Сахарный завод

Теоретический объем водяных паров находим по формуле (1.4):

                      m³/ m³.

_{Общий объем газов:}

m³/ m³.

 

Потери тепла  с химическим недожогом примем равным q₃= 1,5 %.

Коэффициенты избытка воздуха в конвективных системах котла примем как в п.1.2.1.

 

Расчеты процесса горения представлены в Таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Расчет процесса горения

Наименование показателя		Символ, формула	Значения
			aт=1,10	aк=1,15	a’эк=1,2	a”эк=1,3
1		2	3	4	5	6
Теоретический объем воздуха, m3/ m3		Vв0	5,62
Объем трехатомных  газов, m3/ m3		VRO2	1,00
Теоретический объем азота, m3/ m3		VN2	4,44
Теоретический объем паров, m3/ m3		V0H2O	1,18
Избыток воздуха, m3/ m3		DVв=(a-1)Vв0	0,562	0,843	1,124	1,686
Избыточный  объем паров, m3/ m3		DVH2O=0,016DVв	0,009	0,013	0,018	0,027
Реальный объем  сухих газов, m3/m3		Vс.г= VRO2+ VN2+DVв	6,002	6,283	6,564	7,126
Реальный объем  паров, m3/ m3		VH2O= V0H2O+DVH2O	1,189	1,193	1,198	1,207
Общий объем  газов, m3/m3		Vг.г= Vс.г+ VH2O	7,191	7,476	7,762	8,333
Таблица 2.1  (продолжение)
1		2	3	4	5	6
Объемные  доли	трехатомных газов	rRO2= VRO2/ Vг.г	0,139	0,133	0,128	0,12
	паров	rH2O= VH2O/ Vг.г	0,164	0,158	0,152	0,142
	общие	rt= rRO2/rH2O	0,848	0,842	0,842	0,845
Температура точки  росы, 0C		tт.р=f(pH2O= rH2O)	58	57	56	55
Плотность газов, kg/m3		rг=(rс+1,293a· Vв0)/ Vг.г	1,31	1,312	1,310	1,307

 

Рассчитываем  энтальпию газов горения по формуле (1.9), принимая соответствующие значения температур в каждой части котла:

Расчеты представлены в Таблице 2.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T г.г, 0C	Трехатомные газы			Азот			Пары			Избыточный  воздух			ΔVc, m3/ m3	Hг.г, kJ/m3
	VRO2, m3/ m3	cRO2, kJ/(m3·K)	Vc,   m3/ m3	VN2, m3/ m3	cN2, kJ/(m3·K)	Vc,      m3/ m3	V0H2O, m3/ m3	cH2O,  kJ/(m3·K)	Vc,                                  m3/ m3	ΔVв, m3/ m3	Cв, kJ/(m3·K)	Vc,   m3/ m3
a= 1,10
2000	1,00	2,439	2,439	4,44	1,485	6,593	1,18	1,965	2,319	0,562	1,534	0,862	12,213	24426
800	1,00	2,141	2,141	4,44	1,368	6,07	1,18	1,670	1,970	0,562	1,412	0,79	10,971	8776,8
a= 1,15
1000	1,00	2,217	2,217	4,44	1,393	6,185	1,18	1,724	2,034	0,843	1,438	1,212	11,648	11648
400	1,00	1,932	1,932	4,44	1,318	5,852	1,18	1,567	1,849	0,843	1,355	1,142	10,775	4310
a= 1,20
500	1,00	1,999	1,999	4,44	1,329	5,900	1,18	1,591	1,877	1,124	1,369	1,539	11,315	5657,5
200	1,00	1,798	1,798	4,44	1,301	5,776	1,18	1,523	1,797	1,124	1,333	1,498	10,869	2173,8
a= 1,30
400	1,00	1,931	1,931	4,44	1,318	5,852	1,18	1,567	1,849	1,686	1,355	2,484	12,116	4846,4
100	1,00	1,714	1,714	4,44	1,297	5,759	1,18	1,507	1,778	1,686	1,325	2,234	11,485	1148,5

Таблица 2.2 – Расчет энтальпии уходящих газов при различных температурах

 

 

 

                        Рисунок 2.5 Н-t диаграмма для определения энтальпии уходящих газов.

 

2.2.3 Тепловой баланс котла

Примем температуру  уходящих газов как и в предыдущем пункте равной 165 °С. Из диаграммы на рисунке 2.5 видно, что энтальпия газов при данной температуре равна =1920 kJ/m³. Учитывая это рассчитаем потери теплоты с энтальпией уходящих газов по формуле (1.10):

= %.

Потери тепла через внешнее охлаждение поверхностей котла примем как в предыдущем пункте q₅=1,636 %.

Рассчитываем  КПД брутто котла по формуле (1.14)

.

Рассчитываем  расход топлива на котел по формуле (2.15):

                                                  m³/s.

Для определения  объемов продуктов сгорания и  воздуха, а так же тепла отданного  газами в поверхностях нагрева, вводится расчетный расход топлива, вычисляемый с учетом химического недожога по формуле (1.16):

 m³/s.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА ДЛЯ КОГЕНЕРАЦИИ

3.1 Выбор  и расчет ДВС при сжигании биогаза

3.1.1 Выбор ДВС

Как уже было сказано, в период работы сахарного завода биогаз будет сжигаться в паровых котлах. В остальное время, биогаз предлагается сжигать в когенерационных установках. Делается это из следующих соображений:

во-первых, вырабатываемого биогаза не хватит для работы паровых котлов и  турбоагрегата;

во-вторых, для  повышения КПД выработки электрической  и тепловой энергии.    

Для того чтобы определить мощность когенерационных установок, необходимо рассчитать количество биогаза, которое будет выработано за 265 дней (время, которое сахарный завод не работает). Данное количество биогаза зависит от количества жома, которое предполагается перевозить с сахарного завода города Фалешты. Перевезено будет примерно 60 000 t жома. Рассчитаем примерное количество биогаза, которое может быть выработано с этого количества жома по формуле (2.3):

                                                      m³.

А это примерно 0,36 m³/s (учитывая, что данное количество биогаза будет сжигаться за 265 суток).

Изучив рынок газопоршневых  установок, было принято решение использовать в данном проекте когенерационные модули австрийской фирмы Jenbacher, так как данная фирма предлагает линейку установок, специально предназначенных для сжигания биогаза. Исходя из рассчитанного выше расхода топлива, было выбрано две когенерационные установки Jenbacher 420 GS-B.LC, Biogas 1416 kW (Австрия), специально предназначенные для сжигания биогаза. На этих установках можно так же сжигать и природный газ. Характеристики установки представлены в Таблице 2.3:

 

 

 

Таблица 2.3 - Характеристика установки Jenbacher 420 GS-B.LC, Biogas 1,416 kW

Характеристики  установки		Значение	Единицы
1.	Номинальная мощность установки	1416	kW
2.	Тепловая мощность	1460	kW
3.	Электрическй  КПД	42,0	%
4.	Термический КПД	43,2	%
5.	Общий КПД установки	85,2	%
Характеристики  мотора  GE Jenbacher Gasmotor J 420 GS A21
6.	Тип
7.	Дизайн	V 70°
8.	Количество  цилиндров	20	шт
9.	Диаметр поршня	145	mm
10.	Ход поршня	185	mm
11.	Частота вращения коленвала	1500	rot/min
12.	Скорость поршня	9,25	m/s
13.	Коэффициент сжатия	12,5
14.	Расход масла	0,3	g/kW
15	Расход топлива	612	m3/h
16.	Сухой вес мотора	6,600	kg
Храктеристики генератора  PE 734 F2
17.	Модель
18.	КПД при cosφ=1,0	97,6	%
19.	КПД при cosφ=0,8	96,8	%
20.	Частота	50	Hz
21.	Напряжение	400	V
22.	Масса	3807	kg

 

На данных установках биогаз будет сжигаться вне сезона работы сахарного завода. Во время же работы сахарного завода на ДВС будет сжигаться природный газ, с целью более полного использования его энергии. Электрическая энергия, будет продаваться в сеть, а тепловая использоваться для ГВС поселка и на нужды биогазового завода (когда необходимо).

 

3.1.2 Расчет процессов наполнения и сжатия в камере сгорания ДВС

Процесс наполнения

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания V_e находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Давление остаточных газов чуть меньше атмосферного. После прохождения верхней мертвой точки (ВМТ), поршень начинает двигаться к нижней мертвой точке (НМТ). В этот момент механизмом газораспределения открывается впускной клапан. Благодоря движению поршня к НМТ, камера сгорания наполняется новой порцией рабочей смеси.

Определим основные параметры смеси в процессе наполнения камеры сгорания. Давление смеси после компрессора находится по формуле:

Pa ;            (3.1)

         где: - давление окружающей среды, в Pa.

Pa.

Темература  смеси на входе в камеру сгорания:

K;     (3.2)

          где:  - температура окружающей среды, в K;

 n – показатель политропы;

K.

Давление в  начале процесса сжатия:

  Pa,          (3.3)

Pa.

Коэффициент наполнения:

;                     (3.4)

            где:  - степень сжатия;

        - температура остаточных газов, в K; для газовых двигателей K.

        - повышение температуры смеси от стенок цилиндра, в K;

.

Температура смеси  в начале сжатия:

  K;    (3.5)

             где: - коэффициент который показывает какое количество газов осталось в цилиндре после завершения процесса выпуска, для четырехтактных двигателей он равен примерно 0,2.

K.

Процесс сжатия

Во-время второго такта, в цилиндре имеет место процесс сжатия, кроме этого, в начале процесса продолжается наполнение камеры рабочим телом из камеры сгорания, а в конце сжатия начинается процесс горения топлива. 

Процесс сжатия в камере сгорания - это адиабатный изоэнтропный процесс, отсюда следует что n=k₁.