KHẢO NGHIỆM HỆ THỐNG LÒ ĐỐT HỘT NHÃN CHO MÁY SẤY CƠM NHÃN SỬ DỤNG GIÁN TIẾP CÓ SẴN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÒ ĐỐT HỘT NHÃN 15 kgh VÀ BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

WX

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO NGHIỆM HỆ THỐNG LÒ ĐỐT HỘT NHÃN CHO MÁY
SẤY CƠM NHÃN SỬ DỤNG GIÁN TIẾP CÓ SẴN VÀ TÍNH
TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÒ ĐỐT HỘT NHÃN 15 kg/h
VÀ BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT KIỂU ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRÍ TÍN
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2005 – 2009

Tháng 6/2009
i


MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY

WX

FINAL YEAR PROJECT

TESTING THE FURNACE OF LONGAN PULP DRYER AND
DESIGNE THE HEAT EXCHANGE AND FURNACE OF 15 kg
OF LONGAN SEED / HOUR

Done by: NGUYEN TRI TIN
Major: HEAT AND REFRIGERATION ENGINEERING
School year: 2005 – 2009

June/2009
ii


KHẢO NGHIỆM HỆ THỐNG LÒ ĐỐT HỘT NHÃN CHO MÁY SẤY
CƠM NHÃN SỬ DỤNG GIÁN TIẾP CÓ SẴN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT
KẾ HỆ THỐNG LÒ ĐỐT HỘT NHÃN 15 kg/h VÀ BỘ TRAO ĐỔI
NHIỆT KIỂU ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN

Tác giả

NGUYỄN TRÍ TÍN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn:
Thạc sĩ NGUYỄN HÙNG TÂM

Tháng 6 năm 2009
iii


LỜI CẢM TẠ
Từ những ngày đầu bước chân vào giảng đường đại học cho đến lúc hoàn thành

luận văn này, tôi luôn nhận được sự quan tâm chỉ dạy và sự giúp đỡ tận tình của quý
thầy cô. Qua luận văn này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:
− Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.
− Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ Khí Công Nghệ.
− Quý thầy cô đã tận tình chỉ dạy tôi trong thời gian học tập tại trường.
− Thầy Thạc sĩ Nguyễn Hùng Tâm người tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi thực
hiện đề tài này.
− Cơ sở sấy nhãn Bác Hai Mật: 137 - Tổ 5 - Ấp An Ninh - Xã Đông Hòa Hiệp Cái Bè - Tiền Giang.
− Các anh Thái, Thành, Long và tất cả bạn bè cùng tập thể lớp Nhiệt lạnh 31 đã
đóng góp ý kiến và giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài.
− Cuối cùng, tôi muốn gởi lời cảm ơn đến ba mẹ cùng mọi người trong gia đình đã
quan tâm, lo lắng, động viên tôi trong những ngày học tập xa nhà.
Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã cố gắng nổ lực hoàn thành đề tài một cách
tốt nhất. Nhưng do trình độ của bản thân còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện
không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự thông cảm của quý thầy cô và các
bạn.
Tôi xin được gởi đến quý thầy cô, ba mẹ cùng tất cả mọi người lời chúc sức khỏe
và lời cảm ơn chân thành nhất!

Tháng 6 năm 2009
Nguyễn Trí Tín

iv


TÓM TẮT
Do nhu cầu sản xuất cần đảm bảo an toàn thực phẩm, giữ được hương vị và màu
sắc của cơm nhãn, tôi tiến hành khảo nghiệm hệ thống lò đốt hột nhãn cho máy sấy
cơm nhãn sử dụng gián tiếp có sẵn. Đồng thời tính toán thiết kế hệ thống lò đốt 15
kg/h và bộ trao đổi nhiệt kiểu đối lưu tự nhiên.

¾

Mục đích:

− Khảo nghiệm lò đốt hột nhãn và bộ trao đổi nhiệt có sẵn kiểu đối lưu tự nhiên và
đối lưu cưỡng bức. Đánh giá hiệu suất lò, ưu điểm và nhược điểm.
− Trên cơ sở các kết quả khảo nghiệm, tổng hợp tài liệu, tính toán thiết kế hệ thống
lò đốt hột nhãn 15 kg/h và bộ trao đổi nhiệt kiểu đối lưu tự nhiên.
¾

Kết quả:

Hệ thống lò đốt được khảo nghiệm có:
− Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
− Chất lượng cháy tốt, nhiệt ổn định, ít bụi.
− Hiệu suất sấy chung còn thấp: 7,94 % và 11,38 %.
− Các thông số ban đầu dùng để tính toán thiết kế hệ thống lò đốt hột nhãn 15 kg/h
và bộ trao đổi nhiệt kiểu đối lưu tự nhiên đã được lựa chọn trên các tài liệu và kế thừa
các khảo nghiệm là chấp nhận được với kết quả sau:
o Ghi: dài*rộng*cao: 550*270*65 mm3.
o Buồng đốt chính: dài*rộng*cao: 380*700*800 mm3.
o Buồng đốt phụ: dài*rộng*cao: 700*550*700 mm3.
o Bộ trao đổi nhiệt: dài 11,644 m, đường kính ống 300 mm.
o Hiệu suất chung cao: 52 %.

v


SUMMARY
With requirements of the safe – food products, the preserving of the flavour and

color to longan’s pulp, I carry on testing the available furnace longan’s pulp dryer
which used an indirect burner. And I calculated, designed the longan’s seed burner of
15 kg/hr and heat exchanger unit with natural convection.
¾

Purposes:

− Testing the available longan’s seed burner and heat exchanger unit with natural
convection and forced convection. Evaluating about efficiency, advantage and
disadvantage.
− Base on results of testing, compile all related documents, designe the longan’s
seed burner of 15 kg/hr and heat exchanger unit with natural convection.
¾

Results:

− The dryer system was designed simply, easy to construct..
− The ability of fire is high, the temperature is steady, few flue dust.
− Low efficiency: 7,94 percent and 11,38 percent.
− Initial parameters the longan’s seed burner of 15 kg/hr and heat exchanger unit
with natural convection was calculated and designed choice based on documents and
experiments results are rather suitable:
o Grate: length*width*height: 550*65*270 mm3.
o Afterburner chamber: length*width*hieght: 380*700*800 mm3.
o Prechamber: length*width*height: 700*550*700 mm3.
o Heat exchanger: length 11,644 m, diameter: 300 mm.
o High performance: 52 percent.

vi

MỤC LỤC
Trang
Trang bìa

i

Lời cảm tạ

iv

Tóm tắt

v

Summary

vi

Mục lục

vii

Danh sách các hình

x

Danh sách các bảng

xi

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU

1

1.1. Mục đích chung

2

1.2. Mục đích cụ thể

2

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

3

2.1. Tìm hiểu về lò đốt

3

2.1.1. Cấu tạo lò đốt

3

2.1.2. Vật liệu làm lò đốt: /9/

3

2.1.3. Phân loại vật liệu chịu lửa: /9/

3

2.2. Các loại lò đốt: /14/

4

2.2.1. Lò đốt trực tiếp

4

2.2.2. Lò đốt gián tiếp

4

2.3. Phân loại và yêu cầu chính của thiết bị trao đổi nhiệt: /1/

4

2.3.1. Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt

4

2.3.2. Yêu cầu chính của thiết bị trao đổi nhiệt

5

2.4. Tính chất lý hóa của nhãn

5

2.5. Quá trình cháy của nhiên liệu: /17/

6

2.5.1. Quá trình cháy: /14/

6

2.5.2. Tính chất chung của nhiên liệu: /17/

7

2.5.3. Tính chuyển thành phần nhiên liệu: /17/

8

2.5.4. Xác định nhiệt trị của nhiên liệu: /17/

8

2.6. Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy: /17/
vii

9


2.7. Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng: /3/

11

2.8. Tính nhiệt độ cháy lí thuyết của nhiên liệu và nhiệt độ thực tế của lò: /3/

12

2.9. Công thức tính toán lò đốt

13

2.9.1. Chi phí không khí của quạt: /3/

13

2.9.2. Công suất lò đốt: /14/

13

2.9.3. Tổn thất nhiệt qua vách lò, đáy lò, nóc lò: /2/

14

2.9.4. Lượng nước bay hơi trong quá trình sấy: /17/

14

2.9.5. Thể tích buồng đốt: /17/

14

2.9.6. Tính diện tích ghi lò: /17/

15

2.9.7. Nhiệt thu do đốt cháy nhiên liệu: /3/

15

2.9.8. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn cơ học: /3/

16

2.9.9. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn hóa học: /3/

16

2.9.10. Tính toán bộ trao đổi nhiệt: /2/

16

2.9.11. Trở lực và tổn thất áp suất tại lò và đường ống trao đổi nhiệt: /14/

17

2.9.12. Tính hiệu suất của hệ thống sấy: /17/

19

2.10. Chọn quạt

19

2.10.1. Nhiệm vụ quạt: /7/

19

2.10.2. Phân loại quạt: /7/

19

2.10.3. Chọn quạt: /7/

20

2.10.4. Công suất động cơ vận hành: /7/

20

CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

21

3.1. Dụng cụ đo và thiết bị phục vụ cho khảo nghiệm

21

3.2. Phương pháp khảo nghiệm

21

3.2.1. Phương pháp tiến hành khảo nghiệm lò và bộ trao đổi nhiệt

21

3.2.2. Phương pháp thiết kế

22

CHƯƠNG 4. THỰC HIỆN – KẾT QUẢ
4.1. Khảo nghiệm hệ thống lò đốt và bộ trao đổi nhiệt có sẵn

23
23

4.1.1. Máy sấy đối lưu cưỡng bức

23

4.1.2. Máy sấy đối lưu tự nhiên

26

4.2. Tính toán thiết kế hệ thống lò đốt hột nhãn 15 kg/h và bộ trao đổi nhiệt kiểu đối
lưu tự nhiên.

29
viii


4.2.1. Mục đích yêu cầu

29

4.2.2. Cơ sở thiết kế

29

4.2.3. Chọn nguyên lý

29

4.2.4. Tính toán

31

4.2.5. Ước tính vật tư và chi phí làm lò và bộ trao đổi nhiệt.

45

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

46

5.1. Kết luận

46

5.2. Đề nghị

46

TÀI LIỆU THAM KHẢO

47

PHỤ LỤC

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Quá trình cháy thuận và cháy ngược...............................................................7
Hình 4.1: Sơ đồ lò đốt hột nhãn và bộ trao đổi nhiệt máy sấy đối lưu cưỡng bức........24
Hình 4.2: Sơ đồ lò đốt hột nhãn và bộ trao đổi nhiệt máy sấy đối lưu tự nhiên. ..........27
Hình 4.3: Hệ thống lò đốt hột nhãn và bộ trao đổi nhiệt mới........................................30

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Tính chất lý hóa của nhãn trước và sau khi sấy..............................................5
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của hột nhãn. .................................................................6
Bảng 2.3: Đặc tính chất đốt của nhãn..............................................................................6
Bảng 2.4: Thành phần nhiên liệu theo kí hiệu.................................................................7
Bảng 2.5: Tính hệ số chuyển đổi K. ................................................................................8
Bảng 2.6: Nhiệt trị của một số loại nhiên liệu.................................................................9
Bảng 2.7: Thành phần của sản phẩm cháy. ...................................................................11
Bảng 4.1: Tóm tắt kết quả trung bình............................................................................25
Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả từ quá trình sấy. ...............................................................25

Bảng 4.3: Tóm tắt nhiệt độ trung bình. .........................................................................28
Bảng 4.4: Tổng hợp kết quả từ quá trình sấy. ...............................................................28
Bảng 4.5: Chi phí làm lò và bộ trao đổi nhiệt. ..............................................................46

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
Cây nhãn là cây nông nghiệp được trồng nhiều ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu
Long, nhất là tỉnh Tiền Giang. Để bảo quản nhãn trái (đặc biệt là cơm nhãn) được lâu
hơn thì các chủ cơ sở chế biến cơm nhãn khô đã dùng phương pháp sấy khô. Cơm
nhãn khô gần đây đã trở thành sản phẩm phổ biến đáp ứng nhu cầu của trong nước và
xuất khẩu.
Hầu hết các cơ sở đều sấy khô theo phương pháp thủ công là dùng lò than đá để
sấy trực tiếp, phương pháp này có nhiều nhược điểm như: khó khống chế nhiệt độ sấy
(phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của thợ lò) dẫn đến khô không đều, tốn than, sản
phẩm sấy bám nhiều bụi lò, tốn công để theo dõi và đảo xề.
Nhằm khắc phục những nhược điểm trên và đáp ứng yêu cầu mới là sản xuất
sạch hơn, giảm chi phí sản xuất, cường độ lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm,
không bám bụi, khô đều và giữ màu vàng đẹp của cơm nhãn thì từ năm 2003 Thầy
Thạc sĩ Nguyễn Hùng Tâm đã nghiên cứu cải tiến và chế tạo máy sấy trái nhãn và máy
sấy khay cải tiến. Máy cũng đã được thiết kế thành công và đang hoạt động (5 máy) tại
cơ sở sấy nhãn của Bác Hai Mật ở Ấp Hòa Ninh, Xã Đông Hòa Hiệp, Cái Bè, Tiền
Giang.
Nhằm cung cấp nhiệt cho quá trình sấy, than đá đã được sử dụng làm chất đốt tuy
khá thuận lợi khi vận hành, lò đốt nhỏ gọn nhưng chi phí chất đốt vẫn còn khá cao,
trong khi các nguồn phế liệu thải ra từ quá trình chế biến như vỏ nhãn, cành nhãn, hột
nhãn có thể tận dụng như là chất đốt.
Được sự cho phép của Khoa Cơ khí công nghệ Trường Đại học Nông Lâm và sự

hướng dẫn tận tình của Thầy Thạc sĩ Nguyễn Hùng Tâm tôi thực hiện đề tài: “Khảo
nghiệm hệ thống lò đốt hột nhãn cho máy sấy cơm nhãn sử dụng gián tiếp có sẵn và
tính toán thiết kế hệ thống lò đốt hột nhãn 15 kg/h và bộ trao đổi nhiệt kiểu đối lưu tự
nhiên”.
1


MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Mục đích chung
Khảo nghiệm hệ thống lò đốt hột nhãn cho máy sấy cơm nhãn sử dụng gián tiếp
có sẵn và tính toán thiết kế cho máy.

1.2. Mục đích cụ thể
− Khảo nghiệm lò đốt hột nhãn và bộ trao đổi nhiệt có sẵn kiểu đối lưu cưỡng bức
và đối lưu tự nhiên:
o Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống.
o Khảo nghiệm, đánh giá quá trình cháy, sử dụng hột nhãn, hiệu suất lò và
vận hành sử dụng lò.
− Tính toán thiết kế:
o Trên cơ sở thực nghiệm, tổng hợp tài liệu tính toán thiết kế hệ thống lò
đốt hột nhãn 15 kg/h và bộ trao đổi nhiệt kiểu đối lưu tự nhiên.
o Ước tính vật tư và chi phí làm lò và bộ trao đổi nhiệt.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tìm hiểu về lò đốt
Nhiệm vụ của lò đốt là nâng nhiệt độ khí sấy cao hơn nhiệt độ của khí trời nhằm

làm giảm ẩm trong vật liệu sấy mà không phụ thuộc vào thời tiết, nông sản thực phẩm
được bảo quản tốt hơn.
2.1.1. Cấu tạo lò đốt
Gồm các bộ phận chính sau: buồng đốt, ghi lò, miệng lấy nhiệt, cửa cào tro,
buồng chứa chất đốt.
2.1.2. Vật liệu làm lò đốt: /9/
Gồm các vật liệu sau: thép V, gạch samôt chịu lửa, tấm đan, bột samôt, bột đất
sét, bulong… Vật liệu làm lò đốt phải có các tính chất sau:
− Độ chịu lửa: không bị chảy và biến mềm khi làm việc ở nhiệt độ cao.
− Độ bền lửa: vật liệu không bị cháy ở nhiệt độ cao.
− Độ cứng: khả năng chống lại sự xâm nhập cơ học của các vật liệu khác.
− Độ dẫn nhiệt.
− Độ bền hóa học: khả năng chống lại tác dụng hóa học của môi trường xung
quanh, lò đốt thường chịu tác dụng hóa học của khí lò, xỉ, kim loại nóng.
2.1.3. Phân loại vật liệu chịu lửa: /9/
Điều kiện sử dụng vật liệu chịu lửa rất khác nhau, nên có nhiều loại vật liệu chịu
lửa. Vật liệu chịu lửa được phân chia như sau:
− Theo độ chịu lửa:
o Loại chịu lửa thường: độ chịu lửa từ 1580 ÷ 1770 0C.
o Loại chịu lửa cao: độ chịu lửa từ 1770 ÷ 2000 0C.
3


o Loại chịu lửa rất cao: độ chịu lửa trên 2000 0C.
− Theo hình dạng và kích thước:
o Loại thường (tiêu chuẩn) chữ nhật và gạch hình nêm (kiểu lưỡi cuốc).
o Loại dị hình đơn giản.
o Loại phức tạp.
o Loại rất phức tạp và khối lớn.

2.2. Các loại lò đốt: /14/
2.2.1. Lò đốt trực tiếp
Khí đốt được thổi trực tiếp qua lớp hạt cùng với không khí sấy.
− Ưu điểm: thiết bị đơn giản, rẻ, hiệu suất cao.
− Nhược điểm: khói lò và tàn tro bị dính vào vật liệu sấy, cần phải có quá trình làm
sạch, đặc biệt là nhiên liệu đốt có lưu huỳnh (như than đá) sẽ nhanh chóng làm rỉ mòn
các chi tiết máy.
2.2.2. Lò đốt gián tiếp
Khí đốt được cách ly với không khí sấy, nhiệt lượng được truyền qua bề mặt của
bộ trao đổi nhiệt.
− Ưu điểm: khí sấy sạch, chất lượng sản phẩm được đảm bảo, dùng trong việc sấy
nông sản có giá trị cao như rau quả, hạt tiêu, hạt điều…, an toàn cho buồng sấy, không
sợ hỏa hoạn, không bị ăn mòn chi tiết máy.
− Nhược điểm: hiệu suất nhiệt thấp hơn 25 ÷ 50 % so với lò đốt trực tiếp. Tức tiêu
tốn nhiều nhiên liệu dẫn đến tăng chi phí sấy.
2.3. Phân loại và yêu cầu chính của thiết bị trao đổi nhiệt: /1/
Trong đời sống sinh hoạt hay trong công nghiệp, chúng ta luôn gặp yêu cầu cần
đốt nóng hay làm nguội một chất lỏng, chất khí hoặc chất rắn nào đó, thiết bị nhằm
thực hiện yêu cầu này được gọi là thiết bị trao đổi nhiệt. Chất lỏng hay chất khí tham
gia quá trình trao đổi nhiệt được gọi là chất mang nhiệt hay môi chất.
2.3.1. Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt
− Phân loại theo chiều chuyển động của môi chất.
4


− Phân loại theo công dụng của thiết bị.
− Phân loại theo sự hoạt động của môi chất.
− Phân loại theo nguyên lý làm việc của thiết bị.
2.3.2. Yêu cầu chính của thiết bị trao đổi nhiệt
− Hệ số truyền nhiệt có giá trị càng lớn càng tốt.

− Trở kháng thủy lực đối với dòng môi chất nóng và lạnh càng nhỏ càng tốt.
− Bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị phải làm sao ít bị bám bẩn, dễ dàng làm sạch và
dễ dàng sửa chữa.
− Bảo đảm ngăn cách các dòng môi chất nóng và lạnh tốt để tránh hiện tượng hai
dòng môi chất bị hòa trộn vào nhau.
− Thiết bị phải bảo đảm an toàn khi vận hành, có tuổi thọ cao, có kết cấu đơn giản,
dễ lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng.

2.4. Tính chất lý hóa của nhãn
Hột nhãn có được là do quá trình sấy lột cơm nhãn xong. Tận dụng nguồn nhiên
liệu dư thừa sẵn có chứa các thành phần gồm: các chất tinh dầu, chất chát, chất
nhựa…từ năm 2003 cho đến nay người dân ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long đã
tận dụng nguồn nhiên liệu có sẵn này làm chất đốt cho mỗi mẻ sấy. Ngoài ra hột nhãn
xay nhuyễn để làm thức ăn gia súc hay làm phân bón.
Bảng 2.1: Tính chất lý hóa của nhãn trước và sau khi sấy.
Cơm nhãn tươi,

Cơm nhãn

Thành phần ăn

%

sau sấy, %

được của hột

Nước

78,15

1,00

75,5

2

Protein

1,47

-

1,05

3

Lipit

1,4

19

1,39

4

Saccaroza

15,6

27,91

15,56

5

Độ tro

1

3,36

1

6

Vitamin A&B

1,38

-

0,2

STT

Các thành phần

1

5


Bảng 2.2: Thành phần hóa học của hột nhãn: /11/
Hột nhãn

C

H

O

N

S

%

83

3

2

1

1

Bảng 2.3: Đặc tính chất đốt của nhãn: /8/

Khối lượng thể

Vỏ
Hột

621

Nhiệt trị,

định, %

MJ/kg

77,9 ± 0,89

18,4 ± 1,2

17,7 ± 0,4

4,2 ± 0,8

77,7 ± 0,6

18,1 ± 0,8

17,3 ± 0,1

1,9 ± 0,6

80,9 ± 0,6

17,16 ± 0,4

17,7 ± 0,1

Chất bốc, %

3,68 ± 0,52

tích, kg/m3
Cành

Cacbon cố

Tro, %

-

2.5. Quá trình cháy của nhiên liệu: /17/
2.5.1. Quá trình cháy: /14/
2.5.1.1. Cháy thuận
Khối chất đốt nằm trên ghi lò, không khí được cung cấp từ phía dưới. Quá trình
cháy tạo thành các “vùng” sau:
− Dưới cùng là vùng tro, gồm các chất trơ không cháy được.
− Kế trên là vùng cháy, chủ yếu là carbon thể rắn cháy rực đỏ.
− Kế trên nữa là vùng nhiệt phân, chất đốt bị nung nóng làm thoát các chất bốc lên
trên.
− Bên trên khỏi mặt chất đốt là vùng cháy chất bốc, cháy với ngọn lửa, nếu có đủ
không khí thứ cấp, nếu rất thiếu không khí này, sẽ là khói mù mịt.
Gọi là cháy thuận, vì không khí cung cấp và khói sinh ra di chuyển cùng chiều.

2.5.1.2. Cháy ngược
Nếu không khí được cung cấp từ trên đi xuống, lớp chất bốc cũng được kéo
ngược xuống. Xuyên qua lớp than đang cháy đỏ và lớp tro đang còn nóng, chất bốc
tăng nhiệt độ nên dễ dàng cháy hơn, và cháy trọn vẹn hơn, nghĩa là ít sinh khói và
muội than.
Gọi là cháy ngược vì chiều di chuyển tự nhiên (đi lên) của chất bốc ngược với
chiều di chuyển của không khí đi xuống.
6


Hình 2.1: Quá trình cháy thuận và cháy ngược.
2.5.2. Tính chất chung của nhiên liệu: /17/
Khi sử dụng hột nhãn để cung cấp cho quá trình đốt cháy nhằm vào mục đích sấy
thì phải thỏa mãn yêu cầu chung của các loại nhiên liệu như:
− Dễ cháy, tỏa nhiệt lớn tính theo 1 đơn vị thể tích hay trọng lượng.
− Khi cháy nhiên liệu không được tách ra khí độc hại đến sức khỏe của con người
cũng như ăn mòn những vật liệu xây lò.
− Dễ khai thác, rẻ tiền. Bảo đảm các chỉ tiêu về kinh tế và kĩ thuật.
Thành phần nhiên liệu có 2 phần:
− Phần cháy được: các chất hữu cơ phức tạp: C, H2, S, SO2.
− Phần không cháy được: tro, xỉ, hơi ẩm: O2, N2, CmHn.
Bảng 2.4: Thành phần nhiên liệu theo kí hiệu:
Tên thành phần

Kí hiệu

Thành phần nguyên tố, %

Tổng cộng, %

Thành phần hữu cơ

hc

Chc+Hhc+Ohc+Nhc

100

Thành phần cháy

ch

Cch+Hch+Och+Nch+Sch

100

Thành phần khô

k

Ck+Hk+Ok+Nk+Sk+Ak

100

Thành phần làm việc

lv

Clv+Hlv+Olv+Nlv+Slv+Alv+wlv

100

7


Kết quả phân tích thành phần nhiên liệu đều cho dưới dạng khô, vì độ ẩm cả
chúng thay đổi theo thời tiết. Trong kĩ thuật lại cần đến thành phần làm việc, cho nên
khi tính toán cần chuyển về thành phần làm việc.
Muốn chuyển các thành phần đã biết về thành phần cần chuyển dùng công thức:
x cd = K * x

Với: x: thành phần đã biết, %.
2.5.3. Tính chuyển thành phần nhiên liệu: /17/
Khi biết thành phần cháy của nhiên liệu cần chuyển sang thành phần làm việc
dùng hệ số chuyển đổi K:
K=

100 − ( A lv + w lv )
100

Bảng 2.5: Tính hệ số chuyển đổi K.
Thành phần nhiên liệu cần chuyển sang

Thành
phần nhiên

Hữu cơ

Cháy

Hữu cơ

1

100 − S ch
100

Cháy

100
100 − S ch

1

100
100 − ( S k + A k )
100
100 − (S + Alv + wlv )

liệu

Khô tuyệt
đối
Làm việc

lv

Khô tuyệt đối

Làm việc

100 − ( S k + A k ) 100− (S lv + Alv + wlv )
100
100
100 − A k
100

100 − ( A lv + w lv )
100

100
100 − A k

1

100 − w lv
100

100
100−(Alv + wlv)

100
100 − w lv

1

2.5.4. Xác định nhiệt trị của nhiên liệu: /17/
Nhiệt trị là nhiệt lượng tỏa ra khi cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu.
Nhiệt lượng tỏa ra khi cháy nhiên liệu là kết quả của các phản ứng cháy tỏa nhiệt
của các nguyên tố riêng biệt trong nhiên liệu. Nhưng đồng thời cũng có quá trình thu

nhiệt cùng tiến hành song song như sấy khô, phân hủy các chất phức tạp thành các
thành phần đơn giản. Trong mỗi phản ứng hóa học như vậy sẽ giải phóng một phần
8


nhiệt lượng nhất định. Có 2 loại nhiệt sinh: nhiệt sinh cao (nhiệt trị cao) Qc và nhiệt
sinh thấp (nhiệt trị thấp) Qt.
Căn cứ vào hiệu ứng nhiệt của từng nguyên tố khi đốt cháy D.I. MENDELEEV
xác định công thức để tính toán nhiệt trị của: nhiên liệu lỏng hay rắn như sau:
Qt = 81C lv + 300 H lv + 26(O lv − S lv ) − 6( w lv + 9 H lv ) , kCal/kg.

Qt = 339C lv + 1256 H lv − 108,8(O lv − S lv ) − 25,1( w lv + 9 H lv ) , kJ/kg.

Quan hệ giữa nhiệt sinh cao và nhiệt sinh thấp:
Qt = Qc − 25,1( w lv + 9 H lv )

Bảng 2.6: Nhiệt trị của một số loại nhiên liệu:
Chất đốt

Nhiệt trị thấp

Trấu 10% ẩm độ

11 MJ/kg

Cùi bắp 20% ẩm độ

13,4 MJ/kg

Gỗ 20% ẩm độ

11÷13 MJ/kg

Dăm bào khô

16÷18 MJ/kg

Than gỗ

27 MJ/kg

Than đá Anthracite

29 MJ/kg

Dầu diesel

35,6 MJ/lít

Dầu hôi kerosene

35,3 MJ/lít

Khí propan

51,4 MJ/kg

Khí butan

49,4 MJ/kg

2.6. Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy: /17/
Các phản ứng cháy:
Phản ứng cháy carbon:
− Khi cháy hoàn toàn đặc trưng bằng phản ứng hóa học kèm theo sự tỏa nhiệt:
C + O2 → CO2 + Qc

− Khi cháy không hoàn toàn:
C + 1 / 2O2 → CO + Qc1

− Khi cháy tiếp khí CO hình thành:
9


CO + 1 / 2O2 → CO2 + Qc 2
⇒ Qc = Qc1 + Qc 2

Dựa vào các phản ứng trên có thể xác định lượng oxi và không khí cần thiết cung
cấp cho cháy các thành phần nhiên liệu.
Từ phản ứng cháy carbon hoàn toàn:
C

+

O2

→

CO2 (1)

1kmol

1kmol

1kmol

12kg

32kg

44kg

Khối lượng riêng của oxi ρO2 = 1,428 kg/m3, của CO ρCO2 = 1,946 kg/m3.
Thay vào công thức (1):
1kgC+

1,866m3O2

→

1,866m3CO2.

Như vậy khi đốt cháy hoàn toàn 1kg carbon cần phải sử dụng 1,866 m3 khí O2 và
sinh 1,866 m3 khí CO2.
− Xác định lượng không khí oxi đốt cháy nhiên liệu rắn:
Lượng các nguyên tố cháy được trong 1 kg nhiên liệu tham gia phản ứng cháy
bao gồm:
C lv H lv S Clv O lv
+
+

+
100 100 100 100

Dựa vào các phương trình trên có thể xác định được lượng oxi cần thiết cung cấp
cho quá trình cháy 1 kg nhiên liệu theo:
0
O2

V

S Clv
C lv
H lv
O lv
= 0,933 *
+ 0,7 *
+ 5,6 *
−
, mtc3 / kg .
100
100
100 100 * 1,428

Vì trong không khí oxi chiếm 12 % thể tích nên thể tích không khí cần thiết để
cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu xác định theo:
S Clv
C lv
H lv
O lv
1

1
0
V = * VO2 = * (0,933 *
+ 0,7 *
+ 5,6 *
−
)
21
21
100
100
100 100 * ρ O2
0
kk

Lk0 = Vkk0 = 0,0889 * (C lv + 0,375 * S Clv ) + 0,265 * H lv − 0,033 * O lv , mtc3 / kg .

Trong thực tế, do nhiều nguyên nhân khác nhau không khí không thể tiếp xúc
một cách lí tưởng với các thành phần cháy của nhiên liệu, vì vậy muốn cho quá trình
cháy đạt hiệu quả hơn cần phải cung cấp thể tích không khí thực tế lớn hơn thể tích
không khí lí thuyết.
10


Do ở điều kiện bình thường không khí có chứa ẩm nên:
L0 = (1 + 0,00124 * d kk ) * Lk0 , n.m3/kg.

Với: dkk: hàm ẩm không khí, g/m3.
− Lượng khí ẩm thực tế cần thiết:
Lα = α * L0 , n.m3/kg.

− Hệ số tiêu hao không khí và lượng không khí cần thiết:
Hệ số tiêu hao không khí α là tỉ số giữa lượng không khí thực tế Lα và lượng
không khí lí thuyết L0 khi đốt nóng cùng 1 đơn vị nhiên liệu.: α =

Lα
L0

o Khi Lα > L0→ α > 1 và α gọi là hệ số không khí dư.
o Khi Lα < L0→ α < 1 thì sự cháy nhiên liệu xảy ra không hoàn toàn. Hệ số
α lớn hay nhỏ tùy thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, loại thiết bị buồng đốt và phương
pháp đốt.
Bảng 2.7: Thành phần của sản phẩm cháy:
Sản phẩm

Thành phần nhiên liệu

Cháy hoàn toàn

Cháy không hoàn toàn

Carbon

CO2

CO2

Hydro

H2O

H2O

Lưu huỳnh

SO2

SO2

Nitơ nhiệt độ thấp

N2

N2

Nitơ nhiệt độ cao

NOx

NOx

Khí Clo

Cl2O7, HCl

Cl2O7, HCl

Photpho

P2O5

P2O5

2.7. Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng: /3/
Đối với nhiên liệu rắn lỏng:
− Lượng sản phẩm cháy:
3

VCO2 = 0,0187 * C lv , n.m /kg.
3

V H 2O = 0,112 * H lv + 0,0124 * W lv + 0,00124 * d kk * Lα , n.m /kg.

11


3

VSO2 = 0,007 * S lv , n.m /kg.

VO2 = 0,21 * (α − 1) * L0 , n.m3/kg.
3

V N 2 = 0,008 * N lv + 0,79 * Lα , n.m /kg.
3
⇒ Vα = VCO2 + VH 2O + VSO2 + VO2 + V N 2 , n.m /kg.

− Thành phần sản phẩm cháy:
VCO 2

CO 2 =

Vα

H 2O =
O2 =

V H 2O
Vα

VO2

N2 =

Vα

*100%

*100%

VN 2
Vα

SO2 =

*100%

*100%

VSO2

Vα

*100%

− Khối lượng riêng của sản phẩm cháy:
ρ=

44 * CO2 + 18 * H 2 O + 28 * N 2 + 32 * O2 + 64 * SO2
, kg/n.m3.
22,4 *100

2.8. Tính nhiệt độ cháy lí thuyết của nhiên liệu và nhiệt độ thực tế của lò: /3/
Nếu cho rằng toàn bộ lượng nhiệt tỏa ra khi cháy nhiên liệu chỉ dùng để nung
nóng sản phẩm cháy (coi đây là quá trình đoạn nhiệt và không có phản ứng phân hóa
nhiệt của các chất trong nhiên liệu) thì nhiệt độ cháy của nhiên liệu được gọi là nhiệt
độ lí thuyết tlt, vì vậy có phương trình:
Qtd C nl + t nl C kk * t kk * Lα
C spc * t lt = iΣ =
+
+
, kJ/n.m3.
Vα
Vα
Vα

Trong đó:
Cspc: nhiệt dung của sản phẩm cháy, kJ/n.m3 độ.
Qtd : nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg, kJ/n.m3.

Vα: lượng sản phẩm cháy tọa thành khi đốt 1 đơn vị nhiên liệu, n.m3/kg.

tnl, tlt: nhiệt độ của nhiên liệu và không khí được nung trước, 0C.
12


Lα: lượng không khí thực tế để đốt 1 đơn vị nhiên liệu, n.m3/kg.
Giả thiết hàm nhiệt tổng iΣ nằm trong giới hạn i1 ứng với t1, và i2 ứng với t2 nghĩa
là i1 < iΣ < i2 trong điều kiện t2 – t1 = 100 0C, dùng phương pháp nội suy ta xác định
nhiệt độ cháy lí thuyết theo công thức:
t lt =

iΣ − i1
* (t 2 − t1 ) + t1 , 0C.
i2 − i1

Trong đó:
t1, t2: nhiệt độ sản phẩm cháy nhỏ và lớn hơn nhiệt độ cháy lí thuyết với
điều kiện t2 – t1 < 100 0C.
i1, i2: hàm nhiệt của sản phẩm cháy ứng với nhiệt độ t1,t2, kJ/n.m3.
Nhiệt độ cháy thực tế của lò bằng tích số của nhiệt độ cháy lí thuyết với hệ số tổn
thất nhiệt của sản phẩm cháy ηtt.
t tt = η tt * t lt

Với: ηtt: hệ số tổn thất hàm nhiệt của sản phẩm cháy (0,56 ÷ 0,62).

2.9. Công thức tính toán lò đốt
2.9.1. Chi phí không khí của quạt: /3/
Lưu lượng gió của quạt:
Gq =

Vq

υ

, kg/s.

Trong đó:
Vq: lưu lượng quạt, m3/s.
ν: thể tích riêng của khối không khí sấy, m3/kg.
2.9.2. Công suất lò đốt: /14/
Pl = Gq * ( I 2 − I 1 ) , MJ/h.

Trong đó:
Gq: lưu lượng gió khối quạt, kg/s.
I1: entanpi của khí trời, kJ/kgKKK.
I2: entanpi của không khí sấy, kJ/kgKKK.

13


− Chi phí chất đốt (lượng hột nhãn cần thiết):
Gcd =

Pl
, kg/h.
q *η

Trong đó:
Pl: công suất lò đốt, MJ/h.
η: hiệu suất lò, %.
q: nhiệt trị của nhiên liệu đốt, MJ/kg.

2.9.3. Tổn thất nhiệt qua vách lò, đáy lò, nóc lò: /2/
Qi =

tT − t kk

δ
δ1 δ 2
+
+ ... + n + 0,06
λ1 λ2
λn

* FT , kJ.

Trong đó:
tT: nhiệt độ mặt trong nóc và vách lò, 0C.
tkk: nhiệt độ không khí xung quanh lò, 0C.
δ/λ: nhiệt trở mỗi lớp vách, m2.độ/W.
δ: chiều dày lớp vách, m.
λ: hệ số dẫn nhiệt lớp vách tương ứng, W/m.độ.
FT: diện tích mặt nóc và vách lò, m2.
0,06: nhiệt trở khi có trao đổi nhiệt mặt ngoài vách ra môi trường không
khí xung quanh, m2.độ/W.
2.9.4. Lượng nước bay hơi trong quá trình sấy: /17/
Mnước = M1 – M2, kg.
Trong đó:
M1, M2: khối lượng vật liệu trước và sau khi sấy, kg.
Năng lượng cần thiết Nct để làm bay hơi 1 kg nước vào khoảng 2,44 ÷ 3 MJ/kg.
2.9.5. Thể tích buồng đốt: /17/
Xác định thể tích buồng đốt dựa vào mật độ nhiệt thể tích buồng đốt.

Vbd

Qtd * B
, m3.
=
q

14