1

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 lò hơi công nghiệp để thu
hồi năng lượng

Quỹ ASEAN
Tổ chức Năng suất Châu Á
2
Lời nói đầu


3
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 Kông ----------------------------------------------------------------- 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


3.2.1. Loại cố định-------------------------------------------------------------------------------------- 19

3.2.2. Loại chuyển động ----------------------------------------------------------------------------- 19

3.2.3. Lò tầng sôi --------------------------------------------------------------------------------------- 20

3.2.4. Lò 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 toàn năng lượng lò hơi --------------------------------------------------------------------- 21

4.2.1. Nhiệt lượng hao phí trong lò hơi-------------------------------------------------------- 21

4.2.2 Các phương pháp bảo toàn năng lượng trong lò hơi---------------------------- 23

4.2.3. Kiểm toán 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


6.8. Ví dụ về tính toán ----------------------------------------------------------------------------------- 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
5
Chương 1: Giới thiệu dự án

1.1. Mục tiêu dự án:

1) 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 lò hơi công nghiệp thông qua hội thảo khu
vực, các chương trình đào tạo và chương trình học qua mạng.
.

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 lò hơi công 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.
6
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 sông Mê Kông, qua đó thấy:
Đất trồng trọt ở Cộng hoà 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 công bố chính thức)
của Thái Lan là cao nhất, tiếp sau là Việt Nam. Tỷ phần giữa nông nghiệp và công nghiệp cao
nhất là Cộng hoà 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 Kông
Cambodia Lao PDR Myanmar Thailand Vietnam
Diện tích đất đai
(km2)
181,040 236,800 676,578 514,000 329,560
Đất trồng trọt (%)
*


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
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001

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. Hình 2.3. Tỉ lệ năng lượng tái tạo chất đốt/ chất thải và GNP theo đầu người trong
các quốc gia Châu Á
3

0 20406080100
Tỷ số (%):
Tái tạo chất đốt và chất thải
Tổng PES
GNP (US$/Capita.)
Vietnam
Thailand
Bangladesh
Taiwan

Hong Kong
India
Indonesia
Iran
Malaysia
Nepal
Pakistan
Philippines
Singapore

Sri Lanka

8
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 gôc 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,

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 khác
4

Năng lượng phát Mặt trời Gió Sinh khối
Tổng đầu tư (triệu US$) 1,830 12,700 6,300
Quy mô nhà máy (kw) 1,000,000 10,000,000 10,000,000
Tỉ lệ hoạt động hàng
năm (%)
12 20 70
Công suất điện phát
hàng năm (M kw/h)
1,100 17,500 61,300
Đơn vị đầu tư (US$/kw) 1.66 0.72 0.10

Factbook HP, Wikipedia, the free encyclopedia HP
4
“21 Century by Biomass Energy”, Sakai Masayasu
Sinh khối-

Phần chất thực vật

Phần chất động vật

Nhiên liệu sinh
học, sợi, hoá


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%) Hình2.6. Hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối
Sinh khối
Đốt trực tiếp
Chuyển đổi
nhiệt hoá học
Chuyển đổi nhiệt
sinh hoá
Phương pháp khác

Gỗ tươi
Câ
y
Sấy khô
Hàm lượng nước (%)
-5
0
5
10

15

20

20 40 60 80 100
Năng suất nhiệt (Mj/kg)

10
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 khô còn khoảng 30% và đến mức tối đa lượng nước còn
khoảng 20%

Khí
hoá lỏng gián tiếp
Lên men cồn Etanol
Hóa lỏng trực tiếp
Khí hóa nhiệt độ thấp
Sinh khối khô
Nguyên liệu cấp
Dạng năng lượng
Hàm lượng
nước dưới 50%
Hàm lượng nước
trên 75%
Lên men methan
Nhiên liệu (khí)
Tubin phát điện
Quá trình
Hơi
Nước nóng
Lò hơi sinh khối
Nhiên liệu khí/lỏng

11
D. A. Tillman: Wood as an Energy Resource, p. 73, Academic Press (1978)
0
20 40 60 80 100
Bụi than
Than Wyoming
Gỗ
Vỏ
thông
Bã mía
Rác thải thô
Phân bò
Trấu
Rơm
C
H
O
N
S
Tro
0
500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500
Bã mía
Chất thải
từ gỗ
Chất thải
từ cọ
Chất thải
từ ngô
Trấu
Giá trị nhiệt (kcal/kg)

Lignin 30 25 Kết cấu (cứng)
Khó phân huỷ
Xenlulo 35 40 Vật chất (Mềm)
Hemi –Xenlulo 25 Dễ phân huỷ
Dầu, Nitơ, vô
cơ
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 không 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

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000
Than
Than ch
ì
ì
Than cốc
Dầu thô
Dầu hoả
Khí tự nhiên
LPG
City Gas

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 ngô/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.
Nhiệt độ (
O
C)
Thời gian
Bốc hơi nước mặt
500
400
300
200
100
500
400
300
200
100
-
Phân nhiệt
Thải khí

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 quá 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
Rice Husk

6
6
Study Report of Wooden Biomass Resource Utilization, Hokkaido November 2002
Sinh khối
Máy nghiền
Máy sấy khô
Máy lọc
bằng gió
Máy ép
RDF
Máy phân loại
chất dễ cháy

Chất dễ cháy

16
Chương 3: Lò hơi sinh khối

Lò hơi là công cụ để đốt nhiên liệu, đun nước hoặc tạo ra hơi nước. Ba điều kiện của quá trình
đốt cháy là không 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 quá 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

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

Hơi nước áp suất thấp/Nước nóng
Ngành công nghiệp nhỏ/dân cư và thương mại
Ổng lửa

Ống nước

Không giới hạn áp suất và công suất
Lớn hơn áp suất hạn đinh: Đầu tư lớn
Điểm cực đại
Đốt cháy khí
Nước
Cơ chế buồng nhiệt

17
3.1.2. Hình dạng ống:
Có hai loại ống: Hình thẳng và cong tròn. Hình 3.2: Lò hơi ống hình thẳng và cong tròn .

Hình 3.2. Lò 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 lò hơi công suất nhỏ.

Bảng 3.2 Xu hướng chuyển đổi từ lò hơi ống thẳng sang lò hơi ống cong tròn


đánh lửa
Ổng Bễ
Két nước
Vòi đốt
Ống nước
Két nước
Bộ
phận
bốc
hơi
nước