Справочник строителя

Требования и нормы качества к воде в пароводяном тракте котла


Качество воды в котлоагрегате нормируются государственными стандартами, режимными картами завода-изготовителя при проектировании и производстве каждого котла.

Также разрабатывается проект химводоподготовки для удаления вредных веществ и агрессивных газов. После установки котла и оборудования ХВО проводятся наладочные испытания, в процессе которых устанавливается водно-химический режим агрегата, технология его непрерывной и периодической продувки.

Основные показатели химического состава котловой воды в барабанных котлоагрегатах с Р до 4 МПа, сварными барабанами с вальцовкой труб:

  1. Относительная щелочность до 50%.
  2. Жо= 5/10 для жидкого/твердого топлива, мкг-экв/кг.
  3. Прозрачность, определяемая методом шрифта — 40 см.
  4. Содержание Fe= 50/100 для жидкого/твердого топлива, мг/кг
  5. Содержание Cu= 10/не нормируется для жидкого/твердого топлива, мкг/кг.
  6. Содержание растворенного О2= 20/30 для жидкого/твердого топлива, мкг/кг
  7. Значение рН = 9.0 при 25 С.
  8. Содержание нефтепродуктов- 0.5 мг/кг.

Способы обработки питательной и котловой воды

Коррекционную обработку котловой воды начинают сразу же после забора из источника водоснабжения. Все потоки воды собирают в специальные баки: конденсата, деаэрационной воды, химочищенной воды, подпиточной воды и другие по схеме докотловой очистки воды.

Далее она поступает в системы водоочистки, которые могут состоять из одного или всех узлов:

  • Механическая очистка — удаляет крупные нерастворимые взвешенные вещества.
  • Система умягчения воды. С применением известкового смягчения воды или использованием натрий катионитовых ионообменных фильтров с регенерацией их хлористым натрием или поваренной солью.
  • Для паровых котлов, имеющих барабаны и вырабатывающих пар с давлением до 10 атм, широкое используют метод фосфатирования котловой воды. Для поддержания рН=9,1 вводят фосфаты в барабан котлоагрегата.

Докотловая обработка воды в домашних условиях

Сложные ионообменные фильтровые установки довольно дорогостоящие, их установка может быть экономически нецелесообразной для котлов малой мощности, например, в жилых домах. В таких вариантах применяют более простые и дешевые средства химических и физических методов докотловой обработки воды: ультразвук, электростатика и магнитная котловая обработка.

Для того чтобы обеспечить нормативный срок эксплуатации котлов собственник должен выполнять все требования к качеству питательной и котловой воды. Для этого применяются специальные водоочистные системы, и контролируется состав воды, через выполнение анализов котловой воды и питательной воды.

Сегодня многие компании наладили выпуск компактных фильтров для очистки питательной воды, которые легко устанавливаются и эксплуатируются. К ним можно отнести марки MIGNON, Тайфун, Наша Вода и Гейзер. Фильтры отлично очищают воду перед подачей в котел, тем самым снижают процесс накипеобразования и коррозионного повреждения труб и теплообменников, что увеличивает их срок службы.

Особенности удельной теплоемкости воды

Из приведенной таблицы видно, что у металлов значения теплоемкостей довольно низкие (например у свинца это 140 Дж/кг*K), поэтому для нагрева металлических предметов требуются немного тепла. Удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*K, что на много больше аналогичных металлических параметров. Исследования показали, что это одно из самых высоких значений среди жидких материалов.


В твердом агрегатном состоянии вода (лед) имеет в два раза меньшее значение удельной теплоемкости — 2100 Дж/кг*K, а в газообразном состоянии (водяной пар) — 2200 Дж/кг*K.

Табличные значения для удельных теплоемкостей приводятся, как правило, для фиксированных температур в диапазоне 20-25С (нормальная или комнатная температура). Это связано с тем, что величина удельной теплоемкости зависит от температуры, что характерно не только для воды, но и для других веществ. На приведенном ниже графике показана экспериментально полученная зависимость удельной теплоемкости воды при различных температурах. Видно, что 0С до 37С теплоемкость воды снижается, а затем снова растет. Точное определение удельной теплоемкости воды производится с помощью приборов, называемых калориметрами.

Рис. 3. График зависимости удельной теплоемкости воды от температуры

Обладание водой максимальной величиной удельной теплоемкости приводит к следующим полезным применениям в различных сферах человеческой деятельности:

  • Использование воды в отопительных системах домов в качестве теплоносителя, который долго сохраняет тепло;
  • Охлаждение водой металлических деталей, которые нагреваются в процессе механической обработки;
  • Вода является одним из самых эффективных средств пожаротушения. Во время контакта с пламенем она превращаясь пар, отнимает большое количество теплоты у горящих материалов;
  • Скорость тушения пламени дополнительно повышает водяной пар, который обволакивая горящий предмет, препятствует поступлению кислорода, без которого горение прекращается. Кстати, огонь эффективнее тушить горячей водой, так как у горячей воды образование пара произойдет быстрее;
  • В районах проживания, расположенных рядом с большими водоемами (морем или океаном) летом не бывает слишком жарко, а зимы не очень холодные. В течение лета вода, нагреваясь, накапливает большое количество тепла. А зимой происходит медленное (из-за большой теплоемкости) остывание, что и является причиной мягкого зимнего климата приморских городов.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что величина удельной теплоемкости показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1K. Значение удельной теплоемкости воды равно 4200 Дж/кг*K при нормальных температурах. Имеется температурная зависимость теплоемкости воды от температуры. Точные значения этой величины получены экспериментально и приведены в справочниках в виде таблиц и графиков.

Определение — температурный напор

Определения температурного напора, тепловой нагрузки на теплообменник и расхода охлаждающей воды, необходимые для расчета поверхности охлаждения, выполняют общеизвестными методами.  

Определение температурного напора как разности температур среды и стенки важно как с точки зрения общности получаемых результатов, так и вследствие трудности определения температуры движущейся границы льда. В случае конденсации водяного пара в твердое состояние распределение льда на охлаждаемой поверхности изменяется и по времени, и по длине конденсатора

Соответственно меняется температура поверхности льда в различные моменты времени и распределение этих температур по длине. В таких условиях экспериментальное определение точных значений температур движущейся границы чрезвычайно затруднительно. Результаты, полученные при усредненных значениях температур на движущейся границе, качественно правильно отражают происходящие явления, но могут рассматриваться только как первое приближение к изучению этого весьма сложного процесса. В то же время отсутствие общности в определении температурного напора при конденсации пара в жидкое и в твердое состояние не дает возможности выработать общее воззрение на механизм конденсации в целом.  

Кривые изменения температуры стенки tc и жидкости t № по длине трубы ( при Re61 200.  

Для определения температурных напоров по данным измерений строятся графики изменения температуры стенки трубы и температуры воды по длине трубы для каждого скоростного режима. Изменение температуры воды определяется расчетным путем из теплового баланса по количеству переданного тепла от греющего пара и воспринятого тепла охлаждающей водой на отдельных участках опытной трубы.  

Для определения среднеинтегральных температурных напоров в пластинчато-ребристом теплообменнике с числом теплообменивающихся потоков, равным п, может быть предложен следующий метод.  

При определении температурного напора в абсорбере необходимо учесть, что для интенсификации теплопередачи в абсорберах бромистолитиевых машин часто применяют рециркуляцию слабого раствора.  

Рассмотрим особенность определения осредненного температурного напора в процессах с одновременным переносом тепла и массы.  

При последовательной двухступенчатой схеме определение температурных напоров затрудняется тем, что неизвестна температура обратной воды из системы отопления при прохождении максимума водоразбора.  

Характер расчетной зависимости для определения температурного напора Д ср зависит от направлений взаимного движения теплоносителей, которые могут быть следующими: прямоток, противоток, однократно перекрестный, многократно перекрестный, параллельно-смешанный и последовательно-смешанный ток.  

Поправочный коэффициент Е для определения среднелогариф-мического температурного напора для теплообменников с одним ходом в корпусе и с ДВУМЯ и более ходами в трубном пространстве.  

Распределение температур — 3. Распределение температур.  

Ниже даются указания по определению температурного напора при различных схемах взаимного течения теплоносителей.  

Трубчатый воздухоподогреватель.  

Рециркуляция воздуха учитывается при определении температурного напора и средней скорости воздуха.  

В результате различного подхода к определению температурного напора между частицами и средой значения коэффициентов теплоотдачи, полученные разными авторами, существенно отличались. А именно: коэффициенты теплоотдачи, рассчитанные по средней температуре среды до и после слоя и не учитывающие наличие в слое холостой зоны теплообмена, оказывались, как правило, заниженными по сравнению со значениями, полученными, исходя из действительного изменения температуры среды по высоте слоя. Поэтому при сравнении экспериментальных данных по теплообмену в слое следует четко представлять, что было принято тем или иным автором за температурный напор при расчете коэффициентов теплоотдачи. В дальнейшем будем считать коэффициенты теплоотдачи, найденные с учетом продольных температурных профилей среды, условно истинными, называя их просто коэффициентами теплоотдачи, а все другие, полученные без учета активной зоны теплообмена, кажущимися.  

Общее определение удельной теплоемкости

Напомним, что передача энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплопередачей или теплообменом. Теплообмен происходит, когда тела имеют разные температуры. Величина энергии, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты Q. В соответствии с первым законом термодинамики количество теплоты Q равно изменению внутренней энергии тела ΔU:

$ Q = ΔU $ (1).

Следует помнить, что количество теплоты определяет только изменение внутренней энергии, а не его конкретное значение. Полная величина внутренней энергии — это сумма потенциальной энергии взаимодействия частиц, из которых состоит физическое тело, и кинетической энергии их беспорядочного движения.


Рис. 1. Что такое теплообмен и теплопередача

Изменение внутренней энергии пропорционально массе тела m и изменению температуры:

$ Q = ΔU = c*m* ΔT $ (2),

где: $ΔT = T_k — T_н$ —разница между конечной и начальной температурами.

Коэффициент пропорциональности c в формуле (2) называется удельной теплоемкостью вещества:

$ c = {Q\over m* ΔT} $ (3).

В Международной системе СИ количество теплоты измеряется в джоулях, масса — в килограммах, а разница температур — в градусах Кельвина. Значит единица измерения удельной теплоемкости будет:

$ ={ \over * } $ (4).

Из формул (3), (4) следует, что величина удельной теплоемкости показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1K.

Раньше, до принятия в системе СИ в качестве единицы измерения энергии джоуля, использовалась специальная единица — калория (кал), равная количеству теплоты, которое нагревает 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. Опытным путем определен, так называемый, механический эквивалент теплоты — соотношение между джоулем и калорией:


$ 1 кал = 4,2 Дж $

В настоящее время данную единицу используют при определении количества потребленной тепловой энергии в жилых домах и на предприятиях.

Значения удельных теплоемкостей для твердых, жидких и газообразных веществ определены с помощью физических измерений и сведены в справочные таблицы.

Рис. 2. Таблица значений удельной теплоемкости

Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры при атмосферном давлении

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха λ в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Величина коэффициента теплопроводности воздуха необходима при расчетах теплообмена и входит в состав чисел подобия, например таких, как число Прандтля, Нуссельта, Био.

Теплопроводность выражена в размерности Вт/(м·град) и дана для газообразного воздуха в интервале температуры от -183 до 1200°С. Например, при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении теплопроводность воздуха равна 0,0259 Вт/(м·град).

При низких отрицательных температурах охлажденный воздух имеет малую теплопроводность, например при температуре минус 183°С, она составляет всего 0,0084 Вт/(м·град).

По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность воздуха увеличивается. Так, при увеличении температуры с 20 до 1200°С, величина теплопроводности воздуха возрастает с 0,0259 до 0,0915 Вт/(м·град), то есть более чем в 3,5 раза.

Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры — таблица
t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град)
-183 0,0084 -30 0,022 110 0,0328 450 0,0548
-173 0,0093 -20 0,0228 120 0,0334 500 0,0574
-163 0,0102 -10 0,0236 130 0,0342 550 0,0598
-153 0,0111 0,0244 140 0,0349 600 0,0622
-143 0,012 10 0,0251 150 0,0357 650 0,0647
-133 0,0129 20 0,0259 160 0,0364 700 0,0671
-123 0,0138 30 0,0267 170 0,0371 750 0,0695
-113 0,0147 40 0,0276 180 0,0378 800 0,0718
-103 0,0155 50 0,0283 190 0,0386 850 0,0741
-93 0,0164 60 0,029 200 0,0393 900 0,0763
-83 0,0172 70 0,0296 250 0,0427 950 0,0785
-73 0,018 80 0,0305 300 0,046 1000 0,0807
-50 0,0204 90 0,0313 350 0,0491 1100 0,085
-40 0,0212 100 0,0321 400 0,0521 1200 0,0915

2.2 Определение нормируемых эксплуатационных ПСВ

2.2.1 Нормируемые (расчетные) эксплуатационные ПСВ в целом по системе теплоснабжения состоят из нормируемых технологических потерь и потерь с утечкой по элементам системы теплоснабжения — ТС и системам теплопотребления.

Технологические потери и потери с утечкой в ТС определяются также и в соответствии с их балансовой принадлежностью.

2.2.2. Технологические потери определяются по отдельным составляющим (затратам на пусковое заполнение после ремонта или на пуск новых сетей и систем теплопотребления, потерям со сливами из средств регулирования и защиты и т.д.) по элементам СЦТ.

Среднегодовая утечка определяется исходя из установленной п. 4.12.30 РД 34.20.501-95 (ПТЭ) [] нормы утечки — 0,25 % среднегодового объема воды в ТС и системах теплопотребления в час (также в соответствии с балансовой принадлежностью). При расчете среднегодового объема сетевой воды в ТС учитывается плановый ремонтный период, в целом по системе теплоснабжения — отключение систем теплопотребления (за исключением систем ГВС по открытой схеме).

2.2.3 Расчет ПСВ осуществляется на год работы СЦТ с последующим их разделением по отопительному и летнему сезонам, а также по месяцам сезонов в соответствии с числом часов работы в каждом месяце. Потери сетевой воды, связанные с ремонтами и опорожнениями ТС и систем теплопотребления (и последующим заполнением), а также с проведением испытаний, распределяются в соответствии с планируемыми графиками проведения ремонтов по месяцам летнего периода; при отсутствии таких данных на момент разработки они относятся условно к одному или нескольким месяцам летнего периода (при сохранении общей продолжительности ремонта).

Расчет часовых среднемесячных ПСВ с утечкой (м3/ч) производится (при необходимости) исходя из норм утечки по сезонам  и , определяемых по формулам (7) и (8) РД 153-34.0-20.523-98 [, ч. III

2.2.4 Результаты расчета ПСВ могут быть представлены в виде графика месячных ПСВ.

По уточненным месячным значениям ПСВ корректируется соответствующая составляющая ЭХ по показателю «тепловые потери», если указанная ЭХ разрабатывалась с учетом только нормативной утечки.

Реферат

Расчетно-графическая работа содержит 22 страниц текста, 2 таблицы и 5 источников.

ТЕПЛООБМЕННИК, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР, КОНДЕНСАТ,

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ, ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СОПРОТИВДЕНИЕ, МЕСТНЫЕ ПОТЕРИ, НАСОС, МОЩНОСТЬ, ЗАТРАТЫ, ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ.

Объект исследований: кожухотрубный водоводяной теплообменник.

В данной расчетно-графической работе выполнен тепловой и гидравлический расчеты кожухотрубчатого водоводяного теплообменника, а также расчет мощности водяного и конденсатного насосов. Расчет экономического эффекта выполнен по критерию – интегральный эффект за период 2 года.

Средний температурный напор

Средний температурный напор Д ср при смешанном токе определяется аналитически; это позволяет достичь большей точности по сравнению с графическим определением Д ср.  

Средний температурный напор рассчитывается как средне-логарифмический и в тех случаях, когда температура одного из теплоносителей постоянна ( кипение, конденсация, течение в режиме ИП), а второй движется вдоль теплообменной поверхности в режиме ИВ. Способ формирования концевых температурных напоров для всех этих случаев очевиден.  

Средний температурный напор определяется по следующим формулам.  

Средний температурный напор в каждой зоне определяется по уравнению ( XXII. Для каждой зоны определяются также и коэффициенты теплопередачи.  

Средний температурный напор определяется так же, как это было показано ранее.  

Средний температурный напор ( средняя разность температур) при теплопередаче определяется в зависимости от изменений температуры по обе стороны поверхности, разделяющей теплую среду от холодной. Наиболее характерны следующие изменения температур ( фиг.  

Средний температурный напор зависит от характера изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Определение его рассмотрено ниже ( стр.  

Средний температурный напор при противотоке при прочих равных условиях больше, чем при прямотоке, а потому необходимая поверхность нагрева при противотоке получается меньше.  

Средний температурный напор ( средняя разность температур горячего и холодного потоков) зависит от того, в каком направлении друг относительно друга протекают потоки, участвующие в теплообмене.  

Средний температурный напор зависит от схемы движения теплоносителей в теплообменнике. Если температура обоих теплоносителей изменяется вдоль поверхности теплообмена, то при параллельном движении теплоносителей в одном направлении схему движения называют прямотоком, при параллельном движении в разных направлениях — противотоком, при движении под углом 90 — перекрестным током.  

Средний температурный напор зависит от схемы движения теплоно сителей в теплообменнике. Если температура обоих теплоносителей изменяете; вдоль поверхности теплообмена, то npi параллельном движении теплоносителей i одном направлении схема движения на зывается прямотоком, при параллель ном движении в разных направлениях-противотоком, при движении по; углом Я0 — перекрестным током.  

Средний температурный напор зависит от характера изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Определение его рассмотрено ниже ( стр.  

Средний температурный напор при противотоке при равных условиях больше, чем при прямотоке, а поэтому необходимая поверхность нагрева при противотоке получается меньшей.  

Средний температурный напор в С в секциях пастеризации относительно невелик.  

Средний температурный напор ( средняя разность температур) при теплопередаче определяется в зависимости от изменений температуры по обе стороны поверхности, разделяющей теплую среду от холодной. Наиболее характерны следующие изменения температур ( фиг.  


С этим читают