Рекомендации Рекомендации по применению утилизаторов теплоты воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и теплоты дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли строительного и дорожного машиностроения

ПроектНИИстройдормаш
Ростовский государственный строительный университет Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Ростовская государственная академия архитектуры и искусства

РЕКОМЕНДАЦИИ

по применению утилизаторов теплоты воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и теплоты дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли строительного и дорожного машиностроения

Ростов-на-Дону, 2000

Содержание

1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ

2. ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРЫ ДЛЯ УСТАНОВОК УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ РИСИ

4. МЕТОДИКА ТЕПЛО-АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЛИНИЙ СВЯЗИ УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СОВМЕСТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ДЫМОСОСОВ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ СРЕДЫ В ИХ ВХОДНЫХ ПАТРУБКАХ

ЛИТЕРАТУРА

Рекомендации предназначены для специалистов в области проектирования предприятий строительного и дорожного машиностроения, а также работников энергетических служб предприятий.

В составлении рекомендаций участвовали: ПроектНИИстройдормаш:

Главный специалист отдела Ткаченко Л.А. (раздел 1) Ростовский государственный строительный университет: профессор, д.т.н. Новгородский Е.Е. (разделы 1, 2, 3) Московский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина:

доцент, к.х.н. В.А. Широков (разделы 1, 2) Ростовская государственная академия архитектуры и искусств: доцент, к.т.н. Василенко А.И. (разделы 1, 4, 5).

1. ОБЩИЕ ДАННЫЕ

1.1. Настоящие Рекомендации разработаны в развитие «Рекомендаций по применению утилизаторов тепла воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и тепла дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли» (вторая редакция), 1986 г., и предназначены для применения при проектировании установок утилизации теплоты на предприятиях строительного и дорожного машиностроения.

1.2. Утилизация теплоты вентиляционного воздуха.

1.2.1. Целесообразность установки и выбор типа теплоутилизационных устройств и систем должен определяться на основании технико-экономического расчета с учетом требований государственных стандартов, а также строительных норм и правил.

1.2.2. Для нагрева (охлаждения) приточного воздуха в воздуховоздушных теплоутилизаторах (без промежуточного теплоносителя) не допускается использовать воздух общеобменной и местной вентиляции:

удаляемый из помещений с производствами категорий А, Б или Е, а также в местных отсосах, удаляющих взрывоопасные и легковоспламеняющиеся вещества, горючие газы или пары;

содержащие осаждающиеся (конденсирующиеся) на поверхностях теплообмена теплоутилизаторов вредные вещества 1, 2 и 3 класса опасности;

содержащие болезнетворные бактерии, вирусы и т.п. или имеющие резко выраженные неприятные запахи.

1.2.3. Теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем допускается применять для нагревания приточного воздуха без ограничения.

1.2.4. Конструкции устройств для утилизации теплоты вентиляционного воздуха представлены в [1].

1.3. Утилизация теплоты дымовых газов.

1.3.1. Источниками дымовых газов для утилизации теплоты на предприятиях отрасли являются нагревательные печи кузнечных цехов с температурой дымовых газов 1000-1100 °С, термические печи термических и термообрубных цехов и участков с температурой дымовых газов 600-800 °С, плавильные агрегаты в литейном производстве с температурой дымовых газов 800-900 °С, различные сушила и стенды для сушки ковшей в литейных цехах с температурой дымовых газов 300-400 °С, промышленные котельные с температурой дымовых газов 150-200 °С.

1.3.2. Схемы использования теплоты продуктов сгорания условно делятся на два типа:

замкнутые, для нагрева воздуха, подаваемого для сжигания газа в тепловых агрегатах (котел, печь);

разомкнутые, с использованием теплоты продуктов сгорания вне топливопотребляющего агрегата (в низкотемпературном агрегате или для получения пара, горячей воды, нагретого воздуха и пр.).

1.3.3. При использовании разомкнутой схемы рекомендуется:

подача продуктов сгорания в котел-утилизатор, вырабатывающий насыщенный пар;

подача дымовых газов в наружный рекуперативный или трубчатый воздухонагреватель для подогрева наружного воздуха для целей отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха;

установка последовательно по ходу продуктов сгорания воздухоподогревателя и контактного водоподогревателя (ступенчатое использование теплоты). Воздух, нагретый в воздухоподогревателе, рекомендуется использовать для воздушного отопления производственных помещений, вода, нагретая в контактном водоподогревателе может накапливаться в баках аккумуляторах и использоваться для нужд горячего водоснабжения;

подача продуктов сгорания с температурой не выше 200 °С (от котельных агрегатов) в контактный экономайзер с активной насадкой для получения горячей воды для нужд горячего водоснабжения;

подача продуктов сгорания в водоподогреватель для получения горячей воды, используемой в системах отопления бытовых или небольших производственных помещений.

1.3.4. Принципиальные схемы теплоутилизирующих установок для предприятий отрасли представлены в [2].

1.3.5. При проектировании установок утилизации теплоты продуктов сгорания подлежат разработке следующие вопросы:

эффективность и качественное сжигание газа в головных агрегатах;

отвод продуктов сгорания газа из головного агрегата и транспортировка их в последующие теплоиспользующие агрегаты;

удаление продуктов сгорания из хвостового агрегата;

применение систем автоматики безопасности и регулирования, обеспечивающих эффективную и безопасную работу установок в случаях

отключения одного или нескольких агрегатов, а также при работе головного агрегата в нестационарных режимах эксплуатации;

организация контроля основных параметров работы агрегатов при осуществлении технологических процессов;

согласование режимов работы дымососов и вентиляторов теплоутилизирующих установок с технологическими требованиями к режимам работы теплоиспользующего оборудования;

экономия электроэнергии на привод дымососов и вентиляторов теплоутилизирующих установок;

оптимизация линий связи установок;

мероприятия по охране труда и техники безопасности.

1.4. Для экономии электроэнергии на привод дымососов и вентиляторов теплоутилизирующих установок рекомендуется:

устанавливать нагнетатели на участках установок с максимальной плотностью транспортируемой среды;

в целях сокращения подсосов воздуха в газоходы и воздуховоды установок в необходимых случаях предусматривать последовательную установку нагнетателей;

при проектировании систем воздушного отопления, сопряженных с трактом продуктов сгорания газа, предусматривать установку вентилятора до воздухонагревателя, и проектировать систему так, чтобы аэродинамическое сопротивление ее участка, расположенного после воздухонагревателя, было минимальным.

1.5. Утилизация теплоты систем оборотного водоснабжения .

1.5.1. Используемые на заводах отрасли системы оборотного водоснабжения нуждаются в совершенствовании из-за значительных потерь теплоты при охлаждении нагретой воды в градирнях. Поэтому рекомендуется использовать в системах оборотного водоснабжения тепловых насосов на основе бромисто-литиевых абсорбционных холодильных машин, что даст возможность использовать сбрасываемую теплоту для нагрева воды до температуры 50-55 °С для нужд горячего водоснабжения.

1.5.2. Выбор типа теплонасосной установки необходимо производить на основе технико-экономического анализа с учетом потребности предприятия в горячем водоснабжении.

1.5.3 При необходимости выработки на предприятии одновременно теплоты и холода рекомендуется применять тепловые насосы. В большинстве случаев одновременная выработка теплоты и холода тепловыми насосами более эффективна в энергетическом отношении, чем их раздельное получение на традиционных установках, так как в этом случае необратимые потери энергии в холодильном цикле используются для получения теплоты, отдаваемой потребителю.

2. ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРЫ ДЛЯ УСТАНОВОК УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

2.1. Разработанные ведущими организациями страны Теплопроектом и Гипромезом установки для утилизации теплоты дымовых газов предназначены для использования с технологическим оборудованием большой производительности (доменные печи, коксовые батареи, мартеновские печи и т.д.), что затрудняет их применение в условиях отрасли, поэтому, в принципиальных схемах утилизации теплоты на предприятиях отрасли рекомендуется применять следующее оборудование:

котлы-утилизаторы газотрубные типа «Г» Белгородского завода энергетического машиностроения;

воздухоподогреватели ВР-1 чугунные секционные рекуперативные с игольчатыми поверхностями нагрева по газовой и воздушной сторонам;

воздухоподогреватели ВР-2 чугунные секционные рекуперативные с поверхностями нагрева волнистой по газовой и игольчатой по воздушной сторонам;

воздухоподогреватели трубчатые (ВТ);

контактные аппараты с активной насадкой (КТАН);

водоподогреватели трубчатые системы РИСИ;

поверхностные теплообменники типа КСК.

2.2. Котлы-утилизаторы газотрубные типа «Г» предназначены для выработки насыщенного пара, который направляется в сеть предприятия или используется для приготовления горячей воды.

2.2.1. Котлы-утилизаторы могут применяться при температуре продуктов сгорания 1000-1200 °С и количестве их 8000-15000 нм3/ч.

2.2.2. Для обеспечения нормальной работы котлов утилизаторов необходима стабильная подача продуктов сгорания в течение суток, расположение их как можно ближе к источнику тепловых ресурсов, обеспечение минимальных подсосов холодного воздуха в печах и газоходах.

2.2.3. При проектировании установок котлов-утилизаторов необходимо пользоваться требованиями, изложенными в «Указания и нормы технологического проектирования и технико-экономические показатели энергохозяйства предприятий черной металлургии, т. 6».

2.3. Воздухоподогреватель ВР-1.

2.3.1. Воздухонагреватель предназначен для подогрева наружного воздуха, предназначенного для систем воздушного отопления и вентиляции производственных помещений.

2.3.2. Воздухоподогреватель предназначен для использования при температуре продуктов сгорания 600-900 °С и их незначительной запыленности.

2.3.3. Технические характеристики воздухоподогревателя приведены в [2], теплотехнический расчет воздухонагревателя следует выполнять на основе методики, изложенной в [3] .

2.4. Воздухоподогреватель ВР-2.

2.4.1. Назначение воздухоподогревателя аналогично назначению воздухоподогревателя ВР-1.

2.4.2 Волнистая поверхность нагрева воздухоподогревателя по газовой стороне допускает его применение для охлаждения запыленных продуктов сгорания.

2.4.3. Конструкция воздухоподогревателя представлена в [2], теплотехнический расчет следует выполнять на основе методики, приведенной в [3].

2.5. Воздухоподогреватель ВТ.

2.5.1 Назначение воздухоподогревателя аналогично назначению воздухоподогревателей ВР-1 и ВР-2.

2.5.2 Воздухонагреватель может использоваться при температуре продуктов сгорания до 400 °С при их незначительной запыленности.

2.5.3. Теплотехнический расчет воздухонагревателя выполняется на основе методики, изложенной в [3] .

2.6. Контактный аппарат с активной насадкой (КТАН).

2.6.1. Контактный аппарат является устройством рекуперативно-смесительного типа и предназначен для подогрева воды продуктами сгорания газа. Вода, подогретая до температуры 50-55 °С, накапливается в баках- аккумуляторах и используется для нужд горячего водоснабжения предприятия.

2.6.2. Контактный аппарат может использоваться при температуре продуктов сгорания до 200 °С (продукты сгорания после котельного агрегата или воздухоподогревателя).

2.6.3. Номенклатурный ряд контактных аппаратов и методика их расчета приведены во «Временных технических условиях на проектирование котельных с использованием вторичных энергоресурсов».

2.7. Теплоутилизаторы АЭ.

2.7.1. Назначение теплоутилизаторов аналогично назначению контактных аппаратов КТАН.

2.7.2. Технические характеристики теплоутилизаторов приведены в [2].

2.8. Водоподогреватель системы РИСИ .

2.8.1. Водоподогреватель является аппаратом рекуперативного типа и предназначен для подогрева воды продуктами сгорания газа с температурой 700-900 °С.

2.8.2. Максимальная температура нагрева воды в водоподогревателе 150 ОС.

2.8.3. Конструкция водоподогревателя и его технические характеристики приведены в [2], методика теплотехнического расчета представлена ниже.

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ РИСИ

Исходные данные:

1. Параметры нагреваемой воды 150-70 °С;

2. Параметры продуктов сгорания 900-250 °С;

Количество продуктов сгорания:

а) для теплообменника № 1 - 900 нм3/ч.;

б) для теплообменника № 2 расчет ведется на две производительности - 1500 и 3000 нм3/ч.

Расчеты производятся параллельно для всех указанных случаев. Количество теплоты, отдаваемого продуктами сгорания, Q р , определяется по формуле:

Q р = G г (I'-II'');

где Gr - массовый расход продуктов сгорания;

I ', II " - энтальпия продуктов сгорания на входе и выходе из воздухоподогревателя соответственно.

Часть теплоты теряется при прохождении продуктов сгорания через теплообменник. Теплота теряется также при подходе газов к теплообменнику, через его обмуровку. Эти потери составляют до 10 % расчетной теплоты продуктов сгорания.

Поэтому фактическая теплоотдача продуктов сгорания составляет 90 % от расчетной:

Q = 0,9 Qp .

Количество нагреваемой воды определяется по формуле:

где cw - теплоемкость воды, кДж/ кг °С;

t ', t " - соответственно начальная и конечная температуры нагреваемой воды, °С.

Живое сечение для прохода воды в пакете труб теплообменника f м2, составляет:

для подогревателя № 1 - 1,06·103 м2,

для подогревателя № 2 - 1,59·103 м2.

Скорость движения воды по трубам

где Vb - объемный расход воды, м3/с.

Рекомендуемая минимальная скорость воды в трубах 0,35 м/с.

Определение средней логарифмической разности температур производится по формуле:

В схеме принят противоток. В этом случае:

Δ ts ,= 900-70 = 830°С;

Δ t н = 250-150 = 100 °С.

Полученное значение одинаково для всех рассматриваемых случаев. Определение коэффициента тепловосприятия для воды, aw .

Расчетные данные:

Средняя температура воды (150+70):2 = 110 °С.

Коэффициент теплопроводности λ w = 0,685 Вт/( м ч).

Коэффициент кинематической вязкости vw = 0,272·106 м2/ч.

Внутренний диаметр трубы dw = 0,026 м.

Температура стенки трубы 140 °С (принимается).

Критерий Прандля по температуре жидкости Prw = 1,6.

Критерий Прандля по температуре стенки Prc т = 1,26.

Величина а w определяется критерием Нуссельта:

NUw = αwdw / λw

Характер движения воды определяется критерием Рейнольдса. Так как для всех рассматриваемых случаев режим движения турбулентный, то

Для получения точного значения величины NUW необходимо ввести к полученным значениям коэффициент ε r , учитывающий змеевиковый характер поверхности тепловосприятия.

ε R =1,71

Действительные значения критерия Нуссельта:

NUw = εRNU

Коэффициент теплоотдачи жидкости определяется по формуле:

αw = NU λw / dw

Расчетные значения коэффициента aw приведены в табл. 3.1.

Табл.3.1

Расчетные значения коэффициента aw

Номер подогревателя.

Q , кВт

Rew

NU'w

Nuw

αw Вт/м 2 ° C

1

253

6,7·104

198

338,6

8921

2

423

7,55·104

218

372,8

9822

3

845

15,1·104

379

648,1

17075

Определение коэффициента теплоотдачи для продуктов сгорания, аГ.

Расчетные данные:

Средняя температура продуктов сгорания (900+250): 2 = 575 °С.

Коэффициент теплопроводности λw = 0,072 Вт/( м ч).

Коэффициент кинематической вязкости vw = 89,3·106 м2/ч.

Наружный диаметр трубы dr = 0,032 м.

Приведенная степень черноты системы ε =0,55.

Коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела

Со = 5,7Вт/м2°С.

Живое сечение для прохода продуктов сгорания f г составляет для подогревателя № 1 0,24 м2, для подогревателя № 2 - 0,34 м2.

Скорость продуктов сгорания:

W = V г / f г

Скорость продуктов сгорания, соответствующая их средней температуре:

Величина коэффициента аГ определяется как сумма коэффициентов теплоотдачи конвекцией, ак, и лучеиспусканием, аΔ.

Величина ак определяется по критерию Нуссельта NUr

Значение NU Г определяется по формуле:

где εа - поправка на порядковый номер ряда.

Для первого ряда εа = 0,6, для второго ряда εа =0,7, для последующих рядов εа = 1,0.

Режимы движения продуктов сгорания в первых двух случаях ламинарные, в третьем - турбулентный.

Средний коэффициент теплоотдачи всего пучка определяется по формуле:

где FK - соответствующие поверхности труб, м2.

Для подогревателя № 1 для первого и второго рядов FK = 0,279 м2, FK последующих рядов равна 5,022 м2, общая поверхность равна 5,58 м2.

Для подогревателя №2 для первого и второго рядов FK = 0,486 м2, FK последующих рядов равна 8,748 м2, общая поверхность равна 9,72 м2.

Коэффициент теплопередачи лучеиспусканием определяется по формуле:

αΔ=εС0θ

где θ - температурный коэффициент, принятый при средней температуре продуктов сгорания 575 °С и температуре поверхности трубы 140 °С равным θ = 12,0.

Данные по расчету коэффициента аГ приведены в табл. 3.2.

Табл. 3.2

Данные по расчету коэффициента аГ

Номер подогревателя

ReГ

ак Вт/м2 °С

ал Вт/м2 °С

аГ Вт/м2 °С

1

1157

43,43

37,62

81,05

2

1368

50,66

37,62

88,28

3

2727

72.42

37.62

110,04

Определяется коэффициент теплопередачи (термическим сопротивлением металлических стенок можно пренебречь):

Расчетная поверхность нагрева

Для обеспечения требуемой поверхности нагрева водоподогреватели компонуются по два в каждом месте установки. При этом для подогревателя № 1 действительную активную поверхность имеют 11,16 м2, для подогревателей №2 и № 3 - 19,44 м2.                                      

Результаты теплового расчета теплообменников представлены в табл.3.3.

Расчет гидравлического сопротивления подогревателя по воде.

Общее сопротивление по воде определяется по формуле:

Общая длина прямых участков в одном ходу:

а) для теплообменника № 1 равна 25,0 м;

б) для теплообменника № 2 - 30,0 м.

Местные сопротивления:

а) для теплообменника № 1 внезапное расширение - 1(ξ = 1,0)

внезапное сужение - 1 (ξ = 0,6)

колено - 54 (ξ = 0,6)

отвод - 10(ξ = 0,3)

б) для теплообменника № 2:

внезапное расширение - 1 (ξ = 1,0)

внезапное сужение - 1 (ξ = 0,6)

колено - 36 (ξ = 0,6)

отвод - 6 (ξ = 0,3)

Плотность воды при средней температуре равна ρ = 951 кг/м3

Результаты расчета гидравлического сопротивления теплообменников по воде приведены в табл. 3.3.

Расчет аэродинамического сопротивления теплообменников по продуктам сгорания производится по формуле

Величина ξ определяется формулой

ξ = (4 + 6,6 m ) Re -28 Г

где т - число рядов труб по ходу продуктов сгорания, т = 20.

Плотность продуктов сгорания при их средней температуре равной 575 °С составляет р = 0,418 кг/м3.

Результаты расчетов по определению аэродинамического сопротивления теплообменников приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Основные результаты расчета теплообменников

Номер теплообменника

К Вт/(м2°С)

F м2

ΔР W Па

ΔРГ Па

1

80,3

9,13

13470

41,1

2

87,5

14,0

13925

54,9

3

109,3

22,4

51590

179,7

4. МЕТОДИКА ТЕПЛО-АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЛИНИЙ СВЯЗИ УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Целью расчета является определение оптимальных размеров поперечного сечения линии связи и толщины слоя теплоизоляции. При этом обязательным условием является индустриальность конструкции линии связи и стандартность ее элементов.

Оптимизация линии связи, состоящей из последовательных участков с различными параметрами транспортируемой среды, сводится к оптимизации каждого из участков линии связи, которая выполняется в следующей последовательности.

Условие оптимальности тепло-аэродинамического расчета линии связи соответствует минимуму приведенных затрат, П, руб., на ее устройство и эксплуатацию [ 2, 4]:

П= N Kv + N ’’ zn

(4.1)

где Kv - стоимость газоходов, руб;

То - срок окупаемости капитальных вложений, год;

- стоимость электроэнергии, затраченной на перемещение транспортируемой среды по сети, руб./год.

(4.2)

N ’’ =1+ m 3

(4.3)

m 1 - коэффициент, определяющий величину отчислений на восстановление основных фондов от капитальных затрат;

m 2 - коэффициент, определяющий величину отчислений на текущий и капитальный ремонты от капитальных затрат;

m 3 - коэффициент, определяющий величину отчислений на управление, технику безопасности, охрану труда от величины эксплуатационных расходов.

Минимуму приведенных затрат, определяемых формулой (4.1), соответствует зависимость:

(4.4)

где ΔР - потери давления транспортируемой среды на участке, Па;

ΔPtr - потери давления на трение на участке, Па;

V - средний объемный расход транспортируемой среды на участке, м3/с;

d , l , δ Г , pm - диаметр, длина, толщина стенки и плотность материала коммуникации соответственно, м;

piz - плотность теплоизоляционного материала, м;

Т, Т" - температуры транспортируемой среды в начале и конце участка, °С;

to - температура окружающей среды, °С.

Комплексы θ , θ', θ'', θ"' определяются зависимостями:

(4.5)

(4. 6 )

(4.7)

(4.8)

где Сэ - стоимость 1 кВт ч электроэнергии, руб./кВт ч;

Cv - удельные затраты на устройство газоходов, руб./кг;

Ciz - удельные затраты на устройство тепловой изоляции, руб./кг;

Ct - удельная стоимость топлива, руб./нм3;

nv - число часов работы установки, ч./год;

ηv - КПД дымососа;

λ iz - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/м °К;

Qpn - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

На первом этапе расчета определяются исходные данные. Их можно условно разделить на экономические, аэродинамические, теплотехнические и эксплуатационные.

К параметрам, составляющим экономическую группу исходных данных относятся:

- затраты на сооружение 1 кг газохода;

- затраты на устройство 1 кг тепловой изоляции;

- стоимость 1 кВтч электроэнергии;

- стоимость 1н/м3 топлива;

- срок окупаемости капитальных вложений;

- коэффициенты m 1 , m 2 , m 3 .

К аэродинамическим, теплотехническим и эксплуатационным параметрам относятся:

- длина газохода;

- толщина стенки газохода;

- средний объемный расход транспортируемой среды на участке;

- температуры транспортируемой среды в начале и конце расчетного участка;

- температура окружающей среды:

- температура транспортируемой среды во входном патрубке дымососа;

- вид и количество местных сопротивлений на расчетном участке;

- коэффициент теплопроводности изоляции;

- плотность тепловой изоляции;

- теплотворная способность топлива;

- коэффициент полезного действия дымососа;

- число часов работы установки в год.

На втором этапе определяются значения коэффициентов N ', N " по формулам (4.2), (4.3).

На третьем этапе определяются значения коэффициентов θ , θ', θ'', θ"' по формулам (4.5) - (4.8).

На четвертом этапе определяется оптимальная толщина слоя тепловой изоляции по формуле:

(4.9)

На пятом этапе определяются численные значения комплекса

, рассчитанного для каждого участка сети.

На шестом этапе, задаваясь рекомендуемыми значениями скорости потока, определяют диаметр газохода, а также потери давления на трение, потери давления в местных сопротивлениях, общие потери давления транспортируемой среды и материалоемкость участка.

На седьмом этапе вычисляется значение комплекса

При соблюдении условия оптимизации:

значение принятого размера поперечного сечения линии связи является оптимальным в технико-экономическом отношении.

При:

необходимо увеличить размер поперечного сечения, а при

размер поперечного сечения необходимо уменьшить.

Когда условие оптимизации при стандартных размерах поперечного сечения линии связи не соблюдается, в качестве оптимального принимается вариант соответствующий ближайшему стандартному размеру поперечного сечения.

Пример оптимизации линии связи установки комплексного использования теплоты.

Исходные данные:

Сэ = 0,478 руб./кВтч;

Ct = 0.371 руб./нм3;

Cv = 10 руб./кг:

Ciz = 3, 00 руб./кг.

Тн = 8,33;

l = 17,8м

Lv = 2,7м3/ c ;

T = 100oC;

T" = 95°C;

to = 20oC;

Qpn = 34150 кДж / нм 3 ;

λ iz = 0,076 Вт/м°С;

piz = 300 кг/м3;

р m = 7874 кг/м3;

δ m = 0,0014 м;

η v = 0,75

m 1 = 8,7;

m 2 = 0,054 при односменной работе установки nv = 2400 часов в год;

m 2 = 0,09 при двухсменной работе установки nv = 4800 часов в год;

m 2 = 0,124 при трехсменной работе установки nv = 7200 часов в год;

m з = 0,0162 при односменной работе установки:

m з = 0,0270 при двухсменной работе установки:

тз = 0,0372 при трехсменной работе установки;

2. Значения коэффициентов N ' и N " , рассчитанные по формулам (4.2) - (4.3) приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Режим работы установки

N '

N "

Односменный

1,188

1,016

Двухсменный

1,204

1,027

Трехсменный

1,219

1,037

3. Значения коэффициентов θ , θ', θ'', θ"', рассчитанные на основе исходных данных по формулам (4.5) - (4.8), приведены в табл. 4. 2.

Таблица 4.2 Расчетные значения θ , θ', θ'', θ"'

Режим работы установки

θ

θ '

θ "

θ"'

Односменный

12,95

11,88

3,56

0,169

Двухсменный

26,17

12,04

3,61

0,342

Трехсменный

39,64

12,19

3,66

0,518

4. Значения оптимальных толщин слоев теплоизоляции, рассчитанные по формуле (4.9), представлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3 Оптимальные значения толщин слоев теплоизоляции

Режим работы установки

δ iz Opt, м

Односменный

0,111

Двухсменный

0,156

Трехсменный

0,191

5. Оптимальные значения комплекса

рассчитанные для одно-, двух - и трехсменного режимов работы установ­ки приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Оптимальные значения комплекса

Режим работы установки

1

2

односменный

0,643

двухсменный

0,408

трехсменный

0,317

6. Аэродинамические характеристики линии связи и ее материалоемкость, рассчитанные для одно -, двух - и трехсменного режимов работы установки, приведены в табл. 4.5,

Таблица 4.5

d

F

w

Рд

ΔPtr

ΔРм .

ΔР

ΔР -n/4ΔР tr

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 см.

0,500

0,196

13,78

90,14

49,8

63,1

112,9

128,9

1,13

0,550

0,237

11,39

61,65

31,4

43,2

74,6

80,9

0,64

0,560

0,246

10,98

57,27

28,8

40,1

68,9

74,7

0,58

2 см.

0,560

0,246

10,98

57,27

28,8

40,1

68,9

74,7

0,58

0,600

0,283

9,54

44,23

20,5

30,3

50,8

54,9

0,40

0,630

0,312

8,65

35,54

16,2

24,9

41,1

44,3

0,31

3 см.

0,560

0,246

10,98

57,27

28,8

40,1

68,9

74,7

0,58

0,630

0,312

8,65

35,54

16,2

24,9

41,1

44,3

0,31

0,710

0,396

6,82

22,09

9,1

15,5

24,6

26,4

0,16

Из сопоставления данных, представленных в графе 9 табл. 4.5 с оптимальными значениями комплекса , представленными в табл. 4.4, следует, что минимуму приведенных затрат на устройство и эксплуатацию линии связи при односменном режиме работы соответствует ее диаметр, равный 0,550 м, при двухсменном - 0,600 м, при трехсменном - 0,630 м.

Так как диаметры 0,550 м и 0,600 м не являются стандартными, необходимо выбрать ближайшие стандартные диаметры линии связи необходимо выбрать ближайшие стандартные диаметры линии связи

- 0,560 м при односменном режиме работы установки;

- 0,630 м при двух - и трехсменном режиме работы.

Описанный выше расчет может быть выполнен на компьютере.

Блок-схема соответствующей программы представлена ниже.

5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СОВМЕСТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ДЫМОСОСОВ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ СРЕДЫ В ИХ ВХОДНЫХ ПАТРУБКАХ

Для уменьшения подсосов воздуха в трактах теплоутилизационных установок в необходимых случаях рекомендуется последовательное размещение дымососов. В том случае, если между дымососами располагается теплообменник, рис. 5.1, плотности транспортируемой среды в их входных патрубках могут не совпадают.

Рис. 5.1. Схема участков аэродинамической системы, содержащей два последовательно соединенных нагнетателя и теплообменник, установленный между ними.

Эта особенность данной системы не позволяет построить суммарную P - V характеристику двух последовательно соединенных нагнетателей и, как следствие, делает невозможным использование для определения параметров их работы в системе метода наложения P - V характеристик.

Для определения параметров совместной работы нагнетателей в данных системах предлагается использовать графо-аналитический метод, основанный на нахождении точки пересечения в координатных осях P - G характеристики P - G сети и суммарной характеристики P - G двух последовательно работающих нагнетателей. Координаты точки пересечения линий, I отображающих указанные выше характеристики, определят массовый расход и потери давления транспортируемой среды в системе. По аналогии с методом наложения Р- V характеристик, предлагаемый метод определения параметров аэродинамических систем назван методом наложения P - G характеристик.

Для определения параметров совместной работы нагнетателей по предлагаемому методу необходимо построить суммарную P - G характеристику двух последовательно работающих нагнетателей при различных плотностях транспортируемой среды в их входных патрубках.

Пример построения суммарной P - G характеристики двух последовательно работающих нагнетателей при различных плотностях транспортируемой среды в их входных патрубках приведен на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Построение суммарной P- G характеристики двух нагнетателей, установленных в системе, схема которой представлена на рис. 5.1.

1 - P - V характеристика первого нагнетателя при р v 11-2 ;

2 – тоже второго нагнетателя при р v 23-4

3 - P - G характеристика первого нагнетателя при р v 11-2 ,

4 - то же второго нагнетателя при р v 23-4 ,

5 - суммарная характеристика двух последовательно установленных нагнетателей при разной плотности транспортир уемой среды в их входных патрубках.

Исходными при построении суммарной P - G характеристики являются P - V характеристики первого, линия 1, и второго, линия 2, нагнетателей, при плотностях транспортируемой среды соответственно равных р1-2 и р3-4 . Умножая абсциссы точек указанных линий на величину плотности транспортируемой среды получим P - G характеристики первого, линия 3, и второго, линия 4, нагнетателей, отображающие зависимости величин полного давления транспортируемой среды, создаваемых соответственно первым и вторым нагнетателем, от массовой производительности нагнетателей. Суммарная P - G характеристика двух последовательно работающих нагнетателей, линия 5, строится путем сложения ординат точек, имеющих равные абсциссы и принадлежащих P - G характеристикам нагнетателей. Аналогичным образом может быть построена суммарная P - G характеристика совместной работы и последовательно установленных нагнетателей.

Определение аэродинамических параметров системы по методу наложения P - G характеристик производится на основе построений, приведенных на рис. 5.3. Массовый расход и потери давления транспортируемой среды в системе определяются координатами точки 1 пересечения суммарной P - G характеристики нагнетателей и характеристики P - G сети.

Полные давления транспортируемой среды, создаваемые первым и вторым нагнетателями определяются ординатами точек 2 и 3 пересечения линии G = const с P - G характеристиками нагнетателей. Объемные производительности нагнетателей характеризуются абсциссами точек 4 и 5 пересечения линий P '= const и P "= const с характеристиками Р- V нагнетателей.

Значения КПД и мощностей, потребляемых нагнетателями, производится во их каталожным Р- V характеристикам, исходя из плотности транспортируемой среды, а также найденных значений объемных производительностей и создаваемых давлений.

Рис. 5.3. Определение параметров работы нагнетателей в неизотермичной аэродинамической сети, представленной на рис. 1.

1 - характеристика P - G первого нагнетателя при р v 11-2 ,

2 – тоже второго нагнетателя при р v 23-4

3 - характеристика P - G первого нагнетателя при р v 11-2 ;

4 - то же второго нагнетателя при р v 23-4

5 - суммарная характеристика P - G двух последовательно работающих нагнетателей при р v 11-2 и р v 23-4.

6 - характеристика P - G сети.

При работе системы в нестационарном тепловом режиме параметры работы нагнетателей, имеющих идентичные аэродинамические характеристики определяются в соответствии с построениями, приведенными на рис. 5.4 и 5.5.

Рис. 5.4. Параметры работы двух нагнетателей с идентичными P- V характеристиками в неизотермичной аэродинамической сети (рис. 1) при отсутствии и при наличии теплообмена в теплообменнике, при р1-2 < р3-4

1 - характеристики P - V первого и второго нагнетателя при р v 11-2 ;

2 - характеристика P - V второго нагнетателя при р v 23-4

3 - характеристики P - G первого и второго нагнетателя при р v 11-2 ;

4 - то же второго нагнетателя при р v 23-4

5 - суммарная характеристика P - G двух последовательно работающих нагнетателей при р v 1 = р v 1 = р1-2 ;

6 – тоже при р v 11-2 и р v 23-4 ;

7 - характеристика P - G сети при отключенном теплообменнике;

8 - тоже при включенном теплообменнике.

Рис. 5.5. Параметры работы двух нагнетателей с идентичными P- V характеристиками в неизотермичной аэродинамической сети (рис. 1) при отсутствии и при наличии теплообмена в теплообменнике, при р1-2 < р3-4

1 - характеристики P - V первого и второго нагнетателя при р v 11-2 ;

2 - характеристика P - V второго нагнетателя при р v 23-4

3 - характеристики P - G первого и второго нагнетателя при р v 11-2 ;

4 - то же второго нагнетателя при р v 23-4

5 - суммарная характеристика P - G двух последовательно работающих нагнетателей при р v 1 = р v 1 = р1-2 ;

6 - тоже при р v 11-2 и р v 23-4 ;

7 - характеристика P - G сети при отключенном теплообменнике;

8 - тоже при включенном теплообменнике.

При отсутствии теплообмена в теплообменнике массовый расход, G 1 , и потери давления транспортируемой среды, Р1 в системе определяются координатами точки 1 пересечения суммарной P - G характеристики совместно работающих нагнетателей и P - G характеристики сети, соответствующей режиму работы системы с отключенным теплообменником. При этом величины полных давлений транспортируемой среды, создаваемых первым, Р'1, и вторым, Р'2, нагнетателями равны и определяются ординатой точки 3 пересечения линии G 1 = const с P - G характеристикой нагнетателя, линия 3. Так как нагнетатели имеют идентичные характеристики, данная линия отображает P - G характеристику первого и второго нагнетателя. Объемные производительности первого, V 1 , и второго, V ’’ 2 нагнетателей равны и определяются абсциссой точки 4 пересечения линии Р'1 = const с Р- V характеристикой нагнетателя, линия 1.

При включенном теплообменнике массовый расход транспортируемой среды, G 2 , и ее потери давления в системе, Р2, определяются координатами точки 2 пересечения суммарной P - G характеристики совместно работающих нагнетателей и P - G характеристики сети, соответствующей режиму работы системы с включенным теплообменником. Полные давления транспортируемой среды, создаваемые первым, Р'1 и вторым, Р2", нагнетателями, определяются ординатами точек 5 и 6 пересечения линии G 2 = const с P - G характеристикой первого нагнетателя, линия 3, соответствующей р v 11-2 , и с P - G характеристикой второго нагнетателя, линия 4, соответствующей р v 23-4. Объемные производительности первого, V ‘' 2 , и второго, V 2 " , нагнетателей определяются абсциссами точек 7 и 8 пересечения линий P 2 = const и P 2 "= const с P - G характеристиками первого нагнетателя при р v 11-2 , и второго нагнетателя, при р v 23-4.

ЛИТЕРАТУРА

1 Строительный каталог. Часть 10. Санитарно-техническое оборудование, приборы и автоматические устройства. Раздел 1. Отопительно-вентиляционное оборудование, Подраздел 73. Теплоутилизационное оборудование. - М.: ГП И «Сантехпроект», 1984.

2 Новгородский Е.Е., Широков В.А., Шанин Б.В., Дятлов В.А. Комплексное энерготехнологическое использование газа и охрана воздушного бассейна. - М.: Дело, 1997.

3 Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. - М.: Металлургия, 1975.

4 Василенко А.И.. Новгородский Е.Е. Исследование и оптимизация аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты на промышленных предприятиях. - Ростов н/Д: РГСУ, 1999.

Еще бесплатно скачать

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 2.00/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
2.0/5 (1 голос)

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить