13-24 теплотехника

13. Уравнение теплового баланса

Если тела образуют замкнутую систему и между ними происходит только теплообмен, то алгебраическая сумма полученных Qn и отданных Q0энергий равна нулю:

Полученная Qn и отданная Q0 теплоты численно равны, но Qn берется со знаком плюс, a Q0 - со знаком минус.

14. Передача тепла излучением

Излучением тепло передается одним телом другому путем лучистой энергии без посредства материальной среды. Количество энергии, излучаемой телом, зависит от его температуры: чем выше температура тела, тем большее количество лучистой энергии оно выделяет. По закону Стефана — Больцмана количество тепла, передаваемого излучением от одного тела другому, пропорционально разности четвертых степеней температур тел

Коэффициент лучеиспускания всех тел С меньше коэффициента лучеиспускания абсолютно черного тела Cs. Отношение лучеиспускания данного тела к лучеиспусканию абсолютно черного тела называется относительной лучеиспускательной способностью, или степенью черноты

Коэффициент излучения С для большинства твердых тел лежит в пределах 3,5—5,3 Вг/(ж2-°К4) [3—4,6 ккал/(м2.ч.°К4)]. Коэффициент излучения газов зависит от их состава, толщины слоя и температуры. Практически в дымовых газах лучеиспускательной способностью обладают только С02 и Н20; чем больше содержание их в газе и чем больше толщина газового слоя и его температура, тем больше коэффициент излучения. Значительно увеличивает лучеиспускание слоя наличие в нем светящихся раскаленных частиц сажи (светящееся углеводородное пламя).

15. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ - Основное кинематическое уравнение для переноса теплоты Q = KF&tcpxt ии Q = K F Dt  К-кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи), характеризующий орость переноса теплоты; Д/ср средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор), по поверх¬ности теплопередачи; т-время.

Движущая сила процесса A/LT представляет собой среднюю разность температур между температурами теплоносителей.

16

схема кожухотрубного теплообменника

 Кожухотрубный теплообменник представляет собой пучок трубок, помещенных в цилиндрический кожух (корпус) таким образом, что внутренность корпуса является межтрубным пространством. Теплообменные трубки завальцованы в концевых трубных досках, приваренных к корпусу теплообменника. В некоторых кромки трубок дополнительно обвариваются для гарантии герметичности соединения. Промежуточные трубные решетки предназначены как для поддержки трубок, так и для организации поперечного тока среды. К трубным доскам крепятся камеры с патрубками для отвода среды, текущей внутри трубок. В зависимости от наличия и количества в камерах перегородок, теплообменники могут быть одноходовыми, двух- или многоходовыми относительно движения среды, текущей в трубках. Также корпус снабжен патрубками для подвода пара и отвода конденсата. Трубки изготавливают из углеродистой или нержавеющей стали, меди, латуни или титана. Корпус обычно выполняется из углеродистой или нержавеющей стали. Когда теплообменник нагревается, происходит его удлинение. Существует несколько способов компенсации температурных расширений, например, применение «плавающей головки» или межсекционных компенсаторов. Кожухотрубные теплообменники обычно используются при давлении насыщенного пара выше 15 бари или при температуре выше 190°С, а также при перегретом паре.  

Передача тепла в пластинчатых теплообменниках осуществляется через стальные гофрированные пластины, которые установлены в раму и стянуты в пакет.  Для максимального увеличения эффективности применяют несколько видов гофрирования. Комбинируя их, можно добиться существенной турублизации потока и, как следствие, максимального коэффициента теплопередачи. Пластины делают из углеродистой и нержавеющей стали, а так же титана и других материалов. Существуют разборные, паянные и сварные пластинчатые теплообменники.

17

паровой котел с естественной циркуляцией

Рис. 1. Схема барабанного котла с естественной циркуляцией, работающего на пылевидном топливе:

1 – горелки; 2 – топочная камера; 3 – топочный экран; 4 – барабан; 5 – опускные трубы; 6 – фестон; 7 – пароперегреватель; 8 – конвективный газоход; 9 – экономайзер;10 – трубчатый воздухоподогреватель; 11 – нижние коллектора топочных экранов

После отдачи теплоты топочным экранам продукты сгорания покидают топку при температуре 900-1200⁰С (в зависимости от вида топлива) и поступают в горизонтальный газоход. Паровой котельный агрегат состоит из цилиндров, то есть сосудов и труб разного диаметра. Цилиндры соединены между собой с помощью вальцовки или сварки. Помимо цилиндров в состав котла входят коллекторы, барабан и трубы. Для работы парового котла обязательно наличие топки, в которой происходит сжигание топлива. Выделенная тепловая энергия по системе трубок передается воде. Вода испаряется и превращается в пар. Водяные пары проходят через паросепаратор, расположенный в верхнем барабане котельной установки. В паросепараторе пар очищается от капелек воды. Сухой пар по паропроводу поступает к потребителю или направляется в пароперегреватель, в котором при неизменном давлении нагревается до более высокой температуры.

Котельные паровые агрегаты в зависимости от принципа движения в них пара и воды классифицируют на котлы с принудительной и естественной циркуляцией. В установках с принудительной циркуляцией движение теплоносителей осуществляется с помощью специальных насосов. В паровых котлах второго типа циркуляция происходит по принципу перепада плотностей воды и пара.

По мере движения в трубах топочных экранов вода превращается в пар.

Питательная вода содержит примеси. В процессе парообразования увеличивается содержание пара, концентрация примесей возрастает. При достижении определенных концентраций в конце зоны парообразования на внутренней поверхности труб образуются отложения в виде накипи. Теплопроводность отложений в десятки раз меньше теплопроводности металла, из которого выполнены поверхности нагрева. Это ухудшает теплопередачу к рабочей среде и при интенсивном обогреве в топочной камере приводит к перегреву металла труб, снижению прочности и разрыву под действием внутреннего давления рабочей среды.

Из конвективного пароперегревателя перегретый пар заданных параметров (давления и температуры) направляется в турбину. Частично отработавший в турбине пар снова направляют в паровой котел для вторичного (промежуточного) перегрева до температуры, обычно равной температуре пара, выдаваемого основным пароперегревателем. Этот пароперегреватель получил название промежуточный.

На выходе из промежуточного пароперегревателя продукты сгорания имеют еще высокую температуру (500-6000С) и поэтому содержащуюся в них теплоту утилизируют в конвективном экономайзере. В него поступает питательная вода, которая подогревается до температуры, меньшей температуры насыщения. За экономайзером температура продуктов сгорания составляет 300-4500С и более. Дальнейшая утилизация теплоты осуществляется в следующей конвективной поверхности нагрева для подогрева воздуха - воздухоподогревателе. Воздухоподогреватель представляет собой систему вертикальных труб, через которые проходят продукты сгорания, а между трубами - нагреваемый воздух. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель (холодный воздух) 30-600С, на выходе (горячий воздух) 250-4200С в зависимости от топлива и способа его сжигания.

При сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии горячий воздух делят на два потока. Первичный воздух служит для подсушки топлива при размоле и транспорта готовой топливной пыли через горелки в топочную камеру. Температура топливно-воздушной смеси 70-1300С. Вторичный воздух поступает через горелки в топку непосредственно (минуя мельничную систему) при температуре за воздухоподогревателем.

После воздухоподогревателя продукты сгорания имеют уже достаточно низкую температуру (110-1600С). Дальнейшая утилизация теплоты этих продуктов сгорания экономически нецелесообразна, и их выбрасывают дымососом через дымовую трубу в атмосферу. Они получили название - уходящие газы.

В результате сжигания топлива остается зола, которая в основной массе уносится продуктами сгорания. Ее улавливают в золоуловителе, размещаемом перед дымососом. Этим предотвращаются абразивный износ дымососов и загрязнение атмосферы золой. Уловленная зола удаляется устройствами золоудаления. Часть золы выпадает в нижнюю часть топки.

18

типы паровых котлов

Котёл газотрубный — паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (как правило, это вода или масло), который находится снаружи трубок

Котёл водотрубный — паровой или водогрейный котел, у которого поверхность нагрева (экран) состоит из кипятильных трубок, внутри которых движется теплоноситель. Теплообмен происходит посредством нагрева кипятильных трубок горячими продуктами сгорающего топлива. Различают прямоточные и барабанные водотрубные котлы. По конструкции является противоположностью газотрубному котлу

Водотрубные котлы по принципу движения воды и пароводяной смеси подразделяются на:

барабанные (с естественной и принудительной циркуляцией: за один проход по испарительным поверхностям испаряется лишь часть воды, остальная возвращается в барабан и проходит поверхности многократно)

прямоточные (среда между входом и выходом котла движется последовательно, не возвращаясь)

19

котельные установки

Котельными установками называется комплекс оборудования для котельной предназначенного для превращения химической энергии топлива в тепловую с целью получения горячей воды или пара заданных параметров.

В зависимости от назначения различают следующие котельные установки:

Отопительные котельные установки — для обеспечения теплом систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

Отопительно-производственные котельные установки — для обеспечения теплом систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологического водоснабжения;

Производственные котельные установки— для технологического теплоснабжения.

Котельная установка состоит из котельного агрегата, вспомогательных механизмов и устройств:

Котельный агрегат включает топочное устройство, трубную систему с барабанами, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, а также каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровку, газоходы и арматуру.

К вспомогательным механизмам и устройствам относят дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные, водоподготовительные и пылеприготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания (при сжигании твердого топлива), мазутное хозяйство (при сжигании жидкого топлива), газорегуляторную станцию (при сжигании газообразного топлива), контрольно-измерительные приборы и автоматику.

20

Основы водоподготовки для котельных установок

Система водоподготовки в котельной можно поделить на такие этапы:

Грубая очистка простыми фильтрами;

Ионообменная установка для умягчения воды;

Обратносматическая установка для получения воды заданного качества;

Декарбонизация - удаление углекислоты

Деаэрация- удаление растворенных в воде газов

Водород-катионирование или натрий-катионирование, возможно еще комбинирование этих двух процессов.

21.Тепловой баланс котельного агрегата, КПД котла и ТЭС

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.

Qpp=Q1+ Qп

илиQрр=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 где Qpp – теплота, которой располагают; Q1 – использованная теплота; Qп - общие потери; Q2 – потери теплоты с уходящими газами; Q3 – потери теплоты от химического недожога; Q4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q5 – потери теплоты в окружающую среду; Q6 – потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Теплоту, вносимую с воздухом, рассчитывают по равенству:

Qв.вн = b/V0ср/(Tг.вз – Тх.вз)

Коэффициент полезного действия котла - отношение полезно использованной теплоты ко всей теплоте, внесенной в топку котла при сжигании топлива

η = (Q1/ Qri)1OO%.

Часть тепла теряется. Выделяют пять основных потерь тепла в котле: с теплом уходящих газов - q2 = (Q2/Qri)100%; от химической неполноты сгорания топлива -

q3 = (Q3/Qri)100%; от механической неполноты сгорания топлива - q4 = (Q4/Qri)100%; потери тепла в окружающую среду - q5 = (Q5/Qri)100%; потери с физическим теплом шлака q6 = (Q6/Qri)100%.

Полезно используемую теплоту определяют путем вычитания из теплоты сгорания топлива Qri суммарных потерь теплоты, кДж/кг или ккал/кг

Q1 = Qri – (Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6)

22. Виды энергет топлива

Энергетическим топливом (топливом) можно считать всякое вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество тепловой энергии, которую в зависимости от технических и экономических показателей используют в различных отраслях.

горючее, выделяющее теплоту при взаимодействии с другими веществом (окислителем);

расщепляющееся (ядерное), которое выделяет теплоту в результате расщепления вещества топлива с одновременным образованием молекул других химических элементов.

Горючее энергетическое топливо делят на

органическое

неорганическое

Органическое топливо делят на ископаемое природное и искусственное, которое, в свою очередь, подразделяют на композиционное и синтетическое.

23. ТЭС классификация схемы ТЭС конденсационного типа и ТЭЦ

тэс конденсационного типа

1 — котел (парогенератор);

2 — топливо;

3 — паровая турбина;

4 — электрический генератор;

5 — конденсатор отработавшего пара турбины;

6 — конденсатный насос;

7— регенеративный подогреватель;

8 — питательный насос парового котла

Как работает тепловая электростанция?

В работе ТЭС используется энергия природного топлива. Она выделяется при сжигании угля, природного газа, мазута и т.д. В машинном зале установлен котел с водой. При сгорании топлива вода в котле нагревается до нескольких сот градусов и превращается в пар. Пар под давлением вращает лопасти вращающейся паровой турбины. Турбина в свою очередь вращает генератор, который вырабатывает электрический ток.

тэц

1 — котел (парогенератор);

2 — топливо;

3 — паровая турбина;

4 — электрический генератор;

5 — конденсатор отработавшего пара турбины;

6 — конденсатный насос;

7— регенеративный подогреватель;

8 — питательный насос парового котла;

7-сборный бак конденсата;

9- потребитель теплоты;

10- подогреватель сетевой воды;

11-сетевой насос;

12-конденсатный насос сетевого подогревателя.

Как работает ТЭЦ?

На теплоэлектроцентрали одновременно производятся и электричество, и тепловая энергия (в виде пара и горячей воды). Принцип работы теплоэлектроцентрали похож на работу теплоэлектростанции. Мало того, когда ТЭЦ не отпускает тепла (например, летом или сразу же после ввода в эксплуатацию, когда тепловые сети еще не готовы), она работает просто как конденсационная ТЭС. Но у них есть одно важное различие. Часть пара, после того, как из него был выработан электрический ток, используется для нагревания воды, которая по теплопроводам направляется в котельные и на тепловые пункты для отопления и горячего водоснабжения квартир, больниц, школ и детских садов и промышленных предприятий.

24. тепловые насосы

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой[1]. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

где: 1 - дроссель; 2 - испаритель; 3 - компрессор; 4 - конденсатор.

Первичный контур предназначен для забора тепла из окружающей среды. Например, земли. Укладка зонда в грунт осуществляется на глубину от 1 до 3 метров, в зависимости от уровня промерзания. Температурный режим там практически неизменен, и возьмем ориентировочно +80С. Жидкость (хладагент), в первом контуре поглощая тепло земли и нагреваясь до +80С, поступает во второй контур, где происходит сжимание при помощи компрессора. Хладагент – вещество, которое очень чувствительно к температурному режиму, имеет очень низкую температуру кипения. Благодаря этим свойствам и осуществляется эффективный перенос тепла от источника к потребителю. При сжимании, то есть увеличении давления, температура хладагента повышается в разы, в зависимости от степени сжатия и др. факторов. После этого, нагретый хладагент поступает в отопительный контур, где непосредственно происходит передача тепла и нагревание воды отопительной системы. А далее – как обычная система отопления. При этом остывший хладагент поступает через дроссель в первичный контур с температурой ниже температуры грунта. И запускается вышеописанная цепочка нагрев – охлаждение. В общих чертах так работает тепловой насос.