Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Tính toán thiết kế lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

VŨ VĨNH PHƯỚC

TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ SẤY GỖ
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà nội, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

VŨ VĨNH PHƯỚC

TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ SẤY GỖ
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ GIẤY
MÃ SỐ: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. HỨA THỊ HUẦN

Hà nội, 2011


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước, ngành công
nghiệp sản xuất và chế biến gỗ ngày càng phát triển. Sản phẩm của ngành là
mặt hàng xuất khẩu mang nhiều nét đặc trưng độc đáo của nền văn hóa dân
tộc, do vậy nó cũng là thơng điệp giới thiệu cho bạn bè quốc tế về đất nước,
cảnh quan thiên nhiên và con người Việt Nam. Bên cạnh đó, các sản phẩm đồ
gỗ xuất khẩu của Việt Nam còn đem lại giá trị ngoại tệ rất lớn. Chính bởi
những lợi ích kinh tế – xã hội lâu dài và tiềm năng phát triển của chúng mà
hiện nay nhà nước đang có nhiều biện pháp và chính sách để khuyến khích
ngành chế biến sản xuất gỗ xuất khẩu phát triển.
Tuy nhiên để đạt được sự phát triển lớn mạnh như ngày nay ngành chế
biến gỗ nước ta cũng phải trải qua một giai đoạn khó khăn trả giá rất lớn về ơ
nhiễm mơi trường như bụi từ q trình gia cơng chế biến, như các hóa chất từ
q trình tẩm gỗ, như khói từ các lị sấy gỗ mà phần lớn các lò sấy ở Việt
Nam hiện nay sử dụng lò sấy bằng hơi nước, với cách làm như trên ngồi
việc gây ơ nhiễm mơi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng thì
nghành chế biến gỗ cịn tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên quốc gia, trong điều
kiện thế giời hiện nay đang cạn kiệt về tài nguyên thiên nhiên cũng như thế
giới đang bị ảnh hưởng nặng nề về biến đổi khí hậu mà các hội nghị về biến
đổi khí hậu trên thế giới đã và đang đề cập đến và tìm hướng giải quyết.
Hiện nay trên thế giới cũng như Việt Nam đã và đang ứng dụng các
công nghệ mới nhằm tránh ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tài nguyên và tránh

biến đổi khí hậu như sử dụng các nguồn năng lượng như: năng lượng hạt
nhân, năng lượng có trong tự nhiên như năng lượng gió, năng lượng mặt
trời.


2

Tuy nhiên nguồn năng lượng hạt nhân hiện nay nhiều nước đang loại bỏ
dần do hai thảm họa về hạt nhân xảy ra như: Thảm hoạ nguyên tử Chernobyl
xảy ra vào ngày 26 tháng 4 năm 1986 khi nhà máy điện nguyên tử Chernobyl
ở Pripyat, Ukraina (khi ấy còn là một phần của Liên bang Xô viết) bị nổ. Hay
mới đây nhất là thảm họa hạt nhân xảy ra tại Nhật Bản sau sóng thần.
Với những lý do nêu trên trong phạm vi đề tài này tôi xin được đề cập
đến một phương án góp phần nhỏ nhằm tiết kiệm năng lượng và giảm ô
nhiễm môi trường cũng như làm giảm sự biến đổi khí hậu và tiết kiệm được
một phần tài ngun thiên nhiên đó là thiết kế lị sấy gỗ với tên đề tài “ thiết
kế lò sấy gỗ năng lượng mặt trời kiểu CAXE -2011 công suất 10 m3 /mẻ”.
Ứng dụng năng lượng mặt trời trong sấy gỗ để thay thế một phần các
phương pháp sấy truyền thống hiện đang được sử dụng trong công nghiệp
chế biến gỗ ở nước ta.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung vào tính tốn thiết kế lị sấy gỗ năng lượng mặt trời hấp
thụ nhiệt kiểu (Air Collector) công suất 10 m3/mẻ . Xác định các thông số kỹ
thuật của lị sấy.
Tìm hiểu cấu tạo và tính chất của gỗ ASH làm cơ sở để phục vụ cho tính
tốn thiết kế lị sấy.
3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
3.1. Mục tiêu lý thuyết
Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ năng lượng mặt trời nhằm tiết kiệm năng
lượng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả kinh tế cũng

như gia tăng chất lượng gỗ sấy trong gia công chế biến gỗ và đảm bảo sức
khỏe cho người lao động.
3.2. Mục tiêu thực tiễn
Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ gia nhiệt bằng năng lượng mặt trời (Air


3

Collector).
Xác định các chỉ tiêu thông số kỹ thuật của lò sấy.
Thiết lập hồ sơ thiết kế và Thuyết minh vận hành lò sấy.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
4.1. Nội dung nghiên cứu
4.1.1. Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo, tính chất về sấy của gỗ dùng cho tính
tốn thiết kế (gỗ ASH). Gỗ nhập ngoại
4.1.2. Lựa chọn kiểu dáng, phác họa thiết kế lị sấy gỗ NLMT
4.1.3. Tính tốn thiết kế lị sấy gỗ (NLKT) CS=10 m3/ mẻ
Tính tốn cơng nghệ.
Tính tốn nhiệt.
Tính tốn khí động lực.
Tổng hợp các chỉ số kỹ thuật cơng nghệ lị sấy.
4.1.4. Thiết lập hồ sơ thiết kế (Các bản vẽ thiết kế )
4.1.5. Thuyết minh vận hành lò sấy
4.1.6. Dự trù vật tư, thiết bị của lò sấy
4.2. Phương pháp nghiên cứu
4.2.1. Phương pháp tiếp cận đề tài
Để tiếp cận đề tài một cách khoa học chúng tôi áp dụng phương pháp kế
thừa các thành tựu nghiên cứu khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam về
những lĩnh vực có liên quan đến đề tài nghiên cứu.
4.2.2.Phương pháp tìm hiểu các tính chất về sấy của các loại gỗ sấy

Thông qua các tài liệu tham khảo, các đề tài nghiên cứu trong nước cũng
như ngồi nước về cấu tạo, tính chất gỗ Ash.
4.2.3. Tìm hiểu và lựa chọn kiểu dáng lị sấy gỗ NLMT áp dụng trong
nghiên cứu


4

Được sự giúp đỡ của PGS. TS Hồ Xuân Các, tham khảo tài tài liệu trên
mạng trong nước và thế giới để thu thập các thông tin phục vụ cho việc lựa
chọn kiểu dáng lò sấy NLMT áp dụng trong nghiên cứu.
4.2.4. Tham khảo tài liệu về các phương pháp tính tốn thiết kế lị sấy
4.2.5. Kiểm tra đánh giá chất lượng lò sấy
Sử dụng các phương pháp đo đạc dựa trên các quy chuẩn về đo lường để
làm các tiêu chí kiểm tra , đánh giá chất lượng lị sấy.

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Năng lượng mặt trời là gì?
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ
Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ ngun tử khác
phóng ra từ ngơi sao này. Dịng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi
phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ
nhìn thấy. Mỗi giây trơi qua, Mặt Trời giải phóng ra khơng gian xung quanh
3,827×1026 joule.
Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng quan trọng điều khiển
các q trình khí tượng học và duy trì sự sống trên Trái đất. Ngay ngồi khí
quyển Trái Đất, cứ mỗi một mét vng diện tích vng góc với ánh nắng Mặt
Trời, chúng ta thu được dòng năng lượng khoảng 1.400 joule trong một giây.

Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn năng lượng mặt trời khổng
lồ. Mặc dù các hoạt động nghiên cứu đã được triển khai gần 30 năm, nhưng
đến nay những sản phẩm sử dụng nguồn năng lượng này vẫn chưa được ứng
dụng rộng rãi…


5

Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô
cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến
8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương
đối cao.
Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu và
bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Ngành công nghiệp sản xuất
pin mặt trời và việc ứng dụng năng lượng nhiệt mặt trời sẽ góp phần thay thế
các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ mơi
trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế
những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Từ lâu, nhiều nơi trên thế
giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn
tài nguyên truyền thống. Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng
tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước. Ở Brazil, những
vùng xa xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời ln chiếm vị trí
hàng đầu. Ngay tại Đơng Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo
nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân.
Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn
năng lượng tái tạo quý báu có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua
hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện
năng, như trong pin Mặt Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được
hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho
bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp

Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hịa Mặt Trời, hoặc
có thể sử dụng trực tiếp bức xạ nhiệt mặt trời tạo khơng khí nóng (làm nóng)
dùng trong sấy gỗ.
1.2. Cơng nghệ sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam


6

Nước ta là nước nông nghiệp, nhu cầu phơi sấy để bảo quản nông sản và
nguyên liệu là rất lớn. Một số ngành công nghiệp khác nhu cầu phơi sấy hàng
cũng đang tiêu thụ nhiều nhiên liệu như ngành chè, gốm, gỗ, thủ công mỹ
nghệ,… và các nhu cầu dân sinh khác.
Sấy là quá trình tách ẩm từ vật liệu. Điều kiện cần thiết để sấy khô là
phải cấp nhiệt làm bay hơi nước trong vật sấy, đồng thời dùng khơng khí thổi
vào để mang hơi nước đi. Bẫy nhiệt từ năng lượng mặt trời (NLMT) sử dụng
nguyên lý hiệu ứng nhà kính. Hơi nước sinh ra được mang đi bởi khơng khí đi
ngang qua vật sấy. Khơng khí chuyển động nhờ quá trình đối lưu tự nhiên
hoặc do cưỡng bức (sử dụng quạt).
Công nghệ sấy sử dụng NLMT là nguồn năng lượng sẵn có, siêu sạch và
miễn phí, chi phí bảo dưỡng thấp, an tồn đối với người sử dụng, nhiệt độ sấy
không quá cao, hơi ẩm được đưa ra khỏi sản phẩm từ từ, an toàn cho chất
lượng sản phẩm (khác nhiều so với sấy cưỡng bức).
Với thiết bị sấy sử dụng NLMT gián tiếp, bức xạ mặt trời không trực tiếp
chiếu vào sản phẩm sấy mà thông qua khơng khí được làm nóng bởi bộ thu
nhiệt từ NLMT, q trình tuần hồn khơng khí thường sử dụng quạt cưỡng
bức, sẽ làm cho nhiệt độ sấy cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn và chất lượng
sản phẩm sấy được tốt hơn.
Đối với một số thiết bị sấy cho các sản phẩm đặc biệt hoặc cần có thời
gian sấy dài, ta thường dùng thêm nguồn năng lượng phụ để đề phịng những
lúc trời khơng nắng hoặc sấy vào ban đêm. Cơng nghệ khí hóa nhiên liệu sinh

khối rất thích hợp để làm nguồn năng lượng phụ này. NLMT có thể dùng để
sấy nhiên liệu sinh khối, chính là tích năng lượng thêm cho nhiên liệu sinh
khối. Hai công nghệ đều sạch và thân thiện với môi trường, khi kết hợp với
nhau đem lại lợi ích lớn về kinh tế cũng như thỏa mãn về yêu cầu kỹ thuật.


7

Công nghệ sấy sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) ở nước ta đã được
Trung tâm Năng lượng – Máy nơng nghiệp thuộc Đại học Nơng lâm thành
phố Hồ Chí Minh nghiên cứu triển khai mạnh mẽ. Trong khoảng 20 năm phát
triển, nhiều kiểu dàn sấy NLMT đã được thử nghiệm. Lò sấy NLMT dạng
sàng phẳng (Flat –bed) cho chất lượng sấy hạt tốt, giá thành hạ lại dễ lắp đặt
và vận hành, được thị trường chấp nhận và chiếm khoảng 25 – 35%. Hiện có
hơn 3.000 máy sấy lúa NLMT có cơng suất 4 – 8 tấn /mẻ đã được sử dụng, hỗ
trợ đắc lực cho việc giảm thất thoát sau thu hoạch.
Loại máy sấy SRA (sấy Reversible – Air ) bắt đầu nghiên cứu triển khai
từ năm 1999, được thử nghiệm với nhiều loại nông sản: gạo, ngô, cà phê, lạc,
ớt,… bằng cơng nghệ vịng khí tuần hồn. Công suất sấy khá rộng từ 2 tấn
đến 12 tấn/mẻ sấy. Cho đến nay 600 máy sấy SRA đã được triển khai sử
dụng.
NLMT được coi là nguồn năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là
nguồn năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí. Việt Nam là nước có tiềm
năng về NLMT, trải dài từ 8 độ vĩ Bắc đến 23 độ vĩ Bắc, có cường độ bức xạ
mặt trời tương đối cao, bình qn có 2.000 – 2.500 h nắng mỗi năm, trị số
tổng xạ từ 100 – 175 kcal/cm2/năm. Việc sử dụng NLMT sẽ đem lại hiệu quả
kinh tế lớn, đồng thời, bảo đảm sự bền vững của môi trường.
1.3. Thực trạng sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Thứ nhất: Theo dự án thí điểm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
của Bộ Công Thương, Cty Lâm sản Giáp Bát (Hà Nội) mới đưa vào thực hiện

công nghệ sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời dựa theo thiết kế của Trung tâm
Năng lượng mặt trời (Đại học Bách Khoa).
Đây là công nghệ sấy sử dụng năng lượng mặt trời thay thế các lò sấy
bằng hơi nước đun than, điện trước đây. Theo thiết kế, lị sấy có cơng suất


8

30m3 gỗ/mẻ, mỗi mẻ sấy kéo dài 15- 20 ngày (tiết kiệm được 30 - 40% thời
gian chi phí so với sấy bằng hơi).
Tuỳ từng nhóm gỗ, độ dày của gỗ mà người điều khiển đặt chương trình
làm việc để có chế độ sấy thích hợp. Trường hợp thiếu ánh nắng mặt trời, lò
ấy sẽ được nồi hơi cung cấp nước nóng để bổ sung năng lượng nhiệt giúp lị
hoạt động bình thường. Đặc biệt, từ khi dùng năng lượng mặt trời giá thành
sấy gỗ giảm khoảng 20%.
Thứ hai: Lâm trường M'Đrắc (Đắc Lắc) vừa đưa lò sấy gỗ bằng năng
lượng mặt trời vào sử dụng thay cho lò sấy bằng hơi không chỉ rút ngắn thời
gian sấy, giảm chi phí về nhân cơng, chất đốt mà cịn ổn định về hình dạng,
nâng cao chất lượng sản phẩm gỗ. Lị sấy có cơng suất 30 m3/ mẻ gia nhiệt
phụ trợ bằng nồi nước nóng. (Hình 1.1)
Đây là lị sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời đầu tiên của Tây Nguyên và
cũng là lị sấy có các thiết bị tiên tiến nhất của Việt Nam hiện nay.


9

Lị sấy gỗ này hoạt động thơng qua ngun lý hiệu ứng nhà kính (bức xạ
nhiệt) và tồn bộ hệ thống được điều khiển bằng tự động hoá điều tiết độ ẩm
của môi trường sấy, nhiệt độ sấy, qua hệ thống thơng gió và

tốc độ

quạt...Theo thiết kế có phụ trợ bằng nước nóng cơng suất 30 mét khối gỗ/ mẻ,
mỗi mẻ sấy kéo dài 15-25 ngày tùy thuộc vào loại gỗ và chiều dày ván, Bộ
điều khiển EMC cài đặt chương trình làm việc tự động cho một số loại gỗ để
có chế độ sấy thích hợp. Trường hợp thiếu ánh nắng mặt trời, lò sấy sẽ được
nồi hơi cung cấp nước nóng để bổ sung năng lượng nhiệt giúp lị hoạt động
bình thường.Lị sấy gỗ bằng năng lượng mặt trời này do Chương trình Liên
Hiệp Quốc tài trợ, với tổng số vốn đầu tư 1,5 tỷ đồng.
1.4. Tổng quan các kiểu lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời
Hiện nay trên thế giới đã đưa ra nhiều kiểu lị sấy NLMT hấp thụ khơng
khí nóng và nước nóng sau đây sau đây:


10

Hình 1.2: Một số kiểu lị sấy NLMThấp thụ khơng khí nóng (Solar Air
Collector)

Hình 1.3: Lị sấy NLMT hấp thụ nước nóng

Nguyên lý thiết bị hấp thụ Năng lượng mặt trời (NLMT Solar Colector)
Lò sấy gỗ bằng NLMT phù hợp cho sấy gỗ ở nhiệt độ thấp từ (40 – 60
0

C). Trên thế giới có nhiều kiểu thiết bị hấp thụ NLMT phổ cập như:

- Hấp thụ khơng khí : Hấp thụ năng lượng trực tiếp làm nóng khơng khí (Air
Collector) .Hình (1.2)
- Hấp thụ nước nóng : Hình (1.3)

11

Hấp thụ nhiệt mặt trời tạo nước nóng (Solar Hot Water), với hai loại
collector ở dạng phẳng ( plate Collector) và dạng ống (Vaccum Tube
Collector ).
Theo PGS.TS. Hồ Xuân Các, hong phơi tự nhiên cũng là một phương
pháp sấy bằng NLMT và trong nhiều tài liệu cũng thường gọi hong phơi là
sấy tự nhiên, nhưng ở đây PGS Hồ Xuân Các gọi là hong phơi bị động, phụ
thuộc chủ yếu vào thời tiết để phân biệt với một khái niệm mới đưa vào trong
lĩnh vực sấy đấy là hong phơi chủ động. Xuất phát từ ý tưởng đó để khắc
phục những ảnh hưởng của thời tiết nắng mưa thất thường tác động đến chất
lượng gỗ sấy và đặc biệt là trong sấy nông sản theo thời vụ sản xuất nông
nghiệp, mùa thu hoạch thường vào mùa mưa, thời tiết thay đổi đột ngột mưa
nắng thất thường, nông dân thường rất bận rộn trong thu hoạch và cả hong
phơi ( chạy mưa) để sản phẩm nông sản khỏi bị mốc ảnh hưởng đến chất
lượng . Do vậy ông đã đề xuất giải pháp vừa hong phơi dưới nắng mà mưa
không bị ướt và hong phơi với nhiệt độ cao hơn mà khơng tốn kém năng
lượng đó là giải pháp hong phơi trong mái che bằng Plastic trong suốt lợi
dụng hiệu ứng nhà kính để tăng thêm hấp thụ nhiệt mặt trời theo nguyên lý
hiệu ứng nhà kính (Green House), đồng thời bổ xung thêm lớp trần chuyển
hướng dịng khơng khí nóng đối lưu bằng tấm đen để tăng khả năng hấp thụ
nhiệt, tạo được q trình hong phơi hồn tồn chủ động với kinh phí đầu tư
thấp và được gọi là phương pháp hong phơi chủ động. Với kiểu Green house
có thể sử dụng trong sấy gỗ đặc biệt là giai đoạn tiền sấy, làm giảm độ ẩm của
gỗ tươi xuống 25 hoặc 20 % sau đó tiếp tục đưa vào lò sấy nhanh ở nhiệt độ
cao hơn, theo cách này cũng tiết kiệm được năng lượng đáng kể và đảm bảo
chất lượng gỗ sấy. Trong sấy gỗ bằng NLMT cũng cần áp dụng giải pháp gia
nhiệt hỗ trợ nhằm khắc phục hiện tượng suy giảm nhiệt độ sấy vào ban đêm

hoặc những khi trời không nắng .


12

Trong công nghệ sấy hiện đại ( Sấy công nghiệp), chất lượng sấy cần
đảm bảo chặt chẽ và chính xác hơn, địi hỏi q trình sấy phải được điều tiết
ổn định hơn cho từng loại gỗ và từng quy cách gỗ sấy, điều đó địi hỏi phải
điều tiết q trình sấy theo từng chế độ sấy thích hợp, đặc biệt phải điều tiết
các thông số nhiệt độ (T0C) và độ ẩm tương đối của mơi trường sấy (RH). Do
đó trong sấy gỗ bằng NLMT phải áp dụng giải pháp gia nhiệt hỗ trợ thích
hợp nhằm khắc phục hiện tượng suy giảm nhiệt độ sấy khi khơng có ánh nắng
mặt trời. Tùy theo từng giải pháp gia nhiệt hỗ trợ khác nhau PGS. Ts Hồ
Xuân Các đã đưa ra các kiểu lò sấy gỗ bằng NLMT ( với những nguyên lý )
sau đây:
- Sấy NLMT hỗ trợ gia nhiệt bằng thiết bị theo nguyên lý bơm nhiệt.
- Sấy NLMT hỗ trợ gia nhiệt bằng hơi nước, hơi đốt.
- NLMT hỗ trợ gia nhiệt bằng nước nóng NLMT.


13

Chương 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ
TÍNH TỐN THIẾT KẾ LỊ SẤY
2.1. Những số liệu cần thiết cho việc tính tốn thiết kế
Trước khi bắt tay vào thiết kế, người cán bộ kỹ thuật làm công tác thiết
kế cần thu thập đầy đủ các số liệu cần thiết sau đây để làm cơ sở phân tích lựa
chọn phương án và tính toán thiết kế cụ thể. [TLTK Hồ Xuân Các][1,2,3]
- Số lượng gỗ cần sấy trong năm (sản lượng năm theo yêu cầu của nhiệm

vụ thiết kế), tiến hành phân loại gỗ sấy theo loại gỗ, kích thước ván, bao gồm
cả khối lượng gỗ từng loại và tỷ lệ từng loại ván (dựa vào số liệu điều tra sổ
sách hoặc thu nhập xác định điểm). Trong đó cần chú ý loại ván có tỷ lệ lớn
nhất (loại ván chiếm nhiều nhất trong tồn bộ sản lượng gỗ sấy), để sau này
có số liệu chính xác dựa vào đấy mà cân nhắc lựa chọn các thơng số tính tốn
thiết kế cần thiết, thường loại ván này được chọn làm nguyên liệu tính toán.
- Thu thập sơ bộ độ ẩm ban đầu của từng loại gỗ sấy và một số tính chất
cơ lý, cũng như một số đặc điểm cơ bản về cấu tạo của mỗi loại gỗ sấy.
- Xác định cụ thể công dụng của từng loại gỗ sấy, yêu cầu kỹ thuật đối
với phạm vi sử dụng gỗ sấy như: hạng chất lượng, độ ẩm cuối cùng cần đạt
được.
- Những số liệu về hơi nước như nguồn cung cấp và khả năng cung cấp
hơi nước, các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể của hơi nước được phép sử dụng…
- Một số số liệu cần thiết về đất đai nơi sẽ xây dựng lị sấy như: diện tích
đất đai được sử dụng, loại đất, mực nước ngầm, hàm lượng nước trong đất, độ
chua của đất….
- Tình hình điện nước: mạng điện có thế hiệu bao nhiêu, cơng suất của
trạm biến thế, tình hình cung cấp điện…Nước sử dụng cho nồi hơi lấy ờ đây,


14

độ cứng của nước ra sao, có bảo đảm sử dụng cho nồi hơi hoạt động được
không, cần tiến hành chuẩn bị những vấn đề gì trước khi dùng nguồn nước
đó…
- Một số số liệu về khí hậu chủ yếu ở vùng dự định sẽ xây dựng lò sấy
như nhiệt độ bình quân từng tháng, cả năm, nhiệt độ tối đa và tối thiểu cũng
như độ ẩm của khơng khí, hướng gió chủ đạo, tình hình lụt lội,…
- Khả năng cung cấp thiết bị, khả năng chế tạo và vận dụng thiết bị.
- Bản vẽ mặt bằng của tồn xí nghiệp và vị trí dự định đặt phân xưởng

sấy.
- Tình hình tổ chức, bố trí nhân lực, trình độ nghiệp vụ của công nhân và
cán bộ kỹ thuật.
- Các số liệu khác có liên quan đến việc tính tốn giá thành như tiền
lương, giá cả nguyên vật liệu xây dựng, vốn đầu tư thiết bị, các loại định
mức…
- Ngoài ra, tùy tình hình cụ thể từng nơi, từng lúc mà điều tra thu thập
thêm những số liệu cần thiết có liên quan đến tính tốn thiết kế.
2.2. Trình tự tiến hành tính tốn thiết kế
(lị sấy hơi nước)
Việc tính tốn lị sấy có thể tiến hành theo các bước sau đây:
[TLTK Hồ Xn Các][1,2,3]
2.2.1. Tính tốn cơng nghệ
Tổng hợp và phân tích số liệu, trên cơ sở đó lựa chọn phương pháp sấy
và kiểu lị sấy.
Lựa chọn kích thước lị và tính tốn số lượng lị sấy.
Tính tốn diện tích kho bãi và quy hoạch phân xưởng sấy.
2.2.2. Tính tốn nhiệt


15

Lựa chọn ngun liệu tính tốn, lựa chọn chế độ sấy và tính tốn thời
gian sấy. (Chọn gỗ ASH)
Xác định lượng nước bay hơi.
Xây dựng quá trình sấy lý thuyết và xác định lượng khơng khí tuần hồn.
Tính tốn tốc độ tuần hồn của mơi trường sấy.
Xác định lượng nhiệt tổn thất qua vỏ lò và tiêu hao để làm nóng gỗ.
Xây dựng q trình sấy thực tế, xác định lượng khơng khí mới và khơng
khí thừa.

Xác định lượng nhiệt tiêu hao để làm bay hơi nước và tính tốn lựa chọn
thiết bị tăng nhiệt.
Tính tốn nhiệt lượng sấy tiêu hao và lượng hơi nước tiêu hao.
Xác định đường kính ống dẫn hơi nước, ống dẫn nước ngưng tụ.
2.2.3. Tính tốn khí động lực của lị sấy
Xác định lực cản của dịng khơng khí trong lị sấy.
Lựa chọn quạt và xác định cơng suất cần thiết của quạt.
Tính tốn đường dẫn khí và thốt khí.
Tính tốn kinh tế và thống kê các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của thiết kế.
Sau đây, chúng ta sẽ đi sâu vào từng phần tính tốn cụ thể.
2.3. Tính tốn cơng nghệ
2.3.1. Lựa chọn phương pháp sấy và kiểu lò sấy
Việc lựa chọn phương pháp sấy cũng là một việc làm khá phức tạp, địi
hỏi ở người cán bộ thiết kế có một trinh độ tổng hợp, phân tích tốt, vừa có
quan điểm kỹ thuật, am hiểu được các q trình gia cơng chế biến gỗ vừa có
quan điểm kết hợp chặt chẽ và hợp lí giữa hai mặt kỹ thuật và kinh tế.
Thơng thường gỗ được sấy dưới các hình thức sau đây: sấy ván và sấy
phôi.


16

Mỗi phương pháp sấy trên có những mặt tốt xấu nhất định, tùy theo tình
hình cụ thể mà cân nhắc lựa chọn cho phù hợp.
Sấy ván có lợi cho quá trình cắt gọt, qua đó nâng cao được tỷ lệ thành
khí, tỷ lệ lợi dụng gỗ, theo quan điểm tiết kiệm ngun liệu thì đấy là một vấn
đề có có tính chất quyết định trong việc lựa chọn phương pháp sấy. Ngồi ra
việc sấy ván cịn có lợi làm giảm nhẹ được sức lao động trong khâu bốc dỡ,
vận chuyển tạo điều kiện thuận lợi cho việc cơ giới hóa sản xuất ở các khâu
gia cơng chế biến về sau.

Cịn việc sấy phơi cịn có những mặt ưu điểm nổi bật của nó. Với việc
sấy phơi có thể rút ngắn được thời gian sấy, tăng được năng suất lò sấy
(khoảng 20%) đồng giá thành gỗ sấy.
Hiện nay các nhà thiết kế đã thiết kế và phát minh được rất nhiều kiểu lị
sấy khác nhau, điều đó rất thuận lợi cho việc lựa chọn và cải tiến của chúng ta
trong quá trình tiến hành thiết kế lị sấy, việc lựa chọn kiểu lị sấy thích hợp
cho từng cơ sở cũng khơng phải là một việc làm đơn giản, nó địi hỏi ở người
cán bộ làm công tác thiết kê không những chỉ biết dựa trên cơ sở lý thuyết về
khí động lực về nhiệt để phân tích lựa chọn, mà cần phải biết kệt hợp chặt chẽ
với tình hình đặc điểm của cơ sở sản suất, điều kiện cụ thể từng nơi, yêu cầu
về trình độ kỹ thuật từng nơi mà cân nhắc lựa chọn, chỉ có so sánh phân tích
một cách tổng qt và tồn diện như vậy mới có thể cân nhắc lựa chọn được
một kiểu lị sấy thích hợp để thiết kế.
Trong khi cân nhắc lựa chọn 1 kiểu lò sấy cũng cần chú ý hết sức đến
việc tiết kiệm nhiên liệu, hơi nước và tiết kiệm điện.
2.3.2. Lựa chọn kích thước lị sấy và tính tốn số lượng lị sấy
Kích thước lị sấy phụ thuộc vào kích thước của đống gỗ và số lượng
đống gỗ cần xếp trong lị sấy. Kích thước đống gỗ, người thiết kế tự phân tích
lựa chọn lấy sao cho phù hợp với kích thước của nguyên liệu sấy, quy cách


17

xếp đống, khả năng của thiết bị xếp đống, cũng như có sự cận nhắc về qui mơ
và về mặt mỹ thuật của cấu trúc lị sấy.
2.3.3. Tính tốn diện tích kho bãi và qui hoạch phân xưởng sấy
Dung tích của kho chứa gỗ (Ekho) phụ thuộc vào thời gian dự trữ gỗ trong
kho (kho) và sản lượng ngày của phân xưởng sấy (Y ngày) tính theo nguyên
liệu tiêu chuẩn và tính bằng cơng thức sau:
Ekho = Yngày x kho

(2.1)

Trong đó:
Yngày 



y

(2.2)

345

kho: thời gian chứa gỗ trong kho lấy theo những giá trị qui định sau đây:
- Đối với kho gỗ khô: 47 ngày
- Đối với kho gỗ ướt: 24 ngày
Biết dung tích của kho (Ekho) và dung tích của đống gỗ có thể tính tốn
được số lượng đống gỗ xếp trong kho theo cơng chức:

(2.3)
Trong đó:
Eđg: dung tích của một đống gỗ tính bằng đống gỗ:
Eđg = Vđg x đ
Với đ – hệ số đầy xếp đống
Muốn xác định diện tích cần thiết của kho, ta phải qui hoạch bố trí sắp
xếp các đống gỗ trong kho, đường vận chuyển, đường chữa cháy, đường đi
lại... đồng thời có lưu ý đến biện pháp bảo quản gỗ.
Tuy vậy việc tính toán kho bãi trong thiết kế phân xưởng sấy gỗ thơng
thường tính tốn một cách khái qt diện tích kho theo công thức.

Fkho = Bđg x Lđg x Nđg x

m2)

(2.4)


18

Trong đó:
Bđg và Lđg: bề rộng và bề dài của đống gỗ, m
kho: hệ số đầy diện tích kho, thường lấy từ 0.35 – 0.45
Qui hoạch phân xưởng sấy bao gồm việc qui hoạch bố trí lị sấy, kho bãi
và hệ thống vận chuyển. Việc bố trí các hệ thống trong 1 phân xưởng là kết
quả của việc phân tích cân nhắc chung tồn cục chứ khơng phải đơn thuần bố
trí riêng rẽ từng hệ thống.
2.3.4. Tính Tốn nhiệt
2.3.4.1. Lựa chọn ngun liệu tính tốn, lựa chọn chế độ sấy và tính tốn thời
gian sấy
a. Lựa chọn ngun liệu tính tốn
Thơng thường khi lựa chọn ngun liệu tính tốn chúng ta cần đề cập
đến những vấn đề sau đây.
Nếu loại gỗ sấy do nhiệm vụ thiết kế đề ra tương đối ổn định (về loại gỗ
cũng như kích thước ván), muốn bảo đảm đủ khả năng cung cấp nhiệt của
thiết bị tăng nhiệt, trong thiết kế ta thường chọn khả năng tối đa. Khi lựa
chọn nguyên liệu để làm cơ sở cho tính tốn thiết bị tăng nhiệt, ta phải lựa
chọn loại nguyên liệu cần sấy với chế độ sấy cứng nhất torng những loại gỗ
sấy thiết kế, tức là loại gỗ dễ sấy nhất và có kích thước bé nhất trong các loại
đó để làm cơ sở tính tốn. Vì loại gỗ dễ sấy có thể sấy ở nhiệt độ cao, sấy
nhanh được, cũng như loại gỗ có kích thước bé (mỏng) thì sấy chóng khơ và

có thể sấy ở nhiệt độ cao hơn, đòi hỏi thiết bị tăng nhiệt phải có khả năng đảm
bảo cung cấp nhiệt đến mức tối đa torng những trường hợp đó. Cịn nói
chung khi sấy các loại gỗ khó sấy, các loại ván dày thì việc cung cấp nhiệt địi
hỏi ít, cơng suất nhiệt của thiết bị tăng đòi hỏi thấp cần giảm công suất thiết bị
xuống, việc làm ấy dễ dàng hơn nhiều so với trường hợp công suất thiết bị
quá thấp so với yêu cầu.


19

Nếu trong trường hợp nhiệm vụ thiết kế đề ra khơng cụ thể, có khi tình
hình sản xuất ở nước ta như vậy, thì nên chọn loại gỗ dễ sấy và loại ván mỏng
nhất trong tiêu chuẩn về kích thước gỗ xẻ để làm ngun liệu tính tốn.
Thơng thường ta chỉ lựa chọn theo cách như vậy, nhưng cũng có khi
người ta lựa chọn 2 loại ngun liệu tính tốn đối lập nhau, một loại dung để
làm cơ sở toán thiết bị tăng nhiệt, một loại khác trái ngược hẳn (tức là loại
khó sấy nhất) để làm nguyên liệu sản xuất phát điểm để tính tốn các chỉ tiếu
khác như năng suất lị sấy, tính tốn kinh tế, nhưng điều đó khơng cần thiết.
b. Lựa chọn chế độ sấy
Đối với trường hợp cụ thể, nếu chưa có chế độ sấy, khi ta đã lựa chọn
được loại ngun liệu tính tốn rồi, thì việc chọn chế độ sấy đối với loại
nguyên liệu cần thiết cho tính tốn sẽ tiến hành như thế nào? muốn làm được
việc này phải dựa vào tài liệu thu thập về tính chất cơ lý của loại gỗ đó, đặc
biệt chú ý các loại đặc điểm sau đây: cấu tạo có gì đặc biệt, tính chất co rút,
đặc biệt là chênh lệch co rút theo các chiều, nhất là giữa xuyên tâm và tiếp
tuyến, tính chất dẫn nhiệt, dẫn ẩm, tỷ trọng,…Sau đó đem so sánh với số liệu
về gỗ của tài liệu tham khảo, qua so sánh chọn lọc mà quyết định chọn loại gỗ
tương tự để có cơ sở sử dụng số liệu về chế độ sấy, của tái liệu tham khảo,
tạm thời tong giai đoạn chưa xác lập được chế độ sấy. [TLTK 14,15]
Sau khi chọn được chế độ sấy thích hợp ta sẽ tiến hành chọn cấp chế độ

sấy. Chế độ sấy bao gồm nhiều cấp, trong lúc tính tốn ta chỉ cần một giá trị,
như thế tong tính tốn thiết kế nên dựa vào cấp chế độ sấy nào để chọn các
thong số tính tốn cho phù hợp. Theo kinh nghiệm trong thiết kế lò sấy, nên
chọn cấp chế độ sấy thứ nhất hoặc thứ hai.
Cấp chế độ sấy thứ nhất dùng cho các loại gỗ lá kim.
Cấp chế độ sấy thứ hai dùng cho các loại gỗ lá rộng.
Đối với lò sấy liên tục thì sử dụng chế độ sấy cuối cùng.


20

c. Tính tốn thời gian sấy
Thời gian sấy xác định theo các phương pháp tính tốn thời gian sấy, bao
gồm cả thời gian làm nóng gỗ ban đầu, thời gian xử lý nhiệt ấm.
2.3.4.2. Xác định lượng nước bay hơi
Xác định lượng nước bay hơi bình quân 1m3 giờ theo công thức
(tấn/m3)

(2.5)

Hoặc
(Wa – We) (kg/m3)

(2.6)

CB: khối lượng riêng cơ ẩn, nó tỷ lệ giữa khối lượng gỗ khơ kiệt trên thể
tích gỗ tươi (ướt), tính bằng tấn/m3.
Wa và We: độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối cùng của nguyên liệu sấy %
Xác định lượng nước bay hơi cho 1 mẻ sấy của 1 lị sấy
Mlị =

x Elị (kg/lị)

(2.7)

Trong đó:
Elị: Dung tích gỗ của lị sấy bằng tích giữa dung tích đống gỗ và số
lượng đống gỗ có trong lị sấy
- Xác định lượng nước bay hơi bình quân mỗi giờ
M1h

Mlò
kg / h
s

(2.8)

Đối với lò sấy kiểu liên tục, lượng nước bay hơi bình qn mỗi giờ tính
tốn theo cơng thức trên, còn đối với lò sấy kiểu chu kỳ ta cần chú ý đến hiệu
tượng tốc độ sấy không đồng đều”, độ ẩm cuối cùng mà yêu cầu càng bé, thì
sự chênh lệch độ ẩm (Wa – We) càng lớn và dẫn đến mức độ sai lệch với giá
trị bình quân càng lớn, vì tốc độ sấy càng bé dần khi độ ẩm của gỗ giảm dần
đi. Vì thế trong tính tốn, lị sấy kiểu chu kỳ, để xác định lượng nước bay hơi
bình quân giờ, người ta nhân thêm giá trị tính tốn theo cơng thức trên với
một hệ số điều chỉnh KX. Hệ điều chỉnh KX phụ thuộc vào độ ẩm cuối cùng


21

của gỗ sấy và nó càng lớn khi độ ẩm cuối cùng của gỗ sấy yêu cầu càng bé và

lấy những giá trị sau đây
W (%)

20  15

15  12

12

KX

1,1

1,2

1,3

Trong đó: W (%) Độ ẩm gổ
KX Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào độ ẩm cuối cùng (We)
Như vậy lượng nước bay hơi tính tốn theo cơng thức:
Mt.tốn = M 1 giờ x KX

(2.9)

2.3.4.3. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết và xác định lượng khơng khí tuần
hồn
Xây dựng q trình sấy lý thuyết ở đây chính là biểu diễn quá trình sấy
lý trên biểu đồ in. Để biểu diễn một quá trình sấy nào đấy, ta phải xác định
được những thông số cần thiết để xác định các điểm cơ bản làm xuất phát
điểm để vẽ lên được đường biểu diễn quá trình sấy lý thuyết. Do vậy, phải xác

định cho được các thông số đặc trưng cho các trạng thái khơng khí tương ứng
với các điểm trên.
Điểm 0: là điểm biểu thị trạng thái khơng khí mới tức là trạng thái khơng
khí bên ngồi lị sấy. Tùy theo điều kiện và cách bố trí hệ thống dẫn khí, điểm
0 có thể khác nhau. Mặt khác trạng thái khơng khí của điểm 0 phụ thuộc rất
lớn vào điều kiện khí hậu, thời tiết. Khi tính tốn từng bộ phận của lị sấy,
việc lựa chọn các thơng số của khơng khí cụ thể có khác nhau, ví dụ khi tính
tốn thiết bị tăng nhiệt thì tính theo điều kiện mùa đơng (tức là tính với điều
kiện chi phí nhiệt và qua đó chi phí nhiên liệu lớn nhất), cịn khi tính tốn
lượng hơi nước và nhiên liệu dùng để sấy thì lại tính theo điều kiện bình qn
năm. Khi tính tốn thiết bị thơng gió thì tính theo điều kiện làm việc khó khăn
nhất trong mùa hè. Với phương pháp tính tốn như vậy sẽ đảm bảo cho việc


22

lựa chọn thiết bị được chính xác, đảm bảo cho lị sấy và phân xưởng sấy hoạt
động được bình thường trong suốt cả năm.
Xuất phát từ yêu cầu như vậy, ta sẽ tìm hiểu các thơng số của khơng khí
ở điểm 0:
- Nhiệt độ tính tốn thấp nhất của khơng khí ở mặt ngồi tường lị sấy.
Tmin tính tốn = 0,04 . ttb.tháng + 0,6 tmin tuyệt đối-

(2.10)

- Độ ẩm của khơng khí tính tốn (ttốn) lấy giá trị bình qn các tháng
mùa đơng.
- Độ ẩm bình qn cả năm (tb năm).
- Độ ẩm và nhiệt độ dùng để tính tốn hệ thống thơng gió lấy theo giá trị
của tháng nóng nhất trong mùa hè.

- Trạng thái của khơng khí ở gian điều khiển phải bảo đảm yêu cầu vệ
sinh (bảo hiểm lao động). Do vậy, ở những nơi đó cần duy trì trạng thái của
khơng khí; 

70% và nhiệt độ t = 20  25oC, tùy điều kiện khí hậu từng nơi

sẽ bố trí các trang bị như quạt gió, lị sưởi... để đảm bảo điều kiện trên.
Điểm 1: được xác định bởi các thông số của chế độ sấy lựa chọn để tính
tốn thiết kế như ở phần trước đã đề cập đến.
Điểm 2: để xác định được điểm 2 phải biết được tối thiếu 1 thông số của
trạng thái khơng khí ở điểm 2, thơng thường ta phải biết nhiệt độ của khơng
khí đi ra khỏi đống gỗ (t2) hoặc chênh lệch nhiệt độ đống gỗ:
Giá trị t theo kinh nghiệm thiết kế của N.X. Xeliugin thì nên lấy những
giá trị sau đây:
Tuy vậy, độ ẩm tương đối của khơng khí 2 (q2) dùng để tính tốn không
được lớn quá 90 – 95%.
Dựa vào các thông số của các điểm nói trên, ta thiết lập được quá trình
sấy lý thuyết và dựa vào quá trình sấy lý thuyết có thể tìm được các thơng số


23

chủ yếu của khơng khí thừa khi ra khỏi đống gỗ (t 2, 2, d2), sau đó căn cứ vào
các cơng thức sau đây để xác định lượng khơng khí tuần hồn.
Lượng khơng khí tuần hồn bình qn 1kg nước bay hơi.
[kg/kg nước bay hơi]

(2.11)

Thể tích khơng khí tuần hồn mỗi giờ trong lò sấy

Vth = gth x M lò t.tốn x V

(2.12)

Trong đó:
V: thể tích riêng của khơng khí
Khi đã biết được Vth, ta có thể tính tốn khối lượng khơng khí tuần hồn
bình qn mỗi giờ trong lị sấy theo cơng thức.
Gth = Vth x 1 [kg/h]

(2.13)

Trong đó:
1: trọng lượng riêng của khơng khí tính bằng kg/m3 vấc định dựa sào
biểu đồ Id qua t1 và 1
Sau khi tính tốn lượng khơng khí tuần hồn theo các bước trên, tiến
hành kiểm tra lại lượng khơng khí tuần hồn để chính thức dùng trong tính
tốn sau này theo các công thức sau đây
- Xác định giá trị:
(2.14)
- Xác định giá trị
(2.15)
Giá trị t phải nằm trong khoản 2  5oC hoặc cùng lắm đến 6oC thì giá
trị Vth tính tốn trên mới cho phép sử dụng để tính tốn tiếp tục các bước về
sau.
2.3.4.4. Tính tốn tốc độ tuần hồn của mơi trường sấy