Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất bốc trong than trộn đến hiệu suất lò hơi tại nhà máy điện Ninh Bình

o, lượng nhiệt yêu cầu để đạt 
tới trạng thái bắt lửa càng lớn. Ngược lại, độ tro 
và độ ẩm của than càng cao thì nhiệt độ bắt lửa 
và nhiệt lượng yêu cầu để đạt tới trạng thái bắt 
lửa càng lớn. 
Nhiệt độ bắt lửa của dòng bột than chủ yếu 
phụ thuộc vào chất bốc của than, vào điều kiện 
gia nhiệt và tản nhiệt của dòng hỗn hợp ở đầu ra 
vòi phun trong buồng lửa. Tại đầu ra vòi phun 
dòng hỗn hợp bột than được bao bọc bởi dòng 
gió cấp 1 và cấp 2 và được gia nhiệt bởi dòng 
 NLN * 127 - 1/2016 * 
 2 
khói nóng có nhiệt độ cao hồi lưu. Vì vậy quá trình 
bắt lửa vừa cưỡng bức vừa tự nhiên. Điều kiện 
tới hạn của sự bắt lửa được biểu thị bằng hệ 
phương trình: 
Q1 = Q2 
T
Q
T
Q



 21
 Trong đó: 
 Q1 - Nhiệt lượng hoá học 
 Q2 - Nhiệt lượng toả 
Giả thiết nhiệt độ bột than trước khi bắt lửa không 
cao, phản ứng hóa học trong dòng trước khi bắt 
lửa nằm trong vùng động học. Lúc đó nhiệt lượng 
hóa học sinh ra do cháy bột than Q1 là 3: 
  
 
1
)/(exp
1
/
273 2
1
blo
n
ot
lv
RTEKT
O
QQ
 (W/m2) 
Nhiệt lượng toả từ hạt bột than ra môi trường Q2 
là 3: 
 442 .  TTaTTQ blbl  (W/m2) 
Trong đó: 
Qtlv nhiệt trị bột than; 
n cấp phản ứng, lấy gần đúng n = 1; 
a độ đen của ngọn lửa; 
o hằng số Boltzman, W/ (m
2.oK4); 
 đại lượng đặc trưng lượng tiêu hao 
than khi cháy với một kg ôxy. 
Than cốc, không có chất bốc có: 
 = 0,375 kg (C)/ 1kg(O2); 
Bột than có chất bốc như sau: 
Than Antraxit = 0,531, 
Than đá = 0,58, 
Than nâu = 1,13. 
 o - Khối lượng riêng của Oxy (kg/m
3) 
O2 - Nồng độ Oxy trong môi trường phản ứng (%) 
To - Nhiệt độ dòng hỗn hợp bột than và gió nóng 
(oK) 
R - Hằng số chất khí (kJ/mol.oK) 
E - Năng lượng hoạt hóa bề mặt hạt than 
(kJ/mol) 
Ko - Hệ số va đập (m/s) 
 - Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa bột than 
với dòng gió nóng (w/m2 oK) 
 - Hệ số trao đổi chất (m/s) được chọn như 
sau: 
bt
d
d
T
DNu
273


  
Trong đó: 
Nud - Tiêu chuẩn Nussel, để dễ tính toán 
ta chọn Nud = 2 
Do - Hệ số khuyếch tán phân tử, (m
2/s) 
dbt - Đường kính hạt bột than, m 
Đưa Q1 và Q2 vào hệ phương trình điều kiện 
tới hạn của sự bắt lửa ở trên, có thể tìm được 
nhiệt độ tới hạn của sự bắt lửa Tblv và nhiệt độ môi 
trường của môi chất cần thiết T để gia nhiệt cho 
dòng hỗn hợp cũng như lượng nhiệt bắt lửa Qbl. 
Đại lượng đặc trưng cho quá trình tự bắt lửa 
là chỉ số hoạt tính T15. Đây là nhiệt độ tại thời 
điểm tốc độ tự gia nhiệt đạt 15oC/1giây trong quá 
trình nung mẫu bột than thí nghiệm ở điều kiện 
giàu ôxy. Nếu chỉ số T15 cao có nghĩa là hoạt tính 
của than thấp và do đó khó bắt lửa. Khi than có 
chỉ số T15 lớn hơn 280 thì khó bắt lửa 3. 
Chỉ số hoạt tính phụ thuộc vào chất bốc của 
than và được tính theo công thức sau 3: 
 T15 = 229,7 - 0,01041 (V
C - 27.5)3 
 Trong đó VC là chất bốc trong than. 
Chỉ số hoạt tính (RI) là khái niệm mà Foster 
Wheeler đưa ra để đánh giá khả năng bắt cháy 
của than. RI được thể hiện bằng nhiệt độ bắt đầu 
cháy của mẫu than được đặt trong thiết bị thí 
nghiệm tiêu chuẩn khi được gia nhiệt dần lên. 
Như vậy, RI cũng tương đương với nhiệt độ bắt 
cháy mà lâu nay chúng ta vẫn quen sử dụng. Đồ 
thị mối quan hệ giữa RI và hàm lượng chất bốc 
mẫu cháy do Foster Wheeler xác định cũng hoàn 
toàn phù hợp với công thức thực nghiệm trên 3 
(xem hình 1). 
Hình 1: Đồ thị mối quan hệ nhiệt độ bắt lửa Tbl (T15, RI) và 
hàm lượng chất bốc Vc 
 NLN * 127 - 1/2016 * 
 3 
 Chỉ số cháy bột than (FI) được xác định trong 
lò nung thí nghiệm như sau: Nhiệt độ của lò nung 
được nâng dần lên; Đưa ô xy và bột than vào; Bột 
than cháy ở nhiệt độ nào thì nhiệt độ đó được gọi 
là FI. Kết quả thí nghiệm của Alsthom cho thấy, 
chỉ số FI của bột than antraxit Việt Nam cũng rất 
cao, nó dao động trong khoảng 625-800oC, trung 
bình FI =700oC. 
Đối với thí nghiệm trong môi trường có dòng 
khói nóng hồi lưu (lò thực), nhiệt độ bắt cháy của 
bột than antraxit lên tới 1000oC trong khi với than 
nâu là 550oC3. 
2. Nồng độ dòng bột than 1, 2, 3. 
Nâng cao nồng độ bột than ở đầu ra vòi phun 
làm giảm lượng nhiệt cần thiết để bắt lửa dòng 
bột than. 
Sau khi biết được nhiệt độ bắt lửa (bắt cháy) 
của hạt bột than Tzh, có thể tính được lượng nhiệt 
cần thiết để bắt cháy 1 kg bột than như sau: 
 01 TTCVCQ zhkrzh 
Trong đó: Cr và Ck nhiệt dung riêng của hạt 
bột than và gió cấp 1, 
 V1 là lượng gió cấp 1 để cháy 1kg bột than 
 T0 nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp gió cấp 1 và 
bột than 
Có thể thấy rằng khi nồng độ bột than tăng 
lên, nghĩa là lượng gió cấp 1 giảm dẫn đến Qzh 
giảm, và bột than càng dễ bắt lửa. Nồng độ than 
khác nhau thì lượng nhiệt cần thiết để bắt lửa của 
than cũng khác nhau, số liệu thí nghiệm xem bảng 
1. 
 Bảng 1: Nhiệt lượng cần thiết để bắt cháy 1 kg than 
bột (MJ/kg) 
Nồng độ 
(kg/kg) 
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 
Than 
Bitum 
1,66 1,16 0,99 0,91 0,86 0,83 0,79 0,76 
Than 
Anthraxít 
2,15 1,44 1,21 1,09 1,02 0,97 0,94 0,92 
Các giá trị thí nghiệm trong bảng giả thiết rằng 
nhiệt độ bắt cháy của than Bitum 500oC và của 
than Anthraxít là 700oC. 
Nồng độ bột than ở đầu ra vòi phun tăng làm 
tăng tốc độ phản ứng hoá học (phản ứng cháy) 
trước khi bột than bắt cháy. Do vậy luợng nhiệt 
phát ra do phản ứng cháy sẽ tăng lên, điều này 
thúc đẩy hạt bột than bắt cháy. 
Nồng độ bột than ở đầu ra vòi phun tăng lên 
làm tăng độ đen của ngọn lửa và tăng lượng hấp 
thụ nhiệt bức xạ của ngọn lửa. 
Tuy nhiên nếu nồng độ bột than quá cao, 
không chỉ làm cho luợng ô xy đưa vào bị thiếu, 
ảnh hưởng đến sự cháy kiệt của chất bốc mà còn 
ảnh hưởng đến nhiệt độ của bản thân hạt bột than 
và làm cho sự bắt lửa bị kéo lùi lại. 
Như vậy, tồn tại một giá trị nồng độ có lợi nhất 
cho sự cháy ổn định của bột than. Hình vẽ 2 trình 
bày mối quan hệ giữa các loại than và nồng độ 
hỗn hợp có lợi nhất, than càng có chất bốc thấp 
bao nhiêu, thì đòi hỏi nồng độ bột than trong dòng 
cấp 1 càng cao bấy nhiêu 3. 
1. Than anthraxít 2. Than Bituminous 
Hình 2: Trình bày mối quan hệ giữa các loại than và nồng 
độ hỗn hợp có lợi nhất 
3. Tốc độ gió cấp 1 
Lưu lượng gió cấp 1 
Nếu tỷ lệ gió cấp 1 càng cao thì nhiệt lượng 
cần thiết để đạt tới trạng thái bắt lửa sẽ càng lớn. 
Bởi vậy than càng khó cháy thì cần chọn tỷ lệ gió 
cấp 1 càng thấp. Tuy nhiên lượng gió cấp 1 cần 
phải đảm bảo các yêu cầu của sự cháy ổn định 
nên gió cấp 1 không được chọn quá thấp. Tỷ lệ 
gió cấp 1 thông thường được chọn cho than á 
bitum có thể cao gấp đôi so với than antraxit. 
Tốc độ gió cấp 1 
Nhiên liệu càng có nhiều chất bốc thì tốc độ 
dòng hỗn hợp- không khí ra khỏi vòi phun càng có 
thể chọn lớn. Khi than có chất bốc thấp thì thời 
gian cháy càng dài, chiều dài ngọn lửa càng lớn, 
nếu khi ấy chọn tốc độ của dòng ra khỏi vòi phun 
lớn thì bột than cháy có thể văng tới tường buồng 
lửa, gây nên đóng xỉ trên tường. 
Tốc độ gió cấp 1 không được chọn quá nhỏ vì sẽ 
dẫn đến sự phân ly than bột, mặt khác cũng 
không được chọn quá lớn vì như vậy sẽ dẫn đến 
kéo lùi sự bắt lửa ra xa miệng vòi phun. 
Tốc độ gió cấp 1 phụ thuộc vào loại nhiên liệu, 
cấu tạo, vị trí đặt của vòi đốt và buồng lửa. 
Đối với vòi phun dẹt (như thiết kế bản thể của lò 
hơi NMĐ Ninh Bình), tốc độ ra khỏi vòi phun cấp 1 
 NLN * 127 - 1/2016 * 
 4 
là 18-25 m/s với nhiên liệu than antraxit và 22-27 
m/s đối với than gầy 3. 
4. Tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 
Tỷ lệ giữa gió cấp một và cấp hai phải đảm 
bảo sao cho không làm lạnh trung tâm ngọn lửa, 
gây khó khăn cho phản ứng cháy, và cũng không 
kìm hãm phản ứng do thiếu oxy. 
Đối với nhiên liệu có nhiều chất bốc thì gió 
cấp 1 nhiều hơn với các loại nhiên liệu ít chất bốc. 
Với vòi phun có khả năng khuyếch tán lớn thì đưa 
gió cấp 1 ít hơn loại vòi phun có khả năng khuếch 
tán kém. 
Xác định tỷ lệ tối ưu của gió cấp 1 và cấp 2 
đưa vào lò là việc rất khó khăn phụ thuộc vào rất 
nhiều yếu tố sau: Công suất của lò hơi; Cấu tạo 
vòi phun (các kích thước hình học, góc mở..., loại 
vòi dẹt hay tròn); Cách đặt các vòi phun trên 
tường buồng lửa; Loại nhiên liệu và tính chất hoá 
học của nó; Yêu cầu của công nghệ buồng lửa. 
Theo các nghiên cứu trước đây, đối với nhiên 
nhiệu có hàm lượng chất bốc thấp, tỷ lệ gió cấp 1 
thấp và gió cấp 2 cao, khi sử dụng nhiên liệu có 
chất bốc cao hơn, tỷ lệ gió cấp 1 tăng lên và gió 
cấp 2 giảm dần 1, 2, 3. 
2.2. Kết quả thí nghiệm tại nhà máy điện Ninh 
Bình 
 Phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu 
Phương pháp thí nghiệm, thiết bị đo và xử lý số 
liệu tuân thủ theo Quy trình hướng dẫn hiệu chỉnh 
lò hơi do Công ty điện lực miền Bắc ban hành 
năm 1979 và tham khảo tiêu chuẩn thí nghiệm lò 
hơi của Mỹ: ASME POWER TEST CODES 
Steam Generating Units PTC 4.1- 1964, có tham 
khảo các bản : PTC 4-1998 và PTC 4-2008. 
1. Nồng độ dòng bột than 
Kết quả về nồng độ dòng bột than tối ưu 
trong quá trình thí nghiệm được trình bày ở hình 
dưới đây (hình 3). 
Nồng độ bột than tối ưu theo hàm lượng chất bốc
0.8
0.84
0.88
0.92
0.96
1
6 8 10 12 14
Hàm lượng chất bốc Vc(%)
N
ồ
n
g
 đ
ộ
 t
h
a
n
/g
ió
 (
k
g
/k
g
)
Hình 3: Nồng độ bột than ở phụ tải định mức 
Nhận xét: 
- Nồng độ bột than giảm dần khi tăng chất bốc và 
đạt giá trị tối ưu tương ứng với chất bốc làm việc 
khoảng 11%. 
- Nồng độ bột than giảm không đều do điều chỉnh 
chống đóng xỉ buồng đốt 4. 
2. Tốc độ gió cấp 1 
Kết quả về tốc độ gió cấp 1 tối ưu trong quá 
trình thí nghiệm được trình bày ở hình dưới đây 
(hình 4). 
Tốc độ gió cấp 1 tối ưu theo hàm lượng chất bốc
19
20
21
22
23
6 8 10 12 14
Hàm lượng chất bốc Vc(%)
T
ố
c
 đ
ộ
 g
ió
 c
ấ
p
 1
 t
ố
i 
ư
u
(m
/s
)
Hình 4: Tốc độ gió cấp 1 tối ưu ở phụ tải định mức 
Nhận xét: 
- Tốc độ gió cấp 1 tối ưu tăng dần khi tăng hàm 
lượng chất bốc và đạt giá trị ổn định ở khoảng 22 
m/s. 
- Lò hơi thí nghiệm của NMNĐ Ninh Bình có vòi 
phun UD được cải tiến từ vòi phun dẹt. Tốc độ gió 
cấp 1 tối ưu phù hợp với nghiên cứu lý thuyết, 
thực nghiệm trước đây đối với than antraxit và đã 
tiệm cận với giá trị áp dụng cho than gầy. 
- Tốc độ gió cấp 1 tăng không đều do điều chỉnh 
chống đóng xỉ buồng đốt 4. 
3. Tỉ lệ và tốc độ gió cấp 2/cấp 1 
Kết quả về ảnh hưởng của tỉ lệ và tốc độ gió 
cấp 2/cấp 1 trong quá trình thí nghiệm là tương 
đồng nhau 4. 
 Đồ thị phản ánh sự thay đổi của tỷ số tốc độ 
gió cấp 2/cấp 1 theo hàm lượng chất bốc được 
thể hiện ở hình 5. 
 NLN * 127 - 1/2016 * 
 5 
Tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu theo hàm lượng chất bốc
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
6 8 10 12 14
Hàm lượng chất bốc Vc(%)
T
ỷ
 l
ệ
 t
ố
c
 đ
ộ
 c
ấ
p
 2
/c
ấ
p
 1
Hình 5: Sự thay đổi tỷ số gió cấp 2/cấp 1 tối ưu theo hàm 
lượng chất bốc 
Nhận xét: Tỷ số tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu có 
xu hướng giảm nhưng không thay đổi rõ ràng 
trong các chế độ thí nghiệm, điều này được lý giải 
là đối với than hàm lượng chất bốc cao hơn, bên 
cạnh sự tăng lên của gió cấp 1, lượng không khí 
lý thuyết yêu cầu cao hơn lượng gió cấp 2 cũng 
cao hơn. Đây cũng là sự hài hoà về chế độ khí 
động đối với một dạng buồng đốt, kể cả khi nhiên 
liệu thay đổi. 
4. Hiệu suất 
Hiệu suất trong thí nghiệm thay đổi về hàm 
lượng chất bốc nhiên liệu được thể hiện qua hiệu 
suất cháy (chỉ tính đến tổn thất cháy không hết về 
mặt hoá học, cơ học) và hiệu suất lò hơi (tính cả 
thêm tổn thất theo khói thoát, toả nhiệt ra môi 
trường và tổn thất nhiệt do tro xỉ). Đồ thị phản ánh 
biến thiên hiệu suất cháy và hiệu suất của lò hơi 
trong thí nghiệm theo hàm lượng chất bốc được 
thể hiện ở các hình sau (hình 6 & hình 7). 
Hiệu suất cháy ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc 
88
88.5
89
89.5
90
90.5
91
91.5
92
6 8 10 12 14
Hàm lượng chất bốc Vc(%)
H
iệ
u
 s
u
ấ
t 
c
h
á
y
 (
%
)
Hình 6: Hiệu suất cháy theo hàm lượng chất bốc 
Hiệu suất lò hơi ở phụ tải kinh tế theo hàm lượng chất bốc 
82
82.5
83
83.5
84
84.5
85
85.5
86
6 8 10 12 14
Hàm lượng chất bốc Vc(%)
H
iệ
u
 s
u
ấ
t 
lò
 h
ơ
i(
%
)
Hình 7: Hiệu suất lò hơi theo hàm lượng chất bốc 
Nhận xét: Hiệu suất cháy và hiệu suất lò hơi tăng 
theo hàm lượng chất bốc và đạt giá trị lớn nhất ở 
giá trị hàm lượng chất bốc làm việc khoảng 11%. 
So sánh với chế độ đốt hoàn toàn than antraxit 
(chất bốc 6%), hiệu suất cháy cao nhất tăng 3% 
và hiệu suất lò hơi tăng 2%. 
3. KẾT LUẬN 
Kết quả đạt được 
 Trong các thí nghiệm tại lò hơi thực tế, khi tăng 
hàm lượng chất bốc, nồng độ dòng bột than tối ưu 
giảm xuống; Tốc độ gió cấp 1 (dòng bột than) tối 
ưu tăng lên; Tỷ lệ tốc độ gió cấp 2/cấp 1 tối ưu 
giảm xuống nhưng không rõ ràng, 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 tối ưu 
(đạt được ở giá trị chất bốc làm việc 11%), điều 
này được lý giải do đặc tính của lò hơi sử dụng 
tiến hành thí nghiệm. 
Đề xuất 
1. Trong khuôn khổ đề tài than trộn lần này, chưa 
có đủ điều kiện để thí nghiệm kiểm chứng nhiệt độ 
bắt cháy bột than theo hàm lượng chất bốc. Cần 
xây dựng chương trình thí nghiệm tiếp theo để 
làm sáng tỏ vấn đề này. 
2. 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. 
3. 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. 
4. Các kết quả thể hiện ở trên cũng có thể sử 
dụng tham khảo để phục vụ cho công tác thiết kế 
các lò hơi xác định đốt nhiên liệu than trộn sau 
này. 
ABSTRACT 
 NLN * 127 - 1/2016 * 
 6 
This paper represents overview of theoritical 
and exprimental research on rational ignition 
temperature, coal density of anthracite and high-
volatile bituminous coal. Based on and inherits 
experimental results, impact of volatile content of 
blended coal on boiler eficiency at Ninh Binh 
thermal power plant is determined. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Ths. Nguyễn Chiến Thắng. Nghiên cứu lý 
thuyết và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm để 
xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự bốc cháy 
khi đốt bột than của than antraxit nội địa. Báo cáo 
chuyên đề nội dung số 5. Đề tài nghiên cứu đốt 
than trộn tại NMNĐ đốt than, 2014. 
2. Viện Năng lượng (2012), Nghiên cứu nâng 
cao hiệu suất cháy than antraxit Việt Nam trên mô 
hình và ứng dụng trên nhà máy nhiệt điện đốt 
than, Đề tài cấp Bộ, Hà Nội. 
3. Viện Năng lượng (2005), Nghiên cứu, thiết kế 
hệ thống chế biến than phù hợp với than Antraxit 
Việt Nam, Hà Nội. 
4. Ths. Nguyễn Chiến Thắng, PGS.TS. 
Trương Duy Nghĩa, TS. Hoàng Tiến Dũng, 
PGS.TS. Trần Gia Mỹ, TS. Lê Đức Dũng. Sự thay 
đổi các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy 
trong lò hơi từ các thí nghiệm đốt than trộn giữa 
than Antraxit nội địa và than Á bi tum nhập khẩu 
tại nhà máy điện Ninh Bình. Tạp chí Năng lượng 
Nhiệt số 124 – 7/2015.