(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ trong quá trình sản xuất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VÕ THÀNH DŨNG NGHIÊN CỨU KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG VIÊN NÉN SINH KHỐI THÔNG QUA ĐIỀU KHIỂN THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ TRONG Q TRÌNH SẢN XUẤT C K LU N V N THẠC S K THU T H A HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS V N ĐÌNH SƠN THỌ H Nội – Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài “Nghiên cứu kiểm sốt chất lượng viên nén sinh khối thơng qua điều khiển thơng số cơng nghệ qúa trình sản xuất”, Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ, thầy giáo trực tiếp hƣớng dẫn bảo cho tơi hồn thành luận văn Tôi nhận đƣợc nhiều giúp đỡ tạo điều kiện Viện Đào tạo sau đại học, Viện Cơng nghệ hóa học, thầy mơn Cơng nghệ Hữu - Hóa dầu Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình động viên, khích lệ tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song thời gian hạn chế nên tránh khỏi sai sót q trình làm luận văn Vì vậy, tơi mong nhận đƣợc góp ý quý thầy, cô giáo bạn để luận văn hồn chỉnh Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 02 năm 2017 Tác giả Võ Thành Dũng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 1.1 Tiềm sinh khối Việt Nam [3] 1.2 Tổng quan viên nén gỗ 1.3 Chỉ tiêu chất lƣợng viên nén gỗ lƣợng [6] 12 1.4 Công nghệ sản xuất viên nén gỗ nhà máy 16 1.4.1 Quá trình sản xuất [6] 17 1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng viên nén gỗ [2] 20 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 23 2.1 Phân tích thành phần kỹ thuật 23 2.1.1 Xác định độ ẩm 23 2.1.2 Xác định hàm lượng tro 23 2.1.3 Xác định hàm lượng chất bốc 23 2.1.4 Xác định nhiệt trị 24 2.2 Xác định thành phần nguyên tố 25 2.2.1 Tính hàm lượng carbon cố định 25 2.2.2 Xác định hàm lượng carbon hydro tổng (Cpt, Hpt) 25 2.2.3 Xác định hàm lượng lưu huỳnh 25 2.2.4 Xác định hàm lượng nitơ 26 2.2.5 Xác định hàm lượng oxy 26 2.2.6 Xác định hàm lượng oxit kim loại có tro 26 2.2.7 Xác định hàm lượng oxit kim loại kiềm kiềm thổ tro 30 2.3 Đánh giá khả cháy sinh khối phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng 32 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Thành phần hóa học sinh khối gỗ 34 3.2 Kết phân tích proximate thành phần kỹ thuật phân tích ultimate thành phần nguyên tố 36 3.3 Nghiên cứu trình cháy gỗ keo 40 CHƢƠNG 4.1 THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI THÔNG SỐ ẢNH HƢỞNG 45 Tính tốn cho hệ thống sấy 45 4.2 Tính tốn cho thùng quay [1] 45 a) Các thơng số ban đầu tính tốn cho trình sấy thùng quay 45 b) Tính tốn thơng số khói lị 46 c) Cân vât liệu cân lƣợng máy sấy 52 d) Tính tốn thiết bị thùng sấy 52 e) Cân nhiệt lƣợng thiết bị sấy 55 4.3 Tính tốn lị đốt 65 4.4 Khảo sát chế độ Sấy độ ẩm thay đổi 67 CHƢƠNG CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM 71 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp nguồn sinh khối Việt Nam [3] Bảng 1.2 Tiềm sinh khối gỗ [3] Bảng 1.3 Tiềm phụ phẩm nông nghiệp [3] Bảng 0.5 Tiêu chuẩn viên nén Thụy Điển [5] 13 Bảng 0.4 Tiêu chuẩn chất lƣợng viên nén [5] 14 Bảng 0.6 Tiêu chuẩn viên nén U.S dựa tiêu chuẩn PFI 2010 [5] 15 Bảng 0.7 Tiêu chuẩn viên nén Mỹ [5] 15 Bảng 3.1 Đặc tính dăm gỗ keo từ thực nghiệm tham khảo 37 Bảng 3.2 Thành phần oxit tro gỗ keo 39 Bảng 3.3 Giản đồ TG – DTG gỗ keo môi trƣờng khơng khí với tốc độ gia nhiệt oC/phút 41 Bảng 3.4 Giản đồ TG – DTG gỗ keo mơi trƣờng khơng khí với tốc độ gia nhiệt 0C/ phút 42 Bảng 3.5 Giản đồ TG – DTG gỗ keo mơi trƣờng khơng khí với tốc độ gia nhiệt 10 oC/ phút 42 Bảng 3.6 Dải nhiệt độ giai đoạn trình đốt cháy mơi trƣờng khơng khí 43 Bảng 3.7 TG dăm gỗ keo tốc độ gia nhiệt khác mơi trƣờng khơng khí 43 Bảng 4.1 Thơng số khói lị tính tốn 51 Bảng 4.2 Thông số thùng sấy 55 Bảng 4.3 Cân nhiên liệu thùng sấy 64 Bảng 4.4 Thơng số khói lị điều kiện khác 67 Bảng 4.5 Thơng số q trình sấy thực 68 Bảng 4.6 Lƣợng nhiên liệu tiêu thụ vận tốc khói lị 68 Bảng 4.7 Lƣợng nhiên liệu lò đốt thay đổi ứng với độ ẩm nhiên liệu thay đổi 69 Bảng 4.8 Ảnh hƣởng độ ẩm nhiên liệu đến thời gian lƣu vùng sấy 69 Bảng 5.1 Chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm 71 DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nhu cầu tiêu thụ viên nén số khu vực sau 10 năm [8] 10 Hình 1.2 Tốc độ tiêu thụ viên nén số khu vực [8] 11 Hình 0.3 Cấu trúc PrEN 14961 [6] 12 Hình 2.1 Thiết bị đo nhiệt trị (Parr calorimetry ) 24 Hình 2.2 Thiết bị AAS phịng thí nghiệm 32 Hình 2.3 Sơ đồ phân tích nhiệt 33 Hình 3.1 Các thành phần hóa học cấu tạo nên gỗ [4] 34 Hình 3.2 Cấu tạo hóa học gỗ [7] 35 Hình 3.3 Thành phần cấu tạo thành phần gỗ [10] .35 Hình 3.4 Quan hệ hàm ẩm dăm gỗ keo số ngày phơi 37 Hình 4.1 Đồ thị Các dòng lƣợng thiết bị sấy thùng quay 65 Hình 4.2 Sự phụ thuộc lƣợng nhiên liệu đốt vào độ ẩm nhiên liệu để đảm bảo nhiệt độ khói lị 350oC 69 Hình 4.3 Sự thay đổi thời gian lƣu thiết bị sấy độ ẩm nguyên liệu thay đổi để đạt độ ẩm đầu 10% 70 Hình 4.4 Sự thay đổi số vòng quay theo thời gian lƣu vùng sấy 70 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, với gia tăng nhu cầu sử dụng lƣợng áp lực môi trƣờng gây phát thải khí nhà kính từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, lƣợng sinh khối đƣợc coi nguồn lƣợng tái tạo giải pháp thay cho lƣợng hóa thạch Hơn tình hình lƣợng hóa thạch nhƣ dầu mỏ có nhiều biến động thị trƣờng nhu cầu lƣợng tái tạo tăng Sinh khối (biomass) chứa lƣợng hóa học, nguồn lƣợng từ mặt trời tích lũy thực vật qua trình quang hợp Sinh khối phế phẩm từ nơng nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, lõi bắp ngô, vỏ trấu…), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ…), giấy vụn, mêtan từ bãi chôn lấp, trạm xử lý nƣớc thải, phân từ trang trại chăn nuôi gia súc gia cầm Nguyên liệu sinh khối dạng rắn, lỏng, khí… đƣợc đốt để giải phóng lƣợng Sinh khối, đặc biệt gỗ, than gỗ cung cấp phần lƣợng đáng kể giới Ít nửa dân số giới dựa nguồn lƣợng từ sinh khối Con ngƣời sử dụng chúng để sƣởi ấm nấu ăn cách hàng ngàn năm Sinh khối chuyển thành dạng nhiên liệu lỏng nhƣ metanol, etanol dùng động đốt trong, hay thành dạng khí sinh học (biogas) ứng dụng cho nhu cầu lƣợng quy mơ gia đình mục đích cao sản xuất nhiệt điện phục vụ khu dân cƣ Cơng ty Có thể nói việc sử dụng hiệu lƣợng sinh khối vấn đề đƣợc quan tâm giới nhằm giảm phần sức ép sử dụng nhiên liệu, Phát triển nguồn lƣợng thiết thực cho tƣơng lai Đặc biệt trình tiền xử lý ngun liệu biomass gỗ có q trình tạo thành viên nén gỗ (wood pellets) làm tăng hiệu sử dụng nhiên liệu Q trình xử lý gỗ thơ ban đầu tạo thành viên nén giúp tăng nhiệt trị nhiên liệu, khối lƣợng riêng tăng giúp tăng hiệu vận chuyển tồn chứa Hơn việc tạo thành viên nén cung cấp nhiên liệu cho số q trình sử dụng nguồn lƣợng hóa thạch nhƣ lò đốt than cấp nhiệt cho sản xuất điện Việc đốt viên nén làm giảm phát thải khí axit nhƣ hàm lƣợng tro có phần xỉ Hiện nhu cầu tiêu thụ viên nén quốc gia phát triển Châu Âu, Mỹ, Châu Á có Nhật Bản Hàn Quốc quốc gia có nhu cầu cao để đáp ứng nhiên liệu thay cho than đá Dự kiến lƣợng tiêu thụ viên nén tăng nhanh đến năm 2030 giới Tại Việt Nam, tiêu thụ viên nén chƣa lớn chủ yếu sản xuất để xuất sang thị trƣờng Hàn Quốc Tiềm nhiên liệu Việt Nam lớn phế phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp nhƣ trấu, rơm, vỏ hạt cà phê…, công nghiệp chế biến gỗ nhƣ mùn cƣa… thuận lợi cho phát triển viên nén Với thuận lợi nguyên liệu cho sản xuất tận dụng nguồn phế phẩm ngành nông lâm nghiệp Học viên thực đề tài “Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ qúa trình sản xuất” với mong muốn qua nghiên cứu này, ngồi củng cố kiến thức tích lũy năm qua, nâng cao khả thiết kế, đọc tìm hiểu tài liệu nhƣ lựa chọn phƣơng pháp tính đắn áp dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp Các phần luận văn Chƣơng I: Tổng quan nhiên liệu sinh khối - Tiềm sinh khối Việt Nam - Chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm viên nén gỗ - Quy trình sản xuất viên nén gỗ Chƣơng II: Thực nghiệm Chƣơng III: Đánh giá tính chất kỹ thuật ngun liệu Chƣơng IV: Tính tốn thiết kế thiết bị quy trình sản xuất khảo sát yếu tố ảnh hƣởng Chƣơng V: Đánh giá chất lƣợng sản phẩm CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 1.1 Tiềm sinh khối Việt Nam [3] Việt Nam có nguồn sinh khối lớn đa dạng từ gỗ củi, trấu, vỏ cà phê, rơm rạ bã mía Phụ phẩm nơng nghiệp phong phú dồi Vùng đồng sông Mê Kông, chiếm khoảng 50% tổng sản lƣợng phụ phẩm nơng nghiệp tồn quốc vùng đồng Sơng Hồng với 15% tổng sản lƣợng toàn quốc Hàng năm Việt Nam có gần 60 triệu sinh khối từ phụ phẩm nơng nghiệp 40% đƣợc sử dụng đáp ứng nhu cầu nhiệt cho hộ gia đình sản xuất điện Ngoài nguồn sinh khối phụ phẩm từ sản xuất nơng nghiệp, Việt Nam cịn có nguồn sinh khối từ q trình sản xuất khác nhƣ: phụ phẩm từ chế biến lâm sản, sản xuất công nghiệp (giấy, vải sợi…), chất thải sinh hoạt chăn nuôi, rác thải đô thị chất thải hữu khác Theo tính tốn tổng tiềm năng, khả khai thác nguồn lƣợng sinh khối cho lƣợng điện từ nguồn đạt khoảng 142 triệu tấn, khai thác đƣợc từ 784 - 861 MW điện Dƣới bảng tổng hợp nguồn sinh khối Việt Nam Bảng 1.1 Tổng hợp nguồn sinh khối Việt Nam [3] Tiềm (triệu tấn) Qũy dầu tƣơng đƣơng (triệu TOE)* Tỷ lệ (%) Rừng tự nhiên 6,842 2,390 27,9 Rừng trồng 3,718 1,300 15,2 Đất không rừng 3,850 1,350 15,7 Cây trồng phân tán 6,050 2,120 24,7 Cây công nghiệp 2,400 0,840 9,8 Phế liệu gỗ 1,649 0,580 6,7 TỔNG 24,509 8,580 100,0 Nguồn cung cấp Bảng 1.2 Tiềm sinh khối gỗ [3] Tiềm (triệu tấn) Quy dầu tƣơng đƣơng (triệu TOE)* Tỷ lệ (%) Rơm rạ 32,52 7,30 60,4 Trấu 6,50 2,16 17,9 Bã mía 4,45 0,82 6,8 Các loại khác 9,00 1,80 14,9 TỔNG 52,47 12,08 100,0 Nguồn cung cấp Bảng 1.3 Tiềm phụ phẩm nông nghiệp [3] Loại sinh khối Củi gỗ phế thải gỗ Phế thải từ nông nghiệp Chất thải chăn nuôi Rác thải phát sinh đô thị Phế thải cho sản xuất NLSH Tổng Tiềm (triệu tấn/năm) 27 – 31 72 – 83 54 – 60 Khảnăng khai thác cho lƣợng (triệu tấn/năm) 25 58 50 Khả khai thác cho sản xuất điện (MW) 504 - 581 58 – 10 212 0,8 - 1,4 160,8 - 185,4 142 784 - 861 Nhìn chung, nguồn sinh khối Việt Nam có trữ lƣợng lớn đặc biệt phụ phẩm gỗ, nông nghiệp chăn nuôi Chủng loại sinh khối đa dạng phong phú nhƣng phân tán phân bố không đồng do: vùng sản xuất trải dài theo lãnh thổ, tập tục, quy mô sản xuất ngƣời dân sách địa điền nhà nƣớc 1.2 Tổng quan viên nén gỗ Viên nén gỗ (wood pellets) dạng nhiên liệu sinh khối Biomass Nó q trình xử lí trƣớc nhiên liệu Biomass để sử dụng cho trình sau Việc chuyển từ nhiên liệu sinh khối sang dạng viên nén giúp tăng hiệu sử dụng nhiệt vật liệu Biomass hàm lƣợng ẩm giảm xuống Viên nén gỗ đƣợc chế tạo từ phần phế phẩm gỗ nhƣ mùn cƣa, loại gỗ từ cơng nghiệp khai thác gỗ hay từ q trình chế biến gỗ khác nhƣ trình làm đồ gia dụng… Một trình chế biến viên nén gỗ gồm có q trình: Thu nhận ngun liệu, q trình nghiền, q trình sấy đến độ ẩm thích hợp, trình ... ƠN Trong trình thực đề tài ? ?Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông số công nghệ qúa trình sản xuất? ??, Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Văn. .. triển viên nén Với thuận lợi nguyên liệu cho sản xuất tận dụng nguồn phế phẩm ngành nông lâm nghiệp Học viên thực đề tài ? ?Nghiên cứu kiểm soát chất lượng viên nén sinh khối thông qua điều khiển thông. .. thực tế sản xuất công nghiệp Các phần luận văn Chƣơng I: Tổng quan nhiên liệu sinh khối - Tiềm sinh khối Việt Nam - Chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm viên nén gỗ - Quy trình sản xuất viên nén gỗ Chƣơng