NGHIÊN cứu PHÁT TRIỂN lò đốt CÔNG NGHIỆP sử DỤNG NHIÊN LIỆU SINH KHỐI (TRẤU) PHỤC vụ NUNG GẠCH

DANH M C T
Q
m
Ất
C
Vkk
V0kk:
α
mkk
рkk
Vkch
mtrau
P
Qvt
vG
L



λ
α1, α2
tf1
tf2
KC
Kn
Co
L
Qv
v

VI T T T

Là nhi t l ng (J)
Kh i l ng c a v t (kg)
Đ tăng nhi t c a v t (0C hoặc K)
Nhi t dung riêng c a ch t làm v t (J/kg.K)
Th tích không khí (m3tc/kg)
Th tích không khí lý thuy t (m3tc/kg)
H s không khí thừa
Kh i l ng không khí (kgkk/kgnl)
Kh i l ng riêng c a không khí (kg/m3)
Th tích các khí còn cháy đ c (CO, H2, CH4)
Kh i l ng tr u c p trong 1 gi (kg/h)
Công su t đầu ra (kW hoặc KJ)
Nhi t trị th p c a tr u (KJ)
V n t c khí hóa, đ c chọn trên c s thực nghi m
H s tr lực c a l p nhiên li u, l ph thu c vào h s Reynolds
Đ nh t đ ng học c a dòng khí m2/s
H s d n nhi t c a samot, λ = 0,81W/m.đ ;
H s t a nhi t hai bề mặt vách, W/m2.đ ;
Nhi t đ trung bình bên trong thi t bị sinh khí, 0C.
Nhi t đ c a dòng gas
H s ch t đ ng ti t di n máng ph vào v t li u
H s ph thu c góc nghiên (đ ) vít t i
H s lực c n ma sát v i v t li u là tro
Chiều dài v n chuy n c a v t li u
Năng su t c a vít t i t n/h
V n t c trung bình c a khí trong đ ng ng (cm/s)

viii

M CL C
XÁC NH N C A CÁN B H

NG D N ................................................................... i

L I CAε ĐOAN ........................................................................................................... iv
L I C ε N .................................................................................................................. v
TÓM T T ....................................................................................................................... vi
ABSTRACT ................................................................................................................... vii
CH

NG 1: GI I THI U ........................................................................................... 1

1.1 Đặt v n đề ............................................................................................................ 1
1.2 ụ nghĩa khoa học và thực ti n c a đề tài ............................................................. 2
1.3 M c tiêu nghiên c u c a đề tài ............................................................................ 3
1.ζ Đ i t

ng và ph m vi nghiên c u ....................................................................... 3

1.ζ.1 Đ i t

ng nghiên c u ....................................................................................... 4

1.4.2 Ph m vi nghiên c u .......................................................................................... 4
1.η Ph
1.6
CH

ng pháp nghiên c u ..................................................................................... 4

N i dung nghiên c u c a đề tài .......................................................................... 4
NG 2: T NG QUAN.......................................................................................... 6

2.1 Cơy lúa n

c

Vi t Nam .................................................................................... 6

2.1.1 Ngu n g c ......................................................................................................... 6
2.1.2 Tình hình lúa t i Vi t Nam ............................................................................... 7
2.2 Tr u ...................................................................................................................... 8
2.2.1 Lịch sử - ngu n g c .......................................................................................... 8
2.2.2 Thành phần hóa học c a v tr u ....................................................................... 8
2.3 Tình hình sử d ng tr u
2.4

n

c ta....................................................................... 10

ng d ng từ v tr u ........................................................................................... 12

ix


2.4.1 Sử d ng v tr u làm ch t đ t .......................................................................... 12
2.4.2 Sử d ng v tr u làm c i tr u........................................................................... 13

Dùng v tr u đ s n xu t gas sinh học (Trấu hoá khí) ................................... 13

2.4.3

2.4.4 Các ng d ng c a tro tr u ............................................................................... 14
2.4.5 Sử d ng v tr u làm ch t đ t cung c p cho nhà máy nhi t đi n .................... 14
2.η Năng l

ng sinh kh i ........................................................................................ 16

2.5.1 Khái ni m sinh kh i ........................................................................................ 16
2.5.2 Vai trò c a sinh kh i ....................................................................................... 16
2.6 Các nghiên c u hóa Gas từ tr u trên th gi i và Vi t Nam ............................... 17
2.6.1 Tình hình nghiên c u hóa gas tr u

các n

c trên th gi i .......................... 17

2.6.1.1

H th ng hóa gas vƠ đ t gas sử d ng cho h gia đình hoặc s n xu t nh ... 17

2.6.1.2

H th ng hóa gas tr u đ ch y đ ng c vƠ phát đi n .................................. 18

2.6.2 Tình hình nghiên c u hóa gas tr u

Vi t Nam.............................................. 20

2.6.2.1

H th ng hóa gas vƠ đ t gas sử d ng cho h gia đình................................. 20

2.6.2.2

Sử d ng lò tr u hóa khí đ s y lúa ............................................................... 22

2.6.2.3

H th ng hóa gas trấu đ nung g m ............................................................ 22

2.6.2.4

H th ng hóa gas trấu c a Nguy n Thanh Quang (ĐHBK - ĐN) .............. 24

2.7 Những v n đề t n t i c a lò ............................................................................... 25
CH

NG 3: C

S

LÝ THUY T ........................................................................... 26

3.1 Các ki u thi t bị hóa gas ...................................................................................... 26
3.1.1 Ki u hóa gas đi lên ......................................................................................... 26
3.1.2 Kiể u gas đi xuông ............................................................................................. 26
3.1.3 Kiể u gas đi ngang ............................................................................................. 27

3.1.4 Kiể u phơn tơng gas đi xuông ............................................................................ 27
3.1.5 Kiể u tơng sôi ..................................................................................................... 28
3.2 Nguyên lỦ hóa gas đ chuy n đ i năng l

ng sinh kh i ................................... 29

3.2.1 V̀ng cháy ......................................................................................................... 29
x


3.2.2 V̀ng khử .......................................................................................................... 29
3.2.3 V̀ng nhi t phơn ................................................................................................ 29
3.3 Các y u t

nh h

ng t i quá trình khí hóa sinh kh i ....................................... 30

3.3.1

nh h

ng c a áp su t ................................................................................... 30

3.3.2

nh h

ng c a nhi t đ .................................................................................. 30

3.3.3

nh h

ng c a nguyên li u ............................................................................ 30

3.3.4

nh h

ng c a nhựa ....................................................................................... 31

3.3.5

nh h

ng c a tro. ......................................................................................... 31

3.3.6

nh h

ng c a kích th

c h t sinh kh i ........................................................ 31

3.4 Công th c dùng tính toán lò tr u hóa khí gas .................................................... 31
CH

NG 4: YểU C U VĨ PH

NG ÁN THI T K ......................................... 40

4.1 Yêu cầu lò nung g ch Hoffman ......................................................................... 40
4.1.1 Yêu cầu thi t k .............................................................................................. 40
ζ.1.2 Nguyên lỦ lò đ t tr u đề xu t ......................................................................... 41
ζ.2 Các ph
ζ.2.1 Ph

ng án thi t k ...................................................................................... 41
ng án 1 .................................................................................................... 41

4.2.1.1

K t c u ......................................................................................................... 41

4.2.1.2

Nguyên lý ho t đ ng .................................................................................... 42

4.2.1.3

Ch t o thử nghi m mô hình lò ................................................................... 42

ζ.2.2 Ph

ng án 1 c i ti n ....................................................................................... 43

4.2.2.1

K t c u ......................................................................................................... 43

4.2.2.2

Nguyên lý ho t đ ng .................................................................................... 44

4.2.2.3

Ch t o thử nghi m mô hình lò ................................................................... 45

ζ.2.3 Ph

ng án 2 .................................................................................................... 45

4.2.3.1

K t c u ......................................................................................................... 45

4.2.3.2

Nguyên lý ho t đ ng .................................................................................... 46

4.2.3.3

Ch t o thử nghi m ...................................................................................... 47
xi


ζ.2.ζ Ph

ng án 3 .................................................................................................... 48

4.2.4.1

K t c u ......................................................................................................... 48

4.2.4.2

Nguyên lý ho t đ ng .................................................................................... 49

4.2.4.3

Ch t o và thử nghi m ................................................................................. 50

ζ.2.η Ph

ng án 3 c i ti n ....................................................................................... 51

4.2.5.1

K t c u ......................................................................................................... 51

4.2.5.2

Nguyên lý ho t đ ng .................................................................................... 52

4.2.5.3 Mô hình 3D c a lò đ t .................................................................................. 53
4.3. Yêu cầu m ch đi n điều khi n lò ...................................................................... 54
4.3.1 Yêu cầu thi t bị đi n c a m ch điều khi n lò tr u hóa gas ............................ 54
4.3.2 Yêu cầu chu trình v n hành ............................................................................ 55

CH

NG 5: TÍNH TOÁN, THI T K VÀ CH T O Lọ Đ T TR U HÓA

GAS ................................................................................................................................ 56
5.1 Y u t thông s đầu vƠo vƠ đầu ra lò đ t tr u hóa gas ...................................... 56
η.2 C s tính toán các c m thi t bị chính c a lò tr u hóa gas ............................... 58
5.2.1 Tính toán các thông s c a quá trình khí hóa ................................................. 58
η.2.1.1 δ

ng không khí lý thuy t cần thi t đ đ t cháy 1 kg tr u ......................... 58

5.2.1.2 Th tích không khí cần thi t đ hóa khí 1kg tr u [52] ................................. 59
5.2.1.3

Kh i l

ng không khí cần thi t đ hóa khí 1kg tr u ................................... 59

5.2.1.4

Nhi t trị c a tr u .......................................................................................... 60

5.2.1.5 Tính thông s khí gas ra............................................................................... 60
η.2.2. δ

ng khí s ch tiêu hao ................................................................................. 64

η.2.3. δ

ng tr u tiêu hao cần thi t trong 1 gi ...................................................... 64

5.3 Tính toán lò ph n ng hóa khí ........................................................................... 65
η.3.1. S đ kh i t ng quát lò ph n ng hóa khí ..................................................... 65
5.3.2.1

Chiều cao lò ph n ng ................................................................................. 66

η.3.2.2

Đ

ng kính bu ng ph n ng ....................................................................... 66
xii


5.3.2.3 Th tích không khí cần thi t cho quá trình khí hóa ..................................... 67
5.3.2.4 T c đ r ng c a dòng khí ............................................................................ 67
5.3.2.5

V n t c gas ra kh i bu ng ph n ng ........................................................... 67

5.3.2.6 Th tích c a lò ph n ng hóa khí................................................................. 68
5.3.2.7

Chiều cao t ng c a lò ph n ng hóa khí...................................................... 69

5.3.2.8 Tính cách nhi t cho lò ph n ng hóa khí ..................................................... 69
5.3.2.8.1

Lựa chọn c u trúc v thi t bị và v t li u cách nhi t ................................. 69

5.3.2.8.2

Tính cách nhi t thi t bị ............................................................................. 71

5.3.2.9 T c đ cháy thành tro c a tr u .................................................................... 75
5.3.3 Tính h th ng t i tr u ...................................................................................... 76
5.3.4 Tính toán bu ng tháo tro................................................................................. 79
5.3.5 Tính toán cho ph u c p tr u............................................................................ 82
5.3.6 Qu t c p gió .................................................................................................... 82
η.3.7 εôt rung ....................................................................................................... 83
5.3.9 Tính h th ng kh a mặt tr u .............................................................................. 86
5.3.10 Tính hi u su t c a lò đ t tr u hóa gas .......................................................... 87
5.4 Thi t k t ng quát k t c u lò đ t tr u hóa gas ................................................... 88
5.5 Thi t k chi ti t lò đ t tr u hóa gas.................................................................... 89
5.5.1 Ph u c p tr u................................................................................................... 89
5.5.2 H th ng t i tr u ............................................................................................. 89
5.5.3 Qu t c p gió .................................................................................................... 90
5.5.4 Van an toàn ..................................................................................................... 90
5.5.5 H th ng d n khí ............................................................................................. 90
5.5.6 Cửa đ t khí gas ............................................................................................... 91
5.5.7 Khung lò ......................................................................................................... 91
5.5.8 H th ng tháo tro ............................................................................................ 91
5.5.9 H th ng điều ki n thanh g t tr u ................................................................... 91
xiii


5.5.10 Bình n áp khí gas ........................................................................................ 91
5.5.11 H th ng đi n điều khi n .............................................................................. 92

5.5.12 H th ng bánh xe di đ ng ............................................................................. 93
5.5.13 Khung b o v ................................................................................................ 93
5.5.14 Cửa m i lửa .................................................................................................. 93
5.5.15 H th ng di chuy n lò ................................................................................... 94
η.η.16 Đ ng c rung ................................................................................................ 94
5.5.17 Ghi lò ............................................................................................................ 94
5.5.18 Thân lò .......................................................................................................... 94
CH

NG 6: K T QU VÀ ĐÁNH GIÁ .................................................................. 96

6.1 K t qu ............................................................................................................... 96
6.2 Đánh giá ho t đ ng c a lò ................................................................................. 96
CH

NG 7: K T LU N VÀ KI N NGH ............................................................ 102

7.1 K t lu n ............................................................................................................ 102
7.2 Ki n nghị.......................................................................................................... 102
- Các nghiên c u sau nên nâng cao công su t lò đ t h n nữa đ ph c v các ngành
công nghi p và có th gi m công su t lò sử d ng cho h gia đình nh ng c p tr u liên
t c và tháo tro liên t c. ............................................................................................. 102
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................................ 103

xiv


DANH M C HÌNH
Hình 2.1: Cây lúa (oryzasativa) ....................................................................................... 6
Hình 2.2: S n l

ng g o Vi t Nam [49] ......................................................................... 7

Hình 2.3: δúa tr

c và sau khi thu ho ch ....................................................................... 7

Hình 2.4: Thành phần h t lúa .......................................................................................... 8
Hình 2.5: Ngu n tr u r t d i dào ................................................................................... 11
Hình 2.6: Trấu đ ra sông gây lãng phí và ô nhi m nghiêm trọng [54] ........................ 11
Hình 2.7: Tr u đ

c đ t trực ti p đ nung g ch ........................................................... 12

Hình 2.8: Kh i th i ra từ lò g ch đ t tr u trực ti p ....................................................... 12
Hình 2.9: Trấu làm ch t đ t trong sinh ho t hàng ngày ................................................ 12
Hình 2.10: Máy ép và thanh c i tr u ............................................................................. 13
Hình 2.11: B p qui mô h gia đình trấu hóa khí [12] ................................................... 13
Hình 2.12: Nguyên lý B p qui mô h gia đình trấu hóa khí [12] ................................. 14
Hình 2.13: Tr u làm thành phần c a xi măng [1ζ] ....................................................... 14
Hình 2.14: Dùng tro tr ng s n xu t aerogel [15] ........................................................... 14
Hình 2.15: Dự án nhà máy nhi t đi n............................................................................ 15
Hình 2.16: Nguyên lý ho t đ ng c a nhà máy nhi t đi n [50] ..................................... 16
Hình 2.17: B p lò gas tr u dùng n u ăn trong h gia đình ............................................ 18
Hình 2.18: Hình nguyên lý b p lò gas tr u dùng n u ăn trong h gia đình .................. 18
Hình 2.19: H th ng tr u hóa khí

Italia [22] .............................................................. 19

Hình 2.20: H trấu hóa khí 60kW

Trung Qu c [23].................................................. 19

Hình 2.21: H trấu hóa khí 15kW

Thái Lan [24]....................................................... 20

Hình 2.22: B p gas trấu c a giáo s Trần Bình [25] .................................................... 20

xv


Hình 2.23: B p trấu c i ti n c a Quân khu 9 [26] ........................................................ 21
Hình 2.24: Nguyên lý ho t đ ng b p quân khu 9 và b p gas tr u c a Trần Bình......... 21
Hình 2.25: H th ng s y lúa bằng tr u hoá khí ............................................................. 22
Hình 2.26: Lò khí hóa trấu c a n Đ .......................................................................... 23
Hình 2.27: S đ k t c u c a h th ng .......................................................................... 23
Hình 2.28: Hình lò khí hóa Nguy n Thanh Quang (ĐHBK-ĐN) ................................. 25
Hình 3.1:Ki u hóa ga đi lên [28] ................................................................................... 26
Hình 3.2: Ki u hóa gas đi xu ng [28] ........................................................................... 26
Hình 3.3: Ki u hóa gas ngang [28] ................................................................................ 27
Hình 3.4: Hóa gas ki u phân tầng gas đi xu ng ............................................................ 28
Hình 3.5: Hóa gas ki u tần sôi [28] ............................................................................... 28
Hình 4.1:B n v mặt đ ng và mặt c t c a lò g ch Hoffman ........................................ 40
Hình 4.2: S đ nguyên lỦ đ t lửa vòng c a lò hoffman .............................................. 40
Hình 4.3: S đ nguyên lý tr u cháy theo ki u nghịch dòng ........................................ 41
Hình 4.4: K t c u lò ph

ng án 1 ................................................................................. 42

Hình 4.5: Thử nghi m lò ph
Hình 4.6: K t c u lò ph

ng án 1 c i ti n ..................................................................... 44

Hình 4.7: Thử nghi m lò ph
Hình 4.8: K t c u lò ph

ng án 2 .......................................................................... 47

ng án 3 ............................................................................... 48

Hình 4.11:Thử nghi m lò ph
Hình 4.12: K t c u lò ph

ng án 1 c i ti n ............................................................. 45

ng án 2 ................................................................................. 46

Hình 4.9: Thử nghi m lò ph
Hình 4.10: K t c u lò ph

ng án 1 .......................................................................... 43

ng án 3 ......................................................................... 50

ng án 3 c i ti n ................................................................... 51

Hình 4.13: Mô hình k t c u c a lò khí hóa tr u đề tài này ........................................... 53
Hình 4.14: Mô hình k t c u c a lò khí hóa trấu đề tài này ........................................... 54

Hình 5.1: B n v mặt đ ng và mặt c t c a lò g ch Hoffman ....................................... 57
Hình 5.2: S đ kh i h th ng tr u hóa gas c p nhiên li u liên t c cho lò đ t g ch .... 65
xvi


Hình 5.3: S đ c u trúc v thi t bị hóa khí [52] .......................................................... 70
Hình 5.4: S đ truyền nhi t qua vách .......................................................................... 72
Hình 5.5: Tháo tro bằng vít t i ki u liên t c ................................................................. 79
Hình 5.6: Ki u máng vít t i tro ...................................................................................... 79
Hình 5.7: Hình thông s qu t c p gió cho bu ng ph n ng tr u hóa gas...................... 82
Hình 5.8: εôt rung tr u và tro .................................................................................... 84
Hình 5.9: C u t o t ng quát lò đ t tr u hóa khí ............................................................ 89
Hình 5.10: Ph u c p tr u ............................................................................................... 89
Hình 5.11: H th ng vít t i tr u ..................................................................................... 90
Hình 5.12: Qu t c p gió cho bu ng đ t tr u hóa gas .................................................... 90
Hình 5.13 : Van an toàn cho lò và bình n áp ............................................................... 90
Hình 5.14: H th ng ng d n gas .................................................................................. 90
Hình 5.15: Cửa đ t khí gas ra ........................................................................................ 91
Hình 5.16: Khung lò di đ ng lò đ t tr u hóa gas .......................................................... 91
Hình 5.17: H th ng vít tháo tro lò đ t tr u hóa gas ..................................................... 91
Hình 5.18: H th ng g t tr u đ kh a bằng mặt tr u c p vƠo lò đ t ............................. 91
Hình 5.19: Bình n áp khí gas ....................................................................................... 92
Hình 5.20: T điều ki n đi n ho t đ ng lò đ t tr u hóa gas ......................................... 92
Hình 5.21: M ch đ ng lực lò đ t tr u hóa gas .............................................................. 92
Hình 5.22: M ch điều khi n lò đ t tr u hóa gas ........................................................... 93
Hình 5.23: Bánh xe di chuy n lò tr u hóa gas............................................................... 93
Hình 5.24: Khung b o v lò nung lò tr u hóa gas ......................................................... 93
Hình 5.25: Cửa m i lửa đ đ t lò tr u hóa gas .............................................................. 94
Hình 5.26: H th ng d n đ ng đ di chuy n lò đ t ....................................................... 94
Hình 5.27: Đ ng c rung tr u và tro ............................................................................. 94

Hình 5.28: Ghi lò tr u hóa gas....................................................................................... 94
Hình 5.29: Thân lò tr u hóa gas .................................................................................... 95
xvii


Hình 6.1: Lò nung g ch bằng ph

ng pháp Tr u hóa khí............................................. 96

Hình 6.2: Chu n lò bị nung khoang g ch ...................................................................... 96
Hình 6.3: Kh i (gas) t i cửa đ t .................................................................................... 97
Hình 6.4: Ngọn lửa r t mãnh li t, có th có màu tr ng sáng, mƠu đ ........................... 97
Hình 6.5: Ngọn lửa tr ng, m nh do có sự điều chỉnh 2 cách b
l

ng khí Oxy môi tr

m đ thu thêm m t

ng ............................................................................................. 98

Hình 6.6: Tr u cháy hoƠn toƠn trong quá trình đ t lò nung .......................................... 98
Hình 6.7: Nhi t đ t trong lò g ch trên 10000 C............................................................. 98
Hình 6.8: G ch nung bằng công ngh Tr u hóa gas ..................................................... 99

xviii


DANH M C B NG
B ng 2.1. Phơn tốch nguyên tô trong trấu [9] .................................................................. 9

B ng 2.2. Phơn tốch thanh phơn trong v trấu [9] ......................................................... 10
B ng 5.1. Thành phần các ch t có trong tr u [29] ......................................................... 60
B ng 5.2. Thành phần khí trong khói và giá trị nhi t c a các khí [32]: ........................ 63
B ng 5.3. T ng k t các k t qu tính toán nhiên li u vƠ kích th
B ng 5.4. Thông s qu t c p gió tham kh o thị tr

c lò đ t .................... 75

ng ................................................ 82

B ng 5.5. Thông s qu t c p gió cho cho lò nung......................................................... 83
B ng 5.6. B ng thông s đ ng c rung ......................................................................... 84

xix


xx


CH

NG 1: GI I THI U

1.1 Đặt v n đ
Vi t Nam lƠ n

c đ ng th hai trên th gi i về xu t kh u g o trong những năm

gần đơy [1]. Theo Hi p h i δ

ng thực Vi t Nam (VFA) cho bi t, k t qu xu t kh u

g o c a Vi t Nam năm 2013 đ t 7,720 tri u t n [1] v i những thị tr

ng xu t kh u g o

chính c a Vi t Nam trong năm 2013 lƠ Trung Qu c, Malaysia, Philippines, Singapore,
H ng Kông và B bi n Ngà. Trong các n

c trên Trung Qu c v n lƠ n

c nh p kh u

g o l n nh t c a Vi t Nam h n 2,1η tri u t n g o, trị giá 901,86 tri u USD, tăng 3,21%
về kh i l

ng và 0,38% về giá trị, chi m 30,83% t ng kim ng ch xu t kh u g o c a

Vi t Nam [2].
Nhiên li u sinh kh i (biomass) từ ph ph m nông nghi p, lâm nghi p: nh tr u,
r m r , m̀n c a, c i,... hầu h t đƣ vƠ đang đ
thôn c a n

c sử d ng r t ph bi n

các vùng nông

c ta, đ làm ch t đ t trong đun n u sinh ho t hàng ngày. Trong s n xu t

công nghi p, các lò đ t truyền th ng sử d ng nhiên li u sinh kh i này do s n sinh

nhiều kh i, khí đ c và có hi u su t đ t cháy th p. Ngoài ra, m t l
quá trình cháy t n th t và do phơn tán ra môi tr

ng l n nhi t c a

ng. Các th ng kê cho th y s ng

tử vong do ô nhi m khí đ c khi đun n u có th lên đ n 1,5 tri u - 1,6 tri u ng

i

i trong

m i năm) [3]. Về c b n nhiên li u sinh kh i khi đ t cháy hoàn toàn cho ra các s n
ph m ch a N2, h i n

c, CO2,và O2 thừa. Trong quá trình đ t có th x y ra quá trình

đ t y m khí nhiên li u (khí hóa) c p d nhiên li u hay nói cách khác là c p thi u oxy
cho quá trình cháy. Đơy là quá trình cháy không hoàn toàn và s n ph m khí thu đ

c là

h n h p các khí nh CO, H2, m t ít khí mê tan CH4.
Hi n nay, công ngh năng l
năng l

ng sinh kh i không chỉ thay th phần nào cho

ng hóa th ch mà còn góp phần đáng k trong vi c xử lý rác th i, ngu n ph

th i từ ph ph m nông nghi p (c sau thu ho ch l n sau ch bi n) nh r m r , trấu, v
cƠ phê, s dừa, bƣ mía,…Do đó, khai thác tiềm năng về năng l
ph ph m nông nghi p, đặc bi t là trấu, lƠ h
1

ng tái t o từ ngu n

ng đi vƠ vi c làm mang tính chi n l

c,


có Ủ nghĩa trong vi c phát tri n kinh t _xã h i và b o v môi tr
th c không chỉ đ i v i n

c ta vƠ các n

c trên th gi i là tìm các ngu n năng l

thay th và sử d ng hi u qu ngu n năng l
cho nền kinh t trong t

ng

ng tái t o nƠy đ mang l i tri n vọng l n

ng lai.

Trên bình di n th gi i, năng l

năng l

ng. Vì v y, m t thách

ng tiêu th c a th gi i. Còn

ng sinh kh i chi m kho ng 14% - 15% t ng
các n

kh i chi m kho ng 35% - 40% t ng năng l
Liên H p qu c và t t c các n

c đang phát tri n thì năng l

ng sinh

ng tiêu th [ζ]. Đ b o v môi tr

ng,

c trên th gi i đều tìm mọi cách đ gi m thi u phát tán

các lo i khí đ c h i khi đun n u (CO, CO2, Carbon đen, SO2, NO2,…) nh ng cho đ n
nay v n còn đang gặp r t nhiều khó khăn.
Về sử d ng trấu đ làm ngu n năng l
đ tđ

c nghiên c u nh ng ch a đ

ng sinh kh i, đƣ có m t s mô hình lò

c ng d ng r ng rãi vì m t s v n đề v n còn t n

t i nh : trấu cháy không tri t đ , lò có k t c u ph c t p, cần có các h th ng xử lý sau
khi hóa gas, c p li u không liên t c,...[12] C n

c chỉ có m t vài dự án nh (dự án

nhà máy nhi t đi n t i H u Giang [51]; đề tài c p nhƠ n

c về nghiên c u tốnh toan ,

thiêt kê chê ta ̣o 01 dây chuyền công ngh sử d ng tr u đ cung c p năng l
tổ h ̣p xay xat thóc (lúa) công suơt 6 - 10 tơn/gi [20]) ng d ng

ng cho các

m t s địa ph

ng ,

trong khi ngu n nhiên li u sinh kh i này từ ph ph m nông nghi p (tr u) c a n

c ta

r t l n (h n 8 tri u t n/năm) [47]. Trong thực t m t l

c sử

d ng đ dùng làm ch t đ t cho các lò nung g ch bằng ph

năng su t th p gây ô nhi m nặng nề cho môi tr

ng trấu r t l n đƣ đ

ng pháp đ t trực ti p, có

ng. Do v y, vi c nghiên c u xác định

nguyên lý, quy trình, đề xu t k t c u m t lò đ t phù h p đ gi m thi u t i đa ngu n
g c ngu n phát sinh ô nhi m, nâng cao hi u qu quá trình đ t trấu hoá gas v i m t
trình đ công ngh phù h p có tính c p thi t và góp phần vào vi c gìn giữ môi tr
s ch xanh.
1.2 ụ nghƿa khoa h c và thực ti n c a đ tài
- Đề tài khi thực hi n s có các ý nghĩa khoa học:
2

ng


+ Đề xu t gi i pháp trấu hóa gas phù h p, áp su t khí gas ra n định, l
ín

ng h c

đầu ra khí gas không đáng k .
+ Đề xu t đ

c k t c u lò đ t trấu công nghi p di đ ng cho phép đ t tri t đ

trấu và có th điều chỉnh đ

+ Xác định đ

cl ul

ng khí gas

đầu ra.

c k t c u c th và ch đ làm vi c lò đ t đ đ t trấu nung g ch.

- M t s ý nghĩa thực ti n đ t đ

c:

+ K t qu nghiên c u giúp thay th các lò đ t tr u nung g ch truyền th ng (đ t
trực ti p) bằng lò đ t tr u liên t c ng d ng nguyên lỦ đ t nghịch giúp gi m thi u sự ô
nhi m môi tr

ng, gi m giá thành g ch thành ph m.

+ K t c u lò đ t tr u đ n gi n phù h p v i trình đ công ngh c a các c s c
khí, thích h p v i k t c u các lò nung g ch ph bi n

các tỉnh miền Tây Nam b .

+ K t qu nghiên c u có th áp d ng đ ch t o hàng lo t các lò đ t sử d ng
tr u đ nung g ch, g m hay c p nhi t đ s y các lo i nông s n nh lúa, thực ph m,…
+ Ti t ki m đ

c nhiên li u đ t đáng k so v i các lò đ t truyền th ng lên đ n

trên 20% khi sử d ng lò đ t đ nung g ch, ch t l

ng g ch t t h n và màu g ch đẹp,

g ch không bị cháy đen.
1.3 M c tiêu nghiên c u c a đ tài
- Nghiên c u, kh o sát, đánh giá các ki u hoá trấu hoá gas đƣ có trong vƠ ngoƠi
n

c đ lựa chọn gi i pháp công ngh tr u hoá gas hi u qu .
- Đề xu t gi i pháp trấu hóa gas phù h p, ngu n khí gas cung c p n định, gi m

đáng k l

ng h c ín

- Xác định đ

đầu ra khí gas.

c k t c u lò đ t trấu công nghi p cho phép đ t tri t đ trấu, ít t o

h c ín vƠ điều chỉnh đ

cl ul

ng khí.

- Tính toán, thi t k và ch t o thử nghi m lò đ t trấu công nghi p vƠ xác định

đ

c ch đ làm vi c khi sử d ng lò đ t đ c p nhi t nung g ch trong lò nung g ch

công su t 6000 viên/khoang.
1.4 Đ i t

ng và ph m vi nghiên c u
3


1.4.1 Đ i t

ng nghiên c u

- Trấu thành ph m sử d ng làm ch t đ t ph bi n

tỉnh Sóc Trăng vƠ các tỉnh

thu c đ ng bằng sông Cửu Long.
- Các thi t bị hoá gas, lò đ t trấu hoá gas đƣ vƠ đang có trên thị tr
đ

ng, đang

c sử d ng trong công nghi p.
- G ch nung và lò nung g ch ki u Hoffman.

1.4.2 Ph m vi nghiên c u
- Trong khuôn kh đề tài và th i gian nghiên c u, đề tài t p trung nghiên c u lò

đ t trấu hóa gas đ cung c p năng l

ng cho lò nung g ch ki m Hoffman công su t

6.000 viên/khoang.
- Ch t l

ng c a g ch, lò nung g ch vƠ các quá trình điều khi n lò nung g ch

không thu c ph m vi nghiên c u c a đề tài.
- Lò nung g ch là ki u lò Hoffman 24 khoang (m i khoang ch a 6000 viên).
1.5 Ph

ng pháp nghiên c u

- Nghiên c u lý thuy t: Thu th p tài li u từ các ngu n báo chí, t p chí, sách, các
bài vi t từ internet có liên quan đ n n i dung nghiên c u. Qua phân tích, xử lý thông
tin thu đ
- Ph

c đ đề xu t công ngh và phát tri n lò đ t ắtrấu hoá gas”.
ng pháp thực nghi m: Ti n hành ch t o thử nghi m lò đ t vƠ đ a vƠo ho t

đ ng thử nghi m trong thực t đ l y s li u và hoàn chỉnh thi t k .
1.6 N i dung nghiên c u c a đ tài
Đề tài ắNghiên c u phát triển lò nung công nghiệp sử dụng nguyên liệu trấu để nung
gạch” là m t nh cầu c p thi t giúp sử d ng ngu n năng l
tr u bằng gi i pháp ắtr u hóa gas” đ thay th ngu n năng l

ng tái t o gần nh vô h n

ng hóa th ch có h n.

Nội dung nghiên c u c a đề tài gồm các ch ơng sau:
- Ch ơng 1: Gi i thi u
Gi i thi u công ngh sinh kh i, tiềm năng vƠ nhu cầu cũng nh tầm quan trọng về
ngu n năng l

ng tái t o, m c tiêu, nhi m v đề tài nghiên c u.
4


- Ch ơng 2: T ng quan
Khái quát về nguyên li u Tr u, tình hình nghiên c u trong vƠ ngoƠi n
vực liên quan lò đ t, các ng d ng n i b c và những h n ch c a từng ph

c về các lĩnh
ng pháp.

- Ch ơng 3: C s lý thuy t
T ng h p các ph
nh

c từng ph

ng pháp lỦ thuy t về k t c u lò đ t, nguyên lỦ đ t lò. Phơn tích u,
ng pháp chọn ph

- Ch ơng 4: Yêu cầu vƠ ph

ng pháp ph̀ h p nh t đ phát tri n.

ng án thi t k

Trên c s yêu cầu thực t c a doanh nghi p, lò đ t cháy liên l c, di đ ng, công su t
nung 6000 viên/khoang, tháo tro liên l c, khí gas ra n định.
- Ch ơng 5: Tính toán, thi t k và ch t o lò nung
Tính toán chi ti t thông s lò nung nh : công su t lò nung, đ
th ng c p tr u liên l c, tháo tro liên l c bằng vít t i, tính kích th

ng kính thân lò, h
c bu ng ph n ng,

h th ng d n gas, đ ng c rung …
Thi t k hoàn chỉnh lò nung g m b n v l p ráp, phân rã c m, phân rã chi ti t và
xu t b n v gia công. Ch t o hoàn chỉnh lò nung, v n hành lò nung ch đ không t i,
v n hành lò nung g ch theo từng khoang ghi nh n k t qu .
- Ch ơng 6: K t qu vƠ đánh giá
Báo cáo k t qu tính toán và ch t o, v n hành lò nung g ch. Đánh giá m t s k t qu
nh : Ngọn lửa, đ

n định nhi t đ , tr u cháy h t…

- Ch ơng 7: K t lu n và ki n nghị
M t s k t qu đ t đ

c cần phát huy cũng nh m t s t n t i đề xu t đ ti p t c phát

tri n.
Đề tài đã nhận đ ợc sự hỗ trợ c a Tr ờng Đại học S phạm Kỹ thuật Tp. Hồ
Chí Minh (phòng thí nghiệm REME), cơ sở gia công cơ khí Thành Tâm (Tp. Sóc
Trăng) và thử nghiệm tại cơ sở sản xuất gạch sử dụng lò nung Hoffman tại ấp Tr ơng

Hiền - xã Thạnh Trị - huyện Thạnh Trị - tỉnh Sóc Trăng.

5


2. 2.CH
2.1 Cơy lúa n

c

NG 2: T NG QUAN

Vi t Nam

2.1.1 Ngu n g c
Lúa là m t trong năm lo i cơy l
v i ngô (ZeaMays L.), lúa

mì (Triticum sp,

ng thực chính c a th
tên

khác

ti u

gi i, cùng

m ch), s n (Manihot

esculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberosum L.). Theo quan
ni m x a lúa cũng lƠ m t trong sáu lo i l
Lúa đ

c đề c p

ng thực ch y u trong l c c c [48].

đơy lƠ các loài (Oryza sativa và Oryza glaberrima) trong
vùng nhi t đ i và c n nhi t đ i khu vực đông nam châu

họ Poaceae, có ngu n g c

Á và châu Phi. Hai loài này cung c p h n 1/η l

ng calo tiêu th c a con ng

i.

Hình 2.1: Cây lúa (oryzasativa)
S n ph m thu đ

c từ cây lúa là thóc, sau khi xát b l p v ngoƠi thu đ

ph m chính là g o và các ph ph m là cám và trấu. G o là ngu n l
c a h n m t nửa dân s th gi i (ch y u
lo i l

ng thực đ

c con ng

cs n

ng thực ch y u

châu Á và châu Mỹ La tinh), và là

i tiêu th nhiều nh t. Trong ti ng Anh, từ rice (lúa, g o)

có ngu n g c từ arisi trong ti ng Tamil [5].

6


2.1.2 Tình hình lúa t i Vi t Nam
Vi t Nam đ ng th đ ng th 2 về xu t kh u g o trên th gi i, v i s n l

ng lúa

đ t kỷ l c 42 tri u t n vƠo năm 2011 (v i 4,1 tri u ha di n tích tr ng lúa) . Có 627
gi ng lúa khác nhau đ
n

c tr ng

Vi t Nam đƣ cho th y tính đa d ng về thành phần lúa

c ta, bao g m các gi ng lúa n p và lúa tẻ, hầu h t thu c loài Oryza sativa, ngo i

trừ m t s gi ng lúa hoang thu c các loài khác trong chi Oryza [2].

Hình 2.2: S n l
Cơy lúa đ
trung

ng g o Vi t Nam [49]

c tr ng hầu h t trên kh p c n

c, nh ng t p trung ch y u t p

đ ng bằng sông H ng vƠ đ ng bằng sông Cửu δong (ĐBSCδ) lƠ hai v̀ng

tr ng lúa l n nh t c a n

c ta. S n l

ng lúa

ĐBSCδ hằng năm lên đ n 20 tri u t n,

trong đó tỷ l trấu chi m 21%. Ngoài m t s h t thóc đ làm lúa gi ng, s l
sau xay xát

ĐBSCδ vƠo kho ng 6,5 tri u t n tr u [6]. Năng l

ng trấu: 3.250 kcalo/

kg trấu [7].

Hình 2.3: δúa tr

c và sau khi thu ho ch

7

ng trấu


2.2 Tr u
2.2.1 Lịch sử - ngu n g c
V trấu do hai lá c a gié lúa, v y lá và mày hoa t o thành, c hai phần nƠy đ

c

ghép liền v i nhau theo n p dọc bằng m t n p g p cài vào nhau. Phần trên c a hai
m nh v trấu chuy n thƠnh đo n cu i c a v trấu và cu i cùng k t thúc thành m t cái
râu.

Hình 2.4: Thành phần h t lúa
2.2.2 Thành phần hóa học c a v tr u
Thành phần các ch t hoá học trong trấu g m [8]:
- Cellulose: Chi m nhiều nh t kho ng 26-35% là h p ch t cao phân tử có công
th hóa học (C6H10O5)n.
- Hemi-cellulose: Chi m kho ng 18-22%, là h p ch t hóa học t
cellulose nh ng có kích th

ng tự nh

c phân tử nh h n vƠ không có c u trúc chặt ch cũng nh

đ bền hóa lý th p h n cellulose.
- Lignin: Chi m kho ng 25-30%, là h p ch t cao phân tử có c u trúc vô định hình
khác v i cellulose. Lignin t n t i

ba tr ng thái: th y tinh (bi n d ng là bi n d ng đƠn

h i), dẻo (bi n d ng không thu n nghịch), l ng dính.
- SiO2: Chi m kho ng 20%.

8


B ng 2.1. Phơn tốch nguyên tô trong trấu [9]
Nhiê ̣t tri ̣

Nguyên

C

H

O

N

S

Tro

liê ̣u

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

40,71

5,17

33,91 2,06

0,10

18,04

13,41

42,12

5,31

31,72 0,49

0,07

20,29

14,85

35,80

5,20

35,80 …..

…… 23,20

14,50

40,96

4,30

35,86 0,40

0,02

18,46

16,14

39,00

4,90

33,90 0,50

0,01

21,60

15,30

41,44

4,94

37,32 0,57

0,03

15,43

-

G

50,4

6,6

42,6

…… 0,24

18,85

Than đa

82,90

3,37

2,20

0,90

31,90

Trơu

1,60

8,90

cao
(MJ/Kg)

Trấu ch a 35,8 - 42,15 tổ ng sô carbon (carbon trong carbon cô đinh

̣ va trong
chơt bôc (Khi đem đ t nóng nhiên li u trong điều ki n môi tr

ng không có Ôxy thì

m i liên k t các phân tử hữu c bị phân huỷ. Quá trình đó gọi là quá trình phân huỷ
nhi t. S n ph m c a phân huỷ nhi t là những ch t khí đ

c gọi là "Ch t b c" và kí

hi u là VC %, bao g m những khí Hydro, Cacbuahydro, Cacbonoxit, Cacbonic). Trấu
ch a khoảng 14 ậ 17% carbon cô đinh
̣ , 54 ậ 70% chơt boc va 17 - 26% tro, ch a 90 ậ
95% silica. Theo Bảng 2.1 gôm: 5%H, 2%N, 0,1%S, 33%O va 17 ậ 26% tro, carbon
c a tr u th p h n g vƠ than đá nên cho nhi t trị th p h n so v i g vƠ than đá .

9


B ng 2.2. Phơn tốch thanh phơn trong v trấu [9]
Nguyên

Carbon cô đinh
̣

Chơt bay h i

Tro

liê ̣u

(%)

(%)

(%)

14,00

68,60

17,40

16,67

65,47

17,86

Gỗ

13 ậ 21

77-87

0,2 ậ 2,0

Than đá

81,4

6,4

12,3

Trơu

Qua b ng 2.2 ta nh n th y:
- ThƠnh phần ch t bóc c a tr u cao h n g vƠ
cao h n nhiêu so v i than đa .
Ng ̣c la ̣i carbon cô đinh
̣ thơp h n rơt nhiêu so v i than đa .
- δ ̣ng tro của trơu l n h n rơt nhiêu so v i gỗ va than đa , đơy cũng la vơn đê
bơt l ̣i cho qua trốnh chuyể n đổ i nhiê ̣t.
- Carbon cô đinh
̣ trong tro của vỏ trơu va không thể chuyể n đổ i hoan toan trong
hê ̣ thông nhiê ̣t.
- Tính ch t ăn mòn c a silica trong trơu va tro cao , nguyên nhơn pha ha ̣i cac thiêt
bị v n chuy n vƠ b ph n c a lò đ t .
- Khôi l

̣ng l n c a tro lƠ nguyên nhơn c a các v n đề lƠm t c ngh n , đong vố̉ va
sự di chuyể n của tro trong dong chảy của gas . Đơy la vơn đê kho khăn x ̉ ly khi thiêt kê
hê ̣ thông hoa gas liên tu ̣c.
- Dung tro ̣ng của trơu khoảng 100kg/m3, băng 1/6 dung tro ̣ng than đa va băng 1/9
dung tro ̣ng dơu mỏ . Biêt đ

̣c dung tro ̣ng để thiêt kê hê ̣ thông kho ch a va thung cơp

liê ̣u của hê ̣ thông hoa gas.

2.3 Tình hình sử d ng tr u

n

c ta

Từ lâu, tình tr ng th i v trấu ra sông, kênh r ch đƣ tr thành n i ám nh c a
ng

i dân c n

c nói chung vƠ v̀ng đ ng bằng sông Cửu δong nói riêng. Đ ng bằng

song Cửu δong (ĐBSCδ) lƠ vựa lúa l n c a n
n

c ta, chi m 50% s n l

ng trong c

c. Đơy cũng lƠ n i t p trung nhiều nhà máy và c m xay xát lúa. V i trên 3,8 tri u

10


t n trấu/năm t o ra từ các nhƠ máy xay xát ch a có k ho ch sử d ng, khu vực ĐBSCδ
đang ph i đ i mặt v i tình tr ng ô nhi m môi tr

ng khá nghiêm trọng.

Hình 2.5: Ngu n tr u r t d i dào

Hình 2.6: Trấu đ ra sông gây lãng phí và ô nhi m nghiêm trọng [54]
Tr u n i lềnh bềnh trên sông, kênh r ch không chỉ gây nh h
n

c, mà còn làm ô nhi m môi tr

gây nguy h i đ i v i đ i s ng ng

ng đ n ngu n

ng, tác đ ng x u đ i v i h sinh thái vƠ đặc bi t
i dân và các sinh v t s ng trong môi tr

ng n

c.

Hầu h t các c s s n xu t g ch hi n nay nung theo ki u truyền th ng t c là tr u
đ

c cho trực ti p vào cửa c a các khoang g ch, nó đ

c đỡ trên ghi lò. Tr u cháy nh

qu t hút đặt đầu c a dãy lò, do đó tro tr u bay theo qu t r t nhiều vƠ l
(tro) th i trực ti p môi tr

ng. Công ngh đ t trấu l c h u

bánh tráng, lò bún,... gây ô nhi m môi tr
m tl

ng khói và b i

các lò g ch, lò g m, lò

ng đ ng th i g ch d bị cháy đen bề mặt do

ng l n tr u bám vào bề mặt.

11


Hình 2.7: Tr u đ

c đ t trực ti p đ nung g ch

Hình 2.8: Kh i th i ra từ lò g ch đ t tr u trực ti p
2.4

ng d ng t v tr u

2.4.1 Sử d ng v tr u làm ch t đ t
- Từ lâu v trấu đƣ lƠ m t lo i ch t đ t r t quen thu c v i bƠ con nông dơn, đặc
bi t là bà con

v̀ng ĐBSCδ. Ch t đ t từ tr u đ

c sử d ng r t nhiều trong sinh ho t

(n u ăn, n u th c ăn gia súc) vƠ s n xu t (làm g ch, s y lúa).

Hình 2.9: Trấu làm ch t đ t trong sinh ho t hàng ngày
- B p lò có c u t o: bằng đ t sét hoặc xi măng có c t thép bên trong đ làm khung lò

12