A khí hóa sinh khối là lò phản ứng chuyển đổi vật liệu hữu cơ rắn như dăm gỗ, trấu hoặc chất thải nông nghiệp thành hỗn hợp khí dễ cháy gọi là khí sản xuất (hoặc khí tổng hợp) thông qua quá trình đốt cháy một phần trong môi trường ít oxy. Thay vì đốt cháy hoàn toàn sinh khối, thiết bị khí hóa giới hạn lượng oxy cung cấp ở mức khoảng 20-40% nhu cầu đốt cháy hoàn toàn , khiến vật liệu phân hủy thành carbon monoxide, hydro, metan và các loại khí khác sau đó có thể đốt cháy trong động cơ, tuabin hoặc đầu đốt.
Điều này thực tế quan trọng vì nó cho phép các ngành công nghiệp và cơ sở nông thôn biến chất thải có thể bị xử lý, chẳng hạn như tàn dư cây trồng hoặc chất thải gỗ, thành nhiệt hoặc điện có thể sử dụng được. Một bộ khí hóa khí thải được thiết kế tốt chạy trên dăm gỗ khô có thể đạt được hiệu suất gas lạnh 70-85% , có nghĩa là phần lớn năng lượng ban đầu của sinh khối sẽ có thể sử dụng được ở dạng khí đầu ra thay vì bị mất đi dưới dạng nhiệt trong quá trình chuyển đổi.
Bên trong thiết bị khí hóa, sinh khối di chuyển qua bốn vùng nhiệt hóa riêng biệt khi nó đi xuống hoặc đi qua lò phản ứng. Hiểu được các giai đoạn này giải thích tại sao độ ẩm nguyên liệu và kích thước hạt lại quan trọng đến hiệu suất tổng thể.
Ở 100-200°C, độ ẩm bị giữ lại trong sinh khối bay hơi trước khi bắt đầu phân hủy hóa học. Nguyên liệu có độ ẩm trên 25% buộc thiết bị khí hóa phải tiêu tốn một lượng nhiệt chỉ làm khô vật liệu không tương xứng, điều này làm giảm sản lượng khí có thể sử dụng.
Ở nhiệt độ 200-600°C, sinh khối khô bị phân hủy nhiệt mà không cần oxy, giải phóng khí dễ bay hơi và để lại than. Giai đoạn này tạo ra hầu hết các hợp chất hắc ín mà sau này cần được quản lý trong hệ thống làm sạch khí.
Lượng không khí giới hạn được đưa vào đây đốt cháy một phần than và chất bay hơi, tạo ra nhiệt độ 1.000-1.200°C thúc đẩy các phản ứng khử thu nhiệt xảy ra ngay bên dưới.
Ở 700-900°C, carbon dioxide và hơi nước phản ứng với lượng than còn lại để tạo thành carbon monoxide và hydro, hai loại khí mang lại cho người sản xuất khí phần lớn giá trị nhiên liệu.
Máy khí hóa được phân loại chủ yếu theo cách không khí và nhiên liệu di chuyển qua lò phản ứng so với nhau. Mỗi thiết kế đều có sự cân bằng riêng biệt về sản lượng hắc ín, sự phù hợp về quy mô và dung sai nguyên liệu.
| Loại khí hóa | Đầu ra Tar | Quy mô tốt nhất |
|---|---|---|
| Cập nhật | Cao (10-150 g/Nm³) | Nhiệt trực tiếp, công nghiệp lớn |
| Hạ cấp | Thấp (0,1-3 g/Nm³) | Phát điện vừa và nhỏ |
| Dự thảo chéo | Trung bình (1-3 g/Nm³) | Nguyên liệu than quy mô nhỏ |
| Giường tầng sôi | Trung bình (1-15 g/Nm³) | Công nghiệp lớn, nguyên liệu đa dạng |
Để phát điện thông qua động cơ, thiết bị khí hóa hạ lưu là thiết kế được triển khai rộng rãi nhất vì lượng nhựa thải ra thấp giúp giảm tải cho thiết bị làm sạch khí và bảo vệ các bộ phận động cơ khỏi bị bám bẩn.
Không phải tất cả sinh khối đều hoạt động như nhau bên trong bộ khí hóa. Độ ẩm, hàm lượng tro và giá trị nhiệt lượng cùng xác định lượng khí có thể sử dụng được mà một nguyên liệu nhất định sẽ tạo ra.
| Nguyên liệu | Độ ẩm | Giá trị nhiệt lượng |
|---|---|---|
| Dăm gỗ (khô) | 10-20% | 15-18 MJ/kg |
| Trấu | 8-12% | 13-15 MJ/kg |
| Bã mía | 15-25% | 14-16 MJ/kg |
| gáo dừa | 8-15% | 18-20 MJ/kg |
Theo nguyên tắc thực tế, nguyên liệu phải được sấy khô đến nhiệt độ dưới Độ ẩm 20% trước khi đi vào hầu hết các thiết bị khí hóa hướng xuống, vì vật liệu ướt hơn làm giảm nhiệt trị của khí và có thể dập tắt hoàn toàn vùng đốt trong quá trình vận hành.
Khí thoát ra từ thiết bị khí hóa sinh khối là hỗn hợp của các thành phần dễ cháy và trơ. Tỷ lệ chính xác của nó phụ thuộc vào nguyên liệu thô và thiết kế bộ khí hóa, nhưng sản lượng khí thải điển hình nằm trong một phạm vi khá nhất quán.
| thành phần | Chia sẻ điển hình |
|---|---|
| Cacbon monoxit (CO) | 17-22% |
| Hydro (H2) | 15-20% |
| Mêtan (CH4) | 1-3% |
| Cacbon dioxit (CO2) | 10-15% |
| Nitơ (N2) | 45-50% |
Thành phần này mang lại cho khí sản xuất nhiệt trị khoảng 4,5-5,5 MJ/Nm³ , thấp hơn nhiều so với khí tự nhiên nhưng vẫn đủ để chạy động cơ đánh lửa khi được cung cấp ở tỷ lệ không khí-nhiên liệu chính xác, thường yêu cầu động cơ phải giảm công suất từ 20-30% so với sản lượng khí tự nhiên định mức của chúng.
Khí sản xuất từ thiết bị khí hóa sinh khối có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào quy mô và mục tiêu cuối cùng của quá trình lắp đặt.
Trong số này, phát điện phân tán ở phạm vi 100kW-1MW vẫn là cách triển khai thương mại phổ biến nhất, đặc biệt đối với các cơ sở như nhà máy xay lúa hoặc xưởng cưa đã tạo ra chất thải sinh khối tại chỗ dưới dạng sản phẩm phụ.
Khi so sánh các hệ thống hoặc nhà cung cấp bộ lọc khí hóa, một số số liệu cho biết liệu một thiết kế nhất định có hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện vận hành thực tế thay vì chỉ trong cài đặt phòng thí nghiệm lý tưởng hay không.
Phương pháp này đo tỷ lệ phần trăm hàm lượng năng lượng sinh khối có trong khí sản xuất được làm sạch và làm mát. Hệ thống hạ cấp được thiết kế tốt đạt được 70-85% , trong khi các thiết bị cách nhiệt kém hoặc quá khổ có thể giảm xuống dưới 60%.
Được biểu thị bằng kg sinh khối tiêu thụ mỗi giờ trên một mét vuông mặt cắt lò phản ứng, điều này xác định mức độ nhỏ gọn của bộ khí hóa đối với một công suất nhất định, thường dao động từ 100-300 kg/h/m2.
Điều này cho thấy sản lượng có thể giảm bao xa so với công suất tối đa trong khi vẫn duy trì quá trình khí hóa ổn định, với hầu hết các thiết kế giường cố định đều hỗ trợ Tỷ lệ quay vòng 3:1 đến 4:1 trước khi chất lượng khí xuống cấp.
Hầu hết các thiết bị khí hóa hoạt động kém hiệu quả đều bắt nguồn từ một số vấn đề vận hành định kỳ, mỗi vấn đề đều có phương pháp giảm thiểu được thiết lập tốt.
Các cơ sở bỏ qua quy trình làm sạch khí thích hợp báo cáo khoảng thời gian bảo trì động cơ bị thu hẹp so với mức thông thường 4.000-6.000 giờ hoạt động xuống dưới 1.000 giờ , làm cho hệ thống làm sạch trở thành một trong những khoản đầu tư có giá trị cao nhất trong toàn bộ quá trình thiết lập.
Chi phí vốn cho một hệ thống điện khí hóa sinh khối hoàn chỉnh, bao gồm bộ khí hóa, hệ thống làm sạch khí và bộ máy phát điện động cơ, thường dao động từ 800 USD đến 1.500 USD mỗi kW công suất lắp đặt, với các hệ thống nhỏ hơn có chi phí trên mỗi kW cao hơn do chi phí thiết bị cố định.
Chi phí vận hành bị chi phối bởi việc xử lý và chuẩn bị nguyên liệu thay vì bản thân nguyên liệu khi sử dụng sinh khối thải tại chỗ, vì vật liệu có thể được giải phóng một cách hiệu quả trong khi sấy khô, nghiền nhỏ và vận chuyển chiếm phần lớn chi phí liên tục. Đối với cơ sở thay thế thế hệ máy phát điện diesel, thời gian hoàn vốn là 2 đến 4 năm thường được báo cáo khi chi phí dầu diesel vượt quá 0,80 USD/lít và đã có sẵn dòng chất thải sinh khối ổn định.
Việc lựa chọn một hệ thống phù hợp phụ thuộc vào việc kết hợp thiết kế và quy mô của thiết bị khí hóa với nguyên liệu sẵn có và mục đích sử dụng cuối cùng, thay vì chỉ lựa chọn dựa trên công suất.
Các hệ thống được định cỡ và khớp chính xác với các đặc tính của nguyên liệu ngay từ đầu luôn vượt trội so với các hệ thống được chọn dựa trên số công suất, vì hiệu suất của bộ khí hóa nhạy cảm hơn nhiều với chất lượng nhiên liệu so với hầu hết các công nghệ sản xuất nhiệt điện khác.
Các nhà sản xuất thiết bị nhiệt và đốt hiệu suất cao OEM/ODM
