THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY DẦU FO DÙNG CHO LÒ HƠI BẰNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DESIGNING A SYSTEM FOR DRYING BOILER FUEL OIL WITH A DOUBLE TUBE HEAT EXCHANGER DEVICE USING SOLAR ENGERGY

Chia sẻ: Le Thi Kim Oanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

174
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'thiết kế hệ thống sấy dầu fo dùng cho lò hơi bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống sử dụng năng lượng mặt trời designing a system for drying boiler fuel oil with a double tube heat exchanger device using solar engergy', kỹ thuật - công nghệ, hoá học - dầu khí phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY DẦU FO DÙNG CHO LÒ HƠI BẰNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DESIGNING A SYSTEM FOR DRYING BOILER FUEL OIL WITH A DOUBLE TUBE HEAT EXCHANGER DEVICE USING SOLAR ENGERGY

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY DẦU FO DÙNG CHO LÒ HƠI BẰNG THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DESIGNING A SYSTEM FOR DRYING BOILER FUEL OIL WITH A DOUBLE TUBE HEAT EXCHANGER DEVICE USING SOLAR ENGERGY Hồ Trần Anh Ngọc Võ Chí Chính, Hoàng Dương Hùng Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo đề cập đến việc xây dự ng một hệ thống để sấy dầu FO bằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống dùng năng lượng mặt trời, đưa ra cách thức để vận hành, điều chỉnh hệ thống sấy dầu sao cho phù hợp với từng điều kiện cụ thể. Việc sấy dầu FO là khâu bắt buộc tạo ra độ nhớt nhất định để phun tơi sương cần thiết trước khi được đưa vào đốt trong lò hơi, cho nên ta dùng năng lượng mặt trời để sấy nóng dầu này, tiết kiệm được một lượng điện năng khá lớn. Đồng thời bài báo trình bày các bước thực hiện và xây dựng công thức tính tóan trao đổi nhiệt ống lồng ống giữa dầu thô FO với nước nóng và tính tóan bộ thu năng lượng mặt trời để cấp nước nóng sấy dầu FO sử dụng cho lò hơi công suất 100kg/h. ABSTRACT The article refers to the manufacture of a system for drying Fuel Oil with a double tube heat exchanger device using solar energy and the techniques for operating and adjusting the oil drying system in such a way to be suited to every specific condition. The drying Fuel Oil stage is required to create a certain viscosity for spraying an appropriate amount of dew before putting it into the boiler combustion so that we can use the solar energy for drying the oil, saving a large of amount of electricity. The article also presents some execution steps and formulas in making calculations on the heat transfer of the double tubes between Fuel Oil and hot water and on the solar collectors that supply hot water for drying Fuel Oil, using a boiler with the capacity of 100kg/h. 1. Đặt vấn đề Dầu FO- Fuel Oil- hay còn gọi là dầu mazut là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không. Trước khi bị đốt cháy dầu FO được gia nhiệt để có một độ nhớt nhất định, độ nhớt của dầu ảnh hưởng đến việc trộn lẫn của nhiên liệu với không khí, khả năng bay hơi, trở lực ma sát trong hệ thống bơm, quá trình cháy và phát thải ra môi trường bên ngoài. Sau khi được sấy, dầu được phun ra dưới dạng sương, nó sẽ bay hơi tạo với không khí hỗn hợp cháy. Vì vậy, dầu FO cần phải được sấy trước khi đưa vào đốt trong lò hơi. 7
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 Bảng 1. Đặc tính của dầu thô ( FO) Nhiệt Thành phần Độ Khối Nhiệt Hệ số độ lượng nhớt động dung dẫn Lưu Nhựa đông Độ sáp Keo Nitơ Nước riêng riêng nhiệt học hùynh đường đặc J/kg.K W/m.K Parafin Gelatin N H2O kg/m3 m2/s Bitum S 0 C 927,5 19 17,44.106 2,683 0,1964 14,3 10,3 0,13 0 0,29 16,8 Để gia nhiệt cho dầu FO, cần phải tiêu thụ một lượng điện năng lớn cho điện trở sấy dầu, cho nên để tiết kiệm lượng điện năng này ta tận dụng nguồn năng lượng mặt trời để làm nóng nước, sau đó dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống để sấy dầu FO đưa vào thùng chứa trước khi đưa vào đốt ở lò hơi. 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống dùng năng lượng mặt trời để sấy dầu FO dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống: Ta xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ thống như sau: S¬ ® nguyªn lý hÖthèng sÊ dÇ b»ng n¨ ng lù¬ng å yu mÆtrêi dï ng thiÕ bÞtrao ® i nhiÖ èng lång èng t t æ t 13 14 15 9 3 16 17 5 18 1 23 12 6 4 Đuêng nuí c 22 Đu êng dÇu 19 2 11 1-Thï ng chøa nø¬c nhá 2-TBTĐN èng lång èng 20 3-TÊ thu n¨ ng luî ng mÆtrêi m t 4- Thï ng chøa dÇ l¹ nh u 5-B¬m nø¬c 6-B¬m dÇ u 5 7- § iÓ c¶m biÕ nhiÖ ® m n té 8 8-Van ba ng· 9-Thï ng nøí c nãng dù tr÷ 10- § iÖ trë n 7 21 10 DÇ nãng ra u 11-Thï ng chøa dÇ nãng u 12 : 23 -Van chÆ c¸ c lo¹ i n Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy dầu FO bằng năng lượng mặt trời Hệ thống bộ thu năng lượng mặt trời (3) có nhiều collector được bố Tấm trí thành một dãy. hấp thụ Qua tính tóan, kiểm tra và so sánh, việc chọn panel có dạng song song để hấp thụ năng lượng bức xạ Bề mặt TĐN mặt trời là khá hiệu quả. Tấm hấp thu dạng dãy ống được gắn vào ống hấp thụ bằng cách đan xen từng dải nhỏ; Một cụm ống Hình 2. trao đổi nhiệt ống lồng ống gia nhiệt Panel thu năng lượng mặt trời dạng dãy ống 8
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 cho dầu thô, hai thùng chứa nước dự trữ được cách nhiệt để tránh tổn thất nhiệt, thùng chứa dầu, một số van và một thiết bị sấy dầu bằng điện trở. 2.2. Nguyên lý họat động của hệ thống Nguyên lý họat động mô hình như sau: vào ban ngày, bơm tuần hoàn 5 hoạt động lúc đó các van 15,17, 19, 20 mở, van 18 đóng lại, nước nóng tích trữ được của dàn năng lượng mặt trời chảy từ tank nhỏ vào ống trong của TBTĐN ống lồng ống gia nhiệt cho dầu chảy bên ngòai ống trong không gian hình xuyến, sau đó nước lạnh được bơm tuần hòan thông qua các Collector thu nhiệt mặt trời rồi đi vào tank chứa nhỏ. Dầu thô tuần hòan trong không gian hình xuyến có thể đi qua hoặc quay ngược lại để tiếp tục sấy đạt nhiệt độ yêu cầu. Điện trở gia nhiệt thêm cho dầu có họat động hay không là phụ thuộc vào nhiệt độ dầu tại vỏ ngòai không gian hình xuyến của bộ trao đổi nhiệt ống lồng ống, nó tùy thuộc vào điều kiện thời tiết. Điện trở sấy dầu (10) chỉ họat động khi mà nhiệt độ ngòai trời xuống khá thấp ví dụ như khi mùa đông ( có nghĩa là nó hoạt động khi nước nóng để gia nhiệt cho dầu không đạt được tới 650C ) lúc đó bơm dầu số 6 họat động, van 22 đóng, van 21 mở, dầu lạnh sẽ được điện trở 10 sấy đạt đến nhiệt độ yêu cầu. Khi bức xạ mặt trời cung cấp đầy đủ năng lượng nhiệt và nhiệt độ nước ở bộ thu ngòai đạt đến giá trị yêu cầu, lúc đó bơm nước 5A họat động bình thường. Trường hợp nhiệt độ gia nhiệt dầu đủ, lúc đó, van 12, 15, 18 đóng lại, các van 13, 17, 19, 23 mở ra để cho nước của dàn năng lượng mặt trời gia nhiệt cho tank lớn để dự trữ. Trong trường hợp nhiệt độ của môi trường không đủ để gia nhiệt cho dàn trao đổi nhiệt ống lồng ống, lúc đó sẽ sử dụng nước dự trữ ở tank lớn để gia nhiệt cho tank nhỏ bằng cách đóng các van 13, 23, mở các van 12, 14 , 15, 16, 17, 19, 20, hai bơm 5 và 5A họat động, lúc đó nước nóng trong tank lớn sẽ gia nhiệt cho tank nhỏ qua dàn ống xoắn để từ đó nước nóng đi bên trong đường ống của thiết bị ống lồng ống để gia nhiệt cho dầu đi trong không gian hình xuyến bên ngòai đến nhiệt độ yêu cầu. 3. Tính tóan thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống để gia nhiệt cho dầu FO 3.1. Tính tóan lượng dầu FO cấp cho lò hơi ứng với các công suất khác nhau Bảng 2. Xác định lượng dầu thô ( FO) tiêu thụ theo công suất và hiệu suất lò hơi NHIỆT TRỊ CỦA DẦU FO: 9800Kcal/Kg KHỐI LƯỢNG RIÊNG: 0,991Kg/m3 ; NHIỆT LƯỢNG TRONG 1 KG HƠI: 663 Kcal ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC: 180cSt( mm2/S ); NHIỆT ĐỘ ĐÔNG ĐẶC: 200C N(tấn/h) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 2 3 4 5 H( %) 70 9,7 19,3 29,0 38,7 48,3 57,9 67,7 77,3 86,9 96,5 193 290 387 483 80 8,5 16,9 25,4 33,8 42,3 50,7 59,2 67,6 76,1 84,6 169 254 338 423 90 7,5 15,0 22,6 30,1 37,6 45,1 52,6 60,1 67,6 75,2 150 226 301 376 9
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 3.2. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống giữa dầu FO và nước nóng Với công suất lò hơi 100kg/h, hiệu suất lò 80%, ta tính ra được lượng dầu tiêu thụ cần thiết là 8,5lít/h. Từ đây, áp dụng phương pháp tính TĐN ống lồng ống giữa dầu và nước nóng với các đặc tính sau: Nước nóng chảy trong ống thép nhỏ có hệ số dẫn nhiệt λ =120W/mK, d2/d1=28/26,2mm, nhiệt độ nước nóng vào là t’1=800C, lưu lượng G1 = 5,4 kg/h. Dầu lạnh FO chuyển động trong không gian hình xuyến giữa ống nhỏ và ống lớn có D=32,6mm, nhiệt độ dầu FO vào t’2 = 300C, nhiệt độ dầu ra là t’’2=650C với lưu lượng dầu được tính dự phòng là G2=10,8 kg/h. Biết chiều dài của đoạn ống nhỏ nằm ngang l=1,0 m. Ta đi xác định diện tích truyền nhiệt F của thiết bị, số đoạn ống thẳng N. G , C , t2’ DẦU FO LẠNH VÀO 2 N P2 O D AÀ FO LAÏ H VAØ U G 2 ,C p 2, t 2 NÖÔÙ RA C NƯỚC RA G ,C , t p1 1 1 G1, CP1, t1’’ NƯỚC NÓNG VÀO NÖÔÙ NOÙ G VAØ C N O G1 ,C p 1 , t1 G1, CP1, t1’ DẦU FO NÓNG RA G2, CP2, t2’’ D AÀ FO NOÙ G RA U N G 2 ,C p 2, t 2 Hình 4. Mặt cắt của ống lồng ống Hình 3. Ống lồng ống thẳng 3.2.1.Chọn nhiệt độ tw1 = (t1+ t2)/2 Khi bỏ qua tổn thất nhiệt ( η t = 100%), ta có Q = Q1 = Q2 vậy: 10,8 Q = G2.Cp2 ( t2’’ – t’2) = .2,147.(65 − 30) = 225,435 , [W] 3600 Nhiệt độ trung bình của dầu lạnh : t2 = (t2’’+ t2’)/2 = (30+65)/2 = 47,5 [0C] Nhiệt dung riêng của dầu ở t2 = 47, 50C là Cp2 = 2, 147 kJ/kg.K. Phương trình cân bằng nhiệt: Q = G1.Cp1.(t1’’- t1’) = G2.Cp2.( t2’’ – t’2) Q 225,435.3600 0 t 1'' = t1 − = 80 − = 44 , [ C] ' G1.C p1 5,4.4,174.1000 Từ đó nhiệt độ trung bình t1 của nước nóng: t1 = 0, 5 (t’1 + t’’1) = 0, 5 (80+44) = 62 [0C] Với t1= 62 0C tra bảng ta xác định được: Cpl = 4, 174 [kJ/kg.K]. ρ1 = 982,04kg / m 3 ; γ 1 = 0,4654.10 −6 m 2 / s; λ1 = 0,6605 W / m.K ; Pr f 1 = 2,894 Với nhiệt độ trung bình của dầu lạnh t2 = 47,5 [0C], sử dụng bảng, toán đồ ta xác định độ nhớt, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt của dầu và dùng phương pháp nội suy ta có: ρ 2 = 860,2kg / m 3 ; γ 2 = 2,32.10 −6 m 2 / s; λ2 = 0,1236 W / m.K ; Pr f 1 = 34,665 Từ đó tốc độ của nước nóng chảy trong ống nhỏ khi n = 1 được tính bằng: 4 .G 1 4 .5, 4 = 0 , 0028 , [m/s] ω1 = = ρ 1 .π d 1 2 982 , 04 . 3,14 .( 0 , 0262 ) 2 . 3600 10
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 (D 2 − d 2 ) 2 Tốc độ dầu chảy giữa ống to và ống nhỏ: G 2 = ρ 2 .ω 2 .π 4 4 .G 2 4 . 10 ,8 = 0 , 016 , [m/s] ω2 = = ρ 2 .π ( D 2 − d 2 ) 860 , 2 . 3,14 .( 0 ,0326 2 − 0 , 028 2 ). 3600 2 Tiêu chuẩn Re của nước nóng: Re1 = ω 1 d 1 = 0 , 0028 . 0 , 0262 = 113 , 66 < 10 4 γ1 −6 0 , 4654 . 10 0 , 25 Vậy nước nóng chảy tầng trong ống, ta có: Nuf1 = 0, 15.Re 0f ,133 . Pr f0143 Gr f01,1 ⎛ Pr f 1 ⎞ ⎜ ⎟ , ⎝ Pr ⎠ w1 Vì vách bằng kim loại mỏng và hai phía vách ống đều là chất lỏng nên ta chọn nhiệt độ vách tw1 bằng: tw1 = 0,5 (t1+t2) = 0,5(62+47,5) = 54,75 [0C]. gβl 3 ∆t Ta chọn tw1 = 54,5 0C, ở nhiệt độ này thì ta có: Prw1 = 3,316. Ta có : Gr = γ2 Với t1= 620C tra bảng và dùng phương pháp nội suy, ta có : β = 5,3.10 −4 Τ −1 gβl 3 ∆t 9,81.5,3.10 −4.0,02623.(62 − 54,5) Gr f 1 = == = 3237853, 96 γ2 (0,4654.10 −6 ) 2 0 , 25 ⎛ Pr ⎞ ⎜ Pr ⎟ 0 , 33 0 , 43 0 ,1 Nuf1 = 0, 15.Re =4, 88 f1 . Pr Gr ⎝⎠ f1 f1 f1 w1 Hệ số tỏa nhiệt đối lưu α1 của nước nóng chảy trong ống với bề mặt trong của ống không có bám bẩn và chất lỏng không có ảnh hưởng của bức xạ nên: λ 0,6605 α 1t = Nu f 1 1 = 4,88. = 123,02 [W / m 2 .K ] d1 0,0262 ql1t = α1t .(t1 − t w1 ).πd1 = 123, 02.(62- 54, 75).3,14.0,0262 = 73,37 [ W/m] Ta có: ql1t = ql 2t = t w1 − t w 2 , [W/m] 3.2.1.Tính tw2: d 1 ln 2 2πλ d1 d2 1 1 0,028 = 54,433 [0C] → t w 2 = t w1 − ql1t . = 54.5 − 76,05 ln . ln 2πλ d1 2.3,14.120 0,0262 Vì vách kim loại mỏng, có hệ số dẫn nhiệt lớn, ta có thể lấy t w 2 = t w1 = 54,5 [0C] t 2 + t 2, 30 + 65 , , = 47,5 [0C] = Với nhiệt độ trung bình của dầu được đun nóng:t2 = 2 2 ta sử dụng bảng tra các thông số và dùng phương pháp nội suy, ta có: ρ 2 = 860,2kg / m 3 ; γ 2 = 2,32.10 −6 m 2 / s; λ 2 = 0,1236 W / m.K ; Pr f 2 = 354,665 Tiêu chuẩn Re của dòng dầu cần đun nóng chảy giữa hai ống với đường kính tương π ( ) 4 D2 − d2 2 đương d td = 4 f = 4 = (D − d 2 ) = (0,0326 - 0,028)=0,0046 [m] được tính như π (D + d 2 ) u 11
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 ω 2 d td 0,016.0,0046 sau: Re2 = = = 31,72 < 10 4 γ2 2,32.10 − 6 0 , 25 ⎛ Pr ⎞ Vậy dầu cũng chảy tầng trong ống, ta có: Nuf2 = 0,15.Re 0,233 . Prf02, 43 Grf02,1 ⎜ f 2 ⎟ ⎜ Pr ⎟ f ⎝ w2 ⎠ 0 Với nhiệt độ bề mặt ngoài của ống nhỏ tw2 = 54,5 , [ C], sử dụng bảng tra các thông số và dùng phương pháp nội suy, ta có: Prw2 = 26,05 −4 gβl 3 ∆t = 9,81.7,02.10 (0,0326 − 0,028) .(54,5 − 47,5) 871,769 3 = Gr f 2 = −6 2 γ 2 (2,32.10 ) 0 , 25 ⎛ Pr ⎞ Gr ⎜ f 2 ⎟ 0 , 33 0 , 43 0 ,1 Nuf2 = 0, 15.Re =4.557 . Pr ⎜ Pr ⎟ f2 f2 f2 ⎝ w2 ⎠ Hệ số tỏa nhiệt của dầu FO chạy giữa hai ống: Nu f 2 .λ2 4,557.0,1236 2 = = 122,45 [W/m .K] α2t = d td 0,0046 ql2t = α 2t .(t w 2 − t 2 ).πd 2 = 122, 45.(54, 5-47, 5).3, 14.0, 028 = 75,36 [ W/m] Sau khi kiểm tra ta thấy thỏa mãn, vậy chọn: α1t = 123, 27 [W/m2.K] và α2t = 122, 45 [W/m2.K] ∆t − ∆t min 0 Nhiệt độ trung bình logarit: ∆t ↓↑ = max , [ C] ∆t max ln ∆t min ∆tmax, ∆tmin : hiệu nhiệt độ giữa hai môi chất vào và ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt ∆t ↓↑ = (t1 − t 2 ) − (t − t 2 ) = (80 − 65) − (44 − 30 ) = 14,49 , [0C] ' '' '' ' 80 − 65 t1; − t 2' ' ln ln 44 − 30 t1 − t 2 '' ' d2 0,028 1 = = 1,068 < 1,4 : coi vách trụ là vách phẳng, nên : kt = Vì δ 1 1 d1 0,0262 + + α 1t λ α 2t 0,028 − 0,0262 δ= 1 (d 2 − d1 ) = Với = 0,0009 [m] 2 2 [W/m2.K] kt = 1 1 = = 61,4 1δ 1 1 0,0009 1 ++ + + α 1t λ α 2t 123,27 120 122,45 Q 225,435 2 Tổng diện tích truyền nhiệt qua ống: Q=kt.Ft. ∆t → Ft = = = 0,253 [m ] .∆t 61,4.14,49 kt 0.253 Ft = = 3,075 Số đoạn ống thẳng Nt khi n = 1: N t = π .d1 .l.n 3,14.0,0262.1.1 Vậy chiều dài thiết bị ống lồng thẳng: Lt = Nt.l = 3, 075.1 = 3,075 [m] 12
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 4. Tính chọn bộ thu năng lượng mặt trời để cung cấp nước nóng cho sấy dầu FO Với lượng dầu tiêu thụ cần được gia nhiệt và diện tích trao đổi nhiệt ống lồng ống giữa dầu FO với nước nóng, nước nóng cần gia nhiệt đến 800C và lưu lượng nước nóng cần thiết tương ứng được tính đi qua bộ thu là 0,01kg/s ( Lưu lượng tính toán là 5,4kg/h, tuy nhiên do yêu cầu dự phòng và do dòng chảy đối lưu tự nhiên của nước nóng là rất chậm nên ở đây ta tính lượng nước đi qua thực tế được chọn là 0,01kg/s). Tính cụ thể cho bộ thu tấm phẳng có bề mặt hấp thụ được đan xen vào dãy ống. Bảng 3. Các số liệu tính toán cho Collector tấm phẳng . STT Thông số tính toán Công thức tính Giá trị Đơn vị λkk α= C (Gr. Pr)n W/m2K 1 Hệ số toả nhiệt ra không khí 12.25 ∑ δ δ k δ kk 1 −1 k1 = ( + + ) 2 Hệ số truyền nhiệt bên trên 2,27 W/mK λk λkk 1,3α δ 1 −1 Hệ số truyền nhiệt qua cách nhiệt k2 = ( λ + α ) c 3 1,24 W/mK c mo = ρtδ t (2 Fr + 4δ ) 4 Khối lượng vỏ hộp thu 16,01 Kg m = ρFt (δ − 2δ t ) 5 Khối lượng nước tĩnh 8 Kg C = moCo + mC p 6 Nhiệt dung hộp nước 40752 J/Kg ∑kF W = GCp + i i 7 Dòng nhiệt dung qua hộp 14.27 W/K = G C p + k 1 F1 + k 2 F 2 + k 3 F3 P=ε.D.En.F1 8 Công suất hấp thụ max 848,35 W 9 Tốc độ gia nhiệt max a=P/C 0,0207 K/s -4 s-1 10 Tần số dao động riêng bộ thu b=W/C 3,49.10 0,727.10-4 ω=2Π/τn 11 Tốc độ góc tia nắng rad/s 4.1. Tính tóan các thông số đặc trưng của Collector 2 Bảng 4. Các thông số đặc trưng của Collector tấm phẳng 1 m . STT Thông số đặc trưng Công thức tính Giá trị Đơn vị a b Độ gia nhiệt cực đại Tm o (1 + Tm ) 1 63,7 C 2b b + 4ω 2 2 a b Nhiệt độ cực đại tm tm = t0 + (1+ o ). 2 93,7 C 2b b2 + 4ω2 2aω 2 Nhiệt độ cuối ngày tc tc = to + o 3 35,2 C b (b2 + 4ω 2 ) 2 a Độ gia nhiệt trung bình Tn o Tn = 4 33,12 C 2b 13
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 31 b τ m = τ n ( − arctg 6,86 Thời điểm đạt Tm ) 5 h 2ω 8 a GC p . Pn = 6 Công suất hữu ích trung bình 276,48 W 2b aτ n GC p . Q= 7 Sản lượng nhiệt một ngày 11943,37 KJ 4b τn G. M= 8 Sản lượng nước nóng 86 Kg 2 π aGC . η= p 9 Hiệu suất nhiệt bộ thu 41,4 4 bE F1 Vậy nhiệt lượng cần cung cấp: Q = GC p Λt = 0.01.4,175.(80 − 30) = 2,0875 (Kw)= 2087,5 [W] 2087,5 Diện tích bề mặt collector cần thiết: F = Q = = 5,364 [m2] ηE 0,414.940 5. Kết luận Sấy dầu FO là cần thiết để tạo ra độ nhớt nhất định thuận tiện cho quá trình phun sương khi đốt cháy trong lò hơi, cho nên việc gia nhiệt cho dầu FO bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống sử dụng năng lượng mặt trời vừa đạt được hiệu quả trao đổi nhiệt cao lại tiết kiệm được một lượng điện năng khá lớn cho sấy bằng điện trở trước đây. Dựa vào bài toán tính trao đổi nhiệt giữa dầu và nước nóng qua thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ở trên ta có thể áp dụng để tính tóan trao đổi nhiệt giữa các dòng môi chất có nhiệt độ nóng, lạnh khác nhau. Có thể dựa vào mô hình họat động, sơ đồ nguyên lý và cách điều chỉnh việc sấy dầu FO bằng năng lượng mặt trời thông qua thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống để thiết kế các hệ thống tương tự cung cấp dầu FO nóng cho các lò hơi tại các xí nghiệp công nghiệp phục vụ cho sản xuất. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bốn, Hoàng Dương Hùng, Giáo trình chuyên đề năng lượng mặt trời, Khoa công nghệ Nhiệt điện lạnh, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, 2004. [2] Nguyễn Bốn, Tính tóan thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản Đà Nẵng, 2005. [3] Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính, Hệ thống máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2005. [4] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thụât, Hà Nội, 1999. [5] Hồ Trần Anh Ngọc, Võ Chí Chính, Nghiên cứu thiết bị ngưng tụ ống lồng ống sử dụng trong hệ thống lạnh, Tạp chí KHCN- ĐHĐN, số 5(34), 2009. [6] Hòang Dương Hùng, Nghiên cứu nâng cao hiệu quả thiết bị thu năng lượng mặt trời để cấp nhiệt và làm lạnh, Luận án tiến sĩ KHKT, Đại học Bách khoa ĐN, 2002. 14