Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет системы воздухоснабжения промышленного предприятия. Методические указания к выполнению курсовой работы
.pdf
21
( ) ( )
то ВОК к pв нк вк к pв нк ку
Q Q G c T T G c T T= = ⋅ ⋅ − = ⋅ ⋅ − ,
в
c
w
G
w w
c t
⋅ ∆
ВОК
w w
c t
⋅ ∆
w
c
w
t
∆
ку
w
G
1.05 ( )
ку по по ВОК
ку
w
V
3600
1000
w
q
1000 60
= ⋅ ⋅
уд
Э
1000
3600
3
где
- средняя изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кг⋅К).
p
8. Расходы охлаждающей воды
'' ''' '''
в промежуточных и концевом
теплообменниках–охладителях, кг/с, определяются по их тепловым
балансам:
G
по
w
Q
по
=
;
G
ВОК
w
Q
=
,
где
=4.19 кДж/(кг⋅К) – теплоемкость воды,
– подогрев воды
в теплообменнике, равный ширине зоны охлаждения в градирне, К.
9. Вычисляется общий расход воды в компрессорной установке с
учетом расхода (5÷7%) на охлаждение смазочного масла
G G G G= ⋅ + +
w w w w
или в объемных единицах
V G= ⋅
, м³/ч:
ку ку
w w
1 2
.
,
, кг/с:
10. Оценивается удельный расход воды в компрессорной установке
(на учетную единицу выработки сжатого воздуха),
ку
G
q
w
w
V
вк
.
л/1000м³:
11. Определяется удельный расход электрической энергии на
производство сжатого воздуха
Э l
уд к вк
, кВт·ч/1000 м³:
'
Σ
ρ
= ⋅ ⋅
.
4. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОСУШКИ СЖАТОГО
ВОЗДУХА [1, 3, 5, 8-15]
Рабочее задание:
− для заданной системы осушки определить значения температур и
давлений воздуха в характерных точках схемы;
−
определить температуру воздуха, при которой достигается
заданное потребителем влагосодержание;
22
− рассчитать тепловые нагрузки теплообменников схемы и
1
P
1
T
ку
P
ку
T
оценить поверхности теплообмена;
− определить требуемую холодопроизводительность источника
холода; температуры кипения и конденсации хладагента;
− выбрать холодильную машину и определить ее реальную
холодопроизводительность с учетом потерь холода;
− выполнить термодинамический расчет холодильной машины;
определить расход охлаждающей воды в конденсаторе [10, 13].
Исходные данные: Расходы воздуха и его параметры на входе в
систему осушки (параметры за компрессором) принимаются из
термодинамического (теплового) расчета компрессорной установки.
Температура охлаждающей воды и влагосодержание атмосферного
воздуха принимаются из расчета параметров охлаждающей воды в
оборотной системе водоснабжения компрессорной станции.
Порядок выполнения расчета:
1. Параметры воздуха
и
в точке 1 схемы (рис. 8) следует
определять с учетом гидравлических потерь в аппаратах системы осушки.
Они не будут соответствовать значениям
и
, полученным в
тепловом расчете, где эти потери не учитывались.
Рис. 8. Система осушки воздуха
СВД – ступень высокого давления воздушной компрессорной
установки; ВОК – воздухоохладитель концевой; ВО – влагоотделитель;
РВО – регенеративный охладитель воздуха; ООВ – охладитель -
осушитель воздуха; КХМ - компрессор холодильной машины
23
2. Точные значения гидравлических сопротивлений
то
P
во
P
нк ВОК во
P P P P
РВО во
P P P P
ООВ во
P P P P
п
d
3
T
н
P
п
d
н
Т Т
н
P
н
P P
н
d P
d
⋅
н
d
н п
d d
н
P
н
Т Т
P
3
P P
=
3 . .
н сух возд
н
d
а
d
а н
d d
〉
вып
вып а п
d d d
= −
теплообменников и влагоотделителей на этом этапе расчета неизвестны.
Поэтому для определения давлений в точках схемы 1, 2 и 3 (см. рис. 8)
рекомендуется принимать:
=10÷15 кПа – потери давления в теплообменниках ВОК, РВО
∆
и ООВ;
=3÷5 кПа – потери давления во влагоотделителях.
∆
Тогда давления воздуха в этих точках определяются следующим
образом:
''
= − ∆ − ∆
1
= − ∆ − ∆
2 1
= − ∆ − ∆ .
3 2
;
;
3. Для обеспечения заданного влагосодержания
температура влажного воздуха
в точке 3 (рис. 8) должна являться
у потребителя,
температурой насыщения для парциального давления водяных паров
в воздухе с влагосодержанием
, т.е.
. Величина
=
3
, Па,
вычисляется по известному соотношению:
P
где
равным
н
d
н
622
= ⋅
−
, откуда
P
н
– влагосодержание насыщенного воздуха, принимаемое
, г/кг;
=
н
=
622
,
+
- парциальное давление, Па, водяных паров в насыщенном
водяными парами воздухе при
3
;
=
– давление влажного воздуха в охладителе-осушителе воздуха (в
нашем случае
, Па). Очевидно,
P P P− = .- парциальное
давление сухого воздуха в точке 3.
4. Вычисляется количество влаги, выпадающей во всех аппаратах
системы осушки воздуха. Если насыщающее влагосодержание
больше влагосодержания атмосферного воздуха
не происходит. Если
, то влага выпадает в количестве
, то выпадения влаги
d
.
, г/кг:
24
5. Значения температур в точках 1 и 2 определяются из уравнения
3 1 2
( ) ( )
с T T
кс ср
T T T
ср
T T T
ср
T
'
0
Q
0 2 3
( )
Q G c T T
из
q
'
0
Q
0
Q
'
0 0
Q Q
= ÷ ⋅
к
t
0
t
к w к
t t t
= + ∆
к
t
∆
к
t
∆
ООВ
теплового баланса регенеративного теплообменника РВО (см. рис. 8). В
балансовом уравнении не учитывается теплота конденсации водяных
паров:
G c T T G
⋅ ⋅ − = ⋅ − .
в pв кс в pв
Теплоемкости и массовые расходы сухого и влажного воздуха
практически одинаковы, поэтому температуры в точках 1 и 2
определяются соотношениями:
где
= + ∆ ;
1
∆ - оптимальный температурный напор между
= + ∆ ,
2 3
теплоносителями в теплообменнике «воздух-воздух», составляющий
18÷22 К.
6. По уравнению теплового баланса для осушителя воздуха ООВ
вычисляется минимально необходимое холодопотребление системой
осушки
, кВт:
'
= ⋅ ⋅ −
в pв
.
7. С учетом потерь холода через изоляцию (
=12÷15% от
определяется требуемая холодопроизводительность источника холода
, кВт:
(1.2 1.5)
.
8. Выбирается схема холодоснабжения. С учетом температурных
напоров в теплообменных аппаратах оцениваются рабочие температуры
конденсации
, 0С и кипения
, 0С, хладагента в холодильной машине
(ХМ):
1
;
=4÷6 0С - минимальный температурный напор (на холодном
конце) в конденсаторе ХМ при охлаждении водой;
=10÷15 0С - то же, при охлаждении воздухом;
−
при использовании схемы с непосредственным испарением
хладагента (ХА) в охладителе-осушителе
t t t= − ∆
0 3
,
)
25
ООВ
=4-6 0С - минимальный температурный напор в охладителе-
н ООВ
ООВ
н
t
∆
ст
λ
λ
⋅ ⋅
0 0
ст
v v
0
t
0
ст
t
0 0
ст
q q
0
t
0
ст
t
ст
λ λ
ст
λ λ
0 0
0
ст
t
2стs
t
ст
к
t
1стw
t
t∆
осушителе воздуха испарительного типа;
−
в схеме с промежуточным хладоносителем (ХН)
t t t t= − ∆ − ∆
0 3
=6÷8 0С - минимальный (на холодном конце) температурный
t∆
,
напор в охладителе-осушителе воздуха ООВ;
=3÷5 0С - минимальный температурный напор в испарителе
холодильной машины.
9. По рассчитанным параметрам холода подбирается холодильное
устройство [14] для системы осушки воздуха:
−
в схеме с непосредственным испарением ХА – компрессорно-
конденсаторный агрегат.
−
в схеме с промежуточным хладоносителем–агрегатированная
холодильная машина;
10. Производится пересчет паспортной холодопроизводительности
холодильной машины (ХМ) на условия ее работы в системе осушки.
Холодопроизводительность выбранной машины не должна превышать
требуемую более чем на 15÷20 %. Пересчет выполняется по формуле,
связывающей холодопроизводительность ХМ с условиями ее работы:
ст
,
⋅ ⋅
где
Q q v
0 0 0
=
ст ст
Q q v
0 0 0
- удельные объемы паров ХА на линии насыщения при
,
рабочих и стандартных (паспортных) условиях [11, 15], при
и
м3/кг;
- удельные массовые холодопроизводительности ХА при
,
рабочих и стандартных условиях работы при
- коэффициенты подачи компрессора в рабочих и стандартных
,
условиях работы. В настоящем расчете можно принять
– холодопроизводительности машины в рабочих и
,стQ Q
и
, кДж/кг;
=
;
стандартных (паспортных) условиях работы, кВт. Паспортная
холодопроизводительность указывается в справочнике при
или
, где
или
,
;
26
2стs
t
- температура хладоносителя (ХН) на выходе из испарителя ХМ;
1стw
t
вс
t
∆
вс
t
∆
2
h
ад
ад
l
2 1
l h h
= −
ад
η
– температура охлаждающей воды на входе в конденсатор.
11. В соответствии со схемой холодильной машины (рис. 9) по
термодинамическим таблицам или диаграмме рабочего тела [11, 15]
определяются его параметры во всех характерных точках цикла (рис. 10).
II
I
III
IV
V
регенеративным теплообменником. I – компрессор; II – конденсатор;
машины.
принимается:
баланса для регенеративного теплообменника холодильной машины:
Рис. 9. Схема парокомпрессионной холодильной установки с
III – регенеративный теплообменник; IV – дросселирующее
устройство; V – испаритель.
Производится термодинамический расчет цикла холодильной
Величина подогрева паров ХА на линии всасывания компрессора
=15÷20 0С для R 22 и
Энтальпия паров ХА на выходе из компрессора
h hη= +
2 1
здесь адиабатный КПД
, где
ад ад
компрессора принимается равным 0.8.
=25÷35 0С для R 12.
, кДж/кг,
;
Параметры ХА в точке 4 определяются из уравнения теплового
27
1 6 3 4
h h h h
− = −
4 5
x
h h
=
(1 )
h h x h x
= ⋅ + ⋅ −
0
q
0 6 5
q h h
= −
к
l
2 1
l h h
= −
ха
G
0
0
Q
к
Q
к к ха ха
Q q G h h G
w
G
2 1
( )
c t t
э
N
э ха
N G
эм
η
0
э
Q
N
q
э
τ
⋅
.
При изоэнтальпийном процессе дросселирования
степень сухости влажного насыщенного пара рассчитывается из
соотношения
x
" '
.
Определяются:
− удельная тепловая нагрузка испарителя
, кДж/кг
,
;
− удельная внутренняя работа компрессора
к
;
− массовый расход ХА в холодильной машине,
Gq=
ха
− тепловая нагрузка конденсатора
= ⋅ = − ⋅
;
, кВт,
( )
2 3
− расход охлаждающей воды в конденсаторе
Q
G
=
w
к
⋅ −
w w w
, кДж/кг,
, кг/с,
;
, кг/с,
;
− электрическая мощность, потребляемая компрессором ХМ
l
где
к
= ⋅
η
эм
=0.9÷0.93 – электромеханический КПД привода;
,
− холодильный коэффициент ХМ
ε
0
;
=
− эксергетический КПД холодильной машины
Q
0
η
=
ex
,
N
, кВт,
28
где
1
0
w
T
T
1
w
T
0
T
s
G
s s
c t
⋅ ∆
s
c
1 2
( )
s s s
t t t
1
τ
= −
q
коэффициент работоспособности холода при
температуре кипения хладагента (фактор Карно);
, К – температура охлаждающей воды на входе в конденсатор
(температура, при которой теплота отдается);
, К – температура кипения ХА в испарителе (температура, при
которой теплота подводится).
12. В схеме с промежуточным ХН выбирается хладоноситель [8, 11]
и рассчитывается его расход в системе циркуляции
, кг/с:
Q
0
G
=
s
,
где
- теплоемкость хладоносителя, кДж/(кг⋅К);
∆ = −
= 2÷4 0С – подогрев хладоносителя в ООВ.
Рис. 10. Диаграмма рабочего цикла холодильной машины
с регенеративным охлаждением конденсата хладагента.
29
5. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ
вк
V
в
G
к
N
,
w w
G V
,
s s
G V
,
w s
ρ ρ
нw
нs
H
w
η
Q
вх вэ
E E
КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ [1, 3, 4, 12, 16]
Рабочее задание: рассчитать эффективность производства сжатого
воздуха с заданным влагосодержанием на компрессорной станции
системы воздухоснабжения промышленного предприятия, имеющей в
своем составе систему осушки воздуха и систему оборотного
водоснабжения.
Вычислить:
− эксергетический КПД компрессорной станции;
− удельный расход электроэнергии на производство 1000 м³
сжатого воздуха;
− расход охлаждающей воды при производстве сжатого воздуха,
отнесенный к 1 м³ производительности станции по воздуху.
Исходные данные: результаты теплового расчета компрессорной
установки (КУ) и системы осушки воздуха:
,
- объемная и массовая производительности компрессорной
установки, м³/с и кг/с;
- потребляемая КУ электрическая мощность, кВт;
– массовый и объемный расходы охлаждающей воды в
компрессорной установке (с учетом расхода воды в конденсаторе ХМ),
кг/с, м³/ч;
- массовый и объемный расход хладоносителя в системе
холодоснабжения, кг/с, м³/час;
– плотность воды и хладоносителя, кг/м³.
Также следует принять:
= 25 м – рабочий напор водяных насосов;
H
= 15 м - рабочий напор рассольных насосов;
= 0,75 - 0,85 – общий КПД центробежного насоса.
Порядок выполнения расчета
Эксергетический КПД компрессорной установки в общем виде
определяется отношением:
E E
Σ + Σ
1
=
η
e
ку
Σ + Σ
,
30
где
1
E
Σ
Q
E
вх
E
вэ
E
1
E
E G e
= ⋅
( )
ос ос ос
e h h T s s
,
кс кс
T P
, ,
ос ос ос
h T s
( ) 1000
+ + ⋅
1
э
2
э
3
э
вк
V
н
N
1000
н н н
V g H
н
V
н
H
ρ
- сумма эксергий потоков сжатого воздуха с разными
параметрами за системой осушки, кВт;
- эксергия отведенной теплоты охлаждения, если она полезно
Σ
используется, кВт;
- эксергия (электроэнергия), подведенная к установке, кВт;
Σ
- эксергия, затраченная во вспомогательных элементах (в
Σ
системе осушки воздуха и т.п.), кВт.
Эксергия потока сжатого воздуха,
кВт, может быть определена
по е-h – диаграмме [16] или вычислена по соотношению
,
, кДж/кг.
) являются параметры
где
= − − ⋅ −
воздуха при параметрах нагнетания
Параметрами окружающей среды (
1 в
- удельная эксергия потока сжатого
атмосферного воздуха на линии всасывания компрессора.
Удельный расход электрической энергии на производство единицы
сжатого воздуха, кВт·ч/1000м³, определяется отношением
э э э
где
=
у
1 2 3
V
вк
э
- расход электроэнергии за 1 час на сжатие воздуха в
,
компрессорной установке, кВт·ч;
- то же, в холодильной машине системы осушки воздуха, кВт·ч;
- то же, на привод циркуляционных насосов системы
водоснабжения и контура хладоносителя, кВт·ч;
- часовая объемная производительность компрессорной
установки, м³/ч.
Мощность циркуляционных насосов
кВт, вычисляется по
соотношению [4]:
ρ
=
⋅ ⋅ ⋅
⋅
η
н
, где
N
н
объемная производительность насоса, м³/с;
–
- напор, развиваемый насосом, м;
- плотность перекачиваемой среды, кг/м³;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]