Tóm tắt Luận án Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
NGUYỄN CHIẾN THẮNG 
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP 
NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHÁY ANTRAXIT VIỆT NAM 
TRONG BUỒNG ĐỐT THAN PHUN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 
Chuyên ngành: Kỹ thuật Nhiệt 
Mã số: 62520115 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT 
Hà Nội - 2017 
Công trình được hoàn thành tại: 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
 Người hướng dẫn khoa học: 
1. PGS. TS. Trần Gia Mỹ 
2. GS. TSKH. Nguyễn Sĩ Mão 
Phản biện 1: PGS. TS. Lê Công Cát 
Phản biện 2: PGS. TS. Vũ Duy Trường 
Phản biện 3: PGS. TS. Trương Ngọc Tuấn 
 Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp 
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
 Vào hồi giờ, ngày tháng năm 
 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 
 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Theo quy hoạch điện VII hiệu chỉnh tháng 3 năm 2016 của Việt Nam, giai đoạn 
2015-2030 điện năng sản xuất từ nhiệt điện than luôn tăng và chiếm tỷ trọng lớn nhất 
trong cơ cấu nguồn điện. Các lò hơi đốt than phun đã được thiết kế chế tạo đốt than 
ổn định, song hiệu suất còn thấp, tỷ lệ cacbon chưa cháy hết trong tro còn cao. Đặc 
biệt là đối với các lò đốt than antraxit Việt Nam, loại than cháy ít khói, hàm lượng 
các bon (C) trong than cao, song chất bốc (V) hàm lượng tro (A) cao nên khó bắt 
cháy và khó cháy kiệt. Chính vì vậy, hiện nay, thành phần các bon còn lại trong tro ở 
các nhà máy nhiệt điện cũ đều rất cao như: Phả Lại: 12-18%, Ninh Bình: 15 -35%, 
Uông Bí cũ: 30 - 40%, ...); Các nhà máy mới xây dựng như Phả Lại 2, Uông Bí mở 
rộng 1, ... vẫn chưa khắc phục được các nhược điểm trên của than antraxit Việt Nam, 
hàm lượng C còn lại trong tro vẫn cao (trên 12%). 
Kinh nghiệm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò hơi NMNĐ đốt than sử dụng than 
antraxit có chất bốc thấp ở mức dưới 8% như than Việt Nam chưa nhiều. Việc nâng 
cao hiệu suất cháy than trong các NMNĐ hiện vẫn đang thực hiện ở mức trung, đại tu 
thiết bị và những cải tiến mang tính nhỏ, lẻ. 
Các nghiên cứu lý thuyết cháy ứng dụng đã chỉ ra rằng, để nâng cao hiệu hiệu quả 
sử dụng than ít chất bốc cần phải giải quyết các vấn đề kĩ thuật cơ bản sau: Bảo đảm 
bắt lửa sớm, ổn định; Bảo đảm hiệu suất cháy cao, cháy kiệt; Hạn chế và loại bỏ đóng 
xỉ buồng lửa; Đề phòng ăn mòn nhiệt độ cao; Giảm chất phát thải khí và các thành 
phần ô nhiễm khác. Đây là những vấn đề kĩ thuật phức tạp mâu thuẫn lẫn nhau, phải 
nghiên cứu và chọn lựa các giải pháp phù hợp, tối ưu. 
Từ những trình bày trên đây có thể nhận thấy, vấn đề nâng cao độ tin cậy trong vận 
hành và đặc biệt là hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam là vấn đề cấp thiết và cấp 
bách hiện nay. Để giải quyết vấn đề đặt ra cần nghiên cứu bằng lý thuyết và thực 
nghiệm quá trình cháy bột than, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy, 
tạo cơ sở tin cậy cho việc lựa chọn một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit 
trong buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện Việt Nam. 
Với lý do trình bày trên đây có thể nhận thấy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu 
một số giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong buồng đốt 
than phun nhà máy nhiệt điện” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 
2. Mục đích nghiên cứu 
Mục đích nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá 
trình cháy, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy bột than antraxit Việt 
Nam trong buồng đốt lò hơi nhà máy nhiệt điện; Tổng hợp phân tích kết quả thu 
được, đề xuất và lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu suất cháy antraxit Việt Nam trong 
buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu là buồng đốt than phun nhà máy nhiệt điện và phạm vi 
nghiên cứu là ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất cháy 
4. Phương pháp nghiên cứu 
Luận án được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô 
hình thực nghiệm, mô phỏng và thực tiễn. 
2 
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 
Về mặt khoa học: Đề tài đã làm sáng tỏ được một số yếu tố ảnh hưởng của nồng độ 
dòng bột than/ gió sơ cấp, ảnh hưởng của tỷ lệ gió sơ cấp/ thứ cấp đến hiệu suất cháy 
bột than antraxit trên mô hình thí nghiệm. Ảnh hưởng của một số điều kiện vận hành 
lò hơi nhà máy điện đến hiệu suất lò hơi, các vấn đề này đã thể hiện rõ ý nghĩa khoa 
học của công trình nghiên cứu. 
Về mặt thực tiễn: Những đóng góp của đề tài có ý nghĩa thực tiễn khá rõ rệt là đã 
nghiên cứu thành công một số yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất cháy bột than, đã 
nâng cao được hiệu suất này lên từ 3 đến 5 % so với trước đó. 
6. Điểm mới của luận án 
- Đã xác định được các giá trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý, nồng độ than/gió hợp lý, hệ 
số không khí thừa hợp lý trên mô hình thực nghiệm, là tư liệu nghiên cứu quan trọng 
có thể ứng dụng trong quá trình thí nghiệm hiệu chỉnh lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt 
than phun trong thực tế. 
- Đã xây dựng được mối quan hệ giữa nồng độ dòng bột than hợp lý, tốc độ gió cấp 
1 (dòng bột than) hợp lý, hệ số không khí thừa đầu ra buồng đốt hợp lý, hiệu suất 
cháy và hiệu suất lò hơi với hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu bằng phương pháp 
thí nghiệm trên lò hơi nhà máy nhiệt điện thực tế. 
- Đã xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình cháy trong buồng đốt than phun 
bằng phương pháp mô phỏng số CFD với kết quả có ý nghĩa thực tiễn. 
7. Bố cục của luận án 
Phần thuyết minh luận án gồm 134 trang với các phần: Mở đầu (04 trang); Chương 
1 - Tổng quan (33 trang); Chương 2 - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dòng than 
phun đến hiệu suất cháy (23 trang); Chương 3 - Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm 
lượng chất bốc đến hiệu suất cháy (28 trang); Chương 4 - Kết quả nghiên cứu và thảo 
luận (37 trang); Kết luận và kiến nghị (2 trang); Danh mục công trình của luận án (04 
công trình); Tài liệu tham khảo (93 tài liệu); Luận án có 32 bảng và 45 hình vẽ. 
Phần phụ lục của luận án gồm 65 trang với Phụ lục A: Mô hình thí nghiệm có 3 
phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Bản tính thiết kế mô hình; phụ lục 2: Bảng tính và bảng thông 
số các kết quả thí nghiệm trên mô hình; phụ lục 3: Kết quả phân tích mẫu than thí 
nghiệm; Phụ lục B: Thí nghiệm đốt than trộn có 3 phụ lục nhỏ, phụ lục 1: Nhiên liệu 
dùng trong thí nghiệm; phụ lục 2: Bảng tính các chế độ thí nghiệm trên lò hơi thực tế 
tại NMNĐ Ninh Bình, phụ lục 3: Điều kiện đầu vào và điều kiện biên cho mô phỏng 
CFD sau thí nghiệm trên lò hơi thực tế tại NMNĐ Ninh Bình. 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHÁY THAN TRONG BUỒNG ĐỐT THAN 
PHUN NMNĐ VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
1.1. Vai trò của các NMNĐ đốt than trong sản xuất điện năng 
Giới thiệu tổng quan về công suất, điện năng sản xuất, tỷ trọng của các NMNĐ đốt 
than trong sản xuất điện năng trên thế giới, ở Việt Nam và khả năng cung ứng than 
cho sản xuất điện. 
1.2. Công nghệ đốt than antraxit trong NMNĐ ở Việt Nam 
Hiện nay, đốt than antraxit trong lò hơi tại các NMNĐ của Việt Nam bao gồm hai 
phương pháp là sử dụng công nghệ lò hơi đốt than phun (Pulverize Coal - PC) và 
công nghệ lò hơi đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed - CFB). 
3 
1.3. Nghiên cứu cháy antraxit trong buồng lửa than phun 
Phân tích lý thuyết về các yếu tố ảnh hưởng chính tới nhiệt lượng bắt lửa: lưu 
lượng và tốc độ gió cấp 1, nhiệt độ gió nóng và nhiệt độ khói vùng bắt lửa, độ mịn 
của bột than, nhiệt độ bắt cháy của dòng bột than, nồng độ dòng bột than, trường khí 
động trong buồng lửa. Chúng tôi cũng phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình 
cháy: vòi đốt, buồng đốt, các phương pháp bố trí vòi phun trên buồng đốt, buồng đốt 
ngọn lửa hình W. 
1.4. Tổng quan các kết quả nghiên cứu về cháy than antraxit 
1.4.1. Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài 
Nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng than và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các tổ 
chức nghiên cứu đốt than trên thế giới đã nghiên cứu phát triển công nghệ đốt than 
phun trong lò hơi nhà máy nhiệt điện chủ yếu đi theo hai hướng chính là nghiên cứu 
điều chỉnh các đặc tính hoá lý của than và nghiên cứu cải thiện chế độ khí động quá 
trình cháy. Theo đó, các nước Tây Âu đã đi theo hướng kết hợp sử dụng hiệu quả 
tăng cường phản ứng hoá học quá trình bén lửa và bốc cháy của than bằng giải pháp 
sử dụng thiết bị phân ly than có khả năng điều chỉnh để tăng độ mịn, nhằm giảm tổn 
thất không cháy hết của nhiên liệu; Ngoài ra, còn sử dụng hỗn hợp than khó cháy 
antraxit với than có chất bốc cao dễ cháy như bitum hoặc á bitum; Về khí động của 
quá trình cháy đã nghiên cứu đưa vào sử dụng công nghệ đốt than ngọn lửa hình W, 
kiểu buồng đốt “có vai”; Sử dụng vòi đốt có khả năng sấy bột than và hoà trộn than 
bột - gió nóng (cho dòng đậm đặc); Bổ sung thêm một tầng gió nóng ở phía trên vai 
lò (OFA) và đưa vòi loãng lên tầng gió OFA; Nâng cao hiệu suất lò hơi và giảm phát 
thải NOX nhờ hệ thống giám sát và điều khiển tại chỗ các điều kiện cháy 45. Ngoài 
ra, còn có một số biện pháp khác như: Áp dụng công nghệ thải xỉ khô và tận dụng 
lượng nhiệt của tro xỉ để gia nhiệt không khí quay lại buồng đốt; Sử dụng băng tải 
đệm khí cho hệ thống vận chuyển than; Áp dụng hệ thống giám sát tự động quá trình 
cháy tiên tiến OPTICOM để cải thiện hiệu suất lò hơi trong nhà máy điện đốt than; 
Áp dụng phương pháp INPUT/LOSS Method (phương pháp thí nghiệm và đánh giá 
vận hành nhà máy bằng mô phỏng trên máy tính) 48. 
Liên Xô cũ là nước có rất nhiều kinh nghiệm trong việc đốt than antraxit trong các 
lò hơi nhà máy nhiệt điện, họ sử dụng các giải pháp như nghiền than mịn, nâng cao 
nhiệt độ gió nóng, vận tải than bột nồng độ cao 84, 85. 
Trung Quốc lựa chọn hệ thống chế biến than có phễu than trung gian với sơ đồ 
nguyên lý hệ thống chế biến than kiểu hở, dùng khói lò trộn với không khí làm môi 
chất sấy, sau khi làm việc được khử bụi than trong các bộ khử bụi và thải ra ngoài 
trời áp dụng cho than có độ ẩm cao 64, 65. 
Ngoài ra còn có các nghiên cứu khác của các học giả trên thế giới như: nghiên cứu 
về độ mịn của bột than 80,8275,58, nghiên cứu so sánh các loại than 61,55, 
nghiên cứu về bổ sung chất xúc tác 51,78, nghiên cứu về than trộn 60,71, 
nghiên cứu về giảm thiểu phát thải NOx79,54, nghiên cứu về khí động 59,72. 
1.4.2. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam 
Ở Việt Nam có rất nhiều tác giả nghiên cứu về nâng cao hiệu suất cháy theo các 
hướng như: lựa chọn phương pháp đốt 23,33, tăng cường khả năng cháy kiệt 14, 
4 
15, 18, 29, 37, trộn với than chất bốc cao hơn 25, 37. Tuy nhiên, nghiên 
cứu về nồng độ dòng bột than hợp lý cho buồng đốt ngọn lửa hình W và nghiên cứu 
ảnh hưởng của thay đổi chất bốc trong nhiên liệu khi trộn than antraxit nội địa với 
than nhập khẩu có chất bốc cao thì chưa được đề cập đến. 
1.4.3. Nghiên cứu trên mô hình mô phỏng CFD 
CFD (Computational Fluid Dynamics) là lĩnh vực khoa học sử dụng các phương 
pháp số kết hợp với công nghệ mô phỏng trên máy tính để giải quyết các bài toán có 
sự chuyển động của lưu chất. Với những tính năng ưu việt của công cụ CFD, lĩnh vực 
mô phỏng quá trình cháy than trên thế giới đã được phát triển từ lâu và đã gặt hái 
được nhiều thành quả có thể kể đến như: nghiên cứu về quá trình cháy hạt đơn 
40,73, 49, nghiên cứu về quá trình cháy chùm hạt 63. Ở Việt Nam, nghiên cứu 
quá trình cháy bằng CFD mới chỉ đang bắt đầu, cụ thể là mới có công trình nghiên 
cứu về mô phỏng cháy than trên lò hơi Phả Lại 2 và Vũng Áng 1 với các loại than 
khác nhau với sự hỗ trợ của Nhật Bản 47. Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa chỉ ra 
được sự thay đổi của hiệu suất cháy với các tỷ lệ trộn khác nhau cũng như chưa so 
sánh đánh giá với bất kỳ số liệu thực nghiệm nào để kiểm tra độ chính xác của lời 
giải . 
1.5. Luận cứ về nội dung nghiên cứu của luận án 
Các nghiên cứu nêu trên đã chỉ ra rằng, để lò hơi than phun, đốt than antraxit làm 
việc ổn định, tin cậy, hiệu suất cao thì thiết kế lò hơi cần phải đáp ứng các yêu cầu 
sau: Tốc độ hỗn hợp than - không khí ra khỏi miệng vòi đốt thấp; Quãng đường 
chuyển dịch của hạt than phải dài; Nghiền than mịn; Cung cấp không khí theo tầng. 
Điều đó làm tăng hiệu quả sấy hạt than (trong buồng đốt) và bắt cháy; Nhiệt độ trong 
vùng bắt cháy cao để sấy dòng hỗn hợp nhanh; Nồng độ bột than trong hỗn hợp cao; 
Nhiệt độ hỗn hợp than-gió và nhiệt độ gió nóng cao; Phân bố than và gió đồng đều 
theo các vòi đốt để đảm bảo trường khí động trong buồng đốt ổn định, than bắt cháy 
sớm đồng thời ngọn lửa không bị táp tường; Lưu lượng dòng hồi lưu khói nóng đến 
miệng vòi đốt lớn để đảm bảo quá trình sấy hỗn hợp than - gió tốt 15, 33, 34. 
Để nâng cao hiệu quả sử dụng than ít chất bốc cần bảo đảm: bắt lửa sớm, ổn định; 
hiệu suất cháy cao, cháy kiệt; hạn chế và loại bỏ đóng xỉ buồng lửa; đề phòng ăn mòn 
nhiệt độ cao; giảm phát thải khí và các thành phần ô nhiễm khác. Đây là những vấn 
đề kĩ thuật phức tạp mâu thuẫn lẫn nhau, cần phải nghiên cứu cả về lý thuyết và thực 
tiễn làm cơ sở cho việc lựa chọn một số giải pháp có tính khả thi cao mang lại hiệu 
quả kinh tế và phù hợp với đặc tính đặc thù của than antraxit Việt Nam. 
Từ các phân tích trên đây, để đạt được mục tiêu nâng cao hiệu suất cháy than 
antraxit Việt Nam, đề tài chọn hai hướng nghiên cứu chính là: (i) Nâng cao nồng độ 
bột than đến giá trị tối ưu trong dòng hỗn hợp gió cấp 1 và (ii) Nâng cao hàm lượng 
chất bốc trong nhiên liệu sử dụng bằng giải pháp trộn than antraxit chất bốc thấp với 
than bitum hoặc á bitum nhập khẩu chất bốc cao – giải pháp có tính khả thi và hiệu 
quả cao, phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay. 
Để đạt được mục đích nghiên cứu, luận án cần phải thực hiện các nội dung chính 
sau: 
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cháy hạt than trong buồng lửa than phun. 
5 
- Nghiên cứu thực nghiệm nồng độ dòng bột than ảnh hưởng đến cháy hạt than 
antraxit Việt Nam trong buồng lửa than phun có ngọn lửa hình W. 
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thay đổi chất bốc trong nhiên liệu khi trộn than 
antraxit nội địa với than nhập khẩu có chất bốc cao hơn bằng thực nghiệm và mô 
phỏng số. 
1.6. Kết luận chương 1 
Đã xác định được vấn đề cần giải quyết và các nội dung cần thực hiện trong luận 
án là: 
+ Xây dựng mô hình thực nghiệm với loại vòi phun/buồng đốt, bố trí vòi phun 
trong buồng đốt hợp lý và xác định/điều chỉnh các thông số ảnh hưởng để quá trình 
cháy hiệu quả phù hợp với than antraxit Việt Nam; 
+ Khắc phục nhược điểm cố hữu của than antraxit Việt Nam là chất bốc thấp, tăng 
hàm lượng chất bốc trong than bằng cách trộn thêm than nhập khẩu có chất bốc cao 
và tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi này đối với hiệu quả quá 
trình cháy trên lò hơi thực tế; 
+ Kết hợp nghiên cứu trên lò hơi thực tế với xây dựng mô hình mô phỏng CFD để 
tiến tới làm chủ lĩnh vực nghiên cứu tiềm năng này. 
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DÒNG THAN 
PHUN ĐẾN HIỆU SUẤT CHÁY 
2.1. Mục đích và phương pháp nghiên cứu 
Các lò hơi đ ... , quỹ đạo chuyển động của các hạt phun từ hai vòi ở 2 độ cao có 
sự khác nhau rõ rệt. Do hiện tượng chuyển động rối cũng như vùng không gian dưới 
đáy lò không có cửa thoát khiến dòng bị quẩn nên một số hạt chuyển động xuống 
phía dưới đáy buồng đốt sau đó mới theo đường khói đi ra ngoài. Quỹ đạo chuyển 
động của các hạt phun từ vòi số 2 có xu hướng đi lên theo đường khói thải một cách 
khá ổn định. Điều này được giải thích do vùng không gian phun vòi 2 phun vào có 
trường tốc độ ổn định theo phương y. 
b. Trường hợp sử dụng than trộn 
Hình 4.18. Véc tơ vận tốc tại mặt cắt ngang của buồng đốt đi qua cụm vòi phun 
thứ nhất 
Quan sát hình 4.18 cho thấy, trường véc tơ vận tốc không thay đổi đáng kể. Điều 
này cũng dễ dàng được giải thích bởi trong các trường hợp than trộn, chúng tôi chỉ 
thay đổi thành phần của than, các thông số đầu vào khác như lưu lượng gió, tỷ lệ gió 
các cấp giữ nguyên. 
3. Hiệu suất cháy 
Trong nội dung nghiên cứu, do không thể xác định trực tiếp được hiệu suất cháy 
nên chúng tôi đã xác định hiệu suất cháy một cách gián tiếp qua tỷ lệ oxy tham gia 
phản ứng và tỷ lệ cacbon cháy không hết trong tro được xác định thông qua hiệu suất 
cháy. 
21 
STT Thông số Đơn vị 
Than 
nội địa 
Than 
trộn 5% 
Than 
trộn 
10% 
Than 
trộn 
15% 
Than 
trộn 
20% 
Than 
trộn 
30% 
1 Hiệu suất cháy than % 0,9195 0,9245 0,9368 0,9447 0,9542 0,9734 
2 C cháy không hết trong tro % 17,839 17,278 15,210 13,896 12,102 7,836 
4.2.2.1. Giai đoạn sau thí nghiệm thực tế 
Xu hướng phân bố trường nhiệt độ không có sự khác nhau nhiều giữa các trường 
hợp kiểm tra và kết quả trước khi thí nghiệm. So với kết quả mô phỏng trước thí 
nghiệm thì quỹ đạo chuyển động không có sự khác biệt nhiều, tuy nhiên có một ít sự 
khác nhau về thời gian lưu hạt, xét kết quả cho than nội địa, ta nhận thấy thời gian 
lưu lại của hạt bột than trong buồng đốt đối với kết quả kiểm tra là 7.51 giây dài hơn 
so với kết quả mô phỏng trước thí nghiệm (5.31 giây). Với điều kiện như thí nghiệm 
thực nghiệm, hiệu suất cháy tính từ mô phỏng tăng theo tỷ lệ trộn từ 5 – 20%, tuy 
nhiên lại giảm nhẹ ở trường hợp trộn 30%. Hiệu suất cháy khi kiểm tra thấp hơn so 
với kết quả mô phỏng trước. Cacbon còn lại trong tro tương ứng với hiệu suất cháy. 
4.3. Phân tích so sánh kết quả 
Ở đây có một vài sự sai khác giữa kết quả nghiên cứu trên mô hình mô phỏng CFD 
và kết quả thí nghiệm trên lò hơi thực tế: 
+ Ở mô hình mô phỏng CFD, trường nhiệt độ buồng lửa có xu hướng giảm khi 
tăng hàm lượng chất bốc trong khi ở lò hơi thực tế là ngược lại. Điều này được lý giải 
bởi đối với mô phỏng CFD, khi thay đổi nhiên liệu vẫn giữ nguyên các thông số về 
gió. Than nhập khẩu với nhiệt trị làm việc thấp hơn làm giảm nhiệt thế thể tích buồng 
lửa khi tăng hàm lượng chất bốc (tăng tỷ lệ trộn). Đối với lò hơi thực tế, khi tăng hàm 
lượng chất bốc kết hợp với các điều chỉnh quá trình cháy dẫn đến quá trình cháy 
diễn ra tốt hơn, trường nhiệt độ buồng lửa tăng. 
+ Trường tốc độ và mật độ hạt trong mô phỏng CFD không có thay đổi nhiều khi 
tăng hàm lượng chất bốc, trong khi ở thí nghiệm trên lò hơi thực tế sự thay đổi này là 
đáng kể do trong quá trình vận hành đã tăng lưu lượng/tốc độ gió cấp 1, 2 và giảm 
gió cấp 3 để đảm bảo sự làm việc ổn định, hiệu quả của lò hơi. 
+ Hệ số không khí thừa đầu ra buồng lửa trong mô phỏng CFD đều giảm khi tăng 
hàm lượng chất bốc nhưng ở mô phỏng CFD sự giảm này là đồng đều, thể hiện quá 
trình cháy diễn ra tốt hơn khi tăng hàm lượng chất bốc và giữ nguyên lưu lượng/tốc 
độ gió các loại. Đối với lò hơi thực tế, sự giảm hệ số không khí thừa diễn ra khi tổng 
lượng gió cấp vào lò có xu hướng tăng, lưu lượng/tốc độ gió cấp 1, 2 tăng, gió cấp 3 
giảm và sự giảm này không đồng đều theo tăng hàm lượng chất bốc do có can thiệp 
của việc điều chỉnh chế độ. 
+ Hiệu suất cháy tăng đều khi tăng hàm lượng chất bốc trên mô phỏng CFD trong 
khi ở lò hơi thực tế, sự tăng này là không đều bởi có sự can thiệp của vận hành như 
đã trình bày ở trên. Mặt khác, trong trường hợp mô phỏng trước thí nghiệm, hiệu suất 
cháy tính toán trên mô phỏng CFD cao hơn hiệu suất cháy tính toán được từ vận hành 
thí nghiệm lò hơi thực tế. Sự sai khác này lên đến ~ 4%. Sự sai khác này có thể do hai 
22 
nguyên nhân. Thứ nhất, thông số thiết kế lò hơi và quá trình thực hiện và kết quả của 
công tác mô phỏng là rất tốt. Thứ hai, trên mô phỏng CFD lưu lượng than và gió 
được cân bằng tuyệt đối với các vòi phun cùng cấp, trong khi ở lò hơi thực tế, từ các 
kết quả tính toán, các giá trị này cũng được điều chỉnh với sự đồng đều nhất định 
nhưng sự sai khác là không thể tránh khỏi do các sai số về hệ số chuẩn, công tác 
đo,.... Mặt khác, trong buồng đốt lò hơi thực tế luôn tồn tại các vùng bám xỉ dẫn đến 
chế độ khí động trong buồng đốt không đồng đều. Sự sai khác này nêu lên tầm quan 
trọng của việc cân bằng/điều chỉnh/giám sát lưu lượng than và gió qua các vòi đốt. 
+ Đối với trường hợp mô phỏng kiểm tra sau thí nghiệm thực tế, các số liệu đầu 
vào và điều kiện biên được lấy theo thông số vận hành của các chế độ thí nghiệm 
được đánh giá có hiệu suất cao nhất đối với mỗi tỉ lệ trộn (các chế độ này được xác 
định thực hiện ở phụ tải kinh tế của lò hơi, phụ tải này ~ 85% phụ tải định mức của lò 
hơi). Trong trường hợp này, hiệu suất cháy tính toán được từ mô phỏng tăng dần theo 
tăng hàm lượng chất bốc nhưng có giảm nhẹ ở chế độ có chất bốc cao nhất, các giá trị 
hiệu suất tính toán được của mô phỏng đều cao hơn thí nghiệm thực tế trên lò hơi 
nhưng sự sai khác này là không lớn, trung bình ~ 1%. Điều này chứng tỏ mô phỏng 
khá sát với thực tế, sự tăng lên của hiệu suất cháy cũng phù hợp với lý giải ở trên. 
Các giá trị hiệu suất cháy xác định theo thí nghiệm thực tế và tính theo mô phỏng 
được so sánh ở bảng 4.16 dưới đây. 
Bảng 4.16. So sánh hiệu suất cháy ở điều kiện mô phỏng và thí nghiệm thực tế 
STT Nội dung 
Hiệu suất cháy (%) ở các tỷ lệ trộn 
0% 5% 10% 15% 20% 30% 
1 Mô phỏng trước thí nghiệm 91,95 92,45 93,68 94,47 95,42 97,34 
2 Thí nghiệm thực tế 88,38 90,36 90,11 91,42 91,13 90,83 
3 Mô phỏng sau thí nghiệm 90,59 91,18 91,43 92,68 93,02 92,1 
Từ các so sánh, đánh giá trên cho thấy rằng, mô phỏng CFD là công cụ hỗ trợ rất 
tốt cho nghiên cứu quá trình cháy trong buồng đốt than phun và cần được triển khai 
mở rộng để ứng dụng trong vận hành sản xuất thực tế. 
4.4. Đề xuất giải pháp 
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được có thể đề xuất hai giải pháp cơ bản 
nâng cao hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam trong buồng đốt than phun nhà máy 
nhiệt điện là: Hiệu chỉnh, xác định, vận hành buồng đốt với nồng độ dòng bột than 
hợp lý và tăng hàm lượng chất bốc trong than. Bên cạnh hai giải pháp cơ bản nêu 
trên, để gián tiếp nâng cao hiệu quả cháy, đề xuất giải pháp thứ ba là sớm nhân rộng 
và đưa công cụ mô phỏng số CFD vào công tác học tập, nghiên cứu cũng như hỗ trợ 
thiết kế, vận hành buồng đốt lò hơi NMNĐ đốt than phun. 
4.5. Kết luận chương 4 
Trong các thí nghiệm chế độ trên mô hình thực nghiệm, đã xác định được các giá 
trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý (12 -14 m/s), nồng độ than/gió hợp lý (0,92 – 1,0), tỉ số 
tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý (0,94 - 0,98), hệ số không khí thừa hợp lý (1,24 - 1,27). 
Các kết quả thí nghiệm trên mô hình tương đối phù hợp với những hiểu biết hiện có 
về than antraxit Việt Nam và công nghệ đốt ứng dụng. Các kết quả thí nghiệm có thể 
23 
được sử dụng để tham khảo trong vận hành lò hơi NMNĐ đốt than phun cũng như 
trong thiết kế. 
Trong thí nghiệm than trộn tại NMNĐ Ninh Bình, các số liệu thu được và xử lý là 
đáng tin cậy. Kết quả thí nghiệm phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây. 
Các sai khác được lý giải phù hợp: 
Khi tỷ lệ trộn than nhập khẩu tăng lên, lò cháy ngày càng tốt hơn nhưng ở hàm 
lượng chất bốc cao lại dẫn đến hiện tượng chảy xỉ, vì vậy để đảm bảo vận hành an 
toàn của lò hơi, phải hiệu chỉnh giảm gió dẫn đến hiệu suất của lò hơi giảm. Do đó, 
để có kết luận thấu đáo và chính xác về vấn đề này cần phải tiếp tục tiến hành nghiên 
cứu, thí nghiệm và đánh giá. Đây cũng có thể coi là là yếu tố hạn chế quyết định bởi 
cấu tạo thiết kế bản thể lò hơi của NMNĐ Ninh Bình. Vì vậy, để áp dụng đốt than 
trộn cho các lò hơi dạng khác đang vận hành, trước đó phải có chương trình nghiên 
cứu và thí nghiệm phù hợp. 
 Trong các thí nghiệm tại lò hơi thực tế, khi tăng hàm lượng chất bốc, nồng độ 
dòng bột than hợp lý giảm xuống; Tốc độ gió cấp 1 (dòng bột than) hợp lý tăng lên; 
Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý giảm xuống nhưng không rõ ràng, hệ số không 
khí thừa đầu ra buồng đốt giảm, hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi tăng lên. Các sự 
thay đổi trên không hoàn toàn tuyến tính mà tồn tại giá trị hợp lý (đạt được ở giá trị 
chất bốc mãu cháy 14 - 16%, tương ứng với tỷ lệ 15% than nhập khẩu, 85% than nội 
địa), điều này được lý giải do đặc tính của lò hơi sử dụng để thí nghiệm. 
Hiệu suất cháy tăng nhiều hơn hiệu suất lò hơi, vì vậy để có thể khai thác hết ưu 
điểm của than trộn chất bốc cao, cần có cải tạo hệ thống trao đổi nhiệt sẵn có của lò 
hơi. 
Có thể dùng thông số “hàm lượng chất bốc” để thay thế cho “tỷ lệ trộn than” trong 
các nghiên cứu về than trộn sau này. 
Công tác mô phỏng CFD được tiến hành đúng trình tự, kết quả đạt được rất khả 
quan, phù hợp với lý thuyết và các nghiên cứu trước đây cũng như rất gần với thực 
tế. Từ mô hình mô phỏng trong nghiên cứu này, nhận thấy CFD là công cụ mạnh, cần 
được khai thác sâu hơn nữa để mở ra một hướng nghiên cứu mới về lĩnh vực cháy tại 
Việt Nam. 
Các kết quả thể hiện ở trên cũng có thể sử dụng tham khảo để phục vụ cho công 
tác vận hành/thiết kế các lò hơi đốt nhiên liệu than trộn sau này. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
KẾT LUẬN 
Từ những kết quả nghiên cứu thu được, có thể rút ra một số kết luận chính sau: 
1. Trong các thí nghiệm chế độ trên mô hình thực nghiệm, đã xác định được các 
giá trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý (12 -14 m/s), nồng độ than/gió hợp lý (0,92 – 1,0), tỉ 
số tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý (0,94 - 0,98), hệ số không khí thừa hợp lý (1,25 - 
1,28). Các kết quả thí nghiệm trên mô hình tương đối phù hợp với những hiểu biết 
hiện có về than antraxit Việt Nam và công nghệ đốt ứng dụng. Các kết quả thí 
nghiệm có thể được sử dụng để tham khảo trong vận hành lò hơi NMNĐ đốt than 
phun cũng như trong thiết kế. 
2. Công tác mô phỏng CFD được tiến hành đúng trình tự, kết quả đạt được rất khả 
quan, phù hợp với lý thuyết, các nghiên cứu trước đây và gần với thực tế. Từ mô 
24 
hình mô phỏng trong nghiên cứu này, nhận thấy CFD là công cụ mạnh, cần được khai 
thác sâu hơn nữa để mở ra một hướng nghiên cứu mới về lĩnh vực cháy tại Việt Nam. 
3. Khi tỷ lệ trộn than nhập khẩu tăng lên (hàm lượng chất bốc tăng lên), lò cháy 
ngày càng tốt hơn, hiệu suất cháy tăng lên (có thể tới 4-5%) nhưng ở hàm lượng chất 
bốc cao (Vc>14%) lại dễ dẫn đến hiện tượng chảy xỉ, vì vậy để đảm bảo vận hành an 
toàn của lò hơi, phải hiệu chỉnh giảm gió dẫn đến hiệu suất của lò hơi giảm. Do đó, 
để có kết luận thấu đáo và chính xác về vấn đề này cần phải tiếp tục tiến hành nghiên 
cứu, thí nghiệm và đánh giá. 
4. Trong các thí nghiệm tại lò hơi thực tế, khi tăng hàm lượng chất bốc, nồng độ 
dòng bột than hợp lý giảm xuống; Tốc độ gió cấp 1 (dòng bột than) hợp lý tăng lên; 
Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 hợp lý giảm xuống nhưng không rõ ràng, hệ số không 
khí thừa đầu ra buồng đốt giảm, hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi tăng lên. Các sự 
thay đổi trên không hoàn toàn tuyến tính mà tồn tại giá trị hợp lý (đạt được ở giá trị 
chất bốc mẫu cháy 14 - 16%, tương ứng với tỷ lệ 15% than nhập khẩu, 85% than nội 
địa), điều này được lý giải do đặc tính của lò hơi sử dụng trong thí nghiệm. Hiệu suất 
cháy tăng nhiều hơn hiệu suất lò hơi, vì vậy để có thể khai thác hết ưu điểm của than 
trộn chất bốc cao, cần có cải tạo hệ thống trao đổi nhiệt sẵn có của lò hơi. 
5. Có thể dùng thông số “hàm lượng chất bốc” để thay thế cho “tỷ lệ trộn than” 
trong các nghiên cứu về than trộn sau này. 
6. Các kết quả của nghiên cứu này cũng có thể tham khảo để phục vụ cho công tác 
vận hành/thiết kế các lò hơi đốt nhiên liệu than trộn sau này. 
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 
1. Đã xác định được các giá trị vận tốc gió cấp 1 hợp lý, nồng độ than/gió hợp lý, 
hệ số không khí thừa hợp lý trên mô hình thực nghiệm, là tư liệu nghiên cứu quan 
trọng có thể ứng dụng trong quá trình thí nghiệm hiệu chỉnh lò hơi nhà máy nhiệt 
điện đốt than phun trong thực tế. 
2. Đã xây dựng được mối quan hệ giữa nồng độ dòng bột than hợp lý, tốc độ gió 
cấp 1 (dòng bột than) hợp lý, hệ số không khí thừa đầu ra buồng đốt hợp lý, hiệu suất 
cháy và hiệu suất lò hơi với hàm lượng chất bốc trong nhiên liệu bằng phương pháp 
thí nghiệm trên lò hơi nhà máy nhiệt điện thực tế. 
3. Đã xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình cháy trong buồng đốt than phun 
bằng phương pháp mô phỏng số CFD với kết quả có ý nghĩa thực tiễn ứng dụng vào 
việc xác định chế độ nhiệt độ và khí động của lò hơi trước khi tiến hành thí nghiệm 
đốt than thực tế và so sánh, kiểm chứng sau khi thí nghiệm đốt than thực tế. 
MỘT SỐ KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 
Cần tiếp tục nghiên cứu về lĩnh vực cháy trong buồng đốt lò hơi nhà máy nhiệt 
điện đốt than phun theo hướng như sau: 
1. Xây dựng chương trình nghiên cứu xác định nhiệt độ bắt cháy của bột than theo 
hàm lượng chất bốc để cập nhật và bổ sung các nghiên cứu cơ bản về quá trình cháy. 
2. Nghiên cứu đầy đủ và chi tiết về chế độ khí động buồng đốt lò hơi nhà máy 
nhiệt điện đốt than phun. 
3. Nghiên cứu mô phỏng số CFD về tối ưu quá trình cháy trong buồng đốt. 
4. Nghiên cứu hàm lượng chất bốc tối ưu trong trường hợp lò hơi/nhà máy nhiệt 
điện thiết kế mới sử dụng nhiên liệu than trộn. 
 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 
1. Trương Duy Nghĩa, Nguyễn Chiến Thắng, Trịnh Văn Yên, Trịnh Văn 
Đoàn (2015) Các kết quả thu được từ các thí nghiệm đốt than trộn giữa than 
antraxit nội địa và than á bitum nhập khẩu tại nhà máy nhiệt điện Ninh Bình. 
Tạp chí Năng lượng Nhiệt số 122 – 3/2015 (trang 5-8). 
2. Nguyễn Chiến Thắng, Trương Duy Nghĩa, Hoàng Tiến Dũng, Trần Gia 
Mỹ, Lê Đức Dũng (2015) Sự thay đổi các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình 
cháy than trong lò hơi từ các thí nghiệm đốt than trộn giữa than antraxit nội 
địa và than á bitum nhập khẩu tại nhà máy điện Ninh Bình. Tạp chí Năng 
lượng Nhiệt, số 124 – 7/2015 (trang 7-11). 
3. Nguyễn Chiến Thắng, Hoàng Tiến Dũng, Trần Gia Mỹ, Lê Đức Dũng 
(2016), Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc trong than trộn đến 
hiệu suất lò hơi tại nhà máy điện Ninh Bình. Tạp chí Năng lượng Nhiệt, số 
127 – 1/2016 (trang 5-9). 
4. Le Duc Dung, Nguyen Huu Linh, Nguyen Chien Thang (2016), 
Numerical simulation of pulverized coal combustion in a tangentialy fired 
boiler SG – 130 – 40 – 450. 4th AUN/SEED-Net Regional Coference on 
Energy Egineering 2016, Phnom Penh, Cambodia