Расчет расхода электроэнергии

Электроэнергия, потребляемая мясоперерабатывающими предприятиями, используется для привода производственного, вспомогательного и транспортного оборудования; для освещения основных и вспомогательных помещений; для технологических целей (электрокопчение, электроосаждение, магнитная сепарация и т.д.), для нагревательных целей и производства холода.

Отдельные категории потребителей электроэнер­гии делят на две группы:

- производственные токоприемники, куда включают установленную мощ­ность всего технологического оборудования, использующего электроэнергию.

- осветительная электроэнергия.

Производственные токоприемники. Мощность токоприемников для технологических нужд определяют по паспортным данным оборудования завода-изготовителя. Затраты электроэнергии рассчитывают исходя из реальных условий работы технологического оборудования. Например, расход электроэнергии для электрообогрева определяют по уравнению:

(47)

где А – расход электроэнергии, кВт·ч;

Q – тепловая нагрузка, кДж;

η_э – электротехнический КПД нагревательного прибора (0,8÷0,95).

Примечание: 1 кВт·ч = 3600 кДж,

1 кДж = 0,278 кВт·ч.

Различают суммарную установленную мощность технологического оборудования и потребную мощность технологического оборудования. В данном случае, мощность характеризует потребность оборудования в электроэнергии. Для определения реального расхода электроэнергии сначала рассчитывают установленную мощность, а затем – потребную мощность токоприемников.

Установленную мощность производственных токоприемников опреде­ляют как сумму номинальной паспортной мощности токоприемников (оборудования), установленных в цехах и нормально работающих, а также мощность технологических аппаратов. Резервное оборудование или аварийное в расчет не принимают. Результаты расчетов установленной мощности оборудования вносят в таблицу 4.13.

Таблица 4.13 - Расчет установленной мощности

Потребную мощность оборудования рассчитывают по формуле 48:

(48)

где Р_п – потребная мощность, кВт;

Р_у – суммарная установленная мощность, кВт;

К_с – коэффициент спроса;

К_з – коэффициент загрузки токоприемников (для пищевых предприятий К_з = 0,8÷0,9);

К_о – коэффици­ент одновременности; для непрерывно действующего оборудования К_о = 0,9, для периодического оборудования К_о = 0,5÷0,7;

η_т – КПД токоприемника (0,5÷0,9);

η_с – КПД сети (0,9÷0,95); для пищевых предприятий коэффициент спроса К_с = 0,55÷0,95. Обычно принимают для расчетов К_с = 0,8.

Осветительная электроэнергия.Устанавливаемую мощность для освещения различных помещений опреде­ляют исходя из норм освещенности предприятий пищевых производств, Вт/м²:

производственные помещения - 8÷10;

административные помещения - 10÷46;

производственно-вспомогательные помещения - 6÷8;

складские помещения - 4÷5;

коридоры, лестничные клетки, раздевалки, уборные - 2÷3.

Расчет установленной мощности для освещения различных помещений сводят в таблицу 4.14.

Таблица 4.14 - Расчет осветительной электроэнергии

Потребную мощность для освещения определяют по формуле 49:

(49)

где P_осв – потребная мощность для освещения, кВт;

Р_у.осв – суммарная установленная для освещения мощность, кВт;

К_о – коэффициент одновре­менности (К_о = 0,5÷1), принимают в среднем К_о = 0,8;

η_с – КПД сети (при­нимают 0,95).

Количество ламп (светильников) рассчитывают по следующей схеме.

Определяют площадь цеха:

S = A B, (50)

где А, В – длина и ширина цеха, м.

Количество светильников в цехе рассчитывают по формуле 81:

n = n_a n_b , (51)

где п_а – число светильников в одном ряду, шт.;

n_b – число рядов све­тильников, шт.;

п_b = (В – 2а) / z,

n_a = (A – 2a) / z,

где А – длина цеха, м;

В – ширина цеха, м;

а – расстояние от стены до светильника, м;

z – расстояние между светильниками, м.

После суммирования потребности электроэнергии по всем статьям расхода определяют удельный расход электроэнергии:

(52)

где А_уд – удельный расход электроэнергии, кВт·ч/т (кВт·ч/туб и т.д.);

А_п – расход электроэнергии производственными потребителями, кВт·ч;

А_осв – расход электроэнергии для освещения, кВт·ч;

А_хол – расход электроэнергии для производства холода, кВт·ч;

М – годовая мощность предприятия, т (туб, и т.д.).

Расчет расхода холода

На предприятиях «искусственный» холод используют для обслуживания следующих объектов: камер для охлаждения и хранения охлажденного сырья; морозильных камер; скороморозильных аппаратов; камер для хранения замороженного сырья или продукции; технологических аппаратов.

Калорический расчет холодильной установки. Калорический расчет выполняют с целью определения рас­хода холода и выбора холодильных машин.

Затраты холода (в Вт) в холодильных камерах складываются из следующих статей расхода:

Q₁ – на компенсацию потерь холода через ограждения (полы, стены, потолки);

Q₂ – на термическую обработку продуктов;

Q₃ – на охлаждение и осушение воздуха, подаваемого для вентиляции камер;

Q₄ – на компенсацию эксплуатационных потерь холода (из-за открывания дверей камеры, освещения, работы электродви­гателей, пребывания в камере людей и пр.).

Общий расход холода (в Вт):

Q_общ =Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ , (53)

Расход холода (в Вт) на компенсацию потерь через огражде­ния, связанный с разностью температур соседних помещений и притоком тепла в результате солнечной радиации, рассчитыва­ют по формуле 54:

Q₁ = Fk [(t_н – t_в) + ∆t_изб], (54)

где F – поверхность ограждения, м²;

k – коэффициент тепло­передачи ограждения, Вт/(м²·К);

t_в и t_н – температура воз­духа снаружи и внутри камер, °С;

∆t_изб – избыточная разность температур, °С.

Температура наружного воздуха t_н в отдельных помещениях, смежных с холодильной камерой, бывает различной, и поэтому Q₁ рассчитывают для каждого ограждения в отдельности.

Величина ∆t_изб учитывается только для наружных поверхно­стей, подвергаемых облучению солнцем, и в зависимости от гео­графической широты принимается следующей:

При термической обработке продуктов холод (в Вт) расходу­ется на их охлаждение, , компенсацию тепловых выделений, связанных с биохимическими процессами, , конденсацию па­ров, образующихся в связи с усушкой продуктов, , на за­мораживание, , и домораживание продукции, .

, (55)

Если продукт хранится в охлажденном виде, то расходу­ется на доведение его до требуемой температуры, а если подле­жит замораживанию – то до криоскопической точки. Для упа­кованных продуктов учитывают расход холода на охлаждение тары. Масса бочек и ящиков составляет 10-15 %, а стеклянных банок 30-35 % от массы нетто продукта.

(56)

где m_п и m_т – масса продукта и тары, кг;

с_п и с_т – удельная теплоемкость продукта и тары, Дж/(кг·К);

t_н и t_к – началь­ная и конечная температура продукта в таре, °С.

Расход холода (в Вт) на компенсацию тепловых выделений рассчитывается по формуле 57:

(57)

где g – удельное количество тепла, выделяемого в 1 с, Вт/кг.

Величину g (в Дж/кг·с) можно принять следующей:

для мяса 0,17

для плодов 0,03.

Расход холода (в Вт) на конденсацию паров, выделяющихся в результате усушки продукта, находят из выражения:

(58)

где ∆g – относительная усушка, доли единицы;

g_ин – количество инея, конденсирующегося на батареях, кг/с;

r_и и r_к – удель­ная теплота испарения и конденсации, Дж/кг.

Расход холода (в Вт) на замораживание продукта, охлажден­ного до криоскопической точки, составляет:

(59)

где W – относительное содержание влаги в продукте, доли единицы;

ω – относительное количество вымороженной влаги при средней конечной температуре замораживания, доли единицы;

r_л – удельная теплота льдообразования, равная 335·10³ Дж/кг.

Если продукт содержит, например, 75 % влаги, а количество вымороженной влаги составляет 87,4 % от общего ее количества, то W = 0,75, а ω = 0,874.

Необходимое количество холода (Вт) на домораживание продукта рассчитывается по формуле 60:

(60)

где с_зп – удельная теплоемкость замороженного продукта, Дж/(кг·К);

t_кр и t_ср.к – криоскопическая и средняя конечная температура, °С.

Расход холода (Вт) на охлаждение, замораживание и домораживание продукта может быть ориентировочно определен, исходя из изменения его теплосодержания, по формуле 93:

(61)

где i_н и i_к – начальная и конечная энтальпия продукта, Дж/кг.

Расход холода (Вт) на охлаждение и осушение воздуха, свя­занные с вентиляцией, рассчитывают по формуле 62:

(62)

где V – объем вентилируемой камеры, м³;

a/v – кратность смены воздуха в единицу времени, м³/с;

ρ – плотность воздуха в камере, кг/м³;

i_н и i_к – энтальпия наружного воздуха в ка­мере при соответствующей влажности, Дж/кг;

r_к – удельная теплота конденсации водяных паров, Дж/ кг;

g_н и g_к – содержание влаги в воздухе наружном и в камере, кг/м³;

φ_н и φ_к – относительная влажность воздуха наружного и в камере, доли единицы.

Эксплуатационные потери холода (Вт) складываются из следующих величин.

1. Потери холода через дверные проемы: (63)

где q_дв – удельный приток тепла при открывании дверей (на 1 м² пола камеры), Вт/м² (приведен в таблице 4.15);

F – пло­щадь камеры, м².

Таблица 4.15 - Удельный приток тепла при открывании дверей

2. Потери холода, связанные с электрическим освещением и работой электродвигателей.

(64)

где q_осв – удельный приток тепла от освещения, Вт/м²;

– суммарная мощность электродвигателей, кВт;

η_одн – коэф­фициент одновременности работы двигателей, в зависимо­сти от их количества и характера технологического процесса колеблется от 0,4 до 1,0.

q_осв зависит от типа помещения и коэффициента одновремен­ности включения светильников и составляет в среднем (Вт/м²): для производственных помещений – 4,5; для складских поме­щений – 1,16; для малых холодильных камер – 3,1.

3. Потери холода, связанные с пребыванием людей в камерах:

(65)

где n – количество человек, находящихся одновременно в ка­мере.

Суммарные потери холода Q₄ составляют для крупных холо­дильников 10 %, для мелких – до 40 % от общих тепловых потерь через ограждения Q₁ и потерь, связанных с вентиляцией Q₃.

После калорических расчетов определяется расчет электроэнергии для производства холода. Определяется по формуле 66:

(66)

где А_хол – годовой расчет электроэнергии для производства холода, кВт·ч;

Q_х – суммарный расход холода для охлаждения помещений, кВт (по калорическому расчету);

z – число рабочих часов в смену, ч;

n – число рабочих дней в году;

К_и– коэффициент использования потребной мощности (0,3-0,9).