Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Курсовая работа

«Рациональное использование конденсата на предприятиях молочной промышленности»

Выполнил: Сибейкина Е.В.

Факультет ХТиТ

Курс 3 Группа 12-ХТТ-1

Москва 2015



Содержание

• 1. Расчет энергетического потенциала пароконденсатной смеси
• 2. Расчет потребности производственного корпуса в горячей воде
• 3. Расчет открытой системы сбора конденсата
• 4. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды горячего водоснабжения
• 5. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды водяного отопления и горячего водоснабжения
• 6. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды воздушного отопления и горячего водоснабжения
• 7. Технико-экономический анализ модернизации тепловых схем


1. Расчет энергетического потенциала пароконденсатной смеси

молочный производственный отопление водоснабжение

Количество пароконденсатной смеси зависит от количества потребляемого в технологических процессах пара

D = вD У Di = вD У di · Пi= 1,10 · (0,25·80+7,5·1,9+7,5·1,1+3·5,4) = 64,57 т/смену

где

Di - расходы пара на выработку отдельных видов продукции, т/смену

di - удельные расходы пара на выработку отдельных видов продукции, т/т или т/туб (приложения 5, 6)

Пi - выработка отдельных видов продукции, т/смену (для консервов - туб/смену)

вD - коэффициент, учитывающий расход пара на выработку продукции, на которую отсутствуют нормативы удельных расходов пара (вD принимается равным 1,10…1,15)

Массовый выход пароконденсатной смеси Dпкс за рабочую смену

Dпкс = вD У di · Пi · б ГПi = 1,10 · (0,25·80·0,4+7,5·1,9·0,5+7,5·1,1·0,35+3·5,4·0,7) = 32,29 т/смену

где

б ГПi - доля «глухого» пара в его общем потреблении (приложение 8)

Максимальный часовой выход пароконденсатной смеси определяется по формуле:

Dпксч = шD · Dпкс/ 8 = 1,2 · 32,29/8 = 4,84 т/ч



где

шD - коэффициент, учитывающий неравномерность расхода пара на технологические нужды (шDпринимается равным 1,15…1,25)

Максимальное часовое количество теплоты пароконденсатной смеси

Q пкс = Dпкс · hпкс · 10-3 = 32,29·885,21·10-3 = 28,58 ГДж/ч

hпкс = [У di · Пi · б ГПi · hпксi] / У di · Пi · б ГПi =(0,25·80·0,4·883,1+7,5·1,9·0,5·847,8+ +7,5·1,1·0,35·921,9+3·5,4·0,7·922,2)/(0,25·80·0,4+ +7,5·1,9·0,5+7,5·1,1·0,35+3·5,4·0,7) =26225,11/29,35 = 885,21 кДж/кг

hпкс1 = h'1 + r1 · Xпп1 = 558,2+2166·0,15 = 883,1 кДж/кг

hпкс2 = h'2 + r2 · Xпп2 = 637+2108·0,1 = 847,8 кДж/кг

hпкс3 = h'3 + r3 · Xпп3 = 601,5+2136·0,15 = 921,9 кДж/кг

hпкс4 = h'4 + r4 · Xпп4 = 717,4+2048·0,1= 922,2 кДж/кг

где

hпкс - средневзвешенная энтальпия пароконденсатной смеси, кДж/кг

h'i - энтальпия кипящей воды при давлении Pi(приложение 8), кДж/кг

ri - теплота парообразования при давлении Pi (приложение 8)

Xппi - доля «пролетного» пара в пароконденсатной смеси (приложение 8)

Средневзвешенная температура пароконденсатной смеси tн

tн = [У di · Пi · б ГПi · tнi] / У di · Пi · б ГПi=(0,25·80·0,4·132,9+7,5·1,9·0,5·151,2+ +7,5·1,1·0,35·142,9+ 3·5,4·0,7·169,6)/ (0,25·80·0,4+ +7,5·1,9·0,5+7,5·1,1·0,35+3·5,4·0,7) == 4476,39/29,35 = 152,5оС



где

tнi - температура пароконденсатной смеси (насыщенного пара) при давлении Pi (приложение 2), оС

Годовой массовый выход пароконденсатной смеси Dпксгод и её теплоты

Dпксгод = Dпкс · Zp · ц = 32,29·500·0,8 = 12915,1 т/год

Qпксгод = Qпкс · Zp · ц = 28,58·500·0,8 = 11432,57 ГДж/год

где

zp - число рабочих смен в год (принимается равным 350…600);

ц - среднегодовой коэффициент загрузки производственных мощностей (принимается равным 0,7…0,9).

Коэффициент выхода конденсата от технологических паропотребляющих аппаратов

бk = (Dпкс · 100 ) / D = (32,29· 100)/64,57 = 50 %

2. Расчет потребности производственного корпуса в горячей воде

Сменная потребность производственного корпуса в горячей воде

Vгв = вv У Wi · Пi = 1,3·(0,5·80+6·1,9+5·1,1+7·5,4) = 123,11 м3/смену

где

вv - коэффициент, учитывающий расход горячей воды на санитарно-бытовые нужды и выработку продукции, на которую отсутствуют нормативы удельных расходов горячей воды (вv принимается равным 1,2…1,3);

Wi - удельные расходы горячей воды на выработку продукции, м3/т (для консервов - м3/туб). Значения Wi приведены в приложениях 5 и 6.

Максимальный часовой расход горячей воды

Vгвч = шv · Vгв / 8 = 1,3·123,11 /8 = 20,01 м3/ч

где

шv - коэффициент, учитывающий неравномерность потребления горячей воды (шv принимается равным 1,2…1,35)

Годовой расход горячей воды

Vгвгод = Vгв · Zp · ц = 123,11·500·0,8 = 49224 м3/год

Структура материального баланса теплоносителей производственного корпуса оценивается следующими индикаторами:

Соотношением расхода горячей воды и пара:

KVD = Vгв / D = 123,11 /64,57 = 1,91м3 воды/т пара.

Соотношением расхода горячей воды и выхода смеси:

KVDпкс = Vгв / Dпкс = 123,11 /32,29 = 3,81 м3 воды/т пароконденсатной смеси.

3. Расчет открытой системы сбора конденсата

Определяем давление пароконденсатной смеси P*i для отдельных цехов с учетом 10 % потерь давления из-за гидравлических сопротивлений

P*1 = 0,9 · P1= 0,9·300 = 270 кПа P*2 = 0,9 · P2= 0,9·400 = 360 кПа

P*3 = 0,9 · P3= 0,9·400 = 360 кПа P*4 = 0,9 · P4= 0,9·800 = 720 кПа



Среднее давление пароконденсатной смеси P* в главном цеховом конденсатопроводе

P* = [У P*i · Dпксi] / У Dпксi = (20·270+14,25·360+8,25·360+16,2·720)/ (20+14,25+8,25+16,2) = 25164/58,7 = 428,69кПа

Определяем потери массы конденсата с «прол?тным» паром:

Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

mпп = [У Dпксi · Xппi] / У Dпксi= (20·0,15+14,25·0,1+8,25·0,15+16,2·0,1)/(20+14,25+8,25+16,2)= 7,28/58,7 = 0,12 кг/кг

Максимальные часовые:

Мппч = mпп · Dпксч = 0,12·4,84 = 0,6 т/ч

За смену:

Мпп = mпп · Dпкс = 0,12·32,29 = 4,01т/смену;

За год:

Мппгод = mпп · Dпксгод = 0,12·12916 = 1602,29 т/год

Находим потери теплоты с «пролетным» паром:

Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:



qпп = hпкс - h' = 885,21-637 = 248,21 кДж/кг

где

h' - энтальпия кипящей воды при давлении P*, кДж/кг (приложение 2)

Максимальные часовые:

Qппч= qпп · Dпксч · 10-3 = 248,21·4,84·10-3= 1,2 ГДж/ч

За смену:

Qпп = qпп · Dпкс · 10-3 = 248,21·32,29· 10-3 = 8,01 ГДж/смену

За год:

Qппгод = qпп · Dпксгод · 10-3 = 248,21·12915,1· 10-3 = 3205,65 ГДж/год

Определяем потери теплоты с паром вторичного вскипания:

Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

qвв = h' - h'бар = 637 - 190,6 = 446,4 кДж/кг

где

h'бар - энтальпия кипящей воды при атмосферном давлении, кДж/кг

Максимальные часовые:

Qввч = qвв · Dпксч · 10-3 = 446,4·4,84· 10-3 = 2,16 ГДж/ч



За смену:

Qвв = qвв· Dпкс · 10-3 = 446,4·32,29 · 10-3 = 14,41 ГДж/смену

За год:

Qввгод = qвв · Dпксгод · 10-3 = 446,4·12916 · 10-3 = 5765,3 ГДж/год

Находим потери массы конденсата с паром «вторичного вскипания»:

Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

mвв = (h' - h'бар) / rбар = (637 - 190,6)/2108 = 0,21 кг/кг

где

rбар - теплота парообразования при давлении P*, кДж/кг (расчет в разделе 2)

Максимальные часовые:

Мввч = mвв · Dпксч = 0,21·4,84 = 1,02 т/ч

За смену:

Мвв = mвв · Dпкс =0,21·32,29 = 6,84т/смену

За год:

Mввгод = mвв · Dпксгод = 0,21·12916 = 2734,96 т/год



Рассчитываем общие потери массы конденсата с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания»:

Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

mпот = mпп + mвв= 0,12+0,21 = 0,33 кг/кг

Максимальные часовые:

Mпотч = Mппч + Mввч= 0,6+1,02 = 1,62т/ч

За смену:

Mпот = Mпп + Mвв = 4,01+6,84 = 10,85 т/смену

За год:

Mпотгод = Mппгод + Mввгод = 1602,29+2734,96 = 4337,25 т/год

Определяем общие потери теплоты с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания»:

Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

qпот = qпп + qвв = 248,21+446,4 = 694,61 кДж/кг

Максимальные часовые:

Qпотч = Qппч + Qввч= 1,2+2,16 = 3,36 ГДж/ч



За смену:

Qпот = Qпп + Qвв = 8,01+14,41 = 22,42 ГДж/смену

За год:

Qпотгод = Qппгод + Qввгод = 3205,65+5765,3 = 8970,95 ГДж/год

Находим относительные потери теплоты с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания» в результате нерационального устройства системы сбора конденсата:

дq = (qпп + qвв) · 100 / (hпкс) = (248,21+446,4)· 100 /885,21 = 78,47 %

Определяем относительные потери массы конденсата:

дm = (mпп + mвв) · 100 = (0,12+0,21)· 100 = 33 %

Находим коэффициент возврата конденсата в котельную с учетом его потерь с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания»:

бвк = бк (1 - 0,01· дm) = 50(1- 0,01·33) = 33,5 %

Определяем экономический ущерб от нерациональных потерь теплоты:

УQ = Qпотгод· SQ = 8970,95· 16 = 143535,2 руб./год



где

SQ- стоимость 1 ГДж теплоты, руб./ГДж (на момент выполнения работы найти в публикациях периодических научно-технических журналов)

Находим экономический ущерб от нерациональных потерь массы конденсата, которые необходимо компенсировать химически очищенной водой:

УM = Mпотгод · Sхов= 4337,25·15 = 65058,73 руб./год

где

Sхов- стоимость химически очищенной воды для подпитки котлов, руб./т (составляет 12…16% от стоимости 1 ГДж теплоты)

Определяем общий экономический ущерб при эксплуатации данной системы сбора конденсата:

У = УQ + УM = 8970,95+65058,73 = 74029,68 руб./год

4. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды горячего водоснабжения

В качестве базовых данных принимаем максимальные часовые выходы теплоты пароконденсатной смеси32,29 т/смену и максимальную часовую потребность в горячей воде 20,01 м3/ч.

Задаемся исходными условиями для расчета тепловой схемы:

Температуру конденсата после утилизационного теплообменника tк принимаем равной 70оС.

Температуру холодной воды, поступающей в теплообменник, tхв принимаем равной 10оС.

Температуру горячей воды после теплообменника tгв принимаем равной 68оС.

Средняя температура пароконденсатной смеси tн 152,5оС.

Средняя энтальпия пароконденсатной смеси hпкс885,21 кДж/кг.

Среднее давление пароконденсатной смеси P* 428,69кПа.

Теплоемкость воды при постоянном давлении Ср4,287 кДж/(кг К).

Плотность воды с 926,1 кг/м3.

Коэффициент полезного использования теплоты в теплообменнике з принимаем равным 0,95.

Коэффициент теплопередачи для зоны конденсации пароконденсатной смеси КА принимается равным 1,7 кВт/(м2 · К), а для зоны переохлаждения конденсата КБ - 1,3 кВт/(м2 · К).

В качестве спецзадания может быть поставлена задача определения коэффициента теплопередачи по известным методикам теплотехнических расчетов теплообменных аппаратов.

Процесс конденсации пароконденсатной смеси, а затем переохлаждения конденсата в утилизационном теплообменнике рассматриваем происходящим при постоянном давлении P* (рис.).

Определяем количество теплоты, отдаваемой пароконденсатнойсмесью Q1 и соответствующую тепловую мощность Q1:

Зона конденсации пароконденсатной смеси при постоянном давлении и постоянной температуре (рис., участок 1 - 2):

hк = Ср · tк = 4,287 · 70 = 300,09 кДж/кг

Q1A = Qпксч · (hпкс - h') / (hпкс - hк) = 28,85·(885,21 - 637)/(885,21- 300,09) =7160,86/585,12= 12,12ГДж/ч

Q1A = Q1A ·106 / 3600 = 12,12·106 / 3600 = 3367,87кВт



где

hк- энтальпия конденсата, кДж/кг

Зона переохлаждения конденсата (рис., участок 2 - 3):

Q1Б = Qпксч · (h' - hк) / (hпкс - hк) = 28,58· (637 - 300,09)/(885,21 - 300,09) =9628.89/585,12 = = 16,46 ГДж/ч

Q1Б = Q1Б ·106 / 3600 = 16,46 ·106 / 3600 = 4571,42 кВт

Рассчитываем количество теплоты, воспринимаемой нагреваемой водой Q2, и соответствующую тепловую мощность Q2:

Нагрев воды при конденсации пароконденсатной смеси:

Q2A = Q1A · з = 12,12·0,95 = 11,51ГДж/ч

Q2A = Q2A · 106 / 3600 = 11,51· 106 / 3600 = 3197,22кВт



Нагрев воды переохлаждаемым конденсатом:

Q2Б = Q1Б · з = 16,46·0,95 = 15,64ГДж/ч

Q2Б = Q2Б · 106 / 3600 = 15,64· 106 / 3600 = 4316,67 кВт

Определяем количество нагреваемой воды:

V2 = [(Q2A + Q2Б) · 106] / [Cp · с · (tгв - t хв)] = [(11,52 + 15,64) · 106] / [4,287 · 926,1 · (68- 10)] = 27,15· 106/230271,06 = 117,91 м3/ч

Шгв = V2 / Vгв · 100 = 117,91 /123,11· 100 = 95,78%

С большой долей вероятности можно предположить, что Шгв < 100 %.

В случае, если Шгв > 100 %, что маловероятно, необходимо для уменьшения количества нагреваемой воды увеличить температуру конденсатаtк. Это может быть предметом дополнительного спецзадания.

Строим температурный график утилизационного теплообменника

Находим промежуточную температуру нагреваемой воды tпр из уравнения:



Q2A / Q2Б = (tгв - tпр) / (tпр - t хв) оС= 11,51/15,64=(68- tпр)/( tпр-10)

tпр = 34,9оС

Определяем средние разности температур междутеплообменивающимися средами (температурные напоры) Дtср:

Зона конденсации пароконденсатной смеси:

Дtпр / Дt' = Дtпр / (tн - tгв) = 34,9/ (152,5 - 68) = 0,41

приДtпр / Дt' < 1,7ДtсрА= (Дt' + Дtпр) / 2 = (84,5+34,9)/2 = 59,7

приДtпр / Дt' > 1,7 ДtсрА= (Дtпр - Дt') / ln (Дtпр / Дt')

Зона переохлаждения конденсата:

Дtпр / Дt'' = Дtпр / (tк - tхв) = 34,9/ (70 - 10) = 0,5

при Дtпр / Дt'' < 1,7 ДtсрБ= (Дt'' + Дtпр) / 2 = (60 + 34,9)/2 = 47,45

при Дtпр / Дt'' ? 1,7 ДtсрБ= (Дtпр - Дt'') / ln (Дtпр / Дt'')

Находим площади поверхностей теплообмена:

Зона переохлаждения пароконденсатной смеси:

FA = Q2A / (КА · ДtсрА) = 11,52/(1,7·59,7) = 0,11м2

Зона переохлаждения конденсата:

FБ = Q2Б / (КБ · ДtсрБ) = 15,63/(1,3·47,45) =0,25м2

Общая поверхность нагрева аппарата составит:



F = FA + FБ = 0,11 + 0,25 = 0,36 м2.

Типоразмер водоподогревателя и их количество подбирается с условием запаса требуемой поверхности нагревадо 10…15% (приложение 10). 76х2(4)-1-РГ-14(29)-УЗ

Определяем часовую экономию пара на нагрев воды в результате его замещения в качестве теплоносителя пароконденсатной смесью:

Dэк = [V2 · Cp · с · (tгв - t хв)] / (hx - hпкс) · з = [117,91 · 4,287 · 926,1 · (68- 10)] / (2701,6 - - 751,7) · 0,95 = 25793697,72/ 1949,9= 13228,75кг/ч

hx = f(P, X) = h' + r · X = 358,1 + 2294· 0,9 = 2701,6 кДж/кг

hпкс = h' + r · Xпп = 358,1 + 2294· 0,05 = 751,7 кДж/кг

Недостающее количество горячей воды (см. п. 4.6.1) вырабатывается в резервном пароводяном подогревателе, расчет которого выполняется по дополнительному спецзаданию.

Определяем коэффициент утилизации теплоты пароконденсатной смеси:

зпкс = (hпкс - hк) / hпкс · 100 = (751,7 - 300,09)/751,7· 100 = 60,08 %

5. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды водяного отопления и горячего водоснабжения

В качестве расчетной базы принимается часовой выход теплоты пароконденсатной смеси 4,84 т/ч.

В дополнение к п. 4.2 задаемся дополнительными техническими условиями.

Температуру прямой воды отопления tпр принимаем равной100 оС.

Температуру обратной воды отопления tобр принимаем равной60оС.

Промежуточную температуру греющего теплоносителя tпрк (конденсирующейся пароконденсатной смеси) принимаем на 15оСниже температуры насыщения tн152,5 оС.

Процесс конденсации пароконденсатной смеси и последующего переохлаждения конденсата показан на рис..

Определяем количество теплоты Q1(от), отдаваемой греющим теплоносителем в водоподогревателе системы водяного отопления, и соответствующую тепловую мощность Q1(от):

Зона конденсации пароконденсатной смеси(рис., участок 1-2):

hпрк = Cp · tпрк = 4,287·140 = 600,18

Q1А(от) = Qчпкс · (hпкс - h') / (hпкс - hпрк) = 28,58 · (751,7-358,1) / (751,7-600,18) = 11249,09//151,52=74,24 ГДж/ч

Q1А(от) = Q1А(от) · 106 / 3600 = 74,24 · 106 / 3600 = 20622,22 кВт

Зона переохлаждения конденсата (рис., участок 2-3)



Q1Б(от) = Qчпкс · (hкпр-h') / (hпкс - hпрк) = 28,58· (600,18-358,1) / (751,7-600,18) == 6918,64 /151,52 =45,7ГДж/ч

Q1Б(от) = Q1Б(от) · 106 / 3600 =45,7 · 106 / 3600 = 12694,44 кВт

Находим количество теплоты, воспринимаемой нагреваемой циркуляционной водой системы отопления, Q2(от) и соответствующую тепловую мощность Q2(от):

Нагрев воды при конденсации пароконденсатной смеси:

Q2А(от) = Q1А(от) · з = 74,24 · 0,95 = 70,53 ГДж/ч

Q2А(от) = Q2А(от) · 106 / 3600 = 70,53 · 106 / 3600 = 19591,67 кВт

Нагрев воды переохлаждаемым конденсатом:

Q2Б(от) = Q1Б(от) · з = 45,66 · 0,95 = 43,38 ГДж/ч

Q2Б(от) = Q2Б(от) · 106 / 3600 = 43,38 · 106 / 3600 = 12050 кВт

Строим температурный график водоподогревателя системы водяного отопления (рис.).

Рассчитываем средние разности температур между теплообменивающимися средами (аналогично п. 4.8).

Определяем площади поверхностей теплообмена и подбираем типоразмер и количество водоподогревателей (аналогично п. 4.9).

Находим количество теплоты Q1(гв), отдаваемой греющим теплоносителем (переохлаждаемым конденсатом) в водоподогревателе системы горячего водоснабжения, и соответствующую тепловую мощностьQ1(гв):



Q1(гв) = Qчпкс - (Q1А(от) + Q1Б(от)) = 28,58 - (74,24 - 45,66) = 0,04 ГДж/ч

Q1(гв) = Q1(гв) · 106 / 3600 = 0,04 · 106 / 3600 = 11,11 кВт

Определяем количество теплоты Q2(гв), воспринимаемойнагреваемой водой в водоподогревателе системы горячего водоснабжения, и соответствующую тепловую мощность Q2(гв):

Q2(гв) = Q1(гв) · з = 0,04 · 0,95 = 0,038 ГДж/ч

Q2(гв) = Q2(гв) · 106 / 3600 =0,038 · 106 / 3600 = 10,56 кВт

Находим количество нагреваемой в водоподогревателе воды:

V2 = (Q2(гв) · 103) / [Cp · с · (tгв - t хв)] = (0,038 · 103) / [4,245 · 943,1 · (65 - 10)] = 38/220190,27 = 0,00017 м3/ч

Строим температурный график водоподогревателя системы горячего водоснабжения (рис.). Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами (по аналогии п. 4.8.2)



Дtб / Дtм = Дt' / Дt'' = 72/60 = 1,2 < 1,7

при Дtб / Дtм< 1,7 Дtср = (Дt' + Дt'') / 2 = (72 + 60)/2 = 66

при Дtб / Дtм ? 1,7 Дtср = (Дtб - Дtм) / ln (Дtб / Дtм)

Находим площадь поверхности теплообмена водоводяного подогревателя:

F = Q2(гв) / (K · Дtср) =0,038/ (3 · 66) = 0,00019 м2

Определяем коэффициент обеспечения производственного корпуса горячей водой, вырабатываемой в водоводяном подогревателе:

Шгв = (V2 / Vгв) · 100 = (0,0094 / 113,64) · 100 = 0,0083 %.

Результаты тепловых расчетов необходимо представить в соответствующем масштабе, а также в процентах в виде структурной диаграммы тепловых потоков (рис.).



6. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды воздушного отопления и горячего водоснабжения

Данная тепловая схема обеспечивает:

- полный возврат конденсата в котельную;

- утилизацию теплоты пароконденсатной смеси;

- частично удовлетворяет потребности производственного корпуса в горячей воде и горячем воздухе на нужды воздушного отопления;

- охлаждение конденсата до температуры, рекомендуемой нормативно-техническими документами для конденсатопроводов.

В качестве расчетной базы принимается максимальный часовой выход теплоты пароконденсатной смеси (см. п. 1.3).

В дополнение к п. 4.2 задаемся дополнительными техническими условиями:

Давление в сепараторе-расширителе Рс принимается равным 160 кПа.

Температура холодного воздуха tхв, поступающего в калорифер, принимается равной -10оС.

Температура горячего воздуха после калорифера tгв принимается равной 60оС.

Температура конденсата после сепаратора-расширителя tс =114,6 соответствует давлению Рс.

Коэффициент полезного использования теплоты в калорифере зкал принимается равным 0,90.

Процессы изменения параметров пароконденсатной смеси показаны на рис..

Определяем количество отсепарированного пара Dс по формуле:

Dчс = Dчпкс · (hпкс - h'c) / (rc · Xc) = 4,84 · (751,7 - 480) / (2215 · 0,95) = 0,13 т/ч;

где h'c - энтальпия кипящей воды при давлении Рс, кДж/кг (в разделе 2);

rc - теплота парообразования при давлении Рс, кДж/кг (2);

Xc - степень сухости отсепарированного пара 0,95

Находим внутренний объем сепаратора-расширителя Vc по формуле:

Vc =(в · Dчc ·Хс · 103)/(3600 · с''с · qV) = (1,3 · 0,13 · 0,95 · 103)/(3600 · 0,952 · 0,6) =0,078 м3,

где

в - коэффициент запаса, учитывающий объем водяного пространства 1,3

с''с - плотность сухого насыщенного пара при давлении Рс, кг/м3;

qV - напряжение парового пространства сепаратора, м3/(м3·с) 0,60.



Определяем количество теплоты Q1(c), отдаваемой в калорифере, и соответствующую тепловую мощность Q1(c):

Q1(c) = Dc (hx - hпкс ) 10-3 =0,13(2584,25 - 701,5) = 0,24 ГДж/ч;

Q1(c) = Q1(c) · 106 / 3600 = 0,24 · 106 / 3600 = 66,67 кВт

где

hx - энтальпия отсепарированного пара, кДж/кг:

hx = h'c + rc · Xc = 480 + 2215 · 0,95 = 2584,25 кДж/кг;

hпкс - энтальпия пароконденсатной смеси после калорифера, кДж/кг

hпкс = h'c + rc · Xпп = 480 + 2215 · 0,1 = 701,5 кДж/кг;



Xпп - доля пролетного пара в пароконденсатной смеси после калорифера 0,10. Находим количество теплоты Q2(c), воспринимаемой в калорифере нагреваемым воздухом, и соответствующую тепловую мощность Q2(c):

Q2(c) = Q1(c) · зкал = 66,67 · 0,9 = 60 ГДж/ч;

Q2(c) = Q2(c) · 106 / 3600 =60 · 106 / 3600 =16666,67 кВт.

Строим температурный график калорифера (рис.).

Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами в калорифере:

Дtб = tc - tхв = 114,6+10 = 134,6, Дtм = tc - tгв = 114,6 - 60 = 54,6

при Дtб / Дtм < 1,7 Дtср = (Дtб + Дtм) / 2

Дtб / Дtм = 124,6/54,6 = 2,47 ? 1,7

при Дtб / Дtм ? 1,7 Дtср = (Дtб - Дtм) / ln (Дtб / Дtм) = (124,6 - 54,6) ln(124,6/54,6) = 56



Рассчитываем площадь поверхности нагрева калорифера:

F = Q2(c) / Ккал · Дtср, м2,

где

Ккал - коэффициент теплопередачи калорифера, кВт/(м2 · К), который принимается равным 60 Вт/(м2 · К).

Подбираем тип и количество калориферов с учетом запаса тепловой мощности до 10 % (приложение 11).

КСк 3 - 8 - 02 ХЛЗ (3 шт)

Определяем количество конденсата, поступающего в качестве греющего теплоносителя в водоподогреватель системы горячего водоснабжения:

Dчк = Dчпкс - Dc= 4,84 - 0,13 = 4,71 т/ч.

Находим количество теплоты Q1, отдаваемой переохлажденным конденсатом в водоводяном теплообменнике, и соответствующую тепловую мощность Q1:

Q1ч= Dчк (hc - hк) · 10-3 = 4,71 (480 - 300,09) · 10-3 = 0,85 ГДж/ч;

Q1 = Q1 · 106 / 3600 = 0,85 · 106 / 3600 = 236,11 кВт.

Определяем количество теплоты Q2, воспринимаемой нагреваемой водой в теплообменнике, и соответствующую тепловую мощность Q2:

Q2ч= Q1ч· з = 0,85 · 0,9 = 0,77 ГДж/ч;

Q2 = Q2ч · 106 / 3600 = 0,77 · 106 / 3600 = 213,89 кВт.



Строим температурный график водоводяного подогревателя (рис.).

Определяем среднюю разность температур между теплообменивающимися средами:

Дtср = (Дtб + Дtм) / 2 = (70+10+114,6-60)/2 = 67,3 оС.

Находим площадь поверхности нагрева водоводяного подогревателя:

F = Q2 / К · Дtср = 213,89/338,8 · 67,3 = 42,49 м2.

Подбираем типоразмер и количество теплообменников (приложение 10).

325х2(4) - 1 - РГ - 299(635) - УЗ

Результаты тепловых расчетов необходимо представить в соответствующем масштабе и в процентах в виде структурной диаграммы тепловых потоков по аналогии с рис.

Результаты материальных расчетов пароконденсатной смеси необходимо представить в соответствующем масштабе и в процентах в виде структурной диаграммы материальных потоков (рис.).

7. Технико-экономический анализ модернизации тепловых схем

Целесообразность модернизации тепловых схем предприятий с целью рационального использования теплоты пароконденсатной смеси должна подтверждаться технико-экономическими расчетами. К технико-экономическим показателям относятся годовой экономический эффект, срок окупаемости дополнительных затрат и удельная годовая экономия на единицу затрат.

Годовой экономический эффект Эгод определяется по формуле:

Эгод = ЭQ + Эхов - Ен · (К + Иэ) = 10624 +10237,5 - 0,15 · (338,8 + 1120,36)=20642,63руб./год

где ЭQ - стоимость сэкономленной теплоты, руб./год;



ЭQ = Qэк · SQ = 664· 16 = 10624 руб./год:

Эхов = Vхов · SV = 225 · 45,5 = 10237,5 руб./год

Qэк - экономия теплоты - 664 ГДж/год;

SQ - стоимость тепловой энергии - 16 руб./ГДж;

Vхов - экономия химически очищенной воды за счет использования конденсата-225 м3/год;

SV - стоимость химически очищенной воды - 45,5 руб./м3;

Ен - нормативный коэффициент окупаемости капитальных затрат, 1/год;

(Ен=0,15)

К - капитальные затраты на модернизацию тепловой схемы, руб.;

Иэ - издержки эксплуатации тепловой схемы - 1120,36 руб./год.

Капитальные затраты K определяются по формуле:

К = Ку · Dчпкс = 70 · 4,84 = 338,8 руб.

где

Dчпкс - максимальный часовой выход пароконденсатной смеси, т.ч (п.1.3)

Kу - удельные капитальные затраты на устройство утилизационной схемы, руб/т. (Kу =70 тыс. руб. на 1т пароконденсатной смеси в час).

Срок окупаемости затрат на внедрения модернизируемой тепловой схемы Т находится по формуле:

Т = K / (ЭQ + Эхов - Иэ ) = 1405,54 / (10624 + 10237,5 - 1120,36 ) = 0,07 лет

К = Ку · D2 = 60 · 4,84 = 1405,54



Ку = 60 тыс. руб. на 1т пароконденсатной смеси в час

К быстро окупаемым относятся энергосберегающие проекты со сроком окупаемости меньше одного года.

Энергосберегающие проекты со сроком окупаемости от одного до трёх лет относятся к среднесрочным.

Удельная экономия на единицу затрат Эк определяется по формуле:

Эк = Эгод / К = 20642,63 / 1405,54 =14,69 (руб./год)/руб.

Размещено на Allbest.ru