Tài liệu Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền rơm trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu

  • Số trang: 65 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 82 |
  • Lượt tải: 0
nguyetha

Đã đăng 8489 tài liệu

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP ------------------------ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2010 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền rơm trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu” Mã số: 196.10RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy nông nghiệp Chủ nhiệm đề tài: Ths. Đặng Việt Hoà 8497 Hà Nội, 12/2010 BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP ------------------------ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2010 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy nghiền rơm trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu” Mã số: 196.10RD/HĐ-KHCN ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI VIỆN NCTKCT MÁY NN ThS. ĐẶNG VIỆT HOÀ Hà Nội, 12/2010 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH STT Họ và tên Học vị, học hàm chuyên môn Cơ quan 1 Đặng Việt Hoà Thạc sĩ Viện TK máy NN 2 Đỗ Văn Mạnh Kỹ sư Viện TK máy NN 3 Nguyễn Minh Tùng Kỹ sư Viện TK máy NN 4 Phạm Thị Dung Kỹ sư Viện TK máy NN MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………………………….. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ RƠM…………………............. 1.1. Vấn đề rơm ở ngoài nước………………………………………... 1.2. Vấn đề rơm ở trong nước…………………………………………. 1.3. Rơm sử dụng làm viên nhiên liệu…………………………………. 1.3.1. Khái niệm…………………………………………………. 1.3.2. Sử dụng rơm làm viên nhiên liệu ở trong nước……………… CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN RƠM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU 3.1. Cơ lý tính của rơm…………………………………………………. 3.2. Cơ sở lựa chọn máy nghiền rơm thành dạng sợi cám………………. 3.3. Lựa chọn máy nghiền………………………………………………. 3.3.1. Sơ lược về một số loại máy nghiền………………………… 3.3.2. Cơ sở lựa chọn nguyên lý kết cấu và thiết kế máy nghiền rơm……………………… 3.3.3. Tính toán thiết kế máy nghiền rơm………………………… 3.3.4. Qui trình công nghệ chế tạo máy nghiền rơm……………… 3.3.5. Kết quả thử nghiệm máy nghiền rơm……………………….. CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………… 3.1. Kết luận…………………..………………………………………... 3.2. Kiến nghị……………………………………………………………. 1 2 2 3 7 7 8 11 11 12 12 12 15 19 25 27 30 30 31 MỞ ĐẦU Việt Nam là nước Nông nghiệp với diện tích trồng lúa rất lớn. Sử dụng rơm cho việc đun nấu hàng ngày đã trở thành phổ biến ở nông thôn xưa. nhưng ngày nay kinh tế thị trường phát triển việc sử dụng Gas đã trở thành phổ biến, nguồn rơm bị bỏ lại sau mỗi vụ mùa đã trở thành lãng phí. Sau vụ gặt người dân đốt rơm tạo thành một bầu khói bao trùm khắp nơi, khói của rơm rất độc vì các thành phần của nó. Theo các nhà y học, khói bụi khi đốt rơm, rạ làm ô nhiễm không khí, gây tác hại lớn đối với sức khỏe con người. Trẻ em, người già, và người có bệnh hô hấp, bệnh mạn tính dễ bị ảnh hưởng nhất. Theo thống kê ở Việt Nam cứ sản xuất khoảng hơn 30 triệu tấn lúa thì có khoảng 3 triệu tấn rơm. Đã có nhiều cách giải quyết cho vấn đề rơm như: cày vùi lấp dưới nước, trộn các chất dinh dưỡng, ủ và đóng bánh làm thức ăn trâu bò, ép sấy làm các tấm ván xây dựng, xử lý bằng hoá chất để làm bìa cactông, bao bì, ủ lên men, bổ sung các phân NPK làm chất cải tạo đất, trồng nấm...còn đốt chỉ là giải pháp cuối cùng... Để tận dụng nguồn nguyên liệu này vào việc thay thế một số nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt là một việc làm cấp bách. Rơm sau khi thu gom về sẽ được nghiền nhỏ ra và sử dụng vào mục đích làm nguồn năng lượng sinh khối và nguồn năng lượng này được coi là nguồn năng lượng bền vững. Trong tương lai nhu cầu cần sử dụng năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp ngày càng tăng thay thế dần nguyên liệu truyền thống như dầu mỏ khí đốt ngày càng cạn kiệt do sự tăng dân số. Việc sử dụng hữu ích nguồn rơm rạ sau khi thu hoạch lúa sẽ mở ra cơ hội cải thiện cuộc sống của người nông dân trên một đất nước có 80% dân số bằng nông nghiệp và rơm rạ cũng không còn là gánh nặng đối với môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng. Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phục vụ cho công nghệ ép viên nhiên liệu từ rơm rạ là việc làm cần thiết với môi trường xã hội góp phần nhằm nâng cao hiệu suất xử lý rơm thành nhiên liệu sạch đồng thời giải quyết được tình trạng ô nhiễm môi trường do khói sau mỗi vụ thu hoạch và đem lại lợi nhuận cho bà con nông dân sản xuất nông nghiệp. CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ RƠM 1.1.Vấn đề rơm ở ngoài nước Mỗi năm trên toàn thế giới có khoảng 600 triệu tấn [3] rơm rạ từ cây lúa sản xuất ra. Nguồn nguyên liệu này được dùng vào nhiều mục đích khác nhau như dùng để sản xuất điện ở một số nước châu Á. Ở Thái Lan, Indonesia cũng như nhiều nước sản xuất gạo khác, rơm rạ là mặt hàng phế phẩm sau khi thu hoạch giờ đây đã đem lại một số tiền nhất định cho nông dân. Rơm rạ đốt lên sẽ sản sinh ra một lượng hơi nóng dùng để sản xuất điện. Tro rơm rạ sau khi đốt cũng được bán cho các nhà máy xi măng, các nhà máy này dùng tro để làm chất trộn lẫn với xi măng không gây hại cho môi trường (hay còn gọi là sản phẩm thân thiện với môi trường) với giá rẻ hơn. Gọi là sản phẩm thân thiện với môi trường vì việc sản xuất xi măng ngày nay đang góp 4% vào việc gây ra hiệu ứng nhà kính nên việc sản xuất xi măng giảm đi là giảm được một phần đáng kể của nguy cơ này. Nhà máy sản xuất điện năng từ rơm rạ ở Thái Lan dự tính sẽ là tiết kiệm được 88.000 tấn than đá hay 59 triệu lít chất đốt là dầu. Chủ thầu xây dựng Nhà máy sản xuất điện năng này - AT Biopower đã xây dựng 4 nhà máy sản xuất điện từ rơm rạ trị giá 27 triệu đô-la ở miền Trung Thái Lan. Nhà máy sản xuất điện đặt tại tỉnh Pichit sẽ tiêu thụ 150.000 tấn rơm rạ mỗi năm đưa lại nhiều việc làm cho người dân địa phương, từ công việc thu mua rơm rạ, đóng thành kiện, chuyên chở về nhà máy và trực tiếp tham gia sản xuất… Sản phẩm điện sẽ được bán cho công ty điện lực quốc gia Indonesia, với doanh thu 9 triệu 300 ngàn đô-la mỗi năm, rơm rạ bán cho các công ty xi măng với trị giá 500 nghìn đô-la mỗi năm. Trong khi đó nhà máy ở Bali có công suất khoảng 22 megawat được vận hành vào cuối năm 2006 đã cung cấp điện cho 60.000 hộ gia đình ở Bali [3] . Nhờ tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã biến đổi rơm rạ thành Ethanol: Tổ chức năng lượng quốc tế (IEA) ước tính rằng nguồn năng lượng tái tạo chiếm khoảng 13% trong tổng số nguồn năng lượng cơ bản toàn thế giới. Khoảng 80% trong số này là dưới dạng sinh khối đốt cháy được - đa phần là gỗ, than hầm, phụ phẩm trong trồng trọt: rơm rạ hoặc những chất thải khác dùng để đốt cho nấu ăn, sưởi ấm và những hoạt động khác. Một sản phẩm từ rơm mang lại hiệu quả kinh tế cao, được thị trường thế giới ngày càng ưa chuộng đó là trồng nấm. Theo các nhà khoa học, nấm rơm là thực phẩm nhiều dinh dưỡng mà không làm tăng lượng cholesterol trong máu. Hàm lượng protein trong nấm lên tới 5%, đặc biệt có 8 loại axit amin không thay thế trong số 19 axit amin có trong nấm. Nấm rơm có thành phần chất xơ cao và lipit thấp, phòng trừ bệnh huyết áp, chống béo phì, xơ cứng động mạch, chữa bệnh đường ruột…Thị trường tiêu thụ nấm rơm lớn nhất là Mỹ, Nhật Bản, các nước châu Âu. Theo nhà nghiên cứu vải sợi Yiqi Yang tại Đại học Lincoln, bang Nebraska, Mỹ thì rơm và lông gà sẽ xuất hiện phổ biến trong các loại trang phục của tương lai. Không phải kết thành bộ lông chim hay tấm vải gai, mà lông gà và sợi rơm sẽ được dệt thành vải giống như len, vải lanh hay cotton. Trong một quy trình xử lý đang được xem xét cấp bằng sáng chế, Yang và cộng sự đã tách các sợi rơm bằng một hỗn hợp enzyme và alkaki. Các máy dệt sau đó sẽ dệt sợi thành vải. Chi phí sản xuất khoảng 50 cent mỗi pound, trong khi vải cotton hiện được bán với giá khoảng 60 cent một pound [3] . 1.2. Vấn đề rơm ở trong nước Ở Việt Nam rơm là phụ phẩm của ngành trồng lúa, 20% rơm được làm chất đốt cho các hộ gia đình, nhiều nơi dùng cách đốt trên đồng ruộng gây mất an toàn giao thông và ô nhiễm môi trường. Nông dân các tỉnh sau khi gặt xong lại thường đốt hết rơm rạ để lấy tro làm phân, cách sử dụng rơm như vậy quá lãng phí. Sử dụng rơm về ép khô để dành làm thức ăn cho bò quả là có lợi, làm tăng thu nhập cho cả người trồng lúa và người nuôi bò. HTX Xuân Lộc - Quận 12 - TP Hồ Chí Minh đã hợp đồng với chủ xe tải xuống tận các vùng lúa ở đồng bằng sông Cửu Long chở rơm, rơm khô quá cồng kềnh nên chở về không thể cung ứng đủ cho người mua. Rơm không chỉ có các hộ nuôi bò mà còn mở rộng ra những bạn hàng trái cây, gốm sứ có rơm để lót hàng, vận chuyển thật tiện dụng [3] . Để sản xuất rơm thành khối hình vuông cho dễ chuyên chở, cất giữ HTX Xuân Lộc đã liên kết với xí nghiệp Z751 để sản xuất ra máy ép rơm đặt tại ruộng lúa vùng Đồng Tháp Mười để ép rơm tại chỗ. Rơm khô ép xong xếp trong kho có thể giữ được 6 tháng nhưng gặp mùa mưa, cọng rơm nhiễm ẩm vẫn dễ bị mốc, dễ bị phân hủy. Hình 1: Sản phẩm rơm sau khi đã đóng kiện làm thức ăn cho bò Công ty TNHH Ý Việt đã giới thiệu quy trình chế biến rơm rạ thành thức ăn gia súc, có thể bảo quản lâu. Đó là pha trộn rơm với mật rỉ mía và men vi sinh cùng một lượng nhỏ phân urê. Tất cả được qua một máy quay sợi PE để bọc lại, tạo thành môi trường yếm khí, giữ nguồn thực phẩm gia súc này hằng năm mà không ngại bị hỏng. Men vi sinh tác động trên tế bào rơm trong bọc yếm khí tạo thành nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng. Quan trọng nhất là phải nhập khẩu được chiếc máy quấn rơm do nước Ý sản xuất. Giám đốc Công ty TNHH Ý Việt đã nhận chuyển giao công nghệ cho HTX Xuân Lộc, đầu xuân 2010, loại thức ăn chăn nuôi do HTX Xuân Lộc tung ra thị trường được người nuôi bò trong thành phố ngợi khen. Qua kiểm tra của Trung tâm Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng III, loại thức ăn này có lượng xơ 31,3 %, hàm lượng đạm 5,2 %, chất béo đạt 1,6 %, đủ dinh dưỡng cho bò sữa. Việc trồng nấm rơm đã phát triển ở 40 tỉnh thành, song sản lượng chưa tương xứng với tiềm năng. Đồng bằng sông Cửu Long có nhiều tiềm năng phát triển nghề trồng nấm, khu vực này có đủ các điều kiện như chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng và tháng lạnh không đáng kể, có thể trồng nấm rơm quanh năm. Trồng nấm rơm không đòi hỏi cao về kỹ thuật, nấm không chiếm nhiều diện tích, chủ yếu tận dụng diện tích trống, chi phí thấp, giải quyết tốt các nguồn thu nhập cho nông dân [3] . Ở một số nơi rơm được dùng để sản xuất phân hữu cơ vi sinh. Phương pháp xử lý rơm, rạ thành phân bón hữu cơ như sau: Sau vụ gặt, thu gom rơm, rạ vào một góc ruộng; hòa chế phẩm vi sinh cùng với nước và phân NPK, tưới lên đống rơm, rạ. Sau che phủ bằng nilon, trát bùn kín. Sau 3 tuần rơm, rạ mủn là loại phân bón rất tốt cho cây trồng. Dùng phân này bón lót, sẽ giảm tới 30% lượng phân hóa học, và tăng năng suất cây trồng lên đến 7%.Thay vì đổ xuống ruộng đồng phân hóa học, khiến cấu tượng đất bị đổi thay, nhanh chóng mất dần độ phì nhiêu, và gây ô nhiễm ngày một nặng nề thì nông dân đã có phân từ rơm, rạ của mình làm cho đất đai thêm phì nhiêu và môi trường an toàn, nâng cao giá trị kinh tế, xã hội. Ngày nay với nhiều công nghệ mới có thể xem rơm như một nguồn tài nguyên. Tại TP.HCM, Siêu thị công nghệ (Vinatech) cùng tập đoàn Taise và Ohhara (Nhật Bản) ký kết hợp tác chuyển giao công nghệ sản xuất bột giấy phi gỗ của Nhật Bản trị giá 50 tỷ đồng. Với công suất từ 15-30 tấn/ngày, dây chuyền nói trên cho phép sản xuất bột giấy từ nguyên liệu phi gỗ như các loại nhánh keo lai hom, nhánh cây tràm, nhánh bạch đàn, rơm rạ hay bã mía. Nếu đem so sánh với việc sản xuất bột giấy từ gỗ thì phương pháp phi gỗ được đánh giá khá cao bởi nó cho phép tận dụng được thế mạnh nguyên liệu sẵn có của Việt Nam. Nguyên liệu này một phần là do có sẵn, một phần có thể nhờ trồng canh tác ngắn ngày. Do không phải phá rừng lấy nguyên liệu nên công nghệ sản xuất bột giấy từ nguyên liệu phi gỗ là giải pháp tận dụng nguyên liệu, giúp hạn chế gây ô nhiễm môi trường. Bởi khi đốt sản phẩm từ cây trồng, hoặc sản phẩm mọc lên từ việc hấp thụ khí cacbonnic và thải ra oxi, chúng sẽ sinh ra một lượng carbonnic tương đương với khí hấp thụ, khiến cho tổng lượng khí cacbonnic trong môi trường không thay đổi. Bên cạnh đó, việc sử dụng dây chuyền sản xuất bột giấy cao cấp từ nguyên liệu phi gỗ ở quy mô công suất nhỏ vẫn cho phép lắp đặt rải rác theo địa phương, tùy theo các vùng nguyên liệu. Đầu ra sản phẩm là bột giấy chất lượng cao, cung cấp cho thị trường trong nước và Nhật Bản. Một dự án được ngân hàng thế giới (WB) hợp tác với công ty tài chính quốc tế (IFC) và một số nhà tài trợ quốc tế khác tổ chức đã tài trợ 200.000USD vào tháng 9/2008 và là dự án đầu tiên của người Việt Nam nhận được tài trợ sau gần 10 năm ngân hàng thế giới tổ chức hoạt động thường niên này đó là dự án “ Rơm rạ cho nhà ở” của anh Nguyễn Minh Quyền - phó giám đốc công ty du lịch Bến Thành [3]. Triết lý của dự án khá đơn giản: thay vì đốt ngoài đồng, nông dân chở rơm rạ đến bán cho nhà máy. Tại đây, chúng được ép thành tấm lợp cách nhiệt và chịu nhiệt thích hợp với môi trường xây dựng nhà tại đồng bằng sông Cửu Long. Các tiêu chuẩn an toàn liên quan như khả năng chịu lực, chống cháy, xử lý nhiệt đều có chứng nhận của cơ quan chức năng. Mẫu mã nhà cũng rất đa dạng, đẹp mắt, giá bán cụ thể tuỳ thuộc vào diện tích, kiến trúc, trang trí nội thất mà người mua yêu cầu nhưng hứa hẹn chỉ bằng 1/4 giá nhà xây bằng xi măng, giúp người nông dân có điều kiện cải thiện nơi ở của mình. Với những người không có tiền để mua nhà, công ty sẽ có phương thức cho trả góp bằng rơm rạ. Họ sẽ ký hợp đồng cung cấp định kỳ rơm đúng chất lượng, số lượng với công ty. Tiền bán rơm sẽ được trừ dần vào tiền mua nhà, giá bán rơm sẽ theo giá thị trường, vật liệu xây dựng làm từ rơm rạ trên thế giới đã có áp dụng và kết luận sử dụng tốt. Tuy nhiên quá trình sản xuất ra loại vật liệu này còn tuỳ thuộc rất lớn vào loại chất kết dính, phương pháp sơ chế loại bỏ hoàn toàn chất xenlulô có trong rơm rạ. Ngoài ra phải bảo đảm tiêu chuẩn chống thấm, các chỉ số về cường độ nén, cứng, vững...Sản xuất vật liệu bằng rơm rạ giúp tận dụng được nguồn phế thải ở nông thôn đồng thời bảo vệ môi trường, đây là một ứng dụng tốt cần được nghiên cứu kỹ để triển khai. Tuy nhiên cũng phải nhấn mạnh đây không phải là loại vật liệu siêu đẳng lần đầu tiên xuất hiện mà là loại vật liệu phù hợp với điều kiện sản xuất của Việt Nam. Một hướng nghiên cứu mới mà nguồn nguyên liệu chính là rơm rạ đang được các nhà khoa học trong nước nghiên cứu và đưa vào ứng dụng thành công đó là công nghệ xử lý rơm, rạ hoặc trấu thành Ethanol - nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu đã được công bố tại TP.HCM [3]. Công nghệ này nằm trong đề tài “Nghiên cứu công nghệ xử lý một số loại phụ phẩm nông nghiệp bằng nước áp suất cao để thu dung dịch đường có khả năng lên men tạo thành Ethanol” của TS. Nguyễn Hoàng Dũng (ĐHBK, TP.HCM). Để “biến” thành Ethanol, rơm, rạ, trấu được xử lý bằng thiết bị phản ứng thủy nhiệt ở quy mô phòng thí nghiệm. Sau đó được tiếp tục nghiên cứu ở quy mô pilot trên thiết bị cấp hơi nước áp suất cao. Thiết bị thủy nhiệt này do Trường ĐH Tokyo (Nhật Bản) cung cấp. Nghiên cứu sử dụng nguồn rơm, rạ, trấu tại ruộng thí nghiệm của Trường ĐHBK - TP.HCM (tại xã Thái Mỹ - Củ Chi). Cả 3 loại phụ phẩm trên được xử lý hơi nước ở nhiều chế độ thí nghiệm khác nhau, sau đó chúng được phân tích bằng acid để xác lập chế độ tối ưu cho quá trình xử lý hơi nước. Trên cơ sở đó, nghiên cứu quá trình thủy phân Enzym và lên men để chứng minh khả năng chuyển hóa rơm rạ, trấu là các nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu hiện nay thành cồn nhiên liệu. Trên cơ sở các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thu được cồn nhiên liệu trên 90°C. 1.3. Rơm sử dụng làm viên nhiên liệu 1.3.1. Khái niệm Nhiên liệu sinh khối là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng ngay từ khi biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm. Củi là nguồn năng lượng chính cho tới đầu thế kỷ XX khi con người tìm ra nhiên liệu hoá thạch: than đá, dầu mỏ… và sử dụng nó thay thế củi. Kể từ đó hầu như con người lệ thuộc hoàn toàn vào nguồn năng lượng này. Theo dự tính, dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 40 năm nữa, khi đó nguồn năng lượng nào sẽ thay thế nó để tránh xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng. Điều đó đòi hỏi con người phải tìm kiếm và phát triển các nguồn nhiên liệu thay thế nguồn nhiên liệu hoá thạch đang ngày một cạn kiệt và có nguy cơ gây ô nhiễm khí quyển nghiêm trọng. Sinh khối là các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc động vật hoặc thực vật bao gồm: phụ phẩm của ngành nông nghiệp - sau thu hoạch ( rơm rạ, vỏ hạt, thân cây…); phụ phẩm của ngành chế biến các sản phẩm nông nghiệp (vỏ trấu, vỏ cà phê, bã mía, bã sắn…); phụ phẩm của ngành lâm nghiệp và chế biến gỗ ( mùn cưa, phoi bào, gỗ chíp…). Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng được hình thành từ các loại sinh khối và chúng có khả năng tái tạo vì thế có thể coi năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng bền vững. Trong tương lai, nhu cầu sử dụng năng lượng sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp ngày càng tăng, thay thế dần dần nguồn nguyên liệu hoá thạch truyền thống: than, dầu mỏ và khí đốt đang ngày càng cạn kiện do dân số và nhu cầu sử dụng tăng. 1.3.2.Sử dụng rơm làm viên nhiên liệu ở trong nước Việt Nam là một nước nông nghiệp với hai đồng bằng lớn là đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long, do đó Việt Nam có tiềm năng rất lớn trong việc biến sinh khối - phụ phế phẩm nông nghiệp thành năng lượng như rơm, vỏ cà phê, sơ dừa…. nhưng việc sử dụng trực tiếp sinh khối - phụ phế phẩm nông nghiệp như rơm còn rất hạn chế do nhiều nguyên nhân như nhiệt trị thấp, tỷ trọng thấp, độ ẩm cao, vận chuyển khó khăn, chi phí vận chuyển lớn, đặc biệt là ô nhiễm không khí khi đốt trực tiếp… - Khi sử dụng viên được ép từ phụ phế liệu nông nghiệp có những ưu điểm hơn hẳn so với việc đốt phụ phế liệu nông nghiệp vì: - Thể tích giảm hơn 5 lần. - Thuận lợi cho việc bảo quản, vận chuyển và cơ giới hoá, tự động hoá cho việc cấp nhiên liệu cho các lò đốt. - Có thành phần giống như năng lượng truyền thống. - Có nhiệt trị ép khá cao từ 3500 ÷ 4500 kcal/kg [3] . - Giá thành chỉ bằng 50% so với than. Phụ phế thải nông nghiệp gồm vỏ trấu, mùn cưa, vỏ lạc, vỏ hạt điều, bã mía, rơm, gỗ vụn…,trong sản xuất nông nghiệp rơm là sản phẩm phụ có số lượng lớn nhất, bằng 1,1 ÷ 1,2 lần tổng sản lượng lương thực đạt được. Sử dụng viên rơm nhiên liệu phụ phế thải nông nghiệp là vấn đề mới, ở đồng bằng sông Cửu Long đã xây dựng 05 nhà máy điện chạy bằng trấu công suất 55 MW rải rác ở Tiền Giang, An Giang và Cần Thơ, 02 nhà máy điện được phép xây dựng với công suất 13 MW chạy bằng phụ phẩm nông nghiệp là trấu. Vấn đề nghiên cứu viên nhiên liệu phụ phế phẩm nông nghiệp cũng được đề cập đến trong công trình “Nghiên cứu sản xuất viên nhiên liệu từ Biomass” của đại hội Đà Nẵng năm 2008 nhưng nghiên cứu chỉ dừng lại ở dạng ép viên mùn cưa kiểu ép piston năng suất thấp, không ứng dụng rộng rãi. Về thiết bị có tập đoàn Minh Quang ở Yên Bái đã nhập 01 dây chuyền thiết bị của Đức ép viên từ gỗ cành, gỗ ngọn, mùn cưa và một số đơn vị nhập thiết bị lẻ nhưng chưa đưa vào hoạt động. Về nghiên cứu, duy nhất có Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp đã tiến hành nghiên cứu sâu về phụ phế liệu nông nghiệp làm viên nhiên liệu. Năm 2007 Viện đã phối hợp với công ty Seraphin xây dựng “ Mô hình xử lý rác thải khó phân huỷ trong nhà máy xử lý rác tái chế thành nhiên liệu rắn thay thế nhiên liệu hoá thạch”. Năm 2008 Viện đã thực hiện đề tài cấp Bộ “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép viên phụ phế liệu nông nghiệp và rác thải làm phân bón” và đề tài cấp Nhà nước “ Nghiên cứu công nghệ, thiết kế chế tạo dây chuyền thiết bị sản xuất viên nhiên liệu (Pellet) từ trấu”, các đề tài đang tiến hành thử nghiệm, hoàn thiện và đưa vào sản xuất. Về thiết bị ép viên nhiên liệu từ rơm - vẫn còn chưa có thiết bị công nghệ phù hợp theo máy ép như máy nghiền vì đối với rơm có chứa hàm lượng chất sơ cao (31÷ 45%) [7] và khi được nghiền nhỏ đồng đều chi phí năng lượng ép có thể giảm xuống đến 3 lần, các thiết bị nghiền rơm hiện nay vẫn chủ yếu sử dụng máy nghiền búa dùng cho nguyên liệu dạng hạt khi đưa vào nghiền rơm có hiệu suất nghiền thấp do rơm có tính xốp, nhẹ và có tính khác với hạt nên để để ép viên rơm cần có máy nghiền rơm chuyên dụng phù hợp với cơ lý tính của rơm. Vì thế để tận dụng tốt nguồn nguyên liệu rơm dồi dào trong nước làm giảm ô nhiễm môi trường và để hoàn thiện công nghệ thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ rơm góp phần thay thế nguồn năng lượng thiên nhiên hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và tạo ra công nghệ mới trong vấn đề xử lý phụ phế liệu nông nghiệp việc nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền rơm dùng trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu là vấn đề cấp thiết. Qua quá trình nghiên cứu, phân tích, đánh giá tầm quan trọng và sự cần thiết của thiết bị nghiền rơm nhóm đề tài đã lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy nghiền rơm trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu” với mục tiêu: + Góp phần hoàn thiện qui trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu thông qua sản phẩm rơm sau khi nghiền để tạo ra viên đạt chất lượng, chi phí năng lượng ép viên thấp. + Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nghiền rơm phù hợp với dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu. + Nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu từ rơm để thay thế dần nhiên liệu than dầu đang ngày càng cạn kiệt. CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NGHIỀN RƠM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU 3.1.Cơ lý tính của rơm a/ Thành phần hóa học của rơm - Các thành phần chính của rơm rạ là những Hydratcacbon gồm: Licnoxenlulozo: 37,4%; Hemixenlulozo: 44,9%; Linin: 4,9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ 9 ÷ 14% đó là điều gây cản trở việc sử dụng rơm rạ một cách kinh tế, thành phần Licnoxenlulozo trong rơm rạ khó phân hủy sinh học [3] . - Về cơ học rơm có khối lượng riêng thấp, từ 0,09 ÷ 0,11tấn/m3 với độ ẩm 10 ÷ 15%, rơm khô dai và xốp nhẹ [6] . b/Qui trình sản xuất viên nhiên liệu từ rơm: Việt Nam là một nước nông nghiệp với gần 80% dân số sống bằng nghề nông, với số lượng rơm hàng năm khoảng 30 triệu tấn [2] thì việc sử dụng rơm vào làm viên nhiên liệu là vấn đề cấp bách và cần thiết cho việc tận dụng nguồn năng lượng dồi dào đang bị lãng phí từ lâu. Qui trình để ra sản phẩm viên nhiên liệu gồm: + Nguồn vào: - Thu mua rơm trên cánh đồng - Rơm được phơi khô + Tiến hành sản xuất: - Băm rơm thành đoạn từ 4 ÷ 6cm - Nghiền nhỏ rơm thành dạng cám sợi ≤ 1,8mm - Phối trộn, ép rơm đã nghiền thành dạng viên. + Sử dụng: - Tiêu thụ sản phẩm. 3.2.Cơ sở lựa chọn máy nghiền rơm thành dạng sợi cám - Công nghệ ép viên nhiên liệu từ rơm đòi hỏi đảm bảo về công nghệ rơm phải có kích thước 1,2 ÷ 1,8 mm, dạng sợi nhỏ. - Đảm bảo yêu cầu về bụi và vệ sinh môi trường. - Tính khả thi về kỹ thuật với các điều kiện tự nhiên tại nơi triển khai công nghệ, phù hợp với các điều kiện về cơ sở hạ tầng trong quá trình thi công và vận hành, thuận lợi trong việc cung cấp thiết bị và bảo dưỡng, sửa chữa, mở rộng và cải tiến công nghệ. Thuận lợi trong quản lý vận hành, duy trì hoạt động ổn định, có các giải pháp phòng ngừa, khắc phục sự cố khi cần thiết. - Tính khả thi về kinh tế: Chi phí đầu tư, vận hành hợp lý cũng như hiệu suất nghiền cao để có được lợi ích kinh tế thu được từ sản phẩm. 3.3.Lựa chọn máy nghiền 3.3.1. Sơ lược về một số loại máy nghiền - Nguyên lý chà xát (hình 2) [8] Cấu tạo điển hình gồm 2 đĩa, vật liệu đem nghiền đi qua khe giữa 2 đĩa (có khía rãnh) và được làm nhỏ. Hình2: Máy nghiền kiểu chà xát Máy nghiền loại này được nghiền nhiều loại hạt nhưng làm nóng bột, tạo nhiều bụi, kích thước hạt sản phẩm không đều, chi phí năng lượng riêng lớn. - Nguyên lý cắt nghiến (hình 3) [8] Cấu tạo điển hình thường gồm 2 trục có khía rãnh quay ngược chiều nhau ( kẹp hạt, nghiền vỡ, cũng có ít nhiều tác động chà sát). Hình 3: Máy nghiền kiểu cắt nghiến Nguyên lý này thường tạo ra các sản phẩm thô, khó nghiền, các hạt có độ ẩm cao hoặc nhiều dầu (do bị dính vào trục). Tuy nhiên loại này ít tốn năng lượng, ít sinh bụi. - Nguyên lý ép dập (hình 4) [8] Cấu tạo điển hình thường gồm 2 trục cuốn (lô) nhẵn, quay ngược chiều nhau cuốn liệu vào (do ma sát giữa nguyên liệu và lô) và ép dập vỡ hạt. Nguyên tắc này nghiền không nhỏ, chỉ làm vỡ hạt thành tấm, mảnh. Hình 4. Máy nghiền kiểu ép dập - Nguyên lý va đập (hình 5) [8] Cấu tạo điển hình: Các loại nghiền búa dạng thanh hoặc răng. Dùng động năng của búa (hoặc răng) đập vỡ nguyên liệu là chủ yếu, rất hợp với các lực ma sát (giữa vật liệu và sàng, vật liệu với vật liệu). Hình5. Máy nghiền kiểu búa. Ưu điểm rõ nét nhất của nguyên lý này là: - Hiệu suất làm nhỏ cao do sử dụng 2 pha làm nhỏ đồng thời: va đập và chà sát. - Kết cấu đơn giản, các bộ phận chi tiết mau mòn (búa, sàng) dễ thay thế, ít tốn kém. - Một số dạng máy nghiền búa kiểu va đập của Đức 3.3.2. Cơ sở lựa chọn nguyên lý kết cấu và thiết kế máy nghiền rơm 3.3.2.1.Cơ sở lựa chọn nguyên lý kết cấu của máy nghiền rơm. Về nguyên lý để đảm bảo vấn đề về năng suất nhóm đề tài lựa chọn nguyên lý máy nghiền búa theo nguyên lý va đập và dựa vào các kết quả thực nghiệm khi đưa rơm qua máy nghiền hạt ngũ cốc ta thu được sản phẩm đạt yêu cầu để ép viên nhiên liệu đó là l = 1 ÷ 1,8mm, độ đồng đều đạt yêu cầu theo cảm quan. 3.3.2.2.Vấn đề cần giải quyết khi thiết kế máy nghiền rơm Trên cơ sở so sánh với máy nghiền hạt ngũ cốc, dựa vào đặc tính của rơm và qua kết quả thực nghiệm để nghiên cứu thiết kế: + Yêu cầu nguyên liệu rơm sau nghiền để ép viên nhiên liệu là: Độ ẩm W = 10 ÷ 11% Kích thước: l = 1,2 ÷ 1,8mm Nguyên liệu phải đồng đều để đạt được chất lượng cao cho viên giảm chi phí năng lượng khi ép. + Rơm thu hoạch về sau khi phơi khô do thành phần của rơm nhiều xenlulozo nên dai, nhẹ và độ ẩm thường thấp từ W = 7 ÷ 15% nên lựa chọn độ ẩm thích hợp cho nguyên liệu rơm để đạt hiệu suất nghiền cao là vấn đề cần thiết. Trên cơ sở đặc tính của rơm và dựa vào cơ sở thực nghiệm để lựa chọn độ ẩm cho nguyên liệu là rơm đầu vào của máy nghiền. Đặc tính của rơm có khối lượng riêng thấp 0,09 ÷ 0,11 tấn/m3 so với hạt ngũ cốc như ngô có khối lượng riêng 0,75 ÷ 0,78 tấn/m3 nên rơm bông và xốp nhẹ hơn hạt ngô nhiều [6] . Khi nhóm đề tài tiến hành thực nghiệm trên máy nghiền búa cho thức ăn chăn nuôi: Máy nghiền có công suất động cơ: 30kw Năng suất máy nghiền ngô: 2tấn/h (với ngô có độ ẩm W = 13%) Dòng điện định mức Iđm = 55A Thiết bị đo độ ẩm XA45 của Đức theo nguyên lý sấy hồng ngoại Tiến hành nghiền mỗi lần 30 kg rơm ở các độ ẩm khác nhau sau khi rơm đã được phơi ta được kết quả như sau: Bảng 1: Xác định độ ẩm của rơm Khối lượng rơm (kg) Độ ẩm (%) Thời gian (s) Dòng nghiền I(A) 30 8 300 25 Năng suất trung bình (kg/h) 360 30 10 270 25 400 30 11 255 26 424 30 12 270 26 390 Nhận xét thấy: Do thành phần của rơm có nhiều chất xơ nên khi rơm càng khô càng dai và khi nghiền bột càng mịn, nhẹ nên bụi nhiều, năng suất thấp. Nếu rơm ướt, độ ẩm cao, khả năng bết dính sàng nghiền nhiều khó thoát liệu, năng suất cũng giảm nên nhóm đề tài chọn độ ẩm phù hợp với máy nghiền của rơm nguyên liệu đầu vào là W = 10 ÷ 11%. Trong quá trình thí nghiệm với động cơ nghiền P = 30kw, Iđm = 55A thì dòng nghiền không tăng khi ta tăng lượng rơm đưa vào máy nghiền do rơm nhẹ, xốp chiếm thể tích lớn trong buồng nghiền so với ngô mà năng lượng cho quá trình nghiền không tăng (I không tăng). Khi tăng nguyên liệu đầu vào nếu tăng quá máy nghiền sẽ bị bết kín và tắc kẹt trong buồng nghiền. Qua thí nghiệm nhận thấy chi phí năng lượng cho nghiền rơm thấp hơn so với nghiền ngũ cốc nên kết cấu buồng nghiền rơm sẽ phải rộng hơn và thoáng để đảm bảo tăng khả năng nghiền cho rơm so với máy nghiền khi nghiền ngô trên cùng một công suất máy. Chi phí năng lượng trong quá trình nghiền rơm: Ngoài chi phí năng lượng để đập còn phải chi phí năng lượng cho cắt, xé rơm để tăng thêm khả năng cắt thái khi nghiền rơm nhóm đề tài đã tiến hành thí nghiệm đưa thêm má nghiền phụ (hình 6) có biên dạng như tấm kê đặt dọc theo phương quay của búa nghiền và nhận thấy năng suất của máy tăng lên từ 5 ÷ 7% so với
- Xem thêm -