năng lượng và cải tạo môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG HÓA GAS PHẾ PHỤ PHẨM TỪ RƠM RẠ ĐỂ LÀM VẬT LIỆU NĂNG LƯỢNG VÀ CẢI TẠO MÔI TRƯỜNG Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Như Ngọc Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Mai Văn Trịnh TS Nguyễn Thu Huyền Hà Nội, năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đồ án tốt nghiệp kết lao động hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Mai Văn Trịnh cô giáo TS Nguyễn Thu Huyền, không chép từ tài liệu Các số liệu sử dụng đồ án để thực cho việc nhận xét kết nghiên cứu làm thực nghiệm Ngoài có sử dụng số nhận xét, nhận định tác giả từ nguồn khác ghi phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng kết đồ án MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI CÁM ƠN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Tính cấp thiết lý chọn đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nơi thực đồ án Mục đích đề tài Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 1.1 Khái niệm rơm rạ 1.2 Thành phần tính chất hóa học rơm rạ 1.3 Hiện trạng nghiên cứu sử dụng rơm rạ giới Tại Trung Quốc 1.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng rơm rạ Việt Nam 10 1.4.1 Tiềm rơm rạ Việt Nam 10 1.4.2 Hiện trạng sử dụng rơm rạ Việt Nam 11 1.5 Khái quát chung tác dụng than sinh học 14 1.5.1 Khái niệm 14 1.5.2 Tác dụng than sinh học 15 1.6 Khái quát hệ thống khí hóa sinh khối 17 1.6.1 Khái niệm trình khí hóa sinh khối 17 1.6.2 Một số hệ thống khí hóa sinh khối 18 1.7 Cơ hội thách thức việc phát triển nguồn sinh khối rơm rạ Việt Nam 22 1.7.1 Cơ hội 22 1.7.2 Thách thức 23 CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG HÓA GAS 24 2.1 Cơ sở để thiết kế hệ thống hóa gas 24 2.1.1 Việc thiết kế hệ thống hóa gas dựa vào yếu tố sau 24 2.2 Các phương án đề xuất 24 2.2.1 Phương án 24 2.2.2 Phương án 2: 28 2.3 Đánh giá lựa chọn hệ thống 31 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG HÓA GAS PHẾ PHỤ PHẨM RƠM RẠ LÀM VẬT LIỆU NĂNG LƯỢNG VÀ CẢI TẠO MÔI TRƯỜNG 32 3.1 Tính toán thiết kế bếp hóa gas 32 3.3 Diện tích toàn phần bếp hóa gas 35 3.3.1 Thân bếp hóa gas 35 3.3.2 Đáy bếp khí hóa 35 3.4 Tiến hành làm bếp hóa gas 36 3.5 Sử dụng hệ thống bếp hóa gas 39 3.6 Kết thực nghiệm sử dụng hệ thống bếp hóa gas 39 3.6.1 Rơm nén chặt bếp 40 3.6.2 Bện chặt 40 3.6.3 Rơm bện chặt kết hợp với trấu 41 3.6.4 Sử dụng trấu làm nguyên liệu đốt 42 3.6.5 Tổng hợp kết biện pháp xử lý nguyên liệu 42 3.7 Kết phân tích than sinh học 43 3.8 Tính toán kinh tế 46 3.8.1 Chi phí thiết kế hệ thống hóa gas 46 3.8.2 Chi phí nhân công 46 3.8.3 Chi phí điện 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 KẾT LUẬN 48 KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNH Công nghiệp hóa HĐH Hiện đại hóa ĐBSH Đồng sông Hồng ĐBSCL Đồng sông Cửu long TSH Than sinh học TOC Tổng lượng cacbon hữu OC Thành phần cacbon có chất hữu DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học rơm rạ Bảng 1.2 Thành phần chất hóa học rơm rạ Bảng 1.3 Tiềm năng lượng số loại trồng 10 Bảng 3.1 Số người bình quân hộ 32 Bảng 3.2 Tổng hợp kết biện pháp xử lý nguyên liệu 42 Bảng 3.3 Kết phân tích mẫu than sinh học 43 Bảng 3.4 Số liệu chi phí cho hệ thống hóa gas 46 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đốt rơm rạ đồng Hình 1.2 Đốt rơm rạ đường 11 Hình 1.3 Sử dụng rơm để trồng nấm rơm 12 Hình 1.4 Công nghệ khí hóa tầng cố định 18 Hình 1.5 Công nghệ khí hóa tầng sôi 20 Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ phương án 24 Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ phương án 28 Hình 3.1: quạt thổi khí 35 Hình 3.2: Cắt vật liệu Hình 3.3: Gò thân bếp 37 Hình 3.4: Cách nhóm bếp khí hóa 39 Hình 3.5 Nén chặt rơm bếp 40 Hình 3.6 Bện chặt rơm 40 Hình 3.7: Kết hợp rơm với trấu 41 Hình 3.8: Đốt với nhiên liệu trấu 42 Hình 3.9: Kết phân tích than sinh hoc 44 LỜI CÁM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Mai Văn Trịnh cô giáo T.S Nguyễn Thu Huyền Người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực đề tài Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô giáo khoa Môi trường trường đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội trang bị cho kiến thức bổ ích suốt trình học tập nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án Tôi xin trân trọng cảm ơn cán Bộ môn Mô hình hóa Cơ sở liệu Môi trường - Viện Môi trường Nông nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện cho trình thực đồ án Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè động viên, giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành đồ án Tuy nhiên, điều kiện nghiên cứu hạn chế, kiến thức chưa sâu, kinh nghiệm chưa có với thời gian có hạn nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót Mong thầy cô giáo góp ý để đồ án hoàn thiện Tôi xin chân thành cám ơn! MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện vấn đề rác thải người quan tâm, nguồn rác thải phát sinh từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, y tế nguồn phải kể đến nguồn rác thải từ nông nghiệp, Việt Nam nước nông nghiệp chiếm 70% dân số sống nông thôn, nghề nghiệp chủ yếu tham gia sản xuất nông nghiệp Tính đến năm 2010 diện tích đất trồng lúa nước ta gần 7,5 triệu (trong tổng diện tích đất tự nhiên 32,9 triệu ha) [6] Với diện tích trồng trọt đó, năm 2010 nước sản xuất 39 triệu thóc nên ngành nông nghiệp Việt Nam có vị trí vô quan trọng với tỉ trọng chiếm 20,3% toàn kinh tế, đồng nghĩa với điều lượng chất thải từ nông nghiệp chiếm khối lượng lớn, tính riêng cho hoạt động sản xuất lúa hàng năm thải xấp xỉ 40 triệu rơm rạ/năm Với khối lượng rác thải biện pháp xử lý tác nhân gây ô nhiễm môi trường lãng phí nguồn tài nguyên lớn, thực tế 80% phế phụ phẩm từ rơm rạ người dân đốt bỏ Nên thực tế cần đặt giải quyết, có hình thức xử lý hợp lý phế phụ phẩm từ rơm rạ tạo nguồn lượng lớn như: Điện năng, nhiệt tạo khối lượng lớn than sinh học có khả giảm tượng hiệu ứng nhà kính, cải tạo chất lượng đất giúp tăng khả sinh trưởng phát triển trồng Là quốc gia trình công nghiệp hóa đại hóa (CNH HĐH) đất nước, nhu cầu lượng cho ngành công nghiệp sinh hoạt ngày tăng Trong nguồn lượng truyền thống như: Thủy điện, than đá, dầu mỏ suy giảm, dự báo đến năm 2050 - 2060 nguồn tài nguyên có khả cạn kiệt Sự phụ thuộc nhiều vào lượng hóa thạch gây vấn đề: An toàn lượng, hiệu ứng nhà kính, khí thải Hơn với trình CNH - HĐH làm suy giảm diện tích đất nông nghiệp làm suy giảm chất lượng đất việc sử dụng sai mục đích nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường lãng phí nguồn tài nguyên 2 Những tiến khoa học công nghệ nhân loại đặt cho nước giới phải quan tâm đến nguồn lượng tái tạo quan tâm đến việc bảo vệ môi trường Xuất phát từ thực tế nên tiến hành đề tài:“Thiết kế hệ thống hóa Gas phế phụ phẩm từ rơm rạ để làm vật liệu lượng cải tạo môi trường” Là cần thiết Tính cấp thiết lý chọn đề tài Căn vào luật Bảo vệ Môi trường Quốc hội thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005 Chỉ thị Thủ tướng phủ số 35/2005/CT-TTg ban hành ngày 17 tháng 10 năm 2005 việc tổ chức thực nghị định thư Kyoto thuộc công ước khung Liên Hợp Quốc biến đổi khí hậu Quyết định số_1393_QD_TTg thủ tướng phủ ngày 25 tháng 09 năm 2012 phê duyệt chiến lược quốc gia tăng trưởng xanh Tính đến năm 2010 diện tích đất trồng lúa nước ta gần 7,5 triệu (trong tổng diện tích đất tự nhiên 32,9 triệu ha) [6] Với diện tích trồng trọt đó, năm 2010 nước sản xuất 39 triệu thóc Theo đánh giá Cục Trồng trọt, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn nhiều nghiên cứu, lượng chất thải từ lúa chiếm tới 50% chất khô, nghĩa sản xuất thóc lượng phế phụ phẩm từ lúa tương đương khoảng tấn, khoảng 10-12 phụ phẩm/ha/năm, hoạt động sản xuất lúa hàng năm riêng rơm rạ thải xấp xỉ 40 triệu tấn/năm [6] Trong năm gần biến đổi đời sống kinh tế xã hội, tỷ lệ đáng kể hộ nông dân không sử dụng rơm rạ vào mục đích trước mà thay vào họ đốt rơm rạ đồng [6] Để hạn chế việc đốt rơm rạ đồng tận dụng chúng làm nguồn nguyên liệu để tạo nhiệt phục vụ nhu cầu sinh hoạt người dân sản xuất than sinh học bón cho đồng ruộng Đó lý quan trọng để tiến hành đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nguồn rơm rạ người người nông dân sau thu hoạch phơi khô Phạm vi nghiên cứu: Nguồn rơm rạ sau lấy làm mẫu thử nghiệm để thu hồi nguồn lượng (nhiệt năng), sản xuất than sinh học không nghiên cứu để làm nguồn lượng khác Nơi thực đồ án Địa điểm thực hiện: Viện Môi trường Nông nghiệp Địa quan: Phú Đô - Mễ Trì - Từ Liêm - Hà Nội Thời gian thực hiện: Từ tháng 11/2013 - 01/2014 Thiết kế hệ thống hóa Gas phế phụ phẩm từ rơm rạ để làm vật liệu lượng cải tạo môi trường Mục đích đề tài Thiết kế hệ thống hóa gas phù hợp với quy mô hộ gia đình, tận dụng nguồn phế phụ phẩm rơm rạ làm nguồn nguyên liệu để thu hồi lượng, phục vụ nhu cầu sinh hoạt người dân sản xuất than sinh học để bón cho đồng ruộng Nội dung nghiên cứu Tổng quan phế phẩm rơm rạ tình hình sử dụng phế phẩm rơm rạ Nghiên cứu tác dụng than sinh học Nghiên cứu công nghệ khí hóa sinh khối Thiết kế hệ thống hóa gas phế phụ phẩm rơm rạ phù hợp với điều kiện kinh tế người nông dân, tận dụng nguồn phế phụ phẩm rơm rạ sản xuất than sinh học để bón cho đồng ruộng Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập tài liệu: Thu thập tài liệu liên quan đến phế phụ phẩm rơm rạ, tiềm sử dụng tác động môi trường việc sử dụng chúng, xu hướng sử dụng phế phụ phẩm, xu hướng sử dụng phụ phẩm cho hóa gas, thiết kế hệ thống hóa gas … Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia lĩnh vực môi trường, lượng để thiết kế hệ thống hóa gas hiệu phù hợp với quy mô hộ gia đình Phương pháp thực nghiệm: Căn vào nguồn phế phụ phẩm có nhu cầu sử dụng nhiệt năng, để thiết hệ thống hóa gas có kích thước phù hợp, phục vụ thời gian đun nấu người dân Trực tiếp tham gia sản xuất hệ thống hóa gas sử dụng nguồn nguyên liệu khác như: rơm rạ, trấu… đốt thực nghiệm hệ thống hóa gas để xác định hiệu sử dụng để thu hồi lượng sản xuất than sinh học Phương pháp phân tích: Mẫu than sinh học thu sau trình hóa gas, chuyển đến Trung tâm Phân tích chuyển giao công nghệ môi trường - Viện Môi trường Nông nghiệp để phân tích tiêu TOC, OC thành phần than sinh học từ nguồn vật liệu khác từ kết hợp nguồn nguyên liệu khác