Tính toán thiết kế hệ thống nhiệt điện cho nhà máy mía đường có công suất 7500 tấn mía/ngày

Tính toán thiết kế hệ thống nhiệt điện cho nhà máy mía đường có công suất 7500 tấn mía/ngày

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY MÍA ĐƯỜNG

1.1 Khái quát một số đặc điểm của cây mía

1.1.1 Khái niệm về cây mía

1.1.2 Một số tính chất cơ bản về cây mía

1.1.3 Đặc điểm về cây mía

1.1.4 Giá trị kinh tế

1.1.5 Đặc tính chất lượng bã mía

1.2 Đặc điểm về ngành mía đường ở Việt Nam

1.2.1 Khó khăn phải đối mặt hiện nay

1.2.2 Triển vọng phát triển của ngành mía đường

1.3 Vai trò của hơi nước trong nhà máy mía đường

1.3.1 Vai trò của hơi nước trong nhà máy mía đường

1.3.2 Sơ đồ công nghệ

1.4 Nhiệm vụ luận văn

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NHIỆT CHO NHÀ MÁY

2.1 Sơ đồ dùng tuabin hơi đối áp

2.1.1 Sự phổ biến của tuabin đối áp ở nước ta hiện nay

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT

3.1 Cơ sở lý thuyết

3.2 Xác định trạng thái hơi nước trong các tầng tuabin

3.2.1 Xây dựng quá trình làm việc của hoi nước trên giản đồ i-s

3.2.2 Tính toán cân bằng cho bình phân ly

3.2.3 Tính toán bình gia nhiệt nước bổ sung

3.2.4 Tính toán tuabin phụ cấp cho bơm cấp

3.2.5 Tính toán bình khử khí

3.3 Xác định chỉ tiêu kinh tế nhà máy

3.3.1 Các chỉ tiêu nhà máy

3.3.2 Nhận xét

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÒ HƠI

4.1 Tính toán lượng hơi và bã mía phù hợp với lò hơi công nghệ mới

4.2 Phát thảo sơ bộ lò hơi với công suất hơi 80 t/h

4.3 Phát thảo kích thước buồng lửa

4.4 Tính toán nhiệt độ của các thiết bị phụ

5 4 Hệ thống xử lý nước và cung cấp nước bổ sung

5 5 Hệ thống dầu điều khiển và bôi trơn thiết bị

5 6 Xử lí nước thải

5 7 Hệ thống phòng cháy chữa cháy

CHƯƠNG 7 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI VẬN HÀNH

CHƯƠNG 8 KẾT LUẬN

TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY MÍA ĐƯỜNG

1.1 Khái quát một số đặc điểm của cây mía

1.1.1 Khái niệm về cây mía

Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi mía, bên cạnh các loài lau, lách.Chúng là loại cỏ sống lâu năm, bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm Chúng cóthân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m Tất cả các dạng mía đườngđược trồng ngày nay đều là dạng lai ghép nội chi phức tạp Chúng được trồng đểthu hoạch nhằm sản xuất đường

1.1.2 Một số tính chất cơ bản về cây mía

Cấu tạo của cây mía thông thường phần ngọn sẽ nhạt hơn phần gốc (trong chiếtnước mía) Đó là đặc điểm chung của thực vật: chất dinh dưỡng (ở đây là hàmlượng đường) được tập trung nhiều ở phần gốc (vừa để nuôi dưỡng cây vừa để dựtrữ) Đồng thời, do sự bốc hơi của lá mía, nên phần ngọn cây lúc nào cũng phảiđược cung cấp nước đầy đủ để cung cấp cho lá, gây ra hàm lượng nước trong tỷ lệđường/nước phần ngọn sẽ nhiều hơn phần gốc, làm cho ngọn cây mía nhạt hơn

1.1.3 Đặc điểm về cây mía:

- Nhiệt độ: Mía là loài cây nhiệt đới nên đòi hỏi điều kiện độ ẩm rất cao Nhiệt

độ bình quân thích hợpcho sự sinh trưởng của cây mía là 15-26oC Giống mía nhiệtđới sinh trưởng chậm khi nhiệt độ dưới 21 oC và ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ 13

oC và dưới 5 oC thì cây sẽ chết Những giống mía á nhiệt đới tuy chịu rét tốt hơnnhưng nhiệt độ thích hợp cũng giống như mía nhiệt đới Thời kỳ mía nảy mầm cầnnhiệt độ trên 15 oC tốt nhất từ 26-33 oC Mía nảy mầm kém ở nhiệt độ dưới 15 oC vàtrên 40 oC Từ 28-35 oC là nhiệt độ thích hợp cho mía vươn cao Sự dao động biên

độ nhiệt giữa ngày và đêm liên quan với tỷ lệ đường trong mía Giới hạn nhiệt độthích hợp cho thời kỳ mía chín từ 15-20 oC Vì vậy tỷ lệ đường trong mía thườngđạt ở mức cao nhất cho các vùng có khí hậu lục địa và vùng cao

- Ánh sáng: Mía là cây nhạy cảm với ánh sáng và đòi hỏi cao về ánh sáng Thiếu

ánh sáng, mía phát triển không tốt, hàm lượng đường thấp Mía cần thời gian tốithiểu là 1200 giờ tốt nhất là trên 2000 giờ Quang hợp của cây mía tỷ lệ thuận vớicường độ và độ dài chiếu sáng Thiếu ánh sáng cây hút phân kém do đó phân đạm,lân, kali chỉ hiệu quả khi ánh sáng đầy đủ Vì vậy ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đớimía vươn cao mạnh nhất khi bắt đầu vào mùa hè có độ dài ngày tăng lên Chính vìvậy, nó là nhân tố quan trọng quyết định năng suất và sản lượng mía

- Độ ẩm: Mía là cây cần nhiều nước nhưng lại sợ úng nước Mía có thể phát triển

tốt ở những vùng có lượng mưa từ 1500 mm/năm Giai đoạn sinh trưởng mía yêucầu lượng mưa từ 100 - 170 mm/tháng Khi chín cần khô ráo, mía thu hoạch saumột thời gian khô ráo khoảng 2 tháng sẽ cho tỷ lệ đường cao Bởi vậy các nướcnằm trong vùng khô hạn nhưng vẫn trồng mía tốt còn những nơi mưa nhiều vàphân bố đều trong năm thì việc trồng mía không hiệu quả Gió bão làm cây đổ dẫnđến làm giảm năng suất, giảm phẩm chất của cây Chính vì vậy gió cũng là dấuhiệu quan trọng trong công tác dự báo lên kế hoạch và chế biến làm sao tốn ít chiphí mà giá trị sản xuất cũng như phẩm chất của mía nguyên liệu vẫn cao

- Độ cao: Độ cao có liên quan đến cường độ chiếu sáng cũng như mức chênh

lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, do đó ảnh hưởng đến khả năng tích tụ đường trongmía, điều đó ảnh hưởng đến hoạt động của các khâu trong quy trình chế biến Giớihạn về độ cao cho cây mía sinh trưởng và phát triển ở vùng xích đạo là 1600 mm, ởvùng nhiệt đới là 700-800 mm

- Đất trồng: Mía là loại cây công nghiệp khỏe, dễ tính, không kén đất, vì vậy có

thể trồng mía trên nhiều loại đất khác nhau, từ 70% sét đến 70% cát Đất thích hợpcho mía là những loại đất xốp, tầng canh tác sâu, có độ phì cao, giữ ẩm tốt và dễthoát nước Có thể trồng mía có kết quả trên cả những nơi đất sét rất nặng cũng nhưtrên đất than bùn, đất hoàn toàn cát, đất chua mặn, đất đồi, khô hạn ít màu mỡ

1.1.4 Giá trị kinh tế

- Mía là cây trồng công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệpđường Đường là một loại thực phẩm cần có trong cơ cấu bữa ăn hàng ngày củanhiều quốc gia trên thế giới, cũng như là loại nguyên liệu quan trọng của nhiềungành sản xuất công nghiệp nhẹ vàhàng tiêu dùng như bánh kẹo…

- Về mặt kinh tế, trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong dịch đóchứa khoảng 16-18% đường Vào thời kỳ mía chín già, người ta thu hoạch mía rồiđem ép lấy nước Từ nước dịch mía được chế lọc và cô đặc thành đường Có haiphương pháp chế biến bằng thủ công thì có các dạng đường đen, mật, đường hoamai Nếu chế biến qua các nhà máy sau khi lọc và bằng phương pháp ly tâm, sẽđược các loại đường kết tinh, tinh khiết

- Ngoài sản phẩm chính là đường những phụ phẩm chính của cây mía bao gồm: + Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép Bã mía có thể dùng làm

làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp Trong tương lai khi mà rừngngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi từ cây rừng giảm đi thìmía là nguyên liệu quan trọng để thay thế.

+ Mật gỉ chiếm 3-5% trọng lượng đem ép Từ mật gỉ cho lên men chưng cất rượurum, sản xuất men các loại Một tấn mật gỉ cho một tấn men khô hoặc các loại axitaxetic, hoặc có thể sản xuất được 300 lít tinh dầu và 3800 lít rượu Từ một tấn míatốt người ta có thể sản xuất ra 35-50 lít cồn 96, một ha với kỹ thuật sản xuất hiệnđại của thế kỷ 21 có thể sản xuất 7000-8000 lít cồn để làm nhiên liệu Vì vậy khi

mà nguồn nhiên liệu lỏng ngày càng cạn kiệt thì người ta đã nghĩ đến việc thay thếnăng lượng của thế kỷ 21 là lấy từ mía

+ Bùn lọc chiếm 1,5-3% trọng lượng mía đem ép Đây là sản phẩm cặn bã cònlại sau khi chế biến đường Từ bùn lọc có thể rút ra sáp mía để sản xuất nhựa xêrinlàm sơn, xi đánh giầy… Sau khi lấy sáp, bùn lọc dùng làm phân bón rất tốt

+ Theo ước tính giá trị các sản phẩm phụ phẩm cao hơn 2-3 lần sản phẩm chính

là đường

- Mía còn là loại cây có tác dụng bảo vệ đất rất tốt Mía thường được trồng từtháng 10 đến tháng 2 hàng năm là lúc lượng mưa rất thấp Đến mùa mưa, mía được4-5 tháng tuổi, bộ lá đã giao nhau thành thảm lá xanh dày, diện tích là gấp 4-5 lầndiện tích đất làm cho mưa không thể rơi trực tiếp xuống mặt đất, có tác dụng tránhxói mòn đất cho các vùng đồi trung du Hơn nữa mía là cây rễ chum và phát triểnmạnh trong tầng đất từ 0-60 cm Một ha mía tốt có thể có 13-15 tấn rễ, sau khi thuhoạch bộ rễ để lại trong đất cùng với bộ lá là chất hữu cơ quý làm tăng độ phì củađất

1.1.5 Đặc tính chất lượng bã mía

Theo số liệu phân tích, đặc tính chất lượng bã mía được thể hiện trong bảng 1.1.5sau:

Bảng 1.1: Đặc tính chất lượng bã mía [7]

TT Thông số Ký hiệu Giá trị

4 Nhiệt trị thô, kcal/kg, (4) GCV 2.277

5 Nhiệt trị tinh, kcal/kg, (4) NCV 1.802

(*) Ghi chú:

(1) Số liệu kinh nghiệm của Hugot,

(2) Số liệu của Hiệp hội mía đường Brazil,

(3) Độ ẩm 50% và đường dư 2% là số liệu điển hình của công nghệ mía đường hiện tại.

1.2 Đặc điểm về ngành mía đường Việt Nam

Được gia nhập vào năm 1990, ngành công nghiệp mía đường ở nước ta con nontrẻ so với các ngành công nghiệp khác ,hiện nay mía đường Việt Nam đang đối mặtvới nhiều vấn đề như: Thiếu nguồn nguyên liệu vào các mùa không thu hoạch câymía, công suất nhà máy thấp, cơ sở vật chất – công nghệ còn lạc hậu … lý do chính

đó là việt nhà nước ta chưa có chính sách thỏa đáng về việc mua lại giá điện củaEVN , giá điện mua quá thấp nên các nhà đầu từ không muốn đầu tư vào cơ sở vậtchất cũng như công nghệ

- Giá thành đường cao: Là ngành mới bắt đầu hoạt động mạnh từ những năm

1990, có tuổi đời rất non trẻ so với khu vực và thế giới (Ấn Độ là nước đầu tiêntrên thế giới biết sản xuất đường từ mía, công nghiệp đường tuy có từ lâu đời,nhưng 200 năm gần đây mới được cơ khí hóa, nhiều thiết bị quan trọng được phátminh vào thế kỷ 19), máy móc công nghệ lạc hậu, công suất thấp, chi phí sản xuất

và chế biến đường cao nên giá thành trung bình đường Việt Nam luôn cao hơn từvài chục đến cả 100 USD/tấn so với Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc, Braxin… dẫnđến khó khăn khi cạnh tranh với đường nhập lậu

Hình 1.1: Đồ thị báo giá giữa Việt Nam và Quốc tế

- Diện tích trồng mía nhỏ lẻ, phân tán và chưa được đầu tư tương xứng yêu cầu sản xuất công nghiệp, năng suất mía thấp: Diện tích trồng, sản lượng mía bình

quân/niên vụ/hộ quá thấp (30 – 40 tấn mía/niên vụ/hộ), thời gian sinh trưởng dài,lại bị cạnh tranh quyết liệt bởi các cây trồng khác (cao su, cafe…), còn nông dân thìkhông mặn mà với cây mía, nguyên nhân do một là nhà nước chưa có cơ chế hỗ trợcho nông dân ổn định sản xuất mía, tuy các nhà máy có ký kết hợp đồng hẳn hoisong thường chỉ là hợp đồng 1 năm (trong khi một chu kỳ trồng mía thông thường

là 3 năm), trong đó giá mía thu mua không được đảm bảo và xác định là bao nhiêunên nông dân không mạnh dạn đầu tư vì không chắc chắn sẽ thu hồi đủ vốn và cólãi; thứ hai là do cơ cấu phân chia tỷ lệ lợi nhuận chưa hợp lý trong đó nông dân bị

thiệt nhiều nhất, Nhà nước chỉ khuyến cáo mua một tấn mía với giá bằng 60 kgđường, không áp đặt và không kiểm soát được, giá đường lại luôn lên xuống thấtthường, do đó nông dân chưa yên tâm sản xuất vì lợi ích không rõ ràng và khôngđược đảm bảo Vì vậy dẫn đến việc diện tích mía tăng chậm, thậm chí 3 niên vụgần đây có xu hướng giảm sút nghiêm trọng Năng suất mía thấp, bình quân đạt gần

60 tấn/ha, ngoài đồng bằng sông Cửu Long đạt trung bình 70-80 tấn/ha, còn lại hầuhết các vùng khác chỉ đạt 45-50 tấn/ha (so với năng suất mía bình quân trên thế giớihiện nay là 70 tấn/ha)

Hình 1.2: Diện tích và sản lượng mía nước ta ( 2007-2014)

- Cạnh tranh nguyên liệu đầu vào gay gắt: Hiện nay trên cả nước có khoảng 40

nhà máy sản xuất đường nằm ở ba khu vực lớn là miền Bắc, miền Trung – TâyNguyên và đồng bằng sông Cửu Long Tuy nhiên không phải nhà máy nào cũng tự

xây dựng được cho mình vùng nguyên liệu ổn định, sản lượng mía chỉ đáp ứngđược 61,2% tổng công suất , 40 nhà máy đang hoạt động thì có 2 nhà máy không

đủ nguyên liệu (nhà máy Tuyên Quang 21%, Sugar Việt Nam 15,5%) và 13 nhàmáy hoạt động dưới 50% công suất Vì vậy sự cạnh tranh giữa các nhà máy trongcùng một địa bàn trở nên vô cùng gay gắt Tình trạng các nhà máy không có vùng

Hình 1 3: Năng suất và sản lượng mía giữa Việt Nam và Thái Lan

- Hiệu suất thu hôi đường của các nhà máy thấp: 1 ha mía ở đồng bằng sông

Cửu Long chỉ thu hồi được 4-6 tấn đường, trong khi các nước trong khu vực cóhiệu suất thu hồi đường từ 10-13 tấn/ha Hiệu suất thu hồi đường thấp, chất lượngmía nguyên liệu thấp do giống mía cũ có năng suất thấp, trữ lượng thấp tỷ lệ thoáihóa, sâu bệnh nhiều, thu mía non, mía dơ, dẫn đến tỷ lệ mía/đường của Việt Nam làtương đối cao Đồng thời, tỷ lệ mía/đường ở Việt Nam cho thấy phụ thuộc vào cảquy mô của nhà máy Điều đó có nghĩa là đối với các nhà máy có quy mô càng lớnthì hoạt động có hiệu quả hơn với tỷ lệ mía/đường thấp hơn

- Các nhà máy đường có quy mô nhỏ, công suất thấp: bình quân chỉ đạt khoảng

2500 tấn/ngày/nhà máy, nguyên nhân chính là do là công nghệ lạc hậu, phần lớncác nhà máy đều sử dụng dây chuyền công nghệ thiết bị cũ của Trung Quốc, hệ quảcủa sự phát triển ồ ạt các nhà máy đường trong giai đoạn đầu sau khi có chươngtrình 1 triệu tấn đường (ngoại trừ các nhà máy liên doanh và có vốn đầu tư nước

ngoài như SBT), và hai là do khó khăn về nguồn nguyên liệu

Hình 1.4: Thị phần mía đường các khu vực trọng tâm trong nước ta năm 201

1.2.2 Triển vọng phát triển của ngành mía đường

- Ngành mía đường thế giới đang trên đà hồi phục: theo dự báo trong vòng từ 2-3năm tới, giá đường sẽ ở mức cao và ổn định, do tác động của dân số thế giới hiệnnay là 7 tỷ người, giá dầu thô tăng (gần 100 USD/thùng) và chương trình phát triểnethanol nhiên liệu (đặc biệt là của Braxin chiếm 60% sản lượng đường) Khi kinh tếthế giới bắt đầu hồi phục, nhu cầu về ethanol trên thế giới sẽ tăng rất cao do dầungày càng khan hiếm và khó khai thác, đồng nghĩa với việc giá dầu ngày càng tăngcao như hiện nay cùng với những vấn đề về ô nhiễm môi trường Ethalnol kém gây

ô nhiễm hơn xăng Vì vậy, chiến lược của Mỹ và châu Âu tập trung vào sự tăngcường hợp tác với Braxin trong việc nhập ethanol nhằm giảm bớt sự phụ thuộc vàocác nước sản xuất dầu

- Việt Nam có các điều kiện tự nhiên thuận lợi để phát triển cây mía: về mặt tàinguyên tự nhiên, như khí hậu, đất đai, Việt Nam được đánh giá là nước có tiềmnăng trung bình khá để phát triển mía cây Địa hình Việt Nam có đủ đất đồng bằng,lượng mưa khá (1.400 mm đến 2.000 mm/năm), nhiệt độ phù hợp, độ nắngthíchhợp cho cây mía phát triển Các vùng như Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, đặcbiệt là Duyên hải Nam Trung Bộ có khả năng cho cây mía có sản lượng đường cao

- Nhu cầu tiêu dùng nội địa của Việt Nam ngày càng tăng cao (năm 2011 khoảng1,4 triệu tấn): Mức tiêu thụ đường bình quân của Việt Nam có tốc độ tăng trưởngkhá cao Bình quân giai đoạn 1999-2009 tiêu dùng tăng khoảng 5,1%/năm, năm

2010 dự kiến đạt 17,5 kg/người/năm Trong khi sản xuất đường trong nước mới chỉđáp ứng được khoảng 70% nhu cầu, phần còn lại chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc

và Thái Lan, như vậy, tiềm năng từ thị trường nội địa vẫn còn rất lớn

Hình 1.5: Sản lượng tiêu thụ mía trong nước ta (2002-20130

1.3 Vai trò của hơi nước trong nhà máy mía đường

1.3.1 Vai trò của hơi nước trong nhà máy mía đường

- Nhiểm cụ chính của hơi nước trong nhà máy mía đường là sản xuất ra điện vàcung cấp nhiệt cho nhà máy Do nhu cầu sử dụng điện của nhà máy điện rất cao màcác nhà máy này đều được xây dựng ở những nơi mà mạng lưới điện khó kéo tớinên hầu hết các nhà máy điện phải tự sản xuất ra điện để tiêu thụ

- Để tự sản xuất điện các nhà máy sẽ dùng lò hơi để sinh hơi quá nhiệt có nhiệt

độ cao và áp suất cao để quay tuabin phát điện

- Ngoài sản xuất điện thì nhà máy vẫn cần rất nhiều nhiệt cho các quá trình côngnghệ như cô đặc, bốc hơi nước mía, nấu đường, vvv Để đáp ứng đủ lượng nhiệtcho các quá trình trên thì các nhà máy sẽ sử dụng hơi nước sau khi ra turbine hoặctrích từ tuabin nếu dùng tuabin ngưng có cửa trích

+ Đối với tuabine đối áp thì nước sau khi ra khỏi các quá trình sẽ được xử lí vàđưa vào lại lò hơi để tiếp tục quá trình sinh hơi

+ Đối với tuabine ngưng hơi có cửa trích thì sau khi hơi nước ra khỏi tuabine thì

sẽ được ngưng hơi tại bình ngưng và được bổ sung nước đưa vào lò hơi và tiếp tụcquá trình tuần hoàn của hệ thống

1.3.2 Sơ đồ công nghệ

Hơi trích từ tuabin hạ áp hầu hết được dẫn vào chạy công nghệ nhà máy míađường, phần còn lại đưa bình khử khí Hơi sau khi được sử dụng cho công nghệcủa nhà máy sẽ được đưa về bồn chứa, tại đây sẽ có các công nghệ xử lý lượngđường và các chất bẩn khác trong nước rồi được đưa đi bổ sung vào lò hơi tiếp tục

hệ thống tuần hoàn nhiệt

Mía cây Dao chặt Búa đập Ép

Nước

Lọc quay

Bã mía

Gia vôi Gia nhiệt 1 Sulfit hóa Trung hòa

Sữa vôi

SO2

Gia nhiệt 2 Lắng chìm

bùn

Trộn bã Bã mía Lọc bùn

Nước nóng

Gia nhiệt 3 Bốc hơi Gia nhiệt Phản ứng

H3PO4 Sacarat canxi

Sàng

Chất tủa màu

Hình 1.6: Sơ đồ hơi công nghệ của nhà máy mía đường

1.4 Nhiệm vụ luận văn

Nêu lên được ưu thế lớn nhất của công nghệ sử dụng tuabin ngưng hơi có cửatrích so với kiểu công nghệ truyền thống sử dụng tuabin đối áp Gồm những nộidụng cơ bản như sau:

- Tổng quan về ngành mía đường của nước ta hiện nay

- Tìm hiểu đặc điểm các công nghệ nhiệt điện trong nhà máy mía đường

- Lựa chọn và tính toán sơ đồ nhiệt phù hợp cho nhà máy với công suất 7500(tấn mía/ngày)

+ Chọn kiểu tuabin từ nhà sản xuất;

+ Tính chọn hệ thống bình ngưng ( bình ngưng, tháp giải nhiệt, bơm tuầnhoàn, vv…);

- Lắp đặt các thiết bị phụ trợ phù hợp cho hệ thống nhiệt ;

- Đưa ra những vấn đề cần lưu ý khi vận hành hai thiết bị chính là lò hơi vàtuabin

- Tóm tắt lại nội dung chính của luận văn

Chương 2:

LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT NHÀ MÁY

Trước khi lựa chọn và tính toán sơ đồ nhiệt cho nhà máy thì ta sẽ tìm hiểu về:

+ Sơ đồ nhiệt,

+ Đặc điểm (ưu, nhược điểm)

+ Mô tả sơ bộ nguyên lý làm việc

Của từng hệ thống từ đó chọn được kiểu sơ đồ nhiệt thích hợp nhất cho nhà máy míađường có công suất 7500 tấn mía/ngày hiện nay

2.1 Sơ đồ dùng tuabin hơi đối áp

2.1.1 Sơ đồ nhiệt

Hiện nay hệ thống nhiệt trong nhà máy mía đường sử dụng tuabin đối áp đangphổ biến nước ta Nguyên nhân chính là do công nghệ cũ và lượng hơi sinh ra đượctận dụng cung cấp hoàn toàn cho công nghệ nhà máy mía đường

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của tuabin đối áp

Sau khi thu hồi nước từ hơi công nghệ nhà máy và các hệ thống khác, nước sẽđược xử lí và tiếp tục đưa vào lò hơi

Hình 2.2: Sơ đồ nhiệt tuabin đối áp

BAO NƯỚC

NƯỚC CẤP VÀO

LÒ HƠI

2.1.3 Đặc điểm

- Ưu điểm: Sử dụng tuabin đối áp cho hệ thống nhiệt trong nhà máy đường sẽ

giúp nhà đầu tư giảm thiểu thấp kính phí đầu tư thiết bị vì hệ thống này không sửdụng các thiết bị phụ sau tuabin như bình ngưng, các hệ thống bơm ngưng, thápgiải nhiệt và các bình gia nhiệt, vv…

- Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất của hệ thống này là khi dây chuyền đồng

phát nhiệt điện ngừng vận hành khi hết vụ ép mía thì lúc đó không còn nhu cầu sửdụng hơi thứ Trong trường hợp này sẽ không sử dụng hết toàn bộ khối lượng bãmía do nhà máy đường thải ra hoặc nếu sử dụng tuabin đối áp để phát điện ngoài

vụ sản xuất thí sẽ lãng phí năng lượng phần hơi thứ xả bỏ

+ Công suất lắp đặt lớn gấp hai lần so với tuabin ngưng hơi, giá thành sản xuấtđiện (đ/kWh) chắc chắn sẽ cao hơn rất nhiều;

+ Trong thời gian không vận hành gần ½ thời gian của năm, cần có các biệnpháp phòng mòn rất phức tạp cho thiết bị;

+ Sản lượng điện đưa lên lưới không đều đặn, sẽ khó có khả năng đối với bênmua (EVN)

2.2 Sơ đồ sử dụng tuabin ngưng hơi có cửa trích

2.2.1 Sơ đồ nhiệt

2.2.2 Mô tả

Hơi mới từ lò hơi đưa sang tuabin bằng đường ống hơi chính Từ đường ống hơichính, hơi mới cũng được lấy đi chạy tuabin phụ dẫn động bơm cấp và cấp đến ốnggóp hơi tự dùng qua thiết bị giảm ôn giảm áp

Một phần hơi được trích từ thân tua bin qua các cửa trích điều chỉnh để cấp hơithứ cho nhà máy đường Hơi thoát từ tuabin được ngưng tụ trong bình ngưng, nướcngưng được đưa đến khử khí bằng bơm nước ngưng qua các bộ làm nguội hơi ê-jếc-tơ và bình ngưng hơi chèn

Hơi thoát từ tua bin phụ được đưa đi gia nhiệt khử khí Phần hơi gia nhiệt khửkhí còn lại được cấp từ cửa trích hơi thứ hạ áp

Hơi tự dùng được sử dụng cho các mục đích chèn trục tua bin, chạy

ê-jếc-tơ hút khí bình ngưng và dùng cho hệ thống thổi bụi lò hơi

2.2.3 Đặc điểm

- Ưu điểm:

+ Công suất lắp đặt nhỏ gấp hơn gấp hai lần so với tuabin đối áp, giá thành sảnxuất điện nhỏ;

+ Hệ thống sẽ được vận hành liên tục gần như cả năm giúp tiêu thụ hết toàn bộ

bã mía sản sinh ra trong vụ ép;

+ Tiết kiệm được nhiều khoản phí cho việc phòng hao mòn cho các thiết bị;+ Sản lượng điện đưa lên mạng lưới đều đặn => Dễ thương lượng với đối tácmua điện (EVN)

- Ngoài các thiết bị trong công nghệ cũ thì hệ thống này còn có thêm các bộ phậnkhác như sau :

2.3 Lựa chọn sơ đồ nhiệt điện cho nhà máy mía đường có công suất 7500 (tấn mía/ngày)

2.3.1 Sản lượng bã mía của nhà máy đường

Nguồn nguyên liệu bã mía hoàn toàn có thể đáp ứng đủ, phục vụ nhà máy điệnnăng lượng tái tạo với công suất 12,5MW

Sản lượng mía cây hàng năm của nhà máy khoảng 1.200.000 tấn Với tỷ lệ bãchiếm khoảng 26,5 - 27% trọng lượng mía tươi, tổng khối lượng bã mía hàng nămkhoảng 318.000 đến 324.000 tấn

Khối lượng bã này sản sinh ra tập trung trong vụ ép kéo dài khoảng 150 ngày, sẽđược sử dụng cho cả hệ thống đồng phát hiện có và hệ thống đồng phát mới

2.3.2 Lựa chọn sơ đồ nhiệt

Từ những đặc điểm của hai hệ thống sử dụng tuabin đối áp và ngưng hơi, cộngthêm phần tính toàn về lượng bả mía phù hợp cho công nghệ mới nên ta chọnphương án hai (2) là sử dụng tuabin ngưng hơi có cửa trích cho hệ thống nhiệt điệncủa nhà máy mía đường có công suất 7500 (tấn/ngày)

Phương án này có hai ưu thế lớn vượt trội hơn phương án dùng tuabin đối áp là;+ Sự dụng hết lượng bã mía mà nhà máy đường thải ra;

+ Các thiết bị chạy liên tục trong năm (273 ngày) nên chi phi bao dưỡng chothiết bị ít tốn kém hơn

( Bảng 2.1 Tính toán số liệu mía và bả mía được ép và cần thiết của nhà máy trong năm ( sản xuất 150 ngày )

THÁP LÀM MÁT

ỐNG GÓP HƠI TỰ DÙNG

MÁY PHÁT ĐIỆN

Hình 2.4: Sơ đồ nhiệt tuabin ngưng hơi có cửa trích

Chương 3 TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NHIỆT 3.1 Cơ sở lý thuyết

Trong quá trình tính toán sơ đồ nhiệt hệ thống ta cần giải quyết các vấn đề sauđây:

- Đầu tiên là đi xây dựng quá trình làm việc của dòng hơi trong tuabin dựa vào

+ Độ gia nhiệt trong bình khử khí được nâng lên từ 7-15oC để đảm bảo hiệuquả khử khí;

+ Biết nhiệt độ nước đọng, dựa vào bảng thông số hơi nước xác định được ápsuất hơi làm việc tại các cửa trích từ đó xác định được áp suất tại các cửa trích

- Tiếp theo là lập các phương trình cân bằng

+ Lập phương trình cân bằng chất và nhiệt của các thiết bị ( bình gia nhiệt,bình phân ly, bình khử khí, vv…) Chú ý khi lập phương trình cân bằng nhiệt ởvòng trong khi đi từ bình gia nhiệt cao áp đến hạ áp (nếu có) rồi đến bình ngưng.+ Trong khi lập và tính toán các bình gia nhiệt cũng thường gặp phải trườnghợp số ẩn nhiều hơn số phương trình lập được, thì phải lập các phương trình cácbình sau có liên quan tới nó rồi mới giải hệ thống các phương trình một lúc

- Cuối cùng là kiểm tra và xác định các chỉ tiêu

+ Tính kiểm tra – Mục đích của kiểm tra là dựa vào các kết quả tính toán sơ

đồ nhiệt xác định công suất của tuabin có phù hợp với công suất ban đầu;

+ Xác định các chỉ tiêu kinh tế nhiệt của hệ thống: Xác định lượng nhiệt cungcấp cho gian máy, lượng nhiệt cần thiết để sản sinh ra hơi quá nhiệt để xác định

3.2 Xác định trạng thái hơi nước trong các tầng tuabin

3.2.1 Xây dựng quá trình làm việc của hơi nước trên giản đồ I-S

Chọn

' '' 0 ' ' 0

Xác định trạng thải giản nở O’

- Tổn thất áp suất trên van điều chỉnh và đường ống ta chọn:

=> P0’= 65 – 2 = 63 ( bar) Chọn P0 2 (bar)

Thông số hơi thứ của 2 cửa trích tra trên đồ thì i-s

Hình 3.1: Đồ thị i-s của hơi vào và ra tuabin

Hơi thứ 1( trung áp ) : Cấp cho nhà máy đường

- Độ gia nhiệt của bơm cấp: Bơm nước cấp vận chuyển nước sau bình khử khí

đến lò hơi và nước cấp sau khi qua bơm sẽ tăng nhiệt độ, áp suất và tăng enthalpy.Cần chú ý rằng nhiệt độ nước cấp qua bơm tăng không đáng kể, thường khoảng 1 -3

0

C Độ tăng enthalpy của nước cấp qua bơm được tính theo công thức sau:

i

bc

: enthalpy của nước cấp sau bơm, (kJ/kg)

v : thể tích riêng trung bình nước cấp đi qua bơm, (m3/kg)

3.2.2 Tính toán cân bằng cho bình phân ly

Hình 3.2: Hơi nước vào và ra tại bình phân ly

+ Bình phân ly là bình sinh hơi do giảm áp suất nước sôi trong bao hơi xuống ápsuất nước sôi trong bình phân ly Độ khô của hơi sinh trong bình phân ly đạtkhoảng 0.96 - 0.98

kh = 1.26 (bar)' '

''

445.28( / )1.26( )

Phương trình cân bằng nhiệt và chất của bình phân ly :

3.2.3 Bình gia nhiệt bổ sung

'

' '

3

0.0031,16 101.84 10

chứa nước khử khoáng của nhà máy :

Hình 3.3: Hơi nước vào và ra tại bình gia nhiệt nước bổ sung

Nhiệt độ nước bổ sung tbs tại đầu vào BGNNBS bằng nhiệt độ môi trường,thường chọn tbs = 300C

Nhiệt độ nước bổ sung tại đầu ra của BGNNBS được chọn thấp hơn nhiệt độnước xả bỏ khoảng 10 - 15 0C ( chọn 120C)

Hiệu suất trao đổi nhiệt của bình gia nhiệt nước bổsung

Ta chọn = 0,95

Trong các lò hơi công suất thấp, chất lượng nướccấp không tốt bằng các lò hơi công suất lớn, nên để đảm bảo yêu cầu chất lượnghơi thì lượng nước xả đáy thường vào khoảng 1,5% lượng nước cấp

3.2.4 Tuabin phụ cấp cho bơm cấp:

Bơm cấp chạy chính trong quá trình làm việc của hệ thống là bơm cấp đượctruyền đồng bởi tuabin phụ được trích hơi từ đường hơi chính vào tuabin phụ và vềlại bình khử khí

Muốn tìm được các thông số tại tuabin phụ cấp cho bơm cấp thì trước tiên ta đitìm lưu lượng của bơm cấp cấp và lò hơi sau đó tìm được công suất của bơm và từđây ta tìm được công suất trên trục tuabin, lập đồ thì t-s hơi vào và ra cho tuabinphụ ta tìm được các thông số cần thiết.

Các bước tính toán cụ thể như sau:

Hình 3 4: Hơi nước vào và ra tại tuabin phụ

Tìm lưu lượng hơi trích từ đường hơi chính vào tuabin phụ theo công thức sau :

N

i = H

t D

t => D

t

= N

i/Ht

Công suất trong của tuabin N

+ Cột áp bơm : p

bơm = ( 1,25 – 1,4 ).p

o = 1,3.p

o = 65.1,3 = 84,5 ( bar )

+ Hệ số xả lò D

x

= 1 % => D

xả = 80.1% = 0,8 (t/h)

=> Lưu lượng của bơm cấp : D

bơm = D

xả + D

o

= 80,8 (t/h)+ Từ lưu lượng nước cấp, cột áp bơm nước cấp và hiệu suất bơm ta tính:

Công suất trên trục bơm :

.10 22, 44.1,0474.10 (8, 45 0,12).10

230( )0,85

nc b

Dnc Lưu lượng nước cấp đi qua bơm, kg/s :

Dnc = 80,8t/h = 22,44 kg/sv- thể tích riêng trung bình của nước:

=> Ta tính được công suất trong tuabin như sau:

230

0,96

b i c

Ta có điểm “0” trên đồ thì I-S , từ đồ thì ta xác định được điểm B ( hơi thoát ra

khỏi tuabin ) p

B = p

kh = 1,2 (bar)

Hình 3.5: Đồ thị i-s của hơi trong tuabin phụ

Xác định trên đồ thị I-S ta có được thông số :

Bt

B

iB=2640,12(kj/kg)pB=1,2 (bar)

iBt=2503,5(kj/kg)to=500oC

T tb

D D

2' 1 2' 2

2'

2' 2'

1,003 0,075 0,6875 0,01395 0,01003 0, 21652

2640,12 40

2695 171.37 1,003.440, 2 0.01003.180,31 0,01395 2,0,1449

884

α

lc = 0,004 và α

e = 0,001+ Hơi trích cửa trích số 1 có D

1 = 6(t/h) dùng cho nhà máy đường

=> α

1 = D

1/D

0 = 6/80 = 0,075

+ Hơi trích cửa trích số 2 có D

2 = D

2’

+ D

CN = 11,595 + 55 = 66,595 (t/h) dùngcho hơi công nghệ và bình khử khí

=> α

2 = D

2/D0 = 66,595/80 = 0,83244

- Kiểm tra cân bằng hơi và nước ngưng :

Lượng hơi đi vào bình ngưng :

α

k = α

0 – α

1 – α

2 – α

tb – α

lc – αe

= 1,003 –0,075– 0,83244– 0,01395– 0,004 – 0,001 = 0,07661

Lượng hơi đi ra bình ngưng :

α

k(h) = α

nn + α

e + α

lc = 0,07158 + 0,004 + 0,001 = 0,07658

Thỏa điều kiện sai số : 0,04 < 0,1%

+ Tính toán lưu lượng vào bình ngưng :

Chọn độ gia tăng nhiệt độ qua bình ngưng là 7

o

C

=> Lưu lượng làm mát bình ngưng cần thiết là :

3.3.1 Các chỉ tiêu của nhà máy

Công giãn nở trong tuabin:

+ Công giãn nở của hơi nước trong tuabin ứng với 1kg hơi nước được tính toántheo công thức sau:

+ Hiệu suất chu trình nhiệt và nhà máy :

Ƞ

t = N/Q = N/(i

0 – i

nc) = 732,2/(3414,3-408,64) = 0,244+ Hiệu suất nhà máy điện được tính theo công thức sau :

tính toán theo công thức sau :

Tiêu hao hơi cho máy phát điện có công suất

LU N VĂN T T NGHI P ẬN VĂN TỐT NGHIỆP ỐNG NHIỆT ĐIỆN CHO Ệ THỐNG NHIỆT ĐIỆN CHO 40