Изменение энтальпии в любом процессе определяется только начальным и конечным состоянием тела и не зависит от характера процесса.

 

При изобарном процессе (dp=0), если давление системы сохраняется неизменным,

dqp = dh	(4.3)
и qp = h2 – h1,	(4.4)

т.е. теплота, подведенная к системе при постоянном давлении, идет только на изменение энтальпии данной системы. Это выражение часто используется в расчетах, так как огромное количество процессов подвода теплоты в теплоэнергетике (в паровых котлах, камерах сгорания газовых турбин и реактивных двигателей), а также целый ряд процессов химической технологии и многих других осуществляется при постоянном давлении.

 

При расчетах практический интерес представляет изменение энтальпии в конечном процессе:

^t 2

h h ₂ h ₁ C _p dТ,

 

t ₁

где С_р – теплоемкость при постоянном давлении.

 

Основы теплопередачи

Процессы передачи тепла от одного тела к другому широко применяются

 

в технике. Процесс теплопередачи, или теплообмен, - это переход тепловой энергии от одного тела к другому, обусловленный разностью температур между этими телами. Теплообмен может происходить различными способами:

 

- теплопроводностью, когда тепло распространяется внутрь тела.В этомслучае молекулы, обладающие большим запасом кинетической энергии, пере-носят часть своей энергии непосредственно соседним молекулам, имеющим меньший запас энергии;

- конвекцией (соприкосновением),когда тепло передается при помощидвижущейся среды. Конвективный теплообмен связан с течением жидкого или газообразного тела, причем возможно как принудительное (при помощи насо-сов или вентиляторов), так и свободное течение, обусловленное неодинаковой плотностью нагретой и холодной частями среды. Конвекция всегда сопровож-дается и теплопроводностью в движущейся среде;

- радиацией (лучеиспусканием),когда тепловая энергия нагретого телапревращается в лучистую энергию; часть этой энергии, воспринимаясь другим телом, превращается вновь в тепловую. Передача тепла лучеиспусканием не нуждается в каком-либо теплоносителе; лучистое тепло может передаваться в любой разряженной среде.

На практике теплообмен часто происходит одновременно всеми назван-ными способами, т. е. теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием.

 

Вопросы для самопроверки

1. Почему на практике не осуществляется цикл Карно насыщенного пара?

 

2. Изобразите цикл Ренкина насыщенного пара в Т, s – диаграмме. На каких ти-пах ЭС этот цикл нашел широкое применение?

 

3. Зачем применяют регенеративный подогрев и что он представляет собой?

 

4. Для чего применяется перегрев пара? Перечислите положительные моменты его применения.

 

5. Какая наибольшая температура перегрева пара может достигаться? С чем это связано?

 

6. Изобразите цикл Ренкина перегретого пара в Т, s – диаграмме. Покажите способы повышения термического КПД.

 

7. Назовите основные способы теплообмена.

8. Дайте понятие энтальпии.

 

Лекция 6

 

ПАРОВЫЕ КОТЛЫ И ИХ СХЕМЫ

 

Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива или подводимой от посторонних источников, называют котлами. Они делятся соответственно на котлы паровые и котлы водогрейные.

 

Развитие конструкций котлов

 

Историческое развитие паровых котлов шло в направлении повышения паропроизводительности, повышения параметров производимого пара (давления и температуры), надежности и безопасности в эксплуатации, увеличения экономичности (КПД) и снижения массы металлоконструкций, приходящейся на 1тонну вырабатываемого пара (рисунок 5.1).

 

 

 

 

Рисунок 5.1. Схема развития паровых котлов:

 

а – простой цилиндрический котел; б – водотрубный котел с наклонным трубным пучком; в – двухбарабанный вертикально-водотрубный котел. Стрел-ками показано движение продуктов в газоходах: 1- барабан; 2- топка; 3 – трубы

 

кипятильного (испарительного) пучка; 4 – опускные трубы; 5 – коллекторы, объединяющие трубы поверхностей нагрева; 6 – водяной экономайзер; 7 – пе-регородки в газоходах котла, ПВ – питательная вода; П – пар

 

 

Исходным типом современных котлов был простой цилиндрический ко-тел (рисунок 5.1,а), выполненный в виде горизонтального барабана с топкой под ним. Стенки барабана были одновременно и поверхностью нагрева. В дальнейшем увеличение поверхности нагрева шло следующим образом. К ба-рабану присоединились дополнительные наружные трубные поверхности нагрева – кипятильные пучки, заполненные водой и обогреваемые топочными газами (водотрубные котлы, рисунок 5.1,б).

 

Уменьшение диаметра труб этих поверхностей и увеличение их количества вели к росту удельной поверхности нагрева. Движение пароводяной смеси по трубам кипятильного пучка обеспечивалось за счет естественной циркуляции (рисунок 5.1,в). Питательная вода из коллектора 5 подается в водяной экономайзер 6, где она предварительно подогревается перед подачей в барабан 1. Из барабана вода поступает вниз по опускным трубам 4. Чтобы предотвратить образование пароводяной смеси в опускных трубах и уменьшить их сопротивление, увеличивали их диаметр и уменьшали обогрев, располагая в зоне более низких температур. В дальнейшем опускные трубы вынесли за изоляционную стенку (обмуровку) котла (рисунок 5.2).

 

Котлы, в которых вертикальные трубы используются в качестве кипя-тильного пучка, получили название вертикально-водотрубных. Впоследствии вертикальные (подъемные) трубы испарительной поверхности нагрева стали располагать на стенках топки и называть экранными поверхностями или экра-нами (Название связано с тем,что они,выполняя свою основную функцию вкачестве испарительной поверхности, еще и экранируют стены топки от излу-чения топочного объема, препятствуя налипанию на них размягченного шлака

 

и золы). Барабан постепенно перестал играть роль поверхности нагрева. Более того, в целях повышения надежности работы котла, барабан был вынесен из зоны обогрева.