Файл: Конспект лекций для студентов специальности 5В071700 Теплоэнергетика Алматы 2014 алматинский университет.pdf

42
На диаграммах 1-2
из
– изотермический; 1-2
ад
– адиабатный
(изоэнтропный); политропные процессы для неохлаждаемых (n

k) – 1-
п
2

и для интенсивно охлаждаемых (n

k) компрессоров – 1-
п
2

; k – показатель адиабаты сжимаемого газа (для воздуха k=1,4).
Так как значение удельной работы сжатия пропорционально площади соответствующей диаграммы, то очевидно: п
ад п
из
l
l
l
l





Аналитически эти процессы можно записать так:







1 2
1 1
из
P
P
ln
V
P
l
; (7.6)




















1 1
1 1
2 1
1
ад
k
k
P
P
V
P
k
k
l
=



















1 1
1 1
2 1
k
k
P
P
RT
k
k
(7.7)




















1 1
1 1
1 2
1
п
n
P
P
RT
n
n
l
, (7.8) где R=0,287
K
кг кДж

– газовая постоянная для воздуха;
k=1,4 – показатель адиабаты для воздуха (постоянная величина);
n – показатель политропы сжимаемого газа (переменная величина).
8 Лекция №8. Системы производства и распределения сжатого
воздуха
План лекционного занятия: энергетические и экономические показатели КС (продолжение); воздухопроводы и работа компрессора на сеть воздухоснабжения; компоновка компрессорных станций.
Цель лекции: изучение работы компрессора на сеть воздухоснабжения и компоновки КС.
8.1 Энергетические и экономические показатели КС (продолжение)
Мощность компрессора.
При известных термодинамических КПД

из и

ад легко вычисляется внутренняя работа компрессора l
i
, кДж/кг по известным соотношениям: из из


l
l
i
или ад ад


l
l
i
, (8.1) где значения l
из
, l
ад
, кДж/кг определяются по соотношениям (7.6) и (7.7).

43
Но кроме внутренних потерь в компрессоре есть еще механические потери, которые оцениваются механическим КПД. Для обычных серийных конструкций можно принимать

м
=0,96-0,98, тогда эффективная работа компрессора l
е
, кДж/ кг, находится из соотношений: м
из из e



l
l
или м
ад ад e



l
l
. (8.2)
При известной массовой подаче компрессора G
в
, кг/с, потребляемая мощность N
e
, кВт, составит: м
ад ад в
e в
e




l
G
l
G
N
или м
из из в
e



l
G
N
. (8.3)
Знание этой мощности позволит определить требуемую мощность привода (формула 7.1).
В компрессором строении выработаны нормативы по определению необходимого числа ступеней ПК z в зависимости от степени повышения давления

к
:
Таблица 8.1- число ступеней компрессора

к
z

к
z
До 6 1
30-100 4
6-30 2
100-150 5
Выше
150 6 и более
При одинаковых условиях охлаждения воздуха по ступеням минимум затрат энергии в многоступенчатом сжатии имеет место при равенстве степеней повышения давления во всех ступенях, т.е.

1
=

2
=

3
=. . .=

i
. (8.4)
Это положение, как правило, использовано конструкторами компрессорных машин, поэтому в тепловом расчете при определении степеней повышения давления в ступенях следует пользоваться соотношением
z
z
P
P
P
P
вк ку
2
вк ст
1





нк
, (8.5) где нк
P
и вк
P
– давления нагнетания и всасывания в компрессоре соответственно;
P
ку
– давление за компрессорной установкой;

– коэффициент, учитывающий потери давления в ПО и ВОК (обычно



).

44
Тепловые потери связаны с охлаждением воздуха в конечном охладителе и сетях. Из-за охлаждения снижается работоспособность сжатого воздуха. Это хорошо иллюстрируется уравнением удельной работы расширения l
т
, Дж/кг:




















k
k
P
P
RT
k
k
l
1 1
2 1
т
1 1
, (8.6) где P
1
и T
1
– давление и температура сжатого воздуха перед пневмомеханизмом.
Из формулы (8.2) видно, работоспособность сжатого воздуха прямо пропорциональна значению его температуры. Снижение работоспособности воздуха ведет к увеличению его расхода, а следовательно, и росту потребления электроэнергии на его сжатие. Технико-экономические расчеты показывают, что теплоизолировать нагнетательный и магистральный трубопроводы не выгодно.
8.2 Воздухопроводы компрессорной станции и работа компрессора
на сеть воздухоснабжения
В зависимости от транспортируемой среды и назначения на компрессорной станции различают следующие трубопроводы: воздухопроводы, водопроводы, теплопроводы и маслопроводы.
Воздухопроводы, в свою очередь, подразделяются на
- главные (всасывающий, нагнетательный, подающий, магистральный) ;
- вспомогательные (продувочный, для наддува, сброса и перепуска воздуха и др.). В многоступенчатых компрессорах имеются еще промежуточные (между ступенями) нагнетательные воздухопроводы.
В рамках данного курса рассматривается только воздухопровод, который предназначен для транспортирования воздуха от всасывающего устройства до потребителя.
Всасывающий трубопровод – участок воздухопровода от фильтркамеры до всасывающего патрубка компрессора. Нагрев и особенно сопротивление этого трубопровода оказывают существенное влияние на эффективность работы компрессора. Поэтому он должен быть короткий (до 10 м), герметичный, желательно без поворотов. Прокладывается всасывающий трубопровод в каналах или по стенам здания. При прокладке внутри помещений он подлежит теплоизоляции с целью снижения шума и предотвращения конденсации влаги на наружной поверхности.
Нагнетательный трубопровод – участок от нагнетательного патрубка компрессора до фланца вспомогательного оборудования. Он тоже должен быть, по возможности, коротким и прямым, особенно на станциях с поршневыми компрессорами.
Это связано с повышенными

45 аэродинамическими потерями при пульсирующем течении воздуха, которые снижают КПД компрессора на 1,5-3 %.
Подающий трубопровод расположен между конечным охладителем
(масло-водоотделителем) и воздухосборником (или сборным коллектором).
Магистральный
трубопровод
– участок воздухопровода от воздухосборника (или коллектора) компрессорной станции до потребителя сжатого воздуха. Несколько магистральных воздухопроводов образуют сеть сжатого воздуха.
Сети сжатого воздуха подразделяются на межцеховые и внутрицеховые.
Межцеховые – это сеть трубопроводов, проведенная от сборного коллектора компрессорной станции до ввода в цеха.
Эти сети прокладывают по радиальной (тупиковой) схеме. Она должна быть рациональной и должна иметь минимальные утечки и потери давления.
Прокладка воздухопроводов и расстановка на ней арматуры должна обеспечивать возможность проведения ремонтных работ, связанных с заменой арматуры и ликвидацией аварийных ситуаций, без остановки работы компрессорных установок.
Наиболее надежной считается схема, когда каждая компрессорная установка работает на своего потребителя через индивидуальную магистраль.
Но чаще используется параллельная работа компрессоров на сборный коллектор.
КС-компрессорная станция; ВС-воздухосборники; СК-сборный коллектор;1,2,3-потребители сжатого воздуха.
Рисунок 8.1- Сети сжатого воздуха
При работе компрессорной станции в трубопроводах возникают температурные деформации, для восприятия которых предусматривают различного типа компенсаторы: линзовые; П-образный; лирообразный.
Предпочтение следует отдавать естественной компенсации, когда воздухопровод прокладывают не по прямой линии, а с несколькими поворотами на 90 градусов. В этом случае используются подвижные и неподвижные опоры трубопроводов.

46
В воздухопроводах не должно быть зон, где могут скапливаться конденсат и масло. Для этого трубопроводы должны иметь уклон не менее
0,003 в сторону движения воздуха. В наиболее низких местах сети, в теплом месте на входе в цех размещаются дренажные устройства или влагоотделители с возможностью продувки системы.
8.3 Компоновка компрессорных станций
Компоновкой КС называется взаимное расположение ее сооружений на отведенной площадке, а также взаимное расположение производственных и бытовых помещений в главном здании КС. Кроме того, компоновка включает в себя и размещение расположенного в помещениях основного и вспомогательного оборудования станции.
К сооружениям КС относятся: главное здание, воздухосборники, водоснабжающие и водоохлаждающие сооружения (насосная станция, градирни, бассейны и т.д.), воздухозаборные устройства, различные колодцы, трансформаторные подстанции.
Обычно КС располагаются в отдельном здании, но могут размещаться и в одном корпусе с производственными сооружениями (сблокированная компоновка). Но это допускается только в том случае, если производственное здание одноэтажное и в нем возможно такое расположение машинного зала, при котором свободны две стены. Одна используется для размещения окон, другая – как торец для расширения. Компоновки могут быть различных типов
(см. рисунок 7.2), но наиболее целесообразна сомкнутая компоновка
(см.рисунок 7.2, а), обеспечивающая удобство эксплуатации при сокращении коммуникаций и стоимости строительства.
Полусомкнутая (см.рисунок 8.2, б) и разомкнутая (см.рисунок 8.2, в) компоновки применяют в тех случаях, когда на предприятии имеются недостаточно загруженные сооружения. Это водоохлаждающие устройства, трансформаторные подстанции, бытовые и другие помещения производственных цехов, которые могут быть использованы для сооружаемой
КС. Некоторое усложнение условий эксплуатации при этом компенсируется снижением затрат на строительство.

47 1 – производственный корпус; 2 – машинный зал; 3 – воздухозаборное устройство; 4 – фильтркамера; 5 – трансформаторная подстанция; 6 – бытовое помещение; 7 – насосная станция; 8 – вспомогательное помещение; 9 – распредустройства; 10 – водоохлаждающие устройства оборотной системы водоснабжения; 11 – склад; 12 – воздухосборники (ресиверы).
Рисунок 8.2 - Компоновка основных сооружений компрессорной станции: а – сомкнутая; б – полусомкнутая; в – разомкнутая; г – сблокированная
9
Лекция №9. Системы производства и распределения
органического топлива
План лекционного занятия: твердое топливо. Характеристика потребителей твердого топлива; их требования к марке и качеству твердого топлива; определение потребности в топливе. Способы доставки и методы разгрузки топлива. Хранение, сортировка, переработка и подача топлива.
Цель лекции: изучение характеристик потребителей твердого топлива и определение потребности в твердом топливе.

48
9.1 Твердое топливо. Характеристика потребителей твердого
топлива и их требования к марке и качеству твердого топлива
К твердому топливу относятся ископаемые угли, сланец, торф.
Уголь – твердая горючая осадочная порода, образовавшаяся преимущественно из отмерших растений путем их биохимических, физико- химических и физических изменений и является невосполнимым, ограниченным природным ресурсом. Показателями метаморфизма угля является выход летучих веществ, элементный состав, теплота сгорания, спекаемость, а в низких его стадиях – влажность. По этим показателям все угли разделены на бурые, каменные и антрациты.
К бурым углям относятся марки: Б1, Б2, Б3. Каменный уголь отличается от бурого более высоким содержанием углерода и большей плотностью.
К каменным углям относятся марки: Г (газовый), ГЖ (газовый жирный),
ГЖО (газовый жирный отощенный), Д (длиннопламенный), ДГ (длинно- пламенный газовый), Ж (жирный), КСН (коксовый слабоспекающийся низко- метаморфизованный), СС (слабоспекающийся), Т (тощий), ТС (тощий спекающийся).
Отдельной маркой каменного угля является антрацит (А), ископаемый гумусовый уголь высшей степени метаморфизма. Самая низкая теплота сгорания у бурых углей. Наиболее выгодное отношение цены и удельной теплоты сгорания имеют каменные угли. Угли марок Д, Г и антрациты находят свое применение, как правило, в котельных, так как они могут гореть без поддува. Угли марок СС, ОС, Т применяются для получения электрической энергии, так как они имеют большую теплоту сгорания, но сжигание данного вида углей связано с технологическими трудностями.
В черной металлургии для производства сталей и чугуна обычно используются марки Г, Ж.
Основными потребителями энергетического угля являются энергоснабжающие предприятия (пылеугольные ТЭС), которые используют его в качестве технологического вида топлива для производства тепловой и электрической энергии. Кроме того, уголь используется населением и предприятиями в качестве топлива в целях отопления, а также предприятиями железнодорожного транспорта как топливо для паровозов.
К качеству и маркам энергетических углей предъявляются определенные требования. Угли и продукты их переработки должны соответствовать требованиям безопасности, указанным в Техническом регламенте Постановления Правительства РК от 17.07.2010.
На показатели углей, как зольность рабочей массы, массовая доля серы, хлора и мышьяка вводятся нормативные значения, которые показаны в таблице 9.1., а также определены нормы радиационной опасности углей и группы углей по склонности к окислению и самовозгоранию (см. таблицу 9.2).

49
Таблица
9.1
-
Показатели, характеризующие безопасность углей и продуктов их переработки
Наименование показателя продукции
Норма для продукции
1. Зольность A
d
, %, не более
45,0 2. Массовая доля общей серы S
d t,
%, не более
3,0 3. Массовая доля хлора Cl d
, %, не более
0,4 4. Массовая доля мышьяка As d
, %, не более
0,01
Таблица 9.2-
Группы углей по склонности к окислению и самовозгоранию
Номер группы
Наименование группы
Наименование углей, технологическая марка
Показатель окисленности
ОКр,
%, не более
Срок хранения, месяц, не более
1
Наиболее устойчивые к окислению
Антрациты, полуантрациты
-
36 2
Устойчивые к окислению
Угли каменные марки
Ж, КЖ, К, КО, КСН,
КС, ОС
Угли необогащенные, рассортированные, обогащенные
50 18 3
Средне- устойчивые к окислению
Угли каменные марки
ДГ, Г, ГЖО, ГЖ
Угли необогащенные, рассортированные, обогащенные
50 12 4
Неустойчивые к окислению
Угли каменные, лигнит и бурые угли марка Д и Б
Угли необогащенные, рассортированные, обогащенные
55 60 6
3
9.2 Определение потребности в топливе
Для определения потребности в топливе котельной промышленного предприятия необходимо определить часовой расход топлива в одном котельном агрегате при номинальной нагрузке. Потребность в топливе определяется для котельной, оборудованной паровыми котлами. Учитывая, что график расхода теплоты (свежего пара) для упрощения расчетов не задан, можно принять
, (9.1) где
– часовой расход пара, вырабатываемого одним котлом, кг/час;

50
– номинальная пароапрозводительность котлоагрегата кг/с.
Годовой расход пара кг/год, соответственно
. (9.2)
Возрастание удельной энтальпии рабочей среды в котлоагрегате равно ка h ка
=
-
) и не зависит от установки экономайзера или его площади.
Годовой расход теплоты в котлоагрегате
=
, ГДж/год.
Годовой расход топлива для котлоагрегата
, кг/год. (9.3)