NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ HÓA GAS TRẤU THEO NGUYÊN LÝ TẦNG SÔI, ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC

TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu chế tạo và khảo nghiệm thiết bị hóa gas trấu theo nguyên lý tầng sôi, điều khiển tự động bằng PLC” được tiến hành và thí nghiệm tại trường Đại học Nông Lâm, Ph

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

*****************

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ HÓA GAS TRẤU THEO NGUYÊN LÝ TẦNG SÔI, ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG PLC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM THIẾT BỊ HÓA GAS TRẤU THEO NGUYÊN LÝ TẦNG SÔI, ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

NGÔ CHÍ

Hội đồng chấm luận văn:

1 Chủ tịch: PGS TS TRẦN THỊ THANH

Trường Đại học Nông Lâm, TP HCM

2 Thư ký: TS NGUYỄN VĂN HÙNG

Trường Đại học Nông Lâm, TP HCM

3 Phản biện 1: TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Trường Đại học SPKT, TP HCM

4 Phản biện 2: PGS TS NGUYỄN HỮU LỘC

Trường Đại học Bách Khoa, TP HCM

5 Ủy viên: TS TRƯƠNG VĨNH

Trường Đại học Nông Lâm, TP HCM

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HIỆU TRƯỞNG

Tốt nghiệp Đại học ngành Cơ khí chế tạo máy hệ chính quy tại trường Đại học

Sư phạm kỹ thuật, thành phố Hồ Chí Minh năm 2003

Sau đó làm việc tại công ty TNHH P&G Việt Nam, KCN Đồng An, Tỉnh Bình Dương

Tháng 9 năm 2005 theo học Cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí tại Đại học Nông Lâm, Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Ngô Chí

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin chân thành cảm tạ:

- Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

- Phòng Sau Đại học Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

- Ban Chủ nhiệm và Quí Thầy Cô trong Khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

- Quí Thầy Cô trong Trung tâm Năng lượng và Máy Nông nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thành Luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành biết ơn TS Trương Vĩnh là hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này

Cám ơn các bạn trong Lớp Cao học khóa 2005 đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cám ơn!

Ngô Chí

TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu chế tạo và khảo nghiệm thiết bị hóa gas trấu theo nguyên lý tầng sôi, điều khiển tự động bằng PLC” được tiến hành và thí nghiệm tại trường Đại học Nông Lâm, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức Thời gian từ tháng 12 năm

2007 đến tháng 7 năm 2009 Quá trình thực hiện từ nghiên cứu đến khi hoàn thành

đề tài được chia làm ba giai đoạn:

Giai đoạn 1: Nghiên cứu lý thuyết về hóa gas từ trấu, nghiên cứu về cách lập trình và liên kết PLC

Giai đoạn 2: Tính toán, thiết kế, lập trình PLC và chế tạo thiết bị nghiên cứu Giai đoạn 3: Chạy thử và khảo nghiệm thiết bị

Phương pháp thiết kế chương trình điều khiển dựa trên lý thuyết về quá trình hóa gas và các yêu cầu điều khiển thiết bị Các thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hoàn toàn Xác định các yếu tố ảnh hưởng bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm

Kết quả đạt được:

- Đã thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển tự động lò hóa gas tầng sôi Thiết

bị có thể điều khiển tự động hoặc bằng tay, thiết bị hoạt động ổn định

- Đã khảo nghiệm và xác định các yếu tố ảnh hưởng sau 12 thí nghiệm để đánh giá mức độ ảnh hưởng giữa tốc độ cấp trấu và lượng không khí cung cấp đến lượng CO tạo ra và lượng khí gas thoát ra

- Phương trình hồi qui hàm lượng khí CO với các yếu tố đầu vào: X1 = Tốc độ cung cấp trấu; X2= lượng không khí cung cấp:

CO ppm = - 58974 + 7804,60*G + 8984,46*Q kk – 68,95*G 2 –46,12*Q kk 2 (1)

và phương trình hồi qui mô tả ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến lượng gas

thoát ra là: Q gas = -1440,76 + 16,04*G + 23,19*Q kk – 0,15*G*Q kk – 0,08*Q kk 2 (2)

ABSTRACT

Thesis “ Study, manufacture and experiment on the Rice husk fluidized bed gasification controlled by PLC system ” was carried out Nong Lam University, Thu duc District, HCM city from May 2007 to August 2009 The research process consisted of three phases:

- The first phase: Research on the theory of rice husk gasification Research on writing PLC program and linking between PLC module with software

- The second phase: calculating, designing, writing PLC program and manufacturing of the experimental gasifier

- The third phase: working on trial and running experiment

The controlled program was designed based on theories of gasification and some control requirements The experiment have been completely random designed The effect factors have been determined by the response surface method

The result obtained:

- Designed and manufactured the new automatic fluidized bed gasification This Unit is able to well control by automatic mode or by hand mode on computer

- Testing results with 12 experiments to evaluate the effect of rice husk feeding rate (G) and air flow rate (Qkk to the formation of carbon-monoxide content (COppm) and amount gas outcome (Qgas out)

The regression equations of the carbon-monoxide content (COppm) and amount gas outcome (Qgas out):

CO ppm = - 58974 + 7804,60*G + 8984,46*Q kk – 68,95*G 2 –46,12*Q kk 2 (1)

Q gas = -1440,76 + 16,04*G + 23,19*Q kk – 0,15*G*Q kk – 0,08*Q kk 2 (2)

MỤC LỤC

TRANG

Trang Chuẩn Y i

Lý lịch cá nhân ii

Lời Cam đoan iii

Cảm tạ iv

Tóm tắt v

Abstract vi

Mục lục vii

Danh sách các bảng x

Danh sách các hình xi

Danh sách liệt kê các ký hiệu xiii

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 TỔNG QUAN 2

2.1 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về điều khiển tự động 3

2.2 Cơ sở lý thuyết về cảm biến……… 5

2.3 Giới thiệu về PLC ………6

2.4 Giới thiệu về phần mềm giao diện Intouch ……….………7

2.5 Các đặc tính của nhiên liệu trấu ………… ……….……….8

2.5.1 Tính chất vật lý……… ……….………8

2.5.2 Nhiệt trị……… ……….………8

2.5.3 Phân tích thành phần (proximate analysis) 9

2.5.4 Phân tích nguyên tố (ultimate analysis) 9

2.5.5 Quá trình đốt cháy nhiên liệu trấu 10

2.5.6 Các đặc tính cháy chủ yếu của trấu 10

2.5.7 Quá trình gas hóa trấu 11

2.5.8 Tốc độ hóa gas SGR (Specific Gasification Rate)……… 12

2.5.9 Tỷ số tương đương ER ……… 13

2.5.10 Nguyên lý hóa gas kiểu cùng chiều…… ……… …… 13

2.5.11 Nguyên lý hóa gas kiểu ngược chiều…… ……… 14

2.5.12 Nguyên lý hóa gas dạng từng mẻ……… 15

2.5.13 Nguyên lý hóa gas liên tục……… ……… 15

2.5.14 Nguyên lý hóa gas tầng sôi……… ……… 16

2.6 Tình hình sử dụng nhiên liệu trấu và những mẫu lò đốt trấu trên thế giới 17

2.6.1 Lượng trấu tại các một số nước ở Đông Nam Á 17

2.6.2 Lò đốt trấu tầng sôi ở Philippine 17

2.6.3 Lò đốt trấu kiểu xy-clon trong máy sấy tầng sôi ở Thái Lan 18

2.6.4 Lò đốt trấu tầng sôi ở Ấn độ 20

2.6.5 Hiện trạng sản lượng lúa và sử dụng trấu tại Mỹ 21

2.6.6 Một vài kết quả của thiết bị hóa gas tầng sôi 21

2.7 Tình hình sử dụng trấu và những mẫu lò đốt trấu tại Việt Nam 23

2.7.1 Lượng trấu và tình hình sử dụng trấu tại Việt Nam 23

2.7.2 Hệ thống hóa gas Ankur (nhập từ Ấn độ) 24

2.7.3 Lò đốt hóa gas trấu kép dung cho máy sấy lúa 25

2.8 Tóm lược phần tổng quan tài liệu 27

3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu ……… 28

3.1.1 Nội dung ……….28

3.1.2 Phương pháp nghiên cứu 28

3.1.3 Phương tiện thí nghiệm 28

3.2 Cơ sở chọn các yếu tố đầu vào (X) và đầu ra (Y) 29

3.2.1 Yếu tố đầu vào (X) 29

3.2.2 Yếu tố đầu ra (Y) 30

3.2.3 Phát biểu bài toán hộp đen 31

3.3 Thiết bị đo và phương pháp tính 31

3.3.1 Các thiết bị đo trong quá trình thí nghiệm 31

3.3.2 Tình hình phân tích thành phần khí gas 33

3.3.3 Phương pháp đo 34

3.3.4 Lựa chọn mô hình hóa gas 37

3.3.5 Lựa chọn phương pháp cung cấp trấu 38

3.4 Phương pháp tổ chức thí nghiệm 39

3.4.1 Các thí nghiệm thăm dò và chọn mức thí nghiệm yếu tố đầu vào 39

3.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 39

3.5 Phương pháp xử lý số liệu 40

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

A Kết quả tính toán và thiết kế lò đốt 41

4.1 Yêu cầu thiết kế 41

4.2 Chọn mô hình thiết kế 41

4.3 Kết quả tính toán thiết kế 44

4.3.1 Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy 44

4.3.2Tính toán thiết kế kích thước lò hóa gas 44

4.3.3 Tính toán thiết kế bộ phận cung cấp trấu 46

4.3.4 Tính toán thiết kế Xyclon lắng tro 47

4.3.5 Xác định trở lực … 48

4.3.6 Xác định công suất quạt gió………… 48

4.3.7 Tính tổn thất nhiệt qua vách lò 49

4.3.8 Thiết kế chương trình PLC 51

4.3.9 Thiết kế màn hình điều khiển và mô phỏng trên phần mềm Intouch 9.5 53

4.3.10 Kết quả xác định mối tương quan giữa lưu lượng và tần số của quạt 55

4.3.11 Hình dáng thiết bị chế tạo 56

4.3.12 Tóm tắt kết quả tính toán thiết kế lò .58

B Qui hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm 59

4.4 Cơ sở chọn các yếu tố đầu vào và đầu ra 59

4.5 Các thí nghiệm thăm dò 59

4.6 Chọn các mức và khoảng biến thiên cho hai yếu tố đầu vào 63

4.7 Lập ma trận thí nghiệm 63

4.8 Kết quả xử lý hồi qui và mô hình thống kê giữa yếu tố X và Y 64

4.8.1 Phân tích hồi qui hàm lượng khí Y1 (CO ppm) và các yếu tố đầu vào 65

4.8.2 Phân tích hồi qui lượng khí gas thu được Y2(m3/h) và các yếu tố đầu vào 66

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 69

5.1 Kết luận 69

5.2 Đề nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 73

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG TRANG

Bảng 2.1 Phân tích thành phần của trấu ……….9

Bảng 2.2 Phân tích nguyên tố của trấu 10

Bảng 2.3 Tốc độ gas hóa………… ………12

Bảng 3.1 Quan hệ giữa tỉ lệ đường kính đĩa lỗ và đường kính ống khảo nghiệm đối với vị trí đo áp suất sau đĩa lỗ 35

Bảng 3.2 Bảng hệ số dòng chảy của các đĩa lỗ (orefice) chuẩn (Ower và Pankhurst,

1977)……… 36

Bảng 4.1 Bảng liệt kê các địa chỉ vào và ra cho bộ PLC 52

Bảng 4.2 Tương quan giữa tần số (Hz) và lưu lượng của quạt……… 55

Bảng 4.3 Tương quan hoạt động giữa hai quạt ………… ……… 60

Bảng 4.4 Số liệu thí nghiệm thăm dò chọn mức thí nghiệm cho tốc độ cấp trấu 61

Bảng 4.5 Số liệu thí nghiệm thăm dò chọn mức thí nghiệm cho lượng không khí

cung cấp 62

Bảng 4.6 Khoảng biến thiên và các mức thí nghiệm ……….63

Bảng 4.7 Ma trận qui hoạch thực nghiệm phương án điểm sao……….64

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.1 Sơ đồ khối một số phần tử điều khiển ………4

Hình 2.2 Sơ đồ hàm trạng thái ………….……….…… ……4

Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín ……….… ….…5

Hình 2.4 Sơ đồ khối của cảm biến……… ……….…6

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo bộ PLC ……… ……… 7

Hình 2.6 Giao diện phần mềm Intouch….……… ……… 7

Hình 2.7 Vỏ trấu ……… ……… 8

Hình 2.8 Hóa gas kiểu thuận chiều (gas và không khí)……… ……….14

Hình 2.9 Hóa gas kiểu nghịch chiều (gas và không khí)……….…… ……… 14

Hình 2.10 Hóa gas kiểu tầng sôi ……… ………… ……… 16

Hình 2.11 Sản lượng lúa năm 2002 của 20 nước đứng đầu trên thế giới ….…… 17

Hình 2.12 Lò hóa gas tầng sôi ở Philippines……… …….……18

Hình 2.13 Sơ đồ cấu tạo lò đốt trấu trong máy sấy tầng sôi (Thái Lan)………….19

Hình 2.14 Lò hóa gas tầng sôi ở Ấn độ ……… 20

Hình 2.15 Ảnh hưởng vận tốc sôi và tỷ số tương đương đến thành phần khí gas 22

Hình 2.16 Lượng trấu tại một số nhà máy xay lúa tại ĐBSCL……… 23

Hình 2.17 Các nhà máy xay lúa ở An Giang đổ trấu ra các con sông ………24

Hình 2.18 Trấu thải tràn trên mặt sông ………24

Hình 2.19 Sơ đồ hệ thống hóa gas Ankur (Ấn độ)……… ………24

Hình 2.20 Lò hóa gas kép Đại học Nông Lâm TP HCM … ……… 25

Hình 3.1 Mô hình bài toán hộp đen………31

Hình 3.2 Máy đo vận tốc gió LUTRON ………31

Hình 3.3 Nhiệt kế điện tử HA-250K ….………32

Hình 3.4 Máy đo số vòng quay LUTRON ………32

Hình 3.5 Máy đo hàm lượng khí CO(ppm), BW GASELERTMAX ………33

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí đĩa lỗ khi đo lưu lượng khí …….………34

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý hóa gas tầng sôi … ………37

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý cung cấp trấu và hóa gas kiểu tầng sôi ………38

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hóa gas tầng sôi ……… ……… 42

Hình 4.2 Hình dáng thân lò thiết kế ……….……… 45

Hình 4.3 Kích thước hình học của Xy-clon hiệu suất cao (Kaupp, 1984)……… 47

Hình 4.4 Thiết kế van xả khí cho quạt gió ……… 49

Hình 4.5 Sơ đồ tính toán truyền nhiệt qua vách lò ………… ……… 50

Hình 4.6 Cấu trúc của một lưu đồ giải thuật chương trình……… 52

Hình 4.7 Cấu trúc lập trình PLC của chương trình điều khiển………52

Hình 4.8 Màn hình Intouch với chế độ điều khiển đơn lẻ từng thiết bị …….… 53

Hình 4.9 Màn hình Intouch với chế độ điều khiển tự động……….… 54

Hình 4.10 Hình tổng quan thiết bị lò hóa gas tầng sôi………56

Hình 4.11 Hình tủ điện thiết bị lò hóa gas tầng sôi……… ……… 56

Hình 4.12 Vị trí đo đạc thí nghiệm ……… ……… 57

DANH SÁCH LIỆT KÊ CÁC KÝ HIỆU

gt kg Khối lượng trấu cấp trong một vòng quay trục vít

k - Số yếu tố đầu vào

L kg Lượng không khí lý thuyết cần thiết

Lα kg Lượng không khí thực tế cần thiết

Lhv Mf kg/h Năng suất tiêu thụ trấu

l m Chiều dài trục vít

Mf kg/h Năng suất cung cấp trấu

Mct kkkg Lượng không khí cần thiết cho 1 kg trấu

Mkk kkkg Lượng không khí cần cung cấp

N kW Công suất động cơ

N’ - Tổng số thí nghiệm

n - Số thí nghiệm

n1 vòng/phút số vòng quay trục vít

ppm - Part per million

ΔPtrấu mmH2O Trở lực qua lớp trấu

ΔPghi mmH2O Trở lực qua ghi lò

ΔPcb mmH2O Trở lực cục bộ

ΔPxyclon mmH2O Trở lực qua lắng tro

ΔPtổng mmH2O Trở lực tổng cộng

Q m3/s Lượng khí cháy

Qkk m3/h Tổng lượng không khí cung cấp

Qquạt m3/h Lưu lượng quạt

X - Các yếu tố đầu vào

X1 - Biến mã hóa tốc độ cung cấp trấu

X2 - Biến mã hóa tổng lưu lượng không khí cung cấp

Y - Biến mã hóa các yếu tố đầu ra

Y1 - Biến mã hóa hàm lượng CO trong khí cháy

Y2 - Biến mã hóa lưu lượng khí gas thoát ra

α1 W m-2 oC-1 Cường độ toả nhiệt từ khí cháy đến thành vách ống

α2 W m-2 oC-1 Cường độ toả nhiệt từ vách ống vào môi trường

η % Hệ số điền đầy

λ1 W m-1 oC-1 Hệ số dẫn nhiệt của thép

ρ kg/m3 Dung trọng của trấu

ρkk kg/m3 Khối lượng riêng khí sấy

(*) - Dấu nhân trong công thức

( / ) - Dấu chia trong công thức

( , ) - Dấu thập phân

Chương 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay nhu cầu sử dụng năng lượng trong công nghiệp và nông nghiệp rất lớn Đặc biệt trong công nghiệp, sử dụng rất nhiều nhiên liệu từ dầu mỏ và than đá để cung cấp năng lượng cho sản xuất Việc sử dụng dầu mỏ làm chất đốt đã thải khí CO2 ra môi trường, làm ô nhiễm môi trường sống và chất lượng bầu khí quyển ngày càng giảm đi, gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính

Năng lượng không tái tạo như dầu mỏ ngày đang cạn kiệt Bên cạnh đó giá thành của dầu mỏ rất cao so với giá thành của các phế phẩm nông nghiệp (trấu) Bởi vậy, một thách thức có tính khẩn cấp về nguồn năng lượng ở các nước trên thế giới là vấn đề phải quan tâm nghiên cứu, phát triển mọi nguồn năng lượng tái tạo để mang lại triển vọng lớn cho tương lai

Các phế phẩm nông nghiệp như trấu, ngoài việc tận dụng đốt trực tiếp để thu nhiệt cung cấp trong ngành công nghiệp và nông nghiệp chế biến, còn có một sự lựa chọn khác là sử dụng công nghệ hóa gas Gas có thể sản sinh ra từ Biomas như trấu và những phế phẩm nông nghiệp Ngồi ra, việc dùng nguyên liệu trấu cũng giảm lượng CO2 thải vào mơi trường so với khi sử dụng nguồn nguyên liệu khơng tái tạo vì khi đốt trấu, lượng CO2 thải ra đúng bằng lượng CO2 mà cây lúa hấp thu từ mơi trường qua quá trình quang hợp

Việt Nam là nước nông nghiệp với vị trí thứ hai trên thế về xuất khẩu gạo năm 2002 khoảng 34 triệu tấn lúa, lượng trấu chiếm 20% tổng số sản lượng lúa Song việc sử dụng một cách có hiệu quả nguồn năng lượng này vẫn còn là một vấn đề cần quan tâm đến Trong những năm qua, nhiều nghiên cứu chúng ta đã

nhiên liệu cho động cơ Diesel… Nên việc nghiên cứu chế tạo một thiết bị hóa khí hoạt động liên tục, ứng dụng nhiều lĩnh vực là rất cần thiết

Vì vậy, thiết bị hóa khí gas theo nguyên lý tầng sôi, đốt bằng nguyên liệu trấu điều khiển tự động bằng PLC có thể tận dụng nguồn năng lượng dư thừa này và có thể ứng dụng được nhiều lĩnh vực là một xu hướng trong tương lai

Mục tiêu:

• Nghiên cứu các giải pháp công nghệ hóa gas từ trấu

• Chế tạo lò hóa gas tầng sôi

• Thiết kế chương trình điều khiển PLC và mô phỏng hệ thống và điều khiển thiết bị trên máy vi tính thông qua phần mềm “Intouch wonderware”

• Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chất lượng gas

Chương 2

TỔNG QUAN

Từ những ưu nhược điểm của những mẫu lị đốt trấu đã được tham khảo sẽ làm

cơ sở để thiết kế mẫu lị hĩa gas cĩ ưu điểm hơn, sử dụng các thiết bị điều khiển tự

động như vi điều khiển, PLC,cảm biến, để điều khiển quá trình hoạt động của lò hóa khí

Để thực hiện được mục đích của đề tài có tính khoa học cần tham khảo thêm về điều khiển tự động và về các đặc tính của nhiên liệu trấu, hiện trạng sử dụng nhiên liệu trấu và những mẫu lò đốt trấu đang sử dụng với những mục đích khác nhau trong và ngoài nước

2.1 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về điều khiển tự động

Điều khiển tự động là khái niệm thường gặp trong đời sống thường ngày Bản thân con người là một hệ thống điều khiển tự động tinh vi và phức tạp nhất Trong cuộc sống văn minh, việc điều hòa nhiệt độ trong phòng, điều chỉnh độ ẩm, thiết bị báo hỏa hoạn… đều là những hệ thống điều khiển tự động Trong sản xuất các máy điều khiển tự động, máy điều khiển theo chương trình, thiết bị vận chuyển, người máy… đều có trang bị các hệ thống điều khiển tự động Ngay cả đến những vấn đề như thống kê, lưu trữ, cho mượn sách, điều hành công tác ngân hàng, hành chánh, chữa bệnh, cũng đều được tiếp cận đến khái niệm điều khiển tự động

Một hệ thống điều khiển tự động thường được biểu diễn dưới dạng sơ đồ khối

và hàm truyền đạt

Trong sơ đồ khối mỗi phần tử điều khiển nhận một tín hiệu vào từ một số bộ phận của hệ thống điều khiển, và tạo nên một tín hiệu ra, đưa vào một phần tử khác Các tín hiệu có thể là dòng điện, điện áp, áp suất, dòng chảy, nhiệt độ… Có thể biểu diễn sơ đồ khối của một số phần tử điều khiển dưới dạng sau:

Hình 2.1: Sơ đồ khối một số phần tử điều khiển

Bộ chuyển đổi nhiệt độ

Nhiệt độ X

Điện áp Y

Bộ khuếch đại Điện áp

X

Điện áp Y

và

Đối với hàm truyền đạt, đặc tính quan trọng nhất của một phần tử điều khiển là mối quan hệ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra, được thể hiện bằng toán tử Laplace Sơ

đồ khối của hàm truyền đạt và công thức có thể thể hiện dưới dạng sau:

Hình 2.2: Sơ đồ khối hàm trạng thái

Có hai dạng hệ thống điều khiển: điều khiển hở và điều khiển kín Hệ thống điều khiển hở là hệ thống điều khiể không so sánh kết quả thực tế với trị số mong muốn sau tác động điều khiển, còn hệ thống điều khiển kín tạo nên một tác động đo lường giữa tín hiệu vào (giá trị cần) và tín hiệu ra (giá trị thực) Sai lệch giữa hai tín hiệu này được dùng làm tín hiệu vào của cơ cấu điều khiển Hệ thống kín có thể được trình bày trên hình (2.3) Mạch phản hồi bắt đầu từ tín hiệu ra Y, qua cơ cấu chuyển đổi thành Y’ tỷ lệ với Y Tín hiệu Y’ được so sánh với tín hiệu vào, tạo nên sai lệch e = X – Y’ = giá trị cần – giá trị thực Tín hiệu vào là đại lượng cần, đại lượng điều chỉnh

Thiết bị điều khiển có hai bộ phận chính: cơ cấu so sánh dùng để tính toán độ

sai lệch e và cơ cấu điều khiển dùng để biến đổi e thành tín hiệu tác động u Tín

hiệu tác động là tín hiệu vào của hệ thống được điều khiển, tín hiệu này sẽ tác động

vào cơ cấu chấp hành làm thay đổi quá trình để triệt tiêu độ sai lệch e trong hệ

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín

Các thành phần chính trong hệ thống điều khiển:

- Đối tượng điều khiển là một đại lượng đưa vào X: tín hiệu điều khiển

- Cơ cấu chuyển đổi (hoặc cảm biến): là cơ cấu cảm nhận đại lượng được điều khiển và biến đổi thành tín hiệu có thể sử dụng được đưa vào thiết bị điều khiển

- Thiết bị điều khiển: bao gồm cơ cấu so sánh để phát hiện và so sánh hai giá trị cần

và thực hiện chế độ điều khiển (biến đổi độ sai lệch e thành một tác động điều khiển

(tín hiệu ra của thiết bị điều khiển) nhằm triệt tiêu độ sai lệch đã hình thành

- Cơ cấu tác động (cơ cấu chấp hành) tiếp nhận tín hiệu ra của thiết bị điều khiển để điều chỉnh các đại lượng tác động

2.2 Cơ sở lý thuyết về cảm biến

Trong các hệ thống đo lường, điều khiển mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các biến trạng thái Các biến trạng thái này thường là các đại lượng không điện Nhằm mục đích điều khiển, điều chỉnh các quá trình, cần thu thập thông tin , đo đạt, theo dõi sự biến thiên của các biến trạng thái của quá trình Các bộ cảm biến (còn gọi là thiết bị cảm nhận) thực hiện chức năng thu nhận và đáp ứng các tín hiệu kích thích

Y

Cơ cấu điều khiển

Đại lượng nhiễu Đại lượng

tác động m

Thiết bị điều khiển

u

Nhiệm vụ của cảm biến là chuyển đổi những đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất, dòng chảy, mực chất lỏng, khoảng cách…) thành những tín hiệu mà có thể nhận biết được thông qua các bộ phận khác chẳng hạn như máy tính, bộ chuyển phát (bộ khuếch đại thuật toán)…

Có thể xem sơ đồ khối của cảm biến dưới dạng sau:

Hình 2.4: Sơ đồ khối của cảm biến

Trong đó đại lượng x là biến trạng thái cần đo, đại lượng y là đáp ứng của cảm biến với kích thích đầu vào x

Phương trình mô tả quan hệ giữa đáp ứng y và kích thích x của bộ cảm biến có dạng: y = f(x)

2.3 Giới thiệu về PLC

PLC hay bộ điều khiển lập trình là gì?

PLC là viết tắt của tiếng Anh: Programmable Logic Controller là một bộ điều khiển logic lập trình được PLC dùng để thay thế các mạch rơ le (Relay) trong thực

tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi

có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell

Cấu tạo bộ điều khiển PLC:

Cấu tạo của bộ PLC bao gồm: các đèn báo hệ thống, cổng ghép nối với máy tính hoặc thiết bị lập trình, các đèn chỉ thị và địa chỉ vào ra, chân nối cho đầu vào ra…

Cảm biến

Kích thích

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo bộ PLC

2.4 Giới thiệu về phần mềm giao diện Intouch

Phần mềm Intouch là một giao diện người máy (HMI), được thiết kế để mô tả bằng biểu tượng và điều khiển các quá trình công nghiệp Phần mềm Intouch rất linh hoạt, đảm bảo tính linh động trong thiết kế ứng dụng của khách hàng khi kết nối với phố chức năng rộng nhất của các thiết bị tự động hóa trong công nghiệp Intouch cho phép người sử dụng liên kết thực với bất kỳ một thiết bị điều khiển tự động hóa trong cộng nghiệp nào bằng cách thông qua hàng trăm cổng vào và cổng

ra (I/O) Các ứng dụng Intouch có thể được cài đặt ở trên một môi trường độc lập – một nút máy tính đơn Mỗi một nút đều hoàn chỉnh và không phụ thuộc vào bất kỳ một máy tính nào khác về mặt vận hành Các hệ thống như vậy cũng có thể được nối mạng Phần mềm Intouch tạo cho người sử dụng khả năng và tính linh hoạt mà giao diện người máy và các trình ứng dụng ngày nay cần đến

2.5 Các đặc tính của nhiên liệu trấu

Hình 2.7 Vỏ trấu Trấu là vỏ của hạt lúa và thu được sau khâu bóc vỏ trong dây chuyền xay xát

Tỷ lệ trấu chiếm trọng lượng của hạt lúa theo Araullo và ctv (1976) 18%, theo Assureira và ctv, (2002), Bronzeoak (2003) 20% và theo số liệu thí nghiệm tại một nhà máy xay xát tại ĐBSCL thì tỉ lệ của trấu chiếm từ 20,9 đến 21,1% (Nguyễn Thanh Nghị, 2006) Trấu là loại vật liệu có các đặc tính thay đổi rất lớn Các thông tin về thành phần, các đặc tính cơ bản và đặc tính cháy của trấu được tham khảo từ nhiều nguồn và nhiều tác giả khác nhau đã được công bố

2.5.1 Tính chất vật lý

Tùy từng loại giống lúa mà trấu có kích thước khác nhau Tuy nhiên, trấu có chiều dài từ 5 đến 10 mm, chiều ngang bằng từ 1/3 đến 1/2 chiều dài Góc nghỉ của trấu từ 35 đến 50o tùy theo ẩm độ và loại trấu Trấu được dùng trong các thí nghiệm

có ẩm độ 12,8 % Góc chảy của trấu là 45o Trấu có dung trọng 102 kg/m3 Theo Kaupp (1984), dung trọng của trấu từ 90 đến 110 kg/m3

2.5.2 Nhiệt trị

Nhiệt trị là nhiệt lượng sinh ra khi đốt nhiên liệu Nhiệt trị cao của trấu bao gồm cả nhiệt lượng trong hơi nước, chỉ dùng được khi hơi nước bị ngưng tụ lại Nhiệt trị thấp là nhiệt lượng không kể nhiệt lượng chứa trong hơi nước Theo tổ

chức FAO (Food and Agriculture Organization Of The United Nations, 1997), nhiệt trị thấp của trấu ở 9% là 3400 kcal/kg (=14 MJ/ kg) Vì trấu sử dụng trong quá trình thí nghiệm có ẩm độ 12,8% nên nhiệt trị thấp thực tế của trấu sẽ thấp hơn và có giá trị 11350 kJ/ kg trấu (tính từ 13 900 kJ/ kg trấu và ẩm độ 10%)

2.5.3 Phân tích thành phần (proximate analysis)

Phân tích thành phần cho biết tỷ lệ phần trăm chất bay hơi, cacbon cố định và tro Chất bay hơi (chất bốc) là thành phần trấu biến thành gas từ 63,7 đến 71% (bảng 2.1) Cacbon cố định là thành phần đại diện cho phần trấu cháy được ở trạng thái rắn của lớp trấu từ 12,5 đến 16,9% Tro là thành phần không cháy sau khi trấu cháy hoàn toàn từ 15,8 đến 21,1%

Bảng 2.1 Phân tích thành phần của trấu (trích dẫn bởi Braunbeck, 1998)

2.5.4 Phân tích nguyên tố (ultimate analysis)

Phân tích nguyên tố là xác định về phần trăm cacbon, hydro, oxy, nitơ và lưu huỳnh trong trấu Phân tích thành phần nguyên tố cần thiết để tính toán lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy, mất mát nhiệt qua lò đốt, khối lượng và thành phần của sản phẩm cháy

Bảng 2.2 Phân tích nguyên tố của trấu (trích dẫn bởi Braunbeck, 1998)

2.5.5 Quá trình đốt cháy nhiên liệu trấu

Cơ bản đốt trấu là đốt cacbon (C) và hydro (H) theo phương trình phản ứng:

C + O2 => CO2 và H2 + 1/2O2 => H2O

Từ đó cho thấy đốt trấu chủ yếu là đốt cacbon và hydro trong chất bốc hơi (“khói”) Cũng đốt cacbon cố định nhưng không quan trọng vì hàm lượng này không nhiều Vì vậy, khi đốt trấu cần bố trí hai nguồn cung cấp không khí: không khí sơ cấp xuyên ghi lò và không khí thứ cấp ở vùng “khói” bay lên Dựa theo nguyên lý đốt trấu, quá trình cháy được chia ra là cháy thuận và cháy ngược Cháy thuận là khi đốt, khối chất đốt nằm trên ghi lò, không khí được cung cấp từ phía dưới, không khí cung cấp và khói sinh ra di chuyển cùng chiều Cháy ngược là khi đốt, không khí được cung cấp từ trên xuống, lớp chất bốc cũng bị 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

2.5.6 Các đặc tính cháy chủ yếu của trấu

Khối trấu cồng kềnh, giá trị năng lượng trên một đơn vị thể tích của trấu rất thấp Giá thành của trấu chủ yếu là giá thành vận chuyển từ nhà máy xay xát đến nơi sử dụng

Trấu cĩ lượng tro cao từ 15 đến 21,2% (Maheshwari, 1975, trích dẫn bởi Nguyễn Văn Xuân, 1995) khối lượng trấu ban đầu Silica chiếm 95% trong thành phần của tro, chính thành phần này gây mài mịn các bộ phận vận chuyển, làm tắc nghẽn lối thốt tro Mặt khác ở nhiệt độ cháy, silica trong tro chuyển từ trạng thái khơng kết tinh sang trạng thái kết tinh, vậy cacbon trong cấu trúc phân tử này và hạn chế phản ứng với oxy Kết quả dẫn đến sự cháy khơng hồn tồn, tro cĩ màu xám đen chứa khoảng 10 ÷ 20% cacbon, nĩ chỉ chuyển sang tro màu trắng khi được

đổ thành đống sau khoảng thời gian từ 20 đến 60 giờ

Khi nhiệt độ ở 250 ÷ 450 oC, các phần tử tự do khơng ổn định được tạo ra và phản ứng với hydro trong nhiên liệu tạo thành hắc ín hoặc phản ứng với các chất khác tạo nên các liên kết và tạo nên các khối kết dính từ những phần tử tơi vụn Nĩ ngăn cản luồng khơng khí cung cấp cho quá trình cháy

Luồng khơng khí cung cấp trên bề mặt cao (> 0,2 m/s) làm xáo trộn trong buồng đốt dẫn đến sự kết thúc quá trình cháy ở những vị trí nhiệt độ cao và hình thành các khối liên kết giống như đá gọi là xỉ Do vậy, sự tạo xỉ là kết quả của sự cháy khơng đồng nhất và cĩ thể gây ra sự tắc nghẽn luồng nhiên liệu

2.5.7 Quá trình gas hĩa trấu

Sự gas hóa bao gồm các quá trình chuyển đổi phần hữu cơ của trấu thành những sản phẩm khí, bỏ lại các phần thuộc cấu tạo khoáng chất của trấu xem như cạn bã Phản ứng khí hĩa tồn bộ cĩ thể được chia thành hai quá trình cơ bản khác nhau: Vật lý và hĩa học

Trong lý thuyết khí than thơng thường, phản ứng trong những vùng khác nhau của thùng nhiên liệu tức là trong vùng cháy (vùng oxy hĩa), vùng khử, vùng sấy Các phản ứng xảy ra trong các vùng cháy, vùng khử, vùng chưng cất được thảo luận qua nhiều đề tài (GUNIZ 1950, HEDLEN 1976, DESROSIER 1979, GUZ 1985, KAUPP 1985….) Thực hiện ở nhiệt độ chuẩn 250C và áp suất 1 atm Các phản ứng xảy ra trong quá trình hĩa gas:

2.5.8 Tốc độ hóa gas SGR (Specific Gassification Rate)

Tốc độ hóa gas được xác định bằng tỉ số giữa lượng trấu tiêu thụ trong một giờ với tiết diện mặt cắt ngang của buồng phản ứng (tra cứu từ Luận văn tốt nghiệp của Trần Thanh Phi và Nguyễn Hữu Thành, 1995)

S

G SGR= [kg/m2h]

d =150mm

d = 770

2.5.9 Tỷ số tương đương ER ( Equivalence Ratio)

Tỷ số tương đương là tỷ số giữa lượng khơng khí thực tế cung cấp với lượng khơng khí lý thuyết, được xác định theo cơng thức:

ER=

lt

tt

Q Q

Trong đĩ :

ER : tỷ số tương đương

Qtt : lượng khơng khí thực cần cung cấp (m3/h)

Qlt : lượng khơng khí lý thuyết(m3/h)

Lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy 1 kg trấu là Qlt = 4.8kg KK/kg trấu, hay 4m3 KK/kg trấu (Maheshwari, 1976 trích dẫn bởi Phan Hieu Hien, 1993)

Số liệu từ tiangco (1990) làm thí nghiệm với trấu, tỷ số tương đương ER trong khoảng 0,25 ÷ 0,35 tương ứng với tốc độ hĩa gas SGR là 100 ÷ 200 kg.h-1.m-2 Theo T.B Reed, 1979:

0≤ ER ≤0,2 Quá trình nhiệt phân, phản ứng với oxi bắt đầu xảy ra 0,2 ≤ ER ≤ 0,4 Quá trình gas hĩa

0,4 ≤ ER ≤ 1,0 Quá trình đốt cháy hồn tồn

Như vậy để hĩa gas (ER=0,2 ÷ 0,4) ta phải xác định lượng khơng khí thực cần cung cấp sao cho tỷ số giữa lượng khơng khí cung cấp thực tế với lượng khơng khí

lý thuyết nằm trong khoảng từ 0,2 đến 0,4

2.5.10 Nguyên lý hóa gas kiểu cùng chiều

Quá trình hóa gas từ nguyên liệu Biomass (trấu) kiểu hóa gas cùng chiều giữa khí gas và không khí Nguyên liệu được nạp vào lò từ miệng phía trên, và chứa trong ống hình trụ thẳng đứng, được giữ lại trong ống hình trụ bởi ghi lò Không khí được thổi vào, xuyên qua ghi lò từ dưới lên trên Quá trình hóa gas có thể phân ra những vùng kế tiếp Gas sinh ra dơ nhiều Ưu điểm dễ sản sinh khí gas cao (CO, H2, CH4), hiệu suất cao Nhiệt độ khí gas ra khỏi lò thấp

Hình 2.8 Hóa gas kiểu thuận chiều (gas và không khí)

2.5.11 Nguyên lý hóa gas kiểu ngược chiều

Nguyên liệu được nạp vào lò từ miệng phía trên, và chứa trong ống hình trụ thẳng đứng, được giữ lại trong ống hình trụ bởi ghi lò Không khí được thổi vào ở trên ghi lò Vùng khử nằm phía dưới vùng đốt, dòng gas lấy ra đi từ dưới lên trên phía ngoài ống trụ tròn

Đốt cháy trọn vẹn do vậy gas ít nhựa, và ít dầu chỉ bằng 10% so với kiểu cùng chiều Nhiệt độ trong lò duy trì ổn định

Hình 2.9 Hóa gas kiểu nghịch chiều (gas và không khí)

2.5.12 Nguyên lý hóa gas dạng từng mẻ

Mồi một ít than đã cháy vào trong lò sau đó nạp trấu vào thùng từ của phía trên của lò nạp đầy và đóng nắp lò lại Quá trình hóa gas bắt đầu khi cho chạy hệ thống quạt hút của hệ thống máy sấy và đốt lò gas cháy, Nhiên liệu trấu được nạp vào lò gián đoạn theo từng mẻ và được đỡ bởi một ghi lò cố định Sau khi lượng trấu trong lò cháy hết thì mới tiếp tục nạp trấu và đốt lại, quá trình lấy tro cũng không liên tục Tro được lấy đi mỗi mẻ bằng cách nghiêng ghi lò hay nghiêng lò

2.5.13 Nguyên lý hóa gas liên tục

Nhiên liệu trấu được nạp vào lò và lấy tro ra liên tục nhờ những bộ phận được thiết kế đặc biệt phù hợp cho việc nạp liệu và lấy tro liên tục mà không cần phải ngừng lò Có thể xem hệ thống lò gas trấu kép hoạt động xen kẽ nhau là một ví dụ Mồi một ít than đã cháy vào trong lò sau đó nạp trấu vào thùng từ của phía trên của lò nạp đầy và đóng nắp lò lại Quá trình hóa gas bắt đầu ngay khi cho chạy hệ thống quạt hút của hệ thống máy sấy và đốt lò gas cháy, khi bộ phận hóa gas thứ nhất gần kết thúc ta tiếp tục mồi lò gas thứ 2 Để cho vừa lúc lò ga thứ nhất kết thúc thì lò gas thứ hai vào trạng thái ổn định, hệ thống chuyển đổi giữa hai lò gas bằng van đảo chiều Quá trình cứ lặp đi lặp lại cho đến khi nào lúa sấy đã khô thì kết thúc quá trình tạo gas và đốt gas

2.5.14 Nguyên lý hóa gas kiểu tầng sôi

Với kiểu tầng sôi này nhiên liệu như vỏ trấu chuyển động bên trong lò hóa gas với áp lực cao từ quạt để tạo cho nhiên liệu di chuyển theo kiểu sôi, nhiệt độ trong lò được nung nóng trước sau đó mới cho nhiên liệu vào, trấu sẽ vừa cháy vừa sôi và hóa gas Gas sẽ được lấy ra cho qua các bộ lọc lắng hoặc đốt trực tiếp tùy theo mục đích và yêu cầu sử dụng

Hình 2.10 Hóa gas kiểu tầng sôi(Reed, 1981)

Tấn

2.6 Tình hình sử dụng nhiên liệu trấu và những mẫu lị đốt trấu trên thế giới

Theo Bronzeoak (2003), sản lượng lúa tồn thế giới trong năm 2002 khoảng

600 triệu tấn Với sản lượng lúa như trên thì lượng trấu khoảng 120 triệu tấn (ước lượng tỉ lệ trấu chiếm khoảng 20% trọng lượng của hạt lúa) Trung Quốc là nước cĩ sản lượng lúa đứng thứ nhất trên thế giới với sản lượng lúa năm 2002 gần 180 triệu tấn Sản lượng lúa của 20 nước dẫn đầu trên thế giới được thể hiện qua hình 2.10 và sản lượng lúa của những nước cịn lại chỉ khoảng 29 triệu tấn

Hình 2.11 Sản lượng lúa năm 2002 của 20 nước đứng đầu trên thế giới

2.6.1 Lượng trấu tại các một số nước ở Đơng Nam Á

Trong năm 2002, tổng sản lượng lúa của ba nước Indonesia, Philippines và Việt Nam là 99 triệu tấn chiếm khoảng 2/3 sản lượng của các nước Đơng Nam Á (152 triệu tấn) Với sản lượng như trên thì mỗi năm lượng trấu từ các nhà máy xay xát của Indonesia, Philippin và Việt Nam khoảng 19,8 triệu tấn và ước tính lượng trấu hàng năm của các nước Đơng Nam Á khoảng 29,7 triệu tấn

2.6.2 Lò hóa gas trấu tầng sôi ở philippines

Lò hóa gas trấu tầng sôi do trường Đại học Missouri Rolla nghiên cứu chế tạo mô hình hóa khí tầng sôi, bao gồm một buồng phản ứng tầng sôi, một hệ

thống làm sạch gas, một hệ thống phát điện chạy bằng động cơ Diesel Theo phân tích lượng trấu cho vào buồng đốt với tốc độ 30- 35 lb/h Nhiệt độ tại buồng phản ứng duy trì trong khoảng 1450-15500F Giá trị nhiệt của gas từ 126 đến 158 BTU/s.cu.ft Hiệu suất lò khoảng 66%, 19-23% tro thải ra Gas lấy ra cho qua hệ thống lọc gồm: cyclone khô, lọc khô và một số bộ phận lọc khác sau cùng mới cho vào hệ thống chạy động cơ Diesel phát điện Lượng gas trấu tạo ra có thểå thay thế 35 đến 57% lượng dầu để chạy động cơ

2.6.3 Lị đốt trấu kiểu Cyclone trong máy sấy tầng sơi ở Thái Lan

Lị đốt trấu kiểu khí động cĩ cơng suất 120 ÷ 150 kg/h được lắp đặt cùng máy sấy tầng sơi với năng suất 10 tấn/h tại Thái Lan (Swasdisevi và ctv) Buồng đốt cĩ kích thước như sau: đường kính trong là 1,37 m; chiều cao là 2,75 m Năng suất tiêu thụ trấu từ 120 đến 150 kg/h Hiệu suất của lị từ 50 đến 58% Hiệu suất đốt thành phần cacbon là 90%

Tro lắng

Hình 2.12 Lò hóa gas trấu tầng sôi ở Philippines

Gia Nhiệt

Hình 2.13 Sơ đồ cấu tạo lị đốt trấu trong máy sấy tầng sơi (Thái Lan)

1 Buồng đốt 2 Phễu chứa trấu

3 Quạt cung cấp trấu 4 Quạt cung cấp khơng khí

5 Khơng khí sơ cấp 6 Khơng khí thứ cấp

7 Nguồn cung cấp khơng khí thứ ba 8.Cánh điều chỉnh

9 Ống khí thốt 10 Quạt hút

11 Vít tháo tro

Trấu từ phễu chứa trấu (2) và khơng khí sơ cấp được cung cấp vào tiếp tuyến trong buồng đốt (1) qua đường ống (5), nên trong quá trình cháy, tro bụi sẽ được lắng theo nguyên lý hoạt động của xy-clon và sản phẩm cháy sạch sẽ được dẫn vào buồng sấy của máy sấy qua quạt hút (10) Khơng khí thứ cấp được cung cấp qua đường ống (6) Ngồi ra trên hệ thống cịn bố trí một đường khơng khí thứ ba để cung cấp thêm lượng khơng khí để đốt cháy những thành phần lắng xuống khi chưa cháy trọn Tro sẽ được tháo ra ngồi nhờ vít (11)

Ưu điểm của lị đốt này là đốt khơng ghi nên giảm được chi tiết thường phải thay là ghi lị đối với các lọai lị đốt khác Hệ thống cung cấp trấu bằng khí động nên giảm được khâu nạp trấu bằng thủ cơng Tuy nhiên hiệu suất lị thấp (50 ÷ 58%)

so với lị đốt ghi nghiêng là 60%, lị đốt theo nguyên lý cháy ngược là trên 60%

2.6.4 Lò hóa gas trấu tầng sôi ở Ấn Độ

Bộ phận làmmát

Hơi

Hình 2.14 Lò hóa gas trấu tầng sôi ở Ấn Độ

Ấn Độ có khoảng 17 đến 22 triệu tấn trấu thải ra từ các nhà máy xay xát Trấu được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: làm nhiên liệu để đốt, làm bảng hay giấy, làm phân bón, làm đá mài, làm vật liệu cách điện, làm chất dẫn xuất…

Trường Đại học Bakaratidasan đã chế tạo hệ thống hóa gas trấu tầng sôi với công suất 250 kW Kích thước: Đường kính lò 600mm, lò được xay bằng gạch chịu lửa, và hệ thống làm sạch gas gồm: cyclone, lọc ướt và quạt Trấu được nạp vào lò từ phểu chứa trấu qua một vít tải đổ vào lò từ bên hông của lò

Trấu trong lò được làm sôi nhờ quạt gió thổi không khí vào từ dưới lên Khi gas được tạo ra sẽ cho qua bộ trao đổåi nhiệt không khí, gas lấy ra cho qua cyclone và bộ lọc ướt nhờ quạt hút gas được thổi ra đường ống dẫn đến nơi cần sử dụng Nhược điểm: thiết bị lớn, không linh hoạt, thành phần carbon trong tro cao, xỉ

nhựa trong gas cao

2.6.5 Hiện trạng sản lượng lúa và sử dụng trấu tại Mỹ

Sản lượng lúa của Mỹ chiếm 1,8% của thế giới Tuy nhiên xuất khẩu gạo của

Mỹ đứng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Việt Nam Từ sản lượng lúa như trên thì lượng trấu tại Mỹ cũng là một nguồn nguyên liệu dồi dào Hiện tại thì lượng trấu này được ứng dụng trong các mục đích như: dùng chất đốt cho các hệ thống phát điện, dùng làm thành phần trong công nghệ sản xuất chất dẻo polymer, tro trấu được dùng làm nguyên liệu trong công nghệ đúc bê tông thành phần tro trấu chiếm khoảng từ 10 đến 20% trong sản phẩm

2.6.6 Một vài kết quả khảo nghiệm của thiết bị hóa gas tầng sôi

Theo Mansaray và ctv (1999), khảo nghiệm cho lò hóa gas tầng sôi với các kết quả: vận tốc sôi tốt nhất v = 0,22 ÷ 0,33m/s, tỷ số tương đương ER= 0,25 ÷ 0.35 và

hàm lượng CO =12.29 ÷ 19.90% Các kết quả tham khảo sau:

Bảng 2.4 Bảng phân tích thành phần khí gas của thiết bị hóa gas kiểu tầng sôi

(Mansaray và ctv, 1999)

Thành phần khí gas (%)

Tỷ số tương đương ER Vận tốc sôi ms-1

Mức độ ảnh hưởng của vận tốc sôi, tỷ số tương đương đến thành phần khí gas

Hình 2.15 Ảnh hưởng của vận tốc sôi và tỷ số tương đương đến thành phần khí gas (Mansaray và ctv, 1999)

Thảo Luận: Ta thấy rằng hàm lượng của gas chủ yếu là khí CO, một ít H2 và CH4

Cả ba hàm lượng CO, H2, CH4 đạt cực đại khi ER = 0,25 và vận tốc sôi bé nhất 0,22ms-1

2.7 Tình hình sử dụng trấu và những mẫu lò hóa gas trấu tại Việt Nam

2.7.1 Lượng trấu và tình hình sử dụng trấu tại Việt Nam

Theo Cục Thống kê (2007), sản lượng lúa của cả nước năm 2007 là 35,87 triệu tấn Nếu tính tỷ lệ trấu chiếm 23%, lượng trấu năm 2007 của Việt Nam khoảng 8,2 triệu tấn/ năm Từ những năm 2004 trở về trước, trấu được dùng làm chất đốt cho các lò gạch, lò gốm, các lò đường thủ công, lò sản xuất cồn… trấu còn được người dân nông thôn sử dụng nấu ăn, làm tro trồng hoa màu, nhu cầu sử dụng rất lớn Tuy nhiên hiện tại, với lượng trấu khổng lồ này, trấu đã tràn ngập các dòng sông ở ĐBSCL do nhu cầu sử dụng trấu trong nghề sản xuất gạch ngói, các lò đường không còn nhiều như trước Mặt khác, nhiều hộ gia đình ở nông thôn cũng chuyển sang nấu ăn bằng bếp điện hoặc sử dụng gas … Từ đó, hàng loạt nhà máy xay xát lúa gạo đã bỏ đi nguồn lợi tiền tỷ để thải trấu ra sông gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, việc phát triển hệ thống máy sấy dùng chất đốt nhiên liệu trấu để sấy lúa là cần thiết và cấp bách Nó không chỉ giảm được chi phí sấy mà phần quan trọng hơn là giảm thiểu được ô nhiễm môi trường do chính nguồn nhiên liệu trấu này gây ra

Hình 2.16 Lượng trấu tại một số nhà máy xay lúa tại ĐBSCL