Nghiên cứu thiết kế máy ép viên các phụ phế liệu nông nghiệp làm nhiên liệu

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


PHẠM THỊ BĂNG HẢI


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY ÉP VIÊN CÁC PHỤ
PHẾ LIỆU NÔNG NGHIỆP LÀM 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: PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN

HÀ NỘI - 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


i
LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong
luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một
học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận
văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn
ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2012
Học viên

Phạm Thị Băng Hải









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


ii
LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản
thân tôi ñã nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của
thầy cô, bạn bè và người thân.

Trước tiên Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo

PGS-TS. Trần Như Khuyên và thầy TS. Nguyễn ðình Tùng ñã tận
tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành
ñề tài nghiên cứu.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị
bảo quản và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Ban sau ñại học -
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội; Cán bộ công nhân viên Viện
nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp, các ñồng nghiệp và
người thân, bạn bè ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá
trình học tập và hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2012
Tác giả


Phạm Thị Băng Hải

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
MỤC LỤC iii
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii

LỜI MỞ ðẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4
1.1. Tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới và trong nước 4

1.1.1. Các dạng năng lượng 4
1.1.2. Năng lượng biomass 6
1.1.3. Nguồn năng lượng biomass ở Việt Nam 9
1.2. Sử dụng biomass làm viên nhiên liệu 13
1.2.1. Phân loại viên nhiên liệu 14
1.2.2. Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 15
1.3. Tình hình nghiên cứu máy ép viên nhiên liệu 19
1.3.1. Tình hình nghiên cứu máy ép viên nhiên liệu trên thế giới 19
1.3.2. Tình hình nghiên cứu máy ép viên nhiên liệu ở trong nước 22
1.4. Phân tích lựa chọn nguyên lý làm việc của máy ép viên nhiên liệu 23
1.4.1.Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên 23
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên 28
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


iv
1.5. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 30
1.5.1. Mục ñích nghiên cứu 30
1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 30
Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31
2.1. ðối tượng nghiên cứu 31
2.2. Phương pháp nghiên cứu 33
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 33
2.2.2. Phương pháp xác ñịnh các thông số của quá trình nghiên cứu 33
2.3.3. Phương pháp xử lý gia công số liệu 36
Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY ÉP VIÊN NHIÊN LIỆU 40
3.1. Phương trình cơ bản của quá trình ép viên 40
3.1.1. Trường hợp nén ép trong khuôn kín có ñáy cố ñịnh 40
3.1.2. Trường hợp nén ép trong khuôn hở có ñáy di ñộng 44
3.2. Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên kiêu khuôn phẳng 46

3.2.1. Phân tích quá trình làm việc của bộ phận ép 46
3.2.2. Các vùng làm việc của máy ép 48
3.3 Xác ñịnh ñiều kiện ñể xảy ra quá trình ép viên 49
3.3.1. Sơ ñồ phân tích lực 49
3.3.2. ðiều kiện xảy ra quá trình ép 50
3.4. Tính toán các thông số cơ bản của máy ép viên kiểu khuôn phẳng 52
3.4.1. Xác ñịnh chiều dày khuôn ép 52
3.4.2. Số lỗ của khuôn ép 53
3.5. Tính toán thiết kế các bộ phận chính của máy ép viên 53
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


v
3.5.1. Tính toán thiết kế khuôn ép 53
3.5.2. Tính toán thiết kế lô ép 55
Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 57
4.1. Vật liệu thí nghiệm 57
4.1.1. Vật liệu thí nghiệm 57
4.1.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 57
4.2. Kết quả thí nghiệm 60
4.2.1. Thí nghiệm ép rơm khô 60
4.2.2. Thí nghiệm ép rơm tươi 63
4.2.3. Thí nghiệm ép lõi ngô 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
1. Kết luận 66
2. Kiến nghị 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

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

vi
DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm với rơm khô 61
Bảng 4.2: Kết quả khảo nghiệm với rơm tươi 63
Bảng 4.3. Kết quả khảo nghiệm với lõi ngô 65
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


vii
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Các phương pháp sử dụng biomass 7

Hình 1.2. Một số loại phế thải nông – lâm nghiệp 9

Hình 1.3. Bã mía thừa không dùng hết ở nhà máy ñường Lam Sơn 10

Hình 1.4. Vỏ trấu ở một cơ sở xay xát thóc vùng ñồng bằng sông
Cửu Long 10

Hình 1.5. Vỏ cà phê ở cơ sở chế biến cà phê tỉnh Lâm ðồng 12

Hình 1.6. Mùn cưa ở cơ sở chế biến gỗ tỉnh Hòa Bình 13

Hình 1.7. Viên nhiên liệu làm từ các loại nguyên liệu khác nhau 14

Hình 1.8. Các loại hình dạng của viên nhiên liệu 15

Hình 1.9. Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu 16

Hình 1.10. Nguyên lý cấu tạo của các bộ phận tạo viên nguyên liệu 20

Hình 1.11. Máy ép viên của hãng Bliss (Mĩ) 21

Hình 1.12. Máy ép viên của hãng Myang (Trung Quốc) 21

Hình 1.13. Máy ép viên của hãng Kahl (ðức) 22

Hình 1.14. Sơ ñồ nguyên lý làm việc máy ép viên kiểu khuôn vành và
khuôn phẳng 24

Hình 1.15. Khuôn và lô ép của máy ép viên kiểu khuôn vành 25

Hình 1.16. Bộ phận ép khuôn phẳng dạng lô trụ và lô côn 26

Hình 2.1 Sơ ñồ cấu tạo máy ép viên nhiên liệu EVNL-120 31

Hình 2.2 Thiết bị ño số vòng quay LT-1236L 34

Hình 2.3. Thiết bị ño ñộ ẩm SARTARIUS – MA45 34

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


viii
Hình 3.1. Sơ ñồ nén ép trong khuôn kín có ñáy cố ñịnh và ñồ thị áp suất41

Hình 3.2. Sơ ñồ nén ép trong khuôn hở có ñáy di ñộng và các ñồ thị áp

suất nén 44

Hình 3.3. Máy ép viên kiểu khuôn phẳng lô quay 47

Hình 3.4. Khoảng cách giữa lô và khuôn có thể ñiều chỉnh 47

Hình 3.5. Sơ ñồ biểu diễn quá trình nén ép 50

Hình 3.6. Sơ ñồ phân tích lực xảy ra trong quá trình ép 50

Hình 3.7. Khuôn ép 54

Hình 3.8. Lô ép 55

Hình 4.1. Vật liệu thí nghiệm 57

Hình 4.2. Cân ñồng hồ 58

Hình 4.3. Máy ño ñộ ẩm SARTARIUS – MA45 58

Hình 4.4. Vận hành thiết bị cho nguyên liệu vào máy 59

Hình 4.5. Thiết bị ép viên nhiên liệu EVNL-120 59

Hình 4.6. Viên nhiên liệu sau khi ép 65


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

1
LỜI MỞ ðẦU

Việt Nam là nước nông nghiệp với sản lượng mỗi năm ñạt
khoảng 47 triệu tấn lương thực, 5 triệu tấn rau quả,… Tuy nhiên bên
cạnh những thành tựu này vấn ñề môi trường nông nghiệp nông thôn
cũng ñang gây nhiều bức xúc. Theo tính toán hoạt ñộng sản xuất
nông nghiệp phát thải trên 84,5 triệu tấn chất thải từ trồng trọt trong
ñó có 90% lượng chất thải này chưa ñược qua xử lý [14; 15; 16].
Bên cạnh ñó với ¾ diện tích là ñồi núi và trên 38% diện tích
rừng che phủ, ngành chế biến gỗ ở nước ta ñã và ñang phát triển
trên thế giới. Do ñó các phụ phế phẩm trong sản xuất gỗ là vô cùng
to lớn như : trấu, dăm bào, cành que,… Tuy nhiên việc sử dụng các
phế thải này vẫn theo cách truyền thống là chôn lấp hoặc ñốt không
mang lại hiệu quả cao và còn có những mặt hạn chế. Với phương
pháp chôn lấp phải cần một diện tích rất lớn ñể chôn lấp và rất rễ
gây ô nhiễm nguồn nước nếu không ñược xử lý cẩn thận. Với
phương pháp ñốt lại là vấn ñề ô nhiễm bầu không khí, khói bụi hoặc
là phải ñầu tư rất lớn cho các lò ñốt rác (30-40USD/tấn rác thải).
Trong khi ñó trên thế giới ngày nay công nghệ năng lượng tái
tạo nói chung và năng lượng sinh khối hiện ñại nói riêng ñang ñược
chú trọng và phát triển mạnh (chủ yếu là ở dạng các viên nhiên liệu)
ñể thay thế các loại năng lượng hóa thạch với hai lí do chính: Một là
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


2
do sự cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch. Hai là các nguồn
năng lượng hóa thạch này gầy ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Ở Hàn Quốc, Nhật Bản và các nước Âu Mỹ viên nén nhiên liệu

ñược sử dụng chủ yếu ñể sưởi ấm trong các hộ gia ñình với giá
thành chỉ sấp xỉ bằng ½ giá gas.
Do ñó giải pháp chế biến các phụ phế phẩm nông nghiệp này ở
Việt Nam thành các viên nén nhiên liệu sẽ là hướng phát triển mới
cho các nhà ñầu tư trong nước hiện nay. ðó không chỉ góp phần giải
quyết bài toán năng lượng, môi trường trong nước mà còn là cơ hội
ñể nông nghiệp Việt Nam nhanh chóng hội nhập thế giới.
Trong dây chuyền sản xuất viên nhiên liệu, thiết bị tạo viên là
một trong những thiết bị chính của dây chuyền. Mục ñích của việc
tạo viên là giúp làm giảm thể tích của nguyên liệu, thuận tiện cho
việc chuyên chở, bảo quản và bền nhiệt.
Những năm gần ñây, rất nhiều nước ñi sâu vào nghiên cứu các
loại thiết bị tạo viên như các hãng BENGA, CPM (Mĩ), TINDER,
MYNHIANG (Trung Quốc) và một số nước như Thái Lan, Hà Lan,
Ấn ðộ… Các thiết bị này ñều ñược sản xuất và thương mại hoá với
tính công nghệ khá cao, chất lượng ñảm bảo. Song giá thành lại quá
ñắt, kèm theo ñó là các ñiều kiện sau bán hàng không thuận tiện cho
việc sử dụng ở nước ta, không ñảm bảo thời gian yêu cầu cung cấp,
không thích hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ …
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


3
Vì vậy việc ñi sâu nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy ép viên
ứng dụng trong việc ép các phụ phế thải nông nghiệp nhằm ñáp ứng
nhu cầu sản xuất tại các nhà máy sản xuất viên nhiên liệu trong
nước là yêu cầu mang tính thực tiễn cao.
Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên chúng tôi tiến hành
thực hiện ñề tài:“ Nghiên cứu thiết kế máy ép viên các phụ phế
liệu nông nghiệp làm nhiên liệu”.

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


4
Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới và trong nước
1.1.1. Các dạng năng lượng
Năng lượng có ý nghĩa to lớn ñối với con người cũng như ñối
với mọi hoạt ñộng sản xuất kinh doanh. Tất cả các ngành công -
nông nghiệp ñều cần sử dụng tới năng lượng. Từ mọi hoạt ñộng
nghiên cứu khoa học kỹ thuật ñến triển khai các dự án phát triển
kinh tế,.… ñều cần năng lượng. Do ñó năng lượng là vấn ñề quan
trọng trong sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Nhiều sản phẩm,
giá năng lượng chiếm tỷ trọng cao trong giá thành, con người luôn
tìm những nguồn năng lượng mới ñể nâng cao chất lượng và giảm

giá thành năng lượng của mình. Các nguồn năng lượng chủ yếu từ
than, dầu mỏ, thủy ñiện năng lượng nguyên tử và các nguồn năng
lượng từ gió, thủy triều, năng lượng mặt trời… ñang ñược con người
sử dụng ở nhiều quy mô khác nhau: [14; 15; 16]
- Than ñá là loại nhiên liệu dùng trong ñộng cơ hơi nước từ
cuối thế kỷ 18 ñầu thế kỷ 19. Than cung cấp năng lượng chủ yếu là
nhiệt năng, ñược sử dụng hầu hết trong các ngành công nghiệp. Nhờ
nguồn năng lượng này ñã thúc ñẩy nền công nghiệp châu Âu và thế
giới có bước phát triển nhảy vọt.

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


5
- Dầu mỏ là nguồn nhiên liệu quý, chủ yếu ñược dùng cho các
loại ñộng cơ. Song trữ lượng của các loại nhiên liệu này không phải
là vô hạn, trong khi ñó nhu cầu về năng lượng con người tăng lên
không ngừng. Việc khai thác nguồn nhiên liệu này ñang ngày càng
trở nên khó khăn hơn, chi phí tốn kém hơn. Các nước nghèo thường
khai thác vội vã ñể trả nợ và tồn tại, trong khi ñó các nước giàu thì
khai thác dè dặt nguồn tài nguyên này trên ñất nước họ.
- Thủy ñiện là nguồn năng lượng lớn trước ñây vẫn ñược coi là
ít ảnh hưởng tới môi trường nhưng vốn ñầu tư rất lớn. Những năm
sau này, người ta phát hiện ra rằng sử dụng nguồn năng lượng này
hoàn toàn không ảnh hưởng tới môi trường, tuy nhiên nó phát triển
âm thầm, chậm chạp.
- Năng lượng nguyên tử và hạt nhân có tiềm năng rất lớn
song không an toàn khi sử dụng, yêu cầu trình ñộ sử dụng cao, các
nguồn năng lượng loại này mới chỉ có ở một số nước công nghiệp
phát triển.

Ngoài ra còn có các nguồn năng lượng khác như gió, sóng
biển, thủy triều, năng lượng mặt trời,… là những dạng năng lượng
sạch song sử dụng nguồn năng lượng này phải ñầu tư lớn, mặt khác
không ổn ñịnh, phụ thuộc nhiều vào thiên nhiên và vị trí ñịa lý.
Trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng, con người buộc phải tìm
những nguồn năng lượng mới và song song với nó là sử dụng triệt
ñể nguồn năng lượng tái tạo nhằm tăng hiệu suất và giảm thất thoát
ra môi trường. Một trong những nguồn năng lượng ñã ñược các nước
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


6
trên thế giới quan tâm là phế thải trong nông nghiệp. Sử dụng phế
thải trong nông nghiệp, ngoài hiệu quả về năng lượng còn có hiệu
quả tích cực là bảo vệ môi trường sinh thái.
1.1.2. Năng lượng biomass
a. Khái niệm về năng lượng biomass
Biomass là các chất hữu cơ có thể sinh nhiệt năng (trừ nhiên liệu
hóa thạch), bao gồm gỗ, củi, rơm rạ, thân cây cỏ, phân ñộng vật khô,….
Năng lượng từ biomass ñã ñược con người biết ñến và sử dụng
từ lâu. Tuy nhiên biomass bị quên lãng do sự lấn át của các loại
thiết bị chuyển ñổi năng lượng cả trên phương diện kỹ thuật, công
nghệ và kinh tế. Gần ñây, nhu cầu về năng lượng cung cấp cho các
phương tiện chuyển ñộng ngày càng tăng ñồng thời ý thức về môi
trường cũng tăng lên trong khuôn khổ toàn cầu ñã buộc chúng ta
phải suy nghĩ lại về việc sử dụng biomass.
b. Phân loại năng lượng biomass
Hàng năm khối lượng biomass ñược sản xuất ra trên toàn cầu
là rất lớn. Biomass có thể ñược ñốt cháy trực tiếp ñể sinh nhiệt hoặc
ñược chế biến thành các dạng nhiên liệu rắn, lỏng hoặc khí.

- Nhiên liệu rắn:
Nhiên liệu rắn là loại biomass thô bao gồm gỗ, củi, phế thải
nông nghiệp và than củi. ðây là loại nhiên liệu chiếm ưu thế ở các
nước ñang phát triển ñược sử dụng ñể ñun nấu ñồng thời cho các
ứng dụng nhiệt quan trọng khác.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


7
- Nhiên liệu lỏng:
Nhiên liệu lỏng sản xuất từ biogass gồm ba loại chính:
methanol sản xuất bằng việc tổng hợp các chất khí; ethanol là sản
phẩm lên men từ ñường, tinh bột hoặc các chất xenlulô; dầu thực vật
ñược sản xuất từ các loại hạt thực vật có dầu dùng làm nhiên liệu
cho ñộng cơ ñốt trong.
- Nhiên liệu khí
Nhiên liệu khí là sản phẩm của quá trình khí hoá các nguyên
liệu biomass thô thông qua các quá trình hoá học. Biomass thô là
hợp chất của xenlulô, lignin và các nguyên liệu khác ñược tạo thành
từ cacbon, hydro và ôxy. Khi làm nóng hoặc ñốt cháy các hợp chất
này sẽ làm cho khí thoát ra.

Hình 1.1. Các phương pháp sử dụng biomass

Nguồn Biomass: gỗ,
thân cây, cành cây, rơm
rạ, phân gia súc.

Các quá
trình chế
biến: nhiệt
phân, lên

men,…

Nhiên liệu trun g gian: than
củi, khí tổn g h ợp, khí
metan, nhiên liệu lỏng,
etanol, …

Nhiên liệu
Biomass

Nhiệt
năng
ðiện
năng
Cơ
năng

ðộng cơ
nhiệt
Máy phát
ñiện
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


8
Theo lý thuyết, năng lượng hữu ích lấy ra từ biomass gấp
khoảng 6 lần nhu cầu năng lượng hiện nay trên toàn thế giới. Tuy
nhiên, ñể có thể thay thế nhiên liệu hoá thạch bằng năng lượng từ
biomass là cả một vấn ñề lớn, lâu dài.
Việc sử dụng nguồn năng lượng này còn có những ưu ñiểm và
nhược ñiểm sau:
Ưu ñiểm:
- Rất sẵn có và phân bố rộng khắp trên toàn thế giới.
- Có thể dự trữ ñược.
- Có khả năng tái tạo và chuyển ñổi dễ dàng.
- Mức ñầu tư ña dạng tùy thuộc vào công nghệ và có thể giảm
ñến mức tối thiểu nên phù hợp với mọi ñối tượng có mức ñộ thu
nhập khác nhau.
- Không gây hại cho hệ sinh thái và an toàn ñối với môi trường.
- Không làm tăng lượng khí nhà kính CO
2
trong khí quyển.
Nhược ñiểm:
- ðòi hỏi diện tích ñất sử dụng lớn, cạnh tranh với ñất canh tác.
- Cồng kềnh, khó khăn trong khâu vận chuyển và dự trữ.
- Thay ñổi thất thường theo ñiều kiện khí hậu.

Tuy vậy ưu ñiểm vẫn nổi bật hơn cả và tương lai ñây sẽ là nguồn
năng lượng quan trọng không thể thiếu cho cuộc sống con người.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


9
Trong số các loại nhiên liệu biomass, nhiên liệu rắn là loại
biomass thô bao gồm gỗ, củi, phế thải nông nghiệp và than củi. ðây
là nhiên liệu chiếm ưu thế ở các nước ñang phát triển ñược sử dụng
ñể ñun nấu ñồng thời cho các ứng dụng nhiệt quan trọng khác.
1.1.3. Nguồn năng lượng biomass ở Việt Nam
Các phế thải từ phụ phẩm nông - lâm nghiệp như trấu, mùn
cưa, vỏ cà phê, cùi ngô, bã mía, xơ dừa, rơm rạ,… là nguồn nhiên
liệu khổng lồ và ngày càng tăng cùng với sự tăng diện tích canh tác
và năng suất cây trồng. [14; 15; 16]
Ở nước ta hiện nay, các nguồn phế thải nông nghiệp ñược sử
dụng chủ yếu làm nhiên liệu phục vụ ñời sống như rơm, rạ, lõi ngô,
trấu … song việc sử dụng còn ít, chưa mang tính công nghiệp nên
hiệu quả thấp và ô nhiễm môi trường.


Hình 1.2. Một số loại phế thải nông – lâm nghiệp
Một trong những loại phế thải mang tính tập trung cao là bã
mía. Lượng bã mía sau khi ép ñược sử dụng làm nhiên liệu cho nồi
hơi và cấp hơi cho công ñoạn nấu và cô ñặc.
Trấu Vỏ cây Lá cây
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


10

Hình 1.3. Bã mía thừa không dùng hết ở nhà máy ñường Lam Sơn
Trong các loại phụ phẩm nông nghiệp thì trấu là lượng phụ
phẩm ñáng quan tâm nhất, với chữ lượng nhiều hơn cả. Hiện nay sản
lượng thóc của cả nước là 32 triệu tấn/năm. Với tỷ lệ trấu là 20%
tương ñương khoảng 6,4 triệu tấn/năm. Theo tính toán cho thấy năng
lượng cần thiết cho quá trình xay xát một tấn lúa chỉ bằng 40% năng
lượng sinh ra khi ñốt lượng trấu của một tấn lúa. Như vậy lượng trấu
luôn dư thừa so với yêu cầu của xay xát. Trấu chỉ dùng làm chất ñốt và
phân bón, một phần rất nhỏ cho công nghiệp hóa chất ñể sản xuất
Fufuron, than hoạt tính, chất ñộn trong công nghiệp, chất tẩy rửa,

Hình 1.4. Vỏ trấu ở một cơ sở xay xát thóc vùng ñồng bằng sông
Cửu Long
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


11
Ngoài sản xuất lúa gạo, cây cà phê ñứng ở vị trí thứ hai về kim
ngạch xuất khẩu. Hiện nay cây cà phê tập trung nhiều ở các tỉnh
phía bắc và vùng Tây Nguyên như Lai Châu, ðắc Lắc, Gia Lai …
trữ lượng cà phê ngày càng tăng: Chẳng hạn như Sơn La (năm 1998
ñạt hơn 4000 tấn, với diện tích canh tác tới 5300ha). Ở ðắc Lắc,
diện tích cà phê lên tới trên 165.000ha, năng suất trung bình là 24
tạ/ha. Với sản lượng như vậy trữ lượng vỏ cà phê là một con số khá
lớn. Hiện nay vỏ cà phê chủ yếu dùng ñể ủ làm phân sau ñó lại bón
lại cho cây cà phê. Trong khi ñó cà phê thu hoạch vào mùa mưa ở
những vùng miền núi, việc vận chuyển như than, dầu từ miền xuôi
lên khó khăn, việc phá dừng ñang bị cấm. Vì vậy rất thiếu nguồn
nhiên liệu ñể sấy cà phê nên lượng mất mát tổn thất sau thu hoạch

lớn. Nếu tận dụng ñược vỏ cà phê làm nhiên liệu sấy cà phê sẽ mang
lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho người trồng cà phê.
Nếu chế biến cà phê theo phương pháp ướt, vỏ cà phê dùng
làm nhiên liệu ñốt chiếm 20%÷30% trọng lượng quả cà phê, tương
ñương khoảng 450000 ÷ 600000 tấn/năm.
Ngược lại, nếu chế biến cà phê theo phương pháp khô, trấu
làm nhiên liệu cao hơn chiếm 35% ÷ 45%, tương ñương khoảng
700.000 ÷ 1.000.000 tấn/năm. ðây là một nguồn năng lượng có khả
năng tái tạo khổng lồ chưa ñược quan tâm, gây lãng phí là vấn ñề
nhức nhối về môi trường cho những vùng dân cư sống xung quanh
các xí nghiệp, nhà máy cà phê của nước ta hiện nay.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


12

Hình 1.5. Vỏ cà phê ở cơ sở chế biến cà phê tỉnh Lâm ðồng
Loại phế thải cần kể ñến là mùn cưa và phế thải từ quá trình
chế biến gỗ. Cho ñến nay, toàn ngành Nông Nghiệp và phát triển
nông thôn có 757 cơ sở chế biến gỗ, trong ñó có 30 cơ sở làm ván
dăm và ván sợi với công suất 150.000m
3
sản phẩm/năm. Theo kế
hoạch sản suất của ngành nông nghiệp – công nghiệp chế biến gỗ, ñi
ñôi với việc trồng 5 triệu ha rừng, cần xây mới 32 nhà máy chế biến
ván nhân tạo quy mô từ 5000 ÷ 54000m
3
sản phẩm/năm. Như vậy số
lượng mùn cưa, vỏ bào và phần thừa trong chế biến tre luồng hàng
năm lên ñến nhiều triệu tấn. Loại phế thải này có khả năng ứng dụng

trong công nghệ tầng ñốt sôi, nếu nơi có ñiều kiện thu gom tập
trung, thì cả nước có thể xây khoảng hàng trăm dây truyền công
nghệ ñốt khí hóa sử dụng mùn cưa, dăm bào với công suất lớn và vừa,
nhiệt năng ñược sử dụng ñể xử lý, sấy gỗ và các sản phẩm từ gỗ.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


13

Hình 1.6. Mùn cưa ở cơ sở chế biến gỗ tỉnh Hòa Bình
Vì vậy việc tận dụng chúng ñể ñem vào sản xuất công nghiệp,
sản xuất viên nhiên liệu phục vụ xuất khẩu là cần thiết và có tính
khả thi cao nhằm:
- Thay thế ñược nguồn năng lượng truyền thống.
- Bảo vệ môi trường.
- Nâng cao giá trị các phụ phế phẩm nông nghiệp.
- Phù hợp với các vùng nông thôn nghèo ñiều kiện kinh tế còn
khó khăn.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, việc tiến hành nghiên cứu,
chế tạo thiết bị phù hợp ñể biến nguồn nhiên liệu biomass này thành
một dạng năng lượng hữu ích là rất cần thiết.
1.2. Sử dụng biomass làm viên nhiên liệu
Viên nhiên liệu là một sản phẩm nhiên liệu sinh học ñược sản
xuất trực tiếp từ chất thải nông nghiệp hoặc lâm nghiệp [15].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


14
1.2.1. Phân loại viên nhiên liệu
Có rất nhiều phương pháp phân loại viên nhiên liệu nhưng

người ta dựa theo hai tiêu chí chính như sau:
a. Theo vật liệu sản xuất viên nhiên liệu, người ta chia ra:
- Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm của ngành chế biến gỗ
và lâm nghiệp như mùn cưa, dăm gỗ, gỗ cành,…
- Viên nhiên liệu làm từ phụ phế phẩm nông nghiệp và thực
phẩm như trấu, rơm, lõi ngô, bã sắn, vỏ cà phê, bã mía …
- Viên nhiên liệu làm từ rác thải khó phân hủy – RDF (refuse
derived fuel).

Viên gỗ

Thanh củi trấu

Viên RDF
Hình 1.7. Viên nhiên liệu làm từ các loại nguyên liệu khác nhau
b. Theo hình dạng và kích thước, viên nhiên liệu chia thành 2 loại:
- Pellet: viên nén hình trụ có ñường kính D = 6 ÷ 25 mm,
chiều dài L ≤ (4 ÷ 5)D
- Briquette: viên nén với nhiều hình dạng khác nhau, có ñường
kính D > 25mm
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


15

Dạng viên

Dạng thanh

Dạng bánh

Hình 1.8. Các loại hình dạng của viên nhiên liệu
Ưu ñiểm của viên nhiên liệu là:
- Thể tích thu gọn ñáng kể (5 ÷ 8) lần nên rất thuận tiện cho
việc bảo quản, vận chuyển, cơ giới hóa và tự ñộng hóa cho việc cấp
nhiên liệu vào các lò ñốt.
- Viên nhiên liệu có nguồn gốc thực vật, không có chất phụ gia
nên là nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường, góp phần cân bằng
lượng CO
2
trong khí quyển.
- Nhiệt trị của các viên nhiên liệu ñạt khá cao (từ 3.800 ÷ 4.500
kCal/kg) nên có thể thay thế ñược than với giá rẻ hơn từ (40 ÷ 50)%.
1.2.2. Công nghệ sản xuất viên nhiên liệu
Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu (pellet) từ sinh
khối như gỗ, mùn cưa, rơm, cỏ … hiện ñang thịnh hành trên thế giới
theo sơ ñồ hình 1.9.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật


16

Hình 1.9. Quy trình công nghệ sản xuất viên nhiên liệu
Tùy theo phụ, phế liệu mà quy trình này có thể thay ñổi theo
hướng tăng và giảm các nguyên công và chế ñộ làm việc của các thiết bị.
a. Công ñoạn sấy
Sau khi ñược ñịnh lượng nguyên liệu ñược ñưa ñến buồng sấy
và ñược sấy ñến ñộ ẩm thích hợp khoảng 15%.
ðối với sấy nguyên liệu thường sử dụng máy sấy dạng băng tải
trong nguyên công này.
b. Công ñoạn nghiền

ðối với một số nguyên liệu như rơm, rạ sau khi ñược băm cắt
xuống kích thước 1÷3cm sẽ ñược ñưa vào máy nghiền. Kích thước
sau nghiền từ 1,2 ÷ 1,8mm dạng sợi nhỏ. Ở ñây ta lựa chọn nguyên
lý máy nghiền búa.
c. Công ñoạn xử lý vật lý
Nguyên liệu sau khi ñược nghiền ñể tăng khả năng kết dính,
tăng ñộ bền viên và giảm bụi khi ép cần bổ sung các chất phụ gia
như dầu nhớt thải, rỉ mật,