THÁP GIẢI NHIỆT LÀ GÌ? ( PHẦN 2 )
4.1.3 Chênh lệch nhiệt độ 2 (Approach)
Trên nguyên tắc chung, chênh lệch nhiệt độ 2 càng gần với bầu ướt thì chi phí tháp giải nhiệt càng cao do kích thước phải tăng lên. Thông thường, một mức chênh lệch nhiệt độ 2 là 2,8oC với thiết kế của bầu ướt là nhiệt độ nước lạnh nhất mà nhà sản xuất tháp giải nhiệt có thể bảo đảm. Khi đã chọn được kích thước của tháp, chênh lệch nhiệt độ2 là quan trọng nhất, tiếp theo là lưu lượng, chênh lệch nhiệt độ1 và bầu ướt kém quan trọng hơn.
Chênh lệch nhiệt độ 2 (5,5oC) = Nhiệt độ nước đã được giải nhiệt 32,2oC - Nhiệt độ bầu ướt (26,7 0C).
4.1.4 Tải nhiệt
Tải nhiệt của một tháp giải nhiệt do quá trình sử dụng nước đã được giải nhiệtquyết định. Mức độ làm mát cần có làm do nhiệt độ hoạt động mong muốn của quá trình. Trong hầu hết các trường hợp, chúng ta cần có nhiệt độ thấp để tăng hiệu suất của quá trình hoặc để nâng cao chất lượng, tăng số lượng sản phẩm. Tuy nhiên, một số thiết bị ứng dụng (như động cơ đốt trong) lại yêu cầu nhiệt độ hoạt động cao. Kích thước và chi phí của tháp giải nhiệt tăng khi tải nhiệt tăng. Cần tránh mua thiết bị kích thước nhỏ quá (nếu tải nhiệt được tính thấp quá) và thiết bị quá cỡ (nếu tải nhiệt được tính cao quá). Tải nhiệt của quá trình có thể thay đổi đáng kể tuỳ theo quá trình liên quan, vì vậy rất khó để xác định chính xác. Hay nói cách khác, có thể xác định tải nhiệt làm lạnh và điều hoà không khí chính xác hơn nhiều.Thông tin về các mức yêu cầu thải nhiệt của các loại thiết bị điện khác nhau hiện có sẵn.
Dưới đây là một danh sách mẫu (NGUỒN THAM KHẢO):
Máy nén khí
- Một cấp- 129 kCal/kW/h
- Hai cấp với bộ làm mát sau - 862 kCal/kW/h
- Hai cấp với bộ làm mát trung gian - 518 kCal/kW/h
- Hai cấp với bộ làm mát trung gian và bộ làm mát sau - 862 kCal/kW/h
- Làm lạnh, nén - 63 kCal/phút/TR
- Làm lạnh, hấp thụ - 127 kCal/phút/TR
- Bình ngưng tua bin hơi - 555 kCal/kg hơi
- Động cơ diezen, 4 kỳ, Nhiệt quá tải- 880 kCal/kW/h
- Động cơ khí tự nhiên, 4 kỳ - 1523 kCal/kW/h (= 18 kg/cm2 nén)
4.1.5 Nhiệt độ bầu ướt
- Nhiệt độ bầu ướt là một hệ số quan trọng đối với hiệu suất của thiết bị giải nhiệt dùng nước bay hơi, bởi vì đó là nhiệt độ thấp nhất mà nước có thể được làm mát. Vì vậy, nhiệt độ bầu của không khí cấp vào tháp giải nhiệt quyết định mức nhiệt độ hoạt động tối thiểu ở cả dây chuyền, quá trình hoặc hệ thống. Cần xem xét đến các yếu tố dưới đây khi chọn lựa sơ bộtháp giải nhiệt dựa vào nhiệt độ bầu ướt:
- Trên lý thuyết, một tháp giải nhiệt sẽ giải nhiệt nước xuống nhiệt độ vào bầu ướt. Tuynhiên, trên thực tế, nước được giải nhiệt xuống mức nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bầu ướt vìnhiệt cần phải được thải bỏ khỏi tháp giải nhiệt.
- Việc lựa chọn sơ bộ tháp giải nhiệt dựa trên nhiệt độ bầu ướt thiết kế phải tính đến các điều kiện từ phía tháp. Nhiệt độ bầu ướt thiết kế cũng không được vượt quá 5%. Nói chung, nhiệt độ thiết kế được lựa chọn gần với nhiệt độ bầu ướt tối đa bình quân trong mùa hè.
- Khẳng định xem liệu nhiệt độ bầu ướt được xác định là nhiệt độ xung quanh (nhiệt độ tại khu vực giải nhiệt) hay là đầu vào (nhiệt độ của không khí cấp vào tháp, thường bị ảnh hưởng bởi hơi thải tuần hoàn trở lại tháp). Vì không thể biết trước được tác động của hơi thải tuần hoàn trở lại nên nhiệt độ bầu ướt môi trường xung quanh được ưa chuộng hơn.
- Khẳng định với nhà cung cấp xem liệu tháp giải nhiệt có thể chịu được các tác động do nhiệt độ bầu ướt tăng lên.
- Nhiệt độ nước làm mát phải đủ thấp để trao đổi nhiệt hoặc để ngưng hơi tại mức nhiệt độ tối ưu. Khối lượng và nhiệt độ của nhiệt trao đổi có thể được xem xét khi lựa chọn tháp giải nhiệt có kích cỡ chuẩn và bộ trao đổi nhiệt ở chi phí thấp hơn.
4.1.6 Mối liên quan giữa dải, lưu lượng và tải nhiệt
- Chênh lệch nhiệt độ1 tăng lên khi khối lượng nước luân chuyển và tải nhiệt tăng. Điều này có nghĩa là tăng dải do tải nhiệt tăng sẽ cần sử dụng tháp lớn hơn. Có hai nguyên nhân khiến Chênh lệch nhiệt độ1 tăng:
- Nhiệt độ nước vào tăng (và nhiệt độ nước mát ở đầu ra không đổi). Trong trường hợp này, đầu tư vào việc loại bỏ nhiệt tăng thêm sẽ kinh tế hơn.
- Nhiệt độ nước ra giảm (và nhiệt độ nước nóng ở đầu vào không đổi). trường hợp này, cần tăng đáng kể kích thước của tháp vì chênh lệch nhiệt độ2 cũng giảm, và cách này không phải lúc nào cũng là kinh tế.
4.1.7 Mối liên quan giữa chênh lệch nhiệt độ2 và nhiệt độ bầu ướt
- Nhiệt độ bầu ướt thiết kế do vị trí địa lý xác định. Với một giá trị chênh lệch nhiệt độ2 nhất định (và tại chênh lệch nhiệt độ1 không đổi và chênh lệch nhiệt độ1 lưu lượng), nhiệt độ bầu ướt càng cao thì cần tháp càng nhỏ. Ví dụ như, một tháp giải nhiệt 4540 m3/h được lựa chọn cho chênh lệch nhiệt độ1 16,67oC và chênh lệch nhiệt độ2 từ 4,45oC tới 21,11oC nhiệt độ bầu ướt sẽ lớn hơn tháp đó với nhiệt độ bầu ướt là 26,67oC. Nguyên nhân là không khí ở nhiệt độ bầu cao hơn có thể có nhiệt lớn hơn. Điều này giải thích cho hai nhiệt độ bầu ướt khác nhau:
- Mỗi kg không khí cấp vào tháp ở nhiệt độ bầu ướt 21,1oC chứa 18,86 kCal. Nếu không khí rời tháp ở nhiệt độ bầu ướt 32,2oC, mỗi kg không khí chứa 24,17 kCal. Ở mức tăng 11,1oC, mỗi kg không khí chứa 12,1 kCal.
- Mỗi kg không khí cấp vào tháp với nhiệt độ bầu ướt 26,67oC chứa 24,17 kCals. Nếu không khí rời tháp ở nhiệt độ bầu ướt 37,8oC, mỗi kg không khí chứa 39,67 kCal. Ở mức tăng 11,1oC, mỗi kg không khí chứa 15.5 kCal, nhiều hơn so với tình huống đầu tiên.
4.2 Tác dụng của khối đệm
- Ở tháp giải nhiệt, nước nóng được đưa vào trên khối đệm và được làm mát qua bay hơi khi nước chảy xuống dưới tháp và tiếp xúc với không khí. Khối đệm có ảnh hưởng đến mức tiêu thụ năng lượng theo hai cách:
- Điện sử dụng để bơm nước lên trên khối đệm và quạt để đối lưu. Khối đệm được thiết kế hiệu quả với mức phân bố nước hợp lý, tấm chắn nước, quạt, hộp số, và động cơ sẽ giúp giảm tiêu thụ điện.
- Trao đổi nhiệt giữa không khí và nước chịu ảnh hưởng của diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, thời gian trao đổi nhiệt (tương tác) và sự chuyển động hỗn loạn của nước ảnh hưởng đến mức độ trao đổi. Khối đệm xác định tất cả những yếu tố trên và ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt. Mức trao đổi nhiệt càng lớn, tháp giải nhiệt càng hiệu quả hơn.
Có ba loại khối đệm:
- Khối đệm dạng phun: Diện tích trao đổi nhiệt nhờ nước được lên trên khối đệm và bắn thành những giọt nước nhỏ hơn. Diện tích bề mặt của giọt nước là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt với không khí.
- Khối đệm dạng màng: Ở khối đệm loại này, nước tạo thành một lớp màng mỏng bên trong các tấm của khối đệm. Diện tích bề mặt các tấm của khối đệm là diện tích trao đổi nhiệt với không khí xung quanh. Khối đệm dạng màng có thể giúp tiết kiệm điện đáng kể nhờ sử dụng ít khí và cột áp của bơm.
- Khối đệm dạng màng ít bị tắc: Khối đệm dạng màng ít bị tắc có kích thước đường rãnh lớn hơn gần đây được sử dụng để xử lý nước bị vẩn đục. Những khối đệm loại này được xem là sự lựa chọn tốt nhất cho nước biển vì nó giúp tiết kiệm năng lượng và hiệu suất so với loại khối đệm dạng phun truyền thống.
4.3 Bơm và phân phối nước
4.3.1 Bơm
Những phần có thể nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng được thảo luận chi tiếT trong chương “Bơm và hệ thống bơm”.
4.3.2 Tối ưu hoá xử lý nước làm mát
Xử lý nước làm mát (v,d, kiểm soát chất rắn lơ lửng, mức độ phát triển của tảo) là tôn chỉ đối với bất kỳ tháp giải nhiệt nào không phụ thuộc vào loại khối đệm sử dụng,Với chi phí nước ngày càng tăng, các nỗ lực nhằm tăng Chu trình cô đặc (COC), bằng cách xử lý nước làm mát sẽ giúp giảm đáng kể các yêu cầu sử dụng nước qua xử lý, Với những doanh nghiệp và nhà máy điện lớn, cải thiện COC thường được xem là yếu tố chủ chốt giúp tiết kiệm nước,
4.3.3 Lắp tấm chắn nước
Để loại bỏ vấn đề nước nhỏ giọt ở các tháp giải nhiệt là rất khó, Ngày nay, phần lớn các thông số ở người sử dụng cuối cùng giả định là tổn thất do nước rò rỉ vào khoảng 0,02%.Tuy nhiên, nhờ những tiến bộ kỹ thuật và nhờ có sự ra đời của PVC, những nhà sản xuất đã cải tạo các thiết kế cho tấm chắn nước. Kết quả mang lại là lượng nước tổn thất do rò rỉ hiện nay chỉ ở mức 0,003 – 0,001%,
4.4 Quạt của tháp giải nhiệt
- Mục đích của việc sử dụng quạt ở tháp giải nhiệt là để định lượng không khí lưu thông trong hệ thống, Quạt phải vượt qua được trở lực của hệ thống, được định nghĩa là tổn thất áp suất, để dịch chuyển không khí, Đầu ra hay công của quạt sinh ra là sản phẩm của dòng khí và tổn thất áp suất, Đầu ra của quạt và công suất kW vào quyết định hiệu suất của quạt.
Về phần mình, hiệu suất của quạt lại phụ thuộc nhiều vào độ nghiêng của cánh, Cánh bao gồm:
- Các cánh kim loại, được sản xuất theo quy trình đùn hoặc đúc, vì vậy rất khó để tạo ra độ nghiêng khí động lực lý tưởng.
- Cánh bằng nhựa gia cố bằng sợi thuỷ tinh (FRP) thường được đúc bằng tay nên dễ dàng tạo ra độ nghiêng khí động lực tối ưu phù hợp với những yêu cầu cụ thể, Vì quạt có cánh FRP nhẹ, đòi hỏi mô men khởi động thấp, động cơ HP thấp, tuổi thọ của hộp truyền động, động cơ và ổ đỡ tăng lên, bảo trì dễ dàng hơn, Có thể đạt được hiệu suất 85-92% với những cánh có độ nghiêng khí động lực, xoắn tối ưu, nhọn và có tỷ số giữa hệ số nâng và hệ số sụt áp cao. Tuy nhiên, hiệu suất này bị ảnh hưởng nhiều bởi những yếu tố như khoảng cách giữa các cánh, những vật cản đối với lưu lượng khí và hình dạng bộ phận khí vào, vv…,
- Có những trường hợp khi cánh quạt bằng nhựa gia cố bằng thuỷ tinh được thay bằng cánhFRP có hiệu quả, nhờ vậy giúp tiết kiệm từ 20-30% năng lượng và với thời gian hoàn vốn giản đơn từ 6 - 7 tháng (NPC), Chương Quạt và quạt thổi cung cấp thêm thông tin về quạt.
5 DANH SÁCH SÀNG LỌC GIẢI PHÁP
- Tuân theo những đề xuất của nhà sản xuất về khoảng trống quanh tháp giải nhiệt và dịch chuyển, hoặc cải tiến cấu trúc tiếp xúc với phần khí vào hoặc khí ra.
- Tối ưu hoá góc cánh quạt của tháp giải nhiệt theo mùa và/hoặc theo mức tải.
- Điều chỉnh khoảng cách quá lớn giữa cánh quạt nghiêng và cân bằng quạt kém.
- Với những tháp giải nhiệt ngược dòng cũ, thay vòi phun cũ bằng vòi phun vuông kiểu mới không bị tắc.
- Thay khối đệm dạng phun bằng khối đệm dạng màng PVC tự huỷ.
- Sử dụng vòi phun nước đều hơn.
- Thường xuyên làm sạch vòi phân phối ở tháp giải nhiệt.
- Cân bằng dòng tới bể nước nóng ở tháp giải nhiệt.
- Đậy các bể nước nóng để giảm thiểu rêu bám làm tắc nghẽn.
- Tối ưu hoá lưu lượng xả đáy, có tính đến giới hạn chu trình cô đặc (COC).
- Thay tấm chắn nước dạng thanh có mức sụt áp thấp bằng tấm màng PVC tự huỷ.
- Giới hạn lưu lượng thông qua các thải lớn ở giá trị thiết kế.
- Giữ nhiệt độ nước làm mát ở mức tối thiểu bằng cách (a) tách riêng những tải nhiệt cao như lò đốt, máy nén khí, bộ DG và (b) cách ly tháp làm mát khỏi những thiết bị nhạy cảm như dây chuyền A/C, bình ngưng của trong nhà máy điện, vv…, Lưu ý: Mỗi mức tăng nhiệt độ nước làm mát lên 1oC sẽ làm tăng tiêu thụ điện ở máy nén A/C khoảng 2,7%.
- Mỗi mức giảm nhiệt độ nước làm mát lên 1oC sẽ giúp tiết kiệm khoảng 5 kCal/kWh ở nhà máy nhiệt điện.
- Đo mức chênh lệch nhiệt độ2, hiệu suất và năng suất làm mát liên tục để tối ưu hiệu suất của tháp giải nhiệt, nhưng cần xem xét đến những biến đổi theo mùa và theo khu vực.
- Đo tỷ số lỏng/khí và lưu lượng nước làm mát và điều chỉnh tùy theo giá trị thiết kế và biến đổi theo mùa, ví dụ: tăng tải nước trong mùa hè và thời điểm khi chênh lệch nhiệt độ2 thấp.
- Xem xét các biện pháp cải thiện COC để tiết kiệm nước.
- Xem xét việc sử dụng cánh quạt nhựa gia cố thuỷ tinh có hiệu quả sử dụng năng lượng để tiết kiệm năng lượng ở quạt.
- Điều chỉnh quạt ở tháp giải nhiệt dựa trên nhiệt độ nước ra đặc biệt là ở các tổ nhỏ.
- Thường xuyên kiểm tra bơm nước làm mát để tối ưu hoá hiệu suất bơm.
