Разработка автоматизированной системы экспериментальных исследований теплового двигателя

                             ;

- максимальная часовая нагрузка для горячего водоснабжения

                             ;

 

- максимальная часовая нагрузка кафе

                .

 

3.3  Расчет  себестоимости выработки тепловой  энергии при использовании тригенерационной  установки

 

Существующая система  теплоснабжения состоит из нескольких составляющих затрат:

И_ТГУ = И_ки + И_хр + И_об + И_топ + И_зп + И_общ +И_рем, тыс.$.     (3.5)

где:

И_ки - затраты в индивидуальную теплогенерирующую установку, состоящую из ДЭС и пары тепловых насосов.

И_ки = Ц_{контроллера}+Ц_ДЭС+Ц_ба+Ц_трубы+Ц_тну +Ц_монтаж   тыс.$.       (3.6)

где:

Ц_{контроллера}= 1675$-для контроля системы теплоснабжения выбран Контроллер cFP-2220, LabVIEW Real-Time/Ethernet Network Module;

Ц_ДЭС=6300$ – для выработки энергии выбрана ДЭС Wilson K8-1;

Ц_ба=420$ - для накопления тепла Бойлеры BS-300SF cо спиралью SC-250;

Ц_тну =1200$ - для выработки энергии 2 тепловых насоса, расположенных оппозитно на базе компрессоров ТМ31;

Ц_трубы =200$ - цена труб для соединения с источником и накопителем энергии (тепла);

Ц_монтаж =1400$ - расходы на монтаж установки;

Стоимость всей установки рассчитывается следующим образом

Получим  И_ки = 1675$+6300$+420$+200$+1200$+1400$= 11195 $.

 

И_об - затраты на внутреннее оборудование многоэтажного здания, включающие разводку сети в подвале сооружения, по стоякам и помещениям, включая отопительные батареи и краны горячей воды. Принимается в размере 400 $ на этаж. В предлагаемой схеме производится теплоснабжение двухэтажного коммерческого здания. Отсюда следует:

И_об = 400 · 2  = 800 $.

И_топ - затраты на дизельное топливо определяются следующим образом:

Сначала определяем удельный расход условного топлива на выработку 1 Гкал тепловой энергии для ИГТУ:

Расход топлива у  нас известен, он равен 1,75 л/час. То, есть зная расход дизельного топлива  и число часов эффективной  выработки энергии (6400 часов), при выбранном режиме работы (выработка только тепловой энергии). Можно определить объем топлива, нужного для обеспечения коммерческого здания на процессы отопления и горячего водоснабжения:

Получим: В_н = 1,75·6400 = 11200 л;

 

Для дальнейшего  расчета следует узнать массу топлива.

М_дт=В_н*П_дт ;           (3.7)

Где П_дт =0,860 л/тонну- плотность дизельного топлива.

М_дт=11200*0,860=9,63 тонны;

Стоимость топлива будет:  И_топ = В_н · Ц, тыс.$.     (3.8)

Ц = 65 тенге/л.

В итоге получим: И_топ = (11200· 65)/145 = 5020,6 $.

И_хр=50$/тонну- расходы на хранение одной тонны дизельного топлива;

И_хр=9,63*50=481,6$;

И_зп - затраты на заработную плату. Автоматическое регулирование нагрузки, топливоподачи и температурных параметров горячей воды не требует круглосуточного присутствия персонала, а лишь регулярного контроля за параметрами работы ТГУ. Для регулярного контроля за работой ТГУ и ее обслуживанием достаточно одного человека.

Затраты на заработную плату  будут составлять:

Получим  И_зп = 200$ /год.

И_ао - амортизационные отчисления, принимаются в размере 8% от суммарных капвложений в схему теплоснабжения коммерческого здания:

И_ао = 0,08 · (И_ки + И_об ), $.        (3.9)

Получим  И_ао = 0,08 · (11195+800) = 960$.

И_рем - затраты на ремонт оборудования принимается по формуле:

И_рем = 0,15 · И_ао, $.        (3.10)

Получим  И_рем = 0,15 · 950= 144$.

И_общ – общестанционные расходы, рассчитываются по формуле:

И_общ = 0,3 · (И_зп + И_ао + И_рем),  $.      (3.11)

Тогда  И_общ = 0,3 · (200 + 950+ 144) = 388$ /год

 

В итоге получается

 

               И_тгу = 11195+ 481,6+800 +5020,6+200 +388+144=18229,2$.

 

Себестоимость 1 Гкал тепловой энергии при выбранном режиме работы системы теплоснабжения коммерческого  здания определяется:

Получим: ;

Вывод:

Был произведен расчет годовой потребности одного коммерческого здания в тепловой энергии на процессы отопления и горячего водоснабжения. Была определена максимальная часовая тепловая нагрузку на процессы отопления и горячего водоснабжения. Рассчитана себестоимость отпуска единицы тепла для системы теплоснабжения коммерческого здания в режиме максимальной выработки тепловой энергии; В итоге получили себестоимость выработка 1Гкал энергии : . Отсюда следует что применение такой системы теплоснабжения здания в режиме максимальной выработки тепловой энергии приемлемо только в условиях удаленности сооружения от систем централизованного теплоснабжения. Система тригенерации эффективна в любое время года, и способна вполне покрыть нужды небольшого кафе круглогодично. Данная система теплоснабжения обладает рядом преимуществ. К преимуществам системы можно отнести достаточную вырабатываемую тепловую энергию для покрытия бытовых нужд, а также возможность использования системы для кондиционирования и электроснабжения. Главным недостатком системы является дороговизна, но применение такой системы не только выгодно с  экономической точки зрения, но и с точки зрения экологичности, так как потребляя 1,75 л в час топлива, система в состоянии выработать в разы больше энергии нежели традиционная энергетика. Отсюда следует что, повсеместное внедрение таких систем ведет к уменьшению выбросов в атмосферу.

 

ГЛАВА 4. Безопасность жизнедеятельности

 

4.1 Описание  тригенерационной установки

 

В данном дипломном  проекте производится проектирование автоматизированной системы экспериментальных  исследований теплового двигателя. Схема: тепловая нагрузка здания прокрывается за счет Тригенерационной установки  на базе ДЭС  «Wilson K8-1» электрическая мощность ДЭС Р=6кВт, работающей на жидком топливе (дизельное топливо) и 2х ТНУ SIH 9 TE мощностью каждый 8,5 кВт - это система децентрализованного теплоснабжения (ДТС). Вырабатываемая мощность установки при максимальной нагрузке составляет 27 кВт. Работа установки основана на процессе тригенерации.

Тригенерация  — это технология комбинированной  выработки энергии, позволяющая  резко увеличить экономическую  эффективность использования топлива, так как при этом в одном процессе производятся три вида энергии — электрическая, тепловая и холод. В этом случае бросовая энергия (тепло выхлопных газов и систем охлаждения агрегатов) используется по прямому назначению. Стремление утилизировать эту энергию, получаемую при сжигании топлива, но не используемую при выработке основного продукта (электроэнергии), привело к созданию конструкций, в которых вторичные продукты: тепловая энергия (горячая вода, пар) и холод (лед-вода, охлажденный воздух) производятся за счет тепла выхлопных газов приводного двигателя. В составе таких систем работает абсорбционная холодильная машина, которая для выработки холода использует часть утилизированного тепла. Поток теплоты, получаемый тепловым модулем  при генерации электричества, находится в определенной пропорции к потоку выработанной электроэнергии.

Расчет будет  произведен на примере коммерческого  здания (кафе), которое обладает следующими характеристиками: количество этажей-1, площадь здания - 120 м², высота здания – 7 м,   Источником энергии в данном случае является Дизельная Электростанция, которая после некоторой модернизации дает возможность получать 3 вида энергии: холод, электричество и тепло.

 

4.2 Оценка  воздействия экспериментальной  установки на окружающую среду

 

Производство  энергии — главный источник загрязнения. Когенерация и тригенерация, используя первичное топливо в несколько раз эффективней традиционной энергетики, снижает выбросы загрязняющих веществ (оксида азота, двуокиси серы и летучих органических соединений) в 2-3 раза, в данном  случае.

Преимуществом данной установки по сравнению с традиционной выработкой энергии является то, что при одинаковом потреблении топлива (дизельное топливо) вырабатывается в 2,35 раза больше энергии. Это обусловлено тем, что выработка энергии производится комбинированным образом.

В данном случае для энергоснабжения здания установлена тригенерационная установка, потребляющая 1,75  л/ч дизельного топлива и вырабатывающая следующие энергетические показатели:

- электрическая  энергия (электрогенератор), кВт  – 6

- тепловая энергия  (тепловой модуль), кВт – 10 

- холод (тепловые  насосы), кВт – 17

 

Т а б л и ц а 4.1 - Удельные выбросы загрязняющих веществ принятые для расчета:
		Вещество	еmi (г/кВт*ч)	qэi (г/кг.топл.)
		СО	3,6	15
		NO	4,12	17,2
		CH	1,028571429	4,285714286
		C	0,2	0,857142857
		SO2	1,1	4,5
		CH2O	0,042857143	0,171428571
		БП	3,71429E-06	1,57143E-05

 

Настоящая методика переработана на основе новейших нормативно-методических документов и предназначена для  определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при эксплуатации стационарных дизельных установок.

Устанавливает порядок расчета выбросов от стационарных дизельных установок на основе удельных показателей.

 Максимальный  выброс i-ого вещества стационарной  дизельной установкой определяется  по формуле:

 

,   г/с                                                                            (4.1)

где еi - выброс i-го вредного вещества на единицу полезной работы стационарной дизельной установки на режиме номинальной мощности, г/кВт×ч, определяемый по таблице 1 или 2; Рэ - эксплуатационная мощность стационарной дизельной установки, кВт. Значение берется из технической документации завода-изготовителя. Если в технической документации не указывается значение эксплуатационной мощности, то в качестве Рэ, принимается значение номинальной мощности стационарной дизельной установки (Ne);

1/3600 - коэффициент  пересчета «час» в «сек».

 

Т а б л и ц а 4.2. - Значения выбросов еi для различных групп стационарных дизельных установок до капитального ремонта

 

Группа	Выброс, г/кВт×ч
	СО	NОx	СН	С	SО2	СН2О	БП
А	7.2	10.3	3.6	0.7	1.1	0.15	1.3´10-5
Б	6.2	9.6	2.9	0.5	1.2	0.12	1.2´10-5
В	5.3	8.4	2.4	0.35	1.4	0.1	1.1´10-5
Г	7.2	10.8	3.6	0.6	1.2	0.15	1.3´10-5

 

Т а б л и ц а 4.3 - Значения выбросов е_i для различных групп

стационарных дизельных установок, прошедших капитальный ремонт

 

Группа	Выброс, г/кВт×ч
	CO	NOx	СН	С	SO2	CH2O	БП
А	8.6	9.8	4.5	0.9	1.2	0.2	1.6´10-5
Б	7.4	9.1	3.6	0.65	1.3	0.15	1.5´10-5
В	6.4	8.0	3.0	0.45	1.5	0.12	1.4´10-5
Г	8.6	10.3	4.5	0.75	1.3	0.2	1.6´10-5