nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất 100 kg-h, chế tạo máy ép rơm

Bé c«ng th−¬ng Tæng c«ng ty m¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp ViÖn nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o m¸y n«ng nghiÖp B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN M sè: 121.11RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi : “Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất 100 kg/h, chế tạo máy ép rơm “ Cơ quan chủ quản: Bộ công thương Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy nông nghiệp Chủ nhiệm đề tài: KS. Mai Thanh Huyền Hµ Néi , 2011 Bộ công thơng Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp Báo cáo tổng kết đề tài KHCN M số: 121.11RD/HĐ-KHCN Tên đề tài : Nghiờn cu thit k dõy chuyn ộp rm lm nhiờn liu, nng sut 100 kg/h, ch to mỏy ộp rm Đơn vị chủ trì Chủ nhiệm đề tài Vin NCTKCT mỏy nụng nghip KS. Mai Thanh Huyền H Nội, 2011 DANH SÁCH NH ỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT Họ và tên Học vị, học hàm chuyên môn Cơ quan 1 Mai Thanh Huyền Kỹ sư Vi ện NCTKCT máy nông nghiệp 2 Nguyễn Tường Vân Ti ến sỹ Vi ện NCTKCT máy nông nghiệp 3 Nguyễn Tuấn Anh Thạc sỹ Vi ện NCTKCT máy nông nghiệp 4 Hoa Xuân Tiến Kỹ sư Vi ện NCTKCT máy nông nghiệp 1 MỞ ĐẦU Năng lượng và ô nhiễm môi trường hiện đang là hai vấn đề quan tâm hàng đầu của nhân loại. Một nghịch lý đang diễn ra trong thế giới của chúng ta, đó là: khoa học công nghệ ngày càng phát triển, đời sống con người ngày một nâng cao thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng nhiều và ô nhiễm môi trường cũng gia tăng. Nguyên nhân là do không khí bị ô nhiễm bởi các loại khí độc hại như NO x , CO 2 , HC … những hợp chất có trong thành phần khí thải công nghiệp và khí xả do các loại động cơ thải ra. Bên cạnh đó, quá trình đô thị hóa gia tăng và rừng bị chặt phá dẫn đến nồng độ các khí thải trong không khí ngày càng cao, gây ra hiệu ứng nhà kính và tăng nhiệt độ trái đất. Kết quả là băng tan ở Bắc cực và Nam cực, mực nước biển dâng cao, nhiều vùng đất ven biển và các quốc gia hay vùng lãnh thổ thấp hơn mực nước biển có nguy cơ biến mất. Từ xa xưa con người đã biết sử dụng củi để nấu chín thức ăn và sưởi ấm. Củi là nguồn năng lượng chính cho tới đầu thế kỉ XX khi con người tìm ra nhiên liệu hóa thạch: than đá, dầu mỏ… và sử dụng nó thay thế củi. Kể từ đó, hầu như con người bị lệ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhiên liệu hóa thạch: từ động cơ hơi nước được thay thế bởi động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, từ khí đốt giúp sưởi ấm trong mùa đông giá lạnh cho đến sử dụng dầu mỏ, khí đốt vào nấu ăn, chế biến thực phẩm …. Tuy nhiên, nhiên liệu hóa thạch không phải là vô hạn và đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt do sự gia tăng dân số và sự phát triển kinh tế. Yêu cầu cấp thiết hiện nay là phải tìm kiếm và phát triển các nguồn năng lượng mới thay thế dần cho nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay là phát triển nhiên liệu có nguồn gốc sinh học, vừa cung cấp năng lượng vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việt Nam là nước Nông nghiệp với diện tích trồng lúa rất lớn. Do đó Việt Nam có tiềm năng về năng lượng từ nguồn phụ phế phẩm nông nghiệp rất lớn. Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp rơm rạ còn rất hạn chế do nhiều nguyên nhân 2 như: giá trị sử dụng thấp, tỷ trọng thấp, vận chuyển khó khăn, chi phí vận chuyển lớn… nên mới chỉ có một phần rất nhỏ rơm rạ được sử dụng vào trồng nấm hay làm phân hữu cơ còn phần lớn rơm rạ sau khi thu hoạch lúa được đốt trực tiếp ngay trên cánh đồng gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Xuất phát từ vấn đề trên việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu” nhằm biến rơm rạ từ một loại phế phẩm nông nghiệp thành nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, có giá trị sử dụng cao, và an toàn là một hướng đi đúng có ý nghĩa về kinh tế, môi trường và an ninh năng lượng. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ RƠM 1.1.Tình hình sử dụng rơm thế giới Mỗi năm trên toàn thế giới có khoảng 600 triệu tấn [12] rơm rạ từ cây lúa sản xuất ra. Nguồn nguyên liệu này được dùng vào nhiều mục đích khác nhau như dùng để sản xuất điện ở một số nước châu Á. Ở Thái Lan, Indonesia cũng như nhiều nước sản xuất gạo khác, rơm rạ là mặt hàng phế phẩm sau khi thu hoạch giờ đây đã đem lại một số tiền nhất định cho nông dân. Rơm rạ đốt lên sẽ sản sinh ra một lượng hơi nóng dùng để sản xuất điện. Tro rơm rạ sau khi đốt cũng được bán cho các nhà máy xi măng, các nhà máy này dùng tro để làm chất trộn lẫn với xi măng với giá rẻ, không gây hại cho môi trường. Nhà máy sản xuất điện năng từ rơm rạ ở Thái Lan dự tính sẽ là tiết kiệm được 88.000 tấn than đá hay 59 triệu lít chất đốt là dầu. Chủ thầu xây dựng Nhà máy sản xuất điện năng này - AT Biopower đã xây dựng 4 nhà máy sản xuất điện từ rơm rạ trị giá 27 triệu đô-la ở miền Trung Thái Lan. Nhà máy sản xuất điện đặt tại tỉnh Pichit sẽ tiêu thụ 150.000 tấn rơm rạ mỗi năm đưa lại nhiều việc làm cho người dân địa phương, từ công việc thu mua rơm rạ, đóng thành kiện, chuyên chở về nhà máy và trực tiếp tham gia sản xuất… Sản phẩm điện sẽ được bán cho công ty điện lực quốc gia Indonesia, với doanh thu 9 triệu 300 ngàn đô-la mỗi năm, rơm rạ bán cho các công ty xi măng với trị giá 500 nghìn đô-la mỗi năm. Trong khi đó nhà máy ở Bali có công suất khoảng 22 megawat được vận hành vào cuối năm 2006 đã cung cấp điện cho 60.000 hộ gia đình ở Bali. Theo tổ chức năng lượng quốc tế (IEA) cho thấy, ước tính rằng nguồn năng lượng tái tạo chiếm khoảng 13% trong tổng số nguồn năng lượng cơ bản toàn thế giới. Khoảng 80% trong số này là dưới dạng sinh khối đốt cháy được - đa phần là gỗ, than hầm, phụ phẩm trong trồng trọt: rơm rạ hoặc những chất thải khác dùng để đốt cho nấu ăn, sưởi ấm và những hoạt động khác. Một sản phẩm từ rơm mang lại hiệu quả kinh tế cao, được thị trường thế giới ngày càng ưa chuộng đó là trồng nấm, phần còn lại chúng ta có thể sử dụng vào mục 4 đích khác như chuyển đổi thành năng lượng để sử dụng ngay trong lĩnh vực nông nghiệp (tạo ra nguồn năng lượng tạo ra nguồn chế biến nông lâm hải sản). 1.2. Tình hình sử dụng rơm trong nước Mấy năm gần đây, rơm rạ không còn là chất đốt chủ yếu ở nông thôn do các nhiên liệu khác thay thế như: điện, khí gas, than…thay thế; máy cày được thay thế cho con trâu, con bò trên đồng ruộng. Vì vậy, sau mùa gặt rơm rạ không còn được thu gom vận chuyển về nhà như trước đây mà được đốt ngay tại ruộng, hiện tượng này ngày càng phổ biến trên toàn quốc. Hình 1.1. Một số hình ảnh đốt rơm rạ trên cánh đồng [12] 5 Đốt rơm, rạ chẳng những lãng phí nguồn nhiên nguyên liệu mà còn gây ô nhiễm môi trường, mất an toàn giao thông (do khói làm cho tầm quan sát bị hạn chế). Theo các nhà khoa học, khói bụi khi đốt rơm, rạ làm ô nhiễm không khí, gây tác hại lớn đối với sức khỏe con người. Trẻ em, người già, và người có bệnh hô hấp, bệnh mạn tính, dễ bị ảnh hưởng nhất. Theo các nhà khoa học cho biết, thành phần các chất gây ô nhiễm không khí do đốt rơm, rạ, tác động đến sức khỏe con người là các dẫn xuất của đioxin rất độc hại, có thể là tiềm ẩn gây ung thư. Các thành phần chính của rơm, rạ là những hydratcacbon gồm: licnoxenlulozơ, 37,4%; hemixenlulozơ (44,9%); licnin 4,9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ 9, đến 14%. Đó là điều gây cản trở việc sử dụng rơm, rạ một cách kinh tế. Thành phần licnoxenlulozơ trong rơm, rạ khó phân hủy sinh học. Đốt rơm, rạ trực tiếp ngay trên đồng ruộng gây bất lợi cho đồng ruộng lớn hơn nhiều lần so với việc làm phân bón như ta tưởng. Các chất hữu cơ trong rơm rạ và trong đất biến thành các chất vô cơ do nhiệt độ cao. Đồng ruộng bị khô, chai cứng, một lượng lớn nước bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm, rạ. Quá trình đốt rơm, rạ ngoài trời không kiểm soát được lượng đioxit cacbon CO 2 , phát thải vào khí quyển cùng với cacbon monoxit CO; khí metan CH 4 ; các oxit nitơ NOx; và một ít đioxit sunfua SO 2 . Vấn đề đặt ra là nên giải quyết rơm, rạ như thế nào? Qua phân tích trên đây cho thấy, ở nước ta, từ lâu đời đã biết trồng nấm rơm ngay ngoài trời tận dụng diện tích trống. Ngoài ra người ta có thể sản xuất phân hữu cơ vi sinh từ rơm, rạ như ở Bình Giang, Hải Dương cũng là một cách giải quyết rơm rạ sau thu hoạch. Mặt khác một phần nhỏ rơm rạ người ta có thể, đệm lót vận chuyển hàng hóa dễ vỡ, vận chuyển hoa quả … Tuy nhiên trong bối cảnh năng lượng ngày từ nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày một khan hiếm thì việc sử dụng rơm rạ để tạo ra “viên nhiên liệu” là một 6 hướng nghiên cứu mang lại tính kinh tế hơn cả so với các mục đích sử dụng khác. 1.3. Rơm sử dụng làm viên nhiên liệu I.3.1. Khái niệm về viên nhiên liệu Viên nhiên liệu là một sản phẩm nhiên liệu sinh học được sản xuất trực tiếp hoặc gián tiếp từ chất thải nông nghiệp (biomass) hoặc lâm nghiệp. I.3.2. Phân loại viên nhiên liệu Có rất nhiều phương pháp phân loại viên nhiên liệu: Dựa vào nguồn gốc phát sinh của nguyên liệu, viên nhiên liệu chia thành các loại sau: - Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm nông nghiệp và thực phẩm như trấu, rơm, lõi ngô, bã sắn, vỏ cà phê, bã mía … - Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm của ngành chế biến gỗ và lâm nghiệp như mùn cưa, dăm gỗ, gỗ cành … - Viên nhiên liệu làm từ rác thải khó phân hủy – RDF (refuse derived fuel). Viên gỗ Thanh rơm Viên RDF Hình 1.2 – Viên nhiên liệu làm từ các loại nguyên liệu khác nhau 7 Dựa vào hình dạng và kích thước, viên nhiên liệu chia thành 2 loại: - Pellet: viên nén hình trụ có đường kính D = 6 ÷ 25 mm, chiều dài L ≤ (4 ÷ 5)D - Briquette: viên nén với nhiều hình dạng khác nhau, có đường kính D > 25mm Dạng viên Dạng thanh Dạng bánh Hình 1.3 – Các loại hình dạng của viên nhiên liệu 1.3.3. Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu (pellet) từ sinh khối như gỗ, mùn cưa, rơm, cỏ … hiện đang thịnh hành trên thế giới theo sơ đồ hình 1.8: Thiết bị sử dụng để ép viên nhiên liệu gồm có máy ép khuôn vành và máy ép khuôn phẳng. Nguyên liệu Xử lý trước ép Sấy Viên nhiên liệu Nghiền Phân loại Ép viên Làm nguội Đóng gói [...]... từ các phân tích trên đây nhóm đề tài đã lựa chọn chủ đề nghiên cứu: Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất 100kg/h, chế tạo máy ép rơm 12 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN 2.1.Quy trình công nghệ ép rơm làm nhiên liệu và lựa chọn thiết bị Dựa vào hình dạng và kích thước thì viên nhiên liệu chia thành 02 loại: * Pellet: viên nén hình trụ... thô,sợi), nhóm đề tài đã lựa chọn kiểu máy ép khuôn phẳng lô thẳng với 2 quả lô quay làm đối tượng để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo 21 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN ÉP RƠM LÀM NHIÊN LIỆU 3.1 .Thiết kế lựa chọn năng suất máy băm rơm 3.1.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt thái bằng lưỡi dao Các bộ phận làm việc của những máy cắt thái thường dựa theo nguyên lý cắt... trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng viên Pellet Nguyên liệu Băm, cắt Ép viên Nghiền Làm nguội Hoặc Nguyên liệu Băm, cắt Ép viên Làm nguội b Quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng viên Briquette Máy đánh tơi Băm Thùng chứa ép Trong phạm vi của đề tài nhóm tác giả chủ yếu đi sâu tìm hiểu nghiên cứu quy trình công nghệ dây chuyền ép rơm dạng Pellet làm mục tiêu nghiên cứu của đề tài này Rơm sau khi... 2010 Viện đã nghiên cứu và thực hiện thành công đề tài Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền rơm trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu (mã số 196.10RD/HDKHCN)” 2.1.3.Công đoạn ép viên Công đoạn ép viên là công đoạn chính trong quá trình tạo ra viên nhiên liệu.Việc lựa chọn kiểu thiết bị ép phù hợp với từng loại vật liệu, điều kiện và quy trình ép hợp lý sẽ cho ta định được năng suất và sản... quả lô ép làm phát sinh nhiệt trong buồng ép viên Nhiệt phát sinh quá lớn có thể làm cháy nguyên liệu, làm biến đổi thành phần trong nguyên liệu b.Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia máy ép viên làm các loại cơ bản là: +Máy ép viên khuôn vành 17 +Máy ép viên khuôn phẳng +Máy ép kiểu pittong, hoặc dạng vít Hình 2.3 Phân loại máy ép viên a .ép viên... nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là từ phụ phế phẩm nông nghiệp vẫn chưa được quan tâm đúng mức Hiện nay mới chỉ xuất hiện một vài đơn vị (Công ty, Viện nghiên cứu trong đó có Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy Nông nghiệp - RIAM) là quan tâm nghiên cứu và sản xuất viên nhiên liệu từ các nguồn sinh khối: mùn cưa, bã mía Riêng đối với RIAM đây là một chủ đề đã được quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm... thường khe hở ép thường nằm trong khoảng 0,3-1,2mm đối với từng loại nguyên liệu khác nhau Khoảng cách càng nhỏ viên càng chặt + Kết cấu và chất lượng chế tạo khuôn ép và quả lô ép Kết cấu hợp lý, chất lượng khuôn ép và quả lô ép tốt sẽ góp phần tăng năng suất, tăng tuổi thọ máy, giảm chi phí sản xuất Trong quá trình làm việc, khuôn và lô ép là hai bộ phận chịu ảnh hưởng lớn nhất của quá trình ép, ngoài... 6 Số vòng quay của lô cuốn 59 v/ph 7 Góc trượt của dao τ 300 8 Chiều dài đoạn thái lý thuyết 10 - 20 mm 28 Hình 3.8: Máy băm rơm hoàn chỉnh 3.2 Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép viên 3.2.1 Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên Vật liệu được đưa vào bên trong buồng ép của máy ép viên, nhờ có tấm dẫn liệu ở mặt trên bề mặt khuôn phẳng được phân bố một cách đều đặn Khuôn phẳng cố định, trên mặt... nền tảng đó Viện đã nghiên cứu và phát triển hầu hết các loại viên nhiên liệu từ phụ phế phẩm nông nghiệp như: vỏ trấu, lõi ngô, vỏ cà phê, mùn cưa…, đặc biệt đối với viên nhiên liệu từ rơm rạ thuộc nội dung nghiên cứu trong đề tài này cũng nằm trong kế hoạch nghiên cứu tổng thể về việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ phụ phế phẩm nông nghiệp Còn tình hình chung của Việt Nam viên nhiên liệu hiện vẫn... tồn tại (làm việc được) khoảng vài chục tiếng đồng hồ cho ruột và vài chục ngày cho vỏ vít Như vậy ruột và vỏ vít thường xuyên phải thay thế, đây là nhược điểm lớn nhất cho thiết bị ép kiểu trục vít 18 *Máy ép viên khuôn vành là loại máy ép viên kiểu khuôn quay được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế biến thức ăn chăn nuôi Máy ép viên khuôn vành được chia làm thành 3 loại như hình 2.3.a,b,c Máy ép viên . Tªn ®Ò tµi : Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu, năng suất 100 kg/h, chế tạo máy ép rơm “ Cơ quan chủ quản: Bộ công thương Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy nông nghiệp. nhiên liệu, năng suất 100kg/h, chế tạo máy ép rơm . 13 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN 2.1.Quy trình công nghệ ép rơm làm. Xuất phát từ vấn đề trên việc nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thiết kế dây chuyền ép rơm làm nhiên liệu” nhằm biến rơm rạ từ một loại phế phẩm nông nghiệp thành nguồn năng lượng thân thiện với môi