Detail předmětu

Spalovací zařízení a ochrana ovzduší

FSI-FSE Ak. rok: 2027/2028 Letní semestr

Předmět se zabývá palivy, spalováním a spalovacími zařízeními a jejich dopadem na životní prostředí. Je rozdělen do tří tematických bloků.

První blok je věnován palivům a spalování. Zahrnuje tuhá, kapalná a plynná paliva včetně biomasy a odpadů, jejich vlastnosti a rozbory, statiku a stechiometrii spalování (výpočet množství vzduchu a spalin, vliv přebytku vzduchu) a tepelnou bilanci kotle, jeho ztráty a účinnost.

Druhý blok se zabývá kotli a hořáky. Obsahuje přehled kotlů roštových, fluidních a práškových, hořáků pro tuhá, kapalná a plynná paliva, základní uspořádání parního kotle a kotle na odpadní teplo.

Třetí blok je věnován emisím ze spalování a jejich dopadu na životní prostředí, principům jejich vzniku a technologiím jejich snižování, zejména odlučování tuhých znečišťujících látek, odsiřování a snižování emisí oxidů dusíku.

Ve cvičeních studenti prakticky procvičují výpočty k probírané látce.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Martin Lisý, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Energetický ústav

Vstupní znalosti

Student umí pracovat se základními stavovými veličinami (tlak, teplota, objem, hustota) a se stavovou rovnicí ideálního plynu, včetně přepočtu objemu plynu na normální podmínky. Umí aplikovat první zákon termodynamiky na jednoduché soustavy, určit teplo pomocí měrné tepelné kapacity a entalpie a pracovat se směsmi plynů (hmotnostní a objemové podíly). Z oblasti přenosu tepla a látky umí popsat a vypočítat základní případy sdílení tepla vedením, prouděním a sáláním. Ze středoškolské chemie umí sestavit a vyčíslit chemickou rovnici, pracovat s látkovým množstvím, molární hmotností a molárním objemem plynu a z rovnice určit množství reaktantů a produktů reakce.

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Předmět je zakončen zápočtem a zkouškou.
Přednášky jsou nepovinné. Cvičení jsou povinná, účast kontroluje vedoucí cvičení. Povolena je jedna absence; další omluvenou neúčast student nahradí po dohodě s vedoucím cvičení.
Podmínkou udělení zápočtu je účast na cvičeních a úspěšné absolvování zápočtového testu, tj. získání alespoň 50 % bodů. Test lze jednou opakovat. Body ze zápočtového testu se do výsledné klasifikace nezapočítávají.
Zkouška je písemná a ústní. Písemná část obsahuje 4 bloky se stejnou váhou, každý za max. 25 bodů, celkem max. 100 bodů. První blok tvoří 5 krátkých otázek s odpovědí v rozsahu 1–2 vět (každá za max. 5 bodů), další tři bloky jsou rozsáhlejší otázky. K ústní části postupuje student, který z písemné části získá alespoň 50 bodů. Ústní část ověřuje, zda student rozumí podstatě probírané problematiky a dokáže ji vysvětlit; hodnotí se v rozsahu 0–100 bodů.
Výsledné hodnocení zkoušky se vypočte jako vážený průměr: 70 % bodů z písemné části a 30 % bodů z ústní části. Pokud student získá z ústní části méně než 50 bodů, je zkouška hodnocena stupněm F bez ohledu na výsledek písemné části. Výsledná klasifikace odpovídá stupnici ECTS dle čl. 14 Studijního a zkušebního řádu VUT: A 90–100, B 80–89, C 70–79, D 60–69, E 50–59, F 0–49 bodů.

4 kredity odpovídají 104 hodinám studijní zátěže (1 kredit = 26 h): přednášky 39 h, cvičení 13 h, průběžné samostudium 20 h, příprava na zápočtový test 12 h, příprava na zkoušku 20 h.

Učební cíle

Student, který předmět absolvuje, umí:
- popsat druhy a vlastnosti tuhých, kapalných a plynných paliv a provést přepočet složení paliva mezi jednotlivými stavy,
- provést stechiometrický výpočet spalování, tj. určit množství spalovacího vzduchu a spalin a součinitel přebytku vzduchu,
- sestavit tepelnou bilanci kotle, stanovit jeho ztráty a účinnost přímou i nepřímou metodou,
- popsat princip a konstrukci roštových, fluidních a práškových kotlů, hořáků a kotlů na odpadní teplo a porovnat jejich použití podle druhu paliva,
- vysvětlit vznik hlavních emisí ze spalování (tuhé znečišťující látky, oxidy síry, oxidy dusíku, oxidy uhlíku) a jejich vliv na životní prostředí,
- vysvětlit principy technologií snižování emisí, vybrat vhodnou technologii pro zadané podmínky a provést základní výpočet odlučovacího zařízení.

Studijní opory

Studentům jsou v e-learningu předmětu k dispozici tyto studijní opory:

  • prezentace z přednášek ke všem tématům osnovy,
  • tabulky a diagramy potřebné pro výpočty, zejména vlastnosti paliv, vzduchu a spalin.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program B-ENE-P: Energetika, bakalářský, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Osnova


  1. Úvod do předmětu. Energie a její transformace, základní pojmy. Tuhá paliva – rozdělení, biomasa a odpady.

  2. Tuhá paliva – rozbory paliva, přepočet mezi stavy, voda a popel v palivu, vlastnosti popele. Kapalná paliva – druhy a vlastnosti. Plynná paliva – druhy, vlastnosti, záměnnost plynů.

  3. Statika a stechiometrie spalování – výpočet množství vzduchu a spalin, přebytek vzduchu, nedokonalé spalování.

  4. Tepelná bilance kotle, ztráty kotle, tepelná účinnost – přímá a nepřímá metoda.

  5. Emise ze spalování – rozdělení škodlivin, vznik a účinky na živé organismy a životní prostředí.

  6. Parní kotel – rozdělení, uspořádání teplosměnných ploch, napájecí zařízení, ekonomizér, výparník, přehřívák.

  7. Roštové kotle – části ohniště, typy roštů, spalování na roštu. Fluidní kotle – fluidní vrstva, stacionární a cirkulující fluidní vrstva.

  8. Práškové kotle – prášková, granulační, výtavná a cyklonová ohniště. Kotle na odpadní teplo (HRSG).

  9. Tuhé znečišťující látky – vlastnosti částic, měření, metody odlučování (usazovací komory, cyklony, elektrostatické odlučovače, filtry).

  10. Hořáky – požadavky, hořáky na tuhá, kapalná a plynná paliva, kombinované hořáky.

  11. Odsiřování – vznik a účinky SO₂, odsiřovací aditiva, mokrá a suchá vápencová metoda.

  12. Snižování emisí oxidů dusíku – mechanismy vzniku NOₓ, primární a sekundární opatření.

  13. Shrnutí a opakování probrané látky.

Cvičení

13 hod., povinná

Osnova

Cvičení  probíhají 6 × 2 h jednou za 14 dní, skupiny se střídají v sudých a lichých týdnech; ve 13. týdnu 1 h zápočtový test pro obě skupiny.



  1. Základní vlastnosti paliv – hrubý rozbor, empirické vztahy pro výhřevnost. Opakování středoškolské chemie: základní pojmy, přepočty mezi hmotnostními a objemovými procenty.

  2. Stechiometrické výpočty pro tuhá paliva – rovnice dokonalého a nedokonalého spalování, výpočet množství spalovacího vzduchu a spalin.

  3. Stechiometrické výpočty pro plynná paliva – návrh průměru spalinovodu kotle na zemní plyn při spalování s daným přebytkem vzduchu.

  4. Účinnost a ztráty kotle – výpočet účinnosti přímou a nepřímou metodou, empirické vztahy pro ztráty kotle, výpočet množství paliva ze zadané účinnosti.

  5. Emise – přepočty koncentrací mezi hmotnostními a objemovými jednotkami, porovnání s emisními limity. Výpočet množství polutantu ve spalinách ze složení paliva, přepočet koncentrace na emisní faktor.

  6. Snižování emisí – odsiřování spalin vápenatými sorbenty, záchyt TZL pomocí elektrostatických odlučovačů, gravitačních odlučovačů a filtrů.

  7. Zápočtový test (13. týden, obě skupiny společně).