Luận văn Nghiên cứu hệ thống khí hóa biomass nhằm nâng cao năng suất và khả năng vận hành của thiết bị (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu hệ thống khí hóa biomass nhằm nâng cao năng suất và khả năng vận hành của thiết bị (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN NGỌC TUYẾN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KHÍ HÓA BIOMASS NHẰM NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 3 9 9 5 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGUYỄN NGỌC TUYẾN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KHÍ HÓA BIOMASS NHẰM NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ NGÀNH: CƠ KHÍ MÁY - 605240 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGUYỄN NGỌC TUYẾN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KHÍ HÓA BIOMASS NHẰM NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ NGÀNH: CƠ KHÍ MÁY - 605240 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THANH QUANG TS. HOÀNG AN QUỐC Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN NGỌC TUYẾN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1985 Nơi sinh: Lâm Đồng Quê quán: Hà Nội Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 12 Nguyễn Văn Bảo, P.4, Q. GV, HCM Điện thoại cơ quan: 08 38940390 Đt nhà riêng: 0973128789 Fax: 08 38946268 E-mail: II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Liên thông Thời gian đào tạo từ 7 / 2007 đến 7 / 2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Công Nghiệp Tp. HCM Ngành học: Công Nghệ Cơ Khí 1. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 5 / 2011 đến 4 / 2013 Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH Khí Hóa Lỏng Việt 2007 - 2009 Kỹ sư dự án Nam Trường Đại Học Công Nghiệp 2009 - nay Giáo viên Tp.HCM i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 3 năm 2013 ii
6. LỜI CẢM ƠN Qua gần hai năm theo học chương trình đào tạo Thạc sĩ tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, em đã học hỏi được nhiều kiến thức, kinh nghiệm từ Thầy Cô, bạn bè trong học tập cũng như trong cuộc sống. Điều đó đã giúp em hoàn thành luận văn Thạc sĩ này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Thầy TS. Nguyễn Thanh Quang, Đại học Bách khoa Tp. HCM, đã tận tình, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành tốt luận văn này. Thầy TS. Hoàng An Quốc đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo, đóng góp nhiều ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Công Ty TNHH Kỹ Thuật Cơ Khí Năng Lượng Môi Trường Đại Phát đã hỗ trợ mặt bằng, máy móc, thiết bị phục vụ chế tạo mô hình thí nghiệm. Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 3 năm 2013 iii
7. TÓM TẮT Đi đôi với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là vấn đề đảm bảo nguồn năng lượng nói chung và đảm bảo nguồn nhiên liệu đốt nói riêng. “Tiết kiệm năng lượng là bảo vệ môi trường” đang được nhắc tới như là một khẩu hiệu trong khi tốc độ phát khí thải gây hiệu ứng nhà kính ngày càng gia tăng. Việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và thân thiện môi trường đang là xu hướng và là mối quan tâm lớn đối với nhiều quốc gia trên thế giới. Trong đề tài này đã giới thiệu cơ sở lý thuyết, nguyên lý của công nghệ khí hóa biomass. Trình bày các phương pháp khí hóa nhiên liệu biomass hiện nay đang được sử dụng, từ đó nêu lên những ưu, nhược điểm của tầng loại. Đó sẽ là cơ sở để lựa chọn công nghệ phù hợp trong từng điều kiện cụ thể. Song song với đó đề tài cũng trình bày tính toán thiết kết chi tiết hệ thống khí hóa dạng thuận chiều (down-draft), thực hiện chế tạo mô hình thí nghiệm. Từ mô hình thực tế đã tiến hành thí nghiệm, đo đạc số liệu từ đó tìm ra mối liên hệ ảnh hưởng của một số yếu tố tới hiệu suất của hệ thống. Xây dựng quy trình vận hành, bảo trì thiết bị, nêu lên những lỗi thường gặp khi thiết bị hoạt động và những biệt pháp để khắc phục trong quá trình vận hành. iv
8. ABSTRACT Long with the industrialization and modernization of the country is the issue of ensuring energy in general and ensuring the fuel in particular. “Save the energy is to protect the environment” is mentioned as a slogan while the harmful emission which causes the greenhouse effect is creasing. That use of environmentally friendly and recycled energy source is trend and is a major concern for many countries around the world. This topic introduces the theoretical basic, principles of the biomass gasification technology. And present the some methods of biomass fuel gasification currently used, from that remark the advantages and disadvantages of every types. It is basic to select the appropriate technology for each specific case. The topic also present meticulously the engineer design of down-draft system and carry out the experiment in real model. From the actual experimental model, measure data to find out the link of some affects of features to the efficiency of system. Create standard operating procedure as well as equipment maintenance. Give out some risk that can get in operating and offer countermeasure to treat to those risk. v
9. MỤC LỤC Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các hình x Danh sách các bảng xi Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới 2 1.2.1 Trên thế giới 2 1.2.2 Ở Việt Nam 3 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 3 1.3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 3 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 4 1.4 Mục tiêu nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu 4 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 4 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 4 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 4 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Tìm hiểu về năng lƣợng sinh khối 6 2.2 Lịch sử hình thành học thuyết khí hóa biomass 7 2.3 Ích lợi từ năng lƣợng sinh khối 8 2.3.1 Lợi ích kinh tế 8 2.3.2 Lợi ích môi trường 9 vi
10. 2.4 Quá trình khí hóa biomass 10 2.5 Các phƣơng trình phản ứng chủ yếu trong quá trình khí hóa 10 2.6 Những vùng công nghệ và những phản ứng hóa học 10 2.6.1 Vùng sấy (drying zone) 12 2.6.2 Vùng nhiệt phân (pyrolysis zone) 12 2.6.3 Vùng cháy (combustion zone) 13 2.6.4 Vùng phản ứng khí hóa (reduction zone) 13 2.7 Phân loại thiết bị khí hóa 15 2.7.1 Thiết bị khí hóa kiểu cố định 16 2.7.2 Kiểu thiết bị khí hóa tầng sôi (fluidized bed gasifiers) 19 2.8 Những đặc tính của nhiên liệu khí hóa 20 2.8.1 Năng lượng tích trữ và kích thước của nhiên liệu 20 2.8.2 Độ ẩm 20 2.8.3 Bụi bẩn 21 2.8.4 Thành phần hắc ín 21 2.8.5 Những đặc tính của tro và sỉ 22 2.9 Những đặc tính của sản phẩm gas 23 2.9.1 Thành phần và nồng độ 23 2.9.2 Nhiệt độ sản phẩm gas 23 2.9.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất gas 24 2.10 Hệ số không khí thừa 26 2.10.1 Điểm cháy hoàn toàn (C) 27 2.10.2 Điểm khí hóa (G) 27 2.10.3 Điểm nhiệt phân (P) 28 2.10.4 Vùng nhiệt phân khí hóa (vùng FP) 28 2.11 Vận tốc bề mặt của dòng khí trong hệ thống khí hóa. 28 Chƣơng 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30 3.1 Yêu cầu 30 3.2 Tính toán các thông số của quá trình khí hóa 30 vii
11. 3.2.1 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg trấu. 30 3.2.2 Thể tích không khí cần thiết để khí hóa 1kg trấu: 31 3.2.3 Khối lượng không khí cần thiết để khí hóa cho 1kg trấu. 31 3.2.4 Nhiệt trị thấp của trấu: 31 3.2.5 Nhiệt trị cao của trấu: 31 3.3 Tính kết cấu của hệ thống khí hóa 32 3.3.1 Khối lượng trấu cấp trong 1h. 32 3.3.2 Chiều cao của lò phản ứng. 32 3.3.3 Đường kính buồng phản ứng. 33 3.3.4 Thể tích không khí cần thiết cho quá trình khí hóa. 33 3.3.5 Tốc độ rỗng của dòng khí. 33 3.3.6 Vận tốc của gas ra khỏi buồng phản ứng. 34 3.4 Tính toán chọn các thiết bị phụ: 35 3.4.1 Chọn quạt cấp một cấp không khí. 35 3.4.2 Tính toán chọn quạt hút gas. 38 3.4.3 Chọn bơm cấp nước. 43 3.4.4 Tính toán chọn vít tải trấu và tải tro. 44 3.4.5 Tính chọn phiễu cấp trấu. 45 3.4.6 Tính toán xyclone. 45 3.4.7 Tính toán chọn thiết bị tách hắc ín. 46 Chƣơng 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 48 4.1 Mô hình thí nghiệm 48 4.1.1 Giới thiệu 48 4.1.2 Qui trình vận hành. 49 4.1.3 Một số lỗi thường gặp, lý do và cách xử lý 51 4.2 Kết quả thí nghiệm 53 4.2.1 Các thông số đầu vào khảo sát 53 4.2.2 Ảnh hưởng của vận tốc khí trong buồng đốt 54 4.2.3 Ảnh hưởng của độ ẩm trấu 55 viii
12. 4.2.4 Khảo sát sự phân bố nhiệt độ trên các vùng trong thiết bị khí hóa 56 4.3 Kết luận 59 4.3.1 Những kết quả đạt được và hướng phát triển của đề tài 59 4.3.2 Những hạn chế và kiếm nghị 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 ix
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Trang Hình 2.1: Quá trình khí hóa biomass 10 Hình 2.2: Sự chuyển đổi sinh khối thành sản phẩm gas 11 Hình 2.3: Sản phẩm 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 thống up-draft. 16 Hình 2.7: Nguyên lý hệ thống down-draft. 17 Hình 2.8: Nguyên lý hệ thống cross-draft 18 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống khí hóa kiểu tầng sôi 19 Hình 2.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân tới năng suất gas 24 Hình 2.11: Ảnh hưởng của kích thước phần tử nhiên liệu tới năng suất gas 25 Hình 2.12: Ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt tới năng suất gas 25 Hình 2.13: Ảnh hưởng của thời gian lưu trú tới năng suất gas 26 Hình 2.14: Sơ đồ hệ thống không khí thừa 27 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý 48 Hình 4.2: Hình ảnh tổng quan mô hình 49 Hình 4.3: Một số hình ảnh thí nghiệm 51 x
14. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Trang Bảng 3.1: Bảng thành phần các chất trong trấu 31 Bảng 4.1: Tổng hợp kết quả xác định ảnh hưởng của vận tốc khí trong buồng đốt 54 Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả xác định ảnh hưởng của độ ẩm 55 Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm 57 Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm 58 xi
15. Chương 1: Tổng quan Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay, một trong những yếu tố có tầm quan trọng đặc biệt đó là đảm bảo nguồn năng lượng. Trong khi nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày càng cạn kệt, vấn đề ô nhiễm môi trường do khí đốt đang là một vẫn nạn của toàn nhân loại. Đứng trước tình hình đó, cần phải nhanh chóng đưa ra các giải pháp trong việc sử dụng năng lượng nói chung và đặc biệt trong việc sử dụng nhiên liệu đốt nói riêng. Thực tế nguồn năng lượng từ phế thải của thiên nhiên rất phong phú, tuy nhiên cho đến nay con người vẫn còn sử dụng dưới dạng thô là chủ yếu nên hiệu quả sử dụng còn rất thấp. Theo dự báo của Tổ chức năng lượng thế giới, với tốc độ gia tăng mức khai thác năng lượng như hiện nay, đến cuối thế kỷ này, nguồn than đá của thế giới sẽ trở thành rất khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ cạn kiệt trong vòng từ 40 đến 60 năm tới. Việc gia tăng mức độ sử dụng năng lượng luôn luôn kèm theo nguy cơ gây ô nhiễm môi trường tại khu vực hoạt động năng lượng đồng thời làm suy giảm chất lượng môi trường toàn cầu. Trong khi đó, quá trình cháy nhiên liệu nói riêng và hoạt động năng lượng nói chung là những nhân tố chủ yếu gây ô nhiễm môi trường. Sinh khối (biomass) là các phế phẩm từ nông nghiệp, lâm nghiệp như: trấu, mùn cưa, bã mía, rơm rạ, cùi bắp, lá khô hay giấy, báo, gỗ vụn từ các bãi chôn lấp, phân từ các trại chăn nuôi gia súc và gia cầm Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng, khí được đốt để phóng thích năng lượng. Nhiên liệu sinh khối khi đốt cháy hoàn toàn cho ra các sản phẩm nói chung đều chứa N2, hơi nước, CO2 và O2 thừa. Khí hóa biomass là quá trình đốt yếm khí nhiên liệu. Trong khí hóa, quá trình cháy là một sự cấp dư nguyên liệu, hay nói cách khác là việc cấp thiếu O2. Đó là sự cháy không hoàn toàn, sản phẩm khí đốt thu được là hỗn hợp của những loại khí như CO, H2, một ít khí mê tan CH4 là các khí dễ cháy. Trang 1
16. Chương 1: Tổng quan 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới 1.2.1 Trên thế giới Theo Foley và Barnard [17], tại thời điểm năm 2009 có gần 64 nhà sản xuất thiết bị khí hóa trên toàn thế giới. Chỉ riêng tại Mỹ có 27 nhà sản suất và khoảng 13 trường đại học – viện nghiên cứu làm việc trên các khía cạnh khác nhau của quá trình khí hóa sinh khối. Cơ sở sản xuất thiết bị khí hóa lớn nhất thế giới là tổng công ty sản xuất thiết bị khí hóa GEMCOR ở Philippin. Mỗi năm họ sản xuất khoảng 3.000 thiết bị với công suất từ 10 – 250 kW. Ngoài ra, họ đã bắt đầu sản xuất lò khí hóa cho các ứng dụng sử dụng nhiệt trực tiếp. Các sản phẩm của họ chủ yếu là để cung cấp nhiên liệu và truyền động cho máy bơm thủy lợi và các cụm máy phát điện. Cho tới năm 2009 đã có khoảng 1.000 thiết bị khí hóa đã được lắp đặt tại Philippin dùng nhiên liệu là than, gỗ vụn và than bánh. Brazil cũng là một nước đã triển khai chương trình sản xuất thiết bị khí hóa công suất lớn. khoảng 650 thiết bị và công trình lớn nhỏ khác nhau đã được lắp đặt ở Brazil. Ở Châu Âu cũng có nhiều nhà sản xuất thiết bị khí hóa, đặc biệt là Thụy Điển, Pháp, Tây Đức và Hà Lan. Thị trường chủ yếu của các nhà sản xuất này là các nước đang phát triển. Theo Gross, tại khu vực Hoa Kỳ và Bắc Mỹ, các chương trình hoạt động về nghiên cứu khí hóa tập trung tại Đại học Califonia và Đại học Florida ở Gainesville. Nhiều hệ thống công suất khoảng 10 - 100 kW đã được phát triển từ Đại học Califonia. Mỹ cũng đang dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực ứng dụng khí hóa lấy nhiệt trực tiếp Hầu hết các lò khí hóa công suất trên 100 kW được các nhà máy sản xuất bán với giá khoảng từ 380 USD/kW cho cả hệ thống và khoảng 150 USD/kW nếu chỉ mua riêng lò hóa khí [15]. Còn đối với các hệ thống quy mô nhỏ thì tỷ lệ giá rất cao. Trang 2
17. Chương 1: Tổng quan Ví dụ đối với hệ thống hóa khí công suất 10kW, giá 1kW là 840 USD nếu mua cả hệ thống và 350 USD nếu chỉ mua riêng lò khí hóa 1.2.2 Ở Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ khí hóa từ nhiên liệu sinh khối đã có mặt từ những năm trước 1975, đặc biệt trong hơn 10 năm đất nước vừa giải phóng vì cả nước khan hiến xăng dầu. Trong thời gian này hầu hết trên các tuyến đường giao thông, các xe tải chở khách đã ứng dụng công nghệ khí hóa từ than củi (đây là loại nhiên liệu được đánh giá có nhiều ưu điểm nhất khi ứng dụng công nghệ khí hóa) để làm nhiên liệu cho các động cơ xe cải biên từ động cơ xăng. Do kỹ thuật khí hóa còn sơ sài, đặc biệt là công nghệ lọc và xử lý khí gas còn rất thô sơ, nên chỉ sau một thời gian ngắn các động cơ bị hỏng hóc, các lái xe thường xuyên phải làm lại máy, làm phát sinh chi phí bảo dưỡng sửa chữa động cơ, cao hơn so với chi phí sử dụng nhiên liệu dầu mỏ. Do vậy, công nghệ khí hóa sử dụng cho xe hơi và xe tải chấm dứt vào những năm 1991 - 1994. Công nghệ khí hóa từ trấu cũng đã có một số tác giả nghiên cứu và đưa ra một số mô hình buồng đốt, tuy nhiên các mô hình buồng đốt mới chỉ ở dạng đốt theo mẻ, công suất bé. Tháng 3/2010, Công ty Cổ phần Vina Silic công bố kết quả thử nghiệm loại bếp gas đun bằng viên trấu nén và than đá. Tuy nhiên bếp sử dụng nhiên liệu là trấu đã nén thành viên và cũng chỉ đốt dưới dạng mẻ. [9] Giữa năm 2010 Công ty TNHH gốm sứ Tân Mai – Sa Đéc (Đồng Tháp) đã nhập từ Ấn Độ một hệ thống khí hóa từ vỏ trấu có công suất từ 80 ÷ 100 kg trấu/giờ. Hệ thống hoạt động khá ổn định. Tuy nhiên với giá thành khoảng 1,8 tỉ đồng / hệ thống là quá cao, chưa thể ứng dụng rộng rãi cho các lò gạch thủ công hiện nay. [9] 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu Trang 3
18. Chương 1: Tổng quan - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ khí hóa biomass, cơ sở lý thuyết và đặc điểm của các kiểu công nghệ - Tìm hiểu về công nghệ khí hóa biomass hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới - Tính toán thiết kế chế tạo mô hình hệ thống thực nghiệm - Thực nghiệm, đo đạc, đánh giá kết quả - Quy trình vận hành hệ thống 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu - Thí nghiệm trên mô hình với nguyên liệu được lựa chọn là vỏ trấu. - Thông qua nhiệt lượng thu được đánh giá sự ảnh hưởng của vận tốc khí trong buồng đốt và độ ẩm của trấu đến quá trình hoạt động của hệ thống. - Khảo sát sự phân bố nhiệt độ trong lò phản ứng 1.4 Mục tiêu nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đưa ra giải pháp sử dụng hiệu quả phụ phẩm nông nghiệp biomass (trấu) để sản xuất năng lượng. - Nghiên cứu hệ thống khí hóa biomass nhằm tìm hiểu bản chất của quá trình khí hóa. - Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khí hóa biomass, từ đó có hướng tìm giải pháp nâng cao năng suất và khả năng vận hành của thiết bị. - Giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường khi sử dụng trực tiếp nguồn nhiên liệu biomass. - Giải quyết các vấn đề về nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt. 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống khí hóa biomass 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Trang 4
19. Chương 1: Tổng quan - Nghiên cứu, kế thừa công nghệ khí hóa nhiên liệu biomass trên thế giới. - Thực nghiệm, đo đạc, đánh giá các thông số đo đạc trên hệ thống, từ đó từng bước hoàn thiện, nâng cao hiệu suất hệ thống. Trang 5
20. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tìm hiểu về năng lƣợng sinh khối Năng lượng sinh khối (biomass) là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng khi tìm ra lửa và bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm. Đây là nguồn năng lượng vô tận và dễ kiếm (gần như có thể nói nơi nào có người sống là nơi đó có biomass). Củi là nguồn năng lượng chính cho tới đầu thế kỷ 20 khi nhiên liệu hóa thạch được tìm thấy. Hiện nay trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm tới 14% ÷ 15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới. Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng. Vì vậy năng lượng sinh khối giữ một vai trò quan trọng trong các đề án về năng lượng được soạn thảo bởi nhiều tổ chức quốc tế và có khả năng sẽ giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai. Trong những năm gần đây sự chú ý tới các công nghệ về năng lượng sinh khối nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung đã tăng mạnh trên toàn cầu để thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch vì hai lý do. Một là do các nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt dần và hai là các nguồn này gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Khác với các công nghệ năng lượng tái tạo khác, công nghệ năng lượng sinh khối không chỉ thay thế năng lượng hóa thạch mà nhiều khi còn góp phần xử lý chất thải vì chúng tận dụng các nguồn chất thải để sản xuất năng lượng. Thậy vậy, ngay từ khi mới bắt đầu sinh ra và phát triển, biomass đã bắt đầu hấp thụ CO2 giúp loài người thoát khỏi nạn diệt chủng của CO2 để tạo nên kho chứa cacbon (C) ngay trong cơ thể mình, nó ngày càng lớn lên theo thời gian sinh tồn và đó chính là nguồn nhiên liệu (cacbon) để con người sẽ dùng đun nấu hàng ngày. Khi đun nấu, lượng CO2 do cacbon hóa (quá trình oxy hóa) thải ra cũng gần bằng hoặc ít hơn nhiều (nếu biết cách đun nấu khoa học) chính lượng CO2 mà thực vật đã thu hút Trang 6
21. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết được trong suốt thời gian sinh tồn của nó. Có nghĩa là nguồn thực vật sinh khối không hề làm tăng tổng lượng CO2 của quả đất và việc sử dụng sinh khối nhiên liệu cho quá trình gas hóa trong công nghệ này sẽ không làm tăng tổng lượng CO2 của bầu khí quyển. Điều quan trọng này giúp cho chúng ta quyết tâm phát triển năng lượng sinh khối và sử dụng thực vật biomass để làm nguồn nhiên liệu sạch. 2.2 Lịch sử hình thành học thuyết khí hóa biomass Ta có thể liệt kê tón tắt lịch sử phát triển của công nghệ khí hóa từ nhiên liệu rắn trên thế giới qua các mốc như sau: Năm 1669: Thomas Shirley đã thành công trong việc thực hiện các thí nghiệm từ hydro carborated Năm 1699: Dean Clayton thu được khí than từ thí nghiệm nhiệt ly Năm 1788: Robert Gardner được cấp bằng sáng chế đầu tiên liên quan đến việc khí hóa Năm 1792: Xuất hiện báo cáo chứng thực đầu tiên về sản phẩm khí hóa, Murdock đã dùng gas tạo ra từ than đá để thắp sáng đèn trong nhà của ông ta. Kể từ đó gas từ than đá được dùng để nấu nướng và sưởi ấm. Năm 1801: Lampodium đã chứng tỏ khả năng sử dụng khí thải thoát ra từ việc than hóa gỗ. Năm 1804: Fourcroy đã tìm ra phản ứng khí – nước bằng phản ứng của nước với than nóng. Năm 1812: Phát minh động cơ đầu tiên sử dụng nhiên liệu từ khí hóa Năm 1840: Thiết bị khí hóa thương mại đầu tiên được sử dụng tại Pháp Năm 1861: Siemens giới thiệu kỹ thuật lò hóa khí của họ và được nhiều người quan tâm. Năm 1878: Bắt đầu sử dụng các lò hóa khí kết hợp với động cơ nổ để phát điện Năm 1900: Lò hóa khí công suất 600 Hp đầu tiên được triển lãm tại Paris. Kế tiếp các động cơ công suất đến 5.400 Hp bắt đầu được đưa vào sử dụng thử nghiệm. Trang 7