4003

переменного состава сбросных газов. Поэтому возникают значительные трудности при обработке результатов режимно-наладочных испытаний.

Рассмотрим возможность и целесообразность использования для сопоставления топливных смесей методику обобщённых характеристик, разработанную профессором М.Б. Равичем применительно к целому ряду традиционных органических топлив [11-12].

Обобщённые характеристики органического топлива - это характеристики, обладающие для данного топлива, группы топлив или их смесей узким диапазоном изменения относительных значений (применительно к традиционным видам топлива являются практически постоянными в пределах допускаемой точности расчётов).

Обобщённые теплотехнические характеристики углеводородного топлива в соответствии с методикой М.Б. Равича [11] определяются на основании известного состава продуктов сгорания по формулам:

− жаропроизводительность (tmax, ° С), т.е. максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха и предварительного нагрева топлива и воздуха:

го газа, водяного пара и азота соответственно в температурном диапазоне от 0° С до tmax, кДж/(м3·ºС)

топлива с теоретически необходимом количеством воздуха ( α = 1).

11

3. Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям

3.1.Общие рекомендации по проведению практических занятий

В соответствии с рабочей программой курса предусмотрено 50 часов практических занятий. Практические занятия в аудитории состоят из семинаров-дискуссий, на которых рассматриваются научные основы использования композиционных топлив, и учебных занятий по расчету процессов горения композиционного топлива, в частности топливных смесей традиционного органического топлива - природного газа с горючими газообразными отходами, а также разработке технологий устойчивого сжигания топливных смесей.

Практические занятия направлены на закрепление теоретических знаний и выработку умений и навыков самостоятельного решения технических задач по предлагаемым темам. Выдаваемый студентам «Перечень практических занятий» позволяет сориентировать студентов в направлении поиска информации по конкретной теме семинарадискуссии, поиску технических решений по индивидуальным заданиям.

Предлагается широкий спектр литературных источников, позволяющий расширить возможности студентов при самостоятельной подготовке к семинару-дискуссии, выполнению индивидуальных заданий, расчетно-графической работы и экзамену. Кроме того, студентам необходимо знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Желательно готовить конспекты по изучаемым темам. Это особенно относится к тематике семинарских занятий, на которых производится дискуссия по предложенной тематике. При этом студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при выполнении курсовой работы.

Впроцессе проведения практических занятий используются различные методики

иформы работы: экспресс-опрос, семинар-дискуссия, демонстрация разработанных схем

итехнических решений на доске, тестирование, обучающие игры. Обязательно используются наглядные пособия.

На практических занятиях осуществляется текущий контроль работы обучающихся, включая контроль выполнения индивидуальных заданий.

3.2. Рекомендации по тематике семинаров-дискуссий

Подготовка к семинарским занятиям призвана сформировать у студентов навыки самостоятельного анализа информации по теме, умение дать по тому или иному техническому решению или проблеме аргументированный ответ, умение ориентироваться в литературных источниках, формулировать собственные оценки, выводы, мнения по предложенной тематике.

Важной функцией семинарских занятий является углубление знаний, полученных в процессе подготовки к семинарудискуссии, их закрепление и применение при подготовке к выполнению индивидуальных заданий.

Семинарские занятия включают в себя такие формы учебной деятельности как устные выступления с докладами и их обсуждения, экспресс-опрос по теме и анализ особенностей решения обсуждаемой технической проблемы.

Особенно высоко оценивается выполнение презентаций по предложенной тематике. Таким образом, семинарские занятия как активная форма изучения темы, являются

оптимальным средством контроля учебной деятельности студентов, а итоговые оценки, полученные на семинарских занятиях, влияют на результаты промежуточной аттестации.

12

3.3. Содержание практических и семинарских занятий

В таблице приведены темы практических и семинарских занятий с указанием вида занятий (семинар-дискуссия или расчет) и количества затраченного времени. По окончании практического занятия расчет продолжается в часы, отведенные для самостоятельной работы (см. рабочую программу).

Таблица 2. Наименование практических и семинарских занятий

Ниже приведены темы семинаров-дискуссий и обсуждаемые вопросы

Занятие 1.

Семинар-дискуссия

Тема: Основные виды композиционных топлив. Особенности состава. Характеристики композиционных топлив

Развитие мировой экономики вызывает возрастание потребления тепловой и электрической энергии, что отражено в России изданием документа «Энергетическая стратегия России на период до 2030 г.». Главной целью настоящей Стратегии [2] является создание инновационного и эффективного энергетического сектора страны[1,2]. В связи с этим актуальной становится проблема использования так называемых композиционных топлив.

Композиционным называется топливо, полученное путем смешения нескольких видов топлива или топлива с другими горючими и негорючими компонентами в таких соотношениях, что в результате получается новый вид топлива со свойствами, существенно отличающимися от свойств первоначального топлива [4, cтр. 54].

Проводится анализ состава и характеристик различных видов композиционного топлива (cм. [4] и лекционный материал).

–топливные эмульсии;

–топливные суспензии;

–топливные гранулы;

–топливные брикеты;

–топливные газовые смеси.

Анализируется возможность эффективного сжигания композиционных топлив. Выявляются проблемы сжигания топливных газовых смесей [4,5,19] на примере

смеси отбросных углеводородных газов с традиционными видами газового топлива, в частности с природным газом.

В процессе дискуссии студенты должны ответить на вопросы:

1.Что такое «композиционное топливо»? Назовите виды композиционного топлива.

2.Приведите характерные особенности состава композиционного топлива.

3.Назовите различия в теплоте сгорания базового топлива и композиционного топлива в виде топливной эмульсии.

4.Назовите различия в теплоте сгорания базового топлива и композиционного топлива в виде топливной суспензии.

5.Назовите различия в теплоте сгорания базового топлива и композиционного топлива в виде топливных гранул.

6.Назовите различия в теплоте сгорания базового топлива и композиционного топлива в виде топливных брикетов.

7.Проанализируйте состав сбросных газов нефтехимического комплекса (на примере отдувочных газов блока КЦА и сбросных углеводородных газов, выделяющегося в установке каталитического крекинга предприятия ООО «ЛУКОЙЛ - Нижегороднефтеоргсинтез»)

14

8.Назовите различия в высшей и низшей теплоте сгорания топливных смесей с высоким содержанием водорода и традиционного топлива (природного газа).

9.Охарактеризуйте условия сжигания различных видов композиционного топлива в топочных камерах котлов и печей.

10.Какие виды композиционного топлива являются «проблемными» с точки зрения полноты сгорания и устойчивости горения?

Занятие 6

Семинар-дискуссия

Тема: Методика расчета теплотехнических характеристик органического топлива по нормативному методу

В теплотехнических расчетах характеристики топлива и состав продуктов сгорания вычисляются, как правило, по нормативному методу [3,7,8 ].

Расчет базируется на составе топлива, окислителя и продуктов сгорания, на уравнениях материального баланса процессов горения, записываемых для каждого горючего элемента топлива, и на законах сохранения массы и энергии.

На классной доске проводится и анализируются формулы для определения теплоты сгорания топлива, теоретических и действительных расходов воздуха и продуктов сгора-

ния (см. стр. 10-11).

В процессе дискуссии студенты должны ответить на вопросы:

1.Как определяются коэффициенты перед каждым горючим веществом в формулах для расчета верней и нижней теплоты сгорания?

2.Приведите основные реакции горения и дайте обоснование всех коэффициентов в формулах для определения объема воздуха (м3), необходимого для сжигания единицы газового топлива.

3.Как определить теоретические объемы продуктов сгорания по реакциям горения различных газов, входящих в состав природного газа?

4.Каковы различия в составе теоретических и действительных объемов продуктов сгорания органического топлива?

5.Какой избыток воздуха в топочной камере и почему принимается при расчете действительного объема продуктов сгорания природного газа?

6.Что такое «подсосы воздуха по газовому тракту», и на какой основе они принимаются в теплотехнических расчетах?

7.Какой избыток воздуха и почему принимается при расчете действительного объема продуктов сгорания природного газа на выходе их топливосжигающей установки?

15

Занятие 9

Семинар-дискуссия

Тема: Методика расчета обобщенных характеристик традиционного органического топлива по методике М.Б.Равича

Впроцессе дискуссии выявляется, что обобщённые характеристики органического топлива - это характеристики, обладающие для данного топлива, группы топлив или их смесей узким диапазоном изменения относительных значений (применительно к традиционным видам топлива являются практически постоянными в пределах допускаемой точности расчётов).

На классной доске анализируются формулы для расчета обобщённых теплотехнические характеристики углеводородного топлива в соответствии с методикой М.Б. Равича [11,12,19] , приведенные в лекции на стр. 11.

Впроцессе дискуссии студенты изучают методику М.Б.Равича, чтобы ответить на следующие вопросы:

1.Что такое жаропроизводительность топлива, и каковы ее отличия от калориметрической и теоретической температуры горения? Влияние балласта на эти характеристики.

2. Что такое удельная энтальпия сухих (hс.г) и влажных продуктов сгорания (hг) и как определяется?

3.Как определить максимальную объёмную долю углекислого газа в сухих продуктах сгорания (CО2 )max , водяных паров в сухих (Н2 О)max и во влажных

(Н2О)'max продуктах сгорания?

4.С какой целью используется соотношение объёмов сухих Vс.г , м3/м3, и влажных Vг , м3/м3 продуктов полного сгорания?

5.Что такое коэффициент разбавления продуктов сгорания? Подсчет коэффициента избытка воздуха по коэффициенту разбавления продуктов сгорания.

6.Сопоставить способы оценки потерь теплоты с уходящими газами по различным методикам (нормативному методу и методике М.Б.Равича).

7.Сопоставить способы оценки потерь теплоты от химической неполноты сгорания по различным методикам (нормативному методу и методике М.Б.Равича).

8.Как определить коэффициент избытка воздуха по результатам теплотехнических испытаний (по методике М.Б.Равича)?

Занятие 13

Семинар-дискуссия

Тема: Методика расчета эксплуатационных характеристик органического топлива

С позиции эффективной эксплуатации топливосжигающего оборудования необходимо выявить ряд характеристик процесса горения, зависящих от компонентного состава сжигаемой смеси [8-10, 13-16, 19].

16

Расчет числа Воббе для газовых смесей

Об изменении процесса горения смеси газов можно судить по сравнительной характеристике числа Воббе, определяющего взаимозаменяемость горючих газов при сжигании в бытовых и промышленных горелочных устройствах.

Число Воббе W, МДж/м3 определяется по формуле:

Расчет пределов воспламенения топливных смесей

Процесс воспламенения характеризуется тем, что имеются определенные границы (пределы), вне которых воспламенение не наступает.

Смеси горючего газа с воздухом (или кислородом) могут воспламеняться только в том случае, если содержание горючего газа в смеси находиться в определенных пределах [8-10,13-16,19]. В связи с этим различают нижний и верхний концентрационный предел воспламенения. Нижний предел воспламенения соответствует минимальному, а верхний – максимальному количеству газа в смеси, при котором происходит их воспламенение и распространение пламени.

Пределы воспламенения смеси горючих газов (% об.) без учета балластных примесей по правилам аддитивности (правилу Ле-Шателье) определяются по формуле:

где LГ - нижний и верхний пределы воспламенения сложного газа в газо-воздушной смеси, % об;

r1,r2,rn – содержание отдельных компонентов в сложном газе, % об;

l1,l2,l3 – нижние или соответственно верхние пределы воспламенения отдельных компонентов в газо-воздушной смеси, % об.

При наличии в газе инертных примесей значения пределов воспламенения (% об.) определяются по формуле [8,13-16,19]:

где Lб -нижний и верхний пределы воспламенения смеси, содержащей инертные (балластные) примеси, об.%;

17

где LГ -нижний и верхний пределы воспламенения сложного газа в газо-воздушной смеси, об.%;

б - содержание балластных примесей (СО2 и N2), доли единиц.

Расчет скорости распространения пламени топливных смесей

Для сложных газов, состоящих из нескольких компонентов, содержание газа в смеси, соответствующее максимальной скорости распространения пламени, определяется по правилу аддитивности [8-10]:

Этим же правилом пользуются и для определения максимальных нормальных скоростей распространения пламени газо-воздушных смесей.

где Смах- содержание сложного газа в смеси с воздухом, соответствующее максимальной нормальной скорости распространения пламени, об.%;

r1 , r2 , rn - содержание отдельных компонентов в сложном газе, об.%;

l1, l2, ln – содержание отдельных компонентов в сложном газе, дающее максимальную скорость распространения пламени, об.%;

U нмах -максимальная нормальная скорость распространения пламени в смеси сложного газа с воздухом, м/с;

U Н1 , U Н2 ,UНn - максимальные нормальные скорости распространения пламени го-

рючих компонентов сложного газа в смеси с воздухом, м/с.

Для газов содержащих балластные примеси, скорость распространения пламени определяется [21,22] по формуле:

где N2 и CO2 – содержание в сложном газе азота и диоксида углерода, об. %;

Впроцессе дискуссии студенты должны ответить на следующие вопросы:

1.Что такое нижний предел воспламенения и как он изменяется от вида топлива? Привести примеры.

2.Что такое верхний предел воспламенения и как он изменяется от вида топлива? Привести примеры.

3.Как влияет содержание негорючей примеси (балласта) на нижний и верхний пределы воспламенения топлива?

4.Что такое скорость распространения пламени и как она определяется?

5.Как влияет содержание негорючей примеси (балласта) на скорость распространения пламени при сжигании газового топлива?

18

Занятие 20

Семинар-дискуссия

Тема: Теплотехнические испытания котельных агрегатов. Задачи и методика проведения теплотехнических испытаний

В ходе дискуссии по предложенной теме изучаются этапы проведения режимноналадочных испытаний [4,19].

Режимно-наладочные испытания котлов проводятся специализированными организациями с целью достижения максимального теплотехнического КПД котлоагрегата при работе на различных тепловых нагрузках.

Испытания осуществляются в несколько этапов [4,19].

Первый этап испытаний – так называемая «фотография» котлов, т.е. выявление характеристик работы теплогенераторов и вспомогательного оборудования котельной на существующее положение. В процессе этого этапа устанавливаются все недостатки в работе котельной и разрабатывается последовательность их устранения.

Как правило, основной недостаток – завышенные потери теплоты при производстве тепловой энергии – q2, q3, q5 и на собственные нужды котельной. Они приводят к повышению расхода топлива на единицу тепловой энергии и, как следствие, увеличению выброса всех токсичных веществ с продуктами сгорания. С экологической точки зрения, (q2)

и(q5) приводят к возрастанию теплового загрязнения атмосферы, а (q3) - к выбросу в воздушный бассейн продуктов неполного сгорания, в том числе токсичных - СО, сажи, БП.

Второй этап – устранение недостатков. Это герметизация газо-воздушного тракта котельной установки с целью устранения ненужных подсосов воздуха; герметизация основного и вспомогательного оборудования для снижения утечек теплоносителя; ремонт и модернизация топливосжигающих устройств и др.

Третий этап – собственно наладка оптимальных параметров работы котлов на различных режимах с максимальным теплотехническом КПД.

Заключительный этап теплотехнических испытаний котлов – разработка режимных карт и графических зависимостей потерь теплоты и КПД котлов при работе на различных тепловых нагрузках котлоагрегата.

Как правило, теплотехнические испытания котлов осуществляются на четырех– пяти тепловых нагрузках котла. В режимной карте отражаются основные параметры работы котлоагрегата на указанных режимах и приводится состав продуктов сгорания.

По результатам инструментальных замеров проводят расчет КПД котлоагрегатов

иудельный расход топлива на 1 ГДж теплоты. В последние годы, в связи с актуальностью проблемы защиты воздушного бассейна, режимные карты дополняются экологическими показателями [17-19].

Студенты изучают содержание режимных карт, выполненных на основе инструментальных замеров (фрагмент режимной карты приведен в таблице 3). На основании приведенных в режимной карте инструментальных замеров студенты дополняют режимную карту результатами расчета потерь теплоты с уходящими газами, КПД котельной (брутто, нетто), расхода топлива и определяют основной показатель энергоэффективности котельной - удельный расход топлива на 1 ГДж произведенной теплоты.

19

Таблица 3. Режимная карта парового котла ДКВр-10/13; топливо - природный газ с Qri = 33,41МДж/м3

Далее анализируются возможные изменения параметров работы котла, если в качестве топлива применить рассмотренные ранее топливные смеси.

Впроцессе дискуссии студенты отвечают на вопросы:

1.Какие недостатки выявляются в процессе предварительных испытаний котельной установки?

2. Приведите схему газовоздушного тракта котельного агрегата (котла) с указанием точек замера параметров, мест установки и типа измерительных приборов.

3.Назовите этапы режимно-наладочных испытаний в когенерационных установках.

4.В чем заключаются различия в значениях КПД брутто и КПД нетто? Назовите способы повышения энергоэффективности котельной установки.

5.Как определить потери теплоты с уходящими газами по нормативному методу и по методике М.Б.Равича?

6.Как установить определенный режим работы котлоагрегата?

7.Какими характеристиками работы котельной оценивается энергоэффективность?

8.Каким образом изменится расход топлива на котел, если в качестве топлива применить рассмотренные ранее топливные смеси?

20