1 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHẠM TUẤN KHẢI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐƯA RA GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA NỒI HƠI CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt Mã số: 60.52.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Hoàng Ngọc Đồng Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Bốn Phản biện 2: PGS.TS. Đào Ngọc Chân Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 11 năm 2011. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - H ọc liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn ñề tài Hiện nay có rất nhiều nồi hơi có hiệu suất sử dụng năng lượng thấp, làm gia tăng tình trạng ô nhiễm môi trường và kém hiệu quả về mặt kinh tế. Có nhiều biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng trong hệ thống nồi hơi liên quan ñến quá trình ñốt, truyền nhiệt, hao hụt năng lượng. Xuất phát từ thực tế ñó, tôi chọn và nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu tính toán ñưa ra giải pháp giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất của nồi hơi công nghiệp ” 2. Mục tiêu nghiên cứu Trong ñề tài này tác giả nghiên cứu những vấn ñề liên quan ñến các yếu tố làm giảm hiệu suất của nồi hơi. 3. Nội dung nghiên cứu - Các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi hơi công nghiệp. - Tính toán ñưa ra các giải pháp tốt nhất nhằm giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi hơi. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết . - Thực nghiệm so sánh và kết luận. 5. Ý nghĩa thực tiễn Sử dụng năng lượng hiệu quả hơn trong sản xuất công nghi ệp. Tiết kiệm ñược tài nguyên nhiên liệu, ñặc biệt là các loại nhiên liệu hóa thạch. 4 Giảm thiểu ô nhiểm môi trường, ổn ñịnh kinh tế. 6. Bố cục luận văn Ngoài phần Mở ñầu, Kết luận và Tài liệu tham khảo, phần nội dung gồm các chương sau: Luận văn bao gồm 04 chương: Chương 1 : Tổng quan về hoạt ñộng của nồi hơi Chương 2 : Phân tích ñánh giá các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi hơi Chương 3 : Tính toán phương án giảm thiểu tác ñộng của các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất nồi hơi Chương 4 : Tính toán giải pháp cụ thể cho nồi hơi 5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA NỒI HƠI 1.1 Tổng quan về nồi hơi Nồi hơi là một thiết bị giúp ñưa nhiệt của quá trình ñốt cháy cho nước cho ñến khi nước ñược ñun nóng hoặc thành hơi. Hình 1.1 Giản ñồ của một bộ phận nồi hơi 1.2 Đánh giá hoạt ñộng của nồi hơi Cân bằng nhiệt sẽ giúp chúng ta xác ñịnh ñược những tổn thất nhiệt có thể và không thể tránh khỏi. Kiểm ñịnh hiệu suất nồi hơi giúp ta tìm ra khu vực trục trặc; ñể có các biện pháp khắc phục. 1.2.1 Cân Bằng nhiệt Cân bằng năng lượng là ñể xác ñịnh nhu cầu năng lượng ñầu vào và tính toán tỷ lệ hao hụt trên cơ sở năng lượng ñầu ra dưới nh ững dạng khác nhau. 1.2.2 Hiệu suất nồi hơi Làm mềm K K h h ử ử m m u u ố ố i i M M ỏ ỏ ñ ñ ố ố t t N N ư ư ớ ớ c c c c ấ ấ p p Nhiên li ệu Khí xã Ống khói B B ì ì n n h h k k h h ử ử k k h h í í B B ơ ơ m m B B O O I I L L E E R R B B ộ ộ h h â â m m Đ Đ ế ế n n b b ì ì n n h h t t á á c c h h l l ỏ ỏ n n g g Hơi tuần hoàn X X ử ử l l ý ý h h ó ó a a c c h h ấ ấ t t B B ì ì n n h h t t á á c c h h l l ỏ ỏ n n g g 6 1.2.3 Hiệu suất nồi hơi theo phương pháp cân bằng thuận Hiệu suất nồi hơi (η) = Nhiệt lượng hữu ích/Nhiệt lượng ñưa vào ⇔ ' D.(i -i ) bh nc η = lv B.Q t Ưu ñiểm của phương pháp cân bằng thuận - Có thể ñánh giá nhanh hiệu suất nồi hơi. - Cách tính toán cần sử dụng ít thông số. - Sử dụng ít thiết bị quan trắc. - Dễ dàng so sánh tỷ lệ hoá hơi với số liệu ban ñầu. Nhược ñiểm của phương pháp cân bằng thuận - Không xác ñịnh ñược tại sao hiệu suất của hệ thống giảm. 1.2.3 Hiệu suất nồi hơi theo phương pháp cân bằng nghịch Hiệu suất nồi hơi: 6 η = 100% - q i i=2 ∑ Ưu ñiểm của phương pháp cân bằng nghịch Có thể ñạt ñược cân bằng năng lượng hoàn tất cho mỗi dòng riêng, giúp xác ñịnh giải pháp cải thiện hiệu suất nồi hơi. Nhược ñiểm của phương pháp cân bằng nghịch Tốn thời gian Cần sử dụng thiết bị trong phòng thí nghiệm ñể phân tích 1.3 Kết luận chương Hoạt ñộng ñánh giá nồi hơi là khâu quan trọng cần thiết cho quá trình vận hành, ñịnh kỳ bảo dưỡng và phục vụ cho mục ñích ki ểm toán năng lượng ñể nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất. 7 Chương 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT NỒI HƠI 2.1 Ảnh hưởng của tổn thất nhiệt q 2 2.1.1 Đặc ñiểm của tổn thất nhiệt q 2 - Khi nhiệt ñộ khói thải cao thì kéo theo hiệu suất của nồi hơi giảm. 2.1.2 Giải pháp giảm tổn thất nhiệt q 2 Tận dụng nhiệt khói thải. Đảm bảo quá trình ñốt với hệ số không khí thừa tối ưu. Cung cấp không khí cho nồi hợp lý trong từng giai ñoạn ñốt. Đảm bảo chân không buồng ñốt trong vận hành. Đảm bảo chế ñộ thổi bụi hợp lý. Đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng nước cấp, nước nồi. Giảm áp suất hơi nước của nồi hơi. 2.2 Đặc ñiểm của hệ số không khí thừa + Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt ñộ ñến hệ số không khí thừa Hình 2.1 Ảnh hưởng của hệ số không khí thừa ñến hiệu suất nồi hơi T ỷ lệ không khí thừa tối ưu cho quá trình ñốt phụ thuộc vào loại nhiên liệu, công suất và chế ñộ hoạt ñộng của nồi hơi 8 Bảng 2.2 Hệ số không khí thừa theo nhiên liệu và công suất nồi Nhiên liệu rắn Công suất nồi (T/h) Ghi cố ñịnh Tầng sôi Nhiên liệu lỏng Nhiên liệu khí > 30 1,2 ÷ 1,3 1,2 ÷ 1,25 1,05 ÷ 1,15 1,05 ÷ 1,15 10 ÷ 30 1,2 ÷ 1,3 1,2 ÷ 1,25 1,2 ÷ 1,25 1,2 ÷ 1,25 5 ÷ 10 1,2 ÷ 1,3 1,2 ÷ 1,25 < 5 1,2 ÷ 1,3 1,2 ÷ 1,25 Hệ số không khí thừa của nồi theo kết quả phân tích khói: 2 21 α = 21 - (O - 0,5.CO) Khi tính nhiệt cho các tải trọng từ 75% - 100%, có thể xem α = const. Trường hợp tải giảm xuống dưới 75%: D' α' = α - (0,75 - ) D Hoặc có thể xác ñịnh theo ñồ thị dưới ñây [21]. Nhiên liệu khí Các loại nhiên liệu khác Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng ñộ O 2 , CO 2 , và % không khí thừa 2.2.3 Gi ải pháp kiểm soát hệ số không khí thừa 9 - Sử dụng thiết bị phân tích Oxy cầm tay và ñồng hồ ño lưu lượng khí. - Thiết bị phân tích Oxy liên tục với ñồng hồ ño lưu lượng khí ñược gắn bên trong. - Thiết bị phân tích Oxy liên tục tương tự có thiết bị van ñiều tiết ñiều khiển từ xa. - Hệ thống ñiều khiển van ñiều tiết tự ñộng. 2.3 Ảnh hưởng của tổn thất nhiệt q 3 , q 4 - Tổn thất nhiệt q 3 , q 4 còn phụ thuộc nhiều vào hệ số không khí thừa, kết cấu buồng ñốt, phương pháp ñốt. - Tổn thất q 4 chủ yếu là do ñốt nhiên liệu rắn. - Đối với lò công nghiệp thường bị tổn thất theo 2 ñường: theo xỉ và lọt xuống ghi. - Độ mịn, ñộ ẩm than bột, chất lượng than, nhiệt ñộ gió nóng, tỷ lệ-tốc ñộ gió + Giải pháp giảm tổn thất nhiệt q 3 , q 4 - Đảm bảo hệ số không khí thừa tối ưu. - Đảm bảo chất lượng than cung cấp. - Đảm bảo tổ chức chế ñộ cháy hợp lý. 2.4 Ảnh hưởng của q 5 , q 6 ñến hiệu suất 2.4.1 Đặc ñiểm của tổn thất nhiệt q 5 Khi tính nghiệm nhiệt, q 5 có thể tính gần ñúng như sau: 5 t lv 100 q = (400F + 3000) , [%] B.Q F- di ện tích bề mặt ngoài nồi hơi, 10 400- nhiệt lượng tổn thất trên 1m 2 bề mặt ngoài của nồi hơi, 30000- nhiệt lượng tổn thất tại các bề mặt bầu nồi hộp ống. Đối với nồi hơi có D N nhỏ hơn 10000 kg/h. bh nc N t 5 lv 100 i -i q = (100 + 8D ) , [%] B.Q 640 Trị số q 5 khi tải thay ñổi: 5 5 B ' q = 0,5q (1+ ) , [%] ' B Yếu tố ảnh hưởng: nhiệt ñộ, diện tích bề mặt xung quanh, hệ số tỏa nhiệt ñối lưu. Q 5 = α dl .F.∆t 2.4.2 Giải pháp giảm tổn thất q 5 và q 6 - Bọc bảo ôn lại nồi hơi. - Tận dụng tối ña công suất nồi hơi. - Để giảm tổn thất q 6 phải có phương án cải tạo lại ghi lò. - Tính toán quy trình thải xỉ hợp lý. - Tận dụng nhiệt xỉ thải qua bộ hâm nước. 2.5 Ảnh hưởng của nhiên liệu + Giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình ñốt - Lựa chọn kích thước nhiên liệu phù hợp và ñồng ñều. - Tổ chức cấp gió và lựa chọn tốc ñộ gió hợp lý. - Duy trì nhiệt ñộ buồng lửa ổn ñịnh. 2.6 Ảnh hưởng của chất lượng nước cấp và chế ñộ xả ñáy lên hiệu suất nồi hơi 2.6.1 Ảnh hưởng của chất lượng nước cấp - Làm giảm khả năng truyền nhiệt từ khói ñến môi chất. [...]... sau : - T ng h p ñưa ra các công th c tính toán hi u su t n i hơi, d a vào ñó ta có th tính ki m tra hi u su t c a n i hơi cũng như tính ki m toán năng lư ng c a các h th ng m ng nhi t 26 - Phân tích ñư c các y u t nh hư ng ñ n hi u su t n i hơi công nghi p công su t v a và nh Xác ñ nh chính xác m c ñ hư ng và xây d ng n i dung tính toán ñ i v i các y u t nh nh hư ng ñó - Tính toán ñư c kh năng ti... 0,11 % 30017,32 T ng k t: Sau khi hoàn thành tính toán ñưa ra m t s gi i pháp nâng cao hi u su t n i hơi t i Nhà máy, ta ñ t ñư c m t s k t qu sau: 25 Lo i t n th t, y ut nh hư ng q2 q3,q4 q5 q6 X ñáy Nhi t lư ng thu ñư c ∆Q (kW) Đ gia tăng hi u su t ∆η (%) Gi i pháp Công th c tính T n d ng gia nhi t nư c c p Xác ñ nh α t i ưu B c cách nhi t K t qu Công th c tính K t qu Qnbs – Q’nbs 49,9 q2 - q'2 6,11... ban ñ u c a n i hơi stt Thông s Ký hi u Tr s Đơn v 24 1 2 3 4 5 6 Đư ng kính n i hơi Chi u dài n i hơi Nhi t ñ môi trư ng Nhi t ñ b m t n i hơi khi chưa b o ôn Nhi t ñ b m t n i hơi khi ñã b o ôn (yêu c u) H s t a nhi t d l tf 1,6 3,2 30 m m o C tw1 130 o tw2 40 o αdl 8 C C W/m2K B ng 4.6 S li u tính toán Stt 1 2 3 4 5 Thông s tính toán Di n tích b m t c n b o ôn T n th t qua b m t n i hơi khi chưa b... Khí n i sinh khí R n R n θ 0,73 – 0,78 0,66 – 0,70 0,70 – 0,75 3.5.4 Tính toán lư ng x ñáy n i hơi 3.5.4.1 Tính toán lư ng x ñáy Có th s d ng công th c dư i ñây ñ tính toán kh i lư ng x ñáy c n thi t ñ ki m soát n ng ñ ch t r n trong nư c c a n i hơi: %Dx = TDSnc / (TDSmax –TDSnc) 18 N u gi i h n t i ña cho phép c a TDS như trong n i hơi tr n b là 3000 ppm, % nư c c p qua x lý là 10% và TDS có trong... DX i'bh , [kw] QX = m.Cp ∆t , [kw] Ho c 3.6 Xây d ng toán ñ i - θ – α ñ i v i các lo i nhiên li u ph c v cho công tác v n hành CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN GI I PHÁP C TH CHO N I HƠI 4.1 Nhà máy gi y bao bì H i Phương – Qu ng Ngãi 19 N i hơi D = 10.000 kg/h, áp su t hơi bão hòa 5bar Nhi t ñ nư c c p 30oC; nhi t ñ khói th i 300oC S d ng nhiên li u than Antraxit có thành ph n làm vi c như sau: %Clv %Hlv %Olv %Nlv... trư ng 2 HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI - T ng h p xây d ng hoàn ch nh các gi i pháp và tính toán các gi i pháp nâng cao hi u su t n i hơi làm n n t ng cho quá trình s d ng ñ t hi u qu cao nh t - L p trình ph n m m tính toán ki m tra hi u su t n i hơi công su t v a và nh - Kh o sát và thu th p s li u v tình hình s d ng n i hơi t i Vi t Nam, qua ñó có hư ng ñi u ch nh c i t o và nâng cao hi u qu s d ng năng... η = f(D), và xác ñ nh ph t i kinh t nh t c a n i L p b ng ch ñ v n hành t i ưu cho n i hơi CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN GI M THI U TÁC Đ NG C A CÁC Y U T NH HƯ NG Đ N HI U SU T N I HƠI 3.1 Tính toán thu h i nhi t t khói th i 3.1.1 Xác ñ nh kh i lư ng nhi t th i t khói th i Nhi t lư ng ñ gia nhi t nư c c p thành hơi bão hòa su t làm vi c là: Q = D.(i bh - i nc ) , T n th t nhi t do khói th i: [kj/kg]... i pháp gi m thi u tác ñ ng c a các nhân t : h s không khí th a, nhi t ñ khói th i, ch t lư ng nư c c p, quá trình v n hành… - Đ xu t các phương án gi m thi u tác ñ ng c a các y u t trên ñ n hi u su t n i hơi nh m m c ñích nâng cao hi u qu s d ng năng lư ng, nâng cao hi u qu kinh t c a quá trình s n xu t và b o v môi trư ng 2 HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI - T ng h p xây d ng hoàn ch nh các gi i pháp và tính. .. a t i ưu α2 - Tính Q3 : Q 3= Áp d ng công th c: Đơn v 235(C lv + 0,375Sclv ).CO q (1 − 4 ) , RO2 + CO 100 Q3 = q3.Qñv Thành l p b ng tính v i α2 q3 = Q3/Qñv [Kj/kg] 16 B ng 3.4 S li u tính toán v i h s không khí th a α2 stt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Đ i lư ng Entanpi c a hơi nư c do không khí mang vào Entanpi c a khói th c Entanpi c a không khí l nh Lư ng t n th t Q22 Thành ph n q22 Công th c tính Tr s Đơn... q22 và q3 So sánh t ng q21 và q22 + q3 lư ng t n th t Kj/kg % Kj/kg % % % 3.3 Tính toán gi m t n th t nhi t q5 Tính toán b o ôn cho n i hơi T n th t khi chưa b o ôn: Q5.0 = α Flò (t w1 - t k ) , [W] dl T n th t khi ñã b o ôn: Q 5.1 = α dl Flò (t w2 - t k ) , [W] + Tính chi u dày l p b o ôn: M t ñ dòng nhi t qua vách n i hơi khi ñã b o ôn: q 5.1 = α (t w2 - t k ) , [W/m 2 ] dl Phương trình cân b ng . NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐƯA RA GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA NỒI HƠI CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt. nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu tính toán ñưa ra giải pháp giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất của nồi hơi công nghiệp ” 2. Mục tiêu nghiên cứu