7. Điểm mới và đĩng gĩp của luận án
1.3 Tổng quan về thơng số cơng nghệ của hệ thống hĩa khí
1.3.2 Ẩm độ nhiên liệu
Ẩm độ nhiên liệu là yếu tố quan trọng trong q trình hĩa khí và ảnh hưởng lớn đến các thơng số hoạt động của hĩa khí và các thành phần của khí tổng hợp. Nhiên liệu cĩ hàm
lượng độ ẩm thấp sẽ tạo ra sản phẩm khí cĩ chất lượng tốt, ngược lại sẽ làm suy giảm nhiệt độ của q trình hĩa khí vì một lượng nhiệt tổn thất cho quá trình bay hơi ẩm.
Các loại nhiên liệu cĩ độ ẩm cao như gỗ, mía, ngơ, than bùn,... muốn chuyển hĩa chúng thành nhiên liệu khí bằng q trình hĩa khí thường phải thực hiện sấy sơ bộ tách ẩm. Nếu độ ẩm của nhiên liệu tăng cao chẳng những tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi ẩm và đốt nĩng hơi ẩm đến nhiệt độ khí mà cịn làm giảm chất lượng khí.
Bhattacharya và cộng sự [51] đã chỉ ra sự ảnh hưởng của ẩm độ đến q trình hĩa khí sinh khối, từ kết quả thực nghiệm tác giả chỉ ra rằng khi ẩm độ của sinh khối cao thì thành phần phần trăm khí CO2 và H2 tăng và thành phần phần trăm khí CO giảm.
Nguyễn Đình Tùng [52] đã khảo sát thực nghiệm hệ thống hĩa khí dịng khí đi xuống cho phụ phẩm lâm nghiệp/dăm gỗ. Tác giả đã nghiên cứu tối ưu theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm với 3 yếu tố đầu vào là ẩm độ (X1, %), lượng nhiên liệu tiêu thụ (X2, kg/h) và tốc độ cháy theo chiều cao (X3, m/h); yếu tố đầu ra được lựa chọn đánh giá là phần trăm chuyển đổi năng lượng (Y, %). Từ kết quả thực nghiệm tác giả đã xây dựng được phương trình hồi qui chuyển đổi năng lượng như sau:
Y = 85,707 + 1,353X1 + 1,204X2 – 2,136X3 – 0,406X12 – 1,908X22 + 3,187X32
– 2,848X1X2 + 0,133 X1X3 – 1,470 X2X3 (1.11) Kết quả tối ưu hĩa đã xác định được phần
trăm chuyển đổi năng lượng tối ưu là 86%
với các thơng số đầu vào cĩ ẩm độ 11,04%, lượng tiêu hao nhiên liệu 1,5 kg/h và tốc độ hĩa khí 0,29 m/h.
Bùi Trung Thành [53] đã nghiên cứu và lựa chọn hai thơng số đầu ra là thời gian tồn tại ngọn lửa và hiệu suất thiết bị, các thơng số đầu vào được xác định là vận tốc khơng khí qua lớp trấu, khối lượng thể tích của trấu trong buồng hĩa khí và độ ẩm của trấu trên hệ thống hĩa khí kiểu dịng khí đi xuống. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định các thơng số vận tốc khí qua lớp nhiên liệu, mật độ và ẩm độ ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của buồng đốt trấu hĩa khí kiểu dịng khí đi lên quy mơ nhỏ như sau: vận tốc khí qua lớp nhiên liệu trong phạm vi 4 – 5 cm/s cho hiệu suất cao nhất; mật độ trấu bình thường thì quá trình cháy dễ dàng, ở mật độ 135 kg/m3 cho hiệu suất cháy cao nhất; độ ẩm của trấu nên < 16%, tốt nhất là < 10% và khơng thể sử dụng trấu cĩ độ ẩm > 20% để hĩa khí.
Antonopoulos và cộng sự [54] đã nghiên cứu hĩa khí thân cây ơ liu (Olive wood), cây cỏ lau (miscanthus) và cây cardoon (họ cây Atisơ) trên mơ hình hĩa khí kiểu dịng khí
đi xuống. Nhĩm tác giả đã đánh giá ảnh hưởng của ẩm độ nguyên liệu đến nhiệt trị khí tổng hợp và hàm lượng của các thành phần khí tổng hợp thu được. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng khi ẩm độ của ngun liệu tăng thì nhiệt trị của khí tổng hợp thu được giảm, điều này được thể hiện qua các khí thành phẩm giảm.
Plis và Wilk [55] đã thí nghiệm hĩa khí viên gỗ nén trên hệ thống hĩa khí tầng cố định kiểu dịng khí đi lên ở hai mức ẩm độ 7% và 13%, kết quả cho thấy thành phần khí H2, CO và CH4 đều giảm khi ẩm độ đầu vào của nhiên liệu cao hơn. Sự giảm chất lượng thành phần khí tổng hợp này được lý giải là do nhiệt bên trong lị cần tiêu tốn một lượng để làm bốc hơi ẩm nhiên liệu.
Gonzalez và cộng sự [56] đã nghiên cứu ảnh hưởng của ẩm độ đến hiệu quả kinh tế khi chuyển đổi sinh khối thành dầu sinh học bằng cơng nghệ hĩa khí. Nhĩm tác giả kết luận rằng độ ẩm sinh khối là một yếu tố quan trọng và độ ẩm thấp hơn trong nhiên liệu dẫn đến hiệu quả tài chính tốt hơn về việc chuyển đổi nhiệt hĩa sản xuất ethanol.
Như vậy, ẩm độ của nhiên liệu hĩa khí cĩ ảnh hưởng đến hệ số chuyển đổi năng lượng, hiệu suất thiết bị, nhiệt trị và thành phần khí tổng hợp,…