Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng của máy ép thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận văn nhằm xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số của máy ép đến công suất tiêu hao trong quá trình ép, năng suất của máy và nhiệt lượng của thanh nhiên liệu làm từ vỏ trấu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng của máy ép thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp

LỜI CAM ĐOAN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Tôi xin cam------------------------------------- đoan, đây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. NGUYỄN HỮU HƠN Tác giả luận văn NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY Trần Văn Thịnh ÉP THANH NHIÊN LIỆU TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian làm việc khẩn trương, với tinh thần nghiên cứu khoa học một cách nghiêm túc, trên cơ sở các kiến thức của bản thân và các tài liệu tham khảo, sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Văn Quân, thầy hướng dẫn Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy trực tiếp, thầy Phạm Văn Lý với những nhận xét và góp ý xác đáng, thầy Trần LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Kim Khôi và các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình khảo nghiệm tại hiện trường và xử lý số liệu đo đếm được. Đến nay, Đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi vận xuất gỗ rừng tự nhiên bằng tời tự hành hai trống” của tôi đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với những sự giúp đỡ tận tình quý báu đó. Tôi xin hứa với những kiến thức đã học được trong quá trình học tập và nghiên cứu, trong điều kiện có thể tôi sẽ vận dụng vào quá trình hoạt động LỜI CAM ĐOAN Hà Nội, 2011
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực BỘ GIÁO DỤC và chưa VÀaiĐÀO được côngTẠO bố trong bấtBỘ kỳNÔNG NGHIỆP công trình VÀ PTNT nào khác. TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------- Tác giả luận văn NGUYỄN HỮU HƠN NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT Trần VănSỐ YẾU TỐ Thịnh ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY ÉP THANH NHIÊN LIỆU TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Máy và Thiết bị cơ giới hóa Nông -Lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 Chuyên ngànhnghệ gỗ, giấy LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TS. Trần Tuấ n Nghĩa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lê Văn Thái Hà Nội, 2011
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam là một nước nông nghiệp và hàng năm tạo ra một lượng lớn đến hàng chục triệu tấn các phế thải (sinh khối) từ nông nghiệp (vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vỏ hạt…), phế thải của sản xuất, chế biến gỗ (mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn, cành ngọn … Sử dụng nguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội. Lợi ích của việc sử dụng viên (thanh) nhiên liệu từ Biomass là tận dụng được phế thải từ nông nghiệp, giảm chi phí vận chuyển và lưu trữ, có thể sử dụng làm chất đốt cho nhiều loại lò công suất vừa và nhỏ, vừa cắt giảm năng lượng hóa thạch, tiếp kiệm chi phí sản xuất, tăng chất lượng quá trình cháy và giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính …góp phần bảo vệ môi trường. Riêng đồng bằng sông Cửu Long hàng năm tạo ra cả chục triệu tấn phế thải từ nông nghiệp như vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vv… Hiện nay đã có một số nhà máy, cơ sở sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ trấu trên địa bàn như ở Long An, Cần Thơ, Đồng Tháp và Hậu Giang. Tuy nhiên đây là lĩnh vực mới nên máy móc vừa sản xuất vừa nghiên cứu cải tiến. Ở nước ta, việc nghiên cứu sử dụng phế thải từ nông nghiệp để sản xuất nhiệt năng phục vụ công nghiệp và đời sống sinh hoạt đã được một số trường Đại học (Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh…) nghiên cứu và một số cơ sở ở vùng đồng bằng sông Cửu Long sản xuất thử. Các nghiên cứu tập trung vào hướng sinh hóa để biến các phế thải thành nhiên liệu lỏng phục vụ công nghiệp. Thực tế đã có một số cơ sở tư nhân thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long sản xuất thành công thanh nhiên liệu từ trấu để làm củi đốt phục vụ sinh hoạt. Tuy nhiên, các máy móc, thiết bị sản xuất tại các cơ sở đó được thiết kế và chế tạo chủ yếu dựa theo kinh nghiệm, chưa có cơ sở khoa học nên hiệu quả thu được còn hạn chế, đó chính là nguyên nhân kìm hãm sự phát triển sử dụng nguồn năng lượng mới phục vụ công nghiệp và cuộc sống sinh hoạt. Với lý do trên, đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng suất và chi phí năng lượng của máy ép thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp” là cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và xã hội.
2 a. Hiệu quả đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ: - Xác định được các thông số cấu tạo hợp lý của máy ép làm cơ sở cho thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy theo hướng tối ưu để nhanh chóng áp dụng trong sản xuất một cách đại trà phục vụ sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ trấu. b. Hiệu quả kinh tế - xã hội - Việt Nam là một nước nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượng lớn các phế thải như vỏ trấu, bã mía, rơm rạ, vỏ hạt, mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn, cành ngọn,vv… Sử dụng nguồn sinh khối này một cách thích hợp để sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho nông nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng và mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội. - Việc áp dụng máy ép để sản xuất thanh nhiên liệu từ vỏ trấu một cách đại trà và đạt hiệu quả cao trong sản xuất sẽ mở ra hướng sử dụng năng lượng mới khả năng thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch trong sản xuất, góp phần cắt giảm năng lượng hóa thạch, tiết kiệm chi phí sản xuất, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và thúc đẩy sự phát triển công nghiệp năng lượng, công nghiệp sản xuất các thiết bị chuyển hóa năng lượng trong đời sống xã hội v v…
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp 1.1.1. Trên thế giới Từ xưa tới nay vỏ trấu,vỏ lạc, cà phê, rơm rạ, mùn cưa, phoi bào, gỗ vụn (biomass) được mặc định là phế thải nông nghiệp, thường được mang đi đốt sau mùa vụ với lượng rất lớn, thải ra môi trường nhiều chất độc hại. Ít ai biết rằng những thứ trên có thể trở thành nguyên liệu sản xuất năng lượng sinh học, khí đốt hydro, phân bón, xăng sinh học và viên đốt phục vụ đời sống xã hội. Điều này vừa giúp nông dân có thêm thu nhập, cải thiện môi trường, góp phần chống lại biến đổi khí hậu toàn cầu. Theo dự tính của các chuyên gia, việc tiêu thụ năng lượng trên toàn cầu có thể tăng thêm 1/3 trong vòng 15 năm tới. Mức tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng, phần lớn là ở các nước đang phát triển, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống (thuỷ điện, than đá, dầu mỏ…) lại ngày càng khan hiếm. Vì vậy vấn đề cấp thiết đặt ra là phải tiến hành một cuộc cách mạng đi tìm nguồn năng lượng mới hoặc năng lượng tái sử dụng. Theo Tổ chức Nông Lương thế giới, mỗi năm Việt Nam thu được 20 triệu tấn lúa và sẽ có khoảng 20 triệu tấn vỏ trấu, rơm rạ có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò hơi, [5]. Theo các chuyên gia năng lượng, nguồn năng lượng mới - còn có tên là “vàng xanh”. Tại 30 quốc gia đang trồng cây, hàng loạt những cây Nông nghiệp, Lâm nghiệp chế ra nguồn nhiên liệu thay thế được xăng, dầu từ dầu mỏ. Theo các chuyên gia năng lượng, đây là nguồn nhiên liệu phong phú và vô tận, mà loài người không còn ám ảnh bởi khủng hoảng nhiên liệu. Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá…) đó là: tính chất thân thiện với môi trường, chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (một hiệu ứng khiến trái đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường như các loại nguồn nhiên liệu truyền thống, loại nhiên liệu tái sinh, các loại nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất Nông, Lâm nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống. Tuy nhiên, hiện nay vấn đề sử dụng nhiên liệu sinh học (NLSH) vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ
4 được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống. Trong tương lai khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, thì nó có thể là nguồn nhiên liệu thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống đó. Kỹ thuật đốt rác phát điện đã từng có lịch sử nghiên cứu phát triển hơn 30 năm trở lại đây, nhiều nhà máy ở Đức (32% lượng rác được xử lý bằng đốt rác phát điện), Đan Mạch (70%), Bỉ (29%), Pháp (38%)… đã trở thành hình mẫu cho ngành công nghệ “năng lượng và bảo vệ môi trường” này. Ở Châu Á, Singapore (100% lượng rác được xử lý bằng đốt rác phát điện) và Nhật Bản (72,8%) là hai nước đi đầu trong kỹ thuật đốt rác phát điện, [5]. Thực tế, các nước châu Á như: Nhật Bản, ấn Độ, Thái Lan … nhiều công ty đã sử dụng lò hơi đốt bằng sinh khối. Nhật Bản, nước đi đầu thế giới về nghiên cứu năng lượng thay thế, nhận định các nhà máy của Indonesia là nguồn năng lượng BIOMASS tiềm năng. Tại một hội thảo diễn ra ở Indonesia, Haruhiko Ando, giám đốc Chính sách Năng lượng Toàn cầu và Tế bào Nhiên liệu của Nhật Bản cho biết, hiện Nhật Bản đang gặp phải những trở ngại trong việc phát triển BIOMASS do giá các vật chất cơ bản ở nước này rất cao. Khí hậu và đất ở Indonesia rất phù hợp để sản xuất các sản phẩm BIOMASS. Trung Quốc là một trong những quốc gia có chủ trương thay thế dầu mỏ bằng NLSH. Quốc gia này có kế hoạch đến năm 2020 sẽ sử dụng NLSH để thay thế 10 triệu tấn chế phẩm dầu mỏ nhằm giảm bới sức ép về nguồn năng lượng trong nước. Phát biểu tại diễn đàn các giải pháp năng lượng bền vững phi tập trung hoá được tổ chức tháng 5/2006, phó giám đốc Viện Nghiên cứu Năng lượng của Uỷ ban phát triển cải cách Trung quốc (NDRC), Han Wenken cho biết, Trung quốc phấn đấu đến năm 2020 nguồn năng lượng sạch này sẽ chiếm 10% lượng năng lượng hàng năm. Sản lượng nhiên liệu lỏng sinh học như Ethanol hay Diesel sinh học sẽ lên tới 12 triệu tấn và có thể thay thế khoảng 12 triệu tấn các chế phẩm từ dầu mỏ. Nghiên cứu dây chuyền công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp đã được tiêu chuẩn hoá và xây dựng thành hệ thống hoàn chỉnh. Theo [7] thì sản xuất thanh nhiên liệu cần áp suất quá trình nén cần đạt từ 30 Mpa – 150 Mpa để giải phóng lượng linhin (chiếm khoảng 15% khối lượng vật liệu) tạo thành chất kết dính liên kết các hạt ép lại với nhau tạo thành khối
5 vững chắc. Nếu không đạt được áp suất đó thì có thể thêm chất phụ gia, tuỳ loại sinh khối sử dụng làm viên nhiên liệu. Phụ gia có thể là hợp chất hữu cơ rẻ tiền như nước mật, bột,... Tuỳ thuộc thành phần vật liệu, kích thước, độ ẩm, vào quá trình tạo viên nhiên liệu mà áp suất khác nhau. Mật độ viên nhiên liệu ảnh hưởng ở kích thước đầu vào, nguyên vật liệu càng mịn, mật độ càng dầy từ 700 kg/m3 – 1200 kg/m3, Đường kính của nguyên vật liệu
6 Bảng 1. Phương pháp nén viên nhiên liệu Phương pháp nén Áp suất nén Mô tả phương pháp nén Nén bằng pittông cơ khí 110 – 140 MPa Nén bằng pittông thuỷ >30Mpa lực Nén bằng trục vít 60 – 100 MPa Nén bằng rulô 206 – 448 MPa - Quá trình làm mát: Giảm độ ẩm, sản phẩm cuối cùng có chất lượng tốt, viên nhiên liệu có độ ẩm từ 10 - 12 % 1.1.2. Ở Việt Nam Việt nam là một nước có nền nông nghiệp phát triển và hàng năm thải ra một lượng lớn đến hàng chục triệu tấn phế thải như: Trấu, bã mía, vỏ lạc, vỏ hạt điều, mùn cưa, rơm rạ (Biomass)… Sử dụng nguồn phế thải đó một cách thích hợp sản xuất nhiệt và điện năng sẽ đem lại cơ hội mới cho ngành nông, lâm nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng mang lại lợi ích cho môi trường và xã hội. Hiện nay, các phế phụ phẩm từ nông lâm nghiệp ở nước ta với tổng sản lượng lên tới hàng triệu tấn (nếu được tập trung lại). Riêng sản lượng trấu có thể thu gom được ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4 ÷ 1,6 triệu tấn. Ngoài Đồng bằng sông Cửu Long, các khu vực khác như Tây Nguyên cũng có thể cho lượng chất thải sinh khối đạt 0,3 ÷ 0,5 triệu tấn từ cây Cà phê.
7 Còn ở vùng Tây Bắc cũng đem lại tới 55.000 ÷ 60.000 tấn mùn cưa từ việc khai thác và chế biến gỗ. Đặc biệt là chất thải từ nhà máy mía đường, hiện tại đang có đến 10 ÷ 15% tổng lượng bã mía không được sử dụng, vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa không được tận dụng. Để tận dụng các phế phẩm của ngành Nông Lâm nghiệp, các nhà nghiên cứu khoa học tại 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 một nền nông nghiệp không chất thải và phát triển bền vững”, đã tinh chế chất thải từ nông thôn như rơm rạ, trấu, mùn cưa,…thành nguồn năng lượng sinh học. Hiện nhóm nghiên cứu của Trung tâm đang tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu về quá trình về sản xuất sinh khối trong lĩnh vực trồng trọt và chăn nuôi tại xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh nghiên cứu công nghệ sản xuất cồn sinh học từ rơm rạ… Để cung cấp nhiệt cho các nhà máy nhiệt điện và cung cấp chất đốt cho sinh hoạt của người dân. Năng lượng Biomass còn được sử dụng dưới dạng viên nhiên liệu. Từ những sản phẩm phụ của ngành Nông Lâm nghiệp (trấu, mùn cưa, phoi bào...) người ta chế tạo ra các thiết bị, máy móc để ép các phế phẩm này lại, tạo ra các thanh củi rất tiện cho việc vận chuyển, bốc dỡ dễ dàng, ngoài ra khi sử dụng các thanh củi này thì khả năng cấp nhiệt của nó cao hơn so với ban đầu. Theo GS.TSKH. Phạm Văn Lang - nguyên Viện trưởng Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch cho biết: "So với các nguồn khai thác điện năng lớn từ thuỷ điện, nhiệt điện, nguồn điện năng từ các chất thải nông nghiệp tuy không nhiều, nhưng nếu tận dụng được nguồn chất thải này sẽ vừa giúp giảm bớt ô nhiễm môi trường, lại vừa có thể cung cấp điện tại chỗ cho các vùng nông thôn, nhất là các vùng sâu...", GS.TSKH. Phạm Văn Lang đã tính toán tổng sản lượng phế thải sinh khối hằng năm ở nước ta có thể đạt 8-11 triệu tấn. So với việc sản xuất điện từ than, công nghệ sản xuất này rẻ và tiết kiệm hơn rất nhiều, bởi nếu sử dụng 2 ÷ 4 kg chất thải sinh khối sẽ tương
8 đương với 1 kg than antracite (giá 1.000 đồng/kg), trong khi đó giá Trấu chỉ bằng 5 ÷ 10% giá than. Ngoài đồng bằng sông Cửu Long, các khu vực khác như Tây Nguyên cũng có thể cho lượng chất thải sinh khối đạt 0,3 ÷ 0,5 triệu tấn từ cây cà phê. Còn vùng Tây Bắc cũng đem lại tới 55.000 ÷ 60.000 tấn mùn cưa từ việc khai thác và chế biến gỗ. Đặc biệt là chất thải từ các nhà máy Mía đường, hiện tại cả nước đang có đến 10 ÷ 15% tổng lượng bã mía không được sử dụng vừa gây ô nhiễm môi trường, vừa không được tận dụng. Theo GS. Phạm Văn Lang, bất kỳ loại chất thải nào cũng có thể làm chất đốt để sản xuất ra điện được, vấn đề là người dân phải có ý thức tiết kiệm và thu gom được các chất thải đó, [16]. Tại đồng bằng sông Cửu Long, các nhà máy say lúa lớn, nhỏ thải ra lượng vỏ trấu rất nhiều. Có nơi vỏ trấu còn thải cả xuống các kênh, rạch… gây ô nhiễm môi trường. Đang loay hoay với bài toán rác thải từ trấu thì sản phẩm “củi trâú” ra đời. Dự ánVIE/020 sử dụng Lục bình và chất thải nông nghiệp là kết quả sự hợp tác giữa hai chính phủ Việt Nam và Luxembourg, cơ quan chủ quản là tỉnh Hậu Giang và đối tác thực hiện là Trường Đại học Cần Thơ, Trung tâm nghiên cứu và Đào tạo của Dự án đặt tại Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng đa dạng sinh học xã Hoà An, huyện Phụng Hiệp, tỉnh Hậu Giang. Kết quả của Dự án là sử dụng Lục Bình và chất thải nông nghiệp để sản xuất nấm rơm, “thanh than” giá rẻ được làm từ vỏ trấu hoặc xác Lục Bình, phân hữu cơ và thức ăn ủ chua cho Trâu, Bò… Củi trấu có đường kính 7,3 cm. Thanh củi trấu dài 21 cm, nặng 1 kg. Cứ 1 kg củi trấu thì nấu được bữa ăn cho 4 người. Củi trấu có màu xám, nhìn như những cây củi . Củi trấu rất “dễ tính”, có thể sử dụng cho lò trấu truyền thống, cà ràng, bếp than, bếp than đá... Trước khi nấu, người ta đẽo củi trấu thành vài miếng dày khoảng 3 mm để nhóm bếp. Anh Trần Thành Chắc (ấp Hòa Đức, xã Hòa An) và chị Nguyễn Thị Bé Tư ( ấp Xẻo Trâm, xã Hòa An) người đã sử dụng củi trấu do trung tâm sản xuất cho biết: “Củi trấu rất dễ nhóm bếp, bắt lửa nhạy như nhóm bằng vỏ dừa”. Nhà anh chặt củi trấu thành miếng nhỏ để nhóm bếp, sau
9 đó cho nguyên thanh vào bếp lò như nấu bằng củi cây trước đây. Tiện nhất là củi trấu nhóm không có khói, khi cháy thì cháy hết, không lãng phí chút nào”. Theo chị Nguyễn Thị Mai, một người thử nghiệm củi trấu ở xã Hoà an cho biết: Với gia đình có bốn người, thì mỗi ngày nấu ăn khoảng 2 đến 2,5kg củi trấu là đủ. Như vậy mỗi tháng phải cần 60kg đến 70kg củi trấu. Giá 1.000đồng/ kg, tính ra khoảng 60.000 đồng đến 70.000 đồng là đủ. So với nấu bếp gas nó rẻ hơn phân nửa. Vì sử dụng bếp gas, với gia đình bốn nhân khẩu phải sử dụng bình 12kg, giá hiện nay giá khoảng 350.000 đồng/ bình, thế nhưng dùng bếp gas chỉ nấu được gần hai tháng là hết gas. Hình1.2 Trấu và củi trấu tại nhà máy xay sát Lấp Vò – Đồng Tháp ThS. Phạm Thị Vân, Khoa Công nghệ, Trường ĐH Cần Thơ cho biết: “Giá các loại nhiên liệu: ga, dầu lửa... đang tăng cao; củi thì ngày càng khó tìm... Vì vậy, sử dụng trấu để sản xuất thành củi trấu là giải pháp vừa kinh tế vừa góp phần giảm ô nhiễm môi trường”. Theo ước tính của dự án, nếu giá trấu nguyên liệu đầu vào khoảng 100 đồng/kg thì giá sản xuất 1kg than củi trấu là 250- 300 đồng. Thị trường có thể chấp nhận giá bán 500 đồng/kg than củi trấu vì chi phí bằng so với nấu củi và rẻ hơn so với nấu than đá. Khi đó giá thành củi trấu sẽ hạ xuống nhiều. Và củi trấu sẽ đến những thị trấn hoặc thị xã, giúp người dân tiết kiệm ngân sách chi tiêu gia đình, quan trọng nhất là giảm độc hại đối với các hộ vốn thường xuyên sử dụng than đá khi họ dùng củi trấu”. Bên cạnh giá thành hạ so với ga, củi trấu cũng có hạn chế là dùng củi trấu nếu phát triển sẽ phổ biến ở nông thôn, vì nó cần phải có chỗ để củi,
10 cần có bếp lò, cần nơi thải tro, vì thế nó khó tiến vào đô thị được mà có thể chỉ phổ biến ở nông thôn, vùng ven các khu dân cư gần đô thị… Hình 1.3 - Thanh nhiên liệu được sản xuất từ Trấu 1.2. Thiết bị phục vụ sản xuất viên nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp 1.2.1. Trên thế giới Máy móc thiết bị phục vụ trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp đã được nhiều nước trên thế giới đặc biệt quan tâm, đã nghiên cứu thiết kế chế tạo và sử dụng khá phổ biếc, cụ thể: Tại Đức đã chế tạo và áp dụng phổ biến máy ép viên phế liệu tại các nhà máy xí nghiệp sản xuất viên nhiên liệu từ các phế liệu của ngành chế biến gỗ như: Bột gỗ thải, phoi tiện, phoi bào, với bột gỗ ép thành viên nhằm sản xuất nhiên liệu cho các lò đốt công nghiệp hay phục vụ sinh hoạt. Máy được thiết kế dựa trên nguyên lý ép của cặp pittông và xi lanh thủy lực (hình 1.3). Hình 1.4 - Máy ép tạo viên ( Model 600) của Đức
11 Thông số kỹ thuật của một số mẫu máy sử dụng tại Đức được ghi trong bảng Ký hiệu MODEL MODEL MODEL MODEL MODEL MODEL MODEL MODEL máy 4 4 100 200 400 600 800 1000 Năng suất 30 kg/hr 50 kg/hr 100 200 400 600 800 1300 ép kg/hr kg/hr kg/hr kg/hr kg/hr kg/hr Hàm ẩm < 15% < 15% < 15% < 15% < 15% < 15% < 15% < 15% Công 4 4 7,5 11 22 37 55 75 suất [K/W] Áp lực ép 1435 to 1435 to 1711 1711 1711 1711 1776 1724 [N/cm2] 2871 2871 Kích 60 x 40 60 x 60 150x 60 150x 60 150x60 150 x60 240x70 260x100 thước viên L x W [mm] Chiều cao 30~ 90 30 ~90 40~110 40~110 40~110 40~110 40~110 40~110 viên [mm] Kích 1440 x 1440 x 1800 x 1800 x 1800 x 2000 x 2365 x 2600 x thước 1050 x 1050 x 1600 x 1600 x 1900 x 2000 x 2900 x 3000 x máy L x 1850 1850 2000 2000 2100 2100 2200 2350 WxH [mm] Trọng 1000 1000 2500 2800 3500 4200 6000 11000 lượng máy [kg] Điều đặc biệt ở chỗ, ngoài nguyên liệu ép là từ phụ phẩm nông nghiệp, máy còn có thể ép các phế thải trong sản xuất gia công cơ khí như các phoi gia công cắt gọt, bã kim loại lắng đọng để tạo thành các viên nên rất thuận lới cho việc sử dụng nguyên liệu khi tái chế (hình 1.4). Hình 1.5 - Phế liệu từ sản xuất cơ khí và sản phẩm ép
12 Tại Trung Quốc, sử dụng máy ép kiểu rulo, máy ép này dùng 3 quả lô quay vòng tạo lực ép bột mùn cưa và tạo hình viên có kích cỡ viên từ 3mm ~ 8mm tùy theo khuôn. Máy thích hợp với một số thiết bị khác tạo thành dây chuyền đồng bộ. Hình 1.6 - Mẫu máy ép viên nhiên liệu SKJ do Trung Quốc chế tạo Thông số máy kỹ thuật của một số mẫu máy được chế tạo và sủ dụng trong dây truyền sản xuất viến nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp ở Trung Quốc ghi ở bảng 02. Bảng 02 – Mẫu máy và thông số kỹ thuật do Trong quốc chế tạo Ký hiệu máy SKJ-300 SKJ 3-350 SKJ 3-450 SKJ 3-550 SKJ 3-800 SKJ4- 1200 Công suất 30 37 55 90 160 320 điện(kw) Năng 200- 400 300-500 500 - 800 1200- 2000 1500-2500 2500- suất(kg /h) 4000 Ngoài ra còn mẫu máy ZBJ để ép củi trấu có kích thước 70 mm phục vụ chủ yếu cho sinh hoạt như hình 1.6. Thông số kỹ thuật của máy như sau: Hình 1.7 - Mẫu máy ép viên nhiên liệu ZBJ – 10 – 70 do Trung Quốc chế tạo
13 Thông số kỹ thuật Năng suất làm việc : 250 ~300 kg/h Công suất động cơ điện : 18,5 kw Điện trở sinh nhiệt : 3*2.0 kw Đường kính sản phẩm : 70 mm Chiều dài sản phẩm : >1000 mm Kích thước máy : 1880 x 630 x 1350 mm Nguyên liệu đầu vào : mùn cưa , vỏ trấu, dăm bào … Độ ẩm nguyên liệu cho phép : < 14 % Ép nguyên liệu không cần bất kỳ phụ gia nào. Xuất xứ : Trung Quốc. Tại Thái Lan đã thiết kế, chế tạo mẫu máy ép củi trấu theo nguyên lý ép dùng trục vít xoắn với bộ phận gia nhiệt ở đầu đùn buồng ép, [7]. Cấu tạo mẫu máy và sản phẩm sau khi ép thu được như hình 1.7. Hình 1.8 - Máy ép và sản phẩm được sản xuất tai Thái Lan Thông số kỹ thuật của máy như sau: Động cơ điện: 20 HP/1450 vòng/phút. Tốc độ trục vít xoắn: 320 vòng/phút `Năng suất: 80 kg/h Chi phí điện năng: 0,13 kWh/kg Hệ thống truyền lực: Bộ truyền đai hình thang
14 Thông số kỹ thuật của trục vít xoắn: Chiều dài: 450mm; đường kính 55 mm làm từ thép trung bình. Thông số của buồng ép: Chiều dài : 300 mm Đường kính ngoài của buồng éo: 97 mm Đường kính trong: 55 mm Chiều dài đầu đùn: 75 mm Vật liệu chế tạo trục là thép đúc Tại Bangladesh củi trấu được sử dụng rất phổ biến phục vụ sinh hoạt hàng ngày, [7] (hình 1.8) Hình 1.9 - Củi trấu tại thị trường Bangladesh Để sản xuất củi trấu người ta cũng sử dụng máy ép dựa trên nguyên lý ép đùn nhờ trục vít xoắn, Có hai loại là loại dẫn động từ động cơ đốt trong (hình 1.9a ) và loại dẫn động từ động cơ điện như (hình 1.9b) Hình 1.10 - Máy ép củi trấu tại Bangladesh a/ dùng động cơ đốt trong; b./ dùng động cơ điện
15 1.2.2. Ở Việt Nam Ở nước ta, lượng phế thải từ sản xuất nông nghiệp hàng năm rất lớn nên đã có một số Trung tâm nghiên cứu, chế tạo các máy móc thiết bị phục vụ sản xuất, cụ thể là: Trung tâm nghiên cứu thực nghiệm đa dạng sinh học Hoà An thuộc Đại học Cần Thơ đã nghiên cứu sản xuất “củi trấu” nhằm tận dụng một lượng phế thải đáng kể tại đồng bằng sông Cửu Long làm nhiên liệu để phục vụ sinh hoạt đời sống hàng ngày. Sản phẩm của công nghệ này là các thanh củi trấu dài 21cm, nặng 1kg đủ nấu một bữa ăn cho 4 người (hình 1.10). Hình 1.11 – Máy và thanh nhiên liệu được sản xuất từ Trấu Ngoài ra còn nhiều công ty trong và ngoài tỉnh cũng nghiên cứu và chế tạo các loại máy ép phục vụ sản xuất củi trấu như Công ty Cơ điện Sơn Nguyên 37/8 Quốc lộ 91 Phước Thới Ô môn Cần Thơ chuyên sản xuất máy ép trấu thành củi, với củi trấu doanh nghiệp của bạn sẽ giảm nhiều chi phí về nhiên liệu đốt, củi trấu có thể thay thế than đá, các lọai vật liệu đốt trong các lò đốt truyền thống. Củi Trấu (Nhiên liệu rắn mới); Thành phần: 100% trấu; Nhiệt trị: 4.200 kg/cal; Độ ẩm: 7cm; Bao bì: Bao nilong (30kg); Công suất: 60.000 tấn/tháng; Củi trấu size 8cm
16 1.3. Kết luận - Phụ phẩm từ sản xuất nông nghiệp chiếm một tỷ trọng khá lớn và hầu hết các nước trên thế giới đã tập trung nghiên cứu để sử dụng chúng làm nguồn nhiệt dùng trong công nghiệp và đời sống sinh hoạt. - Quá trình công nghệ sản xuất thanh nhiên liệu từ phế thải nông nghiệp gồm nhiều khâu công việc như sấy, nghiền sàng, ép và làm mát, trong đó thì khâu ép rất quan trọng, nó quyết định đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Công việc này được tiến hành nhờ các máy ép cơ khí, chủ yếu dùng nguyên lý ép đùn mà nguồn động lực là động cơ điện. - Kích thước của sản phẩm phổ biến là đường kính thanh nhiên liệu là 70 mm, có lỗ ở giữa cho dễ cháy, chiều dài khoảng từ 1 – 2m. Riêng ở Đức sử dụng máy ép theo nguyên lý pittông - xilanh để ép các viên có kích thước 60 x 40, 60 x 60; 60 x 60; 150 x 60 và 240 x 70 mm hoặc có loại kích thước nhỏ hơn. - Ở nước ta, phế thải từ sản xuất nông nghiệp là rất lớn và hiện nay chỉ một phần nhỏ (khoảng
17 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng của một số thông số của máy ép đến công suất tiêu hao trong quá trình ép, năng suất của máy và nhiệt lượng của thanh nhiên liệu làm từ vỏ trấu, từ đó xác định giá trị tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng để làm cơ sở cho việc thiết kế cải tiến, hoàn thiện mẫu máy phục vụ sản xuất đạt hiệu quả cao nhất. 2.2. Đối tượng nghiên cứu Máy ép thanh nhiên liệu từ vỏ trấu đang được sử dụng tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Đó là loại máy ép đùn, trục vít xoắn với nguồn động lực là động cơ điện. 2.3. Phạm vi nghiên cứu Phế thải từ sản xuất nông nghiệp bao gồm: vỏ trấu, mùn cưa, vỏ lạc, vỏ hạt điều, bã mía, phoi bào…. Do điều kiện và thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu các thông số cấu tạo của máy ép thanh nhiên liệu từ vỏ trấu tại đồng bằng sông Cửu Long. 2.4. Nội dung nghiên cứu 2.4.1. Nghiên cứu lý thuyết - Công suất tiêu hao trong quá trình ép và những yếu tố ảnh hưởng - Năng suất của máy ép và những yếu tố ảnh hưởng - Nhiệt lượng của thanh nhiên liệu và những yếu tố ảnh hưởng. 2.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm a. Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố thuộc về cấu tạo của máy đến công suất tiêu hao khi ép thanh nhiên liệu từ vỏ trấu.
18 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố thuộc về cấu tạo của máy đến năng suất của máy ép thanh nhiên liệu làm từ vỏ trấu. - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố đến nhiệt lượng của thanh nhiên liệu làm từ vỏ trấu. b. Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố ảnh hưởng chính đến công suất tiêu hao khi ép thanh nhiên liệu làm từ vỏ trấu. - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố ảnh hưởng chính đến năng suất của máy ép thanh nhiên liệu làm từ vỏ trấu. - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến nhiệt lượng của thanh nhiên liệu làm từ vỏ trấu. 2.5. Phương pháp nghiên cứu 2.5.1. Lựa chọn phương pháp nghiên cứu Sau khi xác định được mục tiêu nghiên cứu, điều quan trọng sau đó là chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp để giảm bớt được chi phí nghiên cứu mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy của kết quả. Theo phương pháp nghiên cứu khoa học được chia ra: Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Theo đó, nghiên cứu cơ bản có mục đích phát hiện ra tính qui luật mà đến trước khi nghiên cứu chưa biết trong thiên nhiên. Nghiên cứu ứng dụng là pha tiếp theo của nghiên cứu cơ bản. Thông qua chúng để thu nhận các hiểu biết mới hoặc vận dụng kiến thức đã có vào thực tế sản xuất. Trong thời đại ngày nay, nghiên cứu ứng dụng là phần đáng kể hơn trong quá trình chung của việc sáng tạo ra kỹ thuật mới. Nó là cơ sở để tiếp nhận số liệu, tư tưởng, mẫu và những cái khác được đưa ra. Thông qua chúng, các đối tượng, máy móc, qui trình công nghệ mới được thiết kế và đề xuất. Bởi thế phần lớn các nghiên cứu kỹ thuật theo bản chất của chúng là nghiên cứu ứng dụng.