Thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải cho nhà máy ván ép MFP

Tiểu luận : Môn THU HỒI NHIỆT THẢI GV: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP - HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ - BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH TIỂU LUẬN: NHÀ MÁY SẢN XUẤT VÁN MDF Lớp : Cao học nhiệt GVHD : TS Nguyễn Văn Tuyên HV : Nguyễn Thanh Hải -2014 HV: NGUYỄN THANH HẢI- KHĨA 2014 Tiểu luận : Mơn THU HỒI NHIỆT THẢI GV: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ I Giới thiệu nhà máy Giới thiệu sản phẩm MDF Quy trình cơng nghệ sản xuất MDF II Các phương án thu hồi nhiệt thải Nêu phương án tận dụng nhiệt thải Quyết định lựa chọn phương án III Tính tốn hệ thống thu hồi nhiệt thải Xác định nguồn nhiệt thải Xác định nhu cầu sử dụng nhiệt So sánh khả nhu cầu Thiết kế thiết bị thu hồi nhiệt khói thải lò IV Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO HV: NGUYỄN THANH HẢI- KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN ĐẶT VẤN ĐỀ Tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường vấn đề cấp bách thời đại nay, tình hình nguồn tài nguyên ngày cạn kiệt tình trạng nhiễm mơi trường ngày tác động to lớn đến đời sống người Trong đó, tình hình sử dụng lượng ngành công nghiệp Việt Nam lãng phí Tại hội thảo: ”Tiết kiệm lượng-những vấn đề cấp bách” điện lực Việt Nam Viện lượng tổ chức vào năm 2014 đưa nhận xét tình hình sử dụng lượng Việt Nam năm gần sau: Qua đánh giá sơ trên, nhận thấy so nước khu vực giới hiệu suất sử dụng lượng thấp, suất tiêu hao lượng cao gấp tới lần so với nước khác Có nhiều biện pháp để khắc phục tình trạng trên, Một biện pháp mang lại hiệu cao không mặt kinh tế mà góp phần bảo vệ mơi trường, thu hồi nhiệt thải Ván gỗ ép sản phẩm sử dụng nhiều tình trạng nguồn tài nguyên gỗ ngày cạn kiệt Ở Việt Nam nhiều nhà máy ván ép đời, qua khảo sát, nhà máy áp dụng biện pháp thu hồi nhiệt thải - tiết kiệm lượng chưa triệt để Tiểu luận tơi xin trình bày vấn đề thu hồi nhiệt thải từ nhà máy sản xuất ván gỗ MDF mà khảo sát HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN I Giới thiệu nhà máy sản xuất ván gỗ MDF Khái niệm ván gỗ MDF Thuật ngữ MDF viết tắt chữ Medium density fiberboard, có nghĩa ván sợi mật độ trung bình Nhưng thực tế, MDF tên gọi chung cho ba loại sản phẩm ván ép bột sợi có tỷ trọng trung bình (medium density) độ nén chặt cao (hardboard) Để phân biệt ba loại này, người ta dựa vào thông số vật lý, thông số độ dày cách xử lý bề mặt ván Sơ đồ dây chuyền công nghệ Công nghệ sản xuất ván MDF sử dụng nhà máy công nghệ áp dụng phổ biến giới phương pháp khơ Dây chuyền sản xuất tự động hóa điều khiển hệ thống máy tính trung tâm a Xử lý chuẩn bị mảnh Nguyên liệu thô gỗ tròn bóc vỏ Tại gỗ tròn chặt thành mảnh, gỗ mảnh vận chuyển băng tải đến đống mảnh, từ mảnh vận chuyển cấu nạp liệu kiểu gầu tới thùng chứa hóa Từ thùng chứa, mảnh đưa sang hệ thống phân loại mảnh Mảnh phân thành loại: Mảnh kích cỡ nhỏ sử dụng làm nhiên liệu đốt phân xưởng động lực, mảnh đạt kích thước vận chuyển để rửa HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN Hệ thống rửa mảnh bao gồm số thiết bị có thiết bị trộn rửa, bơm Nhiệm vụ công việc rửa làm dăm cách tách chất bẩn, cát sỏi, chất rắn lắng đáy lấy Mảnh nước rửa trục xoắn tách nước mảnh ra, mảnh trục xoắn vận chuyển vào thùng chứa mảnh sẵn sàng cho việc xử lý nhiệt, cho qui trình chuẩn bị sợi Nước rửa bơm tới hệ thống lắng (bể lắng cyclone thủy lực) để tách chất rắn lơ lửng nước sử dụng lại b Chuẩn bị sợi Để có sợi gỗ mảnh gia nhiệt theo hai cấp: gia nhiệt sơ gia nhiệt áp suất cao Hơi nước sử dụng để gia nhiệt mảnh Trong thiết bị gia nhiệt, mảnh gia nhiệt áp suất việc tách sợi dễ dàng sau Sau gia nhiệt thời gian xác định, mảnh đưa vào thiết bị tách sợi Hơi nước sử dụng để tách vận chuyển sợi khỏi thiết bị Sợi khỏi thiết bị tách sợi đạt yêu cầu chất lượng sợi lượng nước sợi để thiết bị sấy sợi làm việc theo chế độ sấy c Chuẩn bị keo kết dính sáp Keo để kết dính sợi gỗ với keo Urea Formandehyde sáp sử dụng đưa vào công đoạn sau sợi khỏi máy tách sợi Keo Urea giữ thùng riêng chất làm cứng keo dạng cứng hòa tan nước trước sử dụng Keo, dung dịch chất làm cứng nước cho pha loãng bơm tới thiết bị pha trộn định lượng tự động, thành phần pha trộn tỷ lệ định trước Keo Urea pha loãng tiếp bơm tới vòi phun thiết kế đặc biệt van phóng đầu máy tách sợi Sáp Parafin thể nhũ tương bơm từ bể chứa qua hệ thống bơm định lượng tới máy tách sợi, sáp Parafin trộn với sợi Sợi từ phễu xả thiết bị sấy vận chuyển tới thùng chứa sợi hệ thống vận chuyển khí động HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN d Sấy sợi Sợi sấy máy sấy ống, khơng khí nóng gia nhiệt gián tiếp sấy trực tiếp sợi gỗ thiết bị sấy ống Sợi tách khỏi dòng khí nóng cyclone đặt đỉnh hệ thống sấy, sơ sợi bị giữ lại cyclone, khí thải theo ống khói ngồi Sợi sau sấy đưa thùng chứa sợi để chuẩn bị cho việc tạo thành ván ép e Trải thảm ép sơ Thùng chứa sợi làm việc kho trung chuyển khâu chuẩn bị sợi khâu định hình ván sợi Phần đáy thực thùng chứa sợi có băng tải định lượng sợi vận chuyển tới số lô nạp, lô nạp trước hết làm rời sợi sau vận chuyển khí động đưa sợi tới trạm định hình ván sợi Trạm định hình ván sợi có đầu định hình với cấu trải sợi rải phẳng suốt chiều dài đầu định hình Tại trạm định hình có giá trị đặt điều chỉnh lô san để điều chỉnh mức thảm sợi định hình Tất sợi vào trạm định hình sử dụng khơng cần phải có sàng thơ đưa sợi trở lại thùng chứa sợi Sau kết thúc băng tải định hình thảm sợi qua băng tải để xác định xác trọng lượng thảm sợi Sau thảm sợi qua băng tải đai ép sơ chạy liên tục, thiết kế với nhiều hàm ép nặng, chiều cao thảm sợi giảm xuống 1/4 so với chiều cao ban đầu Sau ép sơ bộ, thảm sợi qua cấu rò chống kim loại, lắp đặt băng tải cưa thảm sợi có chứa kim loại nguyên nhân khác không phù hợp với ép nóng thải bỏ tới thùng phế liệu f Ép nhiệt làm nguội Sau ép sơ bộ, thảm sợi liên tục vận chuyển qua băng tải, đồng thời gọt tỉa, sau chia thành thảm riêng rẻ cưa cắt Sợi từ cưa cắt hút hệ thống hút thu hồi sợi cyclone đặt thùng sợi, sợi thu rơi xuống thùng sợi HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN Sau cắt, thảm sợi chuyển nhanh băng tải tốc độ vào giá ép băng tải sau đưa vào máy ép nhiệt Máy ép nhiệt có nhiều hàm ép vận hành hệ thống thủy lực, gia nhiệt Sau ép nóng, ván ép qua hệ thống cân để loại bỏ ván có khối lượng không đủ (phế thải), ván không đạt chất lượng chuyển khỏi tuyến sản xuất cách xếp đống chúng nơi phế thải Các ván ép đạt chất lượng đưa tới thiết bị làm nguội kiểu bánh guồng Bánh guồng làm nguội loại 360o với 40 khoang mở Chúng sử dụng lúc cho việc làm nguội Sau làm nguội cạnh ván cắt tia cưa cắt tia.Ván ép cấp qua cửa cắt tia cạnh lô chốt Tốc độ cưa điều khiển chuyển đổi thường xuyên để đảm bảo bề mặt cắt nhẵn, đẹp g Đánh bóng Sau kết thúc cắt ngang ván ép, ván vận chuyển băng tải lô tới trạm xếp ván Trạm xếp ván trang bị cấu làm thẳng hàng lối, để đảm bảo xếp đặt thẳng hàng vuông vắn Từ trạm xếp ván, ván xếp chuyển tới băng tải cấp Ván chỉnh thẳng hàng băng tải lô trước tới thiết bị định cỡ đánh bóng, bảo đảm tốc độ cho máy đánh bóng băng tải Bên thiết bị đánh bóng có đặt nhiều chụp hút thu bụi hệ thống thu xử lý bụi chung cuả toàn xưởng sản xuất h Phân loại đóng sản phẩm Phụ thuộc vào lựa chọn thợ vận hành, ván chuyển tới khu vực xếp chồng ván băng tải lô ma sát Có trạm xếp chồng ván, trạm xếp chồng ván sử dụng cho việc phân hạng thành thành loại chất lượng Khi phân hạng thành hạng, trạm xếp chồng cán thứ sử dụng hai trạm xếp ván khác trở nên đầy Các ván ô bảo vệ cấp tay HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN tới trạm xếp chồng ván chồng ván Từ dây chuyền đánh bóng chồng ván chuyển xe nâng II Các phương án thu hồi nhiệt thải Từ quy trình cơng nghệ nhà máy xem xét số phương án thu hồi nguồn lượng thứ cấp (Nhiên liệu, Nhiệt thải, Thế năng) sau: - Lò hơi: Lò nhà máy sử dụng loại 20 T/h, đốt dầu FO Do khơng thể tận dụng nguồn nhiên liệu thải bỏ từ quy trình cơng nghệ nguồn nhiên liệu sẵn có (giá rẽ) địa phương Biện pháp: thay lò 20 T/h đốt nhiên liệu Biomass - Khói thải từ lò hơi: Khói thải từ lò mang nguồn lượng lớn, thải bỏ gây lãng phí lượng mà gây nhiễm mơi trường Biện pháp: Tận dụng khói thải từ lò để gia nhiệt nước cấp lò hơi, sấy khơng khí cấp cho lò - Nước ngưng: Hơi nước có nhiệt độ áp suất cao sau cấp cho trình nghiền sợi ép thải bỏ gây lãng phí lượng Biện pháp: thu hồi nước ngưng - Khơng khí nóng: Khơng khí nóng sau làm mát sản phẩm mang lượng lượng Biện pháp: Thu hồi khí nóng cấp cho lò Từ phân tích ta nhận thấy phương án tận dùng nguồn lượng thứ cấp Thực tế nhà máy áp dụng HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN số biện pháp để tận dụng nguồn lượng thứ cấp Thế khói thải lò sau gia nhiệt sấy khơng khí cấp cho lò nhiệt độ cao Do đó, có khả thu hồi lượng Biện pháp: Sử dụng khói thải lò để sấy khơng khí cấp cho q trình sấy khơ nhiên liệu III Tính tốn hệ thống thu hồi nhiệt thải từ khói để sấy Xác định nguồn nhiệt thải (khói thải lò hơi) Lò có cơng suất 20 (T/h) đốt nhiên liệu Biomass (mùn cưa, củi vụn, trấu, bã mía) Với công suất nhiên liệu đốt Biomass, từ tính tốn số liệu thực tế nhà máy ta có số thơng số sau: - Nhiệt độ khói lò: tkh(vào) = 200 (oC) (Số liệu đo thực tế) - Nhiệt độ khói sau gia nhiệt: tkh(ra) = tđs + 10oC = 110 (oC) - Lưu lượng khói thải : mkh = 3,94 (kg/s) Với cơng suất 20 T/h, nhiên liệu Biomass (Củi mùn cưa, dăm bào, củi trấu, trấu) lượng nhiên liệu tiêu hao khoảng (180-240) kg Do lò đốt khoảng 4000 kg Biomass Mặt khác đốt kg Biomass cho khoảng 4,23 m khí Do đó, lượng khói thải lò 20 T/h bằng: 4000 x 4,23 = 16920 (m3/h) ≈ 4,7 (m3/s) Với khối lượng riêng khói 155 ( oC) 0,8389 (kg/m3) nên mkh = 3,94 (kg/s) HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN - Nhiệt dung riêng khói: Cp = 1,084 (kj/kg.K) Từ thơng số trên, ta xác định sơ nhiệt lượng có thề nhận từ khói lò: Q1 = mkh × C p × (t kh( vào) − t kh( ) ) = 3,94 × 1, 084 × (200 − 110) ≈ 348 (kj/s) Xác định nhu cầu nhiệt cho thiết bị sấy Để xác định nhu cầu sử dụng nhiệt cho thiết bị sấy, xem trình sấy trình sấy lý thuyết sau: a Nhưng thơng số q trình sấy: - Trạng thái 1: Khơng khí ngồi trời • • Nhiệt độ: Độ ẩm: t1 = 30 (oC) φ1 = 80 % + Áp suất bão hòa:  4026, 42  4026, 42   pbh1 = exp  12 − ÷ = exp  12 − ÷ = 0,04220 (bar) 235,5 + t 235,5 + 30    1 + Độ chứa hơi: d1 = 0,621 ph ϕ pbh 0,8.0, 04220 = 0,621 = 0, 621x = 0,0217 (kg/kgkk) p − ph p − ϕ pbh − 0,8.0,04220 + Enthalpy: I1 = 1,0048.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1 ) = 1,0048.30 + 0,0217.(2500 + 1,842.30) = 85,593 (kJ/kg) HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 10 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN - Trạng thái 2: Khơng khí trước vào thiết bị sấy • t2 = 90 (oC) (Theo yêu cầu quy trình) Nhiệt độ: + Áp suất bão hòa:  4026, 42  4026, 42   pbh = exp  12 − = 0,69077 (bar) ÷ = exp  12 − 235,5 + t2  235,5 + 90 ÷    + Độ chứa hơi: d1 = d2 = 0,0217 (kg/kgkk) + Enthalpy: I = 1,0048.t2 + d (2500 + 1,842.t2 ) = 1,0048.90 + 0,0217.(2500 + 1,842.90) = 148, 279 (kJ/kg) + Độ ẩm: ϕ2 = d2 p 0,0217.1 = = 4,89% (0,621 + d ) pbh (0,621 + 0,0217).0,69077 - Trạng thái 3: Khơng khí sau khỏi thiết bị sấy • Nhiệt độ: t3 = 40 (oC) (Lựa chọn) + Áp suất bão hòa:  4026,42  4026, 42   pbh = exp  12 − = 0,0732 (bar) ÷ = exp  12 − 235,5 + t3  235,5 + 40 ÷    + Enthalpy: I3 = I2 = 148,279 (kJ/kg) + Độ chứa hơi: d3 = I − 1, 0048.t3 148, 279 − 1,0048.40 = = 0,0420 (kg/kgkk) 2500 + 1,842.t3 2500 + 1,842.40 + Độ ẩm: ϕ3 = d p 0,0420.1 = = 86,54% (0,621 + d ) pbh (0,621 + 0,0420).0,0732 Từ tính tốn ta có bảng thông số trạng thái sau: HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 11 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN Thông số Đơn vị t °C 30 90 40 φ % 80 4,89 86,54 pbh bar 0,04220 0,69077 0,0732 d kg/kgkk 0,0217 0,0217 0,0420 I kJ/kg 85,593 148,279 148,279 b Lưu lượng khơng khí cho q trình sấy • Khối lượng sợi khỏi buồng sấy: • Độ ẩm sợi khỏi buồng sấy: • Độ ẩm sợi vào buồng sấy: - Lượng ẩm cần tách khỏi vật liệu sấy: mn = G2 × G2 = 1,94(kg/s) φ2 = 10% φ1 = 20% ϕ1 − ϕ 0, − 0,1 = 1, 94 × = 0, 2425 (kg/s) − ϕ1 − 0, - Lượng khơng khí khơ cần thiết: mkk = mn 0, 2425 = = 11,946 ( kg / s ) ( d − d1 ) ( 0,0420 − 0, 0217 ) - Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho trình sấy: Q2 = mkk ( I − I ) = 11,946 × (148, 279 − 85,593) ≈ 749 (kj/s) So sánh nhu cầu sử dụng khả cung cấp Từ nhiệt lượng Q1 khói thải nhu cầu sử dụng nhiệt cho trình sấy Q2 ta kết luận sau: Nhu cầu sử dụng nhiệt cho trình sấy lớn khoảng lần so với khả cung cấp khói thải lò Thế lượng khói thải khơng nhỏ, ta định đầu tư thiết bị thu hồi nhiệt thải từ khói để tận dụng lượng Việc định đầu tư phải thông qua toán kinh tế - kỹ thuật So sánh giá thành đầu tư trang bị giá thành lượng tận dụng Đồng thời phải xem xét thời gian thu hồi vốn dự án Thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải 3.1 Lựa chọn sơ đồ nhiệt Vì khoảng cách từ lò tới phận sấy sợi lớn (50m), sử dụng trao đổi nhiệt khói - khơng khí trực tiếp đường ống dẫn HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 12 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUN khơng khí lớn Do đó, lựa chọn chất tải nhiệt trung gian nước Hơi nữa, có phương án đấu thiết bị gia nhiệt khơng khí: trực tiếp song song: Trực tiếp Song song Theo tình hình thực tế nhà máy, thiết bị gia nhiệt khơng khí nhà máy có thiết kế đủ cơng suất Do đó, sử dụng phương án trực tiếp thiết bị hệ thống thu hồi nhiệt thải có kích thước lớn kéo theo chi phí đầu tư cao Hơn nữa, thiết bị trục trặc nhà máy hoạt động kéo theo toàn hệ thống bị ngừng, ảnh hưởng đến tình hình sản xuất nhà máy Do đó, tơi lựa chọn phương án đấu nối song song sau: Bên cạnh đó, nhiệt độ khói đầu 110 oC nhiệt độ đầu khí nóng để sấy 90 oC Vì vậy, qua trao đổi nhiệt HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 13 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN khói – nước nhiệt độ nước nằm khoảng nhiệt độ bay Khi đó, xảy tượng va đập thủy lực đường ống Để tránh tượng này, nước nên đưa lên áp suất cao Trong trường hợp sử dụng bơm tuần hồn khơng tuần hồn nước đường ống mà làm cho áp suất nước lớn 1bar Vì nhiệt độ sơi nước cao 100 ( oC) tránh tượng va đập thủy lực đường ống 3.2 Bộ trao đổi nhiệt khói - nước a Dữ liệu đầu vào - Nhiệt độ khói thải vào TBTĐN: tkh1 = 200 (oC) - Nhiệt độ khói TBTĐN: tkh2 = 110 (oC) - Lưu lượng khói: V1 = 4,7 (m3/s) - Nhiệt độ nước vào TBTĐN: tn1 = 60 (oC) - Nhiệt độ nước TBTĐN: tn2 = 100 (oC) - Đường kính ống nước: dng/dtr = 32/30 (mm) λt = 46,5 ( W/m.K ) - Hệ số dẫn nhiệt ống thép : b Tính tốn trao đổi nhiệt Dựa vào đặc điểm trình chọn loại thiết bị trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp chiều Nước chảy ống trơn Đồ thị T-F thiết bị trao đổi nhiệt khói – nước: - Thơng số vật lý khói: • Nhiệt độ trung bình khói: t kh = 0,5(tkh1 + tkh ) = 0,5(200 + 110) = 155 ( o C ) • Dựa vào t kh = 155 ( o C ) , tra bảng thơng số khói ta có: HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHĨA 2014 14 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN = 0,8389 (kg/m3) o cpkh = 1,084 (kJ/kg) –2 o λkh = 3,614.10 (W/m.K) –6 o µkh = 22,655.10 (N.s/m ) –6 o akh = 40,755.10 (m /s) –6 o υkh = 27,733.10 (m /s) o Pr = 0,679 • Lưu lượng khối lượng khói mkh = Vkh ρkh = 4,7 x 0,8389 = 3,943 (kg/s) - Thơng số vật lý nước: • Nhiệt độ trung bình nước: o ρkh t n = 0,5(tn1 + tn ) = 0,5(100 + 60) = 80 ( o C ) • Dựa vào t n = 80 ( o C ) , tra bảng thông số nước ta có: HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHĨA 2014 15 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN = 971,8 (kg/m3) o cpn = 4,194 (kj/kg) o λn = 0,674 (W/m.K) –6 o υn = 0,365.10 (m /s) o Pr = 2,21 - Phương trình cân nhiệt: o ρn Q = mkh C pkh (tkh − tkh1 ) = mn C pn (tn − tn1 ) mn = mkh C pkh (tkh − tkh1 ) C pn (tn − tn1 ) = 3,943.1,084 ( 200 − 110 ) = 2, 293 ( kg / s ) 4,194 ( 100 − 60) - Hệ số trao đổi nhiệt phía nước • Tốc độ chảy nước ống: ωn = mn 2, 293 ì = ì = 0,835 ( m / s ) n.ρ n π d tr × 971,8 π 0,032 Sơ chọn số ống pass Chế độ chảy nước ống: Ren = ωn d tr 0,835 × 0,03 = = 6,86.104 > 104 -6 0,365.10 Vậy: Nước chảy ống chảy rối • Hệ số Nu: 0,25 Nun = 0,021 Re Pr 0,8 n 0,43 n Pr f ữ  Prw  = 0,021 × ( 6,86.10 ) 0,8 × 2, 210,43 = 218 Hệ tỏa nhiệt đối lưu: αn = Nun λn 218 × 0,674 = = 4898 ( W / m K ) d tr 0,03 - Hệ số trao đổi nhiệt phía khói • Tốc độ chảy khói ngồi ống: ωkh = 10 ( m / s ) • Chế độ chảy khói ngồi ống: ωkh d ng 10 × 0,032 = = 11,5.103 > 103 -6 vkh 27,733.10 Re kh = • Hệ số Nu: (Với chùm ống bố trí so le, Re >103) 0,25 Nukh = 0, Re Pr 0,6 kh • 0,36 kh  Pr   f ÷  Prw  = 0, × ( 11,5.103 ) 0,6 × ( 0,679 ) 0,36 = 95 Hệ tỏa nhiệt đối lưu: HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 16 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI α kh = GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN Nukh λkh 95 × 3,614.10-2 = = 107 ( W / m K ) d ng 0,032 - Hệ số truyền nhiệt thiết bị k= 1 = = 104 ( W/m K ) −3 δ 1 2.10 + + + + α kh λth α kh 107 64,5 4898 - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình • • • ∆tmax = 140 ( o C ) ∆tmin = 10 ( o C ) ∆t = 1 ( ∆tmax + ∆tmin ) = ( 140 + 10 ) = 75 ( o C ) 2 - Diện tích thiết bị trao đổi nhiệt: F= Q 348.103 = = 43,8 ( m ) k ∆t 106.75 3.2 Bộ trao đổi nhiệt nước - khơng khí a Dữ liệu đầu vào - Nhiệt độ nước vào TBTĐN: tn1 = 100 (oC) - Nhiệt độ nước TBTĐN: tn2 = 60 (oC) - Nhiệt độ khơng khí vào TBTĐN: tkk1 = 30 (oC) - Nhiệt độ khơng khí TBTĐN: tkk2 = 90 (oC) - Đường kính ống nước: dng/dtr = 32/30 (mm) - Hệ số dẫn nhiệt thép: λ = 46,5 (W/m2.K) b Tính tốn trao đổi nhiệt Dựa vào đặc điểm trình chọn loại thiết bị trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp ngược chiều Nước chảy ống có cánh bên ngồi (phía khơng khí) Đồ thị T-F thiết bị trao đổi nhiệt nước - khơng khí: HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 17 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN - Thông số vật lý nước: • Nhiệt độ trung bình nước: t n = 0,5(tn1 + tn ) = 0,5(100 + 60) = 80 ( o C ) • Dựa vào t n = 80 ( o C ) , tra bảng thơng số nước ta có: = 971,8 (kg/m3) o cpn = 4,194 (kj/kg) o λn = 0,674 (W/m.K) –6 o υn = 0,365.10 (m /s) o Pr = 2,21 - Thơng số vật lý khơng khí: • Nhiệt độ trung bình khơng khí: o ρn t kk = 0,5(tkk + tkk ) = 0,5(30 + 90) = 60 ( o C ) • Dựa vào t kk = 60 ( o C ) , tra bảng thơng số khơng khí ta có: HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 18 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN = 1,060 (kg/m3) o cpkk = 1,005 (kj/kg) –2 o λkk = 2,9.10 (W/m.K) –6 o akh = 27,2.10 (m /s) –6 o µkh = 20,1.10 (N.s/m ) –6 o υkh = 18,97.10 (m /s) o Pr = 0,696 - Phương trình cân nhiệt: o ρkk Q = mkk C pkk (tkk − tkk ) = mn C pn (tn − tn1 ) mkk = mn C pn (tn − tn1 ) C pkk (tkk − tkk ) = 2, 293 × 4,194 × ( 100 − 60 ) = 6,379 ( kg / s ) 1,005 × ( 90 − 30 ) - Hệ số trao đổi nhiệt phía nước • Tốc độ chảy nước ống: ωn = mn 2, 293 ì = ì = 0,835 ( m / s ) n.ρ n π d tr × 971,8 π 0,032 Sơ chọn số ống pass Chế độ chảy nước ống: Ren = ωn d tr 0,835 × 0,03 = = 6,86.104 > 104 0,365.10-6 Vậy: Nước chảy ống chảy rối • Hệ số Nu: 0,25 Nun = 0,021 Re Pr 0,8 n • 0,43 n  Pr   f ÷  Prw  = 0,021 × ( 6,86.10 ) 0,8 × 2, 210,43 = 218 Hệ tỏa nhiệt đối lưu: αn = Nun λn 218 × 0,674 = = 4898 ( W / m K ) d tr 0,03 HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 19 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUN - Hệ số trao đổi nhiệt phía khơng khí • Tốc độ chảy khơng khí ngồi ống: ωkk = 10 ( m / s ) • Chế độ chảy khơng khí ngồi ống: Re kk = • ωkh d ng 10 × 0,032 = = 16,9.103 > 103 -6 vkk 18,97.10 Hệ số Nu: (Với chùm ống bố trí so le, Re >103) 0,25 Nukh = 0, Re Pr 0,6 kh • 0,36 kh  Pr   f ÷  Prw  = 0, × ( 16,9.103 ) 0,6 × ( 0,696 ) 0,36 = 121 Hệ tỏa nhiệt đối lưu: α kk = Nukk λkk 121 × 2,9.10-2 = = 110 ( W / m K ) d ng 0,032 - Hệ số truyền nhiệt thiết bị k= 1 = = 107 ( W/m K ) −3 δ 1 2.10 + + + + α kk λth α kk 110 64,5 4898 - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình • • • ∆tmax = 30 ( o C ) ∆tmin = 10 ( o C ) ∆t = 1 ( ∆tmax + ∆tmin ) = ( 30 + 10 ) = 20 ( o C ) 2 - Diện tích thiết bị trao đổi nhiệt: F= Q 384.103 = = 179, ( m2 ) k ∆t 107.20 HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 20 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN IV Kết luận Sau phân tích tính tốn hệ thống thu hồi nhiệt thải cho nhà máy sản xuất ván MDF rút số kết luận sau: - Thu hồi nhiệt thải biện pháp tiết kiện nguồn lượng sơ cấp hiệu - Việc thu hồi nhiệt thải không tiết kiệm lượng sơ cấp mà giảm chi phí sản xuất bảo vệ mơi trường - Việc tính tốn hệ thống thu hồi nhiệt thải đòi hỏi cần có kiến thức tổng hợp nhiều lĩnh vực Hơn vấn đề kỹ thuật cần phải xét đến toán kinh tế HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 21 Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI GVHD: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Văn Tuyên – Bài giảng Thu hồi nhiệt thải – Dành cho học viên cao học 2015 PGS-TSKH Trần Văn Phú – Tính tốn thiết kế hệ thống sấy – 2002 Hồng Đình Tín – Truyền nhiệt tính toán thiết bị trao đổi nhiệt – NXB khoa học kỹ thuật Sören Halvarsson – MANUFACTURE OF STRAW MDF AND FIBREBOARDS – 2010 HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014 22 ... tích tính tốn hệ thống thu hồi nhiệt thải cho nhà máy sản xuất ván MDF rút số kết luận sau: - Thu hồi nhiệt thải biện pháp tiết kiện nguồn lượng sơ cấp hiệu - Việc thu hồi nhiệt thải khơng tiết... giá ép băng tải sau đưa vào máy ép nhiệt Máy ép nhiệt có nhiều hàm ép vận hành hệ thống thủy lực, gia nhiệt Sau ép nóng, ván ép qua hệ thống cân để loại bỏ ván có khối lượng khơng đủ (phế thải) ,... dụng nhiệt thải Quyết định lựa chọn phương án III Tính tốn hệ thống thu hồi nhiệt thải Xác định nguồn nhiệt thải Xác định nhu cầu sử dụng nhiệt So sánh khả nhu cầu Thiết kế thiết bị thu hồi nhiệt