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 Δtпер 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 Δtпер =t-tн
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 tж1 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1. С другой стороны стенка омывается водой с температурой tж2. 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 δн, с коэффициентом теплопро-- водности λн= 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 Vн, м3/ч нагревается от тем- пературы t'1 до t"2. Давление греющего пара р1 степень сухости Х1 Температура конденсата на выходе из калорифера tк.
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 Vн задан при нормальных условиях (нор мальные условия: рн ̴ 1бар и tн = 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 tК 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 =tн).
Таблица 4 Исходные данные к задаче 4
Задача 5
Задано топливо, величина присоса воздуха по газовому тракту Δα, температура уходящих газов tух, давление пара в котле р, паропроизводительность котельного агрегата D и температура питательной воды tпв.
Определить: состав рабочей массы топлива и его низшую теплоту сгора ния (по формуле Менделеева), значение коэффициента избытка воздуха на вы- ходе из котлоагрегата αух, теоретический (при α = 1,0) и действительный (при αух) объемы воздуха и продуктов сгорания 1кг (1м3) топлива. Вычислить энтальпию уходящих газов при заданной температуре уходящих газов tух и αyx, 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 αт, 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 Нуx- энтальпия уходящих газов при tух и αух;
Нвоз - энтальпия воздуха, поступающего в котлоагрегат при αух,
V0 - теоретически объем сухого воздуха;
Срв - изобарная объемная теплоемкость воздуха, срв = 1,3 кДж/(м3.К);
tх.в- температура холодного воздуха, равная 30°С;
Qир - низшая теплота сгорания топлива по рабочей массе; для газообразной топлива применяется низшая теплота сгорания по сухой массе QнС;
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 (qб %) определить по формуле
где а шл - доля золы топлива в шлаке, а шл = 1 - а ун ;
аун - доля золы топлива, уносимой с газами; для слоевых топок выбирается из таблицы А.6.
Энтальпию золы (сt)золы принимают для сухого шлака при температуре 600оС, (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;
hп - энтальпия пара, выходящего из котельного агрегата, кДж/кг; в задаче в соответствии с указанием 7 принять hn = h"
hпв - энтальпия питательной воды, кДж/кг;
ηкабр - КПД брутто котельного агрегата.
Значения величин h и hпв берутся по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [5].
Если значение ηкабр 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