Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет теплоэнергетических установок промышленных предприятий. Практикум
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.
А.Н. Мракин
РАСЧЕТ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Практикум по дисциплине «Энергобалансы промышленных
предприятий» для студентов всех форм обучения
по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника»
Саратов 2015
1
УДК 621.311
ББК 31.3
М 88
Рецензенты:
Кафедра «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция»
ФГБОУ ВПО СГАУ имени Н.И. Вавилова, заведующий кафедрой
д.т.н., профессор В.А. Стрельников
Научный сотрудник Лаборатории «Моделирование систем производства
энергии» Исследовательского центра проблем энергетики КазНЦ РАН,
к.т.н. О.В. Афанасьева
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
имени Гагарина Ю.А.
Мракин А.Н.
М 88 Расчет теплоэнергетических установок промышленных предприятий:
практикум – Саратов: Сарат.гос. техн. ун-т, 2015. – 24 с.
ISBN 978-5-7433-2846-8
Содержатся исходные данные для расчета, методические и справочные материалы, необходимые для решения типовых задач по теплоэнергетическим системам
и энергобалансам промышленных предприятий. Приведены современные методики
выбора основного и вспомогательного оборудования, описаны принципы оптимизации
энергопотребления. Изложены критерии для оценки термодинамической и техникоэкономической оценки аппаратов и процессов, составляющих основу энергетического
комплекса промпредприятия
лоэнергетика и теплотехника». Может быть полезным для бакалавров, магистров, аспирантов и специалистов, занимающихся вопросами энергоаудита, повышением энергетической эффективности и рационализацией энергопотребления промпредприятий.
. Предназначено для студентов направления 140100 «Теп-
УДК 621.311
ББК 31.3
ISBN 978-5-7433-2846-8 © Саратовский государственный
технический университет, 2015
© Мракин А.Н. 2015
2
ВВЕДЕНИЕ
Современные промышленные предприятия являются крупнейшими
потребителями топливно-энергетических ресурсов, вследствие чего статья
расходов на энергоресурсы в структуре себестоимости выпускаемой продукции – одна из основополагающих [4]. Поскольку промышленные предприятия функционируют достаточно длительный период, и не всегда имеется возможность изменения конструкций основного технологического
оборудования, наиболее привлекательным направлением совершенствования энергохозяйства
является внедрение мероприятий, позволяющих достичь желаемого эффекта без существенного изменения режимов работы
основных технологических систем. Теплоэнергетическая система промышленного предприятия, предназначенная для обеспечения потребителей
энергоресурсами всех требуемых видов, соответствующего качества
и в необходимом количестве в любой момент времени, представляет собой
сложное образование, объединяющее не только внешние и внутренние источники
энергетических ресурсов предприятия, но также потребителей [6].
Подготовка бакалавра по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника» предусматривает изучение курса «Энергобалансы промышленных предприятий» с проведением практических занятий. Данный практикум базируется на материале, изложенном в [3, 7, 8-10] и содержит индивидуальные задания и рекомендации по их выполнению.
3
1. УСЛОВИЯ ЗАДАЧ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
T
T
p
Задача №1
Определить значение удельной эксергии потока вещества: А) В ка-
честве уровня отсчета температуры принимается значение
лоемкость вещества
C . Среднее давление потока практически совпадает
p
283
T К. Теп-
0
с давлением окружающей среды. Б) В качестве уровня отсчета температуры принимается значение
T
0
мается атмосферное давление 1,0
К, за уровень отсчета давления прини-
293
p МПа. Рабочее вещество – вода. Ис-
0
ходные данные представлены в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные к задаче №1
Условие
А
Б
Величина,
ед. изм.
, К
C , кДж/кг·К
p
, К
, МПа
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
403 573 323 713 683 293 603 783 459 523
1,05 1,24 1,36 1,80 2,25 2,50 1,36 1,80 2,25 2,50
403 473 303 333 383 403 473 303 333 383
0,6 1,7 0,2 0,3 0,4 2,0 2,5 3,0 2,5 3,0
Вариант
Задача №2
Определить эксергетический КПД паротурбинной установки без отборов пара из проточной части (простой цикл Ренкина). Для определения
эксергии принять
0
p
МПа и
1,0
°С. Значение внутреннего относи-
20
t
0
тельного КПД турбины, представляющего собой отношение действительной работы расширения к изоэнтропийной, выбрать из диапазона
0
i
входе в турбину, а также выходное давление
Величина, ед. изм.
, МПа
p
н
, оС
t
н
, МПа
p
к
Тип турбины
. Исходные данные (давление
85,080,0
Исходные данные к задаче №2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0,65 1,4 1,1 3,8 2,5 1,3 1,1 1,3 2,5 3,0
250 250 310 350 310 250 300 350 350 400
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,2 0,4 0,6 0,8 0,6
конденсационная с противодавлением
p и температура нt
н
p ) представлены в табл. 2.
к
Вариант
пара на
Таблица 2
Задача №3
Составить таблицу эксергетического баланса поверхностного водоводяного теплообменника, построить диаграмму Сэнки и произвести оценку термодинамической эффективности аппарата. Изменением давления ра-
4
бочих сред в аппарате пренебречь. Определить значение эксергетического
КПД теплообменника для случая, когда нагреваемая вода циркулирует
в замкнутой системе, с учетом транзитных потоков эксергии. Исходные
данные представлены в табл. 3.
Таблица 3
Исходные данные к задаче №3
Поток
I (греющая
Вари-
ант
0 2,5 150 2,0 5
1 4,3 130 4,1 10 50
2 1,9 120 1,5 20 60
3 6,2 130 6,0 40 70
4 3,7 90 3,2 35 45
5 4,8 100 4,6 15 50
6 2,5 120 4,1 10 35
7 4,2 140 5,3 20 60
8 6,1 100 7,6 35 45
9 7,5 95 5,7 5 30
вода на входе)
расход,
кг/с
темпера-
тура, °С
II (нагреваемая
вода на входе)
рас-
ход,
кг/с
темпера-
тура, °С
III (греющая вода
на выходе)
расход,
кг/с
равен
рас-
ходу
пото-
ка I
темпера-
тура, °С
90
IV (нагреваемая
вода на выходе)
расход,
кг/с
равен
рас-
ходу
пото-
ка II
темпера-
тура, °С
определя-
ется урав-
нением
теплового
баланса
(потерями
в окружа-
ющую
среду
пренебречь)
Задача №4
Составить пароконденсатный баланс производственного участка
и определить тепловые потери, связанные с невозвратом конденсата источнику пароснабжения. Исходные данные представлены в табл. 4.
Таблица 4
Исходные данные к задаче №4
Расход потребителям пара
на производственном участке
Вариант
0 2,0 0,6 3,2 0,8 4,80 0,4 0,10 95 70
1 4,1 0,5 4,7 0,6 0,90 1,0 0,12 90 60
2 10,2 0,7 1,2 0,5 1,34 0,9 0,10 97 80
3 5,7 0,9 6,3 0,4 2,80 0,6 0,12 95 55
4 4,3 0,6 5,5 0,9 6,00 0,4 0,10 95 30
5 1,2 0,4 2,8 0,5 9,60 0,6 0,12 85 75
6 4,6 0,6 5,1 0,6 1,00 0,7 0,10 70 45
7 3,8 0,7 2,2 0,8 2,30 0,9 0,12 90 60
8 6,4 0,5 3,9 0,9 5,80 1,2 0,10 90 75
9 5,1 0,5 4,5 0,4 9,60 1,0 0,12 60 96
1 2 3
D ,
кг/с
p ,
n
МПа
D ,
n
кг/с
p ,
n
МПа
D ,
n
n
кг/с
МПа
p ,
n
Условия, поддерживаемые
в конденсатосборнике
давление,
МПа
температура,
°С
доля
возврата,
%
5
Задача №5
Определить количество пара вторичного вскипания, которое можно
получить при расширении насыщенного конденсата высокого давления.
Исходные данные представлены в табл. 5.
Таблица 5
Исходные данные к задаче №5
Вариант
Поступление конденсата от потребителей пара
1 2 3
D ,
к
кг/с
p ,
к
МПа
D ,
к
кг/с
p ,
к
МПа
D ,
к
кг/с
p ,
к
МПа
Давление,
поддерживаемое
в бачке-сепараторе
p , МПа
0
0 10,0 0,6 5,6 0,8 7,3 0,9 0,20
1 2,2 0,5 4,7 0,7 4,2 0,8 0,15
2 5,2 0,9 3,9 0,5 1,4 1,0 0,40
3 3,9 0,5 2,0 0,8 9,8 0,6 0,20
4 1,3 1,0 6,5 0,9 2,4 0,7 0,40
5 7,5 0,4 5,1 0,6 6,9 0,5 0,15
6 4,5 0,7 4,1 0,5 3,4 0,7 0,30
7 7,9 0,8 6,4 0,6 5,7 0,4 0,15
8 2,5 0,9 7,7 0,5 7,0 0,3 0,20
9 9,6 0,9 2,1 0,6 3,6 0,4 0,15
Задача №6
Определить оптимальное значение коэффициента теплофикации
ТЭЦ
opti
по энергетическим показателям для условий, приведенных
ТЭЦ
в табл. 6, в соответствии с графиком Россандера. Максимальная тепловая
нагрузка 100
max
Q
МВт. По графику найти значения оптимальной нагруз-
ки тепловых отборов паровых турбин ТЭЦ и соответствующую им нагрузку пиковых котлов.
Таблица 6
Исходные данные к задаче №6
Показатель
Вариант
b
КЭС
0 2,7 1,4 3,0 0,40 1,70 0,8 5500
1 2,8 1,3 3,2 0,50 1,80 0,9 6500
2 2,9 1,2 3,4 0,60 1,90 1,0 7500
3 3,0 1,1 3,1 0,55 2,00 1,2 8500
4 2,6 1,5 3,3 0,45 1,75 1,0 7000
5 3,1 1,6 3,5 0,65 1,85 1,0 6000
6 2,7 1,2 3,2 0,40 1,80 1,1 5500
7 2,8 1,1 3,4 0,45 1,90 0,9 6000
8 2,9 1,4 3,2 0,50 2,00 1,0 4000
9 3,0 1,3 3,4 0,55 1,75 0,7 3450
..тэ
b
ТЭЦ
..кэ
b
ТЭЦ
т
э
отб
q
год
, ч/год
6
Задача №7
Определить оптимальное значение коэффициента теплофикации
opti
ТЭЦ
по экономическим показателям для условий, приведенных
ТЭЦ
в табл. 7, в соответствии с графиком Россандера. Максимальная тепловая
нагрузка 150
Q МВт. По графику найти значения оптимальной нагруз-
max
ки тепловых отборов паровых турбин ТЭЦ и соответствующую им нагрузку пиковых котлов.
Таблица 7
Исходные данные к задаче №7
Показатель
,
Вариант
0 2,6 1,4 3,8 7000 0,9 2000 0,25 300 20
1 2,8 1,6 3,4 8000 1,0 1000 0,22 350 30
2 3,1 1,3 4,2 6000 1,1 3000 0,20 250 40
3 3,0 1,4 3,2 8500 1,2 1000 0,17 200 15
4 3,3 1,2 3,5 7500 0,8 2000 0,15 300 10
5 2,9 1,5 3,3 6500 1,0 3000 0,20 350 25
6 2,8 1,6 3,4 4500 0,9 4000 0,18 250 30
7 3,1 1,3 4,2 5500 1,0 5000 0,25 250 35
8 3,3 1,2 3,5 5000 1,1 4500 0,20 400 40
9 2,9 1,5 3,3 5000 1,2 5500 0,15 200 50
b
КЭС
..тэ
b
ТЭЦ
..кэ
b
ТЭЦ
год
ч/год
,
руб./кВт
kk
раздТЭЦ
И
fЕ
Ц ,
топ
руб./т
з ,
доп
руб./кВт
Задача №8
На предприятии образуется ВЭР в количестве
Q МВт. Использо-
вэр
вание этих ВЭР позволит снизить расход пара из отборов паровых турбин
ТЭЦ давлением
p
МПа. Основным источником теплоснабжения про-
отб
мышленного предприятия является ТЭЦ. Определить экономию условного
топлива, достигаемую за счет использования ВЭР с учетом следующих
условий: число часов работы ТЭЦ
фикационном режиме
; КПД пиковых котлов ТЭЦ
т
антов КПД теплового потока принять равным 98,0
; число часов работы ТЭЦ в тепло-
год
. Для всех вари-
коп
т
. Исходные данные
к расчету приведены в табл. 8.
Таблица 8
Исходные данные к задаче №8
Показатель
Вариант
0 1200 1,27 4200 8400 0,80
1 800 0,30 5500 8600 0,85
2 1750 0,46 3700 7400 0,90
3 550 0,14 3200 6400 0,87
Q , МВт
вэр
p , МПа
отб
, ч/год
т
, ч/год
год
коп
7
Окончание табл. 8
п
Показатель
Вариант
Q , МВт
вэр
p , МПа
отб
, ч/год
т
, ч/год
год
коп
4 690 1,96 4200 6800 0,83
5 120 3,12 5000 8200 0,92
6 340 1,30 4000 4500 0,85
7 450 2,15 2700 5000 0,90
8 790 3,00 2060 4350 0,87
9 305 1,56 3200 6700 0,83
Задача №9
Используя данные теплового баланса, рассчитать паропроизводительность котла-утилизатора, устанавливаемого в целях использования
ВЭР уходящих из печи дымовых газов. Параметры вырабатываемого в КУ
пара, исходные данные указаны в табл. 9.
Таблица 9
Исходные данные к задаче №9
Величи-
на, ед.
изм.
Газ
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
O
2
N
2
воздух
CO
2
Вариант
OH
SO
2
O
2
N
2
воз-
2
дух
CO
2
Расход
газовой
среды,
200 250 300 350 400 200 250 300 350 400
м3/с
Темпе-
ратура
газа на
340 750 1000 900 540 600 400 970 490 320
входе
в КУ, °С
Давле-
ние па-
0,8 0,9 0,6 0,7 1,0 1,4 1,2 0,8 0,7 0,9
ра, МПа
Состоя-
ние пара
ерегретый на
100 °С
насы
щен-
ный
перегре-
тый на
150 °С
насы-
щен-
ный
ерегре-
тый на
50 °С
насы-
щен-
ный
ерегре-
тый на
50 °С
насы-
щен-
ный
ерегре-
тый на
50 °С
насы-
щен-
ный
Задача №10
На предприятии имеется насыщенный пар низкого давления
p , ко-
0
торый не находит применения в технологии производства и в системах
теплофикации, но имеется потребность в паре промышленных параметров
p . Определить: выгодно ли использовать ВЭР пара низкого давления
к
сжатием его в компрессоре до требуемого давления. Исходные данные
приведены в табл. 10.
8
Исходные данные к задаче №10
Вариант
,
p
0
МПа
Показатель
,
p
к
q
МПа
к
иэ
Вариант
эм
p
0
МПа
,
Показатель
,
p
к
q
МПа
к
0 0,2 0,6 2,9 0,80 0,90 5 0,2 1,0 2,7 0,85 0,98
1 0,3 0,8 3,1 0,85 0,95 6 0,4 0,8 3,0 0,85 0,95
2 0,4 1,0 3,2 0,87 0,97 7 0,5 1,5 2,9 0,87 0,97
3 0,1 0,6 3,0 0,83 0,93 8 0,4 1,2 3,2 0,82 0,92
4 0,3 1,2 2,8 0,82 0,92 9 0,5 1,2 2,6 0,85 0,98
Задача №11
На промышленное предприятие от внешнего источника поступает
насыщенных пар давлением
p в количестве pG . Кроме того, от силовых
p
Таблица 10
иэ
эм
потребителей отводится отработанный пар давлением
требуется пар среднего давления
p . Определить выход сжатого пара cG
c
и расход отработанного пара, необходимый для этих целей
p . Предприятию
н
G . Исходные
н
данные представлены в табл. 11.
Таблица 11
Исходные данные к задаче №11
Вариант
p ,
p
МПа
G ,
p
кг/с
МПа
p ,
н
p ,
c
МПа
Вариант
p ,
p
МПа
Показатель
G ,
p
кг/с
p ,
МПа
н
p ,
c
МПа
0 2,0 0,8 0,20 0,50 5 3,5 5,5 0,40 1,00
1 0,8 1,2 0,10 0,30 6 2,9 2,1 0,25 1,50
2 1,4 4,8 0,30 0,60 7 4,2 4,3 0,55 2,00
3 1,0 6,2 0,15 0,45 8 3,1 2,9 0,60 1,75
4 0,9 2,7 0,25 0,70 9 4,1 3,2 0,25 1,50
Задача №12
Определить необходимый объем аккумулятора Рутса для следующих
условий эксплуатации: абсолютное давление пара, отпускаемого из аккумулятора в начале процесса разрядки
средний выход пара
времени
. Исходные данные к расчету приведены в табл. 12.
G ; разрядка аккумулятора продолжается в течение
; в конце процесса разрядки
нp0
кp0
Таблица 12
Исходные данные к задаче №12
Вариант
, МПа
нp0
0 0,40 0,37 2,3 300
1 0,50 0,43 1,4 840
2 0,60 0,57 0,5 600
Показатель
, МПа
кp0
G , кг/с
, с
;
9
Окончание табл. 12
p
p
v
Вариант
3 0,70 0,60 0,9 1200
4 0,30 0,25 1,7 2400
5 0,55 0,48 2,6 3000
6 0,45 0,20 1,9 1500
7 0,35 0,25 0,7 200
8 0,55 0,45 0,5 3500
9 0,30 0,25 2,1 1700
, МПа
нp0
Показатель
, МПа
кp0
G , кг/с
, с
Задача №13
В вертикальном цилиндрическом канале организован движущийся
плотный слой высотой
диаметром
и фактором формы Ф . Через слой продувается газ, средняя
d
э
h , состоящий из частиц со средним эквивалентным
скорость которого, отнесенная к полному сечению слоя и определенная
при средней температуре, составляет
w . Требуется определить полную по-
терю давления газа в слое. Исходные данные представлены в табл. 13.
Таблица 13
Исходные данные к задаче №13
Величина, ед. изм.
h , м
d , мкм
э
Ф
w , м/с
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5
25 75 130 180 225 25 75 130 180 225
0,5 1,5 2,0 0,5 1,5 2,0 0,5 1,5 2,0 0,5
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
Вариант
Задача №14
Определить пределы существования кипящего слоя из частиц минерального остатка сланца с эквивалентным диаметром
2590
p кг/м
т
мовых газов при температуре кипящего слоя
Величина, ед. изм.
d , мкм
э
, кг/м
-6 м2
, 10
3
, ожижаемого дымовыми газами. Физические свойства ды-
и v приведены в табл. 14.
Исходные данные к задаче №14
Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
25 75 130 180 225 25 75 130 180 225
3
/с
0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,7 0,7
120 130 140 150 160 120 130 140 150 160
и плотностью
d
э
Таблица 14
Задача №15
Определить минимальную скорость воздуха, при которой осуществляется устойчивое транспортирование частиц материала с эквивалентным
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]