1.5. Расчет потребности энергоресурсов

1.5.1. Пар (с тепловым расчетом приямка и битумохранилища)

Тепловой расчет битумохранилища включает определение требуемого количества

тепла и параметров нагревательных приборов . При этом следует установить : количество тепла , полезно расходуемого для нагрева битума ; потери тепла при разогреве битума в битумохранилище ; поверхность нагрева нагревательных приборов и необходимую длину труб ; расход пара или электроэнергии и выбор источника тепла .

При двухступенчатой схеме подогрева битума расчет производят по каждой ступени отдельно : сначала определяют расход тепла на разогрев битума в битумохранилище для обеспечения его поступления в приямок , затем расход тепла на разогрев в приямке для возможного перекачивания его по трубопроводам .

Рис. 1.1 – Битумохранилище (склад битума):

1 – железнодорожный бункер; 2 – битум; 3 – приямок; 4 – битумопровод; 5 – битумный насос; 6 – нагреватель приямка.

Количества тепла, необходимое для нагрева битума в хранилище, выражается следующей формулой:

Q = Q₁ + Q₂ =188381+322938=511319 кДж / ч (1.19)

где Q₁ - количество тепла , затрачиваемое на плавление битума, кДж /ч;

Q₂ - количество тепла , затрачиваемое на подогрев битума, кДж / ч ;

Количество тепла, необходимое для предварительного нагрева битума, равно :

Q₁ = G_б *Сб*(t_к^б-t_н^б)= 2563*1,47*(60-10)=188381 кДж / кг ⁰С, (1.20)

где G_б – часовая производительность битумохранилища по выдаче битума, равная потребности битума в 1 час:

Vб * 1000 3465*1000 G_б =-------------- = ---------------- = 2563 кг/ ч, (1.21)

Д_РС* Т_см 169*8

Сб- теплоемкость битума , зависящая от его температуры , кДж / кг ⁰С , (Сб=1,47кДж/кг⁰С);

t1 и t2 - начальная и конечная температуры битума, С (t_н^б =10 ⁰C, t_к^б = 60 ⁰C ).

Количество тепла, необходимое для расплавления битума, равно:

Q₂= μ*G_б = 126*2563 = 322938 кДж / ч, (1.22)

где μ - скрытая теплота плавления битума, кДж / кг ( μ = 126 кДж / кг ).

Потери тепла при разогреве битума в битумохранилищах происходят : от битума в хранилище через дно и стенки ; от зеркала битума в битумохранилище ; от нагретого битума в приямке битумохранилища через дно и стенки ; от нагрева и испарения воды , находящейся в битуме.

Потери тепла в окружающую среду:

Q₃ = α_дн*F_дн* (t_к^б- t_дн) + α_б*F_б*(t_к^б-t_н^б)=1,68*336*(60-10) + 0,375*336*(60-10)= =34524кДж/ч, (1.23)

где αдн - коэффициент теплоотдачи от битума к дну хранилища, кДж / м² ч ⁰С,

(α_дн=1,68 кДж / м² ч ⁰С);

F_дн- площадь днища битумохранилища, м²(Fдн = 336 м² );

t_н^б - температура днища и стенок битумохранилища, ⁰С (t₀ = 10 ⁰С );

α_б - коэффициент теплоотдачи в вышележащие слои битума , кДж / м² ч ⁰С

(α_б =λ/δ =0,75/2 = 0,375 );

δ - толщина слоя битума , м (δ = 2м );

λ - коэффициент теплопроводности , кДж / ч ⁰С :

λ=(0,2ρ_б + 0,1ρ_б²)*(1 + β t_к^б ) = (0,2* 1+0,1 *1*1)( 1+0,025*60) = 0,75 кДж/ч ⁰С, (1.24)

где ρ_б - плотность битума г / см³ (γ_б = 1 г/см³) ;

β - коэффициент равный 0,025 ;

Fб-площадь поверхности битума , м² ( Fб = 336 м² ).

Полный расход тепла на предварительный разогрев битума в хранилище:

Qxp = Q₁ + Q₂ + Q₃ = 188381+322938+34524=545843 кДж / ч (1.25)

Количество тепла, необходимого для разогрева битума в приямке, равно:

Q₄ = G_б * Сб * (t_к^б - t_н^б) =2563*1,67*( 90-60 ) = 128406 кДж / ч (1.26)

где t_н^б и t_к^б - начальная и конечная температура битума, °С (t_н^к =60°C, t_к^б =90°C).

Потери тепла в окружающую среду при нагреве битума в приямке:

Q₅=α_дн*Fдн’(t_к^б – t_о)+α_ст*Fст(t_к^б – t_о)+α₃*F₃(t_к^б – t_н^б), (1.27)

Q₅=1,68*10*(90-10)+25,6*10*(90-10) +0,057*10*( 90-10 ) =20511 кДж/ч,

где α_дн - коэффициент теплоотдачи от битума к дну (адн = 1,68кДж/м² ч °С);

Fдн' - площадь дна приямка, соприкасающихся с грунтом (Fдн' = 10м² );

to - температура дна приямка (to =10°С);

α_ст- коэффициент теплопередачи через стенку приямка (аст = 25,6 кДж/м² ч °С);

F_CT - площадь стенок приямка, соприкасающихся с грунтом (F_CT = 10м²);

F₃ - площадь зеркала битума, соприкасающихся с воздухом (F3 = 10м²);

α3- коэффициент теплопередачи от зеркала битума к воздуху,

а₃ = (5/∑)² + 0,05=0,057,

где ∑=60⁰ – вязкость по Энглеру.

Полный расход тепла для разогрева битума в приямке:

Q_пр = (Q₄+Q₅ )* К_пр=(128406+20511)* 1,1 =163809 кДж/ч (1.28)

где К_пр = 1,1

Полный расход тепла в отсеке битумохранилища при работе с выдачей битума 6984 кг/ч:

Q = Q_ХР + Q_ПР =545843 +163809= 709652 кДж / ч (1.29)

Поверхность нагрева паровых труб для нагрева днища битумохранилища:

, (1.30)

где Тн- температура насыщенного пара (при р = 0,8МПа, Тн =169,6°С);

Т₀ - температура конденсата (при р =0,2 МПа, т.е. 2 атм, То =119,6°С);

t1 и t2 - начальная и конечная температура битума, град;

К - коэффициент теплопередачи через стенки стальных труб регистров, который

можно принимать равным 1,68 кДж/м²ч°С при t < 100°С

Необходимая длина трубы:

Fн 4206

Lтр= -------- = ----------------- = 11749 м, (1.31)

f 0,358

где f - площадь поверхности 1м трубы:

f = dl = 3,14*0,114*1 =0,358 м², (1.32)

где d -диаметр трубы = 0,114 м.

Расчет потребности в паре

Парокотельное хозяйство обеспечивает выполнение следующих операций: подогрев органических вяжущих материалов в железнодорожных бункерах перед выгрузкой битума и в битумохранилищах перед перекачиванием в битумоплавильни, обогрев битумопроводов, распыление жидкого топлива через форсунки, отопление зданий в зимний период, горячее водоснабжение.

Суммарная потребность пара на асфальтобетонном заводе:

Р = р₁₊р₂₊ р₃ + р₄, (1.33)

где Р₁ - расход пара на слив битума из автобитумовозов;

Р₂- то, же на нагрев вяжущего в битумохранилище,

Р₃ - то, же на обогрев трубопроводов;

Р₄ - то, же на распыление топлива в форсунках;

Расход пара на нагрев битума в битумохранилище , приямке , в железнодорожном вагоне определяется по формуле:

P₁=Q₁/q= 8090250/2800 = 2889 кг/ч, (1.34)

где Q1 - погребное количество тепла на подогрев битума через паровые рубашки или

змеевики железнодорожных полувагонов и цистерн, определяется по формуле:

Q₁ = (G*C*(t2-t1)*n_B* η)/T_P, (1.35)

Q₁= (60000*l,675*(80-10)*2*l,15)/2 =8090250 кДж/ч,

где G - количество одновременно разогреваемого битума в цистерне или полувагоне,

кг;

С - удельная теплоёмкость битума (С = 1,675 Дж/кг ⁰С);

t2 - конечная температура нагрева битума (t2 = 80 ⁰С);

t1 - начальная температура битума (t1 = 10 ⁰С);

η - коэффициент теплопотерь (η =1,15-1,20);

nв - количество одновременно выгружаемых вагонов;

Тр - нормативное время выгрузки (для цистерн Тр =2ч).

P₂ = Q₂/q = 709652/2800=253 кг/ч, (1.36)

где Q₂ - расход тепла на нагрев вяжущего в битумохранилище и в приямке, кДж/ч;

q - теплосодержание 1 кг пара (q = 2800 кДж/кг).

Расход пара на обогрев трубопровода определяют из расчёта, что потери тепла на 1 м битумопровода равны 628 ккал/ч. Тогда суммарные потери тепла за 1 ч при длине трубопровода 144 м составляют:

Q₃=628 *L= 628*144 = 90432 ккал/ч , (1.37)

где L – расчетная длина трубопровода, м.

И расход пара (в кг/ч) будет:

Р₃ = Q₃/q = 90432/2800=32,3 кг/ч, (1.38)

где q – теплосодержание пара (q=2800 ккал/кг).

Суммарный расход пара на распыление топлива в форсунках (в кг/ч):

Р4 = q' * ∑П * q_T = 0,6 * 50 * 8 =240 кг / ч, (1.39)

где q' - удельный расход пара, подаваемого через форсунку на 1 кг израсходованного

топлива, кг (при тепловых расчетах сушильных барабанов принимается

q'= 0,6кг);

∑П - суммарная производительность асфальтобетонных установок (∑П = 50);

qт - удельный расход топлива на 1 т приготавливаемой асфальтобетонной смеси, кг

(в среднем qт = 8 кг/т).

Определим суммарную потребность пара на АБЗ по формуле (1.33):

Р = 2889+253+32,3+240=3414 кг/ч

Далее определим необходимую поверхность котла:

Fk = P*K3*Kп/q_K = 3414*1,2*1,2/675 = 7,28 м² , (1.40)

где Fk - поверхность нагрева котла, м²;

Р - потребность пара, кг/ч;

Кз -коэффициент запаса, учитывающий неравномерность потребления пара, Кз =1,2;

Кп - коэффициент учитывающий потери пара при подаче его от котельной до мест

потребления, равный 1,1-1,2;

qк - паропроизводительность котла - съем пара с 1 м² площади нагрева, кг/ч

(675кг/ч).

Выбираем котлел ВГД - 40/8 с площадью теплоотдающей поверхности котла 35-40 м².