Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Державний вищий навчальний заклад

«Криворізький національний університет»

Кафедра теплоенергетики

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

з дисципліни

«Джерела теплоенергопостачання

промислових підприємств»

для студентів усіх спеціальностей та форм навчання

Кривий Ріг

2011

Укладачі: Замицький О.В., д.т.н., професор,

Гребенюк Г.В., асистент,

Хозіна О.О., асистент

Відповідальний за випуск: Замицький О.В., д.т.н., професор

Рецензент: Літовко Б.М., к.т.н., доцент

У методичних вказівках наведено мету та послідовність виконання лабораторних робіт з курсу «Джерела теплоенергопостачання промислових підприємств». Подано принципові схеми теплоенергетичних установок, теоретичні положення, вказано літературні та довідкові джерела, а також надано питання для самоконтролю.

Розглянуто Схвалено

на засіданні кафедри на засіданні вченої ради

теплоенергетики електротехнічного факультету

Протокол № 6 від 08.06.2011 р. Протокол № 1 від 30.08.2011 р.

ЗМІСТ

Стор.

ВСТУП……………………………………………………………4

Лабораторна робота № 1. Дослідження принципової

схеми електродного водогрійного котла……………………….6

Лабораторна робота № 2. Дослідження принципової

схеми електродного парового котла……………………………9

Лабораторна робота № 3. Аналіз принципової схеми

геліоустановки з тепловим насосом……………………………13

Лабораторна робота № 4. Вивчення принципової схеми

геотермальної установки……………………………………......17

Лабораторна робота № 5. Дослідження принципової

схеми котла-утилізатора………………………………………...20

Лабораторна робота № 6. Аналіз схем теплонасосних

установок для гарячого водопостачання та повітряного

опалення………………………………………………………….22

Список літератури……………………………………………….26

ВСТУП

Джерела теплоенергопостачання промислових підприємств – комплексні технічні пристрої, в яких первинна енергія перетворюється в енергію теплоносія (води чи пари) з необхідними параметрами. Як первинну енергію в основному використовують органічне паливо, ядерну енергію, теплоту Землі та Сонця, вторинні енергетичні ресурси, низькопотенційну теплоту. Джерела теплоти централізованих систем теплопостачання в основному працюють на твердому, рідкому котельному та газоподібному паливах. Децентралізовані системи теплопостачання працюють на твердому та частково на газоподібних паливах. Частка відновлюваних джерел енергії в теплопостачанні не перевищує 10 %. Однак, насьогодні за умов проблем вичерпування, зниження запасів традиційних видів палива та збільшення їх споживання, питання використання альтернативної енергії та відповідних пристроїв є досить актуальними та перспективними.

В даних методичних вказівках викладено теоретичні відомості щодо основного сучасного обладнання систем теплопостачання. Метою лабораторних робіт з курсу є дослідження, аналіз, вивчення будови, конструктивних особливостей, призначення теплоенергетичних установок, в тому числі і тих, які працюють з використанням альтернативних видів палива. Увагу приділено і теплонасосним установкам, застосування яких призводить до енергозбереження невідновлюваних джерел енергії і захисту навколишнього середовища від викидів забруднюючих речовин.

Освоєння наведеного матеріалу необхідно для закріплення та поглиблення у студентів необхідних для їх фаху знань та можливості застосування теоретичних положень курсу для грамотного проектування, використання теплоенергетичних установок, організації експлуатації сучасних теплофікаційних систем та здійснення подальших науково-інженерних розробок.

Кожна лабораторна робота повинна виконуватися в два етапи. Протягом першого етапу студенти вивчають теоретичний матеріал даних методичних вказівок, розбирають кожен малюнок, специфікацію до нього, детально розглядають конструкційні схеми теплоенергетичного обладнання, що вивчається. Впродовж другого етапу студенти закріплюють вивчене та складають звіт. На кожну лабораторну роботу відповідно передбачено кілька академічних годин.

Звіт з лабораторної роботи повинен оформлюватися на листах формату А4 (297х210 мм) та містити наступне:

- титульний лист, на якому вказується назва роботи, прізвище та ініціали студента, номер групи;

- теоретичні відомості про класифікацію, призначення, галузь застосування, конструкцію й принцип дії теплофікаційних установок;

- схеми конструкцій теплоенергетичного обладнання;

- підпис студента.

Лабораторна робота № 1

Дослідження принципової схеми електродного водогрійного

котла

Мета: дослідити будову, конструктивні особливості та призначення електродного водогрійного котла.

Загальні теоретичні відомості

Електродні котли

Електродні парові і водогрійні котли працюють за принципом прямого перетворення електричної енергії в теплову енергію теплоносія і застосовуються для теплопостачання підприємств, опалення та гарячого водопостачання будівель і споруд. Переваги електроенергії - мобільність, широкі можливості автоматизації процесу нагрівання води або отримання пари, простота конструктивного виконання електроопалювальних приладів, можливість точної підтримки температурного режиму в опалювальних приміщеннях та економія у зв’язку з цим первинних енергетичних ресурсів.

Електрична схема включення парових та водогрійних котлів має автоматичний вимикач (АВ) для захисту від перевантажень і коротких замикань; контактор (К) для комутації ланцюга підключення електродного котла; трансформатори струму (ТТ), а також амперметри і вольтметр, призначені для контролю струмів навантаження і контролю напруги живлення. Кожен котел має захисти, що діють на відключення його від електричної мережі при однофазних або міжфазних коротких замиканнях без витримки часу і перевантаження по струму на 15% від номінального навантаження. Захист котлів від перевищення тиску здійснюється двома запобіжними клапанами.

Умовні позначення електродного котла: чисельник - номінальна електрична потужність, кВт; знаменник - номінальна напруга живильної мережі, кВ (наприклад, позначення КЕПР-250/0,4 розшифровується: котел електродний паровий регульований потужністю 250 кВт, номінальною напругою живильної мережі 0,4 кВ).

Електродні водогрійні котли призначені для вироблення гарячої води. На рис. 1.1 приведена принципова схема електродного водогрійного регульованого котла з плоскими електродами.

Рис. 1.1 Принципова схема електродного водогрійного котла:

1 - водопровід; 2 - фільтр-відстійник; 3 - живильний насос; 4 - клапан зворотній прохідний; 5 - електромагнітний клапан; 6 - байпас; 7 - вхідний патрубок води; 8 - циліндричний корпус; 9 - заземлення ; 10 - дренажна лінія; 11 - фазні електроди; 12 - прохідні ізолятори; 13 - трифазна електрична мережа, 14 - захисні пластини; 15 - діелектричні пластини (антіелектроди); 16 - хрестовина; 17 - вихідний патрубок гарячої води; 18 - шток; 19 - штурвал; 20 - термореле; 21 - запобіжний клапан

Вода з водопроводу проходить через фільтр, де видаляються механічні та грубодисперсні домішки, і поживним насосом підводиться через вхідний патрубок всередину циліндричного корпусу. У днищі корпусу всіх водогрійних котлів через прохідні ізолятори встановлюються фазні електроди - плоскі або кільцеві електроди, або циліндричні стрижні певних розмірів, довжини та діаметру, до яких по струмоведучих шпильках підводиться напруга трифазної електричної мережі. Вода, що заповнює міжелектродний простір, утворює активні електричні опори, включені за схемою «трикутник».

Трифазні електродні водогрійні котли напругою 0,4 кВ виконуються з пластинчастими електродами і найбільш прийнятні для води з низькою питомою електропровідністю. Електродні водогрійні котли на напругу 6...10 кВ виготовляються з циліндричними або кільцевими електродами і застосовуються при високому питомому опорі води. Регулювання потужності електродних котлів здійснюється зміною електричного струму, що протікає через воду. Потужність електродних водогрійних котлів розрахована на певний питомий опір води при 20 °С.

N_факт.=N_ном._роз./_факт.

де N_факт, N_ном - фактична і номінальна потужності котла, Вт;

ρ_розр., ρ_факт. - розрахункове та фактичне питомі опору води, Ом⋅м.

Порядок виконання

1.Детально ознайомитися із наведеними теоретичними відомостями.

2.Вивчити призначення електродного водогрійного котла.

3. Дослідити принцип дії наведеного обладнання.

4.Відобразити схему установки.

Питання для самоконтролю

1. За яким принципом працює електродний водогрійний котел?

2. Яка будова електродного водогрійного котла?

3. Яким чином питома електропровідність впливає на конструкцію електродного водогрійного котла?

4. Як визначити потужність електродного водогрійного котла?

5. Для чого призначені водогрійні електродні котли?

Лабораторна робота № 2

Дослідження принципової схеми електродного парового котла

Мета: дослідити будову, конструктивні особливості електродного парового котла.

Загальні теоретичні відомості

Електродні парові котли

Електродні парові котли призначені для вироблення насиченої пари тиском до 0,6 МПа (6 кгс/см²) і постачання промислових, сільськогосподарських і побутових об’єктів. У паровому електродному котлі теплота, що виділяється при протіканні електричного струму через воду, що представляє активний опір, йде на її нагрів і випаровування. Конструкція електродного парового котла регульованого на напругу 0,4 кВ показана на рис. 2.1 і передбачає автоматичне регулювання паропродуктивності та електричної потужності котла в заданому режимі.

Вода з водопроводу 1 проходить фільтр 2, де видаляються механічні і грубодисперсні домішки, і живильним насосом 3 підводиться через вхідний патрубок 7 всередину поплавкового регулятора рівня води 8. Поплавковий регулятор рівня 8 являє посудину, з’єднану двома патрубками 11 з водним простором витискаючої камери 21 електродного котла. У знімному днищі регулятора рівня є патрубки для автоматичного і ручного підживлення. Порожнистий поплавець 9 через шток і кулісу з’єднаний з краном 10 на патрубку автоматичного підживлення. При автоматичному підживленні відкритий клапан автоматичного підживлення на живильному трубопроводі 7, а клапан ручного підживлення закрито, в результаті вода через нижній патрубок 11 надходить в корпус регулятора рівня 8 і водний обсяг витискаючої камери 21. При досягненні рівня води в котлі положення, що перевищує верхній рівень затоплення фазових електродів 15 на 100 мм, поплавець 9 через шток з кулісою перекриває кран 10, припиняючи подачу води в котел. Поплавковий регулятор рівня забезпечує номінальну витрату живильної води при повністю затоплених електродах. У разі виходу з ладу поплавкового регулятора рівня тимчасова робота котла можлива при ручному регулюванні подачі води через патрубок ручного підживлення.

Рис. 2.1. Принципова схема електродного парового котла регульованого:

1 - водопровід; 2 - фільтр-відстійник; 3 - живильний насос; 4 - клапан зворотній прохідний; 5 - електромагнітний клапан; 6 - байпас; 7 - вхідний патрубок води; 8 - поплавковий регулятор рівня води; 9 - поплавок; 10 - кран автоматичного підживлення; 11 - патрубки; 12 - циліндричний корпус; 13 - заземлення; 14 – продуваюча лінія; 15 - фазні плоскі електроди; 16 - прохідні ізолятори; 17 - циліндрична обичайка; 18 - трифазна електрична мережа; 19 - діелектричні пластини; 20 - покажчик рівня води; 21 - витискаюча камера; 22 - парогенеруюча камера; 23 – патрубок, що відводить пару; 24 - кришка; 25 - електродний датчик граничного рівня води; 26 - повітряник; 27 - манометр; 28 - запобіжний клапан; 29 - регулятор температури

В циліндричному корпусі 12 коаксіально встановлена циліндрична обичайка 17, що утворює всередині котла дві камери - витискаючу 21 і парогенеруючу 22.

Парогенеруюча і витискаюча камери в нижній частині котла з’єднуються по воді, а у верхній частині камери розділені циліндричною обичайкою 17 і зв’язані по парі тільки через регулятор температури 29. Рівень води в котлі контролюється за вказівником рівня 20. У парогенеруючій камері розташований пакет плоских електродів 15, на які по струмоведучих шпильках через прохідні ізолятори 16 в днище подається напруга трифазної електричної мережі 18. Крайні пластини пакету електродів ізольовані ззовні діелектричними пластинами 19 для виключення несиметричної навантаження за фазами. Вода, що заповнює міжелектродний простір, утворює активні електричні опори, включені за схемою «трикутник». У разі живлення котла водою з низьким питомим опором система електродів виконується з трьох циліндричних стрижнів. Пара виробляється в парогенеруючій камері 22, а відбір пари проводиться з патрубка, що відводить пару 23.

На кришці 24 електродного парового котла встановлені прилади:

• електродний датчик рівня 25, який захищає котел від перепитки водою і подає сигнал відповідному виконавчому механізму на припинення подачі живильної води при досягненні гранично допустимого рівня води в котлі;

• повітряник 26, для випуску повітря при пуску котла;

• манометр 27, для вимірювання тиску пари в котлі;

• запобіжні клапани 28, для оберігання котла від гранично допустимого тиску пари.

Регулятором температури 29 задається потрібний робочий тиск сухої насиченої пари. У разі підвищення тиску пари в котлі понад встановленого значення, збільшується і температура пари, що призводить до закриття клапана-регулятора, при цьому перекривається зв’язок парогенеруючої камери з паровим об’ємом витискаючої камери. В результаті тиск пари в паровому об’ємі парогенеруючої камери підвищується в порівнянні з тиском витискаючої камери. Це призводить до витіснення котлової води з парогенеруючої камери у витискаючу, а також зниження рівня води в електродній системі, що призводить до зменшення електричної потужності котла і його паропродуктивності. При зниженні тиску пари в котлі нижче встановленого значення регулятор температури відкриває зв’язок парогенеруючої і витискаючої камер по парі, через що тиск у них вирівнюється, котлова вода перетікає в парогенеруючю камеру, збільшуючи рівень занурення електродів, повертаючи котел в заданий режим роботи.

Порядок виконання

1. Детально ознайомитися із наведеними теоретичними відомостями.

2. Вивчити призначення електродного парового котла.

3. Дослідити будову та принцип дії наведеного обладнання.

4. Відобразити схему установки.

Питання для самоконтролю

1. Для чого призначені електродні парові котли?

2. Що включає в себе електродний паровий котел?

3. Яке призначення електродного датчика?

4. Яку функцію виконує повітряник?

5. Що призводить до зміни електричної потужності котла та його паропродуктивності?

6. Яке призначення регулятора температури?

Лабораторна робота № 3

Аналіз принципової схеми геліоустановки з тепловим насосом

Мета: провести аналіз принципової схеми геліоустановки з тепловим насосом та колектора сонячної енергії. Ознайомитись з роботою системи опалення, роботою системи гарячого водопостачання.

Загальні теоретичні відомості

Геліоустановки з тепловими насосами

Геліоустановки призначені для отримання гарячої води або нагрітого повітря і включають в себе колектор сонячної енергії (КСЕ), теплообмінники, бак-акумулятор, теплові насоси і трубопроводи. Робочим тілом (теплоносієм) у КСЕ можуть бути вода, повітря, органічні низькокиплячі рідини. Важливою умовою застосування схеми, що розглядається, є забезпечення безперебійної роботи систем опалення та гарячого водопостачання незалежно від тимчасових і погодних умов шляхом введення в схему ємностей, що акумулюють теплову енергію в сонячний час доби і які віддають накопичену теплоту під час відключення КСЕ. При повітряному сонячному опаленні будівлі або споруди холодне повітря забирається з навколишнього середовища і вентилятором подається в КСЕ, де він нагрівається і через блок управління вводиться або в приміщення будинку, або в тепловий акумулятор, розташований, як правило, під будівлею. Коли КСЕ не працює, передбачена можливість рециркуляціі охолодженого кімнатного повітря через тепловий акумулятор. Тепловим акумулятором повітряного опалення може служити будь-який твердий наповнювач достатньої крупності з високою питомою теплоємністю (кам’яна галька, керамічні посудини, металеві листи).