6224

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.М.Соколов

РАЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМ ТГС В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям (включая рекомендации по организации само-

стоятельной работы и выполнению реферата) по дисциплине «Рациональные схемы систем ТГС в строительстве» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.М.Соколов

РАЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМ ТГС В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям (включая рекомендации по орга-

низации самостоятельной работы и выполнению реферата) по дисциплине «Рациональные схемы систем ТГС в строительстве» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 620.9

Соколов М.М. Рациональные схемы систем ТГС в строительстве. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / М.М. Соколов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 25 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Рациональные схемы систем ТГС в строительстве» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебнометодического пособия — это помощь в подготовке к практическим занятиям, а также в написании курсовой работы.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению реферата) по дисциплине «Рациональные схемы систем ТГС в строительстве» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий.

.

3

Оглавление

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины Б1.В.ДВ.1 Рациональные схемы систем ТГС в строительстве являются: формирование у студентов знаний, умений и навыков по рациональным схемам систем ТГС в строительстве. Знания, умения и навыки необходимы при проектировании, монтаже и эксплуатации данных схем, в основном использующих для получения теплоты и электрической энергии различными способами для нужд потребителей.

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

−современные научные направления в рассматриваемой области, в том числе те, которые существуют в виде проектов или единичных прототипов.

−особенности сбора исходных данных для возможности проектирования рациональных схем. Современные научные направления в рассматриваемой области, в том числе те, которые существуют в виде проектов или единичных прототипов.

−особенности проведения организации наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию рациональных схем систем ТГС.

−особенности проведения экологической оценки применяемых рациональных систем ТГС.

−особенности составления соответствующих схем, в том числе с помощью систем

автоматизированного проектирования.

Уметь:

−прогнозировать возможность применения рациональных схем ТГС в будущем.

−проводить анализ данных по объекту с целью последующего составления исходных данных и задания на проектирование рациональных схем ТГС.

−составить соответствующие указания и рекомендации по проведению наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию рациональных схем систем ТГС.

−производить экологическую оценку применяемых рациональных систем ТГС.

−составлять соответствующих схемы, в том числе с помощью систем автоматизиро-

ванного проектирования. Владеть:

−глубокими теоретическими и практическими знаниями, позволяющими прогнозировать использование тех или иных рациональных схем ТГС в будущем.

−теоретическими и практическими знаниями в области экологии.

−навыками, необходимыми для работы в системах автоматизированного проектиро-

вания.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в области рациональных систем ТГС в строительстве.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Введение

Введение в дисциплину. Состояние вопроса. Основные принципы составления ра-

5

циональных схем в системах ТГС.

2. Рациональное использование энергетического потенциала традиционных видов топлива.

Традиционные виды топлива и их особенности. Расчет низшей и высшей теплоты сгорания. Топливоиспользующие установки.

Расчеты потребления топлива топливоиспользующими установками. Теплоутилизаторы.

Схема с использованием различных теплоутилизаторов.

Экологическая оценка продуктов сгорания традиционных видов топлива.

Оценка эффективности и экологической безопасности рациональных схем систем

ТГС.

3. Практическое применение рациональных схем систем ТГС.

Схемы ТЭЦ. Особенности схем ТЭЦ.

Совместная работа паровой и газовой турбин.

Основные элементы парогазовых и газопаровых установок.

Особенности технологических процессов различных отраслей промышленности. Рациональные схемы систем ТГС в различных отраслях промышленности. Технико-экономическое обоснование использования рациональных схем систем ТГС

в различных отраслях промышленности.

Рациональные схемы систем ТГС на примере стекольной промышленности. Рациональные схемы систем ТГС на примере предприятий, по производству строи-

тельных материалов.

Особенности автономных систем энергообеспечения. Схемы автономных систем энергообеспечения.

4. Использование альтернативных видов топлива.

Использование альтернативных источников энергии. Солнечная энергетика.

Получение электрической энергии. Солнечная энергетика. Получение тепловой энергии. Энергия ветра.

Тепловые насосы.

Комбинированное использование альтернативных источников энергии.

1.3 Порядок освоения материала

На освоение материала студентам выделяется 18 часов лекционных и 36 часов практических занятий, а также отводится 63 часа на самостоятельное обучение. За это время, по мере освоения учебного материала, студенты также должны выполнить реферат. По окончанию курса сдается экзамен. Студенты, не выполнившие реферат, до экзамена не допускаются.

6

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция – это важнейшее звено дидактического цикла обучения, цель которой - формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в доходчивом изложении основных положений изучаемой дисциплины и ориентации на наиболее ее важные вопросы.

Большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей предоставляет личное общение на лекции преподавателя со студентами.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Он помогает внимательно слушать и лучше запоминать в процессе осмысленного записывания. Также конспект незаменим, как опорный материал при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций и их теоретический базис

2.3.1 Раздел 1: Введение

Внастоящее время появляется все больше новых технологий в промышленной теплоэнергетике, позволяющих более эффективно использовать различные виды энергии. Но не все они способны найти должное применение в различных отраслях промышленности. Разработка современного и надежного оборудования для котельных установок достаточно хорошо развита за рубежом. В России более чем в 60% котельных установок агрегаты устарели, и замена их зарубежным оборудованием не представляется возможным ввиду некоторых причин.

Основными причинами являются:

Значительный недостаток инвестирования отрасли теплоснабжения; Климатические условия, характерные для нашей страны; Вместе с тем эксплуатация отечественного оборудования связана со значительными

экологическими проблемами. Основной причиной экологических проблем является выброс недостаточно охлажденных продуктов сгорания в атмосферу. В таких котельных агрегатах также имеет место неэкономичное использование топлива.

С другой стороны анализ оценки обеспеченности топливно-энергетических ресурсов показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 30-40 лет. Затем, через 30-70 лет, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 230-330 лет. Поэтому в последние годы широкое распространение наравне с невозобновляемыми получили возобновляемые источники энергии.

7

Таким образом, в данной дисциплине рассматривается как применение современного оборудования, которое позволит более рационально использовать энергетический потенциал топлива, так и альтернативные источники энергии, такие как энергия солнечного излучения и др.

2.3.2 Рациональное использование энергетического потенциала традиционных видов топлива.

В топливоиспользующем оборудовании выделяют следующие потери теплоты: q1 – КПД

q2 – потери с уходящими газами

q3 – потери с химическим недожогом q4 – потери с механическим недожогом q5 – потери в окружающую среду

q6 – потери со шлакообразованием q1 = КПД =100 – (q 2 + q3 + q5)

Для оценки эффективности использования топлива вводят величину – коэффициент использования топлива.

КИТ (коэффициент использования топлива) = 100 – (q 2 + q3)

Для того чтобы определить неполное сгорание топлива, нужно искать в составе продуктов сгорания CH4 и CO.

В случае полного сгорания топлива:

КИТ = 100 – q 2

Таким образом, повышение эффективности использования топлива во многом зависит от величины потерь теплоты с уходящими газами – чем эта величина меньше, тем выше значение коэффициента использования топлива.

В целом все схемы по использованию теплоты уходящих газов можно классифицировать следующим образом (рис 1).

Схема 1. Замкнутая. Используется для нужд топливоиспользующей установки.

I II

Схема 2. Разомкнутая. Используется для нужд предприятия.

I II

Схема 3. Замкнуто-разомкнутая. Используется для нужд предприятия и для нужд топливоиспользующей установки.

8

I II III

Cхема 4. Энерго-технологическая. Использование продуктов сгорания в качестве сырья.

I IV

Рис 1: Классификация схем использования теплоты уходящих газов. Примечание к схемам: I – топливоиспользующий агрегат (печь, котел); II, III - теплоутилизатор (экономайзер, рекуператор, регенератор); IV – устройство, в котором продукты сгорания используются в качестве сырья.

Краткие сведения о токсичных веществах во вредных выбросах используемого топлива.

Оксид углерода (СО) – бесцветный горючий газ, не имеющий запаха, слаборастворимый в воде. Молекулярная масса – 28.01, плотность – 1,25 г/л ( 0°С, 1атм). Токсичность СО связана с его способностью реагировать с гемоглобином крови со скоростью почти в 200 раз превышающей скорость связывания кислорода гемоглобином. Отсюда – развитие гипоксии (кислородного голодания)

Оксид углерода относится к 4 классу опасности. ПДКмр=5 мг/м3, ПДКсс=3 мг/м3

Углеводороды (Бенз/а/пирен).

Наиболее сильным и достаточно изученным канцерогеном является соединение с пятью бензольными кольцами – С20Н12 – бенз/а/пирен [ БП ]. Молекулярная масса – 252. Образованный при сжигании бензапирен сорбируется на частичках сажи или других твердых частиц. В чистом виде БП – твёрдое кристаллическое вещество желтоватого цвета. Особая опасность бенз/а/пирена заключается в том, что он способен накапливаться в организме, подобно радиактивным веществам. Кроме того, БП обладает высокой химической стойкостью, а, следовательно, распространяется на значительные расстояния от источника выделения. Поступивший в воздушный бассейн с продуктами сгорания топлив , БП оседает на почву, растительность, а затем, смытый атмосферными осадками, загрязняет водный бассейн. Исследования показывают, что БП фиксируется практически во всех компонентах окружающей среды. БП воздействует по мере накопления, поэтому для него нормируется средне-суточная ПДК. Класс опасности – 1, ПДКсс= 0,1мкг/100м3( в атмосферном воздухе).

Сажа

Сажа – мелкодисперсное малореакционное вещество ( размер частиц - менее 1мкм) черного цвета. Воздействие чистой сажи на организм – механическое. Ввиду чрез-

вычайно малых размеров частиц, соразмерных с порами легких, сажа, осаждаясь на поверхности легких, приводит к стеснению дыхания. Особая опасность сажи в том, что она обладает высокой сорбционной способностью по отношению к парообразному

9

бенз/а/пирену. В этом случае сажа окажется канцерогенно активной. Класс опасности чистой сажи – 3, ПДКмр= 0,15мг/м3;

ПДКсс= 0,05мг/м3.

Оксиды азота.

При сжигании топлив оксиды азота образуются в виде N2O, NO и NO2.Сумму оксидов азота обозначают как NOх. гемоксид азота (N2O) образуется в начальном участке факела, а затем окисляется до оксида азота (NO), т.е не выбрасывается в атмосферу с продуктами сгорания. В топочной камере образуются преимущественно оксиды азота (NO) в количестве (92 – 98)% от NOх. Диоксиды азота (NO2) составляют лишь (2 – 7)% от суммы NOх. Однако на выходе из дымовой трубы, т.е в атмосфере, около 80% NO превращаются в более токсичные – NO 2.

Оксид азота NO – бесцветный, негорючий газ, слаборастворимый в воде. Молекулярная масса – 30,1; плотность – 1,39 г/л. Класс опасности – 3; ПДКмр- 0,4мг/м3; ПДКсс- 0,06мг/м3 Диоксид азота ( NO2 ) – негорючий газ оранжево- красновато-бурого цвета (в зависимости от концентрации), с удушливым запахом. Молекулярная масса – 43.3; плотность - 2,06 г/л. Класс опасности – 2; ПДКмр- 0,2мг/м3; ПДКсс- 0,04мг/м3.

Все оксиды азота оказывают негативное воздействие на здоровье человека. Диоксид азота наиболее токсичный из группы NOх. Концентрация в 15мг/м3 вызывает раздражение глаз; концентрация 200–300 мг/м3 опасна даже при кратковременном вдыхании. Попадая в легкие и соединяясь с гемоглобином крови, оксиды азота могут вызвать отек легкого и понизить кровяное давление (образуется мет-

гемоглобин). Особая опасность оксидов азота в том, что они отнесены к коканцерогенам – веществам, стимулирующим в сочетании с канцерогенами развитие онкологических заболеваний.

Диоксид азота оказывает сильное негативное воздействие и на растительность. Концентрация (4-6)мг/м3 NO2 вызывает острое повреждение растений. Длительное воздействие воздуха с концентрацией NO2 около 2мг/м3 приводит к хлорозу растений. Более низкие концентрации, не вызывая видимого вреда, снижают интенсивность роста растений.

Оксиды азота, поглощая естественную радиацию как в ультрафиолетовой, так и в видимой части спектра, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического тумана – смога. Взаимодействие оксидов азота с углеводородами в атмосферном воздухе приводит к образованию веществ, которые в результате дальнейших превращений образуют пероксиацилнитраты (ПАН), обладающие еще более сильным токсическим действием.

Соединения серы.

При сжигании серосодержащих топлив соединения серы образуются в виде сернистого ангидрида (SO2), серного ангидрида (SO3) и паров серной кислоты (H2SO4). Оксиды серы объединяют в группу SOх . В топочной камере образуется преимущественно SO2. Количество SO2 составляет (98-99)% от SOх, а (SO3 )-всего (1-2)% от (SOх ). Газообразный SO3 при движению по газовому тракту котлов в присутствии водяных паров образует пары серной кислоты - H2SO4.

Наиболее токсичным из сернистых соединений является диоксид серысернистый ангидрид. SO2 - ядовитый, удушливый газ с резким запахом . Молекулярная масса – 64 , плотность - Класс опасности – 3; ПДКмр- 0,5мг/м3; ПДКсс- 0,05 мг/м3.

Диоксид серы (SO2) обладает резко раздражающим действием на дыхательные пути, вызывает заболевания бронхиальной системы, астму и др. заболевания дыхательных органов. Особая опасность SO2 заключается втом, что как и диоксид азота (NO2), этот газ отнесен к группе коканцерогенов. Кроме того SO2 обладает суммацией токсичного воздействия с диоксидом азота NO2 и некоторыми другими токсичными веществами.