4.1 Расчет идеального процесса сжатия компрессора.

Расчитываем энергетические характеристики компрессора К-5500-42-1, обеспечивающего доменный цех сжатым воздухом при сжатии без потерь.

Характеристики данного компрессора приведены в таблице 1.2 данного расчета.

Производительность – 4360 м³/мин;

Давление всасывания - 0,0981 МПа;

Давление нагнетани – 0,51 МПа;

Потребляемая мощность – 17200 кВт;

Число ступеней по секциям – 2+2.

Р_н

Т

Р_вс

Р₂

2

4

Т₂

Т₁

1

3

5

S

Рис4.1 Диаграмма идеального процесса сжатия воздуха в компрессоре.

На T-S диаграмме (рис. ) показано изменение параметров рабочего тела при сжатии в компрессоре с промежуточным охлаждением. Характерные точки процесса представлены на указанном рисунке. Следует отметить, что давление в точке 1 равно давлению всасывания , то есть P₁=P_вс=0,0981 МПа, давление в точке 5 – давлению нагнетания P₅=Р_нг=0,51 МПа.

Суммарная степень сжатия компрессора:

_сум===5,199

Степень сжатия в каждой степени:

₁=₂==

Промежуточные давления определяются из соотношений =.

И учитывая, что охлаждение в теплообменниках происходит по изобаре Р=const, то давления Р₂=Р₃, Р₄=Р₅. Тогда промежуточные давления процесса сжатия:

Р₂=Р₃=Р₁=2,280,0981=0,224 МПа;

Р₄=Р₅=Р_нг=Р₂=2,280,224=0,51 МПа.

Работа идеального сжатия в одной секции ( в идеальном процессе работа в каждой секции одинакова):

Дж/кг

Суммарная работа компрессора:

L_=L_{s i}=278183,927=156367,854 Дж.

Плотность воздуха на всасе компрессора:

=кг/м³.

Массовый расход воздуха: G=V=кг/с.

Суммарная мощность идеального компрессора:

N_s=G L_=84,293156367,854=13180715,517 Вт=13180,716 кВт,

тогда разность между паспортной и полученной мощностями:

N=N-N_s=17200-13180,716=4019,284 кВт.

Изотермический КПД компрессора:

_{изот комп}=%.

4.2 Расчет реального процесса сжатия компрессора.

Р₄

Т₄

Р_вс

Р₂

2

4

Т₂

Т₃

3

5

Т₁

Р_н

1

Р₃

S

Рис.4.2 Диаграмма реального процесса сжатия воздуха в компрессоре.

Для сравнения рассчитаем энергетические характеристики реального процесса сжатия в компрессорею Разность температур в охладителях T_вод=Т^//_вод-Т^/_вод=50-25=25 ⁰С, если нагрев воды в каждом охладителе происходит на величину, равную 25 ⁰С, что позволяет охладить воздух до требуемой температуры перед входом в последующую секцию. Следует иметь ввиду, что геометрические размеры теплообменников отличаются между собой, поскольку параметры поступающего в них воздуха различны. Предположим, чо температура воздуха на выходе из охладителей на Т_охл = 15⁰С ниже температуры воды, подаваемой в аппарат (Т^/_вод = 25 ⁰С ). Обычно величина Т_охл лежит в пределах 1015 ⁰С и обуславливается особенностями и типом системы промежуточного охлаждения компрессора. Тогда определим температуру охлажденного воздуха Т₃=Т₅=Т^/_вод-Т_охл=25+15 = 40 ⁰С =313 К. Промежуточные давления аналогичны рассчитанным в идеальном процессе, то есть Р_вс=Р₁=0,0981 МПа, Р₂=0,224 МПа, Р₄=Р_нг=0,51 МПа. В таком случае степень сжатия в первой секции остается без изменений по сравнению с идеальным процессом:

_1д=и работа будет равна:

L_д1=Дж/кг.

Давление воздуха после охлаждения изменится на величину Р_{1 по}=0,025 МПа и станет равным:

Р₃=Р₂-Р_{1 по}=0,224-0,025=0,199 МПа.

Температура воды на входе в первый промежуточный теплообменник:

К,

где с_р – теплоемкость воздуха. По таблице 2.1 [1] находим C_р=1,005 кДж/(кгК).

Давление сжатого воздуха на выходе из второй секции турбокомпрессора Р₄=Р₅+Р_ко=0,51+0,02=0,53 МПа

Теперь рассмотрим процесс сжатия воздуха во второй секции компрессора. Степень сжатия определяется как отношение давлений (с учетом потерь давления при охлаждении воздуха):

_2д=и работа будет равна:

L_д2=123877,21 Дж/кг.

Температура на выходе сжатого воздуха в нагнетатн\ельный трубопровод (перед охлаждением в концевом охладителе):

440,241 К.

Суммарная работа сжатия:

L_д=L_{sд i}= L_д1+ L_д2=95346,252+123877,21=219223,462 Дж/кг.

Действительная мощность компрессора:

N_д=G L_д=84,293219223,462=16858600,243 Вт=16858,6 КВт,

тогда между паспортной и полученной мощностями равна:

N=N-N_д=17200-16858=341,4 кВт.

Удельный расход энергии на 1000 м³ для данного компрессора:

Э==64,444.

Определим расход воды на каждую секцию компрессора. Так как сжатый воздух из компрессора далее поступает в доменную печь, то концевой охладитель не устанавливается, что бы воздух поступал в доменную печь уже нагретым. Таким образом необходимо рассчитать одни промежуточный охладитель.

Т^//_вод

Т^/_вод

1ПО

Т₃

Т₂

Рис.4.3 Расчетная схема ПО.

В первый промежуточный охладитель воздух поступает с температурой Т₂ и охлаждается до температуры Т₃.Расход воды равен:

G_{вод 1по}=кг/с.

Суммарный расход воды на компрессор :

G_{вод }= G_{вод 1по}=60,551 кг/с.

Параметры сжатого воздуха в характерных точках:

Точка 1: Р₁=Р_вс=0,0981 МПа, Т₁=Т_вс=293 К.

Точка 2: Р₂=0,224 МПа, Т₂=387,873 К.

Точка 3: Р₃=0,199 МПа, Т₃=313 К.

Точка 4: Р₄=0,53 МПа, Т₄=440,241 К.

Точка 5: Р₅=Р_нг=0,51 МПа, Т₅=313 К.

Эксергетический КПД компрессора равен:

_экс=