Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Tính toán thiết kế lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm tính toán thiết kế lò sấy gỗ năng lượng mặt trời nhằm tiết kiệm năng lượng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả kinh tế cũng như gia tăng chất lượng gỗ sấy trong gia công chế biến gỗ và đảm bảo sức khỏe cho người lao động. 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: Tính toán thiết kế lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------- VŨ VĨNH PHƯỚC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà nội, 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP --------------------- VŨ VĨNH PHƯỚC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ GIẤY MÃ SỐ: 60.52.24 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. HỨA THỊ HUẦN Hà nội, 2011
1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước, ngành công nghiệp sản xuất và chế biến gỗ ngày càng phát triển. Sản phẩm của ngành là mặt hàng xuất khẩu mang nhiều nét đặc trưng độc đáo của nền văn hóa dân tộc, do vậy nó cũng là thông điệp giới thiệu cho bạn bè quốc tế về đất nước, cảnh quan thiên nhiên và con người Việt Nam. Bên cạnh đó, các sản phẩm đồ gỗ xuất khẩu của Việt Nam còn đem lại giá trị ngoại tệ rất lớn. Chính bởi những lợi ích kinh tế – xã hội lâu dài và tiềm năng phát triển của chúng mà hiện nay nhà nước đang có nhiều biện pháp và chính sách để khuyến khích ngành chế biến sản xuất gỗ xuất khẩu phát triển. Tuy nhiên để đạt được sự phát triển lớn mạnh như ngày nay ngành chế biến gỗ nước ta cũng phải trải qua một giai đoạn khó khăn trả giá rất lớn về ô nhiễm môi trường như bụi từ quá trình gia công chế biến, như các hóa chất từ quá trình tẩm gỗ, như khói từ các lò sấy gỗ mà phần lớn các lò sấy ở Việt Nam hiện nay sử dụng lò sấy bằng hơi nước, với cách làm như trên ngoài việc gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng thì nghành chế biến gỗ còn tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên quốc gia, trong điều kiện thế giời hiện nay đang cạn kiệt về tài nguyên thiên nhiên cũng như thế giới đang bị ảnh hưởng nặng nề về biến đổi khí hậu mà các hội nghị về biến đổi khí hậu trên thế giới đã và đang đề cập đến và tìm hướng giải quyết. Hiện nay trên thế giới cũng như Việt Nam đã và đang ứng dụng các công nghệ mới nhằm tránh ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tài nguyên và tránh biến đổi khí hậu như sử dụng các nguồn năng lượng như: năng lượng hạt nhân, năng lượng có trong tự nhiên như năng lượng gió, năng lượng mặt trời.
2 Tuy nhiên nguồn năng lượng hạt nhân hiện nay nhiều nước đang loại bỏ dần do hai thảm họa về hạt nhân xảy ra như: Thảm hoạ nguyên tử Chernobyl xảy ra vào ngày 26 tháng 4 năm 1986 khi nhà máy điện nguyên tử Chernobyl ở Pripyat, Ukraina (khi ấy còn là một phần của Liên bang Xô viết) bị nổ. Hay mới đây nhất là thảm họa hạt nhân xảy ra tại Nhật Bản sau sóng thần. Với những lý do nêu trên trong phạm vi đề tài này tôi xin được đề cập đến một phương án góp phần nhỏ nhằm tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường cũng như làm giảm sự biến đổi khí hậu và tiết kiệm được một phần tài nguyên thiên nhiên đó là thiết kế lò sấy gỗ với tên đề tài “ thiết kế lò sấy gỗ năng lượng mặt trời kiểu CAXE -2011 công suất 10 m3 /mẻ”. Ứng dụng năng lượng mặt trời trong sấy gỗ để thay thế một phần các phương pháp sấy truyền thống hiện đang được sử dụng trong công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung vào tính toán thiết kế lò sấy gỗ năng lượng mặt trời hấp thụ nhiệt kiểu (Air Collector) công suất 10 m3/mẻ . Xác định các thông số kỹ thuật của lò sấy. Tìm hiểu cấu tạo và tính chất của gỗ ASH làm cơ sở để phục vụ cho tính toán thiết kế lò sấy. 3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3.1. Mục tiêu lý thuyết Tính toán thiết kế lò sấy gỗ năng lượng mặt trời nhằm tiết kiệm năng lượng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả kinh tế cũng như gia tăng chất lượng gỗ sấy trong gia công chế biến gỗ và đảm bảo sức khỏe cho người lao động. 3.2. Mục tiêu thực tiễn Tính toán thiết kế lò sấy gỗ gia nhiệt bằng năng lượng mặt trời (Air
3 Collector). Xác định các chỉ tiêu thông số kỹ thuật của lò sấy. Thiết lập hồ sơ thiết kế và Thuyết minh vận hành lò sấy. 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4.1. Nội dung nghiên cứu 4.1.1. Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo, tính chất về sấy của gỗ dùng cho tính toán thiết kế (gỗ ASH). Gỗ nhập ngoại 4.1.2. Lựa chọn kiểu dáng, phác họa thiết kế lò sấy gỗ NLMT 4.1.3. Tính toán thiết kế lò sấy gỗ (NLKT) CS=10 m3/ mẻ Tính toán công nghệ. Tính toán nhiệt. Tính toán khí động lực. Tổng hợp các chỉ số kỹ thuật công nghệ lò sấy. 4.1.4. Thiết lập hồ sơ thiết kế (Các bản vẽ thiết kế ) 4.1.5. Thuyết minh vận hành lò sấy 4.1.6. Dự trù vật tư, thiết bị của lò sấy 4.2. Phương pháp nghiên cứu 4.2.1. Phương pháp tiếp cận đề tài Để tiếp cận đề tài một cách khoa học chúng tôi áp dụng phương pháp kế thừa các thành tựu nghiên cứu khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam về những lĩnh vực có liên quan đến đề tài nghiên cứu. 4.2.2.Phương pháp tìm hiểu các tính chất về sấy của các loại gỗ sấy Thông qua các tài liệu tham khảo, các đề tài nghiên cứu trong nước cũng như ngoài nước về cấu tạo, tính chất gỗ Ash. 4.2.3. Tìm hiểu và lựa chọn kiểu dáng lò sấy gỗ NLMT áp dụng trong nghiên cứu
4 Được sự giúp đỡ của PGS. TS Hồ Xuân Các, tham khảo tài tài liệu trên mạng trong nước và thế giới để thu thập các thông tin phục vụ cho việc lựa chọn kiểu dáng lò sấy NLMT áp dụng trong nghiên cứu. 4.2.4. Tham khảo tài liệu về các phương pháp tính toán thiết kế lò sấy 4.2.5. Kiểm tra đánh giá chất lượng lò sấy Sử dụng các phương pháp đo đạc dựa trên các quy chuẩn về đo lường để làm các tiêu chí kiểm tra , đánh giá chất lượng lò sấy. Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Năng lượng mặt trời là gì? Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này. Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa. Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn thấy. Mỗi giây trôi qua, Mặt Trời giải phóng ra không gian xung quanh 3,827×1026 joule. Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng quan trọng điều khiển các quá trình khí tượng học và duy trì sự sống trên Trái đất. Ngay ngoài khí quyển Trái Đất, cứ mỗi một mét vuông diện tích vuông góc với ánh nắng Mặt Trời, chúng ta thu được dòng năng lượng khoảng 1.400 joule trong một giây. Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn năng lượng mặt trời khổng lồ. Mặc dù các hoạt động nghiên cứu đã được triển khai gần 30 năm, nhưng đến nay những sản phẩm sử dụng nguồn năng lượng này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi…
5 Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời và việc ứng dụng năng lượng nhiệt mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu. Ngay tại Đông Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân. Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quý báu có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời, hoặc có thể sử dụng trực tiếp bức xạ nhiệt mặt trời tạo không khí nóng (làm nóng) dùng trong sấy gỗ. 1.2. Công nghệ sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam
6 Nước ta là nước nông nghiệp, nhu cầu phơi sấy để bảo quản nông sản và nguyên liệu là rất lớn. Một số ngành công nghiệp khác nhu cầu phơi sấy hàng cũng đang tiêu thụ nhiều nhiên liệu như ngành chè, gốm, gỗ, thủ công mỹ nghệ,… và các nhu cầu dân sinh khác. Sấy là quá trình tách ẩm từ vật liệu. Điều kiện cần thiết để sấy khô là phải cấp nhiệt làm bay hơi nước trong vật sấy, đồng thời dùng không khí thổi vào để mang hơi nước đi. Bẫy nhiệt từ năng lượng mặt trời (NLMT) sử dụng nguyên lý hiệu ứng nhà kính. Hơi nước sinh ra được mang đi bởi không khí đi ngang qua vật sấy. Không khí chuyển động nhờ quá trình đối lưu tự nhiên hoặc do cưỡng bức (sử dụng quạt). Công nghệ sấy sử dụng NLMT là nguồn năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí, chi phí bảo dưỡng thấp, an toàn đối với người sử dụng, nhiệt độ sấy không quá cao, hơi ẩm được đưa ra khỏi sản phẩm từ từ, an toàn cho chất lượng sản phẩm (khác nhiều so với sấy cưỡng bức). Với thiết bị sấy sử dụng NLMT gián tiếp, bức xạ mặt trời không trực tiếp chiếu vào sản phẩm sấy mà thông qua không khí được làm nóng bởi bộ thu nhiệt từ NLMT, quá trình tuần hoàn không khí thường sử dụng quạt cưỡng bức, sẽ làm cho nhiệt độ sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn và chất lượng sản phẩm sấy được tốt hơn. Đối với một số thiết bị sấy cho các sản phẩm đặc biệt hoặc cần có thời gian sấy dài, ta thường dùng thêm nguồn năng lượng phụ để đề phòng những lúc trời không nắng hoặc sấy vào ban đêm. Công nghệ khí hóa nhiên liệu sinh khối rất thích hợp để làm nguồn năng lượng phụ này. NLMT có thể dùng để sấy nhiên liệu sinh khối, chính là tích năng lượng thêm cho nhiên liệu sinh khối. Hai công nghệ đều sạch và thân thiện với môi trường, khi kết hợp với nhau đem lại lợi ích lớn về kinh tế cũng như thỏa mãn về yêu cầu kỹ thuật.
7 Công nghệ sấy sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) ở nước ta đã được Trung tâm Năng lượng – Máy nông nghiệp thuộc Đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu triển khai mạnh mẽ. Trong khoảng 20 năm phát triển, nhiều kiểu dàn sấy NLMT đã được thử nghiệm. Lò sấy NLMT dạng sàng phẳng (Flat –bed) cho chất lượng sấy hạt tốt, giá thành hạ lại dễ lắp đặt và vận hành, được thị trường chấp nhận và chiếm khoảng 25 – 35%. Hiện có hơn 3.000 máy sấy lúa NLMT có công suất 4 – 8 tấn /mẻ đã được sử dụng, hỗ trợ đắc lực cho việc giảm thất thoát sau thu hoạch. Loại máy sấy SRA (sấy Reversible – Air ) bắt đầu nghiên cứu triển khai từ năm 1999, được thử nghiệm với nhiều loại nông sản: gạo, ngô, cà phê, lạc, ớt,… bằng công nghệ vòng khí tuần hoàn. Công suất sấy khá rộng từ 2 tấn đến 12 tấn/mẻ sấy. Cho đến nay 600 máy sấy SRA đã được triển khai sử dụng. NLMT được coi là nguồn năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí. Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ 8 độ vĩ Bắc đến 23 độ vĩ Bắc, có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, bình quân có 2.000 – 2.500 h nắng mỗi năm, trị số tổng xạ từ 100 – 175 kcal/cm2/năm. Việc sử dụng NLMT sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn, đồng thời, bảo đảm sự bền vững của môi trường. 1.3. Thực trạng sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời ở Việt Nam Thứ nhất: Theo dự án thí điểm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của Bộ Công Thương, Cty Lâm sản Giáp Bát (Hà Nội) mới đưa vào thực hiện công nghệ sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời dựa theo thiết kế của Trung tâm Năng lượng mặt trời (Đại học Bách Khoa). Đây là công nghệ sấy sử dụng năng lượng mặt trời thay thế các lò sấy bằng hơi nước đun than, điện trước đây. Theo thiết kế, lò sấy có công suất
8 30m3 gỗ/mẻ, mỗi mẻ sấy kéo dài 15- 20 ngày (tiết kiệm được 30 - 40% thời gian chi phí so với sấy bằng hơi). Tuỳ từng nhóm gỗ, độ dày của gỗ mà người điều khiển đặt chương trình làm việc để có chế độ sấy thích hợp. Trường hợp thiếu ánh nắng mặt trời, lò ấy sẽ được nồi hơi cung cấp nước nóng để bổ sung năng lượng nhiệt giúp lò hoạt động bình thường. Đặc biệt, từ khi dùng năng lượng mặt trời giá thành sấy gỗ giảm khoảng 20%. Thứ hai: Lâm trường M'Đrắc (Đắc Lắc) vừa đưa lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời vào sử dụng thay cho lò sấy bằng hơi không chỉ rút ngắn thời gian sấy, giảm chi phí về nhân công, chất đốt mà còn ổn định về hình dạng, nâng cao chất lượng sản phẩm gỗ. Lò sấy có công suất 30 m3/ mẻ gia nhiệt phụ trợ bằng nồi nước nóng. (Hình 1.1) Đây là lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời đầu tiên của Tây Nguyên và cũng là lò sấy có các thiết bị tiên tiến nhất của Việt Nam hiện nay.
9 Lò sấy gỗ này hoạt động thông qua nguyên lý hiệu ứng nhà kính (bức xạ nhiệt) và toàn bộ hệ thống được điều khiển bằng tự động hoá điều tiết độ ẩm của môi trường sấy, nhiệt độ sấy, qua hệ thống thông gió và tốc độ quạt...Theo thiết kế có phụ trợ bằng nước nóng công suất 30 mét khối gỗ/ mẻ, mỗi mẻ sấy kéo dài 15-25 ngày tùy thuộc vào loại gỗ và chiều dày ván, Bộ điều khiển EMC cài đặt chương trình làm việc tự động cho một số loại gỗ để có chế độ sấy thích hợp. Trường hợp thiếu ánh nắng mặt trời, lò sấy sẽ được nồi hơi cung cấp nước nóng để bổ sung năng lượng nhiệt giúp lò hoạt động bình thường.Lò sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời này do Chương trình Liên Hiệp Quốc tài trợ, với tổng số vốn đầu tư 1,5 tỷ đồng. 1.4. Tổng quan các kiểu lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời Hiện nay trên thế giới đã đưa ra nhiều kiểu lò sấy NLMT hấp thụ không khí nóng và nước nóng sau đây sau đây:
10 Hình 1.2: Một số kiểu lò sấy NLMThấp thụ không khí nóng (Solar Air Collector) Hình 1.3: Lò sấy NLMT hấp thụ nước nóng Nguyên lý thiết bị hấp thụ Năng lượng mặt trời (NLMT Solar Colector) Lò sấy gỗ bằng NLMT phù hợp cho sấy gỗ ở nhiệt độ thấp từ (40 – 60 0 C). Trên thế giới có nhiều kiểu thiết bị hấp thụ NLMT phổ cập như: - Hấp thụ không khí : Hấp thụ năng lượng trực tiếp làm nóng không khí (Air Collector) .Hình (1.2) - Hấp thụ nước nóng : Hình (1.3)
11 Hấp thụ nhiệt mặt trời tạo nước nóng (Solar Hot Water), với hai loại collector ở dạng phẳng ( plate Collector) và dạng ống (Vaccum Tube Collector ). Theo PGS.TS. Hồ Xuân Các, hong phơi tự nhiên cũng là một phương pháp sấy bằng NLMT và trong nhiều tài liệu cũng thường gọi hong phơi là sấy tự nhiên, nhưng ở đây PGS Hồ Xuân Các gọi là hong phơi bị động, phụ thuộc chủ yếu vào thời tiết để phân biệt với một khái niệm mới đưa vào trong lĩnh vực sấy đấy là hong phơi chủ động. Xuất phát từ ý tưởng đó để khắc phục những ảnh hưởng của thời tiết nắng mưa thất thường tác động đến chất lượng gỗ sấy và đặc biệt là trong sấy nông sản theo thời vụ sản xuất nông nghiệp, mùa thu hoạch thường vào mùa mưa, thời tiết thay đổi đột ngột mưa nắng thất thường, nông dân thường rất bận rộn trong thu hoạch và cả hong phơi ( chạy mưa) để sản phẩm nông sản khỏi bị mốc ảnh hưởng đến chất lượng . Do vậy ông đã đề xuất giải pháp vừa hong phơi dưới nắng mà mưa không bị ướt và hong phơi với nhiệt độ cao hơn mà không tốn kém năng lượng đó là giải pháp hong phơi trong mái che bằng Plastic trong suốt lợi dụng hiệu ứng nhà kính để tăng thêm hấp thụ nhiệt mặt trời theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính (Green House), đồng thời bổ xung thêm lớp trần chuyển hướng dòng không khí nóng đối lưu bằng tấm đen để tăng khả năng hấp thụ nhiệt, tạo được quá trình hong phơi hoàn toàn chủ động với kinh phí đầu tư thấp và được gọi là phương pháp hong phơi chủ động. Với kiểu Green house có thể sử dụng trong sấy gỗ đặc biệt là giai đoạn tiền sấy, làm giảm độ ẩm của gỗ tươi xuống 25 hoặc 20 % sau đó tiếp tục đưa vào lò sấy nhanh ở nhiệt độ cao hơn, theo cách này cũng tiết kiệm được năng lượng đáng kể và đảm bảo chất lượng gỗ sấy. Trong sấy gỗ bằng NLMT cũng cần áp dụng giải pháp gia nhiệt hỗ trợ nhằm khắc phục hiện tượng suy giảm nhiệt độ sấy vào ban đêm hoặc những khi trời không nắng .
12 Trong công nghệ sấy hiện đại ( Sấy công nghiệp), chất lượng sấy cần đảm bảo chặt chẽ và chính xác hơn, đòi hỏi quá trình sấy phải được điều tiết ổn định hơn cho từng loại gỗ và từng quy cách gỗ sấy, điều đó đòi hỏi phải điều tiết quá trình sấy theo từng chế độ sấy thích hợp, đặc biệt phải điều tiết các thông số nhiệt độ (T0C) và độ ẩm tương đối của môi trường sấy (RH). Do đó trong sấy gỗ bằng NLMT phải áp dụng giải pháp gia nhiệt hỗ trợ thích hợp nhằm khắc phục hiện tượng suy giảm nhiệt độ sấy khi không có ánh nắng mặt trời. Tùy theo từng giải pháp gia nhiệt hỗ trợ khác nhau PGS. Ts Hồ Xuân Các đã đưa ra các kiểu lò sấy gỗ bằng NLMT ( với những nguyên lý ) sau đây: - Sấy NLMT hỗ trợ gia nhiệt bằng thiết bị theo nguyên lý bơm nhiệt. - Sấy NLMT hỗ trợ gia nhiệt bằng hơi nước, hơi đốt. - NLMT hỗ trợ gia nhiệt bằng nước nóng NLMT.
13 Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LÒ SẤY 2.1. Những số liệu cần thiết cho việc tính toán thiết kế Trước khi bắt tay vào thiết kế, người cán bộ kỹ thuật làm công tác thiết kế cần thu thập đầy đủ các số liệu cần thiết sau đây để làm cơ sở phân tích lựa chọn phương án và tính toán thiết kế cụ thể. [TLTK Hồ Xuân Các][1,2,3] - Số lượng gỗ cần sấy trong năm (sản lượng năm theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế), tiến hành phân loại gỗ sấy theo loại gỗ, kích thước ván, bao gồm cả khối lượng gỗ từng loại và tỷ lệ từng loại ván (dựa vào số liệu điều tra sổ sách hoặc thu nhập xác định điểm). Trong đó cần chú ý loại ván có tỷ lệ lớn nhất (loại ván chiếm nhiều nhất trong toàn bộ sản lượng gỗ sấy), để sau này có số liệu chính xác dựa vào đấy mà cân nhắc lựa chọn các thông số tính toán thiết kế cần thiết, thường loại ván này được chọn làm nguyên liệu tính toán. - Thu thập sơ bộ độ ẩm ban đầu của từng loại gỗ sấy và một số tính chất cơ lý, cũng như một số đặc điểm cơ bản về cấu tạo của mỗi loại gỗ sấy. - Xác định cụ thể công dụng của từng loại gỗ sấy, yêu cầu kỹ thuật đối với phạm vi sử dụng gỗ sấy như: hạng chất lượng, độ ẩm cuối cùng cần đạt được. - Những số liệu về hơi nước như nguồn cung cấp và khả năng cung cấp hơi nước, các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể của hơi nước được phép sử dụng… - Một số số liệu cần thiết về đất đai nơi sẽ xây dựng lò sấy như: diện tích đất đai được sử dụng, loại đất, mực nước ngầm, hàm lượng nước trong đất, độ chua của đất…. - Tình hình điện nước: mạng điện có thế hiệu bao nhiêu, công suất của trạm biến thế, tình hình cung cấp điện…Nước sử dụng cho nồi hơi lấy ờ đây,
14 độ cứng của nước ra sao, có bảo đảm sử dụng cho nồi hơi hoạt động được không, cần tiến hành chuẩn bị những vấn đề gì trước khi dùng nguồn nước đó… - Một số số liệu về khí hậu chủ yếu ở vùng dự định sẽ xây dựng lò sấy như nhiệt độ bình quân từng tháng, cả năm, nhiệt độ tối đa và tối thiểu cũng như độ ẩm của không khí, hướng gió chủ đạo, tình hình lụt lội,… - Khả năng cung cấp thiết bị, khả năng chế tạo và vận dụng thiết bị. - Bản vẽ mặt bằng của toàn xí nghiệp và vị trí dự định đặt phân xưởng sấy. - Tình hình tổ chức, bố trí nhân lực, trình độ nghiệp vụ của công nhân và cán bộ kỹ thuật. - Các số liệu khác có liên quan đến việc tính toán giá thành như tiền lương, giá cả nguyên vật liệu xây dựng, vốn đầu tư thiết bị, các loại định mức… - Ngoài ra, tùy tình hình cụ thể từng nơi, từng lúc mà điều tra thu thập thêm những số liệu cần thiết có liên quan đến tính toán thiết kế. 2.2. Trình tự tiến hành tính toán thiết kế (lò sấy hơi nước) Việc tính toán lò sấy có thể tiến hành theo các bước sau đây: [TLTK Hồ Xuân Các][1,2,3] 2.2.1. Tính toán công nghệ Tổng hợp và phân tích số liệu, trên cơ sở đó lựa chọn phương pháp sấy và kiểu lò sấy. Lựa chọn kích thước lò và tính toán số lượng lò sấy. Tính toán diện tích kho bãi và quy hoạch phân xưởng sấy. 2.2.2. Tính toán nhiệt
15 Lựa chọn nguyên liệu tính toán, lựa chọn chế độ sấy và tính toán thời gian sấy. (Chọn gỗ ASH) Xác định lượng nước bay hơi. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết và xác định lượng không khí tuần hoàn. Tính toán tốc độ tuần hoàn của môi trường sấy. Xác định lượng nhiệt tổn thất qua vỏ lò và tiêu hao để làm nóng gỗ. Xây dựng quá trình sấy thực tế, xác định lượng không khí mới và không khí thừa. Xác định lượng nhiệt tiêu hao để làm bay hơi nước và tính toán lựa chọn thiết bị tăng nhiệt. Tính toán nhiệt lượng sấy tiêu hao và lượng hơi nước tiêu hao. Xác định đường kính ống dẫn hơi nước, ống dẫn nước ngưng tụ. 2.2.3. Tính toán khí động lực của lò sấy Xác định lực cản của dòng không khí trong lò sấy. Lựa chọn quạt và xác định công suất cần thiết của quạt. Tính toán đường dẫn khí và thoát khí. Tính toán kinh tế và thống kê các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của thiết kế. Sau đây, chúng ta sẽ đi sâu vào từng phần tính toán cụ thể. 2.3. Tính toán công nghệ 2.3.1. Lựa chọn phương pháp sấy và kiểu lò sấy Việc lựa chọn phương pháp sấy cũng là một việc làm khá phức tạp, đòi hỏi ở người cán bộ thiết kế có một trinh độ tổng hợp, phân tích tốt, vừa có quan điểm kỹ thuật, am hiểu được các quá trình gia công chế biến gỗ vừa có quan điểm kết hợp chặt chẽ và hợp lí giữa hai mặt kỹ thuật và kinh tế. Thông thường gỗ được sấy dưới các hình thức sau đây: sấy ván và sấy phôi.
16 Mỗi phương pháp sấy trên có những mặt tốt xấu nhất định, tùy theo tình hình cụ thể mà cân nhắc lựa chọn cho phù hợp. Sấy ván có lợi cho quá trình cắt gọt, qua đó nâng cao được tỷ lệ thành khí, tỷ lệ lợi dụng gỗ, theo quan điểm tiết kiệm nguyên liệu thì đấy là một vấn đề có có tính chất quyết định trong việc lựa chọn phương pháp sấy. Ngoài ra việc sấy ván còn có lợi làm giảm nhẹ được sức lao động trong khâu bốc dỡ, vận chuyển tạo điều kiện thuận lợi cho việc cơ giới hóa sản xuất ở các khâu gia công chế biến về sau. Còn việc sấy phôi còn có những mặt ưu điểm nổi bật của nó. Với việc sấy phôi có thể rút ngắn được thời gian sấy, tăng được năng suất lò sấy (khoảng 20%) đồng giá thành gỗ sấy. Hiện nay các nhà thiết kế đã thiết kế và phát minh được rất nhiều kiểu lò sấy khác nhau, điều đó rất thuận lợi cho việc lựa chọn và cải tiến của chúng ta trong quá trình tiến hành thiết kế lò sấy, việc lựa chọn kiểu lò sấy thích hợp cho từng cơ sở cũng không phải là một việc làm đơn giản, nó đòi hỏi ở người cán bộ làm công tác thiết kê không những chỉ biết dựa trên cơ sở lý thuyết về khí động lực về nhiệt để phân tích lựa chọn, mà cần phải biết kệt hợp chặt chẽ với tình hình đặc điểm của cơ sở sản suất, điều kiện cụ thể từng nơi, yêu cầu về trình độ kỹ thuật từng nơi mà cân nhắc lựa chọn, chỉ có so sánh phân tích một cách tổng quát và toàn diện như vậy mới có thể cân nhắc lựa chọn được một kiểu lò sấy thích hợp để thiết kế. Trong khi cân nhắc lựa chọn 1 kiểu lò sấy cũng cần chú ý hết sức đến việc tiết kiệm nhiên liệu, hơi nước và tiết kiệm điện. 2.3.2. Lựa chọn kích thước lò sấy và tính toán số lượng lò sấy Kích thước lò sấy phụ thuộc vào kích thước của đống gỗ và số lượng đống gỗ cần xếp trong lò sấy. Kích thước đống gỗ, người thiết kế tự phân tích lựa chọn lấy sao cho phù hợp với kích thước của nguyên liệu sấy, quy cách
17 xếp đống, khả năng của thiết bị xếp đống, cũng như có sự cận nhắc về qui mô và về mặt mỹ thuật của cấu trúc lò sấy. 2.3.3. Tính toán diện tích kho bãi và qui hoạch phân xưởng sấy Dung tích của kho chứa gỗ (Ekho) phụ thuộc vào thời gian dự trữ gỗ trong kho (kho) và sản lượng ngày của phân xưởng sấy (Y ngày) tính theo nguyên liệu tiêu chuẩn và tính bằng công thức sau: Ekho = Yngày x kho (2.1) Trong đó: Yngày   y (2.2) 345 kho: thời gian chứa gỗ trong kho lấy theo những giá trị qui định sau đây: - Đối với kho gỗ khô: 47 ngày - Đối với kho gỗ ướt: 24 ngày Biết dung tích của kho (Ekho) và dung tích của đống gỗ có thể tính toán được số lượng đống gỗ xếp trong kho theo công chức: (2.3) Trong đó: Eđg: dung tích của một đống gỗ tính bằng đống gỗ: Eđg = Vđg x đ Với đ – hệ số đầy xếp đống Muốn xác định diện tích cần thiết của kho, ta phải qui hoạch bố trí sắp xếp các đống gỗ trong kho, đường vận chuyển, đường chữa cháy, đường đi lại... đồng thời có lưu ý đến biện pháp bảo quản gỗ. Tuy vậy việc tính toán kho bãi trong thiết kế phân xưởng sấy gỗ thông thường tính toán một cách khái quát diện tích kho theo công thức. Fkho = Bđg x Lđg x Nđg x m2) (2.4)
18 Trong đó: Bđg và Lđg: bề rộng và bề dài của đống gỗ, m kho: hệ số đầy diện tích kho, thường lấy từ 0.35 – 0.45 Qui hoạch phân xưởng sấy bao gồm việc qui hoạch bố trí lò sấy, kho bãi và hệ thống vận chuyển. Việc bố trí các hệ thống trong 1 phân xưởng là kết quả của việc phân tích cân nhắc chung toàn cục chứ không phải đơn thuần bố trí riêng rẽ từng hệ thống. 2.3.4. Tính Toán nhiệt 2.3.4.1. Lựa chọn nguyên liệu tính toán, lựa chọn chế độ sấy và tính toán thời gian sấy a. Lựa chọn nguyên liệu tính toán Thông thường khi lựa chọn nguyên liệu tính toán chúng ta cần đề cập đến những vấn đề sau đây. Nếu loại gỗ sấy do nhiệm vụ thiết kế đề ra tương đối ổn định (về loại gỗ cũng như kích thước ván), muốn bảo đảm đủ khả năng cung cấp nhiệt của thiết bị tăng nhiệt, trong thiết kế ta thường chọn khả năng tối đa. Khi lựa chọn nguyên liệu để làm cơ sở cho tính toán thiết bị tăng nhiệt, ta phải lựa chọn loại nguyên liệu cần sấy với chế độ sấy cứng nhất torng những loại gỗ sấy thiết kế, tức là loại gỗ dễ sấy nhất và có kích thước bé nhất trong các loại đó để làm cơ sở tính toán. Vì loại gỗ dễ sấy có thể sấy ở nhiệt độ cao, sấy nhanh được, cũng như loại gỗ có kích thước bé (mỏng) thì sấy chóng khô và có thể sấy ở nhiệt độ cao hơn, đòi hỏi thiết bị tăng nhiệt phải có khả năng đảm bảo cung cấp nhiệt đến mức tối đa torng những trường hợp đó. Còn nói chung khi sấy các loại gỗ khó sấy, các loại ván dày thì việc cung cấp nhiệt đòi hỏi ít, công suất nhiệt của thiết bị tăng đòi hỏi thấp cần giảm công suất thiết bị xuống, việc làm ấy dễ dàng hơn nhiều so với trường hợp công suất thiết bị quá thấp so với yêu cầu.