4.1.2. Способы охлаждения и охлаждающие агенты

Охлаждение газов и жидкостей производится за счет их теплообмена с

охлаждающими агентами: водой, воздухом или хладагентами. Способы

охлаждения и охлаждающие агенты выбираются в зависимости от темпера-

туры, до которой нужно охладить среду.

Для охлаждения до температур ~ 10 _ 30 ｰС в качестве охлаждающих

агентов используют обычно доступные и дешевые _ воздух и воду.

Атмосферный воздух имеет низкую теплоемкость и низкие коэффици-

енты теплоотдачи, но, несмотря на это, находит широкое применение как

охладитель. Примерами воздушного охлаждения могут служить крупные

промышленные конденсаторы пара и др. Опыт показал, что расходы на при-

нудительную циркуляцию воздуха для охлаждения конденсатора меньше

расходов, связанных с водяным охлаждением.

Для повышения интенсивности теплообмена поверхность охлаждения

со стороны воздуха увеличивается за счет оребрения.

По сравнению с воздухом вода имеет большую теплоемкость и высо-

кий коэффициент теплоотдачи, поэтому может отобрать больше теплоты от

охлаждаемой среды. Вода естественных водоемов в зависимости от времени

года имеет температуру 4 _ 25 ｰС, а артезианская вода 8 _ 15 ｰС. Если для

охлаждения применяется технологическая, оборотная вода, то ее температура

летом может достигать 30 оС. Вода как охлаждающий агент используется

главным образом в поверхностных теплообменных аппаратах (холодиль-

никах), но может применяться и в теплообменниках смешивания.

Если температура охлаждаемой среды выше 100 ｰС, то охлаждающая

вода будет испаряться. Охлаждение путем испарения снижает расход воды и,

образующийся пар, можно использовать как низкотемпературный греющий

48

агент. Охлаждение до температур ниже 0 ｰС проводится с помощью холо-

дильных агентов (хладагентов). Наиболее распространенными хладагентами

являются аммиак и фреоны (фторхлорпроизводные метана).

4.2. Теплогенерация сжиганием органического топлива

4.2.1. Топливо и его классификация

Основным источником тепловой энергии в настоящее время является

органическое топливо _ твердое, жидкое и газовое.

Топливом называют горючие вещества, которые сжигают для получения

в промышленных целях необходимое количество теплоты.

Классификация органического топлива по агрегатному состоянию

приведена в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Классификация органического топлива по агрегатному состоянию.

Топливо Твердое Жидкое Газообразное

Природное

Дрова, торф, бурые и

каменные угли,

антрацит, горючие

сланцы

Нефть Природный газ

Искусственное

Древесный уголь, кокс,

угольные и торфяные

брикеты

Мазут, керосин,

бензин,

соляровое

топливо

Газы: нефтяной,

коксовый,

генераторный.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю, называется

рабочим топливом.

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих элементов: углерода –

С, водорода – Н и летучей серы – Sл (за исключением сульфатов); негорючих

компонентов – (азота – N и кислорода – О) и балласта (золы – А и влаги –

W).

Элементарный состав рабочей массы (индекс ｫрｻ) твердого и жидкого

топлива дается на 1 кг массы топлива, % масс.:

Ср + Нр + Sр

л + Nр + Oр + Aр + Wр = 100. (4.4)

В состав золы входят SiO2, А12О3, Fе3O4 и Fе2О3, СаО, МgO, К2O

и Nа2O, сульфаты и др. Эти соединения могут образовывать в топках печей

эвтектические смеси, способные плавиться при более низких температурах,

чем температуры плавления отдельных компонентов смеси, оказывая

нежелательное влияние на процесс горения.

Поэтому плавкость золы, зависящая от ее состава, является важной харак-

теристикой, с которой необходимо считаться при выборе способа сжигания

данного топлива.

Зола вместе с влагой составляет негорючую часть топлива и называется

внешним балластом. Внешний балласт снижает ценность топлива, к тому

49

же часть теплоты расходуется на испарение влаги и уносится с дымовыми

газами через трубу в атмосферу.

Кислород Ор и не участвующий в горении азот Np называют внутрен-

ним балластом топлива.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих

газов. Горючая часть состоит из предельных (СnH2n+2) и непредельных (СnH2n)

углеводородов, водорода Н2, окиси углерода СО, и сернистого водорода

(Н2S). В состав негорючих элементов входит азот (N2) , углекислый газ (СO2)

и кислород (О2). Составы природного и искусственного газообразного

топлива различны. Природный газ характеризуется высоким содержанием

метана (СH4 ~ 80 – 98%), а также небольшого количества других углеводо-

родов: этана (С2H6), пропана (С3H8), бутана (С4H10), этилена (С2H4), и пропи-

лена (С3H6). В искусственных газах содержание горючих составляющих

(водорода и окиси углерода) достигает 25 – 45%, в балласте преобладают

азот и углекислый газ – 55 –75% об.

Состав газообразного топлива задается в объем. %:

СnH2n+2 + СnH2n + Н2 + СО + Н2S + О2 + N2 + CО2 + H2O = 100. (4.5)

Важнейшими техническими характеристиками топлива являются

теплота сгорания, выход летучих веществ и свойства кокса (твердый остаток,

который получается после нагревания топлива без доступа окислителя. В

состав кокса входят преимущественно остаточный углерод и зола).

Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выде-

ляющееся при полном сгорании 1 кг массы твердого или жидкого топлива

или 1 м3 газового топлива при нормальных физических условиях.

Различают высшую и низшую теплоты сгорания. Высшей теплотой

сгорания Qp

в называется количество теплоты, выделяющейся при сгорании

топлива с учетом теплоты конденсации водяных паров, образующихся при

сгорании водорода Нр и теплоты испарения влаги топлива WР. Низшей

теплотой сгорания Qp

н называется __________теплота сгорания топлива при условии,

что влага, образующаяся при сгорании водорода топлива 9НР, и влага

топлива WР находятся в парообразном состоянии.

Связь между высшей и низшей теплотой горения топлива выражается

формулой (кДж/кг):

Qp

н = Qp

в – 25,1(9НР + WР), (4.6)

где коэффициент 25,1 _ теплота парообразования воды, кДж/кг; величина