Tính toán thiết kế lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - VŨ VĨNH PHƯỚC TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà nội, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - VŨ VĨNH PHƯỚC TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ GIẤY MÃ SỐ: 60.52.24 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HỨA THỊ HUẦN Hà nội, 2011 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, với phát triển kinh tế đất nước, ngành công nghiệp sản xuất chế biến gỗ ngày phát triển Sản phẩm ngành mặt hàng xuất mang nhiều nét đặc trưng độc đáo văn hóa dân tộc, thông điệp giới thiệu cho bạn bè quốc tế đất nước, cảnh quan thiên nhiên người Việt Nam Bên cạnh đó, sản phẩm đồ gỗ xuất Việt Nam đem lại giá trị ngoại tệ lớn Chính lợi ích kinh tế – xã hội lâu dài tiềm phát triển chúng mà nhà nước có nhiều biện pháp sách để khuyến khích ngành chế biến sản xuất gỗ xuất phát triển Tuy nhiên để đạt phát triển lớn mạnh ngày ngành chế biến gỗ nước ta phải trải qua giai đoạn khó khăn trả giá lớn ô nhiễm môi trường bụi từ trình gia cơng chế biến, hóa chất từ q trình tẩm gỗ, khói từ lị sấy gỗ mà phần lớn lò sấy Việt Nam sử dụng lò sấy nước, với cách làm ngồi việc gây nhiễm mơi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng nghành chế biến gỗ cịn tiêu tốn tài ngun thiên nhiên quốc gia, điều kiện giời cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên giới bị ảnh hưởng nặng nề biến đổi khí hậu mà hội nghị biến đổi khí hậu giới đề cập đến tìm hướng giải Hiện giới Việt Nam ứng dụng công nghệ nhằm tránh ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tài nguyên tránh biến đổi khí hậu sử dụng nguồn lượng như: lượng hạt nhân, lượng có tự nhiên lượng gió, lượng mặt trời Tuy nhiên nguồn lượng hạt nhân nhiều nước loại bỏ dần hai thảm họa hạt nhân xảy như: Thảm hoạ nguyên tử Chernobyl xảy vào ngày 26 tháng năm 1986 nhà máy điện nguyên tử Chernobyl Pripyat, Ukraina (khi cịn phần Liên bang Xơ viết) bị nổ Hay thảm họa hạt nhân xảy Nhật Bản sau sóng thần Với lý nêu phạm vi đề tài tơi xin đề cập đến phương án góp phần nhỏ nhằm tiết kiệm lượng giảm ô nhiễm môi trường làm giảm biến đổi khí hậu tiết kiệm phần tài nguyên thiên nhiên thiết kế lị sấy gỗ với tên đề tài “ thiết kế lò sấy gỗ lượng mặt trời kiểu CAXE -2011 công suất 10 m3 /mẻ” Ứng dụng lượng mặt trời sấy gỗ để thay phần phương pháp sấy truyền thống sử dụng công nghiệp chế biến gỗ nước ta ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung vào tính tốn thiết kế lò sấy gỗ lượng mặt trời hấp thụ nhiệt kiểu (Air Collector) công suất 10 m 3/mẻ Xác định thơng số kỹ thuật lị sấy Tìm hiểu cấu tạo tính chất gỗ ASH làm sở để phục vụ cho tính tốn thiết kế lò sấy MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3.1 Mục tiêu lý thuyết Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ lượng mặt trời nhằm tiết kiệm lượng góp phần giảm thiểu nhiễm mơi trường, tăng hiệu kinh tế gia tăng chất lượng gỗ sấy gia công chế biến gỗ đảm bảo sức khỏe cho người lao động 3.2 Mục tiêu thực tiễn Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ gia nhiệt lượng mặt trời (Air Collector) Xác định tiêu thơng số kỹ thuật lị sấy Thiết lập hồ sơ thiết kế Thuyết minh vận hành lò sấy NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4.1 Nội dung nghiên cứu 4.1.1 Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo, tính chất sấy gỗ dùng cho tính tốn thiết kế (gỗ ASH) Gỗ nhập ngoại 4.1.2 Lựa chọn kiểu dáng, phác họa thiết kế lò sấy gỗ NLMT 4.1.3 Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ (NLKT) CS=10 m3/ mẻ Tính tốn cơng nghệ Tính tốn nhiệt Tính tốn khí động lực Tổng hợp số kỹ thuật cơng nghệ lị sấy 4.1.4 Thiết lập hồ sơ thiết kế (Các vẽ thiết kế ) 4.1.5 Thuyết minh vận hành lò sấy 4.1.6 Dự trù vật tư, thiết bị lò sấy 4.2 Phương pháp nghiên cứu 4.2.1 Phương pháp tiếp cận đề tài Để tiếp cận đề tài cách khoa học áp dụng phương pháp kế thừa thành tựu nghiên cứu khoa học giới Việt Nam lĩnh vực có liên quan đến đề tài nghiên cứu 4.2.2.Phương pháp tìm hiểu tính chất sấy loại gỗ sấy Thông qua tài liệu tham khảo, đề tài nghiên cứu nước ngồi nước cấu tạo, tính chất gỗ Ash 4.2.3 Tìm hiểu lựa chọn kiểu dáng lị sấy gỗ NLMT áp dụng nghiên cứu Được giúp đỡ PGS TS Hồ Xuân Các, tham khảo tài tài liệu mạng nước giới để thu thập thông tin phục vụ cho việc lựa chọn kiểu dáng lò sấy NLMT áp dụng nghiên cứu 4.2.4 Tham khảo tài liệu phương pháp tính tốn thiết kế lị sấy 4.2.5 Kiểm tra đánh giá chất lượng lò sấy Sử dụng phương pháp đo đạc dựa quy chuẩn đo lường để làm tiêu chí kiểm tra , đánh giá chất lượng lò sấy Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Năng lượng mặt trời gì? Năng lượng Mặt Trời lượng dòng xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với phần nhỏ lượng hạt hạ nguyên tử khác phóng từ ngơi Dịng lượng tiếp tục phát phản ứng hạt nhân Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng tỷ năm Năng lượng xạ điện từ Mặt Trời tập trung vùng quang phổ nhìn thấy Mỗi giây trơi qua, Mặt Trời giải phóng khơng gian xung quanh 3,827×1026 joule Năng lượng Mặt Trời nguồn lượng quan trọng điều khiển q trình khí tượng học trì sống Trái đất Ngay ngồi khí Trái Đất, mét vng diện tích vng góc với ánh nắng Mặt Trời, thu dòng lượng khoảng 1.400 joule giây Việt Nam quốc gia có nguồn lượng mặt trời khổng lồ Mặc dù hoạt động nghiên cứu triển khai gần 30 năm, đến sản phẩm sử dụng nguồn lượng chưa ứng dụng rộng rãi… Vị trí địa lý ưu cho Việt Nam nguồn lượng tái tạo vô lớn, đặc biệt lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao Năng lượng mặt trời có ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu bảo dưỡng thấp, an tồn cho người sử dụng… Ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời việc ứng dụng lượng nhiệt mặt trời góp phần thay nguồn lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ mơi trường Vì thế, coi nguồn lượng quý giá, thay dạng lượng cũ ngày cạn kiệt Từ lâu, nhiều nơi giới sử dụng lượng mặt trời giải pháp thay nguồn tài nguyên truyền thống Tại Đan Mạch, năm 2000, 30% hộ dân sử dụng thu lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước Ở Brazil, vùng xa xôi hiểm trở Amazon, điện lượng mặt trời ln chiếm vị trí hàng đầu Ngay Đơng Nam Á, điện mặt trời Philipines đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân Đối với sống loài người, lượng Mặt Trời nguồn lượng tái tạo quý báu trực tiếp thu lấy lượng thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển lượng photon Mặt Trời thành điện năng, pin Mặt Trời Năng lượng photon hấp thụ để làm nóng vật thể, tức chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, làm sôi nước máy nhiệt điện tháp Mặt Trời, vận động hệ thống nhiệt máy điều hịa Mặt Trời, sử dụng trực tiếp xạ nhiệt mặt trời tạo khơng khí nóng (làm nóng) dùng sấy gỗ 1.2 Cơng nghệ sấy gỗ sử dụng lượng mặt trời Việt Nam Nước ta nước nông nghiệp, nhu cầu phơi sấy để bảo quản nông sản nguyên liệu lớn Một số ngành công nghiệp khác nhu cầu phơi sấy hàng tiêu thụ nhiều nhiên liệu ngành chè, gốm, gỗ, thủ công mỹ nghệ,… nhu cầu dân sinh khác Sấy trình tách ẩm từ vật liệu Điều kiện cần thiết để sấy khô phải cấp nhiệt làm bay nước vật sấy, đồng thời dùng khơng khí thổi vào để mang nước Bẫy nhiệt từ lượng mặt trời (NLMT) sử dụng nguyên lý hiệu ứng nhà kính Hơi nước sinh mang khơng khí ngang qua vật sấy Khơng khí chuyển động nhờ trình đối lưu tự nhiên cưỡng (sử dụng quạt) Công nghệ sấy sử dụng NLMT nguồn lượng sẵn có, siêu miễn phí, chi phí bảo dưỡng thấp, an tồn người sử dụng, nhiệt độ sấy không cao, ẩm đưa khỏi sản phẩm từ từ, an toàn cho chất lượng sản phẩm (khác nhiều so với sấy cưỡng bức) Với thiết bị sấy sử dụng NLMT gián tiếp, xạ mặt trời không trực tiếp chiếu vào sản phẩm sấy mà thơng qua khơng khí làm nóng thu nhiệt từ NLMT, trình tuần hồn khơng khí thường sử dụng quạt cưỡng bức, làm cho nhiệt độ sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn chất lượng sản phẩm sấy tốt Đối với số thiết bị sấy cho sản phẩm đặc biệt cần có thời gian sấy dài, ta thường dùng thêm nguồn lượng phụ để đề phịng lúc trời khơng nắng sấy vào ban đêm Cơng nghệ khí hóa nhiên liệu sinh khối thích hợp để làm nguồn lượng phụ NLMT dùng để sấy nhiên liệu sinh khối, tích lượng thêm cho nhiên liệu sinh khối Hai công nghệ thân thiện với môi trường, kết hợp với đem lại lợi ích lớn kinh tế thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật Công nghệ sấy sử dụng lượng mặt trời (NLMT) nước ta Trung tâm Năng lượng – Máy nông nghiệp thuộc Đại học Nơng lâm thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu triển khai mạnh mẽ Trong khoảng 20 năm phát triển, nhiều kiểu dàn sấy NLMT thử nghiệm Lò sấy NLMT dạng sàng phẳng (Flat –bed) cho chất lượng sấy hạt tốt, giá thành hạ lại dễ lắp đặt vận hành, thị trường chấp nhận chiếm khoảng 25 – 35% Hiện có 3.000 máy sấy lúa NLMT có cơng suất – /mẻ sử dụng, hỗ trợ đắc lực cho việc giảm thất thoát sau thu hoạch Loại máy sấy SRA (sấy Reversible – Air ) bắt đầu nghiên cứu triển khai từ năm 1999, thử nghiệm với nhiều loại nông sản: gạo, ngô, cà phê, lạc, ớt,… cơng nghệ vịng khí tuần hồn Cơng suất sấy rộng từ đến 12 tấn/mẻ sấy Cho đến 600 máy sấy SRA triển khai sử dụng NLMT coi nguồn lượng ưu việt tương lai, nguồn lượng sẵn có, siêu miễn phí Việt Nam nước có tiềm NLMT, trải dài từ độ vĩ Bắc đến 23 độ vĩ Bắc, có cường độ xạ mặt trời tương đối cao, bình quân có 2.000 – 2.500 h nắng năm, trị số tổng xạ từ 100 – 175 kcal/cm 2/năm Việc sử dụng NLMT đem lại hiệu kinh tế lớn, đồng thời, bảo đảm bền vững môi trường 1.3 Thực trạng sấy gỗ lượng mặt trời Việt Nam Thứ nhất: Theo dự án thí điểm sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Bộ Công Thương, Cty Lâm sản Giáp Bát (Hà Nội) đưa vào thực công nghệ sấy gỗ lượng mặt trời dựa theo thiết kế Trung tâm Năng lượng mặt trời (Đại học Bách Khoa) Đây công nghệ sấy sử dụng lượng mặt trời thay lò sấy nước đun than, điện trước Theo thiết kế, lị sấy có cơng suất 30m3 gỗ/mẻ, mẻ sấy kéo dài 15- 20 ngày (tiết kiệm 30 - 40% thời gian chi phí so với sấy hơi) Tuỳ nhóm gỗ, độ dày gỗ mà người điều khiển đặt chương trình làm việc để có chế độ sấy thích hợp Trường hợp thiếu ánh nắng mặt trời, lò nồi cung cấp nước nóng để bổ sung lượng nhiệt giúp lị hoạt động bình thường Đặc biệt, từ dùng lượng mặt trời giá thành sấy gỗ giảm khoảng 20% Thứ hai: Lâm trường M'Đrắc (Đắc Lắc) vừa đưa lò sấy gỗ lượng mặt trời vào sử dụng thay cho lò sấy không rút ngắn thời gian sấy, giảm chi phí nhân cơng, chất đốt mà cịn ổn định hình dạng, nâng cao chất lượng sản phẩm gỗ Lị sấy có cơng suất 30 m 3/ mẻ gia nhiệt phụ trợ nồi nước nóng (Hình 1.1) Đây lò sấy gỗ lượng mặt trời Tây Nguyên lò sấy có thiết bị tiên tiến Việt Nam 57 58 59 60 61 62 63 64 3.6 Dự trù vật tư, thiết bị 3.6.1 Dự trù vật tư BẢNG VẬT TƯ XÂY DỰNG LÒ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BỘ PHẬN Nền lò sấy bê tông 33 m2 Cột bê tông Đà bê tông Tường xây 200 Tường trước Tường sau Tường hông Tường hơng Mái Trần hấp thụ 65 Cửa + Phụ + dàn nâng 6.2 Dự trù thiết bị 66 Thiết bị Quạt gió HP Đồng hồ đo nhiệt độ Đồng hồ đo độ ẩm Tủ điện 3.7 Quy trình vận hành lị sấy 3.7.1 Chuẩn bị lị sấy Trước xếp gỗ vào sấy cần kiểm tra tình trạng thiết bị lị sấy: hệ thống quạt gió, hệ thống gia nhiệt phụ trợ cách vận hành đóng mở chạy thử Vệ sinh lò sấy hoạch định việc xếp đống gỗ sấy lò 3.7.2 Kỹ thuật xếp đống Gỗ xếp lò sấy theo phương pháp xếp đống có kê, kê có tiết diện 30x30 mm, chiều dài kê bề rộng đống gỗ ½ bề rộng đống gỗ, cự ly hàng kê tùy theo quy cách ván từ 200 – 400 mm kê đặt ngang lò sấy tạo thành hang kê thẳng đứng với lớp gỗ sấy nằm dọc theo chiều dài lò sấy 3.7.3 Kiểm tra kỹ thuật Trước đóng cửa lị sấy để thực điều hành mẽ sấy cần kiểm tra lần tình trạng thiết bị sấy đặt biệt cần xem sơ hở, sai sót xảy 3.7.4 Khởi động lị sấy Sau hồn thành khâu kiểm tra kỹ thuật, tiến hành đóng cửa lò sấy lại vận hành thiết bị lò sấy theo trình tự sau: - Đóng cầu dao điện tủ điện - Bấm nút khởi động quạt gió để đưa quạt gió vào khởi động 67 3.7.5 Điều tiết trình sấy 3.7.5.1 Giai đoạn sấy Nhiệt độ sấy: T 0C = 500C, t = – 0C giai đoạn kéo dài thời gian đủ gỗ sấy khô xuống gẩn đến điểm bảo hòa thớ gỗ Thời gian dài hay ngắn phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu, loại gỗ , kích thước ván điều kiện thời tiết Trong thời gian cần trì nhiệt độ sấy ổn định ( Theo quy trình sấy) Giai đoạn sử lý chừng: thường thực loại gỗ khó sấy Thơng thường: kiểm tra chế độ sấy ngày, độ ẩm gỗ giai đoạn xuống đến WBH ta chuyển sang giai đoạn sấy II 3.7.5.2 Giai đoạn sấy Giai đoạn biểu thị q trình sấy mà độ ẩm gỗ sấy giảm xuống điểm bảo hòa thớ gỗ Ở giai đoạn q trình ẩm khó khăn, q trình sấy bước sang giai đoạn sấy II tăng dần nhiệt độ sấy đồng thời mở dần cửa khí để tăng dần t môi trường sấy, hỗ trợ cho q trình khơ gỗ giai đoạn cuối 3.7.5.3 Giai đoạn xử lý cuối làm nguội Đối với loại gỗ dễ sấy, ván mỏng ta không cần tiến hành xử lý cuối Đối với loại gỗ khó sấy, gỗ có quy cách lớn gỗ có nhu cầu chất lượng cao gỗ sau sấy có nhu cầu gia cơng cần phải xúc tiến giai đoạn xử lý cuối trước làm nguội sấy gỗ để ổn định kích thước gỗ q trình gia cơng 68 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Sau thời gian dài nghiên cứu, với giúp đỡ tận tình q Thầy Cơ nhà trường, đạt dược kết đề tài sau: Giới thiệu tổng quan công nghệ sấy gỗ sử dụng NLMT Tìm hiểu cấu tạo, tính chất gỗ ASH Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ sử dụng NLMT cơng suất 10 m3/mẻ Thiết lập hồ sơ thiết kế lò sấy Dự trù sơ vật tư cho việc xây dựng lị sấy Quy trình vận hành lị sấy 4.2 Kiến nghị Tuy nhiên đề tài Việt Nam thời gian thực đề tài có hạn nên đề tài chưa thật hồn thiện có nhiều hạn chế Qua thời gian tìm hiểu ứng dụng NLMT sấy gỗ chúng tơi nhận thấy có vấn đề cần bàn luận sau: Điều kiện thời tiết: lò sấy NLMT hoạt động điều kiện thời tiết có ánh nắng để lị sấy hoạt động liên tục cần kết hợp với nguồn nhiệt hổ trợ khác Loại vật liệu hấp thụ nhiệt có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất lò sấy nên cần nghiên cứu thêm vật liệu, màu sắc hấp thụ nhiệt Kiểu lò sấy: cần nghiên cứu thêm kiểu lò sấy cho phù hợp với yêu cầu thực tế sản xuất 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hồ Xuân Các (1976), giáo trình sấy gỗ, trường đại học Lâm Nghiệp, NXB nông nghiệp, Hà Nội Hồ Xuân (1993), Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật sấy gỗ Luận án tiến sĩ kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp, Hà Nội Hồ Xuân & Nguyễn Hữu Quang (2004), Giáo trình sấy trường Đại Học Lâm Nghiệp, nhà xuát Nông Nghiệp Hà nội Hứa thị Huần ( 2011) giảng vật liệu gỗ nguyên liệu giấy sợi dùng cho sinh viên cao học chuyên ngành Lê Xuân Tình, Nguyễn Đình Hưng, Nguyễn Xuân Khu (1992) Lâm sản Và bảo quản lâm sản, tập I, trường Đại học Lâm Nghiệp Hà Tây Tiếng Anh 6.Barandan B (2003) Materials for civil engineering Deu Engg Faculty Press, lzmir in Turkish Bektas l, Guler C and Basturk MA (2002) Principal mechanical properties of Of eastern beech wood (Fagus oriantalis) naturally grown in Andirin northeastern Mediterranean region of Turkey Turkish Agri & Forestry 26,147-154 Harvaid C and Olesen PO (1987) The variation of the basic density wthin the Juvenile wood of Americal Ash Scand J Forest Res 2, 525537 Keyser CA (1986) Materials science in engineering 10 Gan kee Seng Forest Research Institute Malaysia Kepong, 52109 Kuala Lumpur (FRIM0) 11.ASHRAE Standar 93-86 and European Stander EN 12975-2 2006 ... tạo, tính chất sấy gỗ dùng cho tính tốn thiết kế (gỗ ASH) Gỗ nhập ngoại 4.1.2 Lựa chọn kiểu dáng, phác họa thiết kế lị sấy gỗ NLMT 4.1.3 Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ (NLKT) CS=10 m3/ mẻ Tính tốn... thiết kế Trung tâm Năng lượng mặt trời (Đại học Bách Khoa) Đây công nghệ sấy sử dụng lượng mặt trời thay lò sấy nước đun than, điện trước Theo thiết kế, lị sấy có cơng suất 30m3 gỗ/ mẻ, mẻ sấy kéo... dụng lượng mặt trời sấy gỗ để thay phần phương pháp sấy truyền thống sử dụng công nghiệp chế biến gỗ nước ta ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung vào tính tốn thiết kế lị sấy gỗ lượng