T ầm quan trọng của năng lượng
Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế của một quốc gia, từ nghiên cứu khoa học kỹ thuật đến triển khai các dự án phát triển và bảo vệ môi trường Việc tiêu thụ năng lượng lớn là cần thiết cho các hoạt động này Thực tế, tiềm năng kinh tế của một đất nước thường được đánh giá qua chỉ số năng lượng Nhiều sản phẩm có chi phí năng lượng chiếm tỷ trọng cao trong giá thành, ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh của nền kinh tế.
Con người luôn tìm kiếm nguồn năng lượng mới để nâng cao sản lượng năng lượng, với than là nhiên liệu chính đầu tiên, thúc đẩy công nghiệp Châu Âu vào cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19 Tiếp theo, dầu lửa trở thành nguồn năng lượng chủ yếu cho động cơ, nhưng trữ lượng của chúng đang cạn kiệt nhanh chóng, trong khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng Dự báo, lượng dầu thế giới chỉ còn đủ sử dụng trong 30 năm tới, và riêng Việt Nam, trữ lượng than đã cạn kiệt Giá dầu quốc tế cũng không ngừng tăng, từ 30 USD/thùng năm 2003 lên 120 USD/thùng năm 2007 Để đối phó với nguy cơ thiếu hụt năng lượng, con người cần tìm kiếm nguồn năng lượng mới và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo Một trong những nguồn năng lượng tiềm năng được quan tâm là phụ phẩm nông nghiệp, như vỏ và thân cây lúa mì, trấu, bã mía, và mùn dừa, không chỉ cung cấp năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
2 Phụ phẩm trong nông nghi và tình hình sệp ử dụng ở nước ta
Việt Nam hiện có nhiều nguồn phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, bã mía, lõi ngô, trấu và củi cành có thể sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên, việc khai thác các nguồn năng lượng này vẫn còn manh mún và lãng phí, thiếu tính công nghiệp, dẫn đến hiệu quả thấp và gây ô nhiễm môi trường.
Bã mía là một loại phụ phẩm có hàm lượng tập trung cao, được sử dụng sau quá trình ép để cung cấp năng lượng cho nồi hơi kéo turbin hơi Với quy mô đầu tư lớn và công nghệ sản xuất đường tiêu tốn nhiều năng lượng, các nhà máy đường đã tận dụng triệt để bã mía nhằm tối ưu hóa hiệu suất sản xuất.
Trấu là một trong những phụ phẩm nông nghiệp quan trọng nhất, với sản lượng đạt 4,5 triệu tấn/năm, tương đương với 1,5 triệu tấn dầu FO Tại Việt Nam, năng suất thóc đạt 22 triệu tấn/năm, trong đó trấu chiếm tỷ lệ 20% Việc tận dụng toàn bộ lượng trấu này sẽ giúp giảm chi phí nhập khẩu nhiên liệu lên đến 15.000 tỷ đồng, khi giá dầu FO hiện nay là 10.000 đồng/kg.
Hiện nay, t ấu chỉ dr ùng làm chất đốt và phân bón, một phần rất nhỏ cho công nghiệp hóa chất để sản xuất fufuron, than hoạt tính [20], silic
Trấu, một phụ phẩm từ quá trình gia công, có khối lượng riêng cao và chi phí vận chuyển lớn, khiến việc sử dụng trấu trong sinh hoạt gia đình trở nên hạn chế Mặc dù việc sử dụng trấu quy mô lớn chưa phát triển, nhưng nó chủ yếu được áp dụng ở các vùng nông thôn có nhu cầu nhiệt lớn như sản xuất đường và gạch, thường sử dụng thiết bị lạc hậu gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, với sự thay đổi trong chính sách quản lý lương thực và tác động của kinh tế thị trường, các nhà máy xay nhỏ và vừa với năng suất trên 2 tấn/giờ đang phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu xay xát trong khu vực thâm canh lúa.
Kể từ năm 1989, đã có một số dự án phát triển nhà máy xay khép kín, sử dụng trấu làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong của máy xay, trong khi khí nóng thừa được tận dụng để sấy lúa Tuy nhiên, do chi phí đầu tư quá cao và công nghệ nâng cao chất lượng khí chưa phát triển, các dự án này đã không được triển khai.
Vào tháng 11 năm 1999, tại Long, nhà máy điện liên doanh với Úc đã chính thức khánh thành, sử dụng trấu làm nhiên liệu để vận hành nồi hơi kéo turbin hơi Nhà máy có năng suất tiêu thụ trấu đạt 75kg/h, với tổng giá đầu tư lên tới 80.000 USD và 2 tỷ đồng Việt Nam.
Với mức giá hiện tại, chúng ta không đủ khả năng đầu tư vào thiết bị để tiêu thụ hết lượng trấu Hơn nữa, khi tính toán khấu hao thiết bị, giá thành năng lượng trở nên không còn hợp lý Do đó, việc sử dụng nguyên liệu giá rẻ là cần thiết, nhưng giá thành sản phẩm nhiên liệu cũng phải được giữ ở mức thấp.
Về mặt sử dụng nhiên liệu, nhiên liệu khí và lỏng có giá tr sị ử dụng cao hơn nhiên liệu rắn vì các nguyên nhân sau:
Khả năng vận chuyển bằng đường ống trên khoảng cách xa
Dễ đốt, dễ điều khiển quá trình, không lãng phí nhiên liệu khi khởi động và khi dừng.
Sử dụng được cho động cơ sinh công
Không có chất thải rắn.
Hạn chế độc tố, ít tác động tới môi trường.
Như vậy, quá trình khí hóa nhiên liệu rắn là công đoạn ần thiết để sử c dụng hiệu quả l ạo i nhiên liệu này
Từ những yêu cầu sử dụng năng lượng, điều kiện an tòan của môi trường, ục đích của luận án n m ày là:
Lựa chọn và cải tiến để có được mẫu thiết bị khí hóa đơn giản, dễ vận hành, phù hợp với đặc điểm riêng của trấu.
Xây dựng cơ sở khoa học cho việc thiết kế thiết bị khí hóa quy mô công nghiệp là mục tiêu chính của luận án này Nội dung luận án sẽ tập trung vào việc giải quyết các vấn đề liên quan đến tính toán và tối ưu hóa quy trình khí hóa, nhằm nâng cao hiệu quả và tính bền vững của thiết bị.
Khí hóa nhiên liệu rắn là một quá trình quan trọng trong công nghệ năng lượng, giúp chuyển đổi nhiên liệu rắn thành khí với chất lượng cao Việc nghiên cứu lý thuyết khí hóa và các quy trình công nghệ liên quan là cần thiết để lựa chọn thiết bị khí hóa đơn giản, dễ vận hành và hoạt động ở chế độ nhiệt độ không cao Điều này không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm khí đạt yêu cầu.
Nghiên cứu các đặc trưng chuyển động và phản ứng hóa học trong quá trình khí hóa trấu là rất quan trọng Việc xác định hướng xảy ra của quá trình khí hóa giúp tối ưu hóa hiệu suất và ứng dụng của sản phẩm thu được.
Để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt trị của khí thành phẩm, cần thiết lập một mô hình thống kê mô tả mối quan hệ giữa những yếu tố này Việc phân tích và hiểu rõ các yếu tố sẽ giúp tối ưu hóa nhiệt trị của khí thành phẩm, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
Để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số chuyển khối, cần thiết lập một mô hình vật lý mô tả mối quan hệ giữa hệ số chuyển khối, chuyển động chất lỏng và các yếu tố tác động Mô hình này sẽ giúp hiểu rõ hơn về cách thức các yếu tố này tương tác và ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển khối trong các hệ thống.
Xây dựng một hệ thống thiết bị thí nghiệm với các dụng cụ chỉ thị và điều chỉnh nhằm kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng và chênh lệch nhiệt độ trước và sau khi cháy của khí sản phẩm.
6) Tiến hành thực nghiệm quá trình khí hóa trấu trong thiết bị với các biến đổi của yếu tố ảnh hưởng.