13
Chơng 3. NHIÊN LIệU Và hiệu quả sử dụng nhiên liệu

3.1. KHáI NIệM Về NHIÊN LIệU

3.1.1. Nhiên liệu và phân loại nhiên liệu
Nhiên liệu là những vật chất khi cháy phát ra ánh sáng và nhiệt năng. Trong
công nghiệp thì nhiên liệu phải đạt các yêu cầu sau:
- Có nhiều trong tự nhiên, trữ lợng lớn, dễ khai thác, giá thành rẻ.
- Khi cháy không sinh ra các chất gây nguy hiểm.
Nhiên liệu có thể phân thành hai loại chính: nhiên liệu vô cơ và nhiên liệu hữu
cơ.
3.1.1.1. Nhiên liệu hữu cơ:
Nhiên liệu hữu cơ là nhiên liệu có sẵn trong thiên nhiên do quá trình phân hủy
hữu cơ tạo thành. Nhiên liệu hữu cơ dùng trong ngành năng lợng có 3 loại:
+ Khí thiên nhiên.
+ Nhiên liệu lỏng: dầu Diezen, dầu nặng (FO).
+ Nhiên liệu rắn: theo tuổi hình thành nhiên liệu ta có gỗ, than bùn, than nâu,
than đá, than cám.
3.1.1.2. Nhiên liệu vô cơ:
Nhiên liệu vô cơ là nhiên liệu đợc tạo ra do phản ứng phân hủy hạt nhân
Urađium.

3.1.2. Thành phần và đặc tính công nghệ của nhiên liệu

3.1.2.1. Thành phần của nhiên liệu

Nhiên liệu bao gồm những chất có khả năng bị oxy hóa gọi là chất cháy và
những chất không thể bị oxy hóa gọi là chất trơ.
* Nhiên liệu rắn và lỏng

C
k
+ H
k

+ S
c
k
+ N
k
+ O
k
+ A
k
= 100% (3-2)

14
Đối với mẫu cháy, thành phần nhiên liệu đợc xác định theo phần trăm khối
lợng các chất cháy đợc:
C
ch
+ H
ch

+ S
c

+ N
ch
+ O

.
S = S
hc
+ S
k
+ S
sp
(3-4)
Lu huỳnh hữu cơ và khoáng chất có thể tham gia quá trình cháy gọi là lu
huỳnh cháy, còn lu huỳnh Sunfat thờng nằm dới dạng CaSO
4
, MgSO
4
...không
tham gia quá trình cháy mà tạo thành tro của nhiên liệu.
Ôxi và Nitơ: Ôxi và Nitơ là những thành phần vô ích trong nhiên liệu vì sự có
mặt của nó trong nhiên liệu sẽ làm giảm các thành phần cháy đợc của nhiên liệu, do
đó làm giảm nhiệt trị chung của nhiên liệu. Nhiên liệu càng non thì lợng oxy càng
nhiều.
* Nhiên liệu khí: Nhiên liệu khí đợc đặc trng bằng hàm lợng các chất
Cacbuahyđrô nh: CH
4
, CH
4
, CH
4
, H
2
, . . . , tính theo phần trăm thể tích .


cacbuahyđrô, cacbon, oxitcacbon, cacbonic, oxi và nitơ . . . Nhiên liệu càng già thì
lợng chất bốc càng ít, nhng nhiệt trị của chất bốc càng cao, lợng chất bốc của
nhiên liệu thay đổi trong phạm vi: than Anfratxit 2-8%, than đá 10-45%, than bùn
70%, gỗ 80%. Nhiên liệu càng nhiều chất bốc càng dễ cháy.
Sau khi chất bốc bốc ra, phần rắn còn lại của nhiên liệu có thể tham gia quá trình
cháy gọi là cốc. Nhiên liệu càng nhiều chất bốc thì cốc càng xốp, nhiên liệu càng có
khả năng phản ứng cao. Khi đốt nhiên liệu ít chất bốc nh than antraxit, cần thiết
phải duy trì nhiệt độ ở vùng bốc cháy cao, đồng thời phải tăng chiều dài buồng lửa để
đảm bảo cho cốc cháy hết trớc khi ra khỏi buồng lửa.
* Độ tro:
Độ tro ký hiệu là A, tro của nhiên liệu là phần rắn ở dạng chất khoáng còn lại
sau khi nhiên liệu cháy. Thành phần của nó gồm một số hỗn hợp khoáng nh đất sét,
cát, pyrit sắt, oxit sắt, . . . Sự có mặt của nó làm giảm thành phần cháy đợc của
nhiên liệu, do đó giảm nhiệt trị của nhiên liệu. Trong qúa trình cháy, dới tác dụng
của nhiệt độ cao một phần bị biến đổi cấu trúc, một phần bị phân hủy nhiệt, bị oxy
hóa nhng chủ yếu biến thành tro.
Độ tro của một số loại nhiên liệu trong khoảng: Than 15-30%, gỗ 0,5 đến
1,0%, mazut 0,2 đến 0,3%, khí 0%, đợc xác định bằng cách đốt nhiên liệu ở nhiệt
độ 850
0
C với nhiên liệu rắn, đến 500
0
C với nhiên liệu lỏng cho đến khi khối lợng
còn lại hoàn toàn không thay đổi.
Tác hại của tro: sự có mặt của tro trong nhiên liệu làm giảm nhiệt trị của
nhiên liệu, cản trở quá trình cháy. Khi bay theo khói tro sẽ mài mòn các bề mặt đốt
của lò hơi. Một trong những đặc tính quan trọng của tro ảnh hởng đến điều kiện làm
việc của lò là nhiệt độ nóng chảy của tro. Nhiệt độ nóng chảy của tro trong khoảng từ
1200
0

=7000 Kcal/kg (29330 Kj/kg).
16
3.2. QUá TRìNH CHáY CủA NHIÊN LIệU

3.2.1. Khái niệm
Quá trình cháy nhiên liệu là quá trình phản ứng hóa học giữa các nguyên tố
hóa học của nhiên liệu với oxi và sinh ra nhiệt, quá trình cháy còn là quá trình oxi
hóa.
Chất oxi hóa chính là oxi của không khí cấp vào cho quá trình cháy, chất bị
oxy hóa là các nguyên tố cháy đợc của nhiên liệu. Sản phẩm tạo thành sau quá trình
cháy gọi là sản phẩm cháy (khói). Quá trình cháy có thể xẩy ra hoàn toàn hoặc không
hoàn toàn.
- Quá trình cháy hoàn toàn là quá trình cháy trong đó các thành phần cháy đợc của
nhiên liệu đều đợc oxi hóa hoàn toàn và sản phẩm cháy của nó gồm các khí CO
2
,
SO
2
, H
2
O, N
2
, và O
2
.
- Quá trình cháy không hoàn toàn là quá trình cháy trong đó còn những chất có thể
cháy đợc cha đợc ô xi hóa hoàn toàn. Khi cháy không hoàn toàn, ngoài những sản

2
(3-5a)
12kgC + 32kgO
2
= 44kgCO
2

1kgC + 2,67 O
2
= 3,67kgCO
2
. (3-5b)
Khi thay khối lợng riêng của Oxi

o2
= 1,428kg/ m
3
tc
và cacbonnic

CO2
= 1,964kg/ m
3
tc
vào (3-5b), ta đợc:

17
1KgC + 1,866 m
3
tc

+ O
2
= 2H
2
O (3-7a)
1kgH2 + 5,6 m
3
tc
O
2
= 11,2 m
3
tc
H
2
O (3-7b)
+ Phản ứng cháy không hoàn toàn:
2C + O
2
= 2CO (3-8)
24kgC + 32kg O
2
= 56kg CO
1kgC + 0,933 m
3
tc
O
2
= 1,866 m
3

3
tc
tiêu chuẩn nhiên liệu khí.
Trong nhiên liệu rắn, các thành phần C, H, S có thể cháy đợc và sinh nhiệt.
Lợng oxi cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu bằng tổng lợng oxi cần
thiết để đốt cháy hoàn toàn lợng C, H, S có trong 1kg nhiên liệu. Vậy có thể tính
lợng oxi cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu theo các phơng trình phản
ứng (3-5), (3-6), (3-7).

1004281100
65
100
70
100
8661
0
2
.,
OH
,
S
,
C
,V
lvlvlvlv
O
++=

(3-9)
Oxi cấp cho quá trình cháy trong lò hơi lấy từ không khí, mà trong không khí

,
,,
V
V
lvlvlvlv
O
kk

(3-10)
Lợng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu rắn, lỏng là:

lvlvlvlv
kk
O,H,)S,C(,V 033302650375008890
0
++= , ( kg/m
tc
3
) (3-11)