Nghiên cứu tận dụng nhiệt từ khí xả động cơ reaseach to take full advantage of exhaust gas from engines

Diesel
Thiết bị tận dụng
Máy lạnh
Diesel Máy phát điện
Máy lạnh
NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NHIỆT TỪ KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ
REASEACH TO TAKE FULL ADVANTAGE OF EXHAUST GAS FROM
ENGINES
NGUYỄN HỮU HUỆ - CHU MAI VINH
Trường Trung học Thủy sản Thanh Hoá
NGUYỄN LÊ CHÂU THÀNH
Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Ngày nay, đội tàu đánh bắt hải sản được trang bị động cơ có công suất máy lớn. Do vậy, đòi
hỏi phải chú trọng tới việc đảm bảo hiệu quả kinh tế. Một trong những biện pháp tăng hiệu quả
kinh tế là tận dụng nhiệt của động cơ chính để sử dụng các trang thiết bị làm lạnh bảo quản
nguyên liệu trong khai thác.
ABSTRACT
Presently, fishing boats are equipped with high power engines. So, it is needed to pay attention
to ensuring the economic result effect. One of the methods is to take full advantage of Exhaust
Gas from engines to use equipment to keep raw produces in good condition after exploitation.
1. Các phương pháp sử dụng năng lượng để chạy máy lạnh
Thiết bị làm lạnh để bảo quản sản phẩm, cùng với các máy lạnh kiêm tổ hợp sử dụng
nguồn năng lượng Diesel theo các phương pháp sau:
Phương pháp 1:
Phương pháp 2:
Động cơ đốt trong hiệu suất nhiệt của chu trình là:
%4830
÷=η
. Nhiệt lượng do khí
xả mang đi chiếm 26÷37% tổng nhiệt lượng cấp cho động cơ. Nguồn nhiệt do khí xả là nguồn

có thế năng cao.
Với động cơ 2 kỳ thấp tốc:
C450350t
0
x
÷=
.
Với động cơ 4 kỳ trung tốc:
C500400t
0
x
÷=
.
Do vậy, việc tận dụng nguồn năng lượng khí thải và nước làm mát có ý nghĩa lớn.
Nguồn năng lượng này được tận dụng để dùng vào nhiều mục đích khác nhau: Sản xuất điện
năng, làm ngọt nước, điều hoà không khí hay làm lạnh không khí cấp vào động cơ. Thông
thường, hiện nay người ta dùng nguồn năng lượng này để:
• Chạy lạnh kho bảo quản nguyên liệu đánh bắt được.
• Sản xuất nước đá thay cho việc mang nước đá từ đất liền.
2. Các sơ đồ tận dụng nhiệt để làm lạnh trên tàu cá và chọn máy lạnh
Có 3 sơ đồ hệ thống tận dụng nhiệt làm lạnh được áp dụng như sau:
• Hệ thống làm lạnh tận dụng nhiệt bằng máy lạnh nén hơi;
• Hệ thống làm lạnh tận dụng nhiệt bằng máy Ejector;
• Hệ thống làm lạnh tận dụng nhiệt dùng máy máy lạnh hấp thụ.
4
Hình 1. Sơ đồ hệ thống máy lạnh Ejector Freon
6
5
2,3
1

8
II
IV
VI
III
I
VIII
9 2’
V
VII
I.Thiết bị hơi quá
nhiệt (bầu sinh hơi);
II. Ejector; III. Thiết
bị bay hơi; IV. Thiết
bị ngưng tụ ; V. Van
tiết lưu; VI. Bơm; VII.
Động cơ chính; VIII.
Nồi hơi tận dụng.
5
4
3
7
9
10
6
2
8
Hình 2. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ tận dụng nhiệt khí xả động cơ
2
Với cùng công suất động cơ tàu thuỷ và cùng năng suất lạnh riêng của máy lạnh thì năng

suất lạnh khi làm việc trực tiếp tua bin máy nén có lợi hơn so với hình thức tua bin - máy phát -
động cơ - máy nén.
Khi sử dụng máy lạnh nén hơi tận dụng nhiệt của khí thải thì thu được năng suất lạnh
lớn, ta có thể dùng sơ đồ: Tua bin - máy phát điện - máy nén hơi và sơ đồ: Tua bin – máy nén.
Do máy lạnh Ejector hơi nước chỉ sử dụng để làm lạnh với nhiệt độ lớn hơn 0
0
C, nên
chúng ta chỉ quan tâm tới máy lạnh Ejector Frêon, và phân tích hiệu quả của các sơ đồ này.
Sơ đồ máy lạnh Ejector frêon dùng năng lượng khí xả động cơ
Sơ đồ của hệ thống máy lạnh hấp thụ tận dụng nhiệt
Đối với máy lạnh hấp thụ trên các tàu thuỷ người ta có thể sử dụng 2 sơ đồ:
• Sơ đồ tận dụng nhiệt của nước làm mát.
• Sơ đồ tận dụng nhiệt của khí xả động cơ.
1. Nồi hơi tận dụng
2. Thiết bị tách khí
3. Bơm
4. Bầu làm mát nước
ngọt động cơ
5. Động cơ
6. Thiết bị ngưng tụ
7. Thiết bị hấp thụ
8. Thiết bị sinh hơi
9. Thiết bị bay hơi
10. Van tiết lưu
Năng suất lạnh chủ yếu phụ thuộc vào công suất động cơ và hệ số sử dụng nhiệt của
thiết bị tận dụng, hệ số tận dụng của hệ thống.
Khi dùng sơ đồ tận dụng dùng máy lạnh trên tàu nếu sử dụng máy lạnh nén hơi thì tuy
năng suất lạnh có cao hơn nhưng thiết bị bố trí cồng kềnh vì phải chuyển qua khâu trung gian,
đó là máy phát Tua bin. Mặt khác, nếu dùng sơ đồ máy lạnh Ejector thì hiệu suất lại quá thấp
đồng thời do tuổi thọ cũng như tính công nghệ không phù hợp trong điều kiện Việt nam nên

chọn máy lạnh hấp thụ khi tận dụng nhiệt của khí thải trên tàu cá sử dụng môi chất NH3/H2O
là hợp lí.
Ta có thể chọn theo 2 sơ đồ sau:
Sơ đồ không có và có thiết bị trao đổi nhiệt
a) không hồi nhiệt b) có hồi nhiệt
Hình 3. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O
TL: Van tiết lưu
NT: Thiết bị ngưng tụ
SH: Thiết bị sinh hơi
HT: Thiết bị hấp thụ
BH: Thiết bị bay hơi
BDD: Bơm dung dịch
TLDD: Tiết lưu dung dịch
HN: Bộ hồi nhiệt
• Sơ đồ sử dụng đơn giản, kết cấu gọn trong đó bình sinh hơi lắp trên đường xả để thu
nhiệt của khí xả.
• Thiết bị ngưng tụ dùng nước mạn tàu làm lạnh.
• Thiết bị hấp thụ HT dùng nước mạn tàu làm lạnh.
• Thiết bị bay hơi dùng để thu nhiệt của buồng làm lạnh sản phẩm hoặc bể nước đá.
So sánh phương án làm lạnh nước biển dùng máy lạnh tận dụng nhiệt thải của động cơ
và việc mang đá từ đất liền.
Sản xuất nước đá dùng máy lạnh tận dụng nhiệt.
Việc bảo quản sản phẩm hiện nay chủ yếu bằng đá mang từ đất liền. Phương án lấy
nước biển làm lạnh để phục vụ cho việc bảo quản sản phẩm được ưu tiên.
Gọi năng suất lạnh của máy là
kW,Q
0
; Sản lượng đá m, kg/h; Thì sản lượng đá được
tính:
h/kgQ157,7m

982,12,31427957,3
15,1/
Q
m
0
0
⋅=
⋅++⋅
=
Các tàu có công suất máy khác thì Năng suất máy lạnh và sản lượng đá là khác nhau.
Với động cơ tàu cá công suất là 300kW, sản lượng đá sản xuất trong 1 giờ là 596,6kg.
Do vậy, nếu như tàu đánh lưới kéo hay đánh lưới vây thời gian kéo một mẻ tối thiểu là 4-5 giờ
thì số lượng đá sản xuất được sẽ là 2,4-3 tấn. Điều này cho phép ta dùng máy lạnh tận dụng
nhiệt thải của động cơ; Theo tiêu chuẩn bảo quản tỷ lệ đá/cá là 1:1 thì số lượng cá có thể bảo
quản được là 2-3 tấn/1 lần kéo lưới.
Để dễ cho việc so sánh phương án sản xuất nước đá với việc mang đá từ đất liền ta coi
lượng đá sản xuất là đủ. Chúng ta sẽ so sánh 2 phương án với cùng sản lượng đá dùng cho việc
bảo quản nguyên liệu đánh bắt.
Chi phí quy đổi hằng năm khi dùng phương án sản xuất đá lạnh dùng nhiệt từ khí
thải động cơ.
Theo [4]: Chi phí quy đổi hàng năm là:
TKCC
hkt
⋅+=
Trong đó: C- Chi phí quy đổi hàng năm, đồng/năm;
kt
C
- Chi phí khai thác hàng năm,
đồng/năm;
h

K
- hệ số hiệu quả đấu tư, theo [4] thì
12,0K
h
=
; T - Giá thành chế tạo, lắp đặt,
đồng;
Chi phí quy đổi hàng năm:
C=46.781.280+12.656.250+21.000.000+0,12*649.740.000
C=158.406.330 (VNĐ).
Chi phí mua đá mang từ đất liền
Với sản lượng đá sản xuất là 596,6 kg/h, số giờ thực tế khi khai thác máy lạnh tận dụng
phải tính đến hệ số sử dụng máy lạnh
25,0K
sd
=
.
Số giờ chạy máy lạnh trong năm:
sdkt
Khnt
⋅⋅=
,
Trong đó:
n-số ngày hoạt động, n=300 ngày/năm; h-số giờ hoạt động trong ngày, h=25 giờ;
150025,0*20*300t
kt
==
giờ;
Khối lượng đá sản xuất bằng máy lạnh: G
4

= t
kt
*m = 1500*596,6 = 894.900 kg.
Số tiền cần thiết để mua lượng đá trên là:
ddm
TGT ⋅=
,
d
T
= 240 Đồng/kg, đơn giá 1kg đá (tính theo thời điểm tháng 5 - 8 năm 2005)
m
T
=894.900*240= 214.776.000 Đồng.
So sánh với chi phí quy đổi hàng năm ta thấy việc sản xuất đá bằng máy lạnh tận dụng
cao hơn so với việc mua đá là:
%6,2
000776214
330.406.158000776214
≈
−
Qua việc so sánh giữa chi phí quy đổi hàng năm và chi phí khi mua đá lạnh phục vụ cho
việc khai thác trên tàu ta thấy nếu tận dụng được nguồn năng lượng mà động cơ thải ra và cụ
thể là sử dụng vào việc sản xuất đá lạnh thì với động cơ có công suất là 300 kW nếu đủ để bố
trí thiết bị tận dụng nhiệt là làm lạnh đá thì sản lượng đá sản xuất là gần 600 kg/h. Và qua so
sánh trên ta thấy nếu tỷ lệ bảo quản giữa số lượng đá/số lượng cá tổi thiểu là 1/1 thì cho phép
chúng ta sản xuất đá trong 1 lần đánh bắt là 2-4 tấn/lần kéo lưới. Hơn nữa theo thống kê thì số
đá đó đủ cho việc bảo quản sản phẩm đánh bắt.
Mặt khác, qua so sánh về chi phí thì phương án dùng máy lạnh tận dụng nhiệt thải có lợi
hơn về kinh tế khoảng 2,6 % và chủ động hơn trong việc khai thác; cho phép tàu hoạt động với
số ngày tùy ý khi điều kiện khai thác chưa đạt sản lượng đánh bắt. Ngoài ra theo phương án

đưa ra chi phí nhiên liệu cho tàu cũng giảm xuống vì tàu không phải mang một lượng hàng đi
theo trong suốt hành trình khai thác trên biển.
3. Kết luận
• Năng suất lạnh
e0
N1000Q
⋅=
được tính với giá trị nhỏ so với con số thống kê. Với
hệ thống lạnh làm việc dùng năng lượng khí thải của động cơ trên tàu cá làm tăng
tính kinh tế.
• Việc mang đá theo tàu không thể kéo dài. Do đó nếu ta chủ động sản xuất đá thì cho
phép chủ động trong khai thác hơn.
• Năng suất lạnh
0
Q
phụ thuộc vào số lượng nhiệt do khí xả mang đi và phụ thuộc vào
công suất có ích của động cơ được tính chi tiết cho các động cơ tàu cá đã kể tới tăng
áp bằng tuabin khí thải.
Năng suất lạnh
0
Q
phụ thuộc vào công suất có ích của động cơ. Do đó với các tàu công
suất dưới 200 kW không nên bố trí máy lạnh tận dụng.
Khi điều kiện cho phép nâng cao công suất động cơ chính nên bố trí thiết bị tận dụng là
hợp lí cả về kinh tế cũng như bố trí lắp đặt hệ thống, dễ dàng thao tác và vận hành.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Viết Lượng, Lý thuyết động cơ Diezel, NXB Giáo dục, 2000.
[2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Kỹ thuật lạnh ứng dụng, NXB Giáo dục, 1998.
[3] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Máy và thiết bị lạnh, NXB Giáo dục, 1998.
[4] Đặng Ngọc Hoàng Phi, Xác định các thông số nhiệt động tối ưu của hệ thống điều hòa

không khí 2 kênh trên tàu thuỷ, Luận văn Thạc sỹ Khoa học, TP HCM, 2000.
[5] Phan Văn Tường, Nghiên cứu sử dụng tổng hợp nước biển ở Việt Nam, 1967.