zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Ảnh hưởng của lượng không khí cấp vào đến nồng độ CO trong quá trình hóa khí mùn cưa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Ảnh hưởng của lượng không khí cấp vào đến nồng độ CO trong quá trình hóa khí mùn cưa phân tích ảnh hưởng lưu lượng không khí cấp vào đến hàm lượng CO trong khí tạo thành trong quá trình hóa khí mùn cưa tầng sôi.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của lượng không khí cấp vào đến nồng độ CO trong quá trình hóa khí mùn cưa

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 1 55 ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG KHÔNG KHÍ CẤP VÀO ĐẾN NỒNG ĐỘ CO TRONG QUÁ TRÌNH HÓA KHÍ MÙN CƯA IMPACT OF AIR FEED ON THE CO CONCENTRATION IN SAWDUST GASIFICATION PROCESS Trần Thanh Sơn Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; ttson@dut.udn.vn Tóm tắt - Biomass nói chung và mùn cưa nói riêng là một trong những Abstract - Biomass in general and sawdust in particular is one of nguồn năng lượng tái tạo rất có tiềm năng ở Việt Nam, đã và đang types of renewable energy which has potential in Vietnam and has được nghiên cứu mạnh. Một trong các công nghệ hứa hẹn sử dụng been extensively researched. It is one of the promising biomass là quá trình hóa khí trong lớp sôi nhằm thay thế các dạng technologies that use biomass gasification process in this class to nhiên liệu hóa thạch khác như dầu và khí tự nhiên sử dụng trong công replace fossil fuel such as oil and natural gas used in industry nghiệp. Bài báo này phân tích ảnh hưởng lưu lượng không khí cấp vào applications. This paper analyzes the influence of air feed on CO đến hàm lượng CO trong khí tạo thành trong quá trình hóa khí mùn concentration in the sawdust gasification process. Gasification cưa tầng sôi. Thiết bị hóa khí được thiết kế với công suất tối đa là 40 equipment is designed with a maximum capacity of 40 kg of kg mùn cưa/h. Trong các thí nghiệm này, lưu lượng mùn cưa cấp vào sawdust/h. In these experiments, the air feed varies from 16.8 m3/h được giữ cố định ở 40 kg/h và lưu lượng không khí cấp vào thay đổi to 67.2 m3/h. Experimental results indicate that when the air feed từ 16,8 m3/h ( =10%) đến 67,2 m3/h ( =40%). Kết quả thí nghiệm changes from 10% to 40%, the CO concentration will change from chỉ ra rằng, khi tăng lượng khí cấp vào từ 10% đến 40% thì nồng độ 12.8% to 16.5%. In addtion, the syngas burned flame is brighter CO trong khí tạo thành tăng lên từ 12,8% đến 16,5%. Ngoài ra, ngọn and bluer. lửa tạo thành khi đốt khí tạo thành cũng sáng và xanh hơn. Từ khóa - mùn cưa; biomass; hóa khí; tầng sôi; nồng độ CO. Key words - sawdust; biomass; gasification; fuidized bed; CO concentration. 1. Đặt vấn đề khí biomass tầng sôi chưa được nghiên cứu và cũng chưa có Nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và việc sử dụng lò hóa khí biomass tầng sôi nào được sử dụng ở Việt Nam. nhiên liệu hóa thạch là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà Hướng nghiên cứu chủ yếu hóa khí biomass tầng sôi là kính và sự ấm lên của toàn cầu. Vì vậy, nhu cầu tìm kiếm và nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế lò, các thông sử dụng các nguồn nhiên liệu thay thế, đặc biệt là nguồn nhiên số vận hành và loại biomass đến thành phần khí ra, nhằm liệu tái tạo như biomass là một nhu cầu vô cùng cấp thiết hiện nâng cao hiệu suất và nhiệt trị của khí ra. Trong bài báo này, nay. Đặc biệt hơn, nước ta là một nước nông nghiệp với diện ảnh hưởng của lượng không khí cấp vào đến hàm lượng CO tích gần 80% là đồi núi nên rất phù hợp với việc đẩy mạnh sử tạo ra trong khí tạo thành được phân tích, đánh giá ở lưu dụng nhiên liệu biomass. Trong những năm gần đây, các lượng khối lượng của mùn cưa cố định là 40 kg/h. nguồn biomass như trấu, mùn cưa, dăm bào, vỏ hạt điều,… đã được sử dụng làm nhiên liệu đốt trực tiếp cho các lò hơi công 2. Tính toán thiết kế suất nhỏ và trung bình trên khắp cả nước. Tuy nhiên, với công 2.1. Tính tốc độ gió cấp vào nghệ đốt trực tiếp như hiện tại thì vấn để kiểm soát phát thải Tốc độ gây sôi tối thiểu ω0 được xác định theo công CO là một khó khăn lớn mà rất nhiều nhà chế tạo lò hơi đang thức [6, 7]: gặp phải. Một hướng hiệu quả để đẩy nhanh ứng dụng nhiên 𝜇 𝜌𝑘 (𝜌ℎ − 𝜌𝑘 )𝑔𝑑ℎ3 1/2 liệu biomass trong công nghiệp là sử dụng các lò hóa khí và 𝜔𝑜 = 2 [(𝐶1 + 𝐶2 ) − 𝐶1 ] dễ dàng trong việc kiểm soát ô nhiễm. 𝑑ℎ . 𝜌𝑘 𝜇2 Hơn nữa, trong rất nhiều ngành công nghiệp thì nhu cầu Trong đó: sử dụng nhiên liệu hóa thạch như khí và dầu lại là yêu cầu dh1 = 0,001 m, dh2 = 0,004 m lần lượt là đường kính nhỏ bắt buộc đối với các quá trình sản xuất. Trong khi giá dầu và nhất và lớn nhất của hạt mùn cưa; khí luôn dao động ở mức cao, làm cho giá thành sản xuất cao µ = 0,000016 N.s/m2 là hệ số nhớt động học; và gây khó khăn cho doanh nghiệp trong việc xác định giá thành sản phẩm. Một cách đơn giản và hiệu quả để giảm giá ρk = 1,2 kg/m3 là khối lượng riêng của không khí; nhiên liệu trong trường hợp này là sử dụng công nghệ hóa ρh = 250 kg/m3 là khối lượng riêng trung bình của mùn cưa; khí để biến nhiên liệu rắn thành nhiên liệu khí. C1 = 27,2, C2 = 0,0408 là các hệ số động học; Biomass nói chung và mùn cưa nói riêng là một trong g = 9,81 m/s2 là gia tốc trọng trường; những loại năng lượng tái tạo rất có tiềm năng ở Việt Nam, đã và đang được nghiên cứu mạnh [1, 2, 3, 4, 5]. Một trong Thay số vào công thức trên ta có: các công nghệ hứa hẹn sử dụng biomass là quá trình hóa khí o11 = 0,1 m/s và o12 = 0,5 m/s tương ứng với dh1 và dh2. trong lớp sôi. Công nghệ đốt biomass tầng sôi đã được ứng Vận tốc gió tối ưu thường lấy bằng (2÷3)o1, trong các dụng khá nhiều ở Việt Nam, đặc biệt là ở các tỉnh đồng bằng thí nghiệm này, vận tốc gió trong lò hóa khí được duy trì phía Nam, trong các lò hơi. Tuy nhiên, ảnh hưởng của các trong khoảng 0,2 ÷ 1 m/s. thông số thiết kế, vận hành,… đến hiệu quả của quá trình hóa
56 Trần Thanh Sơn 2.2. Tính lưu lượng cấp gió tích nồng độ CO. Từ các kết quả thí nghiệm đã được trình Để tính toán lưu lượng gió cần cấp, trước hết cần xác định bày trong [1] thấy rằng, quá trình hóa khí chỉ diễn ra trong lượng gió cấp vào để đốt cháy hoàn toàn mùn cưa. Dựa vào khoảng không gian hình côn ở dưới và nhiệt độ của khí trong thành phần của mùn cưa sử dụng cho các thí nghiệm trong lò ở trong đoạn hình trụ phía trên gần như không thay đổi Bảng 1 và viết các phương trình phản ứng cháy hoàn toàn của nên trong thiết kế này, đoạn ống hình trụ chỉ còn dài 400 mm các thành phần cháy trong nhiên liệu, ta có thể xác định được so với 1.500 mm như trong [1]. lượng không khí lý thuyết là 4.197 Nm3/kg mùn cưa. Để tiến hành nghiên cứu, đầu tiên ta phải khởi động lò Theo các nghiên cứu [5, 7, 8, 9, 10], thì lượng không khí hóa khí. Trước tiên, ta cho một ít củi vào lò và đốt cháy, cấp vào lò hóa khí tối ưu nằm trong khoảng (=10%÷40%) khi lửa đã bén vào củi thì cho mùn cưa vào từ từ cùng với lượng không khí lý thuyết, tương ứng (0,63÷1,68) m3tc/kg tăng lượng gió cấp vào để đẩy mạnh quá trình cháy hoàn mùn cưa. toàn nhiên liệu, cho đến khi nhiệt độ trong lò hóa khí đạt khoảng >400°C thì kết thúc quá trình khởi động lò. Lúc Bảng 1. Thành phần của mùn cưa, % này, ta tiến hành điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp vào cho Clv Hlv Olv Nlv Alv Wlv Qtlv, kJ/kg đến khi đạt giá trị mong muốn là 40 kg/h. Sau đó, điều 44,6 5,2 34,4 0,32 0,48 15 25,241 chỉnh lượng không khí cấp vào với các giá trị cần đo. Tại mỗi giá trị của lưu lượng không khí cấp vào khi lò đã hoạt 2.3. Xác định kích thước các đáy lò động ổn định, ta tiến hành ghi giá trị nhiệt độ, phân bố nhiệt Để đảm bảo tất cả các cỡ hạt 1÷4 mm đều sôi, buồng độ và lấy mẫu khí đi phân tích. đốt lò hóa khí có cấu trúc hình côn. Dưới đáy côn nhỏ nhất Do sản phẩm của quá trình hóa khí có chứa CO là một sẽ xảy ra quá trình sôi hạt mùn cưa lớn và các hạt nhỏ hơn khí độc nên trong quá trình làm thí nghiệm, lò hóa khí được sẽ sôi ở lớp trên cao hơn. Từ lượng gió cấp vào và tốc độ đặt trong môi trường thông thoáng tốt. Sau khi khởi động gió min o1 tính được ở phần trên và từ phương trình liên xong lò hóa khí và đưa lò hoạt động ổn định ở một chế độ tục: Q = F.v (m3/h). vận hành nhất định thì tiến hành ghi nhận các thông số thí Trong đó, Q là lưu lượng gió, F là tiết diện mặt cắt lò nghiệm và lấy mẫu khí mang đi phân tích. Khí còn lại được hóa khí và v là vận tốc gió tại tiết diện F. đốt trực tiếp để tránh gây ô nhiễm môi trường. Với công suất tối đa hóa khí của lò đã xác định là 40 3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận kg/h và lưu lượng không khí cấp vào (=10%÷40%) tương ứng với lượng không khí cấp vào Q = 16,8÷67,2 m3/h, ta 3.1. Sự phân bố của nhiệt độ lò theo lưu lượng không khí tính được lượng tiết diện F và từ đó xác định được đường cấp vào kính đáy và đỉnh côn của lò hóa khí như sau: Dmax = 400 mm và Dmin = 140 mm 2.4. Nguyên lý vận hành của lò hóa khí 1. Cơ cấu thải xỉ 2. Bộ cấp không khí 3. Buồng hóa khí 4. Đầu gắn cảm biến nhiệt độ 5. Cơ cấu điều khiển cấp liệu 6. Phễu chứa liệu 7. Khí ra Hình 2. Phân bố nhiệt độ theo chiều cao lò ứng với lượng 8. Bơm hút khí không khí cấp vào  khác nhau 9. Cyclon lọc bụi 10.Đường hồi Hình 2 thể hiện kết quả thí nghiệm khi thay đổi lượng 11.Quạt gió không khí cấp vào  từ 10% đến 40% so với lượng không 12.Lưu lượng kế khí lý thuyết. Ta nhận thấy phân bố nhiệt độ đều có dạng giảm dần theo chiều cao với các  khác nhau. Nhiệt độ lớn Hình 1. Cấu tạo lò hóa khí thí nghiệm nhất trong lò hóa khí đạt được khoảng 500-630°C ở độ cao h = 300 mm tính từ miệng cấp gió vào, là vùng xảy ra các Lượng mùn cưa được cấp liên tục vào lò hóa khí qua cơ phản ứng oxy hóa nhiên liệu. Sau đó, nhiệt độ giảm gần cấu cấp liệu kiểu vít tải 2 cấp điều chỉnh bằng biến tần. Trong như tuyến tính theo chiều cao của lò. Trong điều kiện thí phạm vi bài báo này, lượng mùn cưa cấp vào được giữ cố nghiệm này, nhiệt độ và phân bố nhiệt độ trong lò tỉ lệ với định ở 40 kg/h. Lưu lượng không khí cấp vào lò hóa khí qua lượng không khí cấp vào. Có nghĩa là nhiệt độ, phân bố quạt gió 11 cũng được điều khiển bằng biến tần và được xác nhiệt độ trong lò đạt cao nhất ứng với lượng không khí cấp định bởi đồng hồ đo lưu lượng 12. Nhiệt độ của lò hóa khí vào là 40% và ngược lại nhiệt độ, phân bố nhiệt độ trong tại các vị trí đo khác nhau được đo đồng thời bởi các cặp lò thấp nhất ứng với lượng không khí cấp vào là 10%. Tuy nhiệt điện qua các đầu gắn cảm biến đặt ở trên thân lò hóa nhiên, sự thay đổi nhiệt độ, phân bố nhiệt độ là không lớn khí. Trên đường khí ra 7, bố trí một ống đồng d=12 mm, dài trong hai trường hợp với  = 10% và  =20%. Điều này có 1,5 m để rút khí qua bơm hút 8 để lấy mẫu khí mang đi phân thể giải thích là với hai giá trị  trên thì lượng không khí
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(118).2017 - Quyển 1 57 cấp vào quá bé nên quá trình oxy hóa cũng xảy ra yếu hơn cấp vào. Trong điều kiện thí nghiệm cụ thể của bài báo thì và nhiệt độ lò thấp. Khi tăng  lên 30% thì quá trình oxy lượng CO đạt giá trị cao nhất 16,5% ứng với lượng không hóa mãnh liệt hơn dẫn đến nhiệt độ lò được nâng lên cao khí cấp vào bằng 40% lượng không khí cần thiết cho quá rõ rệt. Điều tương tự cũng xảy ra với  = 40%. trình oxy hóa hoàn toàn nhiên liệu. a) b) Hình 4. Quan hệ giữa lượng không khí cấp vào và hàm lượng CO trong khí tạo thành 4. Kết luận Biomass nói chung và mùn cưa nó riêng là một nguồn năng lượng tái tạo rất có tiềm năng trên thế giới cũng như Việt Nam. Một trong các công nghệ có tính ứng dụng cao là hóa c) d) khí trong đó có hóa khí tầng sôi. Từ kết quả nghiên cứu có thể Hình 3. Hình ảnh ngọn lửa với  khác nhau thấy rằng nhiệt độ, phân bố nhiệt độ trong lò hóa khí tỉ lệ thuận a (10%), b (20%), c30%) và d (40%) với lượng không khí cấp vào lò hóa khí. Các kết quả nghiên Hình 3 là hình ảnh ngọn lửa khi đốt cháy trực tiếp khí cứu ảnh hưởng của lượng không khí cấp vào đến nồng độ CO thoát ở đầu ra của lò hóa khí. Trong đó, Hình 3a là ngọn lửa trong khí tạo thành chỉ ra rằng lượng khí CO tăng từ 12,8% ứng với lượng không khí cấp vào là 10%, Hình 3b là 20%, đến 16,5% khi lượng không khí cấp vào tăng từ 10% đến 40%. Hình 3c là 30% và Hình 3d là 40%. Từ các hình trên có thể Nếu chỉ xét riêng thành phần CO thì lượng không khí cấp vào thấy rằng, khi tăng lượng không khí cấp vào lò hóa khí thì tốt nhất nên >30%. Quan hệ giữa lượng không khí cấp vào ngọn lửa của khí tạo thành cháy mạnh, lan rộng và sáng hơn. đến lượng CO trong khí tạo thành khi lượng không khí cấp Điều này có thể giải thích rằng lượng khí cháy sinh ra nhiều vào lớn hơn 40% cũng như quan hệ giữa lượng không khí cấp hơn khi tăng lượng không khí cấp vào từ 10% đến 40%. vào đến các thành phần cháy khác sẽ được tác giả tiếp tục 3.2. Sự ảnh hưởng của lượng không khí cấp vào đến nghiên cứu và trình bày trong các bài báo sau. nồng độ CO tạo thành TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong các nghiên cứu này, sản phẩm khí tạo ra sau khi [1] Trần Thanh Sơn, “Nghiên cứu quá trình hóa khí mùn cưa trong tầng đi qua cyclon sẽ được hút một phân qua bơm 8 và mang đi sôi”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 9(106), phân tích thành phần. Do hạn chế về thiết bị phân tích nên 2016, trang 33-35. trong các thí nghiệm này chỉ duy nhất thành phần CO được [2] X. T. Li, J.R. Grace, C. J. Lim, A. P. Watkinson, H.P. Chen, J. R. Kim, “Biomass gasification in a circulating fluidized bed”, Elsevier phân tích, còn các thành phần khác như H2 và CxHy chưa – Biomass and Bioenergy 26 (20014), pp. 71-193. phân tích được. Hình 4 thể hiện quan hệ giữa nồng độ CO [3] F. Vidian, H. Basri, A. Surjosatyo, “Experimental on sawdust trong khí tạo thành với lượng không khí cấp vào lò khí hóa. gasification using open top downdraft gasifier incorparated with Có thể thấy rằng, khi tăng lượng không khí cấp vào từ 10% internal combustion engine”, ARPN Journal of Engineering and đến 20% thì hàm lượng CO tăng không lớn. Tuy nhiên, khi Applied Sciences, Vol 12, No. 4, 2017. [4] A. P. G. Peres, B.H. Lunelli, R.M. Fllho, “Application of Biomass tăng lượng không khí cấp vào đến 30% thì lượng CO tăng to hydrogen and syngas products”, Chemical Engineering lên khá nhiều. Khi tăng lượng không khí cấp vào đến 40%, Transactions, Vol 32, 2013. lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy hoàn toàn [5] F.Y. Shake, Gasification of sawdust in a fluidized bed, Master nhiên liệu thì lượng CO trong khí tạo thành tăng rất mạnh Thesis, University of Canterbury, Canada, 1982. và đạt giá trị cao nhất 16,5%. Do ở giá trị không khí cấp [6] Hoàng Ngọc Đồng, Lý thuyết cháy. [7] Prabir Basu, Combustion and gasification in fluid beds, Taylor & vào 40% này thì tốc độ không khí trong lò đã đã đạt tới tốc Francis Group, LLC, 2006. độ lớn nhất cho phép tạo sôi của điều kiện thí nghiệm nên [8] Christopher Higman, Maanrten Van der Burgt, Gasification, GP tác giả không thể tăng hơn nữa. Các kết quả thí nghiệm với Press, 2007. lượng không khí cấp vào lớn hơn 40% sẽ được trình bày [9] Trần Thanh Sơn, “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo lò hóa khí phục vụ trong các bài báo sau với lượng nhiên liệu giảm xuống thấp nghiên cứu, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 5, 2014, trang 87-90. hơn 40 kg/h. Từ kết quả thí nghiệm ở trên, có thể thấy rằng [10] Don J. Stevens, Hot gas Conditioning: Recent progress with larger-Scale nồng độ CO trong khí tạo thành tỉ lệ với lượng không khí Biomass Gasification Systems, Pacific Northwest National Laboratory. (BBT nhận bài: 31/07/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 08/09/2017)

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.