Bảng 4.2: Bảng quy trình thửnghiệm
TT Các thông số thử nghiệm
Mô tảquy trình thửnghiệm Thông
số đầu
ra 1 Đặc tính nhiên liệu
1.1 Tổng khối lượng nhiên liệu một mẻ khí hóa
Cân khối lượng nhiên liệu cấp cho một mẻ khí hóa
(kg)
1.2 Độ ẩm của nhiên liệu
- Sấy khô mẫu hoàn toàn trong lò sấy GMP500ở107oC
- Lấy một mẫu đại diện khoảng 100g, cân trọng lượng sau đó sấy khô trong GPM500ở nhiệt độ107oC ít nhất 24h cho đến khi trọng lượng không giảm để đảm bảo mẫu khô hoàn toàn
w w
as as
% ois (w ) .100
as
et dry
et
M s M s M ture etbasis
M s
Độ ẩm
(%)
1.3 Nhiệt trị của nhiên liệu
Đo nhiệt trị cao HHV bằng bom nhiệt lượng kếParr 6200
Mẫu sẽ được lựa chọn để đo là trấu tươi và khô, hỗn hợp than hoa và trấu, than hoa còn lại sau quá trình khí hóa
HHV (kJ/kg)
2 Hiệu suất và suất tiêu hao nhiên
Sử dụng phương pháp thửnghiệm đun sôi nước (WBT) với mục tiêu là để so sánh sự làm việc của các bếp khí
liệu hóa khác nhau, để xác định bếp đun nào hiệu quả sử dụng nhiệt cao nhất, mức độ phát thải ô nhiễm khí, bụi ít nhất
2.1 Hiệu suất nhiệt ở chế độ vận hành công suất lớn (chế độ đun sôi nước từ trạng thái nguội và vận hành công suất nhỏ (ở chế độ đun sôi lăn tăn)
Phương pháp đo đạc và tính toán dựa trên phương pháp đun sôi nước (phương pháp WBT 4.2.2):
- Thực hiệnở2 chế độ: vận hành bếpở công suất lớn (giai đoạn đun nước đến sôi) và giai đoạn vận hành ở công suất nhỏ (giai đoạn đun sôi lăn tăn)
Khởi động bếpởtrạng thái nguội
- Cân khối lượng nước để đun sôi trong nồi thửnghiệm tiêu chuẩn 2,5kg
- Ghi lại thời gian khởi động, thời gian đun sôi, cân lượng nhiên liệu đã sửdụng và xác định lượng nước bốc hơi
- Mỗi bếp đều được vận hành ở chế độ làm việc tốt nhất
Quy trình thửnghiệm đun sôi nước WBT Thửnghiệm lạnh:
- Lấy 2,5 lít nước và đun sôi từ trạng thái bếp nguội lạnh sau đó ghi lại thời gian đun sôi, lượng nước đã bốc hơi.
Thửnghiệm lạnh và đun sôi lăn tăn:
(%)
61
- Thực hiện việc đun sôi nước đến sôi sau đó điều chỉnh ngọn lửa nhỏ nhất để đun trong thời gian 30 phút
- Giữa mỗi giai đoạn, chúng ta đo và ghi lại:
+ Thời gian
+ Khối lượng nhiên liệu + Khối lượng nước trong nồi + Khối lượng than còn lại
- Dựa vào các số liệu đo đạc và phân tích nhiệt trị của trấu, hỗn hợp, than hoa thu được trước và sau thí nghiệm rồi tính ra hiệu suất nhiệt
2.2 Mức tiêu thụ nhiên liệu khi vận hành bếpở công suất lớn nhất
Cân toàn bộ nhiên liệu dùng đểcấp đầy cho bếp sau đó vận hành bếp ở điều kiện cháy lớn nhất và ghi lại thời gian cháy nhiên liệu cho đến hết và lượng nhiên liệu tiêu thụ
(g/min)
2.3 Mức tiêu thụ nhiên liệu khi vận hành bếp ở công suất nhỏnhất
Cân toàn bộ nhiên liệu dùng đểcấp đầy cho bếp sau đó vận hành bếp ở điều kiện cháy nhỏ nhất và ghi lại thời gian cháy nhiên liệu cho đến hết vàlượng nhiên liệu tiêu thụ
(g/min)
2.4 Thời gian khởi động bếp
Đo khoảng thời gian tính từ lúc châm lửa đến khi bếp hoạt động ổn định
(min)
2.5 Thời gian để đun sôi 2,5 lít nước ở
- Điều chỉnh tốc độ quạt ở công suất lớn nhất
(min)
điều kiện khí hóa công suất lớn nhất
- Ghi lại khoảng thời gian từ lúc bắt đầu đặt nồi lên bếp đang cháy cho đến khi nước trong nồi bắt đầu đạt đến nhiệt độ sôi. Ghi lại thời gian và nhiệt độnày.
2.6 Thời gian đốt cháy hết một mẻ nhiên liệu ở tốc độ quạt nhỏnhất
- Điều chỉnh tốc độ quạt ở công suất thấp nhất có thể đểduy trì ngọn lửa
- Ghi lại thời gian cháy hết mẻnhiên liệu
(min)
2.7 Thời gian đốt cháy hết một mẻ nhiên liệu ở tốc độ quạt cao nhất
-Điều chỉnh tốc độquạt hết công suất
- Ghi lại thời gian của toàn bộquá trình cháy hết mẻnhiên liệu
(min)
3 Sựphát thải Bộphận thu khói, bụi - Nhờthiết bị này mà chúng ta có thểlấy mẫu và đo lượng khí thải trong 3 giai đoạn khác nhau của quá trình vận hành bếp khí hóa như nhóm bếp, hoạt độngổn định và tắt bếp. Nhờthiết bịnày mà chúng ta có thể đo được cảnồng độ và tốc độdòng chảy thoát ra khỏi bộphận thu khói bụi
3.1 CO - Thiết bị thu khói có thể gom thu toàn bộ khói bụi sinh ra từbếp
-Đo dòng chảy đi qua ống thoát khói
- Lấy mẫu khí thải để đưa qua máy phân tích sản phẩm cháy
(mg/m3)
3.2 CO2 (mg/m3)
3.3 NOx (mg/m3)
3.4 SO2 (mg/m3)
3.5 PM2.5 -Đo nồng độbụi có cỡhạt 2,5 μm bằng thiết hút mẫu và cân mẫu chuẩn
(mg/m3)
63
4 Nhiệt độ và vấn đề an toàn
Sự khác biệt vềnhiệt độ cơ thể và nhiệt độ của bếp đun là nguyên nhân gây ra sự truyền nhiệt. Đôi khi lượng nhiệt lớn trên tốc độ nhiệt truyền từ da ra ngoài môi trường có thể gây bỏng da, Tốc độ truyền nhiệt mà gây bỏng tương ứng với sự chênh lệch nhiệt độ giữa bếp và cơ thể người, tính chất vật liệu bếp, diện tích tiếp xúc.
Các yếu tố khác như sự khác biệt lớn về nhiệt độ, vật liệu dẫn điện tốt, diện tích tiếp xúc lớn có thể gây ra bỏng một cách nhanh chóng hơn và nghiêm trọng khi tốc độtruyền nhiệt cao hơn.
4.1 Nhiệt độ ngọn lửa cực đại
- Đo nhiệt độ ngọn lửa cực đại ở điều kiện cháy với công suất cực đại
- Đo lường này thực hiện sau khi vận hành bếp cháy ổn định trong khoảng thời gian 10 phút
(oC)
4.2 Nhiệt độ thân bếp cực đại
- Đo nhiệt độ thân bếp bằng nhiệt kế hồng ngoại ở trạng thái bếp vận hành ổn định, công suất lớn
- Nhiệt độ được đo tại các vị trí khác nhau trên bềmặt bên ngoài của bếp
- Phép đo này được thực hiện sau khoảng 10 phút bếp hoạt độngổn định
(oC)
Bảng 4.3. Số lượng các lần thửnghiệm cho mỗi bếp [5]
Ngày Bếp Rùa (1) Bếp Viết (2) Bếp Thuận Bếp truyền Bếp
Phú (3) thống (4) SPIN (5) 2 CST
2 (CST + SM) 4 CO
1 PM2.5
2 CST
2 (CST + SM)
4 CO 1 PM2.5
- - -
- - 1 CST
2 (CST + SM) 3 CO
1 CST
1(CST + SM) 2 CO
1 PM2.5
1(CST + SM) 1 CO
1 PM2.5 1 Base PM2.5
1 CST
1 (CST + SM) 2 CO
1 PM2.5
1 CST
2 (CST + SM)
3 CO 1 PM
1(CST + SM) 1 CO 1 PM
1 (CST +SM) 1 CO
1 PM
1 Base PM2.5
1 CS
1 CO (bếp tắt)
1 (CST + SM)
1 CO 1 PM2.5
2 CST 2(CST + SM) 4 CO 1 PM2.5 Tổng
4 ngày
3 CST 2 CST 3 CST 1 CST 2 CST
65
6 CO 1 PM2.5
6 CO 2 PM2.5 2 base PM2.5
6 CO 1 PM2.5
2 PM2.5 +SM)
2 PM2.5
Trong đó:
CST (cold start)–Khởi động nguội, SM (Simmer)– đun sôi lăn tăn 4.2.4.1. Tổng khối lượng nhiên liệu trong một mẻkhí hóa
- Bếp Rùa, bếp Viết, bếp SPIN là bếp thuộc dạng khí hóa từtrên xuống, nhiên liệu được đưa vào theo từng mẻ để khí hóa. Xác định khối lượng nhiên liệu cấp vào bằng cách cân trọng lượng của bếp khi không có nhiên liệu (ms) và trọng lượng của bếp khi đổ đầy nhiên liệu (ms+f). Tổng trọng lượng nhiên liệu của một mẻ(mf) được tính:
mf= ms+f - ms (g)
- Bếp Thuận Phú có buồng chứa nhiên liệu khá lớn, do đó việc thực hiện cân nhiên liệu bằng cách cân túi nhiên liệu trước và sau khi cấp nhiên liệu buồng chứa, tổng số nhiên liệu được nạp vào buồng khí hoá được tính toán bằng cách lấy khối lượng nhiên liệu trong túi từ ban đầu trừ đi lượng nhiên liệu còn lại sau khi cấp buồng khí hóa. Bằng phương pháp tương tự, bếp truyền thống cũng được làm như vậy vì nó là bếp đun có thểcấp nhiên liệu liên tục.
4.2.4.2. Độ ẩm nhiên liệu
-Trước và sau khi thửnghiệm, các mẫu trấu đều được phân tích độ ẩm.
- Vì trấu tươi được lấy từ nhiều túi nhiên liệu khác nhau(cho các bếp khí hóa khác nhau) nên độ ẩm của nhiên liệu trong mỗi túi đều được phân tích
- Mỗi túi đều được lấy ra 03 mẫu phân tích độ ẩm. Các mẫu lấy ra đềuđược lưu trữ trong túi nilon có khóa kín và đem đi phân tích trong phòng thí nghiệm. Các mẫu sau khi thửnghiệm cũng đư ợc đem đi phân tích độ ẩm.
- Các mẫu phân tích đều được sấy kho trong lò sấy GMP500 ở nhiệt độ 107oC đến khi trọng lượng của mẫu không thay đổi.
4.2.4.3. Xác định nhiệt trịcủa nhiên liệu
- Nhiệt trị của nhiên liệu được phân tích với các mẫu: mẫu trấu tươi ban đầu (mẫu khô), char, hỗn hợp char và vỏtrấu sau khi thửnghiệm.
4.2.4.4. Hiệu suất nhiệt
- Sửdụng phương pháp xác định hiệu suất nhiệt WBT 4.2.2 (Water Boiling Test) và thửnghiệm theo đúng các bước trong quy trình của phương pháp. Tuy nhiên ở một số bước trong quy trình phải cải biên do điều kiện thực tế là phương pháp WBT 4.2.2 không giống hoàn toàn cách thức vận hành theo mẻ của các bếp khí hóa TLUD.
Một số thay đổi so với phương pháp WBT 4.2.2
- Bởi vì bếp Viết, bếp Rùa, bếp SPIN chỉ có thểvận hành trong khoảng 40 phút ở điều kiện quạt mở ởchế độcực đại, nên giai đoạn đun sôi lăn tăn chỉ giữ được trong 30 phút. Các thí nghiệmđã sửdụng nồi có dung tích 3,5 lít đểchứa 2,5 lít nước cho quá trìnhđun sôi từtrạng thái nguội và trạng thái đun nước sôi lăn tăn (bếp cháy với ngọn lửa nhỏ). Mặc dù bếp Thuận Phú và bếp truyền thống có thể hoạt động trong một thời gian dài hơn, nhưng trong thử nghiệm này thời gian đun nước sôi lăn tăn chỉ kéo dài 30 phút để có cùng điều kiện đánh giá hiệu hiệu quả của chúng trong tổng số5 bếp.
- Do thực tế thời gian cháy hết một mẻ của bếp khí hóa bị hạn chế vì thế các thứ nghiệm chỉ tiến hành trong hai giai đoạn, một là khởi động nguội (Cold start) (đun
67
bếp ở trang thái nóng (Hot start) không thực hiện bởi vì trọng lượng của các bến đun khá nhẹ, nhiệt lượng tích trong vỏbếp khá nhỏ. Một lượng nhiệt khá nhỏ lưu lại trong buồng phản sẽkhông làmảnh hưởng đáng kể đến quá trình khí hóa. Dođó, tất cả các bếp khí hóa được làm mát xuống nhiệt độ môi trường bằng quạt trong 15 phút trước khi sửdụng cho một thửnghiệm tiếp theo.
- Đối với bếp truyền thống, ta có thể cân trọng lượng trấu trước và thậm chí trong khi đun nấu (vì bếp có thể nhanh chóng đốt cháy trở lại để phục vụ quá trình thử nghiệm đun sôi nước lăn tăn mà không gây ảnh hưởng đáng kể đến công việc đun nấu). Đối với các bếp khí hoá theo mẻ (loại TLUD), loại này khó thực hiện việc đo nhiên liệu còn lại sau giai đoạn đun sôi từtrạng thái khởi động nguội và tiếp tục giai đoạn đun sôi lăn tăn mà không làm ảnh hưởng đến quá trình khí hóa. Vì nhũng lý do trên, nên chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm đun sôi nước từ trạng thái nguội trước, tiếp theo là thửnghiệm kết hợp cả 2 giai đoạn, giai đoạn đun sôi từ trạng thái nguội và ngay sau đó là giai đoạn đun sôi lăn tăn (Thử nghiệm thứ 2 này có cùng một lượng nhiên liệu nạp vào, cùng cách đun và cùng các bước vận hành trong quá trìnhđun sôi nước từtrạng thái nguội).
- Việc tính toán hiệu suất nhiệt, nó được thực hiện đối với hai trường hợp, một là trường hợp đun 2,5 lít nước cho đến sôi từtrạng thái nước nguội và trường hợp 2 là tính hiệu suât nhiệt cho cả giai đoạn đun sôi nước từ trạng thái nguội và giai đoạn đun sôi lăn tăn.
- Mặc dù nhiệt trị than hoa của trấu được phân tích và xác định, nhưng nhiệt lượng này coi như tổn thất và không được tính vào năng lượng còn lại như trấu tươi đối với tất cả các trường hợp. Do trong thực tế, than hoa của trấu không dùng đun lại mà thường được sửdụng làm phân bón nhiều hơn. Cần lưuý rằng mặc dù char còn lại trong các bếp không được sửdụng, nhưng một phần trong số đó có thể được khí hóa hoặc đốt cháy ở cuối quá trình khí hoá (Việc này thường đúng với bếp Viết, Bếp Rùa và bếp SPIN).
Nhìn chung, hầu hết các bếp khí hóa (Viết, Rùa, SPIN) đã khí hóa và cháy gần hết trấu thừa trong hai giai đoạn, giai đoạn khởi động nguội và giai đoạn sôi lăn tăn.
Nghĩa là việc ảnh hưởng cháy trực tiếp là không lớn. Đối với bếp Thuận Phú, nhà sản xuất khuyến cáo char nên tái sử dụng lại làm nhiên liệu cho mẻ tiếp theo, việc này có thể cải tiến được hiệu suất nhiệt của bếp. Tuy nhiên tất cả các bếp thử nghiệm đã thực hiện thìđều có cùng phương thức vận hành, cách sửdụng nhiên liệu tương tự và có cùng phương pháp tính toán.
- Do điều kiện thực tế khó kiểm soát được ngọn lửa thông qua việc điều chỉnh tốc độ quạt nên giai đoạn sôi lăn tăn chưa được thực hiện một cách hoàn hảo. Qua ghi nhận trong tất cả trường hợp, nhiệt độ của nước trong giai đoạn sôi lăn tăn còn khá cao (≈ 97oC). Nhiệt độ này cũng không ổn định trong các lần thửnghiệm, quá trình thửnghiệm.
4.2.4.5. Các bước kiểm tra khác
- Tro sau quá trình thử nghiệm: Với mọi trường hợp, sau quá trình thửnghiệm các chất rắn còn lại đều được đổ ra và phân thành từng lớp và chia thành 3 phần: than hoa, trấu nguyên, hỗn hợp than hoa và trấu nguyên. Sau đó các phần được trộn đều, cân trọng lượng và lấy mẫu đểphântích độ ẩm và nhiệt trị.
- Tổng thời gian hoạt động năng lượng: Trường hợp bếp Viết, Rùa, Thuận Phú, tốc độ quạt được điều chỉnh hoạt động ở công suất lớn nhất trong suốt quá trình vận hành và ghi lại khoảng thời gian hoạt động.
- Thời gian vận hành ở chế độ thấp tải: các bếp Viết, Rùa, Thuận Phú, tốc độ quạt được điều chỉnh ở công suất thấp trong suốt thời gian vận hành và ghi lại khoảng thời gian hoạt động.
69