Chi phí vận hành bao gồm: chi phí nhiên liệu do phải trích hơi bổ sung, chi phí tiêu thụ điện năng của các bơm trong MLHT, bơm nƣớc lạnh, bơm nƣớc giải nhiệt và quạt tháp giải nhiệt đi kèm với MLHT, chi phí tiêu thụ điện năng của bơm nƣớc nĩng.
Về bơm nƣớc lạnh, bơm nƣớc giải nhiệt và quạt tháp giải nhiệt đi kèm với MLHT, do hệ thống MLHT đã thay thế cho hệ thống chiller cũ nên cĩ thể xem nhƣ điện năng tiêu thụ cho các thiết bị này tƣơng đƣơng với điện năng của các thiết bị của hệ thống chiller. Nhƣ vậy chi phí vận hành đƣợc tính gồm chi phí nhiên liệu và chi phí tiêu thụ điện năng của bơm nƣớc nĩng.
http://www.ebook.edu.vn 83
Chi phí nhiên liệu
Lƣợng hơi trích bổ sung: h h Q 607, 67 G .3600 1068 kg / h r 2048
Tham khảo lƣợng tiêu hao nhiên liệu của lị hơi số 3. Ứng với sản lƣợng hơi 6800 kg/h thì lƣợng tiêu hao nhiên liệu là 504,2 kg/h. Ta cĩ thể tính gần đúng lƣợng gia tăng tiêu hao nhiên liệu khi bổ sung thêm 1068 kg/ h hơi.
1068.504, 2
B 79, 2 kg / h
6800
Chuyển đơn vị sang lít/h 79, 2
B 80lít / h
0,991
Giá dầu FO hiện nay: 13000 VNĐ/lít Chi phí cho nhiên liệu
80.13000 = 1 040 000 VNĐ/h Chi phí tiêu thụ điện năng
Tổng cơng suất của hai bơm nƣớc nĩng: 4 + 11 = 15 kW
Tổng cơng suất của các bơm trong MLHT: 0,4.2 + 1,5.2 + 0,75.2 = 5,3 kW Chi phí tiêu thụ điện năng (giá điện 3 giá trung bình hiện nay 1000 VNĐ/ kWh)
(5,3 + 15).1000 = 20 300 VNĐ/h
Tổng chi phí vận hành:
1040000 + 20300 = 1 060 300 VNĐ/h 6.1.3 Chi phí tiết kiệm đƣợc của hệ thống:
Hệ thống mới thay thế cho hệ thống chiller cũ nên ta đã tiết kiệm đƣợc điện năng tiêu thụ của chiller và các bơm nƣớc lạnh, bơm nƣớc giải nhiệt, quạt tháp giải nhiệt. Tuy nhiên, nhƣ đã phân tích ở trên các bơm nƣớc lạnh, bơm nƣớc giải nhiệt, quạt tháp giải nhiệt ở hệ thống mới vẫn hoạt động nên chỉ tiết kiệm đƣợc điện năng tiêu thụ của chiller.
http://www.ebook.edu.vn 84
Hệ số COP trung bình của chiller bằng 4 Cơng suất máy nén: 1158
289,5 kW 4
Chi phí tiết kiệm do ngừng 2 chiller 289,5.1000 = 289 500 VNĐ/h
So với chi phí vận hành, chi phí tiết kiệm này nhỏ hơn khá nhiều và hệ thống hoạt động khơng kinh tế. Ta rút ra một số nhận xét sau:
Do phải trích hơi bổ sung nên chi phí vận hành tăng lên rất nhiều mà trong đĩ chi phí nhiên liệu chiếm tỷ trọng đáng kể (khoảng 97%). Nếu nhƣ khơng cĩ chi phí nhiên liệu này hoặc chi phí cho nhiên liệu thấp thì rõ ràng khả năng tiết kiệm của hệ thống là đáng kể.
Ví dụ nhƣ nguồn nhiên liệu là trấu cĩ giá thành 500 VNĐ/kg, tiêu hao nhiên liệu cho 1 tấn hơi/h là 200 ÷ 230 kg trấu (số liệu lị hơi đốt trấu của Cơng ty Minh Phát) thì chi phí nhiên liệu cho phƣơng án chỉ vào khoảng 115.000 VNĐ/h. Nhƣ vậy, hồn tồn cĩ tính khả thi về mặt kinh tế.
Từ đĩ cĩ thể kết luận:
Đối với doanh nghiệp đang khảo sát, phƣơng án trích hơi gia nhiệt bổ sung để đáp ứng nhiệt lƣợng cịn thiếu cung cấp cho MLHT khơng khả thi về mặt kinh tế mà nguyên nhân chính là do chi phí nhiên liệu cao. Vậy phƣơng án thích hợp ở đây là chỉ sử dụng nguồn nhiệt thải để cung cấp nhiệt năng cho MLHT, việc trích hơi bổ sung chỉ để dự phịng và dùng trong khởi động.
6.2 Tính tốn lại phƣơng án 6.2.1 Chọn máy lạnh hấp thụ 6.2.1 Chọn máy lạnh hấp thụ
Do nguồn nhiệt thải chỉ đáp ứng thay thế đƣợc nhu cầu của một chiller (579 kW) nên ta chọn lại MLHT cĩ năng suất lạnh là 633 kW. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các thơng số của MLHT theo catalog nhà sản xuất: Model: RCH040
Năng suất lạnh: 633 kW Chiều dài máy: 3,63 m Chiều cao máy: 2,49 m
http://www.ebook.edu.vn 85
Chiều rộng máy: 1,57 m
Các chi tiết khác về MLHT đƣợc trình bày ở phụ lục 3. Cơng suất nhiệt cần thiết cho MLHT này là:
0 h
Q
Q 844 kW
COP
Nhƣ vậy ta thấy lƣợng nhiệt thải mà ta tận dụng đƣợc (Qtd = 1037,46 kW) lớn hơn so với yêu cầu của MLHT. Cĩ nhiều phƣơng án để xử lý nguồn nhiệt lƣợng bị thừa này tuy nhiên phƣơng án đơn giản nhất vẫn là thải bỏ bớt nguồn nhiệt thải này ra ngồi. Nhiệt lƣợng do khĩi thải sẽ đƣợc tận dụng hồn tồn, cịn nhiệt lƣợng do hơi phân ly sẽ đƣợc thải bỏ thơng qua thải bỏ một phần lƣợng hơi phân ly ra ngồi.
6.2.2 Tính tốn các thiết bị thu hồi nhiệt thải
Xem tổn thất của các thiết bị thu hồi nhiệt là 5% Nhiệt lƣợng tận dụng đƣợc của khĩi thải
Qk = (Qk3 + Qk4).0,95 = (191,07 + 107,03).0,95 = 283,2 kW Nhiệt lƣợng cần thiết của hơi phân ly
h k
pl
Q Q
Q 590,3kW
0,95
Chọn độ tăng nhiệt độ nƣớc khi qua các thiết bị thu hồi nhiệt khĩi thải vẫn là 30C. Vì vậy, lƣu lƣợng nƣớc nĩng trong hệ thống khơng đổi vẫn bằng 22,48 kg/s. Khi đĩ nhiệt đĩ nƣớc qua thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly
pl 0
p
Q .0,95 590,3.0,95
t 6 C
G.c 22, 48.4, 2
Nhiệt độ nƣớc vào và ra thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly 850C – 910C. Nhiệt độ nƣớc vào và ra thiết bị thu hồi nhiệt khĩi thải 910C – 940C
a- Thiết bị thu hồi nhiệt khĩi thải
Do cơng suất nhiệt và độ tăng nhiệt độ của nƣớc qua các thiết bị thu hồi nhiệt khĩi thải khơng đổi. Sự thay đổi nhiệt độ nƣớc vào và ra ảnh hƣởng đến thơng số vật lý của nƣớc tuy nhiên sự thay đổi này là khơng nhiều nên ảnh hƣởng khơng đáng kể đến kết quả tính tốn nên ta khơng cần tính lại.
http://www.ebook.edu.vn 86
b- Thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly
Với thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly, cơng suất nhiệt thay đổi nên sẽ làm thay đổi diện tích truyền nhiệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị: 3 2 tr tr Q.0,95 590,3.10 .0,95 F 25,11m q 22335,55 Chiều dài ống tổng cộng là: tr tr F 25,11 L 355, 73 m .d 3,14.0, 02248 Chọn chiều dài một ống l = 1,6 m Gọi z là số đƣờng nƣớc L 355,73 z 5,85 l.n 1,6.38 Chọn z = 6
Tính lại chiều dài 1 ống:
L 355, 73
l 1,56 m
n.z 38.6
Bƣớc ống: s = 36 mm
c- Thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung
Với thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung, mặc dù ở trƣờng hợp này khơng cần hơi bổ sung để gia nhiệt nhƣng nhu cầu khi khởi động vẫn cĩ nên ta vẫn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt ứng với cơng suất nhiệt khi khởi động Q = 475,1 kW
Tỏa nhiệt về phía hơi khơng đổi. Tỏa nhiệt về phía nƣớc thay đổi do nhiệt độ nƣớc trung bình thay đổi.
Nhiệt độ trung bình của nƣớc trong thùng:
0 2tb 30 90 t 60 C 2 Quá trình tính tốn tƣơng tự nhƣ mục 5.3
http://www.ebook.edu.vn 87 Ta cĩ kết quả: Δt1 = 120C Δt2 = 630C k = 1064,13 q = 114074,74 W/m2 Diện tích trao đổi nhiệt:
2 Q 457,1.1000 F 4 m q 114074,74 Tổng số ống: tb F 4 n 91, 7 .d .l 3,14.0, 5.(0, 0171 0, 0138).0, 9
Chọn n = 114 cho phù hợp với bố trí ống hình lục giác đều Tính lại chiều dài 1 nhánh ống:
tb F 4 l 0, 72 m .d .n 3,14.0, 5.(0, 0171 0, 0138).114 6.2.3 Chọn các thiết bị khác Chọn tháp giải nhiệt
Ứng với độ giải nhiệt từ 370
C – 320C, lƣu lƣợng nƣớc giải nhiệt theo catalog MLHT của Ebara Q = 4280 l/ph, nhiệt độ bầu ƣớt tại miền Nam là 280C. Theo catalog tháp giải nhiệt của Liang Chi chọn Model No. 400
Ứng với Model này ta chọn tháp giải nhiệt cĩ 2 cụm với các thơng số:
Số hiệu: LRC – H – 200 – C2
Lưu lượng: 5200 l/ph
Chiều cao mực nước:3,8 m Chọn bơm
Trở lực nƣớc qua các thiết bị rất ít thay đổi, trở lực nƣớc qua MLHT theo catalog cũng khơng thay đổi. Nhƣ vậy, cột áp để chọn bơm xem nhƣ khơng đổi, chỉ thay đổi lƣu lƣợng bơm.
http://www.ebook.edu.vn 88 Bảng 6.1: Thơng số chọn bơm Tên Lƣu lƣợng (lít/ph) Cột áp (mH2O) Bơm nƣớc nĩng của hệ thống 1395 11,15 Bơm nƣớc nĩng cho MLHT 2550 8,91
Bơm nƣớc lạnh cho cơng nghệ 1810 6,62
Bơm nƣớc giải nhiệt 4280 11,1
Thơng số các bơm đƣợc trình bảy ở bảng 6.2
Bảng 6.2: Thơng số bơm của hệ thống
Tên Số hiệu Cơng suất
(kW) Lƣu lƣợng (lít/ph) Cột áp (mH2O) Bơm nƣớc nĩng của hệ thống 3M 65 – 125/4 4 1500 10,7 Bơm nƣớc nĩng cho MLHT MMD4 100 - 200/5.5 5,5 2500 9,8 Bơm nƣớc lạnh cho cơng nghệ 3M 65 – 125/5.5 5,5 1900 10,4 Bơm nƣớc giải nhiệt MMD4 150 – 200/15 15 4500 12,5
Chi tiết khác về bơm đƣợc trình ở phụ lục 5. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6.2.4 Tính tốn lại chi phí Chi phí đầu tƣ: Chi phí đầu tƣ:
Do MLHT cĩ năng suất thấp hơn nên chi phí đầu tƣ lúc này giảm bớt. Giá thành MLHT ứng với năng suất 633 kW vào khoảng 2,5 tỷ VNĐ
Chi phí cho các thiết bị của hệ thống nƣớc nĩng xem nhƣ khơng đổi, vào khoảng 1 tỷ VNĐ
Chi phí cho bơm, tháp giải nhiệt và các thiết bị phụ đi kèm MLHT khoảng 300 triệu VNĐ
http://www.ebook.edu.vn 89
Chi phí vận hành:
Do khơng cĩ hơi trích bổ sung, lƣợng hơi trích bổ sung khi khởi động khơng đáng kể nên ta xem nhƣ bỏ qua. Nhƣ vậy chi phí vận hành chỉ gồm chi phí tiêu thụ điện năng của bơm nƣớc nĩng. Chi phí bảo trì, bão dƣởng cho hệ thống MLHT cao hơn hệ thống chiller cũ nhƣng chênh lệch này là khơng nhiều nên cĩ thể bỏ qua.
Tổng cơng suất của hai bơm nƣớc nĩng: 4 + 5,5 = 9,5 kW Tổng cơng suất của các bơm trong MLHT: 5,3 kW
Chi phí tiêu thụ điện năng
(9,5 + 5,3).1000 = 14 800 VNĐ/h Chi phí tiết kiệm
Năng suất lạnh của một chiller: 579 kW Hệ số COP trung bình bằng 4
Cơng suất máy nén: 579
144, 75 kW 4
Chi phí tiết kiệm do ngừng một chiller 144,75.1000 = 144 750 VNĐ/h
Chi phí tiết kiệm đƣợc trong 1 năm:
(144750 – 14800).24.290 = 904 452 000 VNĐ/năm Thời gian hồn vốn 3800000000 4, 2 904452000 năm 6.3 Nhận xét
Từ các kết quả tính tốn trên ta thấy rằng với tình hình tại Việt Nam, MLHT chỉ nên áp dụng cho những nơi cĩ nguồn nhiệt thải và chỉ nên sử dụng những nguồn nhiệt thải này làm năng lƣợng cấp vào. Việc dùng hơi để gia nhiệt chỉ thích hợp ở những nơi cĩ lị hơi sử dụng nguồn nhiên liệu rẻ tiền nhƣ trấu, than cám hoặc mùn cƣa, gỗ vụn… Ví dụ ở cơng ty KAISEN (Bình Dƣơng) – cơng ty chuyên sản xuất các mặt hàng gỗ mỹ nghệ - đã dùng gỗ vụn, mùn cƣa… từ chính quy trình sản xuất làm nguyên liệu cho lị hơi để sinh hơi cấp nhiệt cho MLHT dùng trong điều hịa khơng khí.
http://www.ebook.edu.vn 90
Đối với doanh nghiệp, việc tận dụng nguồn nhiệt thải làm nguồn nhiệt năng cung cấp cho MLHT đã tiết kiệm mỗi năm gần 900.000 kWh điện năng, tƣơng đƣơng 900 triệu đồng. Mặc dù chi phí đầu tƣ lớn nếu xét về lợi ích lâu dài thì việc đầu tƣ cho hệ thống THNT là cĩ lợi. Ngồi ra, doanh nghiệp sẽ đƣợc hỗ trợ một phần kinh phí từ chƣơng trình của TP. Hồ Chí Minh dành cho các doanh nghiệp thực hiện các giải pháp tiết kiệm năng lƣợng.
Ngồi việc mang lại lợi ích cho bản thân doanh nghiệp, lƣợng điện năng tiết kiệm đƣợc đã gĩp phần làm giảm đi lƣợng phát thải mỗi năm gần 630.000 kg CO2. Trong bối cảnh khí hậu trái đất đang biến đổi mạnh mẽ vì sự gia tăng lƣợng khí nhà kính thì việc một doanh nghiệp cĩ ý thức trong việc bảo vệ mơi trƣờng là một điều đáng ghi nhận.
http://www.ebook.edu.vn 91
PHỤ CHƢƠNG: HỆ THỐNG EJECTOR HƠI ĐỂ THU HỒI NHIỆT LƢỢNG HƠI PHÂN LY
Trong quá trình phân tích các phƣơng án THNT cho doanh nghiệp, chúng tơi đã tìm hiểu thêm về hệ thống thu hồi nhiệt của hơi phân ly sử dụng ejector. Do ứng dụng của ejector tại Việt Nam vẫn cịn khá mới mẻ nên phần tính tốn, nghiên cứu về ejector xin đƣợc đƣa vào phụ chƣơng của luận văn. Thêm vào đĩ nội dung chính của luận văn nằm trong lĩnh vực THNT – một vấn đề đang đƣợc quan tâm hiện nay – nên phần phụ chƣơng này cĩ thể xem nhƣ một hƣớng phát triển để tiếp tục nghiên cứu các biện pháp THNT.
P.1 Tổng quan về ejector
Ejector là thiết bị dùng để tạo chân khơng trong bình ngƣng ở các nhà máy nhiệt điện. Nhiệm vụ của nĩ là hút khơng khí trong bình ngƣng để tạo độ chân khơng, giảm nhiệt độ ngƣng tụ của hơi sau tuabin. Mơi chất làm việc của ejector cĩ thể là hơi, nƣớc hoặc khí nén.
Đối với ejector dùng trong phƣơng án THNT thì nhiệm vụ của nĩ là hút lƣợng hơi phân ly từ bồn nƣớc cấp (cĩ áp suất và nhiệt độ thấp) rồi nâng áp suất của hỗn hợp hơi (đồng nghĩa với tăng nhiệt độ) để cung cấp nhiệt lƣợng cho các quy trình cơng nghệ. Với doanh nghiệp đang khảo sát thì nhiệt lƣợng cung cấp cĩ thể dùng cho MLHT.
http://www.ebook.edu.vn 92
Do mục đích chính khơng phải là hút khơng khí tạo độ chân khơng mà là nén hơi phân ly lên áp suất cao hơn nên tên gọi đúng của thiết bị ở đây là máy nén nhiệt (thermocompressor), tuy nhiên do thuật ngữ này chƣa thơng dụng nên ở đây vẫn gọi là ejector.
P.2 Tính tốn ejector P.2.1 Cơ sở lý thuyết P.2.1 Cơ sở lý thuyết
Quá trình giãn nở trong ejector đƣợc biểu diễn trên đồ thị i – s ở hình P.2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình P.2: Quá trình giãn nở trong ejector
Hơi cơng tác cĩ áp suất cao (điểm 1) giãn nở từ áp suất p1 đến p2. Trong ống phun, năng lƣợng của dịng hơi đƣợc chuyển thành động năng, hơi ra khỏi ống phun đi vào buồng hịa trộn cĩ áp suất p2 = p3 = p4 nhỏ hơn áp suất trong bồn nƣớc cấp p3’ (khoảng 0,05 bar). Nhƣ vậy hơi phân ly từ bồn nƣớc cấp (điểm 3’) đƣợc hút vào buồng hịa trộn, trộn lẫn với dịng hơi cơng tác. Hơi cơng tác truyền một phần động năng cho hơi phân ly và đẩy nĩ vào ống tăng áp. Ở đây, động năng của tồn bộ hỗn hợp (điểm 4) giảm dần để áp suất của chúng tăng lên (điểm 5).
Điểm 3’ là điểm ứng với trạng thái hơi phân ly trƣớc khi đƣợc hút vào buồng hịa trộn (p = 1 bar). Áp suất trong buồng hịa trộn nhỏ hơn áp suất đầu hút nên trên thực tế sẽ xảy ra quá trình giãn nở 3’ – 3 nhƣ trên đồ thị.
http://www.ebook.edu.vn 93
Tồn bộ quá trình làm việc trong ejector cĩ thể chia làm 3 giai đoạn: Hơi cơng tác giãn nở trong ống tăng tốc (ống phun)
Hịa trộn giữa hơi cơng tác và hơi phân ly trong buồng hịa trộn
Nén hỗn hợp hơi cơng tác và hơi phân ly trong ống tăng áp (ống khuyếch tán)
Sự thay đổi áp suất và vận tốc của dịng hơi đƣợc thể hiện trên hình P.3
Hình P.3: Sự thay đổi áp suất và vận tốc trong ejector
Áp suất Vận tốc Vận tốc âm thanh Ống phun Buồng hịa trộn Ống tăng áp Hơi cơng tác Hơi phân ly Hơi phân ly Hơi cơng tác Hơi cơng tác Hơi phân ly 2 2 2 1 3 4 5 1 3 4 3 4 5
http://www.ebook.edu.vn 94
Quá trình giãn nở trong ống phun (quá trình 1 - 2 trên đồ thị)
Tốc độ mơi chất ra khỏi ống phun:
2 2h1 2h01 với φ là hệ số tốc độ (φ = 0,94 ÷ 0,96) h1 = φ2.h01
Quá trình hịa trộn
Phƣơng trình bảo tồn động lƣợng G1.ω2 + G3. ω3 = (G1 + G3). ω4
Bỏ qua tốc độ của hơi phân ly ω3 = 0 G1.ω2 = (G1 + G3). ω4 1 4 2 1 3 G G G Đặt 1 1 3 G G G : hệ số lƣu lƣợng 4 . 2
Phƣơng trình cân bằng năng lƣợng và cân bằng khối lƣợng cho ejector
1 1 3 3 5 5 G .i G .i G .i G1 + G3 = G5 Chia 2 vế cho (G1 + G3) 3 1 1 3 5 1 3 1 3 G G .i .i i G G G G 3 1 1 1 1 3 5 1 3 1 3 G G G G .i .i i G G G G 1 3 5 .i (1 ).i i
Quá trình nén hỗn hợp trong ống khuếch tán
2 2 5 4 4 5 i i 2 2 EJECTOR i1, G1 i3, G3 i5, G5
http://www.ebook.edu.vn 95
Bỏ qua vận tốc hỗn hợp sau khi nén ω5 = 0