Теплотехнічі установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Житомирський Державний Технологічний Університет

Контрольна робота

По курсу „ Теоретичні основи теплотехніки”

Виконав:

студент групи ЗТК 03-2

Харчук М.В.

Перевів:

Василюк Г.Д.

Житомир 2003 р.

Зміст

Вступ

1. Опис теплотехнічної установки базового підприємства

2. Основні закони ідеальних газів. Рівняння стану ідеальних газів. Суміш ідеальних газів. Способи задавання суміші газів. Рівняння стану суміші ідеальних газів

3. Охорона навколишнього середовища від впливу тепло- і енергосистем

4. Задача

Вступ

Найважливіша проблема енергетики на сучасному етапі - проблема забезпечення виробництва енергоносіями.

Збільшення споживання паливно-енергетичних ресурсів у комплексі із збільшенням їхньої вартості в промисловості зумовлюють проблеми ефективного їх використання. При цьому береться до уваги як собівартість виробництва, так і необхідний захист навколишнього середовища від так званого „теплового” забруднення, а також забруднення власне продуктами згорання палива.

Багато технологічних процесів різних виробництв супроводжуються підведенням та відведенням теплоти. Від правильності ведення цих процесів залежить продуктивність установок і якість продукції, що виготовляється. Поки що енергетична ефективність багатьох технологічних процесів надзвичайно низька. Головна роль у розробці менш енергоємних технологій належить технологам-неенергетикам. Тому знання у галузі аналізу теплових процесів і уміння управляти цими процесами необхідні кваліфікованому інженеру-механіку незалежно від того, у якій галузі він працює. Це визначає роль теплотехніки - загально інженерної дисципліни, що вивчає методи здобування, перетворення і використання теплоти та пов'язані з цим апарати і пристрої.

Програмою дисципліни „Теоретичні основи теплотехніки” передбачається:

· Отримання студентами знань теплотехнічної термінології, вивчення законів перетворення енергії і одержання корисного ефекту (теплоти або роботи), методів аналізу ефективності використання теплоти, основ конструкцій, роботи, галузей використання теплоти, основ конструкцій, роботи, галузей використання теплоти, основ конструкцій, роботи , галузей використання і потенційних можливостей теплотехнічного обладнання (теплових двигунів, теплообмінювачів, печей тощо);

· Освоєння студентами основ теорії теплообміну та уміння використовувати ці знання для конкретних розрахунків теплопередачі в промисловому обладнанні;

· Формування у студентів навичок експериментально визначати основні параметри процесів теплообміну та характеристики теплового обладнання, вміння використовувати виміри основних теплотехнічних параметрів, які існують в конкретній галузі промисловості.

Дисципліна складається з двох частин. В першій частині викладаються теоретичні основи технічної термодинаміки. У другій - основи теорії теплообміну. Крім того розглядаються , як приклади, деякі теплотехнічні установки і агрегати, що використовуються в машинобудівному комплексі Житомирщини.

1. Опис теплотехнічної установки базового підприємства

Апарат опалювальний газовий побутовий з водяним контуром типу АОГВ- 7,5С.

1. Технічні дані.

1.1 Апарат призначений для тепло забезпечення жилих та громадських приміщень в спорудах до 10 поверхів включно, оснащених системами водяного опалення з робочим тиском до 10 кПа (0,7 кгс/смІ)и температурою до 85є С.

Апарат АОГВ- 7,5С опалює приміщення з тепловтратами до 7,5 кВт (з опалювальною площею до 100 мІ ).

Крім того, апарат, що має встроєний водонагрівач проточного типу, може забезпечувати підігрів водопровідної води на побутові потреби.

1.2 Апарат має герметичну камеру згорання , тобто здійснює забір повітря зовні від споруди і випуск продуктів згорання за границі споруди по своїм горизонтальним каналам через отвір в зовнішній стіні споруди та вітрозахисний пристрій зовні, тому не потребує вертикального димоходу.

1.3 Для найбільш повного задоволення попиту користувачів апарати випускаються в різноманітних конструктивних виконаннях, а саме:

1.3.1. По роз положенню органів керування і підводу газу - праве виконання і ліве.

В апараті правого виконання органи управління і підвід газу розволожені з правої сторони, а патрубки для під'єднання апарата до системи опалення - з лівої. В апараті лівого виконання органи управління і підвід газу розволожені з правої сторони, а патрубки для під'єднання апарата до системи опалення - з правої.

1.3.2. За наявністю встроєного водонагрівника проточного типу - з водонагрівником та без нього. Апарати з водонагрівником мають в позначенні додаткову букву „В” (АОГВ-7,5С-В).

1.3.3. За наявністю обшиви апарату, яка покращує його зовнішній вигляд і знижає температуру зовнішніх поверхонь - з обшивкою та без неї.

1.3.4. За наявністю п'єзорозпалу запальної горілки - з п'єзорозпалом та без нього (з розпалом газової горілки сірником).

1.3.5. Апарати випускаються з будь-якою комбінацією (набором) пролікованих вище конструкторських виконань.

1.4. Апарат працює на природному газі по ГОСТ 5542-87 з номінальним тиском 1274 Па (130мм вод. ст.) або 1960 Па (200 мм вод. ст.).

1.5. Циркуляція води через апарат здійснюється за рахунок різниці густин нагрітої та охолодженої води.

1.6 Теплова потужність апарату складається з потужності, що передається в теплоносій (воду), і потужності прямої тепловіддачі з зовнішніх поверхонь апарату, який обігріває приміщення, в якому встановлено апарат.

В апаратах з водонагрівачем частина газу, отримана теплоносієм (водою системи опалення) в апараті, витрачається на нагрівання водопровідної води, що проходить через змійовик.

1.7 Основні технічні параметри і розміри апарату викладені в таблиці 1.

Назва параметра	Норма для апарату
Номінальна теплова потужність, кВт	7,5
Теплова потужність, що передається в теплоносій,кВт, не менше	6,4
ККД%	До
Діапазон настройки температури нагріву води (теплоносія), єС	45-85є
Об'єм води в апараті, л, не менше	15
Робочий тиск води, кПа (кГс/см2), не більше	70 (0,7)
Параметри водонагрівача:
Витрата води при нагріванні (Дt) на 25єС при температурі теплоносія на виході з апарату (85-5)єС, л/хв., не менше	4
Робочий тиск води, кПа (кГс/см2) не більше	600 (6)
Максимальна витрата газу, м3/год	0,9
Вміст оксиду вуглецю в сухих нерозчинених продуктах згорання мг/м3 (%об.), не більше	625 (0,05)
Вміст оксидів азоту ( в перерахунку на NO2) в сухих нерозчинених продуктах згорання, мг/м3 (%об.), не більше	240 (0,012)
Найбільша швидкість вітру, при якій апарат зберігає свою робото здатність, м/с	10
Товщина зовнішньої стіни споруди, скрізь яку проходить газохід, мм	250-490
Коректований рівень звукової потужності працюючого апарату дБА, не більше	55
З'єднальна різьба патрубків
Для з'єднання з системою водяного опалення	G1Ѕ
Для підвода газу	GЅ
Водонагрівача	GЅ
Габаритні розміри, мм, не більше:
Висота	730
Ширина	250
Довжина	600
Маса, кг, не більше	65
При завищених тепловтратах приміщення чи завищеної площі отоплювальних приборів температура води може не досягати 85єС. Що не є ознакою браку

1.8 Апарат має вказувач температури для візуальної оцінки температури, що виходить з нього.

1.9 апарат оснащений автоматикою регулювання безпеки „Арбат-11”, яка відповідає вимогам безпеки діючих стандартів на газові апарати і автоматично підтримує задану температуру води на виході з апарату.

Маса кольорових металів, що входять в склад деталей і вузлів апарату, підлягаючих здачі лома при повному зносі, кг:

-алюмінієві сплави 0,35

-мідь і сплави на мідній основі 2,6 ( з них 2,3 - . водонагрівач)

-цинкові сплави 0,43

2. Будова апарату.

2.1 Апарат, складається з слідуючи основних частин: корпуса, газоходу, газо горілочного пристрою, кришок, які закривають верхній пройом корпуса, з'ємного піддона, що закриває нижній пройом корпуса вказувача температури, дверці і кожуха. Для забезпечення герметичності топки апарата між корпусом і газоходом, газо горілочним пристроєм, кришкою і піддоном встановлені уплотняючі прокладки. Для зменшення температури нагріву верхньої і задньої поверхні апарату між кришками, а також між кожухом і димовим каналом встановлені теплоізоляційні проклад, а також має спускний гвинт, призначений для зливу конденсату при накоплені його в піддоні.

2.2 апарат додатково має:

-водонагрівач, що являє собою змієвик з мідної труби. Розміщеної в верхній частині водяної рубашки і має два штуцери з різьбою G-Ѕ на боковій поверхні корпуса для під єднання;

-обшиву, закриваючу фронтальну і бокову поверхню корпусу;

-систему п'єзорозпалу, що складається з кнопки п'єзогенератора, проводу високовольтного і свічки п'єзорозпалу;

-нез' ємний піддон з кришкою для чистки нижньої камери повітряний канал, призначений для подачі повітря від газоходу до нижнього пройому камери згорання і димовий канал, призначений для випуску продуктів згорання в димохід. На боковій стінці корпуса розташовані патрубки - нижній і верхній з під'єднувальною різьбою GЅ для під'єднання апарата до системи опалення. На повітряному каналі розташовані провушини, призначені для кріплення апарата на стіні приміщення, що опалюється.

2.4 Газохід являє собою 2 екцентрично розташовані одна в другій труби , кожна з яких складається з двох телескопічно з'єднаних секцій, що дозволяє змінювати загальну довжину газоходу в залежності від товщини зовнішньої стіни приміщення, в якому встановлюється апарат. Внутрішня труба являє собою повітрьохід, по якому зовнішнє повітря поступає в камеру згорання. При установці апарата повітрьохід закладається в стіну споруди. Для забезпечення надійної роботи апарату в вітряну погоду на кінці газоходу встановлюється ковпак з основою, що утворює вітрозахисний пристрій.

2.5 Газогорілочний прилад складається з панелі і закріплених на ній основної і запальної горілок, автоматики регулювання і безпеки типу „АРБАТ - 11” з термодатчиком і термопарою. патрубку з соплом і коліна. Сопло запальної горілки має діаметр отвору 0,5 мм. Сопло основної горілки має отвір діаметром 2,5 мм.

У склад газо горілочного приладу входять також дросель з комплекту поставки, який встановлюється тільки у випадку роботи апарату на номінальному тиску газу 1960 Па ( 200 мм.рт.ст.) між торцями коліна 30 і газо підводної труби ( в з'єднувальну муфту 1/2" ).

В апараті для розпалу в верхній частині панелі встановлена кнопка п'єзогенератор, яка з'єднується високовольтним проводом з свічкою п'єзорозпалу, що встановлена над запальною горілкою, другим проводом в ланцюгу п'єзорозпалу являються металічні деталі апарата. Для спостереження за роботою основної і запальної горілок в згорання.

2.3 Корпус 1 апарата відповідно з рисунком 1 являє собою зварну металоконструкцію, яка складається з камери згорання 14, навкруги якої розташована водяна рубашка.

Камера згорання має 4 відкритих пройма - верхній, призначений для очистки камери згорання, нижній - для подачі повітря в камеру згорання; топочний - для установки газо горілочного приладу і задній для підводу повітря і відводу продуктів згорання. На задній стінці корпусу розташований панелі існує прямокутне смотрове вікно з термостійким склом.

2.6. Автоматика „АРБАТ - 11” являє собою пристрій для автоматичного регулювання теплової потужності апарату і його вимикання в випадку виникнення аварійних ситуацій, обговорених діючими нормами і правилами.

2.7 Доступ до горілок, термодатчика, термопари, органам управління апаратом і виказувачу температури води, що виходить виконується відкриванням дверцят.

2.8 Дверцята виконані з стального листа, закріплені на корпусі шарнірно і призначені для захисту від механічних ушкоджень вказувача температури і автоматики, а також для покращення зовнішнього вигляду виробу.

2.9 Конструкція апарату забезпечує:

2.9.1 Автоматичне підтримання заданої температури води в апараті і системі опалення.

2.9.2 Автоматичне вимкнення горілок при припинені подачі газу чи забиванні димоходу;

2.9.3 Автоматичне вимкнення горілки основної при погасанні горілки запальної.

2.10 керування апаратом виконується кнопками, розташованими на автоматиці спусковою, вимикиаючою і ручкою терморегулятора.

5.11 На ручці терморегулятора є шкала, яка слугує для виставлення бажаної температури згідно таблиці:

Цифра на ручці терморегулятора	0	2	3	4	5	6
Температура води єС	Вимк.	45	55	65	75	85

1. Порядок роботи.

3.1 Починати експлуатацію апарата необхідно після підключення апарата до газової системи і до системи опалення, а також до водопроводу, причому система опалення повинна бути повністю заповнена водою.

3.2 Для вмикання апарату відповідно до рисунка 1 необхідно6

3.2.1 подати газ до автоматики, відкрив кран на газопроводі.

3.2.2 Відкрив дверці 8, повернути ручку терморегулятора до відказу в положення „0” , відсунути заслонку смотрового вікна в сторону, натиснути до характерного клацання і відпустити кнопку-п'єзогенератор. Розпал запальної горілки здійснюється одиночною іскрою, що проскакує в зазорі між кінцями свічки п'єзорозпалу і електрода при натисненні кнопки-п'єзогенератора. Якщо від першої іскри горілка н запалилась, кнопку-п'єзогенератор натиснути знову.

3.2.3 поворотом ручки терморегулятора задати автоматиці потрібну температуру води, при цьому повинна запалитись горілка основна. Закрити заслонку смотрового вікна і дверцята.

3.3 Для вимикнення апарату необхідно:

3.4.1 повернути ручку терморегулятора в положення „0”.

3.4.2 Натиснути кнопку вимикаючу.

3.4.3 Закрити кран на підводячому газопроводі.

3.5 Не допускається одночасне натиснення пускової і вимикаючеї кнопки, так як це приводить до поломки вимикаючого ричага всередині автоматики „ АРБАТ - 11”.

3.6 В системі опалення, яка має апарат з водонагрівачем, при інтенсивному відборі водопровідної води на побутові потреби виникає природне сповільнення або припинення циркуляції води (теплоносія), що приводить до тимчасового зниженню температури радіаторів. В цьому випадку рекомендується встановлювати ручку терморегулятора на максимальний нагрів 9 положення „6”).

3.7 апарат з водонагрівачем дозволяє нагрівати водопровідну воду на побутові потреби і в літній (не опалювальний) період при вимкненні опалення. Для цього при повністю заповненій системі опалення необхідно перекрити кран або усі крани у кожного радіатора, вмикнути апарат і встановити ручку терморегулятора на максимальний нагрів (положення „6”). В цьому випадку апарат працює в режимі проточного водонагрівача:

-при витраті нагрітої водопровідної води основна горілка горить;

-при відсутності витрати температура теплоносія в апараті підвищується до максимального значення, основна горілка проходить в режим „мале полум'я”, а потім гасне і горить тільки запальна.

3.8 В системі отоплення , що має апарат з водонагрівачем, вентиль відключення повинен бути постійно відкритим для запобігання пошкодження змійовика недопустимо високим тиском.

2. Основні закони ідеальних газів. Рівняння стану ідеальних газів. Суміш ідеальних газів. Способи задавання суміші газів. Рівняння стану суміші ідеальних газів

Основні закони ідеальних газів

За ідеальні визнають такі гази, у яких відсутні сили взаємного притягання та відштовхування між молекулами, а об'єм, який займають молекули, безмежно малий порівняно з міжмолекулярним простором. Частки ідеального газу здійснюють безладний тепловий рух. Зіткнення між ними є абсолютно пружними ударами. Внутрішня енергія ідеальних газів залежить тільки від їх температури. В природі ідеальних газів не існує, однак вивчення їх основних властивостей викликає значний практичний інтерес. Причина полягає в тому, що усі реальні гази при малому тиску (p > 0) та високих температурах наближені за своїми властивостями до ідеальних газів. А ряд газів (водень, гелій, кисень, азот) вважаються ідеальними при густині, яка відповідає нормальним умовам.

Стан будь - якого можна охарактеризувати сукупністю взаємозалежних термодинамічних параметрів стану: питомого об'єму v, абсолютної температури Т і тиску р. Існуючий взаємозв'язок між цими величинами виражається загальним співвідношенням: , яке називають термодинамічним рівнянням стану.

Рівняння стану можна надати іншу форму:

тобто при заданому рівнянні для визначення стану системи достатньо знати два основних параметри з трьох, які виявляють зв'язок між двома параметрами стану газу за умови сталості будь-якого третього параметра і при постійності маси m.

1. Закон Бойля-Маріотта. Цей закон установлює залежність між абсолютним тиском ідеального газу та питомим об'ємом в процесі постійній температурі. При T = const:

pv = const,

або для двох значень стану газу:

p₁v₁ = p₂v₂

тобто при постійній температурі добуток тиску на питомий об'єм є величина постійна. Або, як випливає з останньої формули: , тобто при постійній температурі питомий об'єм ідеального газу здійснюється обернено пропорційно його тиску.

2. Закон Гей-Люссака. Цей закон установлює залежність між абсолютною температурою та питомим об'ємом ідеального газу при постійному тиску.

При p = const:

,

або для двох значень стану газу:

або

тобто при постійному тиску питомий об'єм ідеального газу змінюється прямо пропорційно абсолютній температурі.

3. Закон Шарля. Цей закон виявляє залежність між тиском і абсолютною температурою ідеального газу при постійному об'ємі.

При v= const: ,

або для двох значень стану газу:

чи ,

Рівняння стану ідеальних газів

Згідно з молекулярно-кінетичною теорією газів абсолютний тиск газу прямо пропорційний кількості молекул в одиниці об'єму та їх середній кінетичній енергії: теплотехнічний газовий установка

, (2.1)

де n - кількість молекул в одиниці об'єму;

m - маса молекули

w² - середня квадратична швидкість поступального руху молекули;

mw²/2 - середня кінетична енергія поступального руху молекули.

Кількість молекул в одиниці об'єму дорівнює:

(2.2)

де Nґ - кількість молекул в одному кілограмі газу;

v - питомий об'єм газу.

Середня кінетична енергія поступального руху молекул газу пов'язана з його абсолютною температурою Т співвідношенням

, (2.3)

де k - стала Больцмана, k = 1,380662·10^-23 дж/К.

Отже, підсавляючи (2.2) і (2.3) до рівняння (2.1) отримаємо:

,

тоді: (2.4)

припустимо, що газ, який знаходиться у стані, що визначається параметрами p₁, v₁, T₁, змінює свої температуру, тиск та об'єм і переходить до стану, який визначається параметрами p₂,v₂, T₂. Тоді початковий і кінцевий стан газу будуть визначатися такими рівняннями:

,

.

Розділивши за членами обидва рівняння, отримаємо:

або . (2.5)

це рівняння має назву об'єднаного закону Бойля-Маріотта та Гей-Люссака. Воно виявляє, хо для одного і того ж газу величина при переході даної маси його з одного стану в інший зберігає постійне значення, тобто:

Постійну величину. Віднесену до 1 кг газу. Позначають через R і називають питомою газовою сталою, тобто

звідки : (2.6)

Рівняння (2.6) пов'язує між собою основні параметри стану ідеального газу: абсолютний тиск р (Па), питомий об'єм v (м³/кг) і абсолютну температуру Т (К). Воно має назву термічного рівняння стану ідеального газу і записане для маси газу 1 кг.

Уперше це рівняння вивів Клапейрон у 1834р. на основі досвідних законів Бойля-Маріотта і Гей-Люссака.

Для будь-якої кількості газу масою m рівняння стану має вигляд: (2.7)

Де - об'єм, який займає газ масою m, м³.

Питома газова стала R для кожного газу набуває цілком певного значення.

Фізичний смисл її легко визначити із розмірності:

Отже, R являє роботу 1 кг газу при р=const і зміні температури газу на 1К.

Числові значення сталої деяких газів наведені у таблиці:

Величина газової сталої

Назва газу	Хімічна формула	Питома газова стала при нормальних умовах,Дж/(кгК)
Азот	N2	297
Водень	Н2	4130
Водяна пара	Н2О	462
Гелій	Не	2080
Двоокис вуглецю	СО2	189
Кисень	О2	260
Метан	СН4	520
Окис вуглецю	СО	297
Повітря	-	287

Рівнянню Клапейрона можна надати універсальну форму, яка не містить індивідуальної константи, що залежить від природи газу, якщо віднести газову сталу до 1 кмолю газу, тобто до кількості газу, маса якого в кілограмах чисельно дорівнює його молекулярній масі. Маса одного кіломоля позначається м і вимірюється в кг/кмоль. Рівняння стану для 1 кмоль газу можемо отримати із рівняння (2.6). якщо помножимо обидві частини його на молярну масу:

(2.7)

де V_м=мv - молярний об'єм ідеального газу, м³/кмоль.

Згідно із законом Авогадро, при однакових тиску і температурі різні гази мають однаковий молярний об'єм. Отже, величина

має однакове значення для 1 кмоль усіх газів.

Цю величину називають універсальною газовою сталою і позначають R_м. При нормальних фізичних умовах (Т = 273,15 К, р = 1,0132·10⁵ Па) молярний об'єм будь-якого газу Vм = 22.415 м³/кмоль, а універсальна газова стала дорівнює

Виходячи з вищесказаного, рівняння стану для 1 кмоль ідеального газу може бути написане у такому вигляді:

або .

Ця рівняння виведене Д.І. Менделєєвим у 1874р. на основі рівняння Клапейрона (2.4) і носить назву рівняння Клапейрона-Менделєєва.Чисельне значення питомої газової сталої можна розрахувати за формулою:

Суміш ідеальних газів

В теплотехнічних розрахунках часто доводиться мати справу не з окремими газами, а з газовими сумішами різних складів, що являють собою механічну суміш окремих газів, які не вступають між собою у хімічні реакції. Саме газові суміші частіше за все застосовуються на практиці як робочі тіла. Газовою сумішшю є оточуюче нас повітря, яке являє собою суміш азоту, кисню, вуглекислого газу, водяної пари, ряду інших інертних та інших газів. Якщо взяти, наприклад, процеси згорання палива в різних теплотехнічних установках, то газовими сумішами є як саме паливо - природний газ (суміш вуглеводів, метану, інертних газів, сірководню та ін.) чи доменний газ (суміш водню, азоту, окису та двоокису вуглецю), так і продукти його згорання ( суміш вуглекислого газу, окисів азоту, водяної пари та ін.).

Для здійснення розрахунків з газовими сумішами необхідно установити параметри, що характеризують їх стан. Кожний газ, що входить у суміш, поводить себе незалежно від інших газів і займає весь наданий для суміші об'єм, зберігаючи при цьому усі свої властивості. Усі гази в суміші у рівноважному стані мають однакову температуру, що дорівнює температурі суміші:

При цьому кожний газ творить такий тиск, який він здійснював би , якщо один займав увесь об'єм суміші при її температурі. Цей тиск має назву парціального тиску даного газу.

Загальний тиск суміші газів у такому випадку виявляється таким, що дорівнює сумі значень парціального тиску всіх газів, яків входять до складу суміші (закон Дальтона 1801р.):

(2.11)

Де р_У - загальний тиск суміші газів; р₁, р₂, р₃, ..., р_п - значення парціального тиску окремих газів суміші.

На відміну від чистих речовин, для яких достатньо знати тільки два будь-яких параметри стану, щоб повністю інші, для суміші газів при визначені будь-якого параметра стану потрібно знати ще й склад суміші - z. Тоді рівняння стану суміші газів у загальному вигляді запишеться так:

Склад суміші газів визначається кількістю кожного компонента, що входить до неї, і може задаватися масовими, об'ємними або мольними частками.

3. Охорона навколишнього середовища від впливу тепло- і енергосистем

Сучасні теплові і енергетичні системи негативно впливають на навколишнє середовище. Для забезпечення їх роботи залучаються значні природні ресурси (паливо, вода, будівельні матеріали). Через технологічні (паливопостачання) і природні (стік рік, повітряні течії, підземна фільтрація) зв'язки,їх вплив передається на значні відстані і це повинно бути враховано локалізовано і максимально нейтралізовано.

Крім того, повністю змінюється рельєф місцевості, характеристики і розподіл повітряних течій і поверхонь стоку, порушується ґрунтовий шар, рослинний покрив, режим ґрунтових вод. Ці зміни, виробничі шуми й освітленість у нічний час призводять до порушення екологічної рівноваги. Викид великих мас теплоти і вологи значними порціями викликає зниження сонячної світності, утвореної низькою хмарністю і туманами, мрячними дощами, інеєм, ожеледицею, зледенінням доріг і конструкцій. Газопилові викиди забруднюють атмосферу вуглекислотою, сажею, оксидами азоту, сірчистою і сірчаною кислотами. Це викликає корозію споруджень і устаткування, зменшує сонячне опромінення території. При неповному згоранні палива можуть утворюватися поряд з оксидом вуглецю СО вуглеводи СН₄, С₂Н₂, а також канцерогенні речовини.

Органами санітарної інспекції установлені гранично допустимі концентрації забруднень, що скидаються у воду.

Заходи щодо охорони природи і раціонального використання її ресурсів України є складовою частиною загального державного плану економічного і соціального розвитку, тобто мають відповідну матеріальну базу та фінансове забезпечення.

Нормативи допустимого забруднення

Забруднююча речовина	Гранично допустима концентрація, мг/м3
	Одноразова (за 20 хв)	Середньодобова (за 24 год)
Пил нетоксичний	0,5	0,15
Сірчистий ангідрид	0,5	0,05
Оксид вуглецю	3,0	1,0
Діоксид азоту	0,085	0,085
Сажа	0,15	0,05

Серед основних шляхів охорони навколишнього середовища від шкідливого впливу тепло- і енергосистем слід зазначити застосування технологій з мінімальною потребою теплоносіїв, шкідливих речовин. До їхнього числа відносять технології, що збільшують коефіцієнт використання палива і зменшують кількість прямих і повторних забруднень.

Застосування в проектах передових рішень і конструкцій, ведення режимів із номінальними параметрами, забезпечують високий ККД і, отже, підвищення коефіцієнту використання палива і зниження питомих викидів шкідливих речовин.

За абсолютними даними кількості викидів оксидів сірки від ТЕЦ і промислових котелень, що спалюють сірчисте паливо, досягають десятки мільйонів тонн. При утриманні в повітрі SO₂ 0,2-0,3 мг/м³ порушуються фотосинтез і подих рослин. При 20 мг/м³ спостерігається помітне подразнення органів подиху людини.

Засоби запобігання викиду шкідливих оксидів сірки з димовими газами полягає в попередньому очищенні палива від сірки до його спалення, і в очищенні продуктів спалювання сірчистого палива від оксидів сірки в самому процесі горіння або після охолодження димових газів (за котлом). Найбільш технологічно простим засобом боротьби зі шкідливими викидами, у тому числі викидами оксидів сірки, є будівництво високих димарів, що забезпечують розсіювання шкідливих домішок на великі площі і зниження місцевих концентрацій їх до припустимих меж, які за мете реологічними умовами не завжди збігаються з середніми розрахунковими даними, прийнятими за основу в проектах, що призводить до різких перевантажень шкідливими речовинами на невеличких площах із відповідними негативними наслідками для флори, фауни і людей.

Засоби щодо зниження залишків оксидів азоту в продуктах спалювання палив (NO i NO₂).

1. Зменшити частку первинного повітря в тепло повітряній суміші, зменшуючи процес перемішання тепло повітряної суміші з потоком вторинного повітря.

2. Застосувати рециркуляції газів, зі зниженням t є С гарячого повітря, збільшенням відстаней між ярусами пальників і між пальниками в ярусі.

Для зниження зберігання оксидів азоту в продуктах спалювання застосовується також вприск води або пари в зону горіння. Зниження концентрації оксидів азоту при цьому відбувається за рахунок зменшення t є С у топці в результаті затрат теплоти на випаровування, більш тонкого розпилювання палива.

Наявність механічних домішок (попіл) у димових газах котельних установок визначається присутністю в паливі, що спалюється, мінеральної частини, яка коливається від 0,3% у мазуту до 0,55% у сланців. Вона небезпечна для здоров'я людини, губить рослинність, псує водоймища і с/г угіддя.

При оптимальному режимі експлуатації котлів єдиним засобом зниження викиду домішок є зменшення їх просочування через прискоуловлювач, що досягається вибором раціональної конструкції, особливо в частині, яка впливає на аеродинаміку потоку. В особливу групу також варто виділити фільтруючі плоуловлювачі. У яких частинки пилу затримуються простим елементом із розміром пор, менши за розмвр частинок пилу.

Очищення стічної води

Очищення стічної замазученої стічної води потрібно виконувати на всіх ділянках господарства: її кількість, а також ступінь забруднення мазутом можуть коливатися в широких межах. Забруднення водойм турбінним маслом відбувається в результаті його зливу з маслосистем, генераторів і трансформаторів. Проводяться профілактичні і технологічні заходи для зниження забруднення. Профілактичні - знижують забруднення води при зливі мазуту: герметизація верхніх люків, цистерн, використання кожухів на зливальних патрубках, спеціальний збір замазучених дощових вод і замасленого конденсату в особливих ємностях. Технологічні - очищення води від нафтопродуктів передбачає збір у прийомні люки (резервуари - пастки), розраховані на тригодинне перебування води. за цей час відбувається звільнення води від масла (близько 20%), частки якого спливають і видаляються шкребками через поворотні щілинні трубки. Ці шкребки видаляють осадки, що випали на дно.

Ці стічні води, що пройшли нафтопастку, надходять у флотатор. Флотаційне очищення стічної води від емульгованих нафтопродуктів засноване на принципі штучного насичення води повітрям. Повітряна суміш розподіляється по всьому перетину флотатора через обертову розподільну систему, розташовану у нижній частині. Ефективність видалення нафтопродуктів флотатором складає близько 30 %.

В цілому шляхи захисту навколишнього середовища такі:

1. Використання мало теплоємних технологій. Наприклад використання поверхневого закалювання струмом СВЧ, замість об'ємного.

2. зменшення втрат тепла, наприклад. Більш економічні водонагрівачі на мінімальній відстані від споживача тепла.

3. найбільш повне використання тепла відпрацьованих газів, наприклад, регенераторів в металургії.

4. Відновлюване енерго-теплопосачання.

5. Пошук нових шляхів тепло збереження.

4. Задача

В топці водогрійного котла спалюється природний газ з нижчою теплотою згорання .Визначити витрату натурального та умовного палива, якщо відомі ККД котлоагрегату (брутто) , витрати води М_в = 80 кг/с, температура води, що надходить до котла t₁ = 70єC та температура води що виходить з нього t₂ = 150 єC.

Визначити сумарну розрахункову витрату теплоти на технологічні потреби, опалення та гаряче водопостачання підприємства продуктивністю Р_і = 7,3т/год, що обслуговується даною котельною, якщо питома витрата теплоти на вироблення продукції продукції - q_i =1,26 ГДж/т, об'єм опалювальних будинків по зовнішньому обміру - V_з = 32·10³ м³, питома опалювальна характеристика будинків - q₀ =0,30 Вт/(м³·К); витрати гарячої води на технологічні, господарські та побутові потреби G_В = 6,4 кг/с; середня температура гарячої води = 50єС; температура холодної води t_х.в.= 20єС, розрахункова зовнішня температура повітря - t_зов= -15єС, коефіцієнт корисного використання теплоти у водонагрівниках з_в = 0,96 і теплоємність води с_в = 4186 Дж/(кг·К).

Визначити річні витрати електроенергії на власні потреби котельної ·г/рік та витрати на електроенергію S_Е , грн./рік, якщо кількість водгрійних котлів n = 3; номінальна потужність водогрійного котла - = 15 МВт; питомі витрати електричної потужностінак власні потреби котельні - N_в.п.= 33кВт/МВт; кількість годин роботи котельної на рік - h_кот = 8400 г/рік; коефіцієнт використання установленої електричної потужності К_ел = 0,6; ціна однієї кіловат-години - Ц_е = 6коп/кВт·г.

Розв'язок.

1. Розрахунок витрат натурального і умовного палива.

Рівняння теплового балансу котлоагрегату має вид:

Теплота, корисного використання в водогрійних котлах визначається за формулою:

, КДж/кг

Розрахунок натурального палива

, кг/с, де

М_в - витрата води, В - використання (витрата) натурального палива, h₁, h₂ - ентальпія води, що поступає в котел і виходить з нього, відповідно.

Коефіцієнт корисної дії котлоагрегату (брутто):

,КДж

кг/с

Q_р - розрахункова (нижча) теплота згорання палива,

Для газоподібного палива:

Q_p = Q_н^c + Q_фт + Q_тт + Q_пн ;

Q_н^c - нижча теплота згорання газоподібного палива,

Q_фт - фізична теплота палива,

Q_тт - теплота, що приходить з паливом,

Q_пн - теплота, що вноситься паровим надуванням.

Q_p = Q_н^c, інші складові враховуються ККД котлоагрегату.

Тоді ,

Q_н^c = 35800 КДж/м³, тоді

В = 80·(150 -70)·100 / ( 90·35800) = 0,2 кг/с;

Розрахунок умовного палива.

В_у = В·Е кг/с, де Е - тепловий еквівалент палива.

Е = Q_н^c / 29300 = 35800 / 29300 = 1,2218,

В_у = 0,2·1,2218 = 0,2444 кг /с

2. Розрахунок використання теплоти на технологічні потреби, опалення та гаряче водопостачання підприємства.

Розрахунок використання теплоти на технологічні потреби:

Q_тех = 278·10³·У q_i· Р_і (q_i і Р_і - за умовою)

Q_тех = 278·10³·1,26·7,3 = 2,56·10⁶ Вт

Розрахунок використання теплоти на опалення:

Q_оп = q₀· V_з (t_х.в - t_зов)

Q_оп = 0,3·32·10³·(20 - (-15)) = 336 кВт;

Середнє використання теплоти на гаряче водопостачання:

Q_гв = G_В · с_в·( t_х.в - t_зов) / з_в (з_в = 0,96; с_в=4186 Дж/кг·С)

Q_гв = 6,4·4186·(50 - 10) / 0,96 = 1,11·10⁶ Вт;

Розрахунок використання теплоти на гаряче водопостачання:

Q_гв^розр = 2·Q_гв = 2·1,11·10⁶ = 2,22·10⁶ Вт;

Загална кількість витрат теплоти:

Q = Q_тех· Q_оп· Q_гв^розр = 2,56 + 0,336 + 2,22 = 5,116 мВт;

3. Річні витрати електроенергії на власні потреби котельної:

Е_річ = N_вст· К_ел· h_кот;

Встановлена потужність теплоприймача:

N _вст = N_в.п· Q_вст;

Q_вст = Q_ном· n ;

N _вст = 10·3·33 = 1485 кВт;

Витрати на електроенергію:

Е_річ = 0,6·1485·8400 = 7484400 кВт·год

S_е = Е_річ· Ц_е / 10;

S_е = 7484400· 0,06 = 449064 грн / год

Размещено на Allbest.ru

...