Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Металлургический институт

УТВЕРЖДАЮ

Директор

Чупров В.Б.

«» _ 2013 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Теория и практика теплогенерации Направление подготовки: 150400.62 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная г. Липецк – 2013 г.

1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Теория и практика теплогенерации» являются:

изучение технологий теплогенерации за счёт электрической энергии, выгорания примесей металла и шихты в слоевых печах, а также в результате сгорания топлив в топливных устройствах;

выработка знаний, умений, навыков и компетенций, необходимых для анализа техникоэкономических и экологических аспектов различных видов теплогенерации.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Изучение дисциплины «Теория и практика теплогенерации» призвано помочь студентам овладеть теорией и навыками решения основных задач, связанных с технологиями генерации тепловой энергии, особенностями и областями применения различных видов теплогенерации, а также методами эффективного и экологически безопасного использования источников тепловой энергии.

Учебная дисциплина входит в раздел «Б.3 Профессиональный цикл. Вариативная часть.

Дисциплины по выбору студентов» ФГОС ВПО по направлению подготовки 150400. «Металлургия» (квалификация (степень) «бакалавр»), профиль подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей».

Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированные при изучении дисциплин «Математика», «Физика», «Химия», «Физическая химия», «Техническая термодинамика», «Теплофизика», «Металлургическая теплотехника».

Освоение дисциплины необходимо как предшествующее для изучения дисциплин «Инженерная экология», «Теплофизика металлургических процессов», «Общая теория тепловой работы и конструкции промышленных печей».

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4);

уметь применять в практической деятельности принципы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды (ПК-5);

уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК-21);

уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов (ПКВ результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

технологии теплогенерации за счёт электрической энергии, выбор и расчёт электронагревателей;

технологии теплогенерации за счёт химической энергии жидкого чугуна и сульфидных материалов, тепловой эквивалент примесей и их расчёт;

принципы теплогенерации при сжигании различных видов топлива ;

устройства для сжигания топлива, их выбор и расчёт;

экологические аспекты различных видов теплогенерации.

Уметь:

выбирать и сравнивать теплотехнические параметры различных видов топлив;

рассчитывать кинетические характеристики процессов сжигания топлив;

выбирать способы теплогенерации за счёт электрической энергии;

рассчитывать материальный и тепловой балансы горения топлив;

выбирать типы топливосжигающих устройств, рассчитывать их конструктивные и режимные параметры;

рассчитывать конструктивные параметры элементов электронагрева.

Владеть:

методами расчёта горения твёрдых и жидких топлив;

методами расчёта горения газообразных топлив при их полном и неполном сгорании;

методами расчёта топливосжигающих устройств;

методами и средствами компьютерной обработки информации.

4. Структура и содержание дисциплины Распределение часов по учебному плану Трудоёмкость (в часах) Виды контроля СеКурс Зачётные Все- Лек- Лаб. Практ. Промеж.

местр Инд. СРС Экзамен Задание 1 Топливо и его расчёты горения топлива 3 Физико-химические основы примесей металла и шихты тепла п/п характеристики, балансовые Материальный баланс процесса горения твёрдых, жидких и расчёты горения топлива газообразных топлив (2).

2 Физико-химические основы Расчёт скорости реакций горения и параметров факела кинетики сжигания топлива газообразного топлива (6).

3 Физические основы Теплогенерация по закону Джоуля-Ленца и за счёт дугового теплогенерации за счёт электрического разряда в газах. Физические основы электрической энергии и индукционного нагрева и при использовании излучения ОКГ вследствие выгорания (4).

примесей металла и шихты Теплогенерация при продувке конвертера и за счёт выгорания 4 Конструктивные особенности Выбор и расчёт горелок «труба в трубе», параметры и теплотехнические основы инжекционных горелок (2).

устройств для получения Выбор и расчёт форсунок (2).

тепла Раздел дисциплины Наименование лабораторных работ (трудоёмкость в часах) п/п 1 Топливо и его характеристики, Лаб. работа № 1. Расчёт горения топлива с определением балансовые расчёты горения действительного количества воздуха горения, состава и 2 Физико-химические основы Лаб. работа № 2. Расчёт неполного сгорания газообразного кинетики сжигания топлива топлива (6).

3 Физико-химические основы Лаб. работа № 4. Определение величины теплогенерации при теплогенерации за счёт продувке конвертера кислородом за счёт выгорания углерода электрической энергии и (6).

вследствие выгорания примесей металла и шихты 4 Конструктивные особенности Лаб. работа № 5. Расчёт горелок типа «труба в трубе» (2).

и теплотехнические основы Лаб. работа № 6. Расчёт инжекционных горелок (2).

устройств для получения тепла 5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС ВПО при изучении дисциплины «Теория и практика теплогенерации» предусматривается использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий. При проведении лабораторных работ используются обсуждение постановки задач и способов их решения, обсуждение отдельных разделов дисциплины. Используется специализированный компьютерный класс, оснащенный расчетными и имитационными компьютерными моделями.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы 1) Текущий контроль.

При изучении дисциплины проводятся лабораторные работы по темам, представленным в разделе «Структура и содержание дисциплины». При подготовке, выполнении и защите лабораторных работ обсуждаются и разрабатываются алгоритмы решения задач. Защита лабораторных работ служит средством текущего контроля успеваемости.

2) Домашнее задание.

Примеры расчетных заданий.

Задача № 1. Найти теоретические количество воздуха горения, состав, плотность и количество продуктов сгорания при сжигании 7 м3 С2Н6, рабочая масса которого содержит 20 г воды на 1 м сухого газа.

Задача № 2. Найти коэффициент расхода воздуха горения, если известно, что при полном сжигании С2Н6 в сухой пробе продуктов сгорания находится 6 % (объемных) кислорода.

Задача № 3. Найти теоретические количество воздуха горения, состав, плотность и количество продуктов сгорания при сжигании 3 кг мазута, имеющего химический состав ( % ): Сг = 85, Hг = 12, Sг = 1, Ог = 1, Nг = 1, Ар = 0,5, W = 2.

Задача № 4. Найти адиабатную калориметрическую температуру горения при сжигании смеси газов: С2Н6 - 50 % и СН4 - 50 %.

Задача № 5. Определить скорость реакции между молекулами А и В идеальных газов, если молярное содержание компонентов в смеси равное, радиусы молекул соответственно равны RА = 0,2 нм, RВ = 0,3 нм. Давление смеси 0,2 МПа, температура смеси 1000 К. Средняя относительная скорость молекул U = 1,4 км/с, энергия активации 190 МДж/кмоль, геометрический фактор равен 0,8.

Задача № 6. Определить нормальную скорость распространения пламени, если в эксперименте на цилиндрической вертикальной горелке радиусом 10 мм получено конусное пламя с высотой конуса 20 мм. В горелку подавалось 0,3 дм3/с газа СН4, который перед горелкой смешивался с воздухом. Коэффициент расхода воздуха 1,3.

3) Промежуточная аттестация (контроль) Промежуточная аттестация (контроль) представляет собой экзамен, проходящий в виде ответа на теоретические вопросы и анализу решения расчетных заданий.

Перечень теоретических вопросов к экзамену.

1. Способы теплогенерации. Промышленное топливо и основные требования к нему.

2. Классификация и состав топлив. Теплотехнические и эксплуатационные свойства твёрдого, жидкого и газообразного топлив.

3. Общее понятие процесса горения, основные термины и определения.

4. Тепловые эффекты горения компонентов топлива, теплота сгорания топлива. Понятие условного топлива.

5. Способы экспериментального определения теплоты сгорания жидкого, твёрдого и газообразного топлива.

6. Химическое равновесие и закон действующих масс.

7. Факторы, влияющие на химическое равновесие. Закон Вант–Гоффа. Диссоциация.

8. Материальный баланс процесса горения.

9. Расход воздуха горения. Коэффициент расхода воздуха.

10. Количество и состав продуктов сгорания.

11. Контроль качества сжигания топлива.

12. Тепловой баланс горения.

13. Действительная, теоретическая и калориметрическая температура горения.

14. Воспламенение топлива. Самовоспламенение.

15. Зажигание топлива.

16. Концентрационные границы воспламенения, влияние давления на условия воспламенения.

17. Диффузионно-тепловой механизм горения.

18. Скорость нормального распространения пламени и перемещения фронта горения.

19. Кинетическое горение газообразного топлива в ламинарном факеле.

20. Кинетическое горение газообразного топлива в диффузионном факеле.

21. Диффузионное горение газообразного топлива в ламинарном факеле.

22. Диффузионное горение газообразного топлива в диффузионном факеле.

23. Понятие устойчивости факела. Стабилизация факела и интенсификация горения газообразного топлива.

24. Методы сжигания жидкого топлива. Факел жидкого топлива.

25. Стадии процесса горения капли жидкого топлива, оценка времени горения капли.

26. Способы сжигания твёрдого топлива.

27. Факельное сжигание твёрдого топлива.

28. Этапы и процессы при горении частицы твёрдого топлива.

29. Особенности теплогенерации за счет электрической энергии.

30. Теплогенерация по закону Ленца–Джоуля. Области применения резистивных нагревателей.

31. Теплогенерация за счет дугового электрического разряда в газах.

32. Физические основы теплогенерации при индукционном нагреве ферромагнетиков и диэлектриков. Области применения индукционного нагрева.

33. Теплогенерация за счет потока электронов.

34. Теплогенерация при использовании лазерного излучения.

35. Теплогенерация при продувке сталеплавильной ванны кислородом, основные источники тепла.

36. Теплогенерация за счет химической энергии сульфидных материалов.

37. Экологические аспекты использования различных видов теплогенерации.

38. Основные типы источников тепла – сожигательные устройства, топки, излучатели.

39. Горелочные устройства для сожжения газообразного топлива. Типы и области применения.

40. Форсунки и их конструкции.

41. Устройства и системы для сжигания твёрдых топлив.

42. Конструкции резистивных нагревателей и индукторов.

4) Самостоятельная работа студентов в объеме 26 часов включает:

Обязательная часть (18 часов):

- проработка материала лекций – 5 часов;

- подготовка к лабораторным работам – 13 часов;

Вариативная часть (8 часов):

- выполнение расчетного задания – 8 часов.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) Основная литература:

1. Теплотехника металлургического производства.Т.1. Теоретические основы: Учеб. Пособие для вузов/ В.А. Кривандин, В.В. Белоусов, Г.С. Сборщиков и др. - М.: «МИСИС», 2002 - 608 с.

2. Теплотехника металлургического производства.Т.2. Конструкция и работа печей: Учеб.

Пособие для вузов/ В.А. Кривандин, В.В. Белоусов, Г.С. Сборщиков и др. - М.: «МИСИС», 2001. с.

3. В.А. Арутюнов, В.И. Миткалинный, С.Б. Старк Металлургическая теплотехника/ Под ред. М.А. Глинкова./ Т.1 Учебник для вузов — М.: Металлургия, 1974. - 674 с.

4. В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц, В.М. Тымчак Сожигательные устройства нагревательных и термических печей. - М.: Металлургия, 1981.-272 с.

5. А.Л. Бергхауз, В.Л. Гусовский, Н.И. Иванова и др. Справочник конструктора печей прокатного производства. Под ред. В.М. Тымчака/ Т.1. - М.: Металлургия, 1969.-576 с.

6. Основы практической теории горения: Учебное пособие/ В.В. Померанцев и др. - Л.:

Энергоатомиздат, 1986.-312 с.

7. И.Д. Семикин и др. - Топливо и топливное хозяйство металлургических заводов. - М.:

Металлургия, 1965.-390 с.

б) Дополнительная литература:

1. В.А. Кривандин, Б.Л. Марков. Металлургические печи.// М.: Металлургия, 1985.

2. С.Л. Соломенцев. Расчёты горения топлива и нагрева металла в пламенных нагревательных печах. - Воронеж: Изд-во ВПИ, 1984.

в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1.Программа «KAUPER – тепловой расчет регенератора (доменного воздухонагревателя)»

(Разработка кафедры теплофизики ЛГТУ).

2. Программа «Расчет горения твёрдого и жидкого топлив» (Разработка кафедры теплофизики ЛГТУ).

3. Программа «Расчет полного сгорания газообразного топлива» (Разработка кафедры теплофизики ЛГТУ).

4. Программа «Расчет горения газообразного топлива с недожогом» (Разработка кафедры теплофизики ЛГТУ).

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для успешного проведения занятий по дисциплине «Теория и практика теплогенерации»

вуз располагает необходимой материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов занятий, предусмотренных данной программой, и соответствующей действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам:

специализированными аудиториями для проведения лекционных и лабораторных занятий;

специализированным компьютерным классом для проведения занятий с использованием расчетных и имитационных компьютерных моделей;

необходимым программным обеспечением и выходом в Интернет;

научно-технической и методической литературой.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению 150400.62 «Металлургия» (квалификация (степень) бакалавр), профиль подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей».

Программа одобрена на заседании кафедры теплофизики