Nghiên cứu sử dụng nhiệt thải từ các động cơ đốt trong của trạm phát điện phú quốc để sản xuất nước đá bằng máy lạnh hấp thụ (NH3+H2O)

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIỆT THẢI TỪ CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN PHÚ QUỐC ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ BẰNG MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3 + H2O 2.. TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn nghiên

NGUYỄN THỊ MINH TRINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIỆT THẢI TỪ CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN PHÚ QUỐC ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THANH KỲ

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS HOÀNG ĐÌNH TÍN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

Ngày …… tháng …… năm …………

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN THỊ MINH TRINH Phái: Nữ

1 TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIỆT THẢI TỪ CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN PHÚ QUỐC ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ BẰNG MÁY LẠNH HẤP THỤ (NH3 + H2O)

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

− Đánh giá khả năng tận dụng nguồn nhiệt từ khói thải của các động cơ đốt trong tại trạm phát điện ở Phú Quốc và đề xuất phương án tận dụng hiệu quả

− Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ sử dụng dung dịch (NH3+H2O) để sản xuất đá cây

− Nghiên cứu tính toán thiết kế cho các thiết bị trong chu trình máy lạnh hấp thụ

sử dụng dung dịch (NH3+H2O)

− Đánh giá hiệu quả kinh tế, xã hội mà hệ thống này mang lại

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30-11-2008

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS.TRẦN THANH KỲ

QUÀN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS.LÊ CHÍ HIỆP

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc:

− Đến Thầy hướng dẫn – PGS.TS Trần Thanh Kỳ – đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ

và cùng tác giả hoàn tất từng vấn đề trong suốt quá trình thực hiện luận văn

− Đến PGS.TS Hoàng Đình Tín đã có nhiều ý kiến đóng góp cho nội dung khoa

học của luận văn

− Đến Thầy chủ nhiệm Bộ môn – PGS.TS.Lê Chí Hiệp – cùng các Thầy Cô

đồng nghiệp trong Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh – Trường Đại học Bách

Khoa TP.HCM đã giúp đỡ, thông cảm và chia sẻ khó khăn trong công việc để

tác giả có thể hoàn thành tốt luận văn

− Đến Chi nhánh điện huyện Phú Quốc – Kiên Giang, Công ty xuất nhập khẩu

thủy sản Minh Phú – Cà Mau đã cung cấp các số liệu liên quan góp phần vào

sự thành công của luận văn

− Và đến các thành viên trong gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và luôn động viên tác

giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn

NGUYỄN THỊ MINH TRINH

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn nghiên cứu tận dụng nguồn nhiệt thải từ các động cơ đốt trong của trạm phát điện tại Phú Quốc để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ (NHB 3 B+HB 2 BO)B Bsản xuất nước đá Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

− Đánh giá khả năng tận dụng nguồn nhiệt từ khói thải của các động cơ đốt trong tại trạm phát điện ở Phú Quốc và đề xuất phương án tận dụng hiệu quả

− Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ sử dụng dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO) để sản xuất đá cây

− Nghiên cứu tính toán thiết kế cho các thiết bị trong chu trình máy lạnh hấp thụ

sử dụng dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO)

− Đánh giá hiệu quả kinh tế, xã hội mà hệ thống này mang lại

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Re – Tiêu chuẩn Reynolds

Nu – Tiêu chuẩn Nusselt

p – Áp suất của môi chất làm việc, at

CB kh B – Nhiệt dung riêng của khói, kcal/mP

3 0

C

i – Entanpy của môi chất làm việc, kcal/kg

I – Entanpy của không khí, kJ/kg

Q – Phụ tải nhiệt của thiết bị, kcal/h

L, l – Chiều dài, m

s – Bước ống, m

ω – Tốc độ chuyển động của dòng chất môi giới, m/s

ρ – Khối lượng riêng của chất môi giới, kg/mP

∆ – Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit, P

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn 1

Tóm tắt luận văn 2

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 3

Mục lục 5

Lời mở đầu 7

Tổng quan 8

Chương 1: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NGUỒN NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 10

1.1 Tổng quan về nguồn nhiệt thải từ động cơ đốt trong 10

1.2 Đánh giá khả năng tận dụng nguồn nhiệt thải từ các động cơ đốt trong dùng để phát điện tại đảo Phú Quốc 11

1.2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ 11

1.2.2 Tính toán khả năng tận dụng nguồn nhiệt từ khói thải 12

1.3 Phân tích lựa chọn phương án tận dụng nguồn nhiệt thải 15

Chương 2: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ (NHB3B+HB2BO) ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ 19

2.1 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ 19

2.2 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ 22

Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ TRONG MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG DUNG DỊCH (NHB3B+HB2BO) 28

3.1 Bình phát sinh 28

3.2 Tháp chưng cất 38

3.3 Hệ thống nước giải nhiệt 45

3.4 Bình hồi lưu 46

3.5 Bình ngưng 49

3.6 Bình hấp thụ 52

3.7 Bình hồi nhiệt 60

3.8 Bình quá lạnh 65

3.9 Tháp giải nhiệt 69

3.10 Bể đá 75

3.11 Xác định công suất bơm sử dụng trong hệ thống 82

3.11.1 Bơm dung dịch NHB 3 B 82

3.11.2 Bơm nước giải nhiệt 86

Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - XÃ HỘI CỦA HỆ THỐNG MÁY LẠNH HẤP THỤ (NHB3B+HB2BO) 92

4.1 Chi phí đầu tư cho thiết bị 92

4.2 Chi phí vận hành 94

4.3 Đánh giá hiệu quả 95

Kết luận và kiến nghị 98

Lý lịch trích ngang 100

Tài liệu tham khảo 101

Phụ lục 102

Hiện nay tại các hải đảo của Việt Nam, đặc biệt là các đảo phát triển mạnh về

du lịch, nguồn điện sử dụng trên đảo được cung cấp chủ yếu từ các tổ máy phát điện diesel công suất lớn Nếu nghiên cứu được phương án tận dụng nguồn nhiệt thải từ các tổ máy này để chạy MLHT sản xuất nước đá phục vụ đánh bắt thủy hải sản và tiêu dùng sẽ là một đóng góp rất lớn, giảm được gánh nặng đáng kể về lượng điện năng dùng để sản xuất đá bằng các hệ thống như hiện tại

Với đề tài này tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công loại MLHT sử dụng dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO) được cấp nhiệt từ lò hơi ống nước công suất nhỏ đốt than cám để sản xuất đá viên và đá cây

Triển vọng của đề tài này là tiếp tục nghiên cứu việc sử dụng nhiệt thải trong công nghiệp để cấp nhiệt cho MLHT nhưng chưa thực hiện

2 Đề tài luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn Hữu Nghĩa: “Nghiên cứu tận dụng nhiệt thải từ động cơ đốt trong để cấp nhiệt cho khu nghỉ mát Hòn Tre – Khánh Hòa” đã bảo vệ năm 2006

Trong luận văn tác giả đã đưa ra các phương án thu hồi nhiệt thải từ động cơ đốt trong (ĐCĐT) để cung cấp nước nóng, sản xuất hơi bão hòa và chạy máy lạnh hấp thụ (HB 2 BO+LiBr) để điều hòa không khí, đánh giá hiệu quả của các phương án này Và tác giả cũng đã có kiến nghị được tạo điều kiện để nghiên cứu sâu hơn trong trường hợp sử dụng MLHT (HB 2 BO+LiBr) để điều hòa không khí

3 Đề tài luận văn thạc sĩ của tác giả Trần Ngọc Hợp: “Nghiên cứu thiết kế máy lạnh hấp thụ (NHB 3 B+HB 2 BO) tận dụng nhiệt thải từ động cơ đốt trong và đánh giá khả năng ứng dụng tại Việt Nam” đã bảo vệ năm 2004

Đề tài nêu lên các phương pháp để thu hồi nhiệt thải từ ĐCĐT và tính toán nhiệt cơ bản cho chu trình MLHT (NHB 3 B+HB 2 BO) Đề tài chỉ dừng lại ở việc nêu lên cơ

sở lý thuyết và chỉ tính toán riêng lẻ cho từng phần thu hồi nhiệt thải và chu trình

máy lạnh hấp thụ mà chưa có sự liên kết giữa hai phần này Vì vậy đề tài chưa đánh giá được mức độ thống nhất của toàn hệ thống.

B Mục tiêu và nội dung của luận văn

1 Mục tiêu:

Xuất phát từ ý tưởng của các đề tài đã được nghiên cứu và những tồn tại cũng như hướng phát triển của các đề tài này, mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu tính toán khả năng tận dụng nguồn nhiệt thải từ các ĐCĐT của trạm phát điện tại Đảo Phú Quốc để cung cấp nhiệtcho MLHT (NHB 3 B+HB 2 BO) sản xuất nước đá

Chương 1: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NGUỒN NHIỆT

THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt tạo ra công cơ học bằng cách đốt nhiên liệu bên trong động cơ, cụ thể là quá trình cháy nhiên liệu xảy ra bên trong hệ thống piston-xylanh của động cơ ĐCĐT được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và trong công nghiệp

Trong thực tế, ngoài lưới điện quốc gia, việc cung cấp điện cho các trường hợp còn lại hầu hết đều được thực hiện bằng ĐCĐT

Hiệu suất nhiệt của ĐCĐT nằm trong khoảng từ 30 ÷ 48% Nhiệt lượng do khói thải mang ra khỏi động cơ chiếm từ 26 ÷ 37% tổng nhiệt lượng cấp vào động

cơ Đây là nguồn nhiệt bị thải bỏ ra ngoài môi trường khi động cơ đã thực hiện quá trình sinh công, và là nguồn nhiệt còn có thể tận dụng được

Nhiệt độ khói thải của ĐCĐT khoảng từ 250P

Những nguồn nhiệt thải có thể tận dụng được từ ĐCĐT:

− Khói thải

− Nước làm mát động cơ

− Nước làm mát dầu bôi trơn

Tuy nhiên, việc nghiên cứu phương án tận dụng các nguồn nhiệt thải này cần phải chú ý đến các yếu tố:

− Các thông số cơ bản của nguồn nhiệt thải (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, …)

− Độ ổn định của nguồn nhiệt thải

− Độ tăng trở lực trên đường khói thải khi lắp thêm thiết bị thu hồi nhiệt thải trong phạm vi cho phép để không ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ

− Hiệu quả kinh tế của việc thu hồi nguồn nhiệt thải

1.2 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NGUỒN NHIỆT THẢI TỪ CÁC ĐCĐT DÙNG ĐỂ PHÁT ĐIỆN TẠI ĐẢO PHÚ QUỐC

Đảo Phú Quốc thuộc tỉnh Kiên Giang, có diện tích tự nhiên là 593 kmP

2180 kW, nâng tổng công suất máy phát điện diesel tại đảo này đạt 12 MW

Trên cơ sở đánh giá tính ổn định của nguồn nhiệt thải và để đảm bảo cho hoạt động của MLHT, giới hạn nghiên cứu của luận văn này là chỉ đề xuất phương án tính toán tận dụng nguồn nhiệt từ khói thải của 2 tổ máy phát điện diesel vừa mới được lắp đặt năm 2006 tại Phú Quốc để cấp nhiệt cho MLHT

1.2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ

− Trở lực tối đa trên đường khói thải: 51 mmHg

− Nhiên liệu sử dụng: dầu DO số 4

− Lượng tiêu hao nhiên liệu định mức: 521 lít/h

1.2.2 Tính toán khả năng tận dụng nguồn nhiệt từ khói thải

Nhiệt trị: Qlc = 146000Btu/gallon=10497,3 kcal/kg

2 Thông số của khói

− Nhiệt độ khói vào thiết bị: tkv =4750C

− Nhiệt độ khói ra khỏi thiết bị:

Chọn nhiệt độ khói thải ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt thải phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của khói Nhiệt độ đọng sương của khói ra khỏi động cơ phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu dầu diesel sử dụng

Hình 1.1 Đồ thị xác định nhiệt độ đọng sương của khói

Căn cứ vào đồ thị ta xác định được nhiệt độ đọng sương của khói là

nlkg/tc56,

=

Vkh =Vkh0 +1,0161(α−1)V0 =11,67+1,0161(1,21−1).10,83

=13,98m3tc/kgnl

− Nhiệt dung riêng trung bình của khói:

( 1)V 1,5 0,0161(1,21 1).10,830161

,0V

2

nlkg/tc54,

=

11,098,13

54,1V

Vr

kh

O H O

( 1)V 8,56 0,79(1,21 1).10,8379

,0V

2

nlkg/tc36,

=

74,098,13

36,10V

Vr

kh N

2

RO =

Căn cứ vào nhiệt độ trung bình của khói thải tìm nhiệt dung riêng của từng

loại khí trong khói:

2

170475

Khói thải

Khói thải

Lò hơi phụ Bình chứa

nước ngưng

Nước bổ sung

Hơi bão hòa vào bình phát sinh

Máy lạnh hấp thụ Bình góp hơi

Nước ngưng

Lò hơi tận dụng

nhiệt thải

Động cơ

Hình 1.2 Sơ đồ sử dụng lị hơi tận dụng nhiệt thải cĩ thêm lị hơi phụ

Nhược điểm của phương án 1:

− Đây là phương án cấp nhiệt gián tiếp cho bình phát sinh của MLHT thơng qua hơi nước được sinh ra từ lị hơi tận dụng nhiệt thải nên phải thêm chi phí đầu

tư cho hệ thống lị hơi tận dụng nhiệt thải

− Để cĩ hơi nước cĩ thơng số như yêu cầu bổ sung cho hệ thống MLHT khi ĐCĐT giảm tải, lị hơi phụ phải luơn ở chế độ sẵn sàng cấp hơi khi tồn hệ thống hoạt động Duy trì nĩng lị hơi phụ sẽ làm tăng chi phí vận hành và gây

lãng phí

1.3.2 Phương án 2

Phương án này cũng sử dụng lị hơi tận dụng nhiệt thải như phương án 1 nhưng thay thế lị hơi phụ bằng buồng đốt phụ như hình 1.3 nhằm linh động hơn trong việc bổ sung phần nhiệt lượng thiếu hụt khi ĐCĐT giảm tải Buồng đốt phụ

sử dụng nhiên liệu giống nhiên liệu ĐCĐT

Buồng hỗn hợp

Khói thải từ động cơ

Không khí

Buồng đốt phụ

Bình góp hơi

Máy lạnh hấp thụ

Bình chứa nước ngưng Hơi bão hòa vào

− Cũng giống như phương án 1, phương án này phải tốn thêm chi phí đầu tư cho

hệ thống lị hơi tận dụng nhiệt thải

− Buồng đốt phụ sử dụng dầu DO Với tính chất của hệ thống MLHT này là tận dụng nguồn năng lượng thải bỏ nhằm mang lại hiệu quả kinh tế xã hội, thì việc

sử dụng thêm dầu DO để cung cấp cho hệ thống hỗ trợ sẽ khơng được ưu tiên

− Cơ chế vận hành buồng đốt phụ phức tạp để cĩ được thơng số khĩi như thiết

kế hệ thống

1.3.3 Phương án 3

Đây là phương án cấp nhiệt cho bình phát sinh của MLHT trực tiếp bằng khĩi

thải từ ĐCĐT như hình 1.4

Ống khói

Đường liên thông

giữa 2 động cơ

Động cơ

Động cơ

Hình 1.4 Sơ đồ cấp nhiệt cho MLHT trực tiếp bằng khĩi thải

Ưu điểm của phương án 3:

− Giảm được chi phí đầu tư cho lị hơi tận dụng nhiệt thải dẫn đến giảm giá thành đầu tư cho tồn bộ hệ thống

− Đơn giản hơn trong việc vận hành

− Cĩ thể mở rộng được hệ thống MLHT Ban đầu chỉ lắp đặt một MLHT làm việc tương ứng với một động cơ Khĩi thải từ động cơ thứ 2 cĩ thể hỗ trợ cho

hệ thống khi động cơ thứ nhất hoạt động non tải Trong tương lai nếu hệ thống hiện hành khả thi ta cĩ thể lắp thêm một MLHT thứ 2 cĩ cơng suất tương ứng với lượng khĩi thải cịn lại của cả hai động cơ

− Trong trường hợp đã lắp đặt đầy đủ hai hệ thống MLHT, khi động cơ chạy non tải dẫn tới lưu lượng khĩi thải giảm thì cơng suất nước đá sẽ được giảm theo tương ứng mà khơng cần thiết phải cĩ thêm thiết bị cung cấp nhiệt dự phịng cho bình phát sinh

Mặc dù phương án cấp nhiệt trực tiếp thường khơng được lựa chọn trong các nghiên cứu về tận dụng nhiệt khĩi thải để cấp cho MLHT do tính khơng ổn định của nguồn khĩi, nhưng trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này xét thấy phương án 3 là phương án tối ưu

Chương 2: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ

2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ

Điểm khác nhau cơ bản của MLHT và máy lạnh có máy nén hơi là năng lượng

sử dụng Máy lạnh có máy nén hơi sử dụng điện năng cung cấp cho máy nén, còn MLHT sử dụng nhiệt năng và không cần có máy nén

Môi chất làm việc trong MLHT là một dung dịch, trong đó chất nào có nhiệt

độ sôi thấp hơn thì sẽ làm tác nhân lạnh và chất còn lại là chất hấp thụ Hiện nay các dung dịch được sử dụng phổ biến trong MLHT là cặp (NHB 3 B+HB 2 BO) và (HB 2 BO+LiBr) Trong dung dịch (HB 2 BO+LiBr) thì nước là tác nhân lạnh và LiBr là chất hấp thụ Dung dịch này được sử dụng khi nhiệt độ cần làm lạnh lớn hơn 0P

0

C, vì vậy nó được dùng trong điều hòa không khí Còn trong dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO) thì NHB 3 Blà tác nhân lạnh

và nước là chất hấp thụ Dung dịch này được sử dụng khi cần làm lạnh đến nhiệt độ dưới 0P

0

C nên nó được dùng để sản xuất nước lạnh, nước đá và trong đông lạnh

Hình 2.1 trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy lạnh hấp thụ sử dụng dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO)

Trong bình phát sinh BPS, dung dịch no (NHB 3 B+HB 2 BO) được đun sôi bằng khói thải từ ĐCĐT làm bốc hơi NHB 3 B, còn nước thì ở lại trong dung dịch đói NHB 3 B Để hơi

NHB 3 B hoàn toàn tinh khiết không còn hơi nước kéo theo nên sơ đồ sử dụng thêm tháp chưng cất TCC và bình hồi lưu HL Sau khi ra khỏi HL, hơi NHB 3 B gần như hoàn toàn tinh khiết đi vào bình ngưng BN, nhả nhiệt và ngưng tụ thành lỏng NHB 3 B ở áp suất

pB k B Ra khỏi BN, NHB 3 B lỏng đi qua bình quá lạnh QL nhả bớt nhiệt lượng cho hơi

NHB 3 B ra khỏi bể đá (nhằm tăng năng suất lạnh của chu trình) và được tiết lưu từ áp suất pB k B xuống áp suất pB 0 Btrong van tiết lưu TL1 để vào bể đá Trong bể đá, NHB 3 B lỏng

sẽ nhận nhiệt và bốc hơi, vì vậy sẽ làm đông đá Hơi NH3 ra khỏi bể đá được sẽ đi

qua QL Dung dịch đói từ BPS có áp suất pB k B được tiết lưu trong van tiết lưu TL2 đến áp suất pB 0 B sẽ hấp thụ hơi NHB 3 B từ QL về trong bình hấp thụ HT (có nước giải nhiệt) để trở thành dung dịch no Sau đó dung dịch no được bơm dung dịch B đẩy vào BPS để tiếp tục chu trình

Q

HN TL2

10' 10

trong HT Tuy nhiên công suất của bơm rất nhỏ so với máy nén (khoảng 5%) nên lượng điện năng tiêu tốn không nhiều

Để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, chu trình sử dụng thêm bình hồi nhiệt

HN để gia nhiệt cho dung dịch no đến gần với nhiệt độ sôi trong BPS bằng nhiệt lượng của dung dịch đói đi từ BPS về HT Bằng cách này ta đã tiết kiệm được một lượng nhiệt cần phải cung cấp cho BPS

Các số trên hình 2.1 biểu thị trạng thái của môi chất làm việc, cụ thể như sau:

1 – Hơi NHB 3 B ra khỏi bình hồi lưu (vào bình ngưng),

2 – Lỏng NHB 3 B ra khỏi bình ngưng (vào bình quá lạnh),

3 – Lỏng NHB 3 B ra khỏi bình quá lạnh (vào van tiết lưu 1),

3’– Lỏng NHB 3 B ra khỏi van tiết lưu 1 (vào bể đá),

4 – Hơi NHB 3 B ra khỏi bể đá (vào bình quá lạnh),

5 – Hơi NHB 3 B ra khỏi bình quá lạnh (vào bình hấp thụ),

6 – Dung dịch no NHB 3 B ra khỏi bình hấp thụ (vào bơm dung dịch NHB 3 B),

7 – Dung dịch no NHB 3 B ra khỏi bơm dung dịch NHB 3 B (vào bình hồi nhiệt),

8 – Dung dịch no NHB 3 B ra khỏi bình hồi nhiệt (vào tháp tinh luyện),

9 – Dung dịch đói NHB 3 B ra khỏi bình phát sinh (vào bình hồi nhiệt),

10 – Dung dịch đói NHB 3 B ra khỏi bình hồi nhiệt (vào van tiết lưu 2),

10’ – Dung dịch đói NHB 3 B ra khỏi van tiết lưu 2 (vào bình hấp thụ),

11 – Hơi NHB 3 B ra khỏi tháp tinh luyện (vào bình hồi lưu),

12 – Phần hồi lưu ra khỏi bình hồi lưu (vào tháp tinh luyện)

2.2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ

2.2.1 Chọn thông số tính toán ban đầu

Căn cứ vào điều kiện khí hậu ở Việt Nam và các yêu cầu kỹ thuật sản xuất nước đá, chọn thông số làm việc của MLHT như sau:

− Nhiệt độ sôi của NHB 3 B trong bể đá: t0 = = – 10 t4 P

0

C

− Áp suất sôi tương ứng: p0 =p4 = 3 at

− Nhiệt độ ngưng tụ của NHB 3 B trong bình ngưng: tk = = 38 t1 P

0

C

− Áp suất ngưng tụ tương ứng: pk = = 15 at p1

− Nồng độ của dung dịch no NHB 3 B vào bình phát sinh: ξr =0,396

− Nồng độ của dung dịch đói NHB 3 B ra khỏi bình phát sinh: ξa =0,306

− Áp suất làm việc trong bình phát sinh được xác định:

pBPS =p1+∆pk

Với ∆pk- Tổn thất trên đường hơi NHB 3 B đi từ bình phát sinh đến bình ngưng

Theo kinh nghiệm mức tổn thất này có thể chọn khoảng 5%

Vậy pBPS = 15 + 1 = 16 at B

− Áp suất làm việc trong bình hấp thụ đuợc xác định:

pHT =p4 −∆p0

Với ∆p0 - Độ chênh áp suất giữa bể đá và bình hấp thụ

Chọn theo kinh ngiệm ∆p0 =0,5at

Vậy pHT =3−0,5=2,5 at

− Nồng độ hơi NHB 3 B ra khỏi tháp tinh luyện:

Từ áp suất pBPS =16at và nồng độ dung dịch no NH3 ξr =0,396, tra giản đồ

i – ξ của dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO), xác định được nồng độ của hơi NHB 3 B ra khỏi tháp tinh luyện là ξ11 =0,95

2.2.2 Xác định thông số trạng thái của các điểm trên chu trình

− Bội số tuần hoàn:

306,0396,0

306,095,0f

a r

−ξ

ξ

−ξ

=

− Phần hồi lưu:

396,095,0

95,011

R

r 11

−

−

=ξ

−ξ

Trong đó: i7 =i6 +qB =−23+2,6=−20,4 kcal/kg

861

156,7.5,2164,23f

pp

4,23q

d

HT BPS

97,0.10791156,7if

ii1f

655978q

QG

8,1326

iiGq.G

3 3

QBPS

=ζ

2.2.4 Xác định sản lượng nước đá cĩ thể sản xuất được

Năng suất lạnh của bể đá cịn được xác định theo cơng thức:

Q0 =Gđá.qđá , kcal/h

Với Gđá - Lượng nước đá sản xuất ra trong 1 giờ, kg/h

qđá - Tổn thất lạnh để sản xuất 1 kg đá, kcal/kg

q3 - Tổn thất lạnh cho khuơn đá, kcal/kg

q4 - Tổn thất lạnh ra mơi trường xung quanh, kcal/kg

Theo thực tế đã nghiên cứu với điều kiện tại Việt Nam, qđá= 130 kcal/kg

Vậy lượng đá sản xuất được trong 1 giờ là:

130

8,368058q

Q

đá

Chọn cây đá cĩ khối lượng 50 kg

Thời gian đơng đá: 4 giờ/1mẻ Mỗi ngày sản xuất 5 mẻ (chiếm 20 giờ), cịn lại

Để dễ dàng trong việc điều chỉnh khi giảm tải, ta bố trí 3 bể đá chạy song song độc lập Khi giảm tải thì giảm bớt số bể đá làm việc

Chọn 1 bể đá cĩ 75 cây đá

Vậy sản lượng đá sản xuất trong ngày là:

3.75 50.5 = 56250 kg đá/ngày

Như vậy sẽ thiết kế MLHT với sản lượng đá chính thức là Gđá = 2812,5 kg/h

Tính tốn lại các giá trị thiết kế:

− Năng suất lạnh của bể đá:

Q0 =Gđá.qđá=2812,5.130=365625 kcal/h

− Lượng NHB 3 B tuần hồn trong chu trình:

6,21299

365625q

QG

6,438,308.1318i

iGqG

3 3

156,7.1318

ii.fGq

G

3 3

=+

− Phụ tải nhiệt của bình quá lạnh:

i

RiiR1Gq

G

3 3

−

−+

=

−

−+

651619Q

tC

QV

kr kv kh

kh t

Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ

TRONG MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG DUNG DỊCH

3.1 BÌNH PHÁT SINH

Bình phát sinh là thiết bị dùng để đun sôi dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO) làm bay hơi

NHB 3 B ra khỏi dung dịch do NHB 3 B có nhiệt độ sôi nhỏ hơn nước Nguồn nhiệt cung cấp cho dung dịch là khói thải từ ĐCĐT của trạm phát điện

Bình phát sinh được thiết kế là một chùm ống có cánh Dung dịch NHB 3 B chuyển động bên trong ống trơn, khói chuyển động bên ngoài cắt ngang qua chùm ống có cánh Các ống được xếp so le nhau trong chùm ống theo đường khói đi để làm tăng mức độ chảy rối của dòng khói, tăng cường trao đổi nhiệt Phương thức trao đổi nhiệt trong bình phát sinh chủ yếu gồm dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt đối lưu, còn ảnh hưởng của bức xạ thì không đáng kể nên có thể bỏ qua

Ảnh hưởng của trao đổi nhiệt bằng bức xạ trong bình phát sinh là không đáng

C) nên cường độ bức xạ giảm đi rất nhiều

− Thứ hai bề dày hiệu dụng của lớp bức xạ nhiệt được xác định theo công thức:

F

V6,3

s=

Với V – thể tích không gian bức xạ nhiệt

F – Diện tích trao đổi nhiệt

Trong chùm ống trao đổi nhiệt của bình phát sinh, V rất nhỏ còn F khá lớn nên

bề dày s gần như bằng không

3.1.1 Thông số ống

Chọn ống sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt của bình phát sinh là loại ống thép

có cánh vuông Vật liệu làm ống và cánh đều bằng thép có hệ số dẫn nhiệt λ=39kcal/mhP

dD

dng

D

sc hc

δc

dtr

Hình 3.1 Kích thước cơ bản của ống có cánh

− Diện tích cánh trên 1m ống có cánh:

015,0

0508,04

14,3097,0.2s

d4D.2F

2 2

c

2 ng 2

,0

0508,0.14,3.003,0015,0s

d.s

F

c

ng c c

829,0F

F

ng

c ng

112,1F

Ftr

,0

003,0.0508,0097,00508,0099,0

s

.dDd

sf

2 c

c ng ng

1 kh

Chọn tốc độ của dòng khói đi ngang chùm ống có cánh: ω=15 m/s

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu về phía khói đối với ống tròn cánh vuông bố trí so le:

75,69.85,0.01,01

75,69.85,0.1147,076,0.8853,0

++

Nếu so với α thì qñng α lớn hơn rất nhiều Cho nên nhiệt trở về phía dung dịch tr

có thể bỏ qua Tuy nhiên, theo kinh nghiệm có thể chọn αtr =2500 kcal/mP

số truyền nhiệt K

Hệ số truyền nhiệt được quy đổi theo bề mặt ngoài có cánh có thể xác định theo công thức:

198,7.39

0032,08,291

1F

F1F

F1

1K

tr

ng tr tr

ng

ng

ng

++

=α

+λ

δ+α

=

qñ

7,26

3.1.3 Xác định diện tích truyền nhiệt của bình phát sinh

Thiết lập đồ thị trao đổi nhiệt giữa khói thải và dung dịch (NHB 3 B+HB 2 BO) trong bình phát sinh như sau:

tkv = 4750C

t9 = 1200C tkr = 1700C

t8 = 102,50C

Hình 3.2 Đồ thị trao đổi nhiệt trong bình phát sinh

Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit:

2,1735

,102170

120475ln

5,102170120

475t

tln

tt

t

min max

651619K

.t

QF

9,140F

FL

ng

*

F

t kh

2706,0f

Fl

95,6z

,1

7,126H

có hai ống góp ngang φ75,6/3,5; đầu trên của các ống hàn vào ống góp hơi NHB 3 B, còn đầu dưới hàn vào ống góp dung dịch Hơi từ 20 ống góp ngang sẽ được dồn về

2 ống góp dọc có φ108/4, còn dung dịch từ 20 ống góp ngang sẽ được dồn về một ống góp dọc và được đưa về bình hồi nhiệt (xem hình 3.3 và 3.4)

Toàn bộ hơi NHB 3 B sinh ra từ bình phát sinh sẽ được đưa về tháp chưng cất nhờ

4 ống dẫn hơi (hình 3.5) Khói chuyển động cắt ngang chùm ống với tốc độ 15 m/s

Ống dẫn hơi NH3

Ống dẫn hơi NH3

Dung dịch đói về bình hồi nhiệt

Hình 3.6 Bố trí bình phát sinh và tháp chưng cất

Với cách thiết kế như vậy, dung dịch NHB 3 B từ tháp chưng cất về bình phát sinh

sẽ được rãi đều cho các ống truyền nhiệt

Bình phát sinh sử dụng ống truyền nhiệt bằng thép dày 3,2 mm và cánh thép vuông dày 3 mm để tuổi thọ của ống và cánh là tương đương nhau Cánh được hàn vào ống với bước cánh là 15 mm Mối hàn giữa cánh và ống phải đảm bảo được điền đầy, không có lỗ hở để tránh bị dễ ăn mòn khi tiếp xúc lâu ngày với khói Trong thiết kế này chọn bước cánh tương đối lớn để giảm bớt trở lực trên đường khói thải và hạn chế nghẹt đường khói đi nếu mồ hóng trong khói bám nhiều trên chùm ống

- Tốc độ của dòng khói đi ngang qua chùm ống: ω=15 m/s

- Hệ số trở kháng thủy lực được xác định như sau:

45 , 0

ng

72 , 0

ng

c 24 , 0

d

hd

s.Re.z7,

0508,0.15d

0294,00508

,0

015,015519

.20.7,2

45 , 0 72

, 0 24

−

−

57,685963,0.81,9.2

15.10p

2

=

=

Đây là trở lực lớn nhất trên đường khĩi ra khỏi động cơ So với giá trị trở lực cho phép của động cơ là 51 mmHg (693,17 mmHB 2 BO) thì giá trị này chỉ chiếm gần 10% nên sẽ khơng ảnh hưởng gì đến hoạt động của động cơ

Ngồi ra, trên đường khĩi thải cịn cĩ các trở lực khác như trở lực do ma sát trên đường ống dẫn khĩi từ động cơ đến bình phát sinh, trở lực trong đường ống thải khĩi ra ngồi mơi trường Tuy nhiên các trở lực này nhỏ hơn nhiều so với trở lực khi khĩi đi qua bộ trao đổi nhiệt trong bình phát sinh Hơn nữa các đoạn ống này thường khơng quá xa nên dù cĩ tính đến giá trị các trở lực này cũng khơng vượt giới hạn cho phép cĩ thể gây ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ

3.2 THÁP CHƯNG CẤT

3.2.1 Nguyên lý

Do nhiệt độ sơi của NHB 3 B và HB 2 BO chênh lệch nhau khơng nhiều nên khi hơi

NHB 3 B từ bình phát sinh bay lên sẽ kéo theo nhiều hơi nước Nếu khơng khử hết hơi nước trong hơi NHB 3 B thì hiệu quả làm lạnh của MLHT sẽ giảm đi đáng kể Cho nên cần phải sử dụng thêm tháp chưng cất (hay cịn gọi là tháp tinh luyện) lắp ở phía trên bình phát sinh để tách hơi nước ra khỏi dịng hơi NHB 3 B Cần đảm bảo sao cho dịng hơi NHB 3 B vào bình ngưng cĩ nồng độ gần bằng 1

Hơi NH3 vào bình hồi lưu

Dung dịch NH3hồi lưu về Dung dịch no từ