Nghiên cứu tận dụng nhiệt từ khí xả động cơ

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG NHIỆT TỪ KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ reaseach to take full advantage of Exhaust Gas FROM ENGINES NGUYỄN HỮU HUỆ - CHU MAI VINH Trường Trung học Thủy sản Thanh Hoá NGUYỄN LÊ CHÂU THÀNH Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Ngày nay, đội tàu đánh bắt hải sản được trang bị động cơ có công suất máy lớn. Do vậy, đòi hỏi phải chú trọng tới việc đảm bảo hiệu quả kinh tế. Một trong những biện pháp tăng hiệu quả kinh tế là tận dụng nhiệt của động cơ chính để sử dụng các trang thiết bị làm lạnh bảo quản nguyên liệu trong khai thác. ABSTRACT Presently, fishing boats are equipped with high power engines. So, it is needed to pay attention to ensuring the economic result effect. One of the methods is to take full advantage of Exhaust Gas from engines to use equipment to keep raw produces in good condition after exploitation. 1. Các phương pháp sử dụng năng lượng để chạy máy lạnh Thiết bị làm lạnh để bảo quản sản phẩm, cùng với các máy lạnh kiêm tổ hợp sử dụng nguồn năng lượng Diesel theo các phương pháp sau: Diesel Máy phát điện Máy lạnh Phương pháp 1: Diesel Thiết bị tận dụng Máy lạnh Phương pháp 2: Động cơ đốt trong hiệu suất nhiệt của chu trình là:. Nhiệt lượng do khí xả mang đi chiếm 26¸37% tổng nhiệt lượng cấp cho động cơ. Nguồn nhiệt do khí xả là nguồn có thế năng cao. Với động cơ 2 kỳ thấp tốc: . Với động cơ 4 kỳ trung tốc: . Do vậy, việc tận dụng nguồn năng lượng khí thải và nước làm mát có ý nghĩa lớn. Nguồn năng lượng này được tận dụng để dùng vào nhiều mục đích khác nhau: Sản xuất điện năng, làm ngọt nước, điều hoà không khí hay làm lạnh không khí cấp vào động cơ. Thông thường, hiện nay người ta dùng nguồn năng lượng này để: Chạy lạnh kho bảo quản nguyên liệu đánh bắt được. Sản xuất nước đá thay cho việc mang nước đá từ đất liền. 2. Các sơ đồ tận dụng nhiệt để làm lạnh trên tàu cá và chọn máy lạnh Có 3 sơ đồ hệ thống tận dụng nhiệt làm lạnh được áp dụng như sau: Hệ thống làm lạnh tận dụng nhiệt bằng máy lạnh nén hơi; Hệ thống làm lạnh tận dụng nhiệt bằng máy Ejector; Hệ thống làm lạnh tận dụng nhiệt dùng máy máy lạnh hấp thụ. Với cùng công suất động cơ tàu thuỷ và cùng năng suất lạnh riêng của máy lạnh thì năng suất lạnh khi làm việc trực tiếp tua bin máy nén có lợi hơn so với hình thức tua bin - máy phát - động cơ - máy nén. Khi sử dụng máy lạnh nén hơi tận dụng nhiệt của khí thải thì thu được năng suất lạnh lớn, ta có thể dùng sơ đồ: Tua bin - máy phát điện - máy nén hơi và sơ đồ: Tua bin – máy nén. Do máy lạnh Ejector hơi nước chỉ sử dụng để làm lạnh với nhiệt độ lớn hơn 00 C, nên chúng ta chỉ quan tâm tới máy lạnh Ejector Frêon, và phân tích hiệu quả của các sơ đồ này. Sơ đồ máy lạnh Ejector frêon dùng năng lượng khí xả động cơ 4 Hình 1. Sơ đồ hệ thống máy lạnh Ejector Freon 6 5 2,3 1 8 II IV VI III I VIII 9 2’ V VII I.Thiết bị hơi quá nhiệt (bầu sinh hơi); II. Ejector; III. Thiết bị bay hơi; IV. Thiết bị ngưng tụ ; V. Van tiết lưu; VI. Bơm; VII. Động cơ chính; VIII. Nồi hơi tận dụng. Sơ đồ của hệ thống máy lạnh hấp thụ tận dụng nhiệt Đối với máy lạnh hấp thụ trên các tàu thuỷ người ta có thể sử dụng 2 sơ đồ: Sơ đồ tận dụng nhiệt của nước làm mát. Sơ đồ tận dụng nhiệt của khí xả động cơ. 5 4 3 7 9 10 6 2 8 Hình 2. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ tận dụng nhiệt khí xả động cơ 2 1. Nồi hơi tận dụng 2. Thiết bị tách khí 3. Bơm 4. Bầu làm mát nước ngọt động cơ 5. Động cơ 6. Thiết bị ngưng tụ 7. Thiết bị hấp thụ 8. Thiết bị sinh hơi 9. Thiết bị bay hơi 10. Van tiết lưu Năng suất lạnh chủ yếu phụ thuộc vào công suất động cơ và hệ số sử dụng nhiệt của thiết bị tận dụng, hệ số tận dụng của hệ thống. Khi dùng sơ đồ tận dụng dùng máy lạnh trên tàu nếu sử dụng máy lạnh nén hơi thì tuy năng suất lạnh có cao hơn nhưng thiết bị bố trí cồng kềnh vì phải chuyển qua khâu trung gian, đó là máy phát Tua bin. Mặt khác, nếu dùng sơ đồ máy lạnh Ejector thì hiệu suất lại quá thấp đồng thời do tuổi thọ cũng như tính công nghệ không phù hợp trong điều kiện Việt nam nên chọn máy lạnh hấp thụ khi tận dụng nhiệt của khí thải trên tàu cá sử dụng môi chất NH3/H2O là hợp lí. Ta có thể chọn theo 2 sơ đồ sau: Sơ đồ không có và có thiết bị trao đổi nhiệt 4 3 2 1 5 6 7 8 SH HT TLDD BDD BH NT TL 10 9 7 12 1 2 3 8 SH HT TLDD BDD BH NT TL 11 4 6 5 HN 2 HN 1 a) không hồi nhiệt b) có hồi nhiệt Hình 3. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O TL: Van tiết lưu NT: Thiết bị ngưng tụ SH: Thiết bị sinh hơi HT: Thiết bị hấp thụ BH: Thiết bị bay hơi BDD: Bơm dung dịch TLDD: Tiết lưu dung dịch HN: Bộ hồi nhiệt Sơ đồ sử dụng đơn giản, kết cấu gọn trong đó bình sinh hơi lắp trên đường xả để thu nhiệt của khí xả. Thiết bị ngưng tụ dùng nước mạn tàu làm lạnh. Thiết bị hấp thụ HT dùng nước mạn tàu làm lạnh. Thiết bị bay hơi dùng để thu nhiệt của buồng làm lạnh sản phẩm hoặc bể nước đá. So sánh phương án làm lạnh nước biển dùng máy lạnh tận dụng nhiệt thải của động cơ và việc mang đá từ đất liền. Sản xuất nước đá dùng máy lạnh tận dụng nhiệt. Việc bảo quản sản phẩm hiện nay chủ yếu bằng đá mang từ đất liền. Phương án lấy nước biển làm lạnh để phục vụ cho việc bảo quản sản phẩm được ưu tiên. Gọi năng suất lạnh của máy là ; Sản lượng đá m, kg/h; Thì sản lượng đá được tính: Các tàu có công suất máy khác thì Năng suất máy lạnh và sản lượng đá là khác nhau. Với động cơ tàu cá công suất là 300kW, sản lượng đá sản xuất trong 1 giờ là 596,6kg. Do vậy, nếu như tàu đánh lưới kéo hay đánh lưới vây thời gian kéo một mẻ tối thiểu là 4-5 giờ thì số lượng đá sản xuất được sẽ là 2,4-3 tấn. Điều này cho phép ta dùng máy lạnh tận dụng nhiệt thải của động cơ; Theo tiêu chuẩn bảo quản tỷ lệ đá/cá là 1:1 thì số lượng cá có thể bảo quản được là 2-3 tấn/1 lần kéo lưới. Để dễ cho việc so sánh phương án sản xuất nước đá với việc mang đá từ đất liền ta coi lượng đá sản xuất là đủ. Chúng ta sẽ so sánh 2 phương án với cùng sản lượng đá dùng cho việc bảo quản nguyên liệu đánh bắt. Chi phí quy đổi hằng năm khi dùng phương án sản xuất đá lạnh dùng nhiệt từ khí thải động cơ. Theo [4]: Chi phí quy đổi hàng năm là: Trong đó: C- Chi phí quy đổi hàng năm, đồng/năm; - Chi phí khai thác hàng năm, đồng/năm; - hệ số hiệu quả đấu tư, theo [4] thì ; T - Giá thành chế tạo, lắp đặt, đồng; Chi phí quy đổi hàng năm: C=46.781.280+12.656.250+21.000.000+0,12*649.740.000 C=158.406.330 (VNĐ). Chi phí mua đá mang từ đất liền Với sản lượng đá sản xuất là 596,6 kg/h, số giờ thực tế khi khai thác máy lạnh tận dụng phải tính đến hệ số sử dụng máy lạnh . Số giờ chạy máy lạnh trong năm: , Trong đó: n-số ngày hoạt động, n=300 ngày/năm; h-số giờ hoạt động trong ngày, h=25 giờ; giờ; Khối lượng đá sản xuất bằng máy lạnh: G4 = tkt*m = 1500*596,6 = 894.900 kg. Số tiền cần thiết để mua lượng đá trên là: , = 240 Đồng/kg, đơn giá 1kg đá (tính theo thời điểm tháng 5 - 8 năm 2005) =894.900*240= 214.776.000 Đồng. So sánh với chi phí quy đổi hàng năm ta thấy việc sản xuất đá bằng máy lạnh tận dụng cao hơn so với việc mua đá là: Qua việc so sánh giữa chi phí quy đổi hàng năm và chi phí khi mua đá lạnh phục vụ cho việc khai thác trên tàu ta thấy nếu tận dụng được nguồn năng lượng mà động cơ thải ra và cụ thể là sử dụng vào việc sản xuất đá lạnh thì với động cơ có công suất là 300 kW nếu đủ để bố trí thiết bị tận dụng nhiệt là làm lạnh đá thì sản lượng đá sản xuất là gần 600 kg/h. Và qua so sánh trên ta thấy nếu tỷ lệ bảo quản giữa số lượng đá/số lượng cá tổi thiểu là 1/1 thì cho phép chúng ta sản xuất đá trong 1 lần đánh bắt là 2-4 tấn/lần kéo lưới. Hơn nữa theo thống kê thì số đá đó đủ cho việc bảo quản sản phẩm đánh bắt. Mặt khác, qua so sánh về chi phí thì phương án dùng máy lạnh tận dụng nhiệt thải có lợi hơn về kinh tế khoảng 2,6 % và chủ động hơn trong việc khai thác; cho phép tàu hoạt động với số ngày tùy ý khi điều kiện khai thác chưa đạt sản lượng đánh bắt. Ngoài ra theo phương án đưa ra chi phí nhiên liệu cho tàu cũng giảm xuống vì tàu không phải mang một lượng hàng đi theo trong suốt hành trình khai thác trên biển. 3. Kết luận Năng suất lạnh được tính với giá trị nhỏ so với con số thống kê. Với hệ thống lạnh làm việc dùng năng lượng khí thải của động cơ trên tàu cá làm tăng tính kinh tế. Việc mang đá theo tàu không thể kéo dài. Do đó nếu ta chủ động sản xuất đá thì cho phép chủ động trong khai thác hơn. Năng suất lạnh phụ thuộc vào số lượng nhiệt do khí xả mang đi và phụ thuộc vào công suất có ích của động cơ được tính chi tiết cho các động cơ tàu cá đã kể tới tăng áp bằng tuabin khí thải. Năng suất lạnh phụ thuộc vào công suất có ích của động cơ. Do đó với các tàu công suất dưới 200 kW không nên bố trí máy lạnh tận dụng. Khi điều kiện cho phép nâng cao công suất động cơ chính nên bố trí thiết bị tận dụng là hợp lí cả về kinh tế cũng như bố trí lắp đặt hệ thống, dễ dàng thao tác và vận hành. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Viết Lượng, Lý thuyết động cơ Diezel, NXB Giáo dục, 2000. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Kỹ thuật lạnh ứng dụng, NXB Giáo dục, 1998. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Máy và thiết bị lạnh, NXB Giáo dục, 1998. Đặng Ngọc Hoàng Phi, Xác định các thông số nhiệt động tối ưu của hệ thống điều hòa không khí 2 kênh trên tàu thuỷ, Luận văn Thạc sỹ Khoa học, TP HCM, 2000. Phan Văn Tường, Nghiên cứu sử dụng tổng hợp nước biển ở Việt Nam, 1967.