Лекция №3 Теплотехнология. Энергетическое и энерготехнологическое оборудование. Основные виды промышленных тепло- и массообменных процессов и установок

Энергетическое и энерготехнологическое хозяйство современного промышленного предприятия представляет собой сложный комплекс, включающий в себя установки для производства и преобразования различных видов энергии, коммуникации и трубопроводы для трансформатора топлива, энергии, сырья и продуктов (линии электропередачи, кабели, тепловые сети, газо-, паро-, водопроводы, линии сжатого воздуха, гидро- и пневмотранспорта и т.д.) установки и системы отопления, вентиляции и кондиционирования; энергоиспользующие установки для выработки технологической продукции и др.

Рациональное использование топливно-энергетических и сырьевых ресурсов на действующих и строящихся промышленных предприятиях в современных условиях обеспечивается на основе принципов энергосберегающей, малоотходной и безотходной технологии и энерготехнологического комбинирования.

Теплотехнология (ТТ) - совокупность методов преобразования исходных сырья, материалов, полуфабрикатов в заданный товарный продукт на основе изменения их теплового состояния посредством воздействия источника теплоты.

Теплотехнологическая установка (ТТУ) – совокупность теплотехнологического реактора и эксплуатационно связанного с ним технологического, теплотехнического, энергетического, транспортного, приемно-распределительного и другого оборудования, обеспечивающая реализацию данного теплотехнологического процесса и работающая в едином технологическом ритме. Теплотехнологические установки могут быть без внешнего теплоиспольэования и с внешним теплоиспольэованием.

Теплотехнологический процесс (ТТП) - элемент теплотехнологии, включающий в себя совокупность элементарных (теплофизических, физических, химических, механических и др.) процессов, обеспечивающих конкретное, технологически регламентируемое тепловое воздействие на сырье, материалы, полуфабрикаты на отдельных этапах производственного цикла (теплотехнологии) .

Теплотехнологическая схема производства (например, переработки исходного сырья в заданный технологический продукт) – наглядная (графическая) иллюстрация последовательной совокупности теплотехнологических и других технологических процессов производства того или иного продукта.

Теплотехнологическая система (ТТС) – совокупность теплотехнологических установок и эксплуатационно связанного с ними технологического, теплотехнического, энергетического, транспортного, приемно-раопределительного и другого оборудования, обеспечивающая переработку исходных материалов в заданный продукт или полуфабрикат в пределах данного предприятия.

Теплотехнологический комплекс (ТТК) – совокупность теплотехнологических систем и производственно связанных с ними технологических, теплотехнических, энергетических, транспортных, приемно-распределительных и других устройств, установок, систем, включая источники технологического сырья, топлива, электроэнергии, обеспечивающая всю последовательность теплотехнологических процессов преобразования исходного сырья в заданную продукцию, как в пределах предприятия, так и вне его

Энергетика теплотехнологии – область промышленной энергетики (и научная дисциплина), отвечающая за преобраэование, передачу и экономное испольэование энергии в теплотехнологии, в условиях строго регламентированных технологических требований.

Конкретно, в рамках энергетики теплотехнологии:

1. –определяется энергоемкость производства конечного продукта и на основе объективных критериев устанавливается качество (эффективность) использования топливно-энергетических ресурсов и общие масштабы резерва энергосбережения в теплотехнологических комплексах (системах);

2. обеспечивается квалификационный отбор (разработка) источников энергии для теплотехнологии и технологически безупречная генерация и передача теплоты в технологических реакторах, преобразующих исходные сырьевые материалы в конечный продукт;

3. устанавливаются условия достижения предельно высокого энергосберегающего эффекта в теплотехнологических системах при комплексном учете и наиболее полном решении проблемных задач материалосбережения, экономии пресной воды, охраны окружающей среды при благоприятном производственном комфорте для человека;

4. разрабатываются на принципах интенсивного энергосбережения теплотехнологические модели производственных систем с прогрессивными, безотходными и традиционными технологиями;

5. разрабатывается и создается теплотехнологическое оборудование нового поколения;

6. разрабатываются и реализуются мероприятия глубокой энергетической и технической модернизации действующих теплотехнологических систем.

Промышленные теплотехнологический комплекс включает:

• высокотемпературные технологические системы, основным звеном которых являются огтетехнические процессы и установки, в частности промышленные печи, реакторы, конвертеры и другие. Одним из отличительных признаков высокотемпературных теплотехнологических установок и систем является непосредственное использование в качестве источника энергии органического топлива, электроэнергии, низкотемпературной плазмы и высокотемпературных теплоносителей от ядерных реакторов (в перспективе). Диапазон рабочих температур 8002000 С и выше.

• среднетемпературные технологические системы, основным звеном которых являются установки выпарки, ректификации и сушки, паровые турбины и их некоторое вспомогательное оборудование (ПВД, деаэратор, ПН и т.д.) и другие. Диапазон рабочих температур 150800 С.

• низкотемпературные технологические системы, основным звеном которых являются отопительные, вентиляционные и холодильные установки. Диапазон рабочих температур –150150 С.

• криогенные технологические системы, основным звеном которых являются установки для разделения воздуха. Диапазон рабочих температур –273–150 С

Основными элементами тепломассообменных установок являются теплообменные и тепломассообменные аппараты, камеры и другие устройства.

Теплообменный аппарат (теплообменник) – устройство в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими средами. В теплообменных аппаратах могут происходить различные тепловые процессы: изменение температуры, испарение, кипение, конденсация, расплавление и другие. Количество тел участвующих в этих процессах, может быть больше двух: тепло может передаваться от одного тела к нескольким другим телам или, наоборот. Эти тела, отдающие или воспринимающие тепло, принято называть теплоносителями.

Тепломассообменными аппаратами (ТА) называют устройства в которых одновременно протекают тепло- и массообменные процессы.

Классификация теплообменных аппаратов.

Теплообменные аппараты различают по назначению, принципу действия, фазовому состоянию, конструктивным признакам.

В зависимости от назначения ТА называют подогревателями, испарителями, конденсаторами, холодильниками, радиаторами и т.д.

В зависимости от фазового состояния называют однофазные, (вода) двухфазные (пар+вода) и многофазные (газовзвеси, аэрозоли и т.д.)

По принципу действия ТА делятся на поверхностные и смесительные.

• в поверхностных аппаратах теплоносители разделены твердыми теплопроводными стенками, через которые происходит теплообмен между теплоносителями.

Поверхностные аппараты делятся на рекуперативные и регенеративные

Рекуперативные – теплообменники, в которых теплообмен происходит через разделительные стенки. В аппаратах этого типа в каждой точке разделительной стенки тепловой поток сохраняет постоянное направление. В большинстве рекуперативных аппаратов осуществляется непрерывная передача тепла через стенку от одного теплоносителя к другому. Эти аппараты являются, как правило, аппаратами непрерывного действия. Рекуператоры в которых происходит периодический нагрев или охлаждение одного из теплоносителей, называют аппаратами периодического действия.

Регенеративные – теплообменники, в которых два или больше теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева. Регенеративные теплообменники в большинстве случаев являются аппаратами периодического действия; в них разные теплоносители поступают в различные периоды времени. Непрерывная работа в них осуществляется в том случае, если они снабжены движущимися стенками или насадками, попеременно соприкасающимися с потоками разных теплоносителей и непрерывно переносящими тепло из одного потока в другой.

В смесительных ТА тепло- и массообмен осуществляются путем непосредственного контакта и смешения жидких и газообразных теплоносителей.