Thực trạng và đề xuất các giải pháp thu hồi nhiệt thải của các lò nấu các sản phẩm nông nghiệp từ gạo trên địa bàn Quảng Nam, Đà Nẵng

Bài viết Thực trạng và đề xuất các giải pháp thu hồi nhiệt thải của các lò nấu các sản phẩm nông nghiệp từ gạo trên địa bàn Quảng Nam, Đà Nẵng đề cập đến thực trạng, tiềm năng và đề xuất các giải pháp thu hồi nhiệt thải từ các lò trên cho các hộ nông dân tại địa bàn Quảng Nam, Đà Nẵng.

40 Mã Phước Hoàng THỰC TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP THU HỒI NHIỆT THẢI CỦA CÁC LÒ NẤU CÁC SẢN PHẨM NÔNG NGHIỆP TỪ GẠO TRÊN ĐỊA BÀN QUẢNG NAM, ĐÀ NẴNG MEASURES FOR WASTE HEAT RECOVERY FROM RICE CAKE STOVES IN QUANG NAM AND DA NANG PROVINCE Mã Phước Hoàng Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; nhietlanhdng@gmail.com Tóm tắt - Tiết kiệm lượng không vấn đề quan trọng quốc gia, mà vấn đề ảnh hưởng đến tương lai giới Với nơng nghiệp vấn đề tiết kiệm lượng có từ lâu, nhiên phạm vi nhỏ chưa đánh giá hết giá trị việc tiết kiệm lượng Một lĩnh vực tiết kiệm lượng đem lại hiệu cao kinh tế giảm thiểu ô nhiễm môi trường phải kể đến thu hồi nhiệt thải lò sản xuất sản phẩm từ gạo lò tráng bánh, mỳ, phở, bún, bánh kẹo,… Bài báo đề cập đến thực trạng, tiềm đề xuất giải pháp thu hồi nhiệt thải từ lò cho hộ nông dân địa bàn Quảng Nam, Đà Nẵng Abstract - Saving energy plays a very important role in the sustainable development of a nation and the world In agriculture, there has been much research on saving energy but it is at small scale and has not achieved much success It can be said that waste heat recovery from rice cake stoves has a potential in saving energy, reducing carbon dioxide emission as well as improving the quality of rice cake products This paper investigates the status, potential and then recommends suitable measures to recover waste heat from rice stoves for farmers in Quangnam and Danang provinces Từ khóa - nhiệt thải; nơng nghiệp; thu hồi; tiết kiệm lượng; môi trường Key words - waste heat; agriculture;recovery; energy saving; environment Đặt vấn đề Tìm kiếm nguồn lượng tái tạo để thay nguồn lượng truyền thống từ nhiên liệu hóa thạch than, dầu, khí đốt,… vấn đề quan trọng tương lai Bên cạnh đó, việc tiết kiệm lượng sử dụng lượng hiệu quan tâm đáng kể, ảnh hưởng lớn đến vấn đề chi phí lượng Bài báo nêu lên thực trạng sử dụng nhiên liệu lị đốt thủ cơng nấu sản phẩm từ gạo địa bàn Quảng Nam, Đà Nẵng; đồng thời đề xuất phương án tận dụng nhiệt thải từ khói lị nấu cho hiệu Qua đó, tác giả nghiên cứu thực nghiệm thiết bị sấy có tận dụng nhiệt thải từ lị tráng bánh để gia nhiệt cho khơng khí nóng hộ nơng dân huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam Kết đạt khả quan tiềm thu hồi nhiệt thải lò nấu thủ công Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Mô tả khu vực nghiên cứu Quảng Nam Đà Nẵng nơi có đặc sản tiếng miền Trung mỳ Quảng, bánh tráng thịt heo, bún khô,… Việc sản xuất sản phẩm từ gạo từ hộ gia đình làm nghề truyền thống phổ thơng chủ yếu, có sở sản xuất lớn hay sử dụng dây chuyền sản xuất Các lò nấu sử dụng nhiên liệu đốt phụ phẩm nông nghiệp thiết kế lắp đặt thô sơ, lạc hậu Theo khảo sát phần lớn lị nấu khơng lắp đặt ống khói thốt, điều dẫn đến mơi trường làm việc người dân bị ô nhiễm, sức khỏe không đảm bảo, sản phẩm không đạt vệ sinh Các lị cịn lại có ống khói, hiệu suất cháy thấp (20%) [1], tiêu hao nhiên liệu nhiệt lượng khói thải mang ngồi cao Hình Lị tráng bánh Hình Lị nấu bún 2.2 Phương pháp nghiên cứu Ở vấn đề cần quan tâm chất lượng nguồn nhiệt thải từ lò nấu Chất lượng phụ thuộc vào nhiệt độ khói thải mơi trường, vào lưu lượng khói hay nói cách khác phụ thuộc vào cơng suất nhiệt tận dụng được, mà khơng ảnh hưởng đến khả ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(102).2016 bị ăn mịn ống khói nhiệt độ khói ngồi thấp làm tăng trở lực đường khói Cơng suất nhiệt khói tận dụng thu hồi dự kiến là: Qkh = Gkh.Cpkh.(tkh’ – tkh”), W (1) Trong đó: Qkh: cơng suất nhiệt thu hồi, W; Gkh: lưu lượng khói, kg/s; Cpkh: nhiệt dung riêng khói, J/kgK; tkh’: nhiệt độ khói vào thu hồi, 0C; tkh”: nhiệt độ khói khỏi thu hồi, 0C (tkh” nhiệt độ khói mơi trường phạm vi cho phép sau tận dụng nhiệt) Trên địa bàn Quảng Nam, Đà Nẵng lị nấu sản phẩm nơng nghiệp từ gạo lị thủ cơng có cơng suất kết cấu lò gần nhau, nên tác giả chọn hộ dân làm nghề tráng bánh Duy Xuyên để tiến hành đo đạc tính sơ lượng nhiệt thu hồi hộ Tác giả tiến hành đo nhiệt độ lưu lượng khói, hai thành phần quan trọng tính tốn cơng suất nhiệt thu hồi Thiết bị sử dụng đo nhiệt độ cặp nhiệt loại K hãng EMKO, với khoảng đo từ (0  1200) 0C, độ xác 0,5% Vị trí lấy thông số nhiệt độ sau buồng đốt vào ống khói Vì địa điểm để đo lị tráng bánh có sẵn đường khói kéo dài để sấy bánh, nên thuận tiện cho việc lấy mẫu (Hình 3) 41 ngang ống khói Tốc độ tính tốn tốc độ trung bình điểm đo Kết thảo luận 3.1 Số lượng hộ nông dân làm nghề sản xuất sản phẩm nông nghiệp từ gạo địa bàn Quảng Nam Đà Nẵng Quảng Nam có 18 huyện với nhiều làng nghề, làng nghề mang thương hiệu riêng địa phương Với loại sản phẩm từ gạo, có nhiều thương hiệu tiếng làng nghề bánh tráng Phú Chiêm, Điện Phương, làng nghề bánh tráng Đại Lộc, bánh tráng đập Cẩm Nam, Hội An,… [3] Bảng Số lượng hộ dân làm nghề bánh tráng, bún thủ công địa bàn Quảng Nam Huyện Số lượng làm nghề bánh tráng (hộ) Số lượng làm nghề bún, mỳ (hộ) Điện Bàn 352 34 Đại Lộc 270 26 Duy Xuyên 103 22 Thăng Bình 75 26 Các huyện khác 80 30 Nguồn: Số liệu thống kê Sở Nông nghiệp Phát triển Nông thôn tỉnh Quảng Nam năm 2015 Đà Nẵng có quận nội thành, huyện ngoại thành Hòa Vang huyện đảo Số lượng hộ dân làm nghề sản xuất sản phẩm từ gạo chủ yếu tập trung xã thuộc huyện Hòa Vang cung ứng thị trường quận nội thành thành phố Huyện Hịa Vang có 11 xã, tập trung sản xuất sản phẩm bánh tráng, mỳ, bún Hịa Phong, Hịa Nhơn, Hịa Châu,… Đặc biệt phải nói đến làng nghề bánh tráng Túy Loan tiếng Đà Nẵng [4] Bảng Số lượng hộ dân làm nghề bánh tráng, bún thủ công địa bàn Đà Nẵng Huyện, quận Số lượng làm nghề Số lượng làm nghề bánh tráng (hộ) bún, mỳ (hộ) Hòa Vang 20 116 Các quận lại 10 23 Nguồn: Số liệu thống kê Phòng Kinh tế Hạ tầng huyện Hịa Vang điều tra tác giả Hình Đo nhiệt độ khói thải Việc đo lưu lượng khói phức tạp, khói sản phẩm cháy nhiệt độ cao (>1500C), mà thiết bị lưu lượng kế có thị trường dùng nhiệt độ thấp Giá thành thiết bị đo lưu lượng khói chun dụng thực tế cao Vì vậy, tác giả thực phương pháp đo tốc độ khói thực để tính lưu lượng khói (phương pháp US.EPA [2]) Để đo tốc độ khói, tác giả sử dụng ống pitot KIMO TPL-06500 có độ xác 1% đo độ chênh áp suất toàn phần áp suất tĩnh Quan hệ tốc độ độ chênh áp sau:  kh  2( Pt  Ps ) , m/s (2)  kh Trong đó: kh: tốc độ khói, m/s; Pt, Ps: áp suất tồn phần áp suất tĩnh, Pa; kh: khối lượng riêng khói, kg/m3 Tốc độ khói lấy nhiều điểm tiết diện Qua kết thống kê nhận thấy khu vực Đà Nẵng, bánh tráng chủ yếu bánh tráng mè đặc sản nên số lượng hộ sản xuất ít, số báo động dần làng nghề truyền thống Tuy nhiên, nhìn chung Quảng Nam Đà Nẵng, số lượng hộ dân làm nghề sản xuất sản phẩm từ gạo lớn, tiềm thu hồi nhiệt thải để tiết kiệm lượng cho hộ dân cho xã hội cao 3.2 Thực trạng sấy sản phẩm từ gạo để bảo quản tiêu thụ Việc sấy sản phẩm bánh tráng, bún khô thường phụ thuộc vào thời tiết, chủ yếu tập trung vào ngày nắng Phơi nắng phương pháp truyền thống lâu đời bà nông dân (Hình 4), nhiên có bất cập sau: + Sản phẩm không đảm bảo vệ sinh: dễ bị bám bụi bẩn côn trùng (ruồi,…); + Không thể tăng suất nhiều (phụ thuộc sân phơi), không làm việc ban đêm 42 Mã Phước Hồng Hình Sấy sản phẩm phương pháp phơi nắng Riêng mùa mưa, nhu cầu cung ứng thị trường phải đảm bảo nên hộ dân sử dụng lị sấy thủ cơng tự chế: Dùng nhiên liệu phụ phẩm nông nghiệp trấu, củi,… than để đốt cháy lấy nhiệt sấy trực tiếp Bánh tráng đặt vỉ gác lên sắt cố định phía hơng khung tre hình trịn có than nóng (Hình 5, 6) Phương pháp sấy bánh dùng rộng rãi có hiệu sấy nhanh sấy trực tiếp, có bất cập sau: 3.3 Tính tốn lượng nhiệt thu hồi từ khói thải lị nấu sản phẩm nông nghiệp từ gạo Theo đo đạc, nhiệt độ khói đo sau nhóm lị 30 phút kết thúc q trình nấu lị dao động từ 230  2800C Sự thay đổi giải thích ảnh hưởng trình cấp nhiên liệu đốt vào lò, ảnh hưởng thiếu thừa Oxi buồng đốt Trong q trình tính tốn, tác giả chọn mức nhiệt độ trung bình khói tkh’ = 2500C nhiệt độ khói vào thu hồi Lưu lượng khói thay đổi ảnh hưởng nhiệt độ khói Cơng suất nhiệt tận dụng dự kiến tính tốn tác giả chọn nhiệt độ khói khỏi mơi trường tkh”> 1500C thuộc phạm vi điều kiện làm việc cho phép ống khói thành phần khói xem khơng thay đổi suốt trình đo đạc (Bảng 3) Như vậy, nhiệt độ tkh” giảm cơng suất nhiệt dự kiến tận dụng nhiều Bảng Quan hệ công suất nhiệt với lưu lượng khói nhiệt độ khói tkh’’ (0C) 150 180 200 220 250 Qkh (kW) 28.611 22.888 19.074 15.259 9.537 30 Q kh,kW 25 20 15 10 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 t kh, độ C Hình Quan hệ cơng suất nhiệt nhiệt độ khói Q-tkh” Hình Sấy sản phẩm vỉ trực tiếp từ than đốt 3.4 Đề xuất giải pháp thu hồi nhiệt thải phù hợp với lị nấu thủ cơng sản phẩm nơng nghiệp từ gạo 3.4.1 Thu hồi nhiệt để tăng hiệu suất cháy nhiên liệu đốt lò Nhiệt thu hồi từ khói gia nhiệt cho khơng khí cấp vào lị [5] Như vậy, hiệu suất q trình cháy lị nấu thủ cơng tăng lên (50  60) % Yêu cầu đặt lò phải thiết kế lại cho phù hợp để giảm tổn thất nhiệt qua giảm lượng nhiên liệu tiêu hao Bộ thu hồi nhiệt để gia nhiệt khơng khí cấp vào lị thiết kế theo kiểu calorifer khói khí thơng thường (Hình 8) Hình Sấy sản phẩm khung tre trực tiếp từ than đốt + Ảnh hưởng đến môi trường (chất thải đốt nhiên liệu); + Tăng số lượng, tăng nhân công (để sấy bánh); + Ảnh hưởng tới sức khỏe người (người sản xuất, người tiêu thụ); + Chất lượng sản phẩm giảm (ảnh hưởng khói, bụi than,…); + Giá thành sản phẩm tăng (tốn chi phí nhiên liệu đốt để sấy) Hình Nguyên lý thu hồi nhiệt để gia nhiệt khơng khí cấp vào lị Khói lị nấu (1) theo đường (2) đưa vào calorifer (3) nhả nhiệt cho khơng khí bên ngồi (5) theo ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(102).2016 đường (4) thoát ngồi mơi trường Khơng khí nóng qua quạt (6) cấp vào lò 3.4.2 Thu hồi nhiệt để sấy sản phẩm từ gạo: bánh tráng, bún khô, phở khô,… Nguyên lý hệ thống thu hồi nhiệt để sấy thể Hình vcd Hình Nguyên lý thiết bị sấy tận dụng nhiệt thải từ lị nấu Khói từ buồng đốt lị (1) vào ống calorifer trao đổi nhiệt với khơng khí lạnh bên ngồi vào (3) khói theo đường mơi trường Khơng khí nóng vào thiết bị sấy (5) nhận ẩm vật cần sấy theo cửa thải ẩm (6) ngồi Trong q trình trao đổi nhiệt, khơng khí chuyển động đối lưu cưỡng nhờ quạt Tuy nhiên, trường hợp điện thời gian ngắn, khơng khí chuyển động tự nhiên nhờ độ chênh áp chiều cao ống ẩm lớn Hệ thống có sử dụng phương pháp hồi nhiệt trình sấy để làm tăng hiệu sấy Với thiết bị bánh tráng có suất bình qn 30kg/ngày theo tính tốn cần lượng nhiệt để sấy 10 kW [6] Như vậy, tận nguồn nhiệt để sấy bánh tiết kiệm 100% chi phí nhiên liệu để sấy theo cách thơng thường 43 Quảng Nam Sản phẩm bánh tráng thu đạt yêu cầu đề Đường kết nối khói lị thiết bị thể Hình 10 Kết luận Kết nghiên cứu cho thấy tiềm thu hồi nhiệt thải từ lò nấu sản phẩm từ gạo địa bàn Quảng Nam, Đà Nẵng lớn Hiệu mang lại giải pháp thu hồi nhiệt thải tóm gọn sau: - Hiệu kinh tế: + Tận dụng nhiệt thải để tăng hiệu suất cháy nhiên liệu lò đốt giảm lượng tiêu hao nhiên liệu, chi phí nhiên liệu giảm xuống + Giá thành sản phẩm nông nghiệp từ gạo bánh tráng, bún khơ,… vào mùa mưa thường cao giá bình thường tốn thêm chi phí nhiên liệu đốt để sấy sản phẩm than, củi,… theo phương pháp cũ Việc tận dụng nhiệt thải từ lò nấu giảm chi phí lượng nhiều, qua ổn định giá thành sản phẩm + Ngoài sấy sản phẩm từ gạo, thiết bị sấy tận dụng nhiệt thải từ lị nấu sấy sản phẩm nơng nghiệp khác thóc, ngơ, trái cây,… để bảo quản + Công suất làm sản phẩm từ gạo hộ nông dân tăng lên chủ động thời gian, thiết bị sấy hoạt động ngày đêm, không phụ thuộc thời tiết - Hiệu môi trường: Một giảm việc đốt than củi dẫn đến việc hạn chế khai thác rừng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường - Hiệu xã hội: Đem lại sản phẩm nông nghiệp so với phương pháp truyền thống phơi nắng, hơng khói,… Nâng cao trình độ dân trí người nơng dân việc tạo sản phẩm đáp ứng yêu cầu chất lượng, hướng tới thị trường tiềm siêu thị, xuất khẩu,… Để đạt hiệu trên, người dân cần phải thay đổi thói quen làm việc, lối suy nghĩ truyền thống, điều đòi hỏi quảng bá thích hợp để nhân rộng mơ hình quan chức nhà khoa học nhằm tiến tới phát triển bền vững làng nghề truyền thống tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 10 Thiết bị sấy bánh tráng tận dụng nhiệt thải thực tế cơng suất 30kg/ngày Trong q trình nghiên cứu, tác giả thiết kế, chế tạo, lắp đặt vận hành thành công thiết bị sấy bánh tráng cơng suất lị sấy 30kg/ngày có tận dụng nhiệt thải từ lò tráng bánh hộ dân xã Đại Hiệp, huyện Đại Lộc, tỉnh [1] Ngô Đức Lâm (2002), “Lò hơi, lò đốt – với vấn đề phát thải khí nhà kính nước ta”, Tạp chí KH CN Nhiệt, Số 46.2002, tr [2] Phạm Thị Hữu (2014): Xác định vận tốc lưu lượng khói thải theo phương pháp US.EPA, Báo cáo quan trắc khí thải ống khói phương pháp đẳng động lực học isokinetic, Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục Môi trường [3] Sở NN PTNT Quảng Nam (2015), Thống kê tình hình làng nghề tỉnh Quảng Nam [4] Phòng Kinh tế Hạ tầng huyện Hịa Vang (2015), Thống kê tình hình lao động địa phương [5] Nguyễn Văn Tuyên, Đặng Thành Trung (2005), “Khả tận dụng nhiệt khói thải từ lị cơng nghiệp ống lị - ống lửa để nâng cao hiệu sử dụng lượng”, Tạp chí KH CN Nhiệt, Số 64.2005, tr 17 [6] Mã Phước Hoàng (2015), “Nghiên cứu tận dụng nhiệt thải từ lò tráng bánh để sấy bánh tráng”, Tạp chí KH&CN ĐHĐN, Số 01(86) 2015, tr 62 (BBT nhận bài: 05/04/2016, phản biện xong: 06/05/2016) ... suất nhiệt nhiệt độ khói Q-tkh” Hình Sấy sản phẩm vỉ trực tiếp từ than đốt 3.4 Đề xuất giải pháp thu hồi nhiệt thải phù hợp với lị nấu thủ cơng sản phẩm nơng nghiệp từ gạo 3.4.1 Thu hồi nhiệt. .. hộ nông dân làm nghề sản xuất sản phẩm nông nghiệp từ gạo địa bàn Quảng Nam Đà Nẵng Quảng Nam có 18 huyện với nhiều làng nghề, làng nghề mang thương hiệu riêng địa phương Với loại sản phẩm từ gạo, ... cách thông thường 43 Quảng Nam Sản phẩm bánh tráng thu đạt u cầu đề Đường kết nối khói lị thiết bị thể Hình 10 Kết luận Kết nghiên cứu cho thấy tiềm thu hồi nhiệt thải từ lò nấu sản phẩm từ gạo