Класифікація теплоносіїв, Характеристика теплоносіїв
Теплоносія класифікуються за призначенням, агрегатним станом, діапазоном робочих температур та тисків.
За призначенням виділяють теплоносії: гріючий, охолоджуючий (холодоносій), проміжні тепло- і холодоносії, холодоагент, сушильний агент та ін.
За агрегатним станом розрізняють однофазні та багатофазні (частіше двофазні) теплоносії:
- до однофазних теплоносіїв відносяться низькотемпературна плазма (полум'я), гази, що не конденсують пари, змічі газів, не киплячі рідини, що не випаровуються при робочому тиску, їх суміші, розчини, тверді матеріали (частіше сипучі);
- до двофазних і багатофазних теплоносіїв відносяться киплячі, випаровуються і розпилювані газом рідини, пари, що конденсуються, плавляться і твердіють гази), крапельні рідини з температурою кипіння при атмосферному тиску вище 200 0С;
- до середньотемпературних відносяться водяна пара з тверді речовини, піни, газів, аерозолі, емульсії, суспензії, шлами, пасти та інші складні системи;
За діапазоном робочих температур виділяють високо-, середньо-, низькотемпературні та кріогенні теплоносії:
- до високотемпературних відносяться газоподібні теплоносії з температурою газів 1500 0С і вище (димові та топкові температурою до 650 0С, вода з температурою до 375 0С та повітря з температурою до 100 0С;
- до кріогенних відносяться зріджені гази та їх пари, сфера їх застосування лежить нижче -150 0С.
Найбільш поширеними з них є вода, водяна пара, повітря, димові та топкові гази.
Характеристика теплоносіїв
Вибір теплоносія для кожного конкретного споживача теплоти та підприємства в цілому проводиться, насамперед, відповідно до вимог санітарних тапротипожежних норм та правил, що діють у даному виробництві та для даного теплоносія. Велике значення також має вивчення режимів теплоспоживання для галузі промисловості, особливо її теплоємних виробництв.
На промислових підприємствах широко використовуються вода та водяна пара. Ці теплоносії дозволяють отримувати високі коефіцієнти тепловіддачі в теплообмінних апаратах, вони дешеві і можуть транспортуватися на значні відстані, втрачаючи відносно мало теплоти. Можливий радіус дії водяної системи оцінюється в 30-60 км, а паровий - 6-15 км. Вибір одного з двох теплоносіїв визначається конкретними умовами їх застосування з урахуванням переваг та недоліків кожного з них. До переваг водяної пари можна віднести зменшення ентальпії при конденсації, завдяки цьому передачі значної кількості тепла досить невеликих вагових кількостей пари, сталість температури конденсації при заданому тиску полегшує підтримання сталості режиму і регулювання процесу в апараті. Основним недоліком водяної пари є неминуче та значне підвищення тиску із зростанням температури. Наприклад, при тиску 0,981 105 Па температура насиченої пари становить 99,1 0С, а температура насиченої пари 309,5 0С може бути отримана при тиску 98,1 105 Па. Тому паровий обігрів застосовується для процесів з температурою 60 150 0С, при більш високих температурах теплообмінні апарати повинні виготовлятися з товстостінних труб, що робить їх дорогими і громіздкими.
1 кг пари з тиском 0,5 МПа та температурою 150 0С може віддати споживачеві в 6 разів більше теплоти, ніж 1 кг гарячої води за тієї ж температури. Однак об'єм пари при цих параметрах майже в 400 разів більший за об'єм води. Дляекономічної роботи всієї системи теплопостачання, що поєднує джерело і споживач теплоти, бажаний збір і повернення конденсату, що утворюється з пари. Так, конденсат, що утворюється в підігрівачах нафтопродуктів і розчинів барвників, часто джерело теплоти не повертається, оскільки при виході з ладу нагрівальних трубок теплообмінника забруднюється і стає непридатним для живлення котлів.
При використанні води необхідність збирання та повернення конденсату джерелу теплоти (наприклад, ТЕЦ) відпадає.
Вода є основним робочим тілом у парогенераторах ТЕС, у системах вентиляції та водяного опалення. Для споживання вона готується у спеціальних водогрійних котлах, виробничих технологічних агрегатах (наприклад, у печах) або водонагрівальних установках. Гарячу воду, як теплоносій, можна транспортувати трубопроводами на значні відстані. Зниження температури води у добре ізольованих трубопроводах становить трохи більше 1 0С на 1 км. Перевагою води як теплоносія є порівняно високий коефіцієнт тепловіддачі. Однак гаряча вода з теплових мереж у виробничих теплообмінниках використовується рідко, оскільки протягом опалювального періоду температура її непостійна і змінюється від 70 до 130 0С, а літнього часу теплові мережі не працюють.
Як теплоносій у ряді виробництв використовується повітря. У зв'язку з цим знання властивостей повітря має велике значення. Сухим називають повітря, в якому не міститься водяна пара. Вологе повітря є механічною сумішшю сухого повітря і парою води. Процеси з вологим повітрям розраховуються за рівняннями стану ідеальних газів (внаслідок малих парціальних тисків пари води вважають ідеальним газом) в умовах термодинамічногорівноваги (температура пари води, сухого повітря та вологого повітря приймається однаковою).
Залежно від співвідношення парціальних тисків парів води рП та тиском насичених парів води рS можна розглянути такі стани вологого повітря.
Мал. 3.1- Стан вологого повітря за діаграмою: К - критична точка: а) - ненасичене (перегріте) вологе повітря; т. 1 - стан пар води при температурі tB тиску пар pP pS; т. 3/ - стан насичення за температури tB; pS – тиск насичення при температурі tB; tS - температура насичення при тиску pП.
Ненасичене вологе повітря. Парціальний тиск пари води рП менший за тиск насичення рS при даній температурі, рП tS. Пари води перебувають у перегрітому стані щодо температури насичення.
Насичене вологе повітря. Парціальний тиск водяної пари дорівнює тиску насичення при температурі повітря, рП = рS. Температура вологого повітря дорівнює температурі насичення води при цьому тиску, tB = tS.
Пересичене вологе повітря. Парціальний тиск пари води рП більший за тиск насичення рS при даній температурі рП> рS. Температура вологого повітря менша за температуру насичення води при тиску рП, tB