LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LÒ ĐỐT CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI (TRẤU) PHỤC VỤ NUNG GẠCH
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
TÓMTẮT
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LÒ ĐỐT CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI (TRẤU) PHỤC VỤ NUNG GẠCH
TÓM TẮT
Ước tính hàng năm có khoảng gần 8 triệu tấn trấu được thải ra từ các cơ sở xay xát và một phần không nhỏ đã được cơ sở sản xuất gạch sử dụng để nung gạch truyền thống. Một lượng khói thải lớn cũng như xỉ tạo ra khi đốt trấu đã góp thêm phần gây nên sự ô nhiễm môi trường.
Trong thời gian gần đây các nghiên cứu cải tiến lò đốt trấu đã được triển khai nhằm tăng hiệu suất trấu đốt trong lò, giảm lượng hắc ín, xỉ đã có một số thành công và đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Đề tài “Nghiên cứu phát triển lò đốt công nghiệp sử dụng nhiên liệu sinh khối (trấu) phục vụ nung gạch” là một trong các hướng nghiên cứu cải tiến lò đốt trấu nung gạch cho các lò nung gạch truyền thống thuộc huyện Thạnh Trị, tỉnh Sóc Trăng. Đề tài đã nghiên cứu và đề xuất phương án cải tiến.
Lò đốt trấu liên lục ứng dụng nguyên lý đốt nghịch trấu cháy triệt để cung cấp dòng khí gas ra ổn định, tro được tháo liên lục và lượng hắc ín không đáng kể. Lò có kết cấu di động dễ dàng di chuyển qua các khoang khác khi lò đã được nung. Các kết quả tính toán và thử nghiệm lượng trấu nhiên liệu cung ứng, tiết kiệm được trên 20% nhiên liệu so với phương pháp đốt thủ công. Hiện tại, lò đốt trấu liên lục cải tiến ứng dụng nguyên lý đốt nghịch đã và đang tiếp tục thử nghiệm tại các cơ sở sản xuất gạch ở huyện Thạnh Trị, qua đó các thông số hoạt động, hiệu quả hoạt động của lò cũng như các tồn tại sẽ được ghi nhận, xử lý để làm cơ sở hoàn chỉnh thiết kế của lò để hình thành nên dòng sản phẩm lò đốt trấu ít gây ô nhiễm phục vụ cho thị trường.
ABSTRACT
Annual estimates there are nearly 8 million tons of rice husks are discharged from the milling facility and a big part was brick production facilities used to traditional brick kilns. A large amount of flue gas as well as rice husk ash has created an additional contribution of causing environmental pollution.
In recent times the study improved rice husk was being deployed to increase efficiency husk furnace, reducing tar and slag had some success and are being used more and more widely. The theme "Research and development of industrial furnace using biomass fuel (Husk) serves baked brick" is one of the study towards improving rice husk furnace brick kilns for brick kiln tradition of Thanh Tri District Soc Trang province. Topic studied and propose improvement plan.
Intercontinental rice husk burning application inverse principle fire husks thoroughly providing a steady stream of gas, ash is removed intercontinental and tar negligible amount. Mobile oven texture easily scroll through the other compartment when the furnace had been fired. The results of calculations and experimental rice husk supply fuel, saving over 20% compared with fuel burning method manually. Currently, rice husk furnace continuous improvement principles applied reverse combustion have been further tested in the brick manufacturing facility in Thanh Tri district, through which the operating parameters, the performance of the oven and as the existence will be recorded, processed to complete the design basis of the oven to form the rice husk furnace product line less polluting serve market.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Q Là nhiệt lượng (J)
m Khối lượng của vật (kg)
∆t Độ tăng nhiệt của vật (0C hoặc K)
C Nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K)
Vkk Thể tích không khí (m3tc/kg)
V0kk: Thể tích không khí lý thuyết (m3tc/kg)
α Hệ số không khí thừa
mkk Khối lượng không khí (kgkk/kgnl)
рkk Khối lượng riêng của không khí (kg/m3)
Vkch Thể tích các khí còn cháy được (CO, H2, CH4)
mtrau Khối lượng trấu cấp trong 1 giờ (kg/h)
P Công suất đầu ra (kW hoặc KJ)
t
Qv Nhiệt trị thấp của trấu (KJ)
vG Vận tốc khí hóa, được chọn trên cơ sở thực nghiệm
ςL Hệ số trở lực của lớp nhiên liệu, ςl phụ thuộc vào hệ số Reynolds
Độ nhớt động học của dòng khí m2/
s
λ Hệ số dẫn nhiệt của samot, λ = 0,81W/m.độ;
α1, α2 Hệ số tỏa nhiệt ở hai bề mặt vách, W/m2.độ;
tf1 Nhiệt độ trung bình bên trong thiết bị sinh khí, 0C.
tf2 Nhiệt độ của dòng gas
KC Hệ số chất đồng tiết diện máng phụ vào vật liệu
Kn Hệ số phụ thuộc góc nghiên (độ) vít tải
Co Hệ số lực cản ma sát với vật liệu là tro
L Chiều dài vận chuyển của vật liệu
Qv Năng suất của vít tải tấn/h
v Vận tốc trung bình của khí trong đường ống (cm/s)
MỤC LỤC
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.................................................................i LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................ iv LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. v TÓM TẮT ................................................................................................................... vi ABSTRACT ...............................................................................................................vii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................ 1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................... 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ......................................................................... 3
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 3
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 4
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 4
1.5 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 4
1.6 Nội dung nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ...................................................................................... 6
2.1 Cây lúa nước ở Việt Nam ................................................................................. 6
2.1.1 Nguồn gốc ..................................................................................................... 6
2.1.2 Tình hình lúa tại Việt Nam ............................................................................ 7
2.2 Trấu.................................................................................................................. 8
2.2.1 Lịch sử - nguồn gốc ....................................................................................... 8
2.2.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu..................................................................... 8
2.3 Tình hình sử dụng trấu ở nước ta .................................................................... 10
2.4 Ứng dụng từ vỏ trấu........................................................................................ 12
2.4.1 Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt ....................................................................... 12
2.4.2 Sử dụng vỏ trấu làm củi trấu ........................................................................ 13
2.4.3 Dùng vỏ trấu để sản xuất gas sinh học (Trấu hoá khí) .................................. 13
2.4.4 Các ứng dụng của tro trấu ............................................................................ 14
2.4.5 Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt cung cấp cho nhà máy nhiệt điện ................... 14
2.5 Năng lượng sinh khối ..................................................................................... 16
2.5.1 Khái niệm sinh khối..................................................................................... 16
2.5.2 Vai trò của sinh khối.................................................................................... 16
2.6 Các nghiên cứu hóa Gas từ trấu trên thế giới và Việt Nam.............................. 17
2.6.1 Tình hình nghiên cứu hóa gas trấu ở các nước trên thế giới ......................... 17
2.6.1.1 Hệ thống hóa gas và đốt gas sử dụng cho hộ gia đình hoặc sản xuất nhỏ... 17
2.6.1.2 Hệ thống hóa gas trấu để chạy động cơ và phát điện ................................. 18
2.6.2 Tình hình nghiên cứu hóa gas trấu ở Việt Nam ............................................ 20
2.6.2.1 Hệ thống hóa gas và đốt gas sử dụng cho hộ gia đình ............................... 20
2.6.2.2 Sử dụng lò trấu hóa khí để sấy lúa ............................................................ 22
2.6.2.3 Hệ thống hóa gas trấu để nung gốm.......................................................... 22
2.6.2.4 Hệ thống hóa gas trấu của Nguyễn Thanh Quang (ĐHBK - ĐN) .............. 24
2.7 Những vấn đề tồn tại của lò ............................................................................ 25
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................... 26
3.1 Các kiểu thiết bị hóa gas ................................................................................... 26
3.1.1 Kiểu hóa gas đi lên ...................................................................................... 26
3.1.2 Kiểu gas đi xuống .......................................................................................... 26
3.1.3 Kiểu gas đi ngang .......................................................................................... 27
3.1.4 Kiểu phân tầng gas đi xuống.......................................................................... 27
3.1.5 Kiểu tầng sôi ................................................................................................. 28
3.2 Nguyên lý hóa gas để chuyển đổi năng lượng sinh khối .................................. 29
3.2.1 V ng cháy ..................................................................................................... 29
3.2.2 V ng khử....................................................................................................... 29
3.2.3 V ng nhiệt phân ............................................................................................ 29
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối ..................................... 30
3.3.1 Ảnh hưởng của áp suất ................................................................................ 30
3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ............................................................................... 30
3.3.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu ......................................................................... 30
3.3.4 Ảnh hưởng của nhựa.................................................................................... 31
3.3.5 Ảnh hưởng của tro. ...................................................................................... 31
3.3.6 Ảnh hưởng của kích thước hạt sinh khối ...................................................... 31
3.4 Công thức dùng tính toán lò trấu hóa khí gas .................................................. 31
CHƯƠNG 4: YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ........................................ 40
4.1 Yêu cầu lò nung gạch Hoffman ...................................................................... 40
4.1.1 Yêu cầu thiết kế ........................................................................................... 40
4.1.2 Nguyên lý lò đốt trấu đề xuất....................................................................... 41
4.2 Các phương án thiết kế ................................................................................... 41
4.2.1 Phương án 1................................................................................................. 41
4.2.1.1 Kết cấu ..................................................................................................... 41
4.2.1.2 Nguyên lý hoạt động................................................................................. 42
4.2.1.3 Chế tạo thử nghiệm mô hình lò ................................................................. 42
4.2.2 Phương án 1 cải tiến .................................................................................... 43
4.2.2.1 Kết cấu ..................................................................................................... 43
4.2.2.2 Nguyên lý hoạt động................................................................................. 44
4.2.2.3 Chế tạo thử nghiệm mô hình lò ................................................................. 45
4.2.3 Phương án 2................................................................................................. 45
4.2.3.1 Kết cấu ..................................................................................................... 45
4.2.3.2 Nguyên lý hoạt động................................................................................. 46
4.2.3.3 Chế tạo thử nghiệm................................................................................... 47
4.2.4 Phương án 3................................................................................................. 48
4.2.4.1 Kết cấu ..................................................................................................... 48
4.2.4.2 Nguyên lý hoạt động................................................................................. 49
4.2.4.3 Chế tạo và thử nghiệm .............................................................................. 50
4.2.5 Phương án 3 cải tiến .................................................................................... 51
4.2.5.1 Kết cấu ..................................................................................................... 51
4.2.5.2 Nguyên lý hoạt động................................................................................. 52
4.2.5.3 Mô hình 3D của lò đốt................................................................................ 53
4.3. Yêu cầu mạch điện điều khiển lò ................................................................... 54
4.3.1 Yêu cầu thiết bị điện của mạch điều khiển lò trấu hóa gas ........................... 54
4.3.2 Yêu cầu chu trình vận hành ......................................................................... 55
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO LÒ ĐỐT TRẤU HÓA GAS ........................................................................................................................... 56
5.1 Yếu tố thông số đầu vào và đầu ra lò đốt trấu hóa gas..................................... 56
5.2 Cơ sở tính toán các cụm thiết bị chính của lò trấu hóa gas .............................. 58
5.2.1 Tính toán các thông số của quá trình khí hóa ............................................... 58
5.2.1.1 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg trấu ........................ 58
5.2.1.2 Thể tích không khí cần thiết để hóa khí 1kg trấu [52]................................ 59
5.2.1.3 Khối lượng không khí cần thiết để hóa khí 1kg trấu .................................. 59
5.2.1.4 Nhiệt trị của trấu ....................................................................................... 60
5.2.1.5 Tính thông số khí gas ra ............................................................................ 60
5.2.2. Lượng khí sạch tiêu hao.............................................................................. 64
5.2.3. Lượng trấu tiêu hao cần thiết trong 1 giờ .................................................... 64
5.3 Tính toán lò phản ứng hóa khí ........................................................................ 65
5.3.1. Sơ đồ khối tổng quát lò phản ứng hóa khí ................................................... 65
5.3.2.1 Chiều cao lò phản ứng .............................................................................. 66
5.3.2.2 Đường kính buồng phản ứng..................................................................... 66
5.3.2.3 Thể tích không khí cần thiết cho quá trình khí hóa .................................... 67
5.3.2.4 Tốc độ rỗng của dòng khí ......................................................................... 67
5.3.2.5 Vận tốc gas ra khỏi buồng phản ứng ......................................................... 67
5.3.2.6 Thể tích của lò phản ứng hóa khí .............................................................. 68
5.3.2.7 Chiều cao tổng của lò phản ứng hóa khí.................................................... 69
5.3.2.8 Tính cách nhiệt cho lò phản ứng hóa khí ................................................... 69
5.3.2.8.1 Lựa chọn cấu trúc vỏ thiết bị và vật liệu cách nhiệt ................................ 69
5.3.2.8.2 Tính cách nhiệt thiết bị .......................................................................... 71
5.3.2.9 Tốc độ cháy thành tro của trấu .................................................................. 75
5.3.3 Tính hệ thống tải trấu................................................................................... 76
5.3.4 Tính toán buồng tháo tro.............................................................................. 79
5.3.5 Tính toán cho phễu cấp trấu ......................................................................... 82
5.3.6 Quạt cấp gió ................................................................................................ 82
5.3.7 Môtơ rung.................................................................................................... 83
5.3.9 Tính hệ thống khỏa mặt trấu ........................................................................... 86
5.3.10 Tính hiệu suất của lò đốt trấu hóa gas ........................................................ 87
5.4 Thiết kế tổng quát kết cấu lò đốt trấu hóa gas ................................................. 88
5.5 Thiết kế chi tiết lò đốt trấu hóa gas ................................................................. 89
5.5.1 Phễu cấp trấu ............................................................................................... 89
5.5.2 Hệ thống tải trấu .......................................................................................... 89
5.5.3 Quạt cấp gió ................................................................................................ 90
5.5.4 Van an toàn ................................................................................................. 90
5.5.5 Hệ thống dẫn khí ......................................................................................... 90
5.5.6 Cửa đốt khí gas ............................................................................................ 91
5.5.7 Khung lò...................................................................................................... 91
5.5.8 Hệ thống tháo tro ......................................................................................... 91
5.5.9 Hệ thống điều kiển thanh gạt trấu ................................................................ 91
5.5.10 Bình ổn áp khí gas ..................................................................................... 91
5.5.11 Hệ thống điện điều khiển ........................................................................... 92
5.5.12 Hệ thống bánh xe di động .......................................................................... 93
5.5.13 Khung bảo vệ............................................................................................. 93
5.5.14 Cửa mồi lửa ............................................................................................... 93
5.5.15 Hệ thống di chuyển lò ................................................................................ 94
5.5.16 Động cơ rung............................................................................................. 94
5.5.17 Ghi lò ........................................................................................................ 94
5.5.18 Thân lò ...................................................................................................... 94
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................... 96
6.1 Kết quả ........................................................................................................... 96
6.2 Đánh giá hoạt động của lò .............................................................................. 96
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 102
7.1 Kết luận........................................................................................................ 102
7.2 Kiến nghị...................................................................................................... 102
- Các nghiên cứu sau nên nâng cao công suất lò đốt hơn nữa để phục vụ các ngành công nghiệp và có thể giảm công suất lò sử dụng cho hộ gia đình nhưng cấp trấu liên tục và tháo tro liên tục. .......................................................................................... 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 103
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Cây lúa (oryzasativa) .................................................................................... 6
Hình 2.2: Sản lượng gạo Việt Nam [49] ....................................................................... 7
Hình 2.3: Lúa trước và sau khi thu hoạch ..................................................................... 7
Hình 2.4: Thành phần hạt lúa ....................................................................................... 8
Hình 2.5: Nguồn trấu rất dồi dào................................................................................ 11
Hình 2.6: Trấu đổ ra sông gây lãng phí và ô nhiễm nghiêm trọng [54] ....................... 11
Hình 2.7: Trấu được đốt trực tiếp để nung gạch ......................................................... 12
Hình 2.8: Khối thải ra từ lò gạch đốt trấu trực tiếp ..................................................... 12
Hình 2.9: Trấu làm chất đốt trong sinh hoạt hàng ngày .............................................. 12
Hình 2.10: Máy ép và thanh củi trấu .......................................................................... 13
Hình 2.11: Bếp qui mô hộ gia đình trấu hóa khí [12] ................................................. 13
Hình 2.12: Nguyên lý Bếp qui mô hộ gia đình trấu hóa khí [12] ................................ 14
Hình 2.13: Trấu làm thành phần của xi măng [14] ..................................................... 14
Hình 2.14: Dùng tro trắng sản xuất aerogel [15]......................................................... 14
Hình 2.15: Dự án nhà máy nhiệt điện ......................................................................... 15
Hình 2.16: Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện [50] .................................... 16
Hình 2.17: Bếp lò gas trấu dùng nấu ăn trong hộ gia đình .......................................... 18
Hình 2.18: Hình nguyên lý bếp lò gas trấu dùng nấu ăn trong hộ gia đình .................. 18
Hình 2.19: Hệ thống trấu hóa khí ở Italia [22] ............................................................ 19
Hình 2.20: Hệ trấu hóa khí 60kW ở Trung Quốc [23] ................................................ 19
Hình 2.21: Hệ trấu hóa khí 15kW ở Thái Lan [24]..................................................... 20
Hình 2.22: Bếp gas trấu của giáo sư Trần Bình [25] .................................................. 20
Hình 2.23: Bếp trấu cải tiến của Quân khu 9 [26] ...................................................... 21
Hình 2.24: Nguyên lý hoạt động bếp quân khu 9 và bếp gas trấu của Trần Bình ........ 21
Hình 2.25: Hệ thống sấy lúa bằng trấu hoá khí ........................................................... 22
Hình 2.26: Lò khí hóa trấu của Ấn Độ ....................................................................... 23
Hình 2.27: Sơ đồ kết cấu của hệ thống ....................................................................... 23
Hình 2.28: Hình lò khí hóa Nguyễn Thanh Quang (ĐHBK-ĐN) ................................ 25
Hình 3.1:Kiểu hóa ga đi lên [28] ................................................................................ 26
Hình 3.2: Kiểu hóa gas đi xuống [28]......................................................................... 26
Hình 3.3: Kiểu hóa gas ngang [28] ............................................................................. 27
Hình 3.4: Hóa gas kiểu phân tầng gas đi xuống.......................................................... 28
Hình 3.5: Hóa gas kiểu tần sôi [28] ............................................................................ 28
Hình 4.1:Bản vẽ mặt đứng và mặt cắt của lò gạch Hoffman ....................................... 40
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý đốt lửa vòng của lò hoffman............................................. 40
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý trấu cháy theo kiểu nghịch dòng....................................... 41
Hình 4.4: Kết cấu lò phương án 1............................................................................... 42
Hình 4.5: Thử nghiệm lò phương án 1 ....................................................................... 43
Hình 4.6: Kết cấu lò phương án 1 cải tiến .................................................................. 44
Hình 4.7: Thử nghiệm lò phương án 1 cải tiến ........................................................... 45
Hình 4.8: Kết cấu lò phương án 2............................................................................... 46
Hình 4.9: Thử nghiệm lò phương án 2 ....................................................................... 47
Hình 4.10: Kết cấu lò phương án 3............................................................................. 48
Hình 4.11:Thử nghiệm lò phương án 3....................................................................... 50
Hình 4.12: Kết cấu lò phương án 3 cải tiến ................................................................ 51
Hình 4.13: Mô hình kết cấu của lò khí hóa trấu đề tài này .......................................... 53
Hình 4.14: Mô hình kết cấu của lò khí hóa trấu đề tài này ......................................... 54
Hình 5.1: Bản vẽ mặt đứng và mặt cắt của lò gạch Hoffman ...................................... 57
Hình 5.2: Sơ đồ khối hệ thống trấu hóa gas cấp nhiên liệu liên tục cho lò đốt gạch .... 65
Hình 5.3: Sơ đồ cấu trúc vỏ thiết bị hóa khí [52] ........................................................ 70
Hình 5.4: Sơ đồ truyền nhiệt qua vách ....................................................................... 72
Hình 5.5: Tháo tro bằng vít tải kiểu liên tục ............................................................... 79
Hình 5.6: Kiểu máng vít tải tro................................................................................... 79
Hình 5.7: Hình thông số quạt cấp gió cho buồng phản ứng trấu hóa gas ..................... 82
Hình 5.8: Môtơ rung trấu và tro ................................................................................. 84
Hình 5.9: Cấu tạo tổng quát lò đốt trấu hóa khí .......................................................... 89
Hình 5.10: Phễu cấp trấu ............................................................................................ 89
Hình 5.11: Hệ thống vít tải trấu.................................................................................. 90
Hình 5.12: Quạt cấp gió cho buồng đốt trấu hóa gas .................................................. 90
Hình 5.13 : Van an toàn cho lò và bình ổn áp............................................................. 90
Hình 5.14: Hệ thống ống dẫn gas ............................................................................... 90
Hình 5.15: Cửa đốt khí gas ra..................................................................................... 91
Hình 5.16: Khung lò di động lò đốt trấu hóa gas ........................................................ 91
Hình 5.17: Hệ thống vít tháo tro lò đốt trấu hóa gas ................................................... 91
Hình 5.18: Hệ thống gạt trấu để khỏa bằng mặt trấu cấp vào lò đốt............................ 91
Hình 5.19: Bình ổn áp khí gas .................................................................................... 92
Hình 5.20: Tủ điều kiển điện hoạt động lò đốt trấu hóa gas ........................................ 92
Hình 5.21: Mạch động lực lò đốt trấu hóa gas ............................................................ 92
Hình 5.22: Mạch điều khiển lò đốt trấu hóa gas ......................................................... 93
Hình 5.23: Bánh xe di chuyển lò trấu hóa gas ............................................................ 93
Hình 5.24: Khung bảo vệ lò nung lò trấu hóa gas ....................................................... 93
Hình 5.25: Cửa mồi lửa để đốt lò trấu hóa gas ........................................................... 94
Hình 5.26: Hệ thống dẫn động để di chuyển lò đốt..................................................... 94
Hình 5.27: Động cơ rung trấu và tro........................................................................... 94
Hình 5.28: Ghi lò trấu hóa gas ................................................................................... 94
Hình 5.29: Thân lò trấu hóa gas ................................................................................. 95
Hình 6.1: Lò nung gạch bằng phương pháp Trấu hóa khí ........................................... 96
Hình 6.2: Chuẩn lò bị nung khoang gạch ................................................................... 96
Hình 6.3: Khối (gas) tại cửa đốt ................................................................................. 97
Hình 6.4: Ngọn lửa rất mãnh liệt, có thể có màu trắng sáng, màu đỏ .......................... 97
Hình 6.5: Ngọn lửa trắng, mạnh do có sự điều chỉnh 2 cách bướm để thu thêm một
lượng khí Oxy môi trường .......................................................................................... 98
Hình 6.6: Trấu cháy hoàn toàn trong quá trình đốt lò nung......................................... 98
Hình 6.7: Nhiệt đốt trong lò gạch trên 10000 C .......................................................... 98
Hình 6.8: Gạch nung bằng công nghệ Trấu hóa gas.................................................... 99
DANH MỤC BẢNG
................................................
1.1 Đặt vấn đề
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
Việt Nam là nước đứng thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo trong những năm gần đây [1]. Theo Hiệp hội Lương thực Việt Nam (VFA) cho biết, kết quả xuất khẩu gạo của Việt Nam năm 2013 đạt 7,720 triệu tấn [1] với những thị trường xuất khẩu gạo chính của Việt Nam trong năm 2013 là Trung Quốc, Malaysia, Philippines, Singapore, Hồng Kông và Bờ biển Ngà. Trong các nước trên Trung Quốc vẫn là nước nhập khẩu gạo lớn nhất của Việt Nam hơn 2,15 triệu tấn gạo, trị giá 901,86 triệu USD, tăng 3,21% về khối lượng và 0,38% về giá trị, chiếm 30,83% tổng kim ngạch xuất khẩu gạo của Việt Nam [2].
Nhiên liệu sinh khối (biomass) từ phụ phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp: như trấu, rơm rạ, m n cưa, củi,... hầu hết đã và đang được sử dụng rất phổ biến ở các vùng nông thôn của nước ta, để làm chất đốt trong đun nấu sinh hoạt hàng ngày. Trong sản xuất công nghiệp, các lò đốt truyền thống sử dụng nhiên liệu sinh khối này do sản sinh nhiều khối, khí độc và có hiệu suất đốt cháy thấp. Ngoài ra, một lượng lớn nhiệt của quá trình cháy tổn thất và do phân tán ra môi trường. Các thống kê cho thấy số người tử vong do ô nhiễm khí độc khi đun nấu có thể lên đến 1,5 triệu - 1,6 triệu người trong mỗi năm) [3]. Về cơ bản nhiên liệu sinh khối khi đốt cháy hoàn toàn cho ra các sản phẩm chứa N2, hơi nước, CO2,và O2 thừa. Trong quá trình đốt có thể xảy ra quá trình đốt yếm khí nhiên liệu (khí hóa) cấp dư nhiên liệu hay nói cách khác là cấp thiếu oxy cho quá trình cháy. Đây là quá trình cháy không hoàn toàn và sản phẩm khí thu được là hỗn hợp các khí như CO, H2, một ít khí mê tan CH4.
Hiện nay, công nghệ năng lượng sinh khối không chỉ thay thế phần nào cho
năng lượng hóa thạch mà còn góp phần đáng kể trong việc xử lý rác thải, nguồn phế thải từ phụ phẩm nông nghiệp (cả sau thu hoạch lẫn sau chế biến) như rơm rạ, trấu, vỏ cà phê, sơ dừa, bã mía,…Do đó, khai thác tiềm năng về năng lượng tái tạo từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp, đặc biệt là trấu, là hướng đi và việc làm mang tính chiến lược,
có ý nghĩa trong việc phát triển kinh tế_xã hội và bảo vệ môi trường. Vì vậy, một thách thức không chỉ đối với nước ta và các nước trên thế giới là tìm các nguồn năng lượng thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo này để mang lại triển vọng lớn cho nền kinh tế trong tương lai.
Trên bình diện thế giới, năng lượng sinh khối chiếm khoảng 14% - 15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới. Còn ở các nước đang phát triển thì năng lượng sinh khối chiếm khoảng 35% - 40% tổng năng lượng tiêu thụ [4]. Để bảo vệ môi trường, Liên Hợp quốc và tất cả các nước trên thế giới đều tìm mọi cách để giảm thiểu phát tán các loại khí độc hại khi đun nấu (CO, CO2, Carbon đen, SO2, NO2,…) nhưng cho đến nay vẫn còn đang gặp rất nhiều khó khăn.
Về sử dụng trấu để làm nguồn năng lượng sinh khối, đã có một số mô hình lò đốt được nghiên cứu nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi vì một số vấn đề vẫn còn tồn tại như: trấu cháy không triệt để, lò có kết cấu phức tạp, cần có các hệ thống xử lý sau khi hóa gas, cấp liệu không liên tục,...[12] Cả nước chỉ có một vài dự án nhỏ (dự án nhà máy nhiệt điện tại Hậu Giang [51]; đề tài cấp nhà nước về nghiên cứu tính toán, thiết kế chế tạo 01 dây chuyền công nghệ sử dụng trấu để cung cấp năng lượng cho các tổ hợp xay xát thóc (lúa) công suất 6 - 10 tấn/giờ [20]) ứng dụng ở một số địa phương , trong khi nguồn nhiên liệu sinh khối này từ phụ phẩm nông nghiệp (trấu) của nước ta rất lớn (hơn 8 triệu tấn/năm) [47]. Trong thực tế một lượng trấu rất lớn đã được sử dụng để dùng làm chất đốt cho các lò nung gạch bằng phương pháp đốt trực tiếp, có năng suất thấp gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường. Do vậy, việc nghiên cứu xác định nguyên lý, quy trình, đề xuất kết cấu một lò đốt phù hợp để giảm thiểu tối đa nguồn gốc nguồn phát sinh ô nhiễm, nâng cao hiệu quả quá trình đốt trấu hoá gas với một trình độ công nghệ phù hợp có tính cấp thiết và góp phần vào việc gìn giữ môi trường sạch xanh.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài khi thực hiện sẽ có các ý nghĩa khoa học:
+ Đề xuất giải pháp trấu hóa gas phù hợp, áp suất khí gas ra ổn định, lượng hắc ín ở đầu ra khí gas không đáng kể.
+ Đề xuất được kết cấu lò đốt trấu công nghiệp di động cho phép đốt triệt để
trấu và có thể điều chỉnh được lưu lượng khí gas ở đầu ra.
+ Xác định được kết cấu cụ thể và chế độ làm việc lò đốt để đốt trấu nung gạch.
- Một số ý nghĩa thực tiễn đạt được:
+ Kết quả nghiên cứu giúp thay thế các lò đốt trấu nung gạch truyền thống (đốt trực tiếp) bằng lò đốt trấu liên tục ứng dụng nguyên lý đốt nghịch giúp giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường, giảm giá thành gạch thành phẩm.
+ Kết cấu lò đốt trấu đơn giản phù hợp với trình độ công nghệ của các cơ sở cơ
khí, thích hợp với kết cấu các lò nung gạch phổ biến ở các tỉnh miền Tây Nam bộ.
+ Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng để chế tạo hàng loạt các lò đốt sử dụng trấu để nung gạch, gốm hay cấp nhiệt để sấy các loại nông sản như lúa, thực phẩm,…
+ Tiết kiệm được nhiên liệu đốt đáng kể so với các lò đốt truyền thống lên đến trên 20% khi sử dụng lò đốt để nung gạch, chất lượng gạch tốt hơn và màu gạch đẹp, gạch không bị cháy đen.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu, khảo sát, đánh giá các kiểu hoá trấu hoá gas đã có trong và ngoài nước để lựa chọn giải pháp công nghệ trấu hoá gas hiệu quả.
- Đề xuất giải pháp trấu hóa gas phù hợp, nguồn khí gas cung cấp ổn định, giảm
đáng kể lượng hắc ín ở đầu ra khí gas.
- Xác định được kết cấu lò đốt trấu công nghiệp cho phép đốt triệt để trấu, ít tạo hắc ín và điều chỉnh được lưu lượng khí.
- Tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm lò đốt trấu công nghiệp và xác định được chế độ làm việc khi sử dụng lò đốt để cấp nhiệt nung gạch trong lò nung gạch công suất 6000 viên/khoang.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
- Trấu thành phẩm sử dụng làm chất đốt phổ biến ở tỉnh Sóc Trăng và các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long.
- Các thiết bị hoá gas, lò đốt trấu hoá gas đã và đang có trên thị trường, đang được sử dụng trong công nghiệp.
- Gạch nung và lò nung gạch kiểu Hoffman.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
- Trong khuôn khổ đề tài và thời gian nghiên cứu, đề tài tập trung nghiên cứu lò
đốt trấu hóa gas để cung cấp năng lượng cho lò nung gạch kiểm Hoffman công suất
6.000 viên/khoang.
- Chất lượng của gạch, lò nung gạch và các quá trình điều khiển lò nung gạch không thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Lò nung gạch là kiểu lò Hoffman 24 khoang (mỗi khoang chứa 6000 viên).
1.5 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập tài liệu từ các nguồn báo chí, tạp chí, sách, các bài viết từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu. Qua phân tích, xử lý thông tin thu được để đề xuất công nghệ và phát triển lò đốt “trấu hoá gas”.
- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành chế tạo thử nghiệm lò đốt và đưa vào hoạt
động thử nghiệm trong thực tế để lấy số liệu và hoàn chỉnh thiết kế.
1.6 Nội dung nghiên cứu của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu phát triển lò nung công nghiệp sử dụng nguyên liệu trấu để nung gạch” là một như cầu cấp thiết giúp sử dụng nguồn năng lượng tái tạo gần như vô hạn trấu bằng giải pháp “trấu hóa gas” để thay thế nguồn năng lượng hóa thạch có hạn.
Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm các chương sau:
- Chương 1: Giới thiệu
Giới thiệu công nghệ sinh khối, tiềm năng và nhu cầu cũng như tầm quan trọng về
nguồn năng lượng tái tạo, mục tiêu, nhiệm vụ đề tài nghiên cứu.
- Chương 2: Tổng quan
Khái quát về nguyên liệu Trấu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về các lĩnh
vực liên quan lò đốt, các ứng dụng nổi bậc và những hạn chế của từng phương pháp.
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Tổng hợp các phương pháp lý thuyết về kết cấu lò đốt, nguyên lý đốt lò. Phân tích ưu, nhược từng phương pháp chọn phương pháp ph hợp nhất để phát triển.
- Chương 4: Yêu cầu và phương án thiết kế
Trên cơ sở yêu cầu thực tế của doanh nghiệp, lò đốt cháy liên lục, di động, công suất nung 6000 viên/khoang, tháo tro liên lục, khí gas ra ổn định.
- Chương 5: Tính toán, thiết kế và chế tạo lò nung
Tính toán chi tiết thông số lò nung như: công suất lò nung, đường kính thân lò, hệ thống cấp trấu liên lục, tháo tro liên lục bằng vít tải, tính kích thước buồng phản ứng, hệ thống dẫn gas, động cơ rung …
Thiết kế hoàn chỉnh lò nung gồm bản vẽ lắp ráp, phân rã cụm, phân rã chi tiết và xuất bản vẽ gia công. Chế tạo hoàn chỉnh lò nung, vận hành lò nung chế độ không tải, vận hành lò nung gạch theo từng khoang ghi nhận kết quả.
- Chương 6: Kết quả và đánh giá
Báo cáo kết quả tính toán và chế tạo, vận hành lò nung gạch. Đánh giá một số kết quả như: Ngọn lửa, độ ổn định nhiệt độ, trấu cháy hết…
- Chương 7: Kết luận và kiến nghị
Một số kết quả đạt được cần phát huy cũng như một số tồn tại đề xuất để tiếp tục phát triển.
Đề tài đã nhận được sự hỗ trợ của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh (phòng thí nghiệm REME), cơ sở gia công cơ khí Thành Tâm (Tp. Sóc Trăng) và thử nghiệm tại cơ sở sản xuất gạch sử dụng lò nung Hoffman tại ấp Trương Hiền - xã Thạnh Trị - huyện Thạnh Trị - tỉnh Sóc Trăng.
2.CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Cây lúa nước ở Việt Nam
2.1.1 Nguồn gốc
Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô (ZeaMays L.), lúa mì (Triticum sp, tên khác tiểu mạch), sắn (Manihot esculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberosum L.). Theo quan niệm xưa lúa cũng là một trong sáu loại lương thực chủ yếu trong lục cốc [48].
Lúa được đề cập ở đây là các loài (Oryza sativa và Oryza glaberrima) trong họ Poaceae, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực đông nam châu
Á và châu Phi. Hai loài này cung cấp hơn 1/5 lượng calo tiêu thụ của con người.
Hình 2.1: Cây lúa (oryzasativa)
Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc, sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Gạo là nguồn lương thực chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới (chủ yếu ở châu Á và châu Mỹ La tinh), và là loại lương thực được con người tiêu thụ nhiều nhất. Trong tiếng Anh, từ rice (lúa, gạo) có nguồn gốc từ arisi trong tiếng Tamil [5].
2.1.2 Tình hình lúa tại Việt Nam
Việt Nam đứng thứ đứng thứ 2 về xuất khẩu gạo trên thế giới, với sản lượng lúa đạt kỷ lục 42 triệu tấn vào năm 2011 (với 4,1 triệu ha diện tích trồng lúa) . Có 627 giống lúa khác nhau được trồng ở Việt Nam đã cho thấy tính đa dạng về thành phần lúa ở nước ta, bao gồm các giống lúa nếp và lúa tẻ, hầu hết thuộc loài Oryza sativa, ngoại trừ một số giống lúa hoang thuộc các loài khác trong chi Oryza [2].
Hình 2.2: Sản lượng gạo Việt Nam [49]
Cây lúa được trồng hầu hết trên khắp cả nước, nhưng tập trung chủ yếu tập trung ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là hai v ng trồng lúa lớn nhất của nước ta. Sản lượng lúa ở ĐBSCL hằng năm lên đến 20 triệu tấn, trong đó tỷ lệ trấu chiếm 21%. Ngoài một số hạt thóc để làm lúa giống, số lượng trấu sau xay xát ở ĐBSCL vào khoảng 6,5 triệu tấn trấu [6]. Năng lượng trấu: 3.250 kcalo/ kg trấu [7].
Hình 2.3: Lúa trước và sau khi thu hoạch
2.2 Trấu
2.2.1 Lịch sử - nguồn gốc
Vỏ trấu do hai lá của gié lúa, vảy lá và mày hoa tạo thành, cả hai phần này được ghép liền với nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau. Phần trên của hai mảnh vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối của vỏ trấu và cuối cùng kết thúc thành một cái râu.
Hình 2.4: Thành phần hạt lúa
2.2.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu
Thành phần các chất hoá học trong trấu gồm [8]:
- Cellulose: Chiếm nhiều nhất khoảng 26-35% là hợp chất cao phân tử có công thứ hóa học (C6H10O5)n.
- Hemi-cellulose: Chiếm khoảng 18-22%, là hợp chất hóa học tương tự như
cellulose nhưng có kích thước phân tử nhỏ hơn và không có cấu trúc chặt chẽ cũng như độ bền hóa lý thấp hơn cellulose.
- Lignin: Chiếm khoảng 25-30%, là hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình khác với cellulose. Lignin tồn tại ở ba trạng thái: thủy tinh (biến dạng là biến dạng đàn hồi), dẻo (biến dạng không thuận nghịch), lỏng dính.
- SiO2: Chiếm khoảng 20%.
Bảng 2.1. Phân tích nguyên tố trong trấu [9]
......................................
....................................
7.1 Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm lò đốt trấu hóa gas phục vụ nung gạch cho lò gạch Hoffman. Đề tài đã đạt được những thành công nhất định so với yêu cầu đặt ra.
Đề tài đã đề xuất được nguyên lý lò đốt trấu hóa gas phù hợp, áp suất khí gas ổn định, lượng hắc ín ở đầu ra khí gas không đáng kể. Đồng thời cũng đề xuất được kết cấu lò đốt trấu công nghiệp di động, trấu cháy triệt để và có thể điều chỉnh được lưu lượng khí gas ở đầu ra tùy chỉnh.
Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi, chế tạo hàng loạt các lò đốt sử dụng trấu để nung gạch, gốm hay cấp nhiệt để sấy các loại nông sản như lúa, thực phẩm,…Tiết kiệm được nhiên liệu đốt đáng kể so với các lò đốt truyền thống lên đến trên 20% khi sử dụng lò đốt để nung gạch, chất lượng gạch tốt hơn và màu gạch đẹp, gạch không bị cháy đen. Kết quả nghiên cứu thay thế các lò đốt trấu nung gạch truyền thống (đốt trực tiếp) bằng lò đốt trấu liên tục ứng dụng nguyên lý đốt nghịch giúp giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường, giảm giá thành gạch thành phẩm.
7.2 Kiến nghị
- Các nghiên cứu sau nên nâng cao công suất lò đốt hơn nữa để phục vụ các ngành công nghiệp và có thể giảm công suất lò sử dụng cho hộ gia đình nhưng cấp trấu liên tục và tháo tro liên tục.
- Lò đốt trấu d ng để nung gạch sẽ hoàn thiện hơn nữa nếu: cấp trấu tự động bằng khí động học, nghiên cứu đường ray để lò đốt di chuyển tự động, nghiên cứu hệ thống thu gas để dự bị và có thể dùng nguồn gas này phục vụ cho sinh hoạt hộ gia đình.
Mong sự quan tâm của các cấp lãnh đạo xem xét tạo điều kiện để các cơ sở sản xuất gạch trong nước sớm chuyển đổi công nghệ nung gạch truyền thống sang sử dụng lò đốt trấu hóa gas để nung vừa tiết kiệm vừa bảo vệ được môi trường sống cho công đồng.
