Энергосберегающая система технического водоснабжения промпредприятия, страница 4

   Давление кипения р_и и давление конденсации р_к находят по известным температурам t_и и t_к с помощью диаграммы, а энтальпию h₆ – по давлению р_и и температуре t₆: Р_и = 0,52 МПа; Р_к= 1,3 МПа; h₆ = 417 кДж/кг

  Степень повышения давления в компрессоре

ε = = 2,5

    Температура пара на входе в компрессор

t₁ = t₆ + ∆t_пе = 17,5 + 30 = 47,5℃

где ∆t_пе – перегрев пара в регенеративном теплообменнике, применяется ∆t_пе = 25…35℃.

   По давлению р_и и температуре t₁ при помощи диаграммы определяется энтальпия h₁ и удельный объем всасываемого фреона ν₁: h₁ = 445 кДж/кг; ν = 0,007 м³/кг.

  Энтальпия жидкого фреона в точке 4 находится из уравнения теплового баланса для регенеративного теплообменника

h ₄ = h₃ + h₆ – h₁ = 449 + 417 – 445 = 421 кДж/кг.

   Поскольку процесс дросселирования 4-5 является изоэнтальпийным, то

h₅= h₄= 421 кЖд/кг.

   Энтальпия пара фреона в конце политропного процесса сжатия в компрессоре

где η_i – внутренний КПД компрессора; h- энтальпия пара фреона в конце идеального изоэнтропийного процесса сжатия в компрессоре.

  Внутренний КПД компрессора находится из зависимости, обобщающий опытные данные [4],

η_i = 0,5925 + 0,0079ε + 0,0045 ε² – 0,00084ε³ =

= 0,5925 + 0,0079 • 2,5 + 0,0045 • 2,² – 0,0008 • 2,5³ = 0,652875

   Энтальпия пара фреона h₂ в конце процесса отвода теплоты впрыскиваемым маслом определяется из диаграммы при давлении р_к и температуре масла на выходе из компрессора t, которая составляет

t= t+ ∆t_м = 43,8 +30 = 73,8℃

где t- температура масла на входе в компрессор, принимается t= t;

∆t_м – повышение температуры масла в компрессоре, принимается ∆t_м = 15…35℃

          Температура масла на выходе из компрессора составляет t=70…90 ℃.

          Удельный тепловой поток, отводимый рабочего агента в конденсаторе,

q_к = h₂ - h₃ = 461 – 449 = 12 .

      Расход рабочего агента, циркулирующего в тепловом насосе,

G = = 21,4

  Тепловой поток, отводимый маслом от рабочего агента /тепловая нагрузка маслоохладителя/,

Q_м = G (h- h₂) = 21,4 (471 – 461) / 3,6 = 59,4 кВт

Расход масла, подаваемого в компрессор,

V_м = 4,4

где с_м, ρ_м – удельная теплоемкость и плотность масла.

          Для условий работы компрессора можно принять: с_м = 2,18 кДж/(кг •К),

ρ_м = 830 кг/м³.

          Относительный массовый расход масла

g_м = 0,19

   С целью проверки правомерности принятого значения повышения температуры масла, полученное значение относительного массового расхода масла сравнивается с рекомендуемым значением относительного массового расхода [4]:

g_p= 0,09375 – 0,025ε + 0,0265ε² = 0,09375 – 0,025 • 2,5 + 0,02656 • 2,5²= 0,19

   Расхождение составляет не более 20%, что допустимо.

  Мощность электродвигателя для привода компрессора

N= G(h₂ – h₁)/ η_эм =21,4(461- 445)/0,9 = 380,4 кВт

где η_эм – электромеханический КПД, принимается η_эм = 0,9.

          Действительная объемная производительность компрессора

V = G ν ₁ = 21,4 • 0,007 = 150 м³/ч

     Теоретическая объемная производительность компрессора

V_т= V/λ = 150/0,92864831 = 161,2 м³/ч.

Коэффициент подачи  определяется из зависимости

λ = 0,997 – 0,032ε + 0,002ε² – 0,000078ε³ =

= 0,997 – 0,032 • 2,5 + 0,002 • 2,5² – 0,000078 • 2,5³ = 0,92864831

 Удельный тепловой поток, подводимый к рабочему агенту в испарителе,

q_и = h₆ – h₅ = 9 кДж/кг

     Тепловая нагрузка испарителя

Q_и = Gq_и = 21,4 • 9 = 192,6 кВт.

Тепловая нагрузка регенеративного теплообменника

Q_рто = G(h₃ – h₄) = 21,4 (449 - 421) = 599, 2 кВт.

      Для контроля расчета составляется энергетический баланс установки

Q_и +  N η_эм = Q_к + Q_м = 192 + 380,4 • 0,9 = 257,5 + 214 = 534,3 кВт =

=476,2 кВт.

  Невязка приходной и расходной частей баланса не должна превышать 8%, что допустимо.

  Коэффициент трансформации

  По полученным  значениям теоретической объемной производительности и мощности электродвигателя выбираем тепловой насос НТ-500 (из приложения 1).

Тепловая нагрузка испарителя теплового насоса, полученная в результате расчета термодинамического цикла, отличается от вычисленной в п.2.3 не более чем на 10%, что допустимо.

  Расход нагреваемой воды в промежуточном контуре уточнению не подлежит, так как возможные изменения тепловой нагрузки маслоохладителя незначительны по сравнению с тепловой нагрузкой конденсатора теплового насоса.

2.6.  Тепловой расчет и подбор теплообменников

В качестве предварительного и разделительного теплообменников применяются водоводяные секционные подогреватели [5]. Подогреватели изготавливают с длиной трубок 2000 и 4000 мм. Диаметр трубок составляет d_н/d_в = 16/14 мм, материал – латунь. Подогреваемую воду рекомендуется пропускать по трубкам, а греющую воду – по межтрубному пространству. При этом термические линейные удлинения корпуса и трубок выравниваются, облегчается чистка трубок. Средняя скорость воды в межтрубном пространстве составляет w_мт = 0,5 …2,5 м/с.

  Задачей расчета является определение площади поверхности теплообмена F, выбор типа размера секции подогревателя, расчет количества секций Z.

Расчет предварительного теплообменника

Исходные данные для расчета.

1.  Тепловая нагрузка теплообменника Q_пт = 205 кВт

2.  Расход воды в трубном пространстве

V_т =

3.  Расход воды в межтрубном пространстве V_мт = 10 м³/ч

4.  Температура воды в трубном пространстве на входе и выходе из теплообменника t= 30,1 ℃ и t= 35 ℃

5.  Температура воды в межтрубном пространстве на входе и выходе из теплообменника t= 20 ℃ и t= 32 ℃

     Расчет выполняется как для предварительного, так и для разделительного теплообменников в следующей последовательности.

          Для принятой скорости воды в межтрубном пространстве оценивается площадь проходного сечения межтрубного пространства

f_мт = м²

  По полученному значению f_мт выбирается типоразмер подогревателя 3-76*2000-Р /табл. II Приложения/, для которого выписываются основные параметры: число трубок n_т = 7, площадь поверхности нагрева секции F_с = 0,65 м², внутренний диаметр корпуса D_в = 69 мм, площадь проходного сечения трубок f_т = 0,00108 м² и межтрубного пространства f_мт = 0,00233 м².  Эти размеры используются в дальнейших расчетах.