Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Липецкий государственный технический университет»
Металлургический институт
УТВЕРЖДАЮ
Директор
Чупров В.Б.
«» _ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Инженерная экология Направление подготовки: 150400.62 «Металлургия»Профиль подготовки: «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная г. Липецк – 2012 г.
Оглавление Стр.
1. Цели и задачи изучения дисциплины..................................... 2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО................................ 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.......................................................... 4. Структура и содержание дисциплины.................................... 5. Образовательные технологии........................................... 6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов........ 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины........... 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины........................ 1. Цели и задачи изучения дисциплины Целями изучения дисциплины являются развитие и расширение профессиональной подготовки студентов по экологическим проблемам металлургического производства, приобретение знаний по методам решения экологических проблем в металлургическом производстве:
Задачами изучения дисциплины являются:
изучение причин образования загрязняющих веществ в металлургических переделах;
приобретение практических навыков по количественной оценке выбросов загрязняющих веществ по всему циклу металлургического производства;
освоение методов расчёта и подбора очистного оборудования для ограничения выбросов пыли в окружающую среду;
приобретение знаний по подготовке и технологическому использованию оборотной воды в металлургических агрегатах;
знакомство с методами извлечения токсичных, загрязняющих веществ из газов, выбрасываемых в атмосферу (абсорбционные и адсорбционные методы, термическое и каталитическое обезвреживание);
знакомство с практическими методами непрерывного контроля (мониторинга) загрязняющих выбросов, реализованных на металлургических предприятиях;
приобретение знаний по принципам реализации безотходных, ресурсо- и энергосберегающих технологий при производстве стали (переработка шлаков в стройматериалы, повторное использование отходов основных производств, доменного и коксового газов, уловленной пыли).
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Дисциплина «Инженерная экология» входит в раздел «Б.3. Профессиональный цикл.
Вариативная часть» ФГОС ВПО по направлению подготовки 150400.62 Металлургия (квалификация (степень) «бакалавр»), профиль подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей».
Дисциплина «Инженерная экология» входит в цикл дисциплин экологического образования студентов.
Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированные при изучении следующих дисциплин:
математика;
физика;
теплофизика;
химия;
физическая химия;
экология;
механика жидкостей и газов;
техническая термодинамика;
металлургические технологии;
теория и практика теплогенерации;
тепло- и массообмен;
металлургическая теплотехника.
Изучение дисциплины необходимо как предшествующее для:
прохождения производственной практики;
выполнения итоговой квалификационной работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины «Инженерная экология» обучающийся должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:
уметь применять инновационные методы решения инженерных задач (ПК-1);
уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4);
уметь применять в практической деятельности принципы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды (ПК-5);
уметь использовать нормативные правовые документы в своей профессиональной деятельности (ПК-6);
уметь следовать метрологическим нормам и правилам, выполнять требования национальных и международных стандартов в области профессиональной деятельности (ПК-8);
уметь выявлять объекты для улучшения в технике и технологии (ПК-11);
уметь осуществлять выбор материалов для изделий различного назначения с учетом эксплуатационных требований и охраны окружающей среды (ПК-12);
иметь способности к анализу и синтезу (ПК-18);
уметь использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-20);
уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК-21);
уметь выбирать и применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов (ПК-22);
уметь выполнять элементы проектов (ПК-23);
уметь использовать стандартные программные средства при проектировании (ПК-24);
уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов (ПКВ результате освоения дисциплины обучающийся должен:
масштабы выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду при производстве кокса, агломерата, чугуна, стали;
причины образования загрязняющих веществ в процессах производства стали;
принципы нормирования выбросов эагрязняющих веществ в окружающую среду;
принципы действия, ; конструкции и номенклатуру оборудования для очистки газов от загрязняющих веществ перед выбросом в атмосферу;
потребности металлургических агрегатов в охлаждающей воде ;
принципы действия и конструкции оборудования, используемого на металлургических предприятиях для подготовки (очистки) оборотной воды, используемого на металлургических предприятиях;
возможности измерительных средств для контроля (мониторинга) за уровнем выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду из металлургических агрегатов и номенклатуру выпускаемого для этой цели оборудования;
технологические возможности реализации безотходных, ресурсо- и энергосберегающих процессов производства кокса, агломерата, чугуна, стали и проката.
оценивать существующий уровень экологической вредности металлургических производств;
оценивать возможности минимизации образования загрязняющих веществ в технологических агрегатах и их выбросов в окружающую среду;
выбирать для конкретных технологических агрегатов оборудование для очистки газов при выбросе в атмосферу и для очистки (подготовки) оборотной воды.
методами расчёта уровней предельно-допустимых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду из металлургических агрегатов;
методами инженерного расчёта конструкционных и режимных параметров газо- и водоочистного оборудования;
методикой подбора типового оборудования для газо- и водоочистки.
4. Структура и содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единиц, 252 часа.
от пыли.
9 Системы охлаждения оборотной Раздел дисциплины Наименование тем лекций (трудоёмкость в часах) п/п Масштабы металлургиче- Масштабы металлургического производства. Количественные данные ского производства. Нор- по производству стали (общемировые, в РФ, на НЛМК). Структурная мирование выбросов за- схема: производство стали на НЛМК, температурный уровень реалигрязняющих веществ зуемых процессов. Потребности НЛМК в исходных материалах (железная руда, флюсующие материалы, коксующиеся угли, стальной лом). Потребности в электроэнергии, технической воде, в энергоносителях для получения тепловой энергии. (2 час) отходов. Количественные данные по выбросам загрязняющих веществ НЛМК и других предприятий отрасли. Сопоставление удельных выбросов СО, NOх, SO2 на НЛМК и на европейских металлургических предприятиях. (1 час) содержащихся в газовых выбросах предприятий, в приземной атмосфере. Особенности переноса в атмосфере газовых выбросов из дымовых труб. Влияющие факторы. Методика расчета рассеивания ОНДХарактер изменения концентрации загрязняющих веществ при Государственный и производственный контроль за охраной атмосферного воздуха (законодательство). Экономический механизм охраны Образование загрязняю- Особенности образования оксидов СО, NO2, NO в металлургических щих газов в металлурги- переделах и в тепловых агрегатах. Свойства СО, поведение в атмоческих переделах и в теп- сфере, фоновые концентрации. Образование СО при коксовании, при ловых агрегатах агломерации, в кислородных конвертерах, в доменном процессе. Количественные данные по выбросам СО в этих переделах. Выбросы СО Свойства оксидов NO и NO2, поведение в атмосфере, фоновые концентрации. Закономерности образования NO в тепловых процессах.
Свойства SO2, преобразования в земной атмосфере. Особенности движения (переноса) серы в металлургических переделах. Поступления серы с исходными материалами (химические соединения), количественные данные по содержанию серы. Преобразования сернистых соединений в металлургических переделах (при коксовании, при агломерации, в доменной плавке в конвертерной плавке, при шлакопереработке, при сжигании коксового газа). Валовые выбросы сернистых Материальные балансы по движению (переносу) серы в металлургических переделах (при коксовании, при агломерации, в доменном Образование пыли в ме- Особенности и масштабы пылеобразования в металлургических переталлургическом произ- делах. Понятие аэрозоли, пыль. Диапазон крупности пыли. Воздейводстве. Методы и обору- ствие частиц пыли различных материалов на человека. Геометричедование очистки выбра- ские и аэродинамические характеристики пыли. ПДК для различных сываемых и технологиче- видов пыли. Методы гранулометрического анализа пыли. Качественских газов от пыли. ные характеристики пыли. Данные по фракционному составу пыли Методы защиты окружающей среды от выбросов пыли металлургическими предприятиями. Классификация методов и аппаратов для очистки газов от пыли. Характеристики (параметры) пылеулавливающих устройств. Механические пылеуловители. Конструкции, геометрические и режимные показатели, использование на НЛМК.
фильтрующих элементов. Конструкция рукавных фильтров, геометрические и режимные параметры (размеры, удельная газовая нагрузка, Электрическая очистка газов от пыли. Принцип действия. Характеристики коронного разряда и электризации частиц пыли. Скорость дрейфа, влияющие факторы. Конструкции элементов электрофильтров. Электрооборудование. Геометрические и режимные параметры типовых электрофильтров. Принципы расчета и подбора типовых электрофильтров. Применение на НЛМК. Ограничения для применения электрофильтров. (4 час) «Мокрые» пылеосадители. Принцип действия. Конструкции форсуночных скрубберов и труб Вентури. Конструкции каплеуловителей.
Реализация безотходных, Перспективы минимизации образования и ограничения выбросов заресурсо- и грязняющих веществ в металлургических переделах при производстве энергосберегающих тех- стали (4 часа).
нологий при производстве Реализация безотходных, ресурсо- и энергосберегающих технологий Приборный контроль за- Государственный и производственный контроль за охраной атмосфергрязняющих веществ в га- ного воздуха. Экономический механизм охраны атмосферного воздузовых выбросах промыш- ха (2 час).
ленных предприятий Необходимость непрерывного (приборного) контроля выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. Принципы мониторинга выбросов из дымовых труб. Уровни концентраций загрязняющих газов СО, SO2, NO, NO2 (количественные данные) при выбросе из дымовых труб и на местности (2 час).
Методы очистки выбра- Абсорбционные и адсорбционные методы очистки технологических сываемых и технологиче- газов от вредных и полезных веществ, используемые в металлургических газов от вредных га- ском производстве, примеры использования (КХП и пр).
зообразных и жидких ве- Каталитические и термические методы (2 час).
ществ Примеры практической реализации очистки газовых выбросов от загрязняющих газов СО, SO2, NO, NO2 в черной металлургии (2 час).
Потребление воды техно- Необходимость использования воды на металлургических предприялогическими агрегатами тиях. Количественные данные. Замкнутые системы водоснабжения ( при производстве стали час).
Методы и оборудование Методы подготовки воды на металлургических предприятиях (4час).
очистки сточных вод и Оборудование для механических методов очистки воды, используеподготовки оборотной мое на металлургических предприятиях (2 час).
Системы охлаждения обо- Системы охлаждения оборотной воды на металлургических предприяротной воды на метал- тиях. Локальные системы охлаждения (2 час).
лургических предприятиях Системы замкнутого охлаждения элементов доменных печей, их водои энергопотребление. Перспективы минимизации водопотребления 1 Масштабы металлургического Расчет валовых и удельных выбросов СО, NOх, SO2 из производства. Нормирование котлоагрегатов заводской ТЭЦ. Задание 1 (2 час) выбросов загрязняющих Расчет рассеивания загрязняющих веществ, содержащихся Образование загрязняющих Анализ движения серы в металлургических переделах газов в металлургических НЛМК. Задание 3. (4 час) переделах и в тепловых агрегатах Образование пыли в металлурги- Анализ методов определения гранулометрического состава ческом производстве. Методы и пыли. Задание 4 (2 чаc).
оборудование очистки выбрасы- Расчетное определение эффективности пылеосадительной ваемых и технологических газов камеры. Задание 5. (2 час) Реализация безотходных, ресур- Расчет материальных и энергетических балансов металлурсо- и энергосберегающих техно- гических предприятий. (3 час) логий при производстве стали 5 Приборный контроль Изучение конструкции и оценка возможностей автоматизизагрязняющих веществ в рованного газоанализатора «Квинтокс». Задание 7 (6 час).
газовых выбросах промышленных предприятий 6 Методы очистки выбрасывае- Расчет потребности в химических реагентах для улавливамых и технологических газов ния SO2 и H2S при грануляции доменного шлака. Задание от вредных газообразных и (2 час).
жидких веществ Расчет требуемых параметров газоочистки коксового газа Потребление воды Расчет потребности в охлаждающей воде технологических технологическими агрегатами агрегатов (методические печи стана 2000, система испарипри производстве стали. тельного охлаждения плитовых холодильников доменной Методы и оборудование Расчет параметров системы очистки и охлаждения обороточистки сточных вод и ной воды на стане 2000 НЛМК. Задание 10. (8 час) подготовки оборотной воды Системы охлаждения Тепловой расчет градирни. Задание 11. (6 час) оборотной воды на металлургических предприятиях 5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС ВПО при изучении дисциплины «Инженерная экология» предусматривается использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий. При проведении практических занятий и в самостоятельной работе студентов используются обсуждение условий и методов выполнения заданий, компьютерные модели.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и для промежуточной аттестации. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Контроль текущей успеваемости После прочтения определённых лекционных разделов предусматривается выполнение студентами расчётных заданий (с индивидуальными данными) и практических работ. Расчёты выполняются в черновиках, а затем результаты расчётов обобщаются в чистовиках к определённым срокам (одно оформленное задание в течение 2-х недель).
В семестре 7 расчёты частично выполняются на практических занятиях (аудиторная работа) и окончательно – в часы СРС (внеаудиторная работа). После оформления чистовиков в запланированные сроки предусматривается индивидуальная защита материалов расчётов с выставлением баллов:
Остальные баллы выставляются за аудиторную работу, посещение лекций, практических занятий, ведение конспекта (в сумме до 51 балла).
В семестре 8 предусмотрено выполнение курсовой работы (25 баллов) и 5-ти заданий. После оформления чистовиков в запланированные сроки предусматривается индивидуальная защита материалов расчётов с выставлением баллов:
Остальные балла (до 51 ) выставляются за посещение лекций (1 балл за одну лекцию), за ведение полноценного конспекта (1 балл за одну лекцию), за работу на практических занятиях (по 1 баллу).
Тематика курсовой работы: Расчёт конструкционных и режимных параметров пластинчатого электрофильтра для очистки от пыли и выбрасываемых газов определённого производства. На основании этого расчёта требуется выбрать типовой электрофильтр, выпускаемый серийно.
Предусматривается 3 варианта расчёта электрофильтров, применяемых на производствах НЛМК:
- огнеупорное производство;
- агломерационное производство;
- очистка аспирационного воздуха литейного двора доменных печей № 6 и 7.
Соответственно количеству студентов предусматривается до 5 вариантов исходных данных (расходы очищаемых газов, напряжение на электродах, фракционный состав пыли и т.п.).
Пояснительная записка по курсовой работе должна включать:
ведение (описание принципа действия электрофильтров, возможные режимные и конструкционные параметры);
исходные данные;
расчётное определение всех необходимых конструкционных и режимных параметров;
обоснование конструкции и подбор серийного (типового) электрофильтра;
схему системы пылеочистки;
эскиз конструкции принятого электрофильтра (в масштабе);
выводы.
Оценка за своевременное выполнение курсовой работы и своевременную её защиту – до 100 баллов.
Промежуточная аттестация В семестре 7 промежуточной аттестацией является зачёт. Зачёт предусматривает:
письменный ответ на один вопрос в билете по лекционному материалу в семестре 7. Оценка – до 30 баллов;
защита результатов по расчётным заданиям 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Оценка – в сумме до 60 баллов;
оценка полноты ведения конспекта. Оценка – до 10 баллов.
Вопросы по лекционному материалу:
1. Структурная схема металлургического производства НЛМК. Температурный уровень основных металлургических процессов. Годовое производство по переделам (сталь, чугун, агломерат, кокс и т.п.). Потребление исходных материалов (т/год). Отходы металлургических производств.
2. Причины образования загрязняющих веществ на металлургических предприятиях. Количественное данные по выбросам этих загрязняющих веществ в атмосферу (по РФ, в целом по НЛМК и его производствам ).
3. Принципы нормирования допускаемых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду промышленными предприятиями.
4. Факторы, определяющие рассеивание загрязняющих выбросов в атмосфере. Принцип инженерного расчёта рассеивания вредных выбросов из дымовых труб в окружающее пространство по методике ОНД-86.
5. Причины образования СО в металлургическом производстве. Уровни выбросов СО на стадиях производства НЛМК (мг/м3, кг/т, т/год). Валовые выбросы СO на НЛМК.
6. Причины образования SO2 в металлургическом производстве. Уровни выбросов SO2 на стадиях производства НЛМК (мг/м3,кг/т, т/год). Валовые выбросы SO2 на НЛМК.
7. Причины образование оксидов азота в технологических агрегатах чёрной металлургии, влияющие факторы. Уровни выбросов NO, NO2 (мг/м3, кг/т, т/год) по отдельным производствам и в целом для НЛМК.
8. Материальные балансы по переносу серы в металлургических переделах НЛМК (на 1 т продукции и на 1 т стали). Заполнить мнемосхему по движению серы на НЛМК (количественные данные под 1 т стали).
9. Образование пыли в технологических агрегатах чёрной металлургии. Количественные характеристики (гранулометрический состав, концентрация пыли в газах ряда агрегатов). Уровни ПДК по пыли. Валовые выбросы пыли в окружающую атмосферу в целом по НЛМК и по производствам (т/год).
10. Геометрические и аэродинамические параметры пыли. Пример расчёта скорости витания для частиц крупностью 5, 50 и 500 мкм. Качественные характеристики пылей.
11. Механические пылеуловители: принцип действия, схемы конструкций, улавливаемые фракции пыли. Эффективность пылеулавливания. Конструкционные и режимные параметры (размеры, скорости газа и т.п.). Применение на НЛМК.
12. Пористые (тканевые) фильтры: принцип действия, фильтрующие материалы, размеры, скорости фильтрации, допускаемые температуры и т.п. Промышленные конструкции (схемы), способы регенерации рукавных фильтров. Конструкционные размеры и режимные параметры.
Принципы расчёта (подбора) типовых рукавных фильтров. Эффективность пылеулавливания, влияющие факторы. Примеры применения на НЛМК.
13. Электрофильтры. Дуговой и коронный разряды, Особенности заряда и движения частиц пыли (схемы, формулы: заряд частиц, скорость дрейфа и т.д.). Характеристики улавливания пыли в электрофильтрах. Конструкции промышленных электрофильтров, способы регенерации (очистки) электродов. Конструкционные и режимные параметры промышленных электрофильтров. Эффективность пылеулавливания, влияющие факторы. Примеры применения на 14. Мокрая очистка газов от пыли: форсуночные скрубберы. Принцип улавливания частиц пыли, размеры капель рабочей жидкости, элементы для распыливания воды. Конструкционные и режимные параметры промышленных скрубберов (размеры, расход воды, полнота улавливания, гидравлическое сопротивление). Недостатки. Примеры применения на НЛМК.
«