đồ án nhiệt lạnh i đề tài thiết kế hệ thống cấp nhiệt cho khác sạn pearl river

PHẦN 1: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT1.1 Các phương pháp cấp nhiệt 1.1.1 Bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời.Là một ứng dụng phHt triển gần đây tro

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ – KHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG

**************

ĐỒ ÁN NHIỆT LẠNH I

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT CHO KHÁC SẠN PEARL RIVER

Hà Nội,2022

MỤC LỤC

Lời nói đầu 4

PHẦN 1: 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT 5

1.1 Các phương pháp cấp nhiệt 5

1.1.1 Bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời 5

1.1.2 Lò hơi kết hợp năng lượng mặt trời 7

1.1.3 Lò hơi kết hợp bơm nhiệt 8

1.1.4 Lò hơi kết hợp bơm nhiệt và năng lượng mặt trời 9

1.2 Các loại nguồn cấp nhiệt 10

1.2.1 Lò Hơi 10

1.2.2 Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt 15

1.2.3 Bơm nhiệt 20

1.2.4 Mạng Nhiệt 23

1.2.5 Năng Lượng Mặt Trời 30

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁP NHIỆT 36

2.1 Cấp hơi 36

2.2 Gia nhiệt cho nước 36

2.3 Gia nhiệt cho bể bơi Lỗi! Th đnh du không đưc xc đnh 2.4, Cấp nước nóng cho khách sạn 36

2.5 Thông số cho hệ thống cấp nhiệt 37

2.6 Tổng quan về thiết bị nguồn cấp nhiệt 37

2.6.1 So sánh chi phí nhiên liệu 38

2.6.2 Chọn công suất lò hơi 41

Chương 3: Tính chọn các thiết bị chính 44

3.1 Tính chọn thiệt bị trao đổi nhiệt cấp nước nóng trên mái 44

Tính chọn bơm cấp 49

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT 51

4.1 Tính toán thủy lực đường ống nước nóng 51

4.1.1 Tính toán thuỷ lực nước nóng cho đường ống ngang 51

4.1.2 Tính thuỷ lực cho các trục kỹ thuật 55

4.2 Tính toán thủy lực ống dẫn nước ngưng 59

4.3 Tính toán thủy lực ống dẫn cấp đường hơi 60 4.3.1.Tính toán thủy lực cho đường ống cấp hơi lên mái: 60 4.3.2 Các đường cấp hơi cho khu giặt là,nhà bếp, bể bơi, dịch vụ 62 KẾT LUẬN Lỗi! ThF đHnh dIu không đưLc xHc đNnh TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Lời nói đầu

Đồ Hn môn học là nhiệm vụ và yêu cầu đầu tiên của mỗi sinh viên để củng cố kiếnthức đã học vào thực tế cụ thể đồng thời kết thúc môn học, cũng như phần nào xHcđNnh đưLc công việc của mình sẽ làm trong tương lai khi ra trường Góp phần củng

cố và tóm tắt tIt cả cHc kiến thức liên quan, tạo nền tảng vững chắc cho sinh viên

Hiện nay nhu cầu về năng lưLng trong sản xuIt cũng như trong đời sống là rIt

lớn và ngày càng tăng, trong đó nhiệt năng chiếm tỷ lệ chủ yếu trong quH trình sảnxuIt và sử dụng năng lưLng dưới dạng nhiệt năng thì việc sinh hơi và đưa đến hộtiêu thụ dùng có một vai trò quan trọng Việc sử dụng năng lưLng nhiệt có thể phân

ra thành hai nhóm chính: Sử dụng riêng lF trong cHc hộ dân cư và sử dụng tậptrung cả khu dân cư, nhà hàng, khHch sạn, xí nghiệp công nghiệp và cHc khu côngnghiệp Việc sử dụng năng lưLng nhiệt tập trung đã hình thành cHc hệ thống cungcIp nhiệt Để cung cIp nhiệt một cHch hiệu quả nhIt trong cHc hệ thống cung cIpnhiệt, chúng em đưLc trang bN môn học “Hệ thống cung cIp nhiệt” và đồ Hn mônhọc này

Về nội dung thiết kế “Hệ thống cung cấp nhiệt cho khách sạn Pearl River – Hải Phòng”, sau khi tìm hiểu và tiến hành làm đồ Hn, cùng với sự hướng dẫn tận

tình của thầy giHo đã đem lại cho em những kiến thức bổ ích và kinh nghiệm chocông việc trong tương lai Đây là một đề tài hay và rIt thực tiễn

Dưới đây là bản tính toHn thiết kế hệ thống cung cIp nhiệt cho khHch sạn PearlRiver Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ Hn này chắc chắn không trHnh khỏinhững sai sót, rIt mong thầy giHo hướng dẫn sẽ chỉ bảo cho chúng em làm đưLckết quả tốt nhIt và đúng tiến độ đã đặt ra Chúng em xin chân thành cảm ơn thầyPhạm Anh Minh đã hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành bản đồ Hn này

Em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN 1:

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT

1.1 Các phương pháp cấp nhiệt

1.1.1 Bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời.

Là một ứng dụng phHt triển gần đây trong việc tích hLp bơm nhiệt và công nghệ năng lưLng mặt trời nằm trong việc sử dụng năng lưLng mặt trời thu trực tiếp mở rộng để thay thế cHc thiết bN bay hơi giải nhiệt bằng không khí trong một hệ thống bơm nhiệt

Hình 1.1.1: Sơ đồ hệ thống bơm Nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời.

Hình 1.1.2: Hệ thống bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

Đặc điểm của hệ thống: Kết hLp đồng thời bơm nhiệt và bộ thu năng lưLng

mặt trời để cIp nước nóng

Ưu điểm:

- Nhiệt độ bay hơi cao của chIt làm lạnh ở thiết bN bay hơi hay bộ thu do cHc tHc động làm nóng của năng lưLng mặt trời Điều này làm tăng hệ số hiệu suIt của cHc mHy bơm nhiệt Từ quan điểm công nghệ năng lưLng mặt trời, cHc chIt làm lạnh là chIt lỏng làm việc tại cHc bộ thu năng lưLng mặt trời trải qua giaiđoạn thay đổi ở nhiệt độ tương đối thIp Tổn thIt nhiệt của cHc bộ thu giảm rõ ràng và do đó hiệu quả tiện ích năng lưLng đưLc cải thiện

- An toàn, vận hành tự động không gây chHy nổ không có nguy cơ bN điện giật, có thể vận hành cả ngày

- Hệ thống tận dụng nguồn năng lưLng từ tự nhiên giúp giảm thải khí nhà kính và giảm 80% điện năng cIp cho việc cung cIp nước nóng thông thường.

- Tuổi thọ của thiết bN cao, dễ bảo trì hệ thống

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu tương đối cao

- Hiệu suIt của tIm năng lưLng mặt trời phụ thuộc vào thời tiết

1.1.2 Lò hơi kết hợp năng lượng mặt trời.

Hình 1.2.1: Sơ đồ hệ thống lò hơi kết hợp năng lượng mặt trời

Đặc điểm của hệ thống: Kết hLp nhiệt năng từ năng lưLng mặt trời và lò

hơi để cIp cho hệ thống

Ưu điểm:

- Tăng hiệu suIt làm việc của lò hơi, tiết kiếm nhiên liệu

- Sử dụng tIm tích nhiệt năng của mặt trời để giảm tải điện năng cIp cho lò hơi trong những ngày nắng mạnh

- QuH trình vận hành của hệ thống cực kì êm Hi, không gây ra tiếng ồn.

Nhược điểm:

- Những ngày thời tiết xIu hoặc trời đông cần một lưLng lớn nhiên liệu để có thể vận hành đủ công suIt

- Kích thước lò hơi lớn vậy nên cần có không gian lắp đặt lớn

1.1.3 Lò hơi kết hợp bơm nhiệt.

Hình 1.3.1: Sơ đồ hệ thống lò hơi kết hợp với bơm nhiệt

Đặc điểm hệ thống: Sử dựng bơm nhiệt để cIp thêm nhiệt cho lò hơi giúp

- Tận dụng nguồn nhiệt thải của chu trình làm mHt để gia nhiệt thêm làm tăng

hệ số trao đổi năng lưLng

Nhược điểm:

- Do là cHc thiệt bN hiện đại chưa phổ biến và đưLc chế tạo từ những vật liệu cao cIp nên giH thành cho hệ thống rIt lớn, cao hơn năng lưLng mặt trời nên vẫn chưa phù hLp cho tòa nhà chung cư bình dân

- Nếu không tận dụng hơi của giàn lạnh sẽ gây lãng phí không tối ưu đưLc hệ thống

1.1.4 Lò hơi kết hợp bơm nhiệt và năng lượng mặt trời.

Hình 1.4.1: Lò hơi kết hLp bơm nhiệt và năng lưLng mặt trời

Đặc điểm của hệ thống: Sử dụng 3 nguồn thu nhiệt để tạo nước nóng cho

sinh hoạt hoặc sIy sưởi,…

Ưu điểm:

- Thích hLp dùng cho cHc tòa nhà công trình lớn

- Có thể vận hành độc lập để không phụ thuộc vào thời tiết hay nguyên liệu cIp

- Tận dụng hết nhiệt thải trong quH trình sử dụng

Nhược điểm:

- Hệ thống phức tạp nên việc thi công cần chính xHc cao hơn

- Chi phí đầu tư lớn.

- Cần diện tích rộng

- Có thể gây ra tiếng ồn khi hệ thống hoạt động của mHy nén hoặc sIy

1.2 Các loại nguồn cấp nhiệt

1.2.1 Lò Hơi

1.2.1.1 Định Nghĩa :

Lò hơi là thiết bN nhận nhiệt từ môi trường để chuyển nước cIp vào lò hơi thành hơi thoHt ra khỏi lò hơi Năng lưLng cIp vào lò hơi có thể là do cHc phản ứng chHy cHc loại nhiên liệu để sinh ra nhiệt hoặc do phản ứng hạt nhân để sinh nhiệt …

1.2.1.2 Cấu tạo :

CIu tạo đơn giản nhIt của lò hơi bao gồm 2 trống nước ( bao nước) , một ở phía trên, một ở phía dưới có hai dàn ống, một dàn nằm trong buồng đốt để đưLc đốt nóng tạo hỗn hLp hơi và nước sôi chuyển động lên trống trên (còn gọi là trống nước) Việc tuần hoàn hỗn hLp nước sôi và hơi nước đi lên trống trên để tHch hơi

Và nước từ trống trên chuyển xuống trống dưới có thể tự tuần hoàn tự nhiên, cũng

có thể là tuần hoàn cưỡng bức: Phải dung bơm chuyên dụng Trống trên là nơi tHchhơi nước ra khỏi hốn hLp hơi nước, xoắn ruột gà (hoặc cIu tạo khHc) đặt ngang hoặc dọc trên đỉnh lò để tận dụng nhiệt của khói lò tại đây hơi nhận them một lưLng nhiệt thành hơi quH nhiêt ( hơi khô), hơi này có Hp suIt và nhiệt độ cực cao đưLc đưa đi sử dụng cho cHc thiết bN như đông cơ hơi nước, turbine hơi nước…

1.2.1.3 Ứng dụng

Trong cHc nhà mHy công nghiệp có sử dụng nhiệt thì người ta cần sử dụng thiết bN nồi hơi (lò hơi) để làm nguồn nhiệt cung cIp hơi và dẫn nguồn nhiệt, nguồnhơi đến cHc hệ thông mHy móc cần sử dụng

Lò hơi đưLc sử dụng rộng rãi trong hầu hết cHc ngành công nghiệp, mỗi nhành công nghiệp đều có nhu cầu sử dụng nhiệt với mức dộ và công suIt khHc nhau CHc công ty như: Công ty may mặc, công ty giặt khô sử dụng nồi hơi để cung cIp hơi cho hệ thống cầu là, cHc nhà mHy như chế biến thức ăn gia súc, bHnh kẹo, sử dụng nôi hơi để sIy sản phẩm Một số nhà mHy sử dụng lò hơi để đun nIu, thanh trùng như nhà mHy nước giải khHt, nhà mHy nước mắn…

1.2.1.4 Phân Loại

a) Lò Hơi Điện

Là lò hơi có chức năng biến đổi điện năng thành nhiệt năng để chuyểnhóa nước thành hơi nước mang nhiệt phục vụ cho công nghiệp và đời sống

Ví dụ : lò hơi đun nước nóng trong cHc quHn ăn sHng hoặc lò hơi trongngành dưLc phẩm

Đặc điểm :

- Nồi hơi điện có dạng hình trụ, nhỏ gọn, đưLc đặt đứng khi vận hành

- Công suIt hoạt động khHc nhau, có thể lên đến 144kW

- Thân nồi sản xuIt bằng thép chNu lực A515GR60, không rỉ sét, ăn mòn, có thể chNu đưLc nhiệt độ cao VÌ vậy nồi hơi có thể sử dụng bền bỉ trong thời gian dài

- Sử dụng vật liệu bảo ôn, cHc nhiệt là lớp bống thoHng và bông thủytinh Bên ngoài nôi còn bọc them lớp inox đF ngăn chặn hơi thIt thoHt ra ngoài làm giảm hiệu quả vận hành

- Năng suIt sinh hơi lớn, từ 50 đến 200kg/h

- Không gây ồn, than thiện môi trường

- ĐưLc trang bN hệ thống van an toàn, điều chỉnh Hp suIt để đảm bảo

an toàn trong quH trính sử dụng

Ưu điểm :

- Thiết kế nhỏ gọn

- Vận hành cực kì vệ sinh và đơn giản

- Đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường

- Chi phí tiêu thụ điện năng cũng không cao mà còn rF hơn cHc nhiên liệu dầu lưa hoặc khí gas, hiệu suIt đạt tới 99%

- Tuổi thọ cao và không có NOx đưLc giải phóng vào không khí

b) Lò hơi ghi xích :

Là thiết bN sử dụng nhiệt từ nhiên liệu đưLc đốt như than hoặc củi …

để gia nhiệt cho nước thành hơi nước mang nhiệt phục vụ cho nhu cầusản xuIt hoặc phHt điện

Nguyên lý hoạt động :

Nhiên liệu đưLc đưa từ phễu cIp liệu , ghi xích quay tốc độ khH chậm khoảng từ 2 đến 30m/h , từ từ đưa nhiên liệu vào buồng lửa Nhiên liệu nhận biết từ buồng lửa và sản phẩm đưLc sIy nóng , sIy khô , thoHt chIt bốc , tạo cốc , gặp không khí cIp một thì chHy tạo sản phẩmchHy và tro Sản phẩm chHy đi vào buồng lửa gặp gió cIp hai và chHy kiệt Nhiệt độ sản phẩm chHy 1000-1500 độ qua bề mặt truyền nhiệt , truyền bớt nhiệt cho môi chIt nhiệt độ giảm 120-250 độ rồi thải ra ngoài Nước đưLc bơm qua bộ hâm nước đưa vào balong chuyển động tuần hoàn qua dàn ống xuống ,ống góp dưới , dàn ống lên trở về balong đã nhận nhiệt biến dần thành nước nóng sôi , hơi bão hòa đi qua bộ quH nhiệt trở thành hơi quH nhiệt

Ưu điểm :

- Đốt đưLc nhiều loại nhiên liệu

- Dễ vận hành , cIu tạo đơn giản

- GiH thành thIp

NhưLc điểm :

- Chi phí bảo trì cao

- Hiệu suIt lò hơi không cao

Đặc tính kỹ thuật:

- Công suIt sinh hơi: từ 3T/h – 40T/h

- Áp suIt thiết kế từ 10 bar – 150 bar

- Hơi bão hòa hoặc hơi quH nhiệt

- Nhiên liệu đốt: Than

- Hiệu suIt lò hơi: 85%

c) Lò hơi công nghệ ghi xích đốt than

Là loại lò đốt có nhiên liệu đưLc đốt chHy trong một lớp hoặc trong một thể sôi với những hạt rắn nóng không chHy Lò hơi tầng sôi có thể đưLc sử dụng ở một số nhà mHy để đun nIu, thanh trùng ví như nhà mHy nước giải khHt, nhà mHy sản xuIt nước tương,dầu thực vật, nhà mHy nước mắm Ngoài ra, lò hơi tầng sôi còn đưLc ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuIt giIy, bột giIy, dệt nhuộm, thực phẩm, dưLc phẩm, khHch sạn nhờ khả năng giúp tiết kiệm đến 80% nhiên liệu

Nguyên lý hoạt động :

Nhiên liệu sau khi sơ chế đưLc đưa vào buồng lửa, gió cIp 1 đưLc cIp vào từ phía dưới buồng đốt làm nhiệm vụ tạo lớp sôi Tiếp đến gió cIp 2 đưLc cIp vào buồng ở một độ cao nhIt đNnh CHc hạt chuyển động trong buồng gió luân chuyển giúp cHc hạt nhiên liệu chHy hết

Khi chHy gần hết tạo xỉ và bụi, có trọng lưLng nhẹ nên bay lên theo khói ra buồng lửa Tuy nhiên hon hLp lại trải qua quH trình phân

ly hạt than lắng lại và đưa trở vê buồng lửa tiếp tục quH trình chHy đếnkhi cạn kiệt

Về phần nhiệt sinh ra trong quH trình chHy sẽ truyền đến vHch ống của buồng đốt và cHc giàn ống trong thân lò Nước trong cHc vHchống buồng đốt, và giàn ống thuộc phần thân lò sẽ nhận nhiệt từ vHch ống, hóa hơi, làm tăng Hp suIt, đồng thời chuyển động lên phía trên bao hơi Tại bao hơi, hơi đưLc tHch khỏi pha lỏng và đi vào đường ống dẫn hơi, đến nơi sử dụng

- Tạo nguồn nhiệt lớn, ổn đNnh với nhiệt độ lên đến 900 độ

- Giảm phHt thải bụi nhờ cHc bộ lọc công nghiệp đúng tiêu chuẩn

Có thể lọc đến 99% lưLng bụi bay theo khói

- Không có hiện tưLng đống xỉ cHc dàn ống sinh hơi đặt trong buồnglửa

- Chi phí duy trì, sửa chữa thIp

- Tuổi thọ và độ bền cao

NhưLc điểm :

- Nồi hơi tầng sôi đa số đưLc sử dụng trong sản xuIt công nhiệp và ít

sử dụng trong nhà mHy nhiệt điện

- Chỉ đốt đưLc cHc loại nhiên liệu nhỏ và đông đều

Đặc tính kĩ thuật:

- Công suIt sinh hơi: từ 3T/h – 40T/h

- Áp suIt thiết kế từ 10 bar- 150 bar

- Hơi bão hòa hoặc hơi quH nhiệt

- Nhiên liệu đốt: Than

- Hiệu suIt lò hơi: 85%

d) Lò hơi thu hồi nhiệt :

Lò hơi thu hồi nhiệt (HRSG) là một lò hơi thu hồi năng lưLng nhiệt từcHc dòng khí nóng của cHc tua bin khí hoặc hệ thống lò đốt rHcHơi thu hồi sẽ đưLc sử dụng vào quH trính sản xuIt ( Hp thIp ) hoặc là phHt điện (Hp cao)

Đặc tính kỹ thuật :

- Công suIt bay hơi – tạo hơi: 10000 – 20000 kg/h

- Áp suIt hơi vận hành: 100 bar

- Nhiệt độ hơi vận hành: 500 độ C

1.2.2 Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT

4.1 Tính toán thủy lực đường ống nước nóng

Trong hệ thống cIp nhiệt, nước nóng có nhiệt độ 70 C, từ bồn chứa nước o

nóng 2m trên tầng thưLng, ta cIp nước cho cả tòa theo phương Hn: Cho đường ống3

chính đi từ bồn nước nóng thẳng xuống cHc tầng Mỗi tầng sẽ có đường nhHnh ngang để cung cIp nước tới cHc phòng, đầu mỗi nhHnh sẽ có 1 van chặn

G75t= 32,333

10 = 3,233 (l/ph)

Theo sơ đồ bản vẽ thì thông thường mỗi trục ngang của toà nhà thường có

Trong bài tính toHn thì chọn vận tốc sơ bộ là ꞷsb = 0,4 m/s

Lưu lưLng chảy qua phân đoạn 1 tính từ trHi sang phải là

Theo phương trình bec nu li thì :

Đường kính ống dẫn nước nóng ứng với tốc độ lớn nhIt là :

Ta chọn ống có đường kính trong 70mm và đường kính ngoài là 76 mm

ℜ=ω.dϑ

Chiều dài tương đương mỗi phân đoạn có khuỷu cong r = 2d là

Tổng giHng Hp với phân đoạn III là:

δp =Rdd.Lqd=159,09 10,55=1678,4 Pa

Áp suIt đầu mỗi đường ống là p’=p1’=p ’=p2 3’ = 119125,576 (Pa)

Áp suIt ở cuối đường ống là :

p1= {p} rsub {1} rsup {'} -δ = 119125,576 – 1484,49= 117641,1 (Pa)

p 2 = {p} rsub {2} rsup {'} -δ = 119125,576 – 1490,82 = 117634,8 (Pa)

p3= {p} rsub {3} rsup {'} -δ = 119125,576 – 1678,4 = 117447,2 (Pa)

4.1.2 Tính thuỷ lực cho các trục kỹ thuật

KhHch sạn có 8 trục kỹ thuật Chiều dài cHc tầng cHch nhau 3,5m LIy trục 2 có 12 phòng làm tiêu chuẩn

Lưu lưLng nước nóng 75oC , mỗi phòng trong giờ cao điểm là

G75 = 4074

126 = 32,333 (l/p)Trong thực tế khi tắm thường chỉ lIy nước nóng khoảng 10 phút

G75t= 32,333

10 = 3,233 (l/ph)Theo sơ đồ bản vẽ thì thông thường mỗi trục ngang của toà nhà thường có