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: Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"СХЕМЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК - 1"
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: | по выбору | |
№ дисциплины по учебному плану: | Б.3.15.2 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 144 | 5 семестр |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 5 | 5 семестр – 4; |
Лекции | 36 часов | 5 семестр |
Практические занятия | 18 часов | 5 семестр |
Лабораторные работы | - | |
Расчетные задания, рефераты | 50 часов самостоят. работы | 5 семестр |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 90 часов 21 час | 5 семестр 6 семестр |
Экзамены | 5 семестр | |
Курсовые проекты (работы) | 1 з. е. (36 часов) | 6 семестр |
Москва - 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение конструкции и принципов работы энергетических котлов и парогенераторов с целью их дальнейшей эксплуатации.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
– проводить расчеты по типовым методикам и проектировать отдельные детали и узлы в соответствии с техническим заданием (ПК-9);
– организовать работу персонала по обслуживанию технологического оборудования (ПК-27);
– использовать знания фундаментальных разделов естественнонаучного и профессионального циклов дисциплин для понимания физической сущности процессов, протекающих в аппаратах и устройствах (ПСК-1);
– участвовать в испытаниях оборудования, предназначенного для подготовки топлива к использованию на ТЭС, по заданным программам (ПСК-3);
– поддерживать оптимальные режимы при эксплуатации оборудования (ПСК-4);
– принимать участие в монтажно-наладочных и ремонтных работах на основном и вспомогательном оборудовании ТЭС и АЭС при условии профессиональной адаптации (ПСК-5).
Задачами дисциплины являются:
· Изучение принципов работы, компоновок и конструкций котельных установок и парогенераторов;
· освоение методов тепловых расчетов парогенерирующих установок ТЭС и АЭС.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях" направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах:
"Математика", "Физика", "Химия", "Начертательная геометрия. Инженерная графика", "Материаловедение. Технология конструкционных материалов", "Динамика и прочность машин", "Техническая термодинамика", "Тепломассообмен", "Гидрогазодинамика".
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Физико-химические процессы в энергетике" и "Режимы работы и эксплуатации ТЭС", а также программ магистерской подготовки.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· основные источники научно-технической информации по материалам эксплуатации и исследований котельного и парогенерирующего оборудования (ОК-7, ПК-6);
· материалы, применяемые в котло - и парогенераторостроении, их классификацию, маркировку и технические характеристики (ПК-10);
· источники научно-технической информации (передовые журнальные публикации, и сайты Интернет) по оптимизации эксплуатации котельных установок и парогенераторов (ПК-17);
· методы технического обслуживания основных элементов котлов и парогенераторов (ПК-10).
Уметь:
· самостоятельно разбираться в нормативных методиках эксплуатации и применять их для решения поставленной задачи (ОК-7);
· осуществлять контроль и оптимизацию метрологического обеспечения технологических процессов при использовании типовых методов контроля работы технологического оборудования и качества выпускаемой продукции (ПК-15);
· участвовать в сборе и анализе исходных данных для оптимизации эксплуатации оборудования с использованием нормативной документации и современных методов поиска и обработки информации (ПК-8);
· планировать и участвовать в проведении плановых испытаний технологического оборудования (ПК-14);
· формулировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой) (ПК-7).
Владеть:
· методиками испытаний, наладки и эксплуатации энергетического оборудования в соответствии с профилем работы (ПК-25);
· технологическими системами управления и контроля, обслуживаемого оборудования (ПК-15);
· способностью быть готовым к приемке и освоению вводимого нового энергетического оборудования (ПК-30);
· навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);
· методиками контроля технического состояния, оценок остаточного ресурса надежной работы оборудования и организации профилактических осмотров (ПК-28).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Принципиальные схемы ТЭС и АЭС, место и назначение котельных установок и парогенераторов. | 4 | 5 | 2 | 0 | -- | 2 | Тест на знание терминологии |
2 | Основы топочных процессов | 14 | 5 | 6 | 2 | -- | 6 | Тест на знание |
3 | Схемы современного парового котла | 10 | 5 | 2 | 2 | -- | 6 | Тест на знание |
4 | Тепловой баланс парового котла | 12 | 5 | 4 | 2 | -- | 6 | Контрольная работа |
5 | Принципы конструктивного выполнения поверхностей | 14 | 5 | 6 | 2 | -- | 6 | Расчетное задание |
6 | Тепловой расчет поверхностей нагрева | 16 | 5 | 4 | 4 | -- | 8 | Расчетное задание |
7 | Процессы получения чистого пара | 14 | 5 | 6 | 2 | -- | 6 | Расчетное задание |
8 | Гидродинамика поверхностей нагрева | 12 | 5 | 4 | 2 | -- | 6 | Расчетное задание |
9 | Методы обеспечения надежной работы котлоагрегата | 10 | 5 | 2 | 2 | -- | 6 | Расчетное задание |
Зачет | 2 | 5 | -- | -- | -- | 2 | Презентация и защита реферата | |
Экзамен | 36 | 5 | -- | -- | -- | 36 | устный | |
Итого: | 144 | 36 | 18 | 90 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
1. Введение. Принципиальные схемы ТЭС и АЭС, место и назначение котельных установок и парогенераторов.
2. Основы топочных процессов. Характеристики топлив для электростанций. Виды сжигаемых топлив, их происхождение. Химический состав топлив, расчетные массы, горючие элементы и виды балласта. Влияние негорючих примесей на процесс сжигания и экологию (формы влаги, виды серы, минеральные соединения, их воздействие). Термическое разложение твердого топлива (3 стадии), понятие о выходе летучих, их свойства. Изменение свойств мазута при нагреве. Процесс газификации твердого и жидкого топлив. Размол твердых топлив, характеристики угольной пыли (фракционный состав, зерновые характеристики, плотность, сыпучесть, взрывоопасность). Теплота сгорания (высшая, низшая, условная), зависимость от состава топлива, методы определения теплоты сгорания.
3. Теория горения. Материальные балансы процесса горения (теоретические объемы, состав газов), понятие об избытке воздуха в зоне горения. Кинетика процесса горения (скорости реакции в газовой смеси, с поверхности твердого топлива, энергия активации, константы горения). Диссоциация продуктов горения. Прямые и обратные реакции.
4. Топочные процессы. Методы сжигания топлив в топочных устройствах (слоевое, факельное, в кипящем слое). Методика расчета лучистого теплообмена в топочных камерах. Обеспечение воспламенения топлива в факельных топках, характеристики теплообмена. Теоретические и фактические температуры факела в камерах сгорания. Зоны кинетического и диффузионного горения топлива. Окислительные и восстановительные зоны горения.
5. Конструктивная схема современного парового котла, характеристика процессов, происходящих в котле. Водопаровые схемы барабанного и прямоточного котлов. Работа котла под разрежением и под наддувом (газовоздушный тракт). Паровой котел в комбинированных схемах: парогазовые установки, котел-утилизатор теплоты.
6. Тепловой баланс парового котла, определение КПД, характеристики тепловых потерь.
7. Особенности расчета радиационного теплообмена в топочных камерах. Основные уравнения, коэффициент тепловой эффективности, степень черноты факела и топки, расчет поверхности стен топочной камеры. Температурный режим топочной камеры. Основные тепловые характеристики топки - тепловые напряжения топочного объема и сечения топки, их связь с выгоранием топлива и распределением температур газов в сечении. Организация твердого и жидкого шлакоудаления, обоснование конструктивных размеров топок. Тепловые характеристики и выбор размеров топок для газа и мазута. Основные конструкции топочных камер (факельные, вихревые, с кипящим слоем).
8. Особенности теплообмена в конвективных поверхностях нагрева. Основные уравнения, температурный напор, коэффициент теплопередачи. Радиационные поверхности барабанных и прямоточных котлов. Принципы конструктивного выполнения пароперегревательных, экономайзерных и воздухоподогревательных поверхностей.
9. Последовательность размещения поверхности вдоль газового тракта. Принципы оптимизации компоновки поверхностей. Опорные расчетные температуры газового тракта. Тепловая схема котла. Основные профили паровых котлов, принципы выбора профиля в зависимости от тепловой мощности котла и сжигаемого топлива.
10. Изменение температуры рабочей среды и металла трубы в различных зонах теплообмена при докритическом давлении. Изменение теплофизических характеристик среды в зоне максимальной теплоемкости при СКД. Режимы и область ухудшенного теплообмена. Обеспечение надежного температурного режима поверхностей нагрева паровых котлов.
11. Гидродинамика рабочей среды в системах с принудительным движением. Гидравлическая характеристика горизонтальных и вертикальных труб. Анализ условий нестабильности характеристики и меры повышения надежности. Пульсации потока. Гидродинамика контура естественной циркуляции. Движущий и полезный напоры циркуляции, методы расчета контуров циркуляции. Анализ надежности циркуляции, расчетные показатели надежности. Ограничения надежности работы циркуляции в переходных режимах работы котла.
12. Влияние гидродинамики на конструктивное выполнение поверхностей нагрева в барабанных и прямоточных паровых котлах.
Комбинированные поверхности пароперегревателей, доли конвективного и радиационного теплообмена. Принципы регулирования температуры пара. Впрыскивающие пароохладители и места их установки.
Пуск парового котла в работу. Принципиальные пусковые схемы барабанного и прямоточного котлов.
13. Процессы получения чистого пара. Параметры течения однофазного и двухфазного потоков. Гомогенная и гетерогенная модели. Режимы течения и структура двухфазного потока. Силы. воздействующие на движение паровых пузырей в потоке.
14. Материальный баланс примеси водного теплоносителя в пароводяном тракте блока и задачи водно-химического режима. Поведение примеси в паровом котле: растворимость веществ в воде и паре, переход примеси в пар, унос с влагой, отложение примеси в барабанном котле и прямоточном котле ДКД и СКД.
15. Нормирование качества водного теплоносителя. Методы получения чистого пара в барабанных котлах: сепарация. продувка, ступенчатое испарение, промывка пара. Водно-химические режимы блоков с барабанными и прямоточными котлами.
16. Методы обеспечения надежной работы котлоагрегата. Коррозия поверхностей нагрева. Износ и занос летучей золой поверхностей нагрева. Характеристики металлов для поверхностей нагрева, выбор необходимого по качеству металла для разных элементов парового котла. Тепловая и гидравлическая разверка в трубной секции, расчетные показатели разверок. Теплогидравлическая разверка и разверочные характеристики поверхностей нагрева. Допустимые пределы рабочих нагрузок котла по условиям горения и надежности охлаждения металла экранов 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.
4.2.2. Практические занятия
5 семестр
Материальные балансы процесса горения.
Тепловой баланс парового котла.
Особенности расчета радиационного теплообмена в топочных камерах.
Материальный баланс примеси водного теплоносителя.
Тепловая и гидравлическая разверка в трубной секции.
4.3. Лабораторные работы:
Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены
4.4. Расчетные задания
Расчет межпромывочного периода барабанного котла.
Расчет межпромывочного периода прямоточного котла.
Расчет низкотемпературной коррозии.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
6 семестр
Курсовой проект включает в себя тепловые (конструкторские и поверочные) расчеты поверхностей нагрева для заданного типа энергетического котла, в том числе расчеты топочной камеры котла, ширмового пароперегревателя, воздухоподогревателя. А так же управление работой котла и автоматическую тепловую защиту. В индивидуальном задании проекта выполняются расчеты тепловых процессов поверхностей нагрева при изменении условий работы котла, разрабатываются отдельные конструктивные узлы.
В графической части проекта представляются продольный и поперечный разрезы проектируемого котла (формат чертежей – А3, масштаб – 1:25÷1:100) с основными размерами, полученными в ходе расчетов.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в традиционной форме аудиторных занятий, также проводится обзорная лекция-экскурсия по действующему энергетическому оборудованию ТЭЦ МЭИ.
Практические занятия включают изучение конструкций с использованием проектных и чертежных материалов КБ Таганрогского, Подольского и Барнаульского котельных заводов, а также рассмотрение наиболее сложных фрагментов тепловых расчетов котельных установок и парогенераторов.
Самостоятельная работа включает работу над расчетным заданием, его оформлением и подготовку к защите, а также к зачету и экзамену. В 6 семестре самостоятельная работа включает тепловые и конструкторские расчеты поверхностей котла, оформление РПЗ и подготовку графического материала по курсовому проекту.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются зачеты по расчетным заданиям, практическим занятиям, защита курсового проекта (работы).
Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен, защита курсового проекта.
В приложение к диплому вносится оценка за экзамен 5ого семестра и за курсовой проект 6ого семестра.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. , Третьяков установки и парогенераторы. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003. – 592 с.
2. , , Лошкарев котлов СКД. – М.: Издательство МЭИ, 2000. – 32 с.
3. , , Виленский и тепловой расчет парового котла. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 208 с.
4. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. и др. – М.: Энергия, 1973. – 296 с.
5. Чертежи промышленных энергетических паровых котлов. Кабинет проектирования (папки 3, 4, 1520, 1612 и др.).
6. Испытание оборудования котельного отделения ТЭЦ МЭИ. Лабораторный практикум: учебное пособие / , , ; под редакцией . – М.: Издательство МЭИ, 2000. – 80 с.
б) дополнительная литература:
1. Теплотехнические испытания котельного оборудования. Лабораторный практикум / , , ; под ред. . – М.: Издательство МЭИ, 1990. – 60 с.
2. , Пашков конструкции парогенераторов с естественной циркуляцией. – М.: Издательство МЭИ, 1976. – 40 с.
3. , Липов котлы тепловых электростанций. – М.: Энергоиздат, 1981. – 240 с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы: а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
контролирующие и обучающие программы по курсу.
б) другие:
учебный фильм «Котельные установки».
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 и теплотехника и профилю Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях.
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к. т.н., доцент
"СОГЛАСОВАНО":
Зав. кафедрой Технологии воды и топлива
д. т.н., профессор
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Котельных установок и экологии энергетики
д. т.н., профессор
