Салаватский индустриальный колледж
КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Методические указания и контрольные задания для студентов –
заочников образовательных учреждений среднего
профессионального образования по специальности 140102 «Теплоснабжение и теплотехническое оборудование»
2006
Одобрено предметно Составлена в соответствии с
(цикловой) комиссией государственными требованиями
«___»_______________________ к минимуму содержания и уровню
Протокол №_________________ подготовки выпускника по
Председатель предметной специальности 140102
(цикловой) комиссии «Теплоснабжение и
______________ теплотехническое оборудование»
Заместитель директора ____________
Автор
преподаватель
Салаватского индустриального колледжа
Рецензент
преподаватель
Салаватского индустриального колледжа
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………4
Содержание дисциплины…………………………………………………5
Вопросы для контрольной работы……………………………………….16
Примерный перечень лабораторных и практических работ……………18
Литература…………………………………………………………………19
ВВЕДЕНИЕ
Учебная рабочая программа учебной дисциплины «Котельные установки» предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 140102 «Теплоснабжение и теплотехническое оборудование» и является единой для всех форм обучения.
Учебная дисциплина «Котельные установки» является дисциплиной специального цикла в структуре основной профессиональной образовательной программы по специальности.
В результате изучения дисциплины студент должен:
иметь представление:
Ø о научно-технических проблемах и перспективах
Ø о роли и месте дисциплины «Котельные установки» при освоении программы по конкретной специальности и в сфере профессиональной деятельности техника;
Ø о ресурсо - и энергосберегающих технологиях
знать:
- классификацию, технические характеристики, особенности сжигания и эффективного использования органического энергетического топлива; технические характеристики, компоновки и конструкции современных паровых и водогрейных котлов и их вспомогательного оборудования, сущность происходящих в них технологических процессов;
уметь:
- производить технологические расчеты паровых котлов и их вспомогательного оборудования, производить расчеты, связанные с выбором оборудования котельных установок.
Программа рассчитана на 82 часа (в том числе 8 часов лабораторно – практических занятий и 40 часов курсового проекта) для среднего профессионального образования.
В содержании учебной дисциплины по каждой теме приведены требования к формируемым представлениям, знаниям и умениям.
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Студент должен:
иметь представление:
· о роли и месте знаний по дисциплине и основной профессиональной образовательной программе по специальности и в сфере профессиональной деятельности техника;
знать:
· основную терминологию по котельным установкам.
Значение изучаемой дисциплины, ее связь с другими дисциплинами. Назначение и классификация котельных установок. Типы котлов. Технические характеристики и маркировка котлов. Принцип действия котельных установок Принципиальные схемы барабанного и прямоточного котлов. Классификация поверхностей нагрева по назначению. Технологическая схема котельной установки. Основные термины и определения согласно государственным стандартам.
Раздел 1 ТОПЛИВО И ЕГО СЖИГАНИЕ
Тема 1.1 Классификация органического топлива и его технические характеристики
Студент должен:
иметь представление:
· о видах органического топлива и его сжигании;
знать:
· состав, технические характеристики твердого, жидкого, газообразного топлива;
· влияние характеристик топлива на надежность работы котельной установки;
уметь:
· осуществлять расчеты по определению состава и теплоты сгорания топлива.
Классификация органического топлива. Виды и элементарный состав топлива. Понятие о расчетных массах топлива, пересчет показателей топлива с одной массы на другую. Влияние химического состава на качество, экономичность и надежность работы котельных установок. Технические характеристики твердого, жидкого, газообразного топлива. Удельная теплота сгорания органического топлива. Приведенные характеристики топлива. Роль органического топлива в энергетическом балансе России и мира. Основные месторождения органического топлива в России.
Тема 1.2 Основы теории горения органического топлива
Студент должен:
иметь представление:
· о основах теории горения топлива;
знать:
· основы теории горения;
· особенности сжигания твердого, жидкого, газообразного топлива;
· факторы, обеспечивающие эффективное сжигание топлива;
уметь:
· производить расчет избытков воздуха и характеристик продуктов сгорания.
Общие сведения о горении. Материальный баланс горения органического топлива. Физико-химические основы горения твердого, жидкого, газообразного топлива. Скорость химической реакции горения и ее зависимость от различных факторов. Теоретический объем воздуха для сгорания 1 кг или 1 нм3 топлива. Коэффициент избытка воздуха, его зависимость от вида топлива и топочного устройства. Продукты сгорания топлива, определение их объемов. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания.
Практическая работа № 1
Практическая работа № 2
Тема 1.3 Эффективность использования топлива. Тепловой баланс котельной установки
Студент должен:
иметь представление:
· о эффективности использования топлива;
· о тепловом балансе котельной установки;
знать:
· составляющие теплового баланса котла;
· факторы, влияющие на эффективность использования топлива;
уметь:
· определять составляющие теплового баланса, часовой расход топлива парового (водогрейного) котла.
Общее уравнение баланса теплоты котла. Составляющие теплового баланса: располагаемая теплота топлива, полезно использованная теплота, тепловые потери. Определение потерь теплоты уходящими газами; факторы, влияющие на величину потерь. Потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания (химический и механический недожог); потери теплоты в окружающую среду от наружного охлаждения, с физическим теплом шлаков; факторы, влияющие на их величину.
Коэффициент полезного действия котельной установки (КПД); «брутто» и «нетто». Определение расхода топлива.
Практическая работа №3
Тема 2.1 Топочные устройства для твердого топлива, газа и мазута
Студент должен:
иметь представление:
· о топочных устройствах;
знать:
· конструкцию, технические характеристики разных типов топок и горелочных устройств;
· область применения топочных устройств;
уметь:
· производить выбор типа тонки и горелочных устройств;
· выполнять расчеты теплообмена в топках.
Классификация и аэродинамические основы работы топочных устройств. Слоевые топки с ручной подачей топлива, полумеханические, механические топки, их достоинства и недостатки. Топки прямого и обратного хода. Камерные топки для сжигания твердого, жидкого, газообразного топлива. Вихревые топки. Основы расчета топочных камер. Классификация горелочных устройств. Конструкция газомазутных и пылеугольных горелок, их компоновка.
Практическая работа № 4
Тема 2.2 Рабочие процессы в паровых, и водогрейных котлах. Обеспечение надежности работы поверхностей нагрева
Студент должен:
иметь представление:
· о рабочих процессах в паровых и водогрейных котлах;
· о обеспечении надежности работы поверхностей нагрева;
знать:
· основы теплопередачи и гидродинамики поверхностей нагрева котла;
· факторы, обеспечивающие надежность работы поверхностей нагрева;
· требования, предъявляемые к воде и пару; методы получения пара требуемого качества;
уметь:
· определять отдельные теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева.
Образование пара. Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева. Назначение и устройство барабанного котла. Кратность и скорость циркуляции. Методика гидравлического расчета контура естественной циркуляции. Принудительная циркуляция.
Теплопередача в поверхностях нагрева, обеспечение надежного охлаждения металла труб поверхностей нагрева.
Требования, предъявляемые к воде и пару, получение пара требуемого качества. Внутрибарабанные сепарационные устройства для промывки пара.
Назначение продувки парового котла. Ступенчатое испарение в барабанных котлах. Влияние внутренних отложений на экономичность и надежность работы котельной установки.
Тема 2.3 Конструкции паровых, водогрейных и пароводогрейных котлов
Студент должен:
иметь представление:
· о конструкциях паровых, водогрейных и пароводогрейных котлах;
знать:
· компоновку и конструкцию котлов различных типов;
уметь:
· давать характеристику конструктивным особенностям котла по схемам, чертежам;
· выбирать тип котла по заданным условиям.
Основные направления развития конструкций паровых и водогрейных котлов. Водотрубные паровые котлы малой производительности. Паровые котлы с рабочим давлением до 2,4 Мпа (типов ДКВР, КЕ, ДЕ). Водогрейные котлы горизонтальной, башенной и П-образной компоновки (типов ТВГ, ПТВМ, КВ-ГМ, КВ-ТС, КВ-ТК). Комбинированные пароводогрейные котлы. Котлы специального назначения (энерготехнологические, котлы-утилизаторы). Солнечные нагреватели (коллекторы). Типоразмеры, параметры и классификация промышленных котлов. Основы организации эксплуатации и монтажа котельных установок. Основы проектирования котельных установок.
Тема 2.4. Поверхности нагрева котлов
Студент должен:
иметь представление:
· о поверхностях нагрева котельных агрегатов;
знать:
· назначение, конструкцию, условия работы поверхностей нагрева котлов;
уметь:
· определять конструктивные характеристики и тип поверхности нагрева по чертежам, выполнять расчеты отдельных поверхностей нагрева по заданным условиям.
Топочные экраны, испарительные поверхности котлов различных типов. Компоновка и конструкция парообразующих поверхностей нагрева паровых котлов с естественной и принудительной циркуляцией. Пароперегреватели, их назначение, классификация и конструктивное выполнение. Способы регулирования температуры перегретого пара.
Типы экономайзеров. Компоновка, крепление, конструктивное выполнение экономайзеров.
Воздухоподогреватели, назначение, устройство и принцип работы.
Условия работы различных поверхностей нагрева. Основы теплового расчета поверхностей нагрева различных типов.
Тема 2.5 Строительные конструкции и основные материалы котлов
Студент должен:
иметь представление:
· о строительных конструкциях;
· о основных материалах котельных агрегатов;
знать:
· характеристики материалов, применяемых в котлостроении;
· конструктивное выполнение каркасов, обмуровки, изоляции котлов;
уметь:
· давать характеристику обмуровке, тепловой изоляции конкретного типа котла;
· производить расчеты на прочность основных элементов котла.
Металлы, применяемые в котлостроении. Расчет на прочность основных элементов котла (барабанов, коллекторов, труб, поверхностей нагрева). Выбор материала в зависимости от параметров рабочей среды. Основные требования Ростехнадзора России к безопасному устройству паровых и водогрейных котлов.
Каркас и гарнитура котлов. Типы каркасов и их конструкция. Крепление элементов котла к каркасу. Назначение и конструктивное выполнение гарнитуры. Особенности гарнитуры котлов с наддувом.
Требования, предъявляемые к обмуровке и тепловой изоляции котлов. Материалы, применяемые для изготовления обмуровки и тепловой изоляции. Конструктивное выполнение обмуровки различных типов (нафундаментной, накаркасной и натрубной).
РАЗДЕЛ 3 ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Тема 3.1 Питательные устройства, трубопроводы и арматура котельных
установок
Студент должен:
иметь представление:
· о питательных устройствах, трубопроводах и арматуре котельных установок;
знать:
· принципиальные схемы питания котлов;
· конструкцию арматуры различных типов, требования к устройству трубопроводов котельных установок;
уметь:
· выполнять расчеты трубопроводов котельной установки, давать характеристику и определять тип арматуры.
Питательные устройства котлов. Питательные насосы. Схема подачи питательной воды в котел. Арматура котельных установок. Классификация арматуры по назначению.
Конструкция арматуры различных типов (запорной, регулирующей, защитной, контрольной). Редукционно-охладительные установки (РОУ), их назначение и конструктивное выполнение. Трубопроводы. Классификация трубопроводов котельной установки по назначению и параметрам. Принципы расчета основных характеристик трубопроводов. Основные элементы трубопроводов. Схемы трубопроводов промышленных котельных. Основные требования Ростехнадзора к безопасному устройству трубопроводов пара и горячей воды.
Тема 3.2 Газовоздушный тракт котельных установок. Тягодутьевые машины. Дымовые трубы
Студент должен:
иметь представление:
· о газовоздушном тракте котельной установке, тягодутьевых машинах и дымовых трубах;
знать:
· схемы газовоздушных трактов котельных установок, их оборудование;
уметь:
· выполнять расчеты по определению аэродинамического сопротивления и выбору оборудования газовоздушных трактов котельных установок.
Компоновка газовоздушного тракта, котельных установок. Аэродинамическое сопротивление газовоздушного тракта, самотяга, принципы расчета. Тягодутьевые машины. Конструктивное выполнение дымососов и дутьевых вентиляторов котлов. Регулирование производительности тягодутьевых машин. Принципы выбора дымососов и дутьевых вентиляторов котла.
Дымовые трубы: конструкция, принцип расчета.
Тема 3.3 Золоулавливание и шлакозолоудаление котельных установок
Студент должен:
иметь представление:
· о золоулавливании и шлакозолоудалении котельных установок;
знать:
· конструкцию и принцип работы золоуловителей различных типов;
· схемы и оборудование систем шлакозолоудаления.
Принципы очистки дымовых газов от золы. Требования к золоулавливающим установкам. Конструкция и принцип работы золоуловителей различных типов (сухих инерционных, мокрых скрубберов, электрофильтров).
Системы шлакозолоудаления. Пневматическое и гидравлическое удаление золы и шлака. Оборудование систем шлакозолоудаления.
Тема 3.4 Очистка поверхностей нагрева
Студент должен:
иметь представление:
· об очистке поверхностей нагрева;
знать:
· классификацию наружных отложений, технологию очистки поверхностей нагрева;
уметь:
· выбирать способ очистки поверхностей нагрева.
Загрязнение поверхностей нагрева золой. Классификация наружных отложений. Аппараты для обдувки топочных экранов. Импульсная водяная обдувка экранных поверхностей. Вибрационная и импульсная очистка. Обмывка конвективных поверхностей нагрева. Схема и принцип работы установки дробевой очистки.
Тема 3.5 Топливное хозяйство котельных
Студент должен:
иметь представление:
· о топливном хозяйстве котельных;
знать:
· схему топливоподачи твердого, жидкого и газообразного топлива;
· конструкцию и назначение оборудования топливоподачи;
уметь:
· разбираться в схемах топливоподачи;
· по чертежам определять тип и назначение оборудования.
Топливное хозяйство при сжигании твердого топлива. Устройство для разгрузки, хранения, разморозки, подачи и подготовки твердого топлива к сжиганию. Удаление посторонних примесей из твердого топлива. Условия, обеспечивающие надежное хранение твердого топлива.
Системы пылеприготовления. Компоновка и классификация пылеприготовительных установок.
Оборудование систем пылеприготовления. Конструкция углеразмольных мельниц различных типов. Вспомогательное оборудование систем пылеприготовления. Питатели и бункеры сырого угля и пыли. Сепараторы пыли и пылевые циклоны.
Топливное хозяйство при сжигании жидкого топлива. Схемы мазутных хозяйств промышленных котельных. Условия для слива и хранения мазута. Мазутные насосы, фильтры, подогреватели.
Газоснабжение котельных установок.
РАЗДЕЛ 4 ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ И КОМПОНОВКА КОТЕЛЬНОЙ
Тема 4.1 Тепловые схемы и компоновка оборудования производственных и отопительных котельных
Студент должен:
иметь представление:
· о тепловых схемах и компоновке оборудования производственных и отопительных котельных;
знать:
· принципиальные тепловые схемы котельных;
уметь:
· выбирать тип компоновки и необходимую тепловую схему котельной в зависимости от заданных условий.
·
Классификация котельных в зависимости от назначения и состава оборудования. Тепловые схемы котельных с паровыми, водогрейными и пароводогрейными котлами. Основное и вспомогательное оборудование производственных и отопительных котельных.
Типовые компоновки котельных на газомазутном топливе. Компоновка котельных с паровыми и водогрейными котлами при слоевом сжигании топлива. Компоновка котельных для камерного сжигания твердого топлива.
Тема 4.2 Защита окружающей среды при работе котельных установок
Студент должен:
иметь представление:
· о защите окружающей среды при работе котельных установок;
знать:
· санитарно-гигиенические требования к содержанию примесей вредных веществ при выбросе дымовых газов в атмосферу;
· мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу;
уметь:
· определять количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.
Нормы предельно допустимых выбросов и предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосферу. Вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу при работе котельных установок, их влияние на природу и человека.
Мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу. Рассеивание выбросов. Снижение выбросов в атмосферу оксидов серы и азота. Методика расчета вредных выбросов.
ТАБЛИЦА ВЫБОРА ВАРИАНТОВ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ»
Указание по выбору варианта и определение вопросов и заданий для контрольной работы
Выбор вопросов и заданий к контрольной работе определяется по фамилии, имени и отчеству учащегося, которые записываются в виде таблички, где номер буквы в Ф. И.О. определяет номер задачи, а буква, по ниже приведенной таблице, номер задачи, а буква, по ниже приведенной таблице, номер вопроса, всего вопросов в контрольной работе 4.
Таблица выбор вариантов:
Буквы ФИО | Номер задачи | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |
А | 1 | 17 | 33 | 49 |
Б | 2 | 18 | 34 | 50 |
В, Г | 3 | 19 | 35 | 51 |
Д, Е, Ё | 4 | 20 | 36 | 52 |
Ж, З | 5 | 21 | 37 | 53 |
И, Й | 6 | 22 | 38 | 54 |
К, Л | 7 | 23 | 39 | 55 |
М, Н | 8 | 24 | 40 | 56 |
О, П | 9 | 25 | 41 | 57 |
Р, С | 10 | 26 | 42 | 58 |
Т | 11 | 27 | 43 | 59 |
У, Ф | 12 | 28 | 44 | 60 |
Х, Ц | 13 | 29 | 45 | 61 |
Ч, Ш | 14 | 30 | 46 | 62 |
Щ, Ы, Ь, Ъ | 15 | 31 | 47 | 63 |
Э, Ю, Я | 16 | 32 | 48 | 64 |
Пример:
И | В | А | Н | О | В | П | Е | Т | Р |
6 | 19 | 33 | 56 |
Номера заданий будут следующие буквы: буква И первая в фамилии, значит задание в первом столбце 1 строка номер вопроса 6, для буквы В столбец 2 номер вопроса 19 и т. д. В том числе, если фамилии одинаковые, то отсчет номеров вопроса у одного из них, кто имеет больший порядковый номер в журнале, производится в обратном порядке. Если букв не хватает, следующими буквами идут буквы имени.
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Классификация и аэродинамические основы работы топочных устройств Слоевые топки с ручной подачей топлива. полумеханические, механические топки, их достоинства и недостатки Камерные топки для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива Классификация горелочных устройств Конструкция газомазутных и пылеугольных горелок, их компоновка Образование пара Естественная циркуляция в испарительных поверхностях нагрева Принудительная циркуляция Требования, предъявляемые к воде и пару получение пара требуемого качества Ступенчатое испарение в барабанных котлах Основные направления развития конструкций паровых и водогрейных котлов Паровые котлы с рабочим давлением до 2.4 МПа Комбинированные пароводогрейные котлы Типоразмеры, параметры и классификация промышленных котлов Топочные экраны испарительные поверхности котлов различных типов Компоновка и конструкция парообразующих поверхностей нагрева котлов Пароперегреватели, их назначение, классификация и конструктивное выполнение Способы регулирования температуры перегретого пара Типы экономайзеров их компоновка и конструктивное выполнение Воздухоподогреватели, назначение, устройство и принцип работы Общее уравнение баланса теплоты котла Определение потерь теплоты с уходящими газами; факторы, влияющие на величин) потерь Потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания (химический и механический недожог) Потери теплоты в окружающую среду от наружного охлаждения, с физическим теплом шлаков, факторы, влияющие на их величин) Металлы, применяемые в котлостроении Выбор материала в зависимости от параметров рабочей среды Каркас и гарнитура котлов Типы каркасов и их конструкция Крепление элементов котла к каркасу Назначение и конструктивное выполнение гарнитуры Требования, предъявляемые к обмуровке и тепловой изоляции котлов Материалы, применяемые для изготовления обмуровки и тепловой и изоляции Конструктивное выполнение обмуровки различных типов (надфундаментной. накаркасной и надтрубной) Питательные устройства котлов Питательные насосы Арматура котельных установок. Классификация арматуры по назначению Редукционно-охладительные установки Классификация трубопроводов котельной установки по назначению и параметрам Компоновка газовоздушного тракта котельных установок Конструктивное выполнение дымососов и дутьевых вентиляторов котлов Регулирование производительности тягодутьевых машин Дымовые трубы: конструкция, принцип расчета Принцип очистки дымовых газов от золы. Требования к золоулавливающим установкам Конструкция и принцип работы золоуловителей различных типов (сухих инерционных, мокрых скрубберов, электрофильтров) Система шлакоудаления Пневматическое и гидравлическое удаление юлы и шлака Классификация наружных отложений Аппараты для обдувки топочных экранов Вибрационная и импульсная очистка Обмывка конвективных поверхностей нагрева Топливное хозяйство при сжигании твердого топлива Устройство для разгрузки, хранения, разморозки. подами и подготовки твердого топлива к сжиганию Компоновка и классификация пылеприготовительных установок Топливное хозяйство при сжигании жидкого топлива Мазутные насосы, фильтры подогреватели Газоснабжение котельных установок Классификация органического топлива Виды и элементарный состав топлива Технические характеристики твердого, жидкого и газообразного топлива Удельная теплота сгорания органического топлива, приведенные характеристики топлива Нормы предельно допустимых выбросов и предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосферу Вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу при работе котельных установок, их влияние на природу и человека Мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу Рассеивание выбросов Снижение выбросов в атмосферу оксидов серы и азотаПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Определение объемов воздуха и продуктов сгорания при сжигании твердого и газообразного топлива. Расчет энтальпии уходящих дымовых газов. Определение тепловых потерь, КПД и часового расхода для заданного типа котла. Изучение конструкций топок по чертежам.ЛИТЕРАТУРА
Основная
Эстеркин котельные установки.-М.: Энергоатомиздат,- 1985. – 400с., ил. Роддатис установки.-М.: Энергия, 1977.-432с., ил. Эстеркин установки. Курсовое и дипломное проектирование.-Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 280с., илДополнительная
, , Котельные установки электростанций. – М.:Энергоатомиздат, 1987.-288с.,ил. Устройство и эксплуатация котлов. Вопросы и ответы: Справочник.- М.:Недра, 1974.-260с. Сборник правил и руководящих материалов по котлонадзору.-М.:Недра,1974.-568с., ил. Эксплуатация паровых котлов и паропроводов.-К.:Техника, 1969.-568с., ил. , Кузнецов котельные агрегаты. – М.:ИНФРА-М, 2005.-392с.