Đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ tháp giải nhiệt của hệ thống Chiller

Chia sẻ: Luu Quang Manh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

433
lượt xem 79
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 4 chương, đồ án "Tính toán thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ tháp giải nhiệt của hệ thống Chiller" trình bày tổng quan về đối tượng công nghệ, thiết kế vòng điều khiển đối tượng đã cho, cơ sở mô hình hóa và tổng hợp bộ điều chỉnh, tổng hợp và đánh giá chất lượng điều chỉnh. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung đồ án để có thêm tài liệu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Tính toán thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ tháp giải nhiệt của hệ thống Chiller

MỤC LỤC
Mở đầu Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển kéo theo đó chất lượng cuộc sống của con người ngày càng tăng lên, một phần cũng để thích nghi với điều kiện khắc nghiệt của thời tiết. Các tòa nhà cao tầng, văn phòng, khách sạn,... mọc lên càng nhiều. Một hệ thông không thể thiếu, luôn đi kèm với việc xây dựng các tòa nhà là hệ thống điều hòa không khí. Xét thấy nó là một hệ thống rất quan trong cần thiết nên cần được tinh toán thiêt kế mội cách cẩn thận tỷ mỉ để đáp ứng được nhu cầu của các tòa nhà và nhất là trong giờ cao điểm. Một hệ thống lạnh gồm nhiều phần cấu thành. Trong khuôn khổ của đồ án em xin đề cập tới phần thiết kế “hệ thống điều khiển nhiệt độ cho tháp giải nhiệt của hệ thống chiller”. Để thiết kế hệ thống điều khiển tháp giải nhiệt của hệ thống chiller cần áp dụng một số kiến thức cơ sở ngành liên quan đến điền chỉnh hệ thống, một trong số đó là môn “Lý thuyết điều chỉnh quá trình nhiệt”. Cùng với đó ta cần hiểu rõ cấu tạo nguyên lý hoạt động của hệ thống chiller. Cộng thêm lấy được các thông số nhiệt độ của nước giải nhiệt và dàn nóng của hệ thống chiller để tính toán thêm phần sát với thực tiễn. Giúp xây dựng tính toán chi tiết hệ thống ta cần sử dụng triệt để các kiến thức đã học trong môn Lý thuyết điều chỉnh quá trình nhiệt và phầm mềm phụ trợ. Dưới đây em xin trình bày chi tiết nội dung của đồ án: “ Tinh toán thiết kế hệ thống điều chỉnh nhiệt độ tháp giải nhiệt của hệ thống chiller”.
Chương 1: Tổng quan về đối tượng công nghệ 1. Sơ lược về công nghệ và hệ thống. 1.1 Khái quát về hệ thống chiller. 1.1.1 Khái quát về chiller. Chiller là loại máy phát sinh ra nguồn lạnh để làm lạnh các đồ vật, thực phẩm. Ở máy lạnh người ta luôn thấy 1 nguồn lạnh và 1 nguồn nóng hơn môi trường xung quanh dù chạy với nguyên lý nào. Thực ra máy lạnh cũng là máy bơm nhiệt. Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta gọi cho thích hợp. Ở máy lạnh nguồn lạnh được sử dụng là mục đích chính, trong khi máy bơm nhiệt, nguồn nóng chủ yếu phục vụ chính cho nhu cầu. Nhiều trường hợp thuận lợi ta có thể thiết kế sử dụng cả hai nguồn nóng và lạnh, tiết kiệm được rất nhiều năng lượng. là máy sản xuất nước lạnh dùng trong hệ thống điều hòa không khí trung tâm, sử dụng nước là chất tải lạnh. Nước sẽ được làm lạnh qua bình bốc hơi (thường vào 12 độ và ra 7 độ). Thực chất máy chiller gồm 4 thiết bị chính của chu trình nhiệt căn bản là máy nén, van tiết lưu, thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi. Ngoài ra có thêm 1 số thiết bị khác. Thường thì chiller được sản xuất nguyện cụm không tách rời. Chiller phải đạt tiêu chuẩn theo ARI.
1.1.2 Khái quát về hệ thống làm lạnh nước bằng chiller. Các thiết bị gồm có: Cụm máy lạnh Chiller. Tháp giải nhiệt ( nếu sử dụng TBNT là nước ). Bơm nước giải nhiệt, bơm nước lạnh. Dàn lạnh FCU hay AHU. Bình giãn nở. *) Cụm máy chiller: Máy nén lạnh(N). Dàn bay hơi(HH). Dàn ngưng tụ(NT). Van tiết lưu( TL).
Hình 1: Chu trình lạnh Hình 2: sơ đồ khối cơ bản của hệ thống 12 : máy nén nén hơi môi chất có nhiệt độ thấp (t o), áp suất thấp (po) lên nhiệt độ cao (tk), áp suất cao (pk). 23: hơi môi chất có nhiệt độ cao (tk), áp suất cao (pk) ngưng tụ trên dàn ngưng thành trạng thái lỏng sôi. 34: Môi chất tiết lưu đẳng entanpi xuống áp suất thấp po. 41: Môi chất qua dàn bay hơi, nhận nhiệt từ nước hóa hơi đi vào máy nén. *) Tháp giải nhiệt:
Tháp giải nhiệt là một thiết bị được sử dụng để giảm nhiệt độ của dòng nước bằng cách trích nhiệt từ nước và thải ra khí quyển. Tháp giải nhiệt tận dụng sự bay hơi nhờ đó nước được bay hơi vào không khí và thải ra khí quyển. Kết quả là, phần nước còn lại được làm mát đáng kể. Tháp giải nhiệt có thể làm giảm nhiệt độ của nước thấp hơn so với các thiết bị chỉ sử dụng không khí để loại bỏ nhiệt, như là bộ tản nhiệt của ô tô, và do đó sử dụng tháp giải nhiệt mang lại hiệu quả cao hơn về mặt năng lượng và chi phí. *) Dàn lạnh FCU hoặc AHU. FCU (FanCoil Unit). Đúng như tên gọi thì cấu tạo cơ bản của FCU gồm có Quạt Fan và Dàn ống Coil, trong một số trường hợp có thêm bộ sấy điện (heater) nhưng cũng rất hạn chế với điều kiện VN mình. Đây là một thiết bị xử lý không khí cơ bản, công suất thường khá nhỏ, nếu tớ nhớ không nhầm thì có từ 2kW đến 20kW (có thể khác biệt theo từng hãng). FCU có đầy đủ các kiểu như Cassette thổi tròn / 4 hướng / 1 hướng, Áp tường / trần, Giấu tường / trần , Treo tường, Âm trần nối ống gió...
AHU(AirHandling Unit): Thiết bị xử lý không khí. Cấu tạo của AHU phức tạp hơn FCU rất nhiều, thường là chia làm nhiều module: hộp hòa trộn, bộ lọc không khí, bộ gia nhiệt sơ cấp, dàn ống, bộ gia nhiệt thứ cấp, quạt ly tâm... tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà lắp đặt bao nhiêu thiết bị. Công suất của AHU rất lớn, tối thiểu là 30kW (ấy là theo tớ biết) và chỉ có thể là nối ống gió dẫn tới các miệng phân phối gió mà thôi. Trong một số tài liệu, người ta coi FCU là AHU loại nhỏ được dùng để cấp lạnh cho một khu vực nhỏ. Kiểu phân loại này chỉ đúng về mặt cấu tạo và phạm vi sử dụng.
Để phân biệt được FCU và AHU cần phải căn cứ vào cấu tạo và công suất lạnh. Ranh giới về cấu tạo có thể là mong manh, nhưng về công suất lạnh thì có thể nhận biết được đặc biệt rõ ràng. Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm lạnh nước bằng chiller: Máy nén hút hơi môi chất để duy trì áp suất bay hơi không đổi trong TBBH rồi nén hơi môi chất lên áp suất cao và nhiệt độ cao. Sau đó đưa vào TBNT để ngưng tụ thành lỏng, qua van tiết lưu hạ áp suất và nhiệt độ môi chất lạnh xuống nhiệt độ to để làm lạnh nước. Nước lạnh được bơm đưa đến các FCU để làm lạnh không khí trong phòng. Nước lạnh sau khi trao đổi nhiệt sẽ nóng lên rồi quay về TBBH để được làm lạnh. Môi chất sau khi đi qua máy nén qua thiết bị ngưng tụ sẽ trao đổi nhiệt nóng với nước. Nước giải nhiệt sau khi nhận nhiệt sẽ đi vào tháp giải nhiệt để hạ nhiệt độ sau đó tuần hoàn trở lại dàn ngưng tụ. 1.2 Phân loại lựa chọn hệ thống chiller. Việc phân loại chiller có nhiều cách: + Như theo máy nén (Piston, trục vít, xoắn ốc,...). Máy nén piston: Máy nén kiểu kín:
Máy nén kiểu hở: Khi máy hoạt động piston sẽ được điều khiển bởi trục khuỷu thông qua thanh truyền , ở phía trên xilanh sẽ là một van hút và một van xả. Trong một máy nén khí thường có từ 1 đến sáu xilanh trong đó được gọi là cụm xilanh. Khi van hút mở ra tại một thời điểm thì piston chuyển về phía trung tâm chêt dưới thể tích xilanh tăng do đó hơi chảy vào xilanh. Do có sự khác biệt về áp suất giữa bên trong xilanh và áp suất dòng hút nên van mở mở ra và bứt đầu quá trình hút. Tại điểm 2 áp suất trong xilanh lớn hơn so với áp suất của dòng chảy khiến cho van xả mở ra cho phép khí thoát ra ngoài xilanh đồng thời kết thúc quá trình nạp khí. Thể tích tiếp tục giảm ở điểm 3 , duy trì đủ một sự khác biệt áp suất để cho van xả luôn mở . Cũng tại thời điểm 3 này piston đã lên đến điểm chết trên và đảo ngược hướng . Ở điểm chết trên piston đến một điểm dừng hoàn chỉnh trước khi đổi chiều áp suất qua van là tương đương do đó các van xả đóng lại .
Khi piston chuyển về điểm 4 tăng thể tích và giảm áp suất trong xilanh , khi áp suất trong xilanh giảm thì sẽ thấp hơn so với áp suất của dòng hút và van nạp khí lại được mở và tiếp tục quá trình nạp khí. Chu kỳ sẽ được lặp lại tuần hoàn. Về cơ bản máy nén khí piston 1 cấp hoạt động dựa trên 3 quá trình cơ bản là : hút, nén và xả khí. Máy nen trục vít: Máy nén khí trục vít 2 roto có dầu bôi trơn .Các bộ phận làm việc là các loại máy nén khí trục vít nhưng không tiếp xúc với nhau và không tiếp xúc với thân máy , các trục vít chỉ cho phép tiếp xúc với nhau trong trường hợp có cung cấp dầu bôi trơn cho máy nén khí. Hai trục vít có các mối răng vít ăn khớp và quay ngược chiều nhau.Trục dẫn nhận truyền động từ động cơ và truyền cho trục bị dẫn Khi các trục vít quay sẽ xảy ra quá trình hút khí ở đàu hút, tiếp đó là quá trình nén khí, quá trình kết thúc khi không gian chứa khí nối tiếp với đầu đẩy và lúc này xảy ra quá trình đẩy khí vào ống đẩy . Khí hoặc hơi được hút này từ đầu này sang đầu kia của cặp trục.Khe hở giữa hai trục vít và giữa đỉnh răng với thân máy vào khoảng từ 0.10.4 mm
Phần rãnh của roto được nối qua cửa nằm ở phía dưới đầu máy nén với khoang hút, do có chân không phần được giải phỏng của rãnh sẽ được nạp khí từ khoang hút do vậy khi có sự ăn khớp vào các răng với rãnh của roto Để tránh khỏi dòng chảy ngược của khí từ khoang nén và xả về khoang hút, các răng của roto được chế tạo để giữa chúng tạo thành đường tiếp xúc liên trục.
*) Máy nén xoắn ốc: Trong quá trình nén, phần xoắn ốc tĩnh được giữ cố định và phần xoắn động di chuyển trên trục chuyển động lệch tâm. Gas được dẫn vào khoảng trống do hai đĩa xoắn tạo ra. Hai đĩa khép dần từng nấc và dần tiến vào tâm của hình xoắn ốc, thể tích nhỏ dần tạo ra áp suất lớn, khi đến tâm thì gas đạt được áp suất đẩy và được nén qua cổng đẩy ở tâm của scroll cố định. Các túi khí được nén đồng thời và liên tiếp nên tạo ra sự liên tục, ổn định, hiệu quả và yên tĩnh trong quá trình hoạt động. + Theo thiết bị ngưng tụ như giải nhiệt nước (watercooled), hay giải nhiệt gió(Aircooled), ... *) Chiller giải nhiệt bằng nước:
Gồm 4 phần chính: Máy nén lạnh, Dàn nóng, Dàn Lạnh, Tủ Điều Khiển. Máy Nén Lạnh: + Máy Nén piston (1 piston, 2 piston, 3 piston, 4 piston ...). Th ường nh ỏ hơn 3 hp dân dụng, hoặc hàng trăm hp trong đông lạnh cho máy nén 2 cấp. + Máy Nén Xoắn Ốc (từ 3 hp điện đến 30 hp/block nén điện). + Máy Nén Trục Vít (từ 40 hp điện đến 300 hp/block điện). + Máy Nén Li Tâm (loại li tâm nhỏ turbo 60 tons 300 tons. Và li tâm lớn từ 300 tons đến hàng ngàn tons). Dàn Nóng chiller (bình ngưng ống chùm). + Dạng ống đồng thẳng từ đầu này sang đầu kia, nước dẩn bên trong ống đồng. Gas dạng hơi chứa trong bình ngưng, đọng lại thành lỏng được hấp thụ nhiệt từ nước dẩn qua đến tháp giải nhiệt cooling tower.
Dàn Bay Hơi chiller: bình bay hơi ống chùm loại khô hoặc loại ngập dịch, bay hơi dạng tấm. + Bay Hơi Loại Khô : Nước dẩn qua bình, gas bay hơi bên trong ống đồng, nhờ các tấm định nước mà nước chảy theo dạng hình sin, tăng quảng đường nước chảy và tăng hiệu suất trao đổi nhiệt. Bay Hơi Loại ngập dịch: với hiệu suất cao hơn nhiều so với loại khô, + nhưng thường áp dụng với dãy công suất lớn, từ 100 tons trở lên. Nước chảy trong ống đồng, môi chất lạnh sôi ngoài ống. Bình bay hơi được bọc cách nhiệt
và duy trì nhiệt độ không được quá dưới 7oC nhằm ngăn ngừa nước đóng băng gây nổ vỡ bình. Bay hơi bằng tấm PHE INOX: Plate heat exchanger : Vì nhu cầu đặt + biệt Dùng cho ngành thực phẩm : yêu cầu chất lượng nước tốt hơn không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm không dùng nước trực tiếp bị thu nhiệt từ ống đồng bị oxi hóa.
Dùng cho chất lượng nước không đảm bảo điều kiện PH (có PH tù 6.5 đến 7.5) với tốc độ chảy của nước và ph như vậy sẻ nhanh chóng ăn mòn ống đồng và nước thấm vào máy nén gây cháy cuộn dây motor động cơ điện máy nén. Dùng cho ngành hóa chất (ít tác dụng với inox) và sử dụng ống đồng sẻ gây ra quá trình hóa tính đến tính chất vật liệu.v.v. Tủ Điều Khiển: Điều Khiển Sự hoạt động của hệ thống chiller: + Điều Khiển on off với chiller xoắn ốc. Điều Khiển Giảm tải 25%50%75%100% với chiller trục vít sử dụng thanh trượt làm giảm tỉ số nén. Điều Khiển giảm tỉ số nén bằng cách giảm lượng gas cấp vào với chiller li tâm. Điều Khiển bằng biến tần khi chạy non tải. Điều khiển khi khởi động Sao Tam giác.
*) Chiller giải nhiệt bằng gió: Không sử dụng tháp giải nhiệt cooling tower. Mà trao đổi nhiệt từ gas nóng áp suất cao với không khí từ quạt hút. Loại này hiệu suất lạnh kém hơn rất nhiều so với loại chiller giải nhiệt nước (hiệu suất gấp 1,5 lần so với chiller gió). Thử nghĩ xem với một công suất điện chiller gió sản sinh ra 3 kw lạnh thì chiller nước sản sinh ra 4,5 kw lạnh. Nhưng do một số điều kiện đặc biệt người ta vẫn dùng hệ chiller gió giải nhiệt : Do chất lượng nước không đảm bảo (axit quá cao, nhiều bụi bẩn khi sử dụng tháp giải nhiệt sẻ nhanh chóng bám vào thành ống giảm khả năng trao đổi nhiệt). Tiết kiệm diện tích so với chiller. Ví dụ như chiller nước thì cooling tower không đặt được trong nhà xưởng. Khi sử dụng tháp giải nhiệt làm tăng độ ẩm xung quanh và vi sinh không tốt làm ô nhiểm môi trường xung quanh nhà máy ảnh hưởng đến sức khỏe con người cũng như thực phẩm. Về cấu tạo chỉ khác chiller giải nhiệt nước là không sử dụng bình ngưng ống chùm mà là dàn ống đồng cánh nhôm. Tại sao lại là ống đồng cánh nhôm, có một số giả thuyết : Đồng truyền nhiệt tốt hơn nhôm, nhưng tản nhiệt vào không khí lại kém Đồng giá cao và nặng hơn nhôm nên không kinh tế bằng nhôm
Đồng dẩn nhiệt qua cánh tản nhiệt đồng thì nhiệt trên cánh tản nhiệt đồng sẻ cao, khi đặt trong xưởng sẻ dể gây ra nguy cơ cháy nổ. Ống đồng cánh nhôm sẻ tạo ra lượng nhiệt không điều trên toàn bộ dàn coil từ đó dẩn đến sự đối lưu tốt hơn cho toàn bộ dàn coil. Phân Loại theo hướng thổi của Quạt và số lượng quạt: Thổi ngang, thổi nghiêng và thổi trên. Tùy theo vị trí mà ta có thể đặt thêm ống gió để luồng gió nóng không ảnh hưởng đến môi trường sản xuất. Quạt thổi ngang công suất nhỏ, hiệu suất cao hơn một ít so với 2 loại còn lại.Thường thì từ 5 hp đến 15 hp điện, 1 quạt. Quạt thổi nghiêng công suất lớn hơn thổi ngang, Thường thì từ 15 hp đến 30 hp điện, 2 Quạt Quạt thổi trên công suất lớn nhất. Thường thì từ 40 hp điện trở lên, từ 3 quạt trở lên. +Ngoài ra còn có loại Chiller hấp thụ. Nó hoạt động nhờ cụm Absorber(Bình hấp thụ) ,Pump và Generator(Bình sinh hơi) theo một chu trình lạnh hấp thụ.Các thiết bị còn lại như chu trình lạnh có máy nén hơi. Nếu phân loại hệ thống chiller theo thiết bị ngưng tụ thì có 2 loại: chiller giải nhiệt bằng gió và giải nhiệt bằng nước. Đối với mỗi công trình ta chọn một loại thích hợp để đáp ứng đủ yêu cầu. Mỗi loại có một ưu điểm riêng. Lấy điều kiện vận hành của hệ thống chiller là ở một toàn nhà lớn trong thành phố thì ta sẽ chọn hệ thông chiller giải nhiệt bằng nước. Do nguồn nước sạch có sẵn cung cấp giải nhiệt, có công suất lớn phù hợp với nhu cầu của các tòa nhà, tuy nhiên không tiết kiệm diện tích mặt bằng bằng chiller giải nhiệt gió, nhưng vấn đề này không quá đang lo ngại ở đây. 1.3 Lựa chọn loại tháp giải nhiệt. Để đáp ứng nhu cầu hệ thống, có năng suất giải nhiệt cao hơn so với giải nhiệt gió, nguồn nước sẵn có ở các thành phố để giải nhiệt giàn ngưng nên ta nên chọn loại chiller giải nhiệt bằng nước để thiết kế và lắp đặt.
Nguyên lý hoạt động. Tháp giải nhiệt được thiết kế luồng không khí theo hướng ngược với lưu lượng nước. Ban đầu luồng không khí tiếp xúc với môi trường màng giải nhiệt, sau đó luồng không khí kéo lên theo phương thẳng đứng. Lưu lượng nước được phun xuống do áp xuất không khí và lưu lượng nước rơi xuống qua bề mặt tấm giải nhiệt, lưu lượng gió theo hướng ngược lại. Tháp giải nhiệt được ứng dụng cho các ngành như sau: + Ngành điện lạnh : Điều hòa, đông lạnh, nước đá... + Ngành nhựa : Máy ép nhựa, bao bì nhựa… + Ngành thủy hải sản : Chế biến thủy sản… + Ngành luyện kim : Thép, nhôm … + Ngành dược phẩm. + Ngành cáp điện. + Và các ngành khác : chế biến rượu, bia, máy nén khí, máy phát điện, xử lý nước… Đặc điểm: + Vỏ tháp FRP Vỏ tháp sử dụng chất liệu sợi thủy tinh, đặc điểm của chất liệu là gọn nhẹ, không gỉ sét,không lão hóa, chống ăn mòn, chống thấm nước, bền lâu, tuổi thọ