Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ biomass

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VŨ ĐẠI PHONG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU TỪ BIOMASS Chuyên ngành: Máy thiết bị giới hố Nơng - Lâm nghiệp Mã Số: 60 52 14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Văn Thái Hà Nội, 2010 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ BIOMASS 1.1.1 Trên giới Nhiên liệu sinh học (NLSH), tiếng Anh Bio – fuel, loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động, thực vật (sinh học) Ví dụ nhiên liệu chế biến từ chất béo động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa…), ngũ cốc (lúa mì, ngơ, đậu, tương…), chất thải Nơng nghiệp (rơm, rạ, phân), sản phẩm thải ngành Lâm nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải…) Nhiên liệu sinh khối dạng rắn, lỏng, khí… đốt để phóng thích lượng Sinh khối đặc biệt gỗ, than gỗ (charcoal) cung cấp phần lượng đáng kể giới nửa dân số giới dựa nguồn lượng từ sinh khối Con người sử dụng chúng để sưởi ấm nấu ăn cách hàng ngàn năm, với quy mơ nhỏ, mang tính chất gia đình cho hoạt động đun nấu có sản xuất nhỏ Việc sử dụng sinh khối dạng thô qui mơ cơng nghiệp khó khăn hiệu kinh tế nhiệt trị nhiên liệu thấp (15-18 MJ/kg củi, gỗ 12-15MJ/kg rơm, trấu), khối lượng riêng thấp, nguồn cung cấp thiếu tập trung dẫn đến việc vận chuyển, khai thác công nghệ sử dụng tương đối khó khăn Tuy nhiên nay, gỗ sử dụng làm nhiên liệu phổ biến nước phát triển [4] Theo dự tính chuyên gia, việc tiêu thụ lượng tồn cầu tăng thêm 1/3 vịng 15 năm tới Mức tiêu thụ lượng ngày gia tăng, phần lớn nước phát triển, nguồn lượng truyền thống (thuỷ điện, than đá, dầu mỏ…) lại ngày khan Vì vấn đề cấp thiết đặt phải tiến hành cách mạng tìm nguồn lượng lượng tái sử dụng Tình hình giá dầu giới bất ổn buộc nhiều quốc gia mang tính đột phá việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay xăng dầu truyền thống Nguồn NLSH xem lĩnh vực mẻ Một dạng lượng mà giới sử dụng lâu dài thời gian tới Biomass (năng lượng sinh khối, hay lượng từ vật liệu hữu cơ) Biomass - sinh khối nguồn lượng hoá học, tích luỹ từ nguồn lượng từ mặt trời thực vật qua trình quang hợp Sinh khối phế phẩm, phụ phẩm sau thu hoạch nông nghiệp, q trình chăn ni gia súc, gia cầm, phế liệu dây chuyền chế biến nông lâm sản như: rơm, rạ, trấu, bã mía, vỏ hạt cà phê, mùn cưa, phoi bào, rác thải, phân gia súc, gia cầm… Năng lượng sinh khối dạng rắn, lỏng khí, đốt để phóng thích lượng Đặc biệt sinh khối từ vật liệu gỗ cấp nguồn lượng chiếm tỷ trọng đáng kể Trên giới, có khoảng nửa dân số giới, tập trung nước phát triển, sử dụng nguồn lượng từ sinh khối Sinh khối trở thành dạng nhiên liệu lỏng metanol etanol dùng cho động đốt trong, thành dạng khí sinh học Bioga dùng đun nấu hộ gia đình Biomass thay đổi tình trạng khí hậu, biến chất thải, phế phẩm ngành Nông lâm nghiệp thành nhiệt lượng Theo chuyên gia lượng, nguồn lượng - cịn có tên “vàng xanh” Tại 30 quốc gia trồng cây, hàng loạt nông lâm nghiệp chế nguồn nhiên liệu thay xăng, dầu từ dầu mỏ Theo chuyên gia lượng, nguồn nhiên liệu phong phú vơ tận, mà lồi người khơng cịn ám ảnh khủng hoảng nhiên liệu Loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm với loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá…) là: tính chất thân thiện với mơi trường, chúng sinh hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng làm trái đất nóng lên) gây nhiễm môi trường loại nguồn nhiên liệu truyền thống, loại nhiên liệu tái sinh, loại nhiên liệu lấy từ hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp tái sinh Chúng giúp giảm lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống Tuy nhiên, vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống nhiều hạn chế chưa hạ giá thành sản xuất xuống thấp so với nhiên liệu truyền thống Trong tương lai nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nguồn nhiên liệu thay cho nguồn nhiên liệu truyền thống [11] Kỹ thuật đốt rác phát điện có lịch sử nghiên cứu phát triển 30 năm trở lại đây, nhiều nhà máy Đức (32% lượng rác xử lý đốt rác phát điện), Đan Mạch (70%), Bỉ (29%), Pháp (38%)… trở thành hình mẫu cho ngành cơng nghệ “năng lượng bảo vệ môi trường” Ở Châu Á, Singapore (100% lượng rác xử lý đốt rác phát điện) Nhật Bản (72,8%) hai nước đầu kỹ thuật đốt rác phát điện Quy trình cơng nghệ nhà máy điện rác tương tự nhà máy nhiệt điện, khác chỗ nhiên liệu không giống phải trang bị thêm hệ thống sử lý làm khói, khí phức tạp Tính ưu việt nhà máy điện rác so với lò đốt rác thơng thường chỗ giảm trọng lượng thể tích nhờ q trình đốt, cịn có tác dụng “tài ngun hố”, biến rác trở thành nhiên liệu sản xuất lượng, “vơ hại hố” rác Tro bụi từ lò thiêu phân tuyển từ tính, sau trở thành vật liệu phủ mặt đường san lấp để lấn biển Trên giới, Mỹ lượng sinh khối chiếm 4% tổng lượng tiêu thụ 45% lượng tái sinh, quốc gia sản xuất điện từ Biomass lớn giới với 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất 7.500MW điện năm, đủ cung cấp cho hàng triệu hộ gia đình, tạo việc làm cho 60.000 người lao động Tại Anh, Uỷ ban môi trường hoàng gia (RCEP) Anh tin tới năm 2050, Biomass cung cấp 10% – 15% tổng lượng Anh RCEP cho biết, Biomass khác với dạng lượng tái sinh khác hai khía cạnh: thứ khơng giống lượng gió sóng, Biomass kiểm sốt Thứ hai Biomass vừa cung cấp nhiệt vừa sản xuất điện Mới ý tưởng nhà máy lượng sinh khối Biomass đề xuất, nguồn lượng cung cấp nhiên liệu khí đốt cho hộ gia đình Anh Tại nước có công nghiệp chế biến nông lâm sản phát triển nghiên cứu thành công công nghệ tạo viên nhiên liệu từ mùn cưa, phoi bào, gỗ ứng dụng vào sản xuất quy mô công nghiệp lớn Khối lượng sử dụng viên nhiên liệu sinh khối nước lớn Ví dụ Thuỵ Điển 1.400.000 tấn/năm, Canada 650.000 tấn/năm, Italia 550.000 tấn/năm, Đức Đan Mạch 400.000 tấn/năm [11] Thực tế, nước châu Á như: Nhật Bản, Ấn Độ, Thái Lan… nhiều Công ty sử dụng lò đốt lượng sinh khối Trung Quốc quốc gia có chủ trương thay dầu mỏ NLSH Quốc gia có kế hoạch đến năm 2020 sử dụng NLSH để thay 10 triệu chế phẩm dầu mỏ nhằm giảm bới sức ép nguồn lượng nước Phát biểu diễn đàn giải pháp lượng bền vững phi tập trung hoá tổ chức tháng 5/2006, Phó giám đốc Viện Nghiên cứu Năng lượng Uỷ ban phát triển cải cách Trung quốc (NDRC), Han Wenken cho biết, Trung quốc phấn đấu đến năm 2020 nguồn lượng chiếm 10% lượng lượng hàng năm Sản lượng nhiên liệu lỏng sinh học Ethanol hay Diesel sinh học lên tới 12 triệu thay khoảng 12 triệu chế phẩm từ dầu mỏ 1.1.2 Ở Việt nam Việt nam nước có nơng nghiệp phát triển hàng năm thải lượng lớn đến hàng chục triệu phế thải như: trấu, bã mía, vỏ hạt điều, mùn cưa, rơm (Biomass)… Sử dụng nguồn phế thải cách thích hợp sản xuất nhiệt điện đem lại hội cho ngành nông, lâm nghiệp, cải thiện an ninh lượng mang lại lợi ích cho mơi trường xã hội đặc biệt hiệu kinh tế cao Những loại chất thải tưởng bỏ (mùn cưa, vỏ trấu, lõi ngơ, bã mía…) sản xuất lượng điện tương đối lớn cho người Hiện nay, phế phụ phẩm từ nông lâm nghiệp nước ta với tổng sản lượng lên tới hàng triệu (nếu tập trung lại) Riêng sản lượng trấu thu gom khu vực đồng sông Cửu Long lên tới 1,4 – 1.6 triệu Ngồi Đồng sơng Cửu Long, khu vực khác Tây Nguyên cho lượng chất thải sinh khối đạt 0,3 – 0,5 triệu từ Cà phê Còn vùng Tây Bắc đem lại tới 55.000 – 60.000 mùn cưa từ việc khai thác chế biến gỗ Đặc biệt chất thải từ nhà máy mía đường, nhà nước có đến 10 - 15% tổng lượng bã mía khơng sử dụng, vừa gây nhiễm mơi trường, vừa không tận dụng Để tận dụng phế phẩm ngành Nông lâm nghiệp Tại Việt Nam, cụ thể Thành phố Hồ Chí Minh, nhà nghiên cứu khoa học Trung tâm nghiên cứu lọc hoá dầu (trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia thành phố HCM) với đề án “Công nghệ Biomass – hướng tới nông nghiệp không chất thải phát triển bền vững”, tinh chế chất thải từ nông thôn rơm rạ, trấu, mùn cưa,…thành nguồn lượng sinh học Hiện nhóm nghiên cứu Trung tâm tiến hành xây dựng sở liệu trình sản xuất sinh khối lĩnh vực trồng trọt chăn nuôi xã Thái Mỹ huyện Củ Chi, nghiên cứu công nghệ sản xuất cồn sinh học từ rơm rạ… Theo thống kê, gỗ nguồn lượng Biomass nhiều giới Đối với ngành Lâm nghiệp, đặc biệt ngành Cơng nghiệp khai thác gỗ phế phẩm ngành mùn cưa, phoi bào, gỗ phế liệu Để tận dụng phế phẩm này, số quốc gia xây dựng nhà máy thu gom, nhà máy chế biến để thu nguồn lượng sinh khối Biomass, đưa vào bổ sung thay dần cho nguồn nhiên liệu lấy từ dầu mỏ Bên cạnh đó, nguồn lượng Biomass đưa vào sản xuất để cung cấp nhiệt cho nhà máy nhiệt điện Đặc biệt, vùng nông thôn Việt Nam số nơi giới đưa nguồn lượng Biomass vào sản xuất khí đốt (Bioga) phục vụ sinh hoạt gia đình Cụ thể người dân tận dụng nguồn phân từ gia súc để xây dựng hầm Bioga để lấy khí đốt Để cung cấp nhiệt cho nhà máy nhiệt điện cung cấp chất đốt cho sinh hoạt người dân Năng lượng Biomass sử dụng dạng 10 viên nhiên liệu Từ sản phẩm phụ ngành Nông lâm nghiệp (trấu, mùn cưa, phoi bào ) người ta chế tạo thiết bị, máy móc để ép phế phẩm lại, tạo củi tiện cho việc vận chuyển, bốc dỡ dễ dàng, sử dụng củi khả cấp nhiệt nhiều so với ban đầu Tại vựa lúa đồng sông Cửu Long, vào mùa thu hoạch lúa lượng vỏ trấu thải nhiều Có nơi sau thu hoạch lượng vỏ trấu cịn thải xuống kênh, rạch… gây nhiễm mơi trường Đang loay hoay với tốn rác thải từ trấu sản phẩm “củi trấu” đời Đây nghiên cứu Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm đa dạng sinh học Hoà An (sản xuất củi trấu dài 21cm, nặng 1kg đủ nấu bữa ăn cho người) Hình 2.1 – Thanh nhiên liệu sản xuất từ Trấu Dựa sở máy sử dụng Rulô, sử dụng máy ép thuỷ lực để ép củi, viên nhiên liệu Trong đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến thông số công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ Biomass (mùn cưa, trấu) 11 1.2 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu - Trên giới, sử dụng Biomass để sản xuất lượng phục vụ công nghiệp đời sống sinh hoạt nhiều quốc gia (Mỹ, Anh, Pháp, Đan Mạch, Pháp, Ấn Độ, Singapore, Nhật Bản, Trung Quốc…) quan tâm, nghiên cứu sử dụng phổ biến Nhiệt lượng tạo từ Biomass (chủ yếu từ phế tái thải sản xuất nông lâm nghiệp) sử dụng phục vụ công nghiệp đời sống sinh hoạt chiếm tỷ lệ đáng kể khoảng (4 – 10)% tổng lượng tiêu thụ hàng năm Do nhiều công trình đề cập đến vấn đề Tuy nhiên nghiên cứu đề cập đến sản xuất viên nhiên liệu từ phế thải từ sản xuất nông lâm nghiệp để tạo lượng thay nguồn nhiên liệu truyền thống cịn Ở nước ta, việc nghiên cứu sử dụng Biomass sản xuất nhiệt phục vụ công nghiệp đời sống sinh hoạt số trường Đại học (Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh…) nghiên cứu số sở vùng đồng sông Cửu Long sản xuất thử Các nghiên cứu tập trung vào hướng sinh hóa để biến Biomass thành nhiên liệu lỏng phục vụ công nghiệp Thực tế có số sở tư nhân thuộc đồng sông Cửu Long sản xuất thành công nhiên liệu từ vỏ hạt để làm củi đốt phục vụ sinh hoạt, song việc sản xuất sở chủ yếu dựa theo kinh nghiệm, chưa có sở khoa học nên kết thu hạn chế, ngun nhân kìm hãm phát triển sử dụng nguồn lượng phục vụ công nghiệp sống sinh hoạt Để khắc phục vấn đề đó, tơi thực luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ Biomass” cần thiết cấp bách 12 Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xác định thông số công nghệ tối ưu thử nghiệm sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa (gỗ Keo gỗ Bạch đàn) để thay nguồn nhiên liệu truyền thống phục vụ công nghiệp đời sống sinh hoạt nhằm tận dụng phế thải từ nơng lâm nghiệp góp phần bảo vệ mơi trường mang lại lợi ích cho người 2.2 Đối tượng nghiên cứu Phế thải từ sản xuất nông lâm nghiệp để lại 2.3 Phạm vi nghiên cứu Do điều kiện thời gian có hạn nên đề tài tập trung nghiên cứu loại phế thải nông lâm nghiệp mùn cưa 2.4 Nội dung nghiên cứu 2.4.1 Nghiên cứu lý thuyết a Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ, lý, hóa nguyên liệu Nghiên cứu thành phần cơ, lý hoá nguyên liệu sở để xác định độ kết dính viên nhiên liệu từ tìm khoảng cho phép yếu tố (áp suất, độ ẩm, thời gian, nhiệt độ ) để viên nhiên liệu đạt chất lượng b Nghiên cứu xác định thông số công nghệ tối ưu phục vụ sản xuất Từ việc kế thừa nghiên cứu đề tài [7] từ thiết bị ép thiết kế mục 3.3 (chương 3) Chúng xác định thông số ảnh hưởng đến q trình ép, từ phân tích giải toán tối ưu để xác định 52 4.3.2.3 Xác định mơ hình thực nghiệm đơn yếu tố Từ số liệu thí nghiệm xác định phương trình tương quan: a Ảnh hưởng áp suất ép (P) tới mật độ (ρ) viên: Sử dụng phần mền OPT ta có kết xử lý số liệu sau: Cơng thức thu được: b1 + b2 * X + b3 * X² Hệ số Tiêu chuẩn student b1 = 0.12 T1 = 0.4113 b2 = - 0.017 T2 = - 0.2017 b3 = 0.0051 T3 = 0.9073 Phương sai theo giá trị trung bình Sb = 0,00086 Hệ số tự kb = Phương sai theo giá trị hàm Hệ số tự Sa = 0,00003 ka = Tiêu chuẩn FISHER F = 0,316 Biểu 4.4 Ảnh hưởng áp suất ép (P) tới mật độ viên (ρ) viên No X1 Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ 0.13 0.19 0.18 0.167 - 0.000 0.22 0.29 0.25 0.253 0.002 0.39 0.40 0.37 0.387 - 0.002 10 0.47 0.49 0.43 0.463 0.001 Phương trình ảnh hưởng của áp suất ép (P) tới mật độ (ρ) viên: y = 0.124 - 0.017x + 0.005x2 (4.4) b Ảnh hưởng nhiệt độ ép (to) tới mật độ (ρ) viên: Công thức: b1 + b2 * X + b3 * X² 53 Hệ số Tiêu chuẩn student b1 = 0.2117 T1 = 0.314 b2 = -0.045 T2 = -0.091 b3 = 0.045 T3 = 0.453 Phương sai theo giá trị trung bình Hệ số tự Sb = 0.00062 kb = Phương sai theo giá trị hàm Hệ số tự Sa = 0.00058 ka = Tiêu chuẩn FISHER F = 0.946 Biểu 4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ ép (t) tới mật độ (ρ) viên No X1 Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ 200 0.28 0.32 0.34 0.313 0.311 240 0.37 0.35 0.39 0.370 0.379 270 0.48 0.42 0.45 0.450 0.440 300 0.52 0.49 0.51 0.507 0.510 Phương trình ảnh hưởng nhiệt độ ép (t) tới mật độ (ρ) viên nhiên liệu: y = 0.212 – 0.05x + 0.05x2 (4.5) c Ảnh hưởng thời gian ép (T) tới mật độ (ρ) viên nhiên liệu: Công thức: b1 + b2 * X + b3 * X² 54 Hệ số Tiêu chuẩn student b1 = 0.222 T1 = 1.67 b2 = - 0.01 T2 = - 0.34 b3 = 0.0008 T3 = 0.56 Phương sai theo giá trị trung bình Sb = 0.001 Hệ số tự kb = Phương sai theo giá trị hàm Sa = 0.00129 Hệ số tự ka = Tiêu chuẩn FISHER F = 1.19 Biểu 4.6 Ảnh hưởng thời gian ép (T) tới mật độ (ρ) viên nhiên liệu No X1 Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ 0.18 0.21 0.20 0.197 -0.003 0.19 0.23 0.21 0.187 0,013 12 0.23 0.22 0.26 0.237 -0.015 15 0.27 0.24 0.25 0.253 0,005 Phương trình ảnh hưởng thời gian ép (T) tới mật độ (ρ) viên: y = 0.222 – 0.01x + 0.001x2 (4.6) 4.3.2.4 Kiểm tra tính tương thích mơ hình theo tiêu chuẩn Fisher Tính tương thích hai mơ hình kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher thỏa mãn Ftt< Fb + Đối với hàm áp suất ép (P) tới mật độ (ρ) viên nhiên liệu: Ftt= 108.78 < Fb = 2.04 + Đối với hàm nhiệt độ ép (t) tới mật độ (ρ) viên nhiên liệu: 55 Ftt= 74.17 < Fb= 2.04 + Đối với hàm thời gian ép (T) tới mật độ (ρ) viên nhiên liệu: Ftt= 28.86 < Fb= 2.04 Ba mơ hình tương thích Từ kết xử lý (biểu 4.4, biểu 4.5 biểu 4.6) ta xây dựng đồ thị ảnh hưởng áp suất ép, nhiệt độ ép thời gian ép đến khối lượng riêng (hình 4.4 4.5 4.6) Khối lượng riêng Ảnh hưởng áp suất tới khối lượng riêng 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 10 Áp suất Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng áp suất P tới khối lượng riêng ρ viên nhiên liệu Khối lượng riêng Ảnh hưởng nhiệt độ tới khối lượng riêng 0.6 0.4 0.2 200 240 270 300 Nhiệt độ Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng nhiệt độ (t) tới khối lượng riêng (ρ) viên nhiên liệu 56 Khối lượng riêng Ảnh hưởng thời gian tới khối lượng riêng 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 12 15 Thời gian Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng thời gian ép tới khối lượng riêng ρ viên nhiên liệu 4.4 Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố Kết thực nghiệm đơn yếu tố cho thấy, ảnh hưởng yếu tố đầu vào (áp suất ép, nhiệt độ ép thời gian ép) đến yếu tố đầu (ứng suất khối lượng riêng) hàm bậc Theo [3] không cần tiến hành quy hoạch thực nghiệm bậc mà thực quy hoạch thực nghiệm bậc hai theo phương án Harly, bước tiến hành sau: 4.4.1 Chọn vùng nghiên cứu giá trị biến thiên yếu tố ảnh hưởng Từ thực nghiệm đơn yếu tố, xác định giá trị lớn nhỏ yếu tố Trong phần (3.2.4) xác định giá trị yếu tố đầu vào X1, X2, X3 dạng mã của thông số đầu vào (áp suất ép, nhiệt độ ép thời gian ép) Kết ghi Bảng 4.1 Bảng Dạng mã của thông số đầu vào Các yếu tố Mã hóa X1 P (Mpa) X2 t ( C) X3 T (phút) +1 200 Mức sở 7.5 250 10 Mức -1 10 300 15 Khoảng biến thiên 2.5 50 Mức biến Thiên Mức o o 57 4.4.2 Thành lập ma trận thí nghiệm Ma trận thí nghiệm theo Harly xếp bảng 4.2 Bảng 4.2 Bảng ma trận thí nghiệm TT X1 X2 X3 -1 -1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 0 10 +1 0 11 -1 12 +1 13 0 -1 14 0 +1 15 0 4.4.3 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harly với số lần lặp lại thí nghiệm m = Kết thí nghiệm ghi phụ biểu 07 phụ biểu 08 Trong q trình thí nghiệm, số liệu bất thường phải kiểm tra, xem xét Nếu không đủ độ tin cậy phải làm lại 4.4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời áp suất, nhiệt độ thời gian ép đến mật độ viên nhiên liệu + Xác định mơ hình tốn học thực phép tính kiểm tra 58 Bảng 4.3 Tổng hợp giá trị xử lý hàm mật độ viên nhiên liệu {khối lượng riêng (ρ)} No Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ Yost 0.11 0.25 0.15 0.17 0.178 0.008 0.18 0.38 0.31 0.29 0.277 - 0.013 0.15 0.28 0.20 0.21 0.196 - 0.014 0.12 0.35 0.16 0.21 0.24 0.03 0.21 0.47 0.46 0.38 0.346 - 0.034 0.28 0.32 0.48 0.36 0.37 0.01 0.19 0.26 0.18 0.21 0.219 0.009 0.15 0.17 0.28 0.2 0.188 - 0.012 0.10 0.18 0.17 0.15 0.181 0.031 10 0.17 0.22 0.30 0.23 0.215 - 0.015 11 0.24 0.29 0.43 0.32 0.349 0.029 12 0.22 0.31 0.31 0.28 0.267 - 0.013 13 0.29 0.21 0.46 0.32 0.309 - 0.011 14 0.23 0.31 0.48 0.34 0.367 0.027 15 0.29 0.31 0.39 0.33 0.297 - 0.033 Tiêu chuẩn Kohren Gtt = 0.1687 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb = 0,4069 Gtt tb 59 Giá trị tb  = 0,05; φ = N(n-1) = 15(3-1) =30 tra bảng tb = 1.7 Đối chiếu với bảng tài liệu [3] hệ số sau có nghĩa b0, b10, b11, b20, b21, b30, b31, b32, b33 Tất hệ số có giá trị ttt>tb, chúng có ý nghĩa + Kiểm tra tính tương thích mơ hình.: Ftt = 0.49 < Fb = 2.04  mơ hình tương thích + Chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực: thay giá trị mã hóa: xi = (Xi-X0)/ei vào phương trình hồi quy (4.7), ta có: x1 = (X1 -7.5)/2.5 = 0.4X1- x2 = (X2 - 250)/50 = 0.02X2 – x3 = (X3 - 10)/5 = 0.2X3 – Thay ký hiệu x1 P, x2 to x3 T vào phương trình (4.7) Sử dụng phần mềm OPT tìm phương trình dạng thực hàm khối lượng riêng sau: ρ = 0.719 + 0.019P – 0.0157P2 – 0.000886t – 0.00011tP + 0.000047t2 + 0.2T – 0.0015TP – 0.00014Tt + 0.00167T2 (4.8) 4.4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời áp suất, nhiệt độ, thời gian ép đến độ bền học viên nhiên liệu + Xác định mơ hình tốn thực phép tính kiểm tra 60 Bảng 4.4 Tổng hợp giá trị xử lý hàm độ bền học viên nhiên liệu [ứng suất (σ)] No Y1 Y2 Y3 Ytb Y_ Yost 4.21 4.23 4.36 4.267 4.306 0.039 4.32 4.40 4.49 4.403 4.376 -0.128 4.32 4.27 4.41 4.333 4.298 -0.036 4.25 4.28 4.44 4.323 4.394 0.071 4.58 4.63 4.70 4.637 4.559 -0.078 4.51 4.58 4.68 4.590 4.618 0.028 4.27 4.25 4.38 4.300 4.320 0.020 4.32 4.31 4.73 4.453 4.407 -0.047 4.15 4.15 4.28 4.193 4.247 0.053 10 4.25 4.32 4.48 4.350 4.325 -0.025 11 4.57 4.51 4.35 4.477 4.514 0.037 12 4.31 4.38 4.55 4.413 4.404 -0.009 13 4.51 4.47 4.42 4.467 4.419 -0.047 14 4.57 4.51 4.35 4.477 4.522 0.075 15 4.38 4.43 4.59 4.467 4.410 -0.056 Tiêu chuẩn Kohren Gtt= 0.3239 Tiêu chuẩn Kohren tra bảng Gb= 0,4069 Gtt tb 61 Giá trị tb  = 0,05; φ = N(n-1) = 15(3-1) =30 tra bảng tb = 1.7 Đối chiếu với bảng tài liệu [3] hệ số sau có nghĩa b0, b10, b11, b20, b21, b30, b31, b32, b33 Tất hệ số có giá trị ttt>tb, chúng có ý nghĩa + Kiểm tra tính tương thích mơ hình Ftt = 1.73 < Fb = 2.04  mơ hình tương thích + Chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng thực: Thay giá trị mã hóa: xi = (Xi-X0)/ei vào phương trình hồi quy (4.9), ta có: x1 = (X1 -7.5)/2.5 = 0.4X1- x2 = (X2 - 250)/50 = 0.02X2 – x3 = (X3 - 10)/5 = 0.2X2 – Thay ký hiệu x1 P, x2 t x3 T vào phương trình (4.8) Sử dụng phần mềm OPT tìm phương trình dạng thực hàm ứng suất sau: σ = 4.34 + 0.49P – 0.019P2 – 0.0089t + 0.000054tP + 0.0000019t2 + 0.01T – 0.0002TP – 0.00023Tt + 0.003T2 (4.10) 4.5 Xác định thông số công nghệ tối ưu Bằng phần mềm xử lý số liệu OPT Mỹ, tìm giá trị tối hàm khối lượng riêng độ bền học sau: Giá trị tối ưu tìm P = 8.29 Mpa, t = 245oC T = 9,46 phút Thay giá trị P, t T vào phương trình (4.9) (4.10) ta giá trị tối ưu;  = 4.5 Mpa 62  = 0.37 g/cm3 4.6 Thử nghiệm chế tạo viên nhiên liệu Trên sở thông số công nghệ tối ưu tính tốn (áp suất ép, nhiệt độ ép thời gian ép) Chúng tiến hành thử nghiệm chế tạo viên nhiên liệu, bước tiến hành chế tạo thử nghiệm sau: 4.6.1 Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu đưa vào ép mùn cưa lấy từ xưởng xẻ gỗ có máy cưa vịng (kích thước < 10mm) Theo tài liệu [7] nguyên liệu đầu vào có kích thước < 10mm có độ ẩm từ 12 ÷ 15% tốt Để xác định thay đổi độ ẩm sử dụng máy sấy máy đo độ ẩm Phịng thí nghiệm “Bảo quản gỗ - keo dán gỗ” – Khoa chế biến lâm sản - Trường Đại học Lâm nghiệp 4.6.2 Thiết bị ép viên nhiên liệu Thiết bị ép sử dụng thiết bị thiết kế mục (3.2.3) (3.3.3) để tiến hành ép thử nghiệm (Hình 4.7) Hình 4.7 Thiết bị ép viên nhiên liệu 4.6.3 Kết thử nghiệm sản xuất viên nhiên liệu Với thông số tối ưu xác định phần nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố Chúng tiến hành thử nghiệm chế tạo viên nhiên liệu với thông số tối ưu ( P = 8.29MPa, to = 245oC T = 9.46 phút) 63 - Sau sản xuất thử nghiệm, thu số viên nhiên liệu (phụ biểu 9, phụ biểu 10) - Từ mẫu viên nhiên liệu sản suất theo thông số tối ưu Chúng mang mẫu viên nhiên liệu khảo nghiệm lại thông số ảnh hưởng đến chất lượng viên nhiên liệu (độ bền học khối lượng riêng viên) Chúng sử dụng thiết bị máy thử lý tính gỗ (Qtest/25) để đo ứng suất tiếp xúc viên nhiên liệu cân điện tử để xác định khối lượng thể tích viên nhiên liệu (phần 3.2.4 trình bày) - Kết đo tính tốn thu kết khảo nghiệm viên nhiên liệu thể bảng 4.5 Bảng 4.5 Kết khảo nghiệm thông số ảnh hưởng đến chất lượng viên nhiên liệu Mẫu viên NL Áp suất (P) 8.29 Nhiệt độ (toC) 245 Thời gian (T) 9.46 8.29 245 8.29 Khối lượng riêng () Ứng suất (σ) 0.28 4.257 9.46 0.27 4.307 245 9.46 0.23 4.353 8.29 245 9.46 0.22 4.373 8.29 245 9.46 0.31 4.667 8.29 245 9.46 0.33 4.580 8.29 245 9.46 0.22 4.350 8.29 245 9.46 0.21 4.463 8.29 245 9.46 0.25 4.383 10 8.29 245 9.46 0.23 4.360 11 8.29 245 9.46 0.32 4.437 12 8.29 245 9.46 0.28 4.453 13 8.29 245 9.46 0.32 4.457 14 8.29 245 9.46 0.34 4.427 15 8.29 245 9.46 0.35 4.447 64 - Như vậy, qua trình nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm sản xuất thử (bằng thiết bị thiết kế) Chúng thấy, sử dụng giá trị tối ưu (P = 8.29MPa, to = 245oC T = 9.46 phút) để sản suất thu viên nhiên liệu có độ đồng chất lượng (Không bị nứt, vỡ, khơng bị cháy) có độ ổn định độ bền học khối lượng riêng viên nhiên liệu (Bảng 4.6) Bảng 4.6 So sánh thành phần Thành phần khối ρ (kg/m3) Qtlv (MJ/kg) Viên mùn cưa 280 21.45 Trấu 150 13.6 Than cám 1000 13.72 lượng - Kết cho ta thấy nhiệt lượng viên nhiên liệu cao so với than cám trấu Trong giá nguyên liệu mùn cưa 100 ÷ 300đ/kg so với than đá 2.400đ/kg [7] 65 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận - Kết nghiên cứu lý thuyết tìm hiểu đặc điểm sản xuất viên nhiên liệu, từ xây dựng phương pháp sản xuất viên nhiên liệu, làm sở cho việc thiết kế thiết bị ép viên nhiên liệu - Kết nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định số yếu tố áp suất ép, nhiệt độ ép thời gian ép đến độ bền học viên nhiên liệu, đến khối lượng riêng viên nhiên liệu Để làm sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố - Kết qủa thực nghiệm đa yếu tố xây dựng mô hình tốn, biểu diễn mối quan hệ yếu tố: áp suất ép, thời gian ép, nhiệt độ ép với độ bền học khối lượng riêng viên nhiên liệu Làm sở cho việc xác định giá trị tối ưu thông số nghiên cứu Từ làm sở khoa học cho việc thiết kế chế tạo thiết bị ép, máy ép sau 5.2 Kiến nghị - Trong trình nghiên cứu, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng viên nhiên liệu Do điều kiện thời gian có hạn, luận văn nghiên cứu yếu tố áp suất ép, nhiệt độ ép thời gian ép viên nhiên liệu, yếu tố khác chưa nghiên cứu khảo sát - Đề tài nghiên cứu đánh giá tối ưu hai tiêu nhiệt lượng độ bền học viên Các tiêu khác (giá thành, mức độ ô nhiễm môi trường….) chưa nghiên cứu Tác giả đề nghị tiếp tục nghiên cứu đánh giá tiêu khác 66 - Do điều kiện kinh phí, thiết kế cịn mang tính chất sản xuất thử nghiệm, suất thu từ sản xuất thấp Tác giả đề nghị tiếp tục đầu tư để hoàn chỉnh máy ép, đưa vào sản suất phục vụ sinh hoạt gia đình ... yếu tố quan trọng nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa đề tài 3.3 Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ Biomass 3.3.1 Đặc điểm viên nhiên liệu Viên nhiên liệu ép từ Biomass nguồn lượng... Tuy nhiên nghiên cứu đề cập đến sản xuất viên nhiên liệu từ phế thải từ sản xuất nông lâm nghiệp để tạo lượng thay nguồn nhiên liệu truyền thống cịn Ở nước ta, việc nghiên cứu sử dụng Biomass sản. .. QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ BIOMASS 1.1.1 Trên giới Nhiên liệu sinh học (NLSH), tiếng Anh Bio – fuel, loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có