Bối cảnh & bài toán
Đồng đốt amoniac là một trong số ít giải pháp giảm CO₂ tận dụng được lò hơi than phun đang vận hành, không cần xây mới. Tuy nhiên, đổi nhiên liệu cho béc đốt đang vận hành vướng ba ràng buộc trái ngược nhau.
Cháy kém hiệu quả: phân bố nhiên liệu không đều làm tăng tiêu hao năng lượng và chi phí vận hành.
Phát thải: đồng đốt NH₃ không đúng cách sinh thêm NOx — làm mất lợi ích môi trường mà dự án hướng tới. An toàn: flashback và blowout đe dọa vận hành liên tục của cả tổ máy.
Ba ràng buộc này chỉ bộc lộ khi lắp đặt và vận hành, trong khi thử nghiệm trên thiết bị vừa chậm vừa rủi ro; vì vậy cần giải bài toán trước bằng mô phỏng.
Cách tiếp cận
- Dùng ba cấp mô hình, mỗi câu hỏi giải ở cấp rẻ nhất đủ trả lời: CFD phản ứng cho béc đốt và
buồng đốt; mô hình compartment (mạng CSTR) cho cấp hệ, quét nhanh nhiều kịch bản nhiên liệu; mô hình
quá trình cho toàn chu trình.
- Chốt tiêu chí trước khi so sánh: tổng hợp và thống nhất bộ tiêu chí đánh giá béc đốt — số
swirl, vùng tuần hoàn trung tâm, thể tích vùng nồng độ NH₃ cao, mức chồng lấn với vùng giàu O₂ — để
các phương án được xếp hạng trên cùng một thước đo.
- Công cụ tự động hóa: giao diện Design Automation dựng bằng Python và Excel nối với
STAR-CCM+, quét hàng loạt vị trí phun và tỉ lệ đồng đốt thay vì dựng tay từng ca — đây là sản phẩm bàn giao chính.
Kết quả
- Vị trí phun NH₃ hầu như không ảnh hưởng tới cấu trúc xoáy: số swirl gần như không đổi khi dịch vị trí phun, do đó có thể tối ưu vị trí phun mà không phải thiết kế lại phần tạo xoáy của béc.
- Chỉ dựa vào số swirl thì chưa đủ để kết luận: số swirl tính được thấp hơn ngưỡng 0,44 thường lấy
làm điều kiện giữ ngọn lửa ổn định, nhưng vùng tuần hoàn trung tâm vẫn hình thành — nếu chỉ dựa vào chỉ số này sẽ loại nhầm một cấu hình khả thi.
- Đẩy điểm phun ra xa béc cải thiện hiệu quả cháy: thể tích vùng nồng độ NH₃ cao thu hẹp dần,
đồng thời hạn chế NH₃ nằm trong vùng giàu O₂ — vì than cháy trước, ngay sát béc.
- Ở cấp hệ: tỉ lệ đồng đốt dưới ~20% giữ được NOx trong tầm kiểm soát trong khi vẫn giảm CO₂;
trên ngưỡng đó NOx tăng nhanh với cả than bitum lẫn than antraxit.
Lợi ích mang lại
Sản phẩm bàn giao gồm bộ tiêu chí và công cụ quét phương án: các cấu hình béc đốt khác về sau đánh giá được ngay trên cùng công cụ, không phải dựng lại từ đầu.
Nhờ vậy, nhà máy đang cân nhắc lộ trình giảm phát thải sở hữu năng lực đánh giá lâu dài.
