автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Исследование и разработка систем автономного теплоснабжения с двухконтурными котлами

□□3462138

На правах рукописи

фгрУ'

ЖИДИЛОВ Константин Ариевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ДВУХКОНТУРНЫМИ КОТЛАМИ

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Тюмень - 2009

003462138

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» (ННГАСУ)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор БОДРОВ Валерий Иосифович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ЦВЕТКОВ Николай Александрович

кандидат технических наук, доцент ИЛЮХИН Константин Николаевич

Ведущая организация:

Московский государственный строительный университет

Защита состоится « /3 » Агл^тл. 2009 г. в "/¿^ часов на заседании диссертационного совета Д 212.272.01 при ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан « г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современная тенденция развития систем теплоснабжения в России заключается в повышении надежности и эффективности централизованных систем при одновременном широком применении автономных систем теплоснабжения. Она включает создание автономных источников генерации теплоты; снижение потерь при доставке теплоты потребителю; повышение КПД действующего котельного оборудования. Настоящая работа посвящена разработке и созданию современных эффективных и надёжных систем автономного теплоснабжения.

Актуальность темы децентрализации теплоснабжения в России подтверждена провозглашённой политикой правительства, направленной на энергосбережение и реформирование ЖКХ. Это объясняется неудовлетворительным техническим состоянием тепловых систем и коммуникаций, наличием большого количества морально устаревшего и физически изношенного оборудования, а также отсутствием бюджетных средств на реконструкцию, техническое перевооружение или новое строительство центральных котельных и теплотрасс. Поэтому в большинстве случаев вполне обоснован переход на децентрализованное теплоснабжение с применением автономных источников теплоты.

Предлагается автономная система теплоснабжения с двухконтурными котлами, экономичными, надёжными, с увеличенным сроком службы при эксплуатации в условиях низкого качества исходной воды и старых тепловых сетей.

В данной работе сделан краткий обзор всех составляющих процесса теплоснабжения (производство, передача и потребление тепловой энергии), рассмотрены проблемы современного теплоснабжения в целом, сегодняшнее состояние традиционных систем ЦТС и перспективы их развития, а также системы автономного теплоснабжения на основе автономных котельных. Представлены некоторые решения вопросов повышения надежности и эффективности систем автономного теплоснабжения, современные тенденции развития отрасли производства тепловой энергии и критерии для выбора системы теплоснабжения при новом строительстве или реконструкции.

Созданы модульные котельные для систем автономного теплоснабжения с высокими показателями по эффективности использования топлива, надёжности, долговечности и экологии.

Объектом исследования является система автономного теплоснабжения с двухконтурными водогрейными котлами.

Предмет исследования. Процессы теплопередачи при различных режимах работы двухконтурных водогрейных котлов и факторы, влияющие на их интенсивность.

Методы исследования:

- теоретический, в виде создания физико-математической модели двухкон-турного котла и расчётного обоснования его конструктивных размеров;

- экспериментальный, в виде стендовых испытаний и опытной отработки двухконтурных котлов и котельных разных модификаций и исполнений с замерами всех теплотехнических параметров;

- натурный, заключающийся в сборе информации о работе котлов и котельных с мест эксплуатации за период с 1998 по 2008 г.

Целью работы является научное обоснование необходимости разработки, создания, внедрения и развития нового класса двухконтурных водогрейных автоматизированных газовых котлов, отличающихся высокой степенью надёжности при любых условиях эксплуатации и на их основе модульных котельных полной заводской готовности для систем автономного теплоснабжения.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1 Обоснование методики расчёта и выбор конструктивных схем двухконтурных котлов при различных режимах работы с учётом происходящих в объёме котла физических процессов: «набухания» воды, теплопередачи при наличии воздуха и загрязнении теплопередающих поверхностей.

2 Стендовые исследования эффективности работы двухконтурных котлов в водогрейном и пароконденсационном режимах при различных параметрах теплоносителя и конструктивных особенностях. Выбор оптимального варианта способа удаления воздуха из парового объёма двухконтурного котла.

3 Исследование влияния процессов накипеобразования на теплопроизводи-тельность и надёжность обычного и двухконтурного котдов.

4 Разработка алгоритма управления автоматизированными модульными котельными с двухконтурными котлами.

5 Анализ методов снижения выбросов вредных веществ в атмосферу и способов повышения экологических показателей двухконтурных котлов.

6 Системный анализ технико-экономических показателей и показателей надёжности систем автономного теплоснабжения с применением одноконтурных и двухконтурных котлов ОАО "Нижегородский машиностроительный завод" (ОАО «НМЗ») на основе результатов авторского надзора в период 10-летней эксплуатации.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

- разработаны принципиально новые модульные котельные для систем автономного теплоснабжения на базе двухкошурных котлов;

- разработаны инженерные методики расчета, конструирования и анализа теплотехнических параметров газовых двухконтурных котлов;

- выявлено влияние накипных отложений на процессы теплопередачи при работе котла в пароконденсационном и водогрейном режимах;

- на основании теоретических и экспериментальных исследований предложены эффективные способы удаления воздуха при работе котла в пароконденсационном режиме;

- разработаны и обоснованы рекомендации по повышению надёжности и экологической безопасности систем автономного теплоснабжения;

- на основе обработки статистических данных по отказам в котельных с обычными и двухконтурными котлами за период с 1999 по 2008 г., их анализа и система-

тизации причин возникновения аварийных ситуаций выполнен расчёт показателей надёжности котельных.

Практическая значимость и реализация результатов работы состоит в следующем:

- модульные котельные на основе двухконтурных котлов впервые внедрены в практику организации систем автономного теплоснабжения;

- увеличен ресурс работы котлов и снижены требования к качеству подпигочной воды, определяемые для этих котлов только качеством воды в системах автономного теплоснабжения;

- введением в конструкцию котлов утилизатора теплоты уходящих газов получена реальная экономия природного газа (около 45000 нм3 в год, приведённая к эквивалентной котельной мощностью в 1 МВт);

- за счёт использования рекомендованных режимов горения экспериментально получено снижение выбросов оксидов азота не менее чем на 20 %;

- на основании анализа статистических данных за 10-летний период эксплуатации дана оценка ожидаемых отказов основного и вспомогательного оборудования и аварий котельных, что позволяет осуществить планирование ремонтов и провести расчёт объёмов необходимых материально-технический ресурсов.

Достоверность защищаемых положений

1 Получена объективная информация о фактических значениях показателей качества и безопасности продукции на соответствие требованиям ГОСТ и Правил. При испытаниях применялось аттестованное оборудование и поверенные метрологические средства испытательного стенда.

2 Полученные в работе выводы и практические рекомендации подтверждаются как теоретическими исследованиями, так и результатами экспериментов, опытом промышленной эксплуатации серийно производимых двухконтурных котлов и модульных котельных.

3 Основные расчёты выполнялись с использованием лицензионной программы MathCAD.

Апробация результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 7-м и 9-м Международных научно-промышленных форумах «Великие реки» (Н. Новгород, 2005 г. и 2007 г.); на 10-й международной конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (Н. Новгород, НГТУ, 2006 г.); на 11-й Всероссийской конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (Н. Новгород, НГТУ, 2007 г.), а также на научно-практических конференциях и выставках, где представлялись образцы новой отопительной техники (г. Нижний Новгород, г. Санкт-Петербург, г. Казань, г. Пермь и др.) и научно-технических и технико-экономических советах ОАО «НМЗ» (2002.. .2008 гг.).

Публикации. По материалам исследований имеется 16 публикаций и 11 патентов Российской Федерации [17...27], в том числе 6 статей в тематических

сборниках конференций [1, 2, 6,7, 8,14], 7 статей в журналах [3,4, 5, 9,12,13, 16], 3 публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК [10, 11, 15], изложены в научно-технических отчетах предприятия ОАО «НМЗ».

Личный вклад автора состоит:

- в разработке рекомендаций по повышению безопасности и надёжности источников автономного теплоснабжения с учётом конструктивных особенностей котлов;

- в выполнении комплекса исследований по созданию газовых двухконтур-ных котлов, оптимизации их массогабаритных характеристик;

- в разработке физико-математической модели двухконтурных котлов, в обосновании методики инженерных расчётов теплотехнических и прочностных показателей котлов;

- в создании и анализе тепловых и гидравлических схем модульных транспортабельных автоматизированных котельных полной заводской готовности с двухкон-турными котлами, обеспечивающих высокую эффективность и надёжность в эксплуатации систем автономного теплоснабжения;

- в стендовых испытаниях котлов и модульных котельных с отработкой элементов конструкции, алгоритма управления и режимов эксплуатации на различных видах нагрузок (ТС, ГВС, ТС + ГВС);

- в анализе влияния реальных условий эксплуатации на выходные характеристики котлов;

- в технико-экономическом обосновании применения двухконтурных котлов в системах автономного теплоснабжения;

- в сборе данных по отказам и авариям котлов, изготовленных на ОАО "НМЗ", по результатам авторского надзора в системах теплоснабжения различных потребителей, в их анализе и систематизации;

- в оценке показателей надёжности котельных с двухконтурными котлами для прогнозирования и предотвращения аварийных ситуаций, определения необходимости и очередности выполнения и планирования ремонтных работ.

На защиту выносятся:

- мотивация и результаты разработки и расчетов теплофизических и конструктивных параметров газовых водогрейных двухконтурных котлов;

- результаты теоретического анализа тепломассообменных процессов в двухконтурных котлах;

- результаты создания и внедрения водогрейных газовых двухконтурных котлов мощностью 0,32,0,6,1,25 МВт и модульных котельных полной заводской готовности в практику автономного теплоснабжения;

- результаты снижения аварийности и повышения надёжности разработанных систем автономного теплоснабжения;

- результаты сравнительного анализа экономических показателей двухконтурных систем автономного теплоснабжения с одноконтурными и двухконтурными котлами.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов по диссертации и трёх приложений. Объём работы составляет 185 печатных страниц, содержащих 48 рисунков, 34 таблицы, список литературы из 153 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются цели и задачи, определяется научная новизна работы и её практической значимости. Отражена важность снижения удельных затрат на производство энергоресурсов и повышение эффективности их использования за счёт более рационального их потребления и применения энергосберегающих технологий и оборудования. Показаны тенденции развития автономных систем теплоснабжения в России.

В первой главе рассматривается современное состояние теплоснабжения в России и его перспективные направления развития. В настоящее время теплоснабжение около 80 % городского фонда осуществляется от централизованных источников. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. предусматривает сохранение доминирующей роли централизованного теплоснабжения (ЦТС). Однако ЦТС являются весьма дорогими при строительстве и затратными в эксплуатации при доставке и распределении теплоносителя. Из-за утечек и плохой изоляции трубопроводов тепловых трасс, изношенность которых на сегодняшний день составляет ~ 60 % возникают значительные потери теплоты при транспортировке (до 44 %). Поэтому существующие системы ЦТС нуждаются в модернизации по всей технологической цепочке: производство - транспортировка - распределение - потребление теплоты. Использование децентрализации теплоснабжения позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного обслуживаемого объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает потери при транспортировке теплоносителя.

Сделан обзор конструкций современных водогрейных котлов малой и средней мощности, применяемых в системах автономного теплоснабжения. Все котлы чувствительны к качеству исходной воды (содержанию солей жесткости, взвешенных частиц, растворенных газов и т.п.), срок их эксплуатации во многом зависит от состояния внешних коммуникаций. В работе обозначена одна из основных проблем, возникающих при эксплуатации котлов в одноконтурных системах теплоснабжения - это отложения на поверхностях нагрева котла, которые представляют собой первичную и вторичную накипь. В результате многолетних наблюдений за эксплуатацией жаротрубно-дымогарных водогрейных котлов КСВа-1,25 Гс/М, спроектированных и серийно изготавливаемых на ОАО «НМЗ» с 1992 г., обнаружено образование накипных отложений толщиной до 50...60 мм на теплонапряженных поверхностях, что, как правило, приводит к выходу котлов из строя (рис. 1).

В данной главе рассмотрены и даны краткие характеристики классических схем подключения котлов в системах автономного теплоснабжения: однокон-

турная схема, с подключением котлов непосредственно к тепловой сети; схема с гидравлическим разделителем; двухконтурная схема. Преобладающей тенденцией в настоящее время является создание двухконтурных систем теплоснабжения, как наиболее надёжных, - с отделением тепловых сетей от котлов при помощи теплообменников (рис. 2а).

Рис. 1 Котёл КСВа-1,25 Гс/М в котельной пансионата «Автомобилист» в Нижегородской области: а) прогоревшие трубы внутри топки; б) трубная доска после заплавки трещин

Автором предложена значительно упрощенная двухконтурная схема автономного теплоснабжения на основе созданного и запатентованного теплового агрегата, представляющего собой паровой (или водогрейный) жаротрубно-дымогарный котел, в паровом (или водяном) пространстве которого расположены трубы для нагрева сетевой воды и воды ГВС. Такой агрегат нами назван двухконтурным котлом [1]. Схема системы автономного теплоснабжения с двухконтурным котлом, обеспечивающая теплоснабжение и горячее водоснабжение, показана на рис. 26. По сравнению с классической двухконтурной системой она значительно проще и дешевле в изготовлении. В ней отсутствуют циркуляционные насосы котельного контура (работающий и резервный), теплообменник сетевой воды и трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой, соединяющие его с котлом. Трубки теплообменника, составляющие поверхность нагрева сетевой воды, расположены в самом котле.

Во второй главе даны основные характеристики и эксплуатационные качества разработанных двухконтурных котлов. Представлена принципиальная схема классического двухконтурного парового котла, а также конструкции и режимы работы двухконтурных водогрейных газовых котлов КВа-0,32 Гн, КВа-0,6 Гн, КВа-1,25 Гс ОАО «НМЗ».

Принцип действия двухконтурного водогрейного котла заключается в следующем (рис. 3). Первый контур представляет собой котёл с естественной циркуляцией, объем которого заполнен обработанной водой. При такой схеме котёл заполняется только один раз. Во время работы котловая вода совершает замкнутую циркуляцию, выполняя роль промежуточного теплоносителя, воспринимающего теплоту от продуктов сгорания и передающего её воде, проходящей по трубкам встроенного в верхнюю часть котла теплообменника. Котловой контур работает автоматически за счёт естественных условий. Режим работы двухконтурного котла, при котором в греющем контуре постоянно идут

процессы образования пара и его конденсации на поверхностях теплообмена с отдачей теплоты нагреваемому теплоносителю, является пароконденсационным режимом.

а)

Рис. 2 Тепловые схемы двухконтурных систем автономного теплоснабжения:

а) с одноконтурным котлом: ATI - теплообменник системы ГВС; АТ2 - теплообменник системы ТС; АК1 — расширительный бак; HI и Н4 — насосы внутреннего контура ТС и ГВС; Н2 - циркуляционный насос системы ГВС; НЗ - сетевой насос системы ТС; РГР1 и РГР2 - трёхходовые клапаны;

б) с двухконтурным котлом: HI - сетевой насос системы ТС; Н2 - циркуляционный насос системы ГВС; РГР1 и РГР2 - трёхходовые клапаны

Дано описание рабочих процессов в первом и втором контурах котла при работе в двух рабочих режимах: водогрейном и пароконденсационном (рис.3). В первом режиме теплоотдача от котловой воды к трубкам теплообменника происходит за счёт естественной конвекции, коэффициент теплоотдачи при этом ав < 2500 Вт/(м2 оС). Во втором режиме нагрев воды осуществляется кон-

денсирующимся паром со значительно большим коэффициентом теплоотдачи

Ок = 5000... 17000 Вт/(м2-°С). При этом имеет место капельная конденсация, которая с увеличением интенсивности теплообмена переходит в плёночную.

А 1

Воздух 1 Воздух

а) б) в) г)

Рис.3 Режимы работы двухконтурного котла: а - исходное состояние; б - водогрейный; в - водогрейно-пароконденсационный; г - пароконденсационный: 1 - теплообменник; 2 -дымогарные трубы; 3 - топка; 4 - переливная ёмкость; 5 - трубопровод

Увеличение коэффициента теплоотдачи а„ в теплообменнике достигается интенсификацией теплообмена с помощью равномерно чередующихся плавно очерченных впадин на наружной и выступов на внутренней поверхностях трубок. Данные интенсификаторы способствуют разрушению плёнки конденсата снаружи трубки и турбулизируют поток воды внутри неё. Экспериментально установлено, что коэффициент теплоотдачи увеличивается в 2...2,4 раза по сравнению с гладкими трубками.

На рис. 4 представлены конструктивная схема и устройство двухконтурно-го котла КВа-0,6 Гн.

Изучены также проблемные вопросы, возникшие в процессе создания и опытной отработки двухконтурных котлов. В пароконденсационном режиме возникают сложные процессы увеличения объёма воды («набухание») при разогреве котла и подсоса воздуха вследствие снижения давления в нем ниже атмосферного при остывании. Экспериментально определён уровень, до которого должна заливаться вода при первоначальном пуске котла.

Присутствие воздуха в конденсирующемся паре отрицательно сказывается на эффективность теплоотдачи. Плёнка воздуха на поверхности трубок теплообменника является дополнительным термическим сопротивлением тепловому потоку, снижающим коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара.

Распространённый способ удаления воздуха с помощью вакуумного насоса имеет ряд существенных недостатков (наличие вакуумного насоса и обеспечение вакуумной плотности котла усложняют конструкцию и ухудшают его мас-согабаритные характеристики). В связи с этим автор предлагает другие способы

Рис. 4 Схема и устройство котла КВа-0,6 Гн: 1 - топка; 2 - горелка; 3 - дверь; 4 - конвективная часть; 5 - теплообменник; 6 - утилизатор; 7 - переливной объём; 8 - клапан взрывной; 9 - шкаф управления; 10 - автоматический воздухоотводчик

удаления воздуха из парового объёма котла, им проведён их сравнительный анализ. Это удаление воздуха: через сбросной клапан; через воздушный клапан при ручном управлении в режиме разогрева котла; через электромагнитный клапан; с помощью переливной ёмкости (рис. 3) [17]. Также предложены способы, исключающие попадание воздуха в котёл: система термостатирования [27]; подключение котла с рециркуляцией горячей воды; управление котлом при соблюдении условия tBiK = const. Эти способы обеспечивают поддержание температуры котловой воды tK >100 °С (рк >0) при любой нагрузке котла.

Анализируемые способы удаления воздуха прошли проверку в процессе стендовых испытаний с отработкой режимов работы котлов КВа-0,32 Гн, КВа-0,6 Гн, КВа-1,25 Гс, имеется опыт эксплуатации. Разработаны методические

указания по их практическому применению. Время процесса выпуска воздуха через сбросной клапан, с:

х-1. ЕИЕ-!. (31, (1)

/ т-м /

где/- площадь проходного сечения клапана, м2; V- объём парового пространства, занятого воздухом, м3; Т - температура воздуха в котле, °К; М - масса воздуха, кг; /?„ - газовая постоянная воздуха, кДж/(кг°К); £* ~ коэффициент гидравлического сопротивления клапана.

Для котла КВа-0,32 Гн (Г=0,08 м3) расчётное время нахождения клапана <)у = 20 мм (С = 2,5) в открытом состоянии составляет т = 16 с.

Сравнительный анализ котлов с различными способами удаления воздуха показал, что худшие показатели по массо-габаритным характеристикам (рис. 5) оказались у котлов, оборудованных вакуумным насосом (ОАО «Дорогобужкот-ломаш»).

m/N, т/МВт 3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

m/N, т/МВт. 3.5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

□ ОАО"НТО* ИОАО "Дорогобуажотломаш

а) б)

Рис. 5 Сравнительные характеристики котлов: а) удельная материалоемкость котлов; б) удельная площадь, занимаемая котлами

N, МВт

Описание процессов кипения, парообразования и конденсации, теплопередачи при фазовых переходах теплоносителя из одного агрегатного состояния в другое широко представлено в научных работах и технической литературе авторов: Агафонов В.А., Бажан П.И., Butterworth D., Берман С.С., Gröber Н., Erk S., Ермилов В.Г., Исаченко Е.А., Кет D.Q., Кутателадзе С.С., Краснощёков A.C., Сукомел В.П., Wong, H.Y, Хряпченков A.C., Hobler Т., Hewitt G.F. и других.

В двухконтурном котле, работающем в пароконденсационном режиме, все эти процессы происходят одновременно и зависят от внешних воздействий. Автором создана физико-математическая модель тепловых потоков в двухконтурном котле (рис. 6) и даны методические рекомендации взаимной увязки расчётных параметров всех функциональных элементов котла (топка, конвективная часть, теплообменник-конденсатор, утилизатор).

В общем случае уравнение теплового баланса для расчёта котла, работающего на газообразном и жидком топливе, имеет вид:

ÖpP=ßi+ß2+e3+Ö5> (2)

где: 2р ~ располагаемая (внесённая в топку) теплота, кДж/кг; Q\ - полезно используемая теплота, кДж/кг; Q2 - тепловые потери с уходящими газами, кДж/кг; Q:i - тепловые потери вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг; Q$ - тепловые потери от наружного охлаждения (в окружающую среду), кДж/кг.

Структурно процесс теплопередачи от продуктов сгорания (Qm ) к котловой воде

первого контура (QlB), а затем к нагреваемой воде второго контура (£>вп) можно записать следующим образом:

а с =>(&+&р)=>е!=>а,=>&=> &п; бух => е" •

При этом тепловые потери котла можно разделить на две составляющие:

- потери с продуктами сгорания <2BiJX = Q2 + Q3;

- потери в окружающую среду через стенки котла Q„=Q5.

Qi

.Qn — Qk -> Qb

t »On * » »

Лй1

Q»b.x = Q2 + Q3 t3=70...100°C

Рис. 6 Схема тепловых потоков двухконтурного котла

В работе изложены основы методик теплового расчёта первого контура, включающего расчеты процессов горения топлива, теплообмена в топке и конвективной части, расчёт хвостового теплообменника (утилизатора теплоты уходящих газов); теплового расчёта второго контура - расчёт теплообменника-конденсатора, а также основные условия и особенности расчётов котла на прочность и срока эксплуатации.

Наличие в котле утилизатора, выполненного из оребрённых биметаллических трубок, позволяет снизить температуру уходящих газов и тем самым повысить КПД котла. Кроме того, при температуре воды, поступающей в утилизатор, ниже точки росы (для природного газа Ц = 59 °С) начинается процесс конденсации водяных паров в продуктах сгорания, что увеличивает КПД котла:

(з)

где Q1.=mк■r - теплота конденсации водяных паров в уходящих газах, Вт; г -теплота парообразования при температуре насыщения (п, Вт-ч/кг; ;ик - расход конденсата, кг/ч; Уг - расход газа, кг/ч.

Рассмотрено влияние условий эксплуатации на эффективность работы двухконтурного котла. В первый контур котла заливается умягчённая или дистиллированная вода. Во втором контуре циркулирует вода систем ТС и ГВС. Особенностью двухконтурного котла является то, что при эксплуатации загрязняются только трубки теплообменника, что не снижает его надёжности, лишь отрицательно влияет на тепловую мощность и экономичность котла. Проведён-. ные автором исследования позволили определить допустимую степень загрязнения накипными отложениями теплообменника в зависимости от режима работы котла (пароконденсационного или водогрейного). Результатом является выбор конструкции теплообменника (количество трубок, их размер, форма, количество ходов), обеспечивающей наиболее эффективную работу котла в реальных условиях эксплуатации.

При росте толщины загрязняющего слоя на внутренней поверхности теплообмена уменьшается значение коэффициента теплопередачи. При этом изменяется соотношение составляющих термического сопротивления разделяющей теплоносителей стенки (1/ак, 1/ав, Б5/Х). Коэффициент теплопередачи через стенку со слоем накипи Кн, Вт/(м2°С), для двухконтурного котла записывается в виде:

Km=\l{a? + U8a + US, + cc1f), (4)

где: ак - коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубки, Вт/(м2-°С);

а„ - коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде, Вт/(м2-°С); A«, 5СТ и , 5„ - коэффициенты теплопроводности, Вт/(м-°С) и толщины стенки трубки и слоя накипи на её внутренней поверхности, м, соответственно.

Для количественного определения влияния накипных отложений на тепловую эффективность теплообменника двухконтурного котла был сделан расчёт коэффициентов теплопередачи чистого (Ка) и загрязнённого теплообменников (Ки). Отношение коэффициентов теплопередачи Кн/К0 характеризует тепловую эффективность теплообменника с накипью в сравнении с таким же теплообменником с чистой поверхностью:

KJK0= 1/(1 + V*0), (5)

где i?„ = 6Н Дн - термические сопротивления слоя накипи, м2-°С/Вт.

Для определения влияния слоя накипи на эффективность работы котла выполнены расчёты теплообменника, работающего в режиме плёночной конденсации для нагрева воды ТС (70 °С) и ГВС (5 °С), при температуре пара в котле í„ = 105 °С; 110 °С; 115 °С и коэффициентах интенсификации теплообмена: кя = 1,0 (гладкие трубы); = 1,4; кК = 2,4. Число ходов пх- 1 и их = 4. Результаты расчетов Кн/К0 =f(RJ для режимов работы котла в тепловых сетях и ГВС представлены графически на рис. 7.

Значительное уменьшение теплосъёма в конденсаторе при температуре пара /к = 115 °С наблюдается уже при значении Д„ = 2-10"4, что определяет допустимую толщину слоя накипи §„ = = (1 ...2)'2'10^м = 0,2...0,4 мм.

При работе котла в режиме ГВС влияние накипных отложений на трубках теплообменника сказывается в меньшей степени, чем при работе в режиме ТС.

Поэтому в теплообменнике ГВС можно допускать наличие накипи толщиной 5Я = 0,3.--0,6 мм без значительного снижения коэффициента теплопередачи.

Применительно к котлу КВа-0,32 Гн с двухходовым теплообменником выполнены расчёты выходных характеристик котла и влияние на них накипных отложений на трубках теплообменника при работе котла. Для оценки выходной температуры получены формулы:

- пароконденсационный режим ?тс =110-40- е~К0'2929 ; (6)

=110-105 .е-к«'ША- (7)

- водогрейный режим ^ = 100 - 95 • е'К 0/ЛА4. (8)

а) б)

Рис. 7 Зависимость относительных коэффициентов теплопередачи в трубках теплообменника:

а) режим ТС (t, = 70 °С): 1 -1„ = 110 °С, пх= 1 Д„= 1,0; 2 - í„ = 110 °С, пх= 1 ,К= 1,4; 3 - /п = 105, 110,115 °С,пх= 1, кя = 2,4; 4 -1„ = 110 °С,их = 4, *„ = 1,0; 5 - r„ = 110 °С,пх= 4, ¿„ = 1,4; 6 -1„ =

115 °С, пх = 4,ка= 2,4; 7 - í„ = 110 °С, лх = 4, £„= 2,4; 8 - /„ = 105 °С, пх = 4,кп= 2,4;

б)режим ГВС (íi = 5 °С): 1 -í„ = 110 °С, пх = 1 Д„= 1,0; 2 - í„ = 110 °С, пх= 1 ,кя= 1,4; 3 -1„ = 105, 110, 115 °С, лх = 1, Аги = 2,4; 4 - í„ = 110 °С,лх= 4, £,,= 1,0; 5 - fn = 110 °С, лх= 4, 1,4; 6 -/„= 105,110,115 °С,лх='4Д„=2,4

Построены графики зависимости относительной мощности котла КВа-0,32 Гн от величины термического сопротивления слоя накипи в трубках теплообменника N¡/No = f(R,) при работе на нагрузку ТС и ГВС (рис. 8).

Значительное снижение мощности при работе в режиме нагрева воды ТС (пароконденсационный режим) происходит при загрязнении Rn >2,0-10 м2-°С/Вт. В режиме нагрева воды ГВС выходные параметры котла остаются в допустимых пределах вплоть до величины RH = 3,0-Ю"4 м2- °С/Вт.

Установлено, что котёл, работающий в пароконденсационном режиме (с высоким расчётным значением коэффициента теплопередачи К0), более чувствителен к загрязнению, чем котёл, работающий в водогрейном режиме (с более низким расчётным коэффициентом Ко).

Результаты расчёта позволяют составить график проведения работ по очистке поверхностей нагрева. Зная конкретные условия эксплуатации, можно

прогнозировать интенсивность накипеобразования и соответственно снижение мощности котла. Для определения времени работы до чистки на примере котла КВа-0,32 Гн выполнен расчёт интенсивности карбонатного накипеобразования на трубках теплообменника на основании опытных данных. Время эксплуатации котлов между чистками трубок для систем ТС составляет 3,6...7,2 года, для систем ГВС - от 1,8 до 3,6 года.

Рис. 8 Зависимость относительной мощности котла КВа-0,32 Гн от величины термического сопротивления слоя накипи: ГВС - водогрейный режим ГВС; ТСК0НВ - водогрейный режим ТС; ТС„ар - пароконденсационный режим ТС

В третьей главе дано описание экспериментальной базы гидравлических и теплотехнических исследований, выбора и обоснования методики, планирования и объёма проведения стендовых и натурных исследований котлов и котельных.

Проведённые стендовые испытания двухконтурных котлов при нагрузках 25 %, 50 %, 75 %, 100 % и 110 % с имитацией работы на сети отопления и ГВС позволили получить их основные гидравлические и теплотехнические показатели, включая КПД по прямому и обратному балансам.

Проведена опытная отработка котлов КВа-0,32 Гн, КВа-1,25 Гс в парокон-денсационном и водогрейном режимах, в том числе.проведены испытания котлов при работе утилизатора теплоты уходящих газов в режиме конденсации. Полученные экспериментальные данные подтвердили высокую эффективность использования утилизатора. КПД двухконтурных котлов достигает 96 % в номинальном режиме и превышает 100 % (см. рис. 11) на промежуточных режимах (25...75 %), а также при их использовании в системах ГВС (температура воды на входе в котёл 5.. .20 °С).

В работе обоснован алгоритм управления двухконтурным котлом в котельной. Наиболее эффективным является пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование, обеспечивающее плавное отслеживание изменения нагрузки и постоянство температуры в котле с точностью ± 1°С, что позволяет поднять температуру пароводяной смеси в котле до 112... 113 °С и увеличить мощность котла на ~ 20 %. При ПИД регулировании реализуется прогнозный алгоритм перевода котла в новое стационарное со-

стояние при изменении нагрузки и эффект инерционности перехода становится минимальным.

Рассмотрена работа двухконтурного котла, подключенного к двум независимым друг от друга нагрузкам (ТС и ГВС) и выполнен расчёт характерного время отработки горелки при прямом регулировании, необходимого для возврата котла в стационарное состояние при изменении мощности ГВС от /V"rBC до максимально заданного jVj^J, в зависимости от потребления горячей воды:

_ =2-(AfTC+A^nc-Armin) (9)

per тг тг '

_ЛГВС

где Кт— коэффициент регулирования горелки, определяется по формуле: N -N ■

-^ (10)

"^мэо

где Тмэо~ время отработки испо;гнительного механизма, с. •Кгвс- коэффициент регулирования ГВС, определяется по формуле:

Umax - Nmin

Кгвс= гвс ;VrBC, (11)

хгвс

где Трвс - время изменения нагрузки ГВС от 0 до шах, с.

Время отработки горелки для возврата котла в стационарное состояние, если

время срабатывания исполнительного механизма хМэо~ 20 с, составит т ~ 1 мин.

В качестве примера дано описание работы блочной котельной ТАУ- 0,7, оборудованной двумя двухконтурными котлами КВа-0,32 Гн номинальной теп-лопроизводительностью 640 кВт (рис. 9), а также представлена принципиальная схема и алгоритм работы котельной, разработанные при участии автора. Котельную отличает высокая экономичность и надёжность благодаря предложенным новым техническим решениям, современному оборудованию и высокой степени автоматизации [3,13].

Рис. 9 Блочная котельная ТАУ- 0,7. Вид снаружи и внутри

В четвёртой главе изложены вопросы надежности, эффективности и экологической безопасности систем автономного теплоснабжения. Проведён углублённый анализ и систематизация аварийных ситуаций в системах автономного

теплоснабжения с котлами производства ОАО «НМЗ». На основании расчёта основных критериев надёжности систем определены наиболее слабые элементы и разработаны рекомендации по повышению надёжности источников теплоснабжения. В рамках проводимого исследования выполнена обработка статистических данных за период с 1999 по 2008 г., их систематизация и классификация по отказам котлов и вспомогательных элементов котельных, эксплуатирующихся в системах автономного теплоснабжения Нижегородской, Ивановской и Владимирской областей, в Татарстане и Чувашии.

Выполнен расчёт основных показателей надёжности элементов и оборудования проточных (КСВа-1,25 Гс - 159 шт.) и двухконтурных котлов (КВа-0,32 Гн -135 шт.), которые рассчитывались по формулам:

п

= Т - параметр потока отказов (интенсивность отказов), 1/год;

Р(т)=е шТ - вероятность безотказной работы оборудования и элементов проточного и двухконтурного котла за время работы Т= 9 лет (или вероятность отказа за время Г, Рот);

Кт - Т/(Т + Гв) - коэффициент готовности в установившемся режиме эксплуатации , год;

К = 'су» /('с,» + ^„вс, + ) - коэффициент технического использования, год, где пг - число отказавших однородных изделий; N - среднее число изделий, исправно работающих в данный отрезок времени Т, год (время наблюдений); Т -время наработки на отказ; Тъ - среднее время восстановления работоспособности изделия; ^ - суммарная наработка всех наблюдаемых объектов; /0бсЛ -суммарное время простоев из-за технического обслуживания; грем - суммарное время простоев из-за ремонта.

Исходя из имеющихся данных количества отказов за время эксплуатации (9 лет), сделан прогноз ежегодного выхода из строя оборудования. Полученные результаты дают возможность определить наиболее слабые места в котлах, требующих ремонта или замены, оценить финансовые затраты на приобретение запасных частей и комплектующих, а также расходных материалов для быстрой ликвидации аварийной ситуации.

В двухконтурных котлах КВа-0,32 Гн самым надёжным является корпус котла (со = 0). Выхода из строя корпуса котла (включающего топку, трубную доску, дымогарные трубы, встроенный теплообменник и утилизатор) за период наблюдения не было ни одного. Это подтверждает высокую надёжность двухконтурных котлов и правильность выбранного конструктивного решения.

Для более глубокого анализа надёжности котлов автор ограничился рассмотрением главных, наиболее серьёзных причин выхода их из строя, ведущих к прекращению теплоснабжения на длительный период. Этими причинами могут стать только нарушение целостности основных корпусных элементов котла: обечайки, топки, трубной доски, дымогарных труб. Вероятность отказа двух-

/=1

Тот= '. ^ - наработка на отказ, год;

¡=1

контурного котла по этой причине Рот = 0, поэтому расчёт вероятности числа аварий (отказов) Р0Г(К) выполнен только для проточного котла. Вероятность того, что произойдёт не более М аварий на N объектах за время Т будет равно:

м

Р^К <М)= I(iVM;7) ■ e-N^T

(12)

*=о К\

За расчётные значения приняты: величина потока отказов по причине нарушения целостности корпусных элементов котла со = 0,0098 1/год, Т = 1 год, величиной N задаёмся (50,100,150,200,250, 300 шт.).

Исходя из вероятности Рот (К <М) не менее 0,90 возможное число аварий проточных котлов по причине нарушения целостности корпусных элементов котла колеблется от 1 до 5 в год в зависимости от количества котлов, находящихся в эксплуатации. По результатам расчётов построены графики Р0Т(К <М) = f(M) для количества котлов N = 150 и N - 300 штук (рис. 10). Для каждого случая, принимая проектное значение вероятности Рт (К <М) = 0,90, можно найти по графикам возможное количество аварий или отказов котельных М.

Рис.10 Вероятность аварий на N котлах: a) N= 150 шт.; б) N= 300 шт.

Высокая эффективность сжигания природного газа, его малый удельный расход обусловлены наличием в двухконтурном котле утилизатора теплоты уходящих газов. Проводимые с участием автора эксперименты подтвердили возможность работы двухконтурных котлов в конденсационном режиме. При подаче на вход котла холодной воды его КПД возрастает на 7... 11 % (в зависимости от температуры воды). По опытным данным испытаний котла КВа-1,25 Гс на разных режимах построены графики т| =_/(г) (рис. 11).

Выполнен расчет экономического эффекта от более рационального использования природного газа на примере работы двух котельных одинаковой мощности (2,5 МВт) и подключенных к одинаковой нагрузке - жилым домам (отопление и ГВС).

В 1-й котельной -2 водогрейных котла мощностью 1,25 МВт без утилизаторов теплоты дымовых газов, КПД котлов 92 %. Во 2-й котельной - 2 двухконтурных котла КВа-1,25 мощностью 1,25 МВт и оснащенные утилизаторами. Средний КПД котлов в отопительный период составляет 98 %, в летний период

при работе на систему ГВС - 104 %. Годовая экономия топлива от применения котлов, оснащённых утилизаторами, составит 112-103 нм3.

Проведены исследования влияния конструктивного исполнения и тепло-напряжённости топки на количественный выход оксидов азота на котлах КСВа-1,25 Гс/М и КВа-1,25 Гс с тупиковыми топками = 1 МВт/м3 и на котле КВа-0,32 Гн с одноходовой топкой с]1 ~ 5,8 МВт/м3,

Анализ опытных данных показывает, что, несмотря на значительное (в 4...5 раз) увеличение теплонапряжённости для одноходовой топки котла КВа-0,32 Гн, наблюдается устойчивое снижение усредненных по всем измерениям выбросов N0 примерно на 20 % по сравнению с тупиковой (двухходовой) топкой котла КВа-1,25 Гс за счет снижения времени пребывания продуктов сгорания в топке.

Рис. 11 График КПД котла КВа-1,25 Гс в зависимости от температуры воды на входе на нагруках:

1 -0,25 %МШ)1;

2 - 0, 5 % N„0«; 3-0,75%К„ОМ; 4 - №цом

Выполнен сравнительный экономический анализ систем автономного теплоснабжения, работающих по двухконтурной схеме с применением одноконтурных и двухконтурных котлов. Для примера выбраны две блочно-модульные котельные мощностью по 2,5 МВт, разработанные и серийно изготавливаемые на ОАО "НМЗ" (ТМА-И-2,5 и ТМА-Ш-2,5). В котельных применены котлы того же производителя: КСВа-1,25 Гс/М и КВа-1,25 Гс соответственно. Котельные размещены в блок-контейнерах и имеют однотипное вспомогательное оборудование. Для сравнения вариантов создания двухконтурных систем автономного теплоснабжения с обычными и двухконтурными котлами выполнены укрупнённый расчёт стоимости основного оборудования, а также расчёт эксплуатационных расходов каждой котельной. Исходя из условия, что котельные эксплуатируются в одной климатической зоне и подключены к одинаковой тепловой нагрузке ТС и ГВС (например, жилому дому), капитальные затраты на реализацию двухконтурной системы теплоснабжения с обычными и двухконтур-

ными котлами составляют 3897 тыс. руб. и 3864 тыс. руб. соответственно (в ценах 2007 г.).

Результаты расчёта эксплуатационных затрат обоих вариантов двухкон-турной системы теплоснабжения с обычными и двухконтурными котлами приведены в табл. 1. Таблица 1 Эксплуатационные затраты

Наименование Котельная ТМА-И-2,5 Котельная ТМА-Ш-2,5

1 Затраты на топливо, тыс. руб. 2941,4 2825,2

2 Затраты на электроэнергию, тыс. руб. 481,8 289,1

3 Затраты на воду, тыс. руб. 68,3 68,3

4 Затраты на хим. реагенты, тыс. руб. 60 60

5 Амортизационные затраты, тыс. руб. 389,7 193,2

6 Затраты на текущий ремонт, тыс. руб. 77,9 38,6

7 Затраты на заработную плату, тыс. руб. 300 300

8 Прочие затраты, тыс. руб. 231,2 197,4

Итого, тыс. руб. 4855 4144,3

Если стоимости основного оборудования обеих котельных приблизительно равны, то в эксплуатации котельная с обычными котлами обходится дороже на 710,7 тыс. руб. ежегодно.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. На основании анализа состояния и тенденции развития теплоснабжения в стране научно обоснована необходимость разработки для систем автономного теплоснабжения нового типа котлов - двухконтурных пароконденсационных и на их основе модульных газовых котельных.

2. На основе изучения тегагофизических рабочих процессов, происходящих внутри котла, даны рекомендации по конструктивным схемам, методам интенсификации процессов теплообмена и режимам работы двухконтурных котлов.

3. Разработаны и прошли экспериментальную проверку мероприятия и методики расчёта по оптимизации уровня заполнения водой первого контура (для предотвращения последствий процесса «набухания» воды) и удаления воздуха из объёма котла. Дан сравнительный анализ различных способов удаления воздуха, предложены схемы подключения котлов к системам автономного теплоснабжения, позволяющие исключить завоздушивание парового объёма котлов.

4. Разработана физико-математическая модель процессов тепломассообмена в двухконтурных котлах, работающих в пароконденсационном и водогрейном режимах. Уточнена методика теплового и гидравлического расчётов первого и второго контуров и хвостового теплообменника двухконтурного котла.

5. Допустимое в реальных условиях эксплуатации снижение мощности двухконтурных котлов (до 15 %) наблюдается: в режиме нагрева воды системы ТС, при термическом сопротивлении слоя накипи RH >2,0-10 м2-°С/Вт, в режиме нагрева воды системы ГВС - при Ra >3,0Т0"4 м2-°С/Вт. Расчётное время эксплуата-

ции котлов между чистками трубок теплообменника системы ТС составляет 3,6.. .7,2 года, для системы ГВС -1,8.. .3,6 года.

6. Проведённые по разработанной методике стендовые испытания двухконгур-ных котлов и модульных котельных при нагрузках от 25 до 110 % в режимах ТС, ГВС, ТС + ГВС позволили получить основные теплотехнические и гидравлические показатели котлов, включая КПД. Рекомендован алгоритм работы и регулирования котлов. Предлагаемое пропорционально-дифференциально-интегральное регулирование, обеспечивающее плавное отслеживание изменения нагрузки и постоянство температуры в котле с точностью ± 1 °С, позволило увеличить мощность котла на ~ 20 %.

7. Двухкошурные котлы в системах автономного теплоснабжения по сравнению с одноконтурными котлами имеют более высокие показатели надёжности: по интенсивности отказов, по наработке на отказ, по коэффициенту готовности, по коэффициенту технического использования. Вероятность отказов двухконтурных котлов по надёжности основных корпусных элементов Рот = 0.

8. Проведённые технико-экономические исследования показали экономические и экологические преимущества строительства и эксплуатации котельных для систем автономного теплоснабжения с двухконтурными котлами. Выполнено расчётное обоснование применения в котлах хвостового теплообменника, обеспечивающего повышение КПД на 5.. .12 %, что подтверждено результатами испытаний. На основании проведённых нами исследований по методам снижения выбросов вредных веществ даны практические рекомендации для проектирования горелок, способствующих снижению выбросов N0 с продуктами сгорания

Автор выражает глубокую благодарность профессору, кандидату технических наук Хряпченкову Алексею Степановичу и кандидату технических наук Киселёву Валерию Фёдоровичу за помощь при проведении исследований.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Жидилов, К.А. .Концепция создания и использования высокоэффективных и экологичных двухконтурных водогрейных котлов для систем энергообеспечения населенных пунктов / И.Г. Григорьев, К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев // 7-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки», Н. Новгород, 2005.

2 Жидилов, К.А. Вопросы надежности и эффективности котельных с двухконтурными котлами ОАО «Нижегородский машиностроительный завод» / К.А. Жидилов // 10-я международная конференция «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения». - Н. Новгород, 2006.

3 Жидилов, К. А. Вопросы эксплуатации модульной котельной ТАУ-0,7 с двухконтурными котлами / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.Б. Кулемин, Н.А. Никифорова, Н.М. Сергеенко // Энергоэффективность, 2006, № 3-4. - с. 60.. .64.

4 Жидилов, К.А. К вопросу оптимизации системы учета тепловой энергии в водогрейных котельных ЖКХ / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Проворов // Энергосбережение, 2006, № 5.-е. 32...34.

5 Жидилов, К.А. Водогрейные котлы с кипящей водой низкого давления со встроенными теплообменниками / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.Б. Кулемин, В.В. Проворов, Н.М. Сергеенко // Новости теплоснабжения, 2006, № 10. - с. 26...29.

6 Жидилов, К.А. Синтез систем регулирования производимой и потребляемой тепловой мощности автономных котельных / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Проворов // 9-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки». - Н. Новгород, 2007.

7 Жидилов, К.А. Экономичная система регулирования тепловой энергии котельной с двухконтурными котлами / К.А. Жидилов, A.C. Хряпченков // Труды международной научно-технической конференции «XIV Бенардосовские чтения». -Иваново: Изд-во Иванов, гос. энерг. ун-тет, 2007.

8 Жидилов, К.А. Энергосберегающее квартирное теплоснабжение / К.А. Жидилов // 11-я Всероссийская конференция «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», Н. Новгород, 2007.

9 Жидилов, К.А. Экономичная система теплоснабжения жилого здания / К.А. Жидилов, В.В. Проворов, В.Ф. Киселев // ЖКХ: журнал руководителя и главного бухгалтера, 2007, № 9, ч. I. - с. 49.. .51.

10 Жидилов, К.А. Методика математического моделирования газового водогрейного котла / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Проворов, С.И. Ротков // Вестник Ижевск, технич. ун-та, 2008, № 3. — с. 33...36.

11 Жидилов, К.А. Интеллектуальный газовый котел нового поколения / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Проворов, С.И. Ротков // Вестник Ижевск, технич. ун-та, 2008, № 3. - с. 31, 32.

12 Жидилов, К.А. Оптимизация схемы теплоснабжения / К.А. Жидилов // ЖКХ. Экономика и управление предприятием ЖКХ, 2008, № 4, ч. I. - с. 48,49.

13 Жидилов, К.А. О преимуществах блочно-модульных котельных / В.И. Бодров, К.А. Жидилов // ЖКХ. Экономика и управление предприятием ЖКХ, 2008, №5,ч.1.-с. 49...51.

14 Жидилов, К.А. О высокой эффективности двухконтурных котлов в системе теплоснабжения / ИТ. Григорьев, Г.И. Басов, К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В Коваленко, Н.М. Сергеенко, A.C. Хряпченков // Труды Нижегород. гос. технич. ун-та. Т. 69.-Нижний Новгород, 2008.-е. 81...84.

15 Жидилов, К.А. Повышение экономичности двухконтурных котлов за счёт глубокого охлаждения уходящих газов / К.А. Жидилов // Приволжский научный журнал, 2009, № 1.

16 Жидилов, К.А. Вопросы надёжности и безопасной эксплуатации блочных котельных с двухконтурными котлами / В.И. Бодров, К.А. Жидилов // Промышленная безопасность - 2009. Сб. трудов Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета. Нижний Новгород, 2009.

17 Патент РФ № 57432, F24H 1/00. Водогрейный котел / Басов Г.И., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Кулемин В.Б. - Заявлено 06.03.2006. Опубликовано 10.10.2006. Бюллетень № 28.

18 Патент РФ № 54140 F22B 33/00. Котельная установка / Басов Г.И., Про-воров В.В., Жидилов К.А., Киселёв В.Ф., Сергеенко Н.М., Никифорова H.A. -Заявлено 26.12.2005. Опубликовано 10.06.2006. Бюллетень № 16.

19 Патент РФ № 68650 F22B 1/18. Теплоутилизатор / Сергеенко Н.М., Жидилов К.А., Кизова В.Г. - Заявлено 25.06.2007. Опубликовано 27.11.2007. Бюллетень № 33.

20 Патент РФ № 71736 F24H 1/00. Водогрейный котёл / Сергеенко Н.М., Жидилов К.А., Проворов В.В. - Заявлено 12.11.2007. Опубликовано 20.03.2008. Бюллетень № 8.

21 Патент РФ № 58668 F24H 1/00. Водогрейный котел / Басов Г.И., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Зубарев А.Н. - Заявлено 05.06.2006. Опубликовано 27.11.2006. Бюллетень № 33.

22 Патент РФ № 2318163, F24H 1/00. Водогрейный котел / Басов Г.И., Подпругин С.Г., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Зубарев А.Н., Слепов Л.А. - Заявлено 17.07.2007. Опубликовано 27.02.2008. Бюллетень № 6.

23 Патент РФ № 62222, F24H 1/00. Водогрейный котел / Басов Г.И., Подпругин С.Г., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Хряпченков A.C. -Заявлено 13.09.2006. Опубликовано 27.03.2007. Бюллетень № 9.

24 Патент РФ № 66005 F22B 33/00. Котельная установка / Басов Г.И., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Дёмин H.A., Скворцова М.А. - Заявлено 12.02.2007. Опубликовано 27.08.2007. Бюллетень № 24.

25 Патент РФ № 77946 F22B 33/00. Водогрейный котёл / Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Моисеенков М.В. - Заявлено 20.05.2008. Опубликовано 27.20.2008. Бюллетень № 24.

26 Патент РФ № 78908 F24H 1/08. Водогрейный котёл / Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Моисеенков М.В. - Заявлено 31.03.2008. Опубликовано 10.12.2008. Бюллетень № 34.

27 Патент РФ № 79165 F22B 33/00. Водогрейный котёл / Жидилов К.А., Хряпченков A.C. - Заявлено 24.03.2008. Опубликовано 20.12.2008. Бюллетень №35.

Подписано к печати_62, _. Формат 60x90 1/16

Бумага газетная. Печать трафаретная. Объём 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 5Я

Отпечатано в полиграфическом центре Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета, 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65

СОДЕРЖАНИЕ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КАК ОТРАСЛИ

НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА В РОССИИ.

1.1 Системы централизованного теплоснабжения.

1.2 Автономные системы теплоснабжения.

1.2.1 Организационно-технические и экономические предпосылки развития систем автономного теплоснабжения.

1.2.2 Конструкции современных котлов для систем автономного теплоснабжения.

1.2.3 Мотивация разработки двухконтурных котлов.

1.3 Пути совершенствования систем автономного теплоснабжения.

1.3.1 Схемы систем автономного теплоснабжения с одноконтурными котлами.

1.3.2 Схемы систем автономного теплоснабжения с двухконтурными котлами.

Выводы по главе 1.

Глава 2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЁТА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВУХКОНТУРНЫХ КОТЛОВ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

2.1 Основные характеристики и эксплуатационные качества двухконтурных котлов.

2.2 Исследование рабочих процессов в двухконтурном котле.

2.2.1 Анализ рабочих процессов двухконтурных котлов в пароконденсационном и водогрейном режимах.

2.2.2 Влияние процесса «набухания» воды на мощность пароконденсационных котлов.

2.2.3 Влияние наличия воздуха в объеме пароконденсационного котла на его производительность.

2.3 Тепловые расчёты двухконтурного котла.

2.3.1 Физико-математическая модель котла.

2.3.2 Тепловой расчет первого контура котла.

2.3.3 Тепловой расчет второго контура котла.

2.3.4 Особенности расчётов двухконтурного котла на прочность.

2.4 Конструктивные схемы компоновки двухконтурных котлов.

2.5 Влияние условий эксплуатации на эффективность работы двухконтурных котлов.

Выводы по главе 2.

Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХКОНТУРНЫХ КОТЛОВ.

3.1 Экспериментальный стенд и методика проведения исследований.

3.2 Результаты стендовых испытаний и их анализ.

3.3 Алгоритм управления работой котельной установки с двухконтурными котлами.

Выводы по главе 3.

Глава 4 НАДЁЖНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

4.1 Анализ надежности систем автономного теплоснабжения с двухконтурными котлами.

4.1.1 Критерии надёжности систем автономного теплоснабжения.

4.1.2 Расчёт показателей надёжности проточных и двухконтурных котлов.

4.2 Экологическая безопасность систем автономного теплоснабжения с двухконтурными котлами.

4.2.1 Экономический эффект повышения экологических показателей.

4.2.2 Методы снижения выбросов вредных веществ в двухконтурных котлах.

4.3 Технико-экономические показатели систем автономного теплоснабжения.

4.4 Внедрение результатов исследований.

Выводы по главе 4.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Важнейшим приоритетом энергетической стратегии России на период до 2020 года, утвержденной Правительством РФ, является снижение удельных затрат на производство энергоресурсов и повышение эффективности их использования за счёт более рационального их потребления и применения энергосберегающих технологий и оборудования [72, 108, 125].

По оценкам специалистов потенциал энергосбережения составляет 40.45 % современного энергопотребления в стране, что эквивалентно 400.480 млн. т у.т. в год [55]. Наибольший потенциал энергосбережения имеется в сфере теплоснабжения, достигающий 40.50 % от всего теплопо-требления страны. Распределяется производство тепловой энергии в настоящее время следующим образом: 72 % - в централизованных источниках теплоснабжения (теплопроизводительностью более 20 Гкал/ч); 28 % - в децентрализованных, в том числе 18 % на автономных и индивидуальных [33].

Процесс теплоснабжения делится на три основные составляющие: производство тепловой энергии; передача теплоты потребителю; потребление тепловой энергии. Для реализации процесса энергосбережения каждая вышеперечисленная составляющая должна иметь максимальную эффективность.

Существует три вида систем теплоснабжения: централизованная (ЦТ); децентрализованная (ДЦТ); индивидуальная (домовая). Под централизованным теплоснабжением понимается одновременное обеспечение теплотой групп потребителей от одной системы, включающей крупную теплогенери-рующую установку (ТЭЦ, ТЭС, котельную), распределительные тепловые пункты, тепловые сети и системы тегаюпотребления с индивидуальными тепловыми пунктами и инженерными системами внутри зданий.

Системы децентрализованного или автономного теплоснабжения обеспечивают потребителей теплотой от местных (автономных) теплогенераторов без тепловых пунктов и протяженных тепловых сетей [109]. Установленная тепловая мощность автономной системы условно принимается не более 20 Гкал/ч (23 МВт) [120]. Индивидуальное теплоснабжение полностью исключает тепловые сети, так как источник теплоты находится непосредственно в помещении.

В последние годы всё шире используется газовое топливо, что позволило более просто решать технические задачи по удовлетворению возросших требований по экологии, по созданию надёжных автоматизированных котельных. Кроме того, через единицу поперечного сечения газопровода перемещается энергии на 4 порядка больше, чем через такую же единицу сечения теплопровода [4].

Анализ работы существующих систем теплоснабжения показал, что в ряде случаев децентрализованные системы экономичнее централизованных. В конце XX и начале XXI веков ЖКХ страны оказалось в близком к катастрофическому состоянию, средний износ фондов достиг 60 % и более. Необходимые ремонтно-восстановительные работы объектов сетей коммунальной инфраструктуры не проводились или осуществлялись в недостаточном объеме; участились крупные аварии, особенно, тепловых трасс, на устранение которых требовались огромные материальные ресурсы. В результате потери произведенной тепловой энергии достигли 40.50 % [36].

Создание новых источников теплоты и тепловых трасс (ТЭЦ, районных котельных) требует больших капитальных вложений и имеет длительный цикл строительства. В результате пропадает экономический эффект от централизованной выработки теплоты. Поэтому ускоренными темпами началось развитие систем автономного теплоснабжения.

Основной фактор низкой эффективности систем ЦТ — это наличие протяженных тепловых трасс, которые являются самым ненадежным элементом систем, на который приходится более 85 % отказов. Надежность и безопасность работы тепловых трасс — одна из важнейших по совокупности показателей, характеризующих их состояние с точки зрения безотказности и живучести при любых обстоятельствах (авария, отсутствие топлива, природные катаклизмы и т.д.)- Согласно данным [100] минимально допустимые показатели вероятности безопасной работы: для источника теплоты Рих. = 0,97; для тепловых сетей Рт с. = 0,9; для потребителя теплоты - Рпх. = 0,99. Факторы, влияющие на значения Ри т , Рт с и Рпт., не зависят друг от друга. Поэтому в целом по системе централизованного теплоснабжения показатель вероятности безопасной работы Р2, зависящий от одновременного проявления этих трех факторов, равен их произведению [100]: Р^ = Рих- Ртх- Рпт = 0,97-0,9-0,99 = 0,86.

Для системы ДТС общий показатель безопасной работы Р^ выше, т. к. исключается наиболее слабое звено - тепловые сети и составляет:

Р2 = Ри.т.-Рт = 0,97-0,99 = 0,96.

Энергетический баланс системы «котельная — тепловые трассы — системы отопления зданий» показывает, что её среднестатистический коэффициент полезного использования энергии составляет не более 40 %. Таким образом, около 60 % тепловой энергии теряется в котельной, в тепловых трассах, у потребителей. Даже при нормальном состоянии всех систем по данным [121] структура потребления и потерь тепловой энергии выглядит следующим образом: полезно используемая теплота - 57 %; потери на источнике -10 %; потери при транспортировании — 15 %; потери при регулировании — 8 %; потери при потреблении - 10 % (рис. 1.1). Потенциал энергосбережения только в сфере ЖКХ в масштабах России оценивается специалистами примерно в 100 млн. т у.т. ежегодно [13].

В настоящее время из-за недостаточных капитальных вложений проблема старения оборудования и коммуникаций не решена. Выделяемые средства идут на модернизацию только конкретных частей морально и физически устаревших систем, что не позволяет получить ожидаемый положительный эффект.

Потери при потреблении Полезно используемое тепло Потери на источнике Потери при транспортировке Потери на регулирование

Рис. 1.1 Структура потребления и потерь тепловой энергии

Современное теплогенерирующее оборудование, в основном зарубежного производства, предлагаемое сегодня на Российском рынке, в перспективе не сможет найти широкое применение и не даст эффекта, на который можно рассчитывать, исходя из рекламных материалов и паспортных характеристик котлов. Это объясняется следующим. Россия - страна с огромной разветвленной системой теплоснабжения. Чтобы перейти на новые технологии, необходимо перейти на зарубежные показатели водно-химического режима, обеспечить прокладку тепловых трасс изолированными трубами с герметичным покрывным материалом и автоматической системой обнаружения утечек, иметь персонал высокой квалификации, создать эффективные системы авторегулирования тепловой нагрузки и т.д. Полностью воплотить эти условия не представляется возможным.

Современная тенденция развития систем теплоснабжения в России заключается в повышении надежности и эффективности централизованных систем при одновременном широком применении автономных систем теплоснабжения [36, 110]. Она включает: создание автономных источников генерации теплоты; снижение потерь при доставке теплоты потребителю; повышение КПД действующего котельного оборудования; предпочтение двухкон-турным автономным источникам теплоснабжения. Настоящая работа посвящена разработке и созданию современных эффективных систем автономного теплоснабжения.

10%

Целью работы является научное обоснование необходимости разработки, создания, внедрения и развития нового класса двухконтурных водогрейных автоматизированных газовых котлов, отличающихся высокой степенью надёжности при любых условиях эксплуатации и на их основе модульных котельных полной заводской готовности для систем автономного теплоснабжения.

Задачи исследования.

1 Обоснование методики расчёта и выбор конструктивных схем двухконтурных котлов при различных режимах работы с учётом происходящих в объёме котла физических процессов: «набухания» воды, теплопередачи при наличии воздуха и загрязнении теплопередающих поверхностей.

2 Стендовые исследования эффективности работы двухконтурных котлов в водогрейном и пароконденсационном режимах при различных параметрах теплоносителя и конструктивных особенностях. Выбор оптимального варианта способа удаления воздуха из парового объёма двухконтурного котла.

3 Исследование влияния процессов накипеобразования на теплопроиз-водительность и надёжность обычного и двухконтурного котлов.

4 Разработка алгоритма управления автоматизированными модульными котельными с двухконтурными котлами.

5 Анализ методов снижения выбросов вредных веществ в атмосферу и способов повышения экологических показателей двухконтурных котлов.

6 Системный анализ технико-экономических показателей и показателей надёжности систем автономного теплоснабжения с применением одноконтурных и двухконтурных котлов ОАО "Нижегородский машиностроительный завод" (ОАО «НМЗ») на основе результатов авторского надзора в период 10-летней эксплуатации.

Необходимым условием решения указанных основных задач является одновременный анализ и разработка других сопряженных вопросов, определивших структуру и объём диссертации.

Разработка современного, высокоэффективного котельного оборудования выполнялась ОАО «Нижегородский машиностроительный завод» (ОАО «НМЗ») в соответствии с принятой Министерством оборонной промышленности СССР в 1990 г. конверсионной программой по созданию блочных котельных повышенной заводской готовности, предназначенных для обеспечения теплом и горячей водой населённых пунктов сельской местности

Теоретические и экспериментальные исследования проводились в ЦКБ и на специально оборудованном испытательном стенде в цехе ОАО «НМЗ» в период с 1992 г. по 2008 г.

Автор выражает глубокую благодарность профессору, кандидату технических наук, Почётному работнику высшего профессионального образования РФ Хряпченкову Алексею Степановичу и кандидату технических наук Киселёву Валерию Фёдоровичу за помощь при проведении и обработке результатов экспериментальных исследований.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. На основании анализа состояния и тенденции развития теплоснабжения в стране научно обоснована необходимость разработки для систем автономного теплоснабжения нового типа котлов - двухконтурных пароконден-сационных и на их основе модульных газовых котельных.

2. На основе изучения теплофнзичеекпх рабочих процессов, происходящих внутри котла, даны рекомендации по конструктивным схемам, методам интенсификации процессов теплообмена и режимам работы двухконтурных котлов.

3. Разработаны и прошли экспериментальную проверку мероприятия и методики расчёта по оптимизации уровня заполнения водой первого контура (для предотвращения последствий процесса «набухания» воды) и удаления воздуха из объёма котла. Дан сравнительный анализ различных способов удаления воздуха, предложены схемы подключения котлов к системам автономного теплоснабжения, позволяющие исключить завоздушивание парового объема котлов.

4. Разработана физико-математическая модель процессов тепломассообмена в двухконтурных котлах, работающих в пароконденсационном и водогрейном режимах. Уточнена методика теплового и гидравлического расчётов первого и второго контуров и хвостового теплообменника двухконтурно-го котла.

5. Допустимое в реальных условиях эксплуатации снижение мощности двухконтурных котлов (до 15 %) наблюдается: в режиме нагрева воды системы ТС при термическом сопротивлении слоя накипи >2,0-10"4 м2-°С/Вт, в режиме нагрева воды системы ГВС - при Яи >3,0-10"4 м2-°С/Вт. Расчётное время эксплуатации котлов между чистками трубок теплообменника системы ТС составляет 3,6. .7,2 года, для системы ГВС -1,8. .3,6 года.

6. Проведённые по разработанной методике стендовые испытания двухкон-турных котлов и модульных котельных при нагрузках от 25 % до 110 % в режимах ТС, ГВС, ТС + ГВС позволили получить основные теплотехнические и гидравлические показатели котлов, включая КПД. Рекомендован алгоритм работы и регулирования котлов. Предлагаемое пропорционально - дифференциально - интегральное регулирование, обеспечивающее плавное отслеживание изменения нагрузки и постоянство температуры в котле с точностью ± 1 °С, позволило увеличить мощность котла на ~ 20 %.

7. Двухкошурные котлы в системах автономного теплоснабжения по сравнению с одноконтурными котлами имеют более высокие показатели надёжности: по интенсивности отказов, по наработке на отказ, по коэффициенту готовности, по коэффициенту технического использования. Вероятность отказов двухконтурных котлов по надёжности основных корпусных элементов Рот = 0.

8. Проведённые технико-экономические исследования показали экономические и экологические преимущества строительства и эксплуатации котельных для систем автономного теплоснабжения с двухконтурными котлами. Выполнено расчётное обоснование применения в котлах хвостового теплообменника, обеспечивающего повышение КПД на 5. 12 %, что подтверждено результатами испытаний. На основании проведённых исследований по методам снижения выбросов вредных веществ даны практические рекомендации для проектирования горелок, способствующих снижению выбросов N0 с продуктами сгорания.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

А.1 Жидилов, К.А. Концепция создания и использования высокоэффективных и экологичных двухконтурных водогрейных котлов для систем энергообеспечения населенных пунктов / И.Г. Григорьев, К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев // 7-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки», Н. Новгород, 2005.

А.2 Жидилов, К.А. Вопросы надежности и эффективности котельных с двухконтурными котлами ОАО «Нижегородский машиностроительный завод» / К.А. Жидилов // 10-я международная конференция «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», Н. Новгород, 2006.

А.З Жидилов, К.А. Вопросы эксплуатации модульной котельной ТАУ-0,7 с двухконтурными котлами / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.Б. Кулемин, H.A. Никифорова, Н.М. Сергеенко // Энергоэффективность, 2006, № 3-4. - с. 60.64.

А.4 Жидилов, К.А. К вопросу оптимизации системы учета тепловой энергии в водогрейных котельных ЖКХ / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Прово-ров // Энергосбережение, 2006, № 5. - с. 32. .34.

А.5 Жидилов, К.А. Водогрейные котлы с кипящей водой низкого давления со встроенными теплообменниками / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.Б. Кулемин, В.В. Проворов, Н.М. Сергеенко // Новости теплоснабжения, 2006, № 10. -с. 26.29.

А.6 Жидилов, К.А. Синтез систем регулирования производимой и потребляемой тепловой мощности автономных котельных / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Проворов // 9-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки», Н. Новгород, 2007.

А.7 Жидилов, К.А. Экономичная система регулирования тепловой энергии котельной с двухконтурными котлами / К.А. Жидилов, A.C. Хряпченков // Труды международной научно-технической конференции «XIV Бенардосовские чтения», Ивановский государственный энергетический университет, 2007.

А.8 Жидилов, К.А. Энергосберегающее квартирное теплоснабжение / К.А. Жидилов // 11-я Всероссийская конференция «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», Н. Новгород, 2007.

А.9 Жидилов, К.А. Экономичная система теплоснабжения жилого здания / К.А. Жидилов, В.В. Проворов, В.Ф. Киселев // ЖКХ: журнал руководителя и главного бухгалтера, 2007, № 9, ч. I. - с. 49. .51.

А. 10 Жидилов, К.А. Методика математического моделирования газового водогрейного котла / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Проворов, С.И. Ротков // Вестник Ижевского технического университета, 2008, № 3. - с. 33. .36.

А.11 Жидилов К.А., Киселев В.Ф., Проворов В.В., Ротков С.И. Интеллектуальный газовый котел нового поколения / К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В. Проворов, С.И. Ротков // Вестник Ижевского технического университета, 2008, №3.-с. 31,32.

А. 12 Жидилов, К.А. Оптимизация схемы теплоснабжения / К.А. Жидилов // ЖКХ. Экономика и управление предприятием ЖКХ, 2008, № 4, ч. I. - с. 48, 49.

А. 13 Жидилов, К.А. О преимуществах блочно-модульных котельных / В.И. Бодров, К.А. Жидилов // ЖКХ. Экономика и управление предприятием ЖКХ, 2008, №5, ч.1. -с. 49. 51.

А. 14 Жидилов, К.А. О высокой эффективности двухконтурных котлов в системе теплоснабжения / И.Г. Григорьев, Г.И. Басов, К.А. Жидилов, В.Ф. Киселев, В.В Коваленко, Н.М. Сергеенко, A.C. Хряпченков // Труды Нижегородского государственного технического университета. Том 69, Нижний Новгород, 2008. -с. 81. .84.

А. 15 Жидилов, К.А. Повышение экономичности двухконтурных котлов за счёт глубокого охлаждения уходящих газов / К.А. Жидилов // Приволжский научный журнал, 2009, № 1.

А. 16 Жидилов, К.А. Вопросы надёжности и безопасной эксплуатации блочных котельных с двухконтурными котлами / В.И. Бодров, К.А. Жидилов // Промышленная безопасность - 2009. Сб. трудов Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета. Нижний Новгород, 2009.

А. 17 Патент РФ № 57432, F24H 1/00. Водогрейный котел / Басов Г.И., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Кулемин В.Б. - Заявлено 06.03.2006. Опубликовано 10.10.2006. Бюллетень № 28.

А.18 Патент РФ № 54140 F22B 33/00 Котельная установка / Басов Г.И., Проворов В.В., Жидилов К.А., Киселёв В.Ф., Сергеенко Н.М., Никифорова H.A. -Заявлено 26.12.2005. Опубликовано 10.06.2006. Бюллетень № 16.

А.19 Патент РФ № 68650 F22B 1/18 Теплоутилизатор / Сергеенко Н.М., Жидилов К.А., Кизова В.Г. - Заявлено 25.06.2007. Опубликовано 27.11.2007. Бюллетень № 33.

А.20 Патент РФ № 71736 F24H 1/00 Водогрейный котёл / Сергеенко Н.М., Жидилов К.А., Проворов В.В. - Заявлено 12.11.2007. Опубликовано 20.03.2008. Бюллетень № 8.

А.21 Патент РФ № 58668 F24H 1/00 Водогрейный котел / Басов Г.И., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Зубарев А.Н. - Заявлено 05.06.2006. Опубликовано 27.11.2006. Бюллетень № 33.

А.22 Патент РФ № 2318163, F24H 1/00. Водогрейный котел / Басов Г.И., Подпругин С.Г., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Зубарев А.Н., Слепов JI.A. - Заявлено 17.07.2007. Опубликовано 27.02.2008. Бюллетень № 6.

А.23 Патент РФ № 62222, F24H 1/00. Водогрейный котел / Басов Г.И., Подпругин С.Г., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Хряпченков A.C. - Заявлено 13.09.2006. Опубликовано 27.03.2007. Бюллетень № 9.

А.24 Патент РФ № 66005 F22B 33/00 Котельная установка / Басов Г.И., Проворов В.В., Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Дёмин H.A., Скворцова М.А. -Заявлено 12.02.2007. Опубликовано 27.08.2007. Бюллетень № 24.

А.25 Патент РФ № 77946 F22B 33/00 Водогрейный котёл / Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Моиееенков М.В. - Заявлено 20.05.2008. Опубликовано 27.20.2008. Бюллетень № 24.

А.26 Патент РФ № 78908 F24H 1/08 Водогрейный котёл / Жидилов К.А., Сергеенко Н.М., Моиееенков М.В. - Заявлено 31.03.2008. Опубликовано 10.12.2008. Бюллетень № 34.

А.27 Патент РФ № 79165 F22B 33/00 Водогрейный котёл / Жидилов К.А., Хряпченков A.C. - Заявлено 24.03.2008. Опубликовано 20.12.2008. Бюллетень №35.

1. Агафонов, В А Судовые конденсационные установки / В А Агафонов, ВГ. Ермилов, ЕВ. Панков. Л: ГИЗ Судпром, 1963. - 490 с.

2. Арнольд, Л.В. Паровые котлы и котельные установки речных судов / Л.В. Арнольд. Л.: Речной транспорт, 1954. - 389 с.

3. Бажан, П.И. Справочник по теплообменным аппаратам / П.И. Бажан, Г.Е. Каневец, В.М. Селивёрстов. М.: Машиностроение, 1989. - 200 с.

4. Барский, М.А. Автономные системы теплоснабжения жилых зданий от крыш-ных котельных / М.А. Барский, Н.Б. Жутовский, П.А. Хаванов // Энергосберегающие индустриальные системы теплоснабжения. Сборник научных трудов. Л.: ВНИИГС, 1991.-с. 60.68.

5. Баскаков, А.П. Теплотехника. Учебник для вузов / А.П. Баскаков, В.В. Берг, O.K. Витт. М.: Энергоатомиздат, 1991.-264 с.

6. Butterworth, D. Two-Phase Flow And Heat Transfer / D. Butterworth, G.F. Hewitt.- Oxford University Press, 1977. 326 c.

7. Безруких, В.Ю. Пути реконструкции источников теплоснабжения малой мощности // Энергонадзор-информ, 2004, № 4(22). с. 42. .45.

8. Берман, С.С. Теплообмснные аппараты и конденсационные устройства турбоустановок / С.С. Берман. М.: Машгиз, 1959. - 427 с.

9. Брюханов, О.Н. Кузнецов В.А. Газифицированные котельные агрегаты / О.Н. Брюханов, В.А. Кузнецов // Учебник. М: ИНФРА - М, 2005. - 392 с.

10. Вакуумный водонагреватель KDV / Рекламный проспект фирмы Kyung-dong boiler. Ю. Корея, 1998.

11. Вакуумный водонагреватель / Рекламный проспект фирмы TAKUMA СО. LTD. Япония, 2000.

12. Венцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Венцель. М.: Высшая школа, 1998.-576 с.

13. Гайнутдинов, H.A. Пробдемы повышения энергосбережения Москвы в ходе реформы ЖКХ./ H.A. Гайнутдинов //Энергосбережение, 2005, № 6. с. 21. .24.

14. Гнеденко, Б.В. Математические методы в теории надёжности / Б.В. Гнеденко, Ю.К Беляев, АД Соловьёв. -М.: Наука, 1965. 524 с.

15. Горелки фирмы "Dreizlff", Германия. Каталог,2006. -165 с.

16. Горелки фирмы ' 'WeishaupfГермания. Каталог,2007. -480с.

17. ГОСТ 5542-87. Газ ы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия.

18. ГОСТ 10617-83. Котлы отопительные теплопроизводительностъю от 0,10 до 3,15 МВт. Общие технические условия. — М.: ИПК Издательство стандартов, 1999.- 11 с.

19. ГОСТ 21204-97. Горелки газовые промышленные. Общие технические требования. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. - 16 с.

20. ГОСТ 29134-97. Горелки газовые промышленные. Методы испытаний. М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. - 15 с.

21. ГОСТ 30375-2001. Котлы отопительные водогрейные теплопроизводи-тельностью от 0,1 до 4 МВт. Общие технические условия. Минск: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 15 с.

22. ГОСТ Р 51402-99. Шум машин. Определение уровней звуковой мощности источника шума по звуковому давлению. Ориентировочный метод с использованием измерительной поверхности над звукоотражающей плоскостью.

23. Греберг, Г. Основы учения о теплообмене / Г. Греберг, С. Эрк, У. Григулль. М.: Иностранная литература, 1958. - 566 с.

24. Григорьев, И.Г. Отопление и ГВС. Пароконденсационные котлы ОАО "НМЗ" / И.Г. Григорьев, В.Ф. Киселев // АКВА-ТЕРМ, 2004, № 6. с. 20. .23.

25. Гришкова, A.B. О водно-химическом режиме современных систем центрального отопления / A.B. Гришкова, Б.М. Красовский, О.С. Половников // Новости теплоснабжения, 2004, № 7. с. 40, 41.

26. Гришкова, A.B. Повышение надёжности систем теплоснабжения с автономными котельными / А.В.Грипжова, Б.М. Красовский, Ю.М. Гнедочкин // Новости теплоснабжения, 2006, № 7. с. 47,48.

27. Гусев, Л.Н. Снижение образования оксидов азота в камерных топках энергетических котлов / Л.Н. Гусев, Н.Г. Жмерик // В сб.- Энергетическое машиностроение. Серия 3, вып. 7, 1991.

28. Егоров, Н. Отопление и ГВС. Еще раз о вакуумных котлах / Н. Егоров // АКВА-ТЕРМ, 2005, № 4. с. 18, 19.

29. Ермилов, В.Г. Теплообменные аппараты и конденсационные установки / В.Г. Ермилов. Л.: Судостроение, 1969. - 264 с.

30. Ерофеев, В.Л. Теплотехника. Учебник для вузов / В.Л. Ерофеев, П.Д. Семёнов, A.C. Пряхин. М.: ИКЦ Академкнига, 2006. - 488 с.

31. Жаднов, О.В. Пластинчатые теплообменники дело тонкое / О.В. Жаднов // Новости теплоснабжения, 2005, № 3. - с. 39.53.

32. Жаднов, О.В. Опыт оптимальной организации водно-химичсского режима отопительных котельных малой и средней мощности / О.В. Жаднов // Новости теплоснабжения, 2007, № 5. с. 23.30.

33. Закиров, Д.Г. Потенциал повышения экономической эффективности систем теплоснабжения / Д.Г. Закиров, A.B. Полежаев // Энергосбережение, 2006, № 1. с. 20.27.

34. Исаченко, В.П. Теплопередача. Учебник для вузов / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел. М.: Энергия, 1975. - 488 с.

35. Иссерлин, A.C. Основы сжигания газового топлива / A.C. Иссерлин. Л.: Недра, 1987.

36. Как нам децентрализовать теплоцентраль / Информационный бюллетень «Энергосбережение», 1996, № 11. с. 4.

37. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. М.: Химия, 1971.-784 с.

38. Корсунский, В.Х. Экономические аспекты проблемы реконструкции систем теплоснабжения / В.Х. Корсунский, И.В. Корсунский // Энергосбережение, 2006, №3.-с. 40,41.

39. Котел водогрейный / Заявка Японии. № 49 13749, кл. 68 В 321,1974.

40. Котлер, В.Р. Конденсатные котлы в промышленной знергетике / В.Р. Котлер //АКВА-ТЕРМ, 2005, № 6. с. 18.21.

41. Котлер, В.Р. Промышленные котлы и проблема оксидов азота / В.Р. Котлер//АКВА-ТЕРМ, 2002, №2. с. 89.91.

42. Котлер, В.Р. Горелки: как уменьшить затраты электроэнергии / В.Р. Котлер //АКВА-ТЕРМ, 2003, № 6. с. 66, 67.

43. Котлы малой и средней мощности. Каталог. М.: ЦНИИТЭИТЯЖ-МАШ, 2003.-108 с.

44. Котлы и котельные установки зарубежных фирм-производителей, представленные на рынке России. Каталог. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 2003. -116 с.

45. Краснощёков, Е.А. Задачник по теплопередаче / Е.А. Краснощёков, A.C. Сукомел. M.-JL: Госэнергоиздат, 1963.-264 с.

46. Крышные котельные как способ решения проблем теплоснабжения / Информационный промышленный вестник, 2004, № 12. с. 46.

47. Кутателадзе, С.С. Основы теории теплообмена. / С.С. Кутателадзе M.-JL: Машгиз., 1962.-456 с.

48. Кугателадзе, С.С. Справочник по теплопередаче / С.С. Кугателадзе., В.М. Боришанский. JI. - М.: ГЭИ, 1959. - 414 с.

49. Кугателадзе, С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие / С.С. Кугателадзе. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 366 с.

50. Кугателадзе, С.С. Теплопередача при конденсации и кипении / С.С. Кугателадзе. М. - JI.: Машгиз, 1952. - 231 с.

51. Кылатчанова, A.A. Исследование по повышению надёжности отопительных котельных на примере республики Саха (Якутия) // Автореферат диссертации, М., 2005. 18 с.

52. Махов, JI.M. Использование гидравлического разделителя в схеме децентрализованного теплоснабжения здания / JI.M. Махов // АКВА-ТЕРМ, 2001, №5.-с. 34.36.

53. Методика оценки стоимости зеленых насаждений и исчисления размера ущерба и убытков, вызываемых их повреждением и/или уничтожением на территории Москвы. Утв. мэром Москвы 14.05.1999 № 490-РМ.

54. Методические рекомендации по организации и проведению государственных и других видов испытаний продукции. — Киев: НИИСТ, 1989. 20 с.

55. Михайлов, С.А. Повышение энергоэффективности как ключевой фактор достижения энергетической безопасности в России / С.А. Михайлов, В.М. Васильев, В.Ф. Помогаев // Энергосбережение, 2006, № 5. с. 52. .54.

56. Михайлов-Михеев, П.Б. Справочник по металлическим материалам турбино- и моторостроения / П.Б. Михайлов-Михеев. М.: Машгиз, 1961.-838 с.

57. Михеев, В.П. Сжигание природного газа / В.П.Михеев, Медников Ю.П. Л.: Недра, 1975. - 219 с.

58. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева. -М.: Энергия, 1973. 320 с.

59. МУ 1-321-03. Методические указания по коррекционной обработке питательной воды паровых котлов, подпиточной воды систем теплоснабжения водогрейных котлов комплексонатами ОЭДФ-Zn, ПТФ-Zn. Ростов-на-Дону,1. ГУП РНИИ АКХ, 2004. 22 с.

60. Мунц, В.А. Состояние и проблеиы теплоснабжения в небольших населённых пунктах / В.А. Мунц, Н.Ф. Филипповский, Ю.А. Сможевских // Энергетика региона 2006, № 4.

61. Научно-технический отчет. Обработка результатов испытаний блочной котельной ТАУ-0,7.03.00.000 зав. № 9. ОАО «НМЗ», 1999, ДСП. 27 с.

62. Научно-технический отчет. Утилизатор котла КА-01. Расчет на прочность. ОАО «НМЗ», 2002, ДСП. 21 с.

63. Научно-технический отчет. Котел КМ888-2М. Тепловой и гидравлический расчеты. ОАО «НМЗ», 2002 г., ДСП. 22 с.

64. Научно-технический отчет. Котел КВа-1,25 Гс. Расчет на прочность. ОАО «НМЗ», 2003, ДСП. 38 с.

65. Научно-технический отчет. Проектный расчет общекотельных параметров опытного образца котельной ТМА-Ш-2,5. ОАО «НМЗ», 2003, ДСП. -34 с.

66. Научно-технический отчет. Протокол испытаний горелки ГБ-0,4 на котле КА-01 М. ОАО «НМЗ», 2004, ДСП. 3 с.

67. Научно-технический отчет. Протокол предварительных испытаний котельной ТМА-Ш-2,5 с котлами КМ-888 2М. ОАО «НМЗ», 2004, ДСП. 7 с.

68. Научно-технический отчет. Результаты экспериментальной отработки автоматического удаления воздуха из паровой подушки котла КА-01 М. ОАО «НМЗ», 2004, ДСП. 4 с.

69. Некрасов, A.C. Состояние и перспективы развития теплоснабжения в России / A.C. Некрасов, С.А. Воронина // Энергосбережение, 2004, № 3. с. 22.30.

70. Нормы расчета элементов паровых котлов на прочность // М.: Недра,, 1966. 100 с.

71. Нормы расчета на прочность элементов реакторов, парогенераторов, сосудов и трубопроводов атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерныхреакторов и установок // М.: Металлургия, 1973. 408 с.

72. О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики. Указ президента РФ от 04.06.2008.

73. Определение теплотехнических показателей отопительных котлов тепло-производительностью от 0,1 до 3,15 МВт. Рабочая методика. М.: НИИСТ, 1988. -60 с.

74. Основные вопросы теории и практики надёжности / Сборник трудов семинара научного совета по проблемам надёжности отделения механики pi процессов управления АН СССР. -М.: Советское радио, 1975. 408 с.

75. Отраслевой стандарт. Котлы стационарные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность. М.: 1987. - 342 с.

76. Паспорт качества газа за ноябрь 2007 г. № JI-11-07. 2 с.

77. Патент РФ № 2080516 F22B, 7/00. Пароводяной конденсационный котел / Киселев А.И., Киселев В.Ф. Заявлено 10.06.1994. Опубликовано 27.05.1997. Бюллетень № 15.

78. Патент РФ № 53758, F24H 1/08 Водогрейный котел (с утилизатором)/ Басов Г.И., Сергеенко Н.М., Кулемин В.Б., Кизова В.Г. Водогрейный котел (с утилизатором)./-Заявлено 19.11.2005. Опубликовано 27.05.2006. Бюллетень № 15.

79. Патент РФ № 2289070, F24H 1/00. Водогрейный котёл (пароконденса-ционный)/ Абрамов A.B., Киселев В.Ф., Кулемин В.Б. Заявлено 18.04.2005. Опубликовано 10.12.2006. Бюллетень № 34.

80. Патент РФ № 66798, F24H 1/00. Водогрейный котёл (теплообменник со сдвигом трубок) / Сергеенко Н.М. Заявлено 25.04.2007. Опубликовано 27.09.2007. Бюллетень № 27.

81. ПБ 10-574-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов. СПб.: Издательство ДЕАН, 2004. - 206 с.

82. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см ), водогрейных котлов pi водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 °С) с изм. № 1 и № 2. СПб.: ДЕАН, 2007. - 64 с.

83. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок / М.: ИНФРА-М, 2003.-184 с.

84. Промышленные котлы ведущих отечественных производителей: тенденции рынка / АКВА-ТЕРМ, 2002, № 2. с. 10. 13.

85. Протокол № 2467 результатов химического анализа отложений, снятых с трубной доски и дымогарных труб котла КМ888А в г. Богородске Нижегородской обл. ОАО «НМЗ», 12.09.2006 г. 5 с.

86. Протокол балансовых теплотехнических испытаний котла КА-01М, оборудованного горелкой КМ 1601, в течение 72х часового комплексного опробования работы. ОАО «НМЗ», 2004, ДСП. 11 с.

87. Протокол испытаний котла КВа-0,32 Гн КА-01М.00.00.000 в режиме ГВС. ОАО «НМЗ», 2008, ДСП. 8 с.

88. Равич, М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов / М.Б. Ра-вич. М.: Наука, 1966. - 415 с.

89. Расчётная справка. Анализ разрушений доски трубной КМ-888.01.00.411 котлов КМ-888.00.00.000. ОАО «НМЗ», 2006, ДСП. 14 с.

90. РД 10-165-97. Методические указания по надзору за водно-химическим режимом паровых и водогрейных котлов. М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2006. — 26 с.

91. РД 24.031.120-91. Методические указания. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация водно-химического режима и химического контроля. С-Пб.: АО НПО ЦКТИ, 1993.

92. РД 34.25.514-96. Методические указания по составлению режимных карт котельных установок и оптимизации управления ими.

93. РМИ-БК-14315 701-01. Рабочая метод ика определения технических характеристик автоматики.

94. Родионов, А.И. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проекгирования технологических процессов / А.И. Родионов, Ю.П. Кузнецов, Г.С. Соловьёв. М.: Химия, КолосС, 2005. - 392 с.

95. Свенчанский, А.Д. Электрические промышленные печи. Часть первая / А.Д. Свенчанский. М.: Энергия, 1975. - 382 с.

96. Сентемов, А. Автономное теплоснабжение — удобство и экономия / А. Сентемов // Энергосбережение: региональный подход, Регион-пресс, г. Ижевск, 2006. с. 46.

97. Слепченок, B.C. Отопительные котельные малой мощности / B.C. Слепченок, В.Д. Быстров, M.JI. Зак, E.JI. Палей // Новости теплоснабжения, 2004, №9.-с. 24.33.

98. Смоляницкий, Г.В. Новый класс водогрейных котлов вакуумные / Г.В. Смоляницкий, В.М. Пузенков // Новости теплоснабжения, 2005, № 10. - с. 49.51.

99. СНиП 23-01-99* с изм. № 1. Строительная климатология. Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003. - 70 с.

100. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. - 38 с.

101. СНиП П-35-76 с изм. № 1. Котельные установки. — М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2005. 48 с.

102. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова, В.В. Митора, И.Е. Дубровского, Э.С. Красиной. М.: Энергия, 1973.

103. Техническая справка. Анализ причин отказов в работе котельной TMA-III-2,5 зав. № 1. ОАО «НМЗ», 2005. 13 с.

104. Технический отчёт. Анализ несоответствий, выявленных при эксплуатации теплоцентралей ТАУ-0,7, ТМА-П-2,5 и котлов КМ888А. ОАО «НМЗ», 2001, ДСП. 21 с.

105. Требования к оснащённости газоиспользующего оборудования теп-лоутилизирующим оборудованием, средствами автоматизации, теплотехнического контроля, учёта выработки и потребления энергоресурсов. Минюст РФ, 04.02.2003 г., №4181.

106. Тумановский, А.Г. Образование окислов азота в камерах сгорания стационарных ГТУ при сжигании природного газа / А.Г. Тумановский. JL: В сб.- Теория и практика сжигания газа: Вып. V, 1972.

107. Wong, H.Y. Handbook of Essential Formulae and Data on Heat Transfer for Engineers. London And New York: LONGMAN Group, 1977. - 212 c.

108. Федеральный закон "Об энергосбережении" № 210-ФЗ.

109. Хаванов, П. А. Сравнение энергетической эффективности централизованных и децентрализованных систем теплоснабжения посёлков / П.А. Хаванов // Энергосберегающие индустриальные системы теплоснабжения. Сборник научных трудов. — Л.: ВНИИГС, 1991.-с. 41.48.

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

111. Хаванов, П.А. Некоторые ошибки при разработке тепломеханической части автономных источников теплоты / П.А. Хаванов, К.П. Барынин // АВОК, 2004, № 8-е. 58.61.

112. Хаванов, П.А. Децентрализованное теплоснабжение — альтернатива или шаг назад? / П.А. Хаванов // Новости теплоснабжения, 2006, № 3. с. 43.48.

113. Heat Exchanger Desing Handbook. Volum 1. Hemisphere Publishing Corporation, 1983. - 561 c.

114. Heat Exchanger Desing Handbook. Volum 2. Hemisphere Publishing Corporation, 1983.-352 c.

115. Herman Merte. Condensation Heat Transfer In: Advances In Heat Transfer // V. 9. Academic Press, 1973.

116. Hobler, Т. Heat Transfer and Heat Exchangers / T. Hobler, 1959. 820 с.

117. Хряпченков, A.C. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы / A.C. Хряпченков. Л.: Судостроение, 1988. - 296 с.

118. Цыпленков, А.И. О надежности источников тепла / А.И.Цыпленков, Ю.И. Гнедочкин // Новости теплоснабжения, 2003, № 12. с. 34, 35.

119. Чистович, С.А. Автономное тепло Санкт-Петербурга / С.А. Чистович, A.M. Болотин, И.В. Мирозов, A.M. Моисеев // Промышленное строительство. Обозрение, 2004,№ 8 (82). с. 33.36.

120. Чистович, CA Технологические схемы отсгем теплофикации, теплоснабжения и отопления/CA Чистович//АВОК, 2007, № 7.-е. 10. .18.

121. Шарипов, А.Я. Энергосберегающие и энергоэффективные технологии основа энергетической безопасности / А.Я. Шарипов, В.М. Силин // АВОК, 2006, №4.-с. 4.7.

122. Шарипов, А.Я. Экономика, экология и энергосбережение для доступного жилья / А.Я. Шарипов // Энергосбережение, 2008, № 1. с. 10,11.

123. Ширяев, Р. Основные причины аварий жаротрубников / Р. Ширяев // АКВА-ТЕРМ, 2005, № 4. с. 56, 57.

124. Щешлев, М.М. Котельные установки / М.М. Щеголев, Ю.Л. Гусев, М.С. Иванова. М.: Издательство литературы по строительству, 1972. — 384 с.

125. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. / Распоряжение Правительства РФ № 1234-р от 28.08.2003.

126. Янкелевич, В. Тепловые схемы автономных котельных / В. Янкеле-вич // АКВА-ТЕРМ, 2006, № 1. с. 52. .56.

127. Рис.1 График КПД котла КВа-0,32 Гн в зависимости от температуры воды на входе на нагруках1 0,25 % Ином; 2 - О, 5 % .Ч„0М: 3 - 0,75 % N НОМ 5 4 - N„04