Содержание
Введение
1. Обзор информационных источников и обоснованиеактуальности темы
2. Анализ физических основ процесса
3. Технические предложения пореконструкции системы теплоснабжения музея-заповедника «Витославицы»
4. Экономическая часть
5. Экология
6. Безопасность жизнедеятельности
7. Санитарно-гигиенические факторы условий труда
8. Характеристика помещений, зон
9. Разновидности опасных и вредных факторов
10. Возникновение пожара и взрыва
Заключение
Список литературы
/>Введение
В настоящий момент в мире очень остро стоит проблеманехватки органического топлива и различные мнения на эту тему можно сейчасвстретить не только в специализированных изданиях. Вот, например, одно из них.
Из статьи «Термоядерный подарок Путину» [10]:
«В 1968 году группа ученых под руководством итальянцаАурелио Печчеи собралась в старейшей из мировых академий — римской Academia deiLincei. Они заявили о создании организации, получившей название Римского клуба.Цель клуба — изучение причин и поиск решения проблем планетарного масштаба. Клубдействует до сих пор. В его состав входят помимо ученых богатейшие людипланеты, а также представители ведущих держав мира. Естественно, с самогоначала от СССР в этот клуб входили товарищи из ЦК КПСС, а ныне — господа отвластных структур России. На одном из заседаний Римского клуба в 70-х годахпрозвучал доклад, подготовленный учеными Э. фон Вайнцзеккером, А. и Х. Ловинс иназванный весьма замысловато: „Фактор 4: в два раза больше богатства изполовины ресурсов“. Впервые открыто опубликованный в Германии лишь всентябре 1995 года, впоследствии переведенный на десять языков (русского в этомсписке нет), он произвел эффект разорвавшейся бомбы. Суть его сводится кконстатации грустного факта: находящихся на планете источников энергии — угля,газа, нефти и урана — хватит до 2030 года.
Вы спросите как так, ведь запасов угля на Земле на сотни лет?!Так ведь добывают в первую очередь те его пласты, которые залегают неглубоко. Ис каждым годом шахты становятся всё глубже, а расходы на добычу — всё выше. Когдарасходы уравниваются со стоимостью электроэнергии, получаемой наэлектростанциях при сжигании угля, шахты становятся нерентабельными и ихзакрывают. Глупо вкладывать в дело доллар, чтобы на выходе иметь 99 центов...
Атомная энергетика не оправдала надежд. Как выяснилось,урана-235, служащего топливом для атомных электростанций, в природе не так уж имного: всего в мире 5% от общего количества химического топлива.2% из нихприходится на Россию. Поэтому АЭС могут использоваться только вовспомогательных целях.
Надеяться остается только на нефть и газ. Доклад сей впервыеувидел свет в 1972 г. Ведущие экспортеры нефти (включая СССР) решили ограничитьдобычу черного золота, чтобы планета могла протянуть подольше. Цены на нефть,естественно, взлетели. И это явилось источником нынешнего благосостояния арабскихстран и экономической подпоркой брежневской эпохи застоя. Застой ипоследовавшая за ним перестройка кончились тогда, когда СССР (а потом и Россия)потерял контроль за добычей и распределением арабской нефти. Достаточновспомнить натовскую „Бурю в пустыне“, что отрезала мир от иракскойнефти и распростерла американский военный „зонтик“ над другимистранами Персидского залива. России тогда оставалось продавать свои запасытопливного сырья, в то время как США уже давно законсервировали нефтяныескважины на своей территории. Мир развивался (и развивается по сей день) вполном соответствии с расчетами Римского клуба, где говорится о наступленииэпохи „энергетических войн“. Чтобы выжить, цивилизации придется пойтина „сокращение биоты“ — всего живого, включающего в себя ичеловечество. Оставшиеся составят 10% населения и смогут поддерживать высокийуровень жизни за счет возобновляемых источников энергии и совершенствованиявысоких технологий. Остальные — просто балласт. Бред высоколобых? Но почему всеэто уже происходит в наиболее населенных странах, наиболее обедневших ипотенциально богатых энергоресурсами — России в том числе? Несмотря на то, что40% мировых запасов угля находится в нашей стране… Сейчас часть перспективныхместорождений сознательно консервируется. Надо экономить энергоресурсы длябудущего. Как пример — консервация воркутинского месторождения. Его залиливодой, чтобы не тратиться на постоянную замену крепежа, — воду же можнооткачать с использованием технологий, которые возникнут в будущем. Самвысококачественный уголь будет предназначаться для „лучших людей“, чтопридут на смену вымершим аборигенам.
О „конце света“ до 2030 года через отечественнуюпрессу предупреждал в 1996-м министр экологии России Данилов-Данильян. Видимо,министр ознакомился с грустными перспективами для России в юбилейной книгеРимского клуба, вышедшей к 20-летию его основания и переведенной на русскийязык. Но его „Не могу молчать!“ осталось гласом вопиющего в пустыне.
А на данный момент потребление энергоносителей в развитыхстранах все больше и больше возрастает. На первом месте здесь стоят США. Россия,хотя и претерпевает промышленный кризис, снизивший затраты энергии, тем неменее теряет свои энергоносители с бешеным ускорением, и прежде всего за счетэкспорта…»
Вот так. Может быть, авторы статьи слишком преувеличилимасштабы данной проблемы, но доля правды во всем этом несомненно есть. С каждымгодом запасы органического топлива на земле становятся все меньше, апотребность в электроэнергии и тепле неуклонно возрастает. Большинство развитыхстран, чье энергопотребление достаточно высоко, стремится к вводуэнергосберегающих технологий, но это сможет только отсрочить кризис нанебольшое время. А электроэнергия и тепло в своем большинстве так и продолжаетвырабатываться с помощью старых, неэкономичных, экологически небезопасных, ноиспытанных методов.
/>/>1. Обзор информационных источников и обоснование актуальноститемы
Большинство зданий промышленного и коммунального назначенияявляются потребителями энергии в виде тепла. В масштабе РФ в настоящее время извсего объема вырабатываемой энергии 70 — 80% составляет тепловая. В перспективеситуация вряд ли будет меняться, так как большая часть территории нашей странылежит в умеренных и холодных широтах.
Основным способом получения тепла является сжигание топливас топках печей и котлов. Другие способы — превращение электроэнергии в тепло,использование солнечной энергии, тепла геотермальных источников, а такжеатомной энергии — пока играют незначительную роль в энергетическом балансестраны. Кроме того, не менее 80% всей электроэнергии в этом балансевырабатывается на тепловых электрических станциях также за счет сжиганиятоплива и частичного превращения получаемого при этом тепла в механическую, азатем в электрическую энергию. При этом в электроэнергию переходит в лучшемслучае 35 — 40% от всего тепла, выделившегося при сжигании топлива.
При сжигании топлива теплоноситель получается в виде газоввысоких температур — порядка 1000 — 1700° С. Транспорт газов таких температурна сколько-нибудь значительные расстояния, порядка десятков метров, сопряжен сбольшими потерями тепла, а также с рядом технических затруднений. Поэтому в техслучаях, когда требуется высокопотенциальное тепло, оно получается, какправило, за счет сжигания топлива в том же устройстве, в котором это теплорасходуется. Такими устройствами являются разнообразные по конструкции иназначению промышленные печи. Помимо сжигания топлива, в печах тепло иногдавырабатывается за счет прямого превращения в него электроэнергии.
Источниками тепла для коммунального сектора, особенно внебольших городах, являются котельные с паровыми, или с водогрейными котлами,либо с теми и другими вместе. Более просты по схеме работы водогрейные котлы, вкоторых осуществляется только подогрев воды до заданной температуры. Болеесложны, но и более универсальны паровые котлы, в которых осуществляется нетолько подогрев воды, но и процесс парообразования, а во многих случаях иперегрев получаемого насыщенного пара. Универсальность применения паровыхкотлов связана с тем, что вырабатываемый ими пар может быть использован длявыработки электроэнергии в паровых турбинах, для подогрева воды, подаваемой вводяные тепловые сети или непосредственно для подачи в паровые сети.
Принципиальная тепловая схема водогрейной котельнойприведена на рисунке 1.
/>
Рисунок 1 — Принципиальная тепловая схема водогрейнойкотельной: 1 — сетевые насосы; 2 — водогрейные котлы; 3 — рециркуляционныенасосы; 4 — подогреватель химочищенной воды; 5 — подогреватель сырой воды; 6 — вакуумныйдеаэратор; 7 — подпиточные насосы; 8 — баки-аккумуляторы подпиточной воды; 9 — насоссырой воды; 10 — фильтры химводоочистки; 11 — охладитель выпара; 12 — водоструйныйэжектор; 13 — расходный бак эжекторной установки; 14 — насос подачи воды кэжектору; 15 — нагревательные приборы собственных нужд котельной.
Большую часть тепловых нагрузок покрывают тепловыеэлектростанции, на которых вырабатывается и основная доля электроэнергии.
Тепловые станции используют энергию, получаемую при сжиганииорганического топлива: угля, остатков нефтепереработки, естественного газа, торфа,горючих сланцев. Крупные тепловые электростанции являются паротурбиннымиустановками, основными агрегатами которых являются парогенератор и пароваятурбина с электрогенератором.
Паротурбинные установки большой мощности требуют умеренныхначальных капиталовложений, небольшое количество обслуживающего персонала (1чел. на 2 — 5 МВт) и могут использовать, если это выгодно, низкокачественноетопливо с высокой влажностью и зольностью.
/>
Рисунок 2 — Принципиальная схема конденсационнойэлектростанции (КЭС).: 1 — котлоагрегат; 2 — паропровод; 3 — паровая турбина; 4- промежуточный пароперегреватель; 5 — турбоэлектрогенератор; 6 — конденсатор; 7- насосы; 8 — регенеративные подогреватели; 9 — деаэратор; 10 — водоподготовительнаяустановка.
Все это обеспечивает паротурбинным установкам преобладающуюроль в мощной стационарной энергетике.
Паротурбинные электростанции разделяются на два основныхкласса: конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ).
Принципиальная схема конденсационной и электрической станции(КЭС) — установки, вырабатывающей только электроэнергию, показана на рисунке 2.
Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) вырабатывает не толькоэлектроэнергию, но и низкопотенциальное тепло в виде пара низкого давления илигорячей воды. Пар обычно используется для заводских технологических целей, агорячая вода — для отопления и бытовых потребностей. Принципиальная схема ТЭЦприведена на рисунке 3.
/>
Рисунок 3 — Принципиальная схема теплоэлектроцентрали (ТЭЦ):1 — котлоагрегат; 2 — паропровод; 3 — паровая турбина; 4 — турбоэлектрогенератор;5 — конденсатор; 6 — насосы; 7 — регенеративные подогреватели; 8 — деаэратор; 9- водоподготовительная установка; 10 — отбор пара на производство; 11 — сетеваявода; 12 — подогреватель сетевой воды.
Схема ТЭЦ отличается от схемы КЭС наличием отборов пара изтурбины не только для подогрева питательной воды, но и для отпуска парапотребителю и для подогрева циркулирующей по отопительным (теплофикационным) сетямгорода воды (так называемой сетевой воды). Конденсат подогревателей сетевойводы возвращается в котлоагрегат, но конденсат пара, отданного на производство,частично не возвращается. Поэтому на ТЭЦ водоподготовительная установка должнаиметь производительность, достаточную для покрытия всех потерь конденсата (до30 — 50% и более от расхода пара).
При отпуске тепла от электростанций с газовыми турбинами(рис.4) требуются газоводяные подогреватели, а при отпуске его отэлектростанций с двигателями внутреннего сгорания — котлы-утилизаторы,использующие тепло охлаждающей воды рубашек и выхлопных газов от двигателей. Аналогичныекотлы-утилизаторы иногда обогреваются отходящими газами печей при их достаточновысокой температуре. Такое использование теплоносителя, обычно газов, ужеполезно отдавших часть своего тепла в зоне высоких или средних температур, дляпоследующего получения теплоносителя низких температур может дать существеннуюэкономию топлива, а потому оно нередко применяется в тепловом хозяйствепромышленных предприятий.
/>
Рисунок 4 — Схема газотурбинной установки: 1 — насос; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — турбина; 5 — электрогенератор.
Однако использование этих, как их называют — вторичныхтепловых ресурсов играет подсобную роль, обеспечивая экономию топлива при ихиспользовании совместно с основными источниками теплоснабжения — котельными илиТЭЦ. Аналогично этому сравнительно небольшая электрическая мощностьэлектростанций с газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгоранияограничивает возможности их использования в качестве основных источниковтеплоснабжения для крупных систем. Более перспективны так называемыепарогазовые ТЭЦ, на которых установлены газовые и паровые турбины, работающие вобщем цикле (рис.5).
/>
Рисунок 5 — Принципиальная схема парогазовой установкиПГУ-200-130: 1 — компрессор; 2 — газовая турбина; 3, 15 — электрогенераторы; 4 — экономайзер первой ступени; 5 — экономайзер второй ступени; 6 — экономайзертретьей ступени; 7, 12 — подогреватели низкого давления; 8 — питательный насос;9 — подогреватель высокого давления; 10 — парогенератор; 11 — деаэратор; 13 — насос; 14 — конденсатор; 16 — паровая турбина.
По прогнозу, опубликованному World Coal Institute, присегодняшних темпах добычи ископаемого топлива доказанных мировых запасов нефтихватит всего на 45 лет, природного газа — на 65 лет, угля — более чем на 200 лет.Для России характерно примерно такое же соотношение. Поэтому основную долю вструктуре энергетических мощностей России на ближайшую перспективу будутсоставлять угольные тепловые электрические станции (ТЭС), дающие наибольшееколичество вредных выбросов.
Известно, что на каждую 1000 МВт • ч произведеннойэлектрической энергии на традиционных ТЭС вредные выбросы составляют: SO2 — 31,8 т; NOX — 3,0 т; СО2 — 870 т. При этом в отвал идет73 т золы и шлака, сбрасывается (6 — 8) • 106 МДж теплоты ипотребляется 633 т атмосферного кислорода.
Проектируемые в последние годы в России ТЭС с серо — иазотоочисткой позволят снизить выбросы оксидов серы на 95%, оксидов азота — на80%. Однако, использование дополнительного газоочистного оборудованияувеличивает на 30 — 50% капитальные вложения на сооружение ТЭС, а затратыэнергии на собственные нужды — с 5 — 7 до 12 — 15%. К тому же резко возрастаютрасходы воды, площади земель, отчуждаемых под ТЭС, дополнительныеэксплуатационные затраты на дорогостоящие реагенты, катализаторы и пр. Все этовместе приводит к существенному увеличению сроков окупаемости капитальныхвложений на сооружение новых ТЭС. К тому же используемые методы очистки неисключают полностью вредных выбросов ТЭС и ведут даже к некоторому увеличениюколичества сбросного тепла и выбросов СО2.
Стоимость установленного киловатта на вновь проектируемыхпылеугольных ТЭС, с учетом использования природоохранных технологий иограничения мощности для уменьшения воздействия на окружающую среду, резковозросла. Так, если стоимость установленного киловатта на Березовской ГРЭС-1мощностью 6400 МВт, проект которой был выполнен в 1989 г., составляла 345 долл.США, то стоимость установленного киловатта на проектируемой в настоящее времяновой Ростовской ГРЭС мощностью 1280 МВт с котлами ЦКС превышает 1000 долл. США.Для станций же мощностью 120 МВт на отвальной породе (также с котлами ЦКС) стоимостьустановленного киловатта в настоящее время достигает 2000 долл. США.
Наиболее крупным, проверенным на практике и имеющимминимальный срок окупаемости является проект установки электрогенерирующихкомплексов с противодавленческими турбинами вместо дроссельно-регулирующихустройств. Энергоблоки единичной мощностью от 0,5 до 25 МВт могутустанавливаться на предприятиях РАО «ЕЭС России», в нефтяной и газовойотраслях, металлургии и пищевой промышленности, в жилищно-коммунальномхозяйстве. Производителями энергетического оборудования для этой технологииявляются российские конверсионные предприятия: ОАО «Калужский турбинныйзавод», ОАО «Пролетарский завод», ОАО «Электросила», ОАО«Привод», ОАО «Сафоновский машиностроительный завод», электротехническиеи металлургические заводы. Общий потенциал использования подобной технологии,по оценке, составляет 15-17 млн кВт. Стоимость 1 кВт установленной мощности уменьшаетсяс 450 долл. США для энергокомплекса мощностью 0,5 МВт до 250 долл. дляэнергокомплексов мощностью более 6 МВт. Количество топлива для выработки 1кВт-ч составляет 140-150 г у. т., срок окупаемости проекта для отдельнойустановки находится в пределах 1-2 лет. Ежегодный выпуск энергооборудования вРоссии может быть доведен до 400-500 МВт в год.
Аналогичной по экономическим показателям является технологияпроизводства электроэнергии с установкой в качестве привода электрогенераторагазовой турбины перед имеющимся паровым или водогрейным котлом. В этом случаекотлы будут работать с использованием тепла продуктов сгорания, выходящих изгазовых турбин. Однако в настоящее время в нашей стране отсутствует серийноепроизводство стационарных высокоэффективных газовых турбин для приводагенератора. Несмотря на то что на территории России создаются или уже созданысовместные предприятия с западными фирмами АВВ, «Сименс», «Дженералэлектрик», трудно ожидать быстрого развития этого направления в течениеближайших лет, так как для этого потребуются опытно-промышленные испытания этойтехнологии.
В другом крупном проекте внедрения бестопливных технологий вРАО «Газпром» предусмотрена установка блочных электрогенерирующихкомплексов единичной мощностью 6-7 МВт с конденсационными турбинами нагазокомпрессорных станциях магистральных трубопроводов. В качестве теплапредлагается использовать энергию отработавших в газовой турбине компрессорапродуктов сгорания с температурой более 350 °С. Общий потенциалэнергосбережений на компрессорных станциях ориентировочно составляет 4-5 млнкВт. Экономия топлива достигнет 8 млн т у. т. в год. Стоимость 1 кВтустановленной мощности — 700 долл. США, срок окупаемости проекта для РАО «Газпром»- 2 года. Для широкого внедрения технологии необходимо завершить изготовлениеопытного образца и провести испытания на ГКС «Чаплыгин» ГП «Мострансгаз».
Прошли первые опытно-промышленные испытанияэнергосберегающей технологии производства электроэнергии с использованием вкачестве привода электрогенератора двух газорасширительных турбин мощностью по5 МВт, созданных АО «Криокор» и работающих на перепаде давленияприродного газа. Общий потенциал перепада давлений, по оценке ЭНИНа, составляет3000 МВт. В то же время следует заметить, что за последние 5 лет не введенодополнительно ни одного энергоблока такого типа. Ожидать существенногоизменения темпа внедрения этой технологии при отсутствии конкретныхорганизационных мероприятий не следует.
Сооружение крупных гидроэлектростанций требует меньшихудельных капитальных вложений, но сопряжено с изъятием больших площадей подводохранилища. При этом нарушается экологический баланс в районе их возведенияи затрудняется миграция рыбы вдоль русел рек, перегораживаемых плотинами ГЭС. Следуетотметить, что в настоящее время в Российской Федерации практически исчерпангидропотенциал всех больших рек, поэтому в дальнейшем можно рассчитывать, восновном, только на создание мини — и микроГЭС.
Развитие атомной энергетики, доля которой в РФ за последнеепятилетие составила только 12,3% по вырабатываемой энергии, в настоящее времязатруднено, поскольку имеются сложности в реализации всех этапов ядерного цикла:от разработки урановых месторождений, обогащения и металлургического переделасырья до ликвидации АЭС, транспортирования и захоронения отходов.
Затраты на ликвидацию блоков АЭС, отработавших свой ресурс,сопоставимы с затратами на их возведение. Одна лишь выгрузка тепловыделяющихэлементов (ТВЭЛ) из ядерного реактора занимает примерно год. Для разборки каксамих реакторов, так и вспомогательного облученного оборудования требуетсяприменение специальных дистанционно управляемых механизмов. Поэтому, например,на АЭС «Шенон» во Франции на разборку первого энергоблока былозатрачено 6 лет.
После Чернобыльской аварии общественное мнение в Россиинастроено против сооружения новых АЭС, несмотря на большие работы, проводимыепо созданию нового поколения ядерных реакторов повышенной безопасности. Неубеждает и идея подземного размещения АЭС, так как детальный анализ показывает,что и подземные АЭС опасны не менее наземных.
АЭС повышенной безопасности за весь свой срок службы едва лисмогут окупить всю сумму затрат на создание нового оборудования, строительствостанций, их эксплуатацию, включая приготовление и доставку ядерного топлива,последующую ликвидацию ядерных энергоблоков, транспортирование и захоронениеотходов и их гарантированное хранение в течение не менее 24 тыс. лет. Да иядерного топлива в России осталось не так уж много, поэтому строительство новыхАЭС в стране весьма проблематично.
В последние годы значительно возрос интерес к использованиюнетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ). Это экологическичистые способы получения энергии, не требующие затрат органического топлива, новместе с тем жесткая территориальная привязка значительно ограничивает масштабыих применения.
Солнечная энергетика. В России сооружение солнечныхэлектрических станций (СЭС) с термодинамическим циклом или с прямымпреобразованием солнечной энергии в электрическую возможно на Северном Кавказе(Ставропольский и Краснодарский края. Ростовская область), на Нижнем Поволжье,в прикаспийских районах, в южных районах Сибири, на Дальнем Востоке. Этиобласти располагаются на широтах от 42 до 50°. Здесь максимальная интенсивностьсуммарного (прямого и рассеянного) солнечного излучения при ясном небесоставляет 950 — 1000 Вт/м2. Однако продолжительность солнечногосияния не превышает 2000 — 2300 ч/год, и суммарная солнечная радиация наповерхность земли составляет 1100 — 1300 кВт ч/(м2 год), что в 1,5 — 2 раза меньше, чем в Италии, Испании, Японии, южных штатах США.
В связи с этим для создания рентабельных СЭС в Россиитребуется тщательный сравнительный анализ возможных условий и техническихрешений, используемых при проектировании этих станций. Особенно это относится кмодульным термодинамическим СЭС с использованием концентраторов солнечногоизлучения для обеспечения высоких температур теплоносителя и к башенным СЭС. Какпоказал опыт создания и эксплуатации башенных СЭС во многих странах, в томчисле и в бывшем СССР (Крымская СЭС — 5 МВт), затраты на их сооружение неоправдываются. Солнечные электростанции прямого преобразования с использованиемкремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечного излучения вэлектрическую энергию могут при определенных условиях обеспечить коммерческуюэффективность в южных регионах России при сроках возврата инвестируемогокапитала до 15 лет. Более эффективно сооружение СЭС в странах Закавказья исреднеазиатского региона.
В соответствии с предварительной оценкой, выполненнойгенеральными проектировщиками солнечных станций — Узбекским и Ростовскиминститутами «Теплоэлектропроект», в странах СНГ технически возможно иэкономически целесообразно сооружение до 2010 г. около 100 солнечныхэлектростанций общей установленной мощностью до 3000 МВт, в том числе, в Россиидо 18 СЭС суммарной мощностью 550 МВт.
Ветроэнергетика. В России и странах СНГ с середины 80-хгодов начали проводиться интенсивные разработки в области созданияветро-электроустановок и ветроэлектростанций различной мощности.
В США эксплуатируются более 30000 ВЭУ. Мощность одной толькоВЭС «Altamont Pass» (штат Калифорния) составляет более 1000 МВт.
Германия успешно лидирует в Европе в использовании энергииветра (около 2000 МВт), опережая Данию и Голландию. Годовые затраты напроизводство ВЭУ в Германии превышают 1 млрд марок (более 500 МВт). Ветроэнергетикаобеспечивает в этой стране более 10 тыс. рабочих мест.
В Дании к 2010 г. планируется доведение мощности действующихВЭУ до 1700 — 2500 МВт. Ежегодный ввод ВЭУ в эксплуатацию составляет 20 — 50МВт. Помимо этого, Дания экспортирует до 3000 ВЭУ в год на общую мощность до230 МВт. Ветроэнергетика в Дании обеспечивает 8500 рабочих мест и еще 4000рабочих мест в кооперирующихся с ней странах.
В Польше планируется сооружение ВЭУ суммарной мощностьюоколо 1000 МВт. Предполагается использовать, в основном, датские ветроагрегатына 100, 750 и 1000 кВт. Большие программы развития ветроэнергетики реализуютсяв Индии и Китае.
Общая мощность действующих, сооружаемых и планируемых квводу в России ВЭУ и ВЭС составляет 200 МВт. Отдельные ветроагрегаты,изготавливаемые российскими предприятиями, имеют мощность от 0,04 до 1000,00кВт. В настоящее время действует около 1500 отдельных ветроагрегатов мощностью0,1 — 16 кВт, один ветроагрегат на 1000 кВт в Калмыкии, Воркутинская ВЭС 1500кВт и Ростовская ВЭС — 300 кВт, установка 600 кВт в Калининградской области идве по 270 кВт на Камчатке, что естественно не отвечает потребностям страны.
Геотермальная энергетика. В настоящее время в мире общаямощность геотермальных электростанций превышает 6000 МВт, в том числе постранам: США — 2700 МВт, Филиппины — 900 МВт, Мексика — 600 МВт, Македония — 220МВт, Германия — 20 МВт, Россия — 20 МВт.
В Исландии создана двухконтурная система геотермальноготеплоснабжения г. Рейкьявика производительностью 10 тыс. м3/ч сосбросом отработанных вод из первичного контура в море (рисунок 6а).
/> /> />
а) б) в)
Рисунок 6 — Принципиальные тепловые схемы использованиятермальных вод: а — для мягких и щелочных вод; б — для вод, содержащихумеренное количество газов, слабонасыщенных и среднеминерализованных; в — длявод средненасыщенных газом и высокоминерализованных. 1 — скважина; 2, 9 — насосы; 3 — бак-аккумулятор; 4 — деаэратор; 5 — вакуум-насос; 6а — потребитель;7, 8 — теплообменники; 10 — химводоочистка; 11 — подпиточный насос.
Разворачиваются работы по использованию геотермальнойэнергии в Турции. Потенциал геотермальных ресурсов в этой стране определен вразмере 31500 МВт. Из европейских стран наибольшую активность в использованиигеотермальной энергии проявляет Германия.
Успехи в этой области есть и в России. Еще в 1967 г. наКамчатке была построена Паужетская ГеоТЭС мощностью 11,5 МВт. В 1967 г. былавведена в действие Паратунская ГеоТЭС — первая в мире с бинарным циклом Ренкина.В настоящее время строятся Мутновская и Верхне-Мутновская ГеоТЭС сотечественным оборудованием, изготовленным Калужским турбинным заводом, которыйприступил также к серийному выпуску модульных блоков для геотермального электро-и теплоснабжения на Камчатке и Сахалине.
Геотермальные источники с достаточно большим энергетическимпотенциалом имеются на Северном Кавказе. Разработку проекта экспериментальнойСтавропольской ГеоТЭС мощностью 2 МВт для этого района выполнил «Ростовтеплоэлектропроект».
Вместе с тем следует отметить, что удельные капитальныевложения в создание ГеоТЭС еще достаточно велики. По оценке ЕвропейскойЭкономической комиссии ООН они в настоящее время составляют 1440 — 1720 долл. /кВти, очевидно, сохранятся на этом уровне до 2010 г.
Определенные успехи имеются в России, и во всем мире виспользовании энергии течений и волн, приливов и отливов, биомассы, источниковнизкопотенциального тепла, разности температур слоев морской и океанской воды ит.п.
Уже много лет на Кольском полуострове действует приливнаяэлектростанция на 450 кВт. Целый ряд биогазовых установок работает насельскохозяйственных фермах. Серийно выпускаются тепловые насосы мощностью от10 до 2000 кВт с коэффициентом преобразования электрической энергии в тепловуюне менее 3. Начал действовать комплекс по использованию низкопотенциальноготепла на Курской АЭС. Разработаны конструкции газогенераторов для газификацииотходов древесины.
Но целый ряд проблем сдерживает дальнейшее развитие НВИЭ вРоссии. Это и относительно высокая стоимость специального оборудования, иотсутствие поддержки как на государственном, так и на региональном уровнях ввиде дотаций или беспроцентных кредитов внедряющим организациям, как этоделается в странах Запада, и отсутствие законодательных актов и норм на льготыпри использовании экологически чистых возобновляемых источников энергии и т.д.
Ориентировочный анализ производства энергооборудования дляэнергосберегающих и нетрадиционных технологий, которое может быть изготовлено ивведено в эксплуатацию в энергетике в рамках энергосберегающего направления приналичии финансовой поддержки со стороны государства и крупных инвесторов,показал, что в течение 2001-2005 гг. может быть введено 3000-3500 МВт. Этопозволит обеспечить экономию органического топлива в размере 4,5-5 млн. т у. т.в год.
Но до сих пор в мире, а в России особенно, продолжаютвнедряться малоэффективные технологии производства электроэнергии и тепла,связанные с большим расходом топлива. Неуклонно продолжает расти и населениенашей планеты. Его потребности в тепле и электрической энергии становятся всевыше и выше а органического топлива на удовлетворение этих потребностей — всеменьше и меньше. И уже совсем не далек рубеж, когда не потребность человечествав электричестве и тепле будет определять количество их выработки. И есличеловечество хочет жить и развиваться дальше, ему необходим принципиальноновый, альтернативный источник энергии. И вот в этой ситуации появляетсяустройство, которое может согревать воду в батареях водяного отопления безсжигания топлива — теплогенератор фирмы «Юсмар» изобретателя ЮрияСеменовича Потапова (патент 2045715).
/>2. Анализ физическихоснов процесса
/>
Рисунок 7 — Вихревая труба Ранке: 1 — цилиндрическая труба;2 — улитка; 3 — диафрагма; 4 — регулировочный конус.
Теплогенератор Потапова очень похож на вихревую трубу Ж. Ранке,изобретенную этим французским инженером еще в конце 20-х годов XX века (патентСША №1952281).
В вихревой трубе Ранке, схема которой приведена на рисунке7, цилиндрическая труба 1 присоединена одним концом к улитке 2, котораязаканчивается сопловым вводом прямоугольного сечения, обеспечивающим подачусжатого рабочего газа в трубу по касательной к окружности её внутреннейповерхности. С другого торца улитка закрыта диафрагмой 3 с отверстием в центре,диаметр которого существенно меньше внутреннего диметра трубы 1. Через этоотверстие из трубы 1 выходит холодный поток газа, разделяющегося при еговихревом движении в трубе 1 на холодную (центральную) и горячую (периферийную) части.Горячая часть потока, прилегающая к внутренней поверхности трубы 1, вращаясь,движется к дальнему концу трубы 1 и выходит из неё через кольцевой зазор междуеё краем и регулировочным конусом 4.
Законченной и непротиворечивой теории вихревой трубы до сихпор не существует, несмотря на простоту этого устройства. «На пальцах»же объясняют, что при раскручивании газа в вихревой трубе он под действиемцентробежных сил сжимается у стенок трубы, в результате чего нагревается тут,как нагревается при сжатии в компрессоре. А в осевой зоне трубы, наоборот, газиспытывает разрежение, и тут он охлаждается, расширяясь. Выводя газ изпристеночной зоны через одно отверстие, а из осевой — через другое, и достигаютразделения исходного потока газа на горячий и холодный потоки.
Жидкости, в отличие от газов, практически не сжимаемы, ноЮрий Семенович Потапов попробовал запустить в трубу воду. «К егоудивлению, вода в вихревой трубе разделилась „на два потока, имеющихразные температуры. Но не на горячий и холодный, а на горячий и тёплый. Иботемпература “холодного» потока оказалась чуть выше, чем температураисходной воды, подаваемой насосом в вихревую трубу. Тщательная же калориметрияпоказала, что тепловой энергии такое устройство вырабатывает больше, чемпотребляет электрической двигатель насоса, подающего воду в вихревую трубу.
Так родился теплогенератор Потапова" [5].
Во многих встреченных мною на эту тему газетных и журнальныхпубликациях говорится не просто о высокой эффективности теплогенератора Потапова,а о КПД больше 100% (160, 300% и др.). С этим, конечно, трудно согласится. Скореевсего, речь надо вести о коэффициенте трансформации — характеристике тепловогонасоса.
Тепловой насос — установка, в которой производится отводэнергии от объектов с низкой температурой Тн (примерно равнойтемпературе окружающей среды), к объектом с более высокой температурой Тв(больше температуры окружающей среды). Эффективность теплового насосаопределяется количеством теплоты, подведенной к объекту с температурой Тв:
q0= Tн · ∆s,
где ∆s — разность энтропий в процессах подвода илиотвода теплоты.
Теоретическая основа трансформаторов теплоты связана сиспользованием обратного термодинамического цикла. На рисунке 8 показан такойцикл для теплонасосной установки.
/>
Рисунок 8 — Идеальный обратный обратимый цикл теплонасосной установки.
При этом принято, что все процессы, составляющие цикл — идеальные, то есть в данном случае рассматривается идеальный обратный обратимыйцикл Карно.
Принцип работы трансформатора теплоты обобщенно может бытьпредставлен следующей последовательностью процессов. В процессе 1-2осуществляется адиабатное повышение давления рабочего тела с помощью подводаработы извне. Далее необходим отвод теплоты на температурном уровне Тв(процесс 2-3-охлаждение или конденсация рабочего тела). В процессе 3-4происходит адиабатное расширение в определенном диапазоне давлений, и, наконец,цикл замыкается процессом 4-1, в котором к рабочему телу подводится теплота нанижнем температурном уровне Тн.
В качестве показателя эффективности теплового насосаиспользуют соотношение:
/>
называемое коэффициентом трансформации.
Этот коэффициент не может быть назван КПД установки, так какне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к этому критерию (в частности, онможет иметь численное значение больше единицы, что противоречит второму законутермодинамики). В формуле сопоставляются качественно различные виды энергии — теплота и работа. Известно, что качество вида энергии определяется егоспособностью превращаться в другой вид энергии. Если работа в идеальномпроцессе может быть полностью превращена в другой вид энергии, то теплота дажев идеальном процессе лишь частично превращается, например, в работу.
Вот об этом коэффициенте трансформации скорее всего иследует вести речь, говоря о теплогенераторе Потапова. Именно он равен 160%.
Леонид Павлович Фоминский, украинский ученый и изобретатель,сотрудничающий с Потаповым, пытаясь объяснить в [5] работу теплогенератора«Юсмар», подтверждает эту версию: «Правильнее говорить обэффективности теплогенератора — отношении величины вырабатываемой им тепловойэнергии к величине потреблённой им для этого извне электрической илимеханической энергии» — пишет он.
И именно тепловой насос назван в [6] Потаповым в качествепрототипа своего изобретения, однако данное устройство не является тепловымнасосом в чистом виде, так как тут отсутствует “передача" теплоты от менеенагретого к более нагретому телу через фазовый переход промежуточноготеплоносителя.
Теплогенератор Потапова, схема которого приведена на рисунке9 присоединяют инжекционным патрубком 1 к фланцу центробежного насоса (нарисунке 3.3 не показан), подающего воду под давлением 4-6 атм. Попадая в улитку2, поток воды сам закручивается в вихревом движении и поступает в вихревуютрубу 3, длина которой раз в 10 больше ее диаметра. Закрученный вихревой потокв трубе 3 перемещается по винтовой спирали у стенок трубы к ее противоположному(горячему) концу, заканчивающемуся донышком 4 с отверстием в его центре длявыхода горячего потока. Перед донышком 4 закреплено тормозное устройство 5 — спрямительпотока, выполненный в виде нескольких плоских пластин, радиально приваренных кцентральной втулке, соосной с трубой 3. В виде сверху он напоминает оперениеавиабомбы или мины.
Когда вихревой поток в трубе 3 движется к этому спрямителю5, в осевой зоне трубы 3 рождается противоток. В нём вода, тоже вращаясь,движется к штуцеру 6, врезанному в плоскую стенку улитки 2 соосно с трубой 3 ипредназначенному для выпуска «холодного» потока.
/>/>
Рисунок 9 — Схема вихревого теплогенератора: 1 — патрубок; 2- улитка; 3 — вихревая труба; 4 — донышко; 5,7 — тормозное устройство; 6 — штуцер; 8 — байпас; 9 — патрубок.
В штуцере 6 установлен ещё один спрямитель потока 7,аналогичный тормозному устройству 5. Он служит для частичного превращенияэнергии вращения «холодного» потока в тепло. А выходящая из неготёплая вода направляется по байпасу 8 в патрубок 9 горячего выхода, где онасмешивается с горячим потоком, выходящим из вихревой трубы через спрямитель 5. Изпатрубка 9 нагретая вода поступает либо непосредственно к потребителю, либо втеплообменник, передающий тепло в контур потребителя. В последнем случаеотработанная вода первичного контура (уже с меньшей температурой) возвращаетсяв насос, который вновь подаёт её в вихревую трубу.
Хотя теплогенератор был изобретен и поставлен напроизводство уже почти десять лет назад, это загадочное устройство до сих поросталось не объясненным теоретиками официальной академической науки.
По мере работы над данным дипломом у меня появлялисьразличные версии происходящих в теплогенераторе «Юсмар» процессов.
На начальном этапе знакомства с установкой Потапова (онпроисходил благодаря всевозможным газетным, журнальным публикациям и патенту наизобретение теплогенератора №2045715), часто возникали мысли о том, что это всепросто шарлатанство. Постоянные упоминания о КПД равном 160% и никакихконкретных научных обоснований этого — вот что было во встреченных материалах. Небыло там (ни в патенте ни в статьях) даже габаритных размеров установки.
При посещении чудовского завода «Энергомаш», имеющеголицензию на выпуск теплогенераторов «Юсмар», мне сообщили, чтоэкспериментальная установка, которую завод купил у Потапова, в данный момент неработает, а когда работала ее КПД был ниже 100% (96 — 98%). Представители«Энергомаша» сообщали о данном результате Потапову и приглашали егоприехать, но Юрий Семенович отказался, а на низкий КПД ответил что неправильнособрали установку.
Все это наталкивало на мысли о жульничестве, но высокиенаучные звания изобретателя — доктор технических наук, профессор и академикРАЕН, не позволяли окончательно остановится на этой версии.
А «Энергомаш», действительно, впоследствии сталвыпускать модернизированную установку теплогенератора (с КПД около 100%),которая внешне (по габаритам) сильно отличается от исходной. Скорее всего, ихновое устройство представляет собой ни что иное как сложное «гидравлическоесопротивление». Оно создает препятствие движению потока в видесовокупности местных гидравлических сопротивлений, обеспечивающих повышенноегидравлическое трение. При прохождении потока через спиральный канал малогосечения его скорость значительно возрастает. При этом гидромеханическая энергиядавления (потенциальная) превращается в кинетическую, сопровождаясь тепловымипотерями. В вихре цилиндрической части, ввиду больших скоростей, сопротивлениетрения еще больше возрастает, что и приводит к превращению кинетической энергиив тепловую, то есть к приросту температуры.
Аналогичный процесс разогрева жидкости наблюдается в любойгидросистеме работающей под давлением (гидропривод), но там это явлениенегативное (иное назначение системы) и его всячески стараются уменьшить. Здесьже наоборот — акцент ставится именно на разогрев жидкости, поэтому вконструкции теплогенератора и имеются различные тормозные устройства.
Таким образом можно сделать вывод, что вся энергия, поданнаяна вал насоса благодаря повышенному гидравлическому трению конструкциипревращается в тепло. Вода, постоянно циркулируя, проходя малый контур (теплогенератор- насос — теплогенератор) или непосредственно возвращаясь в теплогенератор поперепускному патрубку, многократно преодолевая гидравлические сопротивлениянагревается до необходимой температуры и только после этого подаетсяпотребителю.
Но таким способом высокой эффективности (коэффициенттрансформации φ = 1,6) теплогенератора не получить. Необходимо искатьдругие версии происходящих в установке «Юсмар» процессов.
В разговоре чудовцы не раз упоминали о сильном шуме,издаваемом теплогенератором Потапова при работе. А что, если причиной этогошума является кавитация? Тогда многое может изменится и высокая эффективностьустановки «Юсмар» становится вполне реальной.
Кавитацией называется явление парообразования и выделениявоздуха, обусловленное понижением давления в жидкости. Появлению кавитацииспособствует растворенный в воде воздух, который выделяется при уменьшениидавления.
Теоретически жидкость начинает кипеть, когда давление внекоторых участках потока снижается до давления ее насыщенных паров. Вдействительности давление, при котором начинается кавитация, существеннозависит от физического состояния жидкости. Если жидкость содержит большоеколичество растворенного воздуха, то уменьшение давления приводит к выделениювоздуха из жидкости и образованию газовых полостей (каверн), в которых давлениевыше, чем давление насыщенных паров жидкости. При наличии в жидкостимикроскопических, не видимых глазом пузырьков кавитация может возникать придавлениях, превышающих давление насыщенного пара. Каждый навигационный пузырек,формируясь из ядра, растет до конечных размеров, после чего охлопывается. Весьпроцесс происходит в течение нескольких миллисекунд. Пузырьки могут появлятьсядруг за другом настолько быстро, что кажутся одной каверной.
Наличие в жидкости ядер в виде микроскопических пузырьковтрудно объяснить теоретически. С одной стороны, силы поверхностного натяжениядолжны привести к схлопыванию мелких газовых пузырьков. С другой стороны, болеекрупные видимые глазом пузырьки должны всплывать и удаляться из жидкости черезее свободную поверхность. Для объяснения присутствия в жидкости газовыхпузырьков предлагались различные гипотезы. В частности, предполагалось, чтомелкие пузырьки могут образовываться; в мельчайших трещинах на поверхностях,ограничивающих жидкость. Это до некоторой степени подтверждается тем фактом,что кавитация обычно начинается вблизи (или на) таких границах. Однакокавитация может возникать и вдали от ограничивающей стенки, например в центревихря или в ультразвуковом поле. Если твердые частицы взвешены в жидкости, тогипотеза «поверхностных трещин» по-прежнему подтверждается: толькотеперь уже роль стенок, где образуются ядра кавитации, выполняют примесныечастицы.
Кавитация сопровождается и другими физическим явлениями. Так,в момент схлопывания наблюдается слабое свечение пузырька, называемоесонолюминисценцией. Ранее предполагалось, что оно вызвано рекомбинациейсвободных ионов, появившихся в результате тепловой или механической диссоциациимолекул на поверхности пузырька. Но Джермен убедительно доказал, что причинойэтого свечения является нагревание газа в пузырьке, обусловленное высокимидавлениями при его схлопывании. Вспышка может длиться от 1/20до 1/1000 с. Интенсивность света зависит от количествагаза в пузырьке: если газ в пузырьке отсутствует, свечения не возникает.
При схлопывании пузырька внутри него возникают высокиедавления и температуры. Предполагалось, что температура окружающей пузырекжидкости весьма высока и составляет около 10000°С.Л. Уилер установил что вматериале вблизи схлопывающегося пузырька температура повышается на 500 — 800°С.Схлопывание пузырька происходит в течение милли — или даже микросекунд. Гаррисонпоказал, что возникающие ударные волны могут привести к высоким перепадамдавления (до 4000 атм) в окружающей пузырек жидкости.
Кавитация может возникать под действием звуковых волн — ультрозвуковая кавитация. Она широко применяется в некоторых производственныхпроцессах, например для ускорения химических реакций, очистки, дегазациижидкости, эмульгирования. Во всех этих случаях воздействие ультразвуковой кавитацииобусловлено в основном одним или двумя эффектами, создаваемыми ею. Резонирующиепузырьки действуют как смеситель, увеличивая площадь контакта между двумяжидкостями или между жидкостью и ограничивающей ее поверхностью. Этим путемосуществляются процессы очистки и эмульгирования трудно смешиваемых жидкостей.
Ультразвуковая кавитация находит широкое применение длявозбуждения химических реакций, которые в противном случае не идут, особенноэто относится к реакциям, протекающим в водной среде. Существует большое числохимических реакций, которые начинаются или ускоряются под действиемультразвуковой кавитации. Например, если воздействовать ультразвуковыми волнамивысокой интенсивности на растворы полимеров, то их вязкость уменьшаетсявследствие разрушения химических связей в цепочке полимеров.
А почему бы нечто подобному не происходить и втеплогенераторе Потапова. Жидкость под давлением попадает в улитку через узкоевыходное отверстие инжекционного патрубка.
Здесь, согласно уравнению Бернулли и закона постоянстварасхода:
/>
скорость потока значительно возрастает, но одновременнопадает его давление. При таких условиях вполне возможно появление кавитации. Предположим,что в улитку врывается уже не вода а пар. Температура этих паров будет нижетемпературы исходной воды, так как часть тепла ушла на ее испарение. Давлениепаров в циклоне оказывается намного меньше давления жидкости в выходномпатрубке, поэтому последняя по перепускному патрубку подсасывается обратно втрубу. Подсасываемая жидкость, температура которой достаточно высока, отдаетчасть своего тепла холодному пару.
Далее, попав в цилиндрическую часть корпуса теплогенератора,парожидкостная смесь разделяется под действием центробежных сил: водаоттесняется к стенкам установки, а пар занимает центральную ее область. Благодарятрению о стенки, вращающиеся в корпусе теплогенератора вода, а от нее и пар,постепенно нагреваются.
При ударе о тормозное устройство давление в жидкости и паререзко возрастает, что приводит к конденсации ранее испаренной воды. Выделившаясятеплота конденсации идет на увеличение температуры водяного потока. В теплотупревращается и часть кинетической энергии вращающейся воды.
Химический состав водопроводной воды, подаваемой втеплогенератор, довольно разнообразен. Вполне возможно, что в ней найдутсякомпоненты, которые никак не взаимодействуя между собой при обычных условиях,вступят в реакцию в условиях кавитации. Ведь как уже говорилось в кавитационномпузырьке при его схлопывании возникают значительные давления и температуры. Можнодопустить и то, что среди этих реакций могут оказаться и те, которые пойдут свыделением теплоты, а теплота химических реакций зачастую на порядки большескрытой теплоты фазовых переходов. Знакомство с монографией профессора Л.П. Фоминского«Как работает вихревой теплогенератор Потапова» [5] окончательноубедило меня в существовании данного теплогенератора, то есть в высокойэффективности его работы. Леонид Павлович Фоминский, украинский ученый иизобретатель, академик РАЕН, уже долгое время сотрудничающий с Потаповым,попытался в [5] создать более или менее стройную теорию работы описываемойустановки. Он подтверждает и вышеизложенную версию о роли кавитации: «Опытработы с теплогенератором показывал, что генерация избыточного тепла в немпроисходит лишь тогда, когда в вихревой трубе установки интенсивно идеткавитация, усиливаемая резонансными звуковыми колебаниями столба воды ввихревой трубе. Резонанса добивались изменением длины трубы и удачным выборомточки расположения в ней тормозного устройства. При резонансе труба начинала»петь" как закипающий самовар" [5]. Леонид Павлович, объясняявысокую эффективность теплогенератора Потапова, в [5] выдвигает и ряд другихинтересных гипотез.
1. Дефект массы.
Опираясь на теорему вириала (1870 г. Клаузиус) котораягласит, что во всякой связанной системе движущихся тел, находящейся в состояниидинамического равновесия, средняя во времени энергия их связи друг с другом посвоей абсолютной величине в два раза больше средней во времени суммарнойкинетической энергии движения этих тел относительно друг друга:
ЕСВ = — 2ЕКИН (1)
Фоминский делает вывод, что суммарная масса-энергиявращающейся системы связанных тел уменьшается с увеличением скорости вращения иона равна ее полной (релятивистской) энергии за вычетом энергии связи:
ЕΣ = ЕП — ЕСВ (2)
а масса вращающейся системы связанных тел не возрастает сувеличением скорости их вращения согласно формуле релятивистского возрастаниямассы
/> (3)
а наоборот, уменьшается:
/> (4)
Уменьшению массы системы на величину Dm соответствует изменение энергии (формула Эйнштейна):
DЕ = Dm · с2. (5)
Такая энергия должна уйти из системы, приводимой вовращение, например, излучится. Излучаемая энергия DЕ в соответствии с (2) равна изменению энергии связи ЕСВмежду этими телами.
Таким образом, энергия связи это недостача у системынекоторого количества массы — энергии до величины, равной сумме тех масс — энергий отдельных тел, составляющих систему, которой они обладали дообъединения в систему.
Делая вывод, Л.П. Фоминский утверждает, что в соответствии стеоремой вириала изменение энергии связи системы тел при ускорении ее вращениядолжно быть по абсолютной величине в два раза больше, чем изменениекинетической энергии вращения этой системы.
2. Химические реакции.
Л.П. Фоминский предполагает, что аналогично тому, как заряженнаявращающаяся частица порождает магнитное поле, так и вращающаяся, но незаряженная частица может создавать поле вращения — торсионное поле, котороенаправлено вдоль оси вращения порождающего его тела и обладает бесконечнобольшой скоростью распространения. Носителями этого поля являются тахионы.
Исследователи торсионных полей давно обратили внимание нато, что эти поля часто изменяют ход кристаллизации расплавов. Исходя из этогоФоминский делает еще одно предположение — похоже, что торсионные поля, поворачиваяспины реагирующих частиц (электронов, протонов и даже ядер атомов) могутстимулировать химические реакции взаимодействия воды с солями и другимирастворенными в ней веществами, которые при обычных условиях идут плохо илисовсем не идут. Ю.С. Потапов, по словам Фоминского, давно уже подметил, чтодобавка в пресную воду теплогенератора всего лишь примерно 10% морской водыведет к повышению теплопроизводительности на 10 — 20%. Это происходитпо-видимому потому, что в морской воде растворены самые разнообразныехимические элементы.
Еще одним существенным стимулятором протекания химическихреакций является, как говорилось выше, кавитация, возникающая вблизи тормозныхустройств.
3. Ядерные реакции.
Фоминский предположил, что результатом действия торсионногополя в теплогенераторе Потапова является ядерная реакция:
/> (6)
Откуда же берутся два протона и электрон?
Молекула воды хорошо изучена (рис.10). Электроны атомовводорода занимают вакантные места в наружной электронной оболочке атомакислорода и становятся общими электронами атомов кислорода и водорода. Онибольшую часть времени проводят между ядром атома кислорода и ядром атомаводорода.
В результате атом водорода, имеющий всего один электрон, спротивоположной стороны оказывается как бы оголенным от «электронногооблака». Поэтому молекула воды выглядит как пушистый (из-за электронныхоблаков) шарик, на поверхности которого имеется два маленьких положительнозаряженных бугорка — ядер атомов водорода (рис.7. Угол между прямыми линиями,соединяющими ядра атомов водорода с ядром атома кислорода в молекуле воды,составляет 104,5 °.
/>
Рисунок 10 — Ковалентные связи в молекуле воды.
У одного атома кислорода и двух атомов водорода появляютсяобщие электроны, в результате чего их электронные оболочки заполняются до концаи образуется прочная молекула Н2О.
/>
Рисунок 11 — Водородная связь.
Положительно заряженный бугорок одной молекулы воды иотрицательно заряженный край (изолированная электронная пара) другой молекулыустанавливаются строго напротив друг друга. В результате наличия положительныхзарядов на поверхности молекулы, расположенных не напротив друг друга, а содной её стороны, молекула воды является электрическим диполем, и вода обладаетнаибольшей среди всех веществ диэлектрической проницаемостью ε » 81.
Каждая молекула воды своими положительно заряженнымибугорками-протонами притягивается к той стороне соседней молекулы воды, скоторой нет таких бугорков и которая заряжена отрицательно из-за наличия тамэлектронных облаков. В результате такого притяжения между молекулами воды ивозникает связь, которую называют водородной связью из-за того, что онаобусловлена ядрами атомов водорода — протонами, находящимися на этой связи. Нуа поскольку бугорки-протоны во всех молекулах воды расположены под одним и темже определенным углом, то вода в твердом состоянии имеет строго упорядоченную (кристаллическую)структуру льда.
/>
Рисунок 12 — Образование ориентационных дефектов. Перескокпротона на соседнюю водородную связь приводит к возникновению парыориентационных дефектов. Такой перескок протона можно рассматривать как поворотмолекулы воды на 120°.
Но иногда и в строгом мире кристаллов, а тем более в жидкойводе с её квазикристаллической структурой, случаются осечки, и в силу той илииной причины (флуктуации, удара фотоном иди др.) протон выбивается с водороднойсвязи и оказывается на соседней. В результате на последней оказываются сразудва протона, занимающих обе разрешенные позиции. Такие водородные связиназывают «ориентационно дефектными».
Для протекания ядерной реакции необходима параллельнаяориентация спинов обоих протонов. Но параллельная ориентация спинов двух протоновна одной водородной связи запрещена принципом Паули. По мнению Л.П. Фоминскогопереворачивание спина осуществляется торсионным полем. При этом принцип Паулине нарушается, так как торсионное поле сообщает протону дополнительную энергию,в результате чего протон оказывается на другом энергетическом уровне.
Когда спины обоих протонов на ориентационно-дефектнойводородной связи оказываются параллельными, уже ничто не мешает этим протонамвступить в ядерную реакцию.
Но откуда взять электрон? Здесь на помощь Фоминскому пришлагипотеза Л.Г. Сапогина, предлагающая новое объяснение туннельного эффекта. Сапогинобъясняет туннелирование следующим образом. Заряд элементарной частицы непостоянен во времени, а периодически изменяется (осциллирует) с чудовищно большойчастотой, то возрастая до максимума, то уменьшаясь до нуля по гармоническомузакону. В добавок к предыдущей идее он предположил, что и масса электрона тожеосциллирует во времени по гармоническому закону в пределах от нуля до максимума.Автор гипотезы утверждает, что находясь на ближайшей к ядру атома К-орбитали,электрон совершает квантовые скачки в пределах орбитали не беспорядочно, какдумали физики, а сквозь ядро атома, каждый раз туннелируя сквозь него. Благополучноэлектрон туннелирует благодаря тому, что в это мгновение значение заряда имассы электрона близки к нулю, а потому он, в силу закона сохранения импульса,в это время должен развивать очень большую скорость движения сквозь ядро атома.
Таким образом в одной точке пространства оказываются протони электрон, фигурирующие в уравнении ядерной реакции. При этом суммарныйэлектрический заряд протона и электрона оказываются близким к нулю, и если вэтот момент к ним приближается еще один протон, то ему уже не придетсяпреодолевать высокий кулоновский барьер. Потому такие трехчастичныестолкновения могут случаться даже чаще, чем столкновения с двумя протонами,ведущие к сближению их на ядерные расстояния.
Реакция (8) ведет к наработке дейтерия, который в своюочередь участвует в других ядерных реакциях:
/> (9) (10)
И хотя унос львиной доли теплоты нейтрино и g — квантом лишает нас надежд достичь втеплогенераторе Потапова высоких выходов дополнительного тепла за счет ядерныхреакций, полученные результаты вселяют надежды на использование установки вкачестве генератора дейтерия, гелия-3 и особенно трития, производство которогодругими способами весьма сложно, дорого и опасно.
Конечно, все это настоятельно требует чтобы было обращеносамое серьезное внимание на дальнейшие исследования вихревого теплогенератораПотапова./>/>/>/>3. Технические предложенияпо реконструкции системы теплоснабжения музея-заповедника «Витославицы»
Котельная № 48 находится на балансе предприятия МУП «Теплоэнерго».Она обеспечивает теплом и горячей водой музей-заповедник деревянного зодчества«Витославицы». План котельной приведен ниже.
Установленная мощность: 2´1,21= 2,42 ГДж/час.
Подключенная нагрузка: всего 0,66 ГДж/час, из них
на отопление — 0,38 ГДж/час;
на горячее водоснабжение — 0,280 ГДж/час.
График работы котельной — 95/70.
На котельной в данный момент установлено два чугунных котлатипа «Универсал-6» (рис.13) 1973 года выпуска. Эти котлы ужеполностью выработали свой ресурс и поэтому, в ближайшем будущем, планируетсяреконструкция котельной с заменой старых, малоэффективных котлов на новые,более экономичные и имеющие высокий КПД теплогенераторы. Режимная карта наводогрейный котел типа «Универсал-6» приведена в таблице 1.
Достоинствами чугунных котлов являются небольшие габариты илегкая транспортабельность, почти полное отсутствие обмуровки, удобство очисткиот наружных загрязнений, простота монтажа при установке и замене секций,возможность набирать необходимую величину поверхности нагрева. Чугунные котлызначительно меньше подвержены кислородной коррозии, так как на литых чугунныхповерхностях образуется плотная литейная корка, содержащая кремнезем иобладающая весьма высокими защитными свойствами.
К недостаткам чугунных котлов относятся: малая надежность вработе (растрескивание одной или нескольких секций) и частые остановки наремонт. Основной причиной растрескивания секций является превышение допустимогопредела прочности металла в эксплуатационных условиях вследствие ухудшенияотвода тепла от стенки из-за появления на ее внутренней поверхности слоя накипии недостаточной скорости циркуляции воды.
/>
Рисунок 13 — Чугунный секционный котел «Универсал»:1 — штуцер для присоединения трубопровода горячей воды; 2 — ниппеля: 3 — средниесекции; 4 — стяжной болт; 5 — задняя лобовая секция; 6 — штуцер присоединенияобратного трубопровода; 7 — поворотные колосники; 8 — зольная дверка; 9 — приводповоротных колосников; 10 — шуровочная дверка; 11 — кирпичный свод в топке; 12 — боковые дымоходы.
Таблица 1 — Режимная карта на водогрейный котел типа «Универсал-6»Наименование параметров Тепловые нагрузки,% 40 83 Производительность, ГДж/час 0,490 1,005 Давление воды на котле, МПа 0,14 0,14 Давление воды до котла, МПа 0,16 0,16
Низшая теплота сгорания газа, кДж/м3 33513 33513 Число газовых горелок, шт 2 3 Давление газа перед горелками, МПа 0,015 0,025 Разрежение в топке, мм в. ст. 1,2 2,0 Температура воздуха перед горелками, °С 20 20 Температура уходящих газов, °С 121 149 Разрежение за котлом, мм в. ст. 1,9 2,5
Состав уходящих газов,%:
СО2
О2
8,8
5,3
10
3,2
Расход газа на котел, м3/час 18,4 35 Коэффициент избытка воздуха 1,34 1,18
Потери тепла,%:
с уходящими газами
в окружающую среду
5,38
15,22
6,16
8,00 Температура газа, °С 23 21 КПД 79,40 85,84
Удельный расход топлива, м3/ГДж 157,3 145,8 Удельный расход условного топлива, кг/ГДж 179,8 166,7
Нормальную работу котельной круглосуточно контролируют 4машиниста, что является дополнительным стимулом для ее реконструкции: заработнаяплата машинистов больше суммарной стоимости произведенного на котельной тепла.
Не менее важными причинами для проведения реконструкции также являются:
отсутствие на котельной автоматики регулирования. Температурагорячей воды, идущей на отопление и горячее водоснабжение музея не зависит оттемпературы наружного воздуха. Регулирование осуществляется периодически, чтоприводит к дополнительным потерям тепла, а, следовательно, к бесцельномусжиганию топлива, что резко снижает экономическую эффективность котельной.
регулярное обслуживание газового оборудования. Сюда входит:
проверка исправности газорегуляторной установки (ГРУ) безразборки;
техническое обслуживание ГРУ с разборкой оборудования;
техническое обслуживание, ремонт и проверка газовогосчетчика;
техническое обслуживание и ремонт автоматики и газовогооборудования;
ремонт и проверка контрольно-измерительных приборов.
Текущий ремонт (техническое обслуживание газорегуляторнойустановки) и техническое обслуживание автоматики необходимо проводить раз вмесяц, техническое обслуживание газовых счетчиков — раз в три месяца, аплановый ремонт ГРУ — раз в год. Все это требует не малых финансовых затрат.
планово-предупредительные ремонты основного ивспомогательного оборудования котельной. Так как данные котельные агрегатыпроработали уже 28 лет (при нормативном сроке службы в 20 лет), они требуютболее частых и тщательных текущих и капитальных ремонтов, более внимательногоповседневного обслуживания.
экология. Котельная находится в музее-заповеднике, гдесобраны ценнейшие образцы народного деревянного зодчества. Их необходимосохранить для будущих поколений. При таких условиях вредные выбросы,естественно, крайне не желательны.
Для теплоснабжения музея-заповедника «Витославицы»предлагается установить два теплогенератора «Юсмар-1М», техническиехарактеристики которого приведены в таблице 2.
Таблица 2 — Технические характеристики теплогенератора «Юсмар — 1М»Наименование параметра Значение параметра Мощность электродвигателя насоса, кВт 2,8 Напряжение сети, В 380 Число оборотов электродвигателя, об/мин 2900
Рекомендуемые марки водяного насоса
/>ЦГ 12,5/50-К-4-2
КМ-20-30 Напор, м 32 — 50
Подача, м3/час 8,0 — 12,5 Обогреваемая площадь, кв. м 90-100 Средний расход электроэнергии на обогрев помещения с заданной в п.4 площадью, кВт/ч 1,4 Теплопроизводительность, ккал/ч 3498 Масса установки (с бойлером), кг 130 Объем воды в отопительной системе (ориентировочно), л 70-100 Стоимость полного комплекта (теплогенератор, насос, бойлер, система управления), $ 1300 Номинальная температура нагрева системы, °С 40 — 60 Максимальная температура жидкости на малом круге циркуляции, °С 98 Диаметр по осям отверстий фланца, мм 110 Длина теплогенератора, мм 620 Диаметр трубы, мм 53 Масса теплогенератора, кг 6,5
В установке «ЮСМАР-М» вихревой теплогенератор вкомплекте с погружным насосом помещены в общий сосуд-бойлер с водой (рис.14) длятого, чтобы потери тепла со стенок теплогенератора, а также тепло, выделяющеесяпри работе электродвигателя насоса, тоже шли на нагрев воды, а не терялись. Габаритысосуда-бойлера: диаметр 650 мм, высота 2000 мм. Автоматика периодическивключает и отключает насос теплогенератора, поддерживая температуру воды всистеме (или температуру воздуха в обогреваемом помещении) в заданныхпотребителем пределах. Снаружи сосуд-бойлер покрыт слоем теплоизоляции, котораяодновременно служит звукоизоляцией и делает практически неслышимым шум теплогенераторадаже непосредственно рядом с бойлером.
Установки «ЮСМАР-М» питаются от промышленнойтрёхфазной сети 380 В, полностью автоматизированы, поставляются заказчикам вкомплекте со всем необходимым для их работы и монтируются поставщиком «подключ».
На эти установки, рекомендуемые для использования как впромышленности, так и в быту (для обогрева жилых помещений путем подачи горячейводы в батареи водяного отопления), имеются технические условия ТУ У 24070270,001-96 и сертификат соответствия РОСС КиМХОЗ. С00039.
/>
Рисунок 14 — Схема теплоустановки «ЮСМАР-М»: 1 — вихревойтеплогенератор, 2 — электронасос, 3 — бойлер, 4 — циркуляционный насос, 5 — вентилятор,6 — радиаторы, 7 — пульт управления и блок автоматики, 8 — датчик температуры.
Как уже говорилось ранее, для теплоснабжения музеяпредлагается установить два теплогенератора «Юсмар-1М». Перваяустановка предназначена для отопления зданий музея. Расход горячей воды всистеме отопления не подвержен резким изменениям, поэтому потребительподключается непосредственно к бойлеру теплогенератора (рис.15).
/>
Рисунок 15 — Схема подключения тепловой установки «Юсмар-1М»к системе отопления: 1 — теплоустановка «Юсмар-1М»; 2 — циркуляционный насос; 3 — пульт управления и автоматики; 4 — термодатчик; 5 — радиаторы.
Второй теплогенератор необходим для обеспечениямузея-заповедника горячей водой. В этом случае расход воды потребителемколеблется во времени. Поэтому, теплогенератор «Юсмар-1М» подключаетсяк системе горячего водоснабжения не напрямую, а через теплообменник (рис.16).
/>
Рисунок 16 — Схема подключения тепловой установки «Юсмар-1М»к системе горячего водоснабжения: 1 — теплоустановка «Юсмар-1М»; 2 — циркуляционный насос; 3 — пульт управления и автоматики; 4 — термодатчик; 5 — теплообменник; 6 — бак-аккумулятор; 7 — кран горячей воды.
Санитарными нормами установлено, что температура воды,идущей на горячее водоснабжение, должна быть не менее 55˚С. Для того чтобывода в баке-аккумуляторе 6 нагревалась до этой температуры надо подобратьнеобходимую площадь поверхности теплообменника 5.
Пусть данный теплообменник выполнен в виде змеевика излатунной трубки, наружный и внутренний диаметры которой равны dВ / dН= 14/16 мм. Рассчитаем необходимую длину этого змеевика.
Расход воды на горячее водоснабжение (нагреваемыйтеплоноситель) составляет: Gг. в. = 0,530 кг/с; расход воды через змеевик (греющийтеплоноситель) принимаем равным G’г. в. =0,720 кг/с (G’г. в. равно расходу водына отопление).
Объем V бойлера-аккумулятора принимаем исходя из следующегоусловия: запаса горячей воды в нем должно хватить на бесперебойное снабжениепотребителей в течение 8 часов.Т.о.
V = Gг. в. · 8 · 3,6 = 0,53 · 8 · 3,6 » 15 м3. (4.1)
Отсюда следует: диаметр бака — D = 1,5м; высота бака — L = 2м.
Температуры греющего теплоносителя: на входе — t11= 95 °С, на выходе — t12 = 60 °С.
Температуры нагреваемого теплоносителя: на входе — t21= 20 °С (принимаем из условия, что 1/3 горячей воды возвращается с температурой50˚С, а 2/3 добавляем из водопровода с температурой 5˚С), на выходе — t22 = 55 °С.
Определим скорости движения теплоносителей в змеевике W1и в баке-аккумуляторе W2:
/> (4.2)
/> (4.3)
/>(4.4) (4.5)
Для расчета коэффициента теплоотдачи α необходимо знатьсреднюю температуру воды в змеевике t1СР и в баке-аккумуляторе t2СР:
Для того, чтобы определить режим течения жидкости позмеевику и в баке, найдем числа Рейнольдса, Re1 и Re2 соответственно:
/>(4.6) (4.7)
Где: ν1 = 0,00000038 м2/с — кинематическая вязкость воды при температуре t1CР;
ν2 = 0,00000049 м2/с — кинематическаявязкость воды при температуре t2CР;
Так как Re1 > 10000 — режим течения воды взмеевике — турбулентный. Коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности греющихтруб к омывающей их воде α1 в бойлере рассчитывается сиспользованием уравнения подобия:
/>(4.8) (4.9)
Где: Pr1=2,55 и Pr1СТ=2,64 — критерииПрандтля при температуре воды t1СР=69,21°С и tСТ = t1СР — 2 = 67,21°С соответственно;
λ1 = 0,686 Вт/м·К — коэффициенттеплопроводности воды при t1СР.
Так как скорость течения воды в баке очень мала, можно предположить,что теплообмен между горячим змеевиком и омывающей его водой происходитблагодаря свободной конвекции. Она представляет собой обычно подъемное течение,обусловленное подъемной силой, действующей на нагретые на поверхности слоижидкости. Соответственно на холодной стенке устанавливается опускное течение. Вкачестве безразмерного критерия подобия для свободной конвекции используетсячисло Гразгофа, Gr2
/> (4.10)
где: L — высота бака-аккумулятора;
g — ускорение свободного падения;
Θ0 — температура наружной поверхности трубы;
V — температура жидкости вне узкой областисвободноконвективного движения;
ν — кинематическая вязкость жидкости.
Таким образом, для нашего случая:
/>(4.11)
Теплоотдачу при свободной конвекции от нагретого змеевика кжидкости можно рассчитать по уравнению:
/>(4.12) (4.13)
Во всех аппаратах периодического действия происходитнестационарный теплообмен. Уравнение теплопередачи при нестационарном режимеработы имеет вид:
Q = k · F · D t ·τ, (4.14)
где: τ — время работы аппарата;
Dt — среднийтемпературный напор за время τ.
Уравнение теплопередачи и теплового баланса для всейповерхности теплообмена F за интервал времени dτ имеет вид:
dQ = kF Dt dτ =G1c (t11 — t1) dτ = G2c dt2,(4.15)
где: Dt — средняяразность температур между теплоносителями в момент времени τ;
t1 — текущее значение температуры греющеготеплоносителя;
dt2 — изменение температуры нагреваемой воды завремя dτ.
Температурный напор Dtв момент времени τ рассчитывается как среднелогарифмическая разностьтемператур:
/> (4.16)
Так как температуры t1 и t2 современем изменяются, то Dt являетсяфункцией времени. Подставляя Dt в (15),получаем:
/> (4.17)
откуда:
/> (4.18) (4.19)
Таким образом, подставляя известные величины, получим:
/> (4.20)
откуда: kF = 1865Вт/мК. (4.21)
Коэффициент теплопередачи определим по формуле:
/> (4.22)
Определим площадь поверхности теплообмена F и длину змеевикаl:
/> (4.23) (4.24)
Таким образом из расчета видно, что для обеспеченияпотребителей горячей водой с температурой tГВ = 55˚С,необходимая длина змеевика теплообменника составляет 37 м. Диаметр змеевика можнопринять равным DЗМ = 1,2 м./>/>4. Экономическая часть
Сравним экономический эффект котельной при ее реконструкциис установкой теплогенераторов фирмы Юсмар и при условии, что будутустанавливаться водогрейные котлы типа ТГ-120 (Гейзер-01), режимная картакоторого приведена в таблице 3.
Таблица 3 — Режимная карта на водогрейный котел типа ТГ-120Наименование параметров Тепловые нагрузки,% 40 83 Производительность, ГДж/час 0,172 0,343 Давление воды на котле, МПа 0,14 0,155 Давление воды до котла, МПа 0,17 0, 19
Низшая теплота сгорания газа, кДж/м3 33513 33513 Число газовых горелок, шт 1 1 Давление газа перед котлом, МПа 20 16 Разрежение за котлом, мм в. ст. 0,5 1,5 Температура уходящих газов, °С 95 145
Состав уходящих газов,%:
СО2
О2
4,4
13,2
4,4
13,2
Расход газа на котел, м3/час 5,7 11,8 Коэффициент избытка воздуха 2,51 2,51
Потери тепла,%:
с уходящими газами
в окружающую среду
6,60
2,5
10,98
2,7 КПД 90,90 86,32
Удельный расход топлива, м3/ГДж 139,0 143,9 Удельный расход условного топлива, кг/ГДж 159,0 164,5
Определение себестоимости вырабатываемого тепла находится повыражению:
/> (5.1)
где ΣЭ — годовые эксплуатационные затраты в руб.;
Qгод — годовой отпуск тепла в ГДж.
Годовой отпуск тепла подсчитывают по формуле:
/> (5.2)
где Q = 0,66ГДж/час — производительность котельной в час;
m = 220 — количество дней отопительного периода;
tв = +18˚С — внутренняя температура впомещении;
tср = — 2,6˚С — наружная средняя температураотопительного периода;
tно = — 27˚С — наружная температура дляпроектирования системы теплоснабжения;
Годовые эксплуатационные затраты определяют по уравнению:
/>
ΣЭ=Этоп+Ээл. эн. +Эвод+Эзар+Эамор+Этек. рем. +Эобщ. расх.,руб/год (5.3)
где: Этоп — затраты на топливо;
Ээл эн — затраты на электроэнергию;
Эвод — затраты на используемую воду;
Эзар — затраты на заработную плату;
Эамор — амортизационные отчисления;
Этек. рем — затраты на текущий ремонт;
Эобщ. расх — затраты общекотельные и прочие расходы.
Определим затраты на эксплуатацию котлов ТГ-120.
1 затраты на топливо:
Этоп = kпот · B · hгод · Стоп, руб/год (5.4)
где kпот = 1,055 — коэффициент, учитывающий складские,транспортные и прочие потери; В = 11,8 м3/ч — часовой расход топливана один котел при максимальной нагрузке; n =2 — количество установленных котлов(без резервных); hгод — число часов использования установленной мощностикотельной в год: hгод = 24 · тот +24 · тг. в. =8760часов, где тот — количество дней отопительного периода; тг.в. — количество дней летнего периода;
Стоп = 49коп/м3 — стоимость газа;
Этоп = 1,055 · (11,8 · 2 · 220 +11,8 · 145) · 24 · 0,49 = 85644 руб/год, (5.5)
2 затраты на потребляемую электроэнергию:
Ээл. эн = N · hгод · Сэл. эн. руб/год, (5.6)
где N — установленная мощность электродвигателей в кВт:
Nот = 5,5кВт — мощность электродвигателя насосасистемы отопления,
Nг. в. = 4,5кВт — мощность электродвигателянасоса системы горячего водоснабжения;
hгод — число часов использования установленной мощностикотельной в год:
hот = 220 часов,
hг. в. = 365 часов;
Сэл. эн =0,72 руб/кВт·ч — стоимость электроэнергии за 1 кВт· ч потребляемой мощности;
Ээл. эн. = 24· (220· (5,5+4,5) +145·4,5) ·0,72 = 49291руб/год. (5.7)
3 затраты на используемую воду:
Эвод = Dмакс · hгод · Свод, (5.8)
где Gмакс = 2/3 · Gг. в. ·= 2/3 · 3,34 = 2,23 м3/час- максимальный часовой расход добавочной воды;
Свод = 7,61 руб/м3 — стоимость 1м3добавочной воды;
Эвод = 24 · 365 · 2,23 · 7,61 = 148660 руб/год. (5.9)
4 затраты на заработную плату:
Так как котлы ТГ-120 полностью автоматизированы, вобслуживающем персонале нет необходимости. Достаточно того, чтобы системауправления и сигнализации котлов была выведена на диспетчерский пульт МУП«Теплоэнерго».
Эзар = 0 руб/год.
5 затраты на амортизационные отчисления:
Эамор = Р1 · Сстр + Р2 · Соб, руб/год, (5.10)
где P1 = 0,032 — процентные отчисления от стоимостиобщестроительных работ;
Сстр = 0 — сметная стоимость общестроительных работ в руб;
P2 = 0,082 — процентные отчисления от стоимости оборудованияс монтажом;
Соб = СТГ-120 + Смонт = 2 · 64000 +20000 =148000 руб –
сметная стоимость оборудования и его монтажа;
Эамор = 0,032 · 0 + 0,082 · 148000 = 12136 руб/год. (5.11)
6 затраты на текущий ремонт принимают в размере 20 — 30%затрат на амортизацию и, следовательно, подсчитывают по выражению:
Этек. рем = (0,2 ÷ 0,3) Эамор = 0,25 · 12136 = 3034руб/год. (5.12)
7 затраты на общекотельные и прочие расходы принимают вразмере 30% суммы амортизационных отчислений, годового фонда зарплаты и затратна текущий ремонт, т.е.
Эобщ. расх = 0,3 (Эамор + Этек. рем + Эзар) = 0,3 · (12136+3034)= = 4551 руб/год. (5.13)
Таким образом, годовые затраты на эксплуатацию котлов ТГ-120составят:
ΣЭ = 85644 + 49291 + 148660 + 12136 + 3034 + 4551 =303316 руб/год, (5.14)
а себестоимость 1 ГДж тепла будет равна:
/> (5.15)
Рассчитаем затраты на эксплуатацию теплогенераторов «Юсмар-1М».
1 затраты на топливо:
Этоп = 0.
2 затраты на потребляемую электроэнергию:
Ээл. эн = N · hгод · Сэл. эн. = ( (5,5+2·2,8+4,5) ·220+ (2,8+4,5)·145) ·24·0,72 = = 77596 руб/год, (5.16)
3 затраты на используемую воду:
Эвод = Dмакс · hгод · Свод = 2,23 · 365 · 7,61 = 148660руб/год. (5.17)
4 затраты на заработную плату:
Так как теплогенераторы «Юсмар-1М», как и котлыТГ-120 полностью автоматизированы, в обслуживающем персонале нет необходимости.Достаточно того, чтобы система управления и сигнализации теплогенераторов былавыведена на диспетчерский пульт МУП «Теплоэнерго».
Эзар = 0 руб/год.
5 затраты на амортизационные отчисления:
Эамор = Р1 · Сстр + Р2 · Соб, руб/год =, (5.18)
где P1 = 0,032 — процентные отчисления от стоимостиобщестроительных работ; Сстр = 0 — сметная стоимость общестроительных работ вруб; P2 = 0,082 — процентные отчисления от стоимости оборудования с монтажом;
Соб = СЮсмар-1М + Смонт = 2 · 39000 +20000 =98000 руб –
сметная стоимость теплогенератора «Юсмар-1М» и егомонтажа;
Эамор = 0,032 · 0 + 0,082 · 98000 = 8036 руб/год. (5.19)
6 затраты на текущий ремонт принимают в размере 20 — 30%затрат на амортизацию и, следовательно, подсчитывают по выражению:
Этек. рем = (0,2 ÷ 0,3) Эамор = 0,25 · 8036 = 2009руб/год. (5.20)
7 затраты на общекотельные и прочие расходы принимают вразмере 30% суммы амортизационных отчислений, годового фонда зарплаты и затратна текущий ремонт, т.е.
Эобщ. расх = 0,3 (Эамор + Этек. рем + Эзар) = 0,3 · (8036 +2009) = = 3014 руб/год. (5.21)
Таким образом, годовые затраты на эксплуатациютеплогенераторов «Юсмар-1М» составят:
ΣЭ = 77596 + 148660 + 8036 + 2009 + 3014 = 239315 руб/год,(5.22)
а себестоимость 1 ГДж тепла будет равна:
/> (5.23)
Таким образом, себестоимость вырабатываемого 1 ГДж тепла накотельной с теплогенераторами фирмы Юсмар (159 руб/ГДж) на 21,3% меньшесебестоимости тепла, выработанного на котельной, где установлены котлы ТГ-120 (202руб/ГДж).
Экономический эффект котельной с установками «Юсмар-1М»составляет:
Э = (202 — 159) • 1501 = 64543 руб/год. (5.24)/>5. Экология
При сжигании топлива входящие в его состав горючие элементысоединяются с кислородом воздуха. При этом происходит преобразование химическойэнергии топлива в тепловую, идущую на нагрев продуктов сгорания топлива.
Природный газ, сухое беззольное высокоценное топливо, имеетследующий состав, считая по объему:
метан СН4 от 85 до 98,3%;
тяжелые углеводороды СnHm от 2 до 6%;
двуокись углерода СО2 от 0,1 до 1,0%;
азот N2 от 1 до 5%.
Теплота сгорания сухого природного газа колеблется впределах от 30,6 до 36,9 МДж/м3.
Продуктами полного сгорания топлива является двуокисьуглерода СО2, сернистый газ SО2 иводяные пары Н2О. Кроме того, компонентами продуктов сгораниятоплива являются азот N2, содержавшийся втопливе и атмосферном воздухе, и избыточный кислород О2, которыйсодержится в продуктах сгорания топлива, потому что процесс горения протекаетне идеально и связан с необходимостью подачи большего, чем теоретическинеобходимо, количества воздуха.
В котельной №48 в настоящее время тепло получают путемсжигания газообразного топлива.
Согласно режимным картам на водогрейные котлы типа «Универсал-6»,установленных на котельной, состав уходящих газов следующий: СО2 — 9,8%; О2 — 3,6%; СО — отсутствует. Для того, чтобы определитьколичество выбросов оксидов азота, произведем следующий расчет. Суммарноеколичество оксидов азота NOx в пересчете на NO2 (в г/с),выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле:
МNOx = Bp· Qгi · КгNO2 · βк · βt · βα, (6.1)
где: Вр — расчетный расход топлива; при работекотла в соответствии с режимной картой с достаточной степенью точности можетбыть принято Вр = В = 0,01м3/с — фактическому расходутоплива на котел; Qгi= 33,441МДж/м3 — низшая теплота сгорания топлива; КгNO2 — удельный выброс оксидов азота при сжигании газа,г/МДж. Для водогрейных котлов:
КгNO2 =0,013 √Qт +0,03 = 0,013 · √0,3344 + 0,03 = 0,0375г/МДж, (6.2)
где Qт — фактическая тепловая мощность котла повведенному в топку теплу, МВт, которое определяется по формуле:
Qт = Вр · Qгi =0,01 · 33,44 = 0,3344 г/МДж. (6.3)
βк = 1 — безразмерный коэффициент,учитывающий принципиальную конструкцию горелки. βt — безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха,подаваемого для горения:
βt = 1 + 0,002 · (tгв — 30) = 1 + 0,002 · (20 — 30) = 0,98, (6.4)
где tгв = 20˚С — температура горячего воздуха. βα = 1,225 — безразмерныйкоэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота. Такимобразом, суммарное количество оксидов азота будет равно:
МNOx = 0,01 · 33,44 ·0,0375 · 1 · 0,98 · 1,255 = 0,015 г/с. (6.5)
При реконструкции котельной №48 с заменой старых котлов типа«Универсал-6» на теплогенераторы «Юсмар-1М» этихнежелательных выбросов можно будет избежать, так как в данной установке процессвыработки тепла происходит без участия какого-либо вида органического топлива. Получениетепла с помощью теплогенератора Потапова — абсолютно экологически чистый способ.
/>6. Безопасностьжизнедеятельности
Целью данного раздела дипломного проекта является проведениеанализа условий труда на рабочем месте. В данном разделе следует выявить ирассмотреть опасные и вредные производственные факторы, а также произвести ихидентификацию, оценку и дать рекомендации по их устранению.
В качестве рассматриваемого объекта выступаетреконструируемая котельная №48 музея-заповедника «Витославицы».
В котельной размещено следующее оборудование:
2 теплогенератора фирмы «Юсмар»;
сетевые, питательные, рециркуляционные насосы;
коллекторы сетевой воды;
КИПиА.
Вопросы охраны труда подразделяются на общие для любых типовпроизводства (освещение, вентиляция и т.п.) и на специальные (тепловая иэлектрическая опасность, вибрация, излучение, вредные вещества). Охрана трудана производстве — один из наиболее важных для успешной безаварийной работыпредприятия.
Рабочее место обслуживающего персонала (оператора котельной)- постоянное, то есть место, на котором работающий находится большую часть (более50% или более 2 часов непрерывно) своего рабочего времени.
В помещении котельной были выявлены следующие опасные ивредные факторы:
повышенный шум;
опасность термического ожога;
опасность поражения электрическим током;
вращающееся оборудование котельной (насосы, вентиляторы,дымососы);
Типовую характеристику санитарно-гигиенических условийтруда, опасных и вредных факторов в фактических условиях и по проекту сводим втаблицу 4, которая приведена ниже и в которой приняты следующие сокращения:
«о» — опасное;
«н» – неопасное
Таблица 4 — Характеристикасанитарно-гигиенических условий труда, опасных и вредных производственныхфакторов на рабочих местах в фактических условиях по проектуОценка условий труда Визуальная Инструментальная По проекту I II III IV Наименование рабочего места оператор котельной
1. Санитарно-гигиенические условия труда Микроклимат: Температура, °С н
21-23
22-24
21-23
23-24 Относительная влажность н 60 40-60 Скорость движения воздуха, м/с н 0,1 0,1-0,2 Освещение: Естественное (боковое) КЕО,% н н 1,5 Комбинированное КЕО,% - - - Искусственное Общее, лк н н 200 Местное, лк н н н Комбинированное, лк н н 400 Аварийное н 10 10 Естественная вентиляция: Приточно-вытяжная, Кко н 3 3 Инфильтрация, Ккр н н н Искусственная вентиляция: Приточная, Ккр - - - Вытяжная, Ккр - - - Аварийная, Ккр - - - 2. Характеристика помещения Класс по взрывоопасности - В-1а В-1а Класс по электроопасности - п/о п/о Категория по пожароопасности - г г Класс санитарно-защитной зоны - IV IV Группа санитарного обеспечения - 1 1 Степень огнестойкости здания - II II I II III IV 3. Разновидность опасных и вредных факторов Электрические опасности: Род тока ~ ~ Напряжение, В 380 380 Частота, Гц н 50 50 Излучения: Радиочастотные - - - Инфракрасные н н н Ультрафиолетовые - - - Рентгеновские - - - Радиоактивные - - - Механические опасности: Вибрация, мм 0,8 0,7 Шум, Дб 80 80 Падение предметов с высоты, м 5 5 Движущиеся части машин н н н Ультразвук, Гц - - - Отлетающие части инструментов и материалов - - - Тепловые опасности: Открытое пламя, °С - - - Расплавленный металл,°С - - - Нагретые детали, °С 70 70 Химические опасности: Жидкости - - -
Пары, газы мг/м3 - - -
Пыль, мг/м3 Органическая - - - Металлическая - - - Минеральная - - - Токсичная - - - Возникновение пожара: Горючее вещество Горючие газы - - - Источники воспламенения Возникновение взрыва: Парогазосмеси - - - Импульс взрыва - - - Избыточное давление - - - /> /> /> /> /> /> /> /> />/>7. Санитарно-гигиенические факторы условий труда
Микроклимат.
Трудовая деятельность человека всегда протекает вопределенных метеорологических условиях, которые определяют производственныематериалы.
Производственный микроклимат — это совокупностьметеорологических параметров: температуры, влажности и скорости движениявоздуха, характерных для данного производственного участка. Микроклиматоказывает существенное влияние на самочувствие, работоспособность, здоровьечеловека. В одних случаях сочетание метеорологических факторов создаетблагоприятные условия для нормального протекания жизненных функций организма, ав других случаях — неблагоприятные, что может привести к нарушениютерморегуляции организма.
Поэтому очень важным является поддержание в производственныхпомещениях оптимальных микроклиматических условий, которые бы обеспечилиощущение теплового комфорта и создали бы наиболее благоприятные условия длявысокой работоспособности.
Санитарно-гигиенические факторы труда определяются по ГОСТ 12.1005-88 исходя из категории тяжести труда, которая в свою очередь зависит отколичества затрачиваемых человеком килокалорий в процессе выполнения работ.
В зависимости от энергозатрат организма, ГОСТ 12.1 005-88предусматривает три категории работ. Согласно ГОСТ 12.1 005-88, рабочее местооператора котельной относится к категории работ 1б (работы, производимые сидя,стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическимнапряжением).
Согласно ГОСТ 12.1 005-88 для категории работ Iбпредусмотрены следующие параметры микроклимата:
температура воздуха в холодный и переходный период года — 22-24°С,в теплый период — 21-23°С;
относительная влажность воздуха 40 — 60%;
скорость движения воздуха 0,1-0,2м/с.
Для нормализации метеорологических условий на котельныхобъектах проводится ряд мероприятий:
механизация тяжелых и трудоемких работ, выполнение которыхсопровождается избыточным теплообразованием в организме человека;
рациональное размещение и теплоизоляция оборудования,аппаратов, коммуникаций и других источников, излучающих на рабочие места тепло;
правильно организованная система вентиляции, отопления икондиционирования;
устройство тамбуров (перегородок) у входа в объект дляпредупреждения переохлаждения и простудных заболеваний работающих.
Нормализация параметров микроклимата осуществляетсяпроектированием системы вентиляции, отопления и кондиционирования.
Освещение.
Правильное освещение помещений и рабочих мест всегда важно.
При этом повышается производительность труда, улучшаютсяусловия безопасности, снижается утомляемость. Неправильное или недостаточноеосвещение может привести к созданию опасных ситуаций.
Требуемый уровень освещенности определяется степеньюточности зрительных работ. Согласно СНиП 23-05-95 существует восемь разрядовзрительных работ от наивысшей до общего наблюдения за ходом производственногопроцесса. По СНиП 23-05-95 для данного рабочего места установлен IV разрядзрительных работ (0,5÷1мм — размер объекта различения). Работы высокойточности.
Освещенность в котельных должна быть не ниже следующихвеличин, лк:
шкалы измерительных приборов, водоуказательные стекла,тепловые щиты, пункты управления — 50;
фронт котлов, дымососное, вентиляторное и насосное отделение- 20;
площадки обслуживания котлов и места за котлами — 10;
коридоры и лестницы — 5.
Должно быть предусмотрено также аварийное электрическоеосвещение от источников питания, не зависимых от общей электроосветительнойсети котельной, для освещения в необходимых случаях фронта котлов, пультовуправления, водоуказательных и измерительных приборов.
Освещение может быть:
естественное;
искусственное;
совмещенное.
Естественное освещение осуществляется через окна (боковоеосвещение), световые фонари (верхнее) или одновременно через фонари и окна (комбинированное).Естественное освещение является наиболее гигиеничным и предусматривается дляпомещений, в которых постоянно пребывают люди.
Основной величиной для расчета и нормирования естественногоосвещения внутри помещений служит коэффициент естественной освещенности (КЕО),выраженного в процентах.
При совмещенном освещении недостаточное естественноеосвещение дополняется искусственным.
Искусственное освещение по функциональному назначениюделится на рабочее, дежурное, аварийное, эвакуационное и охранное.
Искусственное освещение может быть общим (всепроизводственные помещения освещаются однотипными светильниками) икомбинированным (к общему добавляется местное освещение рабочих мест).
Для искусственного освещения нормируемый параметр — освещенность.Величина освещенности при искусственном освещении должна быть: на рабочем местеоператора котельной не ниже 200 лк для систем общего освещения и 400 лк прикомбинированном освещении.
Аварийное освещение составляет 5% от нормируемого, то есть10 лк.
Освещение в помещении котельной должно быть вовзрывобезопасном исполнении.
Освещение рабочих помещений также должно удовлетворятьследующим условиям:
должны быть обеспечены равномерность и устойчивость уровняосвещенности в помещении, отсутствие резких контрастов между освещенностьюрабочей поверхности и окружающего пространства;
в поле зрения не должно создаваться блеска источниками светаи другими предметами;
искусственный свет, используемый на предприятиях, по своемуспектральному составу должен приближаться к естественному.
Для рациональной организации освещения и повышения видимостипроизводственные помещения и оборудование целесообразно окрашивать в светлыетона.
Недостаточное освещение может привести к ухудшению зрения. Дляпредотвращения этого необходимо применять местное освещение.
Превышение же световых норм может также привести кослеплению. Если причиной этого может послужить естественный свет, следуетиспользовать шторы или жалюзи на окнах. Если искусственный, то следуетиспользовать затемняющие светофильтры на источниках света.
Вентиляция.
Системы вентиляции, отопления и кондиционирования воздухадолжны соответствовать требованиям СНиП 2.04.05-95.
Под вентиляцией понимают систему мероприятий и устройств,предназначенных для обеспечения на постоянных рабочих местах, в рабочей иобслуживаемой зонах помещений метеорологических условий и чистоты воздушнойсреды, соответствующих гигиеническим и техническим требованиям.
Рационально спроектированные и правильно эксплуатируемыевентиляционные системы способствуют улучшению самочувствия работающих иповышению производительности труда.
Систему вентиляции необходимо предусматривать согласно СНиП2.04.05-91.
Системы вентиляции классифицируют по способу перемещениявоздуха, направлению потока воздуха, зоне действия, времени работы.
В зависимости от способа перемещения воздуха различаютестественную и механическую вентиляцию. Существуют и смешанные системы.
В зависимости от направления потока воздуха вентиляциябывает приточной и вытяжной. В производственных помещениях вентиляцию обычновыполняют приточно-вытяжной.
Интенсивность вентиляции характеризуется кратностьювоздухообмена, которая определяется по формуле:
К = L / V,
где L — объем воздуха, подаваемого или удаляемого изпомещения, м3/ч;
V — объем вентилируемого помещения, м2
Количество воздуха, необходимого для вентиляциипроизводственного помещения, следует определять расчетом и только в редкихслучаях допускается его устанавливать по кратности воздухообмена.
В соответствии с характером технологического процессавоздухообмен нужно рассчитывать по:
избыткам явной теплоты (тепловыделения);
избыткам влаги и скрытой теплоты (влаго- и тепловыделения);
количеству выделяющихся вредных веществ (выделение вредныхпаров, газов, пыли).
При одновременном выделении теплоты, влаги и вредных веществследует рассчитывать воздухообмен для каждого из этих факторов и приниматьнаибольшее из полученных значений.
Объем Lподаваемого в помещениесвежего воздуха, необходимого для удаления избыточной теплоты, определяется поформуле:
/>
где: QИЗБ — избыточнаятеплота, Дж/с; СР — удельная теплоемкость воздуха при постоянномдавлении, Дж/кг·К; S — плотность воздуха, кг/м3; Ту — температура удаляемоговоздуха, К; Тп — температура подаваемого воздуха, К.
Санитарными нормами СН 235-11 регламентируется такжеминимальное количество воздуха, подаваемого в производственное помещение врасчете на одного работающего.
Это количество зависит от объема помещения, приходящегося наодного человека. Если объем помещения, приходящегося на одного человека меньше20м2, то следует предусматривать подачу наружного воздуха вколичестве не менее 30м3/ч на каждого работающего.
В помещениях, где имеются окна, и на одного рабочегоприходится более 40м3 при отсутствии вредных и неприятно пахнущихвеществ, допускается предусматривать периодически действующую естественнуювентиляцию (проветривание).
Правильный выбор систем вентиляции имеет большоесанитарно-гигиеническое и экономическое значение. Следовательно, при выборе ипроектировании систем вентиляции следует руководствоваться следующими общимиположениями: необходимо максимально использовать местные вытяжные системы сцелью предотвращения распространения вредных веществ по всему объему помещения;механическую вентиляцию следует применять только в тех случаях, когда требуемыепараметры воздушной среды не могут быть обеспечены естественной вентиляцией; припроектировании механической вентиляции необходимо предусматривать установкурезервных вентиляторов или сооружать не менее двух приточных и двух вытяжныхустановок, обеспечивающих при включении одной из них объем соответственновытяжки или притока не меньше 50% требуемого воздухообмена и необходимость влюбом случае поддерживать температуру в помещении не ниже +5°С; приточнуювентиляцию целесообразно совмещать с воздушным отоплением; температуру воздуха,выходящего из воздухораспределителей, расположенных в пределах рабочей зоны,следует принимать не более +45°С и не менее +5°С.
Для вентиляции помещения котельной установлены дефлекторы накрыше и стене, которые могут регулироваться заслонками из помещения, крометого, могут открываться рамы оконных переплетов. />8. Характеристикапомещений, зон
Класс по взрывоопасности.
По взрывоопасности помещения делятся на два класса, которыев свою очередь делятся на подклассы. Данная классификация производится с учетомналичия взрывоопасных смесей паров или газов и их распространения в помещении.
Помещения по взрывоопасности нормируются СНиП 11-35-76.
Согласно «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ)помещение котельной не взрывоопасно. Класс по взрывоопасности В1-а.
Класс по электрической опасности.
Согласно ГОСТ 12.1 009 — 5 под электробезопасностью понимаютсистему организованных, технических мероприятий и средств, обеспечивающихзащиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока,электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.
Влияние электрического тока на организм человекахарактеризуется следующими воздействиями:
химическое
термическое
биологическое
Виды электротравм:
электроудар — нарушение физиологических процессов ворганизме человека, судорожное сокращение мышц.
местные травмы — ожоги, электрические знаки, металлизациякожи.
По характеру воздействия электрический ток подразделяется на:
неощутимый
ощутимый
неотпускающий
фибриляционный
смертельный
Классификация помещений по электроопасности:
1. Помещения с повышенной опасностью характеризуютсяналичием одного из ниже приведенных факторов:
относительная влажность > 75%;
температура воздуха > +35°С;
наличие токопроводящей пыли;
возможность одновременного прикосновения к имеющимсоединение с землей металлическими элементами технологического оборудования илиметаллоконструкциями здания и металлическим корпусом электрооборудования.
2. Особоопасные помещения — наличие одного из трех факторов:
относительная влажность »100%;
присутствие химически активной среды;
наличие двух или более условий повышенной опасности.
3. Без повышенной опасности — характеризуются нормальнойтемпературой, влажностью, отсутствием пыли.
По ГОСТ 12.1 009-76 электробезопасность должнаобеспечиваться:
конструкцией электроустановок;
техническими способами и средствами защиты;
организационными мероприятиями.
По электроопасности помещения нормируются СНиП 11-35-76.
Согласно нормам помещение котельной относится к помещениям сповышенной опасностью поражения людей электрическим током. Опасностьобусловлена применением на объекте насосов, напряжение которых составляет 380Ви наличием токопроводящих частей оборудования. А так же потому, что в котельнойтокопроводящий железобетонный пол.
4. Категория по пожароопасности
Пожар (ГОСТ 12.1 004-85) — это неконтролируемое горение, внеспециального очага, наносящее материальный ущерб.
Пожаробезопасность — состояние объекта, при которомисключена возможность возникновения пожара, а если произойдет, тообеспечивается своевременная эвакуация людей и материальных ценностей.
ОВПФ при пожаре:
открытый огонь и искра;
повышенная температура воздуха и поверхностей;
дым;
пониженная концентрация кислорода;
токсичные продукты сгорания;
обрушивающиеся конструкции зданий;
взрыв
Согласно ОНТП-24-86 помещение котельной относятся ккатегории Г — не пожароопасные; к этой категории относятся производства вкоторых образуются негорючие вещества и материалы в горячем, расплавленномсостоянии, а также вещества, которые сжигаются в качестве топлива.
Для предотвращения возникновения пожаров необходимовыполнять следующее:
соблюдение техники безопасности;
наличие средств пожаротушения;
правильное хранение горючих веществ;
противопожарная профилактика.
Класс санитарно-защитной зоны.
Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96 предприятия и ихотдельные здания и сооружения необходимо отделять от жилой зонысанитарно-защитными зонами. По ширине санитарно-защитных зон объекты делятся наV классов. Ширина санитарно-защитной зоны зависит от:
технологического процесса производства;
вредных выброс в окружающую среду;
выделяемого предприятием шума, вибрации, ультразвука идругих ОВПФ.
Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96 котельная относится кразряду котельных санитарно — защитные зоны которых в зависимости от высотыдымовых труб (при высоте более 15 метров) можно отнести к предприятиям IVкласса, для которого установлено минимальное расстояние до жилой зоны 300метров.
Группа санитарного обеспечения.
Классификация производственных процессов по санитарномуобеспечению санитарно-бытовых помещений определяется согласно СНиП 2.09.04-87 изависит от санитарной характеристики производственных процессов.
Согласно СНиП 2.09.04-87 помещение котельной относится к Iгруппе санитарного обеспечения санитарно-бытовыми помещениями. В них необходимопредусмотреть раздевалку, душ, санузел.
Степень огнестойкости зданий.
Огнестойкость строительных конструкций — это способностьконструкции сопротивляться высокой температуре в условиях пожара.
Под воздействием огня строительные конструкции деформируются,теряют свои несущие способности.
Предел огнестойкости — время в часах от начала испытанияконструкции на огнестойкость до появления одного из следующих признаков:
образование трещин при повышении температуры поверхности до140°С;
потеря конструкции несущей способности.
Согласно СНиП 2.01.02-85 степень огнестойкости котельнойпринимаем — II, так как несущие стены и перегородки выполнены из несгораемыхматериалов (кирпич), а также перекрытия (бетон). Пределы огнестойкостиконструкций приведены в таблице 5.
Таблица 5 — Минимальные пределы огнестойкостиОсновные части зданий и сооружений Минимальные пределы огнестойкости, ч Стены несущие и стены лестничных клеток 2,5 Стены самонесущие 1,25 Стены наружные несущие 0,5 Перегородки внутренние несущие 0,5 Плиты, настилы и другие несущие конструкции 1 Элементы покрытий (плиты, настилы, балки, арки) 0,5
/>9. Разновидностиопасных и вредных факторов
Электрическая опасность.
В котельной напряжение электротока составляет 220-380В,частота тока 50Гц, ток переменный. Для защиты от поражения электрическим током,согласно ГОСТ 12.1 019-79, используются следующие основные меры:
изоляция;
недоступность токоведущих частей оборудования;
защитное заземление и зануление по ГОСТ 12.1 030-81;
малое напряжение;
оградительные устройства;
изолирующие защитные и предохранительные сооружения;
предупредительная сигнализация, блокировка, знакибезопасности.
При работе необходимо строго соблюдать правила техникибезопасности. Обслуживание электроустановок должно поручаться рабочим,прошедшим специальное обучение.
К изолирующим электрозащитным средствам относятсядиэлектрические резиновые перчатки, галоши, коврики, инструменты с изолирующимирукоятками.
К ограждающим средствам защиты относятся временныепереносные ограждающие щиты, ограждения-клетки, изолирующие накладки,предупредительные плакаты.
Исправность средств защиты должна проверяться осмотром передкаждым их применением, а также периодически через 6-12 месяцев.
Для устранения опасности поражения людей электрическим токомпри замыкании применяется защитное заземление (согласно ПУЭ), то естьспециальное соединение металлических частей оборудования с землей, а также разделениесети на отдельные, электрически не связанные между собой участки с помощьюспециальных разделяющих трансформаторов.
Излучение.
Инфракрасное излучение (тепловое излучение) идет от нагретыхчастей оборудования котельной, а также различные утечки пара и горячей воды,что может привести к ожогам рабочих. Во избежание этого необходимо соблюдениеправил техники безопасности и своевременного обнаружения и ликвидацииповреждения оборудования.
Механические опасности.
К механическим опасностям относятся:
вибрация и шум;
движущиеся части машин и механизмов;
отлетающие части инструмента и материала;
нагретые детали.
Вибрация — это механические колебания твердых тел.
Источниками вибрации являются:
механические, пневматические, гидравлические, ручныеинструменты;
оборудования в работе;
резкие ускорения и торможения механизмов.
По характеру действия на человека вибрация делится:
общая — передается на все тело (нарушение работы сердца ицентральной нервной системы);
местное — передается на отдельные части тела (нарушениекровообращения);
комбинированное.
Систематическое воздействие местной вибрации вызывает спазмсосудов, поражение кожно-мышечной системы, окостенению сухожилий и мышц,деформации суставов.
Действие вибрации усиливается при низкой температуре.
Вибрация нормируется ГОСТ 12.1 012-90.
Методы борьбы с вибрацией:
инженерно-технические: введение новой технологии, средствавтоматизации, дистанционное управление, исключение виброопасных технологий,виброизоляция рабочих мест;
контроль за эксплуатацией, монтажом, ремонтом оборудования,режим труда и отдыха;
средства индивидуальной защиты: рук — рукавицы, перчатки; ног- сапоги, ботинки; тела — нагрудники, пояса.
Шум — это всякий неблагоприятный звук для человека. Шумнеблагоприятно действует на человека, вызывая физиологические и психическиенарушения, снижая работоспособность, а при длительном воздействии можетвызывать профессиональное заболевание. Утомляемость рабочих из-за шумаувеличивает число ошибок при работе, способствующих возникновению травм.
Источниками шума в котельной являются котлы, насосы, системывентиляции.
Согласно ГОСТ 12.1 003-83 допустимый уровень шума впомещении котельной не должен превышать 80дБ.
Эффективными мерами борьбы с шумом являются:
борьба с шумом в источнике (размещение оборудования визолированных помещениях);
применение глушителей, звукоизоляции;
рациональное размещение рабочих мест, режим труда;
средства индивидуальной защиты;
стены и перегородки, потолки производственных помещенийвозможно облицовывать звукопоглощающим материалом.
Тепловые опасности.
В котельной происходит нагрев рабочих поверхностей, деталей,что может привести к получению ожогов различной тяжести рабочего персонала.
Нормализация: предохраняют работающих от непосредственногоконтакта с нагреваемой зоной ограждением, используют теплопоглощающиеповерхности, кожухи. Соблюдение правил техники безопасности.
Химическая опасность.
В котельной не возникает химической опасности, т.к дымовыегазы отсутствуют.
Нормируется химическая опасность ГОСТ 12.1 005-88.
/>10. Возникновениепожара и взрыва
Пожаробезопасность.
Причинами пожара в котельных могут быть неисправностиэлектрического оборудования, короткое замыкание.
По ГОСТ 12.1 004-85 мероприятия по пожарной безопасностиразделяются на организационные, технические, эксплуатационные и режимные.
Организационные мероприятия предусматривают правильнуюэксплуатацию оборудования, соблюдение противопожарной безопасности.
К техническим мероприятиям относится соблюдение нормпротивопожарных правил.
Эксплуатационными мерами являются своевременныепрофилактические осмотры, ремонты технологического оборудования.
Дня предотвращения возникновения пожара необходимо выполнятьследующие основные правила:
соблюдение техники безопасности;
наличие средств пожаротушения;
огнетушители ОУ-8 из расчета один огнетушитель на 50 метровплощади помещения, ящики с песком, лопаты, багры.
правильное хранение горюче-смазочных материалов;
противопожарная профилактика;
Взрывоопасность.
Взрывное горение (взрыв) сопровождается крайне быстрымвыделением большого количества энергии, вызывающим нагрев продуктов сгорания довысокой температуры и резкое повышение давления. Распространение газов привзрывном горении приводит к образованию ударной и взрывной волн, которыедвижутся перед фронтом горения. Детонационное горение весьма опасно, так какскорость распространения пламени превышает скорость звука в данной среде ивызывает более сильное разрушение, чем взрывное.
Опасность взрыва возникает при определенной концентрациигаза в смеси с воздухом.
Мероприятия для обеспечения взрывобезопасности:
осторожное обращение с огнем;
постоянное наблюдение за трубопроводами;
необходим непосредственный контроль рабочего персонала заходом технологического процесса и соблюдение элементарных мер по техникебезопасности;
проведение газоэлектросварочных работ с соблюдениемстрожайших мер по технике безопасности.
На данном рабочем месте нет вероятности возникновения взрыва.
/>Заключение
В заключении хочется еще раз напомнить, сколь большиеперспективы открывает изобретение Ю.С. Потапова перед человечеством, давнобалансирующим на грани экологической катастрофы. Это последствияавтомобилизации — четырехколесный «друг человека» виновен почти в 40%общего загрязнения земной атмосферы. Вторым по значимости (после автомобиля) загрязнителемвоздуха планеты является… домашний очаг. Отопление домов производит 30%общего загрязнения воздуха. «Это столько же, сколько загрязненийвыбрасывает в воздух вся промышленность, — отмечает Ю. Потапов и Л. Фоминский.- Так что замена печей в домах вихревыми теплогенераторами, питающимисяэлектроэнергией и вырабатывающими 1,5 киловатта тепловой энергии на каждыйпотребляемый ими киловатт электрической, могла бы существенно повысить чистотувоздуха в населенных пунктах». Авторы указывают, что продолжающеесясжигание органических топлив несовместимо с жизнью на Земле — ведь при сжигании1 кг угля или дров расходуется более 2 кг кислорода. Население растет, аплощадь лесов сокращается. Что касается атомной энергетики, то это — «подменаодной проблемы другой», ведь даже если исключить повторение такихкатастроф, как Чернобыльская, остается проблема радиоактивных отходов. Выход,по мнению Л. Фоминского и Ю. Потапова, в поиске альтернативных источниковэнергии, к которым относится и вихревая энергетика.
А установки «Юсмар» серийно выпускаются уже семьлет. Их используют на многих предприятиях и в частных домовладениях, ониполучили сотни похвальных отзывов от пользователей. В настоящее время ужетысячи теплоустановок «ЮСМАР» успешно работают в странах СНГ и рядедругих стран Европы и Азии.
Их использование особенно выгодно там, куда ещё недотянулись газопроводы и где люди вынуждены использовать для нагрева воды иобогрева помещений электроэнергию, которая с каждым годом становится всё дороже.
Но и там, где имеется дешёвый природный газ, теплоустановки«ЮСМАР» порой оказываются тоже незаменимыми. Так, газодобывающаяфирма из г. Нижневартовска — центра российских газодобытчиков, заказала партиютеплоустановок «ЮСМАР» для автономного обогрева ими особозагазованных производственных помещений, где использование открытого огнянедопустимо. А у теплоустановок «ЮСМАР» нет не только огня, но идеталей, нагревающихся до температуры свыше 100°С, что делает эти установкиособенно приемлемыми с точки зрения пожарной безопасности и техникибезопасности.
Теплогенератор Потапова, в отличие от своего прототипатеплового насоса, не нуждается во внешнем источнике низкотемпературного тепла. Онне добывает тепло из реки или из окружающего воздуха, а вырабатывает его сам,превращая в тепло часть своей внутренней энергии, а точнее часть внутреннейэнергии своей рабочей жидкости — воды. Поэтому, в отличие от теплового насоса,теплогенератор Потапова абсолютно автономен и сможет работать даже накосмической станции.
Недаром теплоустановки «ЮСМАР» были награжденыЗолотыми медалями на Международных выставках в Москве и в Будапеште в 1998 г.,а их разработчик — академик РАЕН Ю.С. Потапов — Международной премией «ФакелБирмингема» с памятной именной фотографией Президента Соединенных ШтатовАмерики и высшей межакадемической наградой «Звезда Вернадского» 1-йстепени.
А ведь теплогенераторы установок «ЮСМАР» — этотолько первая промышленная модификация вихревых теплогенераторов, надо думать,что ещё не самая совершенная!
Всё это указывает на то, что у вихревых теплогенераторовбольшое будущее.
/>Список литературы
1. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? — М.: Энергия,1976. — 152с.: ил.
2. Бакластов А.М., Горбенко В.А., Данилов О.Л. Промышленныетепломассообменные процессы и установки: Учебник для вузов / Под ред. БакластоваА.М. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 328с.: ил.
3. Черкасский В.М., Калинин Н.В., Кузнецов Ю.В., Субботин В.И. Нагнетателии тепловые двигатели. — М.: Энергоатомиздат, 1997. — 384с.: ил.
4. Суслов А.Д., Иванов С.В., Мурашкин А.В., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты.- М.: Машиностроение, 1985. — 256с.: ил.
5. Фоминский Л.П. Как работает вихревой теплогенератор Потапова. — Черкассы:ОКО-Плюс, 2001. — 112с.: ил.
6. Патент на изобретение теплогенератора «Юсмар» №2045715.
7. Пирсол И. Кавитация: Пер. с англ. — М.: Мир, 1975. — 95с.: ил.
8. Новиков И.И. Термодинамика: Учебное пособие для вузов. — М.: Машиностроение,1984. — 592с.: ил.
9. Шубин Е.П., Левин Б.И. Проектирование теплоподготовительных установокТЭЦ и котельных. — М.: Энергия, 1970. — 496с.: ил.
10. Татарченков О.А. Термоядерный подарок Путину: Статья. — М.: Московскийкомсомолец, 6-13 июля 2000.
11. Роддатис К.Ф. Котельные установки: Учебное пособие для вузов. — М.: Энергия,1977. — 432с.: ил.
12. Стырикович М.А., Катковская К.Я. Парогенераторя электростанций. — М.: Энергия,1966. — 384с.: ил.
13. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебник для вузов. — М.: Стройиздат,1972. — 648с.: ил.
14. Кириллин В.А. Техническая термодинамика: Учебник для вузов. — 4-е изд.,перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 416с.: ил.
15. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малойпроизводительности / Под ред. К.Ф. Роддатиса. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 488с.: ил.
16. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. — М.: Энергоатомиздат,1987. — 128с.: ил.
17. Ядерная и термоядерная энергетика будущего / Под ред.В.А. Чуянова. — М.:Энергоатомиздат, 1987. — 192с.: ил.
18. Муромский С.Н. Техника безопасности при эксплуатации котельных установокмалой производительности. — М.: Стройиздат, 1969. — 200с.: ил.
19. Хаузен Х. Теплопередача при противотоке и перекрестном токе: Пер с нем. — М.: Энергоатомиздат, 1981. — 384с.: ил.
20. Скалкин Ф.В. Энергетика и окружающая среда. — Л.: Энергоиздат, 1981. — 280с.: ил.