- •Кафедра технології та організації ресторанного бізнесу Конспект лекцій
- •Харків 2008
- •Тема 1. Вступ. Основні поняття і визначення.
- •1.1 Вступ
- •1.2. Термодинамічна система.
- •1.3. Параметри стану.
- •1.4 Рівняння стану
- •Тема 2. Перший закон термодинаміки.
- •2.1. Теплота і робота.
- •2.2. Внутрішня енергія.
- •2.3. Перший закон термодинаміки.
- •2.4. Теплоємність газу.
- •2.5. Універсальне рівняння стану ідеального газу.
- •Тема 3. Другий закон термодинаміки.
- •3.1. Основні положення другого закону термодинаміки.
- •3.2. Ентропія.
- •3.3. Цикл і теореми Карно.
- •Тема 4. Термодинамічні процеси.
- •4.1. Метод дослідження термодинамічних процесів.
- •4.2. Ізопроцеси ідеального газу.
- •4.3. Політропний процес.
- •Тема 5. Термодинаміка потоку.
- •5.1. Перший закон термодинаміки для потоку.
- •5.2. Сопло Лаваля.
- •5.3.Дроселювання.
- •Тема 6. Реальні гази. Водяной пар. Вологе повітря.
- •6.1. Властивості реальних газів.
- •6.2. Рівняння стану реального газу.
- •6.3. Поняття про водяну пару.
- •6.4. Характеристики вологого повітря.
- •Тема 7. Термодинамічні цикли.
- •7.1. Цикли паротурбінних установок (пту).
- •7.2. Цикли двигунів внутрішнього згоряння (двс).
- •7.3. Цикли газотурбінних установок (гту).
- •Розділ II. Основи теорії теплообміну.
- •Тема 8. Основні поняття і визначення.
- •Тема 9.Теплопровідність.
- •9.1. Температурне поле. Рівняння теплопровідності.
- •9.2. Стаціонарна теплопровідність через плоску стінку.
- •9.3 Стаціонарна теплопровідність через циліндричну стінку.
- •1 Однорідна циліндрична стінка.
- •Багатошарова циліндрична стінка.
- •2 Багатошарова циліндрична стінка.
- •9.4. Стаціонарна теплопровідність через кульову стінку.
- •Тема 10. Конвективний теплообмін.
- •10.1. Фактори, що впливають на конвективний теплообмін.
- •10.2.Закон Ньютона-Рихмана.
- •10.3. Теорії подібності.
- •10.4. Критеріальні рівняння конвективного теплообміну.
- •10.5. Розрахункові формули конвективного теплообміну.
- •Вільна конвекція в необмеженому просторі.
- •Змушена конвекція.
- •Тема 11. Теплове випромінювання.
- •11.1. Загальні відомості про теплове випромінювання.
- •11.2. Основні закони теплового випромінювання
- •Тема 12.Теплопередача.
- •12.1. Теплопередача через плоску стінку.
- •12.2. Теплопередача через циліндричну стінку.
- •12.3. Типи теплообмінних апаратів.
- •12.4. Розрахунок теплообмінних апаратів.
- •Тема 13. Енергетичне паливо.
- •13.1. Склад палива.
- •13.2. Характеристика палива.
- •13.3. Моторні палива для поршневих двс.
- •Тема 14. Котельні установки.
- •14.1. Котельний агрегат і його елементи.
- •14.2 Топкові пристрої.
- •14.3 Спалювання палива.
- •14.4 Теплотехнічні показники роботи топок.
- •Тема 16.Горіння палива.
- •16.1. Фізичний процес горіння палива.
- •15.2. Визначення теоретичної і дійсної витрати повітря на горіння палива.
- •Тема 17. Компресорні установки.
- •17.1. Об'ємний компресор.
- •17.2. Лопатковий компресор.
- •Тема 17. Питання екології при використанні теплоти.
- •17.1. Токсичні гази продуктів згоряння.
- •17.2. Вплив токсичних газів.
- •17.3. Наслідки парникового ефекту.
- •Перелік літератури Основна
- •Додаткова.
14.4 Теплотехнічні показники роботи топок.
Найважливіша теплотехнічна характеристика топкових пристроїв, ґрунтуючись на якій вирішують питання їхньої конструкції й оцінюють інтенсивність роботи, - теплова напруга обсягу топкового простору. Вона виражається відношенням Q/Vт і являє собою кількість теплоти, що виділилася при спалюванні визначеної кількості палива в одиницю часу В и приходиться на 1 куб.м обсягу топкового простору, тобто:
q = Q/Vт = Qpн B/Vт. (15.1)
Одиницею виміру q для є Вт/м3.
Якщо значення q буде перевищувати визначену числову величину, установлену практично, то за час перебування в топці паливо не згорить цілком. Досвід експлуатації котлових агрегатів показав, що для різних видів палива, способів спалювання і конструкцій топок припустиме значення q змінюється в широких межах.
Наприклад, для шарових топок з нерухомими ґратами і ручним забросом палива q = 290 – 350 кВт/м3, у шарових механізованих топок qх =290 – 465 кВт/м3, для камерних топок при спалюванні вугільного пилу q = 145 – 230 кВт/м3, а при спалюванні в них газу або мазуту qх = 230 – 460 кВт/м3.
У шарових топках, у яких частина палива згоряє в шарі, а інша частина в топковому просторі, застосовують ще одну характеристику інтенсивності теплової роботи топки, названу тепловою напругою дзеркала горіння і маючу вид:
q=Q/R=Qpн/R. (15.2)
Одиницею виміру для q є Вт/м2; В – кг/с; Qрн – Дж/кг і для - R м3.
Ця характеристика являє собою кількість теплоти, що виділилася при спалюванні визначеної кількості палива в одиницю часу і приходиться на 1 м2 площі поверхні дзеркала горіння.
Установлено, що чим більше q, тим більше втрата теплоти від механічного недоспалювання унаслідок віднесення з меж топки дрібних, що не встигли згоріти часток палива. Значення теплової напруги дзеркала золи, конструкції топки і т.д. змінюються в широких межах – від 350 до 1100 кВт/м2.
Очевидно, що чим більше значення qu і q для заданих розмірів топки і того самого виду палива, тим інтенсивніше протікає робота топки, тобто більше спалюється палива в одиницю часу і більше виробляється теплоти. Однак форсувати топку можна лише до визначеної межі, тому що в противному випадку зростають витрати від хімічної і механічної неповноти згоряння і знижується ККД.
Тема 16.Горіння палива.
16.1. Фізичний процес горіння палива.
Горіння палива – хімічна реакція з'єднання пальних елементів палива з окислювачем при високій температурі, що супроводжується інтенсивним виділенням теплоти. Як окислювач використовують кисень повітря.
Процеси горіння розділяють на 2 групи:
1). гомогенне горіння – горіння газоподібних пальних (характеризується системою "газ + газ");
2). гетерогенне горіння – горіння твердого і рідкою пальних (характеризується системою "тверде тіло + газ" або "рідина + газ").
Процес горіння може протікати з різною швидкістю – від повільного до миттєвого. Повільне горіння – самозаймання твердого палива при його збереженні на складах.
Миттєве горіння являє собою вибух. У теплоенергетичних установках практичне значення має така швидкість реакції, при якій відбувається стійке горіння, тобто при постійній подачі в зону горіння палива й окислювача. При цьому співвідношення концентрації палива й окислювача повинний бути визначеним. При порушенні цього співвідношення (багата суміш, бідна суміш) швидкість реакції знижується і зменшується тепловиділення на одиниця об'єму.
Горіння – це в основному хімічний процес, тому що в результаті його протікання відбуваються якісні зміни складу реагуючих мас.
Але в той же час хімічна реакція горіння супроводжується різними фізичними явищами: перенос теплоти, дифузійний перенос реагуючих мас і ін. Час горіння палива складається з часу протікання фізичних (физ) і хімічних процесів (хим):
гір = физ + хим . (15.1)
Час протікання фізичних процесів складається з часу, необхідного для змішування палива з окислювачем (см) і часу, у плині якого паливо – повітряна суміш підігрівається до температури запалення (tн):
физ = см + н. (15.2)
Час горіння (гір) визначається швидкістю найбільше повільного процесу.
Горіння газоподібного палива. Мінімальна температура, при якій відбувається запалення суміші, називається температурою запалення. Значення цієї температури для різних газів неоднаково і залежить від теплофізичних властивостей пальних газів, вмісту пального в суміші, умов запалювання, умов відводу теплоти в кожному конкретному пристрої і т.д.
Пальний газ у суміші з окислювачем згоряє в смолоскипі. Розрізняють два методи спалювання газу в смолоскипі – кінетичний і дифузійний. При кінетичному спалюванні до початку горіння газ попередньо змішується з окислювачем. Газ і окислювач подаються спочатку в пристрій пальника, що змішує. Горіння суміші здійснюється поза межами змішувача. При цьому швидкість горіння не повинна перевищувати швидкості хімічних реакцій горіння гір = хим.
Дифузійне горіння відбувається в процесі змішування пального газу з повітрям. Газ надходить у робочий обєм окремо від повітря. Швидкість процесу буде обмежена швидкістю змішування газу з повітрям
гір = физ.
Крім цього існує змішане (дифузійно-кінетичне) горіння. При цьому газ попередньо змішується з деякою кількістю повітря, потім отримана суміш надходить у робочий об’єм, де окремо подається інша частина повітря.
У топках котлових агрегатів в основному використовують кінетичний і змішаний способи спалювання палива.
Горіння твердого палива. Процес горіння складається з наступних стадій: 1) підсушування палива і нагрівання до температури початку виходу летучих речовин; 2) запалення летучих речовин і їхнє вигоряння; 3) нагрівання коксу до запалення; 4) вигоряння пальних речовин з коксу. Ці стадії іноді частково накладаються одна на іншу.
Вихід летучих речовин у різних палив починається при різних температурах: у торфу при 550-660 0С, у бурих вугіль при 690-710 0С, у худих вугіль і антрациту при 1050-1070 0С.
Горіння рідкого палива. Основним рідким паливом, у теплоенергетиці і промисловій теплотехніці, є мазут. В установках невеликої потужності також використовують суміш технічного гасу зі смолами.
Найбільше застосування одержало метод спалювання в розпиленому стані. Цей метод дозволяє значно прискорити його згоряння й одержати високі теплові напруги об’ємів топкових камер унаслідок збільшення площі поверхні контакту палива з окислювачем.
Процес горіння рідкого палива можна розділити на наступні стадії: 1) нагрівання і випар палива; 2) утворення пальної суміші; 3) запалення пальної суміші від стороннього джерела (іскри, розпеченої спіралі і т.п.); 4) власне горіння суміші.