9604

20

3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям

3.1Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям

Входе подготовки к практическим занятиям необходимо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях: журналах, газетах и т.д. с учетом рекомендаций преподавателя и требования учебной программы.

При подготовке к занятиям можно также подготовить краткие конспекты по вопросам темы. Также важно самостоятельно решать пройденные на занятиях задачи во время подготовки, для выработки соответствующих навыков.

Своевременное и качественное выполнение самостоятельной работы базируется на соблюдении настоящих рекомендаций и изучении рекомендованной литературы. Студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при написании курсовых и дипломных работ.

3.3.1 Раздел 1: Введение

Помимо теплоты сгорания и жаропроизводительности топлива важным моментом является нахождение пределов воспламеняемости топлива.

Пределы воспламеняемости смеси, состоящей из нескольких горючих газов, зависят от пределов воспламеняемости составных частей смеси и могут быть ориентировочно определены по формуле Ле Шателье.

	ПВ(H) =			100
		a	+	b	+	c	+	d
		A		B		C		D

ПВ(H) – предел воспламеняемости (нижний или верхний, %)

a, b, c, d – содержание горючих составляющих в минимальном газе в % от объёма

A, B, C, D – значения пределов воспламеняемости (нижнего и верхнего) каждой отдельной составной части газа.

Важно также отметить, что у всех математических зависимостей в рамках данной дисциплины есть свои границы применимости, так, например, данная формула справедлива только для горючей части смесей газов и не учитывает влияние балластных примесей.

3.3.2 Раздел 2: Топливоиспользующее оборудование

Наряду с различными методиками теплотехнических расчетов студентам предлагается задача по проверке правильности анализа продуктов сгорания. В ходе решения этой задачи студенты не только могут оценить исправность работы оборудования или правильность сбора данных, но и запомнить опорную величину – максимальное количество трехатомных газов (при сжигании природного газа CO2), которое получается в результате сгорания топлива, составляет 11,8% от общего объема продуктов сгорания.

Пример: Продукты сгорания природного газа имеют следующий состав: CO2 – 9,4%; CO – 0,2%; H2 – 0,1%; O2 – 4%; N2 – 86,3%.

(CO2 + CO + CO4) ∙ 100

CO2max = 100 − 4,76(O2 − 0,4 ∙ CO − 0,2 ∙ H2 − 1,6 ∙ CH4)

21

(9,4 + 0,2) ∙ 100

CO2max = 100 − 4,76(4 − 0,4 ∙ 0,2 − 0,2 ∙ 0,1) = 11,8%

В данном случает газовый анализ продуктов сгорания произведён верно.

3.3.3 Раздел 3: Турбины и Раздел 4: Теплоутилизационное оборудование

Для успешного выполнения расчёта комплексных схем использования теплоты уходящих газов по методу обратного баланса необходимо пользоваться следующей методикой.

1. После составления схемы использования теплоты после каждого устройства проставляют состав продуктов сгорания и их температуру.

Рис. 9. Предварительная схема комплексного использования теплоты уходящих газов.

2. Определяем полное или неполное сгорание топлива: при полном сгорании топлива в дымовых газах содержатся CH4, Н2, CO.

Если сгорание полное, то для определения коэффициента избытка воздуха можно воспользоваться опытной таблицей «Состав и теплотехнические характеристики продуктов полного сгорания природного газа» [1,2] фрагмент которой приводится ниже:

Содержание, %			h	α
CO2	O2	N2
11,8	0	88,2	1,0	1,0
9,6	3,9	86,5	1,23	1,2

h – коэффициент разбавления сухих продуктов сгорания

При неполном сгорании коэффициент избытка воздуха определяется по следующей зависимости:

α = O2 + 2CO2 + 1,5CO − 0,5H2

2(CO2 + CO + CH4)

3. Следует обратить внимание на значение t ух. газов, если t выше tт.р. (55-65°С), то расчёт всей установки осуществляется по низшей теплоте сгорания, если ниже tт.р. – по высшей теплоте сгорания.

Особенности расчётов по низшей теплоте сгорания

Опытным путём был найден коэффициент z, зависящий от t продуктов сгорания и степени их разбавления избыточным воздухом, т.е. от содержания в сухих продуктах полного сгорания CO2, а в продуктах неполного сгорания – суммы CO2, CO и CH4. Благодаря данному коэффициенту значительно упрощается нахождение потерь теплоты с уходящими газами.

Для всех ступеней, кроме последней, потери теплоты с уходящими газами определяются по следующей зависимости:

q2 = 0,01 ∙ z ∙ tух

и qун», [1,2]

22

В данной формуле z определяется по таблице «Значение величины Z для природного газа» [1,2] в зависимости от состава продуктов сгорания и их температурного диапазона. Фрагмент этой таблицы приводится ниже:

Содержание в продуктах	Температурный диапазон
сгорания CO2 + CO + CH4	0 – 250	250 – 350
11,8	4,13	4,16

q2 для последней ступени определяется по формуле:

q2 = 0,01z(tух − 0,85tB)

Особенности расчётов по высшей теплоте сгорания

Для всех ступеней, кроме последней, необходимо выполнить пересчёт по высшей теплоте сгорания:

qB2 = 0,01ztух ∙ 0,9 + 11

Для того чтобы рассчитать последнюю ступень, необходимо воспользоваться следующей зависимостью:

qB2 = zВ(tух − 0,85tB) + qун

zВ – величина, определяемая в зависимости от состава продуктов сгорания (CO2 + CO + CH4) и t уходящих газов в диапазоне от 0 до 50°С.

qун – потери теплоты, обусловленные содержанием в продуктах сгорания несконденсировавшегося воздушного пара.

Эти величины определяются по таблице «Значения коэффициентов zВ фрагмент которой приводится ниже:

	Содержание в продуктах	zB			qун
	сгорания CO2 + CO + CH4		30°С	35°С	40°С	45°С
	11,8	0,036	2,5	3,4	4,5

Пример: Комплексная схема использования теплоты уходящих газов представлена 2 агрегатами – промышленной печью с tух = 400°С (после неё) с содержанием в продуктах сгорания CO2=9,2%, и рекуператором с tух=200°С (после него), состав продуктов сгорания: CO2=8%. Определить, как изменились потери теплоты с уходящими газами при установке рекуператора.

Поскольку tух после рекуператора выше tт.р., расчёт производим по низшей теплоте сгорания.

Рис. 10. Окончательная схема комплексного использования теплоты уходящих газов.

При t=400°С и содержанием CO2=9,2% по таблице находим величину z, равную

5,20.

После рекуператора по содержанию CO2=8% и tух=200°С определяем z=5,57.

После печи q2 = 0,01 ∙ 5,57 (200-0,85 ∙ 20) = 10,2

23

В результате установки рекуператора потери теплоты с уходящими газами снизились на 10,6%.

Все необходимые таблицы для расчета приводятся в приложениях.

24

4. Методические указания по организации самостоятельной работы

4.1 Общие рекомендации для 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, правовую, справочную документацию и специальную литературу;

-развитие познавательных способностей и активности студентов:

-формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

Самостоятельная работа выполняется в два этапа: планирование и реализация. Планирование самостоятельной работы включает:

-уяснение задания на самостоятельную работу;

-подбор рекомендованной литературы;

-составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе. На втором этапе реализуется составленный план. Реализация включает в себя:

-изучение рекомендованной литературы;

-составление плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу);

-взаимное обсуждение материала.

Необходимо помнить, что на лекции обычно рассматривается не весь материал. Оставшаяся восполняется в процессе самостоятельной работы. В связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна.

Работа с литературой и иными источниками информации включает в себя две группы приемов: техническую, имеющую библиографическую направленность, и содержательную. Первая группа – уяснение потребностей в литературе; получение литературы; просмотр литературы на уровне общей, первичной оценки; анализ надежности публикаций как источника информации, их относимости и степени полезности. Вторая – подробное изучение и извлечение необходимой информации.

Для поиска необходимой литературы можно использовать следующие способы:

-поиск через систематический каталог в библиотеке;

-просмотр специальных периодических изданий;

-использование материалов, размещенных в сети Интернет.

Для того, чтобы не возникало трудностей понимания текстов учебника, монографий, научных статей, следует учитывать, что учебник и учебное пособие предназначены для студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя. Монографии дают обширное описание проблемы, содержат в себе справочную информацию и отражают полемику по тем или иным дискуссионным вопросам. Статья в журнале кратко излагает позицию автора или его конкретные достижении в исследовании какой-либо научной проблемы.

В процессе взаимного обсуждения материала закрепляются знания, а также приобретается практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.

При необходимости студенту следует обращаться за консультацией к преподавателю.

Составление записей или конспектов позволяет составить сжатое представление по изучаемым вопросам. Записи имеют первостепенное значение для самостоятельной

25

работы студентов. Они помогают понять построение изучаемого материала, выделить основные положения, проследить их логику.

Ведение записей способствует превращению чтения в активный процесс. У студента, систематически ведущего записи, создается свой индивидуальный фонд подсобных материалов для быстрого повторения прочитанного. Особенно важны и полезны записи тогда, когда в них находят отражение мысли, возникшие при самостоятельной работе.

Можно рекомендовать следующие основные формы записи: план, конспект, тезисы. План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень

вопросов, отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный план вполне заменяет конспект.

Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Объем конспекта не должен превышать 10 страниц. Шрифт Times New Roman, кегль 14, интервал 1,5. Список литературы должен состоять из 5-8 источников, по возможности следует использовать последние издания учебных пособий и исследований.

Тезисы — это последовательность ключевых положений из некоторой темы без доказательств или с неполными доказательствами. По объему тезисы занимают одну страницу формата А4 или одну – две страницы в ученической тетради. В конце тезисов студент должен сделать собственные выводы.

4.2Темы для самостоятельного изучения

1.Определение пределов воспламенения с учетом балластных примесей.

2.Работа с I-d диаграммой продуктов сгорания.

3.Построение треугольника скоростей паровых турбин.

4.Сушильные установки.

5.Отрасли промышленности с топливоиспользующим оборудованием.

6.Комбинированные теплообменники.

7.Газопаровые и парогазовые турбинные установки.

4.3Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

Приводится в конце пособия – список рекомендуемой литературы.

26

5. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы

Расчетно-графическая работа состоит из двух больших разделов:

1.выбор отрасли промышленности, описание оборудования и технологических процессов;

2.выбор комплексной схемы использования теплоты, содержащей не менее двух теплоутилизационных устройств, которые могут быть использованы при заданных параметрах продуктов сгорания.

По заданию преподавателя или по рекомендации научного руководителя студент рассматривает конкретную отрасль промышленности.

Далее происходит сбор материала по тематике и составляется подробное описание данной отрасли (5-10 стр.), характеристики оборудования и расчет составленной студентом комплексной схемы. В данной работе приводится 2 примера выполнения ргр.

27

Пример 1: Термический цех

Рис. 1 – Термическая печь с выдвижным подом.

Классификация оборудования термических производств

Для нагрева стальных деталей при всех видах термической и химико-термической обработки основным оборудованием являются нагревательные нефтяные, газовые и электрические печи, ванны и агрегаты. Все оборудование термических цехов разделяется на основное, дополнительное и вспомогательное.

28

К основному относится оборудование, применяемое для непосредственного выполнения технологических процессов термической обработки, которые связаны с нагревом и охлаждением металла: печи, ванны, установки пламенной закалки, установки ТВЧ, закалочные баки и т. д.

Рис. 2 – Классификация основного оборудования термического цеха [4]. Дополнительное оборудование включает оборудование, используемое для

операций, которые идут за закалкой и отпуском: моечные машины и промывные баки,

правильные установки, дробеметные аппараты и т. д.

Рис. 3 – Классификация дополнительного оборудования термического цеха [4]. Вспомогательное оборудование состоит из установок для приготовления твердого

и жидкого карбюризаторов, газовых атмосфер, подъемно-транспортных машин,

29

воздуходувок и т. д.

Рис. 4 - Классификация вспомогательного оборудования термического цеха [4]. Наиболее совершенным оборудованием термических цехов являются

автоматизированные и механизированные агрегаты, представляющие собой комплекс оборудования, который предназначен для выполнения технологических операций термической и химико-термической обработки, включая контроль и управление этими процессами.

Термические печи, применяемые в настоящее время в машиностроительной промышленности, классифицируются по трем основным признакам: по технологическому, конструктивным особенностям и по источнику нагрева.

По технологическому признаку печи делятся в зависимости от операций, для которых они предназначены в термическом цехе: отжигательные, закалочные, цементационные, для азотирования и отпускные. В зависимости от конструктивных особенностей печи подразделяются на камерные, периодические и непрерывного действия, а в зависимости от применяемой тепловой энергии— на нефтяные, газовые и электрические.

Для нагрева под закалку, нормализацию и отжиг мелких и средних деталей в термических цехах применяют камерные печи с защитной атмосферой (газовые). Детали большой длины нагревают в шахтных печах с выдвижным подом. В термических цехах применяются также вакуумные печи и электрические печи. Для нагрева под закалку и отпуск широко применяют печи-ванны. Жидкие среды (расплавленные хлористые соли BaCl, NaCl) обеспечивают высокую скорость нагрева, предохраняют металл от окисления и позволяют осуществить местный нагрев. Закалку изделий проводят в закалочных ваннах, закалочных прессах, в специальном оборудование для обработки холодом. Для снижения коробления деталей сложной формы при закалке в масле применяют охлаждение в штампах или спецприспособлениях [3].

Индексация печей

Первая буква индекса указывает на вид нагрева. Для электрических печей принята буква С (нагрев сопротивлением), для топливных печей – буква Т(термическая пламенная) или буква Н (нагревательная пламенная).

Вторая буква индекса печей указывает основной конструктивный признак печи. Приняты следующие основные обозначения: Н – печь с неподвижным подом; Д – печь с выдвижным подом; Ш – шахтная (круглая); Л – туннельная; Г – колпаковая; Э – элеваторная (печь с подъемным подом); Т – толкательная;

К – печь с конвейерным подом; Е – печь с подвесным конвейером; Р – печь с рольганговым подом; Ю – печь с шагающим подом; И – печь с пульсирующим подом; Б – барабанная; А – карусельная (с вращающимся подом или сводом);

Я - ямная печь; Щ – щелевая печь; У – методическая (кузнечная).

В (ванна) – вторая буква индекса для печей-ванн и электродносоляных ванн. Третья буква индекса печей указывает на характер среды в рабочем пространстве.

Для электропечей сопротивления приняты следующие обозначения атмосфер: О – окислительная; З – защитная; В – вакуум; Н – водородная; А – азотная.

Третья буква индекса для печей-ванн обозначается: М – масло; Г – расплав металла, соли или щелочи, а для топливных печей – указывает характер среды в рабочем пространстве: О – окислительная (то есть обычная печная); З – искусственная (защитная, безокислительная, для цементации и др.).

Четвертая буква индекса указывает отдельные характерные особенности печи. Приняты следующие обозначения: А – печь входит в агрегат, то есть может агрегироваться с закалочным баком и другим оборудованием; В – вертикальное расположение печи (в печах круглого сечения) или вертикальное перемещение изделий (в механизированных печах); Ж – под печи желобчатый; К – колодцевая печь