Nghiên cứu chế tạo và vận hành mô hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẶNG TRẦN ĐÔNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ VẬN HÀNH MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM NHIỆT PHÂN THAN CỦI GỖ Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM HOÀNG LƯƠNG Hà Nội – năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẶNG TRẦN ĐÔNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ VẬN HÀNH MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM NHIỆT PHÂN THAN CỦI GỖ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội – năm 2019 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv LỜI CAM ĐOAN v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU x Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình sử dụng lượng 1.1.1 Tình hình sử dụng lượng giới 1.1.2 Tình hình sử dụng lượng Việt Nam 1.2 Sản phẩm than củi nhiệt phân ứng dụng 11 1.2.1 Đặc tính sản phẩm 13 1.2.2 Khả thay nguồn lượng truyền thống 14 1.3 Nguyên liệu sản xuất 16 1.3.1 Tiềm đa dạng tài nguyên gỗ 16 1.3.2 Tiềm sử dụng gỗ phế liệu 18 1.4 Mục đích nội dung nghiên cứu 22 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 2.1 Công nghệ nhiệt phân than củi gỗ giới Việt Nam 23 2.1.1 Phương pháp hầm lò sản xuất than 24 2.1.2 Phương pháp làm than gò đất 25 2.1.3 Lò gạch 25 2.1.4 Lò kim loại sản xuất than 27 2.1.5 Lò kiểu trống 200 lít 28 2.1.6 Hầm sản xuất liên tục 29 2.1.7 Phương pháp lò tầng sản xuất than 30 2.1.8 Một số phương pháp khác 31 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm nhiệt phân 34 2.2.1 Ảnh hưởng áp suất 34 2.2.2 Chất lượng nguyên liệu đầu vào 34 i 2.2.3 Nhiệt độ nhiệt phân 35 2.2.4 Thời gian nhiệt phân 38 2.2.5 Chất lượng nén ép sinh khối gỗ trước nhiệt phân 40 2.2.6 Ảnh hưởng tỷ lệ khơng khí cấp vào lò 40 2.3 Cơ sở tính tốn lị nhiệt phân 41 2.3.1 Tính cân vật chất 41 2.3.2 Xác định kích thước nội hình 42 2.3.3 Tính tốn chiều dày lớp thể xây 42 2.3.4 Tính tốn tổn thất nhiệt 43 2.3.5 Tính tốn cấp nhiệt cho lị 44 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 46 3.1 u cầu mơ hình thực nghiệm 46 3.2 Lựa chọn kết cấu, thiết kế mơ hình thực nghiệm 46 3.3 Thiết kế, chế tạo mơ hình thực nghiệm 47 3.3.1 Tính tốn chiều dày lớp thể xây 47 3.3.2 Tính tốn tổn thất nhiệt 49 3.3.3 Tính tốn cấp nhiệt cho lò 49 3.3.4 Cấu trúc tổng thể lò 51 3.4 Mơ hình thực nghiệm 51 Chương VẬN HÀNH THỬ VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 54 4.1 Quy trình vận hành 54 4.2 Các chế độ vận hành 56 4.3 Vận hành thực nghiệm 57 4.3.1 Kết vận hành chế độ nhiệt phân 250oC 57 4.3.2 Kết vận hành chế độ nhiệt phân 350oC 59 4.3.3 Kết vận hành chế độ nhiệt phân 450oC 61 4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân 64 4.4.1 Tiêu chuẩn thiết bị phân tích thành phần sản phẩm nhiệt phân 64 4.4.2 Tổng hợp kết phân tích 64 4.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân 65 Chương TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 ii 5.1 Tóm tắt 79 5.2 Kết luận 74 5.3 Kiến nghị 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 BẢN VẼ CHẾ TẠO LÒ NHIỆT PHÂN iii LỜI CẢM ƠN Mở đầu Luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu chế tạo vận hành mơ hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ”, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo – PGS.TS Phạm Hoàng Lương, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em hoàn thành luận văn Với đặc thù đề tài nghiên cứu chế tạo vận hành mơ hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ, bên cạnh khối lượng kiến thức chuyên ngành, cần phải tiếp xúc với vấn đề khí chế tạo, vận hành thực nghiệm … sản phẩm than củi nhiệt phân khiến em gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, dự bảo tận tình đơn đốc thầy Phạm Hoàng Lương, em hiểu rõ vấn đề, xác định phương hướng bước giải khó khăn để hồn thành luận văn Thầy giúp đỡ em nhiều không kiến thức, mà phong cách tiếp cận vấn đề, cách thức làm việc chuyên nghiệp hiệu Qua em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô Viện KH & CN Nhiệt Lạnh, mà thầy truyền đạt cho chúng em không kiến thức chuyên ngành mà cịn kinh nghiệp sống q báu Đây hành trang, tiền đề quan trọng để chúng em vững đường nghiệp Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Đặng Trần Đông iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn nghiên cứu, tính tốn, thiết kế hướng dẫn thầy giáo: PGS.TS Phạm Hồng Lương Để hồn thành Luận văn tơi sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu khác mà không ghi Nếu sai xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Tác giả luận văn Đặng Trần Đông v DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT G: Khối lượng vật liệu, kg V: Thể tích vật liệu, m3 𝜌𝜌 : Khối lượng riêng vật liệu, kg/𝑚𝑚3 v: Thể tích chiếm chỗ vật liệu, m3 l: Chiều dài vật liệu, m d: Đường kính ngồi vật liệu, m n: Số vật liệu cho vào lò L: Chiều cao khối gỗ a: Khoảng cách từ sàn lò đến vật liệu b: Khoảng cách từ vật liệu đến nắp D1: Đường kính nội hình lị D: Đường kính khối vật liệu C: Khoảng cách từ vật liệu đến thành lò tw1: Nhiệt độ lò, oC tw2: Nhiệt độ lớp chịu lửa, oC tw3: Nhiệt độ lớp cách nhiệt, oC twf: Nhiệt độ môi trường, oC λ1 : Hệ số dẫn nhiệt lớp chịu lửa, W/mK λ2 : Hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt, W/mK Qc1: Nhiệt lượng cần cấp cho gạch chịu lửa, kJ Qc2: Nhiệt lượng cần cấp cho gạch chịu nhiệt, kJ Qc3: Nhiệt lượng cần cấp cho khối nhiên liệu, kJ q : Mật độ dòng nhiệt, W/m2 Cp1: Nhiệt dung riêng gạch chịu lửa, kJ/kg.K Cp2: Nhiệt dung riêng gạch chịu nhiệt, kJ/kg.K vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Trữ lượng lượng sơ cấp giới Bảng 1.2 Dự báo tiêu thụ lượng giới theo nhóm nước Bảng 1.3 Nhu cầu khả cung cấp lượng sơ cấp Việt Nam Bảng 1.4 Tiềm năng, khả khai thác lượng tái tạo Việt Nam Bảng 1.5 Bảng so sánh đặc tính số loại nhiên liệu 15 Bảng 1.6 Diện tích rừng tồn quốc (tính đến ngày 31/12/2015) 17 Bảng 1.7 Tổng hợp diện tích độ che phủ tỉnh Bắc Trung Bộ (tính đến ngày 31/12/2015) 17 Bảng 1.8 Tổng kết sơ nguồn gỗ phế thải, khai thác Việt Nam 22 Bảng 3.1 Vật liệu chiều dày lớp thể xây lò 52 Bảng 3.2 Kích thước ngoại hình lị 52 Bảng 4.1 Các chế độ vận hành thực nghiệm 56 Bảng 4.2 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 250oC, 30 phút 57 Bảng 4.3 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 250oC, 60 phút 58 Bảng 4.4 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 250oC, 90 phút 58 Bảng 4.5 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 350oC, 30 phút 59 Bảng 4.6 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 350oC, 60 phút 60 Bảng 4.7 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 350oC, 90 phút 61 Bảng 4.8 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 450oC, 30 phút 61 Bảng 4.9 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 450oC, 60 phút 62 Bảng 4.10 Bảng biến thiên nhiệt độ theo thời gian nhiệt độ 450oC, 90 phút 63 Bảng 4.11 Tiêu chuẩn thiết bị phân tích thành phần sản phẩm nhiệt phân 64 Bảng 4.12 Bảng kết phân tích sản phẩm nhiệt phân than củi 65 Bảng 4.13 Bảng kết phân tích hàm lượng carbon sản phẩm nhiệt phân 65 Bảng 4.14 Bảng kết phân tích nhiệt trị sản phẩm nhiệt phân 67 Bảng 4.15 Bảng kết phân tích chất bốc sản phẩm nhiệt phân 69 Bảng 4.16 Bảng kết phân tích khối lượng sản phẩm nhiệt phân 70 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Tỷ trọng tiêu thụ lượng theo ngành Việt Nam 10 Hình 1.2 Than củi trước sau nhiệt phân 13 Hình 1.3 Mùn cưa dăm bào 19 Hình 2.1 Hầm than Ghana 24 Hình 2.2 Lị gạch sản xuất than Argentina 26 Hình 2.3 Lị than Brazil 26 Hình 2.4 Hệ thống lò Missouri 27 Hình 2.5 Lị nung than kim loại 27 Hình 2.6 Nạp nhiên liệu nhiệt phân lị kiểu trống 200 lít 28 Hình 2.7 Nén than bánh than bánh phơi khô 29 Hình 2.8 Hầm sản xuất than 30 Hình 2.9 Lị tầng sản xuất than 30 Hình 2.10 Than củi Ubame - Binchotan 31 Hình 2.11 Đo nhiệt độ lò nhiệt phân than 32 Hình 2.12 Dụng cụ, thiết bị dùng cho lò 32 Hình 2.13 Thu lượm nguyên liệu sản xuất 33 Hình 2.14 Than thành phẩm 33 Hình 2.15 Các thành phần sinh khối số loại nguyên liệu 35 Hình 2.16 Các ảnh hưởng nhiệt độ tới sản phẩm rắn tạo thành 36 Hình 2.17 Ảnh hưởng nhiệt độ tốc độ gia nhiệt đến sản phẩm nhiệt phân 36 Hình 2.18 Hàm lượng carbon mẫu than mùn cưa khoảng nhiệt độ khác 37 Hình 2.19 Giá trị nhiệt trị mẫu than mùn cưa khoảng nhiệt độ khác 37 Hình 2.20 Hiệu suất thu hồi than 38 Hình 2.21 Hàm lượng carbon mẫu than mùn cưa khoảng thời gian khác 39 Hình 2.22 Giá trị nhiệt trị mẫu than mùn cưa khoảng thời gian khác 39 Hình 3.1 Mơ hình lị nhiệt phân 47 Hình 3.2 Kết cấu bao che lị 49 Hình 3.3 Bản vẽ thiết kế chế tạo lị 51 Hình 3.4 Các lớp cấu tạo lị 52 viii Luận văn tốt nghiệp - Kết vận hành thực nghiêm cho thấy: Mơ hình thực nghiệm chế tạo vận hành ổn định, đáp ứng thông số thiết kế u cầu đặt ban đầu Mơ hình lò nhiệt phân sẵn sàng cho phép tiến hành nghiên cứu công nghệ nhiệt phân than củi 4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân 4.4.1 Tiêu chuẩn thiết bị phân tích thành phần sản phẩm nhiệt phân Các thành phần sản phẩm sau nhiệt phân độ ẩm, độ tro, chất bốc, nhiệt trị xác định theo tiêu chuẩn thiết bị thể bảng 4.11 Các kết phân tích thực phịng thí nghiệm KH&CN nhiệt lạnh – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Bảng 4.11 Tiêu chuẩn thiết bị phân tích thành phần sản phẩm nhiệt phân Chỉ tiêu Nhiệt trị Cacbon Độ ẩm Tiêu chuẩn TCVN 200:2011 ISO 1928:2009 TCVN 172:2011 TCVN 173:2011 ISO 1171:2010 Chất bốc Sai số thiết bị đo Thiết bị phân tích nhiệt lượng Parr 6200 Cal/g TCVN 255 : 2007 Lò nung NABERTHERM ISO 609 : 1996 L24/11, tmax = 1100 oC ISO 589:2008 Độ tro Thiết bị đo TCVN 174:2011 ISO 562:2010 Khối lượng 1K Máy sấy Dry Cabinet - GMP 500, tmax = 500 oC 1K Lò nung NABERTHERM L24/11, tmax = 1100 oC 1K Lò nung NABERTHERM L24/11, tmax = 1100 oC 1K Cân phân tích - QUINTIX SARTORIUS, max 220g 0,1 mg 4.4.2 Tổng hợp kết phân tích Sản phẩm sau q trình nhiệt phân thu lại theo quy trình định, sau phân tích phịng thí nghiệm thơng số: khối lượng, độ HV: Đặng Trần Đông -64- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp ẩm, độ tro, chất bốc, cacbon, nhiệt trị Kết phân tích sản phẩm nhiệt phân tổng hợp bảng 4.11 Bảng 4.12 Kết phân tích mẫu than củi thực nghiệm Khối lượng STT củi gỗ ép [kg] Nhiệt độ nhiệt phân [0C] Thời gian nhiệt phân [phút ] Khối lượng [kg] 30 Sản phẩm than củi nhiệt phân Độ ẩm [%] Độ tro [%] Chất bốc [%] Cacbon [%] Nhiệt trị [kJ/kg] 2,9 3,41 5,84 38,1 52,64 17.839,9 60 2,8 3,34 5,72 35,8 55,12 18.680,3 10 10 10 90 2,8 3,27 5,61 35,1 56,01 18.982,0 10 30 2,8 3,40 5,48 22,4 68,71 23.286,0 10 60 2,8 3,40 5,26 19,5 71,84 24.346,8 10 90 2,7 3,39 5,05 16,9 74,60 25.282,2 10 30 2,7 3,39 5,00 15,1 76,45 25.909,2 10 60 2,9 3,39 4,95 13,1 78,47 26.593,8 10 90 3,38 4,75 12,1 79,74 27.024,2 250 350 450 4.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân a/ Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân đến hàm lượng Cacbon Bảng 4.13 Kết phân tích hàm lượng cacbon sản phẩm nhiệt phân Thời gian nhiệt phân [phút] Hàm lượng C [%] 30 52,64 60 55,12 90 56,01 30 68,71 60 71,84 90 74,60 30 76,45 60 78,47 90 79,74 STT Nhiệt độ nhiệt phân [0C] 250 350 450 HV: Đặng Trần Đông -65- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp Từ bảng tổng hợp kết xây dựng đồ thị biễu diễn trình biến thiên hàm lượng Cacbon theo thời gian nhiệt phân nhiệt độ nhiệt phân Kết trình bày hình 4.13 76.45 74.60 75.00 Hàm lượng C [%] 79.74 78.47 80.00 71.84 68.71 70.00 65.00 60.00 56.01 55.12 55.00 50.00 52.64 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian nhiệt phân [phút] Carbon 250oC [%] Carbon 350oC [%] Carbon 450oC [%] Hình 4.13 Biến thiên hàm lượng cacbon theo thời gian nhiệt độ nhiệt phân Từ bảng kết nghiên cứu thực nghiệm đồ thị biến thiên hàm lượng Cacbon theo nhiệt độ thời gian nhiệt phân cho thấy: Trong giới hạn nghiên cứu với chế độ thực nghiệm nhiệt độ nhiệt phân tăng hàm lượng Cacbon tăng thời gian nhiệt phân tăng hàm lượng Cacbon tăng Khi nhiệt độ thời gian nhiệt phân cao độ ẩm thoát nhanh, chất bốc sinh khối thoát mạnh cịn lại tro cacbon sản phẩm Cụ thể, chế độ thực nghiệm thời gian nhiệt phân 30 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 oC, hàm lượng Cacbon tăng lên 23,81 % tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 45,23 % Ở chế độ thực nghiệm có thời gian nhiệt phân 90 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 oC, hàm lượng Cacbon tăng lên 23,73 %, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 42,37 % Kết hợp nhiệt độ nhiệt tăng từ 250oC lên 450oC thời gian nhiệt phân tăng từ 30 HV: Đặng Trần Đông -66- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp phút lên 90 phút hàm lượng Cacbon tăng lên 27,10 %, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 51,48 % Kết cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân ảnh hưởng lớn đến hàm lượng Cacbon than sau nhiệt phân Từ kết nghiên cứu cho thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút hàm lượng Cacbon tăng lên 27,10 %, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 51,48 % b/ Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân đến nhiệt trị than Bảng 4.14: Kết phân tích nhiệt trị sản phẩm nhiệt phân Thời gian nhiệt phân [phút] Nhiệt trị [kJ/kg] 30 17.839,91 60 18.680,39 90 18.982,01 30 23.286,09 60 24.346,86 90 25.282,24 30 25.909,21 60 26.593,80 90 27.024,20 Stt Nhiệt độ nhiệt phân [0C] 250 350 450 Từ bảng tổng hợp kết xây dựng đồ thị biễu diễn trình biến thiên nhiệt trị theo thời gian nhiệt phân nhiệt độ nhiệt phân Kết trình bày hình 4.14 HV: Đặng Trần Đông -67- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp 29,000.00 Nhiệt trị [kJ/kg] 27,000.00 25,000.00 27,024.20 26,593.80 25,909.21 25,282.24 24,346.86 23,286.09 23,000.00 21,000.00 19,000.00 18,982.01 18,680.39 17,839.91 17,000.00 15,000.00 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian nhiệt phân [phút] Nhiệt trị 250oC [kJ/kg] Nhiệt trị 350oC [kJ/kg] Nhiệt trị 450oC [kJ/kg] Hình 4.14 Biến thiên nhiệt trị theo thời gian nhiệt độ nhiệt phân Từ bảng kết nghiên cứu thực nghiệm đồ thị biến thiên nhiệt trị sản phẩm theo nhiệt độ thời gian nhiệt phân cho thấy: Trong giới hạn nghiên cứu với chế độ thực nghiệm, nhiệt độ nhiệt phân tăng nhiệt trị tăng thời gian nhiệt phân tăng nhiệt trị tăng Khi nhiệt độ thời gian nhiệt phân cao độ ẩm thoát nhanh, chất bốc sinh khối mạnh cịn lại tro cacbon sản phẩm Cụ thể, chế độ thực nghiệm thời gian nhiệt phân 30 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 oC, nhiệt trị tăng lên 8.069,30 kJ/kg tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 45,23 % Ở chế độ thực nghiệm có thời gian nhiệt phân 90 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 oC, nhiệt trị tăng lên 8.042,19 kJ/kg tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 42,37 % Kết hợp nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút nhiệt trị tăng lên 9.184,30 kJ/kg, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 51,48 % Kết cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân ảnh hưởng lớn đến nhiệt trị than sau nhiệt phân Từ kết nghiên cứu cho thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân tăng từ HV: Đặng Trần Đông -68- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp 30 phút lên 90 phút nhiệt trị tăng lên 9.184,30 kJ/kg, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 51,48 % c/ Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân đến hàm lượng chất bốc Bảng 4.15: Kết phân tích chất bốc sản phẩm nhiệt phân Nhiệt độ nhiệt phân [0C] Thời gian nhiệt phân [phút] Chất bốc [%] 30 38,11 60 35,82 90 35,11 30 22,41 60 19,50 90 16,96 30 15,16 60 13,19 90 12,13 STT 250 350 450 Từ bảng tổng hợp kết xây dựng đồ thị biễu diễn trình biến thiên chất bốc theo thời gian nhiệt phân nhiệt độ nhiệt phân Kết trình bày hình 4.15 38.11 40.00 35.82 35.11 Chất bốc [%] 35.00 30.00 22.41 25.00 19.50 20.00 15.16 13.19 15.00 10.00 20 30 16.96 40 50 60 12.13 70 80 90 100 Thời gian nhiệt phân [phút] Chất bốc 250oC [%] Chất bốc 350oC [%] Chất bốc 450oC [%] Hình 4.15 Biến thiên chất bốc theo thời gian nhiệt độ nhiệt phân HV: Đặng Trần Đông -69- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp Từ bảng kết nghiên cứu thực nghiệm đồ thị biến thiên hàm lượng chất bốc theo nhiệt độ thời gian cho thấy: Trong giới hạn nghiên cứu với chế độ thực nghiệm, nhiệt độ nhiệt phân tăng hàm lượng chất bốc giảm thời gian nhiệt phân tăng hàm lượng chất bốc giảm Cụ thể, chế độ thực nghiệm thời gian nhiệt phân 30 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 oC, hàm lượng chất bốc giảm 22,95 % tương ứng tỷ lệ giảm tương đối 60,22 % Ở chế độ thực nghiệm có thời gian nhiệt phân 90 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 oC, hàm lượng chất bốc giảm xuống 22,98 %, tương ứng tỷ lệ giảm tương đối 65,45 % Kết hợp nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút hàm lượng chất bốc giảm xuống 25,98 %, tương ứng tỷ lệ giảm tương đối 68,17% Kết cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân ảnh hưởng lớn đến hàm lượng chất bốc than sau nhiệt phân Từ kết nghiên cứu cho thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút hàm lượng chất bốc giảm xuống 25,98 %, tương ứng tỷ lệ giảm tương đối 68,17 % d/ Ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân đến khối lượng than Bảng 4.16: Kết phân tích khối lượng sản phẩm nhiệt phân Thời gian nhiệt phân [phút] Khối lượng [kg] 30 2,9 60 2,8 90 2,8 30 2,8 60 2,8 90 2,7 30 2,7 60 2,9 90 STT Nhiệt độ nhiệt phân [0C] 250 350 450 HV: Đặng Trần Đông -70- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp Từ bảng tổng hợp kết xây dựng đồ thị biễu diễn trình biến thiên khối lượng theo thời gian nhiệt phân nhiệt độ nhiệt phân Kết trình bày hình 4.16 3.2 Khối lượng [kg] 2.8 2.6 2.4 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian nhiệt phân [phút] Khối lượng 250oC [kg] Khối lượng 350oC [kg] Khối lượng 450oC [kg] Hình 4.16 Biến thiên khối lượng theo thời gian nhiệt độ nhiệt phân Từ bảng kết nghiên cứu thực nghiệm đồ thị biến thiên khối lượng sản phẩm theo nhiệt độ thời gian nhiệt phân cho thấy: Trong giới hạn nghiên cứu với chế độ thực nghiệm, khối lượng sản phẩm không bị ảnh hưởng nhiều nhiệt độ tăng thời gian tăng Cụ thể, chế độ thực nghiệm thời gian nhiệt phân 30 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 o C, khối lượng giảm 0,2 kg tương ứng tỷ lệ giảm tương đối 6,9 % Ở chế độ thực nghiệm có thời gian nhiệt phân 90 phút, nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 250 oC lên 450 oC, khối lượng tăng lên 0,2 kg tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 7,14 % Kết hợp nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút khối lượng tăng lên 0,1 kg, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 3,45 % Kết cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân không ảnh hưởng nhiều đến khối lượng than sau nhiệt phân Từ kết nghiên cứu cho thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân HV: Đặng Trần Đông -71- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp tăng từ 30 phút lên 90 phút khối lượng tăng lên 0,1 kg, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 3,45 % HV: Đặng Trần Đông -72- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Tóm tắt Luận văn tìm hiểu đánh giá tổng quan tình hình sử dụng lượng giới nói chung Việt Nam nói riêng Từ đó, đưa nhận định trữ lượng lượng, nhu cầu sử dụng, hướng cho ngành lượng Có thể thấy, dạng lượng mới, lượng tái tạo giải pháp cho vấn đề lượng ngày Mà sản phẩm lượng tái tạo tiêu biểu than củi nhiệt phân từ gỗ phế thải, tận dụng Sản phẩm than củi nhiệt phân nguồn lượng tái sinh, chi phí thấp, có nhiệt trị cao, cháy sạch, không độc hại, thân thiện với môi trường Được sản xuất từ nguồn tài nguyên gỗ phế thải, tận dụng, giá thành rẻ dồi Ở nước ta nay, tiềm tài nguyên gỗ mà đặc biệt gỗ phế thải, tận dụng lớn, chưa sử với khả nó, việc sản xuất than từ nguồn nguyên liệu hướng xác, phù hợp với sách an ninh lượng mà Nhà nước đưa Vì vậy, việc nghiên cứu, chế tạo mơ hình lị nhiệt phân vận hành thực nghiệm việc cần thiết Thiết bị điều kiện quan trọng để tiến hành nghiên cứu, thực nghiệm lò nhiệt phân Kết thu sở để đánh giá mức độ thành cơng mơ đánh giá mức độ đáp ứng mơ hình vào thực tế Luận văn thực nội dung sau: - Về lý thuyết: Luận văn tổng hợp kiến thức chung cơng nghệ nhiệt phân, tìm hiểu kết nghiên cứu nước cơng nghệ nhiệt phân từ đưa giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện nước Khi HV: Đặng Trần Đông -73- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu lý thuyết nội dung có số kết như: Lựa chọn lị nhiệt phân kiểu thùng, cơng nghệ sản xuất than củi nhiệt phân theo mẻ - Về thực nghiệm: Trên sở lý thuyết tổng hợp, thiết bị lò nhiệt phân thiết kế chế tạo theo yêu cầu kỹ thuật bao gồm: + Lò nhiệt phân: Dạng thùng, đốt theo mẻ, dễ dàng vận chuyển thích ứng nhiều dạng địa hình Kết cấu lò bao gồm: Phần thân đáy lò gồm lớp: Lớp gạch samot chịu lửa, lớp thứ gạch cách nhiệt, lớp thứ thép CT3 bảo vệ tăng cứng cho lò Phần nắp lị gồm lớp: Lớp bê tơng cách nhiệt lớp thép CT3 bảo vệ tăng cứng + Cảm biến đo nhiệt độ vị trí lị; + Hệ thống cấp nhiệt khí gas; + Hệ thống cấp khí quạt gió; + Hệ thống khí thải thu hồi hắc ín, ẩm Các thiết bị sau chế tạo lắp ráp hoàn thiện mơ hình vận hành thử nghiệm đánh giá mơ hình với chế độ vận hành sau: + Cấp khí tự khơng hạn chế, củi cháy, đậy nắp lị; + Khí cấp khống chế, nắp lị đóng từ đầu Sau chế tạo vận hành thử nghiệm thành cơng mơ hình thực nghiệm, Luận văn tiến hành nghiên cứu thực nghiệm 09 chế độ mơ hình thực nghiệm Mục đính nhằm đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian nhiệt phân đến hàm lượng Cacbon, Nhiệt trị, hàm lượng chất bốc khối lượng sản phẩm than củi 5.2 Kết luận - Đã chế tạo thành cơng mơ hình thực nghiệm lị nhiệt phân cơng suất 10kg/mẻ Thiết bị chế tạo vận hành thử nghiệm nhà máy chế tạo công ty CP Pentech Việt Nam Kết vận hành thử nghiệm cho thấy, mơ hình HV: Đặng Trần Đơng -74- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp thực nghiệm chế tạo vận hành ổn định, đáp ứng thông số thiết kế u cầu đặt ban đầu Mơ hình lị nhiệt phân sẵn sàng cho phép tiến hành nghiên cứu công nghệ nhiệt phân than củi - Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân ảnh hưởng lớn đến hàm lượng Cacbon than củi nhiệt phân Trong giới hạn nghiên cứu thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 o C thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút hàm lượng Cacbon tăng lên 27,10 %, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 51,48 % - Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân ảnh hưởng lớn đến nhiệt trị than củi nhiệt phân Trong giới hạn nghiên cứu thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 oC thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút nhiệt trị tăng lên 2.195,10 kCal/kg, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 51,48 % - Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân ảnh hưởng lớn đến hàm lượng chất bốc than củi nhiệt phân Trong giới hạn nghiên cứu thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 o C thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút hàm lượng chất bốc giảm xuống 25,98 %, tương ứng tỷ lệ giảm tương đối 68,17 % - Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ nhiệt phân thời gian nhiệt phân không ảnh hưởng nhiều đến khối lượng than củi nhiệt phân Trong giới hạn nghiên cứu thấy nhiệt độ nhiệt tăng từ 250 oC lên 450 o C thời gian nhiệt phân tăng từ 30 phút lên 90 phút khối lượng tăng lên 0,1 kg, tương ứng tỷ lệ tăng tương đối 3,45 % 5.3 Kiến nghị Kết nghiên cứu chế tạo thành cơng mơ hình lị nhiệt phân bước khởi đầu để đưa sản phẩm than củi nhiệt phân đến với ứng dụng công nghiệp đời sống Tuy nhiên, để thực ứng dụng vào sản xuất thực tế cần thực số nội dung sau: HV: Đặng Trần Đông -75- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp - Cần nghiên cứu, chế tạo máy ép củi đạt tỷ trọng cao >1200kg/m3 kiểm soát chất lượng gỗ đầu vào - Cần trang bị thêm thiết bị giám sát, đo lường điều khiển cho hệ thống Đây phần quan trọng để hỗ trợ cho việc nghiên cứu thực nghiệm hiệu quả, xác sở để hồn thiện mơ hình phù hợp với thực tế - Thực thí nghiệm chuyên sâu với điều kiện làm việc khác để có đặc tính làm việc cụ thể thiết bị Trên sở để đưa đánh giá hiệu suất thiết bị, hiệu kinh tế, hiệu xã hội tính phù hợp với yêu cầu thực tế Do thời gian thực luận văn có hạn lực cá nhân cịn hạn chế chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, chỉnh sửa Thầy, Cô bạn để luận văn hồn thiện HV: Đặng Trần Đơng -76- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia, Tổng luận: “Năng lượng giới đến năm 2030” [2] Ngọc Hà Vai trò lượng tái tạo chiến lược tăng trưởng xanh Việt Nam, 2013 [3] Bộ Nông nghiệp & PTNT, Quyết định số 3158/QĐ-BNN-TCLN ngày 27/7/2016 [4] http://tongcuclamnghiep.gov.vn/LamNghiep/BaiViet/108 [5] http://www.fao.org/, INDUSTRIAL CHARCOAL PRODUCTION [6] http://eia.gov/ [7] Ecosystems east Africa LTD, Small-scale production of charcoal briquettes [8] Rick Burnette, Charcoal Production in 200-Liter Horizontal Drum Kilns [9] http://practicalaction.org/, Technical Brief: Biomass as a Solid Fuel [10] Michael Jerry Antal Jr., Morten Grønli (2003), The Art, Science, and Technology of Charcoal Production, Industrial & Engineering Chemistry Research, volume 42, issue 8, pages 1619-1640 [11] S I Mussatto (2016), Biomass Fractionation Technologies for a Lignocellulosic Feedstock Based Biorefinery, Elsevier [12] Q Cao, K Xie, W Bao and S Shen (2004), Pyrolytic behavior of waste corn cob, Bioresource Technologies, vol 94, pp 83-89, 2004 [13] M J Antal and G Morten (2003), The art, science, and technology of Charcoal production, Industrial and Engineering Chemistry Research, vol 42, pp 1619-1640 [14] A Demirbas and G Arin (2002), An Overview of Biomass Pyrolysis, Energy Sources, vol 24, pp 471-482, 2002 [15] Z Luo, S Wang, Y Liao, J Zhou, Y Gu and K Cen (2004), Research on biomass fast pyrolysis for liquid fuel, Biomass Bioenergy, vol 26, pp 455-462 [16] R Brown (2009), Biochar Production Technology, Earthscan HV: Đặng Trần Đông -77- 16BKTN Luận văn tốt nghiệp [17] Trần Văn Phú Kỹ thuật Sấy NXB Giáo dục, 2008 [17] Trần Văn Phú Tính tốn thiết kế hệ thống Sấy NXB Giáo dục, 2005 [18] http://en.wikipedia.org/wiki/Pyrolysis [19] http://nangluongvietnam.vn/, An ninh lượng số khu vực giới chiến lược toàn cầu, 2013 [20] Nguyễn Tôn Quyền Cẩm nang ngành lâm nghiệp, 2006 [21] Trần Kim Tiến, Chuyển hóa sử dụng than, 2008 [22] Nguyễn Cơng Cẩn, Thiết kế lị nung kim loại, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1978 [23] http://www.snvworld.org/, Cơ hội kinh doanh lượng sinh khối Việt Nam HV: Đặng Trần Đông -78- 16BKTN ... nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo vận hành mơ hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ Cụ thể, tác giả tập trung Tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ Mơ hình chế tạo. .. nhiệt phân than củi gỗ Nội dung nghiên cứu: Các nội dung nghiên cứu luận văn là: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ nhiệt phân than củi; - Tính tốn, thiết kế mơ hình thực nghiệm lị nhiệt phân than củi; ... dung nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Tính tốn, thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm nhiệt phân than củi gỗ; Nghiên cứu, đánh giá thức nghiệm ảnh hưởng số yếu tố đến chất lượng than củi trình nhiệt