Luận án tiến sĩ Kỹ thuật

“NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HÓA SỰ HÌNH THÀNH NOx, CO

VÀ CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ CỦA CHÚNG

TRONG KHÍ THẢI LÒ CÔNG NGHIỆP ĐỐT DẦU FO”

 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN:

1) Nghiên cứu cơ chế và làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành khí ô nhiễm NO_x và CO khi đốt cháy nhiên liệu dầu (FO) trong lò công nghiệp;

2) Nghiên cứu mô hình hoá: sử dụng mô hình tích phân một chiều tính toán tia phun và ngọn lửa rối khuếch tán trong trường khí vận động; lập trình tính toán ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật như đường kính vòi phun, góc phun và tốc độ phun nhiên liệu đến hình dạng và trường nồng độ, trường vận tốc trong tia phun và ngọn lửa;

3) Nghiên cứu thực nghiệm bằng thiết bị chụp ảnh quang học AVL Visioscope và thiết bị đo khí Digas 4000 nhằm kiểm chứng độ tin cậy của mô hình tính toán đã chọn và khảo sát quan hệ giữa nồng độ khí ô nhiễm (NO_x, CO và bồ hóng) trong ngọn lửa và khí thải với hệ số không khí dư a và nhiệt độ đốt cháy trên mô hình lò mô phỏng;

4) Xác định biện pháp kỹ thuật nhằm khống chế đồng thời sự phát sinh NO_x và CO trong quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò.

NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN:

1) Đã thiết lập phần mềm tính toán trường nồng độ và trường vận tốc của tia phun và ngọn lửa rối khuếch tán; phần mềm tính toán giá trị và qui luật biến thiên NO_x và CO phát sinh trong ngọn lửa rối khuếch tán theo độ đậm đặc cục bộ f của hỗn hợp cháy bằng ngôn ngữ lập trình Pascal và Delphi.

2) Kết quả thu được từ nghiên cứu thực nghiệm:

- NO_x và CO phát sinh trong vùng cháy chủ yếu phụ thuộc vào độ đậm đặc cục bộ f và chúng biến thiên trái ngược nhau theo f;  tốc độ biến thiên của NO_x nhanh hơn khoảng 10 lần và của CO nhanh hơn khoảng 8 lần so với tốc độ tăng giảm (theo %) của f; nồng độ NO_x và CO có giá trị thấp nhất với f»1; nồng độ CO trong ngọn lửa cao hơn nhiều (» 10³ lần) so với NO_x và nồng độ của chúng đều tăng theo nhiệt độ cháy; 

- Quan hệ giữa nồng độ bồ hóng và NO_x tuân theo hai qui luật tuyến tính: cùng chiều với độ dốc 1:10 ở phần đầu và ngược chiều với độ dốc 1:1 ở phần sau ngọn lửa.

3) Đã đề xuất biện pháp kỹ thuật nhằm khống chế đồng thời NO_x và CO trên cơ sở giải quyết hài hoà giữa yêu cầu kỹ thuật nhiệt (hiệu suất tỏa nhiệt và nhiệt độ lò) với mục tiêu kiểm soát khí ô nhiễm:

- Giai đoạn nhiệt độ lò thấp (<1.000^oC): chọn giải pháp tăng a (trong giới hạn về điều kiện cháy) để giảm đồng thời NOx và CO;

- Giai đoạn nhiệt độ lò cao (>1.000^oC): xác định a theo mục tiêu giảm tổng (NO_x+CO) hay xử lý chúng đạt tiêu chuẩn môi trường. Trong đó cần ưu tiên cho giải pháp khống chế CO ngay trong quá trình cháy.

CÁC ỨNG DỤNG / KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HOẶC NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU:

- Các phần mềm đã thiết lập giúp mở rộng nghiên cứu về cháy và phát sinh ô nhiễm trong lò; chúng cho kết quả tính toán nhanh và dự báo lượng khí ô nhiễm NO_xvà CO phát sinh nhằm điều chỉnh chế độ làm việc thích hợp của lò;

- Kết quả ứng dụng trên lò nung ACF-2 và ACF-12 đã khẳng định tính đúng đắn của giải pháp đề xuất: đốt cháy với hệ số a lớn (1,6¸2,0) trong giai đoạn nhiệt độ lò thấp (<1.000^oC) có tác dụng hạn chế đáng kể nồng độ khí ô nhiễm NO_x và CO.

- Một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu: làm rõ ảnh hưởng của quá trình trao đổi nhiệt và biến đổi hoá học đến nồng độ NO_x và CO đã hình thành trong quá trình cháy; cơ chế phân hủy NO_x bởi chính CO có trong sản phẩm cháy; ảnh hưởng của hệ số a đến điều kiện cháy và sự hình thành HC và bồ hóng.