Расчёт существующей схемы

1. Расход оборотной воды в системе:

G_об = = =31,7 кг/с.

2. Расход холодной водопроводной воды на ГВС:

G_гвс = = =1,3 кг/с.

3. Для определения расходов воды на градирню и подпитку, а также температуры воды после градирни составляем тепловой и материальный балансы для градирни и бака холодной воды:

а) градирня (тепловой баланс): Q_гр = G_гр · Ср (t_о^" – t_гр)

б) бак холодной воды:

тепловой баланс G_гр · t_гр + G_под · t_хв = G_об · t_о^'

материальный баланс G_гр + G_под = G_об

Р ешаем эту систему трёх уравнений:

Q_гр = G_гр · С_р (t_о^" – t_гр) 200 = G_гр · 4,2 (30 – t_гр)

G_гр · t_гр + G_под · t_хв = G_об · t_о^' G_гр · t_гр + G_под · 5 = 31,7 · 27

G_гр + G_под = G_об G_гр + G_под = 31,7

Выражая из последнего уравнения G_гр = 31,7 - G_под и подставляя в первые два получим систему двух уравнений:

47,6 = (31,7 - G_под ) · (30 – t_гр)

(31,7 - G_под ) · t_гр = 855,9 - G_под · 5

Решая эту систему, получим: G_под = 1,9 кг/с; t_гр = 28,4 ^оС; G_гр = 29,8 кг/с.

4. Сброс воды в канализацию из БГВ должен быть равен расходу подпитки:

G_к = G_под = 1,9 кг/с = 6,84 м³/ч = 164,2 м³/сут.

6. Общий расход холодной воды:

G_хв = G_гвс + G_под = 3,2 кг/с.

Схема реконструкции системы

Схема реконструкции системы оборотного водоснабжения (рис.31) может работать в различных режимах:

1. Градирня работает на полную мощность, а ТНУ снимает остаточную тепловую мощность оборотной системы для подогрева воды ГВС.

2. Градирня не работает, а ТНУ полностью обеспечивает охлаждение всей оборотной воды и использует полученную тепловую мощность для подогрева воды ГВС.

3. В зависимости от соотношения тепловых мощностей оборотной системы и градирни ТНУ может полностью обеспечивать потребность в горячем водоснабжении, а остаточная мощность оборотной системы снимается градирней, работающей в частичном режиме.

Рис. 31. Предлагаемая схема утилизации теплоты с ТНУ:

Гр – градирня; БГВ – бак горячей воды; БХВ – бак холодной воды; ЦТП - центральный тепловой пункт; Ц1, Ц2, К – охлаждаемое оборудование в цехах и компрессорной станции; К – конденсатор ТНУ; И – испаритель ТНУ; КМ – компрессор ТНУ; ТО– водоводяной подогреватель; Др– дроссель ТНУ; НЦ1, НЦ2 - насосы оборотной воды; НП - подпиточные насосы холодной воды

Схема работает следующим образом. Оборотная вода из бака БХВ с температурой t'_о =27 ^оС насосами НЦ1 направляется на охлаждение оборудования цехов. Далее с t"_о = 30 ^оС поступает в бак горячей воды БГВ, откуда насосами НЦ2 частично может подаваться в градирню для охлаждения и затем сбрасываться в БХВ, или (в зависимости от режима работы) частично может проходить последовательно водоводяной подогреватель ТО охлаждаясь в нём до t_то и затем испаритель ТНУ, где охлаждается до температуры t"_и, и поступает в бак холодной воды. Для повышения температуры оборотной воды перед испарителем до t^|_и предусмотрен байпасный трубопровод с расходом G_Б. Расход оборотной воды через испаритель – G_ои.

Холодная вода с t_хв = 5^оС поступает для догрева в водоводяной подогреватель, далее с температурой t₁ идет в конденсатор, где подогревается до температуры t₂ и затем в ЦТП для подогрева до заданной температуры t_гвс.

Схема выполнена таким образом, что может работать и в режиме существующей системы (на случай аварийной остановки ТНУ).

Расчёт схемы реконструкции.

Для простоты рассмотрим расчёт 1-го режима работы.

1. Общий расход воды в системе ГВС:

G_ГВС = кг/с.

2. Температура холодной воды на выходе из ТО:

задаем t₁ = 23^оС

3. Тепловая мощность ТО:

Q_ТО = G_ГВС · Ср (t₁ – t_хв) = 1,3 · 4,2 (23 – 5) = 98,3 кВт.

4. Расход оборотной воды в ТО:

а) задаем скорость течения воды в трубах и межтрубном пространстве W_тр = W_мтр= 1 м/с

б) проходное сечение ТО по трубному пространству:

ƒ_тр = м²,

где ρ – плотность воды;

в) выбираем по ОСТ 34.588-68 [10] ближайший водо-водяной секционный ТО с ƒ_тр = 1,85 · 10^-3 м² ; ƒ_{м тр} = 2,87 · 10^-3 м².

Расход оборотной воды через межтрубное пространство ТО:

G_ТО = ƒ_{м тр} · W_мтр · ρ = 2,87 · 10^-3 · 1 · 10³ = 2,87 кг/с.

5. Температура оборотной воды на выходе из ТО:

t_ТО = t_о^" - ^оС.

6. Тепловая мощность испарителя определяется из теплового баланса оборотной системы:

Q_об = Q_гр + Q_ТО + Q_и ,

откуда следует, что

Q_и = Q_об – Q_ТО – Q_гр = 400 – 98,3 – 200 = 101,7 кВт.

7. Расход оборотной воды через испаритель:

принимаем разность температур оборотной воды в испарителе:

t_и = t^|_и – t^||_и = 4 ^оС,

тогда расход оборотной воды через испаритель:

G_ои = кг/с.

8. Так как расход оборотной воды через ТО составляет G_ТО = 2,87 кг/с, а расход через испаритель G_ои = 6,05 кг/с, то расход оборотной воды по байпасной линии теплообменника ТО составит:

G_Б =G_ои - G_ТО = 6,05 – 2,87 = 3,18 кг/с.

9. Температура оборотной воды на входе в испаритель определится по балансу смешения потоков:

G_ТО · t_ТО + G_б · t_о^" = G_ои · t^|_и ;

отсюда получаем:

t^|_и = ^оС

10. Температура оборотной воды на выходе из испарителя:

t^||_и = t^|_и - t_и = 26,2 – 4 = 22,2 ^оС.

11. Расход воды через градирню:

G_гр = G_об – G_ои = 31,7 – 6,05 = 25,65 кг/с.

12. Температура оборотной воды на выходе из градирни:

t_гр = t_о^" - ^оС.

13. Проверка среднесмешанной температуры оборотной воды в БХВ:

t_БХВ = ^оС.

14. Принимаем температуры в ТНУ:

кипения t_о = t^||_и - 7,2 = 15 ^оС;

конденсации t_к = 55 ^оС;

охлаждения конденсата t_ок = t_к – 10 = 45 ^оС.

15. Коэффициент трансформации ТНУ:

,

где  = 10/(t_к – t_о); t_ок = t_к - t_ок ; коэффициенты уравнения определяются для R22 по таблице:

n	1	2	3
an	-0.53	21.07	-3.14
bn	0.003	0.124	0.009

16. По уравнению энергетического баланса ТНУ определим тепловую мощность конденсатора:

откуда найдём = ,

где Q_к – тепловая мощность конденсатора; Q_и – тепловая мощность испарителя;  - коэффициент трансформации ТНУ; _э – КПД электропривода компрессора.

17. Температура горячей воды на выходе из конденсатора:

t₂ = t₁ + ^оС.

18. Мощность необходимого догрева на ЦТП:

Q_ЦТП = G_ГВС · Ср (t_ГВС – t₂) = 1,3 · 4,2 (60 – 46,6) = 73,1 кВт.

19. Проверка теплового баланса системы:

Q_ЦТП = Q_ГВС – Q_ТО – Q_к = 300 – 98,3 – 129 = 72,7 кВт..

Несходимость баланса Q = 73.1 – 72.7 = 0.4 кВт, что составляет Q/Q_ГВС = 0,13%.

20. Далее рассчитывается термодинамический цикл ТНУ, определяются удельные энергетические характеристики ТНУ, определяется расход хладоагента, уточняется коэффициент трансформации ТНУ, определяется необходимая производительность и мощность компрессора, выбирается компрессор, определяются необходимые поверхности теплообменного оборудования, выбирается оборудование.