Nghiên cứu quá trình đốt sinh khối từ trấu làm nhiên liệu đốt qui mô công nghiệp

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM HỮU TÂM NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐỐT SINH KHỐI TỪ TRẤU LÀM NHIÊN LIỆU ĐỐT QUI MƠ CƠNG NGHIỆP Chun ngành: Cơng nghệ nhiệt Mã số : 60.52.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HOÀNG NGỌC ĐỒNG Phản biện 1: TS Trần Văn Vang Phản biện 2: GS.TSKH Phan Quang Xưng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại Học Đà Nẵng vào ngày 23 tháng 10 năm 2013 Có thể tìm hiểu Luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Năng lượng sinh khối (NLSK) nguồn lượng cổ xưa người sử dụng bắt đầu biết nấu chín thức ăn sưởi ấm Trong năm gần ý tới công nghệ NLSK đại nói riêng lượng tái tạo nói chung tăng mạnh tồn cầu để thay nguồn lượng hố thạch hai lý Một nguồn lượng hoá thạch ngày cạn kiệt dần hai nguồn gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng Có thể nói việc sử dụng hiệu lượng sinh khối vấn đề quan tâm giới nhằm giảm phần sức ép sử dụng nhiên liệu, phát triển nguồn lượng thiết thực cho tương lai Nguồn sinh khối phong phú Do vậy, công nghệ để sử dụng NLSK đa dạng Việc nghiên cứu nắm vững công nghệ cho việc phát triển nguồn lượng sinh khối việc quan trọng đáng quan tâm Với kiến thức học với thực tế nhu cầu lượng, tác giả mong muốn nghiên cứu ứng dụng thiết bị khí hóa liên tục từ sinh khối để bổ sung thay nguồn lượng truyền thống cho thiết bị đốt công nghiệp chạy động Đấy mục đích đề tài: “Nghiên cứu trình đốt sinh khối từ trấu làm nhiên liệu đốt qui mô công nghiệp” Mục tiêu nghiên cứu Để nâng cao hiệu sử dụng lượng sinh khối, cần nghiên cứu nắm bắt công nghệ Mục tiêu đề tài nhằm đánh giá nguồn lượng sử dụng, lượng sinh khối để tìm giải pháp nâng cao hiệu Footer Page of 126 Header Page of 126 lượng, giảm phụ thuộc vào lượng khác góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Trên sở đó, đề tài hướng đến việc nghiên cứu cụ thể vấn đề: - Vấn đề lượng môi trường nay; - Tiềm lượng sinh khối; - Đánh giá thiết bị nhiệt sử dụng nhiên liệu sinh khối; - Nghiên cứu thiết bị khí hóa q trình hóa ga từ trấu; - Ứng dụng thiết bị khí hóa cho thiết bị đốt công nghiệp chạy động Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Các nguồn lượng sử dụng; - Nhiên liệu sinh khối; - Nhiên liệu trấu; - Thiết bị sử dụng nhiên liệu sinh khối liên tục Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết kết hợp kiểm tra thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lí thuyết: Thu thập nghiên cứu tài liệu, định hướng bước thực hiện, kế thừa vận dụng phương pháp công bố Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành chế tạo thiết bị thực nghiệm, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình khí hóa độ ẩm vật liệu, lượng khí cấp, áp suất, nhựa trấu, tro để tìm phương án xử lý phù hợp với điều kiện sử dụng Việt Nam Footer Page of 126 Header Page of 126 Bố cục đề tài Cấu trúc luận văn sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan lượng môi trường Chương 2: Tiềm sử dụng lượng sinh khối Chương 3: Sử dụng nhiên liệu trấu dạng khí hóa Kết luận kiến nghị Tổng quan tài liệu nghiên cứu Đề tài nghiên cứu thực dựa nguồn tài liệu, cơng trình nghiên cứu, báo, tạp chí cơng bố ngồi nước [6], [8], [9], [11], [12] Một số vấn đề nghiên cứu nước có liên quan như: - Nghiên cứu chế tạo khảo nghiệm thiết bị khí hóa gas trấu theo ngun lý tầng sôi [2] - Nghiên cứu thực nghiệm xác định số thơng số ảnh hưởng đến q trình hoạt động buồng đốt khí hóa kiểu thuận qui mơ nhỏ [3] - Nghiên cứu tính tốn thiết kế buồng đốt trấu hóa khí qui mơ nhỏ sử dụng cho hộ gia đình nơng thơn [4] - Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ hóa ga từ trấu làm nhiên liệu cho động Diesel kéo máy phát điện [5] Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1 NĂNG LƯỢNG 1.1.1 Khái niệm Năng lượng định nghĩa lực làm vật thể hoạt động Có nhiều dạng lượng như: động làm dịch chuyển vật thể, nhiệt làm tăng nhiệt độ vật thể, 1.1.2 Phân loại a Năng lượng tái tạo Đây dạng lượng mà nguồn nhiên liệu liên tục tái sinh từ trình tự nhiên b Năng lượng mặt trời Trái đất nhận 174 petawatts (PW) từ xạ mặt trời, khoảng 30% phản xạ trở lại không gian phần lại hấp thụ đám mây, đại dương vùng đất c Năng lượng gió Năng lượng gió động khơng khí di chuyển bầu khí trái đất Năng lượng gió hình thức gián tiếp lượng mặt trời d Năng lượng thủy điện Năng lượng thuỷ điện có từ nước tích đập nước làm quay tuốc bin nước máy phát điện Thuỷ điện nguồn lượng hồi phục e Năng lượng sóng biển Sóng đại dương sinh gió, gió gây mặt trời Vì vậy, lượng sóng xem dạng gián tiếp lượng mặt trời Giống dạng dịng nước chảy khác, lượng sóng có khả làm quay tuabin phát điện f Năng lượng địa nhiệt Năng lượng địa nhiệt lượng tách từ nhiệt lòng trái đất Năng lượng có nguồn gốc từ hình thành Footer Page of 126 Header Page of 126 ban đầu hành tinh, từ hoạt động phân hủy phóng xạ khống vật, từ lượng mặt trời hấp thụ bề mặt trái đất g Năng lượng sinh học Nhiên liệu sinh học loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động thực vật nhiên liệu chế xuất từ chất béo động thực vật, ngũ cốc, chất thải nông, sản phẩm thải công nghiệp h Năng lượng không tái tạo Đây dạng lượng mà nhiên liệu sinh sản khơng có khả tái sinh vĩnh viễn Đại diện cho nhóm bao gồm dạng lượng đến từ nhiên liệu hóa thạch lượng nguyên tử Nhiên liệu hóa thạch loại nhiên liệu tạo thành trình phân hủy kỵ khí sinh vật chết bị chơn vùi cách 300 triệu năm Các nhiên liệu hóa thạch tài ngun khơng tái tạo trái đất hàng triệu năm để tạo chúng lượng tiêu thụ diễn nhanh tốc độ tạo thành Năng lượng hạt nhân loại công nghệ thiết kế để tách lượng hữu ích từ hạt nhân ngun tử thơng qua lị phản ứng hạt nhân có kiểm sốt 1.1.3 Tình hình lượng hóa thạch Trữ lượng dầu hữu hạn lượng tiêu thụ dầu giới thời gian tới tăng phải phụ thuộc vào dầu giá cao Khi giá thị trường tăng lên, việc ứng dụng kỹ thuật khai thác tiên tiến để lấy dầu từ địa tầng sâu đẩy mạnh trữ lượng dầu có khả khai thác tăng lên Nhưng khai thác đến nửa trữ lượng mỏ dù trữ lượng cịn dẫn đến suy giảm suất chuyển sang sụt giảm sản lượng Footer Page of 126 Header Page of 126 1.1.4 Nhu cầu sử dụng số nguồn lượng a Than đá Than đá loại nhiên liệu hóa thạch hình thành hệ sinh thái đầm lầy nơi xác thực vật nước bùn lưu giữ khơng bị ơxi hóa phân hủy sinh vật Than đá nguồn nhiên liệu sản xuất điện lớn giới, nguồn thải khí carbon dioxide lớn nhất, xem nguyên nhân hàng đầu gây nên tượng nóng lên toàn cầu b Dầu mỏ Dầu mỏ hay dầu thô chất lỏng sánh đặc màu nâu ngả lục Dầu thô tồn lớp đất đá số nơi vỏ trái đất Do dầu thô nguồn lượng không tái tạo nên nhiều người lo ngại khả cạn kiệt dầu tương lai không xa c Năng lượng hạt nhân Năng lượng nguyên tử sản sinh từ Uranium thơng qua q trình phản ứng chuỗi liên kết Một lượng nhiệt khổng lồ sinh trình phân hạch phân tử Uranium-235 dùng để đun sôi nước Hơi nước sinh nhiệt độ cao tạo thành luồng di chuyển, tác động vào cánh quạt turbines để quay máy phát điện 1.1.5 Nhu cầu lượng tương lai Trong lượng hóa thạch tồn cầu ngày cạn kiệt, lượng tái tạo cung cấp vẻn vẹn 19.4% nhu cầu lượng giới Nguyên nhân thực tế đáng lo ngại nằm nhược điểm lượng tái tạo mà giới khoa học công nghệ khó khăn việc khắc phục Ngồi cơng nghệ phức tạp, giá thành lắp đặt vận hành cao, điểm mấu chốt cản trở phát triển nguồn lượng gió, mặt trời, kể thủy điện khơng ổn định Làm lưu trữ lượng mặt trời để sử dụng vào ban đêm, hay dự trữ lượng dồi sản sinh vào mũa lũ để đảm Footer Page of 126 Header Page of 126 bảo lượng cho mùa cạn? Đây câu hỏi đặt cho tương lai toàn giới 1.2 MƠI TRƯỜNG 1.2.1 Khái niệm Mơi trường bao gồm yếu tố tự nhiên yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, tồn tại, phát triển người thiên nhiên (Theo Điều 1, Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam) 1.2.2 Phân loại Môi trường tự nhiên: ánh sáng mặt trời, núi sơng, biển cả, khơng khí, động, thực vật, đất, nước Môi trường xã hội tổng thể quan hệ người với người 1.2.3 Việc sử dụng lượng loài người Tổ tiên biết sử dụng lửa từ hàng trăm nghìn năm trước Khi người sinh hoạt hang động lửa sử dụng để chiếu sáng, sưởi ấm nấu nướng Nguồn lượng động lực thời kỳ sức người gia súc Để trì sống văn minh mình, người cần sử dụng nhiều lượng, đến lúc cần phải xem xét lại mối quan hệ lượng môi trường 1.3 MỐI QUAN HỆ GIỮA NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG 1.3.1 Tác động nhiên liệu hóa thạch đến mơi trường 1.3.2 Ảnh hưởng dầu mỏ đến môi trường 1.3.3 Tác động nhà máy hạt nhân đến môi trường 1.3.4 Mưa axit ấm lên trái đất 1.3.5 Biến đổi khí hậu toàn cầu Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 CHƯƠNG TIỀM NĂNG VỀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 2.1 TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI 2.1.1 Khái niệm sinh khối Sinh khối thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rộng dùng để mơ tả vật chất có nguồn gốc sinh học vốn sử dụng nguồn lượng 2.1.2 Nguồn lượng từ sinh khối Năng lượng sinh khối khác dạng lượng tái sinh khác Một là: khơng giống lượng gió sóng, lượng sinh khối kiểm sốt được; Hai là: lúc lượng sinh khối vừa cung cấp nhiệt, vừa sản xuất điện 2.1.3 Vai trị sinh khối Sinh khối cịn xem dạng tích trữ lượng mặt trời Năng lượng từ mặt trời "giữ" lại cối qua trình quang hợp giai đoạn phát triển chúng a Lợi ích Trước nhất, nguồn lượng tái tạo, bảo đảm tốc độ trồng thay Sinh khối phân bố đồng bề mặt trái đất nguồn lượng định khác (nhiên liệu hóa thạch ), khai thác mà khơng cần địi hỏi đến kỹ thuật đại phức tạp tốn Giảm phụ thuộc vào nguồn lượng hóa thạch than đá, dầu mỏ Nó tạo hội cho địa phương, khu vực quốc gia tồn giới tự bảo đảm cho nguồn cung cấp lượng cách độc lập Đây giải pháp thay cho lượng hóa thạch, giúp cải thiện tình hình thay đổi khí hậu đe dọa trái đất Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 10 mối nguy hại ô nhiễm nguồn nước ngầm từ thùng chứa xăng ngầm, nguy cạn kiệt dầu động nhiên liệu cho xe cộ 2.2 KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI TRÊN THẾ GIỚI Hiện giới có sáu hệ thống điện sinh học lớn, bao gồm: Đốt biomass trực tiếp, đồng đốt cháy, khí hố, tiêu hố kỵ khí, nhiệt phân hệ thống điện sinh học nhỏ Ước tính tới năm 2020, sản lượng điện sinh khối giới 30.000 MW 2.3 KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI TẠI VIỆT NAM 2.3.1 Tình hình chung Cơng nghệ sinh khối Việt Nam chưa phát triển nhiều, trình thương mại hóa cịn hạn chế Cho đến nay, sinh khối sử dụng chủ yếu vùng nông thơn với qui mơ nhỏ chưa có cơng nghệ thích hợp 2.3.2 Phát triển lượng sinh khối Việt Nam a Nguồn nhiên liệu b Dùng lượng sinh khối phát điện c Biogas (khí sinh học) Việt Nam 2.3.3 Những trở ngại cần vượt qua Thiếu quy hoạch chiến lược cụ thể cho việc phát triển nguồn sinh khối Thiếu phối hợp hài hòa ngành tổ chức nhằm phác thảo sách quốc gia cho vấn đề cơng nghệ sinh khối lượng tái tạo Thiếu hụt ngân sách hệ thống quản lý để phát triển ứng dụng công nghệ sinh khối Nhà cung cấp thiết bị công nghệ sinh khối thiếu thông tin nhu cầu thị trường tiềm Cạnh tranh chi phí cơng nghệ, nhiều cơng nghệ sinh khối cịn đắt cơng nghệ truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 11 trang thiết bị lẫn nhiên liệu nên việc đưa cơng nghệ vào Việt Nam cịn gặp trở ngại lớn Việt Nam nước nghèo nên thiếu kinh phí đầu tư phát triển cơng nghệ rào cản lớn Ví dụ bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp đầu tư không đáng kể không, đầu tư để có bếp cải tiến phải tốn khoản tiền Thiếu nhận thức xã hội lượng sinh khối Ý thức người dân việc sử dụng lượng sinh khối công nghệ Thiếu mơ hình tin cậy để phổ biến ứng dụng công nghệ sinh khối 2.4 KẾT LUẬN Năng lượng sinh khối ngày thu hút quan tâm xã hội, đáng kể năm cuối kỷ 20, đầu kỷ 21 Đó nhờ kết hợp yếu tố sau: - Sự thay đổi cách nhanh chóng thị trường lượng tồn cầu, thúc đẩy tiến trình tư nhân hóa - Xã hội bắt đầu nhận thức cách rộng rãi vai trò tương lai lượng sinh khối với vai trị phương thức chuyển hóa lượng, kết hợp với dạng lượng tái tạo khác - Sự dồi dào, dễ khai thác tính chất bền vững lượng sinh khối - Xã hội nhận thức đóng góp việc khai thác lượng sinh khối vào tiến trình bảo vệ cân mơi trường sống vai trị việc điều tiết khí hậu - Các hội sẵn có tiềm phát triển thương mại lượng sinh khối - Tiến hiểu biết lượng sinh khối phát triển kỹ thuật khai thác chuyển đổi lượng sinh khối dạng lượng tái tạo khác Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 Ngoài điểm kể trên, phát triển lượng sinh khối khuyến khích thêm yếu tố cụ thể sau: - Mối lo ngại ngày tăng thay đổi khí hậu tồn cầu dẫn tới việc tăng cường sách cứng rắn việc giảm thiểu nhiễn khơng khí - Sự nhận thức rộng rãi tổ chức sách tồn cầu tầm quan trọng lượng sinh khối - Sự gia tăng nhu cầu lượng tăng trưởng nhanh thị trường lượng tái tạo - Con số quốc gia bắt đầu vạch thảo áp dụng sách hỗ trợ phát triển lượng ngày tăng, với lượng sinh khối đóng vai trị trọng tâm - Các áp lực môi trường, cộng với cạn kiệt nguồn tài nguyên dẫn tới việc tăng giá nhiên liệu hóa thạch, chưa kể tới chi phí "phụ trợ" khác khiến giá lượng ngày tăng cao Điều rút giảm dần khoảng cách chi phí lượng tái tạo lượng truyền thống Hiện nay, cho dù kỹ thuật chưa đạt mức thỏa mãn thương mại hóa luợng sinh khối, với tốc độ phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, khoảng cách thời gian rút ngắn dần Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 CHƯƠNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU Ở DẠNG KHÍ HĨA 3.1 TÌM HIỂU TRẤU 3.1.1 Thành phần đặc tính trấu a Cấu tạo vỏ trấu Trấu lớp vỏ hạt lúa, tạo từ nhà máy chế biến lúa gạo Vỏ trấu hai gié lúa vảy mày hoa tạo thành Cả hai phần ghép liền với theo nếp dọc nếp gấp cài vào Hình 3.1: Cấu tạo hạt lúa b Thành phần trấu + Xenlulô: chiếm nhiều khoảng 26 – 35% + Hemi – Xenlulô: chiếm khoảng 18 – 22 % + Lignin: chiếm khoảng 25 – 30% + SiO2: chiếm khoảng 20 % c Phân tích nguyên tố Trấu chứa 35,8 – 42,1% tổng số carbon, 5% H, 2% N, 0,1%S, 33% O 17-26% tro d Tính chất vật lý trấu Trấu có chiều dài từ đến 10 mm rộng khoảng 1/3 – 1/2 chiều dài Trấu có khối lượng thể tích từ 100 ÷ 160 kg/m3 e Nhiệt trị Nhiệt trị thấp trấu độ ẩm 9% 3400 kcal/kg 3.1.2 Tiềm trấu Là quốc gia đứng đầu xuất lúa gạo, với sản lượng xấp xỉ 40 triệu tấn/năm, Việt Nam có tiềm dồi sinh khối từ trấu Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 3.1.3 Tình hình sử dụng trấu Tại nước khu vực, trấu dùng cho việc đun nấu hộ gia đình, cung cấp nhiệt cho máy sấy nông sản sử dụng đốt lò để chạy máy phát điện 3.1.4 Kết luận Với tăng nhanh sản lượng lúa lượng trấu sinh nhiều tương lai Tuy nhiên việc tận dụng triệt để phế phẩm gây tác động xấu đến môi trường Đối với khu vực Đồng sông Cửu Long, lượng trấu sinh lớn nên người dân thường đổ xuống sơng Đây lãng phí lớn 3.2 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ ĐỐT NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 3.2.1 Lò đốt tầng cố định a Nguyên lý thuận - Ga - Vùng nhiệt phân - Vùng khử - Vùng cháy - Khí cấp - Tro Hình 3.6 Ngun lý khí hóa thuận Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 15 b Nguyên lý nghịch – Ga – Vùng sấy – Vùng nhiệt phân – Vùng khử – Vùng cháy – Khí cấp - Tro Hình 3.7 Ngun lý khí hóa nghịch c Nguyên lý kiểu ngang – Vùng sấy – Vùng nhiệt phân – Khí cấp – Vùng cháy – Vùng hóa ga – Ga - Tro Hình 3.8 Ngun lý khí hóa ngang 3.2.2 Lị đốt tầng sơi a Đặc điểm Nhiên liệu gió hướng từ đáy lị lên Nhiên liệu sơi lơ lửng lị khí đốt tạo Khí sản phẩm cửa đỉnh lò qua thiết bị lọc bụi, trước đưa sử dụng Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 - Ga – Lắng tro – Buồng đốt – Cấp nhiên liệu – Cấp khí Hình 3.9 Cơng nghệ khí hóa kiểu tầng sơi a Ưu điểm Nhiên liệu đảo trộn lớp sôi nên trình truyền nhiệt cao, làm cho nhiệt độ phân bố theo chiều cao lò b Nhược điểm Quá trình xử lý tro phức tạp tro ga đường nên phải thiết kế quạt có cột áp lớn Do hạt rắn chuyển động với tốc độ cao nên dễ sinh tình trạng ăn mịn thiết bị Phức tạp việc thiết kế vận hành, chi phí đầu tư cao 3.3 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ ĐỐT NHIÊN LIỆU SINH KHỐI DẠNG KHÍ HĨA 3.3.1 Giới thiệu lịch sử đời khí hóa Khí hóa phát cách độc lập Pháp Anh vào khoảng năm 1978, đến năm 1850 công nghệ phát triển mạnh mẽ London Đến năm 1920, hầu hết thành phố thị trấn Mỹ cung cấp khí cho người dân để nấu ăn chiếu sáng 3.3.2 Ngun lý khí hóa a Vùng cháy Những chất dễ cháy nhiên liệu rắn thường bao gồm nguyên tố cacbon, hydro, oxy Vùng cháy vùng tiêu thụ oxy nhanh sinh CO2, CO nhiệt độ cao cung cấp cho vùng Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 b Vùng phản ứng Là nơi sinh ga CO2 H2O kết hợp với C (Carbon) tạo CO, H2 c Vùng nhiệt phân Ở nhiệt độ lên đến 200oC có nước bay Từ 200 280oC CO2, CH3COOH nước bốc Quá trình nhiệt phân thực xảy 280-500oC, sinh lượng lớn hắc ín khí CO2 Bên cạnh hắc ín, CH3OH tạo thành Từ 500-700oC khí sinh có chứa H2 d Vùng sấy Trong vùng này, nhiên liệu sấy trước khí hóa Nhiệt độ nhiên liệu miền sấy khoảng 100-150oC, nơi trao đổi nhiệt ga nhiên liệu cháy 3.4 TÍNH TỐN THIẾT BỊ KHÍ HĨA TỪ TRẤU, CƠNG SUẤT 50 KG/H 3.4.1 Lựa chọn cơng nghệ hóa khí Với ngun lý khí hóa tầng cố định kiểu ngược nhiều, nhờ xếp vùng phản ứng lò, vùng vùng kia, nên nhiệt độ lò giảm dần từ lên trên, nhiên liệu xuống nóng Ưu điểm lớn sử dụng tất loại nhiên liệu ban đầu khác (về độ ẩm độ tro) mà khơng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng khí Nhiên liệu từ vùng sấy qua vùng bán cốc nên ẩm chất bốc thoát hết, đến vùng khử vùng cháy nhiên liệu giữ nhiệt độ cần thiết cho phản ứng khử phản ứng cháy, chất lượng khí sản phẩm tốt Xuất phát từ nhu cầu thực tế Việt Nam, đặc biệt ứng dụng vào thực tế, để tận dụng biến nguồn sinh khối dư thừa sẵn có Tác giả lựa chọn cơng nghệ khí hóa tầng cố định với ngun lý ngược chiều ưu điểm nguyên lý phù hợp với nhu cầu thực tế, nhược điểm cải thiện Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 3.4.2 Lựa chọn công suất loại nhiên liệu Do điều kiện chế tạo phục vụ nghiên cứu nên tác giả lựa chọn cơng suất khí hóa trấu 50kg/h Với cơng suất ứng dụng cho việc cung cấp khí ga cho thiết bị đốt công nghiệp qui mô vừa nhỏ 3.4.3 Sơ đồ công nghệ thiết bị Phễu cấp liệu Vít nạp liệu Cửa nhóm lị Ghi lị Phễu thu hồi tro Vít đùn tro Cánh gạt tro Truyền động ghi, cánh gạt Quạt cấp khí 10 Ống dẫn ga 11 Bình lọc khí 12 Béc đốt Hình 3.10 Sơ đồ thiết bị khí hóa Q trình khí hóa ga diễn theo vùng: vùng cháy -> vùng khử -> vùng nhiệt phân -> vùng sấy 3.4.4 Tính tốn thiết kế a Lượng khơng khí thực tế cần cung cấp cho q trình khí hóa Qt * Lượng khơng khí lý thuyết cần cung cấp cho q trình khí hóa Qlt: Qlt = Glt.Gtr; kg KK/h Trong đó: - Qlt: lượng khơng khí lý thuyết cần cung cấp cho q trình khí hóa, kg KK/h Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 - Glt: lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy 1kg trấu, [kg KK/kg trấu] Theo Maheshwari (1976) trích dẫn Phan Hieu Hien (1993): Glt = 4,8 kg KK/kg trấu - Gtr = 50 [kg trấu/h]: lượng tiêu hao trấu tối đa ð Qlt = 240 kg KK/h * Lượng không khí thực tế cần cấp cho q trình khí hóa Qtt Qtt = Qlt.ER; kg KK/h Trong đó: - Qtt: lượng khơng khí thực tế cần cung cấp cho q trình khí hóa, kg KK/h - ER: tỷ số tương đương Theo Tiangco ER = 0,2 0,4 - Qlt: lượng khơng khí lý thuyết cần cung cấp cho q trình khí hóa, kg KK/h ð Qtt = (48 96) kg KK/h hay Qtt = (54,24 108,48) m3/h b Kích thước lị khí hóa * Tốc độ hóa ga SGR: Chọn SGR = 135 kg.h-1.m-2 * Đường kính trung bình lị khí hóa D = 0,687 m * Các kích thước lò: - Chiều cao vùng chứa trấu H = 1,2 m - Thể tích lị đốt V = 0,4448 m3 * Bộ phận cấp trấu vít tải: Đường kính cánh vít: Dvt = 0,16 m Đường kính trục vít: dvt = 0,03m Bước vít: Svt = 0,08m Hệ số điền đầy: kvt = 0,8 Vvt = (3,14/4).(0,162 – 0,032).0,08.0,8 = 1,24.10-3 (m3/vòng) Chọn số vòng quay vít tải: nvt = vịng/phút = 360 vịng/h Thể tích vít tải nvt vịng quay Vvtn = Vvt nvt = 1,24 10-3 360 = 0.4464 m3/h Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 Năng suất vít tải Gvt = Vvtn ρ = 0.4464 115 = 51,3 kg/h 3.5 MỘT SỐ THÍ NGHIỆM 3.5.1 Khảo sát nhiệt độ ga lưu lượng gió Trong khoảng lưu lượng gió cấp khảo sát, nhiệt độ lưu lượng gió cấp có mối quan hệ tỉ lệ với nhau, lưu lượng gió lớn nhiệt độ khí ga cao Khi đến mức giới hạn, lửa không trì Theo kết khảo sát thực tế, để lửa cháy tốt với màu xanh khói lưu lượng gió cấp thực tế 70 m3/h, nhiệt độ khí ga khỏi thiết bị 286 0C 3.5.2 Nhiệt độ tối đa thiết bị Thí nhiệm thực với lưu lượng khí cấp 70 m3/h, vị trí khảo sát nhiệt đặt cách ghi lị 450mm, nhiệt độ mơi trường 29 C Khảo sát nhằm xác định gia tăng nhiệt độ nhiệt độ tối đa Nhiệt độ tối đa lị khí hóa 8600C, ứng với lưu lượng gió 70 m /h Nhiệt độ ga 2800C - 2800C Nhiệt độ lị khí hóa nhiệt độ tối ưu cho q trình khí hóa xảy tốt 3.5.3 Một số hình ảnh Hình 3.13 Mơ hình thiết kế 3D Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 Hình 3.16 Ngọn lửa đỏ xanh, khói trắng Hình 3.17 Ngọn lửa đỏ mạnh 3.6 NHẬN XÉT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH KHÍ HĨA TỪ TRẤU 3.6.1 Ảnh hưởng độ rỗng khối vật liệu Quá trình khí hóa thường kèm với q trình giảm thể tích nhiên liệu tạo nên độ rỗng khu vực phản ứng Nếu độ rỗng hình thành, oxy tăng khu vực rỗng dễ xảy trình cháy hoàn toàn khu vực Lượng CO2 hổn hợp khí tăng, chất lượng ga giảm Do thiết bị khí hóa thiết kế cần giảm tốt đa độ rỗng tạo trình vận hành Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 22 3.6.2 Ảnh hưởng độ ẩm Vật liệu có hàm lượng độ ẩm thấp tạo sản phẩm khí có chất lượng tốt Nếu độ ẩm cao thất nhiệt q trình bay ẩm đáng kể làm suy giảm nhiệt độ q trình khí hóa Vì để làm giảm hàm lượng độ ẩm nhiên liệu, cần có phương pháp tiền xử lý nhiên liệu khí hóa Thơng thường độ ẩm thích hợp để khí hóa nhiên liệu 10-20 % Đối với vật lệu có độ ẩm cao tăng chiều cao thiết bị để tăng kích thước vùng sấy lên Tuy nhiên, điều bị hạn chế làm xuất ngưng tụ nước Ngoài ra, cần thiết kế tối ưu thiết bị lọc nước ga sau khỏi thiết bị khí hóa 3.6.3 Ảnh hưởng lưu lượng khí cấp Lương lượng khí cấp tính tốn khoản tối ưu, thêm nhiều làm gia tăng lượng khí tạo thành đến lúc sản phẩm khí ga bị đốt cháy nhiều vùng cháy hiệu suất chuyển đổi hóa học thấp Lượng khí thực tế tối ưu cho q trình khí hóa 70 m3/h, hệ số cấp khí tối ưu = 0,29, vận tốc gió tối ưu qua bề mặt phản ứng: 0,052 m/s 3.6.4 Ảnh hưởng áp suất Q trình khí hóa xảy áp suất định Thực tế để q trình hóa khí hoạt động áp suất khoảng – 10 bar Khi áp suất vận hành tăng làm giảm thể tích khí ga làm gia tăng trình khí hóa Việc lựa chọn áp suất cho q trình hóa khí tùy thuộc vào u cầu q trình hay thiết bị mục đích sử dụng cuối cho chi phí đầu tư thấp 3.6.5 Ảnh hưởng nhựa trấu Nhựa (hắc ín) đạt tới ÷ 8%, tồn dạng lỏng ảnh hưởng tới chất lượng khí với mức độ khác Trong trường hợp nhựa tách dạng lỏng chất lượng khí giảm xuống q trình khí hóa gặp khó khăn nhựa tách lị làm dính kết lớp nhiên liệu, cản trở lưu thông khí Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 dịch chuyển nhiên liệu Nếu nhựa tách đường dẫn khí vị trí van đường dẫn gây tắc tai vị trí đường dẫn Để khắc phục điều bố trí vận chuyển khí tới nơi sử dụng két chứa, người ta phải dùng thiết bị đặc biệt để tách (gọi thiết bị làm khí) 3.6.6 Ảnh hưởng tro Hàm lượng khống nhiên liệu sau q trình đốt cháy hồn tồn hình thành dạng rắn gọi tro Hàm lượng tro nhiên liệu thành phần tro nhân tố gây cản trở tiếp xúc nhiên liệu với mơi trường lị làm tắc nghẽn lị, ảnh hưởng đến q trình vận hành hệ thống khí hóa Việc vận chuyển tro khỏi hệ thống trình quan trọng đảm bảo hệ thống vận hành liên tục Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu với hướng dẫn tận tình PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng, đến đề tài thực vấn đề sau: Đã thiết kế chế tạo thiết bị khí hóa ga liên tục từ trấu với công suất 50kg/h Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến q trình khí hóa Cụm lị khí hóa kiểu tầng cố định, theo ngun lý ngược chiều phù hợp với nguồn nhiên liệu có độ ẩm khác KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu nghiên cứu thiết bị khí hóa liên tục với cơng suất lớn Đồng thời tích hợp thêm thiết bị phụ rửa ga, tách nước, lọc tinh nhằm nâng cao chất lượng ga Tích hợp thiết bị đo lường điểu khiển để trì lửa ga liên tục ổn định Tiến hành thí nghiệm nhiêu loại nhiên liệu khác Nghiên cứu thử nghiệm khí ga để chạy máy phát điện Tính tốn hiệu kinh tế việc đầu tư thiết bị khí hóa nhằm thay thiết bị đốt Áp dụng thiết bị khí hóa vào hệ thống sấy, lị hơi, nước nóng, đốt lị qui mơ công nghiệp Footer Page 26 of 126 ... tạo hơi, b Nhiên liệu sinh khối Sinh khối dạng rắn chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng Ba dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từ sinh khối methanol, ethanol, biodiesel Pha nhiên liệu sinh học vào... bị đốt cơng nghiệp chạy động Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Các nguồn lượng sử dụng; - Nhiên liệu sinh khối; - Nhiên liệu trấu; - Thiết bị sử dụng nhiên liệu sinh khối liên... từ sinh khối để bổ sung thay nguồn lượng truyền thống cho thiết bị đốt công nghiệp chạy động Đấy mục đích đề tài: ? ?Nghiên cứu q trình đốt sinh khối từ trấu làm nhiên liệu đốt qui mô công nghiệp? ??