| | —
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
TRUNG TÂM KHOA HỌC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
TRƯƠNG THÀNH CÔNG
NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HOC CAP NHIÊN LIỆU RAN TRONG THIET BI XU LY NHIET, UNG DUNG
CHO CHE BIEN HAT DIEU XUAT KHAU
Chuyên ngành _ : ĐỘNG LỰP HỤP - ĐỘ BEN MAY, KHi CU VA DUNG CỤ
Mã số : 2.01.03
TOM TAT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2003
Trang 2Cơng trình được hoàn thành tại:
Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu
và Trung tâm Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Quân sự - Bộ Quốc phòng,
Người hướng dẫn khoa học:
1 GS TSKH BUI SONG CẦU 2 PGS TS BUI NGOC HOI
Phân biện 1: P#Đ,14kH P an Nguwen.D,,
Haô Vin That auỏo S
Phản biện 2: .Œx4⁄16 \|g auan Huấi, Cđhế
Read haá &a66 ha4 Há.NỘ
Phân biện 3: /¿š.L4KM M yen Cin, COU Pai Anow Today
Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Nhà nước họp tại
Trung tâm KHKT và CNQS
Vào hồi giỜ ngày tháng năm 2003
Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia
Trang 3A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1 Tính cấp thiết của đề tài
Công nghiệp chế biến có vai trò to lớn trong sự nghiệp cơng nghiệp hố hiện đại hố nơng nghiệp nơng thơn ở nước ta
Ở Việt Nam công nghiệp chế biến được chú ý và phát triển nhanh trong
những năm gần đây, đó là chủ trương lớn của Đảng và Nhà nước ta Tuy nhiên
để phục vụ cho ngành công nghiệp này nhiều thiết bị máy móc chúng ta phải nhập từ nước ngoài vừa tốn ngoại tệ vừa không phải lúc nào cũng phát huy hiệu quả cũng như phù hợp với hoàn cảnh điều kiện của một nước nông nghiệp còn nghèo và lạc hậu như nước ta
Trong công nghiệp chế biến các thiết bị xử lý nhiệt đóng vai trò rất quan
trọng Để cấp nhiệt cho các thiết bị xử lý nhiệt phải dùng các chất cháy tự nhiên hoặc nhân tạo làm nhiên liệu Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu vẻ nhiên liệu truyền thống được dùng trong công nghiệp như: than củi, dầu mỏ khí thiên
nhiên Tuy nhiên, có một loại nhiên liệu cho đến nay vẫn chưa được nghiên
cứu đầy đủ, đó là phụ phẩm và phế liệu từ quá trình chế biến nông sản thực phẩm như các loại vỏ hạt, đặc biệt là vỏ hạt có dầu như sở trẩu, điều (đào lộn hộn) vv
Điều là cây có tiểm năng to lớn nên đã được Chính phủ ra quyết định tháng **
5 năm 1999 phê duyệt đề án phát triển đến năm 2010 Cây điều đã và đang có vị trí quan trọng trong nền kinh tế, năm 2002 xuất khẩu nhân điều của Việt Nam đứng thứ hai thế giới (sau Ấn Độ) Hiện nay cây điều và nghành công nghiệp chế biến hạt điều đã đạt giá trị kim ngạch xuất khẩu đứng thứ 3 sau gạo
và cà phê Do vậy nó đã trở thành ngành sản xuất xuất khẩu có ý nghĩa chiến lược của đất nước
Trong công nghiệp chế biến hạt điều ở nước ta đang dùng chính vỏ điều
làm nhiên liệu cho lò đốt để cấp nhiệt cho bể chao dâu hạt điều: phương pháp
Trang 4này tiết kiệm chỉ phí nhiên liệu nhưng do cấp và đốt vỏ điều bằng thủ cơng nên q
trình cháy không ổn định dẫn đến nhiệt độ không ổn định do cháy không hết nên các chất độc có trong vỏ điều gây ô nhiễm môi trường và nhiệt cấp không ổn định
làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Đây là vấn dé liên quan đến cơ chế cháy
và động lực học của quá trình cấp và đốt nhiên liệu rắn
Để giải quyết vấn đề này cho đến nay ở Việt Nam vẫn chưa có cơ quan và
tác giả nào nghiên cứu về động lực học quá trình cấp và đốt vỏ hạt điều trong thiết bị xử lý nhiệt Mặt khác cũng chưa thấy phản ánh trong các tài liệu khoa học công bố trên thế giới Vì vậy đẻ tài được chọn là: "Nghiên cứu động lực học cấp nhiên liệu rắn trong thiết bị xử lý nhiệt ứng dụng cho chế biến hạt điều xuất khẩu"
2 Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận án
1 Nghiên cứu cơ chế cháy của nhiên liệu vỏ hạt điều thiết bị cấp làm sáng tỏ các nguyên nhân và tham số động lực của thiết bị đảm bảo quá trình
cấp nhiên liệu ổn định Xây dựng cơ sở tính tốn thiết kế và chế tạo thiết bị tự động cấp vỏ điều thay cho phương pháp thủ công
2 Nghiên cứu để làm sáng tỏ quy luật và quá trình động lực học của hệ thống thiết bị xử lý nhiệt nghiên cứu động lực học dòng nhiên liệu vỏ hạt
điều cấp cho lò đốt, xác định các thông số vật lý kỹ thuật và động lực cơ bản ảnh hưởng đến quá trình cháy và ổn định nhiệt trong lò làm cơ sở lựa chọn các thông số tối ưu để thiết kế chế tạo và vận hành thiết bị
3 Bằng thực nghiệm, nghiên cứu xác định mối quan hệ của một số thông số động lực học và vật lý kỹ thuật cơ bản của quá trình cấp và đốt vỏ hạt điều
bổ trợ cho nghiên cứu lý thuyết, và hoàn thiện phương pháp tính tốn thiết
Trang 53 Phương pháp nghiên cứu
Xây dựng các mơ hình động lực và mơ hình tốn xác định ảnh hưởng của các tham số động lực và vật lý của cơ cấu cấp nhiên liệu (vỏ hạt điều) tới tốc độ
cấp vỏ hạt điều vào lò đốt: trên cơ sở đó bằng phương pháp nghiên cứu giải tích
và phương pháp số tìm ra qui luật và sự phụ thuộc định tính và định lượng của các tham số vật lý kỹ thuật cho việc cấp nhiên liệu vào lò đảm bảo cháy triệt để
ổn định nhiệt
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm và ứng dụng thực tế để xác định độ tin cậy những kết quả đưa ra của luận án
4 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các thiết bị tự động xử lý nhiệt nói chung và thiết bị cấp và đốt vỏ hạt điều nói riêng đang sử dụng tại các cơ sở chế
biến hạt điều xuất khẩu của Việt Nam 5 Những đóng góp chính của luận án
Về mặt khoa học:
5.1 Lần đầu tiên nghiên cứu động lực học hệ thống cấp và đốt nhiên liệu vỏ hạt điều, xây dựng cơ sở tính tốn, thiết kế chế tạo thiết bị tự động cấp
nhiên liệu vỏ hạt điều trong đó:
- Đã xây dựng mơ hình động lực và phương trình chuyển động của bộ truyền đai trong đó có tính đến ảnh hưởng của từ trường động cơ Rút ra các biểu thức giải tích cho phép nghiên cứu định tính và định lượng ảnh hưởng của
một số tham số động lực học chính của bộ truyền đai tới tốc độ cấp nhiên liệu vỏ hạt điều vào lò đốt
- Xây dựng mơ hình tốn, thiết lập các biểu thức và giải bài toán động lực
học hệ thống tự động cấp nhiên liệu xác định quy luật ảnh hưởng của một số thông số động lực và vật lý của quá trình cấp và đốt vỏ hạt điều Rút ra được biểu thức tính tốc độ vỏ ban đầu tối ưu và hệ số cản phù hợp
Trang 6- Chương trình giải bài toán chuyển động của bộ truyền đai trong thiết bị cấp vỏ
hạt điều để đưa ra các thông số tối ưu thiết kế chế tạo thiết bị cấp vỏ hạt điều
-_ Chương trình giải bài tốn động lực học chuyển động vỏ hạt điều trong
lò đốt để xác định tốc độ gió tốc độ cấp vỏ hạt điều tối ưu đảm bảo nhiệt độ cao và ổn định
5.3 Đã xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xác định mối quan hệ của một số thông số động lực học chính của hệ thống cấp và đốt vỏ hạt điều Kết quả nghiên cứu đã chứng minh:
- Nhiét độ và sự ổn định nhiệt độ trong lò đốt vỏ hạt điều phụ thuộc vào tốc độ cấp vỏ và tốc độ cấp gió vào lị
-_ Nhiệt độ trong lị khơng tang tỷ lệ với tốc độ cấp vỏ điều và tốc độ cấp gió mà chỉ tăng và đạt giá trị lớn nhất trong giới hạn nhất định của tốc
độ cấp vỏ hạt điều và tốc độ cấp gió vào lị
~_ Với tốc độ cấp vỏ điều và cấp gió hợp lý vỏ điều cháy hết cho nhiệt độ cao và ổn định giảm khí thải độc hại
5.4 Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm là cơ sở khoa học xác định các thông số kỹ thuật tối ưu cho việc tính tốn thiết kế chế tạo
thiết bị cấp vỏ hạt điều của hệ thống xử lý nhiệt
5.5 Kết quả của luận án đã được áp dụng có hiệu quả vào tính tốn thiết kế chế tạo thiết bị tự động cấp nhiên liệu vỏ hạt điều cho một số cơ sở
chế biến hạt điều xuất khẩu ở tinh BA ria — Vũng tàu và địa phương
khác : góp phần giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng chất lượng sản phẩm và
giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Về hiệu quả kinh tế xã hội:
Trang 75.7 Thiết bị cấp tự động vỏ hạt điều đã góp phần giảm tiêu hao nhiên liệu
khoảng 30% tăng chất lượng sản phẩm xuất khẩu trên 2% giảm thiểu ô nhiễm môi trường (tổng phenol giảm khoảng 60% và nhiều chỉ số ô
nhiễm môi trường khác) cải thiện điều kiện làm việc của công nhân
6 Bố cục luận án:
Luận án gồm 120 trang thuyết minh trong đó gồm: mở đầu 4 chương nội
dung, kết luận chung, tài liệu tham khảo và 40 trang phụ lục Trong luận án có 41 hình vẽ 19 bảng biểu, trích dân 69 tài liệu tham khảo tiếng Việt và tiếng nước ngoài
Trang 8B NỘI DUNG LUẬN ÁN
Chương 1
CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN HẠT ĐIỀU VÀ VẤN ĐỀ CẤPNHIÊN LIỆU
CHO THIET BI XỬ LÝ NHIỆT HẠT ĐIỀU
Trong chương này giới thiệu tổng quan một số vấn đề:
1 Sản phẩm của cây điều công nghệ chế biến hạt điều
2 Việc sử dụng vỏ điều lam nhiên liệu cấp cho lò đốt những vấn đề đặt m phải
giải quyết về ổn định nhiệt và giảm thiểu ô nhiêm môi trường
3 Một số vấn để cấp và đốt nhiên liệu rắn các yêu cầu cần thiết để đảm bảo cho nhiên liệu rắn cháy triệt để và ổn định trong lị đốt
4 Tình hình nghiên cứu trong nước nước ngoài và các cơng trình liên quan đến
nội dung luận án ‘
Qua phần tổng quan, da nit ra kết luận về các vấn đề cần được nghiên cứu là:
-_ Động lực học của cơ cấu truyền động trong thiết bị cấp nhiên liệu rắn
thiết lập mơ hình động lực và giải bài toán về chuyển động của bộ
truyền đai trong thiết bị cấp vỏ hạt điều để tìm các thông số ảnh hưởng
tới tốc độ cấp nhiên liệu rắn (vỏ hạt)
-_ Thiết lập mơ hình và giải bài toán động lực học chuyển động của vỏ
hạt điều trong buồng đốt, tìm mối quan hệ tối ưu giữa các thông số vật
Trang 9Chương 2
NGHIÊN CỨU ẢNH HUGNG CUA BO TRUYEN DONG
DAI TOI TOC DO CAP LIEU TRONG HE THONG CAP NHIET BANG VO HAT DIEU
2.1 Thiết lập phương trình chuyển động của bộ truyền đai trong thiết bị
cấp liệu vỏ hạt điều
Để cơ khí hố khâu cấp vỏ hạt điều vào lò đốt thay cho phương pháp thủ
công đã dùng thiết bị cấp vỏ điều vào lò đốt trong đó sử dụng bộ truyền đai có
ưu điểm là tự chống được quá tải khi vỏ điều bị kẹt, đảm bảo an toàn cho thiết
bị Tuy nhiên việc dùng cơ cấu truyền đai có dẫn đến sai số về tốc độ cấp vỏ điều và lượng vỏ điều vào lò Để nghiên cứu vấn đề này, từ kết cấu của thiết bị
cấp vỏ điều đã thiết lập mơ hình động lực (hình 2.1) và phương trình can
động của bộ truyền động bằng dây đai:
1 co é 3 M in ` w )) wv, Y> Qo = Mt 4ì — 9g ~ dị @; ~ W(Ø,)< g;
Hình 2.1 Mơ hình động lực của bộ truyền đai
Từ mơ hình động lực sử dụng phương trình cơ bản Lagrange ta có : Phương trình chuyển động của bộ truyền đai:
ự +J;0#)°B, +J,Wä, +21,w'w'(, +ả,} +14, +ả,⁄, +Ca =—R, +wWM
J,Wä, +J,ä, +J,w'@, +4,)' +C.q, =—R,—M @0
pis do, oigreSiegziny dt*
Trong đó : J,, J, 1a momen quán tính co cau truyén va dan dong; Nms*; q,,q; là biến dạng góc quay (rad); C¡, C; — hệ số cứng nguồn dẫn động và bộ truyền (Nm)
Trang 10œ„ - tốc độ gốc của từ tường động cơ: R„ R; mô men giảm trấn; M - mơmen ngoại
lực (ĐNm); W - hàm truyền
2.2 Ảnh hưởng của bộ truyền động bằng dây đai tới tốc độ cấp vỏ hạt điều
Tốc độ cấp vỏ hạt điều vào lò đượng vỏ hạt điều) phụ thuộc vào tốc độ góc quay của trục định lượng (hình 2.2)
Hình 2.2 Thiết bị cấp vỏ điểu vào lò
2.2.1 Tân số dao động riêng (TSDĐR của hệ
Để nghiên cứu TSDĐR bộ truyền từ phương trình (2.1) cho vế phải =0 và
với giả thiết w”=0, ta có được hệ phương trình :
J, +) +J,Wä, +Cq, =0 J,wä, +J,ä, +C;q, =0
Gái hệ phuơng trình này tính được tần số dao động rêng của hệ và được
Trang 11C/G
Hình 2.3 Sự phụ thuộc của tân số dao động riêng
vào độ cứng từ trường động cơ
Kết quả nghiên cứu chứng minh ràng do tính đến ảnh hưởng của độ cứng nguồn dẫn động trong bộ truyền động bằng dây đai xuất hiện hai tần số đao động riêng Các tần số dao động riêng đó tăng khi tăng độ cứng nguồn dẫn động điều
này được thể hiện trên hình 2.3 (lién két Stato với roto gián tiếp bằng từ trường
giống như phân ni dan hồi, có độ cứng C, gọi là độ cứng nguôn dẫn (độ cứng của từ trường động cơ)
2.2.2 Ảnh hưởng của bộ truyền đai tới tốc độ cấp vỏ hạt điêu
Từ kết quả nghiên cứu dao động cưỡng bức của hệ truyền động bằng dây đai đã rút ra được biểu thức xác định sự phụ thuộc của sai số cực đại tốc độ góc
quay trục định lượng của cơ cấu cấp vỏ hạt điều vào các thông số của bộ truyền đai có dạng sau:
Bằng kết quả nghiên cứu đã chứng minh sai số cực đại tốc độ góc quay trục định lượng Ao?** tỷ lệ thuận với biên độ đao động của mô men ngoại lực
(AM) và tỷ lệ nghịch với độ cứng từ trường động cơ của bộ truyền đai trong cơ cấu cấp vỏ điều
Từ trường của động cơ trong bộ truyền đai có ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình dao động của bộ truyền và độ đồng đều của tốc độ cấp vỏ hạt điều vào lò
Khi tăng độ cứng nguồn dẫn động và mơ men qn tính trục định lượng, biên độ
đao động cấp vỏ hạt điều giảm và hệ số tăng tỷ lệ tối uu nam trong khoang (1+
Trang 124) nếu C¡/C: và Jz/J¡ >4 biên độ dao động cấp vỏ hạt điều giảm không đáng
kể Đây là điều có ý nghĩa quan trọng trong tính tốn thiết kế bộ truyền động có
kết cấu tối ưu (hình 2.4 và 2.5)
GiG DES
Hình 2.4 Sự phụ thuộc của Hình 2.5 Sự phụ thuộc của hệ hệ số đao dộng tốc độ góc số dao động tốc độ góc trục định lượng
trục định lượng vào độ cứng vào mơ men qn tính trục định lượng
nguồn dẫn động
Kết quả nghiên cứu bằng phương pháp số về sự phụ thuộc của tốc độ cấp vỏ hạt điều vào các thông số của bộ truyền chuyển động bằng dây đai trong cơ cấu cấp vỏ điều cũng cho kết quả tương tự như trên được thể hiện trên hình 2.6
Ở đó đường I tương ứng với phương pháp giải tích đường 2 tương ứng với
phương pháp số sai lệch kết quả của 2 phương pháp không vượt quá 1.5 %
1- ứng với phương pháp giải tích 2- ứng với phương pháp số ed 8 1 + J ‹ 5 ‘ 7ố 8# , „ %
Hình 2.6 Sự phụ thuộc của hệ số dao động tốc độ góc trục định lượng vào độ
cứng nguồn dẫn động * Kết luận:
1 Hệ phương trình chuyển động của bộ truyền động đai tong hệ thống cấp nhiệt dùng vỏ hàng hạt điều cho phép nghiên cứu định tính và định lượng ảnh hưởng của tham số động lực học chính tới tốc độ cấp nhiên liệu vỏ hạt điều 2 Từ trường của động cơ có ảnh hưởng trực tiếp tới dao động của bộ truyền và
độ đồng đều của tốc độ cấp nhiên liệu
3 Lượng cấp nhiên liệu vỏ điều tỷ lệ thuận với tốc độ góc trục định lượng
Trang 13CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC DÒNG NHIÊN LIỆU
VỎ HẠT ĐIỀU CẤPCHO LÒ ĐỐT
3.1 Thiết lập phương trình chuyển động của vỏ hạt điều trong lò đốt
Vỏ hạt điều khi bay ra khỏi miệng ống cấp (ống cấp nằm ngang) xem như một chất điểm chuyển động chỉ chịu tác động của trọng lực F, và lực cản khơng
khí trong lò Ƒ., với vận tốc ban đầu là ý, (nàm trên trục hoành ox của hệ toạ độ)
Dựa trên phương trình cơ bản động luc hoc; ta có phương trình vi phân chuyển động như sau :
Eee 6.1)
Stan
Trong đó: F; = mg - là lực trọng trường: F =ESpy,— là lực cản của
không khí trong lị: m - khối lượng của vỏ hạt điều: ø - gia tốc trọng trường:
p - khối lượng nêng của khơng khí: š - hệ số cản phụ thuộc vào hình dáng
trạng thái bề mat va tư thế bay của vỏ hạt điều; S — diện tích mặt cắt vỏ điều: v~ vận tốc của vỏ điều: vụ - vận tốc ban đầu của vỏ điều
3.2 Nghiên cứu chuyển động của vỏ hạt điều cấp cho lò đốt
Chiếu đẳng thức véctơ (3.1) lên các trục toạ độ (hình 3.1) ta nhận được hệ phương trình vi phân : A y i” ~ ai , š = + H ỗ Ve = 1 F,
Hình 3.1: Sơ đồ quỹ đạo chuyển động của vỏ hạt trong lò
Trang 14= ae i mẽ=— pễ S'—— | PS 5 { pede @2) s ees mii =—mg — p& S =
Chọn gốc thời gian là lúc vỏ điều ra khỏi miệng ống với các điều kiện ban đầu như sau :
xO@)=v; x(0)=0; yO)=0; y(0)=0
Tích phân từng phương trình của (3.2) theo diéu kién ban đầu ta có
phương trình chuyển động : x= sinh + Av,t|
is @.3)
y= <ineos| gat]
Khử () giữa hai phương trình của (3.3)ta có phương trình quỹ đạo của VHĐ :
1 Tin ` a arccos(e™ ) A | Ve 64)
Trong đó : A = 258 2m
Cho miệng ống cấp đặt trùng với gốc toa độ và cách ghi lò một khoảng H, tung độ sẽ là :y =-H @.5)
Thay trị số (3.5) vào (3.4) ta có khoảng rơi của vỏ điều trên mặt ghi là:
1+ lề» arccos|e an | @G.6)
£
Đảng thức (3.6) cho phép xác định tốc độ đầu của vỏ (v.) để suy ra lưu
1 x=—In
lượng gió và áp fĩnh cần thiết của quạt khi cần đảm bảo khoảng rơi của VHĐ trên ghi lò theo yêu cầu công nghệ đốt
Kết quả tính tốn bằng giải tích cũng như phương pháp số về sự phụ thuộc của quỹ đạo chuyển động của vỏ điều vào tốc độ gió (tốc độ vỏ) được thể hiện
trên hình 3.2
Trang 1512 4 16/\ U5 2 2
3 =
Khoảng bay x0 theo phiting x (m)
] Chiba dat ghi fet 170m
Hình 3.2 Quỹ đạo chuyển động của vỏ hạt tương ứng với các tốc độ
gió cấp vào lị
Áp dụng lý thuyết luồng và phương pháp số đã tính và vẽ được sơ đồ sự phân bố vỏ hạt điều trên ghi lò như trên hình 3.3
Hình 3.3 Sơ đơ phân bố vỏ hạt điều
Kết quả nghiên cứu đã chứng minh được tốc độ gió từ 15 m/s dén 18 m/s
là tối ưu và vỏ hạt điều rơi trong trong vùng có mật độ phân bố hợp lý nhất, phù hợp với phân lớn các lò cấp nhiệt trong các xí nghiệp chế biến hạt điều xuất
khẩu của Việt Nam
Kết luận:
Mơ hình tốn và phương trình chuyển động của vỏ điều cho phép xác định
quy luật bay và điểm rơi ứng với các tốc độ gió khác nhau; đồng thời cho phép
Trang 164.1
cấu
Chương 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ CỦA
MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC CƠ BẢN TRONG QUÁ TRÌNH
CẤP VÀ ĐỐT VỎ HẠT ĐIỀU
Mục tiêu của nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm tập trung xác định các vấn đề liên quan đến cơ
cấp và đốt vỏ hạt điều qui luật phân bố vỏ điều trên ghi lò, lượng vỏ điều
khi cấp tốc độ gió và các quan hệ ổn định nhiệt của lò đốt vỏ hạt điều Mục đích nghiên cứu thực nghiệm giải quyết các vấn đề sau:
TỔ Xác định các thông số ngẫu nhiên về tỷ lệ hình dáng kích thước trọng lượng của vỏ điều trên một dơn vị khối lượng
Khảo sát lượng cấp vỏ điều và tốc độ cấp gió thực tế tại các cơ sở sản xuất
chế biến điều xuất khẩu
Xác định quan hệ giữa tốc độ góc quay trục định lượng và khối lượng cấp vỏ hạt điều trên một đơn vị thời gian
4 Xác định vùng phân bố hợp lý của vỏ hạt điều trên ghi lò
Tập trung nghiên cứu các thông số kỹ thuật của cơ cấu cấp và của dòng nhiên liệu vỏ hạt điều khi cấp vào buồng lò xem xét các yếu tố ảnh hưởng
đến khả năng cháy hết và ổn định nhiệt, xác định các thông số kỹ thuật cơ bản tối ưu ứng dụng cho các cơ sở sản xuất để chế tạo các thiết bị phù hợp
6 Kiểm chứng và hoàn thiện các kết quả nghiên cứu lý thuyết của luận án 4.2 Công cụ và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Công cụ nghiên cứu thực nghiệm là thiết bị cấp và đốt vỏ hạt điều được tác giả cùng các cộng sự thiết kế chế tạo đang được sử dụng rộng rãi tại các cơ
sở nhà máy chế biến hạt điều xuất khẩu tại Bà Rịa — Vũng Tàu và các thiết bị đo
đạc chính xác đã được kiểm định
Trang 17Tiên cơ sở lựa chọn công cụ và thiết bị nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm dùng những phương tiện đo được
chuẩn hoá lặp lại, kiểm chứng nhiều lần nhằm thực hiện các mục tiêu nội dung
đã nêu ở trên
4.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
4.3.1 Đo đạc, phân loại các mảnh vỏ hạt điều
Kết quả đo đạc thực nghiệm đã xác định được:
-_ Vỏ có kích thước hình đáng lớn chiếm 23.79 % - Voc6 kich thuéc, hình dáng trung bình 31.6 %
- V6c6kich thude nhd 44.61 %
4.3.2 Đo đạc xác định sự phụ thuộc của tốc độ (lượng) cấp vỏ hạt điều vào tốc độ góc trục định lượng cho kết quả trên hình 4.1
Lida eau Vn ° 5 +0 15 20
Hình 4.1 Đô thị quan hệ giữa lượng cấp VHĐ và tốc độ góc TDL
1-ứng với tính lý thuyết, 2-ứng với đo thực nghiệm
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy với tốc độ gió không đổi lượng vỏ cấp vào lò tỷ lệ với tốc độ góc quay trục định lượng Sai lệch giữa tính toán
lý thuyết (đường 1) và đo đạc thực nghiệm (đường 2) không vượt quá 2.5 %
4.3.3 Xác định khoảng rơi của vỏ hạt điều trên ghỉ lò:
Khoảng rơi của vỏ hạt điều cấp vào ghi lò phụ thuộc vào tốc độ gió và
trọng lượng của hạt Trên bảng 4.1 là sự phân bố khoảng cách mơi gần nhất và xa
nhất của vỏ hạt điều trên mặt phẳng ghi lò với một số tốc độ gió
Trang 18Bảng 4.1: Khoảng cách rơi của VHĐ theo tốc độ gió Tốc độ gió V 8 12 45; + | “48 24 24 (mis) (V1) (V2) (V3) (V4) (V5) (v6)
Khoảng rơi VHB tinh tur gần | xa | gần | Xa | gan} xa gần | xa | gần | xa gần | Xa
miệng ống cấp (m) } 0 | 0 | 0,53} 1,42 | 0,56) 1,74 0,61] 1,83 | 0/70 | 2.12 0.77 | 242
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy:
-_ Với tốc độ gió l2 m/s vùng rơi tập trung gần miệng ống cấp độ dày
lớp vỏ lớn (52 mm)
-_ Với tốc độ gió 15 - 18 m/s vùng rơi tập trung phân bố đều theo chiều đọc và chiều ngang độ dày lớp vỏ hợp lý (35 mm)
-_ Với tốc độ gió > 2l m/s vùng rơi kéo dài, phân bố vỏ rời rac dé day lớp vỏ mỏng (<31 mm)
4.3.4 Xác định vàng phân bố tập trung theo khối lượng cấp vỏ hạt điều Kết quả được trình bày trên bảng 4.2 và 4.3
Từ kết quả thực nghiệm rút ra được kết quả sau:`
- Với tốc độ gió l5 m/s + ]8 m/s lượng cấp vỏ điều càng tăng thì
khoảng bay xa của vỏ giảm dần phân bố theo chiều rộng tăng độ dày
lớp vỏ tăng
-_ Tốc độ gió 15 + 18 m/s là tối ưu ta chọn được lượng cấp vỏ tương ứng 2010 g/phut + 2240 g/phut la hợp lý nhất
Bang 4.2 Ddi phan b6 ctia VHD khi thay đổi lượng cấp vỏ ( Vự„=15m/s)
| Lan | Dải phân bố vỏ hạt điều
| LÊN | Khối lượng cấp 'Theo chiêu dài| Theo chiều rộng| Theo chiều dày
Trang 191722
SO SMITE
Mee
Bang 4.3 Dai phan b6 cia VHD khi thay doi hiong cap vo (V
j= 18 mls)
Parte eS Dài phân bố vỏ hạt đi _
` Khối lượng ' Theo chiều dài | Theo chiều rộng | Theo chiêu day
cấp | (m) (m) (x 10? m) kg) —Ì TB TB TB I m=1,50 127 1512 0,29 2 m=1,78 124 1.13 0.30 ) | m=2,01 1,16 1.16 0.33 4 m=2,24 115 1,18 0.35 5 m=2.40 1.11 1,20 0.38 6 m=2.60 1.08 117 0.40
4.3.5 Nghiên cứu vùng rơi tập trung vỏ hạt điều theo kích thước hình dáng và trọng lượng
Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 4.4
Bảng 4.4: TỶ lệ loại mảnh VHĐ rại vùng rơi tập trung (V„ =18 mís)
17 SỐ : Số | Trọng Tỷlệ% Tỷ lệ % Vùng khảo | Loại mảnh
sắt xo lượng lượng (theo số (theo trọng
Trang 20Từ kết quả nghiên cứu cho thấy:
Các mảnh vỏ có kích thước lớn giảm dân từ 15.4% ở gần miệng ống cấp đến 10.7% khi ở vị trí xa
-_ Các mảnh nhỏ rơi xa miệng ống cấp có tỷ lệ là 66.3 % giảm xuống 60.5 % ở vùng giữa và 43.1 % ở vùng gần miệng ống cấp
- Do lugng vỏ có kích thước nhỏ chiếm tỷ lệ lớn nhất nên sự phân bố
trên là hợp lý
4.3.6 Nghiên cứu xác định sự phụ thuộc của nhiệt độ lò vào tốc độ (lượng) cấp vỏ vào lị
Thí nghiệm được tiến hành ở hai tốc độ gió 15 m/s và 18 m/s Kết qua do
đạc được trình bày trên hình 4.3a và 4.3b
886 904 855 864 EO 6c 786 808 1 15 2 35 Luong cap vo (kg/ph)
Hình 4.3a: Biến thiên nhiệt độ lò đốt theo khối lượng cấp vỏ điều
(Vg= 15 m/s) 1200 % 1100 100 2 b 905 981 48 800 - 7051-2 90 ~ 858 906 600 ; : 400 Nhiệt độ lửn bng Ì 1 Ls 2 35 Lượng cấp vỏ (kg/ph)
Hình 4.3b Biến thiên nhiệt độ lò đốt theo khối lượng cấp vỏ điều
(Vg= 18 m/s)
Trang 21Phân tích kết quả nhận được cho thấy:
Với tốc độ gió cấp vào 1d 15 m/s và lượng vỏ cấp vào lò 2.01 kg/phút
nhiệt độ lò đạt giá trị cao nhất 900C và quá trình cháy tốt nhất
Với tốc độ gió 18 m/s và lượng cấp vỏ 2.24 kg/phút nhiệt độ trong lò
cao nhất là 1100”C và chế độ cháy ồn định
Nhiệt độ cao nhất của lị khơng tăng tỷ lệ với lượng vỏ cấp vào lò
4.3.7 Xác định sự phụ thuộc của nhiệt độ lò đối vỏ hạt điều vào tốc độ gió
Kết quả đo đạc thực nghiệm đã xác định với lượng cấp vỏ hạt điều ổn định vào lò, nếu thay đổi tốc độ gid tir 12 m/s dén 25 m/s vùng phân bố vỏ hạt trên
ghỉ lò thay đổi theo chiều dài hợp lý nhất khi v:;s = 18 m/s nhiên liệu cháy ổn
định và đạt giá trị nhiệt độ cao nhất Với tốc độ gió <18 mựs hoặc >18 m/s nhiét
độ lò đều giảm Điều này được thể hiện trên hình 4.4
Với lượng cấp vỏ ổn định nhiệt độ trong lò đốt chỉ đạt giá trị lớn nhất và
ồn định với một tốc độ gió nhất định 1200 = 1000 7 ats 1000 905 835 aS 8 | | | Nhi¢t 461°C 600 |- — “ 400 —— — 200 1 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Vận tốc gió Vg(m/s)
Hình 4.4 Quan hệ nhiệt độ ngọn lửa lò và tốc độ cấp gió
4.3.8 Khảo sát sự phụ thuộc một số thông số chính với chế độ đốt vỏ hạt điều
và các thông số ô nhiễm môi t! ường
Các kết quả nghiên cứu được trình bày trên bảng 4.5
Trang 22Bảng 4.5: Kết qud nghiên cứu các chế độ dot trong budng dot ding VHD
Các thí nghiệm được thực hiện 3 lần chỉ lấy kết quả trung bình sau đây:
Chế độ đốt thủ công 1100 |
Lân thí (Nhiệt đội O;dư | CO, | Bụi |Yphenoll CO | NO,
010G) |DE@T | (%) (%) | (ng/m*) | (mg/n*) | (mg/m) | (mg/m*)
TB | 649° | 1733 | 416 | 405 | 606 | 3116 | 856 Thay đổi cấp VHĐ (chế độ gid 15 mls)
Lân thí Nhiệ độ O:dư | CO; | Bui | Sphenoi] CO | NO,
Beniem REINA (oe) le 0) Manat?) | tangent) | Gen? epi?)
TB | 899 | 69 | 62 | 101 | 233 | 1202 | 67 Thay đổi cấp VHĐ (chế độ gió 18 mis)
Lân thí Nhiệ độ O,dư | CO; | Bụi |>phenoll CO | NO, |
nghiệm 'ngọn Ä cả _ 8/721) Laie
TB ' 61 | 64 | 983 | 226 | 1190 | 68
Từ kết quả nghiên cứu cho thấy:
- Với chế độ đốt thủ công nhiệt độ trong lò thấp chỉ đạt 649°C, các chỉ số môi
trường (CO, CO;, bụi, NO,) đều rất cao Chỉ số phenol có trong khói lị lớn,
gây ơ nhiễm môi trường
- Với thiết bị cấp vỏ vào lò được cơ khí hố, nhiệt độ lò tăng cao (900-+1100°),
cháy ổn định (dao động nhiệt +10°C) giảm các thành phần ô nhiễm môi trường
- Với tốc độ gió tối ưu 15 m/s + 18 m/s và lượng cấp vỏ hạt điều 2010 + 2240
g/phút khi đó nhiệt độ lị đạt 900 + 1100°C Các thành phần ô nhiễm môi
trường giảm đáng kể
4.4 Phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm
Tổng hợp phân tích và đánh giá các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã rút ra được các kết luận sau:
Trang 231 Khi sử dụng thiết bị cơ khí tự động hố cấp vỏ hạt điều, nhiệt độ trong lò
đốt vỏ hạt điều không phụ thuộc nhiều vào hình dáng kích thước, tư thế
chuyển động của vỏ hạt điều, mà phụ thuộc vào tốc độ góc trục định
lượng và tốc độ cấp gió của thiết bị cấp vỏ hạt điều
2 Nhiệt độ trong lò đốt vỏ hạt điều không tăng tỷ lệ thuận với lượng cấp vỏ và tốc độ cấp gió mà chỉ tăng và đạt giá trị lớn nhất trong giới hạn nhất định của tốc độ cấp vỏ hạt điều và tốc độ cấp gió của cơ cấu cấp vỏ hạt điều
3 Với các hệ thống thiết bị cấp vỏ hạt điều và cấp gió vào lị đốt hiện đang
được sử dụng tại các cơ sở chế biến hạt điều xuất khẩu ở miền Nam giới hạn lượng cấp vỏ hạt điều tối ưu là 2 ke/phút ; 2.2 kg/phút và tốc độ cấp
gió tối ưu là 15 m/s + 18 m/s Trong giới hạn đó nhiệt độ trong lò đạt giá trị cao nhất (1100”C) và chế độ cháy tốt nhất, các thành phần khí gấy ơ nhiễm môi trường giảm mạnh: bụi giảm khoảng 75%, tổng phenol giảm
hơn 60% và CO giảm hơn 60% đồng thời ít khói
Trang 24C KẾT LUẬN CHUNG
Qua những phần đã trình bày ở các chương trên, có thể đi đến kết luận về các kết quả và đóng góp của luận án như sau:
1 Luận án đã để xuất được phương án thiết kế cơ cấu cấp nhiên liệu rắn (vỏ điều) cho thiết bị xử lý nhiệt trên nguyên lý tự động cấp liệu bằng khí động
kết hợp cơ cấu cơ khí (trục định lượng) và ống cấp nhiên liệu vào buồng đốt Thiết bị đã được chế tạo và ứng dụng trong thực tế sản xuất ở một số nhà
máy chế biến hạt điều xuất khẩu ở Việt Nam
2 Lần đầu tiên đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về động lực học của thiết bị cấp vỏ hạt điều: Bộ truyền động đai từ động cơ đến trục định
lượng và hệ thống khí động từ quạt thổi tác động lên dòng nhiên liệu (vỏ hạt)
trong ống cấp vào buồng đốt Kết quả nghiên cứu xác định được qui luật:
biên độ dao động tốc độ góc quay trục định lượng không phụ thuộc tuyến
tính vào độ cứng của bộ truyền nguồn dẫn động (C,) và mô men qn tính
của nó (J;) Sự phụ thuộc chỉ có giá trị khi tỷ số truyền của mô men ]z⁄J, trong khoảng 1+4 Kết quả này có ý nghĩa đạc biệt trong việc lựa chọn các thông số thiết kế tối ưu của bộ truyền động cơ cấu cấp nhiên liệu vỏ điều 3 Thiết lập được mơ hình tốn mơ tả quá trình cấp nhiên liệu vào buồng đốt có
tính đến lực cản của môi trường khơng khí Giải bài toán động lực học bằng
giải tích và bằng phương pháp số xác định phương trình chuyển động, qui
luật bay và vùng rơi của nhiên liệu trên ghi lò ứng với các tốc độ gió và kích cỡ nhiên liệu (vỏ hạt) khác nhau, và rút ra được cơng thức tính vận tốc ban
đầu của vỏ hạt
e Đã chứng minh được
a Hệ số cản (£) và diện tích cản gió (S) có ảnh hưởng đáng kể đến khoảng bay, vùng rơi của nhiên liệu rắn (vỏ hạt) Độ chênh lệch về khoảng
bay và vùng rơi của loại vỏ hạt là không lớn lắm, trong khoảng 0.2 m (8- 10%)
Trang 25b Kết quả nghiên cứu xác định được công thức tính tốc độ cấp gió tối ưu
cho vùng rơi nhiên liệu (uên ghi lò) theo yêu cầu của công nghệ đốt, lầm cơ
sở cho việc tính tốn thơng số kỹ thuật của quạt gió
c Việc sử dụng thiết bị cấp vỏ điều với với kết cấu và nguyên lý hoạt động đưa ra là phù hợp Tiên cơ sở nghiên cứu về động lực học có thể điều
chỉnh các thông số kỹ thuật thiết kế chế tạo và vận hành thiết bị cấp nhiên
liệu (vỏ hạt đảm bảo quá trình cháy hiệu quả của nhiên liệu
d Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và đo đạc thực tế đã khẳng định:
Vận tốc góc trục định lượng có ảnh hưởng rất lớn đến khối lượng cấp nhiên liệu (vỏ điều) tốc độ góc trục định lượng có quan hệ tuyến tính với
lượng cấp nhiên liệu Muốn ổn định lượng cấp nhiên liệu phải ổn định tốc độ góc trục định lượng
Chế độ cấp gió và cấp nhiên liệu (vỏ điều) ảnh hưởng quyết định đến quá
trình cháy của nhiên liệu Đối với loại lò đốt ghi ngang có cơng suất xử lý nhiệt trung bình 7 tấn hạt điều/ca chế độ cấp gió tối ưu tử 15 — 18 m/s va
chế độ cấp nhiên liệu tối ưu từ 2.0 — 2.2 kg/ph đảm bảo quá trình cháy
hiệu quả
Từ chế độ cấp nhiên liệu và cấp gió được xác định trên, đảm bảo quá trình
đốt nhiên liệu cháy triệt để, nhiệt độ lò đạt giá trị cao từ 900 — 1100°C Do
đó các chỉ số về ô nhiễm từ khói thải giảm mạnh đặc biệt tổng phenol giảm khoảng 60% Nhiệt độ bể chao dâu ổn định
Xây dựng được bảng tổng hợp bộ các số liệu phục vụ cho vận hành thiết
bị và thiết kế chế tạo thiết bị phù hợp
Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm cho kết luận là
khá tương thích và hợp lý, đó là:
- Ảnh hưởng của các tham số động lực học bộ truyền đaivà trục định lượng đến độ đồng đều của lượng cấp nhiên liệu vỏ điều
-_ Quan hệ giữa tốc độ cấp gió, cấp vỏ điều, vùng phân bố và điểm rơi của vỏ điều trên ghi lò Từ khoảng bay được xác định qua đo đạc ứng với tốc
Trang 263
độ gió thích hợp và các số liệu thực nghiệm khác đưa vào bài tốn lý thuyết ta tìm được hệ số cản ¿ của vỏ điều trong khoảng xác định
-_ Kết quả tính tốn lý thuyết và khảo sát thực tế về khoảng bay của vỏ điều
có sự khác biệt (trong một vùng đều có các loại vỏ) Sự khác biệt này là do
khoảng bay của vỏ điều phụ thuộc và hệ sốc tư thế bay (sấp ngửa
nghiêng)
Về hiệu quả kinh tế — môi trường: Qua nghiên cứu và thực tế xác định ở cơ sở sản xuất đã khẳng định được hiệu quả của việc áp dụng cơ cấu cấp tự động nhiên liệu rắn (vỏ điều) là:
-_ Giảm tiêu hao nhiên liệu gần 30% trong một 1 ca sản xuất, từ đó giảm giá thành sản xuất
- _ Tăng chất lượng sản phẩm xuất khẩu khoảng 2%
-_ Giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường khói thải (giảm 60% tổng phenol và nhiều chỉ số ô nhiễm môi trường khác), cải thiện điều kiện làm việc đảm bảo sức
khỏe cho công nhân i
KIEN NGHI
Qua quá trình nghiên cứu và thực tế áp dụng vào sản xuất, tác giả nhận thấy một
số vấn để của đề tài có thể mở rộng để nghiên cứu sâu hơn trong một số lĩnh vực
sau:
Iễ Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ truyền động đai và các dao động trong cơ cấu truyền động đai đặc biệt là các cơ cấu truyền động đòi hỏi độ chính xác cao về tốc độ góc
Nghiên cứu mơ hình khí động lực học đối với dòng nhiên liệu rắn cấp cho lò
đốt, trong đó đặc biệt là nhiên liệu dạng vỏ hạt - loại nhiên liệu phổ biến ở các nước nông nghiệp đang phát triển
Nghiên cứu hoàn thiện quá trình tự động điều khiển nhiệt đối với hệ thống
cấp nhiệt sử dụng nhiên liệu vỏ hạt điều
Các kết quả của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ
kỹ thuật và sinh viên ngành cơ khí, nhiệt động lực học
Trang 27CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN
Trương Thành Công, Bùi Song Cảu, Bùi Ngọc Hỏi, Ảnh hưởng của từ
trường động cơ trong hệ truyền chuyển động bằng đáy curoa Tuyển tập cơng
trình khoa học Hội nghị khoa học toàn quốc về cơ khí Hà Nội ngày 12-
13/10/2001 Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội
Trương Thành Công, Nguyễn Ngọc Cảnh Nghiên cứu hệ điều khiển tự
động thiết bị cấp nhiên liệu bảo đảm nhiệt độ cần thiết bể chao đầu thuộc đây chuyên chế biến hạt điêu Nội san cơ học ứng dụng tập II, số 3-4 8/2001
(Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia)
Trương Thành Công, Bùi Song Câu, Bùi Ngọc Hỏi, Hệ £hống cấp nhiệt bằng vỏ hạt điều Tạp chí Khoa học và Công nghệ số 1/2003 Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia
Trương Thành Công, Bùi Song Cầu, Bùi Ngọc Hồi, Một số kết quả nghiên cứu động lực học đảm bảo ổn định nhiệt trong lò đốt dùng nhiên liệu vỏ hạt
điều Tạp chí Khoa học và Công nghệ số 3/2003, Trung tâm Khoa học Tự nhiên
và Công nghệ Quốc gia
Trương Thành Công, Xáy dựng thuật toán động lực học của thiết bị xử lý nhiệt chất thải Chuyên san của các Viện nghiên cứu trong quân đội số 23-
12/1997
Trương Thành Công, Nghiên cứu thực nghiệm cấp vỏ hạt điều cho lò đốt
nhằm ổn định nhiệt, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Tập san Thông tin khoa học Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường