Đồ Án Nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa sinh khối theo công nghệ downdraft

Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ người đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ hữu cơ hóa dầu-Viện kỹ thuật Hóa học-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án này Em cũng xin chân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Cương và các anh chị trong xưởng Thiết Bị Áp Lực trường Đại học BKHN đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong quá trình thực hiện đồ án Cuối cùng em xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, nhóm đề tài khí hóa, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án này Do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, kiến thức còn chưa sâu, thời gian có hạn nên đồ án này không tránh khỏi nhiều thiếu sót, em kính mong thầy cô góp ý giúp đỡ để bản đồ án được hoàn thiện hơn Hà Nội, ngày 03 tháng 07 năm 2013 SVTH: Lê Tuấn Linh SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 1 Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 MỤC LỤC .2 DANH MỤC CÁC BẢNG 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4 LỜI NÓI ĐẦU 5 PHẦN 1: TỔNG QUAN 7 I Tổng quan về nhiên liệu sinh khối .7 I.1 Nhiên liệu sinh khối [1] 7 I.1.1 Năng lượng từ sinh khối 7 I.1.2 Vai trò của nhiên liệu sinh khối .8 I.2 Thành phần và tính chất hóa học của nguyên liệu sinh khối [12] 9 I.2.1 Thành phần hoá học .9 I.2.2 Thành phần nguyên tố hóa học 11 I.3 Tiềm năng sinh khối của Việt Nam [10] 12 I.4 Hiện trạng sử dụng sinh khối của Việt Nam [8] 13 II Tổng quan về công nghệ khí hóa 15 II.1 Lý thuyết về quá trình 15 II.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối 16 II.3 Công nghệ khí hóa tầng cố định 18 II.3.1 Phân loại khí hóa tầng cố định [9] .18 II.3.2 Ưu nhược điểm và những tồn tại của công nghệ khí hóa sinh khối .20 II.4 Hiện trạng sử dụng công nghệ khí hóa sinh khối ở Việt Nam [9] 21 PHẦN 2: HỆ THỐNG KHÍ HÓA SINH KHỐI CÔNG SUẤT 8 kg/h 22 I Hệ thống khí hóa 22 I.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống 28 II Quá trình thí nghiệm và phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm .30 II.1 Trình tự thí nghiệm 30 II.1.1 Chuẩn bị nhiên liệu .30 II.1.2 Thông gió và kiểm tra hệ thống 31 II.1.3 Khởi động hệ thống 31 II.1.4 Vận hành hệ thống và thu thập số liệu 31 II.1.5 Ngừng thí nghiệm .32 II.2 Hệ thống thiết bị đo lường và phân tích .32 II.2.1 Đo áp suất 32 II.2.2 Đo nhiệt độ 32 II.2.3 Đo lưu lượng không khí 33 SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 2 Đồ án tốt nghiệp II.2.4 Phân tích thành phần sản phẩm khí 33 II.2.5 Đo tar 34 II.3 Phương pháp phân tích tính toán và xử lí số liệu .36 II.3.1 Công thức tính toán 36 I.3.2 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm .39 III.2 Kết quả thí nghiệm với nhiên liệu viên nén mùn cưa 56 III.2.1 Thí nghiệm 7 56 III.2.2 Thí nghiệm 8 60 III 3 Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm 63 I.1 Sơ đồ hệ thống 65 I.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống .67 II Kết quả và thảo luận .68 II.1 Kết quả chạy thí nghiệm với nhiên liệu than hoa .68 II.1.1 Thí nghiệm 9 .68 II.1.2 Thí nghiệm 10 .71 II.1.3 Thí nghiệm 11 .73 II.2 Kết quả chạy thí nghiệm với nhiên liệu viên nén mùn cưa 77 II.2.1 Thí nghiệm 12 .77 II.2 Thí nghiệm 13 80 II.3 Kết quả chạy thí nghiệm với nhiên liệu vỏ trấu 83 II.4 Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm của hệ thống 30kg/h 86 II.5 Kết quả tính toán cho một số mô hình khí hóa downdraft 87 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO .92 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Nguồn năng lượng NLSK so với các nguồn năng lượng tái sinh khác 8 Hình 1.1 Công thức hóa học của xenlulozo 10 Hình 1.2 Các monome của Lignin 11 Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn sinh khối lớn và đa dạng từ lúa, ngô, mía, sắn, lạc, bã cà phê, võ hạt điều .12 Bảng 1.2: Sử dụng sinh khối theo năng lượng sử dụng cuối cùng 13 Bảng 1.3: Một số ưu, nhược điểm của các loại lò KHSK lớp chặt 20 Bảng 1.4: Các lĩnh vực sử dụng sinh khối hiện nay .22 Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật của các mẫu sinh khối .30 SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 3 Đồ án tốt nghiệp Bảng 2.2: Thành phần hóa học của các mẫu sinh khối 31 Bảng 2.3: Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm hệ thống 8 kg/h 63 Bảng 3.1: Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm hệ thống 30kg/h 86 Bảng 3.2: Kết quả tính toán với SV = 0,7 m/s .87 Bảng 3.3: Kết quả tính toán khi SV = 0,6 m/s .87 Bảng 3.4: Sự phụ công suất thiết bị vào SV khi Dt không đổi .89 Hình 3.5: Mối quan hệ giữa SV và công suất thiết bị khi Dt =300mm 89 Bảng 3.5: Mối quan hệ giữa SV và công suất thiết bị khi Dt =500mm 90 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - ad: Các số liệu phân tích trên lượng khô nhận được W: Hàm ẩm của sinh khối A: Hàm lượng tro của sinh khối V: Hàm lượng chất bốc của sinh khối FC: Hàm lượng cacbon cố định của sinh khối SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 4 Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU An ninh năng lượng đang là vấn đề cấp thiết với tất cả các nước trên thế giới bao gồm cả những nước phát triển và nước đang phát triển do các nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và trở lên đắt đỏ Vì vậy việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang được đặc biệt chú trọng Sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo có khả năng đáp ứng được những vấn đề thời sự trên Thế giới đang quan tâm tìm cách sử dụng năng lượng sinh khối một cách có hiệu quả, trong đó công nghệ khí hóa sinh khối là một công nghệ mang lại hiệu quả cao Ở Việt Nam công nghệ khí hóa sinh khối vẫn còn khá mới mẻ Việc sử dụng công nghệ khí hóa sinh khối hiện nay chỉ dừng lại ở lĩnh vực cung cấp nhiệt cho công nghiệp quy mô nhỏ và các hộ gia đình như: Thiết bị khí hóa trấu để cung cấp nhiệt cho nung gốm sứ ở Đồng Tháp, An Giang và bếp khí hóa sinh khối hộ gia đình do các doanh nghiệp chép mẫu hoặc nhập khẩu chủ yếu từ Trung Quốc vì vậy khi sử dụng hiệu suất chưa cao, làm việc chưa ổn định Vì vậy em chọn đồ án “Nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa sinh khối theo công nghệ downdraft” với mục đích: - Làm chủ được công nghệ khí hóa sinh khối - Xem xét sự ảnh hưởng của các yếu tố: Chế độ vận hành, nhiên liệu - Phát triển, nâng cấp công suất hệ thống khí hóa - Tận dụng tối đa và hiệu quả nguồn sinh khối dồi dào, trữ lượng lớn ở các vùng nông thôn và miền núi đang không được sử dụng đúng giá trị thực và lãng phí để sản xuất khí tổng hợp cung cấp cho Tổng hợp Hữu cơ - Hóa dầu, bên cạnh đó là sản xuất điện năng quy mô nhỏ nhờ nhiệt của của quá trình khí hóa sinh khối - Cung cấp điện năng tại chỗ cho một thôn, một xã, một khu vực, dựa vào trữ lượng sinh khối sẵn có tại nơi đó Giải quyết vấn đề thiếu điện năng vào cho những nơi này, đảm bảo điện năng cả về nhu cầu lẫn kinh tế đem lại - Bên cạnh đó còn giải quyết vấn đề xử lý môi trường do nhiều nơi không sử dụng đúng cách mà còn thải xuống sông ngòi hoặc đốt gây ô nhiểm không khí Khí hóa sinh khối góp phần bảo vệ môi trường tốt đẹp hơn SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 5 Đồ án tốt nghiệp Đồ án của em được chia làm 3 phần chính: PHẦN 1: TỔNG QUAN Giới thiệu một cách tổng quan về nguyên liệu sinh khối, năng lượng sinh khối, tiềm năng sinh khối và hiện trạng sử dụng sinh khối ở Việt Nam Giới thiệu chung về khí hóa sinh khối tầng cố định, các kiểu khí hóa tầng cố định, ưu nhược điểm của từng công nghệ, hiện trạng sử dụng công nghệ khí hóa ở Việt Nam PHẦN 2: HỆ THỐNG KHÍ HÓA SINH KHỐI CÔNG SUẤT 8 kg/h Giới thiệu về sơ đồ công nghệ và nguyên lý làm việc của hệ thống Trình bày phương pháp thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm Đánh giá một số kết quả đã đạt được PHẦN 3: HỆ THỐNG KHÍ HÓA SINH KHỐI CÔNG SUẤT 30 kg/h Giới thiệu về sơ đồ công nghệ và nguyên lý làm việc Đánh giá kết quả thí nghiệm, tính toán nâng công suất thiết bị, xây dựng mối quan hệ giữa hệ số SV, đường kính thoát với công suất thiết bị SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 6 Đồ án tốt nghiệp PHẦN 1: TỔNG QUAN I Tổng quan về nhiên liệu sinh khối I.1 Nhiên liệu sinh khối [1] Sinh khối là vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo Trong sản xuất năng lượng và công nghiệp, sinh khối được đề cập đến ở đây là nguyên liệu có nguồn gốc từ sinh vật sống mà có thể sử dụng làm nhiên liệu hay cho sản xuất công nghiệp Thông thường sinh khối là phần chất cây trưởng thành sử dụng như là nhiên liệu sinh học bao gồm cả phần chất thực vật và động vật được dùng để sản xuất sợi, tạo than đá hay dầu mỏ Trong thời kì sơ khai, sinh khối nguồn nguyên liệu chính cho con người mãi đến tận thế kỉ 19 Sang thế kỉ 20, năng lượng sinh khối được thay thế dần bằng dầu và than đá, xa hơn nữa là khí và năng lượng nguyên tử Câu trả lời cho lý do hiện nay năng lượng sinh khối đang được quan tâm là đặc tính của sinh khối: Có khả năng tái tạo, dự trữ trong nhiều nguồn có sẵn, có khả năng lưu trữ và thay thế dầu I.1.1 Năng lượng từ sinh khối Năng lượng sinh khối ( hay năng lượng từ vật liệu hữu cơ ) có thể sản xuất tại chỗ, có ở khắp nơi, tương đối rẻ và nguyên liệu tài nguyên tái tạo Năng lượng sinh khối ( NLSK ) khác các dạng năng lượng tái tạo khác Một là: Không giống năng lượng gió và sóng, năng lượng sinh khối có thể kiểm soát được Hai là: Cùng một lúc năng lượng sinh khối vừa cung cấp nhiệt, vừa sản xuất điện năng Sinh khối có hai dạng chính: Thứ nhất: Các loại phế thải nông nghiệp của ngành lương thực thí dụ: Trấu, vỏ hạt điều, vỏ đậu phộng, rơm rạ, …v.v Thứ hai: Sinh khối gỗ: Có thể thu hoạch từ các khu vực trồng cây, thí dụ: Gỗ cây cao su, cây điều, cây keo, bạch đàn …v.v NLSK có thể biến chất thải, phế phẩm của ngành nông, lâm nghiệp thành nhiệt và năng lượng Ngoài ra, năng lượng sinh khối có thể đóng góp đáng kể vào mục tiêu chống thay đổi khí hậu do ưu điểm sinh khối là một loại chất đốt sạch hơn so với các loại nhiên liệu hóa thạch do không chứa lưu huỳnh, chu trình cố định CO2 ngắn Ngoài ra, các loại sinh khối có thể dự trữ, cung cấp loại nhiên liệu khô, đồng nhất và chất lượng ổn định SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 7 Đồ án tốt nghiệp I.1.2 Vai trò của nhiên liệu sinh khối Hiện nay, trên qui mô toàn cầu NLSK là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm tới 14-15 % tổng năng lượng tiêu thụ Ở các nước phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, đóng góp khoảng 35% tổng số năng lượng Từ sinh khối, có thể sản xuất ra nhiên liệu khí cũng như nhiên liệu lỏng làm chất đốt hay nhiên liệu cho động cơ Vì vậy, lợi ích của nguồn năng lượng sinh khối là rất to lớn nhưng bên cạnh đó chúng ta cũng cần phải lưu ý những khó khăn khi sử dụng NLSK  Lợi ích • Lợi ích kinh tế Phát triển nông thôn là một trong những lợi ích chính của việc phát triển năng lượng sinh khối, tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động (sản xuất, thu hoạch…) Thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng, …v.v Giảm sự phụ thuộc vào dầu, than, đa dạng hóa nguồn cung cấp nhiên liệu Ta có thể đánh giá lợi ích kinh tế của việc sử dụng năng lượng sinh khối thông qua bảng sau: Bảng 1.1: Nguồn năng lượng NLSK so với các nguồn năng lượng tái sinh khác Năng lượng phát Mặt trời Gió Sinh khối Tổng đầu tư (triệu USD) 1.830 12.700 6.300 Quy mô nhà máy(Kw) 1.000.000 10.000.000 10.000.000 Tỷ lệ hoạt động hàng năm(%) 12 20 70 Công suất điện phát hàng năm(Mkw/h) 1.100 17.500 6.300 Đơn vị đầu tư (USD/ KW) 1.66 0.72 0.10 • Lợi ích môi trường: Đây là một nguồn năng lượng khá hấp dẫn với nhiều ích lợi to lớn cho môi trường - Năng lượng sinh khối có thể tái sinh được - Năng lượng sinh khối tận dụng chất thải làm nhiên liệu, do đó, nó vừa làm giảm lượng rác vừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích Đốt sinh khối cũng thải ra CO2 nhưng lượng S và tro thấp hơn đáng kể so với việc đốt than bitum Ta cũng có thể cân bằng lượng CO2 thải vào khí quyển nhờ trồng cây xanh hấp thụ chúng Vì vậy, NLSK lại được tái tạo thay thế cho sinh khối đã sử dụng nên cuối cùng không làm tăng CO2 trong khí quyển SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 8 Đồ án tốt nghiệp Như vậy, phát triển NLSK làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảm hiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp …v.v  Khó khăn • So với nhiên liêu hóa thạch thì mật độ năng lượng/đơn vị sinh khối là thấp • Khó sử dụng, đặc biệt là nguồn từ thực phẩm • Quá trình chuyển đổi năng lượng phức tạp • Nếu tập trung vào nguồn sinh khối gỗ thì gây tác động tiêu cực đến môi trường, phá rừng, xói mòn đất, sa mạc hóa, và những hậu quả nghiêm trọng khác Có thể thấy, so sánh về hiệu quả đầu tư cũng như hiệu suất năng lượng thì nguồn NLSK là nguồn nhiên liệu mang lại lợi ích rất cao NLSK có nhiều dạng, và những lợi ích kể trên chủ yếu tập trung vào những dạng sinh khối mang tính tái sinh, tận dụng từ phế phẩm nông lâm nghiệp Tuy nhiên, việc phát triển năng lượng sinh khối ở nước ta hiện nay vẫn chưa được khai thác triệt để, nhiều dự án vẫn chưa triển khai do còn gặp nhiều khó khăn về công nghệ, về phân bố nguồn nguyên liệu, về nguồn vốn hỗ trợ đầu tư của nhà nước…v.v I.2 Thành phần và tính chất hóa học của nguyên liệu sinh khối [12] Các nguyên liệu sinh khối bao gồm gỗ, cành cây nhỏ, rễ, vỏ cây, bã mía, rơm rạ, trấu, ngô, lá cây, phân động vật, phế phẩm nông lâm nghiệp, rác thải sinh hoạt… I.2.1 Thành phần hoá học Thành phần hoá học của SK chủ yếu bao gồm: Nước, các polyme, các hợp chất trích ly, các hợp chất vô cơ Hơi ẩm chính là nước tự do có trong SK và thay đổi theo điều kiện bảo quản cũng như điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm không khí ) Trong điều kiện khô tương đối, thì hàm lượng ẩm trong SK chiếm khoảng từ vài đến hơn 10% về khối lượng Các polyme trong SK chủ yếu là xenlulozo, hemixenlulozo, lignin Xenlulozo, lignin và hemixenlulozo thường liên kết với nhau hình thành nên polymer lignoxenlulozo Xenlulozo: • Xenlulozo là một dạng polysaccarit có trong hầu hết các loại thực vật Tuỳ thuộc vào môi trường sống, tuổi của cây, mỗi loài thực vật có hàm lượng xenlulozo khác nhau, thường chiếm xấp xỉ 40- 50% khối lượng biomass • Xenlulozo có cấu trúc mạch thẳng, không phân nhánh được tạo thành từ các mắt xích cơ bản vòng sáu cạnh β-D-glucopyzanozo SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 9 Đồ án tốt nghiệp • Các dị vòng được nối với nhau bằng liên kết β-1,4 glucozit Công thức phân tử của xenlulozo là: (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng từ 5000- 14000 • Lượng phân tử của xenlulozo nằm trong khoảng 300.000-500.000 • Xenlulozo có cấu trúc tinh thể nên bền nhiệt • Phản ứng nhiệt phân xenlulozo xảy ra ở khoảng 240-350 0C Hình 1.1 Công thức hóa học của xenlulozo Hemixenlulozo: • Hemixenlulozo chiếm khoảng 10-30% thành phần trong SK, nó là một polyme của 5 loại đường khác nhau: đường 5 cacbon (xylozo và arabinozo), đường 6 cacbon (galactonzo, glucozo, mannozo) • Hầu hết các đơn vị cấu trúc của hemixenlulozo là xylan (polyme của xylo) • Hemixenlulozo có khối lượng phân tử nhỏ hơn xenlulozo • Đối lập với xelulozo có cấu trúc tinh thể và bền thuỷ nhiệt, hemixenlulozo ở dạng vô định hình kém bền Nó dễ dàng bị thuỷ phân trong dung dich axit hoặc bazơ • Sự phân hủy hemixenlulozo xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với xenlulozo Hemixenlulozo bị nhiệt phân ở 200-2600C • So với xenlulozo, khi nhiệt phân hemixenlulozo tạo nhiều khí, ít nhựa đường, ít than hơn Trong suốt quá trình nhiệt phân SK, hemixenlulozo bị deaxetyl tạo ra một lượng lớn axit axetic Lignin: • Lignin là polyme hữu cơ chủ yếu trên trái đất chỉ sau xenlulozo, chiếm khoảng 16-25% khối lượng SK • Lignin là nhựa liên kết ngang vô định hình nên không có cấu trúc xác định • Thông thường, lignin sẽ bị nhiệt phân trong khoảng nhiệt độ từ 280-5500C • Nhiệt phân lignin thường tạo ra phenol và thu được nhiều than hơn so với nhiệt phân xenlulozo SVTH : Lê Tuấn Linh Hóa Dầu K53-QN Trang: 10 Đồ án tốt nghiệp II.2 Thí nghiệm 13 Mồi lửa tại T6 cách ghi lò 498mm, lưu lượng không khí tổng 1400 lít/phút Hình 3.13.1: Đồ thị mối quan hệ giữa nhiệt độ theo chiều cao và thời gian Hình 3.13.2: Đồ thị mối quan hệ giữa nồng độ sản phẩm khí và thời gian SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN Trang: 80 Đồ án tốt nghiệp Hình 3.13.3: Đồ thị mối quan hệ giữa lưu lượng và thời gian Hình 3.13.4: Đồ thị mối quan hệ giữa lượng sản phẩm khí và thời gian Nhận xét: Thời gian ban đầu từ 0 đến 30 phút (hình 3.13.1) đây là giai đoạn nhóm lò nên quá trình cháy chưa ổn định, nhiệt độ vùng cháy còn thấp (200 đến 700 oC), ở giai đoạn này chủ yếu là quá trình nhiệt phân, phản ứng vùng khí hóa còn kém Thời gian từ phút 30 đến phút 90 đây giai đoạn quá trình khí hóa ổn định Nhiệt độ vùng cháy trên 700oC với chiều rộng khoảng 300mm cung cấp nhiệt cho vùng khử tiếp theo Phía dưới vùng cháy là vùng khử với nhiệt độ từ 500 đến 700 oC với chiều SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN Trang: 81 Đồ án tốt nghiệp rộng khoảng 220mm Phía trên vùng cháy là vùng nhiệt phân (200 đến 600 oC), với chiều rộng khoảng 140mm Phía trên vùng nhiệt phân là vúng sấy (< 200 oC) với chiều rộng 230mm Thời gian từ phút 90 đến 100 là thời gian mà vùng cháy bắt đầu dịch chuyển xuống dưới, do đó quá trình khí hóa xảy ra không ổn định Ở giai đoạn này nhiệt độ và chiều rộng vùng cháy cũng như nồng độ, lưu lượng sản phẩm khí thay đổi Kết quả tính toán ở giai đoạn ổn định Lưu lượng khí sản phẩm trung bình: 128,68 m3/h Nhiệt trị trung bình LHV= 6,17 MJ/m3 Độ chứa tar gtar= 41,56 mg/m350 mg/m3 Lượng nhiên liệu tiêu hao: m = 16,25 kg/h Hiệu suất khí hóa: 78,2 % Hiệu suất chuyển hóa Cacbon : η= 95,27 % Hệ số ER = 0,47 Hệ số SV = 0,17 m/s Thảo luận: Thí nghiệm 10 với nhiên liệu là vỏ trấu nhìn vào đồ thị hình 3.14.1 ta thấy nhiệt độ các vùng khí hóa rất thấp, với nhiệt độ vùng cháy khoảng 600-700 0C rất thấp và quá trình khí hóa xảy ra kém ổn định, có hiện tượng kẹt nhiên liệu Với nhiệt độ thấp nên các phản ứng ở đây chủ yếu là nhiệt phân và cracking Đối với nhiên liệu nhiều tro như vỏ trấu (Adr=12,48%) để quá trình khí hóa xảy ra ổn định và chất lượng sản phẩm khí tốt hơn, thì cần phải tháo tro liên trục SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN Trang: 85 Đồ án tốt nghiệp II.4 Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm của hệ thống 30kg/h Bảng 3.1: Bảng tổng hợp kết quả chạy thực nghiệm hệ thống 30kg/h Chiều rộng các vùng TN khí hóa (mm) Nhiên liệu Lưu lượng Nhiệt phân Vùng cháy Vùng khử khí sản phẩm LHV 3 (Mj/m ) Độ chứa tar (mg/m3) (m3/h) 9 10 11 12 13 14 Than hoa Than hoa Than hoa Viên nén Viên nén Vỏ trấu Cộng Nhiên liệu tiêu Hệ số SV HS η hao ER (m/s) % (kg/h) 150 300 220 70,35 4,61 40,56 13,85 0,44 0,28 80,76 150 300 230 70,5 4,59 42,8 13,83 0,40 0,28 75,04 300 360 200 130,5 5,79 29,92 29,94 0,32 0,51 85,78 120 260 270 67,19 2,32 71,41 21,48 0,48 0,26 37,71 120 300 220 128,68 6,17 41,56 56,25 0,3 0,51 78,23 320 270 340 45,56 4,19 57,42 16,25 0,47 0,18 76,20 4,10 48,56 30,10 15 thuốc 78,2 0,30 lá Từ bảng số liệu 3.1 ta thấy bước đầu chạy thực nghiệm cho kết quả rất tốt đối với nhiều loại nhiên liệu khác nhau, là cơ sở để chạy thử nghiệm với một số nhiên liệu mới Từ một số kết quả đã được công bố trên thế giới , chọn SV = 0,7 m/s [12], [20] trên cơ sở đó ta có thể nâng công suất hệ thống khí hóa lên 178m 3/h, kết quả tính toán bảng 3.2 SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN Trang: 86 Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.2: Kết quả tính toán với SV = 0,7 m/s Nhiên liệu Lưu lượng không khí (m3/h) Lưu lượng sản phẩm khí (m3/h) Nhiên liệu tiêu hao (kg/h) Nhiệt trị (Mj/m3) Nhiệt trị (MJ/h) Than hoa Viên nén Vỏ trấu 115 116 140 178 178 178 40,45 77,8 64,2 5,5 5 4,2 979 890 747,6 II.5 Kết quả tính toán cho một số mô hình khí hóa downdraft Từ kết quả đã đạt được ở hai hệ thống khí hóa sinh khối công suất 8 kg/h và 30 kg/h Trên cơ sở này và kết hợp với một số tài liệu tham khảo [12], [20], tính toán cho một số mô hình khí hóa downdraft như sau: (bảng 3.3) Bảng 3.3: Kết quả tính toán khi SV = 0,6 m/s Đường kính thót Dt(mm) 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 Vận tốc bề mắt SV(m/s) 0,6 Hệ số ER 0,3 Nhiệt trị sản phẩm khí LHV(Mj/m3) Hiệu suất sinh khí G/A (m3 không khí/m3 sản phẩm khí) 5 SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN 1,5 Lưu lượng không khí (m3/h) 45 71 102 139 181 229 283 343 408 479 555 637 725 819 918 1023 1133 Kết quả tính toán Lưu lượng Nhiệt trị sản sản phẩm phẩm khí khí LHV(Mj/h) (m3/h) 68 106 153 208 272 344 425 514 612 718 833 956 1088 1228 1377 1534 1700 340 531 765 1041 1360 1721 2125 2571 3060 3591 4165 4781 5440 6141 6885 7671 8500 Nhiên liệu tiêu hao M(kg/h) 35 55 79 108 141 179 221 267 318 373 432 496 565 638 715 797 883 Trang: 87 Đồ án tốt nghiệp Từ bảng số liệu 3.3 ta xây dựng mối quan hệ giữa đường giữa đường kính thót với lưu lượng không khí cấp vào, lưu lượng khí sản phẩm, nhiệt trị sản phẩm khí, nhiên liệu tiêu hao (hình 3.3) Hình 3.4 : Đồ thị mối quan hệ giữa đường kính thoát với nhiệt trị, lưu lượng, nhiên liệu tiêu hao Dựa vào đồ thị hình 3.4 ta có thể chọn đường kính thót phù hợp cho lò khí hóa với yêu cầu công suất thiết bị nhất định SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN Trang: 88 Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.4: Sự phụ công suất thiết bị vào SV khi Dt không đổi Đường kính thót Dt(mm) Vận tốc bề mắt SV(m/s) 300 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 Hiệu suất sinh khí G/A (m3 khí sản phẩm/m3 kg nhiên liệu) 2,3 Nhiệt trị sản phẩm khí LHV(Mj/ m3) Hiệu suất sinh khí G/A (m3 không khí/m3 sản phẩm khí) 5 1,5 Lưu lượng không khí (m3/h) 68 85 102 119 136 153 170 187 204 221 238 255 Kết quả tính toán Lưu lượng Nhiệt trị sản sản phẩm phẩm khí khí LHV(Mj/h) (m3/h) 102 127 153 178 204 229 255 280 306 331 357 382 510 637 765 892 1020 1147 1275 1402 1530 1657 1785 1912 Nhiên liệu tiêu hao M(kg/h) 44 55 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 Hình 3.5: Mối quan hệ giữa SV và công suất thiết bị khi Dt =300mm SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN Trang: 89 Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.5: Mối quan hệ giữa SV và công suất thiết bị khi Dt =500mm Đường Vận tốc kính bề mắt thót SV(m/s) Dt(mm) 500 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 Hiệu suất sinh khí G/M (m3 khí sản phẩm/kg nhiên liệu) 2,3 Nhiệt trị sản phẩm khí LHV(Mj/ m3) Hiệu suất sinh khí G/A (m3 không khí/m3 sản phẩm khí) 5 1,5 Kết quả tính toán Lưu lượng không khí (m3/h) Lưu lượng sản phẩm khí (m3/h) Nhiệt trị sản phẩm khí LHV(Mj/h) Nhiên liệu tiêu hao M(kg/h) 189 236 283 331 378 425 472 519 567 614 661 708 283 354 425 496 567 637 708 779 850 921 992 1062 1417 1771 2125 2479 2833 3187 3542 3896 4250 4604 4958 5312 123 154 185 216 246 277 308 339 370 400 431 462 Hình 3.6: Mối quan hệ giữa SV và công suất thiết bị khi Dt =500mm SVTH : Lê Tuấn Linh – Hóa Dầu K53-QN Trang: 90 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua quá trình chạy thực nghiệm trên hệ thống khí hóa sinh khối công suất 8kg/h đã tìm được chế độ tối ưu với nhiên liệu than hoa Kết quả của chế độ tối ưu có chất lượng sản phẩm rất tốt: Nhiệt trị 4,51 MJ/m 3, lưu lượng sản phẩm khí 23 m3/h, độ chứa tar 20,89