Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt

Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ LÒ DẦU TRUYỀN NHIỆT VÀ NHIÊN LIỆU
1.1. Giới thiệu sự cần thiết của lò dầu truyền nhiệt :
Lò hơi nước đã có hàng trăm năm nay, nó có những ưu điểm rõ rệt mà ta không
thể phủ nhận được như: có thể làm việc với nhiệt độ rất cao, chi phí lắp đặt ban đầu
rẻ, môi chất tải nhiệt rất dễ kiếm Tuy nhiên sự ra đời của lò dầu truyền nhiệt có
những ưu điểm hơn nhiều, lò dầu dầu truyền nhiệt vẫn làm việc với nhiệt độ cao,
nhưng áp suất làm việc rất thấp, tức là nếu cùng một nhiệt độ so với lò hơi nước thì lò
dầu truyền nhiệt làm việc với áp suất thấp hơn nhiều., ví dụ lò dầu truyền nhiệt khi
làm việc ở 600ºF thì áp suất làm việc vẫn rất thấp, nhưng nếu so với lò hơi nước nếu
làm việc ở 600ºF thì áp suất khi làm việc lên đến 1600psi, do vậy lò dầu truyền nhiệt
làm việc rất an toàn, nên có thể hoàn toàn tự động hóa rất cao, mặt khác lò dầu truyền
nhiệt làm việc không có nước nên không bị ăn mòn hóa học bởi nước, và rất sạch sẽ.
Ngoài ra lò dầu truyền nhiệt làm việc với hiệu suất rất cao, nó ít tổn thất nhiệt.
Hình 1.1. Lò dầu truyền nhiệt đốt dầu và đốt than
Nguyên lý làm việc chung :
Nhiên liệu được đốt trong buồng lửa sinh nhiệt, sản phẩm cháy ( khói ) và ngọn
lửa trao đổi nhiệt ( chủ yếu bằng bức xạ) cho cụm ống trao đổi nhiệt 1 gia nhiệt cho
dầu chuyển động cưỡng bức ( nhờ bơm dầu ) bên trong ống làm dầu nóng lên, khói
sau khi trao đổi nhiệt ở cụm ống trao đổi nhiệt 1 quay trở về pass 1 ( là khoảng cách
giữa cụm ống trao đổi nhiệt 1 và cụm ống trao đổi nhiệt 2) lần nữa khói trao đổi nhiệt
cho cả 2 cụm ống, sau đó khói về pass 2 là khe hẹp giữa mặt ngoài cụm ống trao đổi
nhiệt 2 và vách lò, dầu sau khi nhận nhiệt của khói nóng lên và đi ra ngoài đến thiết
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 1
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
bị sử dụng nhiệt. Khói sau khi trao đổi nhiệt, thì nhiệt độ sẽ giảm xuống và thoát ra
ngoài nhờ cột áp của ống khói, ngoài ra một phần khói được sử dụng tái tuần hoàn
quay trở về buồng đốt.
1.2. Giới thiệu về dầu truyền nhiệt :
Dầu truyền nhiệt là một chất lỏng dùng để truyền nhiệt, nên cần đảm bảo tính

truyền nhiệt, phải có hệ số dẫn nhiệt cao, có tính bền nhiệt khi làm việc với nhiệt độ
cao.
Các yêu cầu chất lượng đối với dầu truyền nhiệt:
- Phải truyền nhiệt tốt.
- Có độ nhớt cao.
- Nhiệt độ bắt cháy cao.
- Có thể trộn lẫn tương thích với các dầu gốc khoáng khác.
- Độ ổn định nhiệt tốt.
Các thông số kỹ thuật chung của dầu truyền nhiệt:
1. Tỷ trọng:
Tỷ trọng là tỷ số của khối lượng nhiên liệu trên thể tích của nhiên liệu ở nhiệt
độ tham khảo 15 ºC. Tỷ trọng được đo bằng tỷ trọng kinh tế. Kiến thức về tỷ trọng
hữu ích trong các tính toán định lượng và đánh giá khả năng bát lửa. Đơn vị của tỷ
trọng là kg/m
3
. Đối với dầu truyền nhiệt gốc khoáng của hãng Total tỷ trọng ở 15 ºC
đối với loại dầu Seriola 1510 là 876 kg/m
3
và loại Seriola 6100 là 887 kg/m
3
2. Độ nhớt:
Độ nhớt là một đặc tính quan trọng trong việc bảo quản sử dụng dầu. Nó ảnh
hưởng đến nhiệt độ của quá trình gia nhiệt sơ bộ để vận chuyển, bảo quản. Đối với
dầu Seriola 1510 độ nhớt đo ở 40ºC là 29 m m
2
/s và loại Seriola 6100 độ nhớ đo ở
40ºC là 119m m
2
/s và đo ở 100ºC với 2 loại dầu Seriola 1510 và Seriola 6100 lần lượt
là 5.2 m m

2
/s và 12.5 m m
2
/s.
3. Điểm bốc cháy:
Điểm bốc cháy của nhiên liệu là nhiệt độ tại đó nhiên liệu được gia nhiệt để
hơi có thể bắt cháy ngay khi ngọn lửa đi qua. Điểm bốc cháy của dầu Seriola 1510 là
260ºC và dầu Seriola 6100 là 290ºC.
4. Cặn carbon:
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 2
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Cặn carbon chỉ ra xu hướng dầu bám một lớp xỉ rắn carbon trên bề mặt nóng
ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt cho dầu tải nhiệt.
1.3. Nhiên liệu đốt cho trong lò dầu truyền nhiệt
1.3.1. Nhiên liệu than
1.3.1.1. Phân loại
Than được phân loại thành những loại chính bao gồm anthraxit, bitum và than
non. Tuy nhiên, ranh giới giữa chúng không rõ ràng. Than còn được phân loại thành
than bán anthraxit, bán bitum, và bitum phụ. Nếu xét trên góc độ địa chất, anthraxit là
than lâu đời nhất. Nó là than cứng chứa chủ yếu là cacbon với một ít hàm lượng chất
bốc và thường không có độ ẩm. Than non là than trẻ nhất. Loại than này mềm và
chứa chủ yếu là chất bốc, hàm lượng ẩm và ít cacbon cố định. Cacbon cố định là
cacbon ở trạng thái tự do, không kết hợp với các chất khác. Chất bốc liên quan đến
các chất cháy được của than, bọ bốc hơi khi than được gia nhiệt.
Loại than thường được sử dụng nhất là than anthraxit và bán anthraxit.
Bảng 1. Phân loại than dựa theo nhiệt trị
Loại Dải nhiệt trị (kcal/kg)
A Trên 6200
B 5600 - 6200
C 4940 - 5600

D 4200 - 4940
E 3360 - 4200
F 2400 – 3360
G 1300 - 2400
Thông thường than D,E và F sử dụng trong ngành công nghiệp, ngoài ra ở
nước ta còn xuất khẩu nhiều loại than antraxit có nhiệt trị cao. Thành phần hóa học
ảnh hưởng tới khả năng cháy của than. Đặc tính của than được phân loại phổ biến
thành đặc tính hóa và đặc tính lý.
1.3.1.2. Đặc tính lý hóa của than
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 3
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Các đặc tính hóa lý của than bao gồm nhiệt trị, hàm ẩm, các chất bốc và tro xỉ.
Đặc tính hóa của than liên quan đến các thành phần hóa học khác nhau như cacbon,
hydro, oxy và lưu huỳnh.
Phân tích tương đối cho thấy phần trăm khối lượng của carbon cố định, chất
bốc, tro xỉ và hàm ẩm trong than. Khối lượng carbon cố định và chất bốc đóng góp
trực tiếp vào nhiệt trị của than. Carbon cố định đóng vai trò là yếu tố tạo nhiệt chính
trong quá trình cháy. Hàm lượng chất bốc cao có nghĩa là nhiên liệu dễ bắt lửa. Hàm
lượng tro xỉ cũng rất quan trọng đối với thiết kế của ghi lò, thể tích đốt, thiết bị kiểm
soát ô nhiễm và thiết bị xử lý tro xỉ của lò đốt. Phân tích tương đối điển hình các loại
than khác nhau cho trong bảng 6.
Bảng 2. Phân tích tương đối điển hình các loại than khác nhau
Thông số Than Ấn Độ Than Indonesia Than Việt Nam
Độ ẩm 5,98 9,4 5,0 ÷ 28
Tro xỉ 38,63 13,99 13,3 ÷ 25
Chất bốc 20,70 29,79 4,0 ÷ 49
Cacbon cố định 34,69 46,79 28,2 ÷ 76,4
Những thông số này được mô tả dưới đây
- Cacbon cố định : là nhiên liệu rắn còn lại trong lò sau khi các chất bốc đã
bay hơi. Nó bao gồm chủ yếu là carbon và một ít hydro, oxy, lưu huỳnh và nitơ,

không bay hơi với khí. Cacbon cố định đưa ra ước tính sơ bộ về nhiệt trị của than.
- Các chất bốc : là mêtan, hydrocacbon, hydro, CO và các khí không cháy như
CO
2
, nitơ có trong than. Khoảng điển hình của các chất bốc là từ 20 – 35 %. Các chất
bốc tăng tương ứng chiều dài của ngọn lửa, và giúp than bắt lửa dễ hơn, thiết lập giới
hạn tối thiểu độ cao của lò và thể tích lò.
- Hàm lượng tro xỉ: Tro xỉ là một tạp chất không bị cháy, hàm lượng thường
chiếm từ 5 – 40 %. Tro xỉ làm giảm công suất xử lý và đốt cháy, tăng chi phí xử lý,
ảnh hưởng đến hiệu suất cháy và hiệu suất của lò, tạo tro xỉ và clanke hóa.
- Hàm ẩm : Độ ẩm trong than phải được vận chuyển xử lý và lưu trữ. Vì nó
làm mất khả năng dễ cháy nên làm giảm lượng nhiệt trên mỗi kg than. Dải điển hình
là 0,5 – 10%.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 4
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
- Độ ẩm : làm tăng tổn thất nhiệt, do bốc hơi và hơi quá nhiệt. Về một khía
cạnh nào đó giúp giải quyết các hạt than mịnh dính với nhau. Giúp truyền nhiệt bức
xạ.
- Hàm lượng lưu huỳnh : Khoảng điển hình là từ 0,5 – 0,8%. Lưu huỳnh ảnh
hưởng đến xu hướng tạo tro xỉ và clinke, ăn mòn ống khói và các thiết bị khác như bộ
sấy khí và các thiết bị trao đổi nhiệt, hạn chế nhiệt độ khí thải.
Bảng 3. Bảng so sánh thành phần nhiên liệu của than
STT
Thành phần làm việc của nhiên liệu, % Q
t
lv
kcal/kg
V
c
%

W
lv
A
lv
S
lv
C
lv
H
lv
N
lv
O
lv
1 13,0 19,6 4,0 50,6 3,7 1,1 8,0 4810 43,0
2 7,0 15,8 3,3 62,1 4,2 1,2 6,4 5900 39,0
3 6,0 18,8 3,6 62,4 3,8 1,1 4,3 5980 32,0
4 5,0 15,2 2,7 70, 3,4 1,2 1,9 6550 13,0
5 5,5 15,1 2,0 72,3 2,8 1,0 1,3 6470 8,0
6 5,0 13,3 1,7 76,4 1,5 0,8 1,3 6500 6,4
7 6,0 16,9 1,8 71,7 1,4 0,8 1,4 6100 4,0
8 7,5 25,0 0,8 57,0 3,4 0,9 5,4 5320 28,0
9 11,0 24,9 2,5 47,4 3,2 1,3 9,7 4340 39,0
10 37,0 18,9 3,6 28,2 2,3 0,4 9,6 2420 57,0
11 20,0 24,0 3,6 37,8 3,1 0,6 10,9 3410 53,0
1.3.2. Nhiên liệu lỏng
Nhiên liệu lỏng như dầu đốt FO và DO được sử dụng nhiều nhất trong các ứng
dụng công nghiệp. Dưới đây là các đặc tính của nhiên liệu lỏng.
1.3.2.1. Tỷ trọng
Tỷ trọng là tỷ số khối lượng nhiên liệu trên thể tích của nhiên liệu ở nhiệt độ

tham khảo 15°C. Tỷ trọng được đo bằng tỷ trọng kế. Kiến thức về tỷ trọng hữu ích
trong các tính toán định lượng và đánh giá khả năng bắt lửa. Đơn bị của tỷ trọng là
kg/m
3
.
1.3.2.2. Trọng lượng riêng
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 5
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Được định nghĩa là tỷ số giữa khối lượng của một thể tích dầu đã cho với khối
lượng của thể tích tương tự của nước ở nhiệt độ cho trước. Tỷ trọng của nhiên liệu
trên nước được gọi là trọng lượng riêng. Trọng lượng riên của nước là 1. Vì trọng
lượng riêng là một tỷ số, nó không có đơn vị. Người ta sử dụng tỉ trọng kế để đo
trọng lượng riêng. Trọng lượng riêng được sử dụng trong các tính toán liên quan đến
khối lượng và thể tích. Bảng dưới đây cho biết trọng lượng riêng của một số dầu
nhiên liệu.
Bảng 4. Trọng lượng riên của các loại dầu nhiên liệu khác nhau
Dầu nhiên liệu DO FO
Trọng lượng riêng 0,85 – 0,87 0,88 – 0,98
1.3.2.3. Độ nhớt
Độ nhớt của chất lỏng là phép đo sự ma sát của dòng chảy. Độ nhớt phụ thuộc
vào nhiệt độ và giảm khi nhiệt độ tăng. Bất cứ giá trị số học nào của độ nhớt đều
không có nghĩa trừ khi nhiệt độ cũng cụ thể. Độ nhớt được đo bằng
Stokes/Centistokes. Trong một số trường hợp, độ nhớt sử dụng đơn vị Engler,
Saybolt hoặc Redwood. Mỗi loại dầu đều có nhiệt độ riêng – mối tương quan với độ
nhớt. Dụng cụ được sử dụng để đo độ nhớt gọi là nhớt kế.
Độ nhớt là một đặc tính quan trọng trong việc bảo quản và sử dụng dầu. Nó
ảnh hưởng đến nhiệt độ của quá trình gia nhiệt sơ bộ để vận chuyển, bảo quản và
phun dầu thích hợp. Nếu dầu quá nhớt, sẽ khó bơm, khó châm lửa đốt, và khó vận
chuyển. Hoạt động phun cũng sẽ không tốt do cặn bám carbon ở các đầu đốt hoặc
bám trên thành ống. Vì vậy phải gia nhiệt sơ bộ để đảm bảo hoạt động phun dầu.

1.3.2.4 . Điểm bốc cháy
Điểm bốc cháy của nhiên liệu là nhiệt độ tại đó nhiên liệu được gia nhiệt để
hơi có thể bắt chay ngay khi ngọn lửa đi qua. Điểm bốc cháy của dầu đốt là 66ºC.
1.3.2.5. Điểm nóng chảy
Điểm nóng chảy của nhiên liệu là điểm nhiệt độ thấp nhất tại đó nhiên liệu
chảy khi được làm mát trong những điều kiện đặc biệt. Đây là chỉ số nhiệt độ thấp
nhất mà tại đó dầu nhiên liệu có thể bơm lên.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 6
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
1.3.2.6. Nhiệt lượng riêng
Nhiệt lượng riêng là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1kg dầu lên
1ºC. Đơn vị nhiệt lượng riêng là kcal/kgºC. Giá trị này dao động trong khoảng từ
0,22 – 0,28 phụ thuộc vào trọng lượng riêng của dầu. Nhiệt lượng riêng quyết định
lượng hơi hoặc nwang lượng điện cần thiết để đun dầu tới một nhiệt độ mong muốn.
Dầu nhẹ có nhiệt lượng riêng thấp, dầu nặng có nhiệt lượng riêng cao hơn.
1.3.2.7. Nhiệt trị
Nhiệt trị là giá trị đo được của nhiệt hoặc năng lượng tạo ra, và đo theo nhiệt
trị cao hay nhiệt trị thấp. Sự khác nhau là do nhiệt ẩn nước ngưng của hơi nước tạo ra
trong quá trình cháy. Nhiệt trị cao giả định rằng tất cả hơi nước từ quá trình cháy đều
được cô đặc. Nhiệt trị thấp giả định rằng nước giải phóng trong sản phẩm cháy mà
không được ngưng tụ. Nhiên liệu phải được so sánh dựa trên nhiệt trị thấp.
Nhiệt trì của than thay đổi đáng kể tùy theo tro xỉ, hàm lượng ẩm và loại than
còn nhiệt trị của dầu nhiên liệu lại nhất quán hơn. Dưới đây là một số nhiệt trị cao
của các nhiên liệu lỏng thông dụng.
Bảng 5. Nhiệt trị cao của các dầu nhiên liệu khác nhau
Dầu nhiên liệu Nhiệt trị cao (kcal/kg)
Dầu hỏa - 11.100
Dầu Diezen -10.800
Dầu DO -10.700
Dầu FO -10.500

1.3.2.8. Lưu huỳnh
Lượng lưu huỳnh trong dầu nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào nguồn dầu thô
và một phần vào quá trình lọc dầu. Hàm lượng lưu huỳnh bình thường trong dầu đốt
lò là khoảng 2-4% quá trình lọc dầu
Bảng 6. Lưu huỳnh trong các dầu nhiên liệu khác nhau
Dầu nhiên liệu % Lưu huỳnh
Dầu hỏa 0.5 – 0.2
Dầu Diezen 0.05 – 0.25
Dầu DO 0.5 – 1.8
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 7
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Dầu FO 2.0 – 4.0
Nhược điểm chính của lưu huỳnh là nguy cơ ăn mòn do H
2
SO
4
tạo nên trong
và sau quá trình cháy, và nước ngưng ở những phần lạnh của ống khói, bộ sấy khí sơ
bộ và thiết bị trao đổi nhiệt.
1.3.2.9. Hàm lượng tro
Giá trị xỉ liên quan đến các chất vô cơ hoặc muối trong dầu nhiên liệu. Mức
độ tro trong các nhiên liệu chưng cất là không đáng kể. Nhiên liệu dư có mức độ tro
cao hơn. Những muối này có thể là hợp chất của natri, vanadi, canxi, magie, silic, sắt,
nhôm, niken v.v Thông thường, giá trị tro nằm trong khoảng 0,03 – 0,07%. Tro dư
trong nhiên liệu lỏng có thể gây ra cặn bám trên thiết bị đốt. Tro gây nên hiệu ứng ăn
mòn ở các đầu đốt, gây hư hỏng các vật liệu chịu lửa ở nhiệt độ cao và làm tăng ăn
mòn nhiệt độ cao và tắt nghẽn thiết bị.
1.3.2.10. Cặn carbon
Cặn carbon chỉ ra xu hướng dầu bám một lớp xỉ rắn cacbon trên bề mặt nóng,
như lò đốt hoặc vòi phun, khi các thành phần bay hơi sẽ bay hơi. Dầu dư chứa 1%

cặn cacbon hoặc nhiều hơn.
1.3.2.11. Hàm lượng nước
Hàm lượng nước trong dầu đốt khi cung cấp thường là thấp vì sản phẩm ở
phần lọc dầu rất nóng. Giới hạn trên 1% được coi là chuẩn.
Nước có thể ở dạng tự do hoặc nhũ tương và có thể làm hư hỏng về mặt bên
trong quá trình cháy, nhất là khi nó chứa muối hòa tan. Nước còn có thể làm lửa bắn
tóe ra ở đầu đốt, giảm nhiệt độ hoặc tăng chiều dài của ngọn lửa.
Bảng 7. Các thông số điển hình của dầu nhiên liệu
Đặc tính Dầu FO Dầu DO
Tỷ trọng (Approx g/cc at 150ºC) 0.88 – 0.98 0.85 – 0.87
Điểm bốc cháy (C) 93 66
Puor point (C) 72 18
G.C.V (kcal/kg) 10600 10700
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 8
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Độ lắng, % thể tích tối đa Lên tới 0.5 Lên tới 1.8
Hàm lượng nước % thể tích tối đa 1.0 0.25
Tro xỉ % khối lượng tối đa 0.1 0.02
1.3.3. Nhiên liệu khí
Nhiên liệu khí sử dụng tiện lợi nhất vì khối lượng vận chuyển khí ít nhất và và
được sử dụng trong các hệ thống mỏ đốt không bảo trì và đơn giản nhất. Khí được
đưa đến ”vòi” thông qua một hệ thống phân phối vì vậy loại nhiên liệu này phù hợp
với những khu vực mật độ dân số hoặc doanh nghiệp đông. Tuy nhiên, những đối
tượng tiêu dùng lớn có thiết bị chứa khí riêng và một số còn tự sản xuất khí.
1.3.3.1. Các loại nhiên liệu khí
Dưới đây là danh sách các loại nhiên liệu khí :
Nhiên liệu được tìm thấy trong tự nhiên :
-Khí tự nhiên
-Khí mêtan từ các mỏ than
Khí nhiên liệu làm từ nhiên liệu rắn :

-Khí từ than
-Khí từ rác thải và sinh khối
-Từ các quy trình công nghiệp (khí lò đốt)
Khí làm từ xăng dầu
-Khí hóa lỏng LPG
-Khí từ quá trình lọc dầu
-Khí từ hóa dầu
Khí làm từ quá trình lên men
Nhiên liệu khí hay được sử dụng là khí hóa lỏng LPG, khí tự nhiên, khí lò đốt,
khí lò cốc, v.v Nhiệt trị của nhiên liệu khí được thể hiện bằng kcal/m
3
, tại
nhiệt độ bình thường (20ºC) và áp suất bình thường (760 mm Hg).
1.3.3.2. Đặc tính các loại nhiên liệu khí
Vì hầu hết các thiết bị sử dụng khí đốt không thể sử dụng hàm lượng nhiệt
trong hơi nước, nhiệt trị cao không quan trọng lắm. Nên nhiên liệu cần được so sánh
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 9
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
dựa trên nhiệt trị thấp. Điều này đặc biệt đúng với khí thiên nhiên, vì hàm lượng
hydro tăng sẽ khiến lượng nước tạo thành trong quá trình cháy cao.
Bảng 8. Các đặc tính lý hóa điển hình của các loại nhiên liệu khí
Khí nhiên liệu
Độ nhớt
tuyệt đối
Nhiệt trị
cao hơn
kcal/m
3
Tỷ lệ
khí/khí

nhiên liệu-
m
3
khí/m
3
nhiên liệu
Nhiệt độ
ngọn lửa ºC
Tốc độ
ngọn lửa
m/s
Khí tự nhiên 0,6 9350 10 14954 0,290
Prôban 1,52 22200 25 1967 0,470
Butan 1,96 28500 32 1973 0,870
1.3.3.3. LPG
LPG là hỗn hợp chính của prôban và butan với một ít % chất không bão hòa
(Propylen và Butylen) và một số thành phần nhẹ hơn C
2
và nặng hơn hơn C
5
. Những
chất bao gồm trong dải LPG là propan (C
3
H
8
), Propylen(C
3
H
6
), n-butan và iso-butan

(C
4
H
10
) và Butylen (C
4
H
8
). LPG có thể được xác định là các hydrocacbon, ở dạng khí
dưới áp suất khí quyển bình dụng áp suất trung hòa. Dù thường được sử dụng dưới
dạng khí, chúng được bảo quản và vận chuyển như các dung dịch vì lý do thuận tiện
và dễ xử lý. LPG lỏng bay hơi để tạo ra thể tích khí lớn hơn khoảng 250 lần.
Hơi LPG đặc hơn so với không khí : butan nặng hơn không khí khoảng 2 lần
và proban nặng hơn khoảng 1,5 lần. Vì vậy, hơi có thể bay là là trên mặt đất, vào
dòng thải, chìm xuống rất thấp và có thể bắt lứa ở khoảng cách khá xa so với vị trí rò
rỉ ban đầu. Trong không khí tĩnh hơi sẽ phân tán từ từ. Một lượng nhỏ khí hóa lỏng
thoát ra có thẻ sẽ làm tăng thể tích hỗn hợp không khí/hơi lên rất lớn và gây ra các
nguy hại đáng kể. Để có thể nhận ra rò rỉ ra không khí, tất cả LPG phải được bổ sung
mùi. Cần có hệ thống thông gió dưới đất phù hợp ở nơi bảo quản LPG. Vì lý do này,
các bình chứa LPG không được trữ trong hầm hoặc tầng hầm là những nơi không có
hệ thống thông giá trên mặt đất.
1.3.3.4. Khí thiên nhiên
Metan là thành phần chỉnh của khí tự nhiên, chiếm khoảng 95% toàn bộ thể
tích. Các thành phần khác bao gồm: Etan, Proban, Butan, Pentan, Nitơ, CO
2
, và một ít
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 10
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
các khí khác. Trong đó cũng có một lượng rất ít hợp chất lưu huỳnh. Vì metan là
thành phần chính của khí tự nhiên với các nhiên liệu khác.

Khí tự nhiên là nhiên liệu có nhiệt trị cao và không cần thiết bị lưu trữ. Nó từ
từ trộn với không khí và không tạo ra khói hoặc muội. Nó không chứa lưu huỳnh.
Khí tự nhiên nhẹ hơn không khí và dễ dàng tan vào khí khi bị rò rỉ.
1.4. So sánh các loại nhiên liệu đốt
1.4.1. Về nhiệt trị nhiên liệu khi làm việc
Đối với nhiên liệu than nhiệt trị khi làm việc của các loại than như than đá,
than nâu, than mỡ, than gầy là nằm trong một dãy lớn. Chúng rất dễ bắt lửa vì
trong thành phần nhiên liệu than hầu hết đều có chất bốc nằm trong phạm vi lớn, đặc
biệt khi than được nghiền thành những hạt nhỏ mịn thì càng dễ bắt lửa.
Về nhiên liệu lỏng (dầu DO và FO ) có nhiệt trị khi làm việc cao. Tuy trong
thành phần của chúng không có chất bốc hoặc chỉ có một ít khí dầu nhưng lại dễ bốc
cháy, và đặc biệt khi được tán nhỏ thành những hạt dạng sương thì khả năng bốc
cháy của chúng càng được phát huy.
Về nhiên liệu khí có nhiệt trị khi làm việc rất cao. Trong thành phần của nhiên
liệu khí hầu hết là các hydro cacbon bậc thấp rất dễ bắt lửa chỉ cần sự có mặt của oxi
và tia lửa chúng có thể bốc cháy rất tốt trong môi trường thiếu oxi có thể gây nổ.
Bảng 9. So sánh nhiệt trị khi làm việc của nhiên liệu
Nhiên liệu Rắn (kcal/kg) Lỏng (kcal/kg) Khí (kcal/m
3
)
Nhiệt trị 1300 – 6500 10600 – 11100 9300 - 28500
1.4.2. Về tỉ lệ thành phần
1. Thành phần cacbon
Thành phần cacbon trong nhiên liệu khí là lớn nhất tiếp theo là nhiên liệu lỏng
và nhiên liệu rắn. Do nhiên liệu khí cấu tạo của nó chủ yếu là các hydrocacbon chỉ có
hai nguyên tố chủ yếu là cacbon và hydro, nhiên liệu lỏng do còn có một ít lưu huỳnh
và nước, một ít nitơ, và oxi. Đối với nhiên liệu rắn do hàm lượng tro trong loại nhiên
liệu này khá nhiều, ngoài ra còn có ẩm nên làm hàm lượng cacbon giảm, mặt khác
nhiên liệu rắn là nhiên liệu hóa thạch hoặc có nguồn gốc từ tự nhiên có hàm lượng
chất bốc khá lớn.

2. Thành phần hydro
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 11
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Trong nhiên liệu rắn thành phần hydro chiếm khoảng từ 6-10%. Trong khi đó
thành phần hydro trong nhiên liệu lỏng là 8-10% , trong nhiên liệu khí chiếm tỷ lệ
khá lớn, ví dụ như trong khí cốc hydro chiếm 50%.
3. Thành phần hàm lượng tro.
Do trong quá trình vận chuyển than nên hàm lượng tro trong nhiên liệu rắn
tăng, mặt khác bản thân trong than cũng có tro, thông thường thành phần tro trong
nhiên liệu than dao động trong một khoảng lớn khoảng từ 10-50%. Chính vì trong
nhiên liệu rán có thành phần tro khá nhiều nên khi đốt tạo rất nhiều bụi, đây là nhược
điểm khá lớn của nhiên liệu rắn. Trong nhiên liệu lỏng thì hàm lượng tro chiếm ít
hơn, tro có trong nhiên liệu lỏng chủ yếu từ quá trình bảo quản vận chuyển, trong
nhiên liệu khí thì hoàn toàn không có tro.
Bảng 10. So sánh sơ lược thành phần nhiên liệu
Dầu nhiên liệu Than Khí tự nhiên
Cacbon 84 35,5 74
Hydro 12 2,9 25
Oxi 3 10,9 -
Lưu huỳnh 1 0,3 Rất ít
Nitơ Rất ít 0,8 0,75
Tro xỉ Rất ít 21,6 -
Nước Rất ít 28,0 -
1.4.3. Khả năng ảnh hưởng đến môi trường
1. Đối với nhiên liệu than
Khi than cháy do hàm lượng tri trong than là rất lớn, nên sinh ra một lượng
lớn bụi thải ra môi trường, nên gây ô nhiễm môi trường xung quanh nhà máy, để hạn
chế phần nào lượng bụi bay theo khói, nên khói trước khi thải vào môi trường phải
qua một hệ thống lọc bụi, thường người ta sử dụng các xyclone để lọc bụi, hoặc
nhiều cụm xyclone kết hợp lại với nhau, ngoài ra để tăng tính hiệu quả lọc bụi có thể

sử dụng thêm các túi lọc bụi và nhiều thiết bị lọc bụi khác với giá thành rẻ phù hợp
với điều kiện của nhà máy.
2. Đối với nhiên liệu lỏng
Do thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu lỏng là khá nhiều, nên khi cháy tạo
SO
2
, kết hợp với hơi nước có trong khói thành hơi H
2
SO
4,
gây ăn mòn bề mặt đốt
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 12
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
phần đuôi, và khi thải ra ngoài trời nếu với một lượng lớn khi có điều kiện sẽ tạo mưa
axit gây thiệt hại cho môi trường. Để hạn chế sự phát sinh này người ta thường sử
dụng các thiết bị lọc khí, nhưng giá thành đắt hơn.
3. Đối với nhiên liệu khí
Thành phần chủ yếu của nhiên liệu khí chủ yếu là hydro và carbon nên khi
cháy tạo ra CO
2
và hơn H
2
O do vậy khói thải là rất sạch.
1.4.4. Giá nhiên liệu
Than có giá thành rẻ nhất trong 3 loại nhiên liệu, tiếp theo là dầu và khí, với
than nước ta là một xuất khẩu than nên khá chủ động trong nguồn cung cấp nên than
ít biến động về giá cả.
1.5. Nhận xét
Qua việc so sánh nhiên liệu như đã nói trên ta có thể thấy rằng than có tính ưu
việc rất rõ rệt như giá thành rất rẽ, lại dễ bảo quản, có nhiệt trị khi làm việc tương đối

cao, việc vận chuyển cũng rất dễ dàng và ổn định so với dầu và khí lại đắt hơn rất
nhiều, lại phải tốn kém thêm thiết bị chứa và chi phí nhân công bảo quản, làm tăng
chi phí đầu tư ban đầu. Do đó than được chọn làm nhiên liệu đốt.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 13
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
CHƯƠNG II
NHIỆT THẢI VÀ CÁC THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT THẢI
2.1. Một số đánh giá về tiềm năng sử dụng nhiệt thải
2.1.1. Chất lượng nhiệt thải
Khi thu hồi nhiệt thải, cần xem xét trước hết là chất lượng nhiệt thải.
Dựa vào loại quy trình, có thể loại bỏ nhiệt thải tại bất kỳ nhiệt độ nào từ nhiệt
độ thấp của nước làm mát đến nhiệt độ cao của khí thải trong lò luyện hay lò nung
công nghiệp. Thông thường, nhiệt độ cao hơn tương ứng với thu hồi nhiệt chất lượng
cao hơn và lợi nhuận so với chi phí cao hơn. Trong bất kỳ nghiên cứu về thu hồi nhiệt
thải nào cũng vô cùng cần thiết phải có ứng dụng của nhiệt được thu hồi. Những ví
dụ điển hình về sử dụng nhiệt thu hồi bao gồm gia nhiệt sơ bộ không khí đốt, sưởi
hoặc gia nhiệt sơ bộ nước cấp nồi hơi hay nước trong quy trình sản xuất. Nếu thu hồi
nhiệt nhiệt độ cao có thể sử dụng hệ thống tầng bậc thu hồi nhiệt thải để đảm bảo thu
hồi được lượng nhiệt tối đa với tiềm năng sử dụng cao nhất. Một ví dụ về kỹ thuật
thu hồi nhiệt thải là sử dụng giai đoạn nhiệt độ cao để gia nhiệt sơ bộ không khí và
giai đoạn nhiệt độ thấp để gia nhiệt nước cấp cho quy trình sản xuất hay để sản sinh
hơi.
2.1.2. Nguồn nhiệt thải và tiềm năng sử dụng:
Khi xem xét tiềm năng thu hồi nhiệt, nên ghi lại tất cả các nguồn thải khả
thi, tiềm năng sử dụng của chúng (xem Bảng 11)
Bảng 11. Nguồn nhiệt thải và chất lượng
ST
T
Nguồn nhiệt thải Tiềm năng lượng sử dụng
1

Nhiệt tại khói lò
Nhiệt độ càng cao, tiềm năng thu hồi càng lớn
2
Nhiệt trong dòng hơi Cũng giống như nhiệt tại khói lò nhưng khi
ngưng tụ lại cũng có thể thu hồi nhiệt ẩn
3
Nhiệt bức xạ & đối lưu thất
thoát từ bề mặt ngoài của thiết
bị
Cấp thấp - nếu được thu hồi, có thể sử dụng
để gia nhiệt sơ bộ không khí.
4
Thất thoát nhiệt trong nước Cấp thấp- sẽ hữu ích nếu trao đổi nhiệt với
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 14
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
làm mát nước tự nhiên đi vào
5
Thất thoát nhiệt trong quá
trình cung cấp nước làm mát
hoặc thải nước làm mát
1.Cấp cao nếu có thể tận dụng để giảm nhu
cầu làm lạnh
2.Cấp thấp nếu bộ phận làm lạnh được sử
dụng như một bơm nhiệt
6
Nhiệt trong các sản phẩm ra
khỏi quy trình
Chất lượng phụ thuộc vào nhiệt độ
7
Nhiệt trong các chất thải dạng

khí và dạng lỏng ra khỏi quy
trình
Kém, nếu bị ô nhiễm nặng và do vậy cần có
thiết bị trao đổi nhiệt hợp kim
2.1.3. Thu hồi nhiệt thải trong công nghiệp
Có thể thu hồi nhiệt thải từ các quy trình công nghiệp khác nhau. Có sự phân
biệt rõ giữa nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao của nhiệt thải.
Bảng 12 cho biết nhiệt độ của khí thải từ các thiết bị xử lý công nghiệp trong
vùng nhiệt độ cao. Tất cả các kết quả này đều từ quy trình đốt nhiên liệu trực tiếp.
Bảng 12. Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ cao từ các nguồn khác
nhau
Loại thiết bị Nhiệt độ (
0
C)
Lò tinh luyện niken 1370 – 1650
Lò tinh luyện nhôm 650 –760
Lò tinh luyện kẽm 760 – 1100
Lò tinh luyện đồng 760 – 815
Lò nung thép 925 – 1050
Lò phản xạ đồng 900 – 1100
Lò đáy bằng ngoài trời 650 – 700
Lò nung xi măng (quy trình sấy) 620 – 730
Lò nung chảy thủy tinh 1000 – 1550
Nhà máy hydro 650 – 1000
Lò thiêu kết chất thải rắn 650 – 1000
Lò thiêu kết hút khói 650 – 1450
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 15
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang

Bảng 13. Nhiệt độ của khí thải từ các thiết bị xử lý công nghiệp trong vùng nhiệt độ

trung bình.
Hầu hết nhiệt thải trong vùng nhiệt độ này đều đến từ khí xả của các bộ phận trong
quy trình đốt trực tiếp.
Loại thiết bị Nhiệt độ (
0
C)
Xả nồi hơi 230 – 480
Xả tuabin khí 370 – 540
Xả động cơ pittông 315 – 600
Xả động cơ pittông (tuabin chịu tải) 230 – 370
Lò xử lý nhiệt 425 – 650
Lò nướng và sấy 230 – 600
Máy cán nghiền xúc tác 425 – 650
Hệ thống làm mát lò ủ 425 – 650
2.2. Các loại thiết bị thu hồi nhiệt thải
Phần này mô tả các thiết bị được sử dụng để thu hồi nhiệt thải và cho các ứng
dụng khác.
2.2.1. Thiết bị thu hồi nhiệt ống trơn
Trong thiết bị thu hồi nhiệt, quá trình trao đổi nhiệt diễn ra giữa khí thải và
không khí qua các tấm kim loại hoặc gốm. Không khí cho quá trình cháy đi trong ống
sẽ được gia nhiệt khi tiếp xúc với khí thải nóng đi bên ngoài ống. Thiết bị thu hồi
nhiệt từ khí thải được mô tả trong hình 2.1.
Hình 2.1. Thiết bị thu hồi nhiệt ống trơn
2.2.2. Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 16
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Thiết bị thu hồi nhiệt đơn giản nhất là thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ bao gồm
hai ống kim loại đồng tâm như trên hình 2.2.
Hình 2.2. Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ
Ống kim loại bên trong chứa khí thải nóng còn không khí cháy (có nhiệt độ

thấp) cung cấp cho mỏ đốt của lò nung được đi bên ngoài ống. Lượng không khí này
sẽ lấy bớt nhiệt của khí thải làm nhiệt độ của khí thải giảm xuống và đồng thời nhiệt
độ của không khí cháy tăng lên trước khi đi vào buồng đốt. Đây chính là năng lượng
thu được mà không cần phải đốt cháy nhiên liệu. Do đó, chúng ta sẽ tiết kiệm được
nhiên liệu sử dụng cho lò nung .
Nhiên liệu giảm sẽ giúp giảm không khí đốt cháy và như vậy, thất thoát khói lò giảm
không chỉ vì do giảm nhiệt độ khí thải mà còn do giảm thải lượng khí thải. Tên gọi
thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ có được xuất phát từ thực tế rằng một phần truyền nhiệt
đáng kể từ khí nóng tới bề mặt của ống kim loại bên trong là truyền nhiệt bức xạ. Tuy
nhiên, vì khí lạnh trong ống gần như là trong suốt đối với bức xạ hồng ngoại nên chỉ
xảy ra truyền nhiệt đối lưu đối với khí đi vào. Như minh hoạt trong hình vẽ hai dòng
khí thường song song mặc dù cấu hình của máy sẽ đơn giản hơn và truyền nhiệt sẽ
hiệu quả hơn nếu hai dòng khí ngược chiều nhau (đối lưu). Sử dụng dòng song song
vì thiết bị thu hồi nhiệt thường phải đáp ứng một chức năng nữa là làm mát đường
ống dẫn khí thải và nhờ vậy có thể làm tăng tuổi thọ thiết bị.
2.2.3. Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu :
Một dạng cấu hình quen thuộc thứ hai của thiết bị thu hồi nhiệt là thiết bị thu
hồi kiểu ống hay còn gọi là thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu Như có thể thấy trong hình
vẽ dưới đây,khí nóng được đưa qua một số các ống song song đường kính nhỏ, trong
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 17
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
khi đó khí sẽ được gia nhiệt đi vào một vỏ bao quanh các ống và đi qua các ống nóng
một hoặc vài lần theo hướng vuông góc với trục .
Hình 2.3. Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu
Nếu các ống được lái dòng để khí đi qua hai lần, thiết bị trao đổi nhiệt này
được gọi là thiết bị thu hồi nhiệt hai dòng; nếu sử dụng hai van bướm, thì thiết bị có
tên gọi là thiết bị thu hồi nhiệt ba dòng, vv.
2.2.4. Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp:
Để hiệu suất truyền nhiệt đạt mức tối đa, người ta sử dụng thiết bị thu hồi
nhiệt kết hợp. Thiết bị này là sự kết hợp giữa thiết bị bức xạ và đối lưu, theo đó khu

vực bức xạ nhiệt cao được thiết kế trước và tiếp theo sau là khu vực đối lưu
Thiết bị này đắt tiền hơn loại thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại đơn giản nhưng nhỏ
gọn hơn.
Hình 2.4. Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp
2.2.5. Ống nhiệt
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 18
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Ống nhiệt có thể truyền nhiệt năng gấp 100 lần so với đồng, vốn được coi là
chất dẫn nhiệt tốt nhất. Nói cách khác, đường ống nhiệt là một hệ thống truyền và
nhận nhiệt năng liền khối nên chỉ yêu cầu bảo dưỡng ở mức thấp nhất Đường ống
nhiệt bao gồm 3 bộ phận một bình chứa kín, một kết cấu mao dẫn và chất lỏng
truyền lực. Kết cấu mao dẫn được chế tạo liền khối thành bề mặt bên trong của ống
bình chứa và được đóng kín trong chân không. Nhiệt năng đưa tới bề mặt bên ngoài
của đường ống nhiệt cân bằng với chính hơi của đường ống vì ống bình chứa được
làm kín trong chân không. Nhiệt năng đưa tới bề mặt bên ngoài của đường ống nhiệt
khiến cho chất lỏng truyền lực gần bề mặt bay hơi ngay tức thời. Hơi được tạo thành
hấp thu nhiệt ẩn của quá trình bốc hơi và phần đường ống nhiệt này trở thành vùng
bay hơi. Sau đó hơi đi tới đầu kia của đường ống, tại đây nhiệt năng bị khử khiến cho
hơi lại ngưng tụ thành chất lỏng, và như thế bỏ đi nhiệt ẩn của quá trình ngưng tụ.
Phần này của đường ống nhiệt hoạt động như vùng ngưng tụ. Sau đó chất lỏng ngưng
tụ quay trở lại vùng bay hơi.
Hình 2.5. Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt
2.2.6. Bộ sấy không khí trong lò hơi
Trong các hệ thống nồi hơi, có thể sử dụng bộ trao đổi nhiệt hâm nóng nhiệt
để tận dụng nhiệt khói lò cho gia nhiệt sơ bộ nước cấp. Mặt khác, trong thiết bị gia
nhiệt sơ bộ không khí, nhiệt thải có thể được sử dụng để đốt nóng không khí cháy.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 19
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Trong cả hai trường hợp này nhiên liệu yêu cầu cho nồi hơi giảm tương ứng.
Cứ giảm 220

0
C nhiệt độ khói lò bằng cách đi qua bộ hâm nóng nhiệt hay thiết
bị gia nhiệt sơ bộ thì tiết kiệm được 1% nhiên liệu trong nồi hơi.
Hình 2.6. Bộ sấy không khí
Nói cách khác, cứ tăng nhiệt độ nước cấp thêm 60
0
C nhờ bộ hâm nóng nhiệt,
hay tăng nhiệt độ không khí cháy lên 200
0
C nhờ thiết bị sấy không khí sơ bộ thì tiết
kiệm được 1% nhiên liệu trong nồi hơi.
2.2.7. Bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống
Khi vật chứa nhiệt thải là chất lỏng hay hơi dùng để đốt nóng chất lỏng khác
thì cần sử dụng bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống vì cả hai đường dẫn đều phải
đóng kín để giữ áp suất của chất lỏng tương ứng. Vỏ bọc có chứa bó ống và thường
là các van bướm bên trong để dẫn hướng dòng chất lỏng trong vỏ bọc trên các ống
theo nhiều đường. Vỏ bọc vốn đã yếu hơn ống nên chất lỏng áp suất cao được lưu
thông trong ống còn chất lỏng áp suất thấp hơn lưu thông trong vỏ. Khi hơi chứa
nhiệt thải. Hơi thường ngưng tụ chuyển nhiệt ẩn tới chất lỏng được gia nhiệt. Trong
ứng dụng này, hơi hầu như luôn luôn được chứa trong vỏ bọc. Nếu thực hiện quy
trình đảo ngược, ngưng tụ hơi trong các ống song song đường kính nhỏ sẽ gây nên
hiện tượng bất ổn định dòng. Bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống hiện có nhiều
kích cỡ chuẩn khác nhau với các kết hợp chất liệu cho ống và vỏ bọc khác nhau. Hình
2.7 sau đây minh họa một bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 20
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Hình 2.7. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống bọc
Những ứng dụng chính của thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống gồm có
chất lỏng nhiệt với nhiệt có trong hơi ngưng từ hệ thống làm lạnh và điều hoà không
khí; nước ngưng từ hơi trong quy trình; chất làm mát từ cửa lò luyện,ghi lò và giá đỡ

ống; chất làm mát từ động cơ, thiết bị nén khí,giá đỡ và chất bôi trơn;và nước ngưng
từ quy trình chưng cất.
2.2.8. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
Chi phí cho bề mặt trao đổi nhiệt là một yếu tố quan trọng về mặt giá cả khi
chênh lệch về nhiệt độ không lớn lắm. Một giải pháp cho vấn đề này là thiết bị trao
đổi nhiệt dạng tấm, gồm có một dãy các tấm song song tạo thành một đường chảy
nhỏ. Các tấm cách nhau bằng các miếng đệm và dòng khí nóng đi theo đường song
song qua các tấm đảo chiều trong khi đó chất lỏng cần gia nhiệt đi theo đường song
song giữa các tấm nóng. Để tăng hiệu quả truyền nhiệt các tấm được uốn hình sóng
Chất lỏng nóng đi qua đáy phần trên đầu khí đuợc phép đi lên phía trên giữa
các tấm chẵn còn chất lỏng lạnh phần đỉnh đầu được phép đi xuống dưới giữa các
tấm lẻ. Khi các hướng của dòng nóng và lạnh ngược chiều nhau người ta gọi là thiết
kế dòng ngược. Hình 2.8 minh họa thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 21
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Hình 2.8. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm
Những ứng dụng công nghiệp phổ biến là:
- Thiết bị phận khử trùng tại nhà máy đóng gói sữa.
- Các nhà máy bay hơi trong ngành thực phẩm.
2.2.9. Thiết bị trao đổi nhiệt bằng gốm:
Một trong những giới hạn cơ bản của bộ tận dụng nhiệt thải bằng kim loại là
tuổi thọ thấp khi làm việc ở môi trường có nhiệt độ cao, vượt quá 1100
o
C. Để hoạt
động được trong vùng nhiệt độ cao như vậy thì người ta sử dụng gốm. Bộ tận dụng
này có thể hoạt động ở nhiệt độ khói lên đến 1550
o
C còn nhiệt độ không khí nóng
lên đến 815
o

C. Bộ trao đổi nhiệt bằng gốm sử dụng lần đầu tiên trong các lò nung xi-
măng, trong chu trình nhiệt để hàn nhanh các vết nứt trên các ống.
Hình 2.9. Bộ tận dụng nhiệt sử dụng gốm
2.2.10. Lò hoàn nhiệt tận dụng nhiệt thải:
Lò hoàn nhiệt có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các lò nung thép và lò thủy
tinh. Quan hệ quan trọng tồn tại giữa kích cỡ lò hoàn nhiệt, thời gian giữa 2 lần hoán
đổi, độ dày của gạch cách nhiệt, hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung của gạch cách nhiệt.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 22
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Hình 2.10. Lò hoàn nhiệt tận dụng nhiệt thải
Trong lò hoàn nhiệt, khoảng thời gian giữa 2 lần hoán đổi là một khía cạnh
quan trọng. Khoảng thời gian này càng dài thì độ tích trữ nhiệt càng cao do đó tổn
thất càng lớn. Ngoài ra, khoảng thời gian hoán đổi càng dài làm cho nhiệt độ gia
nhiệt trung bình giảm và do đó tiết kiệm được nhiên liệu.
Sự tích tụ bụi và xỉ trên bề mặt làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt. Lượng nhiệt
tổn thất qua tường và không khí lọt cũng làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt giữa khói
và không khí.
2.2.11. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu quay:
Cấu tạo như hình vẽ dưới đây:
Hình 2.11. Bộ tận dụng nhiệt thải kiểu quay.
Thiết bị tận dụng nhiệt kiểu quay được dùng trong tận dụng nguồn nhiệt thấp
và trung bình.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 23
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
Đĩa rỗng có kích thước lớn, được chế tạo bằng kim loại có nhiệt dung lớn, quay
giữa 2 ống chồng lên nhau. Trục quay song song với trục của 2 ống. Đĩa quay và
nhận nhiệt của khói nóng, nhã nhiệt cho không khí lạnh. Hiệu suất toàn phần trao đổi
nhiệt có thể lên tới 85%. Đường kính của đĩa quay có thể lên tới 21m, lưu lượng
không khí lên tới 1130 m
3

/phút.
2.3.Nhận xét:
Trong các thiết bị trên, ta thấy thiết bị tận dụng nhiệt khói thải sử dụng ống nhiệt
trọng trường là tốt nhất Thiết bị tận dụng nhiệt khói thải bằng ống nhiệt có những ưu
điểm nổi bật sao với những thiết bị khác:
Ở đây chúng ta so sánh ưu điểm của ống nhiệt với các phần tử truyền nhiệt
khác.
Nhiệt độ bề mặt ống nhiệt đồng đều theo toàn bộ chiều dài ống. Ta biết rằng bên
trong ống nhiệt xảy ra hai quá trình sôi và ngưng tụ, áp suất trong phần ngưng và
phần sôi không chênh lệch nhiều, do vậy nhiệt độ ở hai vùng trên gần như nhau.
Ống nhiệt truyền tải nhiệt từ vùng nóng tới vùng lạnh không cần phải dùng
bơm. Như vậy độ tin cậy của thiết bị tăng và trong quá trình làm việc thiết bị không
gây ồn. Như ta đã biết từ vùng sôi do chênh lệch áp suất dễ dàng chuyển động đến
vùng ngưng, nhờ tác dụng của lực trọng trường lại tự chảy về vùng sôi. Rõ ràng bên
trong ống nhiệt xảy ra quá trình khép kín nên môi chất không cần phải có ngoại lực
tác dụng. So với dẫn nhiệt bằng thanh kim loại cùng kích thước, khả năng truyền
nhiệt từ nguồn nhiệt đến nơi tiêu thụ của ống nhiệt lớn hơn hàng chục lần. Ưu điểm
này là do quá trình truyền nhiệt bên trong ống nhiệt thực hiện bởi sự biến đổi pha (sôi
và ngưng), do đó quá trình truyền nhiệt lớn gấp hàng chục lần so với sự dẫn nhiệt
bằng thanh kim loại cho dù là bằng bạc.
Khi chọn môi chất thích hợp có thể bảo đảm vận hành ống nhiệt an toàn trong
khoảng nhiệt độ rộng từ -80
0
C đến 2500
0
C.
Trên thực tế ống nhiệt thường được lắp đặt thành dàn hoặc thành cụm ống.
Trong quá trình làm việc giả sử có một vài ống nhiệt bị hỏng thì hệ thống vẫn làm
việc được. Mặt khác ta có thể thay thế ống nhiệt bị hỏng ngay cả khi hệ thống đang
hoạt động.

Nhiệt từ một nguồn nóng có thể truyền tải đến nhiều hộ dùng nhiệt ở nhiều
khoảng cách khác nhau.
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 24
Thuyết minh Đồ án tốt nghiệp  GVHD : T.S Trần Văn Vang
CHƯƠNG III
TÍNH KIỂM TRA LÒ DẦU TRUYỀN NHIỆT ĐỐT THAN ĐÁ
3.1. Các thông số ban đầu
1. Công suất lò dầu truyền nhiệt : 1.250.000 kcal/h
2. Nhiên liệu đốt : Than đá
3. Nhiệt độ dầu gia nhiệt ra khỏi lò : 300
o
C
4. Hiệu suất của lò : 82,35 %
5. Lượng nhiên liệu tiêu hao : 329,44 kg/h
Bảng 14. Thành phần nhiên liệu than
W
lv
A
lv
S
lv
C
lv
H
lv
N
lv
O
lv
11,0 24,9 2,5 47,4 3,2 1,3 9,7

Nhiệt trị làm việc của than đá Q
lv
t
= 4340 kcal/kg
3.2. Tính lượng không khí cấp vào lò và thể tích sản phẩm cháy
3.2.1. Lượng không khí lý thuyết
Theo công thức sách TBLH trang 20 ta có:
V
o
kk
= 0,0889(C
lv
+ 0,375.S
lv
) + 0,265.H
lv
– 0,033.O
lv
, m
3
tc/kg
= 0,0889(47,4 + 0,375.2,5) + 0,265.3,2 – 0,033.9,7
= 4,8251 , m
3
tc/kg
3.2.2. Lượng không khí thực tế
Chọn sơ bộ hệ số không khí thừa : Đối với lò đốt than công suất nhỏ thì cần
lượng không khí thừa nhỏ, ở đây ta chọn α = 1,4 , lượng không khí thừa này sẽ không
thay đổi trong quá trình tính toán.
Theo công thức 3.18 sách TBLH trang 20 ta có:

V
kk
= α.V
o
kk
= 1,4.4,8251 = 6,755 , m
3
tc/kg
Lượng không khí cần cung cấp trong 1 giờ là:
V
cc
kk
= B. V
o
kk
= 329,44.6,755 = 2225,4 m
3
/h
3.2.3. Thể tích sản phẩm cháy
1. Thể tích khí 3 nguyên tử
SVTH: Ngô Mậu Năm – Lớp 04N1 – Khoa CN Nhiệt Điện Lạnh Trang : 25