Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò đốt hóa khí gas từ phế thải lâm nghiệp cấp nhiệt cho lò sấy gỗ kiểu hơi đốt gián tiếp với công suất 10 m 3 /mẻ sấy

Chia sẻ: Xedapbietbay Xedapbietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là nghiên cứu, thiết kế được một hệ thống lò đốt hóa khí phục vụ khí đốt cho lò sấy gỗ để thay thế phương pháp đốt truyền thống. Từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng nguyên liệu đốt; nâng cao chất lượng của gỗ sau khi sấy và giảm khí thải từ hoạt động đốt lò ra môi trường. Tạo điều kiện cho việc phát triển rộng rãi công nghệ hóa khí cho các lò sấy, lò nung trên địa bàn Quảng Nam - Đà Nẵng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò đốt hóa khí gas từ phế thải lâm nghiệp cấp nhiệt cho lò sấy gỗ kiểu hơi đốt gián tiếp với công suất 10 m 3 /mẻ sấy

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đã được trích dẫn cụ thể. Huế, ngày 20 tháng 8 năm 2017 Tác giả Phạm Xuân Cát PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ii LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Đinh Vương Hùng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Huế, cùng với sự giúp đỡ của một số chuyên gia về lĩnh vực sấy và lĩnh vực hóa khí, sự giúp đỡ của bạn bè, đồng môn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tuy nhiên do thời gian ngắn và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn hạn chế do đó không tránh khỏi nhưng sai sót, tôi rất mong được những góp ý của các thầy, cô giáo, bạn bè và mọi người để đề tài được hoàn thiện hơn. Tác giả Phạm Xuân Cát PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iii TÓM TẮT Tính cấp thiết của đề tài Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế. Nền kinh tế càng phát triển thì nhu cầu về năng lượng càng lớn dẫn đến suy giảm nhanh chóng nguồn nhiên liệu hóa thạch, đẩy giá nhiên liệu (xăng dầu, than, khí…) lên cao và gia tăng lượng khí CO2 thải vào khí quyển, gây nên hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu toàn cầu. Do đó, ngoài những nghiên cứu giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả thì nghiên cứu, ứng dụng những công nghệ mới nhằm phát triển, tạo ra nguồn năng lượng thay thế, bổ sung cho các nguồn năng lượng hoá thạch cần được quan tâm. Trên thế giới, công nghệ hóa khí sử dụng phế thải nông, lâm nghiệp để tạo ra gas cho đun nấu, hệ thống lò sưởi, chạy máy phát điện, chiết xuất thành nhiên liệu hóa khí lỏng... đã được ứng dụng rất nhiều. Ở Việt Nam, công nghệ hóa khí cũng đã được một số cơ sở nghiên cứu và ứng dụng để chế tạo các bếp hóa khí đun nấu cho hộ gia đình hoặc tạo nhiệt cho hệ thống sấy nông sản. Tuy nhiên, chưa có đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ hóa khí gas để làm khí đốt cho lò sấy gỗ, trong khi nguồn nguyên liệu này ở nước ta rất lớn. Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên, dưới sự hướng dẫn của TS. Đinh Vương Hùng, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò đốt hóa khí gas từ phế thải lâm nghiệp cấp nhiệt cho lò sấy gỗ kiểu hơi đốt gián tiếp với công suất 10 m3/mẻ sấy”. Mục đích của đề tài là nghiên cứu, thiết kế được một hệ thống lò đốt hóa khí phục vụ khí đốt cho lò sấy gỗ để thay thế phương pháp đốt truyền thống. Từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng nguyên liệu đốt; nâng cao chất lượng của gỗ sau khi sấy và giảm khí thải từ hoạt động đốt lò ra môi trường. Tạo điều kiện cho việc phát triển rộng rãi công nghệ hóa khí cho các lò sấy, lò nung trên địa bàn Quảng Nam - Đà Nẵng. Mục đích nghiên cứu - Tính toán cân bằng nhiệt của lò sấy gỗ công suất 10 m3/ mẻ sấy. - Nghiên cứu, tính toán, thiết kế lò hóa khí gas từ phế thải lâm nghiệp cấp nhiên liệu đốt cho lò sấy gỗ với công suất 10 m3/ mẻ. - Chế tạo được mô hình lò hóa khí gas từ phế thải lâm nghiệp. - Xác định được một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất hóa khí và chất lượng khí gas làm cơ sở cho thiết kế các hệ thống hóa khí phù hợp với loại nguyên liệu là phế thải của ngành chế biến gỗ. - Hệ thống có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iv Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệ thống hóa khí gas từ lò đốt phế thải nông lâm nghiệp cấp nhiên liệu đốt cho lò sấy gỗ có công suất lò sấy 10m3/ mẻ sấy. Chế tạo mô hình lò hóa khí sử dụng cho thí nghiệm, khảo nghiệm. Đối tượng nghiên cứu - Lò sấy gỗ kiểu hơi đốt gián tiếp công suất 10 m3/ mẻ sấy - Vật liệu sấy - Lò hóa khí gas từ nguyên liệu sinh khối Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp điều tra, thu thập số liệu - Phương pháp phỏng vấn chuyên gia - Phương pháp tính toán thiết kế - Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố - Phương pháp xử lý số liệu thống kê Kết quả nghiên cứu - Tính toán và thiết kế một lò đốt hóa khí gas từ phế thải nông lâm nghiệp phục vụ cho lò sấy gỗ công suất 10m3/ mẻ sấy. - Sản phẩm ứng dụng: Chế tạo 01 lò đốt hóa khí gas từ mạt cưa, dăm bào phục vụ cho việc nghiên cứu thực nghiệm. - Đánh giá ảnh hưởng của 2 yếu tố của nguyên liệu đến năng suất của lò hóa khí. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................ii TÓM TẮT...................................................................................................................... iii MỤC LỤC ....................................................................................................................... v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... viii DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... ix DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ ......................................................................................... x ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ................................................................. 2 1.1. Tổng quan về công nghệ hóa khí các sản phẩm xenlulo .......................................... 2 1.1.1. Khái niệm về hóa khí. ............................................................................................ 2 1.1.2. Vai trò của năng lượng hóa khí. ............................................................................ 2 1.1.3. Thành phần và tính chất hóa học của hóa khí gas. ................................................ 2 1.1.4. Tình hình phát triển và sử dụng công nghệ hóa khí trên thế giới .......................... 2 1.1.5. Tình hình phát triển và sử dụng công nghệ hóa khí tại Việt Nam ........................ 3 1.2 Tổng quan về kỹ thuật sấy gỗ .................................................................................... 4 1.2.1. Khái niệm về sấy gỗ .............................................................................................. 4 1.2.2. Yêu cầu chất lượng của gỗ sau khi sấy ................................................................. 4 1.2.3. Một số kiểu lò sấy gỗ đang được sử dụng trên thế giới và trong nước ................. 5 1.3. Các loại lò đốt cung cấp nhiệt cho sấy gỗ. ............................................................... 8 1.3.1. Đặc điểm lò đốt sử dụng củi .................................................................................. 9 1.3.2. Đặc điểm lò đốt sử dụng than ................................................................................ 9 1.3.3. Đặc điểm lò đốt sử dụng dầu FO ......................................................................... 10 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......... 11 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 11 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 11 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 12 2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 13 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vi 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ......................................................................... 13 2.2.2. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu ................................................................ 13 2.2.3. Phương pháp phỏng vấn chuyên gia.................................................................... 13 2.2.4. Phương pháp tính toán thiết kế ............................................................................ 13 2.2.5. Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu thống kê .......................................... 13 CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẤY GỖ VÀ QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ .............. 15 3.1. Cơ sở lý thuyết lò sấy gỗ ........................................................................................ 15 3.1.1. Các thông số cơ bản của lò sấy gỗ....................................................................... 15 3.1.2. Tính toán cân bằng nhiệt của hệ thống sấy ......................................................... 15 3.1.3. Nguyên liệu sấy ................................................................................................... 16 3.1.4. Môi trường sấy .................................................................................................... 18 3.1.5. Động học quá trình sấy ........................................................................................ 20 3.2. Cơ sở lý thuyết quá trình hóa khí ........................................................................... 23 3.2.1. Cơ sở tính toán công nghệ hóa khí ...................................................................... 23 3.2.2. Thành phần khí gas .............................................................................................. 24 3.2.3. Hiệu suất hóa khí gas ........................................................................................... 25 3.2.4. Nguyên liệu hóa khí gas ...................................................................................... 25 3.2.5. Lò hóa khí gas. .................................................................................................... 30 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 33 4.1. Tính toán cân bằng nhiệt của hệ thống sấy ............................................................ 33 4.1.1. Lựa chọn chế độ sấy ............................................................................................ 33 4.1.2. Tính toán các thông số cơ bản của quá trình sấy................................................. 35 4.1.3. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết ........................................................................ 37 4.1.4. Tính toán tổn thất nhiệt........................................................................................ 39 4.1.5. Xác định lượng không khí khô thực tế ................................................................ 44 4.1.6. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy .................................................. 44 4.2. Tính toán cân bằng nhiệt tại buồng đốt khí gas ...................................................... 45 4.2.1. Hiệu suất truyền nhiệt của dàn trao đổi nhiệt (clorifer) ...................................... 45 4.2.2. Tính công suất nhiệt của buồng đốt khí gas ........................................................ 46 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vii 4.3. Tính toán, thiết kế lò hóa khí .................................................................................. 46 4.3.1. Lựa chọn công nghệ ............................................................................................ 46 4.3.2. Quá trình hình thành khí gas .............................................................................. 47 4.3.3. Các thông số kích thước của lò đốt hóa khí tạo gas ............................................ 48 4.4. Tính toán đầu đốt khí gas cấp cho lò sấy ............................................................... 51 4.5. Tính toán và chọn quạt cấp khí............................................................................... 54 4.5.1. Năng suất quạt gió ............................................................................................... 54 4.5.2. Công suất cần thiết của quạt gió .......................................................................... 54 4.6. Thí nghiệm, khảo nghiệm ....................................................................................... 56 4.6.1. Vật liệu, dụng cụ và bố trí thí nghiệm ................................................................. 56 4.6.2. Tiến hành thí nghiệm, khảo nghiệm .................................................................... 59 4.7. Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lò đốt hóa khí gas .............................. 64 4.8. Đánh giá hiệu quả kinh tế - xã hội .......................................................................... 64 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................... 65 Kết luận.......................................................................................................................... 65 Đề nghị .......................................................................................................................... 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 66 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT G1 - khối lượng gỗ trước khi sấy; (kg) G2 - khối lượng gỗ sau khi sấy; (kg) tk - nhiệt độ của không khí; ( oC) th - nhiệt độ của không khí; (oC) Ph - áp suất không khí , (bar) Pk - áp suất không khí , (bar)  - Độ ẩm tương đối; (%) d - lượng hơi nước chứa trong 1 kg không khí khô; (g/kgKK) I - entanpi của 1 kg không khí khô của d gram ẩm; (kJ/kg kk ) Kw - hằng số trạng thái cân bằng nước – gas ηth - Hiệu suất nhiệt, (%).  - thời gian sấy; (giờ) φ0 - nhiệt độ ngoài trời ; (0C). Cpk - nhiệt dung riêng của không khí khô; (kJ/kgK). Cpa - nhiệt dung riêng của hơi nước; (kJ/kgK). I0 - Entanpy; (kJ/kg). r - nhiệt ẩn hoá hơi: r = 2500; (kJ/kg). Lo - lượng không khí khô lý thuyết; (kgkk/kg ẩm)  - hệ số không khí thừa của buồng đốt; bd  - hiệu suất buồng đốt; bd Cnl, Cpk - tương ứng là nhiệt dung riêng của nhiên liệu và khói khô. Qbc -Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che;(kJ/h) do - lượng chứa ẩm của không khí ứng với nhiệt độ ban đầu. H - chiều cao buồng sấy m. B,R - hai cạnh buồng sấy. m. Cv - nhiệt dung riêng của vật liệu sấy. tv1, tv2 - tương ứng là nhiệt độ vào, ra của vật liệu sấy. Cvk - nhiệt dung riêng của vật liệu khô. Cn - nhiệt dung riêng của hơi nước. Gm - mức độ tiêu thụ gas tính bằng; kg/h. L - lượng không khí khô cần thiết, m3/h  - khối lượng riêng của không khí ở điều kiện sấy PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các lĩnh vực sử dụng sinh khối hiện nay ....................................................... 4 Bảng 1.2. Tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở lò đốt than, xử lý khói thải lò hơi ................ 9 Bảng 1.3. Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO trong điều kiện cháy tốt, xử lý khói thải lò hơi ..................................................................................................... 10 Bảng 3.1 Các phản ứng quan trọng xảy ra trong lò hóa khí ....................................... 24 Bảng 3.2. Sự tạo xỉ của nguyên liệu là phế thải của nông lâm nghiệp trong lò hóa khí28 Bảng 3.3. Khối lượng thể tích trung bình ...................................................................... 30 Bảng 3.4. Một số ưu, nhược điểm của các loại lò KHSK lớp chặt .............................. 32 Bảng 4.1. Bảng kê số liệu tính toán tổn thất nhiệt qua vỏ lò sấy .................................. 41 Bảng 4.2. Thành phần hoá học của mạt cưa, dăm bào .................................................. 48 Bảng 4.3. Thành phần hoá học của gas sinh ra từ mạt cưa, dăm bào ............................ 49 Bảng 4.4. Bố trí thí nghiệm theo khối lượng nguyên liệu nạp vào lò ........................... 59 Bảng 4.5. Ký hiệu các loại nguyên liệu nạp vào lò ....................................................... 59 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
x DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò.................................................... 5 Hình 1.2. Cấu tạo lò sấy gỗ bằng hơi đốt gián tiếp ......................................................... 6 Hình 1.3. Cấu tạo lò sấy hơi nước thông dụng ở Việt Nam ............................................ 7 Hình 1.4. Cấu tạo lò sấy gỗ năng lượng mặt trời kiểu nửa nhà kính............................... 8 Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống sấy gỗ sử dụng hơi đốt gián tiếp .............................. 15 Hình 3.2. Đồ thị quá trình sấy ...................................................................................... 23 Hình 3.3. Một số mẫu mạt cưa, dăm bào....................................................................... 26 Hình 3.4: Các kiểu lò hóa khí tầng sôi cố định ............................................................. 30 Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống sấy sử dụng khói lò làm tác nhân sấy................................... 33 Hình 4.2. Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết ............................................................ 37 Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý lò đốt hóa khí phế thải sinh khối ........................................ 47 Hình 4.4. Sơ đồ cấu tạo buồng đốt khí gas .................................................................... 51 Hình 4.5. Cấu tạo lò hóa khí .......................................................................................... 55 Hình 4.6. Cấu tạo lò hóa khí .......................................................................................... 55 Hình 4.7. Dụng cụ thí nghiệm ....................................................................................... 56 Hình 4.8. Thí nghiệm kiểm tra năng suất hóa khí của lò hóa khí.................................. 57 Hình 4.9. Một số hoạt động thí nghiệm, khảo nghiệm lò hóa khí ................................. 58 Biểu đồ 4.1. Ảnh hưởng của khối lượng nguyên liệu / mẻ đến năng suất hóa khí của loại nguyên liệu R1 ........................................................................................................ 60 Biểu đồ 4.2. Ảnh hưởng của khối lượng nguyên liệu / mẻ đến năng suất hóa khí của loại nguyên liệu R2 ........................................................................................................ 60 Biểu đồ 4.3. Ảnh hưởng của khối lượng nguyên liệu / mẻ đến năng suất hóa khí của loại nguyên liệu R3 ........................................................................................................ 61 Biểu đồ 4.4. Mối quan hệ giữa khối lượng nguyên liệu/ mẻ và lượng khí gas thu được61 Biểu đồ 4.5. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến năng suất hóa khí ................ 63 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển kinh tế. Nền kinh tế càng phát triển thì nhu cầu về năng lượng càng lớn dẫn đến suy giảm nhanh chóng nguồn nhiên liệu hóa thạch, đẩy giá nhiên liệu (xăng dầu, than, khí…) lên cao và gia tăng lượng khí CO2 thải vào khí quyển, gây nên hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu toàn cầu. Do đó, ngoài những nghiên cứu giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả thì nghiên cứu, ứng dụng những công nghệ mới nhằm phát triển, tạo ra nguồn năng lượng thay thế, bổ sung cho các nguồn năng lượng hoá thạch cần được quan tâm. Nguồn năng lượng biomass từ phế thải nông, lâm nghiệp (rơm, trấu, phoi bào, gỗ, xơ dừa, vỏ cà phê, bã mía, thân và lõi ngô, lạc…) là một trong những nguồn năng năng lượng tái tạo cần được quan tâm nghiên cứu khai thác. Trên thế giới, công nghệ gasification (công nghệ hóa khí) sử dụng phế thải nông, lâm nghiệp để tạo ra gas cho đun nấu, hệ thống lò sưởi, chạy máy phát điện, chiết xuất thành nhiên liệu hóa khí lỏng... đã được ứng dụng rất nhiều. Ở Việt Nam, công nghệ hóa khí cũng đã được một số cơ sở nghiên cứu và ứng dụng để chế tạo các bếp hóa khí đun nấu cho hộ gia đình hoặc tạo nhiệt cho hệ thống sấy nông sản. Tuy nhiên, chưa có đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ hóa khí gas để làm khí đốt cho lò sấy gỗ, trong khi nguồn nguyên liệu này ở nước ta rất lớn. Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên, dưới sự hướng dẫn của TS. Đinh Vương Hùng, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lò đốt hóa khí gas từ phế thải lâm nghiệp cấp nhiệt cho lò sấy gỗ kiểu hơi đốt gián tiếp với công suất 10 m3/mẻ sấy”. Mục đích của đề tài là nghiên cứu, thiết kế được một hệ thống lò đốt hóa khí phục vụ khí đốt cho lò sấy gỗ để thay thế phương pháp đốt truyền thống. Từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng nguyên liệu đốt, nâng cao chất lượng của gỗ sau khi sấy và giảm khí thải từ hoạt động đốt lò ra môi trường. Tạo điều kiện cho việc phát triển rộng rãi công nghệ hóa khí cho các lò sấy, lò nung trên địa bàn Quảng Nam - Đà Nẵng. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về công nghệ hóa khí các sản phẩm xenlulo 1.1.1. Khái niệm về hóa khí. Hóa khí sinh khối là hình thức khác của sản xuất khí sinh học. Hóa khí là quá trình đốt cháy nguồn nguyên liệu biomass trong môi trường thiếu ôxi để sản sinh ra các chất khí dễ cháy bao gồm Carbon monoxide (CO), hydro (H2) và một phần khí metan (CH4). Hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp khí cháy.[10] [13] 1.1.2. Vai trò của năng lượng hóa khí. Khí gas có nhiều ứng dụng. Khí gas có thể được sử dụng trực tiếp trong việc đốt cháy để cung cấp cho quá trình nhiệt hoặc có thể được sử dụng trong động cơ đốt trong nhưng đòi hỏi phải sạch và có bộ phận làm mát cho động cơ này. Hệ thống có hiệu quả khác nhau tùy thuộc vào nhiên liệu, loại lò phản ứng và ứng dụng. khí gas thường được ứng dụng trong việc giảm chi phí cấp nhiệt. [13] 1.1.3. Thành phần và tính chất hóa học của hóa khí gas. Hóa khí sinh khối là quá trình dùng oxy (hoặc không khí, hoặc không khí giàu oxy, hoặc oxy đơn thuần, hơi nước hoặc hydro, nói chung gọi là chất hóa khí) phản ứng với sinh khối ở nhiệt độ cao chuyển nhiên liệu từ dạng rắn sang dạng nhiên liệu khí. Nhiên liệu này được gọi chung là khí sinh khối với thành phần cháy được chủ yếu là CO, H2, CH4… dùng làm nhiên liệu khí dân dụng, trong công nghiệp hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp NH3, tổng hợp CH3OH... [13] 1.1.4. Tình hình phát triển và sử dụng công nghệ hóa khí trên thế giới Công nghệ hoá khí nói chung và hóa khí mạt cưa nói riêng là công nghệ sản xuất khí đốt, khi Oxy hoá khối hữu cơ trong mạt cưa không hoàn toàn. Công nghệ hoá khí đã có một lịch sử lâu đời từng trải qua những thời kì phát triển và suy giảm. Hóa khí được phát triển từ những năm 1800 và được sử dụng để sản xuất khí từ than dùng cho mục đích thắp sáng và nấu ăn. Khí đốt từ than đã thu được lần đầu tiên ở Merdok nước Anh, lúc đó khí đốt được xem là sản phẩm đi kèm khi sản xuất "dầu trong" từ than. Vào những năm 50 của thế kỷ XIX, đã có các nhà máy sản xuất khí từ than trong các thành phố lớn và vừa ở các nước châu Âu và bắc Mỹ đi vào hoạt động để cung cấp khí đốt cho dân thành phố dùng cho các mục đích sưởi ấm, sinh hoạt và chiếu sáng. Lúc này, chính là thời kỳ "thế kỷ vàng" của công nghệ hóa khí. Lò khí đốt loại nhỏ cũng đã được sử dụng cho các phương tiện động cơ đốt trong khi khan hiếm nhiên liệu trong Chiến tranh thế giới lần hai. Sau đó, do nhiên liệu hóa thạch có nhiều ưu thế hơn, và gas không được PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3 sử dụng rộng rãi, chủ yếu là do chất lượng gas (gas sản xuất ra không đáp ứng được yêu cầu các động cơ), hóa khí từ gỗ một lần nữa đã mất đi tầm quan trọng. Khủng hoảng dầu xảy ra năm 1973 đã dẫn đến phải tìm ra nguồn năng lượng thay thế ở các quốc gia không có nguồn năng lượng hóa thạch. Phát triển kiến thức chuyên môn về năng lượng thay thế và quy trình chuyển đổi nhiệt – hóa, cũng như công nghệ ngày càng hiện đại. Ngày càng có nhiều nghiên cứu về lĩnh vực hóa khí sinh khối. Hiện nay trên thế giới cũng đã có rất nhiều nhà máy sử dụng năng lượng hóa khí sinh khối như: Nhà máy hóa khí sinh khối CHP Gusing (Áo) sử dụng nhiên liệu đầu vào là 2.360kg/h gỗ (gỗ bào) sản phẩm thu được là 2MW điện năng và 4,5 MW nhiệt năng hiệu suất đạt đến 85%, nhà máy điện hóa khí ERK ở Montevideo (Uruquay) với công suất 70 t/h. Ngay cả các nước Đông Nam Á như Thái Lan cũng đã có các nhà máy sử dụng công nghệ hóa khí sinh khối như lò đốt trấu ở nhà máy gạo tỉnh Nakornsawan, hay hệ thống hóa khí trấu 400 kW ở tỉnh Chainat, lò khí dòng xuôi- động cơ ở tỉnh Nakornrachasima. [13] 1.1.5. Tình hình phát triển và sử dụng công nghệ hóa khí tại Việt Nam Theo báo cáo từ Viện Năng Lượng (Bộ Công Nghiệp), nếu không có đột biến lớn về khả năng khai thác thì đến năm 2020 thiếu hụt nhiên liệu cho sản xuất điện khoảng 35-64 tỉ KWh ở phương án cơ sở và phương án cao. Và vào năm 2030 thiếu hụt nhiên liệu cho sản xuất điện lên đến 59 -120 tỉ kW/h. Trước tình hình nguồn năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt, nhu cầu sử dụng thì ngày càng tăng và các vấn đề môi trường đang là thách thức lớn đối với toàn cầu và đặc biệt là Việt Nam. Do đó dẫn đến cần tìm ra nguồn năng lượng thay thế. Ở Việt Nam là một nước sản xuất nông nghiệp nên lượng năng lượng sinh khối là rất lớn trong đó có mạt cưa, cần nắm bắt để nghiên cứu và phát triển.[12] - Trong dân dụng trên ba phần tư sinh khối hiện được sử dụng phục vụ đun nấu gia đình với các bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp. Bếp hóa khí cải tiến tuy đã được nghiên cứu thành công nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ có một vài dự án nhỏ lẻ ở một số địa phương. - Trong công nghiệp một phần tư sinh khối còn lại được sử dụng trong sản xuất công nghiệp: Sản xuất vật liệu xây dựng, gốm sứ hầu hết dùng các lò tự thiết kế theo kinh nghiệm, đốt bằng củi hoặc trấu, chủ yếu ở phía Nam. Sản xuất đường, tận dụng bã mía để đồng phát nhiệt và điện ở tất cả 43 nhà máy đường trong cả nước với trang thiết bị nhập từ nước ngoài. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
4 Sấy lúa và các nông sản: Hiện ở Đồng bằng Cửu long có hàng vạn máy sấy đang hoạt động. Những máy sấy này do nhiều cơ sở trong nước sản xuất và có thể dùng trấu làm nhiên liệu. Riêng dự án Sau thu hoạch do Đan Mạch tài trợ triển khai từ 2001 đã có mục tiêu lắp đặt 7000 máy sấy. Một số dự án phát điện sử dụng trấu đã được đề xuất, phê duyệt Nhà máy đốt trấu đồng phát Cần Thơ công suất 9MW, Nhà máy điện đốt trấu Cai Lậy, Tiền Giang công suất 10 MW….[10] Bảng 1.1. Các lĩnh vực sử dụng sinh khối hiện nay [10] Năng lượng cuối cùng Tổng tiêu thụ Tỷ lệ (%) Bếp đun 10667 76, 2 Nhiệt Lò nung 903 6, 5 Lò đốt 2053 14, 7 Điện Đồng phát 377 2, 7 Tổng 14000 100, 0 Sử dụng sinh khối ở Việt Nam chủ yếu vẫn chiếm phần lớn trong lĩnh vực gia đình, chủ yếu cho nhu cầu cung cấp nhiệt. Một số ứng dụng khác trong công nghiệp phát điện như đốt bã mía chỉ mới ứng dụng đốt kèm, thiết bị nhập khẩu từ Trung Quốc nên hiệu quả sử dụng vẫn chưa cao. Việt Nam có tiềm năng phát triển năng lượng sinh khối lớn nhưng thực trạng sử dụng hiện nay vẫn chưa đem lại hiệu quả cao. 1.2 Tổng quan về kỹ thuật sấy gỗ 1.2.1. Khái niệm về sấy gỗ Sấy là một công đoạn trong dây chuyền công nghệ nhằm mục đích tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng phương pháp bay hơi. Trong phương pháp sấy bằng hơi nóng thì nhiệt làm nóng gỗ từ ngoài vào trong và ẩm được dịch chuyển từ trong ra ngoài.[2] [4] 1.2.2. Yêu cầu chất lượng của gỗ sau khi sấy Chất lượng sấy được xác định theo những tiêu chuẩn sau đây: a. Các khuyết tật của gỗ sấy: -Vết nứt - Độ cong vênh b. Độ ẩm cuối cùng của gỗ sấy, sự đồng đều của độ ẩm cuối cùng c. Sự chênh lệch của độ ẩm thực tế từng tấm ván so với độ ẩm trung bình của chồng gỗ sấy. Tính sự chênh lệch giửa độ ẩm tối đa và độ ẩm tối thiểu của ván trong chồng gỗ. Lấy 20 mẫu thử ở các điểm trong chồng gỗ để xác định độ ẩm tối đa, độ ẩm tối thiểu của chồng gỗ. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
5 d. Sự chênh lệch độ ẩm bề mặt ván và độ ẩm ở trung tâm tấm ván. Lấy mẫu thử, cắt 5 lớp theo bề dày từ ngoài vào trung tâm, xác định đường cong phân bố độ ẩm theo bề dày. e. Ứng suất bên trong của tấm ván đã sấy được xác định theo lớp ứng suất. Nếu cung uốn răng của mẫu ứng suất ở chiều dài 70 - 80 mm không lớn hơn 1mm thì có thể cho rằng không có ứng suất bên trong của ván sấy. Độ chính xác gia công chi tiết phụ thuộc vào độ chính xác của công cụ và máy gia công, đồng thời phụ thuộc cả biến dạng ẩm tức là tiêu chuẩn chất lượng sấy, nhất là sự phân bố đồng đều của độ ẩm theo bề dày của ván sấy. 1.2.3. Một số kiểu lò sấy gỗ đang được sử dụng trên thế giới và trong nước Hiện nay trên thế giới và trong nước đang sử dụng nhiều loại lò sấy khác nhau để sấy gỗ, trong đó thông dụng nhất là một số kiểu lò sấy như sau: Lò sấy sử dụng hơi đốt; Lò sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt; Lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời. [7] a. Lò sấy sử dụng khói lò trực tiếp Hình 1.1 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò - Ưu điểm sấy bằng khói lò: + Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rất rộng; có thể sấy ở nhiệt độ rất cao 900-10000C và ở nhiệt độ thấp 70-900C hoặc thậm chí 40-500C. - cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt. [3] [14] + Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife. + Giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống. + Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị. - Nhược điểm: + Gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị. + Có thể gây hoả hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hoá học không cần thiết ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
6 b. Lò sấy sử dụng hơi đốt gián tiếp Là loại lò sấy sử dụng hơi đốt từ buồng đốt nhiên liệu để làm nóng buồng sấy thông qua dàn trao đổi nhiệt. [2] [3] [14] - Cấu tạo lò sấy dùng hơi đốt gián tiếp Hệ thống gồm 1 buồng đốt nhiên liệu được lắp đặt phía sau của lò sấy, có cửa cấp nguyên liệu đốt và cửa điều chỉnh oxy. Lò sấy được xây bằng gạch phía ngoài có phủ 1 lớp cách nhiệt, trần lò được đổ bê tông và 1 lớp tôn lạnh, phía trên đỉnh lò được bố trí ống thoát ẩm. Phía trong lò có 1 dàn trao đổi nhiệt, hệ thống quạt, ống phun ẩm. Bộ điều khiển quạt và thiết bị đo ẩm được bố trí phía trước lò sấy nhằm mục đích điều chỉnh lượng quạt, chiều quay của quạt. 5 3 1 4 2 Hình 1.2. Cấu tạo lò sấy gỗ bằng hơi đốt gián tiếp 1- Buồng đốt; 2 - Cửa lò; 3- Dàn trao đổi nhiệt; 4- Tường lò; 5 – Cửa thoát ẩm. - Nguyên lý hoạt động Khí nóng từ buồng đốt được dẫn vào dàn trao đổi nhiệt  Dàn nhiệt trao đổi nhiệt với môi trường sấy  Nước trên bề mặt gỗ bay hơi  Nước bên trong gỗ chuyển dịch dần ra phía ngoài và làm cho gỗ khô. - Ưu, nhược điểm của lò sấy gỗ dùng hơi đốt gián tiếp Ưu điểm: Cấu tạo lò sấy đơn giản, dễ sử dụng, chi phí xây dựng rẻ, phù hợp với cơ sở sản xuất vừa và nhỏ, nhiên liệu đốt đa dạng, chi phí nhiên liệu rẻ. Nhược điểm: Khó tự động hóa, khó điều chỉnh nhiệt độ trong buồng sấy, tốn nhân công đốt và trực lò sấy, hiệu suất sử dụng nguyên liệu không cao do đốt trực tiếp sẽ không đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu, sử dụng hơi đốt trực tiếp có nguy cơ cháy gỗ cao do trong khói lò có muội than kèm theo, tuổi thọ của dàn trao đổi nhiệt không cao, khí thải của lò đốt trực tiếp có nhiều thành phần gây ô nhiễm môi trường. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
7 c. Lò sấy gỗ bằng hơi nước quá nhiệt - Cấu tạo Hình 1.3. Cấu tạo lò sấy hơi nước thông dụng ở Việt Nam - Nguyên lý hoạt động Hơi quá nhiệt từ nồi hơi được dẫn vào dàn nhiệt  Dàn nhiệt trao đổi nhiệt với môi trường sấy  Nước trên bề mặt gỗ bay hơi  Nước bên trong gỗ chuyển dịch dần ra phía ngoài và làm cho gỗ khô. [2] [4] - Ưu, nhược điểm của lò sấy hơi nước Ưu điểm: Công nghệ sấy bằng hơi nước là sản phẩm không tiếp xúc trực tiếp với chất đốt, buồng sấy tách biệt với lò đốt. Công nghệ sấy này cho phép điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với từng loại sản phẩm có hình dạng, tính chất khác nhau do đó sản phẩm đảm bảo chất lượng. Nhược điểm: Chi phí xây dựng lớn, chỉ phù hợp cho quy mô sản xuất lớn, chi phí nhiên liệu cao, chi phí nhân công cho công nhân lò hơi cao. Khói bụi từ nồi hơi có nhiều thành phần gây ô nhiễm môi trường. d. Lò sấy năng lượng mặt trời Lò sấy năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng từ mặt trời để sấy gỗ. Có 04 loại lò sấy năng lượng mặt trời. - Lò sấy nhà kính: Tất cả tường và mái của lò sấy đều được làm bằng vật liệu trong suốt. Bộ phận thu nhận năng lượng mặt trời được lắp ở bên trong lò sấy. Nguyên lý làm việc chính là sử dụng hiệu ứng nhà kính – bẩy nhiệt để thu nhiệt vào bên trong và gia nhiệt cho gỗ làm bay hơi nước. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
8 - Lò sấy nửa nhà kính: Mái và một vài bức tường được làm bằng vật liệu trong suốt trong khi đó một số bức tường khác và sàn được làm bằng vật liệu cách nhiệt nhằm giảm sự thất thoát nhiệt. - Lò sấy có bộ phận thu năng lượng ở bên ngoài: Có một lò sấy riêng biệt, được nối với bộ phận thu năng lượng bên ngoài (các bộ phận thu nhiệt – collector) bằng các đường ống và quạt hút hoặc đẩy khí nóng. e. Lò sấy tách ẩm năng lượng mặt trời: Lò sấy này được lắp đặt một thiết bị tách ẩm phù hợp. Thiết bị tách ẩm này làm giảm độ ẩm của không khí trong lò. Nó cung cấp nhiệt thu được từ việc ngưng tụ nước. - Nguyên hoạt động lý của lò sấy năng lượng mặt trời Lò sấy năng lượng mặt trời được hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ tấm đen và hiệu ứng nhà kính. Nhiệt lượng này sẽ được truyền cho môi trường sấy, làm môi trường không khí trong lò sấy nóng lên và sẽ làm cho nước trong gỗ hóa hơi thoát ra ngoài [4]. Hình 1.4. Cấu tạo lò sấy gỗ năng lượng mặt trời kiểu nửa nhà kính - Ưu, nhược điểm của lò sấy năng lượng mặt trời Ưu điểm: Lò sấy năng lượng mặt trời là một trong những công nghệ mới, sử dụng nguồn năng lượng mới, chi phí năng lượng rẻ. Không gây ô nhiễm môi trường. Nhược điểm: Nguồn năng lượng mặt trời không ổn định trong ngày và giữa các mùa. 1.3. Các loại lò đốt cung cấp nhiệt cho sấy gỗ. Lò đốt là một bộ phận không thể tách rời đối với bất kỳ một hệ thống sấy nào. Chính bởi sự đa dạng của nguồn nhiên liệu đốt mà lò đốt rất đa dạng về kiểu dáng và chủng loại. Yêu cầu chung đối với tất cả các loại lò đốt là đảm bảo hiệu suất nhiệt cao nhất, vận hành dễ dàng, an toàn khi sử dụng, cháy triệt để nguồn nhiên liệu đốt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, kiểm soát nhiệt và điều khiển nhiệt dễ dàng... PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
9 Lò đốt là nguồn cung cấp nhiệt cho các thiết bị công nghệ qua dàn trao đổi nhiệt. Lò đốt có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau, hiện nay người ta thường dùng ba loại nhiên liệu đốt lò chính là nguyên liệu xenlulo, khí gas, than đá hoặc dầu FO. Đặc điểm khói thải của các loại lò đốt khác nhau, tùy theo loại nhiên liệu sử dụng. 1.3.1. Đặc điểm lò đốt sử dụng củi Dòng khí thải ra ở ống khói có nhiệt độ vẫn còn cao khoảng 120 ~ 1500C, phụ thuộc nhiều vào cấu tạo lò. Thành phần của khói thải bao gồm các sản phẩm cháy của củi, chủ yếu là các khí CO2, CO, N2, kèm theo một ít các chất bốc trong củi không kịp cháy hết, oxy dư và tro bụi bay theo dòng khí. Khi đốt củi, thành phần các chất trong khí thải thay đổi tùy theo loại củi, tuy vậy lượng khí thải sinh ra là tương đối ổn định. Để tính toán ta có thể dùng trị số VT20 = 4,23 m3/kg , nghĩa là khi đốt 1 kg củi sẽ sinh ra 4,23 m3 khí thải ở nhiệt độ 2000C. Lượng bụi tro có trong khói thải chính là một phần của lượng không cháy hết và lượng tạp chất không cháy có trong củi, lượng tạp chất này thường chiếm tỷ lệ 1% trọng lượng củi khô. Bụi trong khói thải lò hơi đốt củi có kích thước hạt từ 500μm tớ 0,1μm, nồng độ dao động trong khoảng từ 200-500 mg/m3. [1] [5] [14] 1.3.2. Đặc điểm lò đốt sử dụng than Khí thải của lò đốt sử dụng than chủ yếu mang theo bụi, CO2, CO, SO2, SO3 và NOx do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với ôxy trong quá trình cháy tạo nên. Hàm lượng lưu huỳnh trong than ≅ 0,5% nên trong khí thải có SO2 với nồng độ khoảng 1.333 mg/m3. Lượng khí thải phụ thuộc vào mỗi loại than, với than An-tra-xít Quảng Ninh lượng khí thải khi đốt 1 kg than là V020 ≈ 7,5 m3/kg. Bụi trong khói thải lò hơi là một tập hợp các hạt rắn có kích thước rất khác nhau, từ vài micrômét tới vài trăm micrômét. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở các khoảng đường kính trung bình (Dtb) của lò đốt than như trong bảng 1.2. [1] [5] [6] Bảng 1.2. Tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở lò đốt than, xử lý khói thải lò hơi Dtb 0÷10 10≈20 20≈30 30≈40 40≈50 50≈60 60≈86 86≈100 >100 (μm) % 3 3 4 3 4 3 7 6 67 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
10 1.3.3. Đặc điểm lò đốt sử dụng dầu FO Trong khí thải của lò đốt dầu FO người ta thường thấy có các chất sau: CO2, CO, NOx, SO2, SO3 và hơi nước, ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ tro và các hạt tro rất nhỏ trộn lẫn với dầu cháy không hết tồn tại dưới dạng son khí mà ta thường gọi là mồ hóng. a. Lượng khí thải Lượng khí thải khi đốt dầu FO ít thay đổi. Nhu cầu không khí cần cấp cho đốt cháy hết 1 kg dầu FO là V020 = 10,6 m3/kg, Lượng khí thải sinh ra khi đốt hết 1 kg dầu FO là : Vc20 ≈ 11,5 m3/kg ≈ 13,8 kg khí thải/ 1kg dầu. b. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải Với dầu FO đúng theo tiêu chuẩn chất lượng, khi đốt cháy trong lò hơi sẽ có nồng độ các chất trong khí thải như trong bảng 1.3 [3] [6] Bảng 1.3. Nồng độ các chất trong khí thải lò hơi đốt dầu FO trong điều kiện cháy tốt, xử lý khói thải lò hơi CHẤT GÂY Ô NHIỄM NỒNG ĐỘ (mg/m3) SO2 và SO3 5217 -7000 CO 50 Tro bụi 280 Hơi dầu 0,4 NOx 428 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma