Техническая термодинамика и теплотехника: Рабочая программа, задание на контрольную работу и методические указания по ее выполнению

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра экологии и инженерной защиты окружающей среды на химических предприятиях Техническая термодинамика и теплотехника Рабочая программа. Задание на контрольную работу и методические указания по ее выполнению Факультет технологии веществ и материалов Направления и специальности подготовки дипломированных специалистов: 655000 – химическая технология органических веществ и топлива, 250100 – химическая технология органических веществ; 654900 – химическая технология неорганических веществ и материалов, 250200 – химическая технология неорганических веществ Направление подготовки бакалавра: 550800 – химическая технология и биотехнология Санкт-Петербург 2003 год

2

Утверждено

редакционно-издательским

советом

университета

УДК 536.7:66.02/075 Техническая термодинамика и теплотехника: Рабочая программа, задание на контрольную работу и методические указания по ее выполнению– СПб.: СЗТУ, 2003. - 19 с. Рабочая программа курса разработана в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлениям подготовки дипломированных специалистов 655000, 654900 (специальности 250100 – «Химическая технология органических веществ» и 250200 – «Химическая технология неорганических веществ» и направлению подготовки бакалавра 250800. Настоящее издание содержит рабочую программу курса с вопросами для самопроверки по каждому разделу, список литературы, тематический план лекций и практических занятий и задания для выполнения контрольной работы. Рассмотрено на заседании кафедры экологии и инженерной защиты окружающей среды на химических предприятиях 21 апреля 2003 года Одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов 28 апреля 2003 года

Рецензенты: кафедра экологии и инженерной защиты окружающей среды на химических предприятиях СЗТУ (зав. кафедрой А.И.Алексеев, д-р техн. наук, проф.); Ю.И.Комаров, канд. техн. наук, доц. ПГУПС. Составитель: Н.Г.Величкина, канд. техн. наук, доцент © Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003.

3

ПРЕДИСЛОВИЕ В

дисциплине

«Техническая

термодинамика

и

теплотехника»

значительное место уделяется термодинамическому анализу энергетики химической технологии и рассмотрению основных принципов создания энергосберегающих технологий на основе рационального

расходования

энергоресурсов. Конечная цель изучения дисциплины – приобретение необходимых знаний и практических навыков, необходимых для решения задач поиска основных резервов снижения энергетических затрат, которые кроются в усовершенствовании технологии, в ее оптимизации с учетом комплексного использования в производстве химических продуктов и энергии. Дисциплина «Техническая термодинамика и теплотехника» тесно связана с общенаучными, общеинженерными и специальными дисциплинами. Ее изучение

основывается на знании студентами следующих учебных

дисциплин: «Физика», «Физическая химия», «Процессы и аппараты химических производств», «Общая химическая технология». Изучение дисциплины позволит продолжить инженерную подготовку по специальностям: 250100 – «Химическая технология органических веществ» и 250200 – «Химическая технология неорганических веществ», чтобы полученные знания использовать в процессе курсового проектирования при изучении таких дисциплин, как: «Теоретические расчеты термодинамических и кинетических характеристик процессов органического синтеза» и «Научные основы создания и оптимизации технологических схем синтеза органических соединений методами системного подхода и применением эксергетического, экономического анализа» и дипломного проектирования.

4

1. Содержание дисциплины 1.1.РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ( объем 102 часа) Введение ( 2 часа) [ 1] , с. 6...11; [2 ], с. 25...34; [4 ], с. 15...20. Задачи, объекты и возможности термодинамического анализа в отношении химической технологии. Общие вопросы термодинамического анализа технических систем преобразования вещества и энергии. Виды энергии и ее превратимость. Вопросы для самопроверки. 1.

Какова информационная сущность термодинамического анализа?

2.

Что лежит в основе термодинамического анализа?

3.

Приведите классификацию видов или (форм) энергии с позиции

термодинамики. 4.

Покажите

на

конкретных

примерах

возможности

взаимного

преобразования различных видов энергии. 1.1.1. Основные понятия термодинамики (14 часов) [ 1 ], с. 11...55; [ 2 ], с. 12...20, 25...65; [ 3], с. 24...44, 73...79, 105; [ 4], с. 27...56; 118...128 Первый закон термодинамики. Энергетический баланс. Второй закон термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Максимальная полезная работа. Принцип Ле - Шателье. Эксергия, ее виды и составляющие. Эксергия потока вещества, эксергия потоков энергии. Анергия. Классификация и взаимосвязь потерь эксергии. Коэффициенты преобразования и КПД. Эксергетические балансы и характеристики. Диаграммы потоков и потерь эксергии. Основы термодинамики неравновесных процессов.

5

Термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах. Изобарный,

изотермический,

адиабатный

и

политропные

процессы.

Термодинамические процессы реальных газов. Особенности и анализ термодинамики открытых систем: ступени турбины и компрессора, эжекторы, сопла. Вопросы для самопроверки 1.

Сформулируйте первый закон термодинамики. Что такое потери

энергии?. 2.

Составьте энергетический баланс процесса выпарки.

3.

Дайте определение обратимого процесса.

4.

Приведите примеры частично или полностью необратимых процессов.

5.

В чем состоит существо принципа Ле-Шателье? Какие следствия,

вытекающие из этого принципа необходимо учитывать при организации технологии? 6.

Что такое эксергия? Приведите формулы расчета физической и

химической составляющих эксергии потока вещества, эксергии теплового потока. 7.

Как рассчитать потери эксергии в гидравлических процессах? Тепловых

процессах? Через изоляцию? Как рассчитать потери эксергии в химических процессах? 8.

Приведите

схемы

энергетического

и

эксергетического

балансов

процессов сжатия. 9.

Охарактеризуйте потери эксергии в процессах разделения. 1.1.2. Энергия в химической технологии (14 часов) [ 1 ], с. 118...126, 128...130, 204...208; [ 3 ] , с. 26...32; [ 4 ], с. 88...90 Первичные и вторичные источники энергии в химической технологии.

Характеристика

химических

производств

как

потребителей

топливно-

энергетических ресурсов. Пути решения проблемы энергосбережения.

6

Состав и основные характеристики твердого, жидкого и газообразного топлива. Понятие условного топлива. Эксергия топлива. Расчет эксергии топлива

и

горючих

отходов.

Потери

эксергии

в

процессе

горения.

производств

(ВЭР).

Теплоносители, классификация, назначение. Вторичные

энергоресурсы

химических

Классификация, источники. Основные направления утилизации ВЭР. Утилизация горючих ВЭР в теплогенерирующих установках. Утилизация высокотемпературных тепловых ВЭР химических производств. Утилизация низкопотенциальных тепловых ВЭР. Использование низкопотенциальных ВЭР при получении холода. Теплоутилизаторы с тепловыми трубами, конструкционные особенности, области применения Контактные

(в воздухоподогревателях химических реакторов).

и

низкопотенциальных

контактно-поверхностные ВЭР.

Системы

теплоутилизаторы

теплоснабжения

на

базе

низкопотенциальных ВЭР. Химическая регенерация тепла низкопотенциальных ВЭР. Тепловая

схема

глубокой

утилизации

тепла

продуктов

сгорания

в

парогенераторах и технологических печах. Утилизация ВЭР установок обезвреживания технологических отходов. Вопросы для самопроверки 1.

Охарактеризуйте

виды

энергии,

потребляемые

в

химической

промышленности. 2.

Назовите первичные методы переработки нефти.

3.

Назовите основные теплоносители, применяемые при организации

химических технологий. 4.

Что такое ВЭР?

5.

Чем

отличается

утилизационный

путь

использования

энерготехнологического? 6.

Назовите пути утилизации низкопотенциальных ВЭР.

ВЭР

от

7

1.1.3.Теплогенерирующие установки (14 часов) [ 1 ], с. 146...159; [ 4 ], с. 220...224 Парогенерирующие

установки.

Назначение.

Классификация.

Принципиальная схема парогенератора. Конструктивные особенности и технологические

характеристики

котлов-утилизаторов.

Тепловой

расчет

поверхности теплообмена парогенератора. Энергетический и эксергетический КПД парогенератора. Технологические печи. Назначение печей в химической технологии. Классификация печей. Особенности конструкции. Тепловые и материальные балансы технологических печей. Потери эксергии и эксергетический баланс печей. Анализ высокотемпературных тепловыделяющих и теплоиспользующих установок. Вопросы для самопроверки 1.

Перечислите типы теплогенерирующих установок в химической

промышленности. 2.

Как составляется тепловой баланс топливной печи?

3.

Назовите основные составляющие парогенераторной установки.

4.

Как рассчитывается эксергия потоков, входящих в баланс?

5.

Какие факторы влияют на КПД горения топлива?

6.

Как можно уменьшить потери эксергии в парогенераторе?

7.

Каковы преимущества использования насыщенного водяного пара в

качестве теплоносителя по сравнению с дымовыми газами? 1.1.4. Холодогенерирующие установки (14 часов) [ 1], с. 200...203; [ 4 ], с. 212...220 Роль искусственного холода в химической технологии. Умеренное охлаждение. Парокомпрессионная холодильная установка. Принципиальная

8

схема, рабочие тела, хладоносители. Цикл паровой компрессионной установки. Холодильный коэффициент. Теплоиспользующие

холодильные

установки

–

абсорбционные

холодильные машины, пароводяные эжекторные холодильные машины. Глубокое охлаждение в химической технологии. Принципиальные схемы криогенных

установок

дроссельного

и

дроссельно-детандерного

типа.

Применение криогенной техники для сжижения газов и низкотемпературного разделения

газовых

смесей.

Основные

энергетические

показатели

хладогенерирующих установок. Тепловой насос. Принцип действия. Цикл теплового насоса. Применение тепловых насосов в химической технологии при выпаривании, ректификации, для восстановления тепла сбросных потоков жидкости. Вопросы для самопроверки 1.

Какие типы холодильных установок Вы знаете?

2.

В каких температурных интервалах работают холодильные установки?

3.

Какими свойствами должны обладать хладоагенты парокомпрессионных

холодильных установок? 4.

В чем различие компрессионных и теплоиспользующих холодильных

установок? 5.

Чем отличается тепловой насос от холодильной машины?

6.

Изобразите схему парокомпрессионной холодильной установки и цикл ее

работы. 1.1.5. Энерготехнологическое комбинирование в химической технологии (14 часов) [ 2], с. 68...70, 74...84, 153...194; [ 4], с. 234...238, 246...276 Энерготехнологическое

комбинирование

как

направление

энергосбережения в химической технологии. Сочетание технологических и теплоэнергетических функций в химико-энергетических системах и принцип максимального использования теплоты экзотермических процессов. Синтез

9

тепловых схем из типовых технологических и энергетических модулей (химические реакторы, теплогенераторы, котлы-утилизаторы, паротурбинные и газотурбинные

установки,

абсорбционные

холодильные

установки).

Эксергетический анализ комбинированных процессов химической технологии. Создание энергозамкнутых технологических схем. Термодинамический анализ химических процессов: производства азотной кислоты, аммиака, продуктов органического синтеза. Методы снижения термодинамической необратимости химических процессов и методы экономии энергетических ресурсов. Понятие о термоэкономическом анализе энерго-химико-технологических систем. Эксергия и экология. Вопросы для самопроверки 1.

Что такое энерго-химико-технологическая система (ЭХТС)?

2.

В чем заключается энергохимическое комбинирование?

3.

Как и где можно использовать тепло химических синтезов?

4.

Перечислите основные методы уменьшения энергозатрат. 1.2. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (10 часов) №

Тема

1.

Предмет

возможности

2

2.

Анализ промышленных способов получения теплоты. Теплоносители в химической технологии. Типовые энергопотребляющие процессы и аппараты. Печи химической промышленности. Котлы-утилизаторы. Паровые и газовые турбины. Вторичные энергоресурсы. Виды ВЭР. Основные направления утилизации ВЭР. Проблемы утилизации низкопотенциальных ВЭР. Применение тепловых насосов в химической технологии. Получение холода. Холодильные установки. Энерготехнологическое комбинирование в химических производствах. Понятие энерго-химико-технологической системы. Примеры ЭХТС с паро- и газотурбинными циклами. Комбинированное использование теплоты реакций и физической теплоты потоков для комплексного получения пара, электроэнергии и механической энергии на примере получения аммиака, этилена.

2

3. 4. 5.

и

задачи

курса.

Объекты

часы и

2 2 2

10

1.3 Перечень тем практических занятий (20 часов) №

Тема

1.

2

2.

Расчет эксергии потока вещества. Расчет химической эксергии неорганических веществ. Эмпирические формулы расчета химической эксергии топлива. Расчет изменения эксергии при синтезе аммиака.

3.

Расчет изменения эксергии при горении метана.

2

4.

Потоки и потери эксергии. Виды потерь эксергии. Уравнение Гюи-Стодолы. Термодинамический анализ основных процессов. Сжатие газов и жидкостей. Определение изотермического КПД компрессора и потерь в нем. Процесс парообразования. Определение параметров воды и пара. Циклические процессы преобразования теплоты в работу, теплосиловые установки, термодинамический анализ. Эксергетический анализ котельного агрегата

2

5. 6. 7. 8. 9. 10.

часы

Анализ технических систем преобразования энергии. Парокомпрессионная одноступенчатая холодильная установка Анализ эффективности энерготехнологической системы на примере производства аммиака, этилена

2

2 2 2 2 2 2

2. Библиографический список Основная: 1. Теплотехника. Учеб. для вузов /А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др. 2-е

изд.,

перераб.

-М.:

Энергоатомиздат,

1991.-

224

с.

2. Лейтес И.Л., Сосна М.Х., Семенов В.П. Теория и практика химической энерготехнологии. -М.: Химия, 1988.- 280 с. 3. Теоретические и научные основы химической технологии (Термодинамика химических реакций) /А.И.Алексеев, О.В.Кулинич, В.П.Колесник и др. –СПб.: СЗТУ, 2003. -139 с. Дополнительная: 4.Алексеев А.И., Валов М.Ю., Юзвяк З. Критерии качества водных систем: Учеб. пособие.- СПб.: ХИМИЗДАТ, 2002. – 212 с. 5.Бродянский В.М., Флатшер В., Михалек К. Эксергетический анализ и его приложения. -М.: Энергоатомиздат, 1988.- 288 с.

11

6.Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. К.П. Мищенко и А.А. Равделя -Л.: Химия, 1988 3. Задание на контрольную работу и методические указания по ее выполнению Учебным планом предусмотрено выполнение одной контрольной работы. Контрольная работа включает три задачи. Исходные данные для выполнения задач студент выбирает из соответствующих таблиц по последней цифре шифра. При решении задач выбор расчетных формул должен быть обоснован. Формулу приводят вначале в алгебраическом выражении, затем дают расшифровку величин, указывая единицы измерения. Расчеты выполняются в системе СИ. На использованные в расчетах эмпирические формулы, физические константы и справочные данные приводятся литературные ссылки. Контрольная работа выполняется в тетради стандартного размера. Для замечаний рецензента с правой стороны оставляют поля. Графики изображают на миллиметровой бумаге, вклеенной в тетрадь. Законченная контрольная работа сдается на проверку преподавателю. Зачет по контрольной работе студент получает после проверки работы и обсуждения результатов с преподавателем. В незачтенную работу студент вносит исправления и вновь сдает на проверку. Ниже приводятся задания на контрольную работу, сопровождаемые пояснениями к их решению. Задача 1 В межтрубном пространстве трех испарителей при давлении р конденсируется насыщенный водяной пар; в трубах кипит вода при температурах t1, t2, t3 соответственно. Определить:

12

1. Значение эксергии теплоты конденсации пара (расчет вести на 1 кг пара в каждом испарителе). 2.

Массу воды, испарившейся в каждом испарителе.

3.

Количество эксергии, переданной в каждом испарителе кипящей воде.

4.

Потери эксергии при теплопередаче и эксергетический КПД для каждого

испарителя. Проанализировать изменение этих величин в зависимости от температуры

кипения.

Записать

уравнение

эксергетического

баланса.

Параметры окружающей среды: , t = 25 0С р = 0,10131 Мпа. Значение величин р, t1, t2, t3 , взять из табл.1. Таблица1 Последняя Давление пара цифра р, Мпа шифра 0 1,69

Температура кипения, º С t2 t3 t1 340

200

100

1

8,76

290

150

50

2

6,54

270

140

40

3

3,41

230

110

40

4

1,96

200

100

30

5

1,03

170

120

50

6

0,63

150

90

30

7

0,49

140

80

40

8

0,28

120

100

50

9

0,20

110

80

40

13

Задача 2 Определить эксергетический КПД горения природного газа. Теплота сгорания QНP масса продуктов, образующихся при сгорании 1 кг газа Gг ; состав продуктов сгорания и температура горения приведены в табл. 2. Параметры окружающей среды: t = 25 0С, р = 0,1013 МПа. Состав продуктов сгорания, масс. доли

tГ, ºС СО2

Н2О

О2

N2

QНP, МДж/кг

Последняя цифра шифра

Таблица2

Gr, кг/кг

0

0,154

0,110

0,014

0,722

1900

36,4

13,8

1

0,157

0,149

0,035

0,814

2000

48,4

18,3

2

0,155

0,109

0,016

0,720

1900

39,3

14,9

3

0,146

0,124

0,010

0,720

1800

46,6

18,9

4

0,136

0,114

0,022

0,728

1800

48,0

19,1

5

0,122

0,101

0,024

0,753

1800

48,6

22,0

6

0,162

0,141

0,006

0,691

1800

51,9

17,1

7

0,147

0,123

0,010

0,720

2000

43,2

16,5

8

0,140

0,120

0,019

0,721

1700

45,8

19,4

9

0,142

0,098

0,026

0,734

1700

31,5

13,9

Задача 3 В газотрубном котле-утилизаторе для генерации пара с давлением р используется теплота отходящих технологических газов. Температура газов на входе t1, на выходе t2. Расход газа V (при нормальных условиях). Определить поверхность нагрева котла и его паропроизводительность. Тепловые потери принять в размере 5% от отдаваемого газами тепла. Рассчитать

эксергетический

окружающей среды t0 = 00С.

КПД

котла-утилизатора.

Температура

14

Исходные данные приведены в табл. 4, здесь же указаны необходимые для

расчетов

усредненные

значения

кинематической

вязкости

(ν)

и

теплопроводности ( λ ) газов. Таблица3 Последняя цифра шифра 0

V ·10-1,

Р, Мпа

t1 , 0 С

м3 /с 1,75

0,35

330

1

1,67

0,30

2

1,80

3

t2, 0С

ν ·106 ,

λ·102,

200

м2/с 41,2

Вт/м ·К 4,62

290

180

37,3

4,37

0,37

340

230

45,1

4,78

1,63

0,36

350

200

42,5

4,70

4

1,69

0,35

300

190

38,6

4,45

5

1,53

0,40

310

180

38,6

4,45

6

1,72

0,35

320

200

41,0

4,60

7

1,69

0,40

360

210

45,1

4,78

8

1,78

0,42

370

215

44,0

4,85

9

1,83

0,45

380

240

45,8

4,85

Пояснения к решению задачи 1 tп - значение температуры конденсации насыщенного водяного пара,

0

С

из

таблиц «Свойства насыщенного водяного пара»; Q - количество тепла, кДж; rt , rt , rt , rt - значение удельной теплоты парообразования при соответствующей п

1

2

3

температуре кДж/кг из таблицы «Свойства насыщенного водяного пара»; Gп - масса насыщенного водяного пара, кг ( Gп = 1 кг ); Gв1,Gв2,G в3- масса воды, испарившейся в каждом аппарате , кг; Е qt - значение эксергии теплоты конденсации пара, кДж; п

Еqt ,Еqt ,Еqt , - значение эксергии, переданной кипящей воде при t1, t2, t3 1

2

3

соответственно, кДж;

15

D∆т , D ∆т , D ∆т - значения потери эксергии при теплопередаче, кДж; 1

2

3

ηе , ηе , ηе - значение эксергетического КПД для каждого испарителя; 1

2

3

t -температура, 0С; Т – температура, К. Q = G п· r t ; Еqt = Q п

Еqt = Q 1

п

т ( 1- ----); т 0

Т ( 1- ----) ;G

тп

Еqt = Q 2

1

тп - т1 D∆т = Т0 · Q ------- ; т п · т1 t

е η1 =

в1

Q

Q

= -----t ; G в = -----t ; G в = -----t ; r r r 2

3

1

2

т ( 1- ----); т 0

Еqt = Q 3

2

3

т ( 1- ----) т 0

3

тп - т1 т п - т1 D ∆т = Т0 · Q -------; D ∆т = Т0 · Q ------тп · т1 тп · т1

1

2

t

Еq 1

Q

0

3

t

Еq 2

Еq 3

----t ; ηе = ----; ηе = ----t t Еq п

2

3

Еq п

Еq п

Пояснения к решению задачи 2 Эксергетический КПД горения природного газа определяется как отношение эксергии продуктов сгорания при tг, ег · Gг к затраченной эксергии , ет :

ηе = ег · Gг /ет. Эксергия топлива для природного газа: ет = 1,04 · QНP .

Эксергия 1 кг продуктов сгорания ег определяется как физическая эксергия потока с учетом его состава ег = (hг - hо) – Т (Sг - S0 ); h =∑ ( хi сpi ) · t ; S ет = [ ∑ (хiсtpri) t r - ∑ (хiс0pi) · t0 ] - Т0 [ ∑ (хi · Stiг) - ∑

= ∑ (хiSi ). Тогда

(хiSi0 ) ], где hr и h0- энтальпия продуктов сгорания при tr и t0 , кДж/кг; Sr и S0 энтропия продуктов сгорания при tr и t0, кДж/кг; сpi - теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кг К; t- температура, 0С; Т0- температура окружающей среды, К. Значения

c0p

,

S0

см.в

«Кратком

справочнике

физико-химических

величин»./Под ред.К.П.Мищенко и А.А.Равделя Л.: Химия, 1988. Результаты

промежуточных

расчетов

для

определения

продуктов сгорания ( е ) следует представить в виде формы.

эксергии

16

Форма

Величина параметров для компонентов

Параметры

СО2

Состав продуктов сгорания

Н2О

О2

N2

∑

· К с0pi , кДж/кг хi · с0pi · К сtpri , кДж/кг хi · сtpri · К Si0 , кДж/кг х i · S i0 · К Stiг, кДж/кг х i · S tiг

Пояснения к решению задачи 3 Тепловой расчет котла-утилизатора производится с использованием следующих формул: ∆tб _- ∆tм 273 ∆tср = -------------- ; tср = tп + ∆tср ; ρ = ρ0 ---------- ; Gг =Vo · ρ0 ; 2,3 Ig∆tср∆tср 273+ tср 4Fтр Gг Fтр = -------- ; n = --------ρ·w π · d2вн

где,

∆tср -средняя разность температур горячего (технологического газа) и

холодного (пара) теплоносителей , К; температура пара

tп

находится по

таблицам «Свойства насыщенного водяного пара», исходя из заданного давления р;

tср-

средняя температура технологических газов, 0С; ρ, ρ0

плотности газа при средней температуре и при нормальных условиях соответственно, кг/м3 ;G -массовый расход газа, кг/с; Fтр -площадь поперечного сечения газовых труб , м ; w-средняя скорость газов в трубах котла, м/с

17

(выбирают

в

пределах

10–20м/с);

n-количество

труб

котла;

dвн - внутренний диаметр трубы, м. Трубы стальные, 57 × 3,5 мм; ρ0 = 1,26 кг/м3. Определение паропроизводительности и поверхности нагрева котла проводится с использованием следующих формул: Q = Gr· cp ( t1 – t2); w· dвн λ Q – Qпот Re = --------- ; αг = 0,021· ----- · εl· Re0,8· Pr0,43 · εt ; Gп = ----------- ; r ν dвн αг K = ----------- ; 1 + ε· αг

Q – Qпот F = ----------- ; К· ∆tср

F L = ----------- , π · dвн· n

где, Q- теплота, передаваемая газами испаряемой воде в котле, кВт (или вт); сp - средняя удельная теплоемкость газа при р = соnst , кДж/кг· К; В расчетах можно условно принять : сp = 1,35 кДж/кг· К; Gп - массовый расход пара, кг/с; Qпот-потери тепла в окружающую среду, кВт (или вт);Re –критерий Рейнольдса; αг-коэффициент теплоотдачи для газа, Вт/м2 ·К.Используется формула для теплоотдачи при развитом турбулентном режиме ( что будет иметь место при указанных выше значениях w и dвн ).Pr

- критерий Прандтля; Pr =cµ/ λ. В

расчетах можно принять Pr = 0,72 (как для двухатомных газов). Поправочный коэффициент εl = 1,0 (при L/d›50); поправочный коэффициент

εt = 1,06 (при

охлаждении газов);k– коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К. Используется эмпирическая формула для расчета передачи тепла от газов к воде через газовые трубы. ε

= 0,005 – коэффициент, учитывающий загрязнения

поверхности нагрева; F-поверхность нагрева котла, м2;L -длина газовых труб, м;i0 энтальпия газа при t0 ;i1 энтальпия газа при t1 i2 энтальпия газа при t2;S0 энтропия газа при t0 ;S1 - энтропия газа при t1;S2 - энтропия газа при t2 ;i’энтальпия конденсата при tп ;i”-энтальпия пара при tп; S1ж -

энтропия

конденсата при tп ;S2п -энтропия пара при tп; r – теплота конденсации пара, кДж/кг.

.

Эксергетический анализ котла-утилизатора.

18

Эксергия 1кг технологических газов на входе и выходе из парогенератора при р = соnst определяется из соотношений евх = (i1 – i0 ) – Т0 (S1 – S0); евых = (i2 i0)

–

Т0

(S2

–S0).Тогда

уменьшение

эксергии

потока

-

охлаждаемых

технологических газов определяется разностью ∆ег = евых-евх = (i2-i1)–Т0 (S2-S1) = сp (t2-t1) - Т0 срlnТ2 /Т1.Соответственно для пара ∆еп = (i”- i’) – Т0 ( S2п -S1ж ). Эксергетический КПД парогенератора равен отношению изменения эксергии холодного теплоносителя (пара)

∆Еп к изменению эксергии горячего

теплоносителя (технологического газа), ∆Ег ; Gп· ∆еп Gп [(i”- i’) – Т0 ( S2п – S1ж) ] ∆Еп ηе= ------ = --------- = ------------------------------------Gг·∆ег Gг[ ср (t2 – t1) – Т0· ср ln T2/T1] ∆Ег Здесь i”- энтальпия пара , кДж/кг; воды), кДж/кг;

S2п

i’ - энтальпия жидкости (питательной

- энтропия пара, кДж/кг;

S1ж - энтропия жидкости

(питательной воды), кДж/кг. Значения i и S можно взять из таблиц «Свойства насыщенного водяного пара» и из I- S диаграммы для водяного пара.

Содержание Предисловие

3

1.Содержание дисциплины.

3

1.1. Рабочая программа

4...9

1.2 Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения 1.3. Перечень тем практических занятий 2. Библиографический список

9 10 10...11

3.Задание на контрольную работу и методические указания по ее выполнению.

11...18

19

Редактор И.Н.Садчикова Сводный темплан 2003 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97

____________________________________________________________ Подписано в печать Б. Кн.-журн.

Формат 60*84 1/16 П.л. 1,187 Тираж 150

Б.л. 0,593

РТП РИО СЗТУ

Заказ

____________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная,5

20