7. Điểm mới và đĩng gĩp của luận án
1.3 Tổng quan về thơng số cơng nghệ của hệ thống hĩa khí
1.3.1 Cấu tạo hệ thống hĩa khí
Zhongqing Ma và các cộng sự [43] đã nghiên cứu thiết bị hĩa khí dịng khí đi xuống loại khơng cổ thắt. Buồng phản ứng dạng hình trụ cĩ đường kính tại các vùng sấy, nhiệt phân, oxy hĩa và khử bằng nhau. Bên trong buồng phản ứng cĩ lắp đặt thêm cánh khuấy nhằm giúp cho việc di chuyển nhiên liệu thuận lợi hơn và q trình hĩa khí được diễn ra liên tục. Cĩ 2 vị trí cấp khí vào buồng phản ứng tại vùng sấy và vùng oxy hĩa, dịng khí di chuyển ngược xuống xuyên qua vùng khử trước khi đi ra ngồi (Hình 1.14).
Nhĩm tác giả đã xác được được các thơng số làm việc chính và thơng số tối ưu khi khảo nghiệm với dăm gỗ với kích thước từ 10 – 30 mm đã cho năng suất tối đa của hệ thống như sau: khí tổng hợp đạt 500 Nm3/h và lượng than sinh học là 60 kg/h; nhiệt độ vùng oxy hĩa đạt 900oC nhờ vào dịng khí thứ cấp cấp vào vùng oxy hĩa của hệ thống. Nhiệt trị và các thành phần khí tổng hợp tương đối ổn định trong 3 giờ khảo nghiệm, nhiệt trị cao nhất đạt 5,28 MJ/Nm3 tại thời điểm 1 giờ 15 phút, nhiệt trị khí tổng hợp đạt trung bình 4,7 MJ/Nm3.
Chao Gai và Yuping Dong [44] đã đề xuất mơ hình hĩa khí dịng khí đi xuống loại khơng cổ thắt; buồng phản ứng cĩ đường kính 300mm, chiều cao 850mm; hai vị trí cung cấp khơng khí tại tâm và xung quang buồng phản ứng. Hệ thống làm việc ổn định với nhiên liệu là thân cây bắp, lượng cung cấp nhiên liệu từ 8,3 kg/h đến 9,9 kg/h (Hình 1.15).
Sadhan Mahapatra và các cộng sự [45] đã nghiên cứu hệ thống hĩa khí dịng khí đi xuống miệng hở với cổ thắt, 3 vị trí cấp khơng khí vào buồng phản ứng (Hình 1.16). Kết quả khảo nghiệm với dăm gỗ cĩ kích thước 25 x 22 x 4mm cho thấy tốc độ nhiệt phân nhanh phụ thuộc vào diện tích bề mặt nhiên liệu, ở nhiệt độ càng cao thì nhiệt phân nhanh càng chiếm ưu thế, thời gian nhiên liệu tồn tại bên trong lị phản ứng cĩ ảnh hưởng rất lớn đến lượng hắc ín trong khí tổng hợp: thời gian lưu trú nhiên liệu trong buồng phản ứng tỷ lệ nghịch với lượng hắc ín trong khí tổng hợp. Vấn đề này cũng được trình bày trong nghiên cứu của Bhoi và cộng sự [46].
Hình 1.16 Thiết bị hĩa khí dăm gỗ kiểu Hình 1.17 Thiết bị hĩa khí viên gỗ nén
buồng phản ứng cĩ cổ thắt [45] kiểu buồng phản ứng cĩ cổ thắt [47] Lina Montuori và các cộng sự [47] đã nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước cổ thắt đến q trình hĩa khí của thiết bị hĩa khí kiểu dịng khí đi xuống (Hình 1.17). Nhĩm tác
giả đã khảo nghiệm với 2 kích thước đường kính cổ thắt là 70mm và 100mm với viên gỗ nén, hệ số khơng khí cấp là ER = 0,2 và 0,4. Kết quả xác định được đường kính cổ thắt là thơng số quan trọng cĩ tác động đến sản lượng khí tổng hợp và hiệu suất hĩa khí. Hiệu suất hĩa khí tăng từ 14% lên 21% khi tăng đường kính cổ thắt từ 70mm lên 100mm.
Chiang và các cộng sự [48] đã thực nghiệm hĩa khí rơm trên mơ hình hĩa khí dịng khí đi lên với tác nhân hĩa khí là khơng khí và chất tải nhiệt là hỗn hợp bùn Fe/Mn từ 5 – 15%. Nhiệt độ hĩa khí là 900oC và hệ số khơng khí cấp là ER = 0,3. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng thành phần khí tổng hợp tăng 0,61 m3/kg đến 0,72 m3/kg khi cĩ sự tham gia của chất tải nhiệt là bùn Fe/Mn và nhiệt trị khí tổng hợp tăng từ 14,76 MJ/Nm3 lên 15,82 MJ/Nm3.
Pode Ramchandra và cộng sự [14] đã trình bày về các hệ thống hĩa khí trấu cho các nhà máy xay xát lúa gạo tại Cambodia. Hệ thống hĩa khí trấu được dùng phổ biến tại các nhà máy cĩ cơng suất từ 20 kW đến 50 kW. Các hệ thống hĩa khí trấu phát điện đều được bố trí chia thành 3 cụm: lị phản ứng, lọc khí tổng hợp và máy phát điện. Loại hệ thống hĩa khí trấu được lựa chọn tùy theo cơng suất của nhà máy. Cĩ 3 loại phổ biến được lựa chọn là dịng khí đi lên, dịng khí đi xuống và dịng khí đi chéo. Nghiên cứu chỉ ra rằng nhà máy xay xát lúa gạo cĩ cơng suất từ 500 – 1.200 kg/h sử dụng hệ thống hĩa khí kiểu dịng khí đi xuống là phù hợp nhất.
Nguyễn Đình Tùng [49] đã nghiên cứu tính tốn lị hĩa khí cùi bắp kiểu dịng khí đi lên liên tục năng suất 250 – 300 kg/h với kết quả tính tốn được kích thước buồng phản ứng: đường kính D = 1,17 m, chiều cao làm việc H = 1,33 m, lưu lượng khơng khí cấp 450 m3/h, vận tốc khí qua lớp vật liệu 0,12 cm/s và tốc độ hĩa khí đạt 1,3 m/h.
Pratik N. Sheth và cộng sự [50] đã nghiên cứu hĩa khí phụ phẩm của gỗ vừng và gỗ cẩm lai trên hệ thống hĩa khí dịng khí đi xuống. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng khi ẩm độ của nhiên liệu tăng thì lượng tiêu thụ nhiên liệu giảm và khi lưu lượng khơng khí cấp tăng thì lượng tiêu thụ nhiên liệu tăng. Hệ số khơng khí cấp (ER) tăng thì lưu lượng khí thu được tăng, tuy nhiên nhiệt trị của khí tổng hợp giảm và nhiệt độ của vùng nhiệt phân và vùng oxi hĩa cao nhất khi ER = 0,205.