Spalanie paliw stałych, ciekłych i gazowych

Nazwa przedmiotu:
SPALANIE PALIW STAŁYCH, CIEKŁYCH I GAZOWYCH
Combustion of solid, liquid and gaseous fuels
Kierunek:
ENERGETYKA
Rodzaj przedmiotu:
Forma studiów
stacjonarne
Poziom przedmiotu:
specjalności obieralny
I stopnia
E_mso_1B
Rok: III
Semestr: V
Kod przedmiotu:
Rodzaj zajęć:
Liczba godzin/tydzień:
Liczba punktów:
wykład, ćwiczenia, laboratorium
3WE, 1C, 1L
6 ECTS
PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE
I KARTA PRZEDMIOTU
CEL PRZEDMIOTU
C1. Zapoznanie studentów z warunkami realizacji i przebiegu procesu spalania paliw stałych,
ciekłych i gazowych.
C2. Nabycie przez studentów umiejętności zastosowania praw spalania do przygotowania paliwa,
organizacji procesu spalania oraz kontroli emisji gazów spalinowych.
WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI
1.
2.
3.
4.
5.
Wiedza z zakresu chemii ogólnej, termodynamiki i analizy matematycznej.
Umiejętność rozwiązywania podstawowych problemów z zakresu chemii oraz termodynamiki.
Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji.
Umiejętności pracy samodzielnej oraz w grupie.
Umiejętności prawidłowej interpretacji i prezentacji własnych działań.
EFEKTY KSZTAŁCENIA
EK 1 - posiada wiedzę teoretyczną z zakresu gospodarki paliwami oraz sposobami ich
przygotowania,
EK 2 - zna prawa spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych
EK 3 - zna ogólne zasady organizacji procesu spalania,
EK 4 - potrafi wyznaczyć podstawowe parametry procesów spalania,
EK 5 - zna tendencje i kierunki rozwoju w zakresie technologii spalania,
EK 6 - zna metody ograniczania szkodliwych emisji,
EK 7 - potrafi przygotować sprawozdanie z przebiegu realizacji ćwiczeń.
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęć – WYKŁADY
W 1 – Struktura wytwarzania energii na świecie.
W 2 – Zasoby oraz wydobycie paliw kopalnych w kraju i na świecie.
W 3,4,5 – Oddziaływanie spalania paliw na środowisko naturalne.
W 6 – Podstawowe regulacje prawne ochrony środowiska.
W 7 – Bilans materialny procesu spalania.
W 8,9 – Ogólne problemy teorii spalania.
W 10,11 – Równowaga chemiczna i prawa działających mas. Zależność
równowagi chemicznej od temperatury. Przebieg reakcji chemicznej.
W 12,13 – Kinetyka chemicznych reakcji spalania.
W 14,15 – Szybkość reakcji chemicznych. Zależność reakcji chemicznych od
temperatury. Wpływ ciśnienia na szybkość reakcji.
W 16,17,18,19,20,21 – Spalanie paliw gazowych. Spalanie jednorodnej
mieszaniny gazów. Turbulentne spalania mieszaniny gazów. Laminarne
dyfuzyjne spalanie. Sposoby ustateczniania płomienia. Bezpłomienne
spalanie gazów. Klasyfikacja palników do spalania gazów.
W 22,23,24,25,26 – Spalanie paliw ciekłych. Spalanie na powierzchni swobodnej,
spalanie kropli paliwa. Rozkład stężeń oraz temperatury. Rozpylanie paliw
ciekłych. Palniki na paliwa ciekłe. Charakterystyczne cechy spalania
olejów opałowych.
W 27,28,29,– Spalanie paliw stałych. Płomienie pyłu węglowego. Ogólne
założenia podstaw przygotowania pyłu węglowego. Ogólna
charakterystyka spalania ziaren paliwa stałego. Teoria heterogenicznego
spalania. Proces spalania ziarna węgla.
W 30,31 – Przegląd podstawowych czystych technologii energetycznych opartych
na spalaniu paliw stałych.
W 32,33 – Ogólne wiadomości o procesie fluidyzacji. Podobieństwo warstwy
fluidalnej do cieczy. Zalety i wady fluidyzacji. Zastosowanie fluidyzacji
Podstawowe cechy fluidyzacji niejednorodnej.
W 34,35,36,37 – Podstawowe parametry warstwy fluidalnej. Prędkości krytyczne
fluidyzacji. Sposoby wyznaczania prędkości początku fluidyzacji. Struktura
pęcherzowych warstw fluidalnych: Fluidyzacja jednorodna. Warunki
stabilności fluidyzacji jednorodnej.
W 38,39,40,41,42 – Technologie gazyfikacji substancji organicznej. Budowa i
zasada działania gazyfikatorów. Instalacje oczyszczania gazu
generatorowego. Układy IGCC.
W 41,42 –. Przegląd konstrukcji kotłów fluidyzacyjnych z warstwą pęcherzową i
cyrkulacyjną. Układy separacji ziaren materiału sypkiego od spalin.
Wysokotemperaturowe oczyszczanie spalin.
W 43,44,45 – Układy neutralizacji substancji toksycznych i oczyszczania spalin –
NOx, SOx, PM, THC, CO. Filtry, Reaktory N-SCR, SCR. Absorbery NOx.
Reaktory katalityczne NOx. Filtry cząstek stałych. Problemy emisji
PCDD/F.
Razem
Forma zajęć – ĆWICZENIA
C 1,2 - Skład paliw.
C 3,4 - Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza.
C 5,6 - Ilość i skład spalin.
C 7,8 - Teoretyczny udział [CO2 i SO2] w spalinach suchych.
C 9,10 - Bilans pierwiastków w procesie spalania.
Liczba
godzin
1
1
3
1
1
2
2
2
2
6
5
3
2
2
4
5
2
3
45
Liczba
godzin
2
2
2
2
2
2
C 11,12 - Obliczenia stosunku nadmiaru powietrza.
C 13 - Wartość opałowa i entalpia spalania.
C 14 - Bilans energii w procesach spalania.
C 15 - Temperatura spalania.
Razem
Forma zajęć – LABORATORIUM
L 1,2,3,4 – Analiza składu paliwa
L 5 – Oznaczanie wartości opałowej paliw stałych
L 6 – Badania kinetyki wydzielania się części lotnych
L 7,8 – Badania kinetyki spalania odosobnionego ziarna węgla
L 9 – Wyznaczanie normalnej prędkości spalania paliw gazowych, palnik
Bunsena
L 10,11– Analiza struktury płomieni kinetycznych i dyfuzyjnych
L 12 – Rozkład temperatury w płomieniu gazowym
L 13,14 – Spalanie węgla w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej
L 15 – Badanie emisji spalin w zależności od warunków i sposobu prowadzenia
procesu spalania
Razem
2
1
1
1
15
Liczba
godzin
4
1
1
2
1
2
1
2
1
15
NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE
1. – wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych
2. – ćwiczenia laboratoryjne, opracowanie sprawozdań z realizacji przebiegu ćwiczeń
3. – stanowiska do ćwiczeń laboratoryjnych
4. – instrukcje do wykonania ćwiczeń rachunkowych
5. – ćwiczenia audytoryjne
SPOSOBY OCENY ( F – FORMUJĄCA, P – PODSUMOWUJĄCA)
F1. – ocena przygotowania do ćwiczeń laboratoryjnych
F2. – ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania ćwiczeń
F3. – ocena sprawozdań z realizacji ćwiczeń objętych programem nauczania
F4. – ocena aktywności podczas zajęć
P1. – ocena umiejętności rozwiązywania postawionych problemów oraz sposobu prezentacji
uzyskanych wyników – zaliczenie na ocenę*
P2. – ocena opanowania materiału nauczania będącego przedmiotem wykładu - egzamin
*) warunkiem uzyskania zaliczenia jest otrzymanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych,
OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA
Forma aktywności
Godziny kontaktowe z prowadzącym
Konsultacje
Zapoznanie się ze wskazaną literaturą
Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych
Wykonanie sprawozdań z realizacji ćwiczeń laboratoryjnych
(czas poza zajęciami laboratoryjnymi)
Przygotowanie do ćwiczeń audytoryjnych
Przygotowanie do egzaminu
Egzamin
Suma
SUMARYCZNA LICZBA PUNKTÓW ECTS
Średnia liczba godzin na
zrealizowanie aktywności
45W 15L 15C → 75h
5h
20 h
7,5 h
5h
∑
7,5 h
27 h
3h
150 h
6 ECTS
3
DLA PRZEDMIOTU
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach
wymagających bezpośredniego udziału prowadzącego
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o
charakterze praktycznym, w tym zajęć ćwiczeniowych i
projektowych
3,32 ECTS
2,00 ECTS
LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA
Literatura w języku polskim
Jarosiński J.: Techniki czystego spalania, WNT, Warszawa, 1996
Kordylewski W.: Spalanie i paliwa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, wyd.5, 2008
Kowalewicz A.: Podstawy procesów spalania, WNT, Warszawa, 2000
Szargut J.: Termodynamika techniczna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2000
Bis Z.: Kotły fluidalne, teoria i praktyka. Monografia Nr 175 Wydawnictwo Politechniki
Częstochowskiej, Częstochowa 2010
Tomeczek J.: Spalanie węgla. Skrypt Politechniki Śląskiej, 1992.
Literatura obcojęzyczna
Basu P.: Combustion and gasification in fluidized beds. Taylor and Francis, USA 2006
Williams F.A.: Combustion Theory, Menlo Road. Benjamin 1985
Grace I.R.: Circulating fluidized Beds.Chapman &Hall, London, 1997
PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL)
1.dr inż. Piotr Pełka
[email protected]
2. dr hab. inż. Andrzej Bogusławski, prof. PCz
[email protected]
3. dr hab. inż. Stanisław SZWAJA, prof. PCz
[email protected]
MACIERZ REALIZACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA
Efekt
kształcenia
Odniesienie
danego efektu do
efektów
zdefiniowanych
dla całego
programu (PEK)
Cele
przedmiotu
Treści
programowe
Narzędzia
dydaktyczne
Sposób
oceny
EK1
K_W02
K_W12
K_W15
K_W20
K_W33
K_W39
K_U38
C1
W1-6
1
P2
EK2
K_W02
K_W12
K_W20
K_U08
K_U14
EK3
K_W02
K_W17
K_W20
K_W22
C1
W7-31
C1-C15
L1-L15
1,2,3,4,5
C1,C2
W1-45
1
P2
F1
F2
F3
F4
P2
4
EK4
EK5
EK6
EK7
K_W19
K_W20
K_U08
K_U14
K_U17
K_W15
K_W17
K_W20
K_U14
K_W15
K_W16
K_U14
K_U17
K_U18
W2,3,6-9
C1-C15
C1,C2
1
P2
P1
W30-45
C2
C2
1,4,5
P2
F2
F4
W3-5,43-45
C2
L1-15
1
2,3
P2
P1
F1
F3
P2
P1
II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY
Efekty
kształcenia
Uwaga! Ocenie
powinny podlegać
wszystkie efekty
zdefiniowane dla
przedmiotu
EK1, EK2, EK3
Student opanował
wiedzę z zakresu
spalania paliw,
potrafi swobodnie
poruszać się w
podanej tematyce
EK4, EK5, EK6
Student posiada
umiejętności
stosowania wiedzy
w rozwiązywaniu
problemów
związanych z
projektowaniem i
eksploatacją
urządzeń procesu
spalania paliw oraz
ograniczania emisji
Na ocenę 2
Na ocenę 3
Na ocenę 4
Na ocenę 5
Student nie
opanował
podstawowej
wiedzy z zakresu
spalania paliw
Student częściowo
opanował wiedzę z
zakresu spalania
paliw
Student opanował
wiedzę z zakresu
spalania paliw,
potrafi prawidłowo
zdiagnozować i
ocenić zjawiska
spalania
Student bardzo dobrze
opanował wiedzę z
zakresu materiału
objętego programem
nauczania, samodzielnie
zdobywa i poszerza
wiedzę przy użyciu
różnych źródeł
Student nie
potrafi wyznaczyć
podstawowych
parametrów
danego zjawiska,
nawet z pomocą
prowadzącego
Student nie potrafi
wykorzystać
zdobytej wiedzy,
zadania wynikające z
realizacji ćwiczeń
wykonuje z pomocą
prowadzącego
Student poprawnie
wykorzystuje wiedzę
oraz samodzielnie
rozwiązuje problemy
wynikające w trakcie
realizacji ćwiczeń
Student samodzielnie
potrafi wykonać
obliczenia
podstawowych wielkości,
potrafi dokonać oceny
oraz uzasadnić trafność
przyjętych założeń
5
EK7
Student potrafi
efektywnie
prezentować
i dyskutować wyniki
własnych działań
Student nie
opracował
sprawozdania/
Student nie
potrafi
zaprezentować
wyników swoich
badań
Student wykonał
sprawozdanie,
z wykonanego
ćwiczenia, ale nie
potrafi dokonać
interpretacji oraz
analizy wyników
badań
Student rozwiązał
zadany problem,
potrafi prezentować
wyniki swojej pracy
oraz dokonuje ich
analizy
Student wykonał
sprawozdanie,
z wykonanego ćwiczenia,
potrafi w sposób
zrozumiały prezentować,
oraz dyskutować
osiągnięte wyniki
III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE
Wszelkie informacje dla studentów kierunku ENERGETYKA dotyczące przedmiotu, jego zaliczenia,
konsultacji są przekazywane podczas pierwszych zajęć oraz umieszczone są na tablicach
informacyjnych Instytutu Maszyn Cieplnych.
6