Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет теплоэнергетических установок промышленных предприятий. Практикум
.pdf
размером
K
K
d в горизонтальной трубе диаметром D . Концентрация частиц
э
. Исходные данные приведены в табл. 15.
Таблица 15
Исходные данные к задаче №15
Величина, ед. изм.
d , мкм
э
D , м
, кг/кг
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
50 100 150 50 100 150 50 100 150 50
0,02 0,02 0,04 0,04 0,03 0,03 0,06 0,06 0,05 0,05
5 6 7 8 9 1 2 3 4 5
Вариант
Задача №16
Порошок окиси алюминия, применяющийся как катализатор техно-
логических реакций, необходимо по условиям технологии нагревать до
//
t .
к
Нагрев производится при транспорте порошка через горизонтальную труб-
/
ку в потоке дымовых газов с начальной температурой
частиц порошка
ср
d , их начальная температура
к
/
t . Определить минималь-
к
t . Средний размер
г
ный расход дымовых газов
G и определить диаметр трубы d , обеспечи-
г
вающей устойчивое транспортирование катализатора количеством
ходные данные представлены в табл. 16.
Таблица 16
Исходные данные к задаче №16
Величина, ед. изм.
//
t , °С
к
/
t , °С
к
/
t , °С
г
ср
d , мкм
к
G , кг/ч
к
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
10 15 20 25 30 10 15 20 25 30
340 340 360 360 380 380 400 400 420 420
110 100 90 110 100 90 110 100 90 110
500 700 900 1100 1300 500 700 900 1100 1300
Вариант
G . Ис-
к
11
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
A
E
Задача №1
Значение эксергии потока вещества определяется по выражению,
кДж/кг
),/ln()]/ln([
где
(1)
p
3
1031,8
R кДж/кг·К – универсальная газовая постоянная.
ppTRTTTTTCex
00000
Для случая А: учитывая, что фазовых переходов в потоке нет и пренебрегая членом уравнения, содержащим давление, получаем упрощенное
выражение, кДж/кг:
)]./ln([
(2)
p
TTTTTCex
000
Для случая Б справедлива формула (1). Теплоемкость воды необходимо определять при заданном среднем давлении по данным [1].
Задача №2
Энтальпия пара на входе в турбину определяется по свойствам воды
и водяного пара [1]. Эксергия потока пара с учетом теплофизических
)(
ssThhex
свойств рабочего тела определяется
и [1]. Затем
000
строится процесс изоэнтропного расширения пара в турбине на диаграмме
h-S и действительного процесса расширения пара с учетом значений внут-
реннего относительного КПД проточной части турбины для определения
величин энтальпий и эксергий.
Действительная удельная работа расширения пара в турбине, кДж/кг
(3)
.
hhL
кне
Эксергетический КПД турбины рассчитываются по выражению
./)(
exLex
(4)
нeкех
Удельные потери эксергии в турбоагрегате определяется по формуле, кДж/кг:
).(
Lexexd
(5)
екн
Задача №3
Для построения диаграммы Сэнки (рис. 1) необходимо составить
тепловой и эксергетический баланс теплообменника [5]. При этом под
анергией понимается часть тепловой энергии, которая не может быть превращена в работу [2]. С этой точки зрения, количество теплоты, содержащейся в тепловом потоке, может быть представлено как .
xQ
При этом тепловая энергия соответствующего потока теплоносителя
определяется по формуле, кВт:
tCGQ
.
12
(6)
p
T
Рис. 1. Диаграмма Сэнки потоков энергии, эксергии и анергии в водоводяном
теплообменнике (а – совмещенная диаграмма; б – диаграмма потоков эксергии)
Для расчета эксергии теплового потока используется выражение,
кВт:
QEx
,
T
0
1
где
– эксергетическая температурная функция; 273
q
(7)
T К – тем-
0
пература начала отсчета.
Потери энергии и эксергии определяются по выражениям, кВт:
по
т
по
т
вх
водгр
вх
водгр
вх
воднагр
вх
вых
водгр
воднагр
вых
QQQQQ и (8)
вых
водгр
,
....
воднагр
вых
ExExExExEx
....
воднагр
Эксергетический КПД аппарата без учета транзитных потоков рас-
считываются по выражению
,/)(
где
вх
ExExEx
– подведенная в теплообменник эксергия, кВт.
водгрподв
вх
..
воднагр
ExExEx
(9)
подвпотподвex
А с учетом транзитных потоков формула (9) будет выглядеть в сле-
дующем виде:
()()
Ex Ex Ex Ex Ex
ex подв пот нагр вод подв нагр вод
вх вх
..
. (10)
Задача №4
Потери чистого конденсата от невозврата с производства определя-
ются по формуле, кг/с:
GgD
конд возвр п
(1 )
. (11)
Потери конденсата, вызванные пролетным паром и паром вторично-
го вскипания, определяются соответственно, кг/с:
GG
0,12
пр конд
GD
и
.
вт вск п
0,1
. (12)
Суммарные потери конденсата, не возвращенного в источник тепло-
снабжения, определяются алгебраической суммой по статьям. Для конден-
13
сата энтальпия определяется по [1] по заданному давлению по состоянию
насыщения, энтальпия пролетного пара – по давлению греющего пара
в состоянии насыщения, энтальпия пара вторичного вскипания – по давлению в конденсатосборнике.
Тепловые потери с невозвращенным конденсатом по отношению
к количеству теплоты, подведенной в паропотребляющий аппарат, определяются соотношением
3
пр ii пп
Gh D h
1
i
. (13)
Для каждого производственного участка методика расчета аналогична вышеприведенной. Необходимо определить также относительные тепловые потери в целом по предприятию.
Задача №5
Энтальпия конденсата высокого и низкого давления
h и 0h опреде-
к
ляется по [1] по соответствующим давлениям насыщения. Скрытая теплота
парообразования
r определяется по давлению, поддерживаемому в бачке-
0
сепараторе.
Доля пара вторичного вскипания, образующегося при снижении давления, определяется соотношением
()
hhr
к
. (14)
00
Выход пара вторичного вскипания на выходе из бачка-сепаратора
определяется по формуле, кг/с:
DG
.вт вск к
. (15)
Количество теплоты, которое может быть сэкономлено с паром вторичного вскипания определяется выражением, кг/с:
эк
QDh
..0
вт вск вт вск
. (16)
Такой расчет проводится по всем трем потребителям пара.
Задача №6
График Россандера к определению продолжительности оптимальной
теплофикационной нагрузки ТЭЦ представлен на рис. 2.
Время работы
с оптимальным коэффициентом теплофикации
т
определяется из соотношения, ч/год
..
эк
()
т
год т
1
тотб эт
э q
bb
()
ТЭЦ кэс
bb
кэс ТЭЦ
..
, (17)
где
– суммарное годовое число чалов использования установленной
год
электрической мощности турбин ТЭЦ, ч/год;
14
тэ – удельная выработка
электроэнергии на тепловом потреблении;
ты внешним потребителям;
..кэ
b – удельный расход топлива для выработки
ТЭЦ
электроэнергии на ТЭЦ конденсационным способом;
приведения;
гии на КЭС;
b – удельный расход топлива для выработки электроэнер-
КЭС
..тэ
b
– удельный расход топлива для выработки электроэнер-
ТЭЦ
отб
q – удельный отпуск тепло-
– коэффициент
гии на ТЭЦ теплофикационным (комбинированным) способом.
Рис. 2. Годовой график присоединенной тепловой нагрузки
В системе СИ удельные расходы и значения коэффициентов безраз-
мерны.
Нанося оптимальную продолжительность теплофикационной
нагрузки на график с учетом масштаба, получаем значение тепловой
нагрузки покрываемой из отборов ТЭЦ
. Таким образом, оптимальный
Q
отб
коэффициент теплофикации определяется формулой
opti
тэц отб
/
QQ
. (18)
max
Нагрузка пиковых источников теплоснабжения составляет, МВт
QQQ
maxпик отб
. (19)
Задача №7
Значения параметров
Время работы
с оптимальным коэффициентом теплофикации по
т
отб
q и тэ принять такими же, как в задаче №6.
экономическим условиям определяется из соотношения, ч/год
....
)()()(
где
k
– удельная стоимость установленной мощности ТЭЦ, включая
ТЭЦ
отбт
пиковую котельную, руб./кВт;
тэ
ТЭЦкэст
Ц
топ
k – удельная стоимость установленной
разд
кэ
ТЭЦтгод
зfEkk
)()(
допИраздТЭЦ
,
bbbbqэ
кэс
(20)
15
мощности при раздельном варианте (КЭС и районные котельные) с учетом
f
B
различной стоимости тепловых сетей при ТЭЦ и КЭС, руб./кВт;
нятый коэффициент инвестиционных отчислений;
– доля ежегодных из-
держек на амортизацию, ремонт оборудования и прочие расходы;
E – при-
И
з –
доп
удельные дополнительные годовые затраты на ТЭЦ по сравнению с годовыми затратами при раздельном варианте энергоснабжения, руб./кВт;
Ц – стоимость топлива, руб./т.
топ
Нанося оптимальную продолжительность теплофикационной
нагрузки на график с учетом масштаба, получаем значение тепловой
нагрузки, покрываемой из отборов ТЭЦ
Q . Таким образом, оптималь-
отб
ный коэффициент теплофикации определяется формулой
opti
тэц отб
/
QQ
. (21)
max
Нагрузка пиковых источников теплоснабжения составляет, МВт:
QQQ
maxпик отб
. (22)
Задача №8
В теплофикационный период за счет использования ВЭР вытесняются не отборы турбин ТЭЦ, а нагрузка пиковых котлов. Экономия тепловой
энергии в этот период определяется по формуле, МВт:
Q
т
Q
эк
вэр
кот т
. (23)
В конденсационный период экономия тепловой энергии определяется с учетом коэффициента ценности теплоты пара в отборе
, который
находится по табл. 17 (на примере турбины ПТ-60-130).
Таблица 17
Коэффициенты ценности теплоты отборного пара турбины ПТ-60-130
Показатель Значения
Давление пара в отборе, МПа 3,12 1,96 1,27 0,46 0,30 0,14 0,04
Коэффициент ценности теплоты ξ 0,795 0,725 0,655 0,525 0,462 0,398 0,274
Суммарная годовая экономия теплоты может быть найдена из уравнения, МВт/год:
QQ Q
( ( ) ) 3600
эк т эк год т эк
тк
. (24)
Годовая экономия условного топлива составляет, т у.т./год:
усл
0,0342
эк эк
Q
. (25)
Задача №9
Определим тепловую мощность котла-утилизатора при средней теплоемкости газов в процессе охлаждения газов, кВт
16
г
р
p
p
t
где
ух
120 180
QGCtt
ку г р вх ух
°С – температура уходящих газов.
()
, (26)
Дополнительно принять, что вода подается в котел-утилизатор подогретой до состояния насыщения. Коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду, составляет 95-98%.
Количество вырабатываемого пара определяется по формуле, кг/с
Q
D
ку
.
(27)
)(
hh
..впп
Задача №10
Удельная адиабатная работа сжатия в компрессоре определяется по
следующей формуле с учетом справочных данных [6], кДж/кг
.
hhl
(28)
ррад
0
к
Удельная действительная работа сжатия в компрессоре составляет,
кДж/кг:
./)(
hhl
к
0
(29)
иэррд
Расход электроэнергии на привод ТНУ рассчитывается по формуле,
кВт·с/кг:
э l
к
Удельные затраты топлива на производство электроэнергии на КЭС
определяем по выражению, кДж/кг:
q э q
топ к
Удельное количество передаваемой потребителю теплоты составляет, кДж/кг:
Удельная экономия теплоты природного топлива при использовании
ТНУ с рекомпрессией пара, кДж/кг:
qq q
эк потр топ
Коэффициент преобразования энергии в ТНУ возможно рассчитать
по формуле
Задача №11
Степень расширения рабочего пара определяется по формуле:
/
дэм
к
/
q э
эк
к
. (30)
. (31)
///
)..(
hhq
(32)
рртпотр
кк
. (33)
. (34)
/
p
. (35)
н
Степень сжатия инжектируемого пара:
/
p
c н
. (36)
17
По этим показателям с использованием рис. 3 [7] находим коэффи-
A
циент инжекции
U
.
а б
Рис. 3. Зависимость коэффициента инжекции пароструйного компрессора от степени
сжатия (а – сухой насыщенный пар; б – перегретый пар): I – p
II – p
/ pн = 50; III – pp / pн = 25; IV – pp / pн = 15; V – pp / pн = 10;
p
VI – pp / pн = 6; VII – pp / pн = 4; VIII – pp / pн = 3,2
/ pн = 75;
p
Расход сжатого пара определяется по формуле, кг/с:
(1 )
GUG
cp
. (37)
Расход инжектируемого пара определяется выражением, кг/с:
GGG
н cp
. (38)
Задача №12
Для начала необходимо определить удельную аккумулирующую
способность аппарата по формуле, кг/м
где
/
h – энтальпия воды в начале процесса разрядки, кДж/кг;
н
пия воды в конце процесса разрядки, кДж/кг;
процесса разрядки, кДж/кг;
3
ки, кг/м
.
/
p – плотность воды в начале процесса разряд-
3
:
//
()
hh
/
нк
// /
()
hh
нк
, (39)
h – энтальпия пара в начале
//
н
Значения плотности и энтальпий выбирать по состоянию насыщения
для воды и водяного пара по давлению из [1].
Количество пара, отпускаемого аккумулятором за время разрядки,
определяется по формуле, кг:
G
. (40)
Необходимый объем аккумулятора для заполнения водой определя-
ется по формуле, м
3
:
/
h – энталь-
к
18
f
g
A
где
VA
ак
0, 9 0, 95
– коэффициент заполнения водой внутреннего объема акку-
/( )
мулятора.
Задача №13
В расчетах принять плотность газа
2
нематической вязкости
Удельная поверхность частиц в 1 м
2/м3
м
:
93,13 10
f Ф d
сл сл э
6
м
/с и порозность слоя
6(1 )
3
Критерий Рейнольдса определяется по выражению:
4
Re
w
. (43)
f
сл
Коэффициент сопротивления определяется по эмпирическим формулам в зависимости от критерия Рейнольдса:
41
при
Re
Re 45
, (41)
0,346
кг/м
3
, коэффициент ки-
0,5
сл
.
слоя определяется по формуле,
. (42)
, (44)
35,5 0,82
Re Re
Удельную потерю давления необходимо определять по формуле, Па/м:
p
Полная потеря давления определяется умножением высоты слоя на
удельную потерю.
Для кипящего слоя важным критерием является число Архимеда, которое определяется по формуле:
Ar
Первое и второе критическое число Рейнольдса определяется по эмпирическим зависимостям
1
Re
Re
2
0,08
при
45 Re 5500
2
w
2
сл
сл
Задача №14
()
тэ
1400 5,22ArAr
18 0,61
d
2
Ar
. (46)
3
3
. (45)
. (47)
; (48)
. (49)
r
Критические скорости газа будут определяться по общему выражению с подстановкой соответствующих значений критерия Рейнольдса:
1(2) 1(2)
w
Re
. (50)
d
э
19
Таким образом, кипящий слой будет существовать в пределах скоро-
стей газа от первой критической до второй.
Задача №15
Для горизонтального потока минимальная скорость газа, при которой твердые частицы транспортируются, не оседая на «дно» трубы, определяются эмпирическим выражением
wDd К
5, 6 ( / )
min
0,34 0,36 0,5 0,25
эт
. (51)
Задача №16
Физические свойства алюминия следующие:
Вт/м·°С;
C
к
кДж/кг·°С. Физические свойства газов примем как для
0,925
продуктов сгорания 100% СН
по данным [1].
4
3700
к
кг/м3;
30,2
к
Расход дымовых газов будет минимален в том случае, когда их тем-
//
пература на выходе из трубы
//
дых частиц
Значение
1, 1
где
t
, то есть при условии
к
G
найдем из уравнения теплового баланса
г
G С tt GС t С t
ккк к г гг гг
– коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду.
t
будет равна конечной температуре твер-
г
// //
tt
гк
// / / / // //
() [ ]
.
, (52)
Устойчивый транспорт твердых частиц в горизонтальном потоке газа
достигается, когда скорость газа не меньше скорости витания, которая
определяется по следующей формуле
wdg
0,9
вит к
1/7
d
ср
d
к
кг
г
ср
. (53)
Плотность дымового газа определить расчетным путем по стехиометрическим соотношениям ( = 1) с использованием [1] и поправкой на
фактическую температуру. Приняв коэффициент запаса по скорости 1,8, то
4
G
есть
1, 8
ww
вит
, и учитывая, что
w
г
г
2
d
, получим выражение
3600
для диаметра трубы
0, 467
. (54)
Так как
d
d
зависит от
необходимо учесть
4570 ( )
при температуре выхода газа из трубы. При этом
г
ср
dg
ккгг
G
г
0,357
обратно пропорционально, то в расчете
г
скорость газа на входе в трубу будет заведомо выше, чем на выходе
//
ww
вх вых
г
/
г
. (55)
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]