Задача 145

Дано

Теплоцентраль должна выработать пар для завода:

• Расход пара: Dпр = 20 000 кг/ч
• Параметры пара:
  p = 0,7 МПа, x = 0,95 (влажный насыщенный пар)

Возврат конденсата:

• 60% возвращается при 70°C
• 40% потерь восполняется химически очищенной водой при 90°C

Котёл:

• КПД ηпг = 0,80
• Теплота сгорания топлива Qнр = 30 МДж/кг

Нужно найти расход топлива.

 1. Энтальпия отпускаемого пара

Пар влажный, значит:

hпр​=h′+x⋅r

Для p = 0,7 МПа (по таблицам насыщения):

• (h’ ≈ 697) кДж/кг — энтальпия воды
• (r ≈ 2060) кДж/кг — теплота парообразования

hпр​=697+0,95⋅2060≈2665 кДж/кг

2. Теплота, уносимая паром к потребителю

Переведём расход в кг/с:

D˙=20000​/3600=5,56 кг/с

Qпар=D˙⋅hпр=5,56⋅2665≈14,8 МВт 

Это вся энергия, которую котёл должен сообщить пару.

3. Энтальпия возвращаемой воды

Возвращаемый конденсат (60%, 70°C)

hк​≈cp​t=4,19⋅70=293 кДж/кг

Химически очищенная вода (40%, 90°C)

hхим​≈4,19⋅90=377 кДж/кг

4. Средняя энтальпия питательной воды

hпв​=0,6hк​+0,4hхим​

hпв=0,6⋅293+0,4⋅377=327 кДж/кг 

5. Сколько теплоты нужно добавить в котле

Котёл не создаёт энергию пара «с нуля» — часть уже есть в тёплой воде.q = h_{пр} – h_{пв} = 2665 – 327 = 2338  кДж/кг

Общий тепловой поток:

Qкотла​=D˙⋅q=5,56⋅2338≈13,0 МВт

 6. Сколько теплоты нужно от топлива

КПД котла 0,8, значит:

Qтопл​=Qкотла/ηпг​​​=13,0​/0,8=16,25 МВт

7. Расход топлива

Qнр​=30 МДж/кг=30,000 кДж/кг

B˙=Qтопл/Qнр=16250/30000=0,54 кг/с 

В час:

B=0,54⋅3600≈1950 кг/ч 

Ответ

Чтобы отдельно вырабатывать этот пар в котле:

Расход топлива ≈ 1,9–2,0 т/ч

 Физический смысл

Если бы конденсат не возвращался, пришлось бы греть холодную воду → расход топлива был бы заметно больше.

Возврат горячего конденсата = экономия топлива, потому что часть теплоты уже «оплачена» ранее.