Xem mẫu
- Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU
TỪ BIOMASS
RESEARCH 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 triệu
tấn các chất phế thải(sinh kh ối) như trấu, bã mía, vỏ hạt điều, mùn cưa, rơm... Sử dụng
nguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới
cho 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 lò
hơi, 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 rice
husk, bagasse, cashew shell, wood sawdust, straw… may be amount of many decade m illions
tones. Using Biomass ressonable for heat and electricity will provide new opportunities for
agricultural, improve energy security, and bring environmental and social benefits. This
research introduces a conversion technology biomass into pellets f uel, that are made by
compressing rice husk, sawdust in the presence of heat to produce small blocks that can be
fired, 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 được
khai thác sử dụng hiệu quả. Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng phát triển công
nghệ sản xuất viên nhiên liệu và đã tìm được thị trường thương mại rộng lớn. Sử dụng viên
nhiên liệu từ Biomass vừa tận dụng lượng phế thải từ Nông Nghiệp, giảm chi phí vận chuyển
và lưu trữ, có thể sử dụng làm chất đốt cho nhiều loại lò công suất vừa và nhỏ, vừa cắt giảm
năng 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 sử
dụng năng lượng mới từ biomass trong các hệ thống cháy Bảng 1.2. Sử dụng viên
cũng tốt như các nguồn năng lượng khí, hơi nước,nhiệt nhiên liệu ở một số nước
…khác, mang lại lợi ích môi trường và đảm bảo an ninh trên thế giới
năng lượng cho các quá trình phát triển kinh tế bền vững. NƯỚC Sử dụng(tấn)
2. Nội dung: Canada 690.000
Thụy Điển
2.1. Sử dụng sinh khối và viên nhiên liệu trên thế giới và 1.400.000
ở Việt Nam: Italia 550.000
Phụ phẩm thừa từ Nông nghiệp bao gồm: vỏ trấu Đức 400.000
(100 triệu tấn), mùn cưa(250 triệu tấn), vỏ lạc (4,5 triệu Mỹ 650.000
tấn), vỏ hạt điều, bã mía, gỗ vụn(400 triệu tấn), Đan Mạch 400.000
100
- Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
rơm rạ… (số liệu thế giới năm 1987). Theo thống kê 60% lượng này là ở các nước đang phát
triển 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 thương
mại 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 nhập
Bảng 2.2. Lượng phụ phẩm ở Việt Nam
WTO đã mở rộng thị trường hợp tác
Phụ phẩm Tổng cả nước >11 triệu tấn
đầu tư, mở ra cơ hội thách thức cho
Trấu Tổng 6,8 triệu tấn
tất cả các ngành kinh tế, đặc biệt là
ĐBsông Cửu Long 3,7 triệu tấn
Nông Nghiệp với nhiều mặt hàng
ĐB Bắc Trung Bộ 0,76 triệu tấn
xuất khẩu chủ lực: thóc gạo, gỗ, cà
DH Nam Trung 0,68 triệu tấn
phê… Do đó lượng phế thải sẽ tập
Bộ
trung quy mô lớn và nhu cầu cần xử
Mùn cưa Tổng 5,8 triệu tấn
lý sao cho có hướng tốt nhất để phát
Miền Trung 1,15 triệu tấn
triển tiềm năng sinh khối từ đó
2,5 triệu tấn
Tây Nguyên
mang lại. Lượng phụ phẩm sinh ra ở
Tây Bắc 0,055-0,06triệu tấn
một số vùng do tác giả tính toán ở
0,3 - 0,5 triệu tấn
bảng 2.2. Khoảng 10% phụ phẩm Cà phê Tây Nguyên
này 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 môi
trường, 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 xuất
1KW điện cần 2kg trấu, hoặc sử dụng thay dầu FO tiết kiệm chi phí 3 lần, trong khi đó giá
nhiên 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 ra
1kWh 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 Vỏ hạt Mùn cưa Rơm Than
điều
mía cám
Phát nhiệt tương đương b, 3,78 2,08 4,25 4,04 3,56 6,61
kg/kWh
Hiện nay đơn vị Calofic Cần thơ đặt hàng thiết bị nén viên nhiên liệu từ trấu sản xuất
theo 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 %W
%C %H %O %S %N %A
(kg/m3)
(MJ/kg)
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
101
- Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
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 cao
Nhiên liệu Tiết
88130 kCal/h so với than 17600- 22700 kCal/h.
kiệm
+Sử dụng chất đốt rất thuận lợi, chất lượng đồng nhất, có thể
CO2
đốt ở nhiều loại lò khác nhau từ đốt lấy nhiệt ở lò
Điện 3323 lbs
hộ gia đình đến lò hơi công suất vừa và nhỏ,giá thành nhiên liệu
Dầu 943 lbs
giảm.
Khí Gas 549 lbs
2.3. Đặc điểm công nghệ tạo viên:
Áp suất quá trình nén từ 30- 150 Mpa, áp suất cao sẽ giải Viên NL 8872 lbs
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 thêm
chất phụ gia, tuỳ loại sinh khối sử
dụng làm viên nhiên liệu.Phụ gia có thể là hợp densit
chất hữu cơ rẻ tiền như nước mật, bột…Tuỳ y
thuộc 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 càng
mịn, mật độ càng dày từ 700- 1200 kg/m3.
Đường kính của nguyên vật liệu
- Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
Tạo viên Viên nhiên liệu có Máy tạo viên, tbị quyết định chất
Nén
nhiên liệu đường kính từ 6-8 gầu tải, thùng chứa lượng viên
mm,chiềudài30MPa
thuỷ lực
Nén bằng trục vít 60 – 100 MPa
Nén bằng rulô 206 – 448 MPa
Hình2.Sơ đồ hệ thống sản xuất viên nhiên liệu
103
- Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
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 và
đẩy vật liệu ra ngoài.
+Lực ma sát của xylanh: lực này ngăn dòng vật liệu ra ngoài làm nó kết dính lại thành
viên.
Hình 3. Thiết bị nén tạo viên nhiên liệu
L1=10cm
L2=73cm
1. HT ñoøn baåy H1=3cm
2. Caùnh daãn höôùng H2=8cm
3. Pittoâng D1=8mm
4. Xylanh D2=16mm
5. Loã taïo vieân
Trong quá trình thực nghiệm, ta xác định được cùng lượng mùn cưa, khi lực tác dụng
càng lớn thì mật độ viên càng tăng. Hình 4 biểu diễn mật độ và độ vụn của viên phụ thuộc vào
lực nén tác dụng vào pittông khi cùng một lượng mùn cưa cho một lần nén tạo viên là 2g, độ
ẩm thích hợp cho quá trình nén là 15%.
Mật độ viên phụ thuộc vào lực nén
Độ vụn của viên phụ thuộc
1200
vào lực nén
1000
Mật độ viên(kg/m3)
30
25
Độ vụn (%)
800
20
600
15
400
10
5 200
0
0
00
00
00
00
00
00
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000
Lực nén P (N)
10
20
30
40
50
60
Lực nén P(N)
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 thư ớc như
hình 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 gian
cháy khoảng 5 phút.
104
- Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008
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 quả
cháy cao hơn, sản xuất nhiệt nhiều hơn, là nhiên liệu chá y sạch, không gây bụi bẩn, không
gian lưu trữ nhỏ, dễ sử dụng, có thể đốt ở nhiều loại lò với công suất khác nhau, và do tận
dụng 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. Tuy
nhiên, 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 xuất
viên 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
105
nguon tai.lieu . vn