Органическое топливо (стр. 8 из 13)
Расход воды на горячее водоснабжение (нагреваемый теплоноситель) составляет: Gг. в. = 0,530 кг/с; расход воды через змеевик (греющий теплоноситель) принимаем равным G’г. в. =0,720 кг/с (G’г. в. равно расходу воды на отопление).
Объем V бойлера-аккумулятора принимаем исходя из следующего условия: запаса горячей воды в нем должно хватить на бесперебойное снабжение потребителей в течение 8 часов.Т.о.
V = Gг. в. · 8 · 3,6 = 0,53 · 8 · 3,6 » 15 м3. (4.1)
Отсюда следует: диаметр бака - D = 1,5м; высота бака - L = 2 м.
Температуры греющего теплоносителя: на входе - t11 = 95 °С, на выходе - t12 = 60 °С.
Температуры нагреваемого теплоносителя: на входе - t21 = 20 °С (принимаем из условия, что 1/3 горячей воды возвращается с температурой 50˚С, а 2/3 добавляем из водопровода с температурой 5˚С), на выходе - t22 = 55 °С.
Определим скорости движения теплоносителей в змеевике W1 и в баке-аккумуляторе W2:
(4.2) 
(4.3) 
(4.4) (4.5)Для расчета коэффициента теплоотдачи α необходимо знать среднюю температуру воды в змеевике t1СР и в баке-аккумуляторе t2СР:
Для того, чтобы определить режим течения жидкости по змеевику и в баке, найдем числа Рейнольдса, Re1 и Re2 соответственно:
(4.6) (4.7)Где: ν1 = 0,00000038 м2/с - кинематическая вязкость воды при температуре t1CР;
ν2 = 0,00000049 м2/с - кинематическая вязкость воды при температуре t2CР;
Так как Re1 > 10000 - режим течения воды в змеевике - турбулентный. Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности греющих труб к омывающей их воде α1 в бойлере рассчитывается с использованием уравнения подобия:
(4.8) (4.9)Где: Pr1=2,55 и Pr1СТ=2,64 - критерии Прандтля при температуре воды t1СР=69,21°С и tСТ = t1СР - 2 = 67,21°С соответственно;
λ1 = 0,686 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности воды при t1СР.
Так как скорость течения воды в баке очень мала, можно предположить, что теплообмен между горячим змеевиком и омывающей его водой происходит благодаря свободной конвекции. Она представляет собой обычно подъемное течение, обусловленное подъемной силой, действующей на нагретые на поверхности слои жидкости. Соответственно на холодной стенке устанавливается опускное течение. В качестве безразмерного критерия подобия для свободной конвекции используется число Гразгофа, Gr2
(4.10)где: L - высота бака-аккумулятора;
g - ускорение свободного падения;
Θ0 - температура наружной поверхности трубы;
V - температура жидкости вне узкой области свободноконвективного движения;
ν - кинематическая вязкость жидкости.
Таким образом, для нашего случая:
(4.11)Теплоотдачу при свободной конвекции от нагретого змеевика к жидкости можно рассчитать по уравнению:
(4.12) (4.13)Во всех аппаратах периодического действия происходит нестационарный теплообмен. Уравнение теплопередачи при нестационарном режиме работы имеет вид:
Q = k · F · D t · τ, (4.14)
где: τ - время работы аппарата;
Dt - средний температурный напор за время τ.
Уравнение теплопередачи и теплового баланса для всей поверхности теплообмена F за интервал времени dτ имеет вид:
dQ = kF Dt dτ = G1c (t11 - t1) dτ = G2c dt2, (4.15)
где: Dt - средняя разность температур между теплоносителями в момент времени τ;
t1 - текущее значение температуры греющего теплоносителя;
dt2 - изменение температуры нагреваемой воды за время dτ.
Температурный напор Dt в момент времени τ рассчитывается как среднелогарифмическая разность температур:
(4.16)Так как температуры t1 и t2 со временем изменяются, то Dt является функцией времени. Подставляя Dt в (15), получаем:
(4.17)откуда:
(4.18) (4.19)Таким образом, подставляя известные величины, получим:
(4.20)откуда: kF = 1865Вт/мК. (4.21)
Коэффициент теплопередачи определим по формуле:
(4.22)Определим площадь поверхности теплообмена F и длину змеевика l:
(4.23) (4.24)Таким образом из расчета видно, что для обеспечения потребителей горячей водой с температурой tГВ = 55˚С, необходимая длина змеевика теплообменника составляет 37 м. Диаметр змеевика можно принять равным DЗМ = 1,2 м.
4. Экономическая часть
Сравним экономический эффект котельной при ее реконструкции с установкой теплогенераторов фирмы Юсмар и при условии, что будут устанавливаться водогрейные котлы типа ТГ-120 (Гейзер-01), режимная карта которого приведена в таблице 3.
Таблица 3 - Режимная карта на водогрейный котел типа ТГ-120
| Наименование параметров | Тепловые нагрузки,% | |
| 40 | 83 | |
| Производительность, ГДж/час | 0,172 | 0,343 |
| Давление воды на котле, МПа | 0,14 | 0,155 |
| Давление воды до котла, МПа | 0,17 | 0, 19 |
| Низшая теплота сгорания газа, кДж/м3 | 33513 | 33513 |
| Число газовых горелок, шт | 1 | 1 |
| Давление газа перед котлом, МПа | 20 | 16 |
| Разрежение за котлом, мм в. ст. | 0,5 | 1,5 |
| Температура уходящих газов, °С | 95 | 145 |
| Состав уходящих газов,%:СО2О2 | 4,413,2 | 4,413,2 |
| Расход газа на котел, м3/час | 5,7 | 11,8 |
| Коэффициент избытка воздуха | 2,51 | 2,51 |
| Потери тепла,%:с уходящими газамив окружающую среду | 6,602,5 | 10,982,7 |
| КПД | 90,90 | 86,32 |
| Удельный расход топлива, м3/ГДж | 139,0 | 143,9 |
| Удельный расход условного топлива, кг/ГДж | 159,0 | 164,5 |
Определение себестоимости вырабатываемого тепла находится по выражению:
(5.1)где ΣЭ - годовые эксплуатационные затраты в руб.;
Qгод - годовой отпуск тепла в ГДж.
Годовой отпуск тепла подсчитывают по формуле:
(5.2)где Q = 0,66ГДж/час - производительность котельной в час;
m = 220 - количество дней отопительного периода;
tв = +18˚С - внутренняя температура в помещении;
tср = - 2,6˚С - наружная средняя температура отопительного периода;
tно = - 27˚С - наружная температура для проектирования системы теплоснабжения;
Годовые эксплуатационные затраты определяют по уравнению:
ΣЭ=Этоп+Ээл. эн. +Эвод+Эзар+Эамор+Этек. рем. +Эобщ. расх., руб/год (5.3)
где: Этоп - затраты на топливо;
Ээл эн - затраты на электроэнергию;
Эвод - затраты на используемую воду;
Эзар - затраты на заработную плату;
Эамор - амортизационные отчисления;
Этек. рем - затраты на текущий ремонт;
Эобщ. расх - затраты общекотельные и прочие расходы.
Определим затраты на эксплуатацию котлов ТГ-120.
1 затраты на топливо:
Этоп = kпот · B · hгод · Стоп, руб/год (5.4)
где kпот = 1,055 - коэффициент, учитывающий складские, транспортные и прочие потери; В = 11,8 м3/ч - часовой расход топлива на один котел при максимальной нагрузке; n =2 - количество установленных котлов (без резервных); hгод - число часов использования установленной мощности котельной в год: hгод = 24 · тот +24 · тг. в. = 8760часов, где тот - количество дней отопительного периода; тг. в. - количество дней летнего периода;
Стоп = 49коп/м3 - стоимость газа;
Этоп = 1,055 · (11,8 · 2 · 220 + 11,8 · 145) · 24 · 0,49 = 85644 руб/год, (5.5)
2 затраты на потребляемую электроэнергию:
Ээл. эн = N · hгод · Сэл. эн. руб/год, (5.6)
где N - установленная мощность электродвигателей в кВт:
Nот = 5,5кВт - мощность электродвигателя насоса системы отопления,
Nг. в. = 4,5кВт - мощность электродвигателя насоса системы горячего водоснабжения;
hгод - число часов использования установленной мощности котельной в год:
hот = 220 часов,
hг. в. = 365 часов;
Сэл. эн =0,72 руб/кВт·ч - стоимость электроэнергии за 1 кВт · ч потребляемой мощности;
Ээл. эн. = 24· (220· (5,5+4,5) +145·4,5) ·0,72 = 49291 руб/год. (5.7)
3 затраты на используемую воду:
Эвод = Dмакс · hгод · Свод, (5.8)
где Gмакс = 2/3 · Gг. в. ·= 2/3 · 3,34 = 2,23 м3/час - максимальный часовой расход добавочной воды;
Свод = 7,61 руб/м3 - стоимость 1м3 добавочной воды;
Эвод = 24 · 365 · 2,23 · 7,61 = 148660 руб/год. (5.9)
4 затраты на заработную плату:
Так как котлы ТГ-120 полностью автоматизированы, в обслуживающем персонале нет необходимости. Достаточно того, чтобы система управления и сигнализации котлов была выведена на диспетчерский пульт МУП "Теплоэнерго".
Эзар = 0 руб/год.
5 затраты на амортизационные отчисления: