Технические науки/5. Энергетика

К.т.н. Илиев А.Г.

Южно- Российский Государственный Университет

Экономики и Сервиса

Определение оптимальной температуры

подогрева воды горячими промышленными стоками для мойки автотранспортных средств

Для выполнения комплекса уборочно-моечных работ (УМР) подвижного состава в автотранспортных предприятиях и на СТОА используются разнообразное моечное оборудование и технологическая оснастка. На основе анализа технологии обслуживание автотранспорта удельная доля моечных работ составляет 55% для легковых автомобилей, 35% для автобусов, 65% для грузовых автомобилей от общей трудоёмкости УМР.

Процессы мойки автотранспортных средств могут рассматриваться как технологический процесс, состоящий из n этапов. Для осуществления каждого из этапов необходимо количество воды M_i при температуре t_i.

Для подогрева воды в основном используются рекуперативный теплообменник, в котором вода нагревается от температуры t_Х до температуры t_Г. При этом для этапов с номерами от i=1 до i=m t_i t_Г , а от i=m+1 до i=n, t_i < t_Г (этапы нумеруются в порядке убывания температур). Температурная подготовка воды, используемой в уборочно-моечных работах происходит путем подогрева в рекуперативных теплообменниках: в вариантах с парогенератором от температуры t_Г до t_i, для этапов i>m_.

Требуется определить, до какой температуры при подогреве воды t_Г в рекуперативном теплообменнике суммарные затраты на подогрев воды будут минимальными.

В зависимости от выбранного значения t_Г будут изменяться как отдельные составляющие приведенных затрат, так и суммарные приведенные затраты.

Суммарные приведенные затраты П на осуществление комплекса уборочно-моечных работ горячей водой складываются из затрат на нагрев первичного теплоносителя П_Р, на теплообменный аппарат П_ТО., на холодную воду П_ХВ, на трубопроводы и арматуру П_ТР.А, на эксплуатацию оборудования П_Э, на топливо П_Т, также из затрат П_К, связанных с получением тепла, теряемого в тепловых установках при догреве в них воды барботажным методом:

П = П_Р + П_ТО + П _ХВ + П_ТР.А + П_Э + П_К + П_Т руб/год. (1)

В результате предварительного анализа приведенных затрат установлено, что составляющие П_{Р ,} П_ХВ, П_ТР.А и П_Э практически не зависят от значения t_Г . Поэтому в качестве функции цели при определении оптимального значения может быть предварительно принята величина:

Ф^’ = П_ТО + П_К , + П_Т , руб/год (2)

Стоимость потерянного тепла в тепловых установках при нагревании воды барботажным методом:

руб/год (3)

где M_pi – расход топлива на подогрев воды при барботажном подогреве первичного теплоносителя на i-м этапе, л;

S_k - удельная стоимость первичного теплоносителя, руб/кг.

t - число часов работы оборудования в год, час/год.

Материальный баланс теплообменной установки для отдельного этапа при im:

M_i = M_гi + M_pi (4)

где М_i – необходимый расход воды при температуре t_i;

М_гi – расход воды из теплообменника;

Тепловой баланс теплообменной установки для отдельного этапа

М_i t_i c = M_pi i^" + M_гit_Г С (5)

где i^"- энтальпия воды, кДж/кг;

С – удельная теплоёмкость воды, кДж/кг∙К.

Из уравнений (4) и (5)

, (6)

Суммарный расход пара для барботажного подогрева

(7)

или топлива

(8)
С учётом последнего выражения

,руб/год (9)

Количество горячей воды, необходимой для осуществления этапов i=1÷m может быть определено на основании выражений (3) и (4):

(10)

Материальный баланс теплообменной установки для этапа i = (m+1)÷n:

М_i = M_гi + M_хi (11)

То же, тепловой баланс:

M_it_ic = М_гit_2ic + M_xit_xc (12)

Из уравнений (8) и (9) количество горячей воды

Суммарный расход воды через теплообменный аппарат

(13)

Количество передаваемого в теплообменнике тепла из уравнения теплового баланса:

Q = М_гС (t_Г – t_Х) (14)

С учётом (11)

(15)

Поверхность теплообмена из уравнения теплопередачи:

F= (16)

где j – коэффициент запаса поверхности теплообмена;

∆t – среднелогарифмический температурный напор:

, ° С (17)

t_Г – температура горячего теплоносителя, ⁰С

t_Х - температура холодного теплоносителя, ⁰С

t_S - температура пара или продуктов сгорания,

нагревающих воду ⁰С

К – коэффициент теплопередачи, Вт/м²К

Годовые затраты на теплообменный аппарат

П_ТО = S_ТОF r, руб/год (18)

где F – площадь поверхности теплообмена, м²

r - приведённый коэффициент отчислений от капиталовложений, I/год

S_ТО – удельная стоимость поверхности теплообмена, руб/м ².

С учетом (12) – (14)

,руб/год (19)

Учитывая функции (1) и (6) функция цели

Оптимальное значение t_Г может быть определено путем минимизации функции Ф^’ одним из численных методов. Значение t_Г является определяющим в технологическом теплоиспользующим процессе УМР в плане рационального использования известного и вторичного теплоносителя.

БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Тимченко В.И., Сапронов А.Г., Шаповалов В.А. и др / Временная методика расчета выхода и определения экономической эффективности использования тепловых вторичных энергоресурсов на предприятиях бытового обслуживания //.- М.: ЦБНТИ Минбыта РСФСР, 1999.- 26 с.

2. Сапронов А. Г. Энергосберегающие теплотехнологии и оборудование предприятий легкой промышленности и бытового обслуживания / Сапронов А. Г., Тимченко В.И., Шаповалов В.А.- М., 2000.- 72 с.- Деп. в ВИНИТИ № 459-В00.

3. Сапронов А.Г., Тимченко В.И., Шаповалов В.А. / Методика определения оптимальной температуры подогрева воды в рекуперативном теплообменнике для процессов стирки и крашения.- М.: Деп. в ВИНИТИ В, 2000, № 256.- 0,35 п.л.

4. Тимченко В. И., Илиев А.Г. /Трансформация теплоты промстоков// Проблемы экономики, науки и образования в сервисе: сб. науч. трудов/Вис ЮРГУЭС (филиал), 2006г.

5. Михеев М.А., Михеева М.И., /Основы теплопередачи Энергия 1999г.

Илиев Алексей Георгиевич, аспирант, ассистент кафедры «Энергетика и Безопасность жизнедеятельности». Ростовская обл., г. Шахты, ул. Мировая коммуна 21, дом. 18, кв. 2.тел 6-05-00 (1-53)