ĐÁNH GIÁ sử DỤNG NĂNG LƯỢNG

CNS 04

ĐÁNH GIÁ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
năng lượng 1- đánh giá lò hơi

Nguyễn Kim Thanh

2010


Nội dung
• Các bước chung đo đạc sử dụng năng
lượng
• Nhiên liệu và các vấn đề cơ bản nhiệt
• Đánh giá sử dụng năng lượng của lò hơi
• Bài tập ví dụ


Ví dụ về tiêu thụ năng lượng trong các ngành CN tại Hoa Kỳ
1994 Net Energy Consumption For SIC 20-39:

47% Fuel, 34% Steam, 19% Electricity
Industry
20 Food
26 Pulp and Paper
28 Chemicals
29 Petroleum Refining
32 Stone/Clay/Glass
33 Primary Metals
Metal-Based Durables
Other Manufacturing

20-39 Total (TBtu)
20-39 Total (%)

Electric
223
416
681
171
125
520
523
468
3,127
19

Fuel
404
640
1,172
2,002
801
1,780
533
376
7,708
47

Source: Anthony Wright, Oak Ridge National Laboratory, US, 2002

Steam

558
1,578
1,424
1,088
20
269
247
493
5,676
34

Total
1,185
2,634
3,277
3,261
945
2,568
1,303
1,338
16,511
100


Steam Use Dominates Energy Consumption In
Pulp And Paper, Food, And Chemicals
Source: Anthony Wright, Oak Ridge National Laboratory, US, 2002

100%
90%

Energy Use (%)

80%
70%

47%

60%

43%

60%
50%
40%

61%

85%

69%

30%
40%

20%

35%

10%

g
St
on
e/
C
la
y/
G
la
ss
33
Pr
im
ar
y
M
M
et
et
al
al
s
-B
as
ed
D
ur
ab
le
s

O
th
er
M
an
uf
ac
tu
ri n
g

32

R
ef
in

in

s
Pe
tr o
le
um

ic
al
28

Pu

lp

C
he
m

29

Electric

26

Fuel

20

Steam

an
d

Fo
od

Pa
pe
r

0%

Industry


Nội dung kiểm tóan năng lượng
• 1. Kiểm toán sử dụng năng lượng tại nhà
máy
• 2. Các thiết bị đo
• 3. Kiểm tra các thành phần năng lượng
trong nhà máy
• 4. 3 bước khuyến khích bảo tồn năng
lượng
ECCJ

Theo: Hideyuki TANAKA, 2006


Thiết kế cơ bản kiểm toán năng lượng
(1) Thủ tục kiểm toán năng lượng tại nhà
máy
(2) Các điểm kiểm toán

ECCJ


Phỏng vấn,
Phiếu câu hỏi

Dụng
cụ
quan sát vận

hành

- Tổng quan nhà máy
- Hiện trạng kiểm sóat năng lượng
- Lịch sử cải tiến
- Dòng năng lượng
- Hiện trạng vận hành và bảo trì

(1) Thủ tục…

Kiểm tra
dữ liệu và
báo cáo

xác nhận vấn
đề

- Năng lượng tiêu thụ
- Cường độ sử dụng
- Tình trạng ghi chép dữ liệu
- Xác định lịch trình kiểm tóan
- Thảo luận với nhà máy/xác nhận
vấn đề

Khảo sát tại chỗ

- Vẽ sơ đồ thanh tra
- quan sát tình trạng vận hành và
tình thiết bị / xác nhận

- Cân bằng nhiệt chi tiết

- Phân tích các kết quả đo đạc chi tiết
- Đề xuất các phương án kỹ thuật cải tiến
- Tính tóan kỹ thuật chi tiết
-Dự báo hiệu quả
- thử lại theo quan điểm kinh tế
ECCJ

Các kết quả khảo
sát sơ bộ

Xác định các chủ
đề để tải tiến

Lập báo cáo các
biện pháp cải tiến

Đo đạc
- Xác định các điểm đo đạc
và các thông số đo đặc

- Điều chỉnh các kết
quả đo
- Phân tích kết quả đo
- Thảo luận với nhà
máy


(2) Các điểm chính trong kiểm toán năng lượng

(Examples)
Dữ liệu khảo sát cơ bản
Tình trạng quản lý năng lượng
Lượng năng lượng sử dụng
(existing data)

Khảo sát và phân
tích hiện trạng sử
dụng các thiết bị
điện

Khảo sát và phân
tích hiện trạng các
thiết bị nhiệt

Khảo sát và phân ích
hiện trạng các thiết
bị thông thường

Thắp sáng

Cách nhiệt

Hệ thống bơm cho
thiết bị nhiệt

Các thiết bị liên quan
đến cấp thoát nước

Giảm bức xạ

Các hệ thống đồng
sản xuất

Hệ thống hơi

Các thiết bị tải
Các thiết bị liên quan
đến giao nhận
Nén khí
ECCJ

Lò đốt và xả khí thải
Thu hồi nhiệt thừa

Điều hoà không khí
Các thiết bị nâng
cấp và cải tiến


2. Đo đạc
(1) Thiết bị đo
(2) Công cụ đo
(3,Đo và phân tích dữ liệu)

ECCJ


(1) Thiết bị đo
1. Nhiệt độ:

1-1 Nhiệt kế đo bề mặt (Thermo couple Ktype)
1-2 Nhiệt kế đo bức xạ (Infrared )
1-3 Nhiệt kế kết hợp đo độ ẩm (Thermister)
1-4 Cool memory (bộ nhớ bảo ôn)
2. Đo điện: thế và cường độ dòng
Điện kế lọai kẹp
3. Phân tích khí: nồng độ Oxygen meter
4. Bẫy hơi (Steam trap checker)
5. Độ sáng (Illuminance): Digital luxmeter
6. Flow meter, Pressure,vv.
7. Khác: Digital photo camera, etc.
ECCJ


(2) Dụng cụ đo --- (1/2)
• Tùy theo mục đích và
mức độ thường xuyên đo

Ultrasonic flow-meter
for gasesđo dòng khí siêu âm

Portable type ultrasonic
flow-meter for liquid
Đo dòng lỏng cầm tay
siêu âm
ECCJ

Vortex flow-meter
Đo dòng tại miệng
(ống) ra

Electromagnetic flow-meter (for
liquid)- cảm biến từ đo dòng lỏng


(2) Công cụ do --- (2/2)

Infrared thermal image display unit
Đo hồng ngoại bức xạ
Electricity power meter
Đo điện: cường
dòng và thế

độ

Flue gas oxygen analyzer
ECCJ

Phân tích oxy

Radiation thermometer
(portable, non-contact type)


Lò hơi…

Source: www.mae.ncsu.edu; www.lenntech.com


Lò hơi…

Lịch sử về năng lượng
• Khai thác
nguyên liệu tới
tiêu thụ cuối
cùng


Đốt Dầu
• Thông số về dầu:
– Tỷ trọng:
0.83-0.86kg/l
– Nhiệt trị cao (ko có hơi nước): 42-43MJ/kg
– Nhiệt trị thấp (có hơi nước): 39.8-41.5MJ/kg
11,06-11,54kWh/kg
1kwh=3,6MJ

Phát thải
Nox

Lượng

Đơn vị

(120)…250…>500 Mg/kwhdầu đốt

SO2

340 (0.2S)
1700(1%S)

Mg/kwhdầu đốt

CO2

270

Mg/kwhdầu đốt


Loại nhiên liệu (type of fuels)
Thermal Systems/Fuels

Nhiên liệu lỏng

1kCal=4,1876kJ=1,163kWh
=3,969Btu

Nhiệt trị (calorific value)
• chỉ năng lượng được tạo ra
• Gross calorific value (GCV): nước đã được ngưng tụ hết
• Net calorific value (NCV): nước không được ngưng tụ hết
Fuel Oil
Gross Calorific Value (kCal/kg)
Kerosene
11,100
Diesel Oil
10,800
L.D.O (light DO)
10,700

Furnace Oil (FO)
10,500
LSHS (low sulfure heavy stock)
10,600
© UNEP 2006


Type of Fuels
Nhiên liệu rắn - Solid Fuels (Physical properties)

Thermal Systems/Fuels

 Nhiệt trị của nhiên liệu
• The typical GVCs for various coals are:

Parameter

GCV
(kCal/kg)

Lignite
(Dry
Basis)

Than Ấ
độ

Than
Indonesia

Than Nam
Phi

4,500

4,000

5,500

6,000

© UNEP 2006


Đốt than
• Than antracite
- Nhiệt trị cao: 35.Mj/kg hay 9.9kwh/kg
- Nhiệt trị thấp: 34MJ/kg hay 9.4kwh/kg

• Than chất lượng thấp hơn:
- Nhiệt trị cao: 28.6MJ/kg hay 7.9kwh/kg
- Nhiệt trị cao: 27.3MJ/kg hay 7.6kwh/kg
1.0 gigajoule (GJ) = 109 joules = 0.948 million Btu =
239 million calories = 278 kWh
1000 Btu/lb = 2.33 GJ/ton


Type of Fuels
Thermal Systems/Fuels

Nhiên liệu khí (Gaseous Fuels)
 Nhiệt trị
• Nhiên liệu nên so sánh dựa trên giá trị nhiệt trị
thuần (NCV), đặc biệt là khí
Các đặc tính vật lý và hóa học của các nhiên liệu khí
Fuel Gas

Tỷ
trọng
tương
đối

Nhiệt trị cao
kCal/Nm3

Tỷ số
Air/Fuel
m3/m3

Nhiệt độ
ngọn lửa
o
C

Tốc độ
ngọn lửa
m/s

Natural
Gas

0.6

9350

10

1954

0.290

Propan
e

1.52

22200

25

1967

0.460

Butane

1.96

28500

32

1973

0.870

Bài tập: Hãy tính nhiệt trị theo kJ/kg của mỗi lọai khí?

© UNEP 2006


So sánh thành phần hóa học giữa các lọai
nhiên liệu (%khối lượng)

Thermal Systems/Fuels

Fuel Oil

Coal

Natural Gas

Carbon

84

41.11

74

Hydrogen

12

2.76

25

Sulphur

3

0.41

-

Oxygen

1

9.89

Trace

Nitrogen

Trace

1.22

0.75

Ash

Trace

38.63

-

Water

Trace

5.98

-

© UNEP 2006


Nhiệt trị của một số chất
Chất thải
Polyetylen
Polystyren
Polyuretan
PVC
Giấy

Nhiệt trị Lượng không khí lý thuyết

(Btu/lb) (kg không khí/kg chất thải)
19.687
16.419
11.203
9.754
5.000

16
13
9
8
4

1Kj=0,9478 Btu = 238,8 calorie
1kg = 2,2046 lb


Nhắc lại: các điểm về nhiệt

1000J=0,9478 Btu = 238,8 calorie;
1,0 kWh = 3,6 MJ = 3,413 mBtu
1kg = 2,2046 lb


Enthanpy và truyền nhiệt

• Enthanpy

t2

H  Cp.dt
t1

Cp: nhiệt dung riêng của hệ thống [j/K]
• ΔH= Cp*(T2-T1)
Cp= a +b.T + cT2 (J/K/mol)
- Đúng trong khoảng 20oC-1700oC
Ví dụ như đối với HCl, Cp= 26.99 +8.26*10-3T –
2.29*10-6 T2
Nước ở 101oC: Cp=28+7,43*10-3*101+ (-1,82)*106(101)2=28,73J/K.mol hay=1,596KJ/K.kg (?)


Hệ số a,b và c của một số khí

Lucht=air=kk xung quanh