ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT Đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt cho nhà máy dược phẩm Phúc Khánh

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT • Đề tài: “ Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt cho nhà máy dược phẩm Phúc Khánh Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Hồng Sơn Sinh viên thực hiện: Lã Vũ Tuấn Anh MSSV: 20171968 Số liệu ban đầu Các hộ sử dụng hơi: Cấp cho xưởng sản xuất với áp suất yêu cầu (kG/cm2), xưởng gồm : Cất nước 550 kg/h, Đông dược 1200 kg/h, thuốc nước 250 kg/h, Nang mềm 250 kg/h, Aspirin 300 kg/h, Viên nang Decolgen 350 kg/h, Viên 450 kg/h, Nguyên liệu 550 kg/h Cấp cho nhà bếp để nấu ăn cho 1500 suất ăn; áp suất yêu cầu kG/cm2 Sản xuất nước nóng nhiệt độ 70oC cho khu nhà văn phòng nhà ăn 11 m3/h Hệ số nhân diện tích so với mặt sở 1,1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT  1.1: Giới thiệu sơ đồ cấp nhiệt  1.1.1 Sơ đồ cấp nhiệt sử dụng thiết bị đun nóng nước đơn giản - Nguyên lý hoạt động - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, dễ thiết kế, chế tạo lắp đặt +Chi phí đầu tư thấp +Việc vận hành tương đối đơn giản +Chi phí vận hành thấp, chi phí nhiên liệu khơng cao +Thích hợp với hộ tiêu thủ nhỏ - Nhược điểm: +Hiệu suất thấp ( có khoảng 40-50% ) +Khả tư động hóa cúng điều chỉnh nhiệt độ nước nóng thấp +Phát tán khí độc gây ô nhiểm môi trường nl bn l bnn Hình 1.1 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị đun nước đơn giản BNN- bể nước nóng; BNL- bể nước lạnh; NL- nước lạnh vào 1.1.2.Sơ đồ cấp nhiệt dùng lò loại vừa nhỏ - Sơ đồ sử dụng cho nơi sử dụng nhiệt cỡ vừa - Nhiên liệu thường dùng than, dầu khí đốt - Dựa vào phương pháp gia nhiệt cho nước ta phân làm loại sơ đồ trung tâm cấp nhiệt dùng lò  a) Trao đổi nhiệt hỗn hợp: • Ngun lí hoạt động: • Ưu điểm: +Đơn giản, dễ quản lý vận hành • Ngược điểm: +Khơng có lượng nước ngưng tuần hoàn nên thiết bị xử lý nước cấp vào lị phải có cơng suất lơn nên giá thành tăng + Áp dụng cho tòa nhà khách sạn chung cư cao tầng có nhu cầu nhiệt vừa nhỏ Hình 1.2 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị hỗn hợp LH- lị hơi; OGH - ống góp hơi; BNM – bể nước mềm; NN-nước nóng ; NH- Nước hồi b: Trao đổi nhiệt bề mặt  Nguyên lý hoạt động: Cũng tương tự nguyên lý hoạt động lò trao đổi nhiệt hỗn hợp, khác chỗ sau trao đổi nhiệt bề mặt với nước bể khơng hịa trộn mà dẫn quay trở lại lị Bể nước mềm có nhiệm vụ bổ sung thiếu hụt cho nước cấp tới lò  Áp dụng cho nơi sử dụng nước nóng nhiều chế độ dùng nước nóng khơng đặn Hình 1.3 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị bề mặt kiểu dung tích LH- lị hơi; OGH - ống góp hơi; BNM – bể nước mềm; NN-nước nóng ; NH- Nước hồi 1.1.3 Sơ đồ cấp nhiệt sử dụng lượng mặt trời  Năng lư­­ợng mặt trời nguồn l­­ượng vô hạn, mà cịn nguồn l­­ượng sạch, khơng tổn hại đến môi tr­­ường Như­vậy, tư­ơng lai gần, mặt trời nguồn l­ượng chủ yếu phục vụ nhu cầu tiêu dùng – sinh hoạt ng­­ười trái đất  Thiết bị đun nước nóng sử dụng lượng mặt trời ví dụ điển hình ứng dụng lượng mặt trời  Ưu điểm bình nước lượng mặt trời cịn kể đến so sánh với bình nước nóng sử dụng điện gas nhà bạn có nhiều phịng tắm bạn phải dùng số bình nước nóng điện tương đương với số phịng tắm dùng bình nước nóng lượng mặt trời cần bình đủ đáp ứng yêu cầu gia đình, sinh hoạt cá nhân sinh hoạt chung gia đình  Nhược điểm bình nước nóng lượng mặt trời phải kể đến giá thành Chi phí ban đầu đắt nhiều so với bình nước nóng sử dụng điện gas Hơn nữa, bình nước nóng lượng mặt trời sử dụng nguồn nhiên liệu phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng mặt trời, ngày mùa đơng ngày khơng có ánh nắng mặt trời bạn khơng có nước nóng để dùng Hình 1.4 Bình nước nóng lượng mặt trời a Thiết bị đun nư­ớc nóng sử dụng lư­ợng mặt trời tuần hồn tự nhiên có thiết bị đốt nóng bổ sung * Nguyên lý hoạt động +Khi ánh nắng mặt trời chiếu rọi vào ống thủy tinh chân không Panel thu nhiệt, với tính hấp thụ ánh nắng mặt trời cao, hấp thụ xạ ánh nắng mặt trời chuyển hoá thành nguồn nhiệt Sau với nguyên lý tỉ trọng nước lạnh lớn, tỉ trọng nước nóng nhỏ tự hình thành nên vịng tuần hồn tự nhiên (nước lạnh liên tục xuống, ống chân không Panel hấp thụ nhiệt ánh nắng mặt trời, tạo thành nguồn nước nóng ngược lên lưu giữ bình chứa Vịng tuần hồn nước chuyển động khơng ngừng, tạo cho nhiệt độ nước bình chứa liên tục tăng dần từ 50°C đến 90°C Từ nguồn nước nóng sẵn sàng phục vụ theo nhu cầu sinh hoạt người NN NL b Thiết bị đun nư­ớc nóng l­ượng mặt trời tuần hồn c­ưỡng có thiết bị đốt nóng bổ sung * Nguyên lý hoạt động Nư­ớc lạnh từ bể nư­ớc bên đư­a vào bể chứa D­ưới tác dụng bơm 5, n­ước từ bể chứa đư­ợc đẩy lên thu nhận đư­ợc nhiệt từ nguồn l­ượng mặt trời làm cho nư­ớc nóng lên chảy bể chứa Từ đây, n­ước đư­ợc phân phối cho hộ tiêu thụ tuỳ theo nhu cầu sử dụng Trên đư­ờng đến hộ tiêu thụ ng­ười ta lắp đặt thêm gia nhiệt n­ước bổ sung, đ­ược dùng mà nhiệt độ nư­ớc nóng khơng đảm bảo đư­ợc nhu cầu hộ tiêu thụ Thiết bị điều khiển hệ thống lấy tín hiệu: từ thu 1, từ van 5, từ bể chứa CÂU HỎI VÀ THẮC MẮC ? 1.1.4.Sơ đồ cấp nhiệt sử dụng điện  Cấu tạo - Máy bơm nhiệt Heat Pum, Thiết bị truyền nhiệt làm nóng nước Máy bơm nước tuần hồn, Bơm hồi nước nóng, Bình bảo ơn giữ nhiệt cho nước, Máy bơm tăng áp tự động, Máy bơm cấp nước bù, Van điện tử, Máy bơm nhiệt,…  Nguyên lý hoạt động hệ thống:  Ưu điểm hệ thống: - Hiệu cao tiết kiệm lượng - Bảo vệ môi trường - Làm việc liên tục - Dễ dàng lắp đặt  Nhược điểm hệ thống: - Phải có điện để vận hành làm nóng nhanh cung cấp số số lượng lớn nước nóng ổn định - Giá thành cao - Có thể gây ồn máy nén 1.2 Tổng quan thiết bị nguồn cấp nhiệt 1.2.1 Lò a)Lò đốt than  Nguyên lý chung Lò hơi:  Ưu điểm: + Tốc độ làm nóng nước nhanh + Vận hành tương đối dễ dàng + Duy trì nhiệt độ nước bể sau tăng nhiệt tiêu tốn lượng + Thiết bị hệ thống dễ thay thế, đơn giản + Giá trị đầu tư ban đầu ít, vật tư thiết bị sản xuất Việt Nam + Không phải lắp đặt thêm hệ thống điều hồ khơng khí phịng bể bơi tận dụng nóng từ hệ thống đưa vào làm nóng ln khơng khí  -Nhược điểm: + Gây nhiễm môi trường nặng nề việc xin cấp phép cho hệ thống hoạt động khó khăn (trong cơng trình nằm khu dân cư đơng đúc) + Cần có khu chứa than, phịng đặt nồi nên tốn diện tích phức tạp kích thước hệ thống cồng kềnh b)Lò đốt dầu  Nguyên lý hoạt động:  Ưu điểm: + Khả tự động hóa hệ thống cao + Có tác động nhanh tới thay đổi phụ tải + Thời gian khởi động hệ thống ngắn + Vấn đề mĩ quan đảm bảo  Nhược điểm : + Chi phí đầu tư ban đầu lớn so với lò đốt than c) Lò đốt gas  Nguyên lý hoạt động:  Ưu điểm: + Vận hành tương đối dễ dàng + Duy trì nhiệt độ nước bể sau tăng nhiệt tiêu tốn lượng + Khơng cần xin cấp phép hoạt động cho hệ thống + Độ bền hệ thống tương đối cao  Nhược điểm: + Duy trì nhiệt độ nước bể mức 280C tiêu tốn khoảng 30% lượng so với ban đầu + Tiêu hao lượng lớn gây tốn trình khai thác sử dụng, hiệu suất hệ thống đạt 85% + Biện pháp an toàn cho hệ thống cần phải có van an tồn Hình 1.12.a Mỏ đốt kim loại khơng có hỗn hợp trước Hình 1.12.b Mỏ đốt xây tường 1.2.3.Bơm nhiệt  Hệ thống bình nước nóng bơm nhiệt bao gồm thành phần chính: dàn bay hơi, máy nén, bình ngưng tụ, van tiết lưu Với luân chuyển nhiệt liên tục theo vịng tn hồn kín: bay (trích xuất nhiệt từ khơng khí mơi trường xung quanh) nén - ngưng tụ (truyền nhiệt làm nóng nước bình bảo ơn) tiết lưu - bay hơi, nhiệt lượng truyền từ khơng khí tồn mơi trường xung quanh sang cho nước chứa bình bảo ôn làm nóng nước theo sơ đồ mô tả đây:  Nguyên lý hoạt động:  Môi chất lạnh với nhiệt độ thấp áp suất thấp máy nén lạnh hút từ dàn bay hơi, sau nén lên dàn ngưng tụ, mơi chất lạnh ngưng tụ mơi chất lạnh có áp suất cao nhiệt độ cao, môi chất lạnh trao đổi nhiệt với nước lạnh dàn ngưng tụ làm cho nhiệt độ môi chất giảm xuống trình thải nhiệt cho nước, nước hấp thụ nhiệt nhiệt độ nước tăng lên Sau áp suất môi chất giảm xuống qua van tiết lưu, mơi chất có nhiệt độ thấp áp suất thấp Tiếp theo, môi chất dẫn qua dàn bay hơi; đây, môi chất nhận nhiệt từ môi trường xung quanh nhờ quạt sau mơi chất máy nén hút Hình 1.15 Hệ thống bình nước nóng bơm nhiệt Hình 1.16: Sơ đồ thiết bị chu trình bơm nhiệt CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ 2.1 Cấp Hơi từ tua bin trích phân phối đến hộ tiêu thụ Hơi bão hòa từ lò cấp vào ống góp phân phối Từ ống góp phân phối hơi, cấp cho Xưởng tiêu thụ nhiệt ống thép có bọc cách nhiệt Có đường cấp từ ống góp hơi, từ ống góp chia thành đường cung cấp đến phân xưởng sản xuất, nhà ăn và cấp tới thiết bị trao đổi nhiệt gia nhiệt cho nước lạnh phục vụ khu văn phòng 2.2 Hệ thống gia nhiệt cho nước cung cấp nước nóng theo yêu cầu Hệ thống cấp vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng ngưng ống- vỏ nhả nhiệt cho nước lạnh 15 oC cấp từ bể nước mềm, nước lên nhiệt độ yêu cầu, nước nóng cung cấp cho khu phịng ăn phòng kiểm nghiệm kỹ thuật 2.3 Hệ thống đường ống hồi Hơi sau trình sử dụng phân xưởng sản xuất, sau trình trao đổi nhiệt khu nhà ăn qua cốc ngưng lắp đặt sẵn ngưng tụ thành nước ngưng Nước ngưng sạch, vận chuyển qua đường ống bể chứa nước mềm Bể nước mềm cung cấp bổ sung nước vào lò 2.4 Hệ thống tự động hóa + Hệ thống tự động điều chỉnh mực nước lò + Đo mức nước: thiết bị đo trực tiếp mức nước lò hơi, ba long; cảm biến mực nước lò : để kiểm sốt báo động mực nước lị theo yêu cầu thiết kế, đảm bảo lượng cấp nước theo thời điểm + Tự động cấp nước + Tự động hóa q trình đốt lị + Tự động trì áp suất + Tự động kiểm tra, báo động bảo vệ lò 2.5 Các đường ống nhánh *Ưu điểm: + Hiệu suất lò cao + Dung tích két nước nóng cơng suất lị trung bình ta chạy lị bù nhiệt liên tục cho thiết bị trao đổi nhiệt cấp nước cho bình trao đổi nhiệt lúc có phụ tải + Đáp ứng nhu cầu nước nóng cho nhà máy cách nhanh + Khả tự động hóa cao Có khả đáp ứng tốt nhu cầu nước nóng nhà máy + Hệ số an toàn hệ thống cao * Nhược điểm: + Quản lí vận hành tương đối phức tạp + Chi phí đầu tư cao lắp đặt bình gia nhiệt, thiết bị t ự động CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH 3.1.1 Tính tốn lượng sử dụng Tổng công suất yêu cầu cho xưởng sản xuất là: Lượng nhiệt cần để nấu ăn cho nhà bếp là: =+ +++ =38250+149940+160650+200940+113985 = 663765 kJ -Giả thiết cho thời gian ủ cơm thức ăn chín dự phịng thêm 50% nên tổng nhiệt cần nấu cơm Q =995647,5kJ coi thời gian nấu ăn khoảng 1,1h: => =/(t.r.η) =995647,5/(1,1.2136.0,85) =499 kg/h -Tổng công suất cần cấp cho lò : Tên xưởng sản xuất Lưu lượng (Kg/h) Cất nước 550 Đông dược 1200 Thuốc nước 250 Nang mềm 250 Aspirin 300 Viên nang Decolgen 350 Viên 450 Nguyên liệu 550 Tổng cộng 3900 b)Sản xuất nước nóng nhiệt độ 70oC cho khu nhà văn phòng nhà ăn 11 m3/h + Lượng nhiệt cần cấp cho nước từ t1 lên t2 h Q2 = Cp.G.(t2 – t1 ) = 4,2.11.1000.(70 – 15) = 2541000 kJ/h + Lương yêu cầu : D = /(r.η) =2541000/(0,85.2111) = 1416 kg/h + Công suất cần cấp cho lò : -Tổng cần cung cấp cho toàn hệ thống là: = = 1416+3900+ 499 = 5815 kg/h -Tổng cơng suất cấp cho lị : Cs = Cs1 + Cs2 + Cs3 = 3413 (kW ) 3.1.2 Chọn thiết bị cung cấp Để đáp ứng cơng suất hơi, ta chọn lị có công suất 3000 kg/h Áp suất làm việc : kg/ So sánh chi phí nhiên liệu để đun 100 kg nước từ 150C lên 700C * Chi phí gia nhiệt cho 100 kg nước lị đốt than + Lượng than cần thiết để gia nhiệt cho 100 kg nước là : (kg) + Vậy giá thành việc gia nhiệt cho 100 kg nước lò đốt than là: T1 = 1.52.2350 = 3572 (đồng/100 kg nước) đó: giá thành than thị trường 2350 vnđ/kg *Chi phí gia nhiệt cho 100kg nước lò đốt dầu +Lượng dầu cần thiết để gia nhiệt cho 100kg nước là: (kg) Vậy chi phí gia nhiệt cho 100 kg nước lò đốt dầu là: T2 = 0,8.11030 = 8824 (vnđ/100 kg nước) đó: giá thành dầu thị trường 11030 vnđ/lít Qua tính tốn ta thấy hiệu kinh tế việc lò đốt than cao đốt dầu gấp lần Nên ta chọn  lò đốt than áp suất kg/phục vụ cho sản suất 3.2 Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt Xác định lượng nhiệt mà nước lạnh cần nhận Qn  Xác định hệ số toả nhiệt  Xác định hệ số tỏa nhiệt ngưng nước bên ống nằm ngang α  Xác định diện tích trao đổi nhiệt F  Xác định thơng số ống D(mm) 468 nước Số ống 156 din(mm) dout(mm) l(m) N 16 19 0,48 3.3.Tính chọn bơm cấp nước - Để đảm bảo cho lò làm việc cách đầy đủ liên tục ta chọn bơm ly tâm cho lò, bơm có cơng suất 100% cơng suất u cầu (1 bơm hoạt động bơm dự phòng) -Mỗi bơm có thơng số tối thiểu sau: + Năng suất bơm cấp: Q = .D ( kg/h)= 1,25.4000 = 5000 (kg/h) -Cột áp làm việc bơm: H = 1,2.Plv = 1,2.5 = bar -Công suất điện động N = = = 1,1 kW CHƯƠNG 4:TÍNH TỐN MẠNG NHIỆT 4.1.Tính tốn thủy lực ống dẫn cấp nước nóng Bảng 4.1 Vận tốc tới hạn nước ống   Ktd 50 0,2 5,1 0,5 Nhiệt độ oC 75 100 150 1,6 1,15 0,86 0,59 1,98 0,58 0,46 0,34 0,23 0,29 0,24 0,18 0,12 - Đường kính ống dẫn nước nóng với tốc độ lớn là: - d = = = 0,08823 m = 88,23 mm - Ta chọn đường kính ống 90 mm Vận tốc thực ống là: = = = 0,437 m/s 4.2.Tính tốn thủy lực ống dẫn cấp ống cấp nước hồi SƠ BỘ CHÍNH XÁC Áp suất đầu 500000 bar Đường kính xác 184 mm Áp suất cuối 490000 bar Tốc độ 28,47 m/s Lưu lượng 1,4 kg/s Khối lượng riêng trung bình 1,85 kg/m3 Chênh lệch cột áp 5m Đường kính tính sơ 165mm Tốc dộ 28 m/s Chiều dài sơ 50 m Suất gíang áp đường dài 81,37 Pa/m Giáng áp đường dài 4068,5 Pa Chiều dài tương đương 30,03 m Chiều dài quy dẫn 80,03 m Áp suất cuối 493397 Pa -Ống cấp nước hồi tính tốn tương tự với lượng nước ngưng đạt 60 % ktd = mm với nhiệt độ nước hồi 80oC nên ta chọn tốc độ lớn = 0,23 m/s -Tính tốn cụ thể tr.26 4.4.Tính bảo ơn thiết bị đường dẫn Chi tiết bọc cách nhiệt đường Chi tiết bọc cách nhiệt đường nước nóng Ống thép đen Ống thép tráng kẽm Lớp cách nhiệt thủy tinh Xốp polyurethane Lớp inox bọc ngồi Ống nhựa PVC 4.4.3.Bảo ơn đường nước nóng -Mật độ dịng nhiệt từ bề mặt cách nhiệt môi trường xung quanh là: q1 = 12.( 30 - 20 ) = 120 W/m2 -Hệ số truyền nhiệt là: k = = 2,4 W/m2K -Chiều dày lớp cách nhiệt là: Tính tốn tương tự đường ống kẽm có chiều dày 2,5 mm 1,5 mm ta có chiều dày lớp cách nhiệt xấp xỉ 13 mm Vậy loại ống bọc bảo ơn bơng thủy tinh có độ dày 15 mm