Phân phối và sử dụng hơi: Bẫy hơi, Bảo ôn nhiệt, Thu hồi nước ngưng

Bài viết liên quan

Bẫy hơi
Hơi nước tạo ra từ lò hơi được sử dụng trong các thiết bị và quy trình sẽ giải phóng nhiệt và ngưng tụ trở lại thành nước (nước ngưng). Loại bỏ nước ngưng khỏi hệ thống một cách hiệu quả là một trong những tiêu chí quan trọng của bảo toàn năng lượng. Loại bỏ nước ngưng một cách hiệu quả giúp giảm thiểu năng lượng tiêu thụ và tối đa hóa năng suất.

Chức năng của bẫy hơi: Bẫy hơi có ba chức năng chính, đó ra:
- xả nước ngưng ngay khi được hình thành;
- ngăn không cho hơi nước thoát ra; và
- xả không khí và các khí không thể ngưng tụ.

Các loại bẫy hơi
Bảng M.1 1 giới thiệu các loại bẫy hơi khác nhau và nguyên lý hoạt động

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn bẫy hơi
Hướng dẫn lựa chọn bẫy hơi được thể hiện ở bảng M.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn là:
- Áp suất làm việc tối đa và tối thiểu
- Vi sai áp suất tối đa và tối thiểu
- Nhiệt độ làm việc tối đa
- Khối lượng nước ngưng được xả
- Kích thước
- Loại ống nối
- Loại bẫy hơi
- Thiết bị để gắn bẫy hơi

Rò rỉ hơi nước
Rò rỉ từ ống dẫn hơi không chỉ làm lãng phí nhiệt mà còn làm giảm áp suất trong các dây chuyền sản xuất. Khối lượng hơi rò rỉ tùy thuộc vào kích thước của vết rò và áp suất hơi. Nếu quan sát bằng mắt thấy có dấu hiệu rò rỉ hơi, phải ngăn chặn ngay.

Loại bỏ không khí khỏi các thiết bị hơi nước
Không khí và các chất không ngưng tụ khác như oxy và cacbon điôxit là các chất nguy hại tự nhiên ở nhà máy sử dụng hơi nước. Chúng có thể làm giảm tốc độ phân phối hơi nước, tạo các điểm lạnh trên bề mặt đun nóng; gây biến dạng và rạn nứt thiết bị và có thể là nguyên nhân gốc rễ gây ra các vấn đề liên quan đến ăn mòn. Tuy nhiên, đứng trên khía cạnh sản xuất, chính tác động tổng thể của chúng lên khả năng truyền nhiệt mới là yếu tố quan trọng nhất.

Một vài ví dụ thực tế:
- Sự xuất hiện của không khí trong nồi hơi hai vỏ làm tăng thời gian gia nhiệt từ 12,5 phút lên 20 phút. 60% không khí trong hơi lọt vào thiết bị đốt nóng làm giảm khoảng 30% nhiệt đầu ra.

- Hơi bão hoà khô ở 40 psi sẽ có nhiệt độ là 287 °C. Nếu hỗn hợp có 90% hơi và 10% không khí, nhiệt độ sẽ chỉ là 280 °C. Nếu có 25% không khí nhiệt độ sẽ hạ thấp xuống còn 270 °C. Trong tất cả các trường hợp trên, đồng hồ đo áp suất vẫn giữ ở mức 40 psi.

Quy đổi tương đương độ dẫn nhiệt của không khí là 0,2 so với nước là 5, của sắt là 540, của đồng là 2.620. Có nghĩa là chỉ một lớp không khí dày 1/1000 inch (0,025 mm) sẽ có cùng trở kháng đối với dòng nhiệt như một bức tường đồng dày 1 3 inch (32,5 cm).

Loại bỏ không khí là cần thiết và có thể thực hiện thông khí thủ công hoặc tự động. Thông khí thủ công có bất lợi là phải phụ thuộc vào yếu tố con người (tức là công nhân nhà máy) phải biết chỉ khi nào và bao lâu thì mở vòi. Giải pháp thay thế tốt nhất là thông khí tự động.

Bảo ôn nhiệt
Nhu cầu bảo ôn nhiệt hiệu quả trở nên quan trọng vì nhiệt độ vận hành và chi phí năng lượng tăng. Khi sản xuất, phân phối và sử dụng hơi nước cần bảo ôn nhiệt để đảm bảo những yêu cầu của quy trình được thoả mãn. Điều cân nhắc đầu tiên là đảm bảo hơi được sinh ra trong lò hơi có thể được chuyển tới điểm sử dụng với nhiệt độ và áp suất phù hợp. Muốn đảm bảo tổn thất năng lượng duy trì ở dung sai thiết kế, phải lựa chọn đúng hệ thống bảo ôn nhiệt.

Loại và hình dạng lớp bảo ôn
Vật liệu bảo ôn nhiệt có thể chia thành bốn loại sau: dạng hạt, sợi, cellular và dạng phản chiếu. Vật liệu bảo ôn nhiệt điển hình dùng cho nhiệt độ từ 50 – 1.000°C được trình bày ở bảng M.14.

Độ dày kinh tế của bảo ôn
Hiệu quả bảo ôn nhiệt tuân theo quy luật giảm bớt sự trao đổi. Do vậy, có một giới hạn kinh tế xác định cho độ dày bảo ôn. Vượt quá một mức nào đó, sẽ không còn lợi ích kinh tế do chi phí không thể được bù lại được nhờ tiết kiệm một lượng nhiệt nhỏ. Giá trị giới hạn này được gọi là độ dày kinh tế lớp bảo ôn (ETI). Các nhà máy có mức chi phí nhiên nhiệu và hiệu suất lò hơi khác nhau và tổng hợp các yếu tố này ta sẽ tính được ETI. Nói cách khác, với một loạt các điều kiện cho trước, một độ dày tối ưu của lớp bảo ôn lợi ích kinh tế nhất định sẽ làm cho tổng chi phí bảo ôn và tổn thất nhiệt trong một khoảng thời gian đã cho ở mức thấp nhất. Hình bên dưới minh hoạ nguyên lý của ETI.

Xác định ETI cần chú ý những yếu tố sau:
- Chi phí nhiên liệu
- Số giờ vận hành hàng năm
- Lượng nhiệt trong nhiên liệu
- Hiệu suất lò hơi:
- Nhiệt độ bề mặt vận hành
- Đường kính ống dẫn/độ dày của bề mặt
- Chi phí bảo ôn ước tính
Mức độ tiếp xúc trung bình ở nhiệt độ không khí tĩnh xung quanh.

Thu hồi nước ngưng
Hơi được sử dụng rộng rãi làm môi trường dẫn nhiệt trong nhiều nhà máy khác nhau - do đó, sử dụng hơi nước hiệu quả là chìa khóa để bảo toàn năng lượng. Năng lượng nhiệt có trong hơi nước chứa nhiệt cảm và nhiệt ẩn, nhiệt ẩn chỉ được sử dụng ở hầu hết các thiết bị sử dụng hơi nước. Khi hơi giải phóng nhiệt ẩn, nó ngưng tụ trở lại thành nước ở điểm bão hòa. Nhiệt cảm có trong nước ngưng chiếm khoảng 20 - 30% tổng nhiệt của hơi nước.

Tổng Entanpi của hơi bão hoà ở 10 kg/cm2  

Để duy trì hiệu suất tối đa của thiết bị hơi nước, nước ngưng hình thành trong thiết bị sẽ được xả qua bẫy hơi càng nhanh càng tốt. Nói cách khác, nhiệt độ nước ngưng được xả càng cao, hiệu suất của
thiết bị càng cao, kết quả là sử dụng hơi hiệu quả nhất.
Trong trường hợp này, nước ngưng được xả có ‘chất lượng’ nhiệt cao nhất, và nhiệt này có thể được tái sử dụng cho các quy trình khác. Ngoài ra, bản thân nước ngưng có thể được tái sử dụng làm nước
bổ sung cho lò hơi. Hình dưới thể hiện lợi ích của việc thu hồi nước ngưng

Lợi ích của việc thu hồi nước ngưng

Thu hồi nước ngưng có rất nhiều lợi ích, dưới đây là những lợi ích quan trọng nhất:
A. Thu hồi nhiệt
- Tiết kiệm nhiên liệu lò hơi
- Nâng cao hiệu suất lò hơi.

B. Thu hồi nước
-Tiết kiệm nước công nghiệp
- Tiết kiệm chi phí xử lý nước (và hóa chất).
- Giảm xả đáy

C. Các lợi ích bổ sung
- Giảm ô nhiễm không khí do giảm nhiên liệu tiêu thụ trong lò hơi.
- Bẫy hơi vận hành không gây ồn.
- Không có màng hơi ẩm khi xả nước ngưng qua bẫy hơi.

CỨ MỖI 6OC NHIỆT ĐỘ NƯỚC CẤP CHO LÒ HƠI ĐƯỢC TĂNG LÊN THÌ SẼ TIẾT KIỆM 1% NHIÊN LIỆU 

Xác định kích thước của đường ống thu hồi nước ngưng
Bảng M.17 và hình M.12 có thể được dùng để xác định kích thước đường ống thu hồi nước ngưng, như được giải thích bên dưới.
Từ bảng M.17, có thể xác định được kích thước đường ống, như được mô tả ở hình M.12 bên dưới.

Hình M.12 Ví dụ về kích thước của đường ống thu hồi nước ngưng

Bảng M.1 7 bây giờ có thể được dùng để xác định kích thước như sau:
- từ A tới B mang 900 kg/h - do đó kích thước yêu cầu là 32 mm.
- từ B tới C mang 1120 kg/h - do đó kích thước yêu cầu là 32 mm.
- từ C tới D mang 1620 kg/h - do đó kích thước yêu cầu là 40 mm.
- từ D tới E mang 2420 kg/h - do đó kích thước yêu cầu là 50 mm.

Đẩy nước ngưng
Áp suất hơi tại bẫy hơi tạo ra lực đẩy nước ngưng, nhưng điều này có thể dẫn tới tạo áp suất ngược lên bẫy, và như vậy sẽ làm giảm áp suất chênh lệch trên bẫy. Để tránh vấn đề về áp suất ngược, áp suất hơi tại bẫy phải đủ lớn để thắng áp suất ngược. Việc đẩy nước ngưng thẳng tới đường thu hồi nước ngưng mà không xem xét tới các vấn đề trên sẽ gặp những bất lợi sau:

- Tăng áp suất ngược trong thiết bị mà nước ngưng được đẩy ra từ đó.
- Xảy ra sự rung trong thiết bị dấn tới rò rỉ tại các khớp nối.
-Giảm công suất đầu ra của thiết bị, và do vậy năng lượng tiêu thụ tăng lên.
- Tác động đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt là các thiết bị sấy giấy/vải, khi có nước ngưng tích tụ

Cần tránh hiện tượng đẩy nước ngưng vì, thậm chí trong những điều kiện thích hợp nhất, lực đẩy có thể gây cản trở khởi động vì nó gây ra áp suất ngược làm chậm quá trình xả nước ngưng vào đúng thời điểm ít mong muốn nhất. Có thể tránh được tất cả điều này bằng cách dẫn nước ngưng tới một bể chứa theo dòng chảy tự nhiên và rồi đưa nước tới lò bằng máy bơm đặc biệt.

Chia sẻ bài viết