Термодинамический анализ технической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский национальный технический университет

Кафедра: Промышленная теплоэнергетика и теплотехника

Пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине Техническая термодинамика

Тема: Термодинамический анализ технической системы

Исполнитель: Козаченко В.М.

студент 3 курса 106528 группы

Руководитель: Романюк В.Н.

Минск 2010



Содержание

Введение

Глава первая. Методика расчета водогрейной котельной закрытого типа

1.1 Описание работы тепловой схемы водогрейной котельной с закрытой системой теплоснабжения

1.2 Поток сетевой воды идущей на мазутное хозяйство

1.3 Поток сетевой воды идущей на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

1.4 Деаэратор

1.5 Бак деаэрированной воды

1.6 Подогревателя сырой воды перед водоподготовкой

1.7 Химическая водоочистка потока сырой воды

1.8 Подогревательсырой умягченной воды перед деаэратором

1.9 Параметры потока после смешения и действия насосов

1.10 Расчет других необходимых параметров

1.11 Водогрейный котёл утилизатор

Глава вторая. Полный расчет технической системы за период равный одному часу

2.1 Расчет потока сетевой воды идущего на мазутное хозяйство

2.2 Расчет потока сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

2.3 Расчет деаэратора

2.4 Расчет бака деаэрированной воды

2.5 Расчет подогревателя сырой воды перед водоподготовкой

2.6 Расчет химической водоочистки потока сырой воды

2.7 Расчет подогревателя сырой умягченной воды перед деаэратором

2.8 Расчет параметров потока после смешения и действия насосов

2.9 Расчет других необходимых параметров

2.10 Расчет водогрейного котла

Список используемых источников



Введение

В современное время роль энергетики в экономике страны очень велика. Цены на энергоресурсы намного выше тех цен, которые были ещё 20 лет назад. Наша страна практически не имеет своих энергоресурсов и вынуждена покупать топливо в других странах. В недалёком прошлом практически никто не задумывался о экономии топлива. Теперь же вкладываются огромные деньги в модернизацию тепловых и электрических станций, а также тепловых сетей. Поэтому для определения эффективности работы систем выполняют термодинамический анализ технической системы. Одним из простых анализов технической системы является энергетический баланс.

Сопутствующая балансу энергии система показателей отражает полное количественное соответствие (равенство) между приходом и расходом энергетических ресурсов, распределение их между отдельными потребителями и их группами, районами потребления и позволяет определить эффективность использования энергоресурсов в хозяйстве страны или на его отдельных участках: в районе, отрасли, на предприятии, объекте, в установке.

Баланс энергии является основным документом для анализа энергопотребления той или иной технической системы, того или иного технологического процесса, дающего картину целевого потребления энергии всех видов. На основе анализа энергобаланса производится оценка фактического состояния и структуры энергоиспользования технической системы. Определяются потоки рассеиваемой энергии. Последние принято называть потерями энергии (статьями потерь), что не адекватно закону сохранения энергии, и термин «потери энергии» здесь употребляется как профессиональный сленг. Выявляются причины возникновения потерь энергии, и разрабатываются мероприятия по их снижению. В основе баланса энергии лежит принцип тепловых эффектов важнейших химических реакций, протекающих в исследуемой технической системе, что определило его другое название -- тепловой баланс. Метод энергетического анализа имеет ряд недостатков, из которых можно выделить:

-- определенная непоследовательность, связанная с тем, что при составлении энергобаланса какого-либо теплотехнологического процесса химическая энергия сырья и других потоков учитывается с помощью соответствующих тепловых эффектов химических реакций, а химическая энергия топлива принимается по их теплоте сгорания;

-- не определен комплекс независимых уравнений химических реакций, что не позволяет однозначно установить количество реагирующих и получаемых в ходе реакций веществ. Учитываются только важнейшие реакции, влияние остальных описывается посредством введения условных понятий типа «тепло шлакообразования» и т.д.

Из-за произвольного выбора различными исследователями набора важнейших реакций, протекающих в одной и той же технической системе, расчеты энергобалансов часто дают различные результаты.

Наконец, при всей бесспорной значимости энергобаланса надо помнить, что он базируется только на первом законе термодинамики и отражает лишь количественную сторону энергетических превращений, протекающих в технологическом процессе, а потому не может дать объективной и полной термодинамической оценки преобразования энергии. По этой причине на основе только баланса энергии нельзя определить пути энерготехнологического совершенствования производственных процессов, для выявления которых необходимо применять второй закон термодинамики.



Глава первая. Методика расчета водогрейной котельной закрытого типа

термодинамический анализ водогрейная котельная водоочистка

1.1 Описание работы тепловой схемы водогрейной котельной с закрытой системой теплоснабжения

Рисунок 1.1 - Расчетная тепловая схема водогрейной котельной с водогрейными котлами для закрытой системы теплоснабжения: 1. Водогрейный котел (котел утилизатор); 2. Сетевой насос; 3. Рециркуляционный насос; 4. Вакуумный деаэратор; 5. Бак деаэрированной воды; 6. Подпиточный насос; 7. Водоводяной подогреватель сырой воды; 8. Водоводяной подогреватель умягченной воды.

Технологическая схема приведена в графической части курсового проекта и рисунке 1.1. Сетевая вода при температуре

подаётся в котёл-утилизатор (КУ) (т.5в). В котле теплота отработавших дымовых газов ДВС, подводимая в (т.1г) передаётся сетевой воде и нагревается до температуры

.

Часть энергии рассеивается в окружающую среду

.

Далее идёт разделение потока горячей сетевой воды.

Часть её с параметрами

идёт на подогрев сырой и умягчённой воды, а также на деаэрацию; некоторая часть потока идёт на смешение с обратной сетевой водой. Основной объём сетевой воды идёт тепловому потребителю.Для регулирования температуры второго потока предусмотрены нерегулируемый

и регулируемый

перепуски.

Рассмотрим процесс подготовки воды для подпитки. Сырая вода (т. 14в) подаётся в водоводяной подогреватель, где на её нагрев тратится часть потока при температуре



.

Здесь также присутствуют потери в ОС

.

Далее подогретая сырая вода с температурой

(т. 15в)

подаётся на химическую очистку ХВО, где часть её тратится на собственные нужды и также присутствуют потери в окружающую среду

.

Умягчённая вода с параметрами

(т. 16в)

подогревается в водоводяном подогревателе умягчённой воды и с температурой ниже температуры воды в деаэраторе на

(т. 17в)

подаётся в вакуумный деаэратор. В деаэраторе поддерживается атмосфера, при которой жидкость находится в состоянии насыщения. За счёт подаваемой в деаэратор сетевой воды (т. 18в) с температурой



вода подпитки нагревается, и на выходе мы получаем поток деаэрированой воды (т. 9в), который поступает в бак-деаэратор. Здесь также присутствуют потери в ОС

.

Часть паровоздушной смеси теряется в результате выпаривания (т. 4ПВС). Давление возвращаемой сетевой воды выше давления в баке деаэраторе, поэтому поток подпитки из бака сжимается (10в - 11в) и смешивается с ней.

Часть потока G0 идёт на нагрев сырой и умягчённой воды с потерями в ОС в деаэраторе (т. 18в), часть на подогрев умягчённой воды в водоводяном подогревателе с потерями в окружающую среду. Оставшаяся часть потока идёт на подогрев сырой воды. Потоки сетевой воды после водоводяных подогревателей сливаются и подаются на смешение с возвращаемой сетевой водой.

Возвращаемая от потребителей сетевая вода с расходом и температурой

соответственно - (т.1в) и

- (т. 2в)

смешивается с потоком подпитки и потоком от водоводяных подогревателей - (т. 3в), сжимается сетевым насосом и получает параметры точки 4в. Затем, поток снова разделяется, где часть его идёт на регулируемый и нерегулируемый перепуски, реализованные в виде перемычек. Они необходимы для поддержания заданной потребителем температуры сетевой воды. Далее, к сетевой воде подмешивается поток рециркуляции, в результате чего нагревается и снова подаётся в котёл. Необходимость рециркуляции обусловлена предупреждением появления коррозии на поверхности нагрева (с газовой стороны). Температура сетевой воды на входе в котёл должна быть не менее .

Минимальная температура сетевой воды в падающем трубопроводе принята равной из условия отбора воды из сети на горячее водоснабжение.

Для возможности разогрева мазута, вакуумной деаэрации, подогрева сырой и умягченной воды, уменьшения количества воды на рециркуляцию один из котлов выделяется для работы в постоянном режиме (т.е. в течение всего отопительного периода с которого откачивают воду с постоянной температурой равной ); котел в переменном режиме (т.е. температура воды, выходящая с котла, зависит от его тепловой нагрузки).

Температурные графики котлов работающих один в постоянном, а другой в переменном режимах, отличаются как друг от друга, так и температурным графиком тепловой сети.

Температура сетевой воды в подающем трубопроводе за отопительный период не снижается ниже , что диктуется потребителями горячего водоснабжения (точка излома температурного соответствует температуре наружного воздуха + 4,2 °С).

Для выравнивания суточного графика нагрузок на горячее водоснабжение и уменьшения расчетной производительности водоподготовки, предусмотрена установка баков-аккумуляторов, куда поступает умягченная деаэрированная вода.

Подпиточные насосы забирают воду из баков-аккумуляторов и подают её во всасывающую линию сетевых насосов.

Для облегчения расчетов водогрейной котельной сделаем некоторые допущения: пренебрежем работой дроссельных каналов; среднюю изобарную теплоемкость воды

считаем постоянной и равной

1.2 Расчет потока сетевой воды на мазутное хозяйство

Исходные данные к расчёту.

Температура сетевой воды в подающем трубопроводе на мазутное хозяйство точка 8в:

Температура сетевой воды в обратном трубопроводе от мазутного хозяйства точка 1в:

Расход сетевой воды в обратном трубопрооде на мазутное хозяйство:



Расчет.

Составим систему уравнений для нахождения параметров в прямом трубопроводе на мазтное хозяйство:

(1.2.1)

Из (1.2.1) найдем .

Расход подпиточной воды , необходимой для восполнение потерь воды в теплосети, идущей на мазутное хозяйство, составляют 0,75 % от всего объёма воды, отпускаемой на подогрев мазута:

(1.2.2)

Количество тепловой энергии , отпускаемой на нагрев мазута:

(1.2.3)

где энтальпия греющей воды на выходе из котла при температуре 423,15 К и при давлении 0,3 Мпа:

=628,05 кДж/кг

Объем воды , отпускаемой на подогрев мазута равен



(1.2.4)

1.3 Расчет потока сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Исходные данные к расчету.

Температура сетевой воды в подающем трубопроводе к потребителю (отопление и вентиляция на выходе из котельной) точка 7в:

Температура сетевой воды в обратном трубопроводе от потребителя (отопление и вентиляция) на входе в котельную точка 2в:

Количество сетевой воды на обратном трубопроводе, идущей на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

Расчет.

Составим систему уравнений для нахождения параметров в прямом трубопроводе на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

(1.3.1)



Из (1.2.1) найдем

Расход подпиточной воды

,

необходимой для восполнение потерь воды в теплосети, идущей на горячее водоснобжение, составляют 0,75 % от всего объёма воды, отпускаемой на отопление:

(1.3.2)

Сумарный отпуск тепловой энергии

,

на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение:

(1.3.3)

где энтальпия греющей воды на выходе из котла при температуре 373,15 К и при давлении 0,3 Мпа:

=418,7 кДж/кг



Объём сетевой воды

в тепловой сети составляет:

Суммарное количество питательной воды

,

необходимой для восполнения потерь сетевой воды в теплосетях:

1.4 Деаэратор

Для защиты от коррозии поверхностей нагрева котлов, теплообменной аппаратуры и трубопроводов осуществляется удаление из питательной воды паровых котлов и подпиточной воды тепловых сетей коррозионноагрессивных газов -- кислорода и свободной углекислоты.



Рисунок 1.4 - Схематическое изображение вакуумного деаэратора

Деаэрация воды в вакуумном деаэраторе осуществляется в режиме недогретой воды, когда температура воды, поступающей в деаэратор, ниже температуры насыщения, соответствующей давлению 0,3 ата. Для подогрева воды до температуры насыщения в деаэратор подаетсявысокотемпературная вода с температурой и давлением

соответственно.

Составим баланс тепловой энергии деаэратора:

(1.4.1)



(1.4.2)

(1.4.3)

Подставляя выражение (1.4.2) и (1.4.3) в выражение (1.4.1) с учетом потерь на рассеивание энергии в деаэраторе, получаем:

(1.4.4)

где это количество греющей воды, поступающей в деаэратор после котла;

количество воды идущей на подпитку ПСВ, найденная ранее из выражения ;

энтальпия греющей воды, поступающей в деаэратор при температере 423,15 К и при давлении 0,3 Мпа: =628,05 кДж/кг

температура деаэрированой воды на выходе из деаэратора;

ниже температуры в деаэраторе на 20 °С.

Температура деаэрированной воды , равная температуре насыщения при давлении в деаэраторе 0,3 ата является

Расход воды на деаэратор складывается из двух расходов, приходящих в него:

(1.4.5)

Исходя из того, что расход пороводяной смеси в течении часа составляет 10 и 9 воздух насыщенный, получаем расход воды выходящей при выпаривании из деаэратора составляет

График 1.4 -Изменение температур в деаэраторе

Составим баланс энергии деаэратора:

где W? - приходящая энергия в деаэратор. Она состоит из:

энергия потока умягченной подпиточной воды, идущая в деаэратор:

где энтальпия умягченной воды на входе в деаэратор равная:

расход умягченной сырой воды;

энергия потока греющй воды. Энтальпия греющей воды на входе в деаэратор: =628,05 кДж/кг

Уходящая энергия W??, которая состоит из:

энергия потока деаэрированной воды на выходе из деаэратора

где энтальпия насыщенной жидкости при

есть:

энергия потока паровоздушной смеси выпариваемой из деаэратора,

где энтальпия насыщенного пара при

:

Потери энергии через ограждающую конструкцию деаэратора составляют 0,5 % от полезного потока теплоты процесса нагрева сред:

(1.4.9)

Подставляя все представленные выше значения энергий в баланс, получим:

(1.4.10)

1.5 Бак деаэрированной воды

Бак деаэрированной воды применяют для хранения воды в том случае, когда будет отсутствовать подпитка сырой сетевой воды (или в случае аварийной остановки), с двух часовым запасом, предусмотренным для устранения неполадок в тепловых сетях.

Рисунок 1.5 - Схематическое изображение бака деаэрированной воды

После деаэратора вода поступает в деаэраторный бак с температурой насыщения воды при давлении 0,3 ата равной tд = 69°С, расчет которой приведен выше в главе 1.4. Объём бака деаэратора рассчитан с запасом воды на период равный два часа. Рассеяние энергии в баке составляет QосБ= 0,5 % от полезного потока теплоты процесса нагрева умягчённой воды. Следовательно, при постоянном расходе деаэрированной воды, в баке температура её будет падать незначительно. Для нахождения температуры на выходе из бака составим тепловой баланс бака деаэрированной воды с учётом потерь:

(1.5.1)

где Qд - приходящая тепловая энергия с деаэратора, расчет которой производится по (1.5.1);

(1.5.2)

Подставляя в (1.5.1) выражения (1.5.2) получим:

откуда выражаем tБ и получаем выражение:

(1.5.3)

Энергетический баланс бака деаэрированной воды имеет вид:

(1.5.4)

Приход W? представляет собой:

энергия потока деаэрированной воды на входе в деаэратор,

где энтальпия насыщенной жидкости при

Есть

Расход имеет вид:

энергия потока деаэрированной воды на выходе из деаэраторного бака, где

энтальпия греющей воды на выходе из деаэраторного бака равная:

Подставляя все представленные выше значения энергий в баланс, получим окончательное выражение баланса энергии для бака с деаэрированной водой:



1.6Подогреватель сырой воды перед водоподготовкой

Рисунок 1.6 - Схема подогревателя сырой воды

Составим баланс тепловой энергии для подогревателя сырой воды перед водоподготовкой с учётом потерь через ограждающие конструкции теплообменника:

Количество тепловой энергии , необходимой для подогрева сырой воды перед водоподготовкой с учётом потерь в ТО равен:

(1.6.2)

где ,

есть температура сырой питающей воды на входе в теплообменник;



,

есть температура питающей воды на выходе из теплообменника.

Количество сырой воды соответствующей количеству умягченной воды:

где - коэффициент собственных нужд равный 1,1.

Количество умягченной воды, поступающей в деаэратор, складывается с двух потоков:

Количество тепловой энергии , отдаваемой греющим потоком равно:

где технологически заданная температура равная 70 °C.

В конечном виде при подстановке в выражение (1.6.1) формул (1.6.2) и (1.6.5) тепловой баланс примет вид:

Из баланса теплоты находим количество пара , необходимого для подогрева сырой воды:

где энтальпия греющей воды:

График 1.6 - График изменения температур в подогревателе сырой воды по всей длине теплообменника

Баланс энергии подогревателя сырой воды имеет вид:

(1.6.7)

Приход W? представляет собой:

энергия потока сырой воды на входе в подогреватель. Энтальпия сырой воды на входе находится из выражения:



(1.6.8)

энергия потока греющего пара на входе в подогреватель.

Расход W?? представляет собой:

энергия потока сырой воды на выходе из подогревателя. Энтальпия сырой воды на выходе находится из выражения:

(1.6.9)

энергия потока греющего пара на выходе их подогревателя. Энтальпия греющей воды на выходе:

(1.6.10)

Подставляя все представленные выше значения энергий в баланс, получим окончательное выражение баланса энергии для подогревателя сырой воды перед водоподготовкой:

1.7 Химическая водоочистка потока сырой воды

Водоподготовка заключается в освобождении воды от грубодисперсных и коллоидных примесей и содержащихся в ней солей, тем самым предотвращается отложение накипи, унос солей паром, коррозия металлов, а также загрязнение обрабатываемых материалов при использовании воды в технологических процессах. Количество теряемой теплоты при очистке сырой воды принимаем равной 5 % от полезной теплоты.

Рисунок 1.7 - Схема химической водоочистки питательной воды

Составим баланс тепловой энергии для ХВО с учётом потерь через ограждающие конструкции теплообменника:

где рассчитанная ранее из выражения (1.6.2) тепловая энергия потока сырой воды перед водоподготовкой;

тепловая энергия, затрачиваемая на очистку сырой воды, которая находится из выражения:



где температура умягченной воды равная 38°C;

количество сетевой воды, идущей на собственные нужды котельной, определяется как:

(1.7.3)

количество тепловой энергии на выходе из водоочистки, определяемое из выражения:

(1.7.4)

где количество умягченной воды, определяемое выше из выражения ;

температура умягченной воды на выходе из водоподготовки равная 38°C;

Подставляя в выражение баланса теплоты формулы (1.7.3) и (1.7.4) получим формулу:

Баланс энергии для водоподготовки будет иметь вид:

(1.7.5)

Приход W? представляет собой:

энергия потока сырой воды на выходе из подогревателя. Энтальпия сырой воды на выходе находится из выражения

(1.7.6)

Расход W?? представляет собой:

энергия потока очищенной воды на выходе ХВО. Энтальпия очищенной воды на выходе находится из выражения:

(1.7.7)

энергия потока очищенной воды, идущей на собственные нужды. Энтальпия очищенной воды, идущей на собственные нужды равна:

(1.7.8)

Подставляя все представленные выше значения энергий в баланс, получим окончательное выражение баланса энергии для химической очистки воды:

(1.7.9)



1.8 Подогреватель сырой умягченной воды перед деаэратором

Рисунок 1.8 - Схематическое изображения подогревателя сырой умягченной воды

Тепловой баланс подогревателя сырой умягченной воды перед деаэратором с учётом потерь в теплообменнике имеет вид

Потери в теплообменнике составляют 0,5 % от полезного потока тепловой энергии, что представляет собой:

Количество тепловой энергии , необходимой для подогрева сырой умягченной воды перед деаэратором, равен:



где

температура сырой воды после её умягчения;

температура сырой умягченной воды после теплообменника, которая меньше на 20 °С, что составляет 49 °С.

Количество тепловой энергии , отдаваемой греющим потоком равно:

где расход пара, необходимого для подогрева сырой умягченной воды.

Количество греющего пара , соответствующее расходу тепла на подогрев умягченной воды перед деаэраторомс учётом потерь в ОС, найдём из баланса теплоты:



График 1.8 - График изменения температур в подогревателе сырой умягченной воды по всей поверхности теплообменника

Энергетический баланс подогревателя сырой умягченной воды имеет вид:

Приходящая энергия равна:

гдеэнергия потока умягченной воды, поступающей в подогреватель умягченной воды. Энтальпия умягченной воды на входе в теплообменник равна:



энергия потока воды, поступающего в подогреватель умягченной воды. Энтальпия греющего пара на входе в теплообменник равна:

(1.8.8)

Уходящая энергия равна:

энергия потока умягченной воды, выходящей из подогревателя умягченной воды. Энтальпия мягченной воды на выходе из теплообменника равна:

(1.8.10)

энергия потока воды, выходящего из подогревателя умягченной воды. Энтальпия греющего пара на выходе из теплообменника равна:

(1.8.11)

В конечном виде баланс энергий для подогревателя умягченной воды будет иметь вид:



1.9 Параметры потока после смешения и действия насосов

Подпиточный насос компенсирует утечки из тепловой сети. Процент утечки задается в пределах 1-2 % часового расхода сетевой воды. При непосредственном отборе воды из системы для горячего водоснабжения, величину утечки определяют расчетом. Подпитку осуществляют водой, прошедшей водоподготовку.

Рисунок 1.9 - Принципиальная схема подпиточного насоса

Объем воды, проходящей через подпиточный насос за один час:

(1.9.1)

Мощность подпиточного насоса определяется из выражения:



(1.9.2)

где =0,05 МПа, а =0,03 МПа.

Техническая работа, совершаемая насосом по изменению давления сетевой воды определяется как:

(1.9.3)

Параметры потока после смешения потоков циркуляционной воды с ОСВ в точке 3в:

(1.9.4)

Температура сетевой воды в обратном трубопроводе перед сетевым насосом,определяется в результате смешения потоков обратной сетевой воды от потребителя, потока подпитки и потока греющей воды от подогревателей питательной воды:

(1.9.5)

Суммарный объем сетевой воды проходящий через сетевой насос составляет:



Объем сетевой воды, проходящей через насос за один час:

(1.9.7)

Мощность сетевого насоса выражается из формулы:

(1.9.8)

где =0,5 МПа, а =0,05 МПа.

Техническая работа, совершаемая насосом по изменению давления сетевой воды определяется как:

(1.9.9)

1.10 Расчет других необходимых параметров

Количество воды на рециркуляцию определяется температурой воды на входе в котёл

,

до которой необходимо нагреть обратную сетевую воду с восполненными потерями и температурой , находим из баланса теплоты:

(1.10.1)



Откуда выражаем количество воды, идущей на рециркуляцию:

(1.10.2)

Количество воды , идущей на регулируемый перепуск составляет:

(1.10.3)

Энергия воды , идущей на регулируемый перепуск, выражается как:

(1.10.4)

1.11 Водогрейный котёл утилизатор

Ниже приведен расчет объёмов воздуха и продуктов сгорания при сжигании 1 м3 сухого газообразного топлива.

Объём дымовых газов при избытке воздуха б > 1, производим по формуле 4-08 (страница 16, [5]):

Объем трёхатомных газов рассчитываем по формуле 4-15 (страница 16, [5]):



Теоретический объём азота рассчитывается по формуле 4-14 (страница 16, [5]):

Теоретический объём водяных паров рассчитывается по формуле 4-16 (страница 16, [5]):

где влагосодержание газообразного топлива, отнесённое к 1 сухого газа, .

Теоретическое количество воздуха определяется из формулы 4-13 (страница 16, [5]):

Энтальпия дымовых газов на 1 м³ топлива подсчитывается по формуле 4-21 (страница 17, [5]):

.

Энтальпия дымовых газов при коэффициенте избытка воздуха найдём по формуле4-22 (страница 17, [5]):

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при нормальных условиях находится по формуле 4-23 (страница 17, [5]):

Энтальпия во всех формулах рассчитана на влажного воздуха , углекислого газа , азота , и водяных паров определяется по таблице XIII(страница 179, [5]).

Объемный состав дымовых газов после смешения с присосом воздуха рассчитывается по формуле:

гдеиобъемные доли вещества вдымовых газах и присосе воздуха соответственно;иобъем дымовых газов и присоса воздуха соответственно.

Присос воздуха равен 1,5% от расхода окислителя, что составляет:

Теплоёмкость дымовых газов рассчитываем по формуле:



Средние объёмные изобарные теплоёмкости компонент дымовых газов для температуры 486 ?С составляют:

Так как известна концентрация паров H2O во влажном воздухе, то, воспользовавшись функциями для нахождения изобарной теплоёмкости воды и теплоёмкости сухого воздуха найдём теплоёмкость влажного воздуха

при температуре 20?С:

(1.11.12)

Энтальпия дымовых газов, на входе в котел:



(1.11.13)

Энтальпия присосов воздуха на входе в котел находим по формуле:

(1.11.14)

Найдем энтальпию смеси дымовых газов на входе в котел из баланса:

Средние объёмные изобарные теплоёмкости компонент дымовых газов для температуры соответствующей температуре дымовых газов на выходе из котла утилизатора при 110?С находим из соответствующих таблиц:



Теплоемкость дымовых газов

,

с учётом присоса воздуха, на выходе из котла, находим аналогично выражению :

Энтальпия дымовых газов на выходе из котла находим аналогично выражению (1.11.13):

Составим тепловой баланс для дымовых газов с учётом присосов и рассеяния энергии через ограждающие конструкции ВКУ:

Откуда найдем расход дымовых газов на котёл в расчёте на то, что объём на входе и на выходе дымовых газов принимаем одинаковым:



Энергетический баланс для водогрейного котла имеет вид:

Энергия прихода равна:

Энергия расхода равна:

Энтальпия прихода для воды равна:

Энтальпия расхода для воды равна:

Подставляя все представленные выше значения энергий в баланс, получим окончательное выражение баланса энергии для химической очистки воды:



Глава вторая. Полный расчет технической системы за период равный одному часу

2.1 Расчет потока сетевой воды идущего на мазутное хозяйство

Исходные данные к расчёту:

Температура сетевой воды в подающем трубопроводе на мазутное хозяйство точка 8в

Температура сетевой воды в обратном трубопроводе от мазутного хозяйства точка1в

Расход сетевой воды в обратном трубопрооде на мазутное хозяйство составляет

Из системы уравнений (1.2.1):

Объём сетевой воды в тепловых сетях найдём из формулы (1.2.4)



Расход подпиточной воды , необходимой для восполнение потерь воды в теплосети, идущей на мазутное хозяйство, составляют 0,75 % от всего объёма воды, отпускаемой на подогрев мазута определяем із выраженія (1.2.2):

Количество тепловой энергии , отпускаемой на нагрев мазута определим из выражения (1.2.3):

2.2 Расчет потока сетевой воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Исходные данные к расчету:

температура сетевой воды в подающем трубопроводе к потребителю (отопление и вентиляция на выходе из котельной) точка 7в;

температура сетевой воды в обратном трубопроводе от потребителя (отопление и вентиляция) на входе в котельную т.2в;



количество сетевой воды на обратном трубопроводе, идущей на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Из системы уравнений (1.3.1):

Расход подпиточной воды

,

необходимой для восполнение потерь воды в теплосети, идущей на горячее водоснобжение, составляют 0,75 % от всего объёма воды, отпускаемой на отопление, найдем из (1.3.2):

Сумарный отпуск тепловой энергии

,

на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение определим из уравнения (1.3.3):



Объём сетевой воды

в тепловой сети определяем из (1.3.4):

Суммарное количество питательной воды

,

необходимой для восполнения потерь сетевой воды в теплосетях найдем из(1.3.5)

2.3 Расчет деаэратора

Количество воды, поступающего в деаэратор от полезного потока теплоты процесса нагрева дымовыми газами питательной воды, найдем из выражения (1.4.4):



где температура воды в деаэраторе tд соответствует температуре насыщения воды при давлении 0,3 ата. По условию температура в точке 17в (после подогрева умягчённой воды) ниже температуры воды в деаэраторе на 20?С:

Расход воды на выходе из деаэратора соответствует выражению (1.4.5):

Баланс энергии деаэратора находим из:

Энтальпию умягченной воды, на входе в деаэратор находим из выражения :

Энтальпию греющего пара на входе в деаэратор находим из (1.4.8):

Энтальпия насыщенной жидкости при



Энтальпия насыщенного пара при

:

Подставляя все рассчитанные выше значения энтальпий и расходов в баланс (1.4.6), получим выражение (1.4.10), (расчет недостающих данных представлен далее):

Дисбаланс 0,8 %.

2.4 Расчет бака деаэрированной воды

Температуру на выходе из бака найдем из теплового баланса (1.5.1), подставив в него выражения (1.4.3), имеем:

и выражая tб получим формулу (1.5.3):



Энергетический баланс бака деаэрированной воды:

Энтальпия насыщенной жидкости при

:

Энтальпия воды на выходе из деаэраторного бака найдём из выражения :

Подставляя все представленные выше значения энтальпий в баланс, получим окончательное выражение баланса энергии для бака с деаэрированной водой :

Дисбаланс составляет 0,1 %.



2.5 Расчет подогревателя сырой воды перед водоподготовкой

Количество умягченной воды , поступающей в деаэратор, найдём из формулы :

Найдём количество сырой подпиточной воды , соответствующей количеству умягченной воды из выражения :

Из баланса теплоты находим количество , необходимого для подогрева сырой воды по уравнению :

Количество тепла , необходимого для подогрева сырой воды перед водоподготовкой с учётом потерь в ТО найдём из выражения (1.6.2):

Баланс энергии подогревателя сырой воды имеет вид (1.6.7):

Энергия прихода включает в себя:

энтальпия сырой воды на входе находится из выражения (1.6.8):

энтальпия греющей воды:

Энергия расхода включает в себя:

энтальпия сырой воды на выходе находится из выражения (1.6.9):

Энтальпия греющей воды на выходе по формуле (1.6.10):

Подставляя все представленные выше значения энергий в баланс, получим окончательное выражение баланса энергии для подогревателя сырой воды перед водоподготовкой:



Дисбаланс составляет 0,35 %.

2.6 Расчет химической водоочистки потока сырой воды

Количество сетевой воды, идущей на собственные нужды котельной, определяется из формулы (1.7.3):

Баланс энергии для водоподготовки будет иметь вид:

Энтальпия сырой воды на входе находится из выражения :

Энтальпия очищенной воды на выходе находится из выражения :

Энтальпия очищенной воды идущей на собственные нужды равна:

Подставляя все представленные выше значения энтальпий в баланс, получим окончательное выражение :



Дисбаланс составляет 0,01 %.

2.7 Расчет подогревателя сырой умягченной воды перед деаэратором

Количество греющей воды , соответствующее расходу тепловой энергии на подогрев умягченной воды перед деаэратором с учётом потерь в ОС, найдём из выражения :

Количество тепла , необходимого для подогрева сырой умягченной воды перед деаэратором равен:

Энергетический баланс подогревателя сырой умягченной воды имеет вид:

Энтальпия умягченной воды на входе в теплообменник найдём из выражения :

Энтальпия греющего пара на входе в теплообменник (1.8.8):

Энтальпия умягченной воды на выходе из теплообменника определяется из (1.8.10):

Энтальпия греющего пара на выходе из теплообменника найдём по формуле (1.8.11):

В конечном виде баланс энергий для подогревателя умягченной воды найдём из выражения :



Дисбаланс составляет 0,02 %.

2.8 Расчет параметров потока после смешения и действия насосов

Объем воды, проходящей через подпиточный насос за один час найдем из (1.9.1):

Мощность подпиточного насоса определяется из выражения (1.9.2):

Техническая работа, совершаемая насосом по изменению давления сетевой воды найдем из (1.9.3):

Температура сетевой воды в обратном трубопроводе перед сетевым насосом,определяется из (1.9.5):

Суммарный объем сетевой воды, проходящий через сетевой насос, найдем из (1.9.6):



Объем сетевой воды, проходящей через насос за один час найдем из (1.9.7):

Мощность сетевого насоса выражается определим из (1.9.8):

Техническая работа, совершаемая насосом по изменению давления сетевой воды определяется из (1.9.9):

2.9 Расчет других необходимых параметров

Количество воды на рециркуляцию определим из (1.10.2):

Количество воды , идущей на регулируемый перепуск составляет:



Энергия воды , идущей на регулируемый перепуск, выражается как:

2.10 Расчет водогрейного котла

Теплоёмкость дымовых газов рассчитываем по формуле (1.11.11):

Так как известна концентрация паров H2O во влажном воздухе, то, воспользовавшись функциями для нахождения изобарной теплоёмкости воды и теплоёмкости сухого воздуха найдём теплоёмкость влажного воздуха

при температуре 20?С из (1.11.12):

Энтальпия дымовых газов , на входе в котел из (1.11.13):

Энтальпия присосов воздуха на входе в котел находим по формуле (1.11.14):

Найдем энтальпию смеси дымовых газов на входе в котел из (1.11.16):

Теплоемкость дымовых газов

с учётом присоса воздуха,выходе из котла, находим из (1.11.17):

Энтальпия дымовых газов на выходе из котла находим из (1.11.18):

Расход дымовых газов на котёл в расчёте на то, что объём на входе и на выходе дымовых газов принимаем одинаковым и находим их из выражения :

Объем присосов:

Энергетический баланс для водогрейного котла имеет вид:

Энтальпия прихода для воды найдём из :

Энтальпия расхода для воды найдём из :

Энергия прихода найдём из формулы :

Энергия расхода:



Дисбаланс составляет 0,8 %.



Список используемых источников

1. Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк «Техническая термодинамика», т.1. УП «Технопринт», Минск2004г.

2. Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк «Техническая термодинамика», т.2. УП «Технопринт», Минск 2004г.

3. М.П. Вулкалович, С.Л. Ривкин, А.А. Александров «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара». Издательство стандартов, Москва 1969г.

4. Ю.П. Гусев«Основы проектирования котельных установок» Издательство Литературы по строительству, Москва 1973г.

5. Н.В. Кузнецов, В.В. Митора, И.Е. Дубовский, Э.С. Карасна «Тепловой расчёт котельных агрегатов». Издание 2-е, переработанное. Издательство «Энергия», Москва 1973г.

Размещено на Allbest.ru