Hình 2.1: Khí hóa tầng sôi
a. Đặc điểm
Thiết bị khí hóa tầng sôi ban đầu được phát triển để khắc phục những vấn đề hoạt động của thiết bị khí hóa lớp nhiên liệu cố định. Thích hợp với đặc tính nhiên liệu có hàm lượng tro cao, và hệ thống có công suất lớn hoặc rất lớn (lớn hơn 10Mw). Các tính năng của khí hóa tầng sôi có thể so sánh tương tự với những buồng đốt tầng sôi. So với những thiết bị khí hóa kiểu cố định thì khí hóa tầng sôi nhiệt độ khí tương đối thấp: vào khoảng 750 – 900oC. Trong khi thiết bị khí hóa
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 28 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
kiểu cố định nhiệt độ tại khu vực khí hóa có thể cao 1200oC, thậm chí còn cao hơn trong thiết bị khí hóa than khoảng 1500oC.
Công nghệ này thường dùng cho kích cỡ hạt lớn, không đều. Khi cho tốc độ khí đạt đến giới hạn sẽ tạo ra lớp sôi của các chất rắn, là quá trình cân bằng giữa tốc độ dòng khí và trọng lực, lúc này vật chất sẽ ở dạng lơ lững còn gọi là tầng sôi. Kết quả là nhiệt phân nhiên liệu xảy ra rất nhanh, một lượng lớn khí được sinh ra. Do nhiệt độ thấp nên năng suất chuyển đổi hắc ín không phải là cao nên hàm lượng hắc ín ra khỏi thiết bị tương đối lớn.
Chế độ sôi có hai chức năng chính đó là cung cấp tác nhân oxy hóa và tạo ra lớp sôi trong thiết bị. Quá trình này rất khó điều khiển khi bắt đầu hoặc khi kết thúc. Trong quá trình, nhiên liệu và khí đi cùng một hướng từ dưới đáy lò lên. Nhiên liệu sôi lơ lững trong lò và tại đây các khí đốt được tạo ra. Khí sản phẩm cùng với tro đi ra ở cửa trên đỉnh lò qua thiết bị lọc bụi trước khi đưa ra ngoài sử dụng.
b. Ưu điểm
- Nhiên liệu liên tục được chuyển vào lò khí hóa.
- Linh hoạt theo sự thay đổi đặc tính của nhiên liệu như độ ẩm và hàm lượng tro, khả năng thích ứng với nhiên liệu nhỏ vụn và hàm lượng tro cao hoặc nhiên liệu có khối lượng riêng nhỏ.
- Không bị ảnh hưởng bởi hình thái nhiên liệu.
- Tro có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp do đó được phép phản ứng tại nhiệt độ thấp, khả năng tạo xỉ thấp.
- Nhiên liệu được đảo trộn trong lớp sôi nên quá trình trao đổi nhiệt và năng suất phản ứng rất cao, làm cho nhiệt độ phân bố đều theo chiều cao của lò.
- Nhiên liệu và khí cùng đi từ dưới lên nên nhiên liệu sẽ tiếp xúc ngay với vùng nhiệt độ cao, quá trình phản ứng được đẩy nhanh. Lượng chất sinh ra từ
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 29 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
trấu gặp ngay oxy trong khí sẽ cháy hết thành CO2 và H2O, một phần nhỏ còn lại sẽ bị nhiệt phân vì vậy khí đi ra sạch, thường dùng cho tổng hợp hóa học.
- Vì khí hóa tầng sôi nên các hạt trấu luôn chuyển động và trong lò không có ranh giới rõ rệt giữa các vùng phản ứng như khí hóa tầng cố định, khi đó nhiệt độ trung bình của lò sẽ được phân bố đều và giảm xuống.
c. Nhược điểm
- Quá trình xử lý tro phức tạp vì tro và gas cùng 1 đường ra nên phải thiết kế quạt có cột áp lớn.
- Do các hạt rắn chuyển động với tốc độ khá cao nên dễ sinh ra tình trạng ăn mòn thiết bị.
- Không thể nâng cao nhiệt độ quá mức vì có thể làm hư hỏng thiết bị. Do đó, 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.
- Phức tạp trong việc thiết kế và vận hành, chi phí đầu tư cao.