Расчет одноступенчатой парокомпрессионной теплонаносной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные

Задание

Выбор схемы холодильной установки

Построение цикла одноступенчатой холодильной установки в lgP-h диаграмме

Определение параметров холодильного агента в характерных точках цикла

Выводы

Исходные данные

1. Тип установки - парокомпрессорная теплонасосная;

2. Место расположения Т.Н.У - город Тюмень

3. Теплопроизводительность Q=3,4 МВт;

4. Холодильный агент (рабочее тело) - фреон 12В1

5. Число ступеней - 1;

6. Теплоноситель в испарителе - оборотная вода;

7. Температура теплоносителя (нижний источник) источник низкопотенциальной теплоты

на входе t=20С

на выходе t=10С

8. Теплоноситель в конденсаторах - вода;

9. Температура теплоносителя (верхний источник теплоты)

на входе t=5С

на выходе t=55С

10. Температурный график: t/ t=95/25С

11. Конечные разности температур

в испарителе 5С

в конденсаторе 5С

в регенеративном

теплообменнике 10С

12. Внутренний индикаторный и =0,8

электромеханический к.п.д. компрессора =0,9.

14 К.П.Д. котельной =0,8

15. К.П.Д. станции =0,4

16. К.П.Д. линии электропередач =0,9

17. режим работы Т.Н.У. зимний

Задание

Теплоснабжение производственного корпуса промышленного предприятия осуществляется от котельной. Схема водоснабжения технологических процессов оборотная, для повторного использования в технологии оборотная вода охлаждается в градирни.

Выполнить расчет и определить эффективность теплонасосной установки для теплоснабжения производственного корпуса при использовании в испарителе в качестве источника низкопотенциальной теплоты оборотной воды.

1. Выбрать и нарисовать схему теплонасосной установки

2. Построить цикл Т.Н.У. (lgP-h), определить параметры рабочего тела (холодильного агента) в характерных точках процесса

3. Составить тепловой баланс Т.Н.У и определить:

· удельные тепловые нагрузки испарителя, конденсаторов и регенеративного теплообменника;

· удельную внутреннюю работу компрессора;

· расход холодильного агента;

· коэффициент трансформации теплоты;

· электрическую мощность компрессора;

· расходы теплоносителя на отопление, вентиляцию и ГВС.

4. Определить поверхности нагрева испарителя, конденсаторов и регенеративного теплообменника, значение коэффициента теплопередачи принять в соответствии с вариантом РГР

5. Определить эффективность использования ТНУ по сравнению с котельной.

схема холодильный установка агент

Выбираем схему теплонасосной установки

Принимаем распределение тепловых нагрузок на отопление и вентиляцию 70% от полной, на ГВС - 30%, (Q=2,38 МВт, Q=1,02 МВт).

Выбираем схему парокомпрессионной теплонасосной установки с регенеративным теплообменником, так как холодильным агентом является фреон.

В соответствии с применяемым холодильным агентом (фреон 12В1) выбираем схему парокомпрессионной теплонасосной установки по [1]. В соответствии с нагрузками на отопление и вентиляцию и температурным графиком выбираем конденсатор К1, для обеспечения нагрузки на горячее водоснабжение выбираем конденсатор К2, температуру на ГВС принимаем 55С. температуру в производственном помещении принимаем равной 23С для категории работ по уровню затрат Iа.

Построение цикла одноступенчатой теплонасосной установки в lgP-h диаграмме

Для построения цикла определим расчетные температуры

испарения t=t-t=5С

конденсации t=t+t=95+5=100С

всасывания t=t+10 С С =5+10=15С, принимаем перегрев паров холодильного агента 10С.

Построение цикла одноступенчатой парокомпрессионной холодильной (теплонаносной) установки проводится в следующей последовательности: на lgP-h диаграмму наносят изотермы t, t, t, t, определяющие расчетный режим работы установки; по температурам t, t находят изобары Р и Р;положение характерных точек процессов 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4 определяется процессами , из которых состоит цикл установки.

Табл. 1. Параметры хладоагента по lgP-h диаграмме в характерных точках процесса.

Номер точек	Температура, С	Давление, МПа	Энтропия, кДж/(кг*К)	Энтальпия, кДж/кг	Удельные объем,м/кг	Степень сухости
1	5	1,5	-	535		1
1	15	1,5	4,50	540	0,3
2	120	18	4,50	577
2	130	18	-	586
3	100	18	-	473		0
3	90	18	-	468
4	5	1,5	-	468		0,47

Энтальпия в точке 2:h= h+= 540+ = 586 кДж/кг;

Температура t=130 С по lgP-h диаграмме при h= 586 кДж/кг:

Температура t = 90С по lgP-h диаграмме при h=h-( h-h) =473-(540-535) = 468 кДж/кг.

Определение параметров холодильного агента в характерных точках цикла Суммарная удельная тепловая нагрузка

q=q+q==586-473=113 кДж/кг

Q=Q+Q=qG

Расход холодильного агента на конденсаторы

К1: 2,38 МВт

G=Q/q=2380/113=21 кг/с

К2: 1,02 МВт

G=Q/q=1020/113=9 кг/с

= G+ G=21+9=30 кг/с.

 Найдем удельные тепловые нагрузки:

испарителя q = h - h= 535-468 =67 кДж/кг;

конденсаторов К1 иК2 q = h - h = h - h= 586-473 = 113 кДж/кг;

регенеративного теплообменника q = h- h =473-468 =5 кДж/кг.

Определим удельную внутреннюю работу компрессора

l = h - h =586-540 = 46 кДж/кг.

Тепловой (энергетический) баланс

q+ l = q = 67+46 = 113 кДж/кг.

Находим расход холодильного агента

G=Q/q=3400/113=30 кг/с.

Объемная производительность компрессора

V = l*v =46*0,3 =13,8 м/кг.

Определим тепловые нагрузки:

испарителя Q = qG =30*113=3,39 МВт - теплопроизводительность установки установки; конденсаторов:

2,38

1,02 МВт - теплопроизводительность при работе в режиме теплового насоса; регенеративного теплообменника Q = q*G =5*30=150 кВт =0,15 МВт.

Найдем электрическую мощность компрессора

N = l G/ =46*30/0.9 = 1533 кВт.

Определяем коэффициент трансформации теплоты

М = = = 2,2.

Определяем расходы теплоносителя на отопление и вентиляцию и ГВС.

а) Расход теплоносителя на отопление и вентиляцию

б) Расход теплоносителя на ГВС

.

1. Определяем поверхности нагрева

Коэффициенты теплопередачи: в испарителе k=700 Вт/(мК); в конденсаторе k=700 Вт/(мК), в регенеративном теплообменнике k=500 Вт/(мК).

Определим средний температурный напор в испарителе. Одна из температур постоянна, температурный напор постоянен, поэтому можно выбрать любую схему движения теплоносителя, причем чаще всего выбирается прямоточная схема.



, тогда

== =3,94 С;

в конденсаторе

Схема движения теплоносителя в конденсаторе выбирается по той же схеме, что и в испарителе - прямоток.

, тогда

== =-9 С.

в регенеративном теплообменнике

Схема движения теплоносителя в регенеративном теплообменнике противоточная, так как напор велик, поэтому выгоднее будет применение противотока.

, тогда

Поверхности теплообмена: испарителя

F= Q/ k =3400*10/700*3,94 =1232,7 м

Конденсатора

F= Q/ k =3400*10/700*9 = 539,6 м;

Регенеративного теплообменника

F=Q/k=150*10/500*70=42,8м.

Определение эффективности Т.Н.У. по сравнению с котельной

Экономия топлива.

1). Удельный расход топлива на выработку теплоты

а) в котельной

;

б) в Т.Н.У

Экономия топлива

%

2). Снижение теплового загрязнения окружающей среды.

Снижение теплового загрязнения окружающей среды Q определяется количеством теплоты, отведенной от оборотной воды, т.е. суммарных тепловых нагрузок испарителя и теплообменника.

Q= Q=3,4 МВт

Выводы

В данной расчетно-графической работе был выполнен расчет и определена эффективность теплонасосной установки для теплоснабжения производственного корпуса при использовании в испарителе в качестве источника низкопотенциальной теплоты оборотной воды.

Для расчета была выбрана и нарисована схема одноступенчатой парокомпрессионной теплонасосной установки, построен цикл Т.Н.У. (lgP-h) и определены параметры рабочего тела (холодильного агента) в характерных точках процесса.

В ходе расчетов был составлен тепловой баланс Т.Н.У. и определены:

· удельные тепловые нагрузки испарителя (q=64 кДж/кг), конденсаторов К1 и К2 (q=113 кДж/кг) и регенеративного теплообменника (q=5 кДж/кг);

· удельная внутренняя работа компрессора (l=46кДж/кг);

· расход холодильного агента (G=30 кг/с);

· коэффициент трансформации теплоты (М=2,2);

· электрическая мощность компрессора (N=1533 кВт);

· расходы теплоносителей на отопление и вентиляцию (G=7,5 кг/с) и ГВС (G=4,9 кг/с).

Также были определены поверхности нагрева испарителя (F=1232,7 м), конденсатора (F=539,6 м) и регенеративного теплообменника (F=42,3 м).

Кроме того, была определена эффективность использования Т.Н.У. по сравнению с котельной по экономии топлива, которая составила =0,86%. Снижение теплового загрязнения определяется количеством теплоты, отведенной от оборотной воды и принимается равной Q=3,4 МВт.

Размещено на Allbest.ru