tìm hiểu lò nhiệt phân than gỗ và phương pháp tính toán lò nhiệt phân than gỗ theo mẻ

Giới thiệu chungLịch sử nhiệt phân than gỗ TCN: Dùng để tạo ra than sinh học Thế chiến thứ 2: Sản xuất nhiên liệu vận chuyển khi không có nhiên liệu hóa thạch 1958: PTN Bell ở Mỹ bắt đầu

TÌM HIỂU LÒ NHIỆT PHÂN THAN GỖ

VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÒ

NHIỆT PHÂN THAN GỖ THEO MẺ

HE4053 – LÒ CÔNG NGHIỆP

NHÓM 4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN

THAN GỖ

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG

CỦA LÒ NHIỆT PHÂN THAN GỖ

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÒ NHIỆT

PHÂN THAN GỖ THEO MẺ

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ

QUÁ TRÌNH NHIỆT

PHÂN THAN GỖ

1.1 Giới thiệu chung

Lịch sử nhiệt phân than gỗ

TCN: Dùng để tạo ra than sinh học

Thế chiến thứ 2: Sản xuất nhiên liệu vận chuyển khi không có nhiên liệu hóa thạch

1958: PTN Bell ở Mỹ bắt đầu các CT R&D

để kiểm tra các hữu ích của nhiệt phân

70-80s: Thay thế bằng hệ thống cấp nhiên liệu liên tục với thiết kế hình nón

1970: Phiên bản thương mại đầu tiên của hệ thống

lò nhiệt phân khí hóa đã được giới thiệu trong lĩnh vực bệnh viện

1980: Chứng kiến sự gia tăng nhận thức về môi trường và công nghệ nung đã được xem xét kỹ lưỡng

6 1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Quá trình nhiệt phân của gỗ được chia làm 4 giai đoạn

1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 1

Ở giai đoạn thứ nhất, nhiệt độ dưới 200

độ C, sản phẩm tạo thành chỉ gồm các khí

không cháy được, chủ yếu bao gồm hơi

nước, một lượng nhỏ CO2, acid acetic

CH3COOH và acid formic HCOOH Ở

giai đoạn này, quá trình bốc ẩm trong

sinh khối hấp thụ một lượng lớn nhiệt của

quá trình nên ẩm trong sinh khối cần

được không chế thường dưới 50-60%

1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 2

Ở giai đoạn thứ hai xảy ra trong nhiệt độ

khoảng từ 200-280 độ C, quá trình thoát

chất bốc bắt đầu, các thành phần của sinh

khối phản ứng với nhau tạo thành CO và

một số hợp chất trung gian như alcohol

và acid Các phản ứng là các phản ứng

thu nhiệt và sản phẩm là phần lớn là các

chất không cháy được

1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 3

Ở giai đoạn thứ ba: Từ 280-500 độ C, các

phản ứng tỏa nhiệt bắt đầu, đây chính là

sự bắt đầu giai đoạn thứ cấp trong mô

hình động học Nhiệt độ phản ứng tăng

dần dẫn đến sự tạo thành của các khí

cháy được như CO, CH4, H2 và các chất

lỏng cháy được dưới dạng tar

1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 4

Giai đoạn cuối cùng bắt đầu ở

nhiệt độ trên 500℃, một khi các

hợp chất dễ bay hơi đó biến mất,

oxy đến bề mặt than sinh học sẽ

oxy hóa cấu trúc than cacbon và

giải phóng nhiệt Quá trinh oxy

hóa này xảy ra khi bề mặt than

sinh học đạt 400 độ C và có thể

tăng nhiệt trên bề mặt than lên

hơn 600 độ C

1.3 Các công nghệ nhiệt phân than gỗ

Nhiệt phân truyền thống

• Là phương pháp lâu đời và đơn

giản nhất, sử dụng lò nung hoặc

hố đào để nung nóng gỗ trong

điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là

than củi, khí đốt và tro

• Ưu điểm: Chi phí thấp, dễ thực

hiện

• Nhược điểm: Hiệu suất thu hồi

than củi thấp, sản phẩm thu

được không đồng nhất, gây ô

nhiễm môi trường do khí thải

1.3 Các công nghệ nhiệt phân than gỗ

Nhiệt phân lò quay

• Sử dụng lò quay để nung nóng gỗ

trong điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là

than củi, khí đốt, dầu sinh học và

tro

• Ưu điểm: Hiệu suất thu hồi than

củi cao hơn so với nhiệt phân

truyền thống, sản phẩm thu được

đồng nhất hơn, ít gây ô nhiễm

môi trường hơn

• Nhược điểm: Chi phí cao hơn so

với nhiệt phân truyền thống

1.3 Các công nghệ nhiệt phân than gỗ

Nhiệt phân hơi nước

• Sử dụng hơi nước để nung nóng

gỗ trong điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là

than sinh học, khí đốt, dầu sinh

học và nước

• Ưu điểm: Hiệu suất thu hồi than

sinh học cao, sản phẩm thu

được chất lượng cao, thân thiện

với môi trường

• Nhược điểm: Chi phí cao, yêu

cầu công nghệ cao

Nhiệt phân siêu âm

• Sử dụng sóng siêu âm để nung nóng gỗ trong điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là than nano, khí đốt và dầu sinh học

• Ưu điểm: Hiệu suất thu hồi than nano cao, sản phẩm thu được chất lượng cao, thân thiện với môi trường

• Nhược điểm: Chi phí cao, yêu cầu công nghệ cao

1.4 Ứng dụng của than gỗ trong đời sống

• Than củi có khả năng hút ẩm rất tốt

nên có thể cho than củi vào thùng xốp

để trong gầm giường, góc nhà trong

thời tiết nồm và kém khô thoáng

• Trong nông nghiệp than củi phế thải

được nghiền nát trộn chung với đất

làm phân bón. 

• Hợp chất trong than củi giúp làm mềm

da, chống oxy hoá nên có thể dùng để

tạo ra các sản phẩm làm đẹp, kem

đánh răng, xà phòng…

• Người Nhật dùng cả than củi để tăng

độ ngon và dẻo của hạt cơm vì có tác

dụng khử mùi và hút nước nên than

củi sẽ giúp nồi cơm khi chín có mùi dễ

chịu và hạt cơm khô ráo

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ NHIỆT PHÂN

THAN GỖ

16 2.1 Cấu tạo của một hệ thống lò nhiệt phân than gỗ

2.1 Cấu tạo của một hệ thống lò nhiệt phân than gỗ

18 2.2 Quy trình hoạt động của lò nhiệt phân than gỗ

2.2 Quy trình hoạt động của lò nhiệt phân than gỗ

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH

TOÁN LÒ NHIỆT

PHÂN THAN GỖ

THEO MẺ

3.1 Tính toán thiết kế hệ thống lò nhiệt phân than gỗ

3.1.1 Nhiệt cấp vào do cháy nhiên liệu

Trong đó: là lượng nhiệt cấp vào lò do đốt cháy nhiên liệu ( W)

là lượng nhiệt nhiên liệu ta sẽ cấp vào ( hoặc kg/s)

là nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/ hoặc J/kg)

Giả sử ta dùng dầu FO để nhiệt phân than gỗ với thành phần là:

22 3.1 Nhiệt cấp vào không gian của lò

3.1.1 Nhiệt cấp vào do cháy nhiên liệu

3.1 Nhiệt cấp vào không gian của lò

3.1.2 Nhiệt do nguyên liệu mang vào

Trong đó: là lượng nhiệt cấp vào lò do nhiên liệu nung trước ( KJ)

là lượng nhiệt nhiên liệu ta sẽ cấp vào ( hoặc kg/s)

là nhiệt dung riêng của nhiên liệu (J/ K hoặc J/kgK)

là nhiệt độ sấy nhiên liệu thường là C

Và lượng gỗ là 6000kg/mẻ

Từ đó ta tính được =2197500 W

3.2 Nhiệt chi dùng

3.2.1 Nhiệt có ích dùng cho quá trình công nghệ

Trong đó: là năng suất lò( kg/s)

là nhiệt dung riêng của vật liệu (J/ K hoặc J/kgK)

là nhiệt độ của vật liệu ( đầu và cuối quá trinh gia nhiệt )

3.2 Nhiệt chi dùng

3.2.2 Nhiệt do khói lò mang đi

Trong đó: là thể tích khói do đốt cháy 1kg nhiên liệu ở điều kiên thường

là nhiệt độ khói ra khỏi lò

3.2.3 Nhiệt tồn thất do không cháy hết hóa học

3.2 Nhiệt chi dùng

3.2.4 Nhiệt tổn thất do truyền nhiệt qua nóc, tường và sàn lò

3.2.5 Nhiệt nung thiết bị vận chuyển

Trong đó:là khối lượng thiết bị vẩn chuyển ( kg/s)

là nhiệt dung riêng của thiết bị vận chuyển (J/ K hoặc J/kgK)

là nhiệt độ đầu cuối thiết bị vận chuyển

3.2 Nhiệt chi dùng

3.2.6 Nhiệt truyền cho nước làm mát

Trong đó: là mật độ dông nhiệt của chi tiết được làm mát bằng nước

là diện tích mặt chi tiết được làm mát bằng nước

3.2.7 Nhiệt tích do tường

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt phân 6000kg gỗ trên 1 mẻ

• Và kích thước lò là φ1900mm * L4500mm

• Ta chọn Tkk là 25

• là 10 w/m2.k

• là 50 w/m.k

• Hiệu suất tạo than là 35%

• Năng lượng để biến 1kg gỗ thành than là 5Mj

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt tổn thất qua tường và đáy lò

• Kích thước lò φ1900mm * L4500mm ( 29.7 m2)

• F là diện tích phần tdn vs kk của lò

• Ttg nhiệt độ tường 600.°C

• Tkk nhiệt độ không khí 25 °C

• S1 độ dày của vách loại 1 0.05(m

• hệ số tdn đối lưu của không khí 10 (w/m2.k)

• là hệ số dẫn nhiệt của vách 50 (w/m.k)

• Q tt qua f lò 169084 (j)

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt mất do nung nóng các kết cấu trong lò

• Qkcl= Gkcl.Ckcl.(Tkclc-Tkcld)

• Gkcl khối lượng kết cấu lò 9t

• Ckcl nhiệt rung riêng kết cấu lò 0.52kj/kg.k

• Tkclc nhiệt độ cuối kết cấu lò 25

• Tkcld nhiệt độ đầu kết cấu lò

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt do các phản ứng thu nhiệt

• Bởi là gỗ tự nhiên nên việc xác định các pư thu nhiệt là khó khăn vì ta không biết thành phần chính xác của gỗ khi cho vào lò nhiệt phân

• Nên ta chọn nó là 1-2% Qtổng

• Nhiệt mất do nung nóng các kết cấu trong lò

• Qkcl= Gkcl.Ckcl.(Tkclc-Tkcld)

• Gkcl khối lượng kết cấu lò 9t

• Ckcl nhiệt rung riêng kết cấu lò 0.52kj/kg.k

• Tkclc nhiệt độ cuối kết cấu lò 25

• Tkcld nhiệt độ đầu kết cấu lò

• 702000 (kj)

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt mất do nung các kết cấu vận chuyển và quay lò :

• Q = Gvc.Cvc.(Tvcc -Tvcd) 149500kj

• Gvc : khối lượng thiết bị vận chuyển 603 kg

• C vc : nhiệt dung riêng của tb vận chuyển 0.52kj/kg.k

• Tvcd : nhiệt độ đầu thiết bị vận chuyển 25.°C.

• Tvcc : nhiệt độ cuối thiết bị vận chuyển 600.°C.\

• Nhiệt mất theo sp nhiệt phân

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt dùng cho nước làm mát là

• Qlm= Glm.Clm.(Tlms-Tlmd)

• Lượng nước làm mát 630 (kg)

• Clm nhiệt dung riêng nước làm mát 4.18(kj/kg.k)

• Tklms nhiệt độ nước làm mát sau 100

• Tlmd nhiệt độ nước làm mát dầu 25

Một số ví dụ tính nhiệt ( nhiệt cấp vào)

• Nhiệt do đốt dầu FO

Q1 = BQt

B là lượng dầu đốt trong 1 mẻ

Qt là nhiệt trị thấp của dầu ( 41282.9 KJ/Kg)

• nhiệt do nguyên liệu mang vào

• Nhiệt do khi sấy nguyên liệu mang vào ( sấy gỗ )

• nhiệt dung riêng của gỗ khi đổi sang đơn vị KJ/kg.°C là 2.9288

KJ/kg.°C.

• Nhiệt do nhiên liệu được nung trước mang vào

• Q2 = Bngl Cngl Tngl

149500kj

THANK YOU

!