THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG CẤP NƢỚC LẠNH BẰNG MÁY LẠNH HẤP THỤ TẠI CÔNG TY TAE KWANG VINA

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
---oOo---







LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT THẢI
ĐỂ CUNG CẤP NƢỚC LẠNH BẰNG MÁY LẠNH
HẤP THỤ TẠI CÔNG TY TAE KWANG VINA


GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN
SVTH : TRƢƠNG QUỐC BẢO
MSSV : 20500166

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01/2010


ii

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Văn Tuyên đã tận tình hƣớng
dẫn, truyền đạt những kiến thức kinh nghiệm và có nhiều góp ý quan trọng giúp tôi
hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn các thầy cô ở bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Cơ Khí cũng
nhƣ các thầy cô tại trƣờng ĐH Bách Khoa TP. HCM đã tận tình giảng dạy trong suốt
thời gian học tập tại trƣờng.
Xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân và bạn bè đã quan tâm giúp đỡ trong những năm
học qua.
Sinh viên
Trƣơng Quốc Bảo

iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung luận văn trình bày các vấn đề về thu hồi nhiệt thải: những điều kiện, cơ
sở cần thiết để có thể đƣa ra một phƣơng án thu hồi nhiệt thải hiệu quả, hợp lý và tối
ƣu. Thông qua phân tích, đánh giá về hiện trạng nguồn nhiệt thải của một doanh
nghiệp cụ thể (công ty Tae Kwang Vina), từ đó đƣa ra phƣơng án tối ƣu là thu hồi
nhiệt thải của khói và hơi phân ly để cung cấp nƣớc lạnh bằng máy lạnh hấp thụ.
Luận văn trình bày cách tính toán thiết kế các thiết bị thu hồi nhiệt thải trong hệ
thống cũng nhƣ chọn lựa các thiết bị khác nhƣ máy lạnh hấp thụ, bơm… Bên cạnh đó,
luận văn cũng trình bày cách tính toán một chu trình máy lạnh hấp thụ Single Effect và
chƣơng trình tính toán bằng ngôn ngữ C#. Ngoài ra, luận văn đã nghiên cứu tính toán
hiệu quả của biện pháp thu hồi nhiệt hơi phân ly bằng ejector nhằm mục tiêu tiết kiệm
chi phí nhiên liệu.
Qua việc đánh giá tính kinh tế của hệ thống, luận văn đã đƣa ra một số nhận định
về điều kiện thực tế của Việt Nam khi ứng dụng các phƣơng án thu hồi nhiệt thải để
cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ.



iv

MỤC LỤC
ĐỀ MỤC TRANG
TRANG BÌA ............................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ iii

MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................... ix
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THU HỒI NHIỆT THẢI............................................ 2
1.1 Nhiệt thải................................................................................................................ 2
1.2 Cơ sở lý thuyết về thu hồi nhiệt thải ....................................................................... 3
1.2.1 Điều kiện cần để thu hồi nhiệt thải .............................................................. 3
1.2.2 Đặc điểm nguồn nhiệt thải .......................................................................... 3
1.2.3 Khó khăn và nhƣợc điểm của hệ thống thu hồi nhiệt thải ............................ 4
1.3 Ví dụ về hệ thống tận dụng nhiệt thải...................................................................... 5
CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TẠI DOANH NGHIỆP ......... 6
2.1 Giới thiệu doanh nghiệp ........................................................................................ 6
2.2 Quy trình công nghệ sản xuất ................................................................................ 6
2.3 Đánh giá việc sử dụng các nguồn năng lƣợng ......................................................... 8
2.3.1 Tổng quát ................................................................................................... 8
2.3.2 Về các nguồn nhiệt thải ............................................................................. 14
2.4 Đặt vấn đề ............................................................................................................ 14
CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG CẤP
NƢỚC LẠNH ................................................................................................................ 15
3.1 Tính công suất nhiệt thu hồi.................................................................................. 15
3.1.1 Tính công suất nhiệt thu hồi của hơi phân ly ................................................ 15
3.1.2 Tính công suất nhiệt thu hồi của khói thải .................................................... 16
3.2 Phân tích, lựa chọn phƣơng án .............................................................................. 22
3.2.1 Phƣơng án 1 ................................................................................................ 22
3.2.2 Phƣơng án 2 ................................................................................................ 23
3.2.3 Phƣơng án 3 ................................................................................................ 24
3.2.4 Kết luận, lựa chọn phƣơng án thiết kế ......................................................... 25
CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY LẠNH HẤP THỤ ............................. 26
4.1 Tổng quan về máy lạnh hấp thụ ............................................................................ 26

4.1.1 Sự khác biệt giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi ................ 26


v

4.1.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ H
2
O – LiBr loại Single Effect .... 27
4.1.3 Lựa chọn máy lạnh hấp thụ ......................................................................... 28
4.2 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ .................................................................... 28
4.2.1 Các công thức dùng để tính toán nhiệt động ................................................. 28
4.2.2 Các phƣơng trình cân bằng nhiệt và trình tự tính toán .................................. 36
CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT THẢI ............ 44
5.1 Tính toán sơ đồ nhiệt ............................................................................................ 44
5.1.1 Tính lƣợng hơi trích bổ sung ........................................................................ 44
5.1.2 Tính lƣợng nƣớc qua các thiết bị thu hồi nhiệt ............................................. 47
5.2 Thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly .......................................................................... 48
5.3 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải .............................................................................. 53
5.3.1 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải của lò hơi số 3.............................................. 53
5.3.2 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải của lò hơi số 4.............................................. 60
5.4 Thiết bị trao đổi nhiệt hơi bổ sung và bồn chứa nƣớc nóng: .................................. 65
5.5 Tính toán trở lực ................................................................................................... 72
5.5.1 Trở lực đƣờng nƣớc nóng của hệ thống ........................................................ 72
5.5.2 Trở lực đƣờng nƣớc nóng cung cấp cho MLHT ........................................... 76
5.5.3 Trở lực đƣờng nƣớc lạnh cung cấp cho công nghệ ....................................... 78
5.5.4 Trở lực đƣờng nƣớc giải nhiệt ...................................................................... 79
5.6 Chọn bơm............................................................................................................. 81
CHƢƠNG 6: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ ........................................................ 82
6.1 Chi phí đầu tƣ và vận hành .................................................................................... 82
6.1.1 Chi phí đầu tƣ .............................................................................................. 82

6.1.2 Chi phí vận hành .......................................................................................... 82
6.1.3 Chi phí tiết kiệm đƣợc của hệ thống: ............................................................ 83
6.2 Tính toán lại phƣơng án ......................................................................................... 84
6.2.1 Chọn máy lạnh hấp thụ ................................................................................ 84
6.2.2 Tính toán các thiết bị thu hồi nhiệt thải ........................................................ 85
6.2.3 Chọn các thiết bị khác .................................................................................. 87
6.2.4 Tính toán lại chi phí ..................................................................................... 88
6.3 Nhận xét ................................................................................................................ 89
PHỤ CHƢƠNG: HỆ THỐNG EJECTOR HƠI ĐỂ THU HỒI NHIỆT LƢỢNG HƠI
PHÂN LY ....................................................................................................................... 91
P.1 Tổng quan về ejector ............................................................................................. 91
P.2 Tính toán ejector ................................................................................................... 92
P.2.1 Cơ sở lý thuyết ............................................................................................ 92
P.2.2 Tính toán ejector.......................................................................................... 95


vi

P.3 Nhận xét................................................................................................................ 98
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 102
PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................... 103
PHỤ LỤC 2 ................................................................................................................... 107
PHỤ LỤC 3 ................................................................................................................... 114
PHỤ LỤC 4 ................................................................................................................... 116
PHỤ LỤC 5 ................................................................................................................... 117

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất giày tại công ty Tae Kwang Vina .................. 6
Hình 2.2: Đồ thị phân bố tỉ lệ tiêu thụ điện năng của các thiết bị trong doanh nghiệp .. 8
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nƣớc lạnh cho công nghệ ...................................... 9
Hình 2.4: Lò hơi đốt dầu FO với hệ thống béc đốt quay ............................................ 10
Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của béc đốt quay ...................................................... 11
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiệt tại doanh nghiệp ........................................ 11
Hình 2.7: Bố trí đƣờng ống khói tại nhà lò ................................................................ 12
Hình 2.8: Bình góp hơi ............................................................................................. 12
Hình 2.9: Hơi phân ly không đƣợc thu hồi tại bồn nƣớc cấp ..................................... 14
Hình 3.1: Đồ thị xác định nhiệt độ đọng sƣơng của khói ........................................... 17
Hình 3.2: Phƣơng án 1 .............................................................................................. 22
Hình 3.3: Phƣơng án 2 .............................................................................................. 23
Hình 3.4: Phƣơng án 3 .............................................................................................. 24
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của MLHT H
2
O – LiBr loại Single Effect ....................... 27
Hình 4.2: Sơ đồ khối của MLHT H
2
O – LiBr loại Single Effect ................................ 36
Hình 4.3: Bình phát sinh ........................................................................................... 38
Hình 4.4: Bình ngƣng ............................................................................................... 39
Hình 4.5: Bình bốc hơi .............................................................................................. 39
Hình 4.6: Bình hấp thụ .............................................................................................. 40
Hình 4.7: Bộ trao đổi nhiệt ........................................................................................ 40
Hình 4.8: Giao diện chính của chƣơng trình .............................................................. 42
Hình 4.9: Giao diện “Thông số các điểm đặc trƣng” của chu trình ............................ 42

Hình 4.10: Đồ thị liên hệ giữa áp suất - nhiệt độ và nồng độ của dung dịch
H
2
O - LiBr ................................................................................................................. 43
Hình 5.1: Sơ đồ nhiệt của phƣơng án ........................................................................ 44
Hình 5.2: Thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly ............................................................... 48
Hình 5.3: Ngƣng tụ trong thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly ....................................... 49
Hình 5.4: Mặt sàng của thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly .......................................... 49
Hình 5.5: Đồ thị trao đổi nhiệt ở thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly ............................. 51


viii

Hình 5.6: Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải................................................................... 53
Hình 5.7: Các kích thƣớc của ống cánh ..................................................................... 54
Hình 5.8: Đồ thị tra hiệu suất cánh ............................................................................ 56
Hình 5.9: Đồ thị trao đổi nhiệt của thiết bị thu hồi nhiệt khói thải ở lò hơi số 3 ......... 58
Hình 5.10: Đồ thị trao đổi nhiệt của thiết bị thu hồi nhiệt khói thải ở lò hơi số 4 ....... 63
Hình 5.11: Thiết bị trao đổi nhiệt của bồn nƣớc nóng................................................ 65
Hình 5.12: Bồn nƣớc nóng và nhiệt độ nƣớc khi hoạt động ....................................... 66
Hình 5.13: Quá trình hòa trộn trong bồn nƣớc nóng .................................................. 68
Hình 5.14: Đồ thị trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung ............................... 70
Hình 5.15: Sơ đồ đƣờng nƣớc nóng đi qua các thiết bị .............................................. 72
Hình 5.16: Trở lực cục bộ khi dòng chảy từ tiết diện nhỏ sang tiết diện lớn và ngƣợc
lại .............................................................................................................................. 75
Hình P.1: Ejector ...................................................................................................... 91
Hình P.2: Quá trình giãn nở trong ejector ................................................................. 92
Hình P.3: Sự thay đổi áp suất và vận tốc trong ejector .............................................. 93
Hình P.4: Đồ thị i - s ................................................................................................. 97
Hình P.5: Sơ đồ hệ thống nhiệt tại Công ty Nikkico .................................................. 99

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các lò hơi đốt dầu FO .................................................. 13
Bảng 3.1: Thành phần dầu FO (%) ............................................................................ 16
Bảng 4.1 .................................................................................................................... 28
Bảng 5.1: Kết quả tính lƣợng hơi trích bổ sung ......................................................... 46
Bảng 5.2: Thông số chọn bơm ................................................................................... 81
Bảng 5.3: Thông số bơm của hệ thống ...................................................................... 81
Bảng 6.1: Thông số chọn bơm ................................................................................... 88
Bảng 6.2: Thông số bơm của hệ thống ...................................................................... 88

1

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì nhu cầu về sử dụng năng
lƣợng cũng ngày càng tăng. Hiện nay, con ngƣời vẫn phải dựa vào nguồn nhiên liệu
hóa thạch (than, dầu, khí đốt…) để cung cấp năng lƣợng cho các hoạt động sản xuất,
sinh hoạt… Do mức độ khai thác ngày càng gia tăng nên trong tƣơng lai sản lƣợng của
các nguồn nhiên liệu trên sẽ giảm dần và cạn kiệt. Để đối phó với tình trạng này, con
ngƣời không còn cách nào khác là phải có biện pháp sử dụng tiết kiệm các nguồn năng
lƣợng hiện có và tìm ra các nguồn năng lƣợng mới để thay thế.
Bên cạnh vấn đề về sản lƣợng, các nguồn nhiên liệu hóa thạch còn gây ra những
tác động nguy hại đến môi trƣờng – vấn đề hiện nay đang trở thành mối quan tâm
chung của toàn cầu. Hiện tƣợng nóng dần lên toàn cầu đã gây ra những tác động đến
sinh thái, khí hậu và gây những hậu quả rất lớn mà nguyên nhân của nó phần lớn là do
các khí nhà kính, một trong số đó phải kể đến khí CO

2
– sản phẩm của quá trình đốt
cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch.
Một vấn đề cũng đáng quan tâm đó là sự biến động của giá nhiên liệu trên thị
trƣờng hiện nay. Điều này ảnh hƣởng không nhỏ đến sản xuất và giá thành sản phẩm.
Tại Việt Nam, việc ứng dụng những nguồn năng lƣợng mới vẫn còn gặp khó
khăn. Do đó, nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lƣợng là mối quan tâm hàng
đầu hiện nay. Nó không chỉ vì lợi ích của các doanh nghiệp, cá nhân mà còn vì lợi ích
của cả quốc gia hay rộng hơn là cho toàn cầu.












2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THU HỒI NHIỆT THẢI
1.1 Nhiệt thải
Nhiệt thải là nguồn năng lƣợng ở dạng nhiệt năng đƣợc thải bỏ ra ngoài môi
trƣờng sau một quá trình sử dụng năng lƣợng nào đó. Hiện nay có rất nhiều lĩnh vực
cần đến các nguồn nhiệt năng để cung cấp năng lƣợng cho hoạt động sản xuất, do vậy
có khả năng tồn tại một hoặc nhiều nguồn nhiệt thải đã bị lãng phí. Trong phạm vi của
luận văn này, ta chỉ xét đến các nguồn nhiệt thải trong công nghiệp.

Các nguồn nhiệt thải có thể chia thành 3 dạng:
- Chất khí: khói thoát ra từ turbine khí hoặc động cơ đốt trong; khói thải từ lò
hơi, lò nung gốm sứ, lò luyện kim, nấu thủy tinh…
- Chất lỏng: nƣớc làm mát động cơ, làm mát thiết bị; nƣớc trong quá trình tạo
hạt xỉ từ các lò công nghiệp…
- Chất rắn: sản phẩm nóng cần đƣợc làm mát nhƣ clinke xi măng, vật sấy…
Ý nghĩa: việc tận dụng các nguồn nhiệt thải một cách hiệu quả và hợp lý sẽ mang
lại các lợi ích sau:
 Tiết kiệm nhiên liệu: trong một quy trình sản xuất có thể có nhiều công
đoạn cần đến nguồn nhiệt năng, do đó có thể tận dụng nhiệt thải của công
đoạn này để cung cấp cho công đoạn khác nhằm giảm lƣợng tiêu hao nhiên
liệu cung cấp cho toàn hệ thống. Điều này sẽ giúp doanh nghiệp có thể hạ
giá thành sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trƣờng.
 Tăng tính kinh tế của hệ thống, khai thác tối đa năng suất làm việc của hệ
thống so với trƣớc đây.
 Góp phần bảo vệ môi trƣờng: việc giảm đi lƣợng tiêu hao nhiên liệu cũng
đồng nghĩa với việc giảm lƣợng phát thải khí CO
2
, điều này không chỉ giúp
bảo vệ cho môi trƣờng mà còn giúp cho doanh nghiệp tạo giá trị về mặt xã
hội cho sản phẩm.


3

1.2 Cơ sở lý thuyết về thu hồi nhiệt thải
1.2.1 Điều kiện cần để thu hồi nhiệt thải
Các nguồn nhiệt thải tuy rất đa dạng tuy nhiên không phải bất kỳ nguồn nhiệt
thải nào cũng có khả năng thu hồi đƣợc. Khi xem xét khả năng tận dụng của một
nguồn nhiệt thải nào đó cần quan tâm đến những yếu tố sau đây:

- Nguồn nhiệt đó có đủ lƣợng cần thiết
- Chất công tác có mức nhiệt độ đủ cao
- Tính ổn định của nguồn nhiệt thải
- Nhu cầu và khả năng bố trí thiết bị
Một yếu tố quan trọng đó là sự tƣơng thích giữa cung và cầu trong các nhà máy,
xí nghiệp… Mặc dù ở một số nơi có nguồn nhiệt thải rất lớn nhƣng hầu nhƣ lại không
có quy trình công nghệ (QTCN) nào có nhu cầu tận dụng nguồn nhiệt đó hoặc do sự
không đồng bộ giữa nguồn nhiệt thải và nhu cầu (khi có nhu cầu về nhiệt thì lại không
có nguồn nhiệt thải và ngƣợc lại). Ngoài ra, các phƣơng án THNT cần phải đƣợc xem
xét để tránh ảnh hƣởng đến hoạt động của hệ thống chính, hoạt động sản xuất của
doanh nghiệp vì rõ ràng nếu không tận dụng nguồn nhiệt thải thì hoạt động sản xuất
của doanh nghiệp vẫn diễn ra bình thƣờng. Việc bố trí thêm các thiết bị THNT là
không thể tránh khỏi do đó cần phải quan tâm đến hiệu quả của việc đầu tƣ và khả
năng tiết kiệm, thu hồi vốn của hệ thống THNT.
1.2.2 Đặc điểm nguồn nhiệt thải
Khi xem xét các nguồn nhiệt thải cần lƣu ý đến các đặc điểm tính chất sau, để từ
đó có thể đƣa ra những phƣơng án hợp lý.
a) Đặc điểm nguồn nhiệt
Tần xuất xuất hiện của nguồn nhiệt thải là liên tục, gián đoạn hay theo một chu
kỳ nào đó.
Tính ổn định của các thông số nhƣ lƣu lƣợng môi chất, nhiệt độ môi chất: có thay
đổi đáng kể trong suốt quá trình sản xuất hay không, nếu thay đổi thì nên xem xét đến
qui luật biến đổi và khoảng biến đổi.
Nếu tần xuất và tính ổn định của nguồn nhiệt thấp thì không nên tận dụng nguồn
nhiệt thải này.


4

b) Tính chất môi chất

Mức nhiệt độ của môi chất: quyết định vật liệu của các thiết bị THNT. Nhiệt độ
càng cao (thƣờng là khí thải hoặc khói thải) thì đòi hỏi vật liệu càng phải mắc tiền, do
vậy có thể dẫn đến tính không kinh tế của hệ thống THNT. Một phƣơng pháp để khắc
phục là hạ nhiệt độ của môi chất xuống bằng cách hòa trộn thêm không khí lạnh từ
môi trƣờng vào.
Nhiệt độ đọng sương: trong sản phẩm cháy luôn tồn tại một lƣợng SO
2
, nếu nhiệt
độ khói hạ thấp, có thể gây nên hiện tƣợng đọng sƣơng tạo thành axit sunfuric H
2
SO
4

gây ăn mòn thiết bị và đƣờng ống. Khi tận dụng nhiệt thải đồng thời ta đã giảm nhiệt
độ của các môi chất, do đó cần quan tâm đến nhiệt độ đọng sƣơng của khói thải. Nhiệt
độ này phụ thuộc vào hàm lƣợng lƣu huỳnh có trong nhiên liệu.
Độ sạch: môi chất thải có lẫn tạp chất, bụi, tro… cũng dẫn đến ăn mòn hoặc bám
bẩn vào các bộ trao đổi nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị. Vì vậy cần
có thêm phƣơng án bố trí các thiết bị làm sạch.
Ngoài SO
2
thì trong môi chất còn một số chất có khả năng gây ăn mòn các thiết
bị trong hệ thống hoặc có khả năng trở thành dung môi gây ăn mòn, do đó cần phải
phân tích kỹ các yếu tố này.
1.2.3 Khó khăn và nhƣợc điểm của hệ thống thu hồi nhiệt thải
Các nguồn nhiệt thải thƣờng không liên tục, thêm vào đó là tính không đồng bộ
của hệ thống chính và hệ thống sử dụng nhiệt thải. Những yếu tố này dẫn đến nguồn
nhiệt thải có thể thiếu hoặc thừa so với nhu cầu, do đó phải cần thêm một nguồn nhiệt
bổ sung hoặc cần có nguồn tích trữ nhiệt thải.
Một số nguồn nhiệt thải có nhiệt độ thấp nên thiết bị thu hồi cần có kích thƣớc

lớn, tốn kém vật tƣ và mắc tiền, choán mặt bằng lắp đặt. Các thiết bị thu hồi lại không
có sẵn trên thị trƣờng nên phải chế tạo đơn chiếc do đó giá thành cũng sẽ cao.
Hệ thống THNT luôn có sự tác động ngƣợc tới hệ thống chính nhƣ:
Làm tăng trở lực của hệ thống do phải bố trị các thiết bị thu hồi nhiệt. Vì
vậy phải tính toán cụ thể để đánh giá, nếu nhƣ trở lực lớn cần phải lắp đặt
thêm bơm, quạt phụ trợ.
Bám bẩn ở các thiết bị thu hồi do đó cần có giải pháp vệ sinh, bảo dƣỡng.


5

Hệ thống THNT ứng dụng cho từng xí nghiệp, nhà máy… với các đặc điểm riêng
biệt và sơ đồ cụ thể khác nhau, do đó khó có thể triển khai nhân rộng.
Luôn bị xem là đối tƣợng thứ yếu nên vẫn chƣa đƣợc sự quan tâm của các doanh
nghiệp, tổ chức.
1.3 Ví dụ về hệ thống tận dụng nhiệt thải
Tận dụng nhiệt khí thải lò nung clinker phát điện ở Nhà máy xi măng Hà Tiên 2.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống: khí thải từ lò quay có nhiệt độ từ 350 – 380
0
C
đƣợc dẫn vào nồi hơi thực hiện trao đổi nhiệt tạo ra hơi quá nhiệt. Dùng hơi quá nhiệt
quay turbine dẫn động máy phát điện. Phần khí sau khi đã qua trao đổi nhiệt còn
khoảng 230
0
C đƣợc đƣa về sấy liệu cho máy nghiền bột sống. Khi lò nung hoạt động
bình thƣờng với công suất 3.000 tấn clinker/năm, nhà máy phát đƣợc 3 MW điện.
Ngoài hiệu quả chính là thu hồi lƣợng nhiệt thải từ lò nung để phát điện làm giảm
chi phí tiêu thụ điện năng, hệ thống thu hồi nhiệt thải còn có những tác dụng phụ tích
cực nhƣ:
Hệ thống đã hấp thụ nhiệt và chuyển thành điện năng, làm giảm nhiệt độ

ở đầu vào của các thiết bị thuộc công đoạn phía sau giúp các thiết bị hoạt động
ổn định hơn, giảm hƣ hỏng, tăng tuổi thọ máy nghiền bột sống, quạt gió KK15-
KM02, lọc bụi tĩnh điện.
Do nhiệt độ hạ xuống thấp làm hiệu suất của lọc bụi điện tăng, góp phần
giảm ô nhiễm môi trƣờng một cách gián tiếp. Lƣợng bụi thu hồi đƣợc tại nồi hơi
khoảng 10-15 tấn/giờ đƣa trực tiếp vào silo tồn trữ cũng góp phần vào việc tăng
công suất máy nghiền. Nguồn điện tiếp nhận tại thanh cái có chất lƣợng cao vì
máy phát đƣợc điều chỉnh với hệ số công suất xấp xỉ 0,95.
Máy phát tận dụng khí thải của Nhà máy xi măng Hà Tiên 2, hoàn toàn
không sử dụng dầu làm nguồn năng lƣợng sinh công, do đó không thải khí đốt ra
môi trƣờng, đây là hệ thống sạch và xanh.




6

CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TẠI DOANH NGHIỆP
2.1 Giới thiệu doanh nghiệp
Tên công ty CÔNG TY TNHH TAE KWANG VINA
Địa chỉ KCN Biên Hòa II, thành phố Biên Hòa,
tỉnh Đồng Nai
Sản phẩm chính Giày thể thao
Sản lƣợng sản phẩm năm 2007 8.471.323 (đôi giày)
Điện năng tiêu thụ trung bình 141.661 kWh
trong ngày
Tổng chi phí năng lƣợng Năm 2006: 4.713.278 ($)
Năm 2007: 4.257.714 ($)
Tổng doanh thu Năm 2006: 163.769.775 ($)
Năm 2007: 141.549.818 ($)

Số lƣợng công nhân 12.717 (ngƣời)
Thời gian làm việc trong ngày 24/24
Số ngày hoạt động 290 (ngày/năm)
2.2 Quy trình công nghệ sản xuất

Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất giày tại công ty Tae Kwang Vina
Nguyên liệu
Trộn, cán, lát tấm
Cắt, ép đế
Nguyên liệu
Cắt, may, ghép
Lắp ghép
Thành phẩm
Điện
Nhiệt
Điện
Nhiệt
Điện
Nhiệt
Điện


7

Trong số các công đoạn thì có thể xem công đoạn ép đế giày tiêu hao nhiều năng
lƣợng nhất. Do ở công đoạn này, cần phải sử dụng hơi để gia nhiệt cho khuôn ép và
sau đó dùng nƣớc lạnh đƣợc cung cấp từ các chiller để làm nguội khuôn. Quá trình
nâng, giữ và hạ khuôn đƣợc thực hiện nhờ vào hệ thống bơm thủy lực.
Trong công đoạn ép phylon có 2 quy trình ép: ép nóng và ép lạnh trên 1 máy, ép
nóng và ép lạnh trên 2 máy.

Ép nóng và ép lạnh trên cùng 1 máy:
+ Giai đoạn ép nóng: 12 phút(155
0
C).
+ Giai đoạn ép lạnh: đầu tiên giải nhiệt bằng nƣớc thƣờng trong 3 phút, kế đến
giải nhiệt bằng nƣớc lạnh trong 12 phút.
Ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau:
+ Ép nóng: 10 phút(155
0
C). Sau đó mang khuôn sang máy làm lạnh.
+ Ép lạnh: 10 phút (giải nhiệt bằng nƣớc lạnh).
Ở xƣởng phylon có 72 máy ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên cùng 1 máy
và 72 máy ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau.
Đối với hệ thống khuôn ép tại xƣởng phylon pressing, công đoạn sấy nóng và
làm lạnh trên cùng 1 đế khuôn gây ra một số bất lợi sau :
+ Tiêu tốn năng lƣợng để hạ đế khuôn từ 155
0
C xuống dƣới 30
0
C và ngƣợc lại.
+ Các van đóng mở tự động lâu ngày sẽ bị rò rỉ dẫn đến hơi nóng xâm nhập vào
đƣờng nƣớc lạnh và ngƣợc lại làm tăng lƣợng dầu tiêu thụ cho lò hơi và tăng lƣợng
điện năng vận hành cho chiller.
+ Thời gian làm nguội và sấy nóng kéo dài hơn và cần công đoạn làm nguội
trung gian bằng nƣớc thƣờng.
Do đó hiện nay, doanh nghiệp đang cải thiện hệ thống ép để đƣa toàn bộ quy
trình ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau.


8

2.3 Đánh giá việc sử dụng các nguồn năng lƣợng
2.3.1 Tổng quát
2.3.1.1 Điện năng
Điện năng tiêu thụ chủ yếu đƣợc sử dụng cho các thiết bị nhƣ:
- Thiết bị, máy móc của dây chuyền sản xuất trong đó phần lớn là điện năng
cung cấp cho hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén, quạt thông gió và các
máy may.
- Water chiller để cung cấp nƣớc lạnh
- Chiếu sáng

Hình 2.2: Đồ thị phân bố tỉ lệ tiêu thụ điện năng
của các thiết bị trong doanh nghiệp
Do doanh nghiệp không có bảng thống kê công suất của các thiết bị khác nhƣ
bơm thủy lực, máy nén, quạt thông gió, máy may… nên không thể lập đƣợc biểu đồ
tiêu thụ điện năng chi tiết của các thiết bị này mà chỉ có thể đánh giá tổng quát. Nhƣng
nhìn chung công suất tiêu thụ của hệ thống chiller chiếm một tỷ trọng lớn trong các
thiết bị tiêu thụ điện năng của doanh nghiệp.
Hệ thống chiller cung cấp nước lạnh: bao gồm 8 chiller cung cấp 2 khu vực
chính đó là khu phylon và khu cup insole. Sơ đồ hệ thống cung cấp nƣớc lạnh đƣợc
trình bảy ở hình 2.3
23%
3%
74%
Chiller
Chiếu sáng
Khác


9

cooled water tank
<30oC
<30oC
<30oC
<30oC
<30oC
<30oC<30oC
<30oC
<30oC
condensor
evaporator
compressor
cooling
tower
base plate base plate base plate

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nước lạnh cho công nghệ
Năng suất lạnh của một chiller là 579 kW. Nhiệt độ nƣớc lạnh cung cấp cho
QTCN là 20
0
C. Nhiệt độ khuôn sau khi giải nhiệt có yêu cầu là dƣới 30
0
C. Hệ số COP
của các chiller:
+ Chiller 2(Hitachi) : COP = 2.7.
+ Chiller 3(Hitachi) : COP = 4.7.
+ Chiller 4(Century) : COP = 3.4.
+ Chiller 5(Century) : COP = 4.1.
+ Chiller 6(Century) : tại thời điểm khảo sát không hoạt động.

+ Chiller 8(Century): COP = 1.7.
+ Chiller 1(Century) : COP = 4.6.
+ Chiller 7(Century) : COP = 5.2.
Hầu hết các chiller đều có hệ số COP cao, trừ hai chiller số 2 và chiller số 8. Hệ
số COP thấp dẫn đến các chiller tiêu thụ điện năng cao hơn làm tăng lƣợng điện năng
tiêu thụ. Nguyên nhân có thể do bình ngƣng bị bám bẩn làm cho hệ thống nƣớc giải
nhiệt hoạt động kém.


10

2.3.1.2 Nhiệt năng
Hệ thống lò hơi cung cấp nhiệt năng bao gồm 6 lò hơi. Trong đó, nhiệt năng
cho quy trình sản xuất chủ yếu do 4 lò hơi đốt dầu FO cung cấp (thông số cụ thể trình
bày ở bảng 2.1). Các lò hơi này sử dụng hệ thống béc đốt quay để tán sƣơng dầu FO.
Dầu FO thƣờng có độ nhớt khá lớn do vậy trƣớc khi đƣa vào hệ thống đốt của lò hơi
cần phải hâm nóng dầu để giảm độ nhớt của nó tuy nhiên hiệu suất đốt lúc này vẫn
chƣa cao. Do vậy, dùng béc đốt quay để tán sƣơng dầu là một trong những phƣơng
pháp nhằm nâng cao hiệu suất của lò hơi.

Hình 2.4: Lò hơi đốt dầu FO với hệ thống béc đốt quay
Nguyên lý của tán sƣơng dầu bằng béc quay đƣợc thể hiện trên hình 2.5. Nhờ
vào lực ly tâm của cốc quay làm bắn nhỏ các hạt dầu sau đó kết hợp với dòng không
khí có tốc độ cao khi đi qua các ống tăng tốc (ống phun) sẽ tán mịn các hạt dầu với
kích thƣớc đồng nhất tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình cháy. Dầu đƣợc đƣa đến cốc
quay qua đƣờng ống cấp là một trục rỗng, cốc quay có tiết diện lớn dần để các hạt dầu
đƣợc bắn vào buồng đốt. Quạt ly tâm cung cấp gió và cốc quay đƣợc dẫn động bằng
động cơ qua bộ truyền đai.

11



Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của béc đốt quay

Sơ đồ hệ thống nhiệt:

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiệt tại doanh nghiệp

Động
cơ
Đƣờng ống
cấp dầu
Cốc quay
Đƣờng gió
cấp
Quạt ly
tâm
Ống phun
Đƣờng gió
chính
Bộ truyền
đai


12

Hệ thống nhiệt cấp cho QTCN nhƣ đã nói gồm bốn lò hơi đốt dầu FO dùng

chung một bồn nƣớc cấp. Hơi mới sinh ra đƣợc đƣa vào bình góp hơi và phân phối cho
các cụm máy. Đƣờng ống khói sau mỗi lò sẽ đƣợc góp chung và thải ra ngoài.
Trong số bốn lò hơi đốt dầu FO thì lò số 2 dùng để chạy dự phòng. Còn lại lò số
3 và số 4 dùng để đáp ứng phụ tải nền, lò số 1 dùng để đáp ứng phụ tải đỉnh.
Theo bảng 2.1, các lò hơi FO số 1, 4 và lò hơi DO số 2 có chế độ đốt chƣa tối ƣu.
Lƣợng không khí thừa của các lò dao động từ 41,6% đến 137%. Lƣợng không khí
thừa quá nhiều làm cho lƣợng nhiên liệu tiêu hao nhiều hơn và hiệu suất của lò hơi bị
giảm.

Hình 2.7: Bố trí đường ống khói tại nhà lò

Hình 2.8: Bình góp hơi


13

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các lò hơi đốt dầu FO
Lò hơi Lò hơi 1, FO Lò hơi 2, FO Lò hơi 3, FO Lò hơi 4, FO
Loại lò hơi Ống lò, ống lửa Ống lò, ống lửa Ống lò, ống lửa Ống lò, ống lửa
Số lƣợng 01 01 01 01
Công suất thiết
kế (kg/hr)
7.000 5.000 8.000 5.000
Loại nhiên liệu FO FO FO FO
Thời gian vận
hành (h/năm)
6.960 Dự phòng 6.960 6.960
Năm sản xuất 1999 2002 2000
Áp suất hơi đầu
ra (bar)

7 – 7,7 7 – 7,7 7 – 7,7
Nhiệt độ hơi đầu
ra (
o
C)
170 - 174 170 - 174 170 - 174
Nhiệt độ nƣớc
cấp (
o
C)
72 72 72
Nhiệt độ khói
thải (
o
C)
230 253 224
Nhiệt độ thân lò
(
o
C)
42 41 42
Nhiệt độ đuôi lò
(
o
C)
69 72 64
Số lần xả đáy
(lần/ngày)
3 3 3
Lƣu lƣợng xả

đáy (lít)
80 - 120 80 - 120 80 - 120
Phân tích khói
thải
O
2
(%) : 12,13
CO
2
(%) : 6,67
SO
2
(ppm) : 713
Ex-air(%) : 137

O
2
(%) : 1,45
CO
2
(%) : 14,7
SO
2
(ppm) : 1700
Ex-air(%) : 7,4
O
2
(%) : 8,8
CO
2

(%) : 9,81
SO
2
(ppm) : 1034
Ex-air(%) : 72,1





14

2.3.2 Về các nguồn nhiệt thải
Khói thải: nhiệt độ khói thải của các lò hơi còn cao, dao động từ 224
0
C đến
253
0
C đối với lò hơi đốt FO và 183
0
C đối với lò hơi đốt DO. Nhiệt khói thải
cao thải ra ngoài vừa giảm hiệu suất của lò hơi vừa ảnh hƣởng đến môi trƣờng.
Do lò hơi đốt dầu FO số 3 và số 4 dùng để chạy tải nền nên nguồn nhiệt khói
thải của hai lò hơi này khá ổn định.
Hơi phân ly: lƣợng hơi phân ly tại bồn nƣớc cấp không đƣợc thu hồi dẫn đến
tổn thất năng lƣợng và một phần lƣợng nƣớc ngƣng.

Hình 2.9: Hơi phân ly không được thu hồi tại bồn nước cấp
2.4 Đặt vấn đề
Song song với nhu cầu sử dụng nhiệt thì trong quy trình sản xuất vẫn có nhu cầu

sử dụng nƣớc lạnh. Nhƣ vậy, nguồn nhiệt thải và nhu cầu nƣớc lạnh hoàn toàn tƣơng
thích với nhau dẫn đến khả năng có thể tận dụng nguồn nhiệt thải để sản xuất nƣớc
lạnh. Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, máy lạnh hấp thụ (MLHT)
ngày càng có hiệu suất cao, hoạt động ổn định và tin cậy hơn. Do đó, giải pháp đƣa ra
là tận dụng nhiệt thải từ khói và hơi phân ly để chạy MLHT cung cấp nƣớc lạnh cho
sản xuất nhằm giảm chi phí cho điện năng.




15

CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THU HỒI NHIỆT THẢI ĐỂ CUNG
CẤP NƢỚC LẠNH
3.1 Tính công suất nhiệt thu hồi
Nhƣ đã phân tích, trong số ba lò hơi đốt dầu FO đang hoạt động thì chỉ có hai lò
hơi số 3 và số 4 là chạy tải nền (24/24) còn lò hơi số 1 thì chỉ phục vụ cho nhu cầu tải
đỉnh. Lò hơi đốt dầu DO chỉ phục vụ cho nhu cầu nƣớc nóng và dự phòng. Nhƣ vậy,
đối với nguồn nhiệt là khói thải thì ta chỉ quan tâm đến lò hơi FO số 3 và số 4 còn
nguồn nhiệt do hơi phân ly thì do tất cả nƣớc ngƣng đều góp chung vào bồn chứa nƣớc
cấp nên ta cần phải xét thêm lƣợng hơi do lò số 1 cung cấp.
3.1.1 Tính công suất nhiệt thu hồi của hơi phân ly
Để đạt hiệu suất cao nhất thì lò hơi số 3 và số 4 đƣợc vận hành ở mức sản lƣợng
hơi kinh tế, còn lò hơi số 1 chỉ đáp ứng nhu cầu tải đỉnh nên xem nhƣ vận hành ở chế
độ 30% tải.
D
kt
= (0,8 ÷ 0,9)D
đm

Nhƣ vậy, sản lƣợng hơi do các lò hơi sinh ra là:
D
LH1
= 0,3.7000 = 2100 kg/h
D
LH3
= 0,85.8000 = 6800 kg/h
D
LH4
= 0,85.5000 = 4250 kg/h
Sản lƣợng hơi tổng:
D = D
LH1
+ D
LH3
+ D
LH4
= 2100 + 6800 + 4250 = 13150 kg/h
Lƣợng hơi này sau khi cấp nhiệt cho QTCN sẽ ngƣng tụ thành nƣớc ngƣng ở áp
suất tƣơng ứng. Giả sử bỏ qua các tổn thất do rò rỉ hơi, tổn thất nƣớc ngƣng thì lƣợng
hơi tổng cũng chính là lƣợng nƣớc ngƣng.
Nhiệt độ hơi yêu cầu cho QTCN là 155
0
C nên nƣớc ngƣng cũng có nhiệt độ
155
0
C, chọn tổn thất từ các máy ép đến bồn nƣớc cấp khoảng 5%. Nhƣ vậy nhiệt độ
nƣớc ngƣng là
155.(1-0,05) ≈ 147
0

C.
Khi nƣớc ngƣng ở 147
0
C (tƣơng ứng với áp suất khoảng 4,4 bar) trở về bồn nƣớc
cấp sẽ xảy ra hiện tƣợng phân ly hơi do áp suất trong bồn nƣớc cấp là 1 bar.



16

Tra bảng nƣớc và hơi nƣớc bão hòa, ta có:
Ở 4,4 bar: i’
4,4
= 619,8 kJ/kg
Ở 1 bar: i’
1
= 417,4 kJ/kg
i”
1
= 2675 kJ/kg
Ta có phƣơng trình cân bằng năng lƣợng và cân bằng chất là:
4,4 h 1 n 1
hn
D.i' D .i'' D .i'
D D D

Với D = 13150: lƣợng nƣớc ngƣng (kg/h)
D
h
: lƣợng hơi phân ly (kg/h)

D
n
: lƣợng nƣớc ngƣng còn lại vào bồn nƣớc cấp (kg/h)
Thay các giá trị i’
4,4
, i’
1
và i”
1
, giải hệ phƣơng trình trên ta đƣợc:
h
n
D 1179kg / h
D 11971kg / h

Nếu ta tận dụng nhiệt năng của lƣợng hơi phân ly này thì công suất nhiệt thu hồi
đƣợc là:
h h 1 1
1179
Q D .(i" i' ) (2675 417,4) 739,36kW
3600

3.1.2 Tính công suất nhiệt thu hồi của khói thải
Thành phần dầu FO:
Bảng 3.1: Thành phần dầu FO (%)
C
l
H
l
O

l
N
l
S
l
A
l
W
l

83 10,4 0,7 0 2,8 0,1 3
Thông số khói:
Nhiệt độ khói vào thiết bị:
Ở lò hơi số 3: 253
0
C
Ở lò hơi số 4: 240
0
C
Nhiệt độ không khí ở lò hơi số 4 cao hơn trong bảng 2.1 là do đã hiệu chỉnh hệ số
không khí thừa từ 1,72 xuống 1,15 để đảm bảo chế độ đốt tối ƣu.