Курсовой проект - Теплонасосная установка парокомпрессионная с переохладителем для отопления цеха лесозавода
Подождите немного. Документ загружается.
Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА ПАРОКОМПРЕССИОННАЯ С
ПЕРЕОХЛАДИТЕЛЕМ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ЦЕХА ЛЕСОЗАВОДА
Минск 2011
Реферат
ПАРОКОМПРЕССИОННЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС, ПЕРЕОХЛАДИТЕЛЬ,
ХЛАДОН, КПД, СХЕМА УСТАНОВКИ
Целью выполнения курсового проекта является термодинамический,
гидравлический и тепловой расчёт парокомпрессионной теплонасосной установки с
переохладителем для отопления цеха лесозавода.
Курсовой проект содержит общие сведения о теплонасосной установки, её
составе, принципе работы и её особенностей.
Произведены следующие расчёты: термодинамический, тепловой и
гидравлический.
Содержание
Введение………………………………………………………………………….5
1.
Схема теплового насоса, термодинамический расчет…………………....6
1.1
Схема теплового насоса ………………………………………………....6
2.
Расчет и подбор теплообменных аппаратов ………………………………...9
2.1 Конденсатор …………………………………………………………… 9
2.2 Испаритель ..………………………………………………………………..10
2.3
Переохладитель…………………………………………………………….11
3.
Тепловой расчет переохладителя………………………………………… …13
4.
Гидравлический расчет ……………………………………………………….16
Заключение ……………………………………………………………………...18
Список источников информации ……………………………………………...19
Введение
Тепловым насосом (ТН) называется техническое устройство,
реализующее процесс переноса низкотемпературной теплоты, не пригодной
для прямого использования, на более высокотемпературный уровень. По
аналогии с водяными насосами, перекачивающими воду, тепловые насосы
«
перекачивают» теплоту. Иными словами ТН являются трансформаторами
теплоты, в которых рабочие тела совершают обратный термодинамический
цикл, перенося теплоту с низкого температурного уровня на высокий. Таким
образом, из низкопотенциальной теплоты различного происхождения
(
природной возобновляемой теплоты грунтовых и поверхностных вод,
теплоты грунта, атмосферного воздуха, а также сбросной техногенной
теплоты технологических процессов промышленных производств, сточных
вод биологических и других очистных сооружений) с температурой 0–50°С
вырабатывается тепло. При этом количество получаемой полезной теп ловой
энергии среднего потенциала, за исключением потерь, равно сумме тепловых
энергий низкого и высокого потенциалов, что обуславливает энергетическую
и, как следствие, экономическую и экологическую эффективность тепловых
насосов. В настоящее время определилось два основных принципиальных
направления в развитии тепловых насосов:
•
парокомпрессионные тепловые насосы (ПТН);
•
абсорбционные тепловые насосы (АТН).
В данной курсовой работе мы будем рассматривать принцип действия
парокомпрессионной тепловой установки.
Принцип действия парокомпрессионного теплового насоса аналогичен
принципу действия домашнего холодильника. В нем морозилка (испаритель)
забирает тепло из охлаждаемых продуктов. Это тепло и выделяется в
помещение из радиатора (конденсатора), который расположен на задней
стенке снаружи холодильника. «Перекачиваемое» тепло в несколько раз
превосходит затраченную энергию. Точно также и ПТН забирает тепло из
природного (вода, грунт, воздух) или постоянного техногенного источника
низкопотенциальной теплоты и, затрачивая некоторую энергию на свою
работу, преобразует энергию низкого потенциала в тепловую энергию
среднего потенциала, пригодную для потребителей.
1 Схема теплового насоса, термодинамический расчет
1.1
Схема теплового насоса.
Схема и цикл теплового насоса показаны на рисунке 1.1.
а) б)
Рисунок 1.1 – Схема (а) и цикл (б) теплового насоса
где 1-2 – политропное сжатие сухого пара, отсасываемого компрессором из
испарителя (в этом процессе, протекающем в области перегретого пара,
увеличивается давление от
до
к
;
2-3 – конденсация рабочего тела (изобарно-изотермический процесс);
3-4 –
охлаждение в ПО;
4-5 –
дросселирование жидкого рабочего тела в РВ, при этом давление
уменьшилось от
до
к
и температура от
до
и
;
5-1 – кипение (испарение) рабочего тела (изобарно-изотермический
процесс) от подводимой теплоты.
Принимая конечную разность температур в испарителе ∆
и
н
1 3 2,находим температуру испарения
∆
н
∆
и
1 2 3.
Задаваясь конечной разностью температур в конденсаторе ∆
к
5,
определяем температуру конденсации
∆
к
"
∆
к
65 5 70.
Используя Т, h-диаграмму, находим параметры рабочего агента в
следующих характерных точках схемы:
Точка1:
3,
0,07МПа,
1000 кДж/кг.
Точка2
"
:
"
p
к
0,7МПа, h
"
1025 кДж/кг.
Точка2:
80,
"
0,7МПа,
"
1031 кДж/кг.
Точка3:
к
70,
к
0,7МПа,
825 кДж/кг.
Точка4:
ПО
∆
ПО
35 5 40,
к
0,3МПа,
790 кДж/кг.
Точка5:
и
3,
0,07МПа,
790 кДж/кг.
Энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора при внутреннем
адиабатном КПД компрессоре
0,8.
Внутренняя работа компрессора
в
1031,3 1000 31,3 кДж/кг.
Удельная тепловая нагрузка испарителя
1000 790 210 кДж/кг.
Удельная тепловая нагрузка конденсатора
к
1031,3 825 206,3 кДж/кг.
Удельная тепловая нагрузка охладителя
ПО
825 790 35 кДж/кг.
Энергетический баланс
в
к
ПО
241,3 кДж/кг.
Массовый расход рабочего агента
в
к
ПО
4,14 кг/с.
Объемная производительность компрессора
4,14 0,275 1,139м
/ч 0,0003 м
/с.
Расчетная тепловая нагрузка испарителя
210 4,14 869,4 кВт.
Расчетная тепловая нагрузка охладителя
ПО
ПО
4,14 35 144,9 кВт.
Принимая электромеханический КПД компрессора
эм
0,9,
определяем удельную работу компрессора
км
в
/
эм
31,3/0,9 34,8 кДж/кг.
Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного тепла
э
т.н
км
/
к
ПО
! 34,8/ 206,3 35! 0,144.
Электрическая мощность компрессора
"
э
км
34,8 4,14 144,1 кВт.
Коэффициент трансформации
#
к
ПО
!/
км
1/э
т.н
1/0,144 6,9.
Средняя температура низкотемпературного теплоотдатчика
$
н.ср
5 1
!
/2 273 276 К.
Средняя температура полученного тепла
$
в
ср
65 35!/2 273 323 К.
Коэффициент работоспособности тепла с потенциалом $
в
ср
%
!
в
1 276/323! 1 0,9 0,1.
Коэффициент полезного действия теплонасосной установки
к
ПО
!
&
%
'
в
км
241,3
0,1
34,8
0,693
69%
!
.
2 Расчет и подбор теплообменных аппаратов
2.1
Конденсатор.
Площадь теплопередающей поверхности конденсатора
к
к
к
/∆
к
к
,
где
к
- коэффициент теплопередачи конденсатора, кВт/м
К;
к
=800
кВт/м
К;
∆
к
– средняя логарифмическая разность температур, ; ∆
к
б
м
/
2,3
б
/
м
15 40
/0.979 25,5
.
Тогда
к
854,1 10
/25,5 800 42 м
.
Технические характеристики горизонтального кожухотрубного
конденсатора КТГ-50 приведены в табл. 2.1.
Табл.2.1 - Технические характеристики КТГ-50
Площадь
пов-сти,
м
ଶ
Габаритные размеры,мм Число
труб
Условные
проходы, мм
Объем
межтрубного
пространства,
м
ଷ
Масса
аппарата,
кг
диаметр длина ширина высота пара ж-
ти
воды
50 600 4520
910 1000
216 70 25
80 0,7 1980
Вид горизонтального кожухотрубного конденсатора КТГ-50
представлен на рисунке 2.1
Рисунок 2.1 - Горизонтальный кожухотрубный конденсатор
В одной из крышек конденсатора имеются патрубки для входа и выхода воды.
Охлаждающая вода подается во внутренние трубы через нижний патрубок, совершает два
хода по трубам в разных направлениях, подогревается теплом от хладагента и выходит
через верхний патрубок. Пары хладагента из дефлегматора поступают в межтрубное
пространство через патрубок, расположенный в верхней части кожуха. Соприкасаясь с
холодными трубами, хладагент конденсируется и стекает в нижнюю част межтрубного
пространства конденсатора.
2.2 Испаритель.
Площадь теплопередающей поверхности испарителя
и
и
и
/∆
и
и
,
где
и
- коэффициент теплопередачи испарителя, кВт/м
К;
и
=2500
кВт/м
К;
∆
и
– средняя логарифмическая разность температур, ; ∆
и
б
м
/
2,3
б
/
м
2
.
Тогда
и
869,4 10
/2 800 174 м
.
Технические характеристики горизонтального кожухотрубного
испарителя ИКТ-180 приведены в табл. 2.2.
Табл.2.2 - Технические характеристики ИКТ-180
Площадь пов-
сти,
м
ଶ
Габаритные размеры,мм Число
труб
Объем межтрубного
пространства,
м
ଷ
диаметр длина ширина высота
193 1000×10 5800 493 270 16 2,64
Вид горизонтального кожухотрубного испарителя ИКТ-50 представлен
на рисунке 2.2
Рисунок 2.2 - Горизонтальный кожухотрубный испаритель
Многоходовой кожухотрубный испаритель представляет собой цилиндрический
корпус с приваренными трубными решетками, в которые вставлены и развальцованы
стальные трубы. К трубным решеткам крепятся чугунные крышки с перегородками,
образующими внутри испарителя несколько ходов для потока охлаждаемой воды, которая
охлаждается в результате теплообмена с хладагентом, кипящей в межтрубном
пространстве при низком давлении и низкой температуре. Охлаждаемая вода поступает в
испаритель через нижний патрубок в одной из крышек, совершает по трубам
последовательно несколько ходов и выходит из испарителя через верхний патрубок.
Жидкий хладагент подводится от регулирующего вентиля в испаритель снизу в
межтрубное пространство. Уровень жидкости поддерживается на высоте, равной 0,8 от
диаметра кожуха.
2.3 Переохладитель.
Площадь теплопередающей поверхности переохладителя
ПО
ПО
ПО
/∆
ПО
ПО
,
где
и
- коэффициент теплопередачи переохладителя, кВт/м
К;
ПО
=700
кВт/м
К;
∆
ПО
– средняя логарифмическая разность температур, ; ∆
ПО
б
м
/
2,3
б
/
м
30 5/1,789 14
.
Тогда
ПО
144,9 10
/14 700 174 м
.
Технические характеристики переохладителя 16ПП приведены в
таблице 2.3.
Табл.2.3 - Технические характеристики 16ПП
Площадь пов-
сти
охлаждения,
м
ଶ
Размеры, мм Число
секций
Число труб в
секциях
высота общая длина длина между
крайними трубками
15,6 2010 5350 1095 2 16
Вид противоточного переохладителя 16ПП представлен на рисунке 2.3
Рисунок 2.3 - Противоточный переохладитель