Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng của máy ép thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp

LỜI CAM ĐOAN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NƠNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Tơi xin cam đoan, cơng trình riêng tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác NGUYỄN HỮU HƠN Tác giả luận văn NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY Trần Văn Thịnh ÉP THANH NHIÊN LIỆU TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa học cách nghiêm túc, sở kiến thức thân tài liệu tham khảo, hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với nhận xét góp ý xác đáng, thầy Trần LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Kim Khôi bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ trình khảo nghiệm trường xử lý số liệu đo đếm Đến nay, Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến suất chi phí lượng riêng vận xuất gỗ rừng tự nhiên tời tự hành hai trống” tơi hồn thành đạt mục tiêu đề Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc với giúp đỡ tận tình quý báu Tơi xin hứa với kiến thức học trình học tập nghiên cứu, điều kiện tơi vận dụng vào trình hoạt động LỜI CAM ĐOAN Hà Nội, 2011 Các số liệu, kết luận văn trung thực BỘ GIÁO DỤC VÀaiĐÀO NGHIỆP VÀ PTNT chưa cơngTẠO bố bấtBỘ kỳNƠNG cơng trình khác TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - Tác giả luận văn NGUYỄN HỮU HƠN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT YẾU TỐ Trần VănSỐ Thịnh ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY ÉP THANH NHIÊN LIỆU TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Máy Thiết bị giới hóa Nơng -Lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TS Trần Tuấ n Nghĩa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Văn Thái Hà Nội, 2011 ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước nông nghiệp hàng năm tạo lượng lớn đến hàng chục triệu phế thải (sinh khối) từ nông nghiệp (vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vỏ hạt…), phế thải sản xuất, chế biến gỗ (mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn, cành … Sử dụng nguồn sinh khối cách thích hợp để sản xuất nhiệt điện đem lại hội cho nông nghiệp, cải thiện an ninh lượng mang lại lợi ích cho mơi trường xã hội Lợi ích việc sử dụng viên (thanh) nhiên liệu từ Biomass tận dụng phế thải từ nông nghiệp, giảm chi phí vận chuyển lưu trữ, sử dụng làm chất đốt cho nhiều loại lị cơng suất vừa nhỏ, vừa cắt giảm lượng hóa thạch, tiếp kiệm chi phí sản xuất, tăng chất lượng trình cháy giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính …góp phần bảo vệ mơi trường Riêng đồng sông Cửu Long hàng năm tạo chục triệu phế thải từ nông nghiệp vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vv… Hiện có số nhà máy, sở sản xuất nhiên liệu từ vỏ trấu địa bàn Long An, Cần Thơ, Đồng Tháp Hậu Giang Tuy nhiên lĩnh vực nên máy móc vừa sản xuất vừa nghiên cứu cải tiến Ở nước ta, việc nghiên cứu sử dụng phế thải từ nông nghiệp để sản xuất nhiệt phục vụ công nghiệp đời sống sinh hoạt số trường Đại học (Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh…) nghiên cứu số sở vùng đồng sông Cửu Long sản xuất thử Các nghiên cứu tập trung vào hướng sinh hóa để biến phế thải thành nhiên liệu lỏng phục vụ cơng nghiệp Thực tế có số sở tư nhân thuộc khu vực đồng sông Cửu Long sản xuất thành công nhiên liệu từ trấu để làm củi đốt phục vụ sinh hoạt Tuy nhiên, máy móc, thiết bị sản xuất sở thiết kế chế tạo chủ yếu dựa theo kinh nghiệm, chưa có sở khoa học nên hiệu thu cịn hạn chế, nguyên nhân kìm hãm phát triển sử dụng nguồn lượng phục vụ công nghiệp sống sinh hoạt Với lý trên, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến suất chi phí lượng máy ép nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp” cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn xã hội 2 a Hiệu lĩnh vực khoa học công nghệ: - Xác định thông số cấu tạo hợp lý máy ép làm sở cho thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy theo hướng tối ưu để nhanh chóng áp dụng sản xuất cách đại trà phục vụ sản xuất nhiên liệu từ vỏ trấu b Hiệu kinh tế - xã hội - Việt Nam nước nông nghiệp hàng năm thải lượng lớn phế thải vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vỏ hạt, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn, cành ngọn,vv… Sử dụng nguồn sinh khối cách thích hợp để sản xuất nhiệt điện đem lại hội cho nông nghiệp, cải thiện an ninh lượng mang lại lợi ích cho mơi trường xã hội - Việc áp dụng máy ép để sản xuất nhiên liệu từ vỏ trấu cách đại trà đạt hiệu cao sản xuất mở hướng sử dụng lượng khả thay nguồn lượng hóa thạch sản xuất, góp phần cắt giảm lượng hóa thạch, tiết kiệm chi phí sản xuất, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính thúc đẩy phát triển cơng nghiệp lượng, công nghiệp sản xuất thiết bị chuyển hóa lượng đời sống xã hội v v… Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp 1.1.1 Trên giới Từ xưa tới vỏ trấu,vỏ lạc, cà phê, rơm rạ, mùn cưa, phoi bào, gỗ vụn (biomass) mặc định phế thải nông nghiệp, thường mang đốt sau mùa vụ với lượng lớn, thải mơi trường nhiều chất độc hại Ít biết thứ trở thành nguyên liệu sản xuất lượng sinh học, khí đốt hydro, phân bón, xăng sinh học viên đốt phục vụ đời sống xã hội Điều vừa giúp nơng dân có thêm thu nhập, cải thiện mơi trường, góp phần chống lại biến đổi khí hậu tồn cầu Theo dự tính chuyên gia, việc tiêu thụ lượng tồn cầu tăng thêm 1/3 vịng 15 năm tới Mức tiêu thụ lượng ngày gia tăng, phần lớn nước phát triển, nguồn lượng truyền thống (thuỷ điện, than đá, dầu mỏ…) lại ngày khan Vì vấn đề cấp thiết đặt phải tiến hành cách mạng tìm nguồn lượng lượng tái sử dụng Theo Tổ chức Nông Lương giới, năm Việt Nam thu 20 triệu lúa có khoảng 20 triệu vỏ trấu, rơm rạ dùng làm nguyên liệu đốt lò hơi, [5] Theo chuyên gia lượng, nguồn lượng - cịn có tên “vàng xanh” Tại 30 quốc gia trồng cây, hàng loạt Nông nghiệp, Lâm nghiệp chế nguồn nhiên liệu thay xăng, dầu từ dầu mỏ Theo chuyên gia lượng, nguồn nhiên liệu phong phú vơ tận, mà lồi người khơng ám ảnh khủng hoảng nhiên liệu Loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm so với loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá…) là: tính chất thân thiện với mơi trường, chúng sinh hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng khiến trái đất nóng lên) gây ô nhiễm môi trường loại nguồn nhiên liệu truyền thống, loại nhiên liệu tái sinh, loại nhiên liệu lấy từ hoạt động sản xuất Nông, Lâm nghiệp tái sinh Chúng giúp giảm lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống Tuy nhiên, vấn đề sử dụng nhiên liệu sinh học (NLSH) vào đời sống nhiều hạn chế chưa hạ giá thành sản xuất xuống thấp so với nhiên liệu truyền thống Trong tương lai nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nguồn nhiên liệu thay cho nguồn nhiên liệu truyền thống Kỹ thuật đốt rác phát điện có lịch sử nghiên cứu phát triển 30 năm trở lại đây, nhiều nhà máy Đức (32% lượng rác xử lý đốt rác phát điện), Đan Mạch (70%), Bỉ (29%), Pháp (38%)… trở thành hình mẫu cho ngành công nghệ “năng lượng bảo vệ môi trường” Ở Châu Á, Singapore (100% lượng rác xử lý đốt rác phát điện) Nhật Bản (72,8%) hai nước đầu kỹ thuật đốt rác phát điện, [5] Thực tế, nước châu Á như: Nhật Bản, ấn Độ, Thái Lan … nhiều công ty sử dụng lò đốt sinh khối Nhật Bản, nước đầu giới nghiên cứu lượng thay thế, nhận định nhà máy Indonesia nguồn lượng BIOMASS tiềm Tại hội thảo diễn Indonesia, Haruhiko Ando, giám đốc Chính sách Năng lượng Toàn cầu Tế bào Nhiên liệu Nhật Bản cho biết, Nhật Bản gặp phải trở ngại việc phát triển BIOMASS giá vật chất nước cao Khí hậu đất Indonesia phù hợp để sản xuất sản phẩm BIOMASS Trung Quốc quốc gia có chủ trương thay dầu mỏ NLSH Quốc gia có kế hoạch đến năm 2020 sử dụng NLSH để thay 10 triệu chế phẩm dầu mỏ nhằm giảm bới sức ép nguồn lượng nước Phát biểu diễn đàn giải pháp lượng bền vững phi tập trung hố tổ chức tháng 5/2006, phó giám đốc Viện Nghiên cứu Năng lượng Uỷ ban phát triển cải cách Trung quốc (NDRC), Han Wenken cho biết, Trung quốc phấn đấu đến năm 2020 nguồn lượng chiếm 10% lượng lượng hàng năm Sản lượng nhiên liệu lỏng sinh học Ethanol hay Diesel sinh học lên tới 12 triệu thay khoảng 12 triệu chế phẩm từ dầu mỏ Nghiên cứu dây chuyền công nghệ sản xuất nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp tiêu chuẩn hoá xây dựng thành hệ thống hồn chỉnh Theo [7] sản xuất nhiên liệu cần áp suất trình nén cần đạt từ 30 Mpa – 150 Mpa để giải phóng lượng linhin (chiếm khoảng 15% khối lượng vật liệu) tạo thành chất kết dính liên kết hạt ép lại với tạo thành khối vững Nếu không đạt áp suất thêm chất phụ gia, tuỳ loại sinh khối sử dụng làm viên nhiên liệu Phụ gia hợp chất hữu rẻ tiền nước mật, bột, Tuỳ thuộc thành phần vật liệu, kích thước, độ ẩm, vào q trình tạo viên nhiên liệu mà áp suất khác Mật độ viên nhiên liệu ảnh hưởng kích thước đầu vào, nguyên vật liệu mịn, mật độ dầy từ 700 kg/m3 – 1200 kg/m3, Đường kính nguyên vật liệu 1000 mm Kích thước máy : 1880 x 630 x 1350 mm Nguyên liệu đầu vào : mùn cưa , vỏ trấu, dăm bào … Độ ẩm nguyên liệu cho phép : < 14 % Ép nguyên liệu không cần phụ gia Xuất xứ : Trung Quốc Tại Thái Lan thiết kế, chế tạo mẫu máy ép củi trấu theo nguyên lý ép dùng trục vít xoắn với phận gia nhiệt đầu đùn buồng ép, [7] Cấu tạo mẫu máy sản phẩm sau ép thu hình 1.7 Hình 1.8 - Máy ép sản phẩm sản xuất tai Thái Lan Thông số kỹ thuật máy sau: Động điện: 20 HP/1450 vòng/phút Tốc độ trục vít xoắn: 320 vịng/phút `Năng suất: 80 kg/h Chi phí điện năng: 0,13 kWh/kg Hệ thống truyền lực: Bộ truyền đai hình thang 14 Thơng số kỹ thuật trục vít xoắn: Chiều dài: 450mm; đường kính 55 mm làm từ thép trung bình Thơng số buồng ép: Chiều dài : 300 mm Đường kính ngồi buồng éo: 97 mm Đường kính trong: 55 mm Chiều dài đầu đùn: 75 mm Vật liệu chế tạo trục thép đúc Tại Bangladesh củi trấu sử dụng phổ biến phục vụ sinh hoạt hàng ngày, [7] (hình 1.8) Hình 1.9 - Củi trấu thị trường Bangladesh Để sản xuất củi trấu người ta sử dụng máy ép dựa nguyên lý ép đùn nhờ trục vít xoắn, Có hai loại loại dẫn động từ động đốt (hình 1.9a ) loại dẫn động từ động điện (hình 1.9b) Hình 1.10 - Máy ép củi trấu Bangladesh a/ dùng động đốt trong; b./ dùng động điện 15 1.2.2 Ở Việt Nam Ở nước ta, lượng phế thải từ sản xuất nông nghiệp hàng năm lớn nên có số Trung tâm nghiên cứu, chế tạo máy móc thiết bị phục vụ sản xuất, cụ thể là: Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm đa dạng sinh học Hoà An thuộc Đại học Cần Thơ nghiên cứu sản xuất “củi trấu” nhằm tận dụng lượng phế thải đáng kể đồng sông Cửu Long làm nhiên liệu để phục vụ sinh hoạt đời sống hàng ngày Sản phẩm công nghệ củi trấu dài 21cm, nặng 1kg đủ nấu bữa ăn cho người (hình 1.10) Hình 1.11 – Máy nhiên liệu sản xuất từ Trấu Ngồi cịn nhiều cơng ty ngồi tỉnh nghiên cứu chế tạo loại máy ép phục vụ sản xuất củi trấu Công ty Cơ điện Sơn Nguyên 37/8 Quốc lộ 91 Phước Thới Ô môn Cần Thơ chuyên sản xuất máy ép trấu thành củi, với củi trấu doanh nghiệp bạn giảm nhiều chi phí nhiên liệu đốt, củi trấu thay than đá, lọai vật liệu đốt lò đốt truyền thống Củi Trấu (Nhiên liệu rắn mới); Thành phần: 100% trấu; Nhiệt trị: 4.200 kg/cal; Độ ẩm: 7cm; Bao bì: Bao nilong (30kg); Cơng suất: 60.000 tấn/tháng; Củi trấu size 8cm 16 1.3 Kết luận - Phụ phẩm từ sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn hầu giới tập trung nghiên cứu để sử dụng chúng làm nguồn nhiệt dùng công nghiệp đời sống sinh hoạt - Q trình cơng nghệ sản xuất nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp gồm nhiều khâu công việc sấy, nghiền sàng, ép làm mát, khâu ép quan trọng, định đến suất, chất lượng giá thành sản phẩm Công việc tiến hành nhờ máy ép khí, chủ yếu dùng nguyên lý ép đùn mà nguồn động lực động điện - Kích thước sản phẩm phổ biến đường kính nhiên liệu 70 mm, có lỗ cho dễ cháy, chiều dài khoảng từ – 2m Riêng Đức sử dụng máy ép theo nguyên lý pittơng - xilanh để ép viên có kích thước 60 x 40, 60 x 60; 60 x 60; 150 x 60 240 x 70 mm có loại kích thước nhỏ - Ở nước ta, phế thải từ sản xuất nông nghiệp lớn phần nhỏ (khoảng