Физико-химические свойства воды.

- вода при нормальных условиях – это прозрачная жидкость, без цвета, запаха и вкуса;

- молекулярная формула – Н2О;

- имеет высокую теплоемкость С = 1 ккал/кг·град, т.е. для того чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус, необходимо передать ей 1 ккал;

[например у котла ТВГ-8-150 за час протекает В=104000кг воды. Эта вода должна нагреться от t1 = 70ºС до t2 =150ºC. Для этого ей необходимо передать следующее количество тепла: Q = B ·с·(t 2 - t 1)= 104000 · 1· (150 – 70) = 8320000ккал/час = 8320Мкал/час = 8,32 Гкал/час];

- вода практически несжимаема, но оказываемое на нее давление равномерно передает на все стенки сосуда;

- плотность воды зависит от температуры. Наибольшая плотность при t= 4ºС

 (ρ= 1000кг/м³). При повышении или понижении температуры, плотность воды уменьшается, т.е. вода становится легче.;

- удельный объем - наоборот, при t = 4 °С - наименьший;

- температура замерзания воды при н.у. = 0ºС;

- вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме на 9 %;

- превращаясь в пар, вода также увеличивается в объеме, причем это зависит от давления. Так при атмосферном давлении ∆V =1800-1900, а при Ризб = 13 атм ∆V= 124

- температура закипания (насыщения) воды – зависит от давления;

при нормальных условиях tнас = 100ºС; при снижении давления на воду - температура кипения падает, а при повышении давления – повышается:

                              Рразр.= -0,98           tнас = 17,2ºС    ∆V = 68250

                                         -0,4                       85,4                   2700

                                         -0,1                       96,2

0 100

                                    Ризб.= +1,0                      119,6                   1050

                                                 3,0                      142,9                    436

                                               10,0                      183,2                     160

                                               13,0                      194,1                     124

                                 Ркрит.= 225,65                    374,15                      0

- если вода кипит при постоянном давлении- ее температура также остается постоянной;

- температура пара образовавшегося при кипении и t° кипящей воды – равны;

- текучесть воды повышается с ростом температуры (т.е. вязкость воды уменьшается);

- вода не бывает идеально чистой, в ней всегда присутствуют примеси – механические, биологические, химические и газы. К химическим примесям относят щелочи, кислоты и соли. В природе, в основном, вода является нейтральной. Ее рН = 7. (если ниже 7 – вода кислая, если выше 7 – вода щелочная);

                                         рН=15                                100% щелочь

 

                                         рН= 7                                  вода нейтральная

                                            

                                         рН= 0                                 100% кислота

 

- растворенные в воде соли жесткости бывают- временной и постоянной жесткости. Соли временной жесткости – это карбонатные соли Са и Мg [Са(НСО3)2, Мg(НСО3)2]. Они при нагревании воды до 60 – 70ºС выпадают в белый рыхлый осадок, в виде шлама (который легко удалить продувкой котла).

Соли постоянной жесткости – это хлоридные и сульфатные соли [СаСl2, МgCl2, СаSO4, MgSO4]. Они при кипении воды, прикипают к поверхностям в виде накипи. Т.е. эти соли опасны только для паровых котлов, а для водогрейных – нет.

- растворенные в воде кислород и углекислый газ – вызывают коррозию трубопроводов. С повышением температуры воды скорость коррозии повышается. Наибольшая скорость коррозии при t= 65-75ºС.[при t=20-30ºС и 90-95ºС скорость коррозии уменьшается в 4-5 раз].

Достоинства водяных систем теплоснабжения:

- больший срок службы, чем у паровых систем;

- возможность центрального регулирования отпуска тепла;

- наличие аккумулирующей способности воды;

- возможность быстрого определения неплотностей;

- малые потери энергетического потенциала (1ºС на 1 км длины);

- обеспечение у потребителей хороших санитарно- гигиенических условий;

- бесшумность действия.

Недостатки:

- большой расход электроэнергии на перекачку воды;

- при неплотностях - утечки теплоносителя в 20-40 раз больше;

- жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы, что сопряжено с опасностью превышения допустимых давлений в концевых и пониженных точках;

- опасность размораживания;

- большая масса;

- тепловая инерционность.

Пар и его свойства.

Испарение воды в природе происходит всегда, при любой температуре, с поверхности воды, называемой «зеркалом испарения». Испарившаяся вода находится в воздухе в виде пара.

Кипение это процесс образования пара внутри объема жидкости (быстро растущие пузырьки пара образуются на поверхностях нагрева, к которым извне подводится тепло, проходят через весь объем кипящей жидкости и отделяются от воды с зеркала испарения).

Пар обладает свойствами газа – расширяется, сжимается, равномерно давит на стенки сосуда в котором он находится.

- бывает влажным насыщенным, сухим насыщенным и перегретым;

- при превращении воды в пар, вода увеличивается в объеме.

Так при атмосферном давлении вода увеличивается в объеме в 1700 – 1800 раз, 

при Ризб=1 атм и tкип=119,6°С в 1050 раз,       при Ризб = 4 атм и tкип = 151,1°С – в 300 раз, при Ризб =9 кГ/см² и tкип =179°С – в 175 раз,    при Ризб=10 кгс/см² и tкип = 183,2°С - в 160 раз.

- пар имеет высокое теплосодержание: 1 кг пара содержит внутри себя тепла @ 640 ккал.

[чтобы нагреть 1 кг воды до кипения при атмосферном давлении –100 ккал + 540 ккал – скрытая теплота парообразования];

- теплосодержание пара очень незначительно изменяется в зависимости от давления при котором происходит кипение, а значит и от температуры кипения (насыщения);

- отдавая тепло - пар будет конденсироваться и уменьшаться в объеме; образовавшийся конденсат будет иметь такую же температуру, как и пар;

- температура влажного насыщенного пара зависит от давления. Чем выше Р, тем выше t кип.;

- пар можно перегревать.

[Перегретый пар отдавая тепло долго будет оставаться сухим - до тех пор, пока его температура не снизится до температуры насыщения для данного давления.]

Влажный насыщенный пар – это пар имеющий одинаковую температуру и давление с кипящей водой из которой он образуется и содержащий внутри себя капельки влаги. Он контактирует с зеркалом испарения. [ пар который контактирует с кипящей водой невозможно сделать полностью сухим, можно только снизить влагосодержание путем установки сепараторов].

Сухой насыщенный пар – это пар имеющий такие же параметры, как и влажный насыщенный, но без капелек влаги. Такой пар можно получить из влажного насыщенного пропустив его через специальные теплообменные устройства (сухопарник, пароперегреватель), где подаваемое дополнительно тепло испарит всю имеющуюся в паре влагу. Сухой насыщенный пар является переходной фазой к перегретому пару.

Перегретый пар  - это пар имеющий температуру выше, чем температура кипения воды при том же давлении. Он получается из сухого насыщенного пара при дальнейшем нагреве.

Достоинства и недостатки паровых систем теплоснабжения.

Достоинства:

1. имеет большую универсальность, заключающуюся в возможности удовлетворения всех видов теплопотребления (включая технологический процесс, отопление и др.);

2. меньший расход электроэнергии на перемещение теплоносителя, чем при водяной системе;

3. незначительность создаваемого гидростатического давления вследствие малого удельного веса пара (пар легче воздуха, при t = 100°С плотность пара ρ=0,6 кг/м³);

4. возможность быстрого нагрева зданий, интенсивная теплоотдача;

5. возможность продолжительной работы при незначительных повреждениях;

Недостатки:

1. меньший срок службы;

2. быстрое остывание системы отопления при прекращении подачи пара;

3. потребность в дренажах, конденсатоотводчиках, сложность обслуживания;

4. шум, удары вследствие попутной конденсации пара;

5. большие потери энергетического потенциала при транспортировании: 1 –1,5 атм на 1 км;

6. нет возможности центрального регулирования отпуска тепла на отопление;

7. выгорание краски, пыли, ухудшение санитарно-гигиенических условий, возможность ожогов, пересушивание воздуха.

 

Тепловой баланс.

Тепловым балансом котельного агрегата называется взаимосвязь между приходом и расходом тепла.

Приход тепла за час можно определить произведением часового расхода топлива на его низшую теплоту сгорания:                            Qприх. = В · Qн ккал/час.

 

Расход тепла идет на полезные нужды и на потери - с дымовыми газами, от химического недожога, от физического недожога, в окружающую среду и с теплом шлака.

Qприх. = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

Qприх.= Qпол.+Qдым.г.+Qх.нед+Qф.нед+Qокр.ср+Qшл.

Q1 = Qпол. – положительно использованное тепло.

Для паровых котлов в целом определяется по формуле - Qпол. = Д (i пара – i пит.воды);

где: Д – выработка пара, кг/час или кг/сек; i пара – энтальпия насыщенного пара, ккал;

и i пит.воды – энтальпия (теплосодержание) питательной воды [i = t·с, где t –температура питательной воды, а с – теплоемкость воды = 1ккал/кг·град ].

Q2 = Qдым.г. – потери тепла с дымовыми газами. Они неизбежны (15-20%), но можно их снизить забрав у дымовых газов как можно больше тепла и передав его на полезные нужды.

Чтобы забрать больше тепла у дымовых газов – можно увеличить площадь поверхности нагрева, удлинить путь дымовых газов (перегородки), увеличить время контакта дымовых газов с трубами котла (оптимизировав скорость протекания, установив перегородки), установить хвостовые поверхности нагрева (экономайзеры, воздухоподогреватели, пароперегреватели).

Кроме того, чтобы не ухудшить теплопередачу к воде, нельзя допускать загрязнения труб как снаружи (сажей, золой), так и внутри (накипь).

Чтобы не снизить t пламени и дымовых газов в рабочем пространстве, (а значит чтобы не уменьшить теплоперепад между греющей и нагреваемой средой), - нельзя допускать работу агрегата с излишне высоким коэффициентом избытка воздуха, нельзя допускать присосы воздуха через всевозможные неплотности (гляделки, лазы и т.п.).

Необходимо работать строго по режимной карте.

Q3 = Qх.нед. – потери тепла от химического недожога. Чтобы их уменьшить необходимо выполнить все условия полного сгорания топлива.

Q4 = Qф.нед. – потери от физического недожога. Они бывают при работе на твердом топливе из-за провалы через колосники, потери при транспортировке, загрузке топлива и т.п.

Q5 = Qокр.ср. – потери тепла в окружающую среду через кладку или теплоизоляцию топки и плохо заизолированные поверхности перепускных трубопроводов, арматуры в пределах котла. Они составляют 4-5%. Уменьшить их можно, тщательной теплоизоляцией, но полностью устранить невозможно.Q6 = Qшл. – потери с теплом шлака. Бывают при работе на твердом топливе.

Коэффициентом полезного действия (кпд) котла называется отношение полезно использованного тепла ко всему затраченному.                              Qпол.

h = ¾¾ · 100%

Qприх.

Тяга и дутье

Тягой называется движущая сила, заставляющая поток воздуха поступать в топку, а дымовые газы удаляться из топки. Различают естественную и искусственную тягу.

Естественная тяга образуется за счет высоты дымовой трубы и разности удельных весов холодного воздуха и горячих дымовых газов.

На естественную тягу влияют разность температур дымовых газов и наружного воздуха, высота дымовой трубы, погодные условия и материал из которого изготовлена дымовая труба.

Причины нарушения естественной тяги:

- обрыв шибера; - обвал газохода;

- образование трещин в газоходах;

- заливание газоходов водой;

- зарастание сажей и золой;

- погодные условия (дождь, туман, снег, ветер);

- открытые шиберы у неработающих котлов.

Устройство газовоздушного тракта с естественной тягой:

Газовоздушный тракт с естественной тягой имеет - топку, спереди снизу которой располагается отверстие с воздушной заслонкой или пропорционирующий клапан; - газоходы, по которым дымовые газы уходят из топки и идут к общему борову; - общий боров и - дымовая труба.

На газоходах располагаются шиберы, управление которыми производится с фронта котла при помощи тросов, блочков, контргрузов и фиксаторов контргрузов.

Регулирование естественной тяги в топке и регулирование подачи воздуха в топку (коэффициента избытка воздуха) производится при помощи как шибера, так и воздушной заслонки. При открытии шибера, происходит увеличение тяги в топке и увеличение коэффициента избытка воздуха подаваемого в топку. При открытии воздушной заслонки увеличивается подача воздуха в топку, а значит и увеличивается коэффициент избытка воздуха. Тяга при этом снизится.

Искусственная тяга создается при помощи тягодутьевых устройств – дымососа и вентилятора.

Искусственная тяга создается в том случае, если силы естественной тяги недостаточно для обеспечения нормального режима работы топки.

Дымососы устанавливаются с целью преодоления сопротивления дымового тракта, в том случае когда силы естественной тяги, создаваемой дымовой трубой, недостаточно для удаления дымовых газов из топки.

Вентиляторы устанавливаются с целью подачи большого количества воздуха (с давлением выше атмосферного) на горение большого количества топлива (когда того количества воздуха, которое может зайти в топку под атмосферным давлением – недостаточно).