- Công nghệ và thiết bị khí hoá. - Công nghệ khí hoá và thiết bị khí hoá tầng cố định. - Công nghệ khí hoá tầng sôi và thiết bị khí hoá tầng sôi. - Lựa chọn loại thiết bị khí hoá. - Các phản ứng hoá học chính xảy ra trong quá trình khí hoá. - s-1 Keqi Hằng số cân bằng của phản ứng thứ i. - s-1 Ei Năng lượng hoạt hoá của phản ứng thứ i. - J/mol.K T Nhiệt độ của vùng phản ứng. - s τ Thời gian phản ứng (thời gian lưu). - m z Chiều cao đoạn chia thiết bị. - m3 VRb Thể tích khối phản ứng của pha bong bóng. - m3 VRe Thể tích khối phản ứng của vùng chuyển động tự do. - m3 VRf Thể tích khối phản ứng của pha nhũ tương. - u0 Vận tốc khí đi vào thiết bị. - m/s kaj Hằng số tốc độ phản ứng của phản ứng thứ j. - W/mK Kpj Hằng số cân bằng của phản ứng thứ j. - jr Tốc độ phản ứng hoá học. - mol/m3s rj Tốc độ phản ứng hoá học. - W/m2K ΔHRj Enthanpy của phản ứng hoá học thứ j. - kg/s Hdemand Nhiệt lượng cần thiết cho thiết bị khí hoá. - J/s Qchar Lượng than thiêu kết không phản ứng hết. - mol Hr Chiều cao thiết bị đốt. - m3/s Ar Tiết diện cắt ngang của thiết bị đốt. - m2 Dr Đường kính của thiết bị đốt. - M Tr Nhiệt độ làm việc của thiết bị đốt. - Yếu tố va chạm và năng lượng hoạt hoá của các phản ứng nhiệt phân. - Enthanpy của các phản ứng khí hoá. - Kết quả tính toán thiết bị khí hoá. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu bong bóng. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu chảy rối. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn hạt rắn trơ 29 Hình 1.9. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá dòng cuốn theo. - Quá trình khí hoá trong vùng tầng sôi. - Sự thay đổi thành phần các cấu tử trong toàn bộ thiết bị theo chiều cao. - Công nghệ và thiết bị khí hoá Phương pháp phân loại công nghệ khí hóa dựa vào nguyên tắc hoạt động của thiết bị. - Khí hoá tầng sôi. - Công nghệ khí hoá và thiết bị khí hoá tầng cố định a. - Vùng khí hoá. - Công nghệ và thiết bị khí hóa tầng cố định ngược chiều Nguyên tắc hoạt động của các lò khí hoá tầng cố định ngược chiều (Xem Hình 1.3). - Khí tổng hợp được lấy ra ở dưới đáy thiết bị. - Sự phân chia các vùng trong thiết bị khí hoá tầng sôi không rõ ràng như các thiết bị khí hoá tầng cố định. - Khí hoá tầng sôi bong bóng. - Khí hoá tầng sôi tuần hoàn. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị xem Hình 1.5. - Khí hoá tầng sôi kiểu bong bóng có tốc độ khí thấp nhất trong các loại thiết bị khí hoá tầng sôi. - Do đó loại thiết bị khí hoá kiểu này rất phù hợp để khí hoá các loại nhiên liệu có khối lượng riêng và kích thước hạt nhỏ. - Nhờ hiện tượng tầng sôi mà quá trình tiếp xúc pha lớn, nhiệt độ đồng nhất hơn các loại thiết bị khí hoá tầng 26 cố định. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu bong bóng b. - Do hiện tượng sôi mãnh liệt hơn nên thiết bị khí hoá loại này có hiệu suất cao hơn các thiết bị khí hoá tầng sôi bong bóng. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu chảy rối c. - Khí hóa tầng sôi tuần hoàn Hai loại thiết bị khí hoá tầng sôi bong bóng và chảy rối có hiệu suất cao, quá trình phản ứng tốt. - Do đó loại thiết bị này thường là thiết bị khí hoá tầng sôi chảy rối có ống tuần hoàn. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn d. - Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này là nhiên liệu đưa vào một thiết bị khí hoá tầng sôi. - Phần nhiên liệu không phản ứng hết được đưa sang thiết bị đốt để đốt 29 hoàn toàn, lấy nhiệt cung cấp cho thiết bị khí hoá thông qua một loại hạt rắn. - Không như các loại thiết bị khí hoá tầng cố định, thiết bị khí hoá tầng sôi có thể làm việc liên tục. - Do đó, mô hình động học được lựa chọn làm cơ sở xây dựng mô hình tính toán cho thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn. - Từ các thành phần sau quá trình nhiệt phân, ta có các phản ứng hoá học chính xảy ra trong quá trình khí hoá. - Mô hình tính toán Hệ thống khí hoá tầng sôi gồm có một thiết bị khí hoá tầng sôi và một thiết bị đốt dạng dòng cuốn theo. - Thiết bị khí hoá tính toán chính xác 34 theo mô hình động học. - Vùng tầng sôi là vùng phản ứng chính của thiết bị. - Coi quá trình nhiệt phân và các phản ứng hoá học xảy ra hoàn toàn. - Đối với thiết bị khí hoá tầng sôi, lượng hắc ín sinh ra là rất ít nên có thể bỏ qua sự có mặt của hắc ín trong các phản ứng hoá học của các vùng tiếp theo. - Thiết bị có dạng hình trụ, tiết diện cắt ngang thiết bị không đổi theo chiều cao của vùng tầng sôi. - Cân bằng vật chất vùng tầng sôi Xét một đoạn thiết bị có tiết diện ngang là Ab, chiều cao dz. - Quá trình phản ứng diễn ra ổn định, do đóib0t. - Quá trình phản ứng diễn ra ổn định, do đóie0t. - Các phản ứng diễn ra trong vùng này nhận nhiệt lượng cung cấp từ vùng tầng sôi. - Áp suất trong thiết bị không đổi tại mọi điểm. - Với các giả thiết trên, ta coi vùng này là một thiết bị phản ứng đẩy đoạn nhiệt để tính toán. - Quá trình phản ứng diễn ra ổn định, do đóif0t. - Giải đồng thời các phương trình này, ta thu được kết quả là sựu biến đổi số mol của các cấu tử và nhiệt độ của các pha trong vùng chuyển động tự do theo chiều cao của thiết bị. - Theo Wang và Kinoshita [20], tốc độ phản ứng của các phản ứng được tính như sau. - (2.84) Ở đây, Pn được tính theo áp suất làm việc của thiết bị và số mol của các cấu tử chất khí: 6nii21PnP. - (2.107) Khối lượng riêng đổ đống của nhiên liệu trong thiết bị được tính bằng [9. - (2.109) Enthanpy của các phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn (T0 = 298,15 K) được cho trong Bảng 2.7 [10]. - Enthanpy của các phản ứng khí hoá Phản ứng ΔHRj(T0) [kJ/mol g. - Khối lượng riêng của hỗn hợp các cấu tử Trong thiết bị khí hoá có sự xuất hiện đồng thời của nhiều chất khí và chất rắn. - Hằng số tốc độ của các phản ứng được tính theo công thức 2.1 với các số liệu trong Bảng 2.1. - Để tính toán cho vùng chuyển động tự do, ta cũng chia vùng này thành các đoạn nhỏ dọc theo chiều cao thiết bị. - Tộc độ dòng khí cũng tăng lên theo chiều cao thiết bị nên mỗi đoạn nhỏ ta cũng coi như một thiết bị phản ứng để tính toán. - Các thông số công nghệ cơ bản của công nghệ khí hóa Loại nhiên liệu Vỏ trấu Năng suất theo nhiên liệu [kg/h] 500 Tỷ lệ hơi nước/nhiên liệu 0,35 Tỷ lệ cát tuần hoàn/nhiên liệu 45 Áp suất làm việc [atm] 1,00 Nhiệt độ của pha rắn sau khi nhiệt phân [K] 1094 Nhiệt độ của pha khí sau khi nhiệt phân [K] 1089 Đường kính vùng tầng sôi [m] 1,00 Chiều cao vùng tầng sôi [m] 2,00 Đường kính vùng chuyển động tự do [m] 1,40 Chiều cao vùng chuyển động tự do [m] 2,00 Độ cầu của hạt rắn 0,81 Đường kính hạt than thiêu kết sinh ra [m Khối lượng riêng của than thiêu kết [kg/m3] 1478 Đường kính hạt cát [m Khối lượng riêng của cát [kg/m3] 2600 Hệ số hiệu chỉnh tốc độ biến đổi chất của các cấu tử 80 Số khoảng chia của vùng tầng sôi theo chiều cao 2000 Chiều cao mỗi khoảng chia [mm] 1 Số khoảng chia của vùng chuyển động tự do theo chiều cao 2000 Chiều cao mỗi khoảng chia [mm] 1 Số khoảng chia phụ trong mỗi khoảng chia (cho cả hai vùng) 100 Chiều cao mỗi khoảng chia phụ [mm] 0,01 Mô hình để tính toán thiết bị khí hoá tầng sôi đã được giới thiệu ở chương 2 của luận văn. - Chương trình con “ReactionKinetics” dùng để tính toán tốc độ phản ứng của các phản ứng khí hoá và tốc độ biến đổi chất của các cấu tử. - Chương trình con “RiserModel” dùng để tính toán cho thiết bị đốt. - Các thông số khác được tính toán và lấy từ thiết bị khí hoá. - Thông số vào của chương trình được tự động lấy từ các thông số sau khi tính toán thiết bị khí hoá. - Chương trình con “InsulationModel” dùng tính toán bảo ôn cho thiết bị khí hoá và thiết bị đốt. - Các thông số khác được tính toán và lấy từ kết quả tính các thiết bị tương ứng. - Chương trình con “CycloneModel” tính chọn Cyclone cho thiết bị khí hoá và thiết bị đốt. - Chương trình con “ScrewModel” tính chọn vít tải nạp liệu cho thiết bị khí hoá và thiết bị đốt. - Chương trình con “Enthanpy” dùng tính toán Enthanpy của các phản ứng hoá học ở các nhiệt độ khác nhau, từ 0 đến 15000C. - Hơi nước tham gia 86 vào các phản ứng khí hoá nên thành phần giảm dần. - Hình 3.3 biểu diễn sự thay đổi thành phần của các cấu tử trong pha nhũ tương theo chiều cao thiết bị. - Theo [11], tốc độ phản ứng của phản ứng C + CO2. - Sự thay đổi thành phần các cấu tử trong toàn bộ thiết bị theo chiều cao Quan sát đồ thị Hình 3.8 ta thấy quá trình phản ứng xảy ra mãnh liệt ở vùng tầng sôi. - Tuy nhiên, đối với thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn hạt rắn trơ thì điều này đồng nghĩa với việc ta phải cung cấp 91 thêm nhiên liệu cho thiết bị đốt. - Tìm hiểu các phương pháp khí hoá, các loại thiết bị khí hoá và nguyên tắc hoạt động của chúng. - Xây dựng mô hình tính toán và giải mô hình tính toán cho thiết bị khí hoá tầng sôi. - Phát triển mô hình tính toán cho thiết bị khí hoá tầng sôi hoàn thiện hơn
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt