Hoàng Ngọc Đồng, KS Nguyễn Đức Minh Khoa Nhiệt- Điện Lạnh, Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu phương pháp sản xuất viên nén nhiên liệu Biomass từ phế thải nông
Trang 1NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG VIÊN NHIÊN LIỆU SINH KHỐI
TRONG LÒ HƠI TẦNG SÔI
EXPERIMENTAL RESEARCH ON USING PELLET IN FLUIDIBED BOILERS
SVTH : Thái Tấn Hòa, Nguyễn Thanh Văn
Lớp 07N1, Khoa Nhiệt - Điện Lạnh, Trường đại học Bách Khoa, ĐH Đà Nẵng
GVHD : PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng, KS Nguyễn Đức Minh
Khoa Nhiệt- Điện Lạnh, Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng
TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu phương pháp sản xuất viên nén nhiên liệu Biomass từ phế thải nông nghiệp đảm bảo về nhiệt trị, khối lượng riêng, độ bền cơ học,kích thước và sự đồng đều của viên nén để ứng dụng được cho lò hơi tầng sôi Sau đó tiến hành thí nghiệm chế độ sôi ở trạng thái nguội để xác định các thông số khí động tối ưu của quá trình sôi như vận tốc không khí cần thiết, chiều cao của lớp nhiên liệu,
sự phân bố áp suất và trở lực của lớp sôi Trên cơ sở các thông số khí động đã xác định ta tính toán thiết
kế, chế tạo buồng đốt tầng sôi và tiến hành đốt thử nghiệm để kiểm tra chất lượng quá trình cháy, xác định nhiệt độ buồng lửa và các thông số khí động thực tế từ đó ứng dụng đề tài vào thực tiễn
ABSTRACT
This thread research production methods Biomass fuel pellets from agricultural waste to ensure the calorific value, density, mechanical strength, size and uniformity of tablets to be for steam fluidibed boilers Then the experiment mode boiling in state cooled to determine the parameters of the optimal aerodynamic boiling process as required air velocity, the height of the fuel layer, the distribution of pressure and resistance of the boiling layer On the basis of aerodynamic parameters were determined, calculate the design, manufacture and fluidized bed combustor then conducted burning tests to check the quality of combustion, determine the furnace temperature and aerodynamic parameters of the fact then application the subject to practice
1 Mở đầu
Nguồn năng lượng sinh khối nước ta có trữ lượng rất lớn nhưng việc tận dụng chúng cho các mục đích năng lượng còn hạn chế cộng với nhu cầu năng lượng ngày càng cao nên việc triển khai các nghiên cứu, sản xuất viên nén Biomass từ phế phẩm nông nghiệp cho mục đích năng lượng là một hướng đi mới có tính khả thi cao, mang lại lợi ích kinh tế, giải quyết vấn đề năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đảm bảo an ninh lương thực
Sử dụng viên nén nhiên liệu từ Biomass vừa tận dụng lượng phế thải từ nông nghiệp, giảm chi phí vận chuyển và lưu trữ, có thể sử dụng làm chất đốt cho nhiều loại lò công suất vừa
và nhỏ, vừa cắt giảm năng lượng hoá thạch, tiết kiệm chi phí sản xuất, nhiệt trị cao, tăng chất lượng quá trình cháy, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính
Bên cạnh đó, lò hơi tầng sôi là một giải pháp công nghệ sạch đang được quan tâm rộng rãi trên thế giới và Việt Nam để dần thay thế cho các dạng lò có các phương pháp đốt khác Ưu điểm nổi bật của nó là tiết kiệm nhiên liệu, đốt được các loại nhiên liệu xấu, và các loại nhiên liệu phế thải… Đặc biệt là nồng độ chất thải có hại trong khói thải ra môi trường thấp hơn nhiều
so với các loại lò khác vì thế việc sử dụng viên nén biomass cho lò hơi tầng sôi là phù hợp và
Trang 22
Bảng 1 nhiên liệu Biomass của một
số nước trên thế giới (năm 1990)
Nước Sử dụng(103 tấn)
mở ra cơ hội cắt giảm nhiên liệu hóa thạch
2 Nội dung
2.1 Tiềm năng sinh khối trong và ngoài nước
Phụ phẩm thừa từ nông nghiệp thế giới bao gồm:
vỏ trấu(100 triệu tấn), mùn cưa(250triệu tấn), vỏ hạt
điều, bã mía, gỗ vụn(400 triệu tấn)(số liệu năm
1990)
Việc tận thu các phế phụ phẩm trong nông
nghiệp làm viên nén năng lượng Biomass đã được các nước phát triển (đặc biệt là các nước
ôn và hàn đới) tiến hành từ rất lâu phục vụ nhu cầu năng lượng sưởi ấm và phát điện Ở các nước trên thế giới đã sản xuất viên nén Biomass khá
lâu dùng với các mục đích khác nhau thể hiện bảng 1
Việt Nam là một nước nhiệt đới nhiều nắng và
mưa nên sinh khối phát triển nhanh Ba phần tư lãnh
thổ là đất rừng nên tiềm năng phát triển gỗ lớn, là
một nước nông nghiệp nên nguồn phụ phẩm nông
nghiệp phong phú Nguồn này ngày càng tăng trưởng
cùng với việc phát triển nông nghiệp và lâm nghiệp
2.2 Công nghệ sản xuất viên nén Biomass
2.2.1 Dây chuyền sản xuất viên nén
nhiệt độ vật liệu
Độ ẩm<15%, nhiệt độ<700
C
Lò hơi, thiết bị sấy, xyclon, ống gió
Lò hơi đốt nhiên liệu biomass
thước vật liệu
vật liệu có
dtđ <1mm
Thùng nghiền,quạt, đường ống gió, xyclon
lượng cho quá trình nén
nhiên liệu
Viên có đường kính từ 6-8 mm, Máy tạo viên, thiết bị gầu tải, thùng chứa liệu quyết định chất lượng sản phẩm Làm mát Giảm ẩm, tăng
chất lượng
Viên nhiên liệu
có độ ẩm 10- 12
%
thiết bị tháp làm mát, xiclon khử bụi, sàng lọc
Làm mát nhanh
2.2.2 Máy nén viên
Cấu tạo máy nén viên kiểu lô
cán: gồm các thiết bị chính sau:
Động cơ kéo có N=15 kW;
n=1450 vòng/ phút
Bộ giảm tốc kiểu trục vít
Trục chính: truyền động từ
hộp giảm tốc đến lô cán,
Số vòng quay của trục
Bảng 2 Tiềm năng sinh khối Việt
Nam (số liệu năm 2005)
Nguồn cung cấp Tiềm năng
(triệu tấn)
Các loại khác 9,00
Hình 1 Cấu tạo máy nén viên
Trang 3Hình 2 Viên nén Biomass
chính: n= 90 ÷ 130 vòng/p
Lô cán: Cấu tạo gồm 2 bánh cán được tạo rãng để tăng lực ma sát, đảm bảo nguyên liệu được ép chặt
Đĩa cán: được khoan lỗ với đường kính phụ thuộc vào đường kính của viên nhiên liệu cần sản xuất
Nguyên lý hoạt động: Biomass sau khi nghiền và sấy khô được cấp vào phần trên của máy nén viên Tại đây các bánh cán chuyển động quay trên đĩa cán tạo ra lực ma sát ép nguyên liệu
đi qua lỗ của đĩa cạn tạo thành viên nén, phía dưới đĩa cán ta điều chỉnh dao để cắt lấy những kích thước thích hợp
2.2.3 Tính chất của viên nén Biomass
Viên nén ở đây sau khi chế tạo ra có độ cứng
cao có khả năng chịu va đập khó vỡ vụn, có khả năng
cháy rất tốt với nhiệt trị khá cao Các thông số thành
phần của viên được nén từ trấu và mùn cưa được thể
hiện qua bảng 3
Bảng 3 Thành phần của viên nén Biomass(50%trấu+50%mùn cưa)
Thành phần Qlvt (kJ/kg) %Clv %Hlv %Olv %Slv %Nlv %Alv %Wlv ρ(kg/m3
) Trấu+Mùn cưa 17233 38,86 4,88 33,56 0,015 0,33 5,66 13,2 750
2.3 Nghiên cứu s ụng viên nén ốt ch t ng sôi
2.3.1 Thí nghiệm nghiên c u khí động trên m h nh lạnh
a Mục đích thí nghiệm:
Tìm ra kết quả phù hợp nhất về: Kích cỡ hạt, chiều cao
lớp tĩnh, lưu lượng và cột áp của quạt ở chế độ sôi ổn định
nhất
b Thiết bị thí nghiệm:
Quạt ly tâm: N = 3,7kw, n = 3450vòng/phút
- Buồng thử nguội: Tiết diện vuông, 200x200 x
1600mm3;Dọc th o chiều cao có các lỗ Ф7cách nhau
100mm để đo áp suất dòng khí khi sôi, phong kế, áp kế
c Tính toán khí động chế độ sôi:
Bảng 4 Các th ng số khí động nguội
Tên đại lượng cần tính Kí hiệu Công thức tính vị Đơn Kết quả
Cỡ 1 Cỡ 2 Cỡ 3 Đường kính tương
đương trung bình 2.3 43..
V
m 0.0067 0.076 0.0084
Hình 3 Buồng thử nguội
Trang 4Tốc độ giới hạn dưới m/s 1.13 1.22 1.295
d Kết quả thí nghiệm:
Các thông số đo được thể hiện qua bảng 4
Trong đó: P0; P1 lần lượt là áp suất quạt dưới và trên ghi (mmH2O)
P2, P3 ,P4 ,P5 ,P6 – Áp suất đo tại các điểm lần lượt cách nhau 100mm (mmH2O)
Bảng 5 Các th ng số khí động thí nghiệm nguội
Kết quả thí nghiệm cho thấy với các kích cỡ viên đều có chế độ sôi ổn định Riêng với viên nhiên liệu có đường kính tương đương 6,7mm thì chế độ sôi là ổn định nhất ứng với chiều cao vật liệu sôi ban đầu là 200mm và vận tốc gió từ 5,2÷5,7 m/s Phù hợp với các thông số tính toán
2.3.2 Thí nghiệm nghiên c u uá tr nh cháy trong tầng s i trên m h nh n ng
a Mục đích thí nghiệm:
- Đốt thử hạt trong buồng đốt thí nghiệm để kiểm tra quá trình cháy của hạt, độ sôi của lớp viên nhiên liệu khi cháy và nhiệt độ của buồng ở những độ cao khác nhau
b Tính toán khí động:
Bảng6 Các th ng số khí động n ng
Kích cỡ
viên
dtđ(mm)
Chiều cao tĩnh
h0(mm)
Lưu lượng không khí (m3/s)
Vận tốc không khí (m/s)
Chiều cao lớp sôi
hs(mm)
Áp suất dọc buồng p(mmH2O)
P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6
Tên đại lượng cần tính Kí
hiệu Công thức tính
Đơn
vị
Kết quả
Cỡ 1 Cỡ 2 Cỡ 3 Đường kính tương
3 2
V
m 0,0067 0,076 0,0084
Trang 5Hình 3 Buồng đốt lần 2
c Tính toán các thành phần khói thải
Bảng 7 Th ng số kh i thải
Đại lượng Vkko Vko VN2o VCO2o VSO2o VH2Oo µtro
Đơn vị m3tc/kg m3tc/kg m3tc/kg m3tc/kg m3tc/kg m3tc/kg kgtr/kgkh
d Thí nghiệm lần 1:
-Thiết bị thí nghiệm:
Quạt gió ly tâm: N = 3,7kW;
n = 1450vg/p, có điều chỉnh gió
Buồng đốt có kích thước mặt trong 200 x 200 x 1000mm,
Vật liệu sôi cấp vào buồng đốt từ phễu
Các ống đo nhiêt độ và buồng khoảng các từ ghi cách
nhau 100mm
- Can nhiệt, áp kế chữ U
- Kết quả thí nghiệm:
Bảng 8 thay đ i của nhiệt độ th o chiều cao uồng lửa
Nhiệt độ (0
Bảng 9 Các th ng số khí động uá tr nh cháy
e Thí nghiệm lần 2
-Thiết bị thí nghiệm: Quạt gió ly tâm: N = 3,7kW;
n = 1450vg/p, có điều chỉnh gió
Buồng đốt có kích thước: vỏ b ng thép, 560 x 560 x
2000mm, trong là gạch chịu lửa, 430x430x 2000 mm
Các ống đo nhiêt độ cách nhau 100mm
Can nhiệt
Áp kế chữ U
- Kết quả thí nghiệm: Bảng 10, 11
Kích cỡ
dtđ(mm)
Chiều cao
tĩnh h(mm)
Lưu lượng Khí V (m3/s)
Lưu lượng khói ω(m/s)
Vận tốc Khói ω(m/s)
Áp suất dọc buồng P(mmH2O)
Hình 4 Buồng đốt lần 1
Trang 6Bảng 10 thay đ i của nhiệt độ th o chiều cao uồng lửa
Nhiệt độ (0
Bảng 11 Các thông số khí động quá trình cháy
Kết quả thí nghiệm cho thấy viên nhiên liệu cháy kiệt, ngọn lửa sáng, trở lực của lớp sôi nhỏ, nhiệt độ ngọn lửa và nhiệt trị cao Quá trình sôi của viên nhiên liệu và trường nhiệt độ trong buồng lửa phân bố đều Vì vậy viên nén Biomass dùng cho lò hơi tầng sôi là phù hợp và đảm bảo
ở đường kính tương đương (6.7÷7.6) mm
3 Kết luận
Đề tài đã thành công trong việc sản xuất viên nén nhiên liệu Biomass từ phế thải nông nghiệp với các tính chất và kích thước phù hợp cho lò hơi tầng sôi Cùng với việc đốt thử nghiệm viên nén nhiên liệu trong buồng đốt tầng sôi đạt được kết quả hết sức khả quan Sự thành công của
đề tài mở ra một hướng mới trong việc sử hiệu quả dụng năng lượng sinh khối thân thiện với môi trường Khi kết quả của đề tài này được nhân rộng sẽ mang lại lợi ích không nhỏ về kinh tế, góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển bền vững, giải quyết mối lo thiếu hụt năng lượng và ô nhiễm môi trường
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đào Ngọc Chân, Hoàng Ngọc Đồng (2008) Lò Hơi & Thiết Bị Đốt, Nhà xuất bản Khoa Học
và Kỹ Thuật
[2] Hoàng Nguyễn Thu Hà (2008), “Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ Biomass”, Tạp Chí
KH & CN Nhiệt (6/2008)
[3] Nguyễn Đình Tùng, “nghiên cứu thực nghiệm sự đốt cháy sinh khối trong lò hơi tầng sôi tĩnh quy mô nhỏ (SFBC-400)”,Tạp chí Khoa Học và Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng số 6(29)-2008
[4] http://nangluongsinhkhoi.blogspot.com/
Kích cỡ
dtđ(mm)
Chiều cao
tĩnh h(mm)
Lưu lượng khí V (m3/s)
Lưu lượng khói ω(m/s)
Vận tốc Khói ω(m/s)
Áp suất dọc buồng P(mmH2O)
