Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат наук Батраков, Пётр Андреевич

• Батраков, Пётр Андреевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Батраков, Пётр Андреевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ состояния вопроса, обзор конструкций, классификация газотрубных котлов

1.2 Методы интенсификации теплообмена

1.3 Теплоперенос в топках

1.3.1 Зональные методы расчета теплообмена в топках котлов

1.3.2 Интегральные методы расчета теплообмена в топках котлов

1.3.3 Дифференциальные методы расчета теплообмена в топках котлов

1.4 Методы расчета турбулентных течений

1.5 Методы расчета горения в энергетических установках

1.6 Численные методы расчета

1.7 Цель и задачи исследования

Глава 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАГИРУЮЩЕЙ СРЕДЫ

2.1 Формирование кинетических схем

2.2 Математическая модель для численных расчетов турбулентного горения

2.3 Применение метода Монте-Карло к задачам теплообмена излучением

2.4 Расчет радиационного теплового потока

2.5 Образование оксидов азота при сжигании газообразного топлива

2.6 Расчет конвективных поверхностей нагрева

2.7 Реализация методики расчета

2.8 Определение методической погрешности расчетов

2.9 Верификация результатов численного расчета потока реагирующих газов

2.10 Выводы

Глава 3 РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В СРЕДЕ РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВ

3.1 Изучение влияния формы поперечного сечения топки на тепловые характеристики

3.2 Изучение влияния геометрических размеров топки с поперечным

сечением в форме вертикального эллипса на тепловые характеристики

газотрубного котла

3.3 Изучение влияния поперечных ребер в топочном объеме у топок с поперечным сечением в форме вертикального эллипса на тепловые

характеристики газотрубного котла

3.4 Выводы

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ТОПКЕ ГАЗОТРУБНОГО КОТЛА

4.1 Организация исследовательских работ

4.2 Описание исследовательских работ по экспериментальному изучению процессов течения и теплопереноса в топке газотрубного котла

4.2.1 Описание экспериментальной установки

4.2.2 Методика измерений и расчетов

4.2.3 Анализ результатов испытаний

4.3 Погрешности измерений

4.3.1 Определение погрешностей прямых измерений

4.3.2 Определение погрешностей косвенных измерений

4.4 Выводы

Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ РАСЧЕТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ КОНСТРУКЦИИ ТОПКИ ГАЗОТРУБНОГО КОТЛА

5.1 Общие принципы и критерии экономической эффективности инвестиционных проектов

5.2 Обоснование критериев оптимизации и определение рациональных значений технико-экономических показателей работы газотрубного котла

5.3 Расчет интегральных показателей экономической эффективности

5.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список условных обозначений

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. При развитии газоснабжения России в малой энергетике все шире применяются газотрубные котлы малой и средней мощности, способствующие высокой степени автоматизации технологического процесса, обладающие простой конструкцией и не требующие больших материальных затрат на монтаж и дальнейшее обслуживание при эксплуатации. В связи с этим необходимо создание высокоэффективного котла малой мощности.

К процессу теплопереноса в топках данных котлов предъявляются высокие требования. Для правильной его организации необходимо владеть разноплановой информацией по процессам горения и теплообмена, что заставляет использовать современные программы, применяемые для анализа теплового потока.

Основные требования при создании газотрубных котлов - это обеспечение рациональных массогабаритных характеристик при максимальной теплопередающей поверхности, разделяющей смесь газов и рабочий теплоноситель. Одной из основных частей газотрубного котла является его топка, которая занимает достаточно большой объем. В настоящее время известно достаточно много методов интенсификации тепломассообмена, но в основном все они используются в конвективных пучках труб. Профилированные топки с установленными в них интенсификаторами мало изучены. Данные по результатам экспериментальных и теоретических исследований процессов в подобных конструкциях отсутствуют. Следовательно, обозначенная тема научных исследований актуальна.

Целью диссертационного исследования является повышение энергоэффективности газотрубного котла за счет интенсификации тепломассопереноса в топке.

Объектом исследований является топка сложного профиля газотрубного котла.

Предметом исследования являются процессы тепломассопереноса в топках с различными геометрическими формами поперечного сечения газотрубного котла.

Задачи исследования:

1. Разработать методику расчета газотрубного котла с учетом процессов лучистого и конвективного теплообмена в топке некруглого профиля с использованием дифференциального метода расчета кинетического горения газообразного топлива и балансового метода с учетом условий теплоотдачи на внешней поверхности стенки.

2. Выполнить сравнительный анализ тепловой эффективности топки некруглых профилей с топкой с поперечным круглым сечением.

3. Оценить влияние коэффициента оребрения внутренней поверхности топки на эффективность работы котла.

4. Разработать рекомендации по выбору рациональной области геометрических характеристик соответствующих областям максимальных значений теплотехнических характеристик работы газотрубного котла.

5. Разработать методику экспериментального исследования процессов тепломассопереноса при горении газообразного топлива в топке газотрубного котла и создать экспериментальный стенд для её реализации.

6. Выполнить экспериментальное исследование процессов тепломассопереноса при горении газообразного топлива в топке газотрубного котла и представить сравнения с теоретическими данными.

7. По результатам расчетного, экспериментального исследования и выбора рациональных геометрических характеристик топки сделать анализ технико-экономической эффективности применения газотрубного котла малой и средней мощности.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Разработана методика расчета газотрубного котла с учетом процессов лучистого и конвективного теплообмена в топке некруглого профиля с использованием дифференциального метода расчета кинетического горения газообразного топлива и балансового метода с учетом условий теплоотдачи на внешней поверхности стенки.

2. Обоснованы преимущества энергоэффективного промышленного

применения топки с профилем вертикальный эллипс по сравнению с топками других профилей при горении газообразного топлива.

3. Расчетным путем выявлены закономерности сложного теплообмена в топках с формой поперечного сечения вертикальный эллипс с различными геометрическими характеристиками.

4. По результатам расчетных исследований получены зависимости тепловосприятия внутренней поверхности топки от значений коэффициента оребрения топки с формой поперечного сечения вертикальный эллипс.

5. По результатам технико-экономического анализа определены рациональные геометрические характеристики топки и газотрубного котла малой и средней мощности.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1. Даны практические рекомендации по выбору способов интенсификации, расчетам тепломассопереноса при горении газообразного топлива в топках газотрубных котлов.

2. Предложены рекомендации по совершенствованию конструкции топки в форме вертикального эллипса, с выполненными внутри поперечными ребрами.

3. Результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры «Теплоэнергетика» ОмГТУ.

4. Результаты исследований внедрены в Омском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Томск»

Работа выполнена в рамках госбюджетной фундаментальной НИР 7.1102 Ф «Теоретическое исследование и разработка высокоэффективного газотрубного котла малой мощности».

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчета газотрубного котла с топкой некруглого профиля;

2. Закономерности сложного теплообмена в топках с профилем вертикальный эллипс при горении газообразного топлива;

3. Зависимости сложного теплообмена в топке с профилем вертикальный

эллипс от её коэффициента оребрения;

4. Выводы об экономической целесообразности применения топки с формой поперечного сечения вертикальный эллипс с внутренним поперечным оребрением для газотрубного котла малой и средней мощности;

5. Рекомендации по созданию высокоэффективной топки газотрубного котла.

Апробация результатов исследования. Отдельные разделы и диссертация

в целом докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Проблемы, перспективы и стратегические инициативы развития теплоэнергетического комплекса» (Омск, 2011); Международной молодежной научной школы «Энергия и человек» (Томск, 2011); IV Всероссийской молодежной научно-технической конференции с международным участием «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность!» (Омск, 2011); XIII Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и специалистов «Энергетики и металлурги настоящему и будущему России» (Магнитогорск, 2012); II Научно-техническая конференция «Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства» (Омск, 2012); VIII Международный симпозиум «Фундаментальные и прикладные проблемы науки» (Непряхино Челябинской обл., 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе 10 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 6 статей в зарубежных журналах, имеются 3 патента и 2 свидетельства о регистрации программ.

Объём и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 149 страницах основного текста, включающего 47 рисунков и 4 таблицы. Работа состоит из введения, пяти разделов с выводами, заключениями, списка использованных источников из 125 наименований.

В первой главе проведен анализ современного состояния вопроса, обзор конструкций, приведена классификация газотрубных котлов. Представлены анализ методик для определения теплопереноса в топках котлов, методы описания и расчета турбулентных течений, численные методы расчета.

В большинстве существующих работ рассматривались преимущественно вопросы повышения эффективности работы котла за счет изменения его конструкции в конвективной части или серьезной реконструкции топки котла. Тогда как при проектировании возможны небольшие конструктивные изменения топочного объема для повышения интенсивности тепловосприятия топки, что в конечном итоге должно привести к уменьшению массогабаритных показателей.

Всё это позволяет говорить о необходимости исследования топки с некруглым поперечным сечением и пассивными интенсификаторами, которые являются более технологичными применительно к котлу малой и средней мощности.

На основании вышеизложенного сформулированы основные выводы и осуществлена постановка задач исследования.

Во второй главе представлены методика расчета турбулентного горения и методика расчета процессов тепломассопереноса и течения газов в топках с различной формой поперечного сечения, реализованные с использованием прикладного программного комплекса А№>У8 СЕХ. Задача теплового анализа выполнялась на основе численного решения дифференциальных уравнений неразрывности, моментов, кинетической энергии и её потерь (к-е модель), турбулентной вязкости состояния. Представлены основные допущения и условия однозначное™.

Осуществлена верификация результатов численного расчета потока реагирующих газов, дана оценка среднего расхождения между тепловыми показателями дифференциальной модели и экспериментальными данными. Сформулированы основные выводы.

В третьей главе представлены результаты численного параметрического анализа процессов теплопереноса и течения газов в топках различных форм сечений и влияния конструктивных и режимных факторов на интегральные тепловые характеристики. Анализ выполнен с использованием программного комплекса АЫБУЗ СБХ. Представлены графические результаты исследования в виде комплексов, характеризующих тепловую эффективность работы топки и котла в целом. Для анализа полученных интегральных характеристик была выполнена численная визуализация и построены карты течений в исследуемых топках.

Для выработки рекомендаций по выбору рациональной области максимальных значений теплотехнических характеристик работы газотрубного котла с топками круглого, прямоугольного, квадратного и овального (эллипс) поперечного сечения были получены значения температур в топке, скоростей, тепловых потоков, оксидов азота на выходе, а также рассчитана интенсивность тепловосприятия топки. Определены рациональные размеры (шаг, высота, ширина) пассивных интенсификаторов - поперечных ребер.

Дана оценка эффективности применения топки с овальным сечением в форме вертикального эллипса с выполненными внутри объема поперечными ребрами.

Четвёртая глава посвящена экспериментальным исследованиям. Для их проведения была разработана методика и создан стенд для её реализации, оснащенный комплектом экспериментальных образцов (топка с поперечным сечением в форме окружности; топка с поперечным сечением в форме вертикально расположенного эллипса; топка с поперечным сечением вертикально расположенного эллипса, с выполненными внутри топочного объема поперечными ребрами). Целью исследований являлась проверка предложенной методики расчета и сравнение результатов экспериментального и теоретического исследований.

Представлено описание экспериментального стенда для исследований экспериментальных образцов и определения тепловых характеристик. Описана методика проведения и обработки результатов экспериментального исследования.

Дана оценка неопределенностей экспериментального оборудования. Полученные результаты являются удовлетворительными для подобного рода теплофизических исследований.

Сформулированы основные выводы по четвертой главе и в целом по диссертационной работе.

В пятой главе представлены данные, полученные в результате технико-экономических расчетов использования эффективных поверхностей теплообмена при совершенствовании конструкции топки газотрубного котла.

В результате расчетов определены основные интегральные показатели эффективности: чистый дисконтированный доход (ЧДД), индекс доходности (ИД)

и срок окупаемости капитальных вложений. Сформулирована и решена задача оптимизации с учетом теплотехнических и экономических характеристик газотрубного котла.

Основные данные, характеризующие работу газотрубного котла, полученные в результате расчетов:

- чистый дисконтированный доход - 4960 руб;

- индекс доходности - 1,08 руб/руб;

- срок окупаемости - 2,2 года.

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ состояния вопроса, обзор конструкций, классификация

газотрубных котлов

Россия на данный момент относится к странам с высоким уровнем централизации теплоснабжения. В настоящее время около 72 % всей тепловой энергии производится централизованными источниками (мощностью более 20 Гкал/ч), остальные 28 % - децентрализованными источниками, в том числе 18 % — автономными и индивидуальными источниками [1].

На сегодняшний день одним из основных потребителям водогрейных котлов малой и средней мощности (автономных источников) являются малые и средние промышленные и торговые предприятия; жители городов, коттеджных поселков, деревень [2,3].

Производство котлов малой и средней мощности в России оценивается примерно в 35-40 тыс. штук в год.

Малые и средние промышленные и торговые предприятия; коттеджные поселки - являются привлекательным рынком сбыта. Данный сегмент рынка поддается прогнозированию и планированию. Именно в этой сфере проявляется наиболее жесткая конкуренция поставщиков.

Жители сельской местности составляют традиционную целевую аудиторию для водогрейных котлов малой мощности. Ориентируются преимущественно на недорогие котлы высокой производительности и надежности.

Отопление с использованием автономных источников теплоты обладает рядом преимуществ перед централизованными системами теплоснабжения:

- высокая регулируемость и автоматизация в соответствии с потребностями потребителя;

- удобство технического обслуживания (на одном объекте обслуживается 100-200 однотипных сравнительно простых агрегатов);

- высокая энергетическая эффективность и, как следствие, экономия газа и значительное сокращение вредных выбросов в атмосферу;

- низкие капитальные затраты и отнесение их на счет владельцев квартир;

- удобство оплаты потребленных теплоресурсов по показаниям газового счетчика.

Этот сектор теплоснабжения при разумной тарифной политике может стать и доходной составляющей регионального бюджета.

Энергетическая эффективность котельных агрегатов оценивается коэффициентом полезного действия (КПД). При работе на газообразном и жидком топливах КПД энергетических котлов достигает 94 %, промышленных паровых котлов - 90 %, водотрубных - 91,5 %. КПД газотрубных котлов превышает 95,9 %. При работе на твердых топливах КПД распределяется примерно следующим образом: энергетические котлы - 92 %, промышленные паровые котлы - 85 %, водотрубные - 90,5 %. Газотрубные котлы, работающие на твердом топливе практически встречаются редко, так как из-за отложений продуктов сгорания на поверхностях теплообмена идет резкое падение эффективности данного агрегата [2, 3,4, 5, 6].

Газотрубные котлы являются самыми перспективными в спектре автономных теплоисточников, они позиционируются как наиболее приемлемый по сочетанию «цена-качество» вариант обеспечения жилища теплотой и характеризуются высокой степенью надежности и безопасности, а также простотой в использовании [2].

По данным [2] общее количество газотрубных котлов, находящихся в эксплуатации в стране, оценивается в 2,3-2,5 млн. единиц. При этом потребность рынка на 11-18 % «покрывается» за счет технически несовершенного оборудования [2].

Основная часть продаж бытовых котлов приходится на замену физически и морально устаревшего оборудования, что составляет 160-180 тыс. штук в год. В то же время импорт котлов составляет порядка 300 тыс. штук в год [2].

Производство газотрубных котлов в РФ в докризисный период составило примерно 80000 штук.

Существенные коррективы в структуру рынка газотрубных котлов в России может внести организация серийного отечественного производства высокотехнологичных теплогенераторов. На смену металлоемким, с низкими показателями энергоэффективности и экологичности, котлам должны прийти отечественные котлы мирового класса, учитывающие особенности эксплуатации оборудования в России.

В соответствии с программой «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» предполагается, что перспективная структура, а также объемы производства и потребления тепловой энергии на рассматриваемый период максимально ориентированы на обеспечение потребностей экономики России и учитывают уже начавшуюся дезурбанизацию городских поселений, включая вынос за пределы городской застройки промышленного производства и активное развитие индивидуального малоэтажного строительства, доля которого планируется на уровне 52-55 % всего вводимого в эксплуатацию жилого фонда. Малоэтажная застройка, как правило, будет обеспечиваться индивидуальными теплогенераторами, а многоэтажная - централизованными (частично децентрализованными) источниками. Поэтому потребность в котлах малой и средней мощности увеличивается каждый год.

Современные газотрубные котлы, конструкции которых широко представлены в литературе [4-13], должны удовлетворять следующим требованиям:

•повышение энергетической эффективности путем всемерного снижения тепловых потерь и наиболее полного использования энергетического потенциала топлива;

• уменьшение габаритных размеров котельных агрегатов за счет интенсификации процесса сжигания топлива и теплообмена в топке и поверхностях нагрева;

• снижение токсичных выбросов (СО, >ЮХ, 80х);

• повышение надежности работы котельного агрегата.

Этим требованиям должны удовлетворять газотрубные котлы, конструкции которых широко представлены в литературе [4, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13].

В качестве примера приведен газотрубный водогрейный котёл (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 — Схема газотрубного котла

Классификация газотрубных котлов малой и средней мощности.

Разработать котел универсального использования, как бы ни стремились производители, вряд ли возможно в условиях современного рынка. Разнообразие условий эксплуатации и технических требований систем вынуждает производителей изготавливать товары с разными техническими характеристиками, что значительно расширяет производственный ассортимент. Так, газотрубные котлы, предназначенные для организации теплогенерирующих систем, для автономного теплоснабжения имеют конструкционные особенности, позволяющие классифицировать их по тому или иному признаку.

Газотрубные котлы не имеют четкой установленной классификации, однако условно их можно разделить по следующим признакам:

По мощности:

Рынок продажи котлов малой и средней мощности разделен на два основных направления (рисунок 1.2): котлы малой мощности (для бытовых нужд) - до 150 кВт, котлы средней мощности (для промышленных нужд) - от 150 до 2000 кВт.

69%

■ <150 кВт ■ >150 кВт

Рисунок 1.2 — Структура рационального производства газотрубных котлов по мощности

агрегатов

По используемому топливу:

Газотрубные котлы комплектуются горелками для контролируемого сжигания топлива в топке котла. Выбор вида топлива происходит по различным критериям в основном по экономичности, экологичности и доступности: котлы на газообразном топливе (газовые); котлы на жидком топливе (дизельные); котлы на твердом топливе.

Данные по видам используемого топлива и примерной структуре продаж газотрубных котлов приведены в таблице 1.1 [14, 15].

Таблица 1.1- Примерная структура продаж газотрубных котлов

по видам топлива

Котлы Доля продаж, %

Газовые 65

Дизельные 20

Прочие * 15

*Без учета печей.

По данным из таблицы можно говорить, что газовые котлы являются самыми перспективными теплоисточниками.

По способу отвода дымовых газов:

Котлы бывают (чем больше оборотов проходят продукты сгорания, тем выше коэффициент полезного действия котла и тем ниже выбросы в атмосферу, как правило, количество оборотов прямо пропорционально мощности котла): стандартные, двухходовые, трехходовые [14, 15].

По конструктивным особенностям:

Основные корпусные детали котла изготавливаются из различных материалов с учетом прочностных, антикоррозионные и теплопроводных свойств. Котлы бывают: металлические, неметаллические [17, 18].

По виду теплообменной поверхности:

Для повышения эффективности котлов детали теплообменных устройств изготавливают: гладкими, оребренными, профилированными [19].

Также иногда (для составления теплового баланса (при расчете КПД) котлы классифицируют по используемой теплоте: с низшей теплотой сгорания или высшей теплотой сгорания [21,22].

Диапазон мощностей, конструктивные особенности, технические характеристики позволяют обеспечить самые сложные системы и удовлетворить широкому спектру требований. При этом все газотрубные котлы должны отвечать высоким современным стандартам, иметь продолжительный срок службы, отличаться надежностью и безопасностью эксплуатации.

Наряду с выбором теплогенератора для децентрализованных систем теплоснабжения, актуальными задачами являются расчет процессов тепломассопереноса и определение способов интенсификации его в элементах конструкции котла при одновременном действии излучения и конвекции [23]. Поэтому дальнейший материал будет посвящен рассмотрению вопроса расчета процесса теплопереноса и способам повышения интенсификации теплообмена в топках газотрубных котлов малой и средней мощности.

1.2 Методы интенсификации теплообмена

В элементах газотрубных котлов теплоперенос осуществляется, прежде всего, теплообменом конвективным и излучением.

За счет интенсификации теплообмена можно значительно повысить энергоэффективность газотрубного котла, а также уменьшить его массогабаритные характеристики [19].

На данный момент известно достаточно много методов интенсификации конвективного теплообмена. В основном их подразделяют на пассивные и активные. Основное их отличие в том, что пассивные интенсификаторы не требуют прямых затрат энергии. Эффективность этих методов сильно зависит от характера теплообмена.

Для пассивных методов интенсификации можно выделить пять основных способов [19]:

1. Применение шероховатых поверхностей.

2. Применение развитых поверхностей.

3. Применение устройств, интенсифицирующих теплообмен за счет турбулизации пограничного слоя.

4. Применение устройств, закручивающих поток, в ядре потока вдоль оси.

5. Подмешивание к потоку газа твердых частиц и капель жидкости, которые образуют разбавленные или плотные смеси.

Для активных методов интенсификации также можно выделить пять основных способов [19]:

1. Вибрация поверхности с различной частотой.

2. Интенсификация теплообмена с помощью механических средств.

3. Пульсация потока теплоносителя.

4. Воздействие на поток электростатических полей.

5. Отсос потока, основанный на удалении пара при пузырьковом или пленочном кипении или на удалении жидкости через пористую поверхность теплообмена при однофазном течении.

Иногда применяются два или более перечисленных выше метода одновременно, такой процесс называется комбинированной интенсификацией и является наиболее эффективным.

Для интенсификации тепломассообмена в газотрубных котлах чаще всего используют пассивный метод, то есть применяют малые диафрагмы и выступы в трубах, «ломаные» ленты, внутреннее оребрение, спиральные и кольцевые накатки, пружинные проволочные вставки или закручивающие лопатки, скрученные ленты. Основная цель их установки - разрушение пограничного слоя, повышение площади теплообмена и максимально возможная турбулизация потока. Результат — повышение КПД котла, достигаемое путем интенсификации тепломассообмена [24, 25].

В настоящее время в промышленных и бытовых газотрубных котлах конструкторами предусматривается обязательное использование интенсификаторов тепломассообмена (турбулизаторов потока). При применении турбулизаторов отпадает необходимость установки дополнительной теплообменной поверхности в виде экономайзера или воздушного подогревателя, при этом повышается эффективность работы котла [24, 25]. Импортные промышленные водогрейные котлы мощностью до 2 МВт, оснащенные интенсификаторами тепломассообмена различного типа, на российском рынке представлены производителями: Loos (Австрия), ACV (Бельгия), Buderus, Viessmann, Wolf, Standart-Kessel, Omnical (Германия), Biasi, Ferolli, Garioni Naval, Lamborgini, I.Var, ICI Caldaie, Riello, Unical, Roca (Италия), Daikon (Япония); Baxi, De Dietrich, Ygnis (Франция), PT Grand Kartech (Индонезия); Vapor (Финляндия), Rendamax (Голландия), Kiturami (Корея); Thermax (Индия), Erensan (Турция), Laars (США). Среди российских производителей котлов с турбулизаторами потока можно выделить ООО «Теплов», ООО ПГ «Рэмекс», ООО «Бийскэнергомаш», ПГ «Генерация», ОАО «ЗИОСАБ». Эффективность (КПД) таких котлов достигает 92-96% [24, 25].

Наибольшую теплогидравлическую эффективность имеют дымогарные трубы, где производится воздействие не на весь поток в трубах, а только в пристенной области. Поверхностные интенсификаторы, выполненные в виде спиральных

проволочных вставок, кольцевой или спиральной накатки, выштамповок различной формы, позволяют разрушать пограничный слой и турбулизировать пристенные слои газового потока. Например, бытовые котлы Turbomatic мощностью 28-110 кВт фирмы Froling (Германия) и котлы BWB мощностью 112-2000 кВт одной из старейших котлостроительных компаний мира Babcock Wanson (США) имеют в качестве интенсификаторов тепломассообмена в дымогарных трубах спиральные проволочные вставки; в водогрейных вертикальных котлах серии VIX компании Hurst Boiler & Welding Co., Inc (США) мощностью 300-1000 кВт используются дымогарные трубы ХГО со спиральными выступами на внутренней поверхности; компания Hoval (Лихтенштейн) предлагает водогрейные трехходовые котлы Hoval Мах-3 мощностью 192-2000 кВт с интенсифицированными дымогарными трубами, на которых методом штамповки нанесены сферические выемки, соответственно с внутренней стороны (стороны газов) в трубе имеются периодические сферические выступы; в промышленных котлах Omnimat (Германия) используются сферические выступы; котлы КСВа-1,0 ОАО «Азовобщемаш» (Россия) и котлы ВК-22 ЗАО «Терминал-П» (Россия) оснащены дымогарными трубами с накатанными турбулизаторами газового потока [24,25].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Батраков, Пётр Андреевич, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года : [распоряжение 1234-р: принято Правительством РФ 28 августа 2003 г.]. - М., 2003.

2. Пономарев, И. Г. Российский рынок бытовых газовых котлов [Электронный ресурс] / И. Г. Пономарев, С. В. Макаренков // АВОК. - 2006. - № 5. -доступа: http://www.abok.ш/for spec/articles■php?nid:=5

3. Полонский, В. М. Автономное теплоснабжение / В. М. Полонский, Г. И. Титов, А. В. Полонский. - М.: Ассоциации строительных вузов, 2006. - 152 с.

4. Соколов, Б. А. Паровые и водогрейные котлы малой и средней мощности : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Б. А. Соколов. - М. : Академ:«:^!, 2008.- 128 с.

5. Васильев, А. В. Повышение надежности жаротрубных водогрейных котлов /

A. В. Васильев, Г. В. Антропов, А. И. Баженов, В. В. Захаров, П. А. Лыгин, И. Кочегаров, С. П. Попов // Промышленная энергетика. - 1998. - №7. - С. 19—21 _

6. Беликов, С. Е. Экологические характеристики зарубежных промышленно отопительных котлов, работающих на природном газе / С. Е. Беликов,

B. Р. Котлер // Промышленная энергетика. - 2001. - № 3. - С. 53-55.

7. Пат. 121350 Российская Федерация, МГПС Б24 Н 1/00. Жаротрубный котел / Ненишев А. С., Михайлов А. Г., Батраков П. А. (Россия); заявитель и патентообладатель Федер. гос. бюджет, образоват. учреждение высш. ттроф. образования «Омский государственный технический университет». — 2012119381/28; заявл. 11.05.12 ; опубл. 20.10.12, Бюл. № 34. - 5 с.: 3 ил.

8. Пат. 2436018 Российская Федерация, МПК Б24 Н 1/00. Котел наружного размещения/ Сердюков А. А. (Россия); заявитель и патентообладатель Сердхкэков А.А. -№2010123305/06; заявл. 07.06.10; опубл. 10.12.11, Бюл. №34.-3 с. : 1 ил.

9. Пат. 76103 Российская Федерация, МПК F22 В 7/20. Котельная топка / Ведрученко В. Р., Жданов Н. В. (Россия); заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - № 2008114980 ; заявл. 16.04.08 ; опубл. 10.09.08, Бюл. № 25. - 3 с.: 2 ил.

10. Пат. 42293 Российская Федерация, МНК F24 Н 1/00, F24 Н 1/40. Жаротрубный водогрейный котел / Дикарев М. А. ; заявитель и патентообладатель Дикарев М. А. - № 2004120388/22 ; заявл. 14.07.2004 ; опубл. 27.11.2004.

11. Annaratone, D. Steam generators / D. Annaratone // Springer-Verlag Berlin Heidelberg. - 2008. - 434 p.

12. Котлы малой производительности. Отраслевой каталог 20-90-09 / под ред. В. Н. Бутина. - М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1990. - 112 с.

13. Каспаров, С. Г. Особенности современных жаротрубных котлов для отопительных систем / С. Г. Каспаров // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - Харьков : АН Высшая школа Украины, 2007. - № 6 - С. 35-53.

14. Михайлов, А. Г. Вопросы выбора теплогенераторов / А. Г. Михайлов, Д. С. Романенко, С. В. Теребилов // Омский научный вестник. - 2008. - № 2 (68). - С. 54-56.

15. Немцев, 3. Ф. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение : учеб. пособие для втузов по электроэнергетическим специальностям /3. Ф. Немцев, Г. В. Арсеньев. - М.: Энергоиздат, 1982.-400 с.

16. Сидельковский, JI. Н. Котельные установки промышленных предприятий / JI. Н. Сидельковский, В. Н. Юренев. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 528 с.

17. Михайлов, А. Г. Применение огнеупорных материалов в топках газотрубных котлов / А. Г. Михайлов, П. А. Батраков // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». - 2011. - № 3 (103). - С. 138-139.

18. Борисов, Ю. С. Газотермическое напыление композиционных порошков / Ю. С. Борисов, А. Я. Кулик, А. С. Мнухин. - Л.: Машиностроение, 1985. - 197 с.

19. Шахлина, Н. А. Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах с использованием профилированных поверхностей теплообмена : дис. ... канд. техн. наук: 05.14.04 / Шахлина Наталья Александровна. - Екатеринбург, 2007 - 126 с.

20. Семенов, Б. А. Инженерный эксперимент в промышленной теплотехнике, теплоэнергетике и теплотехнологиях: учеб. пособие / Б. А. Семенов. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - 288 с.

21. Двойнишников, В. А. Конструкция и расчет котлов и котельных установок / В. А. Двойнишников, Л. В. Деев, М. А. Изюмов. - М. : Машиностроение, 1988. — 264 с.

22. Бухаркин, Е. Н. О перспективе применения конденсационных водогрейных котлов в газовых отопительных котельных / Е. Н. Бухаркин // Промышленная энергетика. - 1991. - № 9. - С. 26-30.

23. Михайлов, А. Г. Методы расчета теплообмена в топках котлов / А. Г. Михайлов // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». - 2008. - № 3 (70). - С. 81-84.

24. Попов, И. А. Интенсификация теплообмена - рациональный способ повышения эффективности газотрубных котлоагрегатов / И. А. Попов, А. Б. Яковлев, А. В. Щелчков, Д. В. Рыжков // Энергетика Татарстана. - 2010. - № 4. - С. 8-15.

25. Попов, И. А. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: Интенсификация теплообмена: монография / И. А. Попов, X. М. Махянов, В. М. Гуреев под общ. ред. Ю. Ф. Гортышова. - Казань: Центр инновационных технологий, 2009. - 590 с.

26. Калинин, Э. К. Эффективные поверхности теплообмена / Э. К. Калинин, Г. А. Дрейцер, И. 3. Копп. - М.: Энергоатомиздат, 1998.-408 с.

27. Сполдинг, Д. Б. Теория горения / Д. Б. Сполдинг. - М.: Государственное энергетическое издательство, 1965. — 320 с.

28. Хзмалян, Д. М. Теория топочных процессов / Д. М. Хзмалян. — М. : Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.

29. Кнорре, Г. Ф. Теория топочных процессов / Г. Ф. Кнорре, К. М. Арефьев, А. Г. Блох. - М.: Энергия, 1966. - 491 с.

30. Справочник по теплообменникам: в 2 т. :пер. с англ. / под ред. О. Г. Мартыненко. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - Т.2 - 352 с.

31. Hottel, Н. С. Radiative transfer / Н. С. Hottel, А. F. Sarofim. - N. Y. : McGraw -Hill Publising Company, 1967. - 519 p.

32. Поляк, Г. JI. Анализ теплообмена излучением между диффузными поверхностями методом сальдо / Г. JI. Поляк // ЖТФ. - 1935. - Т. 5,вып. 3. - С. 436 - 466.

33. Суринов, Ю. А. О методе зонального расчета лучистого теплообмена в топочной камере / Ю. А. Суринов // Изв. АН СССР, ОТН. - 1953. - № 7. - С. 992 -1021.

34. Суринов, Ю. А. Об основных методах современной теории лучистого теплообмена / Ю. А. Суринов // Проблемы энергетики. - М. : Изд-во ЭНИН АН СССР. - 1959. - С. 423-469.

35. Невский, А. С. Теплообмен излучением в металлических печах и топках котлов /

A. С. Невский. - Свердловск: ГНТИЛ по черной и цветной метал., 1958. — 368с.

36. Адрианов, В. Н. Зональные методы расчета лучистого теплообмена /

B. Н. Адрианов // Теплообмен в элементах энергетических установок. — М. : Наука, 1966.-С. 114-134.

37. Жданов, Н. В. Повышение энергоэкологической эффективности сжигания газообразного топлива в водогрейных газотрубных котлах : дис. ... канд. техн.

наук : 05.14.04 / Жданов Николай Владимирович. - Омск, 2010.-151 с.

38. Вафин, Д. Б. Сложный теплообмен в энергетических установках : дис. ... д-р. техн. наук : 01.04.14 / Вафин Данил Билалович. - Казань, 2009 - 263 с.

39. Антоновский, В. И. Теплообмен в топках паровых котлов. Ретроспективный взгляд на разработку нормативного метода расчета / В. И. Антоновский // Теплоэнергетика. - 2004. - № 9. - С. 53 - 62.

40. Митор, В. В. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / В. В. Митор, И. Е. Дубровский, Э. С. Карасина ; под общ. ред. Н. В. Кузнецова. -2-е изд., перераб. - М. : Энергия, 1973. - 296 с.

41. Блох, А. Г. Теплообмен излучением: справочник / А. Г. Блох, Ю. А. Журавлев, Л. Н. Рыжков. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

42. Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко. - М. : Энергия, 1975. - 488 с.

43. Братенков, В. Н. Теплоснабжение малых населенных пунктов / В. Н. Братенков, П. А. Хаванов, Л. Я. Вескер. - М. : Стройиздат, 1988. - 223 с.

44. Шорин, С. Н. Теплопередача / С. Н. Шорин. - М. : Высшая школа, 1964. -490 с.

45. Бузник, В. М. Судовые парогенераторы / В. М. Бузник. - Л. : Судостроение, 1970.-480 с.

46. Hirata, M. Heat transfer in turbulent flows / M. Hirata, H. Tanaca, H. Kawamura, N. Kasasi //Heat transfer, Proc. 170th Int. Conf., München. - 1982. - p. 31-57.

47. Prandtl, L. Bemerkungenzur Theorie der freien Turbulenz / L. Prandtl // Z. Angew. Math, and Mech. - 1942. - V. 22, №5. - S. 241-243.

48. Исаев, С. А. Комплексный анализ моделей турбулентности, алгоритмов и сеточных структур при расчете циркуляционного течения в каверне с помощью

пакетов программ VP2/3 и FLUENT / С. А. Исаев, П. А. Баранов, Н. А. Кудрявцев и др. // Теплофизика и аэротермохимия. - 2005. - Т. 12, № 4. - С. 587-608.

49. Ксандопуло, Г. И. Химия пламени / Г. И. Ксандопуло. - М. : Химия, 1980. -256 с.

50. Зверев, И. Н. Газодинамика горения / И. Н. Зверев, H. Н. Смирнов. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1987. - 307 с.

51. Госмен, А.Д.Численные методы исследования течений вязкой жидкости / А. Д. Госмен, В. М. Пан, А. К. Ранчел, Д. Б. Сполдинг. - М. : Мир, 1972. - 326 с.

52. Патанкар, С. В.Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах / С. В. Патанкар, Е. В. Калабин, Г.Г. Яньков. -М. : Изд-во МЭИ, 2003. - 311 с.

53. Сполдинг, Д. Б.Горение и массообмен / Д. Б. Сполдинг. — М. : Машиностроение, 1985.-240с.

54. Крюков, В. Г. Горение и течение в агрегатах энергоустановок : моделирование, энергетика, экология / В. Г. Крюков, В. И. Наумов, А. В. Демин, А. Л. Абдулин, Т. В. Тринос. - М. : Янус-К, 1997. - 304 с.

55. Полежаев, Ю. В. О турбулентности и турбулентной вязкости в струйных течениях / Ю. В. Полежаев, А. В. Коршунов, Г. В. Габбасова // ТВТ. - 2007. -Т. 45, №3.-С. 378-383.

56. Launder В.Е. The numerical computation of turbulent flows / В. E. Launder, D. B. Spalding // Computat. Methods in Appl. Mech. Engng. - 1974. - V. 3. -P. 269 - 289.

57. Эммануэль, H. M. Курс химической кинетики / H. М. Эммануэль, Д. Г. Кнорре. - М. : Наука, 1985. - 432 с.

58. Зельдович, Я. Б. Математическая теория горения и взрыва /

Я. Б. Зельдович. - М.: Наука, 1980. - 250 с.

59. Зельдович, Я. Б. Окисление азота при горении / Я. Б. Зельдович, П. Я. Садовников, Д. А. Франк-Каменецкий. - М. : Изд-во АН СССР, 1947 -150 с.

60. Дзюбенко, Б. В. Моделирование стационарных и переходных теплогидравлических процессов в каналах сложной формы : монография / Б. В. Дзюбенко, JI.-B. Ашмантас, М. Д. Сегаль. - Вильнюс : Pradai, 1994. -305 с.

61. Болгарский, А. В. Термодинамика и теплопередача : учебное пособие для ВУЗов / А. В. Болгарский [ и др. ]. - 2-е. изд., перераб. и доп. - М. : Высшая школа, 1975.-496 с.

62. Исаев, С. И. Теория тепломассообмена : учебник для ВУЗов / С. И. Исаев [ и др. ]; под ред. А. И. Леонтьева. - М.: Высшая школа, 1979. - 495 с.

63. Crank, J. The Mathematics of Diffusion. 2nd Edition, Oxford, 1975, p. 143.

64. Галлагер, P. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галлагер ; [пер. с англ.]. -М. :Мир, 1984.-494 с.

65. Зенкевич О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган ; [пер. с англ.]. - М. : Мир, 1986. - 318 с.

66. Солдатова, К. В. Анализ движения газа в зазоре «покрывающий диск — корпус» центробежной компрессорной ступени численным методом и рекомендации по проектированию: автореф. дис. ... канд. техн. наук. : 05.04.06 / Солдатова Кристина Валерьевна. - СПб., 2007. - 180 с.

67. Вилемас, Ю. В. Интенсификация теплообмена : тематический сборник / Ю. В. Вилемас, Г. И. Воронин, Б. В. Дзюбенко и д.р. ; под ред. А. А. Жукаускаса, Э. К. Калинина. - Вильнюс : Мокслас, 1988. - 189 с.

68. Алексеев, Б. В. Физическая газодинамика реагирующих сред / Б. В. Алексеев. - М.: Высшая школа, 1985. - 464 с.

69. Пашков, JI. Т. Основы теории горения / Л. Т. Пашков. - М. : МЭИ, 2002. -136 с.

70. Семенов, Н. Н. Цепные реакции / Н. Н. Семенов. - М. : Наука, 1986. -535 с.

71. Ненишев, А. С. Моделирование реагирующей среды в топочных камерах газотрубных котлов / А. С. Ненишев, А. Г. Михайлов, П. А. Батраков, Д. С. Романенко, С. В. Теребилов // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии». - 2011. - № 2 (100). - С. 139-142.

72. Ненишев, А. С. Кинетика горения органических топлив в топочных камерах газотрубных котлов / А. С. Ненишев, А. Г. Михайлов, П. А. Батраков, Д. С. Романенко, С. В. Теребилов // Актуальные проблемы энергетики АПК : Материалы II Международной науч.-практ. конф. - Саратов : КУБиК, 2011. -С.210-215.

73. ANSYS CFX-Solver Theory Guide. ANSYS CFX Release 11.0 / ANSYS, Inc. // Southpointe 275 Technology Drive. - Canonsburg : PA 15317, 2006. - 312 p.

74. Ненишев, А. С. Модель турбулентности с двумя уравнениями для описания течений реагирующих газов / А. С. Ненишев, А. Г. Михайлов, С. В. Теребилов // Омский научный вестник. - 2010. - № 3 (93). - С. 156-158.

75. Михайлов, А. Г. Численное моделирование процессов тепломассопереноса при горении газообразного топлива в топочном объеме / А. Г. Михайлов, П. А. Батраков, С.

B. Теребилов // Естественные и технические науки. - 2011. - №5 (55). - С. 354—358.

76. Белов, И. А. Моделирование турбулентных течений / И. А. Белов,

C. А. Исаев. - СПб.: Изд. БГТУ, 2001.-108 с.

77. Kader, B.A., "Temperature and concentration profiles in fully turbulent boundary layers", International Journal of Heat and Mass Transfer, 24(9) : 1541-1544, 1981.

78. Лапин, Ю. В. Внутренние течения газовых смесей / Ю. В. Лапин, М. X. Стрелец. - М.: Наука, 1989. - 356 с.

79. Зигель, Р. Теплообмен излучением / Р. Зигель, Дж. Хауэлл. - М.: Мир, 1975. — 934 с.

80. Howell J.R., Strite М.К. Renkel Н., Analysis of Heat-transfer Effects in Rocket Nozzles Operating with Very High-temperature Hydrogen, NASA TR R-220, 1965.

81. Haji-Sheikh A., Sparrow E.M., Probability Distributions and Error Estimates for Monte Carlo Solutionsjf Radiation Problems, Progr. Heat Mass Transfer, 2,1-12 (1969).

82. W. M. C. Foulkes, L. Mitas, R. J. Needs and G. Rajagopal Quantum Monte Carlo simulations of solids, - Reviews of Modern Physics 73 (2001) 33.

83. Адрианов, В. H. Основы радиационного и сложного теплообмена /

B. Н. Адрианов. - М.: Энергия, 1972. - 464 с.

84. Михайлов, А. Г. Вопросы образования оксидов азота при сжигании газообразных и жидких топлив / А. Г. Михайлов // Омский научный вестник. — 2009. - № 3 (83). - С. 103-106.

85. Росляков, П. В. Нестехиометрическое сжигание природного газа и мазута на тепловых электростанциях / П. В. Росляков, И. А. Закиров. - М.: МЭИ, 2001. — 144 с.

86. Беликов, С. Е. Расчет выбросов оксидов азота при сжигании природного газа в промышленных и отопительных котлах / С. Е. Беликов, В. Р. Котлер // Промышленная энергетика. - 1999. - № 2. - С. 42-48.

87. Гречко, А. В. Об уменьшении выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива / А. В. Гречко // Промышленная энергетика. - 1999. - № 6. -

C. 45-48.

88. Накоряков, В. Е. Оценка экологической эффективности теплоисточников малой мощности / В. Е. Накоряков, С. JI. Елистратов // Промышленная энергетика. - 2009. - № 2. - С. 44 - 52.

89. Кривоногое, Б. М. Повышение эффективности сжигания газа и охрана окружающей среды / Б. М. Кривоногов. - JI.: Недра, 1986. - 280 с.

90. Пугач, JI. И. Энергетика и экология / JI. И. Пугач. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003.-504 с.

91. Михайлов, А. Г. Численное исследование влияния формы топки газотрубного котла на состав продуктов сгорания газообразного топлива. // А. Г. Михайлов, П. А. Батраков. - Сборник научных трудов S World. - Одесса : КУПРИЕНКО, 2012. -Выпуск 2. - Том 8. - С. 94-98.

92. Басов, К. A.ANSYS для конструкторов / К. А. Басов. -М. : ДМК Пресс, 2009. - 248 с.

93. Дударева, Н. Самоучитель Solid Works 2010 / Н. Дударева, С. Загайко. -СПб.: Изд. БХВ-Петербург, 2011. - 416 с.

94. Lombard, М. Solid Works Administration Bible / M. Lombard. Published by Wiley Publishing, 2010. - 570 p.

95. Тамонис, M. M. Радиационный и сложный теплообмен в аппаратах высокотемпературной техники : дис. ... д-р. техн. наук : 05.14.05 / Тамонис Матас Матович. - Каунас, 1982 - 334 с.

96. Попов, В. Н. Теплоотдача и сопротивление при продольном турбулентном обтекании пластины воздухом / В. Н. Попов. - ТВТ, 1979. - Т. 8. - № 5. - С. 1034 -1042.

97. Справочник по теплообменникам: в 2 т. :пер. с англ. / под ред. О. Г. Мартыненко. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - Т. 1. - 560 с.

98. Методы расчета турбулентных течений: пер. с англ. /под ред. В. Колльмана. -

М. :Мир, 1984.-464 с.

99. Оран, Э. Численное моделирование реагирующих потоков: пер. с англ. / Э. Оран, Дж. Борис. - М. : Мир, 1990. - 660 с.

100. Михайлов, А. Г. Расчет процессов переноса теплоты в топке котла / А. Г. Михайлов, С. В. Теребилов // Омский научный вестник. - 2009. - № 1 (77). -С. 151 - 152.

101. Лариков, Н. Н. Теплотехника: учеб. для вузов / Н. Н. Лариков. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. - 432 с.

102. Бойко, Е. А. Котельные установки и парогенераторы (тепловой расчет парового котла): учеб. пособие / Е. А. Бойко, И. С. Деринг, Т. И. Охорзина. -Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005. - 96 с.

103. Пат. 127176 Российская Федерация, МПК Б24 Н 1/28. Жаротрубный котел / Михайлов А. Г., Батраков П. А. (Россия); заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет». - № 2012143173/06; заявл. 09.10.12 ; опубл. 20.04.13, Бюл. №11.-5 с.: 4 ил.

104. Эстеркин, Р. И. Методы теплотехнических измерений и испытаний при сжигании газа / Р. И. Эстеркин, А. С. Иссерлин, М. И. Певзнер. - Л. : Недра, 1972. -376 с.

105. Гортышов, Ю. Ф. Теория и техника теплофизического эксперимента : учебное пособие для ВУЗов / Ю. Ф. Гортышов, Ф. Н. Дресвянников, Н. С. Идиатуллин и др. ; под ред. В. К. Щукина. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 360 с.

106. Михайлов, А. Г. Изучение радиационно-конвективного теплообмена высокотемпературного газового потока в канале / А. Г. Михайлов, С. А. Корнеев, П. А. Батраков, С. В. Теребилов // Омский научный вестник. Серия

«Приборы, машины и технологии». - 2012. - № 2 (110). - С. 161-162.

107. Адрианов, В. Н. Конвективный и лучистый теплообмен : Исследование процесса сложного теплообмена в камере сгорания / В. Н. Адрианов, С. Н. Шорин. -М., 1960.-С. 107-117.

108. Геращенко, О. А. Тепловые и температурные измерения / О. А. Геращенко, В. Г. Федоров. — Киев : Наукова думка, 1965. - 704 с.

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

110. Порецкий, JI. Я. Справочник эксплутационника газифицированных котельных / JT. Я. Порецкий, Р. Р. Рыбаков, Е. Б. Столпнер, О. А. Тасс, И. А. Шур. - Л. : Недра, 1988.

111. Рабинович, С. Г. Погрешности измерений / С. Г. Рабинович. - Л. : Энергия, 1978.-262 с.

112. Новицкий, П. В. Оценка погрешностей результатов измерений / П. В. Новицкий, И. А. Зограф. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л. : Энергоатомиздат, 1991.-304 с.

113. Кассандрова, О. Н. Обработка результатов наблюдений / О. Н. Кассандрова, В. В. Лебедев. - М.: Наука, 1970. - 104 с.

114. Грановский, В. А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В. А. Грановский, Т. Н. Сирая. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

115. Шенк, Г. Теория инженерного эксперимента / Гильберт Шенк ; пер. с англ. Е. Г. Коваленко ; под ред. Н. П. Бусленко. - М.: Мир, 1972. - 376 с.

116. Сухов, Е. В. Совершенствование конструкции и метода расчета компактных спирально-змеевиковых узлов охлаждения компрессорных агрегатов : дис. ... канд. техн. наук : 05.04.06 / Сухов Евгений Викторович. - Омск, 2012. - 194 с.

117. Шатиль, А. А., Исследование теплообмена в опытной камере сгорания ГТУ-50-800 на природном газе / А. А. Шатиль, Я. С. Хайновский. -Теплоэнергетика, 1963 -№ 5. - С. 30-35.

118. Гурский, Д. Вычисления в Mathcad 12 / Д. Гурский, Е. Турбина. - СПб. : Питер, 2006.-519 с.

119. Бидасюк, Ю. M. Mathsoft Math CAD 11. Самоучитель / Ю. M. Бидасюк. - M. : Диалектика, 2004. - 208 с.

120. Кирьянов, Д.СамоучительМайк^13 / Д. Кирьянов. - СПб. : БХВ-Петербург, 2006. - 528 с.

121. Виленский, П.Л. Оценка эффективности инвестиционных проектов: теория и практика / П.Л. Виленский, В.Н. Лившиц, С.А. Смоляк. - М.: Дело, 2001. - 832 с.

122. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (утв. Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике 21.06.1999 №ВК 477).

123. Озеров, Н. А. Продление эксплуатационного ресурса стекловаренных печей на основе интенсификации теплообмена в системе регулируемого охлаждения огнеупорных стен варочного бассейна : дис. ... канд. техн. наук : 05.14.04 / Озеров Никита Алексеевич. - Саратов, 2013 - 199 с.

124. Калафати, Д. Д. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена/ Д. Д. Калафати, В. В. Попалов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 152 с.

125. Ривкин, С.Л., Теплофизические свойства воды и водяного пара. / С. Л. Ривкин, А. А. Александров. - М.,"Энергия", 1980 г.

Результаты расчетов котла

Характеристика Обозн, Формула

Геометрические характеристики трехмерной модели топки газотрубного котла

Большая полуось а Задается

Малая полуось Ь Задается

Площадь поперечного сечения FT nab

Периметр поперечного сечения Рт nab + (а — Ь)2 4-Ц—L. a + h

Диаметр топки (эквивалентный) ^экв 4 F т

Длина топки / Задается

Высота расположения горелки hT Задается

Объем топочной камеры V d2 nl—— 4

Начальных условий для всего объема

Температура начальная Т Задается

Расход топлива В . Задается

Граничных условий

Условия прилипания на непроницаемой поверхности - U\w = 0

Условия сложного теплообмена на стенке ч qc+qR

Плотность конвективного теплового потока qc pCPu*(Tw-TF)

Пограничный логарифмический слой и+ 1 Щ -\пу+ + С = — к ит

Условия непроницаемости - дса дп = 0 иг

Градиент давления в направлении нормали к поверхности - дР дп = 0 XV

Гидродинамическая система уравнений

Моментов Ри ^ + V• (ри ® и)-ч. (цеГГчи) = -ЧР' + V . (Цегг^иу + в

Кинетическая энергия к д(рк) , ч + V • (рУк) = V •

Диссипация Е Щр- + V • 0оие) = 7 • [(д + + £ (Се1Рк - СЕ2ре)

Радиационный тепловой потока

Интегральный поток излучения ¿2ов р со 4йУ I ахехь^Х

Энергия поглощения пучков йЦ}

Средний планковский коэффициент поглощения аР ¡0Юаяельс1Л

Температура газового объёма Тм ( ч0'25 \AapffdVJ

Безразмерная плотность потока Ч

Спектральный тепловой поток излучения (¡!(г,п) ^ • П)Ц(Т, 8)(Ш5

Дивергенции спектрального теплового потока излучения Ка(С]/-4ЕЬу)

Спектральный радиационный параметр Су 1 qdns

Полный поток излучения V•qR г- 00 (.00 г 00 1 q*dv=\ KayGydv-4 КауЕЪуйч •>о ¿о 0

Уравнение энергии

Удельная энтальпия Ьш /2+к

Характеристик турбулентности

Эффективная динамическая вязкость № Р + Рь

Турбулентная вязкость к2

Массовые и объемные доли

Стехиометрическое соотношение для необратимой и обратимой реакции - N0 £ £ У"К11 1=А,В,С,... 1-АВ,С....

Скорость образования /-компонента К К=1

Скорость прямой элементарной реакции с участием /-компонента Я* N0 Л/с {рк п [1]г*' -в« П [/]г*° 1=А,В,С,... 1=А,В,С,...

Константы скоростей прямой реакций Рк АкТ^ех

Константы скоростей обратной реакций Вк

Неразрывности для всей смеси - др -£ + 7.(¿10 = 0

Неразрывности для каждого компонента - д(рУ,) , д(ри#) д дЪ\ , „ Ы 1 дх, ~ дх\Г1е^дх,-)+5[

Массовые доли т Расчетная характеристика

Объемные доли Расчетная характеристика

Расчет тепловых характеристик

Интенсивность тепловосприятия топки п Расчетная характеристика

Температура газа на выходе из топки ТТ Расчетные параметры

Энтальпия газов на выходе из топки /т Расчетные параметры

Конвективная часть

Внутренний диаметр труб ¿/к Задается

Количество труб п Задается

Длина труб /к Задается

Живое сечение для прохода газов 1 ж.с. ¿1 ТТЛ-— 4

Температура газов на входе г Г=Тт

Энтальпия газов на входе г Г=1т

Температура уходящих газов т 1 ух Задается

Энтальпия уходящих газов -^ух Задается

Тепло, отданное газами <2*

Температура воды на выходе из котла Гв Задается

Средняя температура газов ^ср (Г+Гта)/2

Коэффициент теплопроводности воды Лв По /125,/, по 1В=82,5°С

Коэффициент кинематической вязкости воды Ув По /125,/, по 1:В=82,50С

Коэффициент объёмного расширения воды А По /125,/, по 1В=82,5°С

Критерий Прандтля воды РГВ По /125/, по 1В=82,5°С

Критерий Прандтля воды при температуре стенки Рг 1 хст По/125/, по 1сх.в=115°С

Температура стенки со стороны воды ^ст.в. Предварительно принимаем (вода не кипит)

Критерий Грасгофа воды 9,8(^кв)3аст.в -О Ми)2

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды «в ¿/экв

Плотность теплового потока в жаровой трубе (

Расчётная средняя температура стенки топки со стороны воды ^ст.в

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды «2в Шв-ДД) „

Критерий Нуссельта (критериальное уравнение) Мив 0,5(ОГв*Ргв)°'25(РГв/РГст)0'25

Температурный напор Д* ДГ6-ДГМ ы(Щ

Средняя скорость газов м>г ВВДр + 273) 273

Коэффициент теплоотдачи от газов к трубам «к

Коэффициент тепловой эффективности ¥ Рассчитывается согласно [40]

Коэффициент теплопередачи К аХ+<*2е

Площадь поверхности нагрева л-с1к-п-1к

Тепловосприятия ступени КЕМ/В

Невязкий баланса (?тп ~ <?б 10() Отп

Газотрубный котел

Диаметр котла А,к Задается

Длина котла ■^в.к Задается

Объем котла V г в.к. Э2 ттЬ —— 4

Потеря теплоты с уходящими газами Й2 Рассчитывается согласно [40]

Потеря теплоты от химической неполноты горения Чъ Рассчитывается согласно [40]

Потеря теплоты от наружного охлаждения 45 Рассчитывается согласно [40]

КПД котла Ъж 100 - (д2 + (?, +

Стационарные контрольно-измерительные приборы, установленные на стенде

Номер поз. Прибор Характеристика прибора

Параметр Значение

1 ДТШ021 Измеряемая величина Температура газа в топке

Рабочий диапазон измеряемых температур, °С +400...+1600

Класс допуска датчика 2

Исполнение рабочего спая термопары относительно корпуса датчика изолированный

Диаметр термоэлектродной проволоки 1,2

Показатель тепловой инерции, не более: - с изолированным рабочим спаем 60 с

2 ДТПЬ (ХК) Измеряемая величина Температура охлаждающей жидкости

Рабочий диапазон измеряемых температур, °С -40...+400

Класс допуска датчика 2

Исполнение рабочего спая термопары относительно корпуса датчика изолированный

Диаметр термоэлектродной проволоки 0,7

Показатель тепловой инерции, не более: - с изолированным рабочим спаем 20 с

Степень защиты по ГОСТ 14254 1Р54

Материал защитной арматуры сталь 12Х18Н10Т

3 ОВЕН ТРМ210 Измеряемая величина Измеритель

Питание

Напряжение питания 90...245 В переменного тока

Частота напряжения питания 47...63 Гц

Номер поз. Прибор Характеристика прибора

Параметр Значение

3 ОВЕН ТРМ 210 Универсальный вход 1

Типы входных датчиков и сигналов преобразователь термоэлектрический ТХК(Ь)

Время опроса входа 1 с

Входное сопротивление при подключении источника сигнала: -тока - напряжения 100 Ом ± 0,1 % (при подк. внешнего резистора) не менее 100 кОм

Предел допустимой осн. погрешности измерения входного параметра ±0,5 %

При использовании термопреобразователя сопротивления ±0,25 %

4 СВГ-15 Измеряемая величина Расход охлаждающей жидкости

Рабочая жидкость Питьевая вода (СанПиН 2.1.4.559 96)

Рабочее давление, МПа до 1 (10 кг/см2)

Температура среды, °С от 5 до 90

Диаметр условного прохода Ду, мм 15

Наибольший расход воды Q тах, м7час 3

Номинальный расход воды Q пот, м7час •1,5

Минимальный расход воды Q mjn, м7час 0,03

Порог чувствительности, м7час, не более 0,015

5 Гранд 1.6 Измеряемая величина Расход топлива

Диапазон измерения расхода газа, м /ч 0,04-1,6

Присоединительная резьба, дюйм в 1/2

Пределы допускаемой осн. отн. погрешности измерения объема газа, % в диапазоне расходов: от Qmin до 0,2 Qmax для всех исполнений: от 0,2 Qmax до Qmax для всех исполнений: ±2,5 ± 1,5

Номер поз. Прибор Характеристика прибора

Параметр Значение

5 Гранд 1.6 Избыточное давление измеряемой среды, кПа, не более 5,0

Выходной сигнал импульсный

Температура окружающего воздуха, °С -10...+50

Температура измеряемой среды, °С -10...+50

Степень защиты по ГОСТ 14254 IP50

Переносные контрольно-измерительные приборы

Номер поз. Прибор Характеристика прибора

Параметр Значение

1 Кк1200 Измеряемая величина Температура топки котла

Диапазон измерения температуры, °С -10...+1200

Диапазон рабочих температур, °С -20...+50

Погрешность измерения 1%+1С

Время измерения 1 сек

Разрешение 1С

Показатель визирования 1:100

Диапазон установки излучительной способности 0,01...1,00

Спектральный диапазон 8-14мкм

2 Testo 335 Измеряемая величина Состав уходящих газов

Дисплей Графический дисплей: 160x240 пикселей

Рабочая температура, °С -5... +50

Класс защиты 1Р40

Тип зонда Тип К

Диапазон измерений, °С -40...+1200

Погрешность ±0,5 % от изм. знач

Разрешение, °С 0,1

Тип зонда Дифференциальное давление

Диапазон измерений -200 ... 200 гПа

Погрешность ±0,5 гПа (-49,9 ... 49,9 гПа) ±1,5 % от изм. знач. (в ост. диапазоне)

Разрешение 0,1 гПа

Тип зонда Измерение утечки газа

Диапазон измерений 0 ... 99,9 %

Номер поз. Прибор Характеристика прибора

Параметр Значение

2 Testo 335 Разрешение 0,1 %

Тип зонда Электрохимическое измерение СО

Диапазон измерений 0 ... 10000 ппм

Погрешность ±10 ппм Или ±10% от изм. знач. (0...200 ппм) ±20 ппм Или ±5% от изм. знач. (201 ...2000 ппм) ±10% от изм. знач. (2001.. .10000 ппм)

Разрешение 1 ппм

Тип зонда Электрохимическое измерение СОг

Диапазон измерений 0 ... СОгмакс

Погрешность ±0,2 Об. %

Разрешение 0,1 Об. %

Тип зонда Электрохимическое измерение Ог

Диапазон измерений 0 ...25 Об.%

Погрешность ±0,2 Об. %

Разрешение 0,01 Об. %

Тип зонда Измерение КПД

Диапазон измерений 0 ... 120%

Разрешение 0,1 %

Тип зонда Зонд абсолютного давления

Диапазон измерений 600 ... +1150 гПа

Погрешность ±10 гПа

Разрешение 1 гПа

Жаротрубный котел Базовый Жаротрубный котел Расчетный

Двухходовой водогрейный котел кВт, 200 Двухходовой водогрейный котел кВт, 200

Коэффициент полезного действия %, 92 Коэффициент полезного действия %, 96

Номинальная тепловая мощность кВт, 200 Номинальная тепловая мощность кВт, 200

Аэродинамическое сопротивление Па, 150 мбар, 1,5 Аэродинамическое сопротивление Па, 150 мбар, 1,5

Объем занимаемый котлом м3, 1,4 Объем занимаемый котлом м3, 1,4

Диаметр камеры сгорания мм, 460 Длина камеры сгорания мм, 1000 Диаметр камеры сгорания мм, 460 Длина камеры сгорания мм, 1000

Масса корпуса котла кг, 320 Масса корпуса котла кг, 320

Общая масса котла с теплоизоляцией и комплектующими кг, 450 Общая масса котла с теплоизоляцией и комплектующими кг, 450

Срок окупаемости в составе системы автономного теплоснабжения год, < 5 Срок окупаемости в составе системы автономного теплоснабжения год, 2,2