Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тепловые установки и основы теплотехники. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова
Н. П. Кудеярова, И. Н. Борисов, Д. В. Смаль, С. А. Перескок
ТЕПЛОВЫЕ УСТАНОВКИ И ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Лабораторный практикум
Утверждено ученым советом университета в качестве
учебного пособия для студентов очной формы обучения направления
18.03.01 – Химическая технология и специальности
15.05.01 – Проектирование технологических машин и комплексов
Белгород
2017
УДК 621.036(07)
Т34
Кудеярова, Н. П.
Тепловые установки и основы теплотехники: лабораторный практикум: учебное пособие / Н. П. Кудеярова,
И. Н. Борисов, Д. В. Смаль, С. А. Перескок. – Белгород: Издво БГТУ, 2017. – 95 с.
ББК 31.391 я 7
Т34
Канд. техн. наук, доц. В.А. Дороганов (БГТУ им. В.Г. Шухова)
Рецензенты:
Д-р техн. наук, проф. Т.М. Худякова
(ЮКГУ им. М. Ауэзова, г. Чимкент)
Учебное пособие содержит необходимые теоретические сведения по
основным разделам дисциплины «Тепловые установки и основы теплотехники», указания к выполнению лабораторных работ, варианты индивидуальных заданий и контрольные вопросы для самопроверки. Предусматривает приобретение практических навыков проведения теплотехнических расчетов известковых и цементных вращающихся печей мокрого,
сухого и комбинированного способов производства.
Предназначено для студентов направления 18.03.01 – Химическая
технология и специальности 15.05.01 – Проектирование технологических
машин и комплексов.
Данное издание публикуется в авторской редакции.
© Белгородский государственный
технологический университет
(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2017
УДК 621.036(07)
ББК 31.391 я 7
3
Введение ………………………………………………………………….
Цель и содержание занятий……………………………………………….
Правила выполнения и оформления лабораторных работ……………
Лабораторная работа №1. Расчет горения топлива……………………
Лабораторная работа № 2. Производительность и материальный
баланс вращающейся печи……………………………………………....
Лабораторная работа № 3. Теловой расчет холодильника………….…
Лабораторная работа № 4, 5. Тепловой баланс печи…………………..
Лабораторная работа № 6. Основные теплотехнические показатели
работы печной установки…………………………………………………
Лабораторная работа № 7. Аэродинамический расчет печи………….
Приложения………………………………………………….…………....
Приложение 1. Перечень вариантов расчета…………………………….
Приложение 2. Характеристика топлива……………………………....
Приложение 3. Характеристика работы вращающихся печей………....
Приложение 4. Химический состав сырья………………………….......
Приложение 5. Характеристика работы холодильников вращающихся
печей………………………………………………………………………..
Приложение 6. Минералогический состав клинкера и активность
извести.......................................................................................................
Приложение 7. Температурная характеристика работы печей…..…......
Приложение 8. Средние теплоемкости воздуха и газов………….….....
Приложение 9. Средняя удельная теплоемкость материалов…….…..
Приложение 10. Техническая характеристика дымососов для оснаще-
ния вращающихся печей……………………………………….…….........
Библиографический список………………………………….…………..
4
5
5
7
15
35
43
64
69
79
79
81
83
85
87
89
90
92
92
93
94
Содержание
4
Введение
Тепловые установки и основы теплотехники – дисциплина, цель
которой заключается в освоении студентами инженерных методов
расчетов тепловых установок. Содержание практических занятий
тесно связано с лекционным курсом. Работа с данным учебным
пособием студенту позволит решать задачи по составлению материальных балансов горения топлива, определению производительности
агрегатов при изменении основных параметров технологических систем, определению эффективности работы оборудования.
Целью изучения курса является формирование у будущих специалистов теоретических знаний по проведению процессов при осуществлении тепловой обработки материалов, протекающей при использовании тепла, выделяющегося в результате организованного
сжигания
топлива.
Изучение дисциплины предполагает решение ряда сложных задач,
что дает возможность студентам:
• выполнять основные теплотехнические и аэродинамические рас-
четы с целью оптимизации технологических параметров технологических процессов и эффективного использования материальноэнергетических ресурсов;
• анализировать и оценивать альтернативные варианты техноло-
гической схемы производства и отдельных переделов;
• эффективно использовать оборудование, топливо, сырье и
вспомогательные материалы;
• планировать и проводить научные исследования в области
совершенствования технологического процесса;
5
Цель и содержание занятий
Учебное пособие предназначено для студентов направления
18.03.01 – Химическая технология и специальности 15.05.01 – Проек-
тирование технологических машин и комплексов. В учебном пособии
предусматривается проведение теплотехнических расчетов известковых и цементных вращающихся печей мокрого, сухого и комбинированного способов производства. В каждой лабораторной работе даны
подробные теоретические сведения, описана методика выполнения
расчетов и приведены вопросы для самопроверки.
Цель расчетов – сравнить тепловую характеристику рассчитываемой печи с действующими типовыми агрегатами, выявить причины
высокого удельного расхода топлива на печах.
Предлагаемая методика рассчитана на 17 часов занятий.
Лабораторная работа № 1. Расчет горения топлива (3 ч).
Лабораторная работа № 2. Производительность и материальный баланс вращающейся печи (3 ч).
Лабораторная работа № 3. Тепловой расчет холодильника (3 ч).
Лабораторная работа № 4,5. Тепловой баланс печи (4 ч).
Лабораторная работа № 6. Основные теплотехнические показатели
работы печной установки (2 ч).
Лабораторная работа № 7. Аэродинамический расчет печи (2 ч).
При разработке учебного пособия использована научнотехническая и методическая литература [1 – 15].
Правила выполнения и оформления лабораторных
работ
Ведущий преподаватель выдает каждому студенту индивидуальное
задание по одному из вариантов. Перечень и содержание вариантов
приведены в приложении 1. Номер варианта является постоянным для
всех работ. Произвольный выбор варианта не разрешается.
При подготовке к занятию студент должен внимательно прочитать
рекомендованную литературу и соответствующий раздел лекционного
курса. Необходимо также изучить теоретические сведения, приведенные в данном пособии. Согласно заданному варианту студент должен
произвести необходимые вычисления. Кроме того, надо учитывать, что
все работы взаимосвязаны и при выполнении расчетов используются
исходные данные и результаты предыдущих работ.
6
Лабораторные работы оформляются в тетради или на листах писчей
бумаги формата А4. На обложке тетради (или на титульном листе)
обязательно указывают:
– название дисциплины;
– вид занятий;
– тему задания;
– группу и специальность;
– фамилию, имя, отчество студента.
Каждый студент составляет индивидуальный отчет о работе, который должен содержать:
1. Номер и название лабораторной работы.
2. Цель лабораторной работы.
3. Исходные данные к работе.
4. Подробное описание методики проведения работы.
5. Результаты выполнения расчетов.
6. Выводы по расчетам, включающие сравнение полученных ре-
зультатов с характеристикой действующих тепловых агрегатов.
Выполненная и оформленная работа защищается преподавателю.
На защите студент должен ответить на заданные преподавателем вопросы. После защиты всех лабораторных работ отчет сдается преподавателю.
7
р
C
р
H
р
S
р
N
р
O
р
A
р
W
Лабораторная работа № 1
Расчет горения топлива
Цель работы: определить теплоту сгорания топлива. Рассчитать
количество воздуха для горения единицы топлива и выход продуктов
сгорания. Составить материальный баланс горения единицы топлива.
Основные сведения
Топливом называют горючие вещества, взаимодействие которых с
кислородом воздуха сопровождается выделением теплоты и света.
Технологическим топливом считают топливо, сжигаемое в завод-
ских печах, топках сушилок и других установках для использования
тепла в технологических процессах производства.
Рабочее топливо – топливо в том виде, в каком оно поступает в
топки и в печи для сжигания. Используется во всех теплотехнических
расчетах.
Виды топлива по происхождению: природное и искусственное, по
агрегатному состоянию: твердое, жидкое и газообразное.
Состав топлива характеризуется содержанием в нем отдельных
химических элементов и веществ и выражается в процентах.
В состав рабочей массы твердого и жидкого топлива входят следующие элементы:
– кислород,
чают рабочую массу топлива. Количественное содержание отдельных
элементов рабочей массы твердого и жидкого топлива выражается в
процентах по массе.
Газообразное топливо представляет собой смесь различных горючих и негорючих газов: горючие – метан CH4, этан C2H6, пропан C3H8,
бутан C4H10, пентан C5H12, оксид углерода CO, водород H2 и др.; негорючие – азот N2, углекислый газ CO2.
В отличие от твердого и жидкого состав газообразного топлива выражается в процентах по объему.
Горение топлива представляет собой процесс окисления горючих
составляющих топлива кислородом воздуха.
Расчет горения топлива производят на единицу топлива: на 1 кг
твердого или жидкого топлива или на 1 м3 природного газа.
Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы топлива (при нормальных
физических условиях: температуре – 0 °C и давлении – 0,1013 МПа).
– углерод,
– зола,
– водород,
– сера,
– азот,
– влага. Верхние индексы « р » обозна-
8
р
н
Q
22
C + O = CO
22
4H+ O = 2H O
22
S + O = SO
4 2 2 2
CH + 2O = CO + 2H O
2 6 2 2 2
C H + 3,5O = 2CO + 3H O
3 8 2 2 2
C H + 5O = 3CO + 4H O
4 10 2 2 2
C H + 6,5O = 4CO + 5H O
5 12 2 2 2
C H + 8O = 5CO + 6H O
22
CO + 0,5O = CO
2 2 2
H + 0,5O = H O
Теплота сгорания топлива определяется в калориметрической установке или рассчитывается по составу топлива. В теплотехнических
расчетах за основной показатель качества топлива принимают низшую
рабочую теплоту сгорания
сации водяных паров, образующихся при сгорании топлива.
Теплота сгорания различных видов топлива составляет:
– твердого топлива – 21…29 МДж/кг топл.;
– газообразного топлива – 32…38 МДж/м3 топл.;
– жидкого топлива – 38…44 МДж/кг топл.
Материальный баланс горения единицы топлива составляют, ис-
пользуя закон сохранения массы веществ до реакции и после нее. Применив этот закон к процессу горения, можно считать, что масса топлива и воздуха равна массе газообразных продуктов сгорания и золы (в
случае использования твердого топлива).
Расчет количества кислорода, необходимого для горения топлива, и
количества образующихся продуктов сгорания производят, исходя из
стехиометрических соотношений реакций окисления горючих составляющих топлива.
Химические реакции, протекающие при окислении твердого и жидкого топлива:
Химические реакции, протекающие при окислении газообразного
топлива:
В расчетах принимают следующий состав воздуха, об. % :
азот – 79, кислород – 21.
, которая не учитывает теплоту конден-
;
;
.
;
;
;
;
;
;
.
9
р р р р р
C ,H ,S , N ,O
р
W
р
A
α
р
н
Q
р р р р р р
н
339 C + 1030 H 108,9 (O S ) 25 .QW
0
в
L
Количество влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, незначительно увеличивает расход воздуха, поэтому влажность атмосферного
воздуха можно не учитывать.
На практике, чтобы обеспечить химическую полноту сгорания топлива, необходимо подавать воздух с некоторым избытком.
Коэффициент избытка воздуха (правильнее – коэффициент
расхода воздуха) представляет собой отношение действительного объема воздуха к теоретическому. Для вращающихся печей он изменяется
от 1,05 до 1,3 в зависимости от вида используемого топлива. При сжигании газообразного топлива коэффициент избытка воздуха необходимо поддерживать в пределах 1,03…1,08, твердого и жидкого –
1,1…1,3.
Расчет горения твердого и жидкого топлива
Исходные данные приведены в прил. 2:
– соответствующие элементы рабочей массы топли-
ва, мас. %;
– влажность рабочей массы топлива, мас. %;
– зольность рабочей массы топлива, мас. %;
– коэффициент избытка воздуха. Задает преподаватель.
Теплота сгорания твердого и жидкого топлива
Теплота сгорания твердого и жидкого топлива
рассчитывается по формуле Д.И. Менделеева:
Здесь коэффициенты подобраны экспериментально и несколько отличаются от тепловых эффектов окислительных реакций, протекающих при горении каждого элемента.
Материальный баланс горения твердого и жидкого топлива
1. Расход топлива – 1 кг.
2. Расход воздуха на горение 1 кг топлива:
2.1. Теоретический объем воздуха
, м3/кг топл.
, кДж/кг топл.,
10
0 р р р р
в
0,0889 C + 0,265 H 0,0333 (O S )L
д
в
L
д0
вв
α.LL
0
в
G
00
вв
1,293 .GL
д
в
G
дд
вв
1,293 .GL
пг
L
2 2 2 2 2
пг CO H O SO N O
L L L L L L
2 2 2 2 2
CO H O SO N O
, , , ,L L L L L
2
2
2
2
2
р
CO
рр
HO
р
SO
др
N в
0
O в
0,0186 C ;
0,112 H 0,0124 ;
0,007 S ;
0,79 0,008 N ;
0,21 (α 1) .
L
LW
L
LL
LL
пг
G
2 2 2 2 2
пг CO H O SO N O
.G G G G G G
2 2 2 2 2
CO H O SO N O
, , , ,G G G G G
.
2.2. Действительный объем воздуха
2.3. Теоретический массовый расход воздуха
2.4. Действительный массовый расход воздуха
Здесь 1,293 – плотность воздуха, кг/м3.
3. Выход продуктов сгорания топлива:
3.1. Объем продуктов сгорания топлива
Здесь
– объемы углекислого газа, водяного
пара, сернистого газа, азота и кислорода соответственно, м3/кг топл.,
рассчитываются по формулам:
, м3/кг топл.
, кг/кг топл.
, кг/кг топл.
, м3/кг топл.
.
3.2. Масса продуктов сгорания топлива
Здесь
кг/кг топл., вычисляются следующим образом:
– массы соответствующих газов,
, кг/кг топл.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]