- Hiệu suất: η = 0,75
3.2.5 Kết quả thiết kế
Từ số liệu tính toán đi đến mô phỏng thiết bị (hình 3.14) với mục đích đánh giá sơ bộ tính hợp lý về nguyên lý, kết cấu của thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc xây dựng các bản vẽ thiết kế để phục vụ cho công đoạn chế tạo thiết bị.
Đề tài A-2012 - Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt phụ phế phẩm nông nghiệp để tạo viên nhiên liệu (pellet) có nhiệt trị nâng cao
38
Hình 3.14. Kết quả mô phỏng thiết bị trên cơ sở số liệu tính toán
Trên hình 3.15 trình bày kết quả thiết kế thiết bị xử lý nhiệt thông qua bản vẽ tổng thể, từ bản vẽ này làm cơ sở để tách các bản vẽ chi tiết, bản vẽ chế tạo, các bản vẽ chi tiết được trình bày tại phần phụ lục trong báo cáo.
Hình 3.15. Kết cấu của thiết bịđược xây dựng thông qua bản vẽ tổng thể
3.3. Nguồn nhiệt cung cấp cho thiết bị xử lý
Trong khuôn khổ nội dung của đề tài chỉ đi sâu đề cập đến thiết bị xử lý nhiệt phụ phẩm nông nghiệp chứ không đi sâu về thiết bị lò cấp nhiệt. Tuy nhiên nguồn nhiệt đã sử dụng cho thiết bị xử lý nhiệt ở đây được lấy từ lò khí hóa sinh khối. Bởi vậy tác giả chỉ trình bày sơ lược về nguyên lý, bản chất của công nghệ khí hóa và cơ chế hình thành các phản ứng khí hóa để sinh nhiệt như sau đây.
Khí sinh ra sau quá trình khí hóa được hình thành bằng cách cho đốt cháy nhiên liệu sinh khối trong điều kiện thiếu ôxy ở trong buồng đốt để chuyển đổi nguyên liệu rắn thành trạng thái nhiên liệu khí gas có thể cháy được.
Đề tài A-2012 - Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt phụ phế phẩm nông nghiệp để tạo viên nhiên liệu (pellet) có nhiệt trị nâng cao
39Ở đây giải thích sơ lược rằng, khí hóa là một phần quá trình cháy bình thường Ở đây giải thích sơ lược rằng, khí hóa là một phần quá trình cháy bình thường và khí tạo ra khi quá trình cháy không triệt để tạo thành (cháy thiếu ôxy). Khí hóa được tạo thành trong buồng trong suốt thời gian sấy khô được tạo thành và sự chuyển đổi của quá trình sản phẩm khí.
Sự khí hóa của nhiên liệu có thể hiểu rằng là quá trình nhiệt chuyển đổi cácbon thể rắn với ôxy để tạo thành sản phẩm khí cháy. Sự khí hóa thành công bởi sự cung cấp thiếu oxy/yếm khí với hệ số không khí thừa nhỏ hơn 1 (0 < λ < 1). Người ta có thể quyết định trong các phương pháp khí hóa khác nhau sao cho tương ứng và phù hợp với yêu cầu cụ thể trong từng trường hợp. Sự quyết định được thông qua trong việc lựa chọn thiết bị đối với từng phần quá trình của khí hóa được chia ra 4 phần (4 vùng), hình 3.16 sau đây lấy làm ví dụ về nguyên lý khí hóa cùng chiều (cùng dòng) sử dụng trong thí nghiệm ở đề tài này, được giải thích như sau:
Hình 3.16. Nguyên lý khí hóa cùng chiều
Nguồn: Nils Steinbrecher, Joachim Walter (2001), Steinbrecher (verschiedene Quellen) Æ Vùng làm khô (ϑ≤ 200°C):
Ở vùng làm khô này sẽ hóa hơi lượng nước trong sinh khối để tách nước (làm bay hơi nước).
Thông thường sinh khối nói chung, các phụ phẩm nông nghiệp nói riêng độ ẩm tự nhiên thường có độ ẩm dao động khoảng 10 – 30%. Sau khi được cấp vào lò khí hóa được làm ấm lên bởi nhiệt độ đến 200°C để làm bay hơi nước (tách nước), lượng nước đó được tách ra và một phần trong số đó tham gia quá trình phản ứng tạo thành dịch lỏng (các thành phần lỏng). Tuy nhiên do cấu trúc cấu tạo nên vật liệu (nhiên liệu) khác nhau đối với mỗi sinh khối, do đó mà quá trình sẽ diễn tiến khác nhau trong tiến trình làm khô/tách nước khỏi nhiên liệu.
Đề tài A-2012 - Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt phụ phế phẩm nông nghiệp để tạo viên nhiên liệu (pellet) có nhiệt trị nâng cao
40Nhiên liệu rắn được đưa vào ở đỉnh lò khí hóa không cần sử dụng thiết bị nạp Nhiên liệu rắn được đưa vào ở đỉnh lò khí hóa không cần sử dụng thiết bị nạp liệu phức tạp. Việc làm khô nhiên liệu sinh khối xảy ra trong vùng chứa. Hơi nước sẽ được chảy xuống dưới và thêm vào hơi nước trong vùng oxy hoá. Một phần hơi nước có thể bị khử thành H2 theo như phương trình sau:
C + H2O ⇔CO + H2 (3.13) Æ Vùng nhiệt phân (ϑ≤ 200-500°C): Æ Vùng nhiệt phân (ϑ≤ 200-500°C):
Trong vùng nhiệt phân, nhiệt độ nằm trong khoảng 200 oC – 500 oC, tại nhiệt độ này nhiên liệu sinh khối bắt đầu nhiệt phân. Tại đây có các phản ứng hóa học để các phân tử lớn như: xenluloza, hemi-xenluloza, và lignin phân nhỏ thành các phân tử trung bình và cácbon (than) trong suốt quá trình gia nhiệt của nhiên liệu đầu vào. Tiếp đó các sản phẩm nhiệt phân chảy xuống dưới tới vùng nóng hơn của phần lò phản ứng khí. Một ít trong số đó sẽ bị đốt cháy trong vùng oxy hoá. Phần còn lại sẽ phân nhỏ thành các phân tử nhỏ hơn thậm chí như các phân tử khí H2, CH4, CO,… nếu chúng duy trì trong “vùng nóng“ đủ lâu (Nils Steinbrecher, Joachim Walter, 2001).
Nếu thời gian nhiên liệu sinh khối lưu trong “vùng nóng“ quá ngắn hoặc nhiệt độ quá thấp, sau đó các phân tử kích thước trung bình thoát ra, sẽ ngưng tụ như muội dầu, bồ hóng, nhựa đường (tar) ngay tại các phần nhiệt độ thấp của lò đốt khí hóa (Nils Steinbrecher, Joachim Walter, 2001).
Æ Vùng Ôxy hóa(ϑ≤ 500-2000°C), thông thường ≤ 700°C:
Vùng cháy (oxy hoá) được hình thành ở vị trí mà không khí (oxy) được cấp vào, các phản ứng với oxy toả nhiệt ở mức độ cao. Kết quả là làm tăng nhiệt độ lên đến 600oC -1000oC.
Trong vùng này các bon trong nhiên liệu sinh khối tham gia các phản ứng với oxy cấp vào từ không khí cấp (cấp gió), các phương trình phản ứng trong giai đoạn này như sau:
- Các bon và ôxy tạo thành khí cácbonic
C + O2 Æ CO2 (3.14) - Các bon và ôxy tạo thành cacbonmonoxid