Đặt vấn đề Nước ta là một nước nông nghiệp với 9,4 triệu ha đất nông nghiệp, 75% cư dân nông thôn, 55,6% lực lượng lao động là nông dân đóng góp trong cơ cấu nền kinh tế quốc dân là 19,5%. Trong những năm qua chúng ta đã có những tiến bộ rõ rệt trong sản xuất nông nghiệp và tạo nên những thế cạnh tranh đáng nể trên thị trường quốc tế. Cụ thể là đứng thứ nhì thế giới về xuất khẩu gạo. Việt Nam có hơn 70% dân số làm nông nghiệp, vì vậy nguồn năng lượng sinh khối rất dồi dào.
Sản lượng lương thực của nước ta đạt trên 36 triệu tấn/năm, riêng sản lượng thóc cũng đạt trên 30 triệu tấn/năm. Dự kiến, sản lượng lúa cả năm đạt 38,9 triệu tấn, tăng 200. Trong đó trấu là vỏ của hạt thóc, có khối lượng bằng 1/6-1/5 khối lượng hạt thóc, như vậy mỗi năm sẽ có từ 5-6 triệu tấn trấu, nếu lấy toàn bộ số trấu này để phát điện thì sẽ sản xuất được gần 10 tỷ kW điện mỗi năm. Đó là một con số không nhỏ.
Hiện nay, một số tỉnh ở nước ta đang xây dựng một số nhà máy phát điện bằng trấu và sắp đi vào hoạt động a) Lò gạch b) Bếp Hình 1. 1: Các ứng dụng của trấu [22] Nhược điểm chính của nguồn sinh khối phụ phẩm nông lâm nghiệp là nó ở dạng rời, có kích thước hạt nhỏ nên mật độ thấp, rất bất lợi cho vận chuyển và bảo quản. Nếu dùng đun bếp thì phải thường xuyên trông coi, không đảm bảo vệ sinh do 1 nhiều khói và bụi. Tương tự, nó cũng không phù hợp khi đốt trong những lò hiện đại của công nghiệp gạch ngói, gốm sứ, lò hơi, lò sưởi, … Các nhược điểm đó có thể khắc phục được bằng cách ứng dụng công nghệ ép củi trấu, tăng được tỷ trọng cho sinh khối dạng rời, chuyển nó sang dạng kích thước lớn hơn và mật độ cao hơn, tiết kiệm chi phí, có nhiệt trị cao, tăng chất lượng cho quá trình cháy, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính.
Và điều này sẽ trực tiếp cải thiện các tính bảo quản, chuyên chở và sử dụng cho nhu cầu nhiên liệu. Đây là một quá trình đã được chứng minh ở các nước lân cận ta. Khi nguồn sinh khối rời đã được sử dụng hiệu quả cho nhu cầu chất đốt thì nó sẽ ảnh hưởng tốt tới việc bảo vệ rừng và cây lấy gỗ. Hơn nữa, xét về quan điểm môi trường toàn thể, sinh khối là nguồn năng lượng sạch, tái sinh mà không gây ảnh hưởng trường tồn mất cân bằng sinh thái.
Cụ thể sinh khối có hàm lượng lưu huỳnh thấp và không gây mất cân đối thêm cho cân bằng CO2 trong khí quyển - loại khí chính gây nên hiệu ứng nhà kính. Vì vậy việc phát triển và phổ biến rộng rãi kỹ thuật năng lượng dùng sinh khối ngày càng được thế giới quan tâm. Để sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng nhiệt từ trấu, các nhà chế tạo ở Việt Nam và trên thế giới đã chế tạo máy ép sinh khối bằng nhiều cơ cấu như ép đùn bằng trục vít, ép con lăn, piston thủy lực để ép ra các dạng viên nhiên liệu nhỏ hoặc thanh củi trấu. a) Thanh củi trấu b) Than trấu Hình 1.
2 : Thanh củi trấu và than trấu 2 Theo những nghiên cứu về củi trấu cho thấy về mặt kinh tế sử dụng củi trấu giá rẻ hơn rất nhiều so với các loại chất đốt khác từ than, củi hoặc ga, giá củi trấu chỉ trên dưới 10. Hiện nay, sản phẩm củi trấu phần lớn được sử dụng để đốt lò hơi công nghiệp phục vụ cho các lò sấy, nhuộm vải, giấy, may mặc, chế biến thuỷ sản và nông sản.công nhân tại các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất. chỉ mất một ít thời gian đưa củi vào lò nhưng bù lại đảm bảo về sức khỏe. Hơn nữa, nếu sử dụng than đá để đốt với giá trung bình khoảng 20.000 đồng một kg, nhiệt lượng 1 kg than sẽ tương đương với khoảng 1,5 kg củi trấu (khoảng 15.
Như vậy, nếu dùng củi trấu, các cơ sở sản xuất có thể tiết kiệm hơn 50% chi phí. Mỗi cơ sở sản xuất trung bình dùng 2 tấn than đá mỗi ngày, nếu chuyển sang dùng củi trấu sẽ tiết kiệm được hàng trăm triệu đồng/năm. 3: Lò sưởi và lò hơi đốt bằng củi trấu [23] Hiện tại, nhờ các ưu điểm như khả năng ép liên tục, ít hao tốn nguyên liệu , công nghệ ép bằng trục vít đã được phổ biến rộng rãi và trở thành công nghệ ép quan trọng, thường dùng sản xuất trong thương mại. 4: Máy ép trục vít Trong các bộ phận của máy ép củi trấu thì trục vít là một trong những thành phần quan trọng nhất của máy ép trấu, quyết định đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế.
Tuy nhiên liên quan đến phần này còn một số vấn đề cần giải quyết. Trục vít bị mài mòn lớn, dẫn đến hư hỏng và phải thay thế nhiều lần. Theo khảo sát thì cứ 2 ÷ 4 giờ nhà sản xuất phải thay trục vít mới một lần. Điều đó làm ảnh hưởng đến công suất làm việc, mất thời gian cho quá trình bảo trì và cân chỉnh máy.
5 : Trục vít mòn Với thực tế như trên, bên cạnh các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của trục vít như nhiệt luyện, gia công thì việc nghiên cứu tìm ra các loại vật liệu để thay thế và giải pháp cải tiến trục vít là một trong những yếu tố quan trọng nhất để giảm thiểu ma sát mài mòn và chi phí thay mới, nâng cao độ tin cậy, chất lượng và tuổi thọ của thiết bị. Để phục vụ cho mục đích sản xuất đồng thời góp phần khắc phục các nhược điểm nêu trên, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm xác định vật liệu và kết cấu để 4 nâng cao tuổi thọ trục vít côn máy ép củi trấu” đã được triển khai thực hiện.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.1 Mục tiêu tổng quát Đề tài được thực hiện với mục đích chính là nâng cao tuổi thọ và chất lượng làm việc cho trục vít côn máy ép củi trấu. Để đạt được điều đó, đề tài tập trung giải quyết hai mục tiêu sau: - Xác định vật liệu chế tạo trục vít côn chịu mòn, nhiệt. - Đề xuất QTCN và chế tạo thử nghiệm trục vít côn chịu mòn, chịu nhiệt.2 Mục tiêu cụ thể của đề tài Từ mục tiêu chung của đề tài, các mục tiêu cụ thể được đặt ra cho đề tài như sau: - Xác định vật liệu chế tạo trục vít côn chịu mòn, nhiệt; - Xác định máy và kết cấu trục vít ép được sử dụng rộng rãi trong sản xuất; - Nghiên cứu đề xuất kết cấu trục vít máy ép thanh củi trấu trục vít; - Đề xuất QTCN và chế tạo thử nghiệm trục vít côn chịu mòn, chịu nhiệt.
- Phân tích, đánh giá tính khả thi của phương án đề xuất.3 Những đóng góp mới của đề tài - Xác định được loại vật liệu chế tạo trục vít có khả năng chịu mòn, chịu nhiệt trên cơ sở các loại vật liệu có sẳn trên thị trường Việt Nam nói chung, thành phố Hồ Chí Minh nói riêng. - Đề xuất được QTCN có tính khả thi cao cho phép chế tạo được trục vít chịu mòn, chịu nhiệt có thời gian sử dụng lâu hơn các trục vít đang được sử dụng (dự kiến cao hơn 5 – 7 lần) tại các cơ sở chế tạo cơ khí trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long.4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 1.1 Phạm vi - Do tính đa dạng của các thiết bị ép sinh khối, tác giả tập trung nghiên cứu 5 phát triển trục vít của máy ép thanh củi trấu trục vít. Các kết cấu khác cũng như máy ép củi trấu trục vít không là nội dung nghiên cứu của đề tài.2 Đối tượng nghiên cứu Liên quan đến đề tài nghiên cứu, các đối tượng sau sẽ được tập trung khảo sát, nghiên cứu: - Trục vít ép trong máy ép củi trấu trục vít - Hiện tượng mòn và cơ chế gây mòn 1.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: thu thập các nội dung từ các nguồn báo chí, tạp chí, sách, internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu. - Phương pháp điều tra khảo sát: khảo sát máy ép trấu trục vít ở các công ty, xí nghiệp sản xuất củi trấu.
Qua việc điều tra sẽ có được các dữ liệu về hiện tượng mòn, thời gian hoạt động của trục vít ép, chế độ hoạt động của máy (số vòng quay, nhiệt độ). - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: sau khi tiến hành thiết kế, chế tạo thử nghiệm trục vít chịu mòn, chịu nhiệt sẽ tiến hành thử nghiệm trục vít để sản xuất củi trấu, kết quả thu được cho phép hiệu chỉnh và hoàn chỉnh thiết kế, QTCN chế tạo. 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Trấu Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát.
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro [2]. Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi - cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếm khoảng 35-40%. Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt.
Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Khi trấu ép trong khuôn, nhờ vào các điện trở gia nhiệt trên đầu ép, lớp trấu phía ngoài tiếp xúc với thành đầu ép côn sẽ bị cháy, giúp giảm ma sát mài mòn đầu ép Bảng 2. 1 Bảng thành phần hóa học của trấu [2] Thành phần trấu %C %H %O %S %N %A %W ρ(kg/m3) 37. 1 : Thành phần hạt lúa 7 2.1 Công dụng của trấu a.
Sử dụng làm chất đốt Từ lâu vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân. Chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt như nấu ăn, nấu thức ăn cho gia súc nhờ những ưu điểm sau: - Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ, theo khảo sát cho thấy 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 Kcal bằng 1/ 3 năng lượng được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp hơn khoảng 25 lần. - Trấu là nguồn nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền.