nghiÊn cỨu sẢn xuẤt viÊn nhiÊn liỆu tỪ

5/17/2018 NGHI N C U S N XU T VI N NHI N LI U T - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-san-xuat-vien-nhien-lieu-tu 1/6

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

100

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆUTỪ BIOMASSRESEARCH MANUFACTURE OF PELLET FROM BIOMASS

SVTH: HOÀNG NGUYỄN THU HÀ Lớp 03N2- Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng GVHD: TS NGUYỄN THANH QUÁNG Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Tóm tắt:Việt nam là một nước nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượng lớn đến hàng chục triệutấn các chất phế thải(sinh kh ối) như trấu, bã mía, vỏ hạt điều, mùn cưa, rơm... Sử dụngnguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mớicho Nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng, và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội.Bài nghiên cứu giới thiệu kỹ thuật chuyển sinh khối thành viên nhiên liệu bằng cách nén trấu,

mùn cưa dưới tác dụng nhiệt, viên nhiên liệu được đốt hoặc đồng đốt với than trong các lòhơi, nhà máy điện hoặc sử dụng trực tiếp ở hộ gia đình.

Abstract:

Vietnam is agricultural country and annual release of agricultural waste(Biomass), such as ricehusk, bagasse, cashew shell, wood sawdust, straw… may be amount of many decade m illionstones. Using Biomass ressonable for heat and electricity will provide new opportunities foragricultural, improve energy security, and bring environmental and social benefits. Thisresearch introduces a conversion technology biomass into pellets fuel, that are made bycompressing rice husk, sawdust in the presence of heat to produce small blocks that can befired, co-fired in boilers, power stations or used directly in home heating units.

1. Mở đầu: Sử dụng hiệu quả năng lượng sinh khối đang là vấn đề được quan tâm trên thế giới

nhằm giảm một phần sức ép về sử dụng nhiên liệu. Sinh khối ở nước ta có nhiều dưới dạng phế thải nông nghiệp (trấu, rơm,vỏ lạc ....), phế thải của sản xuất, chế biến gỗ (mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn...). Ngoại trừ mía đường thì các nguồn sinh khối khác ở Việt Nam vẫn chưa đượckhai thác sử dụng hiệu quả. Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng phát triển côngnghệ sản xuất viên nhiên liệu và đã tìm được thị trường thương mại rộng lớn. Sử dụng viênnhiên liệu từ Biomass vừa tận dụng lượng phế thải từ Nông Nghiệp, giảm chi phí vận chuyểnvà lưu trữ, có thể sử dụng làm chất đốt cho nhiều loại lò công suất vừa và nhỏ, vừa cắt giảmnăng lượng hoá thạch, tiết kiệm chi phí sản xuất, nhiệt trị cao, tăng chất lượng quá trình cháy,giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Việc đầu tư nghiên cứu và ứng dụng phát triển

công nghệ sản xuất tạo viên ở nước ta đang mở ra hướng sửdụng năng lượng mới từ biomass trong các hệ thống cháy

cũng tốt như các nguồn năng lượng khí, hơi nước,nhiệt…khác, mang lại lợi ích môi trường và đảm bảo an ninhnăng lượng cho các quá trình phát triển kinh tế bền vững.

2. Nội dung: 2.1. Sử dụng sinh khối và viên nhiên liệu trên thế giới vàở Việt Nam:

Phụ phẩm thừa từ Nông nghiệp bao gồm: vỏ trấu(100 triệu tấn), mùn cưa(250 triệu tấn), vỏ lạc (4,5 triệutấn), vỏ hạt điều, bã mía, gỗ vụn(400 triệu tấn),

Bảng 1.2. Sử dụng viênnhiên liệu ở một số nước

trên thế giới NƯỚC Sử dụng(tấn)

Canada 690.000

Thụy Điển 1.400.000

Italia 550.000

Đức 400.000

Mỹ 650.000

Đan Mạch 400.000




101

rơm rạ… (số liệu thế giới năm 1987). Theo thống kê 60% lượng này là ở các nước đang pháttriển và hầu hết bị thải ra môi trường. Nén tạo viên nhiên liệu là cách biến hàng triệu tấn

biomass này thành năng lượng để sản xuất phục vụ đời sống, sản xuất vừa và nhỏ cho thươngmại và sản xuất điện với quy mô vài trăm MWh, thị trường viên năng lượng ngày càng sôi

động ở nhiều quốc gia trên thế giới. Việt Nam từ khi gia nhậpWTO đã mở rộng thị trường hợp tácđầu tư, mở ra cơ hội thách thức chotất cả các ngành kinh tế, đặc biệt là

Nông Nghiệp với nhiều mặt hàngxuất khẩu chủ lực: thóc gạo, gỗ, cà

phê… Do đó lượng phế thải sẽ tậptrung quy mô lớn và nhu cầu cần xửlý sao cho có hướng tốt nhất để pháttriển tiềm năng sinh khối từ đó

mang lại. Lượng phụ phẩm sinh ra ở một số vùng do tác giả tính toán ở

bảng 2.2. Khoảng 10% phụ phẩmnày được sử dụng làm chất đốt tại chỗ như ở lò gạch, lò nấu nướng hộ gia đình nông thôn, 5%là nhiên liệu công nghiệp (trấu, bã mía) để sản xuất nhiệt cục bộ trong lò hơi, hệ thống sấy,3%làm thức ăn gia súc, làm hương liệu, phân bón cho đất… Hơn 80% còn lại là thải ra môitrường, đổ xuống kênh, sông, hoặc đốt trụi hoàn toàn. Tại ĐBằng SCL việc đốt trấu để lấy

nguyên liệu sản xuất điện được một số tỉnh thành như Cần Thơ, An Giang tính đến vì sản xuất1KW điện cần 2kg trấu, hoặc sử dụng thay dầu FO tiết kiệm chi phí 3 lần, trong khi đó giánhiên liệu trấu, mùn cưa cực rẻ khoảng 100-300 đ/kg so với than đá là 2.400 đ/kg. Công suất

phát nhiệt tương đương của một số nhiên liệu biomass so với than, các giá trị chỉ rõ để sinh ra1kWh nhiệt thì cần bao nhiêu kg nhiên liệu được tính toán ở bảng 3.2. Bảng 3.2 Công suất nhiệt phát ra tương đương

Nhiên liệu Trấu Bã

mía

Vỏ hạtđiều

Mùn cưa Rơm Than

cám

Phát nhiệt tương đương b,kg/kWh

3,78 2,08 4,25 4,04 3,56 6,61

Hiện nay đơn vị Calofic Cần thơ đặt hàng thiết bị nén viên nhiên liệu từ trấu sản xuấttheo công nghệ Nhật Bản đang mở ra thị trường cho viên nhiên liệu.

2.2. Đặc điểm viên nhiên liệu: Nếu tập trung lại trấu, mùn cưa là nguồn năng lượng mới có thể thay thế cho than

(bảng 4): + Lượng nhiệt sinh ra đủ lớn để sử dụng cho mục đích phát nhiệt điện liên tục. + Có thành phần cháy như năng lượng truyền thống. + Có thể xác định các thiết bị kỹ thuật để tận dụng nhiệt của nó.

Bảng 4.2. Thành phần phế phẩm và so sánh than

Thành phầnKL Qtlv

(MJ/kg)

%C %H %O %S %N %A %W (kg/m

3)

Trấu 13,6 37,13 4,12 31,6 0,05 0,36 17,75 9 150

Mùn cưa 14,56 39,6 5,2 34,4 0 0,3 0,48 15 190

Than cám5 13,72 36,7 2,7 11,1 3,2 0,7 28,6 2,34 1000

Bảng 2.2. Lượng phụ phẩm ở Việt Nam

Phụ phẩm Tổng cả nước >11 triệu tấn

Trấu Tổng 6,8 triệu tấn

ĐBsông Cửu Long 3,7 triệu tấn

ĐB Bắc Trung Bộ 0,76 triệu tấn

DH Nam Trung

Bộ

0,68 triệu tấn

Mùn cưa Tổng 5,8 triệu tấn

Miền Trung 1,15 triệu tấn

Tây Nguyên 2,5 triệu tấn Tây Bắc 0,055-0,06triệu tấn

Cà phê Tây Nguyên 0,3 - 0,5 triệu tấn




102

Viên nhiên liệu được tạo từ phụ phẩm là viên hình trụ đưòng kính 6- 8mm, dài không

quá 38mm, độ ẩm cao hơn 2 lần, nhiệt trị thấp hơn 1,2 lần với các đặc điểm sau:

+Khối lượng riêng tăng 5-10 lần, giảm chi phí vận chuyển lưu trữ. +Tăng chất lượng quá trình cháy do độ ẩm thấp.

+Giảm lượng CO2,SO2, giảm hiệu ứng nhà kính (xem bảng 5.2), lượng chất thải trung bình 1,2g so với tiêu chuẩn Mĩ là 7,5g/h. Bảng 5.2:Lượng CO2 tiết kiệm

+Sản xuất nhiệt hơn do nhiệt lượng trong viên nhiên liệu cao88130 kCal/h so với than 17600- 22700 kCal/h.

+Sử dụng chất đốt rất thuận lợi, chất lượng đồng nhất, có thểđốt ở nhiều loại lò khác nhau từ đốt lấy nhiệt ở lòhộ gia đình đến lò hơi công suất vừa và nhỏ,giá thành nhiên liệugiảm.

2.3. Đặc điểm công nghệ tạo viên: Áp suất quá trình nén từ 30- 150 Mpa, áp suất cao sẽ giải

phóng lượng Lignin(chiếm khoảng 15% khối lượng vật liệu) liên kết các thành phần tế bào. Nếu không đạt được áp suất thì có thể thêmchất phụ gia, tuỳ loại sinh khối sử

dụng làm viên nhiên liệu.Phụ gia có thể là hợpchất hữu cơ rẻ tiền như nước mật, bột…Tuỳthuộc thành phần vật liệu, kích thước, độ ẩm,quá trình tạo viên mà áp suất khác nhau.

Hình1. Quan hệ giữa áp suất và mật độ viên

- Áp suất thấp từ 1-5 Mpa

- Áp suất trung bình từ 5-100 Mpa

- Áp suất cao trên 100 Mpa

- Áp suất cao nhất của quá trình nén 450 Mpa

Mật độ viên nhiên liệu bị ảnh hưởng bởi kích thước đầu vào, nguyên vật liệu càngmịn, mật độ càng dày từ 700- 1200 kg/m

3.

Đường kính của nguyên vật liệu <1mm thì quátrình tạo viên tiết kiệm năng lượng đến 3 lần.

Độ ẩm cũng ảnh hưởng đến mật độ vì hơi nước trong vật liệu bay hơi tạo khoảngtrống, giảm mật độ đột ngột dẫn đến tan rã viên, độ ẩm thích hợp là 13 -15% tuỳ loại nhiênliệu.

2.4. Dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu từ Biomass:

Phương pháp sản xuất viên nhiên liệu đã được tiêu chuẩn hoá và xây dựng thành hệthống hoàn chỉnh (hình2.2) và các quá trình và thiết bị chính để tạo viên trong bảng 6.2. Bảng 6.2.Các quá trình và đặc điểm

Quá trình chính Mục đích Sản phẩm Thiết bị Ghi chú

Sấy giảm ẩm,tăng nhiệtđộ vật liệu

Vật liệu có độ ẩm<15%, nhiệt độ>70

0C

Lò hơi, tbị sấythùng quay, xiclon,

quạt, đường ống gió

Lò hơi đốt bằng nhiên liệubiomass

Nghiền giảm kíchthước vật liệu

vật liệu đường kính<1mm,d*r <3*3mm

Thùng nghiền,quạt,đường ống gió,xiclon lọc bụi

giảm nănglượng cho quátrình nén 3 lần

Nhiên liệu TiếtkiệmCO2

Điện 3323 lbs

Dầu 943 lbs

Khí Gas 549 lbs

Viên NL 8872 lbs

densit




103

Nén Tạo viênnhiên liệu

Viên nhiên liệu cóđường kính từ 6-8

mm,chiềudài<38mm

Máy tạo viên, tbịgầu tải, thùng chứaliệu,cấp dầu tựđộng

quyết định chấtlượng viênnhiên liệu

Làm mát Giảmẩm,sản phẩm cuốicùng có chấtlượng tốt

Viên nhiên liệu cóđộ ẩm từ 10- 12 %

thiết bị tháp làmmát, xiclon khử bụi,máy sàng lọc

sản phẩm cóhình thứcđẹp,thời gian lưutrữ dài

**Quá trình nén tạo viên yêu cầu sức ép rất lớn, lực tác dụng cần thắng được lực đànhồi của vật liệu, sau đó dưới tác dụng của sức ép và nhiệt nén tạo viên. Đây là giai đoạn khónhất quyết định chất lượng viên nhiên liệu. Một số phương pháp nén trong bảng 7.2: Bảng 7.2.PP nén viên nhiên liệu:

Áp suất QT Mô tả quá trình

Nén bằng pittông

cơ khí

110 – 140 MPa

Nén bằng pittôngthuỷ lực

>30MPa

Nén bằng trục vít 60 – 100 MPa

Nén bằng rulô 206 – 448 MPa

Hình2.Sơ đồ hệ thống sản xuất viên nhiên liệu




104

2.5. Chế tạo thử nghiệm: Hệ thống cấu tạo như hình 3.2, vật liệu liên tục được đưa qua phễu vào xylanh, pittông

chuyển động lên xuống nhờ cơ cấu đòn bẩy nén vật liệu liên tục trong xylanh, dưới sức ép của pittông, lớp vật liệu nén thành viên và ra ngoài.

Các lực chính trong quá trình tạo viên: +Lực pittông(P2) : lực này do đòn bẩy tác động lên pittông nén vật liệu thành viên vàđẩy vật liệu ra ngoài.

+Lực ma sát của xylanh: lực này ngăn dòng vật liệu ra ngoài làm nó kết dính lại thànhviên.

Hình 3. Thiết bị nén tạo viên nhiên liệu

L1=10cm

L2=73cm

H1=3cm

H2=8cm

D1=8mm

D2=16mm

Trong quá trình thực nghiệm, ta xác định được cùng lượng mùn cưa, khi lực tác dụngcàng lớn thì mật độ viên càng tăng. Hình 4 biểu diễn mật độ và độ vụn của viên phụ thuộc vàolực nén tác dụng vào pittông khi cùng một lượng mùn cưa cho một lần nén tạo viên là 2g, độẩm thích hợp cho quá trình nén là 15%.

Độ vụn của viên phụ thuộc

vào lực nén

0

5

10

15

20

25

30

0

1 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

4 0 0 0

5 0 0 0

6 0 0 0

Lực nén P (N)

Đ ộ v ụ n ( % )

Mật độ viên phụ thuộc vào lực nén

0

200

400

600

800

1000

1200

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Lực nén P(N)

M ậ t đ ộ v i ê n ( k g / m 3 )

Hình4. Độ vụn và mật độ viên phụ thuộc vào lực nén

Sau quá trình nén tạo viên nhiên liệu, sản phẩm tạo ra có hình dáng, kích thước nhưhình 5.2. Sản phẩm bền, khi thả từ độ cao 21cm không vỡ, khi đốt sản phẩm bắt lửa nhanh,cháy hoàn toàn, khi đốt từ 10 viên trở lên sẽ tạo ngọn lửa vàng cháy rất mạnh và cao, thời giancháy khoảng 5 phút.

1. HT ñoøn baåy2. Caùnh daãn höôùng3. Pittoâng

4. Xylanh5. Loã taïo vieân




105

Hình 5.2Viên nhiên liệu từ mùn cưa và quá trình cháy

3. Kết luận:Với tốc độ tăng trưởng kinh tế hơn 8,5% năm 2007, thị trường cung cầu năng lượng ở

Việt Nam đang ngày càng sôi động, viên nhiên liệu từ biomass với những đặc điểm hiệu quảcháy cao hơn, sản xuất nhiệt nhiều hơn, là nhiên liệu cháy sạch, không gây bụi bẩn, khônggian lưu trữ nhỏ, dễ sử dụng, có thể đốt ở nhiều loại lò với công suất khác nhau, và do tậndụng nguồn phế thải từ Nông Nghiệp nên giá thành nhiên liệu rẻ, tiết kiệm chi phí nhiên liệu…có khả năng thay thế cho các nguồn năng lượng hoá thạch trong các quá trình sản xuất. Tuynhiên, ở Việt Nam vẫn chưa có sự đầu tư và phát triển công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ

biomass dạng công nghiệp. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở để xây dựng dây chuyền sản xuấtviên nhiên liệu ứng dụng thực tế, chế tạo máy tạo viên và nắm bắt công nghệ sản xuất mang

lại nhiều lợi ích kinh tế và góp phần lớn bảo vệ môi trường.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trang web về pellet- process của FAO http://www.FAO.Org/Introduction..

[2] Trang web về pelltizing của Đức http:// www.agico.com.cn

[3] Nguyễn Thanh Quang_ “Phát điện phụ phẩm Nông Nghiệp”_ Tạp chí Khoa nhiệt

nghiÊn cỨu sẢn xuẤt viÊn nhiÊn liỆu tỪ

Documents