Chương 1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MLHT NH3-H2O. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MLHT NH3-H2O. XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH .20 GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU ĐẾN C.
KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHẦN MỀM. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT i entanpi, kJ/kg p áp suất tuyệt đối, bar q nhiệt lượng riêng phần, kJ/kg Q nhiệt lượng toàn phần, kJ hoặc công suất nhiệt, kW t độ chênh lệch nhiệt độ, 0C hoặc 0K p độ chênh lệch áp suất, bar hoặc Pa hiệu suất nhiệt, hiệu suất hệ số dẫn nhiệt, W/(m.độ) c nồng độ dung dịch, % COP hệ số sử dụng nhiệt f bội số tuần hoàn của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O G lưu lượng khối lượng, kg/s t nhiệt độ bách phân, 0C T nhiệt độ tuyệt đối, 0K cp Nhiệt dung riêng, (kJ/kg.độ) Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch, (W/m.độ) vii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm 1 36 Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm 2 38 Bảng 5.1 Thông số trạng thái tại các điểm theo đồ thị i-c 44 Bảng 5.2 Thông số trạng thái tại các điểm theo phần mềm 45 Bảng 5.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm 45 Bảng 5.4 Thông số trạng thái tại các điểm theo phần mềm 48 Bảng 5.5 Kết quả tính toán bằng phần mềm 48 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ đơn giản 4 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ thực tế 6 HÌnh 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3 – H2O 9 HÌnh 2.2 Đồ thị i-c của dung dịch NH3-H2O 12 Hình 2.3 Đồ thị t-c của dung dịch NH3-H2O 12 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý MLHT NH3-H2O một cấp hồi nhiệt 16 Hình 4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nước làm mát đến bội số tuần hoàn 37 Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ bay hơi đến C.1 Đồ thị i-c của NH3-H2O một cấp hồi nhiệt 41 Hình 5.2 Sơ đồ nguyên MLHT NH3-H2O có bộ quá lạnh 47 ix Luận văn thạc sĩ Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu sử dụng MLHT sử dụng nhiệt thải ở Việt Nam trong tƣơng lai Máy lạnh hấp thụ ra đời từ rất sớm và được sử dụng phổ biến ở Mỹ và Châu Âu nhưng từ khi phát minh ra động cơ điện để thu gọn kích thước máy, công suất lạnh tăng lên nên máy lạnh có máy nén dần dần thay thế vai trò máy lạnh hấp thụ. Tuy nhiên cùng với sự phát triển công nghệ, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường hiện nay, người ta nhận thấy cần phải khai thác triệt để các nguồn năng lượng sơ cấp hoặc các nguồn nhiệt thải tùy theo điều kiện cụ thể nên vai trò máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải được coi trọng trở lại. Nhiệt thải (Waste Heat) có thể hiểu là nguồn năng lượng dưới dạng nhiệt năng được thải ra ngoài môi trường sau khi đã thực hiện quá trình trao đổi nhiệt hoặc đã thực hiện qui trình công nghệ nào đó.
Do vậy, về số lượng và chủng loại thì nó rất phong phú và đa dạng như: khói thải từ các lò luyện thép, lò nấu thủy tinh, từ turbin khí của nhà máy nhiệt điện, các nhà máy hóa chất……. Hiện nay xu hướng tận dụng nhiệt thải từ các nhà máy công nghiệp đang là xu hướng toàn cầu hóa, bởi các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, thủy điện…. có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Bên cạnh đó tình trạng ô nhiễm môi trường , hiệu ứng nhà kính, và tình trạng phá hủy tầng Ozone cũng đang là vấn đề đặt ra cho các nhà khoa học.
Đối với các nước tiên tiến trên thế giới, MLHT sử dụng nhiệt thải đã được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, việc ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải trong thực tế còn gặp nhiều khó khăn vì: - Về nguyên lý thì có rất nhiều người hiểu biết nhưng khi đi vào thiết kế kỹ thuật công trình thì phần lớn không thực hiện được vì thiếu rất nhiều vấn đề về công Trang 1 Luận văn thạc sĩ nghệ. Do đó tất cả chỉ dừng lại ở phần chung mà không có công nghệ. - Nguồn tài liệu về máy lạnh hấp thụ phân tán và rất ít tài liệu đề cập đến công nghệ mà chỉ dừng lại ở dạng phân tích hiệu quả kinh tế.
Do vậy để ứng dụng công nghệ cần phải có sự đầu tư, thu thập, phân tích và tìm được các số liệu kỹ thuật để thiết kế sản xuất. Mặc dù vậy, Việt Nam đang hướng theo xu thế phát triển chung của thế giới nên việc phải thực hiện các giải pháp sạch và xanh trong sản xuất và trong sinh hoạt là điều tất yếu phải xảy ra. Bên cạnh đó, nước ta là một nước đang phát triển, các khu công nghiệp, khu chế xuất, các nhà máy… ngày càng nhiều nên lượng khí thải sẽ tăng rất nhanh. Đồng thời, việc sản xuất từ nông nghiệp cũng có các nguồn nhiệt thải, nguồn nhiệt có nhiệt thế thấp, nguồn nhiệt từ các phế liệu rất đa dạng như trấu, mùn cưa, bã mía, hoặc từ các suối nước nóng….
Vì vậy trong tương lai gần, MLHT sử dụng nhiệt thải sẽ được đưa vào sử dụng rộng rãi nhằm tận dụng nguồn nhiệt thải dồi dào và đặc biệt hơn là giải quyết được vấn đề cấp bách về môi trường mà loài người đang quan tâm.2 Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu 1.1 Mục tiêu luận văn Mục tiêu của luận văn là ứng dụng Matlab để xây dựng phần mềm tính toán MLHT NH3-H2O sử dụng nhiệt thải. Phần mềm này sẽ tính toán chu trình thực của máy lạnh hấp thụ với các thông số có thể thay đổi được nhằm xây dựng các mối quan hệ ảnh hưởng đến chế độ làm việc của chu trình, giúp cho các nhà thiết kế, sản xuất, vận hành có thể lựa chọn được phương án kỹ thuật một cách hiệu quả mà bằng phương pháp cổ điển là dùng đồ thị và tra bảng sẽ khó khăn và mất rất nhiều thời gian, công sức.2 Phương pháp nghiên cứu Để đạt được mục tiêu trên thì phương pháp nghiên cứu cụ thể của tôi là : Trang 2 Luận văn thạc sĩ - Nghiên cứu các cơ sở tính toán về MLHT NH3-H2O để so sánh và chọn lựa cơ sở tính toán tối ưu cho viêc xây dựng phần mềm - Ứng dụng Matlab trong việc xây dựng phần mềm tính toán MLHT NH3-H2O - Tiến hành thí nghiệm trên máy vi tính để đưa đến phương án cấp nhiệt và chế độ làm việc tối ưu của hệ thống.3 Giới hạn đề tài Theo quy ước phổ biến thì chất thuần khiết đứng trước là chất bay hơi, đóng vai trò là tác nhân lạnh, còn chất thuần khiết đứng sau là dung môi, đóng vai trò là chất hấp thụ. Như vậy do tính chất nhiệt động đặc trưng của chất bay hơi thì trong máy lạnh hấp thụ khi cần làm lạnh dưới 00C – hệ thống cấp trữ đông, sản xuất nước đá thì sử dụng dung dịch NH3-H2O và sử dụng dung dịch H2O-LiBr khi cần làm lạnh trên 00C – hệ thống điều hòa không khí. Ở luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến máy lạnh hấp thụ làm việc với dung dịch amôniăc-nước (NH3-H2O) 1.3 Tổng quan về máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải 1.1 Hệ thống lạnh hấp thụ đơn giản Hệ thống lạnh hấp thụ là một trong những phương pháp làm lạnh cổ xưa nhất.
Nguyên lý của phương pháp hấp thụ, bay hơi lần đầu tiên được phát hiện bởi Micheal Faraday vào năm 1824. Và máy lạnh hấp thụ đầu tiên được phát triển bởi nhà khoa học người Pháp Ferdinand Carre năm 1860. Hệ thống này có thể được dùng đơn lẻ hoặc trong các nhà máy làm lạnh công nghiệp lớn. Hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt năng thay vì cơ năng trong máy lạnh có máy nén hơi, và môi chất làm việc trong máy lạnh có máy nén hơi thường là chất thuần khiết hoặc hỗn hợp đồng sôi (có nhiệt độ sôi gần giống nhau) còn trong máy lạnh hấp thụ phải là dung dịch được trộn lẫn từ hai chất thuần khiết khác nhau, hai chất này phải không tác dụng hóa học với nhau và phải có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi cùng ở điều kiện áp suất.
Có rất nhiều loại dung dịch có thể dùng được trong máy lạnh hấp thụ như NH3-H2O, NH3-LiSCN, NH3-LiNO3,v.v… hoặc Trang 3 Luận văn thạc sĩ H2O-LiBr, H2O-LiCl, H2O-CaCl2,v.v… nhưng trong thực tế người ta sử dụng phổ biến nhất là các dung dịch NH3-H2O và H2O-LiBr. Dưới đây là sơ đồ của một máy lạnh hấp thụ đơn giản.1 Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ đơn giản [6] Một hệ thống lạnh hấp thụ đơn giản gồm có: một thiết bị hấp thụ, một bơm, một bình phát sinh và một van giảm áp thay cho máy nén trong hệ thống lạnh dạng nén. Các thành phần khác của hệ thống là dàn ngưng, bình chứa, van tiết lưu và dàn bay hơi giống như hệ thống lạnh dạng nén Trong hình 1.1, Sử dụng môi chất làm lạnh là Amonia. Hơi amonia ở áp suất thấp rời khỏi dàn bay hơi được hấp thụ bởi dung dịch Amonia loãng ở thiết bị hấp thụ.
Dung dịch loãng có khả năng hấp thụ một lượng lớn hơi Amonia. Dung dịch này được làm mát bởi nước làm mát. Sự hấp thụ Amoniac của dung dịch loãng làm giảm áp suất trong giàn hấp thụ, điều này làm gia tăng nhiệt độ của dung dịch. Do vậy, các thiết bị giải nhiệt cho bình hấp thụ được gắn vào để giảm nhiệt cho dung Trang 4 Luận văn thạc sĩ dịch.
Và nó cũng cần thiết để gia tăng khả năng hấp thụ của dung dịch loãng. Vì ở nhiệt độ cao dung dịch loãng hấp thụ ít hơi Amoniac hơn. Dung dịch loãng sau khi hấp thụ có nồng độ cao được bơm tới bình phát sinh. Bơm này còn có tác dụng gia tăng áp suất cho dung dịch.
Dung dịch đậm đặc Amoniac trong bình phát sinh được gia nhiệt bởi các nguồn nhiệt bên ngoài như: các nguồn nhiệt thải, gas, hơi nước……Trong suốt quá trình gia nhiệt hơi Amoniac ở áp suất cao được đưa đến bình ngưng tụ, còn dung dịch loãng ammoniac nóng sẽ chảy xuống bình hấp thụ ở áp suất thấp sau khi qua van tiết lưu. Hơi amoniac được ngưng tụ ở dàn ngưng tụ để trở thành dung dịch ammoniac ở áp suất cao. Dung dịch này đi qua bình chứa và qua van tiết lưu sau đó đến dàn bay hơi và hoàn thành một chu kỳ hấp thụ đơn giản.