Nghiên cứu, thiết kế chế tạo bếp lò sử dụng đa nhiên liệu, tích hợp bộ thu nhiệt tận dụng, phục vụ sản xuất đời sống

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi Các số liệu nghiên cứu luận văn trung thực Kết nghiên cứu thực luận văn cám ơn, thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Tôi xin chịu trách nhiệm cho lời cam đoan Thừa Thiên Huế, ngày 30 tháng 05 năm 2016 Người viết cam đoan Nguyễn Huy Phương ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận văn này, tơi tận tình giúp đỡ nhiều quý thầy cô giáo, quan bạn bè đồng nghiệp Trước hết xin gửi lời biết ơn chân thành đến NGƯT.TS Đinh Vương Hùng thầy hướng dẫn khoa học cho tơi, tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Huế, thầy giáo khoa Cơ khí - Cơng nghệ bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ nhiều mặt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn! Thừa Thiên Huế, ngày 30 tháng 05 năm 2016 Tác giả Nguyễn Huy Phương iii TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu, tìm hiểu trình phát triển, cải tiến loại bếp lò, lò đốt giới Việt Nam Khảo sát tình hình sử dụng bếp đun nhiên liệu sinh khối địa bàn thành phố Huế, từ phân tích đặc điểm kết cấu loại bếp lò dùng nhiên liệu sinh khối, nguyên lý hoạt động bếp lò, hiệu suất bếp, từ tìm ưu nhược điểm loại bếp sử dụng Trên sở kết nghiên cứu thông số kích thước bếp lị; chúng tơi thiết kế hai mẫu bếp, chế tạo mẫu bếp lò xây cải tiến sử dụng cho hộ gia đình có khả nấu lúc 02 nồi 04 lít phận thu nhiệt thừa collector quanh lò dùng đun nước nóng để tiến hành thử nghiệm Mẫu bếp tiến hành khảo nghiệm với ba thí nghiệm: sử dụng đốt củi, đốt than tổ ong đốt gas mẫu bếp hộ gia đình Kết đạt đun củi sau 30 phút đun sơi nồi nước có dung tích lít nước, nồi bếp phụ dung tích lít đạt nhiệt độ 80°C Kết thực nghiệm mẫu bếp lò xây cải tiến dùng cho hộ gia đình, có khả làm việc tốt với ba loại nhiên liệu là: củi, than tổ ong gas cơng nghiệp Bếp thu khói triệt để, có hiệu suất nhiệt cao giảm tổn thất truyền nhiệt, tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 35 % so với bếp đối chứng (bếp kiềng) Mẫu bếp có phận collector thu nhiệt thừa truyền qua thành lò van áp suất an toàn, tận dụng phần nhiệt cho đun nước nóng sử dụng nhà bếp Mẫu bếp gọn nhẹ, bảo đảm độ bền, có khả di động, dễ chế tạo với vật liệu sẵn có, bảo đảm vệ sinh thực phẩm an toàn sử dụng iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BẾP LÒ 1.2 TÌNH HÌNH CẢI TIẾN BẾP LỊ TRÊN THẾ GIỚI 1.3 ỨNG DỤNG BẾP LÒ CẢI TIẾN Ở VIỆT NAM 1.4 CÁC LOẠI BẾP ĐUN, LÒ ĐỐT 1.4.1 Bếp kiềng: 1.4.2 Bếp lò: 1.4.3 Bếp hóa khí (Bếp ga sinh học) 1.4.4 Bếp Gas 1.4.5 Bếp sử dụng điện 10 1.5 THỰC TRẠNG BẾP ĐUN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI HIỆN NAY 11 1.5.1 Bếp kiềng ba chân 11 1.5.2 Bếp lò 12 1.5.3 Bếp lị cải tiến khơng khói 13 1.5.4 Các loại bếp cải tiến tiết kiệm lượng 13 1.6 KHẢO SÁT TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BẾP ĐUN SINH KHỐI Ở THÀNH PHỐ HUẾ 16 CHƯƠNG CÁC DẠNG NHIÊN LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG LÒ ĐỐT 18 2.1 NHIÊN LIỆU Ở THỂ RẮN 18 2.2 NHIÊN LIỆU Ở THỂ LỎNG 19 v 2.3 NHIÊN LIỆU Ở THỂ KHÍ 19 2.4 NĂNG LƯỢNG KHÁC: 20 CHƯƠNG MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 21 3.1 MỤC TIÊU CỤ THỂ 21 3.2 PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 21 3.2.1 Phạm vi nghiên cứu 21 3.2.2 Đối tượng nghiên cứu 21 3.3 TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 4.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÀI LIỆU 22 4.2 PHƯƠNG PHÁP PHỎNG VẤN CHUYÊN GIA 22 4.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ 22 4.4 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 22 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23 5.1 NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 23 5.1.1 Khái niệm sinh khối 23 5.1.2 Nguồn gốc sinh khối 23 5.1.3 Công nghệ chuyển đổi lượng sinh khối 28 5.1.4 Hàm lượng nước suất nhiệt sinh khối 30 5.1.5 Năng suất nhiệt sinh khối 31 5.1.6 Quá trình đốt cháy nguyên liệu sinh khối gỗ 31 5.1.7 Các đặc tính khác sinh khối 33 5.1.8 Sơ chế nhiên liệu sinh khối 34 5.2 TÍNH TOÁN SỰ ĐỐT CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU SINH KHỐI 34 5.2.1 Các nguyên lý trình cháy 34 5.2.2 Tính lượng khơng khí cho trình đốt cháy 36 5.3 TRUYỀN NHIỆT TRONG NẤU ĂN 40 5.3.1 Dẫn nhiệt 40 5.3.2 Đối lưu 41 vi 5.4 THIẾT KẾ MỘT SỐ MẪU BẾP LÒ SỬ DỤNG ĐA NHIÊN LIỆU 43 5.4.1 Thiết kế mẫu bếp lò sử dụng cho hộ gia đình 43 5.4.2 Thiết kế mẫu bếp dùng cho nhà hàng, quán ăn tập thể 46 5.4.3 Kích thước tiêu chuẩn loại xoong nồi, than tổ ong 49 5.4.4 Thiết lập toán cân nhiệt cho loại bếp 51 5.4.5 Kết tính tốn 53 5.5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỐI CHỨNG 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 KẾT LUẬN 58 KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 5.1 Phân loại dạng sinh khối 23 Bảng 5.2 Bảng thành phần cấu tạo nhiên liệu gỗ 32 Bảng 5.3 Các phản ứng cháy 35 Bảng 5.4 Thí dụ thành phần hoá học tỉ lệ số chất đốt 37 Bảng 5.5 Hệ số dẫn nhiệt số vật liệu 41 Bảng 5.6 Kích thước đường kính ngồi loại nồi 49 Bảng 5.7 Kích thước trọng lượng than tổ ong tiêu chuẩn 50 Bảng 5.8 Lượng nước đun sôi tương ứng trọng lượng viên than 50 Bảng 5.9 Năng suất tỏa nhiệt số nhiên liệu 50 Bảng 5.10 Kết thử nghiệm mẫu bếp đun củi 57 Bảng 5.11 Kết thử nghiệm mẫu bếp đun than tổ ong 57 Bảng 5.12 Kết thử nghiệm mẫu bếp đun gas 57 viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Bếp củi truyền thống Hình 1.2 Bếp tiết kiệm lượng TK90 Hình 1.3 Bếp lị di động tự đắp Hình Bếp lị tự xây có nhiều vịng Hình 1.5 Bếp gas hóa khí Hình 1.6 Bếp ga sử dụng khí hóa lỏng Hình 1.7 Bếp điện sử dụng dây điện trở 10 Hình 1.8 Bếp từ Midea MI-SV21DM 11 Hình 1.9 Bếp hồng ngoại Sanaky SNK2102HG 11 Hình 1.10 Bếp kiềng ba chân 12 Hình 1.11 Bếp lị di động 12 Hình 1.12 Bếp lị cải tiến 13 Hình 1.13 Bếp parabol sử dụng lượng mặt trời 14 Hình 1.14 Hầm nắp cố định chế tạo sẵn 15 Hình 1.15 Bếp hồng ngoại khơng dùng quạt 16 Hình 1.16 Bếp ga sử dụng quán phở Sài Gòn 16 Hình 1.17 Bếp lị tự xây nhà hàng 17 Hình 2.1 Củi gỗ củi ép từ dăm bào 18 Hình 2.2 Than củi than đá 18 Hình 2.3 Cồn cơng nghiệp 19 Hình 2.4 Khí Gas 19 Hình 5.1 Vụn gỗ bã vỏ mía 23 Hình 5.2 Gỗ rừng, gỗ lâm nghiệp 24 Hình 5.3 Hình dạng kích cỡ số vật liệu sinh khối 33 Hình 5.4 Quá trình xạ nhiệt 42 Hình 5.5 Kết cấu mẫu bếp sử dụng cho hộ gia đình 44 Hình 5.6 Giá đỡ bếp 44 Hình 5.7 Thân bếp 45 ix Hình 5.8 Bộ thu nhiệt 45 Hình 5.9 Bộ trao đổi nhiệt 46 Hình 5.10 Giá đỡ than tổ ong 46 Hình 5.11 Kết cấu mẫu bếp dùng cho nhà hàng 47 Hình 5.12 Thân bếp 48 Hình 5.13 Bộ thu nhiệt tận dụng 48 Hình 5.14 Giá đỡ than tổ ong 49 Hình 5.15 Mẫu bếp dùng cho hộ gia đình 51 Hình 5.16 Mẫu bếp dùng cho nhà hàng 52 Hình 5.17 Mơ hình thử nghiệm mẫu bếp lị xây cải tiến dùng cho hộ gia đình 56 Sơ đồ 5.1 Công nghệ chuyển đổi lượng sinh khối 28 Sơ đồ 5.2 Các sản phẩm trình nhiệt phân 29 Sơ đồ 5.3 Sơ đồ sơ chế nhiên liệu sinh khối từ phế thải 34 Biểu đồ 5.1 Hàm lượng nước suất nhiệt sinh khối 30 Biểu đồ 5.2 Giá trị nhiệt nhiên liệu sinh khối 31 Biểu đồ 5.3 Quá trình đốt cháy vật liệu gỗ 32 ĐẶT VẤN ĐỀ Tính cấp thiết đề tài Công nghệ sinh khối Việt Nam chưa phát triển nhiều, trình thương mại hóa cịn hạn chế Cho đến nay, sinh khối sử dụng chủ yếu vùng nơng thơn với quy mơ nhỏ chưa có cơng nghệ thích hợp Là nước nơng nghiệp với dân số khoảng 90 triệu người (trong 80% sống nơng thơn), Việt Nam có tiềm sinh khối đáng kể (từ gỗ, rơm rạ, củi mục phần dư thừa từ trình sản xuất nông nghiệp hay chế biến thực phẩm v.v…) [8] Tiềm năng lượng sinh khối mối tương quan với dạng nhiên liệu gỗ tóm tắt sau: Từ rừng tự nhiên: khoảng 41 triệu tấn/năm Từ rừng phân tán, bụi v.v…: khoảng 35 triệu tấn/năm Từ rừng trồng: khoảng 1-2 triệu tấn/năm Từ rải rác: khoảng 8-10 triệu tấn/năm Lượng nhiên liệu gỗ tổng cộng khoảng 75-80 triệu tấn/năm, tương đương với 26-28 triệu dầu/năm Năng lượng sinh khối từ rơm rạ, trấu, cỏ, lá, mùn cưa chất thải nông nghiệp khác khoảng 30 triệu tấn/năm tương đương với 10 triệu dầu/năm Thêm vào đó, lượng sinh khối có nguồn gốc từ chất thải rắn hộ gia đình khoảng 0,103 triệu tấn/năm Nguồn nhiên liệu gỗ rừng tự nhiên rừng trồng, rải rác, thường niên phần vụn thừa từ lâm nghiệp, công nghiệp khai thác gỗ Ở nước ta, có khoảng gần triệu hộ gia đình sống nơng thơn sử dụng lượng sinh khối (NLSK) cho đun nấu hàng ngày Việc phụ thuộc vào NLSK mà chủ yếu gỗ – củi, phụ phẩm nông – lâm nghiệp làm chất đốt cho đun nấu kéo dài nhiều thập kỷ kinh tế phát triển Bởi lẽ, nguồn lượng (NL) cao cấp điện, khí hố lỏng,…là có hạn, đắt đỏ chưa thể phổ cập rộng rãi đến vùng nông thôn – miền núi Từ việc khảo sát thực trạng sử dụng lượng phục vụ cho đời sống dân sinh khu vực nông thôn, làng nghề năm 2014 Trung tâm TVCN &TKNL Thừa Thiên Huế với 03 tỉnh khu vực miền Trung (Quảng Trị, Thừa Thiên Huế Quảng Nam) khuôn khổ dự án Carbon thấp WWF Việt nam tài trợ, 80% số hộ dân nông thôn miền Trung sử dụng chất đốt truyền thống từ phế sản phẩm củi gỗ, than, dầu, điện, rơm rạ,…việc đun nấu thơng thường hộ gia đình sử dụng loại bếp truyền thống “kiềng ba chân” kê ba viên gạch, kê hai sắt dài 48 1- Giá đỡ; 2- thân bếp; 3- thiết bị thu nhiệt tận dụng; 4- nồi; 5- ống khói 5.4.2.2 Các phận bếp - Giá đỡ bếp: Được làm khung thép V50x50x4, hàn bao quanh bếp, phía đổ đan bê tơng cốt thép dày 40mm phía lắp bánh xe đường kính 150mm Giá đỡ bếp dung để đỡ di chuyển bếp -Thân bếp: Được làm từ gạch, xi măng, cát đất sét Xung quanh thân bếp xây gạch chỉ, bên xây gạch vỡ đất sét, bên ốp gạch men Trên thân bếp thiết kế hai buồng đốt chính, hai cửa cấp nhiên liệu, hai lỗ thơng ống khói 80 320 100 A-A Ø140 Ø120 950 Ø320 A Ø380 A Ø100 1500 Hình 5.12 Thân bếp - Bộ thu nhiệt tận dụng: Được chế tạo ống kẽm có đường kính 22/27mm Bộ thu nhiệt uốn cong bao quanh phần lị lị phụ Một đầu nối với nguồn nước, đầu lại nối với hệ thống sấy cung cấp nước nóng đảm bảo vệ sinh Để đảm bảo an toàn thuận tiện sử dụng, đầu nước nóng lăp van an toàn , đồng hồ đo nhiệt độ, đồng hồ đo áp suất nước nóng Hình 5.13 Bộ thu nhiệt tận dụng 49 - Bộ trao đổi nhiệt nước nóng: Được chế tạo thép kẽm có đường kính 15/21mm 15/21mm Dùng để trao đổi nhiệt nước nóng phục vụ nhu cầu người sử dụng (Sấy khơ chén đũa, vận dụng khác…) - Ống khói: làm ống sứ ống thép có nhiệm vụ hút khói từ bếp lị thải ngồi, tạo tượng đối lưu để khơng khí lưu thơng từ bên ngồi vào buồng đốt - Giá đỡ than tổ ong đầu bếp gas: chế tạo vỏ tôn, bên đất sét Giá đỡ dùng để than tổ ong với thiết kế viên than Ø140 Ø500 Ø400 Hình 5.14 Giá đỡ than tổ ong 5.4.3 Kích thước tiêu chuẩn loại xoong nồi, than tổ ong 5.4.3.1 Kích thước tiêu chuẩn loại xoong nồi Trên thực tế tùy thuộc vào số lượng người, độ tuổi hộ gia đình, quy mô nhà hang, quán ăn để người ta lựa chọn loại xoong nồi phù hợp với nhu cầu sử dụng Hiện nay, thị trường có loại xoong nồi có kích thước đường kính ngồi cụ thể sau: Bảng 5.6 Kích thước đường kính loại nồi STT Loại nồi Loại nhỏ Loại vừa Loại lớn (Kích thước (Kích thước (Kích thước đường kính ngồi cm) đường kính ngồi cm) đường kính ngồi cm) Hộ gia đình 12-17 18-24 25-32 Nhà hàng 35-40 40-55 45-50 50 5.4.3.2 Kích thước tiêu chuẩn than tổ ong Viên than tổ ong hình trụ, đường kính 120 mm, có 19 lỗ hút gió (hay lỗ gia nhiệt), đường kính lỗ hút gió 12 - 13 mm, chiều cao khối lượng tương ứng viên than cho theo bảng sau: Bảng 5.7 Kích thước trọng lượng than tổ ong tiêu chuẩn STT Chiều cao viên than (mm) Khối lượng viên than (g) 60 750 70 850 80 950 90 1050 100 1150 110 1250 120 1350 Tương ứng khối lượng viên than, số lượng nước đun sôi thời gian sử dụng viên than theo bảng sau: Bảng 5.8 Lượng nước đun sôi tương ứng trọng lượng viên than STT Khối lượng viên than (g) Số lượng nước đun sơi (lít) Thời gian sử dụng (phút) 750 - 950 14 - 18 120 - 150 950 - 1150 18 - 23 150 - 190 1150 - 1350 23 - 30 190 - 240 Bảng 5.9 Năng suất tỏa nhiệt số nhiên liệu STT Chất Năng suất tỏa nhiệt nhiên liệu (J/kg) Chất Năng suất tỏa nhiệt nhiên liệu (J/kg) Củi khơ 10 106 Khí đốt 44 106 Than bùn 14 106 Dầu hỏa 44 106 Than đá 27 106 Xăng 46 106 Than gỗ 34 106 Hiđrô 120 106 51 5.4.4 Thiết lập toán cân nhiệt cho loại bếp 5.4.4.1 Phương trình cân nhiệt loại bếp phổ biến Khi đun nấu, nhiệt lượng chất đốt tỏa Qcđ: Qcđ=qcđ.mcđ Trong đó: qcđ : nhiệt dung riêng chất đốt mcđ: khối lượng chất đốt Đối với loại bếp sử dụng phổ biến nay, nhiệt lượng chất đốt tỏa phần Q1 truyền vào nồi làm sôi nước nấu chín thức ăn, phần nhiệt Q2 khác bị tổn hao tổn thất nhiệt (Theo khói + truyền nhiệt qua đáy lị, qua vách lị, qua xạ ) Phương trình cân nhiệt loại bếp phổ biến: Qcđ = Q1+ Q2 Hiệu suất nhiệt H bếp là: 5.4.4.2 Phương trình cân nhiệt mẫu bếp dung cho hộ gia đình Hình 5.15 Mẫu bếp dùng cho hộ gia đình Với mẫu bếp dung cho hộ gia đình, phần nhiệt tổn hao đối lưu dẫn qua bếp phụ Qp, phần nhiệt đối lưu truyền vào bếp phụ thứ làm nóng colector thu nhiệt đặt quanh thành lò Qp1 Một phần nhiệt xạ, truyền qua thành lị làm nóng collector thu nhiệt Qp2 52 Như vậy, Phương trình cân nhiệt mẫu bếp dung cho hộ gia đình là: Qcđ = Q1+ Q2= Q1+ Qp + Qp1 + Qp2+ Q2’ Trong đó: Q2= Qp + Qp1 + Qp2+ Q2’ Gọi Qcl1 lượng nhiệt mà ống colector thu từ bếp Qcl1 = Qp1 + Qp2 Do lượng nước nóng ống colector dẫn để sử dụng, nên phần nhiệt nước nóng bị tổn hao Qnth Như lượng nhiệt nước nóng thu qua ống colector Qnn: Qcl1 = Qnn + Qnth Vậy phương trình cân nhiệt bếp là: Qcđ = Q1+ Qp + Qnn + Qnth+ Q2’ Với Q1 lượng nhiệt làm chín thức ăn lị chính, Qp lượng nhiệt làm chin thức ăn lị phụ Qnn lượng nhiệt nước nóng lấy sử dụng nên hiệu suất nhiệt bếp là: 5.4.4.3 Phương trình cân nhiệt cho mẫu bếp dung cho tập thể, nhà hàng 120 200 500 700 250 Hình 5.16 Mẫu bếp dùng cho nhà hàng 53 Với mẫu bếp không sử dụng bếp phụ nên phần nhiệt truyền vào thành lị làm nóng nước ống collector thu nhiệt Qcl2 Nên Phương trình cân nhiệt là: Qcđ = Q1+ Q2= Q1+ Qcl2 +Q2’ Trong đó: Q2= Qcl2 + Q2’ Tương tự mẫu bếp dung cho hộ gia đình, lượng nhiệt nước nóng ống collector thu nhiệt (Qnn2) lấy bị tổn hao lượng Qth2 Do : Qcl2 = Qnn2 + Qth2 Phương trình cân nhiệt là: Qcđ = Q1+ Qnn2 + Qnth2+ Q2’ Hiệu suất bếp là: Kết luận: Với hai mẫu bếp thiết kế ống collector thu nhiệt, đồng thời mẫu bếp dùng cho hộ gia đình tận dụng lượng nhiệt tổn hao truyền vào thành lò đối lưu Đã nâng cao hiệu suất bếp Ngoài ra, với khả linh động việc sử dụng loại nhiên liệu đốt, bếp sử dụng nhiều loại nhiên liệu (củi, than, gas) đáp ứng nhu cầu sử dụng loại nhiên liệu sinh khối loại nhiên liệu hóa thạch Với đặc điểm khí hậu Huế vào mùa mưa độ ẩm cao, có hệ thồng ống collector thu nhiệt cung cấp nguồn nước nóng phục vụ cho nhu cầu sử dụng thiết thực, đặc biệt nhà hàng sấy vệ sinh dụng cụ nhà bếp 5.4.5 Kết tính tốn 5.4.5.1 Đối với bếp hộ gia đình Đối với hộ gia đình, giả định lần nấu cần lượng nhiệt để đun sơi lít nước từ 200C đến 1000C, lượng nhiệt cần thiết để làm sôi nước là: - Trong đó: lượng nhiệt cần thiết để làm sơi lít nước mn khối lượng nước đun sơi (4 lít) (mn = 4kg) Cn nhiệt dung riêng nước (Cn =4200J/kg.K) 54 - Thay số ta có: Qns = 1.344.000 (J) Như vậy, để đun sơi lít nước cần lượng nhiệt 1.344.000J, nhiên hiệu suất bếp không đạt 100%, đốt cháy nhiên liệu phần nhiệt nhiên liệu làm sôi nước, phần nhiệt bị tổn hao qua vách lị, qua khói - Do Phương trình cân nhiệt có dạng: Qcđ – Qth ≥ Qns - Trong đó: Qcđ lượng nhiệt nhiên liệu cháy sinh Qth lượng nhiệt tổn hao Qns lượng nhiệt làm sôi nước + Lượng nhiệt nhiên liệu cháy sinh là: Qcđ = qcđ mcđ Với qcđ suất tỏa nhiệt nhiên liệu cháy sinh ra, mcđ khối lượng nhiên liệu + Lượng nhiệt tiêu hao trình nấu ăn: 10 Qth = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8 Q1 lượng nhiệt tổn hao qua vách lò 10% Q2 lượng nhiệt tổn hao qua khói lị 17,2% Q3 tổn thất nhiệt khói lị 8.1% Q4 tổn thất nhiệt độ ẩm nhiên liệu 1.7% Q5 tổn thất nhiệt độ ẩm khơng khí 0.3% Q6 tổn thất nhiệt xỉ 2.4% Q7 tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn 3% Q8 tổn thất nhiệt xạ tổn thất khác khơng tính 5% [7, 8] Như vậy, lượng nhiệt tổn hao nấu ăn Qth = 47.7% lượng nhiệt mà nhiên liệu cháy sinh Từ phương trình cân nhiệt viết lại là: Qcđ – 47.7% Qcđ ≥ Qns Hay 52.3 Qcđ ≥ 100 Qns 55 Thay số: 52.3Qcđ ≥ 100x1.344.000 =134.400.000 (J) Qcđ ≥ 2.569.789,67 (J) - Khi nấu củi, lượng củi tiêu hao là: m củi q củi ≥ 2.569.789,67 Với q củi = 10.106 J/kg Vậy = 0,26 kg - Khi nấu than tổ ong Với Với q than = 14.106 J/kg = 0,18 kg 5.4.5.2 Đối với bếp ăn tập thể Bếp ăn tập thể, giả định nấu song song nồi dung tích nồi 40 lít nước, nấu từ 200C lên 1000C, lượng nhiệt cần thiết để đun sơi 80 lít nước là: Qns = 26.880.000 (J) - Phương trình cân nhiệt có dạng: Qcđ – Qth ≥ Qns Do nấu song song nồi nên nhiệt bếp truyền qua vách lị coi khơng (vì vách ngăn lò đốt chung) nên lượng nhiệt tiêu hao qua vách lị có giá trị 8% [10] Như lượng nhiệt tổn hao nấu bếp ăn tập thể 45.7% lượng nhiệt mà nhiên liệu cháy sinh Qcđ – 45.7% Qcđ ≥ Qns 54.3 Qcđ ≥100 Qns 56 Thay số ta có: 54.3Qcđ ≥ 100x26.880.000 =2.688.000.000 (J) Qcđ ≥ 49.502.762,76 (J) - Khi nấu củi, lượng củi tiêu hao là: m củi q củi ≥ 49.502.762,76 Với q củi = 10.106 J/kg Vậy = 4,95 kg - Khi nấu than tổ ong Với q than = 14.106 J/kg = 3,54 kg 5.5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỐI CHỨNG Sau thiết kế hai mẫu bếp, tiến hành chế tạo thành công mẫu bếp lò xây cải tiến sử dụng cho hộ gia đình tiến hành thử nghiệm mẫu bếp Đối chứng với loại bếp sử dụng phổ biến bếp kiềng chân, bếp lị di động có thị trường Hình 5.17 Mơ hình thử nghiệm mẫu bếp lị xây cải tiến dùng cho hộ gia đình - Thí nghiệm Vào lúc 15 ngày 15 tháng 05 năm 2016 nhà ông Nguyễn Huy Phương, trú phường Thủy Xuân, thành phố Huế; tiến hành thử nghiệm đun củi bếp lò 57 xây cải tiến (dùng cho hộ gia đình) đun lúc hai nồi nhơm giống đường kính 30cm, dung tích lít Nhiệt độ mơi trường 30°C Bếp đối chứng bếp kiềng với nồi 04 lít bếp lị di động nồi 04 lít Kết đạt sau: Bảng 5.10 Kết thử nghiệm mẫu bếp đun củi STT Loại bếp Lượng củi (kg) Lượng nước (lít) Nồi phụ Bếp kiềng 0.5 - Bếp lò di động 0.4 - Bếp lò xây cải tiến 0.35 4 Ghi Ngoài ra, nhiệt độ đo đầu ống thu nhiệt 500C - Thí nghiệm 2: Vào lúc 15 ngày 20 tháng 05 năm 2016 tiến hành thử nghiệm bếp cải tiến nấu lúc 02 nồi 04 lít sử dụng than tổ ong so sánh với bếp than tổ ong thông thường (nấu 01 nồi 04 lít), kết đạt sau: Bảng 5.11 Kết thử nghiệm mẫu bếp đun than tổ ong STT Loại bếp Lượng than (viên) Lượng nước (lít) Thời gian sơi (phút) Bếp than tổ ong 15 Bếp lò xây CT 30 - Ghi Thí nghiệm 3: Vào lúc ngày 25 tháng năm 2016 tiến hành thử nghiệm nấu gas so sánh với mẫu bếp gas di động Kết đạt sau: Bảng 5.12 Kết thử nghiệm mẫu bếp đun gas STT Loại bếp Lượng gas (kg) Lượng nước (lít) Thời gian sôi (phút) Bếp gas di động - 15 Bếp lò xây CT - 20 Ghi chú: bếp lị xây đun lúc 02 nồi 04 lít Ghi 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua q trình thực đề tài chúng tơi thực số kết sau: - Phân tích thực trạng loại bếp sử dụng phổ biến địa bàn thành phố Huế tình hình sử dụng loại bếp cải tiến - Phân tích q trình đốt cháy chuyển đổi lượng nhiên liệu sinh khối, đặc tính, nguồn gốc dạng nhiên liệu - Đã thực tính tốn q trình cân nhiệt lị đốt với loại nhiên liệu phổ biến với trình gia nhiệt đun nấu hai loại bếp lị cải tiến có tận dụng nhiệt thừa truyền nhiệt qua thành lò để sấy sát trùng dụng cụ nhà bếp - Trên sở kết nghiên cứu thơng số kích thước bếp lị; thiết kế hai mẫu bếp, chế tạo mẫu bếp lò xây cải tiến sử dụng cho hộ gia đình có khả nấu lúc 02 nồi 04 lít phận thu nhiệt thừa collector quanh lị dùng đun nước nóng để tiến hành thử nghiệm - Mẫu bếp tiến hành khảo nghiệm 03 đợt từ ngày 15 tháng năm 2016 đến ngày 25 tháng năm 2016 nhà ông Nguyễn Huy Phương, phường Thủy Xuân, thành phố Huế Khảo nghiệm tiến hành với ba thí nghiệm: sử dụng đốt củi, đốt than tổ ong đốt gas mẫu bếp hộ gia đình Kết đạt đun củi sau 30 phút đun sơi nồi nước có dung tích lít nước, nồi bếp phụ dung tích lít đạt nhiệt độ 80°C - Kết thực nghiệm mẫu bếp lò xây cải tiến dùng cho hộ gia đình, có khả làm việc tốt với ba loại nhiên liệu là: củi, than tổ ong gas cơng nghiệp Bếp thu khói triệt để, có hiệu suất nhiệt cao giảm tổn thất truyền nhiệt, tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 35 % so với bếp đối chứng (bếp kiềng) Mẫu bếp có phận collector thu nhiệt thừa truyền qua thành lò van áp suất an toàn, tận dụng phần nhiệt cho đun nước nóng sử dụng nhà bếp - Mẫu bếp gọn nhẹ, bảo đảm độ bền, có khả di động, dễ chế tạo với vật liệu sẵn có, bảo đảm vệ sinh thực phẩm an toàn sử dụng - Do điều kiện thời gian kinh phí nên chưa chế tạo mẫu bếp dùng cho tập thể có quy mơ lớn thiết kế KIẾN NGHỊ Hiện nguồn lượng sinh khối hóa thạch ngày cạn kiệt, việc tiết kiệm nhiên liệu tăng hiệu suất sử dụng loại bếp lò, lò đốt vấn đề quan tâm Ngoài bếp phải đảm bảo vấn đề vệ sinh, sẽ, an 59 tồn thuận tiện q trình sử dụng Bếp di chuyển sử dụng nhiều loại nhiên liệu thích ứng nhu cầu biến động giá loại nhiên liệu Đề nghị đề tài tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện mẫu bếp, nâng cao hiệu suất đốt cháy thu nhiệt sử dụng nhiều loại nhiên liệu sẵn có để phục vụ nhu cầu cho hộ gia đình, nhà hàng hay bếp ăn tập thể Đề nghị cấp quyền tổ chức quan tâm tạo điều kiện để thực chế tạo mẫu bếp cho hộ gia đình bếp tập thể, thơng qua dự án sản xuất thử nghiệm với số lượng lớn nhằm phổ biến mẫu bếp rộng rãi, đặc biệt vùng nông thôn, miền núi, giúp tiết kiệm nguồn lượng sinh khối ngày cạn kiệt 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO A TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 1 Pgs.Ts.Phạm Lê Dzần & TS Nguyễn Cơng Hân, Cơng Nghệ Lị Hơi Và Mạng Nhiệt , Nhà xuất khoa học kĩ thuật, năm 2005 2 Pgs.Ts.Hồng Dương Hùng, Giáo Trình Đo Lường Nhiệt , Trường Đại học Đà Nẵng, năm 2004 3 Nguyễn Phú Nghiệp, Hướng dẫn kỹ thuật xây sử dụng bếp BLN 4 Phạm Hữu Tâm, Luận văn Thạc sĩ kĩ thuật, Nghiên cứu trình đốt sinh khối từ trấu làm nhiên liệu đốt qui mô công nghiệp, Trường Đại học bách khoa Đà Nẵng, năm 2013 5 Nguyễn Đình Tùng, Tạp chí Khoa học Phát triển 2010: Tập 8, số 3: 505 – 518, Tính tốn, thiết kế chế tạo mẫu lị đốt than quy mô nhỏ (LTĐ1.0) để sấy khô bảo quản nông sản 6 ThS Nguyễn Minh Việt, ThS Đỗ Anh Tuấn - Viện Thủy điện lượng tái tạo – “Cơng nghệ khí hóa sử dụng phụ phẩm nông, lâm nghiệp để phát điện công suất nhỏ” 7 Pgs.Ts.Phạm Xuân Vượng & Pgs.Ts.Nguyễn Văn Muốn, Giáo Trình Kỹ Thuật Lị Hơi, Trường Đại học Nơng Nghiệp I, năm 2006 8 Trung tâm tư vấn công nghiệp tiết kiệm lượng tỉnh Thừa thiên Huế Hiệu kép từ bếp tiết kiệm lượng 9 http://chatdotxanh.com/chi-tiet-tin/ung-dung-bep-dun-tiet-kiem-nhien-lieu-chonong-thon-viet-nam.html 10 http://energyefficiencyasia.org©UNEP, Nhiên liệu Quá trình cháy 11 (VietQ.vn) - Bếp đun cải tiến cam kết mang lại cho gia đình nơng thơn giải pháp đun nấu tiết kiệm, hiệu quả, tốt cho sức khỏe môi trường B TÀI LIỆU TIẾNG ANH 12 Alexis T Belonio, Rice husk gas stove handbook, College of Agriculture Central Philippine University Iloilo City, Philippines 2005 13 Samuel F Baldwin, biomass stoves: engineering design, development, and Dissemmination Princeton University, year 1986 14 Design Principles for Wood Burning Cook Stoves 61 PHỤ LỤC 62 P4S2,P7S2-P9S2 10-19,23,24,33,34,51,56 ĐEN P1S1-P9S1 20,21,22,25-32,35-50,52-55,57-61 ... ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống bếp lị sử dụng đa nhiên liệu, tích hợp thu nhiệt tận dụng, phục vụ sản xuất đời sống? ?? Đối tượng sử dụng: hộ gia đình (mẫu 1); hộ kinh doanh nhà hàng, bếp. .. làm việc loại bếp sử dụng nhiên liệu sinh khối - Thiết kế bếp sử dụng đa nhiên liệu có thu nhiệt tận dụng - Đánh giá tính khả thi phù hợp phương án thiết kế, chế tạo bếp sử dụng đa nhiên liệu -... TÍNH TỐN, THIẾT KẾ - Tiến hành thiết kế mẫu bếp sử dụng đa nhiên liệu, tích hợp thu nhiệt tận dụng, có hiệu suất cao, đảm bảo vệ sinh mơi trường - Tính tốn hiệu suất nhiệt loại bếp lò, khả đốt