Nghiên ứu chế tạo và vận hành mô hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ

Với đặc thù của đề tài là nghiên cứu chế tạo và vận hành mô hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ, bên cạnh khối lượng kiến thức chuyên ngành, cần phải tiếp xúc với các vấn đề cơ khí c

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

ĐẶNG TRẦN ĐÔNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH THỰC

NGHIỆM NHIỆT PHÂN THAN CỦI GỖ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

ĐẶNG TRẦN ĐÔNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH THỰC

NGHIỆM NHIỆT PHÂN THAN CỦI GỖ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT NHIỆT

Hà Nội – năm 2019

Trang 3

i

M C L C Ụ Ụ

LỜI CẢM ƠN iv

LỜI CAM ĐOAN v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

M Ở ĐẦ U x

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng 1

1.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới 1

1.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng ở Việt Nam 6

1.2 Sản phẩm than củi nhiệt phân và ứng dụng 11

1.2.1 Đặc tính của sản phẩm 13

1.2.2 Khả năng thay thế nguồn năng lượng truyền thống 14

1.3 Nguyên liệu sản xuất 16

1.3.1 Tiềm năng và sự đa dạng của tài nguyên gỗ 16

1.3.2 Tiềm năng sử dụng gỗ phế liệu 18

1.4 Mục đích và nội dung nghiên cứu 22

Ch ng 2 C ươ Ơ SỞ LÝ THUYẾT 23

2.1 Công nghệ nhiệt phân than củi gỗ trên thế giới và Việt Nam 23

2.1.1 Phương pháp hầm lò sản xuất than 24

2.1.2 Phương pháp làm than trong gò đất 25

2.1.3 Lò gạch 25

2.1.4 Lò kim loại sản xuất than 27

2.1.5 Lò kiểu trống 200 lít 28

2.1.6 Hầm sản xuất liên tục 29

2.1.7 Phương pháp lò tầng sản xuất than 30

2.1.8 Một số phương pháp khác 31

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm nhiệt phân 34

2.2.1 Ảnh hưởng của áp suất 34

2.2.2 Chất lượng nguyên liệu đầu vào 34

Trang 4

ii

2.2.3 Nhiệt độ nhiệt phân 35

2.2.4 Thời gian nhiệt phân 38

2.2.5 Chất lượng nén ép sinh khối gỗ trước khi nhiệt phân 40

2.2.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ không khí cấp vào lò 40

2.3 C ơ sở tính toán lò nhiệt phân 41

2.3.1 Tính cân bằng vật chất 41

2.3.2 Xác định kích thước nội hình 42

2.3.3 Tính toán chiều dày các lớp thể xây 42

2.3.4 Tính toán tổn thất nhiệt 43

2.3.5 Tính toán cấp nhiệt cho lò 44

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46

3.1 Yêu cầu của mô hình thực nghiệm 46

3.2 Lựa chọn kết cấu, thiết kế mô hình thực nghiệm 46

3.3 Thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm 47

3.3 1 Tính toán chiều dày các lớp thể xây 47

3.3.2 Tính toán tổn thất nhiệt 49

3.3.3 Tính toán cấp nhiệt cho lò 49

3.3.4 Cấu trúc tổng thể của lò 51

3.4 Mô hình thực nghiệm 51

Chương 4 VẬN HÀNH THỬ VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 54

4.1 Quy trình vận hành 54

4.2 Các chế độ vận hành 56

4.3 Vận hành thực nghiệm 57

4.3 1 Kết quả vận hành ở chế độ nhiệt phâ n 250 o C 57

4.3.2 Kết quả vận hành ở chế độ nhiệt phân 350 o C 59

4.3.3 Kết quả vận hành ở chế độ nhiệt phân 450 o C 61

4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian nhiệt phân 64

4.4.1 Tiêu chuẩn và thiết bị phân tích thành phần sản phẩm nhiệt phân 64

4.4.2 Tổng hợp kết quả phân tích 64

4.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian nhiệt phân 65

Chương 5 TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

Trang 5

iii

5.1 Tóm tắt 79

5.2 Kết luận 74

5.3 Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

BẢN VẼ CHẾ TẠO LÒ NHIỆT PHÂN

Trang 6

iv

L I CỜ ẢM ƠN

Mở đầu bài L uận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu ch t o và v n hành mô hình th c ế ạ ậ ự

nghiệm nhiệt phân than ủi gỗ”, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy c giáo – PGS.TS Phạm Hoàng Lương, người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp

đỡ em hoàn thành bản luận văn này

Với đặc thù của đề tài là nghiên cứu chế tạo và vận hành mô hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ, bên cạnh khối lượng kiến thức chuyên ngành, cần phải tiếp xúc với các vấn đề cơ khí chế tạo, vận hành thực nghiệm … của sản phẩm than củi nhiệt phân cũng khiến em gặp khá nhiều khó khăn Tuy nhiên, dưới dự chỉ bảo tận tình và đôn đốc của thầy Phạm Hoàng Lương, em đã hiểu rõ vấn đề, xác định phương hướng

và từng bước giải quyết các khó khăn để hoàn thành bản luận văn Thầy đã giúp đỡ em rất nhiều không chỉ về kiến thức, mà còn phong cách tiếp cận vấn đề, cách thức làm việc chuyên nghiệp và hiệu quả

Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong Viện KH &

CN Nhiệt Lạnh, những gì mà các thầy cô truyền đạt cho chúng em không chỉ là kiến thức chuyên ngành mà còn là những kinh nghiệp sống quý báu Đây chính là hành trang, tiền đề quan trọng để chúng em có thể vững chắc trên con đường sự nghiệp Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày tháng năm 2019

Tác giả luận văn

Đặng Trần Đông

Trang 7

v

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bả n Lu ận văn này do chính mình nghiên c u, tính toán, thi t k ứ ế ế dướ ự hướ i s ng d n c a th y giáo: PGS.TS Ph ẫ ủ ầ ạm Hoàng Lương

Để hoàn thành Lu ận văn tôi ch s d ng nh ng tài li u ghi trong m c tài li u ỉ ử ụ ữ ệ ụ ệ tham kh o, ngoài ra không s d ả ử ụng bấ ứ t c tài li ệu nào khác mà không đượ c ghi

N u sai tôi xin ch ế ịu mọ i hình th ức kỷ ật theo quy đị lu nh

Tác giả luận văn

Đặ ng Tr ần Đông

Trang 8

vi

DANH M C KÝ Ụ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT T T Ắ

G: Khối lượng vật liệu, kg

V: Thể tích vật liệu, m 3

 : Kh ối lượ ng riêng c ủa vậ ệ t li u, kg/  3

v: Thể tích chiếm chỗ của vật liệu, m 3

l: Chiều dài thanh vật liệu, m

d: Đường kính ngoài vật liệu, m

n: Số thanh vật liệu cho vào lò

L: Chiều cao khối gỗ

t wf : Nhiệt độ môi trường, o C

λ1 : Hệ số dẫn nhiệt lớp chịu lửa, W/mK

λ2 : Hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt, W/mK

Qc1: Nhiệt lượng cần cấp cho gạch chịu lửa, kJ

Qc2: Nhiệt lượng cần cấp cho gạch chịu nhiệt, kJ

Qc3: Nhiệt lượng cần cấp cho khối nhiên liệu, kJ

q : Mật độ dòng nhiệt, W/m 2

C p1: Nhiệt dung riêng của gạch chịu lửa, kJ/kg.K

C p2: Nhiệt dung riêng của gạch chịu nhiệt, kJ/kg.K

Trang 9

vii

DANH M C CÁC B NG Ụ Ả

Bảng 1.1 Trữ lượng năng lượng sơ cấp trên thế giới 3

Bảng 1.2 Dự báo tiêu thụ năng lượng trên thế giới theo nhóm nước 4

Bảng 1.3 Nhu cầu và khả năng cung cấp năng lượng sơ cấp ở Việt Nam 8

B ng 1.4 ả Tiềm năng, khả năng khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam 9

B ng 1.5 ả Bảng so sánh đặc tính của một số loại nhiên liệu 15

B ng 1.6 ả Diện tích rừng toàn quốc (tính đến ngày 31/12/2015) 17

Bảng 1.7 Tổng hợp diện tích và độ che phủ của các tỉnh Bắc Trung Bộ (tính đến ngày 31/12/2015) 17

B ng 1.8 ả Tổng kết sơ bộ các nguồn gỗ phế thải, khai thác ở Việt Nam 22

Bảng 3.1 Vật liệu và chiều dày các lớp thể xây lò 52

Bảng 3.2 Kích thước ngoại hình lò 52

Bảng 4.1 Các chế độ vận hành và thực nghiệm 56

Bảng 4.2 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian ở nhiệt độ 250 o C, 30 phút 57

Bảng 4.11 Tiêu chuẩn và thiết bị phân tích thành phần sản phẩm nhiệt phân 64

Bảng 4.1 Bảng kết quả phân tích sản phẩm nhiệt phân than củi 2 65

Bảng 4.1 Bảng kết quả phân tích hàm lượng carbon trong sản phẩm nhiệt phân 3 65

Bảng 4.1 Bảng kết quả phân tích nhiệt trị trong sản phẩm nhiệt phân 4 67

Bảng 4.1 Bảng kết quả phân tích chất bốc trong sản phẩm nhiệt phân 5 69

Bảng 4.1 Bảng kết quả phân tích khối lượng trong sản phẩm nhiệt phân 6 70

Trang 10

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Tỷ trọng tiêu thụ năng lượng theo ngành ở Việt Nam 10

Hình 1.2 Than củi trước và sau khi nhiệt phân 13

Hình 1.3 Mùn cưa và dăm bào 19

Hình 2.1 Hầm than ở Ghana 24

Hình 2.2 Lò gạch sản xuất than của Argentina 26

Hình 2.3 Lò than Brazil 26

Hình 2.4 Hệ thống các lò Missouri 27

Hình 2.5 Lò nung than bằng kim loại 27

Hình 2.6 Nạp nhiên liệu và nhiệt phân trong lò kiểu trống 200 lít 28

Hình 2.7 Nén than bánh và than bánh đã được phơi khô 29

Hình 2.8 Hầm sản xuất than 30

Hình 2.9 Lò tầng sản xuất than 30

Hình 2.10 Than củi Ubame - Binchotan 31

Hình 2.11 Đo nhiệt độ trong lò nhiệt phân than 32

Hình 2.12 Dụng cụ, thiết bị dùng cho lò 32

Hình 2.13 Thu lượm nguyên liệu và sản xuất 33

Hình 2.14 Than thành phẩm 33

Hình 2.15 Các thành phần sinh khối trong một số loại nguyên liệu 35

Hình 2.16 Các ảnh hưởng của nhiệt độ tới sản phẩm rắn tạo thành 36

Hình 2.17 Ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt đến sản phẩm nhiệt phân 36

Hình 2.18 Hàm lượng carbon của mẫu than mùn cưa ở các khoảng nhiệt độ khác nhau 37

Hình 2.19 Giá trị nhiệt trị của mẫu than mùn cưa ở các khoảng nhiệt độ khác nhau 37

Hình 2.20 Hiệu suất thu hồi than 38

Hình 2.21 Hàm lượng carbon của mẫu than mùn cưa ở các khoảng thời gian khác nhau 39

Hình 2.22 Giá trị nhiệt trị của mẫu than mùn cưa ở các khoảng thời gian khác nhau 39 Hình 3.1 Mô hình lò nhiệt phân 47

Hình 3.2 Kết cấu bao che lò 49

Hình 3.3 Bản vẽ thiết kế chế tạo lò 51

Hình 3.4 Các lớp cấu tạo lò 52

Trang 11

ix

Hình 3.5 Vị trí lắp can nhiệt 52

Hình 3.6 Bố trí mỏ đốt gas 53

Hình 3.7 Nội hình lò 53

Hình 3.38 Ngoại hình lò 53

Hình 3.9 Vận hành lò nhiệt phân 53

Hình 4.1 Củi gỗ ép trước khi nhiệt phân 54

Hình 4.2 Xếp củi vào lò 55

Hình 4.3 Than củi gỗ sau khi nhiệt phân 56

Hình 4.4 Giản đồ nhiệt phân ở chế độ 250 o C, 30 phút 57

Hình 4.13 Biến thiên hàm lượng ca bon theo thời gian và nhiệt độ nhiệt phân 66 c Hình 4.14 Biến thiên nhiệt trị theo thời gian và nhiệt độ nhiệt phân 68

Hình 4.15 Biến thiên hàm lượng chất bốc theo thời gian và nhiệt độ nhiệt phân 69

Hình 4.16 Biến thiên khối lượng theo thời gian và nhiệt độ nhiệt phân 71

Trang 12

x

M Ở ĐẦU

Củi mùn cưa, củi từ gỗ phế thải tận dụng hay còn gọi là củi gỗ nén Bột gỗ, mùn cưa được sấy khô, sau đó được nén với áp lực cao cho ra những khối có hình dạng đồng nhất Đây được xem là nguồn năng lượng tái sinh, chi phí thấp thay thế cho các sản phẩm khác như Than đá, Dầu DO, Gas….hoặc các chất đốt

từ hóa thạch khác trong các lò hơi công nghiệp Dùng củi mùn cưa để giảm chi phí xử lý môi trường, tăng tuổi thọ thiết bị

Trong tình hình giá nhiên liệu dùng cho lò hơi ngày càng tăng thì củi ép từ bột gỗ, mùn cưa, gỗ phế thải tận dụng là giải pháp kinh tế tiết kiệm hiện nay Từ than đá chuyển sang dùng củi mùn cưa chi phí có thể giảm đến hơn 50% Từ dầu

FO chuyển sang củi ép mùn cưa chi phí có thể giảm đến 70%

Ở một số nước hàn đới, nhiệt năng sưởi ấm là nhu cầu không thể thiếu trong các hộ gia đình Thông thường hệ thống sưởi ấm được thiết kế thành các trung tâm Hệ thống tải nhiệt s chuyển lượng nhiệt năng từ các trung tâm này ẽ tới các hộ gia đình để sưởi ấm thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt Nguồn nhiệt năng sử dụng trong các hệ thống sưởi trung tâm là than đá, dầu, khí đốt Các nguồn nhiên liệu này không phải là vô hạn và một quy luật tất yếu là chi phí sẽ tăng lên theo thời gian Việc chuyển sang sử dụng than củi từ gỗ phế phẩm để thay thế các nguồn nhiên liệu trên là một giải pháp kinh tế hiệu quả đồng thời bảo đảm an ninh năng lượng toàn cầu

Quá trình nhiệt phân đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới từ rất lâu Sản phẩm quá trình nhiệt phân cũng đa dạng với các mục đích và yêu cầu khác nhau Trên thế giới đã có nhiều đề tài nghiên cứu về quá trình nhiệt phân ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học cụ thể, trong đó có quá trình sản xuất than Tuy nhiên, việc sản xuất than cốc từ gỗ là lĩnh vực chỉ thực hiện ở các nước giàu tài nguyên gỗ thì mới có đủ điều kiện thử nghiệm, nên trong lĩnh vực này chưa nhiều đề tài nghiên cứu

Trang 13

xi

Hiện nay, ở Việt Nam đã có nhiều cơ sở sản xuất than sinh học từ gỗ, tuy nhiên phần lớn những cơ sở này hoặc là sản xuất thủ công hoặc là nhập thiết bị

từ Trung quốc nên chưa có hiệu quả như mong muốn

Với cơ sở trên, tác giả ủa luận văn đ c ã lựa chọn hướng nghiên cứu Nghiên

cứu chế ạo và vận hành mô hình th c nghi t ự ệm nhiệt phân than củi gỗ Cụ thể,

tác giả đã tập trung Tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm nhiệt phân than củi Mô hình đã được chế tạo thành công và thực hiện được các gỗchế độ thực nghiệm Kết quả cho thấy thiết bị đã hoạt động ổn định và đáp ứng được yêu cầu đề ra

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và những hạn chế của cá nhân nên chắc không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong sự góp ý, chỉnh sửa của các thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Trang 14

Luậ n văn t t nghiệp ố

HV: Đặng Trần Đông -1- 16BKTN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tình hình sử ụ d ng năng lượng

1.1.1 Tình hình sử ụ d ng năng lượng trên thế ớ gi i

Năng lượng là một trong những yếu tố thiết y u cho sế ự ồ t n t i và phát triạ ển

của xã hội cũng như duy trì m i sự ốọ s ng trên trái đ t Trong nhiều thập ấ k ỉqua, việc thiêu thụ năng lư ng trên th gi i tăng lên không ng ng cùng với sự phát ợ ế ớ ừtriển kinh tế xã hội Từ xa xưa, tổ tiên loài ngườ - i đã bi t sử ụế d ng năng lư ng ợ

để chi u sáng, sưế ởi ấm và đun n u Sau đó nhấ ờ ử l a con ngư i đã làm ra đư c đ ờ ợ ồgốm, công c kim loụ ại Cuối thể ỉ k 18, máy hơi nước đầu tiên đư c đưa vào sợ ử

dụng và từ đó đến nay, v i s phát triớ ự ển như vũ bão c a khoa h c k thu t, s ra ủ ọ ỹ ậ ự

đờ ủi c a đ ng cơ đ t trong, cánh m ng công nghi p làm năng lượộ ố ạ ệ ng th giới gia ếtăng một cách chóng m t Cặ ơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ (EIA) d báo, ựtrong gần ba thập kỷ tới, tiêu thụ ợ lư ng năng lượng thế ớ gi i dự kiến sẽ tăng 56%

do sự tăng trư ng củở a các nư c đang phát triển.ớ Lượng năng lư ng tiêu thụ trên ợthế ớ gi i có thể tăng từ ứ m c 534.1024 đơn vị nhiệt lư ng Anh (BTU) năm 2010 ợlên tới 820.1024 BTU vào năm 2040 Trong đó, mỗi 1024 BTU tương đương 172 triệu thùng dầu thô Hiện nay, năng lư ng hóa thạch chiếm 80% tổợ ng lư ng ợnăng lư ng nêu trên và năng lượ ợng sinh kh i ch chi m 10% và chủ ếố ỉ ế y u đư c ợdùng cho các hoạ đột ng mang tính thông thư ng Ngoài ra, còn có 10% năng ờlượng đi n sơ cấp Nguồệ n năng lư ng này đượợ c s n xu t ở ứả ấ m c 55% từ các lo i ạnăng tái tạo, đ c bi t là th y đi n và ở ứặ ệ ủ ệ m c 45% từ năng lượng hạt nhân Năng lượng hóa thạch trên thế giới hầu hết đã đư c phát hiện và đưa vào khai thác, ợ

với tốc đ khai thác và sử ụộ d ng như hi n nay, năng lượng hóa thạch đang ngày ệcàng cạn kiệt [1]

Theo đánh giá năm 2011, trữ ợlư ng d u mỏầ kho ng 1033,8 tỷ Barel, nhiều ảnhất là ở Ả ậ R p Saudi Những nước khai thác dầu mỏ nhi u nh t th gi i là các ề ấ ế ớ

nư c Trung Đông vớ ới tổng sản lượng khai thác chi m 65,4%… Tiêu th nhiên ế ụliệu lỏng thế ớ gi i theo tổng quan IEO 2009 sẽ tăng t ừ 85 triệu thùng/ngày năm

2006 lên 107 triệu thùng/ngày vào năm 2030 Tr lư ng than đá khoữ ợ ảng 982,4

t tỷ ấn Than đá được khai thác nhiều ở ắ B c bán cầu, trong đó trữ lượng khai thác lớn nhất là các nư c Châu Á- ớ TBD, Bắc Mỹ, và Liên Xô (cũ) Tổng sản lư ng ợ

Trang 15

than đá khai thác năm 2006 là 4,27 tỉ ấ t n/năm Theo dự báo c a tổng quan IEO ủ

2009, tổng lượng tiêu thụ than đá th giới tăng 49% trong giai đoạn dự ế đoán, từ127,5 tri u tệ ỷ BTU (quadrillion BTU) năm 2006 lên 190,2 triệu tỷ BTU vào năm

2030 Trong năm 2006, than đá chiếm 27% tổng tiêu thụ năng lượng thế giới Trong tổng sản lư ng than đư c sảợ ợ n xuất trên toàn thế ớ gi i năm 2006, có 62%

được s d ng đ s n xuấử ụ ể ả t điện, 34% được s d ng b i nhà tiêu dùng công ử ụ ởnghiệp, và gần 4% phần còn lại được tiêu thụ trong dân cư và các ngành thương

mại Trữ lượng khí thiên nhiên khoảng 146 ngàn tỷ m3, trong đó khai thác nhiều nhất là các nư c Trung Đông và Liên Xô (cũ) v i sớ ớ ản lượng khai thác chiếm 38,7% tổng sản lư ng ợ Trên toàn thế giới, tổng tiêu th khí tụ ự nhiên tăng mức trung bình là 1,6%/năm trong tổng quan nghiên c u cứ ủa IEO 2009, t 104 nghìn ừ

t ỉfeet khối vào năm 2006 lên 153 nghìn tỉ feet khối vào năm 2030 Năng lượng hạt nhân cũng đang phát triển mạnh, s n lư ng Uranium năm 2006 đạt 36 ngàn ả ợ

tấn Một s qu c gia đang duy trì và phát tri n năng lưố ố ể ợng hạt nhân như Pakistan, Nhật Bản, Trung Quốc, và Ấn Đ ộ

Năng lượng sinh khối cũng đư c phát tri n trên quy mô rợ ể ộng khắp toàn cầu, mặc dù còn khá mới mẻ nhưng đây h a h n là ngu n năng lư ng s ch cho ứ ẹ ồ ợ ạtương lai do kh năng tái tả ạo và thân thiện với môi trư ng, không gây hiệu ứng ờnhà kính Nguồn nguyên li u d i dào và giá thành rệ ồ ẻ là cơ s ở để phát triển năng lượng sinh khối, giúp giảm sự ệ l thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền th ng Ngoài ra, thủố y tri u, đ a nhi t… cũng đang đư c nhi u ề ị ệ ợ ề

nư c đưa vào sớ ử ụ d ng Hiện có 24 qu c gia s n xu t tố ả ấ ổng cộng 56.786 GWh

điện từ năng lượng đ a nhiị ệt trong năm 2005, chi m 0,3% lưế ợng đi n tiêu thụ ệtoàn cầu Nguồn năng lượng từ sóng đ i dương là rạ ất lớn nhưng cho đ n nay, ếhiệu suất năng lư ng thu đượ ợc còn rất thấp nên việc ứng dụng năng lượng sóng chưa mang tính kinh tế và th c ti n ự ễ Trữ lượng năng lư ng sơ cợ ấp trên thế giới được trình bày trong bảng 1.1

Nhìn chung, trong tương lai, than là nguồn năng ợlư ng ch y u củủ ế a th ếgiới Bởi vì than có trữ lượng lớn, dự tính lư ng than có thểợ khai thác đư c đ n ợ ế

230 năm nữa, so v i 41 năm cớ ủa d u mỏầ , 62 năm c a khí đ t và 73 năm đủ ố ối với Uranium Thủy đi n vốn là nguồệ n năng lư ng có th tái tợ ể ạo đã đư c khai thác ợ

Trang 16

khá mạnh, đang ngày càng gặp phải nh ng vấữ n đề ề v môi trường (mất đất, sói

lở, biến đ i hệ sinh thái, di dân…) ổ

Bảng 1.1 Trữ ợ lư ng năng lượng sơ cấ p trên th giới [1] ế

62,64 ngàn t m ỷ 3 – 31%

s dử ụng Dự đoán cho thấy trong thời gian tới, lượng tiêu thu các nguồn năng lượng truyền thống như d u mỏ, khí thiên nhiên, than đá vẫầ n chi m t trọế ỷ ng l n ớ

Đặc bi t là trong công nghi p, giao thông v n tệ ệ ậ ải khi các thiết bị, nhà máy đã quen thuộc với việc sử ụ d ng các dạng năng lư ng hóa thạợ ch đ ể làm chấ ốt đ t, hệ thống cung c p và v n chuyấ ậ ển đã đ ng b t ồ ộ ừ trước đ n nay So v i dế ớ ầu mỏ, khí thiên nhiên thì mức đ tăng nhu c u than đá tương đ i n đ nh, chi m khoảng ộ ầ ố ổ ị ế25% nhu cầu năng lượng sơ c p c a th gi i ấ ủ ế ớ

Nhu cầu đòi h i v năng lư ng c a t ng khu v c trên th gi i cũng không ỏ ề ợ ủ ừ ự ế ớgiống nhau Mức tiêu thụ năng lượng có thể đư c coi là một trong những chỉ tiêu ợđánh giá trình độ phát triển kinh tế ủ c a một nư c Các nư c kinh t phát triển đã ớ ớ ếtiêu thụ ớ t i quá nửa tổng số năng lư ng đượ ảợ c s n xuất ra trên thế giới Trong khi

đó, các nư c đang phát triớ ển với di n tích lớn, dân sốệ đông, nhưng ch tiêu th ỉ ụkhoảng 1/3 tổng năng lư ng Cụ ểợ th năm 2006, các nước OECD tiêu th 241,7 ụtriệu tỷ BTU, chiếm hơn 50% lượng tiêu th toàn thụ ế ớ gi i là 472,4 tri u t ệ ỷBTU

Trang 17

Các năm 2010, 2015 và dự kiến về sau cũng như vậy

S ự suy giảm kinh tế hiện nay làm gi m nhu c u vả ầ ề năng lượng trong ngắn hạn, do nhu cầu tiêu dùng và chế ạ t o s n phả ẩm và d ch v ch ng lại Tuy nhiên, ị ụ ữphần lớn các nư c sẽ ạớ l i bắt đầu phục hồi xu hư ng tăng trướ ởng kinh tế trong vòng từ 12 đ n 24 tháng tới ế

Phần lớn các nư c OECD có cơ s h t ng năng lư ng t t nhớ ở ạ ầ ợ ố ất thế giới Bên cạnh đó, h chi m phần lớn mức tiêu thụ năng lượng thế ớọ ế gi i hiện nay Tuy nhiên m c tiêu thứ ụ năng lượng của mộ ố ềt s n n kinh t m i n i ngoài OECD có ế ớ ổnhiều khả năng gia tăng Năm 2006, 51% năng lượng tiêu th trên th giới là ụ ếnằm trong khu vực OECD, nhưng tỷ ệ l này s ẽ tăng trưởng chậm trong giai đoạn

2006 - 2030, trung bình 0,6%/năm, trong khi tỷ ệ l này các n n kinh tở ề ế ớ m i nổi bên ngoài OECD là 2,3% D ự báo tiêu thụ năng lượng trên thế giới theo nhóm

nước 2006-2030 được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Dự báo tiêu th năng lư ụ ợng trên th giế ớ i theo nhóm nư ớc, 2006-2030 (đơn vị : Tri u tỷ ệ BTU)[1]

Trang 18

kiến đ n năm 2030 mế ức tiêu thụ đạt 239,6 Các nước ngoài OECD khu v c ựTrung Đông, Trung và Nam Mỹ cũng có m c tiêu thụứ năng lư ng tăng cao, l n ợ ầlượt là 23,8 và 24,2 triệu tỷ BTU chi m khoảng 60% và 50%, so với 25% của , ếcác nước ngoài OECD khu v c châu Âu ự

Nhìn chung việc sử ụ d ng các dạng năng lượng đều tăng trong giai đoạn

2006 - 2030 Giá d u thầ ế ới vgi ẫn sẽ tương đối cao Mức tăng trưởng tiêu dùng các nhiên liệu lỏng khoảng 0,9% mỗi năm trong giai đoạn 2006 - 2030 Các nguồn năng lư ng tái t o có mợ ạ ức tăng trưởng nhanh nhất, mức tiêu thụ tăng khoảng 3% mỗi năm Vi c sệ ử ụ d ng các nguồn năng lư ng hoá th ch kéo theo ợ ạ

vấn đ môi trường và nhiều chính phủ trên thế ớ ẽ ếề gi i s ti p tục khuy n khích phát ếtriển năng lượng tái t o ạ

S dử ụng than và các năng lượng hóa th ch nói chung đ u gây ra ạ ề ảnh hưởng rất lớn đ i vớố i môi trư ng, đ c biệt là hiệ ứờ ặ u ng nhà kính, toàn cầu đã và đang xúc tiến nghiên cứu, sử ụ d ng các nguồn năng lư ng hoàn nguyên: gió, mặt trời, ợ

địa nhi t, h t nhân, sinh kh i, thệ ạ ố ủy đi n… gi m b t s ô nhi m môi trường ệ để ả ớ ự ễ

và tránh gây c n kiạ ệt nguồn năng lượng hóa thạch Hội nghị ủ c a Liên Hợp Quốc

v S ề ự thay đổi Khí hậu (UNFCCC) họp tại Kyoto tháng 12 năm 1997 đã đưa ra một thỏa thuận chung về khí hậu nhằm ngăn ng a việc biếừ n đ i khí hậu, gọ ắt ổ i t

là Nghị đị nh thư Kyoto, nêu rõ việc ngăn ng a biừ ến đổi khí hậu là trách nhiệm chung của tất cả các nước, song có phân biệt theo mức đ phát triộ ển kinh tế, trong đó buộc 38 qu c gia công nghi p phải hạố ệ n ch th i khí nhà kính (chủ ếế ả y u

CO2) để ngăn ch n hi n tư ng nóng lên toàn cầặ ệ ợ u Theo đó, ch m nh t là vào ậ ấnăm 2012, 38 nước ph i cắt giảm ít nhấả t là 5% lư ng khí thải với năm 1990, ợriêng Mỹ ph i gi m 7% vì nướả ả c này ch chi m 6% dân sốỉ ế Th giới, nhưng nền ế

sản xuất khổng lồ ủa họ ại gây ra 25% tổ c l ng lư ng khí thải toàn cầu ợ

Năng lượng ch c ch n là một trong các phạắ ắ m trù đư c nghiên c u nhiợ ứ ều nhất của lĩnh v c công ngh Trong nhự ệ ững năm qua, nhi u phương án chề ọn lựa công nghệ đã đư c đưa ra: t nhiên li u hoá thạch, nhiên liệu hạợ ừ ệ t nhân đ n pin ếnhiên liệu và các công ngh năng lưệ ợng tái tạo và năng lư ng m i Xu thế phát ợ ớtriển là hư ng tới các phương án sớ ản xuất được g i là s n xuấọ ả t năng lượng phi truyền th ng Hi n nay là th i đi m cao trào năng lượng tái tạố ệ ờ ể o đư c coi là sự ợlựa chọn sống còn duy nhấ ốt đ i với nhân loại Biểu đ đư ng cong các nguồn ồ ờ

Trang 19

hoá thạch r và Uranium sẻ ẽ giảm xuống Mặt khác, đường cong nhu cầu năng

lượng s ẽ tăng lên Ch có năng lưỉ ợng tái tạo mới có th tránh đượể c s giao c t ự ắgiữa hai đư ng cong cung và cầu trong tương lai gần Nếu không sử ụờ d ng năng lượng tái tạo đúng lúc và quy mô lớn, sẽ ẫở d n đ n hậu quế ả khủng hoảng kinh tế toàn cầu và các cuộc chiến tàn bạo Chỉ ớ v i các nguồn năng lượng tái tạo mới có thể đạ t được hiệu quả năng lượng thực sự Trong dây chuyền năng lư ng thông ợthường trên thế ớ gi i, từ các m và giếỏ ng khoan đ n khách hàng, đôi khi cách xa ếhơn 10.000 dặm, thất thoát năng lượng là r t l n Ch có nh ng dây chuyền năng ấ ớ ỉ ữ

lượng ng n, d a trên cơ s s d ng các nguắ ự ở ử ụ ồn năng lượng tái tạo nội sinh (tại chỗ) mới có th gi m th t thoát năng lượể ả ấ ng m t cách cơ bản ộ

Năng lượng thông thư ng trên toàn thờ ế ớ gi i b chính tr chi phị ị ối, với phần

lớn kinh phí Nhà nư c chi cho nghiên c u và phát triớ ứ ển; với chi phí b o vả ệ qu c ốphòng; với tài trợ hàng năm lên tới 300 tỷ USD và v i các đ o lu t năng lư ng ớ ạ ậ ợ

điều ch nh chúng Ngư c lỉ ợ ại, năng lượng tái t o không b phân bi t vềạ ị ệ chính tr ịCho đến nay, g n 50 tầ ỷ USD kinh phí nhà nước trên thế giới, đã được chi trong

20 năm gần đây đ thúc đ y phát triển năng lượng tái tạo ể ẩ

Tất cả các sự kiện và xu th ế trên cho thấy, năng lượng tái tạo ưu vi t hơn ệ

bất kỳ ột dạ m ng năng lư ng nào khác đ thay thếợ ể cho các ngu n năng lư ng cũ ồ ợ

Đó là nguồn thay th duy nhế ất, là giải pháp t ng th , có kh năng gi i quy t toàn ổ ể ả ả ế

b ộ nhu cầu năng lượng

1.1.2 Tình hình sử ụ d ng năng lượng Vi t Nam ở ệ

Không nằm ngoài quy lu t chung cậ ủa th gi i, hi n nay Vi t Nam đang ế ớ ệ ệphải đ i đố ầu v i nhiớ ều vấn đ bài toán năng lư ng, trong công cuộề ở ợ c đ y mạnh ẩphát triển kinh tế, thực hiện công nghi p hoá, hiệ ện đ i hoá đ t nư c, năng lượng ạ ấ ớngày càng đóng vai trò quan trọng hơn Ngành năng lượng Việt Nam đã có đóng góp đáng kể cho phát tri n kinh tể ế ủ c a đ t nư c, tăng trưởấ ớ ng công nghi p và ệxuất khẩu Việt Nam có nguồn năng lư ng đa d ng như: khí thiên nhiên, dầu ợ ạ

mỏ, than, thủy đi n, năng lư ng sinh khối, năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt… ệ ợnhưng không thật dồi dào Theo các chuyên gia, tiềm năng ư c tính đ n nay là: ớ ếkhoảng 4 tỷ ấ t n dầu quy đ i đ i v i d u và khí, khoổ ố ớ ầ ảng 6 tỷ ấ t n than và 20.000

MW đối v i th y đi n Khí và d u thô đư c khai thác chủ ếớ ủ ệ ầ ợ y u ngoài khơi của vùng biển phía Nam, than được khai thác ch y u ởủ ế phía B c T năm 1990 Việt ắ ừ

Trang 20

kê và đánh giá, giai đoạn từ 2001 2010 t ng s n xu- ổ ả ất năng lư ng sơ cợ ấp (các loại than, đầu khí, thuỷ đ ệ i n) tăng t ừ trên 32 triệu tấn dầu quy đ i (triệ ấổ u t n dầu quy đổi - TOE) đến 62 triệu TOE, gấp 1,9 l n vầ ới bình quân tăng 6,8%/năm;

tổng tiêu thụ năng lượng thương mại cuối cùng (không tính năng lượng phi thương m i như: cạ ủi, than bùn, phụ phẩm nông nghiệp…) tăng t ừ 11,9 triệu TOE lên đến 35 tri u TOE, gấp 2,9 lệ ần; điện tiêu thụ bình quân đ u ngư i tăng ầ ờ

t ừ 289 kWh lên đến 998 kWh/ngư i.năm, gờ ấp gần 3,5 lần D báo trong giai ự

đo n 10 năm và 20 năm tạ ới, đến năm 2020 và 2030 tổng nhu cầu năng lượng thương mại cu i cùng s ố ẽ đạt tương ứng 78,8 - 83,6 triệu TOE và 152 175 triệu - TOE, nghĩa là đến năm 2020 nhu c u năng lưầ ợng cu i cùng ởố nư c ta sẽ ấớ g p 2,2 - 2,4 l n hi n nay ầ ệ

Tiềm năng kinh t - k thu t ngu n thuế ỹ ậ ồ ỷ điện nư c ta đư c đánh giá có thớ ợ ểsản xuất hàng năm khoảng 65 - 70 t kWh s ỷ ẽ được khai thác h t v i các công ế ớtrình thuỷ ệ đi n đang v n hành, đang và s xây d ng Theo quy hoạch khai thác ậ ẽ ựcủa ngành than, sản lượng than sẽ ch ỉ đủ cung cấp cho khoảng 12.000 MW, nghĩa là sản xuất được không quá 72 t kWh mỗỷ i năm, k c n nh ng năm ể ả đế ữ

2025 - 2030 Với nguồn khí đốt tại các mỏ ngoài khơi, theo tính toán ch cho ỉ đủphát triển các nhà máy điện khí đ s n xu t trên 100 tỷ kWh/năm và khoảng 3 - ể ả ấ5% lư ng khí đợ ốt cần cung cấp cho các hộ công nghi p khác Tiềm năng khai ệthác dầu thô sẽ ớ s m đ t t i mạ ớ ức tr n (kho ng 17 - 18 tri u tầ ả ệ ấn/năm) và suy gi m ảdần giai đo n sau năm 2015 ạ Nhu cầu và khả năng cung c p năng lưấ ợng sơ c p ở ấViệt Nam đư c trình bày trong b ng 1.3.ợ ả

Trên cơ sở đánh giá m c tăng nhu c u năng lư ng và kh năng khai thác ứ ầ ợ ảcác nguồn tài năng lư ng trong nư c, các chuyên gia đã tính toán cân đối nhu ợ ớ

cầu tổng thể và khả năng đáp ứng các loại năng lượng sơ c p trong dài hạn Khả ấnăng khai thác các ngu n năng lư ng sơ cồ ợ ấp trong nước vư t trên nhu cầu trong ợgiai đo n đ n 2015, cán cân năng lưạ ế ợng c a Viủ ệt Nam trong vài năm tới còn

Trang 21

Đơn vị KTOE Đơn vị KTOE Đơn vị KTOE

Than 49,8tr.t n ấ 27.888 60tr.t n ấ 31.680 70tr.t n ấ 34.562

SP dầu thô 19,86tr.t n ấ 20.217 20tr.t n ấ 20.360 20,7tr.t n ấ 21.073 Khí đốt 7,98 t m ỷ 3 7.183 11,43t m ỷ 3 10.288 12,68 t m ỷ 3 11.413 Thủy điện 30,13TWh 6.478 54,5TWh 11.695 60,4TWh 12.994 Thủy điệ n nh ỏ 1,99TWh 428 4,2TWh 905 6,46TWh 1.391

NL tái tạo 44,5tr.t n ấ 14.695 43,8tr.t n ấ 14474 44,6tr.t n ấ 14.740

Vốn tiềm năng to lớn, đa dạng về năng lượng tái tạo, cần tăng cường đầu tư

và hỗi trợ phát triển để thay thế dần lệ thuộc vào năng lượng hóa thạch, nhằm bảo vệ môi trường, phát triển theo hướng hiệu quả và bên vững mà chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh đã định hướng iềm năng, khả năng khai thácTnăng lượng tái tạo của Việt Nam được trình bày trong bảng 1.4 [2]

Việt Nam là một nư c nông nghi p và hàng năm thớ ệ ải ra một lượng lớn đến hàng chục triệu tấn các chất phế ả th i (sinh khối) như tr u, bã mía, vỏ ạấ h t đi u, ềmùn cưa, rơm… Sử ụ d ng ngu n sinh khối này m t cách thích hồ ộ ợp đ s n xuất ể ảnhiệt và đi n năng sẽệ đem l i cơ h i mớạ ộ i cho nông nghi p, lâm nghiệp, cải thiện ệ

an ninh năng lượng, và mang l i lạ ợi ích cho môi trường và xã hội Sử ụ d ng hiệu quả năng lượng sinh khối đang là v n đấ ề đư c quan tâm trên thế giới nhằm giảm ợmột phần sức ép về ử ụ s d ng nhiên liệu Ở Vi t Nam, ngoài tr bã mía, trệ ừ ấu đã được nghiên cứu, ứng dụng thì hầu hết các nguồn sinh khối khác vẫn chưa đư c ợkhai thác hiệu quả

Trang 22

Bảng 1.4 Tiềm năng, khả năng khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam [2]

1 Thủy điện nhỏ >4.000MW +Kỹ thuật:>4.000 + Kinh

tế:2.200 +Để khai thác hơn cần hỗ trợ

Khu vực miền núi: Đông Bắc, Bắc Trung Bộ, Nam Trung bộ, Tây Nguyên Cho nối lưới và lưới điện mini

2 Gió >30.000 MW +Kinh tế: Không phù hợp giá

+ Nhiệt Mặt Trời: Tất cả các khu vực dân cư

+ Điện Mặt Trời : Khu vực dân cư ngoài lưới

4 Sinh

Khối

+ Gỗ củi 600 700 MW - Cho hộ gia đình, tiểu thủ công

nghiệp các tỉnh + Phụ phẩm

5 Sinh

học

+ Khí sinh

học

> 570 triệu m 3 58 +Hộ gia đình nông thôn

+ Trang trại, khu vực chế biến

Khu vực Miền Trung, Tây Bắc

7 Thủy triều > 100 MW Chưa xác định Các tỉnh duyên hải

Như vậy, tiềm năng Năng lượng tái tạo của Việt Nam rất đa dạng và phong phú nhưng chưa đư c đánh giá, kh o sát đợ ả ẩy đ , thiủ ếu tư liệu và ph n sầ ử ụ d ng còn rất khiêm tốn so với tiềm năng Hi n nay, các dựệ án s d ng năng lưử ụ ợng tái

tạo đã và đang đư c quan tâmợ đẩy mạnh Hạn chế ủa năng lượng tái tạ c o là

Trang 23

và LPG chiếm 3,5% trong tổng tiêu thụ năng lượng cuối cùng Nông nghiệp là khách hàng tiêu thụ năng lượng nhỏ nh t chiếấ m 1,2% trong tổng năng lượng tiêu thụ cu i cùng ố ở năm 2010 Nhiên liệu sử ụ d ng chính trong ngành nông nghiệp là: Điện, than, d u n ng, dầ ặ ầu diezen, và xăng…Theo [1] T ỷ trọng tiêu thụ năng lượng theo ngành ở Vi t Nam đư c tệ ợ rình bày trong hình 1.1

Hình 1.1 T ỷ trọng tiêu thụ năng lượng theo ngành ở Việt Nam [2]

Trong bối cảnh ngày càng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu thế giới tăng cao và sự phụ thuộc ngày càng nhiều hơn vào giá năng lượng thế giới, khả năng đáp ứng năng lượng đủ cho nhu cầu trong nước ngày càng khó khăn và trở thành một thách thức lớn Thủy điện ở nước ta vẫn còn nhiều hạn chế, đang ngày càng gặp phải những vấn đề về môi trường, dân cư Nhiệt điện than sẽ làm tăng nguy cơ phụ thuộc vào nguồn than nhập khẩu trong tương lai và làm tăng

Trang 24

HV: Đặng Trần Đông - -11 16BKTN

phát thải khí nhà kính, khả năng khai thác, chế biến dầu mỏ còn khó khăn, trữ lượng dầu mỏ ngày càng ít đi Việt Nam buộc phải xem xét các giải pháp năng lượng khác như phát triển năng lượng tái tạo, điện hạt nhân và tăng cường sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả Nếu sử dụng tiết kiệm và hiệu quả có thể giảm được 20% lượng tiêu thụ năng lượng hiện nay

Hiện nay, vấn đ ệt Nam cầề Vi n đó là nâng cao ý th c tiết kiệm, các biện ứpháp sự ụ d ng ti t kiế ệm và hiệu quả năng lư ng, nâng cao khợ ả năng x ử lý môi trường Song song với phát tri n đa hưể ớng các ngành s n xuả ất năng lượng, phát triển các ngành năng lư g xanh, năng lượn ợng s ch, chú tr ng phát triạ ọ ển những thế mạnh v năng lượề ng tái t o như gió, thủạ y đi n, sinh khối… ệ

Trong các công nghệ năng lư ng sinh khợ ối ở nước ta hiện nay, c n tầ ập trung vào mộ ốt s công ngh : bệ ếp c i tiả ến, sấy và phát điện dùng sinh kh i, khí ốsinh h c, nhiọ ệt phân sinh khối thành năng lượng… Đ c bi t với tỷ l ặ ệ ệ sinh khối

s dử ụng trong đun nấu hi n lớệ n nh t nên việc xây dựng mấ ột dự án quốc gia về

s dử ụng sinh khối sẽ mang lại hiệu quả ấ r t lớn về ế ti t ki m năng lượệ ng và b o v ả ệmôi trường S d ng ngu n sinh kh i này một cách thích hợử ụ ồ ố p đ s n xu t nhiể ả ấ ệt

và điện năng sẽ đem l i cơ h i mới cho Nông nghiệp, cải thiện an ninh năng ạ ộlượng, và mang l i lạ ợi ích cho môi trường và xã hội Đi n hình hiện nay như ểcông nghệ đồng phát nhiệt điện từ bã mía và trấu, hệ ố th ng x lý rác th i sinh ử ảhoạt, các nhà máy sản xu t sinh khấ ối tạo ra các viên năng lư ng như: viên nén ợmùn cưa, than củi cố ừ ỗc t g phế thải… trong đó than củi cốc là sản phẩm đang

được ưa chu ng t i Viộ ạ ệt Nam cũng như trên thế ớ gi i vì các tính năng ưu việt của

sản phẩm này

1.2 Sản phẩm than củi nhiệt phân và ứng dụng

Với sự gia tăng nhu cầu năng lượng và các áp lực môi trường gây ra do phát thải khí nhà kính từ việc sử ụ d ng nhiên li u hóa thệ ạch, năng lư ng sinh ợkhối hiện nay được coi là m t nguồn nộ ăng lượng tái tạo, là gi i pháp thay thế ảcho năng lượng hóa thạch Sinh khối, đ c biệt là gỗặ , than gỗ cung c p ph n năng ấ ầlượng đáng k trên thế ớể gi i Ít nh t mộ ửấ t n a dân s th gi i d a trên nguồn năng ố ế ớ ựlượng chính t sinh khốừ i Con ngư i đã s d ng chúng đ sư i m, n u ăn t ờ ử ụ ể ở ấ ấ ừcách đây hàng ngàn năm Sinh khối cũng có th chuyểể n thành các d ng nhiên ạliệu lỏng như metanol, etanol dùng trong các động cơ đ t trong, dạng khí sinh ố

Trang 25

học (biogas) dùng cho nhu cầu năng lư ng gia đình ở quy mô nhỏợ hay d ng rắn ạ(biomass charcoal) được sử ụ d ng đ t nóng,ể đố cung cấp nhiệt khá rộng rãi trong

đờ ối s ng cũng như trong công nghiệp

Có thể nói vi c sử ụệ d ng năng lư ng tái tạợ o, mà đ c biệặ t là năng lư ng sinh ợkhối đang là v n đấ ề ấ r t được quan tâm trên thế giới nhằm giảm một phầ sức ép n

v s dề ử ụng nhiên liệu, phát tri n nguể ồn năng lư ng sạch và thiết thực cho tương ợlai Đây được xem là hư ng đi đúng đ n cho sựớ ắ phát tri n lâu dài và b n vể ề ững của ngành năng lượng trên thế gi i.ớ

Cũng như nhiều quốc gia khác, năng lư ng gió, năng lượ ợng mặt trời, năng lượng sinh khối đang đư c áp dụng ởợ Vi t Nam nhưng s n lưệ ả ợng còn thấp và quy mô không l n Trong khi Vi t Nam có m t tiớ ệ ộ ềm năng về sinh kh i rất lớn, ố

đó là những s n ph m th a trong quá trình chả ẩ ừ ế ế bi n nông, lâm sản như g ph ỗ ếthải, mùn cưa, dăm bào, rơm, rạ, bã mía nhưng chưa được khai thác đúng v i ớtiềm năng của nó Đ t n dụể ậ ng các ngu n nhiên liệồ u đó, vi c nghiên cứu chế ạệ t o

mô hình thử nghi m và hư ng đệ ớ ến xây dựng sản xuất nhà máy than c i là mủ ột mục tiêu thiết thực, nếu đư c đưa vào s dợ ử ụng sẽ mang lại hiệu quả kinh t cao, ếgóp phần giải quy t vế ấn đ v an ninh năng lưề ề ợng ớc ta ởnư

Than củi g là lo i than cỗ ạ ủi đư c s n xuấ ừợ ả t t quá trình nhiệt phân các nguyên liệu sinh khối (nguyên liệu phế phẩm có nguồn gốc từ thực vật) Ở các

nước phát tri n, than c i nhiể ủ ệt phân đã được nghiên cứu và sử ụ d ng rộng rãi, tuy nhiên ở nước ta, đây vẫn là nguồn năng lượng khá m i mẻ Than củớ i sinh h c ọnhiệt phân ở ệt Nam đượVi c s n xu t t các lo i nguyên liả ấ ừ ạ ệu như củi vụn, gỗ phế th i, dăm bào, vỏ ừả d a, gáo dừa, vỏ ấ tr u, rơm G ỗ phế thải nguyên liệu

được phân loại và đưa vào máy băm đ băm nhể ỏ đạt kích thước 5 - 12 cm trước khi đưa vào máy nghiền V t li u sau khi nghiềậ ệ n có kích thư c đ m bảo ≤ 1,5 ớ ả

mm Sau đó đư c đưa qua máy sàng đợ ể ọ l c ra các nguyên liệu đ t kích thư c ạ ớyêu cầu trư c khi đưa vào s y (nguyên liớ ấ ệu chưa đạt yêu cầu đư c cho trở ạợ l i máy nghi n) Nguyên liề ệu đư c sấợ y trong máy s y 15 ấ - 25 phút Sau khi được sấy khô, nguyên li u sệ ẽ đư c phối trộợ n và cho vào máy ép nén v i áp lớ ực cao đ ểcho ra những khối hình dạng cố đị nh và c u trúc vấ ật lý đồng nhất Sản phẩm sau khi ép được s p xếp lên các kệ đỡắ và dùng xe nâng v n chuyậ ển vào lò cốc Củi nguyên liệu đư c xếợ p trong các lồng thép đư c đ y vào lò h m than và hoàn ợ ẩ ầ

Trang 26

thành quá trình nhiệt phân với thời gian 4 – 8 h ở nhi t độ ệ 400 600- oC cho ra sản phẩm than nhiệt phân đ t nhiạ ệt trị > 33.472 kJ/kg, khối lượng riêng ≥ 1 00 2kg/m3, độ ẩ m < 3 %, t l ỷ ệ tro < 2 % Than thành phẩm được bốc xếp vào kho và chờ xuất xưởng Với ưu điểm nổi bật như: nhiệt trị cao, cháy sạch, không độc hại, thân thiện với môi trường, được sản xuất từ nguyên liệu tận dụng, dồi dào, giá thành rẻ S dử ụng than củi nhiệt phân giúp ngăn ngừa hiệu ứng nhà kính, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Sản phẩm nhiên liệu từ gỗ phế thải, tận dụng chắc chắn sẽ là hướng đi đúng đắn trong xu thế năng lượng sạch hiện nay của thế giới nói chung cũng như của nước ta nói riêng

1.2.1 Đặc t ính ủa sản phẩm c

Than củi nhiệt phân đư c sảợ n xu t tấ ừ dăm bào, mùn cưa, g phế thỗ ải Sản phẩm thu được có d ng viên nén, vạ ới khối hình cố định, cấu trúc v t lý đồng ậnhất Các yêu cầu của sản phẩm sau nhiệt phân như sau:

− Độ ẩ m : < 3 %

− Nhiệt tr ị : 33 472 37 656 - kJ/kg

− Độ tro : < 2 %

− Thành phần bay hơi (ch t bốc) ấ : < 15 %

− Hàm lượng than (Fixed-C) : > 85 %

− Thời gian cháy của than nhiệt phân : 3 - 5 giờ

Hình 1.2 là hình ảnh của than củi trước và sau khi nhiệt phân

Hình 1.2 Than củ i trư c và sau khi nhi t phân ớ ệ

Ứng d ng c a than c i nhiụ ủ ủ ệt phân:

- Dùng để cung cấp năng lượng cho nhu cầu cu c s ng h ng ngày; ộ ố ằ

- Dùng trong hệ ố th ng thiết bị sư i ấở m, lò sư i (thay thế ệở đi n, than đá,

dầu, củi…);

Trang 27

để thu đư c hi u quảợ ệ kinh t cao, t ế ự động hóa quá trình sản xuất, người ta thường dùng lò h m than liên tục, theo tỷ ệầ l 3 kg nhiên li u đ cho ra 1 kg than ệ ểthành phẩm với nhi t trệ ị thu đư c kho ng t ợ ả ừ 33.472 37.656 kJ/kg Công nghệ -kiểu mới này sản xu t liên tấ ục với thời gian đư c rút ngắợ n xuống chỉ còn 6 8 –

giờ ở nhi t độ ệ 400 – 600 oC với lư ng nguyên liệu đưa vào khoảng 2000 ợ kg cho lượng than thành ph m t 630 – 650 kg than với nhiệt trị ẩ ừ 33.472 37.656 kJ/kg- Than củi nhi t phân sau khi sản xuệ ất đư c đóng gói vào bao bì 5 kg đợ ến 50 kg và có giá bán lẻ trong khoảng 25.000 – 30.000 VNĐ/kg, đối với sản ph m ẩchất lư ng cao đ ph c vụợ ể ụ nhu c u trong nước Ngoài ra các công ty sản xuất đã ầ

và đang bán than củi nhiệt phân xuất khẩu số lượng lớn với giá > 1000USD/tấn,

đã tập k t c ng t i các trang giới thiệu sảế ở ả ạ n ph m mua bán thế gi i.ẩ ớ

1.2.2 Kh ả năng thay th ế nguồ n năng lư ợng truy n th ng ề ố

Người ta cho r ng trong tương lai không xa, khi nguồn dầu mằ ỏ ạ c n kiệt, người tiêu dùng sẽ quay sang nh ng nguồữ n cung c p m i N u cơ s h t ng s n ấ ớ ế ở ạ ầ ảxuất được chuẩn bị ngay t bây giờ, thì có thểừ ngăn ch n đư c sự ụặ ợ s p đ trên ổdiện rộng mà d đoán là s x y ra vào cu i k nguyên dầu mỏự ẽ ả ố ỷ Hi n nay, trữ ệlượng d u mỏ cũng như các ngu n năng lưầ ồ ợng hóa th ch truy n thống khác ạ ềđang suy giảm rõ r t, cùng với ảnh hư ng môi trưệ ở ờng to lớn khi sử ụ d ng các

dạng năng lư ng trên, thế giớợ i đang c p bách tìm ra các nguồấ n năng lư ng mới, ợnăng lượng s ch nhằm đảm bảạ o cho s phát tri n ổn định và b n lâu cự ể ề ủa nhân loại Năng lượng tái tạo t sinh khừ ối đang là một trong những hư ng đi đư c ớ ợquan tâm hi n nay.ệ

Củi gỗ là nguồn sinh kh i số ử dụng làm năng lượng nhiều nhất, đư c xem là ợnguồn năng lư ng truyềợ n th ng, đã đưố ợc con ngư i sử ụờ d ng t rừ ất xa xưa Sau khi nguồn nhiên li u hóa thệ ạch đư c biợ ế ết đ n và đưa vào s dử ụng rộng rãi thì xu hướng t tr ng sử ụỷ ọ d ng củi, g giảỗ m xu ng nhanh chóng Tuy nhiên, ngày nay ố

Trang 28

g ỗ đang quay trở ạ l i với vai trò là một ngu n nhiên li u, nh vào công nghệ địồ ệ ờ nh hình và nhiệt phân Nhu cầu v i d ng năng lư ng này đang ngày càng tăng, đặc ớ ạ ợbiệt là ở châu Âu, nơi giá dầu ở ứ m c cao và các yêu c u về ầ năng lượng s ch gia ạtăng đã khi n ngư i ta chú ý đ n các viên năng lưế ờ ế ợng g (than nhiệt phân) như ỗmột nguồn năng lượng thay th Theo báo cáo cế ủa tổ chức quốc tế IEA Bioenergy Task 40, châu Âu chiếm tới 85% nhu cầu than gỗ ố c c toàn cầu trong năm 2010 và còn tăng trong những năm t i Hi n nay ởớ ệ Vi t Nam, s n xu t than ệ ả ấ

củi đư c xem là lĩnh v c khá mới mẻợ ự , đã có nhi u doanh nghiệp ti n hành xây ề ế

dựng nhà máy để sản xuất ra nguồn năng lư ng này, tuy nhiên chấợ t và lư ng ợchưa đạt, còn nhi u h n chếề ạ trong s n xu t Nh n thả ấ ậ ấy nhu cầu sử ụ d ng than củi

là rất lớn, đã có nguồn cầu tiềm năng, nhưng ngu n cung còn tương đ i ít, chưa ồ ốđáp ứng nhu c u Đây là dạầ ng năng lư ng s ch, đáp ng đ các tiêu chu n về ợ ạ ứ ủ ẩchất lư ng nhiệt, thân thi n vợ ệ ới môi trường, không gây hiện ứng nhà kính vì vậy việc sản xuất than củi đ thay thế mộể t ph n cho năng lư ng hóa th ch là m t ầ ợ ạ ộhướng đi m i cầớ n đư c quan tâm và phát triển Với nhữợ ng đ c tính ưu vi t, than ặ ệcủi đưa vào sử dụng hoàn toàn có thể thay thế cho các d ng năng lượng khác ạ

Đặc tính c a mộ ố ạủ t s lo i nhiên li u được trình bày trong bảng 1.5, [2] ệ

Bảng 1.5 Bảng so sánh đặc tính của một số loại nhiên liệu

Nhiêu liệu Nhiệt trị

phân ( 4-6h, τ =

t = 400-600 o C)

37.656 < 3 > 85 < 0,01 < 2

33.472-Than đá

16.376-32.635 5,98 – 9,43 35 – 60 0,41 – 0,56 17 – 35

D u m ầ ỏ 45.187 - 84 0,05 – 0,25 0,03 – 0,07

• Giá trị ề v kinh t - ế xã hội

Than củi nhiệt phân được sản xuất và đưa vào sử ụ d ng sẽ góp phần giải quyết vấn đ an ninh năng lưề ợng trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng Than phục v cho nhu c u đun n u, đ c bi t là các nhà hàng, quán ăn… Than ụ ầ ấ ặ ệ ở

có thời gian cháy lâu, không nổ, không khói, không chấ ột đ c hại, thân thiện với môi trường Trong tình hình giá nhiên liệu ngày càng tăng thì than c i nhiệt ủ

Trang 29

phân t ừ mùn cưa, dăm bào, gỗ phế ải tận dụng là biện pháp kinh tế ếth ti t kiệm hiện nay Than củi nhiệt phân có giá thành rẻ, thời gian đốt và lượng nhiệt cao, lượng tro tạo ra ít, giảm chi phí xử lý môi trường, chi phí xử lý xỉ, tăng tuổi thọ thiết bị T ừ than đá chuyển sang d ng than ù c iủ, chi phí có thể ả gi m khoảng 50%

Từ dầu FO chuyển sang, chi phí có thể giảm đến 70% Theo tính toán, nếu sản xuất 2,5 tấn mùn cưa thành nhiên liệu đốt, Việt Nam giảm nhập khẩu khoảng 1,000 lít dầu, đây là những con số rất ấn tượng

1.3 Nguyên liệu sản xuất

1.3.1 Tiềm năng và sự đa d ng c a tài nguyên gỗ ạ ủ

Nhìn chung, rừng Việt Nam được phân thành 3 lo i: rạ ừng đ c dụặ ng, rừng phòng h ộ và rừng s n xuả ất Do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội t o nên sạ ức ép vào rừng ngày một lớn, diện tích tr ngồ rừng ngày một tăng lên, v n đ tr ng và ấ ề ồkhai thác rừng hiện nay cũng đã được quan tâm và thực hiệ ốt, nhằn t m khai thác hiệu quả hơn tài nguyên rừng ởnước ta, mà đ c bi t là c i, g ặ ệ ủ ỗ

Tiềm năng và s đa d ng c a tài nguyên gự ạ ủ ỗ ệt Nam tập trung chủ ếVi y u vào đ i tư ng đố ợ ất có rừng là r ng sừ ản xu t Vì rấ ừng phòng hộ và r ng đ c dụng ừ ặ

cần đư c bảo vệ để duy trì phòng hợ ộ và bảo tồn đa d ng sinh hạ ọc, việc khai thác

s dử ụng rất hạn chế, ở đây chỉ ậ t p trung đánh giá ti m năng và s đa dạng tài ề ựnguyên gỗ ủ c a rừng s n xuả ất

Về diện tích: Theo Quyết định s ố 3158/QĐ BNN TCLN ngày - 27/7/2013 của Bộ trư ng Bở ộ Nông nghi p & PTNT, diện tích rừệ ng toàn quốc tính đến ngày 31/12/2015 được trình bày trong bảng 1.6 [3]

-Trong năm 2015 độ che phủ ừng toàn quốc là 40,84 %, bao gồ r m cây r ng, ừcây cao su và cây đặ ảc s n, trong khi năm 2010 chỉ đạt 39,5%

Rừng tập trung ở các vùng đ i núi v i hai kiồ ớ ểu rừng phổ biến là rừng kín phân bố ở độ cao dưới 700m và rừng kín hỗn giao cây lá kim, phân bố ở độ cao trên 700m Ngoài ra ở đây, các rừng tr ng keo, bồ ạch đàn, thông, g vưỗ ờn rừng

đã được trồng và đang đến mua thu hoạch, cho phép khai thác quanh năm Diện tích rừng và độ che ph r ng củủ ừ a các t nh Bắc Trung bộỉ đư c trình bày trong ợbảng 1.7

Trang 30

Bảng 1.6 Diện tích rừng toàn quố c (tính đ n ngày 31/12/2015 ế )[ha] [3]

Loạ ấ i đ t lo i r ạ ừng LĐLR Tổng Thuộc quy ho ch 3 lo ạ ại rừng Ngoài quy

Trang 31

1.3.2 Tiềm năng ử ụng gỗ phế liệs d u

• Khái niệm gỗ phế liệ u

Nguyên liệu chính của công nghiệp s n xuả ất đ g đư c gọi chung là gỗ ồ ỗ ợtròn Công nghi p xệ ẻ được coi là công đo n đ u tiên của toàn bộ quá trình chế ạ ầ

bi n ế t n dậ ụng gỗ Đ đánh giá kh năng tể ả ận dụng g c a m t cơ s s n xu t, m t ỗ ủ ộ ở ả ấ ộ

đất nư c, có th căn c vào t l t n d ng Đ đánh giá trình đ k thu t, kh ớ ể ứ ỷ ệ ậ ụ ể ộ ỹ ậ ảnăng tận dụng g c a m t cơ s s n xu t, m t ngành hay mộ ấỗ ủ ộ ở ả ấ ộ t đ t nư c, có thể ớcăn cứ vào t l thành khí c a khâu xỷ ệ ủ ẻ ỗ g Sản phẩm gỗ ẻ x bao gồm sản phẩm chính và sản phẩm phụ Sản phẩm chính là sản phẩm gỗ ẻ x có kích thư c và ớhình dạng phụ ợ h p tiêu chuẩn đ nh trư c hoặị ớ c h p đ ng tho thu n S n ph m ợ ồ ả ậ ả ẩphụ là s n phẩm gỗ ẻả x phi tiêu chuẩn hoặc không phù hợp yêu c u cầ ủa h p đ ng ợ ồtho thuả ận nhưng v n đưẫ ợc s n xu t và tiêu dùng chấp nhả ấ ận Các sản phẩm còn

lại đư c coi là gỗ phế ợ liệu

Khái niệm: G ỗ phế liệu là các dạng nguyên liệu gỗ không đáp ứng yêu cầu của nguyên li u gệ ỗ ẻ x và các s n phẩm phụ ủả c a công nghiệp khai thác và chế biến gỗ theo phương pháp cơ học Khối lượng g ph li u nhi u hay ít tuỳ thuộc ỗ ế ệ ềvào trình độ ỹ k thuật, công nghệ khai thác và chế ế bi n gỗ, thể hiện qua tỷ ệ ợ l l i

dụng và tỷ ệ thành khí l

Nói chung, gỗ ph li u bao g m các dạng sau: ế ệ ồ

− Phế ệ li u của công nghi p x bao g m: bìa, rìa, mùn cưa, đ u m u; ệ ẻ ồ ầ ẩ

− Phế ệ ừ li u t quá trình sản xuấ ồt đ mộc bao g m: phoi bào, mùn cưa, bụi ồ

− G ỗ khô mục, cây b i ụ

Trang 32

− G ỗ và sản phẩm phế thải sau quá trình sử ụ d ng

• Đặc tính của gỗ phế liệu

Tuỳ thu c mụộ c đích s d ng g ph li u, m c đích yêu c u đư c đ t ra, có ử ụ ỗ ế ệ ụ ầ ợ ặ

thể xét đặc tính gỗ ế ệu dưới nhiều góc độph li khác nhau Trư c hết, gỗ ế ệớ ph li u cũng là nguyên liệu gỗ ớ v i nh ng đ c tính vốn có Theo yêu c u cữ ặ ầ ủa việc sử

dụng, chế biến, cần xác đ h đượịn c các đ c tính ảặ nh hư ng l n đ n quá trình xử ở ớ ế

lý, chế ế bi n và chất lư ng sản phẩm thu đượợ c Đ c tính chung n i b t cặ ổ ậ ủa gỗ ph ếliệu là sự đa dạng về kích thước và loại gỗ, ảnh hưởng rất lớn đến vi c phân lo i ệ ạtheo yêu c u xầ ử lý, ch biế ến v i mớ ục đích gi m thiểu các chi phí và giá thành ảsản phẩm cuối cùng

Nhìn chung, gỗ ph liế ệu là các dạng nguyên liệu gỗ không đáp ứng yêu cầu của nguyên li u gệ ỗ ẻ x và các s n phẩm phụ ủả c a công nghiệp khai thác và chế biến gỗ theo phương pháp cơ học Sau khi thu gom, mụn cưa, dăm bào, g phế ỗphẩm sẽ được nghiền mịn cùng mùn cưa, sau đó s đưẽ ợc phân lo i, cho qua máy ạ

sấy khô Khi đ t đ khô yêu cạ ộ ầu, sẽ đư c chuyểợ n qua máy ép, ép thành các sản phầm làm nhiên liệu Mộ ốt s hình nh mùn cưa và dăm bào đượả c trình bày như hình 1.3

Hình 1.3 Mùn cưa và dăm bào

Mùn cưa có hình dạng hạt, kích thước các hạt mùn cưa rất là tơi xốp, dễ hút

ẩm và dễ tách ẩm

Trang 33

• Kh ả năng và triể n v ng s d ng g ph th i ở ọ ử ụ ỗ ế ả Vi t Nam ệ

Ngày nay gỗ ừ r ng tự nhiên đã d n cạầ n kiệt, xu hướng c a thủ ờ ại đ i là phát triển công nghiệp sản xuất ván nhân tạo Để đáp ng nhu c u tiêu dùng sản ứ ầphẩm gỗ, ván nhân tạo đã đư c quan tâm phát tri n mợ ể ạnh, trong đó có công nghiệp s n xuả ất ván dăm và ván s i Cho đợ ến nay, các nhà máy sản xuất ván dăm và ván sợi đang g p khó khăn v nguồn cung ứng nguyên liệu, gỗ ừặ ề r ng trồng không đáp ng đưứ ợc nhu cầu cho sản xuất Trong khi đó, như đã phân tích

ở trên, hàng năm chúng ta đã bỏ phí m t lư ng rất lớn gỗộ ợ ph li u nhi u d ng ế ệ ở ề ạkhác nhau Trong thời gian tới, s hình thành các hẽ ệ thống thu gom phế ả th i của các nhà máy sản xuấ ồ ỗt đ g

Mùn cưa, dăm bào được thu gom và bán số ợ lư ng l n vớ ới giá từ 600 – 700 VNĐ/1kg tại kh p các đ a phương trên c nư c Các s n phẩm mùn cưa qua sơ ắ ị ả ớ ảchế ậ t p k t t i cế ạ ảng H i Phòng đang đưả ợc rao bán với giá khoảng 100 USD/ tấn (khoảng 2.100.000 VNĐ/tấn) Ngoài ra gỗ ph th i, các phếế ả phẩm lâm nghiệp cũng được thu gom và bán t p trung, sậ ố ợ lư ng l n v i giá thành rất rẻớ ớ (thư ng ≤ ờ

700 VNĐ/kg) so vớ ềi ti m năng sử ụ d ng c a nó ủ

G ỗ phế liệu có thể được phân chia thành 3 dạng nhỏ để thu gom:

- Sản phẩm gỗ thừa sau khi khai thác, chế biến:

Trong năm 2015, 8,6 triệ ấu t n g khai thác đượỗ c ch bi n (0,7 t n/m3) Hầu ế ế ấ

hết gỗ phế liệu đư c bỏ ại trong rừng do vận chuyểợ l n khó khăn và nhu c u th p ầ ấNgoài ra trong trong các xưởng mộc cũng th i ra m t lư ng r t l n chất thải gỗ ả ộ ợ ấ ớ

rắn và mùn cưa Ư c tính lượớ ng g thành khí chỉỗ 20%, m i năm s lưỗ ố ợng g phế ỗthải t khai thác và chừ ế bi n ế ở nước ta đạt 34,4 tri u tệ ấn Hiện nay nước ta m i ớ

s dử ụng khoảng 20% lượng gỗ phế thải làm chất đ t, nhiên liệu công nghiệp, ốthức ăn gia súc… còn 80% lượng gỗ ph th i còn l i đ ra môi trưế ả ạ ổ ờng Vì v y ậlượng g ph th i chưa đư c s d ng nư c ta mỗỗ ế ả ợ ử ụ ở ớ i năm còn kho ng 27,5 triệu ả

tấn

- Cây trồng phân tán:

Trang 34

Cây trồng phân tán là những loài cây nh không có giá trỏ ị kinh t thư ng b ế ờ ị

b lỏ ại trong rừng với các sản phẩm gỗ thừa sau khi khai thác Ư c tính có hơn ớ

200 triệu cây phân tán mỗi năm ở Việt Nam, tương đương với 100,000 ha r ng ừ

trồng (VNFOREST, 2011) Dự ến năng suất gỗ nhiên li u tki ệ ừ các lo i cây này ạkhá thấp, khoảng 0,4 – 0,5 tấn/ha/năm, do đó, ti m năng gề ỗ nhiên li u tệ ừ loại này đạt kho ng 50.000 t n mỗi năm (FSIV, 2009) [4] ả ấ

Tuỳ theo m c đích s d ng, phế ệu gỗụ ử ụ li đư c phân loạợ i và x lý theo các ửbiện pháp khác nhau Đố ới v i ph liệế u c a các khu s n xu t đ g , có th t hệ ủ ả ấ ồ ỗ ể đặthống các máy băm dăm, tạo đi u ki n thu n l i cho việc vận chuyểề ệ ậ ợ n dăm g ỗ

đến các cơ s ch bi n, theo đó gi m đư c giá thành v n chuyểở ế ế ả ợ ậ n Đ i v i ph ố ớ ếliệu gỗ trong rừng, có thể ử ụ s d ng các máy băm dăm lưu động, t o ra mạ ạng lưới thu gom dăm gỗ, ph c v công nghi p ch biếụ ụ ệ ế n ván dăm và ván sợi Theo thống

kê trên, hàng năm lượng g ph liỗ ế ệu chưa được s d ng kho ng tử ụ ả ầm hơn 27,5 triệu tấn Ngoài ra nư c ta hiện nay hoạt động trồng, chăm sóc và thu hoạch rừng ớhàng năm có nhiều thuận lợi Một số chính sách phát triển lâm nghiệp được ban hành

kịp th i đã khuyến khích người dân và các chủ dựờ án m rộở ng đ u tư sản xuất Diện ầtích rừng trồng s n xuả ất năm 2012 ước tính đạt 3,2 triệu ha Trong đó, r ng trồng đã ừkhép tán khoảng 1,8 triệu ha, khai thác luôn phiên Ước tính sản lượng gỗ rừng trồng thu hoạch trong một năm khoảng 20 – 25 tấn/ha/năm, đo đó, tiềm năng gỗ nhiên liệu

từ rừng trồng hàng năm nư c ta lên trên 40 tri u tở ớ ệ ấn Hiện nay mỗi năm nước ta

sản xu t khoảng 6 – 8 triệu tấn dăm gỗ phục vụấ nhu c u xuất khẩu Vậầ y ư c tính ớhàng năm còn có hơn 32 triệu tấn nhiên li u gệ ỗ từ rừng trồng chưa được s dụng ửhiệu quả, cộng với khoảng hơn 27,5 triệu t n gấ ỗ phế thải như thống kê trên cho thấy tiềm năng nguồn nhiên liệu gỗ phục vụ cho s n xu t than cả ấ ủi ở nước ta là rất lớn, đủ cung ứng cho sản xu t quy mô lấ ớn, ổn định trong thời gian dài Tổng k t sơ bộ các ếnguồn gỗ phế thải, khai thác ở Việt Nam được trình bày trong b ng 1.9 ả

Trang 35

Bảng 1.8 Thông kê các nguồn gỗ phế thải, khai thác ở Việt Nam [4]

Nguồn gỗ phế thải Số lượng

Sản phẩm thừa sau khai thác, chế biến 27,5 triệu tấn

T bừ ảng 1.8 nhận thấy v i tr lư ng ph th i và khai thác t tr ng r ng ớ ữ ợ ế ả ừ ồ ừhàng năm gần 60 triệu tấn đây là nguồn nguyên li u cệ ực lớn, có thể ả s n xuất ra hơn 12 triệu tấn than củi cốc Đây là ngu n năng lư ng r t lớn, quy đ i theo đơn ồ ợ ấ ổgiá hi n tệ ại lên tới trên 7 tỷ USD

Nhu cầu v s n ph m than ngày càng tăng mạnh trên thịề ả ẩ trư ng trong ờnước và th giới Than ho t tính, than ế ạ nhiệt phân là loại sản phẩm có giá trị kinh

t ế cao, ngu n nguyên liồ ệu luôn s n có tẵ ừ ph liệế u gỗ, từ một kh i gố ỗ ph liệu ếnếu tạo ra đư c than có chấợ t lư ng cao, thì giá trịợ kinh t thu đư c cao hơn r t ế ợ ấnhiều so với sản phẩm đượ ạc t o ra t m t kh i gỗừ ộ ố tròn Vì v y, trong tương lai ậgần than hoạt tính, than nhiệt phân (t g ừ ỗ phế ệ li u, tận dụng) sẽ là m t loại sản ộphẩm thu hút sự đầu tư c a các doanh nghiệp biết nắm bắt nhu cầu thị trường ủ

1.4 Mục đích và nội dung nghiên c u ứ

Mụ c đích nghiên c u: ứ

Tính toán, thi t kế ế và ch tế ạo mô hình th c nghiự ệm nhi t phân than c i gệ ủ ỗ; Nghiên cứu, đánh giá bằng thức nghiệm ảnh hư ng ủa một số ếu tố đến ở c ychất lư ng than củi trong quá trợ ình nhiệt phân than củ ỗ i g

Nội dung nghiên cứu:

Các nội dung nghiên cứu chính trong luận văn này là:

- Nghiên c u tứ ổng quan v công nghề ệ nhiệt phân than củi;

- Tính toán, thi t kế ế mô hình thực nghiệm lò nhiệt phân than c i; ủ

- Ch t o ế ạ mô hình nghiên cứu thực nghiệm nhi t phân than cệ ủi;

- Vận hành thử nghi m và đánh giá ệ ảnh hư ng ủ các yếu tố đếở c a n ch t ấlượng s n phẩm nhi t phân than cả ệ ủi

Trang 36

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Công nghệ nhi t phân than c i gỗ trên thế ớ ệ ủ gi i và Việt Nam

Hiện nay trên thế ớ gi i có rất nhi u nhiề ều công nghệ nhiệt phân để ả s n xuất than Các thiết bị nhiệt phân sinh kh i có thố ể đư c phân lo i dợ ạ ựa trên phương thức lưu chuyển của sinh kh i trong thi t bố ế ị ho c phương thức tiếặ p xúc với nguồn nhiệt của sinh khối

• Theo kiểu chuyển đ ng: ộ

Kiểu A: Sinh kh i không chuyố ển đ ng trong suốt quá trình nhiệt phân Các ộthiết bị nhiệt phân thuộc loại này được v n hành theo mẻ ậ

Kiểu B: Sinh khối lưu chuyển (rơi tự do) trong quá trình nhi t phân Đi n ệ ểhình là các buồng đ ng nhiệt phân ứ

Kiểu C: Chuyển đ ng c a sinh kh i là do tác d ng c a ngo i l c, gồm có ộ ủ ố ụ ủ ạ ựthiết bị nhiệt phân kiểu quay, kiểu trục vít

Kiểu D: Chuyển đ ng c a sinh khộ ủ ối đư c khở ạợ i t o và đ m bảo do có dòng ảkhí được c p từấ thi t b nhi t phân Buồế ị ệ ng nhi t phân loại này điển hình có lớp ệsôi, lớp sôi tu n hoàn…ầ

• Theo kiểu ti p xúc với nguồế n nhi t ệ

Kiểu trực ti p: Sinh khế ối được tiếp xúc trực tiếp v i nguớ ồn nhiệt Ví dụ như trong lò cốc làm việc theo mẻ dùng xe gòng chứa nguyên liệu

Kiểu gián tiếp: Sinh khối gián ti p ti p xúc v i ngu n nhiế ế ớ ồ ệt Ví d như ụtrong lò kim loại

Thiết bị kiểu A thư ng đườ ợc sử ụ d ng ở các nư c đang phát tri n đ sớ ể ể ản xuất than củi Nhiệ ầt c n thi t cho quá trình các bon hóa sinh khế ối đư c đ m b o ợ ả ả

do đốt một ph n sinh khối ngay trong thiết bị nhiệt phân Thiết bị ểầ ki u B, C và D thư ng đườ ợc s d ng trong đi u kiện gia nhiệt nhanh ởử ụ ề nhi t đ cao S n phẩm ệ ộ ảthu được ch y u là ở ạủ ế tr ng thái khí (khí nhi t phân) và tr ng thái lệ ạ ỏng (hắc ín, dầu nhiệt phân) Các thiết b nhi t phân thư ng đượị ệ ờ c g i bằng các tên gọọ i đ c ặthù: lò nung – được dùng đ ch các thi t bịể ỉ ế nhiệt phân s n xuả ất than củi, buồng chưng cất – là thiết bị có kh năng thu h i các sản phẩm phụ ủả ồ c a quá trình nhiệt phân (khí nhiệt phân, nhiên li u lệ ỏng)

Trang 37

Nhìn chung than c i, khí nhi t phân, nhiên li u lủ ệ ệ ỏng đ u có thể ử ụề s d ng làm năng lượng rấ ốt t t Đây chính là ngu n năng lưồ ợng tái tạo, sạch cần được đầu tư phát triển và sử ụ d ng nhiều hơn nữa

Dưới đây là các phương pháp nhiệt phân phổ biến được sử ụ d ng trên thế giới và Việt Nam

2.1.1 Phương pháp hầm lò sản xuất than

Theo [5], hầm lò là phương pháp thô sơ trong sản xu t nhiệt phân sinh ấkhối Sử ụ d ng hố đấ t tự nhiên đư c đào sâu và cho nhiên liợ ệu gỗ ủ, c i vào sau đó

đốt nhiên li u đệ ể ả s n xuất than Ưu điểm của phương pháp này là giá thành rẻ,

có thể ả s n xuất đư c ởợ m i nơi Tuọ y nhiên nó cho sản lư ng thấp, chấợ t lư ng ợkhông đồng đ u, th i gian ủ lâu (có thề ờ ể ấ ế m t đ n 3 tháng), lãng phí tài nguyên, nếu gặp mưa hoặc th i tiếờ t không thu n lợi thì sản phẩậ m thu đư c có chấợ t lư ng ợrất kém và có thể không s d ng đư c Thông thường, ử ụ ợ các ầm than có kích hthước nh v i các hỏ ớ ộ ả s n xuất nhỏ ẻ l , phục vụ nhu c u trong đ a phương Tuy ầ ịnhiên, ở mộ ốt s nơi như Ghana, h m than cũng đưầ ợc s n xu t tập trung vớ ốả ấ i s

lượng l n, sớ ản lượng cao nh t là 6.000 tấn/1 năm Ởấ đây các h m đư c đào v i ầ ợ ớthể tích khoảng 26 – 30 m3, thông thư ng quá trình đờ ốt cháy diễn ra trong khoảng 20 – 30 ngày, sau đó nhiên liệu đư c làm mát t nhiên kho ng 40 ngày ợ ự ảtrước khi đư c b c d ra kh i h m và đưa đi tiêu thụ Hình 2.1 mô tợ ố ỡ ỏ ầ ả ầ h m lò sản xuất than

Hình 2.1 Hầm than ở Ghana

Trang 38

2.1.2 Phương pháp làm than trong gò đất

Theo [5], sản xu t than bấ ằng gò đất là một phương pháp được s d ng t ử ụ ừ

rất lâu đ i Thay vì đào hờ ố, h m đ cho c i, g ầ ể ủ ỗ vào thì ngư i ta thườ ờng xếp nhiên liệu trên mặ ất đ t, sau đó s dùng đ t đ p l i t o thành gò Tương t như ẽ ấ ắ ạ ạ ựphương pháp h m,lò than tuy nhiên ưu điầ ểm so với phương pháp trên là kh ảnăng thoát nướ ốc t t hơn, s n lưả ợng s n xu t lớả ấ n hơn Gò để ả s n xu t than có thể ấ

t ừ 30 m3 - 100 m3, với bán kính tương ứng kho ng tả ừ 3 - 5 m Sau khi s p xắ ếp củi gỗ, rơm rạ, lá cây, các chất dễ cháy…xen kẽ nhau thì gò đư c bao phủ ởợ b i một lớp đ t sét dày kho ng 20 cm, xung quanh có các ng thoát khói Mấ ả ố ột chu

kì sản xuất than bằng gỗ thường từ 30 - 40 ngày, nhiệt độ cao nh t có thể đạấ t được trong quá trình khoảng 550oC - 700oC Sản xuất than bằng gò đ t thư ng ấ ờđược áp d ng Senagal, Thụụ ở y Điển… trước đây

bảo sự lưu thông khí tốt tại thời đi m cháy và có thể ịể b t kín trong th i gian làm ờmát Lò gạch đư c thiết kợ ế và đưa vào s dử ụng từ ấ r t lâu, đi n hình như lò c a ể ủArgentina,Brazil, lò Schwartz của Châu Âu, lò Missouri của Mỹ… Các lò này

có khả năng s d ng lâu dài và cho năng su t cũng như ch t lư ng than tốt Các ử ụ ấ ấ ợ

lò ở Argentina, Brazil thư ng đườ ợc xây d ng b ng đ t sét, gạch nung, vữa ự ằ ấbùn… Còn các lò ở Châu Âu thường đư c cải tiến, làm b ng bê tông c t thép rợ ằ ố ất chắc chắn

- Lò gạch Argentina: thường được xây dựng theo hình bán cầu có đư ng ờkính kho ng 5 ả - 7 m, với 2 cánh cửa ra vào đ i diện, có các lỗ thông gió được bố ốtrí xung quanh lò Củi nhiên liệu đ u vào thưầ ờng có chi u dài tề ừ 1m 1,3m, - đường kính t i thi u 5cm Chu trìố ể nh s n xuả ất than bằng lò Argentina thường từ 2

- 3 tuần, phụ thuộc vào thời tiế ịt đ a phương Thường các lò đư c b trí t p trung ợ ố ậthành khu sản xuấ ểt đ tiện trong việc tập k t nhiên liế ệu cũng như sản phẩm đ ể

Trang 39

phân phối tiêu thụ Lo i lò này thư ng cho năng su t tạ ờ ấ ừ 9 - 10 tấn than cho một

m ẻ Hình 2.2 mô tả lò g ch sản xuấạ t than

Hình 2.2 Lò gạch sản xuất than của Argentina

- Lò nung than tổ ong Brazil: ở Brazil các lò nung ho t đ ng r ng rãi và tập ạ ộ ộtrung, đặc bi t là Bang Minas Gerais Than đưệ ở ợc s n xuất ở ả đây thường ph c ụ

v ụ cho ngành sắt thép Các lò ở Brazil cũng được xây dựng bằng gạch, cao từ 2,5m - 3,5 m, đường kính khoảng 5 m Thường lò đư c bốợ trí 6 c a ra vào, 18 ửống thông gió, thể tích danh nghĩa đ sể ản xu t khoấ ảng 48 m3 Lò có ưu điểm là chi phí xây dựng thấp, vận hành đơn gi n, cho năng suấả t cao Tu i thọ ủổ c a lò khoảng 6 năm, dể ả b o dưỡng, s a ch a Th i gian ho t đ ng c a lò ng n, ử ữ ờ ạ ộ ủ ắkhoảng 9 ngày cho một m than Lò Brazil thư ng có thẻẻ ờ làm mát b ng cách ằphun nước đ giảể m th i gian sờ ản xuất Hình 2.3 mô t lò nung than Brazilả

Hình 2.3 Lò than Brazil

- Lò Missouri: Đây là loại lò c i tiả ến so v i lò cớ ủa Brazil, Argentina thích nghi với khí hậu kh c nghiệắ t vào mùa đông, thích h p cho cơ gi i hóa Lò đư c ợ ớ ợxây dựng bằng bê tông, cốt thép chắc chắn nên có chi phí xây dựng cao Có đường ra vào cho các máy kéo, xe tải nhỏ Lò thư ng có kích thướ ớờ c l n, g p 3,4 ấlần so v i 2 loớ ại lò trên Thường có hình chữ nhật với chiều rộng kho ng 9m, dài ả11m, cao 2,5m Cửa lò được thiế ết k bằng thép dày 10cm có khả năng đóng kín hoàn

Trang 40

toàn để ngăn chặn không khí trong quá trình đốt than Lò nung thường được trang bị

8 ống khói thoát khí, mỗi ống cáo kho ng 4,5m Chu kì cả ủa lò khoảng 25 30 ngày - tùy thuộc vào tốc độ làm mát Nó không phù h p vợ ới các vùng có khí hậu nóng ẩm

vì thời gian làm mát sẽ rất lâu Lò có tu i thổ ọ sử dụng cao, ít phải bảo trì, bảo dưỡng

Vị trí đặt lò Missouri cần có khả năng cung cấp nguồn nhiên liệu dồi dào và lâu dài, yêu cầu giao thông thuận tiện cho việc lưu thông lư ng sản phẩm lớn Hình 2.4 mô ợ

tả lò Missouri sản xu t than.ấ

Hình 2.4 H ệ thống các lò Missouri

2.1.4 Lò kim loại sản xu t than ấ

Theo [ ], lò kim5 loại là lò đư c sử ụng rộng rãi khắp châu Âu từ năm ợ d

1930 Đ c điặ ểm c a lò là ch tủ ế ạo đơn giản, hoàn toàn b ng kim loằ ại Thư ng lò ờdùng tấm kim loại dày khoảng 3mm cho ph n thân, 2mm cho ph n nầ ầ ắp lò, phía dưới có bố trí các chân lò, ng khói đư c lắố ợ p đ t ặ trên nắp lò Đây là lo i lò cho ạnăng suất tốt, ít tốn lao động và thời gian s n xu t than rả ấ ất nhanh Trung bình lò

mất 3 giờ để đốt cháy và 3 giờ để làm mát thì cho ra sản phẩm Hình 2.5 mô tả

lò kim lo i sạ ản xuất than

Hình 2.5 Lò nung than bằng kim loại

Tiêu đề	Nghiên Cứu Chế Tạo Và Vận Hành Mô Hình Thực Nghiệm Nhiệt Phân Than Củi Gỗ
Tác giả	Đặng Trần Đông
Người hướng dẫn	PGS.TS. Phạm Hoàng Lương
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Nhiệt
Thể loại	luận văn thạc sỹ
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	12,39 MB