Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (Учебник (А. П. Баскаков))

ТЕПЛОТЕХНИКА Под редакцией А. П. Баскакова 2-е издание, переработанное Допущено Государственным комитетом СССР по народному образованию в качестве учебника для студентов инженерно-технических специальностей вузов МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1991 ББК 31.3 Т34 УДК 621.!.01!075,8) Р е ц с н з г и ~ „цфедрв обшей теплотехники Киевскпго политехнического института Редактор издательства М. И Кузнецова Теплотехника: Учеб. для вузов 7' А. П.

Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др.; Под ред. А. П. Баскакова. — 2-е изд., перераб. — М.! Эиергоатомиздат. 199!.- — 224 сд ил. !5В!ч! 5-283-00!21-0 Изложены основы технической термодинамики и теории тепло- и массаобмена. Г!рнведены основныс сведения по процессам горения, конструкциям топок и котельных агрегатов Рассмотрены принципы рабопх тепловых двигателей, паровых и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания и компрессоров Описаны компоновки и технологическое оборудование тепловых злектрическнх станций, а также оборудование промышленных теплозне!петнче. скит установок 11ервое издание вышло в 1982 г.

Второе издание дополнено чагериалами для самостоятельнои работы студентов длн студентов вузов нетеплознергетических специальностей. Т34 ББК 31.3 Учебное издание Баскаков Альберт Павлович Берг Борис Викторович Вист Ольга Константиновна Кузнецов К!рий Васильевич Филмпповскнй Николай Федорович ТЕПЛОТЕХНИКА Зан. редакцией И. В. Волобуеаа Редактор и:шательства АГ. В. Кузнецова Художественный редактор В. А.

Гопак-Хозак Технический редактор 7. ГО. Акт!реева Корректор В. Ь. Дранавскал ИЬ бй 2284 С,тзгы в нзбпр 30 01'!О 11одинсаио н печать 04.03 9! Формат 70Х !Оп'7,, Бумага офсетная 'й 2 Гарнитура литературная Печап, офсгтнан. У .л печ л !672 Усз кр.-отт 36,73 У с.изд, л 21,66 Тираж ь0 000 зкг Заказ № 610.

!1епа 90 ь Зиг ргоазомиг оп 1!3! !4, Москва. М-!14 !клютовая нзб, !О сС! Энергоатомиздат, 1982 ГС) Авторы, 1991, с изменениами 1БВ1х! 5-283-00121-0 Ордена Октябрьской Революггии ардена Трудового Красив~а Зиачени Ленншрадскос производственно техничесн|с бьедингиие «!1е ~атгпза Двор» имени Д М Го!н кого ири Госкомпечати ССС;Р 1971!О, 7!енин. град, 11-!10, Чкаловский пр, 13 ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящая книга является учебником дли студентов иетеплотехнических специальностей вузов, которым авторы на протяжении многих лет читали и продолжают читать этот курс в Уральском политехническом институте.

Учебник написан в строгом соответствии с программой курса, утвержденной МВ и ССО СССР в !951 В теплотехнике, как и во всякой дисциплине, важно дать прежде всего теоретические основы знаний. Поэтому больше половины всего объема учебника отведено изложению технической термодинамики, основ тепло. и массообмена и теории горения. В то же время исходя из задач инженерной подготовки студентов авторы по. старались включить в учебник ряд прикладных вопросов, удовлетворяющих требованиям широкого круга специальностей. Данное издание существенно переработано по сравнению с первым. Во всех разделах введены вопросы и задачи для самостоятельной работы с ответами в конце книги. Чтобы не увеличивать в связи с этим объем учебника, был опу шеи ряд второстепенных или ие требуемых программой вопросов.

!лавы 1 — 5 написаны О. К. Витт, гл. 7 — !О, !2--14 и 24 — Н. Ф. Филипповским, гл. 6, 15 — 17 — А. П. Баскаковым, гл. П, !8, !9, 22 - Б. В. Бергом, гл. 20, 21 — Ю, В. Кузнецовым, гл. 23 — Б В. Бергом и К). В. Кузнецовым. В процессе работы над руко. лисью авторы активно помогали друг другу в написании отдельных разделов. Авторы весьма признательны сотрудникам кафедры теплотехники Киевского политехнического института, возглавляемой профессором С. М. Константиновым, за ценный анализ рукописи и будут благодарны за все замечания и пожелания по улучшению книги. Автори ВВЕДЕНИЕ биолог Н. Реймерс утверждает: «Нас (человечество) сейчас отделяет от тепловой смерти биосферы лишь один порядок величин. будем использовать в 1О раз больше энергии, чем сейчас, и погибнем».

Причина заключается в так называемом «парниковом эффекте»: содержащийся в атмосфере диоксид углерода СО«пропускает солнечные лучи на Землю, но препятствует охлаждению Земли путем излучении в космос. В последние годы ученые мира со все большим беспокойством говорят о повышении концентрации СО« в атмосфере. Если этн опасения подтвердятся, человечеству в не таком уж отдаленном будущем придется резко ограничить потребление углеродсодержащих топлив. Кроме выбросов СОь топли. восжигающне н теплоэнергетические установки производят тепловые загрязнения (выбросы нагретой воды и газов), химические (оксиды серы и азота), золу и сажу, которые с увеличением масштаба производства также создают серьезные проблемы.

Исключить эти выбросы или хотя бы свести нх к минимуму можно только на основе глубокого понимания процессов, протекающих в топливанс. пользующих установках. Фактически экология ставит человечество перед необходимостью делать производства безотходными. Экономические факторы также заставляют резко увеличить степень использования добываемого топлива.

Пока еще энергетическая эффективность многих технологических процессов чрезвычайно низка, ибо технологи, разрабатывая соответствующие процессы, за- частую не ставили во главу угла вопросы экономии топлива. В СССР такому подходу объективно способствовали и неоправданно низкие цены на него '. Напри. мер, нефть стоит 32 рубля за 1 т, в то время как на мировом рынке ее цена в июне 1987 г. составила 1!О долларов за м', а в !981 г даже 300 долларов. Поэтому отечественные процессы зачастую оказываютсн более энергоемкими, чем зарубежные. Высокие цены на топливо (прежде всего нефть) на мировом рынке стимулировали разработку энергосберегающих технологий.

В результате удельные расходы условного топлива на производство 1 т цемента в Японии снизились до 110 кг, в США — до 150, в то время квк в СССР— 210 кг/т. Расход дизельного топлива на ! га сельскохозяйственных угодий в США составляет 94 кг, а в СССР 186 кг/га. В передовых странах мира прирост валового продукта в год составил в 70-е годы 2,8 ", в то время как потребление энергоресурсов не выросло.

Это, кстати, стало одной из причин снижения цен на нефть (в 2— 3 раза с начала 80-х годов). Тем не менее уровень потребления топливо-энергетических ресурсов (ТЭР) в разных странах еще сильнее различается. По оценкам, в 1990 г. в среднем количество ежесуточно потребляемых энергоресурсов в расчете на одного жителя Земли эквивалентно примерно 7 кг условного топ- В настоящее время цены на топливо пересматриваются. лина.

В наиболее развитых странах это чисяо превышает 30, в СССР оно составляет более 20 кг/сут (без учета экспорта) . В соответствии с Энергетической программой СССР 80 % прироста промышленной продукции должно быть обеспечено за счет экономии ТЭР, и пре. жде всего в технологических процессах и на транспорте, где тратится до 80 9ь добываемого топлива (остальное— в энергетике). Главная роль в разработке менее энергоемких технологий принадлежит технологам — неэнергетикам. Ее невозможно решить без глубоких знаний основных законов теплотехники.

Сегодня выгоднее вкладывать средства не в увеличение добычи топлива, чтобы продолжать расходовать его с низкой эффективностью, а в разработку технологических процессов, обеспечива. юших более экономное его использование. Дело в том, что большая часть населения и промышленных предприятий страны расположены в западной ее части, а основные запасы топлив— в восточной (Сибирь, Казахстан). Начиная с 1980 г. здесь добывается больше половины топлива, зачастую в сложнейших геологических условиях (болота, вечная мерзлота) при отсутствии местных трудовых ресурсов. В перспективе— освоение еше более труднодоступных месторождений. Это увеличивает как себестоимость топлив, так и расходы по их доставке. Растут и капиталовложения на строительство новых топливодобываюших предприятий и на поддержание добычи на прежнем уровне на старых месторождениях (освоение более глубоких пластов в Донбассе и Печорском бассейне, закачивание горячей воды в нефтяные пласты и т.

д.). В топливно- энергетический комплекс сейчас вкладывается около 23 7ь всех капиталовложений страны. Добыча основных видов топлива в СССР юг' 00 15 Па пхььу Транспорт не справляется с возрастающими перевозками топлива, поэтому принято решение не строить в европейской части страны новых конденсационных тепловых электростанций. До 1985 г. в топливном балансе страны неуклонно возрастала доля нефти и природного газа, что видно из таблицы. После 1985 года добыча нефти фактически стабилизировалась, а выход получаемого из нее котельно-печного топ.

лива — мазута — будет неуклонно уменьшаться в связи с более глубокой переработкой нефти на моторные топлива. Потребление мазута в энергетике резко ограничивается '. Крупная энергетика ориентируется н основном на твердое топливо (на нем вырабатывается около половины всей электроэнергии страны) и природный газ, добыча которого будет по-прежнему возрастать.

В целом более 90 % всей исполгзуемой человечеством энергии приходится на ископаемые органические топлива. Это определяет роль теплотехники — - общеинжеяеряой дисциплины, изучающей методы получения, преобразования, передачи и испояьзовияия теплоты и сэязаяяьгх с этим аппаратов и устройств.