МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника
Профиль(и) подготовки: Энергетика теплотехнологии
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И УСТАНОВКИ"
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: |
| |
№ дисциплины по учебному плану: | Б 3.7 |
|
Часов (всего) по учебному плану: | 216 |
|
Трудоемкость в зачетных единицах: | 6 | 6 семестр - 6 |
Лекции | 45 час | 6 семестр |
Практические занятия | 30 час | 6 семестр |
Лабораторные работы | 15 час | 6 семестр |
Расчетные задания, рефераты | 25 час самостоят. работы | 6 семестр |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 126 час | |
Экзамены | 6 семестр | |
Курсовые проекты (работы) | 2 з. е. (72 час) | 7 семестр |
Москва - 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение характеристик высокотемпературных теплотехнологических процессов и установок, методов расчетного анализа их материальных и тепловых балансов, оценки потенциала энергосбережения, овладение подходами к выбору и разработке энергосберегающих мероприятий.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);
· применять основные методы, способы и средства получения, хранения и переработки информации, использовать компьютер как средство работы с информацией (ОК-11);
· анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);
· использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики в своей предметной области (ПК-1);
· анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
· формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой) (ПК-7);
· проводить расчеты объектов теплоэнергетики и теплотехники по типовым методикам (ПК-9);
· принимать и обосновывать конкретные технические решения при создании объектов теплоэнергетики и теплотехники (ПК-10);
· использовать информацию о новых мероприятиях по энерго - и ресурсосбережению и экологической безопасности, о новых технологических процессах и видах теплотехнологического оборудования (ПК-17).
Задачами дисциплины являются
· познакомить обучающихся с высокотемпературными технологическими процессами и установками энергоемких отраслей промышленности;
· научить проводить расчетный анализ показателей работы объектов высокотемпературной теплотехнологии;
· подготовить к проведению экспериментов по заданной методике и анализу результатов с привлечением соответствующего математического аппарата;
· познакомить с техническими решениями по энергосбережению в объектах высокотемпературной теплотехнологии;
· подготовить к разработке, анализу и осуществлению мероприятий по энерго - и ресурсосбережению на производстве.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Энергетика теплотехнологии" направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Тепломассообмен», «Источники энергии теплотехнологии».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин «Теплотехнология переработки топлив», «Конструктивные схемы теплотехнологических установок», «Проектирование и эксплуатация теплотехнологических объектов», а также программы магистерской подготовки «Энергетика теплотехнологии».
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· основные источники научно-технической информации по высокотемпературным теплотехнологиям (ОК-7, ПК-6);
· структурные, технологические и тепловые схемы высокотемпературных теплотехнологий энергоемких отраслей промышленности (ОК-11, ПК-9);
· методы формирования и анализа материальных и тепловых балансов высокотемпературных процессов и установок (ПК-9, ПК-10).
· источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по энерго - и материалосбережению и экологической безопасности в промышленных объектах (ПК-17).
Уметь:
· самостоятельно проводить расчеты объектов высокотемпературной теплотехнологии по типовым методикам (ОК-7, ПК-9);
· использовать программы расчетов характеристик процесса горения топлива, параметров тепловых схем высокотемпературных установок (ОК-11, ПК-1);
· анализировать показатели высокотемпературных установок, определять потенциал энергосбережения (ОК-7, ПК-7, ПК-10),
· выбирать способы и средства достижения энергосберегающего эффекта (ПК-6);
· осуществлять поиск и анализировать информацию о новых мероприятиях по энерго - и ресурсосбережению и экологической безопасности, о новых технологических процессах и видах теплотехнологического оборудования (ПК-17).
Владеть:
· навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);
· терминологией в области энергетики теплотехнологии (ОК-2);
· навыками поиска информации о высокотемпературных процессах и установках (ОК-11, ПК-1, ПК-6);
· информацией о мероприятиях по энерго - и ресурсосбережению в высокотемпературной теплотехнологии (ПК-17);
· навыками применения полученной информации при разработке энергосберегающих теплотехнологических установок (ОК-7, ПК-6).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
| |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Термины и определения. Классификация высокотемпературных теплотехнологических процессов (ВТП) и установок (ВТУ). Структурная модель ВТУ. | 14 | 6 | 4 | 2 | – | 8 | Тест на знание терминологии |
2 | Материальные балансы ВТП | 24 | 6 | 6 | 5 | 1 | 12 | Решение задач по графику практических занятий. Тест: материальные балансы химических элементов. |
3 | Тепловые балансы ВТУ | 36 | 6 | 8 | 5 | 7 | 16 | Решение задач по графику практических занятий. Подготовка отчетов по лабораторно-практическим занятиям. |
4 | Внешний теплообмен в теплотехнологическом реакторе (ТТР) | 22 | 6 | 6 | 4 | – | 12 | Решение задач по графику практических занятий. Подготовка отчетов по лабораторно-практическим занятиям. Контрольная работа по лабораторно-практическому занятию. |
5 | Внутренний теплообмен в ТТР. Нагрев и плавление термически тонких тел, термомассивных тел. | 23 | 6 | 7 | 4 | – | 12 | Решение задач по графику практических занятий. Подготовка отчетов по лабораторно-практическим занятиям. |
6 | Задачи организации топочного процесса в ТТР, обусловленные спецификой ВТП. | 14 | 6 | 4 | 2 | – | 8 | Решение задач по графику практических занятий. Подготовка отчетов по лабораторно-практическим занятиям. |
7 | Процессы и установки термического разложения углей. Газогенераторные процессы и установки | 14 | 6 | 4 | 2 | – | 8 | Решение задач по графику практических занятий. Подготовка отчетов по лабораторно-практическим занятиям. Контрольная работа по лабораторно-практическому занятию. |
8 | Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: актуальность, направления реализации. Классификация, содержание и характеристики энергосберегающих мероприятий. | 31 | 6 | 6 | 6 | 7 | 12 | Тест: эффективность энергосбережения. Решение задач по графику практических занятий. Подготовка и защита отчетов по лабораторно-практическим занятиям. |
Зачет | 2 | 6 | -- | -- | -- | 2 | Защита расчетных заданий. Защита отчетов по лабораторно-практическим занятиям. | |
Экзамен | 36 | 6 | -- | -- | -- | 36 | Устный | |
Итого: | 216 | 45 | 30 | 15 | 126 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции
Введение в высокотемпературную теплотехнологию. Вводные понятия и определения. Тепловые, теплотехнические и структурные схемы высокотемпературных теплотехнологических установок.
Классификация высокотемпературных теплотехнологических процессов и установок. Энергетические и экологические проблемы высокотемпературной теплотехнологии. Предмет дисциплины.
Материальные балансы теплотехнологических процессов. Материальные расчеты идеальных, неравновесных и равновесных теплотехнологических процессов.
Тепловые балансы теплотехнологического реактора, других элементов тепловой схемы и высокотемпературной теплотехнологической установки в целом. Видимый, суммарный и приведенный удельные расходы топлива; суммарные удельные энергозатраты, приведенные к первичному топливу.
Внешний теплообмен в реакторе высокотемпературной теплотехнологической установки. Основные размеры рабочего пространства реактора, обеспечивающие заданную производительность высокотемпературной теплотехнологической установки.
Внешний теплообмен в реакторах с нефильтруемым слоем технологических материалов, с фильтруемым плотным слоем кусковых материалов и изделий, с кипящим слоем зернистых материалов, с псевдогазовым слоем пылевидных материалов, с барботируемой ванной расплава.
Пути интенсификации внешнего теплообмена.
Продолжительность нагрева и плавления термически тонких и термически массивных тел.
Температурные режимы нагрева термически массивных тел. Продолжительность химических превращений в термически и диффузионно тонких телах. Продолжительность гомогенизации или расслоения расплавленных продуктов технологического процесса.
Целенаправленная подготовка топлива как средство совершенствования энергетики теплотехнологических процессов. Процессы и установки крекинга и конверсии природного газа. Процессы и установки коксования и газификации твердого топлива.
Основные требования, предъявляемые к организации процесса генерации теплоты в теплотехнологических реакторах и способы их обеспечения в технологических реакторах различных типов.
Способы преобразования электрической энергии в теплоту и область их применения в высокотемпературных теплотехнологических установках.
Снижение энергозатрат на базе отбора источников теплоты, оптимизации параметров процесса генерации теплоты и параметров технологического процесса, совершенствования тепловой изоляции и герметизации рабочего пространства.
Снижение энергозатрат путем регенерации энергетических отходов: схемы регенеративного теплоиспользования; энергетический эффект регенерации; предпосылки реализации глубокой регенерации; влияние специфики технологии на пределы регенерации; регенеративные устройства.
Снижение энергозатрат путем внешнего использования тепловых и горючих отходов.
Основные направления технического прогресса энергетики высокотемпературной теплотехнологии.
4.2.2. Практические занятия
1. Материальные и тепловые балансы высокотемпературных процессов, реакторов.
2. Внешний и внутренний теплообмен в теплотехнологическом реакторе; продолжительность отдельных ступеней теплотехнологического процесса.
3. Расчет тепловых схем.
4. Расчет характеристик энергосберегающих мероприятий.
4.3. Лабораторные работы
Лабораторные работы являются составным компонентом комплексных лабораторно-практических занятий, выполняемых в течение семестра по двум темам:
1. Исследование влияния коэффициента расхода окислителя на параметры высокотемпературной теплотехнологической установки непрерывного действия.
2. Исследование зависимости показателей высокотемпературной теплотехнологической установки периодического действия от ее конструктивных и режимных параметров.
4.4. Расчетные задания
Например, «Расчет параметров тепловой схемы ВТУ».
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Примерные темы курсовых проектов:
1. Исследование энергосберегающих тепловых схем стекловаренных установок
2. Повышение уровня энергосбережения в стекловаренной печи на основе внешнего энергетического использования тепловых отходов
3. Повышение энергетической эффективности системы производства строительного кирпича
4. Повышение энергетической эффективности металлургической системы на основе регенерации тепловых отходов
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием раздаточного материала и рассылки иллюстраций по E-mail.
Практические и лабораторные занятия включают решение цикла задач; комплексное исследование двух высокотемпературных установок:
– экспериментальным методом на огневых стендах;
– методами математического моделирования с использованием ПСУН и среды Mathcad.
Самостоятельная работа включает:
– выполнение домашних заданий (решение задач);
– оформление отчетов по экспериментальной и расчетной частям каждого лабораторно-практического занятия;
– выполнение расчетного задания;
– работу над курсовым проектом;
– подготовку к тестам и контрольным работам, к защите отчетов по лабораторно-практическим занятиям, подготовку к зачету и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, защита отчетов по лабораторно-практическим занятиям, защита курсового проекта.
Аттестация по дисциплине – экзамен.
Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка на экзамене.
В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки: Учеб. для вузов /, , и др.; Под редакцией . – М.: Энергоатомиздат, 1989.
2. , , Попов и тепловые режимы в промышленных печах: Учеб. пособие для вузов.– М.: Энергоатомиздат, 1990.
б) дополнительная литература:
1. , Попов и расчетное исследование высокотемпературных процессов и установок: Методические указания к лабораторно-практическим занятиям.– М.: Издательство МЭИ, 1997.
2. , Морозов исследование теплотехнологических процессов и установок. Учеб. пособие – М.: Издательство МЭИ, 1997.
3. Попов для пользователя пакета программ LimeKiln. Методич. пособие – М.: Издательство МЭИ, 1997.
4. , Попов энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологической системы. Учеб. пособие – М.: Издательство МЭИ, 1999.
5. , Попов расчет известково-обжигательной печи. Методич. пособие – М.: Издательство МЭИ, 1999.
6. , Попов теплотехнологические процессы и установки. Сборник задач. – М.: Издательство МЭИ, 2000.
7. Попов и расчет тепловых схем термодинамически идеальных установок. Теория и алгоритмы. Учеб. пособие – М.: Издательство МЭИ, 2005.
8. Попов по высокотемпературной теплотехнологии. Решение задач в среде Mathcad: методическое пособие / , – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 36 с.
9. Попов задач высокотемпературной теплотехнологии в среде Mathсad: учебное пособие / , – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 96 с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
1. Программа Burner. Тепловая работа компактного регенератора.
2. Пакет программ LimeKiln. Расчет и оптимизация известково-обжигательной печи.
3. Программа Furnace 1. Тепловая работа нагревательной печи непрерывного действия при переменном коэффициенте расхода окислителя.
4. Программа Furnace 2. Тепловая работа камерной металлонагревательной печи периодического действия.
5. Программа RotKiln. Тепловая работа вращающейся прокалочной печи.
6. Программа Terminator. Тепловая работа проходной печи для обезвреживания металлоотходов.
7. Мультимедийный информационно-вычислительный комплекс «Технология идеала». Теория и расчет тепловых схем термодинамически идеальных теплотехнологических установок.
8. Программа Kiln. Тепловая работа туннельной печи в системе производства строительного кирпича.
9. ПСУН «Практикум по высокотемпературной теплотехнологии. Решение задач в среде Mathcad». Комплекс программ с методическими указаниями по различным разделам дисциплины.
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Mathcad, Microsoft Office
б) другие: нет
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие:
– учебной лаборатории с огневыми стендами – моделями промышленных высокотемпературных установок;
– компьютерного класса;
– учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и профилю «Энергетика теплотехнологии».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
д. т.н. доцент
"СОГЛАСОВАНО":
Директор ИПЭЭф
д. т.н. профессор
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Энергетики
высокотемпературной технологии
к. т.н. доцент
