Nghiên cứu, đề xuất thông số nhà máy nhiệt điện tận dụng nhiệt khí thải từ lò nung nhà máy xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO THÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT THÔNG SỐ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI TỪ LỊ NUNG NHÀ MÁY XI MĂNG Chun ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số: 605280 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO THÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT THƠNG SỐ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI TỪ LÒ NUNG NHÀ MÁY XI MĂNG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số: 605280 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2013 Trang i Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN TUYÊN (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS BÙI NGỌC HÙNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS BÙI TRUNG THÀNH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 26 tháng 07 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS.TS Lê Chí Hiệp – Chủ tịch Hội đồng TS Hà Anh Tùng – Thư ký hội đồng TS Bùi Ngọc Hùng – Ủy viên, Giáo viên phản biện TS Bùi Trung Thành – Ủy viên, Giáo viên phản biện TS Nguyễn Văn Tuyên – Ủy viên, Giáo viên hướng dẫn khoa học Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ GS TS LÊ CHÍ HIỆP HVTT: Cao Thái Nguyên Trang ii Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Cao Thái Nguyên MSHV: 09060400 Ngày, tháng, năm sinh: 15/05/1984 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt Mã số: 605280 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, đề xuất thông số nhà máy nhiệt điện tận dụng nhiệt khí thải từ lị nung nhà máy xi măng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu nguồn nhiệt thải nhà máy - Chọn sơ đồ nhiệt hệ thống thu hồi nhiệt thải - Nghiên cứu phương pháp tính tốn sơ đồ nhiệt - Xây dựng chương trình tính tốn - Đề xuất thơng số tối ưu cho chu trình nhiệt III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS NGUYỄN VĂN TUYÊN Tp HCM, ngày 29 tháng 07 năm 2013 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TS Nguyễn Văn Tuyên GS.TS Lê Chí Hiệp TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên chữ ký) HVTT: Cao Thái Nguyên Trang iii Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến q thầy cơ, giảng viên Khoa Cơ Khí trƣờng Đại Học Bách khoa TPHCM mà đặc biệt quý thầy cô môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh cung cấp cho em kiến thức quý báu thời gian học trường, không đơn mảng kiến thức chun mơn mà cịn kiến thức kinh nghiệm thực tế, bổ ích suốt trình em học tập nhà trường Em gởi lời tri ân đến TS Nguyễn Văn Tuyên nguời trực tiếp giảng giải hướng dẫn em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Đồng thời em xin cảm ơn quý thầy cô hội đồng phản biện luận văn đọc cho em nhận xét, câu hỏi giúp em có nhìn sâu thực tế đề tài mà em thực sai sót mà em mắc phải q trình hồn thành luận văn Cuối em gởi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên em suốt q trình hồn thành luận văn tốt nghiệp TP.HCM, Tháng 07 năm 2013 Học viên Cao Thái Nguyên HVTT: Cao Thái Nguyên Trang iv Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên TÓM TẮT LUẬN VĂN Nguồn nhiệt thải từ nhà máy xi măng xả bỏ ngồi ln có tiềm tận dụng tiếp Vì mà có nhiều đề tài nghiên cứu thực để thu hồi nguồn nhiệt thải tốt ứng dụng thực tế đạt hiệu cao Luận văn đề cập tới vấn đề thu hồi nhiệt thải từ lò nung nhà máy xi măng Việt Nam để phát điện Cụ thể:  Nghiên cứu so sánh ưu nhược điểm số sơ đồ thu hồi nhiệt thải phát điện nhà máy xi măng  Lựa chọn sơ đồ nhiệt phù hợp với quy mô điều kiện Việt Nam  Tính tốn sơ đồ nhiệt nhà máy nhiệt điện khí thải lựa chọn  Nghiên cứu đề xuất thơng số nước hợp lí cho chu trình nhiệt Ngoài kết nghiên cứu theo nội dung trên, luận văn đề hướng phát triển làm bước khởi đầu cho nghiên cứu sâu đề tài lò tận dụng nhiệt khí thải ABSTRACT There is always a reusable potential from the disposal reusing waste heat of cement plants Therefore, there have been many theses on the ways to use the heat up and apply in real to get the best effects This thesis addresses the possibility of producing electricity from the waste heat of cement kilns in Vietnam More specifically, it focuses on:  Research on strengths and weaknesses of models of capturing heat and generating power at some cement plants  Choosing a thermoelectric solution suitable in the conditions of Vietnam  Calculations of the thermoelectric process of the selected power plant  Recommended specifications for the thermal cycle In addition to the above discussions, the thesis also put forward recommendations for further research on steam boilers using waste heat HVTT: Cao Thái Nguyên Trang v Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên LỜI CAM ĐOAN Trong luận văn kết quả, trích dẫn từ nguồn tài liệu tham khảo mà nêu luận văn Tôi xin cam đoan nội dung lại luận văn tơi thực hiện, khơng chép trái phép tài liệu khác Nội dung chưa người khác thực hiện, phát hành đăng tạp chí khoa học kỹ thuật nước quốc tế Mà tất nội dung tơi làm Tơi cam đoan tơi viết, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Cao Thái Nguyên HVTT: Cao Thái Nguyên Trang vi Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt luận văn v Lời cam đoan vi Mục lục vii Danh sách hình vẽ x Danh mục kí hiệu xii Nội dung Trang Chƣơng TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 01 1.1 Đặt vấn đề 01 1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng giới 02 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nước 05 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 09 1.5 Nội dung nghiên cứu 09 1.6 Phương pháp nghiên cứu 09 1.7 Giới hạn đề tài 09 1.8 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 09 Chƣơng THU HỒI NHIỆT THẢI TỪ NHÀ MÁY XI MĂNG 10 2.1 Nguồn nhiệt thải lò nung 10 2.1.1 Quá trình sản xuất xi măng theo phương pháp khô 10 2.1.2 Quá trình sản xuất clinker 12 2.1.3 Nguồn nhiệt khí thải sau tháp trao đổi nhiệt 14 2.1.4 Nguồn nhiệt khí thải sau thiết bị làm mát clinker 14 2.2 Phương án tận dụng nhiệt khí thải 14 HVTT: Cao Thái Nguyên Trang vii Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên 2.2.1.Phương án tận dụng nhiệt khí thải từ tháp trao đổi nhiệt lị nung 14 2.2.2.Phương án tận dụng nhiệt thải từ tháp trao đổi nhiệt phận làm lạnh clinker 15 2.3 Một số sơ đồ thu hồi nhiệt thải phát điện sử dụng 16 2.3.1 Sơ đồ tận dụng nhiệt khí thải nhà máy xi măng Hà Tiên 16 2.3.2 Sơ đồ nhiệt song song khơng có bình phân ly 18 2.3.3 Sơ đồ q nhiệt song song có bình phân ly 19 2.3.4 Sơ đồ nhiệt song song có hai bình phân ly 21 2.4 Chọn sơ đồ nhiệt 22 2.5 Các thiết bị hệ thống 23 Chƣơng CƠ SỞ TÍNH TỐN 31 3.1 Xác định áp suất ngưng tụ 31 3.2 Ảnh hưởng thông số ban đầu 32 3.3 Đường giãn nở tuabin 34 3.4 Phương pháp tối ưu điểm kẹp 35 3.5 Lựa chọn cặp thông số kết đôi ban đầu 36 Chƣơng XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ HƠI BAN ĐẦU 37 4.1 Các thông số ban đầu 37 4.1.1 Các thông số ban đầu thay đổi 37 4.1.2 Các thông số cố định 37 4.2 Sơ đồ trao đổi nhiệt lò SP 38 4.3 Sơ đồ trao đổi nhiệt lò AQC 39 4.4 Thơng số nhiệt góp từ hai lị SP AQC 40 4.5 Thông số nhiệt tuabin 41 4.6 Thơng số nhiệt bình phân ly 42 4.7 Phần mềm tính tốn sơ đồ khối tính toán 43 4.7.1 Phần mềm tính tốn 43 4.7.2 Giới thiệu phần mềm tính tốn 43 HVTT: Cao Thái Nguyên Trang viii Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun 4.7.3 Sơ đồ khối tính tốn 51 4.8 Kết tính tốn 52 4.9 Lựa chọn thông số tối ưu 67 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 69 5.1 Kết luận 69 5.2 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Phụ lục 1: Chương trình tính toán 72 Phụ lục 2: Đồ thị i – s 84 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 85 HVTT: Cao Thái Nguyên Trang ix Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên [14] Co - generation and success story in indian cement industry - Master consultancy and productivity pvt.ltd [15] The Potential of using Cement Kilns for Environmentally Sound Destruction of Obsolete Pesticides in Developing Countries - Kåre Helge Karstensen - The Foundation for Scientific and Industrial Research [16] A critical review on energy use and savings in the cement industries Renewable and Sustainable Energy Reviews [17] Waste heat recovery power plant Cement Plants – sk.anwar basha Technical Paper Title: waste heat recovery power plant - Authors: SK.ANWAR BASHA, 3rd BTech, EEE College: Prakasam Engineering College, Kandukur [18] Save 20 % electricity by converting low temperature waste heat into electricity - Thomas börrnert, abb switzerland ltd, local business unit minerals, Eat recovery, baden- dättwil [19] Energy Efficiency and Resource Saving Technologies in Cement Industry Asia - pacific partnership on clean development and climate [20] Use of Alternative Fuels in Cement Manufacture: Analysis of Fuel Characteristics and Feasibility for Use in the Chinese Cement Sector - Energy and Resources Group, UC Berkeley [21] Cement Industry in India - Trade Perspectives - World Business Council for Sustainable Development (WBCSD) 2002 [22] Taishan Cement Works Waste Heat Recovery and Utilisation for Power Generation Project - Mr Hu Bo - October 2007 [23] The kalina cycle for cement kiln waste heat recovery power plants - Mark D Mirolli Chief Technology Officer Recurrent Resources, LLC [24] Utilize exhaust heat from rotary kiln to generate electricity in cement production and Cement kiln low temperature waste heat power generation HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 71 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun PHỤ LỤC Chƣơng trình tính tốn Chương trình tính GAQC Chương trình tính Gqn HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 72 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính Gpl HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 73 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính GSP Chương trình tính GnướcSP HVTT: Cao Thái Ngun Trang 74 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên Chương trình tính phần hạ áp HVTT: Cao Thái Ngun Trang 75 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính iqn HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 76 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính t4 HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 77 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính Cpkhói HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 78 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính entanpi C Chương trình tính Entanpi E HVTT: Cao Thái Ngun Trang 79 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính Entanpi D Chương trình tính t3 Chương trình xử lý bảng dự liệu Excel HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 80 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tun Chương trình tính tc HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 81 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên Chương trình tính tổng hợp HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 82 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên Chương trình xuất đồ thị i – s HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 83 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên PHỤ LỤC Đồ thị i – s HVTT: Cao Thái Nguyên Trang 84 Thuyết Minh Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Văn Tuyên PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Cao Thái Nguyên Ngày, tháng, năm sinh: 15/05/1984 Nơi sinh: Bình Định Địa liên lạc: Phú Lạc – Bình Thành – Tây Sơn – Bình Định Q TRÌNH ĐÀO TẠO Tên trƣờng Chuyên ngành học Thời gian học Văn bằng, Chế độ học chứng chỉ, trình độ Trường ĐH Sư Tháng 09/2003 Phạm Kỹ Công Nghệ đến tháng Thuật Nhiệt – Lạnh 02/2008 TP.HCM Chính quy Kỹ Sư Trường ĐH Cơng Bách Khoa Nhiệt TP.HCM Chính quy Thạc sĩ Nghệ Tháng 09/2009 đến tháng 07/2013 Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian Trƣờng Trường Đại Học Giao Từ 2008 đến Thông Vận Tải Cơ Sở TPHCM HVTT: Cao Thái Nguyên Chức vụ Mô tả công việc Giảng viên Giảng dạy Trang 85 ... Nghệ Nhiệt Mã số: 605280 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, đề xuất thông số nhà máy nhiệt điện tận dụng nhiệt khí thải từ lị nung nhà máy xi măng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu nguồn nhiệt thải. .. HỌC BÁCH KHOA CAO THÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT THÔNG SỐ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI TỪ LỊ NUNG NHÀ MÁY XI MĂNG Chun ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT Mã số: 605280 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP... Văn Tuyên Thu hồi nhiệt thải nhà máy xi măng để phát điện Đài Loan Hình 1.2: Cơng ty xi măng Đài Loan Nhà máy điện nhiệt khí thải tận dụng khí thải buồng tiền nung (PH) khí từ thiết bị làm nguội