CC BY
5
УДК 629.78.08
UDC 629.78.08
Ляльков М.В. магистр 2 курса кафедра «Вакуумная и компрессорная техника» научный руководитель: Козлов В.В., к. техн. н.
доцент
кафедра «Вакуумная и компрессорная техника»
МГТУ им. Н.Э. Баумана Россия, г. Москва
Lyalkov M. V., magister Russia, 105005, Moscow, BMSTU Department «Vacuum and compressor equipment» Научный руководитель: Kozlov V. V. кандидат технических наук, доцент Russia, 105005, Moscow, BMSTU Department «Vacuum and compressor equipment» МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ ОСУШИТЕЛЕЙ СЖАТОГО ВОЗДУХА РАБОТАЮЩИХ ПО КОМБИНИРОВАННОЙ
СХЕМЕ
THE METHOD OF CALCULATION OF THE ENERGY COST OF DEHUMIDIFIERS OF COMPRESSED AIR FOR OPERATING THE
COMBINED SCHEME.
Ключевые слова: сжатый воздух, гибридный осушитель, комбинированная схема осушения.
Keyword: compressed air, hybrid dryer, combined scheme of drying.
Аннотация: В данной работе приведена методика расчета осушения сжатого воздуха по комбинированной схеме. В работе подтверждена перспектива применения в гибридных осушителях. Методика расчет включает в себя анализ процессов в I-d диаграмме влажного воздуха с расширением ее возможностей для различных давлений выше атмосферного, расчет мощности холодильной машины, расчет адсорбционной технологии осушения воздуха, расчет энергозатрат на регенерацию PSA и TSA регенерацию адсорбента.
Annotation: In this paper, was given a method for calculation of the energy efficiency of drying compressed air by combined scheme. In this work was confirmed the prospects for application in hybrid dryers. Analysis of the processes carried out in I- d diagram of moist air from the expansion of its capabilities for a variety of pressures above atmospheric pressure. This method includes the calculating the capacity of the refrigeration machine, calculating the adsorption technology of air dehumidification, calculating energy costs for the regeneration
of PSA and TSA regeneration of the Введение.
В настоящее время в промышленности и компрессорной технике применяют международный стандарт качества ГОСТ Р ИСО8573-1.По содержанию влаги воздух имеет 6 классов отличающихся по температуре точки росы.
Принимая во внимание особенности климатических условий на промышленно развитой территории Российской Федерации, следует отметить необходимость осушения сжатого воздуха до 2-го класса (точка росы «-40°С») и ниже.[1]
Сжатый воздух, широко применяемый в промышленности, содержит влагу, которая негативно влияет на механизмы (коррозия). В некоторых производственных процессах (например, фармацевтические производства, нефтехимические и т.д.) наличие влаги является критичным параметром, в связи с влиянием на процесс. Поэтому, для того, чтобы организовать нужный уровень воздухообеспечения используются осушители, которые позволяют поддерживать влажность на необходимом уровне. [2]
Гибридные осушители представлены на рынке несколькими крупными компаниями. Тем не менее, достоверная информация, обосновывающая преимущества данного типа действия, отсутствует.
Далее на рисунке 1 представлена функциональная схема комбинированного осушителя сжатого воздуха.
Рис. 1. Функциональная схема комбинированного осушителя. Производители осушителей воздуха гибридного типа заявляют высокую эффективность применения данных осушителей. Обзор известной технической литературы не выявил наличия методик комплексной оценки
процессов в гибридном осушителе. В ходе чего возникает актуальность проведения энергетического анализа осушителей комбинированного типа.
Далее представлена методика расчета осушителей, работающих по гибридной технологии осушения.
1. Определим давление насыщенного водяного пара (парциальное) (РН, кПа):
а * В
РН = 0,6112 * ехр[——] Н ^ + г
где ав, вв - эмпирические постоянные для воды, ав = 17,504, вв = 241,2
°С [3]
2. Определяем относительная влажность воздуха ф, %:
Рп
р = * 100% РН
РБ - барометрическое давление сухого возуха РБ=101.325 кПа
3. Далее определяем влагосодержание г/кг с.в.) на входе и выходе в конденсационный осушитель
& = 621,98 *-п—
^б - ^п
где Рб - парциальное давление сухого воздуха кПа, Рп - парциальное давление водяного пара, кПа, 621,98 = газовая постоянная для пара/ газовую постоянную для сухого воздуха. [4]
4. Зная влагосодержание и температуру газа на входе и выходе осушителя опредяем удельную энтальпию влажного воздуха ^вх, , iвых, кДж/кг с.в.) на входе и выходе:
¿вх = 1,006^ + ^(2501 + 1,805Гия)
¿вых = 1,00б£вых + ^5^(2501 + 1,805 £вых)
dвх, йв8х - влагосодержание на входе и выходе в конденсационный осушитель соответственно, 1вх, 1в$х -температура сжатого воздуха на входе и выходе в конденсационный осушитель соответственно^] 5. Определим расход сухого воздуха, ^с кг/с)
г - Свл
1+
1000
где Овл - расход влажного воздуха(кг/с)
6. Рекуперация тепла затраченное на охлаждение охлаждение сжатого воздуха.
Воспользовавшись уравнением теплового баланса, зная, что количество теплоты, отданное телом, при уменьшение его внутренней энергии, будет равна количеству теплоты, переданная телу, внутренняя энергия которого, увеличивается. Суммарная энергия системы не изменяется, следовательно, уравнение материального баланса записывается
в следующем виде:
Qотд = Qпол + AQ
где, Оотд - количество телпоты, отдаваемое горячим воздухом (после концевого теплообменника компрессора) в единицу времени, Вт , Qпол -количество теплоты, воспринимаемое холодным воздухом (после осушения в адсорбционной части гибридной технологии осушения) [6]
Запишем уравнение теплового баланса для однофазного теплоносителя
Q (7 * потребителю ^после адсорбера)
^ * Ср (^после концевого теплообмен. ^на вх.в кондесационный осуш.)
^ потребителю - температура сжатого воздуха после прохождения через теплообменник °С, Шосле адсорбера - температура сжатого воздуха после прохождения через адсорбционную часть гибридной осушителя °С, температура после концевого теплообменника - температура сжатого воздуха после прохождения через концевой теплообменник компрессора °С, Ша вх. вконденсационный осуш. - температура сжатого воздуха после прохождения через теплообменник "воздух-воздух" на входе в конденсационный осушитель °С.
7. В начале процесса рабочее тело имеет температуру ТН, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты QH При этом объём рабочего тела увеличивается, оно совершает механическую работу, а его энтропия возрастает.
8. Зная расход сухого сжатого воздуха и разность энтальпий на входе и выходе из рефракторного осушителя, мы можем опередить количество теплоты, отводимое от воздуха при охлаждении, Qx кВт:
^ = Сс * Овх - ^ых)
9. Зная количество теплоты, которые необходимо отвести от воздуха, для охлаждения/осушения его до температуры с необходимой точной россы. Мы можем определить теоретическую необходимую мощность для отведения необходимого количества теплоты от газа (N1, кВт).
Nт = Qx
Для определения необходимой мощности, воспользуемся таблицей (Рис. ХХ) и определим вид хладагента и величину холодильного коэффициента. Необходимая удельная мощность холодильного компрессора будет определяться (^ кВт).:[8]
10. Выбор типа сорбента.
В табл.XX приведено качественное сопоставление ряда свойств промышленных адсорбентов-осушителей.Данные таблицы содержат информацию, полезную для выбора конкретного адсорбента. Если технологические предпочтения отсутствуют, то используют самый дешевый адсорбент - силикагель.
Свойство Силикагель Алюмогель Цеолит
Равновесная влагоемкость при низких Рп воды Низкая Низкая Высокая
То же при высоких парциальных давлениях Высокая Высокая Высокая
Пригодность для осушки горячих газовых сред Не пригоден Не пригоден Пригоден
Устойчивость к капельной влаге Не устойчив Устойчив Ограниченно устойчив
Стоимость Низкая Высокая Высокая
Таблица ХХ Технологические свойства промышленных адсорбентов
Исходя из сказанного ранее было выявлено, что силикагель наиболее распространенным и изученным сорбентом.
Выбор типа сорбента производится по изотермам сорбции при заданных рабочих параметрах (температура, концентрация) Константы, входящие в уравнение изотерм сорбции, могут быть найдены только экспериментально.
В методике расчета комбинированного осушителя адсорбционная часть рассчитывается по методике Ветошкина. [9]
11. Выбор скорости потока газа С^В) в адсорбере.
Скорость потока газа (WB) - фиксированная скорость обкатываемых газов в адсорбере выбирается исходя из необходимого времени работы адсорбционного аппарата и минимальных гидравлических сопротивлений. Линейная скорость осушаемого газа, рассчитанная на полное сечение слоя, выбирается в пределах 0,1 .. 0,5 м/с.
12. Определение весового количество газа (расхода газа)
С = V * рг
где рг- - плотность насыщенного газа (воздуха), определяется по диаграмме, так же может быть определена по ГОСТ 28656-90 (определяется в зависимости от плотности газа)
13. Определение геометрические параметры адсорбера.
Для цилиндрического аппарата диаметр (Б, м) и высота слоя определяется по формулам.
Я =
Ч
L =
4С
п * рг * 4т,,
п * рг * Э
14. Определение пористости сорбента(П) 0,355 - Пористость?
= Р*—_Рп
Р*
— кажущаяся плотность сорбента, рп — насыпная плтность сорбента.
15. Определяем величину коэффициента массопередачи (в)
Ми = 0,355 * Де°,64Рг°,33/£ Рн
Рч
1 Рн £ = 1--
рн — кажущаяся плотность сорбента, кг/м3, рч — насыпная плтность сорбента кг/м3.
Число Рейнольдса и Прандля рассчитывается по формулам:
^ч.э.Рг
Де =-
Дг
о ^
Рг =
Рг*^г
^ч.э. — эквивалентный диаметр частиц адсорбента, м, £г —
коэффициент диффузии паров газа., м2, dч.э. — определяется отдельно для конкретного типа сорбента, м
Коэффициент массоодачи от газа к поверхности адсорбента (коэффициент внешней массоотдачи) вг находят по величине Ки:
Dг
вг = Ни-^-dч.э
Коэффициент мясо отдачи внутри пор адсорбента
Dа
вг = Ни-т^-
dч.э
где Ба - коэффициент диффузии в порах адсорбента, м2/с, который может быть надежно определен только на основании опытных данных.
Если известны размеры пор адсорбента, то для оценки величины Da можно воспользоваться уравнением:
£ * £г 2йп = -[1 — ехр(--
а 2 1 ^ 3£г
г
8ДГ
)]
шп
— средний диаметр пор сорбента, м, R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль Щ, шп — молекулярная масса воды, кг/моль.
Для определения среднего диаметра необходимо воспользоваться справочным материалом.
16. Находим время защитного действия адсорбера. Для слоя адсорбента высотой Ь определим необходимое число единиц переноса:
к * £
т=шаТ ™
^ рСк
Хладагент Давление насыщенных паров. кПа Холодильный коэффициент с £ Расход хладагента, кг/ч
при 7*2 = —15 °С при Г, = 30 °С £К
Любое вещество — — 5,74 1 —
в цикле Карно
Диоксид углерода 2305 7163 2,56 0,447 96,0
Аммиак 236 1167 4,85 0,845 11,2
Фреон-12 182 744 4,72 0,823 106,8
Сернистый ангидрид 81 458 4,74 0,825 38,4
Хлористый метил 144 658 4,67 0,817 38,6
Пропан 289 1070 4,88 0,850 44,9
Рис. ХХ КПД холодильной машины, для различных хладагентов Заключение:
Разработана методика расчета энергетических затрат, потребляемых при осушении сжатого воздуха и регенерации адсорбентов по комбинированной схеме.
Изложенный в статье принцип проведения анализа процессов холодильного и адсорбционного осушения сжатого воздуха с помощью данной методики позволяет рассмотреть общие закономерности функционирования осушителей и наметить пути дальнейшего исследования: Разработка математической модели процессов осушения и регенерации
Поиск рациональных схемных решений Оптимизация параметров
Использованные источники:
1. Воронин Г.И. Системы кондиционирования летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1973. - 441 с.
2. Козлов В.В. Научно-технический Вестник. М. - : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. - 301, [3] с. : ил.
3. Бурцев С.И., Цветков Ю.Н. Влажный воздух. Состав и свойства: Учеб. пособие. - СПб.: СПбГАХПТ, 1998. - 146 с.
4. Справочное пособие АВОК 1-2004. Влажный воздух. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2004. - 46 с.
5. ASHRAE Handbook. Fundamentals. - Atlanta, 2001.
6. Бухмиров, В.В. Справочные материалы для решения задач по курсу "Тепломассообмен": учеб. Пособие / В.В. Бухмиров, Д.В. Ракутина, Ю.С. Солнышкова; ГОУ ВПО "Ивановский университет имени В.И. Ленина" -Иваново: ИГЭУ, 2009. - 102 с.
7. Тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата. Учебное пособие. Иваново 2013. 1. УДК 66.045 Б 94. Бухмиров В.В., Ракутина Д.В., Солнышкова Ю.С., Пророкова М.В.
8. Название курса: Техническая термодинамика. Учебное пособие. Москва 2011. Александров А.А., Знаменский В.Е., Кондакова Г.Ю., Макушин А.А., Орлов К.А., Очков В.Ф., Сычев В.В.
9. Ветошкин А.Г. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. -с.: ил., библиогр.
УДК 338.28
Майбурова Д. Д. студент магистратуры ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет
«МЭИ»
филиал в г. Смоленске Россия, г. Смоленск
Maiburova D.D.
Student's of master's degree Branch of FGBOU VO ""National Research University " MEI "in
Smolensk Smolensk, Russia
СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ КОНТРОЛЛИНГА ПРОЦЕССОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
ОРГАНИЗАЦИИ STRUCTURAL MODEL OF CONTROLLING ENERGY CONSERVATION PROCESSES IN A HEAT-POWER ENGINEERING
ORGANIZATION
Аннотация: в статье приводится разработанная модель взаимодействия контроллинга процессов энергосбережения и процессов теплоэнергетической организации.
Ключевые слова: контроллинг, энергосбережение, теплоэнергетика, контроллинг процессов энергосбережения.
Abstract: The article presents the developed model of interaction between controlling energy-saving processes and processes of a heat and power organization.
Keywords: controlling, energy saving, heat power engineering, controlling energy saving processes.
Теплоэнергетические организации, которые занимаются генерацией тепловой энергии, характеризуюся следующими особенностями работы:
- жесткие требования к планированию и осуществлению производства необходимых объемов тепловой энергии в разное время для обеспечения бесперебойного снабжения потребителей;
- высокая степень изношенности основных производственных фондов;
- нехватка инвестиций в отрасль теплоэнергетики;
- отстутствие проработанной законодательной базы в области теплоэнергетики;
- основную долю затрат, включаемых в себестоимость тепловой
