Za smanjenje potrošnje toplote stroga obračun toplotnih gubitaka u procesnoj opremi i toplotnim mrežama. Toplotni gubici ovise o vrsti opreme i cjevovoda, njihovom pravilnom radu i vrsti izolacije.

Gubitak topline (W) se izračunava po formuli

Ovisno o vrsti opreme i cjevovoda, ukupni toplinski otpor je:

za izolirani cjevovod sa jednim slojem izolacije:

za izolirani cjevovod sa dva sloja izolacije:

za tehnološke uređaje sa višeslojnim ravnim ili cilindričnim zidovima prečnika većeg od 2 m:

za tehnološke uređaje sa višeslojnim ravnim ili cilindričnim zidovima prečnika manjeg od 2 m:

nosač do unutrašnjeg zida cevovoda ili aparata i sa spoljne površine zida u okolinu, W/(m 2 - K); X tr, ?. st, Xj - toplotna provodljivost, respektivno, materijala cjevovoda, izolacije, zidova aparata, /-ti sloj zida, W / (m. K); 5 ST. — debljina stijenke aparata, m.

Koeficijent prijenosa topline određuje se formulom

ili prema empirijskoj jednadžbi

Prijenos topline sa zidova cjevovoda ili aparata u okolinu karakterizira koeficijent a n [W / (m 2 K)], koji je određen kriterijem ili empirijskim jednadžbama:

prema jednadžbi kriterija:

Koeficijenti prolaza topline a b i a n izračunavaju se prema kriteriju ili empirijskim jednadžbama. Ako je vruća rashladna tekućina topla voda ili kondenzirana para, tada a in > a n, tj. R B< R H , и величиной R B можно пренебречь. Если горячим теплоносителем является воздух или перегретый пар, то а в [Вт/(м 2 - К)] рассчитывают по критериальным уравнениям:

empirijskim jednačinama:

Toplotna izolacija uređaja i cjevovoda je izrađena od materijala niske toplinske provodljivosti. Dobro odabrana toplinska izolacija može smanjiti gubitak topline u okolni prostor za 70% ili više. Osim toga, povećava produktivnost toplinskih instalacija, poboljšava uslove rada.

Toplotna izolacija cjevovoda sastoji se uglavnom od jednog sloja, za čvrstoću premazanog slojem lima (krovni čelik, aluminijum i sl.), suhog gipsa od cementnog maltera i sl. Ako se koristi pokrivni sloj od metala , njegova toplotna otpornost se može zanemariti. Ako je pokrivni sloj gips, tada se njegova toplinska provodljivost malo razlikuje od toplinske provodljivosti toplinske izolacije. U ovom slučaju, debljina pokrivnog sloja je, mm: za cijevi prečnika manjeg od 100 mm - 10; za cijevi promjera 100-1000 mm - 15; za cijevi velikog promjera - 20.

Debljina toplotne izolacije i pokrivnog sloja ne bi trebalo da prelazi graničnu debljinu, u zavisnosti od masenog opterećenja cevovoda i njegovih ukupnih dimenzija. U tabeli. 23 prikazane su vrijednosti maksimalne debljine izolacije parovoda, preporučene standardima za projektiranje toplinske izolacije.

Toplotna izolacija tehnoloških uređaja mogu biti jednoslojni ili višeslojni. Gubitak topline kroz toplinu

izolacija ovisi o vrsti materijala. Toplotni gubici u cjevovodima izračunavaju se za 1 i 100 m dužine cjevovoda, u procesnoj opremi - za 1 m 2 površine uređaja.

Sloj zagađivača na unutrašnjim zidovima cjevovoda stvara dodatni toplinski otpor prijenosu topline u okolni prostor. Toplotni otpori R (m. K/W) tokom kretanja nekih rashladnih tečnosti imaju sljedeće vrijednosti:

Cjevovodi koji dovode tehnološka rješenja aparata i toplih nosača topline u izmjenjivače topline imaju spojeve u kojima se gubi dio protočne topline. Lokalni gubitak topline (W/m) određuje se formulom

Koeficijenti lokalnog otpora fitinga cjevovoda imaju sljedeće vrijednosti:

Prilikom sastavljanja tabele. 24 proračun specifičnih toplinskih gubitaka proveden je za čelične bešavne cjevovode (pritisak< 3,93 МПа). При расчете тепловых потерь исходили из следующих данных: тем-

temperatura vazduha u prostoriji je uzeta na 20 °C; njegova brzina tokom slobodne konvekcije je 0,2 m/s; pritisak pare - 1x10 5 Pa; temperatura vode - 50 i 70 ° C; toplotna izolacija je izrađena u jednom sloju azbestne gajtane, = 0,15 W/(m. K); koeficijent prijenosa topline a„ \u003d 15 W / (m 2 - K).

Primjer 1. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka u parovodu.

Primjer 2. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka u neizoliranom cjevovodu.

Dati uslovi

Cjevovod je čelični prečnika 108 mm. Nazivni prečnik d y = 100 mm. Temperatura pare 110°C, temperatura okoline 18°C. Toplotna provodljivost čelika X = 45 W / (m. K).

Dobijeni podaci pokazuju da korištenje toplinske izolacije smanjuje gubitke topline po 1 m dužine cjevovoda za 2,2 puta.

Specifični gubici toplote, W/m 2, u tehnološkom aparatu za proizvodnju kože i filca su:

Primjer 3. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka u tehnološkim uređajima.

1. Giant bubanj je napravljen od ariša.

2. Firma za sušenje veša "Hirako Kinzoku".

3. Dugi čamac za farbanje beretki. Od nerđajućeg čelika [k = 17,5 W/(m-K)]; nema toplotne izolacije. Ukupne dimenzije dugog čamca su 1,5 x 1,4 x 1,4 m. Debljina stijenke je 8 ST = 4 mm. Temperatura procesa t = = 90 °C; vazduh u radionici / av = 20 °S. Brzina zraka u radionici v = 0,2 m/s.

Koeficijent prolaza toplote a može se izračunati na sledeći način: a = 9,74 + 0,07 At. Na / cp = 20 ° C, a je 10-17 W / (m 2. K).

Ako je površina rashladnog sredstva uređaja otvorena, specifični gubici toplote sa ove površine (W / m 2) izračunavaju se po formuli

Industrijska služba "Capricorn" (Velika Britanija) predlaže korištenje "Alplas" sistema za smanjenje toplotnih gubitaka sa otvorenih površina rashladnih tečnosti. Sistem se zasniva na upotrebi šupljih polipropilenskih plutajućih kuglica koje gotovo u potpunosti pokrivaju površinu tečnosti. Eksperimenti su pokazali da se pri temperaturi vode u otvorenom rezervoaru od 90 ° C gubici topline pri korištenju sloja kuglica smanjuju za 69,5%, dva sloja - za 75,5%.

Primjer 4. Proračun specifičnih toplinskih gubitaka kroz zidove sušare.

Zidovi sušilice mogu biti izrađeni od raznih materijala. Razmotrite sljedeće zidne strukture:

1. Dva sloja čelika debljine 5 ST = 3 mm sa izolacijom koja se nalazi između njih u obliku azbestne ploče debljine 5 And = 3 cm i toplotne provodljivosti X i = 0,08 W / (m. K) .

Izmjena toplote ljudskog tijela sa okolinom.

Iz analize izraza (1) proizilazi da se u procesu razgradnje složenih ugljovodonika (hrane) formira određena količina biološke energije. Dio ove energije, kao rezultat nepovratnosti procesa koji se odvijaju u ljudskom tijelu, pretvara se u toplinu, koja se mora odvesti u okolinu.

Odvođenje toplote iz ljudskog tela u opštem slučaju nastaje konvekcijom, toplotnim (zračenjem) zračenja i isparavanjem.

Konvekcija - (od latinskog transfer, isporuka) - nastaje zbog kretanja mikroskopskih čestica medija (gasa, tekućine) i praćena je prijenosom topline sa toplijeg tijela na manje zagrijano tijelo. Postoje prirodna (slobodna) konvekcija uzrokovana nehomogenošću medija (na primjer, promjena temperature u gustoći plina) i prisilna. Kao rezultat konvektivnog prijenosa topline, toplina se prenosi sa otvorenih površina ljudskog tijela na okolni zrak. Prijenos topline konvekcijom za ljudsko tijelo je obično mali i iznosi približno 15% ukupne količine oslobođene topline. Sa smanjenjem temperature okolnog zraka i povećanjem njegove brzine, ovaj proces se znatno intenzivira i može doseći i do 30%.

Toplotno zračenje (zračenje) - To je disipacija topline u okolinu sa zagrijane površine ljudskog tijela, ima elektromagnetnu prirodu. Udio ovog zračenja po pravilu ne prelazi 10%.

Isparavanje - ovo je glavni način odvođenja topline iz ljudskog tijela na povišenim temperaturama okoline. To je zbog činjenice da se u procesu zagrijavanja ljudskog tijela šire periferne krvne žile, što zauzvrat povećava brzinu cirkulacije krvi u tijelu i, posljedično, povećava količinu topline koja se prenosi na njegovu površinu. Istovremeno se otvaraju znojne žlijezde kože (područje kože osobe, ovisno o njenoj antropološkoj veličini, može varirati od 1,5 do 2,5 m 2), što dovodi do intenzivnog isparavanja vlage (znojenja) . Kombinacija ovih faktora doprinosi efikasnom hlađenju ljudskog tijela.

Smanjenjem temperature zraka na površini ljudskog tijela dolazi do zadebljanja kože (guske) i sužavanja perifernih krvnih žila i znojnih žlijezda. Kao rezultat toga, toplinska provodljivost kože se smanjuje, a brzina cirkulacije krvi u perifernim područjima značajno opada. Kao rezultat toga, količina topline koja se uklanja iz ljudskog tijela uslijed isparavanja je značajno smanjena.

Utvrđeno je da osoba može raditi visoko produktivno i osjećati se ugodno samo pod određenim kombinacijama temperature, vlage i brzine zraka.

Ruski naučnik I. Flavitsky je 1844. godine pokazao da dobrobit čoveka zavisi od promena temperature, vlažnosti i brzine vazduha. Otkrio je da se za datu kombinaciju mikroklimatskih parametara (temperatura, relativna vlažnost i brzina zraka) može naći takva vrijednost za temperaturu mirnog i potpuno zasićenog zraka koja stvara sličan toplinski osjećaj. U praksi, za traženje ovog omjera, široko se koristi tzv. metoda efektivnih temperatura (ET) i efektivnih ekvivalentnih temperatura (EET). Procjena stepena uticaja različitih kombinacija temperature, vlažnosti i brzine vazduha na ljudski organizam vrši se prema nomogramu prikazanom na slici 3.

Na lijevoj osi ordinata, vrijednosti temperature su ucrtane prema suhom termometru, a na desnoj - prema mokrom termometru. Familija krivulja koje se seku u jednoj tački odgovara linijama konstantne brzine vazduha. Kose linije određuju vrijednosti efektivnih ekvivalentnih temperatura. Pri nultoj brzini vazduha, vrednost ekvivalentnih efektivnih temperatura poklapa se sa vrednošću efektivne temperature.

Termičko zagađenje se odnosi na pojave u kojima se toplina oslobađa u vodena tijela ili u atmosferski zrak. Istovremeno, temperatura raste mnogo više od prosječne norme. Toplotno zagađenje prirode povezano je s ljudskim aktivnostima i emisijom stakleničkih plinova, koji su glavni uzrok globalnog zagrijavanja.

Izvori toplotnog zagađenja atmosfere

Postoje dvije grupe izvora:

• prirodni - to su šumski požari, vulkani, suhi vjetrovi, procesi razgradnje živih i biljnih organizama;
• antropogene su prerada nafte i gasa, industrijska delatnost, termoenergetika, nuklearna energetika, saobraćaj.

Svake godine oko 25 milijardi tona ugljen monoksida, 190 miliona tona sumpornog oksida, 60 miliona tona azotnog oksida uđe u Zemljinu atmosferu kao rezultat ljudskih aktivnosti. Polovina svega ovog otpada nastaje kao rezultat aktivnosti energetske industrije, industrije i metalurgije.

Poslednjih godina povećana je količina izduvnih gasova iz automobila.

Efekti

U metropolitanskim gradovima sa velikim industrijskim preduzećima, atmosferski vazduh doživljava najjače toplotno zagađenje. Prima tvari koje imaju višu temperaturu od zračnog sloja okolne površine. Temperatura industrijskih emisija je uvijek viša od prosječnog površinskog sloja zraka. Na primjer, tokom šumskih požara, iz izduvnih cijevi automobila, iz cijevi industrijskih preduzeća, prilikom grijanja kuća, oslobađaju se tokovi toplog zraka s raznim nečistoćama. Temperatura takvog toka je približno 50-60 ºS. Ovaj sloj podiže prosječnu godišnju temperaturu u gradu za šest do sedam stepeni. U gradovima i iznad njih formiraju se „ostrva vrućine“, što dovodi do povećanja oblačnosti, uz povećanje količine padavina i povećanja vlažnosti zraka. Kada se produkti sagorevanja dodaju vlažnom vazduhu, nastaje vlažni smog (poput Londonskog smoga). Ekolozi kažu da je u proteklih 20 godina prosječna temperatura troposfere porasla za 0,7ºC.

Izvori termičkog zagađenja tla

Izvori termičkog zagađenja tla u velikim gradovima i industrijskim centrima su:

• plinske cijevi metalurških preduzeća, temperatura dostiže 140-150ºS;
• grijanje, temperatura oko 60-160ºS;
• komunikacijske utičnice, temperatura 40-50ºC.

Posljedice termičkog utjecaja na zemljišni pokrivač

Plinske cijevi, grijanje i komunikacijski izlazi povećavaju temperaturu tla za nekoliko stupnjeva, što negativno utječe na tlo. Zimi to dovodi do topljenja snijega i, kao rezultat, smrzavanja površinskih slojeva tla, a ljeti se događa suprotan proces, gornji sloj tla se zagrijava i suši. blisko povezan sa vegetacijom i živim mikroorganizmima koji žive u njoj. Promjena njegovog sastava negativno utječe na njihov život.

Izvori toplotnog zagađenja hidroloških objekata

Toplinsko zagađenje akumulacija i obalnih morskih područja nastaje kao rezultat ispuštanja otpadnih voda u rezervoare od strane nuklearnih i termoelektrana i industrijskih preduzeća.

Posljedice ispuštanja otpadnih voda

Ispuštanje kanalizacije dovodi do povećanja temperature vode u rezervoarima za 6-7 ºS, a površina takvih toplih mjesta može doseći i do 30-40 km2.

Topli slojevi vode formiraju svojevrsni film na površini vodene mase, koji onemogućava prirodnu izmjenu vode i ne miješa se s donjim slojevima), smanjuje se količina kisika, a potreba organizama za njim povećava, dok vrsta povećava se broj algi.

Najveći stepen zagađenja termalne vode vrše elektrane. Voda se koristi za hlađenje turbina NEK i gasnog kondenzata u TE. Voda koju koriste elektrane zagrijava se za oko 7-8 ºS, nakon čega se ispušta u obližnja vodna tijela.

Povećanje temperature vode u rezervoarima negativno utiče na žive organizme. Za svaku od njih postoji temperaturni optimum na kojem se stanovništvo osjeća odlično. U prirodnom okruženju, uz polagano povećanje ili smanjenje temperature, živi organizmi se postupno prilagođavaju promjenama, ali ako temperatura naglo poraste (na primjer, s velikom količinom otpadnih voda iz industrijskih preduzeća), organizmi nemaju vremena da se aklimatizuju. Dobivaju toplotni šok, zbog čega mogu umrijeti. Ovo je jedna od najnegativnijih posljedica termičkog zagađenja za vodeni svijet.

Ali mogu postojati i druge, štetnije posljedice. Na primjer, utjecaj zagađenja termalne vode na metabolizam. Sa povećanjem temperature u organizmima, brzina metabolizma se povećava, a potreba za kisikom se povećava. Ali kako temperatura vode raste, sadržaj kisika u njoj se smanjuje. Njegov nedostatak dovodi do smrti mnogih vrsta živih organizama u vodi. Gotovo 100% uništenje ribe i beskičmenjaka uzrokuje porast temperature vode za nekoliko stupnjeva ljeti. Promjenom temperaturnog režima mijenja se i ponašanje riba, narušava se prirodna migracija i dolazi do neblagovremenog mrijesta.

Dakle, povećanje temperature vode može promijeniti strukturu vrsta vodnih tijela. Mnoge vrste riba ili napuste ova područja ili uginu. Alge karakteristične za ova mjesta zamjenjuju se vrstama koje vole toplinu.

Ako zajedno s toplom vodom, organske i mineralne tvari (kućna kanalizacija, mineralna gnojiva isprana s polja) uđu u rezervoare, alge se brzo razmnožavaju, počinju formirati gustu masu, prekrivajući jedna drugu. Kao rezultat toga dolazi do njihove smrti i propadanja, što dovodi do kuge svih živih organizama rezervoara.

Opasno je toplotno zagadjenje rezervoara koji generišu energiju uz pomoć turbina, a izduvni gasovi se moraju s vremena na vreme hladiti. Iskorišćena voda se ispušta u rezervoare. Na velikim količinama doseže 90 m 3. To znači da kontinuirani topli tok ulazi u rezervoar.

Šteta od zagađenja vodenih ekosistema

Sve posljedice termičkog zagađenja vodnih tijela uzrokuju katastrofalnu štetu živim organizmima i mijenjaju stanište same osobe. Štete od zagađenja:

• estetski (poremećen je izgled pejzaža);
• ekonomski (likvidacija posljedica zagađenja, nestanak mnogih vrsta riba);
• ekološki (uništene su vrste vodene vegetacije i živi organizmi).

Količina tople vode koju ispuštaju elektrane stalno raste, pa će se i temperatura vodenih tijela povećati. U mnogim rijekama, prema ekolozima, porast će za 3-4 °C. Ovaj proces je već u toku. Na primjer, u nekim rijekama u Americi, pregrijavanje vode je oko 10-15 ° C, u Engleskoj - 7-10 ° C, u Francuskoj - 5 ° C.

Toplinsko zagađenje životne sredine

Toplinsko zagađenje (termalno fizičko zagađenje) je oblik koji nastaje povećanjem temperature okoline. Njegovi uzroci su industrijske i vojne emisije zagrijanog zraka, veliki požari.

Toplotno zagađenje životne sredine povezano je sa radom preduzeća hemijske, celulozne i papirne, metalurške, drvoprerađivačke industrije, termoelektrana i nuklearnih elektrana, kojima su potrebne velike količine vode za hlađenje opreme.

Transport je snažan zagađivač životne sredine. Oko 80% svih godišnjih emisija dolazi od automobila. Mnoge štetne tvari su raspršene na značajnim udaljenostima od izvora zagađenja.

Kada se gas sagorijeva u termoelektranama, osim hemijskog uticaja na atmosferu, dolazi i do termičkog zagađenja. Osim toga, otprilike u radijusu od 4 km od baklje, mnoge biljke su u depresivnom stanju, a u radijusu od 100 metara vegetacijski pokrivač umire.

Svake godine u Rusiji nastane oko 80 miliona tona različitog industrijskog i kućnog otpada, koji je izvor zagađenja zemljišnog pokrivača, vegetacije, podzemnih i površinskih voda i atmosferskog vazduha. Osim toga, oni su izvor zračenja i termičkog zagađenja prirodnih objekata.

Kopnene vode su zagađene raznim hemijskim otpadom koji tamo dospevaju kada se mineralna đubriva, pesticidi ispiru sa tla, kanalizacijom i industrijskim otpadnim vodama. U rezervoarima dolazi do termičkog i bakterijskog zagađenja, mnoge vrste biljaka i životinja umiru.

Svako oslobađanje topline u prirodno okruženje dovodi do promjene temperature njegovih komponenti, posebno nižih slojeva atmosfere, tla i objekata hidrosfere.

Prema ekolozima, toplotne emisije u životnu sredinu još nisu u mogućnosti da utiču na ravnotežu planete, ali imaju značajan uticaj na određeno područje. Na primjer, temperatura zraka u velikim gradovima je obično nešto viša nego izvan grada, toplinski režim rijeka ili jezera se mijenja kada se u njih ispuštaju otpadne vode iz termoelektrana. Vrsni sastav stanovnika ovih prostora se mijenja. Svaka vrsta ima svoj temperaturni raspon u kojem se vrsta može prilagoditi. Na primjer, pastrmke mogu preživjeti u toploj vodi, ali se ne mogu razmnožavati.

Dakle, toplotna pražnjenja utiču i na biosferu, iako to nije na planetarnom nivou, ali je primetno i za ljude.

Temperaturno zagađenje zemljišnog pokrivača ispunjeno je činjenicom da postoji bliska interakcija sa životinjama, vegetacijom i mikrobnim organizmima. Sa povećanjem temperature tla, vegetacijski pokrivač mijenja se u vrste koje vole toplinu, mnogi mikroorganizmi umiru, nesposobni da se prilagode novim uvjetima.

Termičko zagađenje podzemnih voda nastaje zbog prodiranja oticaja u vodonosne slojeve. Ovo negativno utiče na kvalitet vode, njen hemijski sastav i termički režim.

Toplotno zagađenje životne sredine pogoršava uslove života i ljudske aktivnosti. U gradovima, na povišenim temperaturama u kombinaciji sa visokom vlažnošću, ljudi imaju česte glavobolje, opštu slabost i skokove krvnog pritiska. Visoka vlažnost dovodi do korozije metala, oštećenja kanalizacije, toplotnih cevi, gasovoda i tako dalje.

Posljedice zagađenja životne sredine

Moguće je precizirati sve posljedice toplotnog zagađenja okoliša i istaknuti glavne probleme koje je potrebno riješiti:

1. Toplotna ostrva se formiraju u velikim gradovima.

2. Nastaje smog, povećava se vlažnost vazduha i stvara trajna oblačnost u megagradima.

3. Problemi nastaju u rijekama, jezerima i priobalnim područjima mora i okeana. Zbog porasta temperature narušava se ekološka ravnoteža, mnoge vrste riba i vodenih biljaka umiru.

4. Promijeniti hemijska i fizička svojstva vode. Postaje neupotrebljiv čak i nakon čišćenja.

5. Živi organizmi vodnih tijela umiru ili su u depresivnom stanju.

6. Povećanje temperature podzemne vode.

7. Struktura tla i njegov sastav su poremećeni, vegetacija i mikroorganizmi koji žive u njemu su potisnuti ili uništeni.

Termičko zagađenje. Prevencija i mjere za prevenciju

Glavna mjera za sprječavanje termičkog zagađenja okoliša je postepeno napuštanje korištenja goriva, potpuni prelazak na alternativne obnovljive izvore energije: solarnu, vjetar i hidroelektranu.

Da bi se vodene površine zaštitile od termičkog zagađenja u sistemu za hlađenje turbine, potrebno je izgraditi rezervoare - hladnjake, iz kojih se voda nakon hlađenja ponovo može koristiti u sistemu hlađenja.

Poslednjih decenija inženjeri pokušavaju da eliminišu parnu turbinu u termoelektranama, koristeći magnetohidrodinamičku metodu pretvaranja toplotne energije u električnu. Ovo značajno smanjuje termičko zagađenje okolnog područja i vodnih tijela.

Biolozi nastoje utvrditi granice stabilnosti biosfere u cjelini i pojedinih vrsta živih organizama, kao i granice ravnoteže bioloških sistema.

Ekolozi, zauzvrat, proučavaju stepen uticaja ljudske ekonomske aktivnosti na prirodne procese u životnoj sredini i traže načine za sprečavanje negativnih uticaja.

Zaštita životne sredine od toplotnog zagađenja

Uobičajeno je da se toplotno zagađenje deli na planetarno i lokalno. Na planetarnoj skali, zagađenje nije veliko i iznosi samo 0,018% sunčevog zračenja koje ulazi u planetu, odnosno unutar jednog procenta. Ali, toplotno zagađenje ima snažan uticaj na prirodu na lokalnom nivou. Da bi se regulisao ovaj uticaj u većini industrijalizovanih zemalja, uvedene su granice (ograničenja) termičkog zagađenja.

Po pravilu, granica je postavljena za režim akumulacija, budući da su mora, jezera i rijeke u velikoj mjeri pate od termičkog zagađenja i primaju njegov glavni dio.

U evropskim zemljama, vodena tijela ne bi se trebala zagrijati za više od 3 ° C od njihove prirodne temperature.

U Sjedinjenim Državama, u rijekama, zagrijavanje vode ne bi trebalo biti bjelje od 3 ° C, u jezerima - 1,6 ° C, u vodama mora i oceana - 0,8 ° C.

U Rusiji temperatura vode u rezervoarima ne bi trebala porasti za više od 3 °C u odnosu na prosječnu temperaturu najtoplijeg mjeseca. U akumulacijama u kojima živi losos i druge hladnoljubive vrste riba, temperatura se ne može povećati za više od 5 °C, ne više od 20 °C ljeti i 5 °C zimi.

Obim termičkog zagađenja u blizini velikih industrijskih centara je prilično značajan. Tako, na primjer, iz industrijskog centra sa populacijom od 2 miliona ljudi, iz nuklearne elektrane i rafinerije nafte, toplotno zagađenje se širi na 120 km i 1 km u visinu.

Ekolozi predlažu korištenje termalnog otpada za potrebe domaćinstva, na primjer:

• za navodnjavanje poljoprivrednog zemljišta;
• u industriji staklenika;
• održavati sjeverne vode u stanju bez leda;
• za destilaciju teških proizvoda naftne industrije i lož ulja;
• za uzgoj vrsta riba koje vole toplinu;
• za izgradnju vještačkih ribnjaka, grijanih zimi, za divlje vodene ptice.

Na planetarnom nivou, toplotno zagađenje prirodnog okruženja indirektno utiče na globalno zagrevanje klime. Emisije iz industrijskih preduzeća ne utiču direktno na povećanje temperature, već dovode do njenog povećanja kao posledica efekta staklene bašte.

Da bi riješio ekološke probleme i spriječio ih u budućnosti, čovječanstvo mora riješiti niz globalnih problema i usmjeriti sve napore na smanjenje zagađenja zraka, termičkog zagađenja planete.

Toplotni bilans kotlovske jedinice uspostavlja jednakost između količine topline koja ulazi u jedinicu i njene potrošnje. Na osnovu toplotnog bilansa kotlovske jedinice utvrđuje se potrošnja goriva i izračunava faktor efikasnosti, koji je najvažnija karakteristika energetske efikasnosti kotla.

U kotlovskoj jedinici, hemijski vezana energija goriva tokom procesa sagorevanja pretvara se u fizičku toplotu zapaljivih produkata sagorevanja. Ova toplina se koristi za stvaranje i pregrijavanje pare ili zagrijavanje vode. Zbog neizbježnih gubitaka pri prijenosu topline i konverziji energije, proizvod (para, voda, itd.) apsorbira samo dio topline. Drugi dio čine gubici koji zavise od efikasnosti organizacije procesa konverzije energije (sagorijevanja goriva) i prijenosa topline do proizvoda koji se proizvodi.

Toplotna ravnoteža kotlovske jedinice je uspostavljanje jednakosti između količine topline primljene u jedinicu i zbira utrošene topline i toplinskih gubitaka. Toplotni bilans kotlovske jedinice se sastavlja za 1 kg čvrstog ili tekućeg goriva ili za 1 m 3 plina. Jednačina u kojoj se toplotni bilans kotlovske jedinice za stabilno termičko stanje jedinice zapisuje u sljedećem obliku:

Q p / p = Q 1 + ∑Q n

Q p / p \u003d Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 (19.3)

Gdje je Q p / p toplina koja je dostupna; Q 1 - iskorišćena toplota; ∑Q n - ukupni gubici; Q 2 - gubitak toplote sa izlaznim gasovima; Q 3 - gubitak toplote usled hemijskog sagorevanja; Q 4 - gubitak toplote usled mehaničke nepotpunosti sagorevanja; Q 5 - gubitak toplote u okolinu; Q 6 - gubitak toplote sa fizičkom toplotom šljake.

Ako se svaki član na desnoj strani jednačine (19.3) podijeli sa Q p / p i pomnoži sa 100%, dobićemo drugi oblik jednačine, u kojem je toplinski bilans kotlovske jedinice:

q 1 + q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 = 100% (19.4)

U jednačini (19.4), vrijednost q 1 predstavlja efikasnost instalacije "bruto". Ne uzimaju se u obzir troškovi energije za servisiranje kotlovnice: pogon dimovoda, ventilatora, napojnih pumpi i drugi troškovi. „Neto“ faktor efikasnosti je manji od faktora „bruto“ efikasnosti, jer uzima u obzir troškove energije za sopstvene potrebe instalacije.

Lijevi ulazni dio jednačine toplotnog bilansa (19.3) je zbir sljedećih veličina:

Q p / p \u003d Q p / n + Q v.vn + Q para + Q fizički (19.5)

gdje je Q B.BH toplina uvedena u kotlovski agregat sa zrakom po 1 kg goriva. Ova toplina se uzima u obzir kada se zrak zagrijava izvan kotlovske jedinice (na primjer, u parnim ili električnim grijačima instaliranim prije grijača zraka); ako se zrak zagrijava samo u grijaču zraka, tada se ta toplina ne uzima u obzir, jer se vraća u peć jedinice; Q para - toplota koja se uvodi u peć sa visokom parom (mlaznicom) po 1 kg goriva; Q fizički t - fizička toplota 1 kg ili 1 m 3 goriva.

Toplota unesena zrakom izračunava se jednakošću

Q V.BH \u003d β V 0 C p (T g.vz - T h.vz)

gdje je β omjer količine zraka na ulazu u grijač zraka prema teoretski potrebnoj; c p je prosječni volumetrijski izobarični toplinski kapacitet zraka; na temperaturama zraka do 600 K, može se smatrati s p = 1,33 kJ / (m 3 K); T g.vz - temperatura zagrijanog zraka, K; T x.vz - temperatura hladnog zraka, koja se obično uzima jednakom 300 K.

Toplota uvedena parom za raspršivanje loživog ulja (para mlaznica) nalazi se po formuli:

Q parovi \u003d W f (i f - r)

gdje je W f - potrošnja pare injektora, jednaka 0,3 - 0,4 kg/kg; i f - entalpija pare mlaznice, kJ/kg; r je toplota isparavanja, kJ/kg.

Fizička toplota 1 kg goriva:

Q fizički t - sa t (T t - 273),

gdje je c t toplinski kapacitet goriva, kJ/(kgK); T t - temperatura goriva, K.

Vrijednost Q fizičke. t je obično beznačajan i rijetko se uzima u obzir u proračunima. Izuzetak su lož ulje i niskokalorični zapaljivi plin, za koje je vrijednost Q fizičkih.t značajna i mora se uzeti u obzir.

Ako nema predgrijavanja zraka i goriva i para se ne koristi za atomizaciju goriva, tada je Q p / p = Q p / n. Izrazi toplotnih gubitaka u jednačini toplotnog bilansa kotlovske jedinice izračunavaju se na osnovu dole navedenih jednačina.

1. Gubitak toplote sa izduvnim gasovima Q 2 (q 2) se definiše kao razlika između entalpije gasova na izlazu iz kotlovske jedinice i vazduha koji ulazi u kotlovsku jedinicu (grejač vazduha), tj.

gdje je V r zapremina produkata sagorijevanja 1 kg goriva, određena formulom (18.46), m 3 / kg; c r.r, s r.v - srednji volumetrijski izobarični toplotni kapaciteti proizvoda sagorevanja goriva i vazduha, definisani kao toplotni kapaciteti gasne mešavine (§ 1.3) korišćenjem tabela (videti Dodatak 1); T uh, T x.vz - temperature dimnih gasova i hladnog vazduha; a - koeficijent koji uzima u obzir gubitke od mehaničkog sagorevanja goriva.

Kotlovske jedinice i industrijske peći rade, po pravilu, pod određenim vakuumom, koji stvaraju dimnjaci i dimnjak. Kao rezultat toga, kroz nedostatak gustine u ogradama, kao i kroz inspekcijske otvore itd. iz atmosfere se usisava određena količina vazduha, čija se zapremina mora uzeti u obzir pri izračunavanju I ux.

Entalpija cjelokupnog zraka koji ulazi u jedinicu (uključujući usisne čepove) određena je koeficijentom viška zraka na izlazu iz instalacije α ux = α t + ∆α.

Ukupni usis zraka u kotlovskim instalacijama ne smije biti veći od ∆α = 0,2 ÷ 0,3.

Od svih toplotnih gubitaka, Q2 je najznačajniji. Vrijednost Q 2 raste sa povećanjem omjera viška zraka, temperature dimnih plinova, sadržaja vlage čvrstog goriva i balastiranja negorivim plinovima plinovitog goriva. Smanjenje usisavanja vazduha i poboljšanje kvaliteta sagorevanja dovode do izvesnog smanjenja gubitka toplote Q 2 . Glavni odlučujući faktor koji utiče na gubitak toplote izduvnim gasovima je njihova temperatura. Da bi se smanjio T uh, povećava se površina grijaćih površina koje koriste toplinu - grijača zraka i ekonomajzera.

Vrijednost Tx ne utiče samo na efikasnost jedinice, već i na kapitalne troškove potrebne za ugradnju grijača zraka ili ekonomajzera. Sa smanjenjem Tx, efikasnost se povećava, a potrošnja goriva i troškovi goriva smanjuju. Međutim, ovo povećava površine površina koje koriste toplotu (sa malom temperaturnom razlikom, površina razmene toplote se mora povećati; videti § 16.1), usled čega se povećavaju troškovi instalacije i operativni troškovi. Stoga se za novoprojektovane kotlovske jedinice ili druge instalacije koje troše toplinu vrijednost T uh utvrđuje iz tehničko-ekonomskog proračuna, koji uzima u obzir utjecaj T uh ne samo na efikasnost, već i na visinu kapitalnih troškova. i operativnih troškova.

Drugi važan faktor koji utiče na izbor Tx je sadržaj sumpora u gorivu. Pri niskim temperaturama (manjim od temperature rosišta dimnih plinova) vodena para može kondenzirati na cijevima grijnih površina. U interakciji sa sumpornim i sumpornim anhidridima, koji su prisutni u produktima izgaranja, nastaju sumporna i sumporna kiselina. Kao rezultat toga, grijaće površine su podvrgnute intenzivnoj koroziji.

Moderni kotlovi i peći za loženje građevinskog materijala imaju T uh = 390 - 470 K. Pri sagorevanju gasa i čvrstih goriva niske vlažnosti T uh - 390 - 400 K, mokri ugalj

T yx = 410 - 420 K, lož ulje T yx = 440 - 460 K.

Vlaga goriva i nezapaljive plinovite nečistoće predstavljaju balast koji stvara plin, što povećava količinu produkata izgaranja koji nastaju izgaranjem goriva. Ovo povećava gubitak Q 2 .

Kada koristite formulu (19.6), treba imati na umu da se količine produkata izgaranja izračunavaju bez uzimanja u obzir mehaničkog sagorevanja goriva. Stvarna količina produkata izgaranja, uzimajući u obzir mehaničku nepotpunost sagorijevanja, bit će manja. Ova se okolnost uzima u obzir uvođenjem faktora korekcije a = 1 - p 4 /100 u formulu (19.6).

2. Gubitak toplote usled hemijskog sagorevanja Q 3 (q 3). Plinovi na izlazu iz peći mogu sadržavati produkte nepotpunog sagorijevanja goriva CO, H 2 , CH 4 čija se toplina sagorijevanja ne koristi u zapremini peći i dalje duž putanje kotlovske jedinice. Ukupna toplota sagorevanja ovih gasova određuje hemijsko sagorevanje. Uzroci hemijskog sagorevanja mogu biti:

• nedostatak oksidacionog sredstva (α<; 1);
• loše miješanje goriva sa oksidantom (α ≥ 1);
• veliki višak vazduha;
• nisko ili previsoko specifično oslobađanje energije u komori za sagorevanje q v , kW/m 3 .

Nedostatak zraka dovodi do činjenice da dio zapaljivih elemenata plinovitih produkata nepotpunog sagorijevanja goriva uopće ne može izgorjeti zbog nedostatka oksidacijskog sredstva.

Loše miješanje goriva sa zrakom uzrok je ili lokalnog nedostatka kisika u zoni izgaranja, ili, obrnuto, velikog njegovog viška. Veliki višak vazduha uzrokuje smanjenje temperature sagorevanja, što smanjuje brzinu reakcija sagorevanja i čini proces sagorevanja nestabilnim.

Nisko specifično oslobađanje topline u peći (q v = BQ p / n / V t, gdje je B potrošnja goriva; V T je zapremina peći) uzrok je jakog odvođenja topline u zapremini peći i dovodi do smanjenja na temperaturi. Visoke qv vrijednosti također uzrokuju hemijsko nedovoljno sagorijevanje. To se objašnjava činjenicom da je potrebno određeno vrijeme za završetak reakcije sagorijevanja, a uz značajno precijenjenu vrijednost qv, vrijeme koje smjesa zraka i goriva provede u zapremini peći (tj. u zoni najviših temperatura). ) je nedovoljan i dovodi do pojave zapaljivih komponenti u gasovitim produktima sagorevanja. U pećima modernih kotlovskih jedinica, dozvoljena vrijednost qv dostiže 170 - 350 kW / m 3 (vidi § 19.2).

Za novoprojektovane kotlovske jedinice, vrijednosti qv se biraju prema normativnim podacima, ovisno o vrsti sagorijenog goriva, načinu izgaranja i konstrukciji uređaja za sagorijevanje. Prilikom balansnih ispitivanja pogonskih kotlovskih jedinica, vrijednost Q 3 se izračunava prema podacima analize gasa.

Pri sagorevanju čvrstih ili tečnih goriva vrednost Q3, kJ/kg, može se odrediti formulom (19.7)

3. Gubitak toplote usled mehaničkog nepotpunog sagorevanja goriva Q 4 (g 4). Prilikom sagorevanja čvrstih goriva, ostaci (pepeo, šljaka) mogu sadržati određenu količinu nesagorelih zapaljivih materija (uglavnom ugljenika). Kao rezultat, kemijski vezana energija goriva se djelomično gubi.

Gubitak topline od mehaničkog nepotpunog sagorijevanja uključuje gubitke topline zbog:

• kvar malih čestica goriva kroz otvore u rešetki Q CR (q CR);
• uklanjanje dijela neizgorelog goriva sa šljakom i pepelom Q shl (q shl);
• uvlačenje malih čestica goriva dimnim plinovima Q un (q un)

Q 4 - Q pr + Q un + Q sl

Gubitak topline q yn poprima velike vrijednosti pri spaljivanju praškastog goriva, kao i pri sagorijevanju ugljeva koji se ne stvrdnjavaju u sloju na fiksnim ili pokretnim rešetkama. Vrijednost q un za slojevite peći ovisi o prividnom specifičnom oslobađanju energije (toplinskom naprezanju) ogledala za sagorijevanje q R, kW / m 2, tj. na količinu oslobođene toplotne energije, koja se odnosi na 1 m 2 gorućeg sloja goriva.

Dozvoljena vrijednost q R BQ p / n / R (B - potrošnja goriva; R - površina zrcala za sagorijevanje) ovisi o vrsti sagorijenog čvrstog goriva, dizajnu peći, koeficijentu viška zraka itd. U slojevitim pećima modernih kotlovskih jedinica, vrijednost q R ima vrijednosti u rasponu od 800 - 1100 kW / m 2. Prilikom izračunavanja kotlovskih jedinica uzimaju se vrijednosti q R, q 4 = q np + q sl + q un prema regulatornim materijalima. Prilikom balansnih ispitivanja, gubitak topline od mehaničkog sagorevanja izračunava se prema rezultatima laboratorijske tehničke analize suhih krutih ostataka na njihov sadržaj ugljika. Obično za peći sa ručnim punjenjem goriva q 4 = 5 ÷ 10%, a za mehaničke i polumehaničke peći q 4 = 1 ÷ 10%. Prilikom sagorevanja praha goriva u baklji u kotlovskim jedinicama srednje i velike snage q 4 = 0,5 ÷ 5%.

4. Gubitak toplote u okolinu Q 5 (q 5) zavisi od velikog broja faktora i uglavnom od veličine i dizajna kotla i peći, toplotne provodljivosti materijala i debljine zida obloge, toplotne performanse kotlovske jedinice, temperatura vanjskog sloja obloge i okolnog zraka, itd. d.

Gubitak toplote u okolinu pri nazivnom kapacitetu utvrđuje se prema normativnim podacima u zavisnosti od snage kotlovske jedinice i prisustva dodatnih grejnih površina (ekonomajzer). Za parne kotlove kapaciteta do 2,78 kg / s pare q 5 - 2 - 4%, do 16,7 kg / s - q 5 - 1 - 2%, više od 16,7 kg / s - q 5 \u003d 1 - 0 ,5%.

Toplotni gubici u okolinu se distribuiraju kroz različite gasne kanale kotlovske jedinice (peć, pregrijač, ekonomajzer, itd.) srazmjerno toplini koju odaju plinovi u tim plinovodima. Ovi gubici se uzimaju u obzir uvođenjem koeficijenta očuvanja topline φ \u003d 1 q 5 / (q 5 + ȵ k.a) gdje je ȵ k.a efikasnost kotlovske jedinice.

5. Gubitak toplote sa fizičkom toplotom pepela i šljake uklonjen iz peći Q 6 (q 6) je beznačajan i treba ga uzeti u obzir samo za slojevito i komorno sagorevanje goriva sa više pepela (kao što je mrki ugalj, škriljaca), za koje iznosi 1 - 1,5%.

Gubitak toplote sa vrućim pepelom i šljakom q 6,%, izračunato po formuli

gdje je a shl - udio pepela goriva u šljaci; S sl - toplotni kapacitet šljake; T sl - temperatura šljake.

U slučaju spaljivanja praškastog goriva, a shl = 1 - a un (aun je udio pepela goriva odnešenog iz peći sa gasovima).

Za slojevite peći sl shl = a sl + a pr (a pr je udio pepela goriva u "uronu"). Uz suho uklanjanje šljake, pretpostavlja se da je temperatura šljake Tsh = 870 K.

Sa uklanjanjem tečne šljake, što se ponekad uočava tokom spaljivanja praškastog goriva, T puž = T pepeo + 100 K (T pepeo je temperatura pepela u tečnom stanju topljenja). U slučaju slojevitog sagorevanja uljnih škriljaca, sadržaj pepela Ar se koriguje za sadržaj ugljen-dioksida karbonata, jednak 0,3 (SO 2), tj. sadržaj pepela se uzima jednak A P + 0,3 (CO 2) p / k. Ako je uklonjena šljaka u tečnom stanju, tada vrijednost q 6 dostiže 3%.

U pećima i sušarama koje se koriste u industriji građevinskog materijala, pored razmatranih toplinskih gubitaka, potrebno je uzeti u obzir i gubitke grijanja transportnih uređaja (npr. kolica) na kojima se materijal podvrgava toplinskoj obradi. Ovi gubici mogu doseći do 4% ili više.

Dakle, „bruto“ efikasnost se može definisati kao

ȵ k.a = g 1 - 100 - ∑q gubici (19.9)

Toplinu koju percipira proizvod (para, voda) označavamo kao Qk.a, kW, tada imamo:

za parne kotlove

Q 1 \u003d Q k.a \u003d D (i n.n - i p.n) + pD / 100 (i - i p.v) (19.10)

za toplovodne kotlove

Q 1 \u003d Q k.a \u003d M in sa r.v (T out - T in) (19.11)

gdje je D kapacitet kotla, kg/s; i p.p - entalpija pregrijane pare (ako kotao proizvodi zasićenu paru, tada umjesto i p.v treba staviti (i pn) kJ / kg; i p.v - entalpija napojne vode, kJ / kg; p - količina vode uklonjene iz kotlovskog agregata radi održavanja dozvoljenog sadržaja soli u kotlovskoj vodi (tzv. kontinuirano ispuštanje kotla),%; i - entalpija kotlovske vode, kJ/kg; M in - protok vode kroz kotlovsku jedinicu, kg/s; c r.v - toplotni kapacitet vode, kJ/(kgK); Tout - temperatura tople vode na izlazu iz kotla; Tin - temperatura vode na ulazu u kotao.

Potrošnja goriva B, kg / s ili m 3 / s, određuje se formulom

B \u003d Q k.a / (Q r / n ȵ k.a) (19.12)

Količina produkata sagorevanja (videti § 18.5) se određuje bez uzimanja u obzir gubitaka usled mehaničkog sagorevanja. Stoga se dalji proračun kotlovske jedinice (izmjena topline u peći, određivanje površine grijnih površina u plinovodima, grijaču zraka i ekonomajzeru) vrši prema procijenjenoj količini goriva Vr:

(19.13)

Prilikom sagorijevanja plina i lož ulja B p = B.