Проектирование системы электроснабжения города (стр. 11 из 24)
Потери в металлическом газоходе.
Скорость дымовых газов в газоходе.
Потери температуры (газоход - металлический футерованный).
Средняя температура в газоходе.
tср.м = tдг – Δtгм / 2 = 160 – 8,13 / 2 = 155,9 (о С).
Линейные сопротивления (на трение).
Коэффициент трения для металлических поверхностей
λм = 0,02.
Плотность дымовых газов в металлическом газоходе при температуре tср.м=155,9о С.
Линейные сопротивления (на трение).
Суммарные местные сопротивления.
Коэффициенты местных сопротивлений.
Поворот на 45о – ξ1 = 0,5.
Шибер – ξ2 = 1.
Резкое расширение
Местные сопротивления
Расход уходящих газов за металлическим газоходом.
Аналогично определяем потери в кирпичном газоходе и дымовой трубе.
Сопротивления и тягу в трубе рассчитываем для 5 котлов работающих на полную мощность.
Рассчитанные данные для кирпичного газохода:
Скорость дымовых газов в газоходе – 4,16 м/с.
Потери температуры (толщина стенки 0,5 м) – 3,44о_С.
Средняя температура в газоходе – 150,2о_С.
Плотность дымовых газов – 0,806 кг/м3.
Линейные сопротивления (на трение) – 5,47 кгс/м2.
Расход уходящих газов за газоходом – 67 929 м3/с.
Рассчитанные данные для дымовой трубы:
Скорость дымовых газов в трубе – 9,27 м/с.
Потери температуры (толщина стенки > 0,5 м) – 6,88о_С.
Средняя температура в трубе – 145о_С.
Плотность дымовых газов – 0,816 кг/м3.
Линейные сопротивления (на трение) – 42,9 кгс/м2.
Расход уходящих газов за газоходом – 67 929 м3/с.
Потери давления при выходе дымовых газов в атмосферу (скоростной напор) – 34,22 кгс/м2.
Тяга, создаваемая трубой.
Плотность наружного воздуха при 25о С.
Тяга, создаваемая трубой.
Δhт = Нт·(ρв – ρдг.т) = 110·(1,185 – 0,816) = 40,5 (кгс/м2).
Полный расчетный напор дымососа.
Выбор типа дымососа.
Тип дымососа выбираем по номограммам, ориентируясь на величину расхода 69 793 м3/ч и напора 191,8 кг/м2.
Момент инерции рабочего колеса – 485 кг·м2;
КПД в данном режиме – 0,82.
Выбор электродвигателя при использовании прямого пуска.
Мощность на валу дымососа.
Коэффициент запаса при использовании для соединения дымососа и двигателя муфты кз = 1,1.
КПД передачи (муфты) ηп = 0,95.
Коэффициент, учитывающий плотность дымовых газов, относительно плотности воздуха
кп = ρ0дг / ρ0в = 1,25 / 1,293 = 0,967.
Мощность на валу дымососа.
Коэффициент, учитывающий температуру помещения в котором установлен двигатель (номинальная 40о С, а в помещении 30о С).
кт = 1,125.
Мощность двигателя
Рдв = Рд / кт = 49,8 / 1,125 = 44,2 (кВт).
Выбор двигателя.
Для тяго-дутьевых машин, устанавливаемых в котельных, применяют защищенные от пыли и имеющие противосыростную изоляцию электродвигатели.
Для привода дымососа выбираем двигатель 5AM250M8, производства Владимирского электромоторного завода. Двигатель имеет повышенный пусковой момент и защищенное исполнение класса IP54.
Характеристики двигателя:
Тип: 5AM250M8
Номинальная мощность на валу – 45 кВт;
Номинальная скорость вращения – 740 об/мин;
Кратность пускового момента – 1,8;
Кратность критического момента – 2,6;
Кратность пускового тока – 6,8;
Момент инерции ротора – 1,4 кг·м2;
Плотность тока обмоток статора – 4,2 А/мм2.
Проверка на запуск выбранного двигателя.
Статический момент дымососа на максимальной мощности.
Средний за время разгона статический момент дымососа
Мст.ср.д = Мст.д · 0,333 = 642,2 · 0,333 = 213,9 (Н·м).
Время пуска двигателя до достижения температуры обмоток статора равной 150о С.
Динамический момент ротора двигателя и рабочего колеса дымососа.
Суммарный момент сопротивления на валу двигателя при пуске.
МсΣ = МдинΣ + Мст.ср.д = 1708 + 213,9 = 1921,9 (Н·м).
Номинальный момент двигателя.
Средний допустимый момент при пуске двигателя
Т.к. средний допустимый момент при пуске двигателя (1164 Н·м) меньше суммарного момента сопротивления на валу двигателя при пуске (1921,9 Н·м), следовательно двигатель не запустится за время нагрева обмоток статора до максимальной температуры изоляции.
Предварительная проверка двигателя мощностью 55 кВт также выявила недостаточность пускового момента.
Выбираем двигатель 5AM280M8e мощностью 75 кВт, производства Владимирского электромоторного завода. Двигатель имеет защищенное исполнение класса IP54. Проверка на запуск прошла успешно. Средний допустимый момент при пуске двигателя (1808 Н·м) больше суммарного момента сопротивления на валу двигателя при пуске (1488 Н·м), следовательно двигатель запустится за время нагрева обмоток статора до максимальной температуры изоляции.
Выбор двигателя при использовании преобразователя частоты.
При использовании преобразователя пусковой ток двигателя изменяется в пределах 0,5 - 1,5 номинального значения. Производим расчет для первоначально выбранного двигателя мощностью 55 кВт. При этом учитываем, что пусковой момент может быть увеличен на 120% при помощи ПЧ. Выписываем результаты расчетов.
Время пуска двигателя до достижения температуры обмоток статора равной 150о С.
τп.дв = 476 с.
В результате получилась очень большое допустимое время пуска. Ограничиваем его 60 секундами.
Динамический момент ротора двигателя и рабочего колеса дымососа.
МдинΣ = 628,2 Н·м.
Суммарный момент сопротивления на валу двигателя при пуске.
МсΣ = 842 Н·м.
Номинальный момент двигателя.
Мн.дв = 653,3 Н·м.
Средний допустимый момент при пуске двигателя
Мср.п.дв = 1164 Н·м.
Т.к. средний допустимый момент при пуске двигателя (1164 Н·м) больше суммарного момента сопротивления на валу двигателя при пуске (842 Н·м), следовательно двигатель запустится менее чем за 60 секунд, хотя время нагрева обмоток до максимально допустимой температуры намного больше 60 секунд.
Технико-экономическое сравнение вариантов выполнения привода дымососа.
Расчет производим для 100% нагрузки котлоагрегата. Остальные режимы не рассматриваем. Предполагаем что котел работает 6 месяцев без остановки в период отопительного сезона и 4 месяца по 12 часов в году для горячего водоснабжения.
Капитальные затраты.
Капитальные затраты на вариант с прямым пуском.
Контактор КТИ-5150 (150А) – 468 грн.
Автомат ВА 88-35 (250А) – 658 грн.
Двигатель 5AM280M8e (75кВт) – 15 998 грн.
Капитальные затраты на вариант с мягким пуском.
ПЧ Mitsubishi Electric FR-F740 - 00930 (45кВт) – 24 120 грн.
Автомат ВА 88-33 (150А) – 252 грн.
Двигатель 5AM280M8 (45кВт) – 11 897 грн.
Суммарные капитальные затраты по обоим вариантам.
Σс1 = 468 + 658 + 15 998 = 17 124 (грн.);
Σс2 = 36 269 грн.
Σс1 / Σс2 = 17 124 / 36 629 = 2,12.
Коэффициент загрузки двигателей.
кз1 = Рд / (75 · кт) = 49,8 / (75 · 1,125) = 0,59.
кз2 = 0,983.
КПД и cos φ двигателей при данном коэффициенте загрузки.
Значения снимаем по унифицированным кривым КПД и cosφ для двигателей 10-110 кВт.
η1 = 0,905; cos φ1 = 0,77;
η2 = 0,91; cos φ2 = 0,84.
Потребляемые активная и реактивная мощность.
Р1 = Рд / η1 = 49,8 / 0,905 = 55 (кВт);
Р2 = 54,69 кВт;
Q1 = Р1 · tg φ1 = 55 · 0,829 = 45,57 (кВАр);
Q2 = 35,33 кВАр.
Потребляемые активная и реактивная энергия за год (кВт, кВАр).
Количество часов работы КА в год τр = 5800 ч.
W1 = Р1 · τр = 55 · 5 800 = 318 957 (кВт·ч);
W2 = 317 204 кВт·ч;
W1р = Q1 · τр = 45,57 · 5 800 = 264 297 (кВАр·ч);
W2р = 204 893 кВАр·ч.
Годовые затраты на электроэнергию.
Стоимость активной и реактивной ЭЭ для предприятий.
са = 0,225 грн; ср = 0,45 грн.
Годовые затраты на электроэнергию.
З1а = W1 · са = 318 957· 0,225 = 71 765 (грн);
З2а = 71 370 грн;
З1р = W1р · ср = 264 297· 0,45 = 118 933 (грн);
Зр2 = 92 202 грн.
Экономия электроэнергии за год.
ЭWА = W1 – W2 = 318 957 – 317 204 = 1 752 (кВт·ч);
ЭWР = 59 403 кВАр·ч.
Экономия средств за год.
ЭСА = З1а – З1а = 71 765 – 71 370 = 394,3 (грн);
ЭСР = 26 731 грн;
ΣЭС = ЭСА + ЭСР = 394,3 + 26 731 = 27 126 (грн).
Вывод.
В этой части дипломного проекта мы выполнили расчет полупроводникового пускателя для дымососа котла ДКВР-10/13. Расчеты показали экономическую целесообразность применения подобных устройств, как для создания новых установок подобного типа, так и для модернизации уже работающих. Срок окупаемости полупроводникового привода не превышает 1 года, несмотря на высокую стоимость ППЧ.
Опираясь на данные расчета и опыт эксплуатации полупроводниковых частотных преобразователей, определим преимущества и недостатки из применения на практике.
Преимущества:
Применение двигателей меньшей мощности для привода высокоинерционной нагрузки, чем при использовании прямого пуска. Как следствие повышение коэффициента загрузки двигателя, а, следовательно, повышение его КПД и коэффициента мощности в рабочем режиме.
Снижение пусковых токов двигателя до 1,5 Iном. Как следствие уменьшение нагрузки на сеть во время запуска двигателя и уменьшение электродинамических нагрузок на обмотку статора.