Page 11 - Kỷ yếu hội thảo quốc tế: Ứng dụng công nghệ mới trong công trình xanh - lần thứ 9 (ATiGB 2024)

2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Lò khí hóa tầng cố định là kiểu lò có vị trí các vùng syngas chiếm trên 50% làm cho nhiệt trị syngas rất
phản ứng xác định (vùng nhiệt phân, vùng sấy, vùng thấp và ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình cháy.Vì
khử (tạo khí), vùng oxy hóa (cháy)). Loại lò khí hóa vậy, công suất động sẽ bị cơ giảm khi sử dụng syngas
tầng cố định này có 3 kiểu: lò hút xuống, lò hút lên và làm nhiên liệu, một mặt là do giảm hệ số nạp của động
lò hút chéo. Khác với lò khí hóa tầng cố định, lò khí cơ và một phần khác là do nhiệt trị nhiên liệu thấp [8].
hóa tầng sôi không có vùng phản ứng riêng biệt và quá Theo một số nghiên cứu, công suất của động cơ
trình làm khô, nhiệt phân và khí hóa xảy ra đồng thời đánh lửa cưỡng bức có thể giảm đến khoảng 40-50%,
trong quá trình trộn. Chúng phức tạp và sử dụng hệ khi động cơ sử dụng syngas làm nhiên liệu, trong đó
thống điều khiển đắt tiền. Vì vậy, thiết bị khí hóa tầng chủ yếu 30% là do nguyên nhân nhiệt trị của nhiên
sôi thường áp dụng với lò có quy mô kích thước lớn. liệu giảm [8].
Trong phạm vi sử dụng có quy mô nhỏ, loại lò khí Vấn đề này đã được nhiều nhà nghiên cứu quan
hóa tầng cố định có nhiều ưu điểm hơn: có kết cấu đơn tâm và đã có những nghiên cứu nhằm cải thiện nhiệt
giản, giá thành rẻ, dễ chế tạo và vận hành đơn giản. trị của nhiên liệu syngas bằng cách bổ sung các loại
Hơn nữa, trong thiết bị khí hóa tầng cố định thì loại nhiên liệu khác như biogas hay hydrogen [9]. Điều này
hút xuống có dòng khí thoát ra đi qua vùng nhiệt độ có thể khắc phục vấn đề nhiệt trị thấp của nhiên liệu,
cao giúp làm giảm lượng hắc ín trong syngas. Do đó, do biogas hay hydrogen có nhiệt trị cao. Tuy nhiên
loại lò này cho ra khí syngas có chất lượng tốt nhất, giải pháp kỹ thuật này không loại trừ được các chất
thích hợp làm nhiên liệu cung cấp cho động cơ đốt khí trơ trong syngas để cải thiện nhiệt trị nhiên liệu.
trong kéo máy phát điện có công suất dưới 10 kW. Vì Thành phần N2 trong syngas chiếm trên 50% làm cho
vậy, nhóm tác giả sử dụng loại lò khí hóa tầng cố định nhiệt trị syngas rất thấp và ảnh hưởng đến hiệu suất
kiểu hút xuống trong nghiên cứu này. Nguyên liệu sử quá trình cháy.
dụng là viên nén biomass được sản xuất từ phụ phế
phẩm của nông lâm nghiệp có kích thước, thành phần Trong bài báo này, nhóm nghiên cứu đã trình bày
đồng nhất và độ ẩm khoảng 10% được sử dụng để kết quả mô phỏng thành phần syngas với hệ số không
nghiên cứu. khí dư ER thay đổi theo các điều kiện khí hóa khác
nhau dựa trên lò khí hóa kiểu hút xuống.
Về ứng dụng của khí tổng hợp trong động cơ đốt
trong, gần đây các nghiên cứu gần đây cho thấy cần 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
lưu ý hai vấn đề liên quan đến tạp chất trong khí tổng 2.1. Nghiên cứu lý thuyết
hợp và hiện tượng giảm công suất động cơ do sự giảm Dưới đây là các quá trình diễn ra trong lò khí hóa:
nhiệt trị của nhiên liệu sử dụng. So với việc ứng dụng
khí tổng hợp trên tuabin khí, việc sử dụng syngas Quá trình sấy: Biomass thô được làm khô dưới tác
trong động cơ đốt trong phù hợp hơn do yêu cầu về động của nhiệt từ quá trình đốt cháy. Tầng nhiệt phân
mức độ tạp chất trong nhiên liệu khí tổng hợp ít (Pyrolysis) đặt dưới tầng làm khô. Phương trình
nghiêm ngặt hơn. Trong số các loại tạp chất, hắc ín tổng quát:
chứa trong khí tổng hợp là trở ngại lớn nhất đối với C H O . nH O → C H O + nH O
động cơ. Đối với động cơ đốt trong cỡ nhỏ, một giải x y z 2 x y z 2
pháp để có thể hạn chế các vấn đề do hắc ín sinh ra Quá trình nhiệt phân: Biomass được oxy hóa ở
trong nhiên liệu gây ra là việc sử dụng bộ khí hóa tầng nhiệt độ cao tạo thành than và các khí CO, H 2, CO2,
cố định kết hợp điều chỉnh nhiệt độ cháy cao và độ ẩm H2O và tạp chất. Tầng nhiệt phân đặt giữa tầng làm
thấp [3-4]. Phù hợp với mô hình dùng để mô phỏng khô và tầng đốt cháy (Combustion).
sản xuất syngas [5].
+
Syngas là khí tổng hợp bao gồm các chất có giá trị C H O z + → C CO H 2
y
x
sinh nhiệt như H2, CO, CH4, ngoài ra còn có các tạp + CO + Taïp chaát
+ H O
chất chính như N2, CO2, H2O và các chất vi lượng như 2 2
NH3, H2S, HCl, asen, thủy ngân, HCN (xyanua) và Sản phẩm chủ yếu là than (Carbon) cùng hệ thống
kim loại nặng. Thông thường thành phần syngas có khí, hơi nước (CO + H2 + CO2 + H2O) và những tạp
chứa các khí trơ đến khoảng 50%. chất khác như H2S sau quá trình nhiệt phân thành phần.
Khi chất oxy hóa được sử dụng là oxygen hoặc Quá trình đốt cháy: Hỗn hợp khí và than từ quá
hơi nước thì nhiệt trị trung bình của syngas khoảng 10- trình nhiệt phân được đốt cháy với oxy từ không khí,
3
28 MJ/Nm . Trong khi đó syngas sẽ có nhiệt trị tạo ra CO2, H2O và khí tạp chất N2 (được làm sạch
khoảng 4-7 MJ/Nm [6] nếu sử dụng chất oxy hóa là sau đó).
3
không khí. Thành phần thể tích của syngas khi chất C + CO + H2 + CO2 + H2O → CO2 + H2O
oxy hóa được sử dụng là không khí thường là 18-20% Phần không cháy hết (C) sẽ được đưa đến tầng
CO, 18-20% H2, 11-13% CO2, 2% CH4, một lượng nén phía dưới. Quá trình sinh khí: CO2 và H2O từ quá
H2O và phần còn lại là N2 [7]. Thành phần N2 trong
ISBN: 978-604-80-9779-0