Nghiên cứu sử dụng nhiệt khói thải của các nhà máy công nghiệp bằng thiết bị nhiệt kiểu mới ống nhiệt

Sử dụng nhiệt thải bằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới gọi là ống nhiệt (Heat pipe) đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng vào thực tế và mang lại hiệu quả kinh tế cao, như ở Nhật, Mỹ, Nga, Trung Quốc, Hàn Quốc đã chế tạo được các bộ tiết kiệm năng lượng dùng ống nhiệt và đã được sử dụng để thu hồi nhiệt từ nhiệt của khói thải trong các nhà máy hóa chất, xi măng, luyện kim… Một số công trình này đã được đăng trên các tạp chí khoa học uy tín trên thế giới. Sử dụng nhiệt thải (khói thải) để tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả năng lượng của các thiết bị nhiệt như lò hơi, lò công nghiệp,… đã được các nhà nghiên cứu trong nước quan tâm. Tuy nhiên, cho tới nay chưa tìm ra biện pháp hữu hiệu với mục đích tiết kiệm năng lượng – Tận dụng lượng nhiệt thải của các nhà máy công nghiệp tại Việt Nam

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình Cao học viết luận văn này, xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Điện lực, bạn bè đồng nghiệp, đặc biệt thầy cô tận tình dạy bảo suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Trương Nam Hưng dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp hoàn thành luận văn tốt nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quí báu thầy cô bạn Tác giả Lê Duy Anh Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Trương Nam Hưng Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cám ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả Lê Duy Anh Huy MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ THU HỒI NHIỆT THẢI 1.1 Đặc trưng tiêu thụ lượng nhà máy công nghiệp 1.2 Phân loại nguồn nhiệt thải 1.3 Thực trạng tiềm thu hồi nhiệt thải số nhà máy công nghiệp 1.4.Khái quát giải pháp thu hồi nhiệt thải 1.5 Tổng quan thiết bị thu hồi nhiệt thải 1.5.1 Thiết bị thu hồi nhiệt 3 7 1.5.2 Tuabin nhiệt 11 1.5.3 Máy thu phát nhiệt 13 1.5.4 Thiết bị trao đổi nhiệt gia nhiệt nước cấp 13 1.5.5 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống 14 1.5.6 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng 15 1.5.7 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn vòng 16 1.5.8 Nồi thu hồi nhiệt thải 16 1.5.9 Bơm nhiệt 18 1.5.10 Máy nén nhiệt 19 1.5.11 Ống nhiệt 20 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG KIỂU MỚI - ỐNG NHIỆT 2.1 Tổng quan ống nhiệt 2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động ống nhiệt 2.2.1 Cấu tạo ống nhiệt 2.2.2 Nguyên lý hoạt động ống nhiệt 2.3 Phân loại ống nhiệt 2.3.1 Theo lực tác dụng để đưa chất lỏng ngưng quay phần sôi 22 22 22 22 22 23 24 24 2.3.2.Theo phạm vi nhiệt độ sử dụng 27 2.3.3 Theo môi chất nạp 27 2.3.4 Theo mục đích sử dụng ống nhiệt 27 2.3.5 Theo hình dạng ống 28 2.4 Ưu điểm ống nhiệt 2.4.1 Ứng dụng ống nhiệt 28 29 2.5 Tính toán ống nhiệt trọng trường có bề mặt nhẵn CHƯƠNG III : ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT KIỂU ỐNG NHIỆT 3.1 Khảo sát thực trạng nhà máy tinh bột sắn Bá Thước 3.2 Tổng quan chung lò dầu đốt than 3.3 Tính toán thiết kế thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường 3.3.1 Xác định công suất nhiệt ống nhiệt trọng trường 33 42 42 42 43 44 3.3.2 Tiến hành chọn kích thước thông số ống nhiệt 45 3.3.3.Tính kiểm tra an toàn công suất ống nhiệt 56 3.3.4 Tính kiểm tra chiều dài phần ngưng phần sôi ống nhiệt 57 3.3.5 Xác định lượng môi chất nạp vào ống 58 3.3.6 Xây dựng sơ đồ nguyên lý mô hình thiết bị 59 3.3.7 Tính toán kích thước thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường 59 3.3.8 Tính cách nhiệt thiết bị gia nhiệt không khí tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường 60 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 64 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Pg - Độ chênh lệch áp suất lực trọng trường gây nên, P1 - Tổn thất áp suất chuyển động chất lỏng từ vùng ngưng tới vùng bốc hơi, Ph - Tổn thất áp suất chuyển động từ vùng bốc tới vùng ngưng tz – Nhiệt độ trung bình nguồn đốt nóng (khói …) chuyển động qua phần sôi ống, 0C tw – Nhiệt độ trung bình nguồn làm mát ( không khí …) chuyển động qua phần ngưng ống, 0C Rz – Nhiệt trở nguồn đốt nóng với vách ống phần sôi (K/W) Rw – Nhiệt trở nguồn làm mát với vách ống phần ngưng, K/W Rvs – Nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần sôi, K/W Rvn – Nhiệt trở dẫn nhiệt qua vách ống phần ngưng, K/W Rs – Nhiệt trở chất lỏng sôi ống phần sôi, K/W Rn – Nhiệt trở ngưng tụ ống phần ngưng, K/W Rh – Nhiệt trở chuyển động từ phần sôi đến phần ngưng, K/W R – Tổng nhiệt trở, K/W αz - Hệ số tỏa nhiệt chất lỏng (khí) nóng bề mặt ống phần sôi, W/m2.K αw - Hệ số tỏa nhiệt chất lỏng (khí) làm mát bề mặt ống phần ngưng, W/m2.K α s , α n - Hệ số tỏa nhiệt sôi ngưng ống, W/m2.K Fes - Diện tích mặt ống phần sôi, m2 Fen - Diện tích mặt ống phần ngưng, m2 Fis - Diện tích mặt ống phần sôi, m2 Fin - Diện tích mặt ống phần ngưng, m2 de, di - Đường kính đường kính ống, m Ls - Chiều dài ống phần sôi, m Ln - Chiều λ - Hệ số dẫn nhiệt vách ống, W/m.K Ph,s - Áp suất phần sôi ống, N/m2 Ph,n - Áp suất phần ngưng ống, N/m2 Th - Nhiệt độ trung bình ống, K ρh - Khối lượng riêng hơi, kg/m3 r - Nhiệt hóa môi chất nạp, J/kg Qi - Công suất nhiệt bên ống nhiệt, W dài ống phần ngưng, m  - hệ số xác định thực nghiệm DANH MỤC HÌNH VẼ Bảng 1.1:Nguồn nhiệt thải khả thu hồi nhiệt Bảng 1.2:Nhiệt độ nhiệt thải điển hình vùng nhiệt độ cao từ ngành công nghiệp khác Bảng 1.3:Nhiệt độ nhiệt thải điển hình vùng nhiệt độ trung bình từ nguồn khác Bảng 1.4:Nhiệt độ nhiệt thải điển hình vùng nhiệt độ thấp từ nguồn khác Hình 1.5: Thiết bị thu hồi nhiệt (sấy không khí) Hình 1.6: Thiết bị thu hồi nhiệt xạ kim loại Hình 1.7: Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu Hình 1.8: Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp Hình 1.9: Tua bin nhiệt Hình 1.10: Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp Hình 1.11: Bộ hâm nóng nước Hình 1.12: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống Hình 1.13: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng Hình 1.14: Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn vòng Hình 1.15: Nồi thu hồi nhiệt thải dạng ống nước hai đường Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo bơm nhiệt Hình 1.17: Máy nén nhiệt Hình 1.18: Ống nhiệt số thiết bị sử dụng ống nhiệt Hình 2.1: Ống nhiệt Hình 2.2 Quá trình hoạt động ống nhiệt biển đồ T-s Hình 2.3:Ống nhiệt trọng trường Hình 2.4:Ống nhiệt mao dẫn Hình 2.5:Ống nhiệt ly tâm làm mát động điện Hình 2.6:Sử dụng ống nhiệt làm mát thiết bị điện tử Hình 2.7:Hệ thống chân đỡ ống nhiệt để làm mát đường ống Hình2.8:Sử dụng ống nhiệt làm thu lượng mặt trời cho bình nước nóng Hình 2.9:Sử dụng ống nhiệt ngành công nghiệp ô tô dùng để làm mát động cơ, làm mát đèn pha chiếu sáng, sưởi ấm ca bin… Hình 2.10:Ứng dụng ống nhiệt cho việc tiết kiệm lượng hệ thống điều hoà không khí trung tâm Hình 2.11 Nhiệt trở ống nhiệt trọng trường Hình 2.12.Giá trị số môi chất theo nhiệt độ Hình 3.1 Lò dầu truyền nhiệt đốt dầu đốt than Hình 3.2 Thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Sử dụng nhiệt thải thiết bị trao đổi nhiệt kiểu gọi ống nhiệt (Heat pipe) nghiên cứu, ứng dụng vào thực tế mang lại hiệu kinh tế cao, Nhật, Mỹ, Nga, Trung Quốc, Hàn Quốc chế tạo tiết kiệm lượng dùng ống nhiệt sử dụng để thu hồi nhiệt từ nhiệt khói thải nhà máy hóa chất, xi măng, luyện kim… Một số công trình đăng tạp chí khoa học uy tín giới Sử dụng nhiệt thải (khói thải) để tiết kiệm lượng nâng cao hiệu lượng thiết bị nhiệt lò hơi, lò công nghiệp,… nhà nghiên cứu nước quan tâm Tuy nhiên, chưa tìm biện pháp hữu hiệu với mục đích tiết kiệm lượng – Tận dụng lượng nhiệt thải nhà máy công nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế thiết bị thu hồi nhiệt thải (như khói thải…) sử dụng cho nhà máy công nghiệp (như lò hơi, lò thủy tinh, lò xi măng…) với mục đích tiết kiệm lượng Nhiệm vụ nghiên cứu: Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu sử dụng lượng nhà máy công nghiệp thông qua tăng cường hiệu việc thu hồi, tái sử dụng nhiệt thải từ nhà máy Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu – kiểu ống nhiệt , sử dụng nhằm nâng cao hiệu việc thu hồi nhiệt thải nhà máy công nghiệp Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, tính toán lý thuyết cho thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt, áp dụng kết tính toán lý thuyết vào nhà máy cụ thể, đánh giá khái quát hiệu tiết kiệm lượng khả ứng dụng thiết bị thực tế Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, tham khảo kết công trình khoa học công bố, đo đạc, khảo sát thực tế nhà máy công nghiệp, thống kê, tổng hợp, tính toán lý thuyết, phân tích số liệu, xử lý hiệu chỉnh kết Dự kiến đóng góp mới: Giới thiệu phương pháp tính toán, thiết kế, khả sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu – Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt sử dụng việc tiết kiệm lượng CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ THU HỒI NHIỆT THẢI 1.1 Đặc trưng tiêu thụ lượng nhà máy công nghiệp Các nhà máy nhiệt điện, luyện kim, xi măng, hóa chất, gạch, gốm sứ, dệt, nhuộm, ép nhựa, chế biến thực phẩm, đường, cà phê, chè… có lò đốt sử dụng than, dầu, gas điện để tạo nhiệt độ cao trình sản xuất Lượng nhiên liệu thực hữu ích thường chiếm phần nhỏ tổng số nhiện liệu bị đốt cháy Điều gây lãng phí tài nguyên mà ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường khí trái đất Phần nhiệt lượng thực góp phần tạo thành sản phẩm thường từ % tới 30% Hầu hết phần nhiệt lại theo khí thải, nước thải … thoát môi trường góp phần làm cho trái đất nóng lên Khi lò hơi, lò nung lò nhiệt luyện hoạt động thường phát sinh lượng lớn khí thải nhiệt độ cao, mang theo lượng lớn Nếu lượng nhiệt thải thu hồi sử dụng cho mục đích tiết kiệm lượng Trên thực tế, thu hồi toàn lượng thu hồi phần lớn lượng khí thải từ nguồn nhiệt thải 1.2 TT Phân loại nguồn nhiệt thải Nguồn nhiệt thải Nhiệt khói lò Khả thu hồi nhiệt tiềm sử dụng nguồn nhiệt thu hồi Nhiệt độ cao, khả thu hồi nhiệt lớn Nhiệt dòng Nhiệt độ cao, khả thu hồi nhiệt lớn, thêm vào ngưng tụ lại thu hồi nhiệt ẩn Nhiệt xạ đối Khả thu hồi nhiệt không nhiều, lưu thất thoát toả thu hồi dùng để sưởi không khí nhiệt từ bề mặt phục vụ sinh hoạt gia nhiệt sơ không Fzn =  d z2  d e2  n zs (3-14) dz - Đường kính cánh, dz = 40 mm Thay giá trị vào (4-6) ta có: Fzn = 3,14 0,04  0,027  100 = 0,1368 m2 Suy ra: Fen = Ftn + Fzn = 0,0763 + 0,1368 = 0,2131 m2 αw : hệ số toả nhiệt môi chất lạnh bề mặt ống nhiệt phần ngưng, W/m2.K Tính αw = ? * Phương pháp xác định αw: Vì vùng nhiệt xạ nên có toả nhiệt đối lưu:  w = d = Nu w  w d Ew (3-15) Nuw - Hệ số Nusselt, ống nhiệt đặt song song, theo TL [5]: Nuw = 0,138 Rew 0,63 Với: Rew = (3-16)  max d Ew w (3-17) max - Tốc độ không khí qua khe hẹp cánh, m/s: Theo TL [7]  max   w d 2. z h     e   S1 S1 S c  ,[m/s] (3-18) w - Tốc độ không khí vùng ngưng phụ thuộc vào diện tích mặt cắt ngang đường không khí vào vị trí lưu lượng không khí [m/s] w = G kk 2225,4 = = 2,06 m/s F 0,5.0,6.3600 Gkk - Lưu lượng không khí , Gkk = 2225,4 m3/h 51 F - Diện tích mặt cắt ngang đường không khí vào, chọn kích thước thiết kế vị trí (0,5 x 0,6) m2 S1 - Bước ống ngang , S1 = 70 mm z - Chiều dày cánh, z = mm h - Chiều cao cánh h= d z  de 40  27 = = 6,5 mm 2 Sc - Bước cánh Sc = z + z = + = 10 mm - Khoảng cách giưa hai cánh liên tiếp, z = mm Thay giá trị vào công thức (4-18) ta có: max = 2,06 , [m/s]  27 2.1.6,5  1     70 70.10  = 3,46 m/s w, w - Hệ số dẫn nhiệt hệ số nhớt động học lấy theo nhiệt độ trung bình không khí Ở chương ta tính nhiệt độ không khí nóng khỏi thiết bị gia nhiệt không khí t’’kk = 144 0C tkk = Tra được: t kk'  t kk'' 30  144 = = 87 0C 2 w= 3,11.10-2 W/mK w = 21,8 10-6 m2/s dEz - Đường kính tương đương, (m) Ftn d e  Fzn dEz = Fzn 2.n zn Ftn  Fzn 0,0763.0,027  0,1368 = 0,0763  0,1368 = 0,0265 m Từ công thức (3-18), ta có: 52 0,1368 2.100  max d Ew 3,46.0,0265 = = 4206 w 21,8.10 6 Rew = Nuw = 0,138.Rew0,63 = 0,138.42060,63 = 26,48 Từ (3-16), ta lại có: w = d = 26,48.3,11.10 2 = 31,08 W/m2K 0,0265 = zs = th (  h , ) (  h , ) 2. w = Nu w  w d Ew c z = (3-19) 2.31,08 = 59,94 17,3.0,001 c - Hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm cánh c = 17,3 W/mK h’ = h.[1+0,37.ln(k)] h= d z  de 0,04  0,027 =  0,0065 m 2 k= dz = de 0,04  1,48 0.027 h’ = 0,0065 (1+0,37.ln1,48) = 0,0074 m  h' = 59,94.0,0074 = 0,444 th(  h' ) = th(0,444) = e 0, 444  e 0, 444 e 0, 444  e 0, 444 = 0,417 zn = th (  h' ) th (0,444) 0,417 = = = 0,94 0,444 (  h' ) 0,444 n  Ftn = Fen en = w 0,0763 = 0,358 0,2131 Fzn ( zn   n ) Fen 53 = 31,08 0,1368 (0,94  0,358) 0,2131 = 25,9 W/m2K * Nhiệt trở không khí với vách phần ngưng Rw Rw = 1 = = 0,18 0K/W  en Fen 25,9.0,2131 Tổng nhiệt trở ngoài: RE = Rz + Rvs + Rvn + Rw = 0,167 + 0,0023+ 0,0023 + 0,18 = 0,3516 0K/W 3.3.2.2 Tính công suất nhiệt ống nhiệt Q= t t t 300  87 = khoi kk = = 605,8 W/ống RE 0,3516 RE 3.3.2.3.Xác định hệ số kích thước ống nhiệt A  L L  A = di  s n   L s  Ln /   , 75 Trong đó: di - Đường kính ống nhiệt, d1 = 21 mm Ls - Chiều dài phần sôi, Ls = 1000 mm Ln - Chiều dài phần ngưng, Ln = 1000 mm  - Hệ số xác định thực nghiệm,  = 0,44 với nước    1.1   A = 0,021  1    0,44  , 75 = 0,0086 3.3.2.4.Xác định hệ số tính chất vật lý môi chất nạp   xác định theo nhiệt độ làm việc ống nhiệt th Vì Rvs, Rvn nhỏ nên ta xem tin = tis = th 54 Q= (t k - t is ) R z  Rvs Suy ra: tis = tk - Q.(Rz+Rvs) = 300 – 605,8.(0,167 + 0,0023) = 197,44 0C Từ nhiệt độ th = 197,44 0C ta tra đồ thị hình 7-5 TL [7] ta được:  = 7300 3.3.2.5.Xác định ti , Ri Từ công thức Q = 5,24.A. t i 0,75 Suy ra:  Q  0, 75  ti =   5,24 A.  605,8   0,75 = = 2,26 0C   5,24.0,0086.7300  Ri = t i0, 25 5,24 A. = 2,26 0, 25 5,24.0,0086.7300 = 0,0037 0K/W Vậy tổng nhiệt trở R tính lại: R = RE + Ri = 0,3516 + 0,0037 = 0,3553 0K/W 3.3.2.6.Công suất nhiệt toàn ống nhiệt Qa = t R  300  87 = 599,5 W/ống 0,3553 So sánh Q Qa: Q  Q  Qa 605,8  599,5  = 0,0104 >10- Q 605,8 Sai số lớn nên ta tính lại kết theo phương pháp lặp : tis = tk - Q.(Rz+Rvs) = 300 – 599,5.0,1693 = 198,5 0C Từ nhiệt độ th = 198,5 0C ta tra đồ thị hình 7-5, TL [7] ta được:  = 7300 Xác định t2 , R2 Từ công thức Q = 5,24.A. t i 0,75  Q    5,24 A.  Suy ra: ti =  , 75 55 599,5   0,75 = = 2,226 0C   5,24.0,0086.7300  t i0, 25 Ri = 5,24 A. = 2,226 0, 25 = 0,0037 0K/W 5,24.0,0086.7300 Vậy tổng nhiệt trở R tính lại: R = RE + Ri = 0,3516 + 0,0037 = 0,3553 0K/W Công suất nhiệt toàn ống nhiệt Qa = t R  300  87 = 599,5 W 0,3553 So sánh Q Qa: Q  Q  Qa 599,5  599,5  = < 10 -4 Q 599,5 Sai số nhỏ nên ta dừng tính toán 3.3.3.Tính kiểm tra an toàn công suất ống nhiệt Để kiểm tra hoạt động ống nhiệt trọng trường ta phải tính công suất giới hạn (giới hạn lôi cuốn) ống nhiệt: Theo TL [7]   Q c.max = 0,64.Ah   h    ,13   r  g. h    h  , 25 (3-20) Ah - Tiết diện dòng Ah =  d i  3,14.0,0212 = 0,00035 m2 g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Ở nhiệt độ th = 198,5 0C ta tra thông số bão hoà khô chất lỏng sau: h - Khối lượng riêng hơi, h= 6,812 kg/m3  - Khối lượng riêng nước,  = 872,321 kg/m3  - Hệ số sức căng bề mặt nước,  = 393,55.10-4 N/m 56 r - Nhiệt ẩn hoá nước, r = 1968 kJ/kg Thay giá trị vào (4-45) ta được:  872,321  Qc.max = 0,64.0,00035.   6,812  0,13   1968 393,55.10 4.9,81.6,812 2.872,321  6,812 0, 25 = 9,244 kW So sánh Q Q c.max, ta nhận thấy Q < Q c.max , ống nhiệt hoạt động an toàn 3.3.4 Tính kiểm tra chiều dài phần ngưng phần sôi ống nhiệt Công suất ống nhiệt phụ thuộc vào chiều dài phần sôi chiều dài phần ngưng Chọn chiều dài phần sôi phần ngưng cho công suất đạt lớn phần quan trọng việc tính toán thiết kế ống nhiệt Một số tác giả đưa công thức để xác định chiều dài phần ngưng phần sôi tối ưu:  Ln  Ls D. z  C C D. w  (3-21)  Trong đó:  D =  n  d i L  n : hệ số toả nhiệt ngưng ống 3 g rd i  43  n =   3Q 3 Với nhiệt độ th = 198,5 0C, ta tra thông số bão hoà khô chất khí sau: h - Khối lượng riêng hơi, h= 6,812 kg/m3  - Khối lượng riêng nước,  = 872,321 kg/m3  - Hệ số sức căng bề mặt nước,  = 393,55.10-4 N/m r - Nhiệt ẩn hoá nước, r = 1963 kJ/kg  - Độ nhớt chất lỏng,  = 142.10-6 N.s/m2  - Hệ số dẫn nhiệt chất lỏng,  = 66,8.10-2 W/m0K 57 Thay số vào công thức tính  n , ta có: 0,6683.9,81.872,3212.1963.0,021.3,14  43 n =   3.142.10 6.569,14 3 = 1554,23 W/m2 0K Vậy D = 1554,23.0,021.2.3,14 = 205  C =  n  w  d e Ln = 1554,23.31,08.3,14.0,027.1 = 4095,34   s n : Hệ số xác định thực nghiệm, nước  = 0,44 Thay vào công thức (4-46), ta được:  205.33,97  4095,34 4095,34 205.25,9  0,44 = 0,87  Ls  Ln    1,15 m 0,87 Vậy ban đầu ta chọn Ln = m Ls = m hợp lý 3.3.5 Xác định lượng môi chất nạp vào ống Lượng môi chất nạp vào ống xác định theo công thức :  Vl 100, % Vs Trong đó: Vl - Thể tích chất lỏng nạp vào ống nhiệt Vs - Thể tích phần sôi ống nhiệt 2 2,1 d  Vs =   i  Ls  3,14.  100  346,19 cm3   2  - Lượng môi chất nạp, với nhiệt độ ống th = 192,83, ta chọn lượng nạp tối ưu tu = 50% Suy : 58 Vl =tu Vs = 0,50.346,19 = 173,1 cm3 = 173,1 ml 3.3.6 Xây dựng sơ đồ nguyên lý mô hình thiết bị Khói bố trí chuyển động cắt ngang ống nhiệt lần 1 Ống nhiệt t0 Vách ngăn phần sôi phần ngưng t1 t0- Nhiệt độ không khí t’ ’k tk t1- Nhiệt độ không khí vào ’ t’k - Nhiệt độ khói buồng đốt t’’k - Nhiệt độ khói sau pass1 pass2 3.3.7 Tính toán kích thước thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường Số lượng ống nhiệt thiết bị tận dụng nhiệt: n Q (3-22) Qa Trong : Q : nhiệt lượng không khí nhận sau qua thiết bị gia nhiệt không khí tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường Q = 161 kW Qa : công suất nhiệt toàn ống nhiệt trọng trường (W/ống) Vậy, số ồng nhiệt thiết bị gia nhiệt không khí tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường : n Q Qa  161 = 268,5 ống 0,5995 Để thiết bị gia nhiệt không khí tận dụng nhiệt khói thải luôn hoạt động ổn định công suất thiết bị luôn đảm bảo (trong trường hợp số ống nhiệt thiết bị gia nhiệt không khí tận dụng nhiệt bị hư hỏng) ta chọn thêm hệ số an toàn công suất thiết bị  = 1,05 59 Vậy số ống nhiệt thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường : n’ =  n = 1,05.268,5 = 281,9 ống Ta chọn n’ = 285 ống nhiệt 3.3.8 Tính cách nhiệt thiết bị gia nhiệt không khí tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường Ở thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường có hình dáng t hình chử nhật nên ta xét cho toán dẫn nhiệt qua vách phẳng có hai lớp Từ áp t2 Q Q dụng công thức tính mật độ dòng nhiệt t truyền qua vách phẳng cho nhiều lớp q t i i 1  i n   t1  t 1   1 2 ,[W] ð1 (4-23) ð2 Trong đó: - t1: Nhiệt độ không khí nóng, ta tính không khí nóng đạt nhiệt độ: t1 = 144 OC; - t2: Nhiệt độ vách thành thiết bị, thép C30, [ oC]; - t3: Nhiệt độ vách lớp cách nhiệt, vách tiếp xúc với môi trường nên vách có nhiệt độ nhiệt độ môi trường, t = 30OC; - δ1: Chiều dày thành thiết bị gia nhiệt không khí δ1 = mm; - λ1: Hệ số dẩn nhiệt thép C30 Tra bảng thông số vật lý số chất rắn ta có: λ1= 46,2 W/mK; - δ2: chiều dày lớp cách nhiệt, [m]; - λ2: Hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt Ở chọn lớp cách nhiệt thuỷ tinh Tra bảng thông số vật lý vật liệu thường gặp trang 220 TL [4] ta có: λ2= 0,055 W/mK 60 Dựa vào bảng V.7 bảng V.8 trang 42 TL [12] bề mặt có lớp cách nhiệt nhiệt độ không khí tkk = 30OC ta tìm tổn thất nhiệt q: q = 85 W/m2 Từ phương trình (4-48) ta suy chiều dày lớp cách nhiệt δ2 2  t1  t   2   2 , [m ] q 1 (3-24) Thay giá trị vào biểu thức (3-42) ta nhận được: 2  144  30 0,06  0,055   0,055  0,074 m 85 46,2 Vậy ta phải bọc cách nhiệt cho phần thiết bị gia nhiệt cho không khí có chiều dày   74 mm Hình 3.2 Thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường 61 KẾT LUẬN - Lò dầu truyền nhiệt chưa sử dụng thiết bị tận dụng nhiệt khói thải nhiệt độ khói thải thải môi trường cao, gây lãng phí lượng lớn - Sau lắp đặt thêm thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt trọng trường để tận dụng nhiệt khói thải nhiệt độ khói trước thải môi trường giảm xuống, ta giảm nguồn lượng lãng phí thải vào môi trường, nhiệt lượng tận dụng khói dùng để gia nhiệt cho không khí cấp cho trình đốt, việc làm góp phần tiết kiệm nhiên liệu mà làm giảm lượng khí độc hại khí thải phát thải vào môi trường Ta có lượng nhiệt tận dụng khói thải lò dầu truyền nhiệt có sử dụng thiết bị tận dụng nhiệt khói thải: Q tk = 161 Kw, nên lượng nhiên liệu tiết kiệm : Btk = Q tk 161.3600   25,7 kg/h lv 0,8235.27380 Q t Trong :  Btk : Lượng nhiên liệu tiết kiệm sau sử dụng thiết bị tận dụng nhiệt khói thải   : Hiệu suất lò dầu truyền nhiệt,  = 82,35 %  Q lvt : Nhiệt trị thấp than đá, Q lvt = 27380 Kj/kg - Gọi  hiệu suất nhiệt tăng thêm có lắp thêm tận dụng nhiệt khói thải, tỷ số lượng nhiệt mà không khí tận dụng lượng nhiệt nhiên liệu cấp vào lò dầu truyền nhiệt Hiệu suất nhiệt tăng thêm  tính sau:    TKN    Qtk Q Trong đó:   TKN : Hiệu suất lò dầu truyền nhiệt có tận dụng nhiệt khói thải 62   : Hiệu suất lò dầu truyền nhiệt tận dụng nhiệt khói thải  Q : Lượng nhiệt cấp vào lò dầu truyền nhiệt, Kw  B : Lượng nhiên liệu tiêu hao giờ, kg/h Hiệu suất nhiệt tăng thêm:    TKN    Qtk 161.3600   6,43% Q 329,44.27380 Tiềm tiết kiệm lắp thêm trao đổi nhiệt TT I 3 Đại lượng tính Đơn vị Dữ liệu sở Số hoạt động dây chuyền sản xuất Lượng than Tiết kiệm 1giờ vận hành Lượng than Tiết kiệm 10 tháng Giá than trung bình Chi phí tiền than tiết kiệm Dự kiến đầu tư Thời gian hoàn vốn h/Năm kg kg đồng/kg đồng đồng tháng Giá trị 7200 25.7 185040 2,300 425,592,000 500,000,000 11.75 - Việc giảm lượng tiêu hao nhiên liệu góp phần làm giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, giúp cho hàng hoá nhà máy có sử dụng thiết bị tận dụng nhiệt khói thải cho tăng khả cạnh tranh tình hình hội nhập vào kinh tế giới 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Hải, TrươngNam Hưng Kỹ thuật nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2012 Bùi Hải, TrươngNam Hưng Truyền nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2010 Hoàng Đình Tín Truyền nhiệt tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, nhà xuất Đại học Bách Khoa, thành phố Hồ Chí Minh Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú Truyền nhiệt Nhà xuất giáo dục, 1999 Bùi Hải Bài tập kỹ thuật nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2009 Hoàng Đình Tín, Đỗ Hữu Hoàng, Hoàng Thị Nam Hương Bài tập nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2008 Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư Thiết bị trao đổi nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2000 Bùi Hải Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 Lê Chí Hiệp Kỹ thuật điều hòa không khí Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1997 10.Bùi Hải, Trần Văn Vang Ống nhiệt ứng dụng ống nhiệt Nhà xuất Bách khoa Hà Nội, 2008 11.Trương Nam Hưng “nghiên cứu sử dụng nhiệt khói thải từ nhà máy công nghiệp thiết bị nhiệt kiểu - ống nhiệt có cánh”, Đề tài NCKH 2013 12.Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất – tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật , 2004 13 M Mikheyev Eundamantals of Heat transfer Mir publisher, Moscow 1977 64 14.V P Isachenko, V A Osipova, A S Sukomel Heat transfer Mir publisher, Moscow 1980 15 Frank P Incropera, David P Dewitt Fundamentals of Heat and Mass Transfer John Wiley, Sons 1996 16.Calvil, Silverstein Design and Technology of Heat pipes for cooling and Heat Exchange, Taylor – Francis,1992 17 Website: http://www.energyefficiencyasia.org 65 [...]... thu hồi nhiệt thải tại một số nhà máy công nghiệp Có thể thu hồi nhiệt thải từ các quy trình công nghiệp khác nhau Có sự phân biệt rất rõ giữa nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao của nhiệt thải. Bảng 1.2 mô tả nhiệt độ của khí thải từ các thiết bị xử lý công nghiệp trong vùng nhiệt độ cao,tất cả các kết quả này đều từ quy trình đốt nhiên liệu trực tiếp Nhiệt độ (0C) Loại thiết bị Lò tinh... tuabin nhiệt, hệ thống ống xoắn, hệ thống đường ống nhiệt và thiết bị trao đổi khí tới khí 1.5 Tổng quan các thiết bị thu hồi nhiệt thải 1.5.1 Thiết bị thu hồi nhiệt Thiết bị thu hồi nhiệt hay còn gọi là thiết bị gia nhiệt cho không khí, trong thiết bị thu hồi nhiệt quá trình trao đổi nhiệt diễn ra giữa khí thải và không khí qua các tấm kim loại hoặc gốm Không khí cho quá trình cháy đi trong ống sẽ... MỚI - ỐNG NHIỆT 2.1 Tổng quan về ống nhiệt Ống nhiệt được sáng chế từ rất lâu tuy nhiên việc nghiên cứu ứng dụng nó mới chỉ phát triển mạnh trong vài thập kỷ gần đây Nguyên tắc của quá trình truyền nhiệt cơ bản giống nhau ở các loại ống nhiệt nhưng công suất nhiệt phụ thuộc vào cấu tạo của ống nhiệt và điều kiện làm việc của nó Bằng cách thay cấu trúc của ống, lượng và loại môi chất nạp trong ống các. .. có nhiệt độ thấp hơn không đổi khi lượng nhiệt cấp cho ống nhiệt thay đổi hoạt động của loại ống nhiệt này như là một Thermostat - Ống nhiệt truyền nhiệt một chiều gọi là diot nhiệt 2.3.5 Theo hình dạng ống - Ống nhiệt hình trụ - Ống nhiệt hình hộp - Ống nhiệt dạng phức tạp 2.4 Ưu điểm của ống nhiệt So với các phần tử truyền nhiệt khác, ống nhiệt có những ưu điểm sau: Ống nhiệt có tính siêu dẫn nhiệt. .. dụng thu hồi nhiệt thải là - Thu hồi nhiệt từ khói lò, nước làm mát động cơ, khí xả động cơ, hơi nước áp suất thấp, khí xả lò sấy, xả đáy nồi hơi, vv - Thu hồi nhiệt từ khí thải lò thiêu - Sử dụng nhiệt thải để đốt dầu nhiên liệu, gia nhiệt nước cấp nồi hơi, gia nhiệt khí bên ngoài, vv - Sử dụng nhiệt thải thiết bị làm mát để gia nhiệt nước nóng - Sử dụng bơm nhiệt - Sử dụng làm lạnh hấp thu - Sử dụng. .. nhiệt từ khí xả máy sấy 1.5.3 Máy thu phát nhiệt Máy thu phát nhiệt phù hợp với công suất lớn và được sử dụng rộng rãi trong các lò nấu chảy thép và thủy tinh Kích thước của máy thu hồi nhiệt, thời gian giữa các lần đảo chiều, độ dày của gạch, độ truyền…( hình 1.5) Hình 1.10: Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp 1.5.4 Thiết bị trao đổi nhiệt gia nhiệt nước cấp Trong các hệ thống nồi hơi, có thể sử dụng. .. 2.4.1 Ứng dụng của ống nhiệt Ống nhiệt tuy đã được tìm ra từ lâu nhưng gần đây người ta mới thấy được hết những ưu điểm của nó và việc nghiên cứu lý thuyết cũng như ứng dụng của ống nhiệt ngày càng được triển khai mạnh tại nhiều nước trên thế giới Ống nhiệt có thể được sử dụng trong một số ứng dụng như sau: Đã từ lâu do ưu điểm của ống nhiệt là nhiệt độ bề mặt phần toả nhiệt (phần ngưng của ống) đồng... lợi nhuận nhờ thu hồi nhiệt thải cấp thấp bằng cách nâng nhiệt độ nhiệt thải và sử dụng nó trong dòng quy trình chính Ứng dụng bơm nhiệt tỏ ra hữu hiệu nhất khi có thể sử dụng kết hợp cả hai khả năng sưởi và làm mát Một ví dụ cụ thể là nhà máy sản xuất nhựa Tại đây nước làm mát từ nhiệt đuợc sử dụng để làm mát máy đúc áp lực còn nhiệt thoát ra từ bơm nhiệt được sử dụng để sưởi nhà máy hay văn phòng Những... nhiệt đang sử dụng đều thuộc loại này - Ống nhiệt nhiều thành phần (nhiều chất lỏng hoà trộn với nhau), ống nhiệt thuộc loại này thường được sử dụng trong những điều kiện làm việc đặc biệt 2.3.4 Theo mục đích sử dụng ống nhiệt - Ống nhiệt tải nhiệt thực hiện quá trình truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn 27 - Ống nhiệt điều chỉnh nhiệt độ sử dụng để giữ cho nhiệt độ của môi... thực tiễn Những thiết bị thu hồi nhiệt gốm ban đầu được xây bằng gạch và được nối bằng xi măng lò nung và thường vòng tuần hoàn nhiệt khiến các khớp nối bị rạn nứt dẫn đến ống bị phá hủy nhanh chóng Các thiết bị sau này sử dụng các ống cacbua silicon nối với nhau bằng các khớp nối linh hoạt nằm tại các đầu khí Những thiết bị ban đầu có tỉ lệ rò rỉ từ 8 đến 60% Theo báo cáo, những thiết kế mới có tuổi thọ