Программа, методуказания по ФХОГТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Р. В. БУСКИН

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВ ПРОГРАММА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПОДГОТОВКИ 140100.62 «ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА» ПРОФИЛЬ «ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ» КВАЛИФИКАЦИЯ – БАКАЛАВР

Казань 2012

2

УДК 662.61 ББК 24.54 Ф50

Ф50 Физико-химические основы горения топлив: Программа,

метод. указания по изучению дисциплины. Для студентов заочной формы обучения. 2-е изд. / Сост.: Р.В. Бускин. -Казань: Казан. гос.

энерг. ун-т, 2012. -21с.

Данная методическая разработка содержит общие рекомендации по работе над дисциплиной «Физико-химические основы горения топлив»; ее программу с учебным планом; методические указания по изучению дисциплины; методические указания по выполнению и оформлению контрольного задания.

Программа, методические указания и контрольные задания подготовлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Физико-химические основы горения топлив» и составлены с учетом использования их для подготовки специалистов по направлению 140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника»,

профиль «Тепловые электрические станции».

УДК 662.61

ББК 24.54

Казанский государственный энергетический университет, 2012г.

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Физико-химические основы горения топлив» относится к вариативной части математического и естественнонаучного цикла Б.2 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Тепловые электрические станции» направления 140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника».

Дисциплина «Физико-химические основы горения топлив» базируется на следующих дисциплинах: «Физика», «Химия», «Математика», «Экология», «Гидрогазодинамика». Обучающиеся должны: иметь представление о топливно-энергетических ресурсах страны и ее регионов; знать: общие принципы и технологию подготовки топлива, и его сжигание; физико-химические основы теории горения; современные методы защиты атмосферы в процессе сжигания топлив в топках котлов.

Знания, полученные по освоению дисциплины «Физико-химические основы горения топлив», необходимы при выполнении выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин «Котельные установки и парогенераторы», «Разработка и создание экологически безопасных ТЭС».

Основная и дополнительная литература, необходимая для освоения курса, приведена после данного раздела. Следует также помнить, что вопросы теплоэнергетики широко освещены в отечественной и зарубежной периодической печати. Студент должен в процессе обучения в университете научится использовать информацию учебников, научной литературы и журналов в своей учебной и профессиональной деятельности.

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД ДИСЦИПЛИНОЙ «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ГОРЕНИЯ ТОПЛИВ»

При изучении курса «Физико-химические основы горения топлив» студент заочного обучения самостоятельно работает с учебниками, справочниками и техническими журналами. После изучения конкретной темы студент должен произвести самопроверку своих знаний с использованием вопросов, приведенных для самопроверки после каждой темы. Кроме того, студент должен использовать полученные теоретические знания при решении типовых задач. В процессе своего обучения студент получает очные или письменные консультации от преподавателя университета, выполняет лабораторный практикум и сдает экзамены по всему теоретическому курсу.

4

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА С КНИГОЙ

Изучение курса «Физико-химические основы горения топлив» следует начинать с рассмотрения программы этого курса. После ознакомления с программой курса можно приступить к изучению отдельных разделов курса. Перед изучением теоретических разделов курса следует ознакомиться с вопросами, которые прилагаются к данному разделу. Для глубокого понимания курса следует несколько раз прочитать отдельные его разделы, поскольку при первом чтении изучаемого раздела студент получает общее представление об излагаемых в данном разделе вопросах. При последующем чтении теоретического материала курса для лучшего усвоения темы необходимо составить краткий конспект. В конспекте должны быть изложены основные формулировки, законы, закономерности протекания технологических и тепловых процессов, а также конструктивные особенности используемого оборудования при сжигании различного вида топлив.

В результате освоения дисциплины «Физико-химические основы горения топлив» обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные источники научно-технической информации (ОК-7, ПК-6);современные средства компьютерной графики (ПК-1);мероприятия по энергоресурсосбережению и экологической

безопасности (ПК-17); Уметь:

логически верно, аргументировано, ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

работать в коллективе (ОК-3);анализировать различного рода рассуждения, вести дискуссию и

полемику (ОК-12);использовать информационные технологии, современные средства

компьютерной графики в своей предметной области (ПК-1);осуществлять поиск и анализировать научно-техническую

информацию и выбирать необходимые материалы (ПК-6);разрабатывать и оформлять законченные работы в соответствии со

стандартами (ПК-10); Владеть:

навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

5

информационными технологиями, современными средствами компьютерной графики в своей предметной области (ПК-1);

навыками поиска и применения информации (ПК-6).

При изучении отдельных разделов теоретического курса могут встретиться незнакомые термины, сложные математические выкладки законов или закономерностей, то в этом случае необходимо на эти вопросы обратить особое внимание, подробно разобрать и законспектировать их в тетради, снабдив краткими пояснениями.

Усвоение материала увеличивается, если его систематизировать и по возможности представить в виде графиков, таблиц или диаграмм, которые позволяют легко восстановить пройденный материал в памяти. При этом следует помнить, что конспектировать отдельные формулы или цифры нецелесообразно, поскольку их легко найти в справочной литературе. Эффективность усвоения учебного материала увеличивается, если студент будет вникать в сущность изложенного в учебниках материала.

Переходить к изучению нового раздела теоретического курса можно только после полного и глубокого усвоения предыдущего раздела. Перед переходом к изучению нового раздела студент должен произвести самопроверку, используя вопросы, предложенные в учебном пособии для данного раздела. О степени усвоения материала можно судить по полноте ответов на вопросы для самоконтроля. Кроме того, необходимо решить типовые задачи по предыдущей теме.

САМОПРОВЕРКА

Закончив изучение теоретического раздела курса, постарайтесь ответить на все вопросы для самоконтроля, в которых акцентируется внимание на наиболее важных вопросах изучаемого материала. При проведении самопроверки постарайтесь не пользоваться учебниками, учебными пособиями, справочной литературой или личными конспектами.

ВЫПОЛНЕНИЕ УПРАЖНЕНИЙ И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Для глубокого и полного усвоения теоретического материала курса следует решать типовые задачи по изученной теме. Типовые задачи можно найти в литературе, прилагаемой ко всем основным разделам курса. Литература приводится с указанием страниц учебника.

6

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Учебным планом курса предусматривается выполнение одной контрольной работы, включающей 5 типовых задач. Задачи следует решать по мере проработки и усвоения теоретического материала курса. Выполнение контрольной работы возможно только при полном понимании основных положений изученного вопроса, темы или раздела курса.

ЛЕКЦИИ

В период установочной сессии студентом заочного обучения читается несколько лекций обзорного характера. В обзорных лекциях обычно излагаются наиболее сложные или теоретически важные вопросы, темы и разделы изучаемого курса. В них также могут быть рассмотрены отдельные вопросы курса, которые недостаточно полно или непонятно освещены в учебной литературе. Обзорные лекции позволяют студенту наиболее глубоко усвоить учебный материал.

ЗАЧЕТ

Студенты получают зачет после выполнения контрольной работы и сдачи зачета по соответствующим разделам.

7

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВ» МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ЦИКЛА Б.2 ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПО ПРОФИЛЮ «ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ» НАПРАВЛЕНИЯ 140100.62 «ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОТЕХНИКА». ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

1. УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.

2. САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПАРОВЫХ КОТЛАХ

Понятие об энергетическом топливе. Основные виды и месторождения топлив. Топливная политика на современном этапе. Элементарный состав топлива. Расчетные массы топлива. Приведенные характеристики. Теплота сгорания. Обогащение твердых топлив. Энерготехнологическое использование топлив.

Материальный баланс горения топлив. Теоретически необходимое для горения количество воздуха. Коэффициент избытка воздуха. Количество, состав и энтальпия продуктов сгорания.

Располагаемая теплота топлива. Тепловой баланс котла. Тепловые потери. КПД котла и факторы, влияющие на его повышение. Действительный и расчетный расходы топлива.

8

РАЗДЕЛ 2. МЕТОДЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВ. ПОДГОТОВКА ТОПЛИВ К СЖИГАНИЮ

Способы сжигания различных видов топлив. Слоевое сжигание твердых топлив в неподвижном, кипящем и циркулирующем кипящем слое. Камерное сжигание твердых топлив. Сжигание водоугольных суспензий. Особенности организации процесса горения жидких и газовых топлив. Технологическая схема подготовки твердых топлив к сжиганию.

Свойства и характеристики угольной пыли, тонкость помола, закономерности размола. Коэффициенты полидисперсности, размолоспособности. Оптимальная тонкость размола.

Виды основных размольных устройств: шаровая барабанная, молотковая, среднеходная мельница, мельница-вентилятор. Краткая характеристика, принцип работы, область применения, выбор числа мельниц. Системы пылеприготовления; особенности схем, область применения, элементы схем, назначение, принцип работы.

Тепловой баланс системы пылеприготовления. Воздушный баланс системы пылеприготовления и топочного устройства.

Подготовка к сжиганию газовых и жидких топлив. Вопросы безопасности при подготовке топлив к сжиганию.

РАЗДЕЛ 3.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ

Химическое равновесие реакции горения. Закон действующих масс. Скорость гомогенной и гетерогенной реакции. Классификация реакций. Зависимость скорости реакции от температуры, давления и концентрации реагирующих веществ. Закон Аррениуса. Стационарная и нестационарная теории воспламенения. Температура самовоспламенения и её определение.

Механизм и закономерности молекулярной диффузии. Диффузии в турбулентном потоке. Движение топливовоздушных струй в топочной камере. Основные закономерности развития плоских, осесимметрично и закрученных струй.

Распространение пламени в газах. Уравнение скорости нормального распространения пламени. Зависимость скорости распространения пламени от концентрации и температуры. Пределы распространения пламени. Пути интенсификации сжигания газовых топлив.

Горение капли жидкого топлива.

Теория гетерогенного горения, области горения.

9

Химическое регулирование углерода. Горение частицы топлива в потоке. Горение летучих и кокса, особенности горение угольной пыли. Стабилизация процесса горения.

Особенности горения в кипящем и циркулирующем слоях. Горение водоугольных суспензий.

РАЗДЕЛ 4. ГОРЕЛОЧНЫЕ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

Горелки для сжигания газовых топлив. Организация смешения газа и воздуха. Мазутные форсунки, принцип работы, выбор типа и типоразмеров. Комбинированные газомазутные горелки. Специфика сжигания высокосернистых мазутов и газов. Влияние на сероводородную, ванадиевую и сернокислую коррозию организации топочного режима. Теплотехнические характеристики работы газомазутных топок .

Слоевые топки. Назначение, классификация, основные теплотехнические показатели. Факельно-слоевые топки. Топки для сжигания топлива в кипящем слое.

Пылеугольные топки и предъявляемые к ним требования, классификация. Поведение минеральной части топлива в процессе горения. Шлакование поверхности нагрева. Выбор способа шлакоудаления по характеристикам топлива. Конструктивные особенности топок с твердым и жидкими шлакоудалением. Горелки для сжигания твердых топлив в пылевидном состояние: вихревые, прямоточные, плоскофакельные. Скоростной режим работы горелок. Аэродинамическая организация процесса горения; фронтальная, встречная, встречно-смещенная и тангенциальная компоновка горелок. Выбор числа горелок и их расположение в топке. Особенности комбинированного сжигание топлива (пыль-газ, пыль-мазут).

Защита биосферы от загрязнений окислами азота и серы. Конструктивные и режимные мероприятия, направленные на снижение вредных выбросов при сжигании.

3. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ

Лекция 1. Обзорная лекция по разделу «Энергетическое топливо и его использование» (2 часа).

Лекция 2. Обзорная лекция по разделу «Методы сжигания топлив. Подготовка топлива к сжиганию» (2 часа).

Лекция 3. Обзорная лекция по разделу «Физико-химические основы теории горения» (1 час).