Tài liệu Phân tích hệ thống quá trình đốt nhiệt phân chất rắn công nghiệp đặc trưng

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA --------------X W-------------- LE ANH KIEÂN PHAÂN TÍCH HEÄ THOÁNG QUAÙ TRÌNH ÑOÁT NHIEÄT PHAÂN CHAÁT THAÛI RAÉN COÂNG NGHIEÄP ÑAËC TRÖNG Chuyeân ngaønh: Maùy vaø Thieát bò Coâng ngheä Thöïc phaåm Maõ ngaønh: 2.01.20 HÖÔÙNG DAÃN: 1. PGS.TSKH. LE XUAÂN HAÛI 2. GS. V.N.SHARIFI LUAÄN AÙN TIEÁN SÓ KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH – NAÊM 2010 1 Lôøi cam ñoan Toâi xin cam ñoan nhöõng keát quaû ñöôïc trình baøy trong luaän aùn naøy laø do chính toâi thöïc hieän töø kieán thöùc cuûa chính mình. Toâi khoâng noäp luaän aùn naøy cho baát cöù tröôøng vieän naøo ñeå ñöôïc caáp baèng. Lôøi caûm ôn Tröôùc heát toâi xin chaân thaønh caûm ôn Thaày höôùng daãn chính laø PGS.TSKH Leâ Xuaân Haûi ñaõ taän tình höôùng daãn, chia seû nhöõng kinh nghieäm quyù baùu treân con ñöôøng nghieân cöùu khoa hoïc. Thaày ñaõ chaân tình ñoäng vieân vaø taïo moïi ñieàu kieän toát nhaát cho toâi ñeå toâi coù theå hoaøn thaønh luaän aùn naøy. Loøng bieát ôn chaân thaønh cuûa toâi cuõng xin ñöôïc göûi ñeán GS.Vida Sharifi vaø GS Jim Swithenbank đã tận tình hướng dẫn, đặc biệt cuøng vôùi GS.Agba Salman, GS.Michael Hounslow ñaõ hoã trôï phaàn kinh phí cuõng nhö khoâng ngöøng khuyeán khích toâi trong thôøi gian hoïc taäp taïi tröôøng Ñaïi hoïc Sheffield. Lôøi caûm ôn saâu saéc nhaát ñöôïc hình thaønh töø nhöõng ngoân töø vaø ngöõ vaên thoâng thöôøng nhöng xuaát phaùt töø taát caû traùi tim vaø lyù trí cuûa toâi coù leõ cuõng khoâng theå noùi leân ñöôïc ñaày ñuû nhöõng gì maø ngöôøi vôï yeâu quyù TS. Leâ Thò Kim Phuïng ñaõ daønh troïn veïn cho toâi, ñaõ cuøng vôùi con gaùi Leâ Phuïng Anh Taâm trôû thaønh nguoàn ñoäng vieân to lôùn, giuùp toâi coù ñuû tinh thaàn, söùc löïc ñeå vöôït qua taát caû nhöõng khoù khaên trong suoát thôøi gian laøm luaän aùn. Xin caûm ôn nhöõng ngöôøi thaân, gia ñình vaø baïn beø ñoàng nghieäp ôû Vieän Kyõ Thuaät Nhieät Ñôùi vaø Baûo veä Moâi Tröôøng, ñaëc bieät laø TS. Nguyeãn Quoác Bình, ñaõ chia seû kinh nghieäm nghieân cöùu vôùi toâi, thöôøng xuyeân ñoäng vieân, taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi nhaát ñeå toâi chuyeân taâm vieát neân coâng trình nghieân cöùu naøy. Xin chaân thaønh caûm ôn caùc Thaày, coâ trong khoa Coâng ngheä Hoaù hoïc, trong boä moân Maùy Thieát Bò ñaõ uûng hoä toâi, taïo ñieàu kieän toát nhaát cuõng nhö ñaõ ñoùng goùp nhöõng yù kieán quùy giaù cho toâi, giuùp toâi hoaøn thaønh ñöôïc coâng vieäc cuûa mình. Cuoái cuøng, toâi xin caûm ôn Boä Giaùo duïc vaø Ñaøo taïo, Tröôøng Ñaïi hoïc Quoác Gia TP. Hoà Chí Minh ñaõ taøi trôï cho toâi thöïc hieän coâng trình nghieân cöùu naøy. 1 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tieát kieäm söû duïng nhieân lieäu hoaù thaïch, giaûm thieåu löôïng raùc thaûi, taùi cheá, taùi söû duïng vaø taùi sinh naêng löôïng töø raùc thaûi hieän nay ñang laø vaán ñeà ñöôïc quan taâm ôû möùc toaøn caàu hoaù. Trong ñoù, taùi cheá chaát thaûi ñang daàn trôû thaønh moät ngaønh coâng nghieäp thöïc söï taïi caùc nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån nhö Anh, Phaùp, Ñöùc, Myõ, Nga, Trung Quoác, Nhaät,… Ngaønh coâng nghieäp ñaëc bieät naøy taùi cheá chaát thaûi goùp phaàn cung caáp caùc loaïi nguyeân lieäu nhö nylon, nhöïa, giaáy, goã, kim loaïi, thuûy tinh,… vôùi chi phí thaáp hôn nhieàu so vôùi chi phí saûn xuaát caùc loaïi nguyeân lieäu ban ñaàu. Phaàn nguyeân lieäu baån coøn laïi coù nguoàn goác höõu cô sau khi ñöôïc phaân loaïi, moät laàn nöõa ñöôïc xem laø chaát thaûi cuûa ngaønh coâng nghieäp phaân loaïi taùi cheá, vaø thöôøng ñöôïc tieáp tuïc xöû lyù baèng caùc phöông phaùp ñoát khaùc nhau nhaèm taïo ñieàu kieän giaûm aùp löïc quyõ ñaát cuûa caùc baõi choân laáp. Vaán ñeà ñoát “chaát thaûi cuûa chaát thaûi” keát hôïp phaùt ñieän hieän nay cuõng ñang ñöôïc ñaàu tö nghieân cöùu ôû raát nhieàu caùc quoác gia coâng nghieäp phaùt trieån neâu treân. Moät trong nhöõng loaïi thieát bò söû duïng phoå bieán laø loø ñoát coù væ loø di chuyeån (travelling bed). Thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån ñöôïc söû duïng phoå bieán ñeå ñoát sinh khoái (biomass), chaát thaûi sinh hoaït taïi nhieàu nôi treân theá giôùi. Nhieàu coâng trình nghieân cöùu cuûa caùc tröôøng Ñaïi hoïc, caùc Vieän nghieân cöùu, caùc nhaø maùy coâng nghieäp ñoái vôùi loaïi thieát bò naøy ñaõ ñöôïc thöïc hieän vaø thu ñöôïc nhöõng keát quaû quan troïng, ñoùng goùp vaøo söï hieåu bieát veà quaù trình chaùy, veà phöông thöùc naâng cao hieäu quaû chaùy,… trong quaù trình xöû lyù raùc thaûi baèng phöông phaùp ñoát. Tuy nhieân, cho ñeán nay vaãn chöa coù moät nghieân cöùu naøo thöïc hieän tieáp caän quaù trình ñoát raùc thaûi trong thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån moät caùch thöïc söï chuaån möïc vôùi nguyeân taéc thieát bò loø ñoát raùc thaûi ñöôïc xeùt nhö laø moät heä thoáng phöùc taïp. Treân cô sôû nhaän thöùc saâu saéc veà yù nghóa vaø giaù trò cuûa vieäc ñoát chaát thaûi raén trong thieát bò ñoát coù væ loø di chuyeån, ñeà taøi luaän vaên Tieán só “Phaân tích heä thoáng quaù trình ñoát chaát thaûi coâng nghieäp ñaëc tröng” ñöôïc ñeà xuaát thöïc hieän phoái hôïp taïi tröôøng Ñaïi hoïc Quoác gia TP.HCM vaø Ñaïi hoïc Sheffield, UK. Trong ñoù, ñoái töôïng nghieän cöùu ñöôïc xem xeùt nhö moät heä thoáng phöùc taïp vaø caùc taùc vuï nghieân cöùu ñöôïc xaùc laäp vaø trieån khai theo tinh thaàn cuûa phöông phaùp luaän Tieáp caän Heä thoáng. 2. ÑOÁI TÖÔÏNG NGHIEÂN CÖÙU Nhö ñaõ ñeà caäp ôû treân, ñoái töôïng nghieân cöùu trong ñeà taøi naøy bao goàm: ¾ Vaät lieäu nghieân cöùu: chaát thaûi raén höõu cô ñaõ phaân loaïi cho muïc ñích taùi cheá, taùi söû duïng (chaát thaûi cuûa chaát thaûi) vaø sinh khoái thöïc vaät (chaát thaûi cuûa ngaønh saûn xuaát noâng nghieäp ); ¾ Thieát bò: loø ñoát kieåu coät nhoài (laø moät moâ hình vaät theå thu nhoû cuûa thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån ); ¾ Quaù trình ñoát : ñoát nhieät phaân chaát thaûi raén; ¾ Phöông phaùp moâ hình hoùa quaù trình ñoát nhieät phaân chaát thaûi raén; ¾ Chöông trình moâ phoûng quaù trình chaùy chaát thaûi raén. 3. MUÏC TIEÂU NGHIEÂN CÖÙU Muïc tieâu ñaët ra trong Luaän aùn naøy laø: ¾ Nghieân cöùu tính chaát cuûa quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp vaät lieäu raén trong thieát bò ñoát kieåu coät nhoài; ¾ Xaùc ñònh phöông trình ñoäng hoïc quaù trình chaùy cuûa töøng loaïi vaät lieäu laø chaát thaûi sau khi phaân loaïi taùi cheá, taùi söû duïng vaø sinh khoái noâng nghieäp; ¾ Xaây döïng heä phöông trình vi phaân moâ taû quaù trình chaùy cuûa vaät lieäu raén theo phöông phaùp phaân tích heä thoáng; ¾ Xaây döïng chöông trình moâ phoûng nghieân cöùu quaù trình ñoát vaät lieäu raén theo phöông phaùp theå tích höõu haïn; 4. NOÄI DUNG NGHIEÂN CÖÙU Caùc noäi dung nghieân cöùu chủ yếu trong luaän aùn naøy gồm: ¾ Toång quan caùc nghieân cöùu veà quaù trình ñoát chaát thaûi raén treân theá giôùi vaø trong nöôùc theo quan ñieåm của phöông phaùp luaän tieáp caän heä thoáng. ¾ Nghieân cöùu caùc aûnh höôûng chuû yeáu cuûa caùc yeáu toá vaät lyù ñeán quaù trình chaùy trong heä goàm: aûnh höôûng cuûa löu löôïng khoâng khí sô caáp, aûnh höôûng cuûa ñoä roãng cuûa heä. ¾ Vaän duïng phöông phaùp phaân tích heä thoáng nghieân cöùu xaây döïng moâ taû toaùn hoïc cho ñoái töôïng loø ñoát coù væ loø di chuyeån. ¾ Xöû lyù döõ lieäu nghieân cöùu thöïc nghieäm nhaèm xaùc ñònh caùc ñaëc tính caáu truùc, caáu taïo vaät chaát cuûa vaät lieäu; nghieân cöùu quaù trình chaùy cuûa vaät lieäu treân thieát bò ñoát kieåu coät nhoài ñeå xaùc ñònh caùc thoâng soá cuûa moâ hình. 2 Xaây döïng moät chöông trình CIS döïa vaøo phöông phaùp theå tích höõu haïn ñeå moâ phoûng, kieåm chöùng moâ hình toaùn hoïc xaây döïng ñöôïc. 5. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU Luaän aùn naøy ñöôïc thöïc hieän treân cô sôû cuûa phöông phaùp luaän tieáp caän heä thoáng vaø ñöôïc trieån khai theo moät löôïc ñoà logic töông öùng vôùi taùc vuï chuû ñaïo laø tieáp caän heä thoáng. Caùc phöông phaùp ñöôïc vaän duïng ñeå tieán haønh phaân tích heä thoáng quaù trình ñoát nhieät phaân chaát thaûi raén bao goàm: ¾ Phöông phaùp phaân hoaïch heä thoáng: ñöôïc söû duïng ñeå nhaän daïng nhöõng vaán ñeà cuï theå caàn nghieân cöùu treân nhöõng quy moâ, phaïm vi thuoäc caùc phaân heä. ¾ Phöông phaùp tích hôïp heä thoáng: ñöôïc söû duïng ñeå toång hôïp caùc keát quaû nghieân cöùu treân caùc phaân heä, taïo ra keát quaû cho caùc heä coù quy moâ lôùn hôn. ¾ Phöông phaùp nghieân cöùu treân moâ hình vaät theå: töø keát quaû phaân hoaïch heä thoáng xaùc ñònh ñöôïc caùc moâ hình vaät theå (caùc thieát bò thöïc nghieäm) vaø tieán haønh nghieân cöùu treân caùc moâ hình vaät theå ñeå nhaän daïng quaù trình ñoát nhieät phaân caùc loaïi vaät lieäu ñaõ ñöôïc choïn laøm ñaïi dieän cho caùc chaát thaûi raén. Phöông phaùp nghieân cöùu treân moâ hình vaät theå bao haøm caû quaù trình thoáng keâ xöû lyù caùc döõ lieäu thöïc nghieäm. ¾ Phöông phaùp nghieân cöùu treân moâ hình toaùn hoïc: ñöôïc söû duïng vôùi muïc ñích hoã trôï cho caùc nghieân cöùu thöïc nghieäm treân moâ hình vaät theå, nhaèm taïo ra nhöõng bieåu ñaït coù tính khaùi quaùt hôn vaø sau ñoù coù theå tieán haønh moâ phoûng quaù trình ñoát nhieät phaân treân cô sôû caùc moâ taû toaùn hoïc thu ñöôïc. 6. YÙ NGHÓA KHOA HOÏC • Luaän aùn laø coâng trình nghieân cöùu ñaàu tieân ôû trong vaø ngoaøi nöôùc thöïc hieän vaän duïng phöông phaùp luaän Tieáp caän Heä thoáng vôùi taùc vuï chuû ñaïo laø Phaân tích heä thoáng treân hoãn hôïp nhieân lieäu raén (heä dò theå ña phaân taùn) trong thieát bò loø ñoát kieåu coät nhoài ; • Ñoái töôïng vaät lieäu nghieân cöùu laø hoãn hôïp giaáy vaø hoãn hôïp sinh khoái ñöôïc söû duïng trong nghieân cöùu naøy ñaõ ñoùng goùp vaøo caùc nghieân cöùu chung cuûa nhoùm nghieân cöùu cuûa tröôøng Ñaïi hoïc Sheffield (Vöông Quoác Anh) veà söï hieåu bieát quaù trình chaùy cuûa loaïi vaät lieäu “chaát thaûi cuûa chaát thaûi”. Ñaây cuõng ñöôïc xem laø caùc nghieân cöùu môû ñöôøng cho vieäc nghieân cöùu quaù trình chaùy cuûa caùc loaïi chaát thaûi raén töông töï ôû Vieät Nam. 7. YÙ NGHÓA THÖÏC TIEÃN • Thieát bò ñoát kieåu coät nhoài ñöôïc nghieân cöùu trong luaän aùn laø moät moâ hình vaät theå thu ñöôïc töø pheùp phaân hoaïch thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån vaø thieát bò loø ñoát tónh hai caáp. Ñaây laø hai loaïi loø ñoát chaát thaûi phoå bieán treân theá giôùi vaø ôû Vieät Nam. Keát quaû nghieân cöùu cuûa ñeà taøi naøy coù theå ñöôïc trieån khai öùng duïng trong caùc loaïi loø ñoát keå treân vôùi vaät lieäu ñoát laø chaát thaûi raén noùi chugn vaø sinh khoái ; • Keát quaû nghieân cöùu cuûa luaän aùn seõ goùp phaàn vaøo lôøi giaûi cuûa baøi toaùn xöû lyù chaát thaûi keát hôïp taùi sinh naêng löôïng , phuïc vuï nhu caàu sinh hoaït vaø saûn xuaát coâng nghieäp. ¾ CHƯƠNG 1: TOÅNG QUAN 1.1 VAÄT LIEÄU NGHIEÂN CÖÙU Cô caáu loaïi chaát thaûi raén trong hoaït ñoäng cuûa neàn kinh teá cuûa caùc quoác gia coâng nghieäp phaùt trieån khaù ñoàng nhaát, coù thaønh phaàn nhö trong hình 1.1 sau [1, 2]: Chất t hải nông nghiệp Chất t hải khoáng sản 16% Chất t hải sản xuất 31% Chất t hải sinh hoạt Chất t hải sản xuất năng lượng Hình 1.1 Cô caáu thaønh phaàn chaát thaûi raén Chaát thaûi khoâng nguy haïi Moät soá loaïi chaát thaûi töø hoä gia ñình Phaân loaïi, thu gom Tieâu huûy Taùi cheá Chaát thaûi cuûa chaát thaûi Choân laáp CH4 Xöû lyù nöôùc thaûi UÛ Compost Tro Naêng löôïng Saûn phaåm Loø ñoát Buøn thaûi Taùi söû duïng Thu hoài Khí noùng 31% Chaát thaûi nguy haïi Phöông phaùp 15% Phaân loaïi taïi nguoàn Saûn phaåm, phöông tieän Chất t hải xây dựng 6% 1% Chaát thaûi Khí chaùy Chaát thaûi loûng Xöû lyù khí Hình 1.2 Sô ñoà toùm taét quy trình xöû lyù chaát thaûi raén Vieäc ñoát “chaát thaûi cuûa chaát thaûi” ñöôïc thöïc hieän chuû yeáu trong ngaønh coâng nghieäp xöû lyù chaát thaûi raén. Cho ñeán nay, vieäc nghieân cöùu baûn chaát quaù trình ñoát hoãn hôïp caùc vaät lieäu naøy haàu nhö chöa ñöôïc thöïc hieän taïi caùc Vieän nghieân cöùu hoaëc tröôøng Ñaïi hoïc tieân tieán treân theá giôùi. 1.2 THIEÁT BÒ LOØ ÑOÁT COÙ VÆ LOØ DI CHUYEÅN 3 Trong coâng nghieäp ñoát xöû lyù chaát thaûi, thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån ñöôïc söû duïng raát nhieàu do nhöõng tính naêng öu vieät nhö: coâng suaát xöû lyù lôùn, hieäu suaát ñoát chaát thaûi lôùn, chaát thaûi ñöôïc naïp vaøo lieân tuïc vaø tro cuõng ñöôïc laáy ra lieân tuïc. Ngoaøi ra coøn coù theå toái öu quaù trình caáp khí ñeå ñaït hieäu suaát xöû lyù cao nhaát, hieäu suaát nhieät sinh ra lôùn nhaát. Do coâng suaát cuûa loø lôùn neân löôïng khí chaùy sinh ra cuõng raát lôùn, coù theå söû duïng caáp cho loø hôi phuïc vuï cho vieäc phaùt ñieän [3-6]. Chaát thaûi ñöôïc caáp lieân tuïc töø treân pheãu xuoáng ghi loø. Ghi loø di chuyeån tuaàn hoaøn töø traùi sang phaûi vôùi goùc nghieâng i = 10o-15o. Tro ñöôïc thaùo ra lieân tuïc ôû ñoaïn cuoái ghi loø. Khoâng khí cung caáp cho quaù trình chaùy töø döôùi ghi loø ñöôïc goïi laø khoâng khí sô caáp. Khí chaùy sô caáp di chuyeån leân khu vöïc beân treân vaø Hình 1.3 Sô ñoà heä thoáng thieát bò loø ñoát væ loø di chuyeån chuyeån Hình 1.4 Moâ hình chaùy vaät lieäu raén treân ghi loø di ñöôïc cung caáp tieáp oâxy, goïi laø khoâng khí thöù caáp, ñeå phaûn öùng chaùy trong pha khí tieáp tuïc dieãn ra. Taïi khu vöïc naøy, caùc thaønh phaàn chaùy ñöôïc trong pha khí seõ tieáp tuïc chaùy toaû naêng löôïng vaø ñöôïc thu nhieät ñeå cung caáp cho loø hôi, phuïc vuï cho vieäc taùi sinh naêng löôïng. Phaàn khí chaùy sau khi taän duïng nhieät seõ ñöôïc xöû lyù tröôùc khi thaûi ra ngoaøi moâi tröôøng. Trong quaù trình vaän haønh cuûa loø ñoát, vaät lieäu raén ñöôïc naïp vaøo loø thoâng qua pheãu naïp lieäu. Vaät lieäu raén seõ naèm treân caùc thanh ghi loø vaø di chuyeån cuøng vôùi ghi loø. Caùc thanh ghi loø ñöôïc goái noái tieáp leân nhau vaø moãi thanh ñeàu coù loã thoâng khí töø beân döôùi. Heä thoáng caùc thanh ghi loø coù chöùc naêng töông töï nhö baêng taûi vaän chuyeån vaät lieäu raén töø ñaàu ñeán cuoái loø. Khi thanh ghi loø di chuyeån ñeán cuoái loø, thanh ghi loø seõ töï quay ñoåi höôùng vaø seõ ñoå tro treân beà maët vaøo pheãu thu tro. Thanh ghi loø tieáp tuïc di chuyeån ngöôïc trôû laïi ñaàu loø naïp lieäu vaø ñoåi höôùng moät laàn nöõa tröôùc khi nhaän nhieân lieäu môùi ñoå vaøo. Heä thoáng thanh ghi loø ñöôïc caáu taïo theo caùc gôø goái leân nhau vôùi muïc ñích khoâng ñeå xaûy ra hieän töôïng khoái vaät lieäu raén tröôït theo quaùn tính veà cuoái loø khi ghi loø di chuyeån. Ñieàu naøy coù nghóa laø khoái vaät lieäu raén ñöùng yeân treân ghi loø trong suoát quaù trình di chuyeån cuûa ghi töø ñaàu loø ñeán cuoái loø. Taïi ñaàu vaøo cuûa ghi loø, vaät lieäu raén thu nhieät vaø baét ñaàu caùc quaù trình bay hôi aåm. Trong quaù trình di chuyeån cuøng vôùi ghi loø veà phía pheãu thu hoài tro, vaät lieäu raén tieáp tuïc dieãn ra caùc quaù trình giaûi phoùng caùc chaát, quaù trình chaùy cuûa cacbon sau khi giaûi phoùng caùc chaát trong caáu truùc cuûa vaät lieäu raén. Vaät lieäu raén ñi ñeán cuoái ghi loø coøn laïi chuû yeáu chæ laø tro xæ. Trong quaù trình chaùy vaø di chuyeån cuûa væ loø, khoâng khí sô caáp cung caáp töø döôùi ghi loø vöøa ñuû ñeå khoâng laøm xaùo troän lôùp vaät Khoâng khí thöù caáp Khoâng khí thöù caáp Khoâng khí thöù caáp lieäu raén beân treân. Böùc xaï nhieät theo Tro, cacboncaên phöông ngang nhoû so vôùi böùc xaï nhieät theo baûn Tro Vaät lieäu raén Vaät lieäu raén Tro, cacboncaên phöông thaúng ñöùng, do vaäy coù theå xem baûn nhö khoâng coù söï truyeàn nhieät böùc xaï theo Vaät lieäu raén phöông ngang giöõa caùc khoái vaät lieäu treân Khoâng khí sô caáp Khoâng khí sô caáp Khoâng khí sô caáp hai thanh ghi lieân tieáp. Thôøi gian Xem xeùt moät phaân ñoaïn vaät lieäu raén naèm t=0 t=t t=t treân moät thanh ghi loø. Vaät lieäu raén ñöôïc Hình 1.5 Sô ñoà vaän ñoäng theo thôøi gian cuûa coät nhieân lieäu naïp vaøo naèm treân ghi loø, sau ñoù nhieân lieäu baét chaùy baét ñaàu töø ñænh cuûa coät vaät lieäu. Khoâng khí sô caáp cung caáp töø beân döôùi vaøo coät ñeå duy trì söï chaùy. Lôùp vaät lieäu beân treân baét chaùy seõ truyeàn nhieät chuû yeáu baèng böùc xaï nhieät xuoáng lôùp vaät lieäu beân döôùi. Lôùp vaät lieäu beân döôùi taêng nhieät ñoä, giaûi phoùng hôi aåm vaø nhieät phaân giaûi phoùng caùc chaát höõu cô. Caùc chaát höõu cô ñöôïc giaûi phoùng seõ baét chaùy vaø tieáp tuïc cung caáp naêng löôïng baèng truyeàn nhieät böùc xaï xuoáng lôùp vaät lieäu thaáp hôn. Nhö vaäy, quaù trình cöù tieáp tuïc cho ñeán khi lôùp vaät lieäu ôû ñaùy coät baét chaùy. Toác ñoä giaûi phoùng caùc chaát höõu cô vaø toác ñoä baét chaùy cuûa caùc chaát khí ñöôïc giaûi phoùng cuûa caùc loaïi vaät lieäu khaùc nhau ñöôïc nghieân cöùu ôû nhieàu nôi treân theá giôùi. Pedersen ñaõ thöïc hieän caùc nghieân cöùu treân vaät lieäu biomass [7], trong khi ñoù, caùc nghieân cöùu cuûa Desroches-Ducarne vaø nhöõng ngöôøi khaùc ñaõ tieán haønh treân vaät lieäu laø raùc thaûi sinh hoaït ñoâ thò [8]. Trong quaù trình baét chaùy cuûa toaøn boä lôùp vaät lieäu, lôùp vaät lieäu beân treân trôû thaønh cacbonvaø tieáp tuïc baét chaùy. Toác ñoä baét chaùy cuûa than tuyø thuoäc vaøo noàng ñoä oâxy coù maët xung quanh phaàn töû than [7, 9-12]. i n 4 ñoát thoâng thöôøng laø loaïi loø ñoát tónh hai caáp. Loaïi loø ñoát chaát thaûi naøy raát phoå bieán ôû Vieät Buoàng ñoát thöù caáp Nam, coù daïng nhö hình 1.6. Vò trí caáp khoâng OÁng noái khí sô caáp Vôùi loaïi loø ñoát nhieät phaân tónh hai caáp, vaät lieäu raén ñöôïc naïp vaøo moät laàn taïi buoàng ñoát sô caáp, Hình 1.6 Thieát bò loø ñoát tónh hai caáp lôùp vaät lieäu raén ñöôïc ñoát moài vaø khoâng khí sô caáp ñöôïc cung caáp töø ñaùy cuûa væ loø. Trong quaù trình chaùy, lôùp vaät lieäu raén ñöùng yeân treân ghi loø. Vôùi heä thoáng thieát bò naøy, tieán haønh phaân hoaïch heä thoáng goàm vaät lieäu raén vaø væ loø, khoâng gian caáp khí sô caáp döôùi væ loø vaø khoâng gian beân treân lôùp vaät lieäu raén seõ thu ñöôïc moät ñoái töôïng töông ñöông vôùi moâ hình coät nhoài. Caùc nghieân cöùu veà quaù trình chaùy treân loø ñoát tónh hai caáp ñöôïc thöïc hieän bôûi nhieàu cô quan nghieân cöùu trong nöôùc, ñaëc bieät taäp trung ôû Thaønh phoá Haø Noäi vaø Thaønh phoá Hoà Chí Minh. 1.3 TÌNH HÌNH NGHIEÂN CÖÙU QUAÙ TRÌNH CHAÙY TRONG THIEÁT BÒ ÑOÁT KIEÅU COÄT NHOÀI Thieát bò ñoát kieåu coät nhoài laø moät moâ hình vaät theå thu ñöôïc töø quaù trình phaân hoaïch thieát bò loø ñoát coù væ loø di chuyeån vaø loø ñoát tónh hai caáp. Quaù trình chaùy trong thieát bò daïng coät nhoài ñöôïc nhieàu nôi thöïc hieän nghieân cöùu trong thôøi gian qua. Ñaùng keå laø nhoùm nghieân cöùu taïi Haøn Quoác, giaùo sö Shin vaø coäng söï, cuûa Vieän KIST ñaõ thöïc hieän nghieân cöùu moâ hình hoùa vaø moâ phoûng quaù trình chaùy cuûa goã thoâng trong thieát bò ñoát coù ghi loø di chuyeån. Trong nghieân cöùu naøy, caùc taùc giaû ñaõ phaân hoaïch thieát bò ñoát coù ghi di chuyeån thaønh töøng coät nhoài, xaây döïng moâ taû toaùn hoïc cho töøng coät nhoài trong heä thoáng. Moâ taû toaùn hoïc ñöôïc xaây döïng cho moät ñôn vò theå tích kieåm soaùt trong moät coät nhoài nhö sau [13, 14]: Nhieät thu ñöôïc trong pha raén trong moät ñôn vò theå tích kieåm soaùt bằng nhieät sinh ra do phaûn öùng hoùa hoïc cộng với nhieät maát maùt do bay hôi aåm, nhieät trao ñoåi vôùi theå tích kieåm soaùt beân treân vaø beân döôùi vaø nhieät trao ñoåi vôùi pha khí. Töông töï, caân baèng nhieät trong pha khí ñöôïc vieát nhö sau: , , , , Năng lượng thu ñược của pha khí trong một ñôn vị thể tích kiểm , 1, 1,   soaùt bằng nhiệt sinh ra do phản ứng hoaù học cộng với nhiệt trao ñổi với pha rắn. 1 ∆ 1, ,   Khoái löôïng vaät lieäu raén goàm khoái löôïng aåm, khoái löôïng chaát 1 0 0 1 ∆ bay hôi, khoái löôïng than vaø khoái löôïng tro: , , , 1 Mb=Mmoist+Mvol+Mchar+Mash Taïi tröôøng Ñaïi hoïc Sheffield, nhoùm nghieân cöùu cuûa giaùo sö Swithenbank vaø giaùo sö Sharifi ñaõ tieán haønh nghieân cöùu quaù trình chaùy cuûa chaát thaûi raén trong thieát bò loø ñoát coù ghi di chuyeån. Nhoùm nghieân cöùu cuõng thöïc hieän vieäc phaân hoaïch thieát bò loø ñoát coù ghi loø di chuyeån thaønh nhieàu thieát bò coät nhoài, tieán haønh thöïc nghieäm, xaây döïng moâ taû toaùn hoïc vaø moâ phoûng quaù trình chaùy treân thieát bò coät nhoài naøy [4, 15-17]. Nhöõng nghieân cöùu ở đây khi thöïc hieän xaây döïng moâ taû toaùn hoïc ñaõ Khí hoùa Nhieät phaân Saáy xem heä goàm toaøn boä pha raén coù VC VD VB VA caùc loã xoáp beân trong. Quaù trình Chaát thaûi (B): Chaát thaûi khoâ (C): Chaát thaûi sau nhieät phaân Chaát thaûi sau nhieät chaùy cuûa vaät lieäu raén ñöôïc khaûo Am Å Chaát bay hôi (D ): phan vaø khí thaûi (A ): Ch aá t bay hôi Cacbon, tr o Cac bon, tro Tro saùt trong vuøng theå tích naøy döïa Cacb on, tro treân söï thay ñoåi theå tích cuûa vaät lieäu raén trong quaù trình chaùy. Ngoaøi ra, caùc nghieân cöùu khaùc taïi tröôøng Ñaïi hoïc Sheffield vaø nhöõng nôi khaùc cuõng ñaõ thöïc hieän treân moâ hình thieát bò ñoát kieåu coät nhoài vôùi caùc loaïi vaät lieäu raén khaùc nhau nhö goã, giaáy caùc loaïi, coû möïc, rôm,… nhaèm tìm ra caùc yù nghóa öùng duïng thöïc tieãn nhö aûnh höôûng cuûa kích thöôùc vaät lieäu raén ban ñaàu, aûnh höôûng cuûa löôïng khoâng khí sô caáp, aûnh höôûng cuûa khoâng khí thöù caáp ñeán toác ñoä chaùy, noàng ñoä cöïc ñaïi caùc khí chaùy sinh ra [3-6, 16-26]. Caùc nghieân cöùu treân ñaõ ñoùng goùp raát nhieàu vaøo söï hieåu bieát veà quaù trình chaùy cuûa caùc loaïi vaät lieäu trong thieát bò ñoát kieåu coät nhoài. Tuy nhieân, cho ñeán nay vaãn chöa coù moät coâng trình naøo thöïc hieän nghieân cöùu quaù trình ñoát hoãn hôïp vaät lieäu “chaát thaûi cuûa chaát thaûi” trong thieát bò ñoát kieåu coät nhoài theo con ñöôøng Tieáp caän heä thoáng vôùi taùc vuï Phaân tích heä thoáng. Baèng con ñöôøng Phaân tích heä thoáng naøy, caùc hieän töôïng co ruùt cuûa vaät lieäu do söï giaûi phoùng vaät chaát trong quaù trình chaùy, hieän töôïng quaù trình chaùy dieãn ra khoâng ñeàu laøm cho tình traïng maát caân baèng moment cuûa khoái vaät lieäu xaûy ra, daãn ñeán hieän töôïng suïp của khoái vaät lieäu raén trong quaù trình chaùy do aûnh höôûng cuûa ñoä roãng cuûa khoái haït cuøng vôùi söï di chuyeån ngaãu nhieân cuûa pha khí töø beân döôùi seõ ñöôïc laøm saùng toû thoâng qua vieäc phaân hoaïch heä thoáng, phaân tích ñònh aùy , 1 ∆ 0 , 1 1 ∆ 1 0 5 tính caáu truùc heä thoáng, vieäc boá trí thieát bò quan traéc caùc thoâng soá kieåm soaùt quaù trình ôû nhöõng chöông tieáp theo. CHƯƠNG 2: PHÖÔNG PHAÙP, THIEÁT BÒ VAØ VAÄT LIEÄU TRONG NGHIEÂN CÖÙU THÖÏC NGHIEÄM 2.1 PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ LOØ ÑOÁT COÙ VÆ LOØ DI CHUYEÅN 2.1.1 Phương phaùp tieáp caän heä thoáng thieát bò loø ñoát chaát thaûi raén 2.1.2 Phöông phaùp phaân hoaïch heä thoáng 2.1.3 Phöông phaùp phaân tích ñònh tính caáu truùc heä thoáng 2.2 THIEÁT BÒ NGHIEÂN CÖÙU VAØ PHÖÔNG PHAÙP THÖÏC HIEÄN 2.2.1 Phaân tích nhieät vi sai Thieát bò nghieân cöùu ñoä suy giaûm khoái löôïng vaät lieäu theo söï gia taêng nhieät ñoä trong Hình 2.2 Sô ñoà caáu taïo thieát bò phaân Hình 2.1 Löôïc ñoà logic tieáp caän heä thoáng thieát bò quaù trình ñoát chaát thaûi raén tích nhieät vi sai nhieät ñoà Sô phaân ñöôïc thöïc hieän trong thieát bò NETZSCH TG 209. caáu taïo thieát bò goàm caùc boä phaän chính nhö sau: 2 .2.2 Thí nghieäm treân thieát bò loø ñoát coät nhoài 2.2.2.1 Thieát laäp heä thoáng thí nghieäm Heä thoáng thieát bò hoaït ñoäng ôû ñieàu kieän aùp suaát khí quyeån. Thieát bò coù theå chia laøm hai nhoùm chính: • Cuïm caùc thieát bò thöïc hieän quaù trình cô hoïc: ñoù laø caùc thieát bò cung caáp oâxy sô caáp vaø oâxy thöù caáp. Khoâng khí sô caáp ñöôïc cung caáp töø ñaùy cuûa thieát bò coät nhoài. Khoâng khí thöù caáp ñöôïc cung caáp vaøo beân trong thieát bò taïi vò trí h=0,75cm keå töø ñaùy cuûa thieát bò. Khoâng khí cung caáp ñöôïc kieåm soaùt bôûi löu löôïng keá rotameter. • Cuïm caùc thieát bò truyeàn daãn thoâng tin: ñoù laø caùc thieát bò truyeàn daãn thoâng tin veà khoái löôïng vaät lieäu raén coøn laïi, nhieät ñoä cuûa caùc vò trí doïc theo coät nhieân lieäu trong thieát bò, noàng ñoä caùc chaát khí. Moâ Hình 2.4 Thieát bò ñoát kieåu coät nhoài hình thieát bò ñöôïc treo treân heä thoáng caân ñieän ñeå ghi Heä thoáng nhaän caùc giaù trò khoái löôïng thay ñoåi. Caùc ñaàu doø nhieät ñoä Maùy tính ghi Khoâng khí ñöôïc boá trí doïc theo chieàu cao cuûa thieát bò, moãi ñaàu doø nhaän döõ lieäu caùch nhau 8cm keå töø ñaùy ñeán ñaàu doø thöù 8. ñaàu doø nhieät ñoä thöù 8, 9 caùch nhau 340cm, daàu doø thöù 9, 10 caùch nhau Beùc ñoát 10cm. OÁng huùt khí ñöôïc ñaët caùch ñaùy 40cm hoaëc 56cm moài ban à 2.2.2.6 Phöông thöùc tieán haønh thöïc nghieäm treân thieát bò coät nhoài Vaät lieäu raén ñöôïc naïp vaøo coät töø cöûa naïp lieäu ôû ñænh cuûa thieát bò sao cho chieàu cao coät nhieân lieäu khoâng quaù moät nöûa chieàu cao Thieát bò ño noàng ñoä khí cuûa thieát bò. Sau khi naïp lieäu, caáp khoâng khí sô caáp vaøo coät töø Khoâng khí beân döôùi thieát bò vôùi löu löôïng khoâng ñoåi vaø tieán haønh ñoát moài Hình 2.7 Sô ñoà heä thoáng thieát bò ñoát kieåu lôùp vaät lieäu raén töø beân treân. Tuøy thuoäc ñieàu kieän vaø muïc ñích thí coät nhoài nghieäm, khoâng khí thöù caáp coù theå ñöôïc cung caáp vaøo thieát bò vôùi nhöõng giaù trò xaùc ñònh. Khí chaùy di chuyeån leân treân ñænh thieát bò coät nhoài vaø thoaùt ra ngoaøi qua oáng thoaùt khí. Trong khi quaù trình chaùy xaûy ra, giaù trò nhieät ñoä trong coät nhieân lieäu ñöôïc ghi nhaän bôûi caùc ñaàu doø caëp nhieät ñieän caém doïc theo chieàu cao thieát bò vaø truyeàn daãn thoâng tin veà maùy tính. Khí chaùy ñöôïc trích ra taïi vò trí xaùc ñònh trong thieát bò sao cho phuø hôïp vôùi muïc ñích thí nghieäm seõ ñöôïc ngöng tuï hôi aåm, taùch caùc khí coù theå gaây nguy haïi cho caûm bieán noàng ñoä khí, vaø ñi vaøo thieát bò ño noàng ñoä caùc khí nhö CO, CO2, ĐỐI TƯỢNG CÔNG NGHỆ Phát hiện vấn đề Đặt vấn đề Hiệu chỉnh hoặc đặt lại vấn đề Thẩm định khâu đặt vấn đề Xác định các mục tiêu phải đạt được Sai Đúng Thẩm định khâu xác định mục tiêu Hiệu chỉnh các mục tiêu Nhận dạng các rào cản Sai Đúng Thẩm định khâu xác định rào cản Xác định các tác vụ tiếp cận hệ thống (và các điều kiện để thực hiện) Hiệu chỉnh các rào cản Sai Đúng Sai Hiệu chỉnh các tác vụ Thực hiện các tác vụ để giải quyết các vấn đề đã đặt ra Đúng Thẩm định khâu thực hiện Sai Hiệu chỉnh quá trình thực hiện Thẩm định kết quả thực hiện Không đạt yêu cầu Đúng Đạt yêu cầu Kết luận Xác nhận kết quả và dự kiến phát triển Đạt yêu cầu Thẩm định mức độ hoàn thành khâu thực hiện Không đạt yêucầu Thẩm định khâu xác định tác vụ 6 O2, CH4. Giaù trò noàng ñoä caùc khí ñöôïc bieán ñoåi vaø truyeàn daãn veà maùy tính. Ngoaøi ra, trong khi quaù trình chaùy xaûy ra, khoái löôïng vaät lieäu cuõng giaûm theo thôøi gian vaø ñöôïc ghi nhaän bôûi heä thoáng caân töï ñoäng vaø cuõng ñöôïc truyeàn daãn thoâng tin veà maùy tính. Maùy tính coù nhieäm vuï nhaän caùc thoâng tin truyeàn daãn veà theo quy luaät Khaên giaáy Caùc toâng Goã thoâng töông töï, maõ hoaù vaø bieán ñoåi caùc tín hieäu naøy thaønh caùc giaù trò soá vaø bieåu ñaït treân moâ hình ñoà hoaï thoâng qua moät phaàn meàm chuyeân duïng. 2 .3 VAÄT LIEÄU NGHIEÂN CÖÙU Hình 2.8 trình baøy caùc loaïi vaät lieäu ñöôïc söû duïng trong Coû tranh Rôm thí nghieäm Hình 2.8 Vaät lieäu ñaõ söû duïng trong thí nghieäm CHÖÔNG 3: KEÁT QUAÛ VAØ THAÛO LUAÄN 3.1 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU PHAÂN TÍCH HEÄ THOÁNG 3.1.1 Keát quaû phaân hoaïch heä thoáng AÙp duïng phöông phaùp phaân hoaïch heä thoáng trong phaïm vi nghieân cöùu cuûa luaän aùn naøy, khu vöïc buoàng ñoát sô caáp cuûa ñoái töôïng thieát bò væ loø di chuyeån (S5) khi ñöôïc tieán haønh phaân hoaïch theo khoâng gian thaønh nhöõng coät thaúng ñöùng goàm phaàn ñaùy væ loø coù loã cho pheùp khoâng khí sô caáp ñi vaøo khoái vaät lieäu raén töø beân döôùi, khoái vaät lieäu raén naèm treân ghi loø (S5b) vaø khoaûng khoâng gian beân treân khoái vaät lieäu raén (S5a). Xeùt heä thoáng thieát bò ñoát kieåu coät nhoài chaát thaûi raén (S5b). Phaân hoaïch theo khoâng gian thieát bò seõ thu ñöôïc hai vuøng cô baûn laø vuøng sô caáp (coøn goïi laø buoàng sô caáp) vaø vuøng thöù caáp (buoàng thöù caáp). Tieán haønh phaân hoaïch vuøng sô caáp theo khoâng gian thaønh nhöõng vuøng nhoû hôn goïi laø theå tích höõu haïn (control volume hoaëc finite volume) trong ñoù coù chöùa caû pha lieân tuïc vaø pha phaân taùn. Phaàn khoâng gian naøy laø moät heä thoáng môùi ñöôïc goïi laø quaàn theå caùc haït ña phaân taùn trong moâi tröôøng lieân tuïc (S4). Tieáp tuïc phaân hoaïch quaàn theå caùc haït ña phaân taùn thaønh caùc phaàn nhoû hôn. Choïn moät phaàn nhoû môùi taïo thaønh chæ goàm moät haït raén duy nhaát vaø phaàn khoâng gian bao quanh haït raén vaø naèm trong phaàn theå tích höõu haïn. Ñeán ñaây ta ñöôïc heä dò theå moät haït (S3). Tieáp tuïc phaân hoaïch heä dò theå moät haït naøy, xeùt heä chæ goàm hoaøn toaøn pha raén hoaëc hoaøn toaøn pha khí, ta thu ñöôïc heä thoáng môùi naøy laø heä ñoàng theå vi moâ (S2). Vuøng thöù caáp Caùc heä ñoàng theå vi moâ naøy laø caùc chaát hoãn hôïp chöùa caùc S ñôn chaát vaø hôïp chaát ôû caáp ñoä phaân töû. Tieáp tuïc phaân Vuøng sô caáp (vaät S lieäu raén) hoaïch heä ñoàng theå vi moâ naøy ta seõ thu ñöôïc moät taäp hôïp goàm caùc phaân töû (S1). Heä dò theå ña phaân taùn S Caáu truùc phaân taàng cuûa heä thoáng ñoát/nhieät phaân vaät lieäu Heä dò theå moät haït S raén nhö sau: Heä ñoàng theå vi moâ 3.1.2 Phaân tích ñònh tính caáu truùc heä thoáng S Vieäc thöïc hieän phaân tích ñònh tính caáu truùc heä thoáng thieát Heä caùc phaân töû S bò ñoát kieåu coät nhoài ñöôïc thöïc hieän ôû lôùp thöù ba cuûa caáu truùc heä thoáng (heä dò theå moät haït vaät lieäu raén thöù i naøo ñoù Hình 3.1Caáu truùc phaân taàng heä hoùa lyù ñöôïc kyù hieäu laø S3,i) pha lieân tuïc S3,is bao quanh moät phaàn töû raùc thaûi raén (trong tröôøng hôïp naøy ñöôïc coi laø moät haït vaät lieäu raén hay moät haït vaät lieäu raén - pha phaân taùn S3,is). Nhieät löôïng Q töø quaù trình chaùy cuûa lôùp vaät lieäu beân treân truyeàn vaän tôùi caùc pha S3,ig, S3,is laøm cho noäi naêng Ug, Us cuûa pha khí S3,ig vaø haït vaät lieäu raén S3,is taêng leân. Löôïng nhieät Q truyeàn vaän vaøo heä S3,i phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä naêng löôïng phaùt xaï Is cuûa lôùp vaät lieäu chaùy beân treân, khaû naêng haáp thuï böùc xaï es cuûa vaät chaát trong pha lieân tuïc vaø pha phaân taùn. Trong quaù trình taêng noäi naêng cuûa heä, caùc phaân töû nöôùc thuoäc caáu truùc cuûa S3,is baét ñaàu di chuyeån töø beân trong ra beân ngoaøi beà maët, khueách taùn qua lôùp phim khí ôû beà maët phaân chia pha vaø ñi vaøo pha lieân tuïc S3,ig vôùi ñoäng löïc khueách taùn hôi aåm laø ñoä cheânh leäch aùp suaát hôi baõo hoaø treân beà maët ΔPH2O. Toác ñoä khueách taùn coøn phuï thuoäc vaøo caáu truùc vaät lieäu, kích thöôùc hình hoïc cuõng nhö dieän tích beà maët cuûa pha phaân taùn. Caùc phaàn töû khí trong pha lieân tuïc di chuyeån ra khoûi heä S3,i ñang xeùt vaø ñi vaøo caùc heä S3,i+1 lieàn keà. Theo nghieân cöùu cuûa Ryu vaø coäng söï (2001), thôøi gian saáy vaät lieäu thöôøng keát thuùc trong khoaûng 2 phuùt [14]. Ñoàng thôøi vôùi quaù trình thoaùt hôi aåm töï do vaø hôi aåm lieân keát ra khoûi beà maët haït vaät lieäu raén, caùc nguyeân töû C, H, O,... taïi caùc nuùt maïng tinh theå trong caáu taïo cuûa vaät lieäu seõ trôû neân linh ñoäng hôn, laøm cho caùc lieân keát giöõa cacbonvaø caïc bon, cacbonvaø hydro, cacbonvaø oâxy hoaëc caùc goác töï do khaùc neáu coù trôû neân yeáu ñi. Khi haït chaát thaûi raén nhaän moät naêng löôïng ñuû lôùn, caùc lieân keát trong phaàn töû haït raén seõ bò ñöùt gaõy, daãn ñeán keát quaû seõ taïo thaønh caùc chaát höõu cô, maø chuû yeáu laø caùc hydrocacbon vaø aldehyt. Löôïng vaø thaønh phaàn chaát höõu cô ñöôïc taïo thaønh tuyø thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø thaønh phaàn caáu taïo beân trong cuûa haït 5a 5b 4 3 2 1 7 vaät lieäu raén trong heä S3,i. Caùc chaát höõu cô ñöôïc taïo thaønh seõ thoaùt ra khoûi haït vaät lieäu raén, ñi vaøo trong pha khí. Nghieân cöùu cuûa Goh vaø coäng söï, (1998) ñaõ chæ ra caùc chaát höõu cô bay hôi ñöôïc giaûi phoùng ôû nhieät ñoä khoaûng 260oC [15] hoaëc theo nghieân cöùu cuûa Ryu vaø coäng söï, (2001) laø 300°C [14]. Khi caùc lieân keát ban ñaàu cuûa vaät lieäu bò ñöùt gaõy, kích thöôùc haït vaät lieäu raén S3,is seõ giaûm daàn ñoàng thôøi caùc lieân keát môùi cuõng ñöôïc taïo thaønh, taïo ra saûn phaåm môùi ôû theå raén laø bitum vaø than. Toác ñoä taïo thaønh than vaø bitum cuõng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø thaønh phaàn caáu taïo cuûa vaät lieäu raén. Luùc naøy, oâxy töï do töø trong pha khí bao quanh beân ngoaøi haït raén khueách taùn ñeán beà maët cuûa haït vaät lieäu raén, seõ tieáp xuùc vôùi caùc nguyeân töû cacbon cuûa phaàn töû than, bitum vaø taïo ra phaûn öùng chaùy (phaûn öùng oâxy hoaù khöû), sinh ra naêng löôïng. Toác ñoä chaùy cuûa than ñöôïc kieåm soaùt bôûi söï khueách taùn cuûa lôùp phim khí hoãn hôïp vaø toác ñoä phaûn öùng [15]. Töông öùng vôùi caùc quaù trình xaûy ra trong pha raén, pha khí bao quanh moät haït vaät lieäu raén cuõng xaûy ra caùc quaù trình töông öùng. Khi haït vaät lieäu raén giaûi phoùng hôi aåm, phaàn töû hôi nöôùc khueách taùn töø trong haït vaät lieäu ra beân ngoaøi pha khí bao quanh laøm cho maät ñoä cuûa phaàn töû hôi nöôùc taêng leân taïi moät thôøi ñieåm töùc thôøi. Phaàn töû hôi aåm ngay laäp töùc bò loâi cuoán bôûi pha khí ñi töø döôùi leân laøm giaûm maät ñoä hôi aåm trong vuøng theå tích höõu haïn bao quanh haït raén. Khi caùc chaát höõu cô trong pha raén ñöôïc taïo thaønh vaø khueách taùn ra khoûi lôùp beà maët cuûa haït vaät lieäu raén, caùc phaàn töû chaát höõu cô seõ tieáp xuùc vôùi oâxy vaø baét chaùy, sinh naêng löôïng. Saûn phaåm chaùy vaø caùc chaát höõu cô bay hôi chöa chaùy, oâxy vaø caùc phaàn töû khí khaùc seõ chuyeån ñoäng sang nhöõng theå tích höõu haïn khaùc ôû beân Quaù trình giaûi phoùng Quaù trình chaùy cuûa caùc caïnh vaø beân treân. aåm, nhieät phaân, khí hoaù chaát höõu cô trong pha than cuûa pha raén khí Naêng löôïng sinh ra töø caùc phaûn öùng chaùy seõ trao ñoåi nhieät tröïc tieáp vôùi pha khí vaø truyeàn nhieät ngöôïc ñeán pha Nhieät sinh ra töø caùc phaûn öùng Khoái löôïng vaät chaát trong pha chaùy trong pha khí vaø söï raén chuyeån sang pha khí do raén baèng böùc xaï. chaùy cuûa than khueách taùn Lôùp thöù tö trong caáu truùc phaân taàng quan taâm ñeán phaàn theå tích höõu haïn cuûa pha lieân tuïc chöùa moät quaàn theå caùc Gradient Gradient Gradient Gradient hoùa theá nhieät ñoä vaän toác NL beà maët haït ña phaân taùn (heä S4,i). Moâ taû quan troïng nhaát ñoái vôùi heä ña phaân taùn ôû lôùp boán seõ laø phöông trình caân baèng tính chaát taäp ñoaøn haït (thöôøng ñöôïc goïi taét laø phöông Giaûm kích thöôùc cuûa haït vaät lieäu raén trình caân baèng haït) phaûn aûnh söï bieán ñoåi haøm maät ñoä phaân boá haït trong quaù trình chaùy. Phaân boá haït 3.2 KEÁT QUAÛ XAÙC ÑÒNH THAØNH PHAÀN TOÅNG theo kích LÔÙP 4 thöôùc QUAÙT, THAØNH PHAÀN CÔ BAÛN, NHIEÄT TRÒ Baûng 3.1 Phaân tích thaønh phaàn toång quaùt Hình 3.2 Phaân tích ñònh tính caáu truùc heä thoáng Thoâng soá Khaên giaáy Caùc toâng Goã thoâng 5,5 %M 5,48 3,63 81,2 %VM 82,44 79,17 12,1 %FC 8,51 10,73 1,2 %A 3,57 6,47 Baûng 3,2 Phaân tích cô baûn (caên baûn khoâ) Thoâng soá Khaên giaáy Caùc toâng Goã thoâng C, % 43,0 38,8 49,8 H, % 10,0 5,7 8,1 O, % 37,3 45,9 38,3 Baûng 3,3 Nhieät trò (HHV) Thoâng soá Khaên giaáy Caùc toâng Goã thoâng Rôm 7,26 80,12 6,84 5,78 Coû tranh 7,91 82,21 5,55 4,33 Rôm 43,6 5,5 36,8 Coû tranh 43,2 5,7 37,0 Rôm Coû tranh 16,6112 16,1746 HHV, MJ/kg 16,1825 15,9755 18,4437 Mối liên hệ giữa nhiệt trị và thành phần tổng quát được biểu diễn thông qua mối liên hệ sau: HHV = a.%FC+ b.%VM – c.%A sh (3.1) Töø keát quaû nghieân cöùu thöïc nghieäm ôû treân, giaù trò HHV cuûa khaên giaáy, caùc toâng, goã thoâng, rôm vaø coû tranh theo thaønh phaàn toång quaùt nhö sau: Đối với khăn giấy: HHV = 0,3746*%FC+0,156*%VM – 0,0078*%Ash (3.2) Đối với caùc toâng: HHV = 0,3037*%FC+0,1659*%VM – 0,0178*%Ash (3.3) Đối với gỗ thông: HHV = 0,3136*%FC+0,1789*%VM – 0,0278*%Ash (3.4) HHV = 0,4576*%FC+0,1749*%VM – 0,1078*%Ash Đối với rơm: (3.6) 8 Đối với cỏ tranh: HHV = 0,2536*%FC+0,1871*%VM – 0,1071*%Ash (3.7) Đánh giá sai số tương đối giữa kết quả tính toán HHV theo công thức từ (3.4) đến (3.7) với kết quả như sau: HHVtính − HHVTN (3.8) δ= x100 HHVTN Keát quaû cho thaáy, ñoái vôùi khaên giaáy, δ = 1,1%; ñoái vôùi caùc toâng, δ = 1,9%; ñoái vôùi goã thoâng, δ = 0,8%; ñoái vôùi rôm, δ = 0,5%; vaø ñoái vôùi coû tranh, δ = 0,9%. Moái quan heä giöõa caùc phaân tích thaønh phaàn toång quaùt, phaân tích cô baûn ñaõ ñöôïc nghieân cöùu raát nhieàu. Naêm 1997, Demirbas tính HHV cuûa sinh khoái döïa vaøo phaân tích thaønh phaàn toång quaùt HHV = 0,196[FC]+13,119 [27]. Naêm 2005, Sheng, C. vaø coäng söï, ñaõ ñeà nghò coâng thöùc tính HHV cuûa sinh khoái döïa vaøo phaân tích cô baûn HHV = -1 ,3675+0,3137[C]+0,7009[H]+0, 0318[O] [28]. Parikh, J. vaø coäng söï, ñaõ tính HHV töø phaân tích thaønh phaàn toång quaùt cuûa vaät lieäu raén HHV = 0,3536[FC]+0,1559[VM]0,0078[Ash] [29]. Keát quaû thu ñöôïc trong nghieân cöùu naøy so vôùi coâng thöùc cuûa Parikh, J. vaø coäng söï, laø thích hôïp nhaát. 3.3 KEÁT QUAÛ PHAÂN TÍCH NHIEÄT VI SAI 30 20 20% 10 0 200 400 600 800 20% 10 0 1000 0 0 o C Temperature, Nhieä t ñoä, C 200 400 600 800 54% 8% 50 40 30 20 10 0 10 1000 0 200 400 600 800 0 Temperature, Nhieä t ñoä, oCC o C Temperature, Nhieä t ñoä, C 67% 60 30 20 0 90 80 80 70 60 50 40 8% 100 90 TG, % TG, % 30 20 67% 60 50 40 8% 100 80 70 TG, % 67% 60 50 40 6% 100 90 80 70 4% 62% 70 60 50 40 30 3% 20 10 0 0 0 200 400 600 0 0 800 200 Nhieä t ñoä, CoC Temperature, 400 600 800 0o Temperature, Nhieä t ñoä, CC Hình 3.3-3.7 Ñöôøng cong TG cuûa khaên giaáy caùc toâng, goã thoâng, coû tranh, rôm Töø keát quaû theå hieän treân ñoà thò TG cuûa caùc loaïi vaät lieäu raén, coù theå ruùt ra moät soá keát luaän nhö sau: ™ Quaù trình baét chaùy cuûa haït vaät lieäu dieãn ra qua boán giai ñoaïn choàng laán leân nhau goàm: quaù trình giaûi phoùng aåm, quaù trình thu nhieät gia taêng nhieät ñoä trong toaøn haït vaät lieäu, quaù trình nhieät phaân giaûi phoùng vaät chaát vaø quaù trình chaùy cuûa than cô baûn. ™ Vôùi taát caû caùc loaïi vaät lieäu nghieân cöùu, söï giaûi phoùng aåm dieãn ra trong khoaûng töø 3 ñeán 6 phuùt. Keát quaû naøy phuø hôïp vôùi nhieàu nghieân cöùu ñaõ coâng boá ñoái vôùi caùc loaïi vaät lieäu töông töï [14, 30]. Trong quaù trình giaûi phoùng hôi aåm, haït vaät lieäu tieáp tuïc gia taêng nhieät ñoä ñeán nhieät ñoä nhieät phaân. ™ Khi haït vaät lieäu ñaït ñeán nhieät ñoä nhieät phaân, toác ñoä giaûi phoùng vaät chaát dieãn ra raát nhanh trong khoaûng 15 ñeán 25 phuùt, sau ñoù toác ñoä giaûi phoùng vaät chaát giaûm daàn. Ñieàu naøy cho pheùp döï ñoaùn ñaõ coù xaûy ra moät quaù trình ngöng tuï moät phaàn vaät chaát ñaõ ñöôïc giaûi phoùng treân beà maët lôùp vaät lieäu coøn laïi, taïo ra lôùp voû boïc ngaên caûn laøm cho quùa trình giaûi phoùng vaät chaát töø pha raén vaøo pha khí dieãn ra chaäm hôn. Vaán ñeà naøy seõ tieáp tuïc ñöôïc nghieân cöùu laøm roõ trong moâ hình lôùn hôn, töùc laø heä thoáng thieát bò ñoát kieåu coät nhoài. ™ Trong khi vaät lieäu raén giaûi phoùng vaät chaát höõu cô, quaù trình chaùy cuûa than cuõng dieãn ra. Do toác ñoä chaùy cuûa than dieãn ra chaäm, ñöôøng cong TG bieåu dieãn söï suy giaûm khoái löôïng cuõng dieãn ra theo xu höôùng tieäm caän vôùi giaù trò ñoä tro trong vaät lieäu. Ñoà thò ñoä chuyeån hoùa vaø vi phaân ñoä chuyeån hoaù theo thôøi gian cuûa caùc loaïi vaät lieäu nghieân cöùu ñöôïc theå hieän trong caùc hình nhö sau: 0.080 0.060 0.3 0.2 0.040 0.020 0.1 0 0 200 400 600 0 Nhieät Temperature, ñoä, C o 800 0.000 1000 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 200 400 0 Nhieät Temperature, ñoä, C C 600 o α dα/dt 0.9 0.8 0.07 0.7 0.06 0.6 0.5 0.4 0.05 0.3 0.04 0.2 0.1 0 0 800 0 C 200 400 0 NhieätTemperature, ñoä, C oC 600 0.016 α dα/dt 0.014 0.9 0.8 0.012 0.7 0.010 0.6 0.5 0.008 0.4 0.030 0.020 0.010 0.1 0.002 0 0.000 800 400 0 600 o Nhieä t ñoä, C C Temperature, 0.050 0.040 0.2 0.1 0.2 0.01 200 0.060 0.4 0.004 0.02 0 0.070 dα/dt 0.3 0.3 800 0.090 0.080 α 0.006 0.03 0 0.100 1 1 0.1 0.09 0.08 0 0 200 400 600 Temperature, oC Hình 3.8-3.12 Ñoä chuyeån hoaù vaø vi phaân cuûa ñoä chuyeån hoaù cuûa khaên giaáy , caùc toâng, goã thoân g, coû tranh, rôm Moâ hình ñoäng hoïc quaù trình chaùy cuûa haït vaät lieäu raén trong khoâng khí ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình Arrhenius nhö sau: dα = ⎡k . exp⎛⎜ − E ⎞⎟⎤ (1 − α ) n (3.9) ⎢ 0 ⎥ dt ⎣ ⎝ RT ⎠⎦ Vôùi, α laø ñoä chuyeån hoaù cuûa vaät lieäu raén ; E laø naêng löôïng hoaït hoaù ; k0 laø haèng soá toác ñoä n laø baäc cuûa phaûn öùng ; R laø haèng soá khí ; Logarite hoaù hai veá cuûa phöông trình (3.9), phöông ⎛ E⎞ 1 ⎛ dα ⎞ n trình môùi ñöôïc vieát laïi nhö sau: (3.10) ln⎜ ⎟ = ln[k .(1 − α ) ] + ⎜ − ⎟( ) ⎝ dt ⎠ 0 ⎝ R⎠ T Saép xeáp laïi phöông trình (3.10), coù: ln[dα / dt ] = ln k0 + n ln(1 − α ) − E / RT (3.11) 0.000 800 d /dt, o C -1 0.100 α dα/dt d /dt 0.120 dα/dt 0.5 0.4 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 d α/dt 0.7 0.6 0.140 α 0.160 α d /dt 0.180 1 0.9 0.8 d /dt TG, % 80 70 0 3% 100 90 TG, % 3% 100 90 9 Caùc heä soá k, E, vaø n trong phöông trình (3.11) ñöôïc xaùc ñònh cho töøng loaïi vaät lieäu raén döïa vaøo ñoà thò cuûa vi phaân ñoä chuyeån hoaù theo thôøi gian nhö sau: ™ E = 28,80kJ/mol, k 0 = 3607,3 vaø n = 0,2192 cho khaên giaáy; ™ Ñoái vôùi cactoâng, E = 50,86kJ/mol, k 0 = 7,37.105 vaø n = 0,1434; ™ Ñoái vôùi goã thoâng, E = 63,19kJ/mol, k 0 = 9, 19.107 vaø n = 1 , 377; ™ Ñoái vôùi coû tranh, E = 28,1kJ/mol, k 0 = 1667 ,9 vaø n = 0,349; ™ Ñoái vôùi rôm, E = 117,45kJ/mol, k 0 = 60, 2.103 vaø n = 0 ,341; So saùnh caùc keát quaû nghieân cöùu cuûa Garcia et al, (1995), Biagini vaø coäng söï (2002), Cao vaø coäng söï, (2004), Senneca vaø coäng söï, (2006), keát quaû trong nghieân cöùu naøy laø phuø hôïp [31-34]. 3.4 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU QUAÙ TRÌNH CHAÙY CUÛA VAÄT LIEÄU RAÉN 3.4.1 Quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp khaên giaáy vaø caùc toâng Quaù trình baét chaùy cuûa vaät lieäu raén dieãn ra theo caùc giai ñoaïn chính: bay hôi aåm, nhieät phaân ñeå giaûi phoùng caùc chaát höõu cô ôû nhieät ñoä khoaûng 260oC [14]. Quaù trình tieáp theo laø quaù trình chaùy cuûa than vaø taïo thaønh tro. Lieân quan ñeán quaù trình khí hoùa, ôû nhieät ñoä cao, caùc hôïp chaát höõu cô maïch lôùn bò beû gaõy thaønh caùc maïch ngaén hôn. Khí chaùy coù thaønh phaàn chuû yeáu goàm CO, CO2, H2O, O2, buïi tro, CxHy (chuû yeáu laø CH4). Ngoaøi ra, thaønh phaàn NOx, SOx coù maët trong khí chaùy vôùi thaønh phaàn tuøy thuoäc vaøo vaät lieäu raén ñem ñoát. Khoái löôïng maãu ñöôïc söû duïng laø 0 ,5kg vaø 1, 0kg cho hoãn hôïp 70% khoái löôïng khaên giaáy vaø 30% khoái löôïng caùc toâng. Hoãn hôïp giaáy ñöôïc ñoát trong ñieàu kieän khoâng khí sô caáp laø Q=468kg/m2h, vaø Q=1404kg/m2h. Kích thöôùc töông ñöông cuûa khaên giaáy vaø caùc toâng laø 0,26mm vaø 1,5mm töông öùng, do vaäy, heä ñöôïc xem laø heä dò theå ña phaân taùn. Thí nghieäm naøy nhaèm xaùc ñònh söï aûnh höôûng cuûa khoâng khí sô caáp, ñoä roãng cuûa heä ñeán söï chaùy cuûa vaät lieäu. Vieäc boá trí caùc ñaàu doø nhieät ñoä doïc theo chieàu cao coät nhoài seõ cho pheùp xaùc ñònh toác ñoä truyeàn nhieät trong heä. Thí nghieäm thöù nhaát ñöôïc thöïc hieän vôùi khoái löôïng vaät lieäu raén nhoài vaøo ban ñaàu laø 0,5kg, chieàu cao coät sau khi nhoài laø 32cm töông öùng vôùi khoái löôïng rieâng xoáp laø 49,736kg/m3. Ñöôøng bieåu dieãn nhieät ñoä trong coät nhieân lieäu ñöôïc trình baøy trong Hình 3.13 vaø 3.14, töông öùng vôùi khoâng khí sô caáp laø Q=468kg/m2h vaø Q=1404kg/m2h nhö sau: Nhö ñaõ bieát, nhieät ñoä baét chaùy cuûa vaät lieäu raén ôû khoaûng 300oC. Trong thieát bò loø ñoát kieåu coät nhoài, vaät lieäu raén baét ñaàu chaùy ôû ñænh coät vaø chaùy daàn veà phía ñaùy coät. Ñònh nghóa toác ñoä baét chaùy 0.5 1100 T1 T2 1000 0.4 T3 900 Khối l ượng trên ghi lò, kg T4 800 T5 Nhiệt độ, oC 700 600 500 400 0.3 0.2 300 0.1 200 100 0 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 100 150 200 550 250 300 350 400 450 500 550 Thời gian, s cuûa nhieân lieäu trong coät nhoài (IFS) laø tæ soá giöõa khoaûng caùch (dz) vaø khoaûng thôøi gian (dt) maø ngoïn löûa di chuyeån theo phöông thaúng ñöùng. IFS = dz/dt, m/h (3.12) Vôùi chieàu cao coät nhoài laø 32cm, caùc ñaàu doø nhieät ñoä trong coät laø töø T1 ñeán T5, khoaûng caùch moãi vò trí ño nhieät ñoä laø 8cm. Toác ñoä baét chaùy cuûa nhieân lieäu giöõa töøng ñoaïn vaät lieäu trong coät tính töø T5 ñeán T4, T4 ñeán T3, T3 ñeán T2 vaø T2 ñeán T1 laø 3,39m/h ; 3,84m/h; 3,11m/h; vaø 5 ,76m/h. Toác ñoä baét chaùy trung bình trong caû coät nhieân lieäu laø 3 ,27m/h. Khi ngoïn löûa baét ñaàu chaïm ñaùy coät (T1), quaù trình baét chaùy cuûa nhieân lieäu keát thuùc. Trong khi quaù trình baét chaùy cuûa nhieân lieäu ñang xaûy ra, quaù trình oâxy hoaù than cuõng xaûy ra trong lôùp nhieân lieäu ôû beân treân. Toång khoái löôïng nhieân lieäu giaûm trong giai ñoaïn baét chaùy laø 0.4kg. ÔÛ ñoaïn ñaàu tieân cuûa coät nhieân lieäu (T5-T4), vaät lieäu raén baét chaùy trong khoaûng 85s, vaø khoái löôïng vaät chaát ñöôïc giaûi phoùng laø 0.125kg. Trong ñoaïn keá tieáp, khoái löôïng vaät chaát ñöôïc giaûi phoùng laø 0.09kg trong khoaûng 75s. ÔÛ giai ñoaïn thöù ba, 0.08kg vaät lieäu raén ñöôïc giaûi phoùng trong 70s. Khi ngoïn löûa ñi töø vò trí T2 ñeán ñaùy coät nhieân lieäu, khoái löôïng vaät lieäu raén ñöôïc giaûi phoùng laø 0.06kg trong 50s. Ñònh nghóa toác ñoä 2 chaùy trong giai ñoaïn baét chaùy laø: 1 dm , kg/m h (3.13) Vôùi dm laø ñoä giaûm khoái löôïng trong khoaûng Thời gian, s Hình 3.13 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian vôùi khoâng khí Q=468kg/m2h Hình 3.14 Ñoä giaûm khoái löôïng theo thôøi gian BR = A cross dt thôøi gian dt trong giai ñoaïn baét chaùy. Khi ngoïn löûa di chuyeån töø treân xuoáng döôùi, toác ñoä chaùy ghi nhaän ñöôïc nhö sau: BR1 = 182kg/m2h; BR2 = 137kg/m2h; BR3 = 131kg/m2h; vaø BR4 = 137kg/m2h. Toác ñoä chaùy trong giai ñoaïn ñaàu cao hôn giai ñoaïn sau do toång löôïng vaät chaát ñöôïc giaûi phoùng nhieàu hôn. Trong giai ñoaïn sau, haàu heát aåm ñaõ ñöôïc giaûi phoùng, khoái löôïng vaät chaát ñöôïc giaûi phoùng ít hôn trong khi toác ñoä baét chaùy cao hôn. Ñieàu naøy cho pheùp ñaët vaán ñeà veà vieäc coù moät 0.5 1100 T1 900 T2 800 T3 T4 700 Nhiệt độ, oC 0.4 Khối lượng trên ghi lò, kg 1000 T5 600 500 400 300 0.3 0.2 0.1 200 100 Hình 3.15 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian vôùi khoâng khí Q=1404kg/m2h 0 R 0 50 100 150 200 250 300 Thời gian, s 350 400 450 500 550 0 Hình 3.16 Ñoä giaûm khoái löôïng theo thôøi gian R 0 50 100 150 200 250 300 Thời gian, s 350 40 0 450 500 550 10 8 6 4 2 0 468 1404 Hình 3.17 Giaù trò IFS trong caù c thí T5-T4 T4-T3 T3-T2 T2-T1 nghieäm BR, kg/m2h 10 löôïng vaät chaát ñöôïc taïo thaønh töø hôi khí nhöïa ñöôøng. Vaán ñeà naøy seõ ñöôïc ñònh löôïng roõ hôn trong phaàn sau. Tröôøng hôïp 2 (Q=1404 kg/m2h), dieãn bieán nhieät ñoä vaø ñoä giaûm khoái löôïng theo thôøi gian ñöôïc moâ taû trong ñoà thò Hình 3.15; 3.16 Tính toaùn IFS trong thí nghieäm naøy ñöôïc IFS5-4 laø 3,11m/h, IFS4-3 laø 3,43m/h, IFS3-2 laø 5,24m/h, vaø IFS2-1 laø 6,40m/h. Giaù trò IFS trung bình cho caû quaù trình laø 5,05m/h. Giaù trò IFS trong caùc thí nghieäm Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h ñöôïc trình baøy trong Hình 3.17. Roõ raøng, khi quaù trình chaùy dieãn ra trong ñieàu kieän ñuû khoâng khí cung caáp, quaù trình chaùy seõ dieãn ra nhanh hôn. Ñieàu naøy cho thaáy söï aûnh höôûng cuûa khoâng khí sô caáp ñeán quaù trình chaùy laø raát ñaùng keå. Tính toaùn toác ñoä chaùy BR trong thí nghieäm vôùi khoâng khí sô caáp Q=1404kg/m2h ñöôïc BR1 laø 219kg/m2h. BR2 laø 229kg/m2h, BR3 laø 187kg/m2h vaø BR4 laø 229kg/m2h. Caùc giaù trò naøy töông öùng cao hôn caùc giaù trò trong tröôøng hôïp khoâng khí sô caáp Q=468kg/m2h cho thaáy söï aûnh höôûng ñaùng keå cuûa khoâng khí sô caáp ñeán söï chaùy. Ñònh nghóa toác ñoä chaùy nghieâm ngaët (SBR): SBR = (mM + mVol)/(AcrossΔt), kg/h (3.14) mM laø toång khoái löôïng aåm ban ñaàu cuûa vaät lieäu, kg. mVol toång khoái löôïng caùc chaát höõu cô bay hôi coù trong vaät lieäu ban ñaàu, kg. Δt laø toång thôøi gian cuûa quaù trình baét chaùy, h. 350 468 1404 Tính toaùn ñöôïc SBR trong Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h 300 laø 177kg/m2h vaø 211kg/m2h. SBR 468 SBR 1404 250 219 229 229 Ñöôøng bieåu dieãn BR cuûa Q=468 kg/m2h trong Hình 3.18 cho 200 188 thaáy: BR baét ñaàu taïi giaù trò lôùn hôn SBR, sau ñoù giaûm daàn ñeán 182 150 138 cuoái quaù trình. Trong khi trong Q=1404 kg/m2h, ñöôøng BR baét 138 131 100 ñaàu ôû giaù trò lôùn hôn SBR vaø taêng leân, sau ñoù laïi giaûm xuoáng T 5-T 4 T 4-T 3 T 3-T 2 T 2-T 1 thaáp hôn SBR vaø cuoái cuøng taêng leân lôùn hôn SBR. YÙ nghóa Hình 3.18 Giaù trò BR vaø SBR tröôøng hôïp Q=468; Q=1404 kg/m2h cuûa vieäc so saùnh BR vaø SBR laø ñeå moâ taû löôïng vaät lieäu bò tieâu 0.050 ï trong quaù trình chaùy. Khi BR lôùn hôn SBR, nghóa laø ñaõ coù th u 468 0.040 1404 moät phaàn than bò tieâu thuï vaø/hoaëc ñoä aåm vaø caùc chaát höõu cô bay 0.028 0.026 0.030 hôi trong lôùp vaät lieäu thaáp hôn ñöôïc giaûi phoùng. Neáu BR nhoû hôn 0.017 0.020 0.011 SBR, quaù trình chaùy dieãn ra chaäm hôn do coù moät löôïng vaät chaát 0.010 ñöôïc taïo thaønh töø caùc chaát höõu cô bay hôi (quaù trình ngöng hôi 0.000 khí nhöïa ñöôøng) hoaëc vaät lieäu chaùy bò chaäm laïi do taùc ñoäng cuûa -0.004 -0.010 -0.005 quaù trình truyeàn nhieät, truyeàn khoái. Löôïng vaät chaát bò tieâu thuï T5- T4 T4-T3 T3- T2 T2-T1 -0.010 -0.007 -0.020 hoaëc sinh ra ñöôïc theå hieän trong ñoà thò Hình 3.19 nhö sau: Hình 3.19 Khoái löôïng vaät chaát trong töøng giai Trong hình 3.19, giaù trò döông chöùng toû coù söï taïo thaønh vaät chaát ñoaïn Q=468 vaø Q=1404 kg/m2h hoaëc do söï chaùy chaäm cuûa vaät lieäu. Giaù trò aâm chöùng toû coù moät löôïng than bò tieâu thuï hoaëc ñoä aåm, chaát höõu cô bay hôi ôû lôùp vaät lieäu thaáp hôn ñöôïc giaûi phoùng. Neáu quaù trình xaûy ra ôû ñoaïn cuoái cuûa coät nhieân lieäu, chæ coù theå coù duy nhaát moät khaû naêng xaûy ra laø than ñaõ bò oâxy hoaù tröôùc khi giai ñoaïn baét chaùy keát thuùc. Ñònh nghóa toác ñoä chaùy trung bình (ABR) laø tæ soá giöõa toång khoái löôïng vaát chaát bò maát ñi trong moät khoaûng thôøi gian cuûa quaù trình baét chaùy treân moät ñôn vò dieän tích maët caét cuûa coät. ABR = mlost/(AcrossΔt), kg/m2h (3.15) Giaù trò ABR trong Q=468 kg/m2h laø 149kg/m2h trong khi Q=1404 kg/m2h laø 216kg/m2h. So saùnh giaù trò cuûa ABR vaø SBR seõ giaûi thích ñöôïc nguyeân nhaân khoái löôïng vaät lieäu coøn laïi treân ghi loø taïi cuoái thôøi ñieåm baét chaùy cao hôn hoaëc thaáp hôn toång khoái löôïng cuûa cacboncoá ñònhvaø tro trong nhieân lieäu ban ñaàu. Keát quaû naøy cuõng ñaõ chæ ra raèng keát quaû trong nghieân cöùu cuûa Ruy vaø coäng söï, [35] laø khoâng chính xaùc. Ñònh nghóa vaän toác baét chaùy (IR) laø toång khoái löôïng vaät lieäu ban ñaàu treân moät khoaûng thôøi gian baét chaùy (3.16) vaø dieän tích maët caét. IR = M0/(Δt.Across), kg/m2h Goïi ρbulk laø khoái löôïng rieâng ñoå ñoáng cuûa vaät lieäu: ρbulk = M0/(H0.Across), kg/m3 (3.17) Vaän toác baét chaùy coù theå tính nhö sau: IR = M0.H0/(H0.Δt.Across) (3.18) Keát hôïp (3.17) vaø (3.18) cho: IR = (H0/Δt).ρbulk (3.19) Do vaäy, IR coù theå ñöôïc tính toaùn töø IFS: IR = IFS.ρbulk (3.20) 0.16 0.140 0.142 Theo coâng thöùc (3.20), vaän toác baét chaùy trong Q=468 kg/m2h laø Thí nghieäm 0.14 174kg/m2h, vaø trong Q=1404 kg/m2h laø 229kg/m2h. Tí nh t oaùn 0.12 0.10 Khoái löôïng vaät chaát treân ghi loø vaøo thôøi ñieåm cuoái cuûa quaù trình 0.08 0.060 0.064 baé t chaùy ñöôïc tính nhö sau: 0.06 0.04 m = (SBR-ABR) AcrossΔt /3600+(mfixed_cacbon+ mash), kg 0.02 0.00 468 kg/ m2h 1404 kg/ m2h 11 Keát quaû so saùnh trong Q=468 kg/m2h, khoái löôïng vaät lieäu coøn laïi sau quaù trình baét chaùy trong tröôøng hôïp tính toaùn laø 0,142kg, vaø trong thí nghieäm ño ñaïc thöïc teá laø 0,140kg. Trong Q=1404 Hình 3.20 Khoái löôïng vaät lieäu coøn laïi sau kg/m2h, khoái löôïng tính toaùn ñöôïc laø 0,064kg trong khi soá lieäu ghi nhaän thöïc teá laø quaù trình baét chaùy 0,060kg. Sai soá giöõa tính toaùn vaø thöïc nghieäm laø 1, 71% cho Q=468 kg/m2h, vaø 6 ,91% cho Q=1404 kg/m2h. Ñònh nghóa giaù trò tæ leä oâxy töông ñöông trong giai ñoaïn baét chaùy: ER = mair_st/mair_sup (3.23) mair_st laø khoái löôïng khoâng khí caàn cho phaûn öùng chaùy, tính theo phöông trình phaûn öùng, kg/m2h. 32 ATL BRI (3.24); A TL = x + y/4 – z/2 laø soá mol oâxy caàn thieát cho phaûn öùng m = air _ st 0.233M fuel Mfuel = 18w + 12x + y + 16z laø khoái löôïng phaân töû cuûa nhieân lieäu ban ñaàu (giaû söû nhieân lieäu ñöôïc vieát goïn laïi thaønh (wH2O).CxHyOz); mair_sup laø khoái löôïng khoâng khí thöïc cung caáp, kg/m2h Giaù trò ER trong Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h laø 0,809 vaø 0,415 theo thöù töï. YÙ nghóa cuûa heä soá naøy laø khi ER taêng leân, quaù trình chaùy seõ laø thieáu oâxy, ñieàu naøy daãn ñeán noàng ñoä caùc trong chaát khí chaùy seõ cao. O2 24 CO2 22 CO Giai ñoan bắt cháy 24 18 22 16 20 Giai ñoaïn bắt 14 Giai ñoaïn khí Giai ñoan khí 18 CO, CO2, O2, %V CO, CO2, O2, %V 20 12 10 8 6 16 O2 14 CO2 12 CO 10 8 6 4 4 2 2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 550 0 50 100 150 200 250 Thời gian, s 300 350 400 450 500 550 Thời gian, s Hình 3.21b Thaønh phaàn khí trong thí nghieäm Q=1404 kg/m2h Hình 3.21a Thaønh phaàn khí trong thí nghieäm Q=468 kg/m2h Khoâng khí cung caáp trong tröôøng hôïp Q=468 kg/m2h nhoû hôn trong Q=1404 kg/m2h, do ñoù thaønh phaàn khí chaùy sinh ra cuõng raát khaùc nhau. Trong 150 giaây ñaàu tieân, trong Q=468 kg/m2h, noàng ñoä CO2 haàu heát vaøo khoaûng 18% so vôùi 14% trong Q=1404 kg/m2h. Trong khoaûng 50 giaây, noàng ñoä CO trong Q=468 kg/m2h töø 14% ñeán 16% trong khi ñoù noàng ñoä CO cao nhaát laø 14% xaûy ra trong T1 1000 T2 900 T3 T4 800 16 14 0.8 12 0.7 10 T7 500 T8 400 300 200 IFS, m/h T6 600 Khối lượ ng trên ghi lò, kg T5 700 0.6 0.5 0.4 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 200 9.60 8 6 3.60 1.69 1.52 2 4.11 270 440 Thời gian, s Hình 3.23 Ñoä giaûm khoái löôïng theo thôøi gian SBR 150 100 102 90 115 98 81 50 530 600 630 s ThôøTime, i gian , 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Thời gian, s BR 172 0 80 0 0 Hình 3.22 Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian taïi caùc vò trí trong coät 3.20 0 0.1 0 229 14.40 4 0.3 0.2 650 80 Hình 3.24 IFS trong Q=468 kg/m2h 270 440 530 600 630 650 Thôøi gian,s Hình 3.25 Toác ñoä chaùy theo thôøi gian khoaûng thôøi gian ngaén trong Q=1404 kg/m2h trong khoaûng thôøi gian laø 180 giaây. OÂxy dö trong Q=1404 kg/m2h cao hôn trong Q=468 kg/m2h cuõng ñaõ giaûi thích ñöôïc caùc nhaän xeùt ñaõ neâu ra. Tieán haønh thí nghieäm töông töï nhöng chieàu cao cuûa coät nhoài laø 56cm vôùi khoái löôïng vaät lieäu ban ñaàu laø 1kg. Khoâng khí cung caáp cuõng thöïc hieän theo cheá ñoä Q=468 kg/m2h vaø Q=1404kg/m2h. Trong thí nghieäm naøy, do chieàu cao coät nhoài lôùn hôn, khoái löôïng vaät lieäu nhoài lôùn hôn neân toång thôøi gian baét chaùy cuõng seõ lôùn hôn. Vôùi thôøi gian baét chaùy laø 650s, toång khoái löôïng vaät lieäu maát ñi trong Q=468 kg/m2h laø 0.6kg. Tính toaùn IFS trong thí nghieäm naøy ñöôïc theå hieän trong Hình 3.22: Ñöôøng bieåu dieãn IFS cho thaáy caøng veà cuoái quaù trình, IFS caøng lôùn, ñieàu naøy cho thaáy söï aûnh höôûng cuûa böùc xaï nhieät cuûa lôùp nhieân lieäu ñang chaùy ñeán lôùp nhieân lieäu ôû vò trí thaáp hôn trong coät. Quan heä BR vaø SBR trong thí nghieäm ñöôïc trình baøy trong Hình 3.23: Hình 3.23 cho thaáy ñöôøng bieåu dieãn cuûa BR chæ lôùn hôn SBR ôû thôøi ñieåm ñaàu vaø cuoái cuûa quaù trình, ñieàu naøy ñuùng laø vì chieàu cao, ñoä roãng cuûa khoái haït ñaõ coù aûnh höôûng lôùn ñeán toác ñoä chaùy cuûa nhieân lieäu trong coät. Moät phaàn than ñöôïc sinh ra trong quaù trình ngoïn löûa di chuyeån töø ñænh xuoáng ñaùy coät nhoài. Ñeå nhaän roõ hôn söï aûnh höôûng cuûa khoâng khí cung caáp ñeán quaù trình chaùy, thí nghieäm tieáp theo ñöôïc thöïc hieän cuõng vôùi chieàu cao coät nhoài laø 56cm, khoái löôïng vaät lieäu nhoài laø 1kg. Khoâng khí cung caáp laø Q=1404 kg/m2h keát quaû ñöôïc trình baøy trong Hình 3.26; 3.27 1 1200 1100 T1 1000 T2 800 o 0.9 T3 0.8 T4 0.7 Khối lượng trên ghi lò, kg 900 Nhiệt độ, C Nhiệt độ, oC 250 1 0.9 BR , k g/m 2h 1100 T5 700 T6 600 T7 500 T8 400 300 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 200 0.1 100 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Thời gian, s Thời gian, s Hình 3.26 Nhieät ñoä caùc vò trí trong coät theo thôøi gian R R Hình 3.27 Ñoä giaûm khoái löôïng trong coät theo thôøi gian R R 12 350 321 BR Trong thí nghieä m naø y, 229 200 229 moä t laà n nöõ a, 150 122 100 9,60 nhaän ñònh veà 76 5,76 4,80 4,80 50 3,60 1,92 söï aûnh höôûng 0 cuûa khoâng khí 80 130 280 340 400 430 440 80 130 280 340 400 430 440 Thôøi gian, s sô caáp ñeán quaù Thôøi gian, s Hình 3.29 Toác ñoä chaùy theo thôøi gian Hình 3.28 Dieãn bieán IFS theo thôøi gian trình chaùy ñöôïc 0,50 0,150 Thí nghieäm xaùc ñònh. Toång 0,414 468 0,400 Tính toaùn 0,40 khoái löôïng vaät 1404 0,100 0,254 0,30 0,240 chaát bò tieâu 0,050 0,20 huyû trong giai 0,10 0,000 ñoaïn baét chaùy laø 0,76kg trong 0,00 -0,050 468 1404 T8-T7 T7-T6 T6-T5 T5-T4 T4-T3 T3-T2 T2-T1 khoaûng thôøi -0,100 gian 440s. Hình 3.30 Khoái löôïng vaät lieäu tieâu huyû hoaëc sinh ra Hình 3.31 Khoái löôïng vaät chaát coøn laïi treân ghi Nhieät ñoä taïi 2 caùc vò trí trong coät trong Q=1404 kg/m h nhìn chung laø cao hôn nhieät ñoä taïi cuøng vò trí trong Q=468 kg/m2h. Ñieàu naøy chöùng toû quaù trình chaùy dieãn ra toát hôn. Trong khoaûng 130s ñaàu, giaù trò IFS vaø BR ñeàu taêng leân, giaù trò BR cao hôn SBR. Quaù trình chaùy dieãn ra vôùi söï giaûi phoùng aåm, caùc chaát höõu cô bay hôi vaø moät phaàn cacboncoá ñònhcuõng bò chaùy. Sau 130s, toác ñoä chaùy, toác ñoä baét chaùy giaûm daàn ñeán khoaûng 340s. Vaøo cuoái cuûa quaù trình, toác ñoä chaùy, toác ñoä baét chaùy laïi taêng leân, baùo hieäu söï tieâu huyû vaät lieäu taêng leân töông öùng. Giaù trò vaän toác baét chaùy (IR) trong tröôøng hôïp khoâng khí sô caáp laø Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h laø 176kg/m2h vaø 244 kg/m2h. Roõ raøng, tröôøng hôïp oâxy cung caáp nhieàu seõ aûnh höôûng ñeán söï chaùy cuûa nhieân lieäu trong coät. Taïi thôøi   300 28,80 SBR 229 BR , kg/m2 h Khoái l öôïng coøn la ïi treâ n ghi , k g 22 Giai ñoaïn khí hoùa Giai đoạn bắt cháy Giai ñoaïn khí hoùa Giai đoạn bắt cháy Giai ñoïan ñaàu 24 24 22 20 O2 CO2 CO 20 18 CO, CO2, O2, %V 315 250 Khoái löôïn g than vaø vaät lieäu khoân g chaùy , kg IF S, m /h 35 30 25 20 15 10 5 0 18 CO , CO 2, O2, % V 16 O2 14 CO2 12 CO 10 8 16 14 12 10 8 6 6 4 4 2 2 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 0 Thời gian, s 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Thời gian, s Hình 3.32 Thaønh phaàn khí chaùy vôùi khoâng khí sô caáp Q=468 kg/m2h Hình 3.33 Thaønh phaàn khí chaùy vôùi khoâng khí sô caáp Q=1404 kg/m2h ñieåm ñaàu vaø cuoái, quaù trình chaùy xaûy ra vôùi löôïng nhieân lieäu bò tieâu huyû nhieàu hôn trong khi giai ñoaïn giöõa, toác ñoä chaùy chaäm daàn do thieáu oâxy, trôû löïc khueách taùn trong pha khí vaø raén lôùn. Töông töï, tính toaùn khoái löôïng vaät chaát coøn laïi treân ghi loø trong tröôøng hôïp khoâng khí cung caáp laø Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h ñöôïc theå hieän trong Hình 3.31. Sai soá trong keát quaû tính toaùn vaø keát quaû thöïc nghieäm trong tröôøng hôïp Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h laø 3,5% vaø 5,8%. Caùc giaù trò ER hai thí nghieäm naøy tính ñöôïc laø 1,309 vaø 0,800 trong Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h. Ñieàu naøy coù nghóa laø trong tröôøng hôïp Q=468 kg/m2h, thaønh phaàn khí chaùy thieáu oâxy. Ñaàu huùt khí chaùy trong tröôøng hôïp Q=468 kg/m2h ñöôïc ñaët ôû vò trí 40cm beân trong coät, do vaäy phaûi maát 380s môùi thu ñöôïc maãu khí chaùy ñaàu tieân. Trong tröôøng hôïp Q=1404 kg/m2h, ñaàu huùt khí ñöôïc boá trí taïi ñænh cuûa coät nhieân lieäu. Trong Q=468 kg/m2h, noàng ñoä CO2 xuaát hieän khoaûng 18% trong voøng 700s, trong khi noàng ñoä CO2 chæ xuaát hieän ôû daïng giaù trò töùc thôøi taïi thôøi ñieåm 150s vaø 350s trong Q=1404 kg/m2h. Hai giaù trò töùc thôøi taïi thôøi ñieåm 820s vaø 510s trong Q=468 kg/m2h vaø Q=1404 kg/m2h ñaõ chæ roõ raèng giai ñoaïn khí hoaù than baét ñaàu. 3.4.2 Quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp caùc toâng vaø goã Tieáp tuïc nghieân cöùu quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp vaät lieäu raén khaùc goàm caroâng (50% KL) vaø goã (50% KL) trong thieát bò ñoát kieåu coät nhoài vôùi khoái löôïng vaät lieäu ban ñaàu laàn löôït laø 0,5 vaø 1,0kg ôû ñieàu kieän caáp khí sô caáp laø Q=468kg/m2h vaø Q=1404kg/m2h. 1200 0.5 1100 1100 T1 T2 800 T4 0.4 700 600 500 400 Nhiệt độ, C T3 0.3 o 900 Khối lượng trên ghi lò, kg Nhiệt độ, oC 1000 0.2 T2 900 T3 800 T4 0.5 0.4 700 600 500 400 300 300 200 0.1 200 T1 1000 Khối lượng trên ghi lò, kg 1200 0.3 0.2 0.1 100 100 0 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 Thời gian, s 400 Thời gian, s 500 600 700 0 100 200 300 400 500 0 0 100 200 Thời gian, s 300 400 500 Thời gian, s Hình 3.34 -3.37 Diễn biến nhiệt ñ ộ , ñ ộ suy giảm khối lượng theo thời gian với Q=468kg/m2h , vaø Q=1404kg/m2h R R R R R R R P P R R P P R 13 Trong caû hai tröôøng hôïp vôùi khoâng khí cung caáp laø Q=468kg/m2h, vaø Q=1404kg/m2h, toác ñoä chaùy dieãn ra khaù chaäm vaø khoâng ñeàu. Thôøi gian baét chaùy cuûa lôùp vaät lieäu ôû beân treân dieãn ra nhanh hôn caùc lôùp vaät lieäu ôû beân döôùi. Khoái löôïng coøn laïi trong tröôøng hôïp khoâng khí cung caáp Q=468kg/m2h laø 0,06kg vaø tröôøng hôïp coøn laïi laø 0,02kg. Ñieàu naøy ñaõ laøm roõ theâm hieän töôïng chaùy cuûa than trong giai ñoaïn baét chaùy. Vaän toác chaùy trong thí nghieäm vôùi khoâng khí cung caáp Q=468 vaø Q=1404kg/m2h töông öùng laø 3 ,7m/h vaø 3,6m/h. Toác ñoä baét chaùy laø 229,2 kg/m2h vaø 183,8 kg/m2h trong tröôøng hôïp 1 vaø 2. Toác ñoä chaùy trong giai ñoaïn baét chaùy laø 162 , 6 kg/m2h trong tröôøng hôïp 1 vaø 192, 5 kg/m2h trong tröôøng hôïp 2. Toác ñoä chaùy trong toaøn boä quaù trình ñoát trong tröôøng hôïp 1 vaø 2 töông öùng laø 87,3 kg/m2h vaø 117,1 kg/m2h. Tæ leä caáp khí töông ñöông trong tröôøng hôïp 1 vaø 2 töông öùng laø 0,978 vaø 0,386. Hình 3.38-3.39 Noàng ñoä khí chaùy với Q=468kg/m2h , vaø Q=1404kg/m2h 24 24 22 22 20 O2 20 18 CO2 CO, CO2, O2, %V CO, CO2, O2, %V 18 16 14 O2 12 CO2 10 CO 8 CO 16 14 12 10 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 Thời gian, s 400 500 600 700 Thời gian, s Trong tröôøng hôïp 1, noàng ñoä CO2 ñaït cöïc ñaïi treân 18% trong 90 giaây, noàng ñoä CO2 trung bình 17% trong voøng 360 giaây. Noàng ñoä CO hôn 10% trong khoaûng töø 170 giaây ñeán 270 giaây. OÂxy dö khoâng phaùt hieän ñöôïc trong khoaûng töø 100 giaây ñeán 330 giaây. Trong khi ñoù, trong tröôøng hôïp 2, noàng ñoä CO2 cöïc ñaïi ñaït 19,2% taïi thôøi ñieåm 190 giaây. Noàng ñoä CO2 trung bình khoaûng 11% töø giaây thöù 20 ñeán 220. Noàng ñoä CO cöïc ñaïi treân 10% taïi thôøi ñieåm 220 giaây. OÂxy dö döôùi 2% trong voøng 50 giaây. Tieán haønh thí nghieäm töông töï vôùi khoái löôïng vaät lieäu ban ñaàu laø 1,0kg. Cheá ñoä caáp khí cho tröôøng hôïp 1 laø Q=468kg/m2h vaø tröôøng hôïp 2 laø Q=1404kg/m2h. Dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian, ñoä suy giaûm khoái löôïng vaø noàng ñoä caùc khí taïo thaønh trong hoãn hôïp khí chaùy trong suoát quaù trình ñoát ñöôïc bieåu dieãn qua caùc hình sau: T2 T5 T6 800 700 600 500 400 300 Khối lượng trên ghi lò, kg T4 900 Nhiệt độ, oC 1 T3 1000 1100 0.8 1000 0.7 0.6 0.5 0.4 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0.8 T3 T4 800 T5 700 T6 600 500 300 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0.6 0.5 0.4 0.3 0.1 0 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 Thời gian, s Thời gian, s Thời gian, s Thời gian, s 0.7 0.2 200 100 1000 T2 900 0.1 0 0.9 T1 400 0.3 0.2 200 1 1200 0.9 Khối lượng trên ghi lò, kg T1 1100 Nhiệt độ, oC 1200 Hình 3.40-3.43 Diễn biến nhiệt ñ ộ , ñ ộ suy giảm khối lượng theo thời gian với Q=468kg/m2h, vaø Q=1404kg/m2h Vaän toác chaùy trong tröôøng hôïp 1 vaø 2 laø 3.3m/h vaø 3.9m/h. Toác ñoä baét chaùy laø 260.4kg/m2h vaø 309.7kg/m2h trong tröôøng hôïp 1 vaø 2 töông öùng. Toác ñoä chaùy trong giai ñoaïn baét chaùy laø 229.2kg/m2h vaø 297.3kg/m2h trong tröôøng hôïp 1 vaø 2. Toác ñoä chaùy toaøn boä quaù trình laø 203.2kg/m2h trong tröôøng hôïp 2, vaø 130.6kg/m2h trong tröôøng hôïp 1. Heä soá caáp khí 2.756 trong tröôøng hôïp 1, vaø 1.192 trong tröôøng hôïp 2. 22 22 20 20 16 CO2 14 CO 12 CO2 16 O2 CO, CO2, O2, %V CO, CO2, O2, %V O2 18 18 10 8 CO 14 12 10 8 6 6 4 4 2 2 0 0 0 100 200 300 400 500 Thời gian, s 600 700 800 900 1000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Thời gian, s Hình 3.44-3.45 Noàng ñoä khí chaùy với Q=468kg/m2h, vaø Q=1404kg/m2h Trong caùc thí nghieäm treân, dieãn bieán nhieät ñoä theo thôøi gian cho thaáy quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp vaät lieäu dieãn ra vôùi söï chaùy cuûa caùc toâng dieãn ra nhanh hôn cuûa goã. Ñieàu naøy daãn ñeán hieän töôïng suïp cuûa khoái vaät lieäu do söï chaùy khoâng ñeàu giöõa caùc loaïi vaät lieäu, keát quaû laø quaù trình chaùy ôû khu vöïc ñaùy coät nhoài 14 (ñoaïn töø T2 ñeán T1) dieãn ra chuû yeáu theo quaù trình chaùy cuûa goã. Khu vöïc khoâng gian beân treân gia taêng nhieät ñoä do chòu söï taùc ñoäng cuûa khí chaùy beân döôùi di chuyeån leân treân ñænh thieát bò. Do aûnh höôûng cuûa tính chaát baét chaùy khaùc nhau cuûa caùc loaïi vaät lieäu, nhìn chung, vaän toác chaùy, toác ñoä baét chaùy, toác ñoä chaùy cho toaøn quaù trình cuûa hoãn dieãn ra nhanh hôn so vôùi quaù trình chaùy cuûa moät loaïi vaät lieäu rieâng bieät (Ryu vaø coäng söï, [35]). Ñieàu naøy coù theå ñöôïc nhaän ñònh bôûi caùc nguyeân nhaân sau: ¾ Ñoä roãng cuûa khoái vaät lieäu lôùn daãn ñeán vieäc phaân phoái khoâng khí ñeán beà maët cuûa caùc phaàn töû ñang chaùy toát hôn, daãn ñeán quaù trình chaùy dieãn ra toát hôn treân cuøng moät maët caét. ¾ Quaù trình hình thaønh khí hôi nhöïa ñöôøng giaûm do ñoä roãng cuûa khoái haït vaät lieäu lôùn daãn ñeán vieäc caùc khí hôi nhöïa ñöôøng vöøa sinh ra laïi tieáp tuïc baét chaùy. Quaù trình chaùy naøy giaûi phoùng moät löôïng lôùn naêng löôïng, coù taùc duïng thuùc ñaåy quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp dieãn ra nhanh hôn. ¾ Toác ñoä giaûi phoùng vaät chaát cuûa hai loaïi vaät lieäu khaùc nhau khoâng gioáng nhau daãn ñeán söï co ruùt cuûa khoái vaät lieäu dieãn ra nhanh, ñieàu naøy daãn ñeán quaù trình baét chaùy cuûa lôùp vaät lieäu beân döôùi dieãn ra nhanh hôn so vôùi quaù trình chaùy cuûa vaät lieäu rieâng leû. ¾ Dieãn bieán nhieät ñoä coøn cho thaáy khoâng coù quaù trình taêng nhieät ñoä ñoät bieán, ñieàu naøy coù nghóa laø quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp vaät lieäu coù tính chaát khaùc nhau dieãn ra “ñeàu” hôn. Caùc nhaän ñònh treân ñöôïc laøm roõ hôn qua thí nghieäm ñoát hoãn hôïp rôm-goã sau ñaây. 3.4.3 Quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp goã vaø rôm Quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp rôm (30%KL) vaø goã thoâng (70%KL) ñöôïc thöïc hieän nhaèm muïc ñích xaùc ñònh roõ söï khaùc bieät giöõa quaù trình chaùy cuûa hoãn hôïp vaät lieäu vaø vaät lieäu rieâng bieät. Thí nghieäm ñöôïc thöïc hieän vôùi khoái löôïng hoãn hôïp vaät lieäu laø 1,0kg vaø cheá ñoä caáp khí laø Q=468kg/m2h (tröôøng hôïp 1), khoâng khí cung caáp 936kg/m2h (tröôøng hôïp 2), vaø Q=1404kg/m2h (tröôøng hôïp 3). 0.9 T3 900 T4 800 T5 700 T6 600 T7 T8 500 400 T1 1.2 1200 T2 1.1 1100 T3 0.6 0.5 0.4 T6 800 T7 700 T8 600 500 400 0.5 0.4 0.3 200 0.2 100 0.1 100 0.1 0 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 Thời gian, s 400 500 600 700 0 800 100 200 300 400 500 600 700 800 T6 800 T7 600 T8 400 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 200 0.1 0 0 100 200 Thời gian, s Thời gian, s 0.8 T4 T5 0.6 300 200 0.9 T3 1000 0.7 0.3 0 T1 T2 1200 0.8 0.2 300 1 1400 0.9 T5 900 0.7 1 T4 1000 0.8 Nhiệt độ, oC 1000 Khối lượng trên ghi lò, kg 1 T2 Khối lượng trên ghi lò, kg T1 Khối lượng trên ghi lò, kg Nhiệt độ, oC 1100 Nhiệt độ, oC 1300 1200 300 400 500 600 700 0 0 800 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 Thời gian, s Thời gian, s 500 600 700 800 Thời gian, s Hình 3.46-3.51 Diễn biến nhiệt ñ ộ , ñ ộ suy giảm khối lượng theo thời gian với Q=468kg/m2h , 936 kg/m2h , vaø 1404kg/m2h Vaän toác chaùy trong caùc tröôøng hôïp thí nghieäm 1, 2, vaø 3 töông öùng laø 10,08m/h; 10,6m/h; vaø 18,3m/h. Toác ñoä baét chaùy laø 572 , 9kg/m2h ; 603, 1kg/m2h, vaø 1041 ,7kg/m2h. Toác ñoä chaùy trong giai ñoaïn baét chaùy cuûa vaät lieäu trong ba tröôøng hôïp töông öùng laø 320 , 8kg/m2h ; 337, 7kg/m2h, vaø 375,0kg/m2h. Toác ñoä chaùy trong toaøn boä quaù trình laø 169, 2kg/m2h ; 179, 5kg/m2h ; vaø 373,3kg/m2h. Tæ leä oâxy töông ñöông trong giai ñoaïn baét chaùy töông öùng laø 3 ,370; 2,300; vaø 1, 703kg/m2h. 22 20 20 18 18 16 16 14 O2 12 CO2 10 CO 8 20 18 16 CO, CO2, O2, %V 22 CO, CO2, O2, %V CO, CO2, O2, %V 24 22 O2 14 CO2 12 CO 10 O2 14 CO2 CO 12 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 6 4 2 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 80 0 0 100 200 300 Thời gian, s 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Thời gian, s Thời gian, s Hình 3.52-3.54 Noàng ñoä khí chaùy theo thời gian với Q=468kg/m2h, Q=936kg/m2h vaø Q=1404kg/m2h CHƯƠNG 4: XAÂY DÖÏNG MO TAÛ TOAÙN HOÏC 4.1 TAÙC VUÏ MO HÌNH HOÙA TOAÙN HOÏC 4.2 XAÂY DÖÏNG MO TAÛ TOAÙN HOÏC CHO QUAÙ TRÌNH CHAÙY VẬT LIEÄU RAÉN TRONG HEÄ DÒ THEÅ ÑA PHAÂN TAÙN n n w ∂ ∂f (X) Phöông trình caân baèng tính chaát quaàn theå haït ña phaân taùn [36, 37]: ∂f (X) + ∂ ⎡f (X).∂xi ⎤ − .D . =q ∂t ∑∂x ⎢⎣ i=1 i ∂t ⎥⎦ 4.2.1 Moâ taû toaùn hoïc heä dò theå ña phaân taùn (lôùp boán) 4.2.1.1 Phöông trình baûo toaøn vaät chaát Pha phaân taùn: ∂ (ε s ρ s ) = S (4.5) Pha lieân tuïc: ∂ (1 − ε s )ρ f + ∇.((1 − ε )ρ υ ) = S s f f m m, s i=1 j=1 xij i (4.8) 4.2.1.2 Phöông trình baûo toaøn moment: ∂ (1 − ε s )ρ f v f + ∇(1 − ε s )ρ f v f v i = ∇σ f + ∑ (1 − ε s )ρ f g ∂t 4.2.1.3 Phöông trình baûo toaøn naêng löôïng Pha lieân tuïc: ∂ ((1 − ε s )ρ f h f ) + ∇((1 − ε )ρ υ h ) = ∇(k ∇T ) + S (4.10) Pha phaân taùn: ε ρ C ∂Ts = ∇(k ∇T ) + S ∂t s f f f f f g ,Q s d ∂xj (4.6) ∂t ∂t ∑∑∂x s p ,s ∂t s s s ,Q 15 4.2.1.4 Phöông trình baûo toaøn caáu töû trong pha khí: ∂((1 − ε s )ρf Yi ) + ∇((1 − ε ∂t s )ρ f υf Yi ) = ∇(D a ,eff (1 − ε s )ρ f ∇Yi ) + Si (4.18) “i” ñaïi dieän caùc phần töû (i = CO, CO2, H2, CH4, CxHy, H2O, O2, khí nhöïa ñöôøng) Da,eff laø heä soá khueách taùn roái [4, 38], Da,eff = Di+0.5υfdp (4.19) 4.2.2 Moâ taû toaùn hoïc cho heä dò theå moät haït vaø heä ñoàng theå (lôùp hai vaø ba) ; α laø ñoä chuyeån hoaù cuûa vaät lieäu raén ; E laø naêng löôïng hoaït hoaù; k: laø hằng số tốc dα ⎛ E ⎞ (1 − α ) n = k . exp − ⎜ ⎟ ⎝ RT ⎠ dt độ n laø baäc cuûa phaûn öùng; R laø haèng soá khí Theo nghieân cöùu cuûa Wu vaø coäng söï, Yu vaø coäng söï [9, 39]: rchar = Kchar.mchar.ps,0(4.21); Kchar = 2.3TsExp(11100/RTs) Daàu nhöïa ñöôøng khi nhieät phaân coù coâng thöùc: CH1.84O0.96, vôùi khoái löôïng phaân töû laø 95g/mol [40]. Daàu hôi nhöïa ñöôøng chaùy sinh ra CO vaø H2O theo phaûn öùng nhö sau: CH1.84O0.96+0.48O⎯→CO+0.92H2O(iii) Phöông trình ñoäng hoïc cuûa quaù trình chaùy cuûa daàu hôi nhöïa ñöôøng [41]: (4.22) Te = αTf + (1- α)Ts, Tf ≤ Ts ⎛ 9650 ⎞ 0 . 5 ⎟ C CH 1 .84 O 0.96 C O 2 rtar = 2.9x10 5 Te. Exp ⎜⎜ − T e ⎟⎠ ⎝ Te = Tf, Tf > Ts 10 0.7 0.8 (4.24); k CH4 + 1.5O2 → CO + 2H2O [8]: r = 1 . 6 x 10 Exp(−24157 / Tf ) (4.25) CH 4 CH 4 = k CH 4 C CH 4 C O 2 CO + 0.5O2 ⎯→ CO2 ; Toác ñoä chuyeån hoùa CO thaønh CO2 theo Hautman vaø coäng söï, [42]: (4.26); k CO = 3.25x10 7 Exp(−15098 / Tf ) (4.27) r = k C C 0.5 C 0.5 CO CO CO O2 H 2O 0.5 H2 + 1/2O2 ---> H2O ; r = kx. C H 2 .CO2 (4.28); CH4 + H2O Æ ΔH298 = 206.2x103 kJ/kmol; r = kxi. ⎛ CO + 3H2, ⎜ CCH .CH O − 4 2 ⎜ ⎝ CCO .CH3 2 ⎞ (4.29) ⎟ K exi ⎟⎠ 3 Ke: Haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng K = CCO−e .CH −e (4.30); Ci-e: Thaønh phaàn caân baèng cuûa phaûn öùng e 2 CCH 4 −e .CH 2O−e CH4 + 2H2O CO2 + 4H2, Æ ΔH298 = 206.2x103 kJ/kmol; ⎛ C CO2 .C H4 2 r = k xii. .⎜ C CH 4 .C 2H O − 2 ⎜ K e xii ⎝ ⎞ (4.31) ⎟ ⎟ ⎠ 4 Ke: Haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng (viii): K = CCO −e .CH −e (4.32)Ci-e: Thaønh phaàn caân baèng cuûa phaûn öùng e 2 2 2 CCH 4 −e .CH 2O−e CO + H2O CO2 + H2, Æ ΔH298 = -41.1x103 kJ/kmol (ix); r = kxiii. ⎛ ⎜ CCO .C − H 2O ⎜ ⎝ Ke: Haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng: Ke = CCO2 −e .CH 2 −e CCO2 .C H 2 ⎞ ⎟ K exiii ⎟⎠ (4.33) ; Ci-e: thaønh phaàn caân baèng cuûa phaûn öùng [43, 44] CCO−e .CH 2O−e 4.2.3 Moâ hình truyeàn nhieät böùc xaï trong pha raén dI ij (4.35); “I” ñaïi dieän cho cöôøng ñoä böùc xaï ñoái vôùi tia tôùi ( i=1) hoaëc tia phaûn xaï (i=2) 1 i i −1 (−1) dx j = −k a (I j − E b ) 4 “j” laø bieán khoâng gian; ka heä soá haáp thu böùc xaï cuûa vaät lieäu, m-1 ; ka = -[ln(1-εs)]/ls 4.2.4 Moâ hình truyeàn nhieät vaø truyeàn khoái giữa hai pha Söï khueách taùn cuûa lôùp phim khí [11, 45]: (1 − ε )J = κ⎜⎛ 0.765 + 0.365 ⎞⎟ (4.37) s ⎝ Re 0.82 (4.36) Re 0.368 ⎠ 1-εs laø ñoä xoáp cuûa khoái nguyeân lieäu ; Heä soá truyeàn nhieät ñoái löu: Nu = α 1l s = 2.0 + 1.1 Re 0.6 Pr 1 / 3 (4.38) Töông töï, heä soá truyeàn khoái ñöôïc tính toaùn thoâng qua chuaån soá: Sh = k c l s = 2.0 + 1.1 Re 0.6 Sc 1 / 3 (4.39) Kg Re=ρfυfls/νf (4.40); Sc=μf/(ρfD) (4.41); Pr = Cpf.μf/Kg 4.2.5 Moâ taû toaùn hoïc thieát bò ñoát kieåu coät nhoài Pha phaân taùn: ∂(ε s ρ s ) = S ; ε ρ C ∂Ts = ∇(k ∇T ) + S ∂t m, s s s p ,s ∂t s s (4.42); D s ,Q Pha lieân tuïc: ∂ (1 − ε s )ρ f + ∇.((1 − ε )ρ υ ) = S ; s f f m ∂ (1 − ε s )ρ f v f + ∇(1 − ε s )ρ f v f v i = ∇σ f + ∑ (1 − ε s )ρ f g ∂t ∂t ∂ ((1 − ε s )ρ f h f ) ∂ ((1 − ε s )ρf Yi ) + ∇((1 − ε s )ρ f υ f h f ) = ∇(k f ∇Tf ) + S g ,Q ; + ∇((1 − ε s )ρf υf Yi ) = ∇(D a ,eff (1 − ε s )ρf ∇Yi ) + Si ∂t ∂t 4.2.6 Ñieàu kieän ban ñaàu vaø ñieàu kieän bieân 4.2.6.1 Ñoái vôùi pha khí t = 0: ρf(x,y,z,0) = ρair = constant; Tf (x,y,z,0) = Tair = constant; Yi (x,y,z,0) = Yair = constant 16 z = 0:ρf(x,y,0,t) = ρair = constant; Tf (x,y,0,t) = Tair = constant; Yi (x,y,0,t) = Yair = constant z = z(t): ∂ρf(x,y,z(t),t)/∂t = Pope/RT(x,y,z,t); ∂Tf(x,y,z(t),t)/∂t = T(x,y,z(t),t); ∂Yi(x,y,z(t),t)/∂t = Yi(x,y,z(t),t) 4.2.6.2 Ñoái vôùi pha raén t = 0: ρs(x,y,z,0) = ms,0/V = constant ; Ts (x,y,z,0) = Ts,0 = constant z = 0: ∂ρs(x,y,0,t)/∂t = ms(x,y,0,t)/Ω(t); ∂Ts (x,y,0,t)/∂t = Ts(x,y,0,t) z = z(t): ∂ρs(x,y,z(t),t)/∂t = ms(x,y,z(t),t)/Ω(t); ∂Ts (x,y,z(t),t)/∂t = Ts(x,y,z(t),t) CHƯƠNG 5: XAÂY DÖÏNG CHÖÔNG TRÌNH MO PHOÛNG QUAÙ TRÌNH ÑOÁT HOÃN HÔÏP VAÄT LIEÄU RAÉN TRONG THIEÁT BÒ ÑOÁT KIEÅU COÄT NHOÀI J-1 j J j+1 J+1 j+2 5.1 PHÖÔNG PHAÙP THEÅ TÍCH HÖÕU HAÏN 5.2 THUAÄT TOAÙN PHAÂN LY GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH 5.3 AÙP DUÏNG PHÖÔNG PHAÙP THEÅ TÍCH HÖÕU HAÏN Baét ñaàu GIAÛI GAÀN ÑUÙNG HEÄ CAÙC PHÖÔNG TRÌNH MO TAÛ t = t + Δt QUAÙ TRÌNH CHAÙY VAÄT LIEÄU RAÉN TRONG THIEÁT BÒ ÑOÁT KIEÅU COÄT NHOÀI Boå sung ñaëc tính 5.3.1 Löôùi toång quaùt Caùc löôùi ñöôïc chia döôùi Giaûi caùc phöông trình daïng ñoàng ñeàu. Caùc oâ töù giaùc 5mmx5mm ñöôïc thaønh Giaûi phöông trình aùp suaát (lieân Hoäi tuï tuïc) laäp nhö moät theå tích kieåm soaùt. Gía trò Δy phuï thuoäc Boå sung aùp suaát, toác ñoä khoái vaøo chieàu cao cuûa coät nhieân löôïng maët lieäu. Goïi n, m laø soá oâ theo chieàu Giaûi caùc phöông trình naêng • löôïng, roái vaø voâ höôùng khaùc N ngang vaø chieàu thaúng ñöùng. n • • • Δy C(k,l) laø vò trí cuûa oâ C taïi W w P e E Hoäi tuï •s haøng ngang k vaø haøng doïc l y trong phaïm vi tính toaùn, I-1 i I i+1 I+1 i+2 Δx Döøng laïi O x k = 1, n ; l = 1, m . Hình 5.1 Löu ñoà cuûa thuaät toaùn phaân ly 5.3.2 Sai phaân caùc phöông trình lieân tuïc Hình 5.2 Löôùi giôùi haïn tính toaùn 5.3.2.1 Phöông trình lieân tuïc trong pha khí ΔV=ΔxΔy; Ae=Aw =Δy; An=As= Δx (ρ P − ρ 0P ).ΔV + (1 − ε s ){[(Aρu) e − (Aρu ) w ] + [(Aρv) n − (Aρv) s ]} = S m ΔV Δt => ΔxΔy ρ = (Δyu )ρ − (Δyu )ρ + (Δxu )ρ − (Δxu )ρ + ΔxΔy ρ 0 + S m ΔxΔy P w w e e s s n n P Δt Δt (1 − ε s ) (5.1) (1 − ε s ) (5.2) Ñaët Fw = (ρu)wAw; Fe = (ρu)eAe; Fs = (ρu)sAs; Fn = (ρu)nAn; AÙp duïng coâng thöùc toång quaùt: aP = aW + aE + aS + aN + a P φ P = a W φ W + a E φ E + a S φS + a N φ N + a 0P φ 0P + S u a 0P + ΔF – SP; a 0P = Δx Δy 0 ρP Δt (5.3); SΔxΔy = S u + S P φ P (5.3); ΔF=Fe – Fw + Fn – Fs Do vaäy, ñoái vôùi caùc nuùt löôùi beân trong mieàn xaùc ñònh, caùc giaù trò a coù daïng nhö sau: aW = FW; aE = FE; aN = FN; aS = FS ; SP = S P = −Δyu e − Δxu n (5.5) ; S = S m ΔxΔy − Δyu ρ − Δxu ρ (5.6) u e E n N 1 − εs ÔÛ ñaùy: (ρ P − ρ (5.7) (5.8) ; Sp = u 0 Δx ).ΔxΔy S m ΔxΔy S Δx Δy = + (ρv) w Δy − (ρu ) e Δy + ρ s u 0 Δx − (ρv) n Δx Su = m + ρu 0 Δx Δt 1 − εs 1 − εs 0 P ÔÛ ñænh: (ρ P − ρ 0P ).ΔxΔy Δt = (5.10); Sm ΔxΔy (5.11); S p S m ΔxΔy + (ρv) w Δy − (ρu ) e Δy + (ρu ) s Δx − ρu out Δx Su = − ρu out Δx 1 − εs 1 − εs ÔÛ bieân phaûi vaø bieân traùi: 0 Bieân traùi: (ρ P − ρ P ).ΔxΔy = S m ΔxΔy − (ρu ) Δy + (ρu ) Δx − (ρu ) Δx e s n Δt Bieân phaûi: (ρ P − ρ 0P ).ΔxΔy Δt 1 − εs = (5.14);SuL=SuR= S = S m ΔxΔy S m Δx Δy + (ρu ) w Δy + (ρu ) s Δx − (ρu ) n Δx u 1 − εs 1 − εs (5.9) = − u out Δx (5.12) (5.13) (5.15);SpL=SpR 0(5.16) 17 Goùc traùi ôû ñaùy: (ρ ; − ρ 0P ).ΔxΔy S m ΔxΔy = − (ρu ) e Δy + ρu 0 Δx − (ρu ) n Δx Δt 1 − εs P Goùc traùi ôû ñænh: (ρ P − ρ 0P ).ΔxΔy S m ΔxΔy = − (ρu ) e Δy + (ρu ) s Δx − ρu out Δx 1 − εs Δt Taïi caùc oâ ôû ñaùy traùi vaø ñaùy phaûi, Su = Goùc phaûi ôû ñaùy: ; Goùc phaûi ôû ñænh: S m ΔxΔy + ρu 0 Δx 1 − εs (ρ P − ρ 0P ).ΔxΔy S m ΔxΔy = + (ρu ) w Δy + ρu 0 Δx − (ρu ) n Δx Δt 1 − εs (ρ P − ρ 0P ).ΔxΔy S m ΔxΔy = + (ρu ) w Δy + (ρu ) s Δx − ρu out Δx Δt 1 − εs ; oâ ôû ñænh traùi vaø ñænh phaûi : S = S m ΔxΔy − ρu Δx u out 1 − εs Taïi caùc oâ ôû ñaùy traùi vaø ñaùy phaûi : S p = u 0 Δx (5.23); oâ ôû ñænh traùi vaø ñænh phaûi : S p = − u out Δx (5.24) 5.3.2.2 Phöông trình lieân tuïc trong pha raén Sai phaân ta ñöôïc: (ρ P − ρ 0P ) = − S m (5.25); S = − S m (5.26); Sp = 0 Δt u εs (5.27) εs 5.3.3 Sai phaân phöông trình naêng löôïng 5.3.3.1 Sai phaân phöông trình naêng löôïng trong pha khí => (1 − ε s )C f ρ f ΔxΔy TP = (1 − ε s )[Δyu w ρ w C f TW − Δyu e ρ e C f TE + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TN ] Δt + Δyk f (TE − TP ) / Δx − Δyk f (TP − TW ) / Δx + Δxk f (TN − TP ) / Δy − Δxk f (TP − TS ) / Δy + (1 − ε s )C f ρ f ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt (5.28) ΔxΔy + 2Δyk f / Δx + 2Δxk f / Δy (5.29); a w = 0.5(1 − ε s )Δyu w ρ w C f + Δyk f / Δx (5.30a) Δt (5.30c) a e = −0.5(1 − ε s ) Δyu e ρ e C f + Δyk f / Δx (5.30b); a s = 0.5(1 − ε s ) Δxu s ρ s C f + Δxk f / Δy (5.31) a n = −0.5(1 − ε s ) Δxu n ρ n C f + Δxk f / Δy (5.30d); a 0P = (1 − ε s )C f ρ f ΔxΔy Δt (5.32) S u = 0.5(1 − ε s )[Δyu w ρ w C f TW − Δyu e ρ e C f TE + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TN ] + S Q ΔxΔy a p = (1 − ε s )C f ρ f Fw = (1 − ε s )Δyu w ρ w C f ; Fe = (1 − ε s )Δyu e ρ e C f ; Fs = (1 − ε s )Δxu s ρs C f ; Fn = (1 − ε s )Δxu n ρ n C f ; Vôùi ΔF = Fe – Fw + Fn – Fs ; Vì vaäy, töø phöông trình: a P = a W + a E + a S + a N + a 0P + ΔF − S P => Sp = -0.5 (1 − ε s )[Δyu w ρ w C f - Δyu e ρ e C f + Δxu s ρ s C f - Δxu n ρ n C f ] (5.33) ÔÛ döôùi ñaùy cuûa phaïm vi tính toaùn: (1 − ε s )C f ρ f [ ] ΔxΔy TP = (1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW − Δyu e ρ e C f TE + Δxu 0 ρ s C f TS0 − Δxu n ρ n C f TN Δt + Δyk f (TE − TP ) / Δx − Δyk f (TP − TW ) / Δx + Δxk f (TN − TP ) / Δy − 2Δxk f (TP − TS0 ) / Δy + (1 − ε s )C f ρ f [ ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt (5.34) ] Su = 0.5(1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW − Δyu e ρ e C f TE + Δxu 0 ρs C f TS0 − Δxu n ρ n C f TN + SQ ΔxΔy (5.35) S P = −0.5(1 − ε s )[Δyu w ρ w C f − Δyu e ρ e C f − Δxu n ρ n C f ] (5.36) ÔÛ ñænh cuûa phaïm vi tính toaùn: (1 − ε s )C f ρ f [ ] ΔxΔy TP = (1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW − Δyu e ρ e C f TE + Δxu s ρ s C f TS − Δxu out ρ n C f TNout Δt (5.37) + Δyk f (TE − TP ) / Δx − Δyk f (TP − TW ) / Δx + 2Δxk f (TNout − TP ) / Δy − Δxk f (TP − TS ) / Δy + (1 − ε s )C f ρ f [ ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt ] Su = 0.5(1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW − Δyu e ρ e C f TE + Δxu s ρs C f TS − Δxu out ρ n C f TNout + SQ ΔxΔy [ S P = −0.5(1 − ε s ) Δyu w ρ w C f − Δyu e ρ e C f + Δxu s ρ s C f TS ÔÛ bieân phaûi vaø traùi cuûa phaïm vi tính toaùn: [ ] + (1 − ε s )C f ρ f ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt ] (5.30) [ ] (5.31) ΔxΔy TP = (1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TN Δt + 2Δyk f (TEwall − TP ) / Δx − Δyk f (TP − TW ) / Δx + Δxk f (TN − TP ) / Δy − Δxk f (TP − TS ) / Δy Bieân phaûi: (1 − ε s )C f ρ f + (1 − ε s )C f ρ f [ (5.38) (5.39) ΔxΔy TP = (1 − ε s ) − Δyu e ρ e C f TE + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TN Δt + Δyk f (TE − TP ) / Δx − 2Δyk f (TP − TWwall ) / Δx + Δxk f (TN − TP ) / Δy − Δxk f (TP − TS ) / Δy Bieân traùi: (1 − ε s )C f ρ f ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt ] SuL = 0.5(1 − ε s ) Δyuw ρ w Cf TWwall − Δyue ρe Cf TE + Δxu s ρs Cf TS − Δxu n ρ n Cf TN + SQ ΔxΔy (5.32) S uR = 0.5(1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW − Δyu e ρ e C f TEwall + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TN + SQ ΔxΔy (5.33) SuL = 0.5(1 − ε s ) − Δyue ρe C f TE + Δxu s ρs Cf TS − Δxu n ρ n C f TN + SQ ΔxΔy (5.34) [ [ ] ; ] 18 [ ] (5.35) SuR = 0.5(1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW + Δxu s ρs C f TS − Δxu n ρ n Cf TN + SQ ΔxΔy ÔÛ goùc döôùi beân traùi: (1 − ε s ΔxΔy (5.36) TP = (1 − ε s ) − Δyu e ρ e C f TE + Δxu s ρ s C f TS0 − Δxu nt ρ n C f TN Δt + Δyk f (TE − TP ) / Δx − 2Δyk f (TP − TWwall ) / Δx + Δxk f (TN − TP ) / Δy − 2Δxk f (TP − TS0 ) / Δy [ )C f ρ f + (1 − ε s )C f ρ f ÔÛ goùc döôùi beân phaûi: (1 − ε s ] ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt ΔxΔy (5.37) TP = (1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW + Δxu s ρ s C f TS0 − Δxu nt ρ n C f TN Δt + 2Δyk f (TEwall − TP ) / Δx − Δyk f (TP − TW ) / Δx + Δxk f (TN − TP ) / Δy − 2Δxk f (TP − TS0 ) / Δy [ )C f ρ f ] ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt + (1 − ε s )C f ρ f [ ] (5.38) ] (5.39) ΔxΔy TP = (1 − ε s ) − Δyu e ρ e C f TE + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TNout Δt + Δyk f (TE − TP ) / Δx − 2Δyk f (TP − TWwall ) / Δx + 2Δxk f (TNout − TP ) / Δy − Δxk f (TP − TS ) / Δy ÔÛ goùc ñænh traùi: (1 − ε s )C f ρ f ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt + (1 − ε s )C f ρ f [ ÔÛ goùc ñænh phaûi: (1 − ε s )C f ρ f ΔxΔy TP = (1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TNout Δt + 2Δyk f (TEwall − TP ) / Δx − Δyk f (TP − TW ) / Δx + 2Δxk f (TNout − TP ) / Δy − Δxk f (TP − TS ) / Δy + (1 − ε s )C f ρ f ÔÛ oâ döôùi ñaùy phaûi vaø traùi : [ ΔxΔy 0 TP + S Q ΔxΔy Δt [ ] S uBL = 0.5(1 − ε s ) Δyu e ρ e C f TE − Δxu s ρ s C f TS0 + Δxu nt ρ n C f TN + S Q ΔxΔy (5.50) ] (5.51) S uBR = 0.5(1 − ε s ) − Δyu w ρ w C f TW − Δxu s ρ s C f T + Δxu nt ρ n C f TN + SQ ΔxΔy 0 S ÔÛ oâ treân ñænh phaûi vaø traùi : S uTL [ [ ] = 0.5(1 − ε s ) Δyu e ρ e C f TE − Δxu s ρ s C f TS + Δxu n ρ n C f TNout + S Q ΔxΔy ] (5.52) (5.53) S uTR = 0.5(1 − ε s ) Δyu w ρ w C f TW + Δxu s ρ s C f TS − Δxu n ρ n C f TNout + S Q ΔxΔy ñaùy phaûi vaø traùi : S pBL = −0.5(1 − ε s )[Δyu e ρ e C f + Δxu nt ρ n C f ] (5.54); SpBR = −0.5(1 − ε s )[− Δyu w ρ w C f + Δxu nt ρ n C f ] (5.55) ñænh phaûi vaø traùi : S pTL = −0.5(1 − ε s )[Δyu e ρ e C f − Δxu s ρ s C f ] (5.56); S uTR = −0.5(1 − ε s )[Δyu w ρ w C f + Δxu s ρ s C f ] (5.57) 5.3.3.2 Sai phaân hoùa phöông trình naêng löôïng trong pha raén => ε s C Ps ρ s ΔxΔy TP,s = Δyk s (TE ,s − TP,s ) / Δx − Δyk s (TP ,s − TW ,s ) / Δx + Δxk s (TN ,s − TP ,s ) / Δy (5.58) Δt − Δxk s (TP ,s − TS,s ) / Δy + ε s C Ps ρ s ΔxΔy 0 TP ,s + S Q ΔxΔy Δt ΔxΔy + 2Δyk s / Δx + 2Δxk s / Δy (5.59); a w = a e = Δyk s / Δx (5.60); a s = a n = Δxk s / Δy (5.61) Δt ; a 0P = ε s C Ps ρ s ΔxΔy (5.62); S u = S Q ΔxΔy (5.63); Sp = 0 (5.64) Δt 5.3.4 Sai phaân caùc phöông trình baûo toaøn ñoäng löôïng p − p I −1,J a i ,J u i ,J = ∑ a nb u nb + I ,J ΔVu + SΔVu (5.65); <=> a i ,J u i ,J = ∑ a nb u nb + ( p I,J − p I−1,J )A i ,J + b i ,J (5.66) a p = ε s C Ps ρ s Δx nb Töông töï, a u = a u + ∑ nb nb I, j I, j nb nb p I,J −1 − p I,J Δy ΔVv + SΔVv (5.67); <=> a I, j u I , j = ∑a nb u nb + (p I,J −1 − p I ,J )A I, j + b I , j (5.68) nb 5.4 XAÂY DÖÏNG CHÖÔNG TRÌNH TÍNH VAØ ÑAÙNH GIAÙ MO HÌNH 5.4.1 Giôùi thieäu chöông trình tính Hình 5.3; 5.5a,b,c Maøn hình giao dieän chính vaø hieån thò keát quaû cuûa chöông trình 5.4.2 Ñaùnh giaù söï töông thích cuûa moâ hình Ñaùnh giaù söï töông thích cuûa moâ hình vôùi thöïc nghieäm ñöôïc thöïc hieän thoâng qua vieäc ñaùnh giaù giaù trò sai soá töông ñoái P = XM − XE ñoái vôùi thoâng soá nhieät ñoä taïi ba vò trí trong coät vaät lieäu, ñoä suy giaûm khoái XE löôïng vaø noàng ñoä phaàn traêm khoái löôïng CO trong khí chaùy. Vôùi: XE laø giaù trò thí nghieäm ; XM laø giaù trò moâ phoûng; n laø toång soá maãu ;