Tính toán hệ thống cung cấp nhiệt cho nhà máy dệt may

Thiết kế mạng nhiệt

Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ------------------------------------ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN NHIỆT LẠNH 1 Tên Thầy hướng dẫn: Th.S Trần Huy Cấp Sinh viên thực hiện đồ án: Đặng Văn Dương Nhiệt lạnh 1_k54 Đề tài đồ án: Tính toán hệ thống cung cấp nhiệt cho nhà máy dệt may. Số liệu ban đầu: -Cấp hơi bão hòa ở áp suất 5 bar cho 3 phân xưởng (A,B,C) với lượng hơi lần lượt là 250,300,350 kg/h. -Cấp nước nóng cho 6 phòng tắm cho cán bộ nhân viên. -Cấp hơi cho nhà ăn với lượng hơi 180 kg/h ở áp suất 3 bar. -3 phân xưởng song song cách nhau 25m.Phân xưởng A gần nguồn nhiệt nhất cách 10m. -Nhà tắm cách nguồn nhiệt 20m.Nhà ăn cách nguồn nhiệt 30m. Mô tả tóm tắt nội dung và các yêu cầu tính toán: -Lựa chọn nguồn nhiệt và thiết lập sơ đồ cấp nhiệt thích hợp -Tính chọn thiết bị cấp nhiệt -Tính toán nhiệt cho hệ thống mạng -Tính toán thủy động mạng nhiệt -Tính chọn các thiết bị điển hình (bơm, quạt…) -Tính chọn vật liệu, chiều dày ống -Tính toán tổn thất nhiệt và bảo ôn, rút nước đọng -Tính bù giãn nở nhiệt, chọn giá đỡ giá treo. Hà Nội, ngày . tháng . năm 2012 Xác nhận của thấy giáo hướng dẫn (Chữ ký và Họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOÁ HÀ NỘI Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 LỜI NÓI ĐẦU Trong cuộc sống hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao phục vụ cho sinh hoạt của con người, nhiệt năng ngày càng trở nên thông dụng và gần như không thể thiếu được trong sinh hoạt hàng ngày. Các nhu cầu về nhiệt thông thường như: dùng nhiệt để đun nước lạnh thành nước nóng phục vụ cho sinh hoạt ( như tắm giặt, đun nấu .), các nhu cầu cao cấp hơn như dùng nhiệt để tạo ra hơi phục vụ cho công việc sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp nhằm tăng năng suất sản xuất, nâng cao chất lượng sản xuất cũng như bớt vất vả cho công nhân. Các nhu cầu về nhiệt này hoàn toàn có thể được đáp ứng bằng cách sử dụng các thiết bị đơn giản như bếp than, điện… nhưng đối với một công ty, xí nghiệp thì nhu cầu về nhiệt rất lớn, nếu sử dụng các thiết bị điện thì vốn đầu tư ban đầu cao,bếp than thì hiệu quả thấp,ô nhiễm môi trường, vấn đề bảo quản, sửa chữa và thay thế các thiết bị điện phức tạp, chi phí sử dụng hàng ngày đắt. Do đó đối với một trung tâm có nhu cầu về nhiệt lớn thì việc thiết kế một hệ thống cấp nhiệt trung tâm là hoàn toàn cần thiết. Vì vậy, xuất phát từ nhu cầu thực tế của cuộc sống em xin trình bày phần tính toán, thiết kế các thiết bị và hệ thống cung cấp nhiệt phục vụ cho nhà máy dệt may gồm 3 phân xưởng, nhà ăn và khu sinh hoạt của cán bộ công nhân viên. Trong quá trình thực hiện bản đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thày ThS. Trần Huy Cấp. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng cũng không thể tránh được sai sót trong đồ án. Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý của quý thày cô cùng bạn bè để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 MỤC LỤC Trang Chương 1: Tổng quan về hệ thống cấp nhiệt và thiết bị nguồn cấp nhiệt 1 1.1: Tổng quan về hệ thống cấp nhiệt 1 1.1.1: Thông số 2 1.1.2: Phương án cấp nhiệt 2 1.2: Tổng quan về thiết bị nguồn cấp nhiệt 3 1.2.1: Tính công suất lò hơi cần dùng 3 1.2.2: Chọn lò hơi 3 1.3: Bố trí thiết bị trong trạm cấp nhiệt trung tâm 4 1.3.1: Thiết kế lò hơi 4 1.3.2: Thiết kế hệ thống chiếu sang 4 1.4: So sánh lựa chọn nhiên liệu 5 Chương 2: Xây dựng và tính cân bằng vật chất-năng lượng cho sơ đồ nhiệt nguyên lý 8 2.1: Cấp hơi 8 2.2: Gia nhiệt cho nước 8 2.3: Cấp nước nóng cho 6 nhà tắm 8 2.4: Hệ thống đường ống hồi 9 2.5: Hệ thống tự động 9 2.6: Các đường ống nhánh 10 Chương 3:Tính chọn các thiết bị chính 11 3.1: Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt 11 3.2: Tính chọn bơm cấp nước 19 Chương 4: Tính toán mạng nhiệt 20 4.1: Tính toán thủy lực ống dẫn nước nóng 21 4.2: Tính toán thủy lực cho đường hơi 22 4.3: Tính toán thủy lực đường nước hồi 26 4.4: Vật liệu cách nhiệt cho đường ống 27 4.4.1.Vật liệu cách nhiệt cho đường nước nóng 29 4.4.2.Vật liệu cách nhiệt cho thiết bị gia nhiệt 31 4.4.3.Vật liệu cách nhiệt cho đường hơi 31 Chương 5: Tổng hợp kết quả 33 Kết luận 36 Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 Tài liệu tham khảo 37 Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT • THÔNG TIN VỀ NHÀ MÁY DỆT MAY Mô tả đặc điểm của nhà máy dệt may + Có 3 phân xưởng A, B, C với lượng hơi bão hòa cần dùng lần lượt là 250, 300, 350kg/h ở áp suất 5bar. + Có 6 phòng tắm dùng nước nóng. + Có 1 nhà ăn với lượng hơi cần dùng là 180kg/h ở áp suất 3bar. + 3 phân xưởng nằm song song với nhau cách nhau cách nhau 25m. + Phân xưởng A gần nguồn nhiệt nhất cách 10m. + Nhà tắm cách nguồn nhiệt 20m. + Nhà ăn cách nguồn nhiệt 30m. • NHU CẦU NHIỆT CHO NHÀ MÁY DỆT MAY + Cấp nước nóng cho khu vực phòng tắm + Cấp hơi cho nhà ăn, phân xưởng, gia nhiệt nước nóng. • XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI NHIỆT CHO NHÀ MÁY DỆT MAY 1.1 Tổng quan về hệ thống cấp nhiệt 1.1.1 Thông số - Cung cấp nước nóng + Số phòng dùng nước nóng (n) 6 phòng 5 Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 + Nhiệt độ nước lạnh ( t 1 ) 20 0 C + Nhiệt độ nước nóng ( t 2 ) 70 0 C + Nhiệt độ sử dụng ( t 3 ¿ 40 0 C + Lưu lượng nước giờ cao điểm ( G 40 ) 200 l/h + Hệ số sử dụng phòng tắm ( K 1 ) 0,8 + Hệ số sử dụng nước trong cùng thời điểm ( K 2 ) 0,8 - Cung cấp hơi + 3 phân xưởng với lượng hơi cần dùng ở 5bar lần lượt là 250, 300, 350 kg/h + Nhà ăn với lượng hơi cần dùng ở 3bar là 180kg/h 1.1.2 Phương án cấp nhiệt Hơi từ lò hơi đi gia nhiệt cho nước lạnh đến nhiệt độ nước nóng t 3 = 70 0 C ở trong bể nước nóng có dung tích 5 m 3 . Nước nóng được dẫn đến các điểm sử dụng, tại đây nước nóng được hoà trộn lẫn với nước lạnh t 1 = 20 0 C để thành nước tắm có nhiệt độ t 2 = 40 0 C Lượng nước sử dụng ở 40 0 C trong giờ cao điểm của phòng tắm là: G 40 = K 1 .K 2 .n. G 40 =0,8.0,8.6.200 =768 l/h 6 Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 Ta có hệ phương trình cân bằng nhiệt và vật chất như sau ❑ G 20 +G 70 =G 40 G 20 . ( 40− 20 ) =G 70 . ( 70−40 ) ¿ Giải hệ phương trình trên ta được : G 20 =¿ 460,8 l/h G 70 =¿ 307,2 l/h Đối với nhà máy dệt may thì tiêu thụ nhiệt dung để tắm chỉ tập trung vào các giờ cao điểm, còn các giờ còn lại thì ít tiêu thụ.Việc tính toán nhiệt cho hệ thống quy về bài toán tính lựa chọn công suất nhiệt của hệ thống sao cho đủ cung cấp nhiệt phục vụ cho tắm vào giờ cao điểm. Thời gian cao điểm lấy là 2h, trong 1h tiêu thụ lượng nước nóng ở 70 0 C là 307,2 lít. 1.2 Tổng quan về thiết bị nguồn cấp nhiệt 1.2.1 Tính công suất lò hơi cần dùng * Lượng hơi cần cung cấp cho nhà máy dệt may bao gồm : -Lượng nhiệt mà hơi truyền cho nước lạnh để 307,2l từ 20 0 C để trở thành nước nóng 70 0 C là : Q = m.c.( t 3 −t 1 ) = 307,2 .4,2 . (70 – 20) = 64512 (KJ) -Lượng hơi phục vụ cho gia nhiệt nước nóng để tắm là : D = Q q. = 64512 2100.0,98 = 31,347 kg/h 7 Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 Cho 3 phân xưởng A, B, C với lượng hơi lần lượt là 250, 300, 350 kg/h ở áp suất 5bar Cấp hơi cho nhà ăn với lượng hơi là 180kg/h ở áp suất 3bar Tổng số hơi cần cấp là : D T =31,347 + 250 + 300 + 350 + 180 =1111,347 (kg/h) 1.2.2 Chọn lò hơi Vậy để đảm bảo cung cấp đầy đủ hơi cho 3 phân xưởng A, B, C và nhà ăn ,ta chọn trạm cấp nhiệt gồm 2 lò hơi, mỗi lò có công suất là 600 kg/h và áp suất làm việc là 5bar. Mỗi lò hơi có thể đảm bảo được 53,99% phụ tải nhiệt của nhà máy dệt may. Do đặc điểm phụ tải nhiệt của khách sạn chỉ sử dụng công suất cực đại ở một số giờ cao điểm nên bình thương chỉ có 1 lò hơi chạy, khi nhà máy yêu cầu phụ tải cực đại ta cho cả 2 lò hoạt động. Ưu điểm: Phụ tải nhiệt cung cấp cho nhà máy dệt may liên tục, không bị gián đoạn. Khi một lò bị sự cố hoặc đưa vào sửa chữa định kỳ thì lò còn lại vẫn đáp ứng được 53,99% phụ tải nhiệt của nhà máy dệt may. Chi phí chế tạo lò giảm so với phương án chọn 2 lò công suất 600 kg/h với 1 lò dự phòng. Nhược điểm: Chi phí chế tạo lò cao, chiếm nhiều diện tích nhà lò. Chế độ điều khiển nước cấp phức tạp. 1.3 Bố trí thiết bị trong trạm cấp nhiệt trung tâm Để đảm bảo an toàn và tiện lợi cho công nhân vận hành, khi bố trí thiết bị trong trạm cấp nhiệt trung tâm ta cần phải tuyệt đối tuân thủ theo các tiêu chuẩn lắp đặt trong cuốn quy phạm kỹ thuật an toàn các nồi hơi.Nồi hơi cố định phải đặt trong nhà riêng biệt.Cấm làm việc và đặt những máy móc, thiết bị trong nhà lò hơi nếu việc đó không liên quan trực tiếp đến vận hành và sửa chữa nồi hơi. 1.3.1 Thiết kế nhà lò hơi 8 Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 Từ các điều này ta sẽ thiết kế một trạm cấp nhiệt trung tâm riêng biệt, bên trong sẽ bao gồm các thiết bị sau: 2 lò hơi, ống góp phân phối hơi, thùng dầu cấp cho lò, hệ thống xử lí nước cho lò hơi bao gồm: thùng nước cứng, thiết bị xử lí nước và bể nước mềm, hệ thống đo lường cho lò hơi, các thiết bị điều khiển trung tâm cho hệ thống cấp nhiệt. - Đối với các lò hơi không cần thao tác hai bên sườn thì chiều rộng của các lối qua lại giữa các lò hơi và giữa 2 lò với tường sau không nhỏ hơn 1 m. - Đối với các lò cần thao tác hai bên sườn thì khoảng cách này không nhỏ hơn 1,5 m (đối với các lò có công suất hơi đến 4 T/h). - Vậy ta cần xây dựng gian nhà lò có kích thước 6,5 × 4,5 m cao 3,5 m. Mái nhà có thể đổ trần hoặc chồng diêm. Còn nền nhà ta phải đổ bê tông và có các kênh thải toàn nhà. Ta bố trí cửa ra vào cao 3 m; một cửa rộng 2,2 m đủ để vận chuyển các thiết bị vào ra 1.3.2 Thiết kế hệ thống chiếu sáng Nhà lò phải đủ sáng cả ngày cũng như về đêm, những chỗ không đủ sáng tự nhiên thì thực hiện chiếu sáng nhân tạo. Tiêu chuẩn về chiếu sáng không được thấp hơn tiêu chuẩn về chiếu sáng nơi làm việc và công trình công nghiệp. Phải bố trí hệ thống chiếu sáng dự phòng cho những khu vực sau đây: + Tủ hoặc trung tâm điều khiển. + Mặt trước và lối đi giữa các lò hơi, phía sau và phía trên lò hơi + Thiết bị đo lường, đo mức nước (ống thủy) + Thiết bị xử lí nước. 1.4 So sánh lựa chọn nhiên liệu Việc lựa chọn loại nhiên liệu phù hợp cho hệ thống cấp nhiệt nhà máy dệt may phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: công suất lò hơi,thông số hơi, giá cả nhiên liệu, vị trí nhà lò,vấn đề môi trường, xử lí khói thải…Đối với lò mà ta đã chọn ở trên với công suất 600kg/h ta 9 Sinh viên: Đặng Văn Dương Lớp: Nhiệt lạnh 1- K54 có thể dùng 3 loại nhiên liệu là điện, dầu DO và dầu FO.Nếu dùng dầu, do dầu được phun vào lò hơi nhờ bơm dầu có gắn hệ thống tự động nên khả năng tự động hóa cao, có tác động nhanh với những thay đổi của phụ tải, thời gian khởi động ngắn.Sau đây là phần so sánh tính toán: * Chi phí khi gia nhiệt cho 100 lít nước bằng thiết bị điện. - Ta có 1 số điện : 1KWh = 1KJ/s.3600s = 3600(kJ) có giá là : 2000(đ) - Để gia nhiệt cho nước thì ta cần lượng điện là : ⇒ N =Q 1 /3600.η = 21000/3600.0,97 = 6,0 (số điện). trong đó : η = 0,97 - hiệu suất của các thiết bị điện. Vậy giá thành của việc gia nhiệt cho 100 (l) nước bằng điện là : T 1 = 6,0. 3500 = 21000đ/100 lít. * Chi phí khi gia nhiệt cho 100 lít nước bằng lò đốt dầu. - Khi đốt n kg dầu thì lượng nhiệt sinh ra là: Q 3 =n.Q lv t =n. 40000 (kJ) Trong đó : Q lv t = 40.000 kJ/kg : nhiệt trị của dầu D.O . - Để dùng dầu cung cấp nhiệt cho nước thì lượng nhiệt do dầu toả ra (sau khi đã tính tổn thất ) phải bằng lượng nhiệt Q 1 :  Q 1 = Q 3 .η = n.Q lv t . η Trong đó : η = 0,85 là hiệu suất của lò đốt bằng dầu D.O Từ phương trình ta có: n= Q 1 /(Q lv t . η) =21 000/(40 000.0,85) =0,62 kg =0,62 (lít) Vậy chi phí khi gia nhiệt cho 100 lít nước bằng dầu là : T 3 =n. 21000 =0,62.21000 = 13020 (đ/ 100 lít) * Kết luận : 10 . Cấp Sinh viên thực hiện đồ án: Đặng Văn Dương Nhiệt lạnh 1_k54 Đề tài đồ án: Tính toán hệ thống cung cấp nhiệt cho nhà máy dệt may. Số liệu ban đầu: -Cấp. thiết lập sơ đồ cấp nhiệt thích hợp -Tính chọn thiết bị cấp nhiệt -Tính toán nhiệt cho hệ thống mạng -Tính toán thủy động mạng nhiệt -Tính chọn các thiết