BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TÔ HẠC

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LÒ ĐỐT CÔNG NGHIỆP
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI (TRẤU)
PHỤC VỤ NUNG GẠCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 7 0 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TÔ HẠC

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LÒ ĐỐT CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG
NHIÊN LIỆU SINH KHỐI (TRẤU) PHỤC VỤ NUNG GẠCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

(Ký & ghi rõ họ tên)

i


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN TÔ HẠC

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 02/7/1982

Nơi sinh: Bình Định

Quê quán: Phƣớc Hƣng – Tuy Phƣớc – Bình Định.

Dân tộc: Kinh

Đơn vị công tác: Trƣờng Cao Đẳng Nghề Sóc Trăng.
Địa chỉ liên lạc: 176, Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Phƣờng 7, Thành phố Sóc Trăng, tỉnh
Sóc Trăng.
Điện thoại cơ quan: 0793. 614946

Điện thoại riêng: 0939.484.682

E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Cao Đẳng:
Hệ đào tạo: Chính quy

Tại (trƣờng, viện, nƣớc):
Tên luận án:
Ngƣời hƣớng dẫn:
5. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, B1 (khung Châu Âu)
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp:
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP:
Thời gian
Từ 04/2005 đến nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhận

Trƣờng CĐN Sóc Trăng

Giảng dạy

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 10 năm 2015
Ngƣời khai ký tên

Nguyễn Tô Hạc

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình do chính tôi nghiên cứu và
thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không
trích dẫn rõ nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách


v


TÓM TẮT
Ƣớc tính hàng năm có khoảng gần 8 triệu tấn trấu đƣợc thải ra từ các cơ sở xay
xát và một phần không nhỏ đã đƣợc cơ sở sản xuất gạch sử dụng để nung gạch truyền
thống. Một lƣợng khói thải lớn cũng nhƣ xỉ tạo ra khi đốt trấu đã góp thêm phần gây
nên sự ô nhiễm môi trƣờng.
Trong thời gian gần đây các nghiên cứu cải tiến lò đốt trấu đã đƣợc triển khai
nhằm tăng hiệu suất trấu đốt trong lò, giảm lƣợng hắc ín, xỉ đã có một số thành công và
đang đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi. Đề tài “Nghiên cứu phát triển lò đốt công
nghiệp sử dụng nhiên liệu sinh khối (trấu) phục vụ nung gạch” là một trong các hƣớng
nghiên cứu cải tiến lò đốt trấu nung gạch cho các lò nung gạch truyền thống thuộc
huyện Thạnh Trị, tỉnh Sóc Trăng. Đề tài đã nghiên cứu và đề xuất phƣơng án cải tiến.
Lò đốt trấu liên lục ứng dụng nguyên lý đốt nghịch trấu cháy triệt để cung cấp
dòng khí gas ra ổn định, tro đƣợc tháo liên lục và lƣợng hắc ín không đáng kể. Lò có
kết cấu di động dễ dàng di chuyển qua các khoang khác khi lò đã đƣợc nung. Các kết
quả tính toán và thử nghiệm lƣợng trấu nhiên liệu cung ứng, tiết kiệm đƣợc trên 20%
nhiên liệu so với phƣơng pháp đốt thủ công. Hiện tại, lò đốt trấu liên lục cải tiến ứng
dụng nguyên lý đốt nghịch đã và đang tiếp tục thử nghiệm tại các cơ sở sản xuất gạch ở
huyện Thạnh Trị, qua đó các thông số hoạt động, hiệu quả hoạt động của lò cũng nhƣ
các tồn tại sẽ đƣợc ghi nhận, xử lý để làm cơ sở hoàn chỉnh thiết kế của lò để hình
thành nên dòng sản phẩm lò đốt trấu ít gây ô nhiễm phục vụ cho thị trƣờng.

vi


ABSTRACT
Annually, estimation there are nearly 8 million tons of husks are discharged

V0kk:
α
mkk
рkk
Vkch
mtrau
P
Qvt
vG
ςL



λ
α1, α2
tf1
tf2
KC
Kn
Co
L
Qv
v

Là nhiệt lƣợng (J)
Khối lƣợng của vật (kg)
Độ tăng nhiệt của vật (0C hoặc K)
Nhiệt dung riêng của chất làm vật (J/kg.K)
Thể tích không khí (m3tc/kg)
Thể tích không khí lý thuyết (m3tc/kg)

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................. 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................ 3
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3
1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................................... 4
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 4
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 4
1.6

Nội dung nghiên cứu của đề tài .......................................................................... 4

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN.......................................................................................... 6
2.1 Cây lúa nƣớc ở Việt Nam .................................................................................... 6
2.1.1 Nguồn gốc ......................................................................................................... 6
2.1.2 Tình hình lúa tại Việt Nam ............................................................................... 7
2.2 Trấu ...................................................................................................................... 8
2.2.1 Lịch sử - nguồn gốc .......................................................................................... 8
2.2.2 Thành phần hóa học của vỏ trấu ....................................................................... 8
2.3 Tình hình sử dụng trấu ở nƣớc ta....................................................................... 10
2.4

Ứng dụng từ vỏ trấu ........................................................................................... 12

ix


2.4.1 Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt .......................................................................... 12
2.4.2 Sử dụng vỏ trấu làm củi trấu........................................................................... 13
2.4.3


2.6.2.4

Hệ thống hóa gas trấu của Nguyễn Thanh Quang (ĐHBK - ĐN) .............. 24

2.7 Những vấn đề tồn tại của lò ............................................................................... 25
CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 26
3.1 Các kiểu thiết bị hóa gas ...................................................................................... 26
3.1.1 Kiểu hóa gas đi lên ......................................................................................... 26
3.1.2 Kiể u gas đi xuố ng ............................................................................................. 26
3.1.3 Kiể u gas đi ngang ............................................................................................. 27
3.1.4 Kiể u phân tầ ng gas đi xuố ng ............................................................................ 27
3.1.5 Kiể u tầ ng sôi ..................................................................................................... 28
3.2 Nguyên lý hóa gas để chuyển đổi năng lƣợng sinh khối ................................... 29
3.2.1 Vùng cháy ......................................................................................................... 29
x


3.2.2 Vùng khử .......................................................................................................... 29
3.2.3 Vùng nhiệt phân ................................................................................................ 29
3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình khí hóa sinh khối ....................................... 30
3.3.1

Ảnh hƣởng của áp suất ................................................................................... 30

3.3.2

Ảnh hƣởng của nhiệt độ.................................................................................. 30

3.3.3

4.2.1.3

Chế tạo thử nghiệm mô hình lò ................................................................... 42

4.2.2 Phƣơng án 1 cải tiến ....................................................................................... 43
4.2.2.1

Kết cấu ......................................................................................................... 43

4.2.2.2

Nguyên lý hoạt động .................................................................................... 44

4.2.2.3

Chế tạo thử nghiệm mô hình lò ................................................................... 45

4.2.3 Phƣơng án 2 .................................................................................................... 45
4.2.3.1

Kết cấu ......................................................................................................... 45

4.2.3.2

Nguyên lý hoạt động .................................................................................... 46

4.2.3.3

Chế tạo thử nghiệm ...................................................................................... 47
xi

5.1 Yếu tố thông số đầu vào và đầu ra lò đốt trấu hóa gas ...................................... 56
5.2 Cơ sở tính toán các cụm thiết bị chính của lò trấu hóa gas ............................... 58
5.2.1 Tính toán các thông số của quá trình khí hóa ................................................. 58
5.2.1.1 Lƣợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg trấu ......................... 58
5.2.1.2 Thể tích không khí cần thiết để hóa khí 1kg trấu [52] ................................. 59
5.2.1.3

Khối lƣợng không khí cần thiết để hóa khí 1kg trấu ................................... 59

5.2.1.4

Nhiệt trị của trấu .......................................................................................... 60

5.2.1.5 Tính thông số khí gas ra............................................................................... 60
5.2.2. Lƣợng khí sạch tiêu hao ................................................................................. 64
5.2.3. Lƣợng trấu tiêu hao cần thiết trong 1 giờ ...................................................... 64
5.3 Tính toán lò phản ứng hóa khí ........................................................................... 65
5.3.1. Sơ đồ khối tổng quát lò phản ứng hóa khí ..................................................... 65
5.3.2.1

Chiều cao lò phản ứng ................................................................................. 66

5.3.2.2

Đƣờng kính buồng phản ứng ....................................................................... 66
xii


5.3.2.3 Thể tích không khí cần thiết cho quá trình khí hóa ..................................... 67
5.3.2.4 Tốc độ rỗng của dòng khí ............................................................................ 67

5.5.3 Quạt cấp gió .................................................................................................... 90
5.5.4 Van an toàn ..................................................................................................... 90
5.5.5 Hệ thống dẫn khí ............................................................................................. 90
5.5.6 Cửa đốt khí gas ............................................................................................... 91
5.5.7 Khung lò ......................................................................................................... 91
5.5.8 Hệ thống tháo tro ............................................................................................ 91
5.5.9 Hệ thống điều kiển thanh gạt trấu ................................................................... 91
xiii


5.5.10 Bình ổn áp khí gas ........................................................................................ 91
5.5.11 Hệ thống điện điều khiển .............................................................................. 92
5.5.12 Hệ thống bánh xe di động ............................................................................. 93
5.5.13 Khung bảo vệ ................................................................................................ 93
5.5.14 Cửa mồi lửa .................................................................................................. 93
5.5.15 Hệ thống di chuyển lò ................................................................................... 94
5.5.16 Động cơ rung ................................................................................................ 94
5.5.17 Ghi lò ............................................................................................................ 94
5.5.18 Thân lò .......................................................................................................... 94
CHƢƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ .................................................................. 96
6.1 Kết quả ............................................................................................................... 96
6.2 Đánh giá hoạt động của lò ................................................................................. 96
CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................ 102
7.1 Kết luận ............................................................................................................ 102
7.2 Kiến nghị.......................................................................................................... 102
- Các nghiên cứu sau nên nâng cao công suất lò đốt hơn nữa để phục vụ các ngành
công nghiệp và có thể giảm công suất lò sử dụng cho hộ gia đình nhƣng cấp trấu liên
tục và tháo tro liên tục. ............................................................................................. 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 103


Hình 2.23: Bếp trấu cải tiến của Quân khu 9 [26] ........................................................ 21
Hình 2.24: Nguyên lý hoạt động bếp quân khu 9 và bếp gas trấu của Trần Bình......... 21
Hình 2.25: Hệ thống sấy lúa bằng trấu hoá khí ............................................................. 22
Hình 2.26: Lò khí hóa trấu của Ấn Độ.......................................................................... 23
Hình 2.27: Sơ đồ kết cấu của hệ thống .......................................................................... 23
Hình 2.28: Hình lò khí hóa Nguyễn Thanh Quang (ĐHBK-ĐN) ................................. 25
Hình 3.1:Kiểu hóa ga đi lên [28] ................................................................................... 26
Hình 3.2: Kiểu hóa gas đi xuống [28] ........................................................................... 26
Hình 3.3: Kiểu hóa gas ngang [28] ................................................................................ 27
Hình 3.4: Hóa gas kiểu phân tầng gas đi xuống ............................................................ 28
Hình 3.5: Hóa gas kiểu tần sôi [28] ............................................................................... 28
Hình 4.1:Bản vẽ mặt đứng và mặt cắt của lò gạch Hoffman ........................................ 40
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý đốt lửa vòng của lò hoffman .............................................. 40
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý trấu cháy theo kiểu nghịch dòng ........................................ 41
Hình 4.4: Kết cấu lò phƣơng án 1 ................................................................................. 42
Hình 4.5: Thử nghiệm lò phƣơng án 1 .......................................................................... 43
Hình 4.6: Kết cấu lò phƣơng án 1 cải tiến ..................................................................... 44
Hình 4.7: Thử nghiệm lò phƣơng án 1 cải tiến ............................................................. 45
Hình 4.8: Kết cấu lò phƣơng án 2 ................................................................................. 46
Hình 4.9: Thử nghiệm lò phƣơng án 2 .......................................................................... 47
Hình 4.10: Kết cấu lò phƣơng án 3 ............................................................................... 48
Hình 4.11:Thử nghiệm lò phƣơng án 3 ......................................................................... 50
Hình 4.12: Kết cấu lò phƣơng án 3 cải tiến ................................................................... 51
Hình 4.13: Mô hình kết cấu của lò khí hóa trấu đề tài này ........................................... 53
Hình 4.14: Mô hình kết cấu của lò khí hóa trấu đề tài này ........................................... 54
Hình 5.1: Bản vẽ mặt đứng và mặt cắt của lò gạch Hoffman ....................................... 57
Hình 5.2: Sơ đồ khối hệ thống trấu hóa gas cấp nhiên liệu liên tục cho lò đốt gạch .... 65
xvi



Hình 6.1: Lò nung gạch bằng phƣơng pháp Trấu hóa khí............................................. 96
Hình 6.2: Chuẩn lò bị nung khoang gạch ...................................................................... 96
Hình 6.3: Khối (gas) tại cửa đốt .................................................................................... 97
Hình 6.4: Ngọn lửa rất mãnh liệt, có thể có màu trắng sáng, màu đỏ ........................... 97
Hình 6.5: Ngọn lửa trắng, mạnh do có sự điều chỉnh 2 cách bƣớm để thu thêm một
lƣợng khí Oxy môi trƣờng ............................................................................................. 98
Hình 6.6: Trấu cháy hoàn toàn trong quá trình đốt lò nung .......................................... 98
Hình 6.7: Nhiệt đốt trong lò gạch trên 10000 C............................................................. 98
Hình 6.8: Gạch nung bằng công nghệ Trấu hóa gas ..................................................... 99

xviii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Phân tích nguyên tố trong trấu [9] .................................................................. 9
Bảng 2.2. Phân tić h thành phầ n trong vỏ trấu [9] ......................................................... 10
Bảng 5.1. Thành phần các chất có trong trấu [29] ......................................................... 60
Bảng 5.2. Thành phần khí trong khói và giá trị nhiệt của các khí [32]: ........................ 63
Bảng 5.3. Tổng kết các kết quả tính toán nhiên liệu và kích thƣớc lò đốt .................... 75
Bảng 5.4. Thông số quạt cấp gió tham khảo thị trƣờng ................................................ 82
Bảng 5.5. Thông số quạt cấp gió cho cho lò nung......................................................... 83
Bảng 5.6. Bảng thông số động cơ rung ......................................................................... 84

xix


xx


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU

thức không chỉ đối với nƣớc ta và các nƣớc trên thế giới là tìm các nguồn năng lƣợng
thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lƣợng tái tạo này để mang lại triển vọng lớn
cho nền kinh tế trong tƣơng lai.
Trên bình diện thế giới, năng lƣợng sinh khối chiếm khoảng 14% - 15% tổng
năng lƣợng tiêu thụ của thế giới. Còn ở các nƣớc đang phát triển thì năng lƣợng sinh
khối chiếm khoảng 35% - 40% tổng năng lƣợng tiêu thụ [4]. Để bảo vệ môi trƣờng,
Liên Hợp quốc và tất cả các nƣớc trên thế giới đều tìm mọi cách để giảm thiểu phát tán
các loại khí độc hại khi đun nấu (CO, CO2, Carbon đen, SO2, NO2,…) nhƣng cho đến
nay vẫn còn đang gặp rất nhiều khó khăn.
Về sử dụng trấu để làm nguồn năng lƣợng sinh khối, đã có một số mô hình lò
đốt đƣợc nghiên cứu nhƣng chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi vì một số vấn đề vẫn còn tồn
tại nhƣ: trấu cháy không triệt để, lò có kết cấu phức tạp, cần có các hệ thống xử lý sau
khi hóa gas, cấp liệu không liên tục,...[12] Cả nƣớc chỉ có một vài dự án nhỏ (dự án
nhà máy nhiệt điện tại Hậu Giang [51]; đề tài cấp nhà nƣớc về nghiên cứu tiń h toán ,
thiế t kế chế ta ̣o 01 dây chuyền công nghệ sử dụng trấu để cung cấp năng lƣợng cho các
tổ hơ ̣p xay xát thóc (lúa) công suấ t 6 - 10 tấ n/giờ [20]) ứng dụng ở một số địa phƣơng ,
trong khi nguồn nhiên liệu sinh khối này từ phụ phẩm nông nghiệp (trấu) của nƣớc ta
rất lớn (hơn 8 triệu tấn/năm) [47]. Trong thực tế một lƣợng trấu rất lớn đã đƣợc sử
dụng để dùng làm chất đốt cho các lò nung gạch bằng phƣơng pháp đốt trực tiếp, có
năng suất thấp gây ô nhiễm nặng nề cho môi trƣờng. Do vậy, việc nghiên cứu xác định
nguyên lý, quy trình, đề xuất kết cấu một lò đốt phù hợp để giảm thiểu tối đa nguồn
gốc nguồn phát sinh ô nhiễm, nâng cao hiệu quả quá trình đốt trấu hoá gas với một
trình độ công nghệ phù hợp có tính cấp thiết và góp phần vào việc gìn giữ môi trƣờng
sạch xanh.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài khi thực hiện sẽ có các ý nghĩa khoa học:
2


+ Đề xuất giải pháp trấu hóa gas phù hợp, áp suất khí gas ra ổn định, lƣợng hắc