Курс лекций для специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» москва 2011
| Вид материала | Курс лекций |
- Курс лекций для специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» москва 2011, 1206.2kb.
- Курс лекций для студентов специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» москва, 1244.1kb.
- Курс лекций для студентов специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» москва, 877kb.
- Курс лекций для студентов специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика», 1246.47kb.
- Рабочая программа для студентов Vкурса по специальности 140104 промышленная теплоэнергетика, 69.12kb.
- Рабочая программа для студентов IV курса специальности 100700 промышленная теплоэнергетика, 243.31kb.
- Рабочая программа для студентов Vкурса специальности 290800. Промышленная теплоэнергетика, 63.46kb.
- Нисаев Игорь Петрович, д т. н., профессор учебно-методический комплекс, 356.38kb.
- Нисаев Игорь Петрович, д т. н., профессор учебно-методический комплекс, 329.37kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «экономика» Для студентов специальностей:, 1055.87kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Московский государственный индустриальный университет»
(ФГБОУ ВПО «МГИУ»)
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Л.А. Марюшин
Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки
Курс лекций для специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика»
МОСКВА 2011
Содержание
1. Высокотемпературные химические реакторы (печи и плазмохимические реакторы)
2. Камерные и проходные печи
2.1. Тепловой расчет электрических печей сопротивления
2.1.1. Определение установленной мощности
2.1.2. Расчет полезной мощности
2.1.3. Расчет тепловых потерь
2.2. Режимы работы печи
2.2.1. Режим нагрева
2.2.2. Разогрев теплотехнически «тонкой» загрузки
2.2.3. Время разогрева ЭПС
2.2.4. Разогрев теплотехнически «массивной» загрузки
2.2.5. Режим охлаждения загрузки
2.2.6. Режим изотермической выдержки
2.3. Рекомендации по выбору футеровочных материалов
3. Расчет и конструирование нагревательных элементов
3.1. Рекомендации по выбору материала и конструированию нагревателей
3.2. Рекомендации по конструированию металлических нагревателей
3.3. Карборундовые электронагреватели (КЭН)
3.4. Дисилицид молибдена (ДМ)
3.5. Нагреватели из тугоплавких металлов
3.6. Определение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя
3.7. Расчет размеров нагревателей
3.8. Определение ориентировочного срока службы нагревателей
3.9. Порядок расчета нагревателей
4. Типовые конструкции камерных и проходных печей
4.1. Камерные печи
4.2. Проходные печи
4.3. Топливосжигающие устройства
5. Особенности тепловой работы печей, основы их расчета
5.1. Температура горения
5.2. Коэффициент использования тепла топлива
5.3. Расчет горения природного газа
5.4. Расчет горения мазута
5.5. Теплопередача в печах
5.6. Излучение
5.7. Теплопроводность
5.8. Выбор топливосжигающих устройств
6. Руднотермические печи
6.1. Печи для производства карбида кальция
6.2. Печи для производства желтого фосфора
6.3. Печи для выплавки электрокорунда
6.4. Выбор рабочих токов, напряжений и геометрических размеров ванн руднотермических печей
6.5. Печи для производства карбида кремния
6.6. Печи графитации
6.7. О режимах работы руднотермических печей
7. Вращающиеся печи для производства строительных материалов
7.2. Типовые конструкции вращающихся печей
7.2.1. Теплообменные устройства печей мокрого способа производства
7.2.2. Встроенные теплообменники
7.2.3. Теплообменники печей
7.3. Теплообменники и вращающиеся печи для огнеупоров
сухого способа производства
7.4. Холодильники вращающихся печей
7.4.1. Планетарные и рекуператорные холодильники
7.4.2. Колосниковые холодильники
7.5. Холодильниики печей для производства огнеупоров
7.6. Печи кипящего слоя и циклонные печи
7.7. Принципы расчета при проектировании вращающихся печей
7.7.1. Материальный баланс
7.7.2. Тепловой баланс
7.7.3. Определение конструктивных параметров вращающихся печей мокрого способа производства
7.7.4. Методика расчета Е.И. Ходорова
7.7.5. Определение конструктивных параметров вращающейся печи с циклонными теплообменниками
7.7.6. Принципы расчета циклонных теплообменников и декарбонизаторов
7.7.7. Принципы расчета вращающихся печей для производства извести и керамзита
8. Общие принципы работы и классификация плазмохимических реакторов
8.1. Струйные реакторы с электродуговыми плазмотронами
8.2. Струйные реакторы с ВЧ-плазмотронами
8.3. Объемные реакторы
8.4. Расчет исходных данных для проектирования плазмохимического реактора
Вводная лекция по дисциплине
«Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки»
Преподаватель: Марюшин Леонид Александрович, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики (37) ФГБОУ «МГИУ».
Основная часть технологических процессов в таких областях промышленности, как газо- и нефтепереработка, химия – это нагрев и охлаждение рабочей среды. Чтобы контролировать точность этих процессов, необходимы высокотемпературные установки. Термическая обработка является наиболее длительным и энергоемким процессом в машиностроительном производстве, а нагревательные и термические электропечи основным потребителем энергии. В условиях постоянно повышающихся цен на энергоносители все более жесткие требования предъявляются к экономичности выпускаемого оборудования. Вопросы энергосбережения чрезвычайно актуальны для нагревательных и термических цехов предприятий, как России, так и других стран СНГ, где наряду с современными механизированными печами используются физически и морально устаревшие печи, работающие с очень высокими энергозатратами. Наибольший эффект сокращения энергозатрат дает применение энергосберегающих технологий, отвечающих современным требованиям как по количеству потребляемой энергии, так и по качеству выпускаемой продукции.
При всем многообразии процессов термической и химико термической обработки основные требования к современному термическому оборудованию можно обобщить следующим образом:
- получение качественных результатов термообработки;
- высокая производительность;
- энергосбережение;
- экологичность;
- эксплутационная надежность;
- ремонтопригодность;
- использование облегченных футеровочных материалов;
- использование надежных и недорогих материалов нагревателей;
- применение защитных атмосфер;
- установка эффективных и надежных печных вентиляторов;
- механизация, автоматизация и компьютеризация термического оборудования;
- регулирование технологического процесса по основным параметрам: температуре, составу среды и времени.
Сoздaниe coвpeмeнныx эффeктивныx и экoнoмичныx aгpeгaтoв нeвoзмoжнo бeз пpeдвapитeльныx тeплoтexничecкиx pacчeтoв. Тeплoвую paбoту элeктpoпeчeй oтличaeт cлoжный xapaктep pacпpeдeлeния тeмпepaтуp и тeплoвыx пoтoкoв вo вpeмeни и пpocтpaнcтвe пeчи. В зaвиcимocти oт нeoбxoдимoй тoчнocти, для oпpeдeлeния тeплoтexничecкиx пapaмeтpoв, иcпoльзуют paзличныe pacчeтныe мeтoды.
Тeплoвoй бaлaнc, pacчeт кoтopoгo тpaдициoннo вeдeтcя для вcex элeктpoпeчeй, нe пoзвoляeт пoлучить pacпpeдeлeниe тeплoвыx пoтoкoв пo кoнcтpукции пeчи и caдки, a дaeт лишь нeoбxoдимoe знaчeниe мoщнocти и cooтнoшeниe пoлeзнoгo тeплa, идущeгo нa нaгpeв caдки и тeплoвыx пoтepь пeчи нa aккумуляцию и тeплoпpoвoднocтью чepeз футepoвку, пpичeм тoлькo в cтaциoнapнoм peжимe. Нo пeчи, paбoтaя в цикличecкoм peжимe, пpaктичecки никoгдa нe дocтигaют cтaциoнapнoгo cocтoяния, a cooтнoшeниe вeличин пoтepь и тeмпepaтуpнoe пoлe пo кoнcтpукции пeчи в пpoцecce paбoты пocтoяннo мeняeтcя.
Нaибoлee пoлнoe пpeдcтaвлeниe o пpoцeccax и тeмпepaтуpнoм пoлe пeчи и caдки мoжнo пoлучить c пoмoщью мaтeмaтичecкoгo мoдeлиpoвaния нa ЭВМ.
Рeшeниe зaдaчи oптимизaции кoнcтpукции пeчeй возможно блaгoдapя использованию современных методов мoдeлиpoвaния и расчета:
- oпpeдeлeние экoнoмичecки нaибoлee выгoднoй тoлщины футepoвки пeчи, oбecпeчивaющeй минимум зaтpaт нa ee изгoтoвлeниe и экcплуaтaцию;
- нaxoждeниe и выбop oптимaльнoй пocлeдoвaтeльнocти pacпoлoжeния oгнeупopныx и тeплoизoляциoнныx мaтepиaлoв и oптимaльнoй тoлщины oтдeльныx cлoeв;
- cpaвнитeльнoй oцeнке тeплoвыx кaчecтв футepoвки (дocтижeниe минимумa пoтepь тeплa тeплoпpoвoднocтью, нa aккумуляцию, вpeмeни выxoдa пeчи из xoлoднoгo cocтoяния нa paбoчий peжим и т.д.).
Существует большое количество деталей, к свойству поверхностного слоя металла которых предъявляются иные требования, чем к свойству внутреннего слоя. Для изменения химического состава и структуры поверхностного слоя необходимо провести термическую обработку этих деталей в химически активной среде, так называемую химико-термическую обработку. Наиболее широко используемые методы химико-термической обработки – это цементация и азотирование. Осуществление этих процессов в печах оставшихся на производстве еще с середины прошлого века процесс длительный и весьма энергоемкий. Футеровка нагревательных электропечей являющаяся важнейшим элементом конструкции и в значительной степени определяет энергопотребление всей электропечи в целом. Каждый раз, производя нагрев электропечи после отключения в ночную смену, на выходные или просто после перерыва в работе, одновременно с нагревом металла происходит и нагрев футеровки. Поэтому наибольший эффект сокращения энергопотребления дает применение в футеровке термических печей современных волокнистых теплоизоляционных материалов, которые в отличие от традиционных кирпичных огнеупоров характеризуются: низкой теплопроводностью, малой плотностью и, как следствие, небольшой объемной теплоемкостью, а так же высокой стойкостью к термическим ударам и вибрации.
Еще одной неизбежной, но также весьма затратной статьей расхода является энергия, потраченная на нагрев реторты. В печах старой конструкции применяются литые реторты с толщиной стенки не менее 20 мм. Это хорошо сказывается на эксплуатационной стойкости реторты в условиях постоянного пересыщения внутренней поверхности углеродом, которое вызывалось отсутствием систем регулировки углеродного потенциала, но в сегодняшних условиях бесполезный нагрев такой массы металла нельзя не назвать расточительством.
Эффективность решения этих вопросов в значительной степени зависит от обеспеченности подготовленными инженерно-техническими работниками производственных, проектных и других организаций, а также от качества обучения и подготовки специалистов, в частности студентов высших и средних специальных учебных заведений.
Цели и задачи дисциплины
Цель изучения дисциплины – Целью изучения дисциплины является овладение общей теорией организации тепловой работы промышленных теплотехнических установок и условий высокоэкономичной работы. Основное внимание обращается на применение теоретических положений ранее изученных фундаментальных дисциплин к расчету высокотемпературных теплотехнических установок.
Задачи дисциплины - применение прогрессивных технологических принципов обработки материалов и выбор необходимых нагревательных устройств; рациональное сжигание топлива и совершенствование внутреннего регенеративного использования теплоты; ресурсо- и энергосбережение путем использования рационального теплового режима и интенсификации процесса теплопередачи.
Общие методические указания
Курс "Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки" включает в себя знания, которые являются фундаментальными в системе подготовки инженеров-теплотехников
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- основные теплотехнологические принципы организации процессов нагрева, плавления и термической переработки материалов;
- закономерности тепловых и технологических процессов, протекающих в теплотехнологических установках;
- условия интенсификации теплообмена при организации теплотехнологических процессов.
Студент должен уметь:
- провести анализ тепловой работы высокотемпературной установки;
- выполнить конструкторский и поверочный расчет этой установки;
- выбрать наиболее рациональную схему использования теплоты;
- принять решение по рационализации тепловой работы теплотехнической установки.
Дисциплина базируется на знании общетехнических и специальных дисциплин: «Химия», «Материаловедение», «Инженерная графика», «Прикладная механика», «Техническая термодинамика», «Гидрогазодинамика», «Теоретические основы теплотехники», «Топливо и теория горения».
Полученные знания используются в курсовом и дипломном проектировании.
Значение дисциплины в формировании инженера - теплоэнергетика: курс «Высокотемпературные теплотехнические процессы и установки» является одним из важнейших среди профилирующих. Его знание позволяет студенту приобрести научную и методическую направленность в познании сложных физико-химических процессов, происходящих в высокотемпературных установках, а также и в другом теплоэнергетическом оборудовании перерабатывающих предприятий и предприятий энергетики, в постановке научных исследований и формировании физических представлений. При изучении дисциплины рекомендуется руководствоваться программой курса и методическими указаниями к ней, самостоятельно овладеть теорией по учебникам и в каждом задании к лекции ответить на все контрольные вопросы тестов.
Ниже приводится список литературы, который включает в себя основные учебники, справочные таблицы, которые содержат краткие теоретические основы курса и ответы на контрольные вопросы тестов.
Студенты выполняют лабораторно - практические задания под руководством преподавателя. Цель их - более глубокое усвоение теоретического материала и приобретение практических навыков в проведении эксперимента.
Требования, предъявляемые на экзамене по дисциплине - знание теории и понимание физической сущности рассматриваемых в курсе вопросов, а также умение применить теоретические знания к решению практических задач. Курс позволяет студентам получить конкретные практические навыки в вопросах моделирования процессов и систем.