Описание объекта энергоснабжения и расчет тепловых нагрузок
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?альная тепловая схема котельной ОАО Борисовдрев
3. Расчет и анализ балансов энергии и эксергии
Для расчета энергетического, а в последствии и эксергетического баланса примем следующую структурную схему (рис. 3.1), построенную на базе тепловой схемы котельной, которая и будет являться исходными данными. На схеме отметим все входящие и выходящие потоки и нанесём основные параметры этих потоков.
Рис. 3.1 Структурная схема
Полный баланс энергии записывается на основе закона сохранения энергии и в общем виде представляет собой равенство входных и выходных энергетических потоков:
,(3.1)
где ,,- входные потоки энергии, вносимые в систему с материей, теплотой и работой соответственно;
,,- выходящие из системы потоки энергии с материей, теплотой и работой соответственно;
- поток теплоты между системой и окружающей средой;
- изменение энергии в нестационарной системе.
В балансе энергии, записанном в форме (3.1), не учитывается кинетическая и потенциальная энергия потоков. В нашей системе изменение потенциальной и кинетической энергии потоков пренебрежительно мало за исключением расширения потока пара на лопатках турбины. Для котельной как стационарной системы (= 0) уравнение баланса энергии (3.1) можно переписать в виде:
(3.2)
Член отсутствует, так как нигде в системе работа не вырабатывается.
Энергетическая эффективность системы на основе энергетического баланса количественно выражается энергетическим коэффициентом полезного действия, который определяется, как отношение значения полезных выходных потоков энергии к значению затраченной энергии (все входные потоки):
(3.3)
При составлении энергетического баланса проще сначала составить энергетические балансы элементов системы, рассмотренных на структурной схеме (рис. 3.1). В данной системе уравнение теплового баланса (3.2) и выражение для энергетического КПД (3.3) будут справедливы для каждого блока системы.
.1 Энергетический баланс производства тепловой энергии
.1.1 Энергетический баланс блока Котлоагрегаты
Рис. 3.2 Распределение потоков энергии в блоке Котлоагрегаты
Здесь рассматриваются энергетические потоки котлоагрегатов.
Входные потоки (потоки материи):
-топливо - природный газ;
-воздух первичный на окисление и подсасываемый за счет разряжения в газовом тракте;
-питательная вода;
-работа в виде электроэнергии расходуемая на привод тягодутьевой системы котлов.
Выходные потоки (потоки материи):
-пар;
-уходящие дымовые газы.
Энергия топлива делится на химическую и термическую составляющую, причем последняя в технических расчетах не учитывается:
,(3.4)
Где В - расход топлива, т/ч;
- низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг.
Таким образом для природного газа имеем:
Энергия нетопливных материальных потоков рассчитывается через удельную энтальпию. Таким образом, для j-го входного или выходного потока нетопливного материала можем записать:
,(3.5)
где Ij- энтальпия потока;
Gj- массовый расход теплоносителя, кг/с;
ij- удельная энтальпия потока, кДж/кг.
Для воздуха, поступающего на окисление топлива, имеем:
,(3.6)
где = 293,3 кДж/кг - энтальпия воздуха [2];
Расход воздуха на окисление топлива:
,(3.7)
кг/с;
Энергия питательной воды на входе в котлы определится по формуле (3.5). На входе, имеем:
кВт,
где = 18 кг/с - расход питательной воды, берём из исходных данных;
= 544,3 кДж/кг- энтальпия питательной воды [1].
На выходе имеем пар с параметрами Р= 2,1 МПа, t= 370 C:
, кВт,
где= 18 кг/с- общий расход пара;
= 3177 кДж/кг- энтальпия пара на выходе из котлов [1].
Энтальпия уходящих дымовых газов находится по формуле:
.(3.8)
Дымовые газы из котельной выходят с температурой 130C. Энтальпя продуктов сгорания на 1 кг топлива определяется по формуле:
.(3.9)
где: - энтальпия газов при ?=1 [3].
- энтальпия теоретически необходимого количества воздуха [3].
кДж/кг;
кВт.
Электрическая работа на входе в котлоагрегаты - это энергия дутьевых вентиляторов и дымососов. Для данного блока она составляет 158 кВт.
Энергия потоков тепла от ограждающих поверхностей определяется по формуле:
.(3.10)
где = 15 Вт/(м2С) - коэффициент теплоотдачи со стороны стенки котла в окружающую среду [4],
t = tпов - tос = 65-20 = 45оС - средний температурный напор теплового потока Qoc;
F - поверхность ограждающих конструкций, м2.
О правильности составленного баланса нам скажет невязка баланса энергии - разность входных и выходных потоков энергии, которая в соответствии с законом сохранения энергии должна стремиться к нулю. Получаем Q = 0,94%, что удовлетворяет точности технических расчетов.
Теперь определим общий энергетический КПД котлоагрегатов по формуле (3.3), принимая за полезный выход энтальпию потока пара:
.(3.11)
Расчет энергетических балансов для блока Котлоагрегаты и для остальных блоков по схеме, а также общий энергобаланс производства записаны в сводных таблицах энергетических балансов (табл. 3.1-3.6).
Таблица 3.1
Расчет блока Котлоагрегаты
№Наименование потокаИсходные данныеРасчетная зависимостьРезу