Топливо и котельные установки

 

Топливо и его свойства

Понятие о топливе.

Элементарный состав топлива. Выход летучих газов для твердого топлива. Теплота сгорания топлива. Условное топливо. Нефтяной эквивалент. Состав и свойства твердых, жидких и газообразных топлив.

Структура топливно-энергетического баланса Республики Беларусь.

 

Горение топлива и расчеты горения

 

Горение топлива. Реакции горения и газификации.

Смесеобразование и его роль в процессе сжигания топлива. Химическая неполнота сгорания. Избыток воздуха. Горение и газификация.

Особенности горения жидкого, газообразного и твердого.топлива.. Меха­ническая неполнота сгорания.

Расчеты горения топлива. Объемы воздуха. Состав и объемы продуктов сгорания. Энтальпия продуктов сгорания топлива.

 

Топочные устройства

 

Способы сжигания топлива и основные виды топок.

Слоевые топки. Основные типы и их особенности.

Факельные топки для сжигания твердого топлива (пылеуголыные топки). Газомазутные топки.

Котельные установки

Общие сведения о котельных установках.

Принцип действия и устройство котельного агрегата.

Естественная и принудительная циркуляция в котельных агрегатах. Пря­моточные котельные агрегаты.

Конструкции и принцип действия паровых котельных агрегатов; верти­кально-цилиндрические, вертикально-водотрубные, экранного типа. Водогрей­ные котлы, котлы-утилизаторы.

Тепловой баланс котельного агрегата. КПД и расход топлива.

Основные потери теплоты в котельном агрегате.

Теплоснабжение промышленных предприятий. Теплоносители и их срав­нительная характеристика: продукты сгорания топлива (дымовые газы), водя­ной пар, горячая вода, другие теплоносители. Источники теплоснабжения предприятий.

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Требования к выполнению и оформлению контрольных работ студентов- заочников определяются исходя из того, что контрольная работа является учебной работой. В контрольной работе студент показывает уровень усвоения дисциплины, который оценивается рецензентом. Требования к оформлению контрольной работы предполагают также знакомство с правилами и нормами оформления инженерной документации и технической литературы.

1 В контрольной работе необходимо выписать полностью условие задачи и исходные данные, которые выбираются по варианту (две последние цифры шифра).

2 Решение задач необходимо сопровождать кратким пояснительным тек­стом. В нем даются обоснования выбираемых величин, выполняемых действий, принятых допущений и т.д., поясняются величины, используемые в формулах, с указанием их размерности.

3 Следует избегать применения готовых частных или промежуточных вычислительных формул. Необходимо указывать, из каких основных исходных законов и уравнений и как они получены, обосновывать их применение.

4 Все вычисления необходимо производить в единицах СИ. Схема запи­си расчетов: обозначение определяемой величины — формула — подставленные числовые значения - результат - размерность. Например:

Q = k (t₁ -t₂) F=846 (36,5 - 27,8) 4,6 = 33940 Вт = 33,94 кВт

Перевод значений величин из практических несистемных единиц в еди­ницы СИ рекомендуется выполнить до осуществления вычислений по формуле. Переводить значения величин из единиц СИ в практические несистемные еди­ницы рекомендуется после получения готового результата.

5 Следует обращать внимание на грамотность записи вычислений. При подстановке численных значений в формулу не допускаются предварительные вычисления (в уме), расшифровка величин или изменение формулы. В случае применения несистемных практических единиц измерения, переводные коэф­фициенты в формулах необходимо пояснить с указанием размерностей соот­ветствующих величин, из-за которых эти коэффициенты появляются.

6 Необходимо давать ссылку на источник используемой справочной ин­формации (значений величин, формул, рекомендаций). Для общеизвестных теоретических и математических формул ссылки на источники не даются. В ссылке первой цифрой указывается номер источника в списке литературы. Примеры оформления ссылок: [5]; [2, с.48]; [3, рис.12]; [4, табл.6].

7 Следует по возможности дать краткую оценку полученных результатов и их анализ.

8 Для замечаний рецензента в тетради нужно оставлять поля.

9 В конце работы обязательно указать список используемой литературы, выполненный в соответствии с СТБ 1.441.5 - 96, поставить дату, подпись.

Работы, не удовлетворяющие указанным требованиям, не рецензируются.

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача 1

Для заданного процесса изменения состояния идеального газа определить начальные и конечные параметры состояния(р, υ, Т) и массу газа. Определить также для 1 кг идеального газа теплоту процесса, работу изменения объема, рас­полагаемую внешнюю работу, изменение внутренней энергии и энтальпии.

Изобразить процесс в рυ- и Тs - диаграммах. Исходные данные выбрать из таблицы 1.

Ответить на вопрос: - Чем отличается удельная газовая постоянная R. от газовой постоянной μR (универсальной газовой постоянной)?

Указания

10 Теплоемкость газа считать не зависящей от температуры. Мольные те­плоемкости выбрать из таблицы А.1 в зависимости от атомности газа.

11 Удельную газовую постоянную R определять по значениям универсальной газовой постоянной и молярной массы газа.

12 Параметры другого не заданного состояния определять, используя со­отношения параметров для идеальных газов (законы идеальных газов).

13 Значения теплоты и работы процесса, изменений внутренней энергии и энтальпии определить по исходным формулам через параметры состояния. Выражения для первого закона термодинамики использовать только для анализа полученных результатов и их проверки.

 

Таблица 1 - Исходные данные к задаче 1

Задача 2

Водяной пар с заданными начальными параметрами, обозначенными ин­дексом 1, перегревается при постоянном давлении в пароперегревателе, где его температура повышается на величину Δt. После пароперегревателя пар дроссе­лируется до давления р₃ = 1,6 бар.

С помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара [5] определить: начальное состояние пара, второй параметр состояния (давление или температуру) насыщенного пара; степень сухости пара; удельные объем, энтальпию, энтропию и внутреннюю энергию пара в начальном состоянии; массу насыщенного влажного пара (m), кипящей воды (m'₁) и сухого насыщен­ного пара (m"₁), если задан объем, занимаемый паром (V₁); объем кипящей во­ды (V'₁) и объем сухого насыщенного пара (V"₁) в начальном состоянии.

С помощью hs-диаграммы водяного пара определить конечные парамет­ры и состояние пара в каждом процессе (р, υ, t, h, s), количество теплоты и ра­боту расширения пара в процессе перегрева и величину перегрева пара Δt_пер по­сле дросселирования. Изобразить процессы в hs-диаграмме.

Исходные данные выбрать из таблицы 2.

Ответить на вопросы

14 В каком состоянии пар называют насыщенным и перегретым?

15 Какое состояние вещества называют влажным паром?

Указание - Величина перегрева пара равна Δt_пер =t-t_н

Таблица 2 - Исходные данные к задаче 2

Задача 3

Стальная стенка толщиной δ, коэффициент теплопроводности которой λ = 51 Вт/(м^.К), с одной стороны омывается горячими газами с температурой t_ж1 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁. С другой стороны стенка омывается водой с температурой t_ж2. Коэффициент теплоотдачи от стенки к во- де α₂

Определить коэффициент теплопередачи от газов к воде, плотность теп­лового потока (удельный тепловой поток) и температуры на поверхностях стенки для двух случаев:

стенка чистая;

- стенка покрыта слоем накипи толщиной δ_н, с коэффициентом теплопро-- водности λ_н= 0,7 Вт/(м^.К).

Для случая, когда стенка покрыта слоем накипи, определить также тем пературу на поверхности соприкосновения стенки и накипи.

При решении задачи стенку считать плоской.

Ответить на вопросы

1 К чему приводит появление накипи на стенке? Проиллюстрировать от­вет анализом результатов расчетов.

2 При каких значениях отношения диаметров трубы d₂ / d₁ и с какой по­грешностью цилиндрическую стенку в расчетах можно приближенно считать, плоской?

Данные для решения задачи выбрать из таблицы 3.

 

Таблица 3 - Исходные данные к задаче 3

Задача 4

В паровом калорифере воздух в количестве V_н, м³/ч нагревается от тем- пературы t'₁ до t"₂. Давление греющего пара р₁ степень сухости Х₁ Температура конденсата на выходе из калорифера t_к.

Определить: необходимую поверхность нагрева и расход пара, если задан коэффициент теплопередачи k. Изобразить графики изменения температуры пара и воздуха.

Ответить на вопросы

Как влияет схема движения теплоносителей (прямоточная, противоточная, другие) на теплопередачу в теплообменных аппаратах?

Как влияет схема движения теплоносителей на теплопередачу в калорифере при условиях задачи и почему?

Данные для решения задачи выбрать из таблицы 4.

Указания

16 Объемный расход воздуха V_н задан при нормальных условиях (нор мальные условия: р_н ̴ 1бар и t_н = 0 °С).

17 Температура пара в процессе конденсации остается постоянной и толь ко после конденсации происходит охлаждение конденсата. Поэтому уравнение теплового баланса дня пара может быть записано только через энтальпии.

18 Энтальпию влажного пара рекомендуется вычислить, пользуясь термо­динамическими таблицами воды и водяного пара [5].

19 Энтальпию конденсата определить по его температуре t_К как энтальпию воды в состоянии насыщения h'.

20 При вычислении среднего логарифмического температурного напора понижением температуры при охлаждении конденсата пренебречь. Температу ­ру горячего теплоносителя во всем аппарате считать постоянной, равной тем пературе насыщения (t'₁ ̴̴ t"₁ =t_н).

 

Таблица 4 Исходные данные к задаче 4

Задача 5

Задано топливо, величина присоса воздуха по газовому тракту Δα, темпе­ратура уходящих газов t_ух, давление пара в котле р, паропроизводительность котельного агрегата D и температура питательной воды t_пв.

Определить: состав рабочей массы топлива и его низшую теплоту сгора ния (по формуле Менделеева), значение коэффициента избытка воздуха на вы- ходе из котлоагрегата α_ух, теоретический (при α = 1,0) и действительный (при α_ух) объемы воздуха и продуктов сгорания 1кг (1м³) топлива. Вычислить эн­тальпию уходящих газов при заданной температуре уходящих газов t_ух и α_yx, и потерю теплоты с уходящими газами q2.

Составить тепловой баланс котельного агрегата, определить КПД брутто, расход натурального и условного топлива (кг/с и т/ч для твердого и жидкого топлива, м³/с и м³/ч для газообразного топлива).

Непрерывной продувкой котлоагрегата пренебречь.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 5.

Указания

1 Элементарный состав топлива приведен в таблицах А.2 и А.3.

2 Коэффициент избытка воздуха в топке α_т, принимается в зависимости от вида топлива и типа топки по таблице А.6.

3 Энтальпия газов и воздуха приведена в таблице А.4.

Потерю теплоты с уходящими газами q2 %) определить по формуле

где Н_уx- энтальпия уходящих газов при t_ух и α_ух;

Н_воз - энтальпия воздуха, поступающего в котлоагрегат при α_ух,

V⁰ - теоретически объем сухого воздуха;

С_рв - изобарная объемная теплоемкость воздуха, с_рв = 1,3 кДж/(м^3.К);

t_х.в- температура холодного воздуха, равная 30°С;

Q_и^р - низшая теплота сгорания топлива по рабочей массе; для газообраз­ной топлива применяется низшая теплота сгорания по сухой массе Q_н^С;

q4 - потери теплоты от механической неполноты сгорания, %.

5 Потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания q₃ и принять согласно таблице А.6 в зависимости от вида топлива и типа топ- ки.

6. Потери теплоты от наружного охлаждения определить по таблице А.5 в зависимости от паропроизводительности котла.

6 Потери с физической теплотой шлаков (q_б %) определить по формуле

где а _шл - доля золы топлива в шлаке, а _шл = 1 - а _ун ;

а_ун - доля золы топлива, уносимой с газами; для слоевых топок выбирается из таблицы А.6.

Энтальпию золы (сt)_золы принимают для сухого шлака при температуре 600^оС, (сt)_зл = 560 кДж/кг.

7 Считать, что котельный агрегат производит сухой насыщенный пар.

8 Расход топлива В кг/с(м³/с) без учета непрерывной продувки определить по формуле

где D - паропроизводительность котельного агрегата, кг/с;

h_п - энтальпия пара, выходящего из котельного агрегата, кДж/кг; в задаче в соответствии с указанием 7 принять h_n = h"

h_пв - энтальпия питательной воды, кДж/кг;

η_ка^бр - КПД брутто котельного агрегата.

Значения величин h и h_пв берутся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [5].

Если значение η_ка^бр подставляется в процентах, в формуле расхода топлива необходимо добавить множитель 100.

 

Таблица 5 - Исходные данные к задаче 5

Приложение А

(справочное)

 

Таблица А.1 - Мольные теплоемкости идеальных газов по молекулярно­кинетической теории

 

Таблица А.2 - Элементарный состав рабочей массы некоторых твердых и жидких топлив

 

 

Таблица А.З - Состав некоторых природных горючих газов

 

Таблица А.4 - Энтальпия 1м³ газов и воздуха и 1кг золы

 

Таблица А.5 - Потери теплоты от наружного охлаждения котлов с хвостовыми поверхностями (q₅)

Таблица А.6 - Основные характеристики некоторых топок промышленных котлов