Nghiên cứu quá trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sôi và tầng sôi tuần hoàn cho nhà máy nhiệt điện sinh khối công suất 29 30 mw

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ MẠNH TUẤN ĐỖ MẠNH TUẤN KỸ THUẬT NHIỆT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU TÁI SINH TẦNG SƠI VÀ TẦNG SƠI TUẦN HỒN CHO DỰ ÁN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SINH KHỐI CÔNG SUẤT 29-30 MW LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN SĨ MÃO Hà Nội – Năm 2019 Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này, xin trân trọng cám ơn GS TSKH Nguyễn Sỹ Mão, người trực tiếp giành nhiều thời gian tận tình hướng dẫn, bảo thơng tin quý báu suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám đốc đồng nghiệp Trung tâm Kỹ thuật nhiệt điện - Công ty Cổ phần Tư vấn xây dựng Điện tạo điều kiện mặt thời gian công việc tài liệu để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cám ơn quý thầy, cô Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt – Lạnh, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình truyền đạt kiến thức giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Hà Nội, ngày….tháng 12 năm 2019 Học viên Đỗ Mạnh Tuấn Lời cảm ơn Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu thực với hướng dẫn GS TSKH Nguyễn Sỹ Mão Đề hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu khác mà khơng ghi Nếu sai tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Học viên Đỗ Mạnh Tuấn Lời cam đoan Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN .1 LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT .5 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .7 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN 1.5 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 10 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 10 2.2 THỰC TRẠNG VÀ TIỀM NĂNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 15 2.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 20 2.4 NHẬN XÉT 22 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU SINH KHỐI TRONG LỊ HƠI TẦNG SƠI 23 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU TRONG LỊ HƠI TẦNG SƠI 23 3.2 VẤN ĐỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN .32 3.3 CÔNG NGHỆ CHÁY HỖN HỢP SINH KHỐI VÀ THAN 33 3.4 NHẬN XÉT 41 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH CHÁY 42 4.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .42 4.2 MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH CHÁY 46 4.3 PHÂN TÍCH Q TRÌNH THỰC NGHIỆM .60 4.4 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 63 Mục lục Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG PHÁT THẢI KHÍ TRONG Q TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 64 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG 64 5.2 CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA PHÁT THẢI KHÍ .65 5.3 CÁC BIÊN PHÁP ĐO LƯỜNG PHÁT THẢI KHÍ 68 5.4 CÁC GIẢI PHÁP LÀM GIẢM PHÁT THẢI KHÍ .68 5.5 NHẬN XÉT 76 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 77 6.1 KẾT LUẬN 77 6.2 ĐỀ XUẤT 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Mục lục Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt DANH MỤC ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT - CFB : Circulating Fluidized Bed Boiler (Lị tầng sơi tuần hồn); - NMNĐ: Nhà máy nhiệt điện; - TOE: Ton of Oil Equivalent (Hệ số quy đổi sang đầu tương đương); - WEC: World Energy Council (Tổ chức lượng giới); - FAO: Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc); - COD: Nhu cầu ơxy hóa học (chemical oxygen demand) lượng oxy có Kali bicromat (K2Cr2O7) dùng để oxy hoá chất hữu nước Danh mục từ viết tắt Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đất nước ta quốc gia với nguồn tài nguyên vô phong phú Một nguồn tài nguyên dồi nhất, khai thác lâu đời để phục vụ kinh tế Việt nam than Cho đến theo thống kê trữ lượng than Việt Nam lớn Theo số liệu tập đồn Than - Khống sản Việt Nam công bố, tổng trữ lượng than Việt Nam 220 tỉ tấn, khu mỏ than Quảng Ninh 10,5 tỉ mỏ than vùng đồng sông Hồng 210 tỉ nằm trải rộng diện tích 3.500 km2 Có thể thấy, trữ lượng than Việt Nam lớn phần khai thác không nhiều Khả khai thác tốt phần trữ lượng 3,5 tỉ nằm độ sâu 300 m thăm dò chi tiết khu mỏ Quảng Ninh Nhưng khu mỏ khai thác từ cách 100 năm với sản lượng 32 triệu năm nay, mỏ than có khả khai thác tốt bị cạn kiệt Đó chưa kể việc khai thác than cịn gây tác động xấu mơi trường Đồng thời việc xuất than tăng mạnh Tình hình gây lo ngại khả cạn kiệt tài nguyên tương lai gần, Việt Nam phải nhập than nhiều than để cung cấp cho ngành điện Theo sơ đồ quy hoạch điện VII điều chỉnh thời gian tới phải cung cấp nhu cầu điện nước với sản lượng điện sản xuất nhập tới năm 2020 đạt khoảng 265 - 278 tỷ kWh, đến năm 2025 đạt khoảng 400 – 431 tỷ kWh đến năm 230 đạt khoảng 572 – 632 tỷ kWh lớn Hơn giai đoạn tới số lượng than cung cấp không đủ phải nhập khẩu, không hàng chục nhà máy nhiệt điện chạy than khơng đủ ngun liệu Ngồi phát triển phải kèm với việc đảm bảo vấn đề môi trường an ninh lượng Để giải vấn đề này, sơ đồ quy hoạch nêu rõ mục tiêu “Đẩy mạnh phát triển sử dụng nguồn lượng tái tạo cho sản xuất điện, bước nâng cao tỷ trọng nguồn điện sản xuất từ nguồn lượng tái tạo nhằm giảm nhẹ phụ thuộc vào nguồn điện sản xuất từ than nhập khẩu” Trong cịn đề cập đến việc đẩy mạnh “Phát triển điện sử dụng lượng sinh khối như: đồng phát điện nhà máy đường, nhà máy chế biến lương thực, thực phẩm; đồng phát nhiên liệu sinh khối nhà máy điện than; phát điện từ chất thải rắn;…Tỷ trọng điện sản xuất từ lượng sinh khối đạt 1% vào năm Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 2020, khoảng 1,2% vào năm 2025 khoảng 2,1% vào năm 2030” Đây xem hướng xác hợp lý Chính phủ việc giải khó khăn thiếu hụt nhiên liệu mà đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho việc phát điện, đảm bảo an ninh lượng, giảm nhẹ biến đổi khí hậu, bảo vệ mơi trường phát triển kinh tế, xã hội bền vững Từ phân tích trên, có phương án định hướng tương lai vấn đề nhiên liệu cho NMNĐ sử dụng nhiên liệu sinh khối Nguồn nhiên liệu thay dần cho loại nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên nguồn nhiên liệu sử dụng với quy mô nhỏ, lẻ không tập trung, chủ yếu cho cung cấp cho bếp phục vụ đun nấu số dự án lẻ tẻ địa phương, phần lại sử dụng sản xuất cơng nghiệp (q trình sấy, đồng phát,…) Như quy mơ lớn NMNĐ việc sử dụng loại nhiên liệu chưa áp dụng rộng rãi Hơn nữa, việc lựa chọn sử dụng nguồn nhiên liệu cho phù hợp đạt hiệu suất cháy tốt vấn đề đơn giản Chính tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sơi tầng sơi tuần hồn cho dự án Nhà máy nhiệt điện sinh khối công suất 29-30 MW” với hy vọng góp phần nhỏ cơng sức nghiên cứu tìm hiểu rõ trình cháy nhiên liệu tái sinh lị tầng sơi, qua ứng dụng kiến thức việc vận hành tối ưu hóa thực tế NMNĐ 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Việc sử dụng nhiên liệu sinh khối khắc phục nhiều vấn đề khó khăn nhiên liệu cung cấp cho việc phát điện tương lai Đây xem hướng chủ đạo cho việc thay dần nguồn nhiên liệu hóa thạch đảm bảo yêu cầu môi trường Đối với quy mô NMNĐ với số lượng cần cung cấp lớn cần phải có nghiên cứu cụ thể việc sử dụng nhiên liệu sinh khối Vì vậy, mục tiêu đề tài - Tìm hiểu vai trò việc sử dụng nhiên liệu sinh khối với quy mô NMNĐ công suất 29 – 30 MW - Nghiên cứu trình cháy sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sinh khối than Xây dựng mơ q trình cháy Nghiên cứu giải pháp giảm phát thải đốt hỗn hợp nhiên liệu sinh khối - than Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Việc tìm hiểu nghiên cứu trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sơi tầng sơi tuần hồn cho dự án NMNĐ sinh khối cơng suất 29-30 MW cịn sở, tảng cho việc tính tốn, thiết kế tối ưu hóa q trình cháy q trình vận hành NMNĐ sinh khối Qua đảm bảo độ tin cậy tối ưu hóa chi phí sản xuất nhà máy 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sơi (đó thuật ngữ để loai nhiên liệu sinh khối sử dụng lị tầng sơi) có đặc tính thích hợp với việc sử dụng nhiên liệu NMNĐ Việc đánh giá xem xét thực mơ hình NMNĐ có cơng suất 30 MW sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sinh khối than Phạm vi đề tài tập trung vào việc nghiên cứu vấn đề liên quan đến trình cháy nhiên liệu sinh khối tiến hành phân tích, mơ đối tượng lựa chọn thực tế Do phạm vi nghiên cứu đề tài rộng lớn nên để thuận tiện cho việc nghiên cứu đối tượng quy mơ thực đối tượng mô nhà máy đồng phát nhiệt điện 1.4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN Quá trình thực đề tài “Nghiên cứu trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sơi tầng sơi tuần hồn cho dự án Nhà máy nhiệt điện sinh khối công suất 29-30 MW” tiến hành theo phương pháp sau: - - - - Chương Tìm hiểu, nghiên cứu loại nhiên liệu sinh khối phổ biến sử dụng đặc biệt loại nhiên liệu phù hợp với quy mô NMNĐ thông qua tài liệu kỹ thuật thống kê từ tổ chức nghiên cứu Tìm hiểu, nghiên cứu việc sử dụng loại nhiên liệu sinh khối NMNĐ thông qua đặc tính nhiên liệu nghiên cứu thực Nghiên cứu trình cháy nhiên liệu sinh khối lị tầng sơi theo sở lý thuyết cháy thông qua giáo trình đánh giá từ việc mơ số liệu từ đối tượng thực tế Đánh giá đề xuất giải pháp giảm phát thải trình đốt hỗn hợp nhiên liệu sinh khối than Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 1.5 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI Căn theo nội dung mục đích phương pháp thực cấu trúc nội dung chi tiết đề tài sau: Chương Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp luận 1.5 Cấu trúc đề tài Chương Giới thiệu chung nhiên liệu sinh khối 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Thực trạng tiềm sử dụng nhiên liệu sinh khối 2.3 Ưu nhược điểm việc sử dụng nhiên liệu sinh khối Chương Nghiên cứu trình cháy nhiên liệu sinh khối lị tầng sơi 3.1 Cơ sở lý thuyết q trình cháy nhiên liệu lị tầng sơi 3.2 Vấn đề sử dụng nhiên liệu nhà máy nhiệt điện 3.3 Công nghệ cháy hỗn hợp sinh khối than Chương Mơ hình hóa q trình cháy lị 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phân tích q trình thực nghiệm 4.3 Mơ hình hóa q trình cháy Chương Ảnh hưởng phát thải khí trình cháy nhiên liệu sinh khối 5.1 Giới thiệu chung 5.2 Các ảnh hưởng phát thải khí 5.3 Các biện pháp đo lường phát thải khí 5.4 Các giải pháp làm giảm phát thải khí Chương Kết luận đề xuất 6.1 Kết luận 6.2 Đề xuất Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 5.2 CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA PHÁT THẢI KHÍ 5.2.1 Thành phần phát thải từ q trình cháy Khí thải từ ứng dụng đốt sinh khối chia thành hai nhóm chính: khí thải từ q trình đốt cháy hồn tồn khí thải từ q trình đốt cháy khơng hồn tồn a Phát thải từ q trình cháy hồn tồn Sản phẩm cháy từ q trình cháy hồn tồn đốt sinh khối bao gồm: CO2; NOx; SOx; HCl; bụi kim loại nặng b Phát thải từ q trình cháy khơng hồn tồn Nguyên nhân phát thải từ trình cháy khơng hồn tồn do: - Q trình hịa trộn khơng khí nhiên liệu khơng tốt, tạo vùng - đốt giàu nhiên liệu cục bộ; Thiếu Oxy cấp cho trình cháy; Nhiệt độ cháy thấp; Thời gian lưu lại hạt nhiên liệu ngắn Các thành phần liên kết với thông qua biểu thức tốc độ phản ứng cho phản ứng đốt cháy Tuy nhiên, trường hợp có đủ oxy, nhiệt độ yếu tố quan trọng ảnh hưởng theo cấp số nhân tốc độ phản ứng Việc tối ưu hóa yếu tố góp phần giảm mức phát thải từ q trình đốt cháy khơng hồn tồn Các khí phát thải từ q trình cháy khơng hồn toàn là: CO; CH4; chất hữu dễ bay không chứa gốc metan (NVMOC); Hydro bon thơm đa vòng (PAH); bụi ; NH3; O3 Sự ảnh hưởng khí phát thải từ q trình cháy hồn tồn khơng hồn tồn đến mơi trường, khí hậu sức khỏe thể bảng đây: 5.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng từ phát thải khí Sự ảnh hưởng khí thải từ q trình cháy đến mơi trường, khí hậu sức khỏe nêu bảng đây: Chương 65 Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt TT Khí phát thải CO2 Ảnh hưởng - Khí hậu: Ảnh hưởng trực tiếp từ khí nhà kính Khí nhà kính trực tiếp Tuy nhiên, khí thải CO2 từ q trình đốt sinh khối coi trung tính CO2 hiệu ứng khí nhà kính sinh khối nhiên liệu tái tạo Chương CO NOx SOx Bụi CH4 - Khí hậu: Gián tiếp tới khí nhà kính tạo O3 - Sức khỏe: Giảm hấp thụ oxy khơng khí - Khí hậu mơi trường: Ảnh hưởng gián tiếp tới khí nhà kính tạo O3 Đảo ngược hiệu ứng nhà - kính thơng qua hình thành sol khí Tạo mưa axit Ăn mịn phá hủy kim loại Sức khỏe: Ảnh hưởng xấu đến hô hấp NO2 khí độc hại - Khí hậu mơi trường: Đảo ngược hiệu ứng nhà kính thơng qua hình thành sol khí Tạo mưa - axit Ăn mịn phá hủy kim loại Sức khỏe: Ảnh hưởng xấu đến hơ hấp - Khí hậu mơi trường: Đảo ngược hiệu ứng nhà kính thơng qua hình thành sol khí Ảnh hưởng - gián tiếp nồng độ kim loại nặng hạt lắng Sức khỏe: Ảnh hưởng tới hệ thống hô hấp Tác nhân gây ung thư - Khí hậu: Trực tiếp tới khí nhà kính tạo O3 66 Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt TT Khí phát thải Ảnh hưởng Các chất hữu - Khí hậu: Gián tiếp tới khí nhà kính tạo O3 dễ bay không chứa gốc metan (NVMOC) - Sức khỏe: Ảnh hưởng không tốt đến đường hô hấp Hydro bon thơm đa vịng - Mơi trường: Hình thành sương mù Sức khỏe: Tác nhân gây ung thư - Sức khỏe: Tích tụ thực phẩm Một số loại độc nhân tố gây ung thư (PAH) Kim loại nặng Nguồn: [9] Chương 67 Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 5.3 CÁC BIÊN PHÁP ĐO LƯỜNG PHÁT THẢI KHÍ Một số phương pháp để lấy mẫu đo lường khí thải từ trình đốt sinh khối sau a Lấy mẫu đẳng động lực Lấy mẫu hạt (PM) khí thải đo lường cách sử dụng đầu dò đẳng tốc Lấy mẫu đẳng động lực (isokinetic) trình lấy mẫu cho vận tốc hút đầu lấy mẫu vận tốc dịng khí điều kiện khơng bị xáo trộn b Lấy mẫu khói thải Phương pháp thực cách lấy lượng nhỏ mẫu khí thải chiết xuất từ dịng khí thải để phân tích thiết bị bên ngồi Trước phân tích, khí làm loại bỏ độ ẩm c Phân tích thành phần khí Để đo CO CO2, người ta thường sử dụng máy phân tích khí hồng ngoại khơng phân tán (NDIR) O2 thường phân tích cách sử dụng máy phân tích oxit zirconium NOx thường đo máy phân tích chemiluminiscense 5.4 CÁC GIẢI PHÁP LÀM GIẢM PHÁT THẢI KHÍ Các giải pháp làm giảm phát thải khói thực theo phương pháp là: - Phương pháp giảm phát thải sơ cấp: giải pháp giúp ngăn chặn hạn chế hình thành khí thải; - Phương pháp giảm phát thải thứ cấp: loại bỏ khí có hại khói thải 5.4.1 Các giải pháp giảm phát thải sơ cấp Các biện pháp giảm phát thải sơ cấp mục đích ngăn ngừa giảm hình thành khí thải buồng đốt Các biện pháp sử dụng phổ biến là: - Thay đổi thành phần nhiên liệu; Thay đổi độ ẩm nhiên liệu; Thay đổi kích thước hạt nhiên liệu; - Lựa chọn loại thiết bị cháy phù hợp; Cải thiện kết cấu thiết bị cháy; Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt - Tối ưu hóa kiểm sốt q trình đốt cháy; Trên thực tế, biện pháp thường thường có liên quan định đến nghĩa lúc thực nhiều biện pháp với chung tác động định a Thay đổi thành phần nhiên liệu Việc làm giảm thành phần nhiên liệu mà tạo khí thải độc hại tương đối khó khăn thực mức độ Một số phương pháp thực để giảm hàm lượng lưu huỳnh nitơ khí tự nhiên dầu Tuy nhiên than, chúng khơng hiệu vấn đề chi phí Nhiên liệu sinh khối nhiên liệu rắn, giống than đá, với khả hạn chế để giảm lượng yếu tố sẵn có bên Tuy nhiên, thực tương đối cách chọn đặc tính nhiên liệu từ đầu, để kiểm sốt phần thành phần nhiên liệu phát thải gây Nồng độ K, Na, S, Cl, Zn Pb nhiên liệu định khối lượng phát thải khí thành phần hóa học chúng Rõ ràng gỗ chưa xử lý hoạt động tốt gỗ qua xử lý nguồn gốc nhiên liệu có ảnh hưởng đến phát thải khí Ví dụ việc prơm giải pháp làm giảm đáng kể lượng clo kali Phương pháp thực cách phơi rơm đồng thời gian sau thu hoạch, sau để mưa cách rửa có kiểm sốt Các thí nghiệm với rơm lúa mạch thực Đan Mạch cho thấy sau 150mm mưa, hàm lượng clorua giảm từ 0,49% xuống 0,05% hàm lượng kali giảm từ 1,18% xuống 0,22% [14] b Thay đổi độ ẩm nhiên liệu Độ ẩm sinh khối thay đổi lớn Ví dụ gỗ thay đổi độ ẩm từ khoảng từ 60% (gỗ tươi rừng) đến 10% lượng nước theo khối lượng (gỗ sau sấy khô để sử dụng công nghiệp) Độ ẩm cao nhiên liệu khiến khó đạt nhiệt độ cao buồng đốt Thường yêu cầu nhiệt độ khoảng 850°C để đảm bảo mức phát thải CO đủ thấp Nếu khơng đạt nhiệt độ q trình đốt cháy khơng hồn tồn tạo lượng phát thải cao Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Thiết kế buồng đốt có tầm quan trọng lớn sử dụng nhiên liệu sinh khối có độ ẩm cao sử dụng Việc cải thiện hiệu cháy đạt cách sử dụng lượng lớn lớp lót gốm cách nhiệt buồng đốt Bằng cách này, với việc sử dụng gió có nhiệt độ cao, giúp sử dụng nhiên liệu có độ ẩm cao mà đảm bảo yêu cầu môi trường Khi áp dụng giải pháp cải thiện trình đốt cháy phải đảm bảo hiệu suất lị Trong thực tế lượng ẩm nhiên liệu lớn dẫn đến phát thải cao hơn, bao gồm nước, từ lò Điều gây mát lượng từ trình cháy Quá trình cháy nhiên liệu gỗ với độ ẩm cao đảm bảo kết hợp với hệ thống ngưng tụ khí thải Ngưng tụ nước khí thải làm tăng hiệu tổng thể đến mức cải thiện kinh tế chung hoạt động nhà máy c Thay đổi kích thước hạt nhiên liệu Kích thước hạt nhiên liệu phải phù hợp với việc lựa chọn cơng nghệ đốt Kích thước nhiên liệu thiết bị đốt sinh khối thay đổi từ khối gỗ mùn cưa mịn Trong thiết bị đốt sinh khối quy mô lớn với thiết bị cấp nhiên liệu tự động, kích thước nhiên liệu có ý nghĩa quan trọng Nếu nhiên liệu có kích thước khơng đồng phải trang bị máy xẻ máy băm để giảm kích thước khối lớn nhất, từ loại nhiên liệu cấp vào đồng kích thước để phù hợp với cơng nghệ sử dụng Tuy nhiên, phương án giảm kích thước hạt phù hợp áp dụng lợi ích thu lớn nhiếu so với chi phí đầu tư lượng cho trình thực d Lựa chọn loại thiết bị đốt Khi lựa chọn công nghệ đốt cho ứng dụng đốt sinh khối cần xem xét tất khía cạnh quy trình đốt biện pháp giảm phát thải thứ cấp thứ cấp Ngồi cần lưu ý cơng suất nhiệt lượng cho việc thực hiện, từ có cân nhắc việc lựa chọn cơng nghệ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật kinh tế Các biện pháp giảm phát thải thứ cấp sử dụng trang bị cho hầu hết thiết bị đốt sinh khối, tùy thuộc vào giới hạn phát thải yêu cầu Tuy nhiên, để giảm phát thải cách đáng kể từ trình đốt cháy khơng hồn tồn Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt phát thải NOx cách lựa chọn công nghệ cháy phù hợp cho loại nhiên liệu định tối ưu hóa q trình đốt cháy, ngồi cần thực thêm biện pháp giảm NOx sơ cấp Giải pháp giúp giảm thiểu phát thải mà không cần phải lệ thuộc nhiều vào giải pháp thứ cấp gây tiêu tốn nhiều chi phí cho thiết bị xử lý e Cải thiện kết cấu thiết bị cháy Để có q trình cháy tối ưu với lượng khí thải tối thiểu từ q trình đốt cháy khơng hoàn toàn, thiết bị cháy cần phải đảm bảo yếu tố sau: - Nhiệt độ cháy đủ cao; - Thời gian lưu trú hạt nhiên liệu đủ dài; Tỷ lệ hòa trộn tối ưu nhiên liệu khơng khí Những yếu tố đạt phần việc lựa chọn công nghệ đốt thiết kế lò phù hợp, phần lại việc điều chỉnh q trình cháy lị Nội dung đề cập mục f Tối ưu hóa q trình cháy Đề thực việc tối ưu hóa q trình cháy điều khiển trình cháy trang bị nhằm thực điều chỉnh tham số theo quy trình chọn theo sơ đồ xác định từ ban đầu Mục đích thiết bị điều khiển trình cháy thiết bị cháy nhiên liệu sinh khối điều chỉnh lượng nhiệt tạo theo nhu cầu cần thiết Ngoài ra, thiết bị điều khiển q trình lập trình để tối ưu hóa đồng thời q trình cháy với u cầu lượng khí thải tối thiểu hiệu suất cháy đạt tối đa Đối với trình cháy nhiên liệu sinh khối, thơng số điển hình sử dụng làm thơng số kiểm sốt q trình nồng độ CO, CxHy O2 khói thải, nhiệt độ buồng đốt nhiệt độ lò Còn tham số điều chỉnh trực tiếp để đạt yêu cầu thường lượng nhiên liệu đưa vào lị lượng khơng khí sơ cấp thứ cấp cho trình cháy Các phương thức kiểm soát giải pháp bao gồm: Giảm thiểu khí thải Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Chất lượng cháy điều chỉnh cách điều chỉnh tham số lượng nhiên liệu; khơng khí sơ cấp thứ cấp, dựa nồng độ CO, CxHy, O2 nhiệt độ buồng đốt Trong trường hợp kiểm soát trực tiếp, hàm lượng CO CxHy đo liên tục điều chỉnh tham số để thu lượng khí thải tối thiểu Do biến động trình, nồng độ CO CxHy thường trì mức cao Trong trường hợp kiểm sốt gián tiếp, tỷ lệ khơng khí thừa thiết lập cho tất điều kiện quy trình theo tính tốn ban đầu (tải lị hơi, độ ẩm nhiên liệu, ) để thu lượng khí thải tối thiểu Sau đó, giá trị đo hàm lượng O2 sử dụng làm tham số điều khiển trình Để đảm bảo q trình kiểm sốt xác yêu cầu trình đốt cháy phải ổn định, thực tế điều khó đạt nên lượng khí thải khơng phải lúc giảm thiểu lúc tính tốn ban đầu Việc kiểm sốt q trình trực tiếp gián tiếp kết hợp với để đạt q trình cháy ổn định với lượng khí thải tối thiểu Kiểm sốt nhiệt lượng Để giảm thiểu khí thải cần phải kiểm sốt lượng nhiệt sinh từ q trình cháy Việc kiểm sốt thực cách kiểm soát chênh lệch nhiệt độ đo lưu lượng nước cấp lị Trong đó, việc kiểm soát nhiệt độ nước cấp sử dụng phổ biến Mối quan hệ đầu vào nhiên liệu đầu vào khơng khí sơ cấp thứ cấp thiết lập sau lò lắp đặt Theo đó, thơng số điều chỉnh để giữ cho nhiệt độ nước lò giá trị định 5.4.2 Các giải pháp giảm phát thải thứ cấp Các biện pháp thứ cấp thực để loại bỏ khí phát thải khói khỏi lị Đặc biệt đốt gỗ việc loại bỏ bụi cần phải ưu tiên đặc biệt Đối với loại sinh khối khác, giải pháp sơ cấp cân nhắc thực giải pháp pháp thứ cấp bổ sung, tùy thuộc vào thành phần đặc tính nhiên liệu nhiên liệu sinh khối chọn công nghệ cháy Giải pháp việc trang bị bổ sung công nghệ, thiết bị có khả loại bỏ loại khí thải gây hại Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt a Cơng nghệ kiểm sốt bụi Cơng nghệ kiểm soát bụi phải lựa chọn dựa kích thước bụi, u cầu cần thiết, kích thước dịng khí, thời gian cho phép lần làm sạch, đặc tính chi tiết hạt chất bám bẩn có khói thải Các quy tắc sau cân nhắc việc lựa chọn công nghệ kiểm soát bụi cho ứng dụng đốt sinh khối: - - Đối với hạt bụi kết dính phải thu lại mơi trường lỏng, ví dụ tháp hấp thụ, lọc kiểu cyclon, lọc túi lọc bụi tĩnh điện; Đối với hạt bám dính tốt với khơng bám vào bề mặt thơng thường thiết bị thu hồi cần thiết kế bề mặt đặc biệt, ví dụ: tráng Teflon thiết bị lọc giúp thu bụi tốt trình làm sạch; Đối với hạt khơng dính lớn khoảng mm, máy phân ly xyclon có lẽ thiết bị sử dụng; - Đối với hạt nhỏ nhiều so với 5mm thường sử dụng lọc bụi tĩnh điện, lọc túi tháp hấp thụ Các thiết bị thu hạt bụi nhỏ; - Đối với dịng khói lớn phải tốn thêm chi phí bơm tháp hấp thụ; Phải luôn xem xét khả chống ăn mịn nhiệt độ điểm sương khói thải để đảm bảo khơng gây hư hại thiết bị - Hình 5.1 cho thấy hiệu công nghệ kiểm sốt bụi phụ thuộc nhiều vào kích thước hạt Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt Lọc cyclon tốc độ cao Hiệu suất đạt Lọc cyclon hiệu suất Lọc bụi tĩnh điện Tháp hấp thụ venturi Tháp phun Kích thước bụi (µm) Hình 5.1 Hiệu suất thu bụi thiết bị lọc bụi khác [9] Trên thực tế số công nghệ, thiết bị phổ biến sử dụng cho giải pháp thứ cấp bao gồm: - Buồng lắng; Lọc kiểu cyclon; - Bộ lọc bụi tĩnh điện; Bộ lọc túi; Tháp hấp thụ; - Thiết bị phân tách kiểu quay b Cơng nghệ kiểm sốt NOx Việc kiểm sốt nồng độ NOx thường kết hợp xử lý với SOx điểm tương đồng hai loại khí thải này: - Chương NOx SOx phản ứng với nước oxy khí để tạo thành axit nitric sulfuric tương ứng Chúng thường tác nhân cho mưa axit Bởi Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt trình mưa axit loại bỏ NOx SOx khỏi khí quyển, nên hai cho không tăng nồng độ bầu khí tồn cầu - - Phát thải NOx SOx trải qua biến đổi khí dẫn đến góp phần hình thành PM10 (các hạt có đường kính 10 µm trở xuống) khu vực thành thị Ở nồng độ cao, phát thải NOx SOx chất gây kích thích hơ hấp nghiêm trọng Phát thải NOx SOx thải vào khí với số lượng lớn chủ yếu từ trình đốt nhiên liệu hóa thạch từ NMNĐ đốt than, dầu Đối với nhiên liệu sinh khối phát thải NOx SOx từ trình cháy thấp nhiều hàm lượng lưu huỳnh nito nhiên liệu sinh khối thấp so với than Đối với thiết bị cháy nhiên liệu sinh khối biện pháp thứ cấp để kiểm soát làm giảm nồng độ phát thải NOx SOx sau: - Sự hình thành NOx buồng đốt giảm đáng kể cách tối ưu hóa trình đốt cháy thơng qua biện pháp giảm phát thải NOx sơ cấp, cháy khơng khí theo giai đoạn cháy nhiên liệu theo giai đoạn Tuy nhiên khơng thể thực tối ưu hóa giải pháp sơ cấp SOx Trong lò tầng sơi, sử dụng đá vơi để khử lưu huỳnh cách chuyển SOx thành anhydrite (CaSO4), sau đưa ngồi Đây chất rắn vơ hại, có độ hịa tan thấp, thường lắng đọng bãi chơn lấp Ngồi việc loại bỏ SO2 khỏi khói thải tương đối dễ dàng cách hòa tan SO2 nước cho phản ứng với kiềm Dung dịch chứa SO2 nhanh - chóng tạo thành axit sunfurous, phản ứng với kiềm sau bị oxy hóa thành sunfat Đối với NOx theo cách gần khơng dễ dàng chứa khí NO, khí độ hịa tan thấp nước Không giống SO2, phản ứng nhanh với nước tạo thành axit, NO phải trải qua trình hai bước để tạo thành axit, NO trước tiên phản ứng với oxy tạo thành NO2, sau phản ứng với nước tạo thành HNO3 Phản ứng xảy tương đối chậm Các biện pháp giảm phát thải NOx thứ cấp áp dụng cho giảm NOx ứng dụng đốt sinh khối chủ yếu giảm xúc tác chọn lọc (SCR) giảm không xúc tác chọn lọc (SNCR) Cả hai thực cách thêm chất khử, chủ yếu amoniac urê, để biến NOx thành N2, có khơng có chất xúc Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt tác Ngồi ra, thiết bị đặt sau buồng đốt thiết bị đốt sinh khối quy mô nhỏ, chuyển đổi xúc tác tối ưu hóa để giảm phát thải từ q trình đốt khơng hồn tồn c Cơng nghệ kiểm soát SOx Mức phát thải SOx từ thiết bị đốt nhiên liệu sinh khối nói chung thấp, chủ yếu SO2 (> 95%) Khí thải SO2 thường khơng đáng kể ứng dụng đốt gỗ, hàm lượng lưu huỳnh gỗ thấp Tuy nhiên, nhiên liệu sinh khối cỏ rơm, phát thải SO2 đáng kể biện pháp giảm phát thải SO2 phải áp dụng Một số biện pháp phát triển để loại bỏ SO2 khỏi khí Tuy nhiên, khí thải từ thiết bị đốt, nồng độ SO2 thường 1000ppm, biện pháp phổ biến lọc khí thải nước đá vơi nghiền mịn máy nghiền Từ hạt tro bay rắn loại bỏ đưa ngồi 5.5 NHẬN XÉT Từ phân tích trên, ta kết luận rằng: - Trong biện pháp giảm phát thải khí ưu tiên thực biện pháp sơ cấp để giảm phát thải khí dễ dàng thực so với việc đầu tư thiết bị biện pháp thứ cấp - Tùy theo quy mơ mục đích sử dụng để tính tốn nên lựa chọn giải pháp sơ cấp hay áp dụng giải pháp thứ cấp cho phù hợp Chương Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 6.1 KẾT LUẬN Mục đích luận văn Nghiên cứu q trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sơi tầng sơi tuần hồn cho dự án NMNĐ sinh khối công suất 29-30 MW Các nội dung – nhiệm vụ thực sau đây: - Tiềm lớn nhiên liệu sinh khối phương hướng phát triển - loại hình nhiên liệu tương lai; Công nghệ cháy nhiên liệu sinh khối phù hợp NMNĐ công suất 30 MW ảnh hưởng trình cháy tới hiệu suất vận hành lò hơi; - - Kiểm chứng lại ảnh hưởng với đối tượng thực tế để thấy việc đốt hỗn hợp không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất vận hành thiết bị mà giảm thiểu phát thải khí ngồi mơi trường; Các ảnh hưởng phát thải khí đốt nhiên liệu sinh khối giải pháp làm giảm phát thải ưu tiên sử dụng biện pháp sơ cấp trước kết biện pháp sơ cấp thứ cấp để thực giảm thiểu phát thải tùy theo quy mô điều kiện nhà máy 6.2 ĐỀ XUẤT Trong trình thực luận văn số hạn chế số liệu, thông tin liên quan đến việc sử dụng nhiên liệu sinh khối quy mô NMNĐ công suất lớn trình nghiên cứu trình cháy mơ hình hóa đối tượng lị NMNĐ Vì vậy, xin đề xuất số hướng nghiên cứu phát triển thêm đề tài sau: - Nghiên cứu tỷ lệ trộn tối ưu than loại nhiên liệu sinh khối khác để đánh giá tìm tỷ lệ trộn phù hợp cho mục đích sử dụng Nghiên cứu chế độ cháy phù hợp tỷ lệ trộn khác để tìm phương pháp điều chỉnh thay đổi cho đạt hiệu suất cháy tốt Nghiên cứu cụ thể loại hình cơng nghệ, thiết bị phương pháp làm giảm phát thải lò đốt nhiên liệu sinh khối hỗn hợp sinh khối Tác giả hy vọng nhận đóng góp ý kiến q thầy bạn học viên cho thiếu sót mà luận văn gặp phải định hướng cho nghiên cứu tới để phát triển, thực sau Chương 77 Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Sỹ Mão (2006), Lò tập 1,2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Sỹ Mão (2003), Cơ sở lý thuyết kỹ thuật cháy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Bộ công thương, 2012 Năng lượng tái tạo: Vẫn tiềm địa chỉ: http://baocongthuong.com.vn/nang-luong-tai-tao-van-la-tiem-nang.html Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21), 2014: 14 Tổng hợp từ BP, 2014 BP Statistical Review of World Energy 2014 Youngquist, W Geodestinies, Nation Book company, Porland, OR, p.499 Tổ chức phát triển Hà Lan (SNV), 2012 Cơ hội kinh doanh sinh khối Việt Nam SimeonN.Oka, Anthony E.J (2004), Fluidized Bad Combustion, Marcel-Dekker, Inc Newyork – Basel Sjaak van Loo and Jaap Koppejan (2008) The Handbook of Biomass combustion & Co-firing 10 Battesta, J., Tillman, D A and Hughes, E.E (1998), Cofiring wood waste with coal in a wall-fired boiler: Initiating a 3-year demonstration program, Proceeding of BioEnergy ’98 11 Gustavasson M and Almstedt A E 2000 Numerical simulation of fluid dynamics in fluidized beds with horizontal heat exchanger tubes Chem Eng Sci 55: 857– 863 12 Kuipers J A M, Prins W and Van Swaaij W P M 1992 Numerical calculation of wall to bed heat transfer coefficients in gas-fluidized beds AIChE J 38: 1079– 1091 13 Madhiyanon T, Sathitruangsak P and Soponronnarit S 2009 Co-combustion of rice husk with coal in a cyclonic fluidized bed combustor Fuel 88: 132–138 14 Madhiyanon T, Sathitruangsak P and Soponronnarit S 2009 Co-combustion of rice husk with coal in a cyclonic fluidized bed combustor Fuel 88: 132–138 15 Ravelli S, Perdichizzi A and Barigozzi G 2008 Description, applications and numerical modeling of bubbling fluidized bed combustion in waste-to-energy plants Prog Energy Combust Sci 34: 224–253 Tài liệu tham khảo 78 Luận văn cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt 16 Rozainee M, Ngo S P, Salema A A and Tan K G 2010 Computational fluid dynamics modeling of rice husk combustion, in a fluidized bed combustor Powder Technol 203: 331–347 17 Sathitruangsak P, Madhiyanon T and Soponronnarit S 2009 Rice husk co-firing with coal in a short combustion chamber fluidized bed combustor (SFBC) Fuel 88: 1394–1402 18 Lebanon FLUENT user’s guide 2006 vols 1–2 19 Singh R I, Brink A and Hupa M 2013 CFD modeling to study fluidized bed combustion and gasification App Thermal Eng 52: 585–614 20 CORBITT, R A (1999) Standard Handbook of Environmental Engineering, McGraw-Hill, Inc Tài liệu tham khảo 79 ... tìm hiểu nghiên cứu trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sôi tầng sôi tuần hồn cho dự án NMNĐ sinh khối cơng suất 29- 30 MW sở, tảng cho việc tính tốn, thiết kế tối ưu hóa q trình cháy trình vận... nghiên cứu đối tượng quy mơ thực đối tượng mơ nhà máy đồng phát nhiệt điện 1.4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN Quá trình thực đề tài ? ?Nghiên cứu trình cháy nhiên liệu tái sinh tầng sôi tầng sôi tuần hoàn cho dự... NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU SINH KHỐI TRONG LỊ HƠI TẦNG SÔI 23 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Q TRÌNH CHÁY NHIÊN LIỆU TRONG LỊ HƠI TẦNG SÔI 23 3.2 VẤN ĐỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI