Калинин А.Э. Учебное пособие. Энергосбережение

Подождите немного. Документ загружается.

топлива. В будущем применение установок по производству жидкого или

газообразного топлива станет еще более эффективным.

11.5. Расчет параметров биогазовых

установок

К параметрам биогазовой установки относятся:

 температура брожения;

 продолжительность процесса брожения;

 режим заполнения метантанка (периодический или непрерывный).

Методика расчета состоит в следующем /14/:

1. Определяется суточное поступление биомассы.

БМ

= N

Жj

УДj

(11.2)

где m

БМ

– суточное поступление биомассы, кг;

– количество животных j-того вида, гол.;

УДj

– суточный выход экскрементов от j-того животного, кг/гол.

2. Определяется доля сухого вещества в биомассе.

)

100

(1mm

БМ

БМCB





(11.3)

где 

БМ

– влажность биомассы, %.

3. Определяется доля сухого органического вещества.

COB

= m



COB

(11.4)

190

где 

COB

– доля органического вещества в сухом веществе, о.е.

4.Определяется выход биогаза

БГ

= v

БГ

COB

(11.5)

где v

БГ

– удельный выход биогаза при полном разложении сухого

органического вещества, м

/кг;

– доля выхода биогаза при выбранной продолжительности

брожения, о.е.

5. Определяется объем метантанка

= (0,7 . . . 0,9) m

БМ



БМ

– 1

(11.6)

где t

– продолжительность брожения, сут.;



БМ

– плотность сбраживаемой биомассы, кг/м

6.Определяется количество теплоты для подогрева биомассы.

360024

tmq

Q)Т(ТсmQ

БРБМБМ

ПОТБМПРБМБМ





(11.7)

где с

БМ

– средняя теплоемкость биомассы, Дж/кг. К;

ПР

– температура процесса брожения, К;

БМ

– температура загружаемой биомассы, К;

ПОТ

– суммарные потери тепла через стенки и крышку метантанка,

Дж;

БМ

– мощность теплового потока от биомассы во время брожения,

Вт/кг;

191

БР

– время брожения, сут.

В приложении 7 приводятся необходимые для расчетов данные.

Глава 12. Метрологическое обеспечение энергетических

обследований

12.1. Измерительные приборы в системах

теплофикации

¥ В системах теплофикации измерениям подлежат температура,

давление, массовый или объемный расход, тепловая энергия.

Температура характеризует тепловое состояние вещества и

пропорциональна средней кинетической энергии молекул. Температура не

подчиняется закону аддитивности /15/ (additivus – придаточный, получаемый

путем сложения (лат)). В соответствии с этим для измерения необходимо

иметь не только единицу измерения, но и шкалу, в которой температура

определяется через аддитивные характеристики. В Международной

температурной шкале единицей измерения является градус Кельвина, равный

градусу Цельсия. Оба этих градуса равны 1/100 интервала между точкой

таяния льда и температурой кипения воды при нормальном атмосферном

давлении. Шкала Кельвина не имеет отрицательных значений, ее

192

абсолютным нулем является температура, приблизительно равная – 273

С.

Таким образом, температурные шкалы Кельвина и Цельсия связаны между

собой отношением

Т = t + 273, (12.1)

где Т – температура в градусах Кельвина, К;

t – температура в градусах Цельсия,

С.

Наиболее простыми устройствами для измерения температуры

являются стеклянные жидкостные термометры. Принцип действия

стеклянных термометров основан на объемном расширении жидкостей при

нагревании. Некоторые жидкости (например, спирты) имеют достаточно

большой коэффициент температурного расширения. Такие жидкости

называются термометрическими. Термометрическую жидкость выбирают

исходя из необходимых пределов измерения температуры по температуре их

замерзания и кипения. Жидкость помещают в колбочку, имеющую тонкий

капилляр. При нагревании термометрической жидкости в колбе она

увеличивает свой объем и поступает в капилляр. По высоте подъема

жидкости в капилляре судят о температуре нагрева колбочки. Шкалу наносят

либо непосредственно на капилляр, либо на специальной планке,

размещенной за капилляром. Для устранения влияния теплоты

непосредственно на жидкость в капилляре, он помещается в стеклянный

цилиндр, воздушная или вакуумная прослойка между капилляром и

окружающим пространством является хорошей теплоизоляцией. Бесцветные

жидкости (спирты) окрашивают специальными красителями.

Нашли распространение также ртутные термометры. Ртуть не

прилипает к стенкам капилляра и не смачивает их, кроме того, весьма

доступно получение чистой ртути. В этой связи ртутные термометры обычно

имею высокий класс точности. Технические данные некоторых стеклянных

термометров приведены в таблице 12.1.

193

Таблица 12.1

Технические данные стеклянных термометров

Тип Наименование Пределы

измерений,

Цена

деления,

Погрешност

ь,

Тл-4

ТР-1

СП-40

ТПК-М

ТТ

Лабораторный

Рабочий эталон

(образцовый)

Специальный

вибростойкий

Электроконтактный

Технический

прямой

(– 30. . . +240) –

– (+20. . .+310)

(0. . .+56) –

– (+4. . .+60)

0 – (+100. . +400)

(– 35. . . 0) –

–(+70. . . +300)

0 – (+50. . .+450)

0,1 или 0,2

0,01

0,5

1, 2, 5

1,2,5

±(0,1 – 0,2)

±0,05

±1

±1 – ±2

Недостатком стеклянных термометров является ограничение шкалы

измерений (от – 35

С до + 450

С), причем с увеличение температуры

погрешность измерений увеличивается. Манометрические термометры могут

использоваться для измерения температуры от – 200

С до +600

С, и

подразделяются на газовые, конденсационные и жидкостные

манометрические термометры. Принцип действия манометрических

термометров основан на изменении давления при нагревании

манометрического тела. Таким образом, манометрические термометры в

принципе реагируют на изменение давления газа или жидкости, помещенной

внутри них. При нагревании манометрического тела его давление на

мембрану повышается пропорционально температуре, следовательно, шкала

может быть проградуирована в градусах Цельсия или Кельвина. Схема

манометрического термометра приведена на рисунке 12.1.

194

Рисунок 12.1. Схема манометрического термометра

1 – термобаллон, 2 – манометр, проградуированный в градусах Цельсия или

Кельвина, 3 – капилляр

В конденсационных манометрических термометрах давление

изменяется за счет выпадения или испарения конденсата. Технические

данные некоторых манометрических термометров приведены в таблице 12.2.

Манометрические термометры не боятся вибраций и поэтому могут

применяться в системах, имеющих питательные или подкачивающие насосы,

или на транспорте.

Таблица 12.2

Технические данные манометрических термометров

Тип Вид Пределы

измерения,

Диаметр

термобаллона

, мм

Длина

капилляра, м

ТГП-100М1

ТКП-100М1

ТЖП-100

Газовый

Конденсацио

нный

Жидкостный

– 50. ..+600

– 25. ..+300

– 50. ..+300

20 или 30

1,6. . .60

1,6. . .25

1,6. . .10

Кроме термометров, которые используются для непосредственной

регистрации температуры, применяются датчики температуры. Сигнал,

снимаемый с датчика, может подаваться либо в схему управления, либо на

электроизмерительный прибор. В последнем случае (если прибор

195

проградуирован в температурных градусах) работа датчика эквивалента

работе термометра.

В качестве датчиков применяются термопары (термоэлектрические

преобразователи) и термосопротивления.

Работа термопары основана на явлении термо-э.д.с. Если к месту

электрического соединения двух разных металлов подвести теплоту, то на

противоположных (несоединенных) концах появиться разность потенциалов

– термо-э.д.с. (рисунок 12.2). Величина термо-э.д.с. зависит от температуры

электрического соединения.

На рисунке 12.3. показан вид, выпускаемых промышленностью

термоэлектрических преобразователей, а в таблице 12.3. их технические

характеристики.

На погрешность измерения термопары могут влиять контакты

подсоединения измерительных приборов. Для уменьшения этого влияния

подбирают специальные сплавы, не дающие больших термо-э.д.с. с медными

проводами. Кроме того на погрешность может влиять температура

окружающего воздуха. Для уменьшения этого влияния применяются

специальные удлиняющие провода (таблица 12.4.

Рисунок 12.2. Схема термоэлектрического преобразователя

196

1. 2 – металлические проводники из разных металлов, 3 – спай

(электрический контакт разных металлов, 4 – электроизмерительный прибор

(миливольтметр)

Таблица 12.3

Технические данные термопреобразователей

Тип Условное

обозначение

Диапазон измерения,

С Коэффициент

преобразования,

мкВ/

длительного кратковременного

ТВР ВР(А)-1

ВР(А)-2

ВР(А)-3

0 – 2200

0 – 1800

0 – 2500

12,1 – 9,2

11,8 – 11,4

11,9 – 11,3

ТПР ПР(В) 300 – 1600 300 – 1800 3,1 – 11,6

ТПП ПП(S)

ПП(R)

0 – 1300

0 – 1600

5,5 – 12,1

5,4 – 14,1

ТХА ХА(К) –200 – +1000 –200 – +1300 16,1 – 39,0

ТХК ХК(L)

ХК(Е)

–200 – +600

–200 – +700

–200 – +800

–200 – +900

28,5 – 87,8

26,3 – 79,8

ТНН HH(N) –270 – +1300 –270 – +1300 0,9 – 36,2

ТМК МК(Т) –200 – +700 –200 – +900 16,4 – 61,7

ТЖК ЖК(J) –200 – +700 –200 – +900 23,1 – 62,0

Рисунок 12.3.Внешний вид термоэлектрических преобразователей

а – для сред с давлением, близким к атмосферному (L = 500 – 3150 мм), б – с

неподвижным резбовым штуцером (до 3 МПа, L = 80 – 1250 мм), в – на

197

основе термопарного кабеля с приваренными удлиняющими проводами (до

0,4 МПа, L = 80 – 20000 мм)

Таблица 12.4

Технические данные удлиняющих проводов

Обозначение

ТП

Наименование

пары жил

Обозначение

пары

Максимальная

рабочая

температура,

ХА(К)

ХК(L)

ПП(R)

МК(Т)

ВР(А)

Медь/константант

Медь-титан/медь-никель

Хромель/копель

Медь/сплав III

Медь/копель

Медь/медь-никель

МТ-НМ

ХК

МК

М-МН

100

300

100

Работа температурного датчика сопротивления основана на

термозависимости удельного сопротивления металлов

= ρ

(1 + αt) (12.2)

Линейная зависимость удельного сопротивления от температуры

делает применение этих датчиков очень удобным. Кроме металлов могут

применяться полупроводники. В этом случае коэффициент термического

увеличения сопротивления отрицательный и удельное сопротивление с

ростом температуры уменьшается. Диапазон измерения температуры в

зависимости от применяемого материала находится в пределе – 200 . . .

+1100

С.

Для измерения давления применяются манометры. Единицей

измерения давления является Паскаль (Па). 1 Па = 1 Н/м

. Пределы

измерения давления (в кПа или МПа) выбираются согласно ГОСТ 18140 и

ГОСТ 2405 из ряда (1; 1,6; 2,5; 4; 6)*10

, где n – целое положительное или

отрицательное число. По принципу измерения давления манометры

198

классифицируются на жидкостные, деформационные, электрические,

грузопоршневые, тепловые и ионизационные /15/.

Жидкостные манометры могут быть U-образными или с наклонной

трубкой (рисунок 12.4).

Рисунок 12.4. Схемы жидкостных манометров

а – U-образный, б – с наклонной трубкой

В U-образном манометре давление или разность давлений

уравновешивается весом столба рабочей жидкости

– р

= gh(ρ

– ρ

) (12.3)

где р

– измеряемое давление, Па;

– давление среды, Па;

h – разность высот рабочей жидкости в коленах, м;

– плотность рабочей жидкости, кг/м

;

– плотность среды на рабочей жидкостью, кг/м

Недостатком U-образного манометра является удвоение погрешности

измерения. Так например, если погрешность считывания в каждом колене

равняется ±1мм, то общая погрешность составит ±2мм. При малых перепадах

давления такая погрешность недопустима.

199