Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ конструктивных решений котлов малой теплопроизводительности для модульных котельных и тепловых процессов в системах децентрализованного теплоснабжения
1.1. Общая характеристика тепловых схем и модульных автоматизированных котельных на их основе 11
1.2. Анализ конструкций теплоутилизаторов контактного типа 15
1.3. Анализ известных методик расчета тепловых схем модульных котельных и систем расчетов утилизации теплоты 18
1.4. Рекомендации по включению и компоновке КТАНов в котельных 31
1.5. Экономическая эффективность применения КТАНов в котельных 31
1.6. Оценка эффективности очистки теплообменных поверхностей от отложений 33
1.7. Выводы по первой главе 34
1.8. Цель и задачи исследования 35
2. Конструктивные и компоновочные решения котлов малой теплопроизводительности модульных котельных для систем децентрализованного теплоснабжения 37
2.1. Конструкции котлов и компоновочные решения котельных для систем децентрализованного теплоснабжения 37
2.2. Оптимизационные параметры котельных децентрализованного теплоснабжения 46
2.3. Разработка и исследование теплоутилизаторов к котлам малой теплопроизводительности 49
2.3.1. Условие применимости теплоутилизаторов в модульных котельных...49
2.3.2. Конструктивные особенности контактных теплоутилизаторов и увлажнителей дутьевого воздуха 52
2.3.3. Конструкция поверхностных теплоутилизаторов 55
2.3.4. Исследование тепловых характеристик теплоутилизаторов к котлам малой теплопроизводительности 56
2.4. Подбор основного и вспомогательного оборудования модульной котельной 65
2.5.Выводы по второй главе 66
3. Разработка методов очистки стенок тепловых сетей и теплообменных поверхностей котлов модульных котельных от отложений 67
3.1. Термические сопротивления теплообменных поверхностей нагрева котлов модульных котельных систем децентрализованного теплоснабжения 67
3.2. Математическое моделирование процессов тепломассообмена в сетевых трубопроводах систем теплоснабжения 75
3.3. Очистка стенок теплообменной поверхности от отложений в котлах малой производительности с помощью С02 80
3.4. Выводы по третьей главе 86
4. Развитие нормативной и методической базы по разработке модульных котельных систем децентрализованного теплоснабжения 88
4.1. Разработка компоновочных решений по размещению оборудования в модульных котельных 88
4.2. Модель теории массового обслуживания применительно к определению количества сервисных центров для обслуживания модульных котельных 94
4.3. Методика расчета теплотехнических и технико-экономических параметров котлов и оборудования модульных котельных 105
4.4. Разработка и внедрение модернизированного КТАНа за котлами ДЕ-2,5-14 116
4.5. Техническо-экономическая характеристика теплоутилизатора типаКТАН 120
4.6. Выводы по четвертой главе 121
Общие выводы 122
Литература 123
Приложения 134
- Анализ конструкций теплоутилизаторов контактного типа
- Оптимизационные параметры котельных децентрализованного теплоснабжения
- Математическое моделирование процессов тепломассообмена в сетевых трубопроводах систем теплоснабжения
- Модель теории массового обслуживания применительно к определению количества сервисных центров для обслуживания модульных котельных
Введение к работе
Актуальность темы. Средаестатистический коэффициент полезного
использования энергии составляет не более 40%, то есть около 60% тепловой энергии,
генерируемой в котельных, теряется с уходящими газами, в тепловых сетях, через стенки
/ общественных; и жилых зданий. Особенно это наблюдается в котлах малой
теплопрошводительности, работающих на самотяге, где эффективность может быть еще ниже. Переход на децентрализованное (автономное) теплоснабжение стал возможным после появления на рынке высокоэффективных котлов малой теплопрошводительности с КПД не ниже 90%. В то же время информация по котельным установкам малой тепловой производительности отсутствует, разрознена, требует систематизации и развития. Поэтому рассмотрение вопросов повышения тепловой и экономической эффективности модульных котельных систем децентрализованного теплоснабжения является актуальной задачей.
Необходимо также пересмотреть основные параметры теплового баланса, так как методика по определению некоторых составляющих теплового баланса, изложенная в нормативном методе теплового расчета котлов, морально устарела, характерна для котлов средней и большой теплопроизводительности.
Повышение эффективности теплогенерирующих установок за счет утилизации теплоты и использования в системах теплоснабжения является актуальнейшей проблемой, решение которой позволит создать эффективные тепловые схемы и компактные технические решения модульных котельных. Но установка утилизаторов теплоты в модульных котельных проблематична, так как котлы работают на естественной тяге. Поэтому необходимо технико-экономическое обоснование использования теплоутилизаторов за котлами в модульных котельных.
В связи с выше изложенным, данную тему можно считать актуальной.
Кроме того, данная работа выполнялась в соответствии с целевой программой ГОССТРОЯ России, а также с межвузовскими программами «Строительство» по научному направлению: «Разработка систем теплогазоснабжения с целью экономии ТЭР и защиты окружающей среды от тепловых и вредных газообразных выбросов энергетических установок», а также по хоздоговору №85/01 "Научно-техническое обоснование развития автономного теплоснабжения г. Воронежа", что также ее характеризует как актуальную.
Объектом исследований являются модульные котельные систем децентрализованного теплоснабжения.
Целью диссертации является разработка устройств и технологий по
повышению эффективности модульных котельных систем децентрализованного
теплоснабжения и методики их расчета.
Задачи исследования:
получить аналитические зависимости и разработать методику
теплобалансового расчета котлов малой теплопроизводительности, самотяги дымовых труб модульных котельных;
- разработать тепловую схему модульных котельных с использованием в них
тепловых насосов;
разработать математическую модель, позволяющую рассчитывать температуры трех взаимодействующих сред в контактных теплоутилизаторах;
получить аналитические зависимости для проведения теплобалансового расчета котлов малой теплопроизводительности модульных котельных.
- разработать математическую модель и методику расчета на ее основе,
позволяющую производить обоснование размещения сервисных пунктов
обслуживания автоматизированных модульных котельных;
- разработать на основе математического моделирования условия применимости и время начала очистки поверхностей нагрева котлов малой производительности, сетевых трубопроводов от накипных отложений.
развить методику расчета технико-экономических показателей котлов малой теплопроизводительности применительно к модульным котельным.
внедрить контактный теплоутилизатор за котлами малой тепло- или паропроизводительности.
Научная новизна заключается в разработках:
аналитических зависимостей и методики расчёта самотяги дымовых труб в модульных котельных, позволяющих обосновать применимость поверхностных или контактных теплоутилизаторов для повышения тепловой эффективности котлов малой теплопроизводительности;
математической модели, позволяющей рассчитывать температуры трех взаимодействующих сред и методики расчета контактных теплоутилизаторов на ее основе;
- аналитических зависимостей для проведения теплобалансового расчета котлов
малой теплопроизводительности модульных котельных;
- методики, базирующейся на математической модели, позволяющей обосновать
размещение сервисных пунктов обслуживания автоматизированных модульных
котельных;
на основе математического моделирования условий применимости и время начала очистки поверхностей нагрева котлов малой производительности, сетевых трубопроводов от накипных отложений. На защиту выносятся: - методика расчета параметров и тепловых характеристик котлов малой теплопроизводительности модульных котельных;
математическая модель процессов тепло - и массообмена в теплоутилизаторах к котлам малой теплопроизводительности, позволяющая производить расчет тепловых параметров и эффективности утилизации теплоты, а также обосновывать применение теплоутилизаторов в модульных котельных;
методика научного и экономического обоснования применения модульных котельных в системах децентрализованного теплоснабжения;
математическая модель и методика на ее основе, позволяющие обосновать размещение сервисных пунктов обслуживания автоматизированных модульных котельных;
метод и его научное обоснование очистки поверхностей нагрева котлов малой производительности, сетевых трубопроводов от накипных отложений.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены:
- применением фундаментальных аэродинамических и тепло- и
массообменных законов для газообразных сред,
- теорией и экспериментом, соответствием результатов лабораторных и
натурных исследований и численного эксперимента, выполненных с
использованием современных приборов и методов испытаний со степенью
достоверности 95%, в том числе теорией математической статистики,
- одновременным использованием нескольких методов исследований,
позволяющих с разных сторон изучить одни и те же процессы и явления,
положенные в основу предлагаемых решений.
Практическое значение работы заключается в апробации и внедрении новых методик по расчету тепловых параметров котлов малой теплопроизводительности, модульных котельных при проектировании систем децентрализованного теплоснабжения, сервисных центров по их обслуживанию,
повышению тепловой эффективности котлов малой теплопроизводительности в
результате применение теплоутилизаторов. * ' <-- ,
Реализация результатов работы:
- разработано устройство контактного теплоутилизатора к котлам ДЕ-2,5-14, внедренное в котельной ООО "Янтарь" г.Воронежа. Акт внедрения приложен в диссертации.
Кроме того, результаты диссертации используются в процессе обучения студентов по курсам: "Теплотехника", "Теплогенерирующие установки" и при дипломном проектировании на факультете инженерных систем и сооружений Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.
Личное участие автора состоит в разработке теоретических моделей, проведении экспериментов и внедрении промышленного образца теплоутилизатора, методик определения тепловых и экономических параметров модульных котельных. Размещения сервисных центров.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены в 2001 - 2004 гг. на 52-56 научных конференциях и семинарах в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, на секции Ассоциации инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (АВОК) в 2004г.
По материалам исследований опубликовано 5 научных статей общим объемом 25с. Из них лично автору принадлежит 16с. Три статьи /2-4/ опубликованы в журнале, рекомендованном ВАК для докторских диссертаций. В работах, выходные данные которых приведены в конце автореферата, автору принадлежит: III - разработка математической модели тепломассообменных процессов в сетевых трубопроводах; 121 - участие в разработке модели роста накипных отложений на поверхностях нагрева котлов малой теплопроизводительности; /3/- структурный анализ оптимизационных параметров
котлов модульных котельных; /4/-участие в разработке конструкции теплоутилизаторов к котлам малой теплопроизводительности, испытание теплоутилизатора к котлу ДЕ-2,5-14, обработка экспериментальных данных; /5/ -проведение анализа повышения эффективности модульных котельных за счет мероприятий по энергосбережению.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и библиографического списка литературы из 93 наименований. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста и содержит 26 рисунков, 5 таблиц и 2 приложения.
Анализ конструкций теплоутилизаторов контактного типа
Более эффективное использование теплоты газов газифицированных котельных, существенное снижение потери теплоты с уходящими газами и соответствующее снижение расхода природного газа на котлы возможно получить путём установки поверхностных или контактных аппаратов с активной насадкой (КТАНов) за хвостовыми поверхностями /38,79,86, 88-91/.
Поверхностные теплоутилизаторы являются в конструктивном отношении теплообменниками калориферного типа. В литературе по их испытаниям и применению имеется достаточно обширный материал, поэтому в настоящей работе поверхностные теплоутилизаторы не рассматриваются /38, 51, 79/.
Математическое моделирование тепловых процессов, рассмотренное ниже, можно распространить как на поверхностные, так и на контактные теплоутилизаторы. С этой целью в контактных теплоутилизаторах необходимо положить расход орошающей жидкости, равный нулю.
Применение КТАНов, установленных в любых котельных, работающих на природном газе, позволяет повысить эффективность использования природного газа на 8-12% /7,15,17,89/.
КТАН является аппаратом рекуперативно-смесительного типа. Он предназначен для утилизации теплоты дымовых газов и одновременной их очистки. Он состоит из корпуса, изготавливаемого из листовой стали, системы орошения, активной насадки, выполненной в виде пучка горизонтальных труб, с циркулирующим в них теплоносителем и сепарационного устройства. В КТАНе организуются два независимых друг от друга потока воды: чистой воды, подогреваемой через поверхность, и орошающей воды, которая нагревается в результате непосредственного контакта с уходящими дымовыми газами. Чистый поток воды протекает внутри трубок и отделен стенками трубок от загрязненной орошающей воды. Пучок труб является насадкой, предназначенной для создания развитой поверхности контакта орошающей воды и дымовых газов.
Такая поверхность, внутри которой циркулирует вода, участвует в теплообмене и поэтому называется активной. Наружная поверхность пучка труб (поверхность активной насадки) в КТАНе омывается дымовыми газами и орошающей водой, что интенсифицирует теплообмен в насадке. Теплота дымовых газов в них передаётся воде, протекающей в активной насадке, за счёт непосредственной передачи теплоты дымовых газов и орошающей воды и за счёт конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, на поверхности насадки.
Температура воды на выходе из насадки ограничивается температурой мокрого термометра дымовых газов. При сжигании газа с коэффициентом избытка воздуха 1,0 -і-1,5 температура мокрого термометра дымовых газов составляет 554-60С, поэтому максимальная температура воды на выходе из активной насадки принимается не выше 50С. Температура дымовых газов на выходе из КТАНа принимается на 8-Н0С выше температуры холодной воды, поступающей в нижний слой насадки.
Дымовые газы, пройдя насадку, поступают в сепарационное устройство, в котором происходит отделение капель воды от газов. После сепарационного устройства влажные дымовые газы подсушиваются путем смешения с 7-МО % горячих газов, проходящих по байпасной линии, минуя КТАН. Подсушенные газы дымососом удаляются в атмосферу через дымовую трубу. Одновременно с процессами тепломассообмена в КТАНе происходит очистка дымовых газов от механических примесей неполного сгорания топлива (сажа), которые улавливаются орошающей водой, собираются в баке-отстойнике, откуда периодически удаляются. Кроме того, в КТАНе абсорбируются и газообразные загрязняющие вещества: диоксид азота, серы, с образованием слабых кислот: азотной, серной. Поэтому при сбросе орошающей жидкости ее необходимо нейтрализовать путем смешения с щелочной водой или путем добавления соды.
Контактный теплообменник с активной насадкой является сравнительно новым утилизационным оборудованием, поэтому его производство заводами не налажено. Для установки КТАНа на конкретном котлоагрегате разрабатывается его конструкция, и он изготавливается как нестандартное оборудование.
Конструкция КТАНа имеет существенный недостаток: подвод газов осуществляется сверху вниз, то есть по прямоточной схеме по отношению к орошающей воде. Это укорачивает время контакта орошающей воды и дымовых газов. Кроме того, жалюзийного сепарационного устройства недостаточно, чтобы эффективно улавливать капли орошающей воды, уносимой с дымовыми газами. Даже, если газ и орошающая жидкость движутся по противоточной схеме, то времени контакта сред не достаточно для осуществления тепло- и массообмена.
Для повышения потенциала утилизируемой теплоты, видимо, можно использовать в котельных тепловые насосы. Такие тепловые схемы применительно к котельным не разработаны.
Тепловые насосы, в силу того, что они избавлены от большинства недостатков централизованного теплоснабжения, нашли широкое применение за рубежом. Уже в 1980 году в США работало около 3 млн теплонасосных установок. По прогнозу Мирового энергетического комитета к 2020 г. в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов составит 75 % от суммарной теплоты, а 25 % - относится к централизованному теплоснабжению. В России теплонасосные установки находятся на стадии единичного внедрения /7,38/.
Стоимость теплонасосной станции мощностью от 100 кВт до 10 МВт в странах Западной Европы по данным литературных источников /Ст. АВОК/ составляет 600-700 у.е./кВт. Срок окупаемости теплового насоса не превышает двух лет. В России срок окупаемости тепловых насосов значительно ниже, так как из-за большей продолжительности отопительного периода увеличено время их работы.
Экономический эффект от применения тепловых насосов будет, видимо, выше на 40-50%, если их использовать в котельной для производства холода в виде рассола, который подается в системы кондиционирования воздуха.
Оптимизационные параметры котельных децентрализованного теплоснабжения
Методика проведения теплового баланса применительно к водогрейным котлам нового поколения малой теплопроизводительности в нормативной отечественной литературе отсутствует.
Так как котлы модульных котельных, как правило, работают на уравновешенной тяге без дымососов, то в расчетах необходимо учитывать величину самотяги дымовой трубы, которая зависит от высоты дымовой трубы. В работе /аэрод,норм.метод/ представлены данные по самотяге кирпичных или металлических дымовых труб. Анализ данных показывает, что величина самотяги зависит от высоты дымовой трубы, объемной доли водяных паров, их плотности, зависящей от температуры /3/.
Задаваясь стандартной высотой дымовой трубы, теплопроизводитель-ностью котла, получим условие для установки теплоутилизатора за котлом, то есть определяется максимальное аэродинамическое сопротивление теплоутилизатора, который возможно установить за котлом, работающем на самотяге.
Для водогрейных котлов модульных котельных разрежение в топке, создаваемое наддувом и самотягой, равно 30-100 Па. Например, при сопротивлении калорифера типа КсК-3, используемого в качестве теплоутилизатора, равного Ah =100 Па, сопротивлении котла Ah = 100 Па,
Г„ п=0,2, t =100С, получим, что необходимо в модульной котельной применять дымовую трубу высотой Н. 70 м, что не реально в конструктивном отношении, так как наибольшая высота типовой металлической дымовой трубы не более 32 м. Анализ условия (2.10) показывает, что при высоте дымовой трубы 32 м поверхностные теплоутилизаторы можно устанавливать в котельных с суммарной теплопроизводительностью QK 400 кВт. Поверхностные теплоутилизаторы можно компоновать в газоходе, к которому подключены, например, 4 котла с суммарной теплопроизводительностью 400 кВт и более. Контактные теплоутилизаторы устанавливаются в котельных децентрализованного теплоснабжения с установкой за котлами индивидуальных или групповых дымососов, чтобы создать напор на преодоление гидравлического сопротивления в 1000-1200 Па. Кроме того, выбор и установку теплоутилизаторов поверхностного или контактного типов необходимо обосновывать на основе технико-экономических расчетов (см. гл.4).
Водогрейные и производственно-отопительные котельные систем децентрализованного теплоснабжения, работающие на природном газе, теряют с уходящими продуктами сгорания значительное количество теплоты. В атмосферу даже в котельных с современными котлами, как показано выше, с дымовыми газами теряется не менее 10-12% теплоты, в том числе за счёт скрытой теплоты водяных паров, содержащихся в газах, порядка 10 -13%. В котельных децентрализованного теплоснабжения с котлами без дымососов, как показано выше, могут применяться только поверхностные теплоутилизаторы.
Снижение потерь теплоты с уходящими газами в котельных с котлами производительностью выше 1,5 МВТ при наличии дымососов посредством установки утилизационных контактных теплоутилизаторов эффективно и экономически оправдано, несмотря на достаточно большие габариты, металлоёмкость и высокую стоимость утилизационных установок.
Для снижения габаритных размеров необходима интенсификация массообмена в абсорберах теплоутилизаторах.
В работе предлагается модифицированная конструкция КТАНа /по авт.свидетельству СССР №1776955, опубл. 23.11.92, бюл.№43 на изобретение/, включающая две камеры, два сепарационных устройства: сетчатого и жалюзийного. Такая конструкция приведена на рис.2.9.
Конструкция его описана в работе /79/. Ниже представлены натурные исследования тепло- и массообмена в теплоутилизаторе, установленном в котельной за котлами малой паропроизводительности ДЕ-2,5-14(рис.2.10) /37/.
Работа теплоутилизатора осуществляется следующим образом. Топочные газы отдают теплоту и вредные газообразные компоненты орошающей воде и регистрам, внутри труб которых нагревается химочищенная вода. После этого очищенные и охлажденные дымовые газы поступают в двухступенчатый сепаратор, где улавливаются капельки орошающей жидкости, смешиваются с байпасным газом, "подсушиваются" и выбрасываются в дымовую трубу.
Математическое моделирование процессов тепломассообмена в сетевых трубопроводах систем теплоснабжения
Системы теплоснабжения подразделяются на системы с централизованным и децентрализованным источниками тепловой энергии. К ним соответственно относятся ТЭЦ и АТЭЦ, районные, местные и автономные котельные.
В зависимости от централизации систем теплоснабжения сетевые трубопроводы могут быть достаточно протяженными. Для них характерны большие теплопотери. В настоящее время оценка теплопотерь, как правило, осуществляется на основе статистических данных, либо в результате приближенных оценок.
В настоящем разделе рассматривается математическое моделирование процессов тепломассообмена в тепловых сетях с целью получения расчетных зависимостей для определения теплопотерь /34/. Особенно важна эта проблема для протяженных тепловых сетей, так как при нарушении изоляции на отдельных участках потери могут достигать 30-40% от общих тепловых потоков теплоносителя, транспортируемого по тепловым сетям.
В сетевых трубопроводах отложения составляют около 1 мм в год. При эксплуатации тепловых сетей необходимо оценить их теплопотери.
С этой целью разработана математическая модель тепломассообмена в сетевых трубопроводах, позволяющая рассчитать теплопотери при транспорте теплоносителя от котельной до потребителя /34/.
Рассмотрим полубесконечный участок тепловых сетей. Начало координат поместим в начале сетевого трубопровода диаметром d. Пусть известно, что в начале координат размещен источник теплоснабжения (котел, сетевой подогреватель), который генерирует количество теплоты Q. Примем также, что теплоноситель движется по направлению оси ОХ со скоростью U. В такой постановке задачи определим установившуюся температуру в произвольной точке X, если известно, что коэффициент теплопередачи в окружающую среду через стенки и изоляцию трубопровода равен К. Данная математическая модель включает уравнение энергии и граничные условия первого рода. Можно считать, что теплоноситель вода, так как она практически несжимаема, движется в виде стержня диаметром d, который охлаждается в результате теплообмена в окружающую среду.
В расчетах и экспериментах принималась длина сетевого трубопровода, равной 50 м, внутренний диаметр 100мм. Трубопровод проложен в бетонном канале. Толщина тепловой изоляции из минераловатных плит составила 100 мм. Коэффициент теплопроводности в расчетах принимался равным /1=0,05 Вт/(м»К). Расчетная скорость прямой сетевой воды составила 1 м/с.
В опытах определялись температура сетевой воды на выходе из котельной и при входе в отопительные стояки жилого дома, тепловой поток определялся на основе показаний теплового счетчика марки ВЭПС-ТИ2-40 с вычислителем КСТВ-АЗ, установленного на выходе из котельной. Тепловой поток на входе в стояки рассчитывался по уравнению (3.9) с учетом экспериментально полученных температуры и расхода прямой сетевой воды, определяемого ультразвуковым расходомером жидкости "Portaflow МК-11R".
Вт/м. Опыты показали удовлетворительную сходимость теории и эксперимента. На протяженных тепловых сетях теплопотери выше (штрих-пунктирная линия, рис.3.2) из-за больших диаметров сетей и менее эффективной тепловой изоляции на больших диаметрах (худшее прилегание к стенкам, наличие неплотностей).
Анализ изменения температуры прямой сетевой воды по длине тепловых сетей децентрализованного теплоснабжения показал (рис.3.3), что на 50 м длины температура падает с 95С до 90,5С.
Сравнение внутренних поверхностей тепловых сетей модульных котельных и централизованного теплоснабжения показывает, что из-за не качественной водоподготовки на стенках тепловых сетей децентрализованного теплоснабжения наблюдаются отложения большей толщины. Следует отметить, что отложения, как минимум, двухслойные: на стенках наблюдаются плотные отложения толщиной порядка 1-2 мм, а сверху над ними - отложения рыхлые, толщиной 3-4 мм.
Они обусловлены выпадением солей жесткости из воды при повышении ее температуры. Для удаления отложений в котлах централизованного теплоснабжения (типа КВ-ГМ-50;100, ПТВМ-ЗОМ; 50) в настоящее время применяется сернокислотная промывка трубных поверхностей. К ее недостаткам следует отнести то, что при растворении отложений разрушается одновременно и металл стенок.
Модель теории массового обслуживания применительно к определению количества сервисных центров для обслуживания модульных котельных
Сервисное обслуживание котельных осуществляется путем организации сервисных диспетчерских пунктов (СДП), оснащенных средствами телекоммуникации и ЭВМ, обрабатывающей и суммирующей информацию. Согласно проведенным исследованиям 111 численность обслуживающего персонала за счет организации сети СДП снижается не менее чем на 20%.
Однако это снижение не является предельным: при оптимизации радиуса обслуживания СДП сокращение численности эксплуатационного персонала может быть и более 20%.
Одновременно на СДП осуществляется диспетчерский контроль над соответствием параметров воды, поступающей в систему отопления и горячего водоснабжения, и за своевременным устранением отклонений от нормального режима работы подогревателей, насосов и т.д.
Оптимальный радиус обслуживания СДП в общем случае зависит от плотности застройки. В функции СДП входит проведение плановых (текущих) и капитальных ремонтов оборудования котельной и системы теплоснабжения, а также аварийное восстановление работы системы в случае ее отказа.
Работы по аварийному ремонту котлов и системы теплоснабжения производит крупный головной центр СДЦ, объединяющий несколько СДП.
Для определения оптимального радиуса обслуживания СДП в настоящей работе предлагается математическая модель на основе теории массового обслуживания /36/. При этом учитывается величина информационного радиуса СДП и определяется соответствующая зона обслуживания. При определении затрат по сервисному обслуживанию системы автономного теплоснабжения учитываются расходы на заработную плату персонала всех линейных СДП и головного СДЦ, затраты на содержание автотранспортных средств (в том числе на амортизацию котельного оборудования, амортизацию средств телекоммуникации, материалы и т.д.).
Примерный состав обслуживающего персонала линейного ОДС (в расчете на одну смену) следующий: диспетчер (он же начальник СДП), дежурный мастер, слесарь КИП и А, слесарь - сантехник, слесарь по газовому оборудованию, водитель автотранспорта. Режим работы СДП - круглосуточный (3-х сменный).
В комплекс технических средств по автоматизации и диспетчеризации котельных входят: автоматизированный диспетчерский пункт СДП по контролю и управлению работой группы котельных; блок контролируемого пункта на каждой из диспетчеризированных котельных; электрический шкаф по управлению и сигнализации о технологическом процессе теплоснабжения потребителей на каждой из котельных.
Организация СДП должна обеспечить безаварийную и надежную работу инженерного оборудования обслуживаемых котельных, что уменьшит затраты на ликвидацию отказов и аварий.
При определении сервисной помощи при выходе из строя модульной котельной необходимо знать мощность каждой котельной, тип и количество установленных котлов и их эффективности.
Время простоя котлов в котельных зависит от эффективности обслуживания требований, поступающих по линии сигнализации с диспетчерского пульта.
Эта задача наиболее эффективно решается методами теории вероятности /28, 36, 38/. Одновременно решается и задача оценки эффективности работы котельной /36, 38/. Применим теорию массового обслуживания к обслуживанию модульных автоматизированных котельных сервисными диспетчерскими пунктами. Условно будем считать, что СДЦ является одним из СДП.
Рассмотрим условие, когда в произвольный момент на обслуживании в сервисном центре может находиться не более одного требования вызова для ремонта котлов. Следуя теории вложения цепей Маркова /28/, будем считать, что моменты поступления требований по вызову бригад сервисной помощи образуют простейший поток однородных событий с параметром Л. В системе обслуживания имеется неограниченное число мест для ожидания, если все бригады заняты по вызовам. Таким образом, приходим к гипотезе о системе обслуживания котельных с ожиданием и неограниченной очередью. Исходя из этой гипотезы, получаем, что требование, заставшее систему свободной, сразу поступает на обслуживание, а требование, заставшее систему занятой, поступает в очередь и ожидает начала обслуживания. Время работы бригад по сервисному обслуживанию котельных в момент вызова, когда неизвестен объем ремонта котлов в котельных, является независимой, одинаково распределенной случайной величиной. Обозначим функцию распределения времен через Н(т) = Р(77 т).
Будем считать также, что в начальный момент функционирования требований в системе нет. Основные характеристики описанной системы с ожиданием следующие /38/: стационарное распределение длины очереди, стационарное распределение времени ожидания начала обслуживания, стационарное распределение времени пребывания в системе и совместное распределение длины очереди и времени, прошедшего с начала обслуживания требования, занесенного в компьютер.
Время, в течение которого функционирует исследуемая система, состоит из периодов, когда она свободна (требований в системе нет), чередующихся с периодами, когда система занята обслуживанием.
При поступлении требований в СДП он будет занят обслуживанием требования по устранению выхода из строя котельной, то есть ремонтом котлов или вспомогательного оборудования. Время ремонта назовем интервалом занятости. Пределы интервала занятости ограничены временем прихода требования в СДП и моментом перехода из состояния обслуживания в свободное состояние, то есть, когда следующее требование в очереди отсутствует.
Требуемый уровень обслуживания сервисным пунктом котельных в городах и крупных населенных пунктах зависит от количества бригад и количества пунктов, а также от расстояния, которое должна проезжать бригада, а значит, от времени приезда на объект /36/.
Рассмотрим обобщение рассматриваемой упорядоченной системы массового обслуживания применительно к обслуживанию котельных /36/.
Суть вероятностной задачи сводится к следующему. Пронумеруем количество СДП по обслуживанию котельных. Поступающие требования (например, телефонные звонки о начале аварии в котельной) также пронумерованы и распределяются между бригадами СДП, их обслуживающих, в соответствие с их номерами. При этом и бригады, и автотранспорт, и вызовы считаются равноправными. Первым по вызову едет аварийная бригада №1; если он занят или сломан, то задействуется бригада №2, и т.д. Другими словами, осуществляют вызов той аварийной машины, у которого имеется наименьший порядковый номер. В такой постановке требуется определить, насколько загружены будут аварийные машины и бригады, к ним прикрепленные?
