Тема № 3. Основные сведения из теплотехники

                                    И ФИЗИКИ.    

 

                  Понятие о давлении. Единицы измерения.

                      Контрольно-измерительные приборы.

ДАВЛЕНИЕ – сила, действующая на единицу площади.

 

В открытом сосуде давление жидкости на дно и стенки сосуда тем больше, чем больше плотность жидкости и высота заполнения. Оно не зависит от формы сосуда. В сообщающихся сосудах любой формы однородная жидкость находится на одном уровне. Это используется в некоторых контрольно-измерительных приборах котельной.

В закрытом сосуде давление газа передается во все стороны с одинаковой силой – закон Паскаля.

                          Р= F/S (Н/М²) Па

В системе СИ единицей измерения давления является Паскаль, это не всегда удобно,

поэтому введена техническая система единиц МКГСС, где за единицу давления принята величина кгс/см  или кгс/м .

Соотношение единиц измерения давления:

       Р= 1ат = 10 м вод ст. = 10000мм вод ст. = 1кгс/см =

                  =10000кгс/м = 100000Па =0,1Мпа

  АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рат) – давление столба воздуха на уровне моря. Уравновешивает столб воды высотой 10м33см или ртути высотой 760 мм – это физическая атмосфера.

1ат физ = 760 мм рт.ст. = 10330мм вод ст. = 1,033кгс/см = 1 бар.

Атмосферное давление измеряется барометром.

ИЗБЫТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рати) – давление в закрытом объеме выше атмосферного. На шкале приборов обозначается «+».

Измеряется манометрами, напоромерами, тягонапоромерами.

ВАКУУМЕТРИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ, РАЗРЯЖЕНИЕ – давление в закрытом объеме ниже атмосферного. На шкале приборов обозначается «-».

Измеряется тягомерами, тягонапоромерами.

АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рата) – сумма атмосферного давления и избыточного давления или разряжения.

При избыточном давлении

                     Рабс.= Ратм. + Ризб.

При разряжении

                     Рабс.=Ратм. – Ризб,(разр.)

                                                            

ТЕМПЕРАТУРА.

Температура – мера теплового состояния или степень нагретости тела.

 

Для измерения температуры применяют две шкалы:

Стоградусную Цельсия

Термодинамическую или абсолютную Кельвина

Единицей измерения температуры является градус.

 

Шкала Цельсия имеет две постоянные точки. Температура таяния льда принята 0 С.

Температура кипения воды при Р=760мм.рт.ст. принята за 100 С. интервал между ними разделен на 100 равных частей каждая из которых равна 1 С.

 

По шкале Кельвина за ноль принята температура абсолютного нуля – температура полного прекращения движения атомов, молекул. Ниже её тело охладить невозможно. Она равна –273,16 С.

Т = t + 273 К

  T = T- 273 C

 

ПЛОТНОСТЬ.

Плотность – масса единицы объема. Количество однородного вещества в 1м объёма.

                       r =

Плотность газа – количество в одном киломоле: на V киломоля. Для всех газов объем одного киломоля 22,4 м

      О2= = 1,43                                                   

       СН4 = = 0,72

       воздуха = 1,293 кг/м

       воды = 1000кг/м

       мазута = 900кг/м

Удельный объём – это объём занимаемый массой вещества. Удельный объём измеряется в м³/кг, т.е. удельный объём – это величина обратная плотности.

                                 

                                     ТЕПЛОТА.

Теплота – характеристика процесса теплообмена.

 Количество энергии, которое получает (отдает) тело в процессе теплообмена.        

 Внутренняя энергия тела или энергия движения и взаимодействия частиц из которых       состоит тело.

 Теплота измеряется В Джоулях (СИ). Внесистемная единица калория.

Допущено: 1калория – количество теплоты, необходимое для нагревания грамма воды на 1градус Цельсия при атмосферном давлении

                         1Кал = 4,187Дж

 

        ФОРМЫ РАСПРОСТРОНЕНИЯ ТЕПЛОТЫ. ТЕПЛООБМЕН.

ФОРМЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕПЛОТЫ:

ИЗЛУЧЕНИЕ (лучеиспускание, радиация) – теплообмен между телами, находящимися на расстоянии друг от друга, посредством лучистой энергии с помощью электромагнитных волн.

Наиболее эффективный способ передачи теплоты, особенно если лучи от нагретого тела направлены перпендикулярно нагреваемой поверхности и само излучаемое тело имеет высокую температуру.

Излучением передается теплота от горящего топлива к поверхности котла.

КОНВЕКЦИЯ – перенос тепла перемещением или перемешиванием частиц между собой.

Естественная конвекция (свободная) – нагретый воздух поднимается вверх, а более холодный перемещается в нижнюю часть помещения.

Принудительная конвекция – с применением тягодутьевых устройств.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – перенос тепла внутри тела от более нагретых к менее нагретым частицам.

Она зависит от химического состава материала, пористости, влажности, температуры и давления (для жидкости газов). Характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности- количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единицу поверхности на единицу длины (пути) теплового потока при разности температур один градус.

Высокой теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро, медь, алюминий.

Плохо проводят тепло изоляционные материалы, масла, жиры, воздух, накипь, сажа.

Все виды теплообмена в чистом виде встречаются очень редко, например, нагрев воды продуктами сгорания происходит при совместном действии всех форм теплообмена.       

От горячих газов теплота передается излучением и конвекцией наружной поверхности разделительной стенки. Далее тепловой поток проходит через стенку к внутренней поверхности разделительной стенки (теплопроводность); от внутренних поверхностей теплота передается воде, движущейся с достаточно большой скоростью и хорошо перемешиваемой.

Одновременная передача теплоты излучением, конвекцией, теплопроводностью – сложный теплообмен.

Теплообмен – процесс передачи энергии от одного тела другому без совершения работы.

 

               Факторы, влияющие на теплообмен:

    

материал труб, барабана;

толщина стенки;

скорость движения теплоносителя;

разность температуры дымовых газов и воды;

кратность циркуляции – отношение количества воды, циркулирующей в единицу времени через контур, к количеству образовавшегося за это же время пара;

состояние поверхности наружной и внутренней стенки металла.

 

                    Влияние накипи и сажи на повышение температуры стенки.

Накипь – отложения солей жесткости на внутренних поверхностях нагрева.

Сажа – отложения на наружных стенках котлов из-за неполноты сгорания топлива.

  

Накипь и сажа обладают очень низкой теплопроводностью. Накипь почти 40 раз, а сажа в 400 раз хуже проводят тепло, чем котловой металл.

1. Накипь и сажа снижают теплообмен между дымовыми газами и водой, что приводит к увеличению температуры металла, а это может явиться причиной деформации и разрыва труб.

 

 

2. Ухудшение теплопередачи приводит к повышению температуры отходящих газов и, следовательно, к перерасходу топлива на 2-3% при толщине накипи 1мм.

3. Накипь уменьшает сечение труб, а это может привести к нарушению циркуляции.

4. Под слоем накипи котловая вода «упаривается» до опасных концентраций солей. Образуется язвенная коррозия металла.

5. Отслоившаяся накипь может попасть в пар, ухудшив его качество.

 

ВОДЯНОЙ ПАР И ЕГО СВОЙСТВА.

Если нагреть воду в открытом сосуде, то при температуре ~ 100 С она закипит, т.е. будет переходить в пар. При достаточном подводе теплоты вся вода превратится в пар, а температура при этом останется неизменной. Объем пара больше объема испарившейся воды ~ в 1600 раз.

В закрытом сосуде, например, в паровом котле с избыточным давлением, температура кипения с подводом теплоты возрастает, увеличивается и давление. Оба параметра взаимосвязаны между собой. Температура кипящей жидкости и пара в сосуде равны.

Давление в сосуде	Температура насыщения
0,8	93,6
1,0	99,6
2,0	120,2
3,0	133,5
6,0	158,8
8,0	170.4
10,0	179,9
14,0	195,0
20,0	212,4
40,0	250,3

 

Пар, образующийся в присутствии кипящей воды, содержит капельки жидкости – влажный насыщенный пар (tпара=tкип.воды).

Пар, не содержащий капелек воды – сухой насыщенный.

При дальнейшем нагреве сухого насыщенного пара его температура будет расти и будет больше температуры насыщения при том же давлении – перегретый пар.

 

Энтальпия кипящей воды – количество теплоты, затраченное на нагрев 1кг. воды от 0 С до температуры кипения.

 

Скрытая теплота парообразования – количество теплоты, которое необходимо сообщить воде для превращения её из жидкого состояния при температуре кипения в парообразное. Разрыв связи между молекулами.

При охлаждении пар конденсируется (переходит из газообразного в жидкое) и передает скрытую теплоту парообразования нагреваемой среде.

Чтобы нагреть 1 кг. воды при атмосферном давлении от 0 С до 100 С необходимо затратить 100ккал. – энтальпия воды, а чтобы превратить эту воду в пар, необходимо- 540ккал.- скрытая теплота парообразования.

Энтальпия пара (теплосодержание) – суммарное количество теплоты, которое требуется для превращения 1 кг. воды, взятой при 0 С, в пар.

 

Энтальпия пара = энтальпия кипящей воды + скрытая теплота парообразования

640 ккал/кг  = 100 ккал/кг                   +  540ккал/кг

 

Свойства насыщенного пара:

· Температура насыщенного пара равна температуре кипящей воды при данном давлении;

· Температура кипения зависит от давления в котле и определяется по таблице;

· Насыщенный пар при охлаждении конденсируется;

· Энтальпия насыщенного пара больше энтальпии кипящей воды.

Применение влажного насыщенного пара не желательно, т.к. возможна его конденсация в паропроводе, а это приведет к возникновению гидроударов. Соли, содержащиеся в котловой воде, вызывают коррозию металла. Поэтому, внутри барабана устанавливают специальные сепарационные устройства.

Свойства перегретого пара:

· Не конденсируется до температуры насыщения при данном давлении. Далее свойства насыщенного пара;

· Температура перегретого пара не зависит от давления в котле;

· Температура перегретого пара всегда больше температуры насыщения при данном давлении;

· Энтальпия перегретого пара больше энтальпии насыщенного пара (на теплоту перегрева);

· Высокая температура пара увеличивает теплоотдачу, что позволяет уменьшить размер оборудования и диаметр труб.

 

 

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ.

Теплообменный аппарат (бойлер) – устройство в котором происходит процесс нагревания или охлаждения, т.е. осуществляется теплообмен от одного теплоносителя к другому.

По принципу действия:

Рекуперативные – теплообмен осуществляется через разделительную стенку (экономайзер, пароводяной, водо-водяной подогреватель).

Регенеративные – одна поверхность нагрева (охлаждения) поочередно омывается горячими (холодными) газами.

Смешивающего типа – теплообмен осуществляется непосредственным контактом горячего и холодного теплоносителя (деаэратор).

По роду теплоносителя:

Пароводяные;

Водо-водяные;

  По запасу воды:

Скоростные – имеют малый запас воды, поэтому она быстро нагревается до заданной температуры;

Емкостные;

По назначению:

Охладители;

Подогреватели;

 

По движению потоков:

Прямоточные – греющая и нагреваемая среда протекают в одном направлении;

Противоточные;

Смешанные;

          Характер изменения температуры вдоль поверхности нагрева.

                               

Противоток выгоднее, т.к. разность греющей и нагреваемой воды по всей длине теплообменника одинакова. Отсутствует температурный перекос. Можно нагреть воду до температуры выше конечной температуры теплоносителя.

 

  НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО ПАРОВОДЯНЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ.

                                          ПОРЯДОК ПУСКА.

Предназначены для подогрева воды паром до требуемой температуры.

Скоростной пароводяной подогреватель состоит из стального корпуса, внутри которого расположен пучок латунных трубок 14*0,75 мм. Трубы с обеих сторон ввальцованы в трубные доски. Одна из трубных досок неподвижна, – зажата между фланцами корпуса и передней крышки, другая плавающая для компенсации свободного теплового расширения (у подогревателей большой длины). По трубкам перемещается вода, а по межтрубному пространству греющий пар, который отдает тепло воде, а сам конденсируется. В передней крышке 2 перегородки для организации четырех ходового движения воды. Это позволяет нагреть её до более высокой температуры.

На входе и выходе манометры и термометры.

Для выпуска воздуха воздушники из парового и водяного пространства.

Кожух и крышки покрыты изоляцией.  

1. корпус;

2. передняя крышка;

3. задняя крышка;

4. неподвижная трубная доска;

5. подвижная трубная доска;

6. латунные трубки;

7. патрубок для входа воды;

8. патрубок для выхода горячей воды;

9. перегородки;

10. патрубок для подвода пара;

11. патрубок для отвода конденсата;

12. воздушник по воде;

13. воздушник по пару;

14. пробоотборник конденсата;

15. К.И.П. (манометры, термометры);

16. конденсатоотводчик;

17. вентили до и после конденсатоотводчика;

18. вентиль на байпасе конденсатоотводчика;

19. дырчатый лист;

 

 

 

ПОРЯДОК ПУСКА:

1. проверить состояние тепловой изоляции, арматуры, которая должна быть закрыта, а так же наличие и исправность К.И.П. (манометры, термометры).

2. Открыть воздушник по пару (13), воде (12) и вентиль на байпасе конденсатоотводчика (18).

3. Медленно приоткрывая вентиль на входе воды в подогреватель (7) заполнить его трубную систему водой. При появлении воды из воздушника (12) закрыть его. Поставить подогреватель на циркуляцию по воде, установив необходимый расход воды через него. 

4. Приоткрыть вентиль подачи пара для прогрева внутренней части подогревателя, при появлении сухого пара из воздушника (13) закрыть его.

5. Подать пар.

6. Открыть вентили до и после конденсатоотводчика (17).

7. Закрыть вентиль на байпасе конденсатоотводчика (18).

8. Конденсат направляют в конденсатный бак.

9. Во время работы контролировать температуру, давление воды, давление пара.