Nghiên cứu kỹ thuật sấy sử dụng bơm nhiệt để bảo quản thiết bị lò hơi tại nhà máy nhiệt điện cần thơ

i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.
Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ cơng trình nghiên
cứu nào đã cơng bố, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận
đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học.
Đồng Nai, ngày 14 tháng 5 năm 2018
Người cam đoan

Trần Minh Sáng


ii

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tơi được bày tỏ lịng biết
ơn chân thành và sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương
Văn Tài, TS Phạm Văn Tỉnh đã dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và
giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phịng sau Đại học, khoa Cơ
điện và Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp
nhiều ý kiến q báu trong suốt q trình làm và hồn chỉnh luận văn.
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất

kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2018
Tác giả luận văn

Trần Minh Sáng


iii

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮA VIẾT TẮT .......................... VI
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .......................................................VIII
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ X
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................... 2
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................................... 2
3.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ............................................................. 2
3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................................ 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................ 3
1.1. KHÁI QUÁT VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CẦN THƠ .......................................... 3
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI CẦN GIẢI QUYẾT.................................................... 4
1.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHỬ ẨM .............................. 6
1.3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ ẨM. .................................................................... 6
1.3.2. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ SẤY LẠNH - HÚT ẨM DÙNG BƠM NHIỆT12
1.4. CÔNG NGHỆ KHỬ ẨM. ................................................................................ 19
1.4.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ ẨM ĐÃ ÁP DỤNG. .............................................. 19
1.4.2. TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG ĐÓNG BĂNG DÀN BAY HƠI TÁCH ẨM ĐỐI VỚI
HỆ THỐNG SẤY LẠNH, HÚT ẨM. ......................................................................... 24

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN BƠM NHIỆT ............ 26
2.1. GIỚI THIỆU CHU TRÌNH LẠNH HAI NHIỆT ĐỘ BAY HƠI (SÔI) ......................... 26
2.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ............................................................................ 27
2.2.1. PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ..................................................................... 28
2.2.2. ĐIỀU CHỈNH PHÂN TẦNG ÁP SUẤT BẰNG VAN KVP ................................. 29
2.3. SO

SÁNH LÝ THUYẾT CHU TRÌNH LẠNH HAI NHIỆT ĐỘ SƠI VỚI CHU TRÌNH


iv

MỘT NHIỆT ĐỘ SÔI ............................................................................................ 31

2.4. NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG KHỬ ẨM BẰNG BƠM NHIỆT HAI NHIỆT ĐỘ
SÔI .................................................................................................................... 32

2.4.1. NÂNG CAO LƯỢNG NHIỆT THU HỒI TẠI DÀN LẠNH ................................... 32
2.4.2. NÂNG CAO HỆ SỐ HIỆU QUẢ .................................................................... 33
2.4.3. TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG NHỜ ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT LẠNH Q0 ............. 34
2.4.4 ĐIỀU CHỈNH THÔNG SỐ TÁC NHÂN SẤY SAU KHI ĐI QUA DÀN LẠNH .......... 37
2.5. TÍNH TỐN Q TRÌNH KHỬ ẨM. ................................................................ 42
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN HỆ THỚNG KHỬ
ẨM BẢO QUẢN LÒ HƠI ............................................................................ 46
3.1. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN HỆ THỐNG KHỬ ẨM BẢO QUẢN LÒ HƠI ..... 46
3.2. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT, ẨM TRONG HỆ THỐNG KHỬ ẨM .................... 47
3.2.1 NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LÒ HƠI: ................................................... 47
3.2.2. TÍNH NHIỆT THỪA ................................................................................... 47
3.2.3. TÍNH ẨM THỪA ....................................................................................... 50
3.2.4. TỈ SỐ NHIỆT THỪA VÀ ẨM THỪA .............................................................. 51

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................ 52
4.1 MỤC TIÊU, NỘI DUNG CỨU THỰC NGHIỆM ................................................... 53
4.1.1. MỤC TIÊU ............................................................................................... 53
4.1.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU THỰC NHIỆM ...................................................... 53
4.2. CHỌN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................. 53
4.2.1. CHỌN PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM........................................................ 53
4.2.2. CHỌN HÀM MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ......................................................... 53
4.2.3. CHỌN THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM MỤC TIÊU ................................... 54
4.2.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG NGHIÊN CỨU .......................... 55
4.2.5. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .............................................................................. 55
4.2.6. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ............................................ 55


v

4.2.6.1 XÁC ĐỊNH SỐ LẦN THÍ NGHIỆM.............................................................. 55
4.3. TỔ CHỨC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM .............................................................. 59
4.4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐƠN YẾU TỐ ............................................................ 59
4.4.1. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN NĂNG SUẤT TÁCH ẨM ........................... 59
4.4.2. ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC KHƠNG KHÍ ĐẾN NĂNG SUẤT TÁCH ẨM ......... 60
4.5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐA YẾU TỐ ........................................................... 62
4.5.1. CHỌN VÙNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC GIÁ TRỊ BIẾN THIÊN CỦA THÔNG SỐ ĐẦU
VÀO .................................................................................................................. 62

4.5.2. XÂY DỰNG MA TRẬN THỰC NGHIỆM ....................................................... 63
4.5.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐA YẾU TỐ............................................................ 64
4.6. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ TỐI ƯU CỦA THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ................................ 65
4.6.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN TỐI ƯU .................................... 65
4.6.2. XÁC ĐỊNH GIÁ THƠNG SỐ HỢP LÝ CỦA HỆ THỐNG BƠM NHIỆT BẢO QUẢN
THIẾT BỊ LÒ HƠI TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CẦN THƠ ........................................ 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 68
1. KẾT LUẬN ..................................................................................................... 68
2. KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮA VIẾT TẮT
CÁC CHỮA VIẾT TẮT
NSTP

: nông sản thực phẩm;

HTS

: hệ thống sấy;

TNS

: tác nhân sấy;

VL

: vật liệu;

VLS

: vật liệu sấy;

HPE

: dàn bay hơi áp suất cao;

LPE

: dàn bay hơi áp suất thấp;

TL

: tiết lưu;

COP

: hệ số hiệu quả của bơm nhiệt;

SMER

: lượng ẩm riêng, g/kWh;

CÁC KÝ HIỆU
Q01, Q02

: năng suất lạnh lần lượt tạo ra bởi HPE và LPE, W;

Qkt

: nhiệt ngưng tụ tại dàn ngưng trong, kW;

F

: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2;

tb1, tb2

: nhiệt độ khơng khí trong buồng tạo ra lần lượt bởi HPE và LPE,

0

C;

t01, t02

: nhiệt độ sôi của môi chất lần lượt trong HPE và LPE, 0C;

Qh

: năng lượng hiệu quả do buồng sấy thu được từ bơm nhiệt;

Ne

: điện năng cấp cho hệ thống, kWh;

Ga

: lượng ẩm tách được, kg;



: thời gian, h;

k

: hệ số truyền nhiệt, W/ m2K;

qk

: năng suất nhiệt riêng của bơm nhiệt, W;


vii

q0

: năng suất lạnh riêng của bơm nhiệt, W;

ε

: hệ số lạnh của bơm nhiệt;

φ

: hệ số nhiệt của bơm nhiệt;

Δt

: độ chệnh lệch nhiệt độ, 0C;

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỜ THỊ

Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1

Nhà máy nhiệt điện Ơ Mơn

4

1.2

Bộ xơng gió quay bị hỏng

5

1.3

Các múi trao đổi nhiệt bị rỉ sét, hư hỏng

5

Hệ thống sấy bằng điện trở để bảo quản thiết bị

6

1.4

lò hơi

1.5

Nguyên lý máy hút ẩm

8

1.6

Sơ đồ nguyên lý máy sấy lạnh BK - BSH18A

14

1.7

1.8

Quá trình sấy lạnh của máy sấy lạnh trên đồ thị
I-d.
Quá trình trao đổi nhiệt - ẩm của VLS và khơng
khí

14

17

1.9

Phương pháp khử ẩm bằng hóa chất

20

1.10

Q trình khử ẩm bằng máy điều hịa khơng khí

21

1.11

Q trình khử ẩm khơng khí bằng bơm nhiệt

22

1.12

Sơ đồ phương pháp sây lạnh bằng chất hấp phụ

23

2.1

Sơ đồ cách mắc các dàn bay hơi

27

2.2

Sơ đồ nguyên lý chu trình lạnh hai nhiệt độ sơi

27

2.3

Hình ảnh và cấu tạo van điều chỉnh áp suất KVP

29

2.4

2.5

Sơ đồ lắp đặt của hệ thống lạnh 2 nhiệt độ bay
hơi bằng van KVP
Q trình thu nhiệt từ khơng khí của hệ thống
một và hai nhiệt độ sơi

30

33


ix

2.6
2.7
2.8
2.9

Nhu cầu năng suất lạnh thay đổi theo thời gian
Khả năng điều chỉnh năng suất lạnh của hai dàn
bay hơi
Sơ đồ thiết bị chu trình tiết lưu hơi hút
Chu trình tiết lưu hơi hút và biểu đồ năng suất
lạnh phụ thuộc vào áp suất hút đặt trên van KVP

34
35
36
37

2.10

Sơ đồ tuần hồn khơng khí có bypass

39

2.11

Đồ thị h-d biểu diễn chu trình TNS có bypass

40

2.12

3.1

4.1

4.2

Độ chênh lệch nhiệt độ dọc theo thiết bị bay hơi
trong bơm nhiệt
Mơ hình hệ thống khử ẩm bảo quản thiết bị lò
hơi
Đồ thị tương quan giữa nhiệt độ máy lạnh với
năng suất tách ẩm
Đồ thị tương quan giữa vận tốc khơng khí với
năng suất tách ẩm

44

45

61

63


x

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu

bảng

Tên bảng

Trang

4.1

Ảnh hưởng của nhiệt độ máy lạnh đến năng suất tách ẩm

60

4.2

Ảnh hưởng của vận tốc máy lạnh đến năng suất tách ẩm

62

4.3

Mức thí nghiệm của các thơng số đầu vào

65

4.4

Bảng ma trận thí nghiệm trung tâm trực giao

66

1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa, quanh năm nóng ẩm, độ ẩm trong
khơng khí cao trung bình từ 80 - 90%, có thời điểm nồm ẩm độ ẩm khơng khí
lên đến 95 đến 98%. Với độ ẩm khơng khí cao như vậy, nhiều cơng trình, kho
bảo quản, lưu trữ cần được hút ẩm, nhiều sản phẩm khơng chỉ nơng nghiệp
mà cịn cả cơng nghiệp, thực phẩm, dược liệu... cần phải được khử ẩm và sấy
khô.
Hiện nay việc bảo quản các thiết bị máy móc được thực hiện bằng các
máy hút ẩm, các loại máy này có cơng suất nhỏ, phạm vi sử dụng nhỏ, đối với
những nơi có diện tích bảo quản lớn thì loại máy hút ẩm này khơng có hiệu
quả.
Để khử ẩm, hiện nay các nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam đã sử
dụng các thiết bị khử ẩm bằng bơm nhiệt, tận dụng một phần năng lượng thải
của dàn nóng cho hiệu quả khử ẩm cao, diện tích bảo quản lớn, tiết kiệm điện
năng.
Nhà máy nhiệt điện Cần Thơ (ở Ơ mơn) được đầu tư xây dựng từ năm
2004 với 2 tổ máy công suất 660MW, nhiên liệu đốt lò hơi bằng dầu FO. Do
giá dầu FO tăng cao nên giá thành sản xuất điện của nhà máy cao, từ đó nhà
máy này chỉ để phát điện dự phòng khi hệ thống điện quá tải, gặp sự cố hoặc
các nhà máy khác nghỉ bảo dưỡng. Hàng năm nhà máy chỉ hoạt động phát
điện trong 5 đến 7 tháng còn lại nhà máy ngừng hoạt động ở chế độ dự phòng.
Hiện tại, khi tổ máy ngừng dự phòng lâu ngày thì nhiệt độ tại các buồng
lửa lị hơi, bộ xơng gió quay giảm thấp, nên khi gặp khí SO 2 hoặc SO3 (có
trong dầu FO) cịn đọng lại trong hệ thống khi gặp độ ẩm khơng khí cao sẽ tạo
thành axít H2SO4 gây ra hiện tượng ăn mịn rất mạnh lên các thiết bị, hiện
tượng này rất nguy hiểm nếu tổ máy ngừng dự phòng lâu dài và khí SO 2, SO3

2

không được thổi sạch.
Nhà máy nhiệt điện Cần Thơ đã đưa ra nhiều phương án bảo quản thiết
bị lò hơi như sử dụng máy sấy nóng bằng điện trở, phương pháp này tốn điện
năng, hiệu quả bảo quản thấp. Để nâng cao tuổi thọ của lị hơi cần thiết phải
có nghiên cứu để tạo ra thiết bị bảo quản cho phù hợp, đáp ứng yêu cầu khử
ẩm.
Với lý do đã trình bày ở trên, chúng tơi chọn và thực hiện đề tài:
"Nghiên cứu kỹ thuật sấy sử dụng bơm nhiệt để bảo quản thiết bị lò hơi
tại nhà máy nhiệt điện Cần Thơ ".
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là xây dựng và hồn thiện mơ hình hệ thống bảo quản
thiết bị công nghệ bằng bơm nhiệt, từ đó xác định được thơng số của hệ thống
bảo quản thiết bị lò hơi tại nhà máy nhiệt điện Cần Thơ.
3. Nội dung nghiên cứu
3.1. Nội dung nghiên cứu lý thuyết
- Xây dựng mơ hình hệ thống khử ẩm bằng bơm nhiệt;
- Tính tốn các thơng số hệ thống khử ẩm bơm nhiệt;
- Hồn thiện mơ hình thí nghiệm hệ thống khử ẩm bơm nhiệt hai nhiệt
độ sôi.
3.2. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định thông số của hệ thống khử ẩm bằng bơm nhiệt


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát về nhà máy nhiệt điện Cần Thơ
Nhà máy Nhiệt điện Cần Thơ (tiền thân của Công ty Nhiệt điện Cần Thơ)
được thành lập vào đầu năm 1975. Để vận hành Nhà máy Nhiệt điện Cần Thơ
có 1 tổ máy nhiệt điện hơi nước có cơng suất 33 MW và 5 tổ máy phát điện
diesel GM 2100 có cơng suất 2100kW/1 máy.
Năm 1996, 02 tổ máy phát điện tua bin khí cơng suất 38,48 MW/1 tổ được
lắp đặt tại Nhà máy Nhiệt điện Cần Thơ.
Năm 1999, 02 tổ máy phát điện tua bin khí có cơng suất 39,10 MW/1 tổ
tiếp tục được lắp đặt tại Nhà máy Nhiệt điện Cần Thơ.
Năm 2004, tổ máy số 01 trong 02 tổ máy thuộc Dự án Nhà máy nhiệt điện
Ơ Mơn I được triển khai tại Ơ Mơn có cơng suất 330MW/1 tổ máy.
Năm 2009, tổ máy số 02 thuộc Dự án Nhà máy nhiệt điện Ơ Mơn I được
triển khai. (Nhà máy nhiệt điện Ơ Mơn thuộc Cơng ty Nhiệt điện Cần Thơ)
Nhà máy Nhiệt điện Ơ Mơn (dự án Ơ Mơn 1) có cơng suất 660 MW (2 tổ
máy), sản lượng điện trung bình hàng năm khoảng 3,6 tỷ kWh, do EVN làm
chủ đầu tư, Công ty Nhiệt điện Cần Thơ làm đại diện, Công ty Tư vấn điện
lực Tokyo (TEPSCO) tư vấn thiết kế, liên doanh Mitsubishi Heavy Industries
và Mitsubishi Coporation trúng thầu xây dựng, với tổng vốn đầu tư 6.666 tỷ
đồng (85% vốn do Ngân hàng Hợp tác Quốc tế Nhật Bản tài trợ thông qua
nguồn vốn vay ưu đãi ODA của Chính phủ Nhật Bản).
Tính đến thời điểm hiện tại, đã xây dựng và đưa vào vận hành nhà máy
nhiệt điện Ơ Mơn I (tổ máy 1 và 2) có cơng suất 660 MW. Nhiên liệu được sử
dụng để vận hành nhà máy này là dầu FO.


4

Hình 1.1: Nhà máy nhiệt điện Ơ Mơn
Hiện nay, giá dầu đang lên cao nên nếu đốt dầu để phát điện sẽ phải bù lỗ
cho giá dầu, dẫn đến việc vận hành nhà máy khơng hiệu quả.

Tuy nhiên, tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) đề ra mục tiêu đảm bảo
vận hành an toàn, ổn định hệ thống điện và thị trường điện, đáp ứng nhu cầu
điện trong các tháng mùa khơ q II. Do đó, nhà máy phải ln sẵn sàng huy
động để đảm bảo cung ứng điện.
Nhà máy nhiệt điện Ơ Mơn vận hành trung bình mỗi năm từ 5 – 7 tháng.
Vì thế, để cho máy ln ln trong tình trạng khả dụng thì cơng tác kiểm tra
bảo trì rất cần thiết và thường xuyên.
1.2. Những vấn đề tồn tại cần giải quyết
Buồng lửa sau một thời gian vận hành các ống lò sẽ bị tro xỉ bám trên bề


5

mặt ống, nếu lị hơi vận hành liên tục thì hiện tượng này sẽ làm giảm hiệu suất
lò. Nhưng nếu lị hơi ngừng dự phịng lâu ngày thì nhiệt độ bên trong lị thấp,
khí SO3 sẽ đọng sương tạo thành axít gây ra hiện tượng ăn mịn hố học các
bề mặt ống, làm thủng ống hoặc làm giảm bề dày thành ống dẫn đến nguy cơ
nổ ống khi vận hành với áp suất, nhiệt độ cao gây nên sự cố lị.

Hình 1.2: Bộ xơng khói quay bị hỏng

Hình 1.3: Các múi trao đổi nhiệt bị rỉ sét, hư hỏng
Để khắc phục hiện tượng này nên đã tính tốn lắp đặt các điện trở sấy
nhằm duy trì nhiệt độ bên trong lị ln cao hơn nhiệt độ đọng sương của các
khí gây ăn mịn, khơng để khơng khí ẩm xâm nhập vào bên trong gây ăn mòn
buồng lửa.
Để tránh hiện tượng ăn mòn cho các thiết bị ta phải thổi sạch khí SO 2,


6

SO3 khi ngừng máy và duy trì nhiệt độ phù hợp để sấy khô bề mặt thiết bị,
không để xảy ra hiện tượng đọng sương.

Hình 1.4: Hệ thống sấy bằng điện trở để bảo quản thiết bị lò hơi
1.3. Tổng quan về các cơng trình nghiên cứu khử ẩm
Cơng nghệ hút ẩm và sấy khô sản phẩm (bằng phương pháp đối lưu) cùng
chung đặc điểm là phải làm giảm độ ẩm tương đối của mơi trường khí sấy.
Đối với cơng nghệ sấy thì đây là giai đoạn đầu tiên - chuẩn bị mơi chất sấy có
thế sấy lớn trước khi đi vào buồng sấy. Vì vậy khử ẩm tốt là tiền đề để tiến
hành q trình sấy khơ vật ẩm có hiệu quả. Tuy nhiên, ở cơng nghệ sấy nóng
thì việc giảm độ ẩm tương đối của khí sấy chỉ đơn thuần là do nâng cao nhiệt
độ môi trường sấy. Công nghệ này đã và đang được nghiên cứu cũng như áp
dụng rộng rãi trong thực tế. Nhưng trong lĩnh vực hút ẩm cũng như sấy lạnh
(nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ mơi trường) thì cịn ít được nghiên cứu
và áp dụng. Do còn hạn chế về mặt thời gian cũng như năng lực, trong phạm
vi đồ án này chúng tôi chỉ đề cập tới riêng lĩnh vực khử ẩm.
1.3.1. Các phương pháp khử ẩm.
Ớ các nước phát triển châu Âu và Bắc Mỹ, nhu cầu hút ẩm cho các cơng
trình cơng cộng và nhà ở gia đình hầu như khơng được đặt ra vì bình thường


7

độ ẩm trong khơng khí đã khơng cao lại thường có các hệ thống điều hịa
nhiệt độ đảm nhận cả chức năng khử ẩm. Ở các kho bảo quản tư liệu, sách
báo, phim ảnh, văn hóa phẩm... nhu cầu chính vẫn là độ ẩm, cịn nhiệt độ dù
có cao hơn môi trường (vốn đã không cao) một vài ba độ thì vẫn nằm trong
giới hạn cho phép. Do vậy, cho những nhu cầu này chỉ cần dùng máy hút ẩm
kiểu bơm nhiệt là đủ.

Các máy hút ẩm thông dụng kiểu này trên thị trường Việt Nam đang thịnh
hành phổ biến là các loại máy của Nhật, Mỹ như máy Edison, có năng suất
hút ẩm định mức (với thơng số ngồi trời 30°C, độ ẩm tương đối là 80%) từ
10 đến 35 lít/ngày, điện năng tiêu thụ từ 0,2 kW đến 0,68 kW, môi chất lạnh
là R134-a. Trong những trường hợp đặc biệt yêu cầu cần có độ ẩm tương đối
thấp hơn khoảng 50 - 55% thì trước đây hay sử dụng máy bài ẩm chuyên
dùng làm việc theo nguyên lý hấp thụ rắn kiểu máy Munters của Thụy Điển.
Nhược điểm lớn nhất của nó là tiêu hao năng lượng điện nhiều, vốn đầu tư
lớn, nhất là khi yêu cầu cả độ ẩm và nhiệt độ thấp. Ngồi ra, nó cịn gây tốn
kém thêm kinh phí thay thế chất hút ẩm (tương đối lớn) và vấn đề phòng
chống cháy nổ cũng khó khăn phức tạp hơn do phải dùng dàn điện trở cơng
suất lớn gia nhiệt khơng khí đến 120 - 150°C. Nếu muốn giữ nhiệt độ trong
phòng nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ mơi trường thì phải trang bị thêm máy
lạnh có cơng suất và giá thành khá lớn.


8

Hình 1.5: Nguyên lý máy hút ẩm
1-Vỏ máy; 2-Dàn bay hơi; 3-Quạt; 4-Ống cáp cáp; 5-Máy nén; 6-Phin lọc;
7-Dàn ngưng; 8-Thùng chứa nước . A-Gió ẩm vào; B-Gió ẩm sau dàn lạnh;
C-Gió khơ ra; M: động cơ quạt
Tại những nước có khí hậu ơn đới hay hàn đới, do có khí hậu lạnh và khơ
nên vấn đề sấy khơ được giải quyết tương đối đơn giản và dễ dàng. Với các
hệ thống điều hịa khơng khí và khử ẩm, thơng thường độ ẩm đã có thể đạt tới
50% và nhỏ hơn trong điều kiện nhiệt độ không vượt quá 20°C đến 30°C.
Đây là điều kiện vi khí hậu mà nhiều q trình sản xuất cơng nghệ như các
ngành in và phần lớn công nghệ sản xuất bánh kẹo,... yêu cầu. Với những q
trình sản xuất địi hỏi nhiệt độ thấp hơn, ví dụ từ 8°C đến 18°C với cơng nghệ
sản xuất kẹo Chocolate thì độ ẩm u cầu khơng q thấp (khoảng 45 ± 5%)

nên các hệ thống lạnh và điều hịa khơng khí vẫn có khả năng giải quyết
được, vì phần lớn thời gian trong năm, nhiệt độ (và nhiều khi cả độ ẩm) của
mơi trường ngồi cũng có giá trị như vậy, thậm chí thấp hơn. Với một số mặt
hàng như kẹo Jelly, Gelatin, Caramel và các rau quả cần sấy khô ở môi
trường nhiệt độ 20°C đến 25°C và độ ẩm 30% đến 40%, trong trường hợp
cần thiết người ta có thể dùng kết hợp máy điều hịa khơng khí và máy hút
ẩm chun dụng kiểu hấp phụ. Để hút ẩm hay sấy khô các vật phẩm có thể


9

chịu được nhiệt độ từ 50°C đến 60°C hay cao hơn, người ta hay sử dụng các
hệ thống bơm nhiệt chuyên dụng như khi sấy gỗ, da, mít, đại mạch,...
Việc sử dụng bơm nhiệt cho các nhu cầu cung cấp nước nóng, sấy, sưởi và
điều hịa khơng khí là giải pháp ưu tiên hàng đầu ở các nước Tây Âu, Mỹ và
Nhật Bản. Ớ Pháp, người ta đã tổng kết rằng mọi loại hình sấy nếu khơng sử
dụng bơm nhiệt đều là lãng phí về năng lượng. Đến năm 1987, Pháp đã có tới
6000 xí nghiệp có sử dụng bơm nhiệt, trong đó có 300 bơm nhiệt có cơng suất
lớn hơn 30 kW. Năm 1997, có khoảng 90 triệu bơm nhiệt được lắp đặt mới
trên thế giới.
Nhật Bản là nước có thị trường bơm nhiệt với số lượng lớn nhất thế giới,
nhưng khác với Châu Âu, ở Nhật bơm nhiệt được dùng cho điều hịa khơng
khí và khử ẩm rất được chú ý và tăng trưởng mạnh để thích nghi với điều kiện
khí hậu trong nước, ứng dụng bơm nhiệt mạnh nhất ở Nhật Bản là lĩnh vực
điều hịa khơng khí dân dụng. Hàng năm, Nhật Bản bán ra thị trường hơn 3
triệu máy điều hịa khơng khí cục bộ thì gần 1/3 là máy một chiều lạnh, cịn
lại là máy hai chiều dạng bơm nhiệt. Bơm nhiệt để điều hịa khơng khí cho
các cơng trình cơng cộng hàng năm cũng chiếm khoảng 50% tổng số thiết bị
sản xuất ra. Sản lượng bơm nhiệt cung cấp cho nhu cầu điều hịa khơng khí
cục bộ (Room Air Conditioner - RAC) sản xuất ra năm 1996 tại Nhật Bản đạt

mức 3 triệu, năm 1997 là 7 triệu. Mức độ tăng trưởng của RAC năm 1997 vào
khoảng 81% (trong đó có 62% dưới dạng bơm nhiệt). Ngoài ra, Nhật Bản
cũng là nước rất chú trọng đến việc sử dụng bơm nhiệt hấp thụ và bơm nhiệt
đốt khí cho nhu cầu điều hịa khơng khí trong các cao ốc thương mại, các hệ
thống sưởi ấm, làm lạnh và đồng phát nhiệt - điện. Thị phần của bơm nhiệt
đốt khí tăng qua từng năm, chiếm 13,1% trong tổng công suất của thị trường
làm lạnh của Nhật Bản năm 1997.
Nhờ có chính sách mở cửa, nền kinh tế Trung Quốc phát triển mạnh vào


10

cuối thập kỷ 80 thế kỷ XX. Cũng cùng thời gian này, nhu cầu về điều hịa
khơng khí chuyển từ công nghiệp sang sử dụng thương mại. Nhu cầu về điều
hịa khơng khí cục bộ và điều hịa khơng khí tổ hợp gọn công suất lớn ở
Trung Quốc tăng đột biến, tới 40 lần trong năm 1997 so với năm 1990. Năm
1997, bơm nhiệt chiếm khoảng 60% thị phần sử dụng trong cơng nghiệp điều
hịa khơng khí ở Trung Quốc.
Mỹ là nước dẫn đầu thế giới về bơm nhiệt công suất lớn, chiếm tới 50%
nhu cầu sử dụng của toàn thế giới. Hàng năm có khoảng hơn 30% các cao ốc
xây dựng mới trang bị hệ thống điều hịa khơng khí kiểu bơm nhiệt.
Cho tới nay, hầu hết các bơm nhiệt dùng cho các mục đích sấy, sưởi, cung
cấp nước nóng... đều sử dụng mơi chất lạnh là R22 (chiếm khoảng 80%).
Trước đây người ta thường dùng RI2, chiếm gần 20% và một số ít hệ thống
cơng nghiệp dùng NH3. Ngày nay, do yêu cầu bảo vệ tầng ôzôn và giảm phát
thải khí gây hiệu ứng nhà kính, việc lựa chọn môi chất lạnh thay thế cho các
chất CFC dùng trong các hệ thống lạnh cũng như bơm nhiệt đang được nhiều
nước tập trung nghiên cứu và phát triển. Chẳng hạn các nước châu Âu như:
Đức, Thụy Sĩ, Thụy Điển, Áo,... đã và đang sử dụng các hydro cacbon (HC),
NH3, CO2 làm môi chất thay thế cho các chất CFC đã bị cấm sử dụng.

Ở Việt Nam, tuy khí hậu nóng ẩm, có rất nhiều lĩnh vực sản xuất, q
trình và thiết bị cơng nghệ địi hỏi phải được làm khô môi trường hoặc sản
phẩm ở nhiệt độ thấp nhưng hút ẩm và sấy lạnh chưa thành một công nghệ
riêng thích ứng với điều kiện, hồn cảnh cũng như trình độ khoa học kỹ thuật
của nước ta. Một số ngành như thư viện, các cơ quan lưu trữ, bảo quản tư liệu
phim ảnh, tài liệu, ấn phẩm,... tuy có yêu cầu độ ẩm, nhiệt độ thấp, nhất là về
độ ẩm, nhưng cũng thường chỉ được đáp ứng một cách ước lệ nhờ sử dụng
các máy hút ẩm hoặc các máy điều hịa nhiệt độ khơng khí thơng thường. Vì
vậy, chất lượng mơi trường vi khí hậu đạt được thường thấp, nhiệt độ, độ ẩm


11

thường vượt trên giới hạn cho phép. Từ mấy năm gần đây, một số cơ sở sản
xuất và kho lưu trữ có sử dụng các máy hút ẩm chuyên dùng (kiểu hấp phụ)
với chất hấp phụ silicagel lắp ghép kết hợp với máy điều hịa nhiệt độ nhưng
cịn mang tính chất manh mún, chắp vá, chưa điều khiển được chế độ hoạt
động tối ưu, đặc biệt là tối ưu kinh tế - kỹ thuật khi mơi trường u cầu có
nhiệt độ thấp.
Ở các môi trường công nghiệp chế biến một số mặt hàng đặc biệt như
trong các phân xưởng sản xuất kẹo chocolate, kẹo caramel, gelatin, kẹo
Jelly,... người ta đã trang bị đồng bộ dây chuyền chế biến đảm bảo công nghệ
chế biến sản phẩm và thông số chế độ ôn ẩm độ. Tuy vậy, trong điều kiện khí
hậu Việt Nam các hệ thống đắt tiền, tốn nhiều ngoại tệ để tạo dựng này
thường lại không đảm bảo thông số chế độ về mùa mưa và mùa nóng ẩm.
Ở một số cơ sở bảo quản vật phẩm yêu cầu nhiệt độ và độ ẩm nhỏ hoặc
trong một số nhà máy chế biến nông sản thực phẩm, để thực hiện quá trình
hút ẩm hay sấy lạnh người ta đã sử dụng các máy hút ẩm chuyên dụng phải
nhập bằng ngoại tệ, giá thành cao, điện năng tiêu thụ nhiều, lại phải định kỳ
thay thế chất hút ẩm ngoại, rất tốn kém. Trong điều kiện sản xuất công nghiệp

nhiều bụi bẩn, các chất hút ẩm rất nhanh lão hóa, giảm nhanh khả năng hấp
phụ ẩm, trong một số trường hợp như ở hệ thống sấy lạnh kẹo Jelly, người ta
đã phải dỡ bỏ tổ hợp máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh chỉ sau 1 năm lắp
đặt vì khơng phát huy được tác dụng. Ở các tỉnh phía nam, do đặc điểm khí
hậu ổn định và khơ hơn nên nhu cầu này bớt căng thẳng hơn. Trước tình hình
đó, từ năm 1997, GS Phạm Văn Tùy và các cộng sự đã tìm hiểu nhu cầu thực
tế và thực hiện nghiên cứu áp dụng đầu tiên sử dụng bơm nhiệt để thực hiện
chức năng hút ẩm và sấy lạnh. Hệ thống đã được lắp đặt tại Công ty cổ phần
bánh kẹo Hải Hà, thay thế cho phương pháp sấy dùng tổ hợp máy hút ẩm
chuyên dùng kết hợp với máy lạnh. Qua thực tế sử dụng, hệ thống này đã phát


12

huy được những ưu điểm vượt trội so với hệ thống cũ.
Như vậy, việc sử dụng bơm nhiệt ở các nước phát triển trên thế giới cho
các nhu cầu điều hịa khơng khí, hút ẩm, sấy, sưởi,... rất được chú trọng. Tuy
nhiên, điều đó chưa được đề cập nhiều lắm ở các nước đang phát triển, trong
đó có Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực hút ẩm và sấy khô nông sản thực
phẩm phục vụ cho công nghiệp sau thu hoạch. Hy vọng rằng, Nhà nước sẽ có
những chính sách phù hợp để thúc đẩy, mở rộng việc sử dụng bơm nhiệt
trong các lĩnh vực của nền kinh tế.
1.3.2. Các cơng trình nghiên cứu về sấy lạnh - hút ẩm dùng bơm nhiệt
Việc sử dụng bơm nhiệt trong công nghiệp cũng như dân dụng để sấy,
sưởi, hút ẩm, điều hòa khơng khí,... đã được nghiên cứu và ứng dụng rất
nhiều trên thế giới. Tuy nhiên, do giới hạn của đồ án nên ở đây chỉ nêu một số
cơng trình nghiên cứu sau.
1.3.2.1 Các tác giả trong nước.
GS. Phạm Văn Tùy và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu và đã ứng
dụng thành công hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew,

Caramel, kẹo cứng,... tại công ty bánh kẹo Hải Hà.
Năm 1997, 1998 các tác giả đã thiết kế lần lượt hai hệ thống sấy lạnh theo
nguyên lý bơm nhiệt nhiệt độ thấp kiểu modun để sấy kẹo Jelly với năng suất
1100 kg/ngày và 1400 kg/ngày hiện nay vẫn đang sử dụng tốt cho phòng sấy
lạnh số 2 và 3 Nhà máy thực phẩm Việt Trì - Công ty Cổ phần Bánh kẹo Hải
Hà. Thông số nhiệt độ khơng khí trong buồng sấy 22°C đến 28°C, độ ẩm 30%
- 40%.
Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất kẹo Caramel
của CHLB Đức cải tạo từ máy điều hịa khơng khí cũ cho phân xưởng kẹo
Caramel và hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 120.000 Btu/h sử dụng
4 máy lạnh TRANE TTK 530 công suất mỗi máy là 30.000 Btu/h hiện nay


13

đang sử dụng cho phịng bao gói kẹo cứng thuộc xí nghiệp kẹo Cơng ty Cổ
phần bánh kẹo Hải Hà đã được lắp đặt từ năm 1999.
Qua thực tế sử dụng, thấy rằng ngoài ưu điểm rẻ tiền (giảm khoảng 50%
vốn đầu tư) và tiết kiệm năng lượng (điện năng tiêu thụ giảm gần 50%) so với
phương án dùng máy hút ẩm, các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh này hoạt động
ổn định, liên tục và giảm chi phí bảo dưỡng. Tuy vậy, nó cịn có nhược điểm
là cồng kềnh, sử dụng nhiều quạt và động cơ xen kẽ, trong hệ thống nhiều bụi
bột nên hay phải bảo dưỡng động cơ, lại thao tác trong không gian eo hẹp.
Để khắc phục nhược điểm trên, năm 2005 nhóm tác giả đã thiết kế chế tạo
máy sấy lạnh cho phòng sấy lạnh số 1 theo nguyên lý bơm nhiệt kiểu nguyên
khối BK- BSH18 A.
Máy sấy lạnh BK - BSH18A được thiết kế đồng bộ và điều khiển tự động
dùng để sấy lạnh kẹo Jelly có thơng số nhiệt ẩm của vật liệu sấy và tác nhân
sấy như sau:
-

Nhiệt độ sản phẩm đưa vào phòng sấy: tsp = 45 - 50°C;

-

Độ ẩm sản phẩm sấy khi đưa vào phòng sấy: 18 - 22°C;

-

Nhiệt độ phòng sấy yêu cầu: t = 22 - 28°C;

-

Độ ẩm phòng sấy yêu cầu: fp = 30 - 40%;

-

Nhiệt độ tác nhân sấy thổi vào phòng: tv = 20 - 25°C;

-

Độ ẩm tác nhân sấy thổi vào phòng: fv = 30 - 40%;

-

Tốc độ tác nhân sấy đi qua dàn bay hơi: ws = 4 - 5 m/s;

-

Lưu lượng tác nhân sấy qua dàn bay hơi tách ẩm: 1,2 - 1,8 kg/s;

-

Tốc độ tác nhân sấy trong phòng sấy: 0,4 - 0,5 m/s;

-

Nhiệt độ bay hơi môi chất lạnh R22: to = -5°C ÷ -10°C;

-

Áp suất bay hơi của môi chất lạnh R22: Po = 2,8 - 3,5 bar.


14

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý máy sấy lạnh BK - BSH18A.

Hình 1.7 : Quá trình sấy lạnh của máy sấy lạnh trên đồ thị I-d.
1. Trạng thái khơng khí trước dàn bay hơi;
2. Trạng thái khơng khí sau dàn bay hơi;
3. Trạng thái khơng khí sau dàn nóng phụ.
Ngun lý làm việc của mấy sấy lạnh BK-BSH18A
Tác nhân sấy từ buồng sấy sau khi trao đổi nhiệt, ẩm với vật liệu sấy


15

được quạt hút về thiết bị xử lý khơng khí, ở đây tác nhân sấy được lọc bụi và
sau đó được hút qua dàn bay hơi. Tại dàn bay hơi, tác nhân sấy được làm lạnh

xuống nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương tTNS < ts và độ ẩm tương đối (f)
của khơng khí tăng lên, lượng hơi ẩm trong khơng khí được ngưng tụ trên bề
mặt dàn lạnh dưới dạng nước ngưng hoặc dạng tuyết hay băng. Để khử được
nhiều ẩm, môi chất lạnh bay hơi ở áp suất và nhiệt độ thấp được điều chỉnh
trong khoảng từ -10°C đến -5°C. Ẩm bám trên dàn lạnh dưới dạng băng tuyết
rồi được thải ra ngoài khi máy thực hiện chutrình xả băng. Khơng khí sau khi
qua dàn lạnh có nhiệt độ thấp và độ ẩm tương đối (f) lớn được tiếp tục cho
qua dàn ngưng tụ bên trong. Tại đây, khơng khí được sấy nóng đẳng dung ẩm
d2 = d3 = const, nhiệt độ khơng khí tăng lên từ t2 đến t3 và độ ẩm tương đối
của khơng khí giảm từ f2 xuống f3. Ta có thể điều chỉnh nhiệt độ khơng khí
sau khi qua dàn ngưng tụ trong bằng cách thay đổi tốc độ quạt cung cấp
khơng khí của thiết bị xử lý và thay đổi giá trị đặt trong bộ điều khiển nhiệt
độ. Tốc độ gió vào buồng sấy cũng có thể điều chỉnh được bằng cách điều
chỉnh van gió. Khơng khí lúc này có phân áp suất hơi nước nhỏ tiếp xúc với
vật liệu sấy làm bay hơi ẩm từ nó, thực hiện q trình sấy khô vật liệu cần
sấy.
So với công nghệ dùng các bơm nhiệt kiểu modun thì BK- BSH18A có
thiết bị xử lý khơng khí được chế tạo ở dạng tổ hợp gọn có thể được đặt ngồi
nhà, trong nhà hay trong buồng sấy và có tốc độ khơng khí có thể thay đổi
được để phù hợp với yêu cầu các vật liệu cụ thể. Sau 1 năm hoạt động, BKBSH18A đã thể hiện rõ các tính ưu việt của nó, được cơ sở sử dụng đánh giá
rất tốt.
Như vậy, việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh tỏ ra
có nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí
hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ