В установке "ЮСМАР-М" вихревой теплогенератор в комплекте с погружным насосом помещены в общий сосуд-бойлер с водой (рис.14) для того, чтобы потери тепла со стенок теплогенератора, а также тепло, выделяющееся при работе электродвигателя насоса, тоже шли на нагрев воды, а не терялись. Габариты сосуда-бойлера: диаметр 650 мм, высота 2000 мм. Автоматика периодически включает и отключает насос теплогенератора, поддерживая температуру воды в системе (или температуру воздуха в обогреваемом помещении) в заданных потребителем пределах. Снаружи сосуд-бойлер покрыт слоем теплоизоляции, которая одновременно служит звукоизоляцией и делает практически неслышимым шум теплогенератора даже непосредственно рядом с бойлером.
Установки "ЮСМАР-М" питаются от промышленной трёхфазной сети 380 В, полностью автоматизированы, поставляются заказчикам в комплекте со всем необходимым для их работы и монтируются поставщиком "под ключ".
На эти установки, рекомендуемые для использования как в промышленности, так и в быту (для обогрева жилых помещений путем подачи горячей воды в батареи водяного отопления), имеются технические условия ТУ У 24070270, 001-96 и сертификат соответствия РОСС КиМХОЗ. С00039.
Рисунок 14 - Схема теплоустановки "ЮСМАР-М": 1 - вихревой теплогенератор, 2 - электронасос, 3 - бойлер, 4 - циркуляционный насос, 5 - вентилятор, 6 - радиаторы, 7 - пульт управления и блок автоматики, 8 - датчик температуры.
Как уже говорилось ранее, для теплоснабжения музея предлагается установить два теплогенератора "Юсмар-1М". Первая установка предназначена для отопления зданий музея. Расход горячей воды в системе отопления не подвержен резким изменениям, поэтому потребитель подключается непосредственно к бойлеру теплогенератора (рис.15).
Рисунок 15 - Схема подключения тепловой установки "Юсмар-1М" к системе отопления: 1 - теплоустановка "Юсмар-1М"; 2 - циркуляционный насос; 3 - пульт управления и автоматики; 4 - термодатчик; 5 - радиаторы.
Второй теплогенератор необходим для обеспечения музея-заповедника горячей водой. В этом случае расход воды потребителем колеблется во времени. Поэтому, теплогенератор "Юсмар-1М" подключается к системе горячего водоснабжения не напрямую, а через теплообменник (рис.16).
Рисунок 16 - Схема подключения тепловой установки "Юсмар-1М" к системе горячего водоснабжения: 1 - теплоустановка "Юсмар-1М"; 2 - циркуляционный насос; 3 - пульт управления и автоматики; 4 - термодатчик; 5 - теплообменник; 6 - бак-аккумулятор; 7 - кран горячей воды.
Санитарными нормами установлено, что температура воды, идущей на горячее водоснабжение, должна быть не менее 55˚С. Для того чтобы вода в баке-аккумуляторе 6 нагревалась до этой температуры надо подобрать необходимую площадь поверхности теплообменника 5.
Пусть данный теплообменник выполнен в виде змеевика из латунной трубки, наружный и внутренний диаметры которой равны dВ / dН = 14/16 мм. Рассчитаем необходимую длину этого змеевика.
Расход воды на горячее водоснабжение (нагреваемый теплоноситель) составляет: Gг. в. = 0,530 кг/с; расход воды через змеевик (греющий теплоноситель) принимаем равным G’г. в. =0,720 кг/с (G’г. в. равно расходу воды на отопление).
Объем V бойлера-аккумулятора принимаем исходя из следующего условия: запаса горячей воды в нем должно хватить на бесперебойное снабжение потребителей в течение 8 часов.Т.о.
V = Gг. в. · 8 · 3,6 = 0,53 · 8 · 3,6 » 15 м3. (4.1)
Отсюда следует: диаметр бака - D = 1,5м; высота бака - L = 2 м.
Температуры греющего теплоносителя: на входе - t11 = 95 °С, на выходе - t12 = 60 °С.
Температуры нагреваемого теплоносителя: на входе - t21 = 20 °С (принимаем из условия, что 1/3 горячей воды возвращается с температурой 50˚С, а 2/3 добавляем из водопровода с температурой 5˚С), на выходе - t22 = 55 °С.
Определим скорости движения теплоносителей в змеевике W1 и в баке-аккумуляторе W2:
(4.2)
(4.3)
(4.4) (4.5)
Для расчета коэффициента теплоотдачи α необходимо знать среднюю температуру воды в змеевике t1СР и в баке-аккумуляторе t2СР:
Для того, чтобы определить режим течения жидкости по змеевику и в баке, найдем числа Рейнольдса, Re1 и Re2 соответственно:
(4.6) (4.7)
Где: ν1 = 0,00000038 м2/с - кинематическая вязкость воды при температуре t1CР;
ν2 = 0,00000049 м2/с - кинематическая вязкость воды при температуре t2CР;
Так как Re1 > 10000 - режим течения воды в змеевике - турбулентный. Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности греющих труб к омывающей их воде α1 в бойлере рассчитывается с использованием уравнения подобия:
(4.8) (4.9)
Где: Pr1=2,55 и Pr1СТ=2,64 - критерии Прандтля при температуре воды t1СР=69,21°С и tСТ = t1СР - 2 = 67,21°С соответственно;
λ1 = 0,686 Вт/м· К - коэффициент теплопроводности воды при t1СР.
Так как скорость течения воды в баке очень мала, можно предположить, что теплообмен между горячим змеевиком и омывающей его водой происходит благодаря свободной конвекции. Она представляет собой обычно подъемное течение, обусловленное подъемной силой, действующей на нагретые на поверхности слои жидкости. Соответственно на холодной стенке устанавливается опускное течение. В качестве безразмерного критерия подобия для свободной конвекции используется число Гразгофа, Gr2
(4.10)
где: L - высота бака-аккумулятора;
g - ускорение свободного падения;
Θ0 - температура наружной поверхности трубы;
V - температура жидкости вне узкой области свободноконвективного движения;
ν - кинематическая вязкость жидкости.
Таким образом, для нашего случая:
(4.11)
Теплоотдачу при свободной конвекции от нагретого змеевика к жидкости можно рассчитать по уравнению:
(4.12) (4.13)
Во всех аппаратах периодического действия происходит нестационарный теплообмен. Уравнение теплопередачи при нестационарном режиме работы имеет вид:
Q = k · F · D t · τ, (4.14)
где: τ - время работы аппарата;
Dt - средний температурный напор за время τ.
Уравнение теплопередачи и теплового баланса для всей поверхности теплообмена F за интервал времени dτ имеет вид:
dQ = kF Dt dτ = G1c (t11 - t1) dτ = G2c dt2, (4.15)
где: Dt - средняя разность температур между теплоносителями в момент времени τ;
t1 - текущее значение температуры греющего теплоносителя;
dt2 - изменение температуры нагреваемой воды за время dτ.
Температурный напор Dt в момент времени τ рассчитывается как среднелогарифмическая разность температур:
(4.16)
Так как температуры t1 и t2 со временем изменяются, то Dt является функцией времени. Подставляя Dt в (15), получаем:
(4.17)
откуда:
(4.18) (4.19)
Таким образом, подставляя известные величины, получим:
(4.20)
откуда: kF = 1865Вт/мК. (4.21)
Коэффициент теплопередачи определим по формуле:
(4.22)
Определим площадь поверхности теплообмена F и длину змеевика l:
(4.23) (4.24)
Таким образом из расчета видно, что для обеспечения потребителей горячей водой с температурой tГВ = 55˚С, необходимая длина змеевика теплообменника составляет 37 м. Диаметр змеевика можно принять равным DЗМ = 1,2 м.
4. Экономическая часть
Сравним экономический эффект котельной при ее реконструкции с установкой теплогенераторов фирмы Юсмар и при условии, что будут устанавливаться водогрейные котлы типа ТГ-120 (Гейзер-01), режимная карта которого приведена в таблице 3.
Таблица 3 - Режимная карта на водогрейный котел типа ТГ-120
|
Наименование параметров |
Тепловые нагрузки,% |
|
|
40 |
83 |
|
|
Производительность, ГДж/час |
0,172 |
0,343 |
|
Давление воды на котле, МПа |
0,14 |
0,155 |
|
Давление воды до котла, МПа |
0,17 |
0, 19 |
|
Низшая теплота сгорания газа, кДж/м3 |
33513 |
33513 |
|
Число газовых горелок, шт |
1 |
1 |
|
Давление газа перед котлом, МПа |
20 |
16 |
|
Разрежение за котлом, мм в. ст. |
0,5 |
1,5 |
|
Температура уходящих газов, °С |
95 |
145 |
|
Состав уходящих газов,%: СО2 О2 |
4,4 13,2 |
4,4 13,2 |
|
Расход газа на котел, м3/час |
5,7 |
11,8 |
|
Коэффициент избытка воздуха |
2,51 |
2,51 |
|
Потери тепла,%: с уходящими газами в окружающую среду |
6,60 2,5 |
10,98 2,7 |
|
КПД |
90,90 |
86,32 |
|
Удельный расход топлива, м3/ГДж |
139,0 |
143,9 |
|
Удельный расход условного топлива, кг/ГДж |
159,0 |
164,5 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
