Лабораторный практикум. Цели изучения дисциплины

Цели изучения дисциплины

Процессы горения являются основой современной энергетики, многих технологических производств, транспорта и быта.

Инженеры-теплоэнергетики должны иметь четкие представления о сложности, закономерностях и взаимосвязи топочных процессов, уметь рассчитывать основные характеристики процесса горения и топочной камеры. Специалист должен уметь творчески использовать свои знания по курсу для постановки и решения практических задач горения топлива, в том числе с применением ЭВМ.

Основные цели изучения курса:

Знание технических характеристик топлива, используемого в энергетике, и влияние отдельных технических характеристик, на работу котельного оборудования.

Знание физико-химических процессов, протекающих в топках и камерах сгорания.

Умение самостоятельно рассчитывать основные характеристики процесса сжигания топлива и анализировать влияние организации и режимов горения на работу топки и котла.

Опыт творческого использования полученных знаний в практических расчетах процессов горения и конструировании парогенераторов и камер сгорания.

Место дисциплины в учебном плане

Курс базируется на знаниях студентов, полученных при изучении химии, физики, теоретических основ теплотехники, гидромеханики, газодинамики, а также требует свободного владения математическим аппаратом в объеме курса высшей математики.

Знания, полученные в результате изучения курса, используются в курсах «Рабочие процессы и основы конструирования тепло- и парогенерирующего оборудования ТЭС», «Динамика и регулирование котлов и реакторов», при курсовом и дипломном проектировании, проведении научно-исследовательских работ, а также в практической деятельности.

Содержание разделов дисциплины

Введение

Роль процессов горения топлива в получении электроэнергии и тепловой энергии. Этапы развития теории горения. Характеристики процессов горения. Физико-химический характер процессов горения.

Тема 1. Энергетические топлива и их характеристики.

Общая характеристика топлива. Классификация топлива. Понятие о массах топлива. Характеристики отдельных составляющих топлива. Технические характеристики топлива. Влияние влаги, золы, выхода летучих, на организацию процесса сжигания. Динамика топливо-энергетического баланса, запасы топлива.

Тема 2. подготовка топлива к сжиганию.

Основные этапы. Схемы пылеприготовления. Основное оборудование в схемах подготовки топлива.

Тема 3. Балансовые расчеты горения топлива.

Материальный и тепловой балансы горения. Определение необходимых объемов окислителя и образовавшихся продуктов сгорания. Коэффициент избытка воздуха. Теоретическая температура горения. Теплосодержание продуктов сгорания.

Тема 4. Аэродинамика в процессах горения.

Развитие турбулентной струи в спутном и в сносящем потоках. Закрученные струи, их применение в топках. Взаимодействие струй. Аэродинамика топочной камеры при прямоточном факеле, в вихревых и циклонных топках. Скорость витания частиц в потоке. Аэродинамика слоевых процессов. Плотный и псевдоожиженный (кипящий) слой. Области применения различных аэродинамических схем организации топочного процесса.

Тема 5. Топки и их характеристики.

Общая классификация топок. Характеристики камерных и слоевых топок. Топки с твердым и жидким шлакоудалением. Одно- и двухкамерные топки. Газомазутные топки. Низкотемпературные топки с многократной циркуляцией частиц.

Тема 6. диффузия и массообмен при горении.

Понятие о диффузии. Молекулярная диффузия в изотермических условиях. Закон Фика. Зависимость коэффициентов диффузии от давления и температуры. Стефановский поток. Виды диффузии и их роль в процессах горения. Аналогия между тепло- и массообменом. Коэффициент массообмена. Диффузионное сопротивление горению.

Тема 7. кинетика химических реакций.

Закон действующих масс. Скорость химических реакций, её связь с числом столкновения молекул. Закон Аррениуса. Цепной механизм реакций. Теория цепных реакций и цепного воспламенения. Пределы воспламенения. Кинетика образования оксидов азота. Равновесие в химических реакциях. Принцип Ле-Шателье и подвижность химического равновесия. Диссоциация водяного пара и углекислоты при высоких температурах и её влияние на тепловой эффект реакции и температуру процесса.

Тема 8. тепловое воспламенение и зажигание.

Стационарная и нестационарная теория воспламенения. Период индукции. Влияние теплоотвода из зоны горения на характеристики воспламенения. Критические условия воспламенения. Понятие о зажигании топливо-воздушных смесей. Методы стабилизации факела.

Тема 9. Распространение пламени.

Механизм распространения пламени. Скорость фронта пламени и нормальная скорость распространения пламени. Турбулентное распространение пламени. Детонация.

Тема 10. Горение натурального твердого топлива.

Основные стадии горения частицы натурального топлива. Роль летучих в воспламенении топлива. Динамика выхода летучих. Различие в воспламенении мелких и крупных частиц топлива. Стадия выгорания углерода кокса.

Тема 11. Горение углеродной частицы.

Механизм взаимодействия углерода с окислителем. Одновременность протекания ряда реакций окисления и восстановления. Теория приведенной пленки. Схемы горения углеродной частицы. «Горящий» и «негорящий» пограничный слой. Области протекания процесса горения. Зависимость времени сгорания частицы от размеров, области горения, схема горения пограничного слоя. Температура горящих частиц.

Тема 12. горение пылеугольного факела.

Характеристики топливной пыли, предназначенной для камерного сжигания. Методика расчета выгорания полифракционного пылеугольного факела при различных областях протекания процесса. Достоинства и недостатки прямоточного пылеугольного факела.

Тема 13. превращения минеральной части в топочном процессе.

Минеральная часть топлива. Превращения минералов под действием высоких температур и топочных газов. Механизм образования загрязнений. Роль отдельных факторов в образовании загрязнений. Пассивные и активные методы борьбы с загрязнением и шлакованием поверхностей нагрева.

Тема 14. горение жидкого топлива.

Распыливание топлив. Горение единичной капли жидкого топлива. Горение полидисперсного факела жидкого топлива. Условия образования сажи. Методы организации топочного процесса, снижающие коррозионную активность и токсичность продуктов сгорания.

Тема 15. Роль топочных процессов в решении экологических проблем.

Виды вредных выбросов при сжигании топлива. Влияние режимных факторов на уровень выбросов. Связывающие присадки. Каталитические методы подавления вредных выбросов. Различные методы снижения вредных выбросов.

Лабораторный практикум

Лабораторный практикум не предусмотрен.