9604

На освоение материала студентам выделяется 32 часа лекционных и 16 часа практических занятий, а также отводится 132 часов на самостоятельное обучение. За это время, по мере освоения учебного материала, студенты также должны выполнить расчетно-графическую работу. По окончанию курса сдается зачет с оценкой. Студенты, не выполнившие расчетно-графическую работу, до зачета с оценкой не допускаются.

11

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция – это важнейшее звено дидактического цикла обучения, цель которой - формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в доходчивом изложении основных положений изучаемой дисциплины и ориентации на наиболее ее важные вопросы.

Большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей предоставляет личное общение на лекции преподавателя со студентами.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Он помогает внимательно слушать и лучше запоминать в процессе осмысленного записывания. Также конспект незаменим, как опорный материал при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций и их теоретический базис

2.3.1 Раздел 1: Введение

Одним из самых важных моментов в теплотехнических расчетах является выбор теплоты (высшей или низшей), по которой будет вестись весь расчет. Для лучшего понимания данного вопроса приведем уравнение горения метана (основного компонента природного газа) в воздухе:

CH4 + 2O2 + 7,52N2 → CO2 + 2H2O + 7,52N2

Таким образом, при сжигании 1м3 CH4 получается 2м3 водяного пара, или с учетом его плотности (800г/м3) – 1,6 кг. Этот пар в продуктах сгорания начнет конденсироваться, выделяя дополнительную теплоту, при температуре ниже температуры точки росы. Таким образом, вводится два разных понятия, для оценки данного явления:

низшая теплота сгорания – количество теплоты, которое выделяется при сжигании 1кг или 1м3 сухого топлива без учёта теплоты конденсации водяных паров;

высшая теплота сгорания учитывает теплоту конденсации водяных паров.

Определение низшей и высшей теплоты сгорания.

Для природного газа определяется по следующим зависимостям:

QcH = 358CH4 + 636C2H6 + 913С3H8 + 1189C4H10 + 1465C5H12

CH4, C2H6, … - содержание в природном газе метана, этана, … в % по объёму.

358, 636, … - низшая теплота сгорания каждого компонента формулы, пересчитанная на 1% горючего компонента, содержащегося в природном газе.

12

QcB = 398CH4 + 699C2H6 + 992С3H8 + 1285C4H10 + 1578C5H12 QCB = 1,11QCH

Конденсация продуктов сгорания природного газа наступает при снижении t ух. газов ниже 55-65°С. Когда t ух. газов выше t т. росы, весь расчёт ведётся по низшей теплоте сгорания, и наоборот, при t ух. газов ниже t т. росы по высшей теплоте сгорания (даже когда происходит только на выходе из самой последней ступени).

Также, важную роль играют определения, приводимые ниже. Жаропроизводительность топлива – максимальная температура горения,

развиваемая при полном сгорании топлива без избытка в условиях, когда всё выделяющееся при сгорании тепло полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания.

При подсчёте жаропроизводительности температура топлива и воздуха принимают равной нулю.

Определение жаропроизводительности топлива:

QcH tmax = VΣ0 ∙ C0−tmax

VΣ0 – объём продуктов сгорания

C0−tmax – средневзвешенная теплоёмкость от 0 до tmax.

Для инженерных расчётов значение теплоёмкости можно принять равным 1,67

кДж/(м3∙°С).

Калориметрическая температура – максимальная температура сгорания без учёта диссоциации, развиваемая при полном сгорании топлива, но учитывающая реальные начальные температуры газа и воздуха при α=1.

Теоретическая температура – величина, учитывающая понижение температуры вследствие распада тепла на диссоциацию.

Действительная температура – практическая величина, достигаемая в реальных условиях в наиболее нагретой точке зоны сгорания.

При её определении учитывают наличие избытка воздуха, влияние диссоциации и отвод тепла во внешнюю среду.

Действительная температура может быть повышена предварительным нагревом воздуха, уменьшением его избытка до возможных пределов и снижением тепловых потерь агрегата, которым сжигается газ.

2.3.2 Раздел 2: Топливоиспользующее оборудование

В топливоиспользующем оборудовании выделяют следующие потери теплоты: q1 – КПД

q2 – потери с уходящими газами

q3 – потери с химическим недожогом q4 – потери с механическим недожогом q5 – потери в окружающую среду

q6 – потери со шлакообразованием q1 = КПД =100 – (q2 + q3 + q5)

Для оценки эффективности использования топлива вводят величину – коэффициент использования топлива.

КИТ (коэффициент использования топлива) = 100 – (q2 + q3)

Для того чтобы определить неполное сгорание топлива, нужно искать в составе продуктов сгорания CH4 и CO.

В случае полного сгорания топлива:

КИТ = 100 – q2

15

2.3.4 Раздел 4: Теплоутилизационное оборудование

На выходе из паровой или газовой турбины рабочее тепло может содержать достаточно высокие параметры для возможности дальнейшего применения. Таким образом, появляются перспективы для использования отработанного рабочего тела в качестве вторичного энергетического ресурса.

Хорошим примером будет газопаровая установка (рис. 3), где после газотурбинной установки дымовые газы направляются в котел-утилизатор.

Рис. 4. Схема газопаровой установки.

Котел-утилизатор представляет собой теплообменник, в котором теплота уходящих газов используется для получения (в данном случае) пара.

Особенностью котла-утилизатора является отсутствие топочной камеры – продукты сгорания органического топлива поступают непосредственно в котел.

После котла-утилизатора пар поступает в паровую турбину, далее в конденсатор, где отработанный пар конденсируется и, с помощью циркуляционного насоса, возвращается в котел-утилизатор для повторения цикла.

Помимо котла-утилизатора для использования высокотемпературных ВЭР широкое распространение получили рекуператоры и регенераторы.

В рекуператоре (рис. 5) теплота уходящих газов передается воздуху через поверхности пластин, отделяющих течение уходящих газов от течения воздуха. В рекуператоре процесс теплообмена между дымовыми газами и воздухом происходит непрерывно. С одной стороны это положительный момент, поскольку в рекуператоре отсутствуют сложные конструктивные элементы, требующие дополнительного обслуживания. С другой стороны, невозможно добиться такой же эффективности использования теплоты дымовых газов как в регенераторе.

Регенератор снабжается поворотным механизмом, через ротор которого попеременно проходят то уходящие газы, то нагреваемый воздух. Насадки в роторе нагреваются после прохождения через них уходящих газов, и эта теплота затем передается воздуху. Регенератор позволяет добиться более высокой эффективности использования

16

теплоты, чем рекуператор, но из-за сложности конструкции (рис. 6) по сравнению с рекуператором, имеет более высокую стоимость и стоимость обслуживания.

Рис. 5. Принцип работы рекуператора.

Рис. 6. Принцип работы регенератора.

В качестве насадок могут быть использованы: диски из алюминиевой гофрированной ленты; пакет пластин; различные виды кирпичных насадок; насадки из

17

керамических колец и т.д. Среди керамических колец наибольшее распространение получили кольца Рашига, в качестве альтернативы можно рассмотреть кольца Палля.

Процесс теплообмена в регенераторе происходит посредством прямого контакта уходящих газов и продуктов сгорания (и греющая и нагреваемая среда омывают насадки, передавая им свою теплоту) – такой способ передачи теплоты называется контактным. В рекуператоре теплота от уходящих газов к воздуху осуществляется через стенку (поверхность) отделяющих среды пластин – такой способ передачи теплоты называют поверхностным.

Если рассматривать паровую котельную малой производительности, то самым часто встречающимся теплообменником будет экономайзер ВТИ чугунно-ребристый (хвостовая поверхность нагрева), который используется для подогрева питательной воды и охлаждения уходящих газов.

Рис. 7. Принцип работы экономайзера.

В качестве контактных теплообменников, которые также могут применяться в котельных, рассмотрим насадочный контактный утилизатор (рис. 8).

18

Рис. 8. Контактный насадочный утилизатор. 1 – влагоуловитель; 2 – рабочий слой насадки из керамических колец; 3 – газоотводящие трубы; 4 – каскадный дегазатор; 5 – переливная труба с гидравлическим затвором; 6 – корпус экономайзера.

Холодная вода через водораспределитель равномерно распространяется по сечению контактной камеры. В качестве насадки в этом теплообменнике используются керамические кольца Рашига, которые были описаны выше. Стекая по кольцам в виде тонкой пленки, вода подогревается восходящим потоком продуктов сгорания и затем собирается в нижней части экономайзера. Для предотвращения выноса капель из контактной камеры, охлажденные уходящие газы проходят нерабочий слой колец, который служит влагоуловителем.

Контактный утилизатор обладает достаточно большими габаритами, однако, в отличие от конденсационного, он может быть установлен вместо хвостовой поверхности нагрева. Насадочные утилизаторы проходили испытания не только в котельных, но и в цехах, где температура уходящих газов от печей достигала 550 ºС и выше.

2.4 Контрольные вопросы

Раздел 1

Уравнение горения метана в воздухе. Определение низшей и высшей теплоты сгорания. Определения жаропроизводительности топлива. Определение пределов воспламеняемости.

Определение объема воздуха необходимого для горения топлива и продуктов сгорания.

Раздел 2

Топливоиспользующее оборудование. Общее сведения. Потери теплоты.

Сравнительный анализ расчета объема продуктов сгорания по разным методикам. Особенности работы различных топливоиспользующих установок.

Проверка правильности работы газоанализитора.

Применение топливоиспользующих установок в различных отраслях промышленности. Определение потерь теплоты.

Раздел 3

Турбины. Общие сведения.

Основные схемы турбинных установок. Паровые турбины.

Особенности расчета паровых турбин.

Раздел 4

Виды теплоутилизационного оборудования. Коэффициент полезного действия. Коэффициент использования топлива. Рекуператоры.

Регенераторы.

Особенности расчетов по низшей теплоте сгорания. Контактные теплообменники.

Поверхностные теплообменники.

Особенности расчетов по высшей теплоте сгорания. Котлы-утилизаторы.

Оценка параметров сушильного агента. Определение эффективности работы рекуператора.

Оценка количества воды, подогреваемой контактным способом.

Расчет многоступенчатых установок использование теплоты уходящих газов. Комплексные теплотехнические расчеты.

19