Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы в области снижения тепловых потерь в котельных установках 9
1.1. Обзор работ по исследованию конденсационных теплоутилизаторов для глубокого охлаждения уходящих газов 9
1.1.1. Оценка характеристик современных утилизаторов тепла уходящих газов 9
1.1.2. Опыт внедрения и эксплуатации конденсационных теплоутилизаторов 17
1.1.3. Тепло- и массообмен в теплообменниках поверхностного типа 28
1.1.4. Тепло- и массообмен в теплообменниках контактного типа 34
1.2. Обзор работ по оценке потерь тепла от наружного охлаждения котлов 41
1.3. Выводы и заключения к обзору 48
Глава 2. Экспериментальное исследование конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа 51
2.1. Натурные испытания конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа при комплексной утилизации теплоты дымовых газов и выпара двух атмосферных деаэраторов на Ульяновской ТЭЦ-3 51
2.2. Математическая обработка результатов испытаний конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа 67
2.3. Экономическая эффективность от внедрения КТ на паровом котле ДЕ-10-14ГМ Ульяновской ТЭЦ-3 83
2.4. Выводы 85
Глава 3. Математическое моделирование тепло- и массообменных процессов при глубоком охлаждении продуктов сгорания в кт поверхностного типа 87
3.1. Тепломассообмен при глубоком охлаждении продуктов сгорания в КТ поверхностного типа 87
3.2. Оценка эффективности получения конденсата водяных паров из дымовых газов и выпара атмосферного деаэратора 97
3.3. Эксергетический анализ работы конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа 103
3.4. Выводы L11
Глава 4. Повьшгение эффективности использования топлива за счет снижения тепловых потерь от наружного охлаждения котлов 112
4.Х..Экспериментальное.определение температур наружных поверхностей энергетических котлов 113
4.2. Определение потерь тепла энергетических котлов от наружного охлаждения 122
4.3. Экономическая оценка эффективности замены тепловой изоляции котлов 134
Выводы 140
Основные выводы и результаты работы 141
Список литературы 144
Приложения 157
- Оценка характеристик современных утилизаторов тепла уходящих газов
- Математическая обработка результатов испытаний конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа
- Оценка эффективности получения конденсата водяных паров из дымовых газов и выпара атмосферного деаэратора
- Определение потерь тепла энергетических котлов от наружного охлаждения
Введение к работе
з І.
Актуальность темы исследования. В современном мире в настоящее время проблема основных прав и свобод человека и гражданина, проблема пределов ограничения основных прав, а в более общем смысле - проблема конституционных изменений в сфере основных прав и свобод приобретает не только теоретическое, но и огромное практическое значение.
Научно-технический прогресс, противостояние народов и государств в выяснении своего места и предназначения в мире вывели на первый план острейшую проблему современного человечества - ценность и качество жизни отдельного индивидуума в отдельно взятой стране и их правовой защиты. Здесь можно наблюдать значительный разброс в законодательном регулировании поставленных выше проблем: от полного признания и тщательного соблюдения до не включения перечня основных прав и свобод в собственные Конституции, основные законы государств. При этом стоит учитывать тот момент, что в одних странах права человека - это непосредственно действующее право, а в других - это только декларативные утверждения, ничем не подкрепленные на практике.
Изучение и анализ опыта зарубежных стран позволяет воспользоваться достижениями всемирной цивилизации, быстрее пройти этап поисков моделей государственного и правового развития. Опыт Федеративной Республики Германии, несомненно, составная часть мирового исторического опыта. Российская Федерация исторически ближе к романо-германской или континентальной системе права, в частности, к германской школе права. Это предопределяет дополнительный интерес к изучению права Германии.
Социально-экономическая и политико-правовая система ФРГ в целом обеспечивает высокий уровень жизни отдельного индивидуума вне зависимости от гражданской принадлежности человека. И
Основной закон ФРГ исходит из образа человека, являющегося "целью государства". Германская наука конституционного права на протяжении длительного существования уделяла и уделяет большое внимание данной проблеме. Государство, по смыслу Конституции ФРГ, является объектом, ответственным перед обществом, перед отдельным гражданином. Государство, как отмечает известный конституционалист Й. Изензее, находится в прокрустовом ложе конституционных обязанностей, при этом гражданин наделяется свободой по отношению к государству. И в этом присутствует либеральная логика, т.к. гражданин в либеральном представлении является источником государственной власти и ее самоцелью.
Особое значение приобретает рассмотрение вопроса о месте и роли человека в обществе и государстве через призму института основных прав и свобод, основополагающих конституционных принципов ФРГ - неприкосновенности человеческого достоинства, правовой, демократической, федеративной, социальной и республиканской государственности. Именно в закрепленных основных правах находят выражение базисные, фундаментальные идеи, формирующие основу взаимоотношений человека и гражданина с обществом и государством.
В конституционном праве ФРГ вопросы взаимоотношений гражданина, общества и государства были подвергнуты достаточно подробному теоретическому осмыслению, при этом практическое использование основных прав человека и гражданина обеспечено конституционными гарантиями (реально действующими на практике). Таким образом, видна практическая ориентация государства на человека как на его главную цель. В итоге государства, признающие основополагающие общественные ценности, включающие их в основы своей жизнедеятельности и "превращающие" их в
5 практическое действующее право, становятся истинными европейскими, мировыми лидерами.
Обобщая вышесказанное, делаем вывод об особенной актуальности и важности изучения опыта Федеративной Республики Германии для решения проблем, связанных с проводимой в Российской Федерации судебной реформой, и о необходимости использования достижении этого опыта в ходе последующего совершенствования института основных прав и свобод человека и гражданина в конституционном законодательстве России.
Степень научной разработанности темы и круг использованных источников. В последнее время с новой силой разгорелись дискуссии на темы возникновения, закрепления в конституционном праве ФРГ института основных прав и свобод человека и гражданина. Среди ученых, внимание которых привлекали вопросы истории и теории государства и права, конституционного права, международного права можно назвать таких крупных современных ученых-юристов как С.А Авакьян, С.Н. Бабурин, Л.В.Бойцова, СА Глотов, Ю.В. Голик, В.Гутник, Б.Г. Елисеев, АЛ. Златопольский, И.П. Ильинский, В.Б. Исаков, Р.А Каламкарян, АД Керимов, В.В. Кизяковский, ИА Ледах, ЕА Лукашева, В.В. Маклаков, СИ. Сущинская, В.Терехов, Ю.П. Урьяс, Э.Б. Френкель, Т.М. Шамбаидругие.
Значительный вклад в исследование вопросов становления и
развития теорий прав человека и гражданина, правового положения
граждан ФРГ, конституционных основ общественного и
государственного строя ФРГ внесли такие юристы, как:
Э. Бокенфорде, О.А. Жидков, Т. Маунц, X. Крюгер, В.В. Маклаков, М.Н. Марченко, П.И. Савицкий, БА Страшун, А Фойхт, К. Хессе, З.М. Черниловский, В.Е. Чиркин, Э. Штейн и другие.
Опубликованных научных работ по конституционно-правовой тематике ФРГ сравнительно немного. В частности, к ним относятся работы таких авторов как ИП. Ильинский, ИЛ. Ледях, Ф.Люшер, К. Штерн, Ю.П. Урьяс, М. Хартвиг, К. Хессе. Особое значение по теме настоящего исследования имеют работы ИА Ледях (Права граждан: буржуазные теории и практика ФРГ. М, 1986), Ю.П. Урьяса (Механизм государственной власти ФРГ. М., 1988), К. Хессе (Основы конституционного права ФРГ. М., 1981).
Анализу становления и развития конституционных основ правового положения граждан, государственного строя ФРГ посвящены работы ученых-юристов ФРГ А Блекмана, Б. Бокенфорде, Т. Маунца, К. Штерна, Э. Штайна, Ц. Шмита, К. Хессе, Г. Эллинека.
Исследование основополагающих конституционных принципов ФРГ, места и роли гражданина в едином немецком государстве проводили такие ученые как, В. Абендрот, Д. Диетляйн, Й. Изензее, Е. Коган, У. Майер, В. Шмидт, Г. Штуби и другие.
После исследования работ названных ученых автор диссертации
сделал вывод о фундаментальности проводимых ими исследований,
особенно в сфере разработки теоретических основ, анализа
конституционно-правового материала. В настоящее время проблемы
реального осуществления человеком своего основополагающего права
на достойную жизнь, проблемы конкуренции основных прав и свобод
в федеративном государстве совершенно не разработаны
отечественными юристами-учеными. Это можно проследить на примере ФРГ и РФ. Российские граждане начинают зависеть от истоков теории основных прав человека, от того, что изначально важнее, и от того, где находится граница федеральных норм об основных правах. Если субъект федерации обладает правом устанавливать свои основные права, то логично предположить, что эти права будут иметь приоритет в конституционном праве субъекта
7 федерации. У данного мнения найдется равное количество как союзников, так и противников. И, безусловно, у каждого из них будут свои аргументы, которые можно принять, но это будет лишь точка зрения одного отдельного индивидуума. Вследствие спорности и нерешенности наиболее важных вопросов данной проблематики в отечественной науке, считаем целесообразным изучить и применить то ценное и необходимое, что есть в конституционном праве ФРГ.
Формально-юридическое провозглашение человека как цели государства, признание неприкосновенности человеческого достоинства как "высшей ценности" и основополагающего конституционного принципа ФРГ обусловливают обязанность государственных органов и должностных лиц создавать условия для свободного самовыражения и волеизъявления человека. В отечественной науке конституционного, права еще не предпринималось попыток исследовать вопросы прав человека в ФРГ под. таким углом зрения, поэтому в рамках проводимого исследования мы попытаемся восполнить этот пробел.
Объектом исследования стали общественные отношения, связанные с закреплением института прав и свобод человека в конституционном законодательстве . Федеративной Республики Германии. При этом следует учесть несколько моментов.
Во-первых, работа основана на исследовании теоретического, конституционно-правового и практического материала Федеративной Республики Германии, Российской Федерации. Проделан анализ состояния конституционного права исключительно ФРГ (не включая развитие права ГДР, которое неоднократно анализировалось в нашей стране, к тому же в объединенной ФРГ ньше действует Основной закон ФРГ 1949 года), т.е. в целом исследование касается воссоединенной Германии.
Во-вторьгх, в работе используются понятия "Конституция" и "Основной закон", имеющие тождественное значение (наиболее часто употребляемым в ФРГ является термин "Основной закон").
В-третьих, в конституционном праве ФРГ традиционно выделяются в качестве основных принципов государства -неприкосновенность человеческого достоинства, демократия, республика, правовое, социальное и федеративное государство. В диссертационном исследовании более подробному анализу подвергнут последний принцип (ввиду малой изученности его отечественной наукой), что особенно наглядно можно увидеть на примере специфики существования института основных прав и свобод в федеральных землях.
Понятия "государственное право" и "конституционное право" используются как синонимы, вследствие схожести рассматриваемых в них проблем, хотя понятие "конституционное право" обладает более широкимзначением.
Предметом исследования является изучение сущности и содержания основных прав и свобод человека и гражданина в ФРГ, выявление их юридической природы, исследование конкуренции и коллизии основных прав и свобод в федеральном и земельном конституционном законодательстве ФРГ.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование теоретических основ института основных прав и свобод в конституционном законодательстве ФРГ, комплексное сравнительно-правовое исследование данного института в федеративных моделях ФРГ и РФ, выявление позитивных и негативных сторон, разработка рекомендаций по совершенствованию института основных прав и свобод в конституционном законодательстве России.
Для достижения указанной цели в диссертации ставятся и решаются следующие задачи:
исследовать социально-экономические и исторические предпосылки и причины появления и закрепления в конституционном праве ФРГ института основных прав и свобод человека и гражданина;
дать общую характеристику германского права на современном этапе;
на основе анализа теоретического, конституционно-правового, практического материала показать процесс становления и развития в Германии теории прав человека;
показать отличительные особенности существования в федеральных землях Германии института основных прав и свобод, юридическую природу прав, особенности действия и закрепления основных прав именно на примере федеративного государства Федеративной Республики Германии - с учетом того, что этот опыт имеет практическое значение и для Российской Федерации.
Важным аспектом существования института основных прав и свобод в ФРГ является возможность ограничения прав человека по некоторым, строго определенным основаниям. Гарантией от злоупотреблений в праве служит ст. 19, абз. 2 Основного закона ФРГ, предписывающая: "Существо содержания основного закона ни в коем случае не должно быть затронуто"...
Методологические и теоретические основы исследования. Методологическую основу исследования составляет диалектико-материалистический подход, а также система различных методов, логических приемов и средств познания поставленной проблемы. Рассматривая конкретные вопросы в работе, автор диссертации исходит из тождества понятий "государственное право" и
10 "конституционное право"; из различия понятий "права человека" и "права гражданина" (немца); привлекает внимание к наличию в конституционном праве Германии различных точек зрения, суждений по предмету исследования; отмечает негативные и позитивные моменты в развитии института основных прав и свобод в ФРГ.
Теоретическую базу исследования составляют суждения, взгляды юристов, философов и других ученых, занимающихся проблемами прав человека в той или иной степени. Важное значение для данного исследования имеют взгляды Г.Гегеля, И.Канта, И.Фихте, Г.Елинека. Кроме названных ученых отметим Е.Дюринга, X. Песталоцца, Р. Циппелиуса и других.
Теоретическое исследование современного состояния конституционного права Германии, в частности исследование закрепления и осуществления немцами основных прав и свобод личности, строится на анализе исторического материала в сравнительной перспективе с настоящим временем. Здесь можно выделить работы В. Абендрота, П. Бадура, Р. Вассермана, Й. Изензее, Т. Маунца, Р. Херцога, К. Хессе, К Штайна, К Штерна и других. Взгляды вышеназванных авторов на место и значение института основных прав и свобод, на место человека в государстве и обществе порой существенно различаются.
В целом теоретические труды немецких ученых характеризуются фундаментальностью, тщательным анализом норм права. Несомненным достижением немецкого конституционного права является признание особой ценности человека и его основных прав и свобод; придание основным правам и свободам значения реально действующих правовых норм, которые определяют смысл и содержание деятельности государства.
Нормативно-правовую базу диссертационного исследования составляют Основной закон ФРГ от 23 мая 1949 года, Конституция
РФ 1993 года, Всеобщая декларация прав человека, Закон о Федеральном конституционном суде ФРГ от 12 марта 1951 г., Европейская конвенция о защите прав человека и основных свобод от 4 ноября 1950 г., Европейская социальная хартия от 18 октября 1961 г., Конституции земель ФРГ, Конституция земли Гессен от 1 декабря 1946 г., Международный пакт о гражданских и политических правах, Международный пакт об экономических, социальных и культурных правах, а также иные нормативно-правовые акты ФРГ, субъектов ФРГ.
В работе использованы постановления и решения Конституционного суда ФРГ, конституционных судов субъектов ФРГ.
Научная новизна исследования. В диссертационной работе впервые в российской юридической науке проведено комплексное монографическое исследование вопроса существования в Федеративной Республике Германии института основных прав и свобод как основы конституционного строя государства и предпосылки правового положения личности.
При этом автор не ограничивается традиционным анализом правового положения граждан путем исследования личных, политических и социально-экономических прав, а обращает внимание на более актуальные в настоящее время вопросы коллизии основных прав и свобод в конституционном федеративном государстве (коим и является ФРГ) в широком смысле данных категорий. А именно рассматривает вопросы появления института прав и свобод человека и гражданина в конституционном государстве ФРГ, существование различных теорий основных прав человека в ФРГ и их влияние на Основной закон ФРГ 1949 г., а также несомненно актуальный и совершенно не изученный отечественной наукой конституционного права вопрос конкуренции основных прав в федеративном государстве.
Раскрывая институт основных прав и свобод в подобном контексте, автор вместе с тем показывает важность и диалектическую невозможность проведения данного исследования без качественного анализа особенностей исторического развития основных прав и свобод в Германии.
Научная новизна характеризует все основные положения диссертационного исследования. В частности, впервые подробно рассматривается вопрос существования и развития института основных прав и свобод в Федеративной Республике Германии в сравнительном аспекте с другими европейскими странами. Впервые раскрывается содержание и значение вертикальной конкуренции основных прав в конституционном праве ФРГ, которое базируется на параллельном действии в федеративном государстве двух независимо существующих положений об основных правах. Законодательство Федеративной Республики Германии исследуется в разрезе ее федеративного устройства с учетом и анализом законодательства земель.
В диссертации представлен анализ конституционно-правовых источников Федеративной Республики Германии в целом и законодательных источников ее земель, решений и разъяснений Федерального конституционного суда и конституционных судов земель, толкования Основного закона ФРГ ведущими учеными-конституционалистами Германии.
Научную новизну диссертации характеризуют н основные положения, выносимые на защиту:
1. На формирование и закрепление института основных прав и свобод человека и гражданина решающее влияние оказала модель кооперативного федерализма, утвердившаяся в ФРГ в послевоенный период, когда резко возросла взаимозависимость федерации и земель в решении экономических и социальных проблем.
-
Основные права и свободы в ФРГ имеют особое значение. В Конституции 1949 г. они поставлены в начале документа - как реакция на необходимость преодоления опыта Веймарской республики и националистического государства. Вследствие этого они стали правом прямого действия, которому подчинено законодательство, исполнительная и судебная ветви власти.
-
В основу конституционно-правовой доктрины ФРГ поставлена либеральная политическая теория, согласно которой государство предстает в качестве антипода общества, в виде особой организации, наделенной властными полномочиями. Поэтому главным объектом конституционного регулирования в Германии является государственная власть, а не частная сфера. Либеральная логика немецкой конституции состоит в том, что принципиальное недоверие к государству как к потенциальному "тирану" корреспондируется с принципиальным доверием к гражданину и его свободам.
4. Высшей конституционно-правовой ценностью в
государственном праве ФРГ является человеческое достоинство,
возведенное до уровня принципа конституционного права. Норма,
закрепляющая неприкосновенность человеческого достоинства, как
основное право отнесена к группе не подлежащих изменению или
отмене конституционных норм.
5. Выявлены особенности ограничения прав в германском
конституционном законодательстве:
соображения общественно-политической целесообразности не могут служить основанием для ограничения основных прав;
установление законодательных возможностей обжалования решений и действий государственных органов и должностных лиц, связанных с ограничением прав и свобод;
14 - установление четких законодательных оснований для вмешательства в права и свободы с тем, чтобы границы основных прав были четко обозначены.
6. Формальной предпосылкой вмешательства в основные права
является то обстоятельство, что оно может бьпь допущено только с
помощью закона или на основе закона. Закон и отдельное
вмешательство должны при этом придерживаться границ, четко
установленных законом или основными правами. Это означает, что
каждое вмешательство в основные права нуждается в
конституционно-правовыхполномочиях.
-
Пределы ограничения основных прав человека в ФРГ устанавливаются Основным законом. В основу их положена теория, согласно которой в особых властных отношениях разрешены все вмешательства в основные права, если они необходимы для достижения целей в связи с особой ситуацией в отдельных властных отношениях Эти цели четко и однозначно определяются Конституцией. В законодательном порядке вместе с содержанием основных прав одновременно определяется и их предел. При этом пределы ограничения основных прав человека состоят в том, что основные права не могут выхолащиваться. Правовой характер основные права имеют только тогда, когда они могут быть сведены к человеческому достоинству. Поэтому границы пределов ограничения прав определяются невозможностью посягательства на человеческое достоинство с тем, чтобы ограниченное право не потеряло своего значения в жизни общества.
-
Основной закон ФРГ и земельные конституции, исходя из принципов федеративного устройства государства, содержат согласованные по содержанию и соответствующие друг другу гарантии основных прав. Суверенитет федерации получает
15 ограничения только с помощью предписаний Основного закона ФРГ. Противоречащие федеральному праву нормы земельных конституций упраздняются простыми федеральными законами. Коллизии правовых норм разрешаются единым толкованием федеральной и земельных конституций.
Практическая и теоретическая значимость исследования. Материалы и выводы, имеющиеся в диссертации, могут быть использованы в учебных курсах теории государства и права, истории государства и права зарубежных стран, теории прав человека, конституционного права России и зарубежных стран, международного права. Одновременно возможно их использование в качестве материала для сравнительного правоведения.
Значимость работы обусловлена также и тем, что в диссертации содержится комплексный анализ основных характеристик института прав и свобод человека и гражданина в ФРГ. Теоретическая значимость исследования заключается в том, что положения и выводы из диссертации помогают понять основополагающий институт германского общества и государства - институт основных прав и свобод, познать механизм реализации их на практике, выявить особенное и частное в германском конституционном праве. Результаты исследования могут быть учтены при совершенствовании института основных прав и свобод в Российской Федерации, при решении проблем, связанных с реализацией прав и свобод граждан в России.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационного исследования излагаются в статьях и иных научных публикациях автора.
Материалы диссертационного исследования использовались автором в выступлениях на заседаниях кафедры конституционного и муниципального права Российского государственного торгово-
экономического университета, на заседаниях кафедры теории права и государственно-правовых дисциплин Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского.
Важнейшие положения диссертационного исследования были обсуждены и одобрены на заседании кафедры конституционного и муниципального права Российского государственного торгово-экономического университета.
Структура диссертационного исследования определена с учетом характера и специфики темы исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, включающих девять параграфов, заключения и списка использованных нормативных правовых источников и научной литературы.
Оценка характеристик современных утилизаторов тепла уходящих газов
С целью утилизации низкопотенциальной теплоты уходящих газов все большее распространение получают конденсационные теплоутилизаторы (КТ) контактного и поверхностного типов, позволяющие охлаждать уходящие дымовые газы ниже точки росы и дополнительно полезно использовать скрытую теплоту конденсации содержащихся в продуктах сгорания водяных паров [2, 7, 96,102]. При сжигании газа точка росы продуктов сгорания равна 55-5-60 С. Рассмотрим характеристики и особенности работы поверхностных и контактных теплообменников, предназначенных для утилизации тепла уходящих продуктов сгорания. Поверхностные теплоутилизаторы Поверхностные теплообменники в качестве утилизаторов тепла стали применять сравнительно недавно. Для глубокого охлаждения дымовых газов ниже точки росы до последних лет использовались в основном только контактные теплообменники. Применение контактных теплообменников обеспечивает развитую поверхность и высокую интенсивность теплообмена, превышающую на порядок коэффициенты теплоотдачи при конвективном теплопереносе. Однако при этом нагреваемая контактным способом вода поглощает из продуктов сгорания углекислоту и кислород и может приобретать коррозийно-агрессивные свойства.
Для предупреждения коррозии трубопроводов необходимо производить термическую деаэрацию воды в атмосферных или вакуумных деаэраторах. В первом случае нужно нагревать воду до 100 С паром, что требует установки в котельной паровых котлов. Системы с вакуумной деаэрацией сложны и не получили широкого распространения. Необходимость деаэрации нагретой контактным способом воды может в ряде случаев затруднить ее использование.
Радикальным способом устранения этих затруднений является использование для глубокого охлаждения уходящих газов конденсационных теплообменников поверхностного типа. Поверхность теплообмена конденсационных теплообменников значительно более развита по сравнению с обычными экономайзерами и составляет как и в контактных теплообменниках, сотни квадратных метров на 1 м3 объема аппарата. Коэффициенты теплоотдачи от дымовых газов к поверхностям нагрева при глубоком охлаждении, сопровождающимся конденсацией водяных паров из газов, существенно выше коэффициентов конвективной теплоотдачи и соизмеримы с коэффициентами теплообмена для контактных аппаратов. Поверхностные конденсационные теплообменники вполне конкурентно способны с контактными теплоутилизаторами и тем более с контактно-поверхностными аппаратами.
Ранее металлические экономайзеры за котлами проектировались из условия охлаждения дымовых газов в них до температуры 140 -150" С. Это было обусловлено в основном двумя обстоятельствами: 1) технико-экономической нецелесобразностью более глубокого охлаждения газов при имевшем место соотношении цен на топливо и металл; 2) возможностью коррозии теплообмен-ных поверхностей выпадающим конденсатом при охлаждении газов до температуры ниже точки росы. В настоящее время положение существенно изменилось и стало экономически целесообразным глубокое охлаждение дымовых газов в результате резкого повышения цен на топливо и тепловую энергию и появлению более совершенных конструкций металлических теплообменников, в частности биметаллических и выполненных из нержавеющей стали.
Конденсационные котлы и экономайзеры изготовляют из различных материалов. Общим условием для всех конденсационных теплообменников поверхностного типа является высокая коррозионная стойкость, поскольку выделяющийся из продуктов сгорания конденсат имеет кислую реакцию. Для изготовления конденсационных теплообменников применяют нержавеющую сталь, чугун, медь, биметаллические трубы (сталь-алюминий), полимерные материалы и даже керамику. Применение коррозионно-стойких материалов позволило создать конденсационные теплообменники также для утилизации теплоты уходящих газов жидкого топлива.
Теплотехнические показатели поверхностных теплообменников, в которых должна происходить конденсация водяных паров из дымовых газов, во многом определяются температурой нагреваемого теплоносителя. Если в теплообменнике нагревается вода, то для конденсации водяных паров из дымовых газов необходимо, чтобы температура стенки теплообменника была ниже точки росы. Предполагается, что коэффициент теплоотдачи от стенки теплообменника, к протекающей внутри него жидкости (воде) на порядок выше коэффициента теплоотдачи с газовой стороны, а температура наружной поверхности нагрева мало отличается от температуры воды /„.
При нормальной эксплуатации котла коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания природного газа составляет 1,2-5-1,3. точка росы таких газов равна 55 60 С Отсюда следует, что для работы теплоутилизатора в режиме конденсации всей его конвективной части, требуется, чтобы температура нагрева воды в конвективном пакете не превышала 55 С
Теплоутилизатор установливается в газоходе котла между экономайзером и дымососом. Уходящие продукты сгорания после экономайзера с температурой 120-5-150 С разделяются на два потока. Основной поток газа (70-5-80 %) направляется через регулирующий клапан в теплоутилизатор 1, второй (около 20-5-30 %) - по обводной линии газохода.
Процесс охлаждения продуктов сгорания в теплоутилизаторе ниже точки росы сопровождается уменьшением влагосодержания со 115 до 50 г/кг и выпадением конденсата в количестве 0,6 0,7 кг/ч на 1 м3 сжигаемого природного газа.
Температура продуктов сгорания после смешения поддерживается на уровне 65-1-70" С, что выше точки росы, влагосодержание — 65 70 г/кг и относительная влажность 50 55 %, Водяные пары после смешения находятся в перегретом состоянии, это позволяет при всех режимах работы котла исключить выпадение конденсата в газовом тракте.
Дополнительное аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплоути-лизатором преодолевается в основном за счет уменьшения объема продуктов сгорания вследствие снижения их температуры, а также за счет снижения массового расхода из-за конденсации части водяных паров. При работе котельной на мазуте газы полностью направляются по обводному газоходу, минуя теплоутилизатор.
Математическая обработка результатов испытаний конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа
Результаты натурных испытаний конденсационного теплоутилизатора поверхностного типа на Ульяновской ТЭЦ-3, представленные в табл. 2.1-2.6 позволяют определить теплотехнические показатели работы КТ и выявить оптимальные режимы его эксплуатации [52, 59, 63, 65, 67, 68, 77]. Рассчитывались следующие показатели работы теплоутилизатора: теплопроизводительность, коэффициент теплопередачи, коэффициент полезного действия (КПД), повышение коэффициента использования топлива (к.и.т.) котла, расход конденсата выделенных из дымовых газов водяных паров, влагосодержание продуктов сгорания на выходе из КТ, экономическая эффективность.
Теплопроизводительность конденсационного теплоутилизатора При нагревании или охлаждении жидкостей или газов количество отданного или полученного тепла определяется по изменению их теплосодержания. Для этого измеряют расход жидкости и изменение ее температуры. Теплопроизводительность конденсационного теплоутилизатора наиболее просто определяется по уравнению теплового баланса для подогреваемой воды: Q«m=GB-CP-(t"B B\ (2.1) где QKtn -теплопроизводительность теплоутилизатора, Вт; GB- расход подогреваемой воды, кг/с; СР— удельная теплоемкость воды, Дж/(кг С); tB, tB температура воды на входе в теплоутилизатор и на выходе из него соответственно, С При глубоком охлаждении уходящих газов теплопроизводительность конденсационного теплоутилизатора может быть рассчитана по приближенной формуле И.З. Аронова [7]: Ух зкт \ 0,3з(г - )+435 х х" 0,6 + х"ух U63, (2.2) где V - расход уходящих газов на входе в теплоутилизатор при нормальных условиях, м3/с; t , t1 —температура уходящих газов соответственно на входе в теплоутилизатор и на выходе из него, С; х — влагосодержание продуктов сгорания на входе в теплоутилизатор, кг/кгс.г.; х" - влагосодержание насыщенных продуктов сгорания на выходе из теплоутилизатора, кг/кгс.г. Влагосодержания продуктов сгорания х и х" определялись по приближенным формулам Л.Г. Семенюка (см. п. 3.2): х ух=[о,13 + хв -01 )/ -0,058), (а) где хв - влагосодержание дутьевого воздуха, кг/кг св., в расчетах принималось хв = 0,01 кг/кгс.в. а - коэффициент избытка воздуха в газах перед теплоути лизатором. 0,00063 82 + 0,004 a vr аои-/ х = 2-е J" . (б) 39 а +0,199 Расход уходящих газов на входе в теплоутилизатор рассчитывался по составу и расходу газообразного топлива и коэффициенту избытка воздуха в уходящих продуктах сгорания по следующим зависимостям [9].
В настоящей работе определение теплопроизводительности утилизатора производилось по формуле (2.1). Результаты этих расчетов представлены в таблицах 2.4, 2.5, 2.6. Однако, с целью проверки правильности измерения параметров работы котла и теплоутилизатора, для опытов при полностью закрытом регулирующем клапане на байпасном газоходе расчет производительности тепло-утилизатора дополнительно производился и по формуле (2.2). Расхождение результатов расчетов по формулам (2.1) и (2.2) не превышает 5- -7 %. Анализ результатов расчетов показал, что при паропроизводительности котла 8 т/ч и для случая, когда 80 % уходящих продуктов сгорания пропускалось через теплоутилизатор, тешгопроизводительность КТ QKm составила 0,4133 МВт при направлении выпара ДСА-25 в атмосферу и 0,4538 МВт при направлении выпара в теплоутилизатор. Возрастание QKm за счет утилизации выпара составило 0,0405 МВт (на 8,9 %), при этом расход конденсата увеличился на 68 л/ч. Теплота конденсации выпара составляет 0,0424 МВт.
Теплопроизводительность теплоутилизатора сильно зависит от степени охлаждения продуктов сгорания и в меньшей степени от расхода газов. Так, например, для опытов при паропроизводительности котла DK 8 т/ч (выпар направлен в атмосферу) теплопроизводительность КТ возросла с 0,3106 до 0,3749 Гкал/ч (на 17,1 %), а расход уходящих газов через теплоутилизатор при этом возрос с 4004 до 8008 м /ч (на 50 %). То есть увеличение расхода уходящих газов на 50 % (в 2 раза) обуславливает повышение теплопроизводительности теплоутилизатора лишь на 17,1 %. А при направлении выпара атмосферных деаэраторов в КТ увеличение расхода уходящих газов на 51,2 % обуславливает повышение теплопроизводительности теплоутилизатора 16,5 %.
Это объясняется тем, что при глубоком охлаждении уходящих газов теплопроизводительность теплоутилизатора складывается из двух составляющих: 1) физической теплоты газов; 2) скрытой теплоты парообразования (конденсации) водяных паров. При более глубоком охлаждении уходящих газов увеличивается количество сконденсировавшихся из них водяных паров и резко возрастает доля теплоты конденсации водяных паров в общей составляющей тепло-съема. Количество теплоты, получаемой за счет конденсации водяных паров из уходящих газов, составляет порядка 40-5-50 % теплопроизводительности конденсационного теплоутилизатора.
Экономическая эффективность теплоутилизатора При расчете экономической эффективности теплоутилизатора. Числовые значения повышения к.и.т. котла № 2 Ульяновской ТЭЦ-3 при работе теплоутилизатора составляет: 6,05-:-7,17 %; 5,9-4-6,9 % и 5,72+6,86 % соответственно при паропроизводительностях котла 10, 9 и 8 т/ч. Среднее значение увеличения к.и.т. котла по QCB составляет примерно 6+7 %. При утилизации выпара атмосферного деаэратора в КТ поверхностного типа среднее значение увеличения к.и.т. котла по QCB составило 6,7+7,8 %.
Оценка эффективности получения конденсата водяных паров из дымовых газов и выпара атмосферного деаэратора
Одним из эффективных решений повышения коэффициента использования топлива (к.и.т.) котельных установок является глубокое охлаждение уходящих продуктов сгорания, под которым понимается их охлаждение ниже точки росы tpj когда происходит конденсация из газов водяных паров. В этом случае наряду с более полным использованием физической теплоты уходящих продуктов сгорания дополнительно используется скрытая теплота конденсации части содержащихся в газах водяных паров [2, 7, 96]. Для глубокого охлаждения уходящих газов применяют теплообменные аппараты контактного или поверхностного типа - конденсационные тегогоутилизаторы (КТ).
Значения температуры точки росы tp для продуктов сгорания природного газа усредненного состава приведены в [7]. Для аналитического определения tp можно воспользоваться следующим выражением tp = 37,1- /(3,777 + 0,085-0. )1 (3-20) где d - влагосодержание продуктов сгорания, г/кг с.г.; а - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах. Характер изменения влагосодержания уходящих продуктов сгорания зависит от соотношения температур уходящих из теплоутилизатора газов ґ и их точки росы tp. При равенстве этих температур влагосодержание продуктов сгорания до и после теплоутилизатора будет практически одинаковым. При использовании контактного теплоутилизатора увеличение температуры уходящих газов t L выше tp приводит к росту влагосодержания продуктов сгорания, так как после контактного теплоутилизатора газы независимо от температуры близки к полному насыщению водяными парами. Таким образом, процесс охлаждения газов в контактном теплоутилизаторе необходимо осуществлять до температуры t L tp. В поверхностном же теплоутилизаторе увеличение темпе 98 ратуры уходящих продуктов сгорания выше tp не приводит к повышению их влагосодержания.
В процессе охлаждения уходящих продуктов сгорания в КТ ниже tp их влагосодержание снижается. При этом из продуктов сгорания выделяется конденсат водяных паров (обессоленная вода). Исследования конденсата при сжигании природного газа, проведенные М.Б. Равичем, Л.И. Друскиным (Московский институт нефти и газа им. Губкина), Г.М. Климовым (Горьковский инженерно-строительный институт), а также в лаборатории химического анализа Ульяновской ТЭЦ—3, показали достаточно высокое его качество: отсутствие взвешенных веществ карбонатной жесткости, сухой остаток менее 5 иг/л. Этот конденсат практически является бессолевой водой и превосходит по качеству воду, умягченную в водоподготовительных установках промышленных котельных. После дегазации он вполне может быть использован для питания котлов низкого давления [7,48].
Анализ результатов расчетов показывает, что количество выделяющегося из продуктов сгорания конденсата водяных паров в большей степени зависит от температуры уходящих газов и их влагосодержания. Одним из путей увеличения количества конденсата водяных паров является искусственное увлажнение дутьевого воздуха, например, путем нагрева его в контактном воздухоподогревателе сбросной теплой водой. В этом случае дутьевой воздух достигает практически полного насыщения, а его влагосодержание хв может быть определено по формуле (3.23).
При нагреве дутьевого воздуха котла контактным способом до 45 - 50 С его влагосодержание хв возрастает с 0,005 - 0,01 до 0,06 - 0,07 кг/кг. Это количество водяных паров балластом переходит в дымовые газы. Если уходящие продукты сгорания охладить в КТ до 40 С, то абсолютное количество выделяющегося из них конденсата составит 1,8418 кг на 1 м3 сжигаемого природного газа. В ряде случаев этого количества конденсата водяных паров достаточно для работы котельной без водоумягчительной установки (например, при расчетной норме подпитки 0,5 % объема трубопроводов закрытой системы теплоснабжения).
Относительный расход G характеризует степень охлаждения газов при t"yx tp и численно равен отношению расхода выделенного из продуктов сгорания конденсата водяных паров GK к общему количеству водяных паров G0, содержащихся в дымовых газах. Экспериментальные исследования выполнялись при коэффициенте избытка воздуха аух=\,25. Теплота сгорания топлива составляла ?н=33381 кДж/м3. В расчетах влагосодержание дутьевого воздуха хв принималось равным 0,01 кг/кг.
Результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с результатами теоретических расчетов по формулам Л.Г. Семенюка [101]. Из графиков видно, что при уменьшении температуры уходящих газов t" на выходе из
КТ относительный расход конденсата водяных паров из продуктов сгорания G возрастает, а следовательно, повышается и абсолютное количество выделенного из газов конденсата GK. Это обусловлено более глубоким охлаждением уходящих газов. Повышение температуры продуктов сгорания на выходе из КТ при утилизации выпара атмосферного деаэратора в теплоутилизаторе объясняется увеличением расхода греющего теплоносителя - смеси газов и выпара при постоянном расходе нагреваемой воды.
Экономическая эффективность внедрения теплоутилизационной установки для использования теплоты продуктов сгорания парового котла ДЕ-10-14 ГМ Ульяновской ТЭЦ-3 при паропроизводительности 8 т/ч достигает 254 902 руб/год. При этом стоимость выделенного из уходящих газов конденсата водяных паров - 20 129 руб/год. Суммарный годовой экономический эффект от комплексной утилизации теплоты уходящих продуктов сгорания и выпара двух атмосферных деаэраторов ДСА-25 равен 280 431 руб/год, а стоимость полученного конденсата водяных паров из уходящих газов и выпара составляет 22 730 руб/год [65].
Непосредственное суммирование и сопоставление качественно различных видов энергии недопустимы, поскольку они не аддитивны. Для того, чтобы сделать их сопоставимыми, нужна единая мера, позволяющая количественно оценить энергию с учетом ее качественных характеристик [1,28].
Такой мерой превращаемости служит эксергия, представляющая собой количество работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при обратимом взаимодействии термодинамической системы или потока энергии с окружающей средой до установления полного равновесия.
Согласно Первому и Второму началам термодинамики в каждом данном состоянии эксергия системы, так же, как и ее энергия, имеет определенное фиксированное значение, поскольку обратимый процесс выравнивания ее интенсивных параметров с параметрами окружающей среды однозначно характеризуется работой. Взаимодействие системы с окружающей средой может проходить как обратимо (идеальный процесс), так и необратимо (реальный процесс). В результате идеального процесса (по определению эксергии) получается работа, равная эксергии. Если процесс приостановлен до наступления равновесия параметров системы и среды, то полученная работа равняется убыли эксергии системы.
Определение потерь тепла энергетических котлов от наружного охлаждения
При тепловом расчете котельного агрегата потеря теплоты qH5 от наружного охлаждения для номинальной нагрузки определяется в зависимости от паропроизводительности котла на основании графиков, приведенных в [119].
При определении действительных потерь q5 такой расчет является приближенным, так как искомая величина не зависит от компактности котлоагре-гата и состояния его тепловой изоляции. На практике возникает необходимость в определении действительных тепловых потерь котлов и экономической оценке целесообразности проведения ремонта или замены их тепловой изоляции. Предложена графо-аналитическая методика определения потерь тепла от наружного охлаждения котлов, при выполнении расчета по которой, учитываются компактность котлоагрегата и состояние его тепловой изоляции. Методика заключается в том, что удельный тепловой поток рассчитывают в зависимости от параметров теплового состояния наружной поверхности тепловой изоляции котла и температуры окружающего воздуха. По полученным опытным путем средним температурам наружных по-верхностей котлов, определяется средние тепловые потоки q, Вт/м , на данных участках по формуле [116]: q = l,66\tmus\4n +C-\J - \-1(Ґ, (4.5) где tmu - средняя температура наружной поверхности участка тепловой изоляции котла, С; te - температура окружающего воздуха, С (на расстоянии 0,8-1,5 м от поверхности тепловой изоляции); С -коэффициент излучения, Вт/(м2К4). С =4,88 Вт/(м2К4) для оштукатуренных и.запыленных поверхностей, С =2,67 Вт/(м2К4) для алюминиевого по 124 кровного слоя тепловой изоляции. Внешний слой исследованных наружных поверхностей котлов оштукатурен или представляет собой металлическую запыленную поверхность, поэтому коэффициент теплового принимается C-4tSS ,Bi:/(M2- )m Если обмуровка котлоагрегати находится в исправном состоянии, то при температуре окружающего котел воздуха 25 С температура наружной поверхности обмуровки должна быть не более 45 С [117]. Нормативный тепловой поток qH при таких значениях температур равен 204,31 Вт/м2.
Температура наружной поверхности котлоагрегата зависит не только от состояния тепловой изоляции, но и от температуры воздуха в котельном цехе и производительности котла. Температура воздуха в цехе, в свою очередь, зависит от количества работающих котлов, их производительности, места забора воздуха на дутье, состояния ограждающих конструкций корпуса котельного цеха и температуры наружного воздуха.
Для определения тепловых потерь от всей поверхности котлоагрегата, исходя из паспортных данных тепловой изоляции, определяется общая площадь So6ui наружной поверхности котлоагрегата. Определим по номограмме относительные нормативные потери теплоты парового котла ТП-87 ТоТЭЦ от наружного охлаждения. При работе котла с исправной тепловой изоляцией при температуре окружающего котел воздуха 25 С температура наружной поверхности обмуровки должна быть не более 45 С. На оси абсцисс откладывается температура наружной поверхности обмуровки /„00=45 С. Далее проводится вертикальная прямая до пересечения с кривой, отражающей температуру окружающего воздуха te =25 С, проециру-ется прямая на ось ординат, получается тепловой поток #/=204,31 Вт/м . Из точки пересечения влево проводится горизонтальная прямая до пересечения со значением площади наружной поверхности котлоагрегата ( S =4477 м ), опускается вертикальная прямая до заданной величины расхода тепла, поступившего в котел с топливом (QT =255,71 МВт). Определяется потеря тепла от наружного охлаждения QS=Q,915 МВт, вправо проводится горизонтальная прямая до пересечения со шкалой определения относительных тепловых потерь котлоагрегата. В таблице 4.8 представлены величины нормативных потерь тепла от наружного охлаждения qH5 , %, полученные по формулам (4.3) и (4.4), по нормативным графикам [119] и рассчитанных по выше представленной экспериментально-расчетной методике при температуре наружной поверхности тепловой изоляции tmu=45 С и температуре окружающего воздуха te=25 С. А также действительные относительные потери тепла котлов q 5, %, полученные в результате обработки экспериментальных данных.
Марчак И.И., Голышев Л.В. и Мысак И.С. провели исследования по определению потери тепла в окружающую среду водогрейными котлами [82, 83]. Экспериментально-расчетные работы, проведенные на 12 водогрейных котлах показали, что средний уровень действительных потерь q5, определенных по предложенной ими методике, соизмерим с данными ЦКТИ [111] и в 2-5 раз меньше значений q5 по нормативным графикам.
По представленной методике в диссертации нормативные потери тепла qH5 парового котла БКЗ-110-35 с фактической паропроизводительностью 70 т/ч составили 0,537 %, а по нормативным графикам- 1,131 %. Полученная величина qH5 в 2,1 раза меньше значения, полученного по нормативным графикам. Полученные результаты хорошо согласуются с данными ЦКТИ [111] и Марчака И.И., Голышева Л.В. и Мысака И.С [82, 83].
