VI. Máy sấy tháp
Ch−ơng thứ ba
3.1.2. Quá trình biến đổi sinh khối * Nhiệt
- Năng l−ợng (cơ khí, điện); - Khí, khí sinh học;
- Phân bón, phân hỗn hợp; - Nhiên liệu gián tiếp (viên ép);
- Các sản phẩm công nghiệp (cồn, ethanol, dầu v,v...).
3.1.2. Quá trình biến đổi sinh khối * Nhiệt * Nhiệt
- Đốt: nhiệt, điện và năng l−ợng cơ khí; - Khí hóa: Khí, nhiệt, điện;
- Nhiệt phân: Khí, nhiên liệu rắn; - Carbon hóa: than.
* Hóa sinh
- Phân compst : phân, nhiệt (loại thấp); - ủ hầm: Khí sinh học, phân.
* Vật lý:
- ép: Viên ép; - ép: dầu, cồn.
ở các n−ớc đang phát triển th−ờng sử dụng chất phế thải sinh khối trong đun nấu và tạo nhiệt cho quá trình làm khô nông lâm sản.
55
Qúa trình biến đổi sinh khối đ−ợc trình bày ở hình 3.1.
Hình 3.1. Quá trình biến đổi chất phế thải sinh khối 3.1.3. Mô tả quá trình đốt chất thải sinh khối
1. Quá trình đốt
Đốt là quá trình xử lý biến đổi sinh khối hoặc các chất thải thành nhiệt và hơi n−ớc. Năng l−ợng đ−ợc sản xuất ra th−ờng chỉ là một sản phẩm thứ cấp bên cạnh quá trình này. Mặt khác nhiệt và hơi n−ớc sản xuất ra có thể biến đổi sang điện hoặc đ−ợc trực tiếp sử dụng nh− nguồn năng l−ợng. Các hệ thống đốt sinh khối chủ yếu đ−ợc thiết kế cho gỗ và phụ phẩm nông nghiệp. Trong nhiều n−ớc công nghiệp phát triển, chất thải rắn cũng đ−ợc đốt để giảm l−ợng chất thải và sử dụng năng l−ợng đ−ợc tạo ra. Đây là công nghệ hiện đại vì vậy chi phí đầu t−
cao. Hệ thống này đốt chất thải sinh khối bao gồm:
- Kho chứa và tiền xử lý;
- Buồng đốt và lò hơi;
- Thiết bị xử lý chất thải;
- Turbine và máy phát điện.
Chất thải sinh khối
Hoá nhiệt Qúa trình Vật lý Hoá sinh
Đốt Khí hóa Tách, ép Đóng Bánh ủ Phân compost Phân nhiệt
Nhiên liệu rắn Nhiên liệu khí
Cháy Cồn, dầu Phân bón
56 Việc lựa chọn hệ thống đốt cần căn cứ trên yếu tố "đầu vào". Mục tiêu chính là đảm bảo cháy hoàn toàn; đảm bảo trong sạch môi tr−ờng. Hiệu suất của hệ thống đốt phụ thuộc độ ẩm vật liệu cung cấp, độ cháy hoàn toàn và sự truyền nhiệt trong hệ thống.
2. Đồng phát nhiệt điện
Hiện nay nhiều n−ớc trên thế giới đã tận dụng chất thải sinh khối trong nông lâm nghiệp để đồng phát nhiệt - điện, với cỡ công suất từ 100 ữ 1000 KW, kèm theo sản xuất hơi nóng phục vụ cho khâu làm khô nông, lâm, thuỷ sản. Tuỳ thuộc yêu cầu của dây chuyền công nghệ, tỷ lệ giữa điện và hơisản xuất từ chất thải sinh khối có thể điều chỉnh thích hợp.
Tro sau khi đốt là hợp chất đ−ợc sử dụng trong công nghiệp chế tạo vật liệu xây dựng, luyện gang thép.
Kết cấu: hệ đồng phát nhiệt điện, bao gồm:
- Bộ phận cung cấp nguyên liệu đốt;
- Lò đốt và nồi hơi;
- Turbine và máy phát điện;
- Bộ phận trao đổi nhiệt;
- Máy sấy và các bộ phận phụ trợ khác.
3. Khí hóa
Nhiệt độ trong quá trình khí hóa t−ơng đối cao. L−ợng không khí cung cấp vào quá trình này hạn chế (oxy hóa một phần) sẽ biến sinh khối thành nhiên liệu khí (50% là N; 20% -CO và 15% -H2). Khí tạo ra với nhiệt trị thấp, đ−ợc sử dụng trong làm khô, kéo turbine khí hoặc làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.
Kết cấu hệ thống khí hóa bao gồm:
- Kho và bộ phận tiền xử lý; - Thiết bị khí hóa; - Bộ phận làm nguội; - Bộ phận lọc bụi; - Hệ điều khiển. - Bộ phận xử lý chất thải.
57 Trong quá trình khí hóa sử dụng nhiều loại lò khác nhau : lò khí hóa với tầng di động và cố định (tầng sôi). Các cỡ công suất nhà máy khí hóa nh− sau:
Cỡ nhà máy Cỡ cực nhỏ Cỡ nhỏ Cỡ trung Cỡ lớn
kW 1 - 7 < 30 31 - 499 500
4. Nhiệt phân
Nhiệt phân là quá trình biến đổi sinh khối thành 3 phần: nhiên liệu lỏng, hỗn hợp khí gọi là “khí phát sinh” và các chất thải rắn. Quá trình nhiệt phân sinh khối với nhiệt độ cao, mức độ ôxy hóa thấp, không đ−ợc cháy hoàn toàn do nhiệt phân nhanh và phát sáng.
−u điểm của việc biến đổi sinh khối rắn (gỗ, mùn c−a, trấu...) sang nhiên liệu lỏng (dầu nhiệt phân) có c−ờng độ năng l−ợng cao hơn, sử dụng vạn năng và dễ vận chuyển. Công nghệ nhiệt phân đang ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu vì còn vấn đề về kỹ thuật và chi phí cao. Việc sử dụng dầu nhiệt phân phức tạp, cho đến nay ch−a đ−ợc ứng dụng rộng.
5. Carbon hoá
Carbon hoá là một dạng của quá trình nhiệt phân chuyển hoá than hầm sang năng l−ợng. Sự biến đổi truyền thống từ gỗ sang than hầm có hiệu suất rất thấp vì công nghệ đơn giản.
6. Phân
Chế biến phân là quá trình sinh học tự nhiên trong đó nguyên liệu hữu cơ đ−ợc phân hủy chậm với sự giúp đỡ của vi sinh vật.
Công nghệ chế biến phân trộn là tạo ra các điều kiện yếm khí có kiểm soát ở nhiệt độ cao. Quá trình này th−ờng xảy ra trong rơm, rạ. Sử dụng phân từ phế thải sinh khối để bón cho cây trồng và cải tạo đất. Tỉ lệ nguyên liệu đầu vào/đầu ra là 1/10. ở Việt nam có trên 60 cơ sở chế biến phân hữu cơ vi sinh từ các nguồn nguyên liệu “vào” khác nhau.
7. Hầm yếm khí (khí sinh học)
ủ chất thải trong hầm là một quá trình vi sinh tự nhiên làm phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí (thiếu ô xy). Điều này xảy ra ở các hệ thống không đ−ợc kiểm soát nh− trong các đống phế thải, các bãi rác hoặc trong các điều kiện có kiểm soát (nh− các lò khí sinh học, các bãi rác có kiểm soát v.v...)
58 Mục đích chính của công nghệ yếm khí là tạo khí năng l−ợng cao (chứa đến 70% khí mê tan); tạo ra phân và làm giảm ô nhiễm môi tr−ờng. Quá trình này gọi là “lên men”.
Quá trình yếm khí đ−ợc sử dụng rộng rãi để xử lý n−ớc thải công nghiệp và các chất thải dạng bùn sệt, phân dùng trong nông nghiệp. Việc xử lý chất thải rắn (các chất hữu cơ đã đ−ợc tách ra) là ứng dụng t−ơng đối mới, nh−ng đ−ợc phổ cập nhanh vì có −u điểm là tạo ra năng l−ợng.
Công nghệ yếm khí phụ thuộc nguyên liệu đầu “vào”. Sau đây giới thiệu quy mô các loại hầm yếm khí.
Đơn vị : m3
Cỡ hầm 10 - 20 < 200 < 2000
Đối t−ợng sử dụng Dùng cho sinh hoạt gia đình
Cung cấp điện thắp sáng cho liên hộ
Trạm, trại chăn nuôi cơ sở chế biến
8. Lên men (cồn)
Đ−ờng, cặn và các chất hữu cơ senlulô đ−ợc biến đổi nhờ vi khuẩn và chuyển sang các sản phẩm có gốc r−ợu cồn. Sản phẩm ethanol t−ơng đối tinh khiết sau khi đ−ợc ch−ng cất. Cồng nghệ này phát triển rộng vì r−ợu đ−ợc dùng phổ biến. Do đòi hỏi vốn đầu t− lớn và cần nhiều nguyên liệu “đầu vào”, công nghệ lên men ch−a có hiệu quả cao.
9. Đóng bánh
Th−ờng sử dụng chất thải sinh khối ở dạng gốc (vỏ dừa, chất hữu cơ phơi
khô: mùn c−a, vỏ trấu . . .) đóng thành bánh với đ−ờng kính viên ép là 55 - 65 mm, trọng l−ợng mỗi bánh từ 5kg đến 50 kg. Chất l−ợng cháy, hiệu suất
thu hồi nhiệt cao hơn khi đốt củi (hoặc đốt than hầm).
Về ph−ơng diện kinh tế giá thành vẫn còn cao so với đốt vật liệu tr−ớc khi ép. Tuy nhiên công nghệ đóng bánh dễ vận chuyển vì thể tích chất phế thải đ−ợc thu nhỏ.
10. Bếp đun cải tiến
Hiệu suất sử dụng nhiệt ≈10%. Dùng bếp cải tiến tăng hiệu suất nhiệt lên khoảng 30%. Qua quá trình sử dụng bếp đun đã dần dần đ−ợc hoàn thiện, hiệu suất nhiệt tăng đáng kể. Tuy nhiên bếp đun cải tiến cũng chỉ phù hợp với gỗ
59 (củi); còn các chất thải sinh khối khác ít đ−ợc dùng vì nhiều lý do, trong đó có vận chuyển và kho cất giữ.