Phối chế và đốt hỗn hợp các loại than có đặc tính gần giống nhau đã được áp dụng từ lâu trong thực tiễn thế giới, chủ yếu là để duy trì các quy cách yêu cầu của nhiên liệu hàng hóa. Những năm gần đây, ở các nhà máy nhiệt điện đốt than bột (NĐĐTB) của nhiều nước châu Âu, việc đốt hỗn hợp các loại than khác nhau về đặc tính và tính chất, được khai thác từ các châu lục khác nhau đã trở nên thông dụng. Phối chế than được thực hiện tại kho các cảng than và ở các nhà máy NĐĐTB. Chất lượng cho phép của than phối chế tùy thuộc vào mục tiêu cần đạt được và sự khác nhau giữa các loại than được sử dụng để phối chế.
Phối chế than không chỉ được coi như biện pháp bắt buộc, mà còn là công nghệ mang lại lợi thế rõ rệt về kỹ thuật, kinh tế và sinh thái. Sử dụng than phối chế cho công nghệ mới và các nhà máy NĐĐTB xây mới tạo điều kiện chuẩn hóa thiết bị, mở rộng phạm vi áp dụng các công trình nghiên cứu triển khai đã qua thử thách và đảm bảo nhiên liệu ổn định cho các nhà máy NĐĐTB công suất lớn.
Đối với các nhà máy NĐĐTB hiện có, sử dụng than phối chế đem lại nhiều lợi thế: Mở rộng phạm vi các loại than chấp nhận được và do đó giảm sự phụ thuộc vào nhà cung cấp nhiên liệu duy nhất (đồng nghĩa với độc quyền), mở rộng khả năng đốt các loại than không giống than thiết kế mà không phải thay đổi đáng kể cấu trúc thiết bị. Sử dụng than phối chế có thể là giải pháp tối ưu cho việc cắt giảm phát thải độc hại, thí dụ SO2, bằng cách bổ sung than có hàm lượng lưu huỳnh thấp hoặc các hạt rắn - khi đốt hỗn hợp với độ tro thấp. Về nguyên lý điều này liên quan đến cả oxit nitơ (NOx), tuy nhiên có thể giảm phát thải NOx theo cách đơn giản hơn, đó là sử dụng các biện pháp bên trong buồng đốt. Trộn thêm than rẻ tiền có thể giảm được giá than sử dụng ở nhà máy NĐĐTB, tuy nhiên sử dụng than chất lượng xấu chưa hẳn đã là tối ưu, nhưng có thể cải thiện tình hình nếu bổ sung than chất lượng cao hơn vào hỗn hợp.
Ưu điểm của việc đốt than phối chế trong thực tiễn thế giới là rất đáng kể và theo dự báo, sẽ tiếp tục được mở rộng áp dụng trong tương lai. Đối với nhiều nhà máy NĐĐTB xây mới, khả năng phối chế than được xem xét như một phần quan trọng trong vấn đề vận chuyển nhiên liệu. Một công nghệ tương đối mới rất đáng quan tâm mang tên phối chế “linh hoạt”, theo đó nhiên liệu được phối chế tùy thuộc vào tình huống và tình hình thị trường. Một thí dụ đơn giản, nhà máy NĐĐTB sẽ sử dụng hỗn hợp chứa nhiều than kém chất lượng và rẻ hơn vào giờ phụ tải thấp và chứa nhiều than chất lượng tốt hơn, đắt hơn vào các giờ cao điểm phụ tải.
Tuy nhiên, sử dụng cách phối chế “chưa qua nghiên cứu” cho nhà máy NĐĐTB có thể dẫn đến tình huống xấu, cụ thể như đóng xỉ các bề mặt đốt nóng, các vấn đề về bảo quản, nghiền than và cháy kiệt, đặc biệt các hỗn hợp của than nâu và than đá. Lựa chọn hỗn hợp tối ưu hoặc thậm chí chỉ ở mức chấp nhận được cũng đòi hỏi phải nắm được những kiến thức về đặc tính và tính chất của các loại than được pha trộn và quy luật thay đổi các đặc tính và tính chất này trong hỗn hợp. Ngoài ra, pha trộn sẽ làm thay đổi tất cả các chỉ tiêu đặc tính của than, một số chỉ tiêu có thể được cải thiện, trong khi đó một số chỉ tiêu khác lại xấu đi. Thí dụ, bổ sung than có độ tro thấp và hàm lượng lưu huỳnh thấp sẽ cải thiện tình hình về mặt phát thải vào khí quyển, nhưng lại có thể không chấp nhận được về quan điểm đóng xỉ, về sử dụng thiết bị khử tro ướt, bảo quản và các khía cạnh khác. Cân nhắc, phân tích các phương án, bổ sung thêm các chỉ tiêu kinh tế và, như trong nhiều công trình nghiên cứu triển khai, điều kiện cung cấp các loại than và ảnh hưởng phức tạp của tính không đồng nhất của một số loại than. Như vậy để tối ưu hóa thành phần phối chế, cần phải lập các chương trình đặc biệt và tiến hành nghiên cứu bổ sung.
Các đặc tính và tính chất của các loại than theo cách phản ứng của chúng trong hỗn hợp có thể phân chia thành ba nhóm. Một số chỉ tiêu, được thể hiện ở trạng thái làm việc của nhiên liệu hoặc không liên quan đến trạng thái của nhiên liệu, tuân theo qui tắc cộng dồn, nghĩa là có thể tính toán một cách đơn giản bằng cách lấy bình quân gia quyền theo khối lượng và các thông số của các loại than cấu thành hỗn hợp. Khả năng có thể hoặc không thể lấy tổng theo tỉ lệ các chỉ tiêu của than đối với một đặc tính nào đó của hỗn hợp phụ thuộc vào chỉ tiêu cụ thể được áp dụng trong bối cảnh nào, cho mục tiêu nào. Thí dụ, có thể sử dụng một cách đúng đắn trị số bình quân gia quyền của các đặc tính kỹ thuật chủ yếu cho trạng thái làm việc, bao gồm độ ẩm Wt độ tro Ar và nhiệt trị Qi, để tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất của lò hơi, các chất phát thải. Tuy nhiên độ tro trung bình của hỗn hợp các loại than khác nhau (Ar)HH lại không thể áp dụng, thí dụ, để đánh giá tính chất đóng xỉ.
Các chỉ tiêu thuộc nhóm thứ 2 phụ thuộc không tuyến tính vào tỉ lệ khối lượng của các loại than trong thành phần của hỗn hợp, nhưng nằm trong dải thay đổi các chỉ tiêu của các thành phần riêng biệt. Tính phi tuyến có thể là đáng kể hoặc có thể bỏ qua. Về nguyên tắc đối với nhóm này, ngay cả khi không thể đánh giá một cách chính xác chỉ tiêu hỗn hợp thì các đặc tính của nó so với than cơ sở sẽ được cải thiện khi bổ sung thêm than có các tính chất “tốt hơn”.
Nhóm thứ 3 bao gồm các chỉ tiêu không có tính cộng dồn. Các chỉ tiêu này của hỗn hợp có thể có trị số lớn hơn hoặc nhỏ hơn của các than cấu thành hỗn hợp, thường liên quan đến tính chất cực trị (không đơn điệu) của sự thay đổi chỉ tiêu theo thành phần và việc trộn vào hỗn hợp các loại than có chỉ tiêu lớn hơn hoặc nhỏ hơn trị số cực trị (Hình 1).
Mức độ không cộng dồn của các chỉ tiêu thuộc nhóm 3 phụ thuộc vào dải thay đổi của chúng. Trong thí dụ nêu ở Hình 1, sự thay đổi tính chất tơi rời gần như tuyến tính với các hỗn hợp than B1 và than B2, các loại than này có tính chất tốt hoặc đạt yêu cầu. Đối với hỗn hợp than B1 có các tính chất đạt yêu cầu và than C có độ ẩm cao hơn tới hạn (độ ẩm tới hạn tương ứng với độ ẩm tại đó tính dính kết đạt trị số tối đa) thì có thể suy ra một cách logic rằng việc tính dính kết sẽ thay đổi theo chiều các mũi tên ở phía trên, nghĩa là tăng lên so với từng loại than của hỗn hợp, điều này được khẳng định bằng thực nghiệm.
Dưới đây sẽ xem xét các chỉ tiêu không tuân theo qui tắc cộng dồn trong dải biến đổi rộng và cả các chỉ tiêu mà sự phụ thuộc tuyến tính của chúng vào tỉ lệ than trộn là chưa rõ ràng về mặt tiên nghiệm và được xác lập bằng thực nghiệm. Ở đây cũng xin nói thêm rằng đối với nhiều chỉ tiêu, các số liệu thực nghiệm còn mâu thuẫn nhau hoặc không đầy đủ.
Tính chất tơi rời
Theo các nghiên cứu về tính dính kết, tính chất tơi rời của hỗn hợp hai loại than có độ ẩm không vượt quá trị số tới hạn, thực tế phụ thuộc tuyến tính vào tỉ lệ của chúng trong hỗn hợp. Trong các nghiên cứu về tính chất tơi rời, độ ẩm Wc tại đó tính chất tơi rời chuyển từ đạt yêu cầu sang xấu, thay đổi tuyến tính trong toàn bộ dải đối với các hỗn hợp của than Kuznetsk (Taldinsk, ĐG) với than Berezovsk 2B (Hình 2). Đối với các hỗn hợp than Tcheliabinsk 3B với than Berezovsk 2B, đã đạt được tính chất tơi rời tốt hơn (Wc tăng và tương ứng với hiệu số 
- Wc giảm, trong đó Wt là độ ẩm ở trạng thái làm việc) so với tính toán theo sự phụ thuộc có tính cộng dồn. Đồng thời, sự thay đổi tuyến tính quan sát được ứng với tỉ lệ than Berezovsk rB = 0 ÷ 0,75. Khi bổ sung thêm than Tcheliabinsk với tỉ lệ dưới 25%, hỗn hợp giữ nguyên tính chất tơi rời của than Berezovsk chưa pha trộn.
 |
Theo số liệu thực nghiệm và tài liệu kỹ thuật hiện có, đối với các hỗn hợp giữa các loại than có đặc tính tơi rời tốt và đạt yêu cầu và có thành phần cỡ hạt tương đồng thì có thể áp dụng quan hệ tuyến tính của các chỉ tiêu về tính chất tơi rời theo tỉ lệ các loại than trong hỗn hợp. Khi đó, khả năng sai lệch có thể có so với quan hệ tuyến tính sẽ không làm thay đổi kết luận về sự chấp nhận được của hỗn hợp bởi vì sai lệch này nằm trong vùng có tính chất tơi rời tốt hơn.
Sự phụ thuộc của tính chất tơi rời vào thành phần cỡ hạt (vào số lượng các hạt lớn hơn Rδ xác định hoặc kích thước trung bình của các hạt) có đặc tính phi tuyến. Khi đó, bổ sung than thô vào than mịn có cùng độ ẩm sẽ cải thiện tính chất tơi rời của hỗn hợp thu được. Bổ sung than mịn hơn sẽ làm giảm tính chất tơi rời của hỗn hợp, nhưng có thể có cả tác dụng ngược lại nếu than bổ sung thêm có độ ẩm bên ngoài thấp hơn.
Nghiền than
Nhiều công trình nghiên cứu ở các nước phương Tây cho thấy có sự tương ứng giữa hệ số dễ nghiền và qui luật về tính cộng dồn đối với than cùng loại (than nâu, than đá, v.v.). Sự phụ thuộc của chỉ số dễ nghiền Hardgrove (Hardgrove Grindability Index - HGI) và quy về hệ số nghiền 
(của Nga và thông dụng ở Việt Nam) đã thu được trong các nghiên cứu của Anh về các hỗn hợp của bốn loại than được trình bày trên Hình 3. Trong các nghiên cứu này, đã sử dụng than từ nhiều châu lục, với hệ số nghiền thay đổi rộng trong dải rộng ( = 0,99 - 1,35).
Các nghiên cứu trên cũng xác định rằng khi nghiền các hỗn hợp than cần nghiên cứu trong máy nghiền của phòng thí nghiệm đã quan sát thấy quan hệ tuyến tính đối với các chỉ tiêu nghiền như độ dốc của đường Rosen - Rammler (hệ số đa tán sắc), diện tích nhận được khi nghiền và năng lượng tiêu hao để có thêm một đơn vị diện tích. Đồng thời khi nghiền các hỗn hợp than có tính dễ nghiền khác nhau đáng kể thì than mềm hơn chiếm ưu thế, điều đó dẫn tới kích thước các hạt than mềm sẽ nhỏ hơn và khác biệt lớn hơn trong phân bố kích cỡ hạt của than bột. Sự không đồng đều do hiệu ứng trên sẽ ảnh hưởng tới sự ổn định của quá trình bốc cháy và cháy kiệt.
 |
Tính chất đóng xỉ
Tính chất đóng xỉ của than không tuân theo qui tắc cộng dồn. Khi đốt hỗn hợp than, hiện tượng đóng xỉ lò hơi có thể giảm nhưng cũng có thể tăng so với từng loại than trong thành phần hỗn hợp, điều này đã được quan sát thấy trong thực tế và trong các công trình nghiên cứu đặc biệt.
Nhiệt độ bắt đầu đóng xỉ
Các nghiên cứu về tính chất đóng xỉ của các hỗn hợp than trên bàn thử nghiệm xác định rằng đối với hỗn hợp các loại than có nhiệt độ bắt đầu đóng xỉ tđx khác nhau đáng kể, tđx giảm đột ngột khi bổ sung một lượng không lớn than có tđx thấp hơn. Nếu tiếp tục bổ sung than này, đường cong của sự phụ thuộc này sẽ bớt dốc. Đồng thời, đối với một số hỗn hợp, sự phụ thuộc có tính cực trị và có thể có trường hợp nhiệt độ bắt đầu đóng xỉ tđx của hỗn hợp thấp hơn so với các loại than ban đầu (hình 4a). Điều này cho thấy khả năng tăng cường đáng kể sự đóng xỉ với tỉ lệ không đáng kể trong hỗn hợp không chỉ loại than đóng xỉ nhiều hơn mà cả loại than đóng xỉ ít hơn.
Vấn đề được đặc biệt quan tâm là khả năng dự báo tin cậy nhiệt độ bắt đầu đóng xỉ của hỗn hợp than. Kết quả từ nhiều thí nghiệm xác định rằng trị số thực nghiệm tđx của hỗn hợp than tuân theo quy tắc này, tùy thuộc vào tỉ số giữa tổng các thành phần có tính axit và tổng các thành phần chính ΣA/ΣC được quan sát thấy đối với các than và trong các giới hạn tản mạn đặc trưng của các điểm trùng nhau về tỉ số số lượng (hình 4b), trong đó, cũng như đối với các loại than, tồn tại một trị số “tới hạn” nào đó ΣA/ΣC = 2,5 - 3,0 trước đó xảy ra sự giảm tđx và với sự gia tăng tiếp theo của ΣA/ΣC, trị số tđx sẽ tăng.
 |
Chỉ tiêu về sinh thái
Phát thải SOx
Trên cơ sở phân tích các kết quả thí nghiệm trên bàn thử nghiệm khi đốt một dải rộng các loại than và hỗn hợp các loại than này đã xác định rằng hiệu quả liên kết lưu huỳnh bằng tro bay 
(hoặc 
) đối với hỗn hợp sẽ tuân theo cùng một quy luật = 100 st/(a.st + b), (a và b là các hệ số kinh nghiệm) vào tỉ số giữa canxi và lưu huỳnh st = CaO/(1,75 S), cũng như khi đốt các loại than “thuần chất” (hình 5). Tương ứng, cũng như đã lưu ý đối với các đặc tính khác, hiệu quả liên kết các axit lưu huỳnh bằng tro bay và nồng độ phát thải nếu không sử dụng các phương tiện làm sạch và sự thay đổi khả dĩ của nhiệt độ cháy, phụ thuộc vào tỉ lệ các loại than trong hỗn hợp không tuyến tính, nhưng có thể đánh giá một cách khá chính xác với việc áp dụng phương trình dẫn ra ở trên.
Phát thải NOx
Theo một số liệu kỹ thuật (Performance Prediction in Advanced Coal Fired Boilers. International Flame Research Foundation, 1998) khi chế độ buồng đốt không thay đổi, các oxit nitơ tạo thành từ phần nhiên liệu sẽ tuân theo quy tắc cộng dồn các than ban đầu. Tuy nhiên phát thải NOx (oxit nitơ) phần lớn phụ thuộc vào kết cấu thiết trí buồng đốt-vòi phun và chế độ đốt hơn là vào hàm lượng nitơ trong nhiên liệu. Do đó khi dự báo kết quả sử dụng hỗn hợp các loại than cần lưu ý đến thay đổi nhiệt độ và thành phần hóa học theo các vùng của ngọn lửa so với các loại than ban đầu. Rốt cuộc nhiều khi bổ sung than có hàm lượng nitơ thấp hơn vào hỗn hợp lại làm tăng phát thải NOx do hình thành ngọn lửa nhiệt độ cao.