Chuyên đề Nghiên cứu đánh giá thực trạng, xác định công nghệ đốt tầng sôi bằng các chất thải sinh khối dùng trong phát nhiệt điện

ồi hơi và lò đốt 1.1. L−u l−ợng n−ớc tại cửa ra của nồi hơi, t/h 2,5 1.2. áp hơi cực đại, kG/cm2 17 1.3. Nhiệt độ của hơi n−ớc tại cửa ra của nồi hơi, 0C 209,9 (hơi n−ớc bão hoà) 1.4. Nhiệt độ của n−ớc cung cấp tại cửa vào nồi hơi, 0C 70 1.5. Vỏ nồi hơi hợp kim 1.6. Đ−ờng kính trong, mm 1.685 1.7. Chiều dài vỏ nồi hơi, mm 3.600 1.8. Diện tích bề mặt thu nhiệt của ống lửa, m2 70 1.9. Kiểu vách của buồng đốt cấu trúc vách màng 1.9. Lò đốt kiểu buồng đốt tầng sôi không khí đ−ợc cung cấp vào lò Diện tích cát làm nền, m2 1,70 Điểm cấp liệu vào lò đốt 1 II. Tuốc bin hơi III. Máy phát 2.1. Công suất, kW 50 2.2. áp suất vào, at 17 2.3. áp suất ra ở ống thoát, at 4 2.4. Vận tốc tuốc bin, min-1: 3000 ữ 3300 2.5. Suất tiêu thụ hơi, kg/kWh 50 2.6. L−u l−ợng hơi, kg/h 2500 3.1. Công suất, kW 50 3.2. Điện áp, V 380 3.3. Số pha 3 3.4. Tần số, Hz 50 3.5. Hệ số hữu ích 0,8 3.6. Tốc độ quay, min-1 1500 3.7. Điều chỉnh tự động điện áp IV. Thiết bị trao đổi nhiệt V. Máy sấy tầng sôi 5.1. Số l−ợng máy sấy tầng sôi trong hệthống: 1 5.2. Khả năng giảm độ ẩm từ 28% xuống 20%, t hạt/h 4 ữ 5 5.3. Chi phí công suất ở quạt, kW 32 ữ 33 VI. Máy sấy tháp 4.1. L−ợng hơi nhận từ hệ thống FBC, kg/h: 2 x 1250 = 2500 4.2. áp suất nồi hơi, at : 4 4.3. Nhiệt độ hơi n−ớc vào calorife, 0C: 110 ữ 120 4.4. Nhiệt độ n−ớc ng−ng tụ, 0C: 100 4.5. L−ợng không khí qua calorife, m3/h : 30.000 4.6. Nhiệt độ không khí của môi tr−ờng vào calorife, 0C: 25 ữ 30 4.7. Nhiệt độ không khí ra khỏi calorife, 0C 75 ữ 80 - Vào máy sấy tháp, 0C: 60 - Vào máy sấy tầng sôi, 0C: 110 4.8. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2: 500 6.1. Số l−ợng máy sấy tháp, máy: 2 6.2. Năng suất sấy (đ−a độ ẩm từ 20% xuống còn 15%), tấn hạt/h : 4 6.3. Công suất quạt, kW/1 quạt máy: 11 37 Nhiên liệu (trấu) đ−ợc cung cấp cho nồi hơi nhờ bộ phận cấp liệu 15. Lò đốt tầng sôi FBC làm việc tạo ra một nhiệt l−ợng cung cấp hơi n−ớc có áp suất 17,5 ữ 18 at với l−u l−ợng 2.500 kg/h và kéo tuốc bin hơi10 quay máy phát điện phát ra điện áp 220/380 V, công suất 50 kW cung cấp điện cho nhà máy sấy (hoặc xay xát) 14. Nguồn hơi ra khỏi tuốc bin (hơi thứ) có áp suất 3 ữ 4 at với l−− l−ợng 2500 kg/h, nhiệt l−ợng thu đ−ợc trong mỗi giờ khoảng 1.296.000 kcal. Nguồn nhiệt sạch này có thể sấy nông sản (nếu thóc từ độ ẩm 22% xuống còn 16% thì mỗi giờ có thể sấy khoảng 8 tấn). Tro đ−ợc thu gom để làm vật liệu xây dựng (gach, xi măng)hoặc bón ruộng. Bộ phận lắng bụi than 8 và ống khói 9A hút bụi từ lò đốt và nồi hơi làm sạch vệ sinh môi tr−ờng. 2.2.5. Kết quả thực nghiệm. Thực nghiệm hệ thống FBC-CHP tiến hành trong những ngày của tháng 7 và tháng 9 năm 2000 theo đúng quy trình đã đ−ợc xây dựng. 1) Sơ bộ về qui trình Việc khởi động buồng đốt đ−ợc thực hiện bằng cách rải than củi (charoa) lên nền cát (kích th−ớc cát 0,5 ữ 1,0mm), đốt cháy than và đảm bảo lửa phân bố đều trên nền. Sử dụng hai quạt ID và FD tạo nên sự thay đổi áp suất trong lò để cát sôi thuận lợi. Trộn than nóng bằng cách đẩy luồng không khí vào lò đốt tầng sôi. Nhờ đó có thể nâng nhiệt độ toàn bộ nền cát trên 4000C nhằm đốt nguyên liệu cung cấp vào lò đốt. Việc cung cấp không khí để thực hiện quá trình cháy đ−ợc chia ra thành hai dòng: dòng sơ cấp và dòng thứ cấp. Dòng sơ cấp đ−ợc cung cấp qua các vòi phun. Vòi phun cho dòng không khí thứ cấp đ−ợc đặt phía trên buồng đốt một khoảng cách nhỏ nhằm giúp cho việc đốt cháy hoàn toàn hơn. Hơi ra khỏi buồng đốt sẽ chuyền nhiệt nhờ bức xạ dẫn nhiệt và đốt lên. Lò đốt có một buồng lắng, tro sẽ lắng lại đó tr−ớc khi các chất khí đốt đi vào ống lửa nồi hơi. Khí đốt khi đi qua bộ phận ống lửa sẽ chuyền nhiệt bức xạ không phát quang và qua đối l−u tới các ống lửa. 2. Kết quả thực nghiệm hệ thống lò đốt tầng sôi (FBC) Thực nghiệm lò đốt tầng sôi tiến hành suốt trong thời gian từ tháng 7/2000 tới tháng 9 năm 2000 (nh−ng không liên tục) bao gồm các thí nghiệm sau: 38 Thí nghiệm hệ thống lò đốt và lò hơi: Ngày thí nghiệm 17/7/2000. Bắt đầu thí nghiệm 9 giờ sáng (thử kiểm tra lò). Hệ thống lò đốt làm việc từ 10 giờ. Nhiệt độ lò trong thời gian 30 phút đầu tiên 400 ữ 4500C ứng với l−ợng trấu cung cấp vào lò 100 ữ 120 kg/h. Sau 30 phút nhiệt độ trong lò tiếp tục tăng lên đến 780 ữ 8060C và giữ ổn định trong thời gian dài. Các chỉ tiêu đạt đ−ợc trong ngày thử nghiệm đầu tiên đ−ợc ghi ở bảng sau: Bảng 2.7. Kết quả thực nghiệm lò đốt tầng sôi (FBB) Nhiệt độ lò đốt (0C) TT Giờ bắt đầu Điểm đo 1 Điểm đo 2 Nhiệt độ ở ống thoát (0C) áp suất nồi hơi (bar) Nhiệt độ n−ớc khi vào (0C) Ghi chú 1 1000 700 680 155 13,5 35 2 1015 718 700 158 13,8 35 3 1030 740 712 160 14,0 35 4 1045 758 743 175 14,5 35 5 1115 758 746 178 14,5 35 6 1000 768 750 179 155 35 7 1130 768 751 180 15,5 35 8 1145 768 751 182 15,5 35 9 1200 767 750 178 15,5 35 10 1215 780 762 180 16,0 36 11 1230 806 795 182 17,0 36 12 1245 806 800 183 17,2 36 * Thí nghiệm khả năng làm việc của lò đốt tầng sôi (FBB) thực hiện trong ngày 18/7/2000 giống nh− ngày 17/7/2000. Do ch−a tập trung đ−ợc lúa về để sấy cho nên chủ yếu là xem xét khả năng làm việc của lò đốt tầng sôi với nguyên liệu trấu. Sau 30 phút, nhiệt độ cao dần từ 450 đến 7500C, tăng dần l−ợng cấp trấu đạt mức 400 kg/h. Nhiệt độ lò tiếp tục tăng đến 7800C ữ 8060C và giữ ổn định trong thời gian dài. L−ợng hơi đảm bảo từ 2.000 đến 2.500kg/h và áp suất nồi hơi đạt 17,2 at. Nguồn điện phát 40kW, điện áp 360V, tần số 50 Hz; hệ thống lò đốt tầng sôi làm việc ổn định. 39 * Thí nghiệm khả năng làm việc lò đốt tầng sôi (FBB) ngày 10/9/2000 Hệ thống FBC- CHP Thạnh Hoá - Long An. Ngày thí nghiệm: 10/9/2000 Bảng 2.8. Kết quả thực nghiệm lò đốt tầng sôi (FBB) Nhiệt độ lò đốt (0C) TT Giờ bắt đầu Điểm đo 1 Điểm đo 2 Nhiệt độ ở ống thoát (0C) áp suất nồi hơi (bar) Nhiệt độ n−ớc khi vào (0C) Ghi chú 1 950 543 519 156 10 35 2 1002 609 571 158 11 35 3 1015 644 609 158 12 35 4 1029 640 609 158 12 35 5 1045 626 604 158 13,5 35 6 1100 705 684 162 15,0 35 Mục đích thực nghiệm lần này nhằm kiểm tra khả năng làm việc của lò đốt và hệ thống phát điện (turbine, generator) vì không đủ thóc để sấy, do đó chỉ khống chế lò hơi làm việc ở chế độ áp suất thấp (≈ 15kG/cm2) nhằm xem xét tính ổn định khi lò làm việc. * Kết quả thực nghiệm khả năng làm việc lò đốt tầng sôi ngày 19/9/2000 Hệ thống FBC- CHP Thạnh Hoá - Long An. Ngày thí nghiệm: 19/9/2000 Bảng 2.9. Kết quả thực nghiệm lò đốt tầng sôi tại Long An Nhiệt độ lò đốt (0C) TT Giờ bắt đầu Điểm đo 1 Điểm đo 2 Nhiệt độ ở ống thoát (0C) áp suất nồi hơi (bar) Nhiệt độ n−ớc khi vào (0C) Ghi chú 1 1435 716 702 165 14,4 36 2 1445 752 739 175 13,0 36 3 1455 758 743 178 13,0 36 4 1505 746 733 179 14,5 36 5 1515 752 737 180 15,5 36 6 1525 768 751 177 15,5 36 7 1535 764 750 178 15,5 36 Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống lò đốt tầng sôi làm việc ổn định. Chi phí trấu từ 400 đến 410 kg/h (với áp suất nồi hơi là 15,5 kG/cm2 và nhiệt độ khoảng 770 đến 7800C). Do không sử dụng hệ thống sấy, nhiệt thứ đ−ợc thải ra ngoài; để tiết kiệm nguyên liệu đốt, chế độ áp suất của nồi hơi đạt khoảng 93 ữ 95% so với mức qui định. 41 Hơi từ nồi hơi đi vào turbine làm quay rô to, quay trục máy phát điện. Rô to của máy phát quay trong từ tr−ờng, dòng điện sinh ra trong các cuộn dây stato, từ đó chuyển đến phụ tải cung cấp vào hệ thống điện nội bộ nhà máy. turbine và máy phát đ−ợc gắn một bộ thiết bị điều khiển. Bộ điều khiển bao gồm một khởi động cơ và rơ le bảo vệ quá tải, các thiết bị chỉ báo và thiết bị đo. 42 2) Thực nghiệm hệ turbine - generator * Thực nghiệm hệ turbine - generator lần thứ nhất - Hệ thống FBC- CHP Thanh Hoá - Long An - Ngày thí nghiệm: 11/9/2002 Bảng 2.10. Kết quả thực nghiệm FBC- CHP TT Giờ bắt đầu áp suất hơi, kG/cm2 áp suất hơi thoát, kG/cm2 Vòng quay turbine, 1/min Nguồn điện phát, kW C−ờng độ dòng điện (A) Điện áp, (V) Tần số (Hz) 1 1420 12 1,72 3003 44 86 380 50 2 1430 11 2,72 3000 18 35 380 50 3 1435 10 2,69 3000 12 25 380 50 4 1450 12 2,70 3000 11 23 380 50 5 15 12,5 2,37 3000 36 70 380 50 Từ số liệu trên cho thấy, với áp suất nồi hơi từ 10 đế 12,5 kG/cm2 (áp suất vào), đã tạo đ−ợc nguồn điện từ 11 đến 44kW (tức là từ 22 đến 88% công suất thiết kế). C−ờng độn dòng điện dao động từ 23 đến 86 A và điện áp ổn định là 355V. ở đây cần l−u ý là điện áp mới vừa đạt khoảng 94% so với thiết kế ban đầu. Theo tiêu chuẩn TCVN-3971, sai số cho phép là -6% nh− vậy chứng tỏ hệ thống turbine-generator làm việc ổn định. * Thực nghiệm vận hành turbine-generator lần thứ hai Thí nghiệm đ−ợc tiến hành với chế độ tải trên 50%, tức là cho hệ thống turbine-generator làm việc ở chế độ tải từ 60, 70 và 80 so với công suất thiết kế. Kết quả thu đ−ợc ghi ở bảng sau: Ngày thí nghiệm: 19/9/2000. Hệ thống FBC-CHP Long An Bảng 2.11. Kết quả thực nghiệm FBC-CHP TT Giờ bắt đầu áp suất hơi, kG/cm2 áp suất hơi thoát, kG/cm2 Vòng quay turbine, 1/min Nguồn điện phát, kW C−ờng độ dòng điện (A) Điện áp, (V) Tần số (Hz) 1 1435 14,5 2,5 3010 40 80 380 50 2 1445 13,0 2,25 3005 31 61,5 380 50 3 1455 12,5 2,49 3030 31 60,5 380 50 4 1405 14,0 2,50 3010 33 64,4 380 50 5 1515 15,5 2,49 3020 32 64,0 380 50 6 1525 15,5 2,49 3020 32 64,0 380 50 7 1535 15,5 2,49 3020 31 60,5 380 50 Từ kết quả thực nghiệm cho thấy, điện thế ổn định ở mức 380 V trong mọi tr−ờng hợp thay đổi công suất máy phát điện. C−ờng độ dòng điện dao động 44 2.2.7. Kết quả thực nghiệm hệ thống sấy trong dây chuyền công nghệ FBC- CHP Thạnh Hoá-Long An 1) Kết cấu hệ thống máy sấy trong dây chuyền FBC-CHP Nh− trên đã nêu, l−ợng nhiệt "thứ" dùng để sấy nông sản. Dây chuyền đ−ợc lắp đặt ba máy sấy; hai máy sấu tháp, một máy sấy tầng sôi (cùng bộ phận phụ trợ) để phân phối nhiệt. 2) Kết quả thực nghiệm Thực nghiệm tiến hành vào hai ngày 18 và 19/7/2000 với khối l−ợng lúa là 42 tấn. Kết quả nh− sau: - Sấy tầng sôi + Nguyên liệu sấy: lúa độ ẩm từ 28 đến 29% + Nhiệt độ khi dòng khí nóng qua máy sấy tầng sôi: 110oC + áp suất hơi: 3 at + Nhiệt độ khí thải khi ra khỏi máy sấy tầng sôi: 55 ữ 60oC Sau đó nhiệt qua calorife thứ 2 vào 2 máy sấy tháp. - Sấy tháp thứ nhất + Độ ẩn lúa khi vào máy sấy tháp thứ nhất là: 55 ữ 60oC + áp suất hơi: 3 at + Độ ẩm khi ra khỏi máy sấy tháp thứ nhất là: 22 ữ 23% Lúa đ−ợc chuyển sang máy sấy thứ hai để tiếp tục làm khô. - Máy sấy tháp thứ hai + Độ ẩn lúa khi vào máy sấy tháp thứ hai là: 20 ữ 23oC + Nhiệt độ sấy: 55 ữ 60oC + áp suất hơi: 3 at + Độ ẩm khi ra khỏi máy sấy tháp thứ nhất là: 14 ữ 15% Các chỉ tiêu khác về chất l−ợng lúa sau khi sấy nh− độ ẩm của hạt lúa trong toàn bộ mẻ sấy đảm bảo độ đồng đều. Tiến hành sấy trong điều kiện n−ớc lũ tràn về cho nên hệ thống sấy đã tỏ rõ tính −u việt của nó. Tuy nhiên vì tiến hành thực nghiệm vào cuối vụ, thiếu lúa để sấy, do đó số l−ợng lúa sấy còn ít. 45 3) Sấy gạo Thực nghiệm sấy gạo vào hai ngày 1/9/2000 và 14/9/2000 + Số l−ợng gạo sấy: 40 tấn + Độ ẩm gạo khi vào máy sấy tháp: 15,2 ữ 15,5% + Độ ẩm khi ra khỏi hệ thống sấy: 13,8 ữ 14% Hạt gạo đi qua tháp sấy đ−ợc gàu tải đ−a lên tháp. Hạt gạo l−u trong gàu tải và trong thùng chứa trên buồng sấy nên thời gian làm nguội hạt gạo rất ngắn. Năng suất sấy đạt 5 tấn gạo/h. Chất l−ợng gạo sau khi sấy tốt, không bị biến mau, độ ẩm đồng đều trong mé sấy. Về công nghệ sấy gạo xuất khẩu tại các xí nghiệp thuộc các Công ty l−ơng thực ở các Tỉnh ĐBSCL. đã có nhiều kinh nghiệm. ở đây chỉ khác là dùng nhiên liệu bằng hơi n−ớc để sấy. Hệ thống máy làm việc ổn định. Tóm lại, cả ba lẩn thực nghiệm kiểm tra khả năng làm việc của dây chuyền công nghên đốt tầng sôi, hệ thống đã chạy thử và khoảng 200 tấn thóc và gạo. 4) Phân tích thành phần tro sau khi đốt Qua nhiều lần thực nghiệm, Viện Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng) đã tiến hành phân tích tro sau khi đốt, so sánh với công nghệ đột thông th−ờng. Bảng sau ghi rõ kết quả phân tích, so sánh vớ mẫu tro đ−ợc mang từ Australia (1999). Bảng 2.12. Kết quả phân tích mẫu tro sau khi vận hành FBC-CHP Thành phần hoá học khi phân tích tro từ nhà máy FBC-CHP Chỉ tiêu phân tích Đơn vị tính Thanh hoá, Long An Từ Australia Thành phần hoá học khi phân tích tro từ công nghệ đốt thông th−ờng Ghi chú SiO2 % 92,5 91,0 48,78 MKN % 3,39 4,44 MKNlà l−ợng mất khi nung trong mẫu chủ yếu là carbol và trấu ch−a cháy hết. Tro lấy từ nhà máy FBC- CHP của Australia (mang về 4/1999) Với tỷ lệ SiO2 là 92% (so với hệ thống FBC- CHP của Australia là 91%), hệ thống FBC- CHP lắp đặt tại Thanh Hoá trong qúa trình làm việc, thành phần hoá học của tro cho l−ợng SiO2 cao. L−ợng tro này có thể sử dụng tốt vào sản xuất vật liệu xây dựng (bê tông, tấm lợp, vật liệu cách âm, cách nhiệt v.v…) và làm chất phụ gia cho xi măng. 48 2.3.2. Mô tả quy trình công nghệ Lò đốt. Mùn c−a đ−ợc đốt trong một buồng đốt tầng sôi. Một quát cao áp FD đ−ợc sử dụng để cung cấp không khí cho tầng sôi. Dùng một loại vật liệu trơ nh− là cát (SiO2) có kích th−ớc < 0,5 mm làm vật liệu nền. Hệ thống đốt có thể thay đổi cho phù hợp theo yêu cầu về l−ợng hơi của thiết bị sấy. Không khí cho buồng đốt đ−ợc cung cấp tại hai nơi: Luồng khí sơ bộ đ−ợc cung cấp từ bộ phân phối, luồng thứ cấp đ−ợc cung cấp từ bộ phận đặt ngoài, cách một khoảng ngắn ở phía trên khối nhiên liệu đang đốt cháy. Buồng đốt đ−ợc phủ một lớp vật liệu chịu lửa đảm bảo một chiều cao nhất định. Các thành chứa n−ớc của kết cấu màng đ−ợc bố trí ở vị trí cao hơn lò đốt để đảm bảo đ−ợc buồng đốt đựơc kín khít. Cách bố trí này tạo cho việc làm nguội khí của ống dẫn có hiệu quả, đảm bảo nhiệt độ ra đạt yêu cầu mong muốn của lò đốt, tránh đ−ợc cặn tro đọng lại trên thành. 2.3.3. Hệ khởi động buồng đốt Việc khởi động buồng đốt đ−ợc thực hiện bằng cách rải than củi lên nền cát, đốt cháy than và đảm bảo lửa phân bố đều trên nền. Trộn than nóng bằng cách đẩy luồng không khí dạng tầng sôi để trộn. Nhờ đó có thể nâng nhiệt độ toàn nền cát lên tới 400oC. ở nhiệt độ này nếu nhiên liệu đ−ợc cấp vào nền thì quá trình cháy sẽ tự xảy ra, ph−ơng pháp này t−ơng đối đơn giản nh−ng cần đảm bảo qui trình công nghệ. Có thể dùng máy phát khí nóng đốt bằng dầu, khởi động dễ hơn. Cần vận hành tr−ớc buồng đốt bằng loại dầu nhẹ, buồng đốt đ−ợc phủ mốt lớp vật liệu chịu lửa, khí nóng sẽ đi qua nền trong điều kiện sôi một phần để nâng cao nhiệt độ của cát trong nền. Khi nhiệt độ của cát lên cao khoảng 450oC, có thể chuyển sang dùng mùn c−a vỏ cà phê v.v... 2.3.4. Hệ thống cấp liệu Bộ phận cấp liệu kiểu trục vít kèm với động cơ biến tốc đựơc lắp bên thành bên của lò đốt. Mùn c−a chứa ở một máng nhỏ, đ−ợc cấp vào nền tầng sôi qua hệ thống băng tải đặt bên trên nền. Việc vấp liệu nhằm tạo cho nồi hơi duy trì đ−ợc một áp lực hơi n−ớc ổn định. 49 2.3.5. Hệ thống không khí trong buồng đốt Việc cung cấp không khí để thực hiện quá trình cháy đ−ợc chia thành hai dòng: dòng sơ cấp và dòng thứ cấp. Dòng sơ cấp đ−ợc cung cấp qua các vòi phun đặt tại phía trên của khoảng buồng đốt. Các vòi phun của dòng thứ cấp đ−ợc đặt phía trên của tầng sôi một khoảng cách nhỏ nhằm giúp cho việc đốt cháy đ−ợc hoàn toàn hơn. 2.3.6. Thiết kế lò đốt tầng sôi. Đặc điểm kỹ thuật - Loại cát: cát vàng có kích th−ớc 0,5 ữ 1 mm; - Chiều cao lớp cát tĩnh: 300mm; - L−ợng nhiên liệu cung cấp: Mùn c−a, dăm bào, đầu mẩu gỗ…100ữ140 kg/giờ; - L−ợng khí cần cung cấp cho lò đốt: 500 ữ 600 m3/ giờ; - Diện tích phần bed lò: 0,6 m2; - Tổng công suất điện: 4,5 kW; - Chiều cao lò đốt (trừ bed lò): 2,25 m; - Trở lực toàn hệ thống (bao gồm lò đốt, calorife và xiclon): 650 mm H20; - L−ợng nhiệt cấp cho máy sấy: 640.000 kCal/h (744 kWt). 2.3.7. Kết quả thực nghiệm lò đốt tầng sôi. Với lò đốt nêu trên, Viện Cơ điện NN & CNSTH. đã lắp đặt hai lò sấy tại Sơn La (từ năm 2001) và tại Gia Lai (từ năm 2003) * Tại Sơn La Công ty cà phê và cây ăn quả Sơn La, Tỉnh Sơn La Thời gian sấy: từ tháng 9/2001 đến tháng 10/2003 - Sấy cà phê: Độ ẩm cà phê cần sấy: w = 36 - 37%; Độ ẩm sau khi sấy: w = 10 - 12%; Thời gian sấy mỗi mẻ: 6 - 7h ; Tổng khối l−ợng đã sấy: 900 tấn. - Sấy mơ: Độ ẩm quả mơ cần sấy: w = 68 - 71%; Độ ẩm sau khi sấy: w = 18 - 20%; 50 Thời gian sấy 12h ; Đã sấy đ−ợc 120 tấn mơ Tổng khối l−ợng mơ và cà phê sấy: 1020 tấn Chi phí nhiên liệu đốt (vỏ cà phê): 52 kg/h Nhận xét: Lò đốt tầng sôi dùng nguyên liệu đốt là vỏ cà phê dùng để sấy cà phê và mơ làm việc có hiệu quả, sản phẩm sau khi sấy đạt chất l−ợng cao, chi phí giá thành sấy và chi phí lao động thấp; vận hành đơn giản, dễ sử dụng Do nguồn kinh phí hạn hẹp, đề tài nhánh KC - 07 - 04 - 04 đã liên kết với Công ty cà phê Gia Lai, xây dựng dây chuyền đốt tầng sôi sử dụng vỏ cà phê và mùn c−a để thu nhiệt và sấy ngô, cà phê tại xã Ia Phìn, huyện Ch− Prông, Gia Lai. Thiết kế lò đốt do Tiến sĩ Chu Văn Thiện (và nhóm công tác viên) thực hiện. Đây là công nghệ mới do Viện Cơ điện nông nghiệp & CNSTH đã thiết kế cải tiến và ứng dụng trong nhiều năm qua. Ưu điểm của công nghẹ đốt tầng sôi: Nhờ quá trình cháy đ−ợc duy trì trong lớp nền với nhiệt độ ổn định và trộn lẫn mãnh liệt với nhiên liệu, do đó: - C−ờng độ cháy cao, l−ợng các bon trong tro thấp; - Đốt đ−ợc các loại phế thải có độ ẩm cao và nhiệt trị thấp; - Nhiệt độ cháy nằm trong khoảng (750oC ữ 850oC) là khoảng nhiệt độ cháy tối −u cho nhiên liệu sinh khối nên l−ợng NOx tạo ra trong khí thải nhỏ; - Tro của lò đốt tầng sôi có dạng vô định hình và hàm l−ợng SiO2 cao dùng làm chất phụ gia trong công nghiệp sản xuất vật liệu chịu lửa. Tóm lại, lò đốt theo công nghệ tầng sôi có nhiều −u việt, đặc biệt là việc tận dụng nguồn năng l−ợng không truyền thống mới rẻ và sẵn có, không gây ô nhiễm môi tr−ờng, tăng hiệu quả kinh tế. 2.4. Sấy gỗ và nguyên liệu gỗ Trong công nghệ sấy gỗ, nguyên liệu sấy là gỗ (gỗ xẻ, ván mỏng, dăm bào...) là loại nguyên liệu nguồn gốc thực vật với cấu trúc, tính chất phức tạp. Độ ẩm trong gỗ có mối liên kết phức tạp với bản thân gỗ, do đó ảnh h−ởng đến chất l−ợng của gỗ. Mối quan hệ giữa chiều dày gỗ và độ ẩm nh− sau: 51 Chiều dày (mm) Chênh lệch độ ẩm (%) Ván xẻ gỗ 15 2,5 Mùn c−a 3 ữ 4 0,2 ữ 0,3 Giới hạn hút ẩm của gỗ phụ thuộc vào nhiệt độ môi tr−ờng. Với nhiệt độ không khí 200C, các loại gỗ đạt độ ẩm cân bằng ≈30%. toC,; 20 60 90 Wcb% 90 26 20 Tùy thuộc loại gỗ, chế độ sấy, môi tr−ờng không khí xung quanh có ảnh h−ởng đến l−ợng nhiệt cung cấp để sấy. * Chế độ sấy: Chế độ sấy (sấy ván xẻ) phụ thuộc vào các yếu tố: - Nhiệt độ sấy: Nếu nhiệt độ sấy càng cao (T≥ 100oC) cần sử dụng chế độ sấy ở nhiệt độ thấp. - Về chế độ sấy: Nếu sấy ở chế độ sấy mềm, độ bền, màu sắc của gỗ đ−ợc giữ nguyên, nội ứng suất tồn tại không đáng kể. ở chế độ sấy cứng, gỗ bị biến màu, độ bền gỗ giảm. Mở rộng kết quả ứng dụng ở Tây Bắc, Thái Nguyên, Viện Cơ điện NN & CNSTH đã thiết kế hệ thống lò đốt tầng sôi để sấy gỗ dùng mùn c−a và chất thải sinh khối từ sản phẩm gỗ rừng trồng tại Công ty Công nghiệp rừng Tây Nguyên (TP. Buôn Ma Thuột). Hiện đang chuẩn bị vốn để lắp đặt hệ thống đốt theo sơ đồ công nghệ nh− sau: Không khí Mùn Hơi N−ớc ng−ng tụ 2.5. So sánh một vài tính chất của trấu trong quá trình đốt theo công nghệ truyền thống và công nghệ tiên tiến. * Thành phần carbonized trấu và tro qua thực nghiệm tại Long An qua thực nghiệm của Viện Vật liệu xây dựng, thu đ−ợc kết quả sau (bảng 2.6): FB Nồi hơi P ≥ at Calorife Sấy các sản phẩm NN sạch 52 Bảng 2.6. Thành phần hợp chất của tro sau khi đốt Thành phần Carbonized trấu (%) Tro trắng (%) SiO2 51,55 96 C 30,82 - Fe2O3 1,95 - K2O 1,34 0,90 MgO 0,20 0,22 CaO 0,14 0,14 MnO 0,1 - Cu 2,61 ppm% - Na2O - 0,26 MaO2 - 0,19 TiO2 - 0,04 Al2O3 - 0,04 P2O3 - 0,02 Hao hụt trong quá trình cháy - 0,95 Chỉ riêng thành phần SiO2 nếu sử dụng công nghệ đốt tầng sôi thì kết quả cho thấy hàm l−ợng SiO2 ở tro trắng cao hơn nhiều. Rõ ràng là cùng với tro, nh−ng sử dụng công nghệ đốt khác nhau, hiệu quả sẽ khác nhau. * Về giá trị tạo nhiệt và hiệu quả kinh tế Hiện nay, than đá là nhiên liệu phổ biến nhất đ−ợc dùng cho các máy sấy nông sản. Theo nhiệt trị của nhiên liệu, một tấn than t−ơng đ−ơng với hai tấn r−ỡi vỏ trấu. Với giá trị than đá là 900.000 đồng/tấn và giá vỏ trấu hoặc chất thải sinh khối là 80.000 đồng/tấn hoặc không cần mua ta có thể so sánh đ−ợc giá trị của một tấn than đá (900.000 đ) với giá trị của hai tấn r−ỡi vỏ trấu (200.000 đ) hoặc là không tốn tiền để cùng đạt đ−ợc một năng l−ợng nhiệt đầu ra nh− nhau. Do đó việc sử dụng vỏ trấu hoặc chất thải sinh khối sẽ thu đ−ợc hiệu quả kinh tế cao hơn so với sử dụng than đá làm nguồn chất đốt. Cách đánh giá này cũng có thể áp dụng đ−ợc với các chất đốt sinh khối đã trình bày trong bảng trên để đối chiếu với các nhiên liệu đang đ−ợc sử dụng. 53 Kết luận 1. Nhiệt trị của các chất thải sinh khối tạo ra trong quá trình sản xuất, chế biến nông, lâm sản ở Việt Nam là t−ơng đối cao. Chất thải sinh khối không cần, hoặc nếu mua trên thị tr−ờng thì giá trị chỉ cần một vài phần trăm so với nhiên liệu hóa thạch. 2. Hiệu suất của chất thải sinh khối (trấu, mùn c−a) sử dụng trong quá trình đốt tuy thấp, nh−ng khá phổ biến ở n−ớc ta: xay xát 5 tấn thóc có thể tạo đ−ợc 300 ữ 400 kWh điện và nhiệt l−ợng khí đáng kể. 3. ở Việt Nam, công nghệ sấy tầng sôi đã đ−ợc áp dụng với chất thải sinh khối (vỏ trấu, vỏ cà phê, mùn c−a v.v…) dùng để phát điện, nhiệt thu đ−ợc để sấy nông sản (lúa, gạo, ngô, cà phê, mơ…) mang lại hiệu quả cao. Với công nghệ thu nhiệt - điện, mỗi giờ tiêu thụ từ 600 ữ 700 kg chất thải sinh khối (tạo đ−ợc 50kW điện, sấy đ−ợc 20 ữ 25 tấn thóc/mẻ); với công nghệ chỉ dùng nhiệt để sấy, mỗi giờ chỉ tiêu thụ t− 50 ữ 70kg chất thải (sấy từ 6 ữ 7 tấn ngô/mẻ, đ−a độ ẩm từ 30% xuống còn 14%). 54 Ch−ơng thứ ba công nghệ sử dụng chất phế thải sinh khối. triển vọng ứng dụng trong nông nghiệp, nông thôn 3.1. Công nghệ sử dụng chất phế thải sinh khối 3.1.1. Phân loại công nghệ Hiện nay trên thế giới đã hình thành nhiều dạng công nghệ khác nhau nhằm tạo năng l−ợng từ chất phế thải sinh khối. Sự chuyển hoá phế thải sinh khối có thể tạo ra các sản phẩm: - Nhiệt; - Năng l−ợng (cơ khí, điện); - Khí, khí sinh học; - Phân bón, phân hỗn hợp; - Nhiên liệu gián tiếp (viên ép); - Các sản phẩm công nghiệp (cồn, ethanol, dầu v,v...). 3.1.2. Quá trình biến đổi sinh khối * Nhiệt - Đốt: nhiệt, điện và năng l−ợng cơ khí; - Khí hóa: Khí, nhiệt, điện; - Nhiệt phân: Khí, nhiên liệu rắn; - Carbon hóa: than. * Hóa sinh - Phân compst : phân, nhiệt (loại thấp); - ủ hầm: Khí sinh học, phân. * Vật lý: - ép: Viên ép; - ép: dầu, cồn. ở các n−ớc đang phát triển th−ờng sử dụng chất phế thải sinh khối trong đun nấu và tạo nhiệt cho quá trình làm khô nông lâm sản. 55 Qúa trình biến đổi sinh khối đ−ợc trình bày ở hình 3.1. Hình 3.1. Quá trình biến đổi chất phế thải sinh khối 3.1.3. Mô tả quá trình đốt chất thải sinh khối 1. Quá trình đốt Đốt là quá trình xử lý biến đổi sinh khối hoặc các chất thải thành nhiệt và hơi n−ớc. Năng l−ợng đ−ợc sản xuất ra th−ờng chỉ là một sản phẩm thứ cấp bên cạnh quá trình này. Mặt khác nhiệt và hơi n−ớc sản xuất ra có thể biến đổi sang điện hoặc đ−ợc trực tiếp sử dụng nh− nguồn năng l−ợng. Các hệ thống đốt sinh khối chủ yếu đ−ợc thiết kế cho gỗ và phụ phẩm nông nghiệp. Trong nhiều n−ớc công nghiệp phát triển, chất thải rắn cũng đ−ợc đốt để giảm l−ợng chất thải và sử dụng năng l−ợng đ−ợc tạo ra. Đây là công nghệ hiện đại vì vậy chi phí đầu t− cao. Hệ thống này đốt chất thải sinh khối bao gồm: - Kho chứa và tiền xử lý; - Buồng đốt và lò hơi; - Thiết bị xử lý chất thải; - Turbine và máy phát điện. Chất thải sinh khối Hoá nhiệt Qúa trình Vật lý Hoá sinh Đốt Khí hóa Tách, ép Đóng Bánh ủ Phân compost Phân nhiệt Nhiên liệu rắn Nhiên liệu khí Cháy Cồn, dầu Phân bón Năng l−ợng nhiệt Năng l−ợng cơ Năng l−ợng điện 56 Việc lựa chọn hệ thống đốt cần căn cứ trên yếu tố "đầu vào". Mục tiêu chính là đảm bảo cháy hoàn toàn; đảm bảo trong sạch môi tr−ờng. Hiệu suất của hệ thống đốt phụ thuộc độ ẩm vật liệu cung cấp, độ cháy hoàn toàn và sự truyền nhiệt trong hệ thống. 2. Đồng phát nhiệt điện Hiện nay nhiều n−ớc trên thế giới đã tận dụng chất thải sinh khối trong nông lâm nghiệp để đồng phát nhiệt - điện, với cỡ công suất từ 100 ữ 1000 KW, kèm theo sản xuất hơi nóng phục vụ cho khâu làm khô nông, lâm, thuỷ sản. Tuỳ thuộc yêu cầu của dây chuyền c