Контрольная работа по предмету"Теплотехника"

4. В каких случаях  и как  можно определить по  манометру  температуру пара в  паровом котле ?  То же - в конденсаторе или испарителе холодильной машины?

На каждом паровом котле устанавливается манометр, показывающий давление пара. На паровых котлах паропроизводительностью более 10 т/ч и водогрейных котлах теплопроизводительностью более 21 ГДж/ч (5 Гкал/ч) устанавливается регистрирующий манометр. Манометр устанавливается на барабане котла.

У каждого парового котла устанавливается манометр на питательной линии перед органом, регулирующим питание котла водой. Если в котельной установлено несколько котлов паропроизводительностью менее 2,5 т/ч каждый, допускается установка одного манометра на общей питательной линии. При использовании водопроводной сети взамен второго питательного насоса в непосредственной близости от котла на этой водопроводной сети устанавливается манометр. Манометры выбираются с такой шкалой, чтобы при рабочем давлении их стрелка находилась в средней трети шкалы.

Для того чтобы контролировать давление в испарительных системах разных температур кипения, предусмотрены манометры, соединенные с объектами (отделителями жидкости, циркуляционными ресиверами, испарителями) на каждую температуру кипения, а также манометр, позволяющий контролировать давление конденсации, присоединенный к конденсатору (что более правильно) или к маслоотделителю. Манометры следует присоединять к емкостям (сосудам), а не непосредственно к трубопроводам, так как в сосудах значительно сглаживаются пульсации давления, которые наблюдаются в трубопроводах поршневых компрессоров. Перед манометром необходимо устанавливать вентиль, что позволяет отсоединять манометр при его замене для ремонта или проверки, а также прикрытием вентиля уменьшать колебания стрелки прибора, вызванные пульсацией давления.

17.Явление теплопередачи  через стенку. Коэффициент теплопередачи  в случае плоской стенки.

Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители. 
 
Примерами теплопередачи являются: передача теплоты от греющей воды нагревательных элементов (отопительных систем) к воздуху помещения; передача теплоты от дымовых газов к воде через стенки кипятильных труб в паровых котлах; передача теплоты от раскаленных газов к охлаждающей воде (жидкости) через стенку цилиндра двигателя внутреннего сгорания; передача теплоты от внутреннего воздуха помещения к наружному воздуху и т. д. При этом ограждающая стенка является проводником теплоты, через которую теплота передается теплопроводностью, а от стенки кокружающей среде конвекцией и излучением. Поэтому процесс теплопередачи является сложным процессом теплообмена. 
При передаче теплоты от стенки к окружающей среде в основном преобладает конвективный теплообмен, поэтому будут рассматриваться такие задачи. 
1). Теплопередача через плоскую стенку. 
Рассмотрим однослойную плоскую стенку толщиной d и теплопроводностью l 

Температура горячей жидкости (среды) t'ж, холодной жидкости (среды) t''ж. 
Количество теплоты, переданной от горячей жидкости (среды) к стенке по закону Ньютона-Рихмана имеет вид:

Q = a1 · (t'ж – t1) · F

где a1 – коэффициент теплоотдачи от горячей среды с температурой t'ж к поверхности стенки• с температурой t1;

F – расчетная поверхность плоской  стенки.

Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению:

Q = l/d · (t1 – t2) · F

Тепловой поток от второй поверхности стенки к холодной среде определяется по формуле:

Q = б2 · (t2 - t''ж) · F

где a2 – коэффициент теплоотдачи от второй поверхности стенки к холодной среде с температурой t''ж.

 
Решая эти три уравнения получаем:

Q = (t'ж – t''ж) • F • К,

где К = 1 / (1/a1 + / l + 1/a2) – коэффициент теплопередачи,

или

R0 = 1/К = (1/a1 + d/l + 1/a2) – полное термическое сопротивление

теплопередачи через однослойную плоскую стенку.

1/a1, 1/a2 – термические сопротивления теплоотдачи поверхностей стенки; 
d/l - термическое сопротивление стенки.

Для многослойной плоской стенки полное термическое сопротивление будет определяться по следующей формуле:

R0 = (1/a1 + d1/l1 + d2/l2 + … + dn/ln +1/a2)

а коэффициент теплопередачи:

К = 1 / (1/a1 + d1/l1 + d2/l2 + … + dn/ln +1/a2)

25.Паровые и  водогрейные котлы, промышленные  печи. Назначение, применение на  предприятиях пищевой промышленности

Паровой котёл — котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию (электрический паровой котёл) или утилизовать теплоту, выделяющуюся в других установках (котлы-утилизаторы).

По назначению:

Энергетические паровые котлы — предназначены для производства пара, использующегося в паровых турбинах.

Промышленные паровые котлы — вырабатывают пар для технологических нужд, так называемые «промышленные парогенераторы».

Паровые котлы-утилизаторы — используют для получения пара вторичные энергетические ресурсы теплоту горячих газов, образующихся в технологическом цикле. Энергетические котлы-утилизаторы в составе ПГУ используют теплоту уходящих газов ГТУ.

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы могут быть подразделены на две группы:

газотрубные (жаротрубные, дымогарные) котлы водотрубные котлы

Водотрубные котлы по принципу движения воды и пароводяной смеси подразделяются на: барабанные (с естественной и принудительной циркуляцией: за один проход по испарительным поверхностям испаряется лишь часть воды, остальная возвращается в барабан и проходит поверхности многократно)

прямоточные (среда между входом и выходом котла движется последовательно, не возвращаясь)

В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В газотрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а теплоноситель омывает трубы снаружи.

Водогрейный котёл — котёл для нагрева воды под давлением[1]. «Под давлением» обозначает, что кипение воды в котле не допускается: её давление во всех точках выше давления насыщения при достигаемой там температуре (практически всегда оно выше и атмосферного давления).

Водогрейный котёл.

Водогрейные котлы применяются в основном для нужд теплоснабжения в частных домах, на котельных различной мощности и на ТЭЦ. В последнем случае они обычно используются как пиковое оборудование в дни максимальных тепловых нагрузок, а также для резервирования тепла от отборов турбины (их установленная мощность в умеренном и холодном климате значительно превосходит мощность отборов, но коэффициент её использования невелик).

Капитальные вложения в водогрейные котлы гораздо ниже, чем в установку комбинированной выработки теплоты той же тепловой мощности, однако при этом не вырабатывается электроэнергия и нет возможности осуществить привод механизмов котельной паром.

Классификация

По типу потребляемого топлива — твердотопливные (на угле, дровах, торфе и т. п.), газомазутные, дизельные и т. д.; также есть электрические водогрейные котлы.

По конструкции: газотрубные и водотрубные. Также встречаются водотрубно-дымогарные котлы (топка экранирована трубами с водой и/илиобмуровкой, а конвективная часть полностью или частично выполняется в виде дымогарных труб, помещенных в водяной объем).

По способу циркуляции:

с естественной циркуляцией — циркуляция воды осуществляется за счет разности плотности воды (более и менее нагретой);

с принудительной циркуляцией — циркуляция воды осуществляется насосом;

с комбинированной циркуляцией — имеются контуры с естественной и принудительной циркуляцией воды;[2]

прямоточные — с последовательным однократным принудительным движением воды.

Теплопроизводительность водогрейного котла — количество теплоты, получаемое водой в водогрейном котле в единицу времени. Измеряется в кВт, МВт, Гкал/час.

Номинальная теплопроизводительность — наибольшая теплопроизводительность, которую водогрейный котел должен обеспечивать при длительной эксплуатации при номинальных значениях параметров воды с учетом допустимых отклонений.

Водогрейные котлы бывают малой (4—65 кВт), средней (70—1750 кВт) и большой (от 1,8 МВт) мощности.

Номинальная температура воды на входе — температура воды, которая должна обеспечиваться на входе в водогрейный котел при номинальной теплопроизводительности с учетом допустимых отклонений. Составляет для разных моделей 60—110 °C.

Минимальная температура воды на входе — температура воды на входе, обеспечивающая допустимый уровень низкотемпературной коррозии труб поверхностей нагрева (под действием выпадающего из газов конденсата). Зависит от влажности и сернистости топлива; обычно для газовых котлов составляет 60 °C, для редких моделей чуть ниже.

Максимальная температура воды на выходе — температура воды на выходе из водогрейного котла, при которой обеспечивается номинальное значение недогрева воды до кипения при рабоче° Cм давлении. Основной параметр для классификации котлов как опасных объектов, в СНГ нормативы чётко различают котлы до 115 °C включительно и свыше этой величины. Номинальная температура на выходе может составлять от 70 °C до 150 °C и выше.

Температурный градиент воды в водогрейном котле — разность температур воды на выходе из котла и на входе в котел. Чугунные котлы имеют по этому параметру более жёсткие ограничения по сравнению со стальными.

Промышленные печи

Печь может быть определена как устройство, в котором происходит образование тепла из какого-либо вида энергии и передача его нагреваемому материалу. Нагрев материала преследует различные технологические цели: плавление, термическую обработку, нагрев перед обработкой давлением, сушку и т. д., но во всех случаях главными процессами, определяющими конструкцию и работу печей различного технологического назначения, являются: превращение энергии в тепло и передача тепла материалу. Исключительно большое многообразие применяющихся в промышленности печей вызывает необходимость их классификации. В основу классификации должен быть положен процесс или признак, наиболее существенно определяющий работу конструкцию печи.

Проф. М. А. Глинковым сформулированы основные положения общей теории тепловой работы печей, в соответствии с которой все печи разделяются на две основные группы: печи-теплогенераторы и печи-теплообменники.

В печах-теплогенераторах выделение тепла происходит в самом нагреваемом или расплавляемом материале за счет протекающих в нем экзотермических химических реакций или за счет подвода к нему электрической энергии. К ним относятся конвертеры, индукционные печи и те печи сопротивления, в которых тепло выделяется в самом изделии при протекании по нему электрического тока. Внешний теплообмен, т. е. теплообмен с окружающей средой, не играет в этих печах существенной роли.

В печах-теплообменниках тепло, выделяющееся в печи, передается обрабатываемому материалу. В зависимости от способа передачи тепла режимы работы печей-теплообменников разделяются и рассматриваются по признаку теплообмена в рабочем пространстве. Теплообмен является главным процессом, общим для всей этой группы печей и определяющим их производительность.

Внешний теплообмен, т. е. передача тепла к поверхности материала, осуществляется либо излучением (что соответствует радиационному режиму работы), либо конвекцией (конвективный режим работы печей). Особое место занимают печи, в которых происходит нагрев и плавление сыпучих материалов (вагранка) и где разделить передачу тепла излучением и конвекцией невозможно. Теплообмен в таких печах выделяется в самостоятельный режим, называемый слоевым. Как уже упоминалось, все подвергаемые нагреву тела могут быть разделены на тонкие и массивные, причем мерой тепловой массивности тела, определяющей величину перепада температур по его сечению, служит величина критерия Био. Установлено, однако, что определяющую роль при нагреве тонких и массивных тел играет внешний теплообмен, что позволяет все возможные режимы работы печей разделить на три группы.

1. Радиационный режим  внешнего теплообмена: для тонких  тел;

для массивных тел.

2. Конвективный режим  внешнего теплообмена: для тонких  тел;

для массивных тел.

3. Слоевой режим внешнего  теплообмена.

Подобное деление не исключает рассмотрения печей со смешанным режимом; существуют печи, в которых тепло частично подводится к обрабатываемому материалу извне (т. е. из рабочего пространства), а частично выделяется в нем самом. В таких печах сочетаются черты печей-теплообменников и печей-теплогенераторов. В большей части печей-теплообменников теплообмен излучением сопровождается передачей тепла за счет конвекции, причем доля конвективного теплообмена может быть сравнительно велика, особенно при вынужденном движении газов. Соответственно в печах с конвективным режимом работы в общей передаче тепла всегда имеет место некоторая доля лучистого теплообмена.

Однако в подавляющем большинстве случаев можно выделить преобладающий процесс: либо процесс тепловыделения, либо процесс теплообмена, в котором доминирует тот или иной вид передачи тепла. Это позволяет осуществить приведенное выше разделение печей на печи-теплогенераторы и печи-теплообменники, а в печах-теплообменниках выделить преобладающий способ передачи тепла и соответственно установить режим тепловой работы.

 

 

Задача 1

Газ в количестве G содержится в цилиндре под поршнем площадью F

Начальная высота газового объема под поршнем Поршень давит на газ с постоянной силой Р. При нагревании газа поршень выдвигается из цилиндра и высота газового объема под поршнем увеличивается до .

Требуется определить:

 р - давление газа, Па:

L - работу- газа, Дж:

l - удельную работу газа, Дж/кг:

, - начальный и конечный объемы газа, м3;

, - начальный и конечный удельные объемы газа, м3/мкг;

ρ1, ρ2 - начальную и конечную плотности газа, кг/м3;

      , начальную и конечную температуры газа, С;

Q – теплоприток, Дж; q - удельный теплоприток к газу, Дж/кг:

ΔU - прирост внутренней энергии газа, Дж;

Δи - прирост удельной внутренней энергии, Дж/ кг;

ΔH - приросты энтальпии, Дж;

Δh - прирост удельной энтальпии газа, Дж/ кг.

Изобразить процесс расширения газа в диаграммах р-v и Т-S. Показать, как на диаграммах выражаются работа и теплоприток.

 

 

 

 

 

Последняя цифра шифра	5
G, кг	0,5
F, м2	0,5
Р, кН	50
y1,м	1,0
y2,м	1,3
Предпоследняя цифра	4
газ	N2

 

 

Решение:

1)Начальный и конечный  объем газа:

=F*

=0,5*1=0,5

=F*

=0,5*1,3=0,63

2)Начальные и конечные  удельные  объемы газа:

=/

=0,5/0,5=1 /кг

=/

=0,63/0,5=1,3 /кг

     3)Начальные  и конечные плотности газа:

ρ1=G/=0,5/0,5

ρ2=G/=0,5/0,63

4)Начальные и конечные  температуры  газа:

P=

== К

== К

L=P*(-)=50000*(1,3-1)=15000Дж

l=L/G=15000/0,5=30000Дж/кг

5) Определяем теплоприток и удельный  теплоприток  к газу:

q =*(-)=1,05*438-337)=106050 Дж/кг

Q=q*G=106050*0,5=53025Дж

6)Определяем приросты  энтальпии и удельной энтальпии

 ΔH =Q=53025 Дж

Δh =q=106050 Дж/кг

7)Определяем приросты  внутренней энергии газа и  его удельной внутренней          энергии

Δи =q -l  =106050-30000=76050Дж/кг

ΔU =Q-L =53025-30000=23025Дж

  
Задача 2

Две жидкости и , имеющие разную температуру, разделены плоской стенкой площадью поверхности F, через которую проходит стационарный тепловой поток Q. Толщина стенки δст, ее коэффициент теплопроводности температура горячей жидкости  ,  холодной    температура поверхности стенки со стороны горячей жидкости tc1, коэффициент теплоотдачи температура поверхности стенки с противоположной стороны tc2, коэффициент теплоотдачи

Требуется представить последовательность и формулы для вычисления:

• плотности теплового потока через стенку q:

• теплового потока через стенку Q;

• двух температур  ,  , 

Решение:      

1. Плотность теплового потока  q  из уравнения теплоотдачи (закон Ньютона-Рихмана):

 

где - коэффициент теплоотдачи от горячей среды к стенке, - температура горячей среды, - температура стенки.

     2)  две температуры  ,  :

Из уравнения теплопроводности для плоской стенки:

= +;

Из уравнения  теплопередачи для плоской стенки:

q= K*),

=

 

+ ;

 

3) Тепловой поток через  стенку Q;

 

 

Задача 3

Пищевое предприятие, вырабатывающее продукцию А и В, получает водяной пар из собственной котельной.

Известно, что:

• по требованию технологии производства необходимо, чтобы греющий пар на выходе из котла имел температуру не ниже значения t0, при степени сухости пара х = 0.99:

• часовая выработка продукции А равна pа при норме расхода пара

• часовая выработка продукции В равна рв, при норме расхода пара

• расход тепловой энергии на отопление предприятия равен Qот;

• расход тепловой энергии на вентиляцию цехов предприятия равен Овент:

• расход пара на нагревание воды для технологических и хозяйственных нужд в отопительный период равен .

Требуется:

1. Представить принципиальную схему теплоснабжения предприятия с собственной котельной.

2. Определить расход пара на нужды предприятия при условии, что температура конденсата на выходе из подогревателей tK = 80 °С.

	4
рА,т/ч	4,3
dA, кг/т	160
рВ,т/ч	0,5
dВ, кг/т	560
t0 , 0C	175
	5
QОТ ,кВт	240
QВЕНТ,кВт	290
DГВ,кг/ч	240

 

 

Решение:

1. = pА*/3600=4,3*160/3600=0,19 кг/с

= pB*/3600=0,5*560/3600=0,08кг/с

===0,1 кг/с

- коэффициент  потерь, (0,98)

-энтальпия конденсата

 при температуре 175°С и 80°С

*(1-0,99)=2772,7*0,99+334,92*0,01=2748.32

=4,19*

4)=== 0,07 кг/с

5)===0,12 кг/с

∑D=+++=0,19+0,08+0,1+0,07+0,12=0,56кг/с

Расход пара на нужны предприятия составит 0,56. Тип котельной  ДЕ 2,5-14

Схема теплоснабжения предприятия с собственной котельной.