Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy ngô hạt năng suất 3 0 tấn sử dụng năng lượng khí hóa gas từ lò đốt nhiên liệu than đá chất lượng thấp

Luận văn

B GIÁO D C VÀ ðÀO T O TRƯ NG ð I H C NÔNG NGHI P HÀ N I ==== ==== THÂN VĂN HÙNG NGHIÊN C U THI T K H TH NG S Y NGÔ H T NĂNG SU T 3.0 T N/M S LƯ NG KHÍ HĨA GAS T D NG NĂNG LÒ ð T NHIÊN LI U THAN ðÁ CH T LƯ NG TH P LU N VĂN TH C S K THU T Mã s : K thu t máy thi t b gi i hóa nơng, lâm nghi p : 60.52.14 Ngư i hư ng d n khoa h c : PGS.TS Tr n Như Khuyên Chuyên ngành HÀ N I - 2011 L I CAM ðOAN Tơi xin cam đoan r ng, nh ng s li u k t qu nghiên c u lu n văn trung th c chưa h ñư c s d ng ñ b o v m t h c v Tơi xin cam đoan r ng m i s giúp ñ cho vi c th c hi n lu n văn ñã ñư c c m ơn thơng tin trích d n lu n văn đ u ñã ñư c ch rõ ngu n g c Hà N i, ngày 21 tháng 11 năm 2011 H c viên Thân Văn Hùng Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… i L I C M ƠN Trong trình th c hi n đ tài này, tơi nh n ñư c s hư ng d n, ch b o giúp đ t n tình c a th y, cô giáo B môn Thi t b b o qu n ch bi n nông s n - Khoa Cơ ði n, Vi n ñào t o sau ñ i h c, Vi n rau qu th y cô trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i Nhân d p này, cho phép tơi đư c bày t lịng bi t ơn chân thành sâu s c ñ n quý th y cô Tôi xin chân thành c m ơn th y giáo PGS.TS Tr n Như Khuyên ñã ch b o hư ng d n t vi c ñ nh hư ng ban ñ u, gi i quy t t ng n i dung ñ tài, ñ n s a đ i nh ng sai sót đ hồn thành lu n văn Tôi xin chân thành c m ơn Ban lãnh ñ o Trư ng Cao ñ ng K thu t Công nghi p- B Công Thương, ñ ng nghi p, b n bè, gia ñình ngư i thân ñã t o m i ñi u ki n giúp đ tơi hồn thành lu n văn M t l n n a xin bày t lòng bi t ơn sâu s c nh t c a t i t t c nh ng t p th cá nhân dành cho tơi m i s giúp đ q báu q trình hồn thành lu n văn Tơi xin chân thành c m ơn! Hà N i, ngày 21 tháng 11 năm 2011 Tác gi Thân Văn Hùng Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… ii M CL C L I NÓI ð U .vii Chương 1: T NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C U ð TÀI 1.1 ð C ðI M C U T O, THÀNH PH N HOÁ H C VÀ CÔNG D NG C A H T NGÔ 1.2 T M QUAN TR NG C A VI C S Y NGÔ H T 1.3 ð C ðI M VÀ YÊU C U CÔNG NGH S Y NGÔ H T 1.3.1 M t s ñ c ñi m c a ngô h t 1.3.2 Yêu c u công ngh c a vi c s y ngô h t 1.4 THI T B S Y NGÔ H T TRÊN TH GI I VÀ TRONG NƯ C 10 1.4.1 Thi t b s y tĩnh 10 1.4.2 Thi t b s y ñ ng 12 1.5 CƠNG NGH KHÍ HỐ THAN VÀ NG D NG ð S Y NÔNG S N 17 1.5.1 Cơng ngh khí hố than 17 1.5.2 ng d ng cơng ngh khí hố đ s y h t nông s n 20 1.6 M C ðÍCH VÀ NHI M V NGHIÊN C U C A ð TÀI 22 1.6.1 M c ñích nghiên c u 22 1.6.2 Nhi m v nghiên c u 23 Chương 2: NGHIÊN C U TH C NGHI M XÁC ð NH NH HƯ NG C A M T S THƠNG S ð N Q TRÌNH S Y 24 2.1 V t li u thi t b thí nghi m 24 2.1.1 V t li u thí nghi m 24 2.1.2 Thi t b thí nghi m 25 2.1.3 D ng c thí nghi m 25 2.2 Phương pháp nghiên c u th c nghi m 26 2.3 Phương pháp xác đ nh m t s thơng s c a trình s y 27 2.4 K t qu thí nghi m 28 2.4.1 nh hư ng c a nhi t ñ tác nhân s y T(oC) 28 2.4.2 nh hư ng c a t c ñ tác nhân s y v (m/s) 30 Chương 3: CƠ S LÝ THUY T TÍNH TỐN THI T K THI T B S Y .32 3.1 CƠ S LÝ THUY T C A QUÁ TRÌNH S Y 32 3.1.1 ð m cân b ng 32 3.1.2 Các d ng liên k t m v i v t li u 34 Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… iii 3.1.3 Các y u t nh hư ng t i trình s y 35 3.1.4 S bay m t b m t v t li u s y 36 3.1.5 S di chuy n m bên v t li u 37 3.1.6 ð ng h c trình s y 38 3.2 CƠ S TÍNH TỐN LỊ ð T KHÍ HỐ GAS 42 3.2.1 Cơ s tính tốn cơng ngh 42 3.2.2 Thành ph n gas 43 3.2.3 Hi u su t khí gas 43 3.2.4 Nhiên li u khí gas 44 Chương 4: L A CH N SƠ ð NGUN LÝ THI T K VÀ TÍNH TỐN THI T K THI T B S Y 48 4.1 L A CH N NGUYÊN LÝ THI T K THI T B S Y NGƠ 48 4.2 TÍNH TỐN THI T K H TH NG S Y 51 4.2.1 Tính tốn thi t k bu ng s y 51 4.2.1.1 L a ch n ñi u ki n s y 51 4.2.1.2 Tính thơng s b n c a trình s y 52 4.2.1.3 Quá trình s y lý thuy t 53 4.2.1.4 Xác đ nh kích thư c b n c a bu ng s y 61 4.2.1.5 Quá trình s y th c 63 4.3 TÍNH TỐN THI T K LỊ KHÍ HỐ THAN 69 4.3.1 L a ch n nguyên lý thi t k lò ñ t t o khí gas 69 4.3.2 Q trình hình thành khí gas 70 4.3.3 Xác đ nh thơng s c a lị đ t khí hố t o gas 73 4.4 TÍNH VÀ CH N QU T 75 4.4.1 Năng su t qu t gió 75 4.4.2 Áp su t tồn ph n c a qu t gió 75 4.4.3 Công su t c n thi t c a qu t gió 77 K T LU N VÀ KI N NGH 78 K T LU N 78 KI N NGH 78 TÀI LI U THAM KH O 79 Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… iv DANH M C B NG B ng 1.1 Thành ph n hoá h c c a nh ng b ph n c a h t ngô (%) B ng 1.2 ð m b o qu n c a ngô m t s lo i h t nông s n 10 B ng 1.3 Các thông s k thu t c a khí than, gas, d u đ t 19 B ng 1.4 So sánh hi u qu kinh t gi a đ t khí than v i ñ t gas, d u FO d u DO 20 B ng 2.1 K t qu thí nghi m xác đ nh nh hư ng c a nhi t ñ tác nhân s y x1 29 B ng 2.2 nh hư ng c a t c ñ tác nhân s y x2 t i hàm Yj 30 B ng 4.1 Thành ph n hoá h c c a than 73 B ng 4.2 Thành ph n hoá h c c a gas than ñá 73 Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… v DANH M C HÌNH Hình 1.1 C u t o c a h t ngô Hình 1.2 Máy s y tĩnh v ngang 11 Hình 1.3 Thi t b s y ki u tuynel 12 Hình 1.4 Thi t b s y tháp 13 Hình 1.5 Thi t b s y ki u thùng quay 14 Hình 1.6 Thi t b s y t ng sơi 15 Hình 1.7 Thi t b s y băng t i 16 Hình 1.8 Sơ đ h th ng thi t b s y h t theo chu kỳ 17 Hình 1.9 Lị sinh khí than 18 Hình 1.10 Q trình hình thành khí gas lị sinh khí 18 Hình 2.1 Ngơ h t nguyên li u 24 Hình 2.2 T s y v n ED-240 25 Hình 2.3 Thi t b đo t c đ gió 407112 26 Hình 2.4 Máy đo đ m Kett 26 Hình 2.5 Sơ đ y u t vào c a thi t b s y 26 Hình 2.6 Sơ đ v trí l y m u khay s y 27 Hình 2.7 ð th nh hư ng c a nhi t ñ tác nhân s y x1 ñ n hàm Yj 29 Hình 2.8 ð th nh hư ng c a t c ñ tác nhân s y x2 ñ n hàm Yj 31 Hình 3.1 ðư ng cong đ m cân b ng c a v t li u 33 Hình 3.2 Các đư ng ñ ng nhi t tiêu bi u 33 Hình 3.3 ðư ng cong s y 38 Hình 3.4 ðư ng cong t c ñ s y 40 Hình 3.5: ðư ng cong nhi t ñ c a v t li u s y 41 Hình 4.1 H th ng thi t b s y ngô h t SNH-3.0 48 Hình 4.2 Sơ ñ h th ng s y s d ng khói lị làm tác nhân s y 52 Hình 4.3 Bi u di n trình s y lý thuy t ñ th I – d 54 Hình 4.4 Các kích thư c b n c a bu ng s y 62 Hình 4.5 ð th I – d bi u di n trình s y th c 63 Hình 4.6 Sơ đ ngun lý lị khí sinh kh i 70 Hình 4.7 Sơ đ ngun lý làm vi c lị đ t khí hóa 71 Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… vi DANH M C CÁC T VI T T T TB: Trung Bình TL: Tr ng lư ng TV: Thành viên TH: T ng h p HTS: H th ng s y TNS: Tác nhân s y VLS: V t li u s y TN: Thí nghi m Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… vii L I NĨI ð U M t đ t nư c mu n phát tri n khơng th thi u ngu n lư ng ñ ph c v cho s n xu t sinh ho t Ngu n lư ng có s n thiên nhiên ho c ngư i t o như: than ñá, d u m , th y ñi n … làm th ñ khai thác, s d ng h p lý t n d ng ngu n tài nguyên, khoáng s n nh m phát tri n ñ t nư c ñ ng th i không gây ô nhi m môi trư ng, không lãng phí v n ñ c n ñư c ý quan tâm Các ngu n lư ng như: ði n, khí hố l ng (gas), d u đ t (FO DO) than ñá nh ng ngu n lư ng truy n th ng ñư c s d ng ph bi n s n xu t nói chung s n xu t nơng nghi p nói riêng Gas d u có ưu m c p lư ng s ch, d ñi u ch nh ñi u n t ñ ng hố cao Như c m l n nh t c a gas d u giá thành cao, làm cho s n ph m khó c nh tranh v giá c Do ta c n tìm m t lo i nhiên li u khác có giá tr s d ng tương ng v i gas d u, giá thành ph i h hơn, h giá thành s n ph m tăng s c c nh tranh v giá c th trư ng ðó cơng ngh khí hố than Khí hố than qu trình chưng c t than t i m c đ cao nh t bu ng kín ñ chuy n hoá thành nhi t hoá h c th khí - gas (khí than) v i thành ph n cháy ch y u là: CO, H2 ,CH4 dùng làm nhiên li u công nghi p dân d ng có giá tr cao ðó m t qu trình hố h c nhi t lư ng, hồn tồn khơng gi ng v i vi c s d ng lị đ t tr c ti p b ng than, khơng có b ph n l c b i than nên nh hư ng ñ n s c kho ngư i công nhân, gây ô nhi m môi trư ng, khó u ch nh nhi t đ s y, m t s trư ng h p gây r i ro cho s n ph m s y Dùng khí hố gas t than s d ng q trình s y có m t s ưu ñi m sau: Ch ñ ng ngu n nguyên li u nư c, ti t ki m chi phí nhiên li u ñ n 50 – 70% so v i dùng gas 40 – 50% so v i dùng d u, ñ u tư ti t ki m Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… nhi u so v i công ngh nhi t khác, d s d ng, không gây b i, không gây ô nhi m cho ngưịi s n xu t mơi trư ng, u n t đ ng hố d dàng, kh ng ch , ñi u ch nh nhi t đ lị s y t đ ng, T nh ng ưu ñi m trên, xu t phát t tình hình s n xu t th c t , n u dùng khí hố gas t nhiên li u than ñá ch t lư ng th p ñ ng d ng trình s y s nâng cao hi u su t s d ng nhi t, ti t ki m nhiên li u không gây ô nhi m môi trư ng Dư i s hư ng d n c a PGS.TS Tr n Như Khuyên Trư ng B môn Thi t b B o qu n Ch bi n Nông s n Khoa Cơ ði n Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i, th c hi n ñ tài: “Nghiên c u thi t k h th ng s y ngô h t su t 3.0 t n/m s d ng lư ng khí hóa gas t lị đ t nhiên li u than ñá ch t lư ng th p” Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… - T n th t qua n n qn Tra b ng ph l c 2, ng v i nhi t đ trung bình c a tác nhân s y 50oC qn = 44,24W/m2; Fn = B.L = 3,0.2,0 = 6( m2.) Qn = 3,6.qn.Fn = 3,6.44,24.6,0 = 955,58 kJ/h T n th t qua k t c u bao che Qbc t ng t n th t qua n n, qua thành bu ng s y : Qbc = Qm + Qn = 458,64 + 955,58 = 1414,22, kJ/h M t đ dịng nhi t qua k t c u bao che qbc: q bc = Q bc 1414, 22 = = 17, 67 , kJ/kg m W 80 - T n th t v t li u s y mang : T n th t nhi t VLS mang tính cho 1kg m b c là: qv = G C v ( t v − t v1 ) W (4.29) Ta có: tv1 = to = 25oC t v2 = t1 + t 60 + 40 = = 500 C 2 Cv - nhi t dung riêng c a ngô, Cv = 1,16 (kJ/kg.0K) G2 - kh i lư ng VLS kh i bu ng s y, G2 = 520 kg/h Thay giá tr v a tính vào cơng th c (4.37) ta tính đư c t n th t nhi t VLS mang tính cho 1kg m b c hơi: qv = 2600.1,16.(50 − 25) = 942,5 (kJ/kg m) 80 - Thay giá tr vào công th c (4.27) ta xác ñ nh ñư c t ng ñ i s t n th t nhi t ∆ : ∆ = Ca.tv1 - qbc- qv ∆ = 1,842.25 – 9,12 – 942,5 =- 905,57 (kJ/kg m) Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 66 Ta th y ∆ < hay I2 < I1 ðây trình ph bi n thi t b s y khơng có đ t nóng b sung I2 < I1 t c tr ng thái tác nhân s y sau trình s y th c n m dư i ñư ng I = I1 b Xác ñ nh thông s tác nhân s y sau trình s y th c - Xác đ nh lư ng ch a m d2 Lư ng ch a m d2 đư c xác đ nh theo cơng th c: d = d1 + Cdx (d1 ).(t1 − t ) i2 − ∆ (4.30) Ta có: i2 = r + Ca.t2 i2 = 2500 + 1,842.40 = 2573,68 (kJ/kg) r - nhi t n hóa hơi, r = 2500 (kJ/kg) Cdx(d1) = Cpk + Cpa.d1 = 1,004 + 1,842.0,018 = 1,0371 Thay giá tr vào công th c (4.38) ta tính đư c d2: d = 0, 018 + 1, 0371.(60 − 40) = 0, 0352 (kg m/kg kk) 2573, 68 + 151,57 - Xác ñ nh entanpy I2 Entanpy c a tác nhân s y sau q trình s y th c đư c xác ñ nh t công th c: I2 = Cpk.t2 + d2.i2 = 1,004.40 + 0,0352.2573,68 = 130,75 (kJ/kg kk) - Xác ñ nh ñ ϕ2 = m tương ñ i φ2 P.d Pb2 (0, 621 + d ) 4026, 42   Pb2 = exp 12 −  = 0, 073 (bar) 235,50 + 40   (4.31) (4.32) 760 0, 0352 750 ϕ2 = = 0, 7446 = 74, 46% 0, 073 ( 0, 621 + 0, 0352 ) Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 67 c Lư ng khơng khí khơ tiêu hao cho q trình s y th c Lư ng khơng khí khơ tiêu hao cho q trình s y th c đ làm bay 1kg m l cho trình s y L đư c xác đ nh theo cơng th c: l= 1 = = 58,13 (kg kk/kg m) (4.33) d − d1 0,0352 − 0,018 L = l.W =58,13.80 = 4650,4(kg kk/ h) d Xác ñ nh lư ng nhi t tiêu hao cho trình s y th c - T ng nhi t lư ng tiêu hao: q = l.(I1 − Io ) = 58,13(137,09 - 68,383) = 3993,93 (kJ/kg m) (4.34) - Nhi t lư ng có ích q1 q1 = i − Ca t v = 2573, 68 − 1,842 50 = 2481,58 (kJ/kg m) (4.35) - T n th t nhi t tác nhân s y mang ñi: Q = L.Cdx (d C3 )(t − t o ) = 4650,4.1,0371.(40 − 25) = 72343,94 (kJ/h) q2 = Q 72343,94 = = 904,29 (kJ/kg m) W 80 (4.36) - T ng nhi t lư ng tính toán q' q ' = q1 + q + q mt + q v q ' = 2481,58 + 904,29 + 17,67 + 942,57 = 4346,11 (kJ/kg m) (4.37) Ta có sai s tương đ i: ε= q − q ' 3993,93 − 4346,11 = = 0,0881 = 8,81% q 3993,93 Ta th y ε