Глоссарий теплотехнических терминов

Глоссарий технических терминов, используемых в теплотехнике

Лаз (люк): крышка (лаз), используемая для осмотра и чистки водяной стороны паровых котлов.

Адиабатический процесс: происходит без теплообмена и массообмена через границу системы. Адиабатическая температура пламени — это температура, которую достигло бы пламя при отсутствии тепловых потерь и потерь массы в окружающую среду.

Низкий уровень воды: когда уровень воды внутри парового котла в рабочих условиях опускается ниже минимального, поверхности нагрева подвергаются воздействию пара вместо жидкой воды. Температура жаровой трубы (топки) котла может легко превысить 1000°C. При дальнейшем нагреве сталь теряет прочность и пластически деформируется, то есть давление воды вдавливает жаровую трубу внутрь. Это называется обрушением топки.

Жаротрубный котёл: продукты сгорания передают своё тепло воде конвекцией, проходя через поверхности теплообмена котла. Также известны как «дымогарные» котлы, они окружены обечайкой достаточной прочности, чтобы выдерживать внутреннее давление. Иными словами, дымовые газы проходят по трубам на пути к дымовой трубе.

Щёлочность: количество карбонатов, гидрокарбонатов, гидроксидов и силикатов или фосфатов в воде, выраженное в частях на миллион в пересчёте на карбонат кальция. Иными словами, это способность воды сопротивляться закислению.

Нижняя продувка: по мере перехода воды в паровую фазу в паровом котле твёрдые частицы тяжелее воды, содержащиеся в питательной воде, оседают на дне котла. Если позволить им накапливаться, они могут поставить под угрозу эффективность и работу котла. Их удаляют через регулярные промежутки времени, открывая клапан в нижней части котла; давление внутри котла выталкивает твёрдые частицы вместе с определённым количеством котловой воды. С автоматическими клапанами продувки это можно делать без участия оператора.

Задняя камера разворота потока: участок в конце топки котла, разворачивающий направление движения газов сгорания.

Кислотность: показывает количество свободного углекислого газа, минеральных кислот и солей (особенно сульфатов, а также железа и алюминия), которые гидролизуются в воде с выделением ионов водорода; выражается в миллиэквивалентах на литр кислоты, в ppm кислотности в пересчёте на карбонат кальция, либо через pH — меру концентрации ионов водорода.

Отходящее тепло: явное тепло, содержащееся в негорючих газах, выбрасываемых в атмосферу.

Редукционный клапан: на промышленных объектах, использующих пар, разным участкам процесса часто требуется разное давление пара. В зонах, где требуется более низкое давление, для снижения пара до нужного давления перед использованием применяется редукционный клапан.

Питательный насос: паровым котлам постоянно требуется питательная вода для замены воды, теряемой корпусом котла. Устройства, используемые для восполнения этой потерянной воды в котле, называются питательными насосами. Питательные насосы котла обладают достаточным давлением для преодоления давления пара котла и достаточной производительностью для обеспечения требуемого расхода воды.

Бак продувки: вода, сбрасываемая из котла в виде продувки или нижней продувки и несущая общее содержание растворённых твёрдых веществ (TDS), находится под высоким давлением и температурой. Чтобы продувка была безопасно утилизирована, необходимо безопасно снизить как её температуру, так и давление. Это делается в баке продувки — сосуде под давлением, частично заполненном водой, с большим вентиляционным отверстием, открытым в атмосферу. При поступлении воды в бак часть пара вскипания выбрасывается в атмосферу; оставшаяся вода смешивается с холодной водой и сбрасывается на фильтрацию. При очень высоких темпах продувки пар вскипания можно улавливать и повторно использовать. Баки продувки рассчитаны на давление и подобраны по мощности котельной.

Горелка: устройство, которое смешивает топливо и воздух в правильной пропорции для горения и обеспечивает стабильное сгорание топливно-воздушной смеси с образованием пламени определённого размера и формы.

Паровой купол (паровой барабан): в водотрубных паровых котлах — цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами, используемый для хранения пара вместе с определённым количеством воды. Он хранит производимый в котле пар и действует как сепаратор фаз пароводяной смеси.

Паровой котёл: закрытый сосуд под давлением, в котором вода нагревается под давлением или вакуумом с использованием тепловой энергии топлива, электричества или ядерной энергии для производства пара, перегрева пара или любой их комбинации.

Паровой удар (гидроудар): явление избыточного давления, вызванное резким открытием или закрытием клапана; может повредить паровую систему.

Десуперхитер (охладитель пара): оборудование, используемое для снижения температуры перегретого пара до температуры насыщения при данном давлении. Распространённые примеры — небольшие турбины и водяная инжекция Вентури.

Паровая таблица: таблица теплофизических свойств воды и пара.

Деаэратор: растворённые в питательной воде котла кислород и углекислый газ вызывают коррозию. Деаэраторы используются для удаления этих газов из питательной воды котла; они полезны тем, что освобождают котёл, его вспомогательное оборудование и элементы трубопровода от газов, вызывающих окисление, ржавление или коррозию. Помимо снижения коррозионного повреждения, деаэратор повышает температуру питательной воды перед её поступлением в котёл, поэтому на теплоту парообразования требуется меньше топлива. В результате эффективность котла повышается, а эксплуатационные и сервисные расходы снижаются.

Прямой КПД котла: отношение полезного тепла, произведённого в котле, к подведённому теплу, называется КПД котла. Комплексные расчёты эффективности могут учитывать как расход электроэнергии, так и расход топлива.

Косвенный КПД: определение тепловой производительности путём оценки тепловых потерь и измеренного теплового притока или оттока.

Насыщенный пар: пар, не содержащий капель воды; также часто называется сухим насыщенным паром. Насыщенный пар лежит на линии фаз между областями влажного пара и перегретого пара на фазовой диаграмме.

Насыщенная вода: жидкая вода, которая не может поглощать дополнительное тепло без фазового перехода.

Дымовая камера: не находящаяся под давлением часть котла, где газы сгорания собираются перед отправкой в дымовую трубу.

Явное тепло: тепло, добавляемое к жидкости или отводимое от неё, приводящее к изменению её температуры. Например, вода, охлаждённая с 50°C до 30°C, потеряла явное тепло.

Лаз для рук: две небольшие крышки в передней части парового котла, используемые для чистки водяной стороны котла.

Экономайзер: теплообменник, рекуперирующий отходящее тепло из выхлопных газов котла и использующий это тепло для нагрева питательной воды или другой цели.

Предохранительный клапан: клапан, сбрасывающий избыточное давление из сосуда под давлением в атмосферу при достижении заданного давления. Существует два типа: предохранительные клапаны полного подъёма и предохранительные клапаны пропорционального подъёма.

Энтальпия: энтальпия вещества складывается из суммы его внутренней энергии и энергии, которой оно обладает благодаря давлению и удельному объёму. Для воды это измеряется от тройной точки при 0,01°C (273,16 К) и 0,006112 бар.

Энтропия: называется мерой беспорядка системы. Энтропия системы имеет тенденцию расти по мере совершения работы.

Фазовая диаграмма: диаграмма, график или схема, показывающая различные состояния жидкости, разделённые на области: твёрдое, жидкое, влажный пар, пар (перегретый) и газ (сверхкритический). Границы между этими областями обычно называются «линиями фаз».

Пар вскипания (первого рода): пар, образующийся при контакте жидкой воды с поверхностью, более горячей, чем температура насыщения воды.

Пар вскипания (второго рода): пар, образующийся в результате падения давления. Жидкая вода при высоком давлении обладает большей энтальпией, чем вода при низком давлении. Если давление на насыщенную жидкость при высоком давлении внезапно снижается, разница энтальпий вызывает вскипание небольшой части жидкости с образованием пара вскипания. Это мера полезной теплоотдачи парового котла, начиная от 100°C; она эквивалентна энтальпии фазового перехода воды при 100°C и 1,013 бар и обычно выражается в кг/час. 1 кг/час при 100°C эквивалентен 0,627 кВт.

Скрытая теплота: тепло, которое вещество отдаёт окружающей среде или поглощает из неё при фазовом переходе. Вода должна поглотить тепло из окружающей среды, чтобы перейти в паровую фазу.

Абсолютное давление: измерение давления относительно полного вакуума. Абсолютное давление измеряется как разница между рабочим давлением и полным вакуумом (0 psia).

Избыточное давление: давление, измеренное относительно атмосферного (то есть 0 бар изб. равно атмосферному давлению в момент измерения). Избыточное давление — наиболее часто используемое измерение давления в паровых системах.

Нагреваемая жидкость: тип жидкости, нагреваемой внутри котла или теплообменника.

Влажный пар: пароводяная смесь, содержащая капли воды вместе с паром, либо уносящая воду вместе с паром и конденсатом при движении по трубопроводу вследствие передачи тепла.

Изоэнтальпийный: процесс без потери энтальпии. На практике это идеализированное условие; поэтому изоэнтальпийный КПД устройства сравнивается с его фактической производительностью относительно того, чего достигла бы идеальная эффективность.

Изоэнтропийный: процесс, происходящий при постоянной энтропии.

Отопительный котёл (котёл центрального отопления): котёл, в котором не производится пар; вместо этого циркулирует горячая вода для целей отопления и возвращается в котёл.

Теплотворная способность: суммарное содержание энергии на единицу массы топлива.

Котёл с реверсивным пламенем: благодаря горению с обратным давлением пламя горелки разворачивается внутри той же топки. Возвращающиеся горячие газы вынуждены повторно встречаться с пламенем горелки, обеспечивая полное сгорание и более чистые дымовые газы. Интенсивное тепло, создаваемое развёрнутым пламенем, передаётся воде в основном за счёт лучистого теплообмена. Благодаря сочетанию излучения и конвективной теплопередачи достигается полная теплопередача на последовательных ходах котла.

Лошадиная сила котла: мера полезной производительности парового котла. 1 лошадиная сила котла эквивалентна производству 15,6 кг пара в час (9,8 кВт) при 100°C.

Упуск воды из котла: явление, при котором вода в паровом котле истощается и не восполняется, оставляя котёл без воды. Если горелка продолжает работать, пока это сохраняется, металл котла напрямую подвергается воздействию высокой температуры, создавая опасную ситуацию для котла.

Потение котла: в период от первоначального пуска до выхода котла — парового или отопительного — на рабочий режим горячие газы сгорания ударяются о холодные поверхности котла, вызывая конденсацию содержащегося в них водяного пара и его просачивание из дверец котла.

Перегретый пар: водяной пар выше линии насыщения, но ниже критической точки. Например, в изобарических условиях, если к насыщенному пару добавляется тепло, его температура повышается, и пар становится перегретым. Перегретый пар — это пар, а не газ; он очень часто производится в котлах для выработки энергии или, реже, для технологических применений.

Степень перегрева: перегретый пар обычно описывается его давлением и степенью перегрева. Степень перегрева — это разница температур между фактической температурой пара и температурой насыщения при данном давлении пара. Например, перегретый пар при 10 бар с конечной температурой 199,9°C будет иметь степень перегрева 20 градусов (температура насыщения — 179,9°C).

Конденсатный бак: эффективное использование конденсата, остающегося после использования пара на объекте, чрезвычайно важно для энергоэффективности и сохранения ресурсов. Конденсатные баки собирают и хранят воду, образующуюся при охлаждении пара и его превращении обратно в воду в ходе работы котла. Эти баки позволяют возвращать воду в котёл, благодаря чему энергия используется более эффективно.

Конденсатоотводчик: устройство, отделяющее конденсат от пара и удаляющее его из распределительной системы.

Критическая точка: точка, в которой жидкая, паровая и газовая фазы вещества находятся в термодинамическом равновесии. Для воды это происходит при давлении 221,2 бар и температуре 374,15°C (647,30 К).

Главный паровой клапан: клапан, подключённый к линии выхода пара парового котла.

Степень сухости: пар, производимый внутри парового котла, содержит частицы воды. Влажная паровая смесь, на 98% состоящая из пара по массе и на 2% из насыщенной жидкости по массе, имеет степень сухости 0,98.

Диаграмма Молье: графическое представление теплофизических свойств пара. Исходные данные те же, что и в паровых таблицах. Диаграмма Молье показывает термодинамические свойства вещества: энтропию, энтальпию, температуру, давление, удельный объём и степень сухости. Если известны любые два термодинамических свойства, остальные можно определить по диаграмме.

Низшая теплота сгорания: значение, получаемое вычитанием скрытой теплоты парообразования воды, образующейся при сгорании, из суммарного содержания энергии топлива на единицу массы.

Удельная теплоёмкость: количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1 кельвин [кДж/(кг·К) или кДж/(кг·°C)].

Взрывная дверца: подпружиненная дверца, открывающаяся непосредственно в топку, используемая для сброса избыточного давления газа, которое может возникнуть в топке при первоначальном розжиге горелки.

Кавитация насоса: жидкость при температуре насыщения или близкой к ней может содержать пузырьки пара, которые часто самопроизвольно схлопываются. Термин, используемый для этих схлопывающихся пузырьков, — «кавитация». Кавитация иногда наблюдается на стороне нагнетания питательного насоса в котельных. Если питательная вода достаточно горячая, а давление недостаточно, вода будет близка к температуре насыщения, и образуются пузырьки пара. Когда вода проходит через насос со стороны низкого давления на сторону высокого давления, повышение давления означает, что вода больше не насыщена, и пузырьки пара мгновенно схлопываются, создавая ударные волны. Эти ударные волны могут причинить значительный ущерб насосу.

Удельный расход энергии: расход энергии на единицу продукции, либо количество пара, произведённого на единицу сожжённого топлива.

Удельный: свойство, определённое на килограмм вещества, например удельная теплоёмкость.

Водотрубный котёл: продукты сгорания передают своё тепло воде внутри труб конвекцией снаружи трубы. В отличие от жаротрубного котла, вода движется внутри труб. Паровой купол расположен сверху для накопления производимого пара.

Унос воды: перемещение капель жидкой воды, пены или твёрдых частиц вместе с паром по трубопроводам системы.

Сверхкритический пар: пар, давление и температура которого выше критической точки. Сверхкритический пар — это газ, а не пар.

Трёхходовой котёл: тип котла, спроектированный с одной топкой (жаровой трубой) и двумя конвективными ходами. Горение происходит в топке. Горячие газы, образующиеся при сгорании, проходят из топки в заднюю камеру разворота потока, затем в трубы второго хода, достигая передней дымовой камеры; оттуда они движутся в обратном направлении через трубы третьего хода обратно к дымовой камере, а затем к дымовой трубе.

Общее содержание растворённых твёрдых веществ (TDS): по мере производства пара паровой котёл концентрирует растворённые твёрдые вещества, присутствующие в питательной воде. Часть концентрированных твёрдых веществ остаётся растворённой; эта концентрация обычно выражается в частях на миллион. Чрезмерное TDS может вызвать пенообразование на свободной поверхности воды внутри котла. Это нежелательно, поскольку усиливает коррозию и может неблагоприятно повлиять на работу регуляторов уровня.

Тройная точка: температура и давление, при которых твёрдая, жидкая и паровая фазы вещества находятся в термодинамическом равновесии. Для воды тройная точка составляет 273,16 К (0,01°C) и 0,006112 бар.

Поверхностная (верхняя) продувка: определённые химические вещества в воде не могут перейти в пар при испарении и остаются во взвешенном состоянии внутри корпуса парогенератора. Будучи легче воды, эти вещества скапливаются на поверхности воды, повышая концентрацию. Поверхностная (верхняя) продувка должна выполняться для поддержания этих растворённых или взвешенных твёрдых веществ в установленных пределах.

Конденсация: образование конденсата. В трубопроводе, несущем пар, когда теплопотери через стенки трубы снижают теплосодержание пара, часть пара переходит в фазу и конденсируется в воду. Для предотвращения гидроудара и сохранения качества пара конденсатоотводчики используются для возврата сконденсированной воды в конденсатный бак. Паровые процессы используют только скрытую теплоту пара, так что весь пар возвращается в жидкую фазу. Конденсат обычно возвращается в котельную для повторного использования; однако в некоторых системах, особенно на предприятиях, использующих открытый пар, таких как производство бетона и пищевая промышленность, конденсат не рекуперируется.