Филимонов Ю.П., Шатохин К.С., Шибалов С.Н.. Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей. Методические указания

УДК 669.041 Т34

Р е ц е н з е н т канд. техн. наук, проф. В.А. Муравьев

Авторы: Ю.П. Филимонов, К.С. Шатохин, С.Н. Шибалов, Ю.М. Кочнов, Л.А. Мирошкина

Теплофизика, автоматизация и экология промышленных

Т34 печей: Метод. указания / Ю.П. Филимонов, К.С. Шатохин, С.Н. Шибалов и др. – М.: МИСиС, 2006. – 27 с.

Методические указания, составленные в соответствии с ГОС ВПО, пред- назначены для студентов кафедры теплофизики и экологии металлургическо- го производства, выполняющих выпускную квалификационную работу по специальностям 150103 «Теплофизика, автоматизация и экология промыш- ленных печей» и 280202 «Инженерная защита окружающей среды (в метал- лургии)», а также их руководителей и консультантов.

В указаниях отражены требования, предъявляемые к выпускным работам, рассмотрена их структура, приведены необходимые сведения по оформлению расчетно-пояснительной записки и графической части работы.

Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) (МИСиС), 2006

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Кафедра теплофизики и экологии металлургического производст- ва осуществляет подготовку инженеров по специальностям 150103 «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей» и 280202 «Инженерная защита окружающей среды (в металлургии)». В соответствии с государственным образовательным стандартом пре- дусмотрено обязательное выполнение выпускной квалификационной работы, отвечающей одному из основных видов профессиональной деятельности выпускников.

Настоящие методические указания составлены с учетом ква- лификационных требований, необходимых для решения обобщенных задач профессиональной деятельности выпускников. Исходя из этого сформулированы конкретные цели выполнения квалификационной работы, очерчен круг ее возможной тематики, а также рассмотрены состав и содержание выпускных работ.

Для обеспечения соблюдения правил по оформлению изда- ваемых в МИСиС учебно-методических материалов в настоящие указания включены рекомендации по оформлению дипломных работ и проектов [1].

4

1 СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 150103 «ТЕПЛОФИЗИКА, АВТОМАТИЗАЦИЯ И ЭКОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ»

1.1 Цели выполнения выпускной квалификационной работы

Выполнение выпускной квалификационной работы является за- ключительным этапом обучения студента в вузе и преследует сле- дующие цели:

-углубление, систематизация и закрепление теоретических зна- ний и практических навыков по направлению обучения и примене- ние этих знаний при комплексном решении конкретных задач техни- ческого и экологического характера в области металлургической те- плотехники, автоматизации промышленных печей и очистки уходя- щих газов;

-развитие навыков самостоятельной творческой работы и овладе- ние методикой анализа и расчетов при решении разрабатываемых в выпускной работе проблем;

-повышение степени подготовленности студента к самостоятель- ной работе после окончания института.

При выполнении выпускной квалификационной работы студент должен проявить творческий подход к решению поставленных перед ним задач, обеспечить прогрессивность разрабатываемых проектных решений или научных исследований. Студент должен уметь обосно- вывать целесообразность технического перевооружения, реконструк- ции или нового строительства объекта проектирования или исследо- вания и предложенных им для этой цели конкретных инженерных ре- шений. При защите работы студент должен не только обосновать эти решения, но и показать достаточный уровень знаний в области изу- ченных естественно-научных, общепрофессиональных и специальных дисциплин, умение ориентироваться в общих вопросах совершенство- вания производства, его автоматизации и защиты окружающей среды.

При изложении основных разделов выпускной квалификационной работы могут быть использованы материалы курсовых проектов по теории тепловой работы и конструкций печей, по автоматизации пе- чей и газоочистных установок и по защите окружающей среды, а так- же результаты КНИР. Все разделы работы должны быть полностью согласованы и увязаны между собой в рамках поставленной задачи.

5

1.2 Тематика выпускных квалификационных работ

Тематика выпускных квалификационных работ, как правило, свя- зана с реконструкцией или строительством промышленной печи (или агрегата внепечной обработки металла) определенного технологиче- ского назначения, разработкой схемы их автоматизации и решением вопросов защиты окружающей среды от вредных выбросов из рас- сматриваемых в работе устройств. Тема выпускной квалификацион- ной работы также может быть посвящена выполнению исследования по одной из актуальных проблем, соответствующих профилю специ- альности 150103.

Во всех случаях тема выпускной квалификационной работы должна отличаться новизной и актуальностью. Исходя из особенно- стей современного периода развития промышленности в большинст- ве случаев предпочтение должно быть отдано темам, посвященным реконструкции действующих печей или исследованию их работы, направленным на решение задач энергосбережения, защиты окру- жающей среды и повышения качества продукции.

Темы выбираются на основе действительной целесообразности технического перевооружения, реконструкции или нового строи- тельства конкретного металлургического агрегата, совершенствова- ния системы автоматического управления, вытекающей из реальной потребности внутреннего и мирового рынка в металлопродукции при уменьшении нагрузки на окружающую среду и снижении энергопо- требления.

1.3 Задание на выполнение выпускной квалификационной работы

Задание содержит тему и расшифровку основных условий и пока- зателей теплотехнической и экологической частей выпускной рабо- ты, а также уточнение подходов к разработке схемы автоматизации печи. В задании приводится перечень подлежащих разработке кон- кретных вопросов (в том числе с применением компьютерных мето- дов анализа), графических материалов с указанием обязательных чертежей, а также перечень ключевых направлений для разработки основных разделов выпускной квалификационной работы с указани- ем источников информации.

Задание составляется руководителем работы совместно с кон- сультантами по всем основным разделам.

6

Тему выпускной квалификационной работы целесообразно сооб- щать студентам в начале 8 семестра с тем, чтобы они имели возмож- ность при изучении общепрофессиональных и специальных курсов, а также при выполнении курсовых проектов и КНИР более обстоя- тельно рассмотреть вопросы, связанные с предстоящим выполнени- ем выпускной работы.

1.4 Состав и содержание выпускных квалификационных работ

Состав, содержание и объем выпускной квалификационной рабо- ты зависят от выбранной темы, но во всех случаях расчетнопояснительная записка должна включать следующие разделы, кото- рые вместе с графической частью должны отразить комплекс про- ектных решений и исследований, отвечающих задачам, поставлен- ным в задании:

-введение;

-технико-экономическое обоснование проекта строительства (или реконструкции) печи (или внепечного теплотехнического агрегата), а

вслучае выполнения дипломной НИР – обоснование темы;

-технология производства, осуществляемая в разрабатываемом агрегате;

-теплотехнические расчеты и определение основных конструк- тивных параметров разрабатываемого агрегата, а в случае выполне- ния дипломной НИР – ее методика, результаты исследования, их об- работка и выводы;

-защита окружающей среды;

-безопасность жизнедеятельности;

-автоматизация печи (газоочистной установки);

-экономика производства;

-заключение;

-список использованных источников;

-графическая часть.

1.5 Расчетно-пояснительная записка

Расчетно-пояснительная записка должна в краткой и четкой фор- ме раскрывать творческий замысел дипломной работы, содержать описание подходов к обоснованию принимаемых проектных и ис- следовательских решений, используемые методы расчетов и иссле- дований, а также анализ их результатов с соответствующими выво-

7

дами и сопоставлением расчетных параметров с подобными показа- телями лучшего отечественного и зарубежного оборудования анало- гичных типов. Эти данные должны при необходимости сопровож- даться чертежами и графиками.

Содержание разделов расчетно-пояснительной записки приводит- ся ниже.

Во введении должна быть обоснована актуальность темы ди- пломной работы и ее соответствие требованиям экономики и эколо- гии к развитию металлургического производства, включая повыше- ние качества и расширение номенклатуры готовой продукции, уменьшение энергоемкости и материалоемкости ее производства, улучшение условий труда, создание непрерывных, безотходных или малоотходных производственных процессов, и их автоматизации.

В конце введения формулируются конкретные цели и задачи ди- пломной работы, вытекающие из задания на проектирование и об- щих направлений развития производства металлов и сплавов.

Технико-экономическое обоснование проекта строительства (или реконструкции) печи (или внепечного теплотехнического аг- регата) или выполнения НИР по совершенствованию их работы и конструкции должно быть развитием подходов, изложенных во вве- дении, и содержать анализ различных вариантов возможных инже- нерных решений с их технико-экономическими показателями. В об- щем случае этот раздел выпускной работы должен начинаться с краткой характеристики цеха (или его отделения) предприятия, в со- ставе которого намечается строительство, реконструкция или иссле- дование объекта дипломного проектирования с учетом номенклату- ры продукции, сырьевых и топливных источников с характеристикой сырья.

При варианте реконструкции необходим анализ действующего производства с выявлением «узких мест» и определение в связи с этим задач дипломного проекта в целях:

-повышения качества, расширения сортамента продукции и уве- личения мощности цеха, ресурсосбережения;

-повышения производительности труда;

-уменьшения воздействия производственных процессов на пер- сонал и на окружающую среду.

В разделе «Технология производства, осуществляемого в раз-

рабатываемом агрегате», рассматриваются вопросы, связанные с динамикой технологических процессов, протекающих в его рабочем пространстве, включающих нагрев, сушку или плавление. Здесь при-

8

водятся сведения о качественных характеристиках исходных мате- риалов с учетом требований соответствующих стандартов и техниче- ских регламентов; схема производственных процессов подготовки, подачи, загрузки и распределения исходных материалов. Описывает- ся технология процесса переработки исходных материалов в продук- цию или дополнительной обработки готовой продукции с необходи- мыми техническими расчетами и характеристикой потребительских качеств продукции; степень интенсификации и уровень автоматиза- ции управления технологическими процессами и контролем качества продукция в потоке. Рассматриваются теплотехнические факторы управления скоростью осуществления технологических процессов в рассматриваемом агрегате, возможности снижения потребления топ- лива или электроэнергии, объемов отходящих газов.

В разделе «Теплотехнические расчеты и определение основ-

ных конструктивных параметров разрабатываемого агрегата»

дипломного проекта студент в соответствии с полученным заданием должен выполнить следующее:

-произвести расчет теплогенерации с определением параметров, оказывающих влияние на процессы теплообмена в печи;

-рассчитать внешний и внутренний теплообмен в рабочем про- странстве агрегата и определить время технологического процесса;

-рассчитать размеры рабочей камеры при заданной производи- тельности агрегата либо его производительность при заданных раз- мерах подлежащего тепловой обработке материала;

-разработать конкретные проектные решения для футеровки аг- регата с выбором материала для ее изготовления и определения ее структуры и толщины;

-составить и решить задачи о тепловом балансе печи и опреде- лить необходимый расход топлива или электроэнергии;

-определить удельный расход энергии (теплоты) и величину ко- эффициента полезного теплоиспользования;

-выбрать теплогенерирующие устройства (горелки, форсунки, электрические нагреватели и т.п.) и произвести их расчет;

-выбрать теплоутилизирующие устройства (рекуператоры, реге- нераторы и т.п.) и произвести их расчет.

В аналогичном разделе дипломной НИР необходимо:

-разработать методику теплотехнического исследования;

-выбрать и рассчитать параметры работы лабораторного обору- дования;

-выполнить имитационное моделирование;

9

-обработать данные натурных и вычислительных экспериментов;

-произвести оценку погрешности результатов.

Вразделе «Защита окружающей среды» приводится краткое из- ложение поставленной инженерной задачи, описание принятых кон- структивных решений и необходимые инженерные расчеты приме- нительно к конкретному разрабатываемому или исследуемому агре- гату, которые могут стать основой для определения состава и расхо- да отходящих газов, выбора и последующего расчета газоотводящего тракта и дымовой трубы.

Проводится выбор способов и средств газоочистки, улавливания и нейтрализации пыли. На основе полученных результатов выполняет- ся инженерная разработка (с эскизами и схемами) мер защиты от наиболее опасного и вредного производственного фактора на разра- батываемом агрегате, предлагаются способы утилизации отходов производства и мероприятия, связанные с разработкой бессточных и безотходных систем производства.

Вразделе «Автоматизация печи (газоочистной установки)»

приводится изложение поставленной задачи, описание принятых конструктивных решений и необходимые инженерные расчеты. Сту- дент должен разработать систему контроля и автоматизации управ- ления протекающим в агрегате технологическим процессом или га- зоочистным оборудованием с соответствующими техническими средствами контроля и управления. Для этого строятся структурная и принципиальная схемы управления технологической операцией и выбирается аппаратура управления с обеспечением получения необ- ходимых статических и динамических характеристик объекта авто- матизации, а также приводятся обоснования выбора электрооборудо- вания, схемы электроснабжения, датчиков и электроизмерительных устройств.

Содержание разделов «Безопасность жизнедеятельности» и «Эко- номика производства» определяют консультанты, назначенные ка- федрами безопасности жизнедеятельности и экономики и менедж- мента.

10

2 СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 280202 «ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(В МЕТАЛЛУРГИИ)»

2.1 Цели выполнения выпускной квалификационной работы

Выполнение выпускной квалификационной работы является за- ключительным этапом обучения студента в вузе и преследует сле- дующие цели:

-углубление, систематизация и закрепление теоретических зна- ний и практических навыков по направлению обучения и примене- ние этих знаний при комплексном решении конкретных задач техни- ческого и экологического характера;

-развитие навыков самостоятельной творческой работы и овладе- ние методикой анализа и расчетов при решении разрабатываемых в выпускной работе проблем;

-повышение степени подготовленности студента к самостоятель- ной работе после окончания института.

При выполнении выпускной квалификационной работы студент должен проявить творческий подход к решению поставленных перед ним задач, выбрав наиболее целесообразные проектные решения или направления научного исследования. Он должен уметь обосновывать целесообразность технического перевооружения, реконструкции или нового строительства объекта проектирования или исследования и предложенных им конкретных решений с целью снижения нагрузки на окружающую среду. При защите работы студент должен также показать необходимый уровень знаний в области изученных естест- венно-научных, общепрофессиональных и специальных дисциплин, умение ориентироваться в общих вопросах совершенствования про- изводства и защиты окружающей среды.

В качестве основных разделов выпускная квалификационная ра- бота может включать материалы курсовых работ по мониторингу окружающей среды, экспертизе проектов и оборудованию систем очистки газов и воды. Все эти разделы работы должны быть согласо- ваны и увязаны между собой.

2.2 Тематика выпускных квалификационных работ

Тема выпускной работы, как правило, связана с реконструкцией или строительством промышленного предприятия, выбором варианта ре-

11