Расчет трансформаторов теплоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

На тему: Расчеты трансформаторов теплоты

Санкт-Петербург 2010 г.

План

Введение

1. Исходные данные

2. Расчет производительности ХС для системы охлаждения оборотной воды

3. Расчет цикла парокомпрессионного трансформатора теплоты

4. Расчет цикла бромисто-литиевого трансформатора теплоты

5. Гидравлический расчет тракта хладоносителя

6. Сравнительный технико-экономический анализ использования на холодильной станции парокомпрессионных или абсорбционных холодильных машин

Список литературы

1. Исходные данные

Потребность предприятия в захоложенной воде с учетом ее потерь составляет V = 80 м 3/ч. Вода выходит из технологических аппаратов с температурой t1 = 30 єС и направляется на охлаждение в испаритель(для парокомпрессионной ХМ) или в теплообменник системы потребления (для АБХМ), где охлаждается до температуры t2 = 20 °С. Охлажденная вода вновь направляется в технологические аппараты.

Расстояние от ХС до потребителя составляет l = 950 м. По трассе оборотной воды размещается n1 = 9 задвижек, n2 = 9 поворотов под углом 45°, грязевик. Коэффициент гидравлического сопротивления по длине лтр = 0,05. Гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата со стороны оборотной воды (испарителя и ТОСП) составляет ?p = 80 кПа.

Принять величину потерь холода в системе хладоснабжения равными 10% ' от полезной холодопроизводителъности.

Температура окружающей среды То.с. = 20 °С = 293 К

Парокомпрессионная холодильная установка

Рабочее тело - фреон R12. КПД компрессора адиабатный (индикаторный) зi = 0,78, электромеханический зэм = 0,92.

Температура испарения фреона t0 = t2 - 5 = 20 - 5 = 15°С; температура конденсации tк = 40°С температура всасывания паров хладоагента на 8°С выше температуры испарения (t1 = t0 + 8 = 15 + 8 =23 °С), коэффициент теплопередачи испарителя Ки = 450 Вт/(м 2•К), конденсатора Кк = 550 Вт/(м 2•К), среднелогарифмический температурный напор в конденсаторе 15°С. фреон хладоноситель теплообменный

Абсорбционная холодильная установка

Перепад температур в ТОСП между оборотной водой и промежуточным хладоносителем составляет . Температура испарения ; температура охлаждающей воды на входе в аппараты tw2 = 30 °С и на выходе из них tw1 = 34 °С.

В качестве греющего теплоносителя используется горячая вода, ее температура на входе в генератор . Конечные разности температур: в конденсаторе ?tк = 6°С, в абсорбере ?ta = 9°С, в генераторе ?tг = 9 єС.

Охлаждение воды системы оборотного водоснабжения технологических потребителей предприятия.

Составить и изобразить принципиальную технологическую схему системы оборотного водоснабжения потребителей с охлаждением воды от ХС.

Определить расчетную холодопроизводительность ХС с учетом неизбежных потерь холода.

Выполнить расчет цикла парокомпрессионной холодильной машины с выбором типоразмера и количества устанавливаемых холодильных машин или компрессионных агрегатов. Определить необходимые площади поверхностей нагрева конденсатора и испарителя холодильной установки и выбрать их стандартные типоразмеры.

Провести расчет цикла абсорбционной холодильной машины с выбором типоразмера и количества холодильных установок, обеспечивающих надежность работы ХС. Определить расход холодной воды циркулирующей между испарителем АБХМ и теплообменником захолаживания оборотной воды, подобрать насосы для обеспечения циркуляции.

Выполнить сравнительный технико-экономический анализ применения на ХС парокомпрессионных или абсорбционных холодильных машин.

Выполнить гидравлический расчет тракта оборотной воды, выбрать типоразмер и количество насосов для обеспечения ее циркуляции.

Исходные данные:

Потребность предприятия в захоложенной воде с учетом ее потерь:

V = 80 м 3/ч;

Температура воды, выходящей из технологических аппаратов: tв 1 = 30 єС;

Температура воды на выходе из испарителя: tв 2 = 20 °С;

Расстояние от ХС до потребителя: l = 950 м;

Число задвижек по трассе: n1 = 9;

Число поворотов под углом 45°: n2 = 9;

Коэффициент гидравлического сопротивления по длине: лтр = 0,05;

Гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата со стороны оборотной воды (испарителя и ТОСП): ?p = 80 кПа;

Температура окружающей среды: То.с. = 20 °С = 293 К;

Парокомпрессионная холодильная установка:

Рабочее тело - фреон R12;

КПД компрессора адиабатный (индикаторный): зi = 0,78;

КПД компрессора электромеханический: зэм = 0,92;

Температура испарения фреона: t0 = 15°С;

Температура конденсации: tк = 40°С;

Температура всасывания паров хладоагента: t1 = 23 °С;

Коэффициент теплопередачи испарителя: Ки = 450 Вт/(м 2•К);

Коэффициент теплопередачи конденсатора: Кк = 550 Вт/(м 2•К);

Среднелогарифмический температурный напор в конденсаторе: 15°С.

Абсорбционная холодильная установка

Перепад температур между оборотной водой и промежуточным хладоносителем: ;

Температура испарения: ;

Температура охлаждающей воды на входе в аппараты: tw2 = 30 °С;

Температура охлаждающей воды на выходе из них: tw1 = 34 °С;

Температура горячей воды на входе в генератор: ;

Конечные разности температур:

– в конденсаторе ?tк = 6°С;

– в абсорбере ?ta = 9°С;

– в генераторе ?tг = 9 єС.

2. Расчет производительности ХС для системы охлаждения оборотной воды

1. Расчетная производительность без учета потерь:

где:

- плотность воды;

- теплоемкость воды;

2. Действительная расчетная производительность:

- коэффициент, учитывающий потери холода за счет притока от окружающей среды на пути от ХС до оросительной камеры.

3. Расчет цикла парокомпрессионного трансформатора теплоты

1. Определение параметров точки 5 на Ts - диаграмме:

находится на пересечении изотермы t0 = t5 = 15° С с линией сухого насыщенного пара хладагента (х = 1):

Р 0 = Р 5 = 0,5 МПа; t0 = t5 = 15° С; i5 = 580 кДж/кг;

2. Определение параметров точки 1 на Ts - диаграмме:

точка пересечения изотермы t1= t0 + 8 = 15 + 8 =23 °С с изобарой Р 0 = 0,5 МПа;

Р 1 = 0,5 МПа; t1 =23° С; i1 = 585,5 кДж/кг;

3. Определение параметров точки 3' на Ts - диаграмме:

пересечение изотерм tк = = 40° С с линией кипящей жидкости хладагента:

Рк = = 1,0 МПа; tк = = 40° С; = 458,3 кДж/кг;

4. Определение параметров точки 2'. Точка пересечения изоэнтропы 1-2' с изобарой Рк:

=1,0 МПа; = 53 °С; = 598,5 кДж/кг;

5. Определение параметров точки 3. Пересечение i3 c с изобарой Рк:

Р 3 = 1,0 МПа; t3 = 35° С;

6. Определение параметров точки 2. Пересечение i2 c с изобарой Рк:

t2 = 57 єС; Pk = 1,0 МПа;

7. Удельная работа компрессора:

Удельная нагрузка испарителя (удельная холодопроизводительность):

где ;

8. Удельная нагрузка конденсатора:

9. Удельная мощность привода компрессора:

10. Уравнение теплового баланса установки:

11. Массовый расход хладагента:

12. Мощность привода компрессора:

Тепловая нагрузка конденсатора:

13. Холодильный коэффициент:

14. Коэффициент работоспособности холода на нижнем уровне (при температуре Т 0):

15. Тепловая нагрузка испарителя:

16. Коэффициент полезного действия установки по хладагенту:

17. Коэффициент работоспособности холода, при средней температуре охлаждаемой в испаритель среды:

Соответствует

18. Эксергетический КПД системы с учетом потерь эксергии в испарителе:

19. Поверхность нагрева конденсатора:

22. Поверхность нагрева испарителя:

Выбор количества холодильных машин исходит из расчетной холодопроизводительности (Q0д = 1019,7 кВт). Выбираем холодильную машину ХТМФ-125-1000 с рабочим телом фреон R-12 c компрессором ТКФ-125 (n = 15000 мин-1). Число одновременно работающих машин - 1 + 1резервная.

Выбираем конденсатор по поверхности нагрева - КТР-150. Число одновременно работающих - 2 + 1 в резерве.

Выбираем испаритель по поверхности нагрева - ИТР-50. Число одновременно работающих - 3 и 1 - в резерве.

4. Расчет цикла бромисто-литиевого трансформатора теплоты

Перепад температур между оборотной водой и промежуточным хладоносителем:

;

Температура испарения:

Температура охлаждающей воды на входе в аппараты: tw2 = 30 єС;

Температура охлаждающей воды на выходе из аппаратов: tw1 = 34 єС;

В качестве греющего теплоносителя используется горячая вода ее температура на входе генератор: ;

Конечные разности температур:

в конденсаторе - ?tк = 6 єС;

в абсорбере - ?tа = 9 єС;

в генераторе - ?tг = 9 єС.

1. Температура генерации:

2. Температура конденсации хладагента (воды):

Рк = 57 мм рт.ст. = 7599,4 Па (по i,о-диаграмме);

3. Энтальпия хладагента. Точка 8: i8=i9= 588 кДж/кг;

4. Температура испарения: t0 = t10 = 10 єС, Р 0 = 9 мм.рт.ст. (по i,о-диаграмме);

5. Энтальпия хладагента (воды) на выходе из испарителя:

i0 = i10 = 470 кДж/кг (Р 0 = 9 мм.рт.ст.), ;

6. Температура абсорбции:

;

Параметры слабого по LiBr раствора, выходящего из абсорбера на пересечении изобары Р 0 = Р 5 = 9 мм.рт.ст. с изотермой ta=t5= 39°С; %; i5 = 260 кДж/кг;

7. Параметры крепкого раствора, выходящего из генератора при и : % и i2 = 360 кДж/кг;

8. Параметры крепкого раствора, выходящего из теплообменника на пересечении изотермы t3 c линией постоянной концентрации 62%:

i3 = 360 кДж/кг;

9. Параметры хладагента (воды) на выходе из генератора:

10. Кратность циркуляции раствора (удельное количество раствора, подаваемого в генератор, на 1 кг. отходящей воды):

где:

11. Удельная тепловая нагрузка теплообменника:

12. Энтальпия слабого раствора на входе в генератор:

13. Удельная тепловая нагрузка генератора:

15. Удельная тепловая нагрузка конденсатора:

16. Параметры хладагента (воды) на выходе из испарителя:

17. Удельная хладопроизводительность:

18. Удельное количество теплоты, отведенной в абсорбере:

19. Тепловой баланс установки:

20. Количество циркулирующего хладагента (воды):

21. Тепловые нагрузки аппаратов:

- генератора:

- конденсатора:

- теплообменника:

- абсорбера:

22. Расход холодной воды подаваемой от испарителя потребителю:

где:

23. Холодильный коэффициент:

24. Эксергетический КПД установки по хладагенту:

где:

Коэффициент полезного действия по хладоносителю (воде):

где:

Выбираем типоразмер и число холодильных машин устанавливаемых на ХС-АБХМ-500 (Q=581 кВт), число одновременно работающих 2 + 1 в резерве.

5. Гидравлический расчет тракта хладоносителя

1. Ориентировочный диаметр трубопровода:

где w - скорость хладоносителя, принимается равной 1,5-2 м/с.

Выбираем диаметр труб по стандарту d = 125 мм(dн = 133мм, dв = 125мм)

2. Уточненяем скорость хладоносителя:

3. Потери давления по длине трубопровода:

4. Потери давления в местных сопротивлениях:

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений по тракту хладоносителя.

5. Полная потеря напора в тракте хладоносителя:



Выбираем насосы марки 4К-6 (подача - 117 м 3/ч; Полный напор - 72 м). Количество работающих - 1 насос +1 резервный

6. Сравнительный технико-экономический анализ использования на холодильной станции парокомпрессионных или абсорбционных холодильных машин

Энергетическое сравнение:

Холодильный коэффициент компрессионной холодильной машины.

Удельный расход топлива на выработку единицы холода в компрессионной холодильной машине:

где bэ - удельный расход топлива на отпуск электроэнергии bэ =0,34ч0,36;

вк - коэффициент расхода энергии на собственные нужды (0,05ч0,07);

Холодильный коэффициент абсорбционной холодильной машины:

Удельный расход условного топлива на выработку единицы холода в абсорбционной холодильной машине

при теплоснабжении от котельной, кпд которой , удельный расход на выработку тепловой энергии составит:

ва - коэффициент расхода энергии на собственные нужды (0.10ч0.15), принимаем ва = 0,12,тогда:

Условие равенства энергетической экономичности абсорбционной и компрессионной холодильной машины:

Следовательно, выгоднее компрессионные установки. Чем ниже величина bт, тем целесообразнее применение абсорбционных холодильных машин.

Список литературы

1. Луканин П.В., Нартов И.М. Расчеты трансформаторов теплоты: Учеб. пособие / СПбГТУРП. СПб., 1993. 60 с.

2. Луканин П.В., Нартов И.М. Трансформаторы теплоты: Учеб. пособие /СПбТИ ЦБП. СПб., 1992. 77 с.

3. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения. Сборник задач: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989 г.- 200с.

Размещено на Allbest.ru