250400 (MTD) Biomassa

СОДЕРЖАНИЕ
1. Пояснительная записка ............................................................................................ 3
1.1. Введение ............................................................................................................. 3
1.2. Цели и задачи преподавания учебной дисциплины ........................................ 3
1.3. Место дисциплины в учебном процессе .......................................................... 4
1.4. Требования к знаниям, умениям и навыкам ..................................................... 4
1.5. Затраты времени обучающегося на изучение дисциплины ............................. 5
2. Перечень и содержание разделов дисциплины ...................................................... 6
3. Перечень и содержание лабораторных и практических занятий .......................... 7
4. Самостоятельная работа студентов ......................................................................... 9
5. Контроль результативности учебного процесса................................................... 10
6. Требования к ресурсам .......................................................................................... 11
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины ................................................. 11
Приложение 1. Вопросы к зачету по курсу .............................................................. 12
Приложение 2. Лист контрольных мероприятий ..................................................... 14
2
1. Пояснительная записка
1.1. 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.
При разработке программы учебной дисциплины в основу положены:

ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», утвержденной приказом Министерства образования и науки Российской Федерации
от 24.12.2009 № 824;

учебный план направления 250400.62, утвержденный приказом ректора ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» в
2011 г.
Дисциплина «Энергетическое использование древесной биомассы» входит в
базовую часть математического и естественнонаучного цикла (Б.2.1.6.).
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 4-м семестре 2 курса.
1.2. Цели и задачи преподавания учебной 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 формирование у студента знаний о видах и
ресурсах древесного сырья как возобновляемого топлива для производства энергии, технологиях энергетического использования древесной биомассы, их экономической эффективности и влиянии на окружающую среду, а так же о перспективах развития лесной биоэнергетики.
После изучения дисциплины студент должен обладать следующими общекультурными (ОК) и профессиональными компетенциями (ПК):
- владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
- использованием основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применением методов математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
- имением навыков работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
3
- способностью использовать современные информационные технологии,
управлять информацией с использованием прикладных программ деловой сферы
деятельности; использовать сетевые компьютерные технологии и базы данных в
своей предметной области, пакеты прикладных программ для расчета технологических параметров оборудования (ПК- 2);
- готовностью обосновывать принятие конкретного технического решения
при разработке технологических процессов и изделий; выбирать технические
средства и технологии с учетом экологических последствий их применения (ПК4);
- готовностью изучать научно-техническую информацию, отечественный и
зарубежный опыт по тематике исследования (ПК- 12);
1.3. 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
1.4. Требования к знаниям, умениям и навыкам
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;
- иметь навыки: применения основных физических законов, выполнения сравнительного анализа различных физических процессов;
- иметь представление об основных методах обработки и представления результатов
исследований.
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
4
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;
- иметь навыки: 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.
.
1.5. Затраты времени обучающегося на изучение дисциплины
Затраты времени при форме
учебных занятий
Очная
Очная
с сокр.
сроком
обучения
Заочная
Вид учебных занятий
1
2
3
4
Аудиторные всего,
42
40
16
26
66
16
24
68
16
32
18
32
18
108
18
108
в том числе:
лекции
практические занятия
Самостоятельные всего,
В том числе:
текущая проработка лекций
подготовка к практическим занятиям, решение рассмотренных на занятиях задач
подготовка к зачету
Всего по учебному плану
5
ОК-10
ПК-12
Основные теплотехнические характеристики древесной биомассы: элементный состав, зольность, влажность, плотность, коэффициент полнодревности, теплота сгорания, выход летучих. Спецефические особенности древесины как топлива.
ОК-12
ПК-12
Классификация отходов лесозаготовок и деревообработки. Классификация древесного топлива. Технологии
производства топливной щепы, древесных топливных гранул (пеллет) и
топливных брикетов.
1.2.
1.3.
6
Рекомендуемая литература
2
ОК-1
ПК-12
6
7
6
8
7
2
2
2
1,5,6
2
2
2
3
1,2,
5,6
2
2
2
2
1,2,
5,6
Содержание
Заочное
5
6
1.1.
Очное с сокр.
сроком обучения
4
6
2
Очное
3
Ресурсы, виды и теплотехнические
характеристики древесного
топлива
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.
1
1.
Заочное
Очное с сокр.
сроком обучения
Трудоемкость по видам и
формам обучения
Аудиторная
Самостоятельная
Очное
Код формируемых компетенций
№ раздела, подраздела, пункта,
подпункта
2. Перечень и содержание разделов дисциплины
9
10
1
2
2.
3
4
5
Технологии энергетического использования древесной биомассы
8
6
7
8
8
8
8
9
10
2.1.
ОК-10
ПК-2
ПК-12
Обзор технологий энергетического
использования древесной биомассы:
прямое сжигание, газогенерация, получение древесного угля, производство жидкого моторного топлива.
2
2
2
2
1,5,6
2.2.
ОК-10
ПК-4
ПК-12
2
2
2
1-3,
5,6
2.3.
ПК-2
ПК-4
ПК-12
2
2
2
1-3,
5,6
2.4.
ОК-12
ПК-4
ПК-12
Физико-химические основы процесса 2
горения древесного топлива. Способы сжигания и основные типы топочных процессов: слоевой, факельный, вихревой и в кипящем слое. Теплотехнические характеристики топок.
Котельные установки и тепловые
2
электростанции на древесном топливе. Паровые и водогрейные котлоагрегаты, основы их теплового расчета.
Вспомогательное оборудование котельных установок. Очистка дымовых газов от золы.
Газификация древесины. Прямой и 2
обращенный процессы газификации.
Типы и конструкции газогенераторов. Схемы использования газогенераторов в энергетических установках.
Экологические и экономические
2
аспекты энергетического использования древесины.
Влияние энергетического использования древесной биомассы на состояние окружающей среды. Возврат золы в лесную почву. Вклад биотоплива в снижение парникового эффекта.
Экономическая эффективность различных технологий энергетического
использования древесной биомассы.
ВСЕГО лекций: 16
2
2
2
3.
ОК-10
ПК-4
ПК-12
7
1,5,6
2
2
2
16
16
16
1,5,6
3. Перечень и содержание практических занятий
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Рекомендуемая
литература
1.
2
Заочное
1
Очное с сокр.
сроком обучения
№
№
раздеп/п
ла
Очное
Кол. часов
4
5
6
7
2
2
1,4
4
2
1,4
4
4
1,4,5
4
4
1,4,5
2
2
1,4,5
2
1,4
4
1,8
4
1,4
Наименование практических занятий
3
1.2. Расчет свойств древесного топлива по заданной влажности и зольности.
1.1., Расчет потребности в тепловой энергии и
1.2. ресурса древесного топлива на деревообрабатывающем предприятии. Определение
дефицита (излишка) древесного топлива.
Расчет слоевых топок: конструкции, тепло2.2. технические характеристики и определение
размеров топок.
2.2. Расчет камерных (факельных) и вихревых
топок: конструкции, теплотехнические характеристики и определение размеров топок.3
2.2. Основы расчета топок с кипящим слоем.
2.3. Определение расхода древесного топлива
2
для парового котла заданного типоразмера
2.3. Расчет паропроизводительности котельной
предприятия, выбор и расчет размеров то4
почного устройства
2.3., Расчет себестоимости теплоты и пара, про3. изводимых с использованием древесной
4
биомассы.
ВСЕГО: 26
8
24
4. Самостоятельная работа студентов
На самостоятельную работу студентов выносится изучение отдельных разделов дисциплины, подготовка к практическим занятиям, решение рассмотренных на занятиях задач и подготовка к зачету.
Количество часов
№ п/п
1.
2.
3.
Наименование занятий
Очное
Очное с
сокр.
сроком
обучения
Проработка теоретического лекционного материала.
Подготовка к практическим занятиям, решение рассмотренных на занятиях задач
Подготовка к зачету.
ВСЕГО:
16
18
32
32
18
66
18
68
9
5. Контроль результативности учебного процесса
Контроль результативности учебного процесса по дисциплине осуществляется в виде текущего и итогового контроля.
Матрица контроля текущей и итоговой результативности учебного процесса по дисциплине
№
раз
де
ла
Наименование раздела
Вид и форма учебных занятий, вид, метод и средство контроля
Аудиторные
Самостоятельные
Практические занятия
Выполнение индивидуальЛекции
ного задания
текущ.
Конт.посещ.
1.
2.
3.
Ресурсы, виды и теплотехнические характеристики
Бланк уч.
древесного топлива.
Технологии энергетического использования древесной Бланк уч.
биомассы.
Экологические и экономические аспекты энергетиче- Бланк уч.
ского использования древесины.
итог.
текущ.
итог.
текущ.
итог.
Зачет
Конт.посещ.
Опрос
Конт.график
Опрос
Билет
Бланк уч.
Опрос
Бланк уч.
Опрос
Билет
Бланк уч.
Опрос
Бланк уч.
Опрос
Билет
Бланк уч.
Опрос
Бланк уч.
Опрос
6. Требования к ресурсам
6.1. Оснащение аудитории для проведения лекционных и практических занятий:
- доска аудиторная;
- стол демонстрационный;
- стойка-кафедра;
- стол и стул лектора;
- столы и стулья аудиторные;
- плакаты.
6.3. Технические средства обучения:
- компьютерный класс;
- мультимедийный класс;
- диапроектор «Медиум Manager»
- подставка под ТСО;
- компакт диски, флэш-карты.
6.4. Электронные базы данных:
- Internet;
- электронные учебники и учебные пособия.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
№
п/п
1
1.
2.
3.
4.
5.
Авторы, наименование
Год
изд.
2
3
Основная
Лесная биоэнергетика: учебное пособие / Под ред. Ю.П.
2008
Семенова. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. 348 с.
Брдлик П.М., Морозов А.В., Семенов Ю. П. Теплотехника
1988
и теплоснабжение предприятий лесной и деревообрабатывающей промышленности.: Учебник для вузов. М.: Лесная
промышленность, 1988. 450 с.
Теплосиловые установки лесной промышленности : учеб- 1987
ное пособие / Мамаев В.В., Карочкина С.К., Сафронов А.И.,
Звягин С.В. Свердловск: УЛТИ, 1987. 96 с.
Дмитроц В.А., Левин А.Б., Семенов Ю.П. Теплотехниче- 2002
ский справочник инженера лесного и деревообрабатывающего предприятия. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2002. 333 с.
Дополнительная
Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетиче- 1987
ское использование древесных отходов. М.:Лесная промышленность, 1987. 224 с.
11
Кол. Кол. Коэф.
экз. обуч. обес.
4
5
6
5*
60
0,1
110
60
1,0
200
60
1,0
53
60
0,9
0**
60
1
6.
7.
2
3
Справочник. Котельные и электростанции на биотопливе. / 2008
Овсянко А.Д., Печников С.А. Санкт-Петербург, Биотопливный портал «Wood-pellets.com», 2008. 360 с.
Методическая литература
Мамаев В.В., Загребина Т.В., Пушкарева О.Б. Теплотехни- 2002
ка: учебно- методическое пособие. Екатеринбург: УГЛТУ,
2002. 112 с.
4
0**
5
60
6
300
60
1,0
Примечания:
* - книга заказана библиотекой;
** - книга есть в сети Internet.
Приложение 1
Вопросы к зачету по курсу «Энергетическое использование древесной
биомассы»
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Древесная биомасса как важный вид возобновляющихся энергоресурсов.
Энергетические ресурсы лесов мира и России.
Элементный состав, зольность, влажность, плотность, коэффициент полнодревности древесной биомассы.
Высшая и низшая теплота сгорания различных видов древесной биомассы,
выход летучих древесного топлива.
Спецефические особенности древесной биомассы как топлива.
Технологии энергетического использования древесины.
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.
12
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.
29. Экономический эффект использования энергетического ресурса древесной
биомассы России.
30. Перспективы развития лесной биоэнергетики в Российской Федерации.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
13
Приложение 2
Лист контрольных мероприятий
(для выдачи обучающемуся)
Максимально возможный балл по виду учебной работы
ВСЕГО по дисциплине
Обязательный минимум для допуска к зачету
Написание и защита реферата
Всего:
3
2,5
1,0
−
6,5
7
6,0
1,5
5
19,5
2
1,5
0,5
−
4,0
12
10
3
5
30
9
5
1
−
15
Итого
Активность на
занятиях
Модуль 1. Ресурсы, виды и теплотехнические характеристики
древесного топлива.
Модуль 2. Технологии энергетического использования древесной биомассы.
Модуль 3. Экологические и экономические аспекты энергетического использования древесины.
Посещаемость
занятий
Перечень и содержание
модуля учебной дисциплины
Решение задач
на практических
занятиях
Текущая аттестация
Зачет
Контрольное мероприятие
51-100
100
15/30
15