Теплоэнергетическое оборудование

Задача 4.1.

Задан вид топлива, котельный агрегат производительностью D, величина всасывания воздуха в газоходах котлоагрегата Da и температура выходящих газов t_{вы х}.

Определить:

• состав рабочей массы топлива и его низкую теплоту сгорания, дать краткую характеристику топлива;

• способ сжигания топлива, тип топки для его сжигания, дать краткую характеристику устройства и работы топки, привести ее характеристики;

• теоретический V^o_п и действительный V_п объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг (1 м³) заданного топлива;

• объем продуктов сгорания V_пс на выходе из топки (при a_т) и из котлоагрегата (при a_вых)

• полезное тепловыделение в топке Q_{по л} ;

• теоретическую температуру горения t _гор ;

• энтальпию выходящих газов I _псвых при температуре t _вых.

Исходные данные, необходимые для решения задачи выбрать из таблицы 4.1.

 

Таблица 4.1 – Исходные данные к задаче 4.1

Предпос-ледняя цифра шифра	D´10-3, кг/час	Da	Послед-няя цифра шифра	tвых, ОС	Вид топлива
0	75	0,20	0	140	Донецкий каменный уголь Д (длиннопламенный)
1	90	0,17	1	150	Мазут сернистый
2	120	0,15	2	160	Газ из газопровода Дашава - Киев
3	6,5	0,33	3	170	Кузнецкий каменный уголь Г (газовый)
4	16	0,28	4	180	Челябинский бурый уголь Б3
5	4	0,35	5	180	Газ из газопровода Шебелинка - Москва
6	10	0,22	6	170	Карагандинский каменный уголь К (коксовый)
7	35	0,18	7	150	Газ из газопровода Средняя Азия - Центр
8	25	0,25	8	160	Чульмаканский каменный уголь Ж (жирный)
9	50	0,21	9	140	Райчихинский бурый уголь Б2

Указание: Состав и низшая теплота сгорания топлива, а также расчетные характеристики топки приведены в таблицах А.6 - А.8, А.10-А.11.

При определении полезного тепловыделения температуры воздуха перед топкой принимать: при факельном сжигании бурого угля 400°С; при сжигании угля в слое на колосниковой решетке, при сжигании газа и мазута 30°С; в других случаях 200°С.

Определение температуры горения выполнять с помощью I-t диаграммы, для построения которой предварительно вычислить энтальпии продуктов сгорания I _пс при a _т при температурах 1000, 1500 и 2000°С.

Объемную теплоемкость газов принять из таблицы А.9.

Основные расчетные формулы:

; ; ;

;     .

Для жидкого и твёрдого топлива:

;

;

;

.

 

Для газового топлива:

;            ;

; ;

.    

;  

I _пс  при t = 1000, 1500 и  2000   ,  ;

I _{пс вых} при t=t_вых, a=a_ух; t_гор при I_гор = Q_кор;

 

;   ;

; .

Приложение А

Таблица А.1 –Мольная теплоемкость газов

Газы	, кДж/(кмоль×К)	, кДж/(кмоль×К)	коэффициент адиабаты k
Одноатомные	12,5	20,8	1,67
Двухатомные	20,8	29,1	1,40
Трёх - имногоатомные	29,1	37,4	1,29

 

Таблица А.2 – Физические свойства сухого воздуха (при р_п = 760 мм рт. ст.» 1,013´10⁵ Па)

t, oС	r, кг/м3	ср, кДж/(кгК)	l ´ 102, Вт/(мК)	а ´ 106, м2/с	m ´ 106, Па× с	n ´ 106, м2/с	Pr
-30	1,453	1,013	2,20	14,9	15,7	10,80	0,723
-20	1,395	1,009	2,28	16,2	16,2	11,61	0,716
-10	1,342	1,009	2,36	17,4	16,7	12,43	0,712
0	1,293	1,005	2,44	18,8	17,2	13,28	0,707
10	1,247	1,005	2,51	20,0	17,6	14,16	0,705
20	1,205	1,005	2,59	21,4	18,1	15,06	0,703
30	1,165	1,005	2,67	22,9	18,6	16,00	0,701
40	1,128	1,005	2,76	24,3	19,1	16,96	0,699
50	1,093	1,005	2,83	25,7	19,6	17,95	0,698
60	1,060	1,005	2,90	27,2	20,1	18,97	0,696
70	1,029	1,009	2,96	28,6	20,6	20,02	0,694
80	1,000	1,009	3,05	30,2	21,1	21,09	0,692
90	0,972	1,009	3,13	31,9	21,5	22,10	0,690
100	0,946	1,009	3,21	33,6	21,9	23,13	0,688
120	0,898	1,009	3,338	36,83	22,9	25,45	0,686
140	0,854	1,013	3,489	40,33	23,7	27,80	0,684
160	0,815	1,017	3,640	43,89	24,5	30,09	0,682
180	0,779	1,021	3,780	47,50	25,3	32,49	0,681
200	0,746	1,026	3,931	51,36	26,0	34,85	0,680
250	0,674	1,038	4,268	61,00	27,4	40,61	0,677
300	0,615	1,047	4,606	71,56	29,7	48,33	0,674

 

Таблица А.3 –Физические свойства водяного пара на линии насыщения

t, °С	p· 10 5, Па	r, кг/м3	i(h), кДж/кг	r, кДж/кг	cp, кДж/(кг×К)	l ·102, Вт/(м×К)	m ·106, Па·с	Рr
0	0,0061	0,00484	2501,0	2501,0	1,864	1,71	9,22	1,01
10	0,01227	0,00939	2519,4	2477,4	1,868	1,76	9,46	1,00
20	0,02337	0,01729	2537,7	2453,8	1,874	1,82	9,73	1,00
30	0,04241	0,03037	2555,9	2430,2	1,883	1,89	10,01	0,997
40	0,07375	0,05115	2574,0	2406,5	1,894	3,96	10,31	0,996
50	0,12335	0,08300	2591,8	2382,5	1,907	2,04	10,62	0,993
60	0,19919	0,13019	2609,5	2358,4	1,924	2,12	10,94	0,992
70	0,31161	0,19810	2626,8	2333,8	1,944	2,21	11,26	0,990
80	0,47359	0,29322	2643,8	2308,9	1,969	2,30	11,60	0,993
90	0,70108	0,42329	2660,3	2283,4	1,999	2,40	11,93	0,994
100	1,01325	0,597	2676,3	2257,2	2,034	2,51	12,28	0,995
110	1,43	0,826	2691,8	2230,5	2,075	2,62	12,62	0,999
120	1,98	1,121	2706,6	2202,9	2,124	2,75	12,97	1,00
130	2,70	1,496	2720,7	2174,4	2,180	2,88	13,32	1,01
140	3,61	1,965	2734,0	2144,9	2,245	3,01	13,67	1,02
150	4,76	2,547	2746,3	2114,1	2,320	3,16	14,02	1,03
160	6,18	3,259	2757,7	2082,2	2,406	3,31	14,37	1,04
170	7,92	4,122	2768,0	2048,9	2,504	3,47	14,72	1,06
180	10,03	5,159	2777,1	2014,0	2,615	3,64	15,07	1,08
190	12,55	6,397	2784,9	1977,4	2,741	3,82	15,42	1,11
200	15,55	7,865	2791,4	1939,0	2,883	4,01	15,78	1,13
210	19,08	9,595	2796,4	1898,6	3,043	4,21	16,13	1,17
220	23,20	11,62	2799,9	1856,2	3,223	4,42	16,49	1,20
230	27,98	13,99	2801,7	1811,4	3,426	4,64	16,85	1,24
240	33,48	16,76	2801,6	1764,0	3,656	4,87	17,22	1,29
250	39,77	19,99	2799,5	1713,7	3,918	5,13	17,59	1,34
260	46,94	23,74	2795,2	1660,2	4,221	5,40	17,98	1,41
270	55,05	28,11	2788,3	1602,9	4,574	5,71	18,38	1,47
280	64,19	33,22	2778,6	1541,6	4,996	6,06	18,80	1,55
290	74,45	39,20	2765,4	1475,1	5,51	6,47	19,25	1,64
300	85,92	46,25	2748,4	1403,0	6,14	6,96	19,74	1,74
310	98,70	54,67	2726,8	1323,9	6,96	7,58	20,28	1,86
320	112,90	64,76	2699,6	1236,2	8,05	8,38	20,89	2,01
330	128,65	77,16	2665,5	1138,0	9,59	9,47	21.62	2,19
340	146,08	92,76	2622,3	1025,5	11,92	11,03	22,52	2,43
350	165,37	113,35	2566,1	893,2	15,95	13,42	23,72	2,82
360	186,74	143,47	2485,7	722,6	26,79	18,06	25,53	3,79
370	210,53	201,69	2335,7	439,5	112,9	34,7	29,41	9,61
371	213,06	212,31	2310,7	394,2	151,3	39,2	30,2	11,7
372	215,62	225,63	2280,1	338,1	228,2	45,9	31,3	15,6
373	218,21	244,50	2238,3	263,3	457,0	60,4	33,0	25,0
374	220,84	287,19	2150,7	111,5	6198	170	39,6	144

 

Таблица А.4 –Физические свойства воды на линии насыщения, при атмосферном давлении

t, oС	р ´10-5, Па	r, кг/м3	i(h), кДж/ кг	ср, кДж (кг×К)	l, Вт (м×К)	а ´108, м2/с	m ´106, Па×с	n ´106, м2/с	b ´104, К-1	s ´104, Н/м	Pr
0	1,013	999,9	0,0	4,212	0,551	13,1	1788	1,789	-0,63	756,4	13,67
10	1,013	999,7	42,04	4,191	0,571	13,7	1306	1,306	0,7	741,6	9,52
20	1,013	998,2	83,91	4,183	0,599	14,3	1004	1,003	1,82	726,9	7,02
30	1,013	995,7	125,7	4,174	0,618	14,9	801,5	0,805	3,21	712,2	5,42
40	1,013	992,2	167,5	4,174	0,635	15,3	653,3	0,659	3,87	696,5	4,31
50	1,013	988,1	209,3	4,174	0,649	15,7	549,4	0,556	4,49	676,9	3,54
60	1,013	983,2	251,1	4,179	0,659	16,0	469,9	0,478	5,11	662,2	2,98
70	1,013	977,8	293,0	4,187	0,668	16,3	406,1	0,415	5,7	643,5	2,55
80	1,013	971,8	335,0	4,195	0,674	16,6	355,1	0,365	6,32	625,9	2,21
90	1,013	965,3	377,0	4,208	0,680	16,8	314,9	0,326	6,95	607,2	1,95
100	1,013	958,4	419,1	4,220	0,684	16,9	282,5	0,295	7,52	588,6	1,75
110	1,43	951,0	461,4	4,233	0,685	17,0	259,0	0,272	8,08	569,0	1,60
120	1,98	943,1	503,7	4,250	0,686	17,1	237,4	0,252	8,64	548,4	1,47
130	2,70	934,8	546,4	4,266	0,686	17,2	217,8	0,233	9,19	528,8	1,35
140	3,61	926,1	589,1	4,287	0,685	17,2	201,1	0,217	9,72	507,2	1,26
150	4,76	917,0	632,2	4,313	0,684	17,3	186,4	0,203	10,3	486,6	1,117
160	6,118	907,4	675,4	4,346	0,681	17,3	173,6	0,191	10,7	466,0	1,10
170	7,92	897,3	719,3	4,380	0,676	17,2	162,8	0,181	11,3	443,4	1,05
180	10,30	886,9	763,3	4,417	0,672	17,2	153,0	0,173	11,9	422,8	1,03
190	12,55	876,0	807,8	4,459	0,664	17,2	144,2	0,165	12,6	400,2	0,965
200	15,55	864,7	852,4	4,497	0,663	17,2	133,6	0,160	13,2	376,8	0,906

 

Таблица А.5 –Физические свойства дымовых газов

(Р _п =760 мм рт. ст.» 1,013´10⁵ Па; r(СО₂=0,13); r(Н₂О=0,11); r(N₂=0,76))

t, оС	r, кг/м3	ср, кДж/(кг×К)	l ´ 102, Вт/(м×К)	а ´ 106, м2/с	m ´ 106, Па× с	n ´ 106, м2/с	Pr
0	1,295	1,042	2,28	16,9	15,8	12,2	0,72
100	0,950	1,068	3,13	30,8	20,4	21,54	0,69
200	0,748	1,097	4,01	48,9	24,5	32,80	0,67
300	0,617	1,122	4,84	69,9	28,2	45,81	0,65
400	0,525	1,151	5,7	94,3	31,7	60,38	0,64
500	0,457	1,185	6,56	121,1	34,8	76,30	0,62

 

Таблица А.6 – Расчетные характеристики природных газов

Название газопровода	Состав газа по объему, %							Нижняя теплота сгорания, МДж/м3
	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2	CO2
Дашава – Киев	98,9	0,3	0,11	0,1	-	0,4	0,2	35,9
Шебелинка - Москва	94,1	3,1	0,6	0,2	0,8	0,8	-	37,9
Средняя Азия - Центр	93,8	3,6	0,7	0,2	0,4	0,7	0,6	37,6

 

Таблица А.7 – Основные расчетные характеристики шаровых топок

Характе-ристики, их обозначение и единицы измерения	Топки с закидывателем и неподвижным слоем			Топки с закидывателем и цепной решеткой
	Бурый уголь		Камен-ный уголь Аn£1,0	Бурый уголь		Камен-ный уголь Аn£1,0
	малопеп-ловый Аn£1,5	высоко-пепловый Аn£2,4		малопеп-ловый Аn£1,5	высоко-пепловый Аn£2,4
Коэффициент избытка возду-ха в топке aт	1,4	1,4	1,4	1,3	1,3	1,3
Потери от химической неполноты сгорания q3, %	1,0	1,0	1,0	0,5	0,5	0,5
Потери от механической неполноты сгорания q4, %	7	9	6	6	7	5
Тепловое напряжение объема топки, кВт/м3	230-350			300-470
Тепловое напряжение зеркала горения, кВт/м2	930- 1150	800- 1050	930-1150	930- 1600	930- 1300	930-1150
Доля уноса пепла аун	0,15	0,10	0,15	0,25	0,12	0,20

 

Таблица А.8 – Типы топок, рекомендуемых для котельных

Вид топлива	Паропродуктивность, т/час	Топка
Каменный уголь	£10	С закидывателем и неподвижным слоем
	15…35	С закидывателем и цепной решеткой
	³25	Шахтно-мельничная – для угля с VГ>30%
	³35	Пылеугольная
Бурый уголь	£10	С закидывателем и неподвижным слоем
	15…35	С закидывателем и цепной решеткой
	35…75	Шахтно-мельничная
	³75	Пылеугольная
Газ и мазут	Все значения	Камерная

 

 

Таблица А.9- Средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении с_р^/ , кДж/(м³×К)

 

t,oC	N2	RO2	H2O	Воздух
0	1,2946	1,5998	1,4943	1,2971
100	1,2958	1,7003	1,5052	1,3004
200	1,2996	1,7873	1,5223	1,3071
300	1,30667	1,8627	1,5424	1,3172
400	1,3163	1,9297	1,5654	1,3289
500	1,3276	1,9887	1,5897	1,3427
600	1,3402	2,0411	1,6148	1,3565
700	1,3536	2,0884	1,6412	1,3708
800	1,3670	2,1311	1,6680	1,3842
900	1,3796	2,1692	1,6957	1,3976
1000	1,3917	2,2035	1,7229	1,4097
1500	1,4440	2,3354	1,8527	1,4620
2000	1,4825	2,4221	1,9628	1,5010

 

 

Таблица А.10 - Расчетные характеристики некоторого твердого и жидкого топлива

Бассейн, месторождение	Марка	Состав рабочей массы, % Wp	нижняя теплота Ap	выход летуч. Sp к	Spор	Cp	Hp	Np	Op	Сгора-ние, МДж/кг	Выход летучих, VГ, %
Донецкий	Д	14,0	25,8	2,5	1,4	44,8	3,4	1,0	7,1	18,0	12
Кузнецкий	Г	17,0	9,5	0,5	59,5	4,0	1,5	11,0	22,8	41	38
Карагандинский	К	8,0	27,6	0,8	54,7	3,3	0,8	4,8	21,2	28	28
Челябинский	Б3	18,5	29,5	1,0	37,3	2,8	0,9	10,5	12,8	46	44
Райчихинский	Б2	37,5	9,4	0,3	37,7	2,3	0,6	12,2	12,7	43	32
Чулмаканский	Ж	7,5	23,1	0,3	59,0	4,1	1,0	5,0	23,2	38	42
Мазута	серный	3,0	0,1	1,4	83,8	11,2	-	0,5	39,7	-	-

 

Таблица А.11 - Основные расчетные характеристики камерных топок

Тип топки	Топливо	Коэффи-циент излишка воздухав топке a т	Потери теплоты, %				Тепловое напряжение объёма топки, кВт/м3		Часть уноса пепла, а ун
			От химической неполноты сгорания (q3)		От механической неполноты сгорания (q4)
			Котлы паропроизводительностью (D),т/час
			< 75	³75	< 75	³75	< 75	³75
Пылеугольные	Каменныйуголь	1,2	0,5	0	3,0	1,0	210	175	0,9
	Бурыйуголь	1,2	0,5	0	1,5	0,5	240	185	0,9
Шахтно-мельничные	Каменныйуголь	1,25	0,5		6,0	4,0	150		0,85
	Бурыйуголь	1,25	0,5		2,0	1,0	175		0,85
Камерные для сжигания газового топлива	Мазута	1,1	0,5		-		290		-
	Газ  (смесительные горелки)	1,1	0,5		-		350		-
	(безфакельные горелки)	1,1	0,5		-		До 870		-

Приложение Б

i-s диаграмма водяного пара        

 

 

Приложение В

В.1. i-d диаграмма влажного воздуха

Приложение Г

 

Таблица Г.1 – Распределение баллов, присваиваемых студентам*:

Поточноетестирование и самостоятельнаяработа

Сумма (в балах)

Смысловой модуль І Техническая-термо-динамика

Смысловой модуль ІІ Реальные газы

Смысловой модуль ІІІ Теплопередача

Смысловой модуль IV Промышлен-ное теплоэнер-гетическое оборудование

Т І

Т 2

Т 3

Т 4

Т 5

Т 6

Т 7

Т 8

Т 9

Т 10

Т 11

Т 12

Т 13

Т 14

Т 15

Т 16

100

30

25

35

10

100

Примечание:

* В соответствии с рабочей программой дисциплины «Теплотехника».

ТаблицаГ.2 – Шкала оценивания: национальная и ECTS

 

Сумма баллов за все виды учебной деятельности	Оценка ECTS	Оценка по национальной шкале
90 - 100	A	отлично
80 - 89	B	хорошо
75 - 79	C
70 - 74	D	удовлетворительно
60 - 69	E
35 - 59	FX	неудовлетворительно с возможностью повторной сдачи
0 - 34	F	неудовлетворительно с обязательным повторным изучением дисциплины

ЛИТЕРАТУРА

І. Основная 

1. Кравцов В.В. Термодинамика промышленной теплотехники: учебн.-монография/ В.В.Кравцов, В.В.Карнаух, А.Б.Бирюков. - М-во обр. и науки Украины, Донецк. нац. техн. ун-т, Донецк. нац. ун-т экон. и торг. им.М.Туган-Барановского.- Д.: Изд-во «Ноулидж», 2011.- 466 с.

2. Карнаух В.В. Тепломассообмен: теория и практика /В.В Карнаух, А.Б.Бирюков, Гинкул С.И., К.А.Ржесик, П.А. Гнитиев. Гос. орг. высш. проф. образования «Донец. нац. ун-т экономики и торговли им. М. Туган-Барановского», Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования «Донец. нац. техн. ун-т». – Донецк: ГО ВПО «ДонНУЭТ», 2018. – 313с.

3. Карнаух В.В. Термодинаміка в промисловіїтеплотехніці та теплоенергетиці:підручник/ В.В. Карнаух, А.Б.Бірюков, К.А.Ржесік, В.В.Кравцов.- Донецьк, ДонНУЕТ, 2014.- 346 с.

4. Теплотехника:Учеб.длявузов / А.П. Баскаков, Б.В. Бегр, О.К.Витт. -М.: Энергоиздат, 1991.- 224 с.

 

ІІ. Дополнительная 

5. Теплотехника./ М.М. Хазен, Г.А. Матвеев, М.Е. Грицевский, Ф.П. Казакевич: Под ред. Г.А. Матвеева. – М.: «Высшая школа», 1981. – 480 с.

6. Теплотехника./ И.Г. Швец, В.И. Толубинский, А.Н. Алабовский и др. – М.: Вища школа, 1976. – 520 с.

7. Карнаух В.В. Теплотехника: метод. указ. для самост. изуч. модуля «Теплопередача». для студ. напр. подг. 15.03.02 «Технологическиемашины и оборудование» (профиль «Оборудование перерабатывающих и пищевых и производств»), напр. подг. «13.03.03» «Энергетическое машиностроение» (профиль «Холодильные машины и установки»), 19.03.04 «Технология продукции и организация общественного питания» образовательного уровня – бакалавриат, очной и заочной форм обучения/В.В.Карнаух, Ю.В.Пьянкова – Донецк: ГО ВПО «ДонНУЭТ», 2017. – 77с.

8. Карнаух В.В. Методические указания к самостоятельному изучению темы «Реальные газы. Водяной пар» для студ. напр.подг. 6.050503 «Машиностроение», 6.051701 «Пищевые технологии и инженерия», 6.050504 «Энергомашиностроение» дневн. и заочн. форм обуч./ В.В.Карнаух.- Донецк: ДонНУЭТ, 2015.-29 с.

9. Теплотехника: метод. указ. для самост. изуч. модуля «Техническаятермодинамика» для студ. напр. подг. 15.03.02 «Технологическиемашины и оборудование» (профиль 6.050503 «Оборудование перерабатывающих и пищевых и производств»), напр. подг. «13.03.03» «Энергетическое машиностроение» (профиль «Холодильные машины и установки»), 19.03.04 «Технология продукции и организация общественного питания» образовательного уровня – бакалавриат, очной и заочной форм обучения/В.В.Карнаух,– Донецк: ГО ВПО «ДонНУЭТ», 2017. – 84 с.

Учебное издание

 

Карнаух Виктория Викторовна, канд.техн.наук, профессор

Пьянкова Юлия Валерьевна, ассистент

 

ТЕПЛОТЕХНИКA