Автор: Пользователь скрыл имя, 16 Декабря 2012 в 11:50, дипломная работа
Во многих странах мира энергетика на биомассе становится эффективной самоокупаемой отраслью, конкурентоспособной по отношению к энергетике на ископаемом топливе. В настоящее время в Дании, например, на долю биомассы приходится около 7 % всей вырабатываемой энергии в стране, в Австрии она составляет 12 %, в Швеции 21 %,_в Финляндии – 23 %. В целом в странах Европейского Союза в среднем около 14 % общей энергии получено из биомассы, а в мире этот показатель равен 15 %. И эти цифры с каждым годом растут.
ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................3
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕМЫ...
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ БИОГАЗА ИЗ ЖОМА......22
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА ДЛЯ КОГЕНЕРАЦИИ..................................................37
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЕКТА.....................................................................52
БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ…………………..65
ВЫВОДЫ..........................................................................................................................................77
ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................................78
; (3.6)
где: k – показатель адиабаты;
a, b – эмпирические значения, a= 20,16, ;
- температура смеси в начале сжатия, в K;
-степень сжатия в адиабатном процессе.
Давление в конце сжатия:
Pa; (3.7)
где: - давление в начале процесса сжатия, в Pa;
Температура в конце сжатия:
K; (3.8)
3.1.3 Расчет процесса горения
Расчет процесса горения в двигателях внутреннего сгорания проведем так же как и для энергетических котлов, так как используется один и тот же тип топлива, но при большем коэффициенте избытка воздуха.Теоретический объем воздуха необходимый для процесса горения рассчитывается по следующей формуле (1.1):
m3/m3.
Реальный объем воздуха, необходимый для процесса горения найдем по формуле:
m3/m3;
где: - коэффициент избытка воздуха;
Теоретический объем трехатомных газов рассчитаем по формуле (1.2):
Теоретический объем водяных паров найдем по формуле (1.4):
Реальный объем водяных паров находится по формуле:
m3/m3. (3.10)
Теоретический объем азота рассчитываем по формуле (1.3):
Теоретический объем кислорода:
Общий объем газов находится как сумма всех газов входящих в смесь:
m3/m3; (3.12)
Теоретический коэффициент молекулярного изменения находим по формуле:
; (3.13)
Действительный
коэффициент молекулярного
; (3.14)
Примем среднюю температуру смеси в процессе горения равной Tz=1900 K. Коэффициен повышения давления в камере сгорания находим по формуле:
; (3.15)
где: - температура в конце сжатия, в K;
Максимальное давление в верхней мертвой точке:
Pa; (3.16)
где: - давление в конце сжатия, в Pa;
3.1.4 Процесс расширения
В процессе расширения газы давят на поршень до достижения им нижней мертвой точки. Давление и температура газов при этом уменьшаются. Когда поршень достиг нижней мертвой точки начинается процесс выхлопа газов из цилиндра.
Степень предварительного расширения найдем по следующей формуле:
; (3.17)
Степень последующего расширения:
; (3.18)
Показатель политропы расширения найдем по формуле:
rot/s; (3.19)
где n2 – частота вращения, в rot/s;
Температура газов в конце расширения находится по следующей формуле:
K; (3.20)
Давление газов в конце процесса расширения:
Pa; (3.21)
3.1.5 Тепловой баланс двигателя
Известно, что из всей энергии, выделившейся в процессе сгорания топлива, только часть преобразуется в полезную механическую работу, остальная энергия тратится на покрытие различных потерь. Распределения энергий, переданных мотором в окружающую среду, выражается через тепловой баланс.
В самом простом случае тепловой баланс может быть представлен с помощью уравнения, в котором представлены только значения энергий, подведенных к мотору и переданных мотором окружающей среде:
где: - тепловой поток, подведенный с топливом, в kW;
- тепловой поток, преобразованный в полезную механическую энергию, соответствующая мощности двигателя, в kW;
- потери тепла с уходящими газами, в kW;
- потери тепла с охлаждающей водой, в kW;
- остальные потери (потери излучением с поверхности двигателя и т.д.),
в kW
Тепловой поток, выделившаяся при сжигании топлива находится по следующей формуле:
kW; (3.21)
где: - расход топлива, m3/s;
- низшая теплота сгорания топлива, kJ/m3.
Поток тепла, который произвел полезную механическую работу:
где: - КПД генератора;
- мощность на клеммах генератора.
Потери тепла с уходящими газами:
kJ/m3; (3.23)
где: - энтальпия уходящих газов, в kJ/m3;
- энтальпия воздуха, в kJ/m3.
Температура уходящих газов дана в характеристике двигателя и равна °С. Имея температуру газов, можно определить энтальпию уходящих газов по формуле (1.9):
kJ/m3.
Энтальпия воздуха рассчитывается по формуле (1.11):
Подставляя полученные данные в формулу (3.23), получим:
Потери тепла
с охлаждающей водой расчитывае
kW; (3.24)
где: - расход охлаждающей воды, в kg/s;
- удельная теплоемкость охлаждающей воды, в kJ/(kg·K);
, - температура воды на входе и на выходе теплообменника соответственно, в ;
Неучтенные потери найдем по следующей формуле:
kW; (3.26)
где: - поток тепла, который произвел полезную механическую работу, в ;
Коэффициенты полезного действия находятся по формулам:
эффективный КПД:
; (3.27)
где: - поток тепла, который произвел полезную механическую работу, в ;
- поток тепла, подведенный с топливом;
термический КПД:
; (3.28)
где k – показатель адиабаты;
относительный внутренний КПД:
; (3.29)
где - механический КПД двигателя:
индикаторный КПД:
; (3.30)
электрический КПД:
; (3.31)
где: - КПД генератора;
коэффициент использования тепла топлива:
; (3.32)
3.2 Расчет ДВС при сжигании природного газа
3.2.1 Расчет процесса горения
Как уже было сказано ранее, во время сезона работы сахарного завода, ДВС будут работать на природном газе. Рассчитаем только процесс горения топлива, так как в пункте 3.1 уже был более подробный расчет двигателя.
Теоретический объем воздуха найдем по формуле (1.1):
m3/m3;
Реальный объем воздуха, необходимый для процесса горения найдем по формуле (3.9):
Теоретический объем трехатомных газов рассчитываем по формуле (1.2):
Теоретический объем водяных паров находим по формуле (1.4):
Реальный объем водяных паров находится по формуле (3.10):
m3/m3.
Теоретический объем азота вычисляем по формуле (1.3):
Теоретический объем кислорода расчитываем по формуле (3.11):
Общий объем газов находится по формуле (3.12):
m3/m3.
Теоретический коэффициент молекулярного изменения находим по формуле (3.13):
Действительный
коэффициент молекулярного
Примем среднюю температуру горения смеси в процессе горения равной Tz=1900 K. Коэффициен повышения давления в камере сгорания находим по формуле (3.15):
Максимальное давление в верхней мертвой точке находится по формуле (3.16):
3.2.2 Тепловой баланс двигателя
Тепловой баланс двигателя вычисляется
по формуле (3.22):
Теплота, выделившаяся при сжигании топлива находится по формуле (3.21):
Потери тепла с уходящими газами находим по формуле (3.23):
kJ/m3;
Энтальпия уходящих газов находится по формуле (1.9):
Энтальпия воздуха рассчитывается по формуле (1.11):
Подставляя полученные данные в формулу (3.23), получим:
Так как в данном случае уходящие газы охлаждаются до температуры 120 °С, то следовательно расход охлаждающей воды через теплообменники увеличится. Расход воды можно определить из условия, что неучтенные потери в обоих случаях одинаковы, то есть 20 kW. Тогда из формулы (3.26) следует:
kW.
Коэффициенты полезного действия находятся по следующим формулам:
эффективный КПД (3.27):
термический КПД (3.28):
относительный внутренний КПД (3.29):
абсолютный КПД (3.30):
электрический КПД (3.31):
коэффициент использования тепла топлива (3.32):
4 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЕКТА
4.1 Оценка рентабельности выработки биогаза в период работы завода
4.1.1 Расчет экономии средств после внедрения биогазовой установки