Рабочий процесс парокомпрессионной холодильной установки в координатах Т-s

Диаграммы составляются для 1 кг агента. Схема диаграммы Т-s приведена на рис. 2.5. Если рабочим телом является аммиак, пояснение рабочего процесса установки начинается с точки 1, так как аммиачная установка не имеет регенеративного теплообменника (позиция 5, рис. 2.2), поэтому компрессор всасывает из испарителя сухой насыщенный пар (х = 1) при р0 и Т0. Фреоновая установка имеет регенеративный теплообменник, поэтому компрессор всасывает перегретый пар состояния точки R при ТR и р0. Процесс перегрева паров 1 – R происходит в регенеративном теплообменнике.

Рис. 2.5. Схема диаграммы Т-s

В процессе R –с пары агента адиабатно сжимаются до рс в первой ступени компрессора и вытесняются в промежуточный водяной или воздушный охладитель, где остывают от Тс до Тd при рс = const. Во второй ступени пары сжимаются также адиабатно в процессе d-е до давления в конденсаторе рк и Те. Перегретый пар точки e охлаждается в конденсаторе при рК = const до состояния сухого насыщенного пара в точке 2, а затем конденсируется и полностью превращается в жидкость (х = 0) в точке 3 при ТК. Жидкий аммиак затем поступает в водяной охладитель, а фреон в регенеративный охладитель, где охлаждаются от ТЗ = ТК до Т4 при рК = const. Затем жидкий агент поступает в регулирующий вентиль, где дросселируется при h = const в процессе 4–5 от рК, Т4 до р0, Т0. В охлаждающей батарее (или испарителе) агент кипит при р0, Т0 в процессе 5–1 и превращается в сухой насыщенный пар точки 1.

Охлаждение жидкого агента перед дросселированием повышает холодопроизводительность установки. Так без охлаждения жидкого агента дросселирование протекало бы процессом 3-4'. При этом после дросселирования х4' = 0,27. Это значит, что 0,27 кг жидкого агента испарилось за счет своей теплоты, а 1 – х4' = 0,73 кг в охлаждающей батарее. При охлаждении в точке 5 х = 0,2. Это значит, что самоиспарилось при дросселировании только 0,2 кг агента, а в охлаждающей батарее испарилось уже 0,8 кг, что больше чем без охлаждения на 0,07 кг. По диаграмме Т-s можно найти все параметры необходимые для расчета холодильной установки или теплового насоса. Однако при решении задач в контрольной работе следует применять диаграмму l g p-h. Схема диаграммы l g p-h приведена на рис. 2.6. По оси ординат отложены абсолютные давления р, в МПа, а по оси абцисс значения энтальпии h в кДж/кг. Изобарные процессы проходят в планшетке координат горизонтально, процессы дросселирования h = const – вертикально. Изотермы в области жидкости представляются вертикальными. На рабочей диаграмме это не показывается. В области влажного насыщенного пара, между линиями х = 0 и х = 1, изотермы совпадают с изобарами, а в области перегретого пара они круто опускаются вниз штрих пунктирными линиями. Из точки К опущены линии постоянной степени сухости от х =0,1 до х = 0,9. В области перегретого пара нанесены адиабаты (изоэнтропы s = const). Они начинаются от линии х = 1 и направлены вверх вправо в виде сплошных линий.

Хладагенты - вещество, которое переносит тепло от испарителя к конденсатору. Для повышения КПД, климатическое и холодильное оборудование проектируют таким образом, чтобы температура хладагента в состоянии газа незначительно отличалась от температуры кипения. Отличие температуры газа на выходе из испарителя от температуры кипения называют перегревом. Аналогично, в зоне высокого давления отличие температуры жидкости на выходе из конденсатора от температуры конденсации называют переохлаждением. Значение перегрева и переохлаждения, как правило, должно находиться в интервале от 3 до 7°K. Для каждого хладагента существует шкала, устанавливающая однозначное соответствие между давлением и температурой кипения и конденсации хладагента. Температура кипения в холодильных системах значительно ниже (до −18°С) чем в климатических системах (от +2 до +5°С). Фреон климатического оборудования должен быть не горючим, так как при утечке хладагент мог бы спровоцировать объемный взрыв в помещении или в системе вентиляции. Соответственно, некоторые фреоны применяются только в холодильных системах (R600), или только в климатическом оборудовании (R410A), большая группа фреонов применяют как в холодильном, так и в климатическом оборудовании (R22).

52. Гидравлический расчет теплообменных рекуперативных аппаратов.

Расчет ТА, работающих в стационарном режиме, ведется на основе двух уравнений – теплового баланса и теплопередачи. Уравнение теплового баланса означает равенство количества тепла, отдаваемого горячим теплоносителем (Qгор), сумме количеств тепла, воспринимаемого холодным теплоносителем, (Qхол) и потерь в окружающую среду Qос:

Пренебрегая потерями тепла в окружающую среду, имеем Qгор = Qхол = Q или

Q = Gгор⋅ ⋅ΔTгор = Gхол⋅ ⋅ΔTхол ,

( 5.2 )

здесь Gгор, Gхол – соответственно массовые расходы горячей и холодной воды, кг/с; , – средние изобарные удельные теплоемкости горячей и холодной воды; = = 4187 ; ΔTгор и ΔTхол – изменения температур горячей и холодной воды.

Уравнение теплопередачи определяет количество теплоты Q, передаваемой через заданную поверхность площадью F, если заданы средние температуры греющего и нагреваемого теплоносителей [1]:

Q = К( ) F,

( 5.4 )

где К – коэффициент теплопередачи от одного теплоносителя к другому, Вт/(м2⋅К).

53. Теплота сгорания топлива. Условное топливо.

Теплота сгорания топлива – это то количество теплоты Q (кДж), которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м3газообразного топлива.В зависимости от агрегатного состояния влаги в продуктах сгорания имеет место разделение на высшую и низшую теплоту сгорания.Влага в продуктах сгорания жидкого топлива образуется при горении горючей массы водорода Н, а также при испарении начальной влаги топлива w. В продукты сгорания попадает также и влага воздуха, использованного для горения. Однако ее обычно не учитывают. При содержании в топливе водорода с горючей массой Нркг при горении образуется 9НРкг влаги. При этом в продуктах сгорания содержится (9НР+ WP) кг влаги. На превращение 1 кг влаги в парообразное состояние затрачивается около 2500 кДж теплоты. Теплота, затраченная на испарение влаги, не будет использована, если конденсации паров воды не произойдет. В этом случае получим низшую теплоту сгорания.

QpH=QpB -25(Нp+Wp).

Теплоту сгорания определяют двумя методами: экспериментальным и расчетным.

При экспериментальном определении теплоты сгорания применяют калориметры.

Методика определения: навеску топлива сжигают в приборе (калориметре), теплота, выделяющаяся при горении топлива, поглощается водой. Зная массу воды, по изменению ее температуры можно вычислить теплоту сгорания. Этот метод хорош тем, что прост. Для определения теплоты сгорания достаточно иметь данные технического анализа.

Расчетный метод. Здесь теплоту сгорания определяют по формуле Д. И. Менделеева:

QpH= 339Сp+1030Нp-109(Оp-Sp) – 25 WpкДж/ кг,

где Ср, Нр, Ор, Sp и Wрсоответствуют содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочем топливе, %.

Условное топливо – это понятие, которое используют для нормирования и учета расхода топлива.

Условным принято называть топливо с низшей теплотой сгорания (29 310 кДж/кг). Для перевода любого топлива вусловное следует разделить его теплоту сгорания на 29 310 кДж/кг, т. е. найти эквивалент данного топлива: для мазута он равен 1,37-1,43, для природных газов – 1,2-1,4.

54. Схема простейшей теплоэлектроцентрали.

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) - тепловая электростанция, вырабатывающая не только электрическую энергию, но и тепло, отпускаемое потребителям в виде пара и горячей воды. Использование в практических целях отработавшего тепла двигателей, вращающих электрические генераторы, является отличительной особенностью ТЭЦ и носит название теплофикация. Комбинированное производство энергии двух видов способствует более экономному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях (в СССР — ГРЭС) и тепловой энергии на местных котельных установках. Замена местных котельных, нерационально использующих топливо и загрязняющих атмосферу городов и посёлков, централизованной системой теплоснабжения способствует не только значительной экономии топлива, но и повышению чистоты воздушного бассейна, улучшению санитарного состояния населённых мест.

Простейшие схемы теплоэлектроцентралей с различными турбинами и различными схемами отпуска пара: а — турбина с противодавлением и отбором пара, отпуск тепла — по открытой схеме; б — конденсационная турбина с отбором пара, отпуск тепла — по открытой и закрытой схемам; ПК — паровой котёл; ПП — пароперегреватель; ПТ — паровая турбина; Г — электрический генератор; К — конденсатор; П — регулируемый производственный отбор пара на технологические нужды промышленности; Т — регулируемый теплофикационный отбор на отопление; ТП — тепловой потребитель; ОТ — отопительная нагрузка; КН и ПН — конденсатный и питательный насосы; ПВД и ПНД — подогреватели высокого и низкого давления; Д — деаэратор; ПБ — бак питательной воды; СП — сетевой подогреватель; СН — сетевой насос. Во всех ц

55. Конструкции вихревых, слоевых и камерных топок.

То́пка — устройство для сжигания органического топлива с целью получения высоконагретых дымовых газов. Вихревая топка, или циклонная топка, — топка, в которой осуществляется спиральное движение газо-воздушного потока, несущего частицы топлива и шлака. Вихревые топки используются в качестве предтопков камерных топок на тепловых электростанциях и как технологические печи, например, для обжига медных руд. В вихревых топках частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счёт несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы (5—10 мм и более). В современных Вихревых топках сжигаются куски твёрдого топлива размером 2—100 мм при скорости струи подаваемого воздуха 30—150 м/сек.Удержание мелких парусных частиц в топке до их глубокого выгорания наиболее эффективно можно организовать в циклонных топках. Эта схема сжигания была предложена в СССР в 30-е годы профессором Г. Ф. Кнорре. Такие циклонные топки имели широкое распространение при организации пылеугольного сжигания в энергетических котлах. Особенностью применявшегося подхода была организация жидкого удаления шлака за счет поддержания в циклонной топке высоких, до 1700—1800 С, температур. При этом частицы топлива прилипают и выгорают в медленно стекающей по стенкам топки пленке жидкого шлака.Слоевая топка — топка, в которой горение твёрдого топлива, загруженного слоем (обычно на колосниковую решётку), происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой (обычно, но не всегда, снизу вверх). Исторически это первый тип сжигания топлива, ведущий происхождение от первобытного костра. Топливо может загружаться вручную, через дверцу, или механически, из бункера (часто с помощью забрасывателей).Для помещения в бункер топливу придаётся нужная крупность измельчением на дробилках (не мельницах), либо, наоборот, формированием пеллет.Если слоевая топка не перефорсирована (дутьё не слишком сильное), механический недожог составляет 1 - 5 %, но при попытке увеличить теплонапряжение увеличением дутья может достигать 50 %. Чтобы подать большее количество воздуха (интенсифицировать горение) и избежать уноса топлива (режимапневмотранспорта), дутьё организуют не из-под колосника, а сверху на слой топлива (верхнее дутьё). Колосник при этом нуждается в специальном охлаждении, что может быть реализовано выполнением его из труб, включённых в систему циркуляции котла.Камерные (факельные) топкиКамерная топка выполненная обычно в виде прямоугольной призматической камеры состоящей из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. На внутренних поверхностях К. т. размещают топочные экраны (изготовляемые из труб диаметром 32—76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также потолочный или настенный радиационный пароперегреватель (в паровых котлах). Топливо вводится в К. т. вместе с воздухом, необходимым для горения, через горелочные устройства, которые размещают на стенах топки, а также по её углам. Топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В таких топках сжигают твёрдое пылевидное топливо, а также газообразное и жидкое топливо. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла; остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твёрдом гранулированном виде, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприёмное устройство, заполненное водой.

56. Уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи через плоскую стенку.

Процесс теплопередачи включает перенос теплоты от ядра потока первого теплоносителя к стенке (теплоотдача), через стенку (теплопроводность) и от стенки к ядру потока второго теплоносителя (теплоотдача). Количество передаваемой теплоты при этом определяется основным уравнением теплопередачи:

для стационарного режима

;

для нестационарного режима

,

где Q (Q^/) – тепловой поток (количество теплоты), переданное в процессе теплопередачи, Вт (Дж); F – поверхность теплообмена, м²; ∆t_ср - движущая сила процесса теплопередачи, ^оС; τ – время, с; К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1 м² теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями 1К.

При передаче теплоты через однослойную плоскую стенку, коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

Для многослойной стенки, состоящей из n слоев:

,

где δ_ст – толщина стенки, м; λ_ст – коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м·К); α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от горячего теплоносителя к разделяющей стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м²·К);

- сумма термических сопротивлений всех слоев стенки, включая термические сопротивления загрязнений внутренней и наружной стенок теплообменной трубки r_заг.1, r_заг.n+1, (м²·К)/Вт.

57. Энтальпия продуктов сгорания. Тепловая изоляция. Теплоизоляционные материалы. Критическая толщина изоляции. Предварительно изолированные трубы.

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания 1 кг твердого, жидкого или 1 м³ газообразного топлива определяется по сумме энтальпий газообразных продуктов сгорания, входящих в состав дымовых газов.

Энтальпия воздуха, кДж/м³ ( при коэффициенте избытка воздуха α = 1),

I_в° = α ּV_в° ּС_в ּt_в,

где С_в — теплоемкость воздуха, м³ • °С, при его температуре t_в , ˚С.

V_в° — теоретический объем воздуха,

Энтальпия газообразных продуктов сгорания, кДж/м³ (при α = 1),

I_г° = (VRо₂ ּСсо₂ + VN₂ ּСN₂ + Vн₂оּСн₂о) ּt_г

где Ссо₂, СN₂ Сн₂о — средние объемные теплоемкости двуокиси углерода, азота и водяных паров при постоянном давлении и тем­пературе, кДж/(м³ּ°С).

Энтальпия дымовых газов, кДж/м³ , при α > 1

I_г= I°_г + (α – 1) ּV_в° ּС_в ּ t_г

Теплоизоляционные материалы подразделяют на основные типы по следующим признакам.
1) По огнестойкости теплоизоляционные материалы подразделяют на огнеупорные, выдерживающие рабочую температуру 800 оС и выше, и огнеупорные, которые можно использовать только при температурах ниже 700-800 оС.
2) По происхождению все теплоизоляционные материалы подразделяют на природные и искусственные. Последние в свою очередь различают по способу изготовления, что обеспечивает получение большого количества пор в готовом изделии: легковесные материалы, изготовленные методом выгорающих добавок; пенокерамични материалы, изготовленные методом введения в шихту пеноутворюючих добавок; материалы, изготовленные из огнеупорного волокна.
3) По форме и способу применения в футеровке печей. Теплоизоляционные материалы выполняют в виде отдельных изделий (кирпича различной формы и размера, листы, полосы и др.). Или в виде сыпучих сред, которые применяются для засыпок.
Все теплоизоляционные материалы характеризуются теми же физическими свойствами, что и огнеупорные: пористостью, газопроницаемостью, теплопроводностью, удельной теплоемкостью, электропроводностью, термическим расширением.
Главной рабочей характеристикой теплоизоляционных материалов служит предельная температура их применения. При конструировании футеровки печей и выборе теплоизоляционных материалов для нее следует внимательно следить за тем, чтобы действительная температура службы теплоизоляционного слоя не превышала бы предельную величину. В противном случае теплоизоляция может оказаться химически или механически неустойчивой и выйдет из строя.
Теплоизоляционные материалы характеризуются также прочностью на сжатие и постоянством объема при нагреве в процессе службы (усадкой), что выражается в процентах изменения объема относительно исходного.

Критическийдиаметр изоляции, определяется формулой

Предварительно изолированная труба – это сборная система, изготовляемая индустриальным способом на заводе. В такой системе основная труба и труба-оболочка (полиэтиленовая или оцинкованная) становятся единым целым, связанным изолирующим материалом –пенополиуретаном. ПИ - трубопроводы предназначены для прокладки тепловых сетей с рабочим давлением 1,6 МПа и температурой теплоносителя до 403ºК (130ºС) с допустимым кратковременным повышением температуры до 423ºК (150ºС).