Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего образования
«Липецкий государственный технический университет»
| УТВЕРЖДАЮ Декан физико-технологического факультета ______________ Коваленко И.А. «_____»________________20___г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Котельные установки и парогенераторы
| Направление подготовки | 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» |
| Профиль подготовки | «Промышленная теплоэнергетика» |
| Тип программы Квалификация выпускника | Академический бакалавр |
| Форма обучения | очная |
г. Липецк - 20___г.
Цели освоения дисциплины
Целями освоения учебной дисциплины «Котельные установки и парогенераторы» являются:
· изучение физических основ технологических процессов в котельных установках и парогенераторах;
· -изучение основ работы оборудования теплоэнергетических объектов, их устройства, принципа действия;
· приобретение навыков проведения поверочных тепловых расчетов.
Место дисциплины в структуре ОПОП ВО
Дисциплина «Котельные установки и парогенераторы» входит в раздел «Б1. Вариативная часть, в том числе дисциплины по выбору. Обязательные дисциплины» ФГОС 3+ по направлению подготовки 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника».
Ее изучение базируется на знании дисциплин: «Математика», «Физика», «Химия», а также «Техническая термодинамика», «Тепломассообмен», «Гидрогазодинамика». Дисциплина «Котельные установки и парогенераторы» занимает одно из центральных мест в системе подготовки бакалавра.
Полученные знания являются базовыми при изучении дисциплин: «Источники и системы теплоснабжения», «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях», «ТЭЦ и промышленные котельные», «Централизованное производство тепловой и электрической энергии».
Компетенции обучаемого, формируемые в результате освоения дисциплины
Изучение дисциплины служит формированию следующих компетенций, предусмотренных ФГОС 3+ по направлению подготовки 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника»:
Профессиональные компетенции (ПК):
· способность проводить расчеты по типовым методикам, проектировать технологическое оборудование с использованием стандартных средств автоматизации проектирования в соответствии с техническим заданием (ПК-2);
· способность обеспечивать соблюдение правил техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности, норм охраны труда, производственной и трудовой дисциплины (ПК-7);
· готовность к участию в работах по освоению и доводке технологических процессов (ПК-10);
В результате изучения дисциплины студенты должны
1) Знать:
– основные закономерности преобразования тепловой энергии энергетического топлива в тепловую энергию пара;
– принцип действия и устройство оборудования теплоэнергетических объектов;
– основные закономерности, описывающие работу оборудования теплоэнергетических объектов;
– методологию проведения поверочных тепловых расчетов;
2) Уметь:
– дать оценку экономичной и эффективной работе котельной установки;
– выполнять поверочные тепловые расчеты;
3) Владеть:
– практическими навыками выполнения технического анализа топлива, характеризующего его качество, обработки и анализа полученных результатов;
– навыками поверочных тепловых расчетов и оценки надежности котельного агрегата.
В результате освоения дисциплины обучающийся по направлению подготовки 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника» должен быть готовым к решению следующих профессиональных задач и исполнению трудовых функций профессиональных стандартов
| № п/п | Профес- сиональная компетенция | Вид деятельности | Профессиональные задачи | Профессиональный стандарт (ПС)/Обобщенная трудовая функция (ОТФ) / Трудовая функция (ТФ) |
| ПК-2; | Расчетно-проектная и проектно-конструкторская | · проверка соответствия разрабатываемых проектов и технической документации объектов профессиональной деятельности нормативным документам; | ПС: Инженер-проектировщик тепловых сетей ОТФ:Выполнение специальных расчетов по тепловым сетям ТФ:Выполнение гидравлического расчета тепловых сетей. В/02.6. 16.064 | |
| ПК-7; ПК-10 | Производственно-технологическая | · схемы систем и их размещения; · правила технологической дисциплины при их обслуживании; · | ПС:Работник по организации эксплуатации тепломеханического оборудования тепловой электростанции 20.014 ОТФ: Выполнение работ всех видов сложности по организационному и техническому обеспечению полного цикла или эксплуатации тепломеханического оборудования ТЭС» ТФ«Планирование работ по эксплуатации тепломеханического оборудования ТЭС» В/02.6 |
Студент-бакалавр направления 13.03.01. «Теплоэнергетика и теплотехника» должен соответствовать квалификационным требованиям профессиональных стандартов (ПС):
| № п/п | Трудовая функция (ТФ) | ||
| 1. | ТФ: Разработка организационной, эксплуатационной и технической документации, обеспечивающей безопасную, надежную и экономичную работу тепломеханического оборудования ТЭС и охрану труда обслуживающих его работников. В/02.6 | Трудовые действия | · Анализ условно постоянных затрат на эксплуатацию тепломеханического оборудования, внесение предложений по их сокращению |
| Необходимые знания | · Схемы, конструкции, характеристики, технико-экономические показатели и особенности эксплуатации при нормальных, аварийных, послеаварийных и ремонтных режимах работы тепломеханического оборудования и устройств. | ||
| Необходимые умения | · Оценивать техническое состояние тепломеханического оборудования, прогнозировать надежность его работы |
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зачетных единиц, 360 часов.
4.1. Распределение часов по учебному плану
| Курс | Семестр | Кол-во недель | Объем учебной дисциплины | Виды контроля | ||||||||
| Всего | Конс. | СРС | Промежу-точный контроль | Лекции | Практи-ческие | Лабора-торные | Экзамен | Зачет | Задание | |||
| - | - | + | - | |||||||||
| - | + | - | к.пр |
Структура дисциплины
| № п/п | Раздел учебной дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной деятельности, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
| лекции | лаборат. занятия | практ. занятия | самост. раб | |||||
| Общая характеристика современных котельных агрегатов. Материальный и тепловой балансы. | 1-4 | – | Защита лабораторных работ | |||||
| Процессы горения и топочные устройства. | 5-8 | – | Защита лабораторных работ | |||||
| Основные элементы котельного агрегата. Тепловая схема котла. | 9-13 | – | Защита лабораторных работ | |||||
| Физико-химические процессы в котельных агрегатах. | 14-17 | – | Защита лабораторных работ. | |||||
| Итого за семестр: | - | Зачет | ||||||
| Теплообмен в элементах котла. | 1-5 | – | Выполнение раздела курсового проекта | |||||
| Гидродинамика и аэродинамика котельного агрегата. | 6-9 | – | Выполнение раздела курсового проекта | |||||
| Конструкции котельных агрегатов. Вспомогательное оборудование | 10-13 | – | Выполнение раздела курсового проекта | |||||
| Эксплуатация котельных установок. | 14-18 | – | Выполнение курсового проекта. | |||||
| Итого за семестр: | - | Защита курсового проекта. Экзамен |
4.3. Темы лекционных занятий
| № п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела дисциплины |
| Общая характеристика современных котельных агрегатов. Материальный и тепловой балансы | Общая характеристика современных котельных установок, их место и роль на промышленных предприятиях. Классификация котельных агрегатов. История развития конструкций котельных агрегатов. Состояние и перспективы развития котельных и парогенерирующих установок промышленных предприятий. Общая технологическая схема, рабочие вещества и основные элементы современной котельной установки. Особенности работы котлоагрегатов в условиях промышленных предприятий. Котел как элемент технологических схем. Котел как источник загрязнения окружающей среды. Источники теплоты промышленных котельных установок. Основные виды органического топлива. Элементарный состав топлива. Теплота сгорания топлива высшая и низшая. Условное топливо. Расчет горения топлива. Стехиометрические реакции горения. Расход воздуха. Коэффициент избытка воздуха: теоретический и действительный. Определение объема и состава продуктов сгорания. Определение температуры горения. Материальные и тепловые балансы котельных установок при работе на газовом, жидком и твердом топливах. Располагаемая и полезно затраченная теплота. Потери теплоты и их определение. Коэффициент полезного действия котла брутто и определение по прямому и обратному балансу. Изменение кпд при пониженных нагрузках. Кпд нетто. | |
| Процессы горения и топочные устройства | Процесс горения топлива. Цепные реакции. Тепловое воспламенение. Структура и длина пламени. Стабилизация пламени. Горение различных видов топлива. Классификация, общие характеристики и показатели работы топочных устройств. Сжигания газового топлива. Подача топлива, организация смесеобразования, воспламенения и стабилизации факела. Топки, классификация горелок для газового топлива, размещение горелок, воздушные регистры, запальные устройства. Сжигание газового топлива с низкой и высокой теплотой сгорания. Особенности и принципы сжигания жидкого топлива. Схемы распыливания топлива, мазутные форсунки и топки. Горелки мазутные комбинированные. Топки для сжигания жидкого топлива и их характеристики. Характеристики процессов горения топлива в слое. Топки для сжигания твердого топлива в плотном слое. Топки с кипящим слоем. Характеристики слоевых топок и основы их расчета. Особенности сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии. Топки с твердым и жидким шлакоудалением. Циклонные и вихревые топки. Влияние влажности, зольности, выхода летучих и теплоты сгорания топлива на конструкцию топочной камеры. Расчетные характеристики топок для сжигания угольной пыли. Пылеугольные горелки и их расположение. Топочные устройства для сжигания производственных отходов: газовых, жидких, твердых. Выбор и расчет топочных устройств для сжигания газового, жидкого и твердого топлив, производственных отходов. Регулирование горения при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлив. Снижение содержания оксидов азота и серы в продуктах сгорания. Вопросы эксплуатация и охраны труда при сжигании топлива. | |
| Основные элементы котельного агрегата. Тепловая схема котла | Основные элементы котельного агрегата. Принцип компоновки поверхностей нагрева по ходу продуктов сгорания. Испарительные поверхности нагрева. Конструкции топочных экранов, их характеристики и надежность работы. Схемы включения панелей экранов, условия их работы. Конвективные испарительные поверхности нагрева. Фестоны. Назначение и классификация пароперегревателей. Конвективные, радиационные и ширмовые пароперегреватели. Конструктивные схемы включения пароперегревателя в дымовой тракт. Условия надежной работы. Методы и устройства регулирования температуры пара. Экономайзеры, их включение в питательные магистрали. Конструктивные схемы воздушных подогревателей. Технико-экономические пределы подогрева воды и воздуха. Характеристика тепловой схемы котла. Тепловосприятие в испарительной системе, пароперегревателе, экономайзере. Условия оптимизации тепловой схемы котла. Температура продуктов горения на выходе из топки и температура уходящих газов котла. Технико-экономический выбор конечного охлаждения газов в котле. Подогрев воздуха и расположение воздухоподогревателя и экономайзера в газоходах котла. Примеры тепловых схем котлов с естественной циркуляцией и принудительным движением рабочего тела. | |
| Физико-химические процессы в котельных агрегатах. | Нормирование качества воды для котельных установок. Механизмы образования накипи и коррозии на поверхностях нагрева. Водный режим котлов с естественной циркуляцией. Продувка в котлоагрегате. Ступенчатое испарение. Требования к качеству пара и его нормирование. Сепарация и промывка пара. Внутрибарабанные устройства. Особенности водного режима прямоточных котлов. Высокотемпературная и низкотемпературная коррозия поверхностей нагрева и методы их уменьшения. Механизм образования отложений. Очистка поверхностей нагрева. Абразивный износ поверхностей нагрева котла. | |
| Теплообмен в элементах котла | Тепловой баланс и температурный уровень топки. Теплообмен в топке. Тепловые характеристики настенных экранов. Связь тепловой работы топки с видом и характеристиками сжигаемого топлива. Температура горения. Излучательная способность факела. Расчет теплообмена в топке. Интенсификация радиационной теплоотдачи. Теплообмен в полурадиационных и конвективных поверхностях нагрева, пути его интенсификации. Уравнение теплового баланса поверхности нагрева. Коэффициенты теплопередачи и выбор оптимальной скорости продуктов сгорания в конвективных газоходах. Интенсификация радиационного и конвективного теплообмена в элементах котла. Задачи и последовательность конструкторского и поверочного расчетов котла и его элементов. Методика проведения теплового расчета котла и его элементов на ЭВМ. | |
| Гидродинамика и аэродинамика котельного агрегата | Условия надежной работы элементов котла. Общее уравнение движения пароводяной смеси в трубах. Режим, структура и характеристики потока рабочего тела. Принципиальные схемы испарительных систем. Кризисы теплообмена в парообразующих трубах. Температура стенки трубы и ее зависимость от различных условий обогрева. Гидродинамика в котельных агрегатах с естественной циркуляцией, критерии надежности естественной циркуляции. Основы методики расчета простых и сложных контуров циркуляции. Гидродинамика котлоагрегатов с многократно-принудительной циркуляцией, регулировочное и уравнительное шайбирование. Нестационарные режимы пароводяного тракта. Тепловая и гидравлическая разверка. Гидродинамика прямоточных и водогрейных котлов. Гидродинамика водяного экономайзера и пароперегревателя. Пульсация потока и меры по ее устранению. Обеспечение надежной гидродинамики в котельных агрегатах с естественной циркуляцией и принудительным движением воды и пароводяной смеси. Схемы газо-воздушного тракта котельной установки. Естественная и принудительная тяги в газовом тракте. Сопротивления при движении потоков воздуха и продуктов сгорания в элементах котла. Присосы воздуха в газовый тракт. Рециркуляция воздуха и газов. Аэродинамика топки. Основы регулирования расхода воздуха горения. Цели, задачи и методика аэродинамического расчета котельной установки. | |
| Конструкции котельных агрегатов. Вспомогательное оборудование | Общая характеристика, классификация и конструкции котлов. Котлы с естественной циркуляцией низкого давления и энергетические котлы. Прямоточные котлы и котлы с многократно-принудительной циркуляцией. Компоновка котлов. Котлы, работающие под наддувом. Водогрейные и пароводогрейные котлы. Котлы высоко- и низконапорные. Котлы специального назначения. Котлы прямого действия и с неводяными теплоносителями. Котлы на отходящих газах, особенности их выполнения. Котлы, использующие теплоту технологического продукта. Испарительное охлаждение элементов технологических установок. Энерготехнологические агрегаты при высокотемпературных и низкотемпературных технологических процесса, при комбинированной выработке технологической и энергетической продукции. Энерготехнологическое использование топлива. Подготовка к сжиганию газообразного и жидкого топлива. Системы топливоподачи. Схемы подачи газообразного и жидкого топлив. Подготовка к сжиганию твердого топлива. Основные типы систем пылеприготовления. Характеристика угольной пыли. Сушка и размол топлива. Углеразмольные мельницы и элементы систем пылеприготовления. Выбор типа мельниц. Вопросы охраны труда. Назначение и требования к ограждениям газоходов котла. Каркас и обмуровка котла. Конструкции обмуровок, основы расчета. Назначение и конструкции каркаса. Арматура и гарнитура. Металлы, используемые в котлостроении. Условия работы металла котлов, расчет на прочность. Эксплуатационный контроль за металлом. Защита окружающей среды от вредных выбросов при работе котла. Вредные примеси в продуктах сгорания. Очистка продуктов сгорания от твердых и газообразных примесей. Системы золо- и шлакоудаления. Классификация и конструкции золоуловителей. Удаление шлака, золы и дымовых газов из котельной. Очистка продуктов сгорания от оксидов серы и азота. | |
| Эксплуатация котельных установок | Эксплуатация котельных установок. Режимы работы котлов промышленных предприятий. Стационарные режимы эксплуатации, статические характеристики котлов. Нестационарные режимы работы в диапазоне допустимых нагрузок, динамические характеристики котлов. Останов котла, сброс нагрузки. Растопка котла и пуск котла из различных тепловых состояний. Обслуживание котлоагрегата во время работы. Допустимые скорости сброса и наброса давления в барабанном котле. Организация управления котельной установкой. Директивные материалы по эксплуатации котлов. Организация труда при работе котельных. Организация ремонтов котельной установки. Виды испытаний и требования к ним. Методика проведения испытаний. Определение основных характеристик работы котельного агрегата по результатам испытаний. |