22.Экономайзеры котлов, их основные виды и схемы. Методика конструкторского расчета (постановка задачи, основные уравнения тепло-гидравлического расчета).

Э кономайзеры – устройства, предназначенные для подогрева воды или воздуха в котельной установке с помощью тепла уходящих продуктов сгорания топлива, которые для лучшего теплообмена двигаются сверху вниз, а вода – снизу вверх. Экономайзер повышает КПД котельной установки. Область применения экономайзеров – нагрев питательной воды паровых котлов и воды систем теплоснабжения. Экономайзеры котла выполняют либо из гладких, либо из ребристых чугунных труб; на более высокие температуру и давление – из стальных гладких труб. Различают поверхностные и контактные экономайзеры. Поверхностные экономайзеры в свою очередь бывают – питательные (нагрев воды для питания котлов) и теплофикационные (нагрев воды для систем отопления). По материалу конструкции различают чугунные и стальные экономайзеры. К основным характеристикам оборудования также относятся: схема присоединения и степень нагрева воды – экономайзеры «кипящего» и «некипящего» типа; размещение относительно котлов – групповое (б) и индивидуальное (а). 1-котел; 2-экономайзер; 3-газоход; 4-дымовая труба. Устанавливаются контактные экономайзеры непосредственно за котлами или после поверхностных экономайзеров. Чугунные экономайзеры собираются из чугунных ребристых труб длиной 2-3 метра, соединенных между собой чугунными коленами. Несколько горизонтальных рядов труб (до восьми) образуют группу, группы компонуют в колонны, разделенные металлическими перегородками. Группы собирают в каркасе с глухими стенками с теплоизоляционной обшивкой. Торцы экономайзеров закрывают съемными металлическими щитами. Экономайзеры оборудуются стационарными обдувочными устройствами, встроенными в блоки. Количество горизонтальных рядов, которые обдуваются одним устройством, не должно превышать четырех.Преимуществом чугунных экономайзеров является их повышенное сопротивление к химическому и механическому разрушению. Использование чугуна значительно увеличивает срок службы оборудования по сравнению со стальными экономайзерами. Чугунные экономайзеры бывают только «некипящего» типа. Стальные экономайзеры представляют собой несколько секций змеевиков, изготовленных из труб определенной длины и радиуса гиба. Отдельные пакеты змеевиков не должны иметь более 25 рядов и высоту более 1,5 м. Между пакетами должны быть предусмотрены разрывы для размещения обдувочных устройств.Стальные экономайзеры бывают «некипящего» и «кипящего» типа. Водяные экономайзеры рассчитывают следующим образом. Сначала по известным энтальпиям газов на входе в экономайзер ( (кДж/кг)) и на выходе из него ( ) определяют тепловосприятие экономайзера по уравнению теплового баланса , кВт, где B_Р - расчетный расход топлива, кг/с; φ - коэффициент сохранения теплоты; ΔH_B -энтальпия, кДж/кг. Температуру воды на выходе из экономайзера , кВт, где – температура воды на входе в экономайзер; с_в – теплоемкость воды, кДж/кг^оС; D_вэ - количество воды , проходящей через экономайзер, кг/с. D_вэ=D_нп+D_пр , где D_нп - расход насыщенного пара кг/с; D_пр - расход продувочной воды, кг/с. Для чугунного экономайзера должна быть не менее чем на двадцать градусов ниже температуры насыщения для избежания кавитации.Среднюю разность температур с достаточной степенью точности можно определить как среднеарифметическую величину , ^оС , где - температура газов до и после экономайзера Среднюю скорость газов в экономайзере подсчитывают по выражению

, м/с . При этом живое сечение экономайзера F_э=f_эm выбирают таким образом (набирая различное количество труб в горизонтальном ряду), чтобы W_ср была в пределах 6…9 м/с. Здесь m – число труб в горизонтальном ряду.k_э - коэффициент теплопередачи, Вт/м²^оС; V_г- объем газов.

После этого определяют расчетную поверхность нагрева экономайзера , м². Число горизонтальных рядов определяется как n=H_вэ/h_эm, где h_э - поверхность нагрева одной трубы, м².

23,24. Принципиальная тепловая схема паровой производственно-отопительной котельной. Основное и вспомогательное оборудованиеПроизводственно-отопительные котельные установки вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

П ринципиальная схема котельной со стальными паровыми котлами, отпускающей пар на технологические нужды и горячую воду на теплоснабжение:

1-котлы; 2-РОУ; 3-регулирующий клапан; 4-пароводяной теплообменник; 5-конденсатоотводчик; 6-сетевой насос; 7-фильтр; 8-регулятор подпитки; 9-деаэратор; 10-питательный насос; 11-аппараты химводоочистки; 12-подпиточный насос.

Выраб-й в котлах 1 пар по паропров-м напрвл-ся к технологич-м потреб-м и в пароводяной теплообм-к 4 для подогрева воды, циркул-ей в системе теплоснабжения. Конденсат от технологич-х потреб-й и после пароводяного теплообм-ка поступает в деаэратор 9, для работы которого использ-ся редуцированный пар от котлов. Для восполнения потерь конденсата в деаэратор с помощью подпиточного насоса 12 подается также подпиточная вода после ХВО 11. Из деаэратора вода подается питательным насосом 10 в котлы. Циркуляция воды в системе теплоснабжения осущ-ся с помощью сетевых насосов 6. Отпуск тепла на теплоснабжение регул-ся путем измен-я расхода пара с помощью регуляторов 3 в соотв-ии с требуемым темпер-м графиком. Подпитка воды в тепловую сеть производится подпиточным насосом 12 после ХВО 11 на всасывание сетевого насоса. Производится выбор котлоагрегата, турбогенератора подогревателя, и подпиточного насоса. Котлоагрегат подбирается по расчетному расходу пара

h′′- энтальпия перегретого пара, h′ - насыщенного пара Турбогенератор подбирается по расходу пара

, К_загр=0,6 (т/ч) Подогреватель сетевой воды и охладитель конденсата выбираются согласно расчету требуемые данные: t₀, τ_1, G_сет, Q_гв^max, Насосы подбираются по требуемому напору и расходу воды

(к Вт)

25. Термические (p,v,т) и калорические (u,i,s) параметры состояния тела. Физический смысл, единицы измерения. Уравнение состояния К термическим параметрам состояния относятся давление (p), объем (v) , температура(T). К калорическим: энтропия (s), внутренняя энергия (u) и энтальпия(i). Давление — сила, действ-щая на ед.площади. Р=F/S. Единицей давления в СИ является паскаль — давление, вызываемое силой в 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2 (1Па=1 Н/м2). Различают атмосферное (барометрическое); абсолютное давление; манометрическое (избыточное); разрежение (вакуум). Давление атмосферного воздуха измеряется барометрами, избыточное давление — манометрами, а давление разрежения — вакуумметрами. Температура тела есть мера его нагретости. Температура определяет направление передачи теплоты. Если два тела А и В имеют соотв-но тем­пературу Т1 и Т2 и Т1>Т2, то теплота переходит от тела А к телу В. При этом темп-ра тела А умен-ся, а В – увел-ся. За основную единицу измерения температуры принимают градус. В настоящее время прим-ся различные темпер-ные шкалы: Цельсия, Фаренгейта, Реомюра, Ранкина. Наиболее универсальной шкалой тем-тур является абсолютная термодинамическая шкала тем-тур - шкала Кельвина. За нормальные физические условия принимают давление, равное 101,325 кПа (760 мм рт. ст.), и тем­пературу, равную О °С. Удельный объем вещества — это объем, занимаемый единицей массы данного вещества Vуд=V/m. Плотность вещества r — величина, обратная удельному объему и определяющая -во вещ-ва, заключенное в единице объема. Измер-ся в кг/м3. Внутренняя энергия. (Дж/кг) Любая термодинамическая система в каждом состоянии обладает запасом полной энергии, кот-я состоит из внутренней энергии , зависящей от внутр-го состояния тела, и внешней энергии , связанной с движением тела как целого и положением его в каком-либо внешнем поле сил. Если тело не движется, а влиянием внеш-го поля сил можно пренебречь, то полная энергия будет представлять собой только внутреннюю энергию. Удел. внутр. энергия рабочего тела зависит от его температуры и удел. объема, являясь однозначной функцией этих параметров состояния. ΔU = CvΔT. Изменение уд.вн.эн. не зависит от характера процесса, а определяется лишь начальным и конечным состояниями рабочего тела. Δu = u2 − u1. u=q-pV Энтальпия (Дж/кг), также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц. Энтальпия равна сумме внутренней энергии газа и потенциальной энергии поршня с грузом i= u + pV. Энтальпия аналогично вн.эн. является функцией состояния. Следовательно, в процессе изменения состояния Δi = i2 − i1. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (замкнутый цикл), то изменение любого её параметра равно нулю, а отсюда ΔU = 0 и Δi = 0. di=TdS+Vdp Энтропия Дж/(кг • К) - параметр состояния, дифференциал которого равен отношению бесконечно малого количества теплоты в элементарном обратимом процессе к абсолютной температуре, постоянной на бесконечно малом участке процесса. Ур-е состояния идеального газа или ур-ем Клапейрона - Менделеева pv = RTm/µ. Здесь р - давление газа, v - объем, занимаемый m килограммами (граммами) газа, µ - килограмм-моль (грамм-моль), R - универсальная газовая постоянная, T –температура. Килограмм-моль (грамм-моль) - число килограммов (граммов) вещества, численно равное молекулярному весу. Из уравнения (1) получаются законы Гей-Люссака, Шарля и Бойля-Мариотта. При постоянных p и m (так как R =const, а µ постоянно для данного вещества) v1=v0T1/T2 ,где v0 и T0 - объем и температура газа при 0°C. Отсюда следует закон Гей-Люссака (уравнение изобарического процесса): v = v0(1+t/273). При постоянных v и m получается закон Шарля (уравнение изохорического процесса): p = p0(1+t/273). При постоянных T и m (изотермический процесс) получается закон Бойля-Мариотта: p1v1 = p2v2. Величина 1/273 (1/град) называется коэффициентом объемного расширения или термическим коэффициентом давления идеального газа. Для реальных газов при давлениях, близких к атмосферному или больших, соответствующие коэффициенты несколько отличаются от этой величины.

26. Теплота, работа, мощность. Определение, единицы измерения. 1-й закон термодинамики (через внутреннюю энергию и энтальпию). 2-й закон термодинамики. Энтропия.Работа-параметр, характеризующий процесс передачи энергии(упорядоченный), Дж .Количество теплоты- параметр, характеризующий процесс передачи энергии (хаотично). Энергия- характеристика системы, форма материи, характеристика состояния вещества.Мощность- энергия, затраченная в единицу времени

1-й закон является законом сохранения и взаимного превращения других видов энергии. Он показывает эквивалентность количества теплоты и работы.1-й закон запрещает построение вечного двигателя 1-го рода, такой машины, которая повторяя процессы производила бы работу в большом количестве чем потребляемая энергия. Через внутреннюю энергию pdv- работа расширения vdp –техническая работа d(pv)= p_2; v₂-p₁ v₁ = p dv+vdp – работа проталкивания l′=l-l₀ Энтальпия- параметр, характеризующий состояние системы.

2-й закон термодинамики

2-й закон термодинамики показывает направленность самопроизвольно протекающих в природе процессов. Система стремится к состоянию равновесия. dS≥0 Знак = для обратимых процессов знак > для необратимых реальных процессов

2-й закон констатирует неэквивалентность количества теплоты и работы в смысле их взаимопревращений. Работу можно полностью превратить в теплоту, а теплоту нельзя превратить в работу. Поэтому в процесс необратимого энергообмена качество энергии ухудшается, т.е снижается ее работоспособность. 2-й закон запрещает невозможность вечного двигателя 2-го рода, только двигателя превращающего полностью теплоту в работу. цикл карно Энтопия – физическая величина изменение которой происходит при обмене энергии в форме теплоты в равновесном процессе (Дж/К)

27. Изобарный и адиабатный процессы. Уравнение процессов для идеального газа. Политропный процесс – PV ⁿ – const Изохорный процесс – V=const, n=∞. Работа расширения в изохорном процессе l=0 dq=du. Вся теплота идет на увеличение внутренней энергии газа. Количество теплоты сообщаемое системе при нагреве от состояния 1 до состояния 2 равно q_1,2=c_v (T₂-T₁) Изобарный процесс – P=const n=0. Работа процесса l_р=p(V₂-V₁) = R (T₂-T₁)? Теплота изобарного процесса q_p=c_p(T₂-T₁) Изотермический процесс n=1 T=const, pv=RT=const. Работа расширения системы l_1,2=pdv=(RT/v)dv=RT*ln v₂/v_1, теплота подводимая к системе dq=Tds, q_1,2=T(S₂-S₁) Адиабатный процесс – n=k, pv^k=const – это процесс в котором от системы не отводится и не подводится теплота dq=0, ds=dq/T=0. Удельная работа в равновесном адиабатном процессе производится только за счет изменения внутренней энергии газа и при c=const l_p= Δu=c_p(T₁-T₂)

Х-степень сухости показывает массовую долюпара в смеси при t=0⁰C, U₀=0

q`=U`-U`<sub>o</sub>=pdV q`=U` i`=U`pV i`=U`=q`

S`=C`lnT_н/273 r =

r =теплота фазового превращения =внутренняя теплота парообразования=внешняя теплота парообразования

i_x =i’+xr U’’=U’+, i”=i’+r,