION IN A CIRCULATING FLUIDIZED BED COMBUSTOR Abstract. Circulating fluidized bed combustion (CFBC) is a promising technology to reduce pollutant emissions (SOx, NOx) from industrial combustors and thermal power stations. This paper presents a model to predict behavior and flue gas concentration during coal combustion in 10MWth CFBC systems, using mass balance and gas conversion. The concentration and flow rate of CO2, O2, CO, SO2, and NOx were well-predicted. In addition, the effects of fuel properties on flue gas content were estimated. The proposed model can be used as a numerical tool for the design and operating evaluation of large-scale circulating fluidized bed combustors. Keywords. combustion, circulating fluidized bed, flue gas, solid fuels, than, simulation. 1 GIỚI THIỆU Quá trình cháy cho việc sản xuất nhiệt năng và điện năng cần được kiểm soát vận hành một cách hiệu quả, mang lại lợi ích về mặt sử dụng nhiên liệu, sinh hơi, phát điện và đồng thời đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường [1]. Hiệu suất lò hơi có thể được xác định thông qua sản phẩm quá trình cháy, quá trình cháy hoàn toàn giảm thiểu phát sinh CO sẽ giúp tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu [1]. Tầng sôi tuần hoàn là công nghệ tiềm năng để đốt nhiên liệu rắn cho quá trình sản xuất năng lượng, với ưu điểm giảm phát thải khí ô nhiễm, và sử dụng linh hoạt các loại nhiên liệu rắn thấp cấp [2], [3]. Khi buồng đốt tại chế độ ổn định, các tham số ảnh hưởng đến quá trình cháy (nhiệt độ, hệ số không khí thừa, độ phân bố oxy) có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu suất cháy cao nhất trong buồng đốt [1]. Cho đến nay, đã có các mô hình lý thuyết được xây dựng cho hệ thống đốt than tầng sôi tuần hoàn với hướng tiếp cận 1D, 1.5D, 2D hoặc 3D [4], [5]. Mô tả tổng quan về quá trình cháy của than cũng đã được trình bày trong tài liệu [6], với mô hình đơn giản 1D theo kiểu dòng đẩy. 118  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 Trong bài báo này, một mô hình dự đoán nồng độ thành phần khí thải ô nhiễm tại điều kiện ổn định trong buồng đốt được xây dựng dựa vào nguyên lý bảo toàn khối lượng và giả sử độ chuyển hóa của các nguyên tố cháy trong nhiên liệu, sử dụng mô hình 0D. Các thông số đầu ra được đánh giá bao gồm nồng độ và lưu lượng khí thải ô nhiễm sinh ra từ quá trình cháy cho hai loại nhiên liệu khác nhau là than antraxit và than cốc đã dự đoán. 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH MÔ PHỎNG Trong bài báo này, thành phần khí thải từ quá trình cháy trong buồng đốt tầng sôi tuần hoàn được dự đoán với mô hình 0D, sử dụng phần mềm Matlab (R2018a). Nhiên liệu sử dụng cho mô hình hóa là hai loại than với thành phần khác nhau, có đặc tính kỹ thuật như mô tả trong Bảng 1. Chất rắn vào buồng đốt gồm có nhiên liệu than, và lớp cát trơ sôi. Không khí là chất oxi hóa được cấp vào lò phía dưới ghi phân phối khí. Bảng 1: Phân tích thành phần nhiên liệu sử dụng trong nghiên cứu [7] Thành phần Than antraxit Tây Ban Nha Than cốc Phân tích nguyên tố (wt.%, cơ sở khô) C 59,0 86,0 H 1,9 3,7 N 0,95 1,7 O 3,0 1,2 S 1,1 6,0 Phân tích thô (wt.%) Độ ẩm 8,3 6,6 Độ tro 34,05 1,4 Chất bốc 7,0 11,0 Nhiệt trị thấp (MJ/kg) 19,9 31,6 Thành phần các chất khí gồm có O2, N2, CO2, SO2, NO, và chất bốc. Phần khối lượng của các nguyên tố cháy trong nhiên liệu được xác định theo Bảng 1. Nhiên liệu đầu vào được chuyển hóa hoàn toàn gồm các thành phần như mô tả trong phương trình (1). Nhiên liệu → C + H + O + N + S + CO2 + H2O + Tro (1) P ...