Kinh nghiệm đốt nhũ tương ma dút-nước trong các buồng đốt lò hơi năng lượng

Có nhiều nguyên nhân gây nên tình trạng trên, chúng ta chỉ nêu một điểm then chốt: madút bị ngậm nước.

Trong quá trình vận chuyển, bốc dỡ, bảo quản và duy trì ở trạng thái nóng madút bị bão hoà nước. Một lượng nước nào đó có thể lắng xuống đáy bể madút và do đó người ta xả lượng nước đó từ đáy bể. Nhưng chủ yếu nước trong madút ở trạng thái “các bao” nhỏ phân bố không đồng đều trong toàn bộ thể tích madút, bởi vì tỷ trọng của chúng thực tế là bằng nhau. Kết quả là các điều kiện đốt madút xấu đi, ngọn lửa cháy không ổn định, madút cháy không kiệt, giảm độ tin cậy của thiết bị lò hơi. Ngoài ra, hệ số không khí thừa trung bình trong vận hành tăng lên. Thí dụ, khi đốt madút chỉ ngậm nước 5% thì hiệu suất của lò hơi giảm đi 0,5 ÷ 1,5%. Khi đốt madút ngậm nước 15% hiệu suất lò hơi giảm từ 2 ÷ 3,5%.

Vì vậy, việc loại trừ tình trạng ngậm nước của madút là một trong những nhiệm vụ hàng đầu của các chuyên gia ở các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ), nhiệm vụ đó cần phải giải quyết nhằm đảm bảo sự hoạt động tin cậy và kinh tế của các thiết bị. Những cách thức hiện hữu về giải quyết nhiệm vụ đó ít hiệu quả và rất mất công.

Việc loại bỏ nước từ madút theo cách làm phổ biến là để lắng xuống đáy bể không hoàn toàn giải quyết được nhiệm vụ đặt ra.

Những phương pháp loại bỏ nước như xử lý nhiệt, nhiệt hoá, ly tâm, bốc hơi, thổi khí nén… phần lớn trường hợp ít hiệu quả do giá thành cao, đôi khi chi phí tới 25 % giá thành madút thành phẩm đồng thời làm tăng thêm tổn thất madút đi kèm theo nước xả ra và do đó gây ô nhiễm môi trường xung quanh.

Chất lượng madút ban đầu bị xấu đi do thay đổi công nghệ xử lý dầu mỏ để được số lượng lớn sản phẩm trong vắt. Kết quả làm tăng nhiệt độ chớp cháy, độ nhớt, làm thay đổi các thông số khác.

Việc đốt các loại madút nặng và quánh đặc biệt có lưu huỳnh gặp nhiều khó khăn. Do độ nhớt lớn và nhiệt độ đậm đặc cao nên việc xả từ các xitec, việc bơm madút và phun sương để đốt trở thành những vấn đề nan giải.

Để năng cao độ tin cậy và kinh tế trong vận hành lò hơi với những điều kiện đó cần phải làm cho nước được phân bố đều trong toàn bộ khối lượng madút. Nhưng bản thân việc đó không giải quyết được những vấn đề dốt madút ngậm nước, dù cho thực tế đảm bảo được chính các điều kiện tương tự như khi đốt madút tiêu chuẩn “khô”

Chất lượng nhũ tương madút nước với tư cách nhiên liệu được xác định bởi độ tán sắc, nghĩa là các kích cỡ hạt của pha tán sắc (nước). Độ tán sắc càng cao và cỡ hạt nước càng nhỏ thì nhũ tương càng ổn định và chất lượng của nó càng cao.

Nói cách khác, cần phải đạt được nhũ tương madút nước (NMN) với sự phân bố đều nước trong đó với kết cấu tán sắc nhỏ, tinh.

Các chuyên gia của phân viện “những vấn đề công nghệ về ổn định và biến hoán” thuộc Viện Hàn lâm Công nghệ Liên bang Nga đã nghiên cứu triển khai công nghệ và chế tạo thiết bị ổn định nhũ tương madút nước: thiết bị tán sắc (Dispergator) với năng suất từ 20t/h đến 300t/h.

Để nhận được NMN thì madút ngậm nước ban đầu trong thiết bị tán sắc phải được xử lý bằng phương pháp lắng lọc, kết quả và kích thước các “bao” (bọt) nước giảm từ 6 ÷ 10 lần, kích thước các hạt tạp chất cơ khí giảm từ 40 ÷ 60 xuống còn 6micron.

Lượng nước bổ sung thêm vào madút để chế biến NMN được xác định từ các điều kiện về yêu cầu kinh tế-kỹ thuật-sinh thái. NMN thu được có tính ổn định cao ít nhất một năm. Sau thời gian bảo quản lâu như vậy NMN không bị thay đổi tính chất (không bị phân lớp, các bọt nước không hợp lại thành các hạt nước lớn hơn). Nhũ tương duy trì tính ổn định khi sấy nóng tới 90-95oC (mặc dầu ở những nhiệt độ đó độ nhớt giảm đi đáng kể), còn với áp suất dư 0,3-0,4 MPa trở lên có thể sấy nóng tới 100-110oC. Nhiệt độ thấp cũng không ảnh hưởng đến tính ổn định của NMN.

Thiết bị tán sắc đã trải qua các thử nghiệm công nghiệp với dải năng suất từ 3 đến 300t/h, trong đó để xác lập chế độ vận hành tối ưu của chúng người ta có thể điều chỉnh năng suất. Về mặt kết cấu, thiết bị tán sắc không có các bộ phận quay nên đảm bảo được độ kín tuyệt đối, độ tin cậy vận hành, tuổi thọ và an toàn phòng cháy.

Việc sử dụng NMN chế biến trong thiết bị tán sắc tạo điều kiện nâng cao hiệu suất, tính an toàn của các thiết bị gian lò hơi. Quá trinh cháy NMN hợp lý cho phép giảm được N0xtới 20-40%, muội giảm 70-80% so với đốt madút ban đầu (chưa qua chế biến), mặt khác tăng được mức cháy kiệt nhiên liệu, giảm được tro đọng trong tuyến đường dẫn khói.

Việc chuyển sang đốt NMN luôn dẫn tới giảm nồng độ N0xtrong khói với dải rộng các hệ số không khíthừaa’ so với các chế độ đốt madút chưa qua chế biến(Hình vẽ). Mức độ giảm nồng độ N0xphụ thuộc vào độ ẩm của NMN, với độ ẩm 10-12%, mức độ giảm nồng độ N0xlàDCN0x= 50÷60mg/m3. Tuy nhiên nếu chuyển từ chế độ ban đầu (độ ẩm Wp= 5%,a’= 1,2) sang chế độ kết hợp giảm hệ số không khí thừa (a’=1,10) và vận hành với NMN có độ ẩm gần 12% thì tổng mức nồng độ N0xđạt tới 140mg/m3.

Kết luận cuối cùng về chất lượng NMN được xác định bởi sự tối ưu hoá kinh tế-kỹ thuật-sinh thái.

Để chế biến NMN có thể tận dụng nước thải, dầu bẩn với số lượng đáng kể. Các kết quả khả quan với việc đốt các NMN như vậy trong các buồng đốt lò hơi năng lượng cho thấy khả năng thực tế của các hệ thống madút của các NMNĐ không có nước thải lẫn dầu, mỡ vào môi trường thiên nhiên xung quanh.

Việc sử dụng NMN đảm bảo cháy kiệt nhiên liệu. nồng độ CO trong khói chứng tỏ điều đó, nồng độ đó thực tế bằng không, không có khói đen từ miệng ống khói NMNĐ.

Các thiết bị tán sắc năng suất khác nhau được sử dụng thành công ở các NMNĐ, ở các công trình tận dụng phế liệu dầu mỏ ở nhiều vùng của Liên bang Nga: Matscơva, Kaluga, Kirov, Astrakhan, Arkhangelsk, Novosibirsk …

Công nghệ mới giới thiệu trên là giải pháp ít tốn kém và hiệu quả cao để giải quyết vấn đề đốt madút ngậm nước một cách hiệu quả và tin cậy trong điều kiện vận hành các NMNĐ và các công trình công nghiệp. Thời gian hoàn vốn khi áp dụng công nghệ mới nói trên cho các NMNĐ trung bình từ 3-4 tháng, ở các NMNĐ lớn thời hạn hoàn vốn chỉ cần vài ngày .

Ảnh: Ảnh hưởng của độ ẩm của NMN đốt trong lò hơi TP-170 (50MW) với nồng độ Nox trong khói với các trị số không khí thừa khác nhau:

1.                  a’=1,10

2.                  a’=1,15

3.                  a’=1,12

Nguồn:Người làm công tác năng lượng năm 2005 (Liên bang Nga);Người xây dựng số tháng 10-2006.