2.3 Тепловые расчеты теплоэнергетических установок.

В данном разделе необходимо подобрать и рассчитать АИЭ. В качестве автономных источников энергии предлагаются – котельные установки, когенерационные установки, тепловые насосы, солнечные коллекторы, ветроустановки, биогазовые установки.

2.3.1 Котельные установки (ку).

Подбор мощности КУ для объекта и определение расхода топлива.

Для объектов, объемом меньше 500 м³ (жилые дома, небольшие офисные учреждения, сельские жилые и общественные объекты и др.) можно ставить один котельный агрегат, исходя из правил: мощность Q_котла=1,2 ·Q_{нагрузки} [кВт]. Для объектов объемом больше 500 м³ ставятся два, три и больше котлов суммарной мощностью на 15-20% больше полной нагрузки на объект. Затем подбирается марка котлов. Котлы лучше подбирать одной марки. Расход топлива В[кг/с] определяется на один котел, при номинальной его мощности N [кВт].

В = , [кг/с], (2.7)

где

– КПД котла принимаем по паспорту котла, [в долях];

– теплотворная способность топлива (газ, жидкое, твердое топливо), [кДж/кг].

Затем считается количество топлива, необходимое за отопительный период, оформляется заявка на природный газ или газ от биогазовой установки, оформляется эскиз хранения жидкого топлива или карты для хранения твердого топлива.

Далее делается заключение на долевые режимы работы котла на ранний осенний и поздний весенний периоды работы с подключением к общей системе теплонакопителей: водяных солнечных коллекторов и тепловых насосов типа воздух-воздух (сплит системы), вода-воздух, вода-вода и т.п.

2.3.2 Когенерационные установки (кгу).

Когенерационные установки (газотурбинные, турбины на легком жидком топливе, дизельные установки) подбираются по электрической нагрузке на объект (потребители энергии - кондиционеры, тепловые насосы, холодильники, бытовые электронные приборы, освещение и пр.) в кВт. По электрической нагрузке подбирается одна или несколько однотипных КГУ, каждая из которых имеет электрические и тепловые мощности N_полн = N_эл + Q_тепл [кВт] с привязкой их по тепловой нагрузке к объекту.

Секундный расход топлива определяется как:

В = , [кг/с], (2.8)

где

– электрический КПД КГУ, принимаем по паспорту, [в долях];

– теплотворная способность топлива (газ, жидкое, твердое топливо), [кДж/кг], [кДж/м³].

Примечание:

Если выбирается одна КГУ, то Q_нагр = 1,2 · N_полн. (2.9)

Если несколько КГУ (n, шт), каждая из которых имеет полную нагрузку N_полн, то Q_нагр = 1,2· n · N_полн. (2.10)

При оформлении контрольной работы по применению КГУ, студент должен оценить поверхность теплообменника F, м², используемого для теплоснабжения объекта. Для этого используем в расчетах: уравнения теплообмена – балансовыми и теплопередачи; изображения циклов в диаграммах T-S газовой турбины или дизеля, а также энтальпии воды – i_воды = с_воды·t =4,19·t [кДж/кг] и энтальпии отработанных горячих газов [кДж/кг] или [кДж/м³].

Общая запись уравнений теплообмена для тепловой нагрузки Q_нагр:

[кВт], (2.11)

Где,

- количество воды, циркулирующей в системе теплоснабжения, [кг/с];

iʹ, i" - энтальпии горячей и охлажденной воды на входе и выходе из теплообменника, [кДж/кг];

– энтальпии отработанных газов на входе и выходе из теплообменника, [кДж/кг], [кДж/м³].

k- коэффициент теплопередачи от отработанных газов, выбрасываемых турбиной или дизелем в теплообменник к воде змеевика, [ ];

[ ], (2.12)

Где,

– коэффициент теплоотдачи от газов к наружной стенке змеевика, можно принять = 30-40 ;

–сопротивление стенки змеевика, можно принять в пределах

= (3÷4)·10^-4 ;

α_в - коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы змеевика к воде

=1500÷2000 ;

– средняя разность температур между отходящими из турбины или дизеля горячими газами и холодной водой в трубках змеевика. Определяется с помощью следующих методических указаний.

а) T-S диаграмма (газовая турбина) б) T-S диаграмма (дизель)

в) изменение температуры по

поверхности теплообменника

Рис. 1 Диаграммы Т-S и t-F

В расчетах, для упрощения задачи, принимаем прямоточный теплообменник, тогда:

, (2.13)

(2.14)

Если 1,7, то

Если 1,7, то (2.15)

Тогда оценочная поверхность теплообменника, задействованного в КГУ должна быть не менее:

[м²] (2.16)

Оцените общие габариты КГУ.

При приоритете производства электрической энергии особое внимание, при эксплуатации КГУ, следует уделять ограничению количества стартов двигателя, для чего нужно обеспечить стабильный отбор электроэнергии. При отборе тепла для объекта рекомендуется использовать теплонакопители (аккумуляторы тепла), подобранные и рассчитанные для данной системы. Все устройства , входящие в состав системы теплоэнергоснабжения, должны управляться и контролироваться с помощью одного общего свободно-программируемого главного регулятора.

Накопитель тепла (тепловые аккумуляторы) можно представить в виде баков с водой (парафином). Так, хорошо изолированный бак с 1 тонной воды потребует энергии для нагрева ее тенами от 20 до 90 °С :

кДж ≈ 81 кВт-ч.

При использовании этой воды в качестве горячей для отопления и ГВС можно расходовать в среднем используя ее 12 часов и получая 7 кВт.

≈ 7кВт - тепловой энергии, в течении 12 можно отапливать и получать горячую воду для дома площадью, примерно, 100 м².