Помощь студентам в учебе
АНАЛИЗ РАБОТЫ АВТОНОМНЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 8
ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
1.1. Роль параметров климата на работу теплогенерирующих установок 8
1.2. Развитие автономных систем теплоснабжения и анализ 13
конструктивных особенностей современных теплогенерирующих установок систем жизнеобеспечения
1.3. Характеристики обследуемых котлов, описание принципа работы 17
1.4. Эксплуатация котлов длительного горения на твердом топливе 22
1.5. Выводы по главе 1 28
Глава 2. ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ 29 УСТАНОВОК. ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
2.1. Особенности процессов горения в котлах малой мощности, 29
работающих на твердом топливе
2.2 Программное моделирование системы дымоудаления на программном 37 комплексе Autodesk CFD
2.3. Теория горения твердого топлива в процессе его сжигания в котлах 46
длительного горения
2.4. Выводы по главе 2 53
Глава 3. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО 54
СОСТОЯНИЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
3.1. Анализ современного состояния систем теплообеспечения в условиях 54 Республики Саха (Якутия)
3.2. Натурное обследование работы твердотопливных котлов длительного 60 горения малой мощности в условиях г. Якутска
3.3. Выводы по главе 3 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 8
ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
1.1. Роль параметров климата на работу теплогенерирующих установок 8
1.2. Развитие автономных систем теплоснабжения и анализ 13
конструктивных особенностей современных теплогенерирующих установок систем жизнеобеспечения
1.3. Характеристики обследуемых котлов, описание принципа работы 17
1.4. Эксплуатация котлов длительного горения на твердом топливе 22
1.5. Выводы по главе 1 28
Глава 2. ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ 29 УСТАНОВОК. ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
2.1. Особенности процессов горения в котлах малой мощности, 29
работающих на твердом топливе
2.2 Программное моделирование системы дымоудаления на программном 37 комплексе Autodesk CFD
2.3. Теория горения твердого топлива в процессе его сжигания в котлах 46
длительного горения
2.4. Выводы по главе 2 53
Глава 3. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО 54
СОСТОЯНИЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
3.1. Анализ современного состояния систем теплообеспечения в условиях 54 Республики Саха (Якутия)
3.2. Натурное обследование работы твердотопливных котлов длительного 60 горения малой мощности в условиях г. Якутска
3.3. Выводы по главе 3 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение
Основными проблемами жилищно-коммунального хозяйства являются:
1. Некачественные жилищно-коммунальные услуги, вследствие износа ряда объектов коммунальной инфраструктуры;
2. Высокий уровень износа объектов жилищно-коммунального;
комплекса;
3. Высокие затраты на топливно-энергетические ресурсы.
Все эти проблемы взаимосвязаны и имеют схожие причины, такие как:
-сохраняющийся рост морально-технического износа жилищного фонда и объектов коммунальной инфраструктуры, что приводит к превышению темпов старения жилищно-коммунального комплекса над темпами его реновации и модернизации, ведущие к росту рисков аварийности;
-высокий уровень износа основных фондов в коммунальном секторе, который вызван необеспеченностью реальной потребности в обновлении основных фондов финансовыми ресурсами. Следствием этих причин является низкое качество коммунальных услуг, не соответствующее современным требованиям законодательства и потребителей.
В климатических условиях Республики Саха (Якутия) одной из важных задач является повышение надежности и эффективности работы источников теплогенерации, т.к. это является необходимым условием жизнеобеспечения.
Исходя из этого, в последнее время возрастает спрос на эффективные автономные источники теплоэнергии. В Якутии идет тенденция строительства индивидуальных домов с автономным теплоснабжением.
Отсутствие протяженных внешних тепловых сетей и обслуживание преимущественно однотипных потребителей (конкретного потребителя)
позволяет практически исключить потери теплоносителя в тепловых сетях и потери теплоты от совмещения графиков отпуска теплоты разнотипными потребителями, используя все преимущества местного регулирования.
Практика показывает, что теплогенераторы импортных и отечественных производителей не приспособлены для работы при низких температурах наружного воздуха. Это подтверждается низкими теплотехническими показателями, которые не соответствуют данным, заявленными заводами- изготовителями. Основная причина снижения теплопроизводительности - неудовлетворительная работа дымоходной системы, связанная с увеличением коэффициента избытка воздуха.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - повышение надежности и эффективности работы теплогенераторов длительного горения малой мощности путем разработки методики и расчетных условий эксплуатации в климатических условиях Республики Саха (Якутия), исследование влияния коэффициента избытка воздуха на процессы теплообмена в дымоходной системе в условиях экстремально низких температурах.
Задачи исследования:
1. Обзор научной литературы на предмет эксплуатации котлов длительного горения, теории горения топлива, проведение патентного обзора;
2. Оценка влияния климатических особенностей Республики Саха (Якутия) на автономную систему теплоснабжения;
3. Проведение натурных исследований на базе твердотопливного котла длительного горения Liepsnele в климатических условиях г.Якутск;
4. Разработка методики и обоснования динамики изменения температуры удаляемого воздуха в дымоходной системе
5. Создание математической модели на базе системного комплекса Autodesk CFD 2019;
Объектом исследования является твердотопливный котел длительного горения «Liepsnele» и его дымоходная система для отвода продуктов сгорания, а также стабилизатор тяги.
Предметом исследования являются системы отвода продуктов сгорания и обеспечения притока воздуха, необходимого для горения в условиях аномально низких температур.
СТЕПЕНЬ РАЗРАБОТАННОСТИ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В период обучения с сентября 2019 по апрель 2020 года включительно мною была проделана следующая работа:
1. Проведен литературный обзор научно-исследовательских трудов, посвященных климату Якутии: М.К. Гаврилова, Ц.А. Швец, С.А. Изюменко; работы, направленные на изучение автономного теплоснабжения: В.М. Фокин, С.А. Карауш, Р.Ш. Мансуров, И.А. Пикулев; труды, посвященные изучению дымовых труб: А.М. Ельшин, М.Н. Ижорин, В.С. Жолудов, Е.Г. и др.
2. Проведен патентный обзор по теме исследования, а также составлен отчет, далее в приложении. Патентный поиск проводился с целью определения технического уровня и патентоспособности результатов научно-исследовательской работы по теме «Анализ автономных систем жизнеобеспечения в условиях Крайнего Севера».
3. Участие в заочном этапе конференций:
-Международная научно-практическая конференция «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности», г. Казань, 2020 год. Название темы: «Анализ эффективности работы котельной на
твердотопливных котлах длительного горения малой мощности в промышленном объекте в условиях Севера»;
- XX всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов, г. Нерюнгри, 2019 год. Название темы: «К вопросу автономного теплоснабжения жилых домов в условиях Севера»;
-Общеуниверситетская научная конференция студентов и магистрантов СВФУ «Аммосов - 2020», г. Якутск, 2020 год. Название темы: «Изучение работы твердотопливных котлов длительного горения в климатических условиях г. Якутск»;
- II Международная молодежная научно-практическая конференция «Арктические исследования: от экстенсивного освоения к комплексному развитию», г. Архангельск, 2020 год. Название темы: «Оценка работы твердотопливных котлов длительного горения малой мощности в условиях Севера»;
- Международная научная конференция «Far East Con» International Scientific Conference “Far East Con”, г. Владивосток, 2019 год. Название темы: «Особенности эксплуатации автономных теплогенерирующих установок в климатических условиях Севера».
4. Написанные статьи, опубликованные в научных сборниках:
- «К вопросу автономного теплоснабжения жилых домов в условиях Севера». Сборник: «ХХ всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов в г. Нерюнгри, с международным участием». Справку, подтвердлающую выход статьи в сборник см. в приложении;
- «Анализ эффективности работы котельной на твердотопливных котлах длительного горения малой мощности в промышленном объекте в условиях Севера». Сборник: Материалы II международной научной конференции: «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности». Ксерокопию диплома, подтверждающую выход статьи в сборник см. в приложении;
- «Особенности эксплуатации автономных теплогенерирующих установок в климатических условиях Севера». Сборник: International science and technology conference "EarthScience". IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 459 (2020) 052038.
1. Некачественные жилищно-коммунальные услуги, вследствие износа ряда объектов коммунальной инфраструктуры;
2. Высокий уровень износа объектов жилищно-коммунального;
комплекса;
3. Высокие затраты на топливно-энергетические ресурсы.
Все эти проблемы взаимосвязаны и имеют схожие причины, такие как:
-сохраняющийся рост морально-технического износа жилищного фонда и объектов коммунальной инфраструктуры, что приводит к превышению темпов старения жилищно-коммунального комплекса над темпами его реновации и модернизации, ведущие к росту рисков аварийности;
-высокий уровень износа основных фондов в коммунальном секторе, который вызван необеспеченностью реальной потребности в обновлении основных фондов финансовыми ресурсами. Следствием этих причин является низкое качество коммунальных услуг, не соответствующее современным требованиям законодательства и потребителей.
В климатических условиях Республики Саха (Якутия) одной из важных задач является повышение надежности и эффективности работы источников теплогенерации, т.к. это является необходимым условием жизнеобеспечения.
Исходя из этого, в последнее время возрастает спрос на эффективные автономные источники теплоэнергии. В Якутии идет тенденция строительства индивидуальных домов с автономным теплоснабжением.
Отсутствие протяженных внешних тепловых сетей и обслуживание преимущественно однотипных потребителей (конкретного потребителя)
позволяет практически исключить потери теплоносителя в тепловых сетях и потери теплоты от совмещения графиков отпуска теплоты разнотипными потребителями, используя все преимущества местного регулирования.
Практика показывает, что теплогенераторы импортных и отечественных производителей не приспособлены для работы при низких температурах наружного воздуха. Это подтверждается низкими теплотехническими показателями, которые не соответствуют данным, заявленными заводами- изготовителями. Основная причина снижения теплопроизводительности - неудовлетворительная работа дымоходной системы, связанная с увеличением коэффициента избытка воздуха.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - повышение надежности и эффективности работы теплогенераторов длительного горения малой мощности путем разработки методики и расчетных условий эксплуатации в климатических условиях Республики Саха (Якутия), исследование влияния коэффициента избытка воздуха на процессы теплообмена в дымоходной системе в условиях экстремально низких температурах.
Задачи исследования:
1. Обзор научной литературы на предмет эксплуатации котлов длительного горения, теории горения топлива, проведение патентного обзора;
2. Оценка влияния климатических особенностей Республики Саха (Якутия) на автономную систему теплоснабжения;
3. Проведение натурных исследований на базе твердотопливного котла длительного горения Liepsnele в климатических условиях г.Якутск;
4. Разработка методики и обоснования динамики изменения температуры удаляемого воздуха в дымоходной системе
5. Создание математической модели на базе системного комплекса Autodesk CFD 2019;
Объектом исследования является твердотопливный котел длительного горения «Liepsnele» и его дымоходная система для отвода продуктов сгорания, а также стабилизатор тяги.
Предметом исследования являются системы отвода продуктов сгорания и обеспечения притока воздуха, необходимого для горения в условиях аномально низких температур.
СТЕПЕНЬ РАЗРАБОТАННОСТИ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В период обучения с сентября 2019 по апрель 2020 года включительно мною была проделана следующая работа:
1. Проведен литературный обзор научно-исследовательских трудов, посвященных климату Якутии: М.К. Гаврилова, Ц.А. Швец, С.А. Изюменко; работы, направленные на изучение автономного теплоснабжения: В.М. Фокин, С.А. Карауш, Р.Ш. Мансуров, И.А. Пикулев; труды, посвященные изучению дымовых труб: А.М. Ельшин, М.Н. Ижорин, В.С. Жолудов, Е.Г. и др.
2. Проведен патентный обзор по теме исследования, а также составлен отчет, далее в приложении. Патентный поиск проводился с целью определения технического уровня и патентоспособности результатов научно-исследовательской работы по теме «Анализ автономных систем жизнеобеспечения в условиях Крайнего Севера».
3. Участие в заочном этапе конференций:
-Международная научно-практическая конференция «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности», г. Казань, 2020 год. Название темы: «Анализ эффективности работы котельной на
твердотопливных котлах длительного горения малой мощности в промышленном объекте в условиях Севера»;
- XX всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов, г. Нерюнгри, 2019 год. Название темы: «К вопросу автономного теплоснабжения жилых домов в условиях Севера»;
-Общеуниверситетская научная конференция студентов и магистрантов СВФУ «Аммосов - 2020», г. Якутск, 2020 год. Название темы: «Изучение работы твердотопливных котлов длительного горения в климатических условиях г. Якутск»;
- II Международная молодежная научно-практическая конференция «Арктические исследования: от экстенсивного освоения к комплексному развитию», г. Архангельск, 2020 год. Название темы: «Оценка работы твердотопливных котлов длительного горения малой мощности в условиях Севера»;
- Международная научная конференция «Far East Con» International Scientific Conference “Far East Con”, г. Владивосток, 2019 год. Название темы: «Особенности эксплуатации автономных теплогенерирующих установок в климатических условиях Севера».
4. Написанные статьи, опубликованные в научных сборниках:
- «К вопросу автономного теплоснабжения жилых домов в условиях Севера». Сборник: «ХХ всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов в г. Нерюнгри, с международным участием». Справку, подтвердлающую выход статьи в сборник см. в приложении;
- «Анализ эффективности работы котельной на твердотопливных котлах длительного горения малой мощности в промышленном объекте в условиях Севера». Сборник: Материалы II международной научной конференции: «Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности». Ксерокопию диплома, подтверждающую выход статьи в сборник см. в приложении;
- «Особенности эксплуатации автономных теплогенерирующих установок в климатических условиях Севера». Сборник: International science and technology conference "EarthScience". IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 459 (2020) 052038.
1. На основе исследования влияния климатических условий на работу твердотопливных котлов длительного горения в условиях Якутии определено, что при достижении температуры -43°С наблюдается переходный момент, когда гетерогенное горение переходит в обычное горение.
2. При температуре наружного воздуха -35°С и ниже происходит частичное обмерзание дымовой трубы. Это, в свою очередь, влечет к нарушению нормальной работы теплогенератора, уменьшению проходного сечения дымохода путем образования куржака - сниженю тяги.
3. Построены графики зависимостей естественной тяги в дымоходе твердотопливного котла длительного горения от температуры наружного воздуха, график зависимости коэффициента полезного действия работы котла от процентного содержания кислорода в продуктах сгорания, график зависимости тепловых потерь в котле от коэффициента избытка воздуха и температуры уходящих газов.
4. Построена имитационная модель системы дымоудаления при условиях экстремально низких температурах наружного воздуха на базе программного комплекса Autodesk CFD 2019.
2. При температуре наружного воздуха -35°С и ниже происходит частичное обмерзание дымовой трубы. Это, в свою очередь, влечет к нарушению нормальной работы теплогенератора, уменьшению проходного сечения дымохода путем образования куржака - сниженю тяги.
3. Построены графики зависимостей естественной тяги в дымоходе твердотопливного котла длительного горения от температуры наружного воздуха, график зависимости коэффициента полезного действия работы котла от процентного содержания кислорода в продуктах сгорания, график зависимости тепловых потерь в котле от коэффициента избытка воздуха и температуры уходящих газов.
4. Построена имитационная модель системы дымоудаления при условиях экстремально низких температурах наружного воздуха на базе программного комплекса Autodesk CFD 2019.