Đặt vấn đề Việt Nam là nƣớc đứng thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo trong những năm gần đây [1]. Theo Hiệp hội Lƣơng thực Việt Nam (VFA) cho biết, kết quả xuất khẩu gạo của Việt Nam năm 2013 đạt 7,720 triệu tấn [1] với những thị trƣờng xuất khẩu gạo chính của Việt Nam trong năm 2013 là Trung Quốc, Malaysia, Philippines, Singapore, Hồng Kông và Bờ biển Ngà. Trong các nƣớc trên Trung Quốc vẫn là nƣớc nhập khẩu gạo lớn nhất của Việt Nam hơn 2,15 triệu tấn gạo, trị giá 901,86 triệu USD, tăng 3,21% về khối lƣợng và 0,38% về giá trị, chiếm 30,83% tổng kim ngạch xuất khẩu gạo của Việt Nam [2]. Nhiên liệu sinh khối (biomass) từ phụ phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp: nhƣ trấu, rơm rạ, mùn cƣa, củi,.
hầu hết đã và đang đƣợc sử dụng rất phổ biến ở các vùng nông thôn của nƣớc ta, để làm chất đốt trong đun nấu sinh hoạt hàng ngày. Trong sản xuất công nghiệp, các lò đốt truyền thống sử dụng nhiên liệu sinh khối này do sản sinh nhiều khối, khí độc và có hiệu suất đốt cháy thấp. Ngoài ra, một lƣợng lớn nhiệt của quá trình cháy tổn thất và do phân tán ra môi trƣờng. Các thống kê cho thấy số ngƣời tử vong do ô nhiễm khí độc khi đun nấu có thể lên đến 1,5 triệu - 1,6 triệu ngƣời trong mỗi năm) [3].
Về cơ bản nhiên liệu sinh khối khi đốt cháy hoàn toàn cho ra các sản phẩm chứa N2, hơi nƣớc, CO2,và O2 thừa. Trong quá trình đốt có thể xảy ra quá trình đốt yếm khí nhiên liệu (khí hóa) cấp dƣ nhiên liệu hay nói cách khác là cấp thiếu oxy cho quá trình cháy. Đây là quá trình cháy không hoàn toàn và sản phẩm khí thu đƣợc là hỗn hợp các khí nhƣ CO, H2, một ít khí mê tan CH4. Hiện nay, công nghệ năng lƣợng sinh khối không chỉ thay thế phần nào cho năng lƣợng hóa thạch mà còn góp phần đáng kể trong việc xử lý rác thải, nguồn phế thải từ phụ phẩm nông nghiệp (cả sau thu hoạch lẫn sau chế biến) nhƣ rơm rạ, trấu, vỏ cà phê, sơ dừa, bã mía,…Do đó, khai thác tiềm năng về năng lƣợng tái tạo từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp, đặc biệt là trấu, là hƣớng đi và việc làm mang tính chiến lƣợc, 1 Luan van có ý nghĩa trong việc phát triển kinh tế_xã hội và bảo vệ môi trƣờng.
Vì vậy, một thách thức không chỉ đối với nƣớc ta và các nƣớc trên thế giới là tìm các nguồn năng lƣợng thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lƣợng tái tạo này để mang lại triển vọng lớn cho nền kinh tế trong tƣơng lai. Trên bình diện thế giới, năng lƣợng sinh khối chiếm khoảng 14% - 15% tổng năng lƣợng tiêu thụ của thế giới. Còn ở các nƣớc đang phát triển thì năng lƣợng sinh khối chiếm khoảng 35% - 40% tổng năng lƣợng tiêu thụ [4]. Để bảo vệ môi trƣờng, Liên Hợp quốc và tất cả các nƣớc trên thế giới đều tìm mọi cách để giảm thiểu phát tán các loại khí độc hại khi đun nấu (CO, CO2, Carbon đen, SO2, NO2,…) nhƣng cho đến nay vẫn còn đang gặp rất nhiều khó khăn.
Về sử dụng trấu để làm nguồn năng lƣợng sinh khối, đã có một số mô hình lò đốt đƣợc nghiên cứu nhƣng chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi vì một số vấn đề vẫn còn tồn tại nhƣ: trấu cháy không triệt để, lò có kết cấu phức tạp, cần có các hệ thống xử lý sau khi hóa gas, cấp liệu không liên tục,. Trong thực tế một lƣợng trấu rất lớn đã đƣợc sử dụng để dùng làm chất đốt cho các lò nung gạch bằng phƣơng pháp đốt trực tiếp, có năng suất thấp gây ô nhiễm nặng nề cho môi trƣờng. Do vậy, việc nghiên cứu xác định nguyên lý, quy trình, đề xuất kết cấu một lò đốt phù hợp để giảm thiểu tối đa nguồn gốc nguồn phát sinh ô nhiễm, nâng cao hiệu quả quá trình đốt trấu hoá gas với một trình độ công nghệ phù hợp có tính cấp thiết và góp phần vào việc gìn giữ môi trƣờng sạch xanh.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Đề tài khi thực hiện sẽ có các ý nghĩa khoa học: 2 Luan van + Đề xuất giải pháp trấu hóa gas phù hợp, áp suất khí gas ra ổn định, lƣợng hắc ín ở đầu ra khí gas không đáng kể. + Đề xuất đƣợc kết cấu lò đốt trấu công nghiệp di động cho phép đốt triệt để trấu và có thể điều chỉnh đƣợc lƣu lƣợng khí gas ở đầu ra.
+ Xác định đƣợc kết cấu cụ thể và chế độ làm việc lò đốt để đốt trấu nung gạch. - Một số ý nghĩa thực tiễn đạt đƣợc: + Kết quả nghiên cứu giúp thay thế các lò đốt trấu nung gạch truyền thống (đốt trực tiếp) bằng lò đốt trấu liên tục ứng dụng nguyên lý đốt nghịch giúp giảm thiểu sự ô nhiễm môi trƣờng, giảm giá thành gạch thành phẩm. + Kết cấu lò đốt trấu đơn giản phù hợp với trình độ công nghệ của các cơ sở cơ khí, thích hợp với kết cấu các lò nung gạch phổ biến ở các tỉnh miền Tây Nam bộ. + Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng để chế tạo hàng loạt các lò đốt sử dụng trấu để nung gạch, gốm hay cấp nhiệt để sấy các loại nông sản nhƣ lúa, thực phẩm,… + Tiết kiệm đƣợc nhiên liệu đốt đáng kể so với các lò đốt truyền thống lên đến trên 20% khi sử dụng lò đốt để nung gạch, chất lƣợng gạch tốt hơn và màu gạch đẹp, gạch không bị cháy đen.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu, khảo sát, đánh giá các kiểu hoá trấu hoá gas đã có trong và ngoài nƣớc để lựa chọn giải pháp công nghệ trấu hoá gas hiệu quả.
- Đề xuất giải pháp trấu hóa gas phù hợp, nguồn khí gas cung cấp ổn định, giảm đáng kể lƣợng hắc ín ở đầu ra khí gas. - Xác định đƣợc kết cấu lò đốt trấu công nghiệp cho phép đốt triệt để trấu, ít tạo hắc ín và điều chỉnh đƣợc lƣu lƣợng khí. - Tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm lò đốt trấu công nghiệp và xác định đƣợc chế độ làm việc khi sử dụng lò đốt để cấp nhiệt nung gạch trong lò nung gạch công suất 6000 viên/khoang.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3 Luan van 1.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Trấu thành phẩm sử dụng làm chất đốt phổ biến ở tỉnh Sóc Trăng và các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long. - Các thiết bị hoá gas, lò đốt trấu hoá gas đã và đang có trên thị trƣờng, đang đƣợc sử dụng trong công nghiệp.
- Gạch nung và lò nung gạch kiểu Hoffman.2 Phạm vi nghiên cứu - Trong khuôn khổ đề tài và thời gian nghiên cứu, đề tài tập trung nghiên cứu lò đốt trấu hóa gas để cung cấp năng lƣợng cho lò nung gạch kiểm Hoffman công suất 6. - Chất lƣợng của gạch, lò nung gạch và các quá trình điều khiển lò nung gạch không thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài. - Lò nung gạch là kiểu lò Hoffman 24 khoang (mỗi khoang chứa 6000 viên).5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập tài liệu từ các nguồn báo chí, tạp chí, sách, các bài viết từ internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu. Qua phân tích, xử lý thông tin thu đƣợc để đề xuất công nghệ và phát triển lò đốt “trấu hoá gas”.
- Phƣơng pháp thực nghiệm: Tiến hành chế tạo thử nghiệm lò đốt và đƣa vào hoạt động thử nghiệm trong thực tế để lấy số liệu và hoàn chỉnh thiết kế.6 Nội dung nghiên cứu của đề tài Đề tài “Nghiên cứu phát triển lò nung công nghiệp sử dụng nguyên liệu trấu để nung gạch” là một nhƣ cầu cấp thiết giúp sử dụng nguồn năng lƣợng tái tạo gần nhƣ vô hạn trấu bằng giải pháp “trấu hóa gas” để thay thế nguồn năng lƣợng hóa thạch có hạn. Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm các chương sau: - Chương 1: Giới thiệu Giới thiệu công nghệ sinh khối, tiềm năng và nhu cầu cũng nhƣ tầm quan trọng về nguồn năng lƣợng tái tạo, mục tiêu, nhiệm vụ đề tài nghiên cứu. 4 Luan van - Chương 2: Tổng quan Khái quát về nguyên liệu Trấu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về các lĩnh vực liên quan lò đốt, các ứng dụng nổi bậc và những hạn chế của từng phƣơng pháp. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết Tổng hợp các phƣơng pháp lý thuyết về kết cấu lò đốt, nguyên lý đốt lò.
Phân tích ƣu, nhƣợc từng phƣơng pháp chọn phƣơng pháp phù hợp nhất để phát triển. - Chương 4: Yêu cầu và phƣơng án thiết kế Trên cơ sở yêu cầu thực tế của doanh nghiệp, lò đốt cháy liên lục, di động, công suất nung 6000 viên/khoang, tháo tro liên lục, khí gas ra ổn định. - Chương 5: Tính toán, thiết kế và chế tạo lò nung Tính toán chi tiết thông số lò nung nhƣ: công suất lò nung, đƣờng kính thân lò, hệ thống cấp trấu liên lục, tháo tro liên lục bằng vít tải, tính kích thƣớc buồng phản ứng, hệ thống dẫn gas, động cơ rung … Thiết kế hoàn chỉnh lò nung gồm bản vẽ lắp ráp, phân rã cụm, phân rã chi tiết và xuất bản vẽ gia công. Chế tạo hoàn chỉnh lò nung, vận hành lò nung chế độ không tải, vận hành lò nung gạch theo từng khoang ghi nhận kết quả.
- Chương 6: Kết quả và đánh giá Báo cáo kết quả tính toán và chế tạo, vận hành lò nung gạch. Đánh giá một số kết quả nhƣ: Ngọn lửa, độ ổn định nhiệt độ, trấu cháy hết… - Chương 7: Kết luận và kiến nghị Một số kết quả đạt đƣợc cần phát huy cũng nhƣ một số tồn tại đề xuất để tiếp tục phát triển. Đề tài đã nhận được sự hỗ trợ của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh (phòng thí nghiệm REME), cơ sở gia công cơ khí Thành Tâm (Tp.
Sóc Trăng) và thử nghiệm tại cơ sở sản xuất gạch sử dụng lò nung Hoffman tại ấp Trương Hiền - xã Thạnh Trị - huyện Thạnh Trị - tỉnh Sóc Trăng.CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Cây lúa nƣớc ở Việt Nam 2.1 Nguồn gốc Lúa là một trong năm loại cây lƣơng thực chính của thế giới, cùng với ngô (ZeaMays L.), lúa mì (Triticum sp, tên khác tiểu mạch), sắn (Manihot esculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum tuberosum L. Theo quan niệm xƣa lúa cũng là một trong sáu loại lƣơng thực chủ yếu trong lục cốc [48]. Lúa đƣợc đề cập ở đây là các loài (Oryza sativa và Oryza glaberrima) trong họ Poaceae, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực đông nam châu Á và châu Phi.