3.4.3. Витрати електроенергії на власні потреби
Витрати електроенергії на власні потреби:
Wс.н. =Wмех +Wмех.смес. +Wнасос.
де Wмеx - витрата енергії на перемішування субстрату в процесі бродіння;
Wмех.смес- витрата енергії на перемішування в змішувачі;
Wнасос.- витрата енергії на приводи насосів, а також додаткового устаткування.
Витрата енергії на механічне перемішування субстрату в метантенку:
Wмех.= qуд.наг. х Vп.з. х Z
де qуд.наг - питоме навантаження на змішувач (50 Вт / м 3 год);
Vп.з - корисний об'єм метантенка, м3 ;
Z - тривалість роботи змішувача протягом доби (8 годин).
Wмех.= 50 х 900 х 8 = 360 кВт год /добу.
Витрата енергії на механічне перемішування субстрата в змішувачі:
Wмех.смес.= qуд.наг2. • Vсмес.• Z
де qуд.наг2 - питоме навантаження на мішалку в змішувачі (100 Вт / м3 час);
Vсмес — корисний об'єм змішувача ( 80 м3, D = 5 м, H = 3.2 м ) ;
Z - тривалість роботи мішалки протягом доби (»8 година)
.
Wмех.смес.= 100 • 80 • 8 = 64 кВт год /добу.
Витрата енергії на привід двох насосів X 20 / 18 (2X – 9 – 1)( η = 60%; N = 1.5 кВт; n = 2900 об/мин; D2 = 112 мм шодо циркуляції теплоносія, що гріє, та завантаження і вивантаження сусла).
Wнасос.= 2 х 1,5 х 24 = 72 кВтгод/добу.
Витрати електроенергії на власні потреби:
∑Wc.н. = 360 + 64 + 72 = 496 кВт год /добу або 1,786 ГДж / добу .
3.4.4. Загальні втрати в метантенку:
Q.лето= Qп.лето + Qо.с.лето+∑Wc.н. =3,77 + 0,523+ 1,786 =6,08 ГДж/добу.
Qосень.= Qпосень .+ Qо.с. осень +∑Wc.н.. =5,66 + 0,904+ 1,786 = 8,35 ГДж/добу.
Qср.зим.= Qпср.зим .+ Qо.с. ср.зим +∑Wc.н. =7,54 + 1,167 + 1,786 = 10,5 ГДж/добу.
3.4.5. Загальне середньорічне добове вироблення енергії біогазовою установкою:
де
ГДж / добу;
ГДж
/ добу;
ГДж
/ добу;
ГДж
/ добу.
3.4.6. Коефіцієнт товарності біогазової установки:
.
%
;
%
;
%.
Відомо, що біогазова установка виробляє біогаз впродовж 350 днів (8400годин). На профілактичний ремонт біогазової установки дається 15 діб.
3.4.7. Річна економія умовного палива:
т у.п.
т у.п.
т у.п.
Завдання.
Використовуючи здобуті дані щодо витрат на підігрів субстрату для різних рівнів функціонування біогазової установки виконати чисельне моделювання теплообмінника, вбудованого в метантенк, для підтримки процесу зброджування, використовуючи представлений приклад (табл. 5).
Таблиця 5
Система забезпечення процесу зброджування
№ |
Розрахункова величина |
Позначення |
Одиниці |
Розрахункова формула |
Режим |
||
Верхній
|
Середній
|
Низький |
|||||
Початкові дані |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1
|
Витрата сусла, що зброджується (за варіантом) |
|
кг/с |
|
0, 7 |
0,7 |
0, 7 |
2 |
Температура теплоносія, що гріє, на вході в теплообмінник |
|
|
|
50 |
50 |
50 |
3 |
Температура теплоносія, що гріє, на виході із теплообмінника |
|
|
|
45 |
46 |
47 |
4 |
Витрата теплоносія, що гріє
|
|
кг/с |
|
4,18 |
3,92 |
3,48 |
5 |
Температура сусла, що зброджується, на вході до БУ |
|
|
|
5 |
12,5 |
20 |
6 |
Температура сусла, що зброджується, на виході із БУ |
|
|
|
35 |
35 |
35 |
7 |
Зовнішній діаметр труб теплообмінника |
|
м |
|
0,079 |
0,079 |
0,079 |
8 |
Внутрішній діаметр труб теплообмінника |
|
м |
|
0,073 |
0,073 |
0,073 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Числове моделювання БУ |
|||||||
1 |
Сумарний тепловий потік від теплоносія, що гріє до сусла, що зброджується |
|
|
|
86,401 |
65,740 |
43,827 |
2 |
Середня температура теплоносія, що гріє |
|
|
|
47,5 |
48,0 |
48,5 |
3 |
Середня температура сусла, що зброджується |
|
|
|
20 |
23,75 |
27,5 |
4 |
Швидкість води в трубах |
|
м/с |
|
0,86 |
0,81 |
0,72 |
5 |
Кінематичний коефіцієнт в’язкості (по середній температурі теплоносія, що гріє) |
|
|
див. табл.. 6 |
0,578E-07 |
0,573E-07 |
0,52E-07 |
6 |
Число Рейнольдса |
Re |
|
|
98408 |
111675 |
130654 |
Re > 10000 - турбулентний режим руху теплоносія |
|
||||||
7 |
Число Pr (по середній температурі теплоносія, що гріє) |
Pr |
|
див. табл..6 |
3,85 |
3,78 |
3,72 |
8 |
Критерій Nu |
Nu |
|
Nu = 0,021*Re0,8*Pr0,43 |
505 |
449 |
409 |
9 |
Коефіцієнт теплопровідності по середній температурі теплоносія, що гріє |
λ |
|
див. табл.. 6 |
0,640 |
0,642 |
0,646 |
10 |
Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія, що гріє до стінки теплообмінника |
|
|
|
4408 |
3913 |
3557 |
11 |
Попереднє значення температура стінки |
|
|
|
33,8 |
35,9 |
38,0 |
12 |
Середня температура пограничного слою сусла, що зброджується |
|
|
|
26,9 |
29,8 |
32,8 |
13 |
Кінематичний коефіцієнт в’язкості (по середній температурі пограничного слою сусла, що зброджується) |
|
|
з табл. 6 |
0,81E-07 |
0,80E-07 |
0,79E-07 |
14 |
Коефіцієнт об'ємного розширення |
β |
|
див. табл..6 |
0,000302 |
0,000303 |
0,000312 |
15 |
Температурний напір |
Δt |
К |
Δt = t1cр – t2cр |
27,5 |
24,25 |
21 |
16 |
Критерій Грасгофа |
Gr |
|
|
5,8E+07 |
5,3E+07 |
5E+07 |
17 |
Критерій Прандля |
Pr |
|
див. Додаток |
5,87 |
5,42 |
5,12 |
18 |
Gr*Pr |
|
|
|
3,1E+08 |
2,8E+08 |
2,7E+08 |
(Gr*Pr) > 5E+2 ÷ 2E+8- турбулентний режим |
|||||||
19 |
Коефіцієнт теплопровідності по середній температурі пограничного слою сусла, що зброджується |
λ |
|
див. табл..6 |
0,639 |
0,640 |
0,642 |
20 |
Коефіцієнт тепловіддачі від стінок теплообмінника до сусла, що зброджується |
|
|
|
579 |
570 |
565 |
21 |
Коефіцієнт теплопередачі, де (матеріал труб теплообмінника СТ 20, λст =50 Вт/мК) ) |
k |
|
|
386 |
378 |
372 |
22 |
Перевіримо прийняту температуру стінки |
|
|
|
38,4 |
39,8 |
41,3 |
Через невідповідність отриманого значення температури стінки попередньо заданому робимо перерахунок: |
|||||||
23 |
Задаємо температуру стінки |
|
|
|
38 |
40 |
41 |
24 |
Середня температура пограничного слою сусла, що зброджується |
|
|
|
29 |
31,9 |
34,3 |
25 |
Кінематичний коефіцієнт в’язкості (по середній температурі пограничного слою сусла, що зброджується) |
|
|
див. табл..6 |
0,81E-07 |
0,80E-07 |
0,79E-07 |
26 |
Коефіцієнт об'ємного розширення |
β |
|
див. табл..6 |
0,000302 |
0,000303 |
0,000312 |
27 |
Критерій Грасгофа |
Gr |
|
|
6,1E+07 |
5,49E+07 |
5E+07 |
28 |
Критерій Прандля |
Pr |
|
див. табл..6 |
5,93 |
5,42 |
5,18 |
29 |
Gr*Pr |
|
|
|
3,6E+08 |
2,9E+08 |
2,6E+08 |
(Gr*Pr) > 5E+2 ÷ 2E+8 – турбулентний режим |
|||||||
30 |
Коефіцієнт теплопровідності пограничного слою сусла, що зброджується |
λ |
|
з табл. 6 |
0,639 |
0,640 |
0,642 |
31 |
Коефіцієнт тепловіддачі від стінок теплообмінника до сусла, що зброджується |
|
|
|
602 |
575 |
558 |
32 |
Коефіцієнт теплопередачі |
k |
|
|
326 |
315 |
308 |
33 |
Температура стінки |
|
|
|
34,9 |
37,1 |
39,1 |
Через невідповідність отриманого значення температури стінки попередньо заданому робимо перерахунок: |
|||||||
34 |
Задаємо температуру стінки |
|
|
|
35 |
37 |
39 |
35 |
Середня температура пограничного слою сусла, що зброджується |
|
|
|
27,5 |
30,4 |
33,3 |
36 |
Кінематичний коефіцієнт в’язкості (по середній температурі пограничного слою сусла, що зброджується) |
|
|
див. табл..6 |
0,81E-07 |
0,80E-07 |
0,79E-07 |
37 |
Коефіцієнт об'ємного розширення |
β |
|
див. табл. 6 |
0,000302 |
0,000303 |
0,000312 |
38 |
Критерій Грасгофа |
Gr |
|
|
6,1E+07 |
5,94E+07 |
5E+07 |
39 |
Критерій Прандля |
Pr |
|
див. Додаток |
5,93 |
5,42 |
5,12 |
40 |
Gr*Pr |
|
|
|
3,6E+08 |
2,9E+08 |
2,5E+08 |
(Gr*Pr) > 5E+2 ÷ 2E+8 – турбулентний режим |
|||||||
41 |
Коефіцієнт теплопровідності пограничного слою сусла, що зброджується |
λ |
|
з табл..6 |
0,612 |
0,618 |
0,621 |
42 |
Коефіцієнт тепловіддачі від стінок теплообмінника до сусла, що зброджується |
|
|
|
577 |
555 |
539 |
43 |
КоеКфіцієнт теплопередачі |
k |
|
|
317 |
309 |
302 |
44 |
Температура стінки |
|
|
|
35,1 |
37,3 |
39,3 |
45 |
Температурний напір |
|
|
|
25,5 |
23,0 |
20,4 |
46 |
Поверхня нагріву |
F |
|
|
10,7 |
9,22 |
7,09 |
47 |
Кількість трубок, що гріють |
n |
шт. |
|
1 |
1 |
1 |
48 |
Загальна довжина трубок |
l |
м |
|
43,1 |
37,2 |
28,6 |
Таблиця 6
Теплофізичні властивості води та сусла в залежності від температури
|
ρ, кг/м3 |
ср , кДж/(кгК) |
λ, Вт/(м К) |
Pr |
ν, 10-7 м2/c |
β, 1/К |
20 |
998,2 |
4,183 |
0,599 |
7,04 |
1,010 |
2,07 |
30 |
995,7 |
4,174 |
0,618 |
5,44 |
0,804 |
3,04 |
40 |
992,2 |
4,174 |
0,635 |
4,33 |
0,659 |
3,9 |
50 |
988,1 |
4,174 |
0,648 |
3,57 |
0,566 |
4,6 |
60 |
983,2 |
4,174 |
0,636 |
3,0 |
0,478 |
5,3 |
,
