Những giải pháp tiết kiệm năng lượng trong sấy gỗ
PGS.TS.Hứa Thị Huần
Công ty TNHH Kỹ nghệ nhiệt & Môi trường CAXE
1. Tính cấp thiết
Hiện nay, Việt Nam có hơn 1.000 doanh nghiệp hoạt động sản xuất kinh doanh về lĩnh vực chế biến gỗ, chỉ riêng ở tỉnh Bình Dương theo [1;2] thống kê có hơn 500 doanh nghiệp hoạt động sản xuất kinh doanh về lĩnh vực chế biến gỗ, gồm 200 doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài và hơn 300 doanh nghiệp đầu tư trong nước. Chiếm 48% kim ngạch xuất khẩu gỗ của cả nước. Chính vì vậy, ngành chế biến đồ gỗ xuất khẩu được xác định là một ngành công nghiệp của Việt Nam nói chung và là ngành công nghiệp chủ lực của tỉnh Bình Dương nói riêng. Trong ngành chế biến gỗ và nông sản, khâu sấy là một trong những khâu quan trọng nhất, là khâu tiêu tốn năng lượng nhiều nhất và gây ô nhiễm môi trường không nhỏ thông qua việc sử dụng năng lượng không sạch như hiện nay (củi, dầu..).
Với tốc độ phát triển không ngừng của ngành công nghiệp chế biến gỗ, hàng chục ngàn lò sấy, nồi hơi công nghiệp được đưa vào sử dụng, mà trong đó phần lớn là thiết bị sấy gỗ bằng hơi nước và nồi hơi có bồn đốt phụ nhưng hiệu suất sử dụng năng lượng rất thấp, kém hiệu quả về mặt kinh tế và làm gia tăng tình trạng ô nhiễm môi trường. Vấn đề này đặt ra những yêu cầu cần thiết và cấp bách phải có các giải pháp giúp cho các doanh nghiệp tăng năng suất, tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong quá trình sử dụng và vận hành các thiết bị sấy và nồi hơi của cơ sở mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tiết kiệm năng lượng, chống ô nhiễm môi trường, góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu và tạo môi trường làm việc trong lành cho người lao động; nâng cao chất lượng sản phẩm, cũng như tăng năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm và tạo uy tín đầu ra cho sản phẩm, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường trong nước và quốc tế; thực nghiệm và triển khai nhân rộng hệ thống sấy gỗ tiết kiệm năng lượng giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở Việt Nam đặc biệt là các tỉnh miền Đông Nam bộ và miền Nam Trung bộ.
3. Nội dung nghiên cứu
Chế tạo và cải tiến nồi hơi tiết kiệm năng lượng thân thiện với môi trường; những loại lò sấy năng lượng mặt trời (NLMT) mang nhãn hiệu CAXE; xây dựng chế độ sấy và thiết lập quy trình sấy bằng NLMT cho gỗ keo lai với quy cách hề dày ván là 50mm theo hai giải pháp nghiên cứu: Sấy bằng NLMT kết hợp máy bơm nhiệt và sấy NLMT kết hợp với sấy hơi nước [3;4].
Sấy thực nghiệm theo giải pháp sấy NLMT kết hợp với sấy hơi nước cho gỗ keo lai (Acacia Hybrid) dày 50 mm để xây dựng chế độ sấy và thiết lập quy trình sấy. (Lò Caxe-15) [5;6]; tính toán và so sánh hiệu quả về sấy gỗ theo 02 giải pháp sấy so với sấy gia nhiệt bằng hơi nước phổ biến hiện nay.
4. Kết quả
4.1. Chế tạo và cải tiến nồi hơi tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường [8;9;10;12]
Ở các tỉnh phía Nam, trong những năm gần đây xuất hiện rất nhiều cơ sở chế tạo nồi hơi với nhiều quy mô khác nhau, phần lớn ở quy mô nhỏ và siêu nhỏ với những mẫu nồi hơi rất đơn giản và có tính chất sao chép. Ngoài ra, do nhu cầu sử dụng loại nhiên liệu là các loại phế liệu gỗ, củi, mùn cưa… nên một kiểu nồi hơi có tính chất phổ biến được sử dụng hiện nay trong thực tế là kiểu nồi hơi nằm ống lửa có buồng đốt phụ đại thể như sau:
Nhìn chung, việc áp dung kiểu nồi hơi có tính chất phổ biến là nồi hơi nằm có bồn đốt phụ như vậy là hợp lý, phù hợp với thực tế sản xuất ở nước ta hiện nay, với việc tận dụng các loại phế liệu trong sản xuất nông lâm nghiệp làm nhiên liệu (chất đốt) cho nồi hơi cũng là hợp lý. Ở đây, trong phạm vi khảo sát sơ bộ chúng tôi đề xuất một số nội dung có tính chất cải tiến về mặt kết cấu nồi hơi nhằm mục tiếu tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường sau đây:
1. Bổ sung lượng không khí cho quá trình cháy ở buồng đốt phụ để thực hiện quá tình cháy hết ngay tại buồng đốt và tạo nhiệt độ cao trên bề mặt ghi lò bằng cách thay ghi ống nước bằng ghi gang, qua đó thúc đẩy quá trình cháy nhanh hơn và mãnh liệt hơn, hạn chế tác động gây ô nhiễm môi trường qua ống khói (giảm tối đa đa khói bụi).
2. Lắp thêm biến tần cho quạt hút để điều tiết lưu lượng hơi đốt và tốc độ hơi đốt đi trong ống lửa và qua đó tạo trao đổi nhiệt tối đa cho quá trình tạo hơi trong nồi hơi và đặc biệt hạn chế đến mức tối đa lượng nhiệt thất thoát qua đường ống khói, qua đó tiết kiệm được năng lượng.
3. Lắp thêm bộ phận tận dụng nhiệt thải ở cuối đầu hơi nóng ra khỏi nồi hơi (Economer) để làm nóng nước trước khi bơm nước vào nồi hơi. Hoặc có thể làm nóng không khí đưa vào buồng đốt phụ để tăng nhiệt cho quá trính cháy, nhằm tiết kiệm năng lượng
4. Lắp bổ sung Bộ quá nhiệt để tạo hơi quá nhiệt cho nhu cầu sấy ở nhiệt độ cao như sấy gỗ và sấy nông sản ở nhiệt độ cao…(T > 1000C). Sấy nhiệt độ cao bằng hơi quá nhiệt sẽ vừa đảm bảo chất lượng sấy vừa rút ngắn đươc thời gian sấy và qua đó tiết kiệm được năng lượng một cách đáng kể.
5. Để tiện lợi cho việc đầu tư và sử dụng hơi nước của các doanh nghiệp vừa và nhỏ, đề tài cũng đã thiết kế chế tạo một dạng nồi hơi nước có tính chất đa năng (hơi nước bão hoà và hơi nước quá nhiệt), đã đưa ra sử dụng thử nghiệm ở sản xuất tháng 2 năm 2016 và cũng đã có hợp đồng chế tạo nồi hơi tiết kiệm năng lượng có công suất CS=500kg/h với nguyên lý kết cấu như hình sau: (Hình 02) Tài liệu: [8;9;10;11;12]
Hình 02. Nồi hơi nước bão hòa kết hợp hơi quá nhiệt (300 kg/h)
(Trung tâm nghiên cứu ứng dụng NLMT - số 78, đường Vũng Việt, KP Chiêu Liêu, Ph.tân Đông Hiệp TX. Dĩ An, Bình Dương)
Ưu điểm vượt trội của nồi hơi tiết kiệm năng lượng:
- Tiết kiệm điện cho hệ thống quạt.
- Tiết kiệm chất đốt và giảm khói bụi thải ra môi trường
- Trao đổi nhiệt tốt của các ống lửa để tạo hơi ở thân nồi vì đường hơi được chế tạo đi 3 bass so với các loại nồi hơi đi 2 bass.
- Có thể cung cấp hơi quá nhiệt khi cần thiết sấy ở nhiệt độ cao hoặc sử dụng trong biến tính gỗ, sấy thực phẩm… Rút ngắn thời gian sấy, tăng chất lượng sấy và đạt được hiệu quả kinh tế cao.
4.2 .Thiết kế chế tạo những loại lò sấy năng lượng mặt trời mang nhãn hiệu CAXE.
Gần chục năm nay, Công ty CAXE đã không ngừng nghiên cứu, chế tạo và cải tiến những mẫu lò sấy năng lượng mặt trời. Mỗi một dạng lò sấy ra đời đều có chức năng và công dụng riêng, cộng thêm những tính năng mới để đạt dược mục đích sử dụng NLMT có hiệu quả hơn. Những loại lò sấy NLMT mang nhãn hiệu CAXE đã được kiểm nghiệm ở thực tế sản xuất và đã được nhiều doanh nghiệp áp dụng, thông qua việc ký hợp đồng và chuyển giao công nghệ. Sau đây là một số dạng lò sấy NLMT đã được ứng dụng nhiều và đã được kiểm nghiệm ở thực tế sản xuất:
• Kết quả nghiên cứu xây dựng chế độ sấy và thiết lập quy trình sấy bằng NLMT hỗ trợ máy bơm nhiệt cho gỗ keo lai (Acacia hybrid): (Giải pháp I)
Qua kết quả nghiên cứu đã triển khai sấy thực nghiệm 6 mẻ sấy trên lò sấy thí nghiệm CAXE -14 (Hình10) và đã triển khai ở ngoài sản xuất cho gỗ keo lai.
Quy cách ván: Dày x Rộng x Dài = (50 x 200 x 2000) mm. Độ ẩm ban đầu của gỗ Wa ≥ 60 %, độ ẩm cuối cùng Wcc ≤ 10%.
Sấy NLMT gia nhiệt phụ trợ bằng bơm nhiệt. Chế độ sấy tối ưu như sau: Nhiệt độ sấy 40 - 600C, dốc sấy U = 3. Thời gian sấy 20 ngày Quy trình sấy được thể hiện qua biểu đồ hình 11. [13;14;15].
Hình 11. Quy trình sấy bằng NLMT hỗ trợ máy bơm nhiệt cho gỗ keo lai
|
Độ ẩm gỗ W (%)
|
NK khô T(0C)
|
NK ướt T(0C)
|
Chênh lệch ẩm kế (∆t)
|
ĐÂTB Wtb (%)
|
ĐÂMT RH (%)
|
Vận hành
Sấy
|
|
>40
|
40
|
34
|
6
|
12
|
66
|
|
|
40 – 35
|
40
|
33
|
7
|
11
|
60
|
GĐSI
10. ngày
|
|
35 – 30
|
40
|
32
|
8
|
10
|
58
|
|
30 – 25
|
50
|
35
|
10
|
8.5
|
48
|
|
25 – 20
|
60
|
48
|
12
|
7
|
50
|
GĐSII
10ngày
|
|
20 – 15
|
60
|
44
|
16
|
6
|
39
|
|
15 – 10
|
60
|
40
|
20
|
5
|
29
|
|
10 – 8
|
60
|
38
|
22
|
4
|
25
|
Bảng 1. Quy trình sấy gỗ keo lai phụ trợ bằng bơm nhiệt (ván dày 50 mm, giải pháp I)
+ Ghi chú :
• Kết quả nghiên cứu xây dựng chế độ sấy và thiết lập quy trình sấy bằng NLMT kết hợp với sấy hơi nước cho gỗ keo lai. (Giải pháp 2) [17;18]
Quy cách ván: Dày x Rộng x Dài = (50 x 200 x 2000) mm. Độ ẩm ban đầu của gỗ Wa ≥ 60 %, Độ ẩm cuối cùng Wcc ≤ 10.
Quy trình sấy gỗ keo lai theo giải pháp sấy kết hợp NLMT với hơi nước ở biểu đồ Hình 12. Chế độ sấy: Nhiệt độ sấy =50 – 700C; dốc sấy U= 2,4.
Hình 12. Biểu đồ quy trình sấy gỗ keo lai theo giải pháp sấy kết hợp NLMT với hơi nước
Quy trình sấy gỗ keo lai theo giải pháp sấy kết hợp NLMT với hơi nước cũng được thể hiện qua bảng sau:
|
Thứ tự điểm đo.
|
Quá trình
giảm ẩm (W%)
|
T0C
|
Wtb (%)
|
RH (%)
|
t (ngày)
|
|
1
|
60
|
50
|
13
|
80
|
0
|
|
2
|
50
|
50
|
12
|
70
|
3
|
|
3
|
41
|
50
|
10
|
66
|
6
|
|
4
|
33
|
55
|
8
|
57
|
9
|
|
5
|
26
|
60
|
7
|
40
|
12
|
|
6
|
20
|
70
|
6
|
30
|
15
|
|
7
|
15
|
70
|
5
|
25
|
18
|
|
8
|
12
|
70
|
4
|
25
|
21
|
|
9
|
10
|
70
|
3
|
20
|
24
|
|
10
|
9
|
70
|
3
|
20
|
27
|
Bảng 2. Quy trình sấy gỗ keo lai theo giải pháp sấy kết hợp NLMT với hơi nước
Qua 02 giải pháp sấy NLMT kết hợp với hơi nước ta nhận thấy:
Sấy NLMT kết hợp với bơm nhiệt: Thời gian sấy dài hơn vài ngày so với các phương pháp sấy khác như sấy hơi nước hoặc sấy kết hợp NLMT với hơi nước nhưng tiết kiệm năng lượng và chất lượng sấy cao. Ở giải pháp này phù hợp với sấy những loại gỗ có chiều dày ≥ 50mm và những loại gỗ khó sấy.
Sấy NLMT hỗ trợ gia nhiệt bằng hơi nước có nhiều ưu điểm: Chủ động điều tiết được quy trình sấy, sấy được ở nhiệt độ cao hơn, có thể tăng tốc được ở giai đoạn cuối để rút ngắn thời gian sấy. Tuy nhiên, về tiết kiệm năng lượng thì không bằng giải pháp sấy bằng NLMT kết hợp máy bơm nhiệt ở giải pháp I.
Qua kết quả sấy của giải pháp II, ta thấy: Tăng nhiệt độ sấy ở giai đoạn cuối rất có ý nghĩa cho việc rút ngắn thời gian sấy, tuy nhiên không nên đồng thời vừa tăng nhiệt độ sấy vừa tăng cả dốc sấy, nếu không sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng sấy. Ở trường hợp này, nên chọn hai thông số công nghệ trong việc xây dựng chế độ sấy chuẩn cho sấy kết hợp đối với những loại gỗ thật khó sấy như: Nhiệt độ sấy = 50 - 700C; dốc sấy U= 2,4.
4.3. Hiệu quả sấy gỗ bằng NLMT (SOLAR.CAXE-2014):
Sấy gỗ bằng NLMT chỉ hoạt động trong thời gian có nắng, còn thời gian không nắng thì có thể kết hợp với các giải pháp sấy khác như: Sấy ngưng tụ ẩm (máy bơm nhiệt) và sấy kết hợp hơi nước (nồi hơi - dàn nhiệt), sấy kết hợp với điện trở... Kết quả thử nghiệm theo 03 giải pháp: Sấy gỗ bằng NLMT kết hợp máy bơm nhiệt; sấy gỗ bằng NLMT kết hợp với hơi nước và sấy gỗ bằng hơi nước truyền thống. Loại gỗ sấy là keo lai, ván dày 50 mm được thể hiện ở bảng 2 [19;20].
.bmp)
Bảng 4.5 . So sánh chi phí sấy gỗ của 03 giải pháp.
Qua kết quả sấy thử nghiệm và điều tra ngoài thực tế cho thấy chi phí sấy gỗ của 3 giải pháp đạt được hiệu quả như sau:
Sấy NLMT kết hợp máy bơm nhiệt: Chi phí sấy giảm 50% thời gian thu hồi vốn 2,5 năm.
Sấy NLMT kết hợp hơi nước: Chi phí sấy giảm 30 % thời gian thu hồi vốn 4 năm
Sấy hơi nước truyền thống: Thời gian thu hồi vốn 5,5 năm.
4.4 Chuyển giao công nghệ của hệ thống sấy gỗ tiết kiệm năng lượng
Nhằm đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng chất lượng sấy, hạ giá thành sản phẩm giúp cho các doanh nghiệp có thể cạnh tranh được trong điều kiện hội nhập như hiện nay, Công ty CAXE đã liên tục đổi mới công nghệ, cải tiến thiết bị sao cho phù hợp với công nghệ sấy mới và đã đạt được nhiều kết quả khả quan. CAXE đã lắp đặt thiết bị và chuyển giao công nghệ cho một số doanh nghiệp sau:
1. Công ty TNHH Đông Vinh, tỉnh Nghệ An - 04 lò sấy NLMT kết hợp hơi nước và 01 nồi hơi tiết kiệm năng lượng 1500 kg/h vào năm 2013.
2. Công ty TNHH – DV - TM xây dựng Tuấn Anh, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu - 03 lò sấy NLMT kết hợp với máy bơm nhiệt vào tháng 8/2013.
3. Công ty Mộc và Trang trí nội thất, Khu công nghiệp Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai - 01 Lò sấy NLMT 30m3 vào tháng 6/2013).
4. Công ty TNHH AGRO, tỉnh Long An - 01 nồi hơi tiết kiệm năng lượng 4000 kg/h vào năm 2013.
5. Công ty TNHH Xây dựng trang trí nội thất Đồng Nai - 01 lò sấy NLMT kết hợp máy bơm nhiệt vào năm 2013.
6. Công ty TNHH Kim Gia Nghi, tỉnh Bình Dương - 01 lò sấy NLMT 30 m3 kết hợp lò đốt không khói vào năm 2014
7. Trung tâm Hỗ trợ và phát triển cộng đồng Thiện Chí, Tánh Linh, tỉnh Bình Thuận - 01 lò sấy NLMT CAXE-09 (green House) sấy tre năm 2014.
8. Trung tâm Sản suất thuốc Nam, Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh - 01 Lò sấy NLMT CAXE-09 (green House) sấy cây thuốc nam - 2014.
9. Công ty TNHH CPS - 01 lò sấy năng lượng mặt trời kết hợp lò đốt không khói, tỉnh Đồng Nai vào tháng 8/2013.
10. Xuất khẩu qua CAMPUCHIA - 02 lò sấy gỗ bằng NLMT kết hợp máy bơm nhiệt vào năm 2015.
11. Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng NLMT - 02 lò sấy NLMT kết hợp bơm nhiệt và hơi nước, 01 nồi hơi tiết kiệm năng lượng 300 kg/h kết hợp hơi nước bão hòa và hơi quá nhiệt vào năm 2015.
12. Công ty THEODOR ALEXANDER (TA) - 01 nồi hơi tiết kiệm năng lượng thân thiện với môi trường 1200 kg/h, tự động đưa dăm bào, mùn cưa vào buồng đốt - năm 2016.
13. Công ty TNHH Thạch Liên: Hệ thống thiết bị sấy tiết kiệm năng lượng thân thiện với môi trường nồi hơi 3000 kgh/h và 10 lò sấy - năm2016
14. Tập đoàn AA: Hệ thống sấy năng lượng mặt trời kết hợp hơi nước (01 nồi hơi 1.000 kgh/h tiết kiệm năng lượng không khói và 03 lò sấy NLMT) - Solar CAXE-15B năm 2016.
15. Hợp Tác xã Mây tre lá Ba Nhất - 01 nồi hơi 1.000kg/h tiết kiệm năng lượng giảm khói bụi và 04 lò sấy 40 m3/mẻ - năm 2016
16. Công ty SHEEN VINA - 01 nồi hơi tiết kiệm năng lượng 500kg/h, khu công nghiệp VSIP 1, tỉnh Bình Dương - năm 2017.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. [Tạp chí Năng lượng Mặt trời]. Tiềm năng và thực trạng ứng dụng năng lượng mặt trời ở các tỉnh Việt Nam.
2. Solarpower.vn/vi/.../Danh-gia-ung-dung-nang-luong-mat-troi-o-Viet-Nam...
3. Hồ Xuân Các, Công nghệ sấy gỗ, tài liệu lưu hành nội bộ, Trung Tâm Nghiên cứu ứng dụng Năng lượng mặt trời, BD.2012
4. Hồ Xuân Các và Nguyễn Hữu Quang (2004), Giáo trình sấy trường Đại Học Lâm Nghiệp, NXB Nông Nghiệp Hà nội.
5. Đặng Văn Giáp (1999), Phân tích dữ liệu khoa học bằng phần mềm MS-Excel, NXB Giáo dục, thành phố Hồ Chí Minh.
6. Hứa thị Huần (2001), Nghiên cứu chế độ sấy gỗ Keo lá Tràm và Bạch đàn, Tập san Lâm nghiệp số 8 năm 2001.
7. TCVN 7704 -2007 - Nồi hơi yêu cầu kỹ thuật về thiết kế kết cấu, chế tạo lắp đặt và sử dụng.
8. www.vietnamboiler.com Thiết kế nồi hơi, lò hơi 2015.
9. TCVN 6004: 1995 Nồi hơi - yêu cầu kỹ thuật an toàn và thiết kế kết cấu, chế tạo 65TCVN.
Tiếng Anh - Tiếng Đức
10. KESSEL ZUR VERBR VERBR ENNUNG VON BIOMASSE
11. DAS BIOMASSE KRAFTWER – HEIZKRAFTWERK
12. Effizienz in groBen MaBstab Pamptkessel
13. ATDG (Australasian Timber Drying Group), Timber Drying Quality Standard, Auastralia.
14. Solar_Dryers_Australia_Website.Solar Dryer Australia.2009 [cited, Available from: htt://www.solardry.com.au/default.htm.]
15. Choo,K.T. and Grewal,G.S. Solar drying of wood in Peninsular Malaysia ,1984.
16. Greenhouse Effect Solar Assisted Drying System Kamaruddin Abdullah
17. Test of a Solar Crop Dryer ;Torkil forman Aidt Milj0 A/s Jannuary
18. Test_of_Solar_dryer_in ghana Soren ostergaard Jensen Danish Technological Institute Tony larsen Clipper design, Ltd Kis. Nketiah forig Deng Ltd June 2002
19. Booer, K.W.The economics of solar dryers, Solar Energy, 1987,20,225-230
20. Chauhan, P.M., Choudhury, C.,Garg, H.P. Comparative performance of coriander dryer couple to solar air heater and solar air-heater –cum – rockbed storage, Applied Therman Engineering, 1966,16(6), 475-486.