Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплогазоснабжение и вентиляция. Учебное пособие для студентов направления «Строительство» профиля «Экспертиза и управление недвижимостью»
.pdf
топливе содержатся также водяные пары. Состав газообразного топлива задают в объемных процентах содержания
на сухой газ.
Основной теплотехнической характеристикой топлива
является удельная теплота сгорания, которая указывает,
какое количество теплоты в килоджоулях выделяется при
сжигании 1 кг твердого (или жидкого) топлива или 1 нм3
газообразного топлива.
Высшей теплотой сгорания Q
р
называют количество
в
теплоты, выделяемой топливом при полном сгорании, с
учетом теплоты конденсации водяных паров, образующихся при горении.
Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива при известном элементном составе можно вычислить по эмпирической формуле Д.И. Менделеева, кДж/кг:
Низшая теплота сгорания Q
р
, меньше высшей на теп-
н
лоту конденсации водяных паров, образующихся при сгорании топлива
При сравнении, решении вопроса о замене одного топлива другим, планировании потребности в топливе и его
11
использования применяют понятия условного топлива и
У
P
H
К
Q
Q
Э
топливного эквивалента.
Теплота сгорания условного топлива QУ принята равной 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).
Калорийный топливный эквивалент представляет собой отношение низшей теплоты сгорания рабочей массы
реального топлива к теплоте сгорания условного топлива:
Расход реального топлива В (т/период) в условном исчислении составит ВУ = В∙ЭК , т.у.т./период.
Для сравнения тепловой ценности топлив, государственного планирования потребности в топливе и оценки
эффективности использования топлива введено понятие
«условное топливо». Теплота сгорания условного топлива
QУС принята равной 29300 кДж/кг у.т. (7000 ккал/кг у.т.).
В соответствии с этим каждое топливо имеет свой тепловой эквивалент, определяемый по формуле
Для горючих газов Q
р
подставлять в кДж/м3. Перевод
н
расхода рабочего (натурального) топлива ВН в условное
производится по уравнению
12
Процессы горения. Для непрерывного процесса горения топлива необходимо подавать в топочное устройство
топливо и достаточное количество воздуха, перемешивать
их и подогревать топливо до температуры воспламенения,
отводить продукты сгорания.
Температура воспламенения топлива зависит не только от вида топлива, но и от условий горения (режимноконструктивных факторов). Поэтому температура воспламенения не является вполне определенной величиной, характеризующей топливо, как, например, теплота сгорания.
Приближенно можно принимать температуры воспламенения твердого топлива: для дров и торфа 250-300 оС, для
каменного угля 450-500 оС, для антрацита 600-700 оС.
Как правило, чем больше летучих веществ выделяется
при разложении топлива, тем ниже его температура воспламенения. Температура воспламенения в среднем составляет для жидкого топлива (мазута) 600 оС и для газообразного 650-750 оС.
Расчет необходимого количества кислорода основан
на стехиометрии реакции окисления горючих элементов
топлива
С + О2 = СО2 для сгорания 12 кг С требуется 32 кг О
1 кг С 8/3 кг О
13
4Н + О2 = 2Н2О для сгорания 4 кг Н 32 кг О
100
838 OSHC
l
TO
232,0100
838
OSHC
l
TВ
T
b
V
TВ
l
T
b
Д
b
VV
1 кг Н 8 кг О
S + О2 = SО2 для сгорания 32 кг S 32 кг О
1 кг S 1 кг О
Теоретическое количество кислорода для сгорания 1 кг
топлива:
кг О/кг топлива
Теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг
топлива
кг воздуха/кг топлива
Теоретический объем воздуха
=
/ 1,293, м3 воз-
духа/кг топлива.
В действительности во избежание недожога топлива в топочное устройство воздуха всегда подают больше теоретического количества (в избытке)
,
где α – коэффициент избытка воздуха. Он зависит от вида
сжигаемого топлива, а также конструктивных особенностей топочного устройства.
Для газовых топлив α = 1,01÷1,1, для жидких α = 1,07-1,2;
для твердых α = 1,2-1,5.
14
1.2. Альтернативные источники энергии
Солнечная энергия. Поток падающей солнечной
энергии в 120 000 раз превышает мощность всех электростанций мира (178,6.1012 кВт). Солнечную энергию можно
использовать для получения теплоты и выработки электроэнергии. На некоторых установках с концентраторами удалось получить температуру свыше 3000 оС. Бортовые источники энергопитания космических кораблей и станция
работают по принципу прямого преобразования солнечной
энергии в электрическую с КПД до 30 % (в перспективе 45
%).
Трудности, возникающие при использовании солнечной энергии:
- необходимость аккумуляции энергии для приме-
нения в ночное время и пасмурную погоду;
- низкая концентрация энергии q = 0,2 – 0,7 кВт/ м2.
Энергия ветра. Энергия ветра – результат тепловых
процессов, происходящих в атмосфере планеты. Первоначальным источником этой энергии является энергия Солнца. До 2 % солнечной радиации, падающей на Землю, превращается в энергию ветра.
15
Трудности, возникающие при использовании энергии
ветра – непостоянство и изменчивость скорости и направления ветра, низкая концентрация энергии в потоке на
единицу площади поперечного сечения ветряка.
Теплота земных недр (геотермальная энергия).
Мощность потока теплоты от центра Земли к поверхности
примерно в 4000 раз меньше мощности потока теплоты,
поступающего на Землю от Солнца. В качестве источников
геотермальной энергии можно рассматривать горячую
подземную воду, пар и теплоту нагретых сухих пород. Для
нормальных районов изменение температуры на 1 км глубины составляет 40 оС, а в гипертермических – более 80
о
С. Система геотермального теплоснабжения охватывает
93 % населения г. Рейкьявика. Общая мощность геотермальных электростанций в мире превысила 1 млн. кВт.
Энергия океана. Составляет примерно 30 % всей
энергии, используемой в мире. Общая мощность приливов
всех морей и океанов оценивается в 3 млрд. кВт.
Гидроэнергия. Оценивается примерно в 3,8 млрд. кВт.
Однако сейчас используется примерно на 8,5%.
16
Вторичные энергоресурсы. ВЭР – энергетический
потенциал материальных и энергетических отходов производства.
Тепловые отходы: теплота золы, отходящих газов и
паров, стоков.
Горючие газы (доменный газ и др.)
Энергетический потенциал: внутренняя и кинетическая энергия, избыточное давление отходов, покидающих
технологический процесс.
17
2. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
ТЕРМОДИНАМИКА – это наука, представляющая
собой наиболее общее учение об энергии. Её предметом
является изучение форм проявления энергии различных
видов, закономерностей обмена энергией между телами и
перехода одного вида энергии в другой, а также свойств
различных тел, проявляющихся в процессах обмена энергией.
Многие положения термодинамики и целые её разделы
входят составными частями в физику, химию и другие
науки, в связи с чем различают общую или физическую
термодинамику, химическую термодинамику и термодинамику необратимых процессов.
Техническая термодинамика как наука исторически
сложилась в процессе изучения вопросов, связанных с взаимным преобразованием теплоты и механической работы.
Её теоретические построения опираются на два закона
природы – первый и второй законы термодинамики.
Теплота и работа. Энергия – общая мера различных
форм движения материи. Количество работы или теплоты
определяет энергию, переданную телу в форме работы или
в форме теплоты. Величина передаваемой энергии зависит
18
от условий, в которых осуществляется такой процесс. Если
одно тело совершает над другим механическую работу, то
увеличение энергии тела равно совершенной над ним работе. Величину работы, совершаемой телом, принято считать положительной, а полученной – отрицательной. Работа в технической термодинамике измеряется в Джоулях,
Дж.
Передача энергии телу совершением над ним работы
всегда связана с перемещением тела или его частиц. Если
одно тело передает энергию другому при тепловом контакте, то количество теплоты, полученное телом, считается
положительным, а отданное – отрицательным. Единицей
количества теплоты является Джоуль.
Согласно кинетической теории теплота есть форма
проявления энергии движения частиц, образующих тело.
Поэтому передача теплоты от одного тела к другому состоит в обмене энергией, т.е. в совершении работы атомов
и молекул одного тела над атомами и молекулами другого
тела.
Механическая работа в отличие от теплоты представляет собой упорядоченную форму передачи энергии. Превращение одной формы энергии в другую возможно. Однако, переход организованной формы (механической рабо-
19
ты) в неорганизованную (тепловую) происходит в любых
количествах и всегда возможно полное превращение механической работы в теплоту. Обратный же переход неорганизованной формы энергии (теплоты) в организованную
(механическую работу) возможен только при определенных условиях и частично. В этом и заключается качественное различие понятий «теплота» и «работа».
Рабочее тело. Процессы преобразования теплоты в
работу и наоборот осуществляются с помощью рабочего
тела, в качестве которого принимают газы или пары. В
технической термодинамике в качестве рабочего тела рассматривают так называемый идеальный газ, у которого нет
взаимодействия между молекулами, а молекулы принимаются геометрическими точками.
Термодинамическая система. Это совокупность тел,
которые энергетически взаимодействуют между собой, с
другими телами и с окружающей их средой. Различают
следующие термодинамические системы:
- открытая, в которой имеет место обмен вещества с другими телами и (или) с окружающей средой. Примером открытой системы является поток рабочего тела в турбинах и
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]