Việc sử dụng năng lượng nhiệt có thể phân thành hai nhóm chính: sử dụng năng lượng nhiệt nhằm phục vụ các nhu cầu sinh hoạt và sử dụng năng lượng nhiệt trong sản xuất, trong các xí nghiệ
Tổng quan về hệ thống cấp nhiệt
Cung cấp hơi cho các xưởng sản xuất với áp suất yêu cầu 5 kG/cm², bao gồm: xưởng cất nước với công suất 550 kg/h, xưởng đông dược 1200 kg/h, xưởng thuốc nước 250 kg/h và xưởng nang mềm 250 kg/h.
Cefalosporin 300 kg/h, Viên nang Beta Lactam 350 kg/h, Viên 450 kg/h, Nguyên liệu 550 kg/h
- Cấp hơi cho nhà bếp để nấu 1200 suất ăn, áp suất hơi yêu cầu là 4 kG/cm 2
- Sản xuất nước nóng ở nhiệt độ 70 o C cho khu nhà văn phòng, nhà ăn 11 m 3
- Hệ số nhân diện tích so với mặt bằng cơ sở là 1.1
Tổng quan về các thiết bị nguồn cấp nhiệt
Lửa là một trong bốn phát minh quan trọng nhất của loài người, đóng vai trò thiết yếu trong việc cung cấp năng lượng cho cuộc sống Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu ngày càng cạn kiệt và ô nhiễm môi trường gia tăng, việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả và tiết kiệm trở nên cấp thiết Cung cấp nhiệt cho các tòa nhà bằng các nguồn nhiên liệu sơ cấp như than, dầu, năng lượng mặt trời và địa nhiệt là một trong những phương pháp hiệu quả để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng.
Việc sử dụng trực tiếp nguồn nhiên liệu sơ cấp đã bỏ qua hiệu suất thấp của các nhà máy nhiệt điện, chỉ đạt khoảng 35-40%, cùng với việc thải ra các chất ô nhiễm trong quá trình sản xuất điện năng.
1.2.1 Sơ đồ cấp nhiệt sử dụng lò hơi loại nhỏ, vừa
Sơ đồ này thích hợp cho các cơ sở có nhu cầu nhiệt cỡ vừa, không chỉ cung cấp nước nóng mà còn đáp ứng các yêu cầu nhiệt cao cấp khác như hơi nước để giặt là, cũng như cho các thiết bị sấy và xông hơi.
- Nhiên liệu thường dùng là than, dầu hoặc khí đốt.
- Dựa vào phương pháp gia nhiệt cho nước ta cso thể phân ra làm 2 loại sơ đồ trung tâm cấp nhiệt dùng lò hơi.
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat a Trao đổi nhiệt hỗn hợp
Hình 1.1 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị hỗn hợp.
LH- lò hơi; OGH - ống góp hơi; BNM – bể nước mềm; NN-nước nóng ra; NH- Nước hồi
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là nước lạnh được đưa vào bể nước nóng, trong khi nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt của lò hơi Khói nóng từ quá trình đốt sẽ tiến hành trao đổi nhiệt với nước trong giàn ống gia nhiệt, tạo ra hơi nước trong buồng đốt.
Hơi nước có nhiệt độ cao được dẫn tới ống góp hơi, từ đó hơi bão hòa được trích ra và dẫn qua bể nước nóng Tại đây, hơi sẽ trao đổi nhiệt với bề mặt nước lạnh trong bể trước khi hòa trộn với nước lạnh, giúp tăng nhiệt độ của nước trong bể lên mức yêu cầu Nước cấp cho lò được lấy từ bể nước mềm.
Nước nóng sẽ được cung cấp đến các hộ tiêu thụ nhiệt Khi nhiệt độ trong đường ống cấp giảm xuống dưới mức cho phép, nước sẽ được đưa trở lại bể chứa để được gia nhiệt bổ sung qua đường hồi.
- Ưu điểm: đơn giản, dễ quản lý và vận hành.
- Nhược điểm: Khống có lượng nước ngưng tuần hoàn về nên thiết bị xử lý nước cấp vào lò pải có công suất lơn nên giá thành tăng
- Áp dụng cho các tòa nhà khách sạn chung cư cao tầng có nhu cầu nhiệt vừa và nhỏ b: Trao đổi nhiệt bề mặt
Hình 1.2 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị bề mặt kiểu dung tích
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat
LH- lò hơi; OGH - ống góp hơi; BNM – bể nước mềm; NN-nước nóng ra; NH-
Nguyên lý hoạt động của lò hơi trao đổi nhiệt hỗn hợp tương tự như các lò hơi khác, nhưng điểm khác biệt là hơi sau khi trao đổi nhiệt với nước trong bể sẽ không hòa trộn tại đó mà được dẫn trở lại lò hơi Bể nước mềm đóng vai trò quan trọng trong việc bổ sung nước cấp cho lò hơi, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.
- Áp dụng cho những nơi sử dụng nước nóng nhiều và chế độ dùng nước nóng không đều đặn.
1.2.2 Một số nguồn cấp nhiệt khác.
Cấp nhiệt sử dụng nguồn nhiệt từ bên ngoài, thường là từ các nhà máy nhiệt điện, và thường được áp dụng tại những khu vực gần các nhà máy nhiệt điện hoặc các nguồn nhiệt trung tâm lớn.
- Cấp nhiệt sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời Thường được áp dụng ở những nơi có diện tích chiếu sáng lớn.
- Cấp nhiệt nhờ tận dụng nhiệt thải từ bình ngưng của hệ thống lạnh và điều hòa không khí.
- Cấp nhiệt bằng thiết bị gia nhiệt dùng điện trực tiếp.
Tổng quan về tính toán nguồn cấp nhiệt
1.3.1: Chọn thiết bị lò hơi: a Lượng hơi cấp cho các xưởng sản xuất.
- Tổng lượng hơi cấp cho 8 xưởng sản xuất, áp suất hơi yêu cầu 5kG/cm 2 là: D 1 = 550 +
- Công suất lò cần dùng là:
D 1 = 3900 (kg/h) : suất tiêu hao hơi của các phân xưởng sản xuất.
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat r = 2109 (kJ/kg) : nhiệt ẩn hóa hơi của 1 kg nước ở áp suất 5 (kG/cm 2 ). b Lượng hơi cấp cho nhà bếp:
Mỗi suất ăn của công nhân bao gồm 0.4 kg gạo, 0.3 kg đồ ăn và 0.1 kg canh Với 1200 suất ăn, tổng giá trị quy đổi sẽ được tính toán dựa trên các thành phần này.
Để nấu 100kg thức ăn, cần sử dụng nồi có công suất điện trung bình 14kW Thời gian nấu cho từng loại thực phẩm là: cơm 30 phút, đồ ăn 20 phút và canh 10 phút.
Vậy lượng nhiệt cần sử dụng để nấu chín các loại thức ăn và lượng hơi cần dùng sẽ được tính như sau:
- Đồ ăn: Q đồ ăn = 3,6.14.20.60 = 60480 (kJ)
Trong đó : r = 2133 kJ/kg – nhiệt ẩn hóa hơi của 1 kg nước ở áp suất 4kG/cm 2 η=0,85: Hiệu suất của thiết bị gia nhiệt.
Vậy, suất tiêu hao hơi của nhà ăn là :
D 2 = D cơm + D canh + D đồ ăn = 133.5 + 100.07 + 33.36 = 267 (kg/h)Công suất lò sinh hơi cung cấp cho nhà ăn là :
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat
Q L2 = 158.13 (kW) c Lượng hơi phục vụ cho nhu cầu sản xuất nước nóng:
- Lượng nhiệt cần thiết truyền cho nước lạnh để 11000 lít nước từ t 1 = 15 o C trở thành nước nóng ở 75 o C:
- Suất tiêu hao hơi để phục vụ cho nhu cầu sản xuất nước nóng là:
Trong đó: r = 2109 kJ/kg – nhiệt ẩn hóa hơi của 1 kg nước ở áp suất 5 kG/cm 2 η=0,85: Hiệu suất của thiết bị gia nhiệt.
- Công suất lò sinh hơi cung cấp cho nhu cầu sản xuất nước nóng là : Q L1 3600 2299000
0,85 = 751.4 (kW) d Tổng suất tiêu hao hơi của cả nhà máy là:
D = D 1 + D 2 + D 3 = 3900 + 267 + 1282.5 = 5449.5 (kg/h) e Tổng công suất lò sinh hơi cung cấp cho nhà máy là:
Như vậy ta sẽ chọn 2 nồi hơi kiểu ống nước đặt đứng có công suất là 4000 kg/h và
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat
Chọn phương án sử dụng nhiên liệu
Hiện nay, các trung tâm cấp nhiệt bằng lò hơi tại Việt Nam chủ yếu sử dụng hai loại nhiên liệu chính là than và dầu Việc lựa chọn nguồn nhiên liệu phù hợp cho các trung tâm này là một bài toán tối ưu về kinh tế và kỹ thuật Để đưa ra quyết định chính xác, cần dựa vào các tiêu chí cụ thể trong quá trình lựa chọn phương án cấp nhiệt.
Hệ thống cấp nhiệt sử dụng nhiên liệu dầu có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với hệ thống sử dụng nhiên liệu than, chủ yếu do giá thành thiết bị cao hơn.
Chi phí vận hành của hệ thống cấp nhiệt sử dụng nhiên liệu than thấp hơn so với dầu, nhờ vào giá than rẻ và sự sẵn có tại Việt Nam Tuy nhiên, hệ thống sử dụng dầu lại có khả năng tự động hóa cao, mang lại sự vận hành đơn giản và an toàn hơn so với hệ thống dùng than.
Ta tính chi phí nhiên liệu để đun 100 kg nước từ 20 0 C lên 70 0 C. a: Các thông số:
- Nhiệt trị của dầu D.O: Q t lv = 40.000 kJ/kg
- Nhiệt trị của than: Q t lv = 22000 kJ/kg
- Tính toán gia nhiệt cho: 100 kg nước. b: Tính nhiệt và chi phí để sản xuất nước nóng: ¿ Lượng nhiệt cần cung cấp cho 100 kg nước để tăng từ 20 0 C đến 70 0 C:
Q (kJ): nhiệt lượng cần cung cấp cho nước.
G (kg): khối lượng nước cần gia nhiệt; G = 100 kg
C p (kJ/kgK): nhiệt dung riêng của nước; C p = 4,2 kJ/kgK t 2 ( 0 C): nhiệt độ nước nóng yêu cầu; t 2 = 70 0 C
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat t 1 ( 0 C): nhiệt độ nước lạnh ban đầu; t 1 = 20 0 C
Thay số vào phương trình ta được :
Q = 100.4,2 (70 - 20) = 21000 (kJ) ¿ Chi phí khi gia nhiệt cho 100 kg nước bằng lò hơi đốt than.
- Lượng than cần thiết để gia nhiệt cho 100 kg nước là :
Q lv t η t h 22000.0,5 η th = 0,5 - tích hiệu suất của lò hơi đốt than và thiết bị gia nhiệt cho nước.
(Đối với than [0,3-0,6] lấy trung bình Đối với TBTDN lấy 0,9)
- Vậy giá thành của việc gia nhiệt cho 100 kg nước bằng lò hơi đốt than là : T 1 1,9.3600 = 6840 (đ/100 kg nước)
Trong đó: giá thành của than trên thị trường hiện nay là 3600 vnđ/kg ¿ Chi phí khi gia nhiệt cho 100 kg nước bằng lò hơi đốt dầu :
- Lượng dầu cần thiết để gia nhiệt cho 100 kg nước là :
Q lv t ηd 40000.0,8 ηd = 0,8 - tích hiệu suất của lò hơi đốt dầu và thiết bị gia nhiệt cho nước.
- Vậy chi phí khi gia nhiệt cho 100 kg nước bằng lò hơi đốt dầu là: T 2 = 0,825.15600 12870 (VNĐ/100 kg nước)
Trong đó : giá thành của dầu D.O trên thị trường hiện nay là 15900 vnđ/lít
- Từ tính toán ở trên ta thấy : Để đun nóng 100 kg nước từ 20 0 C đến 70 0 C thì chi phí là :
+ Khi gia nhiệt bằng lò hơi đốt than : 6840 (đ/100 kg)
+ Khi gia nhiệt bằng lò hơi đốt dầu : 12870 (đ/100 kg)
Hệ thống lò hơi đốt dầu được lựa chọn do yêu cầu về môi trường và tính tiện nghi, mang lại chi phí nhân công thấp hơn cùng khả năng tự động hóa cao Ngoài ra, lò hơi này cũng thải ra khói bụi sạch hơn, góp phần bảo vệ môi trường.
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat
XÂY DỰNG VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO SƠ ĐỒ NHIỆT NGUYÊN LÝ
Cấp hơi
Hơi bão hòa từ hai lò hơi được phân phối qua ống góp, cung cấp hơi cho các hộ tiêu thụ nhiệt bằng ống thép đen Hệ thống bao gồm một đường cấp hơi chính từ ống góp, chia thành ba đường nhỏ Đường thứ nhất cung cấp hơi cho thiết bị trao đổi nhiệt trên mái, phục vụ nước nóng; đường thứ hai cấp hơi cho phòng giặt là; và đường thứ ba cấp hơi cho thiết bị trao đổi nhiệt ở bể bơi, giúp gia nhiệt cho bể bơi.
Gia nhiệt cho nước
Nước lạnh được bổ sung vào bể nước hồi, nơi nó được hòa trộn với nước hồi có nhiệt độ cao hơn, làm tăng nhiệt độ nước một chút Khi lò bắt đầu hoạt động, nếu không có nguồn nước dự trữ và nước hồi, nhiệt độ nước trong bể sẽ tương đương với nhiệt độ của nước lạnh Sau đó, nước được dẫn qua bình trao đổi nhiệt kiểu ống vỏ, nơi nó nhận nhiệt từ hơi để trở thành nước có nhiệt độ cao hơn.
70oC, nước này sẽ được dẫn đi cung cấp cho khu nhà văn phòng và nhà ăn.
Hệ thống đường nước hồi
Sau khi nước được gia nhiệt trong bình trao đổi nhiệt, nó sẽ ngưng tụ thành nước Nước ngưng này sau đó được hồi cùng với nước bổ sung đã được xử lý từ bể nước mềm để cấp cho lò hơi Việc bổ sung nước mềm cho lò hơi là cần thiết vì nước ngưng trở về lò thường bị tổn thất do rò rỉ hoặc hơi thoát ra khi xả khí không ngưng trong hệ thống đường ống hơi.
Do tổn thất nhiệt, khi nước để quá lâu, nhiệt độ nước nóng trong hệ thống sẽ giảm Khi nhiệt độ nước nóng xuống quá thấp, không đủ cho sinh hoạt, cần hồi nước về bể hồi trên cao Việc hồi nước về bể hồi thay vì bể nước nóng tổng giúp duy trì nhiệt độ nước nóng tại bể tổng, đảm bảo cung cấp đủ nhiệt độ yêu cầu cho các phòng mà không bị giảm do lượng nước hồi hòa trộn.
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat vào ở cuối mỗi nhánh chính, tại tầng kỹ thuật, ta bố trí đường hồi khi nhiệt độ t
