NGHIÊN CỨU LÒ ĐỐT VỎ CÀ PHÊ CẤP NHIỆT CHO MÁY SẤY

TÓM TẮT Đề tài“ Nghiên cứu lò đốt vỏ cà phê cung cấp nhiệt cho máy sấy” được tiến hành tại Tung tâm Năng lượng và Máy Nông nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, trong kh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU LÒ ĐỐT VỎ CÀ PHÊ CẤP NHIỆT CHO MÁY SẤY

Họ và tên sinh viên: HUỲNH TUẤN HIỀN

TRẦN CÔNG TÂM

Ngành học: CƠ KHÍ CBBQNSTP Niên khóa: 2005 - 2009

Tháng 06/2009

NGHIÊN CỨU LÒ ĐỐT VỎ CÀ PHÊ CẤP NHIỆT CHO MÁY SẤY

Tác giả

TRẦN CÔNG TÂM HUỲNH TUẤN HIỀN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng kỹ sư ngành

Cơ Khí Chế biến Bảo quản Nông sản Thực phẩm

Giáo viên hướng dẫn:

ThS NGUYỄN VĂN XUÂN

KS TRẦN VĂN TUẤN

Tháng 06 năm 2009

CẢM TẠ

Tôi xin chân thànhcảm tạ:

- Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP HCM

- Ban chủ nhiệm và Quý Thầy Cô Khoa Cơ khí - Công nghệ Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM

- Ban Giám Đốc và Quý Thầy Cô Trung Tâm Năng Lượng và Máy Nông Trường ĐH Nông Lâm TPHCM

Nghiệp-đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức vô cùng quí báu để chúng tôi có thể vận

dụng trong quá trình thực hiện đề tài và công việc sau này của mình

Đặc biệt hơn nữa xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến thầy ThS Nguyễn Văn Xuân

và Thầy Trần Văn Tuấn những người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi chân thành cám ơn các chú, các anh công nhân đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi học hỏi và hoàn thành đề tài

Cảm ơn các bạn trong và ngoài lớp đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Đề tài“ Nghiên cứu lò đốt vỏ cà phê cung cấp nhiệt cho máy sấy” được tiến hành tại Tung tâm Năng lượng và Máy Nông nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ tháng 3 đến tháng 7 năm 2009 với nội dung và kết quả như sau:

Tiến hành khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê ghi nghiêng với năng suất tiêu thụ 25 kg/h tại Tung tâm Năng lượng và Máy Nông nghiệp, để đánh giá sự ảnh hưởng của góc nghiêng ghi đến tính năng hoạt động của lò đốt và một số thông số cơ bản của nó Từ quá trình khảo nghiệm lò với 3 góc nghiêng ghi khác nhau là 400, 450, 500 cho thấy lò đốt dùng nhiên liệu vỏ cà phê làm chất đốt hoạt động tốt nhất ở góc nghiêng ghi 450với hiệu suất khí sấy đạt được trung bình là 81,5%, nhiệt độ khí sấy đo được trung bình là 520C, độ nâng nhiệt độ không khí sấy trung bình đạt trung bình ΔT = 19,5 0C ứng với lượng cung cấp vỏ cà phê trung bình là 26 kg/h

Trên cơ sở đạt được từ kết quả khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê ghi nghiêng năng suất 25 kg/h, chúng tôi thiết kế theo nguyên lý và kết cấu của lò đốt này một lò đốt khác có năng suất tiêu thụ vỏ cà phê 60 kg/h để cấp nhiệt cho máy sấy cà phê quả năng suất 4 tấn/mẻ Qua tính toán thiết kế lò đốt có: diện tích ghi là 0,86 m2, thể tích buồng đốt là 1,25 m3 và với góc nghiêng trong khoảng 430 đến 480

Lò đốt thiết kế năng suất 60kg/h có thể hoạt động liên hợp tốt cùng máy sấy tĩnh đảo chiều không khí với năng suất sấy cà phê 4 tấn/mẻ, có kết cấu, vận hành đơn giản, có khả năng cung cấp khí sấy sạch đảm bảo cho yêu cầu về chất lượng sản phẩm

Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn:

Trần Công Tâm Th.S Nguyễn Văn Xuân Huỳnh Tuấn Hiền KS Trần Văn Tuấn

MỤC LỤC

Trang tựa i

Lời cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các chữ viết tắt vii

Danh sách các bảng viii

Danh sách các hình ix

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Mục đích luận văn 2

Chương 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Các đặc tính của nhiên liệu vỏ cà phê 3

2.1.1 Nguyên liệu vỏ cà phê 3

2.1.2 Nhiệt trị vỏ cà phê 4

2.1.3 Thành phần hóa học của vỏ cà phê 4

2.2 Quá trình cháy thuận và cháy ngược 5

2.2.1 Quá trình cháy thuận 5

2.2.2 Quá trình cháy ngược 6

2.3 Giới thiệu các mẫu lò đốt hiện nay 7

2.3.1 Lò đốt ghi nghiêng.,buồng đốt hình trụ FR – G1 7

2.3.2 Lò đốt ghi nghiêng.,buồng lắng dạng vách ngăn 8

2.3.3 Lò đốt cháy ngược 9

2.3.4 Lò đốt cháy ghi phẳng 10

2.4 Công thức nhiên liệu và các công thức liên quan 11

2.4.1 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu 11

2.4.2 Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần cháy của nhiên liệu 12

2.4.3 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu và nhiệt độ thực tế của lò 13

2.4.4 Các bước tính toán thiết kế lò đốt 14

2.5 Ý kiến thảo luận và đề suất nhiệm vụ nghiên cứu 19

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 Nội dung 20

3.2 Phương pháp nghiên cứu 20

3.2.1 Mục đích khảo nghiệm 20

3.2.2 Đối tượng thí nghiệm 20

3.2.3 Trang thiết bị và phương pháp thí nghiệm 21

3.2.3.1 Trang thiết bị 21

3.2.3.2 Phương pháp khảo nghiệm 23

Chương 4: KẾ QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Tính toán chung 28

4.1.1Lưu lượng cần thiết cho quá trình cháy 28

4.1.2 Lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng 30

4.1.3 Nhiệt độ cháy lý thuyết và thực tế của lò 30

4.2 Khảo nghiệm quạt sấy 32

4.3 Các kết quả khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê năng suất 25 kg/h 33

4.3.1 Kết quả khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê với góc nghiêng ghi 400 33

4.3.2 Kết quả khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê với góc nghiêng ghi 450 36

4.3.3 Kết quả khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê với góc nghiêng ghi 500 39

4.3.4 Nhận xét chung 42

4.4 Tính toán, thiết kế lò đốt vỏ cà phê năng suất 60 kg/h 42

4.4.1 Dữ liệu thiết kế 42

4.4.2 Tính toán năng suất lò đốt 43

4.4.3 Tính toán sơ bộ lò đốt 45

4.4.4 Tính toán chi tiết lò đốt 50

4.5 Quy trình chế tạo, lắp ráp, vận hành lò 54

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 57

5.1 Kết luận 57

5.1 Đề nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 60 TẬP BẢN VẼ

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TP HCM Thành Phố Hồ Chí Minh

ĐHNL Đại Học Nông Lâm

TTNL MNN Trung Tâm Năng Lượng và Máy Nông Nghiệp (TL/1) Tài liệu số một (TÀI LIỆU THAM KHẢO)

(TL/2) Tài liệu số hai (TÀI LIỆU THAM KHẢO)

(TL/3) Tài liệu số ba (TÀI LIỆU THAM KHẢO)

(TL/4) Tài liệu số bốn (TÀI LIỆU THAM KHẢO)

(TL/5) Tài liệu số năm (TÀI LIỆU THAM KHẢO)

(TL/6) Tài liệu số sáu (TÀI LIỆU THAM KHẢO)

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần cấu tạo của cà phê 4

Bảng 2.2 Thành phần cấu tạo của Vỏ cà phê 5

Bảng 4.1 Tóm tắt kết quả khảo nghiệm ở góc nghiêng ghi 400 33

Bảng 4.2 Tóm tắt kết quả khảo nghiệm ở góc nghiêng ghi 450 35

Bảng 4.3 Tóm tắt kết quả khảo nghiệm ở góc nghiêng ghi 500 38

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cây cà phê 1

Hình 2.1 Vỏ cà phê 3

Hìmh 2.2: Cấu tạo quả cà phê 4

Hìmh 2.3: Quá trình đốt cháy thuận 6

Hìmh 2.4 Quá trình đốt cháy ngược 6

Hìmh 2.5 Sơ đồ lò đốt ghi nghiêng.,buồng đốt hình trụ FR – G1 7

Hìmh 2.6 Sơ đồ lò đốt ghi nghiêng, buồng lắng dạng vách ngăn 8

Hìmh 2.7 Sơ đồ lò đốt cháy ngược 9

Hìmh 2.8 Sơ đồ lò đốt ghi phẳng 10

Hình 3.1 Lò đốt trấu nghi nghiêng, buồng đốt hình trụ năng suất 25kg/h 21

Hình 3.2 Ống khảo nghiệm 22

Hình 3.3 Quạt khảo nghiệm 22

Hình 3.4 Nhiệt kế lưỡng kim 22

Hình 3.5 Áp kế chữ U, áp kế nghiêng 22

Hình 3.6 Nón chỉnh tĩnh áp 22

Hình 3.7 Vị trí đặt ống Pitot 22

Hình 3.8 Nhiệt kế bầu khô – bầu ướt 23

Hình 3.9 Cân đồng hồ 23

Hình 3.10 Sơ đồ khảo nghiệm quạt 24

Hình 3.11 Sơ đồ bố trí khảo nghiệm lò đốt 27

Hình 4.1 Đường đặc tính quạt 32

Hình 4.2 Khảo nghiệm lò đốt năng suất 25 kg/h 33

Hình 4.3 Biểu đồ nhiệt độ sấy và nhiệt độ môi trường thí nghiệm (góc ghi 400) 34

Hình 4.4 Biểu đồ nhiệt độ sấy và nhiệt độ môi trường thí nghiệm (góc ghi 450) 38

Hình 4.5 Biểu đồ nhiệt độ sấy và nhiệt độ môi trường thí nghiệm (góc ghi 500) 41

Hình 4.6 Ghi nghiêng lò đốt 50

Hình 4.7 Ống lấy nhiệt lò đốt 51

Hình 4.8 Khung buồng đốt chính lò đốt 52

Hình 4.9 Kết cấu buồng đốt phụ lò đốt 53

Hình 4.10 Kích thước phễu cấp liệu lò đốt 54

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu

Cây cà phê là một trong những cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao Nước ta

là một nước đứng thứ 2 về xuất khẩu cà phê trên thế giới Tuy nhiên vụ mùa thu hoạch thường vào cuối mùa mưa khi mà thời tiết vẫn chưa thật sự khô ráo và đa số cà phê được làm khô bằng phương pháp phơi nắng là chủ yếu Việc phơi nắng phụ thuộc vào thời tiết nếu không kịp thời gây hư hại, tổn thất và làm giảm chất lượng cà phê Do đó việc phơi sấy cà phê sau thu hoạch là vấn đề cấp bách đang rất cần sự quan tâm của các nhà khoa học góp phần nâng cao giá trị của cà phê

Hình 1.1 Cây cà phê

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong nông nghiệp, công nghệ sấy đã và đang được hoàn thiện và sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp Trước đây do việc phơi cà phê ngoài trời đòi hỏi nhiều công lao động, mặt bằng phơi lớn và phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết mà vẫn gây hao hụt và giảm phẩm chất của hạt cà phê Việc sấy cà phê bằng máy giúp khắc phục được những nhược điểm trên, tạo sự chủ động, ít tốn thời gian, giảm hao hụt, đảm bảo được chất lượng sản phẩm sấy

Trên thực tế hiện nay nhiên liệu tạo ra nhiệt lượng cho quá trình sấy như: nhiên liệu từ dầu mỏ, điện trở, than, than đá, củi… những nhiên liệu này gây khó khăn cho người sử dụng về giá thành và ngày càng trở nên khan hiếm từ đó dẫn đến chi phí sấy cao, với những vấn đề đó đòi hỏi phải tìm ra một nhiên liệu mới để thay thế Chúng ta cần tiến hành nghiên cứu và phát triền sử dụng nguồn năng lượng từ phụ phẩm của nông nghiệp để sấy như: trấu, cùi bắp, rơm, vỏ cà phê, vỏ hạt điều …

Xuất phát từ tình hình chung đó, tận dụng phụ phẩm vỏ cà phê, được sự phân công của Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ, cùng với sự giúp đỡ của Thầy Nguyễn Văn Xuân và thầy Trần Văn Tuấn, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:

“NGHIÊN CỨU LÒ ĐỐT VỎ CÀ PHÊ CẤP NHIỆT CHO MÁY SẤY”

1.2 Mục đích luận văn

Đề tài được tiến hành với các mục đích sau:

- Khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê (có sẵn) nhằm đánh giá tính năng hoạt động, tìm ra các thông số hoạt động cơ bản của lò đốt làm cơ sở cho việc tính toán, thiết kế

lò đốt năng suất lớn hơn

- Thiết kế mẫu lò đốt vỏ cà phê cung cấp nhiệt cho máy sấy cà phê năng suất 4 tấn/mẻ

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Các đặc tính của nhiên liệu vỏ cà phê.

2.1.1 Nguyên liệu vỏ cà phê

Vỏ cà phê là phụ phẩm được được tạo ra từ quá trình sơ chế cà phê Trong quá

trình này được sản phẩm chính thu được là cà phê nhân thô và vỏ trấu cà phê Thông thường thì từ 4 – 6 kg cà phê tươi thì thu được 1 kg nhân và 0,8 kg vỏ (ẩm độ bảo quản

khoảng 14%), tùy thuộc vào loại cà phê và cách chăm sóc cây của người nông dân

Việc tận dụng vỏ trấu cà phê làm chất đốt thay thế các nhiên liệu khác cho hệ thống sấy là rất phù hợp, góp phần làm giảm chi phí trong sản suất, nâng cao thu nhập cho người nông dân

Hình 2.1 Vỏ cà phê

2.1.2 Nhiệt trị vỏ cà phê (TL/7/)

Nhiệt trị cao của vỏ cà phê khoảng 16,1-18,2 MJ/kg (M.Saenger et al /

Renewable Energy 23 (2001) 103-121) lớn hơn nhiệt trị của trấu (14MJ/kg) và xấp xỉ

1/2 của dầu hỏa Như vậy khi 1 kg vỏ cà phê cháy hết cho ra một nhiệt lượng gần bằng 1/2kg dầu hỏa và lớn hơn trấu

Nhiệt trị cao (Gross, hight heat value): bao gồm cả nhiệt lựong trong hơi nước, chỉ dùng khi hơi nước bị ngưng tụ lại

Nhiệt trị thấp (Net,low hewat value): không kể lượng nhiệt chứa trong hơi nước Dùng trong tính toán thực tế, vì khói lò không ngưng tụ được

2.1.3 Thành phần hóa học của vỏ cà phê

Bảng 2-1: Thành phần cấu tạo của cà phê

Bảng 2-2: Thành phần vỏ cà phê (M.Saenger et al / Renewable Energy 23 (2001)

Khối lượng thể tích trung bình của vỏ cà phê loại ở ẩm độ 15 % là khoảng (155 160) kg/m3

2.2 Quá trình cháy thuận và cháy ngược (TL/7/)

2.2.1 Quá trình cháy thuận : Khối chất đốt nằm trên ghi lò, không khí được cung

cấp từ phía dưới, quá trình cháy tạo ra các vùng :

+ Dưới cùng là vùng tro, gồm các chất trơ không cháy được

+ Kế trên là vùng cháy, chủ yếu là cácbon ở thể rắn cháy đỏ rực

+ Tiếp theo là vùng nhiệt phân, chất đốt bị nung nóng làm thoát các chất bốc lên trên

+ Trên cùng là vùng cháy, chất bốc cháy với ngọn lửa, nếu không đủ không khí cung cấp bổ sung cho quá trình cháy thì có nhiều khói Đây là điểm khác nhau cơ bản giữa phương pháp cháy ngược và phương pháp cháy thuận

Gọi quá trình cháy thuận vì không khí cung cấp và khói sinh ra di chuyển cùng chiều Quá trình này thường gặp ở các bếp đun củi, than…

Hìmh 2.3: Quá trình đốt cháy thuận

2.2.2 Quá trình cháy ngược:

Nếu không khí được cung cấp từ trên xuống, lớp chất bốc cũng bị kéo ngược

xuống, xuyên qua lớp than đang cháy đỏ và lớp tro đang còn nóng, chất bốc tăng nhiệt

độ nên dễ dàng cháy hơn, nghĩa là sinh ít khói và muội than Gọi quá trình cháy ngược

vì chiều di chuyển tự nhiên (lên trên) của chất bốc ngược với chiều di chuyển của không khí

Hìmh 2.4: Quá trình đốt cháy ngược

2.3 Giới thiệu các mẫu lò đốt hiện nay (TL/4/)

2.3.1 Lò đốt ghi nghiêng, buồng đốt hình trụ FR – G1

Hìmh 2.5: Sơ đồ lò đốt ghi nghiêng.,buồng đốt hình trụ FR – G1

1.Mặt đáy lò, 2.Buồng đốt chính, 3.Tấm cào tro, 4 Cửa lấy nhiệt, 5.Đường gió thứ cấp, 6 Buồng đốt hình trụ, 7 Ống lấy nhiệt, 8 Cửa điều chỉnh, 9 Phễu đựng trấu, 10 Ghi nghiêng bậc thang, A Buồng chứa tro, B Không gian cháy,C.Vùng cháy thứ cấp,

D Không khí sơ cấp, E Không khí thứ cấp

Hoạt động: Nhiên liệu từ thùng chứa (9) nạp vào ghi lò (10) qua cửa điều chỉnh

(8) Sau khi cháy ở buồng đốt chính (B), dưới lực hút quạt sấy, khí cháy sẽ được hút thẳng lên Khi qua buồng đốt phụ (C), các đường gió thứ cấp nạp tiếp tuyến với hình trụ sẽ làm đổi hướng và chuyển động về phía trên theo đường xoáy Điều này tạo ra lực ly tâm tách các phần tử chưa cháy để trả chúng lại lớp nhiên liệu và cháy tiếp tục Ngoài ra, chuyển động xoáy còn có tác dụng kéo dài thời gian lưu trú của các phần tử cháy, chất bay hơi trong vùng cháy, làm quá trình cháy triệt để hơn

Ưu nhược điểm: Ưu điểm là khí cháy sạch hơn nhờ có buồng đốt phụ để tiếp

tục cháy chất bốc và lắng tro Nhược điểm là còn tốn nhiều công canh lò khoảng 5-10 phút phải gạt trấu và tháo tro

2.3.2 Lò đốt ghi nghiêng, buồng lắng dạng vách ngăn

Hìmh 2.6 Sơ đồ lò đốt ghi nghiêng, buồng lắng dạng vách ngăn

1 Nghi nghiêng bậc thang, 3 Vách nóc buồng đốt, 5 Cửa lấy nhiệt, 2 Thùng đựng trấu, 4 Vách ngăn buồng đốt, A Buồng chứa tro, B Không gian cháy, C Buồng lắng tro, K Không khí sơ cấp

Cấu tạo: Nó bao gồm một phễu cung cấp (2), một ghi phẳng (1) đặt nghiêng so

với đường nằm ngang một góc 45º- 50º Ghi cấu tạo từ những thanh sắt dẹp, sắp xếp theo hình bật thang và nghiêng một góc 20º so với mặt phẳng của ghi Buồn lắng tro (C) gồm những vách phẳng làm nhiệm vụ giữ lại tàn lửa và bụi tro khỏi bị hút vào buồng sấy

Hoạt Động: Không khí cung cấp cho quá trình cháy được hút bởi quạt sấy qua

các khe hở giữa các thanh dẹp trên ghi lò Đây cũng là nguồn cung gấp duy nhất cho quá trình cháy Việc nạp nhiên liệu và lấy tro hoàn toàn thủ công và được thực hiện gián đoạn theo chu kì

Ưu nhược điểm: Ưu điểm là kết cấu đơn giản, không đòi hỏi kỹ thuật cao có

thể chế tạo theo mẫu hoặc theo bản vẽ, giá thành chế tạo thấp, hoạt động tốt Nhược điểm là hiệu suất thấp, lượng nhiên liệu tiêu thụ cao, vẫn còn hiện tượng cháy không hoàn toàn, tro và tàn lửa vẫn xuất hiện ngay cửa ra của buồn đốt, khối lượng khá cồng kềnh, xây cố định dẫn đến chiếm nhiều diện tích khi lắp đặt và hạn chế tính lưu động của toàn bộ hệ thống

2.3.3 Lò đốt cháy ngược

Hìmh 2.7: Sơ đồ lò đốt cháy ngược

1.Buồng xoáy, 2 Buồng nhiên liệu.3 Ghi lò, 4 Cửa cào tro5 Cửa quan sát, 6 Ống gió thứ cấp(tạo xoáy), 7 Ống lấy nhiệt

Cấu tạo: Gồm hai buồng cạnh nhau vào thông nhau bởi ghi đứng (3), ở buồng

nhiên liệu có ghi ngang để tro lọt qua Trong buồng tạo xoáy có ống lấy nhiệt (7) đến quạt, nhờ quạt hút dòng không khí nóng đến buồng sấy, từ quạt ta lắp ống gió hối lưu

(6) vào buồng xoáy (tạo xoáy nhằm tăng thời gian lưu trú của dòng khí nóng trong buồng) tạo dòng không khí nóng sạch khi đến buồng sấy

Hoạt động: Nhiên liệu được đưa vào buồng (2) nhờ quạt hút sơ cấp đi qua lớp

nhiên liệu, quá trình cháy được sảy ra ở vùng không gian có ghi đứng (3), khí cháy được hút đến buồng tạo xoáy (1) nhờ đường gió thứ cấp (6) sẽ chuyển động xoáy trong buồng đi qua ống lấy nhiệt (7) và đi đến buồng sấy

Ưu nhược điểm: Ưu là nhiên liệu được cháy hoàn toàn, hiệu suất lò cao, dòng

không khí nóng khi đi đến buồng sấy được làm sạch tối đa Nhược là quá trình cháy phụ thuộc hoàn toàn sức hút của quạt và trở lực trên đường không khí sơ cấp, giá thành cao, không diều chỉnh được nhiên liệu nên tốn nhiều công lao động

Cấu tạo : Gồm hai buồng tro và chứa tro cạnh nhau, bộ phận cấp liệu có bộ

phận rung ( như hình vẽ )

Hoạt động : Nhờ bộ phận rung (2) nhiên liệu được cung cấp vào buồng đốt (A)

Dưới tác dụng của lực hút quạt, không khí qua khe hở ghi lò vào buồng đốt cung cấp

O2 cho quá trình cháy Dòng khí nóng được hút từ buồng đốt (A) đi vào buồng (B) Dưới tác dụng của tấm chắn, tro sẽ ở lại buồng (B) và khí nóng sẽ được quạt hút vào buồng sấy

Ưu nhược điểm : Ưu là cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo rẻ , hiệu suất khá cao

Nhược điểm là cháy không hoàn toàn được thể hiện qua sự đóng bánh và tạo muội trong ống hút của quạt sau một thời gian sử dụng , tro và tàn lửa vẫn bị hút vào buồng sấy

2.4 Công thức nhiên liệu và các công thức liên quan

2.4.1 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu (TL/1/) a) Công thức chuyển đổi thành phần đã biết của nhiên liệu rắn về thành phần sử dụng

Thành phần của nhiên liệu đốt được phân tích dưới dạng : thành phần hữu cơ, thành phần cháy, thành phần chất khô và thành phần sử dụng Khi đã biết thành phần chất khô và ẩm độ của nhiên liệu, ta có thể chuyển đổi về thành phần sử dụng theo công thức sau: Xcd = K*X, %

Với Xcd: Là thành phần chuyển đổi , %

b) Lượng không khí lý thuyết

Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy một kg nhiên liệu là lượng không khí khô vừa đủ để cung cấp oxy cho các phản ứng cháy Với thành phần oxy trong không khí là gần 23%, từ các phản ứng cháy ta tính được lượng không khí khô lý thuyết Lo cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu bằng :

23 , 0

) )(

32

32 ( ) 2

16 ( ) 12

32 ( 0

O S H C

c) Lượng không khí khô thực tế

Để đốt cháy hoàn toàn nhiên cần phải cung cấp một lượng không khí lớn hơn không khí lí thuyết Nên lượng không khí khô thực tế cung cấp cho sự cháy là:

Lα = α* L0 Với α = ( 1÷1,8 ) : Hệ số không khí thừa

2.4.2 Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần cháy của nhiên liệu (TL/1/)

Lượng sản phẩm cháy sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu là Vα Có thể tính theo công thức:

Vα = VC02 + VH02 + V02 + VN2 + VS02., m3/kg

L t C V

t C V

=

Trong đó :

CSPC : Nhiệt dung của sản phẩm cháy, kcal/kg

d

t

Q : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kcal/kg

Vα : Lượng sản phẩm cháy tạo thành khi đốt 1 kg nhiên liệu, kcal/kg

kk

nl t

t , : Nhiệt độ của nhiên liệu, không khí được nung nóng trước, ºC

Lα : Lượng không khí thực tế để đốt 1 kg nhiên liệu, kcal/kg

Giả thiết hàm lượng nhiệt tổng nằm trong khoảng i1 ( ứng với t1 ) và i2 ( ứng với t2 ), nghĩa là i1< i∑ < i2, trong điều kiện t2- t1 = 100ºC Dùng phép nội suy ta xác định được nhiệt độ cháy lí thuyết theo công thức :

1 1 2 1 2

1 (t t ) t i

i

i i

i1,i2 : Hàm nhiệt của sản phẩm cháy ứng với nhiệt độ t1, t2, kcal/mol

Nhiệt độ cháy thực tế của lò ( ttt ) bằng tích số của nhiệt độ cháy lí thuyết tlt và

hệ số tổn thất hàm nhiệt của sản phảm cháy ηt

ttt= tlt* ηt, ºC Đối với dạng lò đôt đứng ηt=0,56 ÷ 0,62

2.4.4 Các bước tính toán thiết kế lò đốt (TL/6/)

a) Tính lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy

Theo ẩm độ tương đối ta có:

Trong đó :

G1 : Khối lượng của vật liệu ở độ ban đầu, kg

G1 : khối lượng của vật liệu ra khỏi thiết bị sấy, kg

W : Lượng ẩm bốc hơi, kg

Ta lại có lượng ẩm bốc hơi là :

W = W1 – W2

Trong đó :

W1 : Lượng ẩm ban đầu, kg

W : Lượng ẩm của vật liệu ra khỏi thiết bị sấy, kg Theo phương trình (1) ta có :

100

* 100

Trong đó :

Rh1 : Ẩm độ tương đối của vật liệu lúc đầu, %

Rh2 : Ẩm độ tương đối của vật liệu lúc sau, % Chia hai vế cho G1 ta được :

100

100 2

2 2 1

Mặt khác ta lại có công thức tính khối lượng vật liệu khô tuyệt đối như sau :

100

) 100 (

* 100

) 100 (

k

R G

R G

) 100 (

) 100 (

2

1 2

h

h

R

R G

) (

100

* ) (

*

1

2 1 2

1 1

h

h h h

h

R

R R R

R G W

b) Tính lượng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy

Theo phương trình cân bằng cho thiết bị sấy :

100

* 1000

* 100

* 1000

2 2 2 2 1 1 0

R G d L R G d

Trong đó :

L0 và L2 : Lượng không khí khô đi vào và ra khỏi thiết bị sấy, kgkk

G2 : Khối lượng vật liệu ra khỏi thiết bị sấy, kg

Nếu xem hệ thống sấy là kín tuyệt đối thì lượng không khí vào và lượng không khí ra bằng nhau, tức là :

* 2 0 1 1 2 2

R G R G d d

0 2 0

1000

*

d d

W L

* 2 0

0 I I L

Trong đó :

I2 : Enthapy của khí thoát kJ/kgkk

I0 : Enthapy của môi trường kJ/kgkk

L

Q

m = , kg/h

Trong đó :

mf : Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ, kg/h

Q : Nhiệt lượng cần cung cấp kJ/h

Lhv : Nhiệt trị trung bình của nhiên liệu kJ/kg

Trên thực tế lò đốt không có hiệu suất 100% Nhưng năng suất lò trên thực tế bao giờ cũng lớn hơn năng suất tính lý thuyết Nên ta có :

Mf = mf * η, kg/h

e) Hiệu suất khí sấy :

hv f

mt d p air

T T C M E

Trong đó :

Td : Nhiệt độ khí sấy trong ống khảo nghiệm, ºC

Tmt : Nhiệt độ môi trường, ºC

Mair : Lưu lượng không khí sấy, kg/h

Mf : Tốc độ tiêu thụ nhiên liệu, kg/h

Cp : Nhiệt dung riêng của không khí sấy

Lhv : Nhiệt trị trung bình của nhiên liệu, kJ/kg

t : nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kcal/kg

Mf : lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/h

q : mật độ thể tích buồng đốt , kcal/m3h

Vbd : thể tích buồng đốt, m3

t f

Với F : diện tích ghi lò, m2

Mf: lượng tiêu hao nhiên liệu, kg/h

Qs : cường độ cháy của ghi, kg/m2h

h) Tính kích thước phễu cấp liệu

Thể tích phểu cung cấp:

ρ

2

f d

M

V = (m3)

Trong đó: Vd: Thể tích phễu cấp liệu

Mf: Năng suất tiêu thụ của lò đốt

ρ: Khối lượng thể tích của nhiên liệu

2.5 Ý kiến thảo luận và đề ra nhiệm vụ nghiên cứu

Vỏ cà phê đã được dùng làm nhiên liệu cho các lò đốt để cung cấp nhiệt cho máy sấy Tuy nhiên ở nước ta vẫn chưa tận dụng triệt để nguồn nhiên liệu này và các

lò đốt hiện tại chưa thật sự hoàn thiện chính vì vậy cần phải nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu này, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến lò đốt

Trong phạm vi đề tài này sẽ “Khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê năng suất 25kg/h”

Từ đó tìm ra các thông số cũng như chế độ hoạt động tốt nhất của lò đốt để triển khai ứng dụng cho những lò đốt năng suất lớn hơn, phù hợp với các máy sấy ở Việt Nam và

“Thiết kế lò đốt vỏ cà phê năng suất 60 kg/h”

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm 2 phần chính:

- Khảo nghiệm quá trình đốt vỏ cà phê bằng lò đốt trấu ghi nghiêng năng suất 25kg/h, từ đó rút ra các đánh giá cần thiết làm cơ sở cho việc thiết kế chế tạo lò có công suất lớn hơn

- Thiết kế lò đốt vỏ cà phê cấp nhiệt cho máy sấy cà phê quả năng suất 4 tấn/mẻ thông qua các số liệu kĩ thuật đã được rút ra từ việc khảo nghiệm lò đốt vỏ cà phê trên

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Mục đích khảo nghiệm:

Việc khảo nghiệm đốt vỏ cà phê trên lò đốt trấu ghi nghiêng 25 kg/h nhằm rút

ra các đánh giá sau:

- Năng suất thực tế của lò đốt nếu dùng nhiên liệu vỏ cà phê

- Khả năng cung cấp khí sấy thông qua các đánh giá về độ tro bụi, nồng độ khói…

- Hiệu suất khí sấy

3.2.2 Đối tượng thí nghiệm :

Đối tượng thí nghiệm bao gồm:

- Lò đốt lò đốt trấu ghi nghiêng, buồng đốt hình trụ năng suất tiêu thụ 25kg/h do TTNL và MNN- Trường Đại Học Nông Lâm TPHCM thiết kế và chế tạo

- Quạt hướng trục một tầng cánh có lưu lượng 4 m3/s và thí nghiệm ở mức tĩnh

áp 30 mmH2O

- Vỏ cà phê được thu hồi từ quá trình bóc vỏ cà phê hạt và phơi khô đạt độ ẩm

14 – 16 %

Hình 3.1 Lò đốt trấu nghi nghiêng, buồng đốt hình trụ năng suất 25kg/h

3.2.3 Trang thiết bị và phương pháp thí nghiệm

3.2.3.1 Trang thiết bị:

+ Ống khảo nghiệm theo tiêu chuẩn JIS

+ Quạt sấy có năng suất phù hợp

+ Cân đồng hồ 30kg có sai số 0,1kg

+ Nhiệt kế lưỡng kim có sai số 20C, ,nhiệt kế rượu có sai số 10C

+ Tủ sấy xác định ẩm độ

+ Áp kế chữ U, áp kế nghiêng có sai số 1 mmH2O

Hình 3.8 Nhiệt kế bầu khô – bầu ướt Hình 3.9 Cân đồng hồ

3.2.3.2 Phương pháp khảo nghiệm

a) Thử nghiệm quạt sấy:

Mục đích của thí nghiệm này nhằm xây dựng đường đặc tính quạt dùng trong khảo nghiệm lò đốt

Qua đó có thể xác định các giá trị lưu lượng không khí do quạt cung cấp theo từng chế độ khác nhau ( ở các mức tĩnh áp xác định ) Điều này giúp cho việc xác định hiệu suất khí cháy và hiệu suất khí sấy của lò đốt được thuận lợi và đạt được độ chính xác cần thiết

Quá trình khảo nghiệm được tiến hành bằng ống khảo nghiệm quạt và đo đạt bằng ống pitot được xây dựng theo tiêu chuẩn JIS

Hình 3.10 Sơ đồ khảo nghiệm quạt

b) Đo nhiệt độ và ẩm độ môi trường:

Nhiệt độ và ẩm môi trường được xác định bằng nhiệt kế bầu khô - bầu ướt do Trung Quốc sản xuất với độ chính xác ± 10C Nhiệt kế đặt tại một vị trí dễ quan sát nhưng không quá gần miệng của ống khảo nghiệm và lò đốt để khỏi bị ảnh hưởng nhiệt do quá trình khảo nhgiệm

Đọc các giá trị nhiệt độ tại nhiệt kế bầu khô – bầu ướt, xác định các giá trị Δt = ( tk – tư ) tra phục lục sẽ xác định được ẩm độ tương đối của không khí môi trường Các giá trị nhiệt độ và ẩm độ được xác định với giãn cách là 5 phút

c) Đo nhiệt độ không khí sấy:

Nhiệt độ dòng không khí sấy được đo bằng nhiệt kế lưỡng kim do Hàn Quốc sản xuất với thang đo 0 - 1000C, mức chính xác là ± 20C Khi đo nhiệt kế đặt tại vị trí đặt ống pitot khi khảo nghiệm quạt

Nhiệt độ không khí sấy được đọc trực tiếp trên nhiệt kế với giãn cách 5 phút một lần

d) Đo áp suất của không khí sấy:

Đo áp suất ở đây là xác định hai thành phần động áp và tĩnh áp Động áp và tĩnh

áp được đo bằng ống pitot nối liền với áp kế nghiêng với thang đo (0 – 100 ) mm H2O sai số ± 0,5 mm H2O

Trước khi đọc động áp chúng ta chỉnh cột tĩnh áp ở mức nhất định để xác định động áp, giá trị động áp được đọc trực tiếp trên áp kế nghiêng ( chú ý phải điều chỉnh mực nước của áp kế nghiêng về số 0 dưới áp suất của khí trời )

Vị trí đo ống pitot đặt trong ống khảo nghiệm nằm nghiêng so với phương thẳng đứng một góc 45o và ở hai vị trí đối xứng nhau

Các vị trí đo được thiết lập theo tiêu chuẩn JIS 8003B

R1 = 0,316R, R2 = 0,548R, R3 = 0,707R, R4 = 0,837 R, R5 = 0,949R

Ở đây chúng tôi dùng ống khảo nghiệm có đường kính Φ600 nên suy ra những

vị trí cần đo khi khảo nghiệm quạt là:

R1 = 94,8 mm, R2 = 164,4 mm,

R3 = 212,1 mm, R4 = 251,1 mm, R5 = 284,7 mm

e) Đo lưu lượng không khí:

• Khi khảo nghiệm với ống pitot

Từ số liệu áp suất tĩnh, áp suất động và nhiệt độ dòng khí sấy ta tính dược vận

tốc và lưu lượng dòng khí sấy bằng cách áp dụng các công thức sau:( TL/8/)

+ Vận tốc dòng khí:

V = 0,07523 * T d + 273 * 15 * P v ( với Pv tính theo đơn vị Pa)

Hay: V = 0,2376 * T d + 273 , 15 * P v ( với Pv tính theo đơn vị mm H20)

Mức tĩnh áp có thể điều chỉnh bằng nón chặn tạo trở lực nhằm đạt được mức tĩnh áp như mong muốn

• Khi khảo nghiệm kết hợp với máy sấy

Khi đo lưu lượng dòng khí sấy của lò đốt có kết hợp với máy sấy ta dùng dụng

cụ đo vận tốc bề mặt Dùng dụng cụ đo vận tốc bề mặt đặt trực tiếp trên bề mặt thoát của dòng khí sấy ( đặt trên buồng sấy nơi có dòng khí thoát đi qua ), kết quả được đọc trực tiếp trên dụng cụ

Ta tiến hành đo nhiều vị trí khác nhau trên buồng sấy rồi lấy kết quả trung bình

để tính ra lưu lượng của dòng khí sấy theo công thức sau:

Vair = V*S m3/s

S: Diện tích mặt thoáng của buồng sấy, m2

h) Lượng nhiên liệu tiêu thụ

Dụng cụ để xác định lượng nhiên liệu tiêu thụ là cân đồng hồ chỉ số 30 kg với mức chính xác là 0,1 kg Được xác định ở mỗi thí nghiệm bằng cách cân nhiên liệu trước khi cho vào buồn nhiên liệu, sau thí nghiệm cân lượng nhiên liệu còn lại, xác định thời gian thí nghiệm từ đó tính được lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ

Hình 3.11 Sơ đồ bố trí khảo nghiệm lò đốt

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Tính toán chung:

Lượng không khí khô lý thuyết Lo cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu bằng :

hiện được việc đưa không khí đến từng mảnh vỏ cà phê và lượng oxy cung cấp cho quá trình cháy cũng bị hút theo dòng không khí vào buồng sấy Do đó, nhiên liệu cháy gồm cacbon cố định, cacbon có trong chất bay hơi,sulphur, hydrogen, đã gây ra hiện tượng cháy không hoàn toàn

Vì vậy cần phải cung cấp cho quá trình cháy một lượng không khí thực tế là Lα Lượng không khí cung cấp thêm gọi là lượng không khí thừa Như vậy lượng không khí thực tế là:

Lα = 1,6* 4,36 = 6,97 kgkk/kg nl

Lα = 5,8 m3/kg

Với : Hệ số không khí thừaα = 1,6

Với sự tương đương về nhiệt trị, một số tính chất cơ lý giữa trấu và vỏ cà phê nên ta có thể dùng lò đốt trấu để đốt vỏ cà phê

4.1.2 Lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng