tổng quan về hệ thống cấp nhiệt và thiết bị nguồn cấp nhiệt về khu nghỉ dưỡng thảo viên resort

Khối lượng riêng của hơi nhỏ hơn nước làm bay hơi lên.Phần nước chưa bốc hơi có trong bao hơi được đưa trở lại dàn ống, qua các ống xuống bố trí ngoài tường lò, có trọng lượng riêng lớn

4.2: Chọn thiết bị trao đổi nhiệt 30

Chương 5: Chọn vật liệu và tính chiều dày tuyến ống chính 5.1: Chọn vật liệu ống 33

• THÔNG TIN Về KHU NGHỈ DƯỠNG THẢO VIÊN RESORT

- Có 2 bể bơi A, B (01 bể 200 m3 và 01 bể 250m3) 450 m3 trong thời gian 20 giờ.

- Có 1 phòng xông hơi.

Mô tả tóm tắt nội dung và các yêu cầu tính toán:- Thiết lập sơ đồ nhiệt nguyên lý.

- Tính toán thủy lực mạng nhiệt.

- Tính toán lựa chọn thiêt bị chính của hệ thống.- Xây dựng sơ đồ không gian hệ thống cấp nhiệt.

1.1.Tổng quan về thiết bị nguồn cấp nhiệt

1.1.1 Tính công suất lò hơi cần dùng

3

- Cấp nhiệt cho bể bơi (01 bể 200 m3 và 01 bể 250m3) 450 m3 trong thời gian20 giờ thì công suất lò hơi là 1500 kghơi/ giờ với mức tiêu thụ than lớn nhấtlà 200kg/ 1giờ

- Vậy lượng nhiên liệu để gia nhiệt cho 2 bể bơi lên nhiệt độ yêu cầu phải mất khoảng: 200 kg x 20giờ = 4000 kg than.

1.1.2 Chọn lò hơi

- Lò hơi đốt than:

Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo của lò hơi

Nguyên lý chung Lò hơi:

Không khí cùng bột than phun vào buồng lửa qua vòi phun (3) và cháy, truyền nhiệt lượng cho các dàn ống bố trí xung quanh buồng đốt (1) Nước trong dàn ống sinh hơi (2) được đốt nóng, sôi và sinh hơi Hỗn hợp hơi nước sinh ra được đưa lên bao hơi (5).Bao hơi dùng để tách hơi ra khỏi nước Khối lượng riêng của hơi nhỏ hơn nước làm bay hơi lên.

Phần nước chưa bốc hơi có trong bao hơi được đưa trở lại dàn ống, qua các ống xuống bố trí ngoài tường lò, có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi nước ở trong các dàn (vì không được hấp thu nhiệt) tạo nên độ chênh trọng lượng cột nước Do đó môi chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong một chu trình kín Hơi ra khỏi bao hơi được chuyển tới bộ phận quá nhiệt để tạo thành hơi quá nhiệt, cónhiệt độ cao Khói thoát khỏi bộ phận quá nhiệt, nhiệt độ còn cao, do đó bố trí bộ phận hâm nước và bộ phận sấy không khí để tận dụng nhiệt thừa của khói.

- Lò hơi đốt than thủ công

5

Hình 1.2 Nguyên lý cấu tạo lò hơi đốt than thủ công

Trống (bao hơi) 1 chứa nước hơi và cũng là bề mặt truyền nhiệt; van hơi chính 2 để điều chỉnh lượng hơi cung cấp Van cấp nước 3 để cấp nước vào nồi hơi; ghi lò 4 cố định, đỡ nhiên liệu cháy, đồng thời có khe hở để không khí cấp vào đốt cháy nhiên liệu và thải tro, xỉ ; cửa gió 7 và cửa cấp nhiên liệu 8; ống khói 9.

- Lò hơi đốt than phun

Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo lò hơi đốt than phun

Lò hơi đốt phun gồm các bộ phận: trống 1, van hơi chính 2, đường nước cấp 3, vòi phun 4, buồng lửa 5, phễu tro lạnh 6 dùng làm nguội các hạt tro xỉ khi thải ra ngoài trường hợp thải xỉ khô, giếng xỉ 7, bơm nước cấp 8, ống khói 9, bộ sấy không khí 10, quạt gió 11, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, dàn ống nước lên 15, dãy phestôn 17, bộ quá nhiệt 18

- Lò hơi đốt than ghi xích

7

Hình 1.4 Nguyên lý cấu tạo lò hơi đốt than ghi xích

Thuộc loại lò hơi công suất nhỏ hoặc trung bình Cấu tạo gồm: trống 1, van hơi chính 2, đường cấp nước 3, ghi lò dạng xích 4, buồng lửa 5, hộp tro xỉ 6, hộp gió 7 cấp gió cấp 1 qua ghi cho lớp nhiên liệu trên ghi, phễu than 8, ống khói 9, bộ sấy không khí 10, quạt 11, quạt khói 12, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, ống góp dưới 15, dàn ống nước lên 16, dãy phestôn 17 và bộ quá nhiệt 18.

- Lò hơi đốt than ghi tĩnh

Hình 1.6 Nguyên lý cấu tạo lò hơi đốt than tầng sôi

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn có cấu tạo bản thể gồm 03 phần chính: Buồng đốt, Cyclon và phần đuôi lò.

+ Buồng đốt: Buồng đốt của lò tầng sôi tuần hoàn (TSTH) có hình dáng tương tự như lò than phun, tuy vậy do khác nhau về phương pháp đốt nên có một số điểm khác biệt lớn về chi tiết.

Nguyên lý cháy của lò TSTH là đốt than theo kiểu trọng lực Không khí nóng sau khi qua bộ sấy không khí 1 cấp sẽ được cấp từ phía dưới lò có áp lựcđủ lớn để duy trì các hạt than có kích thước từ 3÷5 mm cháy lơ lửng trong thể tích buồng đốt.Nhiệt độ trong buồng lửa được duy trì ở nhiệt độ khoảng 850oC, thấp hơn rất nhiều so với lò than phun Hiệu suất của buồng lửa khá cao do thời gian lưu lại của hạt than lớn, than cháy kiệt hơn so với lò than phun Do lò TSTH có quán tính nhiệt lớn nên có thể dùng nhiên liệu có nhiệt trị thấp (đến ≈ 2000 kcal/kg).

Ngoài ra, TSTH có sự khác biệt lớn so với lò than phun là trong quá trình

cháy được đốt kèm với đá vôi để khử SO2 sinh ra trong quá trình đốt than Trong quá trình đốt, người ta đưa vào một lượng đá vôi kèm theo than vừa đủ để khử lưu huỳnh giải phóng trong quá trình đốt cháy than Quá trình cháy và khử lưu huỳnh xảy ra ở nhiệt độ khoảng 850oC.Các hạt than cháy ở trạng tháilơ lửng (sôi) nhờ không khí áp lực đẩy từ dưới lên trên.Các hạt than tràn ngập thể tích buồng đốt Độ đậm đặc (nồng độ) của nó giảm dần theo chiều cao củabuồng đốt.

+ Phần Cyclon: Cyclon là một bộ phận dùng để thu các hạt than chưa cháy hết trở lại buồng đốt tạo thành một vòng tuần hoàn Cyclon ở lò TSTH khác với lò tầng sôi thông thường, khói thải sau khi ra khỏi buồng lửa còn lẫn các hạt chưa cháy hết sẽ được phân ly qua bộ Cyclon và được đưa trở lại buồng đốt thành 1 vòng tuần hoàn để cháy kiệt Phần khói nóng sẽ tiếp tục đưa qua các bộ trao đổi nhiệt phần đuôi lò, qua hệ thống lọc bụi và được thải ra ngoài qua ống khói.

+ Các ưu điểm của lò CFB:

- Lò CFB cho phép đốt được các loại nhiên liệu khó cháy, thành phần nhiên

liệu có thể thay đổi trong dải rất rộng, hàm lượng lưu huỳnh trong than caomà vẫn đảm bảo được các Tiêu chuẩn về môi trường.

- Than không cần có độ mịn cao như lò than phun.

- Công nghệ đốt phù hợp với cả loại than xấu có nhiệt trị thấp, hàm lượng

chất bốc thấp, phù hợp với đặc tính của than antraxit.

- Do than cháy ở nhiệt độ không cao (khoảng 850oC) nên lượng NOx tạo

thành trong buồng lửa ở mức rất thấp so với công nghệ lò than phun truyềnthống Vì vậy, với các tiêu chuẩn môi trường hiện hành, không cần phải lắpđặt bộ khử NOx đắt tiền trên đường khói thải.

11

- Khử SO2 trực tiếp ngay trong buồng đốt và hiệu quả khử đạt rất cao nhờ

sử dụng đá vôi làm phụ gia trong quá trình đốt, vì vậy cũng không cần phảilắp bộ khử SO2 đắt tiền trên đường khói thải.

- Nhiệt độ trong buồng đốt thấp và được kiểm tra chặt chẽ nên ngăn cản

được quá trình tạo xỉ và liên kết tro.

- Lò có dải điều chỉnh phụ tải rộng từ 50 đến 100% mà không cần phải sử

dụng dầu đốt kèm.

- Lò tầng sôi tuần hoàn than cháy kiệt hơn nên hàm lượng các bon trong tro

thấp hơn lò than phun thích hợp hơn cho người sử dụng trong công nghiệp nhất là vật liệu xây dựng.

Trước đây, do lò tầng sôi tuần hoàn là loại mới có công suất còn hạn chế và giá thành thường cao hơn so với lò than phun có công suất tương đương nên không phổ biến áp dụng Tuy nhiên, với các yêu cầu khắt khe về môi trường hiện nay và với sự phát triển của công nghệ CFB thì lò tầng sôi tuần hoàn ngày càng được áp dụng rộng rãi hơn và có chi phí thấp hơn lò than phun khi lò than phun phải lắp các bộ khử NOx và SOx trên đường khói

Ưu, nhược điểm của lò hơi đốt than:

• Ưu điểm :

- Tốc độ làm nóng nước nhanh- Vận hành tương đối dễ dàng.

- Duy trì nhiệt độ nước bể sau khi tăng nhiệt cũng tiêu tốn ít năng lượng.- Thiết bị của hệ thống rất dễ thay thế, đơn giản.

- 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.-

• Nhược điểm :

- Gây ô nhiễm môi trường rất nặng nề cho nên việc xin cấp phép cho hệthống hoạt động rất khó khăn ( trong khi công trình nằm giữa khu dâncư đông đúc ).

- Cần có khu chứa than, phòng đặt nồi hơi nên tốn diện tích và phức tạpdo kích thước của hệ thống rất cồng kềnh.

Dựa trên các loại lò hơi trên ta chọn lò hơi với các thông số kĩ thuật sau: HỆ THỐNG LÒ HƠI 1,5T/H:

Công suất lò hơi là 1500 kghơi/ giờ với mức tiêu thụ than lớn nhất là 200kg/1giờ Lượng nhiên liệu để gia nhiệt yêu cầu phải mất khoảng: 200 kg x 20giờ= 4000 kg than.

1 ƯU ĐIỂM VƯỢT TRỘI CỦA NỒI HƠI LTN 1,5/8

- + Lò hơi có hai chế độ làm việc: chế độ tự động và chế độ tay.- + Ngừng đốt khi lò hơi đủ áp suất và khởi động lại khi áp suất xuống

- + Lò hơi kiểu tổ hợp ống lò, ống lửa, buồng đốt ngoài phát huy được toàn bộ những ưu điểm như:

- Đốt được hỗn hợp nhiên liệu, than, gỗ, củi, bánh trấu, bánh mùn cưa, củi vụn,…

- Dễ thay thế và sửa chữa.

- Diện tích tiếp nhiệt lớn, hiệu suất cao, thời gian lên hơi nhanh.- Có khả năng đốt được nhiều loại nhiên liệu như than, củi, gỗ, bó mía- Lò hơi không bị giảm áp suất đột ngột khi phụ tải hơi tăng do diện

tích buồng lửa, mặt ghi và khoang hơi lớn.

- Hiệu suất lò hơi cao do dũng khúi sau khi cháy ở buồng lửa phải đi qua thân lò ba vùng (3 pass).

- Tiêu hao nhiên liệu thấp so với lò hơi kiểu ống nước đứng.- Đặc biệt tuổi thọ lò hơi rất cao so với lò hơi ống nước.

2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT

- Công suất sinh hơi định mức D = 1500 Kg/ h

1.1.3 Thiết kế nhà đặt lò hơi

Từ các điều này ta sẽ thiết kế một trạm cấp nhiệt trung tâm riêng biệt, bên trong sẽ bao gồm các thiết bị sau: 1 lò hơi, ống góp phân phối hơi, 1 bể chứa nước cấp,bể chứa than cấp, hệ thống xử lí nước cho lò hơi bao gồm: thùng nước cứng, thiết bị xử lí nước , hệ thống đo lường cho lò hơi, các thiết bị điều khiển trung tâm cho hệ thống cấp nhiệt.

- Vậy ta cần xây dựng gian nhà lò có kích thước 8,5 × 8 m cao 4 m Mái nhà có thể đổ trần hoặc chồng diêm Còn nền nhà ta phải đổ bê tông và có các kênh thải toàn nhà Ta bố trí cửa ra vào cao 3 m một cửa rộng 2,2 m đủ để vậnchuyển các thiết bị vào ra

1.1.4 Chọn hệ thống làm mềm nước

Đối với lò hơi ống nước thì chất lượng nước cấp cho lò có một vai trò rất quan trọng đối với việc vận hành an toàn và kinh tế của lòhơi.

Mục đích xử lí nước là ngăn ngừa hiện tượng tạo thành cáu bám trên tất cả các bề mặt đốt, duy trì độ sạch của hơi ở một mức độcần thiết, ngăn ngừa quá trình ăn mòn trong đường nước và đường hơi Đối với hệ thống cấp nhiệt trung tâm cho nhà máy dệt may, nước cấp cho toàn bộ hệ thống được lấy từ hệ thống nước sạch của thành phố (đã qua xử lí sơ bộ ) Kết hợp với thực tế ta chọn hệ thốngxử lí nước dùng phương pháp trao đổi cation.

Nguyên lí làm việc: Cho nước đi qua một lớp vật chất có khả

năng nhả vào nước cation, đồng thời hấp thụ những cation Ca và 2+ Mg2+ có trong nước Trong quá trình xử lí các cation chỉ trao đổi cho nhau chứ không mất đi.

Trong công nghiệp thường dùng 3 loại cation là: Na , H , NH++4+15

Khi dùng phương pháp trao đổi cation NH thì nước sau khi xử lí 4còn muối NH Cl dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao thành HCl và NH 43Vì vậy thực tế ít dùng do phải chọn những thiết bị được chế tạo bởi kim loại chống ăn mòn và phải có hệ thống phòng chống độc hại Khi dùng phương pháp trao đổi cation H kết hợp với cation Na++ thì chất lượng nước sau khi xử lí rất cao song chi phí đầu tư lớn và tất nhiên không kinh tế.

Đối với công ty dệt may, lò hơi có công suất không cao, thông số hơi thấp vì vậy để đảm bảo kinh tế ta chọn hệ thống xử lí nước bằng phương pháp trao đổi cation Na Khi trao đổi cation Na toàn bộ độ ++cứng được khử, nhưng độ kiềm và các thành phần muối không thay đổi

- Các phản ứng xảy ra khi xử lí nước: Ca(HCO + 2NaR = CaR + 2NaHCO3)223 Mg(HCO + 2NaR = MgR + 2NaHCO3)223 CaCl + 2NaR = CaR + 2NaCl22 MgCl + 2NaR = MgR + 2NaCl22 CaSO + 2NaR = CaR +Na422SO4 MgSO + 2NaR = MgR + Na422SO4

- Trong quá trình làm việc lâu dài, khi các cationit dần bị kiệt hết các cation thì chất lượng nước xử lí giảm Do đó để đảm bảo chohệ thống làm việc tiếp tục thì bắt buộc phải tiến hành hoàn nguyên cationit Nguyên lí làm việc hoàn nguyên là cho dung dịch muối NaCl có nồng độ từ 6%-8% đi qua cationit đã bị làm yếu Trong thực tế NaCl cần cho quá trình hoàn nguyên thường là từ 2,5 đến 3,5lượng NaCl theo lí thuyết.

- Các phản ứng hoàn nguyên xảy ra như sau: CaR + 2NaCl = 2NaR + CaCl22 MgR + 2NaCl = 2NaR + MgCl22

17

CHƯƠNG 2

XÂY DỰNG VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT – NĂNG LƯỢNGCHO SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ

1 Xây dựng sơ đồ nhiệt nguyên lý:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

A

Bể bơi

Bộ góp hơi 60m F

70m

45m D 35m E

B 40m C Nguyên lý làm nóng nước bể bơi:

Với yêu cầu thực tiễn đặt ra là làm nước nóng cho 2 bể bơi với tổng dung tích 450m3 trong thời gian 20h ta gia nhiệt cho nước lạnh bằng hơi bão hòa của lò hơi nhờ bộ trao đổi nhiệt trung gian

Sau khi nhiệt độ nước đạt yêu cầu để sử dụng nhờ những sensor cảm biến nhiệt độ thì lò hơi sẽ được ngắt và bơm nhiệt được bật để duy trì nhiệt độ nước bể bơi do có tổn thất: tỏa nhiệt ra ngoài không khí, tỏa nhiệt qua thành bể,…

+ Lò hơi: Nước được cấp vào lò hơi nhờ bơm nước lấy từ bể nước cấp Nước được làm nóng và tạo hơi Hơi được vận chuyển đến bộ trao đổi nhiệt được trao đổi nhiệt với nước cấp từ bể chứa nước sạch bể bơi để làm nóng nước.

Hình 2.2: Bể bơi Thảo Viên resort

2 Tính toán cân bằng nhiệt và vật chất cho sơ đô nhiệt nguyên lý:

2.1 Tính nhiệt sơ bộ cho hệ thống- Nhiệt độ nước lạnh: t = 12 C1 0

- Nhiệt độ nước nóng tắm đạt yêu cầu : t = 30 C2 0

- Nhiệt dung riêng của nước: C = 4,2 kJ/kg.K

19

2.2 Gia nhiệt cho bể khi bể đang ở

trạng

thái lạnh:

, Tính toán nhiệt khi bể đang ở trạng thái lạnh là ta cần tính toán sao cho

a

450m3 nước được nâng từ nhiệt độ t1=150C lên nhiệt độ t2=30 C.0

Lượng nhiệt cần cung cấp cho 450m nước từ t3 C lên t C là:

Lượng nhiệt thực tế cần cấp trong một giờ khi gia nhiệt là: Q1’

= K

tt

Q = 1,1.28350000 = 31185000 (kJ/h)

1

b, Tính toán nhiệt khi phòng xông hơi 16 m3 không khí được nâng từ

nhiệt độ t1=200C lên nhiệt độ t

Tổn thất không đáng kể nên ta lấy :

Q

2

Q

2’

= 562800 (kJ)Suy ra tổng lượng nhiệt cấp là:

Q Q

= 1’

+ Q = 31185000 + 562800=31747800 (kJ)

2’

Do yêu cầu đặt ra là phải làm nước nóng lên 30 C và làm nóng không khí phòng 0

xông hơi lên 55 C trong 13h nên0

Vậy mỗi giờ lò phải cung cấp 1 lượng nhiệt là:

Qo = = 2442138 (kJ/h)

Công suất hơi yêu cầu:

D0

=

=

=

1447,47

(kghơi/h)Trong đó:

η=0,8: Hiệu suất gia nhiệt

2.3 Gia nhiệt cho bể khi bể đã hoạt động:

Bể bơi cách nguồn nhiệt 30m,chọn độ sâu trung bình 2m.- Bể có thể tích 200 : diện tích mặt thoáng của bể F =

=

= 100 - Bể có thể tích 250 : diện tích mặt thoáng của bể F =

=

= 125

Khi bể nước đã đi vào hoạt động thì ta cần bù lại lượng nhiệt tổn thất ra môitrường xung quanh, chủ yếu là do tỏa nhiệt vào không khí(lượng nhiệt tổn thấtdo truyền qua vách là rất nhỏ nên bỏ qua)

Lượng nhiệt tỏa ra không khí:

Hơi sinh ra từ lò hơi được cho đi vào 1 bình phân phối hơi sau đó từ bình này chia thành 3 đường ống dẫn hơi đến 2 thiết bị trao đổi nhiệt với nước từ bể chứa nước sạch cấp cho lò hơi và đến hộp lá thơm để cấp trực tiếp cho phòng xông hơi.Ưu điểm:

- Lưu lượng hơi ở độ ổn định cao

- Lò không phải hoạt động liên tục và luôn hoạt động ở phụ tải kinh tế nên hiệu suất lò cao.

- Tính an toàn caoNhược điểm

- Quản lí và vận hành tương đối phức tạp - Chi phí đầu tư khá cao

2.2, Hệ thống đường hồi

Hơi sau khi gia nhiệt cho nước ở 2 thiết bị trao đổi nhiệt sẽ ngưng tụ thành nước sau đó sẽ được dẫn đi bởi các đường ống hồi quay trở lại bể tích và sau đó cấp trở lại vào lò hơi

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT

Nhiệm vụ cơ bản của việc tính toán thủy lực đường ống là xác định đường kính và tổn thất áp suất khi biết trước lưu lượng chất mang nhiệt chảy trong ống.

Tổn thất áp suất gồm 2 phần: tổn thất do ma sát dọc đường ống và tổn thất ápsuất cục bộ do các trở ngại trên đường ống.

Tổn thất áp suất toàn phần được tính theo công thức sau:

Ở đây: - chiều dài tính toán của đường ống (m)

l

qd

- tổn thất áp suất tính trên một đơn vị chiều dài