Hướng dẫn bài tập về cung cấp nhiệt: Phần 1

Phần 1 cuốn sách Hướng dẫn bài tập về cung cấp nhiệt trình bày các nội dung: Hiệu quả năng lượng của cung cấp nhiệt, hệ thống cấp nhiệt, tính toán thủy lực mạng nhiệt, chế độ thủy lục của mạng nhiệt, thiết bị cấp nhiệt của nhà máy ĐPNP, thiết bị của các trạm nhiệt. |

NGUYÊN CÔNG HÂN TRƯƠNG NGỌC TUẤN

EBOOKBKMT.COM

HO TRO TAI LIEU HOC TAP

BAI TAP

CUNG CAP NHIET

NHA XUAT BAN BACH KHOA

LỜI NÓI ĐẦU

Cuốn sách này dùng cho sinh viên các ngành: Máy và thiết bị Nhiệt - Lạnh Kỹ thuật năng lượng và Kinh tế năng lượng trong việc tìm hiế nghiên cứu thêm vẻ các môn: Nhà máy nhiệt điện, Quá trình thiết bị nhiệt,

“Củng cấp nhiệt, Mạng nhiệt, Cuốn sách này cũng có ích cho các kỹ sư làm,

ở các nhà máy, đặc biệlà nhà máy nhiệt điện

“Chứng tôi tỏ lòng biết on đến c

liệu tham khảo để chúng tôi biên soạn tài liệu này

Chúng tôi xin cảm ơn Nhà xuất bản Bách Khoa - Hà Nội và tất cả

những cộng tác viên đã đóng góp công sức để cuốn sích này tới ty độc giả

Chuong 1

HIEU QUA NANG LUGNG CUA CUNG CAP NHIET

1.1, Các công thức tính toán cơ bản

Ø - lượng nhiệt cấp cho các hộ tiêu thụ, G1:

“ở - suất tiêu hao nhiên liệu quy ước cho sản xuất nhiệt, kg/GI

Suất tiêu hao nhiên liệu quy ước cho sản xuất nhiệt ở nhà máy ĐPND hay ở lò hơi của vùng khi bỏ qua tổn thất nhiệt ở các đường ống trong nhà máy, kg/GI,

tor 3Á CƯ?

ở dây

nụ - hiệu suất lò hơi của nhà máy ĐPNĐ hay ở lò hơi của vùng;

By, tiêu hao nhiên liệu quy ước cho sản xuất điện năng theo chu trình cấp nhiệt

¬3- uất sản suất điện nàng kết hợp co tiêu tụ nhiệt KẾ MGI:

Ôi - lượng nhiệt được clp từ cửa trích tt bin cho nhủ cầu tiêu thụ nhiệt bên ngoài GỊ

Suit sin xu ign ng ket hop cho teu thy nigh KW

278Hnn,,(L+e,)

đây:

-3 và 3= suất sản xuất điện năng kết hợp trên cơ sở tiêu thụ nhiệt bên

"ngoài và bên trong (do gia nhiệt hồi nhiệt nước ngưng của thiết bị cấp nhiệt KWNGI;

e = 3/2 - sản lượng điện tương đối do gia nhiệt hồi nhiệt nước ngưng:

-H, - nhiệt giáng đẳng entropy của hơi trong tuabin từ các thông số ban dầu đến áp suất ở cửa trích kH/kg:

diy hy, - enlalpy của hơi trong cửa trích của tuabin và của nước ngưng, cla hoi nity Kags

~ hiệu suất trong tương đối của tuabin:

tạ

iy MA ,, = hiệu suất cơ của tuabin và hiệu suất máy phát Trợ, - hiệu suất điện cơ của thiết bị

“Sản lượng điện tương đối do gia nhiệt hồi nhiệt nước ngưng theo công thức của E.JA.Xôcôl6v

Hpllty hes)

Gay:

1i, - entalpy của hơi ở cửa trích hổi nhiệt quy ước, kJ/kg:

Jy và lụ,¿ - entalpy của nước cấp và ngưng hơi từ cửa trí

“Để tính toán các chỉ tiêu của các thiết bị tuabin hơi có quá nhiệt trung gian trong các công thức (1.5) và (1.6) cần phải thay /f, bàng tổng (/', + 1), S6 hang đầu ff - à nhiệt giáng đẳng entropy tir trang thai hơi trước tuabin t6i áp suất trước bộ quá nhiệt trung gian, Số hạng thứ hai //, - là nhiệt giáng đẳng entropy tir trang thai su bộ quá nhiệt rung gian tới áp suất

-H, - nhiệt giáng đẳng entropy của đồng hơi ngưng KI/kE:

ly và lụ - enlalpy của hơi trước tuabjn và của nước ngưng sau bình ngưng, kg:

dạ - ý xố giữa sản lượng điện năng do gia nhiệt hồi nhiệt nước ngưng với sản lượng điện năng do ngưng hơi thuần túy:

Giá trị ec_ có thể tính theo công thức (1.6) mà ở nó 71; cần thay thế bằng nhiệt giáng ding entropy cia dong hơi ngưng #, còn dại lượng ñụ - cần thay thế bằng entalpy của nước ngưng sau bình ngưng hy Các công thức (1.6) và (1.9) có thể sử đụng khi có quá nhiệt trung gian Muốn thể cần phải thay Hy bing tổng /f„ + H/”„ Số hạng đầu tiên H', 1 nhiệt giáng đẳng entropy từ trạng thái hơi trước 1uabin tới áp suất trước bộ quá nhiệt trung gian, số hạng thứ hai f"„ là nhiệt giáng đẳng entropy tir trang thi sau bộ quá nhiệt trung gian tới áp suất trong bình ngưng Ngoài ra, ở mẫu số công thức (1.9) cần phải thêm vào Al,„- độ tăng entalpy của hơi trong bộ quá nhiệt trùng gian

1.2 Các ví dụ

Ví dụ 1.1 Hãy xác định suất tiết kiệm nhiên liệu quy ước (lấy cho 1

GI nhiệt được sản xuất ở nhà máy ) khi cấp nhiệt so sánh với sơ đồ riêng biệt cung cấp năng lượng của xí nghiệp công nghiệp có nhu cầu nhiệt công nghệ

Hãy xác định độ tiết kiệm nhiên liệu tương đối khi cấp nhiệt (tỷ số của tiết kiệm nhiên liệu khi cấp nhiệt với tiêu hao nhiên liệu ở sơ đỏ cung cấp nang lượng riêng biệt)

Phương án cung cấp nhiệt: - nhà máy ĐPNĐ có các thông số hơi ban dau py = 13 MPa va fy = 555°C, 46% Ap của tuabin pụ = 0,7 MPa; nhiệt độ nue cp fy = 230°C, nhiet 46 nude ngưng ¡„; = 1OỨC, hiệu suất trong tương đối của tuabin nhà may DPND 1, = 0,82 và hiệu suất điện cơ zJ„, = 047

Phương án với sơ đổ cấp năng lượng riêng biệt: nhà máy NĐNH có các thông số hơi ban đầu pạ = 24 MPa và ¡y = 540C, các thông số hơi sau cquá nhiệt trung gian p„„, = 4 MPA và /„„, = 540'C Tổn thất áp suất trong bộ quá nhiệt trung gian Ap,„„ = 0,5 MPa, áp suất trong bình ngưng p„ = 0,004 MPa, nhiệt độ nước cấp /„ = 260fC, hiệu suất trong tương đối của tuabin NDNH ry = 0,84, hiệu suất điện cơ z;„, = 0,98, hiệu suất lò hơi của NĐNH

và ĐPNĐ rj/c = 0,9 và hiệu suất của lò hơi công nghiệp r,y = 0,82

“Các tổn thất nhiệt của các đường ống bên trong của ĐPNĐ, NĐTH va của lồ hơi được bỏ qua Sản xuất điện năng của ĐPNĐ và NĐTH cũng như hiệu suất của các mạng nhiệt trong cả hai phương án được coi là như nhau

“Các hiệu suất được đưa ra ở trên là hiệu suất trung bình

Bài giải: Entalpy của hơi trước các tuabin của ĐPND, của nước cấp và

nước ngưng từ sản xuất: hụ = 3490 kJ/kg, hụ, = 990 kl/kg, ñ r = 419 kJ/kẹ,

Nhiệt giáng đẳng entropy đối với các tuabin DPND va entalpy hơi

cung cấp cho sẵn xuất: #f, = T60 kl/kg: úy = hụ - Hy-ty = 3490 - 760.0,82 =

hip = hạ - Hạ tụy = 3490 - T60 0,82 = 2867 klikg

lo gia nhiệt hồi nhiệt của nước ngưng cho

Hyllig her) _ T60(990~419) _ 0 394 Hy(ip Hy) 760(2876~990)

‘Suit sin xudt dign nang két hgp cho tiêu thụ nhiệt

341 _ 3441

te 09

"Đối với phương án có sơ đồ cấp năng lượng riêng rẽ thì các cntalpy

của hơi (rước tua bìn và sau bộ quá nhiệt trung gian), của nước ngưng trong

bình ngưng và của nước cấp cho nhà máy NĐNH là: fig = 3335 kJ/k#: lu

3550 kJ/kp: hạ = 121 kJ/kg; lạ = 1135 kH/kE:

“Các nhiệt giáng đẳng entropy tir trang thái hơi trước tuabin tới áp suất

cờ đầu vào bộ quá nhiệt trung gian và từ trạng thái hoi sau bộ quá nhiệt trung,

gian tới áp suất trong bình ngưng cũng như độ tăng entalpy trong bộ quá

nhiệt trung gian là Hf„ = 445 kl/kg; H”„ = 1350 kJ/kẹ:

Hiệu suất trong tuyệt đối của các tuabin ngưng của nhà máy NĐNH

không tính và có tính đến hồi nhiệt:

H,

Ty Bigg hy

pp = MAltex) „ 0389(1 + 0309) VS" Teeqn, — 1203090389

“Các suất iêu hao nhiên liệu quy ước cho sản xuất đi

NÔNH và nhiệt rong lờ hơi công nghiệp:

0123 090.455.098

TDo sẵn xuất nhiệt tiết kiệm hơn ở nhà máy DPND

(By ~ Bes IOQp = bg! ~ by! = 41,6 - 37,9 = 3/7 kgfG1

Do ci hai yếu tổ nêu trên

“Ta nhận thấy rằng việc tính toán so sánh này đã không tính đến sự

khác nhau về các tồn thất điện năng trong các lưới điện vẻ các tổn thất nhiệt

tưong các mạng nhiệt và về gu thụ điện năng cho các nhủ cầu tự đồng tưong

các phương án khảo sắt

Ví dụ 1.2 Ở nhà máy ĐPNĐ có 2 tua bìn /1T-50/60-130/7 với các

thông số hơi ban đầu p = 13 ‘MPa va (,= 555C, áp suất hơi ở cửa trích công

nghiệp py = 0.7 MPa, dp suất trùng bình của hơi ở cửa tích sinh ho!

0,09 MPa và áp sufi trong bình ngưng py = 0.005 MPa Nhiệt độ nước cấp

30°C

at dign hing nm & mht my BPND 3= 700.10" KW.h/n Sản lượng nhiệt hàng năm nhà máy DPND voi ho ca ea rich cong

"nghiệp có áp suất 0.7MPA, Ø, = 3500000 Gl/nâm; Với hơi của các cửa tích"

cảnh hot với áp sult 0,09 MPa; O, = 1800000 GI/nâm; sản lượng nhiệt bởi

Sốc lò hơi nước nóng của nhà: máy BPND Q, = 300000 G1/năm, Sản lượng,

nhiệt tổng hàng năm ở nhà máy ĐPNĐ Q = 5600000 GJ/nam

Nước ngưng từ các hộ tiêu thụ hơi và từ cíc bình gia niet Hới Số

nhiệt độ ryị = tzy: = 96C hoàn toàn trở về nhà máy ĐPNĐ

Hãy xác định tiếu hao nhin iệu quy uớc ở nhà máy ĐPNĐ Khi íth toán lấy hiệu suất ác ò hơi năng lượng của nhà máy ĐPNĐ rc = 09: hiệu

suất các lồ hơi nước nồng cao điểm Nx = 0.86: hiệu suất trong tương đối

của tuabin x,= 0,82 và hiệu suất điện cơ y= 0.98

'Bỏ qua các tổn thất nhiệt ở đường ống trong nhà máy ĐPNĐ

Bài giả Enlpy của hơi, nước ngững, nước cấp và các nhiệt giáng

đẳng entropy: hạ = 3490 kJ/ke: hạn = hơn = 402 RUGS fe = 138 KH hạ =

tại = lụa = hạ Hi nạ= 3490 - 765.0,82

Sản lượng điện tương đ của các cửa trích

(y= Olly + ty) = 0,5(230 + 32) = 131°C

“Các suất tiêu hao nhiên liệu quy ước cho sản xuất điện năng theo các

cửu trình cấp nhiệt và chủ nh ngưng:

0123

gen, 09098 14 kg/W.h);

0423 009.0421098

Vi du 1.3 Doi với ví dụ trước, hãy xác định suất tiết kiệm nhiên liệu tuyệt đối (cho 1 GJ nhiệt cấp cho các hộ tiêu thụ) và tiết kiệm tương đối nhiên liệu khi cấp nhiệt sơ với sơ đồ riêng rẽ của cung cấp năng lượng Đối với sơ đổ riêng rẽ của cấp năng lượng €6 gid tri bf va b đối với nhà máy NÔNH và của lò hơi của vùng lấy theo ví dụ 1.1 Để tính các tổn thất bổ sung của điện năng trong các mạng điện ở sơ đồ cấp năng lượng riêng rễ, sản xuất điện năng ở nhà máy NĐNH lấy 7 lớn hơn ở nhà may PND

“Tính toán so sánh được thực hiện ở cùng một sản lượng nhiệt cung cấp, cho các hộ tiêu thụ trong cả bai phương án Đối với mạng nhiệt (nước nóng

và hơi) từ nhà máy BPND ly rcp = 0.94 va từ lò hơi riêng của vùng lấy nel = 096,

Bai giải: Từ ví dụ 1.2 đối v 700.10" kW.h/năm: Ó,

Oy = Qr-ter = 5.6.10°.0,94 = 5.26.10°Gi/năm

Qe = Qu! Mea? ® = §,26.10°V0,96 = 5,48.10°GI/năm

“Tiêu hao nhiên liệu quy ước hing năm cho sản xuất điện năng ở nhà máy NĐNH, và nhiệt ở lò hơi riêng của vùng, cũng như tổng:

AB, = Bpy ~ Byy= 228.10" - 213.10" = 15.10" kg/nam:

AB = AB, + AB, = 106,10" + 15.10" = 121.10" kg/nam

“Tiết kiệm nhiên liệu tổng tương đối và suất tiết kiệm nhiên liệu tổng:

“Tiết kiệm nhiên liệu thu được chủ yếu do săn xuất điện năng kiểu kết hop

Ví đụ L4 Ö xí nghiệp công nghiệp cổ các công việc đặc biệt và người

ta tổ chức sử dụng nhiệt của hơi thải của các búa và các mí

cầu di và cung cấp nước nóng với số lượng Q = 1” G1/nam Tới khí thiết

kế lại xí nghiệp các nhu cấu trên đã được đảm bảo bởi một lò hơi công nghiệp có hiệu suất / = 0.85

Hãy xác định tiế kiệm nhiên liệu quy tức do việc sử dụng các nguồn năng lượng thứ cấp đã nêu ra?

Bài giải: uất tiết kiệm nhiên liệu quy ước do sử dụng nguồn thứ cấp

Ab=34.1/n, = 34,085 = 40,1 kg/d

“Tổng tiết kiệm nhiên liệu quy ước hang nam

[AB = Ab.Q = 4041.10" kginam = 40100 tínam

Ví dụ 1.5 Hãy xác định độ tiết kiệm nhiên liệu quy ước do sử dựng lượng các nguồn năng lượng thứ cấp được nêu ra ð ví đụ l.4 với điều kiên à

ở xí nghiệp trước khi củi tạo việc cấp nhiệt thì phụ tải sấy sưới và nước tống

đã được nhà máy ĐPND đảm nhiệm Khí tính toán la lấy hiệu suất của lồ hơi gụ„ =0,89; Sut sản vuất điện năng cho nhủ cầu nhiệt = 120 KW.NVG)

Và hiệu các suất tiêu hao nhiên liệu quy ước cho sản xuất điện năng ở nhà máy NĐNG và ở nhà máy ĐPNĐ bự - br =02 kglfkWh)

341

— 089

“Tổng tiết kiệm nhiên liệu quy ước hàng năm:

AB: Q = 14,3.10° kg/nam = 14300 t/nam iệc so sánh các kết quả thu được với các kết quả của ví dụ trước đã

chỉ nụ rằng việc sử dụng các nguồn năng lượng thứ cấp khi cung cấp nhiệt

cho xí nghiệp từ nhà máy ĐPNĐ sẽ cho tiết kiệm nhiên liệu nhỏ hơn 2,8 lần

o với khi cung cấp nhiệt từ lò hơi công nghiệp

hơi riêng của vùng với hiệu suất ;,„ = 0,8 với hiệu suất của các mạng nhiệt

1 = 0,95

Hãy xác định mức tiết kiệm nhiên liệu quy ước tuyệt đối hàng năm, mức tiết kiệm tương đối (so với tiêu hao nhiên liệu ở các lò hơi quy mô gia đình) và suất tiết kiệm nhiên liệu quy ước (cho 1 đơn vị nhiệt được sản ra ở

Áp suất hơi trung bình trong năm ở cửa trích cấp nhiệt p, = 0,09 MPa;

ấp suất hơi trong bình ngưng py = 0,005 MPa: nhiệt độ nước ngưng sau các, bình gia nhiệt lưới íy = 96°C va nhiet do nước cấp 1, = 230°C Khi tính toán

ấy hiệu suất trong tương đối của tua bín ở nhà máy ĐPNĐ ,= 0,82; hiệu

16

suất điện cơ „, = 097:

NĐNH lấy từ ví dụ 1.1, Ở phương án có sơ đồ cấp năng lượng riễng rẻ thì

sẵn lượng điện lấy cao hơn so với nhà máy ĐPND là 7%:

Trả lời: AB = 363.10" kg/ndm; AB/B, = 0.377; ABIO,

Bài tập 1.8 Trong khoảng thời gian mùa hè thì các hộ tiêu thụ nhiệt

dùng lò hơi vùng sẽ được chuyển sang cấp nhiệt từ nhà máy ĐPNĐ theo

.đường ống dẫn nhiệt chuyên dùng Điều đó cho phép ở nhà máy ĐPNĐ sản xuất thêm điện năng cho nhu cầu nhiệt và đồng thời giảm bớt sản xuất điện chính bằng giá trị này theo chủ trình ngưng ở nhà máy NDNH

Hãy xác định mức tiết kiệm nhiên liệu quy ước theo biện pháp được nêu ra, nếu lượng nhiệt hữu ích ở các hộ tiêu thụ đùng lò hơi riêng của vùng trong thời gian mùa hè là Ø = 600.000 G7

Khi tính toán lấy các số liệu ban đầu sau dây: suất tiêu hao nhiên liệu quy ước cho một đơn vị nhiệt được sản ra từ lò bơi riêng cia ving by’ = 40.6 kg/GI và từ nhà máy ĐPND bạ = 40,3 kg/GJ! suất tiêu bao nhiên liệu quy ước cho sản lượng điện sản ra khi sẵn xuất nó cho nhủ cầu nhiệt ở nhà máy DPND bf = 0,16 kg/(kW.h) va theo chu trình ngưng ở nhà máy NĐNH bệ

= 0.34 kp/(kW.h), suất sản xuất điện năng tinh (netto) cho như cầu nhiệt 3

= 145 kW.lVGI; đối với khoảng thời gian mùa hè hiệu suất của mạng nhiệt

lò hơi vùng me = 0,86 và hiệu suất mang nhiệt của nhà máy DPNB mer =

Chương 2

HỆ THỐNG CẤP NHIỆT

2.1 Các công thức tính toán cơ bản

Lượng nhiệt do đường dẫn nước nóng truyền tải, [W]:

tá, = các nhiệt độ của nước mạng tương ứng trong các đường ống nước cấp

và nước về, "C; - entalpy của hơi, J/kg: , nhiệt độ của nước lạnh ban đầu,

"C: ty - nhiệt độ nước ngưng, °C

2.2 Các ví dụ

Ví đụ 2.1 Hộ tiêu thụ yêu cầu lượng nhiệt Ø = 1 GJ ở dạng hơi bão hoà khô có ấp suất tuyệt đối 0,5 MPa Hãy xác định khối lượng hơi cấp nếu

từ hộ tiêu thụ nước ngưng sẽ quay trở lại hoàn toàn với rụ = 100C

Hãy xác định khối lượng hơi cấp, nếu từ hộ tiêu thụ chi 50% nước ngưng sẽ quay trở vẻ Khi tính toán lấy nhiệt độ nước lạnh ở các nguồn cấp nhiệt và hộ tiêu thụ ry = 10°C,

Bai gidi: Theo bảng hoi nude ta tim được h = 2748 ki/kg Khoi lượng hơi cấp khi nước ngưng quay ở lại hoàn toàn và Q = 1 GI = 10? kĩ sẽ là:

Is

“Tiêu hao nhiệt cực đại là Ø = 1 MW = 1000 kW = 1000 KI/s, Trong ca bai phương án ở điều kiện tính toán, nhiệt độ nước ở đường cấp +, = 7ỨC Nhiệt độ nước sau bình gia nhiệt cấp nước nóng r; = 30°C O phương án mạng nhiệt hở, một phần nước cho cung cấp nước nóng được trích từ đường ống về sau hệ thống sấy sưới có nhiệt độ xạ = 4L/%C Nhiệt độ nước trong

hệ thống cấp nước nóng đượế duy wif, = 6C, với nhiệt độ nước lạnh sic

Bài giải: Lưu lượng nước mạng ở hệ kín có bình gia nhiệt được nối song song với thiết bị sấy sưởi of 10

cứ =ra) 4190-30)

800 kg = 1.8 t

=5,97 kg/s=21,5 uh

19

“Ta xác định lượng nước tháo khỏi đường cấp G,, va đường vẻ G„ từ phương trình cân bảng nhiệt và cân bằng vật chất của việc trộn các đồng (hin hop dng):

10"

—=— MO 2 a 34 kgis = 156 th

ete, =1,) 41960=5) Việc tháo nước mạng khỏi đường cấp và đường về ở hệ thống hở

“Giải bài toán theo đơn vị calo

Bài giải: Các lưu lượng nước ở hệ kín

lọt cứu ~r¿)_ NG0=30)

có nhiệt độ bão hoà z = 150fC có ở chính đường ống này

“Tính lượng nhiệt tích tụ theo nhiệt độ của nước lạnh ¡,

"Bài giải: Theo bằng hơi nước và theo phụ lục 2 ta tìm được cụ = 4.3 kUkg"C; 2, = 918 kgfm”; h = 2747 kJ/kg; ụ = 2.55 kgím”

20

6, = G/y(r- 1) = 19000044,3(150 - 10) = 114.10" KI Khối lượng hơi trong đường ống

Gy = Vy = 207.2.55 = 528 ke Lượng nhiệt ích trong hơi

Qy = Gilli ~ct,)

= 528(2746 - 4.19.10) = 143.10" KI = 1.43 GI

Do dé lugng nbigttich trong nude 1én hon 78 lần eo với ở trong bơi

Vi du 2.6 Hồi có bao nhiêu chất tải nhiệt nào bị mất trong một giây khi có sự cố tạo thành lỗ thủng rộng ƒ= Ì cmỶ ở thành ống?

Hãy giải bài toán đối với mạng nước có nhiệt độ nước z< I00'C (2, =

1000 kg/m’ hay uy =0,001 m}/kg) và đối với đường ống dân hơi bão hoà

“Trong cả hai phương án, áp suất dư của chất tải nhiệ lấy

và hệ số lưu lượng của lỗ /r= l-

“Bài giải: Lưu lượng nước chảy đi mất ở pạ„ = P

6 = 0.65 [py Toy = 0.65.0,0001Y055.10" 0.375 = 0.075 kes

“Tính toán nêu trên cho thấy rằng ở các điều kiện đã cho, rồ rỉ nước sẽ khoảng 37 lần lớn hơn so với rò rỉ hơi

21

Ví đụ 2.7 Đối với nhà máy hoá chất, trong vai trờ chất tái nhiệt để gia nhiệt cho thiết bị có các quá trình nhiệt độ cao, người ta dự định sử dụng hơi nước hay hơi của chất tải nhiệt hữu cơ có nhiệt độ sôi cao dauterm [hồn hợp

‘recti gém 26,5% diphenil (C,H,) va 73.5% dipheniloexit (C,H1),0]

“Cán lấy các áp suất tối thiểu nào đối với hai chất tải nhiệt nói trên, nếu quá trình trong các thiết bị công nghệ xảy ra ở nhiệt độ r = 270C Độ chenh giữa nhiệt độ hơi bão hoà (nước hay dauterm) với nhiệt độ của quá trình trong thiết bị lấy bằng IỢC

Sự phụ thuộc giữa nhiệt độ và ấp suất tuyệt đối của hơi bão hoà daulerm như sau:

Áp suất, MPa 0,103 0,131 0,163 0,195 0233

Bài giải: Nhiệt độ tối thiểu của hơi bão hod ry = 270 + 10 = 280°C Đối với hơi nước theo bảng ta tìm được nhiệt độ bão hoà tương ứng rụ = 280C, áp suất tuyệt đối p = 6.49 MPa Đối với chất dauterm theo bảng ta tìm được nhiệt độ tương ứng của hơi bão hoà z,= 280C, áp suất tuyệt đối p

=0,163 MPa Do đó áp suất trong thiết bị công nghệ khi sử dụng dauterm sẽ

nhỏ hơn gần 40 lấn so với khi sử dụng hơi nước

2.3 Bài tập

“Bài 2:8 Hộ tiêu thụ nước nóng yêu cầu 1 GJ Nhiệt độ của nước nóng

1, = 60°C còn nhiệt độ nước lạnh ban đâu 1, = 10°C Cin cấp bao nhiều nước cho hộ tiêu thụ?

Trả lời: G=4-71

Bài 2.9 Hay xác định lượng nhiệt tích tong nước (lấy từ 10C) có nhiệt độ 180°C chứa trong đường ống có đường kính 1392 mm và chiều dài

20 km Hãy xác định khoảng thời gian làm việc có thể của đường ống do `

nhiệt được tích trong nước nếu tiêu hao nhiệt là 1500 MW,

Trả lời: Q =21100 GI: n=4h

Bai 2.10 Toà nha cao ting có hệ thống sấy sưởi cao 142 m Phải đùng

áp suất dư là bao nhiêu để thử lò sưởi của tầng dưới khi sử dụng hệ thống sấy sưởi bằng nước (2y = 993kg/m”) và khi sử dụng hệ thống sưởi bằng hơi có áp suất hơi dư ở điểm trên cùng là 0.02 MP4?

2

Trả lời: Với nước thì p = 1,39 MPa, với hơi thì p = 0.0202 MPa (ấp suất đủ)

Bai 2.11 Nhiệt được cấp bằng một đường ống ở dạng nước nóng có nhiệt độ 6ỨPC, với nhiệt độ nước lạnh ban đầu ở nhà máy ĐPND = 10°C

Hay xác định tốc độ trung bình và tổn thất áp suất trung bình tăng lên bao nhiêu lần ở chính đường ống này nếu trong đường ống có hơi bão hoà với áp suất trung bình tuyệt đối 0,6MPa và dim bảo lượng nhiệt sản ra như khi cấp nước nóng Trong trường hợp này nhiệt độ nước ngưng lấy quy ước bằng nhiệt độ nước lạnh ban đầu t, = 10°C

“Các tổn thất cột áp của chất tải nhiệt (nước và hơi) trong đường ống (11 = dplep [m]) sẽ tỷ lệ với bình phương lưu lượng thể tích của chất tải nhiệt

Trả lời: œ(ay = 24,4: ong = 245

2B

Chương 3

TÍNH TOÁN THUỶ LỰC MẠNG NHIỆT

3.1 Các công thức tính cơ bằn

“Giáng áp ở các đường ống nằm ngang, Pa,

P= Bag + Day = Redd + ba) = Rad + a) BD

6 day da = Rul - gidng áp đường dai, Pa: dp,.- giding dp tri lye cue

bó, Pas Ry - sua gidng dp dudmg dai, Pa/m; Í - chiều đài đường ống, m; Í„ ~ chiều dài tương đương của trở lực cục bộ, m; ø - hệ số tổn thất cục bộ của áp, suất

Suất giáng áp đường đài, Palm:

'Ở đây d - đường kính trong của ống dẫn, m; À - hệ số ma sát thuỷ lực;

.ø- tốc độ chất ải nhiệt, mía; G - lưu lượng khối lượng của chất tải nhiệt, kgje: ø - khối lượng riêng chất tải nhiệ, kgfmŠ g - gia tốc rơi tự do 9.8m; K„ - độ nhấm tương đương tuyệt đối của dường ống m; A, - hệ số không đổi đối với giá tị lụ cho trước

i | |

LAY Tana aa Tên

Lưu lượng nước G, kg Hình 3.2 Toán đổ đổ tính thuỷ lực đường ổng dẫn nước (ka= 0.8mm; 2* 975kg/m)

1A 88 BI aE ar aS ATT POS W ng in

Lu lượng hoi G, kas

“Hình 3.3 Toản đổ đổ tinh toan thuy luc cae ding dn hol (ky = 0,2mm) 26

‘Theo công thức (3.6) ta xây dựng toán đồ để tính thuỷ lực các đường nước ngưng ở k„= 1 mím (hình 3.1); các đường ống đẫn nước ở ky =

(hình 32) và đường ống dân hơi ở K„ = 0.2 mm (hình 3.3) 5 mm

luật bình phương Khi tính toán lấy nhỉ

tương đương của đường ống ky

Bài giải: Giẩng áp đường dai trong các đường ống thực tế tuân theo

Độ nhám tương đương của đường Ống ky

Bài giải: Độ nhớt động học và khối lượng riêng của nước (theo phụ lục

Ví đụ 3.3, Giải ví dụ trước, nếu tốc độ nước là

Bai giải: Số Reynolds

Vi du 3.4 Cấp nước theo đường ống có đường kính trong d = $14 mm

xà chiều đài í = 1000 mm với lưu lượng = 0,35 mÌs = 1260 mỲƒh, ở nhiệt

40 75°C và áp suất dư ở điểm đâu p, = 0,8 MPa Trục đường ống ở điểm cuối cao hơn trục ở điểm đầu là 8 m Tổng các hệ số trở lực cục bộ »£= 10,

Hãy xác định cột áp toàn phản (tổng cột áp hình học, cột áp do áp và cột ấp động học) và tổng các cột áp hình học và do áp ở các điểm đâu và điểm cuối của đường ống cũng như áp suất ở điểm cuối Khi tính toán, lấy

"Bài giải: Tốc độ của nước

Tấm Taos

Bởi vì @ > œ0 hệ số ma sát thuỷ lực được xác định theo công thức

BL, Shimen es, jum

A=ont ($2 } =on( ) Q95] =uas lâu Chiều đài tương đương của các trở lực cục bộ và chiều dài quy dẫn

xố đầu p, =0/6 MPa (tuyệt đối) và rị = 220C (2, = 2.66 kgim)

Độ nhầm tương đương của đường ống ⁄„,= 0,2 mm

Suất tổn thất nhiệt có tính đến các tổn thất cục bộ q = 160 Wim

Các số iệu còn lại về đường ống lấy từ ví dụ 34

Bai gid: Ti vidy 3.4: 1= 1000 m; EE = 10, Gili ty Ry, (heo toán đồ, hình 3.3)

“Sự giảm nhiệt độ của hơi khi nó chuyển động trong đường ống dẫn hơi

và nhiệt độ cuối của hơi với nhiệt dung riêng trung bình c = 2156 J/kg"C

Vi du 3.6 Hãy xác định áp suất ở cuối đường ống dẫn hơi như đã nêu

ra vi dy 3.5 néu 06 dong hơi với lưu lượng G = 5.56 kgis = 20 th

CCác tổn thất nhiệt của đường ống dẫn hơi Ø = 160000 W (xem ví dụ 3.3) Hãy giải bài toán nhờ sử đụng công thức chính xác mà có kế đến sự thay đổi khối lượng riêng dọc theo ống dẫn, và sử dụng công thức khi khối lượng riêng của hơi không đổi và lấy theo thông số ở đầu ống dẫn

Bài giải: Các thông số hơi ở các đâu đường ống dẫn hơi:

"y= 273 + 213 = 486K,

Gi tr R,p, (theo toan dé hinh 3.3)

Rụo, = 396 Pakg/m' Suất giáng áp đường đài của hơi ở đầu đường ống dẫn hơi

Yí đụ 3.7 Hãy xác định sự giáng áp trong đường ống dẫn có đường, kính d = 359 mm va chigu dai = 2000 m tăng lên bao nhiêu lần ở cùng lưu lượng nước nếu chiều cao quy ước của độ nhám sau thời gian dài vận hành tang từ &, = 0.2 mm tối &; = 2 mm Tổng các hệ số trở lực cục bộ của đường ống là S£ = l0,

ate) 4, Al + 2éd

Sặi — Al+EáI

A+

0/032000+1004359 _ 0,0169.2000+10.0.359*

Ví dụ 3.8 Hãy xác định kha năng lưu thòng của ống dẫn nước ngưng

có đường kính đ = 150 mm và chiều đài f= 1000 m, mà theo nó nước ngưng, chảy về thùng nước ngưng ở mức z; =18 m Bơm ngưng đặt ở mức z

ra cột áp H[ = 30 m Đường ống dẫn nước ngưng gồm các trở lực cục bộ sau:

4 van chin, 1 van xoay 1 chiều, Ì thiết bị đo nước, 6 khuỷu cong có 7 = 3,

12 bộ bù giãn nở có hình [] với r = 3d Khi tính toán độ nhám tương đương

có tính đến hệ số hiệu chỉnh đối với k„,= 1 mm hay theo công thức:

Ga AGE Rg) = 246.015" 100

= 16,9 kg/s = 60,9 h

Ví đụ 3.9 Theo đường ống dẫn hơi có đường kính did,= 201/219 mm

và có chiêu dài ¡= 1200 m, được đặt trong kênh, người ta vận chuyển hơi

bão hoà khô có áp suất tuyệt đối ban đầu P, = 0,6 MPa Áp suất hơi tuyệt

đối cuối ở các hộ tiêu thụ được duy trì không đổi và bằng p; = 0,5 MPa bằng, cách điều chỉnh ti

3

Hãy xác định lưu lượng hơi (không có nước ngưng tạo thành) ở chế độ định mức

Đông thời xác định lưu lượng hơi ở chế độ sự cố khi đoạn cuối của đường ống có chiều đài 20 m do sự cố của một loạt đường ống nước (cùng đặt trong kênh này) nên bị bao bởi dòng nước có nhiệt độ trung bình ¢ =

15°C Ở chế độ sự cố để duy trị giá trị định mức áp suất cuối thì hộ tiêu thu

buộc phải điều chỉnh bằng cách ngất một phần phụ ải

Đường ống dẫn hơi có các trở lực cục bộ như sau:

2 van chắn, 6 khuỷu cong có r = 34, 16 bộ bù giãn nở hình I1 với r = 3 Suất tổn thất nhiệt đường dài theo định mức của đường ống din q = 135 'W/m Tổn thất nhiệt cục bộ bằng 25% tổn thất đường dài Khi tính toán ta cho rằng ở đoạn sự cố lớp cách nhiệt hoàn toàn bị phá vỡ và hệ số truyền nhiệt của đầu đường ống bị nước bao phủ K = 1200 We

“Bài giải: Chế đó định mức Tổn thất nhiệt toàn phần định mức

Rụ= PC-P: „(06-0101 _ áp

Khoi lugng rigng trung bình của hơi (py = 0,55 MPa) py = 2,87 kg/m’ Lưu lượng hơi trung bình trong đường ống ở chế độ định mức và lưu lượng hơi ở hộ tiêu thụ:

"Như vậy lưu lượng hơi ở hộ tiêu thụ ở chế độ sự cố giảm khoảng 2 lần

Ví dụ 3.10 Để gia nhiệt đường ống dẫn dầu ta đặt đường Sng din hoi Xen kế với nó trong lớp bảo ôn chung, Đường ống dẫn hơi có đường kính trong đ = 50 mm và chiều đài / = 2000 m, hơi đi với lưu lượng Ở = 00833 kg/s = 300 kg/h sẽ ngưng hoàn toàn trong nó và được lấy đi Các thông số ban đâu p, = 0,6 MPa (tuyệt đối) và r= 180°C

Hãy xác định áp suất ở cuối đường ống dẫn hơi, khí tính toán hệ sổ các tổn thất cục bộ của áp suất lấy bằng ø = 0,1, còn độ nhám tương đương của ống k„= 0.2 mm

Khi tính toán sử dụng công thức chính xác để xác định giáng áp trong đường ống dẫn hơi (xem ví dụ 3,6) nhưng thay giá trị R/3 vào vị trí R, nhằm tính đến sự giảm lưu lượng hơi theo chiều đài đường ống dẫn hơi do ngưng

Khối lượng riêng hơi ở đầu đường ống dẫn hơi

Vi du 3.11 Hãy xác định đường kính của ống đơn có chiêu đài = 30

km để cấp nước G = 1110 kgjs và tiến hành tính kiểm tra Giáng áp cho phép

do ma sát và các trở lực cục bộ (ở mật cắt địa phương nằm ngang quy ước)

op = U67 MPa Tổng các bệ số trở lực cục bộ trên Im chiều đài Eel =

0.0053 Khi tính toán độ nhám tương đương lấy k„ = 0,5 mm, khối lượng

riêng của nước ø= 975 kg/m',

Bai giải: Hệ số các tổn thất áp suất cục bộ khi Au! = 3,82

a= Ap =2 |S 3.870053 | HN 1 \ yell | 0,67.10° _ -o31

Ý 30000

“Suất giáng áp đường dài cho phép

R= P= 067.10" yop, XI+ø) ` 300004 +041) vã 'Đường kính trong của đường ống khi A," = 0,117

L0? —136210%11102

FT

6 = Rylyy = 17.39607 = 0,674.10" Pa = 0,674 MPa

Ví đụ 3.12 Hãy xác định đường kính của đường ống dẫn nước ngưng

có chiều đầi / = 200 m; có hỗn hợp nước ngưng và hơi với lưu lượng Gey

18 kgjs = 3/9 T/h từ các buồng chứa hơi tới bể nước ngưng tập trung kín XẤp suất tuyệt đối ở các buồng chứa hoi py = 0.3 MPa, sau các chậu ngưng nằm sau các buồng chứa hơi p, = 0,15 MPa và ở bể tập trung p = 0,13 MPa

“Các chậu ngưng và bể tập trung nằm ở cùng một độ cao Nước ngưng đi ra từ các buồng chứa hơi có độ quá lạnh tới 10'C Hệ số các tổn thất ấp suất cục

bộ lấy ø = 0,1 còn độ nhám tương đương ky = 1,0 mm, Cée suất tổn thất nhiệt theo chiều dài bởi dường ống đẫn nước ngưng 4 lấy bằng BÚ W/m, còn phần các tổn thất nhiệt cục bộ là 0.25,

Bài giải: Nhiệt độ bão hoà của hơi ở các buồng chứa hơi (p, = 0.3 MPa) fy =133%C

"Nhiệt độ nước ngưng di ra từ buồng chứa hơi

tị = 183 - I0= 128C, Enlalpy của hơi tạo thành sau các chậu ngưng (? =

2693 ki/kg vi nhiệt độ bão hoà của nó fy) = 111°C

Phần khối lượng của hơi sôi thứ cấp x, trong hỗn hợp nước ngưng và hơi sau các chậu ngưng được xác định từ cân bằng nhiệt

,15 MP4) hy =

eg, =, (1 = Cb Từđó

"Phân khối lượng của hơi trong hỗn hợp ở cuối đường ống dẫn nước ngưng khi p, = 0,13 MPa, fyq = 106,6°C va h, = 2684 KI/kg

4,19(118,6 -106,6) 2684— 4,19.1066

"Phần khối lượng trung bình của hơi trong hỗn hợp

Khi ính to đường ống dẫn nước ngưng heo tỷ kh rung ình không tính các tốc

độ khác nhau của pha hơi và nước vì vậy phương pháp đã cho không thể đạt độ chính xác

`” Có thể ngân ngừa sự hóa hơi nếu ta táng p suất tuyệt đối sau các chậu ngưng tối”

= 0:25 MIPa với việc tăng tường ứng áp suất trong bể tập trung, Có thể đạt được điều đó bằng cách làm mát nước ngưng đến nhiệt độ 10C 38

Ví du 3.13 Hãy chọn các đường kính của ống đối với các đoạn mạng nước sấy sưởi có hai đường ống Sau đó xác định các tổn thất thực của cột áp

ở các đoạn và xây dựng đồ thị các cột áp (đồ thị đo áp)

“Chiều đài của các đoạn mạng và lưu lượng nước ở các hộ tiêu thụ được thể hiện trên hình 34

dy 6H, = 12 m, còn các tổn thất cột áp trong các clevator ở các đầu vào

5 m, Lưu lượng nước ở các hộ tiêu thự - 3 là Ơ, =

833 kg/s = G,= 55.6 kg/s = 200 Uh; G, = 27.8 kg/s = 100 th

“Ta lấy các suất tổn thất áp suất đường dài theo đường đi của nhánh chính đừ nhà máy tới hộ thuê bao xa nhất) để tính toán sơ bộ là Rụ = 80 Pưm,

Cột áp ở đường ống dẫn về trước các bơm của nhà mấy /f, = 20 m ˆ Chiểu cao của các toà nhà 20 m, khối lượng riêng của nước /2= 975 kgfmì:

gp = 981.975 = 9570 Nim’ Hệ số trung bình của các tổn thất cột ấp cục bộ

đối với mạng khi tính toán sơ bộ lấy theo công thức a=0,019VG

"Bài giải: Tính toán ống cái chính Đường ống xa nhất đối với nhà máy

sẽ là hộ thuê bao 3, vì vậy ống cái chính sẽ là ống cái O 3

Lưu lượng nước tổng ở nhà máy

Qy = 83,3 + 55,6 + 27,8 = 166,7 kg/s = 600 /h

Hệ số trung bình của các tổn thất cột ấp cục bộ

L019.JØ, =0/019./166 ~025

Tựa theo các giá trị G, = 166,7 kg/s và Ry, = 80 Pa/m ta xác định theo

toán đồ (xem hình 3.2) đường kính sơ bộ của đường ống đối với đoạn 1 là i,

= 360 mưn Tương tựta xác định các đường kính đối với các đoạn 2 va 3

a=

Đường kính ống thu được đối với đoạn 1 ta làm tròn tới tiêu chuẩn d,

= 359 mm Suất giáng áp đường dài thực tế bằng (heo toán đồ) #, = 82.4 Pafm

Chiếu dài tương đương của đoạn I (theo phụ lục 5)

'Ở đây cũng cho thấy tổn thất tổng của cột áp từ nhà máy

tới điểm cuối của các đoạn

ˆ Chiếu đài đoạn được lấy đến tước nhánh ở cuối đoạn

8333 | 300 | 737 188,0] 237 | 259 | 115,01 77 | 377 /43360| 4.53) 9.53 55,6 | 400 | 5,20] 99,1 | 230 | 259 | 51.0 | 73 | 473 |24130|2,52 | 9.69 |

Dita theo Gy = 83,3 ka/s va Ry = 188 Paƒm ta xác định đường

bộ của đường Sng dy = 237 mm va ta lam tron n6 16 teu chuẩn d, = 259

"mm Suất giáng áp đường đãi thyc té bing Ry = 115 Pa/m a doan IV