Nghiên cứu ứng dụng thiết bị tận dụng nhiệt khối thải sử dụng ống nhiệt trọng trường trong các lò dầu truyền nhiệt đốt than đá

Nghiên cứu ứng dụng thiết bị tận dụng nhiệt khối thải sử dụng ống nhiệt trọng trường trong các lò dầu truyền nhiệt đốt than đá

Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com NGHIÊN CU NG DNG THIT B TN DNG NHIT KHÓI THI S DNG NG NHIT TRNG TRNG TRONG CÁC LÒ DU TRUYN NHIT T THAN Á GVHD: GVC.TS. Trn Vn Vang SVTH: Ngô Mu Nm & Nguyn Ngc Huy Lp 04N1, Khoa Công ngh Nhit in lnh i hc Bách Khoa à Nng TÓM TT Trong khi giá nhiên liu tng cao, nhit thi t các lò hi, lò gia nhit cha c tn dng, gây lãng phí ngun nng lng. Báo cáo này trình bày nghiên cu ng dng thit b tn dng nhit khói thi s dng ng nhit trng trng  gia nhit không khí trong các lò du truyn nhit t than á. Mt s phng pháp ci tin  nâng cao hiu qu trao i nhit ng thi m ra nhng hng ng dng mi ca thit b cng c  cp  ây. Các thông s vn hành c o trc tip trên thit b tn dng nhit thi s dng ng nhit trng trng ti nhà máy sn xut tinh bt s n do Công ty C Nhit !in lnh Bách Khoa Min Trung (POLYCO - MT) ch to và l p "t. ABSTRACT While higher increasing price of fuel. Waste heat from boilers, heating furnaces are not utilized, to waste energy. This article presents application of the exhaust heat recovery by using thermosyphons to heat air in oil boiler using coals as fuel. Enhanced methods to increase heat exchanger and potential applications are also mentioned in this article. Some operate data are measured on the application of the exhaust heat recovery by using thermosyphons at cassava atrach factory by Polytechnic Mechanical Thermal Electrical and Refrigeration Engineering Co.,Ltd- Mien Trung (POLYCO - MT) created and installed. 1. T VN  Các nhà máy nhit luyn kim, xi mng, hóa cht, gch, gm s, dt, nhum, ch bin thc phm . u có các lò hi, lò gia nhit, lò t s dng than, du, gas  cp nhit cho quá trình sn xut. Lng nhiên liu thc s hu ích thng ch chim mt phn nh trong tng s nhiên liu b t cháy. iu này không nhng gây lãng phí tài nguyên, mà còn nh h!ng nghiêm trng ti môi trng và khí quyn trái t. Tn dng, tái s dng nhit thi trong hot ng sn xut là gii pháp tit kim nng lng. Tit kim nng lng vi li ích trc tiên là thu h"i nhit thi, và ây là nhân t quan trng cho các công ty u t vào thit b  thu h"i nng lng nhit thi. M#t khác, vic gim s dng nhiên liu c$ng "ng ngh%a vi vic gim phát thi khí gây ô nhim môi trng nh CO, H 2 S, SO 2 . Trên thc t, có rt nhiu công ngh tn dng nhit thi, có th ng dng cho hu ht các l%nh vc, ngành sn xut phát sinh Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com nhit thi. Tuy nhiên, cho n nay v&n còn nhiu doanh nghip cha thc s quan tâm n vn  này. Hu ht các lò hi công nghip có công sut v'a và nh không c trang b b trao i nhit  thu h"i nhit thi. iu này là do các vn  liên quan n bo d(ng, kích thc thit b , chi phí u t . Vì các lý do ó nên khi l)p #t h thng thu h"i nhit thi cho các lò hi có công sut v'a và nh ã không thu c hiu qu kinh t. B trao i nhit s dng ng nhit có rt nhiu li ích so vi b trao i nhit truyn thng nh: Nh nh* hn, cu trúc n gin, d bo d(ng, gim áp st khí thp, an toàn vn hành cao, d l)p #t. Vi #c im nh trên, b trao i nhit này s+ rt hiu qu khi áp dng  thu h"i nhit thi trong các nhà máy công nghip. Các ng nhit có cánh bên ngoài ã c ng dng rt có hiu qu  tn dng nhit khói thi t' các nhà máy, nht là trong công nghip hóa cht và thc phm b!i vì thit b gn, hot ng lâu bn và có  tin cy cao. Nghiên cu này nh,m mc ích: - ánh giá hiu qu trao i nhit c-a thit b tn dng nhit thi s dng ng nhit trng trng trong quá trình vn hành thc t. -  xut phng pháp ci tin  nâng cao hiu qu trao i nhit "ng thi m! ra nhng hng ng dng mi c-a thit b . 2. TNG QUAN V CÁC LÒ DU TRUYN NHIT Gii thiu v lò du truyn nhit Lò du truyn nhit c s dng rng rãi ti nc ta t' nm 1990 trong công nghip ch bin hi sn, thc phm, rau qu… Thit b này s dng môi cht mang nhit là du chuyên dng (môi cht không ch u nén), quá trình trao nhit xy ra trong các cm ng trao i nhit bên trong lò. Du truyn nhit sau khi ã nhn nhit lng do t nhiên liu, c a n thit b trao i nhit khác b,ng bm tun hoàn, vi áp sut khí quyn du chuyên dng không b hóa hi ! nhit  làm vic. Do ó, thông thng lò gia nhit du không phi là thit b ch u áp lc phi ng ký và kim  nh ti các c quan nhà nc. Hình 2.1. Lò du truyn nhit t du FO và t than á Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com Nhiên liu t trong các lò này thng là du, than á ho#c gas. T' khi giá du và gas tng kéo theo chi phí sn xut tng, các nhà máy b)t u chuyn sang dùng than á, chi phí sn xut gim hn mt phn ba do vy giá thành sn phm thp hn. Tuy nhiên các lò t than á có nhit  khói thi cao (200 o C - 400 o C), làm gim hiu sut c-a lò, do vy cn thit phi s dng b tn dng nhit thi t' các lò này. Lò du truyn nhit t than á trên ghi c  nh do công ty C Nhit in lnh Bách Khoa Min Trung thit k và ch to. ây là loi lò kiu π , bao g"m t hp các chùm ng, s dng môi cht là du truyn nhit, có s dng b tn dng nhit thi s dng ng nhit trng trng. Ch  iu chnh nhit  du truyn nhit hoàn toàn t ng. 9 2 1 3 10 5 6 7 4 11 8 Hình 2.2. H thng gia nhit không khí 2 triu kcal/h – 200 o C Chú thích: 1. Bung t 2. B gia nhit du cp 2 3. B gia nhit du cp 1 4. B tn dng nhit khói thi 5. !ng ng d#n khói nóng 6. Xiclone lc bi khói 7. $ng khói 560Φ 8. Qut khói 5,5 kW 9. Qut gió 4 kW 10. $ng d#n khí nóng 460Φ 11. Ph%u tách bi khói u im ca lò du truyn nhit t than á  gia nhit cho không khí, lò du truyn nhit t than á có nhiu u im hn so vi lò hi: -  an toàn cao, ch  th-y ng tt: Dùng lò du truyn nhit có th t nhit  cao mà áp sut môi cht thp, an toàn cho ngi s dng. - Hiu sut cao, kh!i ng nhanh. Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com - Giá thành l)p #t thp. - D s dng và bo trì, bo d(ng. - Tui th cao do không có s n mòn trong ng. - .n  nh vi mi ch  ph ti. - Thân lò c cách nhit tt b,ng vt liu bông th-y tinh có mt  cao. Bên ngoài bc b,ng tôn sn t%nh in bo m  bn và tính m/ thut. 3. GII THIU V CÁC THIT B TRAO I NHIT TN DNG NHIT KHÓI THI  tn dng nhit khói thi, hin nay chúng ta ang s dng mt s thit b trao i nhit dng bc x, i lu, h0n hp, roto hp th nhit, lò hoàn nhit tn dng nhit thi và b trao i nhit b,ng gm. Mt s thit b s dng ph bin là: B trao i nhit ng trn tn dng nhit khói thi gia nhit cho không khí. Loi này s dng khá ph bin do giá thành không cao, ch to n gin, tro bám không nhiu tuy nhiên h s trao i nhit thp và tiêu tn nhiu kim loi, chim nhiu không gian l)p #t. Hình 3.1. B trao i nhit ng trn B trao i nhit loi có cánh tn dng nhit khói thi gia nhit cho nc cp lò hi ho#c quá trình công ngh khác, c s dng khá ph bin do h s trao i nhit c ci thin có nhc im là ch to phc tp, thit b c"ng knh, d bám bn v phía làm cánh, khó v sinh sa cha. Hình 3.2. B trao i nhit ng có cánh bên ngoài Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com B trao i nhit loi tm gn sóng tn dng nhit thi gia nhit không khí nóng, h s trao i nhit ci thin rõ rt, kt cu ch#t ch+ và gn, nhc im ch- yu là d b t)c, làm v sinh và tu sa khó, s dng cho dòng khói tng i sch và ít n mòn. Hình 3.3. B trao i nhit loi tm gn sóng B trao i nhit loi roto hp th nhit gia nhit cho không khí nóng  sy ho#c t. Loi này có kt cu ch#t ch+, có th t nng sut ln nên thng s dng trong các nhà máy nhit in, tuy nhiên do #c tính truyn nhit không n  nh, kích thc thit b ln và không khí lnh không c tinh khit nên không ng dng rng rãi trong công nghip. Hình 3.4. B trao i nhit loi roto hp th nhit B trao i nhit truyn thng trong h thng thu h"i nhit khói thi luôn phi i m#t vi các vn  kích thc thit b , bo d(ng và s n mòn.  kh)c phc vn  này ngi ta s dng công ngh trao i nhit b,ng ng nhit. Trong các ng dng công nghip thì công ngh này v&n còn mi m1. Tuy nhiên, nhng nm gn ây do nhu cu nng lng ngày càng tng kt hp vi xu hng thng mi toàn cu hóa nên vic s dng b trao i nhit ng nhit trong các ngành công nghip khác c áp dng rng rãi. S truyn nhit trao i "ng b trong các ng nhit to cho chúng có  d&n nhit rt cao. Thc t,  d&n nhit c-a ng nhit cao hn "ng khong 100 ln. Hn Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com na, t2 l vùng trao i nhit có th iu chnh c b,ng cách thay i  cao và b sung  cân b,ng. 4. THIT K CH TO THIT B TRAO I NHIT S DNG NG NHIT TRNG TRNG Mt s lý thuy t v ng nhit tr!ng tr"#ng 3ng nhit là phn t trao i nhit có không gian khép kín, bên trong cha môi cht (n cht ho#c h0n hp) và xy ra hai quá trình chuyn pha là sôi và ngng t. Vách ng thng b,ng kim loi có dng bt k4, nhng thng là dng ng. 3ng nhit c chia làm 3 phn: phn bc hi còn gi là phn sôi, ! ây là ng nhn nhit; phn on nhit, trong phn này ng không trao i nhit vi bên ngoài, phn này có th có ho#c không có; phn ngng, ! ây ng to nhit. Hình 4.1. Cu to ng nhit Trong phn bc hi, cht lng nhn nhit c-a ngu"n nóng (ví d: khói lò…) s+ sôi và bin thành hi, hi chuyn ng qua phn on nhit ti phn ngng. Ti ây hi nh nhit qua vách ng cho ngu"n lnh ! ngoài ng (ví d: không khí…) và ngng t li thành cht lng ngng. Cht lng ngng to thành s+ chy v phn bc hi nh mt trong nhng lc sau ây: lc trng trng, lc mao d&n, lc ly tâm, lc t' trng… Quá trình làm vic c-a ng nhit c biu din trên " th T-s: Hình 4.2. ! th T – s biu di%n quá trình làm vic ca ng nhit Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com - AB: Quá trình bc hi xy ra trong phn sôi ! áp sut p 1 . - BC: Quá trình chuyn ng c-a hi t' phn sôi n phn ngng, ! ây do ma sát, áp sut c-a hi gim t' p 1 n p 2 (p 2 là áp sut hi trong phn ngng). Tuy nhiên s gim áp sut hi nói chung là rt nh. - CD: Quá trình ngng t hi to thành cht lng ngng ! áp sut p 2 . - DA: Quá trình chuyn ng c-a cht lng ngng theo b m#t trong c-a ng nhit t' phn ngng v phn sôi nh lc trng trng, lc mao d&n… trong quá trình này cht lng ngng s+ c t nóng n nhit  sôi và quá trình c l#p li. i vi ng nhit trng trng, lc a cht lng ngng v li phn sôi là lc trng trng. 3ng nhit trng trng có nhiu loi, nhng có mt im chung là phn sôi luôn n,m thp hn phn ngng.  cho ng nhit trng trng hot ng bình thng thì góc nghiêng 5 (góc to b!i trc ng nhit và hình chiu c-a nó lên m#t ph6ng n,m ngang) không c nh hn 10°C và lng np ξ (là t s gia th tích lng np V 1 và th tích phn sôi V s c-a ng nhit ξ = V 1 /V s ) n,m trong khong 0,2÷0,5. Ngoài ra công sut truyn ti nhit c-a ng nhit không c vt quá công sut nhit ti hn (là công sut truyn ti nhit ln nht mà ng nhit cha b hng). Có nhiu loi công sut nhit ti hn, tuy nhiên vi ng nhit trng trng thì công sut nhit ti hn lôi cun Q c có giá tr nh nht, và khi tính toán thit k chúng ta ch quan tâm n loi giá tr gii hn lôi cun do G.S. Imura a ra có dng: ( ) [ ] 25,0 2 13,0 64,0 hnh h n hc grAQ ρρρσ ρ ρ −       = 7 ây ch  cp n ng nhit trng trng có b m#t trong nhn. ây là loi ng nhit có kh nng truyn ti nhit ln d ch to. Xác  nh công sut nhit trong và công sut nhit toàn b c-a ng nhit trng trng có m#t trong nhn: Công sut nhit trong: 75,0 ).( 24,5 inisi ttAQ −= ξ Hay 75,0 24,5 ii tAQ ∆= ξ Công sut nhit toàn b: wvnnhsvsz wz RRRRRRR tt R t Q ++++++ − = ∆ = 7 ch  nhit n  nh thì Q = Q i A - H s kích thc c-a ng nhit, ξ - H s tính cht vt lý c-a môi cht np, R - Tng nhit tr!, (ºK/W) R e - Tng nhit tr! ngoài, (ºK/W) R z , R vs , R vn , R w , R s , R n , R h - Nhit tr! thành phn, (ºK/W) t z - nhit  trung bình c-a ngu"n t nóng (khói…) ti phn sôi c-a ng, ( o C) t w - nhit  trung bình c-a ngu"n làm mát (không khí .) ti phn ngng c-a ng, ( o C) Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com Ph"$ng pháp tính 3ng nhit trng trng có nhiu ng dng quan trng, mt trong nhng ng dng c-a nó là ch to các thit b trao i nhit tn dng nhit thi c-a khói trong các nhà máy sn xut nh: luyn kim, thc phm, ch bin g0… Thit b trao i nhit làm b,ng các ng nhit trng trng có b m#t nhn bên trong #t th6ng ng, bên ngoài làm cánh, môi cht np là nc. Nhit  khói nóng ! phn sôi là t z , nhit  không khí lnh ! phn ngng là t w , (t z > t w ). Tc  khói nóng và tc  không khí lnh i qua thit b trao i nhit b,ng nhau và b,ng ω . Xác  nh công sut nhit toàn b c-a mt ng nhit. Hình 4.3. B trao i nhit tn dng nhit khói thi s dng ng nhit  xác  nh Q cn gii h phng trình: ( ) ( ) ( ) ( ) 2 3 24,5 .24,5 .24,5 1 75,0 75,075,0          ∆ = ∆=−= ++ − = ∆ = ξ ξξ A t R tAttAQ RRR tt R t Q i i iinisi hns inis i i i Gii phng trình b,ng phng pháp l#p theo s " thut toán th hin ! on chng trình di ây: Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com Thi t k ch t%o thi t b&: Trong các nhà máy sn xut tinh bt s)n thì lò du truyn nhit t than á công sut 2 triu kCal/h rt ph bin, công ty POLYCO-MT ã tin hành ch to b trao i nhit s dng ng nhit trng trng có b m#t nhn bên trong  tn dng nhit khói thi cho loi lò này gia nhit cho không khí cung cp cho quá trình t nhiên liu. Các thông s tính toán nh sau: - Nhit  khói thi: 260 o C. - Nhit  không khí: 30 o C. - START c các s liu t' file SLNHIET.DAT bao g"m: 1. S liu v cu trúc thit b : di, de, dz, S1, L, Ls, Lln, Ldn, dtaz, Z 2. S liu v thông s khói nóng: tz, tw 3. S liu v thông s vt lý c-a môi cht CH8N LO9I DUNG MÔI CHO Ri = 0 - Tính Q theo phng trình IE s RR tt Q + − = ω (1) - Gi th- tc AFVAF  tính vs α và vs F - Gi hàm A và th- tc ξ (trong ó có s dng hàm tính RE và hàm TRABANG  xác  nh thông s c-a môi cht theo nhit ) - Tính c 1 t∆ t' phng trình: 75,0 1 24,5         =∆ ξ A Q t i (2) - Tính Ri t' phng trình: ξ 24,5 25,0 A t R i i ∆ = (3) - Thay Ri vào phng trình (1) tính li c Qss - Tính sai s tng i ε : Q QQ ss − = ε [ ] εε < Xut các kt qu lên file SLKT.TXT + END Creat by: Ngo Mau Nam – 094 513 7315 – Email: nambkdn@gmail.com - Lu lng khói thi: 2940 m 3 /h. - Lu lng không khí: 2520 m 3 /h. - B trao i nhit thit k m bo nhit  khói thi ra khi thit b là: 210 o C. Công sut nhit c-a b thu d kin là: ( ) 21 . khkhpkhkkkkhi ttCVQ −= ρ = 2940.1,295.1,04.(260 – 210)/3600 = 54,9943 kW Nhit  không khí nóng ra khi thit b là: ( ) pkkkhikk CVQtt / 12 ρ += = 30 + 54,9943.3600/(2520.1,295.1,04) = 88,3 o C. C'u trúc thi t b&: - ng kính trong : d i = 0.020 m - ng kính ngoài : d e = 0,025 m - ng kính cánh : d z = 0,065 m - Bc ng : S l = 0,070 m - Chiu dài ng nhit : L = 2,200 m - Chiu dài phn sôi : L s = 1,100 m - Chiu dài phn ngng : L n = 1,100 m - Chiu dày cánh : : = 0,0005 m - Khong cách hai cánh k tip : z = 0,0008 m - Vt liu làm ng :Thép C20 - Môi cht np :Nc Thông s khói và không khí: - Nhit  khói nóng : t z = 235,00 o C - Nhit  không khí lnh : t w = 55,15 o C - Tc  khói nóng : ; = 5,00 m/s K t qu( tính toán: - Công sut nhit mt ng nhit: Q = 1145,7 W - S lng ng nhit trong b trao i nhit: 481457,1/9943,54 ≈=n ng. Khi s dng chng trình trên, chúng ta có th xác  nh mt cách nhanh chóng và chính xác khi cho các thông s u vào c th. Cui cùng là tin hành ch to ti Công ty C Nhit in lnh Bách Khoa Min Trung. 5. PH)NG PHÁP O CÁC THÔNG S VN HÀNH Th#i gian và &a im o thông s v*n hành Thi gian: t' ngày 10/02/2009 n ngày 13/02/2009  a im: ti nhà vn hành lò du truyn nhit, nhà máy tinh bt s)n FOCOCEV Qung Tr ; Dc Son, Hi Lng, Qung Tr . Ph"$ng pháp o o nhit  khói, không khí trc và sau b tn dng nhit khói thi b,ng các u dò nhit  (temperature sensor) c)m vào ng khói, ng không khí. Tín hiu [...]... vào lò Qkk Q = kklv Q B.Qt Trong ó: - ε TKN - Hi u su t c-a lò d u truy n nhi t khi có b t n d ng nhi t khói th i - ε - Hi u su t c-a lò d u truy n nhi t khi không có b t n d ng nhi t khói th i - Q - L ng nhi t c p vào lò d u truy n nhi t, kW - B - L ng nhiên li u tiêu hao trong 1 gi , kg/h lv - Qt - Nhi t tr th p làm vi c c-a nhiên li u, kJ/kg lv V i Qt = 29300 kJ/kg L ng nhi t nhiên li u c p vào lò. .. th i hi u su t toàn b c-a lò d u truy n nhi t t than á t ng thêm 1,26% Nh v y mu n t ng ∆ε thì ta có th gi m B ho#c lv ch n than á có Qt th p Trong quá trình o thông s vân hành t i nhà máy FOCOCEV nh n th y ch t l ng than ! ây th t th lv ng, có nh ng th i i m than r t x u, khi ó Qt gi m nên ∆ε t ng lên, nh v y b t n d ng nhi t khói th i s d ng ng nhi t tr ng tr hi u qu khi t than x u h n Creat by: Ngo... ra (phía khói) Ph ng án xu t trong v n hành: - Than á s d ng c n có ch t l ng "ng u h n, ít v n than, c n có nhà b o qu n tránh m than - C p than u và có nh l ng (kho ng 197 – 232 kg/h) - Th ng xuyên ki m tra nhi t ra c-a khói (sau b t n d ng nhi t th i) có ch v sinh h p lý V i nh ng hi u qu t c, trong th i gian t i s+ tri n khai ng d ng b t n d ng nhi t khói th i vào các l%nh v c: - Gia nhi t không... khai ng d ng b t n d ng nhi t khói th i vào các l%nh v c: - Gia nhi t không khí cung c p cho quá trình t nhiên li u trong các lò cao, lò h i công su t v'a và nh - Hâm n c ho#c gia nhi t d u t cho lò h i công su t v'a và nh -