Данилов О.Л. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Подождите немного. Документ загружается.

134

Определите годовую экономию тепловой энергии от изоляции сборника конденсата. Темпера-

тура конденсата t

=95

С. Температура на поверхности изоляции t

из

=33

С. Допустимые потери тепла

=65 ккал/м

×час. Поверхность изоляции Н=32 м

. Материал изоляции – маты минеральноватные на

фенольной связке. Температура окружающего воздуха t

=+25

С. Число часов работы τ=7200.

Задача 3.6

Определите годовые потери тепла теплопроводом диаметром 250 мм и длиной 100 м, если на

нем расположены пять единиц неизолированной арматуры и 15 м с уплотнением основного слоя изо-

ляции на 75% (приложение 2). Среднегодовые температуры внутри теплопровода 400

С, поверхности

изоляции 40

С, а окружающей среды +6

С. Среднегодовая скорость ветра 3 м/с.

Задача 3.7

Оцените годовые непроизводительные затраты тепла на 50 м теплопровода наружной про-

кладки диаметром 800 мм, не имеющего влагоизолирующего слоя и полностью поглощающего атмо-

сферные осадки в виде дождя и снега, если известно время работы 8500 час, температура среды

внутри теплопровода постоянна и равна 151,1

С, поверхности изоляции 35

С, окружающей среды 0

С,

годовая норма осадков h=150 мм, а средняя скорость ветра 3,0 м/с. Степень черноты изоляции при-

нять равной 0,8.

Оцените доли потерь тепла за счет конвекции, излучения и испарения влаги.

Задача 3.8

Для условий задачи 3.6 определите толщину слоя изоляции из менераловатных прошивных

изделий марки 200, оптимальную и критическую толщину изоляции, выбрав самостоятельно значение

необходимых для расчета величин.

Задача 3.9

Определите кривые потерь тепла неизолированной трубой, проложенной в сухом и влажном

грунте в зависимости от диаметра трубы и глубины ее заложения.

Задача 3.10

В помещении, температура стен которого t

ст

=20

С, проложено 12 м неизолированного паро-

провода, наружный диаметр которого 350 мм, а температура поверхности t

нар

=20

С, степень черноты

металла ε=0,8. Найти годовые тепловые потери за счет излучения и конвекции.

Задача 3.11

Определите потери тепла от участка горизонтально расположенной трубы и темперу тру воды

в конце участка, если известно: расход воды G

=0,4 кг/с, наружный диаметра трубы d=0,15 м, толщина

стенки

ст

=1 мм, длина участка L=80 м, коэффициент теплопроводности стенки

ст

=56 Вт/м×К, толщи-

на слоя изоляции

из

=20, коэффициент теплопроводности изоляции

из

=0,046 Вт/м×К, мм. Температу-

ра воды в начале участка t

=90

С, а температура окружающей среды t

о.с

=10

135

4. Методы оценки потерь энергии и энергоносителей при проведении энер-

гоаудита.

Задача

Определить расход теплоты на отопление жилого кирпичного здания, если объем отапливаемой части

здания по наружному обмеру

V =20493 м

; температура воздуха внутри помещений 18=

t ºС;

температура наружного воздуха

−=

отр

t ºС.

Решение.

Расход теплоты на отопление здания по укрупненным показателям определяется по формуле:

()

(

)

отр

нвнот

ttVqQ

1 −⋅⋅⋅⋅+=

αβ

, где 15,0

; для дома с отапливаемым объемом более 20000 м

32,0

=q ; 08,1=

- поправочный коэффициент для расчетной температуры наружного воздуха -

26ºС.

()

(

)

(

)

5,35836826182049308,132,015,01

−

⋅

от

Q Вт

358,0=

от

Q МВт 308,086,0358,010

19,4

3600

358,0

=⋅=⋅⋅=

−

Гкал/ч

Задача.

Определить максимальную тепловую нагрузку (по укрупненным показателям) на горячее водоснабже-

ние в жилом здании с расчетным количеством потребителей

m 100 человек. Температура горячей

воды 55°С, температура холодной водопроводной воды в отопительный период 5°С, в летний период

15ºC.

Решение.

Среднесуточный расход теплоты на горячее водоснабжение в отопительный период определяется по

формуле:

(

)

ср

pзхг

сср

згв

сttamQ

2,1 −⋅⋅⋅= , кДж/сут,

где

120105÷=a кг/(чел-сут) – для жилых зданий квартирного типа, оборудованных ванными;

19,4=

с кДж/(кг·K) - средняя теплоемкость воды;

(

)

301680019,45551201002,1

=⋅−⋅⋅⋅=

сср

згв

Q кДж/сут

Средняя нагрузка на горячее водоснабжение в отопительный период:

92,34

360024

3016800

360024

⋅

сср

згв

ср

згв

кВт

Средняя нагрузка на горячее водоснабжение в летний период определяется по формуле:

92,348,0

1555

555

92,34

=⋅

−

⋅=

ср

лгв

Q кВт

где

8,0=

(для жилищно-коммунального сектора).

Расчетная максимальная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение:

136

8,8392,344,2

=⋅=⋅=

ср

згв

гв

кВт, где χ - расчетный коэффициент часовой неравномерности, ори-

ентировочно для жилых и общественных зданий принимают

4,2

Задача

Рассчитать расход тепла на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха, если температура

наружного воздуха

−=

отр

t ºС , а внутри помещений 18=

t ºС. Расчетное количество людей в

помещении n = 157 человек.

Решение.

Минимальный расход инфильтрующегося воздуха можно оценить исходя из количества воздуха, тре-

буемого для обеспечения комфортных условий человека по СНиП.

kttcLQ

нвnинф

)(28,0

−

где

- плотность воздуха в помещении;

с - теплоемкость воздуха;

Коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях принимается

8,0

k для

окон и балконных дверей с раздельными переплетами.

L м

/ч на 1 м

жилой площади – расход удаляемого воздуха, не компенсируемый подогретым

приточным воздухом. Норма жилой площади на одного человека составляет 9 м

. Отсюда можно оп-

ределить расход воздуха на одного человека:

2793 =

⋅

чел

L м

/ч. Тогда для

www.черныйбархат.ruрасчетного количества людей

423914133

⋅

L м

/ч

(

)

386,50108,0)26(18005,12,1423928,0

=⋅⋅−−⋅⋅⋅⋅=

−

инф

Q кВт

137

5. Энергосбережение при производстве и распределении энергии и энергоно-

сителей.

1.Оценка экономии тепловой энергии в паропроводах и тепловых сетях

Количество пара, попадающего в окружающую среду через неплотности в производственных паропро-

водах σ, определяется по формуле:

σ = 2,3⋅f⋅ϕ⋅

ρ⋅P кг/ч,

где f – площадь отверстия, мм

;

ϕ – коэффициент расхода пара через неплотности, ϕ = 0,67;

ρ – плотность пара, кг/м

; (ρ =

, где V – удельный объём насыщенного водяного пара при

соответствующем давлении – см. табл.1);

P – абсолютное давление пара в паропроводе, Мн/м

;

(10 ата = 1,1 Мн/м

)

Для полного сечения трубопровода расход пара в атмосферу σ, определяется по формуле:

σ = 3600⋅f⋅W⋅ρ кг/ч,

где f – площадь поперечного сечения трубы, м

;

W – средняя скорость

пара, м/с;

(обычно принимают для перегретого пара W = 50 м/с, для насыщенного W = 40 м/с)

ρ -- плотность пара, кг/м

;

Пример. Давление пара в тепловой сети P = 1,7 ата. Необходимо оценить часовой рас-

ход насыщенного водяного пара через неплотности в паропроводе, если суммарная площадь

отверстий f =15 мм

Утечки пара за 1 час составляют: σ = 2,3⋅f⋅ϕ⋅

ρ⋅P . Плотность пара ρ =

, абсолютное давление пара в

паропроводе, P =

1,7 ⋅ 1,1

= 0,187 Мн/м

. При давлении насыщенного водяного пара P = 5 ата, - V =

1,07 м

/кг (по таблицам насыщенного водяного пара).

Следовательно, σ = 2,3⋅15⋅0,67⋅

1,07

⋅0,187 = 9,66 кг/ч. См. табл.

Задача № 1.1.

Определите величину утечек перегретого пара за год для полного сечения производственного трубо-

провода Ду 76х4 при давлении 4 кгс/см

2. Оценка экономии тепловой энергии при использовании изоляции в паропроводах и

тепловых сетях.

138

Тепловую изоляцию необходимо использовать, если температура теплоносителя превышает 45°С.

Потери тепла с изолированных поверхностей и с неизолированной напорно-регулирующей арматуры

(вентили, задвижки, краны, компенсаторы) при различных температурах теплоносителей приведены в

таблицах 2,3. Изоляция трубопроводов, проложенных в грунте, снижает потери тепла на 50-55% по

сравнению с потерями неизолированного трубопровода.

Количество тепла, передаваемое в

окружающую среду неизолируемой нагретой поверхностью трубо-

провода, определяется следующим образом:

Qи = π⋅d⋅α⋅(t нар - t в)⋅L, Вт (ккал/ч);

аналогично для нагретых плоских неизолированных поверхностей:

Qи = α⋅(t нар - t в)⋅H, Вт (ккал/ч);

где t нар – средняя температура наружной поверхности, °С

t в – средняя температура окружающего воздуха, °С

L – длина

трубопровода, м

H – площадь поверхности, м

α – суммарный коэффициент теплоотдачи,

Вт

⋅К

⎝

⎛

⎠

⎞

ккал

⋅ч⋅°С

Для объектов, находящихся вне помещений на открытом воздухе, α приближенно рассчитывается по

формуле:

α = 10 + 6 ⋅

w , где w – скорость ветра, м/с

Для трубопроводов диаметром до 2 м., находящихся в помещениях:

α = 8,1 + 0,045 ⋅ (t нар - t в)

Для плоских поверхностей, находящихся в помещениях:

α = 8,4 + 0,06 ⋅ (t нар - t в)

Пример.

Определить экономию тепловой энергии на изолированном паропроводе Ду 108х4

длиной 10 м. Температура теплоносителя 150°С. Паропровод проложен на открытом воздухе

при наружной температуре +25°С и скорости ветра w = 2 м/с.

Необходимо вычислить потери теплоты неизолированным трубопроводом. Находим суммарный ко-

эффициент теплоотдачи от трубопровода к наружному воздуху:

α = 10 + 6 ⋅

2 = 18,5

ккал

⋅ч⋅°С

Теплопотери на неизолированном теплопроводе составят:

Qи = 3,14⋅0,104⋅18,5 ⋅(150 - 25)⋅10 = 7552 ккал/ч

Согласно таблице 2, тепловые потери с 1 м. длины изолированного теплопровода 68

ккал

м⋅ч

. Тогда эко-

номия тепловой энергии при использовании изоляции:

∆ Q = 7552 – 10 ⋅ 68 = 6872 ккал/ч. См табл.

Задача № 2.1.

Определить тепловые потери с 10 м неизолированной плоской стенки и с 10 м

неизолированной

трубы диаметром 100 мм, если температура теплоносителя 170°С, температура воздуха +20°С и ско-

рость ветра w = 3 м/с.

139

Задача № 2.2.

Сравнить годовые потери тепла при отсутствии тепловой изоляции парового коллектора диаметром

340 мм и длиной 3 м, если он находится а) в помещении с температурой воздуха +23°С ; б) на откры-

том воздухе при наружной температуре +23°С и скорости ветра w = 1 м/с. Температура пара 190°С.

Число часов работы 8500. См.табл.

140

6. Энергосбережение в промышленности.

6.1. Энергосбережение в промышленности.

6.1.1. Основные методы расчета и расчетные соотношения.

6.1.2. Примеры решения задач.

6.1.3. Последовательность решения задач.

6.1.4. Условия задач для самостоятельного решения.

6.1.1. Основные методы расчета и расчетные соотношения.

6.1.2. Примеры решения задач.

Задача 1

Определить необходимую площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата типа водовоздуш-

ного рекуператора для обеспечения степени утилизации теплоты сточных вод, равной 0,8. Сточная

вода используется для предварительного нагревания дутьевого (приточного) воздуха. Поверхность

нагрева выполнена в виде коридорного пучка оребренных труб. Наружный диаметр труб d = 12 мм;

толщина стенки трубы δ = 1 мм; рабочая длина L = 5,2 м; диаметр

круглых ребер D = 23 мм; толщина

ребра δ

= 0,3 мм; cтепень оребрения ψ = 8,2; гидравлический диаметр d

= 4,7 мм. Теплопроводность

материала ребра λ = 116 Вт/м К. Вода движется по трубам, воздух – в межтрубном пространстве. Чис-

ло ходов греющего теплоносителя z = 5. Термическим сопротивлением стенки и гидравлическим со-

противлением при повороте воды в трубах пренебречь. Мощность, затрачиваемая на прокачку воды

по трубам, не должна превышать 60 Вт.

Скорость воздуха принять равной 5 м/

с. Начальную температура воды t

’ = 49

C, воздуха

’= 6°C; расход воды G

= 0,65 кг/с, воздуха G

= 0,3 кг/с.

Решение

1. Температура воздуха на выходе из аппарата при эффективности теплообменника

8,0

′

−

′

−

′′

=ε

;

(

)

(

)

4,4066498,0tttt

1121

−

′

−

′

′′

°С.

2. Cредняя температура воздуха

2,23

64,40

′

′′

= °С.

3. Теплофизичуские свойства воздуха при t

= 1,2 кг/м

, Ср

= 1005 Дж/(кг⋅К), λ

= 0,0259 Вт/(м⋅К),

= 15,6⋅10

-6

/с, Pr

= 0,703.

4. Тепловая мощность аппарата

(

)

(

)

1037064,4010053,0ttCpGQ

1111

−

⋅

′

−

′

⋅= Вт.

5. Температура греющего теплоносителя (воды) на выходе из аппарата

2,45

418065,0

10370

CpG

⋅

−=−

′

′′

°C

Здесь теплоемкость воды взята при средней температуре воды 46,5 °C.

Проверяем значение средней температуры воды

141

1,47

492,45

′

′′

°С.

Оно близко к ранее принятому t

= 46,5 °C, поэтому окончательно t

= 47,1 °С.

6. Теплофизические свойства воды при t

= 47,1 °C:

= 985 кг/м

, Ср

= 4180 дж/(кг⋅К), λ

= 0,638 Вт/(м⋅К),

=0,669 10

-6

/с, Pr

= 3,6.

7. Мощность, затрачиваемая на прокачку воды по трубам с внутренним диаметром d

и диной L, мо-

жет быть рассчитана по формуле

dη2

LWξG

ηρ

∆PG

⋅⋅

⋅⋅⋅

⋅

где η = 0,65 − КПД насоса; ∆Р = ξ⋅ρ

L/2 d

∆Р − гидравлическое сопротивление.

Принимаем, что режим течения воды турбулентный. Тогда коэффициент сопротивления для гид-

равлически гладких труб ξ = 0,316 Re

0,25

и скорость воды внутри труб равна

()

47,1

100,6695,20,650,316

0,010,65142

0,316

dη2

1,75

0,25

1,25

75,1

25,0

25,1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅⋅

−

νLG

м/с

8. Число Рейнольдса для воды

25700

10571,0

01,045,1

⋅

−

т.е. соответствует развитому турбулентному режиму течения.

9. Число Нуссельта при турбулентном течении воды в трубе

7,1296,325700023,0PrRe023,0Nu

4,08,04,0

8,0

=⋅⋅=⋅⋅=

10. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды

8017

01,0

618,07,129

⋅

λ⋅

=α Вт/(м

⋅К)

11. Число Рейнольдса для воздуха

1506

106,15

0047,05

э1

⋅

−

12. Число Нуссельта

375,0625,0

Re3,0Nu

−

ϕ⋅⋅= ;

7,11703,02,815063,0Pr

333,0375,0625,0333,0

=⋅⋅⋅=

−

13. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

7,64

0047,0

0259,07,11

⋅

λ⋅

=α Вт/(м

⋅К)

14. Эффективность оребрения:

эффективная высота круглого ребра

006751,0

012,0

023,0

lg805,01

012,0023,0

lg805,01

l =

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅+

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅+

−

′

м;

комплекс

142

411,0006751,0

0003,0116

5,642

5,0

рр

=⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

′

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

δ⋅λ

′

;

эффективность одиночного ребра

(

)

(

)

947,0

411,0

411,0th

lmth

′

;

эффективность ребристой поверхности

()

953,0947,01878,011

р0

=−−=η−

−Ψ

−=η .

15. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности труб

475

2,8953,07,64

8017

111

012

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ψηα

−

Вт/(м

⋅К).

16. Логарифмический температурный напор между теплоносителями

2,2095,0

6,8

2,39

6,82,39

мб

−

=ε

∆

∆−∆

=∆

∆

°С,

где ∆t

= t′′

– t′

= 45,2 – 6,0 = 39,2 °С и ∆t

= t′

– t′′

= 49,0 – 40,4 = 8,6°С;

∆t

= 0,95 − поправка на вид относительного движения теплоносителей

(для перекрестного тока) при

8,0

0,60,49

0,66,40

−

′

−

′

−

′′

и 11,0

0,64,40

2,450,49

−

′′

−

′′

−

′

17. Поверхность теплообмена

08,1

2,20475

10370

F =

⋅

∆⋅

Задача 2

Определить тепловую мощность, гидравлические сопротивления и степень утилизации теплоты низ-

копотенциального источника ВЭР – турбинного масла при его охлаждении водой, направляемой затем

в систему комбинированного производства теплоты и холода. Охлаждение масла осуществляется в

кожухотрубном теплообменнике с перегородками в межтрубном пространстве. При решении задачи

использовать методику теплового поверочного расчета.

Масло течет в

межтрубном пространстве, вода − внутри труб. Внутренний диаметр кожуха D

= 0,16 м;

наружный диаметр труб d

= 0,012 м; внутренний d

=.0,01 м; рабочая длина L = 746 мм; число труб n =

64 штук; теплопроводность материала труб λ, = 58 Вт/(м К); поверхность теплообмена со стороны во-

ды F

=.1,5 м

; число перегородок в межтрубном пространстве m = 10; расположение трубок − по углам

равностороннего треугольника, шаг между трубками S = 0,02 м; толщина перегородки δ = 0,002 м.

Горячий теплоноситель

(масло турбинное):

расход .G

кг/c ....................................................... 0,75;

температура масла на входе

′

, °С..................... 45;

Холодный теплоноситель

(вода):

расход G2, кг/c ....................................................... 5,4;

температура воды на входе

′

, °С ...................... 25.

Решение

143

1. Для определения теплофизических свойств теплоносителей зададимся их температурами на вы-

ходе из теплообменника. Примем, что на выходе масла и воды соответственно они равны: t

" = 36

C, t

" = 26

2. Средние температуры теплоносителей

5,40

4536

′

′′

= °С; 5,25

2526

′

′′

= °С.

3. Теплофизические свойства теплоносителей при средних температурах:

Масло:

= 865 кг/м

, Ср

=1930 дж/(кг К), λ

=0,128 Вт/(м К),

=35·10

-6

/с, µ

СТ

= 30,3·10

-3

кг/(м с), Pr

=421.

Вода: ρ

= 995 кг/м

, Ср

= 4180 дж/(кг К), λ

= 0,61 Вт/(м К),

= 0,985⋅10

-6

/с, Pr

= 6,5.

4. Шаг между поперечными перегородками в межтрубном пространстве

0746,0

== м.

5. Скорость воды в трубах

06,1

6401,014,3995

4,54

⋅⋅⋅

⋅

πρ

м/с.

6. Число Рейнольдса для воды

10800

10985,0

01,006,1

⋅

−

7. Число Нуссельта при турбулентном течении

7,815,610800023,0PrRe023,0Nu

4,08,04,0

8,0

=⋅⋅=⋅⋅= .

8. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды

4985

01,0

61,07,81

⋅

λ⋅

=α Вт/(м

⋅К)

9. Число трубок в среднем сечении кожуха теплообменника

02,0

16,0

=== .

10. Принимаем отношение высоты сегмента к диа-

метру обечайки h/D

= 0,25.

Тогда для t

= 0,0746/0,16 = 0,466 из табл.1 на-

ходим χ = 0,81.

Таблица 1

Топливно-энергетический баланс

h/D

0,15 0,2 0,25 0,3

0,2 0,83 1,051 1,23 1,4

0,3 0,67 0,858 1,05 1,135

0,4 0,587 0,743 0,872 0,983

0,5 0,525 0,665 0,775 0.880

11. Живое сечение по межтрубному пространству равно

()()

(

)

(

)

00408,081,0

8012,002,0002,010746,0

ndSmL

011

=⋅

⋅−⋅−

=χ⋅

⋅−δ−

= м

12. Скорость масла в межтрубном пространстве