Введение к работе
Актуальность. Обеспечение жизнедеятельности человека, при все возрастающих его потребностях, связано с ростом потребления различных видов энергии, которые производятся в основном при сжигании органического топлива, сопровождающегося вредными выбросами в атмосферу. В России эксплуатируется более 6 млн. теплоэнергетических объектов, которые вырабатывают около 3000 ТВтч (2600 млн. Гкал) тепловой энергии в год. Причем 26 /.- из этого количества вырабатывается малыми и мелкими отопительными котельными тепловой мощностью до 23 МВт (20 Гкал/ч), которые обычно не обеспечиваются природоохранным оборудованием и выбрасывают в атмосферу более 67 тыс. т вредных веществ ( по данным 1993г.) при расходе топлива до 31 % от расхода, затраченного на производство тепловой энергии. Кроме этого, в эксплуатации находится значительное количество дизельных электростанций и судовых энергетических установок, вносящих свою долю в загрязнение окружающей средь/. В го же время человечество должно сохранить природное наследие как естественную основу материального и духовного благосостояния нынешнего и последующих поколений. Поэтому актуальность задачи сокращения вредных выбросов в окружающую среду при производстве энергии, и, в частности, тепловой, не вызывает сомнений.
Диссертационная работа является обобщением научно - исследовательских работ, экспериментальная часть которых выполнена в Дальневосточном политехническом институте им. В.В. Куйбышева и в лаборатории нетрадиционной энергетики ДВО РАН непосредственно автором.
Работа выполнялась в рамках научно-технической программы Минвуза СССР "Мировой океан" на 1976... 1988 гг. (тема 6.2.2. "Разработка технического проекта опреснительной установки для рефрижератора типа "Сибирь"), на 1981...1985 гг. (тема 6.2.16. "Сжигание обводненных нефтепродуктов в судовых парогенераторах и утилизация теплоты для получения пресной воды"), программы по приказу Минвуза СССР №223 от 17.02.83 г. "О координационном плане научно-исследовательских работ высших учебных заведений в области судостроения на 1983... 1985 гг."( тема 4.4.4. 'Энергогехнологическое использование морских, сточных и нефтесодержащих вод на рыбопромысловых судах и плавбазах", проекта ^Энергетика" Общегосударственной комплексной программы "Мировой океан" (на период 1986...J990 гг. и 1991 ...1995гг.), Государственной программы фундаментальных исследований "Коренное повышение эффективности энергетических систем" АН СССР (на период 1988...I99Q гг.), рабочих про-
грамм отраслевой научно-исследовательской лаборатории энерготехнологического использования морских, сточных и нефтесодержащих вод на рыбопромысловых судах и плавбазах Минрыбхоза СССР при ДВПИ им. В.В. Куйбышева (согласования Минвуза СССР № 93-01-03/12-13 от 9.01.81 и приказы Минвуза РСФСР и Минрыбхоза СССР №385/500 от 1.09.81 г.), рабочих программ лаборатории нетрадиционной энергетики ДВО РАН. Поданы и приняты к рассмотрению проекты в федеральные целевые программы: "Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья" на 1996...2000 гг., "Мировой океан" на 1998...2000 гг.
Основная идея работы состоит в рациональном использовании природных ресурсов в теплоэнергетических установках малой мощности путем утилизации вредных выбросов в окружающую среду при сжигании невозобновимых ресурсов (ископаемого топлива) и использования возобновимых энергетических ресурсов (солнечной энергии).
Цель работы. Разработать на основе теоретических и экспериментальных исследований технологии экологизации теплоэнергетического оборудования для автономных потребителей малой и средней мощности, методов расчета и основ проектирования оборудования систем их реализации.
Научная новизна. Диссертационная работа содержит совокупность основных результатов, выводов, предложений и рекомендаций, полученных в результате проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований.
1. Разработаны научные и практические основы эффективных тех
нологий для утилизации вторичных и использования природных энер
горесурсов с целью уменьшения вредного воздействия на окружающую
среду при работе теплоэнергетического оборудования малой мощ
ности.
-
Исследованы особенности рабочих процессов, происходящих при непосредственом контакте стекающей пленки жидкости и восходящего потока горячего газа, и получены расчетные зависимости для определения коэффициентов тепло-и массообмена, температуры мокрого термометра и других параметров.
-
Исследованны рабочие процессы в солнечных нагревателях и установках, разработаны рекомендации по повышению эффективности этих процессов.
-
Предложены и экспериментально обоснованы методы расчета основного оборудования разработанных технологий.
-
Эксперименты на лабораторных стендах, крупномасштабных полупромышленных и промышленных технологических установках с
примененнем новых технических решений и опыт их использования позволили разработать оборудование для реализации технологий по п. 1. Автор защищает совокупность результатов, позволяющих обосновать и рекомендовать к практическому использованию технологии экологизации теплоэнергетического оборудования малой мощности, в том числе:
-
Возможность использования контактных пленочных пластинчатых аппаратов в технологиях утилизации вредных выбросов при сжигании ископаемых топлив в теплоэнергетических установках.
-
Целесообразность использования солнечной энергии для уменьшения вредных воздействий и экономии невозобновимых ресурсов в условиях жесткого климата.
-
Методики расчета рабочих процессов и аппаратов технологий экологизации теплоэнергетических установок малой мощности, основанные на теоретических и экспериментальных исследованиях, в том числе - и на крупномасштабных установках.
Практическая ценность работы заключается в новых методах расчета, обеспечивающих эффективное решение широкого круга задач, возникающих при разработке оборудования систем снижения вредных выбросов при производстве тепловой энергии для автономных потребителей малой и средней мощности. Результаты исследований использованы в технических проектах контактной пленочной опреснительной и водонагревательной установок, при модернизации котельных, разработке и создании промышленных солнечных водонагревательньїх установок, в научных исследованиях и учебном процессе в ДВГМА, ДВГТУ, Дальрыбвтузе(ТУ) (см. ниже "Сведения о внедрении результатов работ").
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных методов теоретических исследований и всей совокупностью данных лабораторных и натурных экспериментов, сопоставимостью результатов аналитических решений с физическими (лабораторными) и натурными экспериментами, положительным опытом эксплуатации крупномасштабных установок, признанием приоритетности новых технических решений.
Метод исследовании: комплексный метод обобщения и анализа результатов собственных теоретических и экспериментальных исследований и их сравнение с данными других авторов, создание крупномасштабных установок, разработка новых технических решений и проектов оборудования с повышенной степенью экологизации.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на выездной сессии секции "Инженерные проблемы тепло-и массопереноса при фазовых превращениях в теплообменной аппара-
туре" Госкомитета по науке и технике (г. Владивосток, 1982 г.), Всесоюзном совещании по предотвращению загрязнения моря и атмосферы плавсредствами и береговыми предприятиями (г. Николаев, 1982 г.), IV Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (г. Ленинград, 1985 г.), Второй Всесоюзной конференции 'Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации" (г. Рига, 1988 г.). Всесоюзной конференции "Проблемы создания новой техники для освоения шельфа" (г. Горький, 1989 г.), Третьей Всесоюзной конференции по энергетике океана (г. Владивосток, 1990 г.), Третьей Всесоюзной конференции "Интенсивное энергосбережение в' промышленной теплотехнологии" (г. Москва, 1991г.), Международном симпозиуме по энергии, экологии и экономике (г. Баку, 1991 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения" (г. Киев, 1991 г.), 1-ой и 2-ой тихоокеанских экологических конференциях "Инженерные решения проблем экологии прибрежных регионов" (г. Владивосток, 1994, 1995 гг.), Международной конференции по экологии и безопасности жизнедеятельности (г. Владивосток, 1994 г.), Международной научно-технической конференции "Современные проблемы нетрадиционной энергетики" (г. Санкт-Петербург, 1994 г.), 1-ой Российской национальной конференции по теплообмену г. Москва, 1994 г.) и региональных конференциях 1973...1996 гг. по совершенствованию теплоэнергетического оборудования, охране окружающей среды и нетрадиционной энергетике. В полном объеме диссертация докладывалась на научном семинаре кафедры морских технологий и энергетики ДВІ ТУ, в лаборатории нетрадиционной энергетики ДВО РАН, на научно техническом совете Дадьрыбвтуза(ТУ) и на экологическом семинаре ДВГТУ (1997 г.).
Личный вклад автора: в диссертации изложены результаты исследований, которые автор выполнил непосредственно сам, в том числе:
- идея и направленность работы, постановка задач исследований, мето-
дологии их решения; -организация, планирование и проведение экспериментальных и натурных исследований на крупномасштабных и промышленных установках;
- обобщение данных экспериментальных и натурных исследований,
формулировка основных закономерностей процессов тепло- и массо-обмена, обоснование физических и математических моделей;
- участие в проектировании, изготовлении оборудования, монтаже и
испытаниях крупномасштабных и промышленных установок;
- разработка рекомендаций по использованию контактных аппаратов и
солнечных установок для снижения вредных воздействий на окру-
жающую среду при производстве энергии, по энергосбережению и экологизации использования природных ресурсов. Автор выражает глубокую признательность д-ру техн. наук, профессору Якубовскому Ю.В., д-ру техн. наук, профессору Ильину А.К., за постоянную методическую помощь и поддержку, оказанную автору, в ходе выполнения работы, а также сотрудникам кафедры судовых энергетических установок ДВПИ и лаборатории нетрадиционной энергетики ДВО РАН в той или иной мере оказьгоавшим содействие в организации и проведении крупномасштабных экспериментов и натурных испытаний, сотрудникам других организаций, принимавших участие в обсуждении результатов исследований.
Публикации: список публикаций по материалам диссертации включает 59 работ, в том числе - 5 отдельных изданий и 10 авторских свидетельств и патентов.
Структурам объем работы. Диссертация состоит из введения, шес-^ ти глав и заключения содержащих -^б? страниц машинописного текста, .% рисунков и /5таблиц. Список использованных источников -^^наименований.