CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA SINH KHỐI ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ HÓA SINH KHỐI 1.1 Tổng quan khí hóa sinh khối.1.1.1 Năng lượng sinh khối Sinh khối là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vậtchất có ng

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 1

TỔNG QUAN VỀ KHÍ HÓA SINH KHỐI 1

1.1 Tổng quan khí hóa sinh khối 1

1.1.1 Năng lượng sinh khối 1

1.1.1.1 Ưu điểm năng lượng sinh khối: 1

1.1.1.2 Nhược điểm năng lượng sinh khối: 2

1.1.2 Ứng dụng của năng lượng sinh khối 2

1.1.3 Khí hóa sinh khối 3

1.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển khí hóa sinh khối 4

1.2.1 Ngoài nước 4

1.2.2 Trong nước 6

1.3 Phản ứng hóa học 8

1.4 Xúc tác trong quá trình khí hóa 10

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối 11

1.5.1 Ảnh hưởng của áp suất 11

1.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 11

1.5.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu 11

1.5.4 Ảnh hưởng của nhựa 12

1.5.5 Ảnh hưởng của tro 12

1.5.6 Ảnh hưởng của kích thước hạt sinh khối 13

CHƯƠNG 2 14

CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG 14

KHÍ HÓA - SINH KHỐI 14

2.1 Cơ sở công nghệ [2] 14

2.1.1 Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional Steam Boiler) 14

2.1.2 Phương pháp đốt liên kết – đồng đốt Cofiring 15

2.1.3 Tiêu hóa yếm khí (Anaerobic Digestion) 16

2.1.4 Khí hóa sinh khối 18

2.2 Quá trình khí hóa sinh khối sản xuất điện 20

2.2.1 Kiểu lò phản ứng Updraft 20

2.2.2 Kiểu lò ghi Downdraft 22

2.2.3 Kiểu lò ghi Crossdraft 23

2.3 Quy trình khí hóa sinh khối sản xuất điện công suất nhỏ 23

CHƯƠNG 3 26

LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG KHÍ HÓA 26

3.1 Lựa chọn nguyên liệu 26

3.1 Lựa chọn thiết bị 27

3.2 Hiệu suất khí của thiết bị khí hóa 28

3.3 Công suất của hệ thống khí hóa 31

3.4 Thời gian khí hóa 31

3.5 Hiệu quả kinh tế của hệ thống khí hóa 32

KẾT LUẬN 33

Tài liệu tham khảo 34

LỜI MỞ ĐẦU



Khí hóa đầu tiên được sử dụng rộng rãi để thắp sáng và sưởi ấm vào thế kỉ 18.Sau đó, sự xuất hiện của điện và các nhiên liệu hóa thạch đã gần như thay thế khíhóa vào đầu thế kỉ 19 Tuy nhiên, sau thế chiến thứ hai, công nghệ khí hóa nănglượng tái tạo đang được quan tâm trở lại bởi sự cạn kiệt của các nhiên liệu khoángthạch

Ngày nay, khí hóa được ứng dụng để sản xuất nhiệt và điện do sản xuất khí đốt

dễ kiểm soát hơn, hoạt động hiệu quả hơn và sạch hơn nhiên liệu rắn

Trong đồ án này, chúng ta sẽ nói về “Công nghệ khí hóa sinh khối để sản xuấtđiện” Đồ án bao gồm những nội dung chính sau:

>> Tổng quan về sinh khối

>> Quá trình khí hóa sinh khối

>> Công nghệ khí hóa sinh khối để sản xuất điện

>> Thiết kế dây chuyển khí hóa sinh khối để sản xuất điện

>> Kết Luận

Đối tượng, mục đích nghiên cứu.

- Tìm hiểu quá trình phát điện từ năng lượng sinh khối

- Hiểu công nghệ khí hóa mà thế giới đang sử dụng, lựa chọn công nghệphù hợp với Việt Nam từ đó đưa ra được phương án thực hiện cũng nhưcông nghệ tối ưu trong báo cáo này

- Thực hiện được mục tiêu chung: nghiên cứu điện sinh khối

- Cụ thể mục tiêu nghiên cứu xây dựng mô hình điện sinh khối phù hợpvới nguồn sinh khối tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ HÓA SINH KHỐI 1.1 Tổng quan khí hóa sinh khối.

1.1.1 Năng lượng sinh khối

Sinh khối là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vậtchất có nguồn gốc sinh học có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng và cókhả năng tái tạo (như gỗ, thực vật, …)

Sinh khối còn có thể được xem như một dạng tích trữ năng lượng mặt trời Nănglượng từ mặt trời được "giữ" lại bởi cây cối qua quá trình quang hợp trong giai đoạnphát triển của chúng.[1]

Năng lượng sinh khối: sinh ra do đốt trực tiếp hoặc chuyển đổi nhiệt hóa học,chuyển đổi nhiệt sinh hóa các vật liệu có nguồn gốc hữu cơ [4] (trừ than, dầu mỏ…).Nguồn năng lượng sinh khối dạng rắn gồm có gỗ, củi, các phụ phẩm nông nghiệpnhư trấu, rơm rạ, cây ngô, bã mía, các loại vỏ, thân cây thảo mộc; năng lượng sinhkhối dạng lỏng như nhiên liệu sinh học, dạng khí như biogas

1.1.1.1 Ưu điểm năng lượng sinh khối:

- Giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu hóa thạch đa dạng hóa nguồn cung cấpnhiên liệu

- Tạo nguồn năng lượng mới cho tương lai, thúc đẩy sự phát triển ngànhcông nghiệp năng lượng nói riêng và các ngành công nghiệp khác nóichung

- Phát triển nông thôn Việt Nam một cách bền vững bằng những lợi ích củaviệc phát triển năng lượng sinh khối, tạo công ăn việc làm cho người laođộng.[1]

- Sinh khối có khả năng tái tạo

- Có thể tận dụng chất thải làm nhiên liệu Do đó nó vừa làm giảm lượng rácvừa biến chất thải thành sản phẩm hữu ích.

- Đốt sinh khối cũng thải ra CO2 cân bằng lượng CO2 thải vào khí quyển nhờtrồng cây xanh hấp thụ chúng Vì vậy, sinh khối lại được tái tạo thay thếcho sinh khối đã sử dụng nên cuối cùng không làm tăng CO2 trong khíquyển.[2]

- Phát triển năng lượng sinh khối làm giảm sự thay đổi khí hậu bất lợi, giảmhiện tượng mưa axit, giảm sức ép về bãi chôn lấp v v

- Như vậy, phát triển năng lượng sinh khối luôn có lợi ích cụ thể về kinh tế

và môi trường

1.1.1.2 Nhược điểm năng lượng sinh khối:

Khác với năng lượng hóa thạch, năng lượng sinh khối chỉ góp phần xử lý lượng thải vìchúng tận dụng các nguồn chất thải để tạo năng lượng, nên công nghệ này cũng có nhữngnhược điểm riêng:

- Việc đốt sinh khối theo công nghệ cũ sinh ra các hạt bụi lơ lửng gây ônhiễm không khí.[1]

- Công nghệ và chi phí đắt hơn so với thiết bị sử dụng nhiên liệu hóa thạch

- Nếu tập trung vào nguồn sinh khối gỗ thì gây tác động tiêu cực đến môitrường (phá rừng, xói mòn đất, sa mạc hóa, và những hậu quả nghiêm trọngkhác)

- Ở Việt Nam hiện nay vấn đề nghiên cứu năng lượng sinh khối chưa đượctập trung hiệu quả nên công nghệ còn cũ và chưa được cải tiến, gây nên vấn

đề ô nhiễm môi trường không khí

1.1.2 Ứng dụng của năng lượng sinh khối.

- Dùng để đốt, sưởi ấm, nấu chín thức ăn, đun nước, tạo hơi, phát sáng …

- Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng để cungcấp trong các xe hơi, máy cơ khí (trong đó có các máy phát điện diesel), và

thậm chí trong các bộ phận sản xuất công nghiệp Ba dạng nhiên liệu phổbiến sản xuất từ sinh khối là methanol, ethanol, và biodiesel.[1] Methanoldùng làm tác chất chống đông hoặc được sử dụng trong quá trình sản xuấtmột số hóa chất khác, như formaldehyde Ethanol và bioesel có thể đượctrộn lẫn với hoặc được dùng thay thế trực tiếp cho các dạng nhiên liệu từnhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu diesel ngoài ra còn làm giảm các chấtkhí thải độc hại.

- Các công nghệ phổ biến nhất chuyển sinh khối thành điện năng hiện nay:đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường, nhiệt phân, đốt kết hợpcofiring, khí hóa, tiêu yếm khí, sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác.[1]

Ứng dụng chúng tôi nói tới trong bài này đó là điện sinh khối:

- Điện sinh khối là điện năng được phát ra do quá trình dùng sinh khối làmnhiên liệu đốt Đây là dạng năng lượng tái tạo Hiện nay trên thế giới có sáu

hệ thống điện sinh học lớn, bao gồm: Đốt sinh khối trực tiếp, khí hóa, tiêuhóa kỵ khí, nhiệt phân và hệ thống điện sinh học nhỏ.[1] Trong đó hệ thốngkhí hóa là được ứng dụng nhiều nhất

- Trên thế giới đang phải đối mặt với nguy cơ khủng hoảng năng lượng, ônhiễm môi trường và biến đổi khí hậu Để tránh hiện tượng trên thì phải tìm

ra được nguồn năng lượng thay thế, giảm tốc độ khai thác nguồn tài nguyênquá mức Việt Nam trong tương lai cần xây dựng giải pháp thay thế từngphần năng lượng hóa thạch, trong đó cần quan tâm tới năng lượng tái tạo vàthay thế, nổi lên trong đó là nguồn năng lượng điện được tạo ra từ quá trìnhsinh khối

1.1.3 Khí hóa sinh khối.

Khí hóa là việc chuyển đổi sinh khối thành một hỗn hợp khí dễ cháy bởi quátrình oxy hóa một phần sinh khối ở nhiệt độ cao, thường trong khoảng 800-900°Ctạo ra các khí dễ cháy bao gồm CO, H2 và một lượng nhỏ CH4.[3] Các quá trình khíhóa có thể là trực tiếp (sử dụng không khí hoặc ôxy để tạo ra nhiệt thông qua phản

ứng tỏa nhiệt) hoặc gián tiếp (truyền nhiệt sang các lò phản ứng từ bên ngoài) Khí

có thể được đốt cháy để tạo ra nhiệt hoặc điện công nghiệp hoặc khu dân cư, đểchạy động cơ cho sức mạnh cơ khí hoặc điện, hoặc để làm nhiên liệu tổng hợp

Có ba loại lò phản ứng cố định: updraft, downdraft và crossdraft.[3] Mỗi loại lòphản ứng sản xuất một tỷ lệ khác nhau các loại khí ở nhiệt độ khác nhau và với mộtmức độ thân thiện môi trường khác nhau Đặc điểm từng loại lò phản ứng chúng tôi

ở vùng nông thôn với quy mô nhỏ

Bảng 1.1 – So sánh lượng điện từ các nguồn trên thế giới.[2]

Tổng cộng công suất điện từ năng

Các nhà máy điện sinh khối trên thế giới: Nhà máy điện sinh khối Alholmens, PhầnLan công suất 240 MW điện cộng với 160 MW nhiệt Mỹ là nước sản xuất điện sinh khốilớn nhất thế giới, có hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗinăm Những nhà máy này sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụnông nghiệp, cành lá từ các vườn cây ăn quả Năng lượng sinh khối chiếm 4% tổngnăng lượng được tiêu thụ ở Mỹ và 45% năng lượng tái sinh

Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối từ năm 2003 vàhiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển các đô thị sinh khối (biomass town).Đến đầu năm 2011, Nhật Bản đã có 286 đô thị sinh khối trải dài khắp đất nước.

Tại Hàn Quốc, năng lượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đấtnước này với mục tiêu đến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng

từ sinh khối sẽ đạt 7,12%

Còn ở Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo (2005) và hiện nay đã có hơn 80 nhàmáy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm năng là có thểđạt được 30GW (30 tỷ W) điện từ loại hình năng lượng này Các nhà máy điện sinh khốithường có công suất bé dưới 10MW

Tuy nhiên cũng có nhiều nhà máy điện sinh khối công suất lớn trên thế giới như:

- Nhà máy điện sinh khối COLMAC ở Mecca, California, Mỹ công suất 47MW

- Nhà máy điện Teesdies vương quốc Anh, công suất 295 MW được xâydựng và dự kiến bắt đầu hoạt động thương mại vào cuối năm 2014

- Nhà máy điện sinh khối chuyên dụng Alholmens (Phần Lan), công suất 240

MW điện cộng với 160 MW nhiệt

- Nhà máy điện sinh khối công suất 50MW ở California, sử dụng phụ phẩm

gỗ từ các nhà máy cưa lân cận

- Nhà máy điện sinh khối công suất 44 MW tại Steven's Croft ở Scotland

1.2.2 Trong nước.

Ðất nước ta có điều kiện tự nhiên thuận lợi như nóng ẩm, mưa nhiều, đất đai phìnhiêu…nên sinh khối phát triển rất nhanh Do vậy, nguồn phụ phẩm từ nông, lâmnghiệp phong phú, liên tục gia tăng Tuy nhiên, nguồn phụ phẩm đó lại đang bị coi

là rác thải tự nhiên, đang bị lãng phí, nguy hiểm hơn lại trở thành nguyên nhân gây ônhiễm môi trường như tình trạng đốt rừng, rơm rạ, mùn cưa ở miền Bắc hoặc đổtrấu xuống sông, kênh rạch ở Ðồng bằng sông Cửu Long…Tiềm năng về nănglượng sinh khối của Việt Nam được đánh giá là rất đa dạng và có trữ lượng khá lớn Năng lượng sinh khối nằm trong chu trình tuần hoàn ngắn, khả năng tái tạo tốt.Tận dụng được nguồn nhiên liệu này sẽ đồng thời cung cấp năng lượng cho pháttriển kinh tế và đảm bảo bảo vệ môi trường.

Bảng 1.2 - Tiềm năng năng lượng sinh khối từ gỗ.[2]

Cây công nghiệp

Bảng 1.3 - Tiềm năng năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp.[2]

Từ bảng 1.2 và 1.3 cho thấy tiềm năng sinh khối ở Việt Nam là rất lớn, trong đónguồn rơm rạ là nguồn ưu việt nhất vì nước ta có truyền thống lúa nước, nên nguồnnày sẽ đáp ứng yêu cầu cao cho các nhà máy sản suất điện sinh khối.

Lĩnh vực nghiên cứu về khí hóa trong nước còn nhiều hạn chế: giới hạn trongphạm vi hẹp (làm bếp tại nhà), làm máy phát điện công suất nhỏ chưa thể hoàn toàn

áp dụng với quy mô lớn Tuy nhiên khí hóa sinh khối để sản xuất điện rất có triểnvọng trong tương lai vì giá thành của năng lượng sinh khối luôn rẻ hơn các loạinhiên liệu khác, ví dụ: sử dụng 2-4kg chất thải sinh khối tương đương 1kg than,trong đó giá 1kg chất thải sinh khối chỉ khoảng 5-10% giá 1kg than Nếu sản xuấtđiện năng từ sinh khối thì giá thành điện cũng giảm từ 10-30% so với nguồn nguyênliệu hóa thạch

Một số nhà máy điện Sinh khối tại Việt Nam:

- Dự án xây dựng nhà máy điện sinh học Sinh khối tại khu Rừng Xanh, thịtrấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ đã được cấp giấy chứngnhận đầu tư với tổng mức đầu tư 1.160 tỷ đồng, công suất 40MW, dự kiếnđến năm 2018 nhà máy sẽ hoàn thành và đi vào hoạt động với sản lượngđiện là 331,5 triệu KWh/năm

- Tập đoàn tập đoàn Doosan (Hàn Quốc) đã chuẩn bị thủ tục để đầu tư xâydựng nhà máy nhiệt điện sinh khối tại khu công nghiệp Minh Hưng - HànQuốc (huyện Chơn Thành) có công suất thiết kế 19 MW, cung cấp hơinước 70m3/h Dự án có vốn đầu tư 70 triệu USD Nguyên liệu thô cung cấpcho nhà máy hoạt động chủ yếu từ thực vật ngành nông - lâm nghiệp Tậpđoàn sẽ hoàn tất thủ tục pháp lý và dự án có thể hoàn thành vào năm 2015

- Nhà máy nhiệt điện đốt trấu tại KCN Trà Nóc 2 TP Cần Thơ do Công ty

Cổ phần Nhiệt điện Đình Hải đầu tư, đã hoàn thành và đưa vào hoạt độnggiai đoạn 1 với công suất 20 tấn hơi/giờ Nhà máy có công suất phát điện

2MW khi nhà máy vận hành ở chế độ không sản xuất hơi nước Giai đoạn 2

sẽ đầu tư turbine 3,7MW cấp điện lên lưới quốc gia

Việt Nam có tiềm năng to lớn để phát triển điện sinh khối cả trong hiện tại vàtương lai Tuy nhiên, số các dự án năng lượng tái tạo đi vào hoạt động tính đến thờiđiểm này vẫn còn quá ít và chỉ có vài dự án là điện sinh khối nối lưới, việc đầu tưmang nặng tính tự phát, thiếu quy hoạch tổng thể và chưa tương xứng với tiềm nănghiện có của quốc gia

1.3 Phản ứng hóa học.

Tùy vào mục đích, điều kiện khí hóa và nguyên liệu sử dụng, các phản ứng hóa họccủa khí hóa sinh khối được tiến triển đến mức độ khác nhau gồm 4 giai đoạn: làm khô(200 – 500oC), nhiệt phân (500 – 700oC), đốt cháy (1000 – 1400oC), sinh khí ( nhiệt độgiảm từ 1500- 400oC)

Bảng 1.4: Các phản ứng hóa học chính.[2]

Giai đoạn

khí hóa Phương trình phản ứng

Loại phản ứng

Nhiệt phản ứng KJ/KmolLàm khô CxHyOz.nH2O  CxHyOz + nH2O Đề hiđrô hóa <0

+ 283,0002CO + O2  2CO2

Oxy hóa hoàn toàn

+ 393,790

CxHyOz  CO2 + H2O Oxy hóa hoàn

Sinh khí

C + H2O  CO + H2

Oxy hóa khử sinh khí hóa -131,400

+ 74,900

1.4 Xúc tác trong quá trình khí hóa.

Tác dụng chính của xúc tác:[7]

- Lấy phần nhựa (tar) khỏi sản phẩm khí Bởi vì loại bỏ tar và hàm lượngmethane có thể làm tăng hiệu quả kinh tế cho quá trình khí hóa Đặc biệtkhi yêu cầu của sản phẩm khí ra hoặc thiết bị khí hóa không cho phép phầnnhựa (tar) tồn tại

- Giảm tối thiểu lượng Methane (CH4) trong Syngas

Khi sản phẩm khí qua hạt xúc tác, phần rắn (tar) hoặc hydrocarbon ngưng tụ có thểđược giữ lại trên bề mặt xúc tác, quá trình được diễn ra trên bề mặt hơi vào hoặc tại phảnứng tạo CO2, như vậy sản phẩm khí có thêm lượng CO và H2.

Xúc tác cho quá trình khí hóa phải đạt được những tiêu chuẩn sau:

- Xúc tác phải hiệu quả cho việc loại bỏ tar

- Nếu sản phẩm mong muốn là Syngas, xúc tác phải có khả năng chuyển hóamethane

- Xúc tác phải cũng cấp tỉ số Syngas phù hợp

- Xúc tác phải có khả năng chống lại sự mất hoạt tính do sự cáu bẩn củacarbon

- Xúc tác phải dễ dàng tái sinh

- Xúc tác phải có hoạt tính cao

- Xúc tác phải rẻ, dễ tìm kiếm

Xúc tác được sử dụng trong biomass được chia làm 2 cách phụ thuộc vào vị trí thiết bịphản ứng xúc tác so với thiết bị khí hóa trong quá trình khí hóa Nhóm thứ nhất xúc tácđược thêm trực tiếp vào biomass trước khi quá trình khí hóa xảy ra Sự thêm này có thểthực hiện bằng cách tẩm ước hoặc trộn khô xúc tác với nó Mục đích chủ yếu của nhómnày là giảm hàm lượng tar và cũng chuyển hóa một ít methane và HC trong khí sảnphẩm Chúng thường không thể tái sinh và rẻ Nhóm thứ hai là xúc tác được đặt trong

thiết bị thứ reforming sau quá trình khí hóa Phụ thuộc vào thiết bị khí hóa, chúng có thểhoạt động dưới nhiều điều kiện khác nhau Xúc tác này hoạt tính cho reforming HC vàmethane

Xúc tác trong quá trình này bao gồm 3 loại:[7]

- Dolomite (CaCO3.MgCO3): Xúc tác dolomite dùng trong quá trình khí hóa biomass

đã được sử dụng rộng rãi bởi vì nó rẻ tiền, có thể giảm lượng đáng kể hàm lượng tartrong sản phẩm khí từ quá trình khí hóa

- Xúc tác Alkali kim loại và các kim loại khác (K2CO3 hoặc Na2CO3): Xúc tác kim loạikiềm cho phản ứng tách tar và nâng cấp sản phẩm khí cũng đã được nghiên cứu bởi một

số nhóm nghiên cứu

- Niken ở 780oC

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối.

1.5.1 Ảnh hưởng của áp suất

Quá trình khí hóa xảy ra ở áp suất nhất định Tùy theo nguyên liệu và mục đích sảnphẩm khí khác nhau mà ta chọn áp suất khác nhau Thực tế khoảng 10 - 100bar Quá thấpthì không đủ điều kiện khí hóa Quá cao thì không cần thiết vì làm tăng chi phí thiết bị

1.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Nhiệt độ của quá trình hóa khí nhìn chung được lựa chọn trên cơ sở của trạng thái tro(trạng thái dưới điểm mềm của tro và trên điểm nóng chảy của xỉ).[2] Điểm nóng chảy củatro rất cao mà quá trình khí hóa ở nhiệt độ quá cao sẽ làm tăng lượng oxy tiêu thụ của quátrình và sẽ giảm hiệu suất của quá trình hóa khí

Các quá trình hóa khí hiện đại đều hoạt động ở áp suất 30bar và nhiệt độ trên 1300oC

Ở điều kiện như vậy có tác dụng làm tăng giá trị sản xuất khí tổng hợp và làm giảm thànhphần methane Đồng thời để hóa khí thuận lợi hơn người ta còn sử dụng thêm chất xúctác trong quá trình phản ứng

1.5.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu

Các loại nguyên liệu có độ ẩm cao như củi gỗ, mía, ngô, than bùn thường phải thựchiện sấy sơ bộ để tách ẩm Nếu độ ẩm của nguyên liệu quá cao thì chẳng những tiêu tốn

nhiệt vào quá trình bốc hơi ẩm và đốt nóng hơi ẩm đến nhiệt độ khí mà còn làm giảmchất lượng khí Về mặt công nghệ khí hóa người ta lại phải tổ chức lớp nguyên liệu cóchiều cao thích hợp hoặc thay đổi chế độ khí hóa.[2] Đó cũng là nguyên nhân làm tăng giáthành cho một đơn vị nhiên liệu chuẩn.

1.5.4 Ảnh hưởng của nhựa.

Hàm lượng nhựa sau khi khí hóa sinh khối có hàm lượng khá cao và có thể đạt tới 7 ÷8% nếu ta khí hóa củi gỗ, bạch đàn, than non, than bùn… Nhựa có thể tồn tại ở dạnglỏng hoặc hơi và ảnh hưởng tới chất lượng khí với mức độ khác nhau

Nhiệt sinh của nhựa khá cao (tới 31400kJ/kg), vì vậy nếu nó nằm ở dạng hơi thì chấtlượng khí tăng lên nhiều.[1]

Nhựa ở dạng lỏng (do độ ẩm nguyên liệu hoặc chiều cao lớp nguyên liệu tổ chứckhông hợp lý) làm kết dính các lớp nguyên liệu, cản trở sự lưu thông khí và sự lưu thôngdòng nguyên liệu Nếu nhựa tách ra trên đường dẫn khí hoặc ở vị trí các van trên đườngdẫn sẽ gây tắc tai các vị trí trên đường dẫn Để khắc phục điều đó khi bố trí vận chuyểnkhí đi tới nơi sử dụng hoặc két chứa, người ta phải dùng thiết bị đặc biệt để tách nó rakhỏi khí sinh khối (gọi là thiết bị làm sạch khí)

1.5.5 Ảnh hưởng của tro.

Hàm lượng khoáng trong nhiên liệu sau quá trình đốt cháy hoàn toàn sẽ hình thành ởdạng rắn được gọi là tro.[1] Tro được tách ra trong quá trình khí hóa được chuyển xuốngphần dưới của lò Vì nhiệt độ tại đây khá cao nên nhiệt độ tro có thể tăng lên Nếu nhiêt

độ chảy của tro xỉ thấp, nó sẽ kết thành tảng xỉ lớn cản trở quá trình khí hóa và có thể gâybịt kín một phần hay hầu hết lò khí hóa Khi hiện tượng kết tảng xỉ xảy ra, gió sẽ tậptrung vào những vùng chưa bị dính kết xỉ, nghĩa là sự phân bố gió hay tác nhân khí hóa

sẽ tập trung vào vùng này, kết quả làm cho tác nhân khí hóa vượt quá mức bình thường,

và hàm lượng CO2 và N2 của khí sẽ tăng lên Mặt khác nếu quá trình tiếp diễn lâu tại các

vị trí đó, nhiệt độ tai đây sẽ tăng nhanh bởi nhiệt tỏa ra do các phản ứng tỏa nhiệt làm chotro xỉ tiếp tục bị dính kết lại dẫn tới sự tắc lò làm ngừng quá trình khí hóa và làm chấtlượng khí giảm xuống nghiêm trọng

Để tránh sự kết dính tro xỉ, người ta phải kịp thời phát hiện và dùng các biện pháp sau

để xử lý:

- Dùng choòng phá các tảng xỉ

- Dùng các áo nước bao quanh thân lò để chống sự kết dính tro xỉ vào thànhlò

- Dùng ghi quay để phá các tảng tro xỉ tạo thành

Nếu phải khí hóa loại nhiên liệu dễ cháy, người ta có thể dùng phương pháp thải xỉdạng lỏng để tránh các hiện tượng trên

1.5.6 Ảnh hưởng của kích thước hạt sinh khối.

Kích thước nguyên liệu sinh khối có vai trò đáng kể trong quá trình khí hóa Ta biếtrằng nếu kích thước các hạt nhỏ thì tổng diện tích tiếp xúc của các hạt với tác nhân khíhóa tăng lên do đó độ hoạt tính tăng lên, tốc độ phản ứng trong quá trình khí hóa tăng.Tuy nhiên nếu kích thước hạt quá nhỏ sẽ dễ gây tắc lò làm cản trở quá trình khí hóa

Vì vậy, việc chọn kích thước hợp lý để cho quá trình khí hóa xảy ra thuận lợi cũng có

ý nghĩa quyết định nên cần xử lý nguyên liệu đầu vào bằng quá trình ép viên nguyên liệu

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

KHÍ HÓA - SINH KHỐI 2.1 Cơ sở công nghệ [2]

Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng Các côngnghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường (direct-fired orconventional steam approach), đốt kết hợp co-firing, khí hóa (sinh khối gasification), tiêuyếm khí (anaerobic digestion)…

2.1.1 Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional Steam Boiler)

Là công nghệ sử dung nguyên liệu sinh khối đem đốt trực tiếp tạo nhiệt năng Nhiệttạo ra thường được sử dụng để nấu ăn, sưởi ấm ở vùng khí hậu lạnh, ngoài ra còn tạo hơinước sử dụng cho chạy tuabin khí phát

Đây là 2 phương pháp tạo điện từ sinh khối rất phổ biến và được vận dụng ở hầu hếtcác nhà máy điện năng lượng sinh khối Cả 2 dạng hệ thống này đều đốt trực tiếp cácnguồn nguyên liệu sinh học (bioenergy-feedstock) để tạo hơi nước dùng quay turbin máyphát điện Hai phương pháp này được phân biệt ở cấu trúc bên trong buồng đốt hoặc lònung Tại hệ thống đốt trực tiếp, sinh khối được chuyển vào từ đáy buồng đốt và khôngkhí được cung cấp tại đáy bệ lò Trong khi đó, ở phương pháp lò hơi thông thường, khíđược chuyển vào lò từ phía bên trên nhưng sinh khối vẫn được tải xuống phía dưới đáy

lò Các hệ thống đốt trực tiếp truyền thống là hệ thống pile (sử dụng lò đốt song hành two-chamber combustion chamber) hoặc lò hơi stoker Khí nóng sau đó được chuyển quaturbine và quay cánh turbine, vận hành rotor máy phát điện

-Khi được sử dụng để đốt trực tiếp, sinh khối phải được hun khô, cắt thành mảnh vụn,

và ép thành bánh than (hay còn gọi là briquetting)

Trang 14Nguyên liệu sinh khối

Đồ án chuyên nghành GVHD: TS.Đặng Thị Hà

Hình 2.1 - Quy trình chung của công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi.[2]

Một khi quá trình chuẩn bị được hoàn tất, sinh khối được đưa vào lò nung/lò hơi để tạonhiệt/hơi nước Nhiệt tạo ra từ quá trình đun, ngoài việc cung cấp cho turbin máy phátđiện, còn có thể được sử dụng để điều nhiệt nhà máy và các công trình xây dựng khác,tức là để khai thác tối đa hiệu suất Nhà máy dạng này còn được gọi là nhà máy liên hợpnhiệt - năng lượng (Combined Heat Power – CHP), tức là tận dụng lẫn nhiệt và hơi nước

để khai thác tối đa tiềm năng năng lượng được tạo ra, tránh lãng phí năng lượng

2.1.2 Phương pháp đốt liên kết – đồng đốt Cofiring.

Đốt liên kết, kết hợp sinh khối hay đồng đốt là các khái niệm khác nhau dựa trên cơ sở

sử dụng tích hợp tốt nhất sinh khối vào hệ thống năng lượng dựa trên nhiên liệu hóathạch

Trong quá trình đốt liên kết, sinh khối được trộn một phần vào nguyên liệu cho nhàmáy than thông thường Trong quá trình này, sinh khối có thể chiếm tỷ lệ 1% -15% tổng