Расчет потребности производственного корпуса в горячей воде

2.1. Сменная потребность производственного корпуса в горячей воде определяется по формуле:

n

V_гв = β_v Σ W_i · П_i, м³/смену,

i=1

где β_v - коэффициент, учитывающий расход горячей воды на санитарно-бытовые нужды и выработку продукции, на которую отсутствуют нормативы удельных расходов горячей воды (β_v принимается равным 1,2…1,3);

W_i - удельные расходы горячей воды на выработку продукции, м³/т (для консервов – м³/туб). Значения W_i приведены в приложениях 5 и 6.

2.2. Максимальный часовой расход горячей воды определяется по формуле:

V_гв^ч = ψ_v · V_гв / 8, м³/ч,

где ψ_v - коэффициент, учитывающий неравномерность потребления горячей воды (ψ_v принимается равным 1,2…1,35)

2.3. Годовой расход горячей воды определяется по формуле:

V_гв^год = V_гв · Zp · φ, м³/год.

2.4. Структура материального баланса теплоносителей производственного корпуса оценивается следующими индикаторами:

2.4.1. Соотношением расхода горячей воды и пара:

K_VD = V_гв / D, м³ воды/т пара.

2.4.2. Соотношением расхода горячей воды и выхода пароконденсатной смеси:

K_VDпкс = V_гв / D_пкс, м³ воды/т пароконденсатной смеси.

3. Расчет открытой системы сбора конденсата (рис. 3)

Задача расчета состоит в определении ущерба от нерациональных потерь массы конденсата и теплоты пароконденсатной смеси в находящемся под атмосферным давлением конденсатном баке.

3.1. Определяем давление пароконденсатной смеси P*_i для отдельных цехов с учетом 10 % потерь давления из-за гидравлических сопротивлений:

P*_i = 0,9 · P_i, кПа.

_

3.2. Среднее давление пароконденсатной смеси P*_i в главном цеховом конденсатопроводе определяется по формуле:

_ n n

P*_i = [Σ P*_i · D_пксi] / Σ D_пксi, кПа.

i=1 i=1

3.3. Определяем потери массы конденсата с «пролётным» паром:

3.3.1. Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

n n

m_пп = [Σ D_пксi · X_ппi] / Σ D_пксi, кг/кг;

i=1 i=1

3.3.2. Максимальные часовые:

М_пп^ч = m_пп · D_пкс^ч, т/ч;

3.3.3. За смену:

М_пп = m_пп · D_пкс, т/смену;

3.3.4. За год:

М_пп^год = m_пп · D_пкс^год, т/год.

3.4. Находим потери теплоты с «пролетным» паром:

3.4.1. Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

_

q_пп = h_пкс - h', кДж/кг,

_

где h' - энтальпия кипящей воды при давлении P*, кДж/кг (приложение 2)

3.4.2. Максимальные часовые:

Q_пп = q_пп · D_пкс^ч · 10^-3, ГДж/ч;

3.4.3. За смену:

Q_пп^ч = q_пп · D_пкс · 10^-3, ГДж/смену;

3.4.4. За год:

Q_пп^год = q_пп · D_пкс^год · 10^-3, ГДж/год.

3.5. Определяем потери теплоты с паром вторичного вскипания:

3.5.1. Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

q_вв = h' - h'_бар , кДж/кг,

где h'_бар - энтальпия кипящей воды при атмосферном давлении, кДж/кг (приложение 2).

3.5.2. Максимальные часовые:

Q_вв^ч = q_вв · D_пкс^ч · 10^-3, ГДж/ч;

3.5.3. За смену:

Q_вв = q_вв · D_пкс · 10^-3, ГДж/смену;

3.5.4. За год:

Q_вв^год = q_вв · D_пкс^год · 10^-3, ГДж/год.

3.6. Находим потери массы конденсата с паром «вторичного вскипания»:

3.6.1. Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

m_вв = (h' - h'_бар) / r_бар, кг/кг;

_

где r_бар - теплота парообразования при давлении P*, кДж/кг (приложение 2).

3.6.2. Максимальные часовые:

М_вв^ч = m_вв · D_пкс^ч, т/ч;

3.6.3. За смену:

М_вв = m_вв · D_пкс, т/смену;

3.6.4. За год:

M_вв^год = m_вв · D_пкс^год, т/год.

3.7. Рассчитываем общие потери массы конденсата с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания»:

3.7.1. Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

m_пот = m_пп + m_вв, кг/кг;

3.7.2. Максимальные часовые:

M_пот^ч = M_пп^ч + M_вв^ч, т/ч;

3.7.3. За смену:

M_пот = M_пп + M_вв, т/смену;

3.7.4. За год:

M_пот^год = M_пп^год + M_вв^год, т/год.

3.8. Определяем общие потери теплоты с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания»:

3.8.1. Удельные на 1 кг пароконденсатной смеси:

q_пот = q_пп + q_вв, кДж/кг;

3.8.2. Максимальные часовые:

Q_пот^ч = Q_пп^ч + Q_вв^ч, ГДж/ч;

3.8.3. За смену:

Q_пот = Q_пп + Q_вв, ГДж/смену;

3.8.4. За год:

Q_пот^год = Q_пп^год + Q_вв^год, ГДж/год.

3.9. Находим относительные потери теплоты с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания» в результате нерационального устройства системы сбора конденсата:

_

δq = (q_пп + q_вв) · 100 / (h_пкс), %.

3.10. Определяем относительные потери массы конденсата:

δm = (m_пп + m_вв) · 100, %.

3.11. Находим коэффициент возврата конденсата в котельную с учетом его потерь с «пролетным» паром и паром «вторичного вскипания»:

α_вк = α_к (1 – 0,01· δm), %.

3.12. Определяем экономический ущерб от нерациональных потерь теплоты:

У_Q = Q_пот^год · S_Q, руб./год,

где S_Q - стоимость 1 ГДж теплоты, руб./ГДж (на момент выполнения работы найти в публикациях периодических научно-технических журналов).

3.13. Находим экономический ущерб от нерациональных потерь массы конденсата, которые необходимо компенсировать химически очищенной водой:

У_M = M_пот^год · S_хов , руб./год,

где: S_хов - стоимость химически очищенной воды для подпитки котлов, руб./т (составляет 12…16% от стоимости 1 ГДж теплоты).

3.14. Определяем общий экономический ущерб при эксплуатации данной системы сбора конденсата:

У = У_Q + У_M, руб./год.

4. Расчет тепловой схемы использования теплоты пароконденсатной смеси на нужды горячего водоснабжения (рис. 5)

Данная тепловая схема обеспечивает:

- полный возврат конденсата в котельную для использования в качестве питательной воды;

- частичную утилизацию теплоты пароконденсатной смеси;

- выработку горячей воды, количество которой полностью или частично удовлетворяет потребность технологических цехов в горячей воде;

- рациональные режимы работы конденсатоприводов за счет снижения температуры конденсата до уровня, рекомендуемого нормативно-техническими документами по эксплуатации теплопроводов.

4.1. В качестве базовых данных принимаем максимальные часовые выходы теплоты пароконденсатной смеси (см. п. 1.3) и максимальную часовую потребность в горячей воде (см. п. 2.2).

4.2. Задаемся исходными условиями для расчета тепловой схемы:

4.2.1. Температуру конденсата после утилизационного теплообменника t_к принимаем равной 60…70 ^оС.

4.2.2. Температуру холодной воды, поступающей в теплообменник, t_хв принимаем равной 10…15 ^оС.

4.2.3. Температуру горячей воды после теплообменника t_гв принимаем равной 63…68 ^оС.

_

4.2.4. Средняя температура пароконденсатной смеси t_н (см. п. 1.5).

_

4.2.5. Средняя энтальпия пароконденсатной смеси h_пкс (см. п. 1.4).

_

4.2.6. Среднее давление пароконденсатной смеси P* (см. п. 3.2).

4.2.7. Теплоемкость воды при постоянном давлении С_р (приложение 9).

4.2.8. Плотность воды ρ (приложение 9).

4.2.9. Коэффициент полезного использования теплоты в теплообменнике η принимаем равным 0,92…0,95.

4.2.10. Коэффициент теплопередачи для зоны конденсации пароконденсатной смеси К_А принимается равным 1,7…1,9 кВт/(м² · К), а для зоны переохлаждения конденсата К_Б – 1,25…1,45 кВт/(м² · К).

4.2.11. В качестве спецзадания может быть поставлена задача определения коэффициента теплопередачи по известным методикам теплотехнических расчетов теплообменных аппаратов.

4.3. Процесс конденсации пароконденсатной смеси, а затем переохлаждения конденсата в утилизационном теплообменнике

_

рассматриваем происходящим при постоянном давлении P* (рис. 8).

4.4. Определяем количество теплоты, отдаваемой пароконденсатной

_

смесью Q₁ и соответствующую тепловую мощность Q₁:

4.4.1. Зона конденсации пароконденсатной смеси при постоянном давлении и постоянной температуре (рис. 8, участок 1 – 2):

_ _

Q₁^A = Q_пкс^ч · (h_пкс - h') / (h_пкс – h_к), ГДж/ч;

_

Q₁^A = Q₁^A ·10⁶ / 3600, кВт,

где h_к - энтальпия конденсата, кДж/кг:

h_к = С_р · t_к, кДж/кг.

Рис. 8. Процесс конденсации пароконденсатной смеси (1–2) и переохлаждения конденсата (2-3) в утилизационном теплообменнике (см. рис. 5)

4.4.2. Зона переохлаждения конденсата (рис. 8, участок 2 – 3):

_

Q₁^Б = Q_пкс^ч · (h' - h_к) / (h_пкс – h_к), ГДж/ч;

_

Q₁^Б = Q₁^Б ·10⁶ / 3600, кВт.

4.5. Рассчитываем количество теплоты, воспринимаемой нагреваемой

_

водой Q₂, и соответствующую тепловую мощность Q₂:

4.5.1. Нагрев воды при конденсации пароконденсатной смеси:

Q₂^A = Q₁^A · η, ГДж/ч;

_

Q₂^A = Q₂^A · 10⁶ / 3600, кВт.

4.5.2. Нагрев воды переохлаждаемым конденсатом:

Q₂^Б = Q₁^Б · η, ГДж/ч;

_

Q₂^Б = Q₂^Б · 10⁶ / 3600, кВт.

4.6. Определяем количество нагреваемой воды:

V₂ = [(Q₂^A + Q₂^Б) · 10⁶] / [Cp · ρ · (t_гв - t _хв)], м³/ч.

4.6.1. Проверяем, в какой степени количество нагреваемой воды достаточно для обеспечения потребности производственного корпуса в горячей воде. Коэффициент обеспеченности горячей водой определяется по формуле:

Ψ_гв = V₂ / V_гв^ч · 100, %,

где V_гв^ч (см. п. 2.2).

С большой долей вероятности можно предположить, что Ψ_гв < 100 %.

4.6.2. В случае, если Ψ_гв > 100 %, что маловероятно, необходимо для уменьшения количества нагреваемой воды увеличить температуру конденсата t_к. Это может быть предметом дополнительного спецзадания.

4.6.3. Строим температурный график утилизационного теплообменника

(рис. 9).

Рис. 9. Температурный график утилизационного теплообменника:

Fа и Fб – площади поверхностей нагрева теплообменника, соответствующие зонам переохлаждения конденсата, м²; t_пр – промежуточная температура нагреваемой воды в момент завершения конденсации пароконденсатной смеси, ^оС; Δt' и Δt" – соответственно разности температур между теплообменивающимися средами на входе в теплообменник и выходе из него, ^оС; Δt_пр – промежуточная разность температур между теплообменивающимися средами в момент завершения конденсации пароконденсатной смеси, ^оС

4.7. Находим промежуточную температуру нагреваемой воды t_пр из уравнения:

Q₂^A / Q₂^Б = (t_гв - t _пр) / (t_пр - t _хв), ^оС

4.8. Определяем средние разности температур между теплообменивающимися средами (температурные напоры) Δt_ср:

4.8.1. Зона конденсации пароконденсатной смеси:

при Δt_пр / Δt^' < 1,7 Δt_ср^А = (Δt^' + Δt_пр) / 2

при Δt_пр / Δt^' > 1,7 Δt_ср^А = (Δt_пр - Δt^') / ln (Δt_пр / Δt^')

4.8.2. Зона переохлаждения конденсата:

при Δt_пр / Δt^'' < 1,7 Δt_ср^Б = (Δt^'' + Δt_пр) / 2

при Δt_пр / Δt^'' ≥ 1,7 Δt_ср^Б = (Δt_пр - Δt^'') / ln (Δt_пр / Δt^'')

4.9. Находим площади поверхностей теплообмена:

4.9.1. Зона переохлаждения пароконденсатной смеси:

_

F_A = Q₂^A / (К_А · Δt_ср^А), м²

4.9.2. Зона переохлаждения конденсата:

_

F_Б = Q₂^Б / (К_Б · Δt_ср^Б), м²

где К_А и К_Б см. п. 4.2.9.

4.9.3. Общая поверхность нагрева аппарата составит:

F = F_A + F_Б, м².

4.9.3.1. Типоразмер водоподогревателя и их количество подбирается с условием запаса требуемой поверхности нагрева до 10…15% (приложение 10).

4.10. Определяем часовую экономию пара на нагрев воды в результате его замещения в качестве теплоносителя пароконденсатной смесью:

D_эк = [V₂ · Cp · ρ · (t_гв - t _хв)] / (h_x – h_пкс) · η, кг/ч,

где h_x - энтальпия влажного насыщенного пара, подаваемого в пароводяной подогреватель, кДж/кг:

h_x = f(P, X) = h' + r · X, кДж/кг

P - давление пара, подаваемого в пароводяной подогреватель, кПа (принимается равным 600…700 кПа);

X - степень сухости пара, подаваемого в пароводяной подогреватель (принимается равной 0,9 … 0,95);

h' - энтальпия кипящей воды при давлении Р, кДж/кг (приложение 2);

r - теплота парообразования при давлении Р, кДж/кг (приложение 2);

h_пкс - энтальпия пароконденсатной смеси после пароводяного подогревателя, кДж/кг;

h_пкс = h' + r · X_пп, кДж/кг;

X_пп - доля «пролетного» пара в пароконденсатной смеси после пароводяного подогревателя (принимается равной 0,05…0,10).

4.11. Недостающее количество горячей воды (см. п. 4.6.1) вырабатывается в резервном пароводяном подогревателе, расчет которого выполняется по дополнительному спецзаданию.

4.12. Определяем коэффициент утилизации теплоты пароконденсатной смеси:

_

η_пкс = (h_пкс - h_к) / h_пкс · 100, %.