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
Trang 1TÌM HIỂU LÒ NHIỆT PHÂN THAN GỖ
VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÒ
NHIỆT PHÂN THAN GỖ THEO MẺ
HE4053 – LÒ CÔNG NGHIỆP
NHÓM 4
Trang 3MỤC 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
Trang 4CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ
QUÁ TRÌNH NHIỆT
PHÂN THAN GỖ
Trang 51.1 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
Trang 66 1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ
Quá trình nhiệt phân của gỗ được chia làm 4 giai đoạn
Trang 71.2 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%
Trang 81.2 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
Trang 91.2 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
Trang 101.2 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
Trang 111.3 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
Trang 121.3 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
Trang 131.3 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
Trang 141.4 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
Trang 15CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ NHIỆT PHÂN
THAN GỖ
Trang 1616 2.1 Cấu tạo của một hệ thống lò nhiệt phân than gỗ
Trang 172.1 Cấu tạo của một hệ thống lò nhiệt phân than gỗ
Trang 1818 2.2 Quy trình hoạt động của lò nhiệt phân than gỗ
Trang 192.2 Quy trình hoạt động của lò nhiệt phân than gỗ
Trang 20CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH
TOÁN LÒ NHIỆT
PHÂN THAN GỖ
THEO MẺ
Trang 213.1 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:
Trang 2222 3.1 Nhiệt cấp vào không gian của lò
3.1.1 Nhiệt cấp vào do cháy nhiên liệu
Trang 233.1 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
Trang 243.2 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 )
Trang 25
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
Trang 263.2 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
Trang 273.2 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
Trang 28
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
Trang 29Một 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)
Trang 30Một 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
Trang 31Một 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)
Trang 32Một 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
Trang 33Một 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
Trang 34Một 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
Trang 35149500kj
Trang 36THANK YOU
!