Геоэкологическое обоснование конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок

Саклаков, Игорь Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологическое обоснование конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическое обоснование конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок"

На правах рукописи

Саклаков Игорь Юрьевич

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ, РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

специальности: 25.00.36- Геоэкология;05.23.03-Теплоснабжение,вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

" . Москва-2005

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Пермяков Борис Андреевич

доктор технических наук, профессор Потапов Александр Дмитриевич Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Хаванов Павел Александрович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Пупырев Евгений Иванович кандидат технических наук Мелик - Аракелян Аркадий Телемакович Ведущая организация: Северо-Кавказский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 2 июня 2005 г. в 14.30 на заседании диссертационного совета Д 212.138.07 при Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, зал Ученого Совета, 1 этаж административного корпуса.

С диссертацией можно ознакомится в научно-технической библиотеке Московского государственного строительного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, прошу направлять по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, Ученый Совет fax: 188-15-87; 261-81-20; e-mail: kanz@mgsu.ru .

Автореферат разослан «27» апреля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного соаета, ----У

доктор технических наук, профессор —У Потапов А.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современной кризисной экологической обстановке проблемы охраны природы и энерго-, ресурсосбережения являются взаимосвязанными, актуальными и приобретают все большее значение из-за прогрессирующего истощения недр земли и, в первую очередь, топливно-энергетических ресурсов, и существенного загрязнения окружающей среды источниками теплоты топливно-энергетического комплекса.

До настоящего времени потери с теплотой уходящих газов во многих эксплуатируемых теплогенераторах очень велики и составляют до 10%. Снижение этих потерь возможно за счет более глубокого охлаждения уходящих газов, что напрямую ведет к уменьшению расхода топлива, снижению вредных выбросов и теплового загрязнения атмосферы - одной из наиболее важных геосферных оболочек земли, тесно связанных с другими жизнеобеспечивающими геосферными оболочками как непосредственно, так и косвенно.

Эффективность большинства эксплуатируемых котельных даже при сжигании природного газа составляет около 82-90%. Повышение КПД источников теплоты в РФ на 1% может дать ежегодную экономию условного топлива на 2-3 млн. т. Поэтому улучшение энергетических и экологических показателей теплогенераторов за счет совершенствования конструкции отдельных узлов и, тем более, разработка новых перспективных типов котлов, весьма актуальны и имеют важное экологическое, хозяйственное и социальное значение.

Цель и основные задачи. Цель диссертации - на базе геоэкологических принципов экспериментально разработать энергоэффективные,

ресурсосберегающие котельные установки с помощью искусственного способа интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева котлоагрегатов для достижения экономии топлива и снижения выбросов загрязнителей в биотопы антропогенных экосистем.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- выработка геоэкологических принципов разработки и конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котлоагрегатов;

- анализ геоэкологической обстановки в РФ и ее негативных изменений в такой жизнеобеспечивающей геосферной оболочке, как атмосфера, под влиянием теплоэнергетического комплекса;

- в рамках решения общих геоэкологических проблем выявление возможности сбережения энергоресурсов в теплоэнергетике как больших, так и малых ее производственных мощностях;

- анализ функционирования и оценка эффективности эксплуатируемого в настоящее время оборудования котельных для обоснования необходимости интенсификации процесса теплообмена в конвективных и хвостовых поверхностях нагрева;

- разработка и создание экспериментальной установки для изучения процессов теплоотдачи и аэродинамики при использовании спиральных, проволочных вставок-турбулизаторов на основе специально разработанной методики исследований;

- анализ полученных экспериментальных данных и получение на его базе зависимостей для расчета теплообмена и аэродинамических характеристик поверхностей нагрева котлов со спиральными вставками-турбулизаторами;

- на основе полученных методик расчета предложенного способа интенсификации теплообмена обоснование наиболее рациональных конструкций спиральных турбулизаторов и оценка их эффективности с энергетических, геоэкологических, экономических позиций;

- оценка повышения геоэкологической, энергетической и экономической эффективности теплотехнического оборудования при применении предложенного способа интенсификации теплообмена с учетом уменьшения расхода топлива и объема выбросов загрязнителей в элементы биотопа антропогенных экосистем и прежде всего в атмосферу;

- разработка «Рекомендаций по практическому применению способа интенсификации теплообмена с помощью проволочных турбулизаторов» с целью повышения энергетической эффективности и геоэкологической безопасности котлов различной мощности.

проводились с помощью приборов, отвечающих действующим нормативным документам и стандартам РФ. Всего было проведено 60 опытов, при которых получены конкретные значения экспериментальных данных. Конкретные численные значения полученных экспериментальных данных и предлагаемых расчетных зависимостей контролировались сходимостью с опубликованными данными исследований процессов с близкими характеристиками. Практическое внедрение спиральных турбулизаторов показало сходимость полученных результатов с расчетными зависимостями диссертации с доверительным интервалом ± 5 % .

Научная новизна работы.

Сформулированы геоэкологические принципы конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих теплогенераторов;

- теоретически обоснована, экспериментально и практически подтверждена возможность и целесообразность повышения экологического и технико-экономического уровней теплогенераторов;

- опытным путем и по результатам обработки получены расчетные зависимости для расчета теплоотдачи и аэродинамики газовых потоков в конвективных поверхностях нагрева при применении проволочных турбулизаторов.

Основные защищаемые положения диссертации:

В соответствие с поставленной целью и сформированными задачами на защиту выносятся следующие полученные результаты:

1. Определены геоэкологические принципы, которые необходимо учитывать при конструировании энергоэффективных, ресурсосберегающих теплогенераторов.

2. Выполнено теоретическое обоснование методики и способа интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях котлоагрегатов в целях обеспечения геоэкологической безопасности городских экосистем.

3. Разработаны методика экспериментального исследования и лабораторная установка, сконструированная для решения поставленных задач по применению спиральных турбулизаторов в целях интенсификации теплообмена.

4. Получены расчетные зависимости и методики расчета аэродинамики газовых потоков и теплообмена в конвективных поверхностях нагрева при применении спиральных турбулизаторов, область их применения.

5. Обосновано снижение объема потребляемых энергоресурсов и повышение эффективности работы теплогенераторов с уменьшением объема выбрасываемых загрязнителей в целях обеспечения геоэкологической безопасности атмосферы.

Практическая значимость диссертации. Теоретически обоснованное, проверенное расчетами и практикой проектное решение, базирующееся на интенсификации теплообмена в конвективных и хвостовых поверхностях нагрева теплогенераторов с помощью спиральных вставок-турбулизаторов, позволяет существенно повысить энергоэффективность котлоагрегата (при мощности 209,34 кВт повышение КПД до 1,2%), что приводит к соответственной экономии топлива котельными установками и к положительным эффектам снижения теплового загрязнения и уменьшения объемов выбросов в атмосферу токсичных продуктов сгорания топлива.

По результатам диссертации спроектированы вставки-турбулизаторы в конвективную часть водогрейных, жаротрубно-дымогарных котлов типа КВа мощностью 0,25 - 2,5 мВт, с температурой воды до 115 °С. В настоящее время ООО «ЭКОЛОГИЯ - ТЕРМО» наладило серийное производство данных котлов для нужд отопления как жилищно-бытового так и производственного секторов. КПД данных котлов достигает 92%.

«Рекомендации по практическому применению способа интенсификации теплообмена с помощью проволочных турбулизаторов» подготовлены к опубликованию, а их материалы используются в учебном процессе кафедр «Инженерная геология и геоэкология» и «Теплотехника и котельные установки» МГСУ.

Апробация диссертации: Основные результаты работы опубликованы в 8-ми научных статьях, в том числе и в рекомендованном ВАК РФ журнале «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века». Материалы диссертации докладывались на 54-й научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов (Санкт-Петербург, СПбТАСУ, 2000), межрегиональной конференции «Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса» (Ставрополь, Сев-КавГТУ, 2000), пятой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2002), второй международной седьмой межвузовской научно - практической конференции молодых ученых аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2004)

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 частей, 16

параграфов, заключения и списка литературы из 134 наименований. Работа изложена на 132 страницах, содержит 20 таблиц и 25 рисунков.

Автор благодарит преподавателей АИ Воронина, Н.И. Стоянова, В А Костина), Гейвандова И А. и всех сотрудников кафедры «Теплотехника» СевКавГТУ, вложивших духовные силы в моё образование, где получил профессию инженера и начал заниматься научными исследованиями. Автор выражает глубокую благодарность своему первому научному руководителю, ныне покойному, профессору д. т. н. заложившему основу исследований Искренняя

признательность научному руководителю зав каф ИГиГЭ МГСУ профессору д т н АД Потапову за огромную помощь, моральную поддержку, приложившему усилия к завершению диссертации, отдельная благодарность научному консультанту зав каф ТКУ МГСУ профессору дтн ПА Хаванову за ценные советы. Автор благодарит всех сотрудников кафедр «Инженерная геология и геоэкология» и «Теплотехника и котельные установки» МГСУ за помощь, ценные замечания и советы, позволившие подготовить диссертацию к защите.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследований, представлена научная новизна полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, данные о теоретической, практической значимости, а также об апробации научных результатов

Первая глава - «Теплоэнергетический комплекс РФ: состояние, влияние на жизнеобеспечивающие факторы окружающей среды и перспективыразвития» посвящена обзору отечественной зарубежной литературы, постановке задач исследования.

В первом параграфе - «Геоэкологическое влияние теплоэнергетического комплекса на загрязнение атмосферы и оценка топливного баланса» рассмотрены основные виды' техногенных загрязнений биотопов и биоценозов теплоэнергетическим комплексом РФ при сжигании органического топлива. Проанализирован топливный баланс РФ и его перспектива

Запасы органического топлива - основы энергетики истощаются, и по оценкам аналитиков мировых запасов нефти хватит примерно на 40-50 лет, природного газа на 60-70 лет, угля на 150 лет. В сложившейся эколого-энергетической кризисной ситуации (окружающая среда предельно загрязнена, ископаемые на грани исчерпания, а альтернативные источники энергии не обеспечивают необходимых мощностей) необходимо осуществить глобальный

переход от реализовавшейся концепции неограниченного промышленного роста и ориентации на ценности общества потребления к устойчивому развитию и

" -г ■ ' и ! > ^ » к , ' >

ориентации на энергосбережение. 1

' Удельные выбросы загрязняющих" вещёств при сжигании различных видов 1 '' 1/1 топлива

!> • » - > Вид , , топлива , 1 » ' 1 ' г ' Загрязняющие вещества (кг/т.у.т.) 1

С02 со NO* и iSOz » С20Н12* зола,' пыль' v2o5

Бурый уголь 3200-3300 14-55 4,0-6,0 5,0-25 3,0-10 70-100 -

Каменный уголй' 2600-2700 14-55 2,5-7,5 1,5-8,0 0,78-1,16 60-80 -

Торф ' 14-55 До 30 1,4-4,4 до 7' до 80 -

Дрова f 60-80 До 20 0,5-0,6 9,5-15 до 55

Мазут 1900-2250 3-3,5 1,8--5,0 15-40 2,0-5,0 2,0-4,0 0,2-16

Природный газ 1600-1700 3-7,5 1,3-4,5 1,4-4,4 0,4-0,9 0,05-0,2 -

Во втором параграфе - «Геоэкологическая оценка ТЭК в России и

I ' . ' !

перспективы развития в нем ресурсосбережения» проанализированы состояние

4 1 > ' 1 Г ' ' Ч

теплоэнергетического комплекса РФ, эффективность потребления тепловой энергии

г « 3 I * * 1 ^

и перспективы развития энергоресурсосбережения. Проанализиртван путь перестройки теплоснабжения 'за счет автономных источников тепла, обоснованна необходимость разработки и производства энергосберегающих котлов малой мощности

В России до сих пор энергия и топливно-энергетические ресурсы (ТЭР)

\ <

• « о* ^ i ^ « • > % *f * I

используются расточительно. Удельный расход ТЭР на единицу валового

' - / ' ' <75 I - v /

национального продукта в России в 3-4 раза выше, чем в индустриально развитых

' .. У

странах Именно поэтому разработанная в последние годы новая энергетическая

> • »' Г . .4» v * " лг ) ti „ • .г • • <1 ' • 1

стратегия РФ предусматривает различные направления устойчивого и надежного

п » . 1 f • V • 1 1 . < 1 1 • 1 < u,

обеспечения населения и предприятий топливом, тепловой и электрической энергией при первостепенном значении повышение эффективности использования ТЭР.

Потенциал энергосбережения в России огромен - он составляет более 500-550 млн. т.у.т., в том числе - в ТЭК 150-180 млн. т.у.т.. Использование

! - • 'с

энергосберегающих технологий требует меньших затрат, чем строительство новых

> ' . 1 I ' ' '

мощностей: на производство каждой тонны условного топлива требуется в 3-4 раза

больше инвестиций, чем на ее сбережение.

•i ■ - < - i Практика показала, что унаследованная от СССР техника централизоваяного

V '' , 1 1 I . . . >. Г 1

теплоснабжения не обеспечивает ожидаемого эффекта энергоресурсосбережения в

| . >/ 1 i J - ' '

жилшцно-бытовом секторе. Более того, ее эффективность существенно уступает

зарубежным образцам. Более того, частые аварии вследствие физического износа 20-30 летнего оборудования (потери в теплосетях за 2001г - 30%) существенно повышают стоимость тепловой энергии. Это приводит к все большему распространению альтернативных, высокоэффективных, децентрализованных систем теплоснабжения в местах, где они востребованы благодаря лучшим техническим и экономическим показателям.

При все большей тенденции децентрализации теплоснабжения разработка и изготовление новых перспективных теплогенераторов малой мощности полной заводской готовности с высокими теплотехническими показателями весьма актуальны и имеют важное экологическое, хозяйственное и экономико-социальное значение. Кроме того, наличие такого рода разработок полностью корреспондирует с международной экологической политикой (Киотское соглашение) и повышают геоэкологическую безопасность строительных систем.

В третьем параграфе - «Оценка технического уровня котлов, наиболее распространенных в практике теплоэнергетики» рассмотрен парк котельного оборудования РФ и его низкая энергоэффективность. Обоснована реконструкция существующих котлов с целью повышения КПД, уменьшения расхода топлива, снижения вредных выбросов.

Во второй половине XX века в нашей стране появился ряд стальных водотрубных паровых и водогрейных котлов, которые хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Это паровые котлы типа ДКВР, ДЕ, КБ, Е и водогрейные котлы ПТВМ, КВ-ГМ. Учитывая низкие цены на топливо в те годы, котлы проектировались с достаточно высокими температурами уходящих газов и, следовательно, высокими потерями с уходящими газами, КПД указанных котлов существенно ниже, чем у энергетических и лучших зарубежных котлов из-за относительно высоких температур уходящих газов.

В целом современный парк котлов морально и физически устарел, необходим более глубокий «съем» теплоты уходящих газов, однако реальных разработок и внедрений до настоящего времени явно недостаточно и проблема эта очень актуальна, т.к. в настоящее время в стране находится, ориентировочно, в эксплуатации следующее количество котлов: ДКВР, ДЕ, КЕ — 68000; водогрейные стальные (КВ-ГМ, ПТВМ, ТВГ и др.) — 6500; КВ-300, КВ-ЗООМ и др. — 32000; чугунные — 420000.

В связи с этим в части рассмотрения проблематики усовершенствования котельных установок целесообразной является реконструкция существующих

котлов с минимальными переделками в конструкциях, что означает минимальные капиталовложения.

В четвертом параграфе - «Анализ методов повышения энергетической и экологической эффективности котлоагрегатов» рассмотрены пути совершенствования котельного оборудования и методы интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева котлоагрегатов. Проанализированы труды предшественников. Обоснован малозатратный, простой и эффективный метод интенсификации теплообмена посредствам установки спиральных турбулизаторов в конвективные части теплогенераторов, позволяющий повысить КПД, снизить расход топлива, уменьшить вредные выбросы в атмосферу.

Из рассмотрения литературных данных можно сделать вывод, что при всём многообразии методов интенсификации внутреннего теплообмена (шнековые вставки, спиральные канавки, кольцевые выступы, пережимы и др.) они в большинстве своём сопряжены с повышением трудоёмкости данных работ, ухудшением технологических свойств труб и, соответственно, увеличением капитальных затрат. Как один из наиболее простых и дешевых в изготовлении, был выбран способ интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях -установка проволочной спирали.

Однако точный расчет теплообмена и аэродинамики в теплообменниках с проволочными спиральными турбулизаторами затруднён, т.к. неясно влияние диаметра * проволоки и расстояния между витками проволочной спирали. В литературе нет четких расчетных формул для определения интенсивности теплообмена и аэродинамического сопротивления в теплообменниках (стеклянных и металлических воздухоподогревателях экономайзерах и пр.) при установке проволочных турбулизаторов, поэтому необходимы дальнейшие исследования теплообмена и аэродинамики проволочных вставок - турбулизаторов.

В пятом параграфе «Модель гомеостатического функционирования котельной установки как природно-техногенной системы. Учет геоэкологическихпринциповприконструированиитеплогенераторов» котельная установка рассмотрена как природно-техногенная система (ПТС). Установлено, что за счет управляющих действий человека ПТС может функционировать в пределах гомеостаза. Выделены геоэкологические принципы конструирования геоэкологически безопасных котельных установок.

Имеет смысл соотнести формирование, функционирование и последствия теплоэнергетического комплекса с понятием гомеостаза инженерных систем строительных конструкций (антропогенных экосистем). ТЭК - теплоэнергетический

комплекс и по цели своего создания и по результатам деятельности аналогичен природно-техногенной системе (ПТС). А следуя логике В. И. Осипова, А.Д. Потапова, ТЭК применительно к геоэкологической среде, т. е. биотопу должен создаваться как экологически совместимая ПТС в модифицированной инженерной системе. Возникающее воздействие такой системы и соответствующие реакции природной среды при обеспечении геоэкологической безопасности формируют состояние устойчивого динамического равновесия - гомеостаза инженерных систем за счет управляющих действий человека, в данном случае путем модернизации котельной установки. С использованием метода А. Д. Потапова (рис. 1.2.) определены компенсационные возможности среды и системы, показана зона гомеостатического плато, реализующаяся за счет управляющих действий человека и компенсационных возможностей. Выявлены зоны стресса и разрушения, роста воздействий, как на среду, так и на систему и снижения (или отсутствия) их компенсационных возможностей.

Воздействия ПТС на окружающую среду в определенной степени могут быть скомпенсированы собственно этой средой - её абиотическими факторами. Однако компенсирующих возможностей при активном техногенезе, например, в условиях города, к сожалению недостаточно. Кроме того, ряд загрязнителей, которые могли бы быть скомпенсированы биотической составляющей экосистемы, сами активно воздействуют на биоценозы, снижая и угнетая их компенсационные возможности, особенно в городских условиях. Таким образом, компенсационных возможностей среды при эксплуатации рассматриваемой ПТС оказывается недостаточно.

При рассмотрении компенсационных способностей природно - техногенной системы - котельной установки выявляется ряд возможностей уменьшить негативное воздействие на биотопы и биоценозы рассматриваемой экосистемы за счет управляющих действий человека.

Анализ вышеизложенных данных первой главы диссертации позволяет выделить несколько геоэкологических принципов конструирования геоэкологически безопасных котельных установок:

1. Используемое оборудование котельных должно отвечать современным требованиям высокой энергоэффективности. Котлоагрегаты должны работать с максимальным теплосъемом и минимальными потерями энергии при её выработке, обеспечивая высокий КПД котельной установки и принцип ресурсосбережения.

2. Стремиться минимизировать выбросы загрязняющих веществ в биотопы даже при соблюдении ПДК по отдельным загрязнителям. При превышении ПДК принимать соответствующие меры и устройства по их снижению.

Рис. 1.2. Модифицированная инженерная система строительной конструкции низкого иерархического уровня (котельная установка)

3. Стремиться минимизировать физические (тепловое, звуковое и т.д.) воздействия на биотоп и биоценоз.

4. При выборе вида топлива руководствоваться принципом: чем сложнее экологическая ситуация, тем более «чистое» в экологическом отношении топливо, и наоборот. В целом стремится обеспечить использование топлива в рамках топливного баланса РФ. Так, например, использование природного газа приоритетно в местах с большим скоплением людей и высоким уровнем техногенеза, использование твердых топлив приоритетно в удалённых от жизни людей районах на крупных ТЭС.

5. Повышение до современных требований высокой энергоэффективности и геоэкологической безопасности действующих котлоагрегатов требующих модернизации в частности путем установки спиральных турбулизаторов, при

необходимости перевод котельных установок на другие виды топлива и смены схемы теплоснабжения (с централизованной на децентрализованную и наоборот).

При конструировании котельных установок в соответствие с данными геоэкологическими принципами можно добиться функционирования ПТС в рамках гомеостатического плато.

Вторая глава - «Разработка методики исследования, его проведение на сконструированной экспериментальной установке, обработка полученных данных» посвящена описанию разработанной экспериментальной установки, плана эксперимента, методики исследований и измерений, обработки опытных данных.

В первом параграфе - «Рассмотрение совокупности моделирования и подобия физических процессов» обосновывается необходимость экспериментального метода исследования. Описаны метод моделирования и понятие о физическом подобии процессов, которые в совокупности позволяют добиться поставленной цели диссертации, описать изучаемые процессы при минимальном количестве опытов благодаря правильному планированию эксперимента.

Конвективный теплообмен, изучаемый в данной работе, представляет сложный физический процесс, который описывается системой дифференциальных уравнений и условиями однозначности с большим числом переменных. Попытки аналитического решения этой системы уравнений встречают серьезные трудности. К настоящему времени точные решения найдены лишь для единичных частных случаев и базируются в большинстве случаев на разработке математических моделей для ЭВМ и их решения методами математической физики. Вследствие этого на первое место выдвигается экспериментальный путь исследований. Это объясняется тем, что при постановке задачи множество физических величин является заведомо неизвестным, может быть определено только при помощи лабораторных испытаний на моделях.

В соответствие с правилами моделирования, спроектирована и сконструирована экспериментальная установка. На основе теории подобия был разработан и обоснован план эксперимента, подразумевающий исследование теплоотдачи и аэродинамики в трубе с изменяющимися скоростью и геометрией канала по средствам установки спиральных вставок с различными относительными шагами спирали (Б/ф. При составлении плана эксперимента изменение числа Рейнольдса (Яе) варьировалось в области развитого турбулентного течения и максимально приближалось к натурным условиям скоростного режима в конвективных поверхностях нагрева котлов. Изменения геометрических размеров

вставок-турбулизаторов планировались с учетом пробных опытов и анализа предшествующих исследований с целью получения максимального теплосъема при минимальном увеличении аэродинамического сопротивления.

Во втором параграфе - «Описание экспериментальной установки» описана конструкция экспериментальной установки, приведены геометрические размеры применяемых спиральных турбулизаторов, и описана методика установки их внутрь трубы.

Поочередно применялись 12 вставок-турбулизаторов, выполненных из проволоки с диаметром (ф 1,6; 2; 3 мм. Шаг между соседними витками спирали (8) вставок-турбулизаторов варьировался таким образом, чтобы получить относительные шаги (БД!) 5,10,15,20 для каждого диаметра вставки.

Рис. 2.2. Принципиальная схема вставок-турбулизаторов

В третьем параграфе - «Схема и методика получения результатов испытаний на разработанной установке, используемые приборы, область исследования» была описана подготовка установки к проведению опытов, дана принципиальная схема измерений, описаны измерительные приборы и их погрешности, приведена область изменения исследуемых параметров. Описана методика определения потерь в теплообменном участке и установлена их величина.

Перед проведением основных опытов были исследованы теплообмен и сопротивление гладкой трубы (без установки турбулизаторов). Опыты показали, что экспериментальные данные для гладкого канала хорошо согласуются с литературными данными и описываются зависимостями по теплообмену: N11=0,02 Же0'8- с отклонением экспериментальных данных ±2%, по аэродинамике: £=0,316 Ке""'25 - с отклонением экспериментальных данных ±10%. Здесь: Ки -критерий Нуссельта, Яе - критерий Рейнольдса, £ - коэффициент аэродинамического сопротивления.

В четвертом параграфе - «Обработка и анализ экспериментальных данных» приведены методики обработки опытных данных при изучении теплоотдачи внутри аэродинамической трубы (со стороны воздуха), обработки опытных данных при изучении теплоотдачи снаружи аэродинамической трубы (со стороны воды) экспериментальной установки, определения коэффициента теплопередачи через стенку аэродинамической трубы, обработки опытных данных при изучении аэродинамики, проверки правильности выполненных расчетов.

В пятом параграфе - «Оценка погрешностей всех измерений» рассчитаны погрешности всех измеряемых и рассчитываемых величин, необходимых для изучения теплообмена и аэродинамики в данном эксперименте.

Третья глава - «Результаты исследования тепловых и аэродинамических характеристик трубы со спиральными вставками-турбулизаторами» здесь представлены результаты обобщения экспериментальных данных в виде критериальных зависимостей с построенными по ним графиками.

В первом параграфе - «Методика обобщения опытных данных, результаты применения вставок-турбулизаторов» представлены результаты

Z 2,40

2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,80

1,70

A S/d = 5 х S/d = 10 • S/d =15 в S/d = 20 о полая труба 1

4,35 4,40 4,45 4,50 4,55 4,60

4,65

Log Re

Рис. 3.5. Повышение теплоотдачи для турбулизаторов с разными Б/ё в зависимости от числа Яе

0,55 0,45

0,35

a S/d=5

4,35

4,45

4,55

4,65

X S№10

• S/d=15

■ S/d=20

о Полая труба

4,35 4,45 4,55 4,65

Log Re

Рис. 3.7. Повышение аэродинамического сопротивления для турбулизаторов с разными S/d в зависимости от Re 16

испытаний теплообмена и аэродинамики в трубе при применении спиральных вставок - турбулизаторов в виде отдельных критериальных зависимостей Ыи=А -Ле",

для каждой вставки и общих, для вставок с одинаковым S/d. Полученные значения критериев N11, Яе И ^ наносились на графики в логарифмическом масштабе в виде зависимостей: ^(Б/ф),

0£&е)>С~/4 Показатели степени к, п, т, к в критериальных уравнениях

определялись расчетом на основании математической обработки опытных данных с применением ПЭВМ и характеризуются тангенсом угла наклона соответствующей прямой к оси абсцисс, а постоянные А, В, С, Е находились из соотношения для любой точки соответствующей прямой:

Из рисунков 3.5, 3.7. видно, что для вставок с S/d 5,10, 15, 20 теплоотдача по отношению к гладкой трубе увеличилась соответственно в 2,28; 2; 1,81; 1,68 раза, аэродинамическое сопротивление по отношению к гладкой трубе увеличилось соответственно в 17,6; 7,1; 4,5; 2,8 раза. В таблицы 3.1, 3.3. сведены результаты по исследованию теплоотдачи и аэродинамики трубы с проволочными вставками.

Таблица 3.1.

Результаты обработки опытных данных по теплообмену для вставок-турбулизаторов с различными S/d

Относительный №д=А-Кеп; 4,2- 10^^2,5-104 Увеличение

шаг Я/с! А п %

5 0,046 0,8 228

10 0,041 0,8 200

15 0,037 0,8 181

20 0,034 0,8 168

Таблица 3.3.

Результаты обработки опытных данных по аэродинамике для трубы с различными вставками-турбулизаторами S/d

Относительный шаг 8/с1 С=В-Яега; 4,2-104Же>2,5-104 Увеличение с,%

В т

5 3,51 -0,2 1760

10 2.35 -0,25 710

15 32,29 -0.3 450

20 1,07 -0,27 280

Во втором параграфе - «Результаты обобщения опытных данных»

предлагаются обобщенные аналитические зависимости обработки опытных данных в виде.Л^ [(Яе, Б/ф И ¿= ((Ке,Б/с1). Обработка данных по теплообмену показала, что теплоотдача в пределах изменения параметров, имевших место в опытах (20>Б/(1>5; 42000Же>25000), с доверительным интервалом ±4,7% и вероятностью 98,3% описывается обобщающей аналитической зависимостью:

Анализ данных по аэродинамическим сопротивлениям показал, что аэродинамика газовых потоков в пределах изменения параметров, имевших место в опытах (20>Б/ё>5; 42000Же>25000), с доверительным интервалом ±10% и вероятностью 86,8 % описывается обобщающей аналитической зависимостью:

Полученные расчетные зависимости позволяют достаточно просто оценить увеличение теплоотдачи и аэродинамического сопротивления газового потока при применении спиральных вставок - турбулизаторов с различными геометрическими характеристиками, и на основе оценки подобрать наилучший вариант геометрии вставки для конкретной технической задачи. Полученные расчетные зависимости рекомендуются при подборе спиральных турбулизаторов для конвективных и хвостовых поверхностей нагрева теплогенераторов.

В четвертой главе — «Геоэкологическая оценка результатов усовершенствованных котельных установок» даны рекомендации по внедрению проволочных турбулизаторов и показаны результаты внедрения проволочных турбулизаторов.

В первом параграфе - «Практические рекомендации по использованию предложенных турбулизаторов в котлоагрегатах и сравнительный анализ с аналогичными разработками» рассмотрены перспективные области применения проволочных турбулизаторов как при проектировании новых ресурсосберегающих, так и при реконструкции старых теплогенераторов с целью более эффективного сжигания топлива и уменьшения вредного воздействия на биогеоценозы.

В сжившихся условиях децентрализации особенно перспективны жаротрубно-дымогарные котлы, они нетребовательны к качеству воды, обладают большой аккумулирующей способностью, относительно просты в конструкции и эксплуатации и, при правильном сжигании топлива экологичны. Однако использование их возможно лишь при условии применения специальных методов и устройств интенсификации теплообмена в конвективной части, в противном случае, как показал опыт, достижение необходимой экологичной и экономичной работы

N11 = 0,064 Яе0'8^)-0'22;

невозможно. Это означает, что спиральные вставки-турбулизаторы необходимы при разработке новых конструкций дымогарных котлов в России.

При реконструкции существующих котлов спиральные турбулизаторы устанавливаются внутрь труб воздухоподогревателя или водяного экономайзера.

Одним из направлений по избежанию коррозии, позволяющих снизить потери теплоты с уходящими газами, содержащими пары серной кислоты, было применение поверхностей нагрева из коррозионно-стойких материалов и в первую очередь из стеклянных труб. Основным недостатком стеклянных воздухоподогревателей (СВП) является громоздкость конструкции. Расчеты показывают, что установка проволочных спиралей внутрь стеклянной трубы СВП позволяет повысить теплоотдачу в 1,3-1,6 раза, что существенно снижает массогабаритные характеристики, уменьшает длину труб СВП (не рекомендуется применять стеклянные трубы длиной более 2,5 м). Установлено, что внедрение стеклянных воздухоподогревателей со спиральными вставками повышает КПД котла на 1,5-й,0 %. При этом на холодной поверхности воздухоподогревателя связывается золовыми отложениями до 35 % оксидов ванадия и 25% оксидов серы (шахматный пучок) или 15 %, оксидов ванадия и 15 % оксидов серы (коридорный пучок), соответственно происходит снижение выбросов этих веществ в атмосферу.

Во втором параграфе - «Реконструкция котлоагрегатов путем установки спиральных турбулизаторов внутрь воздухоподогревателей. Методика расчета изменения энергетических показателей» представлена оценка

эффективности установки спиральных вставок-турбулизаторов с различными Б/Н в трубы воздухоподогревателей на примере водогрейных котлов КВ-ГМ 58,15; 116,3; 209,34.

Графически показан потенциальный резерв экономии топлива котлов КВ-ГМ посредствам снижения температуры уходящих газов. Разработана методика расчета воздухоподогревателей при установке спиральных вставок-турбулизаторов. Показаны энергетические результаты реконструкции в виде увеличения КПД и электрической мощности дутьевого вентилятора, уменьшения расхода топлива и электрической мощности дымососа.

Расчеты показали, что установка вставок - турбулизаторов с относительным шагом Б/Н = 5 несмотря на большую экономию топлива (до 1,31 %), приводит к значительному увеличению потребления электрической энергии (до 144,4%) дутьевым вентилятором на прокачку воздуха через трубы воздухоподогревателя с установленными вставками, из-за увеличения аэродинамического сопротивления газового потока в 17,6 раз. Поэтому установка этих вставок возможна лишь при замене вентилятора более мощным, что приводит к значительным дополнительным затратам на закупку и установку вентилятора. В связи с этим применительно к данной технической задаче установка вставок - турбулизаторов с Б/Н = 5 признана неэффективной.

В третьем параграфе - «Оценка экономической эффективности» на примере котлов КВ-ГМ 58,15; 116,3; 209,34 автором были проведены расчеты экономической эффективности установки вставок-турбулизаторов с различными Б/ё в трубы воздухоподогревателей.

Суммарный экономический эффект (тыс.рубУгод) при применении вставок-турбулизаторов рассчитывался следующим образом:

Сэк А Стоп АСуэ ДСа/э Смонпн

где: АСто„ - стоимость сэкономленного топлива, тыс.руб./год; АС^"1" — стоимость сэкономленной электроэнергии, потребляемой дымососом, тыс.руб./год;

» /-> вент г

ДСуз - увеличение затрат на закупку электроэнергии, потребляемой дутьевым вентилятором, тыс.рубУгод; Сконт - затраты на изготовление и монтаж турбулизоторов, тыс.руб. Рассчитаны и графически показаны: снижение потребления газа, экономия затрат на закупку газа.

В четвертом параграфе - «Оценка геоэкологической эффективности» на примере тех же котлов были выполнены расчёты по оценке значений уменьшения выбросов в атмосферу СО, N0 и снижения теплового загрязнения атмосферы при сжигании природного газа, по следующей методике: количество окиси углерода

Meo, выбрасываемого в, атмосферу котлом, уменьшается и определяется по формуле, кг/с: МСо = 0,001 Сс0 Вртт <l-q4/100);

CCo = q3RQp"/l,013; где: Ссо -¡удельный выброс окиси углерода при сжигании топлива на 1 мДж теплоты, г/мДж; q4 - потери тепла от механической неполноты сгорания, %; R -коэффициент, учитывающий потери вследствие химической неполноты сгорания.

Уменьшается и количество выделяемых окислов азота Мцо, которое определяется, rafe " ; '* MN0 = 0,001 Qp" ВрштКт;

где: Km ~ удельный выброс оксидов азота при сжигании топлива на 1 мДж

< *.. i

теплоты, г/мДж,-"для водогрейных котлов работающих на газе равен:

20 18

4 16

£ 14 § 12

1 10

8 s

5 о

1 / -а-КВ-ГМ 209,34 -♦-КВ-ГМ 116,3 -к- КВ-ГМ 58.15

Iг

•

- -

. —

0,3 0,5 - 0,7 0,9 ,-С повышение КПД, %

1,1

1,3

Рис. 4.5. Годовое уменьшение эмиссии N0 - - в зависимости от повышения КПД котла

Приводимые материалы достаточно ясно иллюстрируют технические и экологические возможности и эффективность охлаждения продуктов сгорания в водогрейных котлах типа КВ-ГМ при использовании спиральных вставок-турбулизаторов.

Представляется,-что удалось найти один из простых и эффективных элементов управляющих действий человека, позволяющих снизить возможность перехода антропогенных экосистем в зону стресса. Следует отметить, что модификация котельных установок, их частей в существенной степени оказывает влияние на состояние биотопов, их характеристик и опосредственно на биоценозы, исходя из

важнейшего экологического Принципа: «мыслить глобально - действовать локально».

Выводы

1. На базе анализа и обобщения литературных и фондовых источников по негативному воздействию теплоэнергетического комплекса РФ на важнейшею жизнеобеспечивающую геосферную оболочку - атмосферу, техническому состоянию эксплуатируемого в настоящее время котельному оборудованию выработаны геоэкологические принципы конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок.

2. На базе оценки методов повышения эффективности работы котельного оборудования обоснован перспективный, малозатратный способ повышения экологических и технических характеристик теплогенераторов путем интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева с помощью установки спиральных вставок-турбулизаторов;

3. Разработана и изготовлена лабораторная установка, составлена методика исследования, изучены экспериментальным путем тепловые и аэродинамические характеристики цилиндрических труб при установке внутрь спиральных турбулизаторов с различными геометрическими характеристиками, интенсифицирующих теплообмен;

4. Определены и экспериментально обоснованы расчетные теплотехнические и аэродинамические характеристики трубных конвективных поверхностей теплообмена с внутренними спиральными проволочными вставками-турбулизаторами. Получены обобщающие уравнения подобия для расчета теплообмена и аэродинамических сопротивлений цилиндрических труб со спиральными проволочными турбулизаторами с различным относительным шагом Б/СС, определена область их применения;

5. Разработана методика расчета воздухоподогревателей при установке внутрь труб спиральных вставок-турбулизаторов. На примере котлов серии КВ-ГМ расчетным путем произведена оценка повышения технико-экономического и экологического уровня эксплуатации котельного оборудования при установке спиральных турбулизаторов в трубы воздухоподогревателей. Экономический эффект за счет экономии топлива для мощности котла 209,34 кВт достигает 1027,7 тыс.рубУгод при увеличении КПД на 1,1%, снижение количества выбросов газообразных загрязнителей в атмосферу при этом составило: N0 - 14,4 т/год, СО -6,6 т/год, снижение прямых тепловых выбросов составило 12746 мВт/год; в определенной степени реализованы главенствующие положения -энергоэффективность и ресурсосбережение.

6. Установлено, что усовершенствование котлов на базе принятых геоэкологических принципов создает условия для функционирования городских экосистем в пределах гомеостатического плато за счет управляющих действий человека «в ПТС - котельные установки» путем снижения негативных воздействий на биотопы, прежде всего на атмосферу.

Основные результаты работы опубликованы в 8-ми научных статьях:

1. Саклаков И.Ю. Повышение эффективности работы теплогенераторов // Энергосбережение и водоподготовка. - 2005. № 1. - С.63.

2. Саклаков И.Ю., Потапов А.Д. Энергосберегающая теплоэнергетика как фактор обеспечения устойчивости атмосферы - важнейшей геосферной оболочки // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.- 2004. № 5. - С.62.

3. Саклаков И.Ю. Энергосбережение в котельной технике: Материалы второй международной седьмой межвузовской научно - практической конференции молодых ученых аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». - М.: МГСУ, 2004. - 274 с.

4. Саклаков И.Ю. Исследование аэродинамики при применении проволочных турбулизаторов в конвективных поверхностях теплогенераторов // Энергосбережение и водоподготовка. - 2004. № 2. - С.87.

5. Саклаков И.Ю., Потапов А.Д., Богомолова Т.Г., Гогина Е.С., Потапов П.А. Организационно - учебное обеспечение блочно - модульной схемы подготовки и переподготовки инженерных кадров «Спецстроя» РФ в области охраны природной среды, водоподготовки, и водоотведения: Материалы научно - практической конференции «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве». - М.: МГСУ, 2004. -139 с.

6. Саклаков И.Ю. Интенсификация теплообмена в дымогарных трубах отопительных теплогенераторов: Материалы пятой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности». - М.: МГСУ, 2002. - 296 с.

7. Саклаков И.Ю. Ходорыч А. Интенсификация теплообмена в дымогарных трубах отопительных теплогенераторов: Материалы 54-й научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов (часть 2).- С.-Петербург: СПбГАСУ (ЛИСИ), 2000.-148 с.

8. Саклаков И.Ю. Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах: Материалы межрегиональной конференции «Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса». - Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2000.

Лицензия ЛР № 020675 от 09.12.1997 г.

Подписано в печать 22.04.05 г. Формат 60X84 1/16 Печать офсетная И-61 Объем 1,5 пл. Тир. 100 Заказ 17

Московский государственный строительный университет. Экспресс-полиграфия МГСУ. 129337, Москва, Ярославское ш., 26.

19 MAh 2005

1296

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Саклаков, Игорь Юрьевич

Введение.

Глава 1. Теплоэнергетический комплекс РФ: состояние, влияние на жизнеобеспечивающие факторы окружающей среды и перспективы развития

1.1. Геоэкологическое влияние теплоэнергетического комплекса на загрязнение атмосферы и оценка топливного баланса.

1.2. Геоэкологическая оценка ТЭК в России и перспективы развития в нем ресурсосбережения.

1.3. Оценка технического уровня котлов, наиболее распространенных в практике теплоэнергетики.

1.4. Анализ методов повышения энергетической и экологической эффективности котлоагрегатов.

1.5. Модель гомеостатического функционирования котельной установки как природно-техногенной системы. Геоэкологичеиске принципы конструирования теплогенераторов.

Глава 2. Разработка методики исследования, его проведение на сконструированной экспериментальной установке, обработка полученных данных

2.1. Рассмотрение совокупности моделирования и подобия физических процессов.

2.2. Описание экспериментальной установки.

2.3 Схема и методика получения результатов испытаний на разработанной установке, используемые приборы, область исследования.

2.4. Обработка и анализ экспериментальных данных.

2.5. Оценка погрешностей всех измерений.

Глава 3. Результаты исследования тепловых и аэродинамических характеристик трубы со спиральными вставками-турбулизаторами

3.1. Методика обобщения опытных данных, результаты применения вставок-турбулизаторов.

3.2. Результаты обобщения опытных данных.

Глава 4. Геоэкологическая оценка результатов усовершенствованных котельных установок

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоэкологическое обоснование конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок"

Актуальность проблемы. Необходимость бережного отношения к природе, ее защиты понимали еще античные мыслители, да собственно национальные подходы к природопользованию практически всех народов мира полностью отвечали этому принципу. Ещё Эпикур утверждал «Не следует насиловать природу, следует повиноваться ей, необходимые желания выполняя, а также естественные, если они не вредят, а вредные - сурово подавляя» [1].

Из этого тезиса вытекает необходимость рационального природопользования, то есть такой системы деятельности, которая призвана обеспечить экологичное использование природных ресурсов и их воспроизводство с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей. Пользование природой, то есть всем материальным, энергетическим, информационным миром должно рассматриваться как необходимое и обязательное условие существования человеческого общества вообще, что особенно актуально в условиях развивающегося глобального экологического кризиса - ГЭК. Эту аббревиатуру некоторые экологи рассматривают уже как и «глобальную экологическую катастрофу». Конечно, это весьма мрачное толкование ситуации, но вероятность катастрофы весьма велика.

Современное человечество не может существовать без использования ресурсов планеты. Большинство из активно использующихся в различных отраслях производства, сельского хозяйства и жизнеобеспечения человека энергоресурсов относятся к невозобновляемым и близки к исчерпанию, что сильно усугубляет проблему нарастающей нехватки ресурсов. Самое серьезное значение, в связи с этим, имеет реализация программ ресурсосбережения. Само по себе ресурсосбережение - многоаспектная задача, но в целом его технология - это производство и реализация конечных продуктов с минимальным расходом вещества и энергии на всех этапах производственного цикла (от добывающих до «распределяющих» отраслей) и с наименьшим воздействием на природные экосистемы. Одновременно активно развивается и необходимость использования дополнительной низкопотенциальной энергии вторичных энергоресурсов. Важной в этом отношении является оценка энергетической эффективности - в соотношении между затрачиваемой энергией и полезным продуктом, получаемым при этом производстве. Как отмечает Т. Миллер, использовать высококачественную энергию, например, извлекаемую из ядерного топлива, например, для отопления помещений - «это все равно, что резать масло циркулярной пилой, или бить мух кузнечным молотом». Поэтому основным принципом использования энергии должно быть соответствие ее качества поставленным задачам [2].

Вся история существования человека, становление и развитие общества тесно связаны с извлечением и потреблением энергии от добычи и поддержания огня в первобытном обществе до мощных ТЭС, АЭС, ГЭС. Все потребности человека могут быть удовлетворены лишь при условии получения энергии: чем энергия доступнее, тем качество жизни человека выше, а ее продолжительность дольше. Это собственно один из базовых экологических законов - без энергии не может быть и жизни.

По А. Д. Потапову [1] все базовые отрасли промышленности, все виды деятельности по обеспечению качества жизни человека определяются уровнем развития энергетики. Практически во всех промышленно развитых странах темпы роста энергетических мощностей опережают темпы роста других отраслей деятельности. И при всем этом энергетика - один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду: на биотопы, биоценозы и человека как часть биосферы.

Энергетика оказывает влияние на всю биосферу и весьма значительно на геоэкологическую составляющую окружающей среды (на биотопы практически всех иерархических уровней). В планетарном масштабе на:

- атмосферу - потреблением кислорода, выбросом газов, влаги, золы, тепла, тепловым воздействием и т.д.;

- гидросферу - потреблением воды, созданием водохранилищ, сбросами загрязняющих и нагретых вод, жидких отходов и др.;

- литосферу (почвы и подстилающие грунты) - изменениями ландшафтов, потреблением ископаемых топлив всех видов, выбросами токсинов и т.д.

При рассмотрении как природных, так и антропогенных экосистем энергетика влияет на биоценозы (на биологическую составляющую): непосредственно воздействием загрязнителей на живые организмы и косвенно, через изменения абиотических факторов, что вызывает нарушения в функционировании управляющих связей в экосистемах [1].

Здесь уместно остановиться на соображениях Г.Н. Голубева, который пишет, что из глобальных геосфер простейшей на первый взгляд является атмосфера, в которой по сравнению с гидросферой, литосферой и биосферой количество элементов и связей существенно меньше. Однако в атмосфере развиваются кризисные ситуации общемирового значения возможно, потому, что чувствительность атмосферы к антропогенным воздействиям наивысшая именно вследствие её относительной простоты [3]. Восприимчивость атмосферы к различного рода воздействиям, а можно сказать её «ранимость» весьма значима для человека, который, как известно, без пищи может прожить около 3 - 4-х недель, без воды до 5 - 6-и дней, а без воздуха не более 4-х минут (!!!), а далее наступают необратимые процессы в мозге человека.

Предельное внимание к атмосфере, к её состоянию и составу вытекает из простого факта - жизнь на Земле в известных нам формах в атмосфере распространяется от Земной поверхности до озонового экрана, а это всего 0,4% радиуса планеты, а наиболее активно все жизненные формы сосредоточены в приземном слое атмосферы с оптимальными для них условиями, и это свою очередь составляет всего лишь 0,1% радиуса планеты. Любое мощное негативное воздействие может нарушить гомеостаз атмосферы и привести к необратимым последствиям. И в данном случае человек, реализуясь, в техногенезе преуспел далеко не положительным образом [1].

Вышесказанное тесно увязывается с проблемами извлечения энергии и её использования для существования современной человеческой цивилизации.

Естественно, что получение энергии и её использование не локализуется только в атмосфере, а непосредственным образом затрагивает литосферу при изъятии из неё энергоресурсов и при захоронении в ней отходов; гидросферу - при выработки энергии на гидроэлектростанциях; и даже биосферу, хотя бы тривиальным использованием возобновляемых энергоресурсов (дров, соломы и т.д.).

Практически установлено, что вступление в постиндустриальную фазу характеризуется стабилизацией во времени удельного потребления энергии. Это объясняется тем, что в этом случае удовлетворяются базовые потребности человека: защита от голода, холода, место работы и т. д. При этом серьезное значение имеют природные факторы: климат, площадь территории, рельеф, а также численность населения.

Наша страна по принятой классификации [1] относится к переходной группе стран, где практически достигнута демографическая стабилизация, но насыщение энергией еще не наступило.

Одна из важных обратных связей в системе «человек - климат» обусловлена зависимостью уровня потребления энергии от климатических условий и в первую очередь от температуры окружающего воздуха. Эта обратная связь позволит при определенных условиях учесть сбережения энергии (и ресурсов!) в результате развития процесса глобального потепления, а также за счет эффекта локального потепления - «тепловых островов» в районах крупных городских агломераций и зон сосредоточения индустриальных объектов. Важным обстоятельством в оценке экономии энергии даже в результате глобального потепления является то, что страны переходной группы, потребляющие почти 70% энергоресурсов, расположены в областях со среднегодовой температурой меньше 17°С. Это в целом в значительной степени будет сдерживать темпы энергосбережения, равно как и темпы получения энергоресурсов [1].

Бурное развитие городов сопровождается активным тепловым загрязнением, выбросами химических газообразных и жидких компонентов, тепла, золы, особенно в зонах выработки тепла, электроэнергии в индустриальных районах. Это все вместе взятое активно влияет на микроклимат городов, на метеорологическую обстановку в них.

Влияние долговременных тенденций энергопотребления имеет большое практическое значение, поскольку сроки строительства и эксплуатации энергетических объектов измеряются обычно многими десятилетиями [1] и это тем более важно, что все эти объекты обладают повышенным негативным воздействием на состояние природной среды, на функционирование экосистем и на качество жизни человека.

При постепенном возрождении в нашей стране промышленных предприятий с их возможным перепрофилированием и сохранением энергоемкости выпускаемой продукции без существенного совершенствования технологических процессов будет расти спрос на энергоносители. Если не будет жестких мер по экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на всех стадиях - от производства до потребления топлива и энергии, то удовлетворение этого спроса может оказаться невозможно ни физически, ни экономически. Влияние энергетики при производстве и потреблении тепла создает вполне четко определяемую негативную тенденцию - изменения геоэкологических факторов, о чем уже было упомянуто выше. Например, рост энергопотребления выявляет негативные факторы разного характера, среди которых наибольшую опасность представляет изменение климата от глобальных масштабов до микрорайона под влиянием выбросов углекислого и других «парниковых» газов при сжигании органического топлива - на данный момент основного энергоносителя.

Именно поэтому, принятая в РФ новая энергетическая стратегия -стратегия энергетической безопасности - первостепенное значение придает повышению эффективности использования ТЭР на всех стадиях - от производства до потребления. В настоящее время для подъема экономики в России исключительное значение приобретает последовательное проведение энергосберегающей политики. Сейчас как минимум 40-45% всех произведенных энергоресурсов в РФ расходуется неэффективно. По различным оценкам потери России от нерационального использования энергоресурсов составляют ежегодно около 40 млрд. долларов [4, 5]. Не последнюю роль в этом играет важнейшая подотрасль энергетики - теплоэнергетика. .

Одной из самых существенных областей производства и потребления энергии является жилищно-коммунальный сектор, то есть города и населенные пункты. Тепло производится обычно как на централизованных мощных теплоцентралях, так и в больших и малых котельных. Производство и потребление электроэнергии в задачи данного исследования не входило.

Использование котельных установок сопровождается различными воздействиями на биотопы, что корреспондирует с выше приведенными общими воздействиями энергетики на окружающую среду. Однако следует выделить некоторые важные аспекты:

- активное потребление ресурсов в виде энергоносителей, основная часть этих ресурсов относится к невозобновимым;

- недостаточное «изъятие» потенциальной энергии из природного топлива, то есть перевод части ресурсов в отходы; существенные теплопотери при передаче энергии от источника производства тепла к потребителю, что частично приводит к возникновению «тепловых островов» - зон теплового загрязнения окружающей среды; теплопотери из-за отсутствия нормальной системы качественного и количественного погодозависимого регулирования отпуска и потребления тепла, как у производителя, так и у потребителя тепла, в результате также не удается добиться комфортного режима в отапливаемом помещении;

- выбросы значительных объемов различных загрязнителей в элементы биотопов (состав и активность воздействия выбросов зависит от вида топлива и метода его использования);

- повышение качества производимого тепла тесно связано с повышением качества жизни человека, а также со снижением антропогенного натиска на биотопы и биоцинозы и в целом на экосистемы, в том числе природно -техногенные, строительные системы;

- разработки в области энерго- и ресурсосбережения в целом являются частью программ противодействия развитию глобального экологического кризиса.

Все вышеизложенное приводит к выводу: проблемы охраны природы и энерго-, ресурсосбережения имеют геоэкологический характер и являются исключительно актуальными, приобретая все большее значение из-за прогрессирующего истощения недр земли и, в первую очередь, топливно-энергетических ресурсов, а так же существенного загрязнения окружающей среды, в том числе при производстве и потреблении тепловой и электрической энергии. Таким образом, постановка задачи совершенствования и обновления энергогенераторов, повышения их эффективности относится к типичным геоэкологическим проблемам.

Практика показала, что унаследованная от СССР техника централизованного теплоснабжения не обеспечивает ожидаемого эффекта энергоресурсосбережения в жилищно-бытовом секторе и ее эффективность существенно уступает зарубежным образцам. Более того, частые аварии вследствие физического износа 20-30 летнего оборудования (потери в теплосетях за 2001 г - 30%) существенно повышают стоимость тепловой энергии. В настоящее время сжигание газа в большинстве котельных происходит с к. п. д. 82-90%. Повышение к. п. д. местных источников теплоснабжения на 1% может дать ежегодную экономию условного топлива на 2-3 млн. т. [6]. Поэтому улучшение энергетических показателей котлов, увеличение их эксплуатационной надежности и долговечности за счет совершенствования конструкции отдельных узлов и тем более разработки новых перспективных типов котлов, весьма актуальны и имеют важное экологическое, хозяйственное и социальное значение.

В целом анализ системы энергоснабжения и прежде всего снабжения теплом потребителей как в сфере производства, так и жилищно - коммунальном и социальном секторе показывает насущность проблемы экономии тепла как при его производстве, транспорте, так и при его потреблении. Проведенный также анализ состояния отечественных отопительных котлов и существующих способов интенсификации теплообмена в них показал, что возможности совершенствования этих котлов далеко не исчерпаны. Посредством интенсификации теплообмена можно многократно повысить коэффициент теплоотдачи и значительно улучшить массогабаритные характеристики теплообменного оборудования и энергоустановки в целом.

Одним из методов повышения КПД котлов является искусственная интенсификация теплообмена между продуктами сгорания и тепловоспринимающей поверхностью в воздухоподогревателях, экономайзерах, дымогарных трубах котла за счет установки различных проволочных турбулизаторов - дешевых и простых в изготовлении и установке, легких и мобильных в управлении.

Вышеизложенное приводит к возможности формулирования рабочей гипотезы диссертации, которая заключается в следующем: на базе ряда выделенных геоэкологических принципов разработать конструкцию энергоэффективного, ресурсосберегающего теплогенератора с соответствующим теоретическим, экспериментальным и практическим боснованием.

В настоящей работе с целью повышения эффективности теплопроизводящих систем с одновременным снижением потребления энергоресурсов сделана попытка увеличения энергоэффективности котлов с помощью разработки метода искусственной интенсификации теплообмена в дымогарных трубах, в зоне расположения воздухоподогревателей и экономайзеров котельных установок. Это определяет конкретный объект исследований.

Реализация рабочей гипотезы должна послужить предпосылкой существенного повышения экологичности систем получения и потребления тепла, при существенном повышении энергоэффективности и ресурсосбережения, что относится к важным геоэкологическим задачам, решение которых повышает гомеостаз как природных, так и техноприродных экосистем (к примеру городов), населенных пунктов и ряда производств.

Цель и основные задачи. Цель диссертации - на базе геоэкологических принципов экспериментально разработать энергоэффективные, ресурсосберегающие котельные установки с помощью искусственного способа интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева котлоагрегатов для достижения экономии топлива и снижения выбросов загрязнителей в биотопы антропогенных экосистем.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- выработка геоэкологических принципов разработки и конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котлоагрегатов; анализ геоэкологической обстановки в РФ и ее негативных изменений в / такой жизнеобеспечивающей геосферной оболочке, как атмосфера, под влиянием теплоэнергетического комплекса;

- - в рамках решения общих геоэкологических проблем выявление возможности сбережения энергоресурсов в теплоэнергетике как больших, так и малых ее производственных мощностях;

- оценка повышения геоэкологической, энергетической и экономической эффективности теплотехнического оборудования , при применении предложенного способа интенсификации теплообмена с учетом уменьшения расхода топлива и объема выбросов загрязнителей в элементы биотопа антропогенных экосистем и прежде всего в атмосферу;

Методика выполнения исследований. Анализ литературы и фондовых источников по задачам энергоэффективности и ресурсосбережения при выработке и использовании энергии в антропогенных экосистемах в рамках общей геоэкологической проблемы - обеспечения гомеостаза экосистем за счет стабилизации биотопов и снижения негативного воздействия на них энергоустановок с целью выработки принципов их конструирования теплогенераторов в геоэкологически безопасном режиме. Аналитическое обобщение отечественных и зарубежных исследований в области повышения эффективности теплообмена в различных элементах котельных установок. Экспериментальное исследование на разработанной лабораторной установке. Результаты обработки полученных опытных данных подвергались сравнительному анализу с опубликованными данными отечественных и зарубежных исследований. На базе эксперимента получены аналитические зависимости с оценкой степени их достоверности, обеспеченной корректностью поставленной задачи, обоснованным выбором метода исследования и конструкции лабораторной установки. Экспериментальные исследования проводились с помощью приборов, отвечающих действующим нормативным документам и стандартам РФ. Всего было проведено 60 опытов, при которых получены конкретные значения экспериментальных данных. Конкретные численные значения полученных экспериментальных данных и предлагаемых расчетных зависимостей контролировались сходимостью с опубликованными данными исследований процессов с близкими характеристиками.

Научная новизна работы.

- разработаны и теоретически обоснованы методики интенсификации теплообмена, исследована аэродинамика газовых потоков в конвективных поверхностях котлов в целях сбережения энергоресурсов за счет повышения теплоотдачи как способа обеспечения геоэкологической безопасности теплогенерирующих установок; теоретически обоснована, экспериментально и практически подтверждена возможность и целесообразность повышения экологического и технико-экономического уровней теплогенераторов;

Основные защищаемые положения диссертации:

4. Получены расчетные зависимости и методики расчета аэродинамики газовых потоков и теплообмена в конвективных поверююстях нагрева при применении спиральных турбулизаторов, область их применения.

Практическая значимость диссертации. Теоретически обоснованное, проверенное расчетами и практикой проектное решение, базирующееся на интенсификации теплообмена в конвективных и хвостовых поверхностях нагрева теплогенераторов с помощью проволочных турбулизаторов, позволяет существенно повысить энергоэффективность котлоагрегата (при мощности 209,34 кВт повышение КПД до 1,2%), что приводит соответственно к экономии топлива котельными установками и к положительным эффектам снижения теплового загрязнения и уменьшения объемов выбросов в атмосферу токсичных продуктов сгорания топлива.

По результатам диссертации спроектированы вставки - турбулизаторы в конвективную часть водогрейных, жаротрубно-дымогарных котлов типа КВа мощностью 0,25 - 2,5 мВт, с температурой воды до 115 °С. В настоящее время ООО «ЭКОЛОГИЯ - ТЕРМО» наладило серийное производство данных котлов для нужд отопления как жилищно-бытового так и производственного секторов. КПД данных котлов достигает 92%.

Рекомендации по практическому применению способа интенсификации теплообмена с помощью проволочных турбулизаторов» подготовлены к опубликованию, а их материалы используются в учебном процессе кафедр «Инженерная геология и геоэкология» и «Теплотехника и котельные установки» МГСУ.

Апробация диссертации: Основные результаты докладывались на:

- 54-й научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов Санкт-Петербург, СПбГАСУ (ЛИСИ), 2000;

- межрегиональной конференции «Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса». - Ставрополь, Сев-КавГТУ, 2000;

- пятой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. - Москва, МГСУ, 2002;

- второй международной (седьмой традиционной) научно - практической конференции молодых ученых аспирантов и докторантов. - Москва, МГСУ, 2004.

Основные результаты работы опубликованы в 8-ми научных статьях:

3. Саклаков И.Ю. Энергосбережение в котельной технике // Строительство - формирование среды жизнедеятельности: Материалы второй международной седьмой межвузовской научно - практической конференции молодых ученых аспирантов и докторантов. - М.: МГСУ, 2004. - 274 с.

4. Саклаков И.Ю., Потапов А.Д., Богомолова Т.Г., Гогина Е.С., Потапов П.А. Организационно - учебное обеспечение флочно - модульной схемы подготовки и переподготовки инженерных кадров «Спецстроя» РФ в области охраны природной среды, водоподготовки, и водоотведения: Материалы научно - практической конференции «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве». - М.: МГСУ, 2004. - 139 с.

5. Саклаков И.Ю. Исследование аэродинамики при применении проволочных турбулизаторов в конвективных поверхностях теплогенераторов // Энергосбережение и водоподготовка. - 2004. № 2. - С.87.

6. Саклаков И.Ю. Интенсификация теплообмена в дымогарных трубах отопительных теплогенераторов // Строительство - формирование среды жизнедеятельности: Материалы пятой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. - М.: МГСУ, 2002. - 296 с.

8. Саклаков И.Ю. Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах // Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса: Материалы межрегиональной конференции. - Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2000.

Автор благодарит преподавателей А. И. Воронина, Н. И. Стоянова,

В.А. Костина|, Гейвандова И.А. и всех сотрудников кафедры «Теплотехника» СевКавГТУ, вложивших духовные силы в моё образование, где получил профессию инженера и начал заниматься научными исследованиями. Автор выражает глубокую благодарность своему первому научному руководителю, ныне покойному, профессору д. т. н. [Б.А. Пермякову], заложившему основу исследований. Искренняя признательность научному руководителю зав. каф. ИГиГЭ МГСУ профессору д. т. н. А.Д. Потапову за огромную помощь, моральную поддержку, приложившему усилия к завершению диссертации, отдельная благодарность научному консультанту зав. каф. ТКУ МГСУ профессору д.т.н. П.А. Хаванову за ценные советы. Автор благодарит всех сотрудников кафедр «Инженерная геология и геоэкология» и «Теплотехника и котельные установки» МГСУ за помощь, ценные замечания и советы, позволившие подготовить диссертацию к защите.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Саклаков, Игорь Юрьевич

120 Выводы

1. На базе анализа и обобщения литературных и фондовых источников по негативному воздействию теплоэнергетического комплекса РФ на важнейшею жизнеобеспечивающую геосферную оболочку - атмосферу выработаны геоэкологические принципы конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок.

2. На базе оценки технического состояния эксплуатируемого в настоящее время оборудования, методов повышения эффективности работы котельного оборудования обоснован перспективный, малозатратный способ повышения экологических и технических характеристик теплогенераторов путем интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева с помощью установки спиральных вставок-турбулизаторов;

4. Определены и экспериментально обоснованы расчетные теплотехнические и аэродинамические характеристики трубных конвективных поверхностей теплообмена с внутренними спиральными проволочными вставками-турбулизаторами. Получены обобщающие уравнения подобия для расчета теплообмена и аэродинамических сопротивлений цилиндрических труб со спиральными проволочными турбулизаторами с различным относительным шагом S/d, определена область их применения;

5. Разработана методика расчета воздухоподогревателей при установке внутрь труб спиральных вставок-турбулизаторов. На примере котлов серии КВ-ГМ расчетным путем произведена оценка повышения технико -экономического и экологического уровня эксплуатации котельного оборудования при установке спиральных турбулизаторов в трубы воздухоподогревателей. Экономический эффект за счет экономии топлива для мощности котла 209,34 кВт достигает 1027,7 тыс.руб/год при увеличении КПД на 1,1%, снижение количества выбросов газообразных загрязнителей в атмосферу при этом составило: N0 - 14,4 т/год, СО - 6,6 т/год, снижение прямых тепловых выбросов составило 12746 мВт/год; в определенной степени реализованы главенствующие положения - энергоэффективность и ресурсосбережение.

122

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Саклаков, Игорь Юрьевич, Москва

1. Потапов А.Д. Экология. М.: Высш. шк., 2002. - 446 с.

2. Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. -М., 1993. Т. 1.

3. Голубев Г.И. Геоэкология. М.: ГЕОС, 1999. - 155 с.

4. Пермяков Б. А., Пермяков А.Б., Кононович Ю. В., Волков В. Н., Кузнецова С. А. Энергосбережение в строительстве: ситуация, проблемы, рекомендации, перспективы. Ухта: УГТУ, 2002. - 71 с.

5. Ресурсосбережение и альтернативное топливо: Сб. науч. -тр./ МГСУ, НПП «Экология Энергетика» / Отв. ред. Пермяков Б.А. - М., 2001. - 80 с.

6. Гейвандов И.А., Стоянов Н.И., Бушнев Н.Г., Эдельштейн М.Д. Эффективность систем децентрализованного теплоснабжения в современных условиях. Ставрополь: СГТУ, 1999.

7. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. // Теплоэнергетика. 2002. - №1.

8. Белевицкий A.M. Энергия плюс экология как решить две проблемы в комплексе // Промышленная энергетика. 2001. - №3 - 50 с.

9. Закиров Д.Г., Кукушкин В.М. проблемы охраны атмосферы на предприятиях угольной промышленности: обзор. -М.: ЦНИЭИуголь, 1993.

10. Борщов Д.Я., Воликов А.Н. Защита окружающей среды при эксплуатации котлов малой мощности. М.: Стройиздат, 1987. - 156 с.

11. И.Терентьев В.Д., Серов А. Ф., Лесниковский JI. А. Повышение экономичности отопительных стальных водогрейных котлов // Энергомашиностроение. 1975. - №8. - с. 33-36.

12. Потапов А.Д., Пермяков Б.А., Орлова Н.Ю., Душкин О.В. Некоторые вопросы экологии атмосферы и защиты её от разрушения. М., 1991.

13. Иванов Е. А., Хамьянов JI. П. Допустимая вероятность и масштаб тяжелой аварии на АЭС.// Атомная энергия. -1998. №2. - с. 107-113.

14. Кривохатский А.С. Проблема радиоактивных отходов // Природа. -1989.-№5.

15. Крейнин Е.В., Михалина Е.С. Выбросы в атмосферу в электроэнергетике. Часть 1 // Экология и промышленность России. 2002. -№2. - 9 с.

16. Крейнин Е.В., Михалина Е.С. Выбросы в атмосферу в электроэнергетике. Часть 2. Твердые частицы // Экология и промышленность России.-2002.-№3.

17. Израэль Ю.А. Кислотные дожди. JL, 1989.

18. Сергеев П.А., Оголихина Н.Ф. Газообразное топливо и современные экологические проблемы. М.: ВНИИЭгазпром, 1990. - 32 с.

19. Пермяков Б.А. Повышение экономичности и экологического уровня котельных установок на основе внедрения неметаллических элементов / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1990.-270 с.

20. Вяхирев Р.Н. РАО «Газпром»: состояние и перспективы развития // Минеральные ресурсы России. 1993. - №3. - с. 8-11.

21. Юсуфьев И. Стабилизировать добычу газа // Нефтегазовая вертикаль. -2001.-№18.-с. 17-20.

22. Котлер В.Р., Беликов С.Е. Промышленно отопительные котельные: сжигание топлив и защита атмосферы. - СПб.: Энерготех, 2001. - 272 с.

23. Евстрахин В.А., Прокофьева JI.M., Кошелев А.П. Минеральные ресурсы России. Выпуск 2. Топливно энергетическое сырье - нефть, природный газ, уголь, уран, горючие сланцы, торф. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1997. - 89 с.

24. Ильюшина А.В., Панов Д.А. Перспективы использования сжиженного природного газа и газовых смесей // Промышленная энергетика. 2003. - №2. -с. 32.

25. Гуртовцев A.JI. Запасы и пределы производства энергии на земле // Промышленная энергетика. 2002. - №11 - 44 с.

26. Яновский А.Б., Мастепанов A.M., Бушуев В.В., Троицкий А.А.^ Макаров А.А. Основные положения Энергетической стратегии России на период до 2020 г.// Теплоэнергетика. 2002. - №1.

27. Медоуз Д. Пределы роста. М.,1991.

28. Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития. М.: Наука, 1987.

29. Печчеи А. Человеческие качества. М., 1985.

30. Кондратьев К.Я. Новые оценки глобальных изменений климата. М., 1990. Т. 1-2.

31. Зубаков В.А. Историко экологическая модель эволюции и сценарии будущего в свете научного наследия В.И. Вернадского// Межд. семинар. Проблема устойчивого развития России в свете научного наследия В.И. Вернадского. М., 1997.

32. Рейменс Н.Ф. Природопользование. М.: Мысль, 1990.

33. Одум Ю. Экология. М., 1986. Т. 1 - 2.

34. Швейцер А. Благоговение перед жизнью. М., 1992.

35. Яншин А.Л., Мелуа А.И. Уроки экологических просчетов. М.: Мысль, 1991.

36. Еремкин А.И., Квашнин И.М., Юнкеров Ю.И. Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. М.: изд. АСВ, 2000. - 176 с.

37. Пермяков Б.А., Курбанов Х.К., Зорин В.А., Корняков А.Б. О рациональном использовании топлива в стальных паровых и водогрейных котлах // Известия АН ТССР. 1987. - №5. - с. 20-24.

38. Курбанов Х.К., Пермяков Б.А., Курбанов Б.К., Пермяков А.Б., Охрана воздушного и водного бассейнов от выбросов теплогенерирующих установок/ Отв. ред. Чарыев А.Ч. Ашгабад: Ылым, 1994. - 248 с.

39. Проценко В.П. Концепция перевода энергетики России на ресурсосберегающий путь развития // Энергосбережение и водоподготовка. -2003.-№1.-с. 13-23.

40. Энергетическая политика России на рубеже веков. Том 1. М.: Минэнерго, 2001.

41. Основные положения энергетической программы СССР на длительную перспективу. -М., 1984.

42. Реутов Б.Ф., Семенов В.Г., Наумов А.Л., Пыжов И.Н., Муравьев В.В., Липатов В.Б., Абрамченко А.П., Некрасов А.С., Воронина С.А. Теплоснабжение РФ. Пути выхода из кризиса. Книга 1. М.: Минпромнауки РФ, 2002.

43. Решетов В.И., Семенов В.А., Лисицин Н. В. Единая энергетическая система России на рубеже веков. М.: Изд. НЦ ЭНАС, 2002.

44. Зингер Н.М., Белевич А.И. Развитие теплофикации в России // Электрические станции. 1999. - №10.

45. Бушнев В.В., Воропай Н.И., Мастепанов A.M., Шафраник Ю.К. и др. Энергетическая безопасность России. Новосибирск: Наука, 1998.

46. Бритвин О.В., Берсенев А.П. Некоторые основные итоги работы ТЭС АО-Энерго в 1999г.// Электрические станции. 2000. - №6.

47. Перевозчиков А.О. Наращивать производство электроэнергии или сократить её потребление //Энергетическое строительство. 1994. - №8.

48. Котлер В.Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 320 с.

49. Хрилеев Л. С., Ковылянский Я. Л., Демина Л. А. Определение эффективности и масштабов применения теплофикации в новых условиях формирования структуры топливо-энергетического комплекса СССР // Теплоэнергетика. 1983. - №8. - с. 2-6.

50. Журавлев В.П., Серпокрылов Н.С., Пушенко С.Л, Охрана окружающей среды в строительстве. М.: изд. АСВ, 1995 - 328 с.

51. Рихтер Л.А. Тепловые электрические станции и защита атмосферы. -М.: Энергия, 1975. 120 с.

52. Рихтер Л.А., Волков Э.П., Покровский В.П. Охрана водного и воздушного бассейна от выбросов ТЭЦ. М.: Энергия, 1981.

53. Беликов С.Е., Котлер В.Р. Малые котлы и защита атмосферы. Снижение вредных выбросов при эксплуатации промышленных и отопительных котельных. М.: Энергоатомиздат, 1996. - 128 с.

54. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Д.: Недра, 1988.

55. Цирульников JI.M. Подавление токсичных продуктов сгорания природного газа и мазута в котельных агрегатах. М.: ВНИИЭгазпром, 1977.

56. Нижник С.С., Лавренцов Е.М. Влияние рециркуляции дымовых газов на образование окиси азота // Окислы азота в продуктах сгорания топлива. -Киев: Наукова думка, 1981.

57. Сигал И.Я., Косинов О.И., Дубошин А.Н., Нижник С.С. Повышение эффективности методов снижения образования оксидов азота в топках котлов // Теплоэнергетика. 1986. - №7.

58. Хаванов П.А. Автономная система теплоснабжения альтернатива или шаг назад? //АВОК. - 2004. - №1. - с. 34-37.

59. Пермяков Б.А., Корняков И.Б. Повышение эффективности работы источников теплоснабжения. -М.: МИСИ, 1987. 120 с.

60. Пермяков Б.А. Новые водогрейные котлы большой производительности // Энергетик. 1974. - №12. - с. 26-29.

61. Справочник эксплуатационных газифицированных котельных. Л.: Недра, 1988.

62. Бузников Е. Ф., Роддатис К. Ф., Берзиныл Э. Я. Производственные и отопительные котельные. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 248 с.

63. Жирнов Н.И., Пермяков Б.А. Источники тепла в системах теплоснабжения. М.: МИСИ, 1974. - 74 с.

64. Водогрейные котлы теплопроизводительностью 10, 20 и 30 Гкал/ч для работы на жидком, газообразном и твердом топливах: Информационные материалы. Л.: ЦКТИ, 1970.

65. Рекомендации по применению и эксплуатации водогрейных котлов теплопроизводительностью 4 и 6,5 Гкал/ч / Под ред. В.Д. Терентьева. Д.: ЦКТИ, 1970.

66. Делягин Г.И., Лебедев В.И., Пермяков Б.А. Теплогенерирующие установки. М.: Стройиздат, 1986. - 560 с.

67. Роддарис К.Ф. Котельные установки. М.: Энергия, 1977. - 432 с.

68. Роддатис К.Ф., Соколовский Я.Б. Справочник по котельным установкам малой мощности. М.: Энергия, 1975. - 386 с.

69. Антонов А.Я. Котельно топочная техника // Сер. Котельные установки и водоподготовка. Итоги науки и техники. - М.: ВИНИТИ, 1982. -126 с.

70. Барсенов А.П., Петров И.В., Копейкин А.А., Басурин В.Ф. Результаты эксплуатации и испытаний водогрейных котлов КВ-ГМ-100 при работе на механических и паромеханических форсунках // Энергетика. 1983. - №4. - с. 16-18.

71. Марголин М. А., Богданов Н.Ф. Отопительный котел "Братск" // Водоснабжение и санитарная техника. 1980. - №9. - с.14-16.

72. Борщов Д.Я. Устройство и эксплуатация отопительных котельных малой мощности. М.: Стройиздат, 1982. - 360 с.

73. Ковригина О.Е. Интенсификация теплообмена в конвективных поверхностях нагрева отопительных котлов малой мощности: Диссертация. -Волгоград, 1991.- 168 с.

74. Стальные водогрейные котлы (до ЗГкал/ч), работающие на газообразном и жидком топливе / Аронов И.З., Макаров А.С., Меняйло А.Ф. и др.: Обзор. -М.: ВНИИЭСМ, 1975. 44 с.

75. Кунахович А. И., Сараф Б. А. Перспективы развития и совершенствования трубных стальных водогрейных котлов малой мощности // Водоснабжение и санитарная техника. 1976. - №10. - с. 24-28.

76. Басин Г.Л. Современное состояние и перспективы развития отопительной техники за рубежом. Сер. 10. М.: ВНИИЭСМ, 1984. - Вып. 3. -45 с.

77. Чарыев А.Ч., Аразмедов Б.А., Таиров Б.Д. Расчет экономичности котла с контактным теплообменником при работе на газе // Промышленная энергетика. 1990. - №9. - с. 30-31.

78. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. -М. Л.: Энергия, 1966. - 184 с.

79. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982.-472 с.

80. Жукаускас А.А., Уменскас Р.В., Марцинаускас К.Ф. Влияние гометрии пучка труб на местную теплоотдачу в критической области обтекания // Тр. АН ЛитССр. Сер. Б. 1975. - №6. - с. 115-125.

81. Иванова И.М. Исследование ошипованных поверхностей нагрева газовых теплогенераторов малой мощности: дис. . канд. техн. наук. -Куйбышев, 1975.- 197 с.

82. Латышевский А.С., Соколов В.Г., Сычев В.М. Исследование теплоотдачи и сопротивления пучков труб с цилиндрической ошиповкой при малых числах Рейнольдса обтекающего потока // Теплоснабжение и тепломассообмен. Ростов н/Д, 1977. - с. 63-71.

83. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия. Ленинградское отделение, 1980. 144с.

84. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В. Теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом. Казань: Изд. Казанского гос. техн. унта, 1999.- 174 с.

85. Кремнев О.О. Достижение теплообмена при инфразвуковых и звуковых колебаниях гладких и оребренных поверхностей в неподвижной жидкости // Теплообмен и гидродинамика. 1964. - с. 86-94.

86. Кузьма-Кичта Ю.А. Методы интенсификации теплообмена. М.: Изд-во МЭИ, 2001.- 112 с.

87. Мусави Н.С.-М. Интенсификация конвективного теплообмена. Конструктивная реализация и оценка эффективности: Дис: . канд. техн. наук. -М, 1995.- 161 с.

88. Калинин Э.К., Дрейцгер Г.А., Ярко С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1972. - 220 с.

89. Пучков П.И. Влияние шероховатости на теплопередачу пучков труб в поперечном потоке // Котлотрубостроение. 1948. - №4 - с. 5-6.

90. Локшин В.А., Лисейкин Н.Д. Исследование и расчет аэродинамики мембранных конвективных поверхностей нагрева // Теплоэнергетика. 1971 -№9 -с. 35-37.

91. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. - 214 с.

92. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. 2-е изд. М.: Высшая школа 1973.

93. Кирпичев М.В., Михеев М.А. Моделирование тепловых устройств. -М.: Изд-во АН СССР, 1936.

94. Рублев В.И., Судакова Т.В., Саклакова Е.В. Основы научных исследований: Учебное пособие. Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. - 200 с.

95. Трембовля В. И., Фингер Е. Д., Авдеева А. А. Теплотехнические испытания котельных установок / М.: Энергия, 1977.

96. Вопросы конвективного и радиационно-кондуктивного теплообмена / Под ред. Б.С. Петухова. М.: Наука, 1980. - 316 с.

97. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

98. Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод). Л.: Энергия, 1972. - 212 с.

99. Антуфьев В.М. Теплопередача и сопротивление конвективных поверхностей нагрева. М.: Наука, 1968. - 86 с.

100. Антуфьев В.М., Белецкий Г.С. Теплопередача и аэродинамическое сопротивление трубчатых поверхностей в поперечном потоке. М.: Машгиз, 1948.- 123 с.

101. Ленх X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972. - 220с.

102. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент.: Справочник / Под. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 560 с.

103. Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

104. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979.-415 с.

105. Теплотехнический справочник под общ. ред. В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева. В 2-х томах. Т.2 изд.2-ое переработанное. М.:"Энергия", 1976г. 896 с.

106. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1975.-360 с.

107. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок. М.: Изд. Литературы по строительству, 1967. - 292 с.

108. Либерман Н.В., Нянковская М.Т. Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения. М.: Энергия, 1979.-224 с.

109. Бошняк Л.Л. Измерения при теплотехнических испытаниях. Л. Машиностроение, 1974. - 488 с.

110. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. -М.: Энергия, 1978.

111. Мурин Г. А. Теплотехнические измерения. М.: Энергия, 1979.

112. Чистяков Б.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Выс. школа, 1972. - 102 с.

113. Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений. -М.: МГТЛ, 1973.-250 с.

114. Инженерная экология. Общий курс. В 2-х т. Т. 1. Теоретические основы инженерной экологии: Учеб. Пособие для втузов / Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. / Под ред. И.И. Мазура. М.: ВысШ. шк., 1996. - 637 с.

115. Инженерная экология. Общий курс. В 2-х т. Т. 2. Справочное пособие / Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. / Под ред. И.И. Мазура. -М.: Высш. шк., 1996. 655 с.

116. Осипов В.И. Геоэкология междисциплинарная наука о экологических проблемах геосфер // Геоэкология. - 1993. - №1.

117. Сараф Б.А. К расчету надежности водогрейных котлов малой мощности // Промышленная энергетика. 1978. - №8. - с. 11-13.

118. Карауш С.А., Хуторной А.Н. Теплогенерирующие установки сис^зм теплоснабжения: Учебное пособие. Томск: ТГАСУ, 2003. - 161 с.

119. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 183 с.

120. Митропольский 3. Л., Чарыев А.Ч. Повышение экономичности и уменьшение вредных выбросов на ТЭС при использовании тепла уходящих газов в контактных водо- и воздухоподогревателях: Обзорная информация. -М.: Информэнерго, 1983.

121. Корняков А.Б., Рамадан А. Эл. Ш. Воздухоподогреватели со стеклянными трубами // Водоснабжение и санитарная техника. 1994. - №3.

122. Добряков Т.С., Мигай В.К., Новожилов И.Ф., Назаренко B.C. Воздухоподогреватели котельных установок. JL, Энергия, 1977. - 250 с.

123. Магадаев В.Ш., Пермяков Б.А. Воздухоподогреватели паровых котлов. М.: Энергоатомиздат, 1996. - 144 с.

124. Лебедев В.И., Пермяков Б.А., Хаванов П.А. Расчет и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения. М.: Стройиздат, 1992.-360 с.

125. Аксенов А.К., Курбанов Х.К., Пермяков Б.А., Сугиров Д.У. Использование высокоэффективных турбулизаторов в стеклянных трубчатых воздухоподогревателях: Тезисы Международной научно-технической конференции. Актау, 1996. - с. 344-345.

126. Байрашевский Б.А. Повышение надежности работы трубчатых воздухоподогревателей // Теплоэнергерика. 1981. - №5. с. 37-40.

127. Лошкин В.А., Павленко В.И., Пермяков Б.А., Талдыкин К.М. Применение горизонтальных воздухоподогревателей обращенного типа // Энергетик. 1971.-№2.-с. 31-33.

128. Волков Ю.Г. Диссертация: Подготовка, защита, оформление: Практическое пособие. М.: Гардарики, 2003. - 185 с.

129. Smith R.Z. Elements of Ecology. New York, 1992.

130. Webb R.L., Eckert E.R.G., Goldstein. Heat Transfer and friction in tubes with Repeated-Rib Roughness. Internat. J. Heat Mass. Transfer, 1971. - vol. 14.

131. Townes H.W., Sabersky R.M. Experiments on the Flow over a Rough Surface. Internat. J. Heat Mass. Transfer, 1966. - vol. 8.

132. Утверждаю: Директор ология-Термо» Берест В.В. 06.04.2005 гяие ученой1. Состав комиссии:

133. Зам. директора по проектированию1. Коновалов И.П.

134. Рассмотрены результаты практического внедрения диссертационного исследования Саклакова И. Ю. по вопросу повышения экологических и энергетических характеристик котельного оборудования путем интенсификации теплоотдачи вставками турбулизаторами:

135. Разработки и научно практические рекомендации диссертационной работы использованы предприятием при производстве жаротрубных котлов мощностью от 0,25 до 2,5 мВт.

136. Внедрение заключалась в установке в дымогарные трубы конвективной части котлов спиральных вставок турбулизаторов с геометрическими характеристиками рекомендованными Саклаковым И.Ю.

137. Зам. директора по проектированию1. Коновалов И.П.

Информация о работе

Саклаков, Игорь Юрьевич
кандидата технических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геоэкологическое обоснование конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы