Разработка универсального твердотопливного котла, работающего на различных видах твердого топлива

Различают две группы предельных состояний: первая - непригодность к эксплуатации по причинам потери несущей способности; вторая - непригодность к нормальной эксплуатации в соответствии с предусмотренными технологическими или бытовыми условиями. В правильно запроектированной конструкции не должно возникнуть ни одно из указанных предельных состояний, то есть должна быть обеспечена его надежность. Надежностью называется способность объекта сохранять в процессе эксплуатации качество, заложенное при проектировании.

Факторы, от точного учета которых зависит уровень надежности конструкции или отдельного ее элемента, следующие: нагрузки и другие воздействия, механические свойства материала, геометрические параметры конструктивных элементов, условия работы и другие.

На рисунке 2.4 изображена схема системы загрузки мелкодисперсного топлива с указаниями сил, приложенных в процессе работы котла.

Рисунок 2.4 - Схема системы загрузки мелкодисперсного топлива с указаниями сил

Расчет конструкций в упругой постановке задачи, проводится по методу допускаемых напряжений. Данный подход при расчете статически определимых и статически неопределимых систем не позволяет найти их истинный запас прочности. Для выявления истинного запаса прочности конструкции необходимо проводить расчет с учетом упруго-пластических деформаций. Однако сложность аппарата теории пластичности не позволяет решать широкий круг очень важных инженерных задач. В этом отношении расчет конструкций по методу предельного равновесия, позволяет дополнить существующий пробел по данному вопросу. Поэтому, метод расчета конструкций по предельным состояниям, по сравнению с упругим расчетом, является важным этапом для оценки истинных запасов прочности конструкции. При этом следует отметить, что расчет конструкций по методу предельных состояний является приближенным в том контексте, что, в отличии от упруго-пластического расчета, не позволяет описать процесс перехода от упругого к предельному состоянию.

При расчете конструкций по методу предельного равновесия предполагается двухстадийный характер деформирования материала: в первой стадии материал подчиняется закону Гука, пока напряжения не достигнут предела текучести; а затем во второй стадии, предполагая, что в нем в определенной стадии нагружения в опасных сечениях беспредельно развиваются пластические деформации при постоянном напряжении. С появлением пластических деформаций нарушается линейная зависимость между напряжениями и деформациями по закону Гука, и все расчетные формулы, вывод которых основан на этой зависимости, становятся неприменимыми. Нарушается прямая пропорциональность между действующими на элемент конструкции нагрузками и возникающими в нем напряжениями и деформациями. Становится неприменимым один из основных принципов сопротивления материалов - принцип независимости действия сил.

Реальные конструкции представляют собой в большинстве случаев многократно статически неопределимые системы, материал которых обладает свойством пластичности. Благодаря этому конструкции обладают дополнительными резервами несущей способности. После того, как в наиболее опасных сечениях напряжения достигают предела текучести, в отличие от статически определимых систем, статически неопределимые системы могут нести дополнительные нагрузки за счет перераспределения внутренних сил.

Для пластичного материала предельным обычно считается, напряженное состояние, которое соответствует возникновению заметных остаточных деформаций, а для хрупкого - такое, при котором начинается разрушение материала.

Внешняя нагрузка, действуя на составные части любого строительного сооружения, приводят к возникновению в элементах конструкции внутренние напряжения и деформации.

Для определения точных показателей напряжений и нагрузки было принято решение воспользоваться специализированным сайтом с возможностью проектирования sopromatguru [20]. На рисунке 2.5 представлены эпюры продольных сил и моментов.

Рисунок 2.5 - Эпюры: а) продольных сил; б) моментов

Результатом проведенной работы стали эпюры общего вида, применять на практике которые можно адаптируя под заданные габариты и размеры сходных систем. Основной задачей было определение наиболее нагруженных частей системы загрузки и регулировки мелкодисперсного топлива. Как видно из представленных выше эпюр наибольшей нагрузке подвергается сварной угловой элемент из пластин. При проектировании наибольшее внимание качества выполняемых сварочных работ необходимо уделить именно этому узловому соединению. На эпюрах продольных сил и моментов наибольшее значение нагрузки принимает шарнирное соединение D. Выбор правильного сечения балки шарнира с запасом прочности обеспечит стабильную работу системы регулировки загрузки мелкодисперсного топлива и котлоагрегата в целом. Шарнирное соединение В имеет меньшее значение воздействия нагрузок, но данный узел является неотъемлемым звеном работы системы. Применение данного метода построения эпюр при проектировании позволил определить подверженность системы загрузки мелкодисперсного топлива силовым изменениям.

2.5 Эксперимент с масштабированным макетом системы загрузки мелкодисперсного топлива

Для определения механической работоспособности данной конструкции котла в действии было принято решение создать макет в масштабе 1:10. Упрощенная схема из металлического листового материала сложна в техническом исполнении. В силу этого фактора для модели использовались листы древесно - волокнистой плиты. Так как макет имел довольно компактные габариты, шарнирные соединения таких размеров в свободном доступе ограничены. Конструкция модели представлена на рисунке 2.6.



Рисунок 2.6 - Макет конструкции котла в масштабе

Основной задачей, поставленной в процессе реализации модели, было обоснование и доказательство работоспособности данной конструкции. В силу малого влияния на работу конструкции макета было принято решение не моделировать процесс подачи воздуха для горения и регулирования планки дымохода в силу сложности исполнения.

В основу принципа работы легло правильное распределение механических сил в процессе загрузки котла мелкодисперсным топливом, возможность регулирования топлива механическими силами, то есть отладить процесс саморегулирования загрузки топлива в топочное пространство котла.

В бункер I мелкодисперсного топлива было загружена щепа для розжига, средний диаметр частицы составлял 5- 6 мм. Данные габариты в реальном масштабе 1:10 имеют пеллеты. Плотность частиц щепы чуть менее плотности пелллет, так как их производят методом прессования. Однако для визуализации процесса загрузки топки котла щепа имела место быть. На рисунке 2.7 представлены габаритные размеры щепы для экспериментов.

Рисунок 2.7 - Габаритные размеры щепы

По мере загрузки топливом в конструкции макета, планка 1 за счет силы тяжести на угловое соединение 2 щепой через усилие трубчатого соединения 3 занимает вертикальное положение. В данном положении загрузка топливом приостанавливается, конструкция приходит в равновесие. При работе котлового агрегата начинается процесс сгорания топлива. В макете при отсутствии процесса горения, было принято решение отгрузить часть топлива из топочного пространства с углового соединения 2, то есть смоделировать процесс выгорания. По мере равномерной отгрузки, за счет сил тяжести топлива, находящегося в бункере I, планка 1 плавно открывает ход для загрузки топлива. При этом нижняя часть углового соединения 2, за счет данного усилия, плавно принимает горизонтальное положение. В момент изменения положения конструкции, топливо в топочном пространстве частично перемешивается, и горящий слой занимает большее пространство. Поступающее топливо, уже прогретое в бункере, осыпается на горящий слой. Планка 1 закрывается только после загрузки определенного количества в топке котла. Наклонная планка 4 служит для поступления мелкодисперсного топлива в центр горящего слоя. На рисунке 2.8 представлен макет котла с «загруженной топкой» котла.

Рисунок 2.8 - Макет с загрузкой топлива

В итоге, эксперимент подтвердил целесообразность использования данной конструкции в работе твердотопливного котла. Основная задача по уходу от участия человека в работе котла была выполнена.

3. Описание математической модели универсального твердотопливного котла

3.1 Построение и анализ математической модели универсального котла, работающего на разных видах топлива

Математическую модель используют для описания сложных процессов, происходящих во время эксплуатации и работы установки.

Для расчетных исследований такого котла необходимо составить математическую модель процессов сгорания топлива. Принимаем следующие упрощения:

1. Применяем табличные значения параметров сжигаемого топлива.

2. Параметры используемого теплоносителя являются неизменными, исключая значения температуры и давления жидкости.

3. Температурные значения окружающей среды остаются неизменными.

Физические процессы, происходящие в камере сгорания котлов на различном топливе во многом схожи. Математическую модель работы твердотопливных котлов можно описать по методу расчета Р.Г. Заха [21]. Однако, применение данной методики возможно только при условии уточнения определенных параметров для разных видов топлива (брикеты, пеллеты, опилки, щепа и другие виды древесного происхождения).

Разработка математической модели универсального твердотопливного котла включает в себя разработку схемы работы котлоагрегата для достижения максимального обеспечения тепловой энергией потребителя.

Процесс горения представляет собой быстрое и полное окисление горючего вещества. Данный процесс сопровождается выделением тепла. В процессе горения участвуют два вещества: окисляемое вещество и окислитель. При этом процентное соотношение данных компонентов варьируется и относится к каждому конкретному виду топлива. Немалую роль играют значения зольности, влажности, спекаемости.

В топках котельных агрегатов распространенным и доступным окислителем выступает воздух. Характер подвода кислорода к топливу описывает особенности процесса горения: кинетическое, диффузионное или промежуточное горение осуществляется в топке котла.

Важная характеристика котлоагрегата - тепловая мощность N, определяется по формуле 3.1:

, Вт (3.1)

где, Q - количество теплоты, Дж;

- время тепловыделения, с.

Для расчета данного твердотопливного котла были выбраны температурный график 60 - 40 °С, номинальная тепловая мощность 40 кВт и объем топки котла равный 0,126 м3. В качестве теплоносителя при расчетах принималась технологическая вода, прошедшая химическую подготовку. Объем бункера для загрузки мелкодисперсного топлива составил 45 литров.

В свою очередь количество теплоты вычисляется по формуле 3.2:

, Дж (3.2)

где, с - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг·°С);

- масса теплоносителя, кг;

- разность температур теплоносителя на входе и выходе котла, °С.

Важным моментом в правильности выбора математической модели является определение химических и механических параметров топлива. Зольность, влажность и выход летучих веществ определяет параметр теоретически необходимого объема воздуха для горения. Так как содержание кислорода в атмосферном воздухе по объему равно примерно 21 %, то теоретический объем воздуха рассчитывается по формуле 3.3:

, м3/ м3,(3.3)

где, - теоретическое объемное количество кислорода, необходимое для сгорания, м3/ м3;

- рабочая масса углерода, водорода, серы, кислорода в топливе.

Теоретический объем азота в дымовых газах вычисляется по формуле 3.4:

, м3/ м3(3.4)

Объем водяных паров, образующихся при сгорании топлива, вычисляется по формуле 3.5:

, м3/ м3 (3.5)

Полное действительное объемное количество дымовых газов определяется по формуле 3.6:

, м3/ м3 (3.6)

Располагаемое тепло топлива является табличной величиной, заимствованной из сводной таблицы П1.1 Приложения 1. Для упрощения и сведения расчета приведено к стандартным единицам измерения.

Температуру уходящих газов примем не более 150°С. Данный показатель принимается из усредненных показателей различных твердотопливных котлов. Увеличение данного показателя влечет неизбежное снижение коэффициента полезного действия.

Энтальпия уходящих газов при температуре уходящих газов 150 °С составляет 613 ккал/м3.

Энтальпия теоретически необходимого количества холодного воздуха определяется по формуле 3.7:

, ккал/м3, (3.7)

где, - температура холодного воздуха поступающего в котловой агрегат, согласно рекомендации нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов составляет 30 °С.

Потери тепла от механической неполноты сгорания древесного топлива с механизированной подачей на неподвижный слой составили 6 %, от химической - 1 % [21, табл. 7.1]. Потери тепла с отходящими газами определяются по формуле 3.8:

, %. (3.8)

Потери тепла котла в окружающую среду составили 2 %. Снижение данного показателя возможно при дополнительной обмуровке котлового агрегата.

Потери тепла в котле с физическим теплом шлака вычисляется по формуле 3.9:

, % (3.9)

топочный котел мелкодисперсный энтальпия

Данный параметр имеет место быть только при сжигании твердого вида топлива.

Суммарный коэффициент потерь тепла котлового агрегата определяется по формуле 3.10:

, % (3.10)

Коэффициент полезного действия установки вычисляется по формуле 3.11:

(3.11)

Коэффициент сохранения тепла определяется по формуле 3.12:

(3.12)

Действительный часовой расход топлива для водогрейного котла определяется по формуле 3.13:

, кг/ч (3.13)

Расчетный расход топлива с учетом механической неполноты сгорания определяется по формуле 3.14:

, кг/ч (3,14)

Данный расчет позволяет определить функциональную работоспособность котловой установки, его основные характеристики.

3.2 Сравнение числовых показателей установки при работе на различных видах твердого топлива

Математический расчет, приведенный в пункте 3.1, произведен в программном обеспечении MS Office Excel 2007, результаты представлены в сравнительной форме в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Сводная таблица результатов расчетов

Определяемый параметр	Условное обозначение	Используемое топливо для получения тепловыделения
		Мелкодисперсное топливо	Крупнокусковое топливо
		Пеллеты	Опилки	Брикеты	Дрова
Теоретический объем воздуха для горения	, м3/кг	4,83	7,1	4,91	6,12
Энтальпия теоретически необходимого воздуха	, ккал/м3	46,37	68,16	47,14	58,76
Потери тепла с отходящими газами	, %	8,62	12,86	8,70	12,49
Потери тепла в котле с физическим теплом золы	, %	1,62	2,53	1,84	2,43
Коэффициент полезного действия установки		80	75	80	76
Действительный часовой расход топлива	, кг/ч	8,69	15,51	9,11	14,70
Расчетный расход топлива	, кг/ч	8,16	14,67	8,56	13,82
Объем топочного пространства	, м3	0,141
Объем разовой загрузки топлива	, м3	40	15	15
Коэффициент сохранения тепла		0,98

4. Технико-экономическое обоснование проекта

4.1 Постановка задачи

Реализация любого проекта требует вложения ресурсов как материальных, так и технических, для достижения поставленных целей и задач. Результатом осуществления проекта является финансовая прибыль и создание новых объектов.

Четвертый раздел диссертации посвящен разработке технико - экономического обоснования проекта. Результатом исследования представлены ряд решенных задач:

1) Оценка затрат, необходимых для реализации проекта;

2) Расчет ожидаемых финансовых результатов проекта;

3) Расчет и анализ срока окупаемости проекта.

Таким образом, для оценки эффективности проекта требуется определить общие затраты на производство и стоимость единицы продукции, после чего провести расчет показателей операционной деятельности, оценить эффективность проекта и рассчитать срок его окупаемости.

4.2 Исходные данные для расчета

В качестве исходных данных для расчета экономических показателей проекта используем следующие:

1) изготовление продукции будет осуществляться на предприятии с установленным для работы оборудованием площадью 450 м2 без отрыва от основного сопутствующего производства;

2) планируемый объем производства - 8 единиц продукции в месяц;

3) объем инвестиций в проект -1.32млн. рублей.

4.3 Расчет ежемесячных затрат на производство

Производство котлов размещается на свободных площадях предприятия. Проект выполняется в 2 этапа:

1 этап -- доработка техпроцесса и технических условий изготовления котла и начало его серийного производства;

2 этап -- замена части действующего оборудования и транспорта.

Первым этапом является определение ежемесячных затрат на производство. Затраты складываются из параметров: оплата труда, амортизация, накладные расходы. Накладные расходы - затраты на управление, организацию и обслуживание производства (затраты на рекламу, содержание производственного помещения, оплату коммунальных площадей). Такие расходы при производстве закладываются в себестоимость товара. Накладные расходы приняты в размере 20% от стоимости материалов, необходимых для изготовления единицы продукции. Расчет ежемесячных затрат приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Расчет ежемесячных затрат на производство

№ п/п	Элемент затрат	Стоимость, руб
1	Заработная плата основного производственного персонала	62 000
2	Начисления на фонд охраны отруда	19 220
3	Амортизация оборудования	43 400
4	Платежи за эксплуатацию помещения	45 000
5	Накладные расходы	4 600
Итого ежемесячные расходы:	174 400

4.4 Расчет цены устройства

Изготовление котлов является материалоемким производством. Доля материальных затрат в себестоимости котла составляет более 70 %. Это обстоятельство является причиной экономической зависимости производства котлов от поставщиков сырья и материалов.

Следующим этапом является расчет цены устройства. При формировании цены учитывается себестоимость единицы продукции и нормальная прибыль.

Себестоимость, в свою очередь, включает в себя стоимость материалов и ежемесячные затраты на производство, взятые из расчета на единицу продукции. Стоимость материалов составила 23 000 рублей. Больший процент себестоимости занимает поставляемая легированная сталь марки 08Х13 толщиной 4 мм.

Инвестиции за счет чистой выручки -- 0,36 млн. рублей.

Срок окупаемости проекта:

-- с учетом налоговых льгот -- 1,5 года;

-- без учета налоговых льгот - 1,8 года.

Предоставление льгот по выплате налогов в областной и городской бюджеты позволяет увеличить сумму чистой прибыли. Объем чистой прибыли за -- период реализации проекта составляет 2,23 млн. рублей, что подтверждает высокий уровень доходности проекта. Проект имеет высокую бюджетную эффективность. Котел представляет собой установку, предназначенную для получения тепла путем сжигания древесных отходов лесопереработки. Технические характеристики котла приведены в таблице 1.

Таблица 4.1 - Техническая характеристика котла

Наименование	Значение
1.	Номинальная производительность, кВт	40
2.	Максимальная температура воды на выходе из котла, °С.	60
3.	Температура уходящих газов (не более), °С.	200
4.	Расход воды через котел (не менее), мЗ/ч.	0,36
	Габаритные размеры:
7.	Длина, мм.	700
8.	Ширина, мм.	450
9.	Высота, мм.	1000
10.	Масса (не более), кг.	120

Оригинальная конструкция котла обеспечивает его высокий КПД (не ниже 75 %) и практически исключает выброс несгоревших частиц топлива. Применяемый способ сжигания является наиболее эффективным по сравнению с используемыми в настоящее время.

Котел водогрейный обеспечивает нагрев теплоносителя до необходимых 60 °С (температура обратного теплоносителя составляет 40 °С). Древесные отходы не подвергаются предварительной подготовке перед сжиганием.

Конструкция котла, позволяет полностью автоматизировать технологический процесс работы установки. Котел прост в управлении, ремонтопригоден, рассчитан на работу в сложных эксплуатационных условиях, не требует специальной подготовки обслуживающего персонала и каких-либо специальных наладочных работ.

4.5 Маркетинг-план

Характеристика используемых в производстве основных материалов, их поставщики и способы оплаты поставок приведены в таблице 2.

Таблица 4.2

Материал	Поставщик
1. Сталь листовая легированная марки 08Х13	ЗАО «ПТК ВЕЩ», г.Москва
3. Трубы	ДЗАО «Кострома-трубинвест», г.Волгореченск
4. Гайка, болты	ЗАО «ПТК ВЕЛД», г.Москва
5. Электроды	ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод», г.Череповец
6. Проволока сварочная	ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод», г.Череповец
8. Шнур асбестовый	ОАО «Череповецкий сталепрокатный завод», г.Череповец
9. Материалы лакокрасочные	«Лакокраска» г.Ярославль
10. Кислород	ЗАО «Морена»
11. Углекислота	Спиртовой завод г.Кострома

Существенным отличием котла от аналогичной продукции конкурентов является экологическое преимущество его эксплуатации.

Сравнение проектируемого котла с патентными устройствами представлено в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Сравнительная таблица разработанного котла с патентными устройствами

Критерии сравнения	Котел водогрейный твердотопливный (патент № 138540)	Топочное устройство для сжигания отходов деревообработки (патент № 2342600)	Топка для котла (патент № 2202068)	Разработанный твердотопливный котел
Автоматическая регулировка подачи мелкодисперсного топлива	-	-	+	+
Удаление золы в процессе эксплуатации	-	+	-	+
Камера догорания летучих веществ	+	-	+	+
Многоканальность хода дымовых газов	-	-	-	±
Автоматическая регулировка подачи воздуха для горения	-	-	+	+
Использование разного по фракциям топлива	+	-	-	+
Независимость от сторонних источников энергии	+	+	-	+
Подогрев и сушка топлива перед поступлением в камеру сгорания	-	+	-	±

Сравнение разработанного котла с реализуемыми устройствами представлено в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Сравнительная таблица разработанного котла с реализуемыми устройствами

Критерии сравнения	Котел твердотопливный «ZOTA “Carbon”»	Пеллетный котел «Pelletron Compact 40»	Котел пеллетный «Теплодар КУППЕР 15 ОК»	Разработанный твердотопливный котел
Номинальная тепловая мощность, кВт	40	6 - 40	15	40
Коэффициент полезного действия, %	80	92,5	75	75-80
Рабочий объем воды в котле, л	93	54	30	25
Вид топлива	Уголь (фракция 10-50 мм)	Пеллеты (6-8 мм качества DIN+/EN+A1)	Пеллеты (6-8 мм)	Пеллеты, брикеты, опилки, дрова
Масса котла, кг	284	190	98	120
Габариты (ДхШхВ), мм	1150х695х1170	1200х506х1480	500х340х740	700х450х1000

4.6 Анализ потенциальных потребителей

Географически рынок котлов водогрейных на древесном топливе представлен преимущественно лесными регионами России. Динамика годовых объемов производства котлов данного типа за ряд лет, а также прогноз по емкости рынка с учетом доли действующих и потенциальных конкурентов свидетельствуют об увеличении производства котлов. Это объясняется повышением цен на основные энергоресурсы, что делает более привлекательным использование котлов на древесном топливе.

Прогнозы показывают, что емкость рынка регионов составляет примерно 3000 котлов в год. Доля действующих и потенциальных конкурентов примерно 300 котлов в год.

Следовательно, запланированный в проекте годовой объем выпуска -- 96 котлов в год будет лишь частично удовлетворять потребность в котлах данного типа, что дает возможность существенного увеличения объемов продаж в будущем и соответственно роста получаемой прибыли.

Результаты исследований показывают, что цена на подобные котлы составляет не менее 60 тысяч рублей за единицу товара. По проекту расчетная оптово-отпускная цена с учетом НДС составляет 45 тысяч рублей, что позволяет сохранять конкурентоспособность на рынке котлов.

Слабые стороны:

1. Малая возможность снижения цены на продукцию в связи с высокой материалоемкостью котла.

2. Отсутствие определенного опыта производства тепловых установок.

Опасности:

1. Значительная часть предприятий -- потребители продукции являются неплатежеспособными

2. Зависимость от поставки сырья и материалов в связи со значительной материальной емкостью котла.

Для реализации проекта потребуются следующие материалы:

1. производственные запасы сырья и основных ресурсов;

2. нематериальные активы;

3. малоценные и быстроизнашивающиеся предметы;

4. капитальные вложения на приобретение оборудования и транспортных средств.

Сильные стороны:

1. Использование котла позволяет получать тепло при одновременной утилизации отходов лесопереработки; улучшает экологическую обстановку за счет снижения вредных выбросов; дает дешевую тепловую энергию для бытовых целей.

2. Оригинальность конструкции обеспечивает высокий КПД котла и позволяет эффективно сжигать влажное низкокалорийное топливо.

3. Близость к потребителю -- лесоперерабатывающим предприятиям, возможность более быстрого реагирования на потребности рынка.

4. Возможность последующего расширения рынков за счет выхода на новых потребителей в регионе и за его пределами.

Контроль качества осуществляется контролером качества готовой продукции на основе нормативных положений:

-- входной контроль материалов;

-- прием и сдача готовой продукции;

-- контроль за соблюдением персоналом технологической дисциплины и требованиям ГОСТ;

-- порядок оформления и учета брака.

Заключение

В настоящей диссертации рассмотрены вопросы, связанные с разработкой универсального твердотопливного котла, работающего на различных видах твердого топлива.

Каждый раздел диссертации посвящен решению одной из задач, определенных в начале исследования.

В первой главе проведен обзор современного состояния исследуемой проблемы, а именно: нормативно - правовой документации, регламентирующей параметры использования энергетических ресурсов, решения проблемы с точки зрения исторического развития, описания физического процесса, на основе которого осуществлялась разработка технического устройства, классификации характеристик твердотопливных котлов, перечня основных российских и зарубежных лидеров - производителей, перечня защищенных патентами устройств, а также обзор устройств - аналогов, используемых для данной цели.

Пристальное внимание уделено классификации характеристик топочного устройства твердотопливных котлов. В краткой форме описаны основные критерии структуризации конструкций твердотопливных котловых агрегатов.

По результатам обзора было проведено сравнение методов и устройств, позволяющим производить тепловую энергию на различных видах твердого топлива, выявлены их сильные и слабые стороны, достоинства и недостатки.

Вторая глава посвящена описанию физической модели котла, где приводится описание его внешнего вида, более подробно рассмотрены его основные части, их взаимодействие и роль в процессе работы. Приведены основные критерии выбора основных видов топлива.

Анализ предельных нагрузок и их представление в виде эпюр разработанной конструкции котла позволил определить особенности конструкции, а экспериментальные исследования подтвердили целесообразность используемой конструкции устройства универсального твердотопливного котла. Итогами выбора оптимальной конструкции стало устройство, работающее на основе механических сил, гравитационного притяжения, силе тяжести и принципу равновесия. Таким образом, необходимость участия потребителя в процессе работы котла была минимизирована.

В третьей главе приводится описание математической модели котла, в основе которой лежит методика Р.Г. Заха. Построение математического аппарата и его анализ позволил определить функциональные параметры работы котла. Сравнение числовых показателей установки при работе на различных видах твердого древесного топлива позволило оценить рациональность применение того или иного вида, был определен диапазон потребления расхода топлива для получения тепловой энергии.

В четвертой главе представлено технико - экономическое обоснование проекта. Расчет ежемесячных затрат на производство запроектированной нормы котлов, расчет цены единицы устройства, маркетинг - план позволили проанализировать и смоделировать перспективы производства.

В пятой главе рассмотрены вопросы безопасность жизнедеятельности проекта.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) разработано и предложено конструктивное решение устройства, отличающееся от известных аналогов тем, что оно имеет механическую систему регулировки загрузки топлива, не требующую необходимости участия человека в процессе эксплуатации котла, кроме его первичной загрузки. Также процесс поступления первичного и вторичного воздуха в камеру сгорания автоматизирован, как и регулировка объемов дымовых газов.

2) в результате эксперимента была подтверждена целесообразность и возможность реализации конструкции механической системы для загрузки топлива в топочное пространство котла.

Основные положения и отдельные вопросы опубликованы в международном журнале [22,23].

Литература

1. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: закон Российской Федерации от 23ноября 2009 г. N 261-ФЗ. Москва: Российская газета, - 2006.

2. Энергосбережение за рубежом [Электронный ресурс] / GISEE: сайт. - Режим доступа: https://gisee.ru/articles/foreign_experience/20020/.

3. Об отходах производства и потребления: закон Российской Федерации от 24 июня 1998 (ред. от 28.12.2016) г. N 89-ФЗ. Москва: Российская газета,-1998 .

4. Дания, историческая справка [Электронный ресурс] / Компания Вилма. - Режим доступа: http://wilma.ru/.

5. История возникновения нового вида топлива - пеллет [Электронный ресурс] / Завод деревоизделий. - Режим доступа: http://www.zdi-les.ru/articles/Istoriya-vozniknoveniya-pellet.htm.

6. История открытия и создания котлов с верхним горением топлива [Электронный ресурс] / Компания по производству твердотопливных котлов stropuva. Режим доступа: http://stropuva.org/istoriya.

7. Об энергосбережении, повышении эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в Алтайском крае: закон Алтайского краевого совета депутатов от 4 января 2001 г (ред. от 10 ноября 2010 года) №1-3С . Барнаул: Алтайская правда. - 2001.

8. О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации [Электронный ресурс] / Министерство природных ресурсов и экологии РФ. - Режим доступа: http://www.mnr.gov.ru/upload/iblock/ 62f/dokl2015.pdf?spetial=Y.

9. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности в Красноярском крае: закон Красноярского краевого совета депутатов от 23 ноября 2009 г (ред. от 30 мая 2013 года) №4-1329. Красноярск: Красноярская правда. - 2009.

10. История основания компании «Красноярскэнергокомплект» [Электронный ресурс] / Компания «Красноярскэнергокомплект». - Режим доступа: http://www.zota.ru/about/.

11. Кудрявцева, Л.А. Изучение особенностей горения опилок [Электронный ресурс]: электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования» / Л.А. Кудрявцева, П.М. Мазуркин, - Москва:, 2009 - с.41. - Режим доступа: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=1437.

12. Головков, С.И. Энергетическое использование древесных отходов / С.И. Головков, И.Ф. Коперин, В.И. Найденов. - Москва: Лесная промышленность, 1987 - 44 с.

13. Баскаков, А.П. Котлы и топки с кипящим слоем / А.П. Баскаков, В.В. Мацнев, В.И. Распопов. - Москва: ЭАИ, 1995. - 285 с.

14. Приказ Ростехнадзора от 25 марта 2014 года № 116 «Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» [Электронный ресурс] / Справочная правовая система «Консультант Плюс». - Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_163796/.

15. Каталог котлов [Электронный ресурс] / Компания «Прометей». - Режим доступа: http://www.sibenergoterm.ru/catalog.php.

16. Пат. 138540 Российская Федерация, МПК51 F24В1/00. Котел водогрейный твердотопливный / В.И. Никулин, А.В. Никулин; заявитель и патентообладатель Никулин В.И. - № 2013136514/03; заявл. 05.08.2013; опубл. 20.03.2014. - Б. и. - 2014 - №8.

17. Пат. 2342600 Российская Федерация, МПК51 F24G7/00. Топочное устройство для сжигания отходов деревообработки / С.А. Трусов; заявитель и патентообладатель Трусов С.А. - № 2006144972/03; заявл. 27.06.2008; опубл. 27.12.2008. - Б. и. - 2008 - №36.

18. Пат. 2202068 Российская Федерация, МПК51 F23В1/16. Топка для котла: / И.В. Обухов, Ю.И. Маняхин, В.А. Бочкарев, Н.В. Залевский; заявитель и патентообладатель Автономная некоммерческая научно-образовательная организация ДВГТУ «Научно-технический и внедренческий центр «Модернизация котельной техники» - №2001115905; заявл. 08.06.2001; опубл. 10.04.2003. - Б. и. - 2008 - №10.

19. Технический паспорт котла «Пеллетрон Компакт - 40» [Электронный ресурс] / Компания «Прометей». - Режим доступа: http://pelletron.ru/oldsite/pelletron-c40-o.htm.

20. sopromatguru [Электронный ресурс]: программный комплекс / - Режим доступа: https://sopromatguru.ru/raschet-balki.php.

21. Зах, Р.Г. Котельные установки: методическое пособие / Р.Г. Зах. - Москва: Энергия, 1988 г. - 352 с.

22. Щепелина, Ю.В. Анализ и расчет рациональности разработки универсального твердотопливного котла / Ю.В. Щепелина // Молодой ученый: международный научный журнал: в 5 ч. / Издательство молодой ученый - Казань: 2018. - Ч.2 - С. 195 - 197.

23. Щепелина, Ю.В. Выбор оптимального варианта при разработке универсального водогрейного котла для различных видов твердого топлива / Ю.В. Щепелина // Молодой ученый: международный научный журнал: в 5 ч. / Издательство молодой ученый - Казань: 2018. - Ч.2 - С. 197 - 199.

Приложение

Таблица 1 - Удельная теплота сгорания некоторых материалов

Топливо	Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Антрацит	26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты)	18,5
Дрова сухие	8,4…11
Дрова березовые сухие	12,5
Уголь древесный	31,5…34,4
Бумага	17,6
Древесина (бруски влажностью 14 %)	13,8
Древесина в штабелях	16,6
Древесина дубовая	19,9
Древесина еловая	20,3
Древесина зеленая	6,3
Древесина сосновая	20,9
Солома	17

Размещено на Allbest.ru

...