Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техническая теплотехника. Учебное пособие
.pdf
подходят по сборному борову 12. Для отсоса дымовых газов на участке
между золоуловителем 11 и дымовой трубой 9 установлены дымососы 7 с
электродвигателями 8. Для работы котельной без дымососов установлены
шиберы (заслонки) 10.
Пар котлов по отдельным паропроводам 19 поступает в общий паро-
провод 18 и по нему к потребителю 17. Отдав
теплоту, пар конденсируется, и по конденсатопроводу 16 возвращается в котельную в сборный конденсационный бак 14. Через трубопровод 15 в конденсационный бак подается добавочная вода из водопровода или химводоочистки.
В случае, когда часть конденсата теряется у потребителя, из конден-
сационного бака смесь конденсата и добавочной воды подается насосами
13 по питательному трубопроводу 2 сначала в экономайзер 4, затем в котел
1. Воздух, необходимый для горения, засасывается центробежными дутье-
выми вентиляторами 6 частично из помещения котельной, частично снаружи и по воздуховодам 3 подается сначала к воздухоподогревателям 5, а
затем к топкам котлов.
Рис. 34
Водогрейная котельная установка (рис. 35) состоит из двух водо-
грейных котлов 1, одного группового водяного экономайзера 5, обслуживающего оба котла. Дымовые газы по выходе из экономайзера по общему
сборному борову 3 поступают непосредственно в дымовую трубу 4. Вода,
нагретая в котлах, поступает в общий трубопровод 8, откуда подается
к потребителю 7. Отдав теплоту,
охлажденная вода по обратному трубо-
81
проводу 2 направляется сначала в экономайзер 5, а затем опять в котлы.
Вода по замкнутому контуру (котел, потребитель, экономайзер, котел) перемещается посредством циркуляционных насосов 6.
Рис. 35
Водогрейная котельная установка, как и паровая, может быть обору-
дована дымососами и экономайзерами.
паровой от водогрейной
заключается в том, что в первом мы имеем два
Принципиальное отличие схемы
вида теплоносителя – пар, перемещаемый за счет своей упругости, и конденсат, перемещаемый за счет уклона трубопровода, а во втором имеем
один теплоноситель – воду, перемещаемую за счет работы насосов или
естественной циркуляции.
3.7. Тепловой баланс котельного агрегата
Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство
между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эффективность работы котельного агрегата.
В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов
сгорания. Эта теплота расходуется
на выработку и перегрев пара или
нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и
преобразования энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования
энергии (сжигания потлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.
Уравнение теплового баланса для установившегося теплового
состояния агрегата записывают в следующем виде:
82
Q
где Q
p
– теплота, которой располагают; Q1 – использованная теплота; Q
p
общие потери; Q
p
p=Q1+Qп
– потери теплоты с уходящими газами; Q3 – потери теп-
2
или Q
лоты от химического недожога; Q
полноты сгорания; Q
– потери теплоты в окружающую среду; Q6 – потери
5
р
р=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
– потери теплоты от механической не-
4
теплоты с физической теплотой шлаков.
Левая приходная часть уравнения теплового баланса является сум-
мой следующих величин:
р
Q
р
=Q
р
н+Qв.вн+Qпар+Qфиз.т.
, (129)
–
п
, (130)
где Q
– теплота, вносимая в котлоагрегат с воздухом на 1 кг топлива (эта
в.вн
теплота учитывается, если воздух нагревается вне котельного агрегата,
например, в паровых или электрических калориферах, устанавливаемых до
воздухоподогревателя); Q
суночным) паром на 1 кг потлива; Q
– теплота, вносимая в топку с дутьевым (фор-
пар
– физическая теплота 1 кг или 1 м
физ.т.
3
топлива.
Если предварительный подогрев воздуха и топлива отсутствует
и пар для распыления топлива не используется
р
Q
=Q
р
р
. (131)
н
, то
3.8. Топка. Общие понятия
Топка – один из основных элементов котельного агрегата. В ней
происходит процесс горения, при котором химическая энергия топлива
преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, передаваемую далее жидкости и пару, находящимся в котле (рис. 36). Существующие топочные устройства можно разделить на слоевые и камерные.
Слоевые топки предназначены для сжигания твердого топлива в слое
на колосниковой решетке.
Рис. 36
83
В камерных топках сжигается твердое топливо во взвешенном состоянии в виде пыли и дробленых частиц, а также жидкое, распыляемое с помощью форсунок, и газообразное. Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые.
При слоевом способе сжигания необходимый для горения воздух
попадается к слою топлива через колосниковую решетку.
При факельном способе сжигания твердое топливо предварительно
размалывается в мельницах и пыль вместе с воздухом (аэросмесь) попадает в топку.
При вихревом способе сжигания топлива топливные частицы цирку-
лируют по определенным траекториям в течение времени, необходимого
для завершения их сгорания.
В зависимости от способа организации процесса сжигания топлива
слоевые топки можно разделить на три группы:
1) с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем
топлива;
2) с неподвижной колосниковой решеткой и перемещением топлива
по решетке;
3) с подвижной колосниковой решеткой и движущимся вместе с ней
слоем топлива.
Камерные топки для сжигания твердого топлива используют в
котельных агрегатах средней (10-42 кг/с) и большой (42 кг/с) производительности.
Основные преимущества камерных топок:
1) возможность экономичного использования практически всех сор-
тов угля, в т.ч. и низкокачественных, которые трудно сжигать в слое;
2) хорошее перемешивание топлива с воздухом, что позволяет рабо-
тать с небольшим избытком воздуха (а = 1,2 – 1,25);
3)
возможность повышения единичной мощности котельного агре-
гата:
4) относительная простота регулирования режима работы и, следова-
тельно, возможность полной автоматизации топочного процесса.
При конструировании топочной камеры ставится ряд условий:
–
топочная камера должна обеспечить в пределах ее объема наиболее
полное сжигание топлива, т.к. за пределами топки горение топлива практически невозможно;
– в пределах топочной камеры должно произойти охлаждение про-
дуктов сгорания за счет отвода теплоты к экранам до экономически целесообразной и безопасной температуры;
– аэродинамика газовых потоков в объеме топочной камеры должна
исключать явления шлакования стен или перегрева металла экранов в отдельных зонах топки, что достигается выбором типа горелок и их размещением по стенам топочной камеры.
84
Горелка – это устройство, обеспечивающее устойчивое сгорание
топлива и возможность регулирования горения.
Газовые горелки бывают:
– кинетические – полного предварительного смешения (газ с возду-
хом смешивается до выхода из горелки);
– диффузионно-кинетические – частичного предварительного сме-
шения;
– диффузионные – внешнего смешения.
По способу подачи воздуха
горелки делятся на:
– инжекционные – газовые горелки с предварительным смешиванием
газа с воздухом, у которой одна из сред, необходимых для горения, подсасывается в камеру горения другой среды;
– дутьевые – горелки с принудительной подачей воздуха. Воздух
для приготовления газовоздушной смеси подается через специальные
воздушные каналы с помощью одного или нескольких электрических
вентиляторов.
3.9. Компрессорные установки. Общие понятия и классификация
Компрессоры
предназначены для получения сжатого воздуха.
Компрессоры низкого давления называют вентиляторами и приме-
няют для перемещения и подачи воздуха в калориферы сушильных уста-
ния движению газов, чтобы обеспечить тягодутьевой режим в различных
установках.
По принципу устройства и работы компрессоры делятся на две груп-
пы – объемные и лопаточные.
Объемный компрессор – это компрессор статического сжатия, которое происходит в нем вследствие уменьшения объема, где заключен газ.
Объемные компрессоры подразделяются на поршневые и ротационные.
Поршневые компрессоры подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые. В многоступенчатых компрессорах сжатие газов осуществляется последовательно в нескольких цилиндрах (до семи) с промежуточ
-
ным охлаждением после каждого цилиндра в специальных холодильниках.
Лопаточный компрессор (в отличие от объемного)
– это машина ди-
намического действия, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей.
Они бывают двух видов: центробежные и осевые (аксиальные).
КПД осевого компрессора выше, чем у центробежного и может достигать 85-90%. Кроме того, осевые компрессоры обладают большой производительностью, малыми
радиальными размерами и массой. Эти преимущества осевых компрессоров обусловили их широкое применение в газотурбинных установках. Недостатком осевых компрессоров является
85
сложность их конструкций, обусловленная необходимостью тщательного
выполнения профилей лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов.
3.10. Токсичные вещества продуктов сгорания
и их влияние на организм человека
Продукты сгорания оказывают определяющее влияние на экологические показатели различных теплотехнических установок. Однако помимо
этих продуктов при сгорании образуется и ряд других веществ, которые
вследствие их малого количества не учитываются в энергетических расчетах, но определяют экологические показатели топок, печей, тепловых двигателей и других устройств современной теплотехники.
В первую
следует отнести т.н.
очередь к числу экологически вредных продуктов сгорания
токсичные газы.
Токсичными называют вещества, оказывающие негативные воздей-
ствия на организм человека и окружающую среду.
Основными токсичными веществами являются оксиды азота (NОх),
оксид углерода (СО), различные углеводороды (СН), сажа и соединения,
содержащие свинец и серу.
Оксиды азота. При сгорании топлив главным образом образуется
оксид азота NO, который затем в атмосфере окисляется до NO
. Образова-
2
ние NO увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода и не зависит от углеводородного состава топлива. Находящийся в атмосфере NO
щий в больших концентрациях удушливым запахом. NO
представляет собой газ красновато-бурого цвета, обладаю-
2
оказывает нега-
2
тивное воздействие на слизистые оболочки глаз. Реагируя с атмосферной
влагой, оксиды азота образуют азотную кислоту, вызывающую коррозию
металлов, уничтожение растительности и т.д. Максимально-разовая концентрация оксидов азота в атмосфере населенных пунктов
– 0,085 мг/м
3
.
Оксид углерода (СО) образуется во время сгорания при недостатке
кислорода или при диссоциации СO
. Основное влияние на образование
2
СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО.
Оксид углерода
– бесцветный и не имеющий запаха газ. При вдыхании
вместе с воздухом он интенсивно соединяется с гемоглобином крови, что
уменьшает ее способность к снабжению организма кислородом. Симптомы
отравления организма газом: головная боль, сердцебиение, затруднение
дыхания и тошнота.
Воздействие СО на центральную нервную систему проявляется в изменении цветовой и световой чувствительности
глаз – возрастает вероятность аварий. Максимально-разовая ПДК этого вещества в населенных
пунктах составляет 3 мг/м
3
.
Углеводороды (СН) состоят из исходных или распавшихся молекул
топлива, которые не принимали участия в сгорании. Углеводороды появля-
86
ются в отработавших газах (ОГ) двигателей внутреннего сгорания вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, В тех концентрациях, в которых СН содержится в воздухе, например,
в зонах с интенсивным движением автотранспорта, они не приносят непосредственного вреда здоровью человека, однако могут вызывать реакции,
которые ведут к образованию
соединений, вредных даже при незначительной концентрации. Так, углеводороды под действием солнечных лучей могут взаимодействовать с NОх, образуя биологически активные вещества, которые раздражающе действуют на органы дыхательных путей и вызывают
появление т.н. смога. Особое влияние оказывают выбросы бензола, толуола,
полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и в первую очередь
бензпирена (С
). ПАУ относится к т.н. канцерогенным веществам, они
20Н12
не выводятся из организма человека, а со временем накапливаются в нем,
способствуя образованию злокачественных опухолей.
Сажа представляет собой твердый продукт, состоящий в основном
из углерода. Кроме углерода в саже содержится 1..3 % (по массе) водорода.
Сажа образуется при температуре выше 1500К в результате объемного
процесса термического разложения (пиролиза) при сильном недостатке
кислорода. Формально реакция пиролиза выражается уравнением:
С
↔ nС + 1/2 mН2 .
n Нm
Наличие сажи в ОГ дизелей обуславливает черный дым на выпуске.
Сажа представляет собой механический загрязнитель носоглотки и легких.
Большая опасность связана со свойством сажи накапливать на поверхности
своих частиц канцерогенные вещества и служить их переносчиком.
Свинец и сера. Примерно 50... 70% свинца, находящегося в бензине,
попадает вместе с ОГ в атмосферу в форме свинцовых солей, т.е. в виде
частиц диаметром меньше 1 мкм. Эти частицы проникают в организм человека вместе с воздухом и через кожу. Соединения свинца очень ядовиты
и не выводятся из организма, накапливаясь в нем. Они
негативно воздействуют на центральную нервную систему, вызывая нервные и психические
расстройства.
Сера, содержащаяся в дизельном топливе, мазуте и каменном угле,
выбрасывается в атмосферу после сгорания этих топлив в форме диоксида
SO
, который очень вреден для растений и способствует возникновению
2
«кислотных» дождей.
Наличие в атмосфере сернистых газов препятствует фотосинтезу
растений, неблагоприятно воздействует на дыхательные пути человека.
При концентрации SО
в воздухе более 0,9 мг/м3 происходит изменение
2
процессов фотосинтеза растений; через 5... 10 дней хвоя сосны, ели начинает рыжеть и преждевременно опадает. Установлено, что смесь SО
и СО
2
при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции
организма. ПДК в рабочей зоне составляет 10 мг/м
3
.
87
Некоторые токсичные вещества после того, как они попадают в атмосферу в составе продуктов сгорания, претерпевают дальнейшие преобразования. Например, при наличии в атмосфере углеводородов (или их радикалов), оксидов азота и оксида углерода при интенсивном ультрафиолетовом излучении солнца образуется озон Оз, являющийся сильнейшим
окислителем и вызывающий при соответствующей концентрации
ухудше-
ние самочувствия людей.
При высоком содержании в малоподвижной и влажной атмосфере
NO
, О3 и СН возникает туман коричневого цвета, который получил назва-
2
ние смог. Он является смесью жидких газообразных компонентов, раздражает глаза и слизистые оболочки, ухудшает видимость на дорогах.
Для оценки концентраций токсичных выбросов принято сравнивать
их
фактические концентрации с предельно допустимыми (максимально
разовыми, среднесуточными или среднегодовыми).
3.11. Парниковый эффект. Влияние выброса токсичных веществ на
экологический баланс. Пути уменьшения антропогенных выбросов
Одним из основных продуктов сгорания углеводородных топлив является диоксид углерода (СО
Основное количество СО
), который не относится к токсичным газам.
2
производится природными источниками, и
2
только примерно 1...3 % связаны с технической деятельностью человека
(антропогенные выбросы). Однако эти 1...3% могут нарушать равновесие в
атмосфере и служить причиной возникновения парникового эффекта.
В верхних слоях атмосферы всегда располагалась смесь газов, состоящая на 60... 90 % из водяного пара. Эта смесь газов препятствует отводу
теплоты от поверхности
нашей планеты, повышая ее среднюю температуру на 33°С (от -18°С до +15°С). В увеличении средней температуры на
поверхности земли и заключается парниковый эффект, который обусловил
благоприятные условия для возникновения и развития жизни на Земле.
Однако в результате деятельности человека в стратосфере и тропосфере стали накапливаться такие вещества, как
ные углеводороды, озон и NО
. Суммарная доля этих газов в парниковом
2
СО2, СН4, галогенирован-
слое относительно невелика всего 0,5... 15%. Однако они вызвали за последние 100 лет повышение средней температуры примерно на 0,45°С, что
выразилось в известном потеплении климата. При дальнейшем неконтролируемом усилении парникового эффекта может произойти интенсивное
таяние ледников, которое, возможно, приведет к глобальной катастрофе.
Из всех
ления парникового эффекта имеет СО
погенных выбросов СО
антропогенных парниковых газов главное значение для уси-
. Важнейшими источниками антро-
2
являются тепловые и электрические станции,
2
промышленность, отопление жилых помещений и малая энергетика,
транспорт.
88
Снижение антропогенных выбросов СО2 стало острой экологической
проблемой. В то же время известно, что чем больше СО
образуется при
2
сгорании углеводородных топлив, тем оно совершеннее.
Решение проблемы уменьшения антропогенных выбросов СО
2
воз-
можно путем:
– уменьшения количества сжигаемого углеводородного топлива, т.е.
повышения топливной экономичности теплоэнергетических устройств
и тепловых двигателей;
– применения топлив с малым содержанием углерода
и сжиженный газы, спирты и эфиры)
;
(сжатый
– использования водорода;
– перехода к широкому применению альтернативных источников
энергии (энергия солнца и ветра, гидроэнергия, атомная и ядерная
энергия).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Строительные нормы и правила. Отопление, вентиляция и кондиционирова-
ние воздуха. СНиП 41-01-2003 – М.: Изд-во ЦНТИ, 2004.
2. Строительные нормы и правила. Тепловые сети. СниП 2.04.07-86*.
3. Строительные нормы и правила. Строительная теплотехника. СНиП II-3-79* –
М.: Изд-во ЦНТИ, 1998.
4. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» / Минстрой России. –
М.: ГП ЦПП, 2003.
5. Техническая термодинамика: учебник для вузов / под ред. В.И. Крутова – 2-
е изд., перераб. – М.: Высш. школа, 1981. – 439 с.
6. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учеб. пособие
для неэнергетических специальностей вузов / В.В. Нащокин – М.: «Высшая школа»,
1975. – 496 с.
7. Андрющенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов /
А.И. Андрющенко. – М.: «Высшая школа», 1967. – 257 с.
8. Исааченко В.П. Теплопередача: учебник для вузов
В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – изд. 3-е, перераб. и доп. М.: «Энергия», 1975. – 488 с.
9. Кудинов В.А. Техническая термодинамика: учеб. пособие для вузов / В.А. Ку-
динов, Э.М. Карташов. – М.: Высш. шк., 2000. – 261 с.
10. Коротков П.Ф. Молекулярная физика и термодинамика. Основные положения и решения
168 с.
11. Цветков Ф.Ф. Тепломассообмен: учеб. пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков,
Б.А. Григорьев – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 550 с.
12. Кириченко П.А. Термодинамика, статистическая и молекулярная физика:
учеб. пособие / П.А. Кириченко. – 3-е изд. –
13. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т.1. Теория равно-
весных систем: Термодинамика: учеб. пособие / И.А. Квасников. В 3-х т. изд. 2-е, сущ.
перераб. и доп. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 240 с.
14. Ляшков В.И. Теоретические основы теплотехники: учеб. пособие. М.: Изд-во
Машиностроение-1, 2002. 260 с.
задач: учеб. пособие / П.Ф. Коротков – 2-е изд. – М.: МФТИ, 2004. –
М.: Физматкнига, 2005. – 176 с.
/ В.П. Исааченко,
89
15. Теплотехника: учеб. для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер
и др.; под ред. В.Н. Луканина. – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. шк., 2000. – 671 с.
16. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы
отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): учебник для вузов / В.Н. Богословский – 2-е изд., перераб.
и доп. – М.: Высш. школа, 1982. – 415 с.
17. Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции
и микроклимат зданий): учеб. пособие для инж.-строит. вузов / В.М. Ильинский.
М.: «Высш. школа», 1974. – 320 с.
18. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий /
К.Ф. Фокин. изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1973, с. 287.
19. Техническая
теплофизика ограждающих конструкций зданий и сооружений /
В.А. Маляренко, А.Ф. Редько, Ю.И. Чайка и др. под ред. проф. В.А. Маляренко. –
Х.: «Рубикон», 2001. – 280 с.
20. Назарова В.И. Современные системы отопления / В.И. Назарова. – М.: РИ-
ПОЛ классик, 2011. – 320 с.
21. Тихомиров К. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция / К. Тихомиров
М.: Стройиздат, 1974, 290 с.
22. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов / Е.Я. Соко-
лов – 7-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.
23. Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям / А.П. Са-
фонов. изд. 2-е, переработ. М.: «Энергия», 1968. – 240 с.
24. Курицын Б.Н. Теплогазоснабжение и вентиляция: учеб. пособие / Б.Н. Кури-
цын, О.Н. Медведева, Н.Н. Осипова – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. – 112 с.
25. Инженерное оборудование зданий и сооружений: энциклопедия / гл. ред.
С.В. Яковлев. – М.: Стройиздат, 1994. – 512 с.
26. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондициони-
рования воздуха: справ. пособие / под ред. Л.Д. Богуславского, В.И. Ливчака.
М.: Стройиздат, 1990.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]