HỆ THỐNG KHÍ HOÁ

2.1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống khí hoá

Một hệ thống khí hoá tiêu chuẩn bao gồm các thành phần chính:

Bộ nạp nhiên liệu: vít tải, hệ thống bunker và cửa khí động, kiểm soát dòng nhiên liệu ổn định vào lò.
Buồng phản ứng khí hoá: cấu tạo dạng tầng cố định, tầng sôi hoặc dòng cuốn, lớp cách nhiệt chịu nhiệt lên đến 1.400°C.
Bộ làm nguội khí: thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm hoặc ống xoắn, giảm nhiệt syngas từ 600°C xuống ~150°C.

Bộ lọc bụi và tar: cyclon, lọc túi, tháp rửa ướt hoặc lọc xúc tác.
Bộ nén khí tổng hợp: nén syngas lên áp suất vận hành (0.1–1 bar đối với đốt, 2–25 bar với động cơ khí hoặc turbine).
Hệ thống kiểm soát tự động: PLC/HMI giám sát nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, thành phần khí.

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống khí hoá

Quá trình khí hoá bao gồm 4 giai đoạn chính:

Sấy khô: ở vùng đầu vào, nhiên liệu được làm khô bằng nhiệt bức xạ, giảm độ ẩm xuống dưới 10–12%.
Pyrolysis (nhiệt phân): từ 250–600°C, vật liệu phân huỷ tạo khí dễ bay hơi và than hoạt.
Oxy hóa một phần: tại 700–1.000°C, carbon phản ứng với lượng oxy giới hạn tạo CO, CO₂ và nhiệt.
Khử: tại vùng phản ứng cuối, CO₂ và hơi nước phản ứng với carbon tạo CO và H₂.

Tổng thể, hỗn hợp thu được là khí tổng hợp với thành phần trung bình: CO (18–25%), H₂ (10–15%), CH₄ (1–5%), CO₂ (10–15%), N₂ (45–55%).

3.1 Thông số kỹ thuật điển hình của hệ thống khí hoá

Một hệ thống khí hoá tiêu chuẩn phục vụ công nghiệp phát điện hoặc nhiệt năng thường có các chỉ số kỹ thuật như sau:

Công suất nhiên liệu đầu vào: 100 – 5.000 kg/h
Tỷ lệ khí hóa: 1,2 – 2,0 Nm³ syngas/kg nhiên liệu khô
Thành phần syngas (trung bình): CO: 20%, H₂: 15%, CH₄: 3%, CO₂: 12%, N₂: 50%
Giá trị nhiệt của khí tổng hợp: 4,0 – 5,5 MJ/Nm³

Hiệu suất chuyển hoá sinh khối thành khí: 65 – 80%
Hiệu suất tổng thể khi kết hợp phát điện: 22 – 32% (ICE), 35 – 45% (CHP)
Độ ẩm nhiên liệu chấp nhận: ≤ 30%
Nhiệt độ khí đầu ra buồng phản ứng: 800 – 1.200°C

Áp suất vận hành: 0,1 – 1,5 bar (thường là áp suất khí quyển)
Độ tar khí đầu ra sau xử lý: < 50 mg/Nm³
Tốc độ khí dòng tầng sôi: 1,5 – 3,5 m/s
Thời gian cư trú khí trong lò: 2 – 5 giây

Tùy vào cấu hình (tầng cố định, tầng sôi hay tầng cuốn), các hệ thống sẽ có mức độ phù hợp khác nhau cho từng loại nhiên liệu: khí hoá than, mùn cưa, vỏ cà phê, RDF, bã mía, rơm…

3.2 Tiêu chuẩn quốc tế áp dụng cho hệ thống khí hoá

ETEK thiết kế và thi công hệ thống khí hoá theo bộ tiêu chuẩn kỹ thuật toàn cầu nhằm đảm bảo hiệu suất, độ an toàn và khả năng tích hợp đa ngành:

Thiết kế cơ khí – Áp lực – Vật liệu
ASME Section VIII – Bình áp lực phi tiêu chuẩn
EN 13445 – Bình chịu áp lực không hàn
API 560 – Lò công nghiệp nhiệt độ cao

Tiêu chuẩn khí – cháy – môi trường
ISO 13686 – Thành phần khí tự nhiên tương đương syngas
EN 14792 – Đo nồng độ NOx bằng phương pháp UV
IEC 61010 – Thiết bị điều khiển an toàn công nghiệp

Tự động hóa – Điều khiển – SCADA
IEC 61508 – An toàn chức năng hệ thống PLC
IEC 61131 – Lập trình điều khiển logic
UL508A – Tủ điều khiển điện cho thiết bị công nghiệp

Vận hành và hiệu suất
ISO 16883 – Hướng dẫn kiểm tra hiệu suất thiết bị đốt nhiên liệu
ASTM D1945 – Phân tích thành phần khí hỗn hợp
ISO 14064 – Đo lường phát thải khí nhà kính (CO₂, CH₄) trong công nghiệp

3.3 Các thương hiệu khí hoá nổi bật theo phân khúc

Phân khúc cao cấp – PRME Energy Systems (Hoa Kỳ)
Cung cấp thiết bị khí hoá tầng sôi và tầng cuốn quy mô lớn (>10 MW), tích hợp phát điện chu trình hỗn hợp CHP – đạt hiệu suất nhiệt > 45%, xử lý nhiều loại sinh khối khó như RDF và bùn thải.

Phân khúc trung cấp – Ankur Scientific (Ấn Độ)
Hệ thống khí hoá tầng cố định, phù hợp sinh khối nhẹ (mùn cưa, vỏ hạt điều), công suất 100–1.000 kg/h, tích hợp động cơ đốt khí và tổ máy phát 125–750 kVA.

Phân khúc phổ thông – Shengquan Group (Trung Quốc)
Sản xuất lò khí hoá than và sinh khối quy mô nhỏ, công suất 80–500 kg/h, sử dụng cho sấy, gia nhiệt trực tiếp hoặc đốt thay gas công nghiệp.

4.1 Lợi ích kỹ thuật và kinh tế của hệ thống khí hoá

Hệ thống khí hoá mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong chuyển hoá năng lượng, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường so với công nghệ đốt truyền thống:

Tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu rắn
Với hiệu suất chuyển hoá sinh khối thành khí tổng hợp lên đến 80%, công nghệ này giúp tận dụng tối đa năng lượng hóa học trong nguyên liệu đầu vào, đặc biệt là nguyên liệu có độ ẩm thấp.

Phát thải thấp – giảm khí nhà kính
So với đốt trực tiếp, quá trình khí hoá than và sinh khối cho phát thải CO₂ ít hơn 20–40%, giảm hoàn toàn phát thải muội than và có thể thu hồi CO₂ từ syngas dễ dàng để phục vụ mục tiêu trung hoà carbon.

Linh hoạt nhiên liệu – sử dụng năng lượng địa phương
Có thể vận hành với than cám, trấu, gỗ vụn, bã cà phê, vỏ điều, rơm khô hoặc hỗn hợp RDF – sinh khối, giúp doanh nghiệp tận dụng nguồn thải sẵn có, giảm phụ thuộc nhiên liệu hóa thạch.

Thay thế LPG, DO, FO với chi phí thấp hơn 30–60%
1 Nm³ khí tổng hợp sinh ra từ khí hoá có thể thay thế 0,25–0,35 Nm³ LPG hoặc 0,18–0,20 lít dầu DO trong các lò đốt, buồng sấy hoặc lò hơi công nghiệp.

Tự động hoá – vận hành ổn định
Hệ thống tích hợp cảm biến áp suất, lưu lượng, nhiệt độ, thành phần khí… giúp duy trì quá trình chuyển hóa sinh khối liên tục, điều chỉnh phản ứng theo tải nhiệt đầu ra.

Giảm tro xỉ – sạch thiết bị sấy/đốt
Do không đưa nhiên liệu rắn trực tiếp vào buồng đốt, các thiết bị sử dụng khí (burner, buồng sấy, nồi hơi) ít bị đóng cặn tro, giảm thiểu bảo trì và tăng tuổi thọ thiết bị.

4.2 Ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp và năng lượng

Phát điện phân tán bằng động cơ đốt trong
Khí tổng hợp từ hệ thống khí hoá được nén và đưa vào động cơ đốt khí (ICE) để phát điện 3 pha. Công suất từ 50 – 500 kVA, hiệu suất tổng hợp đạt 25 – 32%.

Tích hợp hệ thống sấy – nhiệt trực tiếp
Khí sau khi làm sạch được đốt trong buồng đốt gián tiếp hoặc trực tiếp cấp nhiệt cho hệ thống sấy nông sản, sấy gỗ, lò sấy cao su, giúp tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch 40–60%.

Cung cấp nhiệt cho lò hơi công nghiệp
Thay thế DO/FO hoặc LPG trong đầu đốt lò hơi áp suất thấp (4–12 bar). Hệ thống đốt syngas có thể hoạt động liên tục 20 giờ/ngày, tiêu thụ 1.2 – 1.5 Nm³ khí/tấn hơi.

Nhiệt luyện kim loại – nung gốm – nấu thủy tinh
Ứng dụng nhiệt độ cao từ quá trình đốt khí tổng hợp, các xưởng luyện kim, sản xuất gạch ceramic, nung chảy silicat, thủy tinh có thể chuyển sang sử dụng khí hóa thay gas công nghiệp.

Chuyển hóa hóa học – tổng hợp hóa chất
Khí tổng hợp giàu CO và H₂ có thể làm nguyên liệu ban đầu cho sản xuất methanol, amoniac, hoặc dầu sinh học (Fischer-Tropsch) trong công nghệ hóa khí nâng cao.

Điện – nhiệt kết hợp (CHP)
Syngas vận hành động cơ phát điện, phần nhiệt từ khí xả, jacket water, dầu bôi trơn được thu hồi cấp hơi/nhiệt, giúp nâng hiệu suất toàn hệ thống lên trên 80%.

5.1 Năng lực thiết kế và thi công hệ thống khí hoá đồng bộ

ETEK là đơn vị tiên phong tại Việt Nam triển khai hệ thống khí hoá tích hợp SCADA, phục vụ các nhu cầu phát điện, gia nhiệt và cung cấp nhiệt cho công nghiệp nặng. Với hơn 15 năm kinh nghiệm, chúng tôi cung cấp giải pháp từ khảo sát – thiết kế – chế tạo – lắp đặt – hiệu chỉnh và bảo trì.

Tất cả hệ thống được mô phỏng chi tiết bằng phần mềm CFD để xác định vùng nhiệt tối ưu, phân bố khí trong buồng phản ứng khí hoá, đồng thời tích hợp cảm biến đo khí (NDIR, TCD) giám sát theo thời gian thực.

Chúng tôi thiết kế đa cấu hình: tầng cố định đối lưu, tầng sôi tuần hoàn hoặc tầng cuốn áp suất thấp, đáp ứng đúng loại nhiên liệu – công suất – mức độ tự động hóa khách hàng yêu cầu.

5.2 Tối ưu hóa khí hoá theo đặc thù nhiên liệu và ngành nghề

ETEK có giải pháp tùy biến kỹ thuật theo loại nguyên liệu:

Sinh khối nhẹ (mùn cưa, vỏ điều): sử dụng tầng cố định dòng lên, làm sạch tar bằng tháp hấp phụ than hoạt tính.
RDF, rác tái chế: sử dụng tầng sôi tuần hoàn, lọc bụi nhiều cấp, xử lý khí axit bằng NaOH/Na₂CO₃.
Khí hoá than hoặc trấu: sử dụng dòng cuốn, buồng phản ứng cách nhiệt cao, tốc độ dòng 2.5–3.5 m/s để tăng tỷ lệ khí sinh ra.

Toàn bộ hệ thống điều khiển được lập trình bằng PLC Siemens/Delta, có thể giám sát từ xa qua HMI hoặc SCADA kết nối mạng LAN, 4G hoặc Ethernet công nghiệp.

5.3 Dự án trong và ngoài nước – khả năng triển khai quốc tế

ETEK đã triển khai hơn 60 hệ thống khí hoá tại Việt Nam và mở rộng sang khu vực Đông Nam Á, Nam Á và châu Phi. Một số dự án tiêu biểu:

Nhà máy thức ăn chăn nuôi – Cần Thơ: công suất 1.200 kg nhiên liệu/giờ
Xưởng sấy gỗ xuất khẩu – Gia Lai: tầng sôi, dùng vỏ điều, công suất syngas 1.000 Nm³/h
Trung tâm phát điện mini – Lào, Indonesia: phát điện 125–250 kVA, 20 giờ/ngày

Các hệ thống đều được cấp hồ sơ kỹ thuật, hướng dẫn bảo trì, và bản vẽ kết cấu chi tiết để hỗ trợ địa phương vận hành lâu dài.

ETEK có đội ngũ kỹ sư được cấp chứng chỉ AWS, CE Marking, ISO 14001, sẵn sàng triển khai dự án tại mọi khu vực có điều kiện phù hợp.

5.4 Dịch vụ bảo trì – tư vấn vận hành – đào tạo chuyển giao

Chúng tôi xây dựng quy trình bảo trì gồm:

Bảo trì định kỳ mỗi 3–6 tháng: kiểm tra ống phản ứng, bộ lọc khí, motor cấp liệu
Thay vật liệu lọc xúc tác, kiểm tra đầu dò nhiệt độ và van điều áp
Phân tích chất lượng khí tổng hợp theo từng mùa hoặc thay đổi nhiên liệu
Đào tạo kỹ thuật viên tại chỗ hoặc tại văn phòng ETEK: từ nguyên lý, xử lý sự cố đến hiệu chỉnh PID

Đội phản ứng nhanh ETEK cam kết có mặt trong 24 giờ tại hiện trường với đầy đủ phụ tùng thay thế như vòi phun, lưới lọc, thiết bị đo lưu lượng, van điện từ…

5.5 Phụ tùng sẵn có – cam kết bảo hành toàn hệ thống

ETEK duy trì kho phụ tùng dự phòng tại Hà Nội và TP.HCM, gồm:

Tấm chịu nhiệt ceramic, vách cách nhiệt lò phản ứng
Cảm biến đo nhiệt độ (PT100, K-type), cảm biến lưu lượng
Motor hộp số cấp liệu, vít tải, xích tải nhiên liệu
Bộ lọc cyclon, ống rửa khí, vật liệu lọc xúc tác
Tủ điều khiển điện – biến tần – màn hình HMI

Tất cả hệ thống khí hoá do ETEK cung cấp được bảo hành cơ khí 12–18 tháng, bảo trì miễn phí 6 tháng đầu. Chúng tôi cam kết hiệu suất chuyển hoá đạt ≥ 75%, nồng độ CO/H₂ trong syngas đúng thiết kế và duy trì ổn định trong 95% thời gian vận hành.

Bài viết liên quan:

• Tư vấn các hệ lò hơi khác
• Thị trường quốc tế