Розрахункова робота №2

«Розрахунок системи когенераційної геотермальної установки»

 

Термальні води окремих джерел крім фізичного тепла нагрітої води містять достатню кількість метану (до 97 %). На рисунку представлена технологічна схема когенераційної геотермальної установки, у якій використовується як фізичне тепло термальної води, так і хімічне тепло побіжного газу.

 

 

а) експлуатаційна шпара; б) сепаратор; в) камера згоряння; г) газотурбінна установка; д) нагнітальна шпара.

Теплообмінники: 1) системи опалення; 2) системи гарячого водопостачання; 3) газового казана; 4) системи охолодження газотурбінної установки; 5) системи вихлопних газів.

 

Рисунок 2.1 – Технологічна схема когенераційної геотермальної установки

 

Дані для розрахунку:

- розрахункове оптимальне навантаження споживачів опалення Q_от=717 кВт

- витрата термальної води G_т=7,5 кг/с

- температура термальної води t_т=64 ºС

- обсяг газу в термальній воді V=1,04 м³/м³ води

- теплотворна здатність побіжного газу Q^р_н=36,4 МДж/м³

- температура вихлопних газів турбіни t_г=120 ºС

- температура мережної води на вході t_в^нач=15 ºС

- температура нагрівання мережної води t_гв^кон=50 ºС

- теплова потужність системи гарячого водопостачання Q_гв=200 кВт

 

 

1. Розрахунок системи опалення

Геотермальна вода

Рисунок 2.2 – Теплообмінник №1

1.1. Для системи опалення використовується водо-водяний противоточний теплообмінник. Для системи опалення мінімальна різниця температур що гріє і води, що нагрівається звичайно складає Δt=8 ºС. Тоді мінімальна температура нагрівання мережної води складе:

t_отоп^макс=t_т – Δt = 64 – 8 = 56 ºС

 

1.2. З метою зменшення розмірів теплообмінника і підвищення ефективності його роботи приймаємо (по експлуатаційним даним) температуру мережної води на вході в теплообмінник t_сет^вх = 35 ºС. Тоді з умови забезпечення опалювального навантаження Q_от = 717 кВт, необхідна витрата мережної води складе:

1.3. Повну продуктивність теплообмінника системи опалення визначаємо з обліком 5 % утрат тепла в навколишнє середовище:

1.4. З рівняння теплового балансу визначаємо температуру геотермальної води на виході з теплообмінника:

Відкіля:

Далі вода з температурою надходить для подальшого нагрівання до температури 50 ºС для системи гарячого водопостачання.

 

2.Розрахунок системи гарячого водопостачання

 

Система нагрівання води на гаряче водопостачання включає чотири теплообмінники:

- у системі водотермального джерела (№2)

- у газовому котлі (№3)

- у системі охолодження газотурбінної установки (№4)

- у системі видалення вихлопних газів (№5)

У цих теплообмінниках необхідно нагріти воду від до за завданням.

2.1 Витрата мережної води для гарячого водопостачання визначиться з умови забезпечення заданої теплової потужності при споживанні гарячої води

2.2 Загальна витрата газу з геотермальної шпари:

Ця витрата газу розподіляємо в такому співвідношенні:

80% - на роботу газотурбінної установки, тобто

20% - на роботу котельної установки, тобто

2.3 Теплова потужність котельної установки складе:

2.4 Теплова потужність котельної установки складе:

2.5 Розташовувана теплова потужність утилізатора тепла вихлопних газів газотурбінної установки складе:

Де - витрата продуктів згоряння при спалюванні 1 м³ газу;

- теплоємність продуктів згоряння;

- температура продуктів згоряння на виході з газотурбінної установки (паспортноі характеристики);

- приймається температура вихлопних газів на виході з утилізатора тепла вихлопних газів(№5);

 

2.6 Температура води на вході в утилізатор тепла №5:

- з огляду на, що за завданням необхідна температура підігріву води для споживачів у системі гарячого водопостачання складає , те значить ця температура води повинна бути на вході утилізатора. Звідси, на вході в утилізатор вона складе:

Рисунок 2.3 – Теплообмінник №5

 

2.7 Теплова потужність системи охолодження газотурбінної установки по паспортним даним складає 42 кВт, а з обліком 5% утрат тепла в навколишнє середовище корисна вихідна потужність водонагрівача системи охолодження ГТУ складає:

Визначимо температуру води на вході в систему охолодження двигуна (№4), знаючи температуру води на вході в теплообмінник №5

2.8 Визначимо температуру води на вході в газовий котел , знаючи теплову потужність казанової установки (пункт 2.4) і температуру підігріву води на виході з котла (№3), що дорівнює температурі води на вході в теплообмінник №4 ()

 

 

2.9 Визначимо теплову потужність теплообмінника №2 геотермальні води в системі гарячого водопостачання

 

 

Рисунок 2.4 – Теплообмінник №4

продукти

Щоб забезпечити температуру підігріву води на вході в газовий котел необхідно покрити 5% утрат тепла за рахунок збільшення на 5% тепловій потужності теплообмінника №1.

		згоряння

Тоді

 

 

Рисунок 2.5 – Теплообмінник №3

 

2.10 Визначимо температуру геотермальної води на виході теплообмінника №2, знаючи температуру геотермальної води на виході з теплообмінника №1 (№2) і теплову потужність теплообмінника,№2, рівну :

Рисунок 2.6 – Теплообмінник №2

 

Отже, термальна вода буде накачуватися в нагнітальну скважину з температурою 38,1 ºС, що дозволяє збільшити термін експлуатації геотермального джерела.

 

3. Розрахунок енергетичної ефективності геотермального джерела:

 

- коефіцієнт використання фізичного тепла термальної води:

- коефіцієнт використання хімічного тепла побіжного газу:

,

Де Q_эл – електрична потужність ГТУ (газотурбінної установки) визначається по витраті газу на ГТУ і по КПД цієї енергетичної установки. По паспортним даним для ГТУ малої потужності КПД складає 31%.

Визначаємо Q_эл:

 

 

Звідси:

 

 

- загальний коефіцієнт використання фізичного і хімічного тепла геотермального джерела.

 

 

Дані для розрахунку наведені в додатку В.