Hiệu suất của thiết bị khí hóa được biểu thị bằng hiệu suất của Cold-gas, Hot- gas hoặc Net-gas. Cold-gas là hiệu suất khí được giải thích là năng lượng đầu vào để tạo ra năng lượng đầu ra. Được xem như là dòng khí đầu vào hay không khí. Hot-gas là hiệu suất khí tạo ra do quá trình đốt cháy trong thiết bị so với lượng Cold-gas đưa vào.
Dưới đây là bài toán về hiệu suất khí dòng ra Hot-gas:
Bảng 3.3 Thành phần dòng khí ra từ nhiên liệu trầu khi khí hóa.[6]
Thành phần CO CO2 CH4 H2 N2 Nhiệt trị
(MJ/m3)
Trấu 16,1 0 0,95 9,6 0 3,25
Giả sử: sử dụng 20 kg nguyên liệu, tỉ lệ hơi đem vào so với nguyên liệu là 0,117kg, lượng ẩm đọng lại trong hệ thống là 0,1908kg/kg nguyên liệu. Sản phẩm khí của quá trình khí hóa trực tiếp cho bộ phận hơi tại nhiệt độ 900oC. Tìm hiệu suất khí của quá trình khí hóa.
Nhiệt trị lớn nhất của nguyên liệu HHV: 15,5 MJ/kg Nhiệt trị nhỏ nhất của nguyên liệu LHV:[7]
Trong đó: hg là ẩn nhiệt hóa hơi[7], hg = 2260 kJ/kg M là lượng ẩm đọng lại
H là hàm lượng Hidro trong nguyên liệu Dựa vào bảng C.4 ta tính được.[7]
CO: 27,62+0,005*1173 = 33,48 kJ/kmoloK CO2: 43,28+0,0114*1173 = 56,65 kJ/kmoloK H2: 27,71+0,0034*1173 = 31,69 kJ/kmoloK N2: 27,21+0,0042*1173 = 32,13 kJ/kmoloK CH4: 22,35+0,048*1173 = 78,65 kJ/kmoloK Tính thành phần khí/1kg nguyên liệu
Khí oxigen cần cho khí là:
0,232*20 = 4,64 kg O2/kg nguyên liệu
Tổng khí oxigen cung cấp cho nguyên liệu, mà trong thành phần nguyên liệu là 39,8%:
4,64+0,398 = 5,038 kg O2/kg nguyên liệu = 5,038/32 = 0,157 kmol O2/kg nguyên liệu
Tổng thành phần Cold-gas: từ bảng C.2[7] ta có giá trị nhiệt của từng cấu tử trong sản phẩm khí:
CO = 12,63 MJ/m3
H2 = 12,74 MJ/m3
CH4 = 39,82 MJ/m3
Do nhiệt độ tăng nên giá trị thích hợp của từng cấu tử khí là 22,4 m3 và từ thành phần khí ta có:
(12,63*0,161+12,74*0,096+39,82*0,0095)*0,157*22,4 = 12,78 MJ/kg nguyên liệu
Hiệu suất Cold-gas của thiết bị:[7]
Tìm enthalpy của sản phẩm khí tại 900oC (1173oK) Tại 298oK, enthalpy của từng cấu tử là:
CO2 = 0 MJ/kg nguyên liệu
CO = (0,157*0,161)*33,48*(1173-298)*10-3 = 0,74 MJ/kg nguyên liệu H2 = (0,157*0,096)*31,64*(1173-298)*10-3 = 0,417 MJ/kg nguyên liệu N2 = 0 MJ/kg nguyên liệu
CH4 = (0,157*0,0095)*78,65*(1173-298)*10-3 = 0,102 MJ/kg nguyên liệu H2O: hơi ẩm đọng lại là 0,1908 kg/kg nguyên liệu.
Từ đây tìm được enthalpy của ẩm tại 298oK là 104,93 kJ/kg, tại 1173oK là 4398,05 kJ/kg (tại 1bar).
Khi đó enthalpy của H2O là:
0,1908*(4398,05-104,93)*10-3 = 0,819MJ/kg nguyên liệu Tổng Hot-gas sinh ra:
0,740+0,417+0,102+0,819 = 2,078 Tổng lượng nhiệt tỏa ra là:
12,78+2,078=14,860 MJ/kg nguyên liệu
Hiệu suất khí Hot-gas trong thiết bị khí hóa là:[7]
=14,860/14,33 = 1,037 = 103,7 %
