теплотехника

теплоте́хника

отрасль техники, занимающаяся получением и использованием теплоты в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту. Основным источником теплоты, используемой человеком, является природное органическое топливо, выделяющее теплоту при сжигании. Различают твёрдое, жидкое и газообразное топливо. Наиболее распространённые виды твёрдого топлива – угли (каменные и бурые, антрациты), горючие сланцы, торф. Природное жидкое топливо – нефть, однако непосредственно нефть редко используется для получения теплоты. На нефтеперерабатывающих предприятиях из неё вырабатывают бензин – горючее для автомобильных и поршневых авиационных двигателей; керосин – для реактивной авиации и для некоторых поршневых двигателей; различные типы дизельного топлива и мазуты, применяемые в основном на тепловых электростанциях. Газообразное топливо – природный газ, состоящий из метана и других углеводородов. Топливом в сравнительно небольших масштабах служит также древесина (дрова и древесные отходы). С сер. 20 в. разрабатываются методы сжигания промышленных и бытовых отходов с целью их уничтожения и одновременного получения теплоты.

Для сжигания топлива служат различные технические устройства: топки, печи, камеры сгорания. В топках и печах топливо сжигается при давлении, близком к атмосферному, а окислителем обычно служит воздух. В камерах сгорания давление может быть выше атмосферного, а окислителем могут служить воздух с повышенным содержанием кислорода (обогащённый воздух), кислород и т. д. При сгорании топлива его химическая энергия переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания, в результате чего эти продукты нагреваются. Уголь обычно сжигают в топках. При относительно малых количествах необходимого топлива используют слоевые топки, где уголь в виде кусков сжигают на колосниковой решётке, сквозь которую продувается воздух. Для сжигания значительных количеств угля (нескольких сотен тонн в час) применяют камерные топки. В них уголь, предварительно превращённый в порошок с размером частиц 50—300 мкм, подаётся в смеси с воздухом через пылеугольные горелки. Мазутные и газовые топки аналогичны пылеугольным и отличаются конструкцией горелок или форсунок.

Наряду с органическим топливом с сер. 20 в. для получения теплоты используется ядерное горючее. Основным видом ядерного горючего является изотоп урана 235 U. При делении 235 U выделяется в основном кинетическая энергия осколков деления ядер и нейтронов. В ядерном реакторе эта энергия превращается в теплоту, отбираемую теплоносителем. В подавляющем большинстве реакторов цепная ядерная реакция поддерживается за счёт тепловых нейтронов. Получают распространение реакторы на быстрых нейтронах, или реакторы-размножители, в которых в качестве ядерного топлива может использоваться 238 U и торий 232 Th, которые, кроме теплоты, производят ещё и новое ядерное горючее 239 Pu и 233 U. Теплоносителями в реакторах на тепловых нейтронах обычно служат вода, тяжёлая вода, углекислота; в реакторах на быстрых нейтронах – жидкий натрий, инертные газы и т. д.

Мощным источником теплоты является Солнце, посылающее на Землю поток энергии мощностью в 1.8x1017 Вт. Однако плотность солнечной энергии на поверхности Земли мала и составляет ок. 1 кВт/мІ. В ряде районов солнечная энергия применяется для опреснения воды, нагревания воды для сельского хозяйства (парники, теплицы) и бытовых нужд, а в ряде случаев – для производства электроэнергии. Полученная различными способами теплота может либо непосредственно потребляться каким-либо технологическим процессом (теплоиспользование), либо перерабатываться в другие виды энергии (теплоэнергетика).

Цели и методы теплоиспользования многообразны. Широко применяется нагрев в металлургии. Напр., чугун из железной руды получают в доменной печи, в которой восстановление окиси железа углеродом происходит при температуре ок. 1500 °C. Сталь из чугуна вырабатывается в мартеновских печах при температуре ок. 1600 °C, которая поддерживается в основном в результате сжигания жидкого или газообразного органического топлива. В литейном производстве теплота, необходимая для поддержания требуемой температуры в печи, генерируется либо в результате сжигания в печи топлива (чаще всего газа или мазута), либо за счёт электроэнергии. Нагрев осуществляется в большинстве процессов химической технологии, пищевой промышленности и пр. Подвод или отвод теплоты осуществляется в теплообменниках, автоклавах, сушильных установках, выпарных устройствах, дистилляторах и т. д. Значительная доля получаемой теплоты в холодное время года идёт на бытовое потребление, т. е. на компенсацию потерь теплоты через стены зданий, потерь, связанных с вентиляцией помещений и пр. В большинстве городов России используется отопление от ТЭЦ и от центральных котельных. Для получения механической работы за счёт теплоты применяют тепловые двигатели – основные энергетические агрегаты заводских, транспортных и других теплосиловых установок.

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.