Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 7 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:59

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng - Chương 7: Năng lượng sinh khối, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm sinh khối; Phân loại các nguồn sinh khối; Trữ lượng nguồn sinh khối; Đặc tính nhiên liệu của sinh khối; Các công nghệ năng lượng sinh khối; Ảnh hưởng môi trường của việc áp dụng công nghệ năng lượng sinh khối. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 7 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

HE4171 CƠ SỞ NGUỒN VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ENERGY RESOURCE AND TECHNOLOGY BASICS 2(2-1-0-4) PGS. TS. PHẠM HOÀNG LƯƠNG Email: luong.phamhoang@hust.edu.vn Cell phone: 0904277121 1
CHƯƠNG 7 NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
Nội dung trình bày ◼ Khái niệm sinh khối ◼ Phân loại các nguồn sinh khối ◼ Trữ lượng nguồn sinh khối ◼ Đặc tính nhiên liệu của sinh khối ◼ Các công nghệ năng lượng sinh khối ◼ Ảnh hưởng môi trường của việc áp dụng công nghệ năng lượng sinh khối
Năng lượng sinh khối 2.1 Khái niệm Là dạng năng lượng từ các sinh vật trên trái đất như củi gỗ nhiên liệu từ cây, phế thải nông nghiệp như rơm, trấu, bã mía, mỡ động vật và phân động vật. Năng lượng sinh khối là một dạng năng lượng tái tạo vì nó có thể tái tuần hoàn trong thời gian ngắn do hoạt động trồng trọt và sự tồn tại của nó cũng giúp hấp thụ một phần CO2 của khí quyển để sản sinh O2. Năng lượng sinh khối có tiềm năng lớn trong việc thay thế năng lượng từ nhiên liệu hoá thạch do việc sử dụng năng lượng sinh khối là thông qua quá trình cháy tương đối giống với nhiên liệu hoá thạch. 2.2. Phân loại nhiên liệu sinh khối. - Nguồn nhiên liệu sinh khối sơ cấp từ các vùng đất rừng (rừng tự nhiên, rừng trồng, rừng tái sinh từ việc trồng các cây công nghiệp như cao su, điều, v.v.); từ công tác canh tác đất nông nghiệp - Nguồn nhiên liệu sinh khối thứ cấp từ công nghiệp chế biến gỗ như mùn cưa, gỗ vụn, gỗ phế thải. - Nguồn nhiên liệu sinh khối thứ cấp từ phế thải nông nghiệp như trấu, bã mía, vỏ hạt điều, vỏ dừa, vỏ cà phê, lõi ngô v.v. - Nguồn nhiên liệu sinh khối sơ cấp từ các sản phẩm động vật (phân, phế thải của công nghiệp giết mổ)
2.3. Một số số liệu về tiềm năng nguồn năng lượng sinh khối ở Việt Nam. Ở Việt Nam, nguồn năng lượng sinh khối có thể kể đến bao gồm rơm, trấu, bã mía, vỏ hạt cà phê, vỏ hạt điều, sọ và xơ dừa, lõi ngô, củi gỗ từ các rừng tái sinh (cao su, điều), phế thải chế biến gỗ. Trong các nguồn trên, các nguồn đáng kể đến nhất là rơm, trấu, bã mía, phế thải gỗ. 2.3.1. Số liệu quy đổi một số loại sinh khối ◼ Tỷ lệ giữa rơm rạ khô và thóc là 1:1 ◼ Tỷ lệ trấu và thóc khô: 1: 5 ◼ Lượng rơm rạ khô được sử dụng làm nhiên liệu chiếm khoảng 30% ◼ Lượng trấu làm chất đốt chiếm 50% tổng lượng trấu được tạo ra trong quá tr• canh tác lúa. ình ◼ Khi ép 1 tấn mía cây trung b th ra 300kg bã mía có ình ải độ ẩm 50% với nhiệt lượng kho 7,8 MJ/kg bã mía. ảng
Các nguồn sinh khối sẵn có của VN Nguồn sinh khối và đặc tính công nghệ của nhiên liệu SK Gỗ năng lượng và lượng phế thải gỗ Lượng phế thải nông nghiệp Nguồn cung cấp Số lượng có thể khai Loại phế thải Lượng phế thải có thể khai thác thác (triệu tấn) nông nghiệp (triệu tấn) Rừng tự nhiên 14,07 Rơm rạ 40,00 Rừng trồng 9,07 Phế thải cây mía 7,80 Đất trống đồi trọc 2,47 Phế thải cây ngô 9,20 Cây công nghiệp lâu năm 2,00 Thân cây sắn 2,49 Cây ăn trái 0,41 Trấu 8,00 Cây trồng phân tán 7,79 Bã mía 7,80 Đầu mẩu, bìa bắp gỗ 5,58 Vỏ lạc 0,15 Mùn cưa và vỏ bào 1,12 Vỏ cà phê 0,17 Phế thải từ quá trình xây 0,80 Vỏ hạt điều 0,09 dựng Khác (ước) 4,00 Tổng cộng 43,31 Tổng cộng 74,90 Đặc tính Nhiên liệu Trấu Bã mía Rơm rạ Phế thải gỗ Khối lượng riêng (kg/m3) 120 260 200 500 Nhiệt lượng (kcal/kg) 3000 1850 2500 3500 Độ ẩm trung bình (&) 14 50 35 25 Độ tro (%) 16-18 2-5 10-12 1-3 07.05.2024
2.3 Hiện trạng khai thác và sử dụng Vận chuyển & giá nhiên liệu ❖ Trấu: Lúa/mía Cơ sở xay xát/nhà máy Sinh khối thô (bã mía) ➢ ĐBSCL: thuyền gỗ (15-30) tấn đường ➢ Giá trấu: 200 - 700 đ/kg ❖ Bã mía: Nhà máy đồng phát ➢ Có sẵn tại NM đường Sinh khối thô nhiệt điện (trấu) ➢ Giá: 0-300 đ/kg ➢ Xem xét sử dụng ngọn + lá mía Vận chuyển bằng thuyền ❖ Gỗ và phế thải gỗ: ➢ Vận chuyển bằng ô tô + thuyền Nhà máy điện Nhiệt – điện ➢ Giá cơ sở: 500-800đ/kg Hoặc cả 2 ❖ Rơm rạ ➢ Vận chuyển bằng ô tô + Thuyền ➢ Giá cơ sở: 400-700đ/kg Tro 07.05.2024
Hiện trạng khai thác và sử dụng Sản xuất sinh khôi dạng “Briquettes” Máy ép trục vít gia nhiệt cho khuôn ép - Động cơ: 15-29 - Công suất: 100 kg/giờ - Độ ẩm nhiên liệu thô (đầu vào): 13 – 15 w-% Giá thành - Trấu: 761 VND/kg - Vỏ cà phê: 797 VND/kg - Mùn cưa: 820 VND/kg - Bã mía: 1093 VND/kg Thích hợp cho đốt tại các bếp đun, lò đốt công nghiệp - Có thể thay thế than, dầu 07.05.2024
Hiện trạng khai thác và sử dụng Sản xuất viên ép “pellets” - Từ bã mía - Từ trấu - Từ rơm rạ - Gỗ vụn - Mùn cưa - Khác ➢ Giá thành tùy thuộc giá đầu vào và loại sinh khối thô ➢ Sử dụng trong nước và xuất khẩu 07.05.2024
Hiện trạng khai thác và sử dụng ▪ Sản xuất điện từ trấu: • Hiện tại, 1 nhà máy tại khu công nghiệp Trà Nóc, Cần Thơ, công suất lò hơi : 70 t/h. Bán hơi Cho khu CN. Đang chờ giá điện để lắp Tua Bin • Một nhà máy trình diễn ở Long An 50KW Dựa trên đồng phát • Khỏang 10 Dự án điện (lập Pre F/S và F/S dựa vào đốt tầng sôi Chủ yếu ở ĐBSCL. 07.05.2024
Hiện trạng khai thác và sử dụng ▪ Đốt bã mía: SX điện và hơi Cao B»ng C/S 700 TMN Tuyªn Quang C/S 700 TMN • Số lượng: 40 nhà máy S¬n La S¬n D- ¬ng-TQ C/S 1000 TMN C/S 1000 TMN • Tổng CS: khoảng 150MW Hoµ B×nh, C/S 700 TMN ViÖ § µi-Thanh Ho¸ t C/S 6000 TMN Lam S¬n - TH NghÖAn T& L C/S 6000 TMN • Số nhà máy nối lưới: 5 C/S 6000 TMN S«ng Con-NghÖAn, N«ng Cèng - TH C/S 1500 TMN C/S 1250 TMN • Giá điện: QĐ 24 S«ng Lam-NghÖAn, C/S 500 TMN Qu¶ng B× nh C/S 1500 TMN • Nhu cầu mở rộng: >500MW Gh i Ch ó Qu¶ng Ng· i • Công nghệ: Đồng phát Qu¶ng Nam C/S 2500 TMN NM C/S nhá 100-900 TMN C/S 1000 TMN Kon Tum Nam Qu¶ng Ng· i NM C/S võa 1000-1500 TMN C/S 1000 TMN C/S 1500 TMN • Cấu hình (Boiler – turbine): 1:1 NM C/S lí n 2000-8000 TMN An Khª - Gia Lai C/S 2000 TMN B× § Þ nh nh C/S 1500 TMN Bourbon - Gia Lai § ång Xu© - Phó Yªn, n C/S 1000 TMN C/S 100 TMN 333 - § ¾ L¾ k k, KCP - Phó Yªn C/S 500 TMN C/S 2500 TMN N- í c Trong - TN § ¾ N«ng c Tuy Hoµ - Phó Yªn, C/S 900 TMN C/S 1000 TMN C/S 1250 TMN Th« T© Ninh y B× D- ¬ng nh Ninh Hoµ - Kh¸ nh Hoµ C/S 2500 TMN C/S 2000 TMN C/S 1250 TMN Bourbon T© Ninh y Cam Ranh - Kh¸ nh Hoµ C/S 8000 TMN C/S 6000 TMN HiÖ Hoµ-Long An p Phan Rang-Ninh ThuËn, C/S 2000 TMN C/S 350 TMN Nagarjuna - LA C/S 2000 TMN La Ngµ-§ N B× ThuËn nh C/S 2000 TMN C/S 1000 TMN Kiªn Giang C/S 1000 TMN TrÞAn - § ång Nai C/S 1000 TMN VÞThanh - KG C/S 1500 TMN Phông HiÖp-KG BÕ Tre n C/S 1250 TMN C/S 1500 TMN Thí i B× nh Sãc Tr¨ ng Trµ Vinh C/S 1000 TMN C/S 1500 TMN C/S 1500 TMN 07.05.2024
2.4. Đặc điểm của nhiên liệu sinh khối Nhiên liệu sinh khối nhìn chung là nhiên liệu non tuổi có nhiệt trị thấp,(12 – 21 MJ/kg nhiên liệu) khối lượng riêng nhỏ (khoảng 130 – 600 kg/m3), hàm lượng chất bốc cao(63 -83%), Hàm lượng oxi trong nhiên liệu cũng cao (35 – 60%). Với đặc tính như vậy, nhìn chung, nhiên liệu sinh khối khá dễ cháy so với than nhưng nhiệt trị và khối lượng riêng thấp khiến cho việc sử dụng nhiên liệu sinh khối gặp nhiều khó khăn trong vận chuyển và kho chứa. Việc thiết kế buồng đốt phù hợp cho nhiên liệu sinh khối cũng khác với than và yêu cầu có thể tích lớn hơn. Đối với phụ phẩm nông nghiệp như rơm, trấu, hàm lượng tro là khá lớn (15 – 21%) so với củi (0,5 – 1%) nên khó khăn trong việc thải tro xỉ khi đốt. Tro lại dễ chảy với nhiệt độ chảy thấp (khoảng 800oC) nên việc thải xỉ còn khó khăn hơn. Việc đánh giá các thành phần hóa học của nhiên liệu sinh khối cũng tương tự như với than và dầu với các thành phần C, O, H, N, S, Cl, A, Q.
Thành phần hóa học của một số nhiên liệu sinh khối Loại nhiên liệu Thành phần hóa học mẫu khô (%) Nhiệt trị Qkc Ck Hk Nk Ok Sk Clk Ak (MJ/kg) Trấu 38,68 5,14 0,41 37,4 0,05 0,12 18,1 15,58 5 5 Rơm 49,65 4,48 0,92 35,7 0,12 0,5 18,1 15,61 7 6 Lõi ngô 47,79 5,64 0,44 44,7 0,01 0,21 1,2 17,72 1 Vỏ lạc 45,77 5,46 1,63 39,5 0,12 - 7,46 6 Vỏ dừa 50,29 5,05 0,45 39,6 0,16 0,28 4,14 18,08 3 Bã mía 46,95 5,47 1,71 40,9 0,09 - 4,38 18,50 5
2.5. Các dạng công nghệ sử dụng sinh khối để sản xuất năng lượng 2.5.1. Tổng quan Đốt cháy Nhiệt Biến đổi Nhiên liệu nhiệt hóa học sinh khối phẩm cấp SINH KHỐI cao Điện Biến đổi sinh hóa
2.5.2. Cháy trực tiếp Quá trình cháy là một phản ứng hoá học toả nhiệt xảy ra rất nhanh giữa nhiên liệu và ôxy. Phản ứng cháy biến đổi năng lượng hóa học có trong nhiên liệu thành nhiệt năng Có 3 giai đoạn xảy ra trong quá trình cháy: i) bốc hơi nước, ii) bốc và cháy chất bốc, iii) phản ứng của cácbon cố định (cốc) với ôxy Quá trình cháy của nhiên liệu sinh khối có thể theo 2 phương thức :  Đối lưu tự nhiên: sự chuyển động của ôxy và khói thải trong buồng đốt được đảm bảo do bản thân phản ứng cháy. Phương thức cháy tự nhiên này thường được ứng dụng trong các hệ thống buồng đốt cỡ nhỏ, ví dụ như các bếp đun sinh khối truyền thống.  Đối lưu cưỡng bức: sự chuyển động của ôxy và / hoặc khói thải được duy trì bởi một quạt cấp gió hoặc / và quạt khói, ví dụ như các buồng đốt của lò hơi công nghiệp hoặc trong nhà máy điện
◼ Các phản ứng cháy:  Các phản ứng cháy của nhiên liệu sinh khối cũng được mô tả giống như đối với phản ứng cháy than với việc các thành phần C, H, S tác dụng với Oxy để tạo ra CO2; H2O và Sox. C + O2 = CO2 12 kg 32 kg 44 kg 1 kg 2,67 kg 3,67 kg C kg 2,76C kg 3,67C kg 2H2 + O2 = 2H2O 4 kg 32 kg 36 kg 1 kg 8 kg 9 kg H kg 8H kg 9H kg S + O2 = SO2 32 kg 32 kg 64 kg 1 kg 1 kg 2 kg S kg 1S kg 2S kg  Khi đó, lượng không khí lý thuyết sẽ là WO2 O Wt = = 11,5C + 34,5( H − ) + 4,3S kg kk /kg nl 0,232 8
Cháy sinh khối quy mô công nghiệp (lò hơi đốt nhiên liệu sinh khối) Cháy sinh khối quy mô nhỏ (bếp đun hộ gia đình)
Đặc tính kỹ thuật và đặc tính cháy của công nghệ cháy sinh khối quy mô công nghiệp Công Đặc tính kỹ thuật Đặc tính cháy nghệ - kết cấu đơn giản với ghi cố -thích hợp cho loại nhiên liệu định trên đó nhiên liệu sinh sinh khối có độ ẩm cao và khối tạo thành đống nhỏ dải phân bố kích thớc hạt (cao khoảng 0,6-1,2m), rộng, - nhiên liệu đợc cấp vào buồng Cháy chất -khó điều chỉnh quá trình đốt từ phía trên hoặc dới đống cháy, ghi đốt, -hiệu suất cháy thấp (50% - - dừng lò định kỳ để thải tro, xỉ 60%), trên ghi đốt, - công suất nhiệt của hệ -nhiệt độ vận hành cao: thống: tối đa 25 MW 1100oC -1400oC
Đặc tính kỹ thuật và đặc tính cháy của công nghệ cháy sinh khối quy mô công nghiệp Công Đặc tính kỹ thuật Đặc tính cháy nghệ -tốc độ cấp nhiên liệu phải phù hợp với tốc độ cháy, - có 3 dạng ghi: ghi nghiêng -độ ẩm trong nhiên liệu:  cố định, ghi chuyển động Cháy trên 10%, và ghi lắc. ghi -hiệu suất cháy tơng đối cao: - nhiên liệu đợc rải đều trong 85%-95%, buồng đốt. -công suất nhiệt của hệ thống: tối đa 120 MW
Đặc tính kỹ thuật và đặc tính cháy của công nghệ cháy sinh khối quy mô công nghiệp Công Đặc tính kỹ thuật Đặc tính cháy nghệ - cần sấy nhiên liệu trớc khi sử dụng, - cỡ hạt nhiên liệu nhỏ, dao động trong khoảng 0,075 - - có 2 kiểu: cháy dạng phun 0,1 mm đối với cháy dạng và cháy theo dòng xoáy bột phun; nhỏ hơn 6 mm (xiclon), đối với cháy theo dòng xoáy Cháy theo - cấn có hệ thồng xử lý và (xiclon). dòng cung cấp nhiên liệu phức - có thể giảm thấp lợng không tạp, khí thừa - đáp ứng nhanh với sự thay - cho phép đốt đồng thời nhiên đổi của phụ tải nhiệt, liệu sinh khối với than, phạm vi công suất rộng  có thể đợc ứng dụng trong các