TíNH TOáN, THIếT Kế Và CHế TạO MẫU Lò ĐốT THAN QUY MÔ NHỏ (LTĐ 1,0) Để SấY KHÔ Và BảO QUảN NÔNG SảN

Mục tiêu của nghiên cứu là tính toán, thiết kế và chế tạo mẫu lò đốt than cho hệ thống sấy vỉ ngang với công suất quy mô nhỏ để làm khô các sản phẩm nông nghiệp. Lò đốt than LĐT 1,0 đã được thiết kế và chế tạo tại Bộ môn Công nghệ Cơ khí, Khoa Cơ điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội. Lò đôt than này có cấu tạo đơn giản, kích thước chiều dài 0,95 m, chiều rộng 0,45 m và chiều cao 0,5 m. Lò này có thể sử dụng đối với hệ thống sấy tĩnh để làm khô các sản phẩm nông nghiệp, với năng suất của hệ thống vào khoảng 1 tấn/mẻ.

Tạp chí Khoa học Phát triển 2010: Tập 8, số 3: 505 - 518 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP H NI TíNH TOáN, THIếT Kế V CHế TạO MẫU Lò ĐốT THAN QUY MÔ NHỏ (LTĐ 1,0) Để SấY KHÔ V BảO QUảN NÔNG SảN Calculating, Designing and Manufacturing the Pilot-Scale Prototype-Coal Furnace (LDT 1.0) to Dry and Process Agricultural Products Nguyễn Đình Tùng Khoa Cơ điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Địa email tác giả liên lạc: ndtung@hua.edu.vn Ngày gửi đăng: 29.01.2010; Ngày chấp nhận: 15.03.2010 TĨM TẮT Mục tiêu nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than cho hệ thống sấy vỉ ngang với công suất quy mô nhỏ để làm khô sản phẩm nông nghiệp Lò đốt than LĐT 1,0 thiết kế chế tạo Bộ mơn Cơng nghệ Cơ khí, Khoa Cơ điện, Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội Lị đơt than có cấu tạo đơn giản, kích thước chiều dài 0,95 m, chiều rộng 0,45 m chiều cao 0,5 m Lị sử dụng hệ thống sấy tĩnh để làm khô sản phẩm nông nghiệp, với suất hệ thống vào khoảng tấn/mẻ Từ khóa: Hệ thống sấy, lị đốt than, nông sản SUMMARY The objectives of this study were to calculate, design and manufacture a coal furnace prototype with horizontal grating drying-system at pilot scale to dry agricultural products The coal furnace LDT 1.0 was designed and manufactured at the Department of Mechanical Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Hanoi University of Agriculture Simply structured, the LĐT 1.0 had a dimension of 0.95m in length, 0.45m in width and 0.5m in height with a capacity of approximately 1.0 ton per batch The furnace can be used as a static drying system for drying agricultural products Key words: Agricultural products, coal furnace, drying system ĐặT VấN Đề Trong năm qua, sản xuất nông, lâm, ng nghiệp liên tục phát triển với tốc độ nhanh, 4,3%/năm (Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) Các ngnh công nghiệp v dịch vụ nông thôn tăng từ 10 ữ 12%/năm đà tạo ®iỊu kiƯn gi¶i qut viƯc lμm cho ng−êi lao ®éng (Nguyễn Đức Dũng, 2005) Đời sống nông dân nhiều vùng đợc cải thiện rõ rệt Tuy nhiên, việc phát triển sản xuất nông nghiệp thời gian qua trọng tăng sản lợng, cha quan tâm mức tới việc bảo quản v chế biến nông sản nên tổn thất sau thu hoạch lớn, nhiều sản phẩm nông sản (ngô, đậu đỗ, khoai tây) không đáp ứng đợc yêu cầu sản xuất hng hoá số vùng nông thôn miền núi, b sản xuất theo phơng thức tự cung, tự cấp, đời sống nhiều khó khăn (Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) Theo đánh giá nh chuyên môn giống l yếu tố định hng đầu đến suất v chất lợng sản phẩm Với điều kiện khí hậu v đặc điểm thời vụ gieo 505 Nghiờn cu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mô nhỏ (LTĐ 1,0) để sấy khô trồng nớc ta việc đáp ứng đủ giống (cả số lợng v chất lợng) l yếu tố cấp thiết cần đợc quan tâm (Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) Trong sản xuất nông nghiệp nớc ta, ngô l lơng thực quan trọng sau lúa Ngoi ra, ngô dùng lm thức ăn cho chăn nuôi, l nguyên liệu cho nhiều ngnh công nghiệp chế biến khác nh: bánh kẹo, nớc giải khát (Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) Thân v lõi ngô đợc dùng lm nguyên liệu sản xuất giấy, sợi lm chất sản xuất v nuôi trồng nấm (Nguyễn Đức Dũng, 2005) Từ vai trò v công dụng nêu trên, việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế v chế tạo mẫu lò đốt (LĐ) than phục vụ cho sấy v bảo quản ngô giống l cấp thiết Lò đốt đề cập đây, đợc thiết kế v chế tạo dựa cải tiến nguyên lý LĐ nguyên liệu rắn dùng cho máy sấy tĩnh vỉ ngang để sấy ngô hạt ("ngô thịt") v sắn lm thức ăn cho gia súc đà đợc chuyển giao cho Thái Bình, Ba Vì v Hải Phòng Tuy nhiên, việc sấy ngô giống, ngoi việc đảm bảo hạt không bị "chết phôi" để nảy mầm tốt, phải ý đến mu sắc hạt giống Do LĐ ny đà đợc cải tiến phận dập tn lửa để hạn chế muội than bám vo hạt ngô v phận "le gió" điều chỉnh nhiệt ®é cđa khÝ nãng vμo bin sÊy KÕt qu¶ nghiên cứu ny cho phép ứng dụng với sản phẩm nông nghiệp khác cần thiết PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU Phân tích tính chất hoạt động, phạm vi ứng dụng v đặc biệt l phân tích unhợc điểm số loại lò đà đợc sử dụng ë ViƯt Nam vμ mét sè n−íc trªn thÕ giíi, từ để đa đợc mẫu lò đốt nguyên liệu rắn thay nh: than, viên ép từ phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trấu, rơm rạ, bà mía, ) nhằm khắc phục số nhợc điểm chóng 506 THùC TR¹NG NGHI£N CøU, øNG DơNG MéT Số LOạI Lò ĐốT NGUYÊN LIệU RắN VIệT NAM V THế GIớI 3.1 Một số loại lò đốt nguyên liệu rắn Việt Nam Việc ứng dụng lò sấy vo bảo quản v chế biến sản phẩm nông nghiệp đà đợc áp dụng từ lâu với nhiều kiểu dáng v mô hình khác Đơn giản l việc áp dụng loại LĐ thủ công nh bếp than tổ ong, LĐ than, bếp củi để tạo nhiệt cho hệ thống sấy ã Lò đốt với buồng đốt dạng trụ máy sấy hạt giống (Hình 1), loại lò ny có u điểm l sử dụng phụ phẩm nông nghiệp (trấu, mùn ca, vỏ c phê, bà mía), nhiên lợng nhiệt tạo l không lớn nhiệt trị sinh khối không cao, vo khoảng 15,0 18 MJ/kg nguyên liệu (Nguyễn Đình Tùng, 2008) nhỏ so với nguyên liệu có nguồn gốc hóa thạch nh: than đá, than nâu, diezel vo khoảng 28 35 MJ/kg nguyên liệu (Tung v cs., 2009) Ngoi ra, nguyên liệu cháy không đợm, đòi hỏi phải có ý nhiều ngời sử dụng ã Lò đốt than dùng khói lò lm tác nhân sấy (Hình 2), có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo Tuy nhiên, với loại lò ny nên dùng để sấy nông sản yêu cầu khắt khe độ ám khói, ám mùi Loại lò ny đợc dùng với máy sấy tĩnh để sấy thóc, đậu đỗ, sắn củ, lm thức ăn cho gia súc Hạn chế loại lò ny l khả hòa trộn khói lò v không khí kém, lợng bụi tro nhiều v tiêu hao nhiên liệu lớn ã Lò đốt củi, cùi bắp cháy ngợc (Hình 3), loại lò ny sử dụng nguyên liệu l củi, cùi bắp, vỏ đậu phộng, thờng đợc dùng sấy đậu phộng, c phê Kiểu lò ny tơng tự nh kiểu lò hình Chất lợng khói loại lò ny hơn, lợng bụi tro Tuy nhiên, giá thnh gia công v chế tạo cao Nguyn ỡnh Tựng Hình Lò đốt với buồng đốt dạng trụ (Phan Hiếu Hiền, 2000) Hình Lò đốt than dùng khói lò lm tác nhân sấy (Nguyễn Văn Khỏe v cs., 2000) 1- buồng đốt; 2- thông gió; 3- pha loÃng không khÝ; 4-, 5- l¾ng bơi; 6- cưa dÉn khãi; 7- buồng dập tn; 8- tác nhân sấy; 9- van khói; 10- èng khÝ th¶i; 11- cưa cÊp khÝ pha lo·ng Hình Lò đốt củi, cùi bắp cháy ngợc (Phan Hiếu Hiền, 2000) 3.2 Một số loại lò đốt nguyên liệu rắn giới Buồng đốt nói riêng v LĐ dùng cho thiết bị sấy nói chung có nhiều điểm khác so với LĐ dùng công nghiệp luyện nung Liên Xô (cũ) l nớc có khoa học kỹ thuật phát triĨn cao, phơc vơ cho c¬ khÝ hãa vμ tù động hóa sản xuất nông nghiệp, l lĩnh vực sơ chế, bảo quản v chế biến sản phẩm nông nghiệp, có lĩnh vực sấy Vì việc ứng dụng công nghệ sấy vo việc sơ chế v bảo quản sản phẩm nông nghiệp đà đợc ¸p dơng kh¸ phỉ biÕn H×nh giíi thiƯu mét nhiều kiểu LĐ phục vụ cho kiểu sấy khác đà đợc áp dụng vo sản xuất Liên Xô cũ Loại LĐ than kiểu đứng cho máy sấy ngũ cốc ny có cấu tạo phức tạp, giá thnh chế tạo tơng đối cao, thích hợp với quy mô công nghiệp Các kiểu LĐ sinh khối (SK) Cộng hòa Liên bang Đức v số nớc khác giới lm việc theo nguyên lý đốt cháy SK, phần lớn sử dụng để tạo nhiệt LĐ cỡ nhỏ v trung bình nh LĐ gỗ, lò đốt gỗ miếng, LĐ gỗ viên v LĐ rơm rạ Nhiệt thu đợc ny thờng đợc dùng cho hệ thống chế biến với công suất nhiệt nằm khoảng 0,1 0,5 MW (Tung, 2009) Các thiết bị ny có khác biệt trạng thái dòng đốt v kiểu cung cấp nguyên liệu cho chúng (Hình 5, 6, 7) Lợi ích việc đốt cháy hon ton đạt hiệu cao kiểu lò cỡ nhỏ Kiểu LĐ ngợc dòng (Hình 5) đà đợc giới thiệu v ứng dụng kiểu đốt hai giai đoạn Trong hệ thống LĐ gỗ miếng với hiệu suất thấp nên tránh thoát nhiều hợp chất gây ô nhiễm môi trờng cháy không triệt để 507 Nghiờn cu, tớnh tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mơ nhỏ (LTĐ 1,0) để sấy khơ H×nh Các kiểu LĐ gỗ miếng cháy ngợc (trái), cháy phía dới (phải) (Hartmann, H et al., 2007) Hình Lò đốt than kiểu đứng cho máy sấy ngũ cốc (Klexkina, M J 1967) Hình LĐ rơm, rạ, cỏ (Scholz, V., 1997) 1- líp c¸ch nhiƯt; 2- n−íc; 3- buồng đốt; 4- van chia liệu; 5- vít tải cung cấp; 6- quạt thổi nhiên liệu; 7- lô nghiền; 8- dao nạo; 9- tờng cách nhiệt; 10- cyclone; 11- quạt hút khói lò 508 1, 15- khoang chứa nhiên liệu; 2, 14- vïng ch¸y víi ho¸ khÝ; 3, 13- cung cấp không khí sơ cấp; 4, 12- cung cấp không khÝ thø cÊp; 5, 17- buång ®èt sau; 6- khãi lò thoát ra; 7, 8- trao đổi nhiệt; 9- quạt hút; 10- kênh chảy rối; 11- buồng tro; 16- cửa trn Hình LĐ tầng sôi tĩnh (SFBC) (Steinbrecht, D., 2008) 1- khói lò; 2, 10- không khí thứ cấp; 3- đờng cung cấp chất lỏng; 4- dòng không khí vo tạo xoáy; 5- đốt mồi; 6- vòi phun; 7- vật liệu trợ đốt; 8- cung cấp nhiên liệu rắn; 9- cung cấp chất xúc tác; 11- khoang lò; 12- lớp thép chịu nhiệt; 13- lớp cách nhiệt Nguyn ỡnh Tựng Các kiểu LĐ dùng vật liệu rơm, rạ, cỏ v vật liệu dạng cuộn (bó, bánh) đợc quan tâm phát triển Bên cạnh đó, loại lò khác đợc vận hnh với kiểu lò ghi để đốt vật liệu dạng cuộn (Nussbaumer, 2003) (Hình 6) Các kiểu LĐ tầng sôi đợc thiết kế đa dạng để đốt cháy có hiệu trạng thái nhiên liệu v môi trờng chấp nhận đợc cho trạng thái ứng dụng khác Đặc biệt l công nghệ đốt tầng sôi tĩnh (Hình 7) (engl - Stationary Fluidized Bed Combustion- SFBC) Chóng cã thể đợc vận hnh áp suất tự nhiên v điều áp (Tung, 2009) Những loại LĐ ny thờng sử dụng để đốt phế liệu SK hỗn hợp SK v phụ phẩm ngnh công - nông nghiệp (Nussbaumer, 2003), nh phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch, phụ phẩm ngnh công nghiệp chế biến nông - lâm sản, ngnh công nghiệp giấy v xây dựng (Tung, 2009) (Hình 7) Trong LĐ tầng sôi gần nh đồng trạng thái nhiệt độ, nồng độ, khả dụng cho chất lợng cháy v giảm thiểu thnh phần phát thải không khí (Tung, 2009) Đối với loại LĐ SK ny, bên cạnh số u điểm nh nêu trên, có nhợc điểm l kết cấu phức tạp, giá thnh chế tạo v vận hnh cao Do kiểu LĐ ny cha thật phù hợp với điều kiện Việt Nam giai đoạn Đối với LĐ nguyên liệu rắn dùng cho thiết bị sấy thờng đợc trì với cờng độ cháy thấp, cháy nhiên liệu phải đợc diễn cách hon ton v với hệ số không khí thừa lớn, m lợng tiêu hao không khí cho kg nhiên liệu lớn (Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) Các LĐ dùng cho sấy có đặc điểm quan trọng, ảnh hởng tới giải pháp, hiệu suất v hiệu kinh tế việc dùng khói lò lm tác nhân sấy Đó l vật liệu cần sấy thờng yêu cầu nhiệt độ sấy nhỏ nhiều so với nhiệt độ khói lò (Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) Vì sau hon tất cháy, khói lò cần đợc pha loÃng, hòa trộn với không khí có nhiệt độ thấp để đạt đợc nhiệt độ sấy cần thiết cho nguyên liệu sấy tơng ứng Vấn đề đặt l cần phải điều chỉnh v khống chế đợc nhiệt độ sấy khoảng nhiệt độ định Dùa vμo ®iỊu kiƯn thùc tÕ cđa ViƯt Nam, ®ång thời phải đáp ứng đợc yêu cầu kinh tế, kỹ thuật đặt nh đà phân tích đây, sơ đồ nguyên lý mẫu LĐ nguyên liệu rắn (than đá) đà đợc nghiên cứu, tìm hiểu v đề xuất nh hình Hình Nguyên lý cấu tạo mẫu LĐ than dùng cho mô hình sấy tĩnh suất tấn/mẻ (Tùng v cs., 2005) 1- le điều chỉnh gió lạnh; 2- kênh cấp khí lạnh; 3- ống khói; 4- buồng hòa khí sơ cấp; 5- buồng hßa khÝ thø cÊp; 6- cưa dÉn khÝ; 7- bng lắng bụi thứ cấp; 8- buồng lắng bụi sơ cấp; 9- bng chøa tro xØ; 10- ghi lß; 11- cưa th«ng giã vμ xØ; 12- cưa cÊp than; 13- bng ®èt 509 Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mơ nhỏ (LTĐ 1,0) sy khụ KếT QUả TíNH TOáN, THIếT Kế Lò ĐốT Qua nghiên cứu tổng quan việc ứng dụng lò sấy bảo quản nông sản giới v Việt Nam, nghiên cứu ny đa mô hình lò sấy đốt than bán gián tiếp, ghi phẳng Mô hình ny có u điểm l kết cấu đơn giản, dễ gia công chế tạo v có thĨ øng dơng réng r·i lÜnh vùc s¬ - bảo quản v chế biến nông sản Để thiết kế đợc mẫu lò đốt, cần gắn với bin sấy để tạo thnh mô hình sấy hon chỉnh (Hình 9) 4.1 Tính toán hệ thống sấy 4.1.1 Yêu cầu thiết kế Tính toán, thiết kế hệ thống lò đốt than bán trực tiếp phục vụ việc sấy ngô với suất định no (tấn/mẻ) với ®iỊu kiƯn ch−a cho phÐp, nghiªn cøu nμy míi chØ thiết kế dới dạng mô hình thí nghiệm với suất l tấn/mẻ 4.1.2 Điều kiện thiết kế Năng suất mô hình sấy tấn/mẻ, ngô tơi đợc sấy sau thu hoạch Độ ẩm ban đầu 32%, độ ẩm bảo quản 13%, nhiệt độ tác nhân sÊy 35 ÷ 420C, bỊ dμy líp vËt liƯu sÊy 400 mm 4.1.3 Các thông số đà tính toán Kết tính toán thông số đợc trình by bảng - Tính lợng ẩm cần bốc giê Wh (kg Èm), - Thêi gian cÇn thiÕt ®Ĩ ®é Èm gi¶m tõ W1 xng W2 (h), - Lợng ẩm cần bốc (kg ẩm/h), - Lợng không khí khô cần thiết để bốc kg ẩm (kg kk/kg ẩm), - Lợng không khí khô (kk) cần thiết để bốc Wh kg ẩm l L (kg kk/h), - Lợng không khí ẩm trớc vo buồng sấy VB (m3/h), - Tại thời điểm C TNS khái buång sÊy víi VOC (m3) lμ VC (m3/h), - Lu lợng thể tích trung bình V (m3/h), - Tính toán nhiệt cần thiết cho trình sấy: + Nhiệt lợng cho trình cháy lý thuyết Q0 (KJ/h) + Tính toán nhiệt lợng cần cung cấp cho trình sấy thực QV (kg) + Tổn thất nhiệt bị truyền tải mang QCT (KJ) + Tỉn thÊt nhiƯt m«i tr−êng xung quanh QMT (KJ) + Hệ số truyền nhiệt K1 + số hạt ngô cã 1000 kg X (h¹t) + ThĨ tÝch cđa hạt ngô V1H (mm3) + Thể tích X hạt VH (mm3) + Thể tích sơ buồng sấy l VBS (mm) + Diện tích đáy buồng sấy F (m) Hình Sơ đồ LĐ đợc lắp víi hƯ thèng sÊy tÜnh vØ ngang (Tïng vμ cs., 2005) 510 Nguyễn Đình Tùng B¶ng KÕt qu¶ tÝnh toán thiết kế mẫu LĐ nguyên liệu rắn Cỏc thụng số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Độ ẩm ban đầu nguyên liệu W1 % 32 Độ ẩm sau sấy (độ ẩm bảo quản) nguyên liệu W2 % 13 Nhiệt độ ban đầu khơng khí t0 °C 20 Độ ẩm tương đối ban đầu không khí ϕ0 % 85 Các thơng số ban đầu lựa chọn Nhiệt độ khí nóng vào buồng sấy t1 (sấy) °C 38 d mm 7,5 Lượng ẩm cần bốc trình sấy W kg ẩm Thời gian sấy T Giờ 21,0 Wh kg ẩm/h 10,4 Độ ẩm tuyệt đối ban đầu khơng khí x0 kgẩm/kgkk 0,01242 Enthalpy khơng khí h0 KJ/kgkk 51,587 Enthalpy khí nóng bắt đầu vào buồng sấy h1 KJ/kgkk 73,255 Độ ẩm tương đối khí nóng ϕ1 % Độ ẩm tuyệt đối khí nóng sau sấy x2 kgẩm/kgkk Đường kính trung bình hạt ngơ Các thơng số tính tốn Lượng ẩm bốc 218,4 30 0,01775 Kết tính tốn q trình sấy lý thuyết Độ ẩm tương đối khí nóng sau sấy ϕ2 % 86 Nhiệt độ khí nóng sau sấy t2 °C 32 Lượng khơng khí khơ (kk) cần thiết để bốc kg ẩm l kgkk/kgẩm 187,617 Lượng kk cần thiết để bốc Wh kg ẩm L kgkk/h 1948,1 Thể tích khơng khí ẩm chứa kg kk VOB m³ Lượng khơng khí ẩm trước vào buồng sấy VB m³/h Lượng khơng khí khỏi buồng sấy VC m³/h 1798,1 Lưu lượng thể tích trung bình V m³/h 1870,2 Lượng nhiệt cần thiết để bốc W kg ẩm/h Q0 KJ/h 42211,2 Lượng nhiệt tổn thất VLS mang QV KJ 9754,0 Lượng nhiệt tổn thất thiết bị truyền tải mang QCT KJ 40,0 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu TNS đến tường TBS α1 W/m².K 12,778 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu từ tường TBS môi trường α2 W/m².K 4,276 Bề dày tôn δ m 0,003 0,997 1942,25 Hệ số dẫn nhiệt tôn λ W/m².K 70 Hệ số truyền nhiệt K1 - 3,2 Số hạt ngô 1000 kg ngơ X Hạt Thể tích hạt ngơ 10 V1H mm³ 220,8 Thể tích 10 hạt ngơ VH mm³ 662,34 Thể tích sơ buồng sấy VBS m³ 0,994 Diện tích đáy buồng sấy F m² 2,5 Chiều rộng bin sấy a m Chiều dài bin sấy b m 1,25 511 Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mơ nhỏ (LTĐ 1,0) để sấy khô Các thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Chiều cao buồng sấy (tính từ sàn trở lên) h m 0,4 Diện tích xung quanh bin sấy F1 m² 2,58 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình ΔT1 °C 29,07 Tổn thất nhiệt môi trường xung quanh QMT KJ 864,0 Tổng lượng nhiệt cần cung cấp Q KJ 10658,5 Tổng lượng nhiệt cần cung cấp tương ứng cho kg ẩm q KJ 48,8 Tổn thất nhiệt Δ KJ 160,2 Độ ẩm tuyệt đối khí nóng sau sấy x2T kg ẩm/ kgkk 0,0389 Enthalpy khí nóng sau sấy h2T KJ/ kgkk Kết tính tốn q trình sấy thực Lượng kk cần thiết để bốc kg ẩm 77,5 lT m³/h 37,76 Lượng kk cần thiết để bốc Wh kg ẩm L0T m³/h 392,75 Nhiệt lượng có ích q1 KJ 2402,9 Tổn thất nhiệt TNS mang q2 KJ 465,4 Độ ẩm tương đối khí nóng sau sấy Thể tích khơng khí chứa kg kk Lượng khơng khí khỏi buồng sấy Lưu lượng thể tích trung bình ϕ2thực % VCT m³/kgkk VC m³/h 354,3 VC thực m³/h 1148,25 70 0,902 Tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho trình sấy Q KJ 30337,6 Lượng nhiệt mà LĐ cần cung cấp Q’ KJ 44614,13 Hiệu suất buồng đốt ηbd - 0,80 Hiệu suất đường dẫn khói ηh - 0,85 Lượng than cần cung cấp mTh kg/h 1,14 Diện tích ghi lị FGhi m² 0,024 Thể tích buồng đốt Vbd m³ 0,027 Diện tích đáy lị FL m² 0,045 Chều cao buồng đốt hbd m 0,6 Cạnh thứ đáy lò aL m 0,20 Cạnh thứ hai đáy lò bL m 0,22 Lượng khơng khí cần thiết Quạt phải cung cấp Lượng khơng khí thực tế Quạt phải cung cấp Lượng khơng khí theo đường đặc tính quạt V0 m³/h 1263,1 VT tế m³/h 1355,6 VQuat chọn m³/h 1450 HT mmH2O 60 Hệ số động học quạt k - 0,4 Áp suất động Hđ mmH2O 11,43 Áp suất toàn phần H mmH2O 71,43 ηQuạt - 0,60 HTT mmH2O Nđ/cơ quạt kW Áp suất tĩnh (của lớp VLS) Hiệu suất quạt ly tâm Áp suất thực tế cần thiết Công suất động quạt o 1/2 Số hiệu quạt Д4–70N 512 o N 2,5 - 119,05 0,55 - Nguyễn Đình Tùng + ChiỊu cao cđa bng sấy h (m) - Tổng nhiệt lợng cần cung cấp Q∑ (KJ) - Tỉng tỉn thÊt Δ (KJ) - X¸c định thông số trình sấy thực: + L−ỵng chøa Èm x2T (kg Èm/kg kk) + Entanpi h2T trình sấy thực h2T (KJ/kg kk) + Lợng KK khô cần thiết để bốc kg kk ẩm trình sấy thực lT (m/h) + Lợng không khí khô (kk) cần thiết để Loại quạt đợc lùa chän cho hƯ thèng sÊy nμy lμ qu¹t ly tâm Lu lợng v áp suất quạt đợc tính toán dựa vo kinh nghiệm thực tế phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, áp suất tĩnh phải đảm bảo (1ữ1,5) mmH2O/cm chiều cao lớp hạt buồng sấy (Nguyễn Văn Khỏe v cs., 2000) bốc Wh l L0T (m/h) - áp suất thực tế cần thiết HTT (mmH2O) - Công suất thực tế động quạt NĐC (kW) - Quạt ly tâm, số quạt No 2,5 vμ cã sè hiÖu – 70No21/2 + NhiÖt l−ỵng cã Ých q1 (KJ) + Tỉn thÊt nhiƯt tác nhân sấy mang q2 (KJ) + Độ ẩm tơng đối (%) + Lợng KK ẩm khỏi bng sÊy VC (m3/h) + L−u l−ỵng thĨ tÝch trung bình V (m3/h) + Tổng nhiệt lợng cần thiết cho trình sấy thực Q (KJ) 4.2 Tính toán buồng đốt (Bảng 1) - Nhiệt lợng m LĐ cần cấp Q (KJ) - Lợng than cung cấp cho LĐ giê mTh (kg/h) - DiƯn tÝch ghi lß Fghi (m), - ThĨ tÝch cđa bng ®èt Vb® (m) - ChiỊu cao cđa bng ®èt lμ h (m) - DiƯn tích đáy lò FL (m) Gọi hai cạnh đáy lò l a, b Nếu chọn trớc a (m), tìm đợc b (m) v ngợc lại Từ kết tính toán trên, ta xây dựng đợc vẽ chế tạo lò (phần phụ lục ti liệu Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) 4.3 Tính toán quạt cho lò sấy (Bảng 1) - Lợng không khí cần thiết phải cung cấp V0 (m3/h) - Lợng không khí thực tế VT (m3/h) - Lu lợng quạt gió l V (m/h) - áp suất tĩnh quạt HT (mmH2O) - áp suất động Hd (mmH2O) - áp suất ton phần H (mmH2O) 4.4 Kết tính toán Dựa ti liệu (Trần Văn Phú a, 2000; Phan Hiếu Hiền, 2000; Nguyễn Văn Khỏe v cs., 2000; Trần Văn Phú b, 2000; Hong Kim Cơ v cs., 1985, 1986; Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005; Bac, O., 1963 v Nguyễn Văn May, 2005) ta có phơng trình tính toán để tìm thông số đợc trình by bảng Vì khuôn khổ hạn chế bi báo, phơng trình tính toán không đợc trình by (có thể tham khảo ti liệu Nguyễn Đình Tùng v cs., 2005) trình by kết tính toán, từ mẫu LĐ nguyên liệu rắn (LĐ 1,0) đà đợc thiết kế v chế tạo KếT QUả CHế TạO V LắP GHéP Lò Mẫu lò đốt đà đợc chế tạo dựa kết tính toán v thiết kế Các công đoạn gia công, lắp ghép, hon thiện v chế tạo mẫu lò đốt ny đợc mô tả hình 10, 11 vμ 12 513 Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mơ nh (LT 1,0) sy khụ Hình 10 Các nguyên công, công đoạn gia công ruột lò (Tùng v cs., 2005) a- Gia công khuôn ruột lò ; b- gia công đáy v ghi lò; c- gia công ruột lò; d- v e- ruột lò đà đợc hon thiện Hình 11 Các nguyên công lắp ruột lò v hon thiện lò (Tùng v cs., 2005) a- lắp ruột lò vo vỏ lò; b- gia công mặt trớc lò; c- lắp le gió & buồng hòa khí; d- hon thiện v điều chỉnh le gió Hình 12 Mẫu LĐ đà đợc gia công, lắp ráp hon thiện (Tùng v cs., 2005) a- lò v buồng hòa khí đà đợc lắp hon chỉnh; b- quạt hút đà đợc lắp vo lò; c- mô hình lò đốt hon chỉnh Nh mẫu lò đốt đà đợc thiết kế, chế tạo v lắp ghÐp hoμn chØnh Víi mÉu lß nμy cã thĨ øng dụng cho mô hình sấy tĩnh vỉ ngang (STVN) để sấy ngô giống với suất tấn/mẻ, sấy sản phẩm nông nghiệp tơng tự khác KếT QUả NGHIÊN CứU THựC NGHIệM Quá trình thực nghiệm sấy ng« b»ng hƯ 514 thèng sÊy tÜnh vØ ngang sư dụng lò đốt LĐ 1,0 Quá trình đốt cháy nguyên liệu rắn than đá lò đốt ny nh hình 13 - Lợng tiêu hao nguyên liệu đốt: than hoa (than củi ) (kg), than đá 11 (kg) - Vật liệu để sấy: Nguyên liệu ngô hạt tơi với độ ẩm ban đầu W1 = 32,6 % (Hình 14, trái), sau sấy khô với độ ẩm bảo quản W2 = 13, 28 % (Hình 14, phải) - Thiết bị đo nhiệt độ v vận tốc tác nhân sấy (TNS) (Hình 15) Nguyn ỡnh Tựng Hình 13 Quá trình cháy nhiên liệu buồng đốt lò LĐ 1,0 Hình 14 Vật liệu ngô tơi trớc sấy (trái), sau sấy (phải) Hình 15 Thiết bị đo nhiệt độ v vận tốc TNS - Bắt đầu tiÕn hμnh thÝ nghiƯm tõ chiỊu ngμy h«m tr−íc lóc 15h00 đến 6h30 sáng ngy hôm sau (tổng 15,5h) ngô khô Ton trình sấy vòng 15,5 tiếng đợc trình by qua đồ thị (Hình 16) Kết đo đợc nhiệt độ TNS vị trí đo khác bin sấy ton trình sấy đợc thể hình 16 515 Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mơ nhỏ (LTĐ 1,0) sy khụ Hình 16 Đồ thị biểu diễn kết đo vị trí từ - KÕt qu¶ thÝ nghiƯm st thêi gian sÊy (15,5 tiếng) cho thấy, so sánh với trình sấy lý thuyết đà đợc tính toán thời gian sấy thực tế ngắn so với thời gian sấy lý thuyết Qua ta đánh giá sơ l hệ thống sấy tĩnh vỉ ngang ny hoạt động tốt, đặc biệt l lò đốt nguyên liệu rắn ny dùng để đốt than đá hoạt động tốt, nguyên liệu đợc cháy triệt để v thu đợc lợng nhiệt lớn v đạt hiệu suất cao Đặc biệt khả dập tn tốt, m mu sắc sản phẩm sau sấy "sáng" không bị biến mu (ví dụ nh xám) Điều chứng tỏ lợng muội tro bám vo nguyên liệu l không đáng kể Các đồ thị cho thấy, nhiệt độ trình sấy tơng đối ổn định, nh 516 chứng tỏ trình cháy tơng đối triệt để v ổn định KếT LUậN V Đề NGHị 7.1 Kết luận Mẫu lò đốt có kết cấu đơn giản, dễ gia công v chế tạo dới dạng mô hình thí nghiệm có suất sấy ngô/1 mẻ Từ kinh nghiệm v kết đà đợc triển khai áp dụng cho máy STVN để sấy ngô hạt (ngô thịt), sắn lm thức ăn cho gia súc đà đợc chuyển giao cho Thái Bình, Ba Vì v Hải Phòng Qua cải tiÕn vμ thay ®ỉi mét sè kÕt cÊu cho thÊy, mẫu LĐ ny có nguyên lý phù hợp với mô hình STVN để sấy ngô giống Nguyn ỡnh Tựng Kết triển khai áp dụng Thái Bình, Ba Vì v Hải Phòng cho thấy, mô hình LĐ ny ứng dụng tốt vùng nông thôn v đặc biệt l vùng miền núi Việt Nam Mẫu lò đốt ny lm sở cho sinh viên học tập nghiên cứu Ngoi ra, nghiên cứu ny l ti liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngnh Cơ khí v Cơ khí bảo quản chế biến Khoa Cơ điện, Trờng Đại học Nông nghiệp H Nội thực đồ án môn học 7.2 Đề nghị Cần kết hợp với hệ thống "Bin sấy" để tiến hnh nghiên cứu thực nghiệm đồng nhằm tạo thnh hệ thống sấy hon chỉnh Lời cám ơn Nghiên cứu ny nhận đợc hỗ trợ kinh phí thuộc đề ti cấp Trờng Tác giả xin chân thnh cảm ơn hỗ trợ quý báu Trờng Đại học Nông nghiệp H Nội v xin cảm ơn TS Nguyễn Tờng Vân - Viện trởng Viện Nghiên cứu tính toán Thiết kế máy Nông nghiệp đà hỗ trợ việc đo độ ẩm hạt TI LIệU THAM KHảO Bac, O (1963) Cơ sở lý thuyết quạt ly tâm (Tiếng Nga) NXB Lêningrad Hartmann, H., K Reisinger, K Thuneke, A Hldrich und P Rossmann (2007) Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen Nachwachsende-rohstoffe.de.Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e V., Auflage, Hofplatz 1, 18276 Glzw, Stadtdruckerei Weidner, Carl-Hopp-Str 15, 18069 Rostock Hong Kim Cơ, Nguyễn Công Cẩn, Đỗ Ngân Thanh (1985, 1986) Tính toán kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp, Tập & NXB Khoa häc vμ kü thuËt Klexkina, M J (1967) Sổ tay tính toán máy nông nghiệp (TiÕng Nga) NXB Maxc¬va Nussbaumer, T (2003) Combustion and Cocombustion of biomass Fundamentals, Technologies, and Primary Measures for Emission Reduction Energy & Fuels Vol 17 (6): 1510-1521 Nguyễn Đình Tùng (2008) Nghiên cứu thực nghiệm đốt cháy sinh khối lò đốt tầng sôi tĩnh quy mô nhỏ (SFBC-400) Tạp chí Khoa học v Công nghệ, Trờng Đại học Đ Nẵng, Tập VI, số 29, trang 33-40 Nguyễn Đình Tùng, Nguyễn Đức Dũng v Hong Văn Hải (2005) Nghiên cứu, tính toán, thiết kế v chế tạo mẫu lò đốt than bán gián tiếp phục vụ cho bảo quản v chế biến nông sản Báo cáo nghiên cứu khoa học, đề ti cấp Trờng (nghiệm thu đạt loại tốt: 55,6/60 điểm), Trờng Đại học Nông nghiệp H Nội Nguyễn Đức Dũng (2005) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mẫu lò đốt than bán trực tiếp phục vụ việc sấy v bảo quản ngô giống Đồ án tốt nghiệp, Trờng Đại học Nông nghiệp H Nội Nguyễn Văn Khỏe v Trần Quyết Thắng (2000) Kết nghiên cứu thiết kế, chế tạ v ứng dụng số loại lò đốt nguyên liệu rắn dùng cho thiết bị sấy nông sản Kỷ yếu 30 năm thnh lập Viện NCTK CT máy Nông nghiệp Nguyễn Văn May (2005) Bơm quạt máy nÐn NXB Khoa häc Kü thuËt Hμ Néi Phan HiÕu Hiền (2000) Kỹ thuật sấy nông sản NXB Nông nghiệp Scholz, V., W Derdack (Hrsg) (1997) Energie Aus Biomasse Ministerium Landesamt fr Ernhrung, Landwirtschaft und Flurneuordnung, Postfach 379, technische Zentrale-LELFTZ 74/3.0/97, 15203 Frankfurt, Deutschland Steinbrecht D (2008) Wirbelschichtfeuerungen, Schwerpunkt, Stationre Wirbelschichtfeuerungen, Skript fr Vorlesung, Universitt Rostock, Deutschland 517 Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mô nhỏ (LTĐ 1,0) để sấy khô Tung, N D.; Steinbrecht, D.; Vincent, T (2009) Experimental Investigations of Extracted Rapeseed Combustion Emissions in a Small Scale Stationary Fluidized Bed Combustor, Energies, Vol 2(1), p 57-70 Tung, N.D (2009) The Present State, Potential and Future of Electrical Power Generation from Biomass Residues in 518 Vietnam Agricultural Engineering International: the CIGR E Journal Manuscript No 1111 Vol XI, October Trần Văn Phúa) (2000) Tính toán thiết kế hệ thống sấy NXB Giáo dục H nội Trần Văn Phú b, (2000) Kỹ thuật sấy công nghiệp v dân dụng NXB Khoa häc Kü thuËt Hμ Néi  ... - bảo quản v chế biến nông sản Để thiết kế đợc mẫu lò đốt, cần gắn với bin sấy để tạo thnh mô hình sấy hon chỉnh (Hình 9) 4.1 Tính toán hệ thống sấy 4.1.1 Yêu cầu thiết kế Tính toán, thiết kế. .. ghi lò; 11- cưa th«ng giã vμ xØ; 12- cưa cÊp than; 13- bng ®èt 509 Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mơ nhỏ (LTĐ 1,0) để sấy khơ KÕT QU¶ TíNH TOáN, THIếT Kế Lò ĐốT Qua... buồng sấy VBS m³ 0,994 Diện tích đáy buồng sấy F m² 2,5 Chiều rộng bin sấy a m Chiều dài bin sấy b m 1,25 511 Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lò đốt than quy mô nhỏ (LTĐ 1,0) để sấy khô