Header Page of 145 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ BIOMASS TRONG TẦNG SÔI Mã số: Đ2015-02-129 Chủ nhiệm đề tài: TS Trần Thanh Sơn Đà Nẵng, 9/2016 Footer Page of 145 a Header Page of 145 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ BIOMASS TRONG TẦNG SÔI Mã số: Đ2015-02-129 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) Đà Nẵng, 9/2016 Footer Page of 145 a Header Page of 145 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng TS Trần Thanh Sơn Khoa CN nhiệt điện lạnh Công ty CP Năng lƣợng Hoàng Đạo KS Nguyễn Thanh Phong KS Nguyễn Văn Nhật KS Phạm Văn Hoàn Footer Page of 145 a Header Page of 145 MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÙN CƯA VÀ HÓA KHÍ MÙN CƯA 1.1 TỔNG QUAN VỀ MÙN CƯA 1.1.1 Mùn cưa gì? 1.1.2 Đặc tính nhiên liệu mùn cưa 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ MÙN CƯA 1.2.1 Khí hóa mùn cưa giới 1.2.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu Việt Nam 1.3 MỘT SỐ QUI TRÌNH KHÍ HÓA ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG TRÊN THẾ GIỚI 1.3.1 Khí hóa áp suất khí (ACG) 1.4 ẢNH HƯỞNG XỦA VIỆC ĐỐT MÙN CƯA 1.4.1 Hiệu ứng nhà kính 1.4.2 Mưa axit 1.5 TẦM QUAN TRỌNG CỦA KHÍ HÓA MÙN CƯA 9 10 11 12 12 12 13 13 13 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA 2.1 HÓA KHÍ MÙN CƯA LÀ GÌ? 2.2 CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA 2.3 CAC CONG NGHỆ KHI HOA 2.3.1 Khí hóa tầng cố định 2.3.2 Khí hóa tầng sôi 2.4 NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA 2.4.1 Cân phản ứng 2.4.2 Động học phản ứng 2.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ 2.5.1 Thành phần tính chất vật liệu khí hóa 2.5.2 Nhiệt độ 2.5.3 Áp suất vận hành 14 14 14 14 15 15 15 15 15 15 15 15 15 Footer Page of 145 a Header Page of 145 2.5.4 Chất xúc tác 2.5.5 Tác nhân khí hóa CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA MÙN CƯA 15 15 16 3.1 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA MÙN CƯA 16 3.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ HÓA KHÍ MÙN CƯA TẦNG SÔI16 3.2.1 Cấu tạo lò khí hóa mùn cưa kiểu tầng sôi 16 3.3.1 Tính kích thước đáy lò 17 3.3.2 Tính lưu lượng cấp gió 17 3.3.3 Tính lưu lượng nhiên liệu lưu lượng khí thoát 17 3.3.4 Cấu tạo thiết bị phụ 17 CHƯƠNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM 17 17 4.2 SỰ PHÂN BỐ CỦA NHIỆT ĐỘ LÒ THEO LƯU LƯỢNG KHÔNG KHÍ CẤP VÀO 18 4.3 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG KHÔNG KHÍ CẤP VÀO ĐẾN QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ 20 Footer Page of 145 a Header Page of 145 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thành phần mùn cưa làm thí nghiệm Bảng 4.1 Nhiệt lượng nước hấp thu trường hợp khác Footer Page of 145 a Header Page of 145 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Đề tài vào nghiên cứu, lựa chọn công nghệ hóa khí thiết kế, chế tạo vận hành thử nghiệm thành công lò hóa khí mùn cưa tầng sôi Các kết nghiên cứu ban đầu thể lò hóa khí hoạt động ổn định với lượng nhiên liệu cấp vào thay đổi từ 20 kg/h đến 40 kg/h với lượng không khí cấp vào từ 7.65 m3/h đến 12.36 m3/h Sự phân bố nhiệt độ lò hóa khí nhiệt lượng khí tạo thành phụ thuộc lớn vào hệ số không khí cấp vào Ngoài ra, với thông số vận hành thí nghiệm trình tạo khí CO hình thành lò hóa khí cao độ thấp 1150 mm kể từ miệng cấp gió vào The project has gone into the study, gasification technology selection and design, fabrication and testing operation successful fluidized bed gasification furnace The initial results shows that the fluidized bed gasifier stably operates at feed saw dust changing from 20 kg/h ton 40 kg/h and feed air flow rate changing from 7.65 m3/h to 12.36 m3/h The temperature distribution in gasifier as well as heat value of producted gas denpend on feed air flow rate In addition, the process generating CO just only happens at the gasifier height lower than 1150mm from the feed air distribution plate with operating parametters using in this experiment Xác nhận quan chủ trì đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Footer Page of 145 a Header Page of 145 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Vấn đề lượng mối quan tâm hàng đầu hầu hết quốc gia toàn giới Xã hội ngày phát triển, cộng với gia tăng dân số nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng cao kéo theo ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng Trong đó, nguồn lượng hóa thạch – loại tài nguyên tái tạo than đá, dầu mỏ cạn kiệt Vì vậy, thách thức có tính khẩn cấp tất nước giới bên cạnh tìm nguồn lượng thay sử dụng chúng, phải tìm cách sử dụng hiệu nguồn tài nguyên có, hạn chế tối đa ô nhiễm môi trường để phục vụ đời sống người tương lai Đây vấn đề quan tâm đặc biệt, cần đẩy mạnh nghiên cứu phát triển Trong nguồn nhiên liệu sinh khối (NLSK) mùn cưa loại nhiên liệu tái tạo với trữ lượng lớn phân bố rộng khắp toàn cầu Vì vậy, để giải vấn đề lượng vài trăm năm tới việc sử dụng nhiên liệu sinh khối có mùn cưa giải pháp cần lưu tâm Việc sử dụng không hiệu nguồn tài nguyên dẫn dến lãng phí ô nhiễm môi trường trầm trọng quốc gia, đặc biệt nước phát triển Các khu công nghiệp cần loại nhiên liệu có giá thành rẻ, gây ô nhiễm để sử dụng quy trình công nghệ Đặc biệt, số ngành công nghiệp sản xuất gạch men, ngành dệt sử dụng than để cấp nhiệt cho trình công nghệ gây ảnh hưởng xấu đến bề mặt sản phẩm, người ta thường đốt dầu Tuy nhiên giá thành dầu lại cao, thời kỳ nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt Nếu sử dụng khí từ trình hóa khí mùn cưa thay cho dầu nhà máy sản xuất gạch men, nhà máy dệt giảm chi phí nhiên liệu chi phí xử lý khói thải Không thế, khí sản xuất sử dụng cho tất ngành công nghiệp khác thay cho việc đốt than đốt dầu để giảm giá thành hạn chế ô nhiễm Footer Page of 145 a Header Page of 145 Đặc biệt Việt Nam NLSK thường nguồn lượng lớn nhất, chiếm 35-45% tổng cung cấp lượng Sẽ không ngoa nói NLSK giữ vai trò sống việc đáp ứng nhu cầu lượng giới Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu Chế tạo lò hóa khí tầng sôi sử dụng để nghiên cứu hóa khí biomass Công suất dự kiến khoảng 50 kg mùn cưa/h - Nghiên cứu tham số/ thông số thiết kế, vận hành đến sản phẩm khí đầu Nhiệm vụ nghiên cứu - Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài: Trên sở phân tích, tổng hợp, đánh giá việc sử dụng công nghệ đốt mùn cưa công nghệ khí hoá nay, nhiệm vụ đưa cụ thể: - Nghiên cứu thiết kế lò khí hoá mùn cưa kiểu tầng sôi công suất khoảng 50 kg/h - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số vận hành đến sản phẩm khí tạo thành - Rút kết luận hướng phát triển đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực nghiên cứu đề tài khoa học này, cần phải kết hợp hai phương pháp sau: * Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: * Phƣơng pháp nghiên cứu khảo sát thực tiễn: Footer Page of 145 a Header Page 10 of 145 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÙN CƢA VÀ HÓA KHÍ MÙN CƢA 1.1 Tổng quan biomass 1.1.1 Biomass gì? Biomass dạng nhiên liệu sinh khối có nguồn gốc từ động thực vật Trong loại biomass mùn cưa, thân, cành thải trình khai thác gỗ chiếm tỉ trọng lớn Việc nghiên cứu sử dụng hiệu lại phế phẩm quan trọng cần thiết Mùn cưa loại nhiên liệu sinh khối, loại sản phẩm phụ trình cắt, mài, khoan gỗ, sản phẩm xay từ thân, cành trình khia thác gỗ, bao gồm hạt mịn gỗ Thành phần mùn cưa cacbon, chiếm khoảng 50% tùy theo loại gỗ Mùn cưa có kích cỡ từ 0,5 - mm Hình 1.1 Một số mẫu mùn cưa 1.1.2 Đặc tính nhiên liệu mùn cƣa a) Thành phần hóa học mùn cưa Trong mùn cưa, nguyên tố cấu thành bao gồm thành phần sau: Cacbon: Cacbon thành phần cháy chủ yếu nhiên liệu rắn , nhiệt lượng phát cháy kg Cacbon gọi nhiệt trị Cacbon, khoảng 34.150 kj/kg Footer Page 10 of 145 a Header Page 11 of 145 Hyđrô: Hydro thành phần cháy quan trọng nhiên liệu rắn, cháy toả nhiệt lượng 144.500 kj/kg Oxy Nitơ: Oxy Nitơ chất trơ nhiên liệu rắn lỏng Sự có mặt Oxy Nitơ làm giảm thành phần cháy nhiên liệu làm cho nhiệt trị nhiên liệu giảm xuống Tro, xỉ (A): Là thành phần lại sau nhiên liệu cháy kiệt Đối với mùn cưa tro, xỉ Độ ẩm (M): Là thành phần nước có nhiên liệu thường bốc vào giai đoạn đầu trình cháy Như vậy, thành phần hoá học nhiên liệu ta có thành phần thể thành phần phần trăm C + H + O + N + A + M = 100% b) Thành phần công nghệ mùn cưa Độ ẩm mùn cưa “M” Độ ẩm mùn cưa hàm lượng nước chứa mùn cưa tro mùn cưa “A” Độ Các vật chất dạng khoáng chất mùn cưa cháy biến thành tro Một đặc tính quan trọng làm ảnh hưởng đến điều kiện cháy độ nóng chảy tro Nhiệt trị mùn cưa Nhiệt trị mùn cưa nhiệt lượng phát cháy hoàn toàn kg mùn cưa đựoc kí hiệu chữ Q (Kj/kg) Nhiệt trị mùn cưa phân thành Nhiệt trị cao nhiệt trị thấp 1.2 Lịch sử phát triển trình hóa khí mùn cƣa Footer Page 11 of 145 10 a Header Page 12 of 145 1.2.1 Khí hóa mùn cƣa giới Công nghệ hoá khí nói chung khí hoá mùn cưa nói riêng công nghệ sản xuất khí đốt, Oxy hoá khối hữu mùn cưa không hoàn toàn Công nghệ hoá khí có lịch sử lâu đời trải qua thời kì phát triển suy giảm Khí hóa phát triển từ năm 1800 sử dụng để sản xuất khí từ than dùng cho mục đích thắp sáng nấu ăn Khí đốt từ than thu lần Merdok nước Anh, lúc khí đốt xem sản phẩm kèm sản xuất "dầu trong" từ than Vào năm 50 kỷ XIX, có nhà máy sản xuất khí từ than thành phố lớn vừa nước châu Âu bắc Mỹ vào hoạt động để cung cấp khí đốt cho dân thành phố dùng cho mục đích sưởi ấm, sinh hoạt chiếu sáng Lúc này, thời kỳ "thế kỷ vàng" công nghệ khí hóa Lò khí đốt loại nhỏ sử dụng cho phương tiện động đốt khan nhiên liệu Chiến tranh giới lần hai Sau đó, nhiên liệu hóa thạch có nhiều ưu hơn, gas không sử dụng rộng rãi, chủ yếu chất lượng gas (gas sản xuất không đáp ứng yêu cầu động cơ), khí hóa từ gỗ lần tầm quan trọng Khủng hoảng dầu xảy năm 1973 dẫn đến phải tìm nguồn lượng thay quốc gia nguồn lượng hóa thạch Phát triển kiến thức chuyên môn lượng thay quy trình chuyển đồi nhiệt – hóa, công nghệ ngày đại Ngày có nhiều nghiên cứu lĩnh vực khí hóa sinh khối Hiện giới có nhiều nhà máy sử dụng lượng khí hóa sinh khối như: Nhà máy khí hóa sinh khối CHP Gusing (Áo) sử dụng nhiên liệu đầu vào 2.360kg/h gỗ (gỗ bào) sản phẩm thu 2MW điện 4,5 MW nhiệt hiệu suất Footer Page 12 of 145 11 a Header Page 13 of 145 đạt đến 85%, nhà máy điện khí hóa ERK Montevideo (Uruquay) với công suất 70 t/h Ngay nước Đông Nam Á Thái Lan có nhà máy sử dụng công nghệ hóa khí sinh khối lò đốt trấu nhà máy gạo tỉnh Nakornsawan, hay hệ thống hóa khí trấu 400 kW tỉnh Chainat, lò khí dòng xuôi-động tỉnh Nakornrachasima 1.2.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu Việt Nam Theo báo cáo từ Viện Năng Lượng (Bộ Công Nghiệp), đột biến lớn khả khai thác đến năm 2020 thiếu hụt nhiên liệu cho sản xuất điện khoảng 35 – 64 tỉ KWh phương án sở phương án cao Và vào năm 2030 thiếu hụt nhiên liệu cho sản xuất điện lên đến 59 -120 tỉ KWh Trước tình hình nguồn lượng truyền thống ngày cạn kiệt, nhu cầu sử dụng ngày tăng vấn đề môi trường thách thức lớn toàn cầu đặc biệt Việt Nam Do dẫn đến cần tìm nguồn lượng thay Ở Việt Nam nước sản xuất nông nghiệp nên lượng lượng sinh khối lớn có mùn cưa, cần nắm bắt để nghiên cứu phát triển 1.3 Một số qui trình khí hóa đƣợc áp dụng Thế giới 1.3.1 Khí hóa áp suất khí (ACG) Đây quy trình sử dụng đa số nhà máy khí hóa than cũ, cỡ nhỏ Trung Quốc từ năm 1950 Thiết bị khí hóa sử dụng than cục có kích thước 25÷27mm độ bền nhiệt tốt, antraxit hay cốc, để đảm bảo lượng Hyđro Cacbon thấp khí than Quy trình Koppers Totzek Đây quy trình sử dụng nhà máy Nam Phi, Ấn Độ Trung Quốc Trong thiết bị khí hóa, than nghiền thành hạt mịn cấp cho lò đốt Oxy dẫn vào trực tiếp từ phía trước thiết bị khí hóa với lượng nhỏ nước, hỗn hợp vào vùng phản ứng qua miệng lò đốt với tốc độ cao Footer Page 13 of 145 12 a Header Page 14 of 145 Quy trình Shell Quy trình khí hóa than theo công nghệ Shell chưa sử dụng nhà máy Amoniăc nào, công nghệ khí hóa than đại điển hình Quy trình dùng Hà Lan tổ hợp khí hóa than phát điện 250 MW Quy trình Texaco Quy trình đạt thành công lớn Trung Quốc thay cho quy trình khí hóa than áp suất khí quyển, số trường hợp thay cho quy trình đốt napta 1.4 Ảnh hƣởng xủa việc đốt mùn cƣa Hạn chế lớn việc đốt nhiên liệu nói chung mùn cưa nói riêng gây ô nhiễm không khí phát thải CO2, SO2, NOx 1.4.1 Hiệu ứng nhà kính Chúng ta biết rằng, xạ mặt trời xạ sóng ngắn (năng lượng lớn) nên dễ dàng xuyên lớp khí CO2 tầng Ozon để chiếu xuống trái đất Ngược lại, xạ nhiệt từ mặt đất phát vào vũ trụ bước sóng dài (yếu hơn), nên bị hấp thụ (không xuyên qua được) CO2 nước khí Cân CO2 trì nhờ hấp thụ thực vật hòa tan nước biển đại dương 1.4.2 Mƣa axit Nhiên liệu sinh khối có mùn cưa có chứa Nito Khi đốt, chúng thải vào khí Nitơ Oxit Các Oxit tạo nên tác dụng với nước khí làm cho mưa rơi xuống 1.5 Tầm quan trọng khí hóa mùn cƣa Hiệu sử dụng lợi ích công nghệ khí hóa nhiên liệu sinh khối nói chung mùn cưa nói riêng Tại nhà máy điện khí hóa nhiên liệu sinh khối, nhiên liệu sinh khối khí hóa, loại bỏ tạp chất sau đốt tuabin khí để tạo nguồn điện Đây phương pháp đạt hiệu suất cao việc chuyển hóa lượng nhiên liệu sinh khối thành điện Hiệu suất chất đốt (hiệu suất nhiên liệu) nhà máy điện áp dụng công Footer Page 14 of 145 13 a Header Page 15 of 145 nghệ chu trình hỗn hợp khí hóa phát điện đạt mức 50% cao Một số đánh giá lạc quan cho việc sử dụng tổ hợp tuabin-pin nhiên liệu (fuel cell) pin nhiên liệu khí (fuel cell gas) có khả đạt hiệu suất gấp hai lần so với nhà máy điện sử dụng Ngoài ra, lượng nhiệt dư sử dụng cho nhà máy trung tâm cấp nhiệt địa phương hiệu suất sử dụng nhiên liệu toàn phần nhà máy khí hóa đạt 70 – 80% Khả sản xuất điện, khí Hydro, hóa chất hợp chất khác đồng thời giúp giảm thiểu gần toàn chất gây ô nhiễm không khí phát thải khí nhà kính tiềm ẩn khiến cho công nghệ khí hóa công nghệ hứa hẹn nhà máy lượng tương lai CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA 2.1 Hóa khí mùn cƣa gì? Khí hóa mùn cưa trình dùng Oxy (hoặc không khí, không khí giàu Oxy, Oxy thuần, nước Hydro, nói chung gọi chất khí hóa) phản ứng với mùn cưa nhiệt độ cao chuyển nhiên liệu từ dạng rắn sang dạng nhiên liệu khí Nhiên liệu gọi chung khí sinh khối với thành phần cháy chủ yếu CO, H2, CH4 dùng làm nhiên liệu khí dân dụng, công nghiệp sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp NH3, tổng hợp CH3OH 2.2 Các giai đoạn trình khí hóa Quá trình khí hóa xảy bốn giai đoạn quan hệ với nhau: - Miền cháy (Combustion Zone) Miền khử (Reduction Zone) Miền nhiệt phân (Pyrolysis Zone) Miền sấy khô (Drying Zone) 2.3 Các công nghệ khí hóa Footer Page 15 of 145 14 a Header Page 16 of 145 2.3.1 Khí hóa tầng cố định Hình 2.1 Khí hóa tầng cố định 2.3.2 Khí hóa tầng sôi 2.4 Nhiệt động lực học trình khí hóa 2.4.1 Cân phản ứng 2.4.2 Động học phản ứng 2.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình hóa khí 2.5.1 Thành phần tính chất vật liệu khí hóa 2.5.2 Nhiệt độ 2.5.3 Áp suất vận hành 2.5.4 Chất xúc tác 2.5.5 Tác nhân khí hóa Footer Page 16 of 145 15 a Header Page 17 of 145 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHÍ HÓA MÙN CƢA 3.1 Lựa chọn công nghệ khí hóa mùn cƣa Do đặc tính mùn cưa có đường kính nhỏ từ 0,5÷4 mm nên thích hợp cho công nghệ hóa khí tầng sôi tác giả định chọn công nghệ lò hóa khí tầng sôi để thực 3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động lò hóa khí mùn cƣa tầng sôi 3.2.1 Cấu tạo lò khí hóa mùn cƣa kiểu tầng sôi Chú thích : 10 1: Lớp bảo ôn , 11 2: bê tông chịu nhiệt, 12 3: đầu đo nhiệt độ , 13 : phễu nhiên liệu , 5: vít tải, 14 6: miệng cấp gió, 7: vít thải xỉ, 8: ống cấp gió, 9: nồi hơi, 15 16 10: đường dẫn hơi, 11: nhiệt , 12 :Xyclon , 13 : Các van chặn , 14: đường nhiệt, 15: quạt cấp gió, 16: lưu lượng kế Hình 3.1 Cấu tạo lò hóa khí Footer Page 17 of 145 16 a Header Page 18 of 145 3.2.2 Nguyên lý hoạt động lò hóa khí mùn cƣa kiểu tầng sôi 3.3 Cơ sở tính toán thiết bị Bảng 3.1 Thành phần mùn cƣa Clv Hlv Olv Nlv Alv Wlv Qtlv, kJ/kg 44.6 5.2 34.4 0.32 0.48 15 25241 3.3.1 Tính kích thƣớc đáy lò 3.3.2 Tính lƣu lƣợng cấp gió 3.3.3 Tính lƣu lƣợng nhiên liệu lƣu lƣợng khí thoát 3.3.4 Cấu tạo thiết bị phụ Chƣơng KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Điều kiện thí nghiệm Mùn cưa trước đưa vào lò hóa khí sấy đến độ ẩm từ 15-20% để vào thùng chứa kín Lượng mùn cưa cấp liên tục vào lò hóa khí qua cấu cấp liệu kiểu vít tải cấp điều chỉnh biến tần Lưu lượng không khí cấp vào lò hóa khí qua quạt gió điều khiển biến tần xác định đồng hồ đo lưu lượng … Trong thí nghiệm lượng mùn cưa cấp vào lò điều chinh thay đổi từ 20 kg/h đến 40 kg/h Tương tự, lưu lượng không khí cấp vào lò hóa khí thay đổi từ 7.65 m3/h đến 12.36 m3/h Nhiệt độ lò hóa khí vị trí đo khác đo đồng thời cặp nhiệt điện qua đầu gắn cảm biến đặt thân lò hóa khí Do sản phẩm trình hóa khí có chứa CO khí độc nên trình làm thí nghiệm, lò hóa khí đặt môi trường thông thoáng tốt Sau khởi động xong lò hóa khí đưa lò hoạt động ổn định chế độ vận hành định tiến hành ghi nhận thông số thí nghiệm Footer Page 18 of 145 17 a Header Page 19 of 145 4.2 Sự phân bố nhiệt độ lò theo lƣu lƣợng không khí cấp vào Khi thay đổi lượng không khí cấp vào tương ứng với lượng nhiên liệu khác nhau, ta nhận thấy phân bố nhiệt độ có dạng giảm dần theo chiều cao Nhiệt độ lớn lò hóa khí đạt khoảng 525-635oC độ cao 300 mm tính từ miệng cấp gió vào, vùng xảy phản ứng Oxy hóa nhiên liệu Sau nhiệt độ giảm tuyến tính từ khoảng ~600oC đến ~350oC tương ứng với độ cao 300 mm đến 750 mm tính từ miệng cấp gió Sau nhiệt độ giảm đến ~ 150-180oC 1150mm sau nhiệt độ giảm chậm dần ổn định 110-140oC đầu lò hóa khí Điều giải thích phản ứng khử tạo thành CO (phản ứng thu nhiệt) xảy vùng có cao độ từ 300 mm đến 1150 mm từ cao độ 1150 mm trở lên phản ứng tạo CO không xảy ra, giảm nhiệt độ vùng từ cao độ 1150 mm đến đầu khí giải thích tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che lò Hình 4.1: Phân bố nhiệt độ theo chiều cao lò ứng với lượng nhiên liệu cấp vào 20 kg/h Footer Page 19 of 145 18 a Header Page 20 of 145 Hình 4.2: Phân bố nhiệt độ theo chiều cao lò ứng với lượng nhiên liệu cấp vào 30 kg/h Hình 4.3: Phân bố nhiệt độ theo chiều cao lò ứng với lượng nhiên liệu cấp vào 40 kg/h Hình 4.4 đồ thị phân bố nhiệt độ lò ứng với lượng nhiên liệu cấp vào 20, 30 40 kg/h với lượng không khí cấp vào cố định 12.36 m3/h Ta nhận thấy rằng, nhiệt độ lớn (635oC) vùng Oxy hóa đạt trường hợp lượng nhiên liệu cấp vào 30 kg/h (α = 9.8%) Khi tăng hay giảm lượng Footer Page 20 of 145 19 a Header Page 21 of 145 nhiên liệu cấp vào, tương ứng với việc giảm tăng hệ số không khí cấp vào làm cho nhiệt độ vùng Oxy hóa giảm Nhìn chung, nhiệt độ vùng Oxy hóa lớn dẫn đến phân bố nhiệt độ khí lò theo chiều cao lò lớn Ngược lại nhiệt độ vùng Oxy hóa nhỏ (525oC) lượng nhiên liệu cấp vào lò 20 kg/h (α =15%) dẫn đến phân bố nhiệt độ lò trường hợp nhỏ Hình 4.4: Phân bố nhiệt độ theo chiều cao lò ứng với lượng nhiên liệu cấp vào khác 4.3 Sự ảnh hƣởng lƣợng không khí cấp vào đến trình hóa khí Trong nghiên cứu này, sản phẩm khí tạo sau qua cyclon đốt cháy Các hình 4.5,4.6 4.7 hình ảnh lửa tương ứng với chế độ hóa khí tường ứng hình 4.4 Có thể nhận thấy rằng, với lượng nhiên liệu cấp vào 20 kg/h, lửa có màu vàng thể tích lửa lớn Khi tăng lượng nhiên liệu cấp vào lên 30 kg/h, lửa có màu vàng thể tích lửa không khác với trường hợp Khi lượng nhiên liệu cấp vào đạt công suất thiết kế 40 kg/h, lửa chuyển sang màu trắng sáng chói thể tích lửa bị thu nhỏ lại đáng kể cháy không ổn định Điều giải thích lượng không khí cấp vào trường hợp bé (α =7.5%) Footer Page 21 of 145 20 a Header Page 22 of 145 Hình 4.5: Hình ảnh lửa 20 kg mùn cưa/h; 12.36 m3/h Hình 4.6: Hình ảnh lửa 30 kg mùn cưa/h; 12.36 m3/h Hình 4.7: Hình ảnh lửa 40 kg mùn cưa/h; 12.36 m3/h Footer Page 22 of 145 21 a Header Page 23 of 145 Để xác định cách tương đối nhiệt lượng khí tạo thành trường hợp thí nghiệm nêu trên, tác giả đặt kg nước chứa bình đặt trực tiếp lửa xác định độ tăng nhiệt độ nước phút thí nghiệm Trong tất thí nghiệm này, lưu lượng gió giữ mức 12.36 m3/h Từ xác định lượng nhiệt mà nước nhận thời gian Kết thí nghiệm cho bảng Từ kết thấy lò hóa khí hoạt động ổn định với lượng nhiên liệu cấp vào từ 20 đến 40 kg/h kết tính toán Sự phân bố nhiệt độ khí lò, nhiệt lượng khí sinh phụ thuộc lớn vào hệ số không khí cấp vào (α) BẢNG 4.1: KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH LƢỢNG NHIỆT DO NƢỚC NHẬN ĐƢỢC Trường hợp Q, kJ 20 kg/h 268.8 30 kg/h 226.8 40 kg/h 117.6 Footer Page 23 of 145 22 ... nhu cầu lượng giới Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu Chế tạo lò hóa khí tầng sôi sử dụng để nghiên cứu hóa khí biomass Công suất dự kiến khoảng 50 kg mùn cưa/h - Nghiên cứu tham số/ thông số thiết kế,... 145 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Đề tài vào nghiên cứu, lựa chọn công nghệ hóa khí thiết kế, chế tạo vận hành thử nghiệm thành công lò hóa khí mùn cưa tầng sôi Các kết nghiên cứu ban đầu thể... NẴNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ BIOMASS TRONG TẦNG SÔI Mã số: Đ2015-02-129 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài (ký,