Luận văn:Nghiên cứu cải tiến công nghệ đốt khí biogas trong các lò dầu truyền nhiệt

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

121
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

BIOGAS SYSTEMS tạo ra các giải pháp khí đốt sinh học, và đã làm như vậy kể từ năm 1985. Ngày nay chúng tôi là một nhà vận hành mạnh mẽ và được thừa nhận với kinh nghiệm và nguồn lực cho tất cả các loại lĩnh vực và ứng dụng khác nhau.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu cải tiến công nghệ đốt khí biogas trong các lò dầu truyền nhiệt

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N THÀNH THU N NGHIÊN C U C I TI N CÔNG NGH Đ T KHÍ BIOGAS TRONG CÁC LÒ D U TRUY N NHI T Chuyên ngành: Công Ngh Nhi t Mã s : 60.52.80 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2011
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. TR N VĂN VANG Ph n bi n 1: Ph n bi n 2: Lu n văn s ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày tháng năm Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm h c li u, Đ i h c Đà N ng.
1 M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Ti t ki m năng lư ng và ch ng ô nhi m môi trư ng là m t ch ñ luôn ñư c quan tâm không ch nư c ta mà c trên toàn th gi i. Vì v y, v n ñ s d ng năng lư ng và gi m ô nhi m môi trư ng không ch bó h p trong ph m vi nghiên c u c a các nhà chuyên môn mà ñã tr thành ñ tài th i s sôi n i ñư c nhi u ngư i quan tâm. Đ i v i các nhà máy tinh b t s n nư c ta, h ng năm ph i tiêu th m t lư ng nhiên li u r t l n vào quá trình s y tinh b t s n và th i ra m t kh i lư ng nư c th i kh ng l làm ô nhi m môi trư ng xung quanh nhà máy và các vùng ph c n. Năng lư ng ch y u s d ng trong vi c s y tinh b t s n là than ñá dùng ñ ñ t trong các lò d u truy n nhi t. Đ có th s y khô 100 t n b t s n, m i ngày công nhân ph i ñ t 6 t n than ñá, chi phí lên t i 6 tri u ñ ng v i giá than ñá là 1 tri u ñ ng/t n. Trên quy mô m t công ty và tính cho toàn ngành thì chi phí năng lư ng này là r t cao. Bên c nh ñó, vi c ph i x lý m t lư ng nư c th i r t l n cũng gây t n kém cho ñ u tư và chi phí v n hành. M c dù v y, lư ng nư c th i này v n không ñư c x lý tri t ñ . Đ kh c ph c ô nhi m môi trư ng do nư c th i c a quá trình s n xu t và s d ng ngu n nư c th i ñ s n xu t nhiên li u, ngư i ta ñã s d ng công ngh s n xu t khí biogas t ngu n nư c th i c a nhà máy. Lư ng biogas này ñã gi i quy t ph n l n v nhu c u nhiên li u c a các nhà máy s n xu t tinh b t s n và gi m thi u ñáng k ô nhi m môi trư ng. Tuy nhiên, trong quá trình ñ t biogas trong các lò d u truy n nhi t thư ng g p các v n ñ sau: + Ch ñ cháy không n ñ nh.
2 + Hi u qu quá trình ñ t biogas trong các ki u lò d u khác nhau không như nhau và còn m c th p. + Nhi t tr c a biogas còn m c th p do trong biogas còn ch a m t hàm lư ng nư c khá nhi u. + Chưa k t h p ñư c gi a vi c ñ t biogas và ñ t than ñá trong các lò d u truy n nhi t. + Quá trình ăn mòn thi t b x y ra nhanh. Xu t phát t th c t ñó, v i mong mu n c i thi n ch ñ cháy c a biogas trong các lò d u truy n nhi t. K t h p ñư c vi c ñ t biogas và ñ t than ñá, nâng cao ñư c hi u qu quá trình ñ t biogas trong các lò d u truy n nhi t, tôi ch n ñ tài “Nghiên c u c i ti n công ngh ñ t khí biogas trong các lò d u truy n nhi t”. 2. M c tiêu nghiên c u Thi t k , ch t o và ng d ng có hi u qu h th ng ñ t biogas phù h p v i các lò d u truy n nhi t trong các nhà máy s n xu t tinh b t s n. 3. N i dung nghiên c u + Nghiên c u ch ñ ñ t c a nhiên li u khí và nhiên li u r n trong các lò d u truy n nhi t. + Nghiên c u ñ xu t ch ñ ñ t khí biogas h p lý. + Nghiên c u thi t k thi t b ñ t khí biogas k t h p ñ t than ñá. + Tri n khai ng d ng h th ng ñ t m i trong nhà máy tinh b t s n. 4. Phương pháp nghiên c u Nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m 5. Tài li u nghiên c u + Các tài li u, t p chí trong và ngoài nư c. + Ngu n tư li u t m ng internet.
3 + Ngu n tư li u t các Nhà máy tinh b t s n nư c ta. 6. Ý nghĩa th c ti n + Ti t ki m ñư c năng lư ng, c t gi m ñư c m t ph n m c ñ u tư vào phát tri n h th ng cung ng năng lư ng, mang l i l i ích v kinh t - xã h i, an ninh năng lư ng. + Gi m thi u ô nhi m môi trư ng, khai thác h p lý ngu n tài nguyên môi trư ng năng lư ng, th c hi n phát tri n kinh t - xã h i b n v ng. + K t h p ñư c gi a hai quá trình ñ t nhiên li u khí và nhiên li u r n. Ngoài ra vi c c i thi n ch ñ cháy c a các lò truy n nhi t s c t gi m chi phí năng lư ng và tăng ch t lư ng s n ph m, gi m giá thành s n ph m, nâng cao s c c nh tranh cho doanh nghi p; ñ u tư th p, thu h i v n nhanh, s n ph m n ñ nh. 7. B c c lu n văn Lu n văn bao g m 71 trang, ngoài ph n m ñ u, k t lu n và ki n ngh , m c l c, ph l c và tài li u tham kh o, lu n văn g m 5 chương sau: Chương 1: T ng quan v biogas Chương 2: S n xu t và s d ng biogas trong ngành tinh b t s n Chương 3: Nghiên c u ñ t biogas trong các lò d u truy n nhi t Chương 4: Tri n khai ng d ng công ngh ñ t biogas t i nhà máy tinh b t s n Hư ng Hóa, Qu ng Tr Chương 5: K t qu và bàn lu n
4 CHƯƠNG 1. T NG QUAN V BIOGAS Trong ph n t ng quan tôi ñ c p ñ n ñ c ñi m, tính ch t, cơ ch hình thành và ng d ng c a biogas. Gi i thi u các nguyên li u và quá trình s n xu t biogas nư c ta, trong ñó ñi sâu gi i thi u nguyên li u là nư c th i trong các nhà máy tinh b t s n và ng d ng biogas làm ch t ñ t trong các lò d u truy n nhi t. 1.1. Gi i thi u chung v biogas 1.1.1. Khái ni m v biogas Biogas là h n h p khí sinh h c ñư c s n sinh t s phân h y nh ng h p ch t h u cơ dư i tác d ng c a vi khu n trong môi trư ng y m khí. H n h p này có thành ph n chính là metan (CH4), ngoài ra còn có CO2, H2S, hơi nư c [8]… 1.1.2. Thành ph n các ch t có trong biogas Theo th ng kê hi n nay, thành ph n chính c a biogas như sau [8]: B ng 1.1. Thành ph n các ch t có trong biogas Biogas Thành ph n các ch t có trong Hàm lư ng (%) biogas Metan (CH4) 60 ÷ 80 H2S 0,5 ÷ 2 CO2 15 ÷ 25 H2O 3 ÷ 10 Các thành ph n khác 0÷3 1.1.3. Đ c tính c a biogas Biogas có kh i lư ng riêng kho ng 0,9 ÷ 0,94 kg/m3 kh i lư ng riêng này thay ñ i do s thay ñ i t l CH4 so v i các khí khác trong h n h p. Thành ph n H2S chi m m t lư ng ít. Khí H2S có mùi hôi, t o thành axit H2SO4 khi tác d ng v i nư c gây ñ c cho ngư i, làm hư d ng c ñun n u và các thi t b trao ñ i nhi t.
5 Khí CH4 là m t ch t khí không màu, không mùi nh hơn không khí. ñi u ki n nhi t ñ 20oC, áp su t 1at thì 1m3 khí CH4 có kh i lư ng 0,716 kg. Khi ñ t hoàn toàn 1m3 khí CH4 cho ra kho ng 5.500 ÷ 6.000kcal. 1.1.4. Cơ ch hình thành biogas Các ch t h u cơ dư i tác d ng c a vi sinh v t y m khí s b phân h y thành các ch t hòa tan và các ch t khí. Trong quá trình ph n ng ph n l n cacbon, hiñro, oxi b chuy n hóa ch y u thành metan và khí cacbonic. Hi u qu c a quá trình sinh khí metan ph thu c vào r t nhi u y u t , trong ñó cơ b n nh ng y u t sau [8]: 1.1.4.1. Đi u ki n y m khí 1.1.4.2. Nhi t ñ 1.1.4.3. Đ pH 1.1.4.4. Đ m 1.1.4.5. Thành ph n dinh dư ng 1.1.4.6. Hàm lư ng ch t r n 1.1.4.7. Các lo i nguyên li u sinh biogas 1.1.4.8. Các ch t ñ c gây tr ng i quá trình lên men 1.2. Công ngh s n xu t biogas 1.2.1. Nguyên li u s n xu t biogas V m t lý thuy t, m i ch t h u cơ ñ u có th phân h y. Tuy nhiên trong th c t ñ i v i các gia ñình ho c cơ s s n xu t nguyên li u dùng ñ s n xu t biogas ñư c chia thành hai lo i: có ngu n g c ñ ng v t và có ngu n g c th c v t. 1.2.1.1 Nguyên li u có ngu n g c ñ ng v t Thu c lo i này, phân ngư i và phân gia súc, gia c m là ph bi n. Vì ñã ñư c x lý trong b máy tiêu hóa nên phân d phân h y và
6 nhanh chóng cho biogas. Tuy th i gian phân h y c a phân ng n (kho ng 2 ÷ 3 tháng) nhưng t ng s n lư ng khí thu ñư c t 1kg phân không l n. Phân trâu bò, phân l n phân h y nhanh hơn, phân ngư i và phân gà v t phân h y ch m hơn nhưng cho năng su t khí cao hơn. 1.2.1.2. Nguyên li u có ngu n g c th c v t Các nguyên li u th c v t g m ph ph m cây tr ng như rơm r , thân lá ngô, khoai, ñ u, v c s n… và các lo i cây xanh hoang d i như bèo, các cây c s ng dư i nư c, các lo i cây xanh… 1.2.2. Nguyên lý s n xu t biogas Đ s n xu t biogas, ngư i ta xây d ng ho c ch t o các thi t b s n xu t biogas. Nguyên li u ñ s n xu t biogas là các ch t h u cơ như phân ñ ng v t, các lo i th c v t như bèo, c , rơm r ,… Nguyên li u ñư c n p vào thi t b . Thi t b gi kín không cho không khí l t vào nên nguyên li u b phân h y k khí và t o ra khí sinh h c (biogas). 1.3. Kh năng ng d ng c a biogas Biogas chính là nhiên li u sinh h c. Vì v y, nó có r t nhi u ng d ng trong ñ i s ng và trong quá trình s n xu t. 1.3.1. S d ng trong vi c ñun n u th c ăn 1.3.2. S d ng trong vi c th p sáng 1.3.3. S d ng trong vi c ch y ñ ng cơ ñ t trong 1.3.4. S d ng trong vi c b o qu n hoa qu ngũ c c 1.3.5. S d ng làm ch t ñ t trong các lò d u truy n nhi t Hi n nay, Trung Qu c, Thái Lan,… ngư i ta còn ng d ng biogas ñ ñ t trong các lò d u truy n nhi t. Vi t Nam m t s nhà máy cũng ñã tri n khai s d ng biogas ñ ñ t trong các lò d u truy n nhi t. Tuy nhiên, quá trình ñ t là t phát và công ngh ñ t chưa phù h p. 1.4. Quá trình s n xu t biogas trên th gi i và Vi t Nam
7 1.4.1. Quá trình s n xu t biogas trên th gi i Trong các năm g n ñây, các qu c gia trên th gi i ñã quan tâm ñ n vi c s n xu t và s d ng biogas nh m gi i quy t m t ph n nhu c u v ch t ñ t, c i thi n ñ i s ng sinh ho t nông thôn cũng như ng d ng nó ñ làm nhiên li u s n xu t s ch trong m t s nhà máy xí nghi p. Đ i v i các nư c Đông Nam Á thì vi c s n xu t và s d ng biogas là m t hư ng m i trong vi c b o v môi trư ng, ti t ki m năng lư ng và s d ng làm năng lư ng s ch. 1.4.2. Quá trình s n xu t biogas Vi t Nam Vi t Nam trong nh ng năm g n ñây quá trình nghiên c u, s n xu t và s d ng biogas vào ñ i s ng và s n xu t phát tri n khá m nh m . Hi n nay, Vi t Nam thư ng s d ng các lo i h m biogas ch y u là: h m có n p ñ y c ñ nh ki u Trung Qu c, h m có n p trôi n i ki u n Đ và h m b ng túi nh a t ng h p (lo i này ph bi n Thái Lan) v i các bi n d ng c a chúng cũng ñang ph bi n. mi n Nam, m u h m ñư c s d ng ph bi n là ki u trôi n ic a n Đ . Ki u này phát tri n nh t Đ ng Nai. T i thành ph C n Thơ, thành ph H Chí Minh m u h m n p ñ y c ñ nh khá phát tri n. M u h m biogas c t thép c a trung tâm năng lư ng m i ñang phát tri n m nh H u Giang và thành ph C n Thơ. M u túi b ng cau su thiên nhiên cũng ñư c ng d ng thành ph H Chí Minh. V chi phí xây d ng h m biogas, v n ñ ph thu c vào tu i th c n ñ t ñư c. Các túi cao su có tu i th kém tuy nhiên giá thành l i th p hơn (kho ng 2 tri u ñ ng) trong khi các h m có n p c ng và n p trôi n i có tu i th tương ñương là 15 năm ñ n 20 năm l i có chi phí cao hơn (kho ng 6 tri u ñ n 10 tri u ñ ng). Ngoài ra, v n ñ này còn ph thu c vào quy mô l n hay nh c a h m biogas.
8 CHƯƠNG 2. S N XU T VÀ S D NG BIOGAS TRONG NGÀNH TINH B T S N Trong chương này nghiên c u quá trình s n xu t và ng d ng biogas trong ngành tinh b t s n. Gi i thi u v kh năng s d ng biogas trong lò d u truy n nhi t c a th gi i và Vi t Nam. 2.1. Tình hình ch bi n và ng d ng s n 2.1.1. Tình hình ch bi n và s d ng s n trên th gi i Trong chi n lư c toàn c u, cây s n ñang ñư c tôn vinh là m t trong nh ng loài cây lương th c d dàng thích nghi v i nh ng vùng ñ t c n c i và là lo i cây công nghi p có tri n v ng có kh năng c nh tranh cao v i nh ng lo i cây công nghi p khác. Nhu c u c a th gi i ñ i v i tinh b t s n ngày càng gia tăng, nh t là t i các th trư ng Trung Qu c, Hàn Qu c, Đài Loan và Nh t B n, bên c nh các th trư ng tiêu th s n khô truy n th ng là EU và M . Trong ñó s n khô ch y u làm lương th c (58%) v i th c ăn gia súc (28%). 2.1.2. Tình hình ch bi n và s d ng s n Vi t Nam 2.1.3. ng d ng c a tinh b t s n 2.2. Quy trình công ngh ch bi n tinh b t s n 2.2.1. Sơ ñ công ngh s n xu t tinh b t s n 2.2.2. Thuy t minh dây chuy n s n xu t 2.3. Quá trình s n xu t và s d ng biogas trong ngành tinh b t s n 2.3.1. Quá trình s n xu t biogas trong ngành tinh b t s n Qua quy trình công ngh ch bi n tinh b t s n ñư c trình bày trên ta th y trong quá trình s n xu t luôn có m t lư ng ch t th i l n là ch t th i h u cơ.
9 Nư c th i có ch a các ch t h u cơ ñư c tách l c l y cát và m t s ch t b n ñưa b l ng ñ u tiên. Sau ñó, lư ng nư c th i này ñư c bơm c p c p vào h m sinh biogas. ñây x y ra quá trình phân h y k khí sinh biogas. Sau m t th i gian biogas ñư c hình thành và ñưa vào s d ng. 2.3.2. Quá trình s d ng biogas trong ngành tinh b t s n Trong các nhà máy tinh b t s n, biogas ch y u s d ng làm nhiên li u ñ t trong các lò d u truy n nhi t ph c v nhi t cho quá trình s y tinh b t s n và m t s m c ñích ph khác. 2.4. Công ngh ñ t khí biogas trong các lò d u truy n nhi t c a th gi i Khác v i năng lư ng tái t o khác, biogas không nh ng thay th ñư c năng lư ng hóa th ch mà còn góp ph n ñáng k trong vi c x lý ch t th i. Hơn th n a, l i th c a d ng năng lư ng này là có th d tr và s d ng khi c n thi t, có tính ch t n ñ nh. N u như chúng ñư c s d ng ñ t o ra năng lư ng ñi n thì s góp ph n làm n ñ nh hơn cho vi c cung c p ñi n. S d ng năng lư ng khí biogas ñã và ñang ñư c nhi u các qu c gia quan tâm và ñã có r t nhi u chính ph các nư c ñưa ra các lo i thu cũng như ngu n ñ u tư nh m tr giúp cho lo i nhiên li u này, hư ng t i phát tri n m t cách b n v ng nh t ñ ng th i giúp gi m phát th i CO2 vào môi trư ng. Các lò ñ t dùng nhiên li u khí biogas ñã ñư c s d ng t i Châu Âu trong hơn m t th p niên qua. Hi n nay, trong th ph n c a các lo i nhiên li u sinh h c có m t trên th trư ng có ít nh t 10% nhiên li u là biogas. Các lo i lò ñ t này ñang ngày càng ñư c nâng cao v năng su t và hi u qu c a quá trình ñ t.
10 2.4.1. Công ngh ñ t khí biogas c a Trung Qu c Công ngh ñ t s d ng khí biogas t i Trung Qu c cũng ñang ngày càng ñư c chú tr ng. Năm 2008, Trung Qu c ñã ñưa vào ho t ñ ng h th ng lò truy n nhi t s d ng khí biogas v i công ngh m i. Ngoài vi c c i ti n k t c u lò g n nh hơn so v i các lò truy n nhi t ñ t d u và ñ t than trư c ñây, công ngh ñ t biogas trong các lò truy n nhi t hi n nay còn có m t s c i ti n là t h th ng s n xu t và x lý biogas trư c khi ñ t. Hàm lư ng khí metan trong biogas ñư c tăng lên ñ ng th i có h th ng x lý tách nư c và tách khí H2S trư c khi ñưa vào lò. Vi c l p ñ t thi t b còn ñòi h i m t chi phí r t cao. Giá thành m i thi t b có th lên t i vài ch c ngàn USD th m chí có thi t b có giá tr c trăm ngàn USD nên vi c s d ng thi t b này nư c ta còn g p r t nhi u khó khăn. 2.4.2. Công ngh ñ t khí biogas c a Thái Lan Trong nh ng năm g n ñây, Thái Lan ñã ñưa vào s d ng h th ng ñ t khí biogas m i có nhi u tính năng ưu vi t. Đây là h th ng ñ t kín (enclose fare). Hi u su t ñ t c a h th ng ñ t trên 99%, ñ m b o ñ t cháy toàn b lư ng khí biogas trư c khi th i ra môi trư ng. Các thông s c a h th ng x lý nư c th i và thu h i khí biogas c p cho lò ñ t (burner) và ñ t biogas th a ñư c thu th p t ñ ng b i h PLC Simatic S7-300, giám sát quá trình b i ph n m m SCADA, Win CC 7.0. H n h p khí thu ñư c trong h m biogas s ñư c d n vào lò ñ t. Khí biogas sinh ra có t l metan 60% s thay th than ñ t lò ñ s y thành ph m, còn lư ng khí biogas không dùng h t s ñư c ñ t b ng h th ng ñ t biogas th a. Toàn b h th ng này ñư c ñi u khi n b ng chương trình máy tính. Vi c ño lưu lư ng nư c th i c p vào h
11 và lưu lư ng khí biogas ñư c sinh ra t h m ñ u ñi u khi n hoàn toàn t ñ ng. Ngoài ra, Thái Lan còn s d ng h th ng x lý nư c th i phù h p v i cơ ch phát tri n s ch theo khuôn kh Ngh ñ nh thư Kyoto v gi m thi u phát th i khí nhà kính. Công ngh s n xu t và ñ t khí biogas do Thái Lan s n xu t ñã kh c ph c ñư c r t nhi u như c ñi m c a các h th ng s n xu t và ñ t khí biogas trư c ñây. Tuy nhiên, chi phí ñ u tư h th ng này khá cao nh t là ñ i v i các nhà máy s n xu t tinh b t s n nư c ta. 2.4.3.Ưu như c ñi m các h th ng ñ t khí biogas trên th gi i 2.4.3.1. Ưu ñi m X lý ñư c khí biogas trư c khi ñi vào lò ñ t. H th ng tách nư c, kh H2S và tách CO2 ñã làm gi m lư ng ñáng k các thành ph n này. Hàm lư ng metan tăng lên làm nhi t tr nhiên li u tăng lên rõ r t. Không khí và nhiên li u ñư c hòa tr n h p lý làm ch ñ cháy trong lò n ñ nh. 2.4.3.2. Nh ng ñi m h n ch Các lò d u truy n nhi t này không k t h p gi a vi c ñ t biogas và ñ t than ñá. Các nhà máy tinh b t s n nư c ta có quá trình s n xu t khí biogas chưa n ñ nh (do bi n ñ i c a khí h u và th i v làm s n). N u s d ng các lo i lò này s g p nhi u khó khăn khi lư ng biogas sinh ra không ñáp ng ñ . Giá thành c a h th ng quá ñ t, vư t quá kh năng ñ u tư c a các nhà máy tinh b t s n v a và nh . 2.5. Th c tr ng ñ t biogas trong các lò d u truy n nhi t c a các nhà máy s n xu t tinh b t s n Vi t Nam
12 Lò d u truy n nhi t s d ng ch y u các nhà máy tinh b t s n là lò ñ t than ghi ngang và lò ñ t than ghi xích. Lò ghi ngang ñư c s d ng trong các nhà máy có công su t nh và v a còn lò ghi xích s d ng trong các nhà máy có công su t l n. Vi c chuy n ñ i này ch y u là l p vào lò ñ t than m t s ng d n biogas r i ñ t biogas này thay th cho than. Vi c chuy n ñ i này có m t s ưu như c ñi m sau: 2.5.1. Ưu ñi m + Đơn gi n. + D l p ñ t. + D v n hành và giá thành th p. 2.5.2. H n ch + Khí biogas ñư c s n xu t t i các nhà máy tinh b t s n có hàm lư ng metan th p (60%) và hàm lư ng H2O cao (10%). Đ c ñi m này làm cho nhi t tr c a biogas gi m xu ng còn kho ng 20.000kJ/m3tc, làm gi m hi u su t và công su t c a lò. + Do trong biogas còn ch a m t hàm lư ng H2S ñáng k (kho ng 10%) nên quá trình ăn mòn thi t b x y ra nhanh làm gi m tu i th và kh năng làm vi c c a thi t b . + Lư ng biogas sinh ra không ñ u v hàm lư ng và lưu lư ng làm nh hư ng ñ n quá trình v n hành. N u biogas b thi u h t trong m t th i gian ng n cũng làm cho quá trình làm vi c c a lò b gián ño n.
13 CHƯƠNG 3. NGHIÊN C U Đ T BIOGAS TRONG CÁC LÒ D U TRUY N NHI T N i dung chương này nghiên c u phương pháp s d ng biogas hi u qu , n ñ nh và an toàn trong các nhà máy tinh b t s n. 3.1. Quá trình cháy c a các lo i nhiên li u trong các lò d u truy n nhi t 3.1.1. Quá trình cháy c a nhiên li u khí 3.1.1.1. Quá trình t b t l a 3.1.1.2. Gi i h n t b t cháy 3.1.1.3. Th i gian c m ng (th i gian kéo dài s b t l a) 3.1.2. Quá trình cháy c a nhiên li u r n 3.2. Ch n công su t thi t k và tính ch n lò d u truy n nhi t Đ có th ti n hành c i ti n các thi t b m t cách phù h p, ta ph i ch n công su t thi t k và tính ch n lò d u truy n nhi t. 3.2.1. Ch n công su t thi t k Công su t thi t k bu ng ñ t ph thu c vào công su t c a h th ng s y. ñây, ta tính toán công su t m t bu ng ñ t ph c v cho h th ng s y khí ñ ng làm vi c liên t c. H th ng này dùng ñ s y tinh b t s n. Công su t yêu c u thi t k c a nhà máy là 2.000.000kCal/h (≈ 2400kW). 3.2.2. Tính ch n lo i lò d u truy n nhi t Lò d u truy n nhi t có nhi u lo i khác nhau nhưng phân thành hai lo i chính là ki u ñ ng và ki u n m. 3.2.3. Tính toán công su t nhi t lò d u truy n nhi t Do nhi t tr c a khí biogas l n hơn c a than nhi u nên ta ch c n tính toán nhi t c a lò cho nhiên li u than, khi ñó nó cũng ñ v i nhiên li u là khí biogas.
14 3.2.3.1. Tính lư ng không khí c p vào lò và th tích s n ph m cháy 3.2.3.2. Tính entanpi c a s n ph m cháy 3.2.3.3. Xác ñ nh t n th t nhi t c a lò và tính hi u su t lò 3.2.4. Tính toán nhi t c a lò 3.2.4.1. Xác ñ nh th tích bu ng l a 3.2.4.2. Di n tích b m t ghi 3.2.4.3. Đ c tính c u t o c a ghi 3.2.4.4. Xác ñ nh c u t o lò 3.2.5. Tính khí ñ ng lò d u truy n nhi t 3.2.5.1. Tính tr l c h th ng c p gió và ch n qu t th i 3.2.5.2. Tính tr l c ñư ng khói và ch n qu t hút 3.2.5.3. Tính ch n bơm d u tu n hoàn 3.3. C i ti n h th ng x lý và ñ t khí biogas phù h p v i lò d u truy n nhi t trong các nhà máy s n xu t tinh b t s n 3.3.1. H th ng x lý và ñ t khí biogas nhà máy tinh b t s n 3.3.1.1. Sơ ñ h th ng x lý và ñ t khí biogas nhà máy tinh b t s n 3.3.1.2. Nguyên lý ho t ñ ng c a h th ng H th ng ho t ñ ng theo nguyên lý: Khí biogas t h m sinh khí biogas ñư c qu t ñ y vào thi t b tách nư c. Thi t b tách nư c có nhi m v làm gi m hàm lư ng nư c có trong biogas. Sau khi ra kh i thi t b tách nư c, khí biogas ñã ñư c tách m t ph n nư c ti p t c ñi vào thi t b kh H2S. Lư ng H2S trong biogas ph n l n b kh thi t b này. Khí biogas ñã ñư c x lý tách nư c và kh H2S ñư c qu t nén vào bình ch a khí biogas. M c ñích c a bình ch a là n ñ nh áp su t khí biogas khi ñi vào bu ng ñ t. Khí biogas t bình ch a ñư c ñưa vào ñ t lò d u truy n nhi t. Van ch ng cháy ngư c có tác d ng ngăn ch n quá trình cháy ngư c nh m ñ m b o an toàn cho quá trình v n hành và s d ng.
15 3.3.2. Thi t b tách nư c Đ gi m chi phí và ñơn gi n cho quá trình v n hành, thi t b tách nư c ñư c s d ng ñây là m t bình kín có g n nhi u lá thép ñ t so le nhau. Nguyên lý làm vi c c a thi t b : Dòng biogas có ch a m t hàm lư ng nư c ñư c chuy n ñ ng qua thi t b v i v n t c l n dư i tác d ng c a qu t th i. Dòng h n h p khí này s va ñ p vào các lá ch n kim lo i. Các gi t nư c l n trong biogas s va ñ p vào các t m này và l ng xu ng dư i ñáy bình. Dòng biogas ñã ñư c tách b t nư c ti p t c chuy n ñ ng ra kh i bình tách nư c. Lư ng nư c này s ñ nh kỳ ñư c x ra ngoài. Khí biogas ñã lo i b thành ph n H2O s ñư c ñưa vào thi t b kh H2S. 3.3.3. Thi t b kh H2S Đ kh H2S v i lưu lư ng l n, ta dùng s t(III) oxit (Fe2O3) ñ kh . Đây là phương pháp d a trên cơ s nh ng ph n ng sau: Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O (3.13) 2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3 +6S (3.14) Sau khi bão hoà H2S, s t(III) oxit ñư c hoàn nguyên b ng không khí (c p oxi) ñ thu lưu huỳnh. Đ hoàn nguyên v t li u h p ph ta dùng phương pháp oxi hoá v t li u h p ph b ng oxi trong không khí theo phương trình (3.14). H th ng l c r t ñơn gi n, bao g m nhi u bình l c l p song song nhau theo chi u ñi c a khí, trong m i bình có nhi u v t li u h p ph ñ khí l n lư t ñi qua h t l p này ñ n l p khác. B cao c a m i l p kho ng 0,3 ÷ 0,5 m. H th ng van trên ñư ng ng d n khí cho
16 phép c t b t kỳ bình h p ph nào ñã bão hoà ñ thay m i l p v t li u h p ph khác ho c ti n hành hoàn nguyên. 3.3.4. Tính ch n bình ch a biogas M c ñích c a vi c ch n bình ch a là n ñ nh áp su t biogas trư c khi ñưa vào lò. 3.4. So sánh tính ch t c a khí biogas trư c và sau khi x lý qua h th ng 3.4.1. Thành ph n H2O trong khí biogas trư c và sau khi x lý Đ th so sánh hàm lư ng nư c có trong biogas trư c và sau khi x lý qua h th ng như hình 3.8. Hình 3.8. Thành ph n H2O trong biogas Như v y sau khi tách nư c, hàm lư ng nư c trong biogas gi m ñáng k . Hàm lư ng nư c gi m làm cho hàm lư ng metan tăng lên và do ñó nhi t tr c a biogas cũng tăng lên. 3.4.2. Thành ph n H2S trong khí biogas trư c và sau khi x lý Đ th th hi n s chênh l ch v hàm lư ng H2S trong biogas trư c và sau khi x lý ñư c trình bày như hình 3.9.
17 Hình 3.9. Thành ph n H2S trong biogas Như v y sau khi x lý, hàm lư ng H2S trong biogas gi m ñáng k , ñi u này làm gi m quá trình ăn mòn thi t b giúp thi t b làm vi c n ñ nh và hi u qu . 3.4.3. Nhi t tr c a khí biogas trư c và sau khi x lý Nhi t tr c a khí biogas trư c và sau khi x lý trong h th ng c i ti n ñư c trình bày trên hình 3.10.
18 Hình 3.10. Nhi t tr c a biogas trư c và sau khi x lý Theo ñ th trên ta th y, nhi t tr c a khí biogas sau khi x lý qua h th ng tăng lên rõ r t. Đi u này làm cho ch ñ nhi t c a lò ñư c c i thi n, nhi t ñ làm vi c c a lò n ñ nh hơn.