CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
3.2. Cân bằng trong lị hóa khí
3.2.2. Lựa chọn và tính tốn các thơng số cơng nghệ
Nguyên liệu đầu vào: Viên nén RDF (Refused-devired fuel) có thành phần C, H, O cho nguyên liệu đầu vào như bảng dưới đây [63]:
Bảng 3.4: Thành phần viên nén RDF [63].
RDF C H O N S M A
Viên nén RDF (adb) 42,89 5,33 26,608 0,5 0,062 5,24 19,37 Viên nén RDF (db) 45,26 5,62 28,08 0,53 0,07 - 20,44 Viên nén RDF (daf) 56,89 7,08 35,29 0,66 0,08 - -
Fixed C Volatile Ash HHV (MJ/kg) LHV(MJ/kg) Viên nén RDF (adb) 17,39 63,24 19,37 18,237 17,004
Tốc độ lượng dịng khí: 32,66 m3/h.
Với yêu cầu năng suất nhiệt của thiết bị hóa khí 65kW thì chúng ta có các thơng số sau: Lưu lượng dịng khí ra : 𝑉𝑠𝑦𝑛𝑔𝑎𝑠 = 50,39 𝑚3/ℎ.
Khối lượng sinh khối cho 1 giờ hóa khí : 𝑀𝑓 = 17,87 𝑘𝑔/ℎ.
Thành phần dịng khí đầu ra dựa theo bảng sau với hệ số ER = 0,3:
Bảng 3.5. Thành phần Syngas theo mô phỏng Aspenplus [63].
Thành phần khí sản phẩm
CO CO2 H2 CH4 N2 LHV (MJ/m3)
% 22,24 5,9 16,16 - 48,56 4,547
kMol (1atm , 973 K ) 0,14 0,037 0,102 - 0,306 Số mol của dịng khí đơn chất được tính theo cơng thức sau:
𝑛 =𝑃 × 𝑉 𝑅 × 𝑇 Trong đó
P : áp suất trong lị hóa khí ; P = 1 atm V : thể tích dịng khí (m3)
38 R : Hằng số khí lí tưởng. R=0.083 m3/kmol.K
T : Nhiệt độ dịng khí ra (K)
Với giá trị nhiệt trên và lưu lượng dịng khí ra ta có năng suất nhiệt đạt được cao nhất là: 𝑄 = 𝑉𝑠𝑦𝑛𝑔𝑎𝑠× 𝐿𝐻𝑉𝑠𝑦𝑛𝑔𝑎𝑠 × 1000 3600 = 50,39 × 4,547 × 1000 3600 = 63,64 𝑘𝑊. Tỷ trọng đổ nhiên liệu:
Bảng 3.6: Thông số nhiên liệu.
Nhiên liệu Năng suất trên giờ (kg/h) Tỷ trọng đổ (kg/m3) [61]
Viên nén RDF 17,87 773
Thể tích cho thiết bị hóa khí sinh khối.
𝑉𝑔𝑎𝑠𝑖𝑓𝑖𝑒𝑟 = 𝑀𝑓 𝜌𝑏𝑢𝑙𝑘 =
17,87
773 = 0,023 𝑚
3
Chọn thể tích thiết bị sinh khối có 𝑉𝑔𝑎𝑠𝑖𝑓𝑖𝑒𝑟 = 0,03 𝑚3.
Với thể tích của thiết bị như trên ta có kích thước cơ bản của khối lị hóa khí như sau:
Bảng 3.7: Thơng số sơ lược lị hóa khí.
Thơng số Kích thước Đơn vị
Chiều cao (h) 0,8 m
Đường kính (d) 0,22 m
Diện tích ghi lị hóa khí (S) 0,038 m2
Số ống dẫn khí (n) 9 m Đường kính ống dẫn khí (dtuyere) 0,015 m Vị trí đặt ống dẫn khí [41] 0.26 (tính từ đáy lị) m Vận tốc dịng khí trong lị hóa khí (𝑣𝑎 ) 0,42 m/s Vận tốc dịng khí trong tuyere (𝑣𝑡𝑢𝑦𝑒𝑟𝑒 ) 7,2 m/s Hệ số khơng khí lý thuyết 0,3 -
39
Khối lượng viên nén RDF 17,87 Kg/h
Lưu lượng syngas (𝑉𝑠𝑦𝑛𝑔𝑎𝑠) 50,39 m3/h
Lưu lượng khơng khí (𝑉𝑎𝑖𝑟) 32,66 m3/h
Tỷ trọng đổ 733 Kg/m3
Với cơng suất lị hóa khí 65kW. Trong thiết bị hóa khí thuận chiều, khơng khí hóa khí được bơm vào bởi một số vòi phun từ ngoại vi. Tổng diện tích vịi phun thường là 7 - 4% diện tích họng. Số lượng vịi phun phải là số lẻ để tia khơng khí từ một vịi khơng bắn trúng tia từ phía đối diện, để lại khoảng trống ở giữa. Để đảm bảo sự thâm nhập đầy đủ của khơng khí vịi phun vào lị hóa khí theo [4,7], chọn số ống dẫn khí n = 9
Mục đích của việc bố trí các voi phun là để vùng oxy hóa (đốt cháy) nằm ở phần gần nhất với vùng cháy và buộc tất cả khí nhiệt phân phải đi qua vùng này. Khơng khí được đưa vào qua các vịi phun ngay phía trên chỗ thắt. Chiều cao của vị trí đặt các vịi dẫn khơng khí là khoảng một phần ba chiều từ dưới lên, chọn htuyere = 0,26m [6].
Vận tốc dịng khí trong lị hóa khí: 𝑣𝑎 = 4 × 𝑄𝑘𝑘 3600 × 𝜋 × 𝑑2 = 4 × 41,15 3600 × 𝜋 × 0.222 = 0,3 𝑚/𝑠 Vận tốc dịng khí trong ống: 𝑣𝑡𝑢𝑦𝑒𝑟𝑒 = 𝑉𝑎𝑖𝑟 3600 × 9 𝑥 𝑠𝑡𝑢𝑦𝑒𝑟𝑒 = 4 × 41.15 3600 × 9 𝑥 𝜋 × 0,0152 = 7,2 𝑚/𝑠 Thời gian hóa khí :
Lượng C,H đi vào thiết bị hóa khí:
Để tính lượng cacbon đi vào ta phải tính được khối lượng sinh khối thực chứa C [58]. Thì khối lượng này được tính bằng tổng lượng sinh khơi vào trừ đi khơi lượng tro và được tính theo cơng thức.
40 = 17,87 – 0,2044.17,87 = 14,22 Kg
Từ đó ta tính được lượng cacbon và hidro đi vào thiết bị hóa khí.
Lượng C đi vào = (%C) x (Lượng sinh khối thực) = 0,4525 . 14,22 = 6,43 kg Lượng H đi vào = (%H )x (Lượng sinh khối thực) = 0,0562 . 14,22 = 0,8 kg
Bảng 3.8: Lượng C và H đi vào.
Nhiên liệu SK thực (kg) Mc (kg) C vào(Kmol) mh (Kg) H vào (Kmol)
Viên nén RDF
17,87 6,43 0,54 0,8 0,4
Lượng C, H đi ra khỏi thiết bị hóa khí.
Dựa vào hàm lượng phần trăm của các khí CO, CH4, H2, CO2 trong dịng khí ra.
Giả sử tính theo 1 Kmol dịng khí ra, như vậy ta tính được lượng C, H cho các nguyên liệu tương ứng như sau:
Bảng 3.9: Tổng C trong thành phần khí.
Nhiên liệu C trong CO C trong CO2 C trong CH4 Tổng C ra Đơn vị Viên nén
RDF
0,224 0,101 - 0,325 kmol
Bảng 3.10: Tổng H trong thành phần khí.
Nhiên liệu H trong CH4
H trong H2 Tổng H ra Đơn vị
Viên nén RDF - 0,4922 0,4922 kmol
Coi dịng khí ra như khí lý tưởng ta có: 1kmol khí có thể tích 22,416 Nm3. Lượng C,H ra được tính theo cơng thức:
41 Số Kmol H ra = Tổng H ra x Vsyngas(Nm3/h)/(22,416Nm3).
Trong đó Vsyngas là lưu lượng dịng khí ra khỏi thiết bị hóa khí (m3/h). Ta có bảng tính sau:
Bảng 3.11: Tổng lượng C và H ra.
Nhiên liệu C ra H ra Đơn vị
Viên nén RDF 0,73 1,1 Kmol/h
Thời gian đốt hết 1 mẻ nhiên liệu:
𝑡𝑚ẻ = 𝐶𝑣à𝑜 𝐶𝑟𝑎 =
0,54
0,73= 0,74 𝑔𝑖ờ ≈ 44,3 𝑝ℎú𝑡.
Bảng 3.12: Thời gian hóa khí.
Nhiên liệu Giờ Phút
Viên nén RDF 0,74 44,3