Б2.Б.6. Энергетическое использование древесной биомассы

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»
Кафедра энергетики
Утверждаю
Одобрена:
кафедрой энергетики
Протокол от 9 июня 2014 г. № 7
Директор ИЛБиДС
Зав кафедрой _____________Шанчуров С.М.
Методической комиссией ИЛБиДС
Протокол от___________2014 г. №
Председатель __________ Чижов А.А.
.
_______________ Э.Ф. Герц
"___"
___________2014 г.
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Б2.Б.6. Энергетическое использование древесной биомассы
Направление 35.03.02 (250400.62) «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств»
Профили – «Лесоинженерное дело»
– «Технология деревообработки»
Трудоемкость дисциплины (зачетные единицы, часы)– 3 (108)
.
Разработчик программы________________ канд. техн. наук, доцент Путилин Ю.В.
Екатеринбург 2014
Содержание
1. Пояснительная записка ............................................................................................... 3
2. Перечень и содержание разделов дисциплины ........................................................ 6
3. Перечень и содержание практических и лабораторных занятий ........................... 8
4. Перечень самостоятельной работы студентов ......................................................... 9
5. Контроль результативности учебного процесса по дисциплине ......................... 9
6. Требования к ресурсам ............................................................................................. 10
7. Лист контрольных мероприятий............................................................................ 10
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины .................................................. 11
Приложения ................................................................................................................... 11
2
1. Пояснительная записка
Введение
Предметом дисциплины «Энергетическое использование древесной биомассы» является изучение физических основ биоэнергетики, технологий энергетического
использования древесины, устройства и конструктивных особенностей соответствующего оборудования, экономических и экологических аспектов развития лесной биоэнергетики.
Рабочая программа учебной дисциплины составлена на основе Федерального
государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) по направлению подготовки бакалавров 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», учебных
планов направления 250400.62 по профилям подготовки «Лесоинженерное дело»,
«Технология деревообработки», утвержденных приказом ректора ФГБОУ ВПО
«Уральский государственный лесотехнический университет» в 2011г., и Стандарта УГЛТУ СТВ 1.2.1.3.-00-2013 «Программа учебной дисциплины. Требования
к содержанию и оформлению».
Дисциплина «Энергетическое использование древесной биомассы» входит в
базовую часть математического и естественнонаучного цикла (Б2.Б.6.).
При очной форме обучения по дисциплине предусмотрены: прослушивание
лекций, выполнение практических занятий и сдача зачета. При сроке обучения 4
года дисциплина изучается в 5-м семестре 3 курса, при сокращенном сроке обучения – в 3-м семестре 2 курса.
Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы
Очное
42
Всего часов
Ускоренное очное
42
Заочное
10
(Л)
(ПЗ)
16
26
16
26
4
6
Самостоятельная работа студентов (СР)
66
66
98
12
12
12
108
108
108
З
З
3
Аудиторные занятия
В том числе:
Лекции
Практические занятия
В том числе подготовка к зачету
(З)
Общая трудоемкость дисциплины
Вид итогового контроля
3
Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины - теоретическая и практическая подготовка инженера,
способного осуществить обоснованный выбор той или иной технологии энергетического использования древесной биомассы и соответствующего оборудования на
основе принципов совершенствования технологических процессов, рационального использования энергоресурсов и охраны окружающей среды.
Задачами дисциплины является обеспечение в соответствии с требованиями ФГОС ВПО изучения студентами:
1) современного состояния лесной биоэнергетики в России и за рубежом;
2) ресурсов древесного сырья как возобновляемого топлива для производства
энергии, видов древесного топлива;
3) теплотехнических характеристик древесной биомассы и спецефических особенностей ее как топлива;
4) технологий энергетического использования древесной биомассы, их экономической эффективности и применяемого оборудования;
5) влияния энергетического использования древесной биомассы на состояние
окружающей среды, перспектив развития лесной биоэнергетики.
Место дисциплины в учебном процессе
(сведения об обеспечивающих, сопутствующих и
обеспечиваемых дисциплинах)
№
Обеспечивающие
Сопутствующие
Обеспечиваемые
п/п
1
Высшая математика
Гидравлика
2
Физика
Физика древесины
3
Теплотехника
Древесиноведение. Лесное товароведение
Комплексное использование древесины
Сушка и тепловая обработка древесины
Проектирование лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств
Требования к знаниям, умениям и владениям
До начала изучения дисциплины студент должен:
- знать высшую математику, физику и теплотехнику в объеме учебного плана;
- уметь производить математические расчеты, пользоваться технической литературой, калькулятором и компьютером;
- владеть навыками применения основных физических законов, выполнения сравнительного анализа различных физических процессов;
- иметь представление об основных методах обработки и представления результатов
исследований.
4
После окончания изучения дисциплины студент должен:
- знать теплотехнические свойства различных видов древесной биомассы, основные законы физических и химических преобразований органического вещества
древесной биомассы в энергию и /или энергоносители, устройство и принцип
действия оборудования, предназначенного для энергетического использования
древесной биомассы;
- уметь производить теплотехнические и технико - экономические расчеты различных систем и устройств, преобразующих энергию древесной биомассы в теплоту и
/или электроэнергию, проводить оценку эффективности применения того или иного
вида оборудования;
- владеть навыками выбора рациональных схем преобразования и использования
энергии; сравнительного анализа различных технологий энергетического использования древесной биомассы;
- иметь представление о ресурсах и технологиях производства древесного топлива,
об экологических аспектах энергетического использования биомассы древесины,
перспективах развития лесной биоэнергетики.
По окончании изучения дисциплины студент должен владеть следующими
компетенциями:
Шифр
компетенции
Сущность (наименование) компетенции
1
2
Общекультурные компетенции
Владением культурой мышления, способностью к обобщению,
анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей
ее достижения
Использованием основных законов естественнонаучных дисциплин
в
профессиональной
деятельности,
применением
методов
математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования
Владением основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имением навыков работы с
компьютером как средством управления информацией
ОК-1
ОК-10
ОК-12
ПК
ПК-2
ПК-4
Профессиональные компетенции
Способностью
использовать
современные
информационные
технологии, использовать сетевые компьютерные технологии и базы
данных в своей предметной области, пакеты прикладных программ
для расчета технологических параметров оборудования
Готовностью обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов и изделий; выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения
5
1
ПК-12
2
Готовностью изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования
Содержание
Очное
Очное с ускор.
сроком обучения
Заочное
Очное
Очное с ускор.
сроком обучения
Заочное
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Ресурсы, виды и теплотехнические
характеристики древесного
топлива
4
4
1
4
4
15
1.1
Древесная биомасса как важный вид
экологически безопасного возобновляющегося топлива. Развитие лесной
биоэнергетики за рубежом и в Российской Федерации. Источники и виды древесной биомассы для производства энергии. Ресурсы древесного
топлива, образующиеся при заготовке
древесины, в лесопилении и деревообработке.
Классификация отходов лесозаготовок и деревообработки. Классификация древесного топлива. Технологии
производства топливной щепы, древесных топливных гранул (пеллет) и
топливных брикетов.
Основные теплотехнические характеристики древесной биомассы: элементный состав, зольность, влажность, плотность, коэффициент полнодревности, теплота сгорания, выход летучих. Спецефические особенности древесины как топлива.
1
1
0.2
1
1
1
1
0.3
1
2
2
0 .5
2
1.2
1.3
Аудиторная
6
Самостоятельная
Рекомендуемая литература
№ раздела, подраздела, пункта,
подпункта
Количество часов
Код формируемых компетенций
2. Перечень и содержание разделов дисциплины
9
10
4
1,2,5
ОК-1
ПК-12
1
5
1,2,5
ОК-12
ПК-12
2
6
1,2,
3,5
ОК-10
ПК-12
1
2
3
4
5
6
7
8
2
Технологии энергетического использования древесной биомассы
Обзор технологий энергетического
использования древесной биомассы:
прямое сжигание, газогенерация, получение древесного угля, производство жидкого моторного топлива.
Физико-химические основы процесса
горения древесного топлива. Способы сжигания и основные типы топочных процессов: слоевой, факельный, вихревой и в кипящем слое.
Конструкции и теплотехнические характеристики топок.
Газификация древесины. Прямой и
обращенный процессы газификации.
Типы и конструкции газогенераторов. Схемы использования газогенераторов в энергетических установках.
Производство жидкого моторного
топлива из древесины. Технологии
производства биоэтанола из древесины. Синтез топлива из генераторного
газа (Процесс Фишера-Троппа).
7
7
2
7
7
25
1
1
0 .5
1
1
3
3
0 .5
3
2
2
0 .5
2
Котельные установки и тепловые
электростанции на древесном топливе
. Паровые и водогрейные котлоагрегаты, основы их теплового расчета.
Тепловые электростанции конденсационного типа (ТЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Газогенераторные мини-ТЭЦ. Вспомогательное
оборудование котельных установок.
Очистка дымовых газов от золы.
3
2.1
2.2
2.3
2.4
3
4
1
Экологические и экономические
2
аспекты энергетического использования древесины.
Влияние энергетического использования древесной биомассы на состояние окружающей среды. Возврат золы в лесную почву Экономическая
эффективность различных технологий энергетического использования
древесной биомассы.
ВСЕГО лекций: 16
7
1
3
0 .5
1
2
16
4
1
3
9
10
5
1,2,5
ОК-10
ПК-2
ПК-12
3
8
1,2,
4,5
ОК-10
ПК-4
ПК-12
2
7
1,2
ОК-10
ПК-4
ПК-12
1,2
ОК-10
ПК-12
1-5
ПК-2
ПК-4
ПК-12
1
3
5
12
2
2
8
16
16
60
1,2,5
ОК-10
ПК-4
ПК-12
3. Перечень и содержание практических занятий
Кол. часов
Очное с сокр.
сроком обучения
Заочное
1
2
3
4
5
6
7
1
1.2
Расчет свойств древесного топлива по заданной влажности и зольности.
2
2
−
1,3
4
4
−
1,3
Наименование практических занятий
Рекомендуемая
литература
Очное
№
№
раздеп/п
ла
1.1
1.2
Определение ресурса древесного топлива и
его энергетического потенциала на предприятии лесного комплекса.
3
2.2
Слоевые топки: конструкции, теплотехнические параметры, основы расчета
4
4
− 1-3,5
4
2.2
Вихревые и факельные топки: конструкции, теплотехнические параметры, основы
расчета
4
4
− 1-3,5
2
2
2
1,2,5
4
4
4
1-3
Определение годового потребления теплоты деревообрабатывающим предприятием.
2
2
−
1,3
Расчет паропроизводительности котельной
предприятия, выбор котлов и топки.
4
4
−
1,6
ВСЕГО: 26
26
6
2
5
6
7
8
2.2
2.2
3
3
Топки и горелки для сжигания пеллет: типы и конструкции.
Выбор топочного устройства для сжигания
различных видов древесного топлива и
определение его размеров.
8
4. Перечень самостоятельной работы студентов
Содержание
1
2
3
1
Текущая проработка В соответствии с
теоретического лек- содержанием лекционного материала
ционных занятий
Заочное
Наименование работы
Очное с ускор.
сроком обучения
№
п/п
Очное обучение
Количество
часов
4
5
6
16
16
4
22
22
6
Учебнометодическое обеспечение
7
1−6
Подготовка к практическим занятиям,
решение рассмотренных на занятиях задач
В соответствии с
содержанием
практических занятий
3
Написание реферата
В соответствии с
заданием
16
16
−
4
Выполнение
кон- В соответствии с
трольной работы
заданием
−
−
20
7
5
Самостоятельное
В соответствии с
изучение дисциплины рабочей программой
−
−
56
1−6
12
12
12
66
66
98
2
6
Подготовка к зачету
В соответствии с
контрольными вопросами (Прил.)
ВСЕГО:
7,8,9
График самостоятельной работы установлен в графике учебных занятий в строке
«Самостоятельная работа».
5. Контроль результативности учебного процесса по дисциплине
Контроль результативности учебного процесса по дисциплине осуществляется в виде текущего, промежуточного и итогового контроля. Текущий контроль
знаний студентов заключается в виде учета: посещаемости занятий; результатов
9
выборочного опроса на лекционных занятиях на 3,6 ,9 неделях; выполнения задач,
решаемых на практических занятиях; активности на занятиях. Распределение возможных баллов по каждому виду учебных занятий приводится в п.7. Промежуточный контроль проводится по результатам выполнения всех практических работ и защиты рефератов. Итоговый контроль проводится в форме зачета. Перечень контрольных вопросов приведен в приложении настоящей программы.
6. Требования к ресурсам
Лекционные и практические занятия могут проводится в обычных аудиториях, однако желательно наличие мультимедийного оборудования. При проведении практических занятий студентам выдаются методические указания и справочные материалы. Тестовый контроль знаний и подготовка к Интернетэкзаменам проводится в компьютерном классе ауд.2-220.
7. Лист контрольных мероприятий
(для выдачи обучающемуся)
2
0,5
9,5
3
3
2
2
0,5
10,5
2
3
2
1
0,5
8,5
−
−
1
0,5
1,5
7
9
6
6
2
30
4
6
3
2
−
15
10
−
70
Итого
2
Зачет
3
Экзамен
Активность на
занятиях
2
Всего:
Посещаемость
занятий
2. Технологии энергетического
использования древесной биомассы
3. Котельные установки и тепловые электростанции на древесном топливе
4. Экологические и экономические аспекты энергетического
использования древесины
Итого:
Обязательный минимум для
допуска к экзамену
Контрольные
мероприятия
1. Ресурсы, виды и теплотехнические характеристики древесного топлива.
Выполнение
практических
заданий
Перечень и содержание модулей учебной дисциплины
Написание и защита реферата
Максимально возможный балл по виду учебной работы
Текущая аттестация
Контрольные
мероприятия
100
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
2
1
2
3
4
5
Коэффициент
обеспеченности
1
Количество
обучающихся
Реквизиты источника
3
4
5
6
2010
35
100
0,35
2008
0*
100
2002
53
100
0,5
1988
110
100
1,0
1987
0*
100
Год издания
№
п/п
Количество экз.
в научн. библиотеке
.
Основная и дополнительная учебная литература
Основная литература
Лесная биоэнергетика: учебное пособие / Под ред. Ю.П.
Семенова. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010. 348 с
Справочник. Котельные и электростанции на биотопливе. / Овсянко А.Д., Печников С.А. Санкт-Петербург,
Биотопливный портал «Wood-pellets.com», 2008. 360 с.
Дмитроц В.А., Левин А.Б., Семенов Ю.П. Теплотехнический справочник инженера лесного и деревообрабатывающего предприятия. М.: МГУЛ, 2005. 333 с.
Дополнительная литература
Брдлик П.М., Морозов А.В., Семенов Ю. П. Теплотехника и теплоснабжение предприятий лесной и деревообрабатывающей промышленности.: Учебник для вузов.
М.: Лесная промышленность, 1988. 450 с.
Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. М.:Лесная
промышленность, 1987. 224 с.
11
Примечание:
* - книга есть в сети Internet.
Методическая литература.
6. Мамаев В.В., Загребина Т.В., Пушкарева О.Б. Теплотехника: учебно- методическое пособие. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. 112 с.
Приложения
Приложение 1
Темы рефератов
по курсу « Энергетическое использование древесной биомассы»
№
1
1
2
Тема
2
Современное состояние и перспективы развития лесной биоэнергетики в ЕС и
России.
Теплотехнические характеристики древесной биомассы.
11
1
3
4
5
6
2
Спецефические особенности древесной биомассы как топлива.
Технологии энергетического использования древесины.
Ресурсы древесной биомассы для производства топлива.
Виды древесного топлива.
7
Технология производства топливной щепы.
8
9
Технологии производства топливных гранул (пеллет).
Производство пеллет в России и ЕС . Современное состояние и тенденции.
10
11
12
Технологии производства топливных брикетов.
Основные виды топочных процессов при сжигании древесной биомассы.
Слоевые топки для сжигания древесного топлива.
13
Сжигание древесной биомассы в кипящем слое.
14
Вихревые и циклонные топки для сжигания древесного топлива.
15
16
Факельный способ сжигания древесной биомассы.
Топки для сжигания пеллет.
17
Очистка дымовых газов от частиц золы
18
Утилизация золошлаковых материалов, возврат золы в лесную почву.
19
20
Производство и использование генераторного газа из древесной биомассы.
Газификация древесины: прямой и обращенный процессы.
21
Производство жидкого моторного топлива из древесины.
22
Производство древесного угля из древесины.
23
Влияние сжигания биотоплива на окружающую среду
24
Котельные на древесном топливе
25
Принципиальные схемы паровых котлов лесной промышленности малой производительности (ДКВр, КЕ, ДЕ).
Приложение 2
Вопросы к зачету по курсу «Энергетическое использование древесной
биомассы»
Древесная биомасса как важный вид возобновляющихся энергоресурсов.
Энергетические ресурсы лесов мира и России.
Элементный состав, зольность, влажность, плотность, коэффициент полнодревности древесной биомассы.
4. Высшая и низшая теплота сгорания различных видов древесной биомассы,
выход летучих древесного топлива.
5. Спецефические особенности древесной биомассы как топлива.
6. Технологии энергетического использования древесины.
1.
2.
3.
12
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Ресурсы древесной биомассы, образующиеся в лесопилении и деревообработке.
Классификация отходов деревообработки, фракционный состав измельченной
древесины.
Определение энергетического потенциала ресурса древесной биомассы.
Технологии производства топливной щепы, древесных топливных гранул
(пеллет) и брикетов из различных видов древесной биомассы.
Особенности горения древесной биомассы.
Основные виды топочных процессов при сжигания древесной биомассы.
Слоевое сжигание древесной биомассы.
Факельное сжигание древесной биомассы.
Вихревой способ сжигания древесной биомассы.
Сжигание древесной биомассы в кипящем слое.
Теплотехнические характеристики топочных устройств.
Котельные на древесном топливе.
Паровые и водогрейные котлы на древесном топливе.
Основы теплового расчета котельных агрегатов.
Вспомогательное оборудование котельных установок, работающих на древесном топливе.
Очистка дымовых газов от золы, нормативы выбросов твердых частиц.
Свойства золы древесной биомассы, возврат золы в лесную почву.
Тепловые электростанции на древесном топливе.
Газификация древесины.
Производство жидкого моторного топлива из древесины.
Производство древесного угля.
Роль энергетического использования древесной биомассы в снижении парникового эффекта в атмосфере.
Экономический эффект использования энергетического ресурса древесной
биомассы России.
Перспективы развития лесной биоэнергетики в Российской Федерации.
13