2) Химический способ: применение каустической соды.

3) Способ катионитной очистки

Катионитные установки применяются для очистки органические

смолы с развитой пов-тью способной поглощать катионы

щелочноземельных металлов.

N; O2; SO2; CO2

При кипячении растворимость газов в воде понижается.

Газы выделяются из воды в виде пузырьков и эти пузырьки прилипают к греющей

поверхности.

В точке прилипания уменьшается теплоотдача, происходит перегрев поверхности

и как следствие - её быстрое разрушение.

Такие газы как О2, СО2 являются активными окислителями и кроме того что они

увеличивают перегрев поверхности, они подвергают металл коррозии.

Очистка

Необходимый объём воды, который подвергся всем предыдущим

очисткам нагревается до температуры 90°С и подвергается резкому

понижению давления.

При понижении давления происходит активное вскипание, т.е

удаляются растворимые газы.

Процесс очистки от растворимых газов выполняют в установках,

которые называются деаэраторы.

Горение топлива — это окисление его горючих элементов кислородом с

выделением тепла. При быстром процессе окисления происходит взрыв.

Различают: органическое и не органическое топливо

За счет сжигания органического топлива человек получает 75-78%

тепловой энергии

15-17% за счет процесса получения тепла из неорганического топлива

(относится процесс радиоактивного распада)

В качестве топлива можно использовать такое горючее вещество,

которое удовлетворяет следующим требованиям:

1) выделяет при сгорании достаточно большое количество теплоты;

2) в продуктах сгорания отсутствуют компоненты, губительно действующие

на окружающий растительный и животный мир;

4) Экономически целесообразно при добыче и транспортировке к

местам потребления;

5) Сравнительно легко воспламеняется.

Классификация топлива

Органическое топливо различают:

1) По виду добычи:

• естественное

• искусственное – продукты переработки естественного

2) По агрегатному состоянию:

• Твердое

• Жидкое

• Газообразное

3) По содержанию горючих элементов:

Горючие составляющие— углерод С, водород Н, кислород О, сера органическая

и колчеданная.

Процент содержания А и W определяют качество топлива: при содержании золы А

≥ 30% или влаги W ≥ 20% топливо можно считать некачественным.

Содержание серы является отрицательным показателем:

S + O2 ЯSO2 ЯH2O + SO2 ЯH2SO3

-

серная кислота

В промышленности определяют состав топлива как :

S общ = S органическая + S колчеданная

Состав топлива зависит от агрегатного состояния:

 в твердом преимущественно содержится углерод и малое количество

водорода.

Присутствие углерода дает черный (маслянистый) цвет.

 в жидком увеличивается содержание водорода и снижается количество

углерода.

 в газообразном содержание углерода минимально, большое количество

водород.

Как правило это такие соединения как - метан СН4, этан

С2Н6, пропан СзН8, бутан C4Н10,(другие углеводороды),

углекислый газ СО2, окись углерода СО и азот N2.

Теплота сгорания топлива – называется то количество теплоты , которое

выделяется при полном сгорании твердого, жидкого или газообразного

топлива при нормальных условиях.

Различают низшую и высшую, удельную и объемную теплоту

сгорания топлива.

Низшей теплотой сгорания называется теплота сгорания,

определяемая с учетом затрат теплоты на испарение влаги

Высшей называется теплота сгорания, определяемая без учета

затрат теплоты на испарение влаги топлива и влаги, полученной при

сгорании свободного и связанного водорода.

Удельная теплота сгорания – это количество тепла, выделяемое

единицей массы.

Объемная теплота сгорания – это количество тепла, выделяемое

единицей объёма.

Главная составляющая горючей части топлива — углерод.углерод

Теплота сгорания углерода — 33 650 кДж/кг.

Содержание углерода по горючей массе топлива составляет:

в антраците — 87...93%, в мазуте — 85...88%, в бурых и каменных углях —

65...80%, в торфе — 50...56, в сланцах— 60...77%.

С возрастом топлива содержание в нем углерода возрастает.

Чем выше содержание углерода в топливе, тем хуже его воспламеняемость.

Теплота сгорания водорода—142 000 кДж/кг.

Содержание водорода составляет: в мазуте—10...10,5%, в торфе и дровах —

6...6,2, в бурых и каменных углях — 4...6, в антрацитах— 2,0...2,4%.

Чем выше содержание водорода в топливе, тем лучше его воспламеняемость.

Содержание водорода в топливе с увеличением возраста уменьшается.

Сера в составе топлива разделяется на органическую Sop и колчеданную

SK.

При сгорании образует окислы SO2 и при высоких температурах SO3.

Теплота сгорания серы составляет около 9000 кДж/кг.

Содержание серы в углях доходит до 5...7%, в сланцах, торфе — до 15, в

мазуте — до 3%, в природных газах — до 1%.

Кислород относится к негорючей части топлива. Он входит в химические

соединения с некоторыми горючими компонентами (например, с водородом)

топлива.

Азот не участвует в горении и является инертной частью топлива, образуя

вместе с кислородом его внутренний балласт.

Характеристика отдельных видов топлива

Древесина – хороший вид топлива, имеет малое содержание золы и 90%

горючих веществ, но её использование ограничено. Теплота сгорания

определяется влажностью.

Торф - продукт разложения растительных веществ.

В зависимости от способа добычи может быть кусковой или фрезерный

(крошка).

Влажность торфа высока (50% и выше), а теплота сгорания составляет от

8500...14000 кДж/кг.

Торф содержит до 70% летучих веществ, при хранении способен к

самовоспламенению.

• Бурые угли·—самые низкосортные, содержат значительное количество

минеральных примесей и летучих веществ.

Низшая теплота сгорания бурого угля—10500...16000 кДж/кг.

• Каменные угли — наиболее ценное твердое топливо. В зависимости от

содержания летучих веществ и характера получаемого при сухой перегонке кокса

каменные угли принято разделять:

Д — длиннопламенный

Г — газовый

ПЖ — паровичный жирный

ПС — паровичный спекающийся

Т — тощий

По величине кусков каменные угли делятся на классы:

К — крупный кусковой (до 100 мм)

О—орех (до 50 мм)

Μ — мелкий (до 25 мм)

С — семечко (до 13 мм)

Ш — штыб (до 6 мм)

Ρ — рядовой, несортированный

Низшая теплота сгорания каменного угля — 25000... 28000 кДж/кг.

Горючие сланцы — продукт разложения растительных и животных организмов под

водой без доступа воздуха. Характеризуются высоким содержанием летучих

веществ (около 80%) и высокой зольностью (до 55%). Низшая теплота сгорания

горючих сланцев не превышает 10000 кДж/кг. Из горючих сланцев наиболее

целесообразно получать газ и жидкое топливо.

Жидкое топливо:

• природное – нефть

• искусственное – продукты переработки нефти

(мазут, бензин, керосин)

Жидкое топливо имеет высокую теплоту сгорания, незначительное

количество балласта, его удобно транспортировать, перекачивать и хранить.

Низшая теплота сгорания — до 40000 кДж/кг.

Чем больше вязкость, тем хуже качество мазута (содержит большое количество

осадков). Бензин и керосин легче мазута, при качественном сжигании они меньше

загрязняют атмосферу.

Преимущества: минимальные потери теплоты при сжигании,

возможность регулировать процесс горения, отсутствует зола при сжигании.

Основные недостатки газообразного топлива — возможность утечки,

возможность образования взрывоопасной смеси с воздухом, отравляющее

действие на людей и животных.

Теплотасгоранияприродногогаза — 34000... 36000 кДж/нм3,

попутного —53000...60000 кДж/нм3.

Способы сжигания топлива

При проектировании теплотехнических агрегатов необходимо знать

количество образующихся газов, чтобы правильно рассчитать газоходы,

дымовую трубу.

Расчет ведется на единицу топлива, исходя из уравнения материального

баланса горения. Для грубых оценок можно считать, что в нормальных

условиях объём продуктов сгорания твердого и жидкого топлив равен Vr =

Vв · где  – коэффициент избытка воздуха.

0,21( - 1) – объём воздуха, который проходит через топочное устройство.

V° - объём азота

Кривые располагаются по

коэффициенту избытка воздуха,

подаваемого на сжигание, если

воздуха подают 1:1, то  = 1

Увеличение избытка ведет к более

резкому увеличению

теплосодержания продуктов

сгорания.

Конечная температура

отходящих газов выше, если

коэффициент избытка 

меньше.

Топочные устройства – топочная камера, топка, печь предназначенная для

плавления материала, сушки и т.д.

Топочные устройства классифицируются по назначению

промышленные и бытовые

Топочная камера может быть выносная или встроенная в технологический цикл.

Тепловой баланс топочного устройства определяет качество сжигания.

Идеальная топка, когда тепла = у тепла без потерь, но это

невозможно.

Q1 + Q2 + Q3

приход

=

Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8

расход

Q1 – получение тепла

при сжигании топлива

Q2 – физическое тепло

воздуха

Q3 – физическое тепло

топлива

Q4 –количество тепла, расходуемое на нагрев

воды, на получение пара.

Q5 –количество тепла, полученное в

результате химического недожога

Q6 –количество тепла, полученное в результате

механического недожога

Q7 –потери тепла на нагрев стенок топки

Q8 –потери тепла в окружающую среду с

топочными газами.

2) Q2 =

3) Q3 =

4) Q4 =

m · A, где m – масса топлива, A – теплотворная способность

m

m

m

m

m

в

· Св (Тв), где Св– теплоемкость воздуха

· Ст (Тт), где Ст– теплоемкость топлива

·С

теплоприемника (Тн - Тв),

т

теплоприемника

где Тн – температура

нагрева

5) Q5 =

6) Q6 =

со · Aсо, где

m – масса углекислого газа

т.ух.в от. · A т.ух.в от, где m т.ух.в от – масса тепла уходящего в отвал

7) Q7 =

m

ш

·С

т.г

ш (Тш - Тт),

где m ш – масса шлака

где m

т.г

8) Q8 =

m

·С

т.г(Т т.г – Т в),

– масса топочных газов

По конструкции топочные устройства делятся на слоевые топки, факельные

и вихревые топки.топки

Слоевая топка. Топливо помещают

слоями, поджигают и сквозь слой

топлива для поддержания горения

продувается окислитель.

Взаимодействие окислителя с топливом

идет только на поверхности.

Скорость сжигания и количество тепла,

выделяемое в единицу времени

определяется площадь

соприкосновения. Чем больше площадь

соприкосновения, тем больше скорость

сжигания.

Чтобы качественно сжечь топливо его

нужно измельчить.

Слоевая топка состоит из камеры

сжигания. Поддувала – устройства для

подачи окислителя. Между ними

находится колосниковая решетка

В слоевых топках сжигать жидкое и газообразное топливо не рационально.

Факельный способ сжигания

можно применять к жидкому,

газообразному и твердому

топливу в мелкодисперсном

состоянии.

Недостаток – в них

происходит сжигания шлака,

из-за этого образуется

недожог.

Факельный способ сжигания – полая цилиндрическая ёмкость с коническим

входом для окислителя.

По касательной к входу окислителя подается топливо с дополнительным

количеством окислителя.

Поток весь направляется вверх. У входа происходит поджигание топлива.

Продукты имеют высокую степень сгорания за счет высокой температуры в зоне

входа; идет постоянный процесс поджигания.

Также как для топок с кипящим слоем частицы топлива сгорают во взвешенном

состоянии и не успевают сплавиться с другими частицами топлива.

Более крупные частицы могут по стенкам опускаться вниз, а мелкие улетают с

топочными газами и попадают в систему газоочистки.

Скорость подачи окислителя и топлива незначительна, такая чтобы

поддерживать процесс горения во взвешенном состоянии.

Топливо и часть окислителя подается в торец вихревой топки,

дополнительная часть окислителя подается тангенсально.

На выходе горючая смесь поджигается и горит.

При этом способе температура сжигания гораздо выше, чем при

факельном сжигании, т.к активнее происходит перемешивание.

Сжигание жидкого топлива.

Для сжигания жидкого топлива требуется его предварительная подготовка,

а именно мелкий распыл, хорошее перемешивание и перемешивание с

окислителем.

Устройство, которое для этого применяется называется форсунки. По

конструкции достаточно сложное устройство, но величина незначительна.

По касательной подается окислитель. Скорость его подачи

велика.

Мельчайшие капельки окислителя перемешиваются и выходят из

топочной камеры и поджигаются. На выходе получаем устойчивое

пламя.

Скорость велика, пламя растягивается на большое расстояние.

Такие печи можно применить для получения цемента, резки металла.

Особенности горения: газообразное и распыленное топливо горят по

всему объёму, жидкое – горит только с поверхности.

1 – водоём 2 – насос 3 – теплообменник 4 – компрессор

5 – потребитель (бытовые нужды) 6 – редукционный клапан

Вода из внешнего водоёма 1

насосом прокачивается через

теплообменник 3,

где отдает тепло легко испаряемому

теплоносителю (фреону), после вода

возвращается в водоём 1.

Испарившийся газ поступает в компрессор 4, где подвергается резкому сжатию

(адиабатный процесс).

Вследствие быстрого сжатия температура фреона повышается и он поступает в

теплообменник 5, где тепло отдается ещё одному теплоносителю (вода).

Вода поступает на технические, бытовые нужды - обогрев помещений, т.е

потребителю.

Газ фреон с пониженной температурой поступает в редуцирующий клапан,

который предназначен для доведения (снижения) давления фреона до

рабочего (атмосферного).

После редуцирования газ поступает в теплообменник 3, т.о рабочий цикл

повторяется.

4

3

1 – 2 – изотермическое испарение фреона

2 – 3 – адиабатическое сжатие ( °t )

3 – 4 – изотермический процесс

A

1

2

S

4 – 1 – адиабатный процесс (↓Р)

q1 – теплота, выделенная при конденсации

А0 – внешняя работа

 – коэффициент коэффициент полезного

действия

q2 = q1 + А0,

где q2 – энергия

внешней среды

 = 1, при А0 = q1

предел

коэффициент

полезного

действия 3 - 5

1 – холодильная камера

2 – компрессор

3 – теплообменник

4 – редуцирующий клапан

Технологический цикл

Теплоноситель испаряется в

холодильной камере 1 и

поглощает тепло, снижая

температуру.

Затем теплоноситель поступает в

компрессор 2, где происходит

адиабатное сжатие.

В сжатом состоянии теплоноситель

поступает в теплообменник 3.

Для эффективности снижения температуры

сжатого теплоносителя в теплообменнике

циркулирует холодная вода.

После охлаждения теплоноситель поступает в редуцирующий клапан, где его

давление доводиться до рабочего.

2 – 3 – адиабатическое сжатие ( °t )

3 – 4 – изобарный процесс охлаждения

теплоносителя в теплообменнике 3

4 – 1 – адиабатный процесс редуцирования

теплоносителя (↓Р)

1 – 4 – 3 – 2 – удельная работа

5–1–2

– 6 – удельная теплота, выдаваемая в окружающую

среду (q1)

3 — конденсатор,

предназначенный для

охлаждения

отработавшего пара и

частичной его

конденсации

паровой котел

турбина

компрессор

конденсатор

4 — компрессор, где в

условиях адиабатного

сжатия насыщенный пар

полностью

конденсируется

1 — паровой котел

(парогенератор), в

котором получают пар

при постоянных:

температуре и давлении

(р = const Т = const)

2 —турбина, где происходит

адиабатное (без теплообмена)

расширение пара -

превращение теплоты пара в

механическую работу

1 – 2 – адиабатный процесс

2 – 3 — изотермический

процесс кипения

3 – 4 —поступление в

паровую турбину - адиабатный

процесс

4 – 1 — изотермический

процесс работы конденсатора

и компрессора

Т1 и Т2 – начальная и конечна

температура

Цикл работает на насыщенном водяном паре.

Для конечной конденсации теплоносителя применяется компрессор

Достоинства:

Цикл Карно прост в аппаратурном оформлении, термический КПД его

максимальный в заданном интервале температур, его легко можно описать

термодинамическими процессами.

Недостатки:

На стадии конденсации необходим компрессор. Компрессор этой

паросиловой установки получается громоздким, металлоемким, а

работа, затрачиваемая на привод компрессора, составляет до 40%

и более от работы, совершаемой паром в турбине. Кроме того,

циклы на насыщенном паре невозможны при температуре выше

критической (tкр = 374,120С), а современные металлы,

применяемые для изготовления основных узлов паросиловых

установок, позволяют перегревать пар до 550...600 °С, что в

значительной степени увеличивает термический коэффициент

полезного действия. В связи с этим цикл Карно для насыщенного

водяного пара практического применения не имеет.

Цикл Ренкина отличается от цикла Карно для насыщенного пара

следующим:

• полной конденсацией отработанного пара (что позволяет вместо

громоздкого, энергоемкого компрессора применить компактный

экономичный насос),

•использованием перегретого пара (в точке 1), что обеспечивает

более высокий термический КПД паросиловой установки.

Получили пар – 1.

В пароперегревателе – 2, пар

перегрели до определенной

температуры.

Пар поступает в паровую

турбину – 3.

Затем в конденсаторе - 4 - из

пара получили воду,

которая насосом – 5 – подается

в паровой котел.

Цикл замыкается.

Линия насыщения 4-5

Затем в результате подвода теплоты вся

вода превратилась в пар

линия кипения 5-6

В пароперегревателе 2 происходит

перегрев пара

изобарный процесс 6-1

1 - 2 – адиабатная работа паровой турбины

2 – 3 – изобарная работа конденсатора

3 – 4 изохорный процесс работы насоса

Sb – энтальпию

отработанного пара

Паровая турбина – механический агрегат, состоящий из ротора -

подвижная часть и статора.

Турбины по типу подачи пара могут быть:

• аксиальные – пар подается по оси

турбины

•

радиальные – по радиусу к оси турбины.

В паровой котел 1 особым образом закачивается очищенная и подогретая

вода.

В паровом котле за счет подвода тепла вода превращается в пар.

Пар поступает в пароперегреватель.

Затем в теплофикационную турбину 2 (это сложный многоступенчатый

агрегат), где пар имеет Т = 550°С и Р = 300 атм.

Пар проходя 1-ую ступень работает и его температура снижается на

100°С.

Т ≈ 420 – 450°СР ≈ 300 атм.

часть его отбирается и поступает в подогреватель 16, для

предварительного подогрева воды, поступающей в паровой котел.

15 -16 – это теплообменники, которые в промышленности по своим

задачам называются экономайзеры.

Оставшаяся часть пара поступает во 2-ую ступень паровой турбины, где

производиться работа вращения вала турбины.

Т ≈ 350 °СР ≈ 180 – 200 атм.

часть пара отбирается и направляется в систему предварительного

подогрева воды – 15.

1) В применяемом топливе –

топливом на АС служит плутоний и уран 238

2) Способами получения тепла –

ТЭС – сжигание органического топлива в котельных установках.

АЭС – получение тепла за счет деления ядер реактивных элементов в

реакторах.

Принципиальное устройство атомного реактора:

Бетонное сооружение с высокой степенью защиты, внутри атомного

реактора находиться свинец и графит.

Радиоактивное топливо помещается в графитовые тепловыделяющие

стержни.

Эти стержни способны опускаться и подниматься в реактор.

При опускании стержней в реактор, реакция распада замедляется и может

совсем прекратиться, (быстрые нейтроны поглощаются графитом)

при поднятии стержней из реактора, реакция распада ускоряется

(поглощение нейтронов замедляется, происходит выделение большого

количества тепла).

Выделения тепла за счет за счет деления ядер очень сильное, и это тепло

нужно снимать с поверхности стержня.

Поверхность тепловыделяющих стержней омывается теплоносителями 1-го

контура.