Thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải cho nhà máy ván ép MFP

Tiểu luận : Môn THU HỒI NHIỆT THẢI

GV: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP - HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ - BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

TIỂU LUẬN:

NHÀ MÁY SẢN XUẤT VÁN MDF

Lớp

: Cao học nhiệt

GVHD

: TS Nguyễn Văn Tuyên

HV

: Nguyễn Thanh Hải -2014

HV: NGUYỄN THANH HẢI- KHÓA 2014

1


Tiểu luận : Môn THU HỒI NHIỆT THẢI

GV: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ
I. Giới thiệu về nhà máy
1. Giới thiệu sản phẩm MDF
2. Quy trình công nghệ sản xuất MDF
II. Các phương án thu hồi nhiệt thải
1. Nêu các phương án tận dụng nhiệt thải
2. Quyết định lựa chọn phương án
III. Tính toán hệ thống thu hồi nhiệt thải
1. Xác định nguồn nhiệt thải
2. Xác định nhu cầu sử dụng nhiệt
3. So sánh giữa khả năng và nhu cầu
4. Thiết kế thiết bị thu hồi nhiệt khói thải lò hơi
IV. Kết luận
TÀI LIỆU THAM KHẢO

HV: NGUYỄN THANH HẢI- KHÓA 2014

2


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

ĐẶT VẤN ĐỀ
Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường là vấn đề cấp bách
trong thời đại hiện nay, nhất là trong tình hình các nguồn tài nguyên
ngày càng cạn kiệt và tình trạng ô nhiễm môi trường đang ngày càng

tác động to lớn đến đời sống của con người. Trong khi đó, tình hình sử
dụng năng lượng trong các ngành công nghiệp của Việt Nam hết sức
lãng phí. Tại hội thảo: ”Tiết kiệm năng lượng-những vấn đề cấp bách”
do điện lực Việt Nam và Viện năng lượng tổ chức vào năm 2014 đã
đưa ra một nhận xét về tình hình sử dụng năng lượng của Việt Nam
trong những năm gần đây như sau:

Qua đánh giá sơ bộ như trên, chúng ta có thể nhận thấy so các
nước trong khu vực và trên thế giới thì hiệu suất sử dụng năng lượng
của chúng ta rất thấp, suất tiêu hao năng lượng cao gấp 2 tới 3 lần so
với các nước khác.
Có rất nhiều biện pháp để khắc phục tình trạng trên, Một trong
những biện pháp mang lại hiệu quả cao không chỉ về mặt kinh tế mà
còn góp phần bảo vệ môi trường, đó chính là thu hồi nhiệt thải.
Ván gỗ ép là một sản phẩm được sử dụng nhiều trong tình trạng
nguồn tài nguyên gỗ ngày càng cạn kiệt. Ở Việt Nam nhiều nhà máy
ván ép đã ra đời, thế nhưng qua khảo sát, những nhà máy này mặc dù
đã áp dụng những biện pháp thu hồi nhiệt thải - tiết kiệm năng lượng
nhưng vẫn chưa triệt để. Tiểu luận này tôi xin trình bày một vấn đề về
thu hồi nhiệt thải từ một nhà máy sản xuất ván gỗ MDF mà tôi đã
khảo sát.
HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

3


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

I. Giới thiệu về nhà máy sản xuất ván gỗ MDF
1. Khái niệm ván gỗ MDF
Thuật ngữ MDF là viết tắt của chữ Medium density fiberboard,
có nghĩa là ván sợi mật độ trung bình. Nhưng trong thực tế, MDF là
tên gọi chung cho cả ba loại sản phẩm ván ép bột sợi có tỷ trọng trung
bình (medium density) và độ nén chặt cao (hardboard). Để phân biệt
ba loại này, người ta dựa vào thông số cơ vật lý, các thông số về độ
dày và cách xử lý bề mặt của tấm ván.
2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ
Công nghệ sản xuất ván MDF được sử dụng tại nhà máy là công
nghệ đang được áp dụng phổ biến trên thế giới và là phương pháp
khô. Dây chuyền sản xuất được tự động hóa và điều khiển bằng hệ
thống máy tính trung tâm.

a. Xử lý và chuẩn bị mảnh
Nguyên liệu thô gỗ tròn được bóc vỏ. Tại đây gỗ tròn sẽ được
chặt thành từng mảnh, gỗ mảnh được vận chuyển bằng băng tải đến
đống mảnh, từ đó mảnh được vận chuyển bằng cơ cấu nạp liệu kiểu
gầu tới một thùng chứa thuần hóa. Từ thùng chứa, mảnh được đưa
sang hệ thống phân loại mảnh. Mảnh được phân thành 3 loại: Mảnh
quá kích cỡ và quá nhỏ sẽ được sử dụng làm nhiên liệu đốt ở phân
xưởng động lực, mảnh đạt kích thước được vận chuyển đi để rửa.

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

4


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

Hệ thống rửa mảnh bao gồm một số thiết bị trong đó có thiết bị
trộn rửa, bơm. Nhiệm vụ của công việc rửa là làm sạch dăm bằng cách
tách các chất bẩn, cát sỏi, các chất rắn lắng ở đáy được lấy ra ngoài.
Mảnh và nước rửa được trục xoắn tách nước và mảnh ra, mảnh được
trục xoắn đó vận chuyển vào thùng chứa mảnh sẵn sàng cho việc xử lý
nhiệt, cho qui trình chuẩn bị sợi.
Nước rửa được bơm tới hệ thống lắng (bể lắng và cyclone thủy
lực) để tách các chất rắn lơ lửng và nước được sử dụng lại.
b. Chuẩn bị sợi
Để có được sợi gỗ mảnh được gia nhiệt theo hai cấp: gia nhiệt sơ
bộ và gia nhiệt áp suất cao. Hơi nước được sử dụng để gia nhiệt mảnh.
Trong thiết bị gia nhiệt, mảnh được gia nhiệt dưới áp suất hơi để cho
việc tách sợi dễ dàng sau này. Sau khi được gia nhiệt ở thời gian xác
định, mảnh được đưa vào thiết bị tách sợi. Hơi nước được sử dụng để
tách và vận chuyển sợi ra khỏi thiết bị. Sợi ra khỏi thiết bị tách sợi đạt
yêu cầu về chất lượng sợi và lượng nước trong sợi để thiết bị sấy sợi
làm việc đúng theo chế độ sấy.
c. Chuẩn bị keo kết dính và sáp
Keo để kết dính sợi gỗ với nhau là keo Urea Formandehyde và
sáp được sử dụng và được đưa vào công đoạn sau khi sợi ra khỏi máy
tách sợi.
Keo Urea được giữ trong các thùng riêng chất làm cứng keo ở
dạng cứng và được hòa tan trong nước trước khi sử dụng. Keo, dung
dịch chất làm cứng và nước cho pha loãng được bơm tới một thiết bị
pha trộn và định lượng tự động, ở đó các thành phần được pha trộn
trong một tỷ lệ định trước. Keo Urea được pha loãng tiếp đó được
bơm tới một vòi phun được thiết kế đặc biệt của van phóng ở đầu ra
của máy tách sợi. Sáp Parafin ở thể nhũ tương được bơm từ bể chứa

qua một hệ thống bằng bơm định lượng tới máy tách sợi, ở đó sáp
Parafin được trộn đều với sợi.
Sợi từ phễu xả của thiết bị sấy được vận chuyển tới thùng chứa
sợi một hệ thống vận chuyển bằng khí động.

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

5


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

d. Sấy sợi
Sợi được sấy trong máy sấy ống, không khí nóng được gia
nhiệt bằng hơi gián tiếp và sấy trực tiếp sợi gỗ trong thiết bị sấy ống.
Sợi tách ra khỏi dòng khí nóng bằng cyclone đặt trong đỉnh hệ thống
sấy, các sơ sợi bị giữ lại trong cyclone, khí thải theo ống khói thoát ra
ngoài. Sợi sau khi sấy được đưa về thùng chứa sợi để chuẩn bị cho
việc tạo thành ván ép.
e. Trải thảm và ép sơ bộ
Thùng chứa sợi làm việc như một kho trung chuyển giữa khâu
chuẩn bị sợi và khâu định hình ván sợi. Phần đáy thực của thùng chứa
sợi có băng tải định lượng và sợi được vận chuyển tới một số lô nạp,
những lô nạp này trước hết làm rời sợi và sau đó bằng vận chuyển khí
động đưa sợi tới trạm định hình ván sợi.
Trạm định hình ván sợi có một đầu định hình với cơ cấu trải sợi
rải phẳng đều trên suốt chiều dài của đầu định hình. Tại trạm định
hình có một giá trị đặt điều chỉnh được đối với các lô san để điều

chỉnh mức của thảm sợi định hình. Tất cả sợi đi vào trạm định hình sẽ
được sử dụng và không cần phải có sự sàng thô hoặc đưa sợi trở lại
thùng chứa sợi.
Sau khi kết thúc ở băng tải định hình thảm sợi đi qua băng tải để
xác định sự chính xác về trọng lượng của thảm sợi. Sau đó thảm sợi đi
qua một băng tải đai ép sơ bộ chạy liên tục, được thiết kế với nhiều
hàm ép nặng, ở đó chiều cao thảm sợi được giảm xuống 1/4 so với
chiều cao ban đầu của nó. Sau ép sơ bộ, thảm sợi đi qua một cơ cấu rò
chống kim loại, được lắp đặt trên băng tải cưa và các thảm sợi có chứa
kim loại hoặc nguyên nhân khác không phù hợp với ép nóng được thải
bỏ tới thùng phế liệu.
f. Ép nhiệt và làm nguội
Sau ép sơ bộ, thảm sợi liên tục được vận chuyển qua những băng
tải, và đồng thời được gọt tỉa, sau đó được chia thành những tấm thảm
riêng rẻ bởi một cưa cắt. Sợi từ các cưa cắt được hút bằng hệ thống
hút và thu hồi sợi bằng cyclone đặt trên thùng sợi, sợi thu được rơi
ngay xuống thùng sợi.
HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

6


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

Sau khi được cắt, mỗi một thảm sợi được chuyển nhanh bằng
các băng tải tốc độ vào giá ép băng tải và sau đó được đưa vào máy ép
nhiệt. Máy ép nhiệt có nhiều hàm ép và được vận hành bằng hệ thống
thủy lực, được gia nhiệt bằng hơi.

Sau khi ép nóng, các ván ép đi qua hệ thống cân để loại bỏ ván
có khối lượng không đủ (phế thải), những ván không đạt chất lượng
chuyển khỏi tuyến sản xuất bằng cách xếp đống chúng tại nơi phế
thải.
Các ván ép đạt chất lượng được đưa ngay tới thiết bị làm nguội
kiểu bánh guồng. Bánh guồng làm nguội là loại 360o với 40 khoang
mở. Chúng được sử dụng cùng lúc cho việc làm nguội.
Sau khi làm nguội các cạnh của ván được cắt tia bằng cưa cắt
tia.Ván ép được cấp qua cửa cắt tia cạnh bằng những lô chốt. Tốc độ
cưa được điều khiển chuyển đổi thường xuyên để đảm bảo bề mặt cắt
nhẵn, đẹp.
g. Đánh bóng
Sau khi kết thúc cắt ngang ván ép, ván được vận chuyển bằng
băng tải lô tới trạm xếp ván. Trạm xếp ván được trang bị các cơ cấu
làm thẳng hàng lối, để đảm bảo sự xếp đặt thẳng hàng và vuông vắn.
Từ trạm xếp ván, ván xếp được chuyển tới băng tải cấp ra ngoài.
Ván được căn chỉnh thẳng hàng trên băng tải lô trước khi tới thiết bị
định cỡ đánh bóng, bảo đảm cùng tốc độ cho máy đánh bóng và băng
tải.
Bên trên thiết bị đánh bóng có đặt nhiều chụp hút thu bụi trong
hệ thống thu và xử lý bụi chung cuả toàn bộ xưởng sản xuất.
h. Phân loại và đóng sản phẩm
Phụ thuộc vào sự lựa chọn của thợ vận hành, ván được chuyển
tới khu vực xếp chồng ván bằng băng tải lô ma sát. Có 3 trạm xếp
chồng ván, các trạm xếp chồng ván này có thể được sử dụng cho việc
phân hạng thành 3 hoặc thành 2 loại chất lượng. Khi phân hạng thành
2 hạng, trạm xếp chồng cán thứ 3 được sử dụng khi một trong hai trạm
xếp ván khác trở nên đầy. Các ván ô bảo vệ có thể được cấp bằng tay

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

7


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

tới các trạm xếp chồng ván dưới các chồng ván. Từ dây chuyền đánh
bóng các chồng ván được chuyển đi bằng xe nâng.
II. Các phương án thu hồi nhiệt thải
Từ quy trình công nghệ của nhà máy chúng ta xem xét một số
phương án thu hồi nguồn năng lượng thứ cấp (Nhiên liệu, Nhiệt thải,
Thế năng) như sau:
- Lò hơi: Lò hơi nhà máy sử dụng là loại 20 T/h, đốt bằng dầu FO. Do
đó không thể tận dụng các nguồn nhiên liệu thải bỏ từ quy trình công
nghệ và các nguồn nhiên liệu sẵn có (giá rẽ) ở địa phương. Biện pháp:
thay thế lò hơi 20 T/h đốt bằng nhiên liệu Biomass.
- Khói thải từ lò hơi: Khói thải từ lò hơi mang nguồn năng lượng rất
lớn, nếu thải bỏ không những gây lãng phí năng lượng mà còn gây ô
nhiễm môi trường. Biện pháp: Tận dụng khói thải từ lò hơi để gia
nhiệt nước cấp lò hơi, sấy không khí cấp cho lò hơi.
- Nước ngưng: Hơi nước có nhiệt độ và áp suất cao sau khi cấp cho
quá trình nghiền sợi và ép nếu thải bỏ sẽ gây lãng phí năng lượng.
Biện pháp: thu hồi nước ngưng.
- Không khí nóng: Không khí nóng sau khi làm mát sản phẩm cũng
mang một lượng năng lượng. Biện pháp: Thu hồi khí nóng cấp cho lò
hơi.

Từ những phân tích trên ta nhận thấy các phương án trên có thể

tận dùng các nguồn năng lượng thứ cấp. Thực tế nhà máy đã áp dụng
HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

8


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

một số biện pháp trên để tận dụng các nguồn năng lượng thứ cấp. Thế
nhưng khói thải lò hơi sau khi gia nhiệt và sấy không khí cấp cho lò
hơi nhiệt độ vẫn còn rất cao. Do đó, có khả năng thu hồi năng lượng.
Biện pháp: Sử dụng khói thải lò hơi để sấy không khí cấp cho quá
trình sấy khô nhiên liệu.
III. Tính toán hệ thống thu hồi nhiệt thải từ khói để sấy
1. Xác định nguồn nhiệt thải (khói thải lò hơi)
Lò hơi có công suất 20 (T/h) được đốt bằng nhiên liệu Biomass
(mùn cưa, củi vụn, trấu, bã mía). Với công suất và nhiên liệu đốt là
Biomass, từ tính toán và số liệu thực tế của nhà máy ta có một số
thông số sau:
- Nhiệt độ khói lò:

tkh(vào) = 200 (oC) (Số liệu đo thực tế)

- Nhiệt độ khói sau khi gia nhiệt: tkh(ra) = tđs + 10oC = 110 (oC)
- Lưu lượng khói thải :

mkh = 3,94 (kg/s)

Với công suất 20 T/h, nhiên liệu Biomass (Củi mùn cưa,
dăm bào, củi trấu, trấu) thì lượng nhiên liệu tiêu hao khoảng
(180-240) kg. Do đó trong 1 giờ lò hơi đốt khoảng 4000 kg
Biomass.
Mặt khác khi đốt 1 kg Biomass sẽ cho ra khoảng 4,23 m 3
khí. Do đó, lượng khói thải của lò hơi 20 T/h bằng:
4000 x 4,23 = 16920 (m3/h) ≈ 4,7 (m3/s)
Với khối lượng riêng của khói tại 155 ( oC) bằng 0,8389
(kg/m3) nên mkh = 3,94 (kg/s).

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

9


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

- Nhiệt dung riêng của khói:

Cp = 1,084 (kj/kg.K)

Từ những thông số trên, ta có thể xác định sơ bộ nhiệt lượng có
thề nhận được từ khói lò:
Q1 = mkh × C p × (t kh( vào) − t kh( ra ) ) = 3,94 × 1, 084 × (200 − 110) ≈ 348 (kj/s)

2. Xác định nhu cầu nhiệt cho thiết bị sấy
Để xác định nhu cầu sử dụng nhiệt cho thiết bị sấy, chúng ta xem
quá trình sấy như là quá trình sấy lý thuyết như sau:

a. Nhưng thông số của quá trình sấy:
- Trạng thái 1: Không khí ngoài trời
•
•

Nhiệt độ:
Độ ẩm:

t1 = 30 (oC)
φ1 = 80 %.

+ Áp suất hơi bão hòa:

4026, 42 
4026, 42 

pbh1 = exp  12 −
÷ = exp  12 −
÷ = 0,04220 (bar)
235,5
+
t
235,5
+
30



1

+ Độ chứa hơi:
d1 = 0,621

ph
ϕ 0 . pbh
0,8.0, 04220
= 0,621
= 0, 621x
= 0,0217 (kg/kgkk)
p − ph
p − ϕ 0 . pbh
1 − 0,8.0,04220

+ Enthalpy:
I1 = 1,0048.t1 + d1.(2500 + 1,842.t1 ) = 1,0048.30 + 0,0217.(2500 + 1,842.30) = 85,593 (kJ/kg)

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

10


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

- Trạng thái 2: Không khí trước khi vào thiết bị sấy
•

t2 = 90 (oC) (Theo yêu cầu của quy trình)

Nhiệt độ:

+ Áp suất hơi bão hòa:

4026, 42 
4026, 42 

pbh 2 = exp  12 −
= 0,69077 (bar)
÷ = exp  12 −
235,5 + t2 
235,5 + 90 ÷




+ Độ chứa hơi:
d1 = d2 = 0,0217 (kg/kgkk)
+ Enthalpy:
I 2 = 1,0048.t2 + d 2 .(2500 + 1,842.t2 ) = 1,0048.90 + 0,0217.(2500 + 1,842.90) = 148, 279 (kJ/kg)

+ Độ ẩm:
ϕ2 =

d2. p
0,0217.1
=
= 4,89%
(0,621 + d 2 ). pbh 2 (0,621 + 0,0217).0,69077

- Trạng thái 3: Không khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy
•

Nhiệt độ:

t3 = 40 (oC) (Lựa chọn)

+ Áp suất hơi bão hòa:

4026,42 
4026, 42 

pbh 3 = exp  12 −
= 0,0732 (bar)
÷ = exp  12 −
235,5 + t3 
235,5 + 40 ÷




+ Enthalpy:
I3 = I2 = 148,279 (kJ/kg)
+ Độ chứa hơi:
d3 =

I 3 − 1, 0048.t3
148, 279 − 1,0048.40
=

= 0,0420 (kg/kgkk)
2500 + 1,842.t3
2500 + 1,842.40

+ Độ ẩm:
ϕ3 =

d 3. p
0,0420.1
=
= 86,54%
(0,621 + d 3 ). pbh 3 (0,621 + 0,0420).0,0732

Từ những tính toán trên ta có bảng thông số các trạng thái cơ
bản như sau:

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

11


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

Thông số Đơn vị

1

2

3

t

°C

30

90

40

φ

%

80

4,89

86,54

pbh

bar

0,04220

0,69077

0,0732

d

kg/kgkk

0,0217

0,0217

0,0420

I

kJ/kg

85,593

148,279

148,279

b. Lưu lượng không khí cho quá trình sấy
• Khối lượng sợi ra khỏi buồng sấy:
• Độ ẩm sợi ra khỏi buồng sấy:
• Độ ẩm sợi vào buồng sấy:
- Lượng ẩm cần tách khỏi vật liệu sấy:
mn = G2 ×

G2 = 1,94(kg/s)
φ2 = 10%
φ1 = 20%

ϕ1 − ϕ 2
0, 2 − 0,1
= 1, 94 ×
= 0, 2425 (kg/s)
1 − ϕ1
1 − 0, 2

- Lượng không khí khô cần thiết:
mkk =

mn
0, 2425
=
= 11,946 ( kg / s )
( d 3 − d1 ) ( 0,0420 − 0, 0217 )

- Nhiệt lượng tiêu hao riêng cho quá trình sấy:
Q2 = mkk ( I 2 − I 0 ) = 11,946 × (148, 279 − 85,593) ≈ 749 (kj/s)

3. So sánh nhu cầu sử dụng và khả năng cung cấp
Từ nhiệt lượng Q1 của khói thải và nhu cầu sử dụng nhiệt cho
quá trình sấy Q2 ta có thể kết luận sau: Nhu cầu sử dụng nhiệt cho quá
trình sấy lớn hơn khoảng 2 lần so với khả năng cung cấp của khói thải
lò hơi. Thế nhưng năng lượng của khói thải không nhỏ, do đó ta vẫn
quyết định đầu tư thiết bị thu hồi nhiệt thải từ khói để tận dụng năng
lượng. Việc quyết định đầu tư phải thông qua bài toán kinh tế - kỹ

thuật. So sánh giá thành đầu tư trang bị và giá thành năng lượng tận
dụng được. Đồng thời phải xem xét thời gian thu hồi vốn của dự án.
3. Thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải
3.1 Lựa chọn sơ đồ nhiệt
Vì khoảng cách từ lò hơi tới bộ phận sấy sợi lớn (50m), nếu sử
dụng bộ trao đổi nhiệt khói - không khí trực tiếp thì đường ống dẫn

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

12


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

không khí sẽ rất lớn. Do đó, chúng ta lựa chọn chất tải nhiệt trung gian
là nước. Hơi nữa, có 2 phương án đấu thiết bị gia nhiệt không khí: trực
tiếp và song song:

Trực tiếp
Song song
Theo tình hình thực tế của nhà máy, thiết bị gia nhiệt không khí
của nhà máy đã có và đã thiết kế đủ công suất. Do đó, nếu chúng ta sử
dụng phương án trực tiếp thì thiết bị của hệ thống thu hồi nhiệt thải sẽ
có kích thước lớn kéo theo chi phí đầu tư cao hơn. Hơn nữa, nếu 1
trong 2 thiết bị trục trặc khi nhà máy hoạt động sẽ kéo theo toàn bộ hệ
thống sẽ bị ngừng, ảnh hưởng đến tình hình sản xuất của nhà máy. Do
đó, tôi lựa chọn phương án đấu nối song song như sau:

Bên cạnh đó, nhiệt độ khói đầu ra là 110 oC và nhiệt độ đầu ra
của khí nóng để sấy là 90 oC. Vì vậy, nếu khi qua bộ trao đổi nhiệt

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

13


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

khói – nước nhiệt độ của nước sẽ nằm trong khoảng nhiệt độ bay hơi.
Khi đó, sẽ có thể xảy ra hiện tượng va đập thủy lực trong đường ống.
Để tránh hiện tượng này, nước nên được đưa lên áp suất cao. Trong
trường hợp này chúng ta sử dụng bơm tuần hoàn không chỉ tuần hoàn
nước trong đường ống mà còn làm cho áp suất nước lớn hơn 1bar. Vì
vậy nhiệt độ sôi của nước sẽ cao hơn 100 ( oC) tránh hiện tượng va đập
thủy lực trong đường ống.
3.2 Bộ trao đổi nhiệt khói - nước
a. Dữ liệu đầu vào
- Nhiệt độ khói thải vào TBTĐN:
tkh1 = 200 (oC)
- Nhiệt độ khói ra TBTĐN:
tkh2 = 110 (oC)
- Lưu lượng khói:
V1 = 4,7 (m3/s)
- Nhiệt độ nước vào TBTĐN:
tn1 = 60 (oC)
- Nhiệt độ nước ra TBTĐN:

tn2 = 100 (oC)
- Đường kính ống nước:
dng/dtr = 32/30 (mm)
λt = 46,5 ( W/m.K )
- Hệ số dẫn nhiệt của ống thép :
b. Tính toán bộ trao đổi nhiệt
Dựa vào đặc điểm của quá trình chúng ta chọn loại thiết bị trao
đổi nhiệt kiểu gián tiếp và cùng chiều. Nước chảy trong ống trơn. Đồ
thị T-F của thiết bị trao đổi nhiệt khói – nước:

- Thông số vật lý của khói:
• Nhiệt độ trung bình của khói:

t kh = 0,5(tkh1 + tkh 2 ) = 0,5(200 + 110) = 155 ( o C )

•

Dựa vào

t kh = 155 ( o C )

, tra bảng thông số khói ta có:

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

14


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

= 0,8389 (kg/m3)
o cpkh = 1,084 (kJ/kg)
–2
o λkh = 3,614.10 (W/m.K)
–6
2
o µkh = 22,655.10 (N.s/m )
–6
2
o akh = 40,755.10 (m /s)
–6
2
o υkh = 27,733.10 (m /s)
o Pr = 0,679
• Lưu lượng khối lượng khói
mkh = Vkh. ρkh = 4,7 x 0,8389 = 3,943 (kg/s)
- Thông số vật lý của nước:
• Nhiệt độ trung bình của nước:
o ρkh

t n = 0,5(tn1 + tn 2 ) = 0,5(100 + 60) = 80 ( o C )

•

Dựa vào

t n = 80 ( o C )

, tra bảng thông số nước ta có:

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

15


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

= 971,8 (kg/m3)
o cpn = 4,194 (kj/kg)
o λn = 0,674 (W/m.K)
–6
2
o υn = 0,365.10 (m /s)
o Pr = 2,21
- Phương trình cân bằng nhiệt:
o ρn

Q = mkh .C pkh .(tkh 2 − tkh1 ) = mn .C pn .(tn 2 − tn1 )
mn =

mkh .C pkh .(tkh 2 − tkh1 )
C pn .(tn 2 − tn1 )

=

3,943.1,084. ( 200 − 110 )

= 2, 293 ( kg / s )
4,194. ( 100 − 60)

- Hệ số trao đổi nhiệt về phía nước
• Tốc độ chảy của nước trong ống:
ωn =

•

mn
4
2, 293
4
×
=
×
= 0,835 ( m / s )
2
n.ρ n π .d tr 4 × 971,8 π .0,032

Sơ bộ chọn số ống trong 1 pass là 4
Chế độ chảy của nước trong ống:
Ren =

ωn .d tr 0,835 × 0,03
=
= 6,86.104 > 104
-6
vn
0,365.10

Vậy: Nước chảy trong ống chảy rối
•

Hệ số Nu:
0,25

Nun = 0,021. Re . Pr
0,8
n

•

0,43
n

 Pr 
. f ÷
 Prw 

= 0,021 × ( 6,86.10 4 )

0,8

× 2, 210,43 = 218

Hệ tỏa nhiệt đối lưu:
αn =

Nun .λn 218 × 0,674

=
= 4898 ( W / m 2 . K )
d tr
0,03

- Hệ số trao đổi nhiệt về phía khói
• Tốc độ chảy của khói ngoài ống:
ωkh = 10 ( m / s )
•

Chế độ chảy của khói ngoài ống:
ωkh .d ng 10 × 0,032
=
= 11,5.103 > 103
-6
vkh
27,733.10

Re kh =
•

Hệ số Nu: (Với chùm ống bố trí so le, Re >103)
0,25

Nukh = 0, 4. Re . Pr
0,6
kh

•

0,36
kh

 Pr 
. f ÷
 Prw 

= 0, 4 × ( 11,5.103 )

0,6

× ( 0,679 )

0,36

= 95

Hệ tỏa nhiệt đối lưu:

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

16


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

α kh =

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

Nukh .λkh 95 × 3,614.10-2
=
= 107 ( W / m 2 .K )
d ng
0,032

- Hệ số truyền nhiệt của thiết bị
k=

1
1
=
= 104 ( W/m 2 . K )
−3
1
δ
1
1
2.10
1
+
+
+
+
α kh λth α kh 107 64,5 4898

- Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình
•
•
•

∆tmax = 140 ( o C )
∆tmin = 10 ( o C )

∆t =

1
1
( ∆tmax + ∆tmin ) = ( 140 + 10 ) = 75 ( o C )
2
2

- Diện tích của thiết bị trao đổi nhiệt:
F=

Q
348.103
=
= 43,8 ( m 2 )
k .∆t 106.75

3.2 Bộ trao đổi nhiệt nước - không khí
a. Dữ liệu đầu vào
- Nhiệt độ nước vào TBTĐN:
tn1 = 100 (oC)
- Nhiệt độ nước ra TBTĐN:
tn2 = 60 (oC)
- Nhiệt độ không khí vào TBTĐN:
tkk1 = 30 (oC)
- Nhiệt độ không khí ra TBTĐN:

tkk2 = 90 (oC)
- Đường kính ống nước:
dng/dtr = 32/30 (mm)
- Hệ số dẫn nhiệt của thép:
λ = 46,5 (W/m2.K)
b. Tính toán bộ trao đổi nhiệt
Dựa vào đặc điểm của quá trình chúng ta chọn loại thiết bị trao
đổi nhiệt kiểu gián tiếp và ngược chiều. Nước chảy trong ống có cánh
bên ngoài (phía không khí). Đồ thị T-F của thiết bị trao đổi nhiệt nước
- không khí:

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

17


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

- Thông số vật lý của nước:
• Nhiệt độ trung bình của nước:

t n = 0,5(tn1 + tn 2 ) = 0,5(100 + 60) = 80 ( o C )

•

Dựa vào

t n = 80 ( o C )

, tra bảng thông số nước ta có:

= 971,8 (kg/m3)
o cpn = 4,194 (kj/kg)
o λn = 0,674 (W/m.K)
–6
2
o υn = 0,365.10 (m /s)
o Pr = 2,21
- Thông số vật lý của không khí:
• Nhiệt độ trung bình của không khí:
o ρn

t kk = 0,5(tkk 1 + tkk 2 ) = 0,5(30 + 90) = 60 ( o C )

•

Dựa vào

t kk = 60 ( o C )

, tra bảng thông số không khí ta có:

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

18


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

= 1,060 (kg/m3)
o cpkk = 1,005 (kj/kg)
–2
o λkk = 2,9.10 (W/m.K)
–6
2
o akh = 27,2.10 (m /s)
–6
2
o µkh = 20,1.10 (N.s/m )
–6
2
o υkh = 18,97.10 (m /s)
o Pr = 0,696
- Phương trình cân bằng nhiệt:
o ρkk

Q = mkk .C pkk .(tkk 2 − tkk 1 ) = mn .C pn .(tn 2 − tn1 )
mkk =

mn .C pn .(tn 2 − tn1 )
C pkk .(tkk 2 − tkk 1 )

=

2, 293 × 4,194 × ( 100 − 60 )
= 6,379 ( kg / s )

1,005 × ( 90 − 30 )

- Hệ số trao đổi nhiệt về phía nước
• Tốc độ chảy của nước trong ống:
ωn =

•

mn
4
2, 293
4
×
=
×
= 0,835 ( m / s )
2
n.ρ n π .d tr 4 × 971,8 π .0,032

Sơ bộ chọn số ống trong 1 pass là 4
Chế độ chảy của nước trong ống:
Ren =

ωn .d tr 0,835 × 0,03
=
= 6,86.104 > 104
vn
0,365.10-6

Vậy: Nước chảy trong ống chảy rối

•

Hệ số Nu:
0,25

Nun = 0,021. Re . Pr
0,8
n

•

0,43
n

 Pr 
. f ÷
 Prw 

= 0,021 × ( 6,86.10 4 )

0,8

× 2, 210,43 = 218

Hệ tỏa nhiệt đối lưu:
αn =

Nun .λn 218 × 0,674
=
= 4898 ( W / m 2 . K )

d tr
0,03

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

19


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

- Hệ số trao đổi nhiệt về phía không khí
• Tốc độ chảy của không khí ngoài ống:
ωkk = 10 ( m / s )
•

Chế độ chảy của không khí ngoài ống:
Re kk =

•

ωkh .d ng 10 × 0,032
=
= 16,9.103 > 103
-6
vkk
18,97.10

Hệ số Nu: (Với chùm ống bố trí so le, Re >103)

0,25

Nukh = 0, 4. Re . Pr
0,6
kh

•

0,36
kh

 Pr 
. f ÷
 Prw 

= 0, 4 × ( 16,9.103 )

0,6

× ( 0,696 )

0,36

= 121

Hệ tỏa nhiệt đối lưu:
α kk =

Nukk .λkk 121 × 2,9.10-2
=

= 110 ( W / m 2 .K )
d ng
0,032

- Hệ số truyền nhiệt của thiết bị
k=

1
1
=
= 107 ( W/m 2 . K )
−3
1
δ
1
1
2.10
1
+
+
+
+
α kk λth α kk 110 64,5 4898

- Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình
•
•
•

∆tmax = 30 ( o C )

∆tmin = 10 ( o C )

∆t =

1
1
( ∆tmax + ∆tmin ) = ( 30 + 10 ) = 20 ( o C )
2
2

- Diện tích của thiết bị trao đổi nhiệt:
F=

Q
384.103
=
= 179, 4 ( m2 )
k .∆t 107.20

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

20


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

IV. Kết luận
Sau phân tích và tính toán hệ thống thu hồi nhiệt thải cho nhà

máy sản xuất ván MDF chúng ta có thể rút ra một số kết luận sau:
- Thu hồi nhiệt thải là biện pháp tiết kiện nguồn năng lượng sơ cấp
hiệu quả.
- Việc thu hồi nhiệt thải không chỉ tiết kiệm năng lượng sơ cấp mà còn
giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường.
- Việc tính toán hệ thống thu hồi nhiệt thải đòi hỏi cần có kiến thức
tổng hợp nhiều lĩnh vực. Hơn nữa ngoài vấn đề kỹ thuật cần phải xét
đến bài toán kinh tế.

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

21


Tiểu luận : THU HỒI NHIỆT THẢI

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.

TS Nguyễn Văn Tuyên – Bài giảng Thu hồi nhiệt thải – Dành
cho học viên cao học 2015.

2.

PGS-TSKH Trần Văn Phú – Tính toán và thiết kế hệ thống sấy –
2002.

3.

Hoàng Đình Tín – Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi
nhiệt – NXB khoa học và kỹ thuật

4.

Sören Halvarsson – MANUFACTURE OF STRAW MDF AND
FIBREBOARDS – 2010.

HV: NGUYỄN THANH HẢI - KHÓA 2014

22