Tài liệu TÁI SỬ DỤNG CHẤT THẢI SINH KHỐI CHO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP ĐỂ THU HỒI NĂNG LƯỢNG pdf

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 lị hơi cơng 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 lị
hơi cơng 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 DotcomMalaysia 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 lị hơi và những thơng 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 Kơng ----------------------------------------------------------------- 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. Cơng 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. Lị tầng sơi --------------------------------------------------------------------------------------- 20
3.2.4. Lị 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 tồn năng lượng lị hơi --------------------------------------------------------------------- 21
4.2.1. Nhiệt lượng hao phí trong lị hơi-------------------------------------------------------- 21
4.2.2 Các phương pháp bảo tồn năng lượng trong lị hơi---------------------------- 23
4.2.3. Kiểm tốn 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 lị 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 tốn hiệu quả kinh tế-------------------------------------------------- 36
6.6.1. Tính tốn 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 tốn hiệu quả kinh tế--------------------------- 37
6.8. Ví dụ về tính tốn ----------------------------------------------------------------------------------- 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)

.
2)

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 lị hơi cơng nghiệp thơng qua hội thảo khu
vực, các chương trình đào tạo và chương trình học qua mạng.
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, Cơng hồ 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 Sơng Mê Kơng dựa vào lị hơi cơng 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 ngun

nhân chính gây ơ 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 lị hơi cơng 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 sơng Mê Kơng, qua đó thấy:
Đất trồng trọt ở Cộng hồ 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 cơng bố chính thức)
của Thái Lan là cao nhất, tiếp sau là Việt Nam. Tỷ phần giữa nông nghiệp và cơng nghiệp cao
nhất là Cộng hồ 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 Kơng
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 lị hơi cơng 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 Kơng
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 hồ Dân chủ Nhân dân Lào).
60,

000

M yanm ar

50,
000

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 Kơng 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

5,000

Thailand
Philippines
Indonesia

India

Sri Lanka

0
0

20

Nepal

Vietnam

BangladeshPakistan

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 gơc 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)

Nhiên liệu sinh
học, sợi, hố
chất và nhiệt

Phần chất thực vật
Sinh khốiPhần chất động vật
Nguồn hố 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
Nguồn từ mùa màng
Sinh khối chưa sử
dụng
Chất thải sinh khối

Dạng
Thức ăn nuôi động vật và cây tinh bột
Rơm, vỏ trấu, gỗ vụn và chất thải từ gỗ
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
Tổng đầu tư (triệu US$)
Quy mô nhà máy (kw)
Tỉ lệ hoạt động hàng
năm (%)
Công suất điện phát
hàng năm (M kw/h)
Đơn vị đầu tư (US$/kw)

Mặt trời
1,830
1,000,000
12

Gió
12,700
10,000,000
20

Sinh khối
6,300
10,000,000
70

1,100

17,500

61,300

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 hố 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 cơng 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.
Tạo nhiệt, phát điện

Đốt trực tiếp

(Nhiên liệu) khí

khí hố
Cracking nhiệt
Chuyển đổi
nhiệt hố học

Hố lỏng trực tiếp

Sinh khối

Khí nhân tạo

Khí nhân tạo

Khí hố nhiệt
độ thấp
Khả năng phân huỷ
kỵ khí

Chuyển đổi nhiệt
sinh hố

Khí H2, CH4
Khí CH4

Nhiệt phân kỵ khí

Cồn Ethanol

Lên men
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%

Năng suất nhiệt (Mj/kg)

Tro 20%
Gỗ tươi

10

Sấy khô

Sinh khối ướt
(Rác thải thô và cặn)

5
Câ
y
Tro 100%
0

-5

20

40
60

Hàm lượng nước (%)

80

100

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 khơ cịn khoảng 30% và đến mức tối đa lượng nước còn
khoảng 20%
Nguyên liệu cấp

Dạng năng lượng

Hàm lượng
nước dưới 50%

Hơi

Khơ
Sinh khối khơ

Nước nóng

Điện
Sinh khối

Sinh khối đã
được xử lý sơ
bộ

Nhiên liệu khí/lỏng

Q trình

Lị hơi sinh khối
Nhiên liệu (khí)
Tubin phát điện
Khí
hố lỏng gián tiếp

Lên men cồn Etanol
Hóa lỏng trực tiếp
Uớt

Nhiên liệu khí/lỏng

Khí hóa nhiệt độ thấp
Lên men methan

Hàm lượng nước
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 lị 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 lị hơi và tua

bin. Để vận chuyển sinh khối đến một địa điểm xa thì nhiên liệu khí/hố 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 khơ phải bắt buộc xử lý
trước cho đến khi đạt được mức khơ cần thiết. Nói chung, khi vật liệu sinh khối có hàm lương
nước trên 70% thì khơng nên sử dụng vì hiệu quả sinh nhiệt q thấp đối với ẩn nhiệt nước.
Hiện nay phổ biến là q trình lên men ethanol và khí mê tan. Cơng nghệ cho q trình có áp
suất cao, khí hố 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 mơi trường hơn .

10


Rơm
Trấu

C
H
O
N
S
Tro

Phân bị
Rác thải thơ

Bã mía
Vỏ
thơng

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 hố thạch

Trấu
Chất thải
từ ngơ
Chất thải

từ cọ
Chất thải
từ gỗ

Bã mía

0

500

1,000 1,500 2,000 2,500
Giá trị nhiệt (kcal/kg)

3,000

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

3,500


PET
Polyethylene
Polypropylene
Polystylene
PVC

City Gas
LPG
Khí tự nhiên
Dầu

hoả

Dầu thơ
Than cốc
Than chì
ì
Than

Nhựa dẻo
Nhiênliệu hóa thạch

0

2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
Giá trị nhiệt (kcal/kg), City Gas, LPG, Khí tự nhiên (kcal/Nm3)

14,000

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%). Ngồi 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
lượng %
Lignin
Xenlulo
Hemi –Xenlulo
Dầu, Nitơ, vô
cơ

Cây lá
kim
30

Cây tán
lá rộng
25

35

40
25

Cấu thành
Kết cấu (cứng)
Khó phân huỷ
Vật chất (Mềm)

Dễ phân huỷ

10

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 khơng 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
Phản ứng toả nhiệt nhanh

400

Đốt cháy
Phản ứng tỏa nhiệt nhanh
Tăng giải phóng khí
Đốt cháy bề mặt gỗ

300

Phân nhiệt
Thải khí
Làm mềm Xenlulơ

200

Phân hủy Hemi Xenlulơ
Chuyển sợi của Lignin và hemi-Xenlulơ
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 ngơ/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 q 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 phân loại
chất dễ cháy

Máy lọc
bằng gió

Chất dễ cháy

Máy ép

RDF
Hình2.13. Qúa trình tạo RDF
Chú ý: Chi phí sản xuất gỗ khúc, cơng 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: Lị hơi sinh khối
Lị hơi là cơng cụ để đốt nhiên liệu, đun nước hoặc tạo ra hơi nước. Ba điều kiện của q trình
đốt cháy là khơng 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 q 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 cơng nghiệp nhỏ/dân cư và thương mại

Không giới hạn áp suất và công suất

Ống nước

Phát điện: Áp suất >126kg/cm2 G
Ngành công nghiệp lớn/Thiết bị điện cơng cộng
Nước

Bảng 3.1. Ống nước và ống lửa

Lị 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 lị 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 trịn. Hình 3.2: Lị hơi ống hình thẳng và cong tròn .

Ống thẳng

Ống cong tròn

Ổng Bễ

Thùng hơi
Két nước
Vòi đốt

Bộ phận làm nóng siêu tốc
Bộ
phận
bốc
hơi
nước

Khí Thải

Ống nước

Két nước

Bộ phận
đánh lửa

Vịi đốt

Thùng
chứa nước

Cửa thốt hơi

Hình 3.2. Lị 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 lị hơi cơng suất nhỏ.
Bảng 3.2 Xu hướng chuyển đổi từ lò hơi ống thẳng sang lò hơi ống cong tròn

Ống thẳng
Ưu điểm
Nhược điểm

Ống cong tròn Cơng nghệ hỗ trợ
Ống
Thùng hình ống

Dễ dàng vệ sinh, kiểm tra
Dễ dàng thay thế các ống
Không linh hoạt trong việc tăng nhiệt độ lị
Lắp đặt phức tạp, khó khăn
Lắp đặt ống nước vào thành lị theo vị trí xiên
Khơng thích hợp với áp suất cao.

Xử lý nước trước khi đưa vào
Vệ sinh bằng hoá chất
Giàn ống làm mát bằng nước
Thùng ống đơn/ Thùng ống đôi

17


3.1.4. Bảng tóm tắt phân loại lị hơi
Dựa vào cách thức phân loại ở trên, bảng 3.3 chỉ rõ các đặc tính của mỗi loại lị hơi. Lị 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
Lò hơi ống
lửa

Lò
hơi
ống nước

Lò đặc biệt

Ống ngang
Lị xilanh
Lị hơi lưu
thơng
tự
nhiên

Ống thẳng
Ống cong trịn

Lị hơi nhiên liệu đặc biệt
Lò hơi nhiệt thừa
Khác

Cấu trúc đơn giản
Áp suất thấp
Đường kính ống nhỏ
Hiệu quả cao
Lị hơi hộp (đầu máy)
Dung tích lị hơi <1 MPa,

1-2t/k
Áp suất trung bình- cao
Gần ngưỡng áp suất tới
hạn (22MPa)

Lò hơi loại nhỏ
Hơi nước tạo ra: 10t/h
Áp suất: <1 MPa
Lị hơi cỡ lớn
Ống trong: nước
Ống ngồi: khí đốt
Hơi nước tạo ra:
>10t/h

Than, COM, CWM
Lị hơi tầng sơi
Luyện kim / Xi măng / Sản xuất sắt

COM: hỗn hợp than
dầu
CWM: hỗn hợp than
nước

Bảng 3.4 Phân loại lò hơi theo áp suất
Kiểu lò hơi
Phân loại
Phạm vi áp suất
Nhiệt độ (C)
Thiết kế lị
hơi**

Nhiên liệu*

Áp suất thấp

Hơi nước
Áp suất trung bình

0 – 1.0

1.0 – 24.5

>24.5

Ống lửa

Ống lửa
Ống nước

Ống nước

Khí tự nhiên
Nhiên
liệu
dầu

Áp suất cao

Khí tự nhiên
Nhiên liệu dầu
Than

Chất thải gỗ

Nước nóng
Nước nóng
Nước nóng ở
nhiệt độ cao
<3.8
3.8 – 24.5
<121
121 - 221
Ống lửa
Ống lửa
Ống nước
Ống nước
Khí tự nhiên
Nhiên liệu dầu

Khí tự nhiên
Nhiên liệu dầu

*Một số lị hơi có thể sử dụng hơn một loại nhiên liệu
** Một số lò hơi ống nước chịu được nhiên liệu rắn như than và chất thải gỗ hơn là các lò hơi
ống lửa
3.2. Lò hơi dùng nhiên liệu rắn
Bảng 3.5: Có 4 loại lị hơi sử dụng nhiên liệu rắn bao gồm loại cố định, chuyển động, tầng sôi
và lị quay. Cả 4 loại đều có thể được sử dụng chất thải sinh khối rắn và rác thô.

18

Bảng 3.5. Bốn loại lò hơi dùng nhiên liệu rắn

Lò đốt rác

Loại
Sinh khối
rắn
Rác thơ

Lị cố định

Lị chuyển động

Lị quay

○

○

○

○

○

○

○

○

×

○

○

Tốc độ
đốt cháy nhanh

Tốc độ
đốt cháy chậm

Chất thải
bùn và cặn
Đặc tính

Lị tầng sơi

Kích cỡ lớn
Kích cỡ nhỏ
Đốt cháy đơn giản Gỗ

Mơ 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 lị lửa mà khơng phá hỏng các lớp nhiên liệu. Quá trình đốt cháy này được
duy trì liên tục. Có vài loại lị chuyển động như lị 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
Nạp sinh khối
Thân lò hơi

Thành phần cấu thành
Băng tải nạp
Tự động đổ vào Xi lô
Băng tải cấp
Xi lô điều chỉnh (Nhiên
Nền động
Bộ phận đánh lửa
liệu rắn)
Ống lửa hoặc ống nước Thiết bị đốt lị (Hộp lửa) Xilanh áp suất dầu

Cung
cấp
Quạt cưỡng chế
khơng khí
Thiết bị làm mềm
Xử lý nước
Thùng chứa nước
Khí thải
Bộ phận thu bụi
Hơi
Ống hơi

Tro
Vịi phun cát

Lị khơng khí
Bơm nước

Bơm hố chất

Quạt thơng gió
Van an tồn
Hầm tro

Ống khói

19

Chuyển tro


Nguồn sinh
khơi cấp

Xilơ tự xả

Bơm
hóa chất

Thiết bị
làm mềm

Bơm
cấp

Băng tải cấp

Ống khói
Bộ phận sấy khi

Băng tải nạp

Hơi

Xi lơ
điều chỉnh

Két nước

Van an tồn
Bồn

lắng bụi

Vịi
phun
cát

Bộ phận
đánh lửa

Xi lanh

áp suất
dầu

Quạt thơng gió
Hố tro

Thiết bị đốt lị LP

Băng tải trơ

Quạt cưỡng chế

Xử lý tro
Chuyển tro

Hình 3.3: Cấu hình loại lị chuyển động
3.2.3. Lị tầng sơi
Trong lò này, chất dễ cháy trong cát và chất rắn giống như điều kiện sơi có hơi thổi. Q trình
đốt cháy xảy ra tại nền này.
Ống thốt hơi
lị cao cấp

Buồng hơi

Ống khói

Ống thành lị
Lị cao cấp
Hàng ống
Cấp than

Nền cấp ngun liệu

Khoang nước
Khơng khí
Nền đổ ngun liệu

Hình 3.4. Lị hơi tầng sôi

20


3.2.4. Lò quay
Trong lò quay, nhiên liệu rắn được đưa vào một đầu xilanh chuyển động, lắc mạnh và được đốt
cháy bằng nhiệt trực tiếp hoặc gián tiếp.
Hình 3.5: Hình dạng của lò hơi sử dụng lò quay.
Nồi hơi lò quay rất hiệu quả khi đốt cháy chất thải rắn. Nó có thể được sử dụng với dầu thơ
hoặc rác thải dẻo.
Khí cháy giai đoạn 1:
Nhiên
liệu
rắn

Khí cháy giai đoạn 2

Khí thải

Lò quay
Buồng cháy giái đoạn 2

Bộ

phận đánh lửa

Máy truyền động

Lò đốt

Băng tải
thải tro

Hình.3.5. Nồi hơi lị quay

Chương 4: Hiệu suất năng lượng và kiểm toán năng lượng
4.1. Hiệu suất năng lượng của lò hơi
Hiệu suất năng lượng trong lò hơi được tính theo cơng thức
Hiệu suất năng lượng lị hơi ( )
Giá trị nhiệt lượng ròng cần thiết để sinh ra
hơi nước
= –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Nhiệt lượng đốt cháy của nhiên liệu
Đặc tính hiệu suất năng lượng được thể hiện trong Bảng 4.1
Bảng 4.1. Hiệu suất lị hơi
Hiệu suất lị hơi
Lị hơi thơng thường
65-70%
Ống nước/Ống lửa
>80%
Phát điện + Sấy khô gỗ (*)
90%

4.2. Bảo tồn năng lượng lị hơi
4.2.1. Nhiệt lượng hao phí trong lò hơi
Để đạt được hiệu suất nhiệt cao, nhiệt lượng tổn thất từ lò hơi phải được giảm thiểu tối đa.

21


Hình 4.1: Các loại nhiệt lượng tổn thất từ lị hơi

1
Nhiệt lượng hao phí trong ống khí khơ
Nhiệt lượng hao phí trong ống khí
Lượng nước bốc hơi vào khơng khí

2
Nhiệt lượng chuyển hóa
trong bộ bay hơi

Nhiệt lượng cung
cấp cho nồi hơi

Nhiệt lượng chuyển hóa trong lị cao cấp
Nhiệt lượng chuyển hóa trong bộ phận tiết kiệm

4

6

5

Nhiệt lượng
chuyển hóa
có hiệu quả

Hao tổn khác

Cacbon khơng cháy trong ống khí
Ngun liệu khơng cháy
Bức xạ nhiệt mất đi

3

Hình.4.1. Cân bằng nhiệt lị hơi
Bảng 4.2. Các nhiệt lượng tổn thất từ lị hơi
Tổn thất
Mơ tả
Mất nhiệt trong ống khí khơ Nhận biết tổn thất nhiệt của
ống khí
Mất nhiệt lớn
Mất nhiệt nước trong khơng Tổn thất nhiệt ẩn khi bốc hơi
khí
nước vào khơng khí
Mất nhiệt khi toả nhiệt
Mất nhiệt từ vỏ lị vào khơng
khí
Nhiên liệu cháy khơng hết
vật liệu khơng cháy hết cịn
đọng lại
Carbon cháy khơng hết CO hoặc Carbon
trong ống khí

Mất nhiệt khác
Mất hơi do thổi

1
2
3
4
5
6

6

Nhiệt lượng tổn thất khác
Cacbon khơng cháy trong ống khí

2

5

Hơi nước

Nhiệt lượng hao phí trong ống khí

1

Nhiệt nước hao phí trong ống khí
Ống khí

3
Bức xạ nhiệt tỏa ra

Khơng khí
Nhiên liệu
sinh khối

Nước

4

Ngun liệu khơng cháy

Hình 4.2. Vị trí tổn thất nhiệt trong lò hơi
22


4.2.2 Các phương pháp bảo tồn năng lượng trong lị hơi
Để giảm nhiệt lượng hao phí trong lị hơi, có một số phương pháp hiệu quả được đưa ra trong
bảng 4.3
Bảng 4.3. Các phương pháp bảo toàn năng lượng trong lị hơi
Cơ sở cải tiến

Biện pháp
a

Lắp đặt trước lị sưởi
khơng khí
Lắp đặt bộ phận tiết
kiệm
Tẩy gỉ trên bề mặt bộ
trao đổi nhiệt
(tro/muội)

d

Phơi khô/ sấy khô
bằng hơi

e

Tăng độ dầy của lớp
cách ly

f

Giảm lượng
nước trong
nhiên liệu
Giảm mất nhiệt
qua toả nhiệt
Nhiên liệu cháy
không hết

b

c

Giảm nhiệt độ
trong ống khí

Kiểm sốt tỉ lệ khơng
khí/nhiên liệu/ Lắp

thiết bị phân tích O2

Giảm số lượng
khí khơ
Ngăn ngừa rị rỉ

Thu hồi ống dẫn

Điểm lưu ý
Giảm nhiệt độ xuống quá thấp
sẽ gây ra q trình ăn mịn
nhiệt độ thấp
Phụ thuộc vào lượng khí Sulfur
Bên ngồi:

Thổi muội

Bên trong:

Quản lý chất
lượng nước tẩy
hố chất

Tính đến yếu tố kinh tế
Làm nhỏ nhiên liệu rắn
Điều chỉnh khí cấp

g

Kiểm tra định kỳ

Rị rỉ khí nhiệt trước ống khí
Rị rỉ tăng theo thời gian

h

Bảo dưỡng chăm sóc lị
hơi
Tái sử dụng khí thốt
ra

Ống dẫn ẩn nhiệt cao

23


g
Hơi nước

Chống rị rỉ
Lắp đặt bộ
a phận sấy khí

b

Lắp đặt bộ phận
tiết kiệm
Ống khí

c

Giảm bức xạ
nhiệt hóa fí

d

Bộ tiết kiệm
Tẩy gỉ trên bề mặt bộ truyền nhiệt
Tỉ lệ khí tối ưu

e

Giảm lượng nước
trong nhiên liệu

Bộ phận sấy khí

Khơng khí

Nhiên liệu
sinh khối

Nước

f

h

Kiểm sốt tỉ số khí/nhiên liệu;
Thiết bị phân tích O2

Khơi phục ống dẫn

Hình 4.3. Các biện pháp bảo tồn năng lượng cho lị hơi
(1) Lắp đặt thiết bị làm nóng khí
Hình 4.4. Có vài kiểu thiết bị làm nóng khí bằng khí thải
Việc lựa chọn thiết bị làm nóng khí cần tính đến các yếu tố: Tích tụ bụi, độ chịu nhiệt cao và rị
rỉ khí. Nhiệt độ thốt ra khơng nên ít hơn 130 0 C (độ nhiệt ngưng của nước) nhằm ngăn ngừa
sự ăn mòn kim loại trong đường ống khí thải.

Loại bức xạ

Loại bọc
kim loại

Loại ống trần

Hình.4.4 Các kiểu thiết bị làm nóng khí bằng khí thải

(2) Giảm sự đóng cặn trên bề mặt ống
Để tránh sự đóng cặn trên bề mặt ống khơng thể thiếu cơng tác quản lý chất lượng nước. Bảng
4.4 trình bày chất lượng nước cần thiết theo mức áp suất hơi.
Bảng 4.4. Chất lượng nước lò hơi theo mức áp suất hơi
Áp suất hơi nước

Tổng các chất rắn
đã hòa tan tối đa

Kg/cm2
0-21
-31.5

-42
-52.5
-62
-105
-140
-210

Độ kiềm tối ta

Độ rắn tối đa

PPM
3,500
3,000
2,500
2,000
1,500
1,205
750
150

24

700
600
500
400
300
250
150

100

<20
0
0
0
0
0
0
0