THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG CẤP NƢỚC LẠNH BẰNG MÁY LẠNH HẤP THỤ TẠI CÔNG TY TAE KWANG VINA

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG CẤP NƢỚC LẠNH BẰNG MÁY LẠNH HẤP THỤ TẠI CÔNG TY TAE KWANG VINA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

-oOo -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT THẢI

ĐỂ CUNG CẤP NƯỚC LẠNH BẰNG MÁY LẠNH HẤP THỤ TẠI CÔNG TY TAE KWANG VINA

GVHD : TS NGUYỄN VĂN TUYÊN SVTH : TRƯƠNG QUỐC BẢO MSSV : 20500166

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01/2010

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Tuyên đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức kinh nghiệm và có nhiều góp ý quan trọng giúp tôi hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn các thầy cô ở bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Cơ Khí cũng như các thầy cô tại trường ĐH Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy trong suốt thời gian học tập tại trường

Xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã quan tâm giúp đỡ trong những năm học qua

Sinh viên Trương Quốc Bảo

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nội dung luận văn trình bày các vấn đề về thu hồi nhiệt thải: những điều kiện, cơ

sở cần thiết để có thể đưa ra một phương án thu hồi nhiệt thải hiệu quả, hợp lý và tối

ưu Thông qua phân tích, đánh giá về hiện trạng nguồn nhiệt thải của một doanh nghiệp cụ thể (công ty Tae Kwang Vina), từ đó đưa ra phương án tối ưu là thu hồi nhiệt thải của khói và hơi phân ly để cung cấp nước lạnh bằng máy lạnh hấp thụ

Luận văn trình bày cách tính toán thiết kế các thiết bị thu hồi nhiệt thải trong hệ thống cũng như chọn lựa các thiết bị khác như máy lạnh hấp thụ, bơm… Bên cạnh đó, luận văn cũng trình bày cách tính toán một chu trình máy lạnh hấp thụ Single Effect và chương trình tính toán bằng ngôn ngữ C# Ngoài ra, luận văn đã nghiên cứu tính toán hiệu quả của biện pháp thu hồi nhiệt hơi phân ly bằng ejector nhằm mục tiêu tiết kiệm chi phí nhiên liệu

Qua việc đánh giá tính kinh tế của hệ thống, luận văn đã đưa ra một số nhận định

về điều kiện thực tế của Việt Nam khi ứng dụng các phương án thu hồi nhiệt thải để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ

MỤC LỤC

TRANG BÌA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THU HỒI NHIỆT THẢI 2

1.1 Nhiệt thải 2

1.2 Cơ sở lý thuyết về thu hồi nhiệt thải 3

1.2.1 Điều kiện cần để thu hồi nhiệt thải 3

1.2.2 Đặc điểm nguồn nhiệt thải 3

1.2.3 Khó khăn và nhược điểm của hệ thống thu hồi nhiệt thải 4

1.3 Ví dụ về hệ thống tận dụng nhiệt thải 5

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TẠI DOANH NGHIỆP 6

2.1 Giới thiệu doanh nghiệp 6

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất 6

2.3 Đánh giá việc sử dụng các nguồn năng lượng 8

2.3.1 Tổng quát 8

2.3.2 Về các nguồn nhiệt thải 14

2.4 Đặt vấn đề 14

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG CẤP NƯỚC LẠNH 15

3.1 Tính công suất nhiệt thu hồi 15

3.1.1 Tính công suất nhiệt thu hồi của hơi phân ly 15

3.1.2 Tính công suất nhiệt thu hồi của khói thải 16

3.2 Phân tích, lựa chọn phương án 22

3.2.1 Phương án 1 22

3.2.2 Phương án 2 23

3.2.3 Phương án 3 24

3.2.4 Kết luận, lựa chọn phương án thiết kế 25

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY LẠNH HẤP THỤ 26

4.1 Tổng quan về máy lạnh hấp thụ 26

4.1.1 Sự khác biệt giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi 26

4.1.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr loại Single Effect 27

4.1.3 Lựa chọn máy lạnh hấp thụ 28

4.2 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ 28

4.2.1 Các công thức dùng để tính toán nhiệt động 28

4.2.2 Các phương trình cân bằng nhiệt và trình tự tính toán 36

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT THẢI 44

5.1 Tính toán sơ đồ nhiệt 44

5.1.1 Tính lượng hơi trích bổ sung 44

5.1.2 Tính lượng nước qua các thiết bị thu hồi nhiệt 47

5.2 Thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly 48

5.3 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải 53

5.3.1 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải của lò hơi số 3 53

5.3.2 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải của lò hơi số 4 60

5.4 Thiết bị trao đổi nhiệt hơi bổ sung và bồn chứa nước nóng: 65

5.5 Tính toán trở lực 72

5.5.1 Trở lực đường nước nóng của hệ thống 72

5.5.2 Trở lực đường nước nóng cung cấp cho MLHT 76

5.5.3 Trở lực đường nước lạnh cung cấp cho công nghệ 78

5.5.4 Trở lực đường nước giải nhiệt 79

5.6 Chọn bơm 81

CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 82

6.1 Chi phí đầu tư và vận hành 82

6.1.1 Chi phí đầu tư 82

6.1.2 Chi phí vận hành 82

6.1.3 Chi phí tiết kiệm được của hệ thống: 83

6.2 Tính toán lại phương án 84

6.2.1 Chọn máy lạnh hấp thụ 84

6.2.2 Tính toán các thiết bị thu hồi nhiệt thải 85

6.2.3 Chọn các thiết bị khác 87

6.2.4 Tính toán lại chi phí 88

6.3 Nhận xét 89

PHỤ CHƯƠNG: HỆ THỐNG EJECTOR HƠI ĐỂ THU HỒI NHIỆT LƯỢNG HƠI PHÂN LY 91

P.1 Tổng quan về ejector 91

P.2 Tính toán ejector 92

P.2.1 Cơ sở lý thuyết 92

P.3 Nhận xét 98

KẾT LUẬN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC 1 103

PHỤ LỤC 2 107

PHỤ LỤC 3 114

PHỤ LỤC 4 116

PHỤ LỤC 5 117

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất giày tại công ty Tae Kwang Vina 6

Hình 2.2: Đồ thị phân bố tỉ lệ tiêu thụ điện năng của các thiết bị trong doanh nghiệp 8

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nước lạnh cho công nghệ 9

Hình 2.4: Lò hơi đốt dầu FO với hệ thống béc đốt quay 10

Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của béc đốt quay 11

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiệt tại doanh nghiệp 11

Hình 2.7: Bố trí đường ống khói tại nhà lò 12

Hình 2.8: Bình góp hơi 12

Hình 2.9: Hơi phân ly không được thu hồi tại bồn nước cấp 14

Hình 3.1: Đồ thị xác định nhiệt độ đọng sương của khói 17

Hình 3.2: Phương án 1 22

Hình 3.3: Phương án 2 23

Hình 3.4: Phương án 3 24

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của MLHT H2O – LiBr loại Single Effect 27

Hình 4.2: Sơ đồ khối của MLHT H2O – LiBr loại Single Effect 36

Hình 4.3: Bình phát sinh 38

Hình 4.4: Bình ngưng 39

Hình 4.5: Bình bốc hơi 39

Hình 4.6: Bình hấp thụ 40

Hình 4.7: Bộ trao đổi nhiệt 40

Hình 4.8: Giao diện chính của chương trình 42

Hình 4.9: Giao diện “Thông số các điểm đặc trưng” của chu trình 42

Hình 4.10: Đồ thị liên hệ giữa áp suất - nhiệt độ và nồng độ của dung dịch H2O - LiBr 43

Hình 5.1: Sơ đồ nhiệt của phương án 44

Hình 5.2: Thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly 48

Hình 5.3: Ngưng tụ trong thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly 49

Hình 5.4: Mặt sàng của thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly 49

Hình 5.5: Đồ thị trao đổi nhiệt ở thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly 51

Hình 5.6: Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải 53

Hình 5.7: Các kích thước của ống cánh 54

Hình 5.8: Đồ thị tra hiệu suất cánh 56

Hình 5.9: Đồ thị trao đổi nhiệt của thiết bị thu hồi nhiệt khói thải ở lò hơi số 3 58

Hình 5.10: Đồ thị trao đổi nhiệt của thiết bị thu hồi nhiệt khói thải ở lò hơi số 4 63

Hình 5.11: Thiết bị trao đổi nhiệt của bồn nước nóng 65

Hình 5.12: Bồn nước nóng và nhiệt độ nước khi hoạt động 66

Hình 5.13: Quá trình hòa trộn trong bồn nước nóng 68

Hình 5.14: Đồ thị trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung 70

Hình 5.15: Sơ đồ đường nước nóng đi qua các thiết bị 72

Hình 5.16: Trở lực cục bộ khi dòng chảy từ tiết diện nhỏ sang tiết diện lớn và ngược lại 75

Hình P.1: Ejector 91

Hình P.2: Quá trình giãn nở trong ejector 92

Hình P.3: Sự thay đổi áp suất và vận tốc trong ejector 93

Hình P.4: Đồ thị i - s 97

Hình P.5: Sơ đồ hệ thống nhiệt tại Công ty Nikkico 99

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các lò hơi đốt dầu FO 13

Bảng 3.1: Thành phần dầu FO (%) 16

Bảng 4.1 28

Bảng 5.1: Kết quả tính lƣợng hơi trích bổ sung 46

Bảng 5.2: Thông số chọn bơm 81

Bảng 5.3: Thông số bơm của hệ thống 81

Bảng 6.1: Thông số chọn bơm 88

Bảng 6.2: Thông số bơm của hệ thống 88

lượng cũng ngày càng tăng Hiện nay, con người vẫn phải dựa vào nguồn nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí đốt…) để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sản xuất, sinh hoạt… Do mức độ khai thác ngày càng gia tăng nên trong tương lai sản lượng của các nguồn nhiên liệu trên sẽ giảm dần và cạn kiệt Để đối phó với tình trạng này, con người không còn cách nào khác là phải có biện pháp sử dụng tiết kiệm các nguồn năng lượng hiện có và tìm ra các nguồn năng lượng mới để thay thế

Bên cạnh vấn đề về sản lượng, các nguồn nhiên liệu hóa thạch còn gây ra những tác động nguy hại đến môi trường – vấn đề hiện nay đang trở thành mối quan tâm chung của toàn cầu Hiện tượng nóng dần lên toàn cầu đã gây ra những tác động đến sinh thái, khí hậu và gây những hậu quả rất lớn mà nguyên nhân của nó phần lớn là do các khí nhà kính, một trong số đó phải kể đến khí CO2 – sản phẩm của quá trình đốt cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch

Một vấn đề cũng đáng quan tâm đó là sự biến động của giá nhiên liệu trên thị trường hiện nay Điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất và giá thành sản phẩm Tại Việt Nam, việc ứng dụng những nguồn năng lượng mới vẫn còn gặp khó khăn Do đó, nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng là mối quan tâm hàng đầu hiện nay Nó không chỉ vì lợi ích của các doanh nghiệp, cá nhân mà còn vì lợi ích của cả quốc gia hay rộng hơn là cho toàn cầu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THU HỒI NHIỆT THẢI 1.1 Nhiệt thải

Nhiệt thải là nguồn năng lượng ở dạng nhiệt năng được thải bỏ ra ngoài môi trường sau một quá trình sử dụng năng lượng nào đó Hiện nay có rất nhiều lĩnh vực cần đến các nguồn nhiệt năng để cung cấp năng lượng cho hoạt động sản xuất, do vậy

có khả năng tồn tại một hoặc nhiều nguồn nhiệt thải đã bị lãng phí Trong phạm vi của luận văn này, ta chỉ xét đến các nguồn nhiệt thải trong công nghiệp

Các nguồn nhiệt thải có thể chia thành 3 dạng:

- Chất khí: khói thoát ra từ turbine khí hoặc động cơ đốt trong; khói thải từ lò hơi, lò nung gốm sứ, lò luyện kim, nấu thủy tinh…

- Chất lỏng: nước làm mát động cơ, làm mát thiết bị; nước trong quá trình tạo hạt xỉ từ các lò công nghiệp…

- Chất rắn: sản phẩm nóng cần được làm mát như clinke xi măng, vật sấy…

Ý nghĩa: việc tận dụng các nguồn nhiệt thải một cách hiệu quả và hợp lý sẽ mang

lại các lợi ích sau:

 Tiết kiệm nhiên liệu: trong một quy trình sản xuất có thể có nhiều công đoạn cần đến nguồn nhiệt năng, do đó có thể tận dụng nhiệt thải của công đoạn này để cung cấp cho công đoạn khác nhằm giảm lượng tiêu hao nhiên liệu cung cấp cho toàn hệ thống Điều này sẽ giúp doanh nghiệp có thể hạ giá thành sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường

 Tăng tính kinh tế của hệ thống, khai thác tối đa năng suất làm việc của hệ thống so với trước đây

 Góp phần bảo vệ môi trường: việc giảm đi lượng tiêu hao nhiên liệu cũng đồng nghĩa với việc giảm lượng phát thải khí CO2, điều này không chỉ giúp bảo vệ cho môi trường mà còn giúp cho doanh nghiệp tạo giá trị về mặt xã hội cho sản phẩm

1.2 Cơ sở lý thuyết về thu hồi nhiệt thải

1.2.1 Điều kiện cần để thu hồi nhiệt thải

Các nguồn nhiệt thải tuy rất đa dạng tuy nhiên không phải bất kỳ nguồn nhiệt thải nào cũng có khả năng thu hồi được Khi xem xét khả năng tận dụng của một nguồn nhiệt thải nào đó cần quan tâm đến những yếu tố sau đây:

- Nguồn nhiệt đó có đủ lượng cần thiết

- Chất công tác có mức nhiệt độ đủ cao

- Tính ổn định của nguồn nhiệt thải

- Nhu cầu và khả năng bố trí thiết bị

Một yếu tố quan trọng đó là sự tương thích giữa cung và cầu trong các nhà máy,

xí nghiệp… Mặc dù ở một số nơi có nguồn nhiệt thải rất lớn nhưng hầu như lại không

có quy trình công nghệ (QTCN) nào có nhu cầu tận dụng nguồn nhiệt đó hoặc do sự không đồng bộ giữa nguồn nhiệt thải và nhu cầu (khi có nhu cầu về nhiệt thì lại không

có nguồn nhiệt thải và ngược lại) Ngoài ra, các phương án THNT cần phải được xem xét để tránh ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống chính, hoạt động sản xuất của doanh nghiệp vì rõ ràng nếu không tận dụng nguồn nhiệt thải thì hoạt động sản xuất của doanh nghiệp vẫn diễn ra bình thường Việc bố trí thêm các thiết bị THNT là không thể tránh khỏi do đó cần phải quan tâm đến hiệu quả của việc đầu tư và khả năng tiết kiệm, thu hồi vốn của hệ thống THNT

1.2.2 Đặc điểm nguồn nhiệt thải

Khi xem xét các nguồn nhiệt thải cần lưu ý đến các đặc điểm tính chất sau, để từ

đó có thể đưa ra những phương án hợp lý

a) Đặc điểm nguồn nhiệt

Tần xuất xuất hiện của nguồn nhiệt thải là liên tục, gián đoạn hay theo một chu

kỳ nào đó

Tính ổn định của các thông số như lưu lượng môi chất, nhiệt độ môi chất: có thay

đổi đáng kể trong suốt quá trình sản xuất hay không, nếu thay đổi thì nên xem xét đến qui luật biến đổi và khoảng biến đổi

Nếu tần xuất và tính ổn định của nguồn nhiệt thấp thì không nên tận dụng nguồn nhiệt thải này

b) Tính chất môi chất

Mức nhiệt độ của môi chất: quyết định vật liệu của các thiết bị THNT Nhiệt độ

càng cao (thường là khí thải hoặc khói thải) thì đòi hỏi vật liệu càng phải mắc tiền, do vậy có thể dẫn đến tính không kinh tế của hệ thống THNT Một phương pháp để khắc phục là hạ nhiệt độ của môi chất xuống bằng cách hòa trộn thêm không khí lạnh từ môi trường vào

Nhiệt độ đọng sương: trong sản phẩm cháy luôn tồn tại một lượng SO2, nếu nhiệt

độ khói hạ thấp, có thể gây nên hiện tượng đọng sương tạo thành axit sunfuric H2SO4gây ăn mòn thiết bị và đường ống Khi tận dụng nhiệt thải đồng thời ta đã giảm nhiệt

độ của các môi chất, do đó cần quan tâm đến nhiệt độ đọng sương của khói thải Nhiệt

độ này phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu

Độ sạch: môi chất thải có lẫn tạp chất, bụi, tro… cũng dẫn đến ăn mòn hoặc bám

bẩn vào các bộ trao đổi nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị Vì vậy cần

có thêm phương án bố trí các thiết bị làm sạch

Ngoài SO2 thì trong môi chất còn một số chất có khả năng gây ăn mòn các thiết

bị trong hệ thống hoặc có khả năng trở thành dung môi gây ăn mòn, do đó cần phải phân tích kỹ các yếu tố này

1.2.3 Khó khăn và nhược điểm của hệ thống thu hồi nhiệt thải

Các nguồn nhiệt thải thường không liên tục, thêm vào đó là tính không đồng bộ của hệ thống chính và hệ thống sử dụng nhiệt thải Những yếu tố này dẫn đến nguồn nhiệt thải có thể thiếu hoặc thừa so với nhu cầu, do đó phải cần thêm một nguồn nhiệt

bổ sung hoặc cần có nguồn tích trữ nhiệt thải

Một số nguồn nhiệt thải có nhiệt độ thấp nên thiết bị thu hồi cần có kích thước lớn, tốn kém vật tư và mắc tiền, choán mặt bằng lắp đặt Các thiết bị thu hồi lại không

có sẵn trên thị trường nên phải chế tạo đơn chiếc do đó giá thành cũng sẽ cao

Hệ thống THNT luôn có sự tác động ngược tới hệ thống chính như:

Làm tăng trở lực của hệ thống do phải bố trị các thiết bị thu hồi nhiệt Vì vậy phải tính toán cụ thể để đánh giá, nếu như trở lực lớn cần phải lắp đặt thêm bơm, quạt phụ trợ

Bám bẩn ở các thiết bị thu hồi do đó cần có giải pháp vệ sinh, bảo dưỡng

Hệ thống THNT ứng dụng cho từng xí nghiệp, nhà máy… với các đặc điểm riêng biệt và sơ đồ cụ thể khác nhau, do đó khó có thể triển khai nhân rộng

Luôn bị xem là đối tượng thứ yếu nên vẫn chưa được sự quan tâm của các doanh nghiệp, tổ chức

1.3 Ví dụ về hệ thống tận dụng nhiệt thải

Tận dụng nhiệt khí thải lò nung clinker phát điện ở Nhà máy xi măng Hà Tiên 2

Nguyên lý hoạt động của hệ thống: khí thải từ lò quay có nhiệt độ từ 350 – 3800C được dẫn vào nồi hơi thực hiện trao đổi nhiệt tạo ra hơi quá nhiệt Dùng hơi quá nhiệt quay turbine dẫn động máy phát điện Phần khí sau khi đã qua trao đổi nhiệt còn khoảng 2300C được đưa về sấy liệu cho máy nghiền bột sống Khi lò nung hoạt động bình thường với công suất 3.000 tấn clinker/năm, nhà máy phát được 3 MW điện Ngoài hiệu quả chính là thu hồi lượng nhiệt thải từ lò nung để phát điện làm giảm chi phí tiêu thụ điện năng, hệ thống thu hồi nhiệt thải còn có những tác dụng phụ tích cực như:

Hệ thống đã hấp thụ nhiệt và chuyển thành điện năng, làm giảm nhiệt độ

ở đầu vào của các thiết bị thuộc công đoạn phía sau giúp các thiết bị hoạt động

ổn định hơn, giảm hư hỏng, tăng tuổi thọ máy nghiền bột sống, quạt gió KM02, lọc bụi tĩnh điện

Do nhiệt độ hạ xuống thấp làm hiệu suất của lọc bụi điện tăng, góp phần giảm ô nhiễm môi trường một cách gián tiếp Lượng bụi thu hồi được tại nồi hơi khoảng 10-15 tấn/giờ đưa trực tiếp vào silo tồn trữ cũng góp phần vào việc tăng công suất máy nghiền Nguồn điện tiếp nhận tại thanh cái có chất lượng cao vì máy phát được điều chỉnh với hệ số công suất xấp xỉ 0,95

Máy phát tận dụng khí thải của Nhà máy xi măng Hà Tiên 2, hoàn toàn không sử dụng dầu làm nguồn năng lượng sinh công, do đó không thải khí đốt ra

môi trường, đây là hệ thống sạch và xanh

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TẠI DOANH NGHIỆP 2.1 Giới thiệu doanh nghiệp

tỉnh Đồng Nai

Sản lượng sản phẩm năm 2007 8.471.323 (đôi giày)

Điện năng tiêu thụ trung bình 141.661 kWh

trong ngày

Tổng chi phí năng lượng Năm 2006: 4.713.278 ($)

Năm 2007: 4.257.714 ($) Tổng doanh thu Năm 2006: 163.769.775 ($)

Năm 2007: 141.549.818 ($)

Số lượng công nhân 12.717 (người)

Thời gian làm việc trong ngày 24/24

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất

Điện

Trong số các công đoạn thì có thể xem công đoạn ép đế giày tiêu hao nhiều năng lượng nhất Do ở công đoạn này, cần phải sử dụng hơi để gia nhiệt cho khuôn ép và sau đó dùng nước lạnh được cung cấp từ các chiller để làm nguội khuôn Quá trình nâng, giữ và hạ khuôn được thực hiện nhờ vào hệ thống bơm thủy lực

Trong công đoạn ép phylon có 2 quy trình ép: ép nóng và ép lạnh trên 1 máy, ép nóng và ép lạnh trên 2 máy

Ở xưởng phylon có 72 máy ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên cùng 1 máy

và 72 máy ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau

Đối với hệ thống khuôn ép tại xưởng phylon pressing, công đoạn sấy nóng và

làm lạnh trên cùng 1 đế khuôn gây ra một số bất lợi sau :

+ Tiêu tốn năng lượng để hạ đế khuôn từ 1550

C xuống dưới 300C và ngược lại + Các van đóng mở tự động lâu ngày sẽ bị rò rỉ dẫn đến hơi nóng xâm nhập vào đường nước lạnh và ngược lại làm tăng lượng dầu tiêu thụ cho lò hơi và tăng lượng điện năng vận hành cho chiller

+ Thời gian làm nguội và sấy nóng kéo dài hơn và cần công đoạn làm nguội trung gian bằng nước thường

Do đó hiện nay, doanh nghiệp đang cải thiện hệ thống ép để đưa toàn bộ quy

trình ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau

2.3 Đánh giá việc sử dụng các nguồn năng lượng

2.3.1 Tổng quát

2.3.1.1 Điện năng

Điện năng tiêu thụ chủ yếu được sử dụng cho các thiết bị như:

- Thiết bị, máy móc của dây chuyền sản xuất trong đó phần lớn là điện năng cung cấp cho hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén, quạt thông gió và các máy may

- Water chiller để cung cấp nước lạnh

- Chiếu sáng

Hình 2.2: Đồ thị phân bố tỉ lệ tiêu thụ điện năng

của các thiết bị trong doanh nghiệp

Do doanh nghiệp không có bảng thống kê công suất của các thiết bị khác như bơm thủy lực, máy nén, quạt thông gió, máy may… nên không thể lập được biểu đồ tiêu thụ điện năng chi tiết của các thiết bị này mà chỉ có thể đánh giá tổng quát Nhưng nhìn chung công suất tiêu thụ của hệ thống chiller chiếm một tỷ trọng lớn trong các thiết bị tiêu thụ điện năng của doanh nghiệp

Hệ thống chiller cung cấp nước lạnh: bao gồm 8 chiller cung cấp 2 khu vực

chính đó là khu phylon và khu cup insole Sơ đồ hệ thống cung cấp nước lạnh được trình bảy ở hình 2.3

23%

3%

74%

ChillerChiếu sángKhác

base plate base plate base plate

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nước lạnh cho công nghệ

Năng suất lạnh của một chiller là 579 kW Nhiệt độ nước lạnh cung cấp cho QTCN là 200C Nhiệt độ khuôn sau khi giải nhiệt có yêu cầu là dưới 300C Hệ số COP của các chiller:

+ Chiller 2(Hitachi) : COP = 2.7

+ Chiller 3(Hitachi) : COP = 4.7

+ Chiller 4(Century) : COP = 3.4

+ Chiller 5(Century) : COP = 4.1

+ Chiller 6(Century) : tại thời điểm khảo sát không hoạt động

+ Chiller 8(Century): COP = 1.7

+ Chiller 1(Century) : COP = 4.6

+ Chiller 7(Century) : COP = 5.2

Hầu hết các chiller đều có hệ số COP cao, trừ hai chiller số 2 và chiller số 8 Hệ

số COP thấp dẫn đến các chiller tiêu thụ điện năng cao hơn làm tăng lượng điện năng tiêu thụ Nguyên nhân có thể do bình ngưng bị bám bẩn làm cho hệ thống nước giải nhiệt hoạt động kém

2.3.1.2 Nhiệt năng

Hệ thống lò hơi cung cấp nhiệt năng bao gồm 6 lò hơi Trong đó, nhiệt năng cho quy trình sản xuất chủ yếu do 4 lò hơi đốt dầu FO cung cấp (thông số cụ thể trình bày ở bảng 2.1) Các lò hơi này sử dụng hệ thống béc đốt quay để tán sương dầu FO Dầu FO thường có độ nhớt khá lớn do vậy trước khi đưa vào hệ thống đốt của lò hơi cần phải hâm nóng dầu để giảm độ nhớt của nó tuy nhiên hiệu suất đốt lúc này vẫn chưa cao Do vậy, dùng béc đốt quay để tán sương dầu là một trong những phương pháp nhằm nâng cao hiệu suất của lò hơi

Hình 2.4: Lò hơi đốt dầu FO với hệ thống béc đốt quay

Nguyên lý của tán sương dầu bằng béc quay được thể hiện trên hình 2.5 Nhờ vào lực ly tâm của cốc quay làm bắn nhỏ các hạt dầu sau đó kết hợp với dòng không khí có tốc độ cao khi đi qua các ống tăng tốc (ống phun) sẽ tán mịn các hạt dầu với kích thước đồng nhất tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình cháy Dầu được đưa đến cốc quay qua đường ống cấp là một trục rỗng, cốc quay có tiết diện lớn dần để các hạt dầu được bắn vào buồng đốt Quạt ly tâm cung cấp gió và cốc quay được dẫn động bằng động cơ qua bộ truyền đai

Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của béc đốt quay

Sơ đồ hệ thống nhiệt:

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiệt tại doanh nghiệp

Quạt ly tâm

Ống phun

Đường gió chính

Bộ truyền

đai

Hệ thống nhiệt cấp cho QTCN như đã nói gồm bốn lò hơi đốt dầu FO dùng chung một bồn nước cấp Hơi mới sinh ra được đưa vào bình góp hơi và phân phối cho các cụm máy Đường ống khói sau mỗi lò sẽ được góp chung và thải ra ngoài

Trong số bốn lò hơi đốt dầu FO thì lò số 2 dùng để chạy dự phòng Còn lại lò số

3 và số 4 dùng để đáp ứng phụ tải nền, lò số 1 dùng để đáp ứng phụ tải đỉnh

Theo bảng 2.1, các lò hơi FO số 1, 4 và lò hơi DO số 2 có chế độ đốt chưa tối ưu Lượng không khí thừa của các lò dao động từ 41,6% đến 137% Lượng không khí thừa quá nhiều làm cho lượng nhiên liệu tiêu hao nhiều hơn và hiệu suất của lò hơi bị

giảm

Hình 2.7: Bố trí đường ống khói tại nhà lò

Hình 2.8: Bình góp hơi

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các lò hơi đốt dầu FO

Lò hơi Lò hơi 1, FO Lò hơi 2, FO Lò hơi 3, FO Lò hơi 4, FO

Loại lò hơi Ống lò, ống lửa Ống lò, ống lửa Ống lò, ống lửa Ống lò, ống lửa

O2(%) : 1,45

CO2(%) : 14,7

SO2(ppm) : 1700 Ex-air(%) : 7,4

O2(%) : 8,8

CO2(%) : 9,81

SO2(ppm) : 1034 Ex-air(%) : 72,1

2.3.2 Về các nguồn nhiệt thải

Khói thải: nhiệt độ khói thải của các lò hơi còn cao, dao động từ 2240C đến

2530C đối với lò hơi đốt FO và 1830C đối với lò hơi đốt DO Nhiệt khói thải cao thải ra ngoài vừa giảm hiệu suất của lò hơi vừa ảnh hưởng đến môi trường

Do lò hơi đốt dầu FO số 3 và số 4 dùng để chạy tải nền nên nguồn nhiệt khói thải của hai lò hơi này khá ổn định

Hơi phân ly: lượng hơi phân ly tại bồn nước cấp không được thu hồi dẫn đến

tổn thất năng lượng và một phần lượng nước ngưng

Hình 2.9: Hơi phân ly không được thu hồi tại bồn nước cấp

2.4 Đặt vấn đề

Song song với nhu cầu sử dụng nhiệt thì trong quy trình sản xuất vẫn có nhu cầu

sử dụng nước lạnh Như vậy, nguồn nhiệt thải và nhu cầu nước lạnh hoàn toàn tương thích với nhau dẫn đến khả năng có thể tận dụng nguồn nhiệt thải để sản xuất nước lạnh Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, máy lạnh hấp thụ (MLHT) ngày càng có hiệu suất cao, hoạt động ổn định và tin cậy hơn Do đó, giải pháp đưa ra

là tận dụng nhiệt thải từ khói và hơi phân ly để chạy MLHT cung cấp nước lạnh cho sản xuất nhằm giảm chi phí cho điện năng

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG

CẤP NƯỚC LẠNH 3.1 Tính công suất nhiệt thu hồi

Như đã phân tích, trong số ba lò hơi đốt dầu FO đang hoạt động thì chỉ có hai lò hơi số 3 và số 4 là chạy tải nền (24/24) còn lò hơi số 1 thì chỉ phục vụ cho nhu cầu tải đỉnh Lò hơi đốt dầu DO chỉ phục vụ cho nhu cầu nước nóng và dự phòng Như vậy, đối với nguồn nhiệt là khói thải thì ta chỉ quan tâm đến lò hơi FO số 3 và số 4 còn nguồn nhiệt do hơi phân ly thì do tất cả nước ngưng đều góp chung vào bồn chứa nước

cấp nên ta cần phải xét thêm lượng hơi do lò số 1 cung cấp

3.1.1 Tính công suất nhiệt thu hồi của hơi phân ly

Để đạt hiệu suất cao nhất thì lò hơi số 3 và số 4 được vận hành ở mức sản lượng hơi kinh tế, còn lò hơi số 1 chỉ đáp ứng nhu cầu tải đỉnh nên xem như vận hành ở chế

Nhiệt độ hơi yêu cầu cho QTCN là 1550C nên nước ngưng cũng có nhiệt độ

1550C, chọn tổn thất từ các máy ép đến bồn nước cấp khoảng 5% Như vậy nhiệt độ nước ngưng là

155.(1-0,05) ≈ 147 0C

Khi nước ngưng ở 1470C (tương ứng với áp suất khoảng 4,4 bar) trở về bồn nước cấp sẽ xảy ra hiện tượng phân ly hơi do áp suất trong bồn nước cấp là 1 bar

Tra bảng nước và hơi nước bão hòa, ta có:

Chọn nhiệt độ khói thải ra khỏi thiết bị thu hồi nhiệt thải phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của khói Nhiệt độ đọng sương của khói phụ thuộc vào hàm lượng lưu

huỳnh có trong dầu FO

Hình 3.1: Đồ thị xác định nhiệt độ đọng sương của khói

Dựa vào đồ thị ta xác định được nhiệt độ đọng sương của khói ứng với hàm lượng lưu huỳnh 2,8% là 1350C Tuy nhiên, để tránh hiện tượng hơi nước ngưng tụ kết hợp với oxít lưu huỳnh trong khói thải tạo thành axit ăn mòn các bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị khi lò hơi vận hành non tải nên chọn nhiệt độ khói thải ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt thải là 1700C

Tính lượng tiêu hao nhiên liệu:

Nhiệt trị thấp của nhiên liệu:

t

339.83 1030.10, 4 109(0,7 2,8) 25.339002,9 kJ / kgnl

Nhiệt vật lý của nhiên liệu (do hâm dầu FO):

Điểm đọng sương của nước tinh khiết

%S chứa trong nhiên liệu

Đối với dầu:

Chọn áp suất trung bình của hơi là: 0,5.(8 + 8,7) = 8,35 bar

Tra bảng thông số nhiệt động của nước và hơi nước, ta được:

i” = 2770,75 kJ/kg

i’ = 728,565 kJ/kg

inc = 301,878 kJ/kg

Chọn lượng nước xả trung bình là: 0,5.(80 + 120) = 100 lít / lần

Lượng xả đáy trong 1 ngày là: 100.3 = 300 lít / ngày = 12,5 lít / h

Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa, ở áp suất 8,35 bar:

Suy ra lƣợng tiêu hao nhiên liệu là:

DLH3 = 6800 kg/h

3

6800.(2770,75 301,878) 11,19.(728,565 301,878)B

Lƣợng khói thải lý thuyết:

Nhiệt khói thải của lò hơi số 3

Đối với lò hơi số 3, có hệ số không khí thừa α = 1,074

N N

RO RO

0 tb

3 0 RO

2

3 0 O

C 1,347 kJ / m C

k i i

3 0

C r C 0,117.1,526 0,736.1,303 0,134.1,8 0,013.1,3471,396 kJ / m C

Nhiệt thải của lò hơi số 3:

k3 k 3 k k k

504, 2

Q V B C (t ' t " ) 11,774 .1,396(253 170)

3600191,07 kW

Nhiệt khói thải của lò hơi số 4

Tính toán tương tự với α = 1,15

Xác định nhiệt dung riêng trung bình của khói:

N N

RO RO

170 240

2

Từ nhiệt độ trung bình ta tìm được nhiệt dung riêng trung bình của từng loại khí trong khói:

2

3 0 RO

2

3 0 O

k 4 k 4 k k k

315, 2

Q V B C (t ' t " ) 12,563 .1,39(240 170)

3600107,03kW

Tổng công suất nhiệt tận dụng được là:

Qtd = Qh + Qk3 + Qk4 = 739,36 + 191,07 + 107,03 = 1037,46 kW

3.2 Phân tích, lựa chọn phương án

3.2.1 Phương án 1

Sử dụng hai thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt thải của khói thải và hơi phân ly nhằm cung cấp nước nóng có nhiệt độ 900C cho MLHT Phương án này tận dụng toàn bộ công suất nguồn nhiệt thải có sẵn để sản xuất nước lạnh

Với công suất nhiệt tận dụng là Qtd = 1037,46 kW; hệ số COP của MLHT loại Single Effect cấp nhiệt bằng nước nóng vào khoảng 0,75, ta có năng suất lạnh là Q0 = 1037,46.0,75 ≈ 778 kW Năng suất lạnh này đáp ứng được 134% năng suất lạnh của một chiller (579 kW), như vậy ta có thể dừng hoạt động một chiller để giảm điện năng tiêu thụ

Ưu điểm: đơn giản, vốn đầu tư ít

Nhược điểm: phương án này chỉ dùng một thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng

nhiệt của khói thải lò hơi, do đó khi có sự cố xảy ra ở bất kỳ lò hơi nào thì sẽ dẫn đến thiếu nguồn nhiệt cung cấp cho MLHT Thêm vào đó nguồn nhiệt thải này khó đáp ứng nhu cầu tải khi khởi động vì khi đó hệ thống vẫn chưa sản xuất nên chưa có nguồn hơi phân ly

3.2.2 Phương án 2

Hình 3.3: Phương án 2

Sử dụng hai thiết bị trao đổi nhiệt riêng biệt cho hai lò hơi để tận dụng nhiệt của khói thải Khi có sự cố ở bất kỳ lò hơi nào, ta đóng các van nước tương ứng trước các thiết bị trao đổi nhiệt, công suất nhiệt bị thiếu sẽ được bổ sung bằng hơi trích từ ống góp

Phương án này khắc phục được các nhược điểm của phương án 1 nên hệ thống vận hành ổn định hơn Tuy nhiên do phải có thêm thiết bị trao đổi nhiệt nên chi phí sẽ cao hơn Ngoài ra, năng suất lạnh cung cấp ở phương án này vẫn giống như phương án một (dư 34%) do vậy chỉ có khả năng dừng hoạt động một chiller

3.2.4 Kết luận, lựa chọn phương án thiết kế

Qua ba phương án đã nêu, ta thấy phương án 3 mặc dù có chi phí đầu tư và vận hành cao hơn nhưng khả năng tiết kiệm điện năng so với 2 phương án đầu tiên là lớn hơn nhiều Hơn nữa, phương án 3 cũng đã tận dụng tối đa công suất nguồn nhiệt thải

và vận hành ổn định hơn Do vậy, phương án 3 là phương án tối ưu

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY LẠNH HẤP THỤ

4.1 Tổng quan về máy lạnh hấp thụ

4.1.1 Sự khác biệt giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi

Điểm khác nhau cơ bản giữa MLHT và máy lạnh có máy nén hơi là năng lượng

sử dụng và loại môi chất làm việc Máy lạnh có máy nén hơi sử dụng cơ năng mà thông thường là do điện năng chuyển hóa thành, trong khi đó MLHT sử dụng nhiệt năng làm năng lượng đầu vào Đối với những nơi có điều kiện thuận lợi như có sẵn nguồn nhiệt năng hoặc nhiệt thải thì việc sử dụng MLHT sẽ là một giải pháp năng lượng hiệu quả

Trong MLHT, môi chất làm việc là dung dịch được trộn lẫn từ hai chất thuần khiết khác nhau Hai chất này phải có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi ở cùng điều kiện áp suất và phải đảm bảo không tác dụng hóa học với nhau, chất nào có nhiệt độ sôi thấp hơn thì sẽ đóng vai trò là tác nhân lạnh, chất còn lại là chất hấp thụ Hiện nay, hai dung dịch được sử dụng phổ biến trong MLHT là NH3 – H2O và H2O – LiBr Trong dung dịch NH3 – H2O, thì NH3 đóng vai trò là tác nhân lạnh còn H2O là chất hấp thụ, dung dịch này được sử dụng khi nhiệt độ cần làm lạnh dưới 00C Đối với dung dịch H2O – LiBr, thì H2O đóng vai trò là tác nhân lạnh còn LiBr là chất hấp thụ, dung dịch này được sử dụng khi nhiệt độ cần làm lạnh lớn hơn 00C Môi chất H2O – LiBr còn có đặc điểm là hoàn toàn không gây ra bất cứ mối nguy hại nào cho môi trường, thêm vào đó MLHT H2O – LiBr loại Single Effect có áp suất làm việc thấp hơn áp suất khí quyển nên không có sự rò rỉ chất làm việc ra môi trường

Tùy theo mức nhiệt độ của nguồn nhiệt cấp vào mà ta phân ra các sơ đồ làm việc loại Single Effect, Double Effect Nói chung khi nhiệt độ của nguồn nhiệt thấp (khoảng 1000C) thì nên dùng MLHT loại Single Effect, khi nhiệt độ cao hơn thì dùng loại Double Effect

Trong trường hợp của doanh nghiệp đang khảo sát, nhiệt độ nước làm việc lớn hơn 00

C và môi chất cấp nhiệt là nước nóng có nhiệt độ khoảng 900C, nên ta chỉ xét đến MLHT H2O – LiBr loại Single Effect

4.1.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ H 2 O – LiBr loại Single

loãng hơn Quá trình hấp thụ phát sinh nhiệt lượng nên cần phải giải nhiệt cho BHT

Dung dịch loãng sau đó được bơm trở lại BPS và tiếp tục chu trình

4.1.3 Lựa chọn máy lạnh hấp thụ

Từ kết quả phân tích và lựa chọn phương án, ta chọn MLHT có năng suất lạnh

đáp ứng được nhu cầu của hai chiller là 2.579 = 1158 kW Nguồn nhiệt cung cấp là

Chiều dài máy: 4,055 m

Chiều cao máy: 2,74 m

Chiều rộng máy: 3,14 m

Các chi tiết khác về MLHT được trình bày ở phụ lục 3

4.2 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ

4.2.1 Các công thức dùng để tính toán nhiệt động

Việc tính toán các thông số nhiệt động của dung dịch H2O - LiBr bằng cách tra

bảng hoặc tra đồ thị là rất phức tạp và mất nhiều thời gian Vì vậy, trong phần này xin

giới thiệu một số công thức dùng để tính toán bằng phần mềm

1 Enthalpy của dung dịch

Enthalpy h (kJ/kg) của dung dịch H2O - LiBr khi biết nồng độ c (%) và nhiệt độ t

(0C)

6 3

(i 1) ( j 1) ij

2 Nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh

Trong trường hợp này, tác nhân lạnh là nước và hơi nước Các công thức (4.2) và (4.3) dưới đây giúp ta tính được nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh T (K) khi đã biết

3 Enthalpy của tác nhân lạnh

Gọi i’ và i” lần lượt là enthalpy của tác nhân lạnh (kJ/kg) ở trạng thái lỏng sôi và trạng thái bão hòa khô ứng với nhiệt độ T (K), ta có thể tính i’ và i’’ theo các công thức (4.4) và (4.5) dưới đây

i’ = 2099,3.[a1 +

8 (i 1)

i R

i” = 2099,3.[1 + b1.TR1/3+ b2.TR5/6+ b3.TR7/8+

8 (i 3)

i R

i 4b T ] (4.5) Trong các công thức (4.4) và (4.5), TR là thông số trung gian được xác định như sau:

TR =

3 , 647

T 3 , 647

4,57874342.10 – 15,08441288 -1,48513244 -4,81351884 2,69411792 -7,39064542 10,4961689 -5,46840036

4 Nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh cân bằng với dung dịch lỏng sôi

Khảo sát dung dịch H2O-LiBr đang sôi có nồng độ dung dịch c (%), nhiệt độ t (0F) và áp suất p Ở trạng thái này, có thể xác định nhiệt độ bão hòa td (0F) của tác nhân lạnh ứng với áp suất p bằng công thức (4.7) dưới đây

td =

6 3

(i 1) ( j 1) ij

Các hệ số aij trong công thức (4.7) được trình bày trong bảng 4.3

6 Áp suất bão hòa của tác nhân lạnh

Gọi p là áp suất bão hòa của nước và hơi nước ứng với nhiệt độ t

Trong trường hợp t < 1000

C thì ta có thể tính p theo công thức (4.8):

log p 28,59051 – 8,2.log t 273,15

3142,31 0,0024804 t 273,15

Khi t có giá trị nhỏ (rất gần nhiệt độ đông đặc của nước), ta có thể tính p bằng công thức sau:

log p = 10,5380997 – 2663,91 / (273,15 + t) (4.9)