Проект переработки навоза в биогазовой установке в ТОО Шеминовка

 Pa;           (17)

где: - давление в конце сжатия, в Pa;

Pa.

 

4.4 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:

;        (18)

.

Степень последующего расширения:

 ;            (19)

.

Показатель политропы расширения найдем по формуле:

 рад/с;          (20)

             где n2 – частота вращения, в рад/с;

 рад/с.

Температура газов в конце расширения находится по следующей формуле:

 K;      (21)

.

Давление газов в конце процесса расширения:

 Pa;          (22)

Pa.

 

4.5 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: 

                                                кВт,                                       (23)

         где:       - тепловой поток, подведенный с топливом, в кВт;

           - тепловой поток, преобразованный в полезную механическую энергию,    соответствующая мощности двигателя, в кВт;

                      - потери тепла с уходящими газами, в кВт;

           - потери тепла с охлаждающей водой, в кВт;

           - остальные потери (потери излучением   с поверхности двигателя и т.д.),

            в кВт

Тепловой поток, выделившаяся  при сжигании топлива находится по следующей формуле:

            кВт;         (24)

           где:   - расход топлива, м3/s;

            - низшая теплота сгорания топлива, kJ/м3.

               

кВт.

Поток тепла, который произвел полезную механическую работу:

                                               кВт.                              (25)

где: - КПД генератора;

       - мощность на клеммах генератора.

Потери тепла с уходящими газами:

                 кДж/м3;                                                                     (26) 

               где:    - энтальпия уходящих газов, в кДж/м3;

                          - энтальпия воздуха, в кДж/м3.

Температура уходящих газов дана в характеристике двигателя и равна °С. Имея температуру газов, можно определить энтальпию уходящих газов по формуле (1.9):

              кДж/м3.

Энтальпия воздуха рассчитывается по формуле (1.11):

кДж/м3.

Подставляя полученные данные в формулу (3.23), получим:

кВт.

Потери тепла с охлаждающей водой расчитывается по формуле:

                 кВт;     (27)

             где:  - расход охлаждающей воды, в кг/с;

            - удельная теплоемкость охлаждающей воды, в кДж/(кг·K);

            , - температура воды на входе и на выходе теплообменника соответственно, в ;

                                                 кВт.

Неучтенные потери найдем по следующей формуле:

 кВт;    (28)

        где: - поток тепла, который произвел полезную механическую работу, в кВт;

кВт.

Коэффициенты полезного действия находятся по формулам:

эффективный КПД:                                     

;           (29)

                      где: - поток тепла, который произвел полезную механическую работу, в кВт;

                              - поток тепла, подведенный с топливом;

.

термический КПД:                            

    ;           (30)

                           где k – показатель адиабаты;

.

относительный внутренний КПД:

;             (31)

                            где - механический КПД двигателя:

.

индикаторный КПД:

;                     (32)

.

электрический КПД:

;       (33)

где: - КПД генератора;

.

коэффициент использования тепла топлива:

;        (34)

     

.

 

4.6 Расчет процесса горения

 

Как уже было сказано ранее, во время сезона работы животноводческой фермы, ДВС будут работать на биогазе. Рассчитаем только процесс горения топлива, так как в пункте 3.1  уже был более подробный расчет двигателя.

Теоретический объем воздуха найдем по формуле (2):

м3/м3;

Реальный объем воздуха, необходимый для процесса горения найдем по формуле (10):

                                                                       ;                                                    

 м3/м3.

Теоретический объем трехатомных газов рассчитываем  по формуле (1):

 м3/м3.    

Теоретический объем водяных паров находим по формуле (5):

                                   м3/м3.

Реальный объем водяных паров находится по формуле (11):

                     м3/м3.

Теоретический объем азота вычисляем по формуле (1.3):

                                               м3/м3.

Теоретический объем кислорода расчитываем по формуле (12):

                                                           м3/м3.

Общий объем газов находится по формуле (13):

                              м3/м3.

 

Теоретический коэффициент молекулярного изменения находим по формуле (14):

                                        .

Действительный коэффициент молекулярного изменения расчитываемпо формуле (15):

.

Примем среднюю температуру горения смеси в процессе горения равной Tz=1900 K. Коэффициен повышения давления в камере сгорания находим по формуле (16):

.

Максимальное давление в верхней мертвой точке находится по формуле (17):

Pa.

 

4.7 Тепловой баланс двигателя

 

Тепловой баланс двигателя вычисляется по формуле (23):                                                            

Теплота, выделившаяся  при сжигании топлива находится по формуле (22):

кВт.

Потери тепла с уходящими газами находим по формуле (24):

 кДж/м3;

Энтальпия уходящих газов находится по формуле (10):   

 кДж/м3.

Энтальпия воздуха рассчитывается по формуле (12):

 кДж/м3.

Подставляя полученные данные в формулу (24), получим:

                                      кВт.

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 кВт. Тогда из формулы (27) следует:

                          кВт.

                                                                    

Коэффициенты полезного действия находятся по следующим формулам:

эффективный КПД (28):                                     

.

термический КПД (29):                            

.

относительный внутренний КПД (30):

.

абсолютный КПД (31):

.

электрический КПД (32):

.

коэффициент использования тепла топлива (33):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  ОХРАНА ТРУДА

 

5.1 Анализ и оценка факторов профессиональных рисков на проектируемом объекте

 

              Так как на данном теплоэнергетическом проектируемом объекте используются теплоэнергетические установки,  то на организм человека воздействуют ряд специфических данной области неблагоприятных факторов, таких как:

1) избыточное давление;

2) повышенный уровень  пожаро- и взрывоопасности; 

3) повышенная температура.

 

5.2 Избыточное давление

 

    На самом предприятии имеются сосуды (котлы, паропроводы), работающие под давлением. Для обеспечения безопасых условий эксплуатации, котлы и паропроводы снабжены приборами для измерения давления и температуры.

    На маховике запорной арматуры указано направление его вращения при открывании или закрывании арматуры

    Газовые трубопроводы имеют на подводящей линии обратный клапан, автоматически закрывающийся давлением из сосуда.

    Каждый сосуд и самостоятельные полости с разными давлениями снабжены манометрами прямого действия. Манометр установлен на штуцере сосуда или трубопроводе между сосудом и запорной арматурой.

    Котлы снабжены предохранительными устройствами от повышения давления выше допустимого значения, а так же указателями уровня жидкости. На каждом указателе уровня жидкости отмечены допустимые верхний и нижний уровни

 

5.3 Повышенный уровень пожаро- и взрывоопасности

    Так как оборудование работает на природном газе, то существует угроза взрыва. Поэтому, проектирование осуществлено в соответствии с Правилами безопасности в газовом хозяйстве NRS35-004-09-2002 [9]. На подводящих газопроводах предусмотрены электромагнитные клапана, сблокированные с сигнализаторами загазованности. При заполнении газом газопроводы должны продуваться им через сбросные свечи до вытеснения всего воздуха, а при освобождении от газа должны продуваться воздухом до вытеснения всего газа. Эти требования обусловлены тем , что при объемной концентрации  природного газа в воздухе 0,05 – 0,15 (5-15%) образуется взрывоопасная смесь. Из сбросных свечей газ выбрасывается в тех местах, где он не может попасть в здания и где исключена возможность его воспламенения от какого-либо источника огня. На газопроводах устанавливается только стальная арматура . 

На  биогазовом заводе устанавливаются молниеотводы, для исключения возможности удара молнии в элементы установки (газгольдер, ферментаторы), что может привести к возникновению пожара.

 

5.4 Повышенная температура

 

В котельной имеются поверхности, имеющие высокую температуру (водопроводы, паропроводы, поверхности котла, дымоходы). Все участки элементов, доступные для обслуживающего  персонала,  покрыты  тепловой  изоляцией, обеспечивающей температуру наружной поверхности не более 45 °С, при температуре окружающей среды не более 25 °С. Персонал в свою очередь обязан перед приемом смены привести   в   порядок   спецодежду.   Рукава и   полы   спецодежды   следует застегнуть на все пуговицы, волосы убрать под каску.  ЗАПРЕЩАЕТСЯ засучивать рукава спецодежды во избежание получения ожогов.

 

5.5 Меры по защите рабочего места и предупреждения профессиональных рисков

 

 Шум

Источниками повышенного шума в данном проекте являются двигатели внутреннего сгорания. По характеристикам двигателей известно, что уровень звукового давления на расстоянии одного метра от двигателя равен , а на расстоянии одного метра от выхлопа  . Допустимый уровень шума на постоянных рабочих местах 85 (не более). Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что уровень звукового давления превышает допустимый, что может неблагоприятно сказаться на здоровье рабочего. Поэтому необходимо предпринять меры по снижению шума, а именно:

- использование звукоизоляции  путем приложения звукоизолирующего материала;

- применение шумопоглощающих экранов  оборудования;

- использование наушников - глушителей  шума при обслуживании оборудования;