Nghiên cứu một số thông số của máy sấy mùn cưa kiểu trống quay phân tầng để làm nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI









NGUYỄN VĂN THÀNH


NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY SẤY
MÙN CƯA KIỂU TRỐNG QUAY PHÂN TẦNG ðỂ LÀM
NGUYÊN LIỆU PHỤC VỤ CHO DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT VIÊN NHIÊN LIỆU




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số : 60.52.01.03

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ðÌNH TÙNG

HÀ NỘI - 2013
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả thí nghiệm trong luận văn
này là trung thực ñều có ñược trên cơ sở ño ñạc thí nghiệm thực tế và chưa
ñược sử dụng ñể bảo vệ luận văn học vị nào.
Tôi xin cam ñoan mọi sự giúp ñỡ trong luận văn ñều ñược cảm ơn và các
thông tin sử dụng ñều có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng.


Hà Nội, ngày tháng năm 2012
Học Viên


Nguyễn Văn Thành


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ii

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành luận văn này tác giả xin chân thành cám ơn:

• ðơn vị tác giả công tác: Viện Nghiên cứu Thiết kế Chế tạo máy
Nông nghiệp – RIAM (Bộ Công Thương) ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ về thời
gian, trang thiết bị máy móc và một số ñiều kiện khác ñể tác giả hoàn thành
nội dung luận văn này,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn các ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ trong
quá trình tiến hành thực nghiệm,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn ñã giúp ñỡ trong
quá trình thực hiện ñề tài,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn gia ñình ñã tạo ñiều kiện về thời
gian và ñộng viên tinh thần trong quá trình thực hiện ñề tài,
• Tác giả xin chân thành cảm ơn toàn thể các Thầy, Cô trong Khoa
Cơ ðiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ, ñóng góp ý kiến
trong quá trình thực hiện ñề tài ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Học Viên


Nguyễn Văn Thành
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu công nghệ sấy mùn cưa làm nguyên
liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu 3
1.1.1. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu trên thế giới 3
1.1.2. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Nam [4] 7
1.2 Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 9
1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy trong sản xuất viên nhiên liệu 11
1.3.1 Thiết bị sấy vỉ ngang 12
1.3.2. Hệ thống sấy khí ñộng 13
1.3.3 Máy sấy liên tục kiểu cánh gạt 14
1.3.4 Máy sấy liên tục kiểu trống quay một vòng 15
1.3.5 Máy sấy sấy kiểu trống quay phân tầng 16
CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 20
2.1 Mục tiêu 20
2.2 Nội dung 20
2.3 Phương pháp 21
2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 21
2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 21
2.4 Vật liệu và dụng cụ nghiên cứu 24
2.4.1 Vật liệu nghiên cứu 24
2.4.2 Dụng cụ nghiên cứu 24
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 28
3.1. Cơ sở lý thuyết về phân loại kích thước hạt 28
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iv

3.2. Cơ sở lý thuyết xác ñịnh chế dộ khí ñộng học của mùn cưa nhằm xác
ñịnh các thông số cơ bản của quá trình sấy 32

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ SẤY KIỂU TRỐNG QUAY
PHÂN TẦNG 39
4.1 Tính toán nhiệt cho quá trình sấy và chọn kích thước máy sấy [5] 39
4.1.1 Lượng nước cần bay hơi [5] 39
4.1.2 Chọn nhiệt ñộ tác nhân sấy [5] 39
4.1.3. Chọn kích thước cơ bản của trống sấy [5] 39
4.1.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết. [5] 40
4.1.5. Tính toán quá trình sấy thực [5] 41
4.1.6. Tính toán tổn thất nhiệt trong quá trình sấy [5] 43
4.2 Tính toán lò ñốt 46
4.2.1 Viết các phương trình của quá trình ñốt cháy nhiên liệu rắn [3] 46
4.2.2 Sơ lược về tính toán lò ñốt [5] 48
4.3. Tính toán và chọn quạt sấy 48
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51
5.1 Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm 51
5.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 55
5.2.1 Ảnh hưởng của số vòng quay trống sấy 55
5.2.2 Ảnh hưởng của lưu lượng tác nhân sấy 57
5.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy 59
5.4. Xác ñịnh thông số tối ưu của máy [6] 61
5.4.1. Xác ñịnh hệ số của phương trình hồi quy 65
5.4.2. Kiểm tra tính thích ứng của phương trình hồi quy 66
5.4.3. Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 68
5.4.4. Tìm thông số tối ưu của hàm 68
5.5.5. Tìm thông số tối ưu của hai hàm (Y
K2
) và (Y
N2
). 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam [4] 8
Bảng 1.2: Kết quả nghiên cứu thăm dò ñể tìm ra phương hướng công nghệ và
thiết bị cho sấy mùn cưa tại Viện Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông
nghiệp – RIAM (Bộ Công Thương) năm 2012 17
Bảng 3.1: Kết quả phân loại mùn cưa trên thiết bị sàng rung 29
Bảng 3.2: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước ñến 0,5mm. 36
Bảng 3.3: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 0,5
ñến 1mm 36
Bảng 3.4: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 1,0
ñến 2,0 mm 37
Bảng 3.5: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 2,0
ñến 3,0 mm 37
Bảng 3.6: Xác ñịnh vận tốc của gió ñối với mùn cưa có kích thước từ 3,0
ñến 4,0mm 37
Bảng 4.1: Cân bằng nhiệt và hiệu suất HTS 46
Bảng 4.2. Kết quả lựa chọn và tính toán 50
Bảng 5.1 Kết quả khảo nghiệm khi thay ñổi số vòng quay của trống sấy 56
Bảng 5.2 Kết quả khảo nghiệm khi thay ñổi lưu lượng tác nhân sấy 58
Bảng 5.3 Kết quả khảo nghiệm khi thay ñổi nhiệt ñộ tác nhân sấy 60
Bảng 5.4: Ma trận tính toán 64
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cân ñối sản xuất, xuất khẩu, nhập khẩu và nhu cầu sử dụng viên gỗ
cho thị trường các nước ở Châu Âu năm 2008 [1] 5
Hình 1.2: Lượng tiêu thụ viên gỗ ở Châu Âu [2] 6
Hình 1.3: Sơ ñồ khối quy trình sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa 10
Hình 1.4: Nguyên lý sấy lớp tĩnh kiểu vỉ ngang 12
Hình 1.5: Nguyên lý thiết bị sấy khí ñộng 13
Hình 1.6: Nguyên lý kết cấu của máy sấy kiểu cánh gạt 14
Hinh 1.7: Nguyên lý cấu tạo của máy sấy trống quay một vòng 15
Hình 1.8: Hệ thống sấy trống quay một vòng của hãng Tesla (ðức) 16
Hình 1.9: Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo máy sấy trống quay phân tầng (kết hợp
trống quay và khí ñộng) 18
Hình 2.1: Bộ sàng rung thí nghiệm 25
Hình 2.2: Cân khối lượng ñiện tử 25
Hình 2.3 Súng bắn nhiệt ñộ Ebro 26
Hình 2.4 Máy ño lưu lượng gió Testol 435 26
Hình 2.5: Máy ño áp suất Testol 510 27
Hình 3.1: Mẫu mùn cưa trước khi phân loại 28
Hình 3.2: Biểu ñồ phân bố kích thước hạt mùn cưa sau phân loại 30
Hình 3.3: Hình ảnh của các hạt mùn cưa sau khi phân loại 31
Hình 3.4: Quan hệ giữa “nhóm kích thước hạt” và hiệu số giữa khối lượng
riêng của hạt và không khí 32
Hình 3.5: Thể hiện mối quan hệ giữa hệ số Reynol, hệ số Fran, hệ số Accimet [3] 33
Hình 3.6: Hình ảnh mô hình thí nghiệm ñể xác ñịnh một số thông số khí ñộng học
ñối với mùn cưa: (nguyên lý: hình trái; thiết bị thí nghiệm: hình phải) 33
Hình 3.7: Biểu ñồ tương quan giữa vận tốc của hạt so với tổn thất áp suất ở
các trạng thái “lớp tĩnh”, “lớp sôi” và lớp “vận chuyển”[3] 34
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vii

Hình 5.1: Tổng thể hệ thống sấy (lò ñốt, vít cấp liệu, máy sấy, cụm quạt –
cyclone sấy và thu sản phẩm) 51
Hình 5.2: Hình ảnh lò ñốt khi thực nghiệm 52
Hình 5.3: Ghi chép số liệu và theo dõi quá trình thực nghiệm 53
Hình 5.4: Hình ảnh mô tả các thiết bị ño và mẫu sản phẩm 53
Hình 5.5: Sản phẩm sấy sau khi thu lắng qua Cyclone 54
Hình 5.6 ðồ thị ảnh hưởng của số vòng quay trống sấy tới năng suất của thiết
bị và chi phí nhiên liệu 57
Hình 5.7 ðồ thị ảnh hưởng của lưu lượng tác nhân sấy tới năng suất của thiết
bị và chi phí nhiên liệu 59
Hình 5.8 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy tới năng suất của thiết
bị và chi phí nhiên liệu 61
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký Hiệu Tên giả thích
λ
Hệ số dẫn nhiệt
ϕ
0

ðộ ẩm ngoài trời
ϕ
1

ðộ ẩm tương ñối
λ
1

Hệ số dẫn nhiệt của sắt
ϕ
2

ðộ ẩm của khí thải
λ
2

Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh
A Cường ñộ bốc hơi ẩm
C Nhiệt dung của nhiệt ñộ sấy
D ðường kính trống sấy
F Diện tích trao ñổi nhiệt của vật liệu sấy
G
2
Khối lượng sản phẩm sau sấy
L Chiều dài trống sấy
L
0
Lượng không khí lý thuyết dùng trong bốc hơi 1h
N Công suất của quạt
P
b1
Phân áp suất bão hòa
P
b2

Phân áp suất bão hòa của hơi nước
Q Tổng nhiệt lượng cung cấp
q Nhiệt lượng riêng tiêu hao
Q
’
Công suất nhiệt của buồng ñốt
q
1
Nhiêt lượng có ích
q
2
Tổng tổn thất do tác nhân sấy
q
mt
tổn thất nhiệt qua lượng ẩm
Q
mt
tổn thất nhiệt ra môi trường
q
v
) Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang ñi
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ix

R Diện tích ghi lò
t Nhiệt ñộ tác nhân sấy
t
0
(C) Nhiệt ñộ ngoài trời (ban ñầu)

t
w1
Nhiệt ñộ mặt trong của ống thép
t
w2
Nhiệt ñộ mặt trong của ống thép
V
b
( m
3
) Thể tích buông ñốt
v
e
( m/s) Vận tốc lơ lửng
v
k
Vận tốc tác nhân sấy
W Lượng nước cần bây hơi
w
1
ðộ ẩm ban ñầu của nguyên liệu trước khi sấy
w
2
ðộ ẩm của sản phẩm sau khi sấy
ρ
k
Khối lượng riêng của tác nhân
ρ
v
Khối lượng riêng của mùn cưa

∆P
Tổng tổn thất áp suất
∆P
clkl

Tổn áp tại cyclone
∆P
d

Tổn áp theo chiều dài của ống.
∆P
ñ

Áp suất ñộngcủa dòng
∆P
nâng

Áp suất ñể nâng tác nhân và vật liệu sống lên cao
∆P
tc

Tổn áp tại chỗ do ngoặc thay ñổi tích diện
∆P
tr

Tổn áp trong trống phân tầng
α
Hệ số truyền nhiệt

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

1

MỞ ðẦU

Trong những năm gần ñây sự chú ý tới các công nghệ năng lượng tái tạo
nói chung và năng lượng sinh khối nói riêng ñã tăng mạnh trên toàn cầu ñể
thay thế dần các loại năng lượng hóa thạch với lý do: nguồn năng lượng hóa
thạch ngày càng cạn kiệt dần và gây ô nhiễm môi trường.
Trong bối cảnh hiện nay nguồn năng lượng thiếu hụt trầm trọng trên thế
giới cũng như Việt Nam, tình trạng thiếu hụt này ñựơc thể hiện cùng với sự
phát triển kinh tế, ñặc biệt là các ngành công nghiệp.
Do ñó việc ứng dụng năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo như:
năng lượng gió, năng lượng thuỷ triều, năng lượng ñịa nhiệt, năng lượng mặt
trời và ñặc biệt là năng lượng sinh khối (Biomass) ngày càng ñược quan tâm
nhiều hơn, nhất là trong giai ñoạn hiện nay.
Riêng ñối với năng lượng sinh khối (Biomass) có ưu ñiểm hơn cả ñối với
các nước ñang phát triển và có nền sản xuất nông nghiệp là chính như Việt
Nam, vì nguồn tiềm năng sinh khối từ các phụ phế phẩm nông lâm nghiệp là
rất lớn, bởi Việt Nam là nước chiếm tới khoảng gần 75% dân số làm nông
nghiệp, có 3/4 diện tích là ñồi núi và có trên 38% diện tích rừng che phủ.
Hàng năm các phụ phế phẩm từ nông lâm nghiệp (rơm dạ, vỏ trấu, lõi ngô, gỗ
vụn, dăm bào, và ñặc biệt là mùn cưa …). Tuy nhiên việc sử dụng các phế
thải này vẫn theo cách truyền thống như ñun nấu trong sinh hoạt gia ñình, và
làm phân bón ở các vùng nông thôn và miền núi, do vậy chưa mang lại hiệu
quả kinh tế.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

2

ðể nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng từ sinh khối ñiều cần thiết là
phải ứng dụng các công nghệ ñể chuyển ñổi nguồn năng lượng ñó sao cho
làm tăng mật ñộ năng lượng (kJ/m
3
) lên. Một trong những công nghệ ñó ñó là
công nghệ ép/tạo viên nhiên liệu.
Hiện nay trên thế giới ñã nghiên cứu và ứng dụng phát triển công nghệ sản
xuất viên nhiên liệu từ phụ phế phẩm lâm nghiệp (ñặc biệt từ mùn cưa) ñã tìm
ñược thị trường thương mại rộng lớn, nhất là thị trường xuất khẩu sang Châu
Âu, ñây là một thị trường ñầy tiềm năng mà Việt Nam có thể hướng tới.
Tuy nhiên, qua thực tiễn cho thấy nguồn nguyên liệu mùn cưa từ chế biến
gỗ ở Việt Nam từ cả hai nguồn vật liệu khô và vật liệu tươi, do ñó ñộ ẩm
không ñồng nhất và có ñộ chênh lệch rất lớn thường khoảng từ 20 – 45%.
Trong khi ñó nguồn nguyên liệu ñể ép/tạo viên yêu cầu phải có ñộ ẩm “ñồng
nhất/ñồng ñều” vào khoảng 12 – 13%, trong công nghệ tạo viên nhiên liệu
công ñoạn sấy nguyên liệu ñầu vào trước khi ép viên có vai trò và ý nghĩa
quyết ñịnh tới năng suất, chất lượng của sản phẩm. Chính vì vậy việc lựa chọn
ñề tài
:
“Nghiên cứu một số thông số của máy sấy mùn cưa kiểu trống quay
phân tầng ñể làm nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên
liệu” có vai trò và ý nghĩa thực tiễn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế của
dây chuyền ñã ñược tác giả lựa chọn.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Trong chương này tác giả trình bày một số nội dung tóm lược như sau:
• Tầm quan trọng của việc nghiên cứu công nghệ sấy mùn cưa làm
nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu.
• Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu
• Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy trong sản xuất viên nhiên
liệu
1.1. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu công nghệ sấy mùn cưa làm
nguyên liệu phục vụ cho dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu
1.1.1. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu trên thế giới
Nguồn gốc viên gỗ:
Viên gỗ ñược sản xuất và sử dụng từ năm 1930 và ñược sử dụng phổ biến
trong thời gian xảy ra cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 – 1979. Nó ñược
sử dụng nhiều nhất ở Châu Âu và Bắc Mỹ [2].
Do cần có nhiên liệu thay thế nên buộc họ phải ñi vào triển khai, khai thác
tìm những nguồn nhiên liệu thay thế, và việc khai thác sản xuất, sử dụng viên
gỗ ñã mang lại nhiều hiệu quả to lớn. Các viên gỗ nhanh chóng ñược dùng
phổ biến do chất lượng của chúng cao, dần dần giá của viên gỗ ngày càng
tăng. Khi giá dầu ñi vào ổn ñịnh thì một lần nữa nó dần bị ñi vào quên lãng.
Trong những năm 90 của thế kỷ trước, do yêu cầu thực tiễn cần phải tìm tòi
sản xuất sử dụng năng lượng bền vững (năng lượng tái tạo), hạn chế sự phụ
thuộc quá nhiều vào nguồn năng lượng hóa thạch. Một lần nữa viên gỗ (Wood
pellets) lại ñược quan tâm và dần ñược sử dụng rộng rãi [2].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

Việc sản xuất tiêu thụ lớn nhất hiện nay là hai thị trường Châu Âu và Bắc
Mỹ. Do quan tâm ñến tính bền vững năng lượng nên ủy ban các nước Châu
Âu ñã khuyến khích các nước sản xuất và sử dụng nguồn nhiên liệu tái tạo
này [2].

Hiện nay trên thị trường có 3 mức tiêu thụ là: Quy mô lớn (ví dụ: như các
nhà máy nhiệt ñiện), Quy mô trung bình (ví dụ: sử dụng trong các lò hơi, lò
công nghiệp), và nhỏ hơn nữa là sửi ẩm trong các hộ gia ñình [2].
Sản xuất tiêu thụ ở Châu Âu [2]:
Người ta ước tính trong năm 2008 có khoảng 8 triệu tấn viên gỗ ñược sản
xuất tại Châu Âu của 630 nhà máy. Ngoài ra, Châu Âu nhập khẩu khoảng 1
triệu tấn viên trong tổng mức tiêu thụ viên gỗ khoảng 9 triệu tấn.
Việc sử dụng viên gỗ ở Châu Âu khác nhau tùy thuộc vào mỗi Quốc gia. Ở
ðức, Áo và Ý, các viên gỗ ñược sử dụng chủ yếu ñể sưởi ấm trong các khu dân
cư. Ở Vương quốc Anh, Hà Lan và Bỉ nó ñược sử dụng vào ngành công nghiệp
phát ñiện. Còn ở Thụy ðiển và ðan mạch thì ñược sử dụng rất rộng rãi [2].
Một số thị trường như ðức, Úc, Nga bản thân tự sản xuất ñủ cho nhu cầu
trong nước, và còn xuất khẩu cho các nước khác. Còn ở các nước khác như
ðan Mạch, Bỉ, Hà lan thì sự cung ứng của các nhà máy trong nước không ñủ
cho nhu cầu của thị trường. Trong hình 1.1 Thể hiện sự cân ñối sản xuất, xuất
khẩu, nhập khẩu và nhu cầu sử dụng viên gỗ cho thị trường các nước ở Châu
Âu năm 2008 [1].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

5


Hình 1.1: Cân ñối sản xuất, xuất khẩu, nhập khẩu và nhu cầu sử dụng
viên gỗ cho thị trường các nước ở Châu Âu năm 2008 [1].

Qua hình 1.1 trên cũng cho thấy ðức và Thụy ðiển là hai Quốc gia sản
xuất viên nhiên liệu lớn nhất Châu Âu, các Quốc gia ðông Âu là các nước
xuất khẩu chính do nhu cầu tiêu thụ trong nước ít. Hầu hết các viên nhiên liệu
ñược sản xuất ở Châu Âu ñều ñược tiêu thụ trong nội bộ [2].
Tuy sản xuất viên nhiên liệu ở Châu Âu có một sản lương rất lớn, nhưng

nhu cầu sử dụng nó ở khu vực này cũng rất cao. Khoảng cách giữa cung và
cầu ngày một lớn lên. Hình 1.2 thể hiện lượng tiêu thụ, sản xuất và xuất khẩu
viên nhiên liệu ở Châu Âu từ năm 2000 ñến năm 2010 [2].



S
ản xuất

Nh
ập khẩu

Tiêu th
ụ

Xu
ất khẩu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

6


Hình 1.2: Lượng tiêu thụ viên gỗ ở Châu Âu [2]

Qua hình 1.2 cho thấy nhu cầu sử dụng viên gỗ ở Châu Âu ñã tăng một
cách ñáng kể. Năm 2000 sử dụng khoảng 700 nghìn tấn, tăng hơn 5 lần vào
năm 2005 (khoảng 3,7 triệu tấn) và hơn 18 lần vào năm 2010 (khoảng 18,3
triệu tấn). Nhu cầu sử dụng ngày một lớn, nên ngành sản xuất viên gỗ cũng
phát triển rất nhanh, từ 65 nghìn tấn (vào năm 2000) lên 3,1 triệu tấn (năm

2005), và gần 9 triệu tấn (vào năm 2010). Tuy vậy các nhà sản xuất ở Châu
Âu vẫn chưa khi nào cung cấp ñủ cho chính thị trường của khu vực mình. Sự
chênh lệnh giữa cầu – cung (cầu>cung) ngày một lớn. Năm 2000 chênh lệch
ñó chỉ khoảng 100 nghìn tấn thì ñến năm 2005 là gần 600 tấn và tăng một
cách nhanh chóng trong những năm tiếp theo, tới năm 2010 ñộ chênh lệch
giữa cầu và cung là gần 5 triệu tấn [2].

Lượng tiêu thụ viên gỗ ở Châu Âu

S
ản xuất

Nh
ập khẩu

Tiêu thụ
Tấn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

7

Sản xuất tiêu thụ ở Bắc Mỹ:
Trên thế giới thì ngoài Châu Âu, khu vực Bắc Mỹ cũng có một nền công
nghiệp sản xuất viên nhiên liệu phát triển. Tổng sản lượng viên sản xuất trong
năm 2008 ước tính khoảng 4,2 triệu tấn, trong ñó Mỹ và Canada chiếm
khoảng 76% tổng sản lương, cụ thể là Mỹ 1,8 triệu tấn và Canada 1,4 triệu
tấn. Việc sản xuất viên gỗ ở khu vực này ñang phát triển một cách nhanh
chóng, ước tính tổng sản lượng ñạt ñược khoảng 6,2 triệu tấn vào năm 2009.
Trong năm 2008 thì 80% sản lượng của Mỹ ñược tiêu thụ trong nội ñịa,
ngược lại thì ở Canada 90% sản lượng ñược xuất khẩu, chủ yếu sang thị

trường Châu Âu. Một ñiều nhận thấy là trong nhữn năm gần ñây thị trường
Hoa Kỳ ñang “bùng nổ” và sau ñó ñược chuyển sang Châu Âu [2].
Qua phân tích hai trị trường Châu Âu và Bắc Mỹ ở trên cho thấy, sản xuất
viên nhiên liệu trên ñã trở thành một lĩnh vực quan trọng góp phần ñáng kể
trong việc ñảm bảo an ninh năng lượng trên thế giới [2].
1.1.2. Tình hình tiêu thụ và sản xuất viên nhiên liệu ở Việt Nam [4]
Việt Nam có tiềm năng lớn ñể sản xuất viên nhiên liệu, với trên 75% dân
số làm Nông nghiệp, diện tích trồng rừng lớn cộng thêm ngành chế biến gỗ
tương ñối phát triển. Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam ñược thể
hiện trên bảng 1.1.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8

Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam [4]
Nguồn cung cấp
Tiềm năng
(triệu tấn)
Tỷ lệ
(%)
Rừng tự nhiên 6,842 27,2
Rừng trồng 3,718 14,8
ðất không rừng 3,850 15,4
Cây trồng phân tán 6,050 24,1
Cây công nghiệp và cây ăn quả 2,400 9,6
Phế liệu gỗ 1,649 6,6
Tổng 25,090 100,0
Rơm rạ 32,52 60,4
Trấu 6,50 17,9
Bã mía 4,45 6,8

Các loại khác 9,00 14,9
Tổng 53,43 100,0

Trong khi ñó việc sử dụng những phụ phế phẩm trong sản xuất nông - lâm
nghiệp hiện nay tại Việt Nam chưa mang lại hiệu quả kinh tế. Do vậy việc sử
dụng nguồn này ñể sản xuất viên nhiên liệu sẽ mang lại cơ hội mới cho Nông
nghiệp, cải thiện an ninh năng lượng và mang lại nhiều lợi ích cho môi trường
xã hội. Ngoài ra còn là một trong những nền tảng phát triển kinh tế ñất nước
nói chung và củng cố an ninh năng lượng năng lượng nói riêng.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

9

Hiện tại ở nước ta ñã xuất hiện một vài cơ sở sản xuất viên nhiên liệu
(như công ty Thủy Nguyên, công ty Long Hợp….). Tuy nhiên các cở sở sản
xuất trên chỉ ở quy mô nhỏ mới chú trọng vào khâu ép viên mà chưa ñầu tư
thích ñáng về kỹ thuật và công nghệ trong khâu sấy, chính vì vậy dẫn tới sản
phẩm ép viên bị ảnh hưởng nhiều như: sản phẩm viên nén có tỷ lệ thành phẩm
không cao, ñộ chặt viên chưa ñạt yêu cầu, mẫu mã xấu,…. và nhất là ñộ ẩm
sản phẩm không ñều dẫn tới sản phẩm có chất lượng kém. Do vậy giá thành
suất khẩu của sản phẩm chỉ ñạt 100 – 110 USD/tấn sản phẩm, trong khi ñó
nếu chú trọng tới khâu sấy như một số liên doanh nước ngoài chất lượng sản
phẩm sẽ tăng lên với giá thành 140 – 150 USD/tấn sản phẩm (ñộ ẩm sản
phẩm 10 – 12%).

Vì vậy việc ñầu tư vào nghiên cứu ra mẫu máy và quy trình sấy mùn
cưa phù hợp với ñiều kiện và hoàn cảnh ở Việt Nam là cần thiết và cấp bách,
sẽ góp phần không nhỏ vào việc thúc ñấy phát triển sản xuất viên nhiên liệu
ngày một tăng trong tương lai.
1.2 Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu

ðối với nguyên liệu sản xuất viên nén có yêu cầu kích thước từ 0-4mm,
trong trường hợp mùn cưa sau khi cưa xẻ kích thước hạt của mùn cưa ñạt
ñược yêu cầu cho công nghệ ép viên, trong trường hợp các phụ phế phẩm
khac phải thêm công ñoạn làm nhỏ. Hình 1.3 mô tả sơ ñồ khối về quy trình
sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa.



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10









Hình 1.3: Sơ ñồ khối quy trình sản xuất viên nhiên liệu từ mùn cưa

Phụ phế phẩm trong ngành chế biến gỗ chia làm 2 loại: các ñầu mẩu gỗ vụn
và mùn cưa lẫn lộn với nhau. Trong quy trình sản xuất viên nhiên liệu từ phụ phế
phẩm trong ngành chế biến gỗ nguyên liệu ñược tập kết tại sân bãi ñược ñưa qua
sàng phân loại chia làm 02 loại là mùn cưa và các ñầu mẩu gỗ vụn (hình 1.3),
các nguyên liệu có kích thước lớn sẽ ñược ñưa tới máy làm nhỏ ñể nghiền thành
mùn cưa (hình 1.3) có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 4 mm.
Sau ñó nguyên liệu ñược vận chuyển tới hệ thống sấy ñể sấy cho ñạt tới ñộ
ẩm phù hợp với công nghệ ép viên (khoảng 10 – 14%).

Sau khi có nguồn nguyên liệu có kích thước và ñộ ẩm thích hợp thì ñược
vận chuyển tới công ñoạn ép viên pellets. Nguyên liệu ñược ñưa vào miệng
nạp liệu của máy ép viên bằng các hệ thống vận chuyển (băng tải, vít tải, gầu
tải…), nhờ hệ thống chung chuyển này ñể cung cấp nguyên liệu một cách ñều
ñặn vào miệng nạp nguyên liệu của máy ép viên. Nguyên liệu sau khi ñược
Mảnh
vụn gỗ
Làm nhỏ


Sấy
Ép viên

Làm mát

ðóng bao

Mùn cưa

Phân lo
ại
Phụ phế
phẩm LN

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

11

ñưa vào sẽ nén lại dưới một áp lực (áp suất)nhất ñịnh thành dạng viên pellets
và ñược ñưa ra ngoài.

Viên nén sau khi ñược tạo ra có nhiệt ñộ và ñộ ẩm bề mặt khá cao và ñược
ñưa vào hệ thống làm mát sẽ làm giảm nhiệt ñộ, tăng ñộ cứng của viên, rồi
chuyển tới hệ thống ñóng bao bảo quản hoặc mang ñi tiêu thụ.
1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy trong sản xuất viên
nhiên liệu
Trong công nghệ sản xuất viên nhiên liệu công ñoạn làm khô và bảo quản
ñóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng rất nhiều tới chất lượng sản phẩm cũng
như các ñiều kiện sử dụng. Chế ñộ làm khô và giải pháp kỹ thuật thực hiện
quyết ñịnh tới hiệu quả kinh tế. Có rất nhiều giải pháp kỹ thuật ñược ứng
dụng trong công nghệ sản xuất viên nhiên liệu, song nhìn chung ở Việt Nam
chỉ mới dừng lại ở các phương pháp thủ công. ðã có một số ñơn vị ñứng ra
ñầu tư sản xuất viên nhiên liệu nhưng do không quan tâm một cách ñồng bộ
về công nghệ sản xuất vì lý do kinh tế, nên chỉ chú trọng ñến khâu ép viên.
Chính vì vậy ñã dẫn ñến chất lượng cũng như ñộ ổn ñịnh của sản phẩm không
ñược tốt.
Ở các nước có nền sản xuất viên nhiên liệu phát triển, công ñoạn làm khô
rất ñược quan tâm, chú trọng và chế ñộ làm khô bằng phương pháp sấy rất ña
dạng (tùy thuộc vào tình hình khí hậu và ñối tượng sấy). Các giải pháp kỹ
thuật thực hiện chế ñộ sấy ñược nhiều hãng có tên tuổi trên thế giới lựa chọn
ứng dụng, trong ñó phải kể tới máy sấy trống quay của hãng Tesla – ðức, của
Hàn Quốc, Nhật Bản…
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12

Một số công nghệ/thiết bị có thể sử dụng ñể sấy nguyên liệu trong công
nghệ sản xuất viên nhiên liệu ñược trình bày cụ thể như dưới ñây:
1.3.1 Thiết bị sấy vỉ ngang
Trên hình 1.4 trình bày nguyên lý sấy vỉ ngang: nguyên liệu ñược ñặt trong
các vỉ nằm ngang trong buồng sấy, tác nhân sấy ñược thổi qua sàn sấy có hệ

số thoáng nhất ñịnh và qua lớp vật liệu tĩnh thực hiện quá trình trao ñổi nhiệt
ẩm, hơi ẩm của vật liệu sấy ñi ra ngoài buồng sấy theo khí thải.






Hình 1.4: Nguyên lý sấy lớp tĩnh kiểu vỉ ngang
1. Quạt ñẩy, 2. kênh dẫn khí, 3. Sàn sấy, 4. Buồng sấy, 5.Vật liệu sấy
* Ưu ñiểm:
+ Có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau ñể chế tạo bin sấy.
+ Giá thành chế tạo rẻ, không cần ñòi hỏi công nghệ chế tạo phức tạp.
* Nhược ñiểm:
+ ðộ ẩm của sản phẩm sau khi sấy không ñồng ñều. Quá trình cấp
nguyên liệu và tháo rỡ sản phẩm thường bằng phương pháp thủ công, nên
năng suất thấp, khó cho quá trình liên hoàn giữa các máy trong dây chuyền.
+ Thời gian sấy kéo dài, hiệu suất trao ñổi nhiệt ẩm thấp nên chi phí
năng lương riêng cho quá trình sấy lớn. Khi áp dụng cho sấy sản phẩm là mùn
cưa có khối lượng riêng nhỏ nên buồng sấy cần phải có kích lớn tốn về diện
5

4

3

2

1

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut

13

tớch mt sn nh xng, nng sut thp, quỏ trỡnh cp liu v thỏo liu tn rt
nhiu nhõn cụng, cht lng ca sn phm khụng cao.
1.3.2. H thng sy khớ ủng
Trờn hỡnh 1.5 mụ t cụng ngh/thit b sy khớ ủng kiu ng v kiu
xyclone.





a. b.
Hỡnh 1.5: Nguyờn lý thit b sy khớ ủng
a, Nguyờn lý sy khớ ủng kiu ng b, Nguyờn lớ sy khớ ủng
c, kiu cyclon
Quỏ trỡnh sy ủc thc hin trong ng dn hoc trong cyclone. Tỏc nhõn
sy v vt liu sy chuyn ủng cựng chiu vi nhau, ủng thi trong quỏ
trỡnh dch chuyn ủú xy ra quỏ trỡnh trao ủi nhit m. Hi m thoỏt ra trong
quỏ trỡnh sy ủc tỏch ra ngoi theo ca x khớ thi, sn phm sau khi sy
ủc thu hi ti ca thu sn phm ca cyclone.
Thit b sy kiu khớ ủng cú u nhc ủim nh sau:
* u ủim: thi gian sy ngn, hiu qu sy v nng sut sy cao, cú th
ỏp dng quy mụ cụng nghip.
Tác nhân sấy và
nguyên liệu
Khí thải
Khí thả

i
Sản phẩm
Vật sấy
Tác nhân sấy
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

14

* Nhược ñiểm: kết cấu máy sấy phát triển theo chiều cao nên lắp ñặt và
thay thế rất phức tạp, phải sử dụng lượng tác nhân sấy lớn ñể tạo ra môi
trường sấy lưu ñộng, “lớp sôi”, nên chi phí năng lượng lớn.
1.3.3 Máy sấy liên tục kiểu cánh gạt
Máy sấy kiểu cánh gạt ñược thể hiện trên hình 1.6, với loại máy sấy
này vật sấy ñược rải ñều liên tục trên mặt của sàn sấy và ñược băng tải xích
cánh gạt ñưa liệu ñi liên tục. Tốc ñộ dịch chuyển của lớp vật liệu sấy có thể
ñiểu chỉnh ñược nhờ hệ thống dẫn ñộng của ñộng cơ và bộ ñiều chỉnh biến
ñổi tần số. Tác nhân sấy ñi từ dưới lên chui qua mặt sàn thực hiện quá trình
trao ñổi nhiệt, ẩm. Khí thải ñi ra ngoài theo ñường khí thải còn sản phẩm
ñược lấy ra ngoài nhờ van chặn khí.






Hình 1.6: Nguyên lý kết cấu của máy sấy kiểu cánh gạt
1, Cửa cấp liệu. 2, Cửa thoát khí thải. 3, Thân máy. 4, Cửa cấp khí nóng. 5, Van tháo liệu

* Ưu ñiểm: máy sấy kiểu cánh gạt thích hợp cho sấy các sản phẩm dạng
hạt, tơi rời có ñộ ẩm ñầu vào vừa phải nằm trong khoảng 25-30%. Yêu cầu về

chế tạo không cần ñộ chính xác cao máy vận hành êm dịu.
1
2
3
6
5
4
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15

* Nhược ñiểm: năng suất máy không cao, khi áp dụng ñối tượng sấy là
mùn cưa thì không phù hợp.
1.3.4 Máy sấy liên tục kiểu trống quay một vòng
Loại máy trống quay một vòng (hình 1.7 – 1.8) có các kiểu cách gạt, kiểu rô to,
kiểu có ống tác nhân. Máy sấy thùng quay một vòng ñược ứng dụng trong nhiều
ngành chế biến nông sản như sấy chè, cà phê, sấy thóc, ngô và trong các lĩnh vực
công nghiệp nặng như: quặng, si măng. Vật liệu ñi cùng chiều với tác nhân sấy
trong trống sấy. Sau khi thực hiện chu trình ñi từ ñầu vào tới ñầu ra sản phẩm ñạt
ñộ ẩm bảo quản. Tác nhân sấy sử dụng là nguồn nhiệt ñốt trực tiếp từ buồng ñốt.
Khí ñốt hòa trộn cùng không khí ñi thẳng vào trong trống sấy. ðối với loại máy
sấy kiểu trống quay một vòng này thì thời gian sấy khá dài.
* Ưu ñiểm: Cấu tạo tương ñối ñơn giản, ñộ ẩm của sản phẩm sau khi sấy khá
ñồng ñều. Loại này dùng phổ biến cho sấy sản phẩm dạng viên, mảnh, cục tơi rời,
có thể nâng lên năng suất cao bằng cách cải tiến máy sấy thành nhiều vòng.
* Nhược ñiểm: Nhược ñiểm lớn nhất của thiết bị sấy thùng quay một vòng là
kích thước cồng kềnh, tiêu tốn năng lượng, hiệu suất trao ñổi nhiệt ẩm thấp.

Hinh 1.7: Nguyên lý cấu tạo của máy sấy trống quay một vòng
1. Buồng ñốt, 2. Cửa cấp liệu, 3. Máy trống quay một vòng , 4. Quạt hút, 5. Cyclon thu

sản phẩm, 6. Van thu sản phẩm

1
2 3
4
5
6