Nhiên liệu trấu cũng là một trong những dạng năng lượng tái tạo đang bị lãng phí; do đó nghiên cứu thiết kế nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu trấu mang nhiều ý nghĩa sâu sắc.. NHÀ MÁ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN VĂN TOÁN
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT
Mã số: 605280
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2012
Trang 2Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1 GS.TS Lê Chí Hiệp – Chủ tịch Hội đồng
2 TS Hà Anh Tùng – Thư ký Hội đồng
3 PGS.TS Nguyễn Thanh Nam – Ủy viên, Giáo viên phản biện 1
4 TS Hoàng An Quốc – Ủy viên, Giáo viên phản biện 2
5 TS Nguyễn Văn Tuyên – Ủy viên, Giáo viên hướng dẫn khoa học
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn được sửa chữa
GS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Trang 3Trải qua những năm tháng học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, với sự tận tình hướng dẫn của các thầy cô giảng viên tôi đã có được những kiến vô cùng hữu ích và quý giá Những kiến thức này sẽ luôn đồng hành cùng tôi trong suốt quá trình làm việc và công tác sau này Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể Quý thầy cô trong trường và Bộ môn Công nghệ Nhiệt lạnh Đặc biệt tận đáy lòng mình, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS Nguyễn Văn Tuyên là người Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn Thạc
sĩ này
Một phần không thể thiếu nữa là sự hỗ trợ nhiệt tình của Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 2 (PECC2) cùng các đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học Thạc sĩ này Tôi sẽ luôn ghi nhớ và cảm ơn những chân tình mà tập thể PECC2 đã dành cho tôi Tôi hy vọng những kiến thức mà tôi học được sẽ
góp một phần nhỏ bé vào ‘Giải pháp trí tuệ – Thành công bền vững’, để xây dựng
PECC2 phát triển hơn, trở thành một Công ty Tư vấn hàng đầu Việt Nam và Thế giới
Có những lúc tôi gần như bỏ cuộc, nhưng tôi luôn may mắn vì có Cha Mẹ, Chị em, người thân và bạn bè bên cạnh động viên và nhắc nhở Đặc biệt là người bạn gái của tôi, luôn tạo cho tôi những động lực vô cùng lớn, giúp tôi vượt qua những lúc khó khăn, tưởng chừng như gục ngã Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả mọi người trong gia đình, hy vọng tôi đã không làm họ thất vọng
Một lần nữa, xin nhận nơi đây lòng biết ơn sâu sắc
Thượng Hải, ngày 28 tháng 6 năm 2012
NGUYỄN VĂN TOÁN
Trang 4TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
‘Tiết kiệm năng lượng là bảo vệ môi trường’ như là một khẩu hiệu trong khi tốc độ
phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính ngày càng gia tăng Việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và thân thiện môi trường là rất quan trọng và đang là xu hướng của các Quốc gia trên thế giới Nhiên liệu trấu cũng là một trong những dạng năng lượng tái tạo đang bị lãng phí; do đó nghiên cứu thiết kế nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu trấu mang nhiều ý nghĩa sâu sắc Nội dung chính của Luận văn này đã nghiên cứu công nghệ đốt trấu và thiết kế chu trình nhiệt dựa trên quy mô công suất tổ máy đã chọn Bằng phần mềm SteamPRO® đã tính toán và khảo sát các thông số thiết kế và đặc tính vận hành của nhà máy Đồng thời kết hợp với việc xem xét tính công nghệ của một số loại vật liệu chế tạo lò hơi để xác định cặp thông số hơi ban đầu phù hợp nhất với dải công suất tổ máy 10MW Một số yêu cầu kỹ thuật và thông số chính của các hệ thống phụ trợ nhà máy cũng được trình bày để định hướng trong quá trình lựa chọn thiết bị sau này
© Nguyễn Văn Toán, 2012
ABSTRACT
‘Energy saving is environmental protection’ as a slogan which greenhouse emission
is increasing As renewable and environmental friendly energy resources and its ultilization are gaining an increasingly important role worldwide Rice husk is also one of renewable energy which is being waste in Vietnam ; therefore, researching and designing rice husk power plant are profound meaningful The basic objective of this paper is to study rice husk firing technology and desin steam cycle based on selected power plant capacity Design specifications and operation characteristics of power plant are calculated and study by SteamPRO® software In addition, combining to consider material technology of boiler materials to determine steam condition which is the best suitable for range of capacity 10MW Technical requirements and main specifications of BOP (balance of plant) are also stated to orient selecting equipment
© Nguyen Van Toan All rights reserved
Trang 5Ngoài những kết quả, trích dẫn từ những nguồn tài liệu tham khảo mà tôi đã nêu trong Luận văn, Tôi xin cam đoan những nội dung trong Luận văn này là do tôi thực hiện, không sao chép trái phép của bất kỳ tài liệu khác nào, và các nội dung này chưa được người khác thực hiện, phát hành hoặc đăng trên các tạp chí khoa học
Tác giả luận văn
NGUYỄN VĂN TOÁN
Trang 6MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1
1.2 TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN Ở VIỆT NAM 2
1.3 NHÀ MÁY ĐIỆN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU 4
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 5
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 5
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 6
1.5 NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 8
1.5.1 Mục tiêu đề tài 8
1.5.2 Nội dung đề tài 8
1.5.3 Ý nghĩa của đề tài 9
CHƯƠNG 2 – NHIÊN LIỆU TRẤU 2.1 TỔNG QUAN 10
2.2 ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG NHIÊN LIỆU TRẤU 12
2.3 TRẤU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 13
2.3.1 Đánh giá năng lượng trấu tại các tỉnh 13
2.3.2 Phương thức vận chuyển trấu đến nhà máy 14
2.4 ĐẶC TÍNH NHIÊN LIỆU TRẤU 15
2.4.1 Đặc tính hóa học 15
2.4.2 Đặc tính công nghệ 16
2.4.3 Tính chất tro xỉ của trấu 17
CHƯƠNG 3 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 CHU TRÌNH RANKINE 18
3.1.1 Chu trình Rankine lý tưởng 18
3.1.2 Chu trình Rankine thực tế 20
3.2 GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHU TRÌNH NHIỆT 20
3.2.1 Ảnh hưởng của thông số hơi ban đầu 20
3.2.2 Quá nhiệt trung gian 21
Trang 73.3 CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐỔI TRẤU THÀNH ĐIỆN NĂNG 22
3.3.1 Công nghệ hóa khí (Gasification Technologies) 22
3.3.1.1 Nguyên lý công nghệ hóa khí 22
3.3.1.2 Công nghệ hóa khí trấu 28
3.3.1.3 Các ứng dụng của công nghệ hóa khí 31
3.3.2 Công nghệ đốt trực tiếp (Direct Combustion) 33
3.3.2.1 Công nghệ đốt trên ghi 34
3.3.2.2 Công nghệ đốt tầng sôi 36
3.3.3 Kết luận 37
CHƯƠNG 4 – SƠ ĐỒ NHIỆT VÀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN 4.1 LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG SUẤT NHÀ MÁY 38
4.2 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ NHIỆT NHÀ MÁY 40
4.2.1 Thông số hơi ban đầu 40
4.2.2 Áp suất ngưng tụ 43
4.2.3 Áp suất khử khí 43
4.2.4 Nhiệt độ nước cấp 44
4.2.5 Chu trình nhiệt nhà máy 45
4.3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN 46
4.3.1 Xây dựng đường giãn nở 46
4.3.2 Cân bằng năng lượng và cân bằng chất trong các bình trao đổi nhiệt 48
4.3.2.1 Bơm nước ngưng và bơm nước cấp ··· 48
4.3.2.2 Bình gia nhiệt ··· 50
4.3.2.3 Bình khử khí ··· 50
4.3.2.4 Bình ngưng ··· 51
4.3.2.5 Các chỉ tiêu năng lượng của nhà máy ··· 52
CHƯƠNG 5 – CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THẢO LUẬN 5.1 PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 55
5.1.1 Giới thiệu chung về Thermoflow 55
5.1.2 Chương trình SteamPRO® 57
5.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 58
5.2.1 Các thông số đầu vào 58
5.2.2 Đồ thị entanpi – entropy của quá trình giãn nở trong tuabin hơi 59
5.2.3 Thông số tại các điểm đặc trưng 60
5.2.4 Các chỉ tiêu năng lượng của nhà máy 60
5.2.5 Đặc tính của một số thiết bị chính 61
5.2.5.1 Lò hơi ··· 61
Trang 85.2.5.2 Tuabin hơi ··· 61
5.2.5.3 Bình ngưng ··· 62
5.2.5.4 Bình khử khí ··· 62
5.2.5.5 Bình gia nhiệt nước cấp ··· 62
5.2.5.6 Bơm nước cấp ··· 62
5.2.5.7 Bơm nước ngưng ··· 63
5.2.6 Hiệu suất lò hơi 63
5.2.7 Suất tiêu hao nhiên liệu 64
5.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ THẢO LUẬN 64
5.3.1 Thay đổi cặp thông số ban đầu kết đôi 64
5.3.2 Đặc tính vận hành 67
5.3.2.1 Đặc tính vận hành theo chế độ tải ··· 67
5.3.2.2 Chế độ làm mát bình ngưng ··· 68
5.4 KẾT LUẬN 69
CHƯƠNG 6 – CÁC HỆ THỐNG PHỤ TRỢ NHÀ MÁY 6.1 HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRẤU 70
6.1.1 Tổng quan 70
6.1.2 Tiêu thụ nhiên liệu 70
6.1.2.1 Đặc tính nhiên liệu ··· 70
6.1.2.2 Nhu cầu tiêu thụ ··· 71
6.1.3 Hệ thống bốc dỡ trấu trên bến cảng 72
6.1.4 Hệ thống vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu trấu 72
6.2 HỆ THỐNG NƯỚC LÀM MÁT TUẦN HOÀN 73
6.3 BỘ LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN (ESP) 74
6.3.1 Khử bụi tĩnh điện 74
6.3.2 Hiệu suất của hệ thống khử bụi tĩnh điện của nhà máy 75
6.3.3 Các thông số thiết bị khử bụi tĩnh điện được sử dụng cho nhà máy 75
6.4 HỆ THỐNG KHÔNG KHÍ NÉN 76
6.4.1 Phạm vi hệ thống 76
6.4.2 Các yêu cầu của hệ thống 76
6.4.2.1 Khí nén dịch vụ ··· 76
6.4.2.2 Khí nén điều khiển ··· 77
6.4.3 Bố trí thiết bị và vận hành 77
6.4.4 Các thiết bị chính của hệ thống 77
6.4.4.1 Máy nén ··· 77
6.4.4.2 Bình chứa khí ··· 78
6.4.4.3 Bộ sấy khí nén ··· 78
6.4.4.4 Hệ thống điều khiển ··· 78
6.4.4.5 Hệ thống phân phối khí nén ··· 78
Trang 96.5.1 Nhu cầu và chất lượng nước khử khoáng 79
6.5.2 Phạm vi thiết kế 80
6.5.3 Cấu hình thiết kế 80
6.5.4 Sơ đồ công nghệ 80
6.5.5 Các thiết bị chính 82
6.6 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 83
6.6.1 Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp 83
6.6.1.1 Lưu lượng, thành phần và tính chất nước thải công nghiệp ··· 83
6.6.1.2 Phạm vi thiết kế ··· 83
6.6.1.3 Cấu hình thiết kế ··· 84
6.6.1.4 Sơ đồ công nghệ ··· 84
6.6.2 Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt 85
6.6.2.1 Lưu lượng, thành phần và tính chất nước thải công nghiệp ··· 85
6.6.2.2 Phạm vi thiết kế ··· 86
6.6.2.3 Cấu hình thiết kế ··· 86
6.6.2.4 Sơ đồ công nghệ ··· 87
CHƯƠNG 7 – KẾT LUẬN 7.1 KẾT LUẬN 88
7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Trang 10Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển, tốc độ phát triển từ cuối thập niên 90 của thế kỷ 20 đến nay rất cao, theo thống kê trong năm 2006-2009 tốc
độ tăng trưởng kinh tế bình quân đạt 8÷8.5%/năm và dự báo sẽ duy trì tăng trưởng cao trong tương lai Tăng trưởng điện năng là yêu cầu tất yếu để phục vụ cho tăng trưởng kinh tế, thực tế cho thấy tăng trưởng điện năng luôn phải đi trước một bước so tăng trưởng kinh tế
Chính sách phát triển nguồn điện sẽ ưu tiên phát triển thủy điện, tuy nhiên nguồn thủy điện là con số hữu hạn và tối đa khả năng khai thác tiềm năng thủy điện của Việt Nam chỉ ở khoảng 80-100 tỷ kWh, trong khi dự báo đến năm 2015 nhu cầu điện năng của Việt Nam khoảng hơn 200 tỷ kWh Theo đánh giá có tính khả thi đến năm 2015, khả năng khai thác thủy điện cao nhất ở khoảng 50-60 tỷ kWh Như vậy đến năm 2015, điện năng từ nhiệt điện và nhập khẩu điện năng từ Lào và Trung Quốc chiếm khoảng hơn 70% điện năng hệ thống điện Việt Nam
Để đáp ứng tăng trưởng nhu cầu điện năng, nhiều nhà máy thủy điện và nhiệt điện đang được khẩn trương xây dựng dưới nhiều hình thức, bao gồm nhà máy do EVN xây dựng, các dự án điện theo hình thức BOT, IPP, Nhưng nguồn điện Việt Nam vẫn không đáp ứng kịp với tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện và trong tương lai dự báo có thể thiếu nguồn là hoàn toàn có cơ sở
Việc phát triển mạng lưới điện phải tăng trưởng và đáp ứng theo tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế đất nước Trong khi các tiềm năng thủy điện bị hạn chế, song song với sự phát triển các dự án nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch ở quy mô lớn, việc phát triển
và xây dựng các nhà máy điện có quy mô vừa và nhỏ, tận dụng các nguồn nhiên liệu có sẵn, dư thừa có ý nghĩa quan trọng
Chương
1
Trang 11Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh Trong khi đó, nhiên liệu trấu của nước ta đang dư thừa đáng kể và vấn đề ô nhiễm các dòng sông do việc thải bỏ trấu đang rất nghiêm trọng và cần có biện pháp xử lý cấp bách Hiện nay, Chính phủ đang có chủ trương phát triển nhiệt điện trấu để giải quyết vấn
đề ô nhiễm trên và đang từng bước xây dựng khung pháp lý, chính sách nhằm khuyến khích việc sử dụng nhiên liệu trấu chuyển đổi thành điện năng một cách hữu hiệu hơn
1.2 TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN Ở VIỆT NAM
Việt Nam đang trong quá trình phát triển kinh tế, song song là quá trình phát triển mạng lưới điện Trong những năm gần đây, khai thác thủy điện hầu như phát triển chậm lại do hạn chế về tiềm năng thủy điện, nhưng nhiệt điện lại phát triển mạnh mẽ, nhất là nhiệt điện khí và dầu, nhiều Trung Tâm Điện Lực (TTĐL) sử dụng nhiên liệu khí đã và đang được xây dựng và vận hành thương mại như TTĐL Khí Điện Đạm Cà Màu, TTĐL
Ô Môn, TTĐL Phú Mỹ, TTĐL Nhơn Trạch, … Trong tương lai gần, nhiệt điện phát triển ngày càng mạnh hơn, nhiều dự án nhiệt điện than, dầu, khí đang được triển khai cấp bách để đưa vào khai thác sử dụng, nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải điện trong nước
Nhiệt điện khí,
dầu, 44.60%
Nhập khẩu, 4.10%
Thủy điện lớn và vừa Năng lượng tái tạo Nhiệt điện than Nhiệt điện khí, dầu Nhập khẩu
Hình 1.1 Công suất điện năng lắp đặt năm 2007[1]
Theo báo cáo của Bộ Công Thương tính đến năm 2007, tổng công suất điện lắp đặt trong cả nước đạt khoảng 13,512MW Qua hình 1.1 cho thấy năng lượng đất nước phụ thuộc chủ yếu vào thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện khí và dầu; còn tổng năng lượng tái tạo (NLTT) khai thác vào khoảng 283.75MW (2.1%) Trong khi đó, tiềm năng khai thác NLTT của nước còn rất lớn, nên việc phát triển nguồn NLTT ở quy mô lớn không những giảm bớt gánh nặng cho các nguồn năng lượng khác, đảm bảo an ninh năng lượng Quốc Gia, mà còn góp phần bảo về môi trường
Trang 12Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
Dựa vào tiến độ xây dựng các nhà máy nhiệt điện than, vào khoảng năm 2013 –
2020, nhiều trung tâm nhiệt điện than được xây dựng trên quy mô lớn như TTĐL Vĩnh Tân (4,424MW), TTĐL Duyên Hải (4,400MW), TTĐL Sơn Mỹ (3,600MW), TTĐL Kiên Lương (4,400MW), TTĐL Long Phú (4,400MW), TTĐL Sông Hậu, NMĐ Phú Quốc, Mông Dương, Nghi Sơn, … Do sự phát triển đáng kể của nhiệt điện than trong tương lai (từ 14.4% năm 2007 đến 42.1% năm 2025), nên mạng lưới nguồn điện của đất nước sẽ phụ thuộc rất nhiều vào nhiên liệu than
Theo đánh giá có tính khả thi đến năm 2025 trong Quy Hoạch Tổng Sơ Đồ 6 về phát triển nguồn điện, tổng công suất điện lắp đặt đến năm 2025 vào khoảng 90,163MW Hình 1.2 trình bày cơ cấu điện năng đến năm 2025, trong đó năng lượng tái tạo chiếm khoảng 811.47MW (0.9%)
Thủy điện lớn và vừa, 10.90% Năng lượng
tái tạo, 0.90%
Nhiệt điện than, 42.10%
Nhiệt điện khí, dầu, 32.00%
Nhập khẩu, 4.40%
Điện nguyên
tử, 9.70%
Hình 1.2 Công suất điện lắp đặt năm 2025[26]
Qua hình 1.2 cho thấy năng lượng Việt Nam phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, với tổng công suất nhiệt điện than, dầu và khí đốt chiếm 74.10% Điều này ảnh hưởng đến an ninh năng lượng Quốc Gia, nếu chi phí nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu tăng cao hoặc nguồn nhiên liệu này cạn kiệt thì sao? Do đó, chiến lược phát triển nguồn NLTT nói chung và năng lượng trấu nói riêng mang ý nghĩa:
- Do nguồn nhiên liệu trấu tập trung tại các khu vực Đồng Bằng Sông Hồng và Đồng Bằng Sông Cửu Long, nên việc xây dựng các nhà máy điện trấu tại các khu vực này
sẽ giải quyết được bài toán cung cấp điện cho các vùng nông thôn, vùng xa mà không phải tốn chi phí trong quá trình truyền tải điện đi xa
Trang 13Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
- Sử dụng nhiên liệu trấu sản xuất điện ở quy mô lớn không những làm giảm sức nặng cho nhiên liệu hóa thạch, mà còn góp phần đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sử dụng và đảm bảo an ninh năng lượng Quốc Gia
- Giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do thải bỏ một lượng trấu lớn xuống ao,
hồ, sông, suối, … Đồng thời thay thế được một lượng đáng kể nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất điện, giảm được lượng lớn khí CO2 Qua đó góp phần vào chương trình giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, góp phần giảm sự ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường
1.3 NHÀ MÁY ĐIỆN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRẤU
Trong xu hướng phát triển chung của nguồn năng lượng tái tạo trên toàn thế giới, nhiên liệu trấu cũng là một dạng năng lượng tái tạo và cũng được nhiều nước quan tâm phát triển, đặc biệt là các nước có ngành nông nghiệp phát triển như Thái Lan, Ấn Độ, Philippines, Indonesia, Malaysia, … Trong đó, đáng chú ý nhất là Thái Lan và Ấn Độ đã xây dựng và vận hành thành công nhiều nhà máy điện sử dụng nhiên liệu trấu
Thái Lan là một trong số các nước có ngành xuất khẩu gạo đứng đầu thế giới, nên nhiên liệu trấu rất dồi dào, và việc phát triển năng lượng trấu ở đất nước này phát triển rất mạnh Tính đến thời điểm hiện nay, tổng công suất điện lắp đặt khoảng 30,000MW, trong
đó tổng công suất điện trấu lắp đặt khoảng 300MW, chiếm khoảng 1% tổng công suất điện lắp đặt của Thái Lan
Ấn Độ cũng là quốc gia có sản lượng lúa rất lớn vào khoảng 180 triệu tấn trong năm
2008, vì thế sản lượng trấu thải ra cũng rất lớn và việc nghiên cứu xây dựng, lắp đặt các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu trấu cũng được phát triển mạnh mẽ Tổng công suất điện trấu lắp đặt vào khoảng 600MW trong tổng công suất điện lắp đặt khoảng 147,000MW (2009), do đó tỷ lệ năng lượng điện sử dụng nhiên liệu trấu ở Ấn Độ chiếm khoảng 0.4%
Bảng 1.1 Một số nhà máy điện sử dụng nhiên liệu trấu trên thế giới
1 NMĐ Pichit A.T Biopower,
Trang 14Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
3
6.5MW biomass based (rice
husk) power generation by
M/s Indian Acrylics Ltd
6.5MW Công nghệ đốt
5 NMĐ Bua Sommal, Thái
6 NMĐ Family Choice and
Golden Season, Philippines 2MW Buồng lửa ghi 08/2010
Công nghệ hóa khí, chu trỉnh hỗn hợp
2006
8
Nhìn chung, bảng 1.1 cho thấy hầu hết các nhà máy nhiệt điện trấu trên thế giới có quy mô công suất nhà máy vừa và nhỏ Trong đó, ứng với dải công suất nằm trong khoảng 2÷20MW có xu hướng áp dụng công nghệ đốt trực tiếp tương ứng với lò hơi đốt trên ghi và lò hơi đốt tầng sôi; còn công suất tổ máy dưới 2MW có xu hướng áp dụng công nghệ hóa khí, chu trình hỗn hợp
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Việc sản xuất điện sử dụng nhiên liệu trấu đã được các nước trong khu vực Đông Nam Á cũng như các nước trên thế giới nghiên cứu, xây dựng và đưa vào vận hành trong nhiều năm qua Do đó, các công nghệ nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu trấu
đã được nghiên cứu, kiểm chứng trong các nhà máy thực tế, và có thể nói đã được hoàn thiện về mặt công nghệ, thiết bị và các vấn đề kỹ thuật trong vận hành, bảo dưỡng, … Dưới đây trình bày một số đề tài nghiên cứu tiêu biểu trong khu vực và trên thế giới:
- [1] M Ahiduzzaman, Senior Scientific Officer, Bangladesh, 2007: Tác giả nghiên cứu hiện trạng các công nghệ sử dụng năng lượng trấu ở Bangladesh như công nghệ ép củi trấu dùng cho mục đích sinh hoạt và công nghệ hóa khí
- [2] Matti Hiltunen, RD Partners Kotka in Finland, 2008: Nghiên cứu buồng đốt cho lò tầng sôi (BFB) và tầng sôi tuần hoàn (CFB) ứng với các nhiên liệu
Trang 15Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
biomass khác nhau Trong đó xét đến ảnh hưởng của yếu tố tro xỉ lên việc ăn mòn dàn ống trao đổi nhiệt, hình thành cáu cặn
- [3] Mitsubishi Securities Clean Energy Finance Committee, Thailand, 2003: Nghiên cứu, đánh giá tính khả thi của dự án nhiệt điện trấu, quy mô công suất 20MW tại Thái Lan
- [4] Lee Ven Han, Malaysia, 2004: Nghiên cứu về quá trình đồng đốt của nhiên liệu trấu với nhiên liệu than trong các loại buồng lửa CFB, buồng lửa ghi, buồng lửa đốt than phun, buồng lửa cyclone Trong đó đánh giá về một số chỉ tiêu như kích cỡ nhiên liệu, hệ số không khí thừa, phát thải khí gây ô nhiễm môi trường (NOx, SOx)
- [5] Thipwimon Chungsangunsit, Shabbir H Gheewala, and Suthum Patumsawad, Thailand, 2009: Nghiên cứu đánh giá phát thải khí CO2, NOX,
SOX trong việc sản xuất điện bằng nhiên liệu trấu
- [6] Prachuab Peerapong and Bundit Limmeechokchai, Thailand, 2009: Nghiên cứu phân tích hiệu quả năng lượng và hiệu quả exergy của một nhà máy điện trấu trong thực tế Qua đó đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của từng thiết bị chính trong nhà máy
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Việt Nam cũng là một trong những nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới, sản lượng lúa hàng năm của khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long vào khoảng 25 triệu tấn (2009), và sản lượng trấu thải ra từ các nhà máy xay xát vào khoảng 4 triệu tấn
Hiện nay, việc sử dụng năng lượng trấu ở Việt Nam nói chung và khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long nói riêng rất hạn chế, chỉ khoảng 20÷30% lượng trấu được sử dụng trong sinh hoạt, trong các ngành công nghiệp như sản xuất gạch, các lò gốm, các
lò hơi công suất nhỏ… Lượng trấu dư thừa còn lại được đốt thải bỏ hoặc được thải trực tiếp xuống sông suối, ao, hồ, kênh, rạch làm ô nhiễm trầm trọng nguồn nước Việc sử dụng năng lượng trấu lãng phí như trên một mặt là do nhà nước chưa có chính sách phát triển năng lượng đồng đều, mặt khác chưa có các nghiên cứu một cách khoa học nhằm đưa nhiên liệu trấu vào sử dụng hiệu quả Đứng trước tình hình đó, hiện nay Bộ Công Thương (MOIT) đang đề nghị các giải pháp về cơ chế chính sách
Trang 16Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
nhằm xây dựng khung chính sách pháp lý về khuyến khích, hỗ trợ phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo, giải pháp về hỗ trợ đầu tư và phát triển năng lượng tái tạo, giải pháp về phát triển nguồn nhân lực, giải pháp hỗ trợ hình thành thị trường công nghệ năng lượng tái tạo, giải pháp tài chính và huy động nguồn vốn, và giải pháp về tổ chức
Để phát triển nhanh chóng và bền vững việc sử dụng nguồn NLTT hiệu quả của quốc gia, các khung chính sách trên phải phát triển đồng bộ với các nghiên cứu khoa học trong nước Hiện nay, các nghiên cứu về sử dụng năng lượng trấu cho phát điện còn rất hạn chế và chưa được quan tâm đúng mức Ngày 12 tháng 11 năm 2009, cuộc
hội thảo về Năng Lượng Trấu: “Chuyển hóa Phế Thải thành Năng Lượng và Lợi
Nhuận” do Bộ Công Thương (MOIT), Ngân Hàng Thế Giới (World Bank) và Tổ Chức
Tài Chính Quốc Tế (International Finance Coporation) phối hợp tổ chức Tham dự hội thảo gồm có các Chuyên Gia Tư Vấn nước ngoài, Chuyên Gia Tư Vấn trong nước, các đơn vị đầu tư, các Chuyên Gia vận hành nhà máy điện trấu của Ấn Độ, Thái Lan, Nhật Bản, …
Hiện nay vấn đề sử dụng năng lượng trấu đang được các cấp Bộ, Ngành, các Cơ Quan và các Chủ đầu tư rất chú ý, có nhiều dự án đang trong quá trình triển khai và chuẩn bị đầu tư xây dựng Do đó, việc nghiên cứu công nghệ phải đi trước một bước
so với quá trình xây dựng và vận hành các nhà máy điện trấu trong thực tế
Một số đề tài và nội dung chính của các nghiên cứu khoa học liên quan đến đề tài:
- [1] Nghiên Cứu Khoa Học của Nguyễn Đức Cường, Phòng Phát Triển Năng Lượng Nông Thôn và Công Nghệ Mới, Hà Nội, 2005: Khảo sát, đánh giá tiềm năng nhiên liệu trấu có thể dùng cho sản xuất điện của Đồng Bằng Sông Hồng
và Đồng Bằng Sông Cửu Long Qua đó quy hoạch các địa điểm có khả năng lắp đặt nhà máy điện trấu quy mô công suất 5MW Đồng thời, đề xuất phương
án đồng phát nhiệt điện, quy mô công suất 5.5MW và đánh giá tính khả thi của phương án này
- [2] Hội Thảo Khoa Học do Bộ Công Thương (MOIT), Ngân Hàng Thế Giới (WB) và Tổ Chức Tài Chính Quốc Tế, Tp.HCM, 2009: Trong hội nghị nêu ra tiềm năng sử dụng Năng Lượng Trấu của Việt Nam là rất lớn, bên cạnh đó nêu
Trang 17Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
lên những thách thức và khó khăn khi sử dụng nguồn năng lượng này, đồng thời các Chuyên Gia chia sẻ kinh nghiệm từ các nước Thái Lan, Ấn Độ, Nhật Bản…
Nhìn chung, các nghiên cứu khoa học trong nước và ngoài nước đã giải quyết được nhiều vấn đề công nghệ liên quan như lò hơi đốt trấu, các vấn đề về khí thải, ảnh hưởng của tro xỉ, … Nhưng chưa cho thấy được các chỉ tiêu công nghệ chi tiết của nhà máy điện đốt trấu như sơ đồ nhiệt chi tiết, thông số hơi mới, hiệu suất nhà máy, chỉ tiêu năng lượng Vì thế, trong phạm vi của đề tài này sẽ giải quyết được các yêu cầu trên
1.5 NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1 Mục tiêu đề tài
Trong lĩnh vực nghiên cứu về nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu trấu ở nước
ta còn rất hạn chế, vì thế việc nghiên cứu thiết kế nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên
liệu trấu là cần thiết, thông qua đó là nền tảng và cơ sở cho việc đưa nhiên liệu trấu
đang dư thừa vào sử dụng hiệu quả hơn Do đó, mục tiêu chính của đề tài luận văn này
là nghiên cứu các công nghệ có thể chuyển hóa năng lượng trấu thành năng lượng điện, xác định quy mô công suất nhà máy hợp lý, thiết lập sơ đồ nhiệt nhà máy, tính toán sơ đồ nhiệt nhà máy, hiệu suất và các chỉ tiêu năng lượng của nhà máy
1.5.2 Nội dung đề tài
Để đạt được các mục tiêu nêu trên, các nội dung chính của đề tài bao gồm:
- Đánh giá khả năng cung cấp và vận chuyển nhiên liệu trấu tại khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, qua đó xác định được quy mô công suất nhà máy phù hợp
- Nghiên cứu các công nghệ chuyển đổi nhiên liệu trấu thành năng lượng điện
và lựa chọn công nghệ phù hợp với quy mô công suất nhà máy
- Xác định cấu hình nhà máy, công suất tổ máy, thiết lập và tính toán sơ đồ nhiệt nhà máy
- Đánh giá và khảo sát các cặp thông số kết đôi, đặc tính vận hành của nhà máy
- Xác định đặc tính của một số thiết bị chính và nghiên cứu các hệ thống phụ trợ nhà máy
Trang 18Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
1.5.3 Ý nghĩa của đề tài
Đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sau:
- Đề xuất các phương hướng, cách thức có thể triển khai các công nghệ chuyển đổi nhiên liệu trấu thành điện năng
- Tối ưu hóa thông số đầu vào và thiết lập sơ đồ nhiệt phù hợp cho tổ máy quy
mô công suất 10MW
- Từ các kết quả tính toán, khảo sát cho thấy được các chỉ tiêu năng lượng của nhà máy
- Các kết quả của đề tài có thể xem như là nghiên cứu cơ sở, làm nền tảng cho các nghiên cứu chi tiết hơn trong quá trình sử dụng nhiên liệu trấu hiệu quả hơn
Trang 19Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
NHIÊN LIỆU TRẤU
2.1 TỔNG QUAN
Việt Nam là nước đang trong giai đoạn phát triển, và là một nước có ngành lúa nước rất phát triển, là một trong những Quốc Gia xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới Với diện tích canh tác lúa khoảng 22% diện tích đất tự nhiên, sản lượng lúa trung bình hàng năm khoảng 39 triệu tấn lúa (2008) và số liệu chi tiết trình bày trong bảng sau
Bảng 2.1 Sản lượng lúa hàng năm theo khu vực [24]
Vì thế rất thuận lợi trong quá trình thu gom và vận chuyển trấu về nhà máy
Chương
2
Trang 20Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
Sản lượng lúa của các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) phân bố không đều, tập trung nhiều tại các tỉnh An Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp, Long An và Sóc Trăng Theo Tổng Cục Thống Kê, sản lượng lúa chi tiết tại các tỉnh thuộc ĐBSCL được trình bày trong bảng dưới
Bảng 2.2 Sản lượng lúa hàng năm của các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long [24]
Trang 21Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
Bảng 2.3 Sản lượng lúa gạo theo thời thụ trong năm 2008
Qua bảng 2.3 cho thấy sản lượng lúa gạo tập trung vào hai vụ chính là Đông Xuân
và Hè Thu, do đó việc lưu trữ kho và phân phối đến các cơ sở xay xát mang nhiều ý nghĩa quan trọng
2.2 ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG NHIÊN LIỆU TRẤU
Với sản lượng lúa rất lớn như trên, sau khi xay xát chế biến thành gạo, các nhà máy xay xát thải ra môi trường một lượng trấu rất lớn, và giải quyết lượng trấu này một cách hiệu quả, ít ảnh hưởng đến môi trường đang gặp rất nhiều khó khăn trên nhiều phương diện
Hiện trạng sử dụng nhiên liệu trấu:
- Làm thức ăn gia súc, sản xuất phân bón và chế biến ván ép
- Làm nhiên liệu trong sinh hoạt hàng ngày, và trong các cơ sở công nghiệp và tiểu công nghiệp như các lò hơi công nghiệp công suất nhỏ, lò gốm, lò gạch, lò gốm,
…
- Sản xuất củi trấu: Dùng các máy ép củi trấu có công suất 70÷80 kg củi/giờ Củi trấu rất dễ sử dụng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất công nghiệp Nhưng hiện nay phương pháp này chưa được áp dụng rộng rãi và đang có xu hướng phát triển Nếu công nghệ này được phát triển phổ biến trên quy mô lớn sẽ làm giảm đáng kể việc ô nhiễm môi trường do trấu
- Sử dụng trấu để phát điện thì gần như không có
Theo khảo sát và đánh giá của một số nghiên cứu, lượng trấu chiếm khoảng 20% hạt lúa Do đó, từ sản lượng lúa của các tỉnh thành trong cả nước trình bày trong bảng 2.1, ta có thể ước tính được lượng trấu của cả nước trong năm 2008
Mặt khác, theo kết quả khảo sát và thống kê, tổng lượng trấu hiện nay dùng trong sinh hoạt và công nghiệp chiếm khoảng 30% lượng trấu thải ra từ các nhà máy xay xát
Trang 22Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
Vì thế, còn khoảng 70% lượng trấu dư thừa có thể sử dụng để sản xuất điện năng Nhưng xét về khía cạnh thu gom và vận chuyển trấu từ các cơ sở xay xát về đến nhà máy điện, thì lượng trấu được sử dụng còn khoảng 60% Từ các số liệu giả thiết này, chúng ta tính toán được khả năng công suất lắp đặt nhiệt điện trấu của các khu vực trong nước như bảng dưới
Bảng 2.4 Công suất điện trấu có thể lắp đặt của các khu vực trong nước
Khu vực
Sản lượng trấu (nghìn tấn)
Trấu cho sản xuất điện (nghìn tấn)
Công suất lắp đặt (MW)
2.3 TRẤU Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
2.3.1 Đánh giá năng lượng trấu tại các tỉnh
Tương tự với cách đánh giá khả năng công suất điện trấu có thể lắp đặt trong phạm vi cả nước, chúng ta tiến hành đánh giá cho các tỉnh thuộc ĐBSCL, qua đó xem xét và đánh giá khả năng quy mô công suất của đề tài luận văn này
Từ sản lượng lúa của các tỉnh thuộc ĐBSCL trình bày trong bảng 2.2 nêu trên, công suất điện trấu có thể lắp đặt cho các tỉnh như sau:
Trang 23Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
Bảng 2.5 Công suất điện trấu có thể lắp đặt của các tỉnh thành thuộc ĐBSCL
(nghìn tấn)
Trấu cho sản xuất điện (nghìn
tấn)
Công suất lắp đặt (MW)
2.3.2 Phương thức vận chuyển trấu đến nhà máy
Một trong những khó khăn chính khi xây dựng và vận hành nhà máy điện trấu là phương thức và tính hiệu quả trong việc vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu trấu Trấu là loại nhiên liệu có khối lượng riêng thấp, nên việc vận chuyển gặp nhiều khó khăn về công suất thiết bị vận chuyển Khối lượng riêng trung bình của trấu vào khoảng
Trang 24Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
120÷150 kg/m³, do đó thiết bị vận chuyển trấu cần có thể tích chứa lớn hơn rất nhiều
so với vận chuyển than, dầu, …
Các cơ sở xay xát lúa gạo thường có quy mô công suất nhỏ, không tập trung và nằm cạnh các con sông, kênh, rạch nhằm thuận lợi cho việc vận chuyển lúa, gạo Do
đó, việc vận chuyển trấu bằng đường sông cũng rất thuận lợi Nhưng hiện nay, khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long có nhiều trung tâm xay xát quy mô công suất lớn, việc xay xát được thực hiện quanh năm Do đó, khi địa điểm xây dựng nhà máy cần thiết đặt gần các trung tâm xay xát này nhằm giảm chi phí vận chuyển và đáp ứng đủ nhu cầu nhiên liệu cho nhà máy trong năm
Mặt khác, đặc điểm của khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là có hệ thống sông ngòi chằng chịt, mạng lưới giao thông đường sông phát triển rất tốt, vì thế phương thức vận chuyển trấu từ các nhà máy xay xát đến nhà máy điện bằng đường sông được đánh giá là khả thi
2.4 ĐẶC TÍNH NHIÊN LIỆU TRẤU
Đặc tính nhiên liệu trấu ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn công nghệ và thiết kế buồng đốt lò hơi, thiết kế nhiệt động lực học của quá trình cháy, thiết kế hệ thống cung cấp, vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu, và ảnh hưởng đáng kể đến quá trình vận hành, bảo dưỡng sau này Vì thế, việc nghiên cứu các đặc tính nhiên liệu trấu rất cần thiết cho các giai đoạn sau của đề tài
Thành phần hóa học của trấu thay đổi theo từng vùng, nhưng nhìn chung mức độ dao động của đặc tính nhiên liệu trấu không rộng Do đó, trong phạm vi đề tài này sẽ lấy các thành phần hóa học điển hình, để tính toán sơ đồ nhiệt nhà máy
Trang 25Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
Bảng 2.7 Đặc tính công nghệ của nhiên liệu trấu
Trang 26Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ
2.4.3 Tính chất tro xỉ của trấu
Thành phần hóa học của tro trấu được trình bày trong bảng dưới đây:
Bảng 2.8 Đặc tính tro xỉ của nhiên liệu trấu
Qua bảng trên cho thấy tro xỉ của nhiên liệu trấu có hàm lượng SiO2 rất lớn, và điều này cần lưu ý khi thiết kế và vận hành lò hơi đốt trấu
Trang 27Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
Hình 3.2 Sơ đồ chu trình Rankine và đồ thị T-s
Chu trình Rankine là chu trình cơ bản của thiết bị động lực hơi nước, là một chu trình nhiệt động chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng thông qua môi chất làm việc Hình 3.2 trình bày sơ đồ làm việc và đồ thị T-s của chu trình Rankine làm việc với hơi quá nhiệt Chu trình Rankine gồm 4 thiết bị chính là: Lò hơi (Bộ sinh hơi và bộ quá nhiệt), tuabin hơi nước, bình ngưng và bơm nước cấp Môi chất làm việc thông thường
là nước, chu trình Rankine lý tưởng bao gồm 4 quá trình khép kín, diễn ra liên tục như sau:
- Quá trình 1 – 2’: Quá trình cung cấp nước vào lò hơi bằng bơm nước cấp Đây là
quá trình nén đoạn nhiệt và tiêu hao một công là W p (kJ/kg) cho bơm nước cấp
- Quá trình 2’ – 3: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp trong lò hơi Quá trình này diễn ra bên trong lò hơi, bao gồm 2 quá trình nhỏ là quá trình sinh hơi bão hòa xảy ra trong dàn ống sinh hơi và quá trình quá nhiệt xảy ra trong bộ quá nhiệt Nhiệt
lượng tiêu hao cho quá trình này là q 1 (kJ/kg), được cung cấp bởi nhiên liệu cấp vào buồng đốt lò hơi
Chương
3
Trang 28Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Tốt Nghiệp
- Quá trình 3 – 4’: Quá trình giãn nỡ đoạn nhiệt trong tuabin hơi Hơi quá nhiệt sinh
ra trong lò hơi được đưa đến tuabin hơi, tại đây hơi nước giãn nở sinh công là W T
(kJ/kg)
- Quá trình 4’ – 1: Quá trình thải nhiệt đẳng áp trong bình ngưng Hơi nước ra khỏi tuabin hơi được đưa đến thiết bị ngưng tụ, tại đây hơi nước ngưng tụ thành lỏng
bão hòa và thải ra một nhiệt lượng là q 2 (kJ/kg)
Để đánh giá hiệu quả của chu trình, ta dùng khái niệm hiệu suất nhiệt:
1 2 1
t
q
q 1 q
W =
-=
Trong đó:
- W: Công sinh ra trong chu trình, kJ/kg
- q 1: Nhiệt lượng cấp vào chu trình, kJ/kg
- q 2: Nhiệt lượng thải ra từ chu trình, kJ/kg
Công sinh ra trong tuabin hơi được tính theo công thức (quá trình 3 – 4’):
' 4 3
Công tiêu hao cho bơm nước cấp trong quá trình 1 – 2’:
) p p ( v i i
Công sinh ra trong chu trình như sau:
) i i ( ) i i ( W W
Nhiệt lượng cấp vào chu trình trong quá trình 2’ – 3:
' 2 3
Nhiệt lượng thải ra trong bình ngưng, quá trình 4’ – 1:
1 ' 4
Hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine:
' 2 3
1 ' 2 ' 4 3 1 t
i i
) i i ( ) i i ( q
W
-=
=
Thực tế thì công tiêu hao cho bơm nước cấp (W p) là rất nhỏ so với công sinh ra
trong quá trình giãn nở trong tuabin hơi (W T), vì thế khi tính toán không cần chính xác
cao, có thể bỏ qua công tiêu hao cho bơm (W p = 0), khi đó hiệu suất nhiệt của chu trình
sẽ là:
Trang 29Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
' 2 3
' 4 3 t
i i
i i
của hai quá trình này tăng lên (Δs > 0) Trên hình 3.2, chu trình Rankine thực tế được
biểu diễn bằng đường 1-2-3-4
Hiệu suất đẳng entropy (η iso) của tuabin là tỷ số giữa công sinh ra khi hơi nước giãn nở không thuận nghịch và công sinh ra khi hơi nước giãn nở đoạn nhiệt thuận
nghịch (s = constant), hiệu suất này dùng để đo lường mức độ không thuận nghịch của
quá trình giãn nở trong tuabin, hiệu suất đẳng entropy được tính theo công thức sau:
' 4 3
4 3 iso
i i
i i
3.2 GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHU TRÌNH NHIỆT
3.2.1 Ảnh hưởng của thông số hơi ban đầu
Thông số hơi ban đầu là nhiệt độ và áp suất ngay tại stop van vào tuabin hơi, và các thông số này ảnh hưởng trực tiếp hiệu suất chu trình, thiết bị và đặc điểm của tuabin hơi
Trang 30Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Tốt Nghiệp
Khi giữ nguyên áp suất ban đầu và áp suất ngưng tụ để tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến hiệu suất Như trình bày trong hình 3.3a, khi tăng nhiệt độ ban đầu lên làm độ chênh lệch giữa nhiệt độ lớn nhất và nhiệt độ nhỏ nhất trong chu trình tăng lên, qua đó làm tăng hiệu suất nhiệt của chu trình Đồng thời khi tăng nhiệt độ ban đầu sẽ làm tăng độ khô (x) của hơi cuối tuabin, điều này làm giảm tổn thất do hơi ẩm tại các tầng cuối của tuabin và giảm nguy cơ mài mòn cánh động tuabin do hơi ẩm Nhưng việc tăng thông số hơi ban đầu làm giảm tính bền của kim loại, do đó chi phí vật liệu chế tạo tuabin sẽ tăng cao và giảm tính công nghệ gia công tuabin
Mặt khác, khi giữ nguyên nhiệt độ ban đầu và áp suất ngưng tụ để tiến hành khảo sát ảnh hưởng của áp suất ban đầu như trình bày trên hình 3.3b Việc tăng áp suất ban đầu sẽ làm tăng khối lượng riêng của hơi vào tuabin, do đó sẽ tăng công suất tuabin hoặc giảm kích thước tuabin khi cùng mức công suất và giảm sự rò rỉ của hơi qua các khe cánh, khe chèn trục Nhược điểm của việc tăng áp suất hơi ban đầu là làm giảm độ khô của hơi tại các tầng cuối tuabin, tăng công suất của bơm nước cấp và tăng bề dày của thiết bị chịu áp lực, điều này làm tăng đáng kể chi phí đầu tư thiết bị
Qua phân tích trên cho thấy việc lựa chọn thông số hơi ban đầu ảnh hưởng đáng
kể đến hiệu suất chu trình nhiệt và chi phí đầu tư thiết bị, vì thế việc xem xét bài toán kinh tế - kỹ thuật rất cần thiết để lựa chọn được áp suất và nhiệt độ ban đầu tối ưu cho từng trường hợp cụ thể
3.2.2 Quá nhiệt trung gian
Trang 31Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
Trong chu trình nhiệt có quá nhiệt trung gian, hơi nước được giãn nở đến áp suất
trung gian (p tg) và được đưa đến bộ quá nhiệt trung gian trong lò hơi Hình 3.4 trình bày sơ đồ có quá nhiệt trung gian, trong đó nhiệt độ quá nhiệt của hơi sau khi ra khỏi
bộ quá nhiệt trung gian bằng với nhiệt độ ban đầu của hơi
Như đã phân tích ở trên, việc tăng áp suất và nhiệt độ hơi ban đầu làm tăng hiệu suất chu trình và tăng độ khô của hơi sau khi giãn nở, nhưng do tính chất của vật liệu nên việc tăng nhiệt độ bị giới hạn Do đó, ưu điểm chính của chu trình có quá nhiệt trung gian là vẫn có thể tăng hiệu suất chu trình nhiệt nhưng nhiệt độ hơi ban đầu không cần nâng lên quá cao Mặt khác, quá nhiệt trung gian cũng làm tăng khả năng sinh công của tuabin và có thể nâng cao được công suất nhà máy
3.2.3 Áp suất ngưng tụ
Khi giữ nguyên thông số hơi ban đầu và giảm áp suất ngưng tụ trong bình ngưng thì hiệu suất chu trình cũng tăng lên, vì khi giảm áp suất ngưng tụ sẽ kéo theo nhiệt độ bão hòa giảm xuống, lượng nhiệt thải ra trong bình ngưng giảm và lượng công sinh ra trong tuabin hơi sẽ tăng lên tương ứng Theo công thức [3-3], hiệu suất chu trình tăng
lên do lượng công W tăng mà lượng nhiệt cấp vào lò (q 1) không đổi
Qua những phân tích trên cho thấy để nâng cao hiệu suất chu trình nhiệt cần chú
ý nâng cao thông số hơi, quá nhiệt trung gian và giảm áp suất ngưng tụ Khi đó sẽ dẫn theo chi phí đầu tư thiết bị sẽ tăng lên, vì thế phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể và qua phân tích kinh tế - kỹ thuật để xác định được hiệu suất chu trình tối ưu
3.3 CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐỔI TRẤU THÀNH ĐIỆN NĂNG
Cho đến hiện nay, các công nghệ có thể sử dụng để chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu trấu thành điện năng gồm có: Công nghệ đốt trực tiếp, công nghệ hóa khí, công nghệ nhiệt phân, công nghệ hóa lỏng Nhưng trong thực tế, hai công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất là công nghệ hóa khí và công nghệ đốt trực tiếp Vì thế, trong phần này sẽ trình bày và phân tích hai công nghệ này, qua đó sẽ lựa chọn công nghệ thích hợp cho đề tài này
3.3.1 Công nghệ hóa khí (Gasification Technologies)
3.3.1.1 Nguyên lý công nghệ hóa khí
1 Nguyên lý quá trình hóa khí
Công nghệ hóa khí là quá trình chuyển đổi các nhiên liệu giàu carbon (than, dầu, biomass, …) sang nhiên liệu ở thể khí (ví dụ như H2, CO, CO2, CH4) Nói chung,
Trang 32Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Tốt Nghiệp
quá trình hóa khí liên quan đến đến các phản ứng của carbon với oxy, hơi nước, khí CO2 hoặc hỗn hợp khí ở nhiệt độ cao khoảng 700°C hoặc cao hơn để sinh ra sản phẩm khí có thể dùng làm nhiên liệu trong sản xuất điện hoặc trong các ngành công nghiệp khác
Không giống như quá trình cháy trong buồng lửa dưới điều kiện không khí cấp vào buồng lửa lớn hơn lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hết 1kg nhiên liệu (Hệ số không khí α > 1), còn quá trình hóa khí xảy ra trong điều kiện thiếu oxy (khoảng ≤ 35% lượng oxy lý thuyết cần để đốt cháy hoàn 1kg nhiên liệu) Trong một số trường hợp hóa khí cũng có thể áp dụng phương pháp gia nhiệt gián tiếp nhằm tránh khả năng đốt cháy trực tiếp nhiên liệu sơ cấp trong thiết bị hóa khí và tăng chất lượng của sản phẩm khí sau quá trình hóa khí
Quá trình hóa khí Quá trình xử lý khí
Trang 33Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
ra tạo thành hơi nước; sau đó nhiên liệu bị nhiệt phân Trong quá trình nhiệt phân, các hydrocarbon nhẹ được sinh ra, và hắc ín, phenol, các khí hydrocarbon được giải phóng Trong suốt quá trình nhiệt phân, nhiên liệu sơ cấp phân hủy nhiệt tạo thành carbon rắn và các sản phẩm khí có hàm lượng hydro cao hơn nhiên liệu sơ cấp đầu vào
Cần chú ý rằng trong quá trình hóa khí, nhiên liệu sơ cấp đầu vào bị hydro hóa, điều này có nghĩa hydro được bổ sung vào hệ thống một cách trực tiếp hoặc gián tiếp; hoặc nhiên liệu sơ cấp được nhiệt phân để tách carbon ra khỏi sản phẩm, và sản phẩm khí có tỉ lệ hydro-carbon cao hơn nhiên liệu sơ cấp đầu vào Các quá trình này có thể được tiến hành độc lập hoặc đồng thời Trong quá trình hydro hóa gián tiếp, hơi nước được sử dụng như là một nguồn hydro, và hydro được sinh ra bên trong thiết bị hóa khí
Một quá trình hydro hóa gián tiếp cũng là quá trình hóa khí có xúc tác Trong
quá trình này, chất xúc tác làm các phản ứng hóa khí tiến hành nhanh hơn, kết quả là khí hydro và CO hình thành dưới nhiệt độ tương đối thấp Quá trình này chất xúc tác cũng đẩy nhanh sự hình thành khí metan (CH4) ở nhiệt độ thấp tương tự trong cùng một thiết bị hóa khí Khả năng hoạt tính và chi phí của chất xúc tác là nguyên nhân chính làm giảm tính cạnh tranh và thương mại hóa của quá trình này
Trong quá trình hydro hóa trực tiếp, nhiên liệu sơ cấp được hydro hóa ở áp suất cao để sinh ra sản phẩm khí có hàm lượng mêtan (CH4) cao hơn so với các quá trình hydro hóa gián tiếp
Nếu các quá trình hóa khí gián tiếp được cung cấp nhiệt một cách gián tiếp và không sử dụng không khí hoặc oxy để đốt cháy nhiên liệu sơ cấp trong thiết bị hóa khí Khi nhiệt độ trong thiết bị hóa khí tăng cao lên đến nhiệt độ phản ứng hóa khí mong muốn, và khi đó hình thành hơi nước Do đó, quá trình hydro hóa
gián tiếp cũng được gọi là quá trình hydro-hóa khí
Phụ thuộc vào các quá trình hóa khí khác nhau, các phản ứng xảy ra trong thiết bị hóa khí như sau:
(1) C + O2 → CO2(2) 2C + O2 → 2CO (3) 2H2 + O2 → 2H2O
Trang 34Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Tốt Nghiệp
Phản ứng (4) và (5) còn gọi là phản ứng water-gas, là các phản ứng chủ yếu của
quá trình hóa khí, là các phản ứng nhận nhiệt, ở nhiệt độ cao, và áp suất thấp
Phản ứng (6) còn gọi là phản ứng boudourd, là phản ứng nhận nhiệt và xảy ra
chậm hơn so với phản ứng cháy (1) trong điều kiện không có chất xúc tác
Phản ứng (7) chính là quá trình hydro-hóa khí, phản ứng này xảy ra rất chậm trừ khi ở áp suất cao
Phản ứng (8) còn gọi là phản ứng water-gas shift, đây là phản ứng quan trọng
nếu mong muốn hàm lượng hydro lớn trong sản phẩm khí
Phản ứng (9) là phản ứng tạo mêtan, quá trình phản ứng xảy ra rất chậm ở nhiệt
độ thấp dưới điều kiện không có chất xúc tác
Phản ứng (10) hầu như rất khó xảy ra, vì khi quá trình hóa khí xảy ra trong điều kiện lượng nhiệt cấp vào là tương đối ít, và sự hình thành mêtan rất chậm so với tốc độ phản ứng (4) và (5)
Vì thế các chất tham gia phản ứng hóa khí, nhiệt độ và áp suất vận hành thiết bị hóa khí, và các yếu tố khác sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần hóa học, nhiệt trị, và các ứng dụng sau cùng của sản phẩm khí
Như đã trình bày trên hình 3.5, phụ thuộc vào cấu hình, đặc điểm của quá trình hóa khí, điều kiện vận hành và các yếu tố khác, bốn (4) loại sản phẩm khí tạo thành như sau:
- Khí nhiệt trị thấp (3.5 đến 10 MJ/m³): Có thể được sử dụng như là nhiên liệu tuabin khí trong Chu Trình Hỗn Hợp (CTHH), là nhiên liệu lò hơi cho quá
Trang 35Nguyễn Văn Toán Thuyết Minh
trình sản xuất hơi nước, và là nhiên liệu trong quá trình luyện kim Tuy nhiên bởi vì hàm lượng nitơ cao và nhiệt trị nhiên liệu thấp, nên việc sử dụng loại khí này còn rất hạn chế
- Khí nhiệt trị trung bình (10 đến 20 MJ/m³): Có thể sử dụng như là nhiên liệu tuabin khí trong CTHH, là nhiên liệu lò hơi cho quá trình sản xuất hơi nước, hoặc có thể thay thế cho khí thiên nhiên
- Khí nhiệt trị cao (20 đến 35 MJ/m³): Cũng có thể sử dụng như là nhiên liệu tuabin khí trong CTHH, là nhiên liệu lò hơi cho quá trình sản xuất hơi nước, hoặc có thể thay thế cho khí thiên nhiên
- Khí thay thế cho khí thiên nhiên (trên 35 MJ/m³): Khí này rất dễ sử dụng và có thể thay thế tốt cho khí thiên nhiên, là nhiên liệu chính cho tuabin khí trong nhà máy điện CTHH
2 Nhiệt động của quá trình hóa khí
Khi nghiên cứu các tính chất nhiệt động của quá trình hóa khí cho thấy rằng các quá trình vật lý, hóa lý và nhiệt động sau có thể xảy ra tuần tự hoặc đồng thời phụ thuộc vào các điều kiện vận hành thiết bị hóa khí, đặc điểm nhiên liệu sơ cấp đầu vào
Quá trình sấy: nhiên liệu sơ cấp được gia nhiệt và nhiệt độ của chúng tăng lên,
qua đó hàm lượng nước được tách ra khỏi nhiên liệu
Quá trình nhiệt phân: Nhiên liệu sau khi sấy khô tiếp tục được gia nhiệt và
nhiệt độ tăng lên, quá trình nhiệt phân diễn ra và nhiên liệu được phân hủy thành chất bốc (volatiles) và thành phần cốc (char) Phụ thuộc vào đặc điểm của quá trình nhiệt phân mà chất bốc bao gồm các khí như H2O, H2, N2, O2, CO2, CO,
CH4, H2S, NH3, C2H6 và một số hydrocarbon không ngưng khác Thành phần cốc
là những hạt rắn có hàm lượng carbon lớn khoảng 60÷90%
Quá trình hoàn nguyên: Đây là quá trình chính của công nghệ hóa khí, các tính
chất nhiệt động của giai đoạn này ảnh hưởng rất lớn đến thành phần và nhiệt trị của sản phẩm khí Các phản ứng hóa học từ (4) đến (9) giữa thành phần cốc với chất bốc sinh ra sau quá trình nhiệt phân, các phản ứng này tạo thành các khí nhiên liệu chính của sản phẩm khí Các phản ứng này đa số là phản ứng nhận nhiệt
Trang 36Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Tốt Nghiệp
Quá trình oxy hóa: Đây là quá trình cháy một phần nhiên liệu trong thiết bị
phản ứng để sinh ra nhiệt lượng cung cấp cho quá trình hoàn nguyên Thật khó
để xác định được các thành phần hóa học cân bằng với các phản ứng xảy ra bên trong thiết bị hóa khí Về lý thuyết, quá trình oxy hóa có thể được thiết kế sao cho lượng nhiệt sinh ra cân bằng với lượng nhiệt yêu cầu trong giai đoạn hoàn nguyên Nhưng trên thực tế các phản ứng hóa học trong giai đoạn hoàn nguyên
và oxy hóa xảy ra đồng thời, do đó việc dự đoán chính xác thành phần và nhiệt lượng của sản phẩm khí là rất khó khăn
Các đặc điểm cân bằng của hệ thống hóa khí có thể giúp dự đoán được các thông
số nhiệt động trong quá trình hình thành các sản phẩm khí Các thông số nhiệt động của các thành phần tham gia và thành phần sản phẩm trong quá trình hóa khí có thể tìm thấy trong các bảng và công thức khác nhau Elliot[3], Probstein
và Hicks[20], Klass[10] trình bày về các thành phần cân bằng của carbon – hơi nước, carbon – oxy – hơi nước, carbon – hydro – oxy, carbon rắn – hydro – mêtan, và carbon rắn – CO – CO2 ở những nhiệt độ và áp suất khác nhau Các thông số cân bằng này cho thấy:
- Sự hình thành CH4 gia tăng cùng với việc tăng nhiệt độ hoặc tăng áp suất phản ứng
- Sự hình thành CO và H2 gia tăng cùng với việc tăng nhiệt độ và giảm áp suất Hàm lượng khí H2 và CO đạt cực đại trong khoảng nhiệt độ 800÷1,000°C ứng với áp suất khí quyển
- Sự hình thành CO2 gia tăng khi tăng áp suất và giảm mạnh khi giảm nhiệt độ phản ứng
- Việc giảm tỉ lệ oxy – hơi nước của các chất tham gia phản ứng sẽ làm tăng sự hình thành khí H2 và CH4, trong khi đó việc giảm tỉ lệ này sẽ làm gia tăng sự hình thành khí CO và CO2
Vì thế, áp suất và nhiệt độ vận hành thiết bị hóa khí là những thông số quan trọng của quá trình hóa khí, việc kiểm soát được những thông số này sẽ cho sản phẩm khí có chất lượng mong muốn cả về thành phần khí và nhiệt trị Tuy nhiên, để xác định được các điều kiện vận hành tối ưu, các đặc điểm khác của công nghệ
Trang 37Nguyễn Văn Tốn Thuyết Minh
hĩa khí như động học của quá trình, ảnh hưởng của chất xúc tác, và cơ chế quá trình cũng cần được nghiên cứu
3.3.1.2 Cơng nghệ hĩa khí trấu
Cơng nghệ hĩa khí biomass nĩi chung và hĩa khí trấu nĩi riêng được thực hiện theo nhiều phương pháp và cơng nghệ khác nhau Với cơng nghệ hĩa khí ngày càng phát triển và hồn thiện cho chất lượng sản phẩm khí cao hơn
Hiện nay, cơng nghệ hĩa khí được áp dụng phổ biến là hĩa khí trên ghi theo sơ
đồ Updraft và Downdraft; và hĩa khí tầng sơi
1 Sơ đồ Updraft
Không khí
Xỉ Oxy hóa
Oxy hóa Hoàn nguyên Nhiệt phân Sấy
Hình 3.6 Cơng nghệ hĩa khí kiểu Updraft
Đây là thiết bị hĩa khí đơn giản nhất, cĩ nguyên lý hoạt động được trình bày trên hình 3.6 Trong sơ đồ updraft, nhiên liệu sơ cấp được cấp từ trên xuống và các giai đoạn sấy nhiên liệu, nhiệt phân, hồn nguyên và oxy hĩa xảy ra theo chiều từ trên xuống dưới Trong khi đĩ khơng khí được cung cấp từ dưới lên trên, ngược chiều với chiều chuyển động của nhiên liệu Sản phẩm khí sinh ra phía trên của thiết bị và được lấy ra ngồi bằng một cửa lấy khí Do đặc điểm nguyên lý vận hành của thiết bị, sản phẩm sau giai đoạn nhiệt phân là hắc ín, xỉ khơng được đi qua giai đoạn oxy hĩa và do đĩ khơng được đốt cháy Vì thế trong sản phẩm khí
cĩ lẫn nhiều tạp chất, nếu sản phẩm khí này được dùng làm nhiên liệu trong động
cơ hoặc tuabin khí thì cần phải trang bị thêm hệ thống xử lý khí
Trang 38Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Tốt Nghiệp
Ưu điểm chính của thiết bị hóa khí updraft là cấu tạo đơn giản, hiệu suất hóa khí cao, có thể áp dụng cho nhiên liệu sơ cấp có độ ẩm cao đến 60% và kích thước hạt nhiên liệu có thể dao động
Hình 3.7 Công nghệ hóa khí kiểu Downdraft
Thiết bị hóa khí kiểu Downdraft có cấu tạo và nguyên lý làm việc trình bày trên hình 3.7, nhiên liệu sơ cấp cũng được cấp ở phía trên đỉnh thiết bị, và không khí được cung cấp phía trên đỉnh hoặc ở cạnh thiết bị Sản phẩm khí sinh ra ở đáy thiết bị và được tách ra Về cơ bản, các giai đoạn của quá trình hóa khí cũng diễn
ra tương tự như trong thiết bị updraft, chỉ khác là sản phẩm của giai đoạn nhiệt phân được đốt cháy trong giai đoạn oxy hóa, nên chất lượng sản phẩm khí tốt hơn, ít tạp chất hơn
Vì thế, ưu điểm chính của thiết bị này là cho chất lượng khí cao hơn, hàm lượng tạp chất, hắc ín thấp và phù hợp làm nhiên liệu cho động cơ, tuabin khí
Nhưng ngược lại, thiết bị downdraft có một số nhược điểm như:
- Hàm lượng tro bay, bụi cao lẫn trong sản phẩm khí, bởi vì khí sinh ra đi qua vùng oxy hóa nên bụi, tro bay sinh ra bị quấn vào dòng khí và thoát ra ngoài theo sản phẩn khí Nên sản phẩm khí sinh ra thường được cho đi qua thiết bị cyclone để thu gom lượng bụi này
- Nhiên liệu sơ cấp đầu vào yêu cầu khá nghiêm ngặt về độ đồng đều kích thước hạt khoảng 4 đến 10cm[18]
Trang 39Nguyễn Văn Tốn Thuyết Minh
- Độ ẩm của nhiên liệu sơ cấp cũng bị giới hạn
- Sản phẩm khí thốt ra cĩ nhiệt độ tương đối cao, nên hiệu suất hĩa khí thấp hơn so với thiết bị hĩa khí updraft
3 Cơng nghệ hĩa khí tầng sơi
Cơng nghệ hĩa khí tầng sơi được phát triển để khắc phục những nhược điểm của cơng nghệ hĩa khí trên ghi, thích hợp cho nhiên liệu cĩ hàm lượng tro cao và phù hợp với tổ máy cơng suất lớn (cĩ thể đến 5MW) So với hĩa khí trên ghi, nhiệt
độ trong vùng oxy hĩa của hĩa khí tầng sơi tương đối thấp khoảng 750÷900°C,
và nhiên liệu cấp vào được duy trì dưới dạng lơ lửng (tầng sơi), điều này làm các phản ứng nhiệt phân và phản ứng hĩa khí xảy ra mãnh liệt hơn, và qua đĩ nâng cao hiệu suất của quá trình hĩa khí Hình 3.8 trình bày cấu tạo và nguyên tắc vận hành của thiết bị hĩa khí tầng sơi
Một số ưu điểm của thiết bị hĩa khí tầng
sơi khi so sánh với thiết bị hĩa khí trên
ghi như sau:
- Cĩ khả năng linh hoạt ứng dụng cho
nhiên liệu cĩ độ ẩm, độ tro và đặc
tính nhiên liệu dao động lớn, vì thế cĩ
thể áp dụng cho nhiều dạng nhiên liệu
Biomass cùng một lúc
- Do nhiệt độ phản ứng hĩa khí thấp,
nên tránh được hiện tượng tro xỉ nĩng chảy bám lên vách của thiết bị
Hình 3.8 Sơ đồ cơng nghệ hĩa khí
Và một số nhược điểm như:
- Do nhiệt độ phản ứng hĩa khí thấp, nên tro xỉ khơng được đốt cháy hết sẽ lẫn trong sản phẩm khí
- Vận hành phức tạp vì cần điều khiển việc cung cấp nhiên liệu và khơng khí thích hợp để duy trì hiện tượng tầng sơi
- Tiêu thụ năng lượng điện cho hệ thống cấp khơng khí
Không khí
SảnphẩmkhíTrấu
Xỉ
Trang 40Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Tốt Nghiệp
4 Đặc điểm của công nghệ hóa khí
Ưu điểm của công nghệ hóa khí:
- Có khả năng chuyển đổi nhiên liệu sơ cấp thành nhiên liệu khí ở mức cao, do quá trình hóa khí có thể đến 90% ÷ 95%, nên lượng xỉ còn lại ít hơn đáng kể
so với khi đốt nhiên liệu ở thể rắn Qua đó cho thấy việc sử dụng nhiên liệu có hiệu quả cao hơn
- Có khả năng áp dụng cho nhiều nhiên liệu sơ cấp có tính chất nhiệt và tính chất vật lý khác nhau (trấu, bã mía, mùn cưa, …)
- Tránh được khó khăn khi nhiệt độ hóa lỏng của tro xỉ thấp, điều này gây nguy hiểm cho các bề mặt trao đổi nhiệt trong lò hơi
- Đồng thời giảm được kích thước buồng đốt
Ngoài các ưu điểm trên, công nghệ hóa khí gặp phải một số khó khăn khi áp dụng như là:
- Suất đầu tư cho hệ thống cao
- Giới hạn công suất của hệ thống
- Còn tồn tại một số khó khăn về mặt kỹ thuật, nên công nghệ vẫn chưa được hoàn thiện và vẫn trong quá trình phát triển và hoàn thiện
- Ít có kinh nghiệm vận hành hệ thống
3.3.1.3 Các ứng dụng của công nghệ hóa khí
Phụ thuộc vào đặc tính, chất lượng, và nhiệt trị của sản phẩm khí sinh ra sau quá trình hóa khí sẽ được sử dụng là nhiên liệu trong công nghiệp và sinh hoạt Trong công nghiệp sản xuất điện năng, sản phẩm khí thường được sử dụng cho tuabin khí trong chu trình đơn hoặc chu trình hỗn hợp
1 Tuabin khí – Chu trình đơn