CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.4 Nguyên lý cơ bản của lò khí hóa
2.4.4 Lò khí hóa tầng sôi
Như trên đã đề cập, nguyên lý hoạt động của cả loại buồng đốt có dòng khí đi từ trên xuống hoặc từ dưới đi lên chịu ảnh hưởng của các vấn đề về hóa học, đặc tính vật lý của nhiên liệu rắn. Các vấn đề thường gặp cho hai loại lò này là đường di
chuyển của nhiên liệu, đường thoát của than xỉ, đặc biệt là vấn đề tổn áp trong lò.
Buồng đốt hóa
khí nguyên lý tầng sôi (hình 2.9) được xem là một phương pháp thiết kế mới cho phép hạn chế lại các nhược điểm của hai lò đốt nói trên. Nguyên lý làm việc của lò bao gồm: Không khí được thổi qua các lớp nguyên liệu với vận tốc đủ lớn để làm cho các hạt nguyên liệu ở trạng thái lơ lửng. Do tác nhân khí được gia nhiệt ngay từ bên ngoài, nên nhiên liệu rắn nhanh chóng đạt được nhiệt độ của phản ứng sinh khí. Các hạt nguyên liệu ở dưới cùng của buồng đốt hóa khí sẽ nhanh chóng được trộn với nguyên liệu của tầng sôi, làm cho chúng nóng lên nhanh chóng để cân bằng với nhiệt độ của tầng sôi. Kết quả là nguyên liệu bị nhiệt phân rất nhanh, dẫn đến sự pha trộn các thành phần của khí sinh ra rất nhanh làm tăng tốc độ khí hóa.
Hình 2.18 Buồng đốt hóa khí tầng sôi
Đối với loại lò đốt này, khí hóa và các phản ứng chuyển đổi keo-nhựa được xảy ra trong pha khí. Điểm lưu ý là tất cả các thiết bị khí hoá nguyên lý tầng sôi đều phải được trang bị một hệ thống cyclone để tách, lắng và thu hồi tro cuốn theo dòng khí.
(nguồn tro, bụi này được hình thành từ quá trình cháy nhiên liệu). Nếu dòng khí hoá được dùng làm nhiên liệu khí cấp cho động cơ nổ thì yêu cầu thành phần tro, bụi còn sót lại phải nằm trong phạm vi yêu cầu cho phép.
- Ưu điểm của quy trình khí hóa tầng sôi:
Nguyên liệu được đảo trộn trong lớp sôi nên quá trình truyền nhiệt rất cao, điều đó làm cho sự phân bố nhiệt độ đồng đều theo chiều cao lò.
Nguyên liệu liên tục chuyển vào lò khí hóa.
Khi thổi gió vào lò, các hạt lớn sẽ tập trung ở đáy lò. Các hạt nhỏ ở phía trên và dễ dàng bay ra ngoài lò theo gió. để làm giảm lượng bụi bay theo gió ra
ngoài người ta đưa gió bậc 2 ở khoảng giữa lò để tăng cường quá trình khí hóa. Nhưng gió bậc 1 thổi từ dưới đáy lò lên vẫn là chủ yếu.
Khi khí hóa tầng sôi, nguyên liệu và gió đi cùng một hướng từ dưới đáy lò, như vậy nguyên liệu được tiếp xúc ngay với vùng có nhiệt độ cao. Quá trình sấy, bán cốc cùng xảy ra trong vùng này. Lượng chất bốc sinh ra gặp oxy trong gió sẽ cháy hết thành CO2 và H2O, một phần nhỏ khác bị nhiệt phân. Vì vậy khí sản phẩm ra khỏi đỉnh lò không có các sản phẩm lỏng, không có các loại hydrocacbon nên khí ra sạch, dùng cho tổng hợp hóa học rất có lợi.
Vì khí hóa tầng sôi nên các hạt Biomass luôn chuyển động và trong lò không có ranh giới rõ rệt giữa các vùng phản ứng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân... trong khí hóa tầng cố định) và nhiệt độ trung bình của lò giảm xuống. Vì đặc điểm này nên nhiệt độ của lò trong phương pháp khí hóa tầng sôi chỉ đạt từ 900 °C đến 1000 °C.
- Nhược điểm của quy trình khí hóa tầng sôi:
Để nâng cao nhiệt độ lò, có thể dùng thêm oxy và hơi nước vào gió, tuy thế cũng không thể nâng nhiệt độ phản ứng cao quá 1150 °C, nhiệt độ có thể làm chảy xỉ. Do nhiệt độ lò không nâng cao được nên các loại than già, than antraxit có tốc độ phản ứng của C với các tác nhân khí không đủ lớn thì không thích hợp cho quá trình khí hóa tầng sôi. Phương pháp khí hóa tầng sôi dùng than có độ biến tính thấp như than nâu, than bùn hoặc sinh khối vì điểm nóng chảy của sinh khối thấp và dễ phản ứng.