Nghiên cứu phát triển hệ thống khí hóa sinh khối để cung cấp năng lượng quy mô nhỏ ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TIẾN CƢƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG KHÍ HĨA SINH KHỐI ĐỂ CUNG CẤP NĂNG LƢỢNG QUY MÔ NHỎ Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TIẾN CƢƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG KHÍ HĨA SINH KHỐI ĐỂ CUNG CẤP NĂNG LƢỢNG QUY MÔ NHỎ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Mã số: 62520115 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Hồng Lương PGS.TS Văn Đình Sơn Thọ HÀ NỘI – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Tiến Cƣơng i LỜI CẢM ƠN Với tất kính trọng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS TS Phạm Hồng Lương, PGS TS Văn Đình Sơn Thọ tận tình bảo động viên suốt trình nghiên cứu viết luận án để tác giả hồn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể thầy giáo, cô giáo Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt Lạnh, Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ, Viện Đào tạo Sau đại học trường đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả trình nghiên cứu thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn chủ nhiệm thành viên nhóm nghiên cứu đề tài nghị định thư hợp tác Việt – Thái (đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo vận hành thử nghiệm hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp lượng quy mơ nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam”), hỗ trợ cơng sức, trí tuệ, trang thiết bị kinh phí để tác giả chế tạo, phát triển hồn thiện mơ hình thử nghiệm Xin trân trọng cảm ơn cán kĩ sư xưởng Thiết bị áp lực, Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt Lạnh, cán phịng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí động lực, cán phịng thí nghiệm Hóa dầu, Viện Cơng nghệ Hóa học, chun gia ngồi nước lĩnh vực khí hóa hỗ trợ cơng sức, góp ý chia sẻ để tác giả hồn thiện mơ hình Cuối xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu thực luận án Tác giả Nguyễn Tiến Cƣơng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu luận án 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể Nội dung nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phạm vi nghiên cứu 4.2 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Điểm luận án Trình tự luận án CHƢƠNG – TỔNG QUAN VỀ KHÍ HĨA SINH KHỐI TRONG SẢN XUẤT NĂNG LƢỢNG Tóm tắt chƣơng 1.1 Cơng nghệ khí hóa sinh khối sản xuất lƣợng quy mơ nhỏ 1.1.1 Lị khí hóa ngược chiều 1.1.2 Lị khí hóa thuận chiều 1.1.3 Lị khí hóa dịng cắt ngang 1.1.4 Đặc điểm khí hố sinh khối theo lớp cố định 1.1.5 Ưu, nhược điểm loại lị khí hóa sinh khối lớp cố định 1.2 Đặc điểm cơng nghệ khí hóa sinh khối sản xuất điện 1.2.1 Đặc điểm cơng nghệ khí hóa sinh khối sản xuất điện cơng suất nhỏ 1.2.2 Những tồn phát triển công nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện quy mô nhỏ 1.2.3 Xu hướng nghiên cứu phát triển cơng nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khí hóa sinh khối sản xuất lƣợng quy mơ nhỏ 1.3.1 Các cơng trình cơng bố ngồi nước có liên quan trực tiếp đến đề tài 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng số quốc gia giới 1.3.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng Việt Nam 1.4 Một số sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối sản xuất lƣợng quy mơ nhỏ điển hình 1.5 Tiềm phát triển cơng nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện Việt Nam 1.5.1 Nhu cầu lượng 1.5.2 Tiềm nguồn phù hợp sinh khối Việt Nam với cơng nghệ khí hóa iii Trang i ii iii vi xi xii 1 2 2 2 3 5 5 6 7 8 9 11 14 15 18 18 20 Kết luận chƣơng CHƢƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ Q TRÌNH KHÍ HĨA SINH KHỐI Tóm tắt chƣơng 2.1 Lý thuyết khí hóa sinh khối 2.1.1 Q trình khí hóa sinh khối 2.1.2 Các phản ứng xảy vùng lị khí hoá sinh khối 2.1.3 Các phản ứng cốc lị khí hóa 2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ phản ứng cốc 2.1.5 Động học nhiệt động học q trình khí hố sinh khối 2.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình khí hóa sinh khối 2.2 Hắc ín, chế hình thành phƣơng pháp khử hắc ín q trình khí hóa sinh khối 2.2.1 Hắc ín chế hình thành hắc ín 2.2.2 Tác hại hắc ín 2.2.3 Các phương pháp xử lí hắc ín 2.2.4 Một số thiết kế lị khí hóa để xử lí hắc ín nghiên cứu phát triển Kết luận chƣơng CHƢƠNG – CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Q TRÌNH KHÍ HĨA VỚI NGUỒN SINH KHỐI Ở VIỆT NAM Tóm tắt chƣơng 3.1 Cải tiến cơng nghệ xây dựng hệ thống khí hóa sinh khối 3.1.1 Cải tiến công nghệ 3.1.2 Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối ngun lí làm việc 3.1.3 Tính tốn, thiết kế thiết bị khí hóa sinh khối 3.2 Thiết lập hệ thống thiết bị đo lƣờng phân tích 3.2.1 Hệ thống phân tích thành phần khí sản phẩm 3.2.2 Hệ thống đo lưu lượng khơng khí 3.2.3 Hệ thống đo lưu lượng khí sản phẩm 3.2.4 Hệ thống đo nhiệt độ 3.2.5 Hệ thống đo hàm lượng hắc ín khí sản phẩm 3.3 Tính tốn xử lí số liệu thí nghiệm 3.3.1 Xác định lưu lượng khí sản phẩm 3.3.2 Tính nhiệt trị khí sản phẩm 3.3.3 Xác định hàm lượng hắc ín 3.3.4 Xác định suất tiêu hao nhiên liệu 3.3.5 Xác định độ ẩm nhiên liệu 3.3.6 Tính hiệu suất hệ thống khí hóa 3.3.7 Tính cân bon 3.3.8 Tính vận tốc bề mặt SV 3.3.9 Tính tỷ số khơng khí tương đương ER 3.3.10 Xử lý số liệu thí nghiệm 3.4 Đánh giá sai số q trình thí nghiệm 3.4.1 Sai số hệ thống thí nghiệm 3.4.2 Sai số ngẫu nhiên thí nghiệm 3.5 Trình tự thí nghiệm 3.5.1 Quy trình vận hành hệ thống khí hóa sinh khối 3.5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cấp gió đến q trình khí hóa sinh khối 3.5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng độ ẩm nhiên liệu đến q trình khí hóa sinh khối 3.5.4 Nghiên cứu ảnh hưởng chủng loại nhiên liệu đến trình khí hóa sinh iv 25 27 27 27 27 30 30 34 35 38 39 39 40 41 41 42 43 43 43 43 45 47 55 55 55 55 56 57 58 58 58 59 59 59 59 60 60 60 60 61 61 62 62 62 63 65 66 khối 3.5.5 Ảnh hưởng tỷ số ER đến q trình khí hóa sinh khối 3.6 Kết thí nghiệm thảo luận 3.6.1 Ảnh hưởng chế độ cấp gió đến q trình khí hóa sinh khối 3.6.2 Ảnh hưởng độ ẩm nhiên liệu đến trình khí hóa sinh khối 3.6.3 Ảnh hưởng chủng loại nhiên liệu đến q trình khí hóa sinh khối 3.6.4 Ảnh hưởng tỷ số ER đến trình khí hóa sinh khối 3.6.5 So sánh, phân tích kết đạt hệ thống khí hóa phát triển 3.6.6 Xác định tỷ suất sinh khí sản phẩm với số loại sinh khối Kết luận chƣơng CHƢƠNG – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHÍ HĨA SINH KHỐI ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG Tóm tắt chƣơng 4.1 Sơ đồ hệ thống quy trình vận hành 4.1.1 Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối kết hợp động – máy phát 4.1.2 Quy trình vận hành hệ thống khí hóa sinh khối kết hợp động – máy phát 4.2 Thiết lập hệ thống đo lƣờng phân tích 4.2.1 Hệ thống đo nhiệt độ 4.2.2 Hệ thống đo lưu lượng khí sản phẩm cấp vào động 4.2.3 Hệ thống đo phụ tải điện 4.2.4 Hệ thống đo lượng diesel tiêu hao 4.2.5 Hệ thống phân tích khói thải động 4.3 Tính tốn xử lí số liệu thí nghiệm 4.3.1 Xác định tỷ lệ lượng diesel thay khí sản phẩm 4.3.2 Xác định hiệu suất hệ thống động – máy phát 4.4 Trình tự thí nghiệm 4.4.1 Trình tự thí nghiệm với hệ thống khí hóa sinh khối 4.4.2 Trình tự thí nghiệm với hệ thống động – máy phát 4.5 Kết thí nghiệm thảo luận 4.5.1 Kết thí nghiệm động cơ- máy phát với nhiên liệu sử dụng 100% diesel 4.5.2 Kết thảo luận động – máy phát vận hành chế độ nhiên liệu kép với nhiên liệu cấp vào hệ thống khí hóa than hoa 4.5.3 Kết thảo luận động – máy phát vận hành chế độ nhiên liệu kép với sinh khối cấp vào hệ thống khí hóa gỗ mẩu viên nén mùn cưa 4.6 Sử dụng phần mềm mô để kiểm chứng với kết thực nghiệm động vận hành chế độ nhiên liệu kép 4.6.1 Cơ sở lý thuyết thiết lập mơ hình 4.6.2 Kết mơ thảo luận 4.6.3 So sánh kết mô với thực nghiệm Kết luận chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Kết luận Đề xuất DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v 67 67 67 72 77 81 84 88 89 91 91 91 91 91 93 93 94 94 94 95 95 95 95 95 95 97 98 98 101 108 112 112 114 117 118 119 119 120 121 122 129 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Stt Ký hiệu A Aad Ai Ash A0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 BFB Cad 22 23 24 25 Bc Cfas CFB Cg CHP CN2 Cmix CP n CP nl CPkhi Cs D Dc De Các ký hiệu theo chữ Latinh Tên đại lượng Diện tích bề mặt riêng nhiên liệu Phần trăm lượng tro nhiên liệu khơ Diện tích bề mặt đầu xilanh Phần trăm khối lượng tro nhiên liệu Hằng số trước hàm số mũ Chiều rộng cửa vào xyclon Lị khí hóa lớp sơi bọt Lượng cacbon nhiên liệu khơ Nồng độ chất A tham gia phản ứng Nồng độ chất B tham gia phản ứng Nồng độ chất C tham gia phản ứng Nồng độ chất D tham gia phản ứng Cacbon hoạt tính tự Lị khí hóa lớp sơi tuần hồn Tốc độ khuếch tán Đồng phát nhiệt điện Nồng độ thể tích khí nitơ Nồng độ thể tích hỗn hợp khí Nhiệt dung riêng nước Nhiệt dung riêng nhiên liệu sinh khối Nhiệt dung riêng nhiên liệu khí sản phẩm Tốc độ động học Đường kính phần thân lị (nhiệt phân) Đường kính thân xyclon m/s m m m Đường kính miệng phun gió vào lị khí hóa Đường kính thót lị khí hóa Đường kính ống khí sản phẩm lị khí hóa Năng lượng hoạt hóa phản ứng Tỷ lệ khơng khí tương đương Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt sấy khơng khí Tiết diện thót lị khí hóa Phần trăm lượng cacbon cố định nhiên liệu Phần thể tích rỗng nhiên liệu lị Máy sắc ký khí Tổng thu nhập quốc dân Lưu lượng khí sản phẩm m m m m2 % % m3/h m3/h kg/s Dm Do D E ER 32 33 34 35 36 37 FA FCad Fv GC GDP 38 39 Ggt Gkhi Lưu lượng khí sản phẩm tức thời (ở thời t) Lưu lượng khơng khí qua sấy khơng khí 40 GN2 Lưu lượng khí nitơ Gg % m/s % % kJ/kgK kJ/kgK kJ/kgK Đường kính ống khí thân xyclon 26 27 28 29 30 31 F Thứ nguyên cm2/viên % m2 % m m2 l/p vi 41 Gmax 42 43 44 45 46 47 gtar G1 G2 G3 Had 48 49 HC 50 51 Hct Hdaf 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 Hch Hđ HHV HHVd HHVdaf Hkh Hnp hm hp Hs Hth 64 65 hw H0 66 67 68 69 H1 h1c H2 h2c 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 H3 IGCC Jc Ke Kg 80 81 LHV LHVDO Hc Kpt Lc lc Lưu lượng khí sản phẩm lớn cấp vào động chế độ vận hành xác định Là hàm lượng hắc ín khí sản phẩm Lưu lượng gió cấp vào cửa gió cấp lị khí hóa Lưu lượng gió cấp vào cửa gió cấp lị khí hóa Lưu lượng gió cấp vào cửa gió cấp lị khí hóa Phần trăm lượng hydro nhiên liệu khơ Dịng entanpi khí sản phẩm lọt xuống cacte Nồng độ hydrocacbua khói thải động Chiều cao cửa khí sản phẩm vào xyclon Chiều cao tháp rửa làm nguội khí Phần trăm lượng hydro nhiên liệu khơ khơng tính đến thành phần tro Chiều cao vùng cháy lị khí hóa Chiều cao vùng đệm lị khí hóa Nhiệt trị cao nhiên liệu Nhiệt trị cao mẫu khô Nhiệt trị cao mẫu cháy Chiều cao vùng khí hóa lị khí hóa Chiều cao vùng nhiệt phân lị khí hóa Tốc độ chuyển khối diện tích bề mặt thực tế Nhiệt lượng cho trình nhiệt phân Chiều cao vùng sấy lị khí hóa Chiều cao điểm thót so với ghi Dịng entanpi tổn thất từ vùng cháy sang vùng chưa cháy xylanh Nhiệt lượng cho q trình hóa nước Chiều cao tối thiểu từ vùng thót đến phần thân lị khí hóa Chiều cao điểm cấp gió cấp so với ghi lị Chiều cao ống tâm xyclon Chiều cao điểm cấp gió cấp so với ghi lị Chiều cao phần ống ngồi ống tâm xyclon Chiều cao điểm cấp gió cấp so với ghi lị Chu trình kết hợp khí hóa Đường kính cửa tháo bụi xyclon Hằng số cân phản ứng Tỷ suất sinh khí Hằng số tốc độ phản ứng nghịch Phát thải khí khói thải động Hằng số tốc độ phản ứng thuận Chiều cao phần thân xyclon Chiều dài ống dẫn khí sản phẩm vào xyclon Nhiệt trị thấp Nhiệt trị thấp dầu diesel vii m3/h mg/m3 l/p l/p l/p % ppm m m % m m MJ/kg MJ/kg MJ/kg m m kg/s.m2 J/g m m J/g m m m m m m m m3/kg m m MJ/kg 82 83 LHVf LHVgt 84 ls 85 86 87 88 M Mchứa mDO 89 90 91 mf mH 2O 92 93 94 95 96 97 98 99 100 Mnp 101 102 103 104 105 106 msoot.ox m0 m1 m2 m4 nCH Nhiệt trị thấp nhiên liệu sinh khối Nhiệt trị thấp tức thời (thời điểm t) khí sản phẩm Chiều dài ống trao đổi nhiệt thiết bị sấy khơng khí Phần trăm khối lượng ẩm nhiên liệu Khối lượng nhiên liệu cấp mẻ Lượng dầu diesel tiêu hao Lượng dầu diesel tiêu hao trường hợp vận hành nhiên liệu kép Lượng dầu diesel tiêu hao trường hợp vận hành đơn nhiên liệu (100% nhiên liệu diesel) Suất tiêu hao nhiên liệu Khối lượng nước nhiên liệu sinh khối MJ/kg MJ/m3 Khối lượng nhiên liệu vùng nhiệt phân Lượng bồ hóng hình thành Lượng bồ hóng tham gia phản ứng cháy Khối lượng hắc ín thu thí nghiệm Năng suất khí hóa riêng ghi Khối lượng sinh khối cấp vào lò Khối lượng sinh khối cịn lại sau thí nghiệm Khối lượng tro thu sau thí nghiệm Số kmol CH4 khí sản phẩm kg g kg/m2.h kg kg kg kmol m % kg kg/h kg/h kg/h kg/h kg nCO2 Số kmol CO khí sản phẩm Số kmol CO2 khí sản phẩm kmol kmol nH Số mol H2 khí sản phẩm kmol nCO Oad Pe Pg 107 108 109 110 111 112 Pt Q q Qch QH 2O 113 QKK 114 115 116 117 118 119 Qkh Qnl QNP Qnp QS Qtổng 120 Qtt Phần trăm lượng oxy nhiên liệu khô Công suất điện thực tế máy phát Nồng độ chất khí hóa bên ngồi hạt cốc áp suất riêng phần Áp suất riêng phần khí i Cơng suất đặt phụ tải Cơng suất nhiệt lò Lượng nhiệt trao đổi đơn vị diện tích thiết bị Lượng nhiệt sinh từ phản ứng cháy lò Lượng nhiệt cung cấp cho nước vùng nhiệt phân Lượng nhiệt khơng khí nhận Lượng nhiệt vùng khí hóa Lượng nhiệt cung cấp để gia nhiệt cho nhiên liệu Lượng nhiệt cung cấp cho vùng nhiệt phân Lượng nhiệt để nhiệt phân nhiên liệu Lượng nhiệt để sấy nhiên liệu Tổng lượng nhiệt vùng sấy, nhiệt phân, khí hóa Lượng nhiệt tổn thất lò viii % kW bar kW kW W/cm2 kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ PL4.2 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu than hoa Bảng PL4.2.4 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm 50% lượng khí sản phẩm lớn cấp vào động (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa than hoa với lưu lượng 50% Gmax) Phần động - máy phát điện Chế độ Vận hành 100% tải (%) DO Công Lượng suất diesel điện tiêu hao đầu vận (kW) hành 100% diesel (kg/h) 10 20 40 60 80 90 0,00 1,10 2,05 3,75 5,60 7,70 8,45 0,99 1,05 1,27 1,66 2,09 2,58 2,75 Vận hành nhiên liệu kép (TH3 DO + 50% Lưu lượng khí sản phẩm max) Lượng Tổng Lượng diesel Năng khí sản tiêu hao lượng phẩm (kg/h) cấp vào cấp vào hệ thống diesel động (kW) - máy phát (m3/h) 0,50 0,74 0,86 1,23 1,66 2,16 2,52 6,01 8,89 10,29 14,75 19,89 25,86 30,25 12,41 12,41 12,41 12,41 12,41 12,41 12,49 Nhiệt trị Tổng Tổng Phần trăm tức thời lượng cấp lượng khí lượng vào hệ loại nhiên liệu sản phẩm khí thống cấp vào hệ thống (MJ/m ) sản động (%) phẩm máy phát Nhiên Nhiên cấp vào (diesel+ liệu liệu khí hệ thống khí sản diesel sản (kW) phẩm) (%) phẩm (kW) (%) 4,68 4,65 4,63 4,61 4,66 4,71 4,76 16,12 16,03 15,96 15,89 16,06 16,24 16,52 22,12 24,91 26,25 30,64 35,96 42,10 46,77 27,15 35,66 39,19 48,13 55,32 61,43 64,68 155 72,85 64,34 60,81 51,87 44,68 38,57 35,32 Phần trăm nhiên liệu khí sản phẩm thay cho diesel (%) 49,39 29,57 32,52 26,09 20,68 16,29 8,25 Hiệu suất hệ thống động máy phát (%) 0,00 4,42 7,81 12,24 15,57 18,29 18,07 Nhiệt độ khói thải động (0C) 122 143 165 188 242 353 479 Lượng khơng khí nạp (kg/h) 105,5 106,5 106,6 106,8 105,8 103,2 101 Thành phần khí thải động HC (ppmHex) 46 38 28 31 69 159 342 CO (%V) 0,92 0,84 0,74 0,62 0,48 0,29 0,36 CO2 NOx Smoke (%V) (ppm) (%) 3,40 78 5,50 4,10 175 4,60 4,70 349 5,00 6,10 404 6,50 7,70 444 15,20 10,40 501 29,70 12,50 438 53,80 PL4.2 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu than hoa Bảng PL4.2.5 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm 25% lượng khí sản phẩm lớn cấp vào động (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa than hoa với lưu lượng 25% Gmax) Phần động - máy phát điện Chế độ tải (%) Vận hành 100% DO Vận hành nhiên liệu kép (TH4 DO + 25% Lưu lượng khí sản phẩm max) Công Lượng Lượng Tổng Lượng suất diesel diesel Năng khí sản điện tiêu hao tiêu hao lượng phẩm đầu vận (kg/h) cấp vào cấp vào (kW) hành hệ thống 100% diesel động diesel (kW) - máy (kg/h) phát (m /h) 10 20 40 60 80 90 0,00 1,10 2,05 3,80 5,65 7,70 8,45 0,99 1,05 1,27 1,68 2,10 2,58 2,75 0,75 0,87 1,07 1,38 1,74 2,25 2,51 8,97 10,43 12,84 16,55 20,90 26,98 30,14 6,21 7,24 7,78 7,86 7,86 8,48 8,48 Nhiệt trị Tổng Tổng tức thời lượng cấp khí lượng vào hệ sản phẩm khí thống (MJ/m ) sản động phẩm máy phát cấp vào (diesel+ hệ thống khí sản (kW) phẩm) (kW) 4,58 4,65 4,73 4,80 4,78 4,75 4,73 7,89 9,35 10,21 10,48 10,43 11,19 11,13 16,86 19,78 23,05 27,03 31,32 38,17 41,27 Phần trăm lượng loại nhiên liệu cấp vào hệ thống (%) Nhiên Nhiên liệu liệu khí diesel sản (%) phẩm (%) 53,19 52,73 55,72 61,22 66,72 70,68 73,03 156 46,81 47,27 44,28 38,78 33,28 29,32 26,97 Phần trăm nhiên liệu khí sản phẩm thay cho diesel (%) 24,44 17,31 15,77 17,65 17,12 12,68 8,58 Hiệu suất hệ thống động máy phát (%) 0,00 5,56 8,89 14,06 18,04 20,17 20,47 Nhiệt độ khói thải động (0C) 123 141 162 185 243 350 476 Lượng khơng khí nạp (kg/h) 106,2 106,8 107,1 106,6 105,5 101,9 100,8 Thành phần khí thải động HC (ppmHex) 65 67 73 86 128 234 429 CO (%V) 0,59 0,50 0,47 0,41 0,32 0,25 0,39 CO2 NOx Smoke (%V) (ppm) (%) 3,40 142 1,90 4,00 305 2,20 4,70 420 2,60 5,80 396 5,20 7,40 515 10,90 10,20 528 35,20 12,20 495 57,70 PL4.3 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu mẩu gỗ keo Bảng PL4.3.1 Kết thí nghiệm khí hóa mẩu gỗ keo (Up stream) + kết nối động - máy phát điện Kết phần lị khí hóa (Upstream)- Mã thí nghiệm GkPD1 Lần Tổng thời ghi lượng gian số khơng khí liệu cấp GƩ (lít/phút) Stt 10 11 12 13 14 15 Nhiệt độ (0C) Thành phần khí sản phẩm V (%) Lưu lg Nhiệt trị Hàm Lượng Nhiệt Lượng Hiệu Cân Hệ Tỷ suất Độ khí sản TB G.P lượng tro thu trị nhiên suất số sinh ẩm phẩm LHV hắc ín nhiên liệu khí cacbon ER khí (%) TB (MJ/m3) (mg/m3) (g) liệu tiêu hóa (m3/kg) ɳc LHV hao ɳtb (%) (m /hr) (MJ/kg) (kg/hr) (%) 1200 G1 G2 G3 t,phút T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 H2 O2 N2 CH4 CO CO2 500 500 200 78 162 384 843 874 847 846 538 16,03 0,69 50,05 1,11 18,08 14,04 500 500 200 78 155 394 807 847 843 838 547 500 500 200 10 78 124 367 752 769 829 850 577 15,80 0,06 49,79 1,40 18,48 14,47 500 500 200 15 78 114 362 764 852 870 866 595 500 500 200 20 78 112 358 737 852 833 864 612 15,46 0,11 50,52 1,84 18,90 13,16 500 500 200 25 78 107 330 705 830 843 864 623 500 500 200 30 78 104 311 701 815 845 868 632 16,21 0,14 50,29 1,61 18,08 13,68 500 500 200 35 79 109 311 790 722 818 841 637 114,64 500 500 200 40 79 119 330 732 725 852 840 639 16,29 0,06 49,07 1,87 19,34 13,47 500 500 200 45 80 121 310 717 813 867 848 641 500 500 200 50 80 124 333 784 841 862 855 646 16,11 0,08 49,67 1,63 19,06 13,55 500 500 200 55 81 125 333 732 843 862 848 650 500 500 200 60 77 132 338 804 908 881 856 653 16,74 0,04 48,79 1,71 18,82 13,89 500 500 200 65 77 123 345 762 808 885 862 652 500 500 200 70 76 124 375 850 793 868 861 653 16,39 0,11 48,82 1,52 19,47 13,68 157 4,86 48,63 742 18,46 48,00 62,96 92,02 0,34 2,39 19 PL4.3 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu mẩu gỗ keo Bảng PL4.3.2 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm Gmax cấp vào động (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa mẩu gỗ keo với lưu lượng Gmax) Phần động - máy phát điện Chế độ Vận hành tải (%) Công suất điện đầu (kW) 10 20 40 60 0,00 1,05 2,00 3,80 5,75 100% DO Vận hành nhiên liệu kép (TH1 DO- Lưu lượng khí sản phẩm max) Lượng Lượng Tổng Lượng khí Nhiệt trị tức Tổng Tổng Phần trăm Phần Hiệu suất Nhiệt độ Lượng diesel tiêu diesel tiêu Năng sản phẩm thời khí lượng cấp lượng loại trăm hệ khói thải khơng khí hao hao lượng cấp vào hệ sản phẩm lượng vào hệ nhiên liệu cấp vào nhiên liệu thống động nạp (kg/h) vận hành vận hành cấp vào thống (MJ/m3) khí sản thống động hệ thống (%) khí sản động cơ (0C) 100% nhiên liệu diesel động phẩm cấp - máy phẩm máy Nhiên Nhiên diesel kép (kg/h) (kW) máy phát vào hệ phát liệu liệu khí thay phát (%) (kg/h) (m3/h) thống (diesel+ khí diesel sản phẩm cho (kW) sản phẩm) diesel (%) (%) (kW) (%) 0,99 0,21 2,55 23,50 4,58 29,05 31,61 8,08 91,92 78,48 0,00 125 102,7 1,04 0,25 3,02 23,50 4,60 28,53 31,55 9,58 90,42 75,78 3,33 166 104,2 1,26 0,29 3,53 23,50 4,64 28,27 31,79 11,09 88,91 76,67 6,29 183 104,8 1,68 0,63 7,52 23,50 4,66 28,07 35,59 21,12 78,88 62,59 10,68 211 106,4 2,13 0,92 11,01 23,50 4,71 28,01 39,02 28,21 71,79 56,83 14,74 235 106,2 158 PL4.3 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu mẩu gỗ keo Bảng PL4.3.3 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm 66% Gmax – nhiên liệu mẩu gỗ keo (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa mẩu gỗ keo với lưu lượng 66% Gmax ) Phần động - máy phát điện Chế độ Vận hành tải (%) Công suất điện đầu (kW) 10 20 40 60 80 0,00 1,05 2,10 4,00 5,70 7,70 100% DO Vận hành nhiên liệu kép (TH2 DO- 66% Lưu lượng khí sản phẩm max) Lượng Lượng Tổng Lượng khí Nhiệt trị tức Tổng Tổng Phần trăm Phần Hiệu suất Nhiệt độ Lượng diesel tiêu diesel tiêu Năng sản phẩm thời khí lượng cấp lượng loại trăm hệ khói thải khơng khí hao hao (kg/h) lượng cấp vào hệ sản phẩm lượng vào hệ nhiên liệu cấp vào nhiên liệu thống động nạp (kg/h) vận hành cấp vào thống (MJ/m3) khí sản thống động hệ thống (%) khí sản động cơ (0C) 100% diesel động phẩm cấp - máy phẩm máy Nhiên Nhiên diesel (kW) máy phát vào hệ phát liệu liệu khí thay phát (%) (kg/h) (m3/h) thống (diesel+ khí diesel sản phẩm cho (kW) sản phẩm) diesel (%) (%) (kW) (%) 0,99 1,04 1,28 1,72 2,11 2,58 0,36 0,53 0,71 0,94 1,23 1,86 4,32 6,33 8,53 11,30 14,71 22,30 16,21 16,21 16,21 16,21 16,21 16,21 4,75 4,77 4,80 4,85 4,89 4,87 19,14 19,14 19,14 19,18 19,18 19,18 159 23,45 25,47 27,66 30,48 33,89 41,48 18,41 24,86 30,82 37,06 43,41 53,76 81,59 75,14 69,18 62,94 56,59 46,24 63,64 49,26 44,59 45,30 41,98 27,81 0,00 4,12 7,59 13,13 16,82 18,56 122 135 152 196 248 355 103,9 105,1 105,9 106,3 106,2 104,4 PL4.3 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu mẩu gỗ keo Bảng PL4.3.4 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm 33% Gmax – nhiên liệu mẩu gỗ keo (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa mẩu gỗ keo với lưu lượng 33% Gmax ) Phần động - máy phát điện Chế độ Vận hành 100% tải (%) DO Công Lượng suất diesel tiêu điện hao đầu vận hành (kW) 100% diesel (kg/h) 10 20 40 60 80 90 0,00 1,25 2,20 3,95 5,65 7,60 8,3 0,99 1,09 1,31 1,71 2,10 2,55 2,72 Vận hành nhiên liệu kép (TH3 DO- 33% Lưu lượng khí sản phẩm max) Lượng Tổng Lượng Nhiệt trị Tổng Tổng Phần trăm Phần Hiệu Nhiệt diesel Năng khí sản tức thời lượng cấp lượng loại trăm suất độ khói tiêu hao lượng phẩm cấp khí sản lượng vào hệ nhiên liệu cấp vào nhiên liệu hệ thống thải (kg/h) cấp vào vào hệ phẩm khí sản thống động hệ thống (%) khí sản động thống (MJ/m ) phẩm cấp - máy Nhiên liệu Nhiên phẩm máy động diesel động vào hệ phát diesel (%) liệu khí thay phát (%) (0C) (kW) máy phát thống (diesel+ khí cho sản (m3/h) (kW) sản phẩm) diesel phẩm (kW) (%) (%) 0,66 0,77 0,98 1,26 1,57 2,17 2,49 7,91 9,17 11,69 15,11 18,78 26,01 29,82 8,10 8,10 8,10 8,10 8,10 8,10 8,10 4,84 4,81 4,78 4,85 4,92 4,95 4,98 9,59 9,57 9,57 9,61 9,79 10,02 10,09 160 17,50 18,74 21,26 24,72 28,57 36,03 39,91 45,21 48,95 54,99 61,11 65,72 72,19 74,73 54,79 51,05 45,01 38,89 34,28 27,81 25,27 33,33 29,61 25,36 26,34 25,54 15,06 8,41 0,00 6,67 10,35 15,98 19,78 21,10 20,80 122 143 165 188 242 353 479 Lượng khơng khí nạp (kg/h) 105,5 106,5 106,6 106,8 105,8 103,2 101 PL4.4 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu viên nén mùn cưa Bảng PL4.4.1 Kết thí nghiệm khí hóa Viên nén mùn cưa (Up stream) + kết nối động - máy phát điện (Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu viên nén mùn cưa)- Mã thí nghiệm McPD1 Kết phần lị khí hóa (Upstream) Lần Tổng lượng thời ghi khơng khí gian số cấp liệu GƩ = 1100 (lít/phút) Nhiệt độ (0C) Stt G1 G2 G3 t,phút T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 Thành phần khí sản phẩm V (%) Lưu lg Nhiệt trị Hàm Lượng Nhiệt trị Lượng Hiệu Cân Hệ Tỷ suất khí sản TB G.P lượng tro thu nhiên nhiên suất số sinh khí phẩm LHV hắc ín liệu liệu khí cacbon ER (m3/kg) 3 TB (MJ/m ) (mg/m ) (g) LHV tiêu hao hóa ɳ ɳ (MJ/kg) (kg/hr) (%) (%) (m /hr) H2 O2 N2 CH4 CO CO2 400 400 300 29 31 27 28 741 667 703 339 14,59 0,126 45,7 0,99 23,5 13,1 400 400 300 29 31 27 28 704 638 687 421 400 400 300 10 29 31 27 28 587 622 696 459 14,55 0,129 45 1,08 24,1 13,1 400 400 300 15 29 31 27 29 588 600 670 494 400 400 300 20 29 32 28 30 615 618 671 509 15,01 0,042 44,5 1,21 24,1 13,1 400 400 300 25 29 32 28 31 549 635 679 526 400 400 300 30 29 32 29 33 617 630 696 542 14,81 0,355 44,7 1,29 23,7 13,1 400 400 300 35 30 32 31 34 505 632 725 557 400 400 300 40 30 33 31 35 483 617 708 565 15,14 0,218 44,2 1,16 23,9 13,4 10 400 400 300 45 30 31 32 36 480 615 729 577 11 400 400 300 50 30 32 32 37 431 573 715 586 14,66 0,147 44,1 1,7 23,4 14 12 400 400 300 55 31 32 33 38 540 582 643 594 13 400 400 300 60 31 32 35 41 478 292 664 596 14,88 0,061 44,1 1,8 23,1 14 14 400 400 300 65 30 33 36 42 464 604 696 607 15 400 400 300 70 30 31 37 43 351 694 684 609 14,99 0,062 44,4 2,83 23,3 13,4 116,93 161 5,31 489,68 1232 17,98 54,00 63,48 97,49 0,27 2,17 PL4.4 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu viên nén mùn cưa Bảng PL4.4.2 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm Gmax – nhiên liệu viên nén mùn cưa (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa viên nén mùn cưa với lưu lượng Gmax ) Phần động - máy phát điện Chế Vận hành 100% DO độ tải Công Lượng Lượng (%) suất điện diesel diesel đầu tiêu hao tiêu hao (kW) vận vận hành hành 100% nhiên diesel liệu kép (kg/h) (kg/h) 10 20 40 0,00 1,00 2,00 3,80 0,99 1,03 1,26 1,68 0,20 0,20 0,20 0,44 Vận hành nhiên liệu kép (TH1 DO- Lưu lượng khí sản phẩm max) Tổng Lượng Nhiệt trị tức Tổng Tổng Phần trăm Phần Hiệu Nhiệt độ Lượng Năng khí sản thời khí lượng cấp lượng loại trăm suất khói thải khơng lượng phẩm cấp sản phẩm lượng vào hệ nhiên liệu cấp vào nhiên hệ khí cấp vào vào hệ (MJ/m3) khí thống động hệ thống (%) liệu khí thống động nạp thống sản - máy sản động (0C) (kg/h) Nhiên Nhiên diesel động phẩm phát phẩm liệu liệu khí (kW) máy phát cấp vào (diesel+ khí diesel thay máy sản (m3/h) hệ thống sản phẩm) cho phát (%) phẩm (kW) (kW) diesel (%) (%) (%) 2,37 21,61 5,50 33,02 35,39 6,71 93,29 80,00 0,00 125 102,7 2,40 21,61 5,52 33,14 35,54 6,75 93,25 80,56 2,81 166 104,2 2,42 21,61 5,56 33,38 35,80 6,77 93,23 83,97 5,59 183 104,8 5,29 21,61 5,57 33,44 38,73 13,65 86,35 73,68 9,81 211 106,4 162 PL4.4 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu viên nén mùn cưa Bảng PL4.4.3 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm 75% Gmax – nhiên liệu viên nén mùn cưa (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa viên nén mùn cưa với lưu lượng 75% Gmax ) Phần động - máy phát điện Chế Vận hành 100% DO độ tải Công Lượng Lượng (%) suất điện diesel diesel đầu tiêu hao tiêu hao (kW) vận (kg/h) hành 100% diesel (kg/h) 10 20 40 60 80 0,00 1,05 2,00 3,80 5,70 7,70 0,99 1,04 1,26 1,68 2,11 2,58 0,29 0,38 0,51 0,70 0,94 1,69 Vận hành nhiên liệu kép (TH2 DO- 75% Lưu lượng khí sản phẩm max) Tổng Lượng Nhiệt trị Tổng Tổng Phần trăm Phần Năng khí sản tức thời lượng cấp lượng trăm lượng phẩm cấp khí sản lượng vào hệ loại nhiên liệu cấp nhiên cấp vào vào hệ phẩm khí thống động vào hệ thống (%) liệu khí thống (MJ/m3) sản - máy sản Nhiên Nhiên diesel động phẩm phát phẩm liệu liệu khí (kW) máy phát cấp vào (diesel+ khí diesel thay sản (m3/h) hệ sản phẩm) cho (%) phẩm thống (kW) diesel (%) (kW) (%) 3,42 4,58 6,15 8,35 11,30 20,22 16,21 16,21 16,21 16,21 16,21 16,21 5,66 5,63 5,61 5,61 5,61 5,62 25,48 25,35 25,26 25,26 25,26 25,30 163 28,90 29,93 31,41 33,60 36,55 45,52 11,82 15,30 19,58 24,83 30,90 44,41 88,18 84,70 80,42 75,17 69,10 55,59 71,21 63,29 59,29 58,47 55,45 34,57 Hiệu Nhiệt Lượng suất độ khói khơng hệ thải khí nạp thống động (kg/h) động (0C) máy phát (%) 0,00 3,51 6,37 11,31 15,59 16,92 122 135 152 196 248 355 103,9 105,1 105,9 106,3 106,2 104,4 PL4.4 Kết vận hành hệ thống khí hóa kết hợp động – máy phát sử dụng nhiên liệu kép (dualfuel) - Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu viên nén mùn cưa Bảng PL4.4.4 Kết thí nghiệm với lượng khí sản phẩm 37,5% Gmax – nhiên liệu viên nén mùn cưa (Nghiên cứu cấp khí sản phẩm từ khí hóa viên nén mùn cưa với lưu lượng 37,5% Gmax) Phần động - máy phát điện Chế độ tải (%) 10 20 40 60 80 90 Vận hành 100% DO Công Lượng suất điện diesel đầu tiêu hao (kW) vận hành 100% diesel (kg/h) 0,00 1,15 2,15 3,90 5,60 7,65 8,35 0,99 1,06 1,29 1,70 2,09 2,57 2,73 Vận hành nhiên liệu kép (TH3 DO- 37,5 % Lưu lượng khí sản phẩm max) Lượng diesel tiêu hao (kg/h) 0,52 0,67 0,74 1,01 1,35 1,89 2,17 Tổng Lượng Nhiệt trị Tổng Tổng Phần trăm Phần Hiệu Nhiệt Lượng Năng khí sản tức thời lượng cấp lượng trăm suất độ khói khơng lượng phẩm khí sản lượng vào hệ loại nhiên liệu cấp nhiên hệ thải khí nạp cấp vào cấp vào phẩm khí thống động vào hệ thống (%) liệu khí thống động (kg/h) hệ thống (MJ/m3) sản - máy sản động (0C) Nhiên Nhiên diesel động phẩm phát liệu liệu khí phẩm máy (kW) máy phát cấp vào (diesel+ thay phát diesel sản (m3/h) hệ khí sản cho (%) (%) phẩm thống phẩm) diesel (%) (kW) (kW) (%) 6,22 8,02 8,85 12,12 16,19 22,63 25,97 8,10 8,10 8,10 8,10 8,10 8,10 8,10 5,62 5,64 5,66 5,69 5,71 5,72 5,74 12,65 12,70 12,74 12,81 12,85 12,88 12,92 164 18,88 20,72 21,59 24,93 29,04 35,50 38,89 32,97 38,72 40,98 48,62 55,74 63,73 66,78 67,03 61,28 59,02 51,38 44,26 36,27 33,22 47,58 37,10 43,00 40,49 35,46 26,44 20,57 0,00 5,55 9,96 15,64 19,28 21,55 21,47 122 143 165 188 242 353 479 105,5 106,5 106,6 106,8 105,8 103,2 101 Phụ lục PL4.5 Hình ảnh hệ thống khí hóa sinh khối chuyển giao cơng nghệ PL4.5.1 Q trình chế tạo vận hành thí nghiệm hệ thống khí hóa sinh khối kết hợp động – máy phát (sản xuất điện năng) a Ghi lò cấu thải xỉ b Phần đáy lò khoang tháo xỉ c Phần thân lò (sấy nhiệt phân) d Côn thu tháo xỉ (vùng đệm) e Xyclon tách tro bụi f Bộ làm nguội khí sản phẩm 165 g Thân tách hắc ín h Phễu nhiên liệu i Tiến hành thí nghiệm hệ thống 50 kW k Hệ thống đo khơng khí cấp nhiệt độ dọc lò l Đo áp suất dọc thân lò m Bếp đốt khí sản phẩm 166 o Chuẩn bị nhiên liệu khởi động lò 150 kW q Lắp đặt đầu đo nhiệt độ khí sau hịa trộn đường nạp diesel tiêu hao p Thí nghiệm hệ thống lò 150 kW – kết nối động – máy phát r Thí nghiệm đo khói thải động 167 s Lắp đặt đầu đo lưu lượng nhiệt độ khí nạp t Hình ảnh thí nghiệm đo phát thải công suất động - máy phát u Bộ điện trở thử tải cho máy phát 168 v Kết nối ống khí nạp vởi động PL4.5.2 Hình ảnh hợp đồng tư vấn, thiết kế, cung cấp, lắp đặt, chuyển giao 169 ... lý, hóa sinh khối Việt Nam, để sử dụng cho cơng nghệ khí hóa sản xuất điện NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu sở lý thuyết q trình khí hóa sinh khối cơng nghệ khí hóa sinh khối sản xuất lượng quy. .. loại sinh khối Việt Nam sử dụng cho cơng nghệ khí hóa, đồng thời đề xuất cơng nghệ khí hóa sinh khối để nghiên cứu phát triển sản xuất lượng quy mô nhỏ Việt Nam Chương – Cơ sở lý thuyết q trình khí. .. hóa sinh khối để sản xuất điện quy mô nhỏ 1.2.3 Xu hướng nghiên cứu phát triển cơng nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khí hóa sinh khối sản xuất