Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение»




Скачать 291.35 Kb.
НазваниеИсследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение»
страница1/2
Дата конвертации18.05.2013
Размер291.35 Kb.
ТипИсследование
  1   2


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Утверждено на заседании

кафедры отопления, вентиляции

и кондиционирования

« 16 » января 2007 г.


ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ НА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ УСТАНОВОК


Методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение»


Ростов-на-Дону

2007

УДК 628.1/2, 697.1.

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок:

Методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение». -Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2007. -32 с.


Приведена методика поиска энергосберегающих компоновочных решений по размещению теплообменного оборудования в газоходах комплексных установок.

Предназначена для обучения магистров техники и технологии по программе 550110 «Системы обеспечения микроклимата зданий и сооружений»


УДК 628.1/2, 697.1.


Составитель: канд. техн. наук

В.А. Крупин

Рецензент: проектный институт

«Проектпромвентиляция»

Редактор Н.Е. Гладких.

Темплан 2007г., поз. 206 а

Подписано в печать 21.02.07. Формат 60×84/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 30 экз. Заказ


Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

© Ростовский государственный строительный университет, 2007


ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ


dj -

диаметр участка газохода, м;

Fi -

площадь поперечного сечения газохода на участке, м2;

Gi -

массовый расход транспортируемой среды, кг/c;

v -

коэффициент полезного действия нагнетателя;

Li -

объемный расход транспортируемой среды на участке, м3/с;

Lv -

объемная производительность нагнетателя, м3/c;

i-

длина участка воздуховода (газохода), м;

пот-

работа сил сопротивления движению потока, Дж;

тр -

коэффициент гидравлического трения;

-

механическая мощность, сообщаемая потоку в дымососе, Вт;

-

механическая мощность, расходуемая на преодоление сопротивлений движению потока на участке, Вт;

-

механическая мощность, расходуемая на преодоление сопротивлений движению потока в системе, Вт;

Рп -

полное давление транспортируемой среды, Па;

Рv -

полное давление транспортируемой среды, создаваемое дымососом, Па;

 -

потери давления транспортируемой среды в тракте, Па;

i - (i+1)-

потери давления транспортируемой среды на участке, Па;

-

плотность транспортируемой среды на участке, кг/м3;

-

плотность транспортируемой среды во всасывающем патрубке дымососа, кг/м3;

-

температура продуктов сгорания С;

-

скорость движения транспортируемой среды, м/с;



Введение

В настоящее время начинают все чаще применять метод комбинированного комплексного энерготехнологического использования природного газа, при котором теплота продуктов сгорания газа, сжигаемого в высокотемпературных технологических агрегатах, используется в средне- и низкотемпературных промышленных установках, а также в системах отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха.

Практическая реализация методов комплексного комбинированного использования теплового потенциала продуктов сгорания природного газа осуществляется посредством применения установок комплексного использования теплоты (УКИТ).

С учетом результатов исследований в данной области разработали и внедрили УКИТ в ряде отраслей промышленности, в результате чего был получен существенный экономический и экологический эффект.

Однако необходимо отметить, что многообразие технологических схем теплоиспользующих промышленных установок и особенности их эксплуатационных режимов, сложность физических явлений, сопровождающих работу УКИТ, затрудняют разработку их оптимизационных моделей. Это в свою очередь осложняет оценку энергетической и экономической эффективности принципиальных решений установок.

Одним из перспективных направлений совершенствования УКИТ является оптимизация элементов установок, формирующих совокупность потоков, осуществляющих энергетическое взаимодействие и обмен вещества между отдельными элементами установки, а также между установкой и окружающей средой. Предназначенные для оборудования конструктивные элементы УКИТ могут быть рассмотрены как специальные технические системы, осуществляющие транспортировку и изменение параметров газообразной среды - аэродинамические системы УКИТ (АС УКИТ).

Оптимизация рабочих процессов АС УКИТ, их принципиальных схем и конструктивных решений является важным резервом повешения энергетической эффективности установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа.


  1. Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений УКИТ на

электропотребление установок


    1. Целевая функция УКИТ и принципы оптимизации энергопотребления установок


Важнейшим параметром работы УКИТ, во многом определяющим степень энергетической эффективности установки, является потребляемая ею электрическая мощность. Целевая функция УКИТ - утилизация тепловых ресурсов промышленных теплоиспользующих установок, для чего применяют дополнительное, по отношению к данным установкам, оборудование – теплообменники, линии связи, вентиляторы, насосы и др. Очевидно, что организация процесса отбора теплоты от продуктов сгорания и ее утилизации требует не только дополнительных капитальных затрат, но и влечет дополнительный расход электроэнергии. Электрическая мощность расходуется электродвигателями дымососов тракта продуктов сгорания, вентиляторами и насосами аэродинамических и гидравлических систем, сопряженных с данным трактом. Очевидно, что различные схемотехнические решения УКИТ, утилизирующей тепловые ресурсы от одной и той же промышленной теплоиспользующей установки, например, стекловаренной печи, могут различаться как капитальными затратами, так и уровнями потребляемой электрической мощности. Так, использование теплообменников с высоким аэродинамическим сопротивлением, дымососов, вентиляторов и насосов с низким КПД, нерациональная трассировка линий связи установок могут существенно повысить уровень потребления электроэнергии установкой, что, в конечном счете, снизит её энергетическую эффективность. Очевидно, что оптимизация технологических и экономических характеристик УКИТ может быть достигнута только в рамках системного подхода. При этом важнейшая роль в методологии постановки задач, способах их решения отводится методам системного анализа. Объясняется это тем, что УКИТ представляет собой совокупность различного по целевым функциям и техническим характеристикам оборудования, при этом технические характеристики отдельных элементов установки взаимосвязаны и взаимоопределяемы. Так, например, тепловые и аэродинамические характеристики теплообменников определяют аэродинамическое сопротивление тракта продуктов сгорания, их объемный расход и, как следствие, влияют на выбор дымососа и его энергетические характеристики. В свою очередь, ограниченная номенклатура дымососов накладывает дополнительные ограничения на выбор теплообменного и другого оборудования УКИТ.

Один из основоположников общей теории систем Л. фон Берталафи понимал под системой взаимосвязь элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и образующих некоторое единство. К основным системным принципам он относил:

- целостность – принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов и невыводимость из последних свойств целого;

- структурность – возможность описания системы через установление связей и отношений между элементами внутри системы;

- взаимозависимость системы и среды – система формирует и проявляет свои свойства во взаимодействии со средой, являясь его ведущим, активным компонентом;

- иерархичность – каждый элемент рассматривается как система по отношению к его составляющим и как подсистема по отношению к более широкой системе;

- функциональный характер системы и ее элементов – система в целом и каждый ее элемент выполняют строго определенные функции, несводимые друг к другу.

Перечисленные принципы являются универсальными и присущи любому типу систем, что создает методологическую основу для распространения методов системного анализа на широкий круг технических систем, в том числе и на промышленные установки комплексного или комбинированного использования теплоты. Конкретизируем сущность системных принципов применительно к данным установкам.

Целостность УКИТ – означает, что свойства установки как целого не могут быть сведены к сумме свойств составляющих ее элементов - теплообменников, линий связи, дымососов, вентиляторов, насосов и другого теплового и аэродинамического оборудования и, что особенно важно, невозможность выведения свойств установки как целого из свойств перечисленных выше элементов. Наличие данного системного принципа предопределяет возможность и необходимость выявления и последующего исследования интегральных свойств УКИТ. Очевидно, что принцип целостности предопределяет влияние на интегральные свойства установки ее компоновочных решений – местоположения дымососов и вентиляторов в тракте продуктов сгорания и сопряженных с данным трактом теплоиспользующих аэродинамических систем, взаимного расположения дымососов и теплообменников и др. Примером методологического использования принципа целостности УКИТ является установление явлений преобразования тепловой и механической энергий в установке и выявление ее интегральных характеристик энергетической эффективности [1].

Структурность УКИТ – использование принципа структурности УКИТ дает возможность расчленить общую задачу повышения эффективности установки на ряд частных задач – разработку принципиальных схем, создание и совершенствование теплообменного оборудования, др., а также выявить и оптимизировать связи между функциональными элементами установки.

Взаимозависимость системы и среды – предопределяет необходимость исследования комплекса вопросов, связанных с тепло-массообменными процессами взаимодействием установки с окружающей средой - потерями теплоты функциональными элементами и линиями связи установки в окружающую среду, влиянием на состояние атмосферного воздуха веществ, содержащихся в выбросах установок, воздухообменом в помещениях, обслуживаемых системами вентиляции, сопряженными с УКИТ и др.

Функциональный характер системы и ее элементов – функции установки в целом не сводятся к функциям ее отдельных элементов: теплообменников, дымососов, вентиляторов, насосов, линий связи и другого оборудования. Это дает возможность разграничить и четко сформулировать целевые функции установки и ее отдельных элементов, на базе чего оказывается возможным осуществление технических решений по реализации функциональных требований.

Следует отметить, что все перечисленные выше системные принципы находят свое отражение в методологии исследований УКИТ, в том числе заимствованных из смежных областей техники. В тоже время следует признать необходимость расширения методологической базы исследований УКИТ, основанных на применении принципа целостности установки. Связано это с тем, что, хотя и накоплен определенный опыт использования УКИТ для предприятий различных отраслей промышленности, данные установки представляют собой относительно новый класс технических теплогенерирующих и теплоиспользующих систем и, вследствие этого, очевидна необходимость выявления и практического использования сущностных интегральных признаков, присущих данному классу технических систем. А это, в свою очередь, может быть выполнено в результате исследований, базирующихся на системном принципе целостности и охватывающих проблематику, связанную с поиском и реализацией энергоэффективных компоновочных решений установок, в том числе с решением задачи определения энергосберегающих компоновочных решений при последовательном размещении теплообменников в тракте продуктов сгорания установки.

Учитывая изложенное, для оценки уровня энергетической эффективности УКИТ предлагаем использовать критерий, характеризующий затраты электроэнергии на утилизацию единицы тепловой энергии, равный отношению суммарной электрической мощности, потребляемой электродвигателями дымососов, вентиляторов и насосов установки, к величине утилизированной установкой тепловой мощности, :

. (1.1)


Чем ниже значение критерия , тем выше уровень энергетической эффективности УКИТ.

Необходимо отметить, что электропотребление установки в общем случае определяется не только аэродинамическими характеристиками ее элементов, но и электрическими характеристиками электродвигателей, однако не вызывает сомнения тот факт, что организация теплообменных и аэродинамических процессов, сопровождающих работу УКИТ, существенно влияет на значение и определяет тем самым уровень энергетической эффективности установки в целом.

Очевидно, что предлагаемый критерий нельзя рассматривать как универсальный и однозначно определяющий целесообразность того или иного схемотехнического решения установки, так как достижение минимума величины может быть достигнуто за счет увеличения капитальных затрат на устройство установки, например, за счет увеличения сверх оптимальных размеров поперечных сечений линий связи. Поэтому оценка уровня энергетической эффективности УКИТ посредством величины будет объективна в том случае, если теплообменные и аэродинамические элементы установки выбраны на основе оптимизационных условий (оптимальных скоростей продуктов сгорания или воздуха в линиях связи, в поперечных сечениях теплообменников, оптимальных скоростей воды в трубопроводах и теплообменниках водяных систем теплоснабжения).

Важно отметить, что сравнение уровней энергетической эффективности различных схемотехнических решений УКИТ посредством использования возможно только при заданности одной из величин, определяющих данный параметр, например, при заданности величины тепловой мощности, утилизируемой установкой, или заданности суммарной электрической мощности, потребляемой электродвигателями. В этом случае параметр однозначно определяет схемотехническое решение, характеризующееся большей энергетической эффективностью.

В том случае, если различные схемотехнические решения установки различаются не только значением потребляемой электрической мощности, но и величиной утилизируемой тепловой мощности, необходимо учитывать неэквивалентность этих видов энергетических ресурсов посредством сопоставления стоимости утилизированной тепловой энергии в различных вариантах.

Стоимость утилизированной тепловой энергии, , определяется на основе расчета, исходя из капитальных затрат на устройство установки, срока их окупаемости, эксплуатационных расходов и пр., поэтому для каждого из рассматриваемых вариантов величина будет индивидуальной, а условию оптимальности будет соответствовать вариант с минимальным значением .

Критерий можно представить в виде:

, (1.2)


где - соответственно электрические мощности, потребляемые дымососом тракта продуктов сгорания, насосами и вентиляторами первой и n – й системами утилизации теплоты, сопряженных с трактом продуктов сгорания.

Из последней зависимости следует, что решение проблемы снижения расхода электроэнергии УКИТ может быть реализовано в направлении решения ряда локальных задач по повышению энергетической эффективности тракта продуктов сгорания и теплоиспользующих систем, сопряженных с данным трактом.


  1   2

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания к практическим занятиям по курсу «Теоретические основы проектирования систем комплексного энерготехнологического использования природного газа»
Теплотехнические расчеты при сжигании углеводородного топлива. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Теоретические...

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания к практическим занятиям по курсу «Исследование работы установок комплексного энерготехнологического использования природного газа в промышленных условиях»
«Исследование работы установок комплексного энерготехнологического использования природного газа в промышленных условиях» для подготовки...

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение»
Проектирование энергосберегающих установок теплогенераторов при использовании рекуперативных конденсационных теплоутилизаторов

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания к курсовому проекту и практическим занятиям по курсу «Математические методы решения задач надежности вк систем»
Целью изучения дисциплины является подготовка специалиста, который будет владеть знаниями, связанными с решением вопросов эксплуатации...

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания к практическим занятиям по дисциплине «Гражданское право»
Методические указания к практическим занятиям составлены в соответствии с программой дисциплины «Гражданское право» и учебным планом...

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодическИе Указания к практическим занятиям по курсу актуальные проблемы современной литературы для студентов специальности 030601 «Журналистика»
Методические указания к практическим занятиям по курсу «Актуальные проблемы современной литературы» для студентов специальности 030601...

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания к семинарским занятиям по курсу «Философия»
Министерством образования Республики Беларусь (24 января 2000 года, рег. №Тд-68/тип) и имеют целью сориентировать, организовать и...

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconВлияние тепловых и аэродинамических характеристик промежуточных охладителей на энергопотребление центробежных компрессоров
Охватывают весь диапазон, характерный для современных компрессоров

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания к практическим занятиям по дисциплине
Методические указания предназначены для выполнения практических занятий по курсу “Строительные конструкции” для специальности 290800...

Исследование влияния аэродинамических характеристик теплообменного оборудования и схемотехнических решений систем комплексного использования теплоты на энергопотребление установок методические указания к практическим занятиям по курсу «Энергосбережение» iconМетодические указания по практическим работам
Методические указания по практическим занятиям по дисциплине «Организация и планирование производства» включают тематику вопросов,...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница