Thiết kế nồi hơi công suất 200kg h sử dụng biogas làm nhiên liệu cho nhà máy chế biến thực phẩm vissan

Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa – đại hóa, kinh tế – khoa học kỹ thuật phát triển, ngành công nghiệp ngày phát triển địi hỏi việc sử dụng máy móc phải đại tốt để hạn chế việc gây ô nhiễm môi trƣờng xung quanh Vào năm gần đây, ngành cơng nghiệp nồi có phát triển vƣợt bậc ngày trở nên quan trọng đời sống sản xuất ngƣời Nồi thiết bị làm nguồn cung cấp nhiệt cho máy móc, thiết bị có yêu cầu sử dụng nhiệt Nồi đƣợc sử dụng ứng dụng rộng rãi cho tất nhà máy công nghiệp: nhà máy bánh kẹo sử dụng nhiệt để sấy sản phẩm, nhiệt dùng để nung nấu, trùng nhà máy giải khát, nhà máy nƣớc mắm… Đối với nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN, nồi sinh bão hịa dùng cơng đoạn chế biến thực phẩm nhƣ hấp, tiệt trùng xúc xích, làm chín thịt, làm thịt xơng khói, jambon… phục vụ sinh hoạt, sống ngày ngƣời Rõ ràng việc sản xuất, sử dụng nhiệt nƣớc góp phần quan trọng cách mạng khoa học kỹ thuật, phát triển xã hội nâng cao đời sống Nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN nơi tập trung giết mổ heo, trâu bò dùng để chế biến thực phẩm phục vụ sinh hoạt ngày ngƣời, có khu chăn ni dự trữ gia súc sống Hằng ngày lƣợng rác, chất thải chăn nuôi, giết mổ gia súc sinh hoạt nhà máy nhiều, không giải gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng, lây lan dịch bệnh ảnh hƣởng tới ngƣời dân sinh sống xung quanh Hiểu đƣợc điều đó, nhà máy cho xây dựng hệ thống sản xuất khí biogas để giải hai vấn đề chính:  Xử lý an tồn lƣợng chất thải chăn nuôi, sinh hoạt chế biến Làm mơi trƣờng phịng tránh dịch bệnh truyền nhiễm  Tạo nguồn lƣợng tái tạo khí biogas sử dụng làm nhiên liệu cho đốt nồi hơi, nhƣ sinh hoạt khác nhà máy Dƣới hƣớng dẫn thầy Trƣơng Quang Trúc em chọn đề tài “Thiết kế nồi công suất 200 kg/h sử dụng biogas làm nhiên liệu cho nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN” Chƣơng I: Tổng quan đề tài Chƣơng II: Lựa chọn nồi tính tốn cân nhiệt Chƣơng III: Tính tốn thiết kế nồi Chƣơng IV: Tính tốn lựa chọn thiết bị phụ Chƣơng V: Thiết kế mạch điện sử dụng cho nồi Vận hành bảo dƣỡng nồi Xử lý nƣớc cấp nồi - Chƣơng VI: Tính tốn hiệu kinh tế - GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong năm bƣớc chân vào giảng đƣờng đại học chúng em nhận đƣợc giúp đỡ quý thầy cô nhà trƣờng, đặc biệt quý thầy cô Khoa Công Nghệ Nhiệt – Lạnh Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh để chúng em có đƣợc ngày hơm Ơng cha ta nói “Khơng thầy đố mày làm nên”, đủ thấy tầm quan trọng thầy trong nghiệp trồng ngƣời Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo nhà trƣờng, ban lãnh đạo Khoa Công Nghệ Nhiệt - Lạnh, quý thầy cô trực tiếp giảng dạy mang lại cho em kiến thức quý báu làm hành trang để chúng em bƣớc vào sống vốn chứa đầy khó khăn thử thách Em xin chân thành cảm ơn thầy cô dạy giúp đỡ tận tình trình học tập nhƣ lúc thực đề tài luận văn Nhờ có dạy bảo quý thầy cô mà chúng em ngày hiểu biết nhƣ có sở kiến thức phục vụ cho luận văn Em xin chân thành cảm ơn thƣ viện trƣờng Đại Học Công Nghiệp TP.HCM cung cấp sách, tài liệu q báu giúp em hồn thiện đề tài Đặc biệt em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Th.S Trƣơng Quang Trúc ngƣời ln theo sát, tận tình bảo, hƣớng dẫn giúp đỡ em nhiều kiến thức để em hồn thành đề tài luận văn đƣợc giao Em xin chân thành cảm ơn thầy Trƣơng Quang Trúc chấp nhận làm ngƣời hƣớng dẫn luận văn cho em Trong q trình thiết kế tính tốn em cố gắng nhiều dựa vào kiến thức học, đọc tham khảo nhiều sách dƣới hƣớng dẫn, bảo nhiệt tình thầy Trƣơng Quang Trúc, nhƣng tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp quý báu thầy để em ngày hồn thiện Cuối em kính chúc q thầy trƣờng Đại Học Cơng Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh ln mạnh khỏe để cống hiến cho nghiệp trồng ngƣời đất nƣớc Em xin chân thành cảm ơn! TP HCM, ngày tháng năm 2014 Ngƣời thực Tạ Hồng Lĩnh GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh TRƢỜNG ĐH CN TP HCM KHOA CN NHIỆT – LẠNH Đồ Án Tốt Nghiệp Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên : Tạ Hồng Lĩnh MSSV: 10208031 Lớp: ĐHNL6 Ngành : Công nghệ Nhiệt Lạnh Niên khoá: 2010-2014 Tên đề tài : Thiết kế nồi công suất 200kg/h sử dụng biogas làm nhiên liệu Số liệu cho trƣớc: Nguồn khí đốt đƣợc lấy từ bể biogas dùng để đốt nồi Hơi sinh bão hịa dùng cơng đoạn chế biến thực phẩm nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN Số liệu khảo sát từ thực tế: Nhu cầu sử dụng hơi, thông số hơi, lƣợng chất thải, thông số khác nhà máy đƣợc sinh viên thu thập từ thực tế Các số liệu tra cứu: số liệu liên quan đến khí hậu, thủy văn sinh viên tự tra cứu Các nội dung cần giải quyết: a) Tổng quan đề tài, cần nêu rõ:  Giới thiệu số nồi cơng suất nhỏ đốt khí  Tính thực tiễn đề tài  Giới thiệu hệ thống biogas nhà máy b) Thiết kế nồi  Đặc điểm nhiên liệu  Lựa chọn kiểu lò, phƣơng pháp đốt, hệ thống cấp nhiên liệu thông số thiết kế  Tính tốn thiết kế buồng đốt  Thiết kế bề mặt trao đổi nhiệt  Tính bền chi tiết chịu áp lực c) Tính tốn, lựa chọn thiết bị phụ  Bơm nƣớc cấp  Quạt gió  Vẽ vẽ tổng thể, vẽ cấu tạo nồi d) Tính tốn hiệu suất nồi  Tính nhiệt độ khói thải  Tính hiệu suất nhiệt  Tính lƣợng tiêu hao nhiên liệu e) Thiết bị đo lƣờng, bảo vệ tự động Mạch điện GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh      f)    Đồ Án Tốt Nghiệp Mạch điện động lực Mạch điện điều khiển Lựa chọn thiết bị điều khiển Giải thích hoạt động mạch điện Nêu ngắn gọn quy trình vận hành nồi Tính tốn kinh tế Nhận xét, kết luận Vốn đầu tƣ Hiệu kinh tế hệ thống so với nồi đốt dầu FO cơng suất Kết luận tính khả thi đề tài Những nhận xét lƣu ý (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 29/06/2014 Trƣởng Khoa TS Bùi Trung Thành GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Giáo viên hƣớng dẫn Th.S Trƣơng Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp MỤC LỤC CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 1.2 1.3 1.4 Giới thiệu khái quát nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN Giới thiệu số nồi công suất nhỏ đốt khí Giới thiệu hệ thống biogas nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN 10 Tính thực tiễn đề tài 13 CHƢƠNG II: LỰA CHỌN NỒI HƠI VÀ TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT 15 2.1 Chọn lựa nồi cần thiết kế hệ thống đốt nhiên liệu 15 2.2 Đặc điểm nhiên liệu 17 2.3 Tính tốn q trình cháy nhiên liệu 20 2.3.1 Các phƣơng trình phản ứng cháy 20 2.3.2 Thể tích khơng khí lý thuyết cần thiết cho trình cháy 21 2.3.3 Thể tích thành phần sản phẩm cháy 22 2.4 Cân nhiệt nồi 27 2.4.1 Phƣơng trình cân nhiệt tổng quát 27 2.4.2 Tổn thất nhiệt khói thải mang Q2 29 2.4.3 Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn mặt hóa học Q3 31 2.4.4 Tổn thất nhiệt cháy không hoàn toàn mặt học Q4 31 2.4.5 Tổn thất nhiệt tỏa môi trƣờng Q5 31 2.4.6 Tổn thất nhiệt tro xỉ Q6 31 2.5 Hiệu suất sơ nồi 32 2.6 Tính lƣợng tiêu hao nhiên liệu nồi 32 CHƢƠNG III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ NỒI HƠI 33 3.1 Tính tốn thiết kế buồng lửa 33 3.2 Tính trao đổi nhiệt xạ buồng lửa 33 3.3 Tính tốn bề mặt trao đổi nhiệt đối lƣu 34 3.3.1 Hệ số truyền nhiệt k 37 3.3.2 Hệ số tỏa nhiệt α 38 3.3.3 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Δt 42 3.4 Tính bền cho thiết bị chịu áp lực 48 3.4.1 Tính bền cho balong balong nƣớc 48 3.4.2 Tính bền cho ống nƣớc 49 GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp CHƢƠNG IV: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 52 4.1 Quạt gió 52 4.1.1 Lƣu lƣợng quạt gió 52 4.1.2 Áp suất đầu đẩy quạt gi 52 4.2 Bơm nƣớc cấp 54 4.3 Bộ điều khiển mực nƣớc nồi 55 4.4 Thiết bị an toàn 56 4.5 Ống thủy 58 4.6 Áp kế 59 CHƢƠNG V: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN SỬ DỤNG CHO NỒI HƠI VẬN HÀNH VÀ BẢO DƢỠNG NỒI HƠI XỬ LÝ NƢỚC CẤP NỒI HƠI 61 5.1 Thiết kế mạch điện sử dụng cho nồi 61 5.1.1 Mạch điện động lực 61 5.1.2 Mạch điện điều khiển 62 5.1.3 Chọn khí cụ điện 67 5.2 Vận hành nồi 74 5.2.1 Công tác chuẩn bị vận hành nồi 74 5.2.2 Khởi động nồi 74 5.2.3 Vận hành ổn định 75 5.2.4 Ngừng nồi 75 5.3 Xử lý nƣớc cấp nồi 76 5.3.1 Mục đích ý nghĩa việc xử lý nƣớc cấp 76 5.3.2 Xử lý nƣớc cấp 76 5.3.3 Bộ làm mềm nƣớc 77 5.4 Bảo dƣỡng nồi 78 CHƢƠNG VI: TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KINH TẾ 79 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Tính hiệu suất nồi 79 Tính tiêu hao nhiên liệu 81 Tính tiêu hao nhiên liệu cho nồi đốt dầu công suất 81 Tính hiệu kinh tế 85 Tính khả thi đề tài kết luận 88 GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG HIỆU CHƢƠNG Trang Hình 1.1 Sơ đồ mặt tổng thể nhà máy Hình 1.2 Nhà máy VISSAN Hình 1.3 Một số sản phẩm VISSAN Hình 1.4 Nồi ống lị Hình 1.5 Nồi bình có ống lị Hình 1.6 Nồi ống lửa Hình 1.7 Cấu tạo nồi ống lửa Hình 1.8 Nồi ống nƣớc nghiêng Hình 1.9 Sơ đồ hầm biogas 11 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống sản xuất biogas 11 Hình 1.11 Bể chứa tạp chất bể chứa nhiên liệu 13 Hình 1.12 Bể phân hủy yếm khí 13 Hình 1.13 Hệ thống ống dẫn khí 13 CHƢƠNG Trang Hình 2.1 Nồi ống nƣớc đứng đốt nhiên liệu khí 15 Hình 2.2 Kết cấu nồi ống nƣớc kiểu đứng 15 Hình 2.3 Ngọn lửa không sáng 17 Bảng 2.1 Tính chất vật lý 19 Bảng 2.2 Enthalpy khí khơng khí 26 CHƢƠNG Trang Hình 3.1 Mặt cắt ngang thân nồi 33 Hình 3.2 Balong 48 Hình 3.3 Bản vẽ tổng thể nồi 52 CHƢƠNG Trang Hình 4.1 Bơm đa cánh tầng 54 Hình 4.2 Catalogue bơm 55 GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 4.3 Bộ điều khiển mức nƣớc dùng điện cực 61F-G3 Omron 56 Hình 4.4 Van an tồn kiểu lị xo 57 Hình 4.5 Ống thủy dẹp 58 Hình 4.6 Áp kế 59 CHƢƠNG Trang Hình 5.1 Mạch điện động lực nồi 61 Hình 5.2 Mạch điện điều khiển cho nồi 62 Hình 5.3 Cấu tạo contactor 67 Hình 5.4 Rơle thời gian Omron H3CR 69 Hình 5.5 Rơle trung gian MY Omron 69 Hình 5.6 Rơle trung gian MY2N 70 Hình 5.7 Rơle trung gian MY4N 70 Hình 5.8 Rơle áp suất KP15 71 Hình 5.9 Rơle bảo vệ tải (overload) 71 Hình 5.10 Thiết bị đóng ngắt điện tự động (aptomat) 72 Hình 5.11 Hình dạng nút nhấn 72 Hình 5.12 Hình dạng cơng tắc xoay 73 Hình 5.13 Chuông báo 73 Hình 5.14 Đèn báo 73 Hình 5.15 Xử lý nƣớc cấp phƣơng pháp trao đổi kết hợp cation HR anion RaOH 73 Hình 5.16 Bộ làm mềm nƣớc 77 Hình 5.17 Hạt nhựa trao đổi ion 78 GVHD: Th.S Trương Quang Trúc Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 5.15: Xử lý nƣớc cấp trao đổi kết hợp cation HR anion RaOH 5.3.3 Bộ làm mềm nƣớc Bộ làm mềm nƣớc làm việc dựa nguyên tắc trao đổi ion Bình đƣợc chế tạo thép nhựa composit, bình có chứa hạt trao đổi hạt cation hạt anion khơng hồn tan Các hạt nhựa có tác dụng loại bỏ ion tồn nƣớc trƣớc bơm vào nồi làm cho nƣớc mềm Làm mềm nƣớc: sử dụng hạt nhựa chuyên làm mềm nƣớc nhƣ Indion Na220, Indion 225H, Indion GS300, … Khử khoáng: sử dụng hạt nhựa trao đổi cation anion nhiều thiết bị khác Hình 5.16 Bộ làm mềm nƣớc GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 77 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 5.17 Hạt nhựa trao đổi ion 5.4 Bảo trì bảo dƣỡng nồi Việc bảo trì bảo dƣỡng tốt làm giảm đáng kể tuổi thọ nồi hơi, rút ngắn thời gian sửa chữa, nâng cao chất lƣợng sửa chữa kéo dài thời gian làm việc thiết bị Lập lịch bảo trì cho nồi hơi, tuân thủ theo lịch bảo trì:  Cứ sau ngày vận hành ta phải kiểm tra định kỳ nồi + Kiểm tra chất lƣợng nƣớc nồi hơi, độ pH để có biện pháp hiệu chỉnh kịp thời chất lƣợng nƣớc cấp nhằm tránh tƣợng đóng cáu bề mặt truyền nhiệt làm cản trở truyền nhiệt + Kiểm tra nhiệt độ khói thải, nhiệt độ khói thải tăng lên tức nồi có cố, cần kiểm tra lại hệ thống đốt, diện tích truyền nhiệt  Cứ tuần phải vệ sinh môi trƣờng nồi đốt, vệ sinh lƣới lọc lọc bơm nƣớc  Cứ tháng vận hành ta kiểm tra đƣờng khói lần  Cứ năm phải kiểm tra toàn nồi lần + Thực vệ sinh khí, bảo dƣỡng chi tiết, hạng mục liên quan đến buồng đốt, đƣờng khói, xả đáy, đƣờng hơi, đƣờng cấp nƣớc, bảo ôn, điện, điều khiển nồi Bảo dưỡng nồi hơi: Nếu nồi ngừng vận hành từ tháng trở lên dùng phƣơng pháp bảo dƣỡng khô Nếu nồi ngừng vận hành dƣới tháng dùng phƣơng pháp bảo dƣỡng ƣớt  Phƣơng pháp bảo dƣỡng khô: Sau ngừng vận hành nồi xả tồn nƣớc nồi hơi, bỏ đá vôi vào túi bỏ vào đƣờng khói đƣờng nƣớc để hút ẩm làm khơ đƣờng nƣớc đƣờng khói nồi GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 78 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp  Phƣơng pháp bảo dƣỡng ƣớt: Sau ngừng vận hành nồi thời gian ngắn, bơm đầy nƣớc vào nồi đến nƣớc tràn van xả khí, trì độ kiềm nƣớc lị pH = 10 Ở đƣờng khói, bỏ túi có chƣa đá vơi vào đƣờng khói để hút ẩm làm khô GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 79 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp CHƢƠNG VI TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KINH TẾ NỒI HƠI 6.1 Tính hiệu suất nồi Tính lại tổn thất nhiệt khói thải mang ngồi Q2 Khơng khí đƣa vào nồi nhiệt độ 30oC nhiệt độ khói thải nồi 240oC Nhƣ cần phí lƣợng nhiệt để đốt nóng khơng khí từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ khí thải Tổn thất gọi tổn thất nhiệt khí thải mang ngồi Trong đó: enthalpy khói thải, kJ/m3 (ở 240oC) Itho + (αth – 1).Ikklo Itho enthalpy sản phẩm cháy nhiệt độ khói thải tƣơng ứng với α = Tra bảng 2.2 chƣơng II ta có: Thay số vào ta đƣợc: Itho = = 0,98199.(438) + 4,666.(312,756) + 1,3217.(367,764) = 2375,5 kJ/m3 Ikklo enthalpy không khí nhiệt độ khói thải tƣơng ứng α = Ikklo= → (ct)kk = 5,9029.(314,7) = 1857,64 kJ/m3 Itho + (αth – 1).Ikklo = 2375,5 + (1,1 – 1).1857,64 = 2542,93 kJ/m3 enthalpy khơng khí lạnh đƣa vào nồi hơi, kJ/m3 GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 80 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp hệ số khơng khí thừa vị trí khói thải, nhiệt độ khơng khí mơi trƣờng, → tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn mặt học, % Với nhiên liệu nhiên liệu khí khơng có tro, nên q4 = 0% Thay số vào ta đƣợc: ( ) Ta có: Hiệu suất nồi hơi: → = q1 = 100 – (q2 + q3+ q4+ q5+ q6) = q1 = 100 – (10,1 + 1,5 + + 1,8 + 0) = 86,6 % 6.2 Tính lƣợng tiêu hao nhiên liệu Lƣợng tiêu hao nhiên liệu: Lƣợng tiêu hao nhiên liệu tính tốn: ( ) 6.3 Tính tiêu hao nhiên liệu cho nồi đốt dầu cơng suất Thơng số tính tốn: Áp suất: p = bar Sản lƣợng hơi: D = 200kg/h Nhiêu liệu dầu mazut (FO) có thành phần: [5 – 24] 85.3% 10.2% 0.5% 0.7% 0.3% 3% 0.7% Nhiệt độ nƣớc cấp: tnc = 25oC Nhiệt độ nhiên liệu: tnl = 90oC Nhiệt độ khơng khí tkk = 30oC Thể tích khơng khí khơ lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu: ( GVHD: Th.S Trương Quang Trúc ) 81 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh ( Đồ Án Tốt Nghiệp ) Hệ số không khí thừa α = 1,1 với Thể tích khơng khí thực tế đốt dầu FO: Thể tích sản phẩm cháy Trong đó: Thể tích khí ngun tử: ( ) Thể tích khí nitơ: Thể tích lý thuyết nƣớc: Thể tích nƣớc thực tế: Thay số vào ta đƣợc: 1,6 + 8,22 + 1,356 + (1,1 – 1).10,4 =11,816 Phƣơng trình cân nhiệt tổng quát: Qdv = Q1 + Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6, kJ/kg Ta tính đƣợc nhiệt trị thấp làm việc nhiên liệu: ( ) Nhiệt trị nhiên liệu đƣợc hâm nóng lên 90oC GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 82 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp Với: Cnl = 0,415 + 0,0006.tnl = 0,415 +0,0006.90 = 0,469 kcal/kg.oC → Qnl = 0,469.90.4,186 = 176,69 kJ/kg Vậy: Qdv = + Qnl = 39325,5 + 176,69 = 39502,2 kJ/kg Tổn thất nhiệt khói thải mang Q2: Trong đó: - enthalpy khói thải, kJ/m3 (ở 240oC) Itho + (αth – 1).Ikklo Itho - enthalpy sản phẩm cháy nhiệt độ khói thải tƣơng ứng với α = Tra bảng 2.2 chƣơng II ta có: Thay số vào ta đƣợc: Itho = = 1,6.(438) + 8,22.(312,756) + 1,34.(367,764) = 3764,4 kJ/m3 Ikklo - enthalpy khơng khí nhiệt độ khói thải tƣơng ứng α = Ikklo = → (ct)kk = 10,4.(314,7) = 3272,88 kJ/m3 Itho + (αth – 1).Ikklo = 3764,4 + (1,1 – 1).3272,88 = 4091,68 kJ/m3 - enthalpy khơng khí lạnh đƣa vào nồi hơi, kJ/m3 - hệ số khơng khí thừa vị trí khói thải, - nhiệt độ khơng khí mơi trƣờng, → GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 83 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn mặt học, % Với nhiên liệu dầu FO khơng có tro, nên q4 = 0% Thay số vào ta đƣợc: kJ/m3 → Ta có: - Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn mặt hóa học q3 = 1,5% Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn mặt học q4 = 0% Tổn thất nhiệt tỏa môi trƣờng q5 = 1,8% Tổn thất nhiệt tro xỉ q6 = 0% Hiệu suất nồi hơi: = q1 = 100 – (q2 + q3+ q4+ q5+ q6) → = q1 = 100 – (9,71 + 1,5 + + 1,8 + 0) = 87,53 % Nhiệt hữu ích cấp cho nồi: Dbh lƣợng bão hòa dẫn cung cấp trực tiếp không qua nhiệt, Dbh = 200 kg/h ibh enthalpy bão hòa, xác định theo áp suất bao hơi, kcal/kg Với áp suất bão hòa p = bar, tra bảng nƣớc nƣớc đƣờng bão hòa: ibh = 657,7 kcal/kg inc enthalpy nƣớc cấp cho nồi hơi, kcal/kg Nhiệt độ nƣớc cấp 25oC, với p = bar, tra bảng nƣớc chƣa sôi nhiệt ta đƣợc: inc = 25,11 kcal/kg Vậy: Q1 = 200.(657,7 – 25,11) = 126518kcal/h = 529604,4 kJ/h Lƣợng tiêu hao nhiên liệu: Lƣợng tiêu hao nhiên liệu tính tốn: ( GVHD: Th.S Trương Quang Trúc ) 84 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp 6.4 Tính hiệu kinh tế  Đối với nồi đốt nhiên liệu biogas  Vật liệu đầu tƣ: Ta cần mua nồi đốt nhiên liệu biogas với công suất 200 kg/h với giá thành khoảng 250 triệu VND Ở nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN có khu dự trữ thú sống với sức chứa khoảng 10.000 heo 4.000 bò Nhà máy có đủ ngun liệu để sản xuất khí biogas nhƣ phân heo, phân bò, phế phẩm giết mổ… điều ta cần xây dựng hệ thống để sản xuất khí biogas cho phù hợp với điều kiện có sẵn nhà máy Chi phí đầu tƣ thiết kế hệ thống sản xuất khí biogas khoảng tỷ VND Cần xây dựng hệ thống đƣờng ống cung cấp khí biogas đến nơi dự trữ nơi sử dụng Chi phí đầu tƣ cho hệ thống đƣờng ống cấp khí biogas khoảng 15 triệu VND Cần xây dựng nơi dự trữ khí biogas vật liệu màng nhựa chống thấm HPDE Chi phí đầu tƣ khoảng 20 triệu VND Vậy tổng chi phí cho vật liệu đầu tƣ khoảng 3.285.000.000 VND (ba tỷ hai trăm tám lăm triệu đồng)  Chi phí vận hành/ năm + Tiêu hao điện năng: Giá thành điện (ta tính chung từ thứ đến chủ nhật):  Giờ bình thƣờng (13h): 1.267 đ/kWh  Giờ thấp điểm (6h): 785 đ/kWh  Giờ cao điểm (5h): 2.263 đ/kWh Công suất điện sử dụng:  Quạt gió: 0,55 kW  Bơm nƣớc cấp: 0,5 kW  Tủ điện điều khiển 0,2 kW Vậy tổng công suất điện sử dụng 1,25 kW Ta cho nồi hoạt động 24h/ngày Vậy tiêu hao điện cho nồi là:  Giờ bình thƣờng: 1,25*1267 = 1.583 đ/h = 20.579 đ/ngày = 7.511.335 đ/năm  Giờ thấp điểm: 1,25*785 = 981 đ/h = 5.886 đ/ngày = 2.148.390 đ/năm GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 85 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp  Giờ cao điểm: 1,25*2263 = 2.829 đ/h = 14144 đ/ngày = 5.162.469 đ/năm Vậy tiêu hao điện năng/năm là: 7.511.335 + 2.148.390 + 5.162.469 = 14.823.000 đ/năm (mƣời bốn triệu tám trăm hai mƣơi ba ngàn/năm) + Tiêu hao nhân công: Một ngày nồi làm việc ca/ngày Mỗi ca làm việc 8h, ca ngày ca đêm Ta cần nhân công nhân trông coi nồi Cơng lao động tính theo thời gian 200.000 đ/ca cho ca ngày 250.000 cho ca đêm Trong ngày tổng tiền lƣơng trả cho nhân công 650.000đ/ngày Vậy tiêu hao nhân công năm 237.250.000 triệu/năm (hai trăm ba mƣơi bảy triệu hai trăm năm mƣơi ngàn đồng/năm)  Đối với nồi đốt dầu FO  Vật liệu đầu tƣ Ta mua nồi đốt dầu FO công suất 200 kg/h với giá thành khoảng 250 triệu VND Ta mua bồn chứa dầu với dung tich 10 m3 dạng nằm với giá thành khoảng 15 triệu VND Ta cần xây dựng hệ thống cấp dầu để đƣa dầu đến nồi  Bơm dầu Puisi Viscomat Vane F00303M00 với giá thành 9.500.000 VND  Thiết bị hâm dầu, lọc dầu hệ thống đƣờng ống với giá thành khoảng 25.000.000 VND Vậy tổng chi phí cho vật liệu đầu tƣ khoảng 300.000.000 VND (ba trăm triệu đồng)  Chi phí vận hành + Tiêu hao điện Giá thành điện (ta tính chung từ thứ đến chủ nhật):  Giờ bình thƣờng (13h): 1.267 đ/kWh  Giờ thấp điểm (6h): 785 đ/kWh  Giờ cao điểm (5h): 2.263 đ/kWh Cơng suất điện sử dụng:  Quạt gió: 0,55 kW GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 86 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh     Đồ Án Tốt Nghiệp Bơm nƣớc cấp: 0,5 kW Tủ điện điều khiển 0,2 kW Bơm dầu: 0,75 kW Thiết bị hâm dầu FO: 0,75 kW (Lƣu ý: thiết bị hâm dầu ngừng hoạt động nhiệt độ dầu bồn trung gian đạt đƣợc nhiệt độ đặt trƣớc khoảng 70 – 90oC Để tiện cho việc tính tốn kinh tế ta xem thiết bị hâm dầu hoạt động 24h/ngày.) Vậy tổng công suất điện sử dụng 2,75 kW Ta cho nồi hoạt động 24h/ngày Vậy tiêu hao điện cho nồi là:  Giờ bình thƣờng : 2,75*1267 = 3.484 đ/h = 45.292 đ/ngày = 16.531.580 đ/năm  Giờ thấp điểm: 2,75*785 = 2.159 đ/h = 12.954 đ/ngày = 4.728.210 đ/năm  Giờ cao điểm: 2,75*2263 = 6.223 đ/h = 31.115 đ/ngày = 11.356.975 đ/năm Vậy tiêu hao điện năng/năm là: 16.531.580 + 4.728.210 + 11.356.975 = 32.617.000 đ/năm (ba mƣơi hai triệu sáu trăm mƣời bảy ngàn/ năm) + Tiêu hao nhân công Một ngày nồi làm việc ca/ngày Mỗi ca làm việc 8h ca ngày ca đêm Ta cần nhân công coi nồi Cơng lao động tính theo thời gian 200.000 đ/ca cho ca ngày 250.000 cho ca đêm Trong ngày tổng tiền lƣơng trả cho nhân công 650.000đ/ngày Vậy tiêu hao nhân công năm 237.250.000 triệu/năm (hai trăm ba mƣơi bảy triệu hai trăm năm mƣơi ngàn đồng/năm) + Tiêu hao nhiên liệu Ở Việt Nam, dầu FO thƣờng đƣợc giao dịch theo hình thức bán bn Giá dầu FO thị trƣờng dao động từ 18.350đ – 18.750đ/kg tùy theo loại mặt hàng Ta tính đƣợc lƣợng tiêu hao nhiên liệu t = 15,7 kg/h Lƣợng dầu tiêu hao ngày 15,7*24 = 376,8 kg Lƣợng dầu tiêu hao năm 376.8*365 = 137.532 kg dầu năm Tổng số tiền mua dầu FO năm 2.523.712.200 VND GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 87 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp Đốt dầu FO Đốt biogas Vật liệu đầu tƣ Vật liệu đầu tƣ + Nồi hơi: 250.000.000 VND + Nồi hơi: 250.000.000 VND + Bồn chứa dầu: 15.000.000 VND + Hệ thống cấp dầu: + Hệ thống sản xuất biogas: 3.000.000.000 VND + Bơm dầu: 9.500.000 VND + Túi chứa khí biogas: } Tổng chi phí đầu tƣ là: 300.000.000 VND 20.000.000 VND + Hệ thống cấp biogas: 15.000.000 VND Tổng chi phí đầu tƣ là: 3.285.000.000 VND Chi phí vận hành/năm Chi phí vận hành/năm + Tiêu hao nhiên liệu: 2.523.712.200 VND + Tiêu hao điện năng: + Tiêu hao điện năng: 32.617.000 VND 14.823.000 VND + Tiêu hao nhân công: 237.250.000 VND + Tiêu hao nhân cơng: Tổng chi phí chi trả năm là: 2.793.579.200 VND 237.250.000 VND Tổng chi phí chi trả năm: 252.073.000 VND Thời gian hoàn vốn: Vậy sau 1,2 năm ta hoàn lại đƣợc số vốn đầu tƣ Đây ta cho nồi hoạt động 24/ngày, tức hoạt động với 100% tải cho tiện việc tính tốn kinh tế Nhƣng thực tế hệ số hoạt động nồi thấp Giả sử nhà máy VISSAN cần nồi hoạt động với 50% tải thời gian hồn vốn 2,4 năm GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 88 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp Ta xây dựng hệ thống sản xuất biogas, túi chứa khí biogas, nồi có tuổi thọ 15 năm Với nồi hoạt động 50% tải cần 2,4 năm ta hồn lại số vốn ban đầu Vậy tổng thời gian mà ta bắt đầu kiếm đƣợc lợi nhuận : 15 – 2,4 = 12,6 năm 6.5 Tính khả thi đề tài Nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN nằm bên bờ sông Sài Gòn, đƣờng nối dài với đƣờng Nơ Trang Long, phía tây phía nam cơng ty giáp với sơng Thủ Tắc với tổng diện tích lên đến 40.105,19 m2 Có khu tồn trữ thú sống với sức chứa 10.000 heo va 4.000 bò Đây nơi tập trung giết mổ heo, bò để chế biến loại thực phẩm dùng sinh hoạt ngƣời Một ngày lƣợng chất thải từ phân heo, bò, nƣớc thải sinh hoạt, phế phẩm giết mổ nhƣ mở heo, bò … nhiều Nhận thức đƣợc trách nhiệm doanh nghiệp với môi trƣờng VISSAN tiến hành thiết kế xây dựng hệ thống sản xuất khí biogas, kết hợp sử dụng ao sinh học sử dụng chế phẩm sinh học EM (Effective Microogranisms) để xử lý nƣớc thải sau hầm biogas nhằm làm giảm nồng độ chất nhiễm có nƣớc thải trƣớc thải môi trƣờng Xây dựng hệ thống sản xuất biogas nhà máy VISSAN có lợi khơng có hại:  Sử dụng khí biogas dùng cho nồi nhà máy sản xuất bão hòa dùng chế biến thực phẩm nhƣ tiệt trùng xúc xích, thịt nguội, làm thịt xơng khói Với hệ thống sản xuất khí biogas, khí biogas sinh hồn tồn miễn phí khơng cần phải mua nhiên liệu để đốt cho nồi nhƣ dầu FO giúp nhà máy tiết kiệm đƣợc khoảng tiền lớn mặt mua nhiên liệu.Khơng nhà máy cịn dùng khí biogas để chạy máy phát điện, dùng phục vụ nhu cầu sản xuất sinh hoạt nhà máy làm giảm chi phí điện cho nhà máy  Giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng phát sinh từ chất thải, nƣớc thải từ nhà máy Giảm thiểu mùi hôi không gây ảnh hƣởng đến sức khỏe cộng đồng dân cƣ xung quanh  Xử lý an toàn chất thải chăn nuôi, làm môi trƣờng phịng ngừa bệnh truyền nhiễm  Những khó khăn thực hệ thống  Để xây dựng hệ thống sản xuất biogas cho nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN đòi hỏi vốn đầu tƣ ban đầu lớn lên đến hàng tỷ đồng  Hệ thống sản xuất biogas cho nhà máy lớn, vẽ phức tạp, thi cơng xây dựng khó khăn địi hỏi tính xác cao để tránh bị rị rỉ khí biogas ngồi GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 89 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp  Kết luận Biogas dạng lƣợng tái tạo nên việc sử dụng biogas làm nhiên liệu để đốt nồi làm cho nhà máy tiết kiệm đƣợc khoảng tiền lớn không cần phải mua nhiên liệu để đốt nồi Nồi sử dụng nhiên liệu biogas 1,2 năm lấy lại đƣợc vốn đầu tƣ ban đầu so với nồi đốt dầu FO (tính cho nồi hoạt động 24h/ngày) Nhà máy cịn sử dụng khí biogas để chạy máy phát điện phục vụ cho nhu cầu sản xuất sinh hoạt nhà máy, tiết kiệm đƣợc khoảng tiền điện hàng tháng Xử lý đƣợc hết chất thải nhƣ phân heo, phân bò, phế phẩm từ giết mổ nƣớc thải từ việc sinh hoạt, vệ sinh thiết bị máy móc, nhà xƣởng… Từ tạo môi trƣờng làm việc sẽ, không gây ô nhiễm, hạn chế phát triển dịch bệnh cho ngƣơi công nhân nhƣ ngƣời dân sinh sống xung quanh nhà máy Tuy vốn đầu tƣ cho hệ thống sản xuất biogas ban đầu cao, nhƣng đổi lại mang lại lợi ích lớn cho nhà máy VISSAN GVHD: Th.S Trương Quang Trúc 90 Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Đồ Án Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Thiết Kế Lò Hơi – T.S Nguyễn Thanh Hào – Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh Tạp Chí Phát Triển KH&CN, Tập 12, Số 14 – 2009 – Ứng Dụng Biogas Chạy Máy Phát Điện Cỡ Nhỏ Tại Nơng Thơn Việt Nam - Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Hữu Hƣờng, Đoàn Thanh Vũ, Vũ Việt Thắng Trƣờng Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Giáo Trình Kỹ Thuật Lị Hơi – GS.TS Phạm Xuân Vƣợng (chủ biên) PGS.TS Nguyễn Văn Muốn – Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Năm 2007 Cách Tính Hiệu Suất Và Các Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Suất Lị Hơi Cơng Suất Nhỏ - Trung Tâm Thí Nghiệm Điện Thiết Kế Lị Hơi – PTS.Trần Thanh Kỳ – Trung Tâm Nghiên Cứu Thiết Bị Nhiệt Và Năng Lƣợng Mới – Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Năm 1990 Cơng Nghệ Lị Hơi Và Mạng Nhiệt – PGS.TS.Phạm Lê Dzần – T.S Nguyễn Công Hân – Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 2005 GVHD: Th.S Trương Quang Trúc ... khí đốt đƣợc lấy từ bể biogas dùng để đốt nồi H? ?i sinh bão h? ?a dùng công đoạn chế biến thực phẩm nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN Số liệu khảo sát từ thực tế: Nhu cầu sử dụng h? ?i, thông số h? ?i, ... 1.3 1.4 Giới thiệu khái quát nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN Giới thiệu số nồi cơng suất nhỏ đốt khí Giới thiệu h? ?? thống biogas nhà máy chế biến thực phẩm VISSAN 10 Tính thực tiễn đề... làm nhiên liệu cho nồi h? ?i, nhƣ sinh hoạt nhà máy  Nguyên lý h? ??m biogas Chất thải từ nhà máy chế biến VISSAN đƣợc thu gom theo h? ?? thống vào h? ??m hay bể biogas kín khí Tại lƣợng vi khuẩn gây h? ??i