Nghiên cứu và mô phỏng quá trình khí hóa than trọng lò lớp chuyển động

Chương1-Tổng quan về công nghệ khí hóa than CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Khái niệm về khí hóa than Khí hóa than là quá trình dùng tác nhân khí h

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 2

Mục lục

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN……… 4

LỜI CẢM ƠN……… 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT……… 6

DANH MỤC CÁC BẢNG… ……… 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ……… 10

MỞ ĐẦU……… 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN…… 14

1.1 Giới thiệu……… …… ……… 14

1.1.1 Khái niệm về khí hóa than… ……… 14

1.1.2 Ứng dụng của khí hóa than trong công nghiệp ……… 14

1.1.3 Xu hướng phát triển của công nghệ khí hóa than……… 15

1.2 Các công nghệ khí hóa than……… 17

1.2.1 Khí hóa than lớp chuyển động……… 17

1.2.1.1 Lò khí hóa than chuyển động xuôi chiều……… 18

1.2.1.2 Lò khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều……… 18

1.2.1.3 Công nghệ Sasol-Lugi chế tạo khí than sử dụng lò khí hóa than lớp chuyển động……… 22

1.2.2 Khí hóa than lớp tầng sôi……… 23

1.2.2.1 Công nghệ HTW (the high-Temperature Winkler process)……… 26

1.2.2.2 Công nghệ HRL……… 26

1.2.2.3 Công nghệ CFB (Circulating fluidized-bed)………… 27

Trang 3

Mục lục

1.2.2.4 Công nghệ KBR (The KBR transport gasifier)……… 29

1.2.3 Khí hóa than phun (Entrained-flow processes)……… 30

1.2.3.1 Công nghệ SCGP (Shell Coal Gasification Process) 32

1.2.3.2 Công nghệ GE (The GE Energy process)……… 33

1.2.3.3 Công nghệ E-Gas (The E-Gas process)……… 34

1.3 Trữ lượng và tích chất than của Việt Nam……… 35

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ TẢ CƠ CHẾ KHÍ HÓA THAN LỚP CHUYỂN ĐỘNG NGƯỢC CHIỀU……… 38

2.1 Giới thiệu……… 38

2.2 Mô tả vùng sấy của lò khí hóa than……… 39

2.2.1 Mô tả cân bằng chất, cân bằng nhiệt cho một hạt than 39 2.2.2 Cân bằng chất cho vùng sấy của lò khí hóa 41 2.2.3 Cân bằng nhiệt cho vùng sấy 42 2.3 Mô tả vùng nhiệt phân……… 45

2.3.1 Cân bằng chất cho vùng nhiệt phân……… 47

2.3.2 Cân bằng nhiệt cho vùng nhiệt phân……… 48

2.4 Mô tả vùng khử……… 51

2.4.1 Phương trình cân bằng chất cho cấu tử carbon………… 53

2.4.2 Phương trình cân bằng chất cho cấu tử hơi nước……… 55

2.4.3 Phương trình cân bằng chất cho cấu tử CO2, CO, H2……… 56

2.4.4 Phương trình cân bằng nhiệt cho pha rắn……… 56

2.4.5 Phương trình cân bằng nhiệt cho pha khí……… 57

2.5 Mô tả vùng cháy……… 60

Trang 4

Mục lục

2.5.2 Phương trình cân bằng nhiệt cho pha rắn……… 61

2.5.3 Phương trình cân bằng nhiệt cho pha khí……… 62

2.6 Mô tả vùng xỉ……… 63

2.7 Tính toán hệ số truyền nhiệt……… 65

2.7.1 Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu ……… 66

2.7.2 Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ……… 66

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG LÒ KHÍ HÓA THAN LỚP CHUYỂN ĐỘNG LÀM VIỆC NGƯỢC CHIỀU……… 68

3.1 Giới thiệu … ……… 68

3.2 Cân bằng nhiệt lượng cho lò khí hóa……… 68

3.3 Mô phỏng lò khí hóa than chuyển động ngược chiều………… 71

3.3.1 Tính toán độ chuyển hóa carbon……… 71

3.3.2 Tính toán hệ số cấp nhiệt K……… 71

3.3.3 Mô phỏng lò khí hóa……… 72

3.3.3.1 Sơ đồ mô phỏng lò khí hóa……… 77

3.3.3.2 Kết quả mô phỏng lò khí hóa……… 79

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 90

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

X W

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS Vũ Đình Tiến, Bộ môn Máy và Thiết bị

Công nghiệp Hóa chất đã hướng dẫn về chuyên môn, phương pháp nghiên cứu và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài

Xin gửi lời trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học và các thầy, cô giáo Viện Kỹ thuật Hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình dạy dỗ, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành các nội dung học tập và thực hiện đề tài thuận lợi

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, và các bạn cùng lớp Cao học Hóa kỹ thuật 2008 - 2010 đã giúp đỡ và động viên tôi trong thời gian học tập và quá trình làm luận văn

Hà Nội, ngày 04 tháng 04 năm 2011

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

Bản luận văn thạc sỹ Ngành Kỹ thuật Hóa học với đề tài: “Nghiên cứu và mô

phỏng quá trình khí hóa than trong lò lớp chuyển động” được hoàn thành dưới sự

hướng dẫn của TS Vũ Đình Tiến – Bộ môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất – Viện kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan, luận văn không sao chép nội dung từ bất kỳ một luận văn thạc sỹ hoặc luận án tiến

sỹ nào khác

Hà Nội, ngày 04 tháng 04 năm 2011

Người viết

Nguyễn Công Bằng

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Ký hiệu Latin

A [m m2 −3]

]

Diện tích bề mặt riêng của lớp hạt than

a [m s2 −1 Hệ số dẫn nhiệt độ của than

Trang 8

K [w.m -2 K−1] Hệ số truyền nhiệt trong vùng xỉ

M ĐVC Khối lượng mol

Trang 10

Danh mục các bảng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của một số loại than Anthracite Quảng Ninh…… 36

Bảng 2.1: Hiệu ứng nhiệt và hằng số vận tốc phản ứng ……… k0 50

Bảng 3.1: Kết quả bài toán cân bằng nhiệt lò khí hóa than ……… 73

Bảng 3.2: Các thông số hóa lý sử dụng trong mô hình mô phỏng lò khí hóa … 74

Bảng 3.3: Các thông số động học của các quá trình xảy ra trong lò khí hóa… 75

Trang 11

Danh mục các hình vẽ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang Hình 1.1 Sơ đồ thể hiện nguồn nguyên liệu và các sản phẩm của quá trình khí hóa ……… 14

Hình 1.2 Xu hướng phát triển của công nghiệp khí hóa than ……… 14

Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện nhu cầu sử dụng khí than đối với một số ngành công nghiệp……… 15

Hình 1.4 Lò khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều ………… 19

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ Sasol-Lugi chế tạo khí than tháo xỉ dạng khô … 21

Hình 1.6 Lò khí hóa tháo xỉ ở dạng khô ……… 22

Hình 1.7 Lò khí hóa tháo xỉ ở dạng lỏng ……… 22

Hình 1.8 Trạng thái của lớp hạt phụ thuộc vào vận tốc dòng khí thổi qua … 22

Hình 1.9 Nguyên lý làm việc và profin nhiệt độ trong lò khí hóa tầng sôi … 24 Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ khí hóa than HTW ……… 25

Hình 1.11 Sơ đồ công nghệ HRL ……… 26

Hình 1.12 Sơ đồ công nghệ CFB ……… 27

Hình 1.13 Sơ đồ công nghệ KBR ……… 28

Hình 1.14: Mô hình lò khí hóa than kiểu phun ……… 30

Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ SCGP ……… 31

Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ GE (The GE Energy process) ……… 33

Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ E-Gas (The E-Gas process) ……… 34

Trang 12

Danh mục các hình vẽ

Hình 3.1 Mô hình hóa cân bằng nhiệt lò khí hóa than lớp chuyển động…… 67 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn nhiêt cung cấp (Q CC) và nhiệt tiêu hao (Q TH)…… 72 Hình 3.3 Profin nhiệt độ trong vung sấy của lò khí hóa than lớp chuyển

Hình 3.4 Profin nhiệt độ trong vung nhiệt phân của lò khí hóa than lớp

chuyển động……… 79 Hình 3.5 Profin nhiệt độ (a) và profin độ chuyển hóa carbon (b) trong vùng

khử của lò khí hóa than lớp chuyển động ……… 80 Hình 3.6 Profin nhiệt độ (a) và profin độ chuyển hóa carbon (b) trong vùng

cháy của lò khí hóa than lớp chuyển động ……… 81 Hình 3.7 Profin nhiệt độ trong vùng khử của lò khí hóa than lớp chuyển

Hình 3.8 Profin trường nhiệt độ của pha rắn và pha khí dọc theo chiều dài

của lò khí hóa than lớp chuyển động ……… 83

Trang 13

Mở đầu

MỞ ĐẦU

Khí hóa than là phương pháp toàn diện và sạch nhất để chuyển hóa than, một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có với trữ lượng khổng lồ ở nhiều nơi trên thế giới, hoặc các vật liệu có chứa cacbon (kể cả sinh khối, rác thải sinh hoạt và phế thải công nghiệp) thành các nguyên liệu hoá chất quan trọng như CO, H2, và các dạng năng lượng như nhiệt năng, điện năng

Khác với việc đốt than trực tiếp, công nghệ khí hóa chuyển hóa than - thực tế

là nguyên liệu cacbon - thành các thành phần hoá chất cơ bản Trong thiết bị khí hóa hiện đại, than được tiếp xúc với không khí (hoặc oxy) và hơi nước ở áp suất và nhiệt độ cao được kiểm soát chặt chẽ Trong những điều kiện đó, các phân tử cacbon trong than sẽ tham gia các phản ứng hoá học tạo ra hỗn hợp CO, H2 và các khí thành phần khác

Công nghệ khí hóa than còn mang lại ích lợi lớn về mặt môi trường trong việc

sử dụng than, nhờ khả năng làm sạch đến 99% các tạp chất gây ô nhiễm trong khí than Ví dụ, lưu huỳnh trong than có thể được chuyển thành dạng H2S và được thu giữ hoặc chuyển hóa thành lưu huỳnh thương phẩm Tương tự, nitơ có trong khí than sẽ được chuyển hóa thành amoniăc và chất này có thể được dùng để sản xuất phân bón hoặc các hoá chất khác

Ở Việt Nam hiện nay chỉ có một số ít than được chuyển hóa dưới dạng khí than để nung gạch ốp lát hoặc tổng hợp phân bón Tại Công ty phân đạm và hóa chất Hà Bắc có khoảng 10 lò khí hóa than lớp tĩnh theo công nghệ cũ của Trung Quốc, hoạt động theo chế độ gián đoạn (1 chu kỳ thổi oxy sinh nhiệt, một chu kỳ thổi hơi nước để khử carbon tạo H2 và CO), với sản lượng tiệu thụ than khoảng trên dưới 200.000 tấn/năm, hiệu suất chuyển hóa than đạt 70,7%

Trong những năm gần các công ty sản xuất gạch ốp lát của Việt Nam có sử dụng một số lò khí hóa than lớp tĩnh nhập từ Trung Quốc với lượng tiêu thu than từ

15 đến 60 tấn than/ ngày để thay thế cho việc sử dụng nhiên liệu LPG nhằm hạ giá

Trang 14

Mở đầu

thành sản phẩm Trong quá trình vận hành, các lò khí hóa than nhập từ Trung Quốc cũng tồn tại nhiều vấn đề như lượng carbon cố định còn lại trong tro xỉ cao, phát sinh nước thải chứa sulfua và dầu nhiệt phân nhưng chưa được xử lý triệt để và một

số vấn đề khác liên quan đến an toàn phòng chống cháy nổ

Nghiên cứu mô phỏng các quá trình xảy ra trong lò khí hóa than là một việc rất quan trọng và cần thiết trong quá trình tính toán thiết kế, chế taọ và tìm ra các thông số công nghệ tối ưu lò khí hóa than từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng than, hạn chế ôi nhiễm môi trường, phòng tránh tai nạn cháy nổ trong quá trình sử dụng vận hành lò khí hóa than

Bản luận văn thạc sỹ với đề tài là:

“Nghiên cứu và mô phỏng quá trình khí hóa than trong lò lớp chuyển động”

Trong đó gồm các phần chính sau:

• Chương 1: Tổng quan về công nghệ khí hóa than

• Chương 2: Xây dựng mô hình toán mô tả cơ chế khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều

• Chương 3: Mô phỏng lò khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều

• Chương 4: Kết luận

- 13 -

Trang 15

Chương1-Tổng quan về công nghệ khí hóa than

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA THAN

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Khái niệm về khí hóa than

Khí hóa than là quá trình dùng tác nhân khí hóa phản ứng với than ở nhiệt độ cao chuyển hóa nhiên liệu từ dạng rắn sang nhiên liệu dạng khí được gọi chung là khí than với thành phần cháy được chủ yếu là H2, CO, CH4,…được dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu trong công nghiệp và dân dụng

Tác nhân khí hóa ở đây có thể là không khí, hoặc oxy thuần, hoặc hỗn hợp không khí-hơi nước, hoặc hỗn hợp oxy-hơi nước, hoặc hydro

1.1.2 Ứng dụng của khí hóa than trong công nghiệp

Quá trình khí hóa các nguyên liệu chứa carbon nói chung và khí hóa than nói riêng được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp như công nghiệp luyện kim, công nghiệp điện, công nghiệp gốm sứ…và đặc biệt quan trọng đó là công nghiệp hóa chất với bán sản phẩm là các hóa chất cơ bản quan trọng như amoniac (NH3), methanol (CH3OH), hydro (H2), carbonmonoxide (CO), oxoalcohols Với tình hình hiện nay, trữ lượng dầu mỏ và khí thiên nhiên trên thế giới đang cạn kiệt dần, giá cả ngày càng cao và không ổn định thì các sản phẩm từ quá trình khí hóa như nhiên liệu tổng hợp (Synfuels), khí tổng hợp (Sng) có một vai trò to lớn đối với các quốc gia đang phát triển phụ thuộc phần lớn vào nguồn năng lượng từ nước ngoài như các quốc gia Đông Nam Á trong đó có Việt Nam

Hình 1.1 dưới đây cho thấy rằng nguồn nguyên liệu sử dụng cho quá trình khí hóa rất đa dạng như từ than đá, cạn dầu của quá trình lọc dầu cho đến các phế thải nông nghiệp, phế thải thành phố Từ sản phẩm khí thu được của quá trình khí hóa, qua các quá trình tinh chế, tổng hợp đã chế tạo được sản phẩm quan trọng phục vụ đời sống con người

Trang 16

Hình 1.1 Sơ đồ thể hiện nguồn nguyên liệu

và các sản phẩm của quá trình khí hóa

1.1.3 Xu hướng phát triển của công nghệ khí hóa than

Trong 10-15 năm trở lại đây công nghệ khí hóa than được phát triển trở lại một cách mạnh mẽ được thể hiện rõ trong hình 1.2

Hình 1.2 Xu hướng phát triển của công nghiệp khí hóa than

Trang 17

Có rất nhiều nguyên nhân cho sự phát triển trở lại của công nghệ khí hóa than trong đó giá dầu mỏ và khí thiên nhiên liên tục tăng cao là nguyên nhân chính đáng chú ý nhất Từ năm 1983 đến 2003 giá dầu mỏ chỉ trong khoảng 20-30 usd/bbl và 5-

6 usd/MMBtu đối với khí thiên nhiên nhưng đến năm 2005 giá dầu đã tăng vọt lên trong khoảng 55-70 usd/bbl còn khí thiên nhiên 10-15 usd/MMBtu

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hóa, hiên đại hóa dẫn đến nhu cầu năng tăng cao ở các nước lớn đông dân như Trung Quốc, Ấn Độ đã thúc đẩy việc khai thác, chế biến than như là một nguồn năng lượng thay thế một phần dầu mỏ và khí thiên nhiên ngày càng khan hiếm và đắt đỏ

Một nguyên nhân quan trọng nữa phải kể đến là khí hóa than được ứng dụng rất rông rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp quan trọng của mỗi quốc gia như công nghiệp hóa học, công nghiệp điện, công nghiệp luyện kim, công nghiệp tổng hợp nhiên liệu phục vụ giao thông vận tải Hình 1.3 thể hiện sự phân phối sản phẩm của công nghệ khí hóa than đối với một số ngành công nghiệp quan trọng

Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện nhu cầu sử dụng khí than

Trang 18

Xu hướng phát triển của công nghệ khí hóa than ngày nay là nhằm vào mục tiêu nâng cao được năng xuất, hiệu suất chuyển hóa than cũng như chất lượng khí than đồng thời tích hợp quá trình khí hóa than với quá trình khác như nhà máy sản xuất điện sử dụng chu trình khí hóa tích hợp IGCC (Intergrated Gasification Combined Cycle) sản xuất phân bón hay nhiên liệu lỏng Trên thế giới hiện nay có công nghệ khí hóa than của Taxeco và đặc biệt là công nghệ khí hóa than của Shell

có những ưu thế nổi bật về mặt công nghệ, chất lượng khí than và hiệu suất chuyển hóa than đạt tới 99% nhưng phải làm việc ở nhiệt độ, áp suất cao, sử dụng oxy nguyên chất làm tác nhân khí hóa lên vận hành khá phức tạp, chi phí đầu tư ban đầu rất lớn Đứng về phương diện lý thuyết, khí hóa than lớp tầng sôi có nhiều ưu điểm nổi trội về mặt truyền nhiệt và vận tải chất nhưng cũng bộc lộ những hạn chế như việc tuần hoàn sản phẩm khí để duy trì lớp tầng sôi làm cho nồng độ khí sản phẩm cao ảnh hướng không tốt cho việc chuyển dịch cân bằng về phía phản ứng chuyển hóa hoàn toàn carbon Đối với lò khí hóa than với năng suất vừa và nhỏ thì công nghệ khí hóa than lớp chuyển động là phù hợp nhất do chi phí đầu tư ban đầu thấp,

dễ thao tác vận hành

Hiện nay cũng đã xuất hiện công nghệ khí hóa than trực tiếp dưới lòng đất (Underground Coal Gasification) nhằm giảm thiểu tối đa chi phí cho việc khai thác, vận chuyển và hạn chế ôi nhiễm môi trường

1.2 Các công nghệ khí hóa than

Trong thực tế sản xuất, việc khí hóa than được tiến hành trong các lò phản ứng

có hình dáng và kết cấu rất đa dạng, phong phú Nhưng khi đứng về mặt bản chất của quá trình xảy ra trong lò phản ứng thì công nghệ khí hóa than được chia thành 3 nhóm chính sau: khí hóa than lớp chuyển động (moving-bed gasifiers), khí hóa lớp tầng sôi (fluid-bed gasifiers) và khí hóa phun (entranined-flow gasifier)

1.2.1 Khí hóa than lớp chuyển động

Trang 19

Đứng về mặt lịch sử thì công nghệ khí hóa than lớp chuyển động được con người biết đến đầu tiên, nhưng xét về mặt công nghệ thì khí hóa than chuyển động được đặc trưng bởi lớp than dịch chuyển rất chậm trong lò khí hóa dưới tác dụng của trọng lực, tác nhân khí hóa có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiều với chiều dịch chuyển của lớp than

Than được sử dụng ở dạng cục với các thông số kỹ thuật quan trọng cho tính toán quá trình khí hóa than như độ ẩm của than, hàm lượng chất bốc, hàm lượng tro, hàm lượng carbon cố định, độ bên cơ học của than, đặc biệt là nhiệt độ nóng chảy của tro xỉ có ảnh hưởng lớn đến chế độ nhiệt của lò khí hóa Kích thước trung bình của hạt than cũng là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến trở lực và năng suất tính cho một đơn vị thể tích của lò khí hóa lớp chuyển động

Trong thực tế quá trình khí hóa than lớp chuyển động được tiến hành trong hai kiểu lò phản ứng như sau

1.2.1.1 Lò khí hóa than chuyển động xuôi chiều

Ở đây tác nhân khí hóa được thổi theo chiều từ trên xuống dưới theo chiều chuyển động của lớp than Trong lò khí hóa than kiểu này, không xuất hiện vùng sấy và vùng nhiệt phân mà chỉ có vùng oxy hóa ở trên cùng có nhiệt độ cao nhất, kế

đó là vùng khử và cuối cùng vùng tro xỉ

Ưu điểm lớn nhất của lò khí hóa xuôi chiều là không có sản phẩm của quá trình sấy và quá trình nhiệt phân trộn lẫn trong khí than, nhưng nó lại có nhược điểm là không tận dụng được nhiệt của khí than để gia nhiệt cho than nguyên liệu

và việc phân phối than nguyên liệu trên tiết diện ngang của lò phải đảm bảo thật đều, tránh tình trạng trở lực cục bộ tác động xấu đến các quá trình xảy ra trong lò

1.2.1.2 Lò khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều

Hình 1.4 giới thiệu nguyên lý làm việc của lò khí hóa than lớp chuyển động

Trang 20

hóa được thổi theo chiều ngược lại từ dưới lên trên thông qua một mũ gió có tác dụng phân phối đều tác nhân khí hóa, đỡ lớp than phía trên và tháo xỉ than ra khỏi

lò nhờ cơ cấu truyền động bánh răng-tay gạt xỉ Quá trình tiếp liệu và tháo xỉ có thể được tự động hóa hoàn toàn

Trong lò khí hóa kiểu này được phân thành năm vùng riêng biệt có nhiệt độ giảm dần dọc theo chiều cao của lò Vùng trên cùng là vùng sấy có nhiệt độ thấp nhất khoảng từ Kế tiếp là vùng nhiệt phân với nhiệt độ khoảng Tiếp theo là vùng khử, đây là vùng quan trọng nhất diễn ra các phản ứng tạo khí than, nhiệt độ vùng này được kiểm soát trong khoảng 800-1100

đủ các vùng như đã kể ở trên

Ưu điểm nổi bật của kiểu lò khí hóa này là khả năng tận dụng nhiệt của khí than để gia nhiệt sơ bộ cho than nguyên liệu, nhưng nó có một nhược điểm là sản phẩm của quá trình sấy và nhiệt phân sẽ trộn lẫn trong khí than đi lên từ vùng khử nên phải thêm các công đoạn xử lý làm sạch khí than trước khi cung cấp cho các quá trình tổng hợp

Trang 21

Hình 1.4 Lò khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều

Tác nhân khí hóa trong công nghệ khí hóa than lớp chuyển động có thể là không khí hoặc hỗn hợp không khí và hơi nước

• Tác nhân khí hóa là không khí

Không khí được thổi qua lớp than nóng đỏ, thực hiện phản ứng oxy không hoàn

2 2

1 2 2 2

2

)(

Q CO CO

C

Q N CO N

O C

−

→+

++

→+

Hỗn hợp khí thu được bao gồm các thành phần chủ yếu là CO, CO2, N2 được gọi là khí than khô, thành phần của khí than khô phụ thuộc vào nhiệt độ tiến hành phản ứng khử

tk= 800 oC thì : CO=32%, CO2=1,6%

tk=1000 oC thì: CO=35%, CO2=0,2%

Do trong thành phần khí than khô còn chứa N2 có thể đến 50% nên nhiệt trị của khí than khô thường là thấp, chỉ khoảng 6500 kJ/Nm3 cho nên chủ yếu được sử dụng để cung cấp nhiệt cho sinh hoạt hoặc cho các lò nung cỡ nhỏ ở các địa phương

mà có nguồn năng lượng chính là than đá

• Tác nhân khí hóa là hơi nước

Trang 22

Đầu tiên không khí được thổi qua lớp than thực hiện phản ứng oxy hóa hoàn toàn C O+ 2 →CO2+Q1 nâng nhiệt độ của lớp than lên đến khoảng 13000C Sau đó ngừng thổi không khí, tiến hành thổi hơi nước qua lớp than nóng theo chiều từ dưới lên trên và từ trên xuống dưới nhằm tận dụng tối đa nhiệt lượng của lớp than để cung cấp cho phản ứng khử là phản ứng thu nhiệt tạo ra khí than

2 2

H

C+ → + − Khi nhiệt độ của lớp than giảm xuống khoảng 9000C thì ngừng thổi hơi nước kết thúc một chu kỳ làm việc Khí than thu được gọi là khí tổng hợp có thành phần chủ yếu là CO, H2, N2, CO2 được sử dụng để tổng hợp amoniac hoặc methanol

Trong công nghệ khí hóa than lớp chuyển động, trạng thái tro xỉ thải từ lò cũng

là một vấn đề rất quan trọng Tro xỉ có thể được tháo ra khỏi lò ở dạng khô hoặc chảy lỏng, tùy theo tính chất của than nguyên liệu mà lựa chọn trạng thái thải tro xỉ

• Tro xỉ ở trạng thái khô

Tro xỉ được thải khỏi lò và đưa xuống buke ở dạng khô nhờ mũ gió và tay gạt xỉ, tay gạt được cố định còn mũ gió quay xung quay trục của lò Lớp tro xỉ có vai trò gia nhiệt sơ bộ cho tác nhân khí hóa thổi lên từ đáy, trộn và phân phối đều chúng theo tiết diện ngang Tro xỉ than có nhiệt độ chảy mềm cao thường được tháo ra khỏi lò theo cách này

• Tro xỉ ở trạng thái lỏng

Lò khí hóa ở đây không có mũ gió và tay gạt xỉ, tro xỉ ở trạng thái lỏng được tháo qua đáy lò xuống buồng chứa và được làm lạnh bằng nước, tốc độ tháo của dòng xỉ lỏng được điều khiển bởi sự chênh lệch áp suất giữa buồng chứa và lò khí hóa Lò khí hóa làm việc theo chế độ này có thể sử dụng được các loại than có nhiệt

độ chảy mềm của xỉ thấp, thậm chí có thể sử dụng được cả cặn dầu mỏ là nguyên liệu

Trang 23

Ưu điểm của lò khí hóa tháo xỉ ở trạng thái lỏng là nâng cao được hàm lượng

CO và H2 trong khí sản phẩm, sử dụng được các loại than có nhiệt độ chảy mềm của

xỉ thấp, tận dụng được các loại than cám, than bụi Nhược điểm chính là cấu tạo lò phức tạp hơn so với lò tháo xỉ ở trạng thái khô

Dưới đây giới thiệu dây chuyền công nghệ Sasol-Lugi sử dụng lò khí hóa than lớp chuyển động

1.2.1.3 Dây chuyền công nghệ Sasol-Lugi

Hình 1.5 giới thiệu dây chuyền công nghệ Sasol-Lugi được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới đặc biệt là ở Nam Phi, Mỹ, Đức, cộng hòa Czech và Trung Quốc để chế tạo khí than dùng phục vụ sinh hoạt, làm nguyên liệu tổng hợp amoniac, sản xuất nhiên liệu tổng hợp…Tích hợp cùng với nhà máy sản xuất điện trong chu trình IGCC

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ Sasol-Lugi chế tạo khí than tháo xỉ dạng khô

Thiết bị trọng tâm trong dây chuyền công nghệ Sasol-Lugi là lò khí hóa có thể tháo xỉ ở trạng thái khô hoặc ở trạng thái lỏng thể hiện trong hình 1.6 và hình 1.7

Trang 24

Hình 1.6 Lò khí hóa tháo xỉ ở dạng khô Hình 1.7 Lò khí hóa tháo xỉ ở dạng lỏng

1.2.2 Khí hóa than lớp tầng sôi

Công nghệ khí hóa than lớp tầng sôi được phát triển dựa trên cơ sơ của quá trình Winkler Hình 1.8 thể hiện trạng thái của lớp hạt phụ thuộc vào vận tốc của dòng khí Tùy thuộc vào vận tốc của dòng tác nhân khí hóa, tính chất, kích thước và hình dạng của hạt than nguyên liệu mà lớp hạt than trong lò ở trong những trạng thái sau đây

Hình 1.8 Trạng thái của lớp hạt phụ thuộc vào vận tốc dòng khí

Trang 25

Trong công nghệ khí hóa than lớp tầng sôi, tác nhân khí hóa có hai nhiệm vụ chính đó là tham gia phản ứng chế tạo khí than đồng thời tạo và duy trì trạng thái tầng sôi Tác nhân khí hóa thường là hỗn hợp oxy-hơi nước Tuy nhiên trong trường hợp khí than được sử dụng nhằm mục đích sản xuất năng lượng thì tác nhân khí hóa

có thể là không khí

Dưới sẽ phân tích một số đặc điểm của quá trình khí hóa than lớp tầng sôi

• Than nguyên liệu

Nguyên liệu dùng trong công nghệ khí hóa than lớp tầng sôi bao gồm tất cả các loại than đá, thậm chí có thể là gỗ, vỏ của các loại hạt (như trấu) Để tiến hành quá trình khí hóa than lớp tầng sôi thì than nguyên liệu phải được nghiền đạt kích thước

từ 0,1-10 mm, độ ẩm nhỏ hơn 10% Qua một số tài liệu cho thấy, nếu tiến hành khí hóa than ở áp suất một vài bar và nhiệt độ là 8000C thì năng suất lớn nhất có thể đạt được khi khí hóa than lớp tầng sôi là khoảng 500 tấn/ngày

• Nhiệt độ tiến hành quá trình khí hóa

Nhiệt độ tiến hành khí hóa than trong trạng thái tầng sôi phụ thuộc vào nhiệt độ chảy mềm của tro xỉ Nếu tiến hành khí hóa ở nhiệt độ xấp xỉ hoặc cao hơn nhiệt độ chảy mềm, các hạt xỉ sẽ kết dính lại với nhau tạo thành hạt xỉ có kích thước lớn do

đó việc duy trì trạng thái tầng sôi là không được đảm bảo, do đó mà người ta thường tiến hành khí hóa than trong trạng thái tầng sôi ở nhiệt độ khoảng 950-11000C đối với than và 800-9500C đối với gỗ

Hình 1.9 thể hiện nguyên lý làm việc, trường nhiệt độ của lớp than và của dòng khí trong lò khí hóa tầng sôi

Trang 26

Hình 1.9 Nguyên lý làm việc và profin nhiệt độ trong lò khí hóa tầng sôi

• Độ chuyển hóa carbon

Đứng về phương diện lý thuyết, mô hình của lò khí hóa than tầng sôi có thể coi

là thiết bị phản ứng kiểu khuấy lý tưởng làm việc liên tục (quá trình vận tải nhiệt và vận tải chất xảy ra rất mãnh liệt) do đó ở cùng một điều kiện phản ứng như nhau thì

độ chuyển hóa carbon đạt được là lớn nhất so với các mô hình khác Tuy nhiên phổ thời gian lưu của các hạt than lò phản ứng lớp tầng sôi là rất rộng, các hạt than lại được phân bố đều trong không gian phản ứng nên độ chuyển hóa carbon lớn nhất có thể nhận được là khoảng 97%

Đặc trưng cho quá trình khí hóa than lớp tầng sôi là có sử dụng các hạt trơ tuần hoàn nhằm tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất Việc tuần hoàn các hạt trơ còn làm ổn định nhiệt cho lò mà không cần phải tuần hoàn một phần dòng khí sản phẩm do đó nâng cao được năng suất cũng như chất lượng khí than

Sau đây giới thiệu một số sơ đồ công nghệ sử dụng công nghệ khí hóa than lớp tâng sôi

Trang 27

1.2.2.1 Công nghệ HTW (the high-Temperature Winkler process)

Hình 1.10 thể hiện công nghệ HTW Công nghệ này được phát triển bởi Rheinbraun trên cơ sở công nghệ Winkler để khí hóa than nâu với áp suất làm việc lên tới 30 bar

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ khí hóa than HTW

Công nghệ HTW thường được tích hợp trong chu trình IGCC để sản xuất điện năng, tổng hợp metanol và sản xuất hyđrô Việc tăng áp suất của quá trình khí hóa

sẽ làm giảm năng lượng cung cấp cho máy nén ở công đoạn tổng hợp, tăng chất lượng khí than, kết hợp với hệ thống cyclon để thu hồi và tuần hoàn lại các hạt rắn trong dòng khí sản phẩm sẽ nâng cao được độ chuyển hóa carbon

1.2.2.2 Công nghệ HRL

Công nghệ HRL được thiết kế để khí hóa than nâu có độ ẩm cao có thể lên tới

Trang 28

Hình 1.11 Sơ đồ công nghệ HRL

Đặc điểm nổi trội của công nghệ này là sử dụng khí than từ lò khí hóa có nhiệt

độ cao tiếp xúc trực tiếp với than nguyên liệu (đã được nghiền đến kích 10 mm) trong một thiết bị sấy kiểu ống Than nguyên liệu được sấy khô đến độ ẩm 5-10% sẽ được phân riêng bằng cyclon sau đó đưa vào lò khí hóa bằng vít tải Khí than ra khỏi cyclon có độ ẩm cao, nhiệt độ khoảng 200-250 OC sẽ đi qua một thiết bị lọc để loại bỏ các hạt rắn cuốn theo, sau đó có thể được đưa sang để chạy tubin khí hoặc loại ẩm trước khi đi vào hệ thống tổng hợp amoniac

1.2.2.3 Công nghệ CFB (Circulating fluidized-bed)

Công nghệ khí hóa CFB có đặc điểm là kêt hợp công nghệ khí hóa tầng sôi tĩnh (Stationary fluidized) và khí hóa than phun (Transport reactor) Nguyên lý làm việc của lò khí hóa trong công nghệ CFB được thể hiện trong hình 1.12

Trang 29

Hình 1.12 Sơ đồ công nghệ CFB(Circulating fluidized-bed)

Hệ thống CFB bao gồm lò khí hóa kết hợp với cyclon và một seal-pot Vận tốc của tác nhân khí hóa có thể từ 5-8 m/s đảm bảo hầu hết các hạt rắn đều được cuốn theo dòng khí đi ra khỏi lò, sau đó được phân riêng bằng cyclon và được đưa trở lại

lò thông qua seal-pot Trong quá trình tuần hoàn như vậy, độ chuyển hóa carbon sẽ tăng dần, kích thước các hạt than sẽ giảm dần do va đập và mài mòn đến một kích thước đủ nhỏ sẽ bị dòng khí cuốn ra khỏi hệ thống

Công nghệ CFB có thể sử dụng nguyên liệu là phế thải nông nghiệp (Biomass) hoặc rác thải với mọi hình dạng và kích thước hạt

Trang 30

1.2.2.4 Công nghệ KBR (The KBR transport gasifier)

Công nghệ này được thể hiện trong hình 1.13 Than và chất hấp phụ (như đá vôi

để hấp phụ sulfur) được đưa vào lò khí hóa theo các kênh riêng biệt rồi được trộn đều với các dòng hạt rắn tuần hoàn lại từ hệ thống phân riêng

Hình 1.13 Sơ đồ công nghệ KBR (The KBR transport gasifier)

Tác nhân khí hóa đươc chia làm hai kênh cấp vào thiết bị: một kênh cấp trực tiếp vào vùng trộn, một kênh cấp từ đáy lò Vận tốc chuyển động của dòng khí trong lò khoảng 11-18 m/s sẽ cuốn các hạt than từ vùng trộn lên hệ thống phân riêng thông qua một kênh hình hình trụ đặt thẳng đứng ngay trên vùng trộn Trong quá chuyển động đó sẽ xảy ra phản ứng tạo khí than Pha rắn trong hỗn hợp khí than sẽ được thu hồi và tuần hoàn trở lại lò nhờ hệ thống phân riêng gồm thiết bị phân riêng bằng trọng lực kết hợp phân riêng bằng cyclon và kênh dẫn hình chữ J Khí than ra khỏi cyclon sẽ được làm lạnh trước khi đưa vào thiết bị lọc tinh nhằm loại bỏ các hạt rắn

Trang 31

mịn trong khí than Hỗn hợp xỉ than cũng được làm lạnh và đưa ra ngoài lò bằng vít tải

Từ năm 1997-1999, công nghệ này dùng để đốt cháy than hoàn toàn nhằm thu nhiệt lượng, nhưng từ năm 1999-2002 công nghệ này đã được sử dụng để chế tạo khí than ở nhiệt độ phản ứng trong khoảng 900-10000C, áp suất 11-18 bar, độ chuyển hóa carbon đạt đến 98%

1.2.3 Khí hóa than phun (Entrained-flow processes)

Trong công nghệ khí hóa than phun, than nguyên liệu được nghiền đến kích thước nhỏ hơn 100µm phản ứng với dòng tác nhân khí hóa (thường là oxy nguyên chất hoặc hỗn hợp oxy-hơi nước hoặc hỗn hợp của cacbon đioxide-oxy) ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của xỉ

Do quá trình khí hóa tiến hành ở nhiệt độ cao, hoắc-ín và hydrocarbon trong than nguyên liệu bị phân hủy triệt để nên khí than thu được có chất lượng rất cao, hàm lượng methane thấp, độ chuyển hóa carbon có thể đạt được trên 99%

Một trong những ưu điểm nổi bật của công nghệ này là khí hóa được tất cả các loại than kể cả than có độ ẩm và hàm lượng tro cao nhưng nó đòi hỏi tiêu tốn một lượng oxy khá lớn

Lò khí hóa trong công nghệ này có cấu tạo rất đa dạng nhưng chủ yếu khác biệt nhau ở các điểm sau: cách cấp liệu vào lò (phụ thuộc vào tính chất của than), cách bảo vệ vỏ kim loại khi làm việc ở nhiệt độ cao, kết cấu vùng phản ứng và hệ thống thu hồi nhiệt thừa trong khí than Hình 1.14 thể hiện nguyên lý làm việc của lò khí hóa than phun

Trang 32

(a)-Than ở dạng bùn phun cung chiềuvới tác nhân khí hóa từ trên xuống

(b)-Than được sấy khô phun ngược chiềuvới tác nhân khí hóa từ dưới lên

(c)-Than được sấy khô phun cùng chiềuvới tác nhân khí hóa từ dưới lên

Hình 1.14: Mô hình lò khí hóa than phun

Sau đây giới thiệu một vài công nghệ khí hóa than phun

Trang 33

1.2.3.1 Công nghệ SCGP (Shell Coal Gasification Process)

Hình 1.15 thể hiện nguyên lý của công nghệ SCGP Công nghệ SCGP có thể khí hóa được hầu hết các loại than đá, tác nhân khí hóa được sử dụng là hỗn hợp oxy-hơi nước

Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ SCGP (Shell Coal Gasification Process)

Trong công nghệ này, than được nghiền mịn (90% khối lượng than đạt kích thước nhỏ hơn 90µm), sấy khô và vận chuyển bằng khí nitơ hoặc CO2 sau đó được trộn với hỗn hợp oxy-hơi nước ở gần miệng vòi phun trước khi phun vào trong lò Phản ứng tạo khí than xảy ra ở áp suất 30-40 bar, nhiệt độ khoảng 15000C, thời gian lưu của khí than trong lò chỉ khoảng 0,5-4 giây Khí than có thành phần chủ yếu là

Trang 34

2800C Sau khi ra khỏi bộ phân sinh hơi, khí than được đưa qua thiết bị loc để loại

bỏ các hạt rắn mịn trong dòng khí Một nửa lượng khí than ra khỏi bộ phận lọc sẽ được tăng áp nhờ một máy nén và tuần hoàn để làm lạnh khí than ở đỉnh lò, phần khí than còn lại được đưa sang bộ phận rửa khí bằng nước để tiếp tục làm lạnh

Xỉ than tập trung xuống đáy lò ở dạng lỏng, được làm lạnh trực tiếp bằng nước,

sự thay đổi nhiệt độ đột ngột làm cho xỉ than đóng rắn, vỡ vụn và được đưa ra ngoài

ở dạng huyền phù

1.2.3.2 Công nghệ GE (The GE Energy process)

Công nghệ này được thể hiện trong hình 1.15 Than được nghiền ướt đến kích thước nhỏ hơn 100µm sau đó trộn với nước tạo thành dạng bùn sệt và được cấp vào

lò nhờ một bơm pisston kiểu màng Từ trên đỉnh lò, than (dạng sệt) cùng với tác nhân khí hóa (thường là oxy) được phun vào lò bằng một mỏ đốt Nhiệt độ trong lò khoảng 1425 OC, áp suất khoảng 30 bar đối với hệ thống tích hợp IGCC, 70-80 bar nếu khí than được dùng làm khí tổng hợp Khí than cùng với xỉ ở dạng chảy lỏng được tập trung xuống đáy lò và được làm lạnh trực tiếp bằng nước hoặc thông qua một thiết bị trao đổi nhiệt đặt ở đáy lò để phát sinh hơi nước

Ở phương pháp làm lạnh trực tiếp bằng nước, khí than giảm nhiệt độ xuống còn 200-3000C, hơi nước trong khí than ở trạng thái bão hòa Khí than ra khỏi lò sẽ được đưa sang thiết bị rửa khí nhằm loại bỏ các hạt rắn và hấp thụ HCl trước khi đi vào tầng xúc tác thực hiện phản ứng chuyển hóa CO bằng hơi nước để sản suất H2

hoặc làm nguyên liệu tổng hợp Amoniac Xỉ than tháo ra khỏi lò dưới dạng huyền phù sau đó được phân riêng bằng sàng, nước thu được sau khi phân riêng sẽ tuần hoàn lại vùng làm lạnh của lò

Ở phương pháp làm lạnh gián tiếp bằng thiết bị trao đổi nhiệt, khí than ra khỏi lò

có nhiệt độ khoảng 7600C tiếp tục được làm lạnh xuống còn 4250C bằng thiết bị trao đổi nhiệt đặt ở bên ngoài lò, sau đó sẽ đưa sang thiết bị rửa khí Xỉ than được làm lạnh trực tiếp bằng nước và được tháo ra dưới dạng huyền phù Nước sau khi được phân riêng sẽ tuần hoàn lại lò để tiếp tục làm lạnh xỉ

Trang 35

(a)-Công nghệ GE làm lạnh trực tiếp khí than-xỉ lỏng

(b)-Công nghệ GE làm lạnh gián tiếp khí than-xỉ lỏng Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ GE (The GE Energy process)

1.2.3.3 Công nghệ E-Gas (The E-Gas process)

E-Gas là công nghệ khí hóa than hai tầng được phát triển bởi Dow và được sử dụng rộng rãi trong hệ thống tích hợp IGCC Than cấp vào lò ở dạng bùn sệt, đặc biệt loại than có hàm lượng hắc-ín cao thường được khí hóa bằng công nghệ này Dưới đây là hình 1.16 thể hiên nguyên lý làm việc của công nghệ E-Gas

Trang 36

Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ E-Gas (The E-Gas process)

Lò khí hóa trong công nghệ E-Gas chia làm hai tầng, tầng thứ nhất tiến hành khí hóa than bằng oxy trong trạng thái chảy lỏng của xỉ, nhiệt độ của tầng này khoảng

1400 0C Than ở tầng thứ hai được nung nóng và khí hóa bởi dòng khí đi lên từ tầng thứ nhất, nhiệt độ tầng này khoảng 10400C, xỉ than ở trạng thái khô Khí than ra khỏi lò được làm lạnh bằng thiết bị trao đổi nhiệt, loại bỏ hắc-ín và các hạt rắn cuốn theo nhờ thiết bị lọc Hắc-in thu được từ thiết bị lọc sẽ được đưa trở lại tầng thứ nhất của lò khí hóa Xỉ than được làm lạnh bằng nước sau đó được đập vỡ và tháo liên tục ra khỏi lò

1.3 Trữ lượng và tích chất than của Việt Nam

Việt Nam có một trữ lượng than tương đối lớn ước tính khoảng 220 tỷ tấn, trong

đó 210 tỷ tấn than nâu nằm ở độ sâu 100~3500 m trên diện tích 3500 km2 của Đồng Bằng sông Hồng và khoảng 10,5 tỷ tấn than antraxit chủ yếu phân bố ở khu vực Quảng Ninh Phần than antraxit có thể khai thác lộ thiên đến cao trình -300m là 3,5

tỷ tấn, phần 7 tỷ tấn còn lại nằm ở độ sâu -300 đến -1000 m rất khó khai thác Hiện

Trang 37

nay sản lượng khai thác than của Việt Nam trung bình là 32 triệu tấn năm, và sản lượng than tiêu thụ nội địa khoảng 15 triệu tấn Năm 2006 Việt Nam đứng thức 10 trong số các nước xuất khẩu than trên thế giới với lượng xuất khẩu là 14,1 triệu tấn năm

Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật của than anthracite do tập đoàn than khoáng sản Việt Nam cung cấp như sau [1]

STT Cỡ hạt

mm Độ tro ( A %) Độ ẩm tb W

%

Chất bốc tb

V %

Lưu huỳnh

S %

Nhiệt năng (min) Cal/g Trung

25-200 9 8,01-10 3,5 6 0,6 7650 Cục 3a 35-50 4 3,01-5 3 6 0,6 8100

Cục 4b 15-35 9 6,01-12 3,5 6 0,6 7450 Cục 5a 6-18 6 5-7 3,5 6 0,6 7900

Trang 38

Trang 39

Chương 2-Xây dựng mô hình toán

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ TẢ CƠ CHẾ

KHÍ HÓA THAN LỚP CHUYỂN ĐỘNG NGƯỢC CHIỀU

2.1 Giới thiệu

Như đã đề cập ở trong chương 1, công nghệ khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều là công nghệ khí hóa với nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ thao tác vận hành, điều khiển tối ưu và chi phí đầu tư ban đầu tương đối thấp

Trọng tâm của công nghệ này là lò khí hóa làm việc theo nguyên lý ngược chiều, than dạng cục dịch chuyển theo hướng từ trên xuống nhờ trọng lực còn tác nhân khí hóa được thổi từ dưới lên Lớp than trong lò khí hóa được chia thành 5 vùng chính (xem hình 2.1) với các nhiệm vụ khác nhau theo thứ tự từ trên xuống dưới là: vùng sấy, vùng nhiệt phân, vùng khử, vùng oxy hóa và vùng xỉ Trong mỗi vùng đều diễn ra các quá trình truyền nhiệt, vận tải chất và phản ứng hóa học mang đặc trưng riêng cho từng vùng

Sau đây ta sẽ đi vào xem xét các đặc trưng của từng vùng để từ đó xây dựng mô hình toán mô tả các quá trình xảy ra trong mỗi vùng làm cơ sở để mô phỏng tính toán thiết kế lò phản ứng khí hóa than lớp chuyển động ngược chiều

Than Khí than

Vùng xỉ

Vùng sấy

Vùng cháy Vùng khử Vùng nhiệt phân

Trang 40

Chương 2-Xây dựng mô hình toán

2.2 Mô tả vùng sấy của lò khí hóa than

2.2.1 Mô tả cân bằng chất, cân bằng nhiệt cho một hạt than

Đây là vùng nằm trên cùng của lớp than, vai trò vùng này là tận dụng nhiệt của dòng khí than có nhiệt độ cao đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với các hạt than đi từ trên xuống để gia nhiệt sơ bộ đồng thời loại bỏ ẩm ở trong than nguyên liệu trước khi xuống vùng nhiệt phân Ẩm trong nguyên liệu sẽ trộn lẫn với khí than và được đưa ra ngoài

Quá trình xảy ra trong vùng sấy bao gồm hai quá trình vật lý đơn thuần đó là quá trình truyền nhiệt từ môi trường khí vào hạt than mà chủ yếu bằng phương thức đối lưu

và quá trình vận tải ẩm từ trong lòng hạt than qua bề mặt phân chia pha ra môi trường khí Quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm đều xảy ra đồng thời trong lòng hạt than Như vậy để tính toán được thời gian sấy hay chiều dài vùng sấy cần thiết thì ta giải hệ phương trình liên hợp truyền nhiệt và vận tải chất thiết lập cho một hạt than Hệ phương trình đó như sau [3]

∂ +

r r

T

T T r

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	2,12 MB