Nhiệt trị của khí (Calorific Value) là lượng nhiệt được sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu, được đo bằng đơn vị năng lượng trên khối lượng (J/kg) hoặc trên thể tích (J/m3) nhiên liệu. Chỉ số nhiệt trị giúp xác định giá trị nhiệt lượng CNG. Nhiệt trị của khí thiên nhiên nén - CNG phụ thuộc vào các thành phần của CNG như tỷ lệ Methane, Etan, Propan, v.v. và các yếu tố như áp suất, nhiệt độ,... tại thời điểm lấy mẫu. Trong nội dung bên dưới, Gas South sẽ giải đáp các vấn đề thường gặp về nhiệt trị của CNG.
1. Nhiệt trị của là gì?
Nhiệt trị (hay năng suất tỏa nhiệt) là lượng nhiệt được giải phóng khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiên liệu trong điều kiện chuẩn. Với nhiên liệu rắn và lỏng, đơn vị thường tính theo 1 kg, còn với nhiên liệu khí là 1 mét khối tiêu chuẩn (m³tc). Trong đó, kilogram (kg) là đơn vị phổ biến nhất vì có thể áp dụng cho cả ba dạng nhiên liệu.
Việc hiểu rõ nhiệt trị có ý nghĩa quan trọng trong thực tế. Nó không chỉ giúp đánh giá và so sánh hiệu suất năng lượng giữa các loại nhiên liệu khác nhau mà còn hỗ trợ doanh nghiệp và hộ gia đình ứng dụng hiệu quả trong sản xuất, sinh hoạt để tiết kiệm chi phí. Đồng thời, sử dụng nhiên liệu dựa trên chỉ số nhiệt trị hợp lý cũng góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
2. Nhiệt trị của CNG là gì?
Khí thiên nhiên nén (CNG) là một dạng nhiên liệu sạch được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, có thành phần chính là Methane (CH4) chiếm tỷ lệ khoảng 85-95%, lượng nhỏ còn lại là Ethane, Propane và các chất khác.
CNG là khí thiên nhiên được nén ở áp suất cao (từ 200 đến 250 bar) vào các bồn chuyên dụng để vận chuyển đến nơi tiêu thụ. CNG hiện là nguồn nhiên liệu phổ biến thay thế cho than, xăng, dầu sử dụng trong các ngành sản xuất công nghiệp và phương tiện giao thông công cộng với ưu điểm giá thành cạnh tranh, tối ưu hiệu suất và tuổi thọ cho thiết bị, giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường.
Như đã đề cập ở trên, nhiệt trị của CNG phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần khí (%CH4, %C2H6, v.v.) kèm theo một số yếu tố như nhiệt độ, áp suất tại điểm lấy mẫu. Ngoài ra, hàm lượng nhiệt của khí tự nhiên có thể khác nhau ở các quốc gia khác nhau.
Đơn vị nhiệt trị của CNG thường dùng là 1 MJ/kg: cho biết lượng năng lượng (tính bằng megajoule) được giải phóng khi đốt cháy 1kg khí tự nhiên. Ngoài ra, còn có các đơn vị nhiệt trị khác như MJ/Sm3, MJ/Nm3, mmBTU/Sm3, KCal/Sm3, KJ/Sm3. Cụ thể, nhiệt trị CNG nằm trong khoảng từ 50-56 MJ/kg; cao hơn các nhiên liệu truyền thống khác như dầu diesel (DO) và dầu mazut (FO).
2.1. Cách tính nhiệt trị của CNG
Hiện không có công thức tính nhiệt trị CNG cụ thể. Để có được nhiệt trị CNG, các nhà kinh doanh khí cần sử dụng nhiều phương pháp thủ công và công cụ khác nhau để đo nhiệt lượng.
3. Phân loại nhiệt trị
Nhiệt trị là một thông số kỹ thuật quan trọng của nhiên liệu, giúp đánh giá chất lượng và hiệu suất khi sử dụng trong động cơ, lò hơi hay các thiết bị công nghiệp. Dựa trên cách tính toán và mức độ thu hồi nhiệt, nhiệt trị được chia thành hai loại chính: nhiệt trị cao (HHV) và nhiệt trị thấp (LHV).
- Nhiệt trị cao (HHV):
Nhiệt trị cao là tổng lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị nhiên liệu, bao gồm cả phần nhiệt từ sự ngưng tụ của hơi nước trong sản phẩm cháy. Đây là giá trị lý thuyết được tính toán trong điều kiện chuẩn, khi toàn bộ sản phẩm cháy được làm nguội trở lại nhiệt độ ban đầu. Giá trị này thường được ký hiệu là Qc.
- Nhiệt trị thấp (LHV):
Nhiệt trị thấp là lượng nhiệt thu được khi đốt cháy nhiên liệu nhưng không tính đến phần nhiệt do hơi nước ngưng tụ trong sản phẩm cháy. Trong thực tế, khí thải từ động cơ hoặc lò hơi thường thoát ra ở nhiệt độ cao, hơi nước không được ngưng tụ nên phần nhiệt này không được tận dụng. Do đó, giá trị nhiệt trị thực tế (Qt) thường thấp hơn HHV và được sử dụng phổ biến hơn trong các tính toán vận hành thực tế.
4. Nhiệt trị của CNG so với LNG, LPG và các nhiên liệu truyền thống khác
Cả hai dạng khí CNG và LNG đều là khí thiên nhiên trải qua quá trình xử lý nhằm mục đích thuận tiện cho tồn chứa và tiết kiệm chi phí vận chuyển. LNG có dạng lỏng, dễ dàng vận chuyển với sản lượng lớn trong các bình hoặc bồn chứa chuyên dụng đến nơi tiêu thụ, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả kinh tế. Khi đến nơi tiêu thụ, LNG được chuyển thành dạng khí qua bộ hoá hơi một cách dễ dàng.
Tương tự với CNG, nhiệt trị của LNG cũng phụ thuộc vào thành phần của khí và một số yếu tố khác (áp suất, nhiệt độ, quy trình sản xuất,v.v.). Cụ thể, nhiệt trị của LNG khoảng 55 MJ/kg. Khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG) có thành phần chính là Propan C3H8 và Butan C4H10, có nhiệt trị khoảng 49,5 (MJ/kg).
Ngày nay khí thiên nhiên được xem là nguồn nhiên liệu thay thế hàng đầu mang lại lợi ích về kinh tế, hiệu năng, gắn liền với gìn giữ môi trường. Việc xác định nhiệt trị CNG giúp chúng ta biết được năng lượng tạo ra trên một đơn vị khối lượng hoặc thể tích cụ thể, nhờ đó xác định được chất lượng của nhiên liệu. Với nhiệt trị cao hơn LPG, DO và FO, rõ ràng CNG là lựa chọn có tính hiệu quả cao về mặt nhiệt năng so với các nhiên liệu nêu trên.
