Thông tin tài liệu
Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh LỜI MỞ ĐẦU Là quốc gia q trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nước, nhu cầu lượng sử dụng cho ngành công nghiệp cho sinh hoạt Việt Nam ngày tăng Trong nguồn lượng truyền thống (thủy điện, than đá, dầu mỏ ) ngày khan Theo dự báo, trữ lượng dầu thô giới cạn kiệt vào khoảng năm 2050 – 2060 Sự phụ thuộc nhiều vào lượng hoá thạch gây vấn đề: an toàn nguồn lượng, hiệu ứng nhà kính khí thải bất ổn trị chủ nghĩa khủng bố giới Những tiến khoa học công nghệ nhân loại đặt cho nước giới phải quan tâm đến việc sản xuất sử dụng nguồn lượng tái tạo (NLTT) quan tâm đến bảo vệ môi trường Một số nguồn NLTT lượng sinh khối Năng lượng sinh khối (NLSK) nguồn lượng cổ xưa người sử dụng bắt đầu biết nấu chín thức ăn sưởi ấm Ngành nơng nghiệp Việt Nam có vị trí vơ quan trọng với tỷ trọng chiếm 20,3% toàn kinh tế, 70% dân số làm nông nghiệp Hiện nay, Việt Nam nằm tốp nước xuất gạo lớn giới Trong trình canh tác nơng nghiệp, bên cạnh sản phẩm ln tạo lượng lớn phụ phẩm Nếu không quản lý tốt nguồn phụ phẩm chúng biến thành lượng rác thải lớn gây ô nhiễm môi trường Việc áp dụng đưa nguồn NLSK vào sử dụng khơng thay nguồn lượng hố thạch mà cịn góp phần xử lý chất thải rắn môi trường Mặc dù ngành điện lực có nhiều cố gắng để cải thiện nhu cầu lượng phục vụ sinh hoạt sản xuất, tình trạng thiếu điện tồn quốc, Việt Nam cịn lớn Do đó, việc nghiên cứu đưa phương án hợp lý để sử dụng hiệu phụ phẩm sinh khối nông nghiệp làm nguồn lượng cần Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh thiết, khơng góp phần đảm bảo an ninh lượng mà cịn làm giảm sức ép đến mơi trường Hải Dương tỉnh có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho việc phát triển nơng nghiệp lượng phụ phẩm nông nghiệp lớn Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu thống kê cụ thể số lượng, thành phần, đặc biệt nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng nguồn sinh khối cách hiệu Xuất phát từ thực tế trên, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tiềm phương án công nghệ sử dụng lượng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương” với mục tiêu: Đánh giá tiềm NLSK phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch từ canh tác lúa (trấu, rơm, rạ), từ sản xuất ngô (thân, lá, lõi bắp) từ sản xuất lạc (thân, lá, vỏ củ) địa bàn tỉnh Hải Dương; sở đề xuất phương án cơng nghệ sử dụng hiệu nguồn lượng sinh khối Nội dung luận văn bao gồm: Tìm hiểu trạng sản xuất số nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) địa bàn tỉnh Hải Dương; Nghiên cứu trạng thu gom sử dụng phụ phẩm sau thu hoạch từ nông nghiệp này; Đánh giá tiềm NLSK phụ phẩm địa bàn tỉnh; Đo đạc, phân tích số tiêu mơi trường khơng khí (CH 4, CO2, CO) theo thời vụ theo giai đoạn phát triển lúa; Đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu nguồn sinh khối Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái quát sinh khối lượng sinh khối Sinh khối (SK) vật liệu hữu có nguồn gốc từ sinh vật có khả tái tạo cối, phân gia súc, … đốt cháy lượng sinh học giải phóng dạng nhiệt SK xem phần chu trình cacbon Cacbon từ khí biến đổi thành vật chất sinh học qua trình quang hợp thực vật Khi phân giải đốt cháy, cacbon quay trở lại khí đất Vì cacbon khí giữ mức tương đối ổn định Năng lượng sinh khối (NLSK) lượng sản sinh từ nguồn SK Bản chất NLSK lượng Mặt trời lưu giữ SK thông qua trình quang hợp cối để biến đổi CO thành hiđratcacbon (đường, tinh bột, xenlulô) hợp chất cấu tạo nên SK Khi sử dụng SK xảy q trình giải phóng lượng tích trữ hiđratcacbon phát thải CO2 vào khí SK bao gồm nhiều dạng thức ăn động vật, rơm rạ, vỏ trấu, gỗ vụn, chất thải từ thực phẩm phân thành loại Bảng 1.1 Bảng 1.1 Phân loại dạng sinh khối [3] Phân loại Dạng Nguồn từ mùa màng Thức ăn nuôi đông vật tinh bột Sinh khối chưa sử dụng Rơm, vỏ trấu, gỗ vụn chất thải từ gỗ Chất thải từ giấy, phân động vật, chất thải từ Chất thải sinh khối thực phẩm, chất thải từ xây dựng, chất thải lỏng bùn cống Trong cách dùng phổ biến nay, hiểu theo nghĩa nhiên liệu sinh khối (biomas) nhiên liệu rắn sở SK, nhiên liệu sinh học (biofuel) Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh nhiên liệu lỏng lấy từ SK khí sinh học (biogas) sản phẩm q trình phân giải yếm khí chất hữu Trong luận văn đề cập đến nhiên liệu rắn từ phụ phẩm số trồng 1.1.2 Những đường biến đổi sinh khối Các nhiên liệu SK sử dụng theo đường (Hình 1.1) là: oĐốt cháy trực tiếp để sinh nhiệt điện; oBiến đổi thành loại nhiên liệu khác tiện dụng SINH KHỐI §èt ch¸y trùc tiÕp Biến đổi NHIỆT Động nhiệt Đốt cháy NHIÊN LIỆU CÔNG CƠ HỌC Động điện, máy phát điện Pin nhiªn liƯu ĐIỆN Hình 1.1 Sơ đồ biến đổi nhiên liệu sinh khối [3] Nguồn SK đa dạng phong phú cơng nghệ NLSK đa dạng Các cơng nghệ NLSK chia làm loại: - Công nghệ biến đổi trực tiếp SK thành lượng hữu ích việc đốt trực tiếp SK để phục vụ sinh hoạt phục vụ sản xuất; - Cơng nghệ SK biến đổi thành nhiên liệu thứ cấp khác như: đóng bánh SK, sản xuất than gỗ, khí hố Các cơng nghệ thực thơng qua q trình vật lý, nhiệt hố sinh học (Hình 1.2) Khoa học Mơi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Các trình Sinh học Sinh khối Trần Thị Quỳnh Nén chặt, sấy Viên,bó, bánh Giảm kích cỡ Gỗ vụn, mùn cưa trấu,… Dầu thực vật Ép Đốt Các q trình Nhiệt hố Các trình Vật lý Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Khí hố Khí tổng hợp Nhiệt phân Khí, dầu, cốc Lên men rượu Etanol Phân giải kỵ khí Khí sinh học Sử dụng lượng cuối Hình 1.2 Các đường biến đổi sinh khối thành nhiên liệu [2] Quá trình vật lý: Thường sử dụng chất thải SK dạng gốc (vỏ dừa, chất hữu phơi khơ: mùn cưa, vỏ trấu…) đóng bánh với đường kính viên ép 55 ÷ 65 mm, trọng lượng bánh từ ÷ 50 kg Chất lượng cháy, hiệu suất thu hồi nhiệt cao đốt củi đốt than hầm Về phương diện kinh tế giá thành cao so với đốt vật liệu trước ép Tuy nhiên, trình tạo thuận lợi cho việc vận chuyển thể tích chất phế thải thu nhỏ Q trình nhiệt hố - Đốt cháy: Đốt trình xử lý biến đổi SK chất thải thành nhiệt nước Năng lượng sản xuất thường sản phẩm thứ cấp bên cạnh trình Mặt khác nhiệt nước sản xuất biến đổi sang Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh điện trực tiếp sử dụng nguồn lượng Các hệ thống đốt SK chủ yếu thiết kế cho gỗ phụ phẩm nông nghiệp Trong nhiều nước công nghiệp phát triển, chất thải rắn đốt để giảm lượng chất thải sử dụng lượng tạo Đây cơng nghệ đại chi phí đầu tư cao; - Khí hố: Nhiệt độ q trình khí hố tương đối cao Lượng khơng khí cung cấp vào q trình hạn chế (oxy hố phần) biến SK thành nhiên liệu khí (50% N, 20% CO 15% H 2) Khí tạo với nhiệt trị thấp, sử dụng làm khô, kéo tuốcbin khí làm nhiên liệu cho động đốt trong; - Nhiệt phân: Là trình biến đổi SK thành phần: nhiên liệu lỏng, hỗn hợp khí gọi “khí phát sinh” chất thải rắn Quá trình nhiệt phân SK với nhiệt độ cao, mức độ oxy hố thấp, khơng cháy hồn tồn nhiệt phân nhanh phát sáng Quá trình sinh học - Lên men rượu: Đường, cặn chất hữu xenlulô biến đổi nhờ vi khuẩn chuyển sang sản phẩm có gốc rượu cồn Sản phẩm êtanol tương đối tinh khiết sau chưng cất Cơng nghệ phát triển rộng rượu dùng phổ biến Do đòi hỏi vốn đầu tư lớn cần nhiều nguyên liệu đầu vào nên công nghệ lên men chưa có hiệu cao; - Phân giải yếm khí: Ủ chất thải hầm trình vi sinh tự nhiên làm phân huỷ chất hữu điều kiện yếm khí (thiếu oxy) Điều xảy hệ thống không kiểm soát đống phế thải, bãi rác điều kiện có kiểm sốt (như lị khí sinh học, bãi rác có kiểm sốt v.v…) Mục đích cơng nghệ yếm khí tạo khí lượng cao (chứa đến 70% khí CH4); tạo phân làm giảm ô nhiễm môi trường Q trình yếm khí sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp chất thải dạng bùn sệt, phân dùng nông nghiệp Việc xử lý chất thải rắn (các Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh chất hữu phân tách ra) ứng dụng tương đối mới, phổ cập nhanh có ưu điểm tạo lượng Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh 1.1.3 Những ưu điểm hạn chế nhiên liệu sinh khối Ưu điểm: - Có khả tái tạo; - Được dự trữ nhiều nguồn; - Có khả lưu trữ: biến đổi thành dạng lượng khác ; - Hạn chế cạn kiệt nguồn lượng hoá thạch; - Hạn chế gia tăng ô nhiễm môi trường từ chất thải lượng hoá thạch; - Việc sử dụng NLSK giúp tận dụng chất thải SK góp phần làm môi trường Trong Bảng 1.2 đưa số tiêu so sánh NLSK với nguồn NLTT khác Bảng 1.2 Năng lượng sinh khối so với nguồn lượng tái tạo khác [3] Nguồn lượng Chỉ tiêu so sánh Mặt trời Gió Sinh khối Tổng đầu tư (triệu USD) 1.830 12.700 6.300 Quy mô nhà máy (kW) 1.000.000 10.000.000 10.000.000 12 20 70 1.100 17.500 61.300 1,66 0,72 0,1 Tỷ lệ hoạt động hàng năm (%) Công suất điện phát hàng năm (M kw/h) Đơn vị đầu tư (USD/kW) Hạn chế: - Hiệu suất sinh lượng thấp (7 ÷ 11%) cơng nghệ sản xuất thân khả sinh lượng phụ phẩm SK; - Phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết, khí hậu; - Việc thu gom tập trung lưu trữ gặp khó khăn; - Quá trình chuyển đổi lượng phức tạp; - Chịu sức ép từ nhu cầu sử dụng SK khác Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh 1.1.4 Hàm lượng nước suất nhiệt sinh khối 1.1.4.1 Hàm lượng nước sinh khối lựa chọn trình chuyển đổi sinh khối Hàm lượng nước SK lấy từ polime tự nhiên Giá trị hàm lượng nước khác lớn phụ thuộc vào loại SK (giấy: 20%, chất thải động vật, chất cặn bã lên men rượu bùn cống: 98 99%) Mối quan hệ hàm lượng nước suất nhiệt SK thể Hình 1.3 Hàm lượng nước gỗ tươi khoảng 50%, phơi khơ cịn khoảng 30% đến mức tối đa lượng nước cịn khoảng 20% Hình 1.3 Hàm lượng nước suất nhiệt sinh khối [16] Các SK có hàm lượng nước khác có q trình chuyển đổi lượng khác (Hình 1.4) Đối với SK khơ (dưới 50%) đốt trực tiếp lị tạo nước nóng để phát điện Những SK có chứa hàm lượng nước cao (trên 75%) như: chất thải động vật, chất cặn bã lên men rượu bùn Khoa học Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh cống hiệu sinh nhiệt thấp, nên phương pháp phổ biến q trình lên men êtanol khí mêtan Hình 1.4 Lựa chọn trình chuyển đổi SK theo hàm lượng nước [15] 1.1.4.2 Năng suất nhiệt sinh khối Năng suất nhiệt SK khoảng nửa suất nhiệt nhiên liệu hoá thạch nhiên hàm lượng lưu huỳnh SK tro gỗ thấp (Hình 1.5) Do vậy, sử dụng nguyên liệu SK có lợi cho mơi trường Hình1.5 So sánh số thành phần nhiên liệu hoá thạch SK [16] Khoa học Môi trường 10 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh Hàm lượng khí CO2 giai đoạn lúa đẻ nhánh, làm địng giai đoạn lúa chín nhỏ địa điểm lấy mẫu hoàn toàn cánh đồng, xa khu dân cư khu cơng nghiệp nên có nguồn tác động làm phát thải khí CO2 Hàm lượng khí CO2 giai đoạn bị biến đổi vụ Đông Xuân Mùa Trong khuôn khổ luận văn, chưa khảo sát tiêu phát thải khí CH4, CO, CO2 giai đoạn từ sau thu hoạch đến làm đất để trồng vụ mới, phạm vi nghiên cứu đề tài tỉnh Hải Dương, điều tra, khảo sát thực tế tồn rơm rạ gom đống đốt, khơng có tượng cày dập rạ (rạ cắt sát gốc) nên kết luận rằng, giai đoạn này, đóng góp lượng khí phát thải vào môi trường từ đồng ruộng chủ yếu phân hủy yếm khí phế phẩm gốc rạ nằm ruộng từ canh tác lúa Theo kết nghiên cứu đưa Bảng 3.24 suất sinh khí mêtan số phụ phẩm nơng nghiệp rơm rạ nguồn phát thải khí mêtan lớn Bảng 3.24 Năng suất phát thải CH4 loại phụ phẩm khác Loại phụ phẩm Năng suất phát thải Tỷ lệ CH4 (%) (Cm3 CH4/kg phụ phẩm) Phân bò 180 -250 60 - 70 Phân heo 210 – 300 58 - 60 Phân gia cầm 350 – 400 58 - 65 Cây, cỏ xanh 250 – 450 55 - 62 Rơm 150 – 180 60 - 62 Xác trái ép 300 – 450 60 - 65 (Nguồn: Renjie Dong, Energy supply and environment protection in countryside development, 2007) Khoa học Môi trường 61 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh Như vậy, rơm rạ nguồn phát sinh khí mêtan lớn Nếu vùng hay địa phương không thu gom rơm rạ để sử dụng mà cày dập ủ ruộng vấn đề phát thải khí vào môi trường giai đoạn làm đất để trồng vụ cần phải quan tâm Đây đối tượng quan tâm khảo sát nội dung đề tài nghiên cứu khác 3.4 Đề xuất phương án công nghệ sử dụng lượng sinh khối 3.4.1 Giá trị sinh nhiệt phụ phẩm lúa, ngô, lạc Khi chọn dạng sinh khối cho q trình đốt, nhiệt trị thơng số quan trọng cho việc thiết kế công nghệ để tính tốn kích thước lị lựa chọn dây chuyền đốt tạo lượng Nhiệt trị phân tích bom nhiệt lượng với mẫu sau : - Ngô: 25% lõi bắp vỏ bắp + 75% thân - Lạc: 15% vỏ củ + 85% thân - Trấu: 100% trấu - Rơm rạ: 35% Rơm + 65% Rạ Kết phân tích thể bảng 3.25 Bảng 3.25 Gía trị sinh nhiệt phụ phẩm từ canh tác lúa, ngô, lạc Tên mẫu Khối lượng mẫu trước đốt (g) Áp suất đốt (kPa) Nhiệt lượng (Cal/g) Ngô Lạc Trấu Rơm Rạ Lần 1,0224 1,0034 1,0211 1,0233 Lần 1,0213 1,0042 1,0223 1,0211 Lần 1,0226 1,0038 1,0216 1,0228 Lần Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình 3000 3000 3000 4023,4135 4001,5624 3998,7928 3000 3000 3000 3775,2456 3698,9783 3782,5425 3000 3000 3000 3679,7622 3723,2765 3755,1651 3000 3000 3000 3703,7254 3692,7852 3721,6531 4007,9229 3752,2555 3719,4013 3706,0546 Khoa học Môi trường 62 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh So sánh kết phân tích thực tế giá trị nhiệt bảng 3.25 với số liệu theo tài liệu tham khảo (bảng 1.3) giá trị nhiệt trị có cao trấu: 3719,4013 cal/g (3719,4013 kcal/ kg) tài liệu tham khảo 3440 kcal/kg; rơm rạ 3706,0546 kcal/kg theo tài liêu 3488 ÷ 3583 kcal/kg; lạc 3752,2555 kcal/kg theo tài liệu 3415 kcal/kg; với ngô 4007,9229 kcal/kg theo tài liệu 3595 kcal/kg Nói chung, sai số khơng đáng kể chấp nhận số liệu cho tính tốn cần thiết 3.4.2 Đề xuất phương án công nghệ sử dụng lượng sinh khối 3.4.2.1 Sơ đồ công nghệ đồng phát nhiệt - điện Các phụ phẩm trấu, rơm, rạ sử dụng làm nhiên liệu đốt đồng phát nhiệt – điện theo sơ đồ nguyên lý đề xuất hình 3.3 gồm thiết bị sau: lị đốt, nồi hơi, tuốcbin, máy phát điện, phận trao đổi nhiệt, máy sấy phận phụ trợ khác Nhiên liệu Nồi Lị đốt Khơng khí Tuốcbin Thiết bị trao đổi nhiệt Máy phát điện Sấy sản phẩm NN cần Nước ngưng tụ Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống lị đốt tấng sơi đồng phát nhiệt - điện Nguyên lý làm việc Hệ thống bơm cấp nước cho nồi hơi, nhiên liệu (trấu, rơm rạ) cung cấp cho lò đốt Lượng nhiệt phát sinh từ q trình cháy lị đốt đựợc cung cấp cho nồi để hóa nước Hơi nhiệt tạo thành kéo tuốcbin làm quay máy Khoa học Môi trường 63 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh phát điện, phát điện Nguồn điện cung cấp chỗ cho nhà máy sấy (hoặc xay xát) Nguồn nhiệt từ khỏi tuốcbin (hơi thứ) dùng để sấy nơng sản 3.4.2.2 Ước tính khả cung cấp điện từ tiềm sinh khối phụ phẩm lúa, ngô, lạc tỉnh Hải Dương Hiệu suất dây chuyền thiết bị đốt trấu, rơm rạ đồng phát nhiệt điện mô tả Hình 3.4 thực tế là: Hiệu suất dây chuyền đốt trấu: η1 = 0,8 Hiệu suất lò đốt: η2 = 0,8 Hiệu suất nồi hơi: η3 = 0,8 Hiệu suất động tuốcbin: η4 = 0,75 ÷ 0,85 Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt: η5 = 0,3 Hiệu suất máy phát điện: η6 = 0,9 ÷ 0,95 Hiệu suất tồn phần từ đầu dây chuyền đốt trấu đến cơng đoạn cuối đồng phát nhiệt - điện là: η = 0,8 × 0,8× 0,8× 0,8× 0,3× 0,92 = 0,11 Trên sở số liệu từ bảng 3.25 tính kg trấu khơ tạo lượng nhiệt 3719,4013 kcal Mặt khác, quy đổi 1kWh tương ứng 860 kcal, ta có: 3719,4013 kcal/kg trấu = 4,32 kWh/kg trấu 860 kcal/kWh Với kết tính hiệu suất tồn phần 11% từ đầu dây chuyền đốt trấu đến công đoạn cuối đồng phát nhiệt - điện (theo sơ đồ ngun lý cơng nghệ đề xuất Hình 3.3), sử dụng trấu làm nhiên liệu để sản xuất điện tạo lượng điện với cơng suất tương ứng: 1000 × 4,32 x 0,11 = 475,2 (kWh) Khoa học Môi trường 64 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh Tương tự cách tính trên, rơm rạ sử dụng làm nhiên liệu cho sản xuất điện - nhiệt tạo lượng điện tương ứng với công suất 474,1 kWh Theo tính tốn năm Hải Dương thu gom khoảng 155.300 trầu 776.300 rơm rạ Nếu sử dụng làm nhiên liệu cho mục đích cung cấp lượng thu khoảng: 475,2 × 155.300 + 474,1 × 776.300 = 441.842.390 kWh/năm ≈ 442×106 kWh/năm Tính tương tự với phụ phẩm ngơ, sử dụng làm lượng cho mục đích cung cấp lượng thu được: 1000×(4007,9229:860)×19.800×0,11 = 10.150.297 kWh/năm ≈ 10×106 kWh/năm Tính tốn tương tự với phụ phẩm lạc Nếu sử dụng làm lượng cho mục đích cung cấp lượng thu được: [1000×(3752,2555:860)×1.300] ×0,11 ≈ 0,6×106 kWh/năm Như vậy, tồn lượng phụ phẩm lúa, ngô, lạc thu gom sử dụng để phát điện tổng lượng điện từ phụ phẩm có địa bàn tồn tỉnh Hải Dương trung bình khoảng 452,6×106 kWh/năm 3.4.2.3 Lựa chọn lị đốt Trên thực tế, dây chuyền sản xuất điện vấn đề lựa chọn lò đốt khâu quan trọng, có loại lị đốt bản: lị cố định, lị chuyển động, lị tầng sơi lị quay Đốt tầng sơi cát (gọi tắt FBC: Fludized bed combustion) tên trình mà lớp cát tạo thành dạng lơ lửng phía luồng khí cháy nhiên liệu rắn diễn khu vực bên lớp cát Mục đích lớp làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng thời gian cháy nhiên liệu Cát trạng thái sơi làm cho nhiệt độ khơng gian lị đồng đều, nhiên liệu bắt cháy rơi vào lị Nhờ q trình cháy Khoa học Mơi trường 65 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh trì lớp cát sơi có nhiệt độ ổn định, nên FBC có ưu điểm hẳn so với lò đốt khác là: - Tăng cường trộn lẫn nhiên liệu chất làm cho cường độ cháy cao, ổn định, lượng Cacbon lại tro thấp; - Đốt loại nhiên liệu có độ ẩm độ tro cao, nhiệt trị thấp; - Tro dạng vơ định hình nên sử dụng làm chất phụ gia công nghiệp sản xuất xi măng, composit, gạch chịu lửa, gạch xây nhà cao tầng … - Nhiệt độ cháy thấp (7500C ÷ 8500C) nên lượng NOx khí thải nhỏ; - Khả giới hố, tự động hố cao chế tạo lị đốt có suất cao cao Tuỳ theo quy mơ sử dụng mà sử dụng lị đốt tầng sơi kết hợp nhiệt điện sử dụng lị đốt tầng sơi cát để sấy nông sản Sơ đồ nguyên lý dây chuyền thiết bị có sử dụng lị đốt FBC đưa Hình 3.5 Sicl« chøa liƯu VÝt tải cấp liệu Quạt lò Van điều chỉnh Buồng đốt Buồng lắng bụi Bộ phận trao đổi nhiệt Cyclon lắng bụi Quạt hút Hinh 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị sử dụng lò đốt FBC Nguyên lý hoạt động lị FBC Khoa học Mơi trường 66 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh Nhiên liệu đốt buồng đốt Sử dụng quạt cao áp quạt hút tạo nên thay đổi áp suất lị đảm bảo cát sơi u cầu Việc cung cấp khơng khí để thực q trình cháy quạt cao áp chia thành hai dòng, dòng sơ cấp dòng thứ cấp Dòng sơ cấp cung cấp qua vòi phun Dòng thứ cấp cấp phía lớp cát nhằm cung cấp thêm oxy giúp cho việc cháy nhiên liệu tốt Tại buồng lắng 6, tro lắng lại cịn khí lị vào thiết bị trao đổi nhiệt, truyền nhiệt cho khơng khí tạo thành tác nhân sấy cung cấp nhiệt cho nồi 3.4.2.4 Lợi ích kinh tế Hiệu thu từ điện - nhiệt Từ số liệu Bảng 1.3, tính tỷ lệ giá trị nhiệt tương đương than đá với khối lượng phụ phẩm sau: - Giá trị nhiệt than đá tương đương giá trị nhiệt 1,74 trấu; - Giá trị nhiệt than đá tương đương giá trị nhiệt 1,55 rơm rạ; - Giá trị nhiệt than đá tương đương giá trị nhiệt 1,66 thân lõi ngô; - Giá trị nhiệt than đá tương đương giá trị nhiệt 1,75 thân vỏ lạc Theo kết điều tra vấn bà nông dân thực tế giá thu mua sở sản xuất nấm, giá bán trung bình phụ phẩm sau: - Rơm rạ : 180.000 đồng /tấn; - Trấu : 120.000 đồng/tấn; - Thân lõi ngô : 80.000 đồng/ tấn; - Thân vỏ lạc : 75.000 đồng/ Còn giá mua than thị trường thời điểm nghiên cứu là: 700.000 đồng/tấn Như để đạt nhiệt lượng nhau, so sánh giá than đá với giá 1,55 rơm rạ, giá 1,74 trấu, giá 1,66 thân Khoa học Môi trường 67 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh lõi ngơ, giá 1,75 thân vỏ lạc, thấy việc sử dụng phụ phẩm nông nghiệp có hiệu kinh tế cao so với sử dụng than đá Hiệu thu từ tro trấu Bảng 3.26 đưa số liệu so sánh vài thành phần trấu trình đốt theo công nghệ truyền thống công nghệ FBC Sau đốt lò FBC, SiO tro chiếm 90% thành phần quan trọng sử dụng làm chất phụ gia cho công nghiệp sản xuất xi măng vật liệu xây dựng, với giá bán khoảng 240.000 ÷ 250.000 đồng/tấn Cứ trấu sau đốt FBC tạo 36 kg tro trấu với giá bán tro 8.500 ÷ 9.000 đồng/1 trấu Bảng 3.26 Thành phần tro trấu q trình đốt theo cơng nghệ truyền thống cơng nghệ FBC [5 ] Công nghệ Công nghệ truyền thống (%) FBC (%) SiO2 51,55 96 C 30,82 - Fe2O3 1,95 - K2O 1,34 0,90 MgO 0,20 0,22 CaO 0,14 0,14 MnO 0,1 - Cu 2,61 ppm - Na2O - 0,26 MaO2 - 0,19 TiO2 - 0,04 Al2O3 - 0,04 P2O3 - 0,02 Thành phần Khoa học Môi trường 68 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh Hao hụt trình cháy - 0,95 Hiệu thu từ giảm khí thải Phụ phẩm đốt hồn tồn lị FBC, khí ngồi chủ yếu CO 2, có hàm lượng nhỏ khí SO2 (Bảng 3.27) Bảng 3.27 Lượng khí thải đốt phụ phẩm lúa than đá [5] Khí thải (kg/tấn) Trấu Rơm rạ Than đá CO2 40 ÷ 82 30 ÷ 77 200 ÷ 220 SO2 0,5 ÷ 1,5 0,3 ÷ 1,8 28 ÷ 30 NOx - - ÷ 11 So với sử dụng lò than, sử dụng phụ phẩm trấu, rơm rạ làm nhiên liệu cho lò đốt FBC giảm lượng CO2 xuống ÷ lần SO2 xuống 18 ÷ 20 lần Đây khả lớn để sử dụng hệ thống Cơ chế phát triển (CDM) theo Nghị định thư Kyôtô 3.4.2.5 Lợi ích mơi trường – xã hội - Góp phần giải lãng phí nguồn nhiên liệu sinh khối gây ô nhiễm môi trường Hải Dương; - Tạo thêm dạng lượng nông thôn bổ sung vào nguồn lượng truyền thống có chưa đủ; - Tăng thu nhập cho nơng dân sở xay xát từ việc bán phụ phẩm Khoa học Môi trường 69 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua kết tìm hiểu trạng canh tác lúa, ngô, lạc trang thu gom sử dụng phụ phẩm sau thu hoạch (rơm, rạ, trấu; thân, lá, bẹ lõi ngô; thân vỏ lạc), đồng thời phân tích đánh giá tiềm NLSK đánh giá hiệu môi trường tỉnh Hải Dương rút số kết luận sau: Hải Dương tỉnh có vị trí địa lý điều kiện khí hậu thuận lợi cho phát triển nơng nghiệp Trên tồn tỉnh diện tích đất canh tác ngày bị thu hẹp trình cơng nghiệp hóa, nơng nghiệp có vai trò quan trọng kinh tế tỉnh, nông nghiệp thu hút nhiều lao động so với ngành khác Đã tính tổng SK trung bình phụ phẩm sau thu hoạch số trồng năm gần là: 933.000 từ canh tác lúa; 19.800 từ canh tác ngô; 1.300 từ canh tác lạc; Nguồn nhiên liệu SK từ phụ phẩm lúa, ngô, lạc chủ yếu thu gom tự phát sử dụng cho mục đích khác quy mơ hộ gia đình như: đun nấu, làm thức ăn chăn ni gia súc, làm phân bón, Cho đến chưa có phương án thu gom tập trung nguồn SK chưa có dự án nghiên cứu để sử dụng hợp lý hiệu chúng phương diện kinh tế môi trường; Về lý thuyết, tính phụ phẩm từ canh tác lúa, ngô, lạc sử dụng làm nhiên liệu để sản xuất điện tạo lượng điện với công suất tương ứng khoảng: 475,2 kWh/1 trấu; 474,1 kWh/1 rơm rạ; 512,6 kWh/1 phụ phẩm từ ngơ; 479,6 kWh/1 thân vỏ lạc Vì vậy, nguồn nhiên liệu tận thu sử dụng tiềm cung cấp lượng đáng kể cho toàn tỉnh; Nếu toàn lượng phụ phẩm từ canh tác lúa, ngô, lạc thu gom sử dụng để phát điện tổng lượng điện từ phụ phẩm có địa bàn tồn tỉnh Hải Dương trung bình khoảng 452,6×10 kWh/năm Nguồn Khoa học Môi trường 70 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh nguyên liệu SK sử dụng cho mục đích phát điện có tiềm đáng kể bổ sung vào nguồn lượng truyền thống chưa đủ, góp phần giải lãng phí, giảm nhiễm mơi trường, tạo thu nhập cho người nông dân; Để đạt lượng nhiệt đầu nhau, thấy việc sử dụng vỏ trấu, rơm rạ thu hiệu kinh tế cao so với sử dụng than đá làm nhiên liệu cho lò đốt; Đã đề xuất sơ đồ cơng nghệ đồng phát nhiệt - điện với lị đốt tầng sôi cát dùng nhiên liệu SK từ phụ phẩm lúa, ngô lạc; Sau đốt trấu lò FBC thu SiO2 tro chiếm 90% thành phần quan trọng sử dụng làm chất phụ gia cho cơng nghiệp sản xuất xi măng vật liệu xây dựng; Việc sử dụng phụ phẩm SK làm nhiên liệu đồng phát nhiệt - điện có ý nghĩa tích cực hiệu khơng góp phần đảm bảo an ninh lượng mà làm giảm sức ép đến nguồn nhiên liệu hóa thạch, đồng thời góp phần giảm thiểu nhiễm mơi trường (giá nhiên liệu SK 10 – 30% so với than, lượng phát thải khí CO sinh ÷ lần SO2 18 ÷ 20 lần so với sử dụng nhiên liệu than; Các số liệu quan trắc mơi trường khơng khí theo thời vụ theo giai đoạn phát triển lúa nước cho thấy việc thu gom triệt để phụ phẩm sau thu hoạch cần thiêt để hạn chế tối đa phát thải CO, CO2 hay CH4 vào mơi trường KHUYẾN NGHỊ Cần có sách khuyến khích trợ giúp vốn cho vài sở chế biến lương thực tỉnh xây dựng dây chuyền đồng phát nhiệt - điện với quy mô vừa nhỏ để tận thu chỗ nguồn nhiên liệu SK từ phụ phẩm lúa; Cần nghiên cứu phương án quy hoạch, thu gom, vận chuyển… phụ phẩm lúa phụ phẩm nông nghiệp khác đế sớm triển Khoa học Môi trường 71 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh khai xây dựng nhà máy đồng phát nhiệt - điện địa bàn tỉnh Hải Dương; Cần đầu tư nghiên cứu sâu khả chế tạo nhiên liệu rắn từ nguồn SK để sử dụng hiệu chúng giá trị kinh tế môi trường; Cần sớm có chế nhằm thúc đẩy sử dụng lượng sinh khối phục vụ tốt cho phát triển nông nghiệp nâng cao đời sống cho bà nông dân; Để quản lý tốt phụ phẩm nông nghiệp địa bàn tỉnh Hải Dương, cấp quyền cần quan tâm nữa, cần xây dựng thực thi hiệu sách khuyến khích nơng dân phát triển sản xuất đạt hiệu kinh tế, đảm bảo an tồn mơi trường Áp dụng cơng cụ kinh tế khuyến khích nơng dân tái chế tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp, đảm bảo thị trường tiêu thụ sản phẩm đầu Tăng cường hợp tác doanh nghiệp đầu tư, quyền địa phương người dân tiến tới xây dựng hiệu nhà máy đồng phát nhiệt - điện quy mô vừa nhỏ Khoa học Môi trường 72 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ nông nghiệp phát triển nơng thơn (2007), Một số sách phát triển ngành nghề nơng thơn, NXB Nơng nghiệp Hồng Thị Huê (2008), Đánh giá tiềm năng lượng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) tỉnh Nam Định, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội Nguyễn Quang Khải, Những vấn đề phát triển lượng sinh khối Việtnam,http://www.vids.org.vn/vn/Attach/2006815203351_Nhung %20van%20%de%20Phat%20trien%20NL%20sinh%20khoi%20o %20VN.pdf Nguyễn Văn Tỉnh cộng sự, Ảnh hưởng chế độ nước mặt ruộng đến phát thải khí mêtan ruộng lúa vùng Đồng sông Hồng, http://www.vncold.vn/Web/Content.aspx?distid=776 Phạm Văn Lang (12/2006), Sử dụng chất thải sinh khối sản xuất nông – lâm nghiệp công nghệ đốt tầng sôi để phát nhiệt - điện, Hà Nội Phạm Văn Lang (2003), Báo cáo kết nghiên cứu đánh giá thực trạng, xác định công nghệ đốt tầng sôi chất thải sinh khối dùng phát nhiệt điện, Hà Nội Phạm Văn Lang (10/2000), Báo cáo kết thực dây chuyền công nghệ phát điện nhiệt kết hợp theo phương pháp đốt tầng sôi dùng trấu phế thải sinh khối nông nghiệp Đồng Bằng sông Cửu Long, Long An Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Báo cáo kết sản xuất vụ mùa năm 2008, kế hoạch sản xuất vụ chiêm xuân 2008 – 2009, Hải Dương Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn tỉnh Hải Dương, Báo cáo kết sản xuất vụ chiêm xuân năm 2008, kế hoạch chủ trương biện pháp sản xuất vụ mùa 2008 , Hải Dương Khoa học Môi trường 73 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Trần Thị Quỳnh 10 Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn tỉnh Hải Dương (2006), Quy hoạch đất đai đến năm 2010 tỉnh Hải Dương, Hải Dương 11 Sở khoa học công nghệ tỉnh Hải Dương (2006), Báo cáo tóm tắt điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020 kế hoạch sử dụng đất năm 2006 – 2010 tỉnh Hải Dương, Hải Dương 12 Sở khoa học công nghệ tỉnh Hải Dương (3/2003), Báo cáo điều tra nguồn phát thải furan dioxin địa bàn tỉnh Hải Dương năm 2002, Hải Dương 13 Sở khoa học công nghệ tỉnh Hải Dương (5/2005), Báo cáo tổng hợp quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hải Dương giai đoạn 2006 – 2020, Hải Dương 14 Woranuch Jangsawang, Ashwani K.Gupta, Kuniyuki Kitagawa, Sang C.Lee, High Temperature Steam and Air Gasification of non-woody biomass Wastes, Suatainable Energy and Environment, Volum of proceedings 2006, Thailand, 8/2006 15 Trần Văn Quy, Hồ Thị Phương, “Nghiên cứu đánh giá tiềm phương án công nghệ sử dụng lượng sinh khối phụ phẩm lúa tỉnh Thái Bình”, Tạp chí khoa học, tập 24 (số 1S), 151 – 155,2008 16 http://www.apo-tokyo.org/biomassboiler/D1_dowdoads/trainingmanual/BiomassBoiler-Manual-Viet.pdf 17.http://www.saga.vn/Phatminhsangche/11045.saga 18.http://www.hoinongdan.org.vn/channel.aspx? Code=NEWS&NewsID=5674&c=34 19.http://www.ces.com.vn 20.http://www.monre.gov.vn/tinkhoahoccongnhe/25.10.2006 21.http://www.mattran.org.vn/tt/so6/moitruong 22.http://www.vastvietnam.org/tin/trnltt.htm 23.http://www.gso.gov.vn 24.http://www.vids.org.vn Khoa học Môi trường 74 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sỹ khoa học - 2009 Khoa học Môi trường Trần Thị Quỳnh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ... trên, lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu đánh giá tiềm phương án công nghệ sử dụng lượng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương? ?? với mục tiêu: Đánh giá tiềm NLSK phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch... tổng khối lượng loại phụ phẩm ứng với số nông nghiệp toàn tỉnh, nhằm đánh giá tiềm NLSK tỉnh Hải Dương đưa kết luận, khuyến nghị sử dụng hiệu nguồn SK Khoa học Môi trường 32 Trường Đại học Khoa học. .. bàn tỉnh Hải Dương; sở đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu nguồn lượng sinh khối Nội dung luận văn bao gồm: Tìm hiểu trạng sản xuất số nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) địa bàn tỉnh Hải Dương; Nghiên
Ngày đăng: 17/03/2023, 10:05
Xem thêm:
