i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
---oOo---

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT THẢI
ĐỂ CUNG CẤP NƢỚC LẠNH BẰNG MÁY LẠNH
HẤP THỤ TẠI CÔNG TY TAE KWANG VINA GVHD : TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN
SVTH : TRƢƠNG QUỐC BẢO
MSSV : 20500166 iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung luận văn trình bày các vấn đề về thu hồi nhiệt thải: những điều kiện, cơ
sở cần thiết để có thể đƣa ra một phƣơng án thu hồi nhiệt thải hiệu quả, hợp lý và tối
ƣu. Thông qua phân tích, đánh giá về hiện trạng nguồn nhiệt thải của một doanh
nghiệp cụ thể (công ty Tae Kwang Vina), từ đó đƣa ra phƣơng án tối ƣu là thu hồi
nhiệt thải của khói và hơi phân ly để cung cấp nƣớc lạnh bằng máy lạnh hấp thụ.
Luận văn trình bày cách tính toán thiết kế các thiết bị thu hồi nhiệt thải trong hệ
thống cũng nhƣ chọn lựa các thiết bị khác nhƣ máy lạnh hấp thụ, bơm… Bên cạnh đó,
luận văn cũng trình bày cách tính toán một chu trình máy lạnh hấp thụ Single Effect và
chƣơng trình tính toán bằng ngôn ngữ C#. Ngoài ra, luận văn đã nghiên cứu tính toán
hiệu quả của biện pháp thu hồi nhiệt hơi phân ly bằng ejector nhằm mục tiêu tiết kiệm
chi phí nhiên liệu.
Qua việc đánh giá tính kinh tế của hệ thống, luận văn đã đƣa ra một số nhận định
về điều kiện thực tế của Việt Nam khi ứng dụng các phƣơng án thu hồi nhiệt thải để
cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ.
iv

MỤC LỤC
ĐỀ MỤC TRANG
TRANG BÌA ............................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ iii

4.1.1 Sự khác biệt giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi ................ 26 v

4.1.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ H
2
O – LiBr loại Single Effect .... 27
4.1.3 Lựa chọn máy lạnh hấp thụ ......................................................................... 28
4.2 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ .................................................................... 28
4.2.1 Các công thức dùng để tính toán nhiệt động ................................................. 28
4.2.2 Các phƣơng trình cân bằng nhiệt và trình tự tính toán .................................. 36
CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT THẢI ............ 44
5.1 Tính toán sơ đồ nhiệt ............................................................................................ 44
5.1.1 Tính lƣợng hơi trích bổ sung ........................................................................ 44
5.1.2 Tính lƣợng nƣớc qua các thiết bị thu hồi nhiệt ............................................. 47
5.2 Thiết bị thu hồi nhiệt hơi phân ly .......................................................................... 48
5.3 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải .............................................................................. 53
5.3.1 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải của lò hơi số 3.............................................. 53
5.3.2 Thiết bị thu hồi nhiệt khói thải của lò hơi số 4.............................................. 60
5.4 Thiết bị trao đổi nhiệt hơi bổ sung và bồn chứa nƣớc nóng: .................................. 65
5.5 Tính toán trở lực ................................................................................................... 72
5.5.1 Trở lực đƣờng nƣớc nóng của hệ thống ........................................................ 72
5.5.2 Trở lực đƣờng nƣớc nóng cung cấp cho MLHT ........................................... 76
5.5.3 Trở lực đƣờng nƣớc lạnh cung cấp cho công nghệ ....................................... 78
5.5.4 Trở lực đƣờng nƣớc giải nhiệt ...................................................................... 79
5.6 Chọn bơm............................................................................................................. 81
CHƢƠNG 6: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ ........................................................ 82
6.1 Chi phí đầu tƣ và vận hành .................................................................................... 82
6.1.1 Chi phí đầu tƣ .............................................................................................. 82

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất giày tại công ty Tae Kwang Vina .................. 6
Hình 2.2: Đồ thị phân bố tỉ lệ tiêu thụ điện năng của các thiết bị trong doanh nghiệp .. 8
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nƣớc lạnh cho công nghệ ...................................... 9
Hình 2.4: Lò hơi đốt dầu FO với hệ thống béc đốt quay ............................................ 10
Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của béc đốt quay ...................................................... 11
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiệt tại doanh nghiệp ........................................ 11
Hình 2.7: Bố trí đƣờng ống khói tại nhà lò ................................................................ 12
Hình 2.8: Bình góp hơi ............................................................................................. 12
Hình 2.9: Hơi phân ly không đƣợc thu hồi tại bồn nƣớc cấp ..................................... 14
Hình 3.1: Đồ thị xác định nhiệt độ đọng sƣơng của khói ........................................... 17
Hình 3.2: Phƣơng án 1 .............................................................................................. 22
Hình 3.3: Phƣơng án 2 .............................................................................................. 23
Hình 3.4: Phƣơng án 3 .............................................................................................. 24
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của MLHT H
2
O – LiBr loại Single Effect ....................... 27
Hình 4.2: Sơ đồ khối của MLHT H
2
O – LiBr loại Single Effect ................................ 36
Hình 4.3: Bình phát sinh ........................................................................................... 38
Hình 4.4: Bình ngƣng ............................................................................................... 39
Hình 4.5: Bình bốc hơi .............................................................................................. 39
Hình 4.6: Bình hấp thụ .............................................................................................. 40
Hình 4.7: Bộ trao đổi nhiệt ........................................................................................ 40
Hình 4.8: Giao diện chính của chƣơng trình .............................................................. 42
Hình 4.9: Giao diện “Thông số các điểm đặc trƣng” của chu trình ............................ 42

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật các lò hơi đốt dầu FO .................................................. 13
Bảng 3.1: Thành phần dầu FO (%) ............................................................................ 16
Bảng 4.1 .................................................................................................................... 28
Bảng 5.1: Kết quả tính lƣợng hơi trích bổ sung ......................................................... 46
Bảng 5.2: Thông số chọn bơm ................................................................................... 81
Bảng 5.3: Thông số bơm của hệ thống ...................................................................... 81
Bảng 6.1: Thông số chọn bơm ................................................................................... 88
Bảng 6.2: Thông số bơm của hệ thống ...................................................................... 88

1

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì nhu cầu về sử dụng năng
lƣợng cũng ngày càng tăng. Hiện nay, con ngƣời vẫn phải dựa vào nguồn nhiên liệu
hóa thạch (than, dầu, khí đốt…) để cung cấp năng lƣợng cho các hoạt động sản xuất,
sinh hoạt… Do mức độ khai thác ngày càng gia tăng nên trong tƣơng lai sản lƣợng của
các nguồn nhiên liệu trên sẽ giảm dần và cạn kiệt. Để đối phó với tình trạng này, con
ngƣời không còn cách nào khác là phải có biện pháp sử dụng tiết kiệm các nguồn năng
lƣợng hiện có và tìm ra các nguồn năng lƣợng mới để thay thế.
Bên cạnh vấn đề về sản lƣợng, các nguồn nhiên liệu hóa thạch còn gây ra những
tác động nguy hại đến môi trƣờng – vấn đề hiện nay đang trở thành mối quan tâm
chung của toàn cầu. Hiện tƣợng nóng dần lên toàn cầu đã gây ra những tác động đến
sinh thái, khí hậu và gây những hậu quả rất lớn mà nguyên nhân của nó phần lớn là do
các khí nhà kính, một trong số đó phải kể đến khí CO

Các nguồn nhiệt thải có thể chia thành 3 dạng:
- Chất khí: khói thoát ra từ turbine khí hoặc động cơ đốt trong; khói thải từ lò
hơi, lò nung gốm sứ, lò luyện kim, nấu thủy tinh…
- Chất lỏng: nƣớc làm mát động cơ, làm mát thiết bị; nƣớc trong quá trình tạo
hạt xỉ từ các lò công nghiệp…
- Chất rắn: sản phẩm nóng cần đƣợc làm mát nhƣ clinke xi măng, vật sấy…
Ý nghĩa: việc tận dụng các nguồn nhiệt thải một cách hiệu quả và hợp lý sẽ mang
lại các lợi ích sau:
 Tiết kiệm nhiên liệu: trong một quy trình sản xuất có thể có nhiều công
đoạn cần đến nguồn nhiệt năng, do đó có thể tận dụng nhiệt thải của công
đoạn này để cung cấp cho công đoạn khác nhằm giảm lƣợng tiêu hao nhiên
liệu cung cấp cho toàn hệ thống. Điều này sẽ giúp doanh nghiệp có thể hạ
giá thành sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trƣờng.
 Tăng tính kinh tế của hệ thống, khai thác tối đa năng suất làm việc của hệ
thống so với trƣớc đây.
 Góp phần bảo vệ môi trƣờng: việc giảm đi lƣợng tiêu hao nhiên liệu cũng
đồng nghĩa với việc giảm lƣợng phát thải khí CO
2
, điều này không chỉ giúp
bảo vệ cho môi trƣờng mà còn giúp cho doanh nghiệp tạo giá trị về mặt xã
hội cho sản phẩm. 3

1.2 Cơ sở lý thuyết về thu hồi nhiệt thải
1.2.1 Điều kiện cần để thu hồi nhiệt thải
Các nguồn nhiệt thải tuy rất đa dạng tuy nhiên không phải bất kỳ nguồn nhiệt
thải nào cũng có khả năng thu hồi đƣợc. Khi xem xét khả năng tận dụng của một
nguồn nhiệt thải nào đó cần quan tâm đến những yếu tố sau đây:

Mức nhiệt độ của môi chất: quyết định vật liệu của các thiết bị THNT. Nhiệt độ
càng cao (thƣờng là khí thải hoặc khói thải) thì đòi hỏi vật liệu càng phải mắc tiền, do
vậy có thể dẫn đến tính không kinh tế của hệ thống THNT. Một phƣơng pháp để khắc
phục là hạ nhiệt độ của môi chất xuống bằng cách hòa trộn thêm không khí lạnh từ
môi trƣờng vào.
Nhiệt độ đọng sương: trong sản phẩm cháy luôn tồn tại một lƣợng SO
2
, nếu nhiệt
độ khói hạ thấp, có thể gây nên hiện tƣợng đọng sƣơng tạo thành axit sunfuric H
2
SO
4

gây ăn mòn thiết bị và đƣờng ống. Khi tận dụng nhiệt thải đồng thời ta đã giảm nhiệt
độ của các môi chất, do đó cần quan tâm đến nhiệt độ đọng sƣơng của khói thải. Nhiệt
độ này phụ thuộc vào hàm lƣợng lƣu huỳnh có trong nhiên liệu.
Độ sạch: môi chất thải có lẫn tạp chất, bụi, tro… cũng dẫn đến ăn mòn hoặc bám
bẩn vào các bộ trao đổi nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị. Vì vậy cần
có thêm phƣơng án bố trí các thiết bị làm sạch.
Ngoài SO
2
thì trong môi chất còn một số chất có khả năng gây ăn mòn các thiết
bị trong hệ thống hoặc có khả năng trở thành dung môi gây ăn mòn, do đó cần phải
phân tích kỹ các yếu tố này.
1.2.3 Khó khăn và nhƣợc điểm của hệ thống thu hồi nhiệt thải
Các nguồn nhiệt thải thƣờng không liên tục, thêm vào đó là tính không đồng bộ
của hệ thống chính và hệ thống sử dụng nhiệt thải. Những yếu tố này dẫn đến nguồn
nhiệt thải có thể thiếu hoặc thừa so với nhu cầu, do đó phải cần thêm một nguồn nhiệt
bổ sung hoặc cần có nguồn tích trữ nhiệt thải.
Một số nguồn nhiệt thải có nhiệt độ thấp nên thiết bị thu hồi cần có kích thƣớc

ở đầu vào của các thiết bị thuộc công đoạn phía sau giúp các thiết bị hoạt động
ổn định hơn, giảm hƣ hỏng, tăng tuổi thọ máy nghiền bột sống, quạt gió KK15-
KM02, lọc bụi tĩnh điện.
Do nhiệt độ hạ xuống thấp làm hiệu suất của lọc bụi điện tăng, góp phần
giảm ô nhiễm môi trƣờng một cách gián tiếp. Lƣợng bụi thu hồi đƣợc tại nồi hơi
khoảng 10-15 tấn/giờ đƣa trực tiếp vào silo tồn trữ cũng góp phần vào việc tăng
công suất máy nghiền. Nguồn điện tiếp nhận tại thanh cái có chất lƣợng cao vì
máy phát đƣợc điều chỉnh với hệ số công suất xấp xỉ 0,95.
Máy phát tận dụng khí thải của Nhà máy xi măng Hà Tiên 2, hoàn toàn
không sử dụng dầu làm nguồn năng lƣợng sinh công, do đó không thải khí đốt ra
môi trƣờng, đây là hệ thống sạch và xanh.

6

CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TẠI DOANH NGHIỆP
2.1 Giới thiệu doanh nghiệp
Tên công ty CÔNG TY TNHH TAE KWANG VINA
Địa chỉ KCN Biên Hòa II, thành phố Biên Hòa,
tỉnh Đồng Nai
Sản phẩm chính Giày thể thao
Sản lƣợng sản phẩm năm 2007 8.471.323 (đôi giày)
Điện năng tiêu thụ trung bình 141.661 kWh
trong ngày
Tổng chi phí năng lƣợng Năm 2006: 4.713.278 ($)
Năm 2007: 4.257.714 ($)
Tổng doanh thu Năm 2006: 163.769.775 ($)
Năm 2007: 141.549.818 ($)

Ép nóng và ép lạnh trên cùng 1 máy:
+ Giai đoạn ép nóng: 12 phút(155
0
C).
+ Giai đoạn ép lạnh: đầu tiên giải nhiệt bằng nƣớc thƣờng trong 3 phút, kế đến
giải nhiệt bằng nƣớc lạnh trong 12 phút.
Ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau:
+ Ép nóng: 10 phút(155
0
C). Sau đó mang khuôn sang máy làm lạnh.
+ Ép lạnh: 10 phút (giải nhiệt bằng nƣớc lạnh).
Ở xƣởng phylon có 72 máy ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên cùng 1 máy
và 72 máy ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau.
Đối với hệ thống khuôn ép tại xƣởng phylon pressing, công đoạn sấy nóng và
làm lạnh trên cùng 1 đế khuôn gây ra một số bất lợi sau :
+ Tiêu tốn năng lƣợng để hạ đế khuôn từ 155
0
C xuống dƣới 30
0
C và ngƣợc lại.
+ Các van đóng mở tự động lâu ngày sẽ bị rò rỉ dẫn đến hơi nóng xâm nhập vào
đƣờng nƣớc lạnh và ngƣợc lại làm tăng lƣợng dầu tiêu thụ cho lò hơi và tăng lƣợng
điện năng vận hành cho chiller.
+ Thời gian làm nguội và sấy nóng kéo dài hơn và cần công đoạn làm nguội
trung gian bằng nƣớc thƣờng.
Do đó hiện nay, doanh nghiệp đang cải thiện hệ thống ép để đƣa toàn bộ quy
trình ép theo quy trình ép nóng và ép lạnh trên 2 máy khác nhau. 8


cooled water tank
<30oC
<30oC
<30oC
<30oC
<30oC
<30oC<30oC
<30oC
<30oC
condensor
evaporator
compressor
cooling
tower
base plate base plate base plate

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cung cấp nước lạnh cho công nghệ
Năng suất lạnh của một chiller là 579 kW. Nhiệt độ nƣớc lạnh cung cấp cho
QTCN là 20
0
C. Nhiệt độ khuôn sau khi giải nhiệt có yêu cầu là dƣới 30
0
C. Hệ số COP
của các chiller:
+ Chiller 2(Hitachi) : COP = 2.7.
+ Chiller 3(Hitachi) : COP = 4.7.
+ Chiller 4(Century) : COP = 3.4.
+ Chiller 5(Century) : COP = 4.1.
+ Chiller 6(Century) : tại thời điểm khảo sát không hoạt động.


11
Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của béc đốt quay

Sơ đồ hệ thống nhiệt:

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiệt tại doanh nghiệp

Động
cơ
Đƣờng ống
cấp dầu
Cốc quay
Đƣờng gió
cấp
Quạt ly
tâm
Ống phun
Đƣờng gió
chính
Bộ truyền
đai 12

Hệ thống nhiệt cấp cho QTCN nhƣ đã nói gồm bốn lò hơi đốt dầu FO dùng

7 – 7,7 7 – 7,7 7 – 7,7
Nhiệt độ hơi đầu
ra (
o
C)
170 - 174 170 - 174 170 - 174
Nhiệt độ nƣớc
cấp (
o
C)
72 72 72
Nhiệt độ khói
thải (
o
C)
230 253 224
Nhiệt độ thân lò
(
o
C)
42 41 42
Nhiệt độ đuôi lò
(
o
C)
69 72 64
Số lần xả đáy
(lần/ngày)
3 3 3
Lƣu lƣợng xả

(%) : 9,81
SO
2
(ppm) : 1034
Ex-air(%) : 72,1 14

2.3.2 Về các nguồn nhiệt thải
Khói thải: nhiệt độ khói thải của các lò hơi còn cao, dao động từ 224
0
C đến
253
0
C đối với lò hơi đốt FO và 183
0
C đối với lò hơi đốt DO. Nhiệt khói thải
cao thải ra ngoài vừa giảm hiệu suất của lò hơi vừa ảnh hƣởng đến môi trƣờng.
Do lò hơi đốt dầu FO số 3 và số 4 dùng để chạy tải nền nên nguồn nhiệt khói
thải của hai lò hơi này khá ổn định.
Hơi phân ly: lƣợng hơi phân ly tại bồn nƣớc cấp không đƣợc thu hồi dẫn đến
tổn thất năng lƣợng và một phần lƣợng nƣớc ngƣng.

Hình 2.9: Hơi phân ly không được thu hồi tại bồn nước cấp
2.4 Đặt vấn đề
Song song với nhu cầu sử dụng nhiệt thì trong quy trình sản xuất vẫn có nhu cầu

Nhƣ vậy, sản lƣợng hơi do các lò hơi sinh ra là:
D
LH1
= 0,3.7000 = 2100 kg/h
D
LH3
= 0,85.8000 = 6800 kg/h
D
LH4
= 0,85.5000 = 4250 kg/h
Sản lƣợng hơi tổng:
D = D
LH1
+ D
LH3
+ D
LH4
= 2100 + 6800 + 4250 = 13150 kg/h
Lƣợng hơi này sau khi cấp nhiệt cho QTCN sẽ ngƣng tụ thành nƣớc ngƣng ở áp
suất tƣơng ứng. Giả sử bỏ qua các tổn thất do rò rỉ hơi, tổn thất nƣớc ngƣng thì lƣợng
hơi tổng cũng chính là lƣợng nƣớc ngƣng.
Nhiệt độ hơi yêu cầu cho QTCN là 155
0
C nên nƣớc ngƣng cũng có nhiệt độ
155
0
C, chọn tổn thất từ các máy ép đến bồn nƣớc cấp khoảng 5%. Nhƣ vậy nhiệt độ
nƣớc ngƣng là
155.(1-0,05) ≈ 147
0

D
n
: lƣợng nƣớc ngƣng còn lại vào bồn nƣớc cấp (kg/h)
Thay các giá trị i’
4,4
, i’
1
và i”
1
, giải hệ phƣơng trình trên ta đƣợc:
h
n
D 1179kg / h
D 11971kg / h

Nếu ta tận dụng nhiệt năng của lƣợng hơi phân ly này thì công suất nhiệt thu hồi
đƣợc là:
h h 1 1
1179
Q D .(i" i' ) (2675 417,4) 739,36kW
3600

3.1.2 Tính công suất nhiệt thu hồi của khói thải
Thành phần dầu FO:
Bảng 3.1: Thành phần dầu FO (%)
C
l
H
l
O