Nghiên cứu ứng dụng khí sinh học phục vụ chế biến chè xanh ở quy mô gia đình

Bộ công thơng
Viện năng lợng




M TI: I155



TI KHOA HC V CễNG NGH CP B 2009




BO CO TNG HP
KT QU KHOA HC CễNG NGH TI

NGHIÊN CứU ứng dụng KHí SINH HọC trong
chế biến chè xanh quy mô gia đình





C quan ch trỡ ti: Vin Nng Lng
Ch nhim ti: Ths H Th Lan Hng

7903


Hà Nội - 2009

Bộ công thơng
Viện năng lợng









TI KHOA HC V CễNG NGH CP B - 2009




BO CO TNG HP
KT QU KHOA HC V CễNG NGH TI

NGHIÊN CứU ứng dụng KHí SINH HọC trong
chế biến chè xanh quy mô gia đình

M S TI: I155





CH NHIM TI VIN TRNG




H Th Lan Hng




Hà Nội - 12/2009









DANH SÁCH THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

1. Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM - Viện Năng lượng
2. Văn phòng dự án KSH Thái Nguyên - Sở Nông nghiệp và PTNT Thái

Nguyên


Chủ nhiệm đề tài: Hồ Thị Lan Hương
Tham gia chính: Phạm Hồng Vân
Trịnh Ngọc Thanh
Đặng Hương Giang
Lương Nguyệt Bích
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1 Giới thiệu chung…………………………………………………………… 1
2 Mục tiêu của đề tài………………………………………………………… 1
3 Nội dung của đề tài………………………………………………………… 2
4
5
Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………
Địa điểm thử nghiệm………………………………………………………
2
2

I CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CHUNG VỀ CHẾ BIẾN CHÈ XANH QUY MÔ
GIA ĐÌNH VÀ NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG Ở THÁI NGUYÊN
3
1.1 Quy trình chế biến chè xanh quy mô gia đình……………………………. 3
1.1.1 Đặc tính nguyên liệu của búp chè xanh………………………… 3
1.1.2 Quy trình chế biến………………………………………………… 4
1.2 Năng lượng sử dụ
ng trong chế biến chè xanh…………………………… 5
1.2.1 Các thiết bị sử dụng trong chế biến chè xanh quy mô gia đình 5
1.2.2 Nhiên liệu sử dụng trong chế biến chè…………………………… 6

1.2.3 Tình hình phát triển KSH ở Thái Nguyên và khả năng ứng
dụng KSH cho sấy chè…………………………………………… 8

II CHƯƠNG II : THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ CẤP NHIỆT VÀ GIA NHIỆT KSH
CHO LÒ SẤY CHÈ QUY MÔ GIA ĐÌNH
12
2.1 Cơ sở tính toán thiết kế…………………………………………………… 12
2.1.1 Lò sấy chè và các thiết bị sử dụng năng lượng ………………… 12
2.1.2 Bộ cấ
p nhiệt bằng KSH và nguyên lý hoạt động ……………… 12
2.1.3 Nguyên tắc thiết kế …………………………………………………. 13
2.2 Tính toán thiết kế …………………………………………………………… 13
2.2.1 Cơ sở tính toán …………………………………………………… 13
2.2.2 Các thông số tính toán và kết quả tính toán……………………… 14
2.3 Gia công chế tạo và hiệu chỉnh …………………………………………… 15
2.3.1 Cấu tạo bộ đốt KSH cho sấy chè …………………………………. 15
2.3.2 Bản vẽ chi tiết……………………………………………………… 16
2.3.3 Thử nghiệm và hiệu chỉnh …………………………………………. 16

III CHƯƠNG III : THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
18
3.1 Địa điểm và phương pháp thử nghiệm …………………………………… 18
3.1.1 Đị
a điểm thử nghiệm ……………………………………………… 18
3.1.2 Năng lượng và sử dụng năng lượng sấy chè tại hộ gia đình … 18
3.1.3 Phương pháp thử nghiệm …………………………………………. 19
3.2 Kết quả thí nghiệm ………………………………………………………… 20
3.2.1 Các thông số thí nghiệm …………………………………………… 20
3.2.2 Phân tích tính điển hình của kết quả thí nghiệm ……………… 22
3.3 Tính toán quy mô công trình KSH kết hợp sấy chè và các nhu cầu khí

khác của hộ gia đình
24
3.3.1 Tính toán nhu cầu (D)…………………………………………… 24
3.3.2 Tính toán quy mô công trình KSH ………………………………… 25
3.4 Phân tích hiệu quả của mô hình ………………………………………… 28
3.4.1 Hiệu quả về kinh tế …………………………………………………. 28
3.4.2 Hiệ
u quả về xã hội và môi trường ………………………………… 29

IV CHƯƠNG IV : KẾ LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
32
4.1 Kết luận ………………………………………………………………………. 32
4.2 Kiến nghị …………………………………………………………………… 33
PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Các kết quả điều tra khảo sát tại Thái Nguyên
Phụ lục 2: Nhật ký theo dõi thí nghiệm
Phụ lục 3: Một số hình ảnh về các hoạt động của đề tài



MỤC LỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của đọt chè ……………………………………. ……… 3
Bảng 1.2 Phân loại và tiêu chuẩn của chè thành phẩm……… ……………. ………… 5
Bảng 1.3 Thành phần và đặc tính của nhiên liệu ……………………………………… 7
Bảng 1.4 Thành phần hoá học của nhiên liệu …………………………………………. 7
Bảng 1.5 Yêu cầu kỹ thuật và năng lượng tiêu thụ trung bình cho chế biến 1kg chè. 7
Bảng 1.6 Số lượng công trình KSH đã lắp đặt ở các huyện của Thái Nguyên ……… 8
Bảng 2.1 Nhu cầu nhiệt cho chế biến một mẻ chè xanh…… ………………………… 13

Bảng 2.2 Các thông số
đầu vào để tính toán và kết quả tính toán…………………… 14
Bảng 3.1 Kết quả các số đo thí nghiệm ………………………………………………… 20
Bảng 3.2 So sánh khối lượng thành phẩm giữa mẫu đối chứng và thí nghiệm ……… 21
Bảng 3.3 So sánh chất lượng chè giữa mẫu đối chứng và thí nghiệm ………………. 21
Bảng 3.4 Bảng nhu cầu năng lượng cho một hộ điển hình ở Thái Nguyên ……… 24
Bảng 3.5 Bảng kết quả tính toán nhu cầu KSH cho một hộ…………………………… 26
Bảng 3.6 Sản lượ
ng KSH của một số loại nguyên liệu thường gặp ……………… 26
Bảng 3.7 Kết quả phân tích kinh tế - tài chính của mô hình hộ gia đình…………… 28



MỤC LỤC CÁC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quy trình chế biến chè xanh ……………………………………………… 4
Hình 1.2 Trống quay ……………………………………………………………………. 6
Hình 1.3 Máy vò chè ……………………………………………………………………. 6
Hình 1.4 Cơ cấu sử dụng nhiên liệu ………………………………………………… 6
Hình 2.1 Cấu tạo bộ đốt KSH trong các lò sấy chè bán thủ công …………………. 15
Bản vẽ 00 Bộ đốt KSH cho sấy chè ……………………………………………………….
Bản vẽ 01 Vòi phun ………………………………………………………………………….
Bản vẽ 02 Bạc điều chỉnh không khí ………………………………………………………
Bản vẽ 03 Ống hòa trộn ……………………………………………………………………
Bản vẽ 04 Mặt đốt ………………………………………………………………………….
Bản vẽ 05 Cữ điều chỉnh ………………………………………………………………….
Bản vẽ 06 Thanh gạt ……………………………………………………………………….
Hình 3.1 So
đồ đấu nối hệ thống dẫn khí và sử dụng khí ……………………………. 19
Hình 3.2 Sơ đồ yêu cầu nhiệt độ trong giai đoạn diệt men ………………………… 22

Hình 3.3 So sánh nhiệt độ đạt được của 2 mẫu thí nghiệm với yêu cầu ………… 23
Hình 3.4 Biểu đồ phân tích kinh tế - tài chính của mô hình…………………………… 29
Hình 3.5 Sơ đồ hiệu quả giảm phát thải KNK ………………………………………… 30


CÁC TỪ VIẾT TẮT

CER Chứng chỉ giảm phát thải được công nhận
KNK Khí nhà kính
KSH Khí sinh học

Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài
Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu chung
Quản lý hiệu quả và tiết kiệm năng lượng trong quy trình sản xuất cả ở
quy mô công nghiệp và quy mô hộ gia đình là một cách tiếp cận tối ưu để cân
bằng năng lượng đầu vào với việc cung cấp và sử dụng năng lượng của thiết bị
trong dây chuyền sản xuất.
Chế biến chè xanh ở quy mô gia đình theo phương pháp bán thủ công
gồm bốn công
đoạn chính có sử dụng năng lượng là diệt men, vò chè, sấy khô
và lấy hương. Nhiệt năng từ việc đốt trực tiếp các loại nhiên liệu như than, củi
(củi cành, củi khúc hay các loại thân thảo tế, guột, cỏ de ) cung cấp cho các
giai đoạn diệt men và sấy khô. Máy vò chè và mô tơ điều khiển trống sao quay
đảo chè của công đoạn sấy và lấy hương sử dụng điện n
ăng từ điện lưới.
Hiện nay trên toàn quốc phong trào xây dựng công trình KSH đang phát
triển mạnh với hơn 220.000 công trình quy mô gia đình đã được lắp đặt. Năng
lượng KSH sử dụng cho các mục đích gia dụng như nấu ăn, thắp sáng, đun nước

nóng và gần đây với các tiến bộ về khoa học và kỹ thuật KSH còn được sử dụng
để phát điện và cấp nhiệt cho nh
ững ứng dụng lớn hơn trong sản xuất. Theo lý
thuyết thì khi sử dụng KSH để đun nấu và thắp sáng 1m
3
KSH có thể thay thế
4,8 kg củi hoặc 0,96 lít dầu hoả hoặc 5 kWh điện. Như vậy ở qui mô sấy chè hộ
gia đình KSH hoàn toàn có thể thay thế củi hoặc than, vấn đề cần giải quyết ở
đây là quy mô công trình bao nhiêu là phù hợp, đồng thời với quy mô công trình
như vậy thì cần phải chăn nuôi bao nhiêu gia súc gia cầm để có đủ nguyên liệu
nạp vào công trình. Đây là một giải pháp thay thế năng lượng bền vững và hi
ệu
quả cả về khía cạnh kỹ thuật và kinh tế.
Xuất phát từ quan điểm trên chúng tôi đề xuất đề tài « Nghiên cứu ứng
dụng khí sinh học trong chế biến chè xanh ở quy mô gia đình ».
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu lâu dài : Sử dụng KSH thay thế các loại nhiên liệu sấy chè
truyền thống, nhằm sử dụng tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường
M
ục tiêu ngắn hạn : Thiết kế hệ thống cấp nhiệt và gia nhiệt phù hợp với
việc sử dụng KSH cho sấy chè ở quy mô gia đình
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
2
3. Nội dung của đề tài
1. Khảo sát đánh giá khả năng ứng dụng KSH thay thế các nhiên liệu truyền
thống trong việc cấp nhiệt sấy chè quy mô hộ gia đình.
2. Xây dựng mô hình công nghệ
3. Tính toán, thiết kế và chế tạo hệ thống cấp và gia nhiệt bằng KSH thay thế

các nhiên liệu truyền thống trong các lò sấy chè xanh quy mô gia đình
4. Lắp đặt thử nghiệm và đo đạc lấy s
ố liệu để đánh giá
5. Báo cáo kế hoạch thực hiện đề tài, in ấn và nghiệm thu các cấp (cấp cơ sở
và cấp Bộ)
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tại chỗ: Nghiên cứu lý thuyết về sấy chè từ các nguồn tài liệu
có sẵn, các kết quả đã công bố; Tính toán thiết kế lò sấy chè xanh bằng khí sinh
học và viết báo cáo
Điều tra, khảo sát: để đánh giá tiề
m năng và xây dựng mô hình công nghệ
Lắp đặt thử nghiệm, đo đạc lấy số liệu, phân tích và đánh giá kết quả
5. Địa điểm thử nghiệm
Thái Nguyên là vùng chè nổi tiếng và có phong trào KSH phát triển
mạnh; Để thuận tiện cho công tác thử nghiệm địa điểm được lựa chọn sẽ phải
đạt các tiêu chí :
- Có nhiều công trình KSH quy mô từ 15m
3
trở lên ở những gia đình có
trồng chè và chế biến chè
- Có đường giao thông thuận tiện
- Hộ gia đình nhiệt tình tham gia công tác thử nghiệm
Với các tiêu chí như vậy Thành phố Thái Nguyên sẽ là địa điểm tốt để thử
nghiệm và đánh giá.

Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
3
CHƯƠNG I

TỔNG QUAN CHUNG VỀ CHẾ BIẾN CHÈ XANH QUY MÔ GIA ĐÌNH
VÀ NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG Ở THÁI NGUYÊN
1.1 QUY TRÌNH CHẾ BIẾN CHÈ XANH QUY MÔ GIA ĐÌNH
1.1.1 Đặc tính nguyên liệu của búp chè xanh
Búp chè xanh (tôm) có màu lá xanh vàng mỏng với các thành phần hoá
học được thể hiện trong bảng 1.1 dưới đây. Chè xanh là chè thành phẩm được
chế biến từ búp chè theo công nghệ sao quay thủ công hoặc cơ giới, chè xanh có
hương thơm tự nhiên, vị đậm, màu nước xanh vàng, là loại chè được sử
dụng
phổ biến ở các nước châu Á như Trung Quốc, Nhật Bản, Việt Nam
Bảng 1.1 – Thành phần hoá học của đọt chè
TT Thành phần Đơn vị Hàm lượng
1 Nước % 77,11
2 Tanin
%
12.09
3 Chất hòa tan mg/ g CK 6,92
4 Catesin tổng số mg/ g CK 156,42
5 Caphen
%
3,25
6 Đạm tổng số
%
3,42
7
Hoạt tính men
Số ml KIO
3
0,01
N/g men

8,43
8 Axit amin
%
1,38
9 Đường khử
%
2,78
10 Chlorophyll ( a+ b) mg/g CK 3,10
Nguồn: Viện Nghiên cứu chè Việt Nam, 2007
Hàm lượng nước trong búp chè (hay thuỷ phần của búp chè) là thành phần
không cố định thay đổi theo mùa và thời gian hái chè. Ở mùa mưa hàm lượng
nước rất cao có thể ltới 80 ÷ 85%, nhưng vào mùa khô (chè đông và chè xuân)
hàm lượng nước chỉ 65 ÷ 70%.

Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
4
1.1.2 Quy trình chế biến



Hình 1.1 – Quy trình chế biến chè xanh
Quy trình chế biến chè xanh gồm 6 công đoạn như sau:
* Diệt men (hay còn gọi là sao): Là công đoạn đầu tiên nhưng cũng là
công đoạn quan trọng nhất của qui trình chế biến. Giai đoạn này yêu cầu nhiệt
độ cao (250-300
o
C), thời gian ngắn (4-8 phút) để đình chỉ hoạt động của men và
tạo màu xanh cho chè. Diệt men không tốt sẽ làm giảm chất lượng chè (mầu sắc

không tươi và nước chè có màu đỏ).
* Vò chè: Mục đích của giai đoạn này là phá vỡ tổ chức tế bào của búp
chè để các chất có trong chè dễ hoà tan khi pha. Đồng thời cũng tạo vị đậm cho
nước chè, tạo độ xoăn cho cánh chè (tạo hình thức và mẫu mã cho búp chè).
Th
ời gian vò 30-40 phút và độ dập của tế bào đạt xấp xỉ 40-45%.
* Sấy khô: giúp cho chè ổn định sản phẩm và tạo nên hương thơm đặc
trưng. Nhiệt độ trong buồng sấy từ 95 đến 100
o
C, thời gian sấy 20-25 phút, thủy
phần còn lại 28-32% .
* Phân loại: Chè sau khi sấy khô được chuyển sang phân loại. Trong
điều kiện hái non và sao bằng công nghệ sao quay như ở Thái Nguyên, chè khô
được phân làm 2 loại: chè búp và chè ban cám.
* Lấy hương: Chè thành phẩm sau khi phân loại sẽ chuyển sang sao lăn
để tiếp tục làm khô và tạo hương cho chè. Nhiệt độ sao lăn ≤ 80
o
C, thời gian 30
phút, thủy phần còn lại 3 - 5%, quá trình đánh mốc là do sự va chạm giữa chè
và thành thiết bị làm cho chè bị mài mòn sáng bóng và mốc, tạo nên mùi hương
cốm dễ chịu.
Theo quy định của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn trong
10TCN121 ban hành năm 1989 cho thấy chè xanh thành phẩm được phân loại
và đánh giá theo các tiêu chuẩn được nêu trong bảng 1.2 dưới đây.
DIỆT MEN
VÒ CHÈ
SẤY KHÔ
PHÂN LOẠI LẤY HƯƠNG
CHÈ THÀNH PHẨM
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
5
Bảng 1.2 – Phân loại và tiêu chuẩn của chè thành phẩm
Loại
chè
Ngoại hình Màu nước Mùi vị Bã
Đặc
biệt
Cánh chè xoăn đều,
màu xanh vàng, có tuyết
Vàng xanh,
trong, sánh
Thơm mạnh
tự nhiên,
thoáng cốm
Đậm dịu,
rõ hậu
ngọt
Vàng
xanh,
mềm,đều
OP Cánh chè xoăn tương
đối đều, màu xanh đen
Vàng xanh,
sáng
Thơm mạnh
tự nhiên
Đậm dịu
có hậu

ngọt
Vàng
xanh,
mềm
P Cánh chè ngắn hơn OP,
tương đối xoăn, màu
xanh đen, thoáng cẫng
Vàng, sáng Thơm tự
nhiên
Đậm dịu,
có hậu
Vàng
xanh, hơi
cứng
BP Mặt chè nhỏ, tương đối
đều, màu xanh đen
Vàng, hơi
đậm
Thơm, thoáng
cao lửa
Chát dịu,
hơi đậm
Vàng,
mềm
BPS Chè mảnh nhỏ, tương
đối đều, màu vàng xanh
Vàng đậm Thơm nhẹ
thoáng mùi
chè già
Chát, hơi

xít
Vàng xám
F Mặt chè nhỏ, đều, màu
vàng xanh
Vàng đậm,
hơi tối
Kém thơm,
thoáng cao
lửa
Chát Vàng đậm
Nguồn: Tuyển tập Tiêu chuẩn Nông nghiệp Việt Nam, tập 4
1.2 NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG CHẾ BIẾN CHÈ
1.2.1 Các thiết bị sử dụng trong chế biến chè quy mô gia đình
Phương pháp chế biến thủ công kết hợp với một số dụng cụ cải tiến ở
quy mô hộ gia đình tại Thái Nguyên đã phổ biến từ nhiều năm nay. Các thiết bị
sử dụng bao g
ồm trống sao quay ( hình 1.2 ) quay tay hoặc điều khiển bằng 1
động cơ điện công suất 300W. Trống quay được đặt trong lò xây bằng gạch.
Chè được vò bằng máy vò chè loại nhỏ chạy bằng động cơ điện 1 pha công suất
1,1 kW (hình 1.3).
a) Trống quay: chế tạo bằng sắt hoặc tôn đen hình bi chuối, côn đều về
phía đáy có độ dày 1,5 – 2 mm. Trống được đặt nằm ngang trong lò sấy cách vỏ
lò trung bình 4-5cm. Tâm trống có một tr
ục nối với động cơ điện qua một dây
cuaroa để vận hành trống quay trong quá trình sao và sấy chè. Bên trong lòng
trống quay còn gắn các cánh xoắn cũng bằng sắt để đảo chè trong quá trình sấy.
b) Máy vò chè: đây là loại máy vò chè cỡ nhỏ mô phỏng theo kiểu của
Trung Quốc và được chế tạo tại Công ty Phụ tùng máy số 1 Thái Nguyên và
công ty Nam Hồng cũng ở Thái Nguyên. Máy vò có đường kính khoảng 25cm,
chạy bằng một động cơ điện 1 pha công suấ

t 1100W.
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
6


Hình 1.2 – Trống quay
Hình 1.3 – Máy vò chè
1.2.2 Nhiên liệu sử dụng trong chế biến chè
a) Loại nhiên liệu
Ở quy mô gia đình cơ cấu sử dụng nhiên liệu trong sấy chè chủ yếu là củi
gỗ (chiếm 93%), hỗn hợp cả củi và các loại cây thân thảo có tỷ lệ sử dụng thấp
(6%), than được dùng rất ít (chỉ chiếm 1%) (Hình 1.4). Củi gỗ được cung cấp
bởi thị trường tự do, một phần nhỏ
khai thác từ việc chặt tỉa cành và nhánh cây
trong vườn nhà và rừng trồng. Nhiên liệu củi gỗ có chất lượng tốt. Theo kết quả
nghiên cứu của nhóm tư vấn Viện Năng lượng và kết quả đo đạc tại hiện trường
của nhóm nghiên cứu Đại Học Thái Nguyên cho thấy thành phần và đặc tính của
củi gỗ và các loại cây thân thảo được nêu ở bảng 1.3, thành phần hoá học của
các nhiên liệ
u này được thể hiện trong bảng 1.4.




Biểu đồ 1.4 - Cơ cấu sử dụng nhiên liệu
Củi, 93%
Củi + cây
thân thảo,

6%
Than, 1%
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
7
Bảng 1.3 - Thành phần và đặc tính của nhiên liệu
TT Thông số Đơn vị Củi gỗ Cây thân thảo
1 Độ ẩm % 13,16 8,57
2 Chất bốc % 68,50 57,27
3 Độ tro % 1,20 15,53
4 Cacbon cố định % 17,14 18,63
5 Nhiệt lượng kcal/kg 3 500 3 000
6 Khối lượng riêng kg/m
3
550 150
Nguồn: Trung tâm NL tái tạo & CDM, Viện Năng lượng
Bảng 1.4 - Thành phần hoá học của nhiên liệu
TT Thông số Đơn vị Củi gỗ Cây thân thảo
7 Cacbon % 45,89 37,18
8 Hydro % 3,93 4,35
9 Oxy % 35,78 42,68
10 Nitơ % 1,20 0,72
11 Lưu huỳnh % 0,04 -
Nguồn: Trung tâm NL tái tạo & CDM, Viện Năng lượng
b) Mức tiêu thụ nhiên liệu trong chế biến chè xanh
Theo kết quả khảo sát: có 2 vụ thu hoạch chè búp chính trong năm là xuân
hè và thu đông. Vụ xuân hè 10 ngày búp chè được thu hoạch và chế biến 1 lần,
vụ thu đông năng suất búp chè thấp hơn vì thế phải 12–15 ngày mới thu hái một
lần. Như vậy trong 1 năm một hộ gia đình điển hình ở Thái Nguyên sẽ thu hái

khoảng 8-9 lứa chè búp và chế biế
n được trung bình 1 tấn chè khô.
Bảng 1.5 – Yêu cầu kỹ thuật và năng lượng tiêu thụ trung bình cho chu
trình chế biến 1 kg chè khô
Mức tiêu thụ năng lượng
Các giai đoạn
Yêu cầu thời
gian (phút)
Yêu cầu nhiệt
độ (
o
C)
Điện (kWh) Củi (kg)
Diệt men 4 250-300 0.05 2,0
Vò 30 0.55
Sấy khô 12 80-100 0.08 1,5
Lấy hương 14 ≤ 80 0.09 1,0
Tổng tiêu thụ năng lượng 0,77 4,5
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
8
Bảng 1.5 cho thấy mức tiêu thụ năng lượng trung bình cho chế biến 1kg
chè khô thành phẩm xấp xỉ 1kWh điện và 4,5kg củi gỗ. Trong đó giai đoạn diệt
men có thời gian ngắn nhất (4 phút) nhưng tiêu thụ năng lượng lớn nhất (2kg).
1.2.3 Tình hình phát triển khí sinh học (KSH) ở Thái Nguyên và khả năng
ứng dụng KSH cho sấy chè
a) Tình hình phát triển KSH
Thái Nguyên là một tỉnh miền núi có phong trào khí sinh học phát triển
mạnh từ những năm 1990 vớ

i ba chương trình hỗ trợ lớn của Bộ Nông nghiệp và
Phát triển Nông thôn là i) Chương trình phát triển khí sinh học cho ngành chăn
nuôi Việt Nam của Cục Chăn nuôi; ii) Chương trình Khuyến Nông quốc gia và
iii) Chương trình Vệ sinh nước sạch nông thôn. Tổng công trình đã xây dựng từ
năm 1990 đến 31/12 năm 2008 trên toàn tỉnh là 5880, với thể tích trung bình của
các công trình là 12m
3
. Các công trình xây dựng sau năm 2005 có thể tích trung
bình trên 15m
3
. Phân bố số lượng các công trình KSH theo các huyện trong toàn
tỉnh Thái Nguyên được nêu trong bảng 1.6.
Bảng 1.6 – Số lượng công trình KSH đã lắp đặt ở các huyện của tỉnh
Thái Nguyên giai đoạn 1990 - 2009
Số lượng công trình
TT Huyện
< 15m
3
> 15m
3
Tổng cộng
1 TP Thái Nguyên 490 910 1400
2 Phổ Yên 400 600 1000
3 Phú Bình 440 660 1100
4 Sông Công 250 300 550
5 Đồng Hỷ 320 480 800
6 Phú Lương 168 312 480
7 Đại Từ 270 280 550

Tổng cộng

2338 3542 5880
Nguồn: Báo cáo của Văn phòng dự án KSH Thái Nguyên – Trung Tâm
Khuyến nông tỉnh Thái Nguyên, 2009
Bảng 1.6 cho thấy số lượng các công trình quy mô trên 15m
3
chiếm
khoảng 65%. Khí sinh ra hiện tại được sử dụng cho nhiều mục đích chủ yếu là
nấu ăn và thắp sáng, sử dụng cho phát điện và đun nước nóng mới phát triển từ
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
9
năm 2007 đến nay, đặc biệt năm 2008 và 2009 có 2 dự án về KSH phát điện tại
Thái Nguyên là i) dự án “Hỗ trợ phát triển KSH phát điện” của Sở Khoa học và
Công nghệ Thái Nguyên với nguồn vốn từ ngân sách KHKT của Tỉnh và chuyển
giao KHKT của Trường Đại học Đà Nẵng; mục tiêu của dự án là hỗ trợ xây
dựng 15 mô hình phát điện quy mô nhỏ 1- 2,5kW; và ii) dự án “ Phát triển thị
trường máy phát điệ
n sử dụng khí sinh học tại các vùng nông thôn Việt Nam” do
quỹ môi trường TOYOTA tài trợ với mục tiêu phát triển khoảng 100 công trình
KSH phát điện tại Thái Nguyên trong 2 năm 2009-2010.
Do lợi ích từ công nghệ mang lại, nhiều hộ trồng chè đã xây dựng các
công trình lớn từ 17 đến trên 40m
3
để:
- Sử dụng khí sấy chè và nấu ăn
- Sử dụng phụ phẩm khí sinh học để tưới chè
Việc ứng dụng khí sinh học sấy chè đã được nhiều hộ gia đình thử nghiệm
trong 5 năm qua nhưng đều thất bại với các lý do được giải thích như sau:
i) Chưa được tư vấn kỹ thuật và hướng dẫn của các nhà chuyên môn mà

do người dân tự thiết kế s
ử dụng hoặc thợ xây hỗ trợ
ii) Lượng khí ở các bể nhỏ hơn 10m
3
chỉ vừa đủ cho nhu cầu nấu ăn vào
mùa hè và không đủ vào mùa đông;
iii) Các bếp KSH mua sẵn trên thị trường hoặc tự chế tạo không đáp ứng
đủ nhiệt cho nhu cầu sấy, đặc biệt giai đoạn diệt men nên chất lượng chè kém.
b) Khả năng sử dụng KSH cho sấy chè
Về lý thuyết KSH hoàn toàn có thể sử dụng cho các lò sấy. Một công
trình gia đình phổ thông 10-20m
3
có sản lượng khí hàng ngày vào khoảng 3-
7m
3
. Kết quả phỏng vấn người sử dụng cho thấy lượng khí này đáp ứng đủ cho
nhu cầu nấu ăn hàng ngày và nấu cám lợn (khoảng 6 giờ sử dụng trong ngày), về
mùa hè thường thừa khí nên thời gian đun nấu có thể kéo dài hơn 2 - 4 giờ trên
loại bếp đun thông thường như hiện nay (công suất 5 - 6 kW
th
/miệng bếp),
nhưng không đủ khí cho chế biến chè trong các lò sấy chè hiện có của gia đình,
kể cả gia đình có nhu cầu chế biến nhỏ nhất là 100kg chè tươi/lần hái.
Các hộ gia đình ở Thái Nguyên đã thử nghiệm chế tạo các bếp đun để sấy
chè của gia đình nhưng đều thất bại. Thậm chí khi phối hợp 3-4 nhà có công
trình liền kề cũng không thành công. Từ bài học này cho thấy:
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
10

+ Thiết kế chuẩn một công trình KSH quy mô nhỏ (theo quy định của
10TCN do Bộ Nông nghiệp và PT Nông thôn ban hành năm 2005) có hệ số tích
khí k=0,4 chỉ phù hợp cho nhu cầu đun nấu, nhưng không đáp ứng được nhu cầu
sử dụng cấp tập để sấy chè trong một thời gian ngắn. Vì thế phải có bộ phận trữ
khí trong những thời gian sử dụng không hết nếu công trình có thể tích phù hợp
thoặc tích khí lại (không đun nấ
u mà ưu tiên cho sấy chè) đối với công trình có
thể tích nhỏ hơn yêu cầu trong các ngày chế biến chè. Cũng có thể phối hợp các
hộ gia đình có công trình liền kề để đủ khí cho những ngày chế biến và các hộ
gia đình có thể chế biến xen kẽ nhau.
+ Bộ phận gia nhiệt và cấp nhiệt bằng khí sinh học được thiết kế phù hợp
với nhu cầu nhiệt cho từng giai đoạn chế biế
n, phù hợp với dung tích buồng đốt
và thùng sấy quay của công nghệ sao quay như Thái Nguyên. Công suất của bộ
gia nhiệt phụ thuộc rất lớn vào nhu cầu nhiệt của giai đoạn diệt men.
+ KSH là một hỗn hợp khí bão hòa hơi nước và có chứa một tỷ lệ H
2
S.
Khí này khi bị đốt cháy sẽ giải phóng SO
2
gặp môi trường ẩm thì tạo thành
H
2
SO
4
, rất có hại cho các bộ phận được chế tạo bằng sắt và tôn, vì thế để bảo vệ
các bộ phận cơ khí của lò sấy, KSH phải được lọc sạch các loại khí tạp và hơi
nước trước khi đi vào bộ đốt (sử dụng bộ lọc chuyên dụng khử H
2
S, hơi nước và

dioxit cacbon).
+ Do nguồn nhiệt bức xạ từ việc đốt khí sinh học khác nhiều so với đốt
củi nên lò đốt có thể phải thiết kế lại cho phù hợp với chiều dài ngọn lửa, quá
trình trao đổi nhiệt và truyền nhiệt của KSH.
c) Tiềm năng nhân rộng mô hình tại Thái Nguyên
So với toàn quốc Thái Nguyên là vùng chè trọng điểm với 160.000ha đất
trồng chè, trong đó 13.000ha chè cho thu hoạch búp. Sản lượng chè hàng nă
m
của toàn tỉnh là 90.000 tấn búp tươi/năm. Phương pháp chế biến chè khô hiện tại
của Thái Nguyên gồm chế biến thủ công và chế biến công nghiệp. Tuy nhiên tỷ
lệ chế biến công nghiệp chỉ chiếm khoảng 40%, số còn lại được chế biến theo
quy mô hộ gia đình tại các hộ gia đình.
Theo báo cáo của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Thái Nguyên,
dân số vùng nông thôn của tỉnh vào khoảng 863.800 người với 145.000 hộ
(Thống kê năm 2007). Các hộ có trồng chè và chế biến phân bố lớn nhất ở các
huyện Phú Bình, Thành phố Thái Nguyên, Đồng Hỷ, Sông Công với các xã
như Tân Cương, Phúc Xuân, Phúc Trìu, Minh Lập, Thị trấn Sông Công Tổng
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
11
số hộ có chế biến chè xấp xỉ 10.000 hộ và 35 cơ sở chế biến quy mô tập trung và
công nghiệp. Hiện tại tổng công trình KSH đã xây dựng là 5880 chỉ chiếm 4,1%
trong tổng số hộ nông thôn vì thế khả năng phát triển KSH còn rất lớn.
Ở quy mô chế biến chè xanh hộ gia đình theo công nghệ truyền thống
điển hình ở Thái Nguyên các điều kiện cần thiết của một lần thu hái và chế
biến
như sau:
- Số lượng chè búp tươi: 125kg
- Số mẻ diệt men: 25

- Lượng củi tiêu thụ: 113 – 115 kg
- Hiệu suất của lò sấy củi: 20%
- Thời gian chế biến: 12 - 13 giờ
Sử dụng KSH thay thế củi thì công trình KSH phải có công suất khí đáp
ứng các yêu cầu trên cho một lần chế biến trong khoảng 1-2 ngày. Giả thiết nhiệt
trị của 1m
3
KSH với hàm lượng mê tan là 60% có giá trị 5500 kcal/m
3
, hiệu suất
của bộ đốt thông thường nằm trong giải 50-70%, ở đây ta lấy 50%. Như vậy từ
nhu cầu năng lượng cho một lần hái và chế biến chè nêu trên ước lượng qui mô
công trình như sau:
- Nhu cầu khí cho chế biến chè búp một lần hái: 23m
3
KSH
- Công suất khí: 11,5m
3
KSH/ngày
- Nhu cầu nguyên liệu nạp: 190kg/ ngày
- Tốc độ nạp: 10kg/m
3
phân hủy
- Quy mô công trình: 18-19m
3


Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM

12
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ CẤP NHIỆT VÀ GIA NHIỆT KHÍ SINH HỌC
CHO LÒ SẤY CHÈ QUY MÔ GIA ĐÌNH
2.1 . CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
2.1.1 Lò sấy chè và các thiết bị sử dụng năng lượng
Các lò sấy chè quy mô gia đình điển hình đang sử dụng rộng rãi ở Thái
Nguyên được mô tả chi tiết tại chương I, trong chương này chỉ mô tả các bộ
phận chính như sau:
- Lò đốt nhiên liệu: xây bằng g
ạch gồm phần tường và phần nóc, cửa thoát
khói nằm ở hai đầu lò. Cửa cấp liệu hình chữ nhật nằm ở chính giữa phần chân
lò, đây cũng là cửa cấp gió. Người ta sử dụng một quạt gió công suất 100W đặt
cạnh cửa lò để điều chỉnh chế độ cháy trong buồng đốt khi sử dụng nhiên liệu là
củi và than.
- Thùng sấy: Được đặt trong buồng đốt, cách v
ỏ lò khoảng 4-5cm, hoạt
động nhờ một dây cuaroa nối với động cơ điện 300W chạy bằng điện lưới.
- Máy vò chè: đây là loại máy vò có công suất nhỏ chạy bằng động cơ
điện công suất 1100W
Như vậy nhiệt được cấp để sấy chè thông qua buồng đốt của lò sấy, nhiên
liệu hiện đang sử dụng là củi gỗ và than.
2.1.2 Bộ cấp nhiệ
t bằng KSH và các nguyên lý hoạt động
Trong nghiên cứu này KSH được coi là nhiên liệu sử dụng để thay thế củi
cấp nhiệt cho các lò sấy chè bán cơ khí ở quy mô gia đình theo công nghệ sao
quay. Như vậy bộ cấp nhiệt cho lò sấy được thiết kế như một loại bếp KSH công
nghiệp hoạt động ở áp suất khí quyển.
Những công trình KSH sử dụng nguyên liệu nạp là phân lợn đã vận hành
ổn định có hàm lượ

ng mê tan (CH
4
) khá cao từ 60-70%. Khi sử dụng mê tan làm
nhiên liệu đốt phản ứng cháy xảy ra như sau:
CH
4
+ 2O
2
→ CO
2
+ 2H
2
O + Q (kcal)
Một mét khối CH
4
khi đốt cháy hoàn toàn cần 2m
3
oxy. Trong không khí
ôxy chiếm khoảng 21%, vì thế lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn
1m
3
KSH (60% CH
4
) sẽ là :
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
13
M =
37,5

%21
%602
m
x
=

Cần phải cung cấp đầy đủ không khí để hòa trộn với KSH thì phản ứng
mới xảy ra hoàn toàn và cho hiệu suất cao, không khí cấp cho bộ đốt gồm không
khí sơ cấp và không khí thứ cấp. Không khí sơ cấp được cấp qua cửa lấy khí sơ
cấp nằm trên ống dẫn khí vào buồng pha trộn khí và hòa trộn với KSH ở buồng
pha trộn khí. Hỗn hợp khí này sẽ phân phối đều lên các lỗ đốt trên mặ
t đốt và
không khí thứ cấp được cấp tiếp ngay trên các lỗ đốt này để phản ứng cháy xảy
ra hoàn toàn và cấp nhiệt cho thùng sấy.
2.1.3 Nguyên tắc thiết kế
Bộ đốt KSH dùng cho các lò sấy chè quy mô gia đình được thiết kế dựa
trên công nghệ sao quay, diệt men truyền thống và nguồn cấp nhiệt là củi gỗ
được thay thế bằng nguồn KSH đã được lọc sạch hơi nước và H
2
S.
Lưu lượng khí tối đa đi vào bộ đốt được tính toán dựa trên nhu cầu nhiệt
của công đoạn diệt men.
2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
2.2.1. Cơ sở tính toán
- Đối tượng sấy: búp chè tươi giống chè bản địa (chè xanh)
- Lò sấy chè quy mô gia đình năng suất diệt men 5kg chè tươi/1mẻ
- Nhiên liệu cấp nhiệt : Khí sinh học
- Nhu cầu nhiệt của công đoạn diệt men được nêu trong bảng 2.1. Từ nhu
cầu này có thể xác định được lưu lượng KSH tối đa đi vào bộ đốt trong một giờ.
Bảng 2.1 – Nhu cầu nhiệt cho chế biến một mẻ chè xanh

TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Nhiệt độ cần để diệt men
o
C 250-300
2 Thời gian diệt men phút 8
3 Khối lượng củi sử dụng kg 2
4 Hiệu suất của lò sấy % 20
5 Nhiệt lượng tổng kcal/giờ 45.000
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
14
6 Nhiệt lượng hữu ích kcal/giờ 9.000
2.2.2 Các thông số tính toán và kết quả tính toán
Các kết quả nghiên cứu đã công bố của Trung Quốc và Ấn Độ cho thấy
một bộ đốt áp dụng cho các lò sấy chè bán thủ công khác cơ bản với một bếp
đun KSH thông thường ở chỗ: áp suất khí cho các bộ đốt công nghiệp phải ổn
định, không được thay đổi liên tục vì thế khí được tích riêng tại một bình dự trữ
khí, như vậy áp suất khí thuận tiệ
n cho các bộ đốt hoạt động cũng không cần cao
lắm, giá trị của áp suất khí thông thường nằm trong dải từ 15-20cm cột nước là
tối ưu. Thông số tính toán và kết quả tính toán được nêu trong bảng 2.4
Bảng 2.4 – Các thông số đầu vào để tính toán và kết quả các thông số đầu ra
TT Các thông số đã biết Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Lưu lượng khí
Q
m
3
/h 2.12
2 Áp suất khí trước vòi phun

p
mbar 20
3 Trọng lượng riêng của khí
s
P
a
.s
2
/m
2
1.22
4 Hệ số phun của miệng vòi
C
d

0.9
5 Tỉ số cuốn theo
r
5.5
6 Đường kính lỗ đốt
d
b

mm 5
Kết quả tính toán
1 Đường kính miệng vòi phun
d
o

mm 4.02

2 Vận tốc của khí trong miệng vòi phun
V
o

m/s 46.42
3 Đường kính ống hoà trộn
d
t

mm 24
4 Diện tích cắt ngang ống hoà trộn
A
t

mm
2
452.16
5 Độ dài ống hoà trộn
L
m

mm 240
6 Lưu lượng khí đi qua ống hoà trộn
Q
m

m
3
/s 0.0038
7 Số Reynolds

R
e

1364.257
8 Hệ số f
f
0.051995
9 Độ sụt áp qua ống hoà trộn
∆
p

P
a
21.3598
10 Tổng diện tích lỗ đốt
A
p

m
2
0.015
11 Số lỗ đốt
n
p

764
12 Số lỗ đốt thực tế

152
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
15
2.3 GIA CÔNG CHẾ TẠO VÀ HIỆU CHỈNH
2.3.1 Cấu tạo bộ đốt KSH cho sấy chè
Giống như một bếp KSH công nghiệp bộ đốt khí sinh học dùng để sấy chè
có các bộ phận chính như sau: ống dẫn KSH vào buồng pha trộn, cửa cấp không
khí sơ cấp, van đóng mở khí, buồng pha trộn khí và bộ phân phối khí.
- Ống dẫn KSH vào buồng pha trộn được chế tạo bằng thép hoặc gang đúc
đường kính theo tính toán là 14mm. Vòi phun lắp ở cuối ống dẫn khí chế tạo
bằng đồng hoặc thép,
đường kính kim phun 4mm phụ thuộc vào lưu lượng khí
và áp suất khí trước vòi phun.
- Cửa lấy khí sơ cấp: là bốn lỗ φ6 được khoan trực tiếp trên ống hoà trộn
ngay trước miệng vòi phun. Một bạc tròn lắp bên ngoài phần ống hoà trộn (xem
hình 2.1) có khoan bốn lỗ φ6 và có cần gạt gắn đã được định cữ và cố định lên
bạc để có thể xoay bạc, vì thế có thể điều chỉnh l
ượng không khí sơ cấp đi vào
buồng pha trộn khí.
- Buồng pha trộn khí và phân phối khí: được chế tạo bằng thép hoặc gang
đúc, chiều dài khoảng 240mm và đường kính φ24mm. Buồng pha trộn khí có
chức năng hoà trộn khí và áp suất khí trong buồng pha trộn thành một hỗn hợp
khí đồng nhất với tỷ lệ thích hợp và phân phối đều vận tốc của dòng hỗn hợp lên
mặt đốt.
Hình 2.1 – Cấu tạo bộ
đốt KSH trong các lò sấy chè bán thủ công
- Bộ phân phối khí: gồm buồng đốt và các lỗ đốt. Từ thông số lưu lượng
khí đi qua ống hoà trộn ta xác đinh được tổng diện tích các lỗ đốt và từ đó xác
định được diện tích mặt đốt. Nhiệm vụ của bộ phân phối khí là phân phối đều
Ø6

Ø4
Ø14
Ø24
284
1
234
R
4
5
93
106
1- Vòi phun 2- Bạc điều chỉnh không khí
3- Ống hoà trộn 4- Mặt đốt
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
16
hỗn hợp khí cho các lỗ đốt. Tại mặt đốt không khí thứ cấp tiếp tục hoà trộn với
hỗn hợp khí để đảm bảo cho sự cháy xảy ra ở các lỗ đốt được ổn định nhất. Hình
dáng, kích thước của mặt đốt - vành phân phối lửa, tổng diện tích lỗ đốt và cách
bố trí các lỗ đốt phụ thuộc vào lưu lượng khí vào và không gian cháy của mặt
đốt. Với các đặ
c trưng vừa dẫn ra ở trên, khi thiết kế bếp chúng tôi đã đặc biệt
lưu tâm đến kích thước và cách bố trí các lỗ đốt.
2.3.2 Bản vẽ chi tiết
(xem bản vẽ đính kèm)
2.3.3 Thử nghiệm và hiệu chỉnh
Thiết bị được chế tạo tại xưởng chế tạo của Công ty TNHH phát triển
KSH Hùng Vương nằm ở xã Phù Đổng, Huyện Gia Lâm, Hà Nội và được thử
nghiệm t

ại một gia đình cạnh xưởng chế tạo trước khi áp dụng thực tế trong lò
sấy. Thiết bị KSH để thử nghiệm bộ đốt có thể tích 15m
3
, hoạt động ổn định,
nguyên liệu nạp là phân lợn, áp suất khí trong bể theo thiết kế là 75cm, áp suất
khi thử nghiệm là 30-50cm cột nước. Lưu lượng khí tiêu thụ được đo bằng một
công tơ đo khí. Các thông số tối ưu là thông số tương ứng với với chế độ cháy
ổn định và cho hiệu suất cao nhất. Các số liệu ghi chép là áp suất khí ban đầu và
cuối thí nghiệm, nhiệt độ n
ước trước khi đun và nhiệt độ nước sôi, lượng khí
tiêu thụ và thời gian đun sôi nước.
Hiệu suất của bộ đốt được tính toán theo công thức dưới đây, nếu một bộ
đốt tốt với thiết kế tiêu chuẩn có thể đạt hiệu suất từ 60-70% (theo tài liệu của
OEKOTOP-GTZ). Hiệu suất giả thiết để thiết kế là 60%. Ở điều kiện đốt thử
nghiệm với việc đun sôi một nồi nước 20lít từ nhiệt độ ban đầu là 23
o
C, hiệu
suất nhiệt thực tế của thiết bị đạt 54,5%, chế độ cháy ổn định, lượng khí tiêu thụ
2m
3
/giờ. Tốc độ bắt lửa và tốc độ lan truyền ngọn lửa nhanh, ngọn lửa cháy đều
không bị tách khỏi lỗ đốt, không có lỗ đốt nào không có ngọn lửa hoặc ngọn lửa
cháy yếu. Về lý thuyết thiết bị đạt yêu cầu thiết kế.
η =
Mkshxq
xRTTMn )21(
−

Trong đó: - η là hiệu suất của thiết bị (%)
- M

n
khối lượng nước cần đun sôi (lít)
- T
1
và T
2
là nhiệt độ nước (
o
C) trước khi đun và nhiệt độ tại
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
17
điểm sôi.
- R nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg, độ)
- M
ksh
lượng KSH (lit) đã tiêu thụ để đun sôi M lít nước từ T
1

độ lên T
2
độ
- q
ksh
là nhiệt trị của KSH (5500kcal/m
3
)

Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
18
CHƯƠNG III
THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
3.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM
3.1.1 Địa điểm thử nghiệm
Thái Nguyên có nhiều vùng chè nổi tiếng như Thành phố Thái Nguyên,
huyện Đồng Hỷ, Phú Lương, Đại Từ…với các giống chè quý như chè bản địa,
LDP1, TRI777, chè Shan và một số giống chè nội nhập như Kim Tuyên, Bát
Tiên, Phúc Vân Tiên Vì thế sau khi khảo sát thực địa nhóm nghiên cứu lựa
ch
ọn địa điểm thử nghiệm tại gia đình anh Dương Văn Hữu ở Xóm Soi Mít – xã
Phúc Trìu – TP Thái Nguyên - Tỉnh Thái Nguyên. Địa điểm này cách trung tâm
thành phố khoảng 10km về phía Bắc, gần chân hồ núi Cốc, đường giao thông đi
lại khá thuận tiện.
Công trình KSH nhà anh Hữu xây năm 2005 theo công nghệ KT1 thể tích
17m
3
, hệ số tích khí 0,4, quy mô chăn nuôi thường xuyên là 30 lợn thịt và 2 nái.
Theo ý kiến của gia đình khí thừa vào mùa hè và đủ vào mùa đông cho gia đình
nấu ăn, thắp sáng và đun cám lợn. Công trình vận hành ổn định chưa có trục trặc
gì kể từ khi đưa vào sử dụng đến nay. Trước khi thí nghiệm 1 tháng công trình
được làm vệ sinh và nạp mới hoàn toàn nguyên liệu.
Giống chè gia đình trồng là chè cành (giống bản địa) và chè hạt (giống
chè Shan). Tổng diện tích chè củ
a gia đình 9 sào Bắc bộ, sản lượng búp tươi
trung bình 360kg/sào hay 10tấn/ha, tổng sản lượng búp tươi cả năm vào khoảng

4500kg tương đương với 900 kg chè khô thành phẩm. Số lượng các lần thu hái
trong năm i) 10 ngày hái một lần trong 6 tháng đông xuân; ii) 15 ngày hái một
lần trong 6 tháng hè thu. Năm 2009 ước tính sản lượng chè khô đạt xấp xỉ 1,2 –
1,5 tấn/năm. Gia đình sử dụng toàn bộ lượng dịch thải trong bể KSH để bón cho
chè, giảm 70% lượng phân hoá h
ọc (chủ yếu là phân ure) và 100% thuốc bảo vệ
thực vật, bên cạnh đó năng suất chè búp tăng 30% so với sử dụng phân hoá học.
3.1.2 Năng lượng và sử dụng năng lượng sấy chè tại gia đình
Hiện tại gia đình sử dụng củi gỗ để sấy chè và điện lưới để vận hành các
mô tơ quay thùng sấy, quạt gió và máy vò chè. Tổng nhu cầu năng lượng cho
sấy 1kg chè khô thành phẩm được gia đình ước tính là: 4,5kg củi và 0,75kWh
điện. Hàng năm gia đình tiêu thụ 5000kg củi và 500kWh điện để sản xuất 1 tấn
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
19
chè khô thành phẩm. Giá củi hiện tại trên thị trường là 700đ/1kg và giá điện
trung bình 1000đ/kWh.
3.1.3 Phương pháp thử nghiệm
Sơ đồ đấu nối hệ thống dẫn khí và sử dụng khí sấy chè được bố trí như
hình 3.1. Một túi chứa khí thể tích 2m
3
được lắp đặt sau hộp lọc để trữ khí và
đảm bảo áp suất ổn định cho quá trình sấy. Khí được lọc sạch H
2
S, hơi nước và
CO
2
bằng một hộp lọc chuyên dụng trước khi đi vào các thiết bị sử dụng để bảo
vệ các thiết bị này.

Sơ đồ 3.1 – Sơ đồ hệ thống dẫn khí và sử dụng khí
Chè búp giống Shan được hái vào sáng sớm (như thường lệ), khối lượng
chè tươi để thí nghiệm là 100kg/1 lần thí nghiệm, độ ẩm của nguyên liệu là 70-
80%, nhiệt độ không khí tại địa điểm thí nghiệm từ 26-30
o
C, độ ẩm không khí
75-85% (đo trực tiếp), trời nắng nhẹ.
Mẫu thí nghiệm được chia thành 2 mẫu:
- Mẫu 1: 50kg gọi là mẫu đối chứng, sử dụng củi gỗ chế biến theo
phương pháp thông thường
- Mẫu 2: 50kg gọi là mẫu thí nghiệm sử dụng khí sinh học chế biến theo
trình tự như sử dụng củi gỗ

Các mẫu sấy được thực hiện hoàn chỉnh từ diệt men đến sấy khô và lấy
hương (chè thành phẩm) lần lượt ở cả mẫu thí nghiệm và đối chứng.
- Sáng từ 8 giờ đến 11giờ
- Chiều từ 14 giờ đến 18 giờ
-
Đêm từ 20 giờ 30 đến 23 giờ
TB KSH
Lọc khí
chứa khí
Lò sấy
Nghiên cứu ứng dụng KSH trong chế biến chè xanh quy mô gia đình – Báo cáo đề tài

Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM
20
Chè sau khi chế biến được phân loại thành chè búp thành phẩm và chè ban
cám, chè ban cám được loại ra và chè búp thành phẩm được tiếp tục lấy hương

thành chè thành phẩm. Cân trọng lượng của từng loại để so sánh và kiểm chứng.

3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.2.1 Các thông số thí nghiệm
Các thông số về nhiệt trong thí nghiệm đo được thể hiện trong bảng 3.1.
Các thông số đầu vào cơ bản ở tất cả các thí nghiệm như sau:
+ Khố
i lượng chè tươi cho 1 mẻ diệt men là 5kg
+ Khối lượng chè một cối vò: khối lượng 2 mẻ diệt men
+ Khối lượng một mẻ sấy: toàn bộ khối lượng ở 1 cối vò
+ Hàm lượng ẩm của búp chè tươi 75-85%
+ Độ ẩm của môi trường: 75-85%, nhiệt độ không khí từ 24-29
o
C
Bảng 3.1 – Kết quả các số đo thí nghiệm
Nhiên liệu: khí sinh học (lit)
Độ ẩm của
nguyên liệu (%)
Nhiệt độ Mức tiêu tốn
Các giai
đoạn chế
biến
Vào Ra
Môi
trường
Thùng
sấy
Khối
nguyên liệu
Thời gian

(phút)
Nhiên
liệu
Diệt men 80 64 29 170 90 10 420
Sấy khô 64 5 120 95 20 600
Lấy hương 5 3 103 67 30 900
Nhiên liệu: củi gỗ (kg)
Diệt men 80 59 27,5 198 100 8 4.2
Sấy khô 59 5 130 95 17 2.3
Lấy hương 5 4 105 58 32 3.5
Kết quả ở bảng 3.1 cho thấy tổng thời gian cho một mẻ chế biến ở mẫu thí
nghiệm là 60 phút, còn mẫu đối chứng là 57 phút. Về nhiệt độ sự khác nhau lớn
nhất giữa các mẫu là ở giai đoạn diệt men kể cả khi đo tại vỏ thùng quay và ở
khối nguyên liệu (không gian buồng sấy). Một sự khác biệt nữa giữa mẫu thí
nghiệm và mẫu đối ch
ứng là thời gian nhóm lò và đun nóng thùng quay, nếu ở
mẫu thí nghiệm thời gian này là một phút thì ở mẫu đối chứng phải mất 5 phút.