tìm hiểu lò nhiệt phân than gỗ và phương pháp tính toán lò nhiệt phân than gỗ theo mẻ

TÌM HIỂU LÒ NHIỆT PHÂN THAN GỖ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÒ NHIỆT PHÂN THAN GỖ THEO MẺ

HE4053 – LÒ CÔNG NGHIỆPNHÓM 4

4CHƯƠNG 1

KHÁI QUÁT VỀ

QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN THAN GỖ

1.1 Giới thiệu chung

Lịch sử nhiệt phân than gỗ

TCN: Dùng để tạo ra than sinh học

Thế chiến thứ 2: Sản xuất nhiên liệu vận chuyển khi không có nhiên liệu hóa thạch

1958: PTN Bell ở Mỹ bắt đầu các CT R&D để kiểm tra các hữu ích của nhiệt phân

70-80s: Thay thế bằng hệ thống cấp nhiên liệu liên tục với thiết kế hình nón

1970: Phiên bản thương mại đầu tiên của hệ thống lò nhiệt phân khí hóa đã được giới thiệu trong lĩnh vực bệnh viện

1980: Chứng kiến sự gia tăng nhận thức về môi trường và công nghệ nung đã được xem xét kỹ lưỡng

61.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Quá trình nhiệt phân của gỗ được chia làm 4 giai đoạn

1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 1

Ở giai đoạn thứ nhất, nhiệt độ dưới 200 độ C, sản phẩm tạo thành chỉ gồm các khí không cháy được, chủ yếu bao gồm hơi nước, một lượng nhỏ CO2, acid acetic CH3COOH và acid formic HCOOH Ở giai đoạn này, quá trình bốc ẩm trong sinh khối hấp thụ một lượng lớn nhiệt của quá trình nên ẩm trong sinh khối cần được không chế thường dưới 50-60%.

81.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 2

Ở giai đoạn thứ hai xảy ra trong nhiệt độ khoảng từ 200-280 độ C, quá trình thoát chất bốc bắt đầu, các thành phần của sinh khối phản ứng với nhau tạo thành CO và một số hợp chất trung gian như alcohol và acid Các phản ứng là các phản ứng thu nhiệt và sản phẩm là phần lớn là các chất không cháy được.

1.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 3

Ở giai đoạn thứ ba: Từ 280-500 độ C, các phản ứng tỏa nhiệt bắt đầu, đây chính là sự bắt đầu giai đoạn thứ cấp trong mô hình động học Nhiệt độ phản ứng tăng dần dẫn đến sự tạo thành của các khí cháy được như CO, CH4, H2 và các chất lỏng cháy được dưới dạng tar.

101.2 Quy trình nhiệt phân của gỗ

Giai đoạn 4

Giai đoạn cuối cùng bắt đầu ở nhiệt độ trên 500℃, một khi các hợp chất dễ bay hơi đó biến mất, oxy đến bề mặt than sinh học sẽ oxy hóa cấu trúc than cacbon và giải phóng nhiệt Quá trinh oxy hóa này xảy ra khi bề mặt than sinh học đạt 400 độ C và có thể tăng nhiệt trên bề mặt than lên hơn 600 độ C.

1.3 Các công nghệ nhiệt phân than gỗ

Nhiệt phân truyền thống

• Là phương pháp lâu đời và đơn giản nhất, sử dụng lò nung hoặc hố đào để nung nóng gỗ trong điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là than củi, khí đốt và tro

• Ưu điểm: Chi phí thấp, dễ thực hiện

• Nhược điểm: Hiệu suất thu hồi than củi thấp, sản phẩm thu được không đồng nhất, gây ô nhiễm môi trường do khí thải.

121.3 Các công nghệ nhiệt phân than gỗ

Nhiệt phân lò quay

• Sử dụng lò quay để nung nóng gỗ trong điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là than củi, khí đốt, dầu sinh học và tro

• Ưu điểm: Hiệu suất thu hồi than củi cao hơn so với nhiệt phân truyền thống, sản phẩm thu được đồng nhất hơn, ít gây ô nhiễm môi trường hơn

• Nhược điểm: Chi phí cao hơn so với nhiệt phân truyền thống.

1.3 Các công nghệ nhiệt phân than gỗ

Nhiệt phân hơi nước

• Sử dụng hơi nước để nung nóng gỗ trong điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là than sinh học, khí đốt, dầu sinh học và nước

• Ưu điểm: Hiệu suất thu hồi than sinh học cao, sản phẩm thu được chất lượng cao, thân thiện với môi trường

• Nhược điểm: Chi phí cao, yêu cầu công nghệ cao

Nhiệt phân siêu âm

• Sử dụng sóng siêu âm để nung nóng gỗ trong điều kiện yếm khí

• Sản phẩm thu được chủ yếu là than nano, khí đốt và dầu sinh học

• Ưu điểm: Hiệu suất thu hồi than nano cao, sản phẩm thu được chất lượng cao, thân thiện với môi trường

• Nhược điểm: Chi phí cao, yêu cầu công nghệ cao

141.4 Ứng dụng của than gỗ trong đời sống

• Than củi có khả năng hút ẩm rất tốt nên có thể cho than củi vào thùng xốp để trong gầm giường, góc nhà trong thời tiết nồm và kém khô thoáng

• Trong nông nghiệp than củi phế thải được nghiền nát trộn chung với đất làm phân bón. 

• Hợp chất trong than củi giúp làm mềm da, chống oxy hoá nên có thể dùng để tạo ra các sản phẩm làm đẹp, kem đánh răng, xà phòng….

• Người Nhật dùng cả than củi để tăng độ ngon và dẻo của hạt cơm vì có tác dụng khử mùi và hút nước nên than củi sẽ giúp nồi cơm khi chín có mùi dễ chịu và hạt cơm khô ráo.

CHƯƠNG 2

CẤU TRÚC VÀ CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ NHIỆT PHÂN

THAN GỖ

162.1 Cấu tạo của một hệ thống lò nhiệt phân than gỗ

2.1 Cấu tạo của một hệ thống lò nhiệt phân than gỗ

182.2 Quy trình hoạt động của lò nhiệt phân than gỗ

2.2 Quy trình hoạt động của lò nhiệt phân than gỗ

20CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÒ NHIỆT

PHÂN THAN GỖ THEO MẺ

3.1 Tính toán thiết kế hệ thống lò nhiệt phân than gỗ

3.1.1 Nhiệt cấp vào do cháy nhiên liệu

Trong đó: là lượng nhiệt cấp vào lò do đốt cháy nhiên liệu ( W) là lượng nhiệt nhiên liệu ta sẽ cấp vào ( hoặc kg/s) là nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/ hoặc J/kg)

Giả sử ta dùng dầu FO để nhiệt phân than gỗ với thành phần là:

223.1 Nhiệt cấp vào không gian của lò

3.1.1 Nhiệt cấp vào do cháy nhiên liệu

3.1 Nhiệt cấp vào không gian của lò

3.1.2 Nhiệt do nguyên liệu mang vào

Trong đó: là lượng nhiệt cấp vào lò do nhiên liệu nung trước ( KJ) là lượng nhiệt nhiên liệu ta sẽ cấp vào ( hoặc kg/s)

là nhiệt dung riêng của nhiên liệu (J/ K hoặc J/kgK) là nhiệt độ sấy nhiên liệu thường là C

Và lượng gỗ là 6000kg/mẻ Từ đó ta tính được =2197500 W

243.2 Nhiệt chi dùng

3.2.1 Nhiệt có ích dùng cho quá trình công nghệ

Trong đó: là năng suất lò( kg/s)

là nhiệt dung riêng của vật liệu (J/ K hoặc J/kgK)

là nhiệt độ của vật liệu ( đầu và cuối quá trinh gia nhiệt )

3.2 Nhiệt chi dùng

3.2.2 Nhiệt do khói lò mang đi

Trong đó: là thể tích khói do đốt cháy 1kg nhiên liệu ở điều kiên thườnglà nhiệt độ khói ra khỏi lò

3.2.3 Nhiệt tồn thất do không cháy hết hóa học

263.2 Nhiệt chi dùng

3.2.4 Nhiệt tổn thất do truyền nhiệt qua nóc, tường và sàn lò

3.2.5 Nhiệt nung thiết bị vận chuyển

Trong đó:là khối lượng thiết bị vẩn chuyển ( kg/s)

là nhiệt dung riêng của thiết bị vận chuyển (J/ K hoặc J/kgK)

là nhiệt độ đầu cuối thiết bị vận chuyển

3.2 Nhiệt chi dùng

3.2.6 Nhiệt truyền cho nước làm mát

Trong đó: là mật độ dông nhiệt của chi tiết được làm mát bằng nước là diện tích mặt chi tiết được làm mát bằng nước

3.2.7 Nhiệt tích do tường

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt phân 6000kg gỗ trên 1 mẻ

• Và kích thước lò là φ1900mm * L4500mm • Ta chọn Tkk là 25

• là 10 w/m2.k• là 50 w/m.k

• Hiệu suất tạo than là 35%

• Năng lượng để biến 1kg gỗ thành than là 5Mj

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt tổn thất qua tường và đáy lò

• Kích thước lò φ1900mm * L4500mm ( 29.7 m2)• F là diện tích phần tdn vs kk của lò

• Ttg nhiệt độ tường 600.°C

• Tkk nhiệt độ không khí 25 °C

• S1 độ dày của vách loại 1 0.05(m

• hệ số tdn đối lưu của không khí 10 (w/m2.k)• là hệ số dẫn nhiệt của vách 50 (w/m.k)

• Q tt qua f lò 169084 (j)

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt mất do nung nóng các kết cấu trong lò

• Qkcl= Gkcl.Ckcl.(Tkclc-Tkcld)• Gkcl khối lượng kết cấu lò 9t

• Ckcl nhiệt rung riêng kết cấu lò 0.52kj/kg.k• Tkclc nhiệt độ cuối kết cấu lò 25

• Tkcld nhiệt độ đầu kết cấu lò • 702000 (kj)

• Nhiệt do khói lò mang đi

• Q6 = BVkhCkh tkh

• Tk là 600 °C

• Ckh :1.1kj/kg.k• B khói là 1718kg• 755920(kj)

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt do các phản ứng thu nhiệt

• Bởi là gỗ tự nhiên nên việc xác định các pư thu nhiệt là khó khăn vì ta không biết thành phần chính xác của gỗ khi cho vào lò nhiệt phân

• Nên ta chọn nó là 1-2% Qtổng

• Nhiệt mất do nung nóng các kết cấu trong lò

• Qkcl= Gkcl.Ckcl.(Tkclc-Tkcld)• Gkcl khối lượng kết cấu lò 9t

• Ckcl nhiệt rung riêng kết cấu lò 0.52kj/kg.k• Tkclc nhiệt độ cuối kết cấu lò 25

• Tkcld nhiệt độ đầu kết cấu lò • 702000 (kj)

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt mất do nung các kết cấu vận chuyển và quay lò :

• Q = Gvc.Cvc.(Tvcc -Tvcd) 149500kj

• Gvc : khối lượng thiết bị vận chuyển 603 kg

• C vc : nhiệt dung riêng của tb vận chuyển 0.52kj/kg.k

• Tvcd : nhiệt độ đầu thiết bị vận chuyển 25.°C.• Tvcc : nhiệt độ cuối thiết bị vận chuyển 600.°C.\• Nhiệt mất theo sp nhiệt phân

• Cth : 0.92 kj/kg.k

• Tthd: 600 °C• Tthc : 25.°C

• Gth 35%.6000kggỗ

• Qtsp: Gth.Cth.(Tthd-Tthc) = 111090 kj

Một số ví dụ tính nhiệt (nhiệt chi dùng)

• Nhiệt dùng cho nước làm mát là • Qlm= Glm.Clm.(Tlms-Tlmd)

Một số ví dụ tính nhiệt ( nhiệt cấp vào)

• Nhiệt do đốt dầu FO Q1 = BQt

B là lượng dầu đốt trong 1 mẻ

Qt là nhiệt trị thấp của dầu ( 41282.9 KJ/Kg)• nhiệt do nguyên liệu mang vào

• Nhiệt do khi sấy nguyên liệu mang vào ( sấy gỗ )

• nhiệt dung riêng của gỗ khi đổi sang đơn vị KJ/kg.°C là 2.9288

• Nhiệt do nhiên liệu được nung trước mang vào• Q2 = Bngl Cngl Tngl

1Nhiệt để nhiệt phân

2 Nhiệt do phản ứng cháy gỗ

bên trong lò 200.kJ/kg18,661

cháy hết về mặt hóa học

149500kj

THANK YOU !