NÂNG CẤP HỆ THỐNG KHÍ HÓA

Nội dung bài viết

Hệ thống khí hóa là công nghệ then chốt trong việc chuyển đổi sinh khối hoặc nhiên liệu rắn thành khí tổng hợp (syngas) có thể đốt được. Khi vận hành lâu dài, hệ thống thường gặp hiện tượng tắc nghẽn, nhiệt phân không hoàn toàn hoặc hiệu suất thấp. Do đó, việc nâng cấp hệ thống khí hóa nhằm cải thiện hiệu suất, giảm phát thải và tích hợp tự động hóa là chiến lược cần thiết để duy trì vận hành ổn định, tiết kiệm và an toàn.

1. Giới thiệu về hệ thống khí hóa và lý do cần nâng cấp

Hệ thống khí hóa (Gasification system) là tập hợp thiết bị chuyển đổi nhiên liệu rắn (gỗ, trấu, than củi, than đá, RDF…) thành hỗn hợp khí nhiên liệu (syngas) chứa CO, H₂, CH₄ thông qua quá trình nhiệt phân – oxy hóa – hoàn nguyên trong buồng khí hóa.

Cấu trúc cơ bản:

Buồng khí hóa (Gasifier chamber): vùng xảy ra quá trình phân hủy nhiệt độ cao
Hệ thống cấp nhiên liệu: vít tải, xy lanh thủy lực hoặc phễu khí động
Bộ làm sạch khí đầu ra (Gas cleaning system): cyclone, bộ lọc bụi, bộ lọc khí lạnh hoặc hấp phụ
Thiết bị làm mát khí (Cooler): giải nhiệt syngas về 40–80°C
Bộ đốt syngas hoặc hệ thống phát điện khí đồng trục (Genset)
Hệ thống điều khiển trung tâm (PLC hoặc SCADA)

Thông số điển hình:

Tham số kỹ thuật	Giá trị vận hành khuyến nghị
Nhiệt độ vùng oxy hóa	850–1100°C
Tốc độ khí hóa	0.6–1.2 Nm³/h/kg nhiên liệu khô
Hàm lượng CO	15–20% trong syngas
Tỷ lệ H₂	10–18%
Tạp chất hắc khí (tar)	<100 mg/Nm³ sau lọc
Áp suất vận hành	áp suất dương nhẹ: 10–20 mbar
Hiệu suất tổng thể	65–80% tùy loại nhiên liệu và công nghệ

2. Mục tiêu và lợi ích của nâng cấp hệ thống khí hóa

2.1 Tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng

Sau 1–2 năm vận hành, hiện tượng tắc lò, tích tụ tro xỉ, không đồng đều nhiệt độ vùng oxy hóa khiến hiệu suất hệ thống khí hóa suy giảm nghiêm trọng:

Hiệu suất chuyển hóa giảm từ 75% xuống 60–65%
Tỷ lệ tar trong khí tăng cao, gây nghẹt bộ lọc
Khí đầu ra có giá trị calor thấp, không đủ đốt hoặc phát điện ổn định

Nâng cấp buồng khí hóa với vật liệu chịu nhiệt mới (Refractory ceramic ≥1600°C) và cải tiến phân phối không khí giúp:

Cân bằng vùng oxy hóa – hoàn nguyên
Giảm gradient nhiệt độ giữa tâm và thành lò
Tăng tỷ lệ khí dễ cháy (CO + H₂ + CH₄) lên 50–60%

2.2 Giảm chi phí vận hành và bảo trì

Các hệ thống cũ thường có thiết kế thủ công, ít tự động hóa:

Vận hành thủ công: mỗi ca cần 3–5 nhân công
Khó kiểm soát nhiệt độ lò, dễ gây cháy ngược
Lọc khí thủ công, nhanh nghẹt, phải dừng liên tục

Việc tích hợp hệ thống điều khiển PLC giúp:

Tự động giám sát nhiệt độ, áp suất, lưu lượng syngas
Điều khiển cấp nhiên liệu và gió chính xác
Giảm nhân công 50–70%, tăng độ ổn định hệ thống
Ghi log dữ liệu để chẩn đoán – cải tiến sau này

2.3 Giảm phát thải – đáp ứng tiêu chuẩn môi trường

Khí thải từ quá trình khí hóa nếu không được lọc tốt sẽ chứa nhiều:

Tar/hắc khí
Bụi mịn PM2.5
SO₂, NOx

Nâng cấp hệ lọc khí đầu ra gồm:

Cyclone kép kết hợp lọc hạt thô
Buồng hấp phụ than hoạt tính loại bỏ VOCs
Thiết bị rửa khí (wet scrubber) tích hợp quạt hút áp suất âm

Kết quả:

Hàm lượng tar sau lọc < 50 mg/Nm³
Bụi tổng < 10 mg/Nm³
Nhiệt độ khí về 40–50°C, ổn định cho thiết bị tiêu thụ sau

3. Các hạng mục kỹ thuật trong nâng cấp hệ thống khí hóa

3.1 Cải tiến buồng khí hóa (gasifier chamber improvement)

Buồng khí hóa là khu vực chịu nhiệt độ cao nhất trong hệ thống, nơi diễn ra các phản ứng khử, oxy hóa, nhiệt phân.

Tình trạng thường gặp:

Tường lò nứt, bong tróc do sốc nhiệt
Không đồng đều phân bố không khí → cháy lệch tâm
Khó điều khiển quá trình khí hóa theo thời gian thực

Giải pháp nâng cấp:

Thay lớp gạch chịu lửa bằng vật liệu mới: ceramic alumina ≥70%, độ chịu lửa ≥1650°C, dẫn nhiệt thấp <0.8 W/m.K
Thay đổi thiết kế vòi phun không khí: chia 2–3 tầng cấp gió để điều khiển vùng phản ứng chính xác
Lắp cảm biến nhiệt độ vách lò (loại K hoặc S, dài ≥600 mm) để kiểm soát gradient nhiệt
Thêm các tấm chắn phân phối nhiên liệu giúp đồng đều lớp nhiên liệu trong buồng khí hóa

Kết quả đạt được:

Giảm hiện tượng tắc lò, tăng chu kỳ vận hành liên tục >18 giờ
Hiệu suất khí hóa tăng 8–12%
Nhiệt độ vùng phản ứng ổn định trong khoảng 950 ± 30°C

3.2 Nâng cấp hệ lọc khí đầu ra (syngas filtration upgrade)

Syngas sau khí hóa thường chứa bụi, hắc khí, và hơi ẩm – nếu không được lọc tốt sẽ gây tắc ống, giảm hiệu suất đốt hoặc hỏng thiết bị sau.

Các vấn đề thường gặp:

Hệ lọc kiểu đơn tầng không xử lý hết tar
Hệ thống rửa khí dùng nước tái tuần hoàn → bám cặn, sinh vi sinh
Áp suất sau lọc không ổn định, ảnh hưởng đến quá trình hút khí

Hạng mục nâng cấp đề xuất:

Cyclone đôi nối tiếp, đường kính 600–800 mm, hiệu suất tách bụi hạt lớn >90%
Lọc tay áo (bag filter): sợi polyimide chịu nhiệt, lọc bụi mịn PM2.5 xuống <5 mg/Nm³
Buồng hấp phụ than hoạt tính: thể tích ≥1.2 m³, thay định kỳ 3 tháng/lần
Bộ làm mát khí bằng ống chùm (heat exchanger) để giảm nhiệt độ xuống 45–60°C
Tích hợp đồng hồ đo chênh áp trước – sau bộ lọc, kết nối với PLC để cảnh báo nghẹt lọc

3.3 Tích hợp hệ thống điều khiển PLC (PLC control integration)

Điều khiển tự động là yếu tố quan trọng để kiểm soát hệ thống khí hóa một cách chính xác, ổn định và tiết kiệm.

Hệ thống cũ:

Tín hiệu analog đơn lẻ, không ghi nhận được dữ liệu lịch sử
Điều khiển qua công tắc tay, phụ thuộc nhiều vào thao tác người vận hành
Không có cảnh báo sự cố sớm

Giải pháp nâng cấp:

PLC Siemens S7-1200 hoặc Delta DVP: xử lý tín hiệu nhiệt độ, lưu lượng, áp suất
HMI cảm ứng 7–10 inch: giám sát dữ liệu, điều khiển setpoint dễ dàng
Tích hợp biến tần điều khiển quạt gió, vít tải nhiên liệu, bơm nước hệ rửa khí
Cảnh báo bằng còi đèn khi vượt ngưỡng an toàn (áp suất >30 mbar, nhiệt độ >1150°C)
Ghi log dữ liệu trong 6–12 tháng, hỗ trợ truy xuất Excel
Kết nối MODBUS TCP/IP với máy tính điều hành trung tâm, hỗ trợ mở rộng SCADA

4. Các thương hiệu cung cấp thiết bị khí hóa theo phân khúc

4.1 Phân khúc cao cấp – Ankur Scientific (Ấn Độ)

Chuyên thiết kế hệ thống khí hóa biomass công suất từ 50 kW đến 2 MW
Buồng khí hóa ceramic chịu nhiệt cao, tích hợp điều khiển tự động
Đạt tiêu chuẩn quốc tế: CE, ISO 14001, IEC 61439
Tích hợp turbine phát điện syngas, độ ổn định tải cao

4.2 Phân khúc trung cấp – Meva Energy (Thụy Điển)

Công nghệ lọc khô – không dùng nước, hạn chế phát thải thứ cấp
Buồng khí hóa cố định dòng đối lưu (downdraft)
Giao diện điều khiển SCADA và truy cập từ xa
Hiệu suất chuyển hóa nhiên liệu sinh khối đến 88%

4.3 Phân khúc phổ thông – Henan Honest (Trung Quốc)

Hệ thống đơn giản, phù hợp lò gas hóa than củi, gỗ
Cyclone, lọc rửa khí, thiết kế mở dễ thay thế linh kiện
Chi phí đầu tư thấp, thời gian giao hàng nhanh
Tùy chọn nâng cấp điều khiển cơ bản bằng PLC Delta

5. Tại sao nên chọn ETEK trong nâng cấp hệ thống khí hóa

5.1 Năng lực triển khai tổng thể – từ khảo sát đến vận hành

ETEK là đơn vị tiên phong trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo và nâng cấp hệ thống khí hóa, với khả năng thực hiện các dự án trọn gói từ nghiên cứu sơ bộ, lập báo cáo khả thi đến chế tạo, lắp đặt và bàn giao hệ thống hoàn thiện.

Chúng tôi đã thực hiện thành công hàng chục dự án nâng cấp hệ thống khí hóa trong các lĩnh vực:

Gỗ và vật liệu sinh khối
Công nghiệp giấy và bao bì
Sản xuất than hoạt tính
Đốt rác – chuyển hóa RDF
Khí hóa than nâu – than cám

Không chỉ trong nước, ETEK còn cung cấp và triển khai các dự án tại Đông Nam Á, Trung Đông và châu Phi, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế như:

EN 303-5 (tiêu chuẩn khí hóa sinh khối)
IEC 61508 (an toàn chức năng)
ISO 50001 (quản lý năng lượng)
CE Marking, UL certification (khi yêu cầu)

5.2 Dịch vụ nâng cấp chuyên sâu – tối ưu theo từng ứng dụng

ETEK thiết kế các gói nâng cấp hệ thống khí hóa theo từng nhu cầu cụ thể:

Gói nâng cấp cơ bản: thay lớp chịu lửa, nâng cấp cyclone, sửa đổi cấp nhiên liệu
Gói nâng cấp tự động hóa: tích hợp PLC – HMI, biến tần, cảnh báo tự động
Gói tối ưu hiệu suất cao: cải tiến cấp khí đa tầng, hệ lọc nhiều cấp, dữ liệu ghi log dài hạn
Gói đồng bộ hóa thiết bị phụ trợ: tích hợp máy phát điện, bộ đốt, thiết bị hấp phụ khí độc

Đặc biệt, ETEK luôn đồng hành với khách hàng sau nâng cấp:

Hướng dẫn vận hành, đào tạo chuyên sâu
Hỗ trợ từ xa 24/7 qua kết nối mạng
Bảo trì định kỳ theo giờ chạy hoặc thời gian
Phân tích hiệu suất hệ thống mỗi 3 tháng

5.3 Linh kiện sẵn kho – đáp ứng nhanh – thay thế chuẩn hóa

ETEK luôn duy trì tồn kho và liên kết với các đối tác OEM trong và ngoài nước để cung cấp nhanh các linh kiện cần thiết:

Cảm biến nhiệt độ loại K/S, đồng hồ áp suất, lưu lượng kế
Cyclone, bộ lọc túi, lõi than hoạt tính, quạt hút chịu nhiệt
Gạch chịu lửa, vữa chống ăn mòn, gốm cách nhiệt
Bộ điều khiển PLC Siemens, Delta, HMI Weintek/Proface
Bơm rửa khí, ống thép chịu nhiệt, hệ thống làm mát khí bằng thép không gỉ

Toàn bộ linh kiện đều có tài liệu CO/CQ rõ ràng, dễ thay thế, tương thích cao với các hệ thống hiện hữu hoặc hệ thống ngoại nhập.

6. Kết luận

Việc nâng cấp hệ thống khí hóa không chỉ là khắc phục các hạn chế kỹ thuật mà còn là cơ hội để:

Tăng hiệu suất chuyển hóa nhiên liệu từ 60–65% lên 75–85%
Giảm đáng kể lượng hắc khí, bụi và VOCs trong khí đầu ra
Tối ưu chi phí nhân công nhờ tự động hóa hóa quá trình điều khiển
Chuẩn hóa dữ liệu vận hành, dễ dàng đánh giá, bảo trì và cải tiến
Kéo dài chu kỳ vận hành liên tục, giảm thời gian dừng máy đến 30–50%

Với kinh nghiệm thực tiễn, đội ngũ kỹ sư giàu chuyên môn và tinh thần hỗ trợ đồng hành, ETEK cam kết cung cấp giải pháp nâng cấp hệ thống khí hóa tối ưu về chi phí – hiệu suất – độ tin cậy, góp phần nâng cao năng lực sản xuất và năng lượng tái tạo bền vững cho doanh nghiệp.

Sản phẩm và dịch vụ liên quan: