4003

Содержание практических занятий

Практические занятия № 2-5

На практических занятиях № 2-5 студенты знакомятся с основными характеристиками традиционного вида газового топлива - природного газа [3, 8], а также характеристиками различных газообразных отходов технологических процессов (на примере отходов нефтеперерабатывающей технологии) [5,6,13,19].

Особенно подробно обсуждаются проблемы, связанные со специфическими свойствами отходов нефтехимического производства. Эти газы имеют пониженную теплоту сгорания ввиду наличия балласта, а главное, их компонентный состав чрезвычайно нестабилен, т.к. зависит от фазы основного технологического процесса, в котором отходы выделяются.

Поэтому, целесообразно газообразные отходы сжигать в смеси с традиционными видами газового топлива – природным газом, нефтезаводским газом и др. Такие смеси далее будем называть композиционным (композитным) топливом.

Каждому из студентов выдается задание, где приведено месторождение (или нитка газопровода) природного газа, состав отдувочного газа, различное процентное соотношение природный газ – отдувочный газ в топливной смеси.

Ниже приведен состав природного газа ПГ2-ПГ4 по данным испытательной лаборатории ООО «Газпромтрансгаз Нижний Новгород». Состав природного газа может быть принят применительно к различной местности, определенной заданием (например – см. табл.4/ состав ПГ1) .

Таблица 4. Компонентный состав природного газа

№	Компонент			Природный газ
			ПГ1	ПГ2	ПГ3	ПГ4
	1		2	3	4	5
1	Метан		90,3	97,4	98,1	98,3
2	Этан		2,8	1,3	0,8	0,6
3	Пропан		1,1	0,4	0,2	0,2
4	Бутан		0,6	0,1	0,1	-
5	Пентан		0,3	-	-	-
6			4,2	0,7	0,7	0,8
	Азот
7			0,3	0,1	0,1	0,1
	Диоксид углерода

Далее необходимо составить топливные смеси природного газа с различным в процентном соотношении количеством отдувочного газа блока КЦА процесса парового риформинга.

Для составления топливной смеси с природным газом принята одна из проб отдувочных газов блока КЦА, приведенных в таблице 5 . Далее формируются топливные смеси с заданным процентным соотношением природного и отдувочного газов. Например, следующие топливные смеси: смесь1 (природный газ - 70% + отдувочный газ - 30%); смесь 2 (природный газ - 40% + отдувочный газ - 60%) и т п.

21

Как правило, каждому студенту задаются один вид природного газа и две-три топливных смеси, чтобы в дальнейшем можно было составить графические зависимости теплотехнических и эксплуатационных свойств от доли отдувочного газа в топливной смеси.

Таблица 5. Компонентный состав отдувочных газов блока КЦА

№		Компонентный состав, %			Теплота сгорания Qi r,
					МДж/м3
	H2	CO	CO2	CH4
1	2	3	4	5	6
1	50	1,9	44,2	3,9	7,038
2	45,1	3,1	48,9	2,9	6,306
3	32,22	3,25	59,21	5,32	5,796
4	31,2	2,9	60,8	5,1	5,563

В дальнейших расчетах сопоставляются высшая и низшая теплота сгорания природного газа и нового композиционного топлива (топливных смесей), составляются уравнения материального баланса процесса горения природного газа и топливных смесей по реакциям горения каждого компонента.

Практические занятия 7-8

На занятиях выполняется расчет теплотехнических характеристик природного газа

итопливных смесей по формулам, представленным в [3,8], и приведенным в лекционном материале на стр. 10-11.

Определяются теоретические и действительные объемы воздуха на сжигание единицы топлива, теоретический и действительный объемы каждого их продуктов сгорания,

иполный объем продуктов сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха по газовому тракту котлоагрегата (см. задание на РГР).

Анализируются расходы воздуха на горение и расходы продуктов сгорания при-

родного газа и топливных смесей. Выявляются и анализируются различия в теплотехнических характеристиках традиционного и композиционного топлива.

Выполняются и сопоставляются графические зависимости теплотехнических характеристик природного газа и топливных смесей с различным содержанием отдувочных газов.

Практические занятия 11-13

На занятиях выполняется расчет обобщенных характеристик [11,12] природного газа заданного состава и принятых топливных смесей с различным процентом отдувочного газа.

Составляются графические зависимости обобщенных характеристик природного газа и топливных смесей с различным содержанием отдувочных газов.

Проводится анализ полученных значений обобщенных характеристик, рассчитанных по формулам, приведенным на стр. 11 данного пособия.

22

Практические занятия 14-19

Рассматривается понятие «точка росы продуктов сгорания органического топлива». Анализируется влияние конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания органического топлива, на состояние поверхностей нагрева котлоагрегата и

дымовой трубы.

Проводится расчет точки росы продуктов сгорания природного газа, и топливных смесей с различным содержанием отдувочных газов и выполняется анализ полученных данных.

Выполняется расчет пределов воспламенения природного газа и топливных смесей по формулам, приведенным в [8-10,15,16] и на стр.17 данного методического пособия. Анализируется зависимость верхнего и нижнего пределов воспламенения топлив от содержания балласта в топливных смесях.

Расчет скорости распространения пламени при сжигании традиционного топлива и топливной смеси с высоким содержанием балласта выполняется в соответствии с [8-10] по формулам, приведенным на стр. 18 данного методического пособия.

После определения теплотехнических и эксплуатационных характеристик природного газа и топливных смесей (с различным соотношением: природный газ - отдувочный газ) выполняется сравнительный тепловой расчет котлоагрегата с использованием природного газа и топливных смесей [3]. Порядок поверочного расчета котлоагрегата приведен в задании на РГР (см. приложение А).

Практические занятия 21 - 25

Студенты определяют экономический эффект от замещения части традиционного топлива - природного газа, композиционными видами топлива [19].

Далее проводится экологическая оценка котельной установки при работе на природном газе и композиционном топливе [18].

Выявляется степень очистки продуктов сгорания при различных принятых вариантах и разрабатываются природоохранные мероприятия для повышения экологической безопасности сжигания композиционного топлива[17,19].

23

4. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы

4.1. Общие рекомендации для проведения самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются: систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений студентов; углубление и расширение теоретических знаний; формирование умений использовать нормативную, справочную документацию и специальную литературу; развитие познавательных способностей и активности студентов; формирование самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

В соответствии рабочей программой, самостоятельная работа по данной дисциплине составляет 135 часов и проводится в следующих направлениях:

-изучение курса лекций;

-подготовка к семинарским занятиям по предложенным темам;

-подготовка к практическим занятиям;

-выполнение индивидуальных заданий по практическим занятиям;

-выполнение курсовой работы;

-подготовка к промежуточной аттестации

Для успешного решения поставленных задач студентам предлагается список литературных источников. Кроме того, студент может использовать собственный поиск через систематический каталог в библиотеке, просмотр специальных периодических изданий по рассматриваемым темам и анализировать материалы, размещенные в сети Интернет. При этом следует учитывать, что учебники и учебные пособия предназначены студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя.

4.2. Темы для на самостоятельного изучения

Студенты самостоятельно готовятся к семинарским занятиям в соответствии с представленными выше темами, представленным в разделе 3.2, а также выполняют выбор и обоснование типа когенерационной установки на базе котельной, предложенной в задании на курсовую работу, проводят необходимые расчеты.

4.3. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

1.Климов, Г.М. Компоновка котельного агрегата / методические указания по проектированию теплогенерирующей установки.- Н.Новгород: ННГАСУ,1988.- 44с.

2.Климов, Г.М. Энтальпия рабочих тел и теплоносителей теплогенерирующей установки: метод. указания к курсу лекций и курсовому проекту по дисциплине "Теплогенерирующие установки" Ч.1.

3.Лебедева, Е.А.. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2010 -196с.

4.Лебедева, Е.А., Гордеев А.В., Лощилова Е.В. Экологическая оценка выбросов котельной в атмосферу : учеб.-метод. пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ-2015.- 56с.

4.4. Перечень ресурсов информационно - телекоммуниционной сети «Интернет»:

http://www.ntsn.ru

http://www.wilo.ru

24

5. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы

Курсовая работа выполняется в соответствии с заданием, выданным преподавателем (см. Приложение А).

Задачей курсовой работы является проведение сравнительного поверочного теплового расчета различных типов котельных агрегатов при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

Студентам предлагаются следующие примерные темы курсовой работы:

1.Сравнительный поверочный расчет котельного агрегата с котлом ДКВР-10-13- 250 при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

2.Сравнительный поверочный расчет котельного агрегата с котлом ДЕ -16-14-250 при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

3.Сравнительный поверочный расчет котельного агрегата с котлом ДЕ -10-14-250 при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

4.Сравнительный поверочный расчет котельного агрегата с котлом ДЕ-6,5 при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

5.Сравнительный поверочный расчет котельного агрегата с котлом ДЕ-4,0 при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

6.Сравнительный поверочный расчет котельного агрегата с котлом ДКВР-10 при работе на традиционном и композиционном видах топлива

7.Сравнительный поверочный расчет котла КВГМ - 10 при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

8.Сравнительный поверочный расчет котла КВГМ - 20 при работе на традиционном и композиционном видах топлива;

9.Сравнительный поверочный расчет котла ДЕВ – 10 при работе на традиционном

икомпозиционном видах топлива;

10.Сравнительный поверочный расчет котла ДЕВ – 25 при работе на традицион-

ном и композиционном видах топлива; Каждому из студентов выдается задание, где приведено месторождение (или нит-

ка газопровода) природного газа, состав отдувочного газа нефтехимического производства и 2-3 топливных смеси с различным процентным соотношением природный газ – отдувочный газ в топливной смеси.

Сначала составляются топливные смеси в соответствии с заданием, т.е определяется компонентный состав каждой из топливных смесей и определяется теплота сгорания.

Далее проводится тепловой расчет заданного котлоагрегата на разных видах топлива. Задача расчета – распределение температур и энтальпий продуктов сгорания по

газовому тракту котлоагрегата (котла) в результате теплообмена в топочной камере и вспомогательных поверхностях нагрева при использовании традиционного и композиционного топлив.

Расчет начинается с определения теплового баланса парового котлоагрегата (водогрейного котла) и проводится в следующей последовательности:

- разрабатывается схема газовоздушного тракта котлоагрегата (котла);

25

-назначаются реперные точки, в которых будут определяться необходимые параметры потоков теплоты и продуктов сгорания;

-вычисляются коэффициенты избытка воздуха в реперных точках по ходу газового

тракта;

-определяются теоретические объемы воздуха, необходимого для горения, а также теоретические объемы азота, трехатомных газов и водяных паров;

-рассчитывается действительный суммарный объём продуктов сгорания органического топлива;

-определяются объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, а также их суммарная доля;

-результаты расчета действительных объёмов продуктов сгорания по газоходам КА сводятся в таблицу;

-производится расчет энтальпий продуктов сгорания при принятых ранее коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева;

-результаты расчета энтальпии продуктов сгорания по газоходам котлоагрегата сводятся в таблицу;

- определяется КПД котлоагрегата (котла) брутто по уравнению обратного баланса;

-производится расчет расхода топлива на котел;

-определяется удельный расход топлива на производство единицы тепловой энергии.

Расчет распределения температур и энтальпий продуктов сгорания по газовому тракту котлоагрегата (котла) в результате теплообмена с поверхностями нагрева котла проводится в следующей последовательности [3]:

- выполняется поверочный тепловой расчет топочной камеры;

Для выполнения расчета необходимо знать следующие параметры топочной камеры: объем, площадь поверхности стен и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева топочной камеры.

Целью расчета является определение значения удельного энерговыделения топочного объема qv и сравнение его с допустимым, а также определение температуры дымовых газов на выходе из топки, которая должна соответствовать рекомендуемым значениям.

Расчет топочной камеры может быть выполнен в двух вариантах – по нормативному методу [3] и методике А.М.Гурвича с учетом коэффициент прямой отдачи (коэффициента излучения). Предпочтителен 1ый вариант или их сопоставление.

- выполняется конструктивный или поверочный расчет пароперегревателя с целью определения температуры на выходе из пароперегревателя (поверочный расчет), либо конструкции пароперегревателя (конструктивный расчет);

- проводится тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева (газоходов, поверхностного экономайзера) с целью определения энергетического потенциала продуктов сгорания для выбора энергосберегающего оборудования.

На каждом этапе сопоставляются результаты расчета применительно к природному газу и топливным смесям и выполняются графики (для сравнения), чтобы сделать вывод о том, какие из вычисленных характеристик испытывают наибольшие изменения.

26

6.Методические рекомендации по подготовке к промежуточной

аттестации

Перед сдачей экзамена студентам выдается список подготовительных вопросов, охватывающих весь спектр тем по курсу. Экзаменационный билет состоит из 2х вопросов.

Непосредственно перед экзаменом проводится консультация, на которой рассматриваются наиболее сложные темы, а преподаватель отвечает на вопросы студентов, возникшие в ходе подготовки к промежуточной аттестации.

Ниже представлен перечень вопросов, содержащихся в билетах.

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

2.Приведите характерные особенности состава композиционного топлива.

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

4.Расчет расхода композиционного топлива.

5.Расчет количества воздуха, теоретически необходимого для сжигания композиционных топлив.

6.Составляющие материального баланса процесса горения топлива и их расчет

7.Расчет состава продуктов сгорания композиционного топлива.

8.Сопоставление теплотехнических характеристик композиционного и традиционного видов топлива.

9.Последовательность поверочного теплового расчета котельного агрегата при использовании композиционного топлива.

10.В чем существо и преимущества методики расчета по обобщенным характеристикам топлива и продуктов сгорания?

11.Определение теплотехнических характеристик композиционного топлива с использованием обобщенных характеристик (методика М.Б.Равича).

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

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

14.Способы оценки потерь теплоты с уходящими газами по различным методикам (нормативному методу и методике М.Б.Равича).

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

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

17.Сравнительный расчет пределов воспламенения традиционного топлива и композиционного топлива. Каково влияние балласта на пределы воспламенения?

18.Сравнительный расчет скорости распространения пламени традиционного топлива и композиционного топлива. Каково влияние балласта на скорость распространения пламени?

19.Назовите меры по стабилизации горения композиционного топлива.

20.Теплотехнические испытания котельных агрегатов. Использование методики М.Б.Равича при проведении теплотехнических испытаний котельных агрегатов.

21.Определение эффективности получения тепловой энергии. Рекомендации по повышению технологических показателей котлов

27

22.Использование дожигательных устройств и промежуточных излучателей для стабилизации процессов горения в топочной камере.

23.Экологическая оценка топливосжигающих установок. Какие вредные вещества выбрасываются в атмосферу при сжигании композиционных топлив, и каковы их свойства?

24.Изменится ли и каким образом содержание вредных веществ в уходящих газах при переходе на сжигание композиционного топлива?

25.Назовите природоохранные мероприятия для повышения экологической безопасности сжигания композиционного топлива в части выброса оксидов азота.

26.Назовите природоохранные мероприятия для повышения экологической безопасности сжигания композиционного топлива в части выброса продуктов неполного сгорания.

27.Сравнительный расчет пределов воспламенения традиционного топлива и композиционного топлива. Каково влияние балласта на пределы воспламенения?

28.Сравнительный расчет скорости распространения пламени традиционного топлива и композиционного топлива. Каково влияние балласта на скорость распространения пламени?

Ответы на поставленные в билете вопросы оцениваются в соответствии со шкалой оценивания знаний, представленной в таблице 6.

Таблица 6. Описание шкал оценивания

	Показатели оценивания	Баллы	Оценка	Критерий оценки
	компетенций
			семестр №3
	Результаты освоения дисци-	4,5 - 5,0	«отлично»	ставится обучающемуся,	показавшему глубокие си-
	плины соответствует требо-			стематизированные знания учебного материала, в
	ваниям ФГОС			полной мере соответствующие требованиям к уров-
				ню подготовки обучающегося, проявившему творче-
				ские способности в понимании, изложении и исполь-
				зовании учебного материала при решении постав-
				ленных задач, умеющему обобщать информацию,
				аргументировано и практически без ошибок отве-
				тившему на все вопросы.
	Результаты освоения дисци-	3,5 - 4,4	«хорошо»	ставится обучающемуся,	продемонстрировавшему
	плины соответствует требо-			достаточно полные знания учебного материала, в
	ваниям ФГОС			целом соответствующие требованиям к уровню под-
				готовки обучающегося, способность к их самостоя-
				тельному восполнению и обновлению в ходе реше-
				ния поставленных задач, умение систематизировать
				информацию, допустившему негрубые ошибки и
				недочеты.
	Результаты освоения дисци-	2,5 - 3,4	«удовлетво-	ставится обучающемуся, показавшему уровень зна-
	плины соответствует требо-		рительно»	ний учебного материала в объёме, минимально необ-
	ваниям ФГОС			ходимом для решения поставленных задач, знание
				основ дисциплины, владеющего навыками логиче-
				ского мышления и допустившему непринципиальные
				ошибки при ответе на вопросы.
	Результаты освоения дисци-	0,0 - 2,4	«неудовле-	ставится обучающемуся, показавшему существенные
	плины НЕ соответствует		творитель-	пробелы в знании основного учебного материала,
	требованиям ФГОС		но»	допустившему принципиальные ошибки при приме-
				нении знаний, которые не позволяют ему приступить
				к решению поставленных задач без дополнительной
				подготовки.

28

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Федеральный закон №261 - РФ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» . - 2009г. (с изменениями 10 июля 2015г.)

2.Энергетическая стратегия России до 2030 г.

3.Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод) / ЦКТИ– ВТИ: изд. 3-е, перераб. – Санкт-Петербург, 1988.- 258 с.

4.Делягин, Г.Н. Теплогенерирующие установки: Учеб. для вузов.-2-е изд., перераб.

идоп. /Г.Н.Делягин, В.И.Лебедев, Б.А.Пермяков, П.А.Хаванов. - М.: ООО «ИД «БАСТЕТ»,

2010. – 624 с.

5.В.Г. Рассадин, О.В. Дуров, В.Н. Славин О.Ю. Шлыгин, Н.В. Гаврилов, Г.Г. Васильев, И.М. Лихтерова. Особенности каталитического риформинга с непрерывной регенерацией катализатора. - Химия и технология топлив и масел, 2007 №5 С. 8-12.

6.Капустин, В.Ф. Технология переработки нефти. Часть 2. /В.Ф.Капустин,

А.А.Гуреев. – М.: Колосс, 2007. - 334с.

7.Лебедев, В. И. Расчёт и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения: Учеб. пособие для вузов / В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков, П. А. Хаванов. –

М.: Стройиздат, 1992. – 360 с.

8.Ионин А.А. Газоснабжение: Учеб. для вузов.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 1989. - 439с.

9.Иссерлин, А. С. Основы сжигания газового топлива: Справочное пособие / А.

С. Иссерлин: 2 - е изд., перераб. и доп. – Л.: Недра, 1987. – 336 с.

10.В.Н.Белоусов, Топливо и теория горения / С.Н.Смородин, О.С.Смирнова. - СПб ГТУРП, 2011. - 270с.

11.Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов/ М.Б.Равич.- М.:

Наука, 1964. - 366с.

12.Равич М.Б. Газ и эффективность его использования/ М.Б. Равич. - М.: Недра,

1987. - 238с.

13. Кочев А.Г., Лебедева Е.А., Семёнов В.А., Лощилова Е.В. Исследование обобщённых теплотехнических характеристик углеводородных смесей переменного состава // Приволжский научный журнал. Н.Новгород, ННГАСУ, 2010. №4. С.113−121.

14.Ахмедов, Р. Б. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив / Р. Б. Ахмедов, Л. М. Цирульников. – 2- е изд., перераб. и доп. – Л.: Недра, 1984. – 283 с.

15.Розловский А. И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами / А. И. Розловский. – М.: Химия, 1972. – 368 с.

16.Спейшер, В. А. Огневое обезвреживание промышленных выбросов / В. А. Спейшер. – М : Энергия, 1977. – 263 с.

17.Лебедева, Е.А.. Охрана воздушного бассейна от вредных технологических и вентиляционных выбросов: учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2010 -196с.

18.Лебедева, Е.А., Гордеев А.В., Лощилова Е.В. Экологическая оценка выбросов котельной в атмосферу : учеб.-метод. пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ-2015.- 56с.

19.Лебедева, Е.А. Энергосберегающие технологии использования топливных смесей на основе сбросных газов: Учебное пособие.- Н.Новгород, ННГАСУ, 2016.

29

ПРИЛОЖЕНИЕ А

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (ННГАСУ)

ОТДЕЛ МАГИСТРАТУРЫ

КАФЕДРА ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

ЗАДАНИЕ

на выполнение расчетно-графической работы (РГР) по дисциплине «Проблемы использования композиционных топлив»

для студентов, обучающихся по направлению подготовки 04.13.01 Теплоэнергетика и теплотехника,

профиль «Тепломассообменные процессы и установки»

Студенту _________________________________________________ курса_____________

группы______________________________формы обучения_________________________

1.Местоположение котельной установки_________________________________________

2.Тип котельной установки_____________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3.Количество и типоразмер установленных котлов_________________________________

_____________________________________________________________________________

4.Состав природного газа______________________________________________________

_____________________________________________________________________________

5.Состав сбросного газа_______________________________________________________

__________________________________________________________________________

6.Топливные смеси___________________________________________________________

__________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

7. Дополнительные данные_____________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Дата выдачи задания_______________________________________________________________

Срок сдачи работы_________________________________________________________________

Руководитель проектирования____________________________________________________________

30