Nghiên cứu một số thông số của máy sấy mùn cưa kiểu trống quay phân tầng để làm nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        NGUYỄN VĂN THÀNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY SẤY MÙN CƯA KIỂU TRỐNG QUAY PHÂN TẦNG ðỂ LÀM NGUYÊN LIỆU PHỤC VỤ CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số : 60.52.01.03 Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ðÌNH TÙNG HÀ NỘI - 2013 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả thí nghiệm trong luận văn này là trung thực ñều có ñược trên cơ sở ño ñạc thí nghiệm thực tế và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ luận văn học vị nào. Tôi xin cam ñoan mọi sự giúp ñỡ trong luận văn ñều ñược cảm ơn và các thông tin sử dụng ñều có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng. Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Học Viên Nguyễn Văn Thành Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành luận văn này tác giả xin chân thành cám ơn: • ðơn vị tác giả công tác: Viện Nghiên cứu Thiết kế Chế tạo máy Nông nghiệp – RIAM (Bộ Công Thương) ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ về thời gian, trang thiết bị máy móc và một số ñiều kiện khác ñể tác giả hoàn thành nội dung luận văn này, • Tác giả xin chân thành cảm ơn các ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ trong quá trình tiến hành thực nghiệm, • Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn ñã giúp ñỡ trong quá trình thực hiện ñề tài, • Tác giả xin chân thành cảm ơn gia ñình ñã tạo ñiều kiện về thời gian và ñộng viên tinh thần trong quá trình thực hiện ñề tài, • Tác giả xin chân thành cảm ơn toàn thể các Thầy, Cô trong Khoa Cơ ðiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ, ñóng góp ý kiến trong quá trình thực hiện ñề tài ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Học Viên Nguyễn Văn Thành Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iii MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu công nghệ sấy mùn cưa làm nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu 3 1.1.1. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu trên thế giới 3 1.1.2. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Nam [4] 7 1.2 Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 9 1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy trong sản xuất viên nhiên liệu 11 1.3.1 Thiết bị sấy vỉ ngang 12 1.3.2. Hệ thống sấy khí ñộng 13 1.3.3 Máy sấy liên tục kiểu cánh gạt 14 1.3.4 Máy sấy liên tục kiểu trống quay một vòng 15 1.3.5 Máy sấy sấy kiểu trống quay phân tầng 16 CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục tiêu 20 2.2 Nội dung 20 2.3 Phương pháp 21 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 21 2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 21 2.4 Vật liệu và dụng cụ nghiên cứu 24 2.4.1 Vật liệu nghiên cứu 24 2.4.2 Dụng cụ nghiên cứu 24 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28 3.1. Cơ sở lý thuyết về phân loại kích thước hạt 28 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv 3.2. Cơ sở lý thuyết xác ñịnh chế dộ khí ñộng học của mùn cưa nhằm xác ñịnh các thông số cơ bản của quá trình sấy 32 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY KIỂU TRỐNG QUAY PHÂN TẦNG 39 4.1 Tính toán nhiệt cho quá trình sấy và chọn kích thước máy sấy [5] 39 4.1.1 Lượng nước cần bay hơi [5] 39 4.1.2 Chọn nhiệt ñộ tác nhân sấy [5] 39 4.1.3. Chọn kích thước cơ bản của trống sấy [5] 39 4.1.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết. [5] 40 4.1.5. Tính toán quá trình sấy thực [5] 41 4.1.6. Tính toán tổn thất nhiệt trong quá trình sấy [5] 43 4.2 Tính toán lò ñốt 46 4.2.1 Viết các phương trình của quá trình ñốt cháy nhiên liệu rắn [3] 46 4.2.2 Sơ lược về tính toán lò ñốt [5] 48 4.3. Tính toán và chọn quạt sấy 48 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51 5.1 Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm 51 5.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 55 5.2.1 Ảnh hưởng của số vòng quay trống sấy 55 5.2.2 Ảnh hưởng của lưu lượng tác nhân sấy 57 5.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy 59 5.4. Xác ñịnh thông số tối ưu của máy [6] 61 5.4.1. Xác ñịnh hệ số của phương trình hồi quy 65 5.4.2. Kiểm tra tính thích ứng của phương trình hồi quy 66 5.4.3. Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 68 5.4.4. Tìm thông số tối ưu của hàm 68 5.5.5. Tìm thông số tối ưu của hai hàm (Y K2 ) và (Y N2 ). 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam [4] 8 Bảng 1.2: Kết quả nghiên cứu thăm dò ñể tìm ra phương hướng công nghệ và thiết bị cho sấy mùn cưa tại Viện Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp – RIAM (Bộ Công Thương) năm 2012 17 Bảng 3.1: Kết quả phân loại mùn cưa trên thiết bị sàng rung 29 Bảng 3.2: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước ñến 0,5mm. 36 Bảng 3.3: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 0,5 ñến 1mm 36 Bảng 3.4: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 1,0 ñến 2,0 mm 37 Bảng 3.5: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 2,0 ñến 3,0 mm 37 Bảng 3.6: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 3,0 ñến 4,0mm 37 Bảng 4.1: Cân bằng nhiệt và hiệu suất HTS 46 Bảng 4.2. Kết quả lựa chọn và tính toán 50 Bảng 5.1 Kết quả khảo nghiệm khi thay ñổi số vòng quay của trống sấy 56 Bảng 5.2 Kết quả khảo nghiệm khi thay ñổi lưu lượng tác nhân sấy 58 Bảng 5.3 Kết quả khảo nghiệm khi thay ñổi nhiệt ñộ tác nhân sấy 60 Bảng 5.4: Ma trận tính toán 64 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cân ñối sản xuất, xuất khẩu, nhập khẩu và nhu cầu sử dụng viên gỗ cho thị trường các nước ở Châu Âu năm 2008 [1] 5 Hình 1.2: Lượng tiêu thụ viên gỗ ở Châu Âu [2] 6 Hình 1.3: Sơ ñồ khối quy trình sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa 10 Hình 1.4: Nguyên lý sấy lớp tĩnh kiểu vỉ ngang 12 Hình 1.5: Nguyên lý thiết bị sấy khí ñộng 13 Hình 1.6: Nguyên lý kết cấu của máy sấy kiểu cánh gạt 14 Hinh 1.7: Nguyên lý cấu tạo của máy sấy trống quay một vòng 15 Hình 1.8: Hệ thống sấy trống quay một vòng của hãng Tesla (ðức) 16 Hình 1.9: Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo máy sấy trống quay phân tầng (kết hợp trống quay và khí ñộng) 18 Hình 2.1: Bộ sàng rung thí nghiệm 25 Hình 2.2: Cân khối lượng ñiện tử 25 Hình 2.3 Súng bắn nhiệt ñộ Ebro 26 Hình 2.4 Máy ño lưu lượng gió Testol 435 26 Hình 2.5: Máy ño áp suất Testol 510 27 Hình 3.1: Mẫu mùn cưa trước khi phân loại 28 Hình 3.2: Biểu ñồ phân bố kích thước hạt mùn cưa sau phân loại 30 Hình 3.3: Hình ảnh của các hạt mùn cưa sau khi phân loại 31 Hình 3.4: Quan hệ giữa “nhóm kích thước hạt” và hiệu số giữa khối lượng riêng của hạt và không khí 32 Hình 3.5: Thể hiện mối quan hệ giữa hệ số Reynol, hệ số Fran, hệ số Accimet [3] 33 Hình 3.6: Hình ảnh mô hình thí nghiệm ñể xác ñịnh một số thông số khí ñộng học ñối với mùn cưa: (nguyên lý: hình trái; thiết bị thí nghiệm: hình phải) 33 Hình 3.7: Biểu ñồ tương quan giữa vận tốc của hạt so với tổn thất áp suất ở các trạng thái “lớp tĩnh”, “lớp sôi” và lớp “vận chuyển”[3] 34 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii Hình 5.1: Tổng thể hệ thống sấy (lò ñốt, vít cấp liệu, máy sấy, cụm quạt – cyclone sấy và thu sản phẩm) 51 Hình 5.2: Hình ảnh lò ñốt khi thực nghiệm 52 Hình 5.3: Ghi chép số liệu và theo dõi quá trình thực nghiệm 53 Hình 5.4: Hình ảnh mô tả các thiết bị ño và mẫu sản phẩm 53 Hình 5.5: Sản phẩm sấy sau khi thu lắng qua Cyclone 54 Hình 5.6 ðồ thị ảnh hưởng của số vòng quay trống sấy tới năng suất của thiết bị và chi phí nhiên liệu 57 Hình 5.7 ðồ thị ảnh hưởng của lưu lượng tác nhân sấy tới năng suất của thiết bị và chi phí nhiên liệu 59 Hình 5.8 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy tới năng suất của thiết bị và chi phí nhiên liệu 61 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký Hiệu Tên giả thích λ Hệ số dẫn nhiệt ϕ 0 ðộ ẩm ngoài trời ϕ 1 ðộ ẩm tương ñối λ 1 Hệ số dẫn nhiệt của sắt ϕ 2 ðộ ẩm của khí thải λ 2 Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh A Cường ñộ bốc hơi ẩm C Nhiệt dung của nhiệt ñộ sấy D ðường kính trống sấy F Diện tích trao ñổi nhiệt của vật liệu sấy G 2 Khối lượng sản phẩm sau sấy L Chiều dài trống sấy L 0 Lượng không khí lý thuyết dùng trong bốc hơi 1h N Công suất của quạt P b1 Phân áp suất bão hòa P b2 Phân áp suất bão hòa của hơi nước Q Tổng nhiệt lượng cung cấp q Nhiệt lượng riêng tiêu hao Q ’ Công suất nhiệt của buồng ñốt q 1 Nhiêt lượng có ích q 2 Tổng tổn thất do tác nhân sấy q mt tổn thất nhiệt qua lượng ẩm Q mt tổn thất nhiệt ra môi trường q v ) Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ñi Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ix R Diện tích ghi lò t Nhiệt ñộ tác nhân sấy t 0 (C) Nhiệt ñộ ngoài trời (ban ñầu) t w1 Nhiệt ñộ mặt trong của ống thép t w2 Nhiệt ñộ mặt trong của ống thép V b ( m 3 ) Thể tích buông ñốt v e ( m/s) Vận tốc lơ lửng v k Vận tốc tác nhân sấy W Lượng nước cần bây hơi w 1 ðộ ẩm ban ñầu của nguyên liệu trước khi sấy w 2 ðộ ẩm của sản phẩm sau khi sấy ρ k Khối lượng riêng của tác nhân ρ v Khối lượng riêng của mùn cưa ∆P Tổng tổn thất áp suất ∆P clkl Tổn áp tại cyclone ∆P d Tổn áp theo chiều dài của ống. ∆P ñ Áp suất ñộngcủa dòng ∆P nâng Áp suất ñể nâng tác nhân và vật liệu sống lên cao ∆P tc Tổn áp tại chỗ do ngoặc thay ñổi tích diện ∆P tr Tổn áp trong trống phân tầng α Hệ số truyền nhiệt [...]... ng c a vi c nghiên c u công ngh s y mùn cưa làm nguyên li u ph c v cho dây chuy n s n xu t viên nhiên li u • Quy trình công ngh s n xu t viên nhiên li u • Tình hình nghiên c u và ng d ng máy s y trong s n xu t viên nhiên li u 1.1 T m quan tr ng c a vi c nghiên c u công ngh s y mùn cưa làm nguyên li u ph c v cho dây chuy n s n xu t viên nhiên li u 1.1.1 Tình hình tiêu th và s n xu t viên nhiên li u trên... c yêu c u cho công ngh ép viên, trong trư ng h p các ph ph ph m khac ph i thêm công ño n làm nh Hình 1.3 mô t sơ ñ kh i v quy trình s n xu t viên nhiên li u t mùn cưa Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 9 M nh v ng Ph ph ph m LN Làm nh Phân lo i Ép viên Làm mát ðóng bao S y Mùn cưa Hình 1.3: Sơ ñ kh i quy trình s n xu t viên nhiên li u t mùn cưa Ph ph ph... chia làm 2 lo i: các ñ u m u g v n và mùn cưa l n l n v i nhau Trong quy trình s n xu t viên nhiên li u t ph ph ph m trong ngành ch bi n g nguyên li u ñư c t p k t t i sân bãi ñư c ñưa qua sàng phân lo i chia làm 02 lo i là mùn cưa và các ñ u m u g v n (hình 1.3), các nguyên li u có kích thư c l n s ñư c ñưa t i máy làm nh ñ nghi n thành mùn cưa (hình 1.3) có kích thư c nh hơn ho c b ng 4 mm Sau ñó nguyên. .. pháp nghiên c u lý thuy t Tính toán các thông s chính c a quá trình s y t ñó làm cơ s cho vi c thi t k m u máy s y dùng cho s y mùn cưa làm viên nhiên li u 2.3.2 Nghiên c u th c nghi m 2.3.2.1 Th c nghi m ñơn y u t B ng phương pháp nghiên c u th c nghi m xác ñ nh nh hư ng c a các thông s ñ u vào ñ n năng su t và chi phí năng lư ng riêng, qua ñó xác ñ nh ñư c các giá tr t i ưu c a các thông s ñ làm cơ... c nghiên c u 2.4.1 V t li u nghiên c u V t li u nghiên c u ñây là mùn cưa sau ch bi n g , có hình d ng tương ñ i ñ ng nh t v i các thông s : ñ m t 20 – 40%, kh i lư ng riêng 252 kg/m3 ð phù h p v i quy mô s n xu t và v n ñ u tư c a các cơ s s n xu t viên nhiên li u Vi t Nam tác gi ch n máy s y ki u tr ng quay phân t ng ñ nghiên c u 2.4.2 D ng c nghiên c u • ñây sàng rung ñư c dùng ñ phân lo i mùn cưa. .. nghiên c u ra m u máy và quy trình s y mùn cưa phù h p v i ñi u ki n và hoàn c nh Vi t Nam là c n thi t và c p bách, s góp ph n không nh vào vi c thúc ñ y phát tri n s n xu t viên nhiên li u ngày m t tăng trong tương lai 1.2 Quy trình công ngh s n xu t viên nhiên li u ð i v i nguyên li u s n xu t viên nén có yêu c u kích thư c t 0-4mm, trong trư ng h p mùn cưa sau khi cưa x kích thư c h t c a mùn cưa. .. b s y khác nhau như s y và làm mát liên hoàn ki u khí ñ ng, s y tĩnh ki u sàn ngang, s y tr ng quay m t vòng vv Nh ng k t qu thu ñư c ph n nào làm rõ hơn v ñ i tư ng (mùn cưa) và có m t s ñ nh hư ng k thu t cho vi c l a ch n nguyên lý, k t c u, và ch ñ s y mùn cưa làm nguyên li u cho s n xu t viên nhiên li u ñư c trình bày tóm lư c như b ng 1.1 sau ñây B ng 1.2: K t qu nghiên c u thăm dò ñ tìm ra... và ý nghĩa quy t ñ nh t i năng su t, ch t lư ng c a s n ph m Chính vì v y vi c l a ch n ñ tài : Nghiên c u m t s thông s c a máy s y mùn cưa ki u tr ng quay phân t ng ñ làm nguyên li u ph c v cho dây chuy n s n xu t viên nhiên li u” có vai trò và ý nghĩa th c ti n góp ph n nâng cao hi u qu kinh t c a dây chuy n ñã ñư c tác gi l a ch n Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k... d ng máy s y thùng quay m t vòng có k c u ñơn gi n như trên hình 1.7 và 1.8 Do v y t nguyên lý s y tr ng quay ñó ta có th phát tri n, c i ti n tr thành nguyên lý s y tr ng quay nhi u vòng ho c phân t ng Nguyên lý s y tr ng qay nhi u vòng r t phù h p cho nguyên li u là bã mía, ñi u này ñã ñư c m t s công ty c a CHLB ð c nghiên c u, ng d ng khi s y c khô và bã mía Riêng ñ i v i máy s y tr ng quay phân. .. ngành s n xu t viên nhiên li u v i ch t lư ng cao Nh ng mô hình, thi t b s n xu t viên nhiên li u v i công ngh và thi t b l c h u, quy mô s n xu t nh l không còn thích h p Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 16 • M c tiêu thăm dò ñ tìm ra l i gi i cho vi c ng d ng công ngh và gi i pháp k thu t ñ làm khô mùn cưa làm nguyên li u cho s n xu t viên nhiên li u, . lượng của sản phẩm. Chính vì vậy việc lựa chọn ñề tài : Nghiên cứu một số thông số của máy sấy mùn cưa kiểu trống quay phân tầng ñể làm nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên. NGUYỄN VĂN THÀNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY SẤY MÙN CƯA KIỂU TRỐNG QUAY PHÂN TẦNG ðỂ LÀM NGUYÊN LIỆU PHỤC VỤ CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU LUẬN VĂN THẠC. xuất viên nhiên liệu • Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy trong sản xuất viên nhiên liệu 1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu công nghệ sấy mùn cưa làm nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền