ĐỒ ÁN HỆ THỐNG KHÍ HÓA TRẤU

Khi tìm thấy nguồn nhiên liệu trầm tích như than đá, dầu hỏa và khí đốt, con người tăng tốc sử dụng loại năng lượng không tái tạo này để chạy máy nổ, chủ yếu trong ngành vận tải, nhiệt v

Lời Mở Đầu

Đồ án môn học chuyên ngành là cơ hội tốt cho sinh viên nắm vững kiến thức đã

học,tiếp cận với thực tế thông qua việc tính toán, lựa chọn quy trình & các thiết bị với

số liệu cụ thể Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ và giải quyết

những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng, phục vụ cho công việc sau

này

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Nguyễn Đình Quân đã chỉ dẫn tận tình trong quá

trình em thực hiện đồ án Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khác

trong bộ môn cũng như các bạn đã giúp đỡ, cho em những ý kiến tư vấn bổ ích trong

quá trình hoàn thành đồ án này Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp nên trong đồ án

còn khá nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp chỉ dẫn của

thầy cô và các bạn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Xác nhận của giáo viên NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

Xác nhận của hội đồng

MỤC LỤC

I Đặt Vấn Đề 5

II.Năng Lượng Sinh Khối 6

2.1 Tổng Quan Sinh Khối 6

2.2 Ưu và nhược điểm của sinh khối 6

2.3 Thực trạng và phương pháp dùng mùn cưa 7

III Khí Hóa Sinh Khối 7

3.1 Tổng quan về khí hóa sinh khối 7

3.2 so sánh phương pháp khí hóa và đốt cháy trực tiếp 10

3.3 Các công nghệ khí hóa hiện nay 11

3.3.1 Khí hóa tầng cố định 11

3.3.2 Công nghệ khí hóa tầng sôi 17

3.4 Ưu và nhược điểm của 2 công nghệ khí hóa 17

IV QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG 18

4.1 Quy trình công nghệ 18

4.1.1 Khởi động và hoạt động của lò khí hóa 18

4.1.2 Khi tắt lò 19

4.1.3 Quy trình điều khiển 19

4.2 Các thông số đầu vào 20

4.3 Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng 20

V TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ KHÍ HÓA 22

5.1 Tính toán thiết bị chính 22

5.2 Tính bền 23

5.3 Tính bề dày lớp cách nhiệt 24

5.4 Tính dàn giáo 27

5.5 Tính toán và chọn quạt 27

5.6 Tính toán và chọn Vít tải 30

5.7 Tính toán cyclone 32

5.8 Tính toán và chọn bích 33

5.9 Thiết bị nhiệt kế 33

5.10 Kích thước của cửa nhập liệu 34

5.11 Kích thước ống thoát khói 34

5.14 Ống khí nhập 36

5.15 Cơ cấu nhập liệu 37

5.16 Tính toán tháp giải nhiệt 37

5.17 Tính toán kinh tế 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

KẾT LUẬN 41

I Đặt Vấn Đề

Vào thế kỷ XIX, gỗ là nguồn năng lượng làm máy chạy bằng hơi nước phổ thông

trong ngành chuyên chở, giúp phát triển mạnh công nghiệp cơ giới Sau đó, con người

chế tạo máy phát điện cung cấp nguồn điện năng mới có nhiều công dụng cho đời

sống hàng ngày và thay thế dần những máy chạy bằng hơi nước Khi tìm thấy nguồn

nhiên liệu trầm tích như than đá, dầu hỏa và khí đốt, con người tăng tốc sử dụng loại

năng lượng không tái tạo này để chạy máy nổ, chủ yếu trong ngành vận tải, nhiệt và

điện năng Loại nhiên liệu thể lỏng (xăng dầu) trở nên thông dụng hơn trong ngành

vận chuyển vì có tỉ trọng năng lượng cao, dễ sử dụng hơn loại nhiên liệu khí và rắn, và

từ đó nguồn năng lượng rắn được sử dụng giảm dần.[1]

Theo tính toán của các chuyên gia kinh tế năng lượng, dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm

khoảng 60-80% cán cân năng lượng thế giới Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ

lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong vòng

40-50 năm nữa Diễn biến phức tạp của giá xăng dầu gần đây là do nhu cầu dầu thô

ngày càng lớn và những bất ổn chính trị tại những nước sản xuất dầu mỏ Để đối phó

tình hình đó, chúng ta cần tìm ra các nguồn năng lượng mới, có thể tái sinh, thay thế

cho các nguồn năng lượng này.[1]

Nhu cầu sử dụng năng lượng trong các ngành công nghiệp và sinh hoạt gia tăng nhanh

chóng Phần lớn là sử dụng nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá

Việc tiêu thụ các loại nhiên liệu này gây ảnh hưởng rất nghiêm trong đến môi trường

Nguồn năng lượng hóa thạch là không thể tái tạo, nguồn năng lượng này đang cạn kiệt

dần trong khi nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng cao và các vấn đề về môi

trường thúc đẩy việc tìm ra các nguồn năng lượng mới có thể thay thế nhiên liệu hóa

thạch trong tương lai Những năm gần đây, con người đã tìm ra nhiều nguồn năng

lượng mới như nguồn năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng gió, địa nhiệt Tuy

nhiên các nguồn năng lượng này chỉ đáp ứng một phần nhỏ nhu cầu của con người và

cũng không khả thi về mặt kinh tế nên chưa được áp dụng rộng rãi

Sinh khối đã nổi lên như một sự lựa chọn khả thi về mặt năng lượng, nhất là các nước

đang phát triển Đặc biệt, nước ta là nước có nền kinh tế nông nghiệp là chủ yếu

với thế mạnh chính là các ngành trồng trọt và chăn nuôi, đặc biệt là ngành sản

xuất lúa gạo.Sản phẩm của quá trình khí hóa là khí tổng hợp (syngas) có thể tạo ra

nguồn năng lượng để sản xuất điện, tạo nhiệt để cung cấp cho lò hơi, hoặc được sử

dụng để sản xuất pin nhiên liệu,hiện nay người ta cũng dùng nhiều trong sinh hoạt [6]

II.Năng Lượng Sinh Khối

2.1 Tổng Quan Sinh Khối

Sinh khối là một dạng năng lượng tái tạo, là vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh

vật, có khả năng tái tạo trong thời gian ngắn.Trong quá trình sản xuất năng lượng và

công nghiệp, sinh khối được coi như là nguyên liệu có nguồng gốc từ sinh vật sống có

thể dung làm nguyên liệu cho sản xuất như: các phế phẩm từ nông nghiệp ( rơm rạ, vỏ

trấu,…), phế phẩm lâm nghiệp ( lá khô, vụn gỗ,…), phân chuồng,….[3]

Sinh khối được phân thành hai dạng chính:

+ Các loại phế thải nông nghiệp dạng hạt nhỏ: trấu, rơm rạ, vỏ hạt điều…

+ Sinh khối gỗ: các loại cây thân gỗ trong nông nghiệp: gỗ chàm, cao su, điều, bắp…

Thành phần chính của sinh khối: [6][3]

+ Lignin: chiếm khoảng 15%-25% khối lượng, công thức hóa học (C10H12O4)n , bền

với các chuyển hóa hóa học, để chuyển hóa cần nhiệt độ cao

+ Hemicellulose: chiếm 23%-32% khối lượng, công thức hóa học [C5(H2O)4]n

+Cellulose: chiếm 38%-50% khối lượng, công thức hóa học [C6(H2O)5]n, là thành

phần dễ bị biến đổi

Trên thế giới, hơn một nửa dân số sử dụng sinh khối làm nguồn năng lượng chính bởi

các ưu điểm như rẻ tiền, dễ kiếm, dễ sử dụng, chi phí đầu tư ban đầu không cao như

các loại năng lượng tái sinh khác (gió, năng lượng mặt trời…)

2.2 Ưu và nhược điểm của sinh khối

Các ưu điểm của năng lượng sinh khối [3],[9]

- Cùng lúc có thể vừa cung cấp nhiệt, vùa cung cấp điện năng

- Tận dụng được nguồn phế thải nông, lâm nghiệp

- Là loại chất đốt chứa ít lưu huỳnh, có chu trình tuần hoàn Cacbon ngắn nên lượng

cacbon trong môi trường ổn định góp phần giảm hiệu ứng nhà kính, giảm ô nhiễm

- An toàn trong quá trình vận chuyển, có chất lượng khá đồng đều

- Năng lượng sinh khối rẻ giúp giảm đáng kể về chi phí năng lượng

Các khó khăn khi sử dụng năng lượng sinh khối

- Mật độ năng lượng thấp hơn rất nhiều so với nhiên liệu hóa thạch

- Quá trình chuyển đổi năng lượng phức tạp, khó sử dụng

- Chi phí vận chuyển cao, cần không gian lưu trữ lớn

2.3 Thực trạng và phương pháp dùng mùn cưa

Mùn cưa là sản phẩm thải từ gỗ ,khi người ta dùng gỗ để chế tạo các thiết bị như

thiết bị sinh hoạt,đồ dùng thì thải ra một lượng lớn dăm bào và mùn cưa

Mùn cưa chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và

khoảng 25% còn lại chuyển thành tro Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và

Hemi - cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ

Lignin chiếm khoảng 25 - 30% và cellulose chiếm khoảng 35 - 40%.[6].Khối lượng

đổ đống của mùn cưa khoảng 230 kg/m3 Thành phần hoá học của mùn cưa thay đổi

theo loại cây, mùa vụ canh tác, điều kiện khí hậu và đặc trừng vùng miền Tuy nhiên,

hầu hết các loại gỗ có thành phần hữu cơ chiếm trên 90% theo khối lượng Các hợp

chất chính có cấu trúc xốp dạng cellulo và lignin

Tuy nhiên, điển hình nhất hiện nay là một trong số những phương pháp sau [9]:

• Đốt tự do: Mùn cưa được đổ thành đống và đốt tự do ngoài không khí Phương pháp

này không điều chỉnh được nhiệt độ và sự đối lưu của không khí nên không quản lý

được chất lượng của tro

• Đốt không tận thu năng lượng : Mùn cưa được đốt trong các loại lò có khống chế

nhiệt độ nhưng không tận thu nhiệt năng

• Đốt sử dụng cho lò hơi : Nhiệt được từ quá trình đốt mùn cưa dùng để đun nóng

nước trong các lò hơi Các loại lò này hiện nay chỉ quan tâm đến việc tận dụng nhiệt

lượng

• Đốt trong lò đốt tầng sôi: Là loại lò đốt cho phép chuyển hoá nhanh mùn cưa thành

nhiệt lượng và tro ở điều kiện nhiệt độ không đổi định trước

• Đốt trong lò đốt hoá hơi : Mùn cưa nhiên liệu được đốt ở chế độ nhiệt cao (trên

7000C) để chuyển hóa thành các nhiên liệu khí thương mại như CO, H2 và CH4

III Khí Hóa Sinh Khối

3.1 Tổng quan về khí hóa sinh khối

Khí hóa sinh khối là quá trình chuyển nhiên liệu sinh khối từ dạng rắn sang dạng

nhiên liệu khí bằng quá trình phản ứng giữa không khí với sinh khối ở nhiệt độ cao

Trong đó tùy yêu cầu sản phẩm mà ta có thể điều khiển được các phản ứng thông qua

các thông số nhiệt độ và áp suất sao cho tỉ lệ các thành phần của hỗn hợp khí theo

mong muốn Mục đích của quá trình là dùng hết năng lượng thoát ra từ khói và nhờ đó

hạn chế ô nhiễm Các thành phần cho tỉ lệ các thành phần của hỗn hợp khí theo mong

muốn.Các thành phần cháy sẽ phản ứng ngay trong lò để tổ hợp lại thành hơi nước và

khí carbonic trong khi giải phóng ra một lượng nhiệt rất lớn [1][8]

Quá trình khí hóa là tổng hợp của 4 quá trình riêng biệt xảy ra trong thiết bị : quá trình

sấy, nhiệt phân, cháy, khí hóa [3],[9]

+ Quá trình sấy : Là quá trình có nhiệt độ thấp nhất, giúp loại bỏ lượng hơi nước

trong vật liệu xảy ra ở nhiệt độ từ 100 0C, hơi nước thoát ra, vật liệu bị khô dần

Thông thường, hơi nước được trộn vào dòng chảy khí

+ Quá trình nhiệt phân : Xảy ra khi vật liệu chịu nhiệt độ cao khoảng 200 0C – 300 0C

trong môi trường thiếu oxi, sinh khối phân hủy theo những quá trình tỏa nhiệt Các sản

phẩm hữu cơ thoát ra thành hắc ín và than có hàm lượng cacbon cao, khối lượng của

vật liệu giảm còn khoảng 70% so với ban đầu Nhiệt độ khoảng 200 0C – 300 0C, vật

liệu bị phân hủy theo những quá trình tỏa nhiệt Giai đoạn này phụ thuộc vào các tính

chất và thành phần của nguyên liệu ban đầu, thành phần của than được tạo thành mà

sau đó sẽ xảy ra các phản ứng khí hóa

+ Quá trình cháy : Sinh khối cháy với ngọn lửa nhiệt độ cao, cung cấp nhiệt cho toàn

bộ quá trình khí hóa, hắc ín cháy cung cấp nhiệt lượng Quá trình này tạo ra CO2 và

H2 Quá trình kiểm soát lượng hắc ín trong sản phẩm Ở giai đoạn này các sản phẩm

dễ bay hơi và phần lớn than phản ứng với oxy để tạo thành CO2 và một lượng nhỏ CO,

cung cấp nhiệt cho các phản ứng khí hóa tiếp theo Phản ứng chủ yếu trong giai đoạn

này: C + O2 → CO2

Hydro trong nhiên liệu phản ứng với oxy trong không khí, tạo ra hơi nước:

H2 + O2 → H2OMột chức năng quan trọng của giai đoạn cháy ngoài việc tạo ra nhiệt là để chuyển đổi

và oxy hóa hầu như tất cả các sản phẩm ngưng tụ từ các vùng nhiệt phân

+ Quá trình khí hóa : khối lượng sinh khối giảm nhanh, là quá trình chính hình thành

CO và H2 do phản ứng của CO2, H2O qua vùng C nóng thông qua phản ứng:

C + H2O → CO + H2

C + O2 → COĐồng thời, xảy ra các phản ứng khác:

Hình 2 Các giai đoạn trong lò

3.2 so sánh phương pháp khí hóa và đốt cháy trực tiếp

Bảng 1.So sáng phương pháp khí hóa và đốt cháy trực tiếp [3],[9]

- Hầu như không có khói, bụi, giảm đáng

kể lượng tro do sinh khối cháy gần như

hoàn toàn

- Hạn chế thất thoát nhiệt năng do khói

- Quá trình đốt cho nhiệt độ rất cao, đáp

ứng được nhu cầu của các ngành công

nghiệp hiện đại

-Khí sinh ra có chất lượng đồng đều

thuận lợi cho việc vận hành hệ thống

và điều khiển tự động

- Khói thải không chứa các thành

phần cháy được (methanol, nhựa

than, acetone acid acetic, carbon

monoxide, hy-drô, mê-tan,bụi than)

- Nhiều khói, bụi, lượng tro lớn do sinh khối chưa cháy hoàn toàn

- Thất thoát nhiệt năng lớn do khói

- Quá trình đốt cho nhiệt độ khôngcao,không đáp ứng được nhu cầu của một sốngành công nghiệp hiện đại

- Thành phần nhiên liệu không ổn định gây khó khăn cho vận hành hệ thống và thường tiêu tốn nhiều nhân công

- Khói có chứa các thành phần cháy được(methanol, nhựa than, acetone acid acetic, carbon monoxide, hy-drô, mê-tan,bụi than) gây ô nhiễm và

không gây ô nhiễm và tăng hiệu suất

sử dụng sinh khối

- Hỗn hợp khí không còn các thành phần

ăn mòn thiết bị, khí thải có hàm lượng

các hợp chất của Nito và Lưu Huỳnh

thấp, an toản cho môi trường

- Vận hành hệ thống cần it nhân lực

nhưng yêu cầu có trình độ, chi phí

vốn đầu tư ban đầu cao

giảm hiệu suất sử dụng sinh khối

- Thiết bị dễ bị ăn mòn, khí thải chứa nhiều hợp chất của Nito và Lưu Huỳnhgây ô nhiễm

- Vận hành cần nhiều nhân lực, không yêucầu trình độ cao, chi phí vốn đầu tư banđầu thấp

3.3 Các công nghệ khí hóa hiện nay

Khí hóa đã được dùng rất phổ biến ở Việt Nam trong thập kỷ 70 - 80, giai đoạn

khó khăn về nguồn năng lượng từ dầu mỏ Tuy nhiên do kỹ thuật lạc hậu, công nghệ

này đã bị lãng quên Gần đây, với sự tiến bộ của khoa học cộng với mối quan tâm về

môi trường, công nghệ này đang trở lại Trên thế giới, việc khí hóa các nhiên liệu sinh

khối đã được sử dụng hơn 100 năm nay và ngày nay công nghệ này hầu như vẫn còn

nguyên giá trị Khí từ hệ thống khí hóa sinh khối có thể dùng làm nhiên liệu cho các

động cơ đốt trong, các lò hơi, các máy phát điện Hiện nay có 2 công nghệ khí hóa

chính đó là: khí hóa tầng cố định và khí hóa tầng sôi Dựa vào chất lượng nguồn

nguyên liệu, sản phẩm chính mong muốn, kích cỡ của sinh khối mà lựa chọn công

nghệ thích hợp [1][9]

3.3.1 Khí hóa tầng cố định

Công nghệ khí hóa tầng cố định: Sinh khối được nạp từ trên đỉnh lò xuống, không

khí đi vào từ đáy lò, trong lò chia ra các vùng phản ứng, vùng sấy, vùng nhiệt phân,

vùng cháy, vùng xỉ với nhiệt độ giảm dần từ vùng cháy đến vùng sấy.Sản phẩm được

lấy ra từ trên hoặc dưới lò, gió và nguyên liệu di ngược chiều nhau Sản phẩm thích

hợp dùng cho quá trình đốt cấp nhiệt cho lò hơi,…[1][9]

Phân chia chiều cao lò thành từng vùng phản ứng, vùng nọ kế tiếp vùng kia 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 khí hóa có nhiệt độ thấp hơn do có các phản ứng thu nhiệt,

vùng khử 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

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

Khi đi từ trên xuống dưới, trọng lượng và kích thước hạt sinh khối giảm dần vì sinh

khối 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

Hình 3 : Lò khí hóa tầng sôi cố định

Có 3 loại lò khí hóa tầng cố định cơ bản:

+ Lò Updraft: là loại lâu đời và đơn giản nhất

Đặc điểm của khí hóa mùn cưa trong lò này là Sinh khối được đưa từ trên

xuống, không khí được đưa vào từ phía dưới Khí sản phẩm lấy ra ở trên trong khi

chất rắn lại từ phía dưới.Hình 3 minh họa chuyển động của sinh khối, khí đốt, và tar

Nhiệt độ cao nhất ở vùng chuyển tiếp giữa khu vực cháy và khí hóa khoảng 1000 0C,

khi oxy phản ứng với nguyên liệu Khí nóng đi lên, cung cấp nhiệt cho phản ứng khí

hóa thu nhiệt,và đáp ứng khử sinh khối ở nhiệt độ thấp (200-500 ° C) tar chính

được sản xuất trong khoảng nhiệt độ này (hình 3) Tar đi lên qua vùng mát hơn và

do đó không có cơ hội để chuyển thành khí và nhựa thứ cấp Vì lý do này, khí hóa

updraft tạo cao nhất số lượng tar-thường là 10 đến 20% tính theo trọng lượng của

nguyên liệu [3]

-Ưu điểm :

+ Đơn giản

+ Hiệu suất cao

+ Thích hợp với nhiều loại vật liệu

Hình 5 Nhiệt độ tại các vùng lò updraft

+ Lò Downdraft : Không khí được đưa vào từ vùng oxi hóa ( đốt cháy) khí gas được

lấy từ phía dưới, do đó nhiên liệu và không khí đi cùng chiều Trên đường đi xuống

axít và những thành phần nhựa phải xuyên qua lớp than nóng vì thế được chuyển

thành CO, CO2, H2, CH4 [3]

Ở đây, cả khí và nguyên liệu đi xuống Nhiệt độ cao nhất ở vùng chuyện tiếp giữa khu

vực cháy và khí hóa Tar được sản xuất sau khi sấy khô ở nhiệt độ thấp (200-500 °

C) Lượng oxy trong không khí, cùng với các tar, đi xuống các khu vực nóng hơn Do

sự sẵn có của oxy và nhiệt độ cao, tar dễ dàng đốt cháy trong ngọn lửa, tăng nhiệt độ

khí đến 1000 để 1400 ° C Ngọn lửa xảy ra trong các khe hở giữa các nguyên liệu, duy

trì ở mức 500 đến 700 ° C (Milne và các cộng sự., 1998, p 14) Hiện tượng này được

gọi là flaming pyrolysis Kể từ khi sản phẩm nhiệt phân, tar, oxy đi qua các khu vực

nhiệt độ cao nhất, nó có cơ hội lớn nhất để được chuyển đổi thành khí Vì lý do này,

khí hóa downdraft đã sản xuất tar thấp (<1 g/Nm3) [3]

Ưu điểm : Khí tạo ra rất sạch, không có lẫn các chất nhựa Thích hợp cho động cơ,

tuabin

- Nhược điểm : Hạn chế trên 1 số loại nhiên liệu và so với updraft thì hiệu suất gas

thấp hơn

-Nhiên liệu được đưa vào từ trên xuống

-Không khí thổi từ bên thành thiết bị vào

-Dòng khí syngas được đưa ra ngoài qua cửa

-Ưu điểm: hiệu suất cao, gọn nhẹ , khí sạch

- Chiều cao thiết bị thấp

-Việc khí hóa linh động hơn

-Năng suất thiết bị lớn

-Nhược điểm: không phù hợp với nhiên liệu có nhiều tro

- Tạo ra nhiều xỉ trong quá trình khí hóa

Hình 8 Lò crossdraft gasfier

3.3.2 Công nghệ khí hóa tầng sôi

Thiết bị khí hóa tầng sôi là bước đầu để khắc phục vấn đề của thiết bị khí hóa

tầng cố định như nhiên liệu với hàm lượng tro cao, nhưng rất phù hợp với năng suất

lớn Các tính năng của khí hóa tầng sôi có thể so sánh với những buồng đốt tầng sôi

Công nghệ khí hóa tầng sôi : Thích hợp với sinh kối có kích thước từ 0,5-3 mm, với

tốc độ gió thích hợp sẽ tạo trạng thái tầng sôi cho sinh khối quá trình tầng sôi giúp

cung cấp không khí cho sinh khối, đảo trộn đều và quá trinh truyền nhiệt mạnh hơn,

nhiệt độ phân phối đểu theo lò, không phân chia ra các vùng như công nghệ khí hóa

tầng cố định Không khí và sinh khối đi cùng chiề từ đáy lò vào Sản phẩm thích hợp

cho làm nguyên liệu tổng hợp các hợp chất

Quá trình này rất khó điều khiển khi bắt đầu hoặc khi kết thúc Trong quá trình, hỗn

hợp oxy/hơi nước sẽ được sử dụng làm tác nhân thổi [3]

Hình 9 Lò khí hóa tầng sôi

3.4 Ưu và nhược điểm của 2 công nghệ khí hóa

Bảng 2.Ưu và nhược điểm của 2 công nghệ khí hóa

Khí hóa tầng cố định Khí hóa tầng sôi

Ưu điểm - Sử dụng được tất cả các

loại nhiên liệu khac nhau (

độ ẩm, tro) ma không anh hưởng chất lượng khí

- Sản phẩm có thành phần hidrocacbon cao cung cấp nhiệt cháy cao, thích hợp làm chất đốt

Nhược điểm - Không sử dụng cho than

cám và than bụi

- Mất mát nhiệt theo xỉ lớn -Sản phẩm có nhiều thành phần hóa học khác nhau không thích hợp dung làm nghuyên liệu tổng hợp các chất

- Nhiệt độ lò thấp, không thể sử dụng các loại nhiên liệu có tốc độ phản ứng giữa C và không khí không đủ lớn

- Sản phấm cung cấp nhiệt cháy không cao không thích hợp làm chất đốt

IV QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG

4.1 Quy trình công nghệ

4.1.1 Khởi động và hoạt động của lò khí hóa

Hình 10 Quy trình công nghệ

- Tiến hành kiểm tra trước khi vận hành :

+ Kiểm tra van nước giải nhiệt,các van qua cyclon

+ Kiểm tra các động cơ như motor ,quạt ,van nhập liệu

+ Chuẩn bị dầu lữa và giấy mồi,

+ Thùng đựng than,kiểm tra nguyên liệu

- Ta tiến hành cấp nguyên liệu vào lò : Cấp nguyên liệu đến ngập cánh khuấy ,rồi tiến

hành cho dầu vào trực tiếp trong lò,dùng giấy mồi lửa ,cho mùn cưa trong lò cháy

khoảng 5 phút ,tiến hành kiểm tra nhiệt độ vùng đốt và nhiệt độ của than ,nếu nhiệt độ

vùng đốt khoảng 700-800 oC thì tiến hành cho nguyên liệu vào Cho nguyên liệu ngập

đến gần thiết bị báo động ,nếu thấy nhiệt độ than thấp thì chứng tỏ là than đã cháy hết

thành tro còn nhiệt độ than quá cao thì chứng tỏ chưa đến giai đoạn khí hóa vì than

đang cháy Ta tiến hành điều khiển quạt và cánh khuấy hoạt động quá trình này thông

qua bản điều khiển ,điều khiến vận tốc nhập khí và tốc độ cánh khấy để cho than cháy

ổn định ,rồi cho nhập liệu liên tục một cách bình thường 500kg/h.Sau khi nhập liệu

cũng phải điều khiển quạt và cánh gạt than,lượng khí syngas thoát ra qua cyclone để

lọc bụi,bụi được được đựng ở trong thùng chứa bụi.Khi syngas qua cyclone thì nó

được dùng để đốt cung cấp nhiệt cho các lò hơi,dùng để chạy máy phát điện…Than

được vít tải tải ra ngoài và than được làm nguội nhờ nước ở tháp giải nhiệt

- Kiểm tra lượng khí ra ,thùng đựng than (nếu đầy thì thay mới )

4.1.2 Khi tắt lò

+ Không nhập liệu nữa và tiến hành tắt quạt để không cung cấp khí nữa

+ Kiểm tra than rồi tắt thiết bị giải nhiệt

+ Khi nhiệt độ trong lò giảm đến nhiệt độ phòng thì ta tiến hành khóa các van

+ Tắt hệ thống

4.1.3 Quy trình điều khiển

- Điều khiển tháp giải nhiệt : Khi nhiệt độ dòng nước giải nhiệt cho than tăng →

chứng tỏ than đang cháy và tiến hành điều chỉnh lưu lượng nước bơm cho quá trình

giải nhiệt và ngược lại nếu nhiệt độ ở dòng nước ra giảm → chứng tỏ than đã thành

tro và tiến hành giảm lưu lượng nước cấp cho quá trình giải nhiệt

-Điều khiển Quạt : Khi cảm biến nhiệt độ báo là nhiệt độ trên khoảng 800OC,thì chứng

tỏ là lượng oxy trong lò khí hóa đã thừa làm cho quá trình cháy tăng và ta tiến hành

điều khiển lưu lượng kế và công suất quạt giảm để ổn định nhiệt độ trong lò khí hóa

khoảng 7000C-8000C và ngược lại ,nếu cảm biến nhiệt chỉ nhiệt độ thấp dưới 7000C

thì lúc đó quá trình cháy giảm không đủ lượng nhiệt để cung cấp cho quá trình khí

hóa,tiến hành điều chỉnh lưu lượng kế và công suất quạt tăng để đáp ứng cung cấp vừa

đủ lượng không khí cho quá trình khí hóa

-Điều khiển lượng nguyên liệu nhập vào: Khi quá trình cháy trong lò diễn ra chậm

làm cho vật liệu chúng ta nhập vào chưa cháy kịp nhưng mà vật liệu vẫn nhập

vào.Nếu cứ nhập vào thì làm cho không gian bên trong lò bị thu hẹp lại thì anh hưởng

đến năng suất làm việc…nên ở đây có gắn một thiết bị báo động,thiết bị báo động này

là một thiết bị quay,khi vật liệu đầy và nó sẽ cản trở tốc độ quay của thiết bị báo động

→ thì chứng tỏ vật liệu ta nhập vào là nhiều, tiến hành dừng van xoay để không cho

nhập liệu vào lò khí hóa nữa,trong van xoay cũng có bộ phận báo động nếu đầy thì

thiết bị sẽ báo và ngừng vít tải lại để không cho nhập quá nhiều vào van xoay

4.2 Các thông số đầu vào

Nhập liệu mùn cưa 500kg/h trong đó lượng ẩm chiếm 20%

Có khối lượng riêng xốp là 230kg/m3

Bảng 3.Thành phần nguyên liệu đầu vào

thành phần phần trăm wt% 43.1 5.75 41.4 0.87

Khối lượng mol

kmol

4.3 Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng

Ta có phương trình đốt cháy hợp chất hữu cơ:

CxHyOz + O2 = CO2 + H2O

Từ phương trình trên ta tính được số mol oxi cần để đốt cháy hợp chất hữu cơ :

n02=2n CO2+0,5 n H 2O−O2

2 = 14,95 kmol (4.1) Trong lò khí hóa thì quá trình đốt là thiếu oxi và có hệ số đốt cháy so với đốt cháy

hoàn toàn là ER=0,25-0,3 [10]

Trong quá trình đốt này ta chọn ER= 0.27

Vậy no2= 14,95.0,27 =4,036 Kmol

Lượng khí nhập = 4,036 100/21 =19,215 Kmol (bao gồm cả khí trơ )

Thể tích khí cần nhập = 19,215 22,4 =430 m3/h

(xem như ở điều khiện tiêu chuẩn )

Lượng sygas sinh ra = %CO+%CH4+%CO2 nc ∗22,4=0,185+0.0294+ 0.11514.37 x 22,4 =980

m3/h