Luận văn Ứng dụng cae trong thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động cơ (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ứng dụng cae trong thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động cơ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THANH BÌNH ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 4 4 8 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THANH BÌNH ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THANH BÌNH ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM SƠN MINH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
4. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên học viên: Phạm Thanh Bình MSHV: 128520103002 Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Khóa: 2012 - 2014B Tên đề tài: Ứng dụng CAE trong thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động cơ Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ học tên)
5. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phạm Thanh Bình Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/10/1986 Nơi sinh: Biên Hịa-Đồng Nai Quê quán: Thanh Hĩa Dân tộc:Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 41/3B , KP1, P.Thống Nhất , TP. Biên Hịa, Tỉnh Đồng Nai Điện thoại cơ quan: 0613822263 Điện thoại nhà riêng:0613916987 Fax: E-mail: ptbinh86@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 09/2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường CĐN Đồng Nai Ngành học: Nguội sữa chửa 2. Đại học: Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 09/2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học SPKT TP.Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm Từ 06/2010 Trường CĐN Đồng Nai Giảng dạy đến nay
6. LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 09 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) i
7. LỜI CẢM ƠN Trước tiên tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Phạm Sơn Minh, người thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp những tài liệu quan trọng, định hướng và sửa chữa những thiếu sĩt trong suốt quá trình tơi nghiên cứu để hồn thành cuốn luận văn này. Tơi xin cảm ơn quý thầy trong Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ tơi trong suốt quá trình học tập tại trường . Tơi cảm ơn những lời hỏi thăm, sự giúp đỡ và động viên nhiệt tình của các anh chị học viên trong lớp cao học khĩa 2012-2014B ngành Kỹ Thuật Cơ Khí và nhất là gia đình đã tạo điều kiện cho tơi học tập tốt. Cuối cùng tơi xin cảm ơn Phịng Cao học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để tơi học tập cũng như thực hiện xong luận văn này. Học viên thực hiện ii
8. TĨM TẮT Nhiệt thải là nhiệt năng phát sinh trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc phản ứng hố học và được thải ra ngồi mơi trường. Hiện nay trong đa số các qui trình sản xuất, phần năng lượng này chưa được tái sử dụng cho các mục đích kinh tế cũng như các qui trình sản xuất khác. Nhìn chung, với các phương pháp tận dụng nhiệt thải phổ biến hiện nay, hiệu suất tận dụng nhiệt phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ của khí thải. Trong những đề tài nghiên cứu về tận dụng nhiệt thải, tận dụng nhiệt thải bằng hệ thống thu hồi nhiệt đang là cách tốt nhất để tận dụng nhiệt thải và tiết kiệm nhiên liệu . Sự phục hồi và sử dụng nhiệt thải khơng chỉ bảo tồn nhiên liệu nĩi chung và nhiên liệu hĩa thạch nĩi riêng, mà cịn làm giảm lượng nhiệt thải ra mơi trường và hiêu ứng nhà kính đối với mơi trường. Trong đề tài này tác giả đã ứng dụng CAE trong thiết kế hệ thống tận dụng nhiệt thải từ động cơ. Sử dụng phẩn mềm Ansys Workbench 14 để mơ phỏng phân tích ảnh hưởng từ các thơng số chính của hệ thống đến nhiệt độ đầu ra của khí. Từ đĩ cho ra mơ hình hệ thống tận dụng nhiệt thải phù hợp. Đề xuất mơ hình thực nghiệm, tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. iii
9. ABSTRACT Waste heat is generated during fuel combustion or chemical reactions after that they are released into environment. Currently, most of the manufacturing process, this energy is not re-used for economic purposes as well as other production processes yet. In general, to get the best out of using waste heat, the utilization of heat depends greatly on the temperature of the exhaust gas. In the researches to get the best out of using waste heat, the best way to take advantage of waste heat and save the economy is that using heat recovery system. The re-use of waste heat not save the fuel in general and in particular fossil fuel, but also reduce the amount of waste heat into the environment and the greenhouse effect on the environment. In this subject, the author has used CAE system to re-use waste heat from the engine. He was using ANSYS Workbench 14 software to analysis the impact of the main parameters of the system to output air temperature. Since then, the system model suitable waste heat. Then, he will develop a waste heat system in the best way. Proposed an empirical model, carried out the design and manufacturing systems utilize waste heat, conduct experiments and verify the results. iv
10. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii Đề xuất mơ hình thực nghiệm, tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. iii MỤC LỤC v DANH SÁCH BẢNG viii DANH SÁCH HÌNH ix Chương 1 TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nước đã cơng bố 6 1.2.1. Trong nước 6 1.2.2. Ngồi nước 7 1.3. Mục đích của đề tài 8 1.4. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài. 9 1.5. Phương pháp nghiên cứu 9 Chương 2 NGHIÊN CỨU TỔNG THỀ VỀ CÁC DẠNG ĐIỀU KIỆN BIÊN TRONG MƠI TRƯỜNG PHẦN MỀM ANSYS CFX 11 2.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS 11 2.1.1. Giới thiệu chung 11 2.1.2. Kiểu bài tốn cĩ thể phân tích với ANSYS 14. 13 2.2. Lý thuyết về điều kiện biên. 15 2.2.1. Định nghĩa điều kiện biên 15 2.2.2. Một số điều kiện biên tốn học. 15 2.3. Các dạng điều kiện biên trong ANSYS CFX. [7] 16 2.3.1. Kiểu biên INLET. 17 2.3.2. Kiểu biên OUTLET. 18 2.3.3. Kiểu biên OPENING. 19 v
11. 2.3.4 . Kiểu biên WALL. 19 2.4. Lý thuyết truyền nhiệt. 22 2.4.1. Khái niệm về trao đổi nhiệt. 22 2.4.2. Các phương thức trao đổi nhiệt. 22 2.4.2.1. Dẫn nhiệt. 23 2.4.2.2. Tỏa nhiệt (hay trao đổi nhiệt đối lưu). 25 2.4.2.3. Trao đổi nhiệt bức xạ. 25 Chương 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TỪ CÁC THƠNG SỐ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐẾN NHIỆT ĐỘ ĐẦU RA CỦA KHÍ 28 3.1. Một số loại thiết bị tận dụng nhiệt thải hiện nay 28 3.1.1. Thiết bị thu hồi nhiệt [9] 28 3.1.2. Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại [12] 28 3.1.3. Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu. [10],[11] 29 3.1.4. Tuabin nhiệt. [12] 30 3.1.5. Bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống [13] 31 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số chính của hệ thống đến nhiệt độ đầu ra của khí. 32 3.2.1. Thiết kế mơ hình: 32 3.2.2. Thơng số mơ phỏng : 33 3.2.2.1. Các thơng số cơng tác chủ yếu của động cơ 33 3.2.2.2. Thơng số về vật liệu 33 3.2.3. Thiết lập mơ hình và mơ phỏng hệ thống bằng phần mềm Ansys 14. 35 3.2.4. So sánh các kết quả mơ phỏng: 36 Chương 4 MƠ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ SO SÁNH VỚI 43 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 43 4.1. Tìm hiểu về động cơ và hình dạng kích thước của ống xả khí thải cho thực nghiệm 43 4.1.1. Động cơ máy phát điện CAT D333 43 4.1.2. Ống xả khí thải : 43 4.2. Mơ phỏng quá trình gia nhiệt khơng khí của hệ thống. 45 vi
12. 4.2.1. Thiết kế, mơ phỏng kiểm tra nhiệt độ với trường hợp 1 46 4.2.1.1. Thiết kế mơ hình ống bao ngồi 46 4.2.1.2. Mơ phỏng , kiểm tra nhiệt độ đầu ra ( Trường hơp 1) 47 4.2.2. Thiết kế, mơ phỏng kiểm tra nhiệt độ với trường hợp 2 52 4.2.2.1. Thiết kế mơ hình ống bao ngồi 52 4.2.2.2. Mơ phỏng , kiểm tra nhiệt độ đầu ra ( Trường hơp 2) 52 4.3. Đề xuất cho mơ hình thực nghiệm 56 4.4. So sánh kết quả quá trình thực nghiệm với mơ phỏng 58 4.4.1. Quá trình thực nghiệm : 58 4.4.2. Kết quả thực nghiệm 59 4.4.3. So sánh với kết quả mơ phỏng 59 Chương 5 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 vii
13. DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1. Nguồn nhiệt thải và chất lượng 2 Bảng 1.2: Nhiệt độ nhiệt thải trong vùng nhiệt độ cao từ các nguồn khác nhau 3 Bảng 1.3. Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ trung bình từ các nguồn khác nhau 4 Bảng 1.4: Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ thấp từ các nguồn khác nhau 4 Bảng 1.5. Các ứng dụng và thiết bị thu hồi nhiệt thải 5 Bảng 3.1: Kết quả mơ phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 1 36 Bảng 3.2: Kết quả mơ phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 2 37 Bảng 3.3: Kết quả mơ phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 3 38 Bảng 3.4: Kết quả mơ phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 4 39 Bảng 3.5: Kết quả mơ phỏng ở 4 mẫu 40 Bảng 3.6: Kết quả mơ phỏng khi tạo gân trên ống xả 41 Bảng 3.7: Kết quả mơ phỏng khi thay đổi thống số lưu lượng hút 41 Bảng 4.1: Kết quả mơ phỏng của 3 mẫu (trường hợp 1) 50 Bảng 4.2: Kết quả mơ phỏng nhiệt độ đầu ra (outlet) ở trường hợp 1 51 Bảng 4.3: Kết quả mơ phỏng của 3 mẫu (trường hợp 2) 55 viii
14. DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 : Giao diện ANSYS 14 13 Hình 2.2: Trình tự để giải một bài tốn ANSYS 14 14 Hình 2.3 :Điều kiện biên trong mơ hình đa pha. 16 Hình 2.4 : Các điều kiện biên cơ bản định nghĩa một dịng chảy 17 Hình 2.5: Kiểu biên Symmetry 21 Hình 2.6 : Mơ hình khơng thiết lập điều kiện biên đối xứng 21 Hình 2.7: Ba phương thức trao đổi nhiệt (a): dẫn nhiệt; (b): đối lưu; (c): bức xạ 22 Hình 2.8: Cân bằng nhiệt cho dV trong V 24 Hình 2.9 : Tia nhiệt trong thang đo sĩng điện từ. 26 Hình 3.1 : Thiết bị thu hồi nhiệt (SEAV, 2004) 28 Hình 3.2: Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại (Hardtech Group) 29 Hình 3.4: Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp 30 Hình 3.3: Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu (Reay, D.A., 1979) 30 Hình 3.5: Tuabin nhiệt (SADC, 1999) 31 Hình 3.6: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống bọc 32 Hình 3.7a: Mơ hình thực tế Hinh 3.7b: Mơ hình thí nghiệm 33 Hình 3.8 : Kích thước sơ bộ của ống xả khí thải 34 Hình 3.9: Các mẫu thiết kế ống bao 35 Hình 3.10: Miêu tả các thống số đầu vào cho bài tốn 35 Hình 3.11: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 1 36 Hình 3.12 :Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 2 37 Hình 3.13: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 3 38 Hình 3.14: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 4 39 Hình 3.15: Biểu đồ so sánh nhiệt độ đầu ra ở 4 mẫu. 40 Hình 3.16: Tạo gân trên ống xả 40 Hình 3.17: Biểu đồ so sánh nhiệt độ đầu ra khi tạo gân trên ống xả ở mẫu 2 41 Hình 3.18: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi thống số lưu lượng hút 42 ix
15. Hình 3.19 : Biểu đồ so sánh nhiệt độ ở mẫu 2T, 2S 42 Hình 4.1 : Động cơ máy phát điện CAT D333 43 Hình 4.2 : Ống xả khí thải 44 Hình 4.3 : Kích thước sơ bộ của ống xả 44 Hình 4.4 : Quá trình gia nhiệt khơng khí của hệ thống 45 Hình 4.5 : Hai trường hợp mơ phỏng (1): dịng gia nhiệt bằng quạt thổi đặt ở đầu vào(inlet); (2): dịng gia nhiệt bằng quạt hút đặt ở đầu ra(outlet) 46 Hình 4.6 : Ống bao ngồi và kích thước 46 Hình 4.7 : Mơ hình 3D ( trường hợp 1) 47 Hình 4.8 : Mơ hình hình học của bài tốn 47 Hình 4.9: Chia lưới 47 Hình 4.10: Miêu tả các thống số đầu vào cho bài tốn 48 Hình 4.11: Điều kiện biên INLET 48 Hình 4.12: Điều kiện biên OUTLET 49 Hình 4.13: Điều kiện biên WALL 49 Hình 4.14: Biểu đồ so sánh nhiệt độ đầu ra của 3 mẫu (trường hợp 1) 50 Hình 4.15: Tạo gân trên ống xả 50 Hình 4.17: Ống bao ngồi và kích thước 52 Hình 4.18: Mơ hình 3D ( trường hợp 2) 52 Hình 4.19: Mơ hình hình học của bài tốn 53 Hình 4.20: Chia lưới 53 Hinh 4.21: Miêu tả các thống số đầu vào cho bài tốn 53 Hình 4.22: Điều kiện biên INLET 54 Hình 4.23: Điều kiện biên OUTLET 54 Hình 4.24: Điều kiện biên WALL 55 Hình 4.25: Biểu đồ so sánh nhiệt độ đầu ra của 3 mẫu (trường hợp 2) 56 Hình 4.26: Kích thước ống bao ngồi trong mơ hình thực nghiệm 56 Hình 4.27: a) Quạt thổi 57 Hình 4.28: Lắp ống bao ngồi và cách nhiệt ống bằng Amiang 58 Hình 4.29: Nhiệt độ đo tại Turbo và cổ ống xả 58 x
16. Hình 4.30: Nhiệt độ đo tại đoạn gia nhiệt của ống xả 59 Hình 4.31: Nhiệt độ khí thu được sau khi động cơ chạy cĩ tải 59 Hình 4.33: Biểu đồ so sánh nhiệt độ 59 xi
17. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Nhiệt thải là nhiệt phát sinh trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc phản ứng hố học và được thải ra ngồi mơi trường, chúng khơng được tái sử dụng một cách hữu ích cho các mục đích kinh tế. Vấn đề chính mà chúng ta cần quan tâm là “giá trị” chứ khơng phải khối lượng nhiệt thải. Cơ chế để tân dụng nhiệt thải này phụ thuộc vào nhiệt độ của khí thải Hoạt động của các lị hơi, lị nung, lị luyện và động cơ thường phát sinh ra một lượng lớn khí thải rất nĩng. Nếu một phần nhiệt thải này được tận dụng thì chúng ta cĩ thể tiết kiệm được một lượng nhiên liệu đáng kể. Chúng ta khơng thể thu hồi được tồn bộ nhưng cĩ thể thu hồi được phần lớn năng lượng trong khí thải. Hiện nay nguồn năng lượng này được tận dụng để dùng vào nhiều mục đích khác nhau: Sản xuất hơi, điện năng, điều hồ khơng khí hay làm lạnh khơng khí cấp vào động cơ. Ví dụ về hệ thống tận dụng nhiệt khí thải lị nung clinker phát điện ở Nhà máy xi măng Hà Tiên 2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống: khí thải từ lị quay cĩ nhiệt độ từ 350 – 3800C được dẫn vào nồi hơi thực hiện trao đổi nhiệt tạo ra hơi quá nhiệt. Dùng hơi quá nhiệt quay turbine dẫn động máy phát điện. Phần khí sau khi đã qua trao đổi nhiệt cịn khoảng 2300C được đưa về sấy liệu cho máy nghiền bột sống. Khi lị nung hoạt động bình thường với cơng suất 3.000 tấn clinker/năm, nhà máy phát được 3 MW điện. Ngồi hiệu quả chính là thu hồi lượng nhiệt thải từ lị nung để phát điện làm giảm chi phí tiêu thụ điện năng, hệ thống thu hồi nhiệt thải cịn cĩ những tác dụng phụ tích cực như: Hệ thống đã hấp thụ nhiệt và chuyển thành điện năng, làm giảm nhiệt độ ở đầu vào của các thiết bị thuộc cơng đoạn phía sau giúp các thiết bị hoạt động ổn định hơn, giảm hư hỏng, tăng tuổi thọ máy nghiền bột sống, quạt giĩ KK15-KM02, lọc bụi tĩnh điện. 1
18. Khi tận dụng nhiệt thải, cần xem xét trước hết là chất lượng nhiệt thải. Dựa vào loại quy trình, cĩ thể tận dụng nhiệt thải tại bất kỳ nhiệt độ nào từ nhiệt độ thấp của nước làm mát đến nhiệt độ cao của khí thải trong lị luyện ,lị nung cơng nghiệp, động cơ. Thơng thường, nhiệt độ cao hơn tương ứng với tận dụng nhiệt chất lượng cao hơn và lợi nhuận so với chi phí cao hơn. Trong bất kỳ nghiên cứu về tận dụng nhiệt thải nào cũng vơ cùng cần thiết phải cĩ ứng dụng của nhiệt được tận dụng. Những ví dụ điển hình về sử dụng nhiệt thu hồi bao gồm gia nhiệt sơ bộ khơng khí đốt, sưởi hoặc gia nhiệt sơ bộ nước cấp nồi hơi hay nước trong quy trình sản xuất. - Chất lượng và tiềm năng sử dụng :[8] Khi xem xét tiềm năng tân dụng nhiệt, nên ghi lại tất cả các nguồn thải khả thi, chất lượng và tiềm năng sử dụng của chúng (xem Bảng 1.1) Bảng 1.1. Nguồn nhiệt thải và chất lượng STT Nguồn nhiệt thải Chất lượng nhiệt thải và tiềm năng sử dụng 1 Nhiệt tại ống khĩi khí thải Nhiệt độ càng cao giá trị tiềm năng thu hồi nhiệt càng lớn 2 Nhiệt trong dịng hơi Cũng giống như nhiệt tại khĩi lị nhưng khi ngưng tụ lại cũng cĩ thể thu hồi nhiệt ẩn 3 Nhiệt bức xạ & đối lưu thất thốt từ Nếu được tận dụng, cĩ thể sử dụng để sưởi nhà bề mặt ngồi của thiết bị hoặc gia nhiệt sơ bộ khơng khí 4 Thất thốt nhiệt trong nước làm Cấp thấp – sẽ hữu ích nếu trao đổi nhiệt với mát nước tự nhiên đi vào 5 Thất thốt nhiệt trong quá trình 1. Cấp cao nếu cĩ thể tận dụng để giảm nhu cầu cung cấp nước làm mát hoặc thải làm lạnh nước làm mát 2. Cấp thấp nếu bộ phận làm lạnh được sử dụng như một bơm nhiệt 6 Nhiệt trong các sản phẩm ra khỏi Chất lượng phụ thuộc vào nhiệt độ quy trình 7 Nhiệt trong các chất thải dạng khí Kém, nếu bị ơ nhiễm nặng và do vậy cần cĩ và dạng lỏng ra khỏi quy trình thiết bị trao đổi nhiệt hợp kim 2
19. - Tiềm năng tận dụng nhiệt thải đối với các quy trình cơng nghiệp khác nhau: Cĩ thể tân dụng nhiệt thải từ các quy trình cơng nghiệp khác nhau. Cĩ sự phân biệt rõ giữa nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao của nhiệt thải. Bảng 1.2 cho biết nhiệt độ của khí thải từ các thiết bị xử lý cơng nghiệp trong vùng nhiệt độ cao. Tất cả các kết quả này đều từ quy trình đốt nhiên liệu trực tiếp. Bảng 1.2: Nhiệt độ nhiệt thải trong vùng nhiệt độ cao từ các nguồn khác nhau 0 Loại thiết bị Nhiệt độ ( C) Lị tinh luyện niken 1370 – 1650 Lị tinh luyện nhơm 650 – 760 Lị tinh luyện kẽm 760 – 1100 Lị tinh luyện đồng 760 – 815 Lị nung thép 925 – 1050 Lị phản xạ đồng 900 – 1100 Lị đáy bằng ngồi trời 650 – 700 Lị nung xi măng (quy trình sấy) 620 – 730 Lị nung chảy thủy tinh 1000 – 1550 Nhà máy hydro 650 – 1000 Lị thiêu kết chất thải rắn 650 – 1000 Lị thiêu kết hút khĩi 650 – 1450 Bảng 1.3 cho biết nhiệt độ của khí thải từ các thiết bị xử lý cơng 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. 3
20. Bảng 1.3. Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ trung bình từ các nguồn khác nhau 0 Loại thiết bị Nhiệt độ ( C) Xả nồi hơi 230 – 480 Xả tuabin khí 370 – 540 Xả động cơ pittơng 315 – 600 Xả động cơ pittơng (tuabin chịu tải) 230 – 370 Lị xử lý nhiệt 425 – 650 Lị nướng và sấy 230 – 600 Máy cán nghiền xúc tác 425 – 650 Hệ thống làm mát lị ủ 425 - 650 Bảng 1.4 liệt kê một số nguồn nhiệt trong vùng nhiệt độ thấp. Trong vùng nhiệt độ này, thường khơng thực tiễn khi tách cơng sinh ra từ nguồn mặc dù hồn tồn cĩ thể loại trừ sản sinh hơi nếu cĩ nhu cầu về hơi áp suất thấp. Nhiệt thải nhiệt độ thấp cĩ thể cĩ ích trong trường hợp bổ sung cho mục đích gia nhiệt sơ bộ. Bảng 1.4: Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ thấp từ các nguồn khác nhau 0 Nguồn Nhiệt độ C Ngưng hơi từ quy trình 55-88 Nước làm mát từ: Cửa lị luyện 32-55 Giá đỡ 32-88 Máy hàn 32-88 Máy đúc áp lực 32-88 Lị ủ 66-230 Khuơn định hình 27-88 Máy nén khí 27-50 Bơm 27-88 Thiết bị ngưng tụ làm lạnh và điều hịa khơng khí 32-43 Thiết bị ngưng tụ lắng chất lỏng 32-88 Lị sấy khơ, sấy và nướng 93-320 Chất lỏng Xử lý nĩng 32-232 Chất rắn xử lý nĩng 93-232 4
21. Bảng 1.5. Các ứng dụng và thiết bị thu hồi nhiệt thải Thiết bị thu hồi Vùng Nguồn phổ biến Những ứng dụng nhiệt Nhiệt độ phổ biến Device Thiết bị thu hồi H Khí xả lị hơi hoặc lị Gia nhiệt sơ bộ nhiệt bức xạ thiêu khơng khí đốt cháy Thiết bị thu hồi M-H Lị ủ hoặc ủ đều, lị nung Gia nhiệt sơ bộ nhiệt đối lưu chảy, mỏ đốt sau, thiết bị khơng khí đốt cháy thiêu khí, mỏ đốt ống bức xạ, lị gia nhiệt lại Máy thu hồi nhiệt H Lị nung chảy thép và Gia nhiệt sơ bộ của lị luyện thủy tinh khơng khí đốt cháy Bánh xe nhiệt kim L-M Lị sấy khơ và sấy, khí xả Gia nhiệt sơ bộ loại lị hơi khơng khí đốt cháy, Sưởi Bánh xe nhiệt gốm M-H Khí xả lị thiêu hoặc nồi Gia nhiệt sơ bộ hơi lớn hơn khơng khí đốt cháy Máy thu hồi nhiệt L-M Khí xả lị hơi Gia nhiệt sơ bộ nước kiểu ống cĩ cánh bổ sung cho nồi hơi tản nhiệt Máy thu hồi nhiệt L Nước ngưng làm lạnh, hơi Dịng chất lỏng cần kiểu ống bọc thải, nước ngưng chưng gia nhiệt cất, chất làm lạnh từ động cơ, thiết bị nén khí, giá đỡ Đường ống nhiệt L-M Lị sấy, nướng và sấy khơ, Gia nhiệt sơ bộ Hơi thải, máy sấy khơng khơng khí cháy, gia khí, lị nung và lị lửa quặt nhiệt sơ bộ nước bổ sung cho nồi hơi, sản sinh hơi, nước nĩng , sưởi Nồi hơi nhiệt thải M-H Khí thải từ tuabin khí, Sản sinh hơi hoặc động cơ pittơng, lị thiêu nước nĩng và lị luyện 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4