TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI SINH KHỐI CHO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ĐỂ THU HỒI NĂNG LƯỢNG
Trong giai đoạn đầu, các cuộc họp trù bị giữa các bên đã diễn ra tại Bangkok, Phòng bệnh, Vientiane, Hà Nội và Yangon vào tháng 3 năm 2006 nhằm đánh giá tình hình năng lượng, những lựa chọn giải pháp năng lượng tái tạo, nguồn chất thải sinh khối và sử
dụng lò hơi dùng chất thải sinh khối trong các doanh nghiệp vừa và
nhỏ.
Sổ tay đào tạo
Dự án về Hiệu quả năng lượng và thu hồi năng lượng cho các doanh
nghiệp vừa và nhỏ tiểu vùng sông Mê Kông thuộc Hiệp hội các quốc gia
Đông Nam Á: Tái sử dụng chất thải sinh khối cho lò hơi công nghiệp để thu
hồi năng lượng
Quỹ ASEAN
Tổ chức Năng suất Châu Á
1
Lời nói đầu
Dự án về Hiệu quả năng lượng và thu hồi năng lượng cho các
doanh nghiệp vừa và nhỏ tiểu vùng sông Mê Kông thuộc Hiệp hội
các quốc gia Đông Nam Á: Tái sử dụng chất thải sinh khối cho lò
hơi công nghiệp để thu hồi năng lượng do Quỹ Hỗ trợ ASEAN tài
trợ, được thực hiện bởi Tổ chức Năng suất Châu Á (APO) với sự hỗ
trợ của các Tổ chức Năng suất Quốc gia: Thái Lan, Campuchia,
Việt Nam, Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào và Đại sứ quán Liên
bang Myanmar.
Trong giai đoạn đầu, các cuộc họp trù bị giữa các bên đã diễn
ra tại Bangkok, Phnom Penh, Vientiane, Hà Nội và Yangon vào
tháng 3 năm 2006 nhằm đánh giá tình hình năng lượng, những lựa
chọn giải pháp năng lượng tái tạo, nguồn chất thải sinh khối và sử
dụng lò hơi dùng chất thải sinh khối trong các doanh nghiệp vừa và
nhỏ. Chương trình đào tạo khu vực đã được tổ chức sau đó tại
Bang kok, từ ngày 17-21/7/2006. Tổ chức Năng suất Châu Á đã cử
các chuyên gia là Ngài Hiroshi Omori, Chủ tịch, Công ty TechnoSoft
- Tokyo và Ngài Mah Soo, Chuyên gia tư vấn, Trademall Dotcom-
Malaysia cho chương trình đào tạo trên và cũng là các chuyên gia
biên soạn sổ tay đào tạo. Sổ tay đào tạo này bao hàm những thông
tin cơ bản về năng lượng sinh khối, hiệu quả năng lượng và lò hơi
sử dụng chất thải sinh khối và các vấn đề liên quan tập trung vào
các doanh nghiệp vừa và nhỏ nhằm trang bị thêm những thông tin
cần thiết về sử dụng chất thải sinh khối như là nguồn nguyên liệu
chính cho lò hơi và những thông số tiết kiệm chi phí
-----------------
2
Nội dung
Chương 1: Giới thiệu dự án ------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1. Mục tiêu dự án: ---------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.2. Đơn vị tài trợ: ------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.3. Thời gian thực hiện: --------------------------------------------------------------------------------- 5
1.4. Quốc gia tham gia: ----------------------------------------------------------------------------------- 5
1.5. Ban Điều hành:----------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.6. Thông tin liên quan đến dự án: ----------------------------------------------------------------- 5
1.7. Kết quả dự án------------------------------------------------------------------------------------------- 5
Chương 2: Năng lượng sinh khối ----------------------------------------------------------------------- 6
2.1. Các Quốc gia Khu vực Mê Kông ----------------------------------------------------------------- 6
2.2. Tình hình năng lượng tại các quốc gia khu vực sông Mê Kông -------------------- 6
2.3. Năng lượng sinh khối-------------------------------------------------------------------------------- 8
2.3.1. Khái niệm về sinh khối------------------------------------------------------------------------ 8
2.3.2. Năng lượng sinh khối: lợi ích và khó khăn ------------------------------------------- 8
2.3.3. Công nghệ chuyển đổi năng lượng sinh khối---------------------------------------- 9
2.4. Hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối ------------------------------------- 9
2.4.1. Hàm lượng nước và lựa chọn quá trình trong chuyển đổi sinh khối------- 9
2.4.2. Năng suất nhiệt của sinh khối ----------------------------------------------------------- 10
2.4.3. Quá trình đốt cháy của nguyên liệu sinh khối bằng gỗ ----------------------- 12
2.5. Các đặc tính khác của sinh khối -------------------------------------------------------------- 13
2.5.1. Theo mùa vụ (Đặc biệt là cây có hạt)------------------------------------------------- 13
2.5.2. Đặc tính của năng lượng sinh khối ---------------------------------------------------- 13
2.5.3. Sơ chế nhiên liệu sinh khối---------------------------------------------------------------- 14
Chương 3: Lò hơi sinh khối ------------------------------------------------------------------------------16
Chương 3: Lò hơi sinh khối ------------------------------------------------------------------------------16
3.1. Phân loại lò hơi--------------------------------------------------------------------------------------- 16
3.1.1. Ống nước và ống lửa------------------------------------------------------------------------- 16
3.1.2. Hình dạng ống: --------------------------------------------------------------------------------- 17
3.2. Lò hơi dùng nhiên liệu rắn ---------------------------------------------------------------------- 18
3.2.1. Loại cố định-------------------------------------------------------------------------------------- 19
3.2.2. Loại chuyển động ----------------------------------------------------------------------------- 19
3.2.3. Lò tầng sôi --------------------------------------------------------------------------------------- 20
3.2.4. Lò quay -------------------------------------------------------------------------------------------- 21
Chương 4: Hiệu suất năng lượng và kiểm toán năng lượng --------------------------------21
4.1. Hiệu suất năng lượng của lò hơi -------------------------------------------------------------- 21
4.2. Bảo toàn năng lượng lò hơi --------------------------------------------------------------------- 21
4.2.1. Nhiệt lượng hao phí trong lò hơi-------------------------------------------------------- 21
4.2.2 Các phương pháp bảo toàn năng lượng trong lò hơi---------------------------- 23
4.2.3. Kiểm toán năng lượng của các nhà máy -------------------------------------------- 26
Chương 5. Chỉnh sửa lại lò hơi -------------------------------------------------------------------------29
5.1. Các vấn đề then chốt khi nghiên cứu việc chỉnh sửa lại lò hơi sử dụng sinh
khối -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29
5.2. Kinh nghiệm trong việc chỉnh sửa lại của Công ty Thai K. Boiler Co., Ltd.-- 29
5.3. Chỉnh sửa các bộ phận của lò hơi ------------------------------------------------------------ 30
Chương 6. Hiệu quả kinh tế của lò hơi sinh khối------------------------------------------------31
6.1. Quy trình hiệu quả toán hiệu quả kinh tế------------------------------------------------- 31
6.2. Nhiên liệu sinh khối sẵn có --------------------------------------------------------------------- 32
6.2.1. Các loại nhiên liệu sinh khối-------------------------------------------------------------- 32
6.2.2. Giá nhiên liệu tại các nước vùng sông Mekong----------------------------------- 32
6.3. Dạng năng lượng và mức năng lượng------------------------------------------------------ 33
6.3.1. Nước nóng và hơi nước --------------------------------------------------------------------- 33
6.4. Giá cả sử dụng --------------------------------------------------------------------------------------- 35
3
6.5. Đầu tư --------------------------------------------------------------------------------------------------- 35
6.5.1. Lò hơi tạo hơi nước --------------------------------------------------------------------------- 35
6.6. Phương pháp tính toán hiệu quả kinh tế-------------------------------------------------- 36
6.6.1. Tính toán lợi nhuận--------------------------------------------------------------------------- 37
6.6.2. Các chỉ số đánh giá hiệu quả kinh tế-------------------------------------------------- 37
6.7. Các thông tin khác cần có để tính toán hiệu quả kinh tế--------------------------- 37
6.8. Ví dụ về tính toán ----------------------------------------------------------------------------------- 38
6.8.1. Lắp đặt mới lò hơi sinh khối -------------------------------------------------------------- 39
6.8.2. Tổng kết------------------------------------------------------------------------------------------- 41
6.9. Kết luận ------------------------------------------------------------------------------------------------- 41
Chương 7 . Những nét chính trong Cơ chế phát triển sạch (CDM) và sinh khối ----43
7.1. Quy trình CDM từ lập kế hoạch dự án đến đạt được CER. ------------------------- 43
7.2. Áp dụng CDM vào những nước vùng sông Mekong.---------------------------------- 43
7.2.1. Phân loại CDM quy mô nhỏ. -------------------------------------------------------------- 43
7.2.2 Chon lựa phương pháp luận. -------------------------------------------------------------- 44
4
Chương 1: Giới thiệu dự án
1.1. Mục tiêu dự án:
1) Đào tạo và xây dựng năng lực cho các tổ chức năng suất quốc gia và các tổ chức liên
quan về dự án hiệu quả năng lượng và năng lượng tái tạo tập trung vào doanh
nghiệp vừa và nhỏ, đặc biệt chú trọng đến lò hơi công nghiệp thông qua hội thảo khu
vực, các chương trình đào tạo và chương trình học qua mạng.
.
2) Phổ biến rộng rãi khái niệm, thực hành và công nghệ về hiệu quả năng lượng và năng
lượng tái tạo qua các ấn phẩm, trang web, …
1.2. Đơn vị tài trợ: Quỹ Hỗ trợ ASEAN
1.3. Thời gian thực hiện: Một năm (2006)
1.4. Quốc gia tham gia: Thái Lan, Campuchia, Việt Nam, Công hoà Dân chủ Nhân dân Lào,
Liên bang Myanma
1.5. Ban Điều hành: Tổ chức Năng suất Châu Á, Nhật Bản
Viện Năng suất Thái Lan, Thái Lan
Trung tâm Năng suất Việt Nam, Việt Nam
Trung tâm Năng suất Quốc gia Campuchia, Campuchia
Văn phòng Phát triển và Quảng bá Doanh nghiệp vừa và nhỏ, Cộng
hoà Dân chủ Nhân dân Lào
Đại sứ quán Liên bang Myanma, Nhật Bản
1.6. Thông tin liên quan đến dự án:
1) Các doanh nghiệp vừa và nhỏ khu vực Sông Mê Kông dựa vào lò hơi công nghiệp với nguồn
năng lượng hơi nước.
2) Những nhiên liệu hoá thạch như than đá, dầu và khí đốt mang lại chi phí cao và là nguyên
nhân chính gây ô nhiễm
3) Nhu cầu cần để khai thác chất thải sinh khối - nguồn nguyên liệu đang dư thừa trong khu
vực như là nhiên liệu thay thế cho lò hơi sử dụng nhiên liệu hoá thạch
4) Nhu cầu cần để cải tiến các thông số hiệu quả năng lượng trong khi sử dụng chất thải sinh
khối
1.7. Kết quả dự án
1) Xây dựng năng lực cho các bên liên quan trong khu vực Mê Kông: Cung cấp dịch vụ kỹ thuật
về dự án hiệu quả năng lượng và năng lượng tái tạo cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ, chú
trọng vào lò hơi công nghiệp.
2) Thiết kế tài liệu đào tạo và sổ tay kỹ thuật cho các quốc gia khu vực sông Mê Kông.
3) Thiết kế trang web và dữ liệu công nghệ phù hợp chuyên về hiệu quả năng lượng và năng
lượng tái tạo cho các bên liên quan sử dụng.
4) Phổ biến rộng rãi các ấn phẩm thông qua Tổ chức Năng suất Quốc gia và các tổ chức liên
quan trong khu vực Mê Kông.
5
Chương 2: Năng lượng sinh khối
.
2.1. Các Quốc gia Khu vực Mê Kông
Bảng 2.1 Đưa ra một số chỉ số chính của 5 quốc gia khu vực sông Mê Kông, qua đó thấy:
Đất trồng trọt ở Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào có tỷ phần nhỏ nhất. Dân số và mật độ dân
số ở Thái Lan là cao nhất. Tổng sản phẩm quốc gia (GDP: dựa theo tỷ giá công bố chính thức)
của Thái Lan là cao nhất, tiếp sau là Việt Nam. Tỷ phần giữa nông nghiệp và công nghiệp cao
nhất là Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào và tiếp đến là Thái Lan. Sự khác nhau giữa các chỉ số
này ảnh hưởng rất lớn đến nhu cầu sử dụng chất thải sinh khối tại mỗi quốc gia.
Bảng 2.1: Đất, Dân số và GDP trong các quốc gia Vùng Mê Kông
Cambodia Lao PDR Myanmar Thailand Vietnam
Diện tích đất đai
181,040 236,800 676,578 514,000 329,560
(km2)
Đất trồng trọt (%)
20.44 4.01 -- 27.54 20.14
*
Dân số (Số liệu năm
13,881,427 6,368,481 50,519,490 64,631,595 84,402,966
2006) **
Mật độ dân số (/km) 76.7 26.9 74.7 125.7 256.1
Tổng Tỉ US$ 4.7 2.5 -- 183.9 43.8
sản Nông
35.0 48.6 -- 9.3 20.9
phẩm nghiệp
quốc nội Công
30.0 25.9 -- 45.1 41.0
(số liệu nghiệp
năm
Dịch vụ 35.0 25.5 -- 45.6 38.1
2005)
2.2. Tình hình năng lượng tại các quốc gia khu vực sông Mê Kông
Nhằm nghiên cứu tiềm năng sử dụng năng lượng sinh khối trong lò hơi công nghiệp của các
doanh nghiệp vừa và nhỏ vùng Mê Kông, cần đưa ra những con số về tình hình cung cấp và
sản xuất năng lượng trong các quốc gia này.
Hình 2.1: Tỉ lệ tăng trưởng của việc sản xuất năng lượng trong các quốc gia vùng Mê Kông
Qua hình này ta thấy tỉ lệ tăng trưởng sản xuất năng lượng của Việt Nam và Thái Lan là cao
hơn so với Myanma (Trong dữ liệu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế không có dữ liệu của
Campuchia và Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào).
60,
000
50,
000
M yanm ar
Thaiand
l
40,
000
Vi
etnam
30,
000
20,
000
10,
000
0
1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001
Hình 2.1 Tổng năng lượng tiêu thụ trong các Quốc gia vùng Mê Kông (Triệu
OE/năm)1
1 International Energy Agency (IEA) Energy Balance in Non-OECD countries 2003
6
Hình 2.2: Thể hiện cơ cấu cung cấp năng lượng chính (PES) trong năm 2003
So với Thái Lan thì Việt Nam và Myanmar có nguồn năng lượng sinh khối (chất thải và chất đốt
tái tạo) chiếm phần đáng kể trong nguồn cung cấp năng lượng chính .
Coal and Coal Products
Vietnam Crude, NGL, Feedstocks & Petroleum
Products
Natural Gas
Nuclear
Hydro
Thailand Geothermal
Solar / Wind / Other
Combustible Renewables and Waste
Myanmar
0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000
Hình2.2 Cung cấp Năng lượng chính trong các quốc gia vùng Mê Kông năm 2003
(Triệu TOE/năm)2
Hình 2.3 Chỉ ra phần đóng góp hiện tại của năng lượng sinh khối đến Tổng sản phẩm quốc nội
(GNP) trong các quốc gia Châu Á. Các quốc gia phát triển có diện tích đất nhỏ như Singapore,
Hong Kong, và Đài Loan có GNP cao nhưng không dùng năng lượng sinh khối. Tỉ lệ đóng góp
năng lượng sinh khối ở các nước khác cao nhưng GNP lại thấp. Bằng việc quảng bá sử dụng
sinh khối thì hy vọng sẽ có cải thiện trong tương lai.
GNP (US$/Capita.)
35,000
Hong Kong
30,000 Singapore
Taiwan
25,000
20,000
15,000
Malaysia
10,000
Iran Thailand
Philippines Sri Lanka
5,000 India
Indonesia Nepal
Vietnam
BangladeshPakistan
0
0 20 40 60 80 100
Tỷ số (%):
Tái tạo chất đốt và chất thải
Tổng PES
Hình 2.3. Tỉ lệ năng lượng tái tạo chất đốt/ chất thải và GNP theo đầu người trong
các quốc gia Châu Á3
2 International Energy Agency (IEA) Energy Balance in Non-OECD countries 2003
3 International Energy Agency (IEA) Energy Balance in Non-OECD countries 2003 / CIA: World
7
2.3. Năng lượng sinh khối
2.3.1. Khái niệm về sinh khối
Sinh khối là vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo ngoại trừ nguồn
nguyên liệu hoá thạch. Trong sản xuất năng lượng và ngành công nghiệp, sinh khối đề cập đến
ở đây là nguyên liệu có nguồn gôc từ sinh vật sống mà có thể được sử dụng làm nhiên liệu hay
cho sản xuất công nghiệp. Thông thường sinh khối là phần chất cây trưởng thành sử dụng như
là nhiên liệu sinh học, bao gồm cả phần chất thực vật và động vật được dùng để sản xuất sợi,
hoá chất hay tạo nhiệt. Sinh khối không phải là vật liệu hữu cơ được tạo bởi quá trình địa chất
tạo than đá hay dầu mỏ. Sinh khối thường được đánh giá qua thông số cân nặng khô (Khái
niệm về sinh khối được mô tả ở hình dưới- hình 2.4)
Phần chất thực vật Nhiên liệu sinh
học, sợi, hoá
Sinh khối- chất và nhiệt
Phần chất động vật
Nguồn hoá thạch
Hình 2.4: Khái niệm sinh khối
Trong thời kỳ sơ khai, sinh khối là nguồn năng lượng chính cho con người đến tận thế kỷ 19.
Sang thế kỷ 20, năng lượng sinh khối được thay thế dần bằng dầu và than đá, xa hơn nữa là
khí và năng lượng nguyên tử
Câu trả lời cho lý do hiện nay năng lượng sinh khối đang được quan tâm hiện nay chính là đặc
của tính sinh khối: Sinh khối có khả năng tái tạo, dự trữ trong nhiều nguồn sẵn có, than thực
động vật, có khả năng lưu trữ và thay thế dầu
Bảng 2.2: Phân loại và các dạng sinh khối
Phân loại Dạng
Nguồn từ mùa màng Thức ăn nuôi động vật và cây tinh bột
Sinh khối chưa sử Rơm, vỏ trấu, gỗ vụn và chất thải từ gỗ
dụng
Chất thải sinh khối Chất thải từ giấy, phân động vật, chất thải từ
thực phẩm, chất thải từ xây dựng, chất thải
lỏng và bùn cống
2.3.2. Năng lượng sinh khối: lợi ích và khó khăn
Bảng 2.3: Lợi ích kinh tế của năng lượng sinh khối so với nguồn năng lượng tái sinh khác
Bảng 2.3. Năng lượng sinh khối so với các nguồn năng lượng tái sinh khác4
Năng lượng phát Mặt trời Gió Sinh khối
Tổng đầu tư (triệu US$) 1,830 12,700 6,300
Quy mô nhà máy (kw) 1,000,000 10,000,000 10,000,000
Tỉ lệ hoạt động hàng 12 20 70
năm (%)
Công suất điện phát 1,100 17,500 61,300
hàng năm (M kw/h)
Đơn vị đầu tư (US$/kw) 1.66 0.72 0.10
Factbook HP, Wikipedia, the free encyclopedia HP
4
“21 Century by Biomass Energy”, Sakai Masayasu
8
Tuy nhiên cũng có một vài điểm khó khăn khi sử dụng sinh khối làm nhiên liệu:
(1) So với nhiên liệu hoá thạch thì mật độ năng lượng/đơn vị sinh khối là thấp
(2) Khó sử dụng, đặc biệt là nguồn từ thực phẩm
(3) Quá trình chuyển đổi năng lượng phức tạp
2.3.3. Công nghệ chuyển đổi năng lượng sinh khối
Sơ đồ 2.5: Hệ thống vận hành sinh khối: Các giai đoạn tạo năng lượng (thực tế áp dụng và thử
nghiệm)
Có 3 công nghệ chuyển đổi chính dựa trên các phương pháp: đốt trực tiếp, chuyển đổi nhiệt
hoá học và chuyển đổi sinh hoá. Phương pháp khác lấy nhiên liệu từ đá thải (RDF), đốt thành
than và diesel sinh học để tạo nhiệt và phát điện.
Đốt trực tiếp Tạo nhiệt, phát điện
(Nhiên liệu) khí
khí hoá
Khí nhân tạo
Cracking nhiệt
Chuyển đổi Khí nhân tạo
nhiệt hoá học Hoá lỏng trực tiếp
Sinh khối Khí hoá nhiệt Khí H2, CH4
độ thấp
Khả năng phân huỷ Khí CH4
kỵ khí
Chuyển đổi nhiệt
Nhiệt phân kỵ khí (
sinh hoá
Lên men Cồn Ethanol
Phương pháp khác RDF, cacbon hoá, dầu sinh học
Sơ đồ 2.5. Công nghệ chuyển đổi năng lượng sinh khối
2.4. Hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối
2.4.1. Hàm lượng nước và lựa chọn quá trình trong chuyển đổi sinh khối
Hàm lượng nước trong sinh khối được lấy từ polymer tự nhiên. Tuy nhiên giá trị hàm lượng
nước khác nhau rất lớn phụ thuộc vào loại sinh khối (Giấy: 20%, chất thải động vật, chất cặn
bã lên men rượu và bùn cống: 98~99%)
20
Sinh khối khô
15
Tro 0%
Tro 20%
Năng suất nhiệt (Mj/kg)
10 Gỗ tươi
Sấy khô
5 Sinh khối ướt
(Rác thải thô và cặn)
Câ
y
Tro 100%
0
-5
20 40 60 80 100
Hàm lượng nước (%)
Hình2.6. Hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối
9
Fig.2.6: Mối quan hệ giữa hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối. Hàm lượng nước
trong gỗ tươi khoảng 50%, khi phơi khô còn khoảng 30% và đến mức tối đa lượng nước còn
khoảng 20%
Nguyên liệu cấp Dạng năng lượng Quá trình
Hàm lượng
nước dưới 50%
Hơi
Khô Lò hơi sinh khối
Nước nóng
Sinh khối khô
Nhiên liệu (khí)
Điện Tubin phát điện
Sinh khối Sinh khối đã Nhiên liệu khí/lỏng Khí
được xử lý sơ hoá lỏng gián tiếp
bộ
Lên men cồn Etanol
Hóa lỏng trực tiếp
Nhiên liệu khí/lỏng
Uớt Khí hóa nhiệt độ thấp
Hàm lượng nước Lên men methan
trên 75%
Hình 2.7 : Lựa chọn quá trình chuyển đổi sinh khối bằng hàm lượng nước
Hình 2.7: Hàm lượng nước trong sinh khối và quá trình chuyển đổi .
Nhìn chung, muốn tạo ra hơi và nước nóng thì lò hơi sinh khối sẽ đốt cháy trực tiếp như đã mô
tả trong sơ đồ trên. Và trong trường hợp muốn có điện thì sẽ có sự kết hợp giữa lò hơi và tua
bin. Để vận chuyển sinh khối đến một địa điểm xa thì nhiên liệu khí/hoá lỏng là thích hợp hơn.
Sinh khối với vật liệu là gỗ không phù hợp vì có tính xốp cao (thể tích lớn) .
Mặt khác sinh khối ướt như: chất thải động vật, chất cặn bã lên men rượu và bùn cống. Những
loại vật liệu sinh khối này chứa dung lượng nước cao. Quá trình làm khô phải bắt buộc xử lý
trước cho đến khi đạt được mức khô cần thiết. Nói chung, khi vật liệu sinh khối có hàm lương
nước trên 70% thì không nên sử dụng vì hiệu quả sinh nhiệt quá thấp đối với ẩn nhiệt nước.
Hiện nay phổ biến là quá trình lên men ethanol và khí mê tan. Công nghệ cho quá trình có áp
suất cao, khí hoá nhiệt độ thấp và hoá lỏng trực tiếp vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm .
2.4.2. Năng suất nhiệt của sinh khối
Hình 2.8: Thành phần cấu tạo nguyên tử và hàm lượng tro trong nhiên liệu hoá thạch và vật
liệu sinh khối chính .
Năng suất nhiệt của vật liệu sinh khối bằng khoảng một nửa năng suất nhiệt của vật liệu hoá
thạch tuy nhiên hàm lượng lưu huỳnh trong sinh khối và tro gỗ rất thấp. Do vậy sử dụng
nguyên liệu sinh khối có lợi cho môi trường hơn .
10
Rơm
Trấu
C
Phân bò H
O
Rác thải thô N
Bã mía S
Tro
Vỏ
thông
Gỗ
Than Wyoming
Bụi than
0 20 40 60 80 100
Hình 2.8: So sánh thành phần cấu tạo nguyên tử nhiên liệu hoá thạch và sinh khối
5
Thành phần cấu tạo nguyên tử quyết định năng suất nhiệt của nguyên liệu sinh khối
Hình 2.9 và 2.10: Năng suất nhiệt của nhiên liệu sinh khối và chất thải nhiên liệu hoá thạch
Trấu
Chất thải
từ ngô
Chất thải
từ cọ
Chất thải
từ gỗ
Bã mía
0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500
Giá trị nhiệt (kcal/kg)
Hình 2.9. Giá trị nhiệt của nhiên liệu sinh khối
5 D. A. Tillman: Wood as an Energy Resource, p. 73, Academic Press (1978)
11
PET
Polyethylene
Polypropylene
Polystylene
PVC
City Gas
LPG
Khí tự nhiên
Dầu hoả
Dầu thô
Than cốc
Than chì Nhựa dẻo
ì Nhiênliệu hóa thạch
Than
0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000
Giá trị nhiệt (kcal/kg), City Gas, LPG, Khí tự nhiên (kcal/Nm3)
Hình 2.10. Năng suất nhiệt của nhiên liệu hoá thạch và chất thải dẻo
2.4.3. Quá trình đốt cháy của nguyên liệu sinh khối bằng gỗ
Gỗ là ví dụ điển hình của nguyên liệu sinh khối. Thành phần chính của gỗ là cellulose, lignin và
Hemi - cellulose (90%). Ngoài ra có thêm thành phần khác như dầu, hợp chất nito và vô cơ.
Lignin chiếm khoảng 25-30%. Cellulose chiếm khoảng 35-40%.
Bảng 2.4. Thành phần cấu tạo nhiên liệu gỗ
Hàm Cây lá Cây tán Cấu thành
lượng % kim lá rộng
Lignin 30 25 Kết cấu (cứng)
Khó phân huỷ
Xenlulo 35 40 Vật chất (Mềm)
Hemi –Xenlulo 25 Dễ phân huỷ
Dầu, Nitơ, vô 10
cơ
Các bước đốt cháy nhiên liệu rắn giống như vật liệu sinh khối chứa nước như sau :
(1) Bay hơi nước từ bề mặt sinh khối
(2) Bay hơi nước từ bên trong sinh khối
(3) Bay hơi nước của các thành phần bay hơi nhiệt độ thấp
(4) Bay hơi hoà lẫn vào không khí, đốt cháy
(5) Đốt cháy phân huỷ nhanh
(6) Chất dư thừa (cố định carbon) cháy dần dần trên bề mặt
(7) Hoàn thành xong việc đốt cháy
(8) Phần tro còn lại
12
Hình 2.11: Quá trình đốt cháy vật liệu sinh khối bằng gỗ. Quá trình đốt cháy sinh khối thể rắn
phức tạp hơn vì điều kiện đốt cháy phải tương ứng với nguyên liệu và cần đầu tư nhiều hơn so
với nhiên liệu khí và chất lỏng.
Nhiệt độ (OC)
Đốt cháy bề mặt
Dừng giải phóng khí và tạo hắc ín 500
Đốt cháy sinh khói
4000C: Hết khói
Giảm mạnh khối lượng gỗ
Tạo hắc ín và giải phóng khí
Cháy trên bề mặt gỗ
400
Phản ứng toả nhiệt nhanh
Đốt cháy
Phản ứng tỏa nhiệt nhanh
Tăng giải phóng khí 300
Đốt cháy bề mặt gỗ
Phân nhiệt
Thải khí
Làm mềm Xenlulô
Phân hủy Hemi Xenlulô
200
Chuyển sợi của Lignin và hemi-Xenlulô
Giải phóng nước bên trong -
100
Bốc hơi nước mặt
Thời gian
Hình 2.11 Quá trình đốt cháy vật liệu gỗ
2.5. Các đặc tính khác của sinh khối
2.5.1. Theo mùa vụ (Đặc biệt là cây có hạt)
Nguyên liệu sinh khối như trấu lúa, mía đường, gỗ, cọ dừa và ngô/ngũ cốc thu
hoạch theo mùa vụ tự nhiên. Chúng ảnh hưởng đến hoạt động của lò hơi sinh khối.
Hệ thống thu gom và lưu trữ sinh khối cần được xác lập giữa các bên cung ứng, bên
bán và bên sử dụng. Điều thuận lợi là các quốc gia vùng Mê Kông đều có khí hậu
nhiệt đới rất phù hợp cho việc thu hoạch nhiều mùa vụ trong một năm.
2.5.2. Đặc tính của năng lượng sinh khối
Hình 2.12: Những hình ảnh về vật liệu sinh khối.
Kích cỡ của nhiên liệu sinh khối có thể định dạng: mùn cưa, chất thải ngũ cốc và
chất thải dầu cọ nhưng trong trường hợp cần thiết chất thải gỗ và mía đường phải
được cắt nhỏ. Hơn nữa phần lớn nguyên liệu sinh khối đều cồng kềnh nên cần lưu
ý đến vấn đề lưu trữ và vận chuyển.
13
. Vỏ trấu Chất thải ngô/ngũ cốc Chất thải dầu cọ
Rice Husk
Mảnh vụn gỗ/bào cưa Chất thải gỗ Cây mía
Hình 2.12. Hình dạng và kích cỡ vật liệu sinh khối
2.5.3. Sơ chế nhiên liệu sinh khối
Để khống chế kích thước thể tích tự nhiên của vật liệu sinh khối cần tiến hành một vài quá
trình sơ chế.
Hình 2.13: Hình dạng của những khúc gỗ và nhiên liệu có nguồn gốc từ phế thải (RDF)
Hình 2.13: Khúc gỗ và Nhiên liệu có nguồn gốc từ phế thải (RDF)
Hình 2.14: Phác hoạ quá trình RDF.
RDF có thuận lợi là dễ dàng vận chuyển do thể tích nhỏ và năng suất nhiệt cao nhưng đòi hỏi
đầu tư lớn
14
Sinh khối
Máy nghiền
Máy sấy khô
Máy lọc Máy phân loại
chất dễ cháy Chất dễ cháy
bằng gió
Máy ép
RDF
Hình2.13. Qúa trình tạo RDF
Chú ý: Chi phí sản xuất gỗ khúc, công suất 2,765 tấn gỗ/năm, Đầu tư: 4.217 triệu US$6
6 Study Report of Wooden Biomass Resource Utilization, Hokkaido November 2002
15
Chương 3: Lò hơi sinh khối
Lò hơi là công cụ để đốt nhiên liệu, đun nước hoặc tạo ra hơi nước. Ba điều kiện của quá trình
đốt cháy là không khí, nhiệt độ đốt cháy và nhiên liệu. Bên cạnh đó, nước được cần đến như là
vật liệu truyền nhiệt. Để cung cấp năng lượng cho quá trình đun nóng, các vật hữu dụng như
lò, lò hơi, các phụ tùng và các trang thiết bị khác nhau phải được lắp đặt.
3.1. Phân loại lò hơi
3.1.1. Ống nước và ống lửa
Điểm cực đại
Cơ chế buồng nhiệt
Ổng lửa Công suất hạn định (Tối đa: 13 tấn hơi/h) -
Áp suất hạn định (Tối đa: 17kg/cm2G)
Lớn hơn áp suất hạn đinh: Đầu tư lớn
Đốt cháy khí Hơi nước áp suất thấp/Nước nóng
Ngành công nghiệp nhỏ/dân cư và thương mại
Ống nước Không giới hạn áp suất và công suất
Phát điện: Áp suất >126kg/cm2 G
Ngành công nghiệp lớn/Thiết bị điện công cộng
Nước
Bảng 3.1. Ống nước và ống lửa
Lò hơi được phân loại theo cách sử dụng ống lửa và ống nước.
Bảng 3.1: Hình dạng và cơ chế hoạt động của hai loại ống. Ống lửa phù hợp với loại lò hơi có
áp suất thấp và ống nước dành cho loại có áp suất cao.
Ống lửa
Ống nước
Hình 3.1 Hình dạng lò hơi sử dụng ống lửa và ống nước
16
3.1.2. Hình dạng ống:
Có hai loại ống: Hình thẳng và cong tròn. Hình 3.2: Lò hơi ống hình thẳng và cong tròn .
Ống thẳng Ống cong tròn
Ổng Bễ
Thùng hơi
Két nước Bộ phận làm nóng siêu tốc
Vòi đốt Bộ
phận
bốc
hơi
nước
Khí Thải
Ống nước
Bộ phận
Két nước đánh lửa
Vòi đốt Thùng Cửa thoát hơi
chứa nước
Hình 3.2. Lò hơi ống hình thẳng và cong tròn (Dạng ống nước)
Lò hơi sử dụng loại ống thẳng có nhược điểm như đã trình bày trong bảng 3.2. Hiện nay loại
ống cong tròn được ưa chuộng hơn ngoại trừ các lò hơi công suất nhỏ.
Bảng 3.2 Xu hướng chuyển đổi từ lò hơi ống thẳng sang lò hơi ống cong tròn
Ống thẳng Dễ dàng vệ sinh, kiểm tra
Ưu điểm Dễ dàng thay thế các ống
Không linh hoạt trong việc tăng nhiệt độ lò
Nhược điểm Lắp đặt phức tạp, khó khăn
Lắp đặt ống nước vào thành lò theo vị trí xiên
Không thích hợp với áp suất cao.
Ống cong tròn Công nghệ hỗ trợ Xử lý nước trước khi đưa vào
Vệ sinh bằng hoá chất
Ống Giàn ống làm mát bằng nước
Thùng hình ống Thùng ống đơn/ Thùng ống đôi
17
3.1.4. Bảng tóm tắt phân loại lò hơi
Dựa vào cách thức phân loại ở trên, bảng 3.3 chỉ rõ các đặc tính của mỗi loại lò hơi. Lò hơi áp
suất thấp và vừa được các doanh nghiệp vừa và nhỏ thuộc các nước vùng Mekong ưa chuộng.
Bảng 3.3 Đặc tính của mỗi loại lò hơi
Ống dọc Cấu trúc đơn giản
Áp suất thấp Lò hơi loại nhỏ
Lò hơi ống Ống ngang Đường kính ống nhỏ Hơi nước tạo ra: 10t/h
lửa Hiệu quả cao Áp suất: 24.5 Bảng 3.5. Bốn loại lò hơi dùng nhiên liệu rắn
Lò cố định Lò chuyển động Lò tầng sôi Lò quay
Loại
Sinh khối ○ ○ ○ ○
rắn
Lò đốt rác
Rác thô
○ ○ ○ ○
Chất thải
bùn và cặn × ○ ○
Kích cỡ nhỏ Kích cỡ lớn Tốc độ Tốc độ
Đặc tính đốt cháy nhanh đốt cháy chậm
Đốt cháy đơn giản Gỗ
Mô tả
hình dạng
3.2.1. Loại cố định
Với loại lò cố định, Rác thải sinh khối được đưa vào của lò lửa. Tại đây chúng sẽ bị đốt cháy bởi
hơi thổi.
3.2.2. Loại chuyển động
Với loại chuyển động, nguyên liệu dễ cháy liên tục được đưa vào lò lửa và đồng thời tro cũng
được đưa ra khỏi lò lửa mà không phá hỏng các lớp nhiên liệu. Quá trình đốt cháy này được
duy trì liên tục. Có vài loại lò chuyển động như lò lửa động như loại di chuyển ghi, loại trải rộng,
loại cho vào bên dưới và loại tầng.
Bảng 3.6. Hệ thống và Thành phần cấu thành của lò chuyển động
Hệ thống Thành phần cấu thành
Nạp sinh khối Băng tải nạp Tự động đổ vào Xi lô Băng tải cấp
Xi lô điều chỉnh (Nhiên
Nền động Bộ phận đánh lửa
Thân lò hơi liệu rắn)
Ống lửa hoặc ống nước Thiết bị đốt lò (Hộp lửa) Xilanh áp suất dầu
Cung cấp
Quạt cưỡng chế Lò không khí
không khí
Thiết bị làm mềm Bơm nước Bơm hoá chất
Xử lý nước
Thùng chứa nước
Khí thải Bộ phận thu bụi Quạt thông gió Ống khói
Hơi Ống hơi Van an toàn
Tro Vòi phun cát Hầm tro Chuyển tro
19
