Nhiệt trị của nhiên liệu là nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiên liệu trong điều kiện xác định. Với củi, dăm gỗ, củi ép và than, đơn vị thường gặp là MJ/kg hoặc kcal/kg. Con số này giúp so sánh năng lượng, nhưng chưa cho biết một tấn hơi sẽ tốn bao nhiêu tiền.
Khi nhận một báo giá nhiên liệu, anh chị nên hỏi thêm ba điều: nhiệt trị cao hay thấp, tính ở độ ẩm nào và kết quả thuộc lô hàng nào. Chỉ thiếu một thông tin, hai con số tưởng giống nhau có thể không còn so sánh được.
Nhiệt trị không phải nhiệt lượng hay công suất
Cách nhớ đơn giản: nhiệt trị cho biết mỗi kg nhiên liệu có thể cung cấp bao nhiêu nhiệt; nhiệt lượng là tổng năng lượng của cả lượng nhiên liệu; công suất cho biết năng lượng được cung cấp nhanh đến mức nào.
| Đại lượng | Đơn vị thường gặp | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Nhiệt trị | MJ/kg, kJ/kg, kcal/kg | Năng lượng trên một kg nhiên liệu, kèm cơ sở xác định. |
| Nhiệt lượng | J, kJ, MJ, kWh | Tổng năng lượng, chưa gắn với thời gian. |
| Công suất nhiệt | W, kW, MW | Năng lượng trong một đơn vị thời gian; 1 kW = 1 kJ/giây. |
Vì vậy, ghi “nhiệt trị của củi là 3.500 kcal” còn thiếu phần /kg. Watt cũng không phải đơn vị nhiệt trị của nhiên liệu.
Một số quy đổi hữu ích: 1 MJ = 1.000 kJ; 1 kWh = 3,6 MJ; 1 kcal nhiệt hóa = 4,184 kJ. Khi phiếu thử dùng kcal theo quy ước khác, cần giữ đúng hệ số của phiếu, không tự trộn đơn vị. Các hệ số này được đối chiếu trong bảng chuyển đổi đơn vị của NIST.
HHV và LHV: cùng một nhiên liệu, vì sao có hai nhiệt trị?
Nhiệt trị cao (HHV, còn gọi là GCV) tính cả phần nhiệt có thể thu hồi khi hơi nước trong sản phẩm cháy ngưng tụ. Nhiệt trị thấp (LHV, còn gọi là NCV) không tính phần nhiệt ngưng tụ đó. Nước liên quan đến cả độ ẩm sẵn có và nước hình thành khi nhiên liệu cháy. Xem giải thích nhiệt trị cao và thấp của EIA.
HHV không phải là “hàng tốt”, còn LHV không phải “hàng kém”. Đây là hai cách biểu thị năng lượng của nhiên liệu. Không lấy trung bình HHV và LHV để tạo ra một “nhiệt trị thực tế”.
Khi tính cho lò hơi, nhiệt trị và hiệu suất phải cùng cơ sở. Nếu dùng LHV thì dùng hiệu suất được xác định theo LHV; không ghép LHV của báo giá với hiệu suất theo HHV trong hồ sơ thiết bị.
Độ ẩm và cơ sở mẫu quan trọng không kém con số nhiệt trị
Một kg gỗ ướt mang theo nước, nên không chứa cùng lượng chất khô như một kg gỗ khô. Nước trong nhiên liệu còn cần năng lượng để hóa hơi. Tuy vậy, nhiên liệu phù hợp phải nằm trong dải độ ẩm mà thiết bị được thiết kế để sử dụng; không phải mọi hệ thống đều cần loại khô nhất. Forest Research phân tích ảnh hưởng của độ ẩm đến nhiên liệu sinh khối.
- Mẫu nhận được (as received, ar): tính theo trạng thái mẫu mà phòng thử nghiệm nhận được, gồm cả nước trong mẫu. Khi mua theo kg giao nhận, cần bảo đảm mẫu đó đại diện cho hàng thực tế.
- Cơ sở khô (dry basis, db): biểu thị sau khi loại ảnh hưởng của nước khỏi cơ sở khối lượng. Không dùng trực tiếp để tính cho số kg hàng ướt đã cân.
- Cơ sở khô không tro (daf): còn loại phần tro khỏi cơ sở khối lượng; không thể xem là nhiệt trị của toàn bộ lô hàng giao tới.
Nếu hai phiếu không cùng cơ sở, nên nhờ đơn vị thử nghiệm giải thích hoặc quy đổi. Đặc biệt, không tự quy đổi LHV giữa các độ ẩm chỉ bằng cách nhân với tỷ lệ chất khô.
Cần đọc gì trên phiếu thử nghiệm nhiệt trị?
Anh chị không cần thuộc mọi thuật ngữ phòng thí nghiệm. Chỉ cần yêu cầu hồ sơ trả lời rõ những câu hỏi sau:
- Mẫu là loại nhiên liệu nào, lấy ngày nào và có đại diện cho lô đang mua không?
- Kết quả là HHV hay LHV, đơn vị MJ/kg hay kcal/kg?
- Kết quả được báo trên cơ sở ar, db hay cơ sở khác?
- Độ ẩm đi kèm bao nhiêu, đo trên cơ sở nào và vào thời điểm nào?
- Phương pháp thử, đơn vị thực hiện và phạm vi kết quả có được ghi rõ không?
- Ngoài nhiệt trị, hồ sơ có thông tin tro, tạp chất và quy cách cần thiết cho thiết bị của nhà máy không?
Với nhiên liệu sinh khối rắn, ISO 18125 về xác định nhiệt trị là một tài liệu phương pháp liên quan. Phép thử cần thiết bị, hiệu chuẩn và người có chuyên môn; bài viết này không thay thế quy trình thử nghiệm hoặc chứng nhận chất lượng của lô hàng.
Quan sát ngọn lửa, thời gian cháy hay màu khói không thay thế được phép đo nhiệt trị. Ảnh chụp một phiếu thử cũ cũng chưa đủ để bảo đảm mọi chuyến hàng sau có chất lượng giống nhau.
Ví dụ dễ hiểu: từ nhiệt trị đến lượng nhiệt sử dụng
Ví dụ giả định để hiểu phép tính, không phải thông số hay cam kết của NAN: có 100 kg nhiên liệu với LHV ở trạng thái nhận được là 12 MJ/kg.
Năng lượng nhiên liệu = 100 × 12 = 1.200 MJ.
Nếu giả định hiệu suất chuyển thành nhiệt hữu ích là 75%, xác định trên cùng cơ sở LHV:
Nhiệt hữu ích = 1.200 × 0,75 = 900 MJ.
Không thể từ đó kết luận ngay thu được bao nhiêu tấn hơi. Còn phải biết trạng thái hơi, nhiệt độ nước cấp và ranh giới tính toán của hệ thống.
Hai nhiên liệu có cùng nhiệt trị vẫn có thể cho chi phí sử dụng khác nhau: giá giao tới nhà máy khác nhau, khả năng cấp liệu khác nhau, và hiệu suất thực tế trên cùng lò cũng có thể khác. Bởi vậy, nhiệt trị là một đầu vào cần thiết, không phải kết luận cuối cùng.
Áp dụng thông tin này để mua nhiên liệu và quản lý chi phí hơi
Trước khi chọn một lô hàng chỉ vì rẻ hơn vài trăm đồng mỗi kg, anh chị nên đặt báo giá, độ ẩm, nhiệt trị và điều kiện giao nhận cạnh nhau. Sau đó đối chiếu nhiên liệu tiêu thụ với sản lượng hơi thực tế trong cùng kỳ, cùng điều kiện vận hành.
Nếu mục tiêu là biết nhà máy đang tốn bao nhiêu tiền cho hơi, bước tiếp theo là tính đủ các khoản trong chi phí sản xuất 1 tấn hơi, thay vì chỉ tính tiền nhiên liệu.
Nếu anh chị muốn xem xét phương án thuê đơn vị chịu trách nhiệm cung cấp hơi, có thể tìm hiểu dịch vụ vận hành lò hơi và bán hơi công nghiệp của Nhật Anh Nguyễn. Khi trao đổi, chỉ cần chuẩn bị loại nhiên liệu, lượng dùng, nhu cầu hơi, thời gian vận hành và địa điểm nhà máy; phương án phù hợp cần được đánh giá từ số liệu thực tế.
