Шпаргалка по "Энергосиловое оборудование"

     56 Тепловые нагрузки технологических установок и производств 

     Дадим определение тепловых нагрузок. Тепловые нагрузки – это количество теплоты, проходящее в единицу времени  через произвольную изотермическую поверхность; измеряется в ваттах или  м³/ч.

     Существуют  следующие виды графиков тепловых нагрузок:

     а) суточный график тепловой нагрузки. Рассмотрим тепловую энергию, идущую на бытовые  нужды.

  

     Суточное  потребление горячей воды на отопление.

  

     Это рациональный график тепловой нагрузки на отопление.

     Годовой график тепловой нагрузки

  

 
 
 
 

     57 Утилизация водяного  пара на предприятиях 

     Одним из способов повышения эффективности  использования топлива в топливоиспользующих  агрегатах, в том числе в котельных установках, является утилизация тепла уходящих газов (тепловые ВЭР) путём использования рекуперативных, смесительных, комбинированных аппаратов, работающих при различных приёмах использования теплоты, содержащейся в уходящих газах. Влагосодержание продуктов сгорания может составлять 100 и более граммов на килограмм сухого газа. Тепло таких газов можно полезно использовать. Если при этом происходит конденсация влаги с выделением теплоты конденсации водяных паров, то этот процесс называют глубокой утилизацией тепла влажных газов.

     Утилизация  теплоты влажных газов даёт ряд  технических преимуществ: при её осуществлении используется не только физическая теплота газов, но и теплота конденсации содержащихся в них паров; процесс передачи становится существенно интенсивнее, и для утилизации можно использовать теплообменные аппараты с существенно меньшей поверхностью нагрева; осушение уходящих газов позволяет снижать их температуру до 80...90 ˚C без опасности конденсации водяных паров по газоотводящему тракту; при конденсации влаги из продуктов сгорания в ней растворяется часть окисла азота, что положительно влияет на состояние окружающей среды; образовавшийся конденсат можно использовать на технологические нужды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     58 Виды и классификация  теплообменных аппаратов 

     Теплообменными  аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями.

     Необходимость передачи теплоты от одного теплоносителя  к другому возникает во многих отраслях техники.

     В котельном агрегате теплота, выделяющаяся при горении топлива, передается воде и пару, т.е. котельный агрегат представляет собой совокупность теплообменных аппаратов. В атомной силовой установке выделяемая ядерным реактором теплота воспринимается первичным теплоносителем, который сам становится радиоактивным. В двигателе используется вторичный теплоноситель, который получает тепло от первичного в теплообменном аппарате. Процесс регенерации в газотурбинной установке осуществляется путем передачи теплоты в теплообменнике от отработанных продуктов сгорания сжатому воздуху.

     Широкое распространение теплообменных  аппаратов обусловило многообразие их конструктивного оформления.

     Тепловые  процессы, происходящие в теплообменных  аппаратах, могут быть самыми разнообразными: нагрев, охлаждение, испарение, кипение, конденсация, плавление, затвердевание и более сложные процессы, являющиеся комбинацией перечисленных. В процессе теплообмена может участвовать несколько теплоносителей: теплота от одного из них может передаваться нескольким и от нескольких — одному.

     Теплообменные аппараты классифицируются следующим  образом:

     по  назначению — подогреватели, конденсаторы, охладители, испарители, паропреобразователи и т.п.;

     принципу  действия — рекуперативные, регенеративные и смешивающие.

     Рекуперативными называются такие теплообменные  аппараты, в которых теплообмен между теплоносителями происходит через разделительную стенку. При теплообмене в аппаратах такого типа тепловой поток в каждой точке поверхности разделительной стенки сохраняет постоянное направление.  Регенеративными называются такие теплообменные аппараты, в которых два или большее число теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева.

    Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносителя пар и его конденсат, является герметичная труба, заполненая частично жидкостью, а частично паром. Такое устройство, называемое тепловой  трубой, способно передавать большие тепловые мощности. На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холодном — конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту. Конденсат возвращается в зону испарения либо самотеком, если холодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет использования специальных фитилей, по которым жидкость движется под действием капиллярных сил в любом направлении, даже против сил тяжести (как спирт в спиртовке).

   Смешивающими  называются такие теплообменные аппараты, в которых тепло- и массообмен происходят при непосредственном контакте и смешивании теплоносителей.

   Поэтому смешивающие теплообменники иногда называют контактными. Наиболее важным фактором в рабочем процессе смешивающего теплообменного аппарата является поверхность соприкосновения теплоносителей. В качестве примера на рис. 4.4 показана схема смешивающего теплообменника (деаэратора) для подогрева воды паром при термическом удалении растворенных газов (воздуха).

     59 Теплообменные аппараты  поверхностного типа 

     Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скреплённых при помощи трубных решеток (досок) и ограниченных кожухами и крышками с патрубками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между жидкостями и паром, между жидкостями и газами. Типовые конструкции кожухотрубчатых теплообменников применяются в случаях, когда требуется большая поверхность теплообмена.

     Корпус (кожух) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются, главным образом, способом соединения с трубной решеткой и крышками. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не меньше 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.

     Материал  трубок выбирается в зависимости  от среды, омывающей ее поверхность. Применяются трубки из стали, латуни и специальных сплавов.

     Секционные  теплообменники (рис. 4.6) представляют собой разновидность трубчатых аппаратов и состоят из нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой кожухотрубчатый теплообменник с малым числом труб и кожухом небольшого диаметра.

     В секционных теплообменниках при  одинаковых расходах жидкостей скорости движения теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве почти равновелики, что обеспечивает повышенные коэффициенты теплопередачи по сравнению с обычными трубчатыми теплообменниками. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     60 Основы расчета  теплообменников  поверхностного типа 

     Существуют  два вида расчетов: конструкторский (проектный) и поверочный.

     Конструкторский расчет выполняется при проектировании теплообменного аппарата, когда заданы теплопроизводительность аппарата, теплоносители, их расходы и параметры. Целью конструкторского расчета является определение поверхности теплообмена и конструктивных размеров выбранного типа аппарата. Конструкторский расчет состоит из теплового (теплотехнического), гидравлического и механического расчетов.

     Поверочный  расчет производится для установления возможности применения имеющихся или стандартных теплообменных аппаратов для необходимых технологических процессов. При поверочном расчете заданы размеры аппарата и условия его работы; требуется определить конечные параметры теплоносителей и теплопроизводительность аппарата. Следовательно, целью расчета является выбор условий, обеспечивающих оптимальный режим работы аппарата. В некоторых случаях при таком расчете теплопроизводительность аппарата является заданной, а требуется определить, например, расход и начальную температуру одной из сред.

     Теплообмен  между теплоносителями существенно  изменяется в зависимости от физических свойств и параметров движущихся сред, а также от гидродинамических  условий движения. Физические параметры теплоносителей зависят от температуры и определяются по справочникам в зависимости от выбранной средней температуры среды.

     Основными физическими параметрами рабочих  сред являются: плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность, температура кипения, скрытая теплота испарения или конденсации и др. Значения этих параметров можно найти в справочной литературе.

     Конструкторский тепловой расчет состоит в совместном решении уравнений тепловых балансов, определяющих теплопроизводительность аппарата, и уравнений теплопередачи.

     Для аппаратов, работающих без изменения агрегатного (фазового) состояния теплоносителей, уравнение теплового баланса имеет вид 

  Q = G₁c₁(

)η_п = G₂c₂( ). 

     Для аппаратов с изменением агрегатного  состояния одного из теплоносителей уравнение можно записать в виде 

  Q = G₁c₁(

)η_п = G₂c₂( ). 

  где    Q — тепловая производительность, Вт;

     G₁ и G₂ — расходы теплоносителей (воздуха, газов и т.п.), не изменяющих агрегатного состояния, кг/с;

     D₁ — расход теплоносителя, изменяющего агрегатное состояние, кг/с;

     с₁ и с₂ — теплоемкости теплоносителей, Дж/(кг·К);

      , , , — начальные и конечные температуры теплоносителей, °С; i — энтальпия пара, Дж/кг; i_к — энтальпия конденсата, Дж/кг; η_п — коэффициент, учитывающий потери теплоты аппаратом в окружающую среду.

     61 Котельные установки  промышленных предприятий 

     Котельная установка состоит из котла и вспомогательного оборудования. Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива, или теплоты, подводимой от посторонних источников (обычно с горячими газами), называют котельными агрегатами. Они делятся соответственно на котлы паровые и котлы водогрейные. Котельные агрегаты, использующие (т.е. утилизирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами-утилизаторами.

     В состав котла входят: топка, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, каркас, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка.

     К вспомогательному оборудованию относятся: тягодутьевые машины, устройства очистки поверхностей нагрева, устройства топливоприготовления и топливоподачи, оборудование шлако- и золоудаления, золоулавливающие и другие газоочистительные устройства, газовоздухопроводы, трубопроводы воды, пара и топлива, арматура, гарнитура, автоматика, приборы и устройства контроля и защиты, водоподготовительное оборудование и дымовая труба.

     К арматуре относят: регулирующие и запорные устройства, предохранительные и  водопробные клапаны, манометры  и водоуказательные приборы.

     В гарнитуру входят: лазы, гляделки, люки, шиберы и заслонки.

     Здание, в котором располагаются котлы, называют котельной.

     Комплекс  устройств, включающий в себя котельный  агрегат и вспомогательное оборудование, называют котельной установкой. В зависимости от вида сжигаемого топлива и других условий некоторые из указанных элементов вспомогательного оборудования могут отсутствовать.