Vvedenie_v_spets_zoach_zadan_KR

11

Задачи для решения на практическом занятии и для самостоятельной работы

Двигатель Стирлинга (Работает по регенеративному циклу Карно и имеет такой же КПД, т.е. такое же выражение для КПД).

2.1.В двигателе Стирлинга совершаемая за цикл работа равна 200 кДж, нижнему источнику теплоты (охладителю) с температурой 27 ºС отводится 100 кДж. Определить КПД и температуру верхнего источника теплоты (нагревателя).

2.2.В двигателе Стирлинга совершаемая за цикл работа равна 250 кДж, нижнему источнику теплоты (охладителю) с температурой 27 ºС отводится 150 кДж. Определить КПД и температуру верхнего источника теплоты (нагревателя).

2.3.В двигателе Стирлинга совершаемая за цикл работа равна 200 кДж, нижнему источнику теплоты (охладителю) с температурой 7 ºС отводится 100 кДж. Определить КПД и температуру верхнего источника теплоты (нагревателя).

2.4.В двигателе Стирлинга совершаемая за цикл работа равна 250 кДж, нижнему источнику теплоты (охладителю) с температурой 17 ºС отводится 150 кДж. Определить КПД и температуру верхнего источника теплоты (нагревателя).

Задачи по циклам холодильных машин и их характеристикам.

Задача 2.5. Определить холодильный коэффициент компрессионной холодильной установки, работающей по циклу Карно, если температура в испарителе – 23 ºС, а в конденсаторе 27 ºС.

Задача 2.6. В идеальном холодильном цикле совершаемая работа составляет 50 кДж, в окружающую среду с температурой 17 оС передается 250 кДж теплоты. Определить холодильный коэффициент и температуру нижнего источника теплоты (охлаждаемого объекта). Ответ: = 4; tn = –41о С.

Задача 2.7. Определить работу идеального холодильного цикла, если в окружающую среду с температурой 27 оС передается 120 кДж теплоты, а температура нижнего источника теплоты равна – 23 оС. Ответ: l =20 кДж.

12

Задача 2.8. Вычислить теоретическую мощность, затрачиваемую холодильной установкой, работающей по циклу Карно и отводящей от нижнего источника теплоты в 1с 17,4 кДж, при -19 ºС (температура испарения). Температура конденсации – 15ºС. Ответ: NТ = 2.32 кВт.

Тема 2: Характеристики топлива, расчет теплоты сгорания топлива. Виды и состав топлива.

Теоретические положения

Основные сведения. Топливо – это вещества и материалы, специально сжигаемые для получения тепловой энергии. Практическая целесообразность топлива определяется его количественными запасами, удобством добычи, скоростью горения, теплотворной способностью, возможностью длительного хранения и безвредностью продуктов сгорания для окружающей среды[3].

Существуют природные (естественные) и искусственные виды топлива. По агрегатному состоянию топливо бывает твёрдое, жидкое и газообразное. Искусственное жидкое топливо и горючие смолы получают при переработке твёрдого топлива.

Состав топлива. Твёрдые и жидкие органические топлива состоят из сложных органических соединений, образованных в основном пятью химическими элементами – углеродом С, водородом Н2, кислородом О2, азотом N2, серой S. Основной горючей составляющей топлива является углерод.

Одной из основных характеристик топлива является низшая рабочая теплота сгорания – это количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 кг твёрдого или жидкого топлива или 1 м3 газообразного топлива, без учета теплоты конденсации влаги, содержащейся как в топливе, так и в продуктах сгорания, полученных при его сжигании.

Низшая теплота сгорания твёрдого и жидкого топлива с достаточной для технических расчётов точностью подсчитывается по формуле Д. И. Менделеева:

= 338 • Сp + 1025 • Нp – 108,5 • (Оp – ) – 25 • WP, кДж/кг (3.1)

13

где Ср , Нр , Ор, Sр – содержание составляющих элементов в рабочей массе топлива (в процентах);

Wр – содержание влаги (в процентах).

Рабочая масса – масса топлива в том виде, в каком оно поступает в топку.

Для сравнения между собой различных видов топлива вводится понятие условное топливо. Это такое топливо при сгорании 1 кг которого выделилось бы 29,3 МДж теплоты, т.е. Q усл = 29,3 МДж/кг.

К другим характеристикам топлива, имеющим большое значение для правильной и эффективной эксплуатации котельных установок, относятся: выход летучих веществ, зольность, влажность, сернистость.

Пример 3.1.

Определить низшую рабочую теплоту сгорания топлива следующего состава: Cp = 24,1 %, Hр = 1,9 %, Nр = 0,4 %, Oр = 7,6 %, Sр = 2,6 %, Wр =40 %.

Решение.

По формуле Менделеева (3.1) определим искомую величину

= 338 • 24,1+ 1025 • 1,9 – 108,5 (7,6 – 2,6) – 25 • 40 = 8537 кДж/кг.

Задачи для решения на практическом занятии

идля самостоятельной работы

3.1.По расчетам для котельной требуется 31 т у.т. в сутки. Найти сколько угля с теплотой сгорания 23500 кДж/кг необходимо для котельной в месяц.

3.2 В топке котла сжигается уголь состава: Cp = 70,1%; Hp = 1,5% ; Sр =1,8% ; Np = 0,3; Оp = 1,2; Ap =10,1; WP =15,0% .

Определить низшую рабочую теплоту сгорания топлива, Сколько тонн этого натурального топлива соответствуют 1000 т условного топлива?

3.3.Определить низшую рабочую теплоту сгорания топлива следующего состава Cp = 68%; Hp = 2%; Sр =1,2,% , Np = 1,8% , Оp = 2,5%; Ap =10,5%; WP = 17%.

14

3.4. В 2012 г. горняки Кузбасса добыли рекордное количество угля – 200 млн тонн. Найти в справочниках или в Интернете среднюю теплоту сгорания кузнецких углей и пересчитать это количество на условное топливо.

3.5 На промышленном предприятии для технологических процессов в месяц используется 30 т мазута, Q = 9700 ккал/кг; 2000 т каменного угля, Q = 6450 ккал/кг; 3000 м3 природного газа, Q = 8000 ккал/кг. Сколько т у.т. потребляет в месяц это предприятие?

ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ

Темы рефератов

1.Значение теплоэнергетики для современного общества (сферы применения, краткая предыстория развития теплоэнергетики)

2.Способы получения (производства) тепловой энергии

3.Способы получения (производства) электрической энергии

4.История развития энергетики

5.Проблемы современной энергетики

6.Перспективы современной энергетики (грозит ли человечеству энергетический голод?)

7.Развитие возобновляемой энергетики в мире (масштабы, темпы, прогнозы)

8.Развитие возобновляемой энергетики в России (масштабы, темпы, прогнозы, причины различия с мировыми показателями)

9.Направления солнечной энергетики - обзор (темпы роста, масштабы, показатели)

10.Применение солнечной энергии для получения тепла – обзор (темпы роста, масштабы, достижения, показатели)

11.Устройство и работа различных установок для преобразования солнечной энергии в тепловую (схемы, характеристики)

12.Ветроэнергетика – обзор (темпы роста, масштабы в мире и в РФ, причины различия)

13а) Тепловые двигатели (обзор традиционных и перспективных принципов и конструкций)

б) Тепловые двигатели (основные характеристики и показатели традиционных и перспективных двигателей)

15

в) Тепловые двигатели (систематизация по основным характеристикам и показателям традиционных и перспективных двигателей)

Сопоставление и выводы по п. 13

14.Энергетическая безопасность и пути ее повышения

15.Малая энергетика – значение и перспективы, способы реализации.

16.Направления развития теплоэнергетики (внедрение новых материалов, устройств, новых технических решений)

17.а) Перспективы использования угля, как энергоносителя (обзор способов глубокой переработки угля, в т.ч. ВУТ, ПГУ и др.); б) Масштабы применения продуктов глубокой переработки угля в энергетике (в мире, в ближнем зарубежье, в РФ, в Кузбассе; причины различия); в). Перспективы использования шахтного метана (способы, мас-

штабы применения в энергетике (в мире, в ближнем зарубежье, в РФ, в Кузбассе; причины различия).

18.Водородная энергетика – сущность, схемы, показатели, проблемы, перспективы

19.Геотермальная энергетика - сущность, схемы, показатели, проблемы, перспективы.

20.Малая гидроэнергетика - сущность, схемы, показатели, проблемы, перспективы для РФ и для Кузбасса

21.Биомасса, как источник возобновляемой энергии – направления, проблемы, перспективы в мире, в РФ и в Кузбассе.

22.Специфика производства, распределения, передачи и использования тепловой энергии.

23.Связь энергетических потребностей общества и человека с развитием цивилизации. Пути и способы их удовлетворения. Проблемы и перспективы.

24.Экологические аспекты развития энергетики в современном мире. Понятие žУстойчивое развитие¤.

25.Ядерная энергетика - проблемы и перспективы в мире и в РФ.

26.Перспективные источники энергии, которые могут быть использованы человечеством в будущем.

16

27. Топливные элементы – принцип действия, устройство, характеристики, преимущества перед другими источниками энергии и перспективы применения

Задачи

Задача 1 Двигатель Стирлинга (Работает по регенеративному циклу

Карно и имеет такой же КПД, т.е. такое же выражение для КПД). В двигателе Стирлинга совершаемая за цикл работа равна l, кДж, нижнему источнику теплоты (охладителю) с температурой t2 ºС отводится q2, кДж. Определить КПД и температуру

верхнего источника теплоты (нагревателя).

Исходные данные в табл. 1

17

Задача 2

В топке котла сжигается уголь состава: Cp = 70,1%; Hp = 1,5%; Sр =1,82% ; Np = 0,3%; Оp = 1,2%; Ap =10,1%; WP =15,0% . Определить низшую рабочую теплоту сгорания топлива, Сколько тонн этого натурального топлива соответствуют 1000 т условного топлива? Исходные данные в табл. 2

Таблица 2

18

Задача 3

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина. Давление пара перед турбиной р1, температура t1, давление пара в конденсаторе р2. Определить термический кпд цикла.

Исходные данные в табл. 3

19

Таблица 3

20

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЧЕТУ

1.Технологические, экологические, социальные аспекты энергетики и теплоэнергетики.

2.Понятие о топливно-энергетическом балансе мира, страны и региона, динамика его изменения. Перспективы применения различных энергоресурсов.

3.Общая схема энергоснабжения и ее основные звенья (в том числе применительно к теплоснабжению).

4.Специфика передачи тепловой энергии (по сравнению, например, с электроэнергией), Каким образом эта передача осуществляется?

5.Источники теплоснабжения в РФ и соотношение между

ними.

6.Классификация и характеристики топлива

7.Что такое žусловное топливо¤? Где и для чего используется это понятие?

8.Перспективы использования в промышленности различных видов топлива?

9.Перспективные направления переработки угля.

10.Классификация систем теплоснабжения

11.Виды тепловых нагрузок и их определение.

12.Теплообменные аппараты – назначение, классификация, устройство

13.Наиболее распространенные и широко применяемые теплообменники в настоящее время и наиболее современные и перспективные теплообменники.

14.Классификация котлов, их основные характеристики.

15.Классификация топок котельных агрегатов, где какие применяются?

16.Схема котельного агрегата

17.Тепловой баланс и кпд котельного агрегата.

18.Виды потерь в котельном агрегате, какие из них отсутствуют при использовании газообразного топлива?

19.Расположение и назначение теплообменников в котельном агрегате.