Nghiên cứu khả năng tận dụng các nguồn nhiệt thải trong công ty sản xuất giày

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN NGUYÊN VINH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG CÁC NGUỒN NHIỆT THẢI TRONG CÔNG TY SẢN XUẤT GIÀY Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2010 GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS TS LÊ CHÍ HIỆP Chữ ký Cán chấm nhận xét 1: Chữ ký Cán chấm nhận xét 2: Chữ ký Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ Luận văn tốt nghiệp CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN NGUYÊN VINH Ngày, tháng, năm sinh: 12/6/1981 Phái: Nam Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT MSHV: 00607394 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG CÁC NGUỒN NHIỆT THẢI TRONG CÔNG TY SẢN XUẤT GIÀY 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: a Đánh giá nguồn nhiệt thải công ty sản xuất giày b Đánh giá phương án thu hồi nguồn nhiệt thải c Thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải chọn d Đánh giá ảnh hưởng hệ thống thu hồi đến hệ thống có e Viết chương trình đánh giá ảnh hưởng thay đổi tải đến hiệu suất tận dụng nhiệt f Đánh giá hiệu kinh tế phương án 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) GS.TS LÊ CHÍ HIỆP HV: PHAN NGUYÊN VINH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giảng dạy cán công tác trường đại học Bách Khoa TP HCM Trong suốt thời gian học tập trường tơi nhận tận tình giảng dạy thầy cô giúp đỡ nhiệt tình cán cơng tác Phịng đào tạo sau đại học Nhờ giảng dạy giúp đỡ thầy cô anh chị giúp tơi thuận lợi việc hồn thành chương trình đào tạo trường Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy GS.TS Lê Chí Hiệp Thầy bảo sâu sát tơi suốt q trình thực luận văn Kiến thức dạy thầy giúp nhiều q trình làm luận văn cơng việc sau Xin gửi lời cảm ơn đến bạn học Trong suốt thời gian học tập trường giúp đỡ động viên, chia sẻ bạn giúp tơi vượt qua khó khăn q trình học tập Tơi mong tiếp tục giúp đỡ lẫn thời gian tới Xin chân thành cảm ơn tất người Phan Nguyên Vinh HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp TĨM TẮT NỘI DUNG Nội dung toàn luận văn xem xét đánh giá khả tận dụng nguồn nhiệt thải công ty sản xuất giày Đầu tiên thơng qua việc phân tích sơ đồ cơng nghệ công ty sản xuất giày để xem xét yêu cầu sử dụng lượng công đoạn quy trình sản xuất Sau ta đánh giá tình hình tiêu thụ lượng điện lượng nhiệt công ty giày Từ công nghệ tình trạng tiêu thụ lượng ta đưa nguồn nhiệt thải ngồi mơi trường cơng ty Đồng thời ta đưa phương án để tận dụng nguồn nhiệt thải Dựa vào việc đánh giá nguồn nhiệt thải phương án tận dụng (đánh giá lượng, chất, khả đáp ứng, tính kinh tế…) mà ta lựa chọn phương án tận dụng vừa mang tính hiệu kinh tế vừa giảm tối thiểu ảnh hưởng nguồn nhiệt thải đến môi trường Khi lựa chọn phương án thích hợp ta tiến hành thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải: tính tốn thiết kế trao đổi nhiệt, tính tốn thiết kế đường ống, tính tốn giá thành Đồng thời tính tốn kiểm tra lại xem xét ảnh hưởng hệ thống thu hồi nhiệt thải đến hoạt động hệ thống có Để đánh giá nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất tận dụng nhiệt phương án ta tiến hành viết chương trình ngơn ngữ Matlab để đánh giá thay đổi hiệu suất tận dụng nhiệt theo yếu tố ảnh hưởng Từ đưa mức tiết kiệm thu từ giải pháp Từ chi phí đầu tư dự án, mức tiết kiệm thu ta tiến hành đánh giá lại tính khả thi mặt kinh tế phương án cách phân tích cách chi tiết dịng tiền dự án, NPV, IRR, thời gian hồn vốn dự án…Từ đưa kết luận liên quan HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 10 1.3 Nội dung nghiên cứu 10 1.4 Phương pháp nghiên cứu 11 1.5 Giới hạn đề tài 11 1.6 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 11 CHƯƠNG 2: THÔNG TIN CHI TIẾT VỀ ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT VÀ HIỆN TRẠNG CỦA HỆ THỐNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA DOANH NGHIỆP 12 2.1 Thông tin doanh nghiệp 12 2.2 Sản phẩm 12 2.2.1Quy trình sản xuất 12 2.2.2Sản lượng sản phẩm 13 2.3 Hệ thống tiêu thụ lượng 14 2.3.1Điện 14 2.3.1.1 Hệ thống cung cấp điện 14 2.3.1.2 Điện tiêu thụ 18 2.3.2 Nhiệt 20 2.3.2.1 Hệ thống cung cấp nhiệt 20 2.3.2.2 Nhiên liệu tiêu thụ 21 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC CƠ HỘI THU HỒI NHIỆT THẢI 23 3.1 Hiện trạng nguồn nhiệt thải 23 3.1.1 Hiện trạng lò 23 3.1.2 Hệ thống tiêu thụ 26 3.1.3 Hệ thống đường ống 26 3.2 Các nhu cầu sử dụng nguồn nhiệt thải 27 3.2.1 Dùng nhiệt để hâm dầu 27 3.2.1.1 Hiện trạng 27 3.2.1.2 Phân tích khả đáp ứng nguồn nhiệt thải 28 3.2.2 Nước lạnh cung cấp cho công nghệ 29 3.2.2.1 Hiện trạng 29 3.2.2.2 Phân tích khả đáp ứng nguồn nhiệt thải 30 3.2.3 Nước lạnh cung cấp cho điều hịa khơng khí 31 3.2.3.1 Hiện trạng 31 3.2.3.2 Phân tích khả đáp ứng nguồn nhiệt thải 31 HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp 3.3 Các phương án thu hồi nguồn nhiệt thải 32 3.3.1 Thu hồi nhiệt thải để hâm dầu 32 3.3.1.1 Sơ đồ hệ thống 32 3.3.1.2 Phân tích phương án 32 3.3.2Thu hồi nhiệt thải để chạy máy lạnh hấp thụ cấp nước lạnh cho công nghệ 33 3.3.2.1 Sơ đồ hệ thống 33 3.3.2.2 Phân tích phương án 34 3.3.3 Thu hồi nhiệt thải để chạy máy lạnh hấp thụ cấp nước lạnh cho điều hịa khơng khí 35 3.3.3.1 Sơ đồ hệ thống 35 3.3.3.2 Phân tích phương án 36 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHI TIẾT CỦA PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN 38 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 38 4.1.1 Sơ đồ 38 4.1.2 Phân tích sơ đồ 38 4.2 Thiết kế tận dụng nhiệt 41 4.2.1 Thiết kế ngưng tụ 41 4.2.2 Thiết kế tận dụng nhiệt khói thải: 45 4.3 Chọn máy lạnh hấp thụ 48 4.4 Thiết kế đường ống 50 4.5 Đánh giá ảnh hưởng hệ thống thu hồi nhiệt đến hoạt động hệ thống 55 4.5.1 Sự gia tăng nhiệt độ nước cấp 56 4.5.2 Sự gia tăng trở lực đường ống khói thải 57 4.6 Bản vẽ chi tiết hệ thống 60 4.6.1 Bản vẽ chi tiết trao đổi nhiệt 60 4.6.2 Bản vẽ bố trí hệ thống 60 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI TẢI ĐẾN KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT CỦA HỆ THỐNG 61 5.1 Phân tích khả thay đổi tải 61 5.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường 61 5.1.2 Ảnh hưởng sản lượng sản phẩm 62 5.2 Xây dựng chương trình tính tốn đánh giá hiệu suất tận dụng nhiệt ứng với chế độ tải thay đổi 63 5.2.1 Chương trình 63 5.2.2 Kết chạy chương trình 63 HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp 5.2.3Nhận xét 70 CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH TÍNH KINH TẾ CỦA PHƯƠNG ÁN 71 6.1 Tính tốn giá thành hệ thống 71 6.1.1 Giá thành đường ống 71 6.1.2 Giá thành tận dụng nhiệt 73 6.1.3 Giá thành máy lạnh hấp thụ 74 6.2 Chi phí tiết kiệm từ hệ thống thu hồi nhiệt thải 74 6.3 Phân tích dịng tiền 75 6.4 Kết luận 76 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 7.1 Kết luận 78 7.2 Kiến nghị 78 7.3 Định hướng phát triển đề tài 78 PHỤ LỤC 79 Phụ lục 1: Chương trình tính tốn thiết kế ngưng tụ 79 Phụ lục 2: Chương trình tính tốn thiết kế thu hồi nhiệt khói thải lị 80 Phụ lục 3: Chương trình phân tích biến động tải đến khả tận dụng nhiệt hệ thống 81 Phụ lục 4: Các vẽ 89 CÁC KÝ HIỆU 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 1: 1.1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Cùng với gia tăng dân số phát tiển kinh tế giới đối mặt với vấn nạn cạn kiệt nguồn lượng Theo số liệu chương trình KHCN 09– 12/2001 tình hình sử dụng lượng trữ lượng nguồn lượng cụ thể: Bảng 1.1: Hiện trạng nguồn lượng Trữ lượng cịn lại Trữ lượng sử dụng • Than: 3,88 tỷ • Than: 3,58 tỷ • Dầu: 2,3 tỷ • Dầu: 2,2 tỷ • Khí: 1.207-1.507 tỷ m3 • Khí: 1.500 tỷ m3 • Quặng Uranium: 218.167 MT U3 • Nguồn địa nhiệt: 200 - 400 MW • Năng lượng TOE/năm sinh khối: 43-46 Và theo dự tính, thời hạn sử dụng nguồn lượng cịn thể hình 1.1: Hình 1.1: Thời hạn sử dụng nguồn lượng Do khơng hành động từ hơm tương lai gần giới khơng cịn nguồn lượng để sử dụng dẫn đến diệt vong nhân loại Để đối phó với vấn nạn trước tiên cần thực cơng tác tiết kiệm nguồn lượng có tìm kiếm nguồn lượng thay cho nguồn lượng thời HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp Ở Việt Nam, công tác cần thực tiết kiệm nguồn lượng có Để tiết giảm lượng tiêu thụ mà không làm ảnh hưởng đến tốc độ phát triển kinh tế cần nâng cao hiệu sử dụng nguồn lượng Hiện trình độ cơng nghệ cịn lạc hậu, hiệu sử dụng lượng không cao Cụ thể: cường độ lượng Việt Nam (năng lượng tiêu tốn để làm đơn vị sản phẩm) cao gấp 1,5 đến 1,7 lần so với Thái Lan Malaysia, tiêu thụ lượng/1000USD GDP Việt Nam cao gấp 1,5 lần so với Thái Lan gấp lần so với trung bình giới (nguồn Bộ Cơng thương-2009) Điều chứng tỏ tiềm cải thiện hiệu sử dụng lượng Việt Nam lớn Để thực cơng tác cải thiện hiệu sử dụng lượng cách hiệu Việt Nam cần thực trước tiên ngành mũi nhọn nhằm ngày tăng khả cạnh tranh thị trường quốc tế Và ngành mạnh Việt Nam ngành sản xuất giày Theo Bộ Cơng thương (2009) kim ngạch xuất ngành giày đứng hàng thứ ba sau ngành may mặc dầu thô đồng thời Việt Nam nước xuất giày hàng đầu giới Do thực công tác tiết kiệm lượng vừa tăng khả cạnh tranh vừa giữ vững vị Việt Nam ngành Trong cơng nghệ sản xuất giày nhu cầu sử dụng nhiệt chiếm 70% Các thiết bị sử dụng nhiệt phần nhập công nghệ cũ từ nước phần chế tạo nước nên hiệu sử dụng nhiệt khơng cao Do q trình sản xuất thiết bị sử dụng nhiệt phát sinh nguồn nhiệt thải vừa gây giảm hiệu suất sử dụng nhiệt vừa gây ảnh hưởng xấu đến mơi trường Nếu tận dụng nguồn nhiệt thải góp phần nâng cao hiệu sử dụng nhiệt vừa góp phần bảo vệ mơi trường Hơn chưa có đề tài nghiên cứu tính khả thi giải pháp tận dụng nhiệt thải cho riêng ngành giày Vì việc nghiên cứu, phân tích giải pháp tận dụng nguồn nhiệt thải ngành giày vô cấp thiết nhằm đảm bảo tính khả thi kinh tế - kỹ thuật giải pháp Trong phần luận văn ta tập trung vào phân tích khả tận dụng nhiệt thải ngành giày 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu khả tận dụng nguồn nhiệt thải ngành sản xuất giày thông qua khảo sát cụ thể công ty giày tiêu biểu Đối tượng khảo sát công ty sản xuất giày A đặt KCN Biên Hòa II, TP Biên Hòa, Đồng Nai Trong ngành sản xuất giày thông thường quy trình cơng nghệ qua cơng đoạn hình 2.1 Trong quy trình cơng nghệ ngành giày sử dụng nhiều nhiệt cho công đoạn khác Tùy theo quy mô công nghệ công ty khác mà tiềm nhiệt thải có khác nhìn chung cơng ty lớn tiềm nhiệt thải lớn 1.3 Nội dung nghiên cứu HV: PHAN NGUYÊN VINH Trang 10 GVHD: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Luận văn tốt nghiệp hsn_h=0.725* (hsdn_l^3*khoiluongrieng_l* (khoiluongrieng_lkhoiluongrieng_h)*9.81*r_h/ (donhot_l*khoiluongrieng_l*d_ng* (nhietdot_v)))^0.25; hsn_htb=hsn_h; for i=2:1:n_d/2 hsn (1)=hsn_h; hsn (i)=hsn_h*i^ (-1/6); hsn_htb=hsn_htb+hsn (i); end hsn_h=hsn_htb/ (n_d/2); hstn_nt=1/ (1/hsn_h+d_ng*log (d_ng/d_tr)/ (2*hsdn_t)+Rn+Rt+d_ng/ (hsdl_n*d_tr)) t_v=nhietdo-hstn_nt* (nhietdo-t_tb)/hsn_h saiso=abs (t_v-t_v1); end hsdl_n hsn hsn_h hstn_nt %mat dong nhiet cua dan ngung tu ('Mat dong nhiet W/m2') q_nt=hstn_nt* (nhietdo-t_tb) %cong suat cua dan ngung tu ('Cong suat dan ngung tu kW') Q_nt=m_h*r_h %dien tich truyen nhiet cua dan ngung tu ('Dien tich truyen nhiet m2') F_nt=Q_nt*1000/q_nt %So met ong dai cua dan ngung tu ('So met dai cua dan ngung tu m') L_nt=F_nt/ (pi*d_ng) ('Chieu dai moi ong m') l_nt=L_nt/ (n_d*n_n) Phụ lục 2: Chương trình tính tốn thiết kế thu hồi nhiệt khói thải lị Nội dung chương trình tính tốn thu hồi nhiệt khói thải lị hơi: function DTDNKT %thong so khoi thai dau vao g_kt=input ('nhap luu luong khoi thai (kg/s)') nhietdo_ktv=input ('nhap nhiet khoi thai vao bo trao doi nhiet (oC)') nhietdo_ktr=input ('nhap nhiet khoi thai bo trao doi nhiet (oC)') %thong so nuoc lam lam mat dau vao tn_v=input ('nhap nhiet nuoc vao (oC)') m_n=input ('nhap luu luong nuoc qua dan trao doi nhiet (kg/s)') %ket cau cua dan tan dung nhiet d_tr=input ('nhap duong kinh ong (m)') d_ng=input ('nhap duong kinh ngoai ong (m)') d_c=input ('nhap duong kinh canh (m)') bd_c=input ('nhap be day canh (m)') s_c=input ('nhap buoc canh (m)') s_ng=input ('nhap buoc ong ngang voi dong (m)') n_ng=input ('nhap so ong ngang voi dong khi') s_d=input ('nhap buoc ong doc voi dong (m)') n_d=input ('nhap so ong doc voi dong khi') v_n=input ('chon van toc nuoc trung binh ong (m/s)') v_kt=input ('chon van toc khoi thai trung binh qua khe hep ben dan tan dung nhiet (m/s)') %Tinh toan %He so trao doi nhiet doi luu ve phia nuoc Cp_kt=1.097;Cp_n=4.2;khoiluongrieng_kt=0.748;hs_tdn=0.95; tn_r=g_kt*Cp_kt* (nhietdo_ktv-nhietdo_ktr)*hs_tdn/ (Cp_n*m_n)+tn_v t_tb= (tn_v+tn_r)/2%nhiet trung binh cua nuoc if (t_tb>0)& (t_tb3*10^3)& (Re_n100)& (t_kttb=0)& (t_kktb1.013)& (p_nt