Trang 9 2 CHƯƠNG II: CÁC CƠNG NGHỆ KHÍ HĨA THAN Có khoảng năm phân loại chính của hệ thống khí hóa: nâng cấp theo tầng cố định, hạ tầng cố định, ghép chéo tầng cố định, tầng sôi sủi bọt
GIỚI THIỆU CHUNG
Nguồn gốc - lịch sử ra đời
Năm 1972, cuộc "khủng hoảng năng lượng thế giới bùng nổ", giá dầu mỏ đột nhiên tăng vọt từ 5-7 USD/thùng lên 24USD/ thùng Cuộc khủng hoảng lần này đã mang đến cho thế giới một bài học hết sức quan trọng về tài nguyên năng lượng, đó là sự hạn chế về trữ lượng và sự phân bố không đồng đều của nguyên liệu cacbua hydro và khả năng cạn kiệt của chúng
Trong thời kỳ 1970-1980, các nhà khoa học đã dự đoán là than sẽ trở lại thời kỳ thứ hai của "thế kỷ vàng" và khả năng cạn kiệt của dầu mỏ không còn xa nữa Chính những dự đoán đó đã dấy lên những công trình nghiên cứu quá trình công nghệ mới về chế biên than Những công trình nghiên cứu đầu tiên đã thu được sản phẩm nhiên liệu lỏng từ than bằng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp ở các nước Mỹ, Đức, Anh, Nhật Bản, Liên Xô cũ v.v…
Công nghệ hoá khí than của thế giới đã phát triển một cách nhanh chóng, trong đó xu hướng chung là đi theo phương pháp hoá khí than chu kỳ trong là phương pháp đảm bảo tính an toàn cho sinh thái, do khí than đã được làm sạch sơ bộ, lượng các chất khí có hại như SO 2 , NO và các hạt bụi rắn đã giảm bớt
Từ năm 1970 đến nay, các nước trên thế giới đã sản xuất được 3 loại lò sinh khí để hoá khí than có công suất tính theo than là 100 tấn/giờ ở qui mô công nghiệp, đó là:
Lò sinh khí hoá khí than theo lớp Tổng số lò sản xuất được cho đến nay là 930 lò, trong đó có hơn 160 lò sinh khí kiểu "Lurgi" Lò sinh khí tầng sôi kiểu Vinklera Tổng số lò đã được sản xuất là 40 lò Lò sinh khí than cám kiểu Kopperxa-Totxeka Tổng số lò đã được đưa vào sử dụng là 50 lò.
Cơ sở lý thuyết
Lò sinh khí than là thiết bị sử dụng than, không khí và hơi nước nóng để chuyển hóa thành khí than bằng các phản ứng cưỡng bức, ém khí Ưu điểm của việc sử dụng khí than để cung cấp nhiệt cho sản xuất rẻ vì không phải đầu tư lớn, điều khiển tiện lợi, tính tự động hóa cao, nguồn than sẵn có trong nước, thực tế đã chứng minh chi phí nhiên liệu rẻ hơn 20-50% so với dùng dầu FO, 30-50% so với dùng dầu DO, 40-65% vi so với dùng Gas Khí than được dùng vào rất nhiều lĩnh vực công nghiệp mà hiệu suất nhiệt cao, gia nhiệt đều, giảm ô nhiễm môi trường
Khí hóa than là quá trình biến đổi nhiên liệu rắn ở nhiệt độ cao thành nhiên liệu khí bằng cách cung cấp một lượng hạn chế ôxy nguyên chất hoặc ôxy trong không khí và thường kết hợp với hơi nước Sản phẩm của quá trình khí hóa bao gồm các chất khí
CO, CO 2 , CH 4 , H 2 và một số các chất khí không ngưng khác
Các phản ứng cơ bản cần được thực hiện trong quá trình khí hóa bao gồm: Phản ứng hoá học dị thể xảy ra trong vùng cháy:
C + O 2 = CO 2 + 393,80 MJ/Kmol (25oC, 1at)
Không khí đưa vào có chứa hơi nước phản ứng với cácbon ở nhiệt độ cao:
C + H 2 O = H 2 + CO - 118,50 MJ/kmol (25oC, 1at)
Trong vùng suy giảm, CO2 tạo ra trong vùng cháy bị khử bởi khí CO theo phản ứng Boudouard:
CO 2 + C = 2CO - 159,90 MJ/Kmol (25oC, 1at)
Trong vùng suy giảm còn xảy ra một phản ứng tạo H2 như sau:
Khí metan cũng được tạo ra trong quá trình khí hóa:
C + 2H 2 = CH 4 + 87,50 MJ/Kmol (25oC, 1at)
1.2 Nguyên lý hoạt động của lò khí hóa than
Quá trình khí hóa được tiến hành trong thiết bị đặc biệt được gọi là lò sinh khí Đó là một lò đứng, phía trên có bộ phận nạp than vào lò, phía dưới có loại tro, xỉ Tác nhân khí hóa là không khí và hơi nước vào qua mũ gió ở phía dưới, nhiên liệu khí tạo thành sẽ theo đường ống phía trên để ra ngoài Cụ thể, chất khí hóa (hơi nước và không khí) sẽ tiếp xúc và phản ứng với than sau đó chuyển nhiên liệu từ dạng rắn (than) sang dạng khí Sản phẩm thu được gọi là khí than trong lò, than được đưa từ
1 trên xuống dưới, tác nhân khí hóa là hơi nước và không khí được đưa vào tủy theo loại lò Giữa chúng sinh ra các phản ứng hóa học và quá trình trao đổi nhiệt lượng Theo chiều chuyển động của tác nhân khí hóa, trong lò hình thành 6 tầng sinh khí: tầng tro xỉ, tầng oxy hóa (tầng lửa), tầng hoàn nguyên chính và phụ, tầng chưng cất khô, tầng không (tầng trống rỗng)
Khí than thu được sau các tầng sinh khí theo đường ống đưa đến các mỏ đốt để đốt cấp nhiệt cho lò nung Ta có thể điều chỉnh hiệu suất cháy và lượng nhiệt dễ dàng với dung sai đạt không quá ±5,0 0 C Khi cháy tỏa nhiệt sạch nên khí than trở thành một loại nhiên liệu quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện nay
CÁC CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN
Khí hóa than tầng cố định
Hình 2 2 Cấu tạo lò khí hóa than tầng cố định
1: Phểu khóa than, 2: Máng than; 3: Vỏ nước ; 4: Tách khí lỏng; 5: Làm mát; 6:
Bao hơi; 7: Giường khí hóa; 8: Ghi lò; 9: Phểu khóa tro
Lò sinh khí bao gồm một số bộ phận chính được trình bày cụ thể dưới đây:
Hệ thống có cấu tạo gồm một van nạp đôi, hoạt động hai chiều, có một thùng nâng ở 2 van nạp Việc nạp liệu được điều khiển bằng PLC trong tủ điều kiển Van nạp được dẫn động bằng hệ thống thủy lực
Thiết bị nạp than vào lò sinh khí thường đặt trên đỉnh lò Có hai loại thiết bị nạp than: cơ khí và thủ công Yêu cầu cơ bản của thiết bị nạp than là phải nạp liên tục, phân bố than trên bề mặt đồng đều và đảm bảo kín để khí trong lò không bay ra, không khí không lọt từ ngoài vào qua máy nạp than đó
Vỏ lò hay thân lò
Vỏ lò hay than lò là phần chính của lò khí hóa, đó là nơi thực hiện quá trình khí hóa nhiên liệu rắn Tiến diện ngang của lò hiện đại hình tròn
Thân lò sinh khí là một vỏ thép tròn dày 10-15mm bên trong lót gạch chụi lửa Chiều dày lớp gạch này khoảng 200-300mm Ở khu vực nhiệt độ cao, người ta không lót gạch để tránh sự ăn mòn và dính kết gạch với xỉ mà dùng bao nước Bao nước có nhiệm vụ làm nguội vỏ lò, đồng thời đống vai trò như một nồi hơi cỡ nhỏ để cung cấp nước cho quá trình khí hóa Chiều cao của bao nước khoảng 1.2-1.4m, chiều rộng 450-500mm, áp suất hơi có thể đạt 1.5-5 at (hình 2) Hơi nước sẽ theo ống dẫn đến thùng tụ hơi, tại đây nước sẽ tách ra khổi nhũ, nước sẽ ngưng tụ và trở lại bao nước Nhũ này chính là hơi nước và nước tạo thành khi nước trong bao sôi lên
Hình 2 3 Lò khí than có bởi cởi than Để khí hóa các loại nhiên liệu có độ ẩm và chất bốc cao, trên thân lò có tháp cao để quá trình sấy hay quá trình chuẩn bị nhiên liệu được hoàn hảo hơn.( hình 3)
Hình 2 4 Lò khí hóa tháp cao
Phía trên nóc thân lò đều có những vị trí để đặt những thiết bị nạp than, khuấy đảo và ống dẫn khí ra Ở phía dưới thân lò được nhúng ngập trong mâm nước để tạo
7 nên một van thủy lực đảm bảo kín lò Toàn thân lò được kê và gắn chặt với 3-4 bệ đỡ bằng thép hoặc gang
Hình 2 5 Ghi lò Đối với lò sinh khí có hai loại ghi: Ghi quay và ghi cố định Ghi cố định bao gồm ghi ngang, ghi nghiêng, ghi bậc, ghi mái nhà
Ghi ngang dùng để khí hóa nhiên liệu khích thước lớn như củi, gỗ, ghi nghiêng, ghi bậc, ghi mái nhà để khí hóa than bùn, than nâu có kích thước nhỏ Ghi kiểu mái nhà đảm bảo phân bố đồng đều hơn so với ghi nghiêng
Nhìn chung các loại ghi này có nhược điểm lớn là khi loại tro xỉ bằng tay lại phải ngừng gió vào lò Như vậy chế độ làm việc của lò sẽ không đồng đều Vì thế các kiểu này chỉ dùngcho những lò sinh khí xây bằng gạch, làm việc thủ công, năng suất nhỏ, tiêu tốn công sức nhiều
Sử dụng ghi quay cho phép ta cơ khí hóa hoàn toàn việc loại xỉ ra ngoài Vì vậy, ở những lò sinh khí có công suất lớn đều sử dụng ghi quay để thải xỉ, đồng thời phân bố gió đồng đều , có khả năng đập nhỏ xỉ kết khối
Ghi quay thường gồm có mũ gió, mũ gió này gắn liền với mâm quay chứa nước
Mũ gió có thể nằm chính tâm lò hoặc lệch một ít Mũ gió lệch tâm sẽ tăng khả năng đập nát xỉ khi quay Dưới mũ gió có hộp gió để đưa gió (tác nhân khí hóa) vào lò Toàn bộ mâm lò tạo với mâm lò thành một van thủy lực nhằm cho không khí không thoát ra khỏi lò qua chổ tháo xỉ
Ghi quay với tốc độ 1- 4 vòng/phút nhờ bộ phận cơ khí truyền qua trục vít Trong mâm luôn luôn có đầy tro xỉ và hơi nước Khi lấy xỉ chỉ cần hạ dao gạt xỉ đặt ở cạnh mâm, xỉ sẽ hướng theo dao đi ra khỏi mâm
Vật liệu xây lò Đối với lò sinh khí có tiết diện ngang của lò là hình chữ nhật thì thân lò được xây bằng gạch, bên trong là gạch chụi lửa samôt Toàn thân lò dựa trên nền bêtông cốt sắt Bên ngoài, tường lò được gắn chặt với khung thép để giữ cho lò khỏi bị vỡ do giãn nỡ nhiệt, Người ta thường xây vài lò thành một khối, ghi lò cho loại này thường là ghi cố định kiểu phẳng ngang hay ghi bậc nằm dưới lò
Còn lò hiện đại có tiết diện ngang của thân lò là hình tròn Võ lò làm bằng thép dày 10-15mm Bên trong lót gạch chụi lửa samôt Chiều dày lớp gạch này khoảng 200-300mm.
Phân loại
Người ta phân biệt lò khí hóa theo khí than, phương pháp đưa tác nhân khí hóa vào lò, chiều hướng chuyển động của khí, phương pháp tháo xỉ, đảo trộn nhiên liệu cấu trúc của lò
Tùy theo tác nhân khí hóa ta có lò khí than khô, khí than ướt, lò khí than hỗn hợp Căn cứ theo phương pháp đưa tác nhân khí hóa ta có lò khí hóa hút tự nhiên hay cưỡng bức Chúng ta cũng có lò mà khí và nhiên liệu chuyển động cùng chiều hay ngược chiều và vuông góc Theo phương pháp tháo xỉ ta có lò sinh khí xỉ rắn hay lỏng, tuy nhiên loại lò sinh khí lỏng khá hiếm khi dùng Theo cấu trúc của lò có lò sinh khí và tháp đứng cao
Người ta cũng phân biệt lò sinh khí cơ khí và bán cơ khí Sự phân biệt này dựa trên cơ sở nguyên tắc vận hành các thiết bị thải xỉ, nạp than, khuấy đảo nhiên liệu Phân loại theo thời kì:
Lò sinh khí kiểu mới
Lò sinh khí kiểu cũ
Hình 2 6 Lò khí hóa tầng sôi kiểu mới và kiểu cũ
So sánh hai kiểu lò
Thân lò của sinh khí kiểu củ thấp, để thuận lợi cho việc chọc chòog ( xử lí xỉ kết dính trong lò ), nhưng lại giảm nhiệt trị khí than và sản lượng Đồng thời than trong thân lò thời gian ngắn, đốt không đầy đủ, làm cho xỉ có hàm lượng cacbon cao
Thân lò sinh khí kiểu mới cao hơn lò kiểu củ 1m trở lên
Lò khí hóa than kiểu cũ là sản xuất mấy năm trước đây của TQ, loại lò này thiết kế thích ứng với than cục chất lượng tốt, tức hàm lượng than từ 72% trở lên, tính ổn định nhiệt từ 65% trở lên, cường độ cơ khí cao hơn 70%, Nhiệt độ chảy cao hơn 1350℃, đồng thời kích cỡ phải đạt 25－38mm Khi chất lượng than không đạt được yêu cẩu như trên, đặc biết là Nhiệt độ chảy thấp, lò sẽ dễ bị kẹt Lúc đó sẽ chọc choòng để giảm xỉ than trong lò Nên lò cũ đều thiết kế có lỗ chọc choòng, nhưng cũng là chỗ bị rò khí, sau một thời gian sử dụng dài, tính bịt kín giảm xuống, dễ dò khí than, vừa lãng phí, lại làm hàm lượng CO trong không khí tăng lên, công nhân ở lâu sẽ có nguy hiểm bị ngộ độc Lò sinh khí kiểu do khôg cần chọc chòong mà thiết kế nắp kín đã giải quyết vất đề dò rỉ khí than
Máy nạp than cũ là kết cấu như nắp chuông, sau một thời gian sử dụng dài, hiệu qủa bịt kín không tốt, dẫn đến khí than đến phễu than, lãng phí khí than Máy nạp than đã thay đổi kết cấu để giải quyết vấn đề trên
- Qúa trình khí hóa thuận
Theo phương pháp này thì than được nạp vào từ trên đỉnh lò xuống phía dưới, gió (không khí, hơi nước ) đi vào lò từ đáy lò còn sản phẩm khí đi ra ở cửa lò phía trên Như vậy gió và than đi ngược chiều nhau Quá trình có một số đặc điểm sau (hình
Hình 2 7 Nguyên lý làm việc của lò khí hóa tầng cố định (thuận) a) Phân chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng nọ kế tiếp vùng kia Dưới cùng là vùng xỉ (VI), tiếp đó là vùng cháy (V), vùng khử (vùng tạo ra sản phẩm khí hóa) (IV), vùng bán cốc (III), vùng sấy than (II) và trên đó là tầng không đỉnh lò b) Do có sự phân bố các vùng phản ứng như vậy nên nếu đi từ dưới lên thì vùng cháy có nhiệt độ cao nhất, tiếp đó là vùng khử có nhiệt độ thấp hơn do có các phản ứng thu nhiệt, vùng bán cốc có nhiệt độ thấp hơn nữa và tiếp đó là vùng sấy có nhiệt độ càng thấp hơn nữa do phải tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi nước
Có thể tóm tắt nhiệt độ các vùng như sau: t o vùng cháy > t o vùng khử > t o vùng bán cốc > t o vùng sấy
Như vậy nhiệt lượng vùng cháy đã phân phối cho các vùng khác để thực hiện quá trình khí hóa
Sự truyền nhiệt từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp chủ yếu bằng con đường đối lưu, còn bằng các con đường khác (như bức xạ và dẫn nhiệt) thì ít quan trọng hơn c) Khi đi từ trên xuống dưới, trọng lượng và kích thước hạt than giảm dần vì than đã tham gia vào các phản ứng phân huỷ nhiệt (bán cốc), phản ứng khử, phản ứng cháy Hàm lượng cacbon còn lại trong xỉ còn lại tương đối ít Tại vùng xỉ, hàm lượng tác nhân O 2 và H 2 O lại cao do gió vào từ đáy lò và chuyển động ngược chiều với than Khi xem xét quá trình khí hóa theo chiều cao lò, ta thấy:
Bắt đầu gió đi từ ghi lò (đáy lò đồng thời là vùng xỉ lò), tiếp theo vùng cháy, vùng khử và cuối cùng là đến tầng không đỉnh lò
+ Vùng xỉ: Vùng này chủ yếu là chứa xỉ để chuẩn bị đưa ra khỏi lò, nhiệt độ ở đây tương đối thấp, tuy nhiên oxy cũng có phản ứng với phần than còn lại trong xỉ còn nóng nên hàm lượng oxy giảm đi chút ít Ở vùng này chủ yếu không khí được gia nhiệt để đi tiếp vào vùng cháy
+ Vùng cháy: Trong vùng cháy xảy ra phản ứng C + O 2 → CO + CO 2 ; CO vừa tạo ra lại phản ứng tiếp với oxy tự do của gió để tạo ra CO 2 (2CO + O 2 2CO 2 ) Trong vùng này nhiệt toả ra mạnh, lượng nhiệt này dùng để cung cấp cho các phản ứng trong vùng khử và các vùng khác
+ Vùng khử: Trong vùng này CO 2 và hơi nước đi từ vùng cháy vào có thể gây ra các phản ứng sau:
C + 2H 2 O = CO 2 + 2H 2 - Q 3 Đây là 3 phản ứng quan trọng nhất ở vùng khử vì chính 3 phản ứng này tạo ra các khí có thể hoặc dùng làm khí đốt hoặc dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hóa học (CO và H 2 ) trong sản xuất phân đạm và các hoóa chất khác
+ Vùng bán cốc (nhiệt phân): Khí ra khỏi vùng khử có nhiệt độ thấp hơn vùng khử do nhiệt phải cấp cho các phản ứng khử Nhiệt của khí (nhiệt độ khoảng 500 -
700 o C) được cung cấp cho than ở vùng bán cốc Nếu than dùng cho khí hóa là than biến tính thấp (như than nâu, than bùn ) thì khi bị bán cốc hóa, các sản phẩm phân huỷ của than chứa nhiều hydrocacbon và khí CO 2 Kết quả là khí sản phẩm không chỉ chứa CO, H 2 , CO 2 mà còn có cả các hợp chất hữu cơ khác và sản phẩm khí này chỉ thuận lợi khi dùng làm nhiên liệu chứ không thuận lợi cho các quá trình tổng hợp hóa học
Nếu than dùng cho quá trình khí hóa là than antraxit thì sẽ cho sản phẩm khí CO,
H 2 có độ tinh khiết cao, thuận lợi cho quá trình tổng hợp hóa học
- Qúa trình khí hóa nghịch
Hình 2 8 Nguyên Lý làm việc của lò khí hóa tầng cố định
Khí hóa tầng sôi
Trong khai thác than ở các mỏ, khối lượng than cám và than bụi khá nhiều, có thể tới 50% tổng số lượng than khai thác Vì vậy việc áp dụng các công nghệ thích hợp để sử dụng các loại than có kích thước hạt nhỏ là rất cần thiết.
Than cám và than bụi có kích thước hạt khá nhỏ 0 - 10mm và 0 - 2mm, nếu xếp các loại than này vào lò khí hóa thì trở lực của lớp than sẽ khá lớn Vì vậy nếu khí hóa ở dạng chặt tầng cố định thì phải dùng tốc độ gió lớn mới khắc phục được trở lực đó để đảm bảo cho lò có năng suất nhất định Nhưng nếu tăng tốc độ gió sẽ không tránh khỏi có một số hạt than "sôi" lên, một số hạt có kích thước nhỏ hơn lại bay lơ lửng trong khí hoặc bay ra ngoài lò phản ứng Như vậy chế độ khí hóa kiểu tầng cố định không còn giữ nguyên chế độ hoạt động Do vậy đối với các loại than cám, than bụi phải áp dụng phương pháp khí hóa khác, đó là phương pháp khí hóa than theo phương pháp tầng sôi và dạng dòng cuốn.
Khí hóa tầng sôi là gì?
Nồi hơi tầng sôi là dòng lò hơi công nghiệp mà ở đó nhiên liệu được đốt cháy trong một lớp hoặc trong một thể sôi với những hạt rắn nóng không cháy Việc sử dụng lò hơi tầng sôi sẽ giúp tránh được những vấn đề mà loại lò đốt nhiên liệu hóa thạch hay gặp phải Một đặc điểm nữa là lò hơi tầng sôi lại có khả năng đốt được cả những nhiên liệu kém chất lượng, khả năng đốt cháy hoàn toàn cao hơn, hiệu quả kinh tế cao do đó loại lò (nồi) hơi tầng sôi này hiện được rất nhiều doanh nghiệp quan tâm và lắp đặt
Tại sao gọi là ‘tầng sôi’?
Do có khái niệm như vậy bởi quá trình đốt nhiên liệu được trộn lẫn với các rắn không cháy bao gồm: cát, tro, … Chúng sẽ thổi lên ở trạng thái lơ lửng trong buồng đốt nhờ vào áp lực của dòng không khí Ở trạng thái này lớp nhiên liệu trong buồng đốt sẽ ở trạng thái lơ lửng, nhờ vào đó sự tiếp xúc giữa không khí và nhiên liệu cũng được tăng lên rất nhiều Các vật liệu cháy và không cháy được chuyển động tự do và sôi giống như chất lỏng Các hạt rắn ở trạng thái này và được gọi là tầng sôi hay lớp sôi
Xét vận tốc gió trong khí hóa tầng sôi
Xét vận tốc gió trong lò phản ứng: nếu tốc độ gió còn nhỏ thì than vẫn ở dạng lèn chặt, nhưng nếu tăng dần vận tốc lên thì than đang ở trạng thái lèn chặt dần biến thành trạng thái ‘sôi’ (hiện tượng sôi của hạt rắn trong dòng khí)
Tốc độ gió (Wgió) lúc bấy giờ gọi là tốc độ sôi (Wsôi)
Vì vậy khi Wgió = Wsôi thì phương pháp khí hóa gọi là khí hóa tầng sôi
Tiếp tục tăng vận tốc gió tới giới hạn nhất định sẽ đạt được trạng thái cân bằng giữa lực đẩy của gió và trọng lượng của than Tốc độ gió lúc đó được gọi là tốc độ tới hạn, xác định theo công thức:
Trong đó: g T : Trọng lượng riêng của than g khí : Trọng lượng riêng của khí d: Kích thước hạt than
C: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng của hạt than và phụ thuộc vào
Nếu W gió > W tới hạn than sẽ bay ra ngoài lò theo khí Vì vậy Wgió không cho phép vượt quá W tớihạn Như vậy than có kích thước d lớn thì Wtới hạn cũng càng lớn
2.3.1 Đặc điểm và nhược điểm cuả lò khí hóa tầng sôi a Đặc điểm
- Than liên tục chuyển vào lò khí hóa
- Than được đảo trộn trong lớp sôi nên quá trình truyền nhiệt rất cao, điều đó làm cho sự phân bố nhiệt độ đồng đều theo chiều cao lò
- Cấu tạo lò đơn giản, vốn đầu tư thấp
- Có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt mà không cần dùng các thiết bị xử lý đắt tiền
- Nhiên liệu sử dụng đa dạng: than cám, biomss, rác thải nghành giấy…
- Khi thổi gió vào lò, các hạt lớn sẽ tập trung ở đáy lò Các hạt nhỏ ở phía trên và dễ dàng bay ra ngoài theo gió Để làm giảm lượng bụi than bay theo gió ra ngoài người ta đưa than gió bậc 2 ở khoảng giữa để tăng cường quá trình khí hóa Nhưng gió bậc một thổi lên vẫn là chủ yếu
- Khi khí hóa tầng sôi, nhiên liệu và gió đi cùng một hướng từ dưới đáy lò, như vậy than được tiếp xúc ngay với vùng có nhiệt độ cao Quá trình sấy, bán cốc cùng xẩy ra trong vùng này Lượng chất bốc sinh ra gặp O 2 trong gió sẽ cháy thành CO 2 và H 2 O, một phần nhỏ khác bị nhiệt phân Vì vậy khí sản phẩm sinh ra khỏi lò không có sản phẩm lỏng, không có các hạt hydrocacbon nên khí sạch Dùng cho tổng hợp hóa học rất có lợi
- Vì khí hóa tầng sôi nên các hạt than luôn chuyển động và trong lò không có ranh giới rõ rệt giữa các vùng phản ứng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân… trong khí hóa tầng cố định) và nhiệt độ của lò giảm xuống Vì nhiệt độ này nên nhiệt độ của lò trongh phương pháp khí hóa tầng sôi chỉ đạt từ 900 – 1000 ℃ b Nhược điểm
- để nâng cao nhiệt độ lò, có thể dùng thêm oxy và hơi nước vào gió, tuy thế cũng không thể nâng nhiệt độ phản ứng cao quá 1150 ℃ nhiệt độ có thể làm chẩy xỉ
Do nhiệt độ lò không nâng cao được nên các loại than già, han antraxit có tốc độ phản ứng của C với các tác nhân khí không đủ lớn thì không thích hợp cho quá trình khí hóa tầng sôi Phương pháp khí hóa tầng sôi dùng than có độ biến tính thấp như than nâu, than bùn hoặc một vài loại than đá có đặc tính thích hợp
- Đối với lò sôi đốt than đá có tỷ lệ cốc cao, đòi hỏi phải có chùm ống ngâm trong lớp sôi để giữ cho buồng đốt không bị quá nhiệt, tuy nhiên tuổi thọ của chùm ống này thường thấp do phải chịu mài mòn liên tục
- Các loại than biến tính thấp và các loại than có tính chẩy dẻo, khi nâng cao nhiệt độ chúng bị bết lại và tạo thành các cục to nên không thể dùng cho khí hóa tầng sôi
2.3.2 Phân loại khí hóa than tầng sôi
Thông thường người ta có thể phân ra 2 loại lò hơi tầng sôi như: lò hơi tầng sôi tuần hoàn và lò hơi tầng sôi dạng cuốn a Lò hơi tầng sôi dạng tuần hoàn cấu tạo của lò hơi tầng sôi tuần hoàn gồm ba phần là: Buồng đốt, cyclon và phần đuôi của lò
PHẠM VI SỬ DỤNG VÀ ƯU ĐIỂM CỦA LÒ KHÍ HÓA
Phạm vi sử dụng
- Nghàn công nghiệp sản xuất thép
- Ngành công nghiệp sản xuất gốm, sứ, gạch ceramic, gạch chịu lửa…
- Ngành công nghiệp hóa chất: trong các quá trình sấy, nung, thu nhiệt trong các nhà máy sản xuất bột giặt, phân hóa học…
- Ngành công nghiệp luyện kim, cơ khí: cấp nhiệt cho các quá trình thi công nhiệt luyện như nung kim loại, tôi, ram chi tiết máy
- Ngoài ra còn nhiều ngành khác cần năng lượng lớn sử dụng khí than
Ưu điểm của lò
Chủ động nguồn nhiên liệu trong nước
- Tiết kiệm 50-70% so với phương pháp dùng GAS và 40-50% so với dùng dầu
- Đầu tư tiết kiệm so với các phương pháp khác
- Dễ sử dụng, ít bảo dưỡng sửa chữa
- Tiết kiệm, ít gây bụi và ô nhiễm như phương pháp đốt truyền thống
- Hoạt động ổn định, đảm bảo chất lượng sản phẩm
- Dễ dàng điều khiển nhiệt độ theo ý muốn
- Tự động hóa dễ dàng
Các dây chuyền khí hóa than đang sử dụng tại Việt Nam
Ở Việt Nam, hấu hết các lò khí hoá than đều có xuất xứ từ Trung Quốc, một số ít có xuất xứ từ châu Âu Đề nghiên cứu dây chuyền cũng như công nghệ, ở đây ta sẽ xem xét đánh giá các dây chuyền khí hoá than đang được sử dụng tại Việt Nam
Hiện nay, tại Việt Nam, hấu hết các lò khí hoá than đang sử dụng trong các công ty, nhà máy do Trung Quốc sản xuất được nhập khẩu qua các tập đoàn, công ty như Công ty cổ phần Tân Phát, Công ty Minh An Các đơn vị đang sử dụng lò khí hoá than như : nhà máy thép An Khánh, Nhíp (Hà Nội), Việt Đức (Vĩnh Phúc), Xuân
Hưng, Thành Lợi (Đà Nẵng),Trường Thành, Prime, Đồng Tâm (Quảng Nam ) Vì vậy, ta nhận thấy rằng lò khí hoá than hiện nay chủ yếu được sử dụng ở các nhà máy thép, nhà máy gốm, sứ, gạch men… Đối với Việt Nam chúng ta, việc nghiên cứu lò khí hoá than đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu, tuy nhiên đến nay vẫn chưa có một đơn vị nào chế tạo được một hệ thống khí hóa hoàn chỉnh