天然气燃烧及应用技术 教学大纲.docx
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天然气燃烧及应用技术教学大纲
山东师范大学历山学院
《机械制图与CAD》课程教学大纲
课程名称：
天然气燃烧及应用技术
课程类别：
必修课
课程性质：
专业基础课
总学时（理论与上机）：
48学分：
适用对象：
城市燃气工程技术专科专业
一、课程简介
本课程是城市燃气工程技术专科专业的一门必修的学科基础课。
21世纪，是天然气发展的重要一个时期，清洁能源在能源利用中的比重越来越重，天然气作为一种天然能源，逐渐进入各城市并且迅速占据主要地位，天然气的时代已然到来，然而，我们的天然气燃烧技术还十分落后，对天然气的利用仅仅限于低效率、高污染的水平上，燃气利用及应用技术有待提高，本书收集了国内外天然气燃烧及应用领域的最新技术资料，内容丰富，突出天然气技术在环保领域的新成就，对促进我国天然气应用有很大作用。
二、课程的地位与作用
本课程是高等教育燃气与应用专业的一门重要的专业技术基础课，是一门必修课。
主要介绍了天然气的性质，燃烧特性，天然气热值计算方法，以及燃烧有关的理论，对学习本传也的学生来讲，虽然内容有些接近理论，但是，相信通过学习，学生肯定会掌握天然气的各方面的知识，将来学生进入社会，加以实践利用，肯定会为我国的天然气利用做出重大的贡献，改善我国能源利用结构，改善城市设施水平，提高人民生活质量，对我国经济效益、社会效益提高做出巨大贡献。
三、课程性质、目的和任务
《天然气燃烧及应用技术》是工科类专业的一门既有基本的系统理论又有较强实践性的技术基础课，它的基础性内容又是人才素质教育必不可少的内容。
其主要目的和任务是培养具有基本能力和分析能力和工程文化素质的高级应用型人才。
基本能力：
熟悉了解天然气的基本性能，关于天然气的计算，各种燃烧器等。
分析能力：
正确运用所学的知识，解决实际工作遇到的问题。
工程文化素质：
认真负责、严谨细致的工作态度和工作作风。
以达到使学生既有工程基础又有较高的工程文化素质，既有丰实的工程施工经验，还有较敏捷的灵活思维和创新意识，能视野开阔、善于自学，创新思变，跟上时代的步伐，能自觉按照国家标准用各种手段较快地、准确地解决实际问题。
四、课程教学的基本要求
1、理论知识要求
（1）掌握天然气的物理化学性质，天然气燃烧的基本特性。
（2）掌握国家标准的有关基本规定，会查阅有关国家标准和手册，养成严格遵守和执行有关国家标准的各项规定的良好习惯。
2、技能要求
（1）灵活运用所学知识。
（2）熟悉各种燃烧器的构造
（3）拓展天然气的应用领域
3、养成认真负责的工作态度和一丝不苟的工作作风。
五、课程教学要求的层次。
本课程教学按以下3个层次进行要求：
1、了解：
要求对有关教学内容有一般的了解。
2、掌握：
要求掌握有关内容的基本概念、基本理论、基本方法，并能在掌握的基础上对相关问题进行分析和判断，得出正确结论。
3、熟练掌握：
对于今后实际工作中的需要应用的重要内容，要求熟练掌握。
这些内容，不仅要深入理解，还能够应用所学的知识解决实际工程问题。
六、教学内容及学时分配
第一章绪论
介绍天然气现状与背景，以及分类，城镇天然气的分类等。
第二章天然气的物理化学性质
教学要求：
了解天然气的基本属性，与天然气相关的参数，简单的计算。
教学内容：
§2-1天然气的组分
气体标准状态，天然气的组分，天然气的组分换算
§2-2 天然气的临界参数、状态方程式、气体常数和压缩系数
气体临界参数，气体状态方程式，气体常数，压缩因子
§2-3 天然气的相对分子质量、密度和相对密度
天然气的平均相对分子质量、天然气的密度、天然气的相对密度
§2-4天然气的饱和含水量和水露点
天然气的饱和含水量、天然气的相对湿度、天然气的水露点
§2-5气体的粘度
按天然气组分计算粘度、影响天然气粘度变化的因素
§2-6天然气的热熔和绝热指数
气体热容的定义、影响热容的因素、天然气的热容、天热气的绝热指数
§2-7天然气的导热系数
气体的导热系数、温度变化时导热系数的计算、温度与压力同时变化时导热系数的计算、天然气的导热系数
§2-8天然气物理化学性质计算实例
重点：
了解天然气的基本参数。
难点：
天然气的各种换算。
第三章天然气的燃烧特性
教学要求：
了解天然气的热值和花白指数，掌握天然气燃烧的反应式，学会天然气的燃烧特性计算。
教学内容：
§3-1天然气的热值和花白指数
天然气的概述、热值的定义、热值的计算方法、天然气的华白指数计算
§3-2 天然气燃烧反应式和理论空气需要量
天然气的燃烧反应式、气体完全燃烧的理论空气需要量、天然气燃烧理论空气需要量的计算方法
§3-3天然气燃烧与过剩空气系数
天然气燃烧的完全度及空气供给状况、天然气的化学不完全燃烧损失、实际空气量、过剩空气量、过剩空气系数、根据烟气分析结果计算过剩空气系数
§3-4天然气燃烧产物的体积计算
天然气燃烧产物的计算、烟气体积的计算、天然气燃烧产物的密度
§3-5天然气燃烧产物的温度与热焓
天然气燃烧产物的温度、天然气燃烧产物的黑度、天然气燃烧产物热焓的计算、天然气燃烧产物焓温图
§3-6天然气的着火温度和爆炸极限
天然气的着火温度、天然气爆炸浓度极限、天然气的爆炸压力估算
§3-7天然气的不完全燃烧计算
燃料不完全燃烧水煤气反应机理、燃料不完全燃烧的计算图表
§3-8天然气燃烧特性计算实例
天然气的热值计算、求天然气相对密度、求天然气的华白指数、求天然气燃烧的理论空气需要量
重点：
天然气热值的计算方法、天然气的华白指数计算、然气燃烧理论空气需要量的计算方法天然气燃烧的完全度及空气供给状况、天然气的化学不完全燃烧损失、实际空气量、根据烟气分析结果计算过剩空气系数
难点：
然气燃烧理论空气需要量的计算方法天然气燃烧的完全度及空气供给状况、燃料不完全燃烧水煤气反应机理、燃料不完全燃烧的计算图表、求天然气燃烧的理论空气需要量
第四章气体的燃烧方式与燃气混合过程
教学要求：
了解预混气体火焰传播理论、扩散燃烧火焰、火焰的稳定性、掌握常压下天然气的流动规律极计算原理、燃烧方式的选择及燃气量确定
教学内容：
§4-1预混气体火焰传播理论
预混层流火焰传播理论、预混紊流燃烧火焰、
§4-2扩散燃烧火焰
周围空气静止状态下的紊流扩散火焰长度计算
§4-3 火焰的稳定性
层流预混火焰的稳定特性、脱火及回火极限速度、火焰的不稳定现象及预防措施
§4-4常压下天然气的流动规律及计算原理
天燃气流动的计算原理、气体真实流动状态
§4-5横向空气流中天然气射流运动规律
单股射流在横向空气流中扩展规律、多股射流在横向空气中的扩展规律
§4-6燃烧方式的选择及燃气量确定
天然气燃烧器的基本技术要求、天然气燃烧器的分类、天然气燃烧器的耗气量确定
确定燃烧器型式、数量和安装位置的原则
重点：
层流预混火焰的稳定特性、脱火及回火极限速度、火焰的不稳定现象及预防
施、天燃气流动的计算原理、气体真实流动状态、天然气燃烧器的耗气量确定燃烧器型式、数量和安装位置的原则
难点：
天燃气流动的计算原理、天然气燃烧器的耗气量确定燃烧器型式、数量和安装位置的原则
第五章扩散式燃烧器的设计
教学要求：
了解扩散燃烧的火焰特性、管式扩散燃烧器的设计、带锥形罩的风道直燃式燃烧器、炉底缝隙式燃烧器设计、撞击式燃烧器
教学内容：
§5-1扩散燃烧的火焰特性
扩散燃烧器的定义及影响因素
§5-2管式扩散燃烧器的设计
管式多孔扩散燃烧器的设计、计算实例
§5-3带锥形罩的风道直燃式燃烧器
风道直燃式燃烧器特点、锥形罩风道直燃式燃烧器的设计
§5-4炉底缝隙式燃烧器设计
炉底缝隙式燃烧器的设置及锅炉改造中的应用、炉底缝隙式燃烧器的计算方法
§5-5撞击式燃烧器
撞击式燃烧器的应用
重点：
扩散燃烧器的影响因素、各种燃烧器的设计
难点：
各种燃烧器的设计
第六章引射式预混燃烧器的设计
教学要求：
了解引射器的工作原理及质量引射系数、基本方程式、计算程序；大气式燃烧器、全预混引射燃烧器的设计应用、红外线辐射式燃烧器、不同工况下引射式燃烧器的运行
教学内容：
§6-1概述
引射器定义、分类、特点
§6-2 引射器的工作原理及质量引射系数
引射器的工作原理、天然气的质量引射系数
§6-3 引射器的基本方程式
计算喷嘴前所需天然气最小剩余压力的公式
§6-4 引射器的计算程序
引射器工作参数计算方法、实例、引射器各部分结构尺寸计算、实例
§6-5大气式燃烧器的设计应用
大气式燃烧器的工作原理、结构型式与火孔总面积的计算、设计火孔直径、数量、深度、间距、排列方式以及火头混气总管直径、火焰高度设计、脱火及回火极限
§6-6大气式燃烧器的设计应用
直管式、组合型、多喷孔工业大气燃烧器设计应用
§6-7全预混引射燃烧器的设计应用
全预混引射燃烧器的特点、无焰燃烧器头部设计
§6-8全预混引射燃烧器的设计应用
各种燃烧器的优缺点
§6-9红外线辐射式燃烧器
多孔陶瓷板式红外线、金属网/多孔陶瓷板式红外线的特点
§6-10不同工况下引射式燃烧器的运行
不同操作条件下引射式燃烧器的运行状态、炉膛压力改变时引射式燃烧器的换算、燃气种类改变时引射式燃烧器的换算、燃烧特性改变对家用煮食炉燃烧器运行的影响
重点：
引射器的工作原理及质量引射系数、基本方程式、计算程序；大气式燃烧器、全预混引射燃烧器的设计应用、红外线辐射式燃烧器、不同工况下引射式燃烧器的运行
难点：
大气式燃烧器、全预混引射燃烧器的设计应用；计算喷嘴前所需天然气最小剩余压力的公式
第七章鼓风式燃烧器
教学要求：
了解燃烧器分类，掌握鼓风式燃烧器、旋流式燃烧器的空气动力特性、蜗壳切向、切向叶片、轴向叶片、旋流式燃烧器工作原理；平流式燃烧器的空气动力学特性、
教学内容：
§7-1鼓风式燃烧器工作原理与分类
概述、鼓风式燃烧器工作原理、分类
§7-2旋流式燃烧器的空气动力特性
旋流式燃烧器特征、旋转射流空气动力特性、燃烧过程与燃烧稳定性的影响因素
§7-3蜗壳切向旋流式燃烧器
蜗壳切向旋流式燃烧器工作原理、旋流强调；蜗壳旋流式调风器空气动力特性
§7-4切向叶片旋流式燃烧器
切向叶片旋流式燃烧器的工作原理、旋流强度
§7-5轴向叶片旋流式燃烧器
轴向叶片旋流式燃烧器的工作原理、结构特点、旋流强度、阻力系数
§7-6平流式燃烧器的空气动力学特性
紊流扩散、紊流自由射的动力学特性
§7-7平流式燃烧器
平流式燃烧器的工作原理和结构特点、平流式燃烧器阻力、设计流量系数
重点：
鼓风式燃烧器、旋流式燃烧器的空气动力特性、蜗壳切向、切向叶片、轴向叶片、旋流式燃烧器工作原理
难点：
鼓风式燃烧器、旋流式燃烧器的空气动力特性工作原理
第八章鼓风式燃烧器的设计
教学要求：
了解鼓风式燃烧器型式的确定；掌握旋流式、平流式、燃烧器计算方法，旋流燃烧的规律及火焰长度，燃烧器低NOx排放应用技术；旋流式燃烧器计算实例
教学内容：
§8-1鼓风式燃烧器型式的确定
燃烧器设计的一般性要求、燃烧器型式的确定、燃气配气方式、
§8-2旋流式燃烧器计算方法
燃烧器的圆柱形通道直径确定
§8-3平流式燃烧器计算方法
最佳混合区域、平流式燃烧启动计算程序
§8-4旋流燃烧的规律及火焰长度，
旋转气流在火道内运动规律
§8-5燃烧器低NOx排放应用技术
燃烧过程生成的NOx类型、国外燃烧器的低NOx燃烧应用技术
§8-6旋流式燃烧器计算实例
旋流式燃烧器计算实例讲解
重点：
燃烧器低NOx排放应用技术、旋流式、平流式、燃烧器计算
难点：
；燃烧器低NOx排放应用技术旋流式燃烧器计算
第九章燃气燃烧系统及控制原理
教学要求：
了解国外实用天然气燃烧系统及控制设备，掌握各式燃烧器燃烧系统
教学内容：
§9-1概述
工业和商业燃烧器的分类
§9-2引射式预混燃烧器燃烧系统
分体讲解引射式预混燃烧器燃烧系统
§9-3鼓风式燃烧器燃烧系统
联动阀系统、分压器装置系统、
§9-4鼓风式燃烧机组燃烧系统
结构特点、控制系统
§9-5大流量与双燃烧燃烧器燃烧系统
大流量气体燃烧器系统防泄漏控制原理、双燃料燃烧器
§9-6国外实用天然气燃烧系统及控制设备
国外实用燃烧系统、控制设备
重点：
掌握各式燃烧器燃烧系统及控制原理
难点：
鼓风式燃烧机组、大流量与双燃烧燃烧器燃烧系统、及控制原理
第十章熄火保护系统
教学要求：
了解点火装置、熄火保护装置型式、熄火保护控制系统与设备；掌握熄火保护系统的基本要求
教学内容：
§10-1熄火保护控制系统与设备
熄火保护系统目的、具体要求
§10-2点火装置
工商业运用点火方式、布置点火器的要求
§10-3熄火保护装置型式
常用熄火装置类型、热电偶型熄火保护装置安装要求、火焰电离型熄火保护装置特点及对火焰电极要求；感光型熄火保护装置
§10-4熄火保护控制系统与设备
全自动熄火保护控制器控制程序、典型半自动控制系统控制顺序、智能燃烧安全控制器主要功能
重点：
各类熄火保护控制系统与设备；掌握熄火保护系统的基本要求
难点：
全自动熄火保护控制器控制程序、典型半自动控制系统控制顺序
第十一章工业与商业中天然气燃烧应用技术
教学要求：
了解燃气直燃高架辐射式供暖、辐射管加热器、高架对流式加热供暖设备，掌握燃气直燃式空调机、燃气干燥除湿、冷凝式锅炉技术
教学内容：
§11-1燃气直燃高架辐射式供暖
燃气直燃高架式供暖形式、热辐射计算、红外线辐射器应用；
§11-2辐射管加热器
辐射管加热器的工作原理、优点
§11-3高架对流式加热供暖设备
高效单元式空气加热器、装配式空气加热器、带锥形罩风道直燃式燃烧器、对流式加热供暖设备的应用
§11-4燃气直燃式空调机
燃气直燃吸收式空调机工作原理、国内外燃气直燃吸收式空调机特性
§11-5燃气干燥除湿
建筑室内空气质量要求、燃气干燥除湿原理
§11-6冷凝式锅炉技术
冷凝锅工作原理、结构与性能
重点：
辐射管加热器的工作原理、优点；高效单元式空气加热器、装配式空气加热器、带锥形罩风道直燃式燃烧器、对流式加热供暖设备的应用；燃气直燃吸收式空调机工作原理
建筑室内空气质量要求、燃气干燥除湿原理
难点：
高效单元式空气加热器、装配式空气加热器、带锥形罩风道直燃式燃烧器、对流式加热供暖设备的应用
第十二章可燃气体爆炸及预防
教学要求：
燃气爆炸的实质、受限燃气爆炸压力的形成、可泄放式受限燃气爆炸压力预测、防爆板设计及选用
教学内容：
§12-1燃气爆炸的实质
稳态预混火焰与扩散爆炸火焰、燃气爆炸分类、火焰传播特性
§12-2受限燃气爆炸压力的形成
压力形成的原理、受限爆炸分类、爆炸过程、
§12-3可泄放式受限燃气爆炸压力预测
经验预测、经验公式中一些参数选用
§12-4防爆板设计及选用
重力-最小摩擦力的轻型防爆板计算程序、刚性防爆板计算程序
重点：
稳态预混火焰与扩散爆炸火焰、燃气爆炸分类、火焰传播特性
压力形成的原理、受限爆炸分类、爆炸过程、
难点：
经验公式中一些参数选用，重力-最小摩擦力的轻型防爆板计算程序、刚性防爆板计算程序
第十三章天然气与环境
教学要求：
全球环境的迫切要求、天然气对环境保护的贡献
教学内容：
§13-1全球环境的迫切要求
工业化的代价、与能源利用有关的环境问题、改变燃料结构的必然性
§13-2天然气对环境保护的贡献
大气环境质量标准、不同燃料燃烧生成污染物质的比较、未来环境展望
重点：
与能源利用有关的环境问题、改变燃料结构的必然性，大气环境质量标准、
不同燃料燃烧生成污染物质的比较
难点：
不同燃料燃烧生成污染物质的比较
各章节内容学时分配如下
章节
教学内容
授课学时数
习题、讨论课
学时数
绪论
绪论
0.5
第一章
制图的基本知识和基本技能
6
1
第二章
投影基础
10
1
第三章
组合体
8
1.5
第四章
轴测图
1
0
第五章
图样的基本表示法
8
1
第六章
图样中的特殊表示法
8
1
第七章
零件图
8
2
第八章
装配图
6
1
第九章
CAD
6
2
小计
61.5
10.5
合计
72
七、教学方法与手段
采用启发式、讨论式的教学方式，因材施教、课内外结合的方法。
教学手段采用优化多媒体的教学手段，把传统的模型教学与现代多媒体教学有机的结合起来。
八、选用教材及参考教材
1、选用教材
1）胡建生主编.机械制图（少学时）.北京：
机械工业出版社，2017.1
2）胡建生主编.机械制图习题集（少学时）.北京：
机械工业出版社，2016.12
2、主要参考书目
1）《画法几何及机械制图》（普通高校“十一五”规划教材），北京航空航天大学出版社，刘永田等编，2007
2）《机械制图》（近机类、非机类第2版），清华大学出版社出版，杨慧英等编，2008
3）机械设计手册编委会.机械设计手册[M].3版.北京：
机械工业出版社，2009
4）何晓玲、王军主编.机械设计基础.北京：
机械工业出版社，2016.8
九、考核办法
平时成绩占30%，笔试成绩占70%。
笔试采用闭卷考核方式。
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