Nghiên cứu sự ảnh hởng của nhiệt độ dầu FO đến hiệu quả quá trình cháy sấy nóng cốt liệu trong tang sấy trạm BTNN dùng đầu đốt hở kiểu phun ngang dòng dầu TS. Nguyễn Bính Bộ môn Máy xây dựng Xếp dỡ Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT ThS. nguyễn văn đông Trờng Cao đẳng GTVT 2 Đ Nẵng Tóm tắt: Dầu FO l loại nhiên liệu phổ biến dùng trong các trạm bê tông nhựa nóng (BTNN). Sự cháy của dầu FO phụ thuộc rất nhiều vo chế độ gia nhiệt cho nó, từ đó ảnh hởng rất lớn đến hiệu quả quá trình sấy nóng cốt liệu, đến chất lợng sản phẩm v sự ô nhiễm môi trờng. Bi báo trình by cơ sở khoa học của vấn đề ny v minh chứng bằng một số kết quả của quá trình nghiên cứu thực nghiệm tại trạm BTNN dùng đầu đốt hở kiểu phun ngang dòng dầu. Kết quả nghiên cứu giúp cho việc tính toán, thiết kế đầu đốt v vận hnh để đạt hiệu quả cao, góp phần hạ giá thnh sản phẩm v bảo vệ tốt môi trờng. Summary: Heavy oil (FO) Fuel of mixing asfal plant. Burn (blate) oil FO depend raise temperature its. Burn of frire influence for effect dry material and the quality of products, polluted water an air. Result of scientific research and experimental for design, word, and depend environment (medium). i. quá trình đốt cháy nhiên liệu dầu FO sấy nóng cốt liệu ở trạm BTNN a) Quá trình đốt cháy nhiên liệu dầu FO sấy nóng cốt liệu trong tang sấy trạm BTNN là một quá trình hoá lý rất phức tạp, xảy ra liên tục, đan xen lẫn nhau. Có nhiều cách lý giải, có nhiều cách phân đoạn quá trình cháy, nhng có thể chia thành các giai đoạn sau: Giai đoạn phun dầu tán sơng: Để đốt cháy dầu phun vào trong buồng đốt phải phun thành những hạt nhỏ để làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí, thúc đẩy quá trình đốt nóng hoá hơi. Giai đoạn hoá hơi: Những hạt dầu phun vào trong buồng lửa đang vận hành có nhiệt độ rất cao, sẽ nhận nhiệt bức xạ từ tờng lò, ngọn lửa và nhiệt đối lu từ không khí và khói, nhiệt độ tăng dần rồi hoá hơi từ ngoài vào trong. Dầu đợc gia nhiệt càng cao, hạt dầu càng nhỏ, tiếp xúc tốt với không khí và khói nóng thì hoá hơi càng nhanh. Giai đoạn khuếch tán tạo thnh hỗn hợp với không khí: Sau khi dầu đợc hoá hơi thì phải hỗn hợp ngay với không khí nếu không sẽ ảnh hởng đến quá trình cháy và tạo nên tổn thất. Đó là vì sau khi hoá hơi, nếu thiếu không khí do cung cấp không đủ hoặc hỗn hợp không tốt, thì khi nhiệt độ tăng đến khoảng (550 ữ 650) 0 C sẽ xảy ra hiện tợng phân huỷ nhiệt, tạo thành những hạt cacbon rắn có kích thớc rất nhỏ khoảng (0,006 ữ 0,16) m , thờng kết hợp lại với nhau thành hạt có đờng kính (0,1 ữ 0,3) gọi là muội mồ hóng rất khó cháy, chúng tạo thành khói đen và tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học. m Ngoài ra, hạt dầu quá lớn, cũng có thể tạo thành muội mồ hóng. Đó là trờng hợp những hạt dầu thô đợc phun vào ngọn lửa đang cháy có nhiệt độ cao, lớp ngoài cùng bị nhiệt phân tạo thành vỏ mồ hóng hình cầu ngăn không cho hơi dầu bên trong khuếch tán ra ngoài. Khi nhiệt độ tăng, áp suất hơi dầu tăng đến một mức độ nào đó thì nổ lớp vỏ mồ hóng ở ngoài vỡ thành những hạt mồ hóng bay theo khói tạo thành khói đen. Giai đoạn bắt lửa cháy: Khi hơi dầu và không khí hỗn hợp với nhau, nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ bắt lửa thì sẽ cháy và tạo thành mặt ngọn lửa nh hình 1. Nếu không khí cung cấp đủ và tạo hỗn hợp tốt, nhiệt độ đủ cao thì sẽ cháy hoàn toàn, kể cả những hạt muội mồ hóng. Nhng nếu không khí cung cấp không đủ, hoặc hỗn hợp không tốt tạo thành thiếu cục bộ ở những vùng nhiệt độ không đủ cao thì thờng vẫn sót lại những chất khí cũng nh những vật rắn cha cháy hết, tạo nên tổn thất do cháy không hoàn toàn về hoá học và về cơ học. Trong quá trình cháy, nhiệt sinh ra đốt nóng sản phẩm cháy và truyền nhiệt cho môi trờng chất qua các bề mặt truyền nhiệt. Hạt dầu Hơi dầu Bề m ặt ngọn lửa Hạt dầu béHạt dầu lớn Thành phần % C + O = CO CO + 2 1 O 2 = CO 2 H 2 + 2 1 O 2 = H 2 O Hình 1. Quá trình cháy hạt dầu b) Đối với quá trình đốt cháy dầu FO, nhiệt độ có tác dụng rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, thì tỷ trọng và độ nhớt giảm, độ mịn của hạt dầu tăng lên quá trình cháy dễ dàng hơn, mà nhiệt lợng toả ra cũng cao hơn. Tuỳ theo tỷ trọng của dầu từ 0.9402 ữ 1.000 thì nhiệt độ cần sấy nóng cho dầu FO nên trong khoảng (74 ữ 150) 0 C [6]. Nhiệt lợng toả ra trong buồng đốt sẽ tăng lên khi gia nhiệt dầu. Nhiệt lợng thu đợc khi đốt cháy 1kg nhiên liệu trong buồng đốt có thể tính theo [1]: pkknl lv td QIIQQ +++= kcal/kgnl (1) Q d - Nhiệt lợng thu đợc khi đốt cháy 1kg nhiên liệu, kcal/kg. - Nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu, kcal/kg. lv t Q nlnlnl tCI ì = I nl - Nhiệt vật lý của nhiên liệu, có thể tính theo [5]: kcal/kg (2) trong đó: C nl - Nhiệt dung riêng của nhiên liệu, kcal/kg.độ 0 t nl - Nhiệt độ của nhiên liệu, ( C) I kk - Nhiệt vật lý của không khí nóng đa vào, có thể tính theo [1]: kkp 0 kkkk txCxVxI = (3) - là hệ số không khí thừa, khi đốt dầu có thể lấy bằng = (1,1 ữ 1,2) 0 kk V - Lợng không khí lý thuyết 3 Cp - Nhiệt dung riêng thể tích của không khí, Kcal/m .độ Q p - Lợng nhiệt do hơi dùng để phun nhiên liệu, ở đây phun bằng không khí, không xét đến. ii. Nghiên cứu thực nghiệm [3,4] Tiến hành khảo sát và thực nghiệm ở trạm 40 T/h, khi cố định góc mở bớm gió 75 0 và lợng dầu cung cấp là 320 kg/h. 7 6 2 3 1 4 5 v ị trí đo A 1 h 1. Quạt gió 2. Đờng dẫn dầu 3. Đầu đốt 4. Lò đốt hình côn 5. Lò trụ dẫn lửa 6. Giá đỡ 7. Bơm dầu FO Hình 2. Sơ đồ kết cấu cụm đầu đốt hở kiểu phun ngang dòng dầu a. Thiết bị đo: - Nhiệt kế hiện số Type K, dải nhiệt độ đo đợc từ (0 ữ 1350) 0 C, ngoài nhiệm vụ đo nhiệt độ ngọn lửa, thì nhiệt kế này còn đo đợc nhiệt độ sản phẩm đá - cát sau khi sấy nóng. b. Quá trình đo thực nghiệm: Chế độ đo: Khi ngọn lửa đã cháy ổn định, thay đổi các giá trị nhiệt độ gia nhiệt dầu khác nhau (90 ữ 130) 0 C tiến hành đo nhiệt độ ngọn lửa, đo kiểm tra nhiệt độ đá - cát sấy nóng. Mỗi đợt đo trên một điểm đợc thực hiện 4 lần ở cùng một chế độ v.v c. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm Các kết quả đo ở các đợt thực nghiệm đều có chung quy luật và có giá trị gần với kết quả ở bảng 1, bảng 2 dới đây. Bảng 1. Giá trị nhiệt độ ngọn lửa sau các lần thực nghiệm C 0 Nhiệt độ ngọn lửa, C Nhiệt độ gia nhiệt dầu, 0 Số lần đo 90 100 110 120 130 lần 1 850 990 1120 1170 1225 lần 2 880 998 1102 1120 1260 lần 3 900 997 1109 1145 1250 lần 4 902 998 1090 1205 1250 Trung bình 883 995.75 1105.25 1160 1246.25 850 990 1225 1120 1170 880 998 1102 1260 1120 900 997 1109 1145 1250 902 998 1090 1205 1250 883 995.75 1105.25 1160 1246.25 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 Nhiệt độ gia nhiệt dầu, độ C nhiệt độ ngọn lửa, độ C Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ nhất Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ hai Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ ba Nhiệt độ ngọn lửa ở lần đo thứ t Nhiệt độ trung bình ngọn lửa Hình 3. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ ngọn lửa với nhiệt độ gia nhiệt dầu Bảng 2. Giá trị nhiệt độ đá - cát sấy nóng sau các lần đo 0 C Nhiệt độ sản phẩm, C Nhiệt độ gia nhiệt dầu, 0 Số lần đo 90 100 110 120 130 Lần 1 138 149 172 181 190 Lần 2 139 151 168 177 193 Lần 3 141 151 169 179 191 Lần 4 141 152 167 186 191 Trung bình 139.75 150.75 169 180.75 191 181 172 149 138 190 193 168 151 139 177 191 179 169 151 141 186 191 167 152 141 191 139.75 150.75 169 180.75 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 Nhiệt độ gia nhiệt dầu, độ C Nhiệt độ đá - cát sấy nóng, độ C Dải nhiệt độ hợp lý Dải nhiệt độ gia nhiệt hợp lý Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ nhất Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ hai Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ ba Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ t giá trị trung bình Hình 4. Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ đá - cát đợc sấy nóng với nhiệt độ gia nhiệt dầu Nhận xét: Từ các kết quả thực nghiệm, ta thấy khi tăng nhiệt độ gia nhiệt dầu FO thì nhiệt độ ngọn lửa và nhiệt độ đá - cát đều tăng. Trên cơ sở qui định khoảng nhiệt độ sản phẩm ổn định và hợp lý là (160 ữ 200) 0 C, ta tìm đợc đợc dải nhiệt độ gia nhiệt hợp lý cho dầu là (105 ữ 130) 0 C. Khi nhiệt độ gia nhiệt dầu khoảng (90 ữ 100) 0 C, ngọn lửa cháy không cho ánh sáng trắng, kèm theo là khói đen và nớc thải của hệ thống lọc bụi ớt trong trạm BTNN luôn có váng dầu và tạo bọt đen. Khi tiếp tục tăng nhiệt độ dầu lên khoảng (105 ữ 130) 0 C, thì quá trình cháy rất tốt, độ chói sáng ngọn lửa cao và khói có màu trắng nhờ, nớc thải của hệ lọc bụi chỉ có màu bùn nâu. Thực nghiệm còn cho thấy khi sấy dầu FO quá 130 0 C, thì ngọn lửa cháy có lúc không ổn định do dầu đã quá loãng và các phần tử nớc lẫn trong dầu đã ở trạng thái hoá hơi làm cho dầu có hiện tợng sủi bọt. (Xem tiếp trang 64) . Nghiên cứu sự ảnh hởng của nhiệt độ dầu FO đến hiệu quả quá trình cháy sấy nóng cốt liệu trong tang sấy trạm BTNN dùng đầu đốt hở kiểu phun ngang dòng dầu TS. Nguyễn Bính. (medium). i. quá trình đốt cháy nhiên liệu dầu FO sấy nóng cốt liệu ở trạm BTNN a) Quá trình đốt cháy nhiên liệu dầu FO sấy nóng cốt liệu trong tang sấy trạm BTNN là một quá trình hoá lý rất phức. 130 Nhiệt độ gia nhiệt dầu, độ C Nhiệt độ đá - cát sấy nóng, độ C Dải nhiệt độ hợp lý Dải nhiệt độ gia nhiệt hợp lý Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ nhất Nhiệt độ sản phẩm đo lần thứ hai Nhiệt độ