Ứng dụng công nghệ pinch trong tính toán thiết kế các hệ thống mạng thu hồi nhiệt tại các nhà máy nhằm tiết kiệm năng lượng

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---------------------

NGUYỄN THỊ NGỌC THỌ

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PINCH TRONG TÍNH TOÁN
THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG MẠNG THU HỒI NHIỆT TẠI
CÁC NHÀ MÁY NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯNG
Chuyên ngành:
Công nghệ nhiệt
Mã số ngành: 60.52.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 09 naêm 2005


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN THẾ BẢO

Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cán bộ chấm nhận xét 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . . naêm . . . . .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
Tp.HCM, ngày 26 tháng 09 năm 2005 .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ NGỌC THỌ
Phái: Nữ
Ngày tháng năm sinh: 22 – 6 – 1979
Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh
Chuyên ngành: .Công Nghệ Nhiệt
MSHV: CNNH13.008
I-TÊN ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PINCH TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG
MẠNG THU HỒI NHIỆT TẠI CÁC NHÀ MÁY NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯNG
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng tại Việt Nam và tiềm năng tiết kiệm năng lượng
trong công nghiệp.
2. Thống kê các nguồn nhiệt thải trên địa bàn Tp.HCM và tiềm năng thu hồi nhiệt thải trong
công nghiệp.
3. Lý thuyết phương pháp Pinch
4. Thiết kế mạng nhiệt theo phương pháp Pinch
5. Chương trình máy tính
6. So sánh kết quả từ chương trình máy tính và thực tế
7. Kết luận
III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

:
20 - 01 - 2005
IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
:
24 - 09 - 2005
V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
TS. NGUYỄN THẾ BẢO
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS.NGUYỄN THẾ BẢO
PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày
tháng
năm2005
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


1

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS. Nguyễn Thế Bảo đã tận tình hướng

dẫn, cung cấp tài liệu và có những đóng góp ý kiến quý báu cho luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Chí Hiệp – Chủ nhiệm Bộ môn
Công nghệ Nhiệt lạnh Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh và các thầy
cô khác trong bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn
này.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp tại Trung tâm Tiết
kiệm Năng lượng Tp.Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tác giả góp phần vào sự thành công
của luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia
đình đã giúp đỡ, động viên, chia sẽ với tác giả trong thời gian thực hiện luận văn.


2

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn trình bày tổng quan tình hình tiêu thụ năng lượng và tiềm năng
tiết kiệm năng lượng cho một số ngành tại Việt Nam cũng như giới thiệu sơ bộ về
tiềm năng các dạng năng lượng chính. Đồng thời luận văn thống kê tiềm năng thu
hồi nhiệt thải tại một số nhà máy trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh.
Luận văn trình bày một phương pháp thu hồi nhiệt thải, thiết kế mạng
nhiệt mới – đó là phương pháp Pinch.
Bên cạnh đó, luận văn còn xây dựng một chương trình máy tính nhằm
phục vụ cho việc tính toán thu hồi nhiệt thải, thiết kế mạng nhiệt cho các dây
chuyền sản xuất từ quy mô nhỏ 2 dòng nóng – 2 dòng lạnh đến quy mô lớn 4
dòng nóng – 4 dòng lạnh.
Kết quả của luận văn có thể dùng trong việc tính toán khả năng tận dụng
các nguồn nhiệt trong một dây chuyền sản xuất, một nhà máy đang hoạt động
hoặc dùng trong việc thiết kế một hệ thống mới.

3

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................. 4
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN .............................................................. 5
MỤC LỤC ....................................................................................................... 6
CÁC KÝ HIỆU ................................................................................................ 8
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯNG
TẠI VIỆT NAM VÀ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯNG
TRONG CÔNG NGHIỆP ..................................................... 11

1.1.

Tiềm năng các dạng năng lượng tại Việt Nam....................... 11

1.2.

Tình hình sử dụng năng lượng tại Việt Nam .......................... 14

1.3.

Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong một số
ngành công nghiệp ................................................................. 15

CHƯƠNG 2

THỐNG KÊ CÁC NGUỒN NHIỆT THẢI TRÊN ĐỊA
BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ TIỀM NĂNG THU
HỒI NHIỆT THẢI TRONG CÔNG NGHIỆP ........................ 19

2.1.

Phân loại các nguồn nhiệt thải ............................................... 19

2.2.

Thống kê các nguồn nhiệt thải theo nhóm ngành trên địa bàn
Thành Phố Hồ Chí Minh......................................................... 20

CHƯƠNG 3

LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PINCH ................................. 23

3.1.

Phương pháp Pinch là gì? ....................................................... 23

3.2.

Các khái niệm cơ bản của phân tích Pinch............................. 28

3.3.

Các bước phân tích Pinch ....................................................... 29

4

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ MẠNG NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP PINCH 49

4.1.

Xác định các dòng nóng và lạnh............................................. 50

4.2.

Phân tích dữ liệu nhiệt của các dòng ...................................... 51

4.3.

Xây dựng dường cong tổng hợp dòng nóng và lạnh ............... 52

4.4.

Xây dựng đường cong tổng hợp chính .................................... 54

4.5.

Xác định diện tích trao đổi nhiệt ............................................ 57

4.6.

Thiết kế mạng trao đổi nhiệt .................................................. 59

CHƯƠNG 5

CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH.............................................. 61

5.1.

Giao diện của chương trình..................................................... 61

5.2.

Kết quả chương trình máy tính ............................................... 65

CHƯƠNG 6

SO SÁNH KẾT QUẢ TỪ CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH
VÀ THỰC TẾ ........................................................................ 81

6.1.

Nhà máy bột giặt Tico ............................................................ 81

6.2.

Nhận xét chương trình máy tính.............................................. 82

6.3.

Nhận xét về lợi ích của phương pháp Pinch ........................... 82

KẾT LUẬN

................................................................................................ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 86
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.............................................................................. 87
PHỤ LỤC

................................................................................................ 88

Phụ lục 1: Chương trình máy tính ...................................................... 89


5

CÁC KÝ HIỆU

ΔTmin

độ chênh nhiệt độ nhỏ nhất (0C)

mCp

nhiệt dung riêng khối lượng (kW/ 0C)

Qu

nhiệt lượng của nguồn U (kW)

Cu

chi phí của nguồn U ($/kW, năm)

U

tổng số nguồn được sử dụng

Q

nhiệt lượng (kW)

K

hệ số truyền nhiệt (W/m2độ)

TLM

độ chênh nhiệt độ trung bình logarit

Amin

tổng diện tích của mạng nhiệt (m2)

T

nhiệt độ (0C)

mCpnóng

nhiệt dung riêng khối lượng dòng nóng (kW/ 0C)

mCplạnh

nhiệt dung riêng khối lượng dòng lạnh (kW/ 0C)

Pr

tiêu chuẩn Prant

λ

hệ số dẫn nhiệt (W/m độ)

α

hệ số toả nhiệt của phía môi chất (W/m2độ)

Nu

tiêu chuẩn Nutxen

Re

tiêu chuẩn Raynold

ν

độ nhớt động học (m2/s)

δ

chiều dày ống (m)

ω

vận tốc môi chất (m/s)

d

đường kính ống (m)


6

MỞ ĐẦU

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngoài việc mang lại lợi ích cho con
người trong các lónh vực khoa học, công nghiệp, nông nghiệp nhưng sự phát triển
này cũng đi đôi với những điều bất lợi khác như: ô nhiễm môi trường do các chất
thải công nghiệp, các quá trình khai thác nhiên liệu hoá thạch. Mặt khác, khi
khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, con người sẽ tiêu thụ năng lượng ngày
càng nhiều, chủ yếu là năng lượng hoá thạch như xăng dầu, than đá. Đây là các
dạng năng lượng có sẵn trong tự nhiên nhưng nếu chúng ta cứ khai thác và sử
dụng không tiết kiệm sẽ nhanh chóng dẫn đến tình trạng cạn kiệt năng lượng.
Trước tình hình nguồn năng lượng hoá thạch sắp cạn kiệt và môi trường
sống của chúng ta ngày càng xấu đi, nhiệm vụ đặt ra cho các nhà khoa học hiện
nay là tìm ra các giải pháp để tận dụng triệt để nhất các phần năng lượng thải bỏ
trong công nghiệp, dần dần đưa vào sử dụng các dạng năng lượng tái tạo.
Việt Nam, chúng ta còn tồn tại rất nhiều nhà máy, dây chuyền sản xuất
cũ, lạc hậu nên tỷ lệ năng lượng thải bỏ còn rất cao so với năng lượng sử dụng ở
đầu vào. Đặc biệt trong thời điểm hiện nay, giá năng lượng đang tăng nhanh và

sẽ tiếp tục tăng cao trong tương lai khi mà nhà nước không còn trợ giá cho năng
lượng nữa. Với tình hình như vậy, các doanh nghiệp ở Việt Nam hiện nay cần
phải có những biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả hơn nữa để có
thể giảm chi phí sản xuất, tăng khả năng cạnh tranh.
Trong quá trình chúng tôi khảo sát tại hơn 100 doanh nghiệp trên địa bàn
Thành Phố Hồ Chí Minh, chúng tôi nhận thấy rằng hầu hết các doanh nghiệp
chưa tận dụng lại các nguồn nhiệt thải từ dây chuyền sản xuất. Các nhà sản xuất
thiết kế các dây chuyền sản xuất, cung cấp thiết bị cũng chưa quan tâm đến việc
phải thiết kế như thế nào để tận dụng hết các nguồn nhiệt thừa này.


7

Trong nội dung luận văn này, chúng tôi mong muốn được giới thiệu một
phương pháp mới nhằm thu hồi nhiệt thải và thiết kế mạng trao đổi nhiệt cho các
dây chuyền sản xuất – phương pháp Pinch. Chúng tôi hy vọng rằng phương pháp
đơn giản này sẽ giúp ích cho các doanh nghiệp và nhà thiết kế trong quá trình
tính toán, thiết kế mạng nhiệt.


8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG
LƯNG TẠI VIỆT NAM VÀ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG
LƯNG TRONG CÔNG NGHIỆP

1.1. Tiềm năng các dạng năng lượng tại Việt Nam:
Các số liệu trong phần này được trích từ tài liệu “Tổng hợp các kết quả
nghiên cứu chủ yếu của chương trình KHCN-09” của Bộ Khoa Học Công Nghệ
và Môi Trường năm 2001

1.1.1. Dầu khí:
Bảng 1.1: Trữ lượng dầu khí tại Việt Nam
Giá trị

Dầu

Khí

hòa Khí tự do Condensat Tổng

(Tr.m3 ) tan (tỷ m3)
Trữ lượng đã phát 429,5

(tỷ m3)

(Tr. m3)

(Tr.m3 OE)

62,7

554,1

84,3

1 130,7

197,1

414,6

55,7

1 303,6

968,7

140

2 434,3

hiện
Tiềm năng chưa 636,2
phát hiện
Tổng

1 065,7

259,8

Đã khai thác

59,5

14

Còn lại

1 006,2

245,8

73,5
968,7

140

2 360,8

* Tr.m3 OE: triệu m3 dầu tương đương

1.1.2. Than:
Bảng 1.2: Trữ lượng than tại Việt Nam
Loại than

Trữ lượng

Than bùn

1 033,3 triệu m3


9

Than nâu

37 tỷ tấn

Than mỡ

21,21 triệu tấn

Than antrxit

12 tỷ tấn

1.1.3. Thủy điện:
Tiềm năng kỹ thuật của thủy điện Việt Nam được xác định dựa trên số liệu
của 363 vị trí thủy điện vừa và lớn ( công suất trên 10 MW) trên 31 sông và đoạn
sông. Tổng tiềm năng kỹ thuật là 72 tỷ kWh/năm, công suất 17 566 MW.

1.1.4. Địa nhiệt:
Ngành địa chất đã tiến hành thăm dò tiềm năng địa nhiệt trong lục địa từ
những năm 1980 và đã phát hiện khoảng 300 nguồn địa nhiệt phân bố trên khắp
đất nước. Tổng công suất lý thuyết dự báo có thể đạt được là 472 MW. Nhiều
chuyên gia cho rằng tới năm 2020 có thể khai thác khoảng 200MW với sản lượng
khoảng 1,2 tỷ kWh/năm.

1.1.5. Năng lượng mặt trời:
Bảng 1.3: Trữ lượng năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Vùng

Giờ nắng/năm

Bức xạ, kcal/cm2 năm

Đông bắc

1 500 – 1 700

100 – 125

Tây bắc

1 750 – 1 900

125 - 150

Bắc trung bộ

1 700 - 2000

140 – 160

Tây nguyên nam trung bộ

2 000 – 2 600

150 – 175

Nam boä

2 200 – 2 500

130 – 150

Trung bình cả nước

1 700 – 2 500

100 - 175


10

1.1.6. Năng lượng gió:
Bảng 1.4: Trữ lượng năng lượng gió tại Việt Nam
Vùng

Mật độ năng lượng (kWh/m2 năm)

Đảo xa

2 700 – 4 500

Đảo ven bờ

1 700 – 4 200

Duyên hải
Cát hải – hải vân

700 – 1 000

Nam trung bộ

400 – 500

Nam bộ

450 - 550

Tây nguyên

500 - 600

Đất liền

< 500

Gió địa hình

2 000 – 3 000

1.1.7. Khí sinh học:
Chủ yếu bằng phương pháp ủ từ phân chăn nuôi và phế phẩm nông nghiệp
để thu khí metan. Tiềm năng của nguồn năng lượng này là 9,25 – 13,87 triệu
m3/năm.

1.1.8. Sinh khối:
Bảng 1.5: Trữ lượng năng lượng sinh khối tại Việt Nam
Rừng tự nhiên

5,06 MTWE

Rừng trồng

3,25

Đồi núi trọc

4,22

Cây phân tán

5,37


11

Cây công nghiệp và ăn quả

2,17

Phế thải và phế liệu gỗ

1,65

Phụ phẩm nông nghiệp

23,61

Tổng

46,49
* MTWE: triệu tấn củi tương đương

1.2. Tình hình sử dụng năng lượng tại Việt Nam:
1.2.1. Tổng tiêu thụ năng lượng cuối cùng:
Tiêu thụ năng lượng thương mại ngày càng tăng trưởng mạnh với mức

tăng trung bình trên 11,5%. Tỷ trọng dùng than giảm nhẹ, dầu khí không thay đổi
đáng kể, tỷ trọng điện tăng liên tục nhưng còn rất thấp, chứng tỏ mức điện khí
hóa chưa cao, xu hướng tăng tỷ trọng điện sẽ vẫn còn tiếp tục trong tương lai.
(đơn vị: MTOE)
Bảng 1.6: Tình hình tiêu thụ các dạng năng lượng
Năm

97

98

99

2,03 2,58

2,93

3,21

2,79

Dầu + khí 2,45

2,38 2,45 3,32 3,84 4,12 4,85

5,27

5,75

6,56

Điện

0,56

0,56 0,6

0,96 1,15

1,32

1,52

1,68

Tổng

4,14

4,2

4,97 5,92 6,74 7,11 8,58

9,52

10,48 11,03

NL

Than

90

91

92

93

94

1,16

1,26 1,92 1,93 2,1

0,67 0,8

95

96

* MTOE: triệu tấn dầu tương đương

1.2.2. Tổng tiêu thụ năng lượng sinh khối:
Bảng 1.7: Tình hình tiêu thụ năng lượng sinh khối
Năm

Tổng tiêu thụ năng lượng sinh khối (TOE)

1995

13 480


12

1996

13 614

1997

13 750

1998

13 887

1999

14 025

2000

14 000

* TOE: tấn dầu tương đương

1.2.3. Tổng nhu cầu năng lượng sơ cấp nội địa:
Sau đây là dự báo về tình hình sử dụng năng lượng Việt Nam đến năm

2020. Các số liệu này được tính tóan dựa trên tốc độ tăng trưởng kinh tế và dân
số:
Bảng 1.8: Dự báo tiên thụ năng lượng đến năm 2020
Năm

1995

2000

2005

2010

2015

2020

Than

2,69

4,12

5,81

8,70

9,48

14,5

Dầu

5,23

8,35

10,43

15,32

20,20

26,88

Khí

0,17

1,00

4,20

6,47

10,10

14,14

Thủy điện

0,91

1,34

1,64

2,23

4,08

4,46

Địa nhiệt

-

-

0,03

0,08

0,08

0,1

Từ những con số trên ta thấy rằng mức độ sử dụng các dạng năng lượng
ngày càng tăng nhưng tiềm năng năng lượng lại giới hạn. Do vậy, chúng ta cần
biết sử dụng các nguồn năng lượng này một cách hiệu quả và tiết kiệm.

1.3. Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong một số ngành công nghiệp:
Khi khảo sát và đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng của một số
ngành công nghiệp trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Tiết kiệm


13

Năng lượng đã có các kết luận về tiềm năng tiết kiệm năng lượng nhìn chung cho
các ngành như sau:
-

Bằng các biện pháp đòi hỏi chi phí đầu tư nhỏ như giáo dục ý thức, cải tiến
quản lý, sửa chữa phục hồi, cải tiến thiết bị đã có thể tiết kiệm từ 12 –
15% tổng tiêu thụ năng lượng hàng năm.

-

Bằng các biện pháp đòi hỏi chi phí đầu tư với thời gian hoàn vốn dưới ba
năm như nâng cấp đổi mới thiết bị có thể tiết kiệm tới 18 –21% tổng tiêu
thụ năng lượng hàng năm.

-

Bằng các biện pháp đòi hỏi chi phí đầu tư với thời gian thu hồi vốn trên ba
năm như đổi mới công nghệ và thiết bị có thể tiết kiệm được tới 30-37%
tổng tiêu thụ năng lượng hàng năm.
Điều này cho thấy rằng khả năng tiết kiệm năng lượng của các nhà máy

trong thành phố có tỷ lệ khá cao, đặc biệt là những biện pháp thay đổi công nghệ,

cải tiến công nghệ, tận dụng lại các nguồn nhiệt thải.
Sau đây là tiềm năng tiết kiệm năng lượng đối với các ngành công nghiệp
chủ lực ( theo số liệu năm 2001 của Bộ Khoa Học và Công Nghệ).

1.3.1. Sản xuất xi măng:
Ngành xi măng tiêu thụ tới 16,8% tổng tiêu thụ năng lượng cho công
nghiệp. Hiện nay chưa có các nghiên cứu tổng hợp cho toàn ngành xi măng,
nhưng một số giải pháp cụ thể đã được nghiên cứu cho thấy tiềm năng tiết kiệm
khá lớn:
Bảng 1.9: Tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho ngành xi măng
Biện pháp

năng lượng tiết kiệm

Thời gian hòan vốn (năm)

Lắp đặt bộ nghiền trước

20 %

7


14

Đổi mới bộ làm mát

7%

10

Thu hồi nhiệt thải

4 950 kW

4,5

1.3.2. Sản xuất thép :
Ngành thép là hộ công nghiệp tiêu thụ năng lượng lớn thứ hai, chiếm 7,7%
năng lượng tiêu thụ trong công nghiệp và là hộ tiêu thụ điện lớn nhất trong ngành
công nghiệp, chiếm tới 56% điện công nghiệp. Theo các nghiên cứu cho thấy
tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho ngành này là 11% và thu hồi vốn trong thời
gian 4 – 9 năm. Tiềm năng tiết kiệm này gồm các cơ hội tiết kiệm năng lượng
như: thu hồi nhiệt thải từ lò nung, cải tiến đầu đốt lò, cải tiến các hệ thống động
cơ điện.

1.3.3. Ngành gốm sứ:
75 – 85% sản xuất gốm sứ có quy mô nhỏ, thủ công. Lò nung tiêu thụ tới
90% năng lượng của toàn bộ quá trình nên việc thay đổi lò nung cùng với thay
đổi nhiên liệu có tính quyết định. Thay đổi cách quản lý và tổ chức sản xuất có
thể tiết kiệm 15 – 20% năng lượng. Việc cải tiến lò nung, sử dụng nhiệt thải,
thay đổi quy trình sản xuất có thể tiết kiệm 20 – 25% với thời gian hoàn vốn từ 1
–2 năm.
1.3.4. Ngành giấy và bột giấy:
Ngành này sử dụng 7,7% điện năng công nghiệp. Tiềm năng tiết kiệm
năng lượng của ngành này được ước lượng khoảng 10 – 15% năng lượng tiêu thụ
gồm các cơ hội tiết kiệm năng lượng như: thu hồi nhiệt khói thải lò hơi, thu hồi
nước ngưng, cải tiến hệ thống xeo giấy, thu hồi bột giấy, cải tiến máy nghiền
giấy.

15

Trong các cơ hội tiết kiệm năng lượng của các ngành công nghiệp nêu trên
đều có phần năng lượng tiết kiệm được từ việc tận dụng các nguồn nhiệt thải. Do
vậy, việc có một biện pháp để giúp các nhà máy, nhà thiết kế tính toán tận dụng
các nguồn nhiệt thải này là rất cần thiết.


16

CHƯƠNG 2: THỐNG KÊ CÁC NGUỒN NHIỆT THẢI TRÊN ĐỊA
BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÀ TIỀM NĂNG THU HỒI NHIỆT
THẢI TRONG CÔNG NGHIỆP

Như đã trình bày đối với ngành xi măng và gốm sứ, cơ hội tiết kiệm năng
lượng bằng cách thu hồi nhiệt thải là một biện pháp mang lại tiềm năng tiết kiệm
năng lượng cao khoảng 20% năng lượng tiêu thụ. Mục đích của đề tài này là ứng
dụng một phương pháp mới “Công Nghệ Pinch” để giúp đỡ trong việc tính toán
khi thực hiện các biện pháp thu hồi nhiệt nhằm tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra đề
tài còn muốn mang lại một cái nhìn tổng quát về trữ lượng và tiềm năng của các
nguồn nhiệt thải thông qua việc khảo sát 80 nhà máy trên địa bàn Thành Phố Hồ
Chí Minh.

2.1. Phân loại các nguồn nhiệt thải:
Chúng ta có rất nhiều loại nhiệt thải, nhiệt thải từ khói lò, nhiệt thải từ
nước trong quá trình sản xuất, nhiệt thải trong quá trình biến đổi năng lượng,v.v…
Nhưng nhìn chung, các nguồn nhiệt thải có thể chia thành ba loại sau:
Bảng 2.1: Phân loại nhiệt thải
Loại

Nhiệt thế cao

Nhiệt thế trung bình

Nguồn gốc

Nhiệt độ (0C)

- Khói thải từ các nhà máy luyện Nickel

1 370 - 1 650

- Khói thải từ lò nấu thủy tinh

1 050 - 1 550

- Khói thải từ nhà máy luyện thép

920 - 1 050

- Khói thải từ lò đốt chất thải rắn

650 - 1 000

- Khói thải từ nhà máy sản xuất xi măng

550 - 750

- Khói thải từ turine khí

430 - 550


17

Nhiệt thế thấp

- Khói thải từ động cơ đốt trong

350 - 500

- Khói thải từ lò hơi công nghiệp

200 - 300

- Nước làm mát lò tôi kim lọai

100 - 200

- Khói thải từ các quá trình sấy

80 - 150

- Nước làm mát động cơ đốt trong

60 - 120

- Nước ngưng tụ từ quá trình sản xuất

40 - 80

- Suối nước nóng

60 - 120

2.2. Thống kê các nguồn nhiệt thải theo nhóm ngành trên địa bàn
Thành Phố Hồ Chí Minh:
Dưới đây là bảng thống kê các nguồn nhiệt thải tại các công ty trên địa
bàn Thành Phố Hồ Chí Minh theo các ngành như dệt nhuôm, thực phẩm, vật liệu
xây dựng, cao su, giấy, sản xuất dụng cụ ngành y tế.
Bảng 2.2: Bảng thống kê một số nguồn nhiệt thải
Tên công ty

Loại nguồn nhiệt

Nhiệt

độ Lưu lượng

(0C)
Công ty cổ phần cao su Khói thải lò hơi

280

Sài Gòn
Công ty TNHH sản xuất - Nước ngưng tụ trong 80
Bảo Thạch

quá trình sản xuất
- Khói thải lò hơi

Công ty dệt may 7

200

Nước ngưng tụ trong 100
dây chuyền xản xuất

Công ty trách nhiệm hữu Khói thải lò sấy
hạn Châu Thới

3229 lít/ngày

180

1 400 lít/ngày


18

Công ty giấy Vónh Huê

Khói thải lò sấy

180

Công ty dệt may 28

- Khói thải lò hơi

240

- Nước thải dây chuyền 110
nhuộm
Công ty sản xuất hàng Nước ngưng tụ trong 80
tiêu dùng Bình Tiên
Xí

nghiệp

Colusa

3 750 lít/ngày

dây chuyền xản suất
- - Lượng hơi thừa ở dây 120

Miliket

5 200 kg/ngày

chuyền sản xuất
- Khói thải lò hơi

270

Công ty nước giải khát Sài - Nước ngưng tụ trong 90

30 000 lít/giờ

Gòn Tribeco

dây chuyền sản xuất

Công ty VISSAN

Lượng hơi thừa ở dây 121

78 814 775

chuyền sản xuất

kcal/năm

Công ty cổ phần gạch ngói Khói thải lò nung

200

xây dựng Mỹ Xuân
Xí nghiệp bánh Lubico

Khói thải lò nướng 300
bánh

Công ty sản xuất và kinh

Khói thải lò hơi

230

doanh dụng cụ thể dục thể
thao
Công ty dệt may Gia Định

- Nước ngưng tụ trong 80

120 000 lít/ngày

dây chuyền sản xuất
- Nước thải từ dây 110
chuyền nhuộm
- Khói thải lò hơi

200

600 000 lít/ngày


19

Nhà máy cao su hóc môn

- Nước ngưng tụ trong 80

64 000 lít/ngày

dây chuyền sản xuất
- Khói thải lò hơi

298

Từ bảng trên ta thấy đa số các nguồn nhiệt thải chưa được tận dụng tại các
công ty thuộc loại nguồn nhiệt thế thấp. Tuy nhiên, nếu những nguồn nhiệt thải
này được thu hồi và đưa trở lại quy trình sản xuất cũng sẽ giúp các doanh nghiệp
giảm chi phí năng lượng đồng thời giảm lượng khí thải CO2, giảm ô nhiễm môi
trường. Do vậy, việc có một phương pháp mới đơn giản, dễ thực hiện tính toán sẽ
giúp ích rất nhiều cho các kỹ sư tại nhà máy trong quá trình tính toán và tận dụng
triệt để các nguồn năng lượng.


20

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PINCH
3.1. Phương pháp pinch là gì?
3.1.1. nghóa phương pháp Pinch:
Phương pháp Pinch được giới thiệu bởi Linnhoff và Vredeveld đã trình bày
một phương pháp mới dựa trên các tính chất nhiệt động lực học nhằm đảm bảo
mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu trong việc thiết kế mạng trao đổi nhiệt. Phân
tích Pinch thường được dùng để giải quyết việc cải tiến quy trình sản xuất và các
nguồn năng lượng, nhằm mục đích giảm chi phí vận hành, tăng hiệu suất hệ
thống.
Phương pháp Pinch là một phương pháp phân tích dựa trên các khái niệm
đơn giản, có thể ứng dụng ở nhiều quy mô nhà máy khác nhau. Nó có thể phân
tích năng lượng đầu vào và phần năng lượng thừa thải bỏ sau khi qua dây chuyền
sản xuất về mặt chất lượng và số lượng.
Thông thường, chúng ta dùng những nguồn năng lượng có chất lượng cao
đưa vào các quy trình sản xuất và thải bỏ ra ngoài phần năng lượng thừa còn lại.

Hình 3.1: Sơ đồ sử dụng năng lượng của quy trình sản xuất

21

Phương pháp Pinch sẽ giúp nhà máy lựa chọn nguồn năng lượng đầu vào
có mức năng lượng phù hợp với yêu cầu của quy trình sản xuất.

Hình 3.2: Tối thiểu việc sử dụng năng lượng đầu vào
Phương pháp Pinch được dùng để xác định tính không hiệu quả trong việc
sử dụng năng lượng đối với các quy trình công nghiệp. Nó là một phương pháp đã
được chứng minh, và đã có một số dự án thu hồi nhiệt thải nhằm tối thiểu hoá cả
hai việc tiêu thụ năng lượng và chi phí đầu tư.
Phân tích Pinch sẽ đánh giá tất cả các phương án cải tiến, một quy trình
công nghệ một cách riêng lẽ và khi kết hợp các phương án này với nhau.

3.1.2. Vấn đề cơ bản của phương pháp Pinch:
Phương pháp Pinch là một phương pháp đơn giản trong việc phân tích tổng
thể một quy trình sản xuất, hệ thống tiêu thụ năng lượng trên cơ sở định luật nhiệt
động I, cung cấp phương trình năng lượng khi tính tóan thay đổi enthanpy của
các dòng qua bộ trao đổi nhiệt và định luật nhiệt động II, xác định hướng của
dòng nhiệt - nhiệt lượng chỉ có thể đi từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ
thấp. Điều này ngăn chặn sự giao nhau của nhiệt độ các dòng nóng và lạnh qua


22

bộ trao đổi nhiệt. Trong bộ trao đổi nhiệt không có một dòng nóng có thể được
làm lạnh dưới nhiệt độ cung cấp của dòng lạnh mà cũng không có một dòng lạnh
có thể được gia nhiệt tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cung cấp của dòng nóng.
Trong thực tế dòng nóng có thể chỉ được làm lạnh tới một nhiệt độ xác định được
gọi là “nhiệt độ đạt được” của bộ trao đổi nhiệt.

Các dữ liệu cần trong phương pháp Pinch là thông số của các dòng trong
quy trình sản xuất, ví dụ như dòng cần được gia nhiệt và dòng cần được làm lạnh.
Các dữ liệu đó là nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cần đạt được, nhiệt dung riêng.
Với các số liệu này sẽ tính được mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu của các hộ tiêu
thụ. Đểâ làm điều này ta cần hai đồ thị, đường cong tổng hợp thể hiện các dòng
nóng, lạnh trong quy trình sản xuất và đường cong tổng hợp chính của hai đường
nóng và lạnh nói trên. (Phương pháp vẽ hai đồ thị này sẽ được trình bày chi tiết
trong mục 3.3.3.1 và 3.3.3.2).
Dòng nóng

Dòng lạnh

Hình 3.3 : Đồ thị thể hiện các dòng nóng và lạnh
Đường cong thể hiện các dòng nóng và lạnh được vẽ trên đồ thị nhiệt độ T
– nhiệt lượng Q cho nên tất cả nhiệt của dòng nóng trong cùng một khoảng nhiệt
độ được tổng lại với nhau. Nhiệt độ cần đạt được thấp nhất của tất cả các dòng