Ngiên cứu hệ thống khí hóa biomass nhằm nâng cao năng suất và khả năng vận hành của thiết bị

- Nghiên cứu, k thừa công nghệ khí hóa nhiên liệu biomass trên th giới... Parker công b thành công trong việc ch y xe từ nhiên liệu hóa khí.. Đây là ph ơng trình cân bằng n ng đ của khí

Trang Quy t đ nh giao đề tài

δý l ch cá nhân i

δ i cam đoan ii

δ i c m ơn iii

Tóm tắt iv

ε c l c vi

Danh sách các hình x

Danh sách các b ng xi

Ch ngă1ăT NGăQUAN 1

1.1 T ngăquanăchungăv ălĩnhăv cănghiênăc u 1

1.2 Tìnhăhìnhănghiênăc uătrongăn căvƠătrênăth ăgi i 2

1.2.1 Trên th giới 2

1.2.2 Việt Nam 3

1.3 Nhi măv ănghiênăc uăvƠăph măviănghiênăc u 3

1.3.1 Nhiệm v nghiên cứu 3

1.3.2 Ph m vi nghiên cứu 4

1.4 M cătiêuănghiênăc u,ăđ iăt ngănghiênăc u 4

1.4.1 ε c tiêu nghiên cứu 4

1.4.2 Đ i t ng nghiên cứu 4

1.5 Ph ngăphápănghiênăc u 4

Ch ngă2ăC ăS ăLụăTHUY T 6

2.1 Tìm hi u v nĕngăl ng sinh kh i 6

2.2 L chăsửăhìnhăthƠnhăh căthuy tăkhíăhóaăbiomass 7

2.3 ệchăl iăt ănĕngăl ngăsinhăkh i 8

2.3.1 δ i ích kinh t 8

δ i ích môi tr ng 9

2.6 Nh ngăvùngăcôngăngh ăvƠănh ngăph nă ngăhóaăh c 10

2.6.1 Vùng s y (drying zone) 12

2.6.2 Vùng nhiệt phân (pyrolysis zone) 12

2.6.3 Vùng cháy (combustion zone) 13

2.6.4 Vùng ph n ứng khí hóa (reduction zone) 13

2.7 Phơnălo iăthi tăb ăkhíăhóa 15

2.7.1 Thi t b khí hóa ki u c đ nh 16

2.7.2 Ki u thi t b khí hóa t ng sôi (fluidized bed gasifiers) 19

2.8 Nh ngăđặcătínhăc aănhiênăli uăkhíăhóa 20

2.8.1 Năng l ng tích trữ và kích th ớc của nhiên liệu 20

2.8.2 Đ m 20

2.8.3 ψ i b n 21

2.8.4 Thành ph n hắc ín 21

2.8.5 Những đặc tính của tro và sỉ 22

2.9 Nh ngăđặcătínhăc aăs năphẩmăgas 23

2.9.1 Thành ph n và n ng đ 23

2.9.2 Nhiệt đ s n ph m gas 23

2.9.3 ε t s y u t nh h ng đ n năng su t gas 24

2.10 H s không khí th a 26

2.10.1 Đi m cháy hoàn toàn (ω) 27

2.10.2 Đi m khí hóa (G) 27

2.10.3 Đi m nhiệt phân (P) 28

2.10.4 Vùng nhiệt phân khí hóa (vùng FP) 28

2.11 V năt căb ămặtăc aădòngăkhíătrongăh ăth ngăkhíăhóa 28

Ch ngă3ăTệNHăTOỄNăTHI TăK ăH ăTH NG 30

3.1 Yêuăcầu 30

3.2 Tínhătoánăcácăthôngăs ăc aăquáătrìnhăkhíăhóa 30

3.2.3 Kh i l ng không khí c n thi t đ khí hóa cho 1kg tr u 31

3.2.4 Nhiệt tr th p của tr u: 31

3.2.5 Nhiệt tr cao của tr u: 31

3.3 Tínhăk tăc uăc aăh ăth ngăkhíăhóa 32

3.3.1 Kh i l ng tr u c p trong 1h 32

3.3.2 ωhiều cao của lò ph n ứng 32

3.3.3 Đ ng kính bu ng ph n ứng 33

3.3.4 Th tích không khí c n thi t cho quá trình khí hóa 33

3.3.5 T c đ r ng của dòng khí 33

3.3.6 Vận t c của gas ra kh i bu ng ph n ứng 34

3.4 Tínhătoánăch năcácăthi tăb ăph : 35

3.4.1 ωh n qu t c p m t c p không khí 35

3.4.2 Tính toán ch n qu t hút gas 38

3.4.3 ωh n bơm c p n ớc 43

3.4.4 Tính toán ch n vít t i tr u và t i tro 44

3.4.5 Tính ch n phi u c p tr u 45

3.4.6 Tính toán xyclone 45

3.4.7 Tính toán ch n thi t b tách hắc ín 46

Ch ngă4ăMỌăHỊNHăTH CăNGHI M 48

4.1 Môăhìnhăthíănghi m 48

4.1.1 Giới thiệu 48

4.1.2 Qui trình vận hành 49

4.1.3 ε t s l i th ng gặp, lý do và cách xử lý 51

4.2 K tăqu ăthíănghi m 53

4.2.1 ωác thông s đ u vào kh o sát 53

4.2.2 nh h ng của vận t c khí trong bu ng đ t 54

4.2.3 nh h ng của đ m tr u 55

4.3.1 Những k t qu đ t đ c và h ớng phát tri n của đề tài 59 4.3.2 Những h n ch và ki m ngh 59

TÀIăLI UăTHAMăKH O 61

HÌNH Trang

Hình 2.1: Quá trình khí hóa biomass 10

Hình 2.2: Sự chuy n đ i sinh kh i thành s n ph m gas 11

Hình 2.3: S n ph m quá trình nhiệt phân 13

Hình 2.4: Nhiệt phân nhiên liệu chứa nhiều cacbon 14

Hình 2.5: Sự khí hóa than 14

Hình 2.6: Nguyên lý hệ th ng up-draft 16

Hình 2.7: Nguyên lý hệ th ng down-draft 17

Hình 2.8: Nguyên lý hệ th ng cross-draft 18

Hình 2.9: S ơ đ nguyên lý hệ th ng khí hóa ki u t ng sôi 19

Hình 2.10: nh h ng của nhiệt đ nhiệt phân tới năng su t gas 24

Hình 2.11: nh h ng của kích th ớc ph n tử nhiên liệu tới năng su t gas 25

Hình 2.12: nh h ng của t c đ gia nhiệt tới năng su t gas 25

Hình 2.13: nh h ng của th i gian l u trú tới năng su t gas 26

Hình 2.14: Sơ đ hệ th ng không khí thừa 27

Hình 4.1: Sơ đ nguyên lý 48

Hình 4.2: Hình nh t ng quan mô hình 49

Hình 4.3: ε t s hình nh thí nghiệm 51

Ch ngă1

1.1 T ngăquanăchungăv ălĩnhăv cănghiênăc u

Trong th i kỳ công nghiệp hóa, hiện đ i hóa hiện nay, m t trong những y u t

có t m quan tr ng đặc biệt đó là đ m b o ngu n năng l ng Trong khi ngu n

nguyên liệu hóa th ch ngày càng c n kệt, v n đề ô nhi m môi tr ng do khí đ t

đang là m t vẫn n n của toàn nhân lo i Đứng tr ớc tình hình đó, c n ph i nhanh

chóng đ a ra các gi i pháp trong việc sử d ng năng l ng nói chung và đặc biệt

trong việc sử d ng nhiên liệu đ t nói riêng Thực t ngu n năng l ng từ ph th i

của thiên nhiên r t phong phú, tuy nhiên cho đ n nay con ng i vẫn còn sử d ng

d ới d ng thô là chủ y u nên hiệu qu sử d ng còn r t th p

Theo dự báo của T chức năng l ng th giới, với t c đ gia tăng mức khai thác

năng l ng nh hiện nay, đ n cu i th kỷ này, ngu n than đá của th giới s tr

thành r t khan hi m, các m d u và khí đ t s c n kiệt trong vòng từ 40 đ n 60 năm

tới Việc gia tăng mức đ sử d ng năng l ng luôn luôn kèm theo nguy cơ gây ô

nhi m môi tr ng t i khu vực ho t đ ng năng l ng đ ng th i làm suy gi m ch t

l ng môi tr ng toàn c u Trong khi đó, quá trình cháy nhiên liệu nói riêng và

ho t đ ng năng l ng nói chung là những nhân t chủ y u gây ô nhi m môi tr ng

Sinh kh i (biomass) là các ph ph m từ nông nghiệp, lâm nghiệp nh : tr u, mùn

c a, bã mía, rơm r , cùi bắp, lá khôầ hay gi y, báo, g v n từ các bưi chôn l p,

phân từ các tr i chăn nuôi gia súc và gia c mầ Nhiên liệu sinh kh i có th d ng

rắn, l ng, khí đ c đ t đ phóng thích năng l ng

Nhiên liệu sinh kh i khi đ t cháy hoàn toàn cho ra các s n ph m nói chung đều

chứa N2, hơi n ớc, ωO2 và O2thừa Khí hóa biomass là quá trình đ t y m khí nhiên

liệu Trong khí hóa, quá trình cháy là m t sự c p d nguyên liệu, hay nói cách khác

là việc c p thi u O2 Đó là sự cháy không hoàn toàn, s n ph m khí đ t thu đ c là

h n h p của những lo i khí nh ωO, H2, m t ít khí mê tan ωH4 là các khí d cháy

1.2 Tìnhăhìnhănghiênăc uătrongăn căvƠătrênăth ăgi i

su t từ 10 – 250 kW Ngoài ra, h đư bắt đ u s n xu t lò khí hóa cho các ứng d ng

sử d ng nhiệt trực ti p ωác s n ph m của h chủ y u là đ cung c p nhiên liệu và truyền đ ng cho máy bơm thủy l i và các c m máy phát điện ωho tới năm 2009 đư

có kho ng 1.000 thi t b khí hóa đư đ c lắp đặt t i Philippin dùng nhiên liệu là than, g v n và than bánh

ψrazil cũng là m t n ớc đư tri n khai ch ơng trình s n xu t thi t b khí hóa công su t lớn kho ng 650 thi t b và công trình lớn nh khác nhau đư đ c lắp đặt ψrazil

ωhâu Âu cũng có nhiều nhà s n xu t thi t b khí hóa, đặc biệt là Th y Đi n, Pháp, Tây Đức và Hà δan Th tr ng chủ y u của các nhà s n xu t này là các n ớc đang phát tri n

Theo Gross, t i khu vực Hoa Kỳ và ψắc εỹ, các ch ơng trình ho t đ ng về nghiên cứu khí hóa tập trung t i Đ i h c ωalifonia và Đ i h c Florida Gainesville Nhiều hệ th ng công su t kho ng 10 - 100 kW đư đ c phát tri n từ Đ i h c ωalifonia εỹ cũng đang dẫn đ u th giới trong lĩnh vực ứng d ng khí hóa l y nhiệt trực ti p

H u h t các lò khí hóa công su t trên 100 kW đ c các nhà máy s n xu t bán với giá kho ng từ 380 USD/kW cho c hệ th ng và kho ng 150 USD/kW n u chỉ mua riêng lò hóa khí [15] ωòn đ i với các hệ th ng quy mô nh thì tỷ lệ giá r t cao

Ví d đ i với hệ th ng hóa khí công su t 10kW, giá 1kW là 840 USD n u mua c

hệ th ng và 350 USD n u chỉ mua riêng lò khí hóa

1.2.2 Việt Nam

Việt Nam, công nghệ khí hóa từ nhiên liệu sinh kh i đư có mặt từ những năm

tr ớc 1975, đặc biệt trong hơn 10 năm đ t n ớc vừa gi i phóng vì c n ớc khan

hi n xăng d u Trong th i gian này h u h t trên các tuy n đ ng giao thông, các xe

t i ch khách đư ứng d ng công nghệ khí hóa từ than củi (đây là lo i nhiên liệu

đ c đánh giá có nhiều u đi m nh t khi ứng d ng công nghệ khí hóa) đ làm nhiên liệu cho các đ ng cơ xe c i biên từ đ ng cơ xăng Do kỹ thuật khí hóa còn sơ sài, đặc biệt là công nghệ l c và xử lý khí gas còn r t thô sơ, nên chỉ sau m t th i gian ngắn các đ ng cơ b h ng hóc, các lái xe th ng xuyên ph i làm l i máy, làm phát sinh chi phí b o d ỡng sửa chữa đ ng cơ, cao hơn so với chi phí sử d ng nhiên liệu

d u m Do vậy, công nghệ khí hóa sử d ng cho xe hơi và xe t i ch m dứt vào những năm 1991 - 1994

ωông nghệ khí hóa từ tr u cũng đư có m t s tác gi nghiên cứu và đ a ra m t

s mô hình bu ng đ t, tuy nhiên các mô hình bu ng đ t mới chỉ d ng đ t theo

mẻ, công su t bé

Tháng 3/2010, ωông ty ω ph n Vina Silic công b k t qu thử nghiệm lo i b p gas đun bằng viên tr u nén và than đá Tuy nhiên b p sử d ng nhiên liệu là tr u đư nén thành viên và cũng chỉ đ t d ới d ng mẻ [9]

Giữa năm 2010 ωông ty TNHH g m sứ Tân εai – Sa Đéc (Đ ng Tháp) đư nhập

từ n Đ m t hệ th ng khí hóa từ v tr u có công su t từ 80 ÷ 100 kg tr u/gi Hệ

th ng ho t đ ng khá n đ nh Tuy nhiên với giá thành kho ng 1,8 tỉ đ ng / hệ th ng

là quá cao, ch a th ứng d ng r ng rưi cho các lò g ch thủ công hiện nay [9]

1.3 Nhi măv ănghiênăc uăvƠăph măviănghiênăc u

1.3.1 Nhiệm v nghiên cứu

- Nghiên cứu t ng quan về công nghệ khí hóa biomass, cơ s lý thuy t và đặc

đi m của các ki u công nghệ

- Tìm hi u về công nghệ khí hóa biomass hiện nay Việt Nam và trên th giới

- Tính toán thi t k ch t o mô hình hệ th ng thực nghiệm

- Thực nghiệm, đo đ c, đánh giá k t qu

- Quy trình vận hành hệ th ng

1.3.2 Ph m vi nghiên cứu

- Thí nghiệm trên mô hình với nguyên liệu đ c lựa ch n là v tr u

- Thông qua nhiệt l ng thu đ c đánh giá sự nh h ng của vận t c khí trong

bu ng đ t và đ m của tr u đ n quá trình ho t đ ng của hệ th ng

- Kh o sát sự phân b nhiệt đ trong lò ph n ứng

1.4 M cătiêuănghiênăc u, đ iăt ngănghiênăc u

1.4.1 ε c tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu đ a ra gi i pháp sử d ng hiệu qu ph ph m nông nghiệp biomass (tr u) đ s n xu t năng l ng

- Nghiên cứu hệ th ng khí hóa biomass nhằm tìm hi u b n ch t của quá trình khí hóa

- Đánh giá các y u t nh h ng đ n quá trình khí hóa biomass, từ đó có

h ớng tìm gi i pháp nâng cao năng su t và kh năng vận hành của thi t b

- Gi i quy t các v n đề ô nhi m môi tr ng khi sử d ng trực ti p ngu n nhiên liệu biomass

- Gi i quy t các v n đề về ngu n nhiên liệu hóa th ch đang c n kiệt

1.4.2 Đ i t ng nghiên cứu

- Hệ th ng khí hóa biomass

1.5 Ph ngăphápănghiênăc u

- Nghiên cứu, k thừa công nghệ khí hóa nhiên liệu biomass trên th giới

- Thực nghiệm, đo đ c, đánh giá các thông s đo đ c trên hệ th ng, từ đó từng

b ớc hoàn thiện, nâng cao hiệu su t hệ th ng

Ch ngă2

C ăS ăLụăTHUY T

2.1 Tìm hi u v nĕngăl ng sinh kh i

Năng l ng sinh kh i (biomass) là ngu n năng l ng c x a nh t đư đ c con

ng i sử d ng khi tìm ra lửa và bắt đ u bi t n u chín thức ăn và s i m Đây là

ngu n năng l ng vô tận và d ki m (g n nh có th nói nơi nào có ng i s ng là

nơi đó có biomass) ωủi là ngu n năng l ng chính cho tới đ u th kỷ 20 khi nhiên

liệu hóa th ch đ c tìm th y

Hiện nay trên quy mô toàn c u, sinh kh i là ngu n năng l ng lớn thứ t , chi m

tới 14% ÷ 15% t ng năng l ng tiêu th của th giới các n ớc đang phát tri n,

sinh kh i th ng là ngu n năng l ng lớn nh t, trung bình đóng góp kho ng 35%

trong t ng cung c p năng l ng Vì vậy năng l ng sinh kh i giữ m t vai trò quan

tr ng trong các đề án về năng l ng đ c so n th o b i nhiều t chức qu c t và có

kh năng s giữ vai trò s ng còn trong việc đáp ứng nhu c u năng l ng của th

giới trong t ơng lai

Trong những năm g n đây sự chú ý tới các công nghệ về năng l ng sinh kh i

nói riêng và năng l ng tái t o nói chung đư tăng m nh trên toàn c u đ thay th các

ngu n năng l ng hóa th ch vì hai lý do ε t là do các ngu n năng l ng hóa

th ch đang ngày càng c n kiệt d n và hai là các ngu n này gây ô nhi m môi tr ng

nghiêm tr ng Khác với các công nghệ năng l ng tái t o khác, công nghệ năng

l ng sinh kh i không chỉ thay th năng l ng hóa th ch mà nhiều khi còn góp

ph n xử lý ch t th i vì chúng tận d ng các ngu n ch t th i đ s n xu t năng l ng

Thậy vậy, ngay từ khi mới bắt đ u sinh ra và phát tri n, biomass đư bắt đ u h p th

CO2 giúp loài ng i thoát kh i n n diệt chủng của ωO2đ t o nên kho chứa cacbon

(ω) ngay trong cơ th mình, nó ngày càng lớn lên theo th i gian sinh t n và đó

chính là ngu n nhiên liệu (cacbon) đ con ng i s dùng đun n u hàng ngày Khi

đun n u, l ng ωO2do cacbon hóa (quá trình oxy hóa) th i ra cũng g n bằng hoặc ít

hơn nhiều (n u bi t cách đun n u khoa h c) chính l ng ωO mà thực vật đư thu hút

đ c trong su t th i gian sinh t n của nó ωó nghĩa là ngu n thực vật sinh kh i không hề làm tăng t ng l ng CO2 của qu đ t và việc sử d ng sinh kh i nhiên liệu cho quá trình gas hóa trong công nghệ này s không làm tăng t ng l ng CO2 của

b u khí quy n Điều quan tr ng này giúp cho chúng ta quy t tâm phát tri n năng

l ng sinh kh i và sử d ng thực vật biomass đ làm ngu n nhiên liệu s ch

Năm 1699: Dean ωlayton thu đ c khí than từ thí nghiệm nhiệt ly

Năm 1788: Robert Gardner đ c c p bằng sáng ch đ u tiên liên quan đ n việc khí hóa

Năm 1792: Xu t hiện báo cáo chứng thực đ u tiên về s n ph m khí hóa, εurdock đư dùng gas t o ra từ than đá đ thắp sáng đèn trong nhà của ông ta K từ

Năm 1812: Phát minh đ ng cơ đ u tiên sử d ng nhiên liệu từ khí hóa

Năm 1840: Thi t b khí hóa th ơng m i đ u tiên đ c sử d ng t i Pháp

Năm 1861: Siemens giới thiệu kỹ thuật lò hóa khí của h và đ c nhiều ng i quan tâm

Năm 1878: ψắt đ u sử d ng các lò hóa khí k t h p với đ ng cơ n đ phát điện Năm 1900: δò hóa khí công su t 600 Hp đ u tiên đ c tri n lưm t i Paris K

ti p các đ ng cơ công su t đ n 5.400 Hp bắt đ u đ c đ a vào sử d ng thử nghiệm

Năm 1901: J W Parker công b thành công trong việc ch y xe từ nhiên liệu hóa khí

Năm 1901 – 1920: Nhiều hệ th ng đ ng cơ sử d ng nhiên liệu hóa khí đ phát điện đư ph bi n

Những năm 1930: ψắt đ u phát tri n các ô tô nh ch y bằng gas và thi t b khí hóa cỡ nh ωhính phủ Anh và Pháp đư nhận th y các ô tô ch y bằng gas sinh ra từ than đó có th phù h p cho các thu c đ a của h , nơi mà xăng d u khan hi m nh ng

g và than củi thì l i r t d i dào; T i Th y Đi n có kho n 250.000 xe đ c đăng ký thì có tới 90% đư chuy n đ i sang d ng dùng gas G n nh t t c 20.000 máy kéo dùng gas làm nhiên liệu, 40% nhiên liệu đ c dùng là g và ph n còn l i h u h t là than đá; Đức qu c xư đ y m nh thực hiện chuy n đ i các đ ng cơ trên các xe sang

ch y bằng nhiên liệu khí hóa nh là m t ph n của k ho ch an ninh qu c gia và đ c lập với ngu n d u m nhập kh u

Sau 1945: Sau khi k t thúc ωhi n Tranh Th Giới Thứ II, với việc tìm ra nhiều ngu n xăng d u có sẵn, giá rẻ, kỹ thuật khí hóa d n m t đi v trí và t m quan tr ng của nó

Năm 1950 – 1970: Trong su t những năm này, kỹ thuật khí hóa b b quên Nhiều chính phủ ωhâu Âu đư c m th y rằng t c đ tiêu th g ngày càng nhanh s dẫn đ n n n phá rừng và các v n đề về môi tr ng

Sau 1970: Trong những năm 1970 đư có những kỹ thuật mới trong việc phát điện quy mô nh Từ đó, ng i ta đư dùng các nhiên liệu khác thay cho g và than

đá

2.3 ệchăl iăt ănĕngăl ngăsinhăkh i

2.3.1 δ i ích kinh t

Phát tri n nông thôn là m t trong những l i ích chính của việc phát tri n năng

l ng sinh kh i, t o thêm công ăn việc làm cho ng i lao đ ng (s n xu t, thu

ho ch )

Thúc đ y sự phát tri n công nghiệp năng l ng, công nghiệp s n xu t các thi t

b chuy n hóa năng l ng

Gi m sự ph thu c vào d u, than, đa d ng hóa ngu n cung c p nhiên liệu

2.3.2 δ i ích môi tr ng

Đây là m t ngu n năng l ng khá h p dẫn với nhiều ích l i to lớn cho môi

tr ng:

- Năng l ng sinh kh i có th tái sinh đ c

- Năng l ng sinh kh i tận d ng ch t th i làm nhiên liệu Do đó nó vừa làm

s ch khói, khí khá phức t p u đi m n i bật của nhà máy điện rác so với các lò đ t rác thông th ng chính là ch trong khi gi m tr ng l ng và th tích rác nh quá trình đ t, nó còn có tác d ng "tài nguyên hóa", bi n rác tr thành nhiên liệu s n xu t năng l ng, "vô h i hóa" rác Tro b i từ lò thiêu đ c phân tuy n bằng từ tính, sau

đó tr thành vật liệu phủ mặt đ ng hoặc l p l n bi n

2.4 Quá trình khí hóa biomass

Thi t b khí hóa là thi t b chuy n đ i nhiên liệu biomass thành nhiên liệu gas có

th đ t đ c [12]

Hình 2.1: Quá trình khí hóa biomass

Quá trình khí hóa là sự đ t không hoàn toàn nhiên liệu rắn Nhiên liệu sinh kh i khi đ t cháy hoàn toàn cho ra các s n ph m nói chung đều chứa N2, hơi n ớc, ωO2

và O2 thừa Tuy nhiên trong khí hóa, quá trình cháy là m t sự c p d nguyên liệu, hay nói cách khác là việc c p thi u O2 (hệ s không khí thừa trong kho ng từ 0,2-0,3) Đó là sự cháy không hoàn toàn, s n ph m khí đ t thu đ c là h n h p của những lo i khí nh ωO, H2, m t ít khí mêtan CH4 là các khí d cháy, và m t s thành ph n không có ích nh hắc ín và b i b n

2.5 Cácăph ngătrìnhăph nă ngăch ăy uătrongăquáătrìnhăkhíăhóa

Khí hóa là m t quá trình phức t p, tuy nhiên nó đ c đặc tr ng b i m t s ph n ứng sau đây [22]

Khí hóa là m t quá trình chuy n đ i nhiệt hóa t ơng đ i phức t p Việc tách riêng biệt các khu vực trong lò khí hóa là không d dàng do quá trình khí hóa x y ra

đ ng th i m i vùng trong lò Nh ng việc này l i thật sự c n thi t đ có th phân tích và hi u rõ quá trình khí hóa Thông th ng nhiên liệu ban đ u đ c tr i qua

εặc dù b n quá trình này có sự ch ng l p lên nhau m t ph n, nh ng ta có th

gi thuy t m i quá trình chi m m t vùng riêng biệt, đó có sự khác nhau cơ b n về thành ph n hóa h c và những ph n ứng nhiệt

Hình 2.2: Sự chuy n đ i sinh kh i thành s n ph m gas [20]

ωác vùng trên b trí theo chiều cao của lò ph n ứng, v trí hay thứ tự của từng vùng ph thu c vào chiều di chuy n của nhiên liệu và tác nhân oxy hóa ωác vùng này đ c phân biệt m t cách t ơng đ i nh việc đo nhiệt đ trong từng vùng Đ cao (hay đ lớn) và t m nh h ng của t ng vùng ph thu c vào thành ph n, đ m

và kích th ớc của nhiên liệu, l u l ng tác nhân khí hóa và nhiệt đ trong t ng thi t

b khí hóa

2.6.1 Vùng s y (drying zone)

Nguyên liệu biomass nhập vào thi t b khí hóa có đ m từ 5 - 35 %, khi gặp nhiệt đ cao thì m trong nhiên liệu s b bay hơi m từ quá trình bay hơi này s hòa tr n với hơi n ớc sinh ra trong quá trình oxy hóa ε t ph n trong t ng l ng hơi n ớc này s đ c hoàn nguyên l i thành hydro và ph n còn l i t o ra đ m của khí gas sinh ra

Nhiệt cung c p cho quá trình s y đ c l y từ các vùng khác trong thi t b khí hóa Hiệu qu của quá trình s y ph thu c vào nhiệt đ , t c đ và đ m của tác nhân s y, ti t diện bề mặt, b n ch t liên k t, kh năng khu ch tán m và hệ s dẫn nhiệt của nhiên liệu

ε t s axit hữu cơ đi ra ngoài trong su t quá trình s y, những axit đó có kh năng làm tăng sự ăn mòn trong những thi t b khí hóa

2.6.2 Vùng nhiệt phân (pyrolysis zone)

Nhiệt phân biomass là m t quá trình phức t p, mà không th nào ki m soát m t cách hoàn toàn đ c S n ph m nhiệt phân ph thu c vào nhiệt đ , áp su t, th i gian l u trú, và nhiệt t n th t của hệ th ng Tuy nhiên những y u t chung nh sau

có th nh h ng đ n quá trình nhiệt phân

nhiệt đ 200oω chỉ có hơi n ớc b c lên nhiệt đ giữa 200oω đ n 280o

Do đó m t nguyên nhân d dàng nhận th y, thi t b khí hóa ki u c p khí đi từ

d ới lên s n sinh ra nhiều hắc ín hơn ki u c p khí đi từ trên xu ng Trong ki u thi t

b c p khí đi từ trên xu ng hắc ín ph i đi xuyên qua miền đ t và miền ch t th i rắn, những ph n tử hắc ín đ c làm gi m xu ng bớt

Trong khi đa s nhiên liệu nh tr u và sinh kh i chứa ph n lớn s l ng hắc ín,

ki u thi t b c p khí đi từ trên xu ng đ c a chu ng hơn những ki u khác Thực t

là đa s những thi t b khí hóa th i tr ớc đây nh trong th i chi n tranh th giới II

và hiện t i bay gi vẫn a chu ng ki u c p khí đi từ trên xu ng

Hình 2.3: S n ph m quá trình nhiệt phân [20]

2.6.3 Vùng cháy (combustion zone)

Vật ch t d bắt lửa của nhiên liệu rắn th ng đ c bao g m là những ph n tử Cacbon, Hydro, và oxy ωacbon dioxid là s n ph m nhận đ c từ quá trình đ t cháy hoàn toàn nhiên liệu, và n ớc là s n ph m nhận đ c do đ t cháy hoàn toàn Hydro,

2.6.4 Vùng ph n ứng khí hóa (reduction zone)

Đây là vùng quan tr ng nh t trong quá trình khí hóa đ hình thành s n ph m khí Những s n ph m của ph n tử cháy (n ớc, ωO2, và những ph n tử không cháy

đ c t o ra từ quá trình nhiệt phân) lúc này nó đi xuyên qua lớp than nóng đ đó

Quá trình nhiệt phân x y ra khi các vật liệu chứa nhiều cacbon đ c gia nhiệt

ωh t d bay hơi đ c gi i phóng và than đ c t o ra, dẫn đ n kh i l ng vật liệu b

gi m 70% và t o thành than Quá trình này ph thu c vào tính ch t của vật liệu cacbon, c u trúc và thành ph n của các lo i than, mà sau đó s ti p t c tr i qua các

ph n ứng khí hóa

Quá trình đ t cháy x y ra khi thành ph n ch t b c và m t s thành ph n than

ph n ứng với oxy đ t o thành carbon dioxide và khí carbon monoxide, đ cung c p nhiệt cho các ph n ứng khí hoá sau này (ω) đ i diện nh là m t h p ch t hữu cơ carbon, ph n ứng cơ s đây là:

C + ½ O2→ ωO

Quá trình khí hóa x y ra khi than ph n ứng với diôxit cacbon và hơi n ớc đ

t o ra khí cacbon monoxide và khí Hydro Thông qua các ph n ứng sau đây:

C + H2O → H2 + CO

Ngoài ra, thành ph n n ớc trong gas mau chóng đ t đ n tr ng thái cân bằng và

ph n ứng ng c l i với gas t i nhiệt đ trong thi t b khí hóa Đây là ph ơng trình cân bằng n ng đ của khí carbon monoxide, hơi n ớc, carbon dioxide và hydrogen

CO + H2O ↔ ωO2 + H2

Về b n ch t, cho phép m t s l ng h n ch oxy hoặc không khí đ c đ a vào

lò ph n ứng đ m t s các vật liệu hữu cơ đ c "đ t cháy" s n xu t khí carbon monoxide và năng l ng, đ y di n ra m t sự ph n ứng l n thứ hai mà t i đó có sự chuy n đ i nhiều hơn nữa ch t hữu cơ đ b sung thêm khí hydro và carbon dioxide

2.7 Phơnălo i thi t b khí hóa

Dựa vào tính chuy n đ ng của nguyên liệu thi t b khí hóa đ c chia ra làm hai

- Ki u không khí c p đi ngang qua lớp nguyên liệu của bu ng ph n

2.7.1.1 δo i c p khí từ d ới lên (updraft gasifier)

Sinh kh i đ c c p trên cùng của lò ph n ứng và di chuy n xu ng d ới Không khí đ c l y từ các cửa hút gió d ới đáy và khí đ t đ c thoát ra trên

Sinh kh i di chuy n ng c chiều với dòng khí đ t

[9]

Hình 2.6: Nguyên lý hệ th ng up-draft

Những u đi m lớn của lo i khí hoá ki u này là đơn gi n, hiệu su t khí hoá

t ơng đ i cao Do nhiên liệu bên trong đ c trao đ i với ngu n nhiệt từ khí sinh ra nên nhiên liệu đ c s y khô tới phía trên cùng của thi t b khí hoá và do đó nhiên

liệu với đ m cao (lên tới 60%) cũng có th đ c sử d ng đ khí hóa Hơn nữa

ki u thi t b khí hoá này thậm chí có th sử d ng với nhiên liệu h t có kích th ớc

t ơng đ i nh và ch p nhận sự thay đ i về kích th ớc của nhiên liệu

H n ch chính của thi t b này là khí đ t t ng h p đ c chứa từ 10% – 20% hắc

ín theo kh i l ng Nên trong tr ng h p khí đ t đ c sử d ng cho đ ng cơ, máy phát điện, và m t s ứng d ng khác thì khí đ t này yêu c u ph i làm s ch Tuy nhiên, n u gas này đ c dùng trong các ứng d ng nhiệt trực ti p thì l ng hắc ín này s b cháy h t

2.7.1.2 Ki u c p khí đi từ trên xu ng (downdraft gasifier)

Thi t b ph n ứng ki u c p khí từ trên xu ng sinh kh i đ c đ a trên cùng và

l ng không khí cũng c p từ trên hoặc từ các bên Khí đ t đ c l y ra d ới cùng của lò ph n ứng, do đó nhiên liệu và khí đ t di chuy n cùng m t h ớng trong thi t

vận hành Sau khi quá trình oxy hóa thành ph n chính còn l i là than và những s n

ph m cháy là carbon dioxide và hơi n ớc đi xuyên qua vùng chuy n hóa, đây di n

ra các ph n ứng hình thành khí ωO và H2 Do đó u đi m chính của hệ th ng khí hóa c p khí từ trên xu ng là việc s n xu t ra m t l ng khí đ t với n ng đ hắc ín

t ơng đ i th p, có th ứng d ng phù h p c p khí đ t cho các đ ng cơ

Trong thực t , n ng đ hắc ín hi m khi đ t đ c m c đích nh mong mu n, nó vẫn còn khá cao δý do chính có th là không ph i t t c các khí đ t đều đi qua vùng nóng nh t, và th i gian l u trú của chúng t i khu vực cháy có th là quá ngắn Trong m i b phận thi t k những tính năng ph i đ m b o làm sao năng su t nhiệt phân khí đ t ph i cao

2.7.1.3 Ki u c p khí đi ngang qua bu ng ph n ứng (Cross-draft gasifier)

Đ c thi t k nh down-draft nh ng thay vì không khí đi vào song song nhiên liệu thì cross-draft là bên c nh Ki u thi t b khí hóa này phù h p cho việc sử

d ng than, sự khí hóa than khoáng k t qu nhiệt đ sinh ra r t cao (1500 °ω hoặc cao hơn) t i vùng cháy đó nó có th t o ra s n ph m khí đ t

[9]

Hình 2.8: Nguyên lý hệ th ng cross-draft

u đi m của hệ th ng này là hiệu su t cao, nh g n các n ớc đang phát tri n

nó đ c lắp đặt cho máy phát điện công su t d ới 10 kW điện Nó đ c xem nh

hệ th ng t o năng l ng s ch cho các ph ơng tiện vận chuy n Nh c đi m của nó

là hắc ín chuy n hóa năng l ng ch a cao, dẫn đ n sự c n thi t ph i sử d ng nguyên liệu là than có ch t l ng cao ε t điều nữa là hệ th ng b t n th t áp su t khá lớn

2.7.2 Ki u thi t b khí hóa t ng sôi (fluidized bed gasifiers)

Hình 2.9: Sơ đ nguyên lý hệ th ng khí hóa ki u t ng sôi

Trên hình 2.9 th hiện sơ đ nguyên lý của hệ th ng khí hóa ki u t ng sôi Không khí từ qu t th i đ c đ a vào bu ng ph n ứng qua các ghi phân ph i khí và làm sôi lớp h t trơ tr sôi (cát th ch anh) Nhiên liệu c p vào bu ng ph n ứng theo

ng c p và tr n lẫn với các h t trơ này nhiệt đ cao Quá trình s y, nhiệt phân và hóa khí sinh ra đ ng th i trong lớp sôi Khí đ c thu h i phía trên bu ng ph n ứng sau khi đư tách b i bằng cyclon

2.8 Nh ngăđặcătínhăc aănhiênăli uăkhíăhóa

ωó nhiều nhà s n xu t cho rằng, m t thi t b khí có những đặc tính có th khí hóa nhiều lo i nhiên liệu điều đó không có nghĩa cho nó là thi t b khí hóa v n năng ε t thi t b khí hóa ph i theo đặc tr ng của từng lo i nhiên liệu và ph i đ c làm cho thích h p t ơng ứng với m t lo i nhiên liệu đ y hơn là làm theo nhiều lo i nhiên liệu

Do đó nhiên liệu của thi t b khí hóa đ c x p lo i t t hay x u đ c tuân theo những thông s đo sau:

- Năng l ng chứa trong nhiên liệu

- Kh i l ng riêng của nhiên liệu

- Đ m

- ψ i b n

- Thành ph n hắc ín

- Đặc tính tro và sỉ

2.8.1 Năng l ng tích trữ và kích th ớc của nhiên liệu

Năng l ng tích trữ và kh i l ng riêng của nhiên liệu lớn, t ơng ứng với th tích của thi t b khí hóa Do đó khi n p m t l ng nhiên liệu nh t đ nh nào đ y có

th cung c p năng l ng trong m t th i gian dài

2.8.2 Đ m

Trong nhiều lo i nhiên liệu thì cũng có r t nhiều sự khác biệt về đ m, vì đ

m ph thu c vào từng lo i nhiên liệu, thành ph n hữu cơ, và cách sử lý m ng i

ta luôn mong mu n đ c sử d ng nhiên liệu có thành ph n m càng th p càng t t,

b i vì nó là nguyên nhân làm t n th t nhiệt làm m bay hơi tr ớc khi có sự khí hóa,

và cũng làm nhiệt tích trữ của miền khí hóa gi m đi đáng k Ví d đ nhiên liệu nhiệt đ 25oω, và nhiệt đ gas t p thoát ra 300oω, thì ph i tiêu t n m t l ng nhiệt riêng cho l ng m bay hơi là 2875 KJ/Kg

Ngoài y u t làm gi m nhiệt dự trữ trong hệ th ng, l ng m cao còn ph i tiêu

t n thêm thi t b đ làm mát, làm ng ng t thành ph n m thành l ng, và thi t b l c gas Do đó làm tăng thêm t n th t áp su t khi xuyên qua những thi t b đ y

Do đó cách thức đ làm gi m m hiệu qu l ng m nhiên liệu là yêu c u ph i

sử lý m nhiên liệu tr ớc, sau đó mới ti n hành c p cho thi t b khí hóa εong

mu n chung là đ m của nhiên liệu nên th p hơn 20 %

2.8.3 ψ i b n

H u h t những nhiên liệu khí hóa đều sinh ra b i b n, b i b n này là m t điều phiền toái khi nó gây nên những sự tắc ngh n c c b bên trong hệ th ng, trong đ ng

cơ đ t trong, và do đó nó ph i đ c khử đi Thi t b khí hóa đ c thi t k làm sao

đ khi ho t đ ng l ng b i b n sinh ra không quá 2 ÷ 6 g/m3

2.8.4 Thành ph n hắc ín

Hắc ín là m t thành ph n khó ch u nh t của s n ph m gas, nó có xu h ớng đóng c c l i bên trong những nơi có ti t diện nh khi nó đi qua, nh b ch hòa khí của các đ ng cơ, hay là những nơi đặt các lá van Nó là nguyên nhân b ngh n và những sự c trong vận hành Nó là quá trình của sự ph n ứng m t chiều bên trong miền nhiệt phân Thông s vật lý của hắc ín ph thu c vào nhiệt đ và năng su t nhiệt, nó làm xu t hiện những dãy hóa nâu và có n ớc (60% n ớc) khi đ n màu đen

nó có tính dính nhớt (7% n ớc) Có kho ng 200 thành ph n hóa h c đ c tìm th y trong hắc ín, r t nhiều nghiên cứu đư đ c làm đ lo i b chúng, nh có th đ t hắc

ín bên trong thi t b nhiệt khí hóa sao cho s n ph m gas đi ra ngoài l ng hắc ín còn

l i t ơng đ i ít, nh ng thực t l ng hắc ín vẫn giá tr r t lớn Nên đ i với những

tr ng h p c p s n ph m gas cho đ ng cơ đ t trong ph i trang b thêm m t s thi t

b tách hắc ín bên ngoài, nh phin l c, thi t b làm mát đ đ m b o đ s ch không

t o ra những tác đ ng chính vào sự c vận hành của thi t b khí hóa

Về cơ b n tro nh h ng đ n quá trình khí hóa theo các l i sau:

Tro t o thành xỉ và ch t xỉ này làm dừng hoặc làm tắc ngh n dòng đi xu ng của nhiên liệu sinh kh i c p

Tr ng h p nó không làm tắt ngh n thì nó cũng k t l i bên trong nhiên liệu, nó làm ph n ứng cháy của nhiên liệu cũng b gi m đi

Khử đi tro và hắc ín là hai quá trình quan tr ng trong hệ th ng khí hóa, đ hệ

th ng vận hành m t cách thông su t Trong thực t những nhiên liệu với hàm l ng tro cao có th đ c khí hóa d dàng n u thi t b đ c lắp thêm cơ c u l y tro

Việc khử xỉ dù nh th nào đi nữa thì cũng đều thông qua hai ki u vận hành của thi t b khí hóa

- Vận hành nhiệt đ th p, t i đó nhiệt đ c duy trì th p hơn nhiệt đ nóng

ch y của tro

- Vận hành nhiệt đ cao, t i đó nhiệt đ đ c duy trì trên nhiệt đ nóng ch y của tro

Ph ơng pháp đ u tiên thì thông th ng sử d ng hơi hoặc n ớc đ châm vào,

nhằm duy trì nhiệt đ th p Trong khi ph ơng pháp sau yêu c u bắt bu c xỉ ph i

đ c nóng ch y t i miền Oxi hóa ε i ph ơng pháp thì đều có những u và nh c

đi m của nó, và nó ph thu c vào tiêu chu n của nhiên liệu, ki u thi t k của thi t

b khí hóa

2.9 Nh ngăđặc tính c a s n phẩm gas

2.9.1 Thành ph n và n ng đ

S n ph m gas b nh h ng b i nhiều quá trình nh những điều nêu trên, ngoài

ra ng i ta có th cho rằng s n ph m gas đ c s n su t có sự thay đ i theo nhiều ngu n nhiên liệu sinh kh i khác nhau S n ph m khí gas cũng ph thu c vào thi t

k của thi t b khí hóa Do đó cùng m t lo i nhiên liệu nh ng sử d ng hai lo i thi t

b khác nhau thì hiệu qu nhiệt của khí gas t o thành cũng khác nhau

Nguyên nhân làm n ng đ gas loưng là do sự có mặt của khí N2 (làm gi m nhiệt

tr của khí gas) H u h t từ 50 – 60 % khí gas là thành ph n khí không cháy đó là

N2 Do đó có th h n ch hơn n u ta sử d ng khí Oxi đ c p cho quá trình khí hóa Tuy nhiên do sự t n kém và tính sẵn có của Oxi mà y u t đó b giới h n trong lĩnh vực này Dù sao s n ph m cu i cùng của khí gas mà sử d ng không khí c p cũng có

h n h p khí methanol, m t lo i khí có hàm l ng năng l ng cao, cũng đỡ hơn việc tiêu tôn sử d ng Oxi làm khí c p điều này có th đ c làm rõ

Trung bình 1 kg sinh kh i s n su t ra kho ng 2,5 m3 s n ph m gas Trong quá trình này c n kho ng 1,5 m3 không khí đ đ t Trong khi đ đ t cháy hoàn toàn thì

1 kg nhiên liệu c n kho ng 4,5 m3 không khí Do đó khí hóa sinh kh i chỉ c n 30%

l ng không khí của quá trình cháy hoàn toàn

Hiệu su t trung bình chuy n đ i năng l ng của thi t b khí hóa sinh kh i vào kho ng 60% - 70% và đ c xác đ nh bằng nhiệt tr của khí gas trên 1 kg nhiên liệu chia cho nhiệt tr của 1 kg nhiên liệu

Nhiệt đ trung bình của s n ph m gas ph thu c vào từng ki u thi t b khí hóa, đây ta xét ki u thi t b đang sử d ng r ng rưi hiện nay, đó là ki u khí c p đi từ

trên xu ng

Nhiệt đ trung bình của khí gas khi r i kh i thi t b khí hóa vào kho ng 300 o

C – 400 o

C N u nhiệt đ cao hơn vào kho ng 500 oω thì đó là d u hiệu cho th y m t

ph n khí gas b đ t cháy đang di n ra trong đ y Điều này th ng xuyên di n ra khi

l ng không khí c p cao hơn giá tr thi t k

2.9.3 ε t s y u t nh h ng đ n năng su t gas

2.9.3.1 Nhiệt đ nhiệt phân

[16]

Hình 2.10: nh h ng của nhiệt đ nhiệt phân tới năng su t gas

Nh bi u đ chúng ta th y rằng, nhiệt đ nhiệt phân càng cao thì l ng gas sinh

ra càng lớn, và đ ng th i thành ph n ch t rắn và ch t l ng gi m d n Trong thực t nhiệt đ nhiệt phân vào kho ng 700 oω tr lên đ c g i là t t, và hệ th ng vận hành

n đ nh

2.9.3.2 Kích th ớc ph n tử nhiên liệu

[16]

Hình 2.11: nh h ng của kích th ớc ph n tử nhiên liệu tới năng su t gas Kích th ớc ph n tử càng lớn thì thành ph n m và ch t rắn trong nhiên liệu càng cao Năng su t nhiệt phân cũng gi m d n theo kích th ớc phân tử nhiên liệu T ơng ứng là năng su t gas sinh ra cũng th p

2.9.3.3 nh h ng của t c đ gia nhiệt

[16]

Hình 2.12: nh h ng của t c đ gia nhiệt tới năng su t gas

T c đ gia nhiệt tỷ lệ với năng su t nhiệt phân, l ng gas sinh ra nhanh chóng,

đ ng nghĩa các thành ph n còn l i trong nhiên liệu cũng gi m đi nhanh Điều này

r t có ý nghĩa khi chúng ta bắt đ u vận hành hệ th ng Khi t c đ gia nhiệt càng cao thì th i gian kh i đ ng hệ th ng d c rút ngắn đi, các thành ph n m, hắc ín cũng

s gi m đi nhanh chóng, ng c l i n u t c đ gia nhiệt chậm thì hệ th ng làm việc nặng nề, l ng gas sinh ra chậm, và r t d gập sự c tắt ngh n do hắc ín

2.9.3.4 nh h ng b i th i gian l u trú của nhiên liệu:

[16]

Hình 2.13: nh h ng của th i gian l u trú tới năng su t gas

Th i gian l u trú của nhiên liệu ph thu c vào kích th ớc chiều dài bu ng ph n ứng và cơ c u tháo liệu Th i gian càng lâu đ ng nghĩa với nhiên liệu có cơ h i

ph n ứng càng nhiều, nh vậy l ng gas sinh ra s nhiều hơn, l ng nhiên liệu

ch a đ c khai thác cũng gi m đi, góp ph n làm tăng hiệu su t của hệ th ng Tuy nhiên có m t s chú ý đ i với nhiên liệu có hàm l ng tro cao, đ ng th i có kh i

l ng riêng th p (đi n hình nh tr u, mùn c aầ), nh vậy t c đ ph n ứng của nhiên liệu đó r t nhanh, l ng tro xỉ sinh ra r t nhiều, n u cơ c u tháo liệu không vận hành đúng thì nguy cơ tắc ngh n là khá cao Hệ th ng có th dừng ho t đ ng

2.10 H s không khí th a

Hệ s không khí thừa α đ c tính theo công thức:

Sơ đ hệ s không khí thừa chỉ ra hình 2.14 bi u th cho sinh kh i, nh ng cũng có th xem chúng cho t t c các lo i nhiên liệu khác Đi m P, G và ω l n l t

là những đi m chỉ ra quá trình nhiệt phân, khí hóa và đ t hoàn toàn nhiên liệu Sơ

đ chỉ ra cho th y l ng không khí c p cho quá trình nhiệt phân và khí hóa nh hơn nhiều so với l ng không khí c p cho quá trình đ t hoàn toàn

[20]

Hình 2.14: Sơ đ hệ th ng không khí thừa

ε t điều c n thi t đ đ t đ c hệ s không khí thừa chính xác là đòi h i ph i tính toán tỷ lệ l ng không khí c p trên l ng nhiên liệu c p Các hydrocacbon và sinh kh i có sự khác biệt nhau về thành ph n, do vậy đ làm cơ s cho quá trình tính toán thì ta ph i xác đ nh tỷ lệ không khí c p trên l ng nhiên liệu c p tùy theo thành ph n của nhiên liệu

2.10.1 Đi m cháy hoàn toàn (C)

Quá trình cháy đ t đ c nhiệt đ cao nh t khi l ng không khí cung c p ph n ứng hoàn toàn với l ng hydrocacbon trong nhiên liệu t o thành hơi n ớc và khí

CO2 Quá trình đ t sinh nhiệt có m c đích h t sức quan tr ng cho h u h t các quá trình ph n ứng khác Nó là tiêu chu n quan tr ng nh t quy t đ nh quá trình khí hóa, nhiệt phân

ra m t l ng nhiệt, nhằm duy trì nhiệt đ cao trong bu ng ph n ứng Trong thực t

có th cho phép hệ s tăng lên đ n 0,33 N u hệ s càng tăng cao thì hiệu su t hệ

th ng khí hóa s gi m đi đáng k và có xu h ớng ti n tới quá trình cháy hoàn toàn,

hệ th ng vận hành không t o đ c khí đ t

2.10.3 Đi m nhiệt phân (P)

εiền nhiệt phân vận hành gi i nhiệt đ từ 450 o

C – 700 oω, nhận nhiệt vùng

đ t và t o ra s n ph m gas giàu thành ph n ch t cháy đ c, và hàm l ng cacbon tự

do cao (từ 20% đ n 30% trong tro) S n ph m gas có th cháy này có th đ c đ t hoặc có th đ c chuy n thành h n h p gas ti p theo thông qua quá trình thứ hai có

sự ph n ứng với hơi n ớc hoặc oxy, đ ng th i l ng cacbon trong tro ti p t c ph n ứng cháy s n sinh ra nhiệt l ng

Tr ng h p không mong mu n s n ph n gas sinh ra với thành ph n hắc ín tới

30% nhiệt đ t ơng đ i th p thì lúc này l ng gas yêu c u ph i đ c làm s ch, bằng cách cho l ng gas chứa nhiều hắc ín đó ti p t c ph n ứng với hơi n ớc hoặc oxy

2.10.4 Vùng nhiệt phân khí hóa (vùng FP)

Quá trình nhiệt phân khí hóa sử d ng m t l ng không khí hoặc oxy c p t ơng

đ i th p, cho băng xuyên qua lớp sinh kh i t o ra s n ph m gas và m t l ng cacbon trong tro t i kho ng nhiệt đ trên 700 o

C

H n h p gas này có th đ c đ t hoặc có th đ c chuy n đ i thành h n h p

ti p theo thông qua quá trình thứ hai, ti p t c ph n ứng với m t l ng hơi n ớc hoặc Oxi ωacbon t o ra có th đ c đ t đ gia tăng thêm l ng nhiệt c p cho quá trình khử hắc ín

2.11 V n t c b ămặt c a dòng khí trong h th ng khí hóa

Vận t c bề mặt của hệ th ng khí hoá là chìa khóa và là th ớc đo quan tr ng nh t

đ đánh giá hiệu su t của hệ th ng, ki m soát t c đ s n xu t khí đ t, năng l ng tích trữ của khí đ t, đ nh mức tiêu hao nhiên liệu, công su t đ u ra, tỷ lệ than và hắc

ín t o ra Vận t c bề mặt (SV) trong thi t b khí hóa đ c xác đ nh nh sau:

SV = Năng su t s n ph m khí đ t / Diện tích mặt cắt ngang

= (m3/s)/(m2) = m/s

Nó d dàng đ c ớc tính hoặc đo bằng cách đo năng su t s n ph m gas đi xuyên qua lớp nhiên liệu bên trong thi t b và đ ng kính của thi t b khí hóa B n thân nó là sự điều khi n t c đ dòng không khí c p, sau đó là khí đ t, đi xu ng xuyên qua thi t b khí hoá Điều này đ c làm rõ trong các bài tập cơ b n về truyền nhiệt và những hiệu ứng của nó, làm tăng c ng hệ s trao đ i nhiệt với nhiên liệu

c p trong quá trình nhiệt phân, quá trình đ t khử hắc ín, và quá trình khí hóa than Vận t c bề mặt th p thì dẫn đ n điều kiện nhiệt phân t ơng đ i chậm nhiệt đ vào kho ng 600 °C, và nó t o ra s n l ng than t ơng đ i lớn kho ng 20% - 30%,

s l ng lớn hắc ín không cháy, và thành ph n s n ph m khí gas chủ y u chứa hydrocarbon và hắc ín (d bay hơi)

Vận t c bề mặt cao thì t o quá trình nhiệt phân r t nhanh, s n ph m than t o ra

ít hơn và kho ng 10% t i 1050 o

C và khí gas nóng 1200 o

C - 1400 oC t i miền nhiệt phân

δiên quan đ n v n đề trên đư có những nghiên cứu thử nghiệm về việc điều chỉnh t c đ trong thi t b khí hóa ki u c p khí từ trên xu ng (c p ng c) với kích

th ớc đ ng kính bu ng ph n ứng 7,5 cm Khi vận t c bề mặt đ c thay đ i từ 0,05 m/s đ n 0,26 m/s, s n l ng khí đ t (gas) tăng từ 102cm3

/s lên 679 cm3/s, s n

l ng than còn l i gi m từ 13% xu ng còn 4,7% và hắc ín trong khí gas gi m 8330 mg/kg xu ng 300 mg/kg

Ch ngă3 TệNHăTOỄNăTHI TăK ăH ăTH NG

3.1 Yêuăcầu

Tính toán thi t k và ch t o hệ th ng khí hóa biomass làm mô hình thực

nghiệm từ đó ti n hành thí nghiệm đ làm rõ m t s y u t nh h ng đ n quá trình

khí hóa Hệ th ng có đ y đủ thi t b l c b i, hắc in, tách m đi kèm Tính toán đ a

ra các thông s trong quá trình khí hóa từ đó phân tích, lựa ch n thi t b cho hệ

th ng

Thông s cơ b n của hệ th ng nh sau

- ωông su t: 15kW

- Nhiên liệu: v tr u

3.2 Tính toán cácăthôngăs ăc aăquáătrìnhăkhíăhóa

3.2.1 δ ng không khí lý thuy t c n thi t đ đ t cháy hoàn toàn 1kg tr u

Vì oxy chi m 21% th tích không khí

3.2.3 Kh i l ng không khí c n thi t đ khí hóa cho 1kg tr u