Рабочая программа учебной дисциплины «Котельные установки и парогенераторы»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Профиль(и) подготовки: Тепловые электрические станции

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ»

Цикл:	профессиональный
Часть цикла:	вариативная
№ дисциплины по учебному плану:	ИТАЭ; Б.3.15.1, Б.3.17.1
Часов (всего) по учебному плану:	288
Трудоемкость в зачетных единицах:	8	5 семестр – 4; 6 семестр - 4
Лекции	66 час	5 семестр – 36 6 семестр - 30
Практические занятия	15 час	6 семестр – 15
Лабораторные работы	33 час	5 семестр – 18 6 семестр - 15
Расчетные задания, рефераты	32 час самостоят. работы	5 семестр - 16 6 семестр - 16
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	174 час	5 семестр – 90 6 семестр - 84
Экзамены		5 и 6 семестры
Курсовые проекты (работы)	1 з. е. (36 час)	6 семестр

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение конструкций, физических принципов работы, процессов в газовой и рабочей средах, расчета и проектирования, характеристик, основ эксплуатации и промышленного применения паровых котлов.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);

·  использовать современные информационные технологии, управлять потоками информации с применением прикладных программ, использовать сетевые компьютерные технологии, базы данных (ПК-19);

·  использовать информацию о новых технологических процессах и новых видах технологического оборудования (ПК-17);

·  Выполнять тепловые расчеты различных конструкций котлов и его поверхностей нагрева.

Задачами дисциплины являются

·  Получение практических знаний по конструкции и проектированию паровых котлов в составе объектов электроэнергетики.

·  Умение принимать технические решения при выполнении реконструкции котла.

·  Умение выполнять тепловые расчеты поверхностей котла и гидравлические расчеты движения рабочего тела в них.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла (В15.1, В 17.1) основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Тепловые электрические станции" направления 140100 Теплоэнергетика.

Дисциплина базируется на знании следующих дисциплин: высшая математика, физика, химия, термодинамика, теплопередача, гидро - и газодинамика, информатика, материаловедение.

Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы

·  Для изучения последующих естественно-научных, профессиональных дисциплин данного учебного плана;

·  Для изучения дисциплин, формирующих подготовку по профилю «Тепловые электрические станции»: основы теории горения, тепловые электрические станции;

·  Для выполнения бакалаврской выпускной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  Классификацию паровых котлов и сущность происходящих в них процессов.

·  Методы выполнения конструкторских и поверочных расчетов котла и его поверхностей

·  Гидравлические схемы движения рабочей среды в трактах котлов

·  Способы поддержания рабочего режима котла (параметров пара, расходов, давления)

Уметь:

·  Анализировать научно-техническую документацию и информацию о котлах.

·  Использовать современные информационные технологии, базы данных и пакеты прикладных программ при расчетах

·  Производить элементарные расчеты по котлу в целом и его поверхностям нагрева.

Владеть:

·  Необходимой терминологией в области энергетических котлов

·  Основными методами расчета конструкций котла и его поверхностей нагрева

·  Принципами выбора необходимой конструкции котла к сжиганию заданного типа топлива

·  Методами подбора мощности и количества горелок для заданного типа котла и его паропроизводительности.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единицы, 288 часов.

5 семестр

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
лк	пр	лаб	сам.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Обзор развития конструкций котлов. Современные типы котлов	20	5	6		2	12	Защита лабораторных работ
2	Топливо для котлов и его подготовка к сжиганию	17	5	5		4	8	Защита лабораторных работ
3	Механизм горения, объемы продуктов сгорания и определение КПД котла	17	5	5		4	8	Выполнение типового расчета
4	Принципы конструирования и расчета топочных камер	18	5	6		2	10	Выполнение типового расчета
5	Условия работы конвективных поверхностей нагрева	15	5	5		2	8	Защита лабораторных работ
6	Строительные конструкции и профили паровых котлов	12	5	4		2	6	Защита лабораторных работ
7	Конструкции специальных типов котлов	11	5	5			6
	Зачет	4	5	--	--	2	2
	Экзамен	30	5	--	--	--	30	Пимсьменно-устный
	Итого:	144	5	36		18	90

6 семестр

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
лк	пр	лаб	сам.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Режимы течения рабочей среды	21	6	5	2	4	10	Защита лабораторных работ
2	Гидродинамика рабочей среды в поверхностях с естественной циркуляцией. Движущий и полезный напоры, скорость циркуляции	18	6	4	4	2	8	Выполнение типового расчета
3	Гидродинамика рабочей среды при принудительном движении в поверхностях. Теплогидравлическая разверка в трубах.	24	6	6	4	4	10	Выполнение типового расчета
4	Водный режим парового котла. Распределение минеральных примесей в трубах.	16	6	6	2		8	Защита лабораторных работ
5	Основы эксплуатации котлов	16	6	4	2	2	8	Защита лабораторных работ
6	Методы поддержания стабильности параметров пара.	16	6	5	1	2	8
	Зачет	3	6	--	--	1	2
	Экзамен	30	6	--	--		30	Пимсьменно-устный
	Итого:	144	6	30	15	15	84

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

5 семестр

1. Производство электрической энергии на ТЭС. Место парового котла в тепловой схеме. Развитие сжигания топлив (слоевое, на механической цепной решетке, факельное) и конструкции поверхностей нагрева котла с горизонтальными и вертикальными трубными пучками.

2. Виды топлив, расчетные массы, теплота сгорания топлив. Важнейшие характеристики топлив, их воздействие на условия сжигания и работу поверхностей котла. Технологические схемы подготовки твердых, жидких и газовых топлив к сжиганию. Принципы работы элементов оборудования (мельницы, сепараторы, циклоны, мазутные теплообменники). Понятие котельная установка и ее составляющие.

3. Горючие элементы топлив и основные реакции. Механизм сжигания твердого, газового и жидкого топлива. Состав продуктов сгорания, теоретические и реальные объемы. Понятие избытка воздуха. Роль присосов по тракту котла. Тепловой баланс парового котла, определение КПД и расхода топлива. Характеристика тепловых потерь.

4. Тепловые характеристики топочных камер ( определяющие температуры и тепловые напряжения). Связь размеров топочной камеры с тепловыми напряжениями. Виды горелочных устройств и их размещение на стенах. Принцип работы вихревых и прямоточных горелок. Организация твердого и жидкого шлакоудаления. Особенности топок для сжигания природного газа и мазута. Виды экранирования топочных камер. Радиационный теплообмен в топках, определение размера тепловоспринимающей поверхности.

5. Принципы выполнения ширмовых и змеевиковых поверхностей, конструкции воздухоподогревателей. Виды загрязнения и коррозии поверхностей, влияние загрязнений на тепловой режим работы. Методы очистки поверхностей котла.

6. Виды каркаса котлов малой и большой мощности. Обмуровка и теплоизоляция в барабанных и прямоточных котлах. Профиль котла (понятие) и компоновка поверхностей нагрева. Распространенные виды профилей (П - и Т-образный, башенный), их связь с видом сжигаемого топлива и мощностью котла.

7. Назначение и конструктивное выполнение водогрейных котлов. Паровые котлы с циркуляционным кипящим слоем, котлы-утилизаторы для парогазовых установок на два уровня давления.

6 семестр

1. Параметры течения однофазного потока. Режимы течения и структура двухфазного потока. Силы, воздействующие на движение паровых пузырей в потоке. Температура рабочей среды и металла трубы в различных зонах теплообмена при докритическом давлении. Изменение теплофизических характеристик среды в зоне фазового перехода при СКД. Области ухудшенного теплообмена. Обеспечение надежного температурного режима поверхностей нагрева паровых котлов.

2. Конструктивные характеристики контура естественной циркуляции. Организация движения рабочей среды в контуре. Движущий и полезный напоры, скорость циркуляции. Анализ надежности циркуляции при изменении теплового потока и условия отвода пароводяной смеси (верхний коллектор, вывод смеси ниже или выше уровня в барабане).

3. Гидравлическая характеристика горизонтальных и вертикальных труб, роль нивелирного напора. Гидравлическая и тепловая разверка в системе параллельных труб, расчетные показатели разверок. Теплогидравлическая разверка на примере экранных панелей и ширмового пароперегрвателя.

4. Материальный баланс примесей водного теплоносителя в пароводяном тракте котла. Поведение примесей в тракте: растворимость веществ в воде и паре, переход примесей в пар, унос с влагой, отложение примесей внутри труб котлов ДКД и СКД. Нормирование качества водного теплоносителя. Методы получения чистого пара: сепарация, продувка, ступенчатое испарение, промывка пара. Водно-химические режимы блоков с барабанными и прямоточными котлами.

5. Допустимые пределы нагрузок котла по условиям горения и надежности охлаждения металлов топки. Изменение экономичности котла (КПД) с нагрузкой, характер изменения температур газов по тракту. Зависимость тепловосприятия рабочей среды от нагрузки для радиационных и конвективных поверхностей котла. Влиятние рециркуляции газов на тепловой режим котла.

6. Принципы регулирования температуры пара. Впрыскивающие и поверхностные пароохладители и места их установки. Паропаровые теплообменники, байпассирование пара и газов. Обеспечение заданного давления перегретого пара.

4.2.2. Практические занятия

6 семестр

Тема 1. Расчет кратности циркуляции в трубной секции при изменении расхода воды и воспринятого теплового потока.

Тема 2. Расчет теплогидравлической разверки в трубах ширмового пароперегревателя, определения расходов и температуры пара в лобовой, средней и внутренней трубах ленты.

Тема 3. Теплогидравлическая разверка в вертикальной секции НРЧ прямоточного котла без учета и с учетом нивелирного напора.

Тема 4. Определение изменения давления в опускных трубах при отсутствии и наличии движения в воды трубах.

Тема 5. Расчет полезного и движущего напоров в заданном контуре циркуляции, гидравлическое сопротивление и определение скорости циркуляции для разных тепловых потоков.

4.3. Лабораторные работы

5 семестр

№ 1. Изучение конструкции котла ст.№2 ТЭЦ МЭИ.

№ 2. Подача газа – топлива на котел, приборы и устройства на газовой линии, устройство горелок котла.

№ 3. Режим газовоздушного тракта котла.

№ 4. Определение тепловосприятия поверхностей котла и паропроизводительности экранов топки

№ 5. Тепловой щит котла, система автоматического управления.

6 семестр

№ 1. Определение экспериментального коэффициента теплопередачи в конвективных поверхностях нагрева.

№ 2. Аэродинамическое сопротивление поверхностей нагрева котла.

№ 3. Определение теплового баланса котла и его КПД.

№ 4. Исследование режимов работы парового котла на тренажере (расчет на ЭВМ).

№ 5. Тепловые характеристики топочной камеры и температурный режим экранных труб (расчет на ЭВМ).

4.4. Расчетные задания

5 семестр

Выполняется типовой расчет «Конструкция топочной камеры паровго котла». Выдается индивидуальное задание студенту с указанием паропроизводительности котла, вида и характеристик топлива. Определяется КПД котла, расход топлива, конструктивные размеры топочной камеры, выбор и размещение горелок. Прилагается эскиз топочной камеры в двух разрезах с размерами.

6 семестр

Выполняются расчетные задания с индивидуальными исходными данными:

- теплогидравлическая разверка в труба ширмового пароперегревателя;

- то же для панелей НРЧ;

- расчет контура циркуляции с определением средней скорости циркуляции.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

6 семестр – курсовой проект

№п/п	Раздел проекта	Всего часов на раздел	Виды занятий	Формы контроля
Пр	Сам
1	Задание на проект: тип котла. Конструкция, топливо. Выборисходных данных на расчет	4	2	2	Проверка выполнения расчетов на аудиторных занятиях
2	Расчет КПД котла и расхода топлива	4	2	2	То же
3	Конструктивный (поверочный) расчет топочной камеры	6	2	4	То же
4	Тепловой расчет ширмового перегревателя	6	2	4	То же
5	Составление теплового баланса по поверхностям	4	2	2	То же
6	Конструктивный расчет змеевикового экономайзера	4	2	2	То же
7*	Расчет поверхности воздухоподогре- вателя	4	2	2	То же
8	Выполнение чертежей общего вида котла	4	1	3	То же
9	Подготовка расчетно-пояснительной записки проекта	4		4	То же
	ИТОГО:	36	15	21

5. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

К оценочным средствам для текущего контроля успеваемости относятся:

- Проверка выполнения расчетных заданий на практических занятиях.

- Защиты лабораторных работ.

- Проверка и защита студентами типовых расчетов и расчетных заданий.

- Проверка и защита курсового проекта.

- Аттестация по дисциплине – экзамен.

Зачетная оценка в семестре определяется как среднее арифметическое защиты лабораторных работ и типового расчета

Экзаменационной оценкой в приложение к диплому по дисциплине является оценка за 6 семестр.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

6.1. Литература:

6.1.1. Учебники

1.  , Третьяков установки и парогенераторы (учебник для вузов). – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотичная динамика», 2005 – 592 с.

2.  , Третьяков установки и парогенераторы. Мультисерийный учебник / (часть1, часть 2)/ Энциклопедия физико-химических технологий в энергетике – кафедра Технологиий воды и топлива.

6.1.2. Учебные пособия

1.  Липов расчет парового котла (учебное пособие для вузов) – Ижевск, НИЦ «Регулярная и хаотичная динамика», 2001 – 176 с.

2.  Липов разработки к типовому расчету по курсу «Котельные установки и парогенераторы» Конструкция топочной камеры парового котла. – М.: Издательство МЭИ, 1996 – 15с.

3.  Самойлов указания к выполнению курсового проекта парового энергетического котла – М.: Издательство МЭИ, 2000 – 12 с.

4.  Липов и поверочный расчеты парового котла: методическое пособие. – М.: Издательство МЭИ 2006 – 16 с.

6.1.3. Описания лабораторных работ

1. Испытания оборудования котельного отделения ТЭЦ МЭИ (лабораторный практикум) – под ред. . М.: Издательствово МЭИ, 2000 – 80 с.

6.1.4 Дополнительная

1. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник под общей редакцией и – 3-е издание, кн-3 – М.: Энергоатомиздат, 2005.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Чтение лекций на современном уровне обеспечивается учебными аудиториями, снабженными мультимедийными средствами для презентаций и показа учебных фильмов (ауд. Б-205 и Ж-109).

Лабораторные работы проводятся на работающем паровом котле ТЭЦ МЭИ со всем необходимым набором приборов для снятия показаний. Расчетные работы проводятся в учебно-научной лаборатории «Экология энергетики» кафедры КУиЭЭ (ауд. В-315), оснащенной современными компьютерами.

Для выполнения курсового проекта используются учебно-компьютерные классы Вычислительного центра МЭИ и учебно-научная лаборатория «Экология энергетики» кафедры КУиЭЭ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140100 «Теплоэнергетика».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к. т.н., профессор

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИТАЭ

д. т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Котельных установок и экологии энергетики

д. т.н., профессор Зройчиков. Н. А.