Содержание

Сведения по теплотехнике…………………………….. 2

Сведения по теплотехнике.

Теплотехника -это наука изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты. Тепловая энергия получается при сжигании органических вешеств, называемых топливом.

Основы теплотехники составляют.

1. Термодинамика - наука, изучающая превращение энергии тепла в другие вилы энергии (например: тепловая энергия в механическую, хими­ческую и т. д.)

2. Теплопередача - изучает теплообмен между двумя теплоносите­лями через поверхность нагрева.

Рабочим телом называется теплоноситель, с помощью которого про­исходит превращение тепловой энергии в механическую, т. е. совершают работу (например, пар в паровом насосе).

В котельной теплоносителем (рабочим телом) является горячая вода и водяной пар с температурой до 150°С или водяной пар с температурой до 250°С. Для отопления жилых и обще­ственных зданий используется горячая вода, это связано, с санитарно-гигиеническими условиями, возможностью легкого изменения ее темпера­туры в зависимости от температуры наружного воздуха. Вода обладает значительной плотностью по сравнению с паром, что позволяет передавать на большие расстояния значительное количество тепла при небольшом объеме теплоносителя. В систему отопления зданий вода подается с тем­пературой не выше 95°С во избежание пригорания пыли на приборах ото­пления и ожогов от систем отопления. Пар используется для отопления промышленных зданий и в производственно-технологических системах.

Котельная- комплекс, связанных тепловых энергоустановок предназначенных для выработки теплоты.

Котельная установка =котельный агрегат+ вспомогательное оборудование.

Котельный агрегат=котел(паровой или водогрейный)+ экономайзер.

Вспомогательное оборудование- дымосос,вентилятор, питательный насос, топливное хозяйство (мазутное хозяйство или газовое) ХВП и КИПиА.

Котельные делятся на:

1. Отопительные, вырабатывающие тепло для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также для промышленных и коммунальных предприятий.

2. Отопительно-производственные, вырабатывающие тепло для отоп­ления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также для технологических целей.

3. Производственные, вырабатывающие тепло только для технологических целей.

Технологический процесс производства пара: топливо при помощи горелочных устройств поступает в топку котла где сгорает. Воздух необходимый для горения топлива подается в топку дутьевым вентилятором, образовавшиеся дымовые газы отдав часть своего тепла поверхностям нагрева, расположенным в топку (радиоционным) поступают на конвективные поверхности нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются в атмосферу газозаборником в дымовую трубу.

Поверхности нагрева в котле- стенки труб. Внутри труб движется вода, снаружи трубы омываются дымовые газами. Через стенки труб происходит теплообмен, газы отдают тепло воде. В верхнем барабане вода кипит и получается насыщенный пар между котлом и дымососом установлен водяной экономайзер (теплообменник, для использования тепла в дымовых газах. Поверхности нагрева называют еще хвостовыми. Вода для питания котлов специально готовится ХВП и подается в верхний барабан питательным насосом. Котельная работающая на жидком топливе специальное мазутное хозяйство.

Параметры рабочего тела

Теплоноситель, получая или отдавая тепловую энергию, изменяет свое состояние.

Например: Вода в паровом котле нагревается, превращается в пар. ко­торый имеет определенную температуру и давление. Пар поступает в па­роводяной подогреватель, сам охлаждается, превращается в конденсант Температура нагреваемой воды увеличивается, температура пара и конден­сата понижается.

Основными параметрами рабочего тела являются температура, давление, удельный объем, плотность.

1.Температура - это степень нагретости тела, определяет направление са­мопроизвольной передачи тепла от более нагретого к менее нагретому те­лу (мера средней кинетической энергии молекул вещества).

Передача тепла будет иметь место до того момента пока температуры не станут равными, т. е. наступит температурное равновесие. Температура измеряется в градусах.

Используются две шкалы: международная-Кельвина и практическая Цельсия t °С.

За ноль в этой шкале принята температура плавления льда ,за сто градусов –температура кипения воды при атм. давлении (760 мм рт. ст.).

За начало отсчета в термодинамической шкале температур Кельвина применят абсолютный нуль (низшая теоретически возможная температура, при которой отсутствует движение молекул). Обозначается Т.

1 Кельвин по величине равен 1° шкалы Цельсия

0K=-273,16°С

Температура таяния льда равна 273К . Температура кипения воды равна 373К

Т=t + 273; t = T-273

Температура кипения зависит от давления.

Например, При Р_а,c =1,7 кгс/см². Вода кипит при t =115°С.

2. Давление - эта сила, действующая перпендикулярно на единицу площади поверхности тела.

Давление силы, равной 1Н, равномерно распределенное на поверх­ности 1м² принято за единицу давления и равно 1Па (Н/м²) в системе СИ.

В технике применяются более крупные единицы измерения

1кПа=10³Па 1МПа=10^бПа 1ГПа=10⁹Па

Вне системные единицы измерения давления кгс/м²; кгс/см².

1 кгс/м² = 1 мм.в ст =9,8 Па

1 кгс/см² = 9,8^.10⁴ Па ~ 10⁵ Па = 10⁴ кгс/м²

Давление не редко измеряют в физических и технических атмосферах. Физическая атмосфера - среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при t° = 0°С

1атм = 1,01325 ^.10⁵ Па = 760 мм рт.ст. = 10,33 м вод. ст = 1,0330 мм в. ст. = 1,033 кгс/ см².

Техническая атмосфера (ат)

1ат = 735 мм рт. ст. = 10 м. в. ст. = 10.000 мм в. ст. = =0,1 МПа= 1 кгс/см²

1 мм в. ст. - сила, равная гидростатическому давлению водяного сто­лба высотой в 1 мм на плоское основание 1мм в. ст = 9,8 Па.

1 мм. рт. ст - сила, равная гидростатическому давлению столба ртути высотой 1 мм на плоское основание. 1 мм рт. ст. = 13,6 мм. в. ст.

В технических характеристиках насосов вместо давления употреб­ляется термин напор.

Единицей измерения напора является м. вод. ст.

Например: Напор создаваемый насосом равен 50 м вод. ст. это значит, он может поднять воду на высоту 50 м.

Давление в закрытых сосудах и трубопроводах различают: избыточ­ное, разрежение (вакуум), абсолютное, атмосферное

Атмосферное давление - среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при t° =0°С и нормальном атмосферном Р =760 мм. рт. ст.

Избыточное давление - давление выше атмосферного (в замкнутом объеме).В котельных под избыточным давлением находятся вода, пар в котлах и трубопроводах. Р_ИЗб. измеряется приборами манометрами.

Разрежение - давление в замкнутых объемах меньше атмосферного (вакуум). Топки и дымоходы котлов находятся под разрежением.Разрежение измеряется приборами тягомерами.

Абсолютное давление - избыточное давление или разрежение с уче­том атмосферного давления.

Рабс ⁼ Ратм +Ризб

Рабс ⁼ Ратм -Рразр

Например: Р_И3б в барабане котла ДКВр = 13 кгс/см²; Р_гбс = 13 + 1 = = 14 кгс/см².

Р_вак в деаэраторе = 0,3 кгс/см²; Рабс = 1 - 0,3 = 0,7 кгс/см²

В технике принято:

Ратм= 1 кгс/см² или 1 атмосфера

Для котлов имеются такие виды Р как:

1). Расчетное Р –максимально избыточное давление на котором производится расчет прочность элементов котла.

2). Рабочее – максимально избыточное Р в котле при котором обеспечивается длительная работа котла при нормальных условиях эксплуатации.

3). Разрешенное Р- максимально допустимое Р в котле после технологического осведительствования.

4). Пробное Р- избыточное Р которым производят гидравлические испытания элементов котла на прочность и плотность (техн. освидетельствование)

3. Плотность - отношение массы вещества к его объему.

О бозначение

В практике применяется относительная плотность – отношение плотности данного газа к плотности стандартного вещества (воздуха) при нормальных условиях (t° = 0°С: 760 мм. рт.ст.)

4.Удельный объем - объем занимаемый единицей массы вещества при

0°С и атмосферном давлении 760 мм. рт.ст.

Где V- объем занимаемый массой(м³)

m- масса вещества (кг)

5. Теплота.

Теплота -энергия, которая может передаваться от более нагретого те­ла к менее нагретому при соприкосновении или излучением.Перенос теплоты от твердого тела (стенки) к обтекающей его жидкости или газу называется теплопередачей.

В системе СИ единицей измерения теплоты и энергии является Джоуль(Дж). Внесистемная единица измерения теплоты - калория (кал.).

1 ккал. = 1000 кал. 1 Мкал= 10⁶кал 1 Гкал. = 10⁹кал

Теплота -энергия, которая может передаваться от более нагретого те­ла к менее нагретому при соприкосновении или излучением.

В системе СИ единицей измерения теплоты и энергии является Дж. Внесистемная единица измерения теплоты - калория (кал.).

1 ккал. = 1000 кал. 1 Мкал= 10⁶кал 1 Гкал. = 10⁹кал

1 килокалория-это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1°С при нормальном атмосферном давлении.

1 кал. - количество теплоты для нагрева 1 г Н₂О на 1°С при

Р =760 мм. рт.ст.

1 кал. =4,19Дж

1 к.к ал. = 4,19 кДж кВт ^. ч = 860 ккал

Способ передачи теплоты.

Различают, три способа переноса теплоты:

• теплопроводность

• излучение (радиация)

• конвекция

Теплопроводность - перенос теплоты вследствие теплового движе­ния молекул, атомов и свободных электронов, например, в твердых телах, тонких неподвижных слоях жидкости и газа.

Каждое вещество имеет свою теплопроводность она зависит от хими­ческого состава, пористости, влажности материала.

Хорошей теплопроводностью обладают металлы, незначительной те­плопроводностью обладает воздух. Слабо проводят теплоту пористые тела (асбест, сажа, накипь)

Накипь уменьшает передачу тепла от стенки котла к воде, в резуль­тате стенки перегреваются, что может привести к разрыву труб котла. На­кипь в 30-50 раз хуже проводит тепло, чем сталь.

Сажа затрудняет передачу тепла от топочных газов к стенке котла, что приводит к перерасходу топлива, снижению выработки пара или горячей воды. Сажа проводит тепло хуже стали в 100 раз.

Количественной характеристикой теплопроводности является коэф­фициент теплопроводности (X): количество теплоты, передаваемые через единицу поверхности нагрева в единицу времени при разности t в ГС и толщине стенки 1 м.

1 ккал ^. м/м ^2. ч ^. град = 1,163 вт/м-град (в системе СИ)

Коэффициент теплопроводности ( ):

медь - 330 ккал ^. м/м ^2. ч ^. град

чугун — 5 4 ккал ^. м/м ^2. ч ^. град

сталь -39 ккал ^. м/м ^2. ч ^. град

асбест - 0,15 ккал ^. м/м ^2. ч ^. град

сажа - 0,05-0, ккал ^. м/м ^2. ч ^. град

накипь - 0,07-2 ккал ^. м/м ^2. ч ^. град

воздух - 0,02 ккал ^. м/м ^2. ч ^. град

Конвекция - перенос теплоты вследствие перемещения неравномер­но нагретых слоев жидкости или газов относительно поверхности какого-либо тела. Различают конвекцию естественную и принудительную.

Естественная конвекция - свободное движение жидкости или газов за счет разности плотностей неравномерно нагретых слоев.

Принудительная конвекция - вынужденное движение жидкости или газов за счет давления или разрежения, создаваемых насосами, дымосо­сами и вентиляторами.

Например: дымовые газы движутся за счет разрежения в топке, соз­даваемого дымовой трубкой или дымососам, а вода в трубах движется с помощью циркуляционных насосов.

Передача тепла конвекцией характерна только для жидкостей и газов.

Способы увеличения конвективного теплообмена:

1. Увеличение скорости потока

2. Турбулизация (завихрение)

3. Увеличение поверхности нагрева (оребрение)

4. Увеличение разности температур между греющей и нагреваемой средами

5. Противоточное движение сред

Излучение (радиация) - передача теплоты от одного тела к другому электромагнитными волнами: происходит превращение тепловой энергии в лучистую и наоборот, лучистой в тепловую.

Например: передача теплоты от факела топлива к поверхности наг­рева котла. Радиация - наиболее эффективный способ передачи теплоты, особенно если изучающее тело имеет высокую температуру, а лучи на­правлены перпендикулярно к нагреваемой поверхности. Для увеличения теплообмена излучением в топках котлов выкладываются специальные щели, горки, форкамеры, которые одновременно являются излучателями теплоты и стабилизаторами горения.