Tiêu thụ Hơi của Các Thiết bị Nhà máy

Lượng tiêu thụ hơi của các thiết bị nhà máy phổ biến khác, bao gồm cụm sưởi, bình gia nhiệt, máy sấy trục, máy ép và đường theo dõi nhiệt.

Các ví dụ trong các phần sau trong Mô-đun này là phần ôn tập về thiết bị đã đề cập trước đó, và chỉ ra lượng tiêu thụ hơi của các thiết bị nhà máy phổ biến khác.

Cụm sưởi

Hầu hết các nhà sản xuất bộ sưởi đơn nguyên và cụm sưởi không khí cung cấp đầu ra thiết bị của họ tính bằng kW. Tốc độ ngưng tụ có thể được xác định từ đây bằng cách chia công suất thiết bị (kW) cho entanpi bay hơi của hơi ở áp suất vận hành (kJ/kg) để có lưu lượng hơi tính bằng kg/s. Nhân kết quả với 3 600 sẽ cho kg/h. Nếu số liệu nhà sản xuất không có sẵn, nhưng biết:

• Lưu lượng thể tích không khí.
• Nhiệt độ tăng.
• Áp suất hơi. Thì tốc độ ngưng tụ có thể được xác định bằng Phương trình 2.12.3: Ví dụ 2.14.1 Bộ sưởi không khí được thiết kế để nâng nhiệt độ không khí từ -5 lên 30 °C được lắp trong ống dẫn 2 m x 2 m. Vận tốc không khí trong ống dẫn là 3 m/s, hơi được cung cấp cho cụm sưởi ở 3 bar g, và nhiệt dung riêng của không khí được lấy là 1,3 kJ/m³ °C.

Bình gia nhiệt sưởi ấm

Giống như bộ sưởi không khí, hầu hết các nhà sản xuất bình gia nhiệt sưởi ấm thường cung cấp công suất cho thiết bị của họ, và lượng tiêu thụ hơi có thể được xác định bằng cách chia công suất kW cho entanpi của hơi ở áp suất vận hành để cho kết quả tính bằng kg/s (xem Phương trình 2.8.1). Tuy nhiên, bình gia nhiệt thường quá lớn cho các hệ thống chúng phục vụ vì:

• Tính toán tải trọng nhiệt ban đầu cho tòa nhà chúng phục vụ sẽ bao gồm nhiều hệ số an toàn quá thận trọng.
• Bình gia nhiệt sẽ được chọn từ dải tiêu chuẩn, nên kích thước đầu tiên lớn hơn tải trọng tính toán sẽ được chọn.
• Nhà sản xuất bình gia nhiệt sẽ bao gồm hệ số an toàn riêng trên thiết bị. Ước tính tải trọng thực tế tại bất kỳ thời điểm nào có thể thu được nếu biết nhiệt độ dòng đi và dòng về và tốc độ bơm. Tuy nhiên lưu ý rằng cột áp suất phía xả ảnh hưởng đến lưu lượng của bơm, và điều này có thể không hoặc có thay đổi. Ví dụ 2.14.2 4 l/s nước nóng nhiệt độ thấp (dòng đi/dòng về = 82/71 °C) được bơm qua hệ thống sưởi. Xác định đầu ra nhiệt:
• Đầu ra nhiệt = Lưu lượng nước x nhiệt dung riêng của nước x nhiệt độ thay đổi
• Đầu ra nhiệt = 4 l/s x 4,19 kJ/kg °C x (82 - 71 °C)
• Đầu ra nhiệt = 184 kW Một phương pháp thay thế để ước tính tải trọng trên bình gia nhiệt sưởi ấm là xem xét tòa nhà đang được sưởi. Tính toán tải trọng nhiệt có thể phức tạp bởi các yếu tố bao gồm:
• Số lần thay đổi không khí.
• Tốc độ truyền nhiệt qua tường, cửa sổ và mái. Tuy nhiên, ước tính hợp lý có thể thu được bằng cách lấy thể tích tòa nhà và cho phép công suất sưởi 30 W/m³. Điều này sẽ cho tải trọng vận hành cho nhiệt độ trong nhà khoảng 20 °C khi nhiệt độ ngoài trời khoảng -1 °C. Nhiệt độ dòng đi và dòng về điển hình cho:
• Hệ thống nước nóng nhiệt độ thấp (LTHW) là 82 °C và 71 °C (ΔT = 11 °C).
• Hệ thống nước nóng nhiệt độ trung bình (MTHW) là 94 °C và 72 °C (ΔT = 22 °C). Số liệu cho hệ thống nước nóng nhiệt độ cao (HTHW) thay đổi đáng kể, và phải được kiểm tra cho từng ứng dụng riêng lẻ. Ví dụ 2.14.3 Lưu lượng hơi đến bình gia nhiệt sưởi ấm được đo là 227 kg/h khi nhiệt độ ngoài trời là 7 °C và nhiệt độ trong nhà là 18 °C. Nếu nhiệt độ ngoài trời giảm xuống -1 °C, và nhiệt độ trong nhà là 19 °C, xác định xấp xỉ lưu lượng hơi. Điều này có thể được tính bằng tỷ lệ.

Bình gia nhiệt tích trữ nước nóng

Bình gia nhiệt tích trữ nước nóng được thiết kế để nâng nhiệt độ toàn bộ nội dung từ lạnh lên nhiệt độ tích trữ trong thời gian quy định. Giá trị điển hình của Vương quốc Anh là:

• Nhiệt độ nước lạnh 10 °C
• Nhiệt độ nước nóng 60 °C Thời gian khởi động (còn gọi là ‘thời gian phục hồi’) = 1 giờ. Khối lượng nước cần gia nhiệt có thể được xác định từ thể tích bình. (Đối với nước, mật độ ρ = 1 000 kg/m³, và nhiệt dung riêng (cp) = 4,19 kJ/kg °C). Ví dụ 2.14.4 Bình gia nhiệt tích trữ gồm bình hình trụ, đường kính 1,5 m và cao 2 m. Nội dung bình sẽ được gia nhiệt lên 60 °C trong 1 giờ.

Nhiệt độ nước đầu vào là 10 °C, và áp suất hơi là 7 bar g. Xác định lưu lượng hơi:

Máy sấy trục

Máy sấy trục thay đổi đáng kể về bố cục và ứng dụng và, do đó, về lượng tiêu thụ hơi. Ngoài biến đổi lớn về kích thước, áp suất hơi và tốc độ vận hành, trục có thể được xả qua khung máy, như trong máy sấy trục dệt, hoặc bằng hệ thống thổi qua trong trường hợp máy giấy tốc độ cao. Ngược lại, máy sấy phim và máy giấy tốc độ thấp có thể sử dụng bẫy hơi riêng lẻ trên mỗi trục. Nhu cầu sẽ thay đổi từ tổn thất chờ nhỏ của trục sợi cotton cỡ nhỏ, đến tải trọng nặng ở đầu ướt của

máy giấy hoặc trong máy sấy phim. Vì lý do này, số liệu chính xác chỉ có thể thu được bằng đo lường. Tuy nhiên, một số công thức đáng tin cậy đang được sử dụng, cho phép ước lượng lượng tiêu thụ hơi trong giới hạn hợp lý. Trong trường hợp máy sấy trục dệt, đếm số trục và đo chu vi và chiều rộng của mỗi trục sẽ cho tổng diện tích bề mặt gia nhiệt. Hai đầu mỗi trục nên được tính và 0,75 m³ mỗi trục nên được thêm để bao gồm đầu trục và khung trừ khi sử dụng bẫy riêng lẻ. Tổn thất bức xạ từ máy, khi chờ, đo bằng kg hơi mỗi giờ, có thể được ước tính bằng cách nhân

tổng diện tích với hệ số 2,44. Tải trọng vận hành tính bằng kg mỗi giờ sẽ thu được bằng cách sử dụng hệ số 8,3. (Trong đơn vị đo Anh, diện tích sẽ được đo bằng feet vuông và các hệ số tương ứng sẽ là 0,5 và 1,7). Điều này dựa trên máy sải hàng hóa với tốc độ 64 đến 73 mét mỗi phút, (70 đến 80 yard mỗi phút), nhưng bằng cách điều chỉnh, có thể được sử dụng cho máy hoạt động dưới điều kiện khác. Các hệ số trong phương trình trên là hằng số thu được từ thực nghiệm: 1,5 = Hệ số áp dụng cho máy sấy trục. 2 550 = Nhiệt dung nước trung bình + entanpi bay hơi cần thiết để bay hơi hơi ẩm. 1,26 = Nhiệt dung riêng trung bình của vật liệu. Máy sấy trục có xu hướng có tải trọng khởi động nặng do thể tích lớn của không gian hơi và khối lượng kim loại cần gia nhiệt, và hệ số ba lần tải trọng vận hành nên được cho phép khi định cỡ bẫy hơi. Cũng phải nhớ rằng không khí có thể gây ra khó khăn đặc biệt, như thời gian khởi động kéo dài và nhiệt độ bề mặt không đều. Do đó, phải có biện pháp đặc biệt để xả không khí từ các trục.

Máy ép

Máy ép, giống như máy sấy trục, có nhiều hình dạng, kích thước và áp suất làm việc, và được sử dụng cho nhiều mục đích, như tạo hình bột nhựa, chuẩn bị laminate, sản xuất lốp ô tô (xem Hình 2.14.4), và sản xuất ván ép. Đôi khi chúng cũng tích hợp chu trình làm mát. Rõ ràng, sẽ khó tính tải trọng hơi với bất kỳ độ chính xác nào và cách duy nhất để có kết quả đáng tin cậy là bằng đo lường. Loại thiết bị này có thể là ‘hở’, cho phép tổn thất bức xạ ra khí quyển, hoặc ‘kín’, khi hai bề mặt gia nhiệt thực tế được cách ly với nhau bởi sản phẩm. Mặc dù một số nhiệt được hấp thụ bởi sản phẩm, kết quả ròng là lượng tiêu thụ hơi gần như giống nhau dù nhà máy đang hoạt động hay chờ, mặc dù dao động sẽ xảy ra trong quá trình mở và đóng. Lượng tiêu thụ hơi đôi khi có thể được ước tính bằng Phương trình truyền nhiệt cơ bản 2.5.3: Giá trị U thể hiện trong Hình 2.9.1 đôi khi có thể được sử dụng. Chúng có thể cho kết quả hợp lý trong trường hợp máy ép bản lớn nhưng ít chính xác hơn khi số lượng khuôn hình dạng phức tạp nhỏ, chủ yếu do khó khăn trong việc ước tính diện tích bề mặt. Đặc điểm của loại thiết bị này là không gian hơi nhỏ, và tải trọng hơi tương đối cao khi khởi động từ lạnh. Để giải thích điều này và dao động tải trọng, bẫy hơi nên được định cỡ với hệ số 2 lần tải trọng vận hành. Điều khiển nhiệt độ có thể rất chính xác bằng cách sử dụng van giảm áp tác động trực tiếp điều khiển pilot, cho áp suất hơi không đổi và nhất quán tương ứng với nhiệt độ bề mặt cần thiết. Những loại này được định cỡ đơn giản dựa trên tải trọng hơi thiết kế.

Đường theo dõi nhiệt

Đường ống vận chuyển chất lỏng nhớt thường được duy trì ở nhiệt độ cao bằng các đường theo dõi hơi. Chúng thường bao gồm một hoặc nhiều đường ống hơi đường kính nhỏ chạy dọc theo đường ống sản phẩm, toàn bộ được bọc cách nhiệt. Về lý thuyết, tính toán chính xác lượng tiêu thụ hơi là khó, vì nó phụ thuộc vào:

• Mức độ tiếp xúc giữa hai đường ống, và có sử dụng keo dẫn nhiệt hay không.
• Nhiệt độ sản phẩm.
• Chiều dài, nhiệt độ và tổn thất áp suất dọc theo đường theo dõi.
• Nhiệt độ môi trường.
• Tốc độ gió.
• Độ phát xạ của vỏ bọc. Trong thực tế, thường an toàn khi giả định rằng đường theo dõi đơn giản thay thế tổn thất bức xạ từ chính đường ống sản phẩm. Trên cơ sở này, lượng

tiêu thụ hơi của đường theo dõi có thể được lấy là tải trọng vận hành bằng với tổn thất bức xạ từ đường ống sản phẩm. Bảng 2.14.1 cung cấp tổn thất nhiệt từ ống cách nhiệt với cách nhiệt 50 hoặc 100 mm. Ví dụ 2.14.5 Đường ống dài 50 m x 200 mm chứa sản phẩm lỏng ở 120 °C. Nhiệt độ môi trường là 20 °C, đường ống có cách nhiệt 50 mm, và hơi được cung cấp ở 7 bar g cho đường theo dõi. Xác định lượng tiêu thụ hơi: Đối với đường ống bọc, tổn thất nhiệt có thể giả định bằng với đường ống hơi chính có đường kính bằng đường kính của vỏ; cũng tính đến bất kỳ cách nhiệt nào. Khi định cỡ bẫy hơi, hệ số 2 lần tải trọng vận hành nên được sử dụng để bù cho điều kiện khởi động, nhưng bất kỳ van điều khiển nhiệt độ nào có thể được định cỡ để xử lý chỉ tải trọng thiết kế. Định cỡ đường theo dõi Ví dụ 2.14.5 tính tải trọng theo dõi hơi trên cơ sở tổn thất nhiệt từ đường ống. Trong thực tế, đường theo dõi sẽ không được định cỡ chính xác để phù hợp với tổn thất nhiệt này. Bảng 2.14.2 cho thấy đầu ra nhiệt hữu ích từ đường theo dõi thép và đồng 15 mm và 20 mm hoạt động ở các áp suất khác nhau dọc theo đường ống sản phẩm ở các nhiệt độ khác nhau. Bảng tính đến tổn thất nhiệt từ đường theo dõi ra không khí xung quanh qua cách nhiệt. Trong Ví dụ 2.14.5, tổn thất nhiệt từ đường ống là 97 W/m. Đường theo dõi phải có khả năng cung cấp ít nhất tốc độ truyền nhiệt này. Bảng 2.14.2 cho thấy, bằng nội suy, đầu ra nhiệt hữu ích từ đường theo dõi thép 15 mm là 33 W/m cho nhiệt độ sản phẩm 120 °C và áp suất hơi 5 bar g. Số lượng đường theo dõi cần thiết để duy trì nhiệt độ sản phẩm 120 °C do đó là: Do đó ba đường theo dõi thép 15 mm sẽ được yêu cầu cho ứng dụng này như thể hiện trong Hình 2.14.9.