Tài liệu Thiết kế và xây dựng mô hình bếp đun trấu hiếm khí

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… Hà nội, ngày….tháng….năm 2012 1 LỜI NÓI ĐẦU Con đường Công nghiệp hóa-hiện đại hóa của nước ta hiện nay đang trên đường gặt hái được những thành công nhất định. Với mục đích cải thiện và từng bước nâng cao chất lượng đời sống nhân dân, yêu cầu đặt ra cho các ngành khoa học là phải trú trọng tới việc nghiên cứu và phát triển theo hướng phục vụ cho đời sống của người dân. Là những sinh viên chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí, sau một thời gian được học tập tại trường ĐHCN Hà Nội, chúng em đã nhận thức được vai trò và tầm quan trọng của ngành cơ khí. Đối với những sinh viên cuối khóa như chúng em, đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho chúng em vận dụng tổng hợp những kiến thức đã học vào một sản phẩm cụ thể. Với đề tài “Thiết kế và xây dựng mô hình bếp đun trấu hiếm khí”, chúng em mong muốn đóng góp một ý tưởng cho việc nâng cao chất lượng đời sống của nhân dân. Bếp đun trấu hiếm khí chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta, vì vậy trong quá trình thực hiện chúng em đã gặp một số khó khăn nhất định. Nhưng do chủ động tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, và đặc biệt, chúng em cảm ơn sâu sắc thầy giáo Nhữ Quý Thơ, người đã giúp đỡ chúng em bằng những ý tưởng mới, những góp ý phù hợp và sáng tạo, giúp cho ý tưởng của chúng em được thành hiện thực. Tuy nhiên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót, vì vậy chúng em mong muốn nhận được những lời phê bình, những góp ý chân thành từ phía các thầy cô giáo để sản phẩm này hoàn thiện hơn và mang lại nhiều hữu ích hơn cho cuộc sống. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 15 tháng 12 năm 2012 Nhóm Sinh Viên thực hiện ĐỖ TRỌNG PHÚ NGUYỄN KHẮC CƯỜNG NGUYỄN THÀNH TOÁN TRẦN CÔNG PHA 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG......................Error! Bookmark not defined. 1.1 Giới thiệu chung...............................................................................................6 1.2 Các vấn đề đặt ra..............................................................................................8 1.3 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................8 1.4 Phạm vi giới hạn...............................................................................................9 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ............................10 2.1 Giới thiệu bếp đun trấu hiếm khí....................................................................10 2.1.1 Nguyên lý cháy hiếm khí........................................................................10 2.1.2 Nhiên liệu trấu..........................................................................................12 2.1.3 Phân loại bếp đun hiếm khí......................................................................13 2.1.4 Cấu tạo chung của bếp đun trấu hiếm khí................................................16 2.1.5 Ưu điểm và hạn chế của bếp đun trấu hiếm khí......................................17 2.2 Lịch sử phát triển bếp đun hiếm khí..............................................................18 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ..................22 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế bếp đun trấu hiếm khí......................................22 3.2 Xây dựng mô hình cơ khí...............................................................................24 3.2.1 Buồng tro và chân bếp..............................................................................25 3.2.2 Buồng cháy...............................................................................................26 3.2.3 Đầu đốt.....................................................................................................26 3.2.4 Hệ thống quạt gió.....................................................................................28 3.3 Các chỉ số cần tính toán..................................................................................29 3.3.1 Năng lượng cần thiết................................................................................29 3.3.2 Năng lượng đầu vào………………………………………...............…29 3 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG..............................................................31 4.1 Thiết kế và chế tạo buồng tro.........................................................................31 4.1.1 yêu cầu kĩ thuật........................................................................................31 4.1.2 Thiết kế.....................................................................................................32 4.2 Thiết kế và chế tạo buồng cháy......................Error! Bookmark not defined. 4.2.1 Yêu cầu kĩ thuật........................................................................................40 4.2.2 Thiết kế.....................................................................................................41 4.2.3 Gia công...................................................................................................35 4.3 Thiết kế và gia công đầu đốt...........................Error! Bookmark not defined. 4.3.1 Yêu cầu kĩ thuật........................................................................................49 4.3.2 Thiết kế.....................................................Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Gia công...................................................................................................55 4.4 Thiết kế hệ thống quạt gió..............................................................................58 4.5 Thiết kế và gia công chân bếp........................Error! Bookmark not defined. 4.5.1 Yêu cầu kĩ thuật........................................Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Thiết kế.....................................................Error! Bookmark not defined. 4.5.3 Gia công....................................................Error! Bookmark not defined. 4.6 Thiết kế và gia công quai bếp.........................Error! Bookmark not defined. 4.6.1 Yêu cầu kĩ thuật........................................Error! Bookmark not defined. 4.6.2 Thiết kế.....................................................Error! Bookmark not defined. 4.6.3. Gia công...................................................Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG V KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ.............Error! Bookmark not defined. 5.1 Kết quả đề tài..................................................Error! Bookmark not defined. 5.2 Đánh giá..........................................................Error! Bookmark not defined. 5.3 Hướng phát triển của đề tài.............................Error! Bookmark not defined. 4 KẾT LUẬN..............................................................Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................Error! Bookmark not defined. PHỤ LỤC……………………………………………………………………61 5 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung Hiện nay, gas là nhiên liệu được dùng để đun nấu khá phổ biến trên thế giới. Riêng ở nước ta, bếp gas được hầu hết người dân thành thị dùng và đang ngày càng tiến dần về nông thôn. Sở dĩ bếp gas được sử dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: sử dụng thuận tiện và đơn giản, dễ điều chỉnh mức lửa to nhỏ, sạch sẽ không có muội than, nguồn cung cấp thuận tiện… Tuy nhiên cùng với sự tăng giá ko ngừng của giá xăng dầu thì giá gas cũng đang tăng lên nhanh chóng. Tại thời điểm này, giá gas bán lẻ phổ biến khoảng 380.000 đồng/bình 12 kg. Đối với một gia đình bình thường gồm 4-6 người và với mức sử dụng bình thường thì một bình gas đó sử dụng trong vòng 1.5 tháng. Tính bình quân mỗi ngày phải bỏ ra 8,4 nghìn đồng cho việc đun nấu. Đây là một khoản chi phí không nhỏ, đặc biệt là đối với người dân nông thôn thì việc bỏ ra một khoản tiền như vậy phục vụ đun nấu thực sự sẽ là khó khăn lớn. Do mức giá gas cao như vậy nên vùng nông thôn nước ta, khoảng 65% dân số vẫn đang dùng bếp củi, than, đun nấu bằng rơm rạ hoặc cành khô, có hiệu suất thấp (89%) do một lượng lớn nhiệt của quá trình cháy bị tổn thất và phân tán ra môi trường. Ở đô thị, một số gia đình vẫn đun bằng than đá, vừa chậm lại vừa độc hại. Đây không phải là vấn đề của riêng nước ta mà hầu hết các nước trên thế giới cũng đang đối mặt với khó khăn này. Giá cả của khí gas tăng cao cộng với những bất tiện khi đun nấu bằng các nhiên liệu khác như củi, than đá, dầu hỏa đã đặt ra vấn đề cần thiết là nghiên cứu, phát triển và tận dụng nguồn nhiên liệu khác dùng trong nấu nướng, vừa có thể mang những ưu điểm của khí gas mà giá lại rẻ hơn. Để giải quyết khó khăn này, việc sử dụng năng lượng sinh khối để thay thế cho khí gas là một sự lựa chọn có triển vọng cao. Sử dụng năng lượng sinh khối không chỉ có nhiều lợi ích cho người sử dụng mà còn góp phần giải quyết được một số vấn đề xã hội. Cụ thể là: 6 - Có thể dùng thay thế được cho bếp gas với những ưu điểm nổi bật như: sử dụng dễ dàng, thuận tiện, chất lượng lửa tốt, sạch sẽ, dễ điều chỉnh lửa, đặc biệt là nó tiết kiệm được nhiên liệu. - Sử dụng bếp đun hiếm khí với năng lượng sinh khối có thể tận dụng được nguồn nhiên liệu dư thừa từ vỏ trấu, lá cây, mùn cưa, vỏ cà phê … nhằm giảm đáng kể chi phí dùng cho việc đun nấu trong các hộ gia đình. So với dùng gas, tính tương đương 23 bình gas 12 kg có thể dùng thay thế bằng 1 tấn trấu. Trong khi 23 bình gas, với giá trung bình 380 nghìn đồng/1bình 12kg thì chi phí cho việc dùng gas trong 1 năm (khoảng 8 bình) là khoảng 3 triệu đồng tính theo giá gas hiện tại. Còn nếu dùng trấu trong 1 năm hết khoảng 1,2 tấn, tính theo giá 200 đồng/1kg thì chi phí cho việc dùng trấu trong 1 năm hết khoảng hơn hai trăm nghìn đồng. Theo tính toán của GS-TS Trần Bình (Công ty Khoa học - Công nghệ và Xây dựng NEWTECH Bình Định, một tấn trấu tương đương với 415 lít khí đốt và 378 lít dầu hỏa. Với giá trấu như vậy so với các nhiên liệu khác như than đá, dầu hỏa, củi đều thấp hơn rất nhiều. - Giúp giải quyết vấn đề chất thải nông nghiệp. Trấu, lá cây khô, mùn cưa, mạt bào … nếu không được dùng để đun nấu sẽ là một loại rác thải công nghiệp, thường bị vứt bỏ lãng phí ở các cánh đồng hay đốt bỏ không cần thiết, vừa chiếm diện tích lại gây ô nhiễm môi trường. Riêng đối với trấu, theo số liệu ước tính ở nước ta hàng năm có khoảng 7.5 triệu tấn được thải ra từ các cơ sở xay xát. Nhiều nhà máy, xí nghiệp đang phải đối mặt với việc xử lý lượng phế thải khổng lồ trên (không đủ mặt bằng kho chứa và thiếu đầu ra...). Chẳng hạn, một nhà máy xay xát có công suất trung bình 100 tấn/ca, 1 giờ sẽ thải ra 2,5 tấn trấu, 1 ngày là 60 tấn và 1 tháng là 1.800 tấn. Với khối lượng riêng của trấu là 100-120 kg/m 3 thì phải cần một thể tích kho chứa trên 18.000 m3. - Bếp đun trấu hiếm khí làm việc theo nguyên lý hiếm khí, vì vậy nó giúp giảm lượng CO2 sinh ra trong không khí do việc đốt dư thừa nhiên liệu, góp phần bảo vệ môi trường và bảo vệ khí quyển, bảo vệ tầng Ozon. - Bếp đun trấu hiếm khí giúp bảo vệ tài nguyên rừng. Nếu sử dụng gỗ hoặc củi để đun nấu sẽ dẫn đến vấn nạn tàn phá rừng nghiêm trọng, từ đó gây ảnh hưởng đến thời tiết, gây ra bão lũ. Nhưng với 847.45 kg gỗ hoặc 510.20 kg than 7 củi có thể thay thế bằng một tấn trấu.Vì vậy dùng trấu giúp làm giảm tối đa hạn hán vào mùa khô và lũ lụt vào mùa hè. - Việc phát triển loại bếp này sẽ tạo công ăn việc làm cho người dân Việt Nam, thúc đẩy thương mại phát triển trong việc kinh doanh phát triển mặt hàng này và những mặt hàng liên quan. Nhận thấy bếp đun hiếm khí là một đề tài có rất có ích và khả năng thực hiện cao, thông qua nghiên cứu và đánh giá tính thực thi của đề tài, nhóm chúng em đã đặt ra nhiệm vụ của đề tài là:  Thiết kế mô hình cơ khí bếp đun trấu hiếm khí sao cho mô hình vừa gọn nhẹ vừa chắc chắn.  Tính toán điều chỉnh đảm bảo bếp cháy theo nguyên lý hiếm khí, đảm bảo chu cầu đun nấu cho hộ gia đình với chi phí thấp. 1.2 Các vấn đề đặt ra - Tìm hiểu các công thức tính năng suất tỏa nhiệt của trấu, năng lượng cần thiết để nấu chín thức ăn, dự tính thời gian cần thiết nấu chín thức ăn, từ đó tính ra đường kính, chiều cao của bếp và lượng trấu tiêu thụ cho mỗi lần sử dụng. Đồng thời phải tính kích thước của buồng đựng tro, chân bếp sao cho bếp vừa gọn, vừa chắc chắn. - Tính lưu lượng gió cần thiết, tính toán đường kính các lỗ thông khí bên trên và lỗ cấp khí xung quanh đầu đốt, đây là những thông số quan trọng đảm bảo bếp cháy hiếm khí với ngọn lửa xanh nhạt. Từ việc tính toán lưu lượng gió để tính ra công suất của quạt gió. - Đề tài này hướng đến người dân nông thôn và miền núi có thu nhập thấp, vì vậy cần tính toán và lựa chọn vật liệu đảm bảo tính chịu nhiệt cao và giá thành thấp nhất. 1.3 Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu tài liệu về các loại bếp cháy hiếm khí, nghiên cứu những mô hình đã được sử dụng ở trong nước và cả nước ngoài. - Nghiên cứu về nguyên lý cháy hiếm khí và quá trình khí hóa của các nhiên liệu sinh khối, cụ thể là trấu. 8 - Dựa vào sự đánh giá ưu nhược điểm của các mô hình đã có và những yêu cầu đặt ra của đề tài để đưa ra bản thiết kế bếp đun trấu hiếm khí có tính khả thi cao nhất. - Tiến hành làm mô hình theo bản thiết kế đã đề ra. - Kiểm tra, thử nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm, nếu có chỗ nào chưa đạt yêu cầu về phần cơ khí thì kịp thời bổ sung, sửa chữa sao cho đảm sao cho bếp cháy ổn định, lửa xanh, đều và ít khói trong quá trình cháy. Cuối cùng là đưa ra đánh giá nhận xét kết quả đề tài và đưa ra phương hướng phát triển cho đề tài. 1.4 Phạm vi giới hạn Bếp đun trấu hiếm khí là một loại bếp có kích thước được chế tạo phụ thuộc vào nhu cầu về thời gian mỗi lần sử dụng và mức độ lửa cần dùng. Tuy nhiên trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp, với thời gian và kinh phí hạn hẹp, chúng em đã giới hạn mô hình bếp như sau: - Chỉ nghiên cứu và chế tạo loại bếp đun hiếm khí dùng nhiên liệu trấu. - Bếp đun trấu hiếm khí trong đề tài này chỉ dùng trong dân sinh, phục vụ cho việc đun nấu trong các hộ gia đình, không dùng trong công nghiệp. - Với mục đích sử dụng cho các hộ gia đình 4-5 người, bếp có kích thước vừa gọn với lò đựng trấu có đường kính là 150 mm, chiều cao 600mm. Lượng trấu cho mỗi lần đun khoảng 1 kg và đun trong khoảng thời gian là 30-35 phút. - Về vật liệu, để tiết kiệm chi phí, buồng cháy, buông tro và đầu đốt làm bằng thép tấm CT3, ba chân bếp làm bằng thép ống CT3, quai bếp làm bằng thép CT3 Ø10. - Với kích thước và vật liệu đã lựa chọn, tổng chi phí chế tạo ra mô hình này chúng em giới hạn trong khoảng 1 triệu đồng. 9 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ 2.1 Giới thiệu bếp đun trấu hiếm khí 2.1.1 Nguyên lý cháy hiếm khí Các bếp cháy hiếm khí hoạt động theo nguyên tắc sản xuất ra các loại khí dễ cháy, chủ yếu là CO, từ nhiên liệu bằng cách đốt cháy nó với lượng không khí có hạn. Nhiên liệu được đốt cháy chỉ đủ để chuyển đổi nhiên liệu thành than, oxy trong không khí và các khí phát sinh khác trong quá trình này phản ứng với cacbon trong than ở nhiệt độ cao hơn, tạo ra chất dễ cháy là carbon monoxide (CO), hydro (H2), và khí mê-tan (CH4). Các loại khí, như khí carbon dioxide (CO2) và hơi nước (H2O) là những chất khó oxy hóa cũng được tạo ra trong quá trình khí hóa. Bằng cách điều khiển lượng oxy trong không khí thông qua việc điều chỉnh tốc độ quạt gió ta có thể kiểm soát lượng không khí cần thiết đủ cho quá trình khí hóa. Các phương trình hóa học diễn ra trong quá trình khí hóa: Cháy: C + O2 = CO2 C + H2O = CO + H2 CO + H2O = CO2 + H2 C + CO2 = 2 CO C + 2 H2 = CH4 CO, H2, CH4 là những khí cháy còn CO2, và hơi nước thì không. Bảng dưới đây cho biết tỉ lệ các khí khi khí hóa trấu ở nhiệt độ rất cao (1000 0C): (Với độ ẩm trấu từ 10 – 40%) 10 Ta thấy với nhiều khí nhiều so với Khí nhiệt 5000C. độ Những điều hóa: Khí Tỉ lệ (%) CO 26,1 – 15,0 H2 20,6 – 21,2 độ ẩm càng thấp thì khí hóa ra cháy và ít khí không cháy hơn khi trấu bị ẩm. CH4 0 CH4 chỉ có thể được sinh ra khi buồng phản ứng khoảng 400 – CO2 6,6 – 10,3 H2O 8,6 – 24,0 cần chú ý đối với quá trình khí - Nhiệt trị: Tốt nhất là đối với trấu vừa xay sát xong (trấu tươi), còn đối với các loại trấu đã để lâu ngày, mục, ẩm thì việc khí hóa sẽ khó hơn, cháy nhiều khói hơn, chất lượng lửa kém hơn. - Độ ẩm của nhiên liệu: ảnh hưởng đến quá trình khí hóa, trấu có độ ẩm thấp dễ khí hóa hơn so với trấu có độ ẩm cao. Trấu tươi thường có độ ẩm từ 10 – 12% rất thích hợp để sử dụng ngay, còn trấu để lâu ngày và có độ ẩm cao cần được sấy trước khi đưa vào khí hóa. - Kích cỡ và hình dáng của nhiên liệu: Vỏ trấu dạng bột đòi hỏi áp suất cao của quạt để có thể khí hóa được. Vỏ trấu kiểu cuộn phù hợp khí hóa hơn. - Kích cỡ của các nhiên liệu phân phối: Vỏ trấu trộn với một số nhiên liệu rắn khác không thích hợp cho quá trình khí hóa. Sự không đồng đều về kích cỡ của các nhiên liệu sẽ làm khó khăn cho quá trình cácbon hóa vỏ trấu, điều này gây ảnh hưởng đến quá trình khí hóa. - Trong quá trình khí hóa, cột nhiên liệu và tro gây ra sức cản đối với quạt trong việc thổi dòng không khí. Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào độ dày của cột cũng như tính chất của nhiên liệu và tro. - Yêu cầu về khí cấp: So với cháy trực tiếp, khí hóa là quá trình cháy yếm khí nên cần lượng không khí ít hơn so với cháy hoàn toàn. Phương trình cân bằng hóa học của cháy hoàn toàn cần 4,7kg không khí cho 1 kg trấu, mật độ không khí bình thường là 1,25 kg/m3 nên cần 3,76 m3 không khí/ 1kg trấu.Để khí hóa cần khoảng 30 - 40% lượng khí trong cân bằng hóa học, vì vậy lượng khí cần 11 để khí hóa 1kg \ ứng: ảnh hưởng đến chất lượng của ngọn lửa gas, duy trì nhiệt độ buồng phản ứng cao làm cho quá trình khí hóa tốt hơn. - Dưới đây là một số thông tin cơ bản về quá trính khí hóa trấu. ST T Nội dung 1 Tỉ lệ tối ưu cho khí hóa trấu là 0,32 2 Vận tốc khí gas ở bể mặt khoảng 8,5 -9 cm/s, 20 – 23 cm/s đối với lớp tro 3 Bình thường phạm vi hoạt động của khí hóa từ 900 -10000C 4 Khí hóa chậm và đóng bánh là những vấn đề thường gặp ở những buồng phản ứng 15 -30 cm 5 Dư lượng thu được sau quá trình khí hóa là khoảng 30 -40% thể tích hoặc 25 – 35% trọng lượng ban đầu 6 Hiệu quả của khí hóa trấu khoảng từ 55,8 - 66,5 % 7 Làm mát khí trong quá trình khí hóa có thể gây ra muội 8 Độ ẩm của trấu lên đến 30% vẫn có thể khí hóa được 9 Tỷ lệ khí hóa trấu thay đổi trong khoảng 110 – 210 kg/m2 h Khí hóa từ trấu cũng độc khi có nồng độ lớn, vì vậy hãy chú ý khi sử dụng. 2.1.2 Nhiên liệu trấu Trấu sinh ra trong quá trình xát gạo. Nó thu được sau khi thóc đi qua bộ phận xát và được chuyển ra ngoài máy thông qua quạt hút. Lượng trấu thu được phụ thuộc vào khả năng xay xát. Máy xát có công suất cao thì trong 1h có thể tạo ra rất nhiều trấu. Trấu thu được có thể ở dạng nguyên hoặc vụn, điều này phụ thuộc vào dạng máy được sử dụng. Trấu ở dạng nguyên thường được sử dụng vì nó đạt hiệu quả khí hóa theo mong muốn. 1kg thóc có thể sản sinh ra 200g trấu. Điều đó có nghĩa là khoảng 20% trọng lượng của thóc được chuyển thành trấu, 12 tất nhiên là còn phụ thuộc vào loại thóc đem xay xát. Vì thế, trong 1h có thể thu được 200kg trấu từ 1 tấn thóc. Với việc hoạt động xay xát 10h 1 ngày thì có thể thu được tổng cộng là 2 tấn trấu. Một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng trấu thu được từ máy xát có hàm lượng độ ẩm từ 10% đến 16%, và trong môi trường ẩm ướt nó có thể lên 20%. Trọng lượng riêng của khối trấu tính cả việc nén và không nén là khoảng từ 100 đến 120kg/m3. Nó mang năng lượng khoảng 300 kcal/kg và khi cháy hoàn toàn sẽ sinh ra khoảng 15-20% tro mà thành phần chủ yếu là thạch anh (90%). Trong trường hợp trấu được đốt cháy hoàn toàn, thì 1 kg trấu cần 4.7 kg không khí.Để cháy khí hóa trấu thì chỉ cần 30-40% lượng không khí trên hay nói cách khác hệ số cân bằng cần thiết là 0.3-0.4, và kết quả là tạo ra khí dễ cháy, có ngọn lửa màu xanh. Khí thu được trong quá trình hóa khí có chứa năng lượng 3.4-4.8 MJ/m3. Sau quá trình hóa khí, lượng than sinh ra chiếm khoảng 32% thể tích ban đầu khi nạp trấu vào. 2.1.3 Phân loại bếp đun hiếm khí - Bếp đun hiếm khí kiểu Downdraft Không khí 13 Vùng trấu Vùng nhiệt phân Vùng than nóng Cửa Hình 2.1 Bếp đun trấu hiếm khí kiểu Downdraft Nguyên lý cháy của kiểu bếp này là nhiên liệu cháy từ dưới lên, khí thổi từ trên xuống. Khí thoát ra theo cửa phía dưới được dẫn đến nơi đun nấu thông qua đường ống dẫn. Kiểu bếp này có ưu điểm là dễ dàng tiếp thêm nhiên liệu nhưng nhược điểm là phải có hệ thống dẫn khí cồng kềnh. - Bếp đun hiếm khí kiểu đảo Downdraft Gas Tro Vùng cháy Trấu Không khí Hình 2.2 Bếp đun trấu hiếm khí kiểu đảo Downdraft 14 Ngược lại với kiểu bếp Downdraft, bếp đảo Downdraft cháy từ trên xuống, quạt gió từ dưới lên, khí thoát lên trên. Vì vậy cũng ngược lại với bếp Downdraft, bếp này có ưu điểm là không cần đường ống dẫn khí phức tạp, nhưng lại khó khăn khi tiếp nhiên liệu. - Bếp đun hiếm khí kiểu Cross-Draft Hình 2.3 Bếp đun trấu hiếm khí kiểu Cross-Draft Kiểu bếp này khác biệt với hai kiểu phía trên với không khí thổi theo chiều ngang vuông góc với thành của buồng cháy, nhiên liệu cháy từ góc dưới chéo lên, khí thoát ra theo hướng ngang. Kiểu bếp này khắc phục được phần nào hạn chế của hai kiểu bếp nêu trên, vừa bớt cồng kềnh hơn bếp Downdraft, vừa thuận lợi cho việc tiếp nhiên liệu hơn bếp đảo Downdraft. Tuy nhiên kiểu bếp này có nhược điểm là có nhiều khói, tuy nhiên điều này có thể khắc phục được bằng cách làm một ống thoát khói, hoặc là thay đổi phương pháp mồi lửa. 15 - Bếp đun hiếm khí kiểu Updraft Gas Trấu Vùng cháy Tro Không khí Hình 2.4 Bếp đun hiếm khí kiểu Updraft Bếp đun kiểu Updraft thổi không khí từ dưới lên và nhiên liệu cũng cháy từ dưới lên, vì vậy khí thoát ra hướng lên trên. Với nguyên lý làm việc như vậy, bếp hiếm khí kiểu này có ưu điểm là có thể làm gọn nhẹ hơn kiểu bếp Downdraft và Cross-Draft, nhưng lại có nhược điểm là khó khăn khi tiếp thêm nhiên liệu, đồng thời quá trình cháy có sinh ra khói. Muốn khắc phục điều này cần làm thêm một ống dẫn khói để thoát khói trong quá trình sử dụng. 2.1.4 Cấu tạo chung của bếp đun trấu hiếm khí Các loại bếp đun hiếm khí nói chung đều có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: 2- Buồng đựng tro: Buồng đựng tro hình khối bên trong rỗng, đặt phía dưới thân bếp. Đây là nơi thải tro sau khi cháy hết. Buồng đựng tro có hai cửa, một ở ngay phần tiếp giáp với buồng đốt nhằm giữ trấu lại bên trong buồng cháy, đồng thời được khoan nhiều lỗ nhỏ hoặc làm dạng lưới nhằm thông gió từ quạt lên. Khi trấu cháy hết ta rút cửa này ra thì trấu sẽ rơi xuống buồng đựng tro để thải ra ngoài. Cửa kia nằm dưới đáy hoặc mặt bên, là cửa để xả tro ra ngoài. Cửa này phải được làm kín để tránh thoát gió. 16 3 – Đầu đốt: Là phần trên cùng của bếp được làm tách rời khỏi thân bếp nhưng có thể lắp khít vào thân bếp khi sử dụng. Phần này có nhiệm vụ dẫn khí hóa lên, tại đây khí sẽ được đốt cháy tạo ra ngọn lửa. Đầu đốt gồm các loạt lỗ nhỏ để cho khí truyền qua. Đường kính của các lỗ này là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng ngọn lửa có xanh hay không. Nó cũng bao gồm nhiều lỗ thứ cấp ở xung quanh biên để cung cấp không khí cho quá trình cháy. Phía trên cùng của đầu đốt là nơi đặt vòm kiềng. Ngoài ra đầu đốt còn có tay cầm dùng khi tháo lắp đầu đốt khỏi thân bếp trong quá trình tiếp nhiên liệu. 4 – Quạt gió: Quạt gió có chức năng cung cấp không khí cho quá trình khí hóa diễn ra bên trong buồng cháy. Quạt gió thường sử dụng loại có điện áp đầu vào 220V, đầu ra điện áp 12V, công suất có nhiều cấp độ điều chỉnh. Đây là bộ phân khá quan trọng vì thong qua việc điều chỉnh công suất quạt gió để điều chỉnh được mức độ lớn hay nhỏ của ngọn lửa. 2.1.5 Ưu điểm và hạn chế của bếp đun trấu hiếm khí So với các loại bếp thương mại khác, Bếp đun trấu hiếm khí có những ưu điểm sau: - Chi phí mua nguyên liệu trấu rất rẻ, vì vậy có nghĩa là tiết kiệm chi phí cho người dùng. - Có thể dễ dàng nhóm bếp bằng những mẩu giấy vụn, một thanh củi hoặc một que diêm. - Chỉ lúc nhóm bếp có ít khói bay ra, còn trong quá trình sử dụng hầu như không có khói nên dễ dàng quan sát được trong khi đun nấu. - Chỉ với khoảng 1 kg trấu là đủ nấu cơm và ít nhất hai đến ba món ăn cho gia đình có 4 – 6 thành viên. - Tốc độ cháy của trấu được điều khiển dễ dàng thông qua công suất của quạt gió, do đó điều khiển được mức độ lửa lớn hay nhỏ tùy theo nhu cầu sử dụng. - Khí hóa vỏ trấu sẽ tạo ra tro. Tro là 1 chất có khả năng giữ nước rất tốt cho đất, vì vậy cũng là một loại phân bón hữu ích cho cây trồng. Bên cạnh đó, khi 17 cháy tro sẽ bám vào bề mặt bên trong của buồng đốt, đây cũng là một chất có tác dụng cách nhiệt tốt. - Trong trường hợp cắt điện thì có thể dùng bình Ắc qui thay thế được. - An toàn cho sử dụng, không có nguy cơ cháy nổ ở điều kiện áp suất khí quyển bình thường. Một số hạn chế của bếp khí hóa trấu - Chỉ thích hợp sử dụng ở những nơi có nguồn nhiên liệu trấu dồi dào. Những vùng không có nguồn trấu thì rất khó vì bếp này hạn chế trong việc sử dụng nguồn nguyên liệu sinh khối khác, nó được thiết kế chỉ để dùng cho vỏ trấu. - Ở vùng nông thôn, chỉ cần mất phí chuyên chở nhiên liệu trấu từ nguồn trấu đến nơi sử dụng, giá vận chuyển và giá trấu đều không cao. Nhưng đối với thành thị hoặc là những vùng không có nguồn trấu sẵn, nếu các hộ gia đình tự tìm mua và vận chuyển trấu theo hình thức đơn lẻ thì sẽ mất nhiều thời gian và phí vận chuyển cũng cao hơn. Vì vậy nếu sử dụng bếp khí hóa cho những vùng này thì cần thiết phải có nhưng doanh nghiệp doanh nghiệp đứng ra cung cấp và đảm bảo cung cấp đủ nguồn nhiên liệu cho người sử dụng. - Một điều hạn chế nhất của loại bếp này là nếu khí trong buồng đốt đã cháy hết mà muốn đun nấu tiếp thì phải tắt đi rồi mới nạp thêm trấu vào, điều này rất bất tiện và cũng mất thời gian. Đây là điểm hạn chế nhất của bếp khí hóa so với bếp gas. - Cần có điện để chạy quạt gió. Vì vậy ở những nơi xa nguồn điện sẽ không sử dụng được, hoặc là phải dùng bộ Pin 12V và bộ biến áp phù hợp. Tốt nhất khi sử dụng bếp này là nên có một bộ pin hoặc ắc qui thay thế sẵn sàng trong trường hợp bị cắt điện. 2.2 Lịch sử phát triển bếp đun hiếm khí Trên thế giới, bếp đun sử dụng nguyên lý hiếm khí đã được nhiều nước đưa vào sử dụng. Tại một số nước như Mỹ, Trung Quốc, Ấn độ, Thái Lan, Philippin, Ấn Độ và một số nước đang phát triển khác của châu Á, việc sử dụng bếp khí hóa gỗ được phát triển nhiều trong những năm gần đây. Vì vậy, đã có nhiều kiểu bếp, nhiều phiên bản bếp được thử nghiệm và sử dụng. 18 Bếp DA-IRRI Loại bếp này do Ts. Robert Stickney nghiên cứu và thử nghiệm năm 1986. Đây là loại bếp thiết kế theo kiểu downdraft kép, tức là trấu được cháy từ trên xuống dưới và khí cháy được dẫn đến hai đầu đốt khác nhau. Với kiểu bếp này, khí sinh ra trong quá trình khí hóa trấu không được đốt cháy ngay mà sẽ được dẫn qua một đường ống dẫn khí, đi qua bình làm lạnh, tại đây khí ngưng tụ. Khí được đưa khí đến hai nơi đốt bằng một van hút, và như vậy cùng một lúc nấu được ở hai nơi. Đây là loại bếp có thể dùng trong đun nấu trong hộ gia đình hoặc các quán ăn nhỏ Mô hình bếp như Hình 2.5 Hình 2.5 Sơ đồ bếp DA-IRRI Ưu điểm: dễ dàng tiếp thêm nhiên liệu, cùng một lúc có thể đun nấu được nhiều nơi. Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, cồng kềnh, chi phí chế tạo cao. Bếp CPU đơn Loại bếp này ra đời năm 1989 với mục đích dùng cho việc đun nấu trong các hộ gia đình vì chỉ có một đầu đốt. Loại bếp này là sự cải tiến bếp DA-IRRI, dùng đầu đốt chính là đầu đốt của bếp gas. Ngoài ra bếp còn có thêm một đường ống dùng để dự trữ khí nếu như khí chưa được đun hết. Mô hình cấu tạo bếp như trong Hình 2.6 19 Hình 2.6 Sơ đồ bếp CPU đơn Kết quả thử nghiệm loại bếp này cho thấy mỗi lần bếp có thể đun nấu trong vòng 0.98-1.25 giờ, lượng nhiên liệu cho mỗi lần dùng là 1.96-2.72 kg. Bếp IDD/T-LUD. Loại bếp này có hai điểm khác biệt lớn so với các bếp đã có. Thứ nhất là buồng chứa tro trong bếp này đặt liền ngay dưới thân lò, có một cửa rút tiếp giáp giữa thân lò và buồng đựng tro để tro rơi xuống đây sau khi trấu đã cháy hết, sau đó tro được gạt ra ngoài thông qua một cánh cửa. Thứ hai là hệ thống quạt gió được gắn liền ngay trên buồng đựng tro và điều khiển bằng một núm xoay. Mô hình bếp như Hình 2.7 Hình 2.7 Mô hình bếp IDD/T-LUD 20