54
Hình 3. 18 Đường cong độ ẩm của gỗ và độ ẩm trong lò sấy giai đoạn 1
Quá trình này nhiệt độ lò sấy được duy trì thấp (~ 30oC) kết hợp phun ẩm để giữ độ ẩm lò sấy cao (97%). Mục đích của giai đoạn này là cấp nhiệt cho gỗ sấy, thoát ẩm bên trong lõi gỗ ra bề mặt; trong khi đó, ngăn thoát ẩm bề mặt gỗ. Hình 3.18 mô tả độ ẩm RH trong lò sấy độ ẩm của gỗ. Gỗ đưa vào lò có độ ẩm ~ 50% (lõi gỗ). Kết thúc giai đoạn 1, độ ẩm gỗ giảm xuống chỉ còn 30%.
Có thể thấy rằng, lò sấy sử dụng NLMT hoạt động tương đối tốt ở giai đoạn sấy ban đầu với một số đặc điểm:
- Mặc dù phun ẩm tuy nhiên độ ẩm RH lò sấy có sự thăng giáng giữa ban ngày (68 - 72%) và ban đêm (90 - 95%), thay đổi theo nhiệt độ. Độ ẩm RH của lò sấy vào ban đêm tương đối ổn định do nhiệt độ lò sấy thay đổi không đáng kể. Vào ban ngày, ta thấy rằng độ ẩm RH lò sấy giảm dần từ 72% về 68% theo thời gian. Điều này chứng tỏ, chức năng phun ẩm để duy trì độ ẩm RH lò sấy hoạt động không thật hiệu quả. Tuy nhiên, do lò sử dụng NLMT nên nhiệt độ lò sấy giảm theo chu kỳ ngày đêm, kéo theo độ ẩm RH lò sấy giảm. Điều này gián tiếp giúp duy trì độ ẩm lò sấy cao, tránh gỗ bị thoát ẩm không đều giữa bề mặt và bên trong.
55
3.3.2 Giai đoạn 2 (giảm độ ẩm gỗ về độ ẩm bão hòa thớ gỗ, 25%)
Hình 3. 19 Đường cong độ ẩm của gỗ và trong lò sấy giai đoạn 2
Nhiệt độ lò sấy được duy trì ở nhiệt độ sấy 35 - 38oC vào ban ngày và 30 - 32 oC vào ban đêm. Độ ẩm RH lò sấy được điều chỉnh giảm dần theo bảng EMC
56
(thể hiện mối quan hệ giữa độ ẩm cân bằng của gỗ với nhiệt độ, độ ẩm RH buồng sấy, Bảng 2. 1). Hình 3.19 mô tả độ ẩm RH trong lò sấy và độ ẩm của gỗ.
Do độ ẩm RH phụ thuộc nhiệt độ nên độ ẩm RH lò sấy có sự thay đổi theo chu kỳ ngày đêm. Ngoài ra, độ ẩm RH lò sấy (ban ngày và ban đêm) giảm dần theo thời gian. Vào ban đêm, độ ẩm RH lò sấy giảm dần từ 93% về 85% và từ ~ 85% xuống 60% vào ban ngày.
Giai đoạn 2 của sấy gỗ, ta thấy lò sấy sử dụng NLMT hoạt động như sau: - Vào ban ngày nhiệt độ lò cao, độ ẩm RH thấp, độ ẩm của bề mặt ngoài gỗ giảm nhanh, thoát ẩm vào không khí trong buồng sấy do chênh lệch áp suất riêng phần. Về lý thuyết, vào ban ngày nhiệt độ bề mặt gỗ lớn hơn bên trong thớ gỗ, hơi nước có thể di chuyển từ bề mặt vào bên trong (cân bằng nhiệt). Tuy nhiên, độ ẩm bên trong thớ gỗ luôn cao hơn bề mặt nên xu hướng thoát ẩm thường là từ bề mặt gỗ vào trong không khí trong lò sấy. Về đêm, nhiệt độ lò sấy giảm xuống kéo theo độ ẩm tương đối của lò sấy tăng lên; nhiệt độ buồng sấy (hay nhiệt độ bề mặt gỗ) giảm xuống thấp hơn nhiệt độ bên trong thớ gỗ. Quá trình này hỗ trợ sự thoát ẩm từ trong thân gỗ ra bề mặt, giảm sự chênh lệch về độ ẩm gỗ do hiện tượng thoát ẩm quá nhanh vào ban ngày.
- Tốc độ giảm ẩm giai đoạn này ~ 0,5%/ngày và quá trình kéo dài 7 - 10 ngày, kết thúc giai đoạn độ ẩm của gỗ đạt ~ 25 %, gỗ không bị cong vênh do co rút trong quá trình sấy.
3.3.3 Giai đoạn 3 (đưa độ ẩm gỗ về giá trị mong muốn)
Giai đoạn này, độ ẩm của gỗ đã ở dưới độ ẩm bão hòa thớ gỗ nên không lo ngại sự cong vênh do co rút cục bộ. Nhiệt độ lò sấy được điều khiển để tăng lên tối đa theo khả năng của lò sấy (50 - 55oC). Hình 3.20 mô tả độ ẩm RH trong lò sấy và độ ẩm của gỗ.
Quan sát thấy rằng, giai đoạn sấy này có sự khác biệt lớn khi vận hành lò vào mùa nắng và mùa ít nắng. Về mùa hè, trời nắng to, nhiệt độ không khí rất cao, nhiệt độ lò sấy dễ dàng đạt 55 oC. Khi đó, độ ẩm RH lò sấy thấp (~ 55%), phù hợp để gỗ giảm ẩm nhanh. Tuy nhiên vào mùa ít nắng (đông, xuân), nhiệt độ lò sấy không thể lên cao, chỉ từ 30 - 40oC, do đó độ ẩm lò sấy cũng cao. Quan sát thấy rằng, trong điều kiện như vậy, tốc độ thoát ẩm của gỗ trong lò rất thấp.
57
- Nghịch lý của lò sấy sử dụng NLMT hoạt động vào mùa ít nắng: Để giảm độ ẩm của gỗ cần nhiệt độ lò sấy cao. Nhiệt độ lò sấy cao sẽ cung cấp nhiệt cho gỗ để thúc đẩy quá trình bay hơi, chuyển ẩm từ bề mặt gỗ vào không khí trong buồng sấy. Nhiệt độ cao còn giúp duy trì độ ẩm RH của buồng sấy thấp, tạo chênh lệch áp suất riêng phần giữa bề mặt gỗ và không khí lò sấy. Tuy nhiên vào mùa ít nắng, nhiệt NLMT thấp do đó nhiệt độ lò sấy thấp, độ ẩm lò sấy cao. Để giảm độ ẩm trong lò, hệ thống quạt xả ẩm phải hoạt động. Tuy nhiên quá trình xả ẩm dẫn đến mất nhiệt, nhiệt độ lò đi xuống, chưa kể quá trình lấy khí tươi từ môi trường (nhiệt độ thấp) lại tiếp tục làm cho nhiệt độ lò sấy giảm. Do độ ẩm tương đối phụ thuộc nhiệt độ, một khi nhiệt độ lò giảm thì độ ẩm tương đối tăng lên. Vì thế về mùa ít nắng, lò sấy NLMT hoạt động kém hiệu quả.
- Để sấy gỗ đạt độ ẩm 12% và trong trường trường hợp trời nắng, giai đoạn 3 có thể kéo dài khoảng 15 ngày. Nếu thời tiết ít nắng, quá trình sấy (giai đoạn 3) bị ngưng trệ.
58
Hình 3. 20 Đường cong độ ẩm của gỗ và trong lò sấy giai đoạn 3
3.4. Khả năng giảm thải CO2 của lò sấy sử dụng NLMT
Để đánh giá khả năng giảm phát thải CO2 của lò sấy sử dụng NLMT với các loại lò sấy sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc điện năng, đề tài giả thiết:
- Giả thiết rằng các lò sấy có độ cách nhiệt như nhau;
- Không đưa hiệu suất truyền nhiệt của các loại lò sấy vào tính toán (hiệu suất truyền nhiệt từ nguồn nhiệt đến gỗ sấy)
- Không đưa thời gian sấy vào tính toán.
Công thức tính lượng phát thải CO2 trên một đối tượng sấy [29]:
Trong đó, là lượng phát thải CO2 trên một đơn vị khối lượng
nguyên liệu sấy; là lượng tiêu thụ nhiên liệu trên một đơn vị khối lượng
nguyên liệu sấy và là hệ số phát thải của nhiên liệu.
Bốn loại lò sấy cùng công suất sắp xếp gỗ (25 m3) sử dụng nhiên liệu lần lượt là NLMT, điện, than, khí đốt được tính toán. Để sấy 1.000 bf (2,36 m3 gỗ)
59
gỗ cần lượng năng lượng vào khoảng 1,7 – 3,2 MBTU [30], trong đó 1 MBTU = 1055 MJ. Tức là, để sấy 1 m3 gỗ cần tiêu tốn 0,711 – 1,430 MJ.
- Lò sấy sử dụng NLMT: Cần sử dụng điện năng để vận hành hệ thống quạt đối lưu, quạt xả ẩm… Điện năng để sấy 1 m3 gỗ keo xẻ ~ 33 kWh (số liệu thực tế). Hệ số phát thải CO2 của hệ thống điện là = 0,8154 (kgCO2/kWh) [31]. - Lò sấy hoàn toàn dùng điện: Bên cạnh điện năng vận hành hệ thống quạt đối lưu, quạt xả ẩm, lò sấy điện cần tiêu tốn điện năng để tạo ra nguồn nhiệt cấp cho buồng sấy. Điện năng để sấy 1 m3 gỗ keo xẻ ~ 800 kWh.
- Lò sấy dùng than: Lượng than cần sử dụng để tạo 1,016 – 2,383 MJ là ~
3.420 kg. Hệ số phát thải CO2 của đốt than là = 0,983 (kgCO2/kg). [32]
- Lò sấy dùng khí hóa: Hiệu suất khí hóa 60 – 70% vậy lượng khí hóa cần sử dụng để tạo 0,711 – 1,43 MJ là 776 – 1812 kg. Hệ số phát thải CO2 của khí hóa là = 0,741 (kgCO2/kg). [32]
Bảng 3.7 trình bày kết quả lượng phát thải CO2 của các lò sấy sử dụng bốn loại nhiên liệu khác nhau, dung tích các lò sấy là như nhau và bằng 25 m3.
Bảng 3. 2 Lượng phát thải CO2 của các loại lò sấy
Nhiêu liệu lò sấy
Phát thải CO2 (kg)
Để sấy 1 m3 gỗ Lò sấy (25 m3)
Than 456 11.400
Điện 23 - 29 570 - 712
Năng lượng mặt trời 6 - 7 138 - 162
Khí hóa 85 - 199 2.123 - 4.975
Từ kết quả tính trên Bảng 3.2 cho thấy lò sấy sử dụng NLMT có mức độ phát thải CO2 thấp hơn rất nhiều so với sử dụng than, khí hóa hoặc thậm chí sử dụng điện lưới.
60
KẾT LUẬN
Đề tài đã nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường đến hiệu suất lò sấy gỗ sử dụng NLMT, cụ thể:
- Đã phân tích, giải mã tấm hấp thụ NLMT. Tấm hấp thụ NLMT của lò sấy có cấu trúc ba lớp: polymer trong suốt - sơn hấp thụ nhiệt – polymer nền, lớp hấp thụ chứa graphite biến tính.
- Đã khảo sát nhiệt độ lò sấy theo điều kiện thời tiết. Tiêu biểu là, vào ban ngày mùa nắng, nhiệt độ lò sấy có thể đạt 53 oC, chênh lệch nhiệt độ so với bên ngoài ~ 18 oC; về mùa ít nắng nhiệt độ lò sấy có thể đạt 40 oC, chênh lệch nhiệt độ so với bên ngoài ~ 8 oC.
- Đã khảo sát khả năng sấy gỗ keo xẻ của lò sấy. Đối với quy trình sấy gỗ ba giai đoạn: Lò sấy mất 3 - 4 ngày để hoàn thành giai đoạn 1 (đưa độ ẩm gỗ về 30%, gỗ không bị cong vênh); 7 - 10 ngày để hoàn thành giai đoạn 2 (đưa độ ẩm gỗ về 25% - độ ẩm bão hòa thớ gỗ, gỗ không bị cong vênh). Đối với giai đoạn 3, sấy đưa độ ẩm gỗ về giá trị mong muốn (9 - 12%), hiệu năng lò sấy rất phụ thuộc vào điều kiện nắng. Quá trình sấy có thể kéo dài nếu thời tiết không thuận lợi.