лабораторная

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И ТЕПЛОТЕХНИКА»

Лабораторная работа

«Методика определения эксергетического коэффициента полезного действия системы теплоэнергоснабжения».

Выполнили ст. гр. ЭОП 1-08: Научный руководитель:

д.т.н..профессор, Куликова Е.В.

заведующий кафедрой

Фокин В.М.

Волгоград 2014

вывод 5

Если процессы в системе обратимы, Δэ = 0, η_э = 1. Для реальных про­цессов η_э< 1

С помощью эксергетического КПД можно оценить эффективность пре­образования энергии как во всей системе, так и на отдельных ее участках. [1]

3. Экспериментальная установка по определению эксергетического КПД

Установка представляет собой тепловую систему приведенную на рис. 4.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки по определению эксергетического КПД

1 - электрический котел; 2 - воздухосборник; 3 - предохранительный клапан; 4 -термометр; 5 - насос; 6 - счетчик; 7 - теплообменник.

В электрический котел 1, насосом 5 подается вода с температурой ^fr,

нагревается и выходит с температурой Нагретая вода из тепловой сети переходит в теплообменник 7, где отдает свою теплоту воде из водопровода. Вода из водопровода подогревается в теплообменнике 7 и поступает в систему горячего водоснабжения.

Фото экспериментальной установки по определению эксергетического КПД приведена на рис. 5.

Рис. 5. Фото экспериментальной установки по определению эксергетического КПД

4. Методика определения эксергетического КПД

На эксперементальной установке по термометрам определяется температура воды на входе t_c и выходе t_c из котла, на входе в теплообменник t_c и на горячее водоснабжение ?_гв. По водосчетчикам G определяется расход в тепловой системе G_fl6 и расход воды на горячее водоснабжение G_rB.

t_c"=_____ °С; G_CT =______ кг/с;

t_c'=_____°С; G_rB = ______ кг/с;

t_гв=_____°С;

t_хв=_____ °С;

Площадь поверхности теплообмена электрического котла F = 0,471 м²;

Коэффициент теплопроводности конвекцией α_к ≈10 Вт/(м² К); Степень черноты электрического котла ε = 0,6 . Погрешность измерений составляет:

• термометр ±1 °С;

• расходомер ±0,001 м7ч.

Количество теплоты в тепловой системе определяются по формуле:

Q_{тепл.сист}=G_ст∙с_в∙(t_c’-t_с”), Вт

Количество теплоты на горячее водоснабжение составляют:

Q_гв=G_гв∙с_в∙(t’_гв-t”гв), Вт

Потери теплоты тепловой системы за счет конвективного теплообмена определяются по формуле Ньютона:

Q_к=α_к∙F∙(t_c’-t_ср), Вт

Потери теплоты тепловой системы за счет теплового излучения определяются по формуле Стефана-Больцмана:

Суммарные потери теплоты тепловой системы получаются суммированием и Q,. Общие потери теплоты тепловой системы

Q_общ=Q_к +Q_л, Вт

КПД электрического котла:

КПД тепловой сети:

КПД системы горячего водоснабжения:

Эксергетический КПД системы теплоснабжения:

η_экс= η_эл.к∙ η_гв∙ η_ст=

Схемы изменения температуры горячего и холодного теплоносителей по сечению F противоточного теплообменного аппарата, а также характер распределения температур горячего и холодного теплоносителей изображены на рисунке 5.

Рис. 5

Схема изменения температуры горячего и холодного теплоносителей в противоточном пластинчатом теплообменном аппарате

Средний температурный напор определяется по формуле:

Температурный напор в противоточном теплообменном аппарате:

В теплообменных аппаратах происходит непрерывный процесс передачи теплоты: один теплоноситель отдает теплоту, а другой непрерывно ее получает. Температура горячего и холодного теплоносителей, а следовательно, и температурный напор в аппарате постоянно меняются по ходу движения.

При конструктивном расчете теплообменного аппарата обычно требуется определить необходимую поверхность теплообмена, а при поверочном расчете - температуру горячего и холодного теплоносителя на выходе из теплообменника.

В основе расчета теплообменных аппаратов лежит уравнение теплопередачи:

Q = к-F-Δt

Из этой формулы найдем площадь поверхности теплообмена, задав, что средний коэффициент теплопередачи к = 2000 кВт/(м²∙К) получим:

вывод

На экспериментальной установке по определению эксергетического КПД применяется противоточный теплообменник - горячий и холодный теплоносители движутся в противоположном направлении, а также определили площадь поверхности теплообмена. На примере установки изучили общий или сложный теплообмен, так как во время опыта наблюдались явления теплопроводности, конвекции и теплового излучения.

Таким образом, сравнив эксергетический КПД отдельных частей установки, увидели, что в системе теплоснабжения он наименьший (_____%). Для того чтобы повысить общий КПД всей системы необходимо применить следующие мероприятия по энергосбережению.

Рекомендуемые энергосберегающие мероприятия.

Энергосбережение в тепловых сетях касается вопросов повышения качества воды для систем теплоснабжения, использования современных теплообменников на тепловых пунктах, установки приборов расхода воды и учета теплоты, применения современных технологий тепловой изоляции, замена элеваторных узлов на смесительные установки с датчиками температуры и расхода.

1. В теплогенерирующих установках:

• работа по режимной карте с наименьшим избытком воздуха 1,05

• автоматизация процессов горения топлива и питания котельных агрегатов водой обеспечивает экономию топлива до 1,7%

• установка обдувочных аппаратов для очистки внешних поверхностей нагрева кипятильного пучка от летучей золы и сажистых отложений создает экономию топлива в 1,5%)

2. Сбережение за счет использования ВЭР: использование ренегеративных воздухоподогревателей, в которых происходит утилизация теплоты от нагретого воздуха, удаляемого из системы вытяжной циркуляцией.

Данное мероприятие требует использование горючих, тепловых и ВЭР избыточного давления. Горючие - отходы технологических процессов термохимической переработки углеродистого сырья, горючие городские и сельскохозяйственные отходы. Тепловые - теплоносители, способные при определенных условиях выделять определенное количество теплоты. ВЭР избыточного давления - газы и жидкости, покидающие технологические аппараты под избыточным давлением и способные передать другому теплоносителю часть накопленной потенциальной энергии перед сбросом в окружающую среду.

2. В электроустановках:

В вентиляционных установках- за счет автоматизации и применения экономичных вентиляторов, внедрения экономичных способов регулирования производительн ости.

В трансформаторах - за счет их оптимальной загрузки

В осветительных электроустановках - за счет правильного выбора типов ламп и светильников.

В компрессорных установках - за счет регулирования производительности компрессора при колебаниях расхода сжатого воздуха; использованием компрессоров с малым номинальным рабочим давлением; подогревом сжатого воздуха перед применением.

Внедрение таких мероприятий, в каждом конкретном случае, требует значительного финансирования, включающее проведение научно- исследовательских, проектно-конструкторских разработок, изготовление, монтаж и наладку. К этой группе мероприятий следует отнести мероприятия, связанные с модернизацией и совершенствованием существующих энерготехнологических процессов и оборудования, направленные на повышение производительности, сокращение удельных расходов топлива, тепловой и электрической энергии, улучшение экологической обстановки и эргономических условий на производстве. В каждом конкретном случае мероприятия обосновываются технико-экономическим расчетом.

Разработка мероприятий и рекомендаций по экономии топливно- энергетических ресурсов на основе результатов обследования энергохозяйства является самым важным этапом всей работы. Составляется перечень предлагаемых мероприятий и технических решений с оценкой ожидаемой экономии тепловой энергии, воды, материалов, сырья... Это требует составления принципиальных тепловых схем и краткого их описания по тем предлагаемым решениям, которые связаны с установкой теплоутилизационного оборудования, насосов, баков и т.п. Предлагаемые к реализации малозатратные и организационно-технические мероприятия, которые дают определенный эффект, должны сопровождаться короткой аннотацией, отражающей существо мероприятия.

Список используемой литературы:

1. Селин В.В., Фокин В.М. - Техническая термодинамика: учебное пособие - Волгоград: ВолгГАСУ, 2008 - с. 55-59;

2. В.М. Фокин - Основы энергосбережения и энергоаудита.: «издательство Машиностроение 1», 2006, с. 25.