150502 (594555), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Рисунок 14 - Схема теплоустановки "ЮСМАР-М": 1 - вихревой теплогенератор, 2 - электронасос, 3 - бойлер, 4 - циркуляционный насос, 5 - вентилятор, 6 - радиаторы, 7 - пульт управления и блок автоматики, 8 - датчик температуры.

Как уже говорилось ранее, для теплоснабжения музея предлагается установить два теплогенератора "Юсмар-1М". Первая установка предназначена для отопления зданий музея. Расход горячей воды в системе отопления не подвержен резким изменениям, поэтому потребитель подключается непосредственно к бойлеру теплогенератора (рис.15).

Рисунок 15 - Схема подключения тепловой установки "Юсмар-1М" к системе отопления: 1 - теплоустановка "Юсмар-1М"; 2 - циркуляционный насос; 3 - пульт управления и автоматики; 4 - термодатчик; 5 - радиаторы.

Второй теплогенератор необходим для обеспечения музея-заповедника горячей водой. В этом случае расход воды потребителем колеблется во времени. Поэтому, теплогенератор "Юсмар-1М" подключается к системе горячего водоснабжения не напрямую, а через теплообменник (рис.16).

Рисунок 16 - Схема подключения тепловой установки "Юсмар-1М" к системе горячего водоснабжения: 1 - теплоустановка "Юсмар-1М"; 2 - циркуляционный насос; 3 - пульт управления и автоматики; 4 - термодатчик; 5 - теплообменник; 6 - бак-аккумулятор; 7 - кран горячей воды.

Санитарными нормами установлено, что температура воды, идущей на горячее водоснабжение, должна быть не менее 55˚С. Для того чтобы вода в баке-аккумуляторе 6 нагревалась до этой температуры надо подобрать необходимую площадь поверхности теплообменника 5.

Пусть данный теплообменник выполнен в виде змеевика из латунной трубки, наружный и внутренний диаметры которой равны d_В / d_Н = 14/16 мм. Рассчитаем необходимую длину этого змеевика.

Расход воды на горячее водоснабжение (нагреваемый теплоноситель) составляет: Gг. в. = 0,530 кг/с; расход воды через змеевик (греющий теплоноситель) принимаем равным G’г. в. =0,720 кг/с (G’г. в. равно расходу воды на отопление).

Объем V бойлера-аккумулятора принимаем исходя из следующего условия: запаса горячей воды в нем должно хватить на бесперебойное снабжение потребителей в течение 8 часов.Т.о.

V = Gг. в. · 8 · 3,6 = 0,53 · 8 · 3,6 15 м³. (4.1)

Отсюда следует: диаметр бака - D = 1,5м; высота бака - L = 2 м.

Температуры греющего теплоносителя: на входе - t₁₁ = 95 °С, на выходе - t₁₂ = 60 °С.

Температуры нагреваемого теплоносителя: на входе - t₂₁ = 20 °С (принимаем из условия, что 1/3 горячей воды возвращается с температурой 50˚С, а 2/3 добавляем из водопровода с температурой 5˚С), на выходе - t₂₂ = 55 °С.

Определим скорости движения теплоносителей в змеевике W₁ и в баке-аккумуляторе W₂:

(4.2)

(4.3)

(4.4) (4.5)

Для расчета коэффициента теплоотдачи α необходимо знать среднюю температуру воды в змеевике t_1СР и в баке-аккумуляторе t_2СР:

Для того, чтобы определить режим течения жидкости по змеевику и в баке, найдем числа Рейнольдса, Re₁ и Re₂ соответственно:

(4.6) (4.7)

Где: ν₁ = 0,00000038 м²/с - кинематическая вязкость воды при температуре t_1CР;

ν₂ = 0,00000049 м²/с - кинематическая вязкость воды при температуре t_2CР;

Так как Re₁ > 10000 - режим течения воды в змеевике - турбулентный. Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности греющих труб к омывающей их воде α₁ в бойлере рассчитывается с использованием уравнения подобия:

(4.8) (4.9)

Где: Pr₁=2,55 и Pr_1СТ=2,64 - критерии Прандтля при температуре воды t_1СР=69,21°С и t_СТ = t_1СР - 2 = 67,21°С соответственно;

λ₁ = 0,686 Вт/м· К - коэффициент теплопроводности воды при t_1СР.

Так как скорость течения воды в баке очень мала, можно предположить, что теплообмен между горячим змеевиком и омывающей его водой происходит благодаря свободной конвекции. Она представляет собой обычно подъемное течение, обусловленное подъемной силой, действующей на нагретые на поверхности слои жидкости. Соответственно на холодной стенке устанавливается опускное течение. В качестве безразмерного критерия подобия для свободной конвекции используется число Гразгофа, Gr₂

(4.10)

где: L - высота бака-аккумулятора;

g - ускорение свободного падения;

Θ₀ - температура наружной поверхности трубы;

V - температура жидкости вне узкой области свободноконвективного движения;

ν - кинематическая вязкость жидкости.

Таким образом, для нашего случая:

(4.11)

Теплоотдачу при свободной конвекции от нагретого змеевика к жидкости можно рассчитать по уравнению:

(4.12) (4.13)

Во всех аппаратах периодического действия происходит нестационарный теплообмен. Уравнение теплопередачи при нестационарном режиме работы имеет вид:

Q = k · F · t · τ, (4.14)

где: τ - время работы аппарата;

t - средний температурный напор за время τ.

Уравнение теплопередачи и теплового баланса для всей поверхности теплообмена F за интервал времени dτ имеет вид:

dQ = kF t dτ = G₁c (t₁₁ - t₁) dτ = G₂c dt₂, (4.15)

где: t - средняя разность температур между теплоносителями в момент времени τ;

t₁ - текущее значение температуры греющего теплоносителя;

dt₂ - изменение температуры нагреваемой воды за время dτ.

Температурный напор t в момент времени τ рассчитывается как среднелогарифмическая разность температур:

(4.16)

Так как температуры t₁ и t₂ со временем изменяются, то t является функцией времени. Подставляя t в (15), получаем:

(4.17)

откуда:

(4.18) (4.19)

Таким образом, подставляя известные величины, получим:

(4.20)

откуда: kF = 1865Вт/мК. (4.21)

Коэффициент теплопередачи определим по формуле:

(4.22)

Определим площадь поверхности теплообмена F и длину змеевика l:

(4.23) (4.24)

Таким образом из расчета видно, что для обеспечения потребителей горячей водой с температурой t_ГВ = 55˚С, необходимая длина змеевика теплообменника составляет 37 м. Диаметр змеевика можно принять равным D_ЗМ = 1,2 м.

4. Экономическая часть

Сравним экономический эффект котельной при ее реконструкции с установкой теплогенераторов фирмы Юсмар и при условии, что будут устанавливаться водогрейные котлы типа ТГ-120 (Гейзер-01), режимная карта которого приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Режимная карта на водогрейный котел типа ТГ-120

Наименование параметров	Тепловые нагрузки,%
	40	83
Производительность, ГДж/час	0,172	0,343
Давление воды на котле, МПа	0,14	0,155
Давление воды до котла, МПа	0,17	0, 19
Низшая теплота сгорания газа, кДж/м3	33513	33513
Число газовых горелок, шт	1	1
Давление газа перед котлом, МПа	20	16
Разрежение за котлом, мм в. ст.	0,5	1,5
Температура уходящих газов, °С	95	145
Состав уходящих газов,%: СО2 О2	4,4 13,2	4,4 13,2
Расход газа на котел, м3/час	5,7	11,8
Коэффициент избытка воздуха	2,51	2,51
Потери тепла,%: с уходящими газами в окружающую среду	6,60 2,5	10,98 2,7
КПД	90,90	86,32
Удельный расход топлива, м3/ГДж	139,0	143,9
Удельный расход условного топлива, кг/ГДж	159,0	164,5

Определение себестоимости вырабатываемого тепла находится по выражению:

(5.1)

где ΣЭ - годовые эксплуатационные затраты в руб.;

Qгод - годовой отпуск тепла в ГДж.

Годовой отпуск тепла подсчитывают по формуле:

(5.2)

где Q = 0,66ГДж/час - производительность котельной в час;

m = 220 - количество дней отопительного периода;

t_в = +18˚С - внутренняя температура в помещении;

t_ср = - 2,6˚С - наружная средняя температура отопительного периода;

t_но = - 27˚С - наружная температура для проектирования системы теплоснабжения;

Годовые эксплуатационные затраты определяют по уравнению:

ΣЭ=Этоп+Ээл. эн. +Эвод+Эзар+Эамор+Этек. рем. +Эобщ. расх., руб/год (5.3)

где: Этоп - затраты на топливо;

Ээл эн - затраты на электроэнергию;

Эвод - затраты на используемую воду;

Эзар - затраты на заработную плату;

Эамор - амортизационные отчисления;

Этек. рем - затраты на текущий ремонт;

Эобщ. расх - затраты общекотельные и прочие расходы.

Определим затраты на эксплуатацию котлов ТГ-120.

1 затраты на топливо:

Этоп = kпот · B · hгод · Стоп, руб/год (5.4)

где kпот = 1,055 - коэффициент, учитывающий складские, транспортные и прочие потери; В = 11,8 м³/ч - часовой расход топлива на один котел при максимальной нагрузке; n =2 - количество установленных котлов (без резервных); hгод - число часов использования установленной мощности котельной в год: hгод = 24 · т_от +24 · т_{г. в.} = 8760часов, где т_от - количество дней отопительного периода; т_{г. в. -} количество дней летнего периода;

Стоп = 49коп/м³ - стоимость газа;

Этоп = 1,055 · (11,8 · 2 · 220 + 11,8 · 145) · 24 · 0,49 = 85644 руб/год, (5.5)

2 затраты на потребляемую электроэнергию:

Ээл. эн = N · hгод · Сэл. эн. руб/год, (5.6)

где N - установленная мощность электродвигателей в кВт:

N_от = 5,5кВт - мощность электродвигателя насоса системы отопления,

N_{г. в.} = 4,5кВт - мощность электродвигателя насоса системы горячего водоснабжения;

hгод - число часов использования установленной мощности котельной в год:

Характеристики

Список файлов ВКР