+Không có lượng nước ngưng tuần hoàn về nên thiết bị xử lý nước cấp vào lò phải có công suất lơn nên giá thành tăng + Áp dụng cho các tòa nhà khách sạn chung cư cao tầng có nhu cầu n
Trang 1ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT
nhà máy dược phẩm Phúc Khánh
Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Hồng Sơn
Sinh viên thực hiện: Lã Vũ Tuấn Anh
MSSV: 20171968
Trang 2Số liệu ban đầu
Các hộ sử dụng hơi:
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.
kG/cm2.
Trang 3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ
THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT
1.1: Giới thiệu về các 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 không cao
+Thích hợp với các hộ tiêu thủ nhỏ
- Nhược điểm:
+Hiệu suất thấp ( chỉ có khoảng 40-50% )
+Khả năng tư động hóa cúng như điều chỉnh nhiệt độ nước nóng
thấp.
+Phát tán các khí độc gây ô nhiểm môi trường
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
bn l
n l
b n n
Trang 41.1.2.Sơ đồ cấp nhiệt dùng lò hơi loại vừa và nhỏ
- Sơ đồ này sử dụng cho các nơi sử dụng nhiệt cỡ vừa
- Nhiên liệu thường dùng là than, dầu hoặc khí đốt.
- Dựa vào phương pháp gia nhiệt cho nước ta có thể phân ra làm 2 loại sơ đồ trung tâm cấp nhiệt dùng lò hơi.
+Không có lượng nước ngưng tuần hoàn về nên thiết bị xử lý nước
cấp vào lò phải có công suất lơn nên giá thành tăng
+ Áp dụng cho các tòa nhà khách sạn chung cư cao tầng có nhu cầu
nhiệt vừa và nhỏ Hình 1.2 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị hỗn hợp
LH- lò hơi; OGH - ống góp hơi;
BNM – bể nước mềm;
NN-nước nóng ra ; NH- Nước hồi
Trang 5b: Trao đổi nhiệt bề mặt
hoạt động của lò hơi trao đổi nhiệt hỗn hợp, chỉ khác ở
chỗ là hơi sau khi trao đổi nhiệt bề mặt với nước trong
bể thì không hòa trộn tại đó nữa mà được dẫn quay trở
lại lò hơi Bể nước mềm có nhiệm vụ bổ sung sự thiếu
hụt cho nước cấp tới lò.
Áp dụng cho những nơi sử dụng nước nóng nhiều và
chế độ dùng nước nóng không đều đặn.
Hình 1.3 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị bề mặt kiểu dung tích LH- lò hơi; OGH - ống góp hơi; BNM – bể nước mềm; NN-nước nóng ra ; NH- Nước hồi
Trang 6 Năng lư ợng mặt trời không những là một nguồn năng l ượng vô hạn, mà còn là
nguồn năng l ượng sạch, không tổn hại đến môi tr ường Như vậy, trong tư ơng
lai gần, mặt trời sẽ là nguồn năng l ượng chủ yếu phục vụ nhu cầu tiêu dùng –
sinh hoạt của con ng ười trên trái đất
Thiết bị đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời là một ví dụ điển hình của
ứng dụng năng lượng mặt trời
Ưu điểm của bình nước năng lượng mặt trời còn được kể đến khi so sánh với
bình nước nóng sử dụng điện hoặc gas đó là nếu nhà bạn có nhiều hơn một
phòng tắm thì bạn sẽ phải dùng số bình nước nóng điện tương đương với số
phòng tắm đó trong khi nếu dùng bình nước nóng năng lượng mặt trời thì chỉ
cần một bình là đủ đáp ứng yêu cầu của cả gia đình, cả sinh hoạt cá nhân và
sinh hoạt chung cả gia đình
Nhược điểm của bình nước nóng năng lượng mặt trời phải kể đến đó là giá
thành Chi phí ban đầu của nó đắt hơn nhiều so với bình nước nóng sử dụng
điện hoặc gas Hơn nữa, bình nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng nguồn
nhiên liệu phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng của mặt trời, do đó trong những
ngày mùa đông hoặc những ngày không có ánh nắng mặt trời thì có thể bạn sẽ
không có nước nóng để dùng
Hình 1.4 Bình nước nóng năng lượng mặt trời
Trang 7a Thiết bị đun nư ớc nóng sử dụng năng lư ợng mặt trời tuần hoàn tự nhiên có thiết bị đốt nóng bổ sung
* Nguyên lý hoạt động
+Khi ánh nắng mặt trời chiếu rọi vào những ống thủy tinh chân không hoặc các
tấm Panel thu nhiệt, với tính năng hấp thụ ánh nắng mặt trời cao, sẽ hấp thụ bức xạ
ánh nắng mặt trời rồi chuyển hoá thành nguồn nhiệt năng Sau đó với nguyên lý tỉ
trọng nước lạnh lớn, tỉ trọng nước nóng nhỏ đã tự hình thành nên 1 vòng tuần hoàn
tự nhiên (nước lạnh liên tục đi xuống, những ống chân không hoặc các tấm Panel
hấp thụ nhiệt năng của ánh nắng mặt trời, tạo thành nguồn nước nóng đi ngược lên
và lưu giữ trong bình chứa Vòng tuần hoàn nước cứ thế chuyển động không ngừng,
tạo cho nhiệt độ nước trong bình chứa liên tục tăng dần từ 50°C đến 90°C Từ đây
nguồn nước nóng đã sẵn sàng phục vụ theo nhu cầu sinh hoạt của mọi người
b Thiết bị đun nư ớc nóng bằng năng l ượng mặt trời tuần hoàn c ưỡng bức có thiết bị đốt nóng bổ sung
* Nguyên lý hoạt động
Nư ớc lạnh từ bể nư ớc bên ngoài đư a vào bể chứa D ưới tác dụng
của bơm 5, n ước từ bể chứa đư ợc đẩy lên bộ thu và nhận đư ợc
nhiệt từ nguồn năng l ượng mặt trời làm cho nư ớc nóng lên rồi chảy
về bể chứa Từ đây, n ước đư ợc phân phối cho hộ tiêu thụ tuỳ theo
nhu cầu sử dụng Trên đư ờng đến hộ tiêu thụ ng ười ta còn lắp đặt
thêm một bộ gia nhiệt n ước bổ sung, nó đ ược dùng khi mà nhiệt độ
nư ớc nóng không đảm bảo đư ợc nhu cầu của hộ tiêu thụ Thiết bị
điều khiển 4 trong hệ thống lấy 3 tín hiệu: từ bộ thu 1, từ van 5, từ
bể chứa 2
NL NN
Trang 8CÂU HỎI VÀ THẮC MẮC
?
Trang 91.1.4.Sơ đồ cấp nhiệt sử dụng điện năng
Cấu tạo
- Máy bơm nhiệt Heat Pum, Thiết bị truyền nhiệt làm nóng nước Máy
bơm nước tuần hoàn, Bơm hồi nước nóng, Bình bảo ôn 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 của hệ thống:
- Hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng
- Bảo vệ môi trường
- Làm việc liên tục
- Dễ dàng lắp đặt
Nhược điểm của hệ thống:
- Phải có điện để vận hành làm nóng nhanh cung cấp số được số lượng
lớn nước nóng ổn định
- Giá thành cao
- Có thể gây ồn do máy nén
Trang 101.2 Tổng quan về thiết bị nguồn cấp nhiệt
1.2.1 Lò hơi.
a)Lò hơi đốt than.
+ Giá trị đầu tư ban đầu ít, vật tư thiết bị sản xuất tại Việt Nam
+ Không phải lắp đặt thêm hệ thống điều hoà không khí trong phòng bể bơi vì tận dụng được hơi nóng từ hệ thống đưa vào làm nóng luôn không khí
+ Gây ô nhiễm môi trường rất nặng nề cho nên việc xin cấp phép cho hệ thống hoạt động rất khó khăn (trong khi công trình nằm giữa khu dân cư đông đúc)
+ Cần có khu chứa than, phòng đặt nồi hơi nên tốn diện tích và phức tạp
Trang 11 Nguyên lý hoạt động:
Ưu điểm:
+ Khả năng tự động hóa của hệ thống là rất cao
+ Có tác động nhanh tới sự thay đổi của phụ tải
+ Thời gian khởi động của hệ thống ngắn
+ Vấn đề mĩ quan được đảm bảo
Nhược điểm :
+ Chi phí đầu tư ban đầu lớn hơn so với lò hơi đốt than
Trang 12+ Không cần xin cấp phép hoạt động cho hệ thống.
+ Độ bền của hệ thống tương đối cao
Nhược điểm:
+ Duy trì nhiệt độ nước bể tại mức 280C tiêu tốn khoảng 30% năng
lượng so với ban đầu
+ Tiêu hao năng lượng khá lớn gây tốn kém trong quá trình khai thác sử
dụng, hiệu suất của hệ thống đạt 85%
+ Biện pháp an toàn cho hệ thống cần phải có van an toàn
Hình 1.12.a Mỏ đốt kim loại không và có hỗn hợp trước.
Hình 1.12.b Mỏ đốt được xây bằng tường
Trang 131.2.3.Bơm nhiệt
chính: dàn bay hơi, máy nén, bình ngưng tụ, van tiết lưu Với sự
luân chuyển nhiệt liên tục theo một vòng tuân hoàn kín: bay hơi
(trích xuất nhiệt từ không khí trong môi trường xung quanh) -
nén - ngưng tụ (truyền nhiệt làm nóng nước trong bình bảo ôn) -
tiết lưu - bay hơi, nhiệt lượng đã được truyền từ không khí tồn
tại trong môi trường xung quanh sang cho nước chứa trong bình
bảo ôn và làm nóng nước theo như sơ đồ mô tả dưới đây:
Nguyên lý hoạt động:
lạnh hút về từ dàn bay hơi, sau đó nén lên dàn ngưng tụ, môi
chất lạnh được ngưng tụ và ở đó môi chất lạnh có áp suất cao và
nhiệt độ cao, môi chất lạnh đó trao đổi nhiệt với nước lạnh tại
dàn ngưng tụ và làm cho nhiệt độ môi chất giảm xuống do quá
trình thải nhiệt cho nước, nước hấp thụ nhiệt và nhiệt độ của
nước tăng lên Sau đó áp suất môi chất giảm xuống khi qua van
tiết lưu, môi chất có nhiệt độ thấp và áp suất thấp Tiếp theo,
môi chất này được dẫn qua dàn bay hơi; tại đây, môi chất nhận
nhiệt từ môi trường xung quanh nhờ quạt và sau đó môi chất
được máy nén hút
Hình 1.15 Hệ thống bình nước nóng bơm nhiệt
Hình 1.16: Sơ đồ thiết bị và chu trình bơm nhiệt.
Trang 14CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ
2.1 Cấp hơi
Hơi đi ra từ tua bin trích hơi sẽ được phân phối đến các hộ tiêu thụ Hơi bão hòa từ lò hơi cấp vào ống góp phân phối hơi Từ ống góp phân phối hơi, cấp hơi cho các Xưởng tiêu thụ nhiệt bằng ống thép có bọc cách nhiệt Có một đường cấp hơi chính từ ống góp hơi, từ ống góp hơi chia thành 2 đường cung cấp hơi chính đến các phân xưởng sản xuất, nhà ăn và và cấp hơi tới thiết bị trao đổi nhiệt gia nhiệt cho nước lạnh phục vụ khu văn phòng
2.2 Hệ thống gia nhiệt cho nước và cung cấp nước nóng theo đúng yêu cầu
Hệ thống cấp hơi vào thiết bị trao đổi nhiệt dạng ngưng ống- vỏ sẽ nhả nhiệt cho nước lạnh ở 15 oC được cấp từ bể nước mềm, nước sẽ lên nhiệt độ yêu cầu, nước nóng này sẽ cung cấp cho khu phòng ăn và phòng kiểm nghiệm kỹ thuật
2.3 Hệ thống đường ống hồi
Hơi sau quá trình sử dụng tại các phân xưởng sản xuất, sau quá trình trao đổi nhiệt và khu nhà ăn sẽ qua
bộ cốc ngưng được lắp đặt sẵn và ngưng tụ thành nước ngưng Nước ngưng rất sạch, sẽ được vận chuyển qua các đường ống về bể chứa nước mềm Bể nước mềm sẽ cung cấp bổ sung nước vào lò hơi
Trang 15+ Hệ thống tự động điều chỉnh mực nước trong lò hơi
+ Đo mức nước: thiết bị đo trực tiếp mức nước trong lò hơi, ba long; cảm biến mực nước lò hơi : để kiểm soát và báo động mực nước trong lò hơi theo yêu cầu thiết kế, đảm bảo lượng cấp nước theo từng thời điểm
+ Tự động cấp nước
+ Tự động hóa quá trình đốt lò
+ Tự động duy trì áp suất hơi
*Ưu điểm:
+ Hiệu suất lò cao
+ Dung tích két nước nóng và công suất lò trung bình vậy ta có thể chạy lò bù nhiệt liên tục cho thiết bị trao đổi nhiệt và cấp nước cho bình trao đổi nhiệt những lúc có phụ tải
+ Đáp ứng nhu cầu nước nóng và hơi cho nhà máy một cách nhanh nhất
+ Khả năng tự động hóa cao Có khả năng đáp ứng tốt nhu cầu nước nóng và hơi của nhà máy
+ Hệ số an toàn của hệ thống cao
* Nhược điểm:
+ Quản lí và vận hành tương đối phức tạp
+ Chi phí đầu tư khá cao do lắp đặt bình gia nhiệt, các thiết bị tự động.
2.5 Các đường ống nhánh
Trang 163.1.1 Tính toán lượng hơi 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 và dự phòng nó thêm
50% nên tổng nhiệt cần nấu cơm là Q =995647,5kJ và 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 hơi là :
Trang 17b)Sản xuất nước nóng ở nhiệt độ 70 o C cho khu nhà văn phòng nhà ăn 11 m 3 /h.
+ Lượng nhiệt cần cấp cho nước từ t1 lên t2 trong 1 h
Q2 = Cp.G.(t2 – t1 ) = 4,2.11.1000.(70 – 15) = 2541000 kJ/h + Lương hơi yêu cầu :
D = /(r.η) =2541000/(0,85.2111) = 1416 kg/h
+ Công suất cần cấp cho lò là :
-Tổng hơi cần cung cấp cho toàn bộ hệ thống là:
=
= 1416+3900+ 499 = 5815 kg/h
-Tổng công suất cấp cho lò là :
Cs = Cs1 + Cs2 + Cs3 = 3413 (kW )
Trang 183.1.2 Chọn thiết bị cung cấp hơi
Để đáp ứng công suất hơi, ta chọn 2 lò hơi có công suất là 3000 kg/h Áp suất làm việc là : 5 kg/
So sánh chi phí nhiên liệu để đun 100 kg nước từ 150C lên 700C
* Chi phí khi gia nhiệt cho 100 kg nước bằng
lò hơi đốt than.
+ Lượng than cần thiết để gia nhiệt cho 100
kg nước là :
(kg)
+ Vậy giá thành của việc gia nhiệt cho 100 kg
nước bằng lò hơi đốt than là:
Trang 193.2 Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt
Xác định lượng nhiệt mà nước lạnh cần nhận được Qn
Xác định hệ số toả nhiệt 2 của nước
Xác định hệ số tỏa nhiệt khi ngưng hơi nước bên ngoài ống nằm ngang α1
Xác định diện tích trao đổi nhiệt F
Xác định các thông số của ống
Trang 20- Để đảm bảo cho lò hơi làm việc một cách đầy đủ và liên tục ta chọn 2 bơm ly tâm cho 1 lò, mỗi bơm có công suất 100% công suất yêu cầu (1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng).
-Mỗi bơm có thông số tối thiểu như sau:
+ Năng suất bơm cấp:
Trang 21CHƯƠNG 4:TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT
4.1.Tính toán thủy lực ống dẫn cấp nước nóng.
Bảng 4.1 Vận tốc tới hạn nước trong ống
- Đường kính ống dẫn nước nóng với tốc độ lớn nhất là:
- d = = = 0,08823 m = 88,23 mm Ta chọn đường kính ống là 90 mm
- Vận tốc thực trong ống là: = = = 0,437 m/s
Trang 224.2.Tính toán thủy lực ống dẫn cấp hơi và ống cấp nước hồi
Suất gíang áp đường dài 81,37 Pa/mGiáng áp đường dài 4068,5 PaChiều dài tương đương 30,03 mChiều dài quy dẫn 80,03 m
Áp suất cuối 493397 Pa
-Ống cấp nước hồi tính toán tương tự với lượng nước ngưng chỉ đạt 60 % và ktd = 1 mm với nhiệt độ nước hồi là 80oC nên ta chọn tốc độ lớn nhất là = 0,23 m/s.
-Tính toán cụ thể tại tr.26
Trang 234.4.Tính bảo ôn các thiết bị và đường dẫn
Chi tiết bọc cách nhiệt đường hơi Chi tiết bọc cách nhiệt đường nước nóng
2 L p cách nhi t bông th y tinh ớ ệ ủ 2 X p polyurethane ố
3 L p inox b c ngoài ớ ọ 3 ng nh a PVC Ố ự
Trang 244.4.3.Bảo ôn đường nước nóng
-Mật độ dòng nhiệt từ bề mặt cách nhiệt ra môi trường xung quanh là:
