Теплопостачання

1. Продуктивне теплоспоживання: Основними споживачами теплоти на виробництві є:

а) Пристрої опалювання, вентиляції та кондиціонування повітря, гарячого водопостачання;

б) Теплові технологічні апарати та інші установки;

в) Силові установки, що здійснюють роботу і виробляють електроенергію.

Витрату теплоти на опалювання, вентиляцію і гаряче водопостачання розраховують так:

1) Опалювання, теплові втрати будівель – .

2) Вентиляція – .

3) Гаряче водопостачання – .

У формулах: x_о, x_в - опалювальна і вентиляційна характеристика будівель, наприклад, для виробничих будівель x_о=(0,55÷0,90)·10^-3 кВт/(м³·К); n - кратність повітрообміну, с' - об'ємна теплоємність повітря; V_в– вентиляційний об'єм, м³; V_з - об'єм будівлі по зовнішньому розміру, м³; t_в, t_з – температура повітря всередині і ззовні будівлі, ^оС; m - розрахункова кількість споживачів; а – норма витрачання води, кг/добу; с – теплоємність води, кДж/(кг·К); t_г, t_х – температури гарячої і холодної води.

2. Джерела теплопостачання:

1) Районні й міські ТЕЦ – виробляють електроенергію для потреб міста і підприємств.

2) Виробничі ТЕЦ – виробляють енергію і теплоту для потреб підприємства і робочого селища.

3) Районні і міські опалювальні котельні – виробляють тільки теплоту для потреб міста і робочого селища.

4) Промислові опалювальні котельні – виробляють теплоту для підприємства і робочого селища.

5) Промислові вогнетехнічні установки – тут теплоносієм є димові гази.

6) Вторинні енергоресурси – гази, рідини з відносно високими Р, t, що викидаються з технологічних апаратів.

Найраціональнішим способом енергопостачання є теплофікація, під якою розуміють централізоване тепло- і електропостачання на базі комбінованого вироблення від ТЕЦ. Централізація теплопостачання веде:

1) До зниження витрати палива за рахунок високих к.к.д. ТЕЦ у порівнянні з крупними районними і місцевими опалювальними котельними.

2) До впорядкування міст і поліпшення екології.

3) До зменшення трудовитрат на обслуговування теплового господарства.

3. Системи теплопостачання:

Складаються з джерела теплопостачання, магістралі подачі й повернення теплоносія, приймача (споживача) теплоти. Як магістралі служать найчастіше трубопроводи. За виглядом теплоносія системи підрозділяють на парові й водяні; за кількістю трубопроводів – одно- і багатотрубні. Водяні трубопроводи виконують найчастіше двотрубними: прямого трубопроводу теплоносія і зворотного трубопроводу – повернення теплоносія. У свою чергу водяні трубопроводи підрозділяють на відкриті й закриті. У відкритих вода використовується для технічних потреб, в закритих – ні. Переваги відкритих – спрощення абонентних висновків, використовування низькопотенційних ресурсів; недоліки – наявність підживлювальної станції і нестабільність якості води. Переваги закритих – стабільність якості води, простота її контролю; недоліки – складність устаткування і корозія установок. Парові системи виконуються однотрубними – використовується пара одного потенціалу, багатотрубні – використовується пара різних потенціалів. Парові системи бажано забезпечувати трубопроводом повернення конденсату. Приймачем теплоти є підприємство. Вода і пара підводяться в теплорозподільчий пункт (ТРП) на території підприємства.

4. Графіки теплових навантажень.

Являють собою залежність витрати теплоти від часу. Будуються для діб, місяця, кварталу, року. Дозволяє визначити величину і час настання мінімуму або максимуму (пику) навантажень і шляху для їх покриття.

1.8.1. Сушильні установки

1. Процес сушіння. Сушінням називається термічний процес видалення вологи з матеріалу. Розрізняють

1) Природне сушіння – проводитися на відкритому повітрі, матеріал може бути висушений до параметрів навколишнього повітря. Процес характеризується великою тривалістю.

2) Штучне сушіння – проводитися в сушарках гарячим повітрям або газами. Сушильний агент подається вентилятором. Мала тривалість сушіння. Матеріал, що поступає на сушіння, характеризується вологістю. Вологість розраховують на загальну і суху масу: Тут W - кількість вологи, G - загальна маса, G_сух - суха маса.

Процес сушіння характеризується кривими сушіння, які являють собою залежність швидкості сушіння від часу. Крива сушіння підрозділяється на три періоди:

0 – період підігрівання, мала вологовіддача, підвищення температури матеріалу; I – період видалення вільної вологи; швидкість сушіння постійна, інтенсивна вологовіддача, температура поверхні матеріалу дорівнює температурі мокрого термометру; II – період видалення зв'язаної вологи, руйнування матеріалу, підвищення його температури, дуже низька вологовіддача.

Вологість, яка відповідає рівності парціального тиску водяної пари над поверхнею матеріалу і вдалині від нього, називається рівноважною. Рівноважна вогкість при Р/Р_н=1 називається гігроскопічною вологістю. Вологість матеріалу, яка відповідає переходу від постійної швидкості сушки до падаючої, називається критичною.

2. Способи сушіння:

1) Конвективне – сушіння гарячим газовим теплоносієм.

2) Контактне – при зіткненні матеріалу з нагрітою поверхнею.

3) Терморадіаційне – сушіння тепловим випромінюванням тонких шарів

4) Сушіння струмами високої частоти.

5) Сублімаційне сушіння – відбувається в замороженому стані.

6) Вакуумне сушіння – відбувається при тиску, нижчому за атмосферний.

7) Сушіння в киплячому шарі – зерновий матеріал витає у висхідному потоці гарячих газів.

3. Схема конвективного сушіння. Процес в I-d діаграмі.

Конвективна сушарка:

1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – сушильна камера; 4 – додатковий підігрів.

Процеси в I-d діаграмі: 1-2 – підігрівання повітря в калорифері; 2-3 – адіабатний (I=const) теоретичний процес сушіння матеріалу (зволоження повітря); 2-3 – адіабатний (I=const) теоретичний процес сушіння матеріалу (зволоження повітря); 2-3'' – дійсне сушіння без підігрівання (політропний процес).

Витрата повітря і теплоти на 1 кг випареної вологи:

4. Тепловий баланс сушарки.

Теоретична сушарка: . Дійсна:

Q_к – теплота, одержана повітрям в калорифері; Q_вип. – на випаровування вологи;

Q_н.п. – на нагрівання пари до параметрів сушильного агента; Q_м – нагрівання матеріалу; Q_т – нагрівання транспортних пристроїв; Q_о.с. – втрати тепла в навколишнє середовище; Q_пов. – з повітрям, що виходить з сушарки.

1.9. Котельні установки

1. Основні поняття і визначення

Пристрій, призначений для отримання гарячої води або пари підвищеного тиску за рахунок теплоти спалюваного палива, називається котлоагрегатом.

Котлоагрегати класифікують:

1) За призначенням – енергетичні, промислові, побутові котли-утилізатори;

2) За тиском – низького (до 1 МПа), середнього(1÷10 МПа), високого (14 МПа), надвисокого(18÷20), надкритичного (>22,5 МПа);

3) За продуктивністю – малої, середньої, великої;

4) За видом теплоносія – парові й водогрійні;

5) За способом циркуляції – з природною циркуляцією, коли циркуляція здійснюється за рахунок різниці густини води в опускних і підйомних кип'ятильних трубках (котли барабанні); з багаторазовою примусовою циркуляцією (барабанні), у яких циркуляція здійснюється насосом; прямотечійні – вода по поверхнях нагріву проходить один раз, заходить у вигляді рідини, а виходить у вигляді перегрітої пари.

Робота котлоагрегату забезпечується низкою допоміжних пристроїв по підготовці води, палива, золошлаковидалення. Котлоагрегат спільно з допоміжними пристроями називається котельною установкою. Основні параметри котлів: продуктивність, тиск пари, температура перегрітої пари, температура живильної води, температура газів, що виходять. Типорозмір котла включає: вид циркуляції – природна, Пр – примусова, П – прямотечійна; продуктивність; тиск. Наприклад, Пр-0,16-9 – котел з примусовою циркуляцією, продуктивністю 0,16 т/год. і тиском 9 кг/см².

2. Схема котельної установки.

На рисунку надана схема котла середнього тиску П-подібної компоновки.

Схема котельної установки:

1 – пальник: 2 – топка; 3 – екранні труби; 4 – барабан котла; 5 – опускні труби; 6 – нижні колектора; 7 – пароперегрівник; 8 – фестон; 9 – економайзер; 10 – повітропідігрівник; 11 – димосос; 12 – димова труба; 13 – деаератор; 14 – живильні насоси; 15 – вентилятор; 16 – парова турбіна; 17 – електрогенератор; 18 – конденсатор.

Контур циркуляції включає: барабан - опускні труби - нижній колектор - підйомні труби - барабан.

Газовий тракт: топка – між трубами котельного пучка – між трубами перегрівача – між ребристими трубами економайзера – усередині труб повітропідігрівника – димосос – димовая труба – атмосфера.

Водяний тракт: деаератор – живильні насоси – усередині труб економайзера – барабан – контур циркуляції.

Паровий тракт: барабан – усередині труб пароперегрівача – парова турбіна.

Повітряний тракт: вентилятор – між трубами повітропідігрівника – пальник.

Пароперегрівач, економайзер, повітропідігрівник називаються хвостовими поверхнями підігріву.

3. Розрахунок котлів

Розрізняють проектний і перевірочний розрахунки котлів. Проектний проводиться на заводі-виготівнику, а перевірочний – на підприємстві. У топці котла переважає теплообмін випромінюванням; у котельному пучку і перегрівнику – радіаційно-конвективний; у економайзері – конвективно-радіаційний; у повітропідігрівнику – конвективний теплообмін. Теплота між середовищами передається шляхом теплопередачі. В основі розрахунку елементів котла лежить рівняння теплового балансу , де Q – теплота, що передається; φ- коефіцієнт втрат теплоти в навколишнє середовище; І^’, І^” – ентальпія газів на вході й виході з елементу; – теплота, що вноситься в елемент з повітрям, яке усмоктується; рівняння теплопередачі .

4. Водний режим котла включає:

– підготовку води до подачі в котел: освітлення – фільтрування – зм'якшування – термічна деаерація і

– внутрішньокотельну обробку води: продування і фосфатування. Розрізняють періодичне й безперервне продування. Безперервне – випуск води через трубу малого діаметру в каналізацію. Періодичне – випуск води 2-3 рази на зміну. Безперервне проводитися з барабана отла, а періодичне – з нижніх колекторів.

5. Тепловий баланс котла.

У топку котла вноситься теплота , де

– наявна теплота; - нижча теплота згоряння палива; Q_п - фізична теплота палива; Q_ф - теплота пари при розпилюванні палива; Q_к - теплота розкладання карбонатів.

Наявна теплота витрачається так: , або , де Q₁ (q1) – теплота, що використовується корисно (нагрівання води, пароутворення, перегрівання пари); Q₂ (q₂) – втрати теплоти з газами, що виходять; Q₃ (q₃) – втрати теплоти від хімічного недопалювання; Q₄ (q₄) – втрати теплоти від механічного недопалювання; Q₅ (q₅) – втрати теплоти в навколишнє середовище; Q₆ (q₆) - втрати теплоти зі шлаками; ; к.к.д. брутто ; к.к.д. нетто ; Q_в.п. - витрата теплоти на власні потреби.

2. Відновлювані джерела енергії (ВДР)

Під вторинними енергоресурсами (ВЕР) розуміють енергію газів і рідин –відходів виробництва, – яка може бути використана для отримання теплоти, холоду, роботи, електроенергії. ВЕР підрозділяються:

1) Пальні (паливні) гази та інші відходи виробництва, які можуть горіти.

2) Теплові – фізична теплота газів і рідин, що відходять, теплота продукції, відходів.

3) Надлишкового тиску – потенційна енергія газів і рідин, які покидають агрегати з надлишковим тиском.

Використовуються поняття:

1) Вихід ВЕР – кількість ВЕР, що утворюється в одиницю часу.

2) Вироблення ВЕР – кількість теплоти, холоду, роботи, яку одержують в установці утилізації. Розрізняють економічно доцільне, плановане і фактичне вироблення.

3) Коефіцієнт вироблення – відношення фактичного вироблення до економічно доцільного.

4) Коефіцієнт утилізації – відношення фактичної економії палива до економічно доцільної.

Відновлювані джерела енергії:

1) Сонячна енергія. За допомогою дзеркал фокусується у точці, в якій встановлюється котел; або використовується пряме перетворення в електроенергію.

2) Вітрова – виробляє електроенергію або роботу.

3) Енергія приливів і відливів – будується гребля, на якій встановлюються гідротурбіни, що працюють в період приливів і відливів.

4) Геотермальна – енергія гарячих підземних джерел води.

Література

1. Швец И.Г. и др. Теплотехника. – К.: Высшая школа, 1976. - 541с.

2. Константинов Ю.М., Алабовский А.Н. Теплотехника. – К.: Высшая школа, 1986.-250с.

3. Теплотехника. Под общ.ред. Кругова В.И. - М.: Машиностроение, 1986. - 432с.

4. Чечеткин А.В., Занемонець Н.А. Теплотехника. - М.: Высшая школа, 1986. - 344с.

5. Недужий И.О., Алабовский О.Н. Техническая термодинамика і теплопередача. - К.: Высшая школа, 1978. - 223с.

6. Лебедев П.Д. Тепломассообменные, сушильные и холодильные установки. -М.: Энергия, 1972.-319с.

7. Козин В.Е. и др. Теплоснабжение. - М.: Высшая школа, 1980.- 408с.

8. Андрианова Н.Н. и др. Сборник задач по технической термодинамике. - М.: Энергоиздат, 1981.-240с.

9. Задачник по технической термодинамике и теории теплообмену. Под ред. Крутого В.И. и Петражицкого П.Б. - М.: Высшая школа, 1986. - 282с.

10. Краснощеков Е.О., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М.: Энергия, 1975.-280с.

11. Панкратов О.Г. Сборник задач по технической теплотехнике.

12. Рабинович О.М. Сборник задач по технической теплотехнике. - М.: Машиностроение, 1973. - 344с.

13. Кирилин В.О., Сичев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. - М.: Наука, 1979.-512с.

14. Исаченко В.П., Осипова В.О., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1971.-485с.

15. Теория тепломассообмена. Под ред. Леонтьева О.И. - М.: Высшая школа, 1979.- 495с.

16. Михеев М.О., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1977. - 344с.

17. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин К.Р. Гидродинамика и теплообмен при образовании.-М.: Высшая школа, 1986.-448 с.