Tớnh toỏn đầu đốt khớ gas cấp cho lũ sấy

Buồng đốt trong hệ thống sấy được sử dụng để tạo ra nhiệt độ thớch hợp để dựng làm tỏc nhõn sấy.

Do nhiệt độ tỏc nhõn sấy thụng thường thấp nờn nhiờn liệu dựng trong cỏc buồng đốt của hệ thống sấy khụng cần cú nhiệt trị cao. Thụng thường tại buồng đốt cú cửa lấy khớ O2 để hũa trộn với khớ gas trong quỏ trỡnh đốt chỏy, để điều khiển nhiệt độ trong buồn đốt thỡ người ta phải điều khiển lượng khớ gas và tỷ lệ khớ gas với O2. Sơ đồ cấu tạo buồng đốt nhiờn liệu khớ gas được thể hiện trờn hỡnh 4.2.

Hỡnh 4.4. Sơ đồ cấu tạo buồng đốt khớ gas

1- Ống dẫn khớ gas, 2- Ống cấp khớ Oxy, 3- Đầu đốt. 4-Vỏ buồng đốt, 5- Mặt bớch liờn kết cyclone

Đốt nhiờn liệu khớ thường đơn giản hơn so với nhiờn liệu khỏc. Chất chỏy và chất tham gia sự chỏy (ụxy) đều ở thể khớ, cho nờn đõy là quỏ trỡnh chỏy trong thể tớch hay cũn gọi là chỏy đồng thể. Việc tạo được tỷ lệ hợp lý giữa khớ đốt, khụng khớ là điều kiện tốt để chỳng hũa trộn với nhau sẽ quyết định chất lượng chỏy của khớ, kớch thước của ngọn lửa và sự phõn bố nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ thể tớch buồng đốt. Khi lượng khụng khớ đưa vào khụng đủ (hệ số tiờu hao khụng khớ n <1) thỡ khớ chỏy khụng hoàn toàn. Trong sản phẩm chỏy cũn cú thành phần chỏy được, do đú nhiệt lượng thu

được giảm đi và nhiệt độ lũ cũng thấp hơn so với khớ được đốt chỏy hoàn toàn. Trường hợp đưa lượng khụng khớ dư thừa vào đốt chỏy nhiờn liệu (n>1) tuy khớ đốt chỏy hoàn toàn nhưng nhiệt độ sản phẩm chỏy cũng giảm đi, nhiệt độ lũ cũng giảm theo.

Xỏc định cỏc thụng số cơ bản của buồng đốt khớ gas: - Xỏc định lượng khụng khớ khụ thực tế.

Ta gọi: L là lượng khụng khớ khụ thực tế để chỏy hết 1 kg nhiờn liệu. Lo là lượng khụng khớ khụ lý thuyết để chỏy hết 1 kg nhiờn liệu. Hệ số khụng khớ thừa của buồng đốt

bd  : o L L bd   . (4.30) Ta thấy khi bd

 càng lớn thỡ khả năng cung cấp oxy càng tốt nhưng nhiệt độ buồng đốt lại giảm dẫn tới quỏ trỡnh chỏy khụng tốt. Đối với lũ đốt lấy khúi thỡ

3 , 1 2 , 1 bd    . Ta chọn 1,2 bd   .

- Cỏc thụng số sau buồng hoà trộn: + Thành phần nhiờn liệu khớ gas:

CO = 19,6. H2 = 10,3. CH4 = 1,6. N2 = 42,1. CO2 = 12,8. O2 = 13,6. + Tớnh nhiệt trị của nhiờn liệu.

Nhiệt trị là nhiệt lượng toả ra khi chỏy hoàn toàn 1 kg nhiờn liệu. Cú hai khỏi niệm là nhiệt trị thấp Qt và nhiệt trị cao Qc. Nhiệt trị cao của nhiờn liệu được xỏc định theo cụng thức: 2500(9H A) t Q c Q    (4.31) Qt - Nhiệt trị thấp của nhiờn liệu.

Nhiệt trị thấp của nhiờn liệu Qt được xỏc định theo cụng thức:

4 2 4 2 6 2 358, 20 590,66 637, 46 107,98 126,36 .... t Q  CH  C H  C H  H  CO (4.32) Theo [9] ta cú: Qt = 4500 kJ/kg Từ đú ta xỏc định được: Qc = 4500 + 2500(9.0,107 +0) = 6907,5 (kJ/kg nl). + Xỏc định lượng khụng khớ khụ lý thuyết cho quỏ trỡnh chỏy

Lượng khụng khớ khụ lý thuyết cho quỏ trỡnh chỏy là lượng khụng khớ khụ vừa đủ cung cấp oxy cho cỏc phản ứng chỏy. Ta lấy thành phần khối lượng oxy chứa trong khụng khớ khụ gần bằng 23%.

Gọi Lo là lượng khụng khớ khụ lý thuyết để đốt chỏy 1 kg nhiờn liệu (khớ gas). Lượng khụng khớ khụ lý thuyết để đốt chỏy 1 kg nhiờn liệu.

L0 = 2 2 m n n m 4 2, 48CO 34,8H 6,14H S 138 C H 4, 3O 12m n                 (4.33) Từ (4.33) ta xỏc định được: L0 = 2,48 .(0,196 + 0,128) + 34,8.0,103 + 2 138. .0, 016 16 L0 = 4,66 (kg kk/kg nl) Từ cụng thức (4.30) ta cú: L = αbd.L0 = 1,2.4,66 = 5,592 (kg kk/kg nl)

- Khối lượng hơi nước chứa trong khúi lũ sau buồng đốt:

Hơi nước chứa trong khúi lũ gồm: nước trong nhiờn liệu bốc hơi, nước do phản ứng chỏy hydro, nước do khụng khớ mang vào. Khối lượng hơi nước sau buồng đốt Ga’ khi đốt chỏy 1 kg nhiờn liệu.

Ga’ = (9H +A ) + αbd.Lo.do = (9.0,107 +0) +1,2.4,66.0,0179 (4.44) Ga’ = 1.964 ( kg ẩm/ kg nl).

Vậy khối lượng hơi nước chứa trong khúi lũ sau buồng hoà trộn.

Ga = (9H +A) + α.Lo.do = (9.0,107 +0) +37,5.4,66.0,0179 (4.45) Ga = 4,091 ( kg ẩm/kg nl).

- Khối lượng khúi khụ sau buồng đốt Lk’.

Khối lượng khúi khụ sau buồng đốt bằng tổng khối lượng khụng khớ khụ o

L . bd

 , khối lượng nhiờn liệu trừ đi thành phần tro, hơi nước do phản ứng chỏy 9H và nước trong nhiờn liệu (A).

Lk’ = (αbd.L0 + 1) - {Tr + (9H + A)} = (1,2.4,66 + 1) - {0 + (9.0,107 + 0)} 5,63

'

L

k  (kg kk/kg nl).

- Xỏc định lượng chứa ẩm của khúi sau buồng đốt d’.

Lượng chứa ẩm của khúi là số kg hoặc gam hơi nước chứa trong 1 kg khúi khụ. Ta cú: 1, 694 0,301 5, 63 a k G d L       , kg ẩm/kg kk (4.46)

-Xỏc định entanpy của khúi lũ sau buồng đốt I’. Entanpy của khúi lũ được tớnh cho 1 kg khúi khụ.

0 0 . c bd nl nl bd k Q C t L I I L        (4.47) Trong đú: bd

 - hiệu suất buồng đốt; 0,75 0,9 bd  

 ; chọn 0,75

bd

  .

Cnl, Cpk – tương ứng là nhiệt dung riờng của nhiờn liệu và khúi khụ. ở tnl = 28oC thỡ Cnl = 0,120 kJ/kg.K ; Cpk = 1,004 (kJ/kg.K) 6907,5.0, 75 0,12.28 1, 2.4, 66.74, 029 994,308 5, 63 I     (kJ/kg kk) 4.5. Tớnh toỏn và chọn quạt cấp khớ

4.5.1. Năng suất quạt giú

Năng suất của quạt V được xỏc định trờn cơ sở tớnh toỏn nhiệt cho hệ thống sấy và được xỏc định bằng lưu lượng thể tớch khụng khớ khụ cần thiết cho quỏ trỡnh chỏy:

. 5,592.8, 679 44,938 1, 08 nl L m V     m3/h (4.48) L - lượng khụng khớ khụ cần thiết để đốt chỏy 1kg nguyờn liệu,

L = 5,592 m3/kg

Ρ - khối lượng riờng của khụng khớ khụ ở điều kiện ỏp suất và nhiệt độ sấy, 3

1,08kg / m

 

4.5.2. Cụng suất cần thiết của quạt giú

Cụng suất cần thiết của quạt giú được xỏc định theo cụng thức: 0 q V p N k 3600.102.     , kW (4.49)

Với: V - lưu lượng thể tớch của khụng khớ khụ

k- là hệ số dự phũng; k = 1,1 - 1,3. Ta chọn k = 1,2. q- hiệu suất quạt; q 0,40,6. Ta chọn q= 0,6.

ρ0- khối lượng riờng của khụng khớ khụ ở điều kiện tiờu chuẩn, ρ0= 1,29 kg/m3. Thay cỏc giỏ trị chọn và tớnh ở trờn vào (4.19), ta xỏc định được cụng suất cần thiết của quạt là:

44,938.1, 29.426, 06

1, 2 0, 089

3600.102.1, 08.0, 7

Như vậy để đảm bảo cho quỏ trỡnh húa khớ cung cấp khớ gas cho buồng đốt của lũ sấy thỡ cần chọn quạt cú lưu lượng 44,938 m3

/h. Cụng suất động cơ 90 W.

Hỡnh 4.5. Cấu tạo lũ húa khớ

Hỡnh 4.6. Cấu tạo lũ húa khớ

1- Thõn lũ, 2- ghi lũ, 3- cửa lấy tro, 4-nắp lũ, 5- van cấp khớ cấp1, 6-van cấp khớ cấp2, 7- van cấp khớ oxy, 8 - van điều tiết khớ gas, 9 - quạt , 10- đầu đốt, 11- lớp bảo ụn vỏ lũ

4.6. Thớ nghiệm, khảo nghiệm

4.6.1. Vật liệu, dụng cụ và bố trớ thớ nghiệm a. Vật liệu thớ nghiệm a. Vật liệu thớ nghiệm

- Loại nguyờn liệu: mạt cưa, dăm bào, đầu mẩu gỗ - Độ ẩm nguyờn liệu nhỏ hơn 20%

- Khối lượng thể tớch của nguyờn liệu 440 ữ 460 kg/m3

b. Dụng cụ thớ nghiệm

- Lũ húa khớ: Trong đề tài này, để tiết kiệm chi phớ trong thớ nghiệm, thử nghiệm tỏc giả chế tạo mụ hỡnh lũ húa khớ đồng dạng với lũ húa khớ đó thiết kế để cấp khớ gas cho lũ sấy gỗ với cụng suất 10 m3/ mẻ sấy. cú cỏc thụng số kớch thước cụ thể như sau: .

+ Đường kớnh D = 250mm, chiều cao H = 1200mm.

+ Thể tớch vựng nhiệt phõn: Vnp= 0,3.3,14.d2/4 = 0,014 m3.

+ Thể tớch vựng chứa nguyờn liệu: Vnl = 0,7.3,14. d2/4 = 0,034 m3. + Lượng nguyờn liệu tối đa nạp vào cho 1 lần thớ nghiệm:

ln ln. nl 0, 034.460 15, 798 16

m V     kg

- Quạt giú lựa chọn là loại quạt chuyờn dụng cho bếp lũ (ĐKKD-0700261487,

220v-50Hz, 35W), cú thể điều chỉnh cụng suất quạt từ 10W đến 35W

- Cõn đĩa Nhơn Hũa cú giới hạn cõn 60kg, độ chớnh xỏc ±0,01kg - Tỳi chứa khớ chất liệu nilon trong suốt, dung tớch 50 lớt

- Đồng hồ đo thời gian

- Mỏy đo độ ẩm xenlulo DELMHORST J-2000

Cõn đĩa Quạt lũ Đồng hồ thời gian Mỏy đo độ ẩm

c. Bố trớ thớ nghiệm

- Mục tiờu của việc thớ nghiệm để khảo sỏt một số yếu tố ảnh hưởng chớnh đến năng suất húa khớ của mạt cưa, dăm bào, đầu mẫu gỗ trong lũ nhiệt phõn.

- Theo phõn tớch ở chương 3 thỡ cú nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng suất húa khớ trong đú cú yếu tố về phõn bố của nguyờn liệu trong lũ (khối lượng nguyờn liệu/ lần

cấp) và kớch thước nguyờn liệu húa khớ.

Vỡ vậy, trong phạm vi đề tài này tỏc giả chọn nguyờn liệu là mạt cưa, dăm bào đầu mẫu gỗ cú khối lượng thể tớch khoảng 450kg/m3, cú nhiệt trị thấp khoảng Qt = 4500 kJ/kg.

Tiến hành cỏc thớ nghiệm để nghiờn cứu ảnh hưởng của 2 yếu tố đến năng suất húa khớ của lũ húa khớ:

- Ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu/1 lần nạp đến năng suất húa khớ - Ảnh hưởng của kớch thước, hỡnh dỏng nguyờn liệu đến năng suất húa khớ Điều chỉnh khớ cấp cho lũ húa khớ ở 1 mức phự hợp và giữ cố định cho tất cả cỏc thớ nghiệm. Sau khi cấp khớ cho lũ húa khớ hoạt động khoảng 5 phỳt thỡ ta tiến hành kiểm tra khả năng chỏy của gas sau đú tiến hành đo lưu lượng khớ gas. Ở mỗi thớ nghiệm ta đo lưu lượng khớ bằng cỏch sử dụng tỳi ni lon để chứa khớ (với dung tớch chứa 50 lớt), đem gắn vào đầu ống thoỏt khớ gas sau đú sử dụng đồng hồ thời gian để kiểm tra thời gian bơm đầy tỳi khớ từ đú xỏc định được lượng khớ sinh ra bỡnh quõn bao nhiờu dm3 trong 1 giõy tại thời điểm đo. Bố trớ khoảng thời gian kiểm tra lượng khớ gas thoỏt ra ngoài theo khoảng cỏch cứ 10 phỳt ta kiểm tra 1 lần và ghi kết quả vào bảng.

a. Cõn nguyờn liệu b. Kiểm tra chất lượng khớ gas

c. Nạp nguyờn liệu vào lũ d. Tỳi ni lon chứa khớ gas

4.6.2. Tiến hành thớ nghiệm, khảo nghiệm

- Trong cỏc thớ nghiệm đơn yếu tố, chỳng tụi đều lấy mức biến thiờn thời gian k = 10 phỳt với khoảng biến thiờn thời gian là như nhau ở cỏc mức yếu tố, số lần thớ nghiệm lặp lại n = 3.

- Trong đề tài này, tỏc giả xỏc định ảnh hưởng của 2 yếu tố đến năng năng suất húa khớ:

+ Ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu nạp vào lũ húa khớ / 1 lần nạp. + Ảnh hưởng của kớch thước nguyờn liệu đến năng suất húa khi

- Điều kiện thớ nghiệm: Độ ẩm nguyờn liệu W =15%, lưu lượng quạt cấp

giú Vn = 0,05dm3/s.

Thớ nghiệm 1: Ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu nạp vào lũ / 1 lần nạp đến năng suất húa khớ.

- Thay đổi khối lượng nguyờn liệu cấp /1 lần nạp từ G1 đến G5

Bảng 4.4. Bố trớ thớ nghiệm theo khối lượng nguyờn liệu nạp vào lũ

G1 (kg) G2 (kg) G3 (kg) G3 (kg) G5 (kg) 7 9 11 13 15

- Loại nguyờn liệu cú ký hiệu R1, R2, R3

Bảng 4.5. Ký hiệu cỏc loại nguyờn liệu nạp vào lũ

R1 R2 R3

Mạt cưa Dăm bào Đầu mẩu

- Tiến hành cỏc thớ nghiệm:

+ Khối lượng nguyờn liệu thay đổi từ G1 đến G5 + Mỗi thớ nghiệm lặp lại 3 lần

+ Ghi kết quả vào biểu mẫu 01

- Đo thể tớch khớ gas sinh ra trong 1 giõy (dm3/s). Tương ứng theo từng thớ nghiệm trong thời gian 270 phỳt. Ghi kết quả vào biểu mẫu như vớ dụ ở biểu mẫu 02.

- Kết quả thớ nghiệm: Qua phõn tớch, xử lý số liệu thớ nghiệm ta thu được cỏc biểu đồ thể hiện ảnh hưởng như sau:

Biểu đồ 4.1.Ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu / mẻ đến năng suất húa khớ của loại nguyờn liệu R1

- Qua biểu đồ ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu / mẻ đến năng suất húa khớ của loại nguyờn liệu R1 cho thấy:

+ Ở khoảng thời gian 40 phỳt đầu tốc độ húa khớ tăng lờn nhanh, ở thớ nghiệm cú khối lượng nạp vào nhỏ hơn cú tốc độ nhanh hơn những thớ nghiệm cú khối lượng lớn hơn.

+ Trong khoảng 40 phỳt đến 120 phỳt (đoạn giữa quỏ trỡnh húa khớ) lưu lượng khớ gas đạt mức cao nhất sau 80 phỳt khởi động lũ húa khớ, ở thớ nghiệm cú khối lượng nguyờn liệu nạp vào lớn hơn thỡ lưu lượng khớ ga đạt mức cao hơn.

+ Ở đoạn sau, lưu lượng khớ gas ở cỏc thớ nghiệm giảm dần, ở thớ nghiệm cú khối lượng nguyờn liệu nạp vào nhiều hơn thỡ thời gian húa khớ kộo dài hơn.

- Qua biểu đồ ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu / mẻ đến năng suất húa khớ của loại nguyờn liệu R2 cho thấy quy luật diễn ra cũng tương tự như ở thớ nghiệm với loại nguyờn liệu R1 tuy nhiờn cũng cú một số điểm khỏc như sau:

+ Tốc độ húa khớ ở giai đoạn đầu diễn ra nhanh hơn (lưu lượng khớ gas đạt mức cao nhất sau khi khởi động lũ húa khớ khoảng 50 phỳt.

+ Cựng một lượng nguyờn liệu nạp vào thỡ ở thớ nghiệm với loại nguyờn liệu R2 kết thỳc quỏ trỡnh húa khớ sớm hơn thớ nghiệm với loại nguyờn liệu R1.

Biểu đồ 4.3.Ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu / mẻ đến năng suất húa khớ của loại nguyờn liệu R3

- Qua biểu đồ ảnh hưởng của khối lượng nguyờn liệu / mẻ đến năng suất húa khớ của loại nguyờn liệu R3 cho thấy quy luật diễn ra cũng tương tự như ở thớ nghiệm với loại nguyờn liệu R1 và R2 tuy nhiờn cũng cú một số điểm khỏc như sau:

+ Thời gian đầu tốc độ húa khớ diễn ra chậm hơn so với thớ nghiệm với lợi nguyờn liệu R1 và R2.

+ Thời gian húa khớ kộo dài hơn loại nguyờn liệu R1 và R2 khi cú cựng khối lượng nguyờn liệu nạp vào.

Nhận xột: Qua bảng số liệu và biểu đồ 4.1 đến biểu đồ 4.4 cho thấy

- Khối lượng nguyờn liệu cấp/ mẻ húa khớ cú ảnh hưởng đến năng suất húa khớ, thời gian húa khớ và lưu lượng khớ gas trong từng giai đoạn:

+ Ở giai đoạn 40 phỳt đầu ở thớ nghiệm cú khối lượng nhỏ hơn thỡ tốc độ húa khớ nhanh hơn.

+ Trong khoảng từ 40 phỳt đến 90 phỳt ở thớ nghiệm cú khối lượng lớn hơn thỡ cú tốc độ húa khớ nhanh hơn và đạt được năng suất lớn hơn.

+ Ở giai đoạn cuối tốc độ húa khớ gần bằng nhau, ở thớ nghiệm cú lượng nguyờn liệu nhiều hơn thỡ thời gian húa khớ cũng kộo dài hơn.

- Căn cứ vào biểu đồ tương quan số liệu giữa khối lượng nguyờn liệu và lượng khớ gas thu được sau từng thớ nghiệm ta cú nhận xột:

+ Khi lượng nguyờn liệu cấp vào tăng thỡ tổng lượng khớ gas cũng tăng lờn. + Giữa khối lượng nguyờn liệu cấp vào và tổng lượng khớ thu được khụng cú mối tương quan theo 1 tỉ lệ hàm bậc nhất chỳng tỏ trong quỏ trỡnh húa khớ đó tiờu hao một