На производственные нужды расход пара составляет. Правила самостоятельного подбора
На предприятиях водяной пар расходуют на технологические и бытовые и силовые цели.
Для технологических целей глухой и острый пар используют как теплоноситель. Острый пар используют, например, для разваривания сырья в варильниках или нагрева и перемешивания жидкостей барботированием, для создания избыточного давления в автоклавах, а также на изменение агрегатного состояния вещества (испарение или выпаривание жидкости, сушка материалов и т.д.). Глухой пар используют в поверхностных теплообменниках с паровым обогревом. Давление пара, используемого на мясообрабатывающих предприятиях, колеблется от 0,15 до 1,2 МПа (1,5÷12 кг/см 2).
Для каждой технологической операции с использованием водяного пара определяют его расход по данным теплового баланса каждого теплового процесса. При этом используют данные материальных балансов продуктовых расчетов. Для периодических процессов учитывают время термообработки по каждому циклу.
В каждом конкретном случае тепловая нагрузка аппарата (затраченное тепло) может быть определена из теплового баланса процесса. Например, тепло, затраченное на нагрев продукта от начальной (t н) до конечной (t к) температуры для аппарата непрерывного действия, определяют по формуле 72:
Q = Gc (t к – t н)φ, (72)
где Q – тепло, затраченное на нагрев, Дж/с (Вт), т.е. тепловая нагрузка аппарата;
G
с – удельная теплоемкость продукта при его средней температуре, Дж/кг·К;
t к, t н – начальная и конечная температура, °С;
φ
– коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую
среду (φ
= 1,03÷1,05).
Теплоемкость продукта выбирают либо по известным справочникам, либо рассчитывают по принципу аддитивности для многокомпонентных систем.
На изменение агрегатного состояния вещества (затвердение, плавление, испарение, конденсация) расходуется тепловая энергия, количество которой определяют по формуле 73:
где Q – количество тепла, Дж/с (Вт);
G – массовый расход продукта, кг/с;
r – теплота фазового перехода, Дж/кг.
Значение r определяют по справочным данным в зависимости от вида продукта и вида фазового перехода вещества. Например, теплота плавления льда принимается равной r 0 = 335,2·10 3 Дж/кг, жира
r ж = 134·10 3 Дж/кг. Теплота парообразования зависит от давления в рабочем объеме аппарата: r = f (P a). При атмосферном давлении r = 2259·10 3 Дж/кг.
Для аппаратов непрерывного действия рассчитывают расход тепла за единицу времени (Дж/с (Вт) – тепловой поток), а для аппаратов периодического действия – за цикл работы (Дж). Чтобы определить расход тепла за смену (сутки), необходимо умножить тепловой поток на время работы аппарата в смену, сутки или на число циклов работы аппарата периодического действия и количество подобных аппаратов.
Расход насыщенного водяного пара как теплоносителя при условии его полной конденсации определяют по уравнению:
где D – количество греющего водяного пара, кг (или расход, кг/с);
Q общ – общий расход тепла или тепловая нагрузка теплового аппарата (кДж, кДж/с), определяют из уравнения теплового баланса аппарата;
– энтальпия сухого насыщенного пара и конденсата, Дж/кг;
r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
Расход острого пара на перемешивание жидких продуктов (барботирование) принимают по норме 0,25 кг/мин на 1 м 2 поперечного сечения аппарата.
Расход пара на хозяйственные и бытовые нужды по этой статье пар расходуется для нагрева воды для душей, прачечной, мытья полов и оборудования, прошпарки оборудования.
Расход пара на прошпарку оборудования и инвентаря определяют по истечению его из трубы по уравнению расхода:
(75)
где D ш – расход пара на прошпарку, кг/смену;
d – внутренний диаметр шланга (0,02÷0,03 м);
ω – скорость истечения пара из трубы (25÷30 м/с);
ρ – плотность пара, кг/м 3 (по таблицам Вукаловича ρ = f (ρ ));
τ – время прошпарки, ч (0,3÷0,5 ч).
Если в уравнении принять τ = 1 ч, то расход пара определяется в кг/ч.
Расчет расхода пара по всем статьям сводят в таблицу 8.3.
Таблица 8.3 - Расход пара, кг
| Статья расхода | В час | В смену | В сутки | В год |
| Итого |
Удельный расход пара вычисляют по формуле 76.
Расход пара промышленным потребителям
Для определения энтальпии пара в паровом коллекторе необходимо воспользоваться таблицами термодинамических свойств воды и пара, приведёнными в . Необходимые справочные материалы приведены в приложении Б данного пособия. По таблице Б1, в которой приведены удельные объёмы и энтальпии сухого насыщенного пара и воды на кривой насыщении для определённого давления приведены:
Температура насыщения - t О C (столбец 2);
Энтальпия воды на кривой насыщения - , кДж/кг (столбец 5),
Энтальпия пара на кривой насыщения - , кДж/кг (столбец 6).
Если необходимо определить энтальпии пара и воды при давлении, значение которого находится между величинами приведёнными в таблице, то нужно провести интерполирование между двумя соседними значениями величин между которыми находится искомая величина.
Энтальпия пара в паровом коллекторе определяется по давлению пара в нём () по таблице Б.1. Приложения Б.
Энтальпия конденсата, возвращаемого с производства, определяется по его температуре и по давлению конденсата по приложению А.
Количество конденсата, возвращаемого с производства
где – возврат конденсата с производства (задано).
Расход пара на покрытие нагрузки на отопление и вентиляцию
Температура конденсата греющего пара на выходе из поверхностного подогревателя принимается на 10-15 o С выше температуры нагреваемой среды на входе в этот подогреватель. В подогревателе 8 подогревается сетевая вода, которая поступает в него из обратного трубопровода тепловой сети с температурой 70 o С. Таким образом, принимаем температуру конденсата греющего пара на выходе из подогревателя 8 равной 85 o С.
По этой температуре и давлению конденсата по таблице приложения А находим энтальпию конденсата:
Расход пара на горячее водоснабжение
Расход пара на теплофикационную установку
Общий расход пара на покрытие производственной и жилищно-коммунальной нагрузок
Расход пара на собственные нужды котельной принимается в диапазоне 15-30% от величины внешней нагрузки, т.е. расхода пара на покрытие производственной и жилищно-коммунальной нагрузок . Пар, идущий на собственные нужды, используется в тепловой схеме котельной для подогрева добавочной и подпиточной вод, а также для их деаэрации.
Принимаем расход пара на собственные нужды равным 18%. Впоследствии эта величина уточняется в результате расчета тепловой схемы котельной.
Расход пара на собственные нужды:
Потери пара в тепловой схеме котельной составляют 2-3% от внешнего потребления пара, принимаем 3%.
Количество пара, подаваемое через паровой коллектор после редукционно-охладительной установки:
При прохождении пара через суженные сечения происходит процесс дросселирования, сопровождающийся уменьшением давления, температуры, увеличением объёма и энтропии пара. Для случая адиабатного процесса дросселирования выполняется условие:
где: - энтальпия пара после дросселирования, - энтальпия пара до дросселирования.
Таким образом, энергия пара в процессе дросселирования не изменяется. Температура насыщенного пара равна температуре насыщения (кипения) и является прямой функцией давления. Поскольку при дросселировании снижаются давление пара и температура насыщения, происходит некоторый перегрев пара. Для того чтобы пар после редукционно-охладительной установки оставался насыщенным в него подаётся питательная вода.
Расход воды на РОУ определяется по соотношению:
Энтальпия пара на выходе из котла определяется по давлению в барабане котла по таблице Б.1. Приложения Б,
Энтальпия пара в паровом коллекторе нами определена ранее, .
Давление питательной воды принимаем на 10% выше давления в барабане котла:
Энтальпия питательной воды при и давлении 1,5 МПа определяется по таблице приложение А , .
Полная производительность котельной.
Пар различают в зависимости от назначения.
Пар на технологические нужды
Пар на отопление
Пар на вентиляцию
Пар на хозяйственные и бытовые нужды.
Источником обеспечения паром предприятий деревообработки обычно служат собственные котельные или городские ТЭЦ в зависимости от места расположения.
После расчета пара на каждый производственный и вспомогательный цех предприятия подсчитывается общий расход пара и выбирается котельная, или же получаются технические условия для подключения предприятия к городской ТЭЦ. В технических условиях указывается точка подключения паротрассы предприятия и маршрут ее прохождения.
Разработка проектно-сменной документации на котельные и подключение к ТЭЦ осуществляется проектными организациями «Сантехпроекта».
По техническим характеристикам технологического оборудования подбирается среднечасовой расход пара в час. Расчет потребности пара ведется по среднечасовому расходу пара.
8.1 Расход пара на отопление
Температура воздуха в производственных помещениях согласно СНИП 245-87 должна быть 18±2ºС с этой целью в осеннее, зимнее и весеннее время предусматривается отопление. Система отопления и теплоноситель выбирают в соответствии с требованиями противопожарных и санитарных норм. По теплоносителю системы отопления подразделяют на: паровые, водные, воздушные и комбинированные.
Расчет расхода пара на отопление производится по формуле:
Q= *g*Z*N, (8.1)
где: V – объем помещения V =24*66*6=9504;
g – удельный расход пара на 1000 в час g= 17;
N – продолжительность отопительного сезона N=215;
Z – продолжительность работы системы отопления в сутки Z=24.
Q=0.009504*17*215*24=833.7т
8.2 Расчет пара на вентиляция
Все цеха деревообрабатывающих производств обеспечиваются мощной вентиляцией, что влечет за собой большой отсос теплого воздуха из этих помещений. Для поддержки температуры и влажности воздуха в помещении необходимо предусматривать, кроме центрального отопления. Искусственную приточную вентиляцию с предварительным прогревом нагнетаемого в помещение воздуха.
Расход пара на вентиляцию определяется по формуле:
Q= *g*Z*N*К, (8.2)
где: Z=16 – продолжительность работы вентиляции в часах при 2х сменном режиме работы;
N – продолжительность работы в год N=260;
K – коэффициент загрузки оборудования K=0.83;
G – удельный расход пара на вентиляцию 1000 в час g=100.
Q=16*260*0.009504*0.83*100=3281.5т
8.3 Расчет пара на хозяйственно-бытовые нужды
С целью создания работающим нормальных санитарно-гигиенических условий труда производится подогрев холодной воды паром на хозяйственные и питьевые нужды, для душевых и умывальников.
Расчет расхода пара на прогрев воды для душевых и умывальников производится по формуле:
G*n*ɽ , (8.5)
G*n*ɽ , (8.6)
где: g – расход воды
На одну душевую (500)
На один умывальник (180);
n – количество душевых или умывальных;
ɽ – продолжительность пользования
Душем (0,75ч)
Умывальником(0,1ч);
– число дней работы душевых в году (260);
– температура горячей воды (50±5ºС);
– температура холодной воды (5ºС);
– теплосодержание пара (157,4кДж\ч).
8.4 Расчет пара на хозяйственно-питьевые нужды
Расчет пара на хозяйственно-питьевые нужды производится по формуле:
Q= 
, (8.7)
В статье приведен фрагмент таблицы насыщенного и перегретого пара. С помощью этой таблицы по значению давления пара определяются соответствующие значения параметров его состояния.
|
Давление пара |
Температура насыщения |
Удельный объем |
Плотность |
Энтальпия пара |
Теплота парообразования (конденсирования) |
|
Столбец 1: Давление пара (p)
В таблице указано абсолютное значение давления пара в бар. Этот факт необходимо иметь ввиду. Когда речь идет о давлении, как правило говорят об избыточном давлении, которое показывает манометр. Однако, инженеры-технологи в своих расчетах используют значение абсолютного давления. В практике эта разница часто приводит к недоразумениям и обычно с неприятными последствиями.
С введением системы СИ было принято, что в расчетах должно использоваться только абсолютное давление. Все приборы измерения давления технологического оборудования (кроме барометров) в основном показывают избыточное давление, мы подразумеваем абсолютное давление. Под нормальными атмосферными условиями (на уровне моря) понимают барометрическое давление 1 бар. Избыточное давление обычно указывается в бари (barg).
Столбец 2: Температура насыщенного пара (ts)
В таблице, наряду с давлением, приведена соответствующая температура насыщенного пара. Температура при соответствующем давлении определяет точку кипения воды и таким образом температуру насыщенного пара. Значения температуры в этом столбце определяют также температуру конденсации пара.
При давлении 8 бар температура насыщенного пара составляет 170оС. Конденсат, образованный из пара при давлении 5 бар, имеет соответствующую температуру 152 оС.
Столбец 3: Удельный объем (v”)
Удельный объем указывается в м3/кг. С увеличением давления пара величина удельного объема уменьшается. При давлении 1 бар удельный объем пара составляет 1,694 м3/кг. Или иначе говоря 1 дм3 (1 литр или 1 кг) воды при испарении увеличивается в объеме в 1694 раза по сравнению с первоначальным жидким состоянием. При давлении 10 бар удельный объем составляет 0,194 м3/кг, что в 194 раза больше, чем у воды. Значение удельного объема используются в расчетах диаметров паро- и конденсатопроводов.
Столбец 4: Удельный вес (ρ=ро)
Удельный вес (также называется плотность) указан в кДж/кг. Он показывает, сколько килограмм пара содержится в 1 м3 объема. С увеличением давления удельный вес увеличивается. При давлении 6 бар пар объемом 1м3 имеет вес 3,17 кг. При 10 бар – уже 5,15 кг и при 25 бар – более 12,5 кг.
Столбец 5: Энтальпия насыщения (h’)
Энтальпия кипящей воды указана в кДж/кг. Значения в этом столбце показывают, какое количество тепловой энергии необходимо, чтобы 1 кг воды при определенном давлении довести до состояния кипения, или какое количество тепловой энергии содержит конденсат, который при том же давлении сконденсировался из 1 кг пара. При давлении 1 бар удельная энтальпия кипящей воды составляет 417,5 кДж/кг, при 10 бар – 762,6 кДж/кг, и при 40 бар – 1087 кДж/кг. С увеличением давления пара энтальпия воды увеличивается, причем ее доля в суммарной энтальпии пара при этом постоянно растет. Это значит, чем выше давление пара, тем больше тепловой энергии остается в конденсате.
Столбец 6: Суммарная энтальпия (h”)
Энтальпия указан в кДж/кг. В этом столбце таблицы приведены значения энтальпии пара. Из таблицы видно, что энтальпия растет до давления 31 бар и при дальнейшем увеличении давления снижается. При давлении 25 бар значение энтальпии 2801 кДж/кг. Для сравнения значение энтальпии при 75 бар составляет 2767 кДж/кг.
Столбец 7: Тепловая энергия парообразования (конденсации) (r)
Энтальпия парообразования (конденсации) указана в кДж/кг. В этом столбце приведены значения количества тепловой энергии, которое требуется для полного испарения 1 кг кипящей воды при соответствующем давлении. И наоборот – количество тепловой энергии, которое высвобождается в процессе полной конденсации (насыщенного) пара при определенном давлении.
При давлении 1 бар r = 2258 кДж/кг, при 12 бар r = 1984 кДж/кг и при 80 бар r = лишь 1443 кДж/кг. С увеличением давления количество тепловой энергии парообразования или конденсации снижается.
Правило:
При увеличении давления пара количество тепловой энергии, необходимое для полного испарения кипящей воды, уменьшается. И в процессе конденсации насыщенного пара при соответствующем давлении высвобождается меньше тепловой энергии.