BÀI TẬP LỚN CƠ ĐIỆN TỬ: Thiết kế và xây dựng mô hình bếp đun trấu hiếm khí

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNGError! Bookmark not defined. 1.1Giới thiệu chung6 1.2Các vấn đề đặt ra8 1.3 Phương pháp nghiên cứu8 1.4 Phạm vi giới hạn9 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ10 2.1 Giới thiệu bếp đun trấu hiếm khí10 2.1.1 Nguyên lý cháy hiếm khí10 2.1.2 Nhiên liệu trấu12 2.1.3 Phân loại bếp đun hiếm khí13 2.1.4 Cấu tạo chung của bếp đun trấu hiếm khí16 2.1.5 Ưu điểm và hạn chế của bếp đun trấu hiếm khí17 2.2 Lịch sử phát triển bếp đun hiếm khí18 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ22 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế bếp đun trấu hiếm khí22 3.2 Xây dựng mô hình cơ khí24 3.2.1 Buồng tro và chân bếp25 3.2.2 Buồng cháy26 3.2.3 Đầu đốt26 3.2.4 Hệ thống quạt gió28 3.3 Các chỉ số cần tính toán29 3.3.1 Năng lượng cần thiết29 3.3.2 Năng lượng đầu vào…………………………………………29 CHƯƠNG4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG31 4.1 Thiết kế và chế tạo buồng tro31 4.1.1 yêu cầu kĩ thuật31 4.1.2 Thiết kế32 4.2 Thiết kế và chế tạo buồng cháy.Error! Bookmark not defined. 4.2.1Yêu cầu kĩ thuật40 4.2.2 Thiết kế41 4.2.3Gia công35 4.3 Thiết kế và gia công đầu đốtError! Bookmark not defined. 4.3.1 Yêu cầu kĩ thuật49 4.3.2 Thiết kếError! Bookmark not defined. 4.3.3 Gia công55 4.4 Thiết kế hệ thống quạt gió58 4.5 Thiết kế và gia công chân bếpError! Bookmark not defined. 4.5.1 Yêu cầu kĩ thuật.Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Thiết kế.Error! Bookmark not defined. 4.5.3 Gia công.Error! Bookmark not defined. 4.6 Thiết kế và gia công quai bếp.Error! Bookmark not defined. 4.6.1 Yêu cầu kĩ thuật.Error! Bookmark not defined. 4.6.2 Thiết kếError! Bookmark not defined. 4.6.3. Gia côngError! Bookmark not defined. CHƯƠNG V KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁError! Bookmark not defined. 5.1 Kết quả đề tàiError! Bookmark not defined. 5.2 Đánh giáError! Bookmark not defined. 5.3 Hướng phát triển của đề tàiError! Bookmark not defined. KẾT LUẬNError! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢOError! Bookmark not defined. PHỤ LỤC……………………………………………………………………61

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

LỜI NÓI ĐẦU

Con đường Công nghiệp hóa-hiện đại hóa của nước ta hiện nay đang trênđường gặt hái được những thành công nhất định Với mục đích cải thiện và từngbước nâng cao chất lượng đời sống nhân dân, yêu cầu đặt ra cho các ngành khoahọc là phải trú trọng tới việc nghiên cứu và phát triển theo hướng phục vụ cho đờisống của người dân

Là những sinh viên chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí, sau một thời gian được học tập tại trường ĐHCN Hà Nội, chúng em đã nhận thức được vai trò và tầm quan trọng của ngành cơ khí Đối với những sinh viên cuối khóa như chúng em, đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho chúng em vận dụng tổng hợp những kiến thức

đã học vào một sản phẩm cụ thể Với đề tài “Thiết kế và xây dựng mô hình bếp đun

trấu hiếm khí”, chúng em mong muốn đóng góp một ý tưởng cho việc nâng cao

chất lượng đời sống của nhân dân

Bếp đun trấu hiếm khí chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta, vì vậy trongquá trình thực hiện chúng em đã gặp một số khó khăn nhất định Nhưng do chủđộng tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, và đặc biệt, chúng em cảm ơn sâu sắc thầy giáo

Nhữ Quý Thơ, người đã giúp đỡ chúng em bằng những ý tưởng mới, những góp

ý phù hợp và sáng tạo, giúp cho ý tưởng của chúng em được thành hiện thực Tuynhiên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót, vì vậy chúng em mong muốnnhận được những lời phê bình, những góp ý chân thành từ phía các thầy cô giáođể sản phẩm này hoàn thiện hơn và mang lại nhiều hữu ích hơn cho cuộc sống.Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 15 tháng 12 năm 2012

ĐỖ TRỌNG PHÚ

NGUYỄN KHẮC CƯỜNG NGUYỄN THÀNH TOÁN TRẦN CÔNG PHA

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG Error! Bookmark not defined.1.1 Giới thiệu chung 6

1.2 Các vấn đề đặt ra 8

1.3 Phương pháp nghiên cứu 8

1.4 Phạm vi giới hạn 9

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ 10

2.1 Giới thiệu bếp đun trấu hiếm khí 10

2.1.1 Nguyên lý cháy hiếm khí 10

2.1.2 Nhiên liệu trấu 12

2.1.3 Phân loại bếp đun hiếm khí 13

2.1.4 Cấu tạo chung của bếp đun trấu hiếm khí 16

2.1.5 Ưu điểm và hạn chế của bếp đun trấu hiếm khí 17

2.2 Lịch sử phát triển bếp đun hiếm khí 18

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ 22

3.1 Lựa chọn phương án thiết kế bếp đun trấu hiếm khí 22

3.2 Xây dựng mô hình cơ khí 24

3.2.1 Buồng tro và chân bếp 25

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 31

4.1 Thiết kế và chế tạo buồng tro 31

4.1.1 yêu cầu kĩ thuật 31

4.4 Thiết kế hệ thống quạt gió 58

4.5 Thiết kế và gia công chân bếp Error! Bookmark not defined.4.5.1 Yêu cầu kĩ thuật Error! Bookmark not defined.4.5.2 Thiết kế Error! Bookmark not defined.4.5.3 Gia công Error! Bookmark not defined.4.6 Thiết kế và gia công quai bếp Error! Bookmark not defined.4.6.1 Yêu cầu kĩ thuật Error! Bookmark not defined.4.6.2 Thiết kế Error! Bookmark not defined.4.6.3 Gia công Error! Bookmark not defined.CHƯƠNG V KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not defined.5.1 Kết quả đề tài Error! Bookmark not defined.5.2 Đánh giá Error! Bookmark not defined.5.3 Hướng phát triển của đề tài Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined.TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.

PHỤ LỤC………61

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay, gas là nhiên liệu được dùng để đun nấu khá phổ biến trên thếgiới Riêng ở nước ta, bếp gas được hầu hết người dân thành thị dùng và đangngày càng tiến dần về nông thôn Sở dĩ bếp gas được sử dụng rộng rãi như vậy làdo nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: sử dụng thuận tiện và đơn giản, dễ điềuchỉnh mức lửa to nhỏ, sạch sẽ không có muội than, nguồn cung cấp thuận tiện…Tuy nhiên cùng với sự tăng giá ko ngừng của giá xăng dầu thì giá gas cũng đangtăng lên nhanh chóng Tại thời điểm này, giá gas bán lẻ phổ biến khoảng 380.000đồng/bình 12 kg Đối với một gia đình bình thường gồm 4-6 người và với mức sửdụng bình thường thì một bình gas đó sử dụng trong vòng 1.5 tháng Tính bìnhquân mỗi ngày phải bỏ ra 8,4 nghìn đồng cho việc đun nấu Đây là một khoản chiphí không nhỏ, đặc biệt là đối với người dân nông thôn thì việc bỏ ra một khoảntiền như vậy phục vụ đun nấu thực sự sẽ là khó khăn lớn.

Do mức giá gas cao như vậy nên vùng nông thôn nước ta, khoảng 65% dân số vẫn đang dùng bếp củi, than, đun nấu bằng rơm rạ hoặc cành khô, có hiệu suất thấp (8-9%) do một lượng lớn nhiệt của quá trình cháy bị tổn thất và phân tán ra môi trường Ở đô thị, một số gia đình vẫn đun bằng than đá, vừa chậm lại vừa độc hại Đây không phải là vấn đề của riêng nước ta mà hầu hết các nước trên thế giới cũngđang đối mặt với khó khăn này Giá cả của khí gas tăng cao cộng với những bất tiện khi đun nấu bằng các nhiên liệu khác như củi, than đá, dầu hỏa đã đặt ra vấn đề cần thiết là nghiên cứu, phát triển và tận dụng nguồn nhiên liệu khác dùng trongnấu nướng, vừa có thể mang những ưu điểm của khí gas mà giá lại rẻ hơn Để giải quyết khó khăn

này, việc sử dụng năng lượng sinh khối để thay thế cho khí gas là một sựlựa chọn có triển vọng cao

Sử dụng năng lượng sinh khối không chỉ có nhiều lợi ích cho người sửdụng mà còn góp phần giải quyết được một số vấn đề xã hội Cụ thể là:

- Có thể dùng thay thế được cho bếp gas với những ưu điểm nổi bật như: sửdụng dễ dàng, thuận tiện, chất lượng lửa tốt, sạch sẽ, dễ điều chỉnh lửa, đặc biệt lànó tiết kiệm được nhiên liệu.

- Sử dụng bếp đun hiếm khí với năng lượng sinh khối có thể tận dụng đượcnguồn nhiên liệu dư thừa từ vỏ trấu, lá cây, mùn cưa, vỏ cà phê … nhằm giảmđáng kể chi phí dùng cho việc đun nấu trong các hộ gia đình So với dùng gas,tính tương đương 23 bình gas 12 kg có thể dùng thay thế bằng 1 tấn trấu Trongkhi 23 bình gas, với giá trung bình 380 nghìn đồng/1bình 12kg thì chi phí choviệc dùng gas trong 1 năm (khoảng 8 bình) là khoảng 3 triệu đồng tính theo giágas hiện tại Còn nếu dùng trấu trong 1 năm hết khoảng 1,2 tấn, tính theo giá 200đồng/1kg thì chi phí cho việc dùng trấu trong 1 năm hết khoảng hơn hai trămnghìn đồng Theo tính toán của GS-TS Trần Bình (Công ty Khoa học - Côngnghệ và Xây dựng NEWTECH Bình Định, một tấn trấu tương đương với 415 lítkhí đốt và 378 lít dầu hỏa Với giá trấu như vậy so với các nhiên liệu khác nhưthan đá, dầu hỏa, củi đều thấp hơn rất nhiều.

- Giúp giải quyết vấn đề chất thải nông nghiệp Trấu, lá cây khô, mùn cưa,mạt bào … nếu không được dùng để đun nấu sẽ là một loại rác thải công nghiệp,thường bị vứt bỏ lãng phí ở các cánh đồng hay đốt bỏ không cần thiết, vừa chiếmdiện tích lại gây ô nhiễm môi trường Riêng đối với trấu, theo số liệu ước tính ởnước ta hàng năm có khoảng 7.5 triệu tấn được thải ra từ các cơ sở xay xát Nhiềunhà máy, xí nghiệp đang phải đối mặt với việc xử lý lượng phế thải khổng lồ trên(không đủ mặt bằng kho chứa và thiếu đầu ra ) Chẳng hạn, một nhà máy xayxát có công suất trung bình 100 tấn/ca, 1 giờ sẽ thải ra 2,5 tấn trấu, 1 ngày là 60tấn và 1 tháng là 1.800 tấn Với khối lượng riêng của trấu là 100-120 kg/m3 thìphải cần một thể tích kho chứa trên 18.000 m3

- Bếp đun trấu hiếm khí làm việc theo nguyên lý hiếm khí, vì vậy nó giúpgiảm lượng CO2 sinh ra trong không khí do việc đốt dư thừa nhiên liệu, góp phầnbảo vệ môi trường và bảo vệ khí quyển, bảo vệ tầng Ozon

- Bếp đun trấu hiếm khí giúp bảo vệ tài nguyên rừng Nếu sử dụng gỗ hoặccủi để đun nấu sẽ dẫn đến vấn nạn tàn phá rừng nghiêm trọng, từ đó gây ảnh

củi có thể thay thế bằng một tấn trấu.Vì vậy dùng trấu giúp làm giảm tối đa hạnhán vào mùa khô và lũ lụt vào mùa hè

- Việc phát triển loại bếp này sẽ tạo công ăn việc làm cho người dân ViệtNam, thúc đẩy thương mại phát triển trong việc kinh doanh phát triển mặt hàngnày và những mặt hàng liên quan.

Nhận thấy bếp đun hiếm khí là một đề tài có rất có ích và khả năng thựchiện cao, thông qua nghiên cứu và đánh giá tính thực thi của đề tài, nhóm chúngem đã đặt ra nhiệm vụ của đề tài là:

 Thiết kế mô hình cơ khí bếp đun trấu hiếm khí sao cho mô hình vừa gọnnhẹ vừa chắc chắn.

 Tính toán điều chỉnh đảm bảo bếp cháy theo nguyên lý hiếm khí, đảm bảochu cầu đun nấu cho hộ gia đình với chi phí thấp.

1.2 Các vấn đề đặt ra

- Tìm hiểu các công thức tính năng suất tỏa nhiệt của trấu, năng lượng cầnthiết để nấu chín thức ăn, dự tính thời gian cần thiết nấu chín thức ăn, từ đó tínhra đường kính, chiều cao của bếp và lượng trấu tiêu thụ cho mỗi lần sử dụng.Đồng thời phải tính kích thước của buồng đựng tro, chân bếp sao cho bếp vừagọn, vừa chắc chắn.

- Tính lưu lượng gió cần thiết, tính toán đường kính các lỗ thông khí bêntrên và lỗ cấp khí xung quanh đầu đốt, đây là những thông số quan trọng đảmbảo bếp cháy hiếm khí với ngọn lửa xanh nhạt Từ việc tính toán lưu lượng gió đểtính ra công suất của quạt gió.

- Đề tài này hướng đến người dân nông thôn và miền núi có thu nhập thấp,vì vậy cần tính toán và lựa chọn vật liệu đảm bảo tính chịu nhiệt cao và giá thànhthấp nhất.

1.3 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu tài liệu về các loại bếp cháy hiếm khí, nghiên cứu những môhình đã được sử dụng ở trong nước và cả nước ngoài.

- Nghiên cứu về nguyên lý cháy hiếm khí và quá trình khí hóa của cácnhiên liệu sinh khối, cụ thể là trấu.

- Dựa vào sự đánh giá ưu nhược điểm của các mô hình đã có và những yêucầu đặt ra của đề tài để đưa ra bản thiết kế bếp đun trấu hiếm khí có tính khả thicao nhất.

- Tiến hành làm mô hình theo bản thiết kế đã đề ra.

- Kiểm tra, thử nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm, nếu có chỗ nàochưa đạt yêu cầu về phần cơ khí thì kịp thời bổ sung, sửa chữa sao cho đảm saocho bếp cháy ổn định, lửa xanh, đều và ít khói trong quá trình cháy.

Cuối cùng là đưa ra đánh giá nhận xét kết quả đề tài và đưa ra phương hướngphát triển cho đề tài

1.4 Phạm vi giới hạn

Bếp đun trấu hiếm khí là một loại bếp có kích thước được chế tạo phụthuộc vào nhu cầu về thời gian mỗi lần sử dụng và mức độ lửa cần dùng Tuynhiên trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp, với thời gian và kinh phí hạn hẹp,chúng em đã giới hạn mô hình bếp như sau:

- Chỉ nghiên cứu và chế tạo loại bếp đun hiếm khí dùng nhiên liệu trấu.

- Bếp đun trấu hiếm khí trong đề tài này chỉ dùng trong dân sinh, phục vụcho việc đun nấu trong các hộ gia đình, không dùng trong công nghiệp.

- Với mục đích sử dụng cho các hộ gia đình 4-5 người, bếp có kích thướcvừa gọn với lò đựng trấu có đường kính là 150 mm, chiều cao 600mm Lượngtrấu cho mỗi lần đun khoảng 1 kg và đun trong khoảng thời gian là 30-35 phút.

- Về vật liệu, để tiết kiệm chi phí, buồng cháy, buông tro và đầu đốt làmbằng thép tấm CT3, ba chân bếp làm bằng thép ống CT3, quai bếp làm bằng thépCT3 Ø10

- Với kích thước và vật liệu đã lựa chọn, tổng chi phí chế tạo ra mô hình này chúngem giới hạn trong khoảng 1 triệu đồng.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ2.1 Giới thiệu bếp đun trấu hiếm khí

2.1.1 Nguyên lý cháy hiếm khí

Các bếp cháy hiếm khí hoạt động theo nguyên tắc sản xuất ra các loại khídễ cháy, chủ yếu là CO, từ nhiên liệu bằng cách đốt cháy nó với lượng không khícó hạn

Nhiên liệu được đốt cháy chỉ đủ để chuyển đổi nhiên liệu thành than, oxytrong không khí và các khí phát sinh khác trong quá trình này phản ứng vớicacbon trong than ở nhiệt độ cao hơn, tạo ra chất dễ cháy là carbon monoxide(CO), hydro (H2), và khí mê-tan (CH4) Các loại khí, như khí carbon dioxide(CO2) và hơi nước (H2O) là những chất khó oxy hóa cũng được tạo ra trong quátrình khí hóa Bằng cách điều khiển lượng oxy trong không khí thông qua việcđiều chỉnh tốc độ quạt gió ta có thể kiểm soát lượng không khí cần thiết đủ choquá trình khí hóa Các phương trình hóa học diễn ra trong quá trình khí hóa:Cháy: C + O2 = CO2

C + H2O = CO + H2

CO + H2O = CO2 + H2C + CO2 = 2 COC + 2 H2 = CH4

CO, H2, CH4 là những khí cháy còn CO2, và hơi nước thì không.

Bảng dưới đây cho biết tỉ lệ các khí khi khí hóa trấu ở nhiệt độ rất cao (10000C):(Với độ ẩm trấu từ 10 – 40%)

Ta thấy với độ ẩm càng thấp thì khí hóa ra nhiều khí cháy và ít khí không cháyhơn nhiều so với khi trấu bị ẩm.

Khí CH4 chỉ có thể được sinh ra khi nhiệt độ buồng phản ứng khoảng 400 –5000C.

Những điều cần chú ý đối với quá trình khí hóa:

- Nhiệt trị: Tốt nhất là đối với trấu vừa xay sát xong (trấu tươi), còn đối với cácloại trấu đã để lâu ngày, mục, ẩm thì việc khí hóa sẽ khó hơn, cháy nhiều khóihơn, chất lượng lửa kém hơn

- Độ ẩm của nhiên liệu: ảnh hưởng đến quá trình khí hóa, trấu có độ ẩm thấp dễkhí hóa hơn so với trấu có độ ẩm cao Trấu tươi thường có độ ẩm từ 10 – 12%rất thích hợp để sử dụng ngay, còn trấu để lâu ngày và có độ ẩm cao cần đượcsấy trước khi đưa vào khí hóa

- Kích cỡ và hình dáng của nhiên liệu: Vỏ trấu dạng bột đòi hỏi áp suất cao củaquạt để có thể khí hóa được Vỏ trấu kiểu cuộn phù hợp khí hóa hơn.

- Kích cỡ của các nhiên liệu phân phối: Vỏ trấu trộn với một số nhiên liệu rắnkhác không thích hợp cho quá trình khí hóa Sự không đồng đều về kích cỡcủa các nhiên liệu sẽ làm khó khăn cho quá trình cácbon hóa vỏ trấu, điều nàygây ảnh hưởng đến quá trình khí hóa.

- Trong quá trình khí hóa, cột nhiên liệu và tro gây ra sức cản đối với quạt trong

- Yêu cầu về khí cấp: So với cháy trực tiếp, khí hóa là quá trình cháy yếm khínên cần lượng không khí ít hơn so với cháy hoàn toàn Phương trình cân bằnghóa học của cháy hoàn toàn cần 4,7kg không khí cho 1 kg trấu, mật độ khôngkhí bình thường là 1,25 kg/m3 nên cần 3,76 m3 không khí/ 1kg trấu.Để khí hóacần khoảng 30 - 40% lượng khí trong cân bằng hóa học, vì vậy lượng khí cầnđể khí hóa 1kg \ ứng: ảnh hưởng đến chất lượng của ngọn lửa gas, duy trìnhiệt độ buồng phản ứng cao làm cho quá trình khí hóa tốt hơn.

- Dưới đây là một số thông tin cơ bản về quá trính khí hóa trấu -

Nội dung

1 Tỉ lệ tối ưu cho khí hóa trấu là 0,32

2 Vận tốc khí gas ở bể mặt khoảng 8,5 -9 cm/s, 20 – 23 cm/s đối vớilớp tro

3 Bình thường phạm vi hoạt động của khí hóa từ 900 -10000C

4 Khí hóa chậm và đóng bánh là những vấn đề thường gặp ở nhữngbuồng phản ứng 15 -30 cm

5 Dư lượng thu được sau quá trình khí hóa là khoảng 30 -40% thể tíchhoặc 25 – 35% trọng lượng ban đầu

6 Hiệu quả của khí hóa trấu khoảng từ 55,8 - 66,5 %7 Làm mát khí trong quá trình khí hóa có thể gây ra muội8 Độ ẩm của trấu lên đến 30% vẫn có thể khí hóa được

9 Tỷ lệ khí hóa trấu thay đổi trong khoảng 110 – 210 kg/m2 h

Khí hóa từ trấu cũng độc khi có nồng độ lớn, vì vậy hãy chú ý khi sử dụng.

2.1.2 Nhiên liệu trấu

Trấu sinh ra trong quá trình xát gạo Nó thu được sau khi thóc đi qua bộ

phận xát và được chuyển ra ngoài máy thông qua quạt hút Lượng trấu thu đượcphụ thuộc vào khả năng xay xát Máy xát có công suất cao thì trong 1h có thểtạo ra rất nhiều trấu Trấu thu được có thể ở dạng nguyên hoặc vụn, điều này phụthuộc vào dạng máy được sử dụng Trấu ở dạng nguyên thường được sử dụng vìnó đạt hiệu quả khí hóa theo mong muốn 1kg thóc có thể sản sinh ra 200g trấu.Điều đó có nghĩa là khoảng 20% trọng lượng của thóc được chuyển thành trấu,tất nhiên là còn phụ thuộc vào loại thóc đem xay xát Vì thế, trong 1h có thể thuđược 200kg trấu từ 1 tấn thóc Với việc hoạt động xay xát 10h 1 ngày thì có thểthu được tổng cộng là 2 tấn trấu.

Một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng trấu thu được từ máy xát có hàm lượngđộ ẩm từ 10% đến 16%, và trong môi trường ẩm ướt nó có thể lên 20% Trọnglượng riêng của khối trấu tính cả việc nén và không nén là khoảng từ 100 đến120kg/m3 Nó mang năng lượng khoảng 300 kcal/kg và khi cháy hoàn toàn sẽsinh ra khoảng 15-20% tro mà thành phần chủ yếu là thạch anh (90%) Trongtrường hợp trấu được đốt cháy hoàn toàn, thì 1 kg trấu cần 4.7 kg không khí.Đểcháy khí hóa trấu thì chỉ cần 30-40% lượng không khí trên hay nói cách khác hệsố cân bằng cần thiết là 0.3-0.4, và kết quả là tạo ra khí dễ cháy, có ngọn lửamàu xanh Khí thu được trong quá trình hóa khí có chứa năng lượng 3.4-4.8MJ/m3 Sau quá trình hóa khí, lượng than sinh ra chiếm khoảng 32% thể tíchban đầu khi nạp trấu vào.

2.1.3 Phân loại bếp đun hiếm khí

- Bếp đun hiếm khí kiểu Downdraft

Không khí

Hình 2.1 Bếp đun trấu hiếm khí kiểu Downdraft

Nguyên lý cháy của kiểu bếp này là nhiên liệu cháy từ dưới lên, khí thổi từtrên xuống Khí thoát ra theo cửa phía dưới được dẫn đến nơi đun nấu thông quađường ống dẫn Kiểu bếp này có ưu điểm là dễ dàng tiếp thêm nhiên liệu nhưngnhược điểm là phải có hệ thống dẫn khí cồng kềnh.

- Bếp đun hiếm khí kiểu đảo Downdraft

Hình 2.2 Bếp đun trấu hiếm khí kiểu đảo Downdraft

Vùng trấuVùng nhiệt phân

Vùng than nóng

Không khíVùng cháy

Trấu

Ngược lại với kiểu bếp Downdraft, bếp đảo Downdraft cháy từ trên xuống,quạt gió từ dưới lên, khí thoát lên trên Vì vậy cũng ngược lại với bếp Downdraft,bếp này có ưu điểm là không cần đường ống dẫn khí phức tạp, nhưng lại khókhăn khi tiếp nhiên liệu.

- Bếp đun hiếm khí kiểu Cross-Draft

Hình 2.3 Bếp đun trấu hiếm khí kiểu Cross-Draft

Kiểu bếp này khác biệt với hai kiểu phía trên với không khí thổi theo chiềungang vuông góc với thành của buồng cháy, nhiên liệu cháy từ góc dưới chéo lên,khí thoát ra theo hướng ngang Kiểu bếp này khắc phục được phần nào hạn chếcủa hai kiểu bếp nêu trên, vừa bớt cồng kềnh hơn bếp Downdraft, vừa thuận lợicho việc tiếp nhiên liệu hơn bếp đảo Downdraft Tuy nhiên kiểu bếp này cónhược điểm là có nhiều khói, tuy nhiên điều này có thể khắc phục được bằngcách làm một ống thoát khói, hoặc là thay đổi phương pháp mồi lửa.

-

Bếp đun hiếm khí kiểu Updraft

Hình 2.4 Bếp đun hiếm khí kiểu Updraft

Bếp đun kiểu Updraft thổi không khí từ dưới lên và nhiên liệu cũng cháy từdưới lên, vì vậy khí thoát ra hướng lên trên Với nguyên lý làm việc như vậy, bếphiếm khí kiểu này có ưu điểm là có thể làm gọn nhẹ hơn kiểu bếp Downdraft vàCross-Draft, nhưng lại có nhược điểm là khó khăn khi tiếp thêm nhiên liệu, đồngthời quá trình cháy có sinh ra khói Muốn khắc phục điều này cần làm thêm mộtống dẫn khói để thoát khói trong quá trình sử dụng

2.1.4 Cấu tạo chung của bếp đun trấu hiếm khí

Các loại bếp đun hiếm khí nói chung đều có cấu tạo gồm các bộ phận chínhnhư sau:

2- Buồng đựng tro: Buồng đựng tro hình khối bên trong rỗng, đặt phía dưới

thân bếp Đây là nơi thải tro sau khi cháy hết Buồng đựng tro có hai cửa, một ởngay phần tiếp giáp với buồng đốt nhằm giữ trấu lại bên trong buồng cháy, đồngthời được khoan nhiều lỗ nhỏ hoặc làm dạng lưới nhằm thông gió từ quạt lên.Khi trấu cháy hết ta rút cửa này ra thì trấu sẽ rơi xuống buồng đựng tro để thải rangoài Cửa kia nằm dưới đáy hoặc mặt bên, là cửa để xả tro ra ngoài Cửa nàyphải được làm kín để tránh thoát gió.

TroVùng cháy

Không khí

3 – Đầu đốt: Là phần trên cùng của bếp được làm tách rời khỏi thân bếpnhưng có thể lắp khít vào thân bếp khi sử dụng Phần này có nhiệm vụ dẫn khíhóa lên, tại đây khí sẽ được đốt cháy tạo ra ngọn lửa Đầu đốt gồm các loạt lỗ nhỏđể cho khí truyền qua Đường kính của các lỗ này là yếu tố quan trọng quyết địnhđến chất lượng ngọn lửa có xanh hay không Nó cũng bao gồm nhiều lỗ thứ cấp ởxung quanh biên để cung cấp không khí cho quá trình cháy Phía trên cùng củađầu đốt là nơi đặt vòm kiềng Ngoài ra đầu đốt còn có tay cầm dùng khi tháo lắpđầu đốt khỏi thân bếp trong quá trình tiếp nhiên liệu.

4 – Quạt gió: Quạt gió có chức năng cung cấp không khí cho quá trình khí

hóa diễn ra bên trong buồng cháy Quạt gió thường sử dụng loại có điện áp đầuvào 220V, đầu ra điện áp 12V, công suất có nhiều cấp độ điều chỉnh Đây là bộphân khá quan trọng vì thong qua việc điều chỉnh công suất quạt gió để điềuchỉnh được mức độ lớn hay nhỏ của ngọn lửa

2.1.5 Ưu điểm và hạn chế của bếp đun trấu hiếm khí

So với các loại bếp thương mại khác, Bếp đun trấu hiếm khí có những ưu điểm sau:

- Chi phí mua nguyên liệu trấu rất rẻ, vì vậy có nghĩa là tiết kiệm chi phícho người dùng.

- Có thể dễ dàng nhóm bếp bằng những mẩu giấy vụn, một thanh củi hoặcmột que diêm.

- Chỉ lúc nhóm bếp có ít khói bay ra, còn trong quá trình sử dụng hầu nhưkhông có khói nên dễ dàng quan sát được trong khi đun nấu.

- Chỉ với khoảng 1 kg trấu là đủ nấu cơm và ít nhất hai đến ba món ăn chogia đình có 4 – 6 thành viên.

- Tốc độ cháy của trấu được điều khiển dễ dàng thông qua công suất củaquạt gió, do đó điều khiển được mức độ lửa lớn hay nhỏ tùy theo nhu cầu sửdụng.

- Khí hóa vỏ trấu sẽ tạo ra tro Tro là 1 chất có khả năng giữ nước rất tốtcho đất, vì vậy cũng là một loại phân bón hữu ích cho cây trồng Bên cạnh đó, khi

cháy tro sẽ bám vào bề mặt bên trong của buồng đốt, đây cũng là một chất có tácdụng cách nhiệt tốt.

- Trong trường hợp cắt điện thì có thể dùng bình Ắc qui thay thế được.- An toàn cho sử dụng, không có nguy cơ cháy nổ ở điều kiện áp suất khíquyển bình thường.

Một số hạn chế của bếp khí hóa trấu

- Chỉ thích hợp sử dụng ở những nơi có nguồn nhiên liệu trấu dồi dào.Những vùng không có nguồn trấu thì rất khó vì bếp này hạn chế trong việc sửdụng nguồn nguyên liệu sinh khối khác, nó được thiết kế chỉ để dùng cho vỏ trấu.

- Ở vùng nông thôn, chỉ cần mất phí chuyên chở nhiên liệu trấu từ nguồntrấu đến nơi sử dụng, giá vận chuyển và giá trấu đều không cao Nhưng đối vớithành thị hoặc là những vùng không có nguồn trấu sẵn, nếu các hộ gia đình tự tìmmua và vận chuyển trấu theo hình thức đơn lẻ thì sẽ mất nhiều thời gian và phívận chuyển cũng cao hơn Vì vậy nếu sử dụng bếp khí hóa cho những vùng nàythì cần thiết phải có nhưng doanh nghiệp doanh nghiệp đứng ra cung cấp và đảmbảo cung cấp đủ nguồn nhiên liệu cho người sử dụng.

- Một điều hạn chế nhất của loại bếp này là nếu khí trong buồng đốt đãcháy hết mà muốn đun nấu tiếp thì phải tắt đi rồi mới nạp thêm trấu vào, điều nàyrất bất tiện và cũng mất thời gian Đây là điểm hạn chế nhất của bếp khí hóa sovới bếp gas

- Cần có điện để chạy quạt gió Vì vậy ở những nơi xa nguồn điện sẽ khôngsử dụng được, hoặc là phải dùng bộ Pin 12V và bộ biến áp phù hợp Tốt nhất khisử dụng bếp này là nên có một bộ pin hoặc ắc qui thay thế sẵn sàng trong trườnghợp bị cắt điện.

2.2 Lịch sử phát triển bếp đun hiếm khí

Trên thế giới, bếp đun sử dụng nguyên lý hiếm khí đã được nhiều nước đưavào sử dụng Tại một số nước như Mỹ, Trung Quốc, Ấn độ, Thái Lan, Philippin,Ấn Độ và một số nước đang phát triển khác của châu Á, việc sử dụng bếp khí hóagỗ được phát triển nhiều trong những năm gần đây Vì vậy, đã có nhiều kiểu bếp,nhiều phiên bản bếp được thử nghiệm và sử dụng

Bếp DA-IRRI

Loại bếp này do Ts Robert Stickney nghiên cứu và thử nghiệm năm 1986.Đây là loại bếp thiết kế theo kiểu downdraft kép, tức là trấu được cháy từ trênxuống dưới và khí cháy được dẫn đến hai đầu đốt khác nhau Với kiểu bếp này,khí sinh ra trong quá trình khí hóa trấu không được đốt cháy ngay mà sẽ được dẫnqua một đường ống dẫn khí, đi qua bình làm lạnh, tại đây khí ngưng tụ Khí đượcđưa khí đến hai nơi đốt bằng một van hút, và như vậy cùng một lúc nấu được ởhai nơi Đây là loại bếp có thể dùng trong đun nấu trong hộ gia đình hoặc cácquán ăn nhỏ Mô hình bếp như Hình 2.5

Hình 2.6 Sơ đồ bếp CPU đơn

Kết quả thử nghiệm loại bếp này cho thấy mỗi lần bếp có thể đun nấu trongvòng 0.98-1.25 giờ, lượng nhiên liệu cho mỗi lần dùng là 1.96-2.72 kg.

Bếp IDD/T-LUD

Loại bếp này có hai điểm khác biệt lớn so với các bếp đã có Thứ nhất làbuồng chứa tro trong bếp này đặt liền ngay dưới thân lò, có một cửa rút tiếp giápgiữa thân lò và buồng đựng tro để tro rơi xuống đây sau khi trấu đã cháy hết, sauđó tro được gạt ra ngoài thông qua một cánh cửa Thứ hai là hệ thống quạt gióđược gắn liền ngay trên buồng đựng tro và điều khiển bằng một núm xoay Môhình bếp như Hình 2.7

Hình 2.7 Mô hình bếp IDD/T-LUD

Ưu điểm: gọn nhẹ, cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, quá trình cháy không có khói vàbụi.

Nhược điểm: Khó khăn trong việc tiếp nhiên liệu.

Trên đây là một số mô hình bếp đun hiếm khí điển hình trên thế giới Riêngở Việt Nam, có một vài cá nhân và doanh nghiệp cũng đã sản xuất thử nghiệmcác loại bếp sử dụng năng lượng sinh khối, điển hình như dưới đây.

Bếp Trần Bình

Ở Việt Nam, người đầu tiên nghiên cứa và thử nghiệm mô hình bếp sửdụng năng lượng sinh khối là GS.TS Trần Bình- cán bộ Công ty Khoa học -Công nghệ và Xây dựng NEWTECH Bình Định Bếp của GS.TS Trần Bình sửdụng nhiên liệu sinh khối dạng viên nén hoặ than nên khích thước bếp rất gọnnhẹ Hình 2.8

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ3.1 Lựa chọn phương án thiết kế bếp đun trấu hiếm khí

Đối với loại bếp khí hóa trấu được sử dụng trong các hộ gia đình thì nênchọn loại bếp đứng, áp dụng nguyên lý cháy từ trên xuống do nó có các ưu điểm:nguyên liệu làm bếp dễ tìm và quy trình chế tạo đơn giản, kích cỡ nhỏ gọn, khicháy ít sinh ra khói, dễ di chuyển, quá trình khí hóa xảy ra nhanh…

Nguyên lý hoạt động của bếp dạng này:

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Nguyên tắc chính là đốt trấu với lượng ít khí oxy (đốt yếm khí), khi đó, không khí, hơi nước, carbon tro than, sẽ phản ứng hóa học và sinh ra khí gas dễ cháy CO, Hydro H2, Metan CH4 Khi điều khiển lượng không khí từ quạt gió, sẽ cho ra điều kiện tốt nhất để sinh khí gas dễ cháy nói trên.

Gồm có: C + O2 = CO2

Khí gas nói trên, sẽ bốc lên trên tới phần đầu đốt Không khí ở lỗ phía trên, sẽ hòa lẫn với khí gas này, và một lần nữa, khí gas sẽ cháy ngay phía trên đầu đốt sinh ngọn lửa màu xanh.

3.2 Xây dựng mô hình cơ khí

3.2.1 Buồng tro và đế bếp

Bu ng x tro và đ b pồảế ế

Nó được đặt ở vị trí dưới dụng chứa tro sau mỗi lần hoạt động của bếp,ngoài ra nó cũng đóng vai trò dẫn không khí cung cấp cho quá trình cháy của

qua để phục vụ cho quá trình cháy, khay dưới đảm bảo độ kín để gió không thâtthoát ra ngoài Ngoài ra buồng tro còn có hộp giữ quạt có tác dụng để đưa ống khícủa quạt gió qua, truyền khí đến các bộ phận tiếp theo

3.2.2 Buồng cháy

Buồng cháy là 1 bộ phận của bếp, trấu được chứa và được đốt tại đó với 1lượng hữu hạn không khí Buồng phản ứng có hình trụ gồm 2 lớp được cách nhiệtvới nhau nhằm giúp cho quá trình khí hóa trấu xảy ra tốt hơn và đảm bảo an toàncho người sử dụng khi vô tình chạm vào phần vỏ ngoài của bếp khi bếp đang hoạtđộng Vật của buồng cháy phần trụ ngoài được làm bằng tôn đen (CT3) Việcthiết kế chiều cao và đường kính của buồng cháy ảnh hưởng trực tiếp đến lượngnhiệt bếp có thể cung cấp ra ngoài và thời gian hoạt động của bếp.

3.2.3 Đầu đốt gas

3.2.4 Hệ thống quạt gió

Qu t gióạ

Có tác dụng cung cấp không khí lên buồng cháy phục vụ cho quá trình khíhóa xảy ra Việc lựa chọn công suất của quạt gió quyết định việc khí hóa trấu cóxảy ra được hay không Trong quá trình hoạt động liên tục của bếp, lực cản sẽtăng dần theo quá trình vùng cháy chuyển dần xuống dưới trong lòng buồng phản

ứng Trong suốt quá trình khí hóa trong khi trấu ít cản trở dòng khí thổi thì trosinh ra lại cản trở rất nhiều Kích cỡ của quạt chịu ảnh hưởng của kích thướcbuồng cháy - đường kính buồng cháy càng lớn thì lượng dòng khí cần thiết càngnhiều, buồng cháy càng cao thì áp lực khí để thắng lực cản càng cần phải tăng.Với việc lựa chọn mô hình cơ khí như trên thì công suất của quạt gió phải là loạikhá lớn để đảm bảo cung cấp, duy trì đủ không khí cho quá trình khí hóa xảy ravà sau đó là đưa khí cháy lên trên đầu đốt để phản ứng với ôxy trong không khíđể tạo thành ngọn lửa cháy phục vụ cho việc đun, nấu thức ăn.

3.3 Các chỉ số cần tính toán

3.3.1 Năng lượng cần thiết

Tức là lượng nhiệt năng cần thiết cần được bếp cung cấp Lượng nhiệt nàycó thể được xác định dựa vào lượng thức ăn được nấu hoặc lượng nước được đunvà lượng nhiệt riêng tương ứng của chúng được trình bày ở bảng dưới đây vớimức chênh lệch nhiệt độ trước và sau là 72oC.

Loại thức ăn Nhiệt năng riêng

Năng lượngcần thiết

Bảng 3.1 Năng lượng cần thiết để đun thức ăn và đun nước

Năng lượng cần thiết để đun thức ăn có thể được tính toán bằng công thứcsau:

3.3.2 Năng lượng đầu vào

Tức là mức năng lượng cần thiết dưới dạng nhiên liệu được đưa vào bếp Nó cóthể được tính toán bằng công thức:

Chương 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Về cơ bản, bếp đun hiếm khí được chia làm 5 phần cơ bản sau: Buồng tro, hệ thống quạt, buồng cháy, đầu đốt và kiềng bếp

Mô hình bếp đun trấu hiếm khí

4.1 Thiết kế chế tạo buồng tro và chân bếp4.1.1 Yêu cầu kĩ thuật

- Buồng tro có nhiệm vụ dẫn gió từ quạt lên buồng cháy và nó cũng có thểchứa một lượng tro nhất định Dù có vị trí thấp, nhưng do có các chân giữ bếp

- Buồng tro phải đảm bảo kín đê cung cấp gió cho buồng đốt- Vật liệu: CT3, độ dày 1.5mm

- Chân bếp có tác dụng giữ cho bếp cân bằng trong quá trình sử dụng đồngthời phải đảm bảo độ cao cần thiết để việc lấy tro ra sau mỗi quá trình sử dụngđược thuận tiện và nhanh chóng Nó cũng phải đảm bảo thiết kế nhỏ gọn đểkhông làm mất diện tích sử dụng của bếp.

4.1.2 Thiết kế

- Buồng tro được chế tạo theo phương pháp gập tôn, dập lỗ và hàn điện.Đảm bảo độ phẳng, độ vuông góc giữa các mặt tiếp giáp, đảm bảo độ kín giữacác mối hàn Ở buồng tro có 2 khay rút để làm nhiêm vụ tháo tro sau mỗi lần hoạtđộng của bếp, tại vị trí lắp ghép hai khay này với buồng tro phải đảm bảo độ kínkhít để tránh việc thoát gió ra ngoài khi bếp hoạt động.

hình: Cửa xả và Van xả tro

Figure 1: Tay cầm xả tro

Lưới gi tr u và x troữ ấả