Báo cáo Thiết kế lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ LÒ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2014-87 S KC 0 0 5 5 3 7 Tp. Hồ Chí Minh, 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ LÒ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mã số: T2013-87 Chủ nhiệm đề tài: ThS. NGUYỄN VĂN TÚ TP. HCM, Tháng12 Năm2013
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ LÒ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mã số: T2013-87 Chủ nhiệm đề tài: ThS. NGUYỄN VĂN TÚ TP. HCM, Tháng12 Năm 2013
4. ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ LÒ SẤY GỖ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu: ThS NGUYỄN VĂN TÚ Đơn vị phối hợp chính: CÔNG TY TNHH BẢO SƠN NÔNG LÂM CÔNG TY TNHH MINH PHÁT
5. MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iiiii DANH SÁCH CÁC HÌNH v DANH SÁCH CÁC BẢNG vvi THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU x MỞ ĐẦU 1 * Tổng quan tình hình nghiên thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nước 1 - Trên thế giới. 1 - Ở Việt Nam 4 * Lý do chọn đề tài 4 * Mục tiêu nghiên cứu 5 * Cách tiếp cận 5 * Phương pháp nghiên cứu 5 * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 6 Chƣơng 1. KHÍ HẬU Ở ĐÔNG NAM BỘ 7 1.1 Kết quả thu thập các số liệu về điều kiện khí hậu ở Đông Nam Bộ 7 1.2. Phân tích ảnh hưởng của điều kiện khí hậu ở Đông Nam Bộ tới xây dựng lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời 10 Chƣơng 2. PHÂN TÍCH-LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 11 2.1. Phân tích phương án thiết kế 11 2.2. Lựa chọn phương án thiết kế 14 Chƣơng 3. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 16 3.1. Xác định kích thước cơ bản của lò sấy. 16 3.2. Các thông số công nghệ chủ yếu 16 3.3. Tính toán nhiệt 17 3.4. Tính toán thiết bị gia nhiệt 19 3.4.1. Tính toán dàn tản nhiệt 19 3.4.2.Tính toán và chọn thiết bị hấp thụ NLMT 19 3.4.3.Tính toán và chọn công suất nồi hơi 20 i
6. 3.4.4.Tính toán đường kính ống dẫn hơi 22 3.5. Tính toán khí động lực cho lò sấy. 22 3.5.1. Lưu lượng không khí tuần hoàn 22 3.5.2. Tổn thất của dòng không khí đối lưu 22 3.5.3. Lựa chọn quạt và xác định công suất cần thiết của quạt 25 Chƣơng 4. HỒ SƠ THIẾT KẾ 26 4.1. Bản vẽ thiết kế lò sấy 26 4.2. Vật tư xây dựng lò sấy NLMT 26 4.3. Thiết bị lắp đặt cho lò sấy NLMT. 28 4.4. Triển khai ứng dụng lắp đặt lò sấy gỗ sử dụng NLMT tại công ty Minh Phát 29 Chƣơng 5. VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA LÒ SẤY 32 5.1. Quy trình vận hành lò sấy 32 5.1.1. Chuẩn bị lò sấy 32 5.1.2. Kỹ thuật xếp đống 32 5.1.3. Kiểm tra kỹ thuật 32 5.1.4. Khởi động lò sấy 32 5.1.5. Điều tiết quá trình sấy 33 5.2. Đo các chỉ số công nghệ của lò sấy NLMT. 34 5.2.1. Kiểm tra chạy không tải lò sấy NLMT 34 5.2.2. Kiểm tra các chỉ số công nghệ của lò sấy NLMT. 35 5.3. Tính toán sơ bộ hiệu quả kinh tế và môi trường của lò sấy NLMT. 38 5.3.1. Tính toán thời gian thu hồi vốn. 38 5.3.2. Tính toán về môi trường. 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 Kết luận. 40 Kiến nghị. 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 ii
7. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU  Hệ số sấy Bh, Bb, Bl Hệ số đầy khi xếp đống gỗ C0 Tỷ nhiệt của hơi quá nhiệt D Hệ số Khuyết tán ẩm  Chênh lệch nhiệt độ đống gỗ E0 Dung tích bao lò sấy Eng Bức xạ ngoài khí quyển Fi Diện tích truyền nhiệt H Lực cản của dòng không khí ki Hệ số truyền nhiệt Kt Hệ số sử dụng thời gian Kx Hệ số điều chỉnh K Độ Kelvin M Lượng nước bay hơi P Hệ số Thấm dẫn ẩm Q Lượng nhiệt tiêu hao  Khối lượng riêng cơ bản RH ( ) Độ ẩm môi trường sấy (%)  Ứng suất S Bề dày gỗ Si Silic t Nhiệt độ sấy T 0C Nhiệt độ sấy V Thể tích không khí W Độ ẩm gỗ (%)  Tốc độ tuần hoàn môi trường sấy iii
8. V1 Tốc độ thoát ẩm ở giai đoạn đầu V2 Tốc độ thoát ẩm ở giai đoạn 2 Wa Độ ẩm ban đầu(%) Wtt Độ ẩm tức thời(%) Wc Độ ẩm cuối cùng (%) Vtb Tốc độ thoát ẩm bình quân/ ngày (%) Wtb Độ ẩm thăng bằng(%) Wbgtg Độ ẩm bão hòa thớ gỗ (%) Ytt Co rút tiếp tuyến (%) Yxt Co rút xuyên tâm (%) Zcb Thời gian sấy cơ bản CÁC CHỮ VIẾT TẮT XLBĐ Xử lý ban đầu GĐS.I Giai đoạn sấy I GĐS.II Giai đoạn sấy II XLGC Xử lý giữa chừng XLCC Xử lý cuối cùng CĐS Chế độ sấy TT; XT Tiếp tuyến; xuyên tâm TDK Cửa thoát khí KLTT Khối lượng thể tích iv
9. DANH SÁCH CÁC HÌNH SỐ HIỆU STT TÊN HÌNH TRANG HÌNH Biều đồ số giờ nắng trên ngày trong các tháng ở 1 Hình 1.1. Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng 7 (hours/ngày) Biều đồ năng lượng ánh sáng mặt trời trong các 2 Hình 1.2. tháng ở Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà 8 Nẵng (kWh/m2/ngày) Biểu đồ số lượng ngày mưa các tháng ở Thành 3 Hình 1.3. 10 Phố Hồ Chí Minh Phương án thiết kế 1 – Lò sấy NLMT dạng 4 Hình 2.1. 11 Greenhuose Phương án thiết kế 2 – Lò sấy NLMT dạng solar 5 Hình 2.2. 12 air hot collector Phương án thiết kế 3 – Lò sấy NLMT dạng solar 6 Hình 2.3. 13 water hot collector 7 Hình 2.4. Phương án lò sấy NLMT kết hợp với lò hơi. 15 8 Hình 3.1. Sơ đồ tiết diện ngang của lò sấy 23 9 Hình 4.1. Lò sấy NLMT 29 10 Hình 4.2. Hệ thống dàn tản nhiệt 30 11 Hình 4.3. Hệ thống cung cấp hơi, ẩm và nước nóng cho lò sấy 30 12 Hình 4.4. Tủ điều khiển cung cấp hơi nước 30 13 Hình 4.5. Đồng hồ đo áp suất hơi nước 31 14 Hình 4.5. Tủ điều khiển cung cấp nước nước nóng 31 15 Hình 4.6. . Bộ cài đặt nhiệt kế khô và ướt 31 16 Hình 5.1. Biểu đồ nhiệt độ trung bình lò sấy NLMT từ 35 v
10. .ngày 08-14/07/2013 17 Hình 5.2. Biểu đồ tốc độ thoát ẩm 36 18 Hình 5.3. Biểu đồ tốc độ thoát ẩm 37 DANH SÁCH CÁC BẢNG SỐ HIỆU STT TÊN BẢNG TRANG BẢNG So sánh NLMT ở Thành phố Hồ Chí Minh với 1 Bảng 1.1. một số khu vực trên thế giới có công nghiệp sấy 8 gỗ NLMT phát triển Nhiệt độ trung bình hàng tháng, độ ẩm tương đối 2 Bảng 1.2. 9 và độ ẩm thăng bằng ở TP Hồ Chí Minh 3 Bảng 3.1. Nhiệt lượng tổn thất qua vỏ lò sấy 19 4 Bảng 4.1. Vật tư xây dựng lò sấy NLMT 26 5 Bảng 4.2. Thiết bị lắp đặt cho lò sấy NLMT. 28 6 Bảng 5.1. Diễn biến quá trình giảm ẩm theo thời gian 36 7 Bảng 5.2. Đánh giá chất lượng gỗ sấy 337 vi
11. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tp. HCM, Ngày 25 tháng 11 năm2013 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế lò sấy gỗ sử duṇ g năng lươṇ g măṭ trờ i - Mã số: T2013-87 - Chủ nhiệm: NGUYỄN VĂN TÚ - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: từ tháng 1 năm 2013 đến tháng 12 năm 2013 2. Mục tiêu: Thiết kế, chế tạo lò sấy sử dụng năng lượng mặt trời, đảm bảo chất lượng gỗ sấy, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Nhằm tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong sấy gỗ, đảm bảo an toàn trong sản xuất phòng chống cháy nổ. 3. Tính mới và sáng tạo: Thiết kế lò sấy sử gỗ dụng nguồn năng lượng sạch vừa đạt hiệu quả kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phương án thiết kế dễ dàng chuyển giao thay thế cho các lò sấy gỗ tại Việt Nam. 4. Kết quả nghiên cứu: Điều kiện khí hậu tại các tỉnh Đông Nam Bộ thuận lợi cho việc xây dựng các lò sấy NLMT bởi vì khu vực có cường độ bức xạ năng lượng mặt trời cao. Phương án thiết kế lò sấy dạng solar water hot collector kết hợp với nồi hơi. Kết quả chạy không tải cho thấy nhiệt độ trung bình nước nóng cao nhất là 85.50C, nhiệt độ trong lò sấy cao nhât là 650C vào 12 giờ. Thời gian dàn năng lượng mặt trời cung cấp nhiệt lượng dưới dạng nước nóng cho lò sấy trong khoảng thời gian từ 9 giờ cho đến 16 giờ và cung cấp đủ trong khoảng thời gian từ 10 giờ đến 15 giờ. Tiến hành sấy thử nghiệm gỗ Keo lai dày 25mm, kết quả độ ẩm trung bình của ván đo được là 10.3%. Tốc độ thoát ẩm trung bình là 3,29%/ngày. Khuyết tật về chênh lệch ẩm có 8/10 mẫu đạt loại A, 2/10 mẫu độ ẩm phân bố chưa đạt yêu cầu. Không có khuyết tật nứt và biến màu. Thời gian thu hồi vốn tính sơ bộ khoảng 3.5 ÷ 4 năm, phương án tiết kiệm được 546.040.000 đồng sau 15 năm hoạt động, mỗi năm giảm được lượng khí thải CO2 là 4080 kgCO2/năm. vii
12. 5. Sản phẩm: - Qui trình công nghệ - Sơ đồ, bản thiết kế. - Sách tham khảo. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời đạt hiệu quả về kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Lò sấy đã được tiến hành chuyển giao kết quả nghiên cứu và lắp đặt tại Công Ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Minh Phát, Thuận An, Bình Dương. Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) viii
13. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Design wood kiln using solar energy Code number: T2013-87 Coordinator: NGUYEN VAN TU Implementing institution: University of Technical Education HoChiMinh City Duration: from January 2013 to December 2013 2. Objective(s): Design, manufacture of kilns use solar energy, wood drying quality assurance, export standard. In order to save energy and reduce environmental pollution in wood, safety in manufacturing fire fighting. 3. Creativeness and innovativeness: Design wood kilns use clean energy sources both economic efficiency and reduce environmental pollution and design plans to transfer easily replace wood kilns in Vietnam. 4. Research results: - Climatic conditions in the southeastern province to facilitate the construction of solar ovens because the area intensity of solar radiation higher. - Kilns model designed types collector solar associated with hot water boilers. Results showed that idling the average temperature is 85.50C highest hot water, high temperature drying oven at 650C least 12 hours. Time frame to provide solar thermal energy in the form of hot water in the oven for the period from 9 to 16 hours and provide sufficient time for the period from 10 hours to 15 hours. - Conduct testing dried Acacia wood 25mm thick, the result of the humidity average is 10.3% measured boards. Average release rate is 3.29% moisture/day difference impairment humidified 8/10 sample was type A, 2/10 moisture distribution patterns unsatisfactory. No cracking and discoloration defects. - Payback period of about 3.5 ÷ 4 years, saving 546. 040. 000 VNĐ after 15 years of operation, the annual reduction of CO2 emissions is 4080 kgCO2/years. 5. Products: - Process Technology - Maps, blueprints. - Book of reference. ix
14. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Wood kiln use solar energy economically efficient and minimize environmental pollution. Drying was carried out to transfer research results and installed at Company Limited Minh Phat, Thuan An, Binh Duong. x
15. MỞ ĐẦU * Tổng quan tình hình nghiên thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài nƣớc - Trên thế giới. Từ những năm 1960, một số loại lò sấy sử dụng NLMT đã được nghiên cứu và cải tiến. Các lò sấy này từ cấu tạo đơn giản, công suất nhỏ đến những lò sấy tự động hóa, công suất lớn với sự tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng. Các lò sấy năng lượng mặt trời (NLMT) được chia làm hai loại: Dạng lò sấy Greenhouse (hiệu ứng nhà kính), Semi-greenhouse (bán nhà kính) và dạng solar collector (sử dụng các bộ thu gom nhiệt từ bên ngoài). Năm 1961, nghiên cứu đầu tiên việc sấy gỗ sử dụng NLMT được thực hiện tại phòng thí nghiệm chế biến gỗ ở Madison,Wisconsin, Mỹ bởi Johnson và đến năm 1962, lò sấy được xây dựng tại đây và tiến hành sấy thử nghiệm. Đây là lò sấy dạng greenhouse với hệ thống thu nhiệt từ mặt trời bằng 2 lớp nhựa phim có tráng kim loại màu đen. Sấy thử nghiệm trên gỗ sồi đỏ chiều dày 2,5cm, kết quả cho thấy sấy vào mùa xuân độ ẩm gỗ giảm từ 75% xuống 20% thời gian là 34 ngày; sấy vào mùa hè độ ẩm giảm từ 70% xuống 20% thời gian là 24 ngày. So với quá trình hong phơi việc sấy gỗ sử dụng NLMT có ưu điểm là gỗ sấy bằng lò sấy này ít khuyết tật hơn, thời gian sấy ngắn hơn và độ ẩm thu được thấp hơn. Năm 1966, Chudnoff tiến hành nghiên cứu và xây dựng lò sấy dạng Greenhouse tại Rio Piedras-Sanjuan, Puerto Rico. Lò sấy được lắp đặt với 2 lớp vật liệu nhựa polyvinyl, tấm hấp thụ bằng ván dán sơn màu đen chiều dày 30cm ở phía dưới lò sấy. Kết quả sấy thử nghiệm trên gỗ Mahogany đối với ván có chiều dày 2,5cm, độ ẩm giảm từ 35% xuống 8 - 10% thời gian sấy là 25 ngày; ván chiều dày 3,2cm, độ ẩm giảm từ 50% xuống 11% thời gian sấy 30 ngày; ván có chiều dày 5cm độ ẩm giảm từ 60% xuống 14% thời gian sấy là 39 ngày. Thời gian giảm ẩm của lò sấy này so với quá trình hong phơi giảm 50% - 70% và chất lượng gỗ sấy tốt hơn. Năm 1974, Read đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng lò sấy dạng semi- greenhouse tại New South Wales, Úc. Hệ thống thu nhiệt của lò sấy bao gồm lớp kính bên ngoài, bên trong là ống đồng được đặt trên rãnh chữ V sơn màu đen. Lò sấy được xây dựng bằng các tấm nhôm đúc sẵn, hệ thông thu nhiệt được dẫn vào lò sấy bằng các ống cách nhiệt. Kết quả sấy thử nghiệm trên gỗ Ash chiều dày 2,5cm, thời gian giảm ẩm từ 100% xuống 6% là 20 ngày. So với quá trình hong phơi thì thời gian giảm ẩm giảm nột nửa. 1
16. Năm 1974, Sharma đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm lò sấy NLMT dạng greenhouse tại Dehra Dun, Ấn Độ. Lò sấy được xây dựng với ba bức tường và mái trong suốt với một lớp kính dày 0,55cm ở ngoài và tấm polyethylene dày 0,025cm ở bên trong, giữa hai lớp cách nhau 3,7cm. Bên trong lò sấy sử dụng tấm kim loại sơn phủ màu đen. Tiến hành sấy thử nghiệm trên một số loại gỗ lá rộng ở các khu rừng Ấn Độ, kết quả cho thấy thời gian sấy chỉ bằng 50% so với quá trình hong phơi. Năm 1977, Bois đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng semi-greenhouse tại Dodgeville, Wisconsin, Mỹ (Hình 1.8). Hệ thống thu nhiệt bao gồm một lớp kính bên ngoài, bên trong là tấm kim loại đen chiều dày 5cm. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ Anh Đào chiều dày 2,5cm, độ ẩm giảm từ 60% xuống 6% thời gian sấy là 52 ngày vào mùa hè; đối với gỗ Óc chó đen chiều dày 2,5cm, độ ẩm giảm từ 85% xuống 12% mất 47 ngày. Năm 1979, Tschernits và Simpson nghiên cứu và xây dựng lò sấy Trung tâm sản phẩm công nghiệp rừng Laboratory, Madison, Mỹ. Hệ thống hấp thụ nhiệt bao gồm sợi thủy tinh dày 0,1cm ở ngoài, bên trong chứa chất hấp thụ là than dày 15cm, không khí được lưu thông nhờ một quạt công suất 0,5 mã lực. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ sồi đỏ miền Bắc nước Mỹ có chiều dày 2,9cm, độ ẩm giảm từ 84% xuống còn 9% thời gian là 54 ngày vào mùa hè. Gỗ sau khi sấy số lượng vết nứt giảm 3,5 lần so với quá trình hong phơi. Năm 1979, Plumptre đã tiến hành nghiên cứu và lắp đặt lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng greenhouse tại Oxford, Anh. Hệ thống hấp thụ nhiệt bao gồm một lớp nhựa Mylar bên ngoài, bên trong là tầm hấp thụ bằng kim loại sơn màu đen. Lò sấy được xây dụng bằng khung gỗ và được phủ bằng nhựa, sàn lò sấy được phủ bằng một lớp polyethylene. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ sồi dày 5cm từ gỗ tươi mới chặt hạ về độ ẩm 12% là 5 tháng; gỗ thông dày 2,5cm, sấy từ gỗ tươi về độ ẩm 12% là 2-3 tuần. Kiểm tra gỗ sau khi sấy ít hoặc không thấy xuất hiện các biến dạng cong vênh, chất lượng gỗ sấy tốt hơn so với hong phơi. Năm 1979, Yang đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng Semi-greenhouse tại Trường Đại học Lakehead, Canada. Lò sấy được xây dựng với mái nhà trong suốt và một bức tường ở phía Nam. Hệ thống thu nhiệt bao gồm 2 lớp kính kết hợp với tấm kim loại được sơn đen ở bên dưới lớp kính. Sấy thử nghiệm đối với gỗ jack pine studs chiều dày 5,1cm, độ ẩm từ 60% xuống 19% thời gian sấy là 100 ngày vào mùa đông và 12 ngày vào mùa hè. So với 2
17. hong phơi thời gian sấy giảm 2-3 lần vào mùa đông và 9 lần vào mùa hè, khuyết tật sấy ít hơn 5-9 lần, ít cong vênh hơn. Năm 1980, Chen nghiên cứu và xây dựng lòa sấy sử dụng NLMT dạng Semi Greenhouse ở Illinois, Mỹ. Hệ thống thu nhiệt dạng solar hot air collector với 2 lớp kính bằng sợi tổng hợp thủy tinh, tấm hấp thụ nhiệt bằng kim loại sơn đen làm từ các lon nước giải khát. Tường của lò sấy bao gồm sợi thủ tinh cách nhiệt dày 15cm, foam Styrene cách nhiệt dày5cm, gỗ dán dày 0,8cm và phía ngoài là lớp nhôm cách nhiệt. Thử nghiệm sấy trên gỗ Dương vàng chiều dày 2,5cm, thời gian sấy độ ẩm giảm từ 95% xuống 15% là 8 ngày vào mùa hè, vào mùa đông từ gỗ tươi về 15% là 53 ngày, vào mùa xuân độ ẩm giảm từ 98% đến 15% là 28 ngày. So với hong phơi thì thời gian rút ngắn từ 2-3,5 lần. Năm 1980, McCormick đã nghiên cứu và tiến hành xây dựng lò sấy sử dụng NLMT dạng Solar hot water collectors ở Canton, Mississippi, Mỹ. Hệ thống thu nhiệt có diện tích 232m2 bao gồm lớp kính bên ngoài và bên trong có 648 ống chứa nước nóng với dung tích là 5000 gallon nước. Ngoài ra hệ thống lắp đặt thêm các gương phản xạ để thu thêm nhiệt từ các phản xạ của ánh sáng mặt trời. lò sấy có công suất 240m3. Tiến hành sấy thử nghiệm trên gỗ lá rộng chiều dày 2,5cm, người ta thấy nhiệt lượng từ NLMT cung ứng khoảng 23% năng lượng cho quá trình sấy gỗ. Năm 1981, Gough đã nghiên cứu và xây dựng lò sấy dạng Greenhouse tại Brisbane, Queensland, Úc. Lò sấy với 2 bức tường và mái trong suốt, hệ thống thu nhiệt bao gồm một lớp kính dày 3mm ở ngoài và một lớp phim polyvinyl chloride sơn đen bề mặt bên trong dày 0,15mm ở trong. Lưu thông không khia bằng một quạt công suất 1,5kW, vận tốc không khí là1m/s. Tiến hành sấy trên gỗ Sydney blue gum chiều dày 3,8cm, độ ẩm gỗ giảm từ 27% xuống 12% thời gian là 62 ngày; đối với gỗ mahogany chiều dày 50mm, độ ẩm giảm từ 38% xuống 12% thời gian sấy là 72 ngày. So với quá trình hong phơi thời gian sấy giảm một nửa, chất lượng gỗ sấy tốt hơn. Các kết quả nghiên cứu sấy gỗ sử dụng NLMT của một số nhà nghiên cứu như Taylor and Weir (1984), Chen and Helton (1989), Haque and Langrish (2003) đã thu được kết quả tốt với thời gian sấy ngắn hơn so với quá trình hong phơi tự nhiên, độ ẩm gỗ thu được thấp và chi phí vận hành thấp. Cho tới nay đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng NLMT ở khắp các nước trên thế giới. Nhiều nhất là ở các nước nhiệt đới như Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ, Châu 3
18. Úc, Sri Lanka, India và Indonesia. - Ở Việt Nam Năm 2007, tại Công ty Lâm trường M’Drak ở Đắk Lắc lắp đặt lò sấy gỗ sử dụng NLMT dạng greenhouse với thiết bị nhập từ Đức. Lò sấy bao gồm các khung nhôm và được phủ bằng nhựa Polyethylene trong suốt xung quanh tường và mái. Nhiệt lượng cung cấp cho lò sấy nhờ hệ thống hấp thụ nhiệt bằng kim loại sơn đen, đồng thời còn được gia nhiệt phụ trợ bằng nồi hơi nước khi nhiệt lượng từ hệ thống hấp thụ nhiệt không đủ cung cấp cho lò sấy. Công suất lò sấy 30m3/mẻ. Lò sấy này so với các lò sấy hơi nước đã tiết kiệm năng lượng đáng kể, giảm chi phí về nhân công, chất đốt, ổn định về hình dạng và chất lượng gỗ sấy. Năm 2009, tác giả Trần Đức Sinh và các công sự thuộc Tổng công ty Lâm nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy gỗ sử dụng NLMT dạng Solar water hot collector cho một số nhà máy ở Giáp Bát, Hội An. Đây là công nghệ sấy gỗ sử dụng NLMT thay thế cho lò sấy hơi nước đun bằng than, củi trước đây. Theo thiết kế lò sấy có công suất 30m3/mẻ, mỗi mẻ sấy tiết kiệm được 30-40% chi phí sấy bằng hơi nước. Năm 2010 và 2011, tác giả Hồ Xuân Các đã nghiên cứu và đưa ra phương án sấy sử dụng NLMT dạng solar air hot collector. Lò sấy với các bức tường được xây bằng gạch, mái được phủ bằng tấm lợp trong suốt. hệ thống hấp thụ nhiệt bằng các tấm đen, đồng thời lò sấy được gia nhiệt bởi hệ thống nồi hơi. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy gỗ sử dụng NLMT còn chưa phổ biến. Đa phần các lò sấy chủ yếu sử dụng nhiên liệu đốt như than, củi cung cấp nhiệt cho các lò sấy, làm ô nhiễm môi trường, tiêu hao năng lượng và thiếu an toàn trong quá trình sản xuất. * Lý do chọn đề tài Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ, thuỷ điện đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác nguồn năng lượng mới là hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển nguồn năng lượng được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu. Trong đó, sử dụng nguồn năng lượng mặt trời (NLMT) được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước đặc biệt quan tâm. Việc nghiên cứu để sử dụng nguồn năng lượng này chỉ góp phần 4
19. cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hiện nay ở nước ta, ngành Chế biến gỗ đã có những bước tiến khá lớn, chiếm tỷ trọng đáng khích lệ trong kim ngạch xuất khẩu của đất nước và góp phần đáng kể vào tốc độ tăng trưởng của đất nước. Một trong các nguyên công tạo ra các sản phẩm gỗ thì không thể thiếu quá trình sấy gỗ, đây là công đoạn tiêu tốn rất nhiều năng lượng để làm giảm độ ẩm gỗ. Tuy nhiên trong công đoạn sấy gỗ vẫn chủ yếu sử dụng nguồn năng lượng than đá, củi, để tạo ra nguồn nhiệt phục vụ cho quá trình sấy, điều này dẫn đến phát sinh ra môi trường các khói, không khí, bụi gây ô nhiễm và để lại các hậu quả liên quan đến môi trường sống của con người như biến đổi khí hậu, mưa axit, thủng tầng ozon Một trong những giải pháp công nghệ vừa tiết kiệm năng lượng vừa giảm thiểu được ô nhiễm môi trường, vừa góp phần nâng cao chất lượng gỗ sấy đó là sử dụng NLMT làm nguồn năng lượng trong quá trình sấy gỗ. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tôi tiến hành đề tài: “Thiết kế lò sấy gỗ sử dụng năng lƣợng mặt trời”. * Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế, chế tạo lò sấy sử dụng năng lượng mặt trời, đảm bảo chất lượng gỗ sấy, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Nhằm tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong sấy gỗ, đảm bảo an toàn trong sản xuất phòng chống cháy nổ. * Cách tiếp cận Tiếp cận lý luận khoa học, các kết quả nghiên cứu, sản phẩm triển khai ứng dụng của những nước có công nghệ chế biến gỗ phát triển. Trong đó, quan tâm đặc biệt đến những kết quả nghiên cứu phù hợp trình độ kỹ thuật và điều kiện sản xuất trong nước. * Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp thu thập số liệu để khảo sát các số liệu về thời tiết và các phương án lò sấy NLMT đã lắp đặt làm cơ sở tính toán thiết kế lò sấy NLMT lắp đặt tại Nam Bộ. - Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 5
20. về tính toán thiết kế lò sấy sử dụng NLMT. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tiến hành tìm hiểu lý thuyết làm cơ sở cho việc tính toán, thiết kế lò sấy gỗ. - Phương pháp thực nghiệm: Ứng dụng lắp đặt lò sấy gỗ sử dụng NLMT vào thực tế để kiểm tra, đánh giá chất lượng và hiệu quả của phương án. * Đối tƣợng nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu thiết kế và xác định các thông số kỹ thuật của lò sấy gỗ sử dụng NLMTvới công suất 10m3/mẻ dùng để sấy các loại gỗ rừng trồng ở Việt Nam. Trong đó, gỗ được chọn để tính toán thiết kế là gỗ keo lai 7 tuổi. Đây là loại gỗ rừng trồng có trữ lượng lớn và là nguyên liệu phổ biến được các công ty dùng để sản xuất các sản phẩm mộc gia dụng. * Nội dung nghiên cứu - Thu thập các số liệu về diễn biến thời tiết : nhiệt độ, độ ẩm tương đối, độ ẩm thăng bằng, bức xạ nhiệt. - Phân tích, lựa chọn mô hình sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện khí hậu vùng Nam Bộ. - Thiết kế, tính toán nhiệt lượng, khí động học cho lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời có công suất: 10m3/mẻ. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. - Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu lò sấy sử dụng NLMT với các phương án và loại gỗ khác. - Áp dụng kết quả nghiên cứu của đề tài để triển khai ứng dụng lắp đặt phổ biến lò sấy gỗ sử dụng NLMT cho các doanh nghiệp chế biến gỗ tại Việt Nam. 6
21. Chƣơng 1. KHÍ HẬU Ở ĐÔNG NAM BỘ 1.1 Kết quả thu thập các số liệu về điều kiện khí hậu ở Đông Nam Bộ Việt Nam nằm ở 16° 10’ vĩ độ Bắc và 107° 50’ kinh độ Đông. Với vị trí địa lý này, Việt Nam có khí hậu nhiệt đới ẩm, nhiệt độ cao, với gió mùa giữa các tháng 5 tới tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 tới tháng 4. Việt Nam là nước nhiệt đới có tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới nhưng phân bố không đều. Đối với khu vực Đông Nam Bộ, đề tài tiến hành khảo sát khí hậu tại Thành phố Hồ Chí Minh để làm căn cứ cho việc tính toán thiết kế lò sấy. Thành phố Hồ Chí Minh ở Hồ Chí Minh ở 10° 45′ vĩ độ Bắc và 106° 41′ kinh độ Đông. Một vài số liệu thời tiết ở Thành phố Hồ Chí Minh: 10 8.8 8.8 9 8.3 8.3 7.9 7.7 7.9 8 7.2 6.9 6.7 6.7 7 6.3 5.7 5.9 5.8 5.9 5.6 5.4 6 5.1 5.3 5.2 5.3 5.8 4.7 5 4.4 5.3 4.2 4 3.4 3.6 2.7 4 Số giờ nắng trong ngày trong nắng giờ Số 3 2.2 3.5 2 1.6 1.4 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hồ Chí Minh Hà Nội Đà Nẵng Hình 1.1. Biều đồ số giờ nắng trên ngày trong các tháng ở Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng (hours/ngày) Dựa vào hình 1.1. ta thấy đối với số giờ nắng trong ngày ở hầu hết các tháng trong năm ở thành phố Hồ Chí Minh cao hơn so với Hà Nội. So với Đà Nẵng thì ở các tháng từ tháng 5 đến tháng 9 số lượng giờ nắng/ngày nhỏ hơn. Theo NASA Surface Meteorology and Solar Energy thì khu vực từ Đà Nẵng trở vào Nam có số 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4