Bài giảng Quản lý và sử dụng năng lượng - Chương 7: Quản lý sử dụng hiệu quả năng lượng cho hệ thống khí nén, máy ép, HVAC - Trần Công Binh

Nội dung text: Bài giảng Quản lý và sử dụng năng lượng - Chương 7: Quản lý sử dụng hiệu quả năng lượng cho hệ thống khí nén, máy ép, HVAC - Trần Công Binh

1. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh Chương 7: Quản lý sử dụng hiệu quả năng lượng cho hệ thống khí nén, máy ép, HVAC ĐH BÁCH KHOA TP.HCM 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 2. Tiết kiệm điện cho máy ép nhựa Bài giảng: QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG 3. Tiết kiệm điện cho hệ thống HVAC . Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Chương 7: Quản lý sử dụng hiệu quả năng lượng . Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh cho hệ thống khí nén, máy ép, HVAC HVAC= Heating, Ventilation and Air conditioning Giảng viên: ThS. Trần Công Binh (Nhiệt, Thông gió và Điều hòa không khí) 5/2014 0 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 1 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Nội dung • Giới thiệu • Các loại máy nén • Đánh giá các máy nén và hệ thống khí nén • Các cơ hội tiết kiệm năng lượng Quản lý và Sử dụng Năng lượng 2 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 3 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Giới thiệu Chi phí vòng đời máy nén khí Khí nén là một “dạng năng lượng” thường được sử dụng 80% Nguồn: UNEP 2006 trong các loại hình công nghiệp. Sản xuất khí nén rất “đắt tiền” do hiệu suất rất thấp. Chỉ khoảng 10% điện năng tiêu thụ của hệ thống máy nén khí được chuyển thành công hữu ích, phần còn lại ~90% là tổn 3% 9% 8% thất ở dạng nhiệt. Bảo trì Giải nhiệt Đầu tư Năng lượng • Chi phí năng lượng chiếm phần lớn trong tổng chi phí dành cho máy nén khí • Quản lý vận hành hệ thống khí nén “hiệu quả năng lượng” rất quan trọng. Có thể tiết kiệm từ 20% đến 50% điện năng tiêu thụ. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 4 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 5 ĐH Bách Khoa TP.HCM 1
2. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Hệ thống phân phối khí nén Phân loại máy nén khí Bộ sấy Bình khí chứa Cụm máy Đường nén khí ống phân phối Hộ sử dụng Quản lý và Sử dụng Năng lượng 6 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 7 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Máy nén Pít-tông (Reciprocating) Máy nén quay (Rotary) • Được sử dụng cho việc nén không khí và môi • Sử dụng rôto quay thay vì các pít-tông cung chất lạnh cấp khí nén liên tục • Hoạt động như ống bơm xe đạp: dung tích xi • Ưu điểm: chi phí thấp, gọn, trọng lượng nhẹ, dễ lanh giảm trong khi áp suất tăng. bảo trì • Có nhiều cấu tạo hình dạng khác nhau. • Công suất từ 30 – 200 hp • Tác động đơn khi sử dụng một mặt của pit tông, • Các loại: và tác động kép khi sử dụng cả 2 mặt  Máy nén cam (quạt root)  Máy nén trục vít  Cánh quạt / cánh trượt Quản lý và Sử dụng Năng lượng 8 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 9 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Máy nén ly tâm (Centrifugal) So sánh các loại máy nén • Truyền năng lượng từ bánh • Các tiêu chí so sánh: công tác sang dòng khí nén • Hiệu suất khi đầy tải, non tải và không tải Chế độ liên tục • • Mức độ ồn Bánh răng bôi trơn dầu được • • Kích cỡ cách ly khỏi không khí • Lượng dầu bị cuốn theo dòng khí • Phù hợp với ứng dụng cần • Độ rung lượng khí nén lớn > 12,000 cfm (foot khối/phút) • Bảo trì • Công suất • Áp suất Quản lý và Sử dụng Năng lượng 10 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 11 ĐH Bách Khoa TP.HCM 2
3. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén So sánh các loại máy nén khí Tiêu chí lựa chọn máy nén khí Đề mục Pít-tông Rô to cánh trượt Trục vít Ly tâm Năng suất (m³/giờ) Áp suất (bar) Hiệu suất đầy tải Cao Trung bình - cao Cao Cao Loại máy nén từ đến từ đến Thấp Thấp: dưới 60% Thấp Hiệu suất không đầy tải Cao do phân cấp dưới 60% đầy tải đầy tải dưới 60% đầy tải Máy nén quạt root 100 30.000 0,1 1 Hiệu suất không tải Cao Trung bình Cao - thấp Cao - trung bình (% công suất đầy tải) (10 - 25%) (30 - 40%) (25 - 60%) (20 - 30%) Pít-tông Độ ồn thấp nếu Độ ồn Ồn Không ồn Gọn nhẹ một cấp/hai cấp 100 12.000 0,8 12 được đóng kín Kích thước Lớn Gọn nhẹ Gọn nhe Gọn nhẹ đa cấp 100 12.000 12,0 700 Lượng dầu bị cuốn theo dòng khí Trung bình Thấp - trung bình Thấp Thấo Trục vít Độ rung Cao Hầu như không Hầu như không Hầu như không Nhiều bộ phận bị mài Ít bộ phận bị mài Ít bộ phận bị mài Nhạy cảm với bụi một cấp 100 2.400 0,8 13 Bão dưỡng mòn mòn mòn trong không khí hai cấp 100 2.200 0,8 24 Năng suất Thấp - cao Thấp - trung bình Thấp - cao Trung bình - cao Áp suất Trung bình - rất cao Thấp - trung bình Trung bình - cao Trung bình - cao Ly tâm 600 300.000 0,1 450 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 12 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 13 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Đánh giá hoạt động của máy nén Đánh giá các máy nén và ht khí nén • Phương pháp đánh giácông suất đơn • Công suất: Lưu lượng định mức của dòng khí nén – Tách riêng máy nén và bình chứa và khóa đầu ra của bình chứa • Lưu lượng thực tế: năng suất cấp khí tự do (Free Air – Mở van xả hết nước trong bình chứa và đường ống Delivery) – Khởi động máy nén và kích hoạt đồng hồ bấm giây – Ghi nhận thời gian để đạt áp suất vận hành bình thường P2 (tại • FAD giảm theo tuổi thọ của máy nén, chế độ bảo trì bình chứa) từ áp suất ban đầu P1 – Tính toán công suất FAD: kém, bộ trao đổi nhiệt bị nghẹt (bẩn) và cao độ 2 P2 = Áp suất đẩy (kg/cm ) 2 P1 = Áp suất hút (kg/cm ) • Thất thoát năng lượng: độ lệch phần trăm của công suất 2 P0 = Áp suất khí quyển (kg/cm ) FAD V = thể tích chứa (m3) - bao gồm bình chứa sau làm nguội và đường ống phân phối T = thời gian để đạt áp suất P2 (phút) Quản lý và Sử dụng Năng lượng 14 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 15 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Hiệu suất máy nén Hiệu suất máy nén • Hiệu suất máy nén: • Hiệu suất đẳng nhiệt: • P = Áp suất hút tuyệt đối kg / cm • Thực tế nhất: công suất tiêu thụ cụ thể (kW / 1 2 3 lưu lượng thể tích) • Q1 = năng suất cấp khí của máy m / giờ • r = tỉ số nné P2/P1 • Các phương pháp khác Hiệu suất đẳng nhiệt = Đẳng nhiệt Công suất đầu vào thực tế/ Công suất đẳng nhiệt Thể tích Đoạn nhiệt Cơ học Công suất đẳng nhiệt (kW) = P1 x Q1 x loger / 36.7 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 16 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 17 ĐH Bách Khoa TP.HCM 3
4. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Hiệu suất máy nén Rò rỉ • Hiệu suất thể tích: • Hậu quả: • D = Đường kính xi lanh (m) • Tổn thất năng lượng: 20 – 30% • L = Hành trình xi lanh (m) • Giảm áp suất hệ thống • S = Tốc độ máy nén (vòng/phút) • Làm giảm tuổi thọ của thiết bị • X = 1 đối với xi lanh tác động đơn và 2 đối với xi lanh tác động kép • Các vị trí thường bị rò rỉ: • n = số xi lanh • Khớp nối, ống cứng, ống mềm và các ống nối Hiệu suất thể tích = FAD m3/phút / thể tích của máy nén • Bộ điều chỉnh áp suất • Các bẫy ngưng mở, các van đóng 2 Thể tích của máy nén = Π x D /4 x L x S x χ x • Các mối nối, điểm ngắt, vòng đệm. Quảnn lý và Sử dụng Năng lượng 18 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 19 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Phương pháp định lượng mức độ rò rỉ Phương pháp định lượng mức độ rò rỉ • Tổng tính toán mức rò rỉ: • Ngắt các thiết bị dùng khí nén • T = thời gian có tải (phút) • Chạy máy nén để nạp tải cho hệ thống nhằm • t = thời gian không tải (phút) thiết lập áp suất vận hành • Hệ thống duy trì tốt: lượng rò rỉ thấp hơn 10% • Ghi nhận thời gian chu kỳ “tải” và “không tải” • Tính toán lượng rò rỉ (đã đề cập ở slide trước) Lượng rò rỉ(%) = [(T x 100) / (T + t)] • Nếu Q là lượng khí trời thực tế cung cấp trong suốt thời gian kiểm tra (m3/phút), sau đó: Rò rỉcủa hệ thống (m3/phút) = Q x T / (T + t) Quản lý và Sử dụng Năng lượng 20 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 21 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Ví dụ Các cơ hội TKNL • Công suất máy nén (m3/phút) = 35 1. Vị trí đặt máy nén: Áp suất khởi động lại (kg/cm2) = 6.8 • • Ảnh hưởng đáng kể về năng lượng sử dụng • Áp suất ngắt (kg/cm2) = 7.5 2. Đánh giá: • Công suất khi có tải = 188 kW • Độ cao càng cao = hiệu suất thể tích càng hơn • Công suất lúc không tải = 54 kW • Thời gian “Có tải” trung bình = 1,5 phút • Thời gian “Không tải” trung bình = 10,5 phút Lượng rò rỉ= [(1,5)/(1,5+10,5)] x 35 = 4.375 m3/phút © UNEP 2006 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 22 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 23 ĐH Bách Khoa TP.HCM 4
5. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Các cơ hội TKNL Các cơ hội TKNL 3. Đường hút khí: 4. Áp suất bị giảm tại bộ lọc khí: • Giữ không khí cấp vào máy nén không bị ô nhiểm, • Lắp đặt bộ lọc tại khu vực mát hoặc lấy khí từ khu bụi và ẩm ướt. vực mát • Duy trì nhiệt độ không khí hút vào ở nhiệt độ thấp. • Duy trì áp suất giảm qua bộ lọc khí đầu vào đến mức tối thiểu Nhiệt độkhông khí đầu vào tăng 4ºC → Năng lượng tiêu thụ tăng 1% Cứ mỗi 250 mm WC áp suất giảm → Năng lượng tiêu thụ tăng 2% • Duy trì nhiệt độ môi trường ở mức thấp khi một bộ lọc khí đầu vào được đặt tại máy nén Quản lý và Sử dụng Năng lượng 24 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 25 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Các cơ hội TKNL Các cơ hội TKNL 5. Sử dụng bộ làm mát trung gian và sau nén: 6. Điều chỉnh áp suất: • Nhiệt độ không khí đầu vào tăng ở mỗi cấp của • Áp suất cao hơn máy nén nhiều cấp.  Công suất máy nén tiêu thụ cao hơn • Bộ làm mát trung gian: bộ trao đổi nhiệt thải nhiệt  Hiệu suất thể tích nén thấp hơn ở giữa các cấp nén. • Vận hành trên áp suất vận hành • Bộ làm mát sau nén: làm giảm nhiệt độ không  Lãng phí năng lượng khí phía sau cấp nén cuối cùng  Tăng sự hao mòn • Sử dụng nước ở nhiệt độ thấp hơn: giảm công suất tiêu thụ của máy nén Quản lý và Sử dụng Năng lượng 26 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 27 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Các cơ hội TKNL Các cơ hội TKNL 6. Điều chỉnh áp suất: 6. Điều chỉnh áp suất: a. Giảm áp suất cung cấp: d. Thiết kế sao cho sự sụt giảm áp suất trên đường ống • Vận hành máy nén ở áp suất 100 PSIG thay vì 120 phân phối là thấp nhất PSIG: năng lượng tiêu thụ giảm 10% và cũng giảm mức • Giảm áp suất: giảm sụt áp từ máy nén đến các điểm rò rỉ sử dụng b. Cài đặt máy nén vận hành ở áp suất tối ưu • Giảm áp suất < 10% • Được sử dụng khi nhiều máy nén được kết nối với nhau • Áp suất giảm do các nguyên nhân sau: c. Tách biệt thành các hệ thống khí nén áp suất cao và thấp:  Sự ăn mòn • Không cần sử dụng các van giảm áp  Kích thước đường ống không thích hợp, các ống mềm ghép  Bộ lọc bịnghẽn Quản lý và Sử dụng Năng lượng 28 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 29 ĐH Bách Khoa TP.HCM 5
6. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén Các cơ hội TKNL Các cơ hội TKNL 6. Điều chỉnh áp suất: 7. Giảm thiểu rò rỉ: Thiết kế sao cho sự sụt giảm áp suất trên đường ống d. • Sử dụng bộ dò siêu âm phân phối là thấp nhất • Xiết chặt các bộ nối và đường nối • Thay thế thiết bị hư hỏng 8. Xả nước ngưng: 1. Nước ngưng được hình thành do bộ làm nguội làm giảm nhiệt độ khí nén Sụt áp điển hình trên đường ống phân phối khí với các kích 2. Lắp đặt bộ tách nước ngưng (separator trap) để loại thước ống khác nhau (Liên hiệp các ngành công nghiệp Ấn Độ) bỏ nước ngưng. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 30 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 31 1. Tiết kiệm điện cho hệ thống khí nén 2. Tiết kiệm điện cho máy ép nhựa Các cơ hội TKNL 9. Sử dụng có kiểm soát: • Không sử dụng cho các ứng dụng có áp suất thấp: khí đốt, băng tải sử dụng khí • Thay vì sử dụng quạt thổi 10.Điều chỉnh máy nén: • Tự động tắt máy nén khi không cần thiết 11.Bảo trì thường xuyên: • Bôi trơn: được kiểm tra thường xuyên • Các bộ lọc khí: được thay thế đinh kỳ • Các bộ lọc (tách) nước ngưng: đảm bảo được tháo nước. • Bộ sấy khí: kiểm tra và thay thế các bộ lọc Sử dụng biến tần Quản lý và Sử dụng Năng lượng 32 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 33 2. Tiết kiệm điện cho máy ép nhựa 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Quản lý và Sử dụng Năng lượng 34 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 35 ĐH Bách Khoa TP.HCM 6
7. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần A: Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi Mục đích 1. Vai trò của hơi nước trong hệ thống nhiệt và quá trình tạo ra hơi nước: • Tìm hiểu về hơi nước và quá trình biến đổi nước sang hơi. a)Vai trò của hơi nước. • Tìm hiểu về hệ thống nhiệt. b)Quá trình gia nhiệt và tạo ra hơi nước. • Phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt. • Nhận dạng các tiềm năng tiết kiệm và giải pháp thực hiện. Giả sử gia nhiệt 1 kg Nội dung nước ở áp suất P và nhiệt • Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi. độ 20C, quá trình biến • Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt. đổi nước thành hơi được thể hiện trên đồ thị T–s Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt. • sau: Quản lý và Sử dụng Năng lượng 36 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 37 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần A: Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi Phần A: Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi b)Quá trình gia nhiệt nước và tạo ra hơi. b) Quá trình gia nhiệt nước và tạo ra hơi. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 38 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 39 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần A: Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi Phần A: Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi 1. Giới thiệu hệ thống nhiệt: • Hệ thống lò hơi bao gồm:  Hệ thống nước cấp.  Hệ thống hơi.  Hệ thống nhiên liệu. • Sơ đồ nguyên lý hệ thống lò hơi: Quản lý và Sử dụng Năng lượng 40 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 41 ĐH Bách Khoa TP.HCM 7
8. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần A: Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi Phần A: Giới thiệu hệ thống nhiệt lò hơi • Các dạng lò hơi phổ biến: • Các dạng lò hơi phổ biến:  Lò hơi ống lửa  Lò hơi vỉ(chain -grate) (Fire Tub Boiler)  Lò hơi ống nước (Water Tube Boiler) Quản lý và Sử dụng Năng lượng 42 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 43 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt • Hiệu suất nhiệtcủa một lò hơi được định nghĩa là “phần trăm (nhiệt) năng lượng đầu vào được sử dụng hiệu quả nhằm tạo ra hơi. • Cân bằng năng lượng trong hệ thống hơi. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 44 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 45 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt • Phương pháp trực tiếp xác định hiệu suất của lò hơi: • Có 2 phương pháp xác định hiệu suất lò hơi: Phương pháp trực tiếp: Là phần trăm năng Ví dụ: lượng đạt được từ (nước và hơi) so với hàm • Lò hơi đốt dầu FO – 2,5 Tấn/giờ- Áp suất:8 kg/cm2 lượng năng lượng trong nhiên liệu của lò hơi • Lượng dầu FO tiêu thụ: 180 lít/giờ (tỷ trọng dầu : 0,95 kg/lít) Phương pháp gián tiếp: Hiệu suất là sự chênh • Nhiệt độ nước cấp : 850 C lệch giữa tổn thất và năng lượng đầu vào • Nhiệt trị dầu FO : 9.800 kCal/kg • Enthalpy hơi tại áp suất8 kg/cm2 : kCal/kg • Enthalpy của nước cấp : kCal/kg Hiệu suất lò hơi () : ? Quản lý và Sử dụng Năng lượng 46 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 47 ĐH Bách Khoa TP.HCM 8
9. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt 1) Phương pháp trực tiếp xác định hiệu suất của lò hơi: 2) Phương pháp gián tiếp xác định hiệu suất của lò hơi: Công thức tính toán: Cân bằng nhiệt lò hơi: Hiệu suất (η) = 100 - ∑q (tổng các tổn thất) i = 100 – (q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 + q7) Các tổn thất của hệ thống lò hơi gồm: • q1 : Tổn thất qua khói thải (%) • q2 : Tổn thất thoát do đốt cháy hydro trong nhiên liệu • q3 : Tổn thất do hơi ẩm trong nhiên liệu • q4 : Tổn thất do hơi ẩm trong không khí • q5 : Tổn thất do nhiên liệu cháy chưa hết trong tro • q6 : Tổn thất qua xả đáy • q7 : Tổn thất qua bức xạ đối lưu và tổn thất khác Quản lý và Sử dụng Năng lượng Quản lý và Sử dụng Năng lượng 48 49 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt Phần B: Các phương pháp đánh giá hệ thống nhiệt 2)Phương pháp gián tiếp xác định hiệu suất của lò hơi: 2)Phương pháp gián tiếp xác định hiệu suất của • Để quá trình đốt cháy tối ưu thì khối lượng không khí cháy lò hơi: thực tế phải cao hơn mức yêu cầu trên lý thuyết. Đánh giá hiệu suất - khí dư • Khí dư cấp phụ thuộc vào nhiên liệu và hệ thống đốt Các mức khí dư điển hình với các loại nhiên liệu • Bằng cách đo lượng CO2 hoặc O2 có thể ước tính khí dư và tổn thất khí lò khác nhau – • Để quá trình cháy tối ưu lượng CO2 hoặc O2 nên duy trì ở Nhiên liệu là than: khí dư 15-50% mức sau: – Nhiên liệu là dầu: khí dư 15-20% – CO2 = 14-15% – Nhiên liệu là khí: khí dư 5-7% – O2 = 2 - 3% – Nhiên liệu là gỗ: khí dư 20-25% Quản lý và Sử dụng Năng lượng 50 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 51 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi 1) Tận dụng nhiệt độ cao của ống khói thải để gia 1) Tận dụng nhiệt độ cao của ống khói thải để gia nhiệt nước cấp nhiệt nước cấp và không khí đốt. và không khí đốt. 2) Tránh hiện tượng rò rỉ hơi. • Giữ nhiệt độ ống khói ở mức thấp nhất có thể 0 3) Kiểm soát lượng không khí dư. • Nếu nhiệt độ >200 C khi đó ta phải lấy lại lượng nhiệt thải đã mất 4) Tránh các tổn thất nhiệt do bức xạ và đối lưu của hệ thống nhiệt lò hơi. 5) Làm giảm các tổn thất do cáu cặn và bồ hóng. 6) Tăng cường thu hồi nước ngưng. 7) Quá trình thay thế lò hơi. 8) Các giải pháp khác. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 52 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 53 Bộ gia nhiệt nước. Bộ sấy không khí ĐH Bách Khoa TP.HCM 9
10. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi 2) Tránh hiện tượng rò rỉ hơi. 3) Kiểm soát lượng không khí dư. • Trong thực tế, cần một lượng khí dư để đảm bảo quá trình cháy tối ưu. Mức độ khí dư này có thể dao động tuỳ thuộc thiết kế lò, loại lò, nhiên liệu và các biến số của quy trình. • Các mức khí dư điển hình với các loại nhiên liệu khác nhau – Nhiên liệu là than: khí dư 15-50% – Nhiên liệu là dầu: khí dư 15-20% – Nhiên liệu là khí: khí dư 5-7% – Nhiên liệu là gỗ: khí dư 20-25% Quản lý và Sử dụng Năng lượng 54 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 55 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi 4)Tránh các tổn thất nhiệt do bức xạ và đối lưu của hệ 4)Tránh các tổn thất nhiệt do bức xạ và đối lưu của hệ thống thống nhiệt lò hơi. nhiệt lò hơi. • Vật liệu cách nhiệt – Tính dẫn nhiệt kém – Được sử dụng trong các hệ thống để ngăn thất thoát nhiệt Quản lý và Sử dụng Năng lượng 56 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 57 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi 5) Làm giảm các tổn thất do cáu cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt. 5)Làm giảm các tổn thất do cáu cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt. • Giải pháp đặt ra: – Tăng cường việc bảo trì, vệ sinh các bề mặt trao đổi nhiệt. – Nâng cao chất lượng nước cấp cho quá trình sản xuất hơi. 6) Tăng cường thu hồi nước ngưng. – Nước ngưng: – Cần ít năng lượng hơn để chuyển thành hơi, so với nước lạnh Truyền nhiệt tốt. Truyền nhiệt kém – Nước ngưng có chất lượng cao, chi phí xử lý nước thấp hơn – Nước ngưng cần được thu hồi làm nước cấp nếu: Không bị lẫn nhiều tạp chất cần xử lý Lưu lượng nước nhiều và không cách xa lò hơi. Bộ TĐN bị nghẽn  Cứ tăng 6OC nhiệt độ nước cấp = 1% nhiên liệu tiết kiệm trong lò hơi Quản lý và Sử dụng Năng lượng 58 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 59 ĐH Bách Khoa TP.HCM 10
11. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi 6)Tăng cường thu hồi nước ngưng: • Các phương pháp thu hồi nước ngưng:Tùy theo hiện trạng nhà máy mà ta áp dụng 1 trong 2 giải pháp sau a)Thu hồi nước ngưng ở áp suất khí quyển: Nên tránh Nên áp dụng Hơi Hơi Nước ngưng Hơi Nước ngưng Hơi ngọn Quy trình Quy trình o Quy trình 8 bar 170 C Nhiệt Nhiệt Lò hơi Nước bổ Lò hơi Thải bỏ sung Nước ngưng HT không thu hồi nước ngưng HT thu hồi nước ngưng Nước bổ sung Quản lý và Sử dụng Năng lượng 60 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 61 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi 3.1 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống nhiệt-lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi Phần C: Nhận dạng cơ hội và các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống nhiệt lò hơi • Các phương pháp thu hồi nước ngưng: 7) Quá trình thay thế lò hơi. b)Thu hồi nước ngưng ở áp suất cao: • Lò hơi cũ và làm việc với hiệu suất kém. Hơi Hơi, 8 bar • Không có khẳ năng đốt cháy được nhiên liệu thay thế rẻ tiền hơn. Nước bổ sung Quy trình • Công suất yêu cầu lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với yêu cầu hiện tại. Nhiệt • Thông số thiết kế không phải ở điều kiện phụ tải lý tưởng. Lò hơi 6 bar 8) Các giải pháp khác. Nước ngưng • Sử dụng hơi ở mức áp suất thấp nhất có thể được. • Tái sử dụng hơi áp suất thấp. • Kiểm soát tốc độ thay đổi của quạt, quạt gió và bơm. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 62 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 63 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Mục đích • Tìm hiểu về hoạt động của hệ thống điều hòa không khí và máy lạnh • Phương pháp đánh giá hệ thống máy lạnh • Nhận dạng các tiềm năng tiết kiệm và giải pháp thực hiện Nội dung • Giới thiệu hệ thống máy lạnh • Các thông số đánh giá hệ thống lạnh • Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống và ví dụ minh họa Quản lý và Sử dụng Năng lượng 64 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 65 ĐH Bách Khoa TP.HCM 11
12. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh • Thế nào là điều hòa không khí và làm lạnh? 1. Các thiết bị chính trong hệ thống máy lạnh: • Máy nén lạnh: Quản lý và Sử dụng Năng lượng 66 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 67 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh 1. Các thiết bị chính trong hệ thống máy lạnh: 1. Các thiết bị chính trong hệ thống máy lạnh: • Thiết bị ngưng tụ: • Thiết bị tiết lưu Quản lý và Sử dụng Năng lượng 68 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 69 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh 1. Các thiết bị chính trong hệ thống máy lạnh: 2. Chu trình hoạt động của hệ thống làm lạnh: • Thiết bị bay hơi: Quản lý và Sử dụng Năng lượng 70 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 71 ĐH Bách Khoa TP.HCM 12
13. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh 2. Chu trình hoạt động của hệ thống làm lạnh: 3. Các loại môi chất lạnh được sử dụng trong hệ thống lạnh: • Dưới đây thể hiện vòng trao đổi nhiệt điển hình trong hệ thống lạnh sử dụng Chiller giải nhiệt nước: Quản lý và Sử dụng Năng lượng 72 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 73 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh Phần A: Giới thiệu hệ thống máy lạnh 3. Các loại môi chất lạnh được sử dụng trong hệ thống lạnh: 3. Các loại môi chất lạnh được sử dụng trong hệ thống lạnh: • Bảng 1 tóm tắt các đặc tính của những chất làm lạnh và bảng 2 nêu hiệu suất của chúng: Quản lý và Sử dụng Năng lượng 74 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 75 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần B: Các thông số đánh giá hệ thống máy lạnh Phần B: Các thông số đánh giá hệ thống máy lạnh 1. Đánh giá dây chuyền làm lạnh: 2. Đánh giá hệ thống điều hòa không khí: • Công suất lạnh: KW = Q x⋅Cp x⋅ (ti – t0) • Đối với thiết bị điều hoà không khí, lưu lượng • Mức tiêu thụ năng lượng riêng hay Hệ số hiệu suất: không khí ở bộ giàn quạt lạnh (FCU) hoặc thiết  Mức tiêu thụ năng lượng riêng. bị xử lý không khí (AHU) có thể được đo bằng  Hệ số hiệu suất COP: được xác định bởi công thức phong tốc kế. Khi đó tải lạnh sẽ được tính theo COPCarnot = Te / (Tc - Te) công thức: Hay Quản lý và Sử dụng Năng lượng 76 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 77 ĐH Bách Khoa TP.HCM 13
14. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần B: Các thông số đánh giá hệ thống máy lạnh Phần C: Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống 1. Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống làm lạnh: 3. Các lưu ý khi đánh giá hiệu suất của hệ thống máy lạnh: • Sử dụng máy nén hiệu quả năng lượng trong hệ thống lạnh. Thiết bị đo đạc: • • Lựa chọn và thay thế môi chất lạnh. • Tối ưu hóa thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi của hệ thống. • Giải pháp bảo trì, bảo dưỡng hiệu quả hệ các thiết bị trao đổi nhiệt cũng là một cơ hội tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho hệ thống làm lạnh. • Trạng thái hoạt động của hệ thống Quản lý và Sử dụng Năng lượng 78 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 79 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần C: Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống Phần C: Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống • Tối ưu hóa thời gian vận hành của hệ thống • Tối ưu hóa thời gian vận hành của hệ thống. Ví dụ điển hình là ứng dụng hệ thống tích trữ lạnh Bảng kết tính toán tiết kiệm khi sử dụng hệ thống trữ lạnh: cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm: Chú giải Số liệu Đơn vị Điện năng tiêu thụ của hệ thống làm lạnh nước giải nhiệt 257 kW_e Giờ cao điểm (9h30-11h30) và (17h-20h) 5 Hours Giờ thấp điểm (22h-4h) 6 Hours Giờ bình thường (7h-9h30),(11h30-17h) và (20h-22h) 10 Hours Điện năng tiêu thụ của hệ thống nước lạnh lúc cao điểm 1,284 kWh_elec COP của hệ thống Chiller nước giải nhiệt 3 Công suất lạnh của hệ thống Chiller 770 kW_ther Năng suất lạnh cần thiết của Chiler vào giờ cao điểm 3,851 kWh_ther Năng suất lạnh cần thiết của Chiller mới vào lúc thấp điểm 4,813 kWh_ther Công suất lạnh của Chiller mới 802 kW_ther Hệ số COP của hệ thống Chiller mới 3 Công suất tiêu thụ điện của Chiller mới 267 kW_elec Chi phí tiêu thụ điện năng mỗi ngày của hệ thống Chiller cũ 7,585,485 VND Chi phí tiêu thụ điện năng mỗi ngày của hệ thống Chiller mới 5,061,803 VND Chi phí tiết kiệm mỗi ngày khi sử dụng hệ thống trữ lạnh 2,523,682 VND Chi phí tiết kiệm hàng năm khi sử dụng hệ thống trữ lạnh 859,108,586 VND Quản lý và Sử dụng Năng lượng 80 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 81 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh 3.2 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống máy lạnh Phần C: Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống Phần C: Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống • Tối ưu hóa hệ thống bơm cấp nước lạnh, nước giải nhiệt. • Nâng cao nhận thức tiết kiệm cho mọi người Ví dụ minh họa hệ thống bơm trước và sau khi sử dụng biến • Các giải pháp khác Bảo ôn lạnh tần. Controller Bom 1 P VSD Che chắn xung quanh 39% Bom 1 P Giảm thiểu tải nhiệt Bom 2 P 100% Kiểm tra và xử lí kịp thời khi phát hiện rò rỉ và các 0% Bom 2 P Du phong Su dung sự cố khác. Du phong 0% Bom 3 P Su dung Bom 3 P 52% Cam bien ap suat 100% Bom 4 P Bom 4 P 61% 100% Quản lý và Sử dụng Năng lượng 82 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 83 ĐH Bách Khoa TP.HCM 14
15. Quản lý và Sử dụng hiệu quả Năng lượng ThS. Trần Công Binh Trần Công Binh Tài liệu tham khảo GV ĐH Bách Khoa TP.HCM Phone: 0908 468 100 Tài liệu tham khảo: Email: tcbinh@hcmut.edu.vn [1] Barney L. Capehart,Wayne C. Turner, William J. Kennedy, Guide to Energy binhtc@yahoo.com Management, The Fairmont Press, 2003 Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh [2] Wayne C. Turner, Steve Doty, Energy Management Handbook, The Fairmont Press and Taylor & Francis Ltd., 2006 [3] Richard A. Panke, Energy Management Systems and Direct Digital Control, The Fairmont Press, Inc, Marcel Dekker, Inc, 2002 [4] Gilbert A. McCoy, Todd Litman, John G. Douglass, Energy-Efficient Electric Motor Selection Handbook, Washington State Energy Office Olympia, 1993. [5] Gilbert A. McCoy, John G. Douglass, Energy Management for Motor Driven Systems, Washington State University, 2000. [6] Energy Efficiency, Schneider Electric, 2012. [7] Dự án nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp nhỏ và TB vừa Việt Nam – PECSME. 85 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 84 ĐH Bách Khoa TP.HCM 15