Nghiên cứu cải tiến công nghệ đốt khí biogas trong các lò dầu truyền nhiệt

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THÀNH THUẬN NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ ĐỐT KHÍ BIOGAS TRONG CÁC LÒ DẦU TRUYỀN NHIỆT Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt Mã số: 60.52.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN VANG Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 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 Lý chọn ñề tài Tiết kiệm lượng chống ô nhiễm môi trường chủ ñề ñược quan tâm không nước ta mà toàn giới Vì vậy, vấn ñề sử dụng lượng giảm ô nhiễm môi trường không bó hẹp phạm vi nghiên cứu nhà chuyên môn mà ñã trở thành ñề tài thời sôi ñược nhiều người quan tâm Đối với nhà máy tinh bột sắn nước ta, năm phải tiêu thụ lượng nhiên liệu lớn vào trình sấy tinh bột sắn thải khối lượng nước thải khổng lồ làm ô nhiễm môi trường xung quanh nhà máy vùng phụ cận Năng lượng chủ yếu sử dụng việc sấy tinh bột sắn than ñá dùng ñể ñốt lò dầu truyền nhiệt Để sấy khô 100 bột sắn, ngày công nhân phải ñốt than ñá, chi phí lên tới triệu ñồng với giá than ñá triệu ñồng/tấn Trên quy mô công ty tính cho toàn ngành chi phí lượng cao Bên cạnh ñó, việc phải xử lý lượng nước thải lớn gây tốn cho ñầu tư chi phí vận hành Mặc dù vậy, lượng nước thải không ñược xử lý triệt ñể Để khắc phục ô nhiễm môi trường nước thải trình sản xuất sử dụng nguồn nước thải ñể sản xuất nhiên liệu, người ta ñã sử dụng công nghệ sản xuất khí biogas từ nguồn nước thải nhà máy Lượng biogas ñã giải phần lớn nhu cầu nhiên liệu nhà máy sản xuất tinh bột sắn giảm thiểu ñáng kể ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, trình ñốt biogas lò dầu truyền nhiệt thường gặp vấn ñề sau: + Chế ñộ cháy không ổn ñịnh Footer Page of 126 Header Page of 126 + Hiệu trình ñốt biogas kiểu lò dầu khác không mức thấp + Nhiệt trị biogas mức thấp biogas chứa hàm lượng nước nhiều + Chưa kết hợp ñược việc ñốt biogas ñốt than ñá lò dầu truyền nhiệt + Quá trình ăn mòn thiết bị xảy nhanh Xuất phát từ thực tế ñó, với mong muốn cải thiện chế ñộ cháy biogas lò dầu truyền nhiệt Kết hợp ñược việc ñốt biogas ñốt than ñá, nâng cao ñược hiệu trình ñốt biogas lò dầu truyền nhiệt, chọn ñề tài “Nghiên cứu cải tiến công nghệ ñốt khí biogas lò dầu truyền nhiệt” Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế, chế tạo ứng dụng có hiệu hệ thống ñốt biogas phù hợp với lò dầu truyền nhiệt nhà máy sản xuất tinh bột sắn Nội dung nghiên cứu + Nghiên cứu chế ñộ ñốt nhiên liệu khí nhiên liệu rắn lò dầu truyền nhiệt + Nghiên cứu ñề xuất chế ñộ ñốt khí biogas hợp lý + Nghiên cứu thiết kế thiết bị ñốt khí biogas kết hợp ñốt than ñá + Triển khai ứng dụng hệ thống ñốt nhà máy tinh bột sắn Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Tài liệu nghiên cứu + Các tài liệu, tạp chí nước + Nguồn tư liệu từ mạng internet Footer Page of 126 Header Page of 126 + Nguồn tư liệu từ Nhà máy tinh bột sắn nước ta Ý nghĩa thực tiễn + Tiết kiệm ñược lượng, cắt giảm ñược phần mức ñầu tư vào phát triển hệ thống cung ứng lượng, mang lại lợi ích kinh tế - xã hội, an ninh lượng + Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, khai thác hợp lý nguồn tài nguyên môi trường lượng, thực phát triển kinh tế - xã hội bền vững + Kết hợp ñược hai trình ñốt nhiên liệu khí nhiên liệu rắn Ngoài việc cải thiện chế ñộ cháy lò truyền nhiệt cắt giảm chi phí lượng tăng chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao sức cạnh tranh cho doanh nghiệp; ñầu tư thấp, thu hồi vốn nhanh, sản phẩm ổn ñịnh Bố cục luận văn Luận văn bao gồm 71 trang, phần mở ñầu, kết luận kiến nghị, mục lục, phụ lục tài liệu tham khảo, luận văn gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan biogas Chương 2: Sản xuất sử dụng biogas ngành tinh bột sắn Chương 3: Nghiên cứu ñốt biogas lò dầu truyền nhiệt Chương 4: Triển khai ứng dụng công nghệ ñốt biogas nhà máy tinh bột sắn Hướng Hóa, Quảng Trị Chương 5: Kết bàn luận Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BIOGAS Trong phần tổng quan ñề cập ñến ñặc ñiểm, tính chất, chế hình thành ứng dụng biogas Giới thiệu nguyên liệu trình sản xuất biogas nước ta, ñó ñi sâu giới thiệu nguyên liệu nước thải nhà máy tinh bột sắn ứng dụng biogas làm chất ñốt lò dầu truyền nhiệt 1.1 Giới thiệu chung biogas 1.1.1 Khái niệm biogas Biogas hỗn hợp khí sinh học ñược sản sinh từ phân hủy hợp chất hữu tác dụng vi khuẩn môi trường yếm khí Hỗn hợp có thành phần metan (CH4), có CO2, H2S, nước [8]… 1.1.2 Thành phần chất có biogas Theo thống kê nay, thành phần biogas sau [8]: Bảng 1.1 Thành phần chất có biogas Biogas Thành phần chất có Hàm lượng (%) biogas Metan (CH4) 60 ÷ 80 H2S 0,5 ÷ CO2 15 ÷ 25 H2O ÷ 10 Các thành phần khác 0÷3 1.1.3 Đặc tính biogas Biogas có khối lượng riêng khoảng 0,9 ÷ 0,94 kg/m3 khối lượng riêng thay ñổi thay ñổi tỉ lệ CH4 so với khí khác hỗn hợp Thành phần H2S chiếm lượng Khí H2S có mùi hôi, tạo thành axit H2SO4 tác dụng với nước gây ñộc cho người, làm hư dụng cụ ñun nấu thiết bị trao ñổi nhiệt Footer Page of 126 Header Page of 126 Khí CH4 chất khí không màu, không mùi nhẹ không khí Ở ñiều kiện nhiệt ñộ 20oC, áp suất 1at 1m3 khí CH4 có khối lượng 0,716 kg Khi ñốt hoàn toàn 1m3 khí CH4 cho khoảng 5.500 ÷ 6.000kcal 1.1.4 Cơ chế hình thành biogas Các chất hữu tác dụng vi sinh vật yếm khí bị phân hủy thành chất hòa tan chất khí Trong trình phản ứng phần lớn cacbon, hiñro, oxi bị chuyển hóa chủ yếu thành metan khí cacbonic Hiệu trình sinh khí metan phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ñó yếu tố sau [8]: 1.1.4.1 Điều kiện yếm khí 1.1.4.2 Nhiệt ñộ 1.1.4.3 Độ pH 1.1.4.4 Độ ẩm 1.1.4.5 Thành phần dinh dưỡng 1.1.4.6 Hàm lượng chất rắn 1.1.4.7 Các loại nguyên liệu sinh biogas 1.1.4.8 Các chất ñộc gây trở ngại trình lên men 1.2 Công nghệ sản xuất biogas 1.2.1 Nguyên liệu sản xuất biogas Về mặt lý thuyết, chất hữu ñều phân hủy Tuy nhiên thực tế ñối với gia ñình sở sản xuất nguyên liệu dùng ñể sản xuất biogas ñược chia thành hai loại: có nguồn gốc ñộng vật có nguồn gốc thực vật 1.2.1.1 Nguyên liệu có nguồn gốc ñộng vật Thuộc loại này, phân người phân gia súc, gia cầm phổ biến Vì ñã ñược xử lý máy tiêu hóa nên phân dễ phân hủy Footer Page of 126 Header Page of 126 nhanh chóng cho biogas Tuy thời gian phân hủy phân ngắn (khoảng ÷ tháng) tổng sản lượng khí thu ñược từ 1kg phân không lớn Phân trâu bò, phân lợn phân hủy nhanh hơn, phân người phân gà vịt phân hủy chậm cho suất khí cao 1.2.1.2 Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật Các nguyên liệu thực vật gồm phụ phẩm trồng rơm rạ, thân ngô, khoai, ñậu, vỏ củ sắn… loại xanh hoang dại bèo, cỏ sống nước, loại xanh… 1.2.2 Nguyên lý sản xuất biogas Để sản xuất biogas, người ta xây dựng chế tạo thiết bị sản xuất biogas Nguyên liệu ñể sản xuất biogas chất hữu phân ñộng vật, loại thực vật bèo, cỏ, rơm rạ,… Nguyên liệu ñược nạp vào thiết bị Thiết bị giữ kín không cho không khí lọt vào nên nguyên liệu bị phân hủy kỵ khí tạo khí sinh học (biogas) 1.3 Khả ứng dụng biogas Biogas nhiên liệu sinh học Vì vậy, có nhiều ứng dụng ñời sống trình sản xuất 1.3.1 Sử dụng việc ñun nấu thức ăn 1.3.2 Sử dụng việc thắp sáng 1.3.3 Sử dụng việc chạy ñộng ñốt 1.3.4 Sử dụng việc bảo quản hoa ngũ cốc 1.3.5 Sử dụng làm chất ñốt lò dầu truyền nhiệt Hiện nay, Trung Quốc, Thái Lan,… người ta ứng dụng biogas ñể ñốt lò dầu truyền nhiệt Ở Việt Nam số nhà máy ñã triển khai sử dụng biogas ñể ñốt lò dầu truyền nhiệt Tuy nhiên, trình ñốt tự phát công nghệ ñốt chưa phù hợp 1.4 Quá trình sản xuất biogas giới Việt Nam Footer Page of 126 Header Page of 126 1.4.1 Quá trình sản xuất biogas giới Trong năm gần ñây, quốc gia giới ñã quan tâm ñến việc sản xuất sử dụng biogas nhằm giải phần nhu cầu chất ñốt, cải thiện ñời sống sinh hoạt nông thôn ứng dụng ñể làm nhiên liệu sản xuất số nhà máy xí nghiệp Đối với nước Đông Nam Á việc sản xuất sử dụng biogas hướng việc bảo vệ môi trường, tiết kiệm lượng sử dụng làm lượng 1.4.2 Quá trình sản xuất biogas Việt Nam Ở Việt Nam năm gần ñây trình nghiên cứu, sản xuất sử dụng biogas vào ñời sống sản xuất phát triển mạnh mẽ Hiện nay, Việt Nam thường sử dụng loại hầm ủ biogas chủ yếu là: hầm ủ có nắp ñậy cố ñịnh kiểu Trung Quốc, hầm ủ có nắp trôi kiểu Ấn Độ hầm ủ túi nhựa tổng hợp (loại phổ biến Thái Lan) với biến dạng chúng ñang phổ biến Ở miền Nam, mẫu hầm ủ ñược sử dụng phổ biến kiểu trôi Ấn Độ Kiểu phát triển Đồng Nai Tại thành phố Cần Thơ, thành phố Hồ Chí Minh mẫu hầm nắp ñậy cố ñịnh phát triển Mẫu hầm ủ biogas cốt thép trung tâm lượng ñang phát triển mạnh Hậu Giang thành phố Cần Thơ Mẫu túi cau su thiên nhiên ñược ứng dụng thành phố Hồ Chí Minh Về chi phí xây dựng hầm biogas, vấn ñề phụ thuộc vào tuổi thọ cần ñạt ñược Các túi cao su có tuổi thọ nhiên giá thành lại thấp (khoảng triệu ñồng) hầm có nắp cứng nắp trôi nỗi có tuổi thọ tương ñương 15 năm ñến 20 năm lại có chi phí cao (khoảng triệu ñến 10 triệu ñồng) Ngoài ra, vấn ñề phụ thuộc vào quy mô lớn hay nhỏ hầm ủ biogas Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 CHƯƠNG SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG BIOGAS TRONG NGÀNH TINH BỘT SẮN Trong chương nghiên cứu trình sản xuất ứng dụng biogas ngành tinh bột sắn Giới thiệu khả sử dụng biogas lò dầu truyền nhiệt giới Việt Nam 2.1 Tình hình chế biến ứng dụng sắn 2.1.1 Tình hình chế biến sử dụng sắn giới Trong chiến lược toàn cầu, sắn ñang ñược tôn vinh loài lương thực dễ dàng thích nghi với vùng ñất cằn cỗi loại công nghiệp có triển vọng có khả cạnh tranh cao với loại công nghiệp khác Nhu cầu giới ñối với tinh bột sắn ngày gia tăng, thị trường Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan Nhật Bản, bên cạnh thị trường tiêu thụ sắn khô truyền thống EU Mỹ Trong ñó sắn khô chủ yếu làm lương thực (58%) với thức ăn gia súc (28%) 2.1.2 Tình hình chế biến sử dụng sắn Việt Nam 2.1.3 Ứng dụng tinh bột sắn 2.2 Quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn 2.2.1 Sơ ñồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn 2.2.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất 2.3 Quá trình sản xuất sử dụng biogas ngành tinh bột sắn 2.3.1 Quá trình sản xuất biogas ngành tinh bột sắn Qua quy trình công nghệ chế biến tinh bột sắn ñược trình bày ta thấy trình sản xuất có lượng chất thải lớn chất thải hữu Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 10 2.4.1 Công nghệ ñốt khí biogas Trung Quốc Công nghệ ñốt sử dụng khí biogas Trung Quốc ñang ngày ñược trọng Năm 2008, Trung Quốc ñã ñưa vào hoạt ñộng hệ thống lò truyền nhiệt sử dụng khí biogas với công nghệ Ngoài việc cải tiến kết cấu lò gọn nhẹ so với lò truyền nhiệt ñốt dầu ñốt than trước ñây, công nghệ ñốt biogas lò truyền nhiệt có số cải tiến từ hệ thống sản xuất xử lý biogas trước ñốt Hàm lượng khí metan biogas ñược tăng lên ñồng thời có hệ thống xử lý tách nước tách khí H2S trước ñưa vào lò Việc lắp ñặt thiết bị ñòi hỏi chi phí cao Giá thành thiết bị lên tới vài chục ngàn USD chí có thiết bị có giá trị trăm ngàn USD nên việc sử dụng thiết bị nước ta gặp nhiều khó khăn 2.4.2 Công nghệ ñốt khí biogas Thái Lan Trong năm gần ñây, Thái Lan ñã ñưa vào sử dụng hệ thống ñốt khí biogas có nhiều tính ưu việt Đây hệ thống ñốt kín (enclose fare) Hiệu suất ñốt hệ thống ñạt 99%, ñảm bảo ñốt cháy toàn lượng khí biogas trước thải môi trường Các thông số hệ thống xử lý nước thải thu hồi khí biogas cấp cho lò ñốt (burner) ñốt biogas thừa ñược thu thập tự ñộng hệ PLC Simatic S7-300, giám sát trình phần mềm SCADA, Win CC 7.0 Hỗn hợp khí thu ñược hầm ủ biogas ñược dẫn vào lò ñốt Khí biogas sinh có tỷ lệ metan 60% thay than ñốt lò ñể sấy thành phẩm, lượng khí biogas không dùng hết ñược ñốt hệ thống ñốt biogas thừa Toàn hệ thống ñược ñiều khiển chương trình máy tính Việc ño lưu lượng nước thải cấp vào hồ Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 11 lưu lượng khí biogas ñược sinh từ hầm ủ ñều ñiều khiển hoàn toàn tự ñộng Ngoài ra, Thái Lan sử dụng hệ thống xử lý nước thải phù hợp với chế phát triển theo khuôn khổ Nghị ñịnh thư Kyoto giảm thiểu phát thải khí nhà kính Công nghệ sản xuất ñốt khí biogas Thái Lan sản xuất ñã khắc phục ñược nhiều nhược ñiểm hệ thống sản xuất ñốt khí biogas trước ñây Tuy nhiên, chi phí ñầu tư hệ thống cao ñối với nhà máy sản xuất tinh bột sắn nước ta 2.4.3.Ưu nhược ñiểm hệ thống ñốt khí biogas giới 2.4.3.1 Ưu ñiểm Xử lý ñược khí biogas trước ñi vào lò ñốt Hệ thống tách nước, khử H2S tách CO2 ñã làm giảm lượng ñáng kể thành phần Hàm lượng metan tăng lên làm nhiệt trị nhiên liệu tăng lên rõ rệt Không khí nhiên liệu ñược hòa trộn hợp lý làm chế ñộ cháy lò ổn ñịnh 2.4.3.2 Những ñiểm hạn chế Các lò dầu truyền nhiệt không kết hợp việc ñốt biogas ñốt than ñá Các nhà máy tinh bột sắn nước ta có trình sản xuất khí biogas chưa ổn ñịnh (do biến ñổi khí hậu thời vụ làm sắn) Nếu sử dụng loại lò gặp nhiều khó khăn lượng biogas sinh không ñáp ứng ñủ Giá thành hệ thống ñắt, vượt khả ñầu tư nhà máy tinh bột sắn vừa nhỏ 2.5 Thực trạng ñốt biogas lò dầu truyền nhiệt nhà máy sản xuất tinh bột sắn Việt Nam Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 Lò dầu truyền nhiệt sử dụng chủ yếu nhà máy tinh bột sắn lò ñốt than ghi ngang lò ñốt than ghi xích Lò ghi ngang ñược sử dụng nhà máy có công suất nhỏ vừa lò ghi xích sử dụng nhà máy có công suất lớn Việc chuyển ñổi chủ yếu lắp vào lò ñốt than số ống dẫn biogas ñốt biogas thay cho than Việc chuyển ñổi có số ưu nhược ñiểm sau: 2.5.1 Ưu ñiểm + Đơn giản + Dễ lắp ñặt + Dễ vận hành giá thành thấp 2.5.2 Hạn chế + Khí biogas ñược sản xuất nhà máy tinh bột sắn có hàm lượng metan thấp (60%) hàm lượng H2O cao (10%) Đặc ñiểm làm cho nhiệt trị biogas giảm xuống khoảng 20.000kJ/m3tc, làm giảm hiệu suất công suất lò + Do biogas chứa hàm lượng H2S ñáng kể (khoảng 10%) nên trình ăn mòn thiết bị xảy nhanh làm giảm tuổi thọ khả làm việc thiết bị + Lượng biogas sinh không ñều hàm lượng lưu lượng làm ảnh hưởng ñến trình vận hành Nếu biogas bị thiếu hụt thời gian ngắn làm cho trình làm việc lò bị gián ñoạn Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỐT BIOGAS TRONG CÁC LÒ DẦU TRUYỀN NHIỆT Nội dung chương nghiên cứu phương pháp sử dụng biogas hiệu quả, ổn ñịnh an toàn nhà máy tinh bột sắn 3.1 Quá trình cháy loại nhiên liệu lò dầu truyền nhiệt 3.1.1 Quá trình cháy nhiên liệu khí 3.1.1.1 Quá trình tự bắt lửa 3.1.1.2 Giới hạn tự bắt cháy 3.1.1.3 Thời gian cảm ứng (thời gian kéo dài bắt lửa) 3.1.2 Quá trình cháy nhiên liệu rắn 3.2 Chọn công suất thiết kế tính chọn lò dầu truyền nhiệt Để tiến hành cải tiến thiết bị cách phù hợp, ta phải chọn công suất thiết kế tính chọn lò dầu truyền nhiệt 3.2.1 Chọn công suất thiết kế Công suất thiết kế buồng ñốt phụ thuộc vào công suất hệ thống sấy Ở ñây, ta tính toán công suất buồng ñốt phục vụ cho hệ thống sấy khí ñộng làm việc liên tục Hệ thống dùng ñể sấy tinh bột sắn Công suất yêu cầu thiết kế nhà máy 2.000.000kCal/h (≈ 2400kW) 3.2.2 Tính chọn loại lò dầu truyền nhiệt Lò dầu truyền nhiệt có nhiều loại khác phân thành hai loại kiểu ñứng kiểu nằm 3.2.3 Tính toán công suất nhiệt lò dầu truyền nhiệt Do nhiệt trị khí biogas lớn than nhiều nên ta cần tính toán nhiệt lò cho nhiên liệu than, ñó ñủ với nhiên liệu khí biogas Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 3.2.3.1 Tính lượng không khí cấp vào lò thể tích sản phẩm cháy 3.2.3.2 Tính entanpi sản phẩm cháy 3.2.3.3 Xác ñịnh tổn thất nhiệt lò tính hiệu suất lò 3.2.4 Tính toán nhiệt lò 3.2.4.1 Xác ñịnh thể tích buồng lửa 3.2.4.2 Diện tích bề mặt ghi 3.2.4.3 Đặc tính cấu tạo ghi 3.2.4.4 Xác ñịnh cấu tạo lò 3.2.5 Tính khí ñộng lò dầu truyền nhiệt 3.2.5.1 Tính trở lực hệ thống cấp gió chọn quạt thổi 3.2.5.2 Tính trở lực ñường khói chọn quạt hút 3.2.5.3 Tính chọn bơm dầu tuần hoàn 3.3 Cải tiến hệ thống xử lý ñốt khí biogas phù hợp với lò dầu truyền nhiệt nhà máy sản xuất tinh bột sắn 3.3.1 Hệ thống xử lý ñốt khí biogas nhà máy tinh bột sắn 3.3.1.1 Sơ ñồ hệ thống xử lý ñốt khí biogas nhà máy tinh bột sắn 3.3.1.2 Nguyên lý hoạt ñộng hệ thống Hệ thống hoạt ñộng theo nguyên lý: Khí biogas từ hầm sinh khí biogas ñược quạt ñẩy vào thiết bị tách nước Thiết bị tách nước có nhiệm vụ làm giảm hàm lượng nước có biogas Sau khỏi thiết bị tách nước, khí biogas ñã ñược tách phần nước tiếp tục ñi vào thiết bị khử H2S Lượng H2S biogas phần lớn bị khử thiết bị Khí biogas ñã ñược xử lý tách nước khử H2S ñược quạt nén vào bình chứa khí biogas Mục ñích bình chứa ổn ñịnh áp suất khí biogas ñi vào buồng ñốt Khí biogas từ bình chứa ñược ñưa vào ñốt lò dầu truyền nhiệt Van chống cháy ngược có tác dụng ngăn chặn trình cháy ngược nhằm ñảm bảo an toàn cho trình vận hành sử dụng Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 15 3.3.2 Thiết bị tách nước Để giảm chi phí ñơn giản cho trình vận hành, thiết bị tách nước ñược sử dụng ñây bình kín có gắn nhiều thép ñặt so le Nguyên lý làm việc thiết bị: Dòng biogas có chứa hàm lượng nước ñược chuyển ñộng qua thiết bị với vận tốc lớn tác dụng quạt thổi Dòng hỗn hợp khí va ñập vào chắn kim loại Các giọt nước lẫn biogas va ñập vào lắng xuống ñáy bình Dòng biogas ñã ñược tách bớt nước tiếp tục chuyển ñộng khỏi bình tách nước Lượng nước ñịnh kỳ ñược xả Khí biogas ñã loại bỏ thành phần H2O ñược ñưa vào thiết bị khử H2S 3.3.3 Thiết bị khử H2S Để khử H2S với lưu lượng lớn, ta dùng sắt(III) oxit (Fe2O3) ñể khử Đây phương pháp dựa sở phản ứng sau: Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O (3.13) 2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3 +6S (3.14) Sau bão hoà H2S, sắt(III) oxit ñược hoàn nguyên không khí (cấp oxi) ñể thu lưu huỳnh Để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ ta dùng phương pháp oxi hoá vật liệu hấp phụ oxi không khí theo phương trình (3.14) Hệ thống lọc ñơn giản, bao gồm nhiều bình lọc lắp song song theo chiều ñi khí, bình có nhiều vật liệu hấp phụ ñể khí ñi qua hết lớp ñến lớp khác Bề cao lớp khoảng 0,3 ÷ 0,5 m Hệ thống van ñường ống dẫn khí cho Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 phép cắt bình hấp phụ ñã bão hoà ñể thay lớp vật liệu hấp phụ khác tiến hành hoàn nguyên 3.3.4 Tính chọn bình chứa biogas Mục ñích việc chọn bình chứa ổn ñịnh áp suất biogas trước ñưa vào lò 3.4 So sánh tính chất khí biogas trước sau xử lý qua hệ thống 3.4.1 Thành phần H2O khí biogas trước sau xử lý Đồ thị so sánh hàm lượng nước có biogas trước sau xử lý qua hệ thống hình 3.8 Hình 3.8 Thành phần H2O biogas Như sau tách nước, hàm lượng nước biogas giảm ñáng kể Hàm lượng nước giảm làm cho hàm lượng metan tăng lên ñó nhiệt trị biogas tăng lên 3.4.2 Thành phần H2S khí biogas trước sau xử lý Đồ thị thể chênh lệch hàm lượng H2S biogas trước sau xử lý ñược trình bày hình 3.9 Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 Hình 3.9 Thành phần H2S biogas Như sau xử lý, hàm lượng H2S biogas giảm ñáng kể, ñiều làm giảm trình ăn mòn thiết bị giúp thiết bị làm việc ổn ñịnh hiệu 3.4.3 Nhiệt trị khí biogas trước sau xử lý Nhiệt trị khí biogas trước sau xử lý hệ thống cải tiến ñược trình bày hình 3.10 Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 Hình 3.10 Nhiệt trị biogas trước sau xử lý Theo ñồ thị ta thấy, nhiệt trị khí biogas sau xử lý qua hệ thống tăng lên rõ rệt Điều làm cho chế ñộ nhiệt lò ñược cải thiện, nhiệt ñộ làm việc lò ổn ñịnh Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 CHƯƠNG TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỐT BIOGAS TẠI NHÀ MÁY TINH BỘT SẮN HƯỚNG HÓA, QUẢNG TRỊ 4.1 Giới thiệu Nhà máy tinh bột sắn Hướng Hóa, Quảng Trị Sau thiết kế cải tiến hệ thống, ñã tiến hành lắp ñặt hệ thống Nhà máy tinh bột sắn Hướng Hóa, Quảng Trị Nhà máy tinh bột sắn Hướng Hóa, Quảng Trị sử dụng lò dầu truyền nhiệt cung cấp nhiệt cho thiết bị sấy với suất 50 tấn/ngày Lò dầu truyền nhiệt ñược sử dụng Nhà máy lò ñốt than ghi ngang Hệ thống dùng ñể sấy tinh bột sắn với thông số sau: Môi chất sấy không khí Công suất thiết bị sấy: G2 = 50 tấn/ngày Với thông số nêu công suất buồng ñốt cần ñạt ñược Qbñ = 2248kW Như vậy, sử dụng than ñá có nhiệt trị thấp làm việc Qlvt = 16.800kJ/kg ngày lượng than tiêu tốn khoảng 11 than Nếu ước tính giá than triệu ñồng/tấn chi phí nhiên liệu lên ñến 11 triệu ñồng/ngày Nếu tính cho tháng làm việc chi phí vào khoảng 300 triệu ñồng Bên cạnh ñó, lượng nước thải Nhà máy cần phải ñược ñầu tư xử lý Chi phí cho việc lắp ñặt hệ thống xử lý vận hành hệ thống lớn Như vậy, lắp ñặt ñược hệ thống ñốt biogas cải tiến cho Nhà máy tinh bột sắn Hướng Hóa, Quảng Trị, Nhà máy ñạt ñược hai mục tiêu ñề là: xử lý ñược lượng nước thải tạo nguồn nhiên liệu cho trình sấy với chi phí thấp Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 Nhận thức ñược vấn ñề này, ñã phối hợp với Nhà máy tinh bột sắn Hướng Hóa, Quảng Trị tiến hành lắp ñặt hệ thống sản xuất biogas hệ thống ñốt khí biogas cho Nhà máy 4.2 Quá trình lắp ñặt hệ thống 4.3 Quá trình vận hành theo dõi 4.3.1 Vận hành bình thường Chế ñộ vận hành bình thường chế ñộ vận hành lượng khí biogas hầm ủ sinh ñủ ñáp ứng cho trình vận hành Quá trình cần phải ñiều chỉnh theo dõi, ổn ñịnh chuyển sang giai ñoạn thứ hai Sau ñã ñiều chỉnh cho trình cháy diễn bình thường Lúc ta chuyển hoàn toàn từ chế ñộ than ñá sang chế ñộ ñốt kết hợp khí biogas Lượng khí biogas cần ñiều chỉnh hợp lý ñể cho trình cháy ñược ổn ñịnh, lửa ñều lò không bị tắt 4.3.2 Vận hành biogas không ñáp ứng ñủ Trường hợp khí biogas trình sản xuất không ñáp ứng ñủ cho trình vận hành Chế ñộ vận hành cần phải ñược chuyển ñổi ñể cho lượng nhiệt cung cấp ñủ ñáp ứng cho trình sản xuất Quá trình ñốt lượng khí biogas cung cấp bị cắt Đây trường hợp hầm sinh khí biogas bị cố ñường ống hay thiết bị phụ trợ cung cấp khí biogas bị cố phải ñóng hệ thống khí biogas ñể sửa chữa Đối với trường hợp ta chuyển ñổi hoàn toàn từ chế ñộ ñốt khí biogas sang chế ñộ ñốt than ñá Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 5.1 Thành phần khí biogas trước sau xử lý Với việc triển khai lắp ñặt, ứng dụng hệ thống xử lý ñốt khí biogas nhà máy tinh bột sắn Hướng Hóa, Quảng Trị Chúng ñã tiến hành khảo sát, ño ñạc thông số Kết ñạt ñược sau: 5.1.1 Hàm lượng H2O khí biogas trước sau xử lý Hàm lượng H2O khí biogas giảm ñáng kể Trước xử lý, hàm lượng H2O khí biogas trung bình 8,45%; sau xử lý qua hệ thống hàm lượng H2O giảm xuống 3,22% Hàm lượng nước giảm làm cho trình bắt cháy khí biogas buồng ñốt diễn dễ dàng 5.1.2 Hàm lượng H2S khí biogas trước sau xử lý Hàm lượng H2S khí biogas giảm nhiều sau ñược xử lý hệ thống Trước xử lý, hàm lượng H2S khí biogas trung bình 7,68%; sau xử lý qua hệ thống hàm lượng H2S giảm 0,53% Hàm lượng H2S khí biogas giảm làm giảm ăn mòn thiết bị, nâng cao tuổi thọ khả làm việc ổn ñịnh lò dầu truyền nhiệt 5.2 Tính chất khí biogas trước sau xử lý Tính chất biogas thể rõ ràng nhiệt trị biogas Qua trình xử lý, nhiệt trị trung bình biogas ñược trình bành qua ñồ thị hình 5.1 Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 22 Hình 5.1 Nhiệt trị trung bình biogas trước sau xử lý Từ ñồ thị hình 5.1 cho thấy, nhiệt trị khí biogas tăng sau xử lý tách H2O tách khí H2S Nhiệt trị nhiên liệu tăng lên làm nhiệt thể tích buồng ñốt tăng lên, trình cháy diễn thuận lợi hơn, chế ñộ nhiệt lò ñược cải thiện Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Ưu ñiểm hệ thống Hệ thống ñốt biogas ñã xử lý sơ khí biogas trước ñưa vào buồng làm tăng nhiệt trị nhiên liệu ñồng thời giảm tốc ñộ ăn mòn thiết bị Kết hợp ñược việc ñốt biogas ñốt than ñá lò dầu truyền nhiệt cách hiệu Công nghệ sau ñược cải tiến chuyển ñổi ñược từ chế ñộ ñốt than thông thường sang chế ñộ ñốt than ñá kết hợp với ñốt khí biogas Việc chuyển ñổi giúp nhà máy tinh bột sắn tiết kiệm ñược nhiên liệu trình vận hành lò dầu truyền nhiệt Giá thành công nghệ thấp (khoảng 200 triệu), chấp nhận ñược nhà máy tinh bột sắn vừa nhỏ Một số ñiểm tồn Lượng khí CO2 chưa ñược xử lý yêu cầu tiết kiệm chi phí ñầu tư Hệ thống chưa chuyển ñổi hoàn toàn sang ñốt khí biogas lượng khí biogas sản xuất chưa ổn ñịnh Chưa tự ñộng hóa ñược trình vận hành hoạt ñộng hệ thống KIẾN NGHỊ Với việc cải tiến trình ñốt nhiên liệu lò dầu truyền nhiệt nhà máy tinh bột sắn - chuyển từ chế ñộ ñốt than ñá sang chế ñột kết hợp ñốt than ñá ñốt khí biogas Nghiên cứu mở hướng việc sử dụng nhiên liệu cách ổn ñịnh hiệu nhà máy tinh bột sắn nước ta Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 Đề tài trình bày trình cải tiến chế ñộ ñốt khí biogas lò dầu truyền nhiệt Từ chế ñộ ñốt túy khí biogas chưa qua xử lý, sử dụng cách ñốt tự phát sang trình ñốt có xử lý trước khí biogas kết hợp với ñốt than ñá cách hiệu Chế ñộ cháy công nghệ ñốt cải tiến ổn ñịnh hơn, ñảm bảo trình làm việc lâu dài lò dầu truyền nhiệt nhà máy tinh bột sắn nước ta Tuy nhiên, với việc chọn chế ñộ ñốt than ñá ghi ngang việc tự ñộng hóa trình làm việc lò nói khó thực Lý việc chọn thiết kế lò ghi ngang yêu cầu vốn ñầu tư ban ñầu nhà máy tinh bột sắn giới hạn nghiên cứu ñề tài Đề tài phát triển theo hướng nghiên cứu tự ñộng hóa trình vận hành hệ thống ñốt khí biogas kết hợp than ñá Đồng thời mở rộng hướng nghiên cứu sản xuất biogas cách hiệu ổn ñịnh Với việc nghiên cứu này, trình ñốt khí biogas ổn ñịnh ñáp ứng ñược nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu sử dụng nhiên liệu nhà máy có chất thải hữu Footer Page 26 of 126 ... cháy biogas lò dầu truyền nhiệt Kết hợp ñược việc ñốt biogas ñốt than ñá, nâng cao ñược hiệu trình ñốt biogas lò dầu truyền nhiệt, chọn ñề tài Nghiên cứu cải tiến công nghệ ñốt khí biogas lò dầu. .. biogas với công nghệ Ngoài việc cải tiến kết cấu lò gọn nhẹ so với lò truyền nhiệt ñốt dầu ñốt than trước ñây, công nghệ ñốt biogas lò truyền nhiệt có số cải tiến từ hệ thống sản xuất xử lý biogas. .. Tính chọn loại lò dầu truyền nhiệt Lò dầu truyền nhiệt có nhiều loại khác phân thành hai loại kiểu ñứng kiểu nằm 3.2.3 Tính toán công suất nhiệt lò dầu truyền nhiệt Do nhiệt trị khí biogas lớn than