Hệ thống nước giải nhiệt:

4. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐHKK, BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÔNG KHÍ

1.4.3. Hệ thống nước giải nhiệt:

Hệ thống nướcgiải nhiệt gồm có tháp giải nhiệt (cooling tower), bơm

nước giải nhiệt và hệ thống đường ống nước tuần hoàn từ bình ngưng tới tháp và ngược lạị

1.4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tháp giải nhiệt:

Nguyên tắc cấu tạo của tháp giải nhiệt và cách lắpđặt nó trong hệ thống lạnh đã được giới thiệu ở hình 2.10.

Quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong tháp là quá trình trao đổi nhiệt phức tạp, chúng ta không đi sâu nghiên cứu, tuy nhiên cũng cần biết rằng, hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm phụ thuộc vào các vấn đề dưới đâỵ

Hiệu quả trao đổi nhiệt càng cao, năng suất giải nhiệt càng lớn khi:

- Độ ẩm của không khí càng thấp vì quá trình thải nhiệt của nước vào không khí cơ bản là quá trình bay hơi nước. Khi độ ẩm bằng 100%, chỉ còn lại quá trình trao đổi nhiệt nên hiệu suất trao đổi nhiệt rất kém;

- Tốc độ không khí càng cao càng tốt;

- Bề mặt trao đổi nhiệt ẩm càng lớn càng tốt.

Ở điều kiện nóng ẩm của miền Bắc Việt Nam, tháp giải nhiệt làm việc không thuận lợị Thường phải chọn tháp giải nhiệt lớn hơn từ 1,2 đến 1,5 lần các tháp đã cho sẵn trong catalog.

Hình 2.10 giới thiệu cấu tạo chi tiết của một tháp giải nhiệt của Viện tháp giải nhiệt CTI (Cooling Tower Institute).

Khối đệm của tháp là kiểu băng cuộn hình sóng và dạng tổ ong, được chế tạo dễ dàng trên trục cán địnhhình, có bề mặt trao đổi nhiệt lớn, nước được lưu lại rất lâu trên

bề mặt khối đệm làm cho chiều cao tháp giảm đi đáng kể. Khối đệm còn tạo được dòng chảy rối cho không khí đi ngược chiều do cấu tạo ziczắc đặc biệt của mình.

Để phun đều nước, tháp dùng một hệ thống 4 ống rải nước từ đầu góp 4. Bốn ống này có lỗ khoan nghiêng (một số loại có thể điều chỉnh được góc nghiêng), các tia nước phun ra tạo phản lực quay cho bộ rải nước. Nếu điều chỉnh được góc nghiêng tia phun, có thể điều chỉnh được tốc độ quay tự do của bộ rải nước. Do nước rải có cỡ hạt lớn nên ở đây không cần có bộ chặn bụi nước vì bụi nước cuốn theo rất ít.

Quạt gió của tháp là loại quạt hướng trục bình thường với sải cánh lớn. Sải cánh càng lớn, độ ồn càng nhỏ, lưu lượng gió càng lớn. Động cơ quạt là loại động cơ đặc biệt chịu được ẩm vì luôn phải tiếp xúc với dòng khí ẩm.

Bể chứa nước rất đơn giản, thuận tiện. Toàn bộ vỏ và bể chế tạo từ vật liệu composit nên chịu được mọi thời tiết khắc nghiệt, có hình dáng đẹp, an toàn, tin cậy và tuổi thọ caọ Trên thân tháp có bố trí lỗ quan sát 21, có thang để kiểm tra, sửa chữạ 1.4.3.2. Tính chọn tháp giải nhiệt:

Hình 2.10: Phối cảnh tháp giải nhiệt CTI (Cooling Tower Institute):

1. động cơ; 2. lưới bảo vệ quạt gió; 3. dây néo; 4. đầu góp dàn phun; 5. cánh chắn; 6. vỏ tháp; 7. lưới bảo vệ đường gió vào; 8. ống dẫn nước vào; 9. bồn nước; 10. cửa chảy tràn; 11 cửa xả đáy; 12. cửa nước ra (về bơm); 13. cửa nước vào (nước nóng tù bình ngưng vào); 14. van phao lấy nước bổ sung từ mạng; 15. các thanh đỡ trên cửa lấy gió; 16. các thanh đỡ khối đệm; 17. khối đệm; 18. các thanh đỡ cơ động; 19. cánh quạt; 20. thang; 21. cửa quan sát.

Việc tính toán tháp giải nhiệt rất phức tạp, thường người ta chọn theo catalog của máỵ Các thành viên của Viện tháp giải nhiệt CTI (Cooling Tower Institute) đều có chung một kí hiệu như sau, ví dụ tháp RINKI của Hồng Kông có kí hiệu FRK90 chẳng hạn. FRK là chữ cái kí hiệu riêng của RINKI, năng suất lạnh của hệ thống tương ứng là

Q0 = 90 tấn lạnh Mỹ hoặc 316,5 kW. Nếu tính năng suất giải nhiệt ta phải nhân với hệ số 1,3 nghĩa là Qk = 412kW.

Ví dụ tháp LBC - 100 có năng suất giải nhiệt là Qk = 100.3900kcal/h = 390000

kcal/h = 454 kW sử dụng cho hệ thống ĐHKK có năng suất lạnh Q0 = 100 tấn lạnh Mỹ

= 100.3024 kcal/h = 302400 kcal/h = 351 kW.

Cột áp bơm yêu cầu chính là tổn thất áp suất trên đường ống và dàn phun. Điều kiện nhiệt độ thiết kế cho trong bảng 4 - 20 dựa trên thực nghiệm tại Đài Loan. Nói chung nhiệt độ nước ra cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 3 đến 5C. Nên chọn hiệu nhiệt độ nhỏ để máy lạnh làm việc dễ dàng hơn, đặc biệt trong điều kiện miền Bắc Việt

Nam. * Ví dụ:

Sử dụng bảng để chọn tháp giải nhiệt cho máy làm lạnh nước Q0 = 100 tấn, ở điều kiện tƯ = 27C, nhiệt độ nước vào tháp 35C, ra khỏi tháp là 30C.

Giải:

Từ Q0= 100 tấn lạnh Mỹ ta tính được lưu lượng nước cần thiết là:

Vw = 100.13 l/h = 1300 l/h

Tìm tư = 27C và nhiệt đô nước vào và ra khỏi tháp 35  30C ta được:

Vw = 1290 l/h  tháp LBC - 150 Vw = 1510 l/h  tháp LBC - 175

Là 2 tháp gần giá trị 1300 nhất.

Nếu chọn tháp LBC –150 là hơi thiếu; chọn tháp LBC –175 lại quá thừạ * Ví dụ:

Hãy tính chọn tháp giải nhiệt CTI (RINKI hoặc Tân Phát) cho năng suất lạnh của máy lạnh là 100 tấn lạnh Mỹ (12000Btu/h, 352kW) lắp đặt tại Hà Nội dùng cho điều hòa trung tâm nước.

Giải:

- Nếu chỉ căn cứ vào máy làm lạnh nước có 100 tấn lạnh có thể chọn ngay tháp giải nhiệt RINKI FRK100 hoặc của công ty Tân Phát là LBC100.

- Nếu phân biệt hệ thống điều hòa cấp 2 và cấp 3 cũng như chọn 3 phương án khác nhau là nước ra khỏi tháp giải nhiệt cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt 3K, 4K, 5K, sử dụng đồ thị hình 4 - 28 để tìm hệ số hiệu chỉnh k1ta sẽ tìm được các giải đáp khác nhau về tháp giải nhiệt để có thể chọn được tháp phù hợp nhất, lưu ý tới điều kiện làm việc của máy lạnh, loại trừ được chế độ làm việc qua khắc nghiệt của máy lạnh.

Các thông số thời tiết của Hà Nội như sau:

- Nhiệt độ tối cao trung bình tháng nóng nhất: tHmax = 32,8C. - Nhiệt độ tối cao tuyệt đối: tmax = 41,6C

- Độ ẩm trung bình lúc 13 đến 1h: 13-15 = 66%. - Nhiệt độ và độ ẩm tính cho điều hòa cấp 2:

N = 66 %

Tra đồ thị được tư = 32C.

- Nhiệt độ và độ ẩm tính cho điều hòa cấp 3: tN = 32,8C, N = 66% tra đồ thị được tư = 27C.

- Năng suất nhiệt thải ra ở bình ngưng: Qk = Q0.3900 = 390000kcal/h = 454kW. ạ Tính chọn phương án 1: điều hòa cấp 3, tw1 = tư + 3K

tw1 = tư + 3K = 30C tw2 = tw1 + 5K = 35C

Nhiệt độ ngưng tụ:

tk = tw2 + tmin = 35 + 5 = 40C

Lưu lượng thể tích nước làm mát:

C tN   37,2 2 6 , 41 8 , 32 . / 1300 0217 , 0 5 . 186 , 4 . 1000 454 . . 3 W m s l ph t c Q V k      

Năng suất làm mát hiệu chỉnh:

Tra đồ thị với tư = 27C, z = 35  30C được k1 = 0,6.

Vậy:

Chọn tháp FRK175 hoặc LBC175.

Tính cho phương án 2: điều hòa cấp 3, tw1 = tư + 4C tw1 = tư + 4C = 31C tw2 = tw1 + 5C = 36C tk = tw2 + tmin = 41C

Tra đồ thị tư = 27C, z = 36 31C được k1 = 0,8.

Năng suất làm mát hiệu chỉnh:

Chọn tháp FRK125 hoặc LBC125.

- Tính cho phương án 3: điều hòa cấp 3, tw1 = tư + 5C tw1 = tư + 5C = 32C tw2 = tw1 + 5C = 37C tk = tw2 + tmin = 42C

Tra đồ thị tư = 27C, z = 37 32C được k1 = 0,97.

Năng suất làm mát hiệu chỉnh: Chọn tháp FRK100 hoặc LBC100. k Q Q hc 1 0 0  lanh tan 167 6 , 0 100 0   Q hc lanh tan 125 8 , 0 100 0   Q hc lanh tan 103 97 , 0 100 0   Q hc

- Tính cho phương án 4: điều hòa cấp 2, tw1 = tư + 3C tw1 = tư + 3C = 35C tw2 = tw1 + 5C = 40C tk = tw2 + tmin = 45C

Tra đồ thị tư = 32C, z = 40 35C được k1 = 0,7.

Năng suất làm mát hiệu chỉnh: Chọn tháp FRK150 hoặc LBC150.

- Tính cho phương án 5: điều hòa cấp 2, tw1 = tư + 4C tw1 = tư + 4C = 32 + 4 = 36C

tw2 = tw1 + 5C = 41C tk = tw2 + tmin = 46C

Tra đồ thị tư = 32C, z = 41 36C được k1 = 0,91.

Năng suất làm mát hiệu chỉnh: Chọn tháp FRK125 hoặc LBC125.

- Tính cho phương án 6: điều hòa cấp 2, tw1 = tư + 5C tw1 = tư + 5C = 32 + 5 = 37C

tw2 = tw1 + 5C = 42C tk = tw2 + tmin = 47C

Tra đồ thị tư = 32C, z = 42 37C được k1 = 1,1.

Năng suất làm mát hiệu chỉnh:

Chọn tháp FRK100 hoặc LBC100. lanh tan 142 7 , 0 100 0   Q hc lanh tan 110 91 , 0 100 0   Q hc lanh tan 91 1 , 1 100 0   Q hc

Như trên ta thấy khi cần giảm nhiệt độ ngưng tụ, ta phải tăng tháp giải nhiệt. So sánh phương án 6 và 4 ta thấy, khi giảm nhiệt độ ngưng tụ đi 2C ta phải tăng tháp làm mát lên 1,5 lần điện năng tiêu haọ Tuy nhiên tăng tháp ngưng tụ gắn liền với việc tăng vốn đầu tư. Đây chính là một bài toán kinh tế tối ưu mà người kỹ sư phải giải để tìm ra đáp số: khi nào thì giá một đơn vị lạnh là thấp nhất.