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

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG 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 NƢỚC LẠNH BẰNG MÁY LẠNH HẤP THỤ TẠI CÔNG TY TAE KWANG VINA GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN SVTH : TRƢƠNG QUỐC BẢO MSSV : 20500166 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01/2010 ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Văn Tuyên đã tận tình hƣớng 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 nhƣ các thầy cô tại trƣờng ĐH Bách Khoa TP. HCM đã tận tình giảng dạy trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân và bạn bè đã quan tâm giúp đỡ trong những năm học qua. Sinh viên Trƣơng Quốc Bảo iii 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 đƣa ra một phƣơng án thu hồi nhiệt thải hiệu quả, hợp lý và tối ƣu. 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 đƣa ra phƣơng án tối ƣu là thu hồi nhiệt thải của khói và hơi phân ly để cung cấp nƣớc 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 nhƣ chọn lựa các thiết bị khác nhƣ 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 chƣơng 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 đƣa ra một số nhận định về điều kiện thực tế của Việt Nam khi ứng dụng các phƣơng án thu hồi nhiệt thải để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ. iv MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG 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 CHƢƠNG 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 nhƣợc điểm của hệ thống thu hồi nhiệt thải 4 1.3 Ví dụ về hệ thống tận dụng nhiệt thải 5 CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG 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 lƣợng . 8 2.3.1 Tổng quát . 8 2.3.2 Về các nguồn nhiệt thải . 14 2.4 Đặt vấn đề 14 CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG CẤP NƢỚC 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 phƣơng án 22 3.2.1 Phƣơng án 1 22 3.2.2 Phƣơng án 2 23 3.2.3 Phƣơng án 3 24 3.2.4 Kết luận, lựa chọn phƣơng án thiết kế . 25 CHƢƠNG 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 v 4.1.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ H 2 O – 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 phƣơng trình cân bằng nhiệt và trình tự tính toán 36 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT THẢI 44 5.1 Tính toán sơ đồ nhiệt 44 5.1.1 Tính lƣợng hơi trích bổ sung 44 5.1.2 Tính lƣợng nƣớc 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 nƣớc nóng: 65 5.5 Tính toán trở lực . 72 5.5.1 Trở lực đƣờng nƣớc nóng của hệ thống 72 5.5.2 Trở lực đƣờng nƣớc nóng cung cấp cho MLHT . 76 5.5.3 Trở lực đƣờng nƣớc lạnh cung cấp cho công nghệ . 78 5.5.4 Trở lực đƣờng nƣớc giải nhiệt 79 5.6 Chọn bơm . 81 CHƢƠNG 6: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 82 6.1 Chi phí đầu tƣ và vận hành 82 6.1.1 Chi phí đầu tƣ 82 6.1.2 Chi phí vận hành 82 6.1.3 Chi phí tiết kiệm đƣợc của hệ thống: 83 6.2 Tính toán lại phƣơng 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 CHƢƠNG: HỆ THỐNG EJECTOR HƠI ĐỂ THU HỒI NHIỆT LƢỢNG 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.2.2 Tính toán ejector 95 vi 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 vii 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 nƣớc 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 đƣờng ống khói tại nhà lò 12 Hình 2.8: Bình góp hơi . 12 Hình 2.9: Hơi phân ly không đƣợc thu hồi tại bồn nƣớc cấp . 14 Hình 3.1: Đồ thị xác định nhiệt độ đọng sƣơng của khói . 17 Hình 3.2: Phƣơng án 1 22 Hình 3.3: Phƣơng án 2 23 Hình 3.4: Phƣơng án 3 24 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của MLHT H 2 O – LiBr loại Single Effect . 27 Hình 4.2: Sơ đồ khối của MLHT H 2 O – LiBr loại Single Effect 36 Hình 4.3: Bình phát sinh . 38 Hình 4.4: Bình ngƣng . 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 chƣơng trình 42 Hình 4.9: Giao diện “Thông số các điểm đặc trƣng” của chu trình 42 Hình 4.10: Đồ thị liên hệ giữa áp suất - nhiệt độ và nồng độ của dung dịch H 2 O - LiBr . 43 Hình 5.1: Sơ đồ nhiệt của phƣơng án 44 Hình 5.2: Thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly . 48 Hình 5.3: Ngƣng 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 viii Hình 5.6: Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải . 53 Hình 5.7: Các kích thƣớc 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 nƣớc nóng 65 Hình 5.12: Bồn nƣớc nóng và nhiệt độ nƣớc khi hoạt động . 66 Hình 5.13: Quá trình hòa trộn trong bồn nƣớc nóng 68 Hình 5.14: Đồ thị trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung . 70 Hình 5.15: Sơ đồ đƣờng nƣớc 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 ngƣợc 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 ix 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 1 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì nhu cầu về sử dụng năng lƣợng cũng ngày càng tăng. Hiện nay, con ngƣời vẫn phải dựa vào nguồn nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí đốt…) để cung cấp năng lƣợng cho các hoạt động sản xuất, sinh hoạt… Do mức độ khai thác ngày càng gia tăng nên trong tƣơng lai sản lƣợng của các nguồn nhiên liệu trên sẽ giảm dần và cạn kiệt. Để đối phó với tình trạng này, con ngƣời không còn cách nào khác là phải có biện pháp sử dụng tiết kiệm các nguồn năng lƣợng hiện có và tìm ra các nguồn năng lƣợng mới để thay thế. Bên cạnh vấn đề về sản lƣợng, các nguồn nhiên liệu hóa thạch còn gây ra những tác động nguy hại đến môi trƣờng – vấn đề hiện nay đang trở thành mối quan tâm chung của toàn cầu. Hiện tƣợng 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 CO 2 – 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 trƣờng hiện nay. Điều này ảnh hƣởng không nhỏ đến sản xuất và giá thành sản phẩm. Tại Việt Nam, việc ứng dụng những nguồn năng lƣợng mới vẫn còn gặp khó khăn. Do đó, nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lƣợng 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. [...]... xuất nƣớc 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 đƣa ra là tận dụng nhiệt thải từ khói và hơi phân ly để chạy MLHT cung cấp nƣớc lạnh cho sản xuất nhằm giảm chi phí cho điện năng 14 CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG CẤP NƢỚC LẠNH 3.1 Tính công suất nhiệt thu hồi. .. nhƣợc điểm của hệ thống thu hồi nhiệt thải Các nguồn nhiệt thải thƣờng 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... cùng 1 máy: + Giai đoạn ép nóng: 12 phút(1550C) + Giai đoạn ép lạnh: đầu tiên giải nhiệt bằng nƣớc thƣờng trong 3 phút, kế đến giải nhiệt bằng nƣớc lạnh trong 12 phút Ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau: + Ép nóng: 10 phút(1550C) Sau đó mang khuôn sang máy làm lạnh + Ép lạnh: 10 phút (giải nhiệt bằng nƣớc lạnh) Ở xƣởng phylon có 72 máy ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên cùng 1 máy và 72 máy. .. CHƢƠNG 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 lƣợng sử dụng và loại môi chất làm việc Máy lạnh có máy nén hơi sử dụng cơ năng mà thông thƣờng là do điện năng chuyển hóa thành, trong khi đó MLHT sử dụng nhiệt năng làm năng lƣợng đầu... 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 nhƣ: Hệ thống đã hấp thụ nhiệt và chuyển thành điện năng, làm giảm nhiệt độ ở đầu vào của các thiết bị thu c công đoạn phía sau giúp các thiết bị hoạt động ổn định hơn, giảm hƣ hỏng, tăng tuổi thọ máy nghiền bột sống, quạt gió KK15KM02, lọc bụi tĩnh điện Do nhiệt độ hạ xuống thấp làm... lập đƣợc biểu đồ tiêu thụ điện năng chi tiết của các thiết bị này mà chỉ có thể đánh giá tổng quát Nhƣng 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 nƣớc lạnh đƣợc trình bảy ở hình... ly tâm cung cấp gió và cốc quay đƣợc dẫn động bằng động cơ qua bộ truyền đai 10 Quạt ly tâm Động cơ Bộ truyền đai Ống phun Cốc quay Đƣờng ống cấp dầu Đƣờng gió chính Đƣờng gió cấp 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 11 Hệ thống nhiệt cấp cho QTCN nhƣ đã nói gồm bốn lò hơi đốt dầu FO dùng chung một bồn nƣớc cấp Hơi... phân ly tại bồn nƣớc cấp không đƣợc thu hồi dẫn đến tổn thất năng lƣợng và một phần lƣợng nƣớc ngƣng 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 nƣớc lạnh Nhƣ vậy, nguồn nhiệt thải và nhu cầu nƣớc lạnh hoàn toàn tƣơng thích với nhau dẫn đến khả năng có thể tận dụng nguồn nhiệt thải để sản... 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 nƣớc lạnh - Chiếu sáng 23% 3% 74% Chiller Chiếu sáng Khác 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 nhƣ bơm thủy lực, máy nén, quạt thông gió, máy may… nên không... choán mặt bằng lắp đặt Các thiết bị thu hồi lại không có sẵn trên thị trƣờng nên phải chế tạo đơn chiếc do đó giá thành cũng sẽ cao Hệ thống THNT luôn có sự tác động ngƣợc tới hệ thống chính nhƣ: 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 nhƣ trở lực lớn cần phải lắp đặt thêm bơm, quạt phụ trợ Bám bẩn ở các thiết bị thu hồi do