Назовите источники тепла и теплоносители ответ кратко

Обновлено: 04.07.2024

Нагревание является одним из наиболее распространенных процессов химической технологии. Нагревание необходимо для ускорения многих химических реакций, а также для выпаривания, перегонки, сушки и других процессов.

Тепловая энергия для проведения технологических процессов может быть получена различными способами и от разных источников.

Прямыми источниками тепла являются:

'! 2) электрический ток.

В качестве промежуточных теплоносителей, воспринимающих тепло от указанных источников тепла и передающих его нагреваемому веществу, применяют:

- 1) водяной пар или горячую воду; -

- 2) минеральные масла;

3) специальные теплоносители: Перегретую воду, высОкокипящие жидкости и Их па, расплавленные неорганические солІПі их смеси, некоторые углеводороды и металлы (в жидком состоянии).

Кроме того, для нагревания может быть использовано тепло отходящих газов и жидкостей, обладающих относительно высокой температурой.

Важнейшими условиями, от которых зависит выбор теплоносителя, являются:

Vl) температура нагрева и возможность ее регулирования;

^2) упругость пара и термическая устойчивость теплоносителя;

МЗ) токсичность и химическая активность теплоносителя;

ЧІ4) безопасность нагревания;

\)5) стоимость и доступность теплоносителя.

Применяемые теплоносители и методы обогрева имеют специфические преимущества и недостатки. Поэтому в каждом отдельном случае необходимо выбирать метод нагревания, исходя из условий производственного процесса и сравнительной стоимости обогрева. Краткая харак- * теристика различных способов нагревания приводится ниже.

Нагревание насыщенным водяным паром широко применяется в химической технологии. При таком нагревании можно точно регулировать температуру нагрева путем изменения давления пара; вследствие хорошей теплоотдачи от насыщенного пара аппараты могут иметь значительно меньшие поверхности нагрева, чем при нагревании, например, дымовыми газами. Паровые нагревательные устройства при использовании тепла конденсата работают при очень высоком к. п. д. Однако применяя в качестве теплоносителя водяной пар, трудно получить высокую температуру нагрева, так как для этого требуется резко увеличить давление пара. Так, например, для достижения

Температуры 350°С потребовалось бы поднять давление пара до 180 am; максимальнаїГ^теїйпература насыщенного водяного пара равна 374° (критическая температура). Поэтому нагревание водяным паром ведут обычно до температур не более 180°. У

Нагревание горячей водой применяют значительно реже, чем водяным паром, хотя по своим теплотехническим свойствам вода почти не отличается от пара. Ограниченное использование воды объясняется тем, что для нагрева необходимы пар или дымовые газы, причем горячая вода должка иметь более высокую начальную температуру, чем пар, так как она охлаждАется в процессе нагревания, а пар отдает скрытую теплоту _конденсации пРи постоянной температуре. Применяют главным образом отработанную горячую воду или паровой конденсат.

Нагревание специальными теплоносителями. С развитием химической технологии увеличивается число процессов, проводимых при температурах 500—600° и более. Для получения температур выше 180° наиболее рационально использовать ПереГретую воду или пары высококипящих жидкостей, обладающих низкой упРугостью, и пары термически стойких жидкостей, отличающихся выТОкой тепло - емкостью. Применяют так называемые органические теплоносители— дифенил и дифениловый эфир, эвтектическую смесь дифенила и дифени - лового эфира и др., а также ртуть, смеси солей, расплавленные металлы. Эти вещества предварительно нагревают или испаряют при помощи дымовых газов или электрического тока, после чего нагретые вещества (жидкости или пары) отдают тепло нагреваемому материалу через стенки аппаратов. Применение специальных теплоносителей для нагревания требует устройства специфических нагревательных систем; некоторые из них будут описаны ниже.

Нагревание электриисским током. При помощи электрического тока можно достичь весьма высоких температур нагрева; например, в электропечах для сжигания атмосферного азота температура равна 3200°.

Электрические нагревательные устройства работают при более высоком к. п. д., чем устройства для нагрева другими теплоносителями; при нагревании электрическим током используется до 95% электрической энергии, вводимой в нагревательный аппарат. Однако нагревание электрическим током мало распространено вследствие сравнительно высокой стоимости и дефицитности электроэнергии, а также сложности аппаратуры.

Нагревание дымовыми газами наиболее распространено; при этом можно достигнуть температуры 1000° и выше.

Вместе с тем обогрев дымовыми газами имеет и существенные недостатки. Коэффициент полезного действия печей сбычно не превышает 30%, так как значительная часть тепла уходит в атмосферу с отходящими газами, которые имеют высокую температуру (вследствие того что поверхности теплообмена обогреваемых аппаратов обычно невелики).

При обогреве дымовыми газами нельзя быстро регулировать температуру нагрева, а коэффициенты теплоотдачи очень низки. Но так как газы имеют высокую температуру удается достичь значительных разностей температур теплоносителя и нагреваемого продукта, что отчасти компенсирует малую величину коэффициентов теплоотдачи. Вследствие высоких температур и трудности их регулирования возможны перегревы нагреваемых продуктов, пригорание их и возникновение нежелательных побочных процессов. Нагревание дымовыми газами легколетучих и легко воспламеняюшихся материалов опасно.

Следует указать также на значительный объемный расход дымовых газов (из-за низкой теплоемкости) и сложность их транспортирования (из-за больших объемов и высокой температуры).

Во многих процессах нагревания возникает необходимость снижать температуру газов. Для этого газы после выхода из топки смешивают с холодным воздухом, но это приводит к повышенному содержанию кислорода в газах и окислению металла аппаратуры.

Усовершенствование техники нагревания дымовыми газами позволило в известной мере преодолеть недостатки этого способа нагревания. В современных нагревательных системах осуществляют рециркуляцию дымовых газов, т. е. разбавляют их не воздухом, а самими охлажденными дымовыми газами, уже прошедшими через теплообменный аппарат. Рециркуляцию проводят, используя вентилятор (дымосос) или эжектор. Возвращая на разбавление то или другое количество дымовых газов, можно довольно точно регулировать температуру нагрева. Кроме того, при рециркуляции через теплообменный аппарат проходит больше газов и соответственно меньше снижается их температура, что повышает равномерность нагревания.

В связи с недостатками, свойственными непосредственному обогреву дымовыми газами, все шире для обогрева до температуры —500° применяются различные промежуточные теплоносители.

Нагревание отходящими газами и жидкостями дает возможность использовать остающееся в них тепло, ибо в ряде процессов отходят газы и жидкости с высокой температурой. Использование отбросного тепла компенсирует расходы по сооружению устройств для его использования.

Ключевые слова: тепловая энергия, электроэнергия, газоснабжение, топливо, горение, горючий газ, промежуточные теплоносители.

1. Источники теплоты и энергоснабжение предприятий общественного питания

В качестве источника теплоты в тепловых аппаратах на предприятиях общественного питания используется тепловая энергия, которую получают с помощью электрического тока и органического топлива (газ, мазут, уголь и т.п.).

Снабжение предприятий общественного питания тепловой энергией осуществляется следующими путями:

- электроэнергия по электросетям

- газ по трубопроводам.

Электроэнергия на ПОП поступает от общих понижающих трансформаторных подстанций напряжением 6000 – 10000 В на трансформаторы, Расположенные неподалеку от предприятия, где напряжение трехфазного тока снижается до 400 В. Непосредственно на предприятиях применяется трехфазный ток напряжением 380 В. Качество электроэнергии определяется отклонением величин питающего напряжения от номинальных значений и колебанием частоты тока.

Передача электроэнергии от трансформаторов к электрическим приемникам осуществляется через распределительный щит по проводам и кабелям. В помещениях предприятий общественного питания применяются только изолированные провода и кабели, которые прокладываются открыто (по стенам, потолку) или скрыто (в строительных конструкциях). На распределительных щитах устанавливают счетчики электроэнергии.

Транспортирование газа от места добычи к месту потребления осуществляется по газопроводам, образующим систему газоснабжения. Система газоснабжения должна обеспечивать пропуск необходимого количества газа при допустимых потерях давления в трубопроводе, возможность подключения и отключения отдельных потребителей, а также безопасность работы системы.

В зависимости от максимально допустимого рабочего давления газа различают газовые сети низкого (0 – 2 кПа), среднего (5 – 300 кПа), высокого (300 – 600 кПа) и сверхвысокого (600 – 1200 кПа) давления. На ПОП допускается использовать газ только низкого давления.

2. Характеристика органического топлива

Топливом называются сложные органические соединения, при сгорании которых выделяется теплота.

Горением называется физико-химический процесс соединения горючих элементов с окислителем (кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным выделением тепловой энергии.

По способу получения топливо подразделяется на естественное и искусственное, которое в зависимости от физического состояния может быть твердым, жидким и газообразным.

Естественное твердое топливо — это антрацит, каменный и бурый уголь, сланцы, торф, дрова. Искусственное — кокс, полукокс, древесный уголь и др.

Естественным жидким топливом является нефть. При ее переработке получают бензин, керосин, мазут и др.

Природные горючие газы добывают из газовых и нефтяных месторождений. Горючий газ представляет собой смесь горючих (моногазов) и негорючих (балластов) компонентов. К горючим моногазам, входящим в газовую смесь, относятся метан CH4, водород Н2, окись углерода СО, сероводород H2S и различные предельные (этан, пропан, бутан и др.) и непредельные (этилен, пропилен, бутилен и др.) углеводороды. К балласту относятся азот N, углекислый газ СО2, кислород О2. Кроме этих составляющих, в газообразном топливе содержатся водяные пары, бензол, парафин, нефть и другие вещества.

В качестве газообразного топлива применяются и искусственные газы, получаемые из твердого или жидкого топлива при его переработке (доменный, коксовый, сланцевый, крекинг-газ и др.). Искусственные газы непосредственно после их получения содержат сероводород, нафталин, аммиак, смолу и другие примеси, от которых их очищают на газовых заводах механическим или химическим путем.

Важнейшими характеристиками топлива являются:

Одной из характеристик топлива является теплота сгорания. Теплотой сгорания топлива называется количество тепловой энергии, выделяемое при полном сгорании 1 кг топлива. Теплота сгорания различных видов топлива различна и зависит от содержания в нем горючих элементов, влаги, золы. Чем больше горючих элементов в топливе и меньше влаги и золы, тем выше теплота его сгорания.

Характеристикой топлива также является температура его воспламенения — температура, до которой должна быть разогрета часть топлива (в присутствии воздуха), чтобы затем реакция горения протекала самопроизвольно с выделением теплоты. Так, температура воспламенения водорода 580. 590°С, метана— 650. 750°С, сероводорода — 290. 300°С и т.д.

Необходимым условием горения топлива является нагревание его до температуры воспламенения (вспышки). В результате процесса горения образуются продукты сгорания, представляющие собой механическую смесь газообразных веществ. Продуктами полного сгорания топлива являются: углекислый газ, сернистый газ, водяные пары, часть кислорода, не вступившая в реакцию окисления, азот.

- вода с температурой до 90°С,

- водяной пар с температурой до 200°С,

- органические жидкости с температурой до 300°С,

- влажный воздух с температурой до 300°С,

- топочные газы с температурой до 1000°С.

Максимальная температура продукта при ИК-нагреве обычно достигается на некоторой глубине, зависящей от структуры и влагосодержания продукта и длины волны излучения. В процессе тепловой обработки свойства поверхностных слоев продукта изменяются, что, в отличие от условий традиционного (поверхностного) нагрева, приводит к усилению поглощения ИК-энергии и интенсификации нагрева.

Аналогичный эффект вызывается образованием водяного пара в обрабатываемом продукте, интенсивно поглощающего ИК-излучение с длиной волны более 15 мкм.

Таким образом, благоприятным фактором для ИК-обработки пищевых продуктов является наличие длин волн вблизи 1 мкм в спектре используемого генератора излучения и значительного количества свободной влаги в продукте, т. е. высокого начального влагосодержания исходного продукта.

При описании закономерностей ИК-нагрева поток энергии излучения, падающий на поверхность продукта, разделяют на три слагаемых — отраженный (Qo), поглощенный (Qn) и пропущенный (Qnp) потоки:

Соотношение между этими составляющими падающего потока может быть весьма различным и зависит от структуры, влагосодержания, температуры, толщины слоя продукта и длины волны ИК-излучения.

Проницаемость некоторых пищевых продуктов для ИК-излучения при длине волны l=1,04 мкм и толщине слоя продукта 2мм:

- мясо свинина 10,6%

- мясо говядина 8,8%

- бифштекс рубленый 7,55%

Источники тепла, топливо и теплоносители

1. Источники теплоты и энергоснабжение предприятий общественного питания

2. Характеристика органического топлива

1. Источники теплоты и энергоснабжение предприятий общественного питания

Снабжение предприятий общественного питания тепловой энергией осуществляется следующими путями:

- электроэнергия по электросетям

- газ по трубопроводам.

2. Характеристика органического топлива

Топливом называются сложные органические соединения, при сгорании которых выделяется теплота.

Естественным жидким топливом является нефть. При ее переработке получают бензин, керосин, мазут и др.

Важнейшими характеристиками топлива являются:

- вода с температурой до 90°С,

- водяной пар с температурой до 200°С,

- органические жидкости с температурой до 300°С,

- влажный воздух с температурой до 300°С,

- топочные газы с температурой до 1000°С.

- мясо свинина 10,6%

- мясо говядина 8,8%

- бифштекс рубленый 7,55%

В качестве источников теплоты в тепловых аппаратах, применяемых в предприятиях общественного питания, используются электрическая энергия и газообразное топливо (природный и сжиженный газы).

Электрическая энергия может преобразовываться в тепловую как в специальных нагревательных элементах, так и непосредственно в продуктах. Ее применение обеспечивает наиболее точное поддержание температуры и регулирование технологического процесса, высокую культуру производства, позволяет сконцентрировать значительные мощности в сравнительно небольшом объеме, создать компактные и надежные аппараты.

Газообразное топливо имеет некоторые преимущества перед электроэнергией. Стоимость 1 кДж теплоты, получаемой при сжигании газа, в несколько раз ниже, чем при использовании электроэнергии. Однако газ как топливо обладает и рядом существенных недостатков: в определенной пропорции с воздухом образуется взрывоопасная смесь; горючие газы, особенно искусственные, а также продукты неполного сгорания газа токсичны.

В качестве газообразного топлива применяются природные (добываются из подземных газовых месторождений), искусственные (коксовый и генераторный газы и их модификации) и смешанные горючие газы.

Разновидностью газов являются сжиженные, представляющие собой в основном пропанобутановые фракции, извлекаемые из газов нефтяных и газоконденсатных месторождений. В обычных атмосферных условиях эти фракции находятся в газообразном состоянии, при повышенном давлении или при низких температурах — в жидком.

Вещества, получающие теплоту от источника энергии и отдающие его через стенку теплообменника нагреваемой среде, называются промежуточными теплоносителями. В качестве промежуточных теплоносителей используют горячую воду, водяной пар, минеральные масла, органические и кремнийорганические жидкости, топочные газы, влажный воздух. Выбор теплоносителя зависит в первую очередь от требуемой температуры нагрева и необходимости ее регулирования.

Водяной пар — один из наиболее широко применяемых теплоносителей. К его основным достоинствам относятся высокий коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке теплообменника, постоянство температуры конденсации (при данном давлении), возможность достаточно точно поддерживать температуру нагрева, а также в случае необходимости регулировать ее, изменяя давление пара, доступность, пожаробезопасность и др. Основным недостатком водяного пара является значительное возрастание давления с повышением температуры. Поэтому насыщенный водяной пар применяется для процессов нагревания только до умеренных температур (порядка 150 °С).

Процессы жаренья и выпечки протекают при более высоких температурах, где в качестве промежуточных теплоносителей используются так называемые высокотемпературные теплоносители: органические и кремнийорганические жидкости, топочные газы.

Топочные газы, образующиеся при сжигании газообразного топлива, применяются в качестве теплоносителей очень широко, так как позволяют осуществлять нагревание до высоких температур. К недостаткам топочных газов следует отнести трудность регулирования температуры, низкий коэффициент теплоотдачи от газа к стенке, отложение на теплопередающих поверхностях сажи, что приводит к увеличению термического сопротивления.

Влажный воздух — смесь сухого воздуха и водяного пара — широко используется как теплоноситель в процессах выпечки, жаренья.

Теплогенерирующие устройства

Теплогенерирующие устройства являются основными узлами тепловых аппаратов, а их конструкция определяется видом используемого энергоносителя. В них происходит преобразование химической или электрической энергии в тепловую.

Основной частью электрического теплового аппарата являются электронагревательные элементы, преобразующие электрическую энергию в тепловую. В электронагревателях используется одно из основных свойств электрического тока — способность нагревать проводники. Энергия электрического тока преобразуется в электромагнитные колебания, которые превращаются в тепловую энергию или непосредственно в пищевых продуктах (ИК-нагрев, СВЧ-нагрев), или в стенках сосуда для тепловой обработки (индукционный нагрев).

Проводники тока, используемые в нагревательных элементах, делятся на проводники металлические, неметаллические и жидкостные. К неметаллическим относятся, например, уголь, графит, карборунд и др.; к жидкостным — электролиты. Наиболее широкое применение в аппаратах предприятий общественного питания находят металлические проводники, изготовляемые из различных сплавов. По конструктивному оформлению электронагреватели с металлическим сопротивлением подразделяются натри основные группы: открытые, закрытые и герметичные.

Открытый электронагреватель представляет собой металлическую спираль, помещенную в керамические бусы или уложенную в канавки керамической нагревательной поверхности. Передача теплоты от спирали к нагреваемой среде происходит излучением. В тепловых аппаратах предприятий общественного питания этот тип электронагревателей практически не применяется из-за повышенной электро- и пожароопасности.

Закрытый электронагреватель представляет собой спираль, запрессованную в электроизоляционную теплопроводящую массу и помещенную в корпус. Корпус предохраняет спираль от механических повреждений, прямого попадания влаги и продуктов, но не защищает от доступа воздуха.

Нагреватели закрытого типа широко применяются в конфорках электроплит, электросковородах, жарочных поверхностях контактных грилей и могут иметь прямоугольную или круглую форму рабочей поверхности. Они более надежны и долговечны, чем открытые, но чувствительны к длительным перегревам. Работа конфорки на сильной ступени нагрева без наплитной посуды приводит к деформации (вспучиванию) и появлению трещин на ее рабочей поверхности, преждевременному перегоранию спирали. Вспучивание центральной части конфорки ухудшает теплообмен с наплитной посудой из-за неплотного ее прилегания к поверхности конфорки, что увеличивает время тепловой обработки, расход электроэнергии.

По сравнению с открытыми и закрытыми электронагревателями тэны обладают рядом преимуществ: более продолжительным сроком службы, компактностью, экономичностью, возможностью использования в различных средах, малой тепловой инерцией, большими механической прочностью и сроком службы. К их недостаткам следует отнести сложность изготовления и непригодность к ремонту.

СВЧ-генератор является основным элементом СВЧ-установки. Это устройство, в котором электрическая энергия постоянного или переменного тока преобразуется в энергию электромагнитного поля сверхвысоких частот. Для нагрева продуктов используют в основном частоты 433,896,915, 2375 и 2450 МГц. В электротермических установках СВЧ в качестве генераторной лампы широко применяются магнетроны непрерывного генерирования, имеющие относительно простую конструкцию, достаточно высокие мощность и КПД.

Магнетроны непрерывного генерирования для электротермических СВЧ-аппаратов имеют выходную мощность от 0,5 до нескольких десятков киловатт, КПД их может достигать 70 % и выше.

Варочное оборудование

Варка пищевых продуктов в общественном питании осуществляется в различных технологических средах (вода, бульон, молоко, влажный насыщенный пар), при этом некоторые из них являются компонентами готового изделия, а другие выполняют только вспомогательную функцию.

Варочные процессы условно можно разделить на основную варку и вспомогательную (бланширование, припускание). Варка является основным способом тепловой обработки продуктов в жидкой или парообразной среде. В процессе варки продукты погружаются полностью в обогревающую среду, где они равномерно прогреваются по всему объему. Продолжительность нагрева зависит от теплоемкости, плотности и теплопроводности продуктов, а также их размеров и форм. При длительной варке продукты теряют много питательных веществ, разрушаются почти все витамины, а переваренный продукт имеет невыраженный вкус. Под варкой обычно понимают процесс отваривания продукта в большом количестве жидкой среды, однако продукты можно варить и в малом количестве жидкости.

Припускание — это способ готовки, при котором пища варится в герметично закрытом сосуде в малом количестве жидкости (вода, бульон, молоко, соус и т.д.), что позволяет готовить продукты более нежной консистенции с сохранением питательных и вкусовых веществ. В начале обработки блюдо быстро доводится до кипения, а затем нагрев уменьшают и варку продолжают до кулинарной готовности.

Бланширование — непродолжительная варка или ошпаривание продуктов с целью создания на их поверхности защитной пленки для предотвращения потери соков при дальнейшей обработке.

Варка в атмосфере насыщенного пара происходит при контакте продукта и пара. Последний, конденсируясь, отдает теплоту, за счет которой продукт доводится до готовности. При этом исключается взаимное смешивание вкусов различных продуктов, что позволяет в одной камере пароварочного шкафа готовить одновременно различные блюда (свекла паровая, манты, рыба и т.д.). При паровой обработке сохраняется питательная ценность продуктов; повышается их усваиваемость; крупяные изделия получаются рассыпчатыми, не насыщенными излишней влагой.

Жарочные тепловые аппараты

Жарка — это процесс термического воздействия на поверхностный слой приготовляемого продукта, в результате которого происходит изменение его объема, структуры и органолептических свойств Скорость происходящих в продукте изменений зависит от параметров как самого продукта (влажность, форма, размеры, движение), так и среды (плотность, температура и др.).

Процесс приготовления продукта при жарке можно разделить на два этапа: до появления корочки и после. С момента появления корочки испарение влаги из продукта резко замедляется, что требует снижения количества подводимой теплоты. В противном случае толщина корочки и ее температура повышаются до недопустимых значений, что снижает качество готового изделия. Следовательно, приток теплоты к продукту при его тепловой обработке в жарочных аппаратах должен изменяться — вручную или автоматически.

В общественном питании применяют следующие методы жарки и соответствующее оборудование:

основная — в малом количестве жира (не более 5 % массы продукта) — сковороды, жарочные поверхности, грили непосредственного жаренья;
терморадиационная — в потоке инфракрасного излучения (ИК) — грили, конвейерные печи и проч.;
фритюрная — в большом количестве жира (в 4—7 раз больше массы продукта) — фритюрницы, пончиковые аппараты и др.;
конвективная — в среде горячего воздуха или перегретого пара (300—350 °С) — конвектоматы, жарочные шкафы и проч.;
на открытом огне.

По структуре рабочего цикла жарочные аппараты могут быть периодического и непрерывного действия. По конструктивному исполнению аппараты выпускаются несекционные, секционные и секционно-модулированные.

Источником тепла называется комплекс оборудования и устройств, с помощью которых осуществляется преобразование природных и искусственных видов энергии в тепловую энергию с требуемыми для потребителей параметрами.

В России и во всем мире в настоящее время наиболее широко применяются источники тепла, использующие органические топлива — твердое, жидкое и газообразное. Основными источниками тепла являются тепловые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающие комбинированным способом электрическую энергию и тепло, и котельные, вырабатывающие тепло.

При комбинированном способе производства электроэнергии и тепла на ТЭЦ расходуется меньше топлива по сравнению с раздельным способом: выработкой электроэнергии на конденсационных электрических станциях (КЭС) и тепла в котельных. Однако при этом необходимы большие капитальные затраты на источник тепла и тепловые сети, поэтому по технико-экономическим соображениям тепловые ТЭЦ применяются обычно при тепловых нагрузках 500—800 МВт и выше, а котельные — при меньших нагрузках.

В зависимости от вида рабочего тела, используемого в цикле станции, ТЭЦ бывают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые. Преимущественное распространение в настоящее время имеют паро-турбинные ТЭЦ, которые обладают высокими технико-экономическими показателями.

Современные паротурбинные ТЭЦ различают по следующим признакам:

1) по назначению (видам покрываемых нагрузок)—районные (коммунальные, промышленно-коммунальные), снабжающие теплом и электроэнергией потребителей всего района, и промышленные (заводские);

2) по начальным параметрам пара перед турбиной — низкого (до 4 МПа), среднего (4—6 МПа), высокого (9—13 МПа) и сверхкритического (24 МПа) давления.

Основными типами турбин на паротурбинных ТЭЦ являются:

теплофикационные (тип Т), выполняемые с конденсатором и регулируемыми отборами пара для покрытия жилищно-коммунальных нагрузок;

промышленно-теплофикационные (тип ПТ), выполняемые с конденсатором и регулируемыми отборами пара для покрытия промыт- , ленных и жилищно-коммунальных нагрузок;

противодавленческие (тип Р), не имеющие конденсатора; весь отработавший пар после турбины направляется потребителям тепла. .

Турбины типа Т и ПТ являются универсальными, так как за счет перепуска части или всего количества пара в конденсатор могут вырабатывать электрическую энергию независимо от тепловой нагрузки отборов. Турбины типа Р вырабатывают электроэнергию только комбинированным методом, поэтому они используются для покрытия постоянных тепловых нагрузок, как правило, технологических нагрузок промышленных предприятий.

На рис. 3.1 показана принципиальная тепловая схема коммунальной ТЭЦ с турбинами Т-100-130.

Перегретый пар из парогенератора 1 с параметрами 13 МПа, 565°С поступает в турбину 2, где происходит расширение пара и последовательное преобразование его энергии сначала в кинетическую энергию на лопатках турбины, затем в механическую на валу и, наконец, в электрическую в генераторе 3.

Часть отработавшего в турбине пара с давлением 0,03—0,25 МПа идет через регулируемые теплофикационные отборы на подогрев сетевой воды для теплоснабжения. Остальная часть пара расширяется в части низкого давления турбины до давления 0,004—0,006 МПа и поступает в конденсатор 4, где отдает тепло охлаждающей воде и конденсируется.

Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема коммунальной ТЭЦ с турбиной Т-100-130

1 — парогенератор; 2 — турбогенератор; 3 — электрогенератор; 4 — конденсатор; 5 — теплофикационный пучок в конденсаторе; 6 и 7 — подогреватели сетевой воды нижней и верхней ступени; 8 — сетевой насос; 9 — пиковый водогрейный котел; 10 — рециркуляционный насос; 11 — регулятор подпитки; 12 — охладитель конденсата; 13 и 14 — конденсатные насосы; 15 и 16 — эжекторный и сальниковый подогреватели; 17—20 — регенеративные подогреватели низкого давления; 21 — станционный деаэратор; 22—24 — регенеративные подогреватели высокого давления; 25 — питательный насос; 26 — конденсатный насос подогревателей низкого давления; 27 — аппараты химводоочистки; 28 — насосы химводоочистки; 29 — испарительная установка; 30 — подпиточный насос станции; 31— деаэратор подпитки сетевой воды; 32 — подпиточный насос; ЧВД, ЧСД и ЧНД — части соответственно высокого, среднего и низкого давления турбогенератора

Образующийся конденсат подается с помощью конденсатных насосов 14 в деаэратор 21. В деаэратор поступает также подпиточная вода после химводоочистки 27 для восполнения утечек пара и конденсата из цикла станции и иногда конденсат после теплофикационных подогревателей.

В деаэраторе из питательной воды, поступающей в парогенератор с помощью питательных насосов 25, удаляются вызывающие коррозию газы ( ). Удаление газов из воды производят, как правило, в термических деаэраторах путем продувки их паром различных давлений (от давления атмосферного до давления (0,6—0,7 МПа).

Для повышения КПД ТЭЦ в схеме предусматривается ступенчатый регенеративный подогрев питательной воды, в результате которого происходит выработка части электрической энергии на внутреннем тепловом потреблении. Для этого у турбины имеется ряд нерегулируемых отборов пара различного давления, используемых для подогрева воды в последовательно расположенных (обычно поверхностных) подогревателях 17—20 и 22—24, а также в деаэраторе 21. Подогреватели 17—20, расположенные по ходу движения питательной воды до деаэратора, называют подогревателями низкого давления (ПНД), так как они работают при низком давлении, создаваемом конденсатным насосом 14. Подогреватели 22—24, расположенные после деаэратора, называют подогревателями высокого давления (ПВД), так как они работают при высоком давлении, создаваемом питательным насосом 25. Слив конденсата из подогревателей происходит, как правило, в предыдущие подогреватели вследствие разности давлений между отборами пара (каскадный слив) и затем из ПВД в деаэратор, из нижнего ПНД конденсат подается насосом 26 в питательную линию. В схеме регенеративного подогрева воды перед ПНД устанавливаются обычно эжекторный подогреватель 15 для охлаждения пара, выходящего из эжектора, который создает пониженное давление (вакуум) в конденсаторе турбины (0,004—0,006 МПа), и сальниковый подогреватель 16 для охлаждения выпаров из уплотнений турбин. Конденсат после этих подогревателей направляется в конденсатор.

Подготовка теплоносителя с требуемыми для подачи в тепловую сеть параметрами производится на ТЭЦ по схемам, включающим различное теплофикационное оборудование и приборы для автоматического регулирования, контроля и учета тепла.

При отпуске с ТЭЦ горячей воды для систем теплоснабжения применяют схемы, обеспечивающие ступенчатый подогрев сетевой воды паром из различных отборов турбины, начиная с наиболее низкого по температурному потенциалу и переходя по мере нагрева воды к более высоким. В результате достигается увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении и повышается энергетическая эффективность ТЭЦ.

Подогрев сетевой воды осуществляется обычно в четырех последовательно соединенных подогревателях: охладителе конденсата 12, двух основных пароводяных поверхностных теплообменниках 6 и 7, обогреваемых паром из нижнего и верхнего теплофикационных отборов турбины с давлениями 0,03—0,2 и 0,06—0,25 МПа, и пикового водогрейного котла 9. Конденсат греющего пара верхнего отбора из основного подогревателя 7 сливается каскадно в подогреватель 6, а затем в охладитель конденсата 12. Из охладителя конденсат самотеком или с помощью насоса 13 отводится в смеситель на основной линии конденсата турбины, в станционный деаэратор или конденсатор.

Основные подогреватели покрывают базисную, а пиковые котлы — пиковую часть тепловой нагрузки. Охладители конденсата покрывают весьма небольшую часть базисной нагрузки, так как предназначаются только для понижения температуры конденсата до 90—95°С для обеспечения устойчивой работы конденсатного насоса. Кроме того, в конденсаторе турбины Т-100-130 имеется встроенный теплофикационный пучок 5, в котором можно подогревать подпиточную воду до 30—35°С или обратную сетевую воду в зимнее время, когда в конденсатор идет только охлаждающий часть низкого давления турбины вентиляционный расход пара. При этом в конденсаторе устанавливается повышенное давление (вследствие уменьшения расхода и давления пара перед отсасывающим эжектором).

Вода в тепловую сеть, как правило, подается двумя группами сетевых насосов 8 для создания большей располагаемой разности давлений в тепловой сети. Сетевые насосы первого подъема устанавливаются на обратной линии тепловой сети, перед подогревателями. Максимальное давление воды за ними определяется допустимым из условия прочности давлением для поверхностных теплообменников (~1 МПа), минимальное — из условия предотвращения вскипания подогретой воды перед насосами второго подъема. Сетевые насосы второго подъема устанавливаются после поверхностных теплообменников, а максимальное давление за ними определяется допустимыми давлениями воды в пиковом водогрейном котле и трубопроводах тепловой сети (~2 МПа).

У каждого из подогревателей в схеме предусматриваются перемычки для перепуска воды, которые можно использовать для регулирования температуры воды за ними. Кроме того, для пикового водогрейного котла предусматривается рециркуляционная линия с насосом 10 для частичного перепуска горячей воды на вход котлов для нормальной их работы.

Подпитка воды в тепловую сеть производится химически очищенной деаэрированной водой, подаваемой подпиточным насосом 32 через регулятор подпитки 11 на всасывание сетевого насоса 8. Деаэрация подпиточной воды производится в отдельном деаэраторе 31.

В городах для теплоснабжения применяются крупные районные котельные с тепловой нагрузкой 116—812 МВт (100—700 Гкал/ч),. квартальные и групповые с нагрузкой 17,4—116 МВт (15— 100 Гкал/ч), а также мелкие и местные котельные с нагрузкой до 17,4 МВт (до 15 Гкал/ч).

Крупные котельные характеризуются меньшими удельными капитальными затратами и более эффективным использованием топлива, поэтому в настоящее время стремятся строить в основном крупные районные котельные, отпускающие тепло одновременно для жилищно-коммунального сектора (ЖКС) и для промышленных объектов.

Квартальные, групповые, мелкие и местные котельные, используемые как в секторе промышленности, так и в ЖКС, сооружаются в основном вследствие разновременности и поэтапности строительства различных объектов.

Для теплоснабжения сельских и небольших рабочих поселков находят применение поселковые котельные мощностью до 12 МВт и децентрализованные домовые (местные) и, поквартирные источники тепла. Поселковые котельные обычно снабжают теплом по централизованным системам центральную часть поселков, состоящую из многоквартирных секционных и общественных зданий, и производственные зоны, децентрализованные источники тепла — расположенные на периферии малоквартирные и отдельно стоящие здания.

В зависимости от вида теплоносителя котельные подразделяются; на водогрейные, паровые и пароводогрейные.

Водогрейные котельные оборудуются стальными или чугунными водогрейными котлами, вырабатывающими горячую воду, и предназначены для обеспечения в основном жилищно-коммунальных тепловых нагрузок: отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

В современных крупных системах теплоснабжения применяются стальные водогрейные котлы, рассчитанные на давление до 2,2 МПа (22 кгс/см 2 ) и температуру нагрева воды до 180°С. Чугунные и некоторые типы стальных водогрейных котлов (например, из стального листа), рассчитанные на давление до 0,6 МПа (6 кгс/см 2 ) и температуру нагрева воды до 95—115°С, применяются в индивидуальных домовых котельных и для мелких систем теплоснабжения, например в сельских поселках.

Принципиальная схема котельной со стальными водогрейными котлами при двухтрубной тепловой сети показана на рис. 3.2.

В водогрейных котлах 1 в результате сжигания топлива производится подогрев воды до требуемой для теплоснабжения температуры (например, 150°С). Часть нагретой в котлах воды с помощью рециркуляционных насосов 2 подается в обратную линию перед котлами. Рециркуляция необходима для подогрева воды на входе в стальные котлы до температур выше температур точки росы, значения которых зависят от вида топлива, а также для поддержания постоянного расхода воды через котлы. При температурах воды на входе в стальные котлы ниже температур точки росы происходят конденсация водяных паров из газов, образование отложений и сернистая коррозия поверхностей нагрева, а при снижении расхода воды более чем на 20% — неравномерное распределение воды в греющих трубках котла, приводящее к вскипанию воды и локальным пережогам трубок. Для устранения коррозии минимальная температура воды на входе принимается: при сжигании газа —примерно 70°С, при сжигании мазута —80°С.

Основная часть нагретой в котлах воды поступает в подающую магистраль теплосети. Для снижения температуры воды в подающей магистрали в соответствии с применяемым качественным методом регулирования тепловой нагрузки производится подмешивание холодной воды из обратной магистрали по перемычке 4. Количество подмешиваемой воды регулируется клапаном 5 в зависимости от величины тепловой нагрузки (например, по температуре наружного воздуха).

Циркуляция воды в теплосети производится сетевым насосом 6, на всасывание которого с помощью подпиточного насоса 8 подается подпиточная вода после химводоочистки 7.

В мелких системах теплоснабжения при использовании однотипных стальных или чугунных водогрейных котлов находит применение схема, показанная на рис. 3.3. Особенностью ее является то, что подача воды на отопление и горячее водоснабжение производится раздельно по четырехтрубной системе. Для подогрева воды на горячее водоснабжение применяется теплообменник, греющая вода для которого отбирается из подающей магистрали через регулятор температуры типа РТ, поддерживающий постоянной температуру подаваемой на горячее водоснабжение воды (60—65СС). При этом расчетная температура подаваемой на отопление воды может составлять от 95—115°С для чугунных котлов до 150—180°С для стальных.

Паровые котельные оборудуются только паровыми котлами и применяются в основном для выработки пара на технологические нужды, а в отдельных случаях при отсутствии водогрейных котлов требуемых типоразмеров и небольших жилищно-коммунальных нагрузках — для выработки горячей воды для систем теплоснабжения.

Рис. 3.2. Принципиальная схема котельной со стальными водогрейными котлами при двухтрубной тепловой сети

I — котлы; 2 — рециркуляционный насос; 3 — регулирующий клапан; 4 — перемычка из обратной линии в подающую; 5 — регулирующий клапан; 6 — сетевой насос; 7 — аппараты химводоочистки

Рис. 3.3. Принципиальная схема котельной c водогрейными котлами при четырехтрубной системе теплоснабжения

1 — котлы; 2 — регулятор температуры; 3 — теплообменник;4 — перемычка из обратной линии в подающую; 5 — регулирующий клапан; 6 — сетевой насос; 7 — аппараты химводоочистки; 8 — подпиточный насос; 9 — регулятор подпитки; 10 —циркуляционный насос

Источники тепловой энергии могут быть самыми разными как по исполнению, так и по виду используемого топлива или другой энергии для преобразования в тепловую. Используется тепловая энергия для отопления помещений, получения горячей воды, приготовления пищи. С её помощью обжигается керамика, производятся и обрабатываются металлы и пластмассы, производятся различные виды топлива.

Читайте также: