Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Теплопостачання сільськогосподарського об’єкту

Зміст розрахунково-пояснювальної записки

Вступ…………………………………………………………………………… 4

Розрахунок опалення та вентиляції будівель…..……………………… 5
Тепловий розрахунок зерносушарки………………………………….. 10
Розрахунок опалення споруд захищеного грунту……………………. 27

Список літератури…………………………………………………………. 33

ВСТУП.

Системи теплопостачання — це комплекси пристроїв, що продукують теплову енергію і доставляють її (у вигляді пари, гарячої води або підігрітого повітря) споживачеві. Елементом системи є теплогенеруючий пристрій.

Теплогенеруючим пристроєм називають сукупність пристроїв та механізмів для виробництва теплової енергії у вигляді водяної пари, гарячої води або підігрітого повітря.

В зв’язку з більшими вимогами до економії паливно-енергетичних ресурсів, проблемою охорони навколишнього середовища та використанням нетрадиційних джерел енергії в сільському господарстві значно підвищилась потреба в інженерах-енергетиках.

Раціональне використання теплоти неможливе без володіння теорією теплових процесів та знання основних законів перетворення енергії, які, як правило, являються основними в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва.

Велика кількість теплоти використовується на опалення вентиляції, на забезпечення необхідних параметрів мікроклімату в тваринницьких та птахівничих приміщеннях, сховищах та будівель захищеного ґрунту, на сушіння сільськогосподарських кормів, отримання штучного холоду та інші цілі. У всіх вказаних випадках перенос теплоти супроводжується теплообміном. Розкриття закономірностей переносу теплоти в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва дозволяє спеціалісту визначити оптимальні методи управління вказаними процесами.

РОЗРАХУНОК ОПАЛЕННЯ ТА ВЕНТИЛЯЦІЇ БУДІВЕЛЬ.

До розрахунку опалення і вентиляції споруд відноситься: витрати тепла на опалення і вентиляцію, кількість опалювальних котелень, витрати палива, поверхня нагрівних пристроїв.

Витрати тепла на опалення і вентиляцію кожної споруди визначається за формулою:

де g₀ і g_в – питомі теплові характеристики для опалення і

вентиляції, Вт/м³×К;

t⁰_зн і t^{о
в}_зн- розрахункові температури зовнішнього повітря для опалення і

вентиляції, ^оС ;

t⁰_вн – температура повітря всередині приміщення, ^оС;

V_з – будівельний об’єм (об’єм по зовнішньому периметру м.).

Значення питомих теплових характеристик наводиться в довідниках з опалення і вентиляції.

Витрати тепла на опалення і вентиляцію школи:

Витрати тепла на опалення і вентиляцію поліклініки:

Витрати тепла на опалення і вентиляцію дитячого садка:

Витрати тепла на опалення і вентиляцію складального цеху:

Витрати тепла на опалення і вентиляцію механічної майстерні:

Витрати тепла на опалення і вентиляцію слідує визначити, як суму витрат тепла, яку отримали окремі будівлі.

На даний час найбільш поширена є водяна система, як найбільш гігієнічна, досконала в експлуатації і надійна в роботі.

Для визначення кількості встановлених котлів потрібно отримане розрахункове теплове навантаження збільшити в 1,1-1,2 разів.

Необхідна сумарна поверхня нагріву котла визначається за формулою для водонагрівних котлів:

де SН – сумарна поверхня нагріву котлів, м²;

Q_р – розрахункові витрати на опалення і вентиляцію, Вт;

Q_р = SQ

Q_р = 59,933+42,933+45,582+86,084+46,969 = 281,501 кВт

Q/Н_к – теплове напруження поверхні нагріву, Вт/м²;

Q/Н_к = 11000-15000 Вт/м² [3]

Отже, за розрахованою потужністю вибираємо два котли марки – “Вулкан”. Технічні дані даного котла заносимо в таблицю 1.1.

Таблиця 1.1.Технічна характеристика котла

Тип «Вулкан» VK 130	Показники
Теплова потужність (допуск ±5%)
Гкал/год	0,13
МВт	0,15
ККД, % (допуск ±1%)	92
Вид палива	газ, дизпаливо, мазут
Питома маса котла, т/МВт	3,3
Температура димових газів, ^оС	160-190
Температура води на вході, ^оС	70
Температура води на виході, ^оС	95
Втрати тепла в навколишнє середовище, (q₅, %)	1,2

Продовження таблиці 1.1.

Об’єм води в (л)	155
Аеродинамічний опір котла, мм.вод.ст.	11
Площа поверхні нагріву водогрійного котла, м²	3,7
Робочий тиск, кгс/см²	4
Розрідження за котлом, мм.вод.ст.	4±2
Маса, кг	495

Витрати палива визначається за формулою:

де Q^р_н – найменша теплота згоряння палива МДж/кг;

Q^р_н = 39...42МДж/кг

η – ККД котельної установки для опалювальних котлів;

η = 0,7 [3]

Поверхня нагрівних приладів визначається з виразу:

де Q_р – розрахункова тепловіддача нагрівних приладів, Вт;

t_вн – температура повітря в приміщенні, ^оС;

t_пн – середня температура теплоносія в приладі, ^оС;

К – коефіцієнт теплопередачі приладу, Вт/м²×К;

t_пр=

де t_о – температура води, що виходить з приладу;

t_н – температура води, що поступає в прилад.

t_о = 70^оС , t_н = 95^оС [3];

t_пр=

Коефіцієнт теплопередачі нагрівальних приладів коливається в межах

7,0 – 11,0 Вт/м²×К і залежить від різниці температур між середньою температурою приміщення .

У всіх приміщеннях, де постійно перебувають люди встановлюються гладкі нагрівальні прилади (радіатори). В приміщеннях з тимчасовим перебуванням людей , можуть використати чавунні ребристі труби або регістри із стальних труб.

Для збирання надлишку води при її температурному розширені кожна система водяного опалення обладнується розширювальним баком. Крім того, в розширювальному баку знаходиться запас води необхідний для компенсації можливих витікань через нещільність з’єднань і стиків.

Розширювальний бак встановлюють у найвищій точці в утепленому ящику. До нього приєднують труби: сигнальну, переливну, циркуляційну і розширювальну.

В системах з природною циркуляцією розширювальний бак приєднується до головного стояка по протічній частині, а в системах з примусовою циркуляцією – до всмоктуючої лінії перед насосами.

При температурному перепаді теплоносія

Dt = 95 – 75^оС.

Об’єм розширювального бака визначається по формулі:

V_р.б.=0,045×V_с , л;

де V_с – об’єм води в системі опалення в літрах.

V_с = V_ш + V_пол. + V_дит.с. + V_с.ц + V_м.м. ;

де V_пр – об’єм води с нагрівальних приладах.

Для школи встановлюємо гладкі нагрівальні прилади – радіатори “Польза-6”, тоді V_пр = 25л, “Москва-132”, V_пр = 14л [3].

Для інших приміщень використовуємо ребристі труби, V_пр = 6,5 л [3].

V_с = 1498,3+601,1+638,1+559,5+305,3 =3602,3 л

V_р.б.=0,045 × 3602,3 =162,1 л .

Рис.1.1. Загальний вигляд котла «Вулкан» потужністю 150 кВт.

2. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ЗЕРНОСУШАРКИ.

2.1. Вступ.

Розрахунок зерносушарки є одним із основних розділів курсового проекту, тому основну увагу зосереджено на теплотехнічній частині, а конструктивний розрахунок, підбір вентиляторів і деякі інші питання не висвітлюються.

Вихідними даними для виконання розрахунку є :

продуктивність зерносушарки – М₁= 24 т/год;
вологість зерна: а) до сушіння ω₁ = 19,2%;

б) після сушіння ω₂ = 11,5%;

вид зерна і його призначення – просо на посів;
температура повітря на вході в сушарку – 16⁰С;
вологість повітря : а) на вході в сушарку – 65%;

б) на виході з сушарки – 78%;

паливо, на якому працює сушарка – мазут низькосірчистий.

Сушіння сільськогосподарської продукції має важливе народногосподарське значення і є необхідною ланкою серед заходів щодо зберігання і підвищення якості зернової продукції, зелених кормів тощо.

Значна частина зібраного урожаю зерна (близько 40-60 %) досушується, тому що при великій вологості процеси дихання і життєдіяльності проходять з більшою інтенсивністю, в результаті чого створюються умови для швидкого розвитку мікроорганізмів та шкідників зерна.

Процес сушіння є не тільки теплотехнічним, який передбачає термічне зневоднення продукту, а й технологічним, бо при цьому завершується формування структури, змінюються структурно-механічні, технологічні та біологічні властивості. Висушене зерно добре зберігається, а при переробці в млинах зменшуються витрати енергії та збільшується вихід борошна. Сушіння посівного зерна підвищує його схожість.

Залежно від способу підведення теплоти розрізняють конвективний, контактний (кондуктивний), радіаційний способи сушіння, а також сушіння сублімацією, струмом високої частоти (СВЧ), комбіноване. Найпоширенішим є конвективний спосіб сушіння нагрітим повітрям або сумішшю повітря і топкових газів.

Рис.2.1. Принципові схеми конвективних сушарок.

а – лоткова; б – конвеєрна; в – шахтна колонкова; г – шахтна жалюзійна; д – шахтна з коробами; е – сушарка з «кип’ячим» шаром зерна; ж – барабанна; з – пневматична; и – пневмогазова; а.с. – агент сушіння.

Для сушіння зерна конвективним способом найчастіше використовують шахтні сушарки з коробами. На рис. 2.2. показана схема стаціонарної зерносушарки СЗС-8. Вона складається із двох шахт і топки. Завантаження і розвантаження сушарки здійснюється порціями. Кожна шахта обслуговується окремим вентилятором, який працює на всмоктування. До складу кожної шахти входить дві сушильні камери і камера для охолодження.

Рис. 2.2. Схема зерносушарки СЗС-8.

1 – топка; 2 – труба для випуску атмосферного повітря в змішувальну камеру; 3 – топкова труба; 4 – газопроводи для сушильного агента; 5 – газопроводи для відпрацьованого сушильного агента; 6 – вентилятор.

Сушильний агент надходить до верхньої і нижньої сушильних камер в поперечному напрямку по коробах за рахунок розрідження, яке створюється вентилятором. В охолоджувальну камеру спрямовується холодне повітря. Відпрацьований сушильний агент і холодне повітря всмоктуються вентилятором.

Вологе зерно порціями подається в сушильні бункери і під дією власної ваги рухається по шахті зверху вниз, проходить верхню і нижню сушильні камери, а також камеру проміжного охолодження. Зниження температури зерна сприяє прискоренню процесу сушіння в другій камері. Після камери охолодження зерно надходить до розвантажувальних норій.

Крім сушарки СЗС-8, на сільськогосподарських підприємствах використовуються інші сушарки шахтного типу: СЗШ-16, СЗСК-4, ЗСПЖ-8 (пересувні), а також барабанні зерносушарки продуктивністю 4 та 8 т/год (СЗСБ-4 і СЗСБ-8).

У даному розділі викладений графо-аналітичний метод розрахунку шахтної зерносушарки, яка працює на суміші повітря і топкових газів.

2.2. Схема розрахунку зерносушарки.

Зовнішнє повітря (рис. 2.3. ) з температурою t_о, відносною вологістю φ_о, вологовмістом d_о і ентальпією Н_о змішується з продуктами згоряння палива. Після змішування сушильний агент з параметрами t₁, φ₁, d₁, і Н₁ проходить в першу зону сушильної камери.

У верхню частину сушильної камери подається М₁ кг/год вологого зерна з температурою θ₁ і вологістю ω₁. У процесі сушіння температура зерна підвищується до температури θ₂, а вологість знижується до ω₂. Параметри сушильного агента на виході із першої зони сушильної камери становитимуть t₂, φ₂, d₂,, Н₂.

У процесі сушіння в першій зоні частина вологи виноситься сушильним агентом, температура зерна зростає і в другу зону сушильної камери надходить менша маса зерна М₂ з температурою θ₂ і вологістю ω₂. Параметри сушильного агента на вході в другу зону сушильної камери становлять t′₁, φ′₁, d′₁, Н′₁, а на виході з неї t′₂, φ′₂, d′₂, Н′₂. Параметри зерна на виході з другої зони сушильної камери М′₂, ω′₂, θ′_2.

Після сушильної камери зерно спрямовується в охолоджувальна камеру, де продувається холодним повітрям з параметрами t₀, φ₀, d₀, і Н₀. У процесі охолодження із зерна випаровується частина вологи і після охолодження маса зерна дорівнює М₃, а вологість ω₃. Параметри сушильного агента на виході із зони охолодження становитимуть t₃, φ₃, d₃ ,Н₃.

Рис.2.3. Розрахункова схема зерносушарки.

1 – топка; 2 – змішуючи камера; 3,4 – перша та друга зони сушильної камери; 5 – камера охолодження.

2.3. Матеріальний баланс сушарки.

Випарувана з матеріалу волога W_с рівна різниці між масою матеріалу М₁ до маси М₂ після сущіння.

W_c=M₁ – M₂ = W₁ – W₂ =

W_c=24000 – 21911,8= = 2088,2кг.

де W₁ і W₂ – відповідно маси вологи в зерні до і після сушіння (в сушильній камері).

В процесі сушіння маса сухої речовини зерна М_с незмінна, тому рівняння балансу сухої речовини зерна можна записати у вигляді:

М_с =

М_с = 19392 кг

звідки:

Після підстановки М₁ і М₂ в рівняння отримаємо рівняння матеріального балансу:

Зменшення маси зерна в процесі сушіння визначається за формулою:

U > (ω₁-ω₂) ; 8,7>7,7 умова виконується

Величина U завжди більша за пониження вологості (ω₁-ω₂), так як початкова вологість визначається за відношенням до початкової маси зерна (до сушіння), а для висушеного – за відношенням до кінцевої маси (після сушіння), яка менша початкової.

2.4. Визначення параметрів сушильного агента.

2.4.1.Сушильний агент складається з повітря і продуктів згоряння палива. В залежності від кількості холодного повітря, що змішується з топковими газами, змінюється температура сушильного агента (регулюється його температура на вході в сушильну камеру). Зерно кожної культури сушиться при відповідних температурних умовах. Ці умови змінюються в залежності від початкової вологості і призначення зерна (Фуражне, посівне і ін.).

2.4.2. В якості палива в топках сушильних установок використовується, як правила, рідке палива або газ. Але дані вказівки складені з таким розрахунком, щоб у випадку використання твердого палива можна було виконати розрахунок сушіння. По складу палива, яке береться із відповідних таблиць довідникової літератури, визначають вищу теплоту згоряння палива

Нижню теплоту згоряння палива: твердих і рідких палив визначають за формулою Д.І.Менделєєва:

де - складові робочого палива відповідно вуглець, водень, кисень, сірка летюча і волога, виражені в процентах.

2.4.3. Теоретична кількість сухого повітря L_о (кг), необхідного для повного згоряння 1 кг твердого і рідкого палива, визначається за формулою:

2.4.4. Ентальпія зовнішнього повітря Н_о (кДж/кг) , що поступає в топку і змішувальну камеру визначається за формулою:

де С_сп – теплоємність сухого повітря С_сп=1 [3];

t_о – температура зовнішнього повітря, t_о = 16^оС;

d_о – вологовміст атмосферного повітря, якщо φ_о=65% то

2.4.5. Ентальпія водяної пари (кДж/кг) при температурі агента, поступаючого в сушилку, де t₁=70^оС [3]:

2.4.6. Коефіцієнт надлишку повітря

де η_т – коефіцієнт корисної дії топки (для топок, які працюють на твердому паливі): η_т = 085-0,9 [3] ;

С_т,t_т –відповідна теплоємність і температура палива,

С_т= 2,1 t_т = t_о= 16 ^оС

С_а.с. – теплоємність агента сушіння, С_а.с.=С_сп.=1

2.4.7. Вологовміст агента сушіння :

Ентальпію агента сушіння і його відносну вологу визначають по Н-d-діаграмі за значенням t₁ і знайденою величиною d₁.

2.5. Розрахунок процесу сушіння.

В дійсній сушарці все тепло агента сушіння витрачається на нагрівання сушильного матеріалу (зерна) , на випаровування вологи, на компенсацію втрат теплоти в навколишнє середовище і на нагрівання транспортних засобів.

2.5.1. Витрати теплоти на нагрівання зерна:

Q_м = М₂·С₂·()

Q_м = 21911,8·1,85·(40-5) = 1418789 кДж

де відповідно температури зерна на вході в сушильну камеру і на виході із неї, =5^оС, =40^оС [3];

С₂ – теплоємність зерна на виході із зони сушки:

де С_с - теплоємність сухої речовини зерна, С_с = 1,55 ;

С_w – теплоємність води, С_w = 4,19 .

Питомі витрати теплоти на випаровування 1 кг вологи:

2.5.2. Втрати теплоти в навколишнє середовище через стінки сушильної камери :

Питомі втрати теплоти в навколишнє середовище :

де k – коефіцієнт теплопередачі;

SF – зовнішня поверхня розрахункової зони сушіння, через чку проходять втрати теплоти: SF = 18,24 м² [3];

t_ср – середня температура в сушарці (зоні сушіння):

t₁ = 70^oC [3]

t_н – температура навколишнього середовища (для сушарок відкритого типу t_н = t_о = 16^оС.

Значення SF визначають за відомою аналогічною конструкцією зерносушарки, SF = 18,24 м².

Коефіцієнт теплопередачі дорівнює:

де α₁ і α₂ – коефіцієнти тепловіддачі відповідно від агента сушіння до внутрішньої поверхні стіни сушильної шахти і від зовнішньої її поверхні до навколишнього середовища.

Оскільки V < 5 м/с, то:

α₁= С+Д·V₁ = 6,16+4,19·0,3 = 7,42

α₂= С+Д·V₂ = 6,16+4,19·0,1 = 6,58

де А, С і Д – коефіцієнти, які вибирають в залежності від стану поверхні матеріалу. Оскільки в нас залізобетонні стіни, то А = 7,55, С = 6,16 і Д = 4,19.

δ₁, δ₂, ... δ_n – товщина шару ізоляції матеріалів, δ = 0,1 м;

λ₁, λ₂, ... λ_n – коефіцієнти теплопровідності ізоляційних матеріалів, для залізобетонної стінки λ = 1,54 Вт/м·К.

Швидкість повітряного потоку V₁ = 0,3 м, V₂ = 0,1 м.

Температуру відпрацьованого агента сушіння після зони сушіння визначають за формулою:

2.5.3. Втрати теплоти на нагрівання транспортних засобів.

Дійсний аналітичний розрахунок втрати теплоти на нагрівання транспортних засобів (у випадку послідовного пропуску висушеного зерна через шахти сушарки) дуже складний, тому користуються спрощеною формулою:

Різниця поданої, і втраченої теплоти, в сушильній шахті буде:

DС = С_w·₁ – (g_м + g_н.с. + g_тр)

DС = 4,19·5 – ( 679,4+1,69 + 0) = -660,14 кДж/кг

де С_w·Q₁ – теплота вологи, введена в сушарку з висушуваним зерном.

g_тр = 0.

2.6. Визначення витрат теплоти, агента сушіння і повітря.

З H-d діаграми нам відомо:

d_o=4,0 ; d₁=6,7 ; d₂=15 ;

H_o=26,1 ; H₁=78 ; H₂=65 ;

ef=28 мм ; СD=42 мм ;

m_d=0,36 ; m_i=0,77.

Щоб знайти проміжну точку Е, для побудови лінії ВС, необхідно на лінії ВС_о намітити точку е, виміряти відрізок ef в мм, а дальше з точки е відкласти вниз по вертикалі відрізок, величина якого визначається за формулою:

Лінія, що з’єднує точку В з точкою Е, продовжена до точки перетину (в точці С) з лінією заданою φ₂ (або t₂) , зображає процес в сушильній камері дійсної сушарки.

Перпендикуляр CD, опущений з точки С на лінію d=const рівний 120 мм.

Для сушарки, яка працює на суміші топкових газів з повітрям:

Для визначення питомої теплоти використовуємо рівняння:

Якщо провести через точки А і В лінії Н=const , вони відсічуть на осі ординат відрізок, який є графічною різницею ентальпій Н₁ і Н_о . Отриманий відрізок рівний відрізку ef.

ef·m_i = H ₁ - H_o

28·0,77 = 75-26,1

22 ≤ 48,9

Підставивши значення для (Н₁ – Н_о) отримаємо:

Годинні витрати теплоти Q (кДж/год) на сушіння в сушильній камері визначають за формулою:

Q = g · W_c = 1425,1 · 2088,2 = 2975,92 кДж/год.

Годинний розхід L (кг/год) сухого агента сушилки в сушильній камері буде: L = e · W_c = 66,1 · 2088,2 =138030 кг/год

Об’єм вологого агента сушіння V при вході в сушильну камеру дорівнює

де V_o – об’єм вологого повітря, V_o = 1,12

2.7. Розрахунок процесу охолодження зерна.

Процес охолодження супроводжується додатковим випаровуванням деякої кількості вологи з зерна.

Розрахунок охолоджувальної камери в більшості випадків аналогічний розрахунку сушильної камери і також оснований на рівнянні балансу. Якщо позначити через М₃ масу зерна, яке вивантажується з охолоджувальної камери, в кг/год., а через ω₃ – вологість цього зерна в процентах, та рівняння балансу сухої речовини зерна в процесі охолодження можна подати в такому вигляді:

М_с =

Кількість вологи, яка випарувалась з зерна в охолоджувальній камері, приймають в межах від 0,5 до 1%, тобто ω₃ = ω₂ – 1 = 11,5 – 1 = 10,5%.

На основі цього рівняння визначають масу зерна після охолоджувальної камери :

Кількість вологи, яка випарувалась в охолоджувальній камері, визначають за рівнянням:

W^х = М₂ – М₃ = 21911,8 – 21666,9 = 244,9 кг/год

Годинні втрати сухого повітря для охолоджувальної камери дорівнюватиме:

L^х =

Кількість теплоти, яку віддає зерно, віднесена до 1 кг випарованої вологи

де С₃ – теплоємність зерна, яка визначається за формулою:

- температура зерна при виході з охолоджувальної камери, =15^оС;

g_о.ср. – витрати теплоти в навколишнє середовище через поверхню стінок охолоджувальної камери, g_о.ср. = 0.

Дальший розрахунок проводиться графічно, d₃ = 17,5, е₁f₁=16мм, C₁D₁=32мм.

Питомий розхід повітря на охолодження визначають за формулою:

Годинні втрати сухого повітря в охолоджувальній камері рівні:

L^x = e^x·W^x

L^x = 86,8·224,9 = 19521,3 кг/год;

Об’єм вологого повітря при вході в охолоджувальну камеру:

Об’єм вологого повітря при виході з охолоджувальної камери:

де і – об’єм вологого повітря, = 0,86

=0,82 .

Рис.2.4. Діаграма залежності вологовмісту від питомої ентальпії.

3. РОЗРАХУНОК ОПАЛЕННЯ СПОРУД

ЗАХИЩЕНОГО ГРУНТУ.

Для опалення теплиць і парників в якості теплоносія можуть використовуватися пара або гаряча вода. Водяна теплова мережа простіша паропроводів, розхід металу менший. Крім того, при водяному обігріві покращуються умови регулювання температурного режиму в теплицях і спрощується будова та експлуатація котельної.

В даному випадку пропонується слідуюча будова теплової мережі теплиці.

Система опалення двохтрубна з верхнім розливом води. Циркуляція води забезпечується насосом.

В якості нагрівних приладів встановлюються гладкі труби.

В теплиці монтується поливний водопровід. Витрати води приймаються 10л на 1 м² площі підлоги за добу. Поливання проводиться підігрітою водою.