BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy Động Lực và máy nông nghiệp VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2009 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200-500 kg/h” Mã số:164-09RD/KHCN Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì: Viện NCTKCT máy Nông nghiệp Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Văn Mạnh 7729 27/02/2010 Hà Nội, tháng 12/2009 BỘ CÔNG THƯƠNG Tổng công ty máy Động Lực và máy nông nghiệp VIỆN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY NÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2009 ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200-500 kg/h” Mã số:164-09RD/KHCN ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Th.s : NGUYỄN VĂN MẠNH VIỆN NCTKCT MÁY NÔNG NGHIỆP Hà Nội, tháng 12/2009 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4 1.1.Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF 4 1.2.Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 4 1.3.Tình hình nghiên cứu trong nuớc 8 CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ 2.1 Đối tượng nghiên cứu 12 2.2. Quy trình công nghệ và thiết bị 13 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ép viên 14 2.4. Cơ sở lựa chọn nguyên lý làm việc cho máy ép viên 16 CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN 3.1. Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép viên từ rác thải khó phân hủy 21 3.1.1. Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên 21 3.1.2. Điều kiện để quá trình ép viên xảy ra 23 3.1.3. Kết quả thiết kế, tính toán và lựa chọn các thông số kỹ thuật của máy ép viên 300- 500 kg/h 26 A. Chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền 27 B. Tính toán thiết kế các bộ truyền 29 C. Tính toán thiết kế trục 38 3.2. Quy trình chế tạo một số thiết bị chính của máy ép viên khuôn phẳng. 40 CHƯƠNG 4 – KHẢO NGHIỆM MÁY ÉP VIÊN 46 4.1. Mục tiêu 46 4.2. Nội dung khảo nghiệm 46 4.3. Điều kiện khảo nghiệm 46 4.4. Tiến hành khảo nghiệm 47 4.5. Kết quả kh ảo nghiệm 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 Kết luận 58 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của đất nước theo hướng công nghiệp hóa- hiện đại hóa là sự phát triển nhanh chóng của các khu công nghiệp, khu đô thị và hoạt động du lịch kéo theo mật độ dân cư tăng nhanh. Đời sống sinh hoạt của người dân được cải thiện, nhu cầu tiêu thụ thực phẩm và các mặt hàng tiêu dùng ngày càng tăng cao. Đó là những nguyên nhân khiế n lượng rác thải tăng đột biến. Mỗi năm cả nước thải ra hơn 15 triệu tấn rác, bao gồm: rác thải sinh hoạt khoảng 2,7 triệu tấn, rác thải y tế khoảng 2,1 vạn tấn, các chất thải công nghiệp là 13 vạn tấn, rác thải nông nghiệp khoảng 4,5 vạn tấn….tỷ lệ này hiện nay đang tăng lên mức đáng báo động. Dự kiến đến năm 2010 lượng rác thả i hàng năm sẽ lên tới 23 triệu tấn và cùng với sự tăng lượng rác thải hàng năm thì tỷ lệ các chất độc hại cũng tăng lên [10]. Hiện nay, phương pháp xử lý rác thải chủ yếu vẫn là chôn lấp và đốt. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện nhưng cũng có rất nhiều nhược điểm như: tốn diện tích, gây ô nhiễm nguồn n ước và bầu không khí, với lò đốt rác thải phải chi phí đầu tư rất lớn. Giá một lò đốt rác của Nhật Bản chào bán là 150.000USD/chiếc, công suất 120kg/h; Trung Quốc, Đài loan khoảng 80.000-100.000USD/chiếc; Đức khoảng 150.000EUR. Mức giá đó là rất cao so với nhu cầu thị trường của Việt Nam [16]. Các phương pháp này ngày càng trở lên lỗi thời không còn phù hợp với tình hình chung của thế giới cũng như của nước ta. Bên cạnh vấ n đề xử lý rác thải gây ô nhiễm môi trường đe dọa sức khỏe của con người là những mối quan tâm về việc giá nhiên liệu hóa thạch tăng nhanh trong những năm gần đây do nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt trong khi nhu cầu sử dụng ngày càng tăng và hiệu ứng nhà kính do ô nhiễm môi trường đã thúc bách việc phát triển năng lượng hạt nhân và nhiên liệu tái sinh. Nhưng phát triển năng lượng hạt nhân gặ p rất 2 nhiều khó khăn về vấn đề: an toàn cho máy móc thiết bị, khả năng xử lý các chất phóng xạ, vốn đầu tư lớn, chi phí bảo dưỡng cao… nên khó phát triển rộng rãi được ở nhiều quốc gia. Do đó, việc tìm kiếm và sử dụng nguồn năng lượng tái sinh là nhu cầu cấp thiết, làm giảm ô nhiễm môi trường. Ở nước ta, công nghệ xử lý rác thải vẫn còn là vấn đề nan giải b ởi nó đòi hỏi qui trình kỹ thuật đồng bộ, khép kín và suất đầu tư cao. Việc coi rác thải là nguồn nguyên liệu để tái sử dụng vào các mục đích khác là phương pháp đang được chính phủ, các ban ngành và các đơn vị hết sức quan tâm như: sản xuất phân bón cho cây trồng từ các loại rác thải hữu cơ dễ phân hủy, các loại rác thải phụ phế phẩm trong nông nghiệp (vỏ trấu, rơm, cỏ, mùn c ưa…) và rác thải khó phân hủy mà khi đốt cho nhiệt trị cao (nhựa, nilon, da giầy, vải…) có thể sản xuất thành chất đốt trong công nghiệp hoặc tái chế thành các vật dụng khác (ván ép, coopha, ống cống…). Trong dây chuyền sản xuất chất đốt để thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch thì thiết bị tạo viên là một trong những thiết bị chính của dây chuyền. Ưu điểm của việc tạo viên là làm giảm đáng kể thể tích của nguyên liệu, thuận tiện cho việc chuyên chở, bảo quản, tiết kiệm chi phí vận chuyển, giảm diện tích lò đốt, dễ dàng cơ giới hóa khâu tiếp liệu. Trên thế giới, đã có rất nhiều nước nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị tạo viên mang tính thương mại hóa cao như: Mĩ, Đức, Italia… Ở Châu Á có Trung Quốc, Thái Lan. Tuy vậy giá cả của các thiết bị này thường quá cao, không thu ận tiện cho các dịch vụ sau bán hàng, không phù hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ ở nước ta… Trong khi đó, ở nước ta hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào về việc biến rác thải khó phân hủy thành chất đốt dưới dạng viên RDF( refuse derived fuel) có thể dùng trong các lò nung, lò hơi công nghiệp, các nhà máy nhiệt điện đốt than… Vì vậy, việc đi sâu nghiên cứu công nghệ, thiết kế, chế tạo máy ép viên rác thải khó phân hủ y thành chất đốt dạng viên RDF để thay thế nguồn 3 nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt là yêu cầu rất thiết thực. Xuất phát từ những nhu cầu thực tế trên, được sự đồng ý của Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ Công Thương chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200 – 500 kg/h”. 4 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF( refuse derived fuel) Ép tạo hình sản phẩm là quá trình tác động lực cơ học vào vật liệu để liên kết các phần tử vật thể ở dạng phân tán với nhau nhằm mục đích: 1. Làm giảm thể tích chứa của nguyên liệu xuống 5-8 lần, rất thuận tiện cho việc bảo quản, chuyên chở, đóng bao, sử dụng, sấy… 2. Tính lưu động (dễ chảy) tốt, quản lý tiện lợi, rấ t thuận tiện cho việc cơ giới hóa khâu cấp liệu vào trong lò đốt. 3. Hiệu suất nhiệt cao hơn so với đốt nguyên liệu dạng thô. 4. Tạo sản phẩm có hình dáng, kích thước và khối lượng phù hợp với yêu cầu công nghệ chế biến, khi sản phẩm có hình dáng đẹp, khối lượng phù hợp với khả năng tiêu thụ sẽ thu hút đươc cảm tình và kích thích sức mua của người tiêu dùng. 1.2 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nướ c Rác thải ngày nay đã trở thành vấn đề lớn của toàn thế giới. Chỉ tính riêng ở các nước Châu Âu hiện nay hơn 70% chất thải rắn đô thị được xử lý bằng phương pháp chôn lấp. Trong khi đó mục tiêu của các nước này là đến năm 2020 lượng rác thải chôn lấp phải giảm được 35%. Vì vậy nhiều nước EU phải thay đổi triệt để thực tiễn quản lý rác thải. Mục tiêu hàng đầu là tăng mức độ tái chế, thu hồi năng lượng và chế biến rác thải thành phân bón (Thụy Điển là nước hiện đang rất phổ biến các loại máy chuyên sản xuất phân bón từ rác thải sinh hoạt)[15]. Một trong những giải pháp được các nước này đặc biệt quan tâm là biến nguồn giác thải khó phân hủy này thành dạng viên RDF. RDF có thể sử dụng như một nguồn thay thế than trong các lò hơi công nghiệp, đ iển hình là trong các nhà máy nhiệt điện đốt than. Đây là một giải pháp bền vững góp phần giảm bớt lượng giác thải chôn lấp. Công nghệ này hiện nay phát triển khá mạnh tại Italia, Anh, Đức, Pháp…. 5 Bảng 1: Sử dụng viên nhiên liệu ở một số nước trên thế giới Nước Sử dụng (tấn) Canada 690.000 Thụy Điển 1.400.000 Italia 550.000 Đức 400.000 Mỹ 650.000 Đan Mạch 400.000 Hình 1.1: Hình ảnh các loại viên ép từ phế liệu ngành da giầy Một số tên tuổi lớn trong chế tạo máy ép viên (Pellet mill) ở châu Âu và Châu Mỹ như: Bliss (Mĩ), Kahl (Đức), La Meccanica (Ý), Vanarsen (Hà Lan)…, còn ở Châu Á thì có Chính Xương và Mynhiang (Trung Quốc)… Máy ép viên được ứng dụng cho rất nhiều sản phẩm khác nhau như: chế biến thức ăn cho người và gia súc, ép viên phế thải nông nghiệp (rơm, cỏ, vỏ trấu, mùn cưa ), ép viên rác thải khó phân hủy (nhựa, da giày, vải, phoi kim loại, túi nilong…), tùy thuộc vào mỗi loại đối tượng đòi h ỏi có thiết bị ép viên phù hợp. Dưới đây là một số loại máy ép viên do nước ngoài sản xuất. 6 Hình 1.2: Máy ép tạo viên kiểu khuôn vành của hãng ZTMT (Trung Quốc) Máy ép tạo viên kiểu khuôn vành do hãng ZTMT (TQ) sản xuất (hình 1.2) được dùng phổ biến trong lĩnh vực chế biến thức ăn chăn nuôi. Hình 1.3: Máy ép tạo viên của Đức ( Model 600) Máy ép tạo viên do Đức sản xuất (hình 1.3) là loại máy ép phế liệu thành viên như: các phế liệu từ việc chế biến gỗ ép thành viên nhằm sản xuất nhiên liệu cho các lò đốt và tái chế. 7 Hình 1.4: Máy ép viên khuôn phẳng của hãng Holyphant (Trung Quốc) Hình 1.5. Máy ép viên trục đứng loại nhỏ [...]... rác thải khó phân hủy có nhiệt trị cao thì vẫn còn bỏ ngỏ Hình 1.7 Máy ép tạo viên 2-3 T/H Trấu ép viên Lõi ngô ép viên 10 Than bùn vi sinh ép viên Bã sắn ép viên Sắn lát ép viên Hình 1.8 Một số sản phẩm viên ép từ phế liệu nông nghiệp của Viện NCTKCT máy Nông Nghiệp Từ những vấn đề thực tế trên đây, chúng tôi nhận thấy cần phải đi sâu nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị ép viên RDF từ rác thải khó. .. công nghệ và thiết bị Nguyên liệu (rác thải đã qua phân loại) Đóng bao Nghiền Làm khô Sản phẩm viên ép nhiên liệu (RDF) Sàng Bổ sung ẩm và phụ gia Làm nguội Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ép viên phế thải 13 Ép viên Trong quy trình trên thì nhóm tác giả chủ yếu đi sâu tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế chế tạo máy ép viên làm nhiệm vụ chính Rác thải sau khi được phân loại phải làm khô sơ bộ để tạo điều... khó phân hủy phù hợp nhằm phục vụ cho những yêu cầu thiết thực đang đặt ra 11 CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ 2.1.Đối tượng nghiên cứu Để phân loại, người ta có thể phân ra làm nhiều loại như: rác thải sinh hoạt, rác thải nông nghiệp, rác thải công nghiệp, rác thải y tế, rác thải ở các nhà máy giấy, gỗ,dệt may, chế biến…trong đó chúng ta chủ yếu đi sâu vào các thành phần rác thải cho năng. .. tuy nhiên nguồn cung cấp chủ yếu vẫn là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành rất cao không phù hợp với túi tiền của các nhà sản xuất trong nước Cũng đã có một số cơ quan đi vào nghiên cứu, sản xuất máy ép viên như: Viện Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Máy Nông Nghiệp, Viện Cơ Điện Nông Nghiệp, … Nhưng kết quả còn rất hạn chế và sản phẩm chủ yếu phục vụ cho ngành chế biến thức ăn chăn nuôi và phụ phế liệu. .. kiểu máy ép viên khuôn phẳng, khuôn vành và vít xoắn với tính chất của nguyên liệu ép là rác thải khó phân huỷ (dạng thô,sợi, độ đồng đều thấp), cũng như đánh giá khả năng chế tạo ở trong nước chúng tôi đã lựa chọn kiểu máy ép khuôn phẳng lô thẳng với 2 quả lô quay làm đối tượng để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Hình 2.6 Cấu tạo quả lô ép, khuôn ép và bộ truyền động được sử dụng trong máy ép viên khuôn... CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ÉP VIÊN 3.1 Thiết kế lựa chọn năng suất máy ép viên từ rác thải khó phân hủy 3.1.1 Phân tích nguyên lý làm việc của máy ép viên Vật liệu sau khi trộn được đưa vào bên trong buồng ép của máy ép viên, nhờ có tấm dẫn liệu ở mặt trên bề mặt khuôn phẳng được phân bố một cách đều đặn Khuôn phẳng cố định, trên mặt khuôn lắp 2 quả lô được lắp chặt trên trục chính Khi trục quay, quả... trình ép rác thải khó phân hủy thành viên nhiên liệu rắn RDF là một trong những quy trình đang rất được các nhà máy quan tâm và chú trọng phát triển Những chất thải rắn trong công nghiệp và sinh hoạt cũng có thể biến thành viên nhiên liệu thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch ở chính cơ sở tạo ra chúng, góp phần bảo vệ môi trường, hạn chế chôn lấp, tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh như: - Phế thải ngành... Kahl ( Đức) Máy ép viên trục đứng do Trung Quốc sản xuất (hình 1.4 và 1.5) và máy ép viên của hãng Kahl (Đức) được ứng dụng cho rất nhiều loại nguyên liệu: - Phân bón: phân bón hữu cơ, phân bón vô cơ, phân vi sinh - Thức ăn chăn nuôi: viên thức ăn gia cầm, viên thức ăn động vật - Nhiên liệu: viên mùn cưa - Viên RDF - Và nhiều lĩnh vực khác nữa 1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước Theo nghiên cứu khảo... vật liệu càng nhỏ thì càng tiết kiệm được năng lượng cho quá trình tạo viên Tùy thuộc vào thành phần rác thải, kích thước và độ ẩm mà ta có thể bổ xung thêm ẩm và chất phụ gia cho nguyên liệu trước khi đưa vào ép viên nhằm đạt được năng suất và chất lượng viên ép tốt Thường thì để đảm bảo chất lượng viên ép tốt nhất, người ta thường làm khô nguyên liệu xuống dưới độ ẩm 15% Áp suất của quá trình nén từ. .. - Phế thải nhà máy giấy, gỗ - Phế thải các nhà máy dệt may - Phế thải các nhà máy chế biến nông sản: đường, cà phê, lúa gạo - Phế thải hữu cơ khó phân hủy ở nhà máy xử lý rác sinh hoạt Ở nước ta trong những năm gần đây, công nghệ ép viên đã được ứng 9 dụng khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như: Chế biến thức ăn gia súc, gia cầm, thức ăn thủy sản, ép viên rác thải làm phân bón… Nhu cầu về máy ép viên là . và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200-500 kg/h” Mã số:164-09RD/KHCN Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương Cơ quan chủ. sản xuất viên nhiên liệu từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200 – 500 kg/h”. 4 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Mục đích của tạo viên nhiên liệu RDF(. CÔNG NGHỆ 2009 ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị sản xuất viên nhiên liệu từ rác thải khó phân hủy đã qua phân loại, năng suất 200-500 kg/h” Mã số:164-09RD/KHCN