BÀI TẬP LỚN CƠ ĐIỆN TỬ: Thiết kế và xây dựng mô hình bếp đun trấu hiếm khí

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………
Hà nội, ngày….tháng….năm 2012

11


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

22


MỤC LỤC

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
33


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:
- 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
44


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
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:
55


1.2



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.

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.
- 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
66

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.

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
77


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%)

Khí

Tỉ lệ (%)

CO

26,1 – 15,0

H2

20,6 – 21,2

Ta thấy với độ ẩm càng thấp thì khí hóa ra
nhiều khí cháy và ít khí không cháy hơn
nhiều so với khi trấu bị ẩm.

CH4

0

Khí CH4 chỉ có thể được sinh ra khi nhiệt độ
buồng phản ứng khoảng 400 – 5000C.

CO2

6,6 – 10,3

H2O

8,6 – 24,0
88


Những điều cần chú ý đối với quá trình khí hóa:
-

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
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
99


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,
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
10
10


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

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.

11
11


-

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
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,
12

12


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.
-

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.
13
13

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.
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.

14
14


- 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
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.

15
15


- 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.
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

16
16


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

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

17
17


Hình 2.7 Mô hình bếp IDD/T-LUD

Ưu điểm: gọn nhẹ, cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, quá trình cháy không có khói và
bụi.
Nhược điểm: Khó khăn trong việc tiếp nhiên liệu.
Trên đây là một số mô hình bếp đun hiếm khí điển hình trên thế giới. Riêng
ở Việt Nam, có một vài cá nhân và doanh nghiệp cũng đã sản xuất thử nghiệm
các loại bếp sử dụng năng lượng sinh khối, điển hình như dưới đây.
Bếp Trần Bình
Ở Việt Nam, người đầu tiên nghiên cứa và thử nghiệm mô hình bếp sử
dụng năng lượng sinh khối là GS.TS. Trần Bình- cán bộ Công ty Khoa học Công nghệ và Xây dựng NEWTECH Bình Định. Bếp của GS.TS Trần Bình sử
dụng nhiên liệu sinh khối dạng viên nén hoặ than nên khích thước bếp rất gọn
nhẹ. Hình 2.8

18
18


CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ
3.1 Lựa chọn phương án thiết kế bếp đun trấu hiếm khí
Đối với loại bếp khí hóa trấu được sử dụng trong các hộ gia đình thì nên
chọn loại bếp đứng, áp dụng nguyên lý cháy từ trên xuống do nó có các ưu điểm:
nguyên liệu làm bếp dễ tìm và quy trình chế tạo đơn giản, kích cỡ nhỏ gọn, khi
cháy ít sinh ra khói, dễ di chuyển, quá trình khí hóa xảy ra nhanh…
Nguyên lý hoạt động của bếp dạng này:

19
19


Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Nguyên tắc chính là đốt trấu với lượng ít khí oxy (đốt yếm khí), khi đó, không khí,

hơi nước, carbon tro than, sẽ phản ứng hóa học và sinh ra khí gas dễ cháy CO,
Hydro H2, Metan CH4. Khi điều khiển lượng không khí từ quạt gió, sẽ cho ra điều
kiện tốt nhất để sinh khí gas dễ cháy nói trên.

Gồm có:
C + O2 = CO2

C + H2O = CO + H2

CO + H20 = CO2 + H2

C + CO2 = 2CO

C + 2H2 = CH4 ( Metal)
Xem hình vẽ, trấu đốt bên trong lò theo 1 chuỗi như sau. Nhiên liệu được nhóm
lửa từ trên cùng bằng những mẩu giấy vụn. Sau đó sẽ cháy từ từ theo từng lớp,
qua vùng dễ cháy, và di chuyển dần xuống bên dưới với tốc độ khoảng 1cm đến
2cm / 1phút. Tốc độ cháy phụ thuộc vào quạt gió. Cáng nhiều gió, thì tốc độ càng
nhanh. Khi vùng đốt di chuyển xuống, sẽ tiếp tục đốt cháy trấu thành than. Chính
than nóng này, kết hợp với không khi từ dưới đi lên, sẽ xảy ra phản ứng hóa học,
biến thành khí gas dễ cháy (CO, H2, Metan).

20
20


Khí gas nói trên, sẽ bốc lên trên tới phần đầu đốt. Không khí ở lỗ phía trên, sẽ hòa
lẫn với khí gas này, và một lần nữa, khí gas sẽ cháy ngay phía trên đầu đốt sinh
ngọn lửa màu xanh.
3.2 Xây dựng mô hình cơ khí

21
21


3.2.1 Buồng tro và đế bếp

Buồng xả tro và đế bếp

Nó được đặt ở vị trí dưới dụng chứa tro sau mỗi lần hoạt động của bếp,
ngoài ra nó cũng đóng vai trò dẫn không khí cung cấp cho quá trình cháy của
trấu. Nó chứa hai: khay trên có tác dụng giữ trấu cho buồng đốt, cho khí truyền
22
22


qua để phục vụ cho quá trình cháy, khay dưới đảm bảo độ kín để gió không thât
thoát ra ngoài. Ngoài ra buồng tro còn có hộp giữ quạt có tác dụng để đưa ống khí
của quạt gió qua, truyền khí đến các bộ phận tiếp theo.
3.2.2 Buồng cháy

Buồng cháy là 1 bộ phận của bếp, trấu được chứa và được đốt tại đó với 1
lượng hữu hạn không khí. Buồng phản ứng có hình trụ gồm 2 lớp được cách nhiệt
với nhau nhằm giúp cho quá trình khí hóa trấu xảy ra tốt hơn và đảm bảo an toàn
cho người sử dụng khi vô tình chạm vào phần vỏ ngoài của bếp khi bếp đang hoạt
động. Vật của buồng cháy phần trụ ngoài được làm bằng tôn đen (CT3). Việc
thiết kế chiều cao và đường kính của buồng cháy ảnh hưởng trực tiếp đến lượng
nhiệt bếp có thể cung cấp ra ngoài và thời gian hoạt động của bếp.
23
23

3.2.3 Đầu đốt gas

24
24


25
25