ВВЕДЕНИЕ

На долю тепловой энергии приходится большая часть общего энергетического баланса сельского хозяйства. Все по­требители теплоты можно разделить на производственные и коммунально-бытовые. Первые используют теплоту для отоп­ления, горячего водоснабжения производственных помещений, тепловой обработки продукции и других технологических це­лей, вторые - для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, приготовления пищи и на другие бы­товые нужды.

Основные производственные потребители теплоты - живот­новодческие и птицеводческие фермы, парники, теплицы, уста­новки для сушки сельскохозяйственной продукции. В животно­водстве и птицеводстве тепловая энергия расходуется преиму­щественно для создания требуемых температурных параметров микроклимата в холодное время года, кормоприготовления, го­рячего водоснабжения, отопления подсобных помещений, а так­же обогрева молодняка. В сооружениях защищенного грунта (парниках и теплицах) тепловую энергию применяют главным образом для обогрева почвы и воздуха. В установках для суш­ки теплоту используют для удаления влаги из различной сель­скохозяйственной продукции.

В сельском хозяйстве многие потребители теплоты отлича­ются большой территориальной разобщенностью, малой мощ­ностью, которую используют непродолжительное время. Кроме того, тепловая нагрузка таких потребителей резко меняется в течение суток и зависит от времени года (температуры наруж­ного воздуха). Так, например, теплопотребление животновод­ческих объектов определяется поголовьем и возрастом скота, характером его содержания. Для запаривания кормов пар тре­буется три раза в день в течение 0,5...1 ч, а парники обогрева­ются три-четыре месяца в году и т. д.

Выбор системы теплоснабжения осложняется тем, что все­возможные объекты сельскохозяйственного производства нуж­даются в разных теплоносителях - паре, горячей воде, подогре­том воздухе.

Сельскохозяйственное производство в отличие от других отраслей народного хозяйства связано с биологически­ми объектами (растениями и животными), жизнедеятельность которых в значительной мере зависит от факторов внешней среды и важнейшего из них - температуры. Указанные объек­ты требуют чрезвычайно точного дозирования теплового воз­действия и строгого соблюдения температурных режимов. Это в значительной мере относится к инкубации в птицеводстве, обо­греву молодняка животных и птицы, процессам тепловой обра­ботки сельскохозяйственной продукции и т. п. При электрона­греве можно с необходимой точностью поддерживать нужный температурный режим и существенно повысить производитель­ность труда персонала, занятого на выполнении этих операций.

Некоторым тепловым объектам сельскохозяйственного про­изводства (обогреваемые полы животноводческих и птицевод­ческих помещений, почва в парниках и теплицах) свойственна большая теплоаккумулирующая способность, позволяющая за­пасать в них теплоту в часы минимальной загрузки энергоси­стем. Теплоту можно также запасать в специальных аккуму­лирующих устройствах, расходуя ее в часы максимальной за­грузки энергосистем, что увеличивает коэффициент использо­вания сельских потребительских трансформаторных подстан­ций и линий электропередачи, т. е. повышается эффективность капитальных вложений в сельскую электрификацию.

Теплоаккумуляционная способность сельскохозяйственных объектов, и возможность работы электронагревательного обо­рудования с теплоаккумуляционными устройствами способст­вуют выравниванию графиков нагрузки энергосистем, что особенно важно, так как атомные электростанции, широко приме­няемые в электроэнергетике, могут работать только в базис­ном режиме и не допускают регулирования нагрузки.

1. РАЗРАБОТКА ЭТУ ЭЛЕКТРОДНОГО НАГРЕВА ВОДЫ

1.1 Обоснование выбора типа установки

Электродный нагрев воды – прямой способ нагрева, при котором преобразование электрической энергии в тепловую происходит непосредственно в нагреваемом материале, то есть нагреваемый материал – проводник.

В сельскохозяйственном производстве используются проточные (быстродействующие) и непроточные (ёмкостные или аккумулирующие) водонагреватели. В непроточных установках вода нагревается порциями за определённый промежуток каждая. Характеризуются такие установки массой нагреваемого материала m, кг и временем нагрева одной порции , ч.

Аккумуляционные нагреватели воды имеют ряд преимуществ по сравнению с проточными:

- возможность аккумулирования теплоты и способность работать в часы провалов в графиках нагрузки электрических подстанций, что обеспечивает высокие экономические показатели электроподогрева воды;

- благодаря большой длительностью нагрева происходит снижение потребляемой мощности.

Вместе с тем аккумуляционные водонагреватели имеют существенные недостатки:

- занимают большие производственные площади;

- существенно увеличивается продолжительность нагрева по сравнению с проточными водонагревателями;

- при равномерной тепловой нагрузке мощность аккумуляционной установки будет такой же, как и проточной.

Для обеспечения санитарно-гигиенических мероприятий выбираем аккумуляционную установку со стержневой трех электродной системой.

1.2 Расчёт и выбор основных параметров эту

Основным параметром ЭТУ является мощность, которая определяется на основе уравнения теплового баланса. Для установок периодического действия мощность установки определяем по формуле:

, (1.1)

где - время нагрева одной порции воды, ч; определяется технологическим процессом с учётом периодичности проведения мероприятий;

- коэффициент запаса; для электродных ЭТУ ;

- полезное количество теплоты, кДж.

– термический КПД ЭТУ; для электродных водонагревателей периодического действия .

Расход теплоты на санитарно-гигиенические мероприятия, определяется по формуле:

(1.2)

где - общая масса воды, нагреваемая за сутки; определяется в зависимости от требуемых норм на одну голову животного за сутки .

- удельная массовая теплоемкость вод;

- конечная и начальная температуры нагрева воды, начальная температура воды принимается из условия использования подземных вод . Конечная температура выбирается в соответствии с технологическим процессом .

Общее необходимое количество теплоты с учетом числа циклов , кДж:

(1.3)

где количество технологических циклов

Исходя из полученного потребного количества теплоты, определяется расчетная мощность установки (принимаем , ):

Общая масса воды, нагреваемой за один цикл:

Разовый объём воды, нагреваемой за один цикл:

1.3 Проектирование и расчёт электродной системы

В задачи расчёта электродной системы входит определение объёма бака, геометрических размеров электродов, межэлектродного расстояния.

1.3.1 Определение размеров корпуса

Определение размеров корпуса электродного аккумуляционного водонагревателя производится исходя из требуемого разового объёма нагреваемой воды. Обычно корпус выполняется в виде цилиндра, высота которого , м примерно в два раза превышает диаметр , м, то есть . Разовый объём корпуса , определяется объёмом воды, нагреваемой за один цикл, который увеличивается на 10%:

Тогда диаметр бака

Тогда

Электродная система располагается на днище бака и должна иметь габариты меньше диаметра бака с учётом минимально допустимых изоляционных расстояний (не менее 0,01 м от электрода до корпуса бака).

Минимально допустимое изоляционное расстояние , м определяем по формуле:

(1.4)

где - напряжение между поверхностями электродов, В;

- допустимая плотность тока на электродах, ;

Для рассчитываемой установки ,

- значение удельного сопротивления воды при конечной температуре нагрева , ; любой водонагреватель рассчитывается с учётом возможности нагрева воды до температуры .

Значение удельного сопротивления определяется по формуле

(1.5) (1.9)

где - удельное сопротивление воды при температуре 20 , ;

Учитывая условие принимаем .