Підвищення ефективності ізоляції котлів і трубопроводів теплових мереж - Автореферат

Значну роль у її розвязанні має відігравати енергозбереження, особливо в системі міських теплових мереж з їх розвиненими зовнішніми поверхнями водогрійних котлів, трубопроводів гарячої води та іншого обладнання. Ізоляція цих поверхонь навіть за допомогою сучасних матеріалів та конструкцій не дає гарантії стабільно низьких тепловтрат: вигоряння вогнетривкого та ізоляційного шарів обмурка котлів дає збільшення коефіцієнта теплопередачі у 5-10% на рік, зволоження пінопластової ізоляції трубопроводів гарячої води із ретельною теплота гідроізоляцією дає цю величину порядку 3%. Втрати теплоти від зовнішніх поверхонь водогрійних котлів, що входять важливим компонентом до теплового балансу котла, беруть за даними, одержаними для парових котлів більш як 60 років тому, хоча наш досвід переведення парових котлів на водогрійний режим вказує на значні зміни температури продуктів згоряння та стінок огородження, що не може не впливати на тепловтрати у довкілля. Нормативні тепловтрати для ізольованих водяних теплопроводів складено на початку пятидесятих років нашого сторіччя, одним з їх недоліків є однаковість вимог до ізоляції трубопроводів, що прокладаються у непрохідних каналах та безканальне, незважаючи на різницю тепломасообміну в ізоляції та навколо неї. Обєктами дослідження були ізоляційні матеріали і конструкції, макети і натуральні ділянки теплотрас, водогрійні котли і парові котли, переведені у водогрійні режими, у районних котельнях ДКП "Київжитлотеплокомуненерго".Під час проектних обрахунків ізоляції трубопроводів користуються значенням теплопровідності сухої ізоляції до того ж, середнім для зовнішньої та внутрішньої поверхонь - на підставі лінійної залежності теплопровідності від температури - тут треба враховувати різке збільшення маси ізоляції до периферії труби. Основним інструментом для одержання дослідних даних про тепловтрати через ізоляційні огородження теплогенеруючого та транспортного обладнання теплових мереж обрано комбінацію малогабаритних малоінерційних тепломірів розробки О.А.Геращенко та В.Г.Федорова, в яких матеріал металевих термоелементів слугує для створення корисного перепаду температур, із звичайною поодинокою або батарейною термопарою. Цей інструмент не вносить теплових та гідравлічних збурень у тепломасообмінні процеси, що протікають у огородженнях і довкіллі, не потребує джерел електричної енергії, є вибухо-та пожежебезпечним, сигнали його вимірювальних перетворювачів (ВП) точно фіксуються за допомогою стандартних вторинних приладів типу цифрових вольтметрів або самописних потенціометрів, дозволяє комутацію великої кількості ВП, моніторинг великих ділянок теплотрас чи віддалених обєктів, сумісну роботу з ЕОМ. Позаяк в огородженнях, крім згаданого регулярного режиму другого роду, можуть мати місце інші монотонні теплові режими, для можливості відтворення цих режимів в лабораторній установці комплексного визначення ТФХ, а також для контролю ТФХ під час експлуатації теплотрас, було розбудовано відповідний математичний аппарат. Ці розвязки доведено до розрахункових формул для основних ТФХ: теплопровідності l, обємної теплоємності cr за умови, що на обох поверхнях зразку вимірюються густина теплового потоку q1, та q2, а також температури t1 та t2Показано, що існуючі методи визначення тепловтрат та їх нормування не можуть виявити істотних джерел їх зменшення, шляхів підвищення ефективності ізоляційних огороджень теплогенеруючого і транспортного обладнання теплових мереж, енерго-та ресурсозбереження. Аналіз літературних даних і власний досвід дозволили обрати раціональний принцип одержання інформації, потрібної для вивчення теплозахисних властивостей обладнання теплових мереж та вироблення заходів із зменшення тепловтрат - пряме вимірювання густини теплового потоку малоінерційними малогабаритними тепломірами. Використано методи математичного планування експериментів під час вимірювання тепловтрат від великих поверхонь із нерівномірним епюром густини теплового потоку, що дозволило уточнити усереднення локальних даних по поверхні та в часі. Проведено багаторічний моніторинг поведінки ізоляції теплотраси канального прокладання, який показав доцільність спорудження теплометричних станцій на відповідальних ділянках теплотраси з метою контролю та прогнозування теплозахисних властивостей ізоляції. Побудовані гістограми розподілу тепловтрат по поверхнях огороджень водогрійних котлів дають підстави для конструювання більш ефективних огороджень і для планування заходів з ремонту або заміни обмурків.

2. Основний зміст роботи

1. Показано, що існуючі методи визначення тепловтрат та їх нормування не можуть виявити істотних джерел їх зменшення, шляхів підвищення ефективності ізоляційних огороджень теплогенеруючого і транспортного обладнання теплових мереж, енерго- та ресурсозбереження.

2. Аналіз літературних даних і власний досвід дозволили обрати раціональний принцип одержання інформації, потрібної для вивчення теплозахисних властивостей обладнання теплових мереж та вироблення заходів із зменшення тепловтрат - пряме вимірювання густини теплового потоку малоінерційними малогабаритними тепломірами.

3. Удосконалено та розширено можливості застосування теплометричного способу комплексного визначення теплофізичних характеристик (ТФХ) вологих ізоляційних матеріалів, одержано температурні і вологісні залежності для нових перспективних пінопластів.

4. Обґрунтовано можливість використання плоских тепломірів під час випробовувань циліндричної ізоляції ї трубопроводів гарячої води, що спростило методики виготовлення та градуювання тепломірів.

5. Використано методи математичного планування експериментів під час вимірювання тепловтрат від великих поверхонь із нерівномірним епюром густини теплового потоку, що дозволило уточнити усереднення локальних даних по поверхні та в часі.

6. Досліджено поведінку ізоляції трубопроводу гарячої води безканального прокладання за екстремальних умов, встановлено емпіричний звязок між кількістю річних циклів та середньою вологістю ізоляції.

7. Проведено багаторічний моніторинг поведінки ізоляції теплотраси канального прокладання, який показав доцільність спорудження теплометричних станцій на відповідальних ділянках теплотраси з метою контролю та прогнозування теплозахисних властивостей ізоляції.

8. Показано, що переведення парових котлів на водогрійний режим супроводжується зміненням складових теплового балансу котла, внаслідок чого перенесення нормативних тепловтрат на новий режим є неправомірним.

9. Досліджено тепловтрати водогрійних котлів різної конструкції та теплопродуктивності, одержано базову залежність q5 від номінальної продуктивності, на основі якої можна розробляти нові нормативи тепловтрат. Встановлено, що обернена залежність q5 від фактичної продуктивності має місце як для парових, так і для водогрійних котлів.

10. Побудовані гістограми розподілу тепловтрат по поверхнях огороджень водогрійних котлів дають підстави для конструювання більш ефективних огороджень і для планування заходів з ремонту або заміни обмурків. Під час конструювання треба добиватися рівномірних тепловтрат від усіх поверхонь, це дасть найнижче значення q5 за умови фіксованої витрати матеріалів.

11. Заміна стандартного обмурка водогрійних котлів на огородження з шамотно-волокнистих плит дозволяє зменшити тепловтрати на 40-60% відносних.

Публікація основних положень дисертації

1. Марценко В.П. Несложно и выгодно ( опыт перевода котлов ДКВР на водогрейный режим). - Городское хозяйство Украины, 1983, № 2. - с. 15.

2. Приборы для комплексного определения теплофизических характеристик лабильных материалов / В.Г.Федоров, В.Н.Пахомов, В.П.Марценко. В кн.: Приборы для теплофизических измерений. Каталог. //ред. А.А.Долинский, - К.: Реклама, 1986. - с. 42- 43.

3. Проблеми теплоізоляційного захисту теплотрас. / В.П.Марценко, А.О.Глуздань, В.О.Виноградов-Салтиков, В.М.Пахомов, В.Г.Федорів. В кн.: Тези доповідей всеукраїнської наукової конференції "Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання ". - К.: УДУХТ, 1995. - с.438.

4. Федоров В.Г., Виноградов-Салтыков В.А., Марценко В.П. Измерение потерь тепла от наружных поверхностей водогрейных котлов. Экотехнология и ресурсосбережение, 1997, №3. с. 66 - 68.

5. Федорів В.Г., Виноградов-Салтиков В.О., Марценко В.П. Розподіл тепловтрат по огородженнях водогрійних і парових котлів. - К.: УДУХТ. Деп. В ДНТБ України 23.03.98., № 143. - Ук. 98. - 19 с.

6. Марценко В.П., Глуздань А.А., Федоров В.Г. Изменение параметров изоляции теплосетевых труб при замерзании грунта. - Экотехнология. и ресурсосбережение, 2000, №2, с.73-75.

7. Марценко В.П., Глуздань А.А., Федоров В.Г. Промышленные испытания изоляции теплотрассы в экстремальных условиях. - Пром. теплотехника, т.22, 2000, № 1, c.83-85.

8. Влияние сезонной цикличности на энергосбережение в теплотрассах бесканальной прокладки / Марценко В.П., Глуздань А.А., Федоров В.Г. Праці Інституту електродинаміки НАН України "Енергоефективність", - К., 2000. - с.242-246.

9. Марценко В.П., Федоров В.Г. Эффективность изоляционных ограждений водогрейных котлов. - Пром. теплотехника, 2000. т.22, №2 с.58-60.

10. Марценко В.П., Глуздань А.А.,Федоров В.Г. Ухудшение качества изоляции теплотрассы при замерзании грунта. Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики.// IX Межгосударственная конференция. Севастополь, 1999 г, С. 22-25.

Размещено на .ru