4 Những đúng gúp mới của đề tài
3.4.2 Tớnh toỏn và thiết kế hệ thống thỏo tro
Tro trấu cú tỷ trọng rất thấp, khoảng từ 30 - 40kg/m3, và lượng xả ra 16kg/h nhưđó tớnh ở trờn.
Hệ thống thỏo tro khỏi buồng thu tro phải đảm bảo thỏo được liờn tục, trỏnh
ứđọng tro trong buồng thu tro, gõy nờn đúng bỏnh và tro sẽ kẹt khụng thể thoỏt ra được. Để việc thỏo được liờn tục và đều đặn theo thời gian thỡ lượng tro được thanh gạt xả xuống đến đõu phải được lấy đi hết đến đú. Vỡ vậy, cú thể thực hiện
được bằng sử dụng vớt tải hoặc băng tải. Tuy nhiờn dựng băng tải sẽ cú miệng hở
nơi tiếp nhận từ buồng thu tro, trong khi đú trong buồng thu tro cú cấp một lượng khớ để làm nguội tro, mỏt ghi và thụng thoỏng ghi nờn lượng khớ này sẽ làm tung bụi tro qua miệng hở và ảnh hưởng tới mụi trường. Do đú, chọn sử dụng vớt tải.
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 65 Tớnh toỏn vớt tải theo cụng thức (3.2). Từ năng suất yờu cầu Q = 16kg/h, tỷ
trọng tro ρ = 40kg/m3, vớt tải đặt nằm nghiờng 200 nờn c = 0,8. Tro xả ra ở dạng than trấu nờn thuộc dạng hạt, lấy hệ số nạp đầy k = 0,4.
Từ kớch thước của đường kớnh ống thộp tiờu chuẩn, chọn D = 108mm (đường kớnh ngoài ống thộp tiờu chuẩn là Φ 114 x 1,8mm) và d = 32mm. Thụng thường bước vớt s = (0,8 ữ 1)D, sau khi tớnh toỏn chọn s = 87mm.
Từđú xỏc định được số vũng quay của vớt tải thỏo tro: n = 28,7v/ph
Chiều dài vớt tải được xỏc định dựa trờn kớch thước lũ đốt và độ cao miệng xả của vớt tải để vừa tầm treo bao gom tro khi vớt tải nghiờng 200. Ởđõy lấy chiều dài mỏng vớt = 2170mm và chiều dài vớt = 2000mm để thoỏt tro ở miệng xả ở
cuối mỏng.
- Tớnh toỏn cụng suất động cơ dẫn động
Cụng suất động cơ dẫn động vớt tải thỏo tro được tớnh theo cụng thức sau: Q L.Kc H .Kz( ) N 367 + = η (kW) (3.9) Trong đú: Q - năng suất, kg/h
L - chiều dài vớt tải theo phương nằm ngang, m
Kc - hệ số cản chuyển động của nguyờn liệu, với dạng hạt = 1,5 - 1,6 H - chiều cao nõng của vớt tải theo phương đứng, m
Kz - hệ số dự trữ cụng suất, = 1,15 - 1,25 η - hiệu suất truyền động
Do vớt tải nằm nghiờng một gúc 200 nờn H = L1.sin200. Dẫn động dựng
động cơ hộp số, bộ truyền xớch và 2 gối bi hai đầu nờn hiệu suất truyền động η = 0,9 x 0,99 = 0,891. Với chiều dài vớt tải L1 = 2000mm, năng suất tối đa 16 kg/h nờn cụng suất để dẫn động vớt tải tớnh được là: N = 0,211kW
Như vậy, động cơ dựng để kộo vớt tải thỏo tro chọn là động cơ hộp số cú cụng suất 0,37kW, với số vũng quay 30v/ph.
Dưới đõy là tổng hợp kết quả lựa chọn, tớnh toỏn thiết kế hệ thống thỏo và xả tro.
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 66
Bảng 3.4. Tổng hợp kết quả tớnh toỏn thiết kế hệ thống thỏo và xả tro
STT Cụm Thụng số thiết kế
1 Cơ cấu xả tro - Lượng tro: 16 kg/h
- Thanh gạt tro: chuyển động quay trũn quanh tõm ghi. - Kớch thước thanh gạt: 40 x 40 x 830 mm - Tốc độ thanh gạt: 5-30 v/ph - Cụng suất động cơ gạt tro: 0,37 kW 2 Vớt tải thỏo tro - Năng suất Q = 16 kg/h, - Độ nõng vớt tải: 200 - D = 108 mm, d = 32 mm, s = 87 mm. - Số vũng quay của vớt: n = 28,7 v/ph
- Chiều dài mỏng vớt = 2170 mm, chiều dài vớt = 2000 mm.
- Động cơ vớt tải thỏo tro: N = 0,37kW, n = 30v/ph
3.5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁ ĐỠ Lề ĐỐT, CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH HềA KHÍ
a. Xỏc định tổng trọng lũ đốt
Việc tớnh toỏn thiết kế giỏ đỡ lũ được dựa trờn tớnh bền chịu tải trọng của toàn bộ lũ khi làm việc. Tống trọng lượng của lũ theo cỏc chuyờn đề tớnh toỏn thiết kế buồng đốt và ghi được xỏc định gồm:
- Trọng lượng phần thộp buồng đốt, ghi lũ, buồng hũa khớ, và hệ thống buồng thu tro và xả thỏo tro. Theo thiết kế của cỏc bộ phận, tớnh được tổng trọng lượng phần thộp của lũ là 1700 kg
- Trọng lượng phần vật liệu chịu lửa của lũ: gồm trọng lượng gạch chịu lửa thõn buồng đốt chớnh, trọng lượng bờ tụng chịu lửa phần buồng đốt phụ phần nắp ngăn buồng đốt chớnh với buồng đốt phụ, phần bờ tụng chịu lửa ởđỏy buồng đốt chớnh. Tổng trọng lượng xỏc định là 2200 kg.
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 67 Cho rằng cỏc phụ kiện lắp lờn thõn lũ (một sốđường ống, van, đồng hồ,...) cú tổng trọng lượng thờm vào là 100 kg.
Như vậy tổng trọng lượng toàn bộ lũ là 4000 kg.
b. Tớnh toỏn thiết kế chõn đỡ lũ đốt
Buồng đốt chớnh và phụ cũng như cỏc bộ phận khỏc gắn trờn lũ được đặt trờn 4 chõn đỡ thẳng đứng. Trờn thõn lũ cú hàn bốn tai với mặt bớch để bắt với cỏc chõn đỡ bằng bu lụng - ờ cu. Như vậy, trọng lượng chia đều cho 4 chõn, mỗi chõn sẽ chịu lực nộn dọc trục là ≈ 10.000 N.
Cho rằng lực đặt trực tiếp lờn tõm thanh nộn theo chiều dọc trục thỡ ứng suất nộn tớnh được là: 10.000 / 27,16 = 368,2 N/cm2 (≈ 3,68. 106 N/m2).
Tuy nhiờn ngoài việc chịu nộn, thanh chõn cũn chịu uốn. Cho rằng lực phõn bổ đều cho 4 chõn và đặt ở tõm lũ, và chõn được bắt sỏt vào thành vỏ lũ thỡ mỗi chõn chịu mụ men uốn thanh chõn lũ sẽ là: 1000 x 0,6 = 600 kgm
Theo bảng ứng suất bền kộo và mụ men chống uốn của một số thộp định hỡnh, chọn thộp chữ I kớch thước 200 x 8 x 100 x 5,5 làm chõn đỡ. Bốn chõn đỡ được giằng với nhau ở dưới bằng U 100 x 46 x 4,5.
c. Tớnh toỏn thiết kế bộ phận hũa khớ * Xỏc định lưu lượng khớ:
Từ nhiệt trị trung bỡnh của trấu và với lượng trấu tiờu thụ max là 80 kg/h thỡ lượng nhiệt do đốt trấu phỏt ra là 1.064.000 kJ/h. Cho rằng hiệu suất của lũ là 80% (do trấu chỏy khụng hoàn toàn, và nhiệt thất thoỏt qua thành lũ) thỡ lượng nhiệt lũ phỏt ra là: 851.200 kJ/h
Giả sử lũ được ứng dụng lắp liờn hợp với buồng sấy lỳa kiểu tĩnh vỉ ngang. Với kiểu sấy tĩnh vỉ ngang thỡ hiệu suất sấy (sử dụng nhiệt) chỉ là 40%. Do vậy, nhiệt hữu ớch là: 340.480 kJ/h. Từ đú tớnh được lượng nước bốc hơi nhờ lượng nhiệt này là 142kg
Cho rằng lỳa đưa vào sấy ởđộ ẩm 28% và sấy đến 14%, thời gian sấy là 8 giờ thỡ lượng lỳa tớnh được cho một mẻ sấy là 7 tấn. Như vậy, lưu lượng dũng khớ sấy cần thiết sẽ là 7 x 2500 m3/h-T = 17.500 m3/h
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 68 Với quạt cụng nghiệp cú sẵn trờn thị trường, chọn quạt cú lưu lượng 18.000 - 20.000 m3/h, với ỏp lực 120 -150 mm H2O, động cơđiện dẫn động cú cụng suất 15 kW, 380 V-50 Hz, 1450 v/ph.
* Thiết kế cơ cấu điều chỉnh hũa khớ:
Để cú đủ lượng khớ đưa vào buồng sấy và ở nhiệt độ sấy lỳa thương phẩm (trung bỡnh 500C), một lượng khớ trời phải được đưa vào hũa trộn với khớ núng từ
lũ phỏt ra. Để làm được điều này, buồng hũa trộn sẽ cú cửa lấy khớ và nhiệt từ lũ
đốt và cửa lấy khớ từ bờn ngoài. Ở cửa lấy khớ từ ngoài mụi trường, bố trớ cỏc cỏnh chớp điều chỉnh được (đúng mở với độ mở của cỏc cỏnh phự hợp cho việc lấy khớ vào hũa trộn). Ống dẫn khớ đó hũa trộn được thiết kế là 400 mm (tương
đương kớch thước miệng hỳt của quạt đó chọn để giảm sự tổn thất ỏp suất quỏ nhiều).
Để dễ chế tạo bộ điều chỉnh, cửa điều chỉnh hũa khớ được làm hỡnh vuụng. Như vậy cửa điều chỉnh hũa khớ sẽ cú kớch thước 400 x 400 mm, gồm 4 cỏnh chớp quay quanh trục, mỗi cỏnh kớch thước 384 x 103 mm để khi đúng cỏc chớp cửa đố lờn nhau.
Cần điều chỉnh đúng mở cỏnh van được thực hiện qua tay gạt với vớt hóm, với hành trỡnh đúng mở cỏnh van là 141 mm.
3.6. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Lề ĐỐT
Để điều khiển lũ đốt theo lượng nhiờn liệu cung cấp theo yờu cầu của đề tài 80kg trấu/h, động cơ dẫn động vớt tải định lượng trấu được sử dụng là động cơ vụ cấp. Để điều khiển lũ đốt theo nhiệt độ, một sensor nhiệt độ được lắp ở trờn ống dẫn khớ tỏc nhõn sấy đưa vào bộđiều khiển OMRON. Bộđiều khiển được cài đặt
để khi nhiệt độ tỏc nhõn vượt quỏ giỏ trị cài đặt sẽ tự động ngắt động cơ định lượng cấp trấu, và khi nhiệt độ giảm xuống dưới giỏ trị cài đặt thỡ sẽ tự động
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 69 k2 k3 k4 rn Kd Ky 23 21 17 Kt L S T A K CM R V A AB 1 B C 4 Kf 15 8 KF KT 9 RN 10 2 CC BV 3 Bộ bảo vệ SC 5 k6 Định l−ợng trấu: 0,50 kW
Quạt thổi cấp trấu: 2,20 kW Vít tải tro: 0,75 kw Gạt tro: 0,50 kW k5 k5 24 22 k6 TĐ 18 k4 FOX1 STOP Tay 4 5 Rt k7
Bộ điều khiển nhiệt độ Quạt hút : 15,0 kW Quạt cấp khí thứ cấp: 1,5 kw ĐH đo nhiệt kd 16 ky KD KY k3 KT Time KF kf kt 13 7 K2 6 N Hỡnh 3.2. Sơđồđiện điều khiển toàn bộ hệ thống lũ đốt
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 70
Chương 4
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM
Trấu được mua từ nhà mỏy xay xỏt Yờn Mỹ tỉnh Hưng Yờn (hỡnh 5.1) cú thành phần cho trong bảng 4.1 (được phõn tớch tại Phũng thớ nghiệm của Viện Húa học, trường ĐH Bỏch Khoa Hà Nội) .
Bảng 4.1.Thành phần của trấu nguyờn liệu Thành phần Giỏ trị Cacbon cốđịnh, % 12,65 Chất bốc, % 62,1 Độẩm, % 11,87 Tro, % 13,38 C tổng số, % 34,17 Nhiệt trị, kJ/kg 14.383 (=3.436 KCal/kg) Tỷ trọng, kg/m3 116 Hỡnh 4.1. Vỏ trấu nguyờn liệu 4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Tiến hành nghiờn cứu thực nghiệm đơn yếu tố để xỏc định ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ sơ cấp Lsc (m3/h), lưu lượng dũng khớ thứ cấp Ltc (m3/h) đến nhiệt độ tõm lũ đốt Tld (oC), hiệu suất lũ đốt ηld (%) với lượng cấp nhiờn liệu qnl = 80kg/h.
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 71 Kết quả thớ nghiệm đó xỏc định được ảnh hưởng của cỏc yếu tố vào đến thụng số ra như sau:
a. Ảnh hưởng của lượng nhiờn liệu cấp vào buồng đốt q (kg/h)
Đó tiến hành thớ nghiệm xỏc định lượng nhiờn liệu (trấu) cấp vào buồng
đốt từ 60-100 kg/h theo ngưỡng 10 kg một lần tăng. Khi lượng nhiờn liệu cấp vào buồng đốt 60kg/h thỡ nhiệt độ tõm lũ và hiệu suất lũ đốt thấp, nếu tiếp tục tăng lượng cấp liệu thỡ nhiệt độ tõm lũ và hiệu suất lũ đốt tăng (tất nhiờn với lượng trấu tăng sẽ phải tăng lượng khớ sơ cấp nhờ mở rộng cửa van và đồng thời tăng dần tốc
độ thanh gạt tro và vớt tải thỏo tro). Khi lượng nhiờn liệu cấp vào buồng đốt tăng lờn đến 110 kg/h thỡ lửa bựng lờn cao sỏt trờn nắp ống khúi của buồng hũa khớ, cú thể gõy hỏa hoạn do trấu quỏ nhiều, khụng kịp chỏy hết nờn tớch tụ dần dưới đỏy buồng đốt đến khi quỏ lớn thỡ bựng lửa lờn cao. Từ kết quả thớ nghiệm trờn, chỳng tụi chọn lượng nhiờn liệu thớch hợp cấp vào buồng đốt là 80 kg/h.
b. Ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ sơ cấp Lsc (m3/h)
Điều kiện thớ nghiệm: lưu lượng dũng khớ thứ cấp: Ltc = 360m3/h
Kết quả thực nghiệm xỏc định ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ sơ cấp đến nhiệt độ tõm lũ đốt Tls và hiệu suất buồng đốt ηbd được thể hiện trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Kết quả thớ nghiệm xỏc định ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ sơ cấp Lsc
Yj Lsc (m3/h) Nhiệt độ tõm lũ đốt Tld (0C) Hiệu suất lũ đốt ηld (%) 460 736,25 58,75 748 855 81 920 809 78,775 1070 764,5 73,7
Đồ thị xỏc định ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ sơ cấp Lsc được thể
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 72
Hỡnh 4.2.Ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ sơ cấp đến nhiệt độ tõm lũ và hiệu suất của lũ đốt
Kết quả thớ nghiệm cho thấy, khi lượng khớ sơ cấp quỏ thấp (460 m3/h) thỡ nhiệt độ vựng chỏy ở tõm lũ thấp (736,250C). Điều này cú thểđược giải thớch như
sau: với lưu lượng khớ sơ cấp thấp thỡ tốc độ đẩy nhiờn liệu (trấu) thấp (do dũng khớ sơ cấp cũng chớnh là dũng khớ nạp nhiờn liệu), do đú trấu sẽ khụng cú đủđộ
xoỏy cần thiết và rơi nhanh do trọng lượng bản thõn khi vừa mới ra khỏi miệng
ống dẫn, thời gian chỏy khụng đủ và trấu cú hiện tượng chỏy lệch ở một cung trong lũng lũ, khi rơi xuống lớp tro trờn ghi vẫn tiếp tục chỏy ở dạng lớp chặt.
Nhiệt độ tõm lũ đạt cao nhất (8550C) khi lượng khớ sơ cấp đạt khoảng (748 m3/h) và mức này cũng chớnh là lũ đốt cú hiệu suất cao nhất (81%). Với lượng khớ này đủ để tạo dũng xoỏy cho trấu và thời gian để trấu chỏy hoàn toàn trong lỳc di chuyển từ khi vào buồng đốt tới khi rơi xuống lớp tro trờn ghi.
Nhiệt độ vựng chỏy sẽ giảm xuống khi lượng khớ sơ cấp tiếp tục tăng. Điều này là do lượng khớ cao tạo tốc độ dũng khớ xoỏy nhiờn liệu mạnh lờn, trấu đi nhanh và rơi nhanh khi chưa kịp chỏy hết, khi rơi xuống lớp tro trờn ghi lại tiếp tục chỏy kiểu lớp chặt.
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 73
c. Ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ thứ cấp Ltc (m3/h)
Điều kiện thớ nghiệm lưu lượng dũng khớ sơ cấp: Lsc = 748m3/h
Kết quả thực nghiệm xỏc định ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ thứ cấp đến nhiệt độ tõm lũ đốt Tls và hiệu suất buồng đốt ηbd được thể hiện trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Kết quả thớ nghiệm xỏc định ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ thứ cấp Ltc
Yj Ltc (m3/h) Nhiệt độ tõm lũ đốt Tld (0C) Hiệu suất lũ đốt ηld (%) 180 770 72.9 290 790 74.7 360 793 76.6 420 770 70.6
Đồ thị xỏc định ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ thứ cấp Ltc được thể
hiện trờn hỡnh 4.3.
Hỡnh 4.3.Ảnh hưởng của lưu lượng dũng khớ thứ cấp đến nhiệt độ tõm lũ và hiệu suất của lũ đốt
Trờn đồ thị cho thấy, khi lưu lượng khớ thứ cấp tăng lờn ở mức 360m3/h thỡ nhiệt độ tõm lũ tăng lờn 7930C và hiệu suất lũ đốt tăng và đạt giỏ trị cao nhất ở
mức 76,6%. Điều này cho thấy do bổ sung thờm đủ lượng khớ để chỏy chất bốc. Khi tiếp tục tăng lượng khớ thứ cấp lờn 4200C thỡ nhiệt độ tõm lũ và hiệu suất lũ
Học viện Nụng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 74
đốt giảm xuống do lượng khớ vào quỏ nhiều nờn khụng đủ thời gian tạo dũng xoỏy đểđốt chỏy hoàn toàn lượng trấu.
Kết quả phõn tớch thành phần tro của 4 mẫu ở chếđộ tốt nhất (ứng với lượng khớ sơ cấp 748m3/h, lượng khớ thứ cấp 360m3/h) tại phũng thớ nghiệm của khoa Húa phõn tớch – Trường đại học Bỏch Khoa Hà nội cho thấy lượng cỏc bon cũn lại trong tro của cỏc mẫu này rất thấp, chỉ nằm từ 0,74 – 2,58%, cho thấy cỏc chế độ vận hành của lũ khỏ phự hợp. Hàm lượng cacbon trong tro cũn lại này được