Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет теплообменника. 2

ОГЛАВЛЕНИЕ

исходные данные

реферат

ведение

1 Составление теплового баланса предприятия ……………

2 Построение графиков потребления теплоносителей….....

3 подбор котлов …………………………………………………………….

4 показатели работы котельной……………………………………..

5 Гидравлический и тепловой расчет теплопроводов…….

4 Расчет водоподогревателей систем отопления и горячего водоснабжения…………………………………………………………..

5 Подбор баков – аккумуляторов………………………………...…..

6 Расчет установки по использованию

пароконденсатной смеси для нужд горячего

водоснабжения и воздушного отопления ………….…………..

заключение …………………………………………………………...

Библиографический список …………………………………….

1 Составление теплого баланса предприятия

Теплововой баланс предприятия показывает распределение теплоты на

технологические нужды, на собственные нужды котельной. Он необходим

для подбора нужного количества и типов теплогенераторов, определение максимального часового и годового расхода топлива, обоснования мероприятий по обеспечению надежности теплоснабжения предприятия.

Тепловой баланс составляют для наиболее напряженного режима работы системы теплоснабжения в период массовой переработки сырья в расчете на

дневную рабочую смену.

Определение расхода теплоты на технологические нужды производим по формуле:

(1)

где Q_i – расход теплоты на выработку нормируемых видов энергоемкой продукции, ГДж/смена;

Q_Н – расход теплоты на производство ненормируемого видов продукции, ГДж/смена.

(2)

где П_i – проектная мощность по выработке отдельных видов продукции, т/смена;

q_i – удельные расходы теплоты на выработку отдельных видов продукции, ГДж/т (для консервов – ГДж/туб).

q_i=(h_i×(1-a_ГПi)+(h_i-h_ПКСi)×a_ГПi)×10^-3 , (3)

где h_i – энтальпия пара, поступающего в цех, кДж/кг;

a_ГПi – доля «глухого» пара от его общего потребления при выработке отдельных видов продукции;

h_ПКС – энтальпия паро-конденсатной смеси для отдельных видов продукции, кДж/кг.

; (4)

где h_i – энтальпия паро-конденсатной смеси при давлении P^* для отдельных видов продукции, кДж/кг;

h_i^’ – энтальпия кипящей воды при давлении P_кот, кДж/кг;

r_i – теплота парообразования при давлении P^’_кот, кДж/кг;

Энтальпия кипящей воды при давлении P=1.0МПа Х=0.97

h_i= 762.6+2014,1·0,97=2716.27 кДж/кг;

; (5)

где r_i^’ - теплота парообразования при давлении P_i^’ для отдельных видов продукции, кДж/кг;

x_ППi – доля «пролетного» пара в паро-конденсатной смеси для отдельных видов продукции.

Давление пара P,МПа для отдельных видов продукции ( по таблице 1[1]):

для мяса P=0.2МПа, колбасных изделий P=0.2МПа, сухих животных кормов P=0.4МПа, жир P= 0.2МПа, птицы P=0.2МПа, консервы P=0.4МПа,других видов продукции P=0.4МПа.

По приложению М,[1] при P=0.2 МПа, x_ПП=0.17, h_i=504,7,r_i^’ = 2202,3кДж/кг:

При P=0.4 x_ПП=0.17, h_i=604,7,r_i^’ = 2134,3кДж/кг:

h_{ПКС(1,2,4,5)} =504.7+2202.3 0.17=879.09 кДж/кг;

h_{ПКС(3,5,6)} =604.7+2134,3 0.17=967.53 кДж/кг;

Доля горячего пара принимаем по таблице 1 [1]: для мяса a_ГП=0.3, колбасных изделий a_ГП=0.3,сухих животных кормовa_ГП=0.4, жир a_ГП=0.4 , птицы a_ГП=0.3, консервовa_ГП=0.4, и других видов продукции a_ГП=0.4.

Из формулы (3) находим:

q_i(1,2,5)=(2716.27 ·(1-0.3)+(2716.27-879.09) 0.3) · 10^-3=2.45ГДж/т

q_i(3,6,7)=(2716.27 ·(1-0.4)+(2716.27-967.53) 0.3) ·10^-3=2.15 ГДж/т

q_i(4)=(2716.27 ·(1-0.4)+(2716.27-879.09) 0.3) ·10^-3=2.18 ГДж/т

Расход теплоты:

Q₁=2.653·1 =2.653 ГДж/смена;

Q₂=2.653·0=0 ГДж/смена;

Q₃=2.329·1=2.329 ГДж/смена;

Q₄=2.382·5=11.91 ГДж/смена;

Q₅=2.653·3=7.959 ГДж/смена;

Q₆=2.329·6=13.974 ГДж/смена;

Q₇=2.329·6=13.974 ГДж/смена;

, (6)

где a_d – доля ненормируемого расхода пара на технологические нужды от нормируемого(таблица 2[1]) принимаем a_d = 0.11

Q_Н =0,11(2.653+2.329+11.91+7.959+13.974+13.974)=5.807 ГДж/смена

Расход теплоты на технологические нужды:

Q_Т.Н.= 2.653+2.329+11.91+7.959+13.974+13.974 =52.799 ГДж/смена

Расход пара на технологические нужды D_ТН:

, (7)

где D_i – расход пара на выработку отдельных видов продукции, т/смена;

D_Н – расход пара на производство ненормируемых видов продукции, т/смена.

D_i=d_iП_i , (8)

где d_i – удельные расходы пара на выработку отдельных видов продукции, т/смена (для консервов – туб/смена) приведенные в таблице 2,3,4[1]

Для мяса d_i=0,3; для колбасных изделий d_i=2;сухих животных кормов d_i=6.5; птицы di=0.6; жира d_i=0.8; консервов d_i=4.8;

D₁=0,3·1=0.3 т/смена

D₂=2·0=0 т/смена;

D₃=6,5·1=6.5 т/смена;

D₄=0,6·5=3т/смена;

D₅=0,8·3=2,4 т/смена;

D₆=4,8·6=28.8 т/смена;

. (9)

D_Н=0,11(0.3+6.5+3+2.4+28.8)=4.51 т/смена.

Из формулы (7) находим:

D_ТН=(0.3+6.5+3+2.4+28.8+4.51=45.51т/смена.

Удельные расходы пара и ряд других используемых в дальнейшем расчетах величин определяются методом табличной интерполяции для характерного типоразмера предприятия. Определяющим фактором при этом для предприятий мясной промышленности является проектная выработка мяса.

Результаты расчета расхода пара и теплоты на технологические нужды сводим в таблицу 1.

Таблица 1 Расходы пара и теплоты на технологические нужды

Виды продукции	Р^*, МПа	h, кДж/кг	a_ГП	Х_ПП	h_ПКС, кДж/кг	a_d	q, ГДж/т (ГДж/туб)	D, т/мену	Q, ГДж/смену
мясо	0,2	504,7	0,3	0,17	879,09	0,11	2.45	0.3	2.653
Колбасные изделия	0,2	504,7	0,3	0,17	879,09		2.45	0	0
Сухие животные корма	0,4	604,7	0,4	0,17	967,53		2.15	6.5	2.329
жир	0,2	504,7	0,4	0,17	879,09		2.18	3	11.91
птица	0,2	504,7	0,3	0,17	879,09		2.45	2.4	7.959
консерв	0,4	604,7	0,4	0,17	967,53		2.15	28.8	13.97
Другие виды продукции	0,4	604,7	0,4	0,17	967,53		2.15		13.97

Расход теплоты на горячее водоснабжение Q_г.в. производится по формуле:

Q_г.в.=D_г.в.×(h_кот-h_к)×10^-6, (10)

где h_кот – энтальпия пара, подаваемого в пароводяные подогреватели, кДж/кг (определяется по диаграмме h, s водяного пара при давлении Р_кот и степени сухости Х_кот);

h_к – энтальпия конденсата, возвращаемого из пароводяных подогревателей, кДж/кг.ё

h_к=c_р.в.×t_к , (11)

где c_р.в.- теплоемкость воды (c_р.в.=4,19 кДж/кг);

t_к – температура конденсата, ⁰С (принимается на 25…35⁰С выше температуры горячей воды);

h_к=4,19_.×30=125.7 кДж/кг

D_г.в. – расход пара на нагрев воды в пароводяных подогревателях системы горячего водоснабжения, кг/смена.

, (12)

где r - плотность воды, кг/м³;

t_Х.В. и t_Г.В. – соответственно температуры холодной и горячей воды, ⁰С;

h - КПИТ в водоподогревателях (0,92…0,95);

V_Г.В. – расход горячей воды, м³/смена.

, (13)

где V_i – расход горячей воды на выработку отдельных видов продукции, м³/смена;

V_Н – расход горячей воды на производство ненормируемого вида продукции и коммунальные нужды, м³/смена.

V_i=w_i ×П_i; (14)

, (15)

где w_i – удельные расходы горячей воды на выработку отдельных видов продукции, м³/т (для консервов – м³/туб), приведены в таблицах 4,5,6;

α_w – доля ненормируемого расхода горячей воды от нормируемого;

V_СТ – отпуск горячей воды сторонним потребителям, м³/смена.

w_i=4,6; w_i=4,8; w_i=15,4; w_i=5.5; w_i=6.7; w_i=10;

V=4.6_.×1=4.6 м³/смена;

V=4.8_.×0=0 м³/смена;

V=15.4_.×1=15.4 м³/смена;

V=5.5_.×5=27.4 м³/смена;

V=6.7_.×3=20.1 м³/смена;

V=10_.×6=60 м³/смена;

V_Н =0,21_.×( 0.3+6.5+3+2.4+28.8)=26.7м³/смена;

Здесь V_СТ=0, имеем V_ГВ=0.3+6.5+3+2.4+28.8+26.7=154.27м³/смена.

По формуле (12) находим D_г.в.:

Из формулы (10) находим:

Q_г.в.=14.793_.×(2716,27-125.7)×10^-3=38.322 ГДж/смена.

Определение расхода теплоты на отопление Q_от, ГДж/смена, зданий и сооружений предприятия для средней за отопительный период температуры наружного воздуха t_ср.о производим по формуле:

, (16)

где q_отi – удельные отопительные характеристики отдельных зданий, Вт/(м³∙К); V_Н – объемы отапливаемых зданий по наружному объему, м³;

t_в – температура воздуха в отапливаемых помещениях, ⁰С (принять равной +18⁰С);

t_ср – средняя за отопительный период температура наружного воздуха, ⁰С;

τ_см – продолжительность смены, с(τ_см=8×3600с).

Принимаем q_отi=0.24, q_отi=0.3, q_отi=0.27,q_отi=0, q_отi=0.38,q_отi=1.7, q_отi=0.44,q_отi =0.33,q_отi=0.65; V_Н=20000,V_Н =8000,V_Н=2300,V_Н=0,V_Н=1800 V_Н=800,V_Н =6000,V_Н =3000,V_Н=1000

Q_от1=0.24 ·20000(18+6.5)×8×3600×10^-9=3.38 ГДж/смена.

Q_от2=0.3 8000(18+6.5)×8×3600×10^-9=1.69 ГДж/смена.

Q_от3=0.27 ·2300(18+6.5)×8×3600×10^-9=0.43 ГДж/смена.

Q_от4=0.24 ·20000(18+6.5)×8×3600×10^-9=3.38 ГДж/смена.

Q_от5=0.38 ·1800(18+6.5)×8×3600×10^-9=0.21 ГДж/смена.

Q_от6=1.7 ·8000(18+6.5)×8×3600×10^-9=9.6 ГДж/смена.

Q_от7=0.44· 6000(18+6.5)×8×3600×10^-9=1.86 ГДж/смена.

Q_от8=0.33· 3000(18+6.5)×8×3600×10^-9=0.7 ГДж/смена.

Q_от9=0.65·1000(18+6.5)×8×3600×10^-9=0.45 ГДж/смена.

∑Q_от=3.38+1.7+0.43+0.21+9.6+1.86+0.7+0.45=18.33ГДж/ смену

Зная Q_от рассчитываем расход пара на нужды отопления для средней за отопительный период температуры наружного воздуха D_от, т/смена:

, (17)

где h_к^от – энтальпия конденсата, возвращаемого из пароводяных подогревателей системы отопления, кДж/кг;

h_к^от=с_рв·t_к, (18)

где t_к – температура конденсата, ⁰С (принимаем на 35…45⁰С выше температуры обратной воды системы отопления).

h_к^от=4,19·40=167.6 кДж/кг;

Т/смена

Для подбора типоразмеров и количества водоподогревателей системы водяного отопления определяем максимальный расход теплоты на отопление , ГДж/смена, зданий и сооружений для самой холодной пятидневки года.

, (19)

где - удельные отопительные характеристики зданий для самой холодной пятидневки года, Вт/(м³·К);

, (20)

где t_н – температура наружного воздуха для самой холодной пятидневки года,(приложение А).

Расход теплоты на вентиляцию Q_вен, ГДж/смена, для средней за отопительный период температуры наружного воздуха производим по формуле:

, (21)

где q_вен – удельные вентиляционные характеристики зданий для средней за отопительный период температуры наружного воздуха (Вт/(м³·К));

- объемы вентилируемых помещений технологических цехов, м³ (принимаются равными 0,35…0,45 от общих объемов цехов);

По формуле (20) вычисляем :

=0,24·(1+0,01·(-34+6.5))=0.306 Вт/(м³·К),

=0,3·(1+0,01·(-34+6.5))=0,382 Вт/(м³·К),

=0,27·(1+0,01·(-34+6.5))=0,344 Вт/(м³·К),

=0,38·(1+0,01·(-34+6.5))=0,484 Вт/(м³·К),

=1,7·(1+0,01·(-34+6.5))=2.167 Вт/(м³·К),

=0,44·(1+0,01·(-34+6.5))=0,561 Вт/(м³·К),

=0,33·(1+0,01·(-34+6.5))=0,420Вт/(м³·К),

=0,65·(1+0,01·(-34+6.5))=0,828Вт/(м³·К),

Из формулы (19) находим:

=0.306· 20000 ·(18+34)·8·3600·10^-9=9.165 ГДж/смена.

=0.382·8000 (18+34)·8·3600·10^-9=4.576 ГДж/смена.

=0.344·2300 (18+34)·8·3600·10^-9=1.184 ГДж/смена.

=0.484·1800 (18+34)·8·3600·10^-9=1.304 ГДж/смена.

=2.167·800 (18+34)·8·3600·10^-9=2.662 ГДж/смена.

=0.561·6000 (18+34)·8·3600·10^-9=5.040 ГДж/смена.

=0.420·3000 (18+34)·8·3600·10^-9=1.886 ГДж/смена.

=0.828·1000 (18+34)·8·3600·10^-9=1.240 ГДж/смена.

∑=9.165+4.576+1.184+1.304+2.662+5.040+1.886+1.240=27.057 ГДж/кг

Из формулы (21) находим:

Q_вен=0.8·8000·(18+6.5)·8·3600·10^-9=4.515 ГДж/смена. Q_вен=0.8·3200·(18+6.5)·8·3600·10^-9=1.806 ГДж/смена

Q_вен=5·920·(18+6.5)·8·3600·10^-9=3.245 ГДж/смена Q_вен=1.1·720·(18+6.5)·8·3600·10^-9=0.558 ГДж/смена

Q_вен=1.2·320·(18+6.5)·8·3600·10^-9=0.270 ГДж/смена

∑ Q_вен=4.515+1.806+3.245+0.558+0.270=10.394 ГДж/смена

Расход пара на вентиляцию D_вен (т/смена) определяем по формуле:

, (22)

где - энтальпия конденсата, возвращаемого из калориферов системы вентиляции, КДж/кг.

, (23)

где - температура конденсата, ⁰С (принимаем равной 85...95⁰С).

=4.19·90=377.1 КДж/кг.

Т/смена

Общее потребление теплоты Q_пот (ГДж/смена) и пара D_пот(т/смена) на нужды предприятия в сезон переработки сырья рассчитываем по формуле:

, (24)

Q_пот=58.606+38.322+18.33+10.394=125.6 ГДж/смена;

, (25)

D_пот=45.51+14.793+7.81+4.829=72.942 Т/смена.

Таблица 2 Структура парового и теплового баланса предприятия

Технологические нужды

Горячее водоснабжение

Отопление

Вентиляция

Общее потребление

т/смену

45.51

14.793

7.81

4.829

72,942

ГДж/смена

58.606

38.322

18.33

10.394

125.652

2 Построение графиков потребления теплоносителей

Для характеристики систем теплоснабжения предприятий строим годовые, суточные, сменные графики потребления пара, горячей воды, а также возврата конденсата.

Для построения суммарного графика расхода горячей воды определяем часовые расходы горячей воды по предприятию , м³/ч:

, (26)

где β_г.в.- коэффициент неравномерности графика потребления горячей воды предприятием( таблица 18[1]).

Принимаем β_г.в=0.52β_г.в =0.6β_г.в=0.8β_г.в =0.85 β_г.в=0.7β_г.в=0.8β_г.в =0.9 β_г.в=1.0

∑ β_г.в=0.52+0.6+0.8+0.85+0.7+0.8+0.9+1.0=6.17

Определяем часовой расход горячей воды по предприятию;

м³/ч,

м³/ч.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3 и по этим данным строим график расхода горячей воды (рисунок 1).

Таблица 3 часовые расходы горячей воды, м³/ч

Потреби-тели

Смен-

ный расход воды

Часовой интервал

88-9

99-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

Предпри-ятие

154.2

21.2

17.5

22.5

Рисунок 1 Сменный график потребления горячей воды предприятием.

Часовой расход пара на технологические нужды (т/ч) определяем по формуле:

, (27)

где β_т.н.i – коэффициент неравномерности графика потребления пара на технологические нужды (таблица 18)

Принимаем β_т.н.i=0.7,β_т.н.i=0.8,_,β_т.н.i=0.88,β_т.н.i =1.0,β_т.н.i=0.6,β_т.н.i=0.75β_т.н.i=0.78,β_т.н.i=0.72

∑ β_т.н.i=0.7

Т/ч,

Т/ч.

Часовой расход пара на выработку горячей воды , т/ч:

, (28) Т/ч,

Т/ч,

Часовые расходы пара на отопление и вентиляцию принимаем равномерными в течении смены.

; ;

Т/ч;

Т/ч.

Часовой выход конденсата от технологических паропотребляющих аппаратов , т/ч:

. (29)

Часовые выхода конденсата от теплообменников систем горячего водоснабжения , отопления и вентиляции принимаем равными часовым расходам расхода пара на эти нужды.

Рисунок 2 Сменный график потребления пара:

А - на технологические нужды; Б – на нужды горячего водоснабжения;

В – на нужды отопления; Г – на нужды вентиляции.

Часовые расходы пара на собственные нужды котельной находим по формуле:

β_с.н (+ + + )

Результаты расчета сводим в таблицу 2 и строим суммарный график возврата конденсата в смену (рисунок 3).

Таблицу 3 Часовые выхода конденсата, т/ч.

Источники

Сменный выход конденсата

Часовые интервалы

8-9

9-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

15-16

Технологические аппараты системы:

горячего водоснабжения

отопления

вентиляции

собственные нужды котельной

Всего

45.46

14.74

7.76

4.8

11.17

83.93

5.11

1.24

0.97

0.60

1.33

9.25

5.84

1.43

0.97

0.60

1.31

10.15

6.42

1.91

0.97

0.60

1.45

11.35

7.30

2.03

0.97

0.60

1.53

12.43

4.38

1.67

0.97

0.60

1.30

8.92

5.47

1.91

0.97

0.60

1.40

10.35

5.69

2.15

0.97

0.60

1.43

10.85

5.25

2.4

0.97

0.60

1.42

10.64

Рисунок .Сменный график часового выхода конденсата

Часовые выхода конденсата от теплообменника систем горячего водоснабжения

1.24 т/ч

1.43 т/ч

1.91 т/ч

2.03 т/ч

1.67 т/ч

1.91 т/ч

2.15 т/ч

Отопления 0.97 т/ч

Вентиляция 0.60 т/ч

Результаты расчета сводим в таблицу 4 и строим суммарный график

возврата конденсата в смену ( рисунок 2 )

Таблица 4 Часовые выхода конденсата, т/ч

Потре- битель	Смен- ный расход пара т/смену	Часовые интервалы
Потре- битель	Смен- ный расход пара т/смену	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16
Техно- логиче- ские нужды	12.8	1.44	1.64	1.81	2.06	1.23	1.54	1.60	1.48
Горячее водо- снабже-ние	14.74	1.24	1.43	1.91	2.03	1.67	1.91	2.15	2.4
Отопле-ние	7.76	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97
Вентил-яция	4.8	0.60	0.60	0.60	0.60	0.60	0.60	0.60	0.60
Всего	40.1	4.25	4.64	5.29	5.66	4.47	5.02	5.32	5.45

3 Подбор котлов

Подбор котлов производиться по максимальному часовому расходу пара, используя сменный график потребления пара. Следует учитывать, что суммарная производительность котлов должна иметь резерв на 15…20%, обеспечивая максимальное часовое потребление.

Рекомендуется устанавливать однотипные котельные агрегаты с одинаковой тепловой мощностью. Число котлов должно быть не менее 2-х и не больше 4-х.

При максимальном потреблении пара 4 и более т/ч рекомендуется устанавливать котлы типа КЕ и ДЕ, основные технические характеристики которых приведены в справочной литературе [5] и таблицах 22, 23,24, [1].

Устанавливаем 2 котла типа ДКВР: ДКВР 6,5-13.

Характеристики котлов типа ДКВР

Показатели	ДКВР- 6,5- 13
Паропроизводительность, т/ч	6,5
Давление пара, МПа	1,3
КПД,%( при работе на угле)	85
Расход угля, кг/ч	860