Viện Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp

Báo cáo tổng kết đề tài:

Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy mùn ca
năng suất 1 tấn/h trong dây chuyền sản xuất
viên nhiên liệu phục vụ xuất khẩu Cnđt: Đoàn Văn Cao 8495

Hà nội 2010

2
Mở đầu
Trong những năm gần đây sự chú ý tới các công nghệ năng
lượng sinh khối hiện đại nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung
đã tăng mạnh trên toàn cầu để thay thế các loại năng lượng hóa
thạch vì hai lý do. Một là do nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng
cạn kiệt dần (theo thống kê ở Việt Nam đến khoảng năm 2015 thì
phải nhập khẩu than để phục vụ cho các nhà máy nhiệt điện), và hai
là nguồn này gây ô nhiễm trầm trọng.
Sinh khối ở nước ta có nhiều dưới dạng phế thải nông nghiệp,
sản xuất các sản phẩm từ gỗ… Việt Nam là nước có 3/4 diện tích là
đồi núi và có trên 38% diện tích rừng che phủ. Nước ta là nước có
ngành chế biến gỗ phát triển trên thế giới do vậy các phế phẩm
trong sản xuất gỗ là vô cùng lớn như: mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn,
cành que,… Tuy nhiên việc sử
dụng các phế thải này vẫn theo cách
truyền thống không mang lại hiệu quả cao.
Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng phát triển
công nghệ sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa và đã tìm được thị
trường thương mại rộng lớn. Theo tìm hiểu trong nước hiện nay đã
xuất hiện một vài nhà máy sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa tuy
nhiên vẫn chưa đem lại hi

4
Chương I
TỔNG QUAN

Việt Nam là quốc gia có ngành công nghiệp chế biến gỗ phát
triển trên thế giới và có nguồn gỗ tự nhiên, rừng trồng rất lớn vì
vậy mà các phế phẩm trong sản xuất, chế biến gỗ là vô cùng lớn
như: mùn cưa, dăm bào, đầu mẩu gỗ vụn, cành cây nhỏ
Tuy vậy việc tận dụng các phế phẩm chưa được quan tâm đúng
mức, chủ yế
u các phụ phế phẩm như mùn cưa, đầu mẩu gỗ vụn
thường được sử dụng một cách lạc hậu hoặc bỏ phí. Vì vậy việc tận
dụng chúng để đem vào sản xuất công nghiệp, sản xuất viên nhiên
liệu phục vụ xuất khẩu là cần thiết và có tính khả thi cao.
Việc sử dụng viên nhiên liệu chủ yếu phổ biến ở các nước phát
triể
n như: Mỹ, Đức, Nhật Bản,… Theo nghiên cứu thì sử dụng viên
nhiên liệu làm từ mùn cưa có thể dùng cho được nhiều loại lò, đem
lại nhiều lợi nhuận như:
- Giá trị năng lượng nhiệt khi đốt bằng lò điện: từ 4,7 –
4,9kwh/kg

Hình 1: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất viên nhiên liệu phụ phế
phẩm lâm nghiệp
Đối với nguyên liệu sản xuất viên nén có yêu cầu về kích
thước nhở hơn hoặc bằng 5 mm ví dụ như mùn cưa trong tinh chế,
cưa xẻ gỗ, mùn cưa từ tre lứa… và dăm bào có kích thước không
quá lớn. Đối với đầu mẩu gỗ, gỗ vụn, cành cây, thân cây thì chúng
ta có thể dùng máy nghiền gỗ để nghi
ền tất cả các nguyên liệu kích
Mảnh vụn
gỗ
Làm nhỏ Sấy Ép viên Làm mát
Đóng bao Mùn cưa

6
thước lớn trên thành mùn cưa có kích thườc nhỏ hơn hoặc bằng 5mm
để đạt kích thước đồng đều sẽ tạo ra viên nén đẹp và tỷ trọng cao.
Độ ẩm của nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng
thành phẩm. Độ ẩm nguyên liệu tốt nhất cho sản xuất viên nén là
10~14 %. Đa số các loại mùn cưa trong cưa xẻ gỗ thường được xẻ từ
cây còn t
ươi, mùn cưa trong khi sử dụng máy nghiền gỗ vụn, cành
cây tạo ra đều thường có độ ẩm cao độ ẩm thường từ 30 ~ 50 %. Chỉ
có mùn cưa trong tinh chế, chế biến gỗ có độ ẩm phù hợp vì các loại
gỗ trong tính chế đều đã được sấy khô do đó để tất cả nguyên liệu

một đoạn ống trơn để vào vùng sấy, không khí được hâm nóng bởi
bộ trao đổi nhiệt và được
đưa vào bằng một hệ thống quạt ly tâm,
Cùng đưa vào với vật liệu với nhiệt độ cao qua hệ thống ống có các
đoạn ống phình ra để giảm tốc độ và tăng thời gian thoát ẩm cho
mùn cưa rồi đưa qua Ciclon lắng và được chuyển đến công đoạn sau
nó. Hệ thống sấy này có ưu điểm là chế tạo đơn giản, năng suất sấy
có thể
lên được rất cao. Tuy nhiên với nguyên liệu là mùn cưa việc
sấy với một dòng tác nhân sấy và dòng nguyên liệu chạy một cách
đồng đều, không có sự xáo trộn mạng trong quá trình sấy gây nên
sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm không đều. Nhất là với điều kiện
cung cấp nguyên liệu như ở nước ta hiện nay mùn cưa có thể được
thu mua từ việc xẻ gỗ tươi, nghiền các phụ phế phẩm trong ch
ế biến
gỗ có thể là tươi, cũng có thể là khô,đồng thời kích thước các hạt
mùn cưa chênh lệch nhiều do vậy độ ẩm của nguyên liệu đầu vào là
không đồng đều, trong khi đó ở hệ thống sấy này, thời gian sấy của

8
các hạt là như nhau do đó sản phẩm sau khi sấy có độ ẩm không đều
là điều dễ hiểu.

Hình 2: Thiết bị sấy mùn cưa kiểu khí động đơn giản

Phổ biến nhất ở các nước phát triển hiện nay là dùng
phương pháp sấy kiểu trống quay nhưng dùng tác nhân là dòng khí
nóng có vận tốc cao để đồng thời truyền nhiệt cho các hạt mùn cưa
đồng thời làm công việc vận chuyển chúng.
Trên hình 3 thể hiện hai kiểu sấy trống thường gặp để sấy mùn

kết cấu trống sấy là tương đối phức tạp. 10Hình 4: thiết bị sấy nông sản

1 – Vít cấp liệu 2 – Lò đốt 3- Trống sấy
4 – Quạt 5- Khung đỡ 6 – Ciclon chính
7- ciclon nguội 8- Ciclon vi bụi 9- Thùng chứa sản phẩm

Để sấy khô mùn cưa trong sản xuất viên nhiên liệu, ở Nga có
đơn vị sản xuất hệ thống sấy mùn cưa (gọi là hệ thống sấy tiến bộ)
người ta sử dung trống trụ (quay 5 – 9 vòng/phút), đường kính 2,2m,
chi
ều dài trống sấy 10m, thể tích làm việc 38m
3
. phía trong trống
sấy người ta làm các cánh để có thể dịch chuyển dòng liệu khi trống
quay đồng thời tăng độ tiếp xúc với tác nhân sấy là không khí nóng
(hình 5).
Trên hình 5 thể hiện thiết bị sấy trống tiến bộ sản xuất ở điều
kiện mùa đông, đạt năng suất gần 3 tấn sản phẩm trên 1 giờ.

11 Hình 5: Thiết bị sấy trống “tiến bộ”


trong trống quay thời gian dài hơn (khoảng 10 lần) đối với sấy khí
động đơn giản, có thể xảy ra hiện tượng cháy dòng vật liệu, xuất
hiện áp suất dọc của trống trong hướng nghiêng và bị bào mòn con
lăn và tiêu tốn năng lượng cho việc quay trống đồng thời làm hư hại
đến kích th
ước của vành lăn và trống.
Theo thí nghiệm thực tế ta có đồ thị đường cong sấy của
mùn cưa (được thể hiện trong hình 6)
1,28
2,69
5.11
9.49
15.54
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
22.45
31.88
40.29
50
40.29
W(%)
T(phút)
B
C
A

Hình 6: Đồ thị đường cong tốc độ sấy của mùn cưa

13
Qua đồ thị đường cong tốc độ sấy của mùn cưa ta thấy ban đầu
tốc độ bốc hơi nước của mùn cưa là tương đối nhanh, đó là sự bốc

có các vách ngăn để phân loại những vật liệu trong khi sấy để đạt
được độ ẩm sản phẩm sau khi sấy là đồng
đều, do nguyên liệu sấy là

14
mùn cưa để phục vụ làm viên nhiên liệu nên dùng tác nhân sấy là
khói lò (hình 7).
1
2
3
4
6
5Hình 7: Sấy mùn cưa kết hợp giữa trống quay và phân ly Trong sơ đồ trên, khói lò được lấy từ buồng đốt 1 được hệ
thống quạt đưa vào, nguyên liệu được cấp vào từ cửa cấp liệu 2.
Dòng khí nóng hòa trộn với dòng liệu được hút vào buồng sấy 3,
trong buồng sấy 3 nguyên liệu ban đầu được đưa qua một ống nhỏ,
mục đích làm tăng vận tốc củ
a dòng liệu tới một vách chặn hình
nón, dòng nguyên liệu va đập vào nó và quay ngược trởi lại rồi đi
vào phần tiết diện lớn của trống sấy có các vách ngăn để tạo được
dòng rối giữa mùn cưa và dòng không khí nóng. Dòng vật liệu sấy

được mầu đặc trưng của mùn cưa, không bị cháy sém.
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu lý thuyết.

16
Tính toán các thông số chính của quá trình sấy từ đó làm cơ
sở cho việc thiết kế mẫu máy sấy dùng cho sấy mùn cưa phục vụ cho
việc làm viên nhiên liệu xuất khẩu.
Nghiên cứu thực nghiệm.
Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh
hưởng của các thông số đầu vào đến năng suất và chi phí năng lượng
riêng, qua đó xác định được các giá trị tối ưu của các thông số
để
làm cơ sở thiết kế, tính toán và lựa chọn kết cấu máy và chế độ làm
việc của thiết bị.
Phương pháp nghiên cứu đơn yếu tố nhằm nghiên cứu ảnh
hưởng của từng yếu tố vào tới các thông số ra, qua đó tìm được mức
biến thiên, khoảng biến thiên và khoảng nghiên cứu thích hợp của
từng yếu tố, làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thự
c nghiệm đa
yếu tố.
Nguyên tắc của phương pháp này là cố định các yếu tố khác,
chỉ thay đổi một yếu tố xác định, theo dõi ảnh hưởng của yếu tố đó
với thông số ra đó là năng suất và chi phí năng lượng riêng.
Có rất nhiều yếu tố làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
sấy như nhiệt độ tác nhân sấy, bề d
ầy lớp vật liệu sấy, áp suất trong
buồng sấy, lưu lượng tác nhân sấy, độ ẩm vật liệu sấy… Khi nghiên
cứu không thể lấy tất cả các yếu tố kể trên mà chỉ lựa chọn các yếu
tố chính. Để lựa chọn các yếu tố chính, bằng phương pháp thu thập

W-100
W-W
1
21
2
=
−
−
==
(3-1)
Khi đó khối lượng nguyên liệu cấp vào hệ thống sấy G
1
= 1000 +
500 = 1500kg/h
2.2. Kích thước cơ bản của trống sấy
- Xác định thể tích trống sấy
Ta có cường độ bốc hơi ẩm
V
W
A =
kg ẩm/m
3
h
⇒

3
m
V
W
A =

=
4
6
3
DΠ
= 15,87
⇒
D =
3
6
87,15.4
Π

≈
1,5m
Do đó chiều dài thùng sấy L bằng:
L = 6.D = 6.1,5 = 9m
2.3. Chọn nhiệt độ tác nhân sấy
Đối với công nghệ thiết bị sấy mùn cưa kiểu kết hợp sấy mùn
cưa phục vụ làm viên nhiên liệu xuất, theo kinh nghiệm và thực tế ta
chọn tác nhân sấy 300
o
C. Nhiệt độ khi thải ra khoảng 60
0
C và độ
ẩm khí thải ϕ
2
(60± 5)%.
Nhiên liệu sấy là than đá, có các thành phần: C = 36,7%; H =
2,7%; O=11,1%; S = 3,2%; A = 2,5%; và Tr = 2,06%.

không khí thứa của buồng đốt
bd
α
= 1,2
÷
1,3 với
bd
α
=
L
L
0
. Chọn
bd
α
=1,2 thì ta có không khí khô thực tế để cháy hết một kg nhiên
liệu L
L = 1,2.L
0
= 1,2.4,8571 = 5,828 kgkk/kg nl
- khối lượng hơi nước sau buồng đốt G
a’

G
a’
= (9H + A) +
bd
α
L
0

{
0,026
+ (9x0,025 + 0,111
}
= 6,129 kgkk/kg nl
- Lượng chứa ẩm d
’
của khói lò sau buồng đốt L
G
k
a
d
'
'
'' =

kgkkkgam/0966,0
129,6
952,0
==

- áp suất bão hòa ứng với t = t
0
= 25
0
C ;
0

1
=
300
0
C i
a
được tính theo công thức i = 2500 + 1,842t kJ/kg
i
a0
= 2500 + 1,842x25 = 2546,05 kJ/kg
i
a
= 2500 + 1,842x300 = 3052,6 kJ/kg

20
xác định hệ số không khí thừa
α
tính theo công thức
α
=
[
]
}
{
)()()1(96,5
)1(43,0)1(45,01)1(19800
000
ttCiidA
tCAiAtCA
pkaa

)25300(004,1)05,25466,3052(017,0)25,01(96,5
300.004,1)25,01(431,06,3052)25,01(451,0125.12,075,0)25,01(19800
−+−−
−
−
−
−
−
+
−
≈
21
- ta có lượng khói khô trong buồng trộn
L
k
= (0,431+5,96
α
)(1 – A) = (0,431+5,86x21)(1 - 0,25)
L
k
= 92,62 kgkk/kg nl
- lượng chứa ẩm d
1
của khói trước khi vào buồng đốt
α
α
+
+
−
+

k
oonlnlbdc
L
ILtCQ
I
α
η
++
=
1

62,92
383,68768,4212512,075,014953
xxxx
+
+
=

I
1
= 195,04 kJ/kgkk
- Lượng chứa ẩm d
20
của khói sau quá trình sấy lý thuyết
am/kgkk kg 0,0516
60842,12500
60004,104,195
842,12500
004,1
2
21
- Lượng không khí lý thuyết dùng cho bốc hơi nguyên liệu
sấy trong một giờ
L
0
= l
0
.W = 28,9x500 = 14450 kgkk
2.5. lựa trọn quạt sấy
Để tính toán được quạt sấy trước hết ta phẩi tính toán được trở
lực của toàn bộ hệ thống sấy
Tổn thất áp suất của toàn bộ hệ thống sấy được tính theo công
thức sau:
∆P = ∆P
đ
= ∆P
đ
+ ∆P
tc
+ ∆P
nâng
+ ∆P
clklon

Ở đây ∆P
đ
- áp suất động của dòng khí
∆P
22
Bảng một số thông số lý thuyết của máy sấy mùn cưa
TT CÁC CHI TIẾT CHÍNH THÔNG SỐ
1 Đường kính trống sấy D = 1500 mm
2 Chiều dài thùng sấy 900 mm
3 Động cơ điện 3 pha 1450 v/ph 3kW
4 Số vòng quay trống sấy 5 v/ph
5 Kích thước con lăn 250 x 75 x 100
6 Kích thước các vách ngăn 1100 x 500 x 6 mm
7 Kích thước các cánh đảo liệu 750 x 30 x 100
8 Kích thước máy 9700 x 2345 x 2230 mm
23
CHƯƠNG III

động ổn định.
- Máy đem khảo nghiệm có các thông số kỹ thuật sau:
+ Đường kính ngoài trống sấy 1500mm
+Chiều dài 9m
+ Khoảng cách của cánh đảo liệu 150mm
- Cân ẩm Startorius MA45 thời gian đo loại dụng cụ đo độ ẩm
này mất khoảng 10 phút cho một mẫu, cách đo trước hết ta nghiền
nhỏ mẫu cần đ
o sau đó cân lấy khoảng 5 gam cho nên cân ẩm chờ
khoảng 10 phút sau sẽ cho ta kết quả.
-Máy đo ẩm kiểu điện trở dùng đo ẩm nhanh với sản phẩm
dạng sợi loại thiết bị này có thang đo trong dải từ 9%÷40%.
-Đồng hồ đo nhiệt HI 9043 với thang đo (0÷900)
0
C. Để đo
nhiệt độ khí thải
-Đồng hồ đo tốc độ gió Testol 435, dùng xác định lưu lượng
của thiết bị cấp gió đạt được bao nhiêu bằng cách ta đo vận tốc gió
ở cửa vào của máy sấy và đo vận tốc trung bình của của cửa ra. Sau
đó dùng phép tính giải tích để tính toán lưu lượng gió qua máy sấy.
-Đồng hồ đo áp suất Testol 510. Dùng xác định trở lực tại các
v
ị trí và toàn bộ hệ thống sấy, đơn vị đo hiển thị là mmH
2
0.
- Phương pháp lấy mẫu: Đối với phép đo độ ẩm của sản phẩm
ta lấy mẫu một cách ngẫu nhiên ở những thời điểm bất kỳ khi mẫu
đã được đóng bao. Mẫu sau khi lấy để để đo độ ẩm phẩi được bọc
kín tránh hiện tượng trao đổi ẩm với bên ngoài.