3830

-определяются объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, а также их суммарная доля;

-результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам КА сводятся в таблицу;

-производится расчет энтальпий продуктов сгорания при принятых ранее коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева;

-результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу;

- определяется КПД котлоагрегата (котла) брутто по уравнению обратного баланса;

-производится расчет расхода топлива на котел;

-определяется удельный расход топлива на производство единицы тепловой энергии.

ЗАНЯТИЕ №4.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: определение энергетического потенциала уходящих газов котлоагрегатов (котлов)

Задача расчета – распределение температур и энтальпий продуктов сгорания по газовому тракту котлоагрегата (котла) в результате теплообмена в топочной камере и вспомогательных поверхностях нагрева.

Исходные данные – результаты теплового расчета котлоагрегата (котла), выполненного на предыдущем этапе.

Расчет распределения распределения температур и энтальпий продуктов сгорания по газовому тракту котлоагрегата (котла) в результате теплообмена с поверхностями нагрева котла проводится в следующей последовательности [2]:

- выполняется поверочный тепловой расчет топочной камеры;

Для выполнения расчета необходимо знать следующие параметры топочной камеры: объем, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева топочной камеры.

Целью расчета является определение значения удельного энерговыделения топочного объема qv и сравнение его с допустимым, а также определение температуры дымовых газов на выходе из топки, которая должна соответствовать рекомендуемым значениям.

Расчет топочной камеры может быть выполнен в двух вариантах – по нормативному методу [2] и методике А.М.Гурвича с учетом коэффициент прямой отдачи (коэффициента излучения). Предпочтителен 1ый вариант или их сопоставление.

- выполняется конструктивный или поверочный расчет пароперегревателя с целью определения температуры на выходе из пароперегревателя (поверочный расчет), либо конструкции пароперегревателя (конструктивный расчет);

11

- проводится тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева (газоходов, поверхностного экономайзера) с целью определения энергетического потенциала продуктов сгорания для выбора энергосберегающего оборудования.

ЗАНЯТИЕ №5.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: расчет энергосберегающего оборудования

Задача расчета – определить конструктивные характеристики конденсационного

теплообменника калориферного типа, используемого в качестве энергосберегающего оборудования, установленного на газовом тракте котлоагрегата.

Исходные данные: принять из расчета котлоагрегата, а именно:

м с м м м м м м

Bр = ___ / ; =____ / ; С = ____ / ; Н2О =____ / ; = ____

м /м ; Г = ____ ,м /м

Расчет конденсационного оборудования следует разделить на 2 части - тепловой расчет и конструктивный расчет.

Тепловой расчет производится в следующей последовательности:

- по парциальному давлению водяных паров на входе в энергосберегающее оборудование (теплоутилизатор) определяется точка росы продуктов сгорания в зависимости от

[4];

-определяется количество водяных паров в дымовых газах после теплоутилизатора;

-определяется влагосодержание дымовых газов при температуре точки росы продуктов

сгорания и температуре на выходе из утилизатора – теплообменника (принять 40 ° С);

- рассчитывается полное количество утилизируемой теплоты [5], кДж/ч:

где Q1 – количество утилизируемой теплоты при охлаждении дымовых газов от температуры на входе в утилизатор до точки росы, кДж/ч;

Q2 - количество утилизируемой теплоты при охлаждении дымовых газов от точки росы до температуры на выходе из утилизатора, кДж/ч;

Q3 - количество теплоты, выделенное со сконденсировавшимся паром, кДж/ч.

Конструктивный расчет производится в следующей последовательности:

-определяется массовый расход дымовых газов, кг/ч;

-вычисляется расход воды через теплообменник; для этого предварительно анализируется тепловая схема котельной и выбирается вид нагреваемого теплоносителя ( например вода перед водоподготовкой, вода для технологических нужд и др.), а также выбирается диапозон температур нагреваемой воды;

12

-высчитывается суммарная площадь живого сечения теплоутилизатора по дымовым газам;

-по суммарной площади живого сечения теплообменника предварительно подбирается типоразмер калорифера типа КСк [приложение 3], используемого традиционно для нагревания воздуха в системах воздушного отопления и вентиляции (отличие заключается в том, что через воздушную часть калорифера будет проходить греющая средапродукты сгорания, а вода окажется нагреваемой средой); калориферы этой марки выполнены биметаллическими, что сократит коррозию и увеличит срок службы теплообменника;

-проверяется массовая скорость движения продуктов сгорания во фронтальном сечении предварительно выбранного калорифера и скорость воды в трубках (если они входят в нормативные пределы, то типоразмер калорифера выбран правильно).

-определяются коэффициент теплопередачи в теплообменнике, требуемая поверхность нагрева и количество секций;

-при несовпадении предполагаемого типоразмера уточняется тип калорифера и количество секций (приложение 3).

ЗАНЯТИЕ №6.

СЕМИНАР - ДИСКУССИЯ

Тема: Теоретические основы и технические решения по реконструкции действующих и проектируемых котельных в мини-ТЭЦ.

В ходе дискуссии по предложенной теме необходимо ответить на следующие вопросы [7]:

-что такое когенерация? В чем заключается сущность процесса когенерации?

-какие виды когенерационных установок наиболее распространены?

-в чем принципиальное различие когенерационных установок в зависимости от типа котельной?

-каковы различия в схемах когенерационных установок? Приведите схемы мини-ТЭЦ на основе паровых турбин, газовых турбин, поршневых двигателей; укажите преимущества и недостатки различных видов мини-ТЭЦ на базе котельных установок

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: выбор типа когенерационной установки (мини-ТЭЦ) на базе предложенной в задании котельной

Исходные данные:

-тип котельной установки (паровая, водогрейная);

-установленная паропроизводительнсть (теплопроизводительность);

-вид топлива;

-потребность в электроэнергии.

Содержание занятия:

13

-выбрать вид автономной электрогенерирующей установки в котельной с обоснованием [7];

-выбрать конструкцию электрогенератора (приложение 4) и выполнить его эскиз в трех проекциях;

-разработать принципиальную схему мини-ТЭЦ.

ЗАНЯТИЕ №7.

СЕМИНАР - ДИСКУССИЯ

Тема: Способы повышения эффективности процессов выработки, транспортировки и использования тепловой энергии

Впроцессе дискуссии студенты реализуют знания и умения, полученные в процессе проведенных семинаров и выполнения практических задач, а также демонстрируют дополнительные знания, приобретенные в процессе изучения основной и дополнительной литературы [1,2,3,7,8 и др.], а особенно анализа научных статей, опубликованных в последние годы в периодической печати (журналы, сборники статей) по теме.

Впроцессе дискуссии должны быть обсуждены ответы на следующие вопросы:

-какие направления совершенствования процессов выработки тепловой энергии заложены в «Энергетической стратегии России до 2030года?

-какие направления совершенствования способов транспортировки теплоносителей заложены в «Энергетической стратегии России до 2030года?

-какие направления совершенствования использования тепловой энергии заложены в «Энергетической стратегии России до 2030года?

-приведите методику проведения теплотехнических испытаний котельных установок и докажите ее преимущества с позиции повышения эффективности использования топлива и повышения эффективности и надежности работы котлов?

-проанализируйте тепловую схему котельной и выявите способы ее совершенствования; какие энергосберегающие мероприятия можно предложить для повышения КПД нетто котельной?

-как влияет водоподготовка в котельной на качество работы котлов и тепловых сетей? Назовите требования к качеству питательной, подпиточной, сетевой воды. Сопоставьте эффективность различных методов подготовки воды в котельных и тепловых пунктах;

-от чего зависят потери в тепловой сети, и какими путями их можно снизить? Назовите наиболее эффективные виды изоляции тепловых сетей;

-назовите способы снижения потери теплоты зданием; приведите способы теплозащиты существующих и проектируемых зданий.

- каким образом можно оценить коэффициент использования энергоресурсов?

- как выполнить технико-экономическое сопоставление принятых инновационных решений по использованию энергосберегающих технологий?

ЗАНЯТИЕ №8

14

СЕМИНАР - ДИСКУССИЯ

Тема: Экологическая оценка процессов сжигания топлива в котлах

В процессе дискуссии должны быть обсуждены ответы на следующие вопросы

[2,6,9,10 и др.]:

-какие токсичные вещества образуются при сжигании газообразного топлива? Назовите их физико-химические свойства и воздействие на организм;

-назовите физико-химические свойства и воздействие на организм токсичных веществ, которые образуются при сжигании мазута? Чем отличается воздействие золы мазута от нейтральной золы?

-какие токсичные вещества образуются при сжигании твёрдого топлива? При каких условиях образуются твёрдые частицы в виде кокса и золы?

-назовите классы опасности и ПДК вредных веществ, образующихся при сжигании органического топлива;

-приведите механизм образования оксида углерода;

-каковы различия в низкотемпературном и высокотемпературном механизме образования бенз(а)пирена? Приведите примеры образования БП при сжигании природного газа и мазута;

-как различаются оксиды азота по механизму образования? Изменяется ли соотношение NO/NO2 при движении по газовому тракту и при выбросе в атмосферу?

-охарактеризуйте влияние параметров процесса горения на образование термических оксидов азотаоксидов азота?

-каковы различия в образовании «топливных» и «быстрых» оксидов азота?

-какие условия топочного процесса определяют образование бенз(а)пирена?

Примечания:

-подготовка к дискуссии осуществляется в форме опережающего обучения, т.е студенты самостоятельно изучают предложенные темы и делятся . полученными знаниями в ходе дискуссии.

-закрепление изученного материала проводится в форме ответов на поставленные вопросы с последующим обсуждением различных мнений.

ЗАНЯТИЕ №9

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: Экологическая оценка котельной установки

Задача расчета – Расчет дымовой трубы котельной по фактору загрязнения атмосферного воздуха Исходные данные:

- тип котельной;

15

-тепловая мощность;

-типоразмер и количество установленных котлов;

-расход продуктов сгорания (из предыдущего расчета);

-температура продуктов сгорания (из предыдущего расчета);

-месторасположение котельной;

-фоновые концентрации вредных веществ в атмосфере;

Расчет дымовой трубы по фактору загрязнения атмосферного воздуха производится в соответствии с действующей методикой ОНД-86 с изменениями и с учетом литературных источников [6,11,12,13, приложение 5].

Порядок выполнения расчетов следующий:

- выбирается коэффициент А, зависящий от температурной стратификации атмосферы. Значение коэффициента А соответствует неблагоприятным метеоусловиям (при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна). Принимается в зависимости от географической широты местности, где размещена котельная;

-принимается коэффициент F, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере;

-рассчитываются коэффициенты m и n, учитывающие условия выхода смеси из устья источника;

-принимается коэффициент, учитывающий рельеф местности η (при отсутствии геодезических данных можно принять η =1;

-принимается температура окружающего воздуха для расчетного периода года;

-вычисляется разность температур продуктов сгорания и окружающего воздуха;

-высота дымовой трубы рассчитывается для зимнего и летнего периодов года, затем принимается наибольшее значение;

-выбирается размер трубы по стандарту (если высота дымовой трубы превышает 45м, принимается комплекс мероприятий по снижению концентраций вредных веществ, содержащихся в продуктах сгорания котельной).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Энергетическая стратегия России до 2030года.

2.Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод) / ЦКТИ– ВТИ: изд. 3-е, перераб. – СанктПетербург, 1988.- 258 с: ил.

3.Делягин, Г.Н. Теплогенерирующие установки/ Г.Н.Делягин, В.И.Лебедев, Б.А.Пермяков, П.А.Хаванов // Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. и доп. - М.:ООО

«ИД «Бастет» 2010 - 624с.

4.Роддатис, К. Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.

Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий; под редакцией К.Ф. Роддатиса – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.

5. Лисиенко, В.Г. Хрестоматия энергосбережения / В.Г.Лисиенко, Я.М.Щелоков, М.Г.Ладыгичев.: Справ. в 2кн.- М.: Теплоэнергетик.- 2002. -760с.

16

6.Лебедева, Е.А.. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ .-196с.

7.Отчет о НИР. Создание энергосберегающих систем выработки и потребления теплоты.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2013.- 152c.

8.Cоколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учеб. для студентов вузов по направлению "Теплоэнергетика" / Е. Я. Соколов. - 7-е изд. - М. : Изд-во МЭИ, 2001. - 472 с.

9.Рихтер, Л. А. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электро-

станций: Учебник для вузов / Л. А. Рихтер, Э. П. Волков, В. Н. Покровский; под ред. П. С.Непорожнего. – М.:Энергоиздат,1981.– 296 с.

10. Сигал, И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива

/И. Я. Сигал. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Л.: Недра, 1988. – 312 с.

11.Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). – Л. : Гидрометеоиздат, 1987. – 93 с.

12.Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в

час. – М.: 1999. – 43 с.

13. Лебедев, В. И. Расчёт и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения: Учеб. пособие для вузов / В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков, П. А. Хаванов. – М.: Стройиздат, 1992. – 360 с.

14.Шанин, Б.В. Энергосбережение и охрана воздушного топлива при использовании при родного газа: учебное пособие / Б.В. Шанин, Н.Н.Найденко, Е.Е.Новгородский, В.А.Широков, А.Й.Пужайло. - Н.Новгород, ННГАСУ, 1988. - 384с.

15.Методические рекомендации по составлению технико-экономических обоснований для энергосберегающих мероприятий. - Минск, 2003.

3.Методические рекомендации по организации самостоятельной работы

3.1. Общие рекомендации для проведения самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются: систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений студентов; углубление и расширение теоретических знаний; формирование умений использовать нормативную, справочную документацию и специальную литературу; развитие познавательных способностей и активности студентов; формирование самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

В соответствии рабочей программой, самостоятельная работа по данной дисциплине составляет 45 часов и проводится в следующих направлениях:

-подготовка к семинарским занятиям по предложенным темам;

-подготовка к практическим занятиям;

-выполнение индивидуальных заданий по практическим занятиям;

-подготовка к промежуточной аттестации

Для успешного решения поставленных задач студентам предлагается список литературных источников, приведенный в разделе 2.3. Кроме того, студент может использовать

17

собственный поиск через систематический каталог в библиотеке, просмотр специальных периодических изданий по рассматриваемым темам и анализировать материалы, размещенные в сети Интернет. При этом следует учитывать, что учебники и учебные пособия предназначены студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя.

3.2. Темы для на самостоятельного изучения

Студенты самостоятельно готовятся к семинарским занятиям в соответствии с представленными выше рекомендациями по темам, представленным в разделе 2, а именно:

-Современное состояние систем выработки, транспортировки и потребления

энергии.

-Критерии эффективности использования органического топлива.

-Теоретические основы и технические решения по реконструкции действующих

ипроектируемых котельных в мини-ТЭЦ.

-Способы повышения эффективности процессов выработки, транспортировки и использования тепловой энергии.

-Экологическая оценка процессов сжигания топлива в котлах.

3.3. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

1. Лебедев, В. И. Расчёт и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения: Учеб. пособие для вузов / В. И. Лебедев,Б. А. Пермяков, П. А. Хаванов. – М.: Стройиздат, 1992. – 360 с.

2. Шанин, Б.В. Энергосбережение и охрана воздушного топлива при использовании природного газа: учебное пособие / Б.В. Шанин, Н.Н.Найденко, Е.Е.Новгородский, В.А.Широков, А.Й.Пужайло. - Н.Новгород, ННГАСУ, 1988. - 384с.

3. Лебедева, Е.А.. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ .-196с.

3.4.Перечень ресурсов информационно - телекоммуниционной сети «Интернет»:

1.http://www.rosteplo.ru/katalog/5/77

2.http://cogeneration.ru

3.http://www.wilo.ru

18

4. Методические рекомендации по подготовке к промежуточной аттестации

Промежуточная аттестация проводится в форме зачета с оценкой. Перед сдачей экзамена студентам выдается список подготовительных вопросов, охватывающих весь спектр тем по курсу. Билет состоит из 2х вопросов. Непосредственно перед зачетом проводится консультация, на которой рассматриваются наиболее сложные темы, а преподаватель отвечает на вопросы студентов, возникшие в ходе подготовки к промежуточной аттестации.

Ниже представлен перечень вопросов, содержащихся в билетах.

1.Охарактеризуйте способы производства тепловой и электрической энергии

2. Каковы различия в схемах раздельного и совместного производства тепловой и электрической энергии? Приведите преимущества и недостатки схем и обозначьте направления повышения энергоэффективности.

3.Назовите основные характеристики котлов и котельных установок. Каковы свойства и параметры теплоносителей в различных тепловых схемах?

4.Каковы критерии оценки эффективности использования топлива? Назовите основные экономические показатели котельной установки.

5.Приведите основные проблемы, возникающие при транспортировке теплоносителей к потребителю.

6.Приведите основные проблемы, возникающие при транспортировке теплоносителей к потребителю.

7.Каким образом, на Ваш взгляд, можно повысить энергозащищенность зданий и сооружений?

8.Что такое располагаемая теплота, вводимая в теплогенератор, и каковы единицы ее измерения?

9.Поясните понятие «тепловой баланс котлоагрегата (котла). Назовите составляющие приходной части теплового баланса и поясните, как определяются слагаемые.

10.Приведите составляющие расходной части теплового баланса. Расшифруйте потери теплоты и проанализируйте каждую из них.

11.Предложите мероприятия по снижению каждой из потерь теплоты с целью повышения эффективности котлоагрегата (котла);

12.Что такое КПД брутто котлоагрегата (котла) и КПД нетто котельной и как они определяются?

13.Предложите пути снижения потерь теплоты на собственные нужды котельной.

14.Что такое эксергетический баланс котлоагрегата (котла)? Назовите потери эксергии при работе котлоагрегата (котла).

15.Каково значение эксергии топлива? Приведите величину потерь эксергии.

16.Сопоставьте численные различия КПД теплового и эксергетического балансов котлоагрегата (котла).

17.Приведите последовательность расчета теплового баланса котлоагрегата (котла).

18.Приведите методику расчета расхода топлива на паровой котлоагрегат и водо-

19

грейный котел.

19.Назовите результаты распределения температур и энтальпий продуктов сгорания по газовому тракту котлоагрегата (котла).

20.Приведите порядок выполнения поверочного теплового расчета топочной камеры.

21.Как определить энергетический потенциал продуктов сгорания топлива на выходе из топливосжигающей установки?

22.Сопоставьте различные виды энергосберегающего оборудования, используемые в котельных установках.

23.Проанализируйте теплотехнические и эксплуатационные характеристики конденсационного теплообменника контактного типа. Назовите преимущества и недостатки.

24.Приведите последовательность теплового расчета конденсационных теплообменников.

25.Приведите последовательность конструктивного расчета конденсационных теплообменников различного типа.

26.Сопоставьте различные способы получения электрической энергии в когенерационных установках на базе котельных.

27.Назовите преимущества и недостатки паротурбинных мини-ТЭЦ. Приведите схемы.

28. Сопоставьте тепловые процессы в конденсационной и противодавленческой турбинах. Каковы преимущества, недостатки и область применения этих турбин?

29.Приведите технические и экономические преимущества и недостатки поршневых электрогенераторов. Сопоставьте с другими типами мини-ТЭЦ.

30.Приведите технические и экономические преимущества и недостатки газотурбинных мини-ТЭЦ. Сопоставьте с другими типами мини-ТЭЦ.

31.Какими путями можно осуществить модернизацию действующих котельных в мини - ТЭЦ и при каких условиях?

32.Какие направления совершенствования процессов выработки тепловой энергии заложены в «Энергетической стратегии России до 2035года?

33.Какие направления совершенствования способов транспортировки теплоносителей заложены в «Энергетической стратегии России до 2035года?

34.Какие направления совершенствования использования тепловой энергии заложены в «Энергетической стратегии России до 2035года?

35.Приведите этапы проведения теплотехнических испытаний котельных установок. Перечислите работы, проводимые на каждом этапе. Укажите назначение и содержание режимной карты котла.

36.Проанализируйте тепловую схему котельной и выявите способы ее совершенствования.

37.Как влияет водоподготовка в котельной на качество работы котлов и тепловых сетей? Назовите требования к качеству питательной, подпиточной, сетевой воды.

38.Назовите способы снижения потерь в тепловых сетях. Приведите наиболее эффективные виды изоляции тепловых сетей

20