THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY GỖ RỪNG TRỒNG QUY MÔ CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KẾT HỢP HƠI NƯỚC BÃO HÒA
DOI:
https://doi.org/10.70169/VJFS.1193Từ khóa:
cân bằng nhiệt,, lò sấy gỗ kết hợp, năng lượng mặt trời, sấy gỗ keo lai, sấy gỗ tiết kiệm, thiết kế hệ thống sấyTóm tắt
Sấy gỗ là công đoạn tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong quá trình chế biến gỗ chiếm khoảng (60 - 70%), thường dựa vào lò hơi đốt sinh khối hoặc nhiên liệu hóa thạch, gây chi phí cao và phát thải lớn. Trong khi đó, các hệ thống sấy gỗ hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời (NLMT) lại thiếu ổn định, phụ thuộc vào thời tiết và khó áp dụng ở quy mô công nghiệp. Nghiên cứu này trình bày quá trình tính toán, thiết kế và thử nghiệm hệ thống lò sấy gỗ kết hợp (NLMT - hơi nước bão hòa) quy mô công nghiệp 100 m³/mẻ cho gỗ keo lai (Acacia hybrid). Phương pháp nghiên cứu dựa trên cân bằng nhiệt, vật chất và khí động học để xác định thông số kỹ thuật, hướng tới duy trì nhiệt độ sấy ổn định (50 - 60 °C) và tối ưu hóa cấu trúc vòm ba lớp xuyên sáng cách nhiệt - khí sấy - hấp thụ nhiệt. Kết quả tính toán tổng nhu cầu năng lượng cho một mẻ sấy ~ 98,1 GJ (tương đương 56,8 kW). Hệ thống được thiết kế với diện tích bề mặt hấp thụ NLMT ≥ 230 m², lò hơi có công suất tối thiểu 100 kg/h (ở áp suất 4 bar) và dàn trao đổi nhiệt ≥ 23 m², cùng 10 quạt tuần hoàn với tổng công suất ≥ 22 kW. Thử nghiệm thực tế chứng minh hệ thống vận hành ổn định, duy trì dải nhiệt mục tiêu và tiết kiệm 35 - 40% năng lượng so với lò sấy hơi nước truyền thống, khẳng định tính khả thi kỹ thuật và tiềm năng ứng dụng trong thực tế sản xuất.
Tài liệu tham khảo
1. Bektas, I., & Bektas, C. (2005). Fundamental aspects of kiln drying lumber (FAPC-151). Oklahoma State University Extension.
2. Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). (2019). The International System of Units (SI Brochure) (9th ed.). Paris: BIPM.
3. Boone, R. S., Wengert, E. M., & Denig, J. (1999). Drying hardwood lumber (Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-118). USDA Forest Products Laboratory.
4. Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2019). Thermodynamics: An engineering approach (9th ed.). McGraw-Hill Education.
5. Chen, Q., Zhou, X., & Xu, Z. (2022). Techno-economic analysis of a solar-assisted heat pump drying system for industrial applications. Applied Thermal Engineering, 205, 118015.
6. Denig, J., Wengert, E. M., & Simpson, W. T. (2000). Drying hardwood lumber (FPL-GTR-118). U.S. Department of Agriculture, Forest Service. DOI: 10.2737/FPL-GTR-118
7. Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (2013). Solar engineering of thermal processes (4th ed.). John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9781118671603
8. El-Sebaii, A. A., & Shalaby, S. M. (2021). Thermal performance of a solar dryer with a thermal energy storage system: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 149, 111394.
9. Ferrari, S., Cuccui, I., Cerutti, P., & Allegretti, O. (2024). A hybrid solar/biomass active indirect kiln dryer for timber in the Democratic Republic of Congo. International Journal of Ambient Energy, 45(1), Article 2367109. DOI: 10.1080/01430750.2024.2367109
10. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). (2006). 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories.
11. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). (2019). 2019 refinement to the 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories.
12. ISO. (1992). ISO 31-4:1992 – Quantities and units – Part 4: Heat. Geneva: ISO.
13. Lamrani, B., Draoui, A., & Kuznik, F. (2021a). Thermal performance and environmental assessment of a hybrid solar–electrical wood dryer integrated with photovoltaic/thermal air collector and heat recovery. Solar Energy, 221, 60–74.
14. Lamrani, B., Kuznik, F., Ajbar, A., & Boumaza, M. (2021b). Energy analysis and economic feasibility of wood dryers integrated with heat recovery unit and solar air heaters. Energy, 228, 120598.
15. Luna, L. M., Allegretti, O., Cerutti, P., & Cuccui, I. (2018). Performance evaluation of a solar timber kiln: A case study. Energy for Sustainable Development, 44, 58–66.
16. Ministry of Natural Resources and Environment (MONRE). (2022). National GHG inventory and emission factors of Vietnam. Hanoi: MONRE.
17. Ndukwu, M. C., Abesinghe, A., & Uzoejinwa, B. B. (2020). Solar drying of food and agricultural products: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 124, 109787.
18. Ngọc, B. D. (2022). Thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị sấy gỗ xẻ rừng trồng bằng năng lượng mặt trời. Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp, (1), 112–119.
19. Nguyễn Xuân Trung, & Đinh Vương Hùng. (2014). Thiết bị sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời tại Việt Nam. Tạp chí Khoa học và Phát triển, 12(8), 1148–1156.
20. TCVN 13706:2023. Gỗ sấy – Phân hạng theo mức chênh lệch độ ẩm.
21. TCVN 2737:2023. Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
22. TCVN 8929:2013 (ISO 4474:1989). Gỗ khúc cây lá kim và cây lá rộng để xẻ – Khuyết tật nhìn thấy được – Thuật ngữ và định nghĩa.
23. TCVN 8930:2013 (ISO 4473:1988). Gỗ khúc cây lá kim và cây lá rộng để xẻ – Khuyết tật nhìn thấy được – Phân loại.
24. World Bank, & Energy Sector Management Assistance Program (ESMAP). (2019). Global Solar Atlas 2.0: Technical report. Washington, DC: World Bank.
