Геоэкологическое обоснование конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок

Актуальность проблемы. Необходимость бережного отношения к природе, ее защиты понимали еще античные мыслители, да собственно национальные подходы к природопользованию практически всех народов мира полностью отвечали этому принципу. Ещё Эпикур утверждал «Не следует насиловать природу, следует повиноваться ей, необходимые желания выполняя, а также естественные, если они не вредят, а вредные — сурово подавляя» [1].

Из этого тезиса вытекает необходимость рационального природопользования, то есть такой системы деятельности, которая призвана обеспечить экологичное использование природных ресурсов и их воспроизводство с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей. Пользование природой, то есть всем материальным, энергетическим, информационным миром должно рассматриваться как необходимое и обязательное условие существования человеческого общества вообще, что особенно актуально в условиях развивающегося глобального экологического кризиса — ГЭК. Эту аббревиатуру некоторые экологи рассматривают уже как и «глобальную экологическую катастрофу». Конечно, это весьма мрачное толкование ситуации, но вероятность катастрофы весьма велика.

Современное человечество не может существовать без использования ресурсов планеты. Большинство из активно использующихся в различных отраслях производства, сельского хозяйства и жизнеобеспечения человека энергоресурсов относятся к невозобновляемым и близки к исчерпанию, что сильно усугубляет проблему нарастающей нехватки ресурсов. Самое серьезное значение, в связи с этим, имеет реализация программ ресурсосбережения. Само по себе ресурсосбережение — многоаспектная задача, но в целом его технология — это производство и реализация конечных продуктов с минимальным расходом вещества и энергии на всех этапах производственного цикла (от добывающих до «распределяющих» отраслей) и с наименьшим воздействием на природные экосистемы. Одновременно активно развивается и необходимость использования дополнительной низкопотенциальной энергии вторичных энергоресурсов. Важной в этом отношении является оценка энергетической эффективности — в соотношении между затрачиваемой энергией и полезным продуктом, получаемым при этом производстве. Как отмечает Т. Миллер, использовать высококачественную энергию, например, извлекаемую из ядерного топлива, например, для отопления помещений — «это все равно, что резать масло циркулярной пилой, или бить мух кузнечным молотом». Поэтому основным принципом использования энергии должно быть соответствие ее качества поставленным задачам [2].

Вся история существования человека, становление и развитие общества тесно связаны с извлечением и потреблением энергии от добычи и поддержания огня в первобытном обществе до мощных ТЭС, АЭС, ГЭС. Все потребности человека могут быть удовлетворены лишь при условии получения энергии: чем энергия доступнее, тем качество жизни человека выше, а ее продолжительность дольше. Это собственно один из базовых экологических законов — без энергии не может быть и жизни.

По А. Д. Потапову [1] все базовые отрасли промышленности, все виды деятельности по обеспечению качества жизни человека определяются уровнем развития энергетики. Практически во всех промышленно развитых странах темпы роста энергетических мощностей опережают темпы роста других отраслей деятельности. И при всем этом энергетика — один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду: на биотопы, биоценозы и человека как часть биосферы.

Энергетика оказывает влияние на всю биосферу и весьма значительно на геоэкологическую составляющую окружающей среды (на биотопы практически всех иерархических уровней). В планетарном масштабе на:

— атмосферу — потреблением кислорода, выбросом газов, влаги, золы, тепла, тепловым воздействием и т. д.;

— гидросферу — потреблением воды, созданием водохранилищ, сбросами загрязняющих и нагретых вод, жидких отходов и др.;

— литосферу (почвы и подстилающие грунты) — изменениями ландшафтов, потреблением ископаемых топлив всех видов, выбросами токсинов и т. д.

При рассмотрении как природных, так и антропогенных экосистем энергетика влияет на биоценозы (на биологическую составляющую): непосредственно воздействием загрязнителей на живые организмы и косвенно, через изменения абиотических факторов, что вызывает нарушения в функционировании управляющих связей в экосистемах [1].

Здесь уместно остановиться на соображениях Г. Н. Голубева, который пишет, что из глобальных геосфер простейшей на первый взгляд является атмосфера, в которой по сравнению с гидросферой, литосферой и биосферой количество элементов и связей существенно меньше. Однако в атмосфере развиваются кризисные ситуации общемирового значения возможно, потому, что чувствительность атмосферы к антропогенным воздействиям наивысшая именно вследствие её относительной простоты [3]. Восприимчивость атмосферы к различного рода воздействиям, а можно сказать её «ранимость» весьма значима для человека, который, как известно, без пищи может прожить около 3 — 4-х недель, без воды до 5 — 6-и дней, а без воздуха не более 4-х минут (!!!), а далее наступают необратимые процессы в мозге человека.

Предельное внимание к атмосфере, к её состоянию и составу вытекает из простого факта — жизнь на Земле в известных нам формах в атмосфере распространяется от Земной поверхности до озонового экрана, а это всего 0,4% радиуса планеты, а наиболее активно все жизненные формы сосредоточены в приземном слое атмосферы с оптимальными для них условиями, и это свою очередь составляет всего лишь 0,1% радиуса планеты. Любое мощное негативное воздействие может нарушить гомеостаз атмосферы и привести к необратимым последствиям. И в данном случае человек, реализуясь, в техногенезе преуспел далеко не положительным образом [1].

Вышесказанное тесно увязывается с проблемами извлечения энергии и её использования для существования современной человеческой цивилизации.

Естественно, что получение энергии и её использование не локализуется только в атмосфере, а непосредственным образом затрагивает литосферу при изъятии из неё энергоресурсов и при захоронении в ней отходовгидросферу — при выработки энергии на гидроэлектростанцияхи даже биосферу, хотя бы тривиальным использованием возобновляемых энергоресурсов (дров, соломы и т. д.).

Практически установлено, что вступление в постиндустриальную фазу характеризуется стабилизацией во времени удельного потребления энергии. Это объясняется тем, что в этом случае удовлетворяются базовые потребности человека: защита от голода, холода, место работы и т. д. При этом серьезное значение имеют природные факторы: климат, площадь территории, рельеф, а также численность населения.

Наша страна по принятой классификации [1] относится к переходной группе стран, где практически достигнута демографическая стабилизация, но насыщение энергией еще не наступило.

Одна из важных обратных связей в системе «человек — климат» обусловлена зависимостью уровня потребления энергии от климатических условий и в первую очередь от температуры окружающего воздуха. Эта обратная связь позволит при определенных условиях учесть сбережения энергии (и ресурсов!) в результате развития процесса глобального потепления, а также за счет эффекта локального потепления — «тепловых островов» в районах крупных городских агломераций и зон сосредоточения индустриальных объектов. Важным обстоятельством в оценке экономии энергии даже в результате глобального потепления является то, что страны переходной группы, потребляющие почти 70% энергоресурсов, расположены в областях со среднегодовой температурой меньше 17 °C. Это в целом в значительной степени будет сдерживать темпы энергосбережения, равно как и темпы получения энергоресурсов [1].

Бурное развитие городов сопровождается активным тепловым загрязнением, выбросами химических газообразных и жидких компонентов, тепла, золы, особенно в зонах выработки тепла, электроэнергии в индустриальных районах. Это все вместе взятое активно влияет на микроклимат городов, на метеорологическую обстановку в них.

Влияние долговременных тенденций энергопотребления имеет большое практическое значение, поскольку сроки строительства и эксплуатации энергетических объектов измеряются обычно многими десятилетиями [1] и это тем более важно, что все эти объекты обладают повышенным негативным воздействием на состояние природной среды, на функционирование экосистем и на качество жизни человека.

При постепенном возрождении в нашей стране промышленных предприятий с их возможным перепрофилированием и сохранением энергоемкости выпускаемой продукции без существенного совершенствования технологических процессов будет расти спрос на энергоносители. Если не будет жестких мер по экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на всех стадиях — от производства до потребления топлива и энергии, то удовлетворение этого спроса может оказаться невозможно ни физически, ни экономически. Влияние энергетики при производстве и потреблении тепла создает вполне четко определяемую негативную тенденцию — изменения геоэкологических факторов, о чем уже было упомянуто выше. Например, рост энергопотребления выявляет негативные факторы разного характера, среди которых наибольшую опасность представляет изменение климата от глобальных масштабов до микрорайона под влиянием выбросов углекислого и других «парниковых» газов при сжигании органического топлива — на данный момент основного энергоносителя.

Именно поэтому, принятая в РФ новая энергетическая стратегиястратегия энергетической безопасности — первостепенное значение придает повышению эффективности использования ТЭР на всех стадиях — от производства до потребления. В настоящее время для подъема экономики в России исключительное значение приобретает последовательное проведение энергосберегающей политики. Сейчас как минимум 40−45% всех произведенных энергоресурсов в РФ расходуется неэффективно. По различным оценкам потери России от нерационального использования энергоресурсов составляют ежегодно около 40 млрд. долларов [4, 5]. Не последнюю роль в этом играет важнейшая подотрасль энергетики — теплоэнергетика. .

Одной из самых существенных областей производства и потребления энергии является жилищно-коммунальный сектор, то есть города и населенные пункты. Тепло производится обычно как на централизованных мощных теплоцентралях, так и в больших и малых котельных. Производство и потребление электроэнергии в задачи данного исследования не входило.

Использование котельных установок сопровождается различными воздействиями на биотопы, что корреспондирует с выше приведенными общими воздействиями энергетики на окружающую среду. Однако следует выделить некоторые важные аспекты:

— активное потребление ресурсов в виде энергоносителей, основная часть этих ресурсов относится к невозобновимым;

— недостаточное «изъятие» потенциальной энергии из природного топлива, то есть перевод части ресурсов в отходысущественные теплопотери при передаче энергии от источника производства тепла к потребителю, что частично приводит к возникновению «тепловых островов» — зон теплового загрязнения окружающей средытеплопотери из-за отсутствия нормальной системы качественного и количественного погодозависимого регулирования отпуска и потребления тепла, как у производителя, так и у потребителя тепла, в результате также не удается добиться комфортного режима в отапливаемом помещении;

— выбросы значительных объемов различных загрязнителей в элементы биотопов (состав и активность воздействия выбросов зависит от вида топлива и метода его использования);

— повышение качества производимого тепла тесно связано с повышением качества жизни человека, а также со снижением антропогенного натиска на биотопы и биоцинозы и в целом на экосистемы, в том числе природнотехногенные, строительные системы;

— разработки в области энергои ресурсосбережения в целом являются частью программ противодействия развитию глобального экологического кризиса.

Все вышеизложенное приводит к выводу: проблемы охраны природы и энерго-, ресурсосбережения имеют геоэкологический характер и являются исключительно актуальными, приобретая все большее значение из-за прогрессирующего истощения недр земли и, в первую очередь, топливно-энергетических ресурсов, а так же существенного загрязнения окружающей среды, в том числе при производстве и потреблении тепловой и электрической энергии. Таким образом, постановка задачи совершенствования и обновления энергогенераторов, повышения их эффективности относится к типичным геоэкологическим проблемам.

Практика показала, что унаследованная от СССР техника централизованного теплоснабжения не обеспечивает ожидаемого эффекта энергоресурсосбережения в жилищно-бытовом секторе и ее эффективность существенно уступает зарубежным образцам. Более того, частые аварии вследствие физического износа 20−30 летнего оборудования (потери в теплосетях за 2001 г — 30%) существенно повышают стоимость тепловой энергии. В настоящее время сжигание газа в большинстве котельных происходит с к. п. д. 82−90%. Повышение к. п. д. местных источников теплоснабжения на 1% может дать ежегодную экономию условного топлива на 2−3 млн. т. [6]. Поэтому улучшение энергетических показателей котлов, увеличение их эксплуатационной надежности и долговечности за счет совершенствования конструкции отдельных узлов и тем более разработки новых перспективных типов котлов, весьма актуальны и имеют важное экологическое, хозяйственное и социальное значение.

В целом анализ системы энергоснабжения и прежде всего снабжения теплом потребителей как в сфере производства, так и жилищно — коммунальном и социальном секторе показывает насущность проблемы экономии тепла как при его производстве, транспорте, так и при его потреблении. Проведенный также анализ состояния отечественных отопительных котлов и существующих способов интенсификации теплообмена в них показал, что возможности совершенствования этих котлов далеко не исчерпаны. Посредством интенсификации теплообмена можно многократно повысить коэффициент теплоотдачи и значительно улучшить массогабаритные характеристики теплообменного оборудования и энергоустановки в целом.

Одним из методов повышения КПД котлов является искусственная интенсификация теплообмена между продуктами сгорания и тепловоспринимающей поверхностью в воздухоподогревателях, экономайзерах, дымогарных трубах котла за счет установки различных проволочных турбулизаторов — дешевых и простых в изготовлении и установке, легких и мобильных в управлении.

Вышеизложенное приводит к возможности формулирования рабочей гипотезы диссертации, которая заключается в следующем: на базе ряда выделенных геоэкологических принципов разработать конструкцию энергоэффективного, ресурсосберегающего теплогенератора с соответствующим теоретическим, экспериментальным и практическим боснованием.

В настоящей работе с целью повышения эффективности теплопроизводящих систем с одновременным снижением потребления энергоресурсов сделана попытка увеличения энергоэффективности котлов с помощью разработки метода искусственной интенсификации теплообмена в дымогарных трубах, в зоне расположения воздухоподогревателей и экономайзеров котельных установок. Это определяет конкретный объект исследований.

Реализация рабочей гипотезы должна послужить предпосылкой существенного повышения экологичности систем получения и потребления тепла, при существенном повышении энергоэффективности и ресурсосбережения, что относится к важным геоэкологическим задачам, решение которых повышает гомеостаз как природных, так и техноприродных экосистем (к примеру городов), населенных пунктов и ряда производств.

Цель и основные задачи. Цель диссертации — на базе геоэкологических принципов экспериментально разработать энергоэффективные, ресурсосберегающие котельные установки с помощью искусственного способа интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева котлоагрегатов для достижения экономии топлива и снижения выбросов загрязнителей в биотопы антропогенных экосистем.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

— выработка геоэкологических принципов разработки и конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котлоагрегатованализ геоэкологической обстановки в РФ и ее негативных изменений в / такой жизнеобеспечивающей геосферной оболочке, как атмосфера, под влиянием теплоэнергетического комплекса;

— - в рамках решения общих геоэкологических проблем выявление возможности сбережения энергоресурсов в теплоэнергетике как больших, так и малых ее производственных мощностях;

— анализ функционирования и оценка эффективности эксплуатируемого в настоящее время оборудования котельных для обоснования необходимости интенсификации процесса теплообмена в конвективных и хвостовых поверхностях нагрева;

— разработка и создание экспериментальной установки для изучения процессов теплоотдачи и аэродинамики при использовании спиральных, проволочных вставок-турбулизаторов на основе специально разработанной методики исследований;

— анализ полученных экспериментальных данных и получение на его базе зависимостей для расчета теплообмена и аэродинамических характеристик поверхностей нагрева котлов со спиральными вставками-турбулизаторами;

— на основе полученных методик расчета предложенного способа интенсификации теплообмена обоснование наиболее рациональных конструкций спиральных турбулизаторов и оценка их эффективности с энергетических, геоэкологических, экономических позиций;

— оценка повышения геоэкологической, энергетической и экономической эффективности теплотехнического оборудования, при применении предложенного способа интенсификации теплообмена с учетом уменьшения расхода топлива и объема выбросов загрязнителей в элементы биотопа антропогенных экосистем и прежде всего в атмосферу;

— разработка «Рекомендаций по практическому применению способа интенсификации теплообмена с помощью проволочных турбулизаторов» с целью повышения энергетической эффективности и геоэкологической безопасности котлов различной мощности.

Методика выполнения исследований. Анализ литературы и фондовых источников по задачам энергоэффективности и ресурсосбережения при выработке и использовании энергии в антропогенных экосистемах в рамках общей геоэкологической проблемы — обеспечения гомеостаза экосистем за счет стабилизации биотопов и снижения негативного воздействия на них энергоустановок с целью выработки принципов их конструирования теплогенераторов в геоэкологически безопасном режиме. Аналитическое обобщение отечественных и зарубежных исследований в области повышения эффективности теплообмена в различных элементах котельных установок. Экспериментальное исследование на разработанной лабораторной установке. Результаты обработки полученных опытных данных подвергались сравнительному анализу с опубликованными данными отечественных и зарубежных исследований. На базе эксперимента получены аналитические зависимости с оценкой степени их достоверности, обеспеченной корректностью поставленной задачи, обоснованным выбором метода исследования и конструкции лабораторной установки. Экспериментальные исследования проводились с помощью приборов, отвечающих действующим нормативным документам и стандартам РФ. Всего было проведено 60 опытов, при которых получены конкретные значения экспериментальных данных. Конкретные численные значения полученных экспериментальных данных и предлагаемых расчетных зависимостей контролировались сходимостью с опубликованными данными исследований процессов с близкими характеристиками.

Научная новизна работы.

Сформулированы геоэкологические принципы конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих теплогенераторов;

— разработаны и теоретически обоснованы методики интенсификации теплообмена, исследована аэродинамика газовых потоков в конвективных поверхностях котлов в целях сбережения энергоресурсов за счет повышения теплоотдачи как способа обеспечения геоэкологической безопасности теплогенерирующих установоктеоретически обоснована, экспериментально и практически подтверждена возможность и целесообразность повышения экологического и технико-экономического уровней теплогенераторов;

— опытным путем и по результатам обработки получены расчетные зависимости для расчета теплоотдачи и аэродинамики газовых потоков в конвективных поверхностях нагрева при применении проволочных турбулизаторов.

Основные защищаемые положения диссертации:

В соответствие с поставленной целью и сформированными задачами на защиту выносятся следующие полученные результаты:

1. Определены геоэкологические принципы, которые необходимо учитывать при конструировании энергоэффективных, ресурсосберегающих теплогенераторов.

2. Выполнено теоретическое обоснование методики и способа интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях котлоагрегатов в целях обеспечения геоэкологической безопасности городских экосистем.

3. Разработаны методика экспериментального исследования и лабораторная установка, сконструированная для решения поставленных задач по применению спиральных турбулизаторов в целях интенсификации теплообмена.

4. Получены расчетные зависимости и методики расчета аэродинамики газовых потоков и теплообмена в конвективных поверююстях нагрева при применении спиральных турбулизаторов, область их применения.

5. Обосновано снижение объема потребляемых энергоресурсов и повышение эффективности работы теплогенераторов с уменьшением объема выбрасываемых загрязнителей в целях обеспечения геоэкологической безопасности атмосферы.

Практическая значимость диссертации. Теоретически обоснованное, проверенное расчетами и практикой проектное решение, базирующееся на интенсификации теплообмена в конвективных и хвостовых поверхностях нагрева теплогенераторов с помощью проволочных турбулизаторов, позволяет существенно повысить энергоэффективность котлоагрегата (при мощности 209,34 кВт повышение КПД до 1,2%), что приводит соответственно к экономии топлива котельными установками и к положительным эффектам снижения теплового загрязнения и уменьшения объемов выбросов в атмосферу токсичных продуктов сгорания топлива.

По результатам диссертации спроектированы вставки — турбулизаторы в конвективную часть водогрейных, жаротрубно-дымогарных котлов типа КВа мощностью 0,25 — 2,5 мВт, с температурой воды до 115 °C. В настоящее время ООО «ЭКОЛОГИЯ — ТЕРМО» наладило серийное производство данных котлов для нужд отопления как жилищно-бытового так и производственного секторов. КПД данных котлов достигает 92%.

Рекомендации по практическому применению способа интенсификации теплообмена с помощью проволочных турбулизаторов" подготовлены к опубликованию, а их материалы используются в учебном процессе кафедр «Инженерная геология и геоэкология» и «Теплотехника и котельные установки» МГСУ.

Апробация диссертации: Основные результаты докладывались на:

— 54-й научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов Санкт-Петербург, СПбГАСУ (ЛИСИ), 2000;

— межрегиональной конференции «Студенческая наука — экономике научно-технического прогресса». — Ставрополь, Сев-КавГТУ, 2000;

— пятой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. — Москва, МГСУ, 2002;

— второй международной (седьмой традиционной) научно — практической конференции молодых ученых аспирантов и докторантов. — Москва, МГСУ, 2004.

Основные результаты работы опубликованы в 8-ми научных статьях:

1. Саклаков И. Ю. Повышение эффективности работы теплогенераторов // Энергосбережение и водоподготовка. — 2005. № 1. — С.63.

2. Саклаков И. Ю., Потапов А. Д. Энергосберегающая теплоэнергетика как фактор обеспечения устойчивости атмосферы — важнейшей геосферной оболочки // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.-2004. № 5. — С.62.

3. Саклаков И. Ю. Энергосбережение в котельной технике // Строительство — формирование среды жизнедеятельности: Материалы второй международной седьмой межвузовской научно — практической конференции молодых ученых аспирантов и докторантов. — М.: МГСУ, 2004. — 274 с.

4. Саклаков И. Ю., Потапов А. Д., Богомолова Т. Г., Гогина Е. С., Потапов П. А. Организационно — учебное обеспечение флочно — модульной схемы подготовки и переподготовки инженерных кадров «Спецстроя» РФ в области охраны природной среды, водоподготовки, и водоотведения: Материалы научно — практической конференции «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве». — М.: МГСУ, 2004. — 139 с.

5. Саклаков И. Ю. Исследование аэродинамики при применении проволочных турбулизаторов в конвективных поверхностях теплогенераторов // Энергосбережение и водоподготовка. — 2004. № 2. — С.87.

6. Саклаков И. Ю. Интенсификация теплообмена в дымогарных трубах отопительных теплогенераторов // Строительство — формирование среды жизнедеятельности: Материалы пятой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. — М.: МГСУ, 2002. — 296 с.

7. Саклаков И. Ю. Ходорыч А. Интенсификация теплообмена в дымогарных трубах отопительных теплогенераторов: Материалы 54-й научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов (часть 2).- С.-Петербург: СПбГАСУ (ЛИСИ), 2000. 148 с.

8. Саклаков И. Ю. Интенсификация теплообмена в газотрубных котлах // Студенческая наука — экономике научно-технического прогресса: Материалы межрегиональной конференции. — Ставрополь: Сев-КавГТУ, 2000.

Автор благодарит преподавателей А. И. Воронина, Н. И. Стоянова,.

В.А. Костина|, Гейвандова И. А. и всех сотрудников кафедры «Теплотехника» СевКавГТУ, вложивших духовные силы в моё образование, где получил профессию инженера и начал заниматься научными исследованиями. Автор выражает глубокую благодарность своему первому научному руководителю, ныне покойному, профессору д. т. н. [Б.А. Пермякову], заложившему основу исследований. Искренняя признательность научному руководителю зав. каф. ИГиГЭ МГСУ профессору д. т. н. А. Д. Потапову за огромную помощь, моральную поддержку, приложившему усилия к завершению диссертации, отдельная благодарность научному консультанту зав. каф. ТКУ МГСУ профессору д.т.н. П. А. Хаванову за ценные советы. Автор благодарит всех сотрудников кафедр «Инженерная геология и геоэкология» и «Теплотехника и котельные установки» МГСУ за помощь, ценные замечания и советы, позволившие подготовить диссертацию к защите.

120 Выводы.

1. На базе анализа и обобщения литературных и фондовых источников по негативному воздействию теплоэнергетического комплекса РФ на важнейшею жизнеобеспечивающую геосферную оболочку — атмосферу выработаны геоэкологические принципы конструирования энергоэффективных, ресурсосберегающих котельных установок.

2. На базе оценки технического состояния эксплуатируемого в настоящее время оборудования, методов повышения эффективности работы котельного оборудования обоснован перспективный, малозатратный способ повышения экологических и технических характеристик теплогенераторов путем интенсификации теплообмена в конвективных поверхностях нагрева с помощью установки спиральных вставок-турбулизаторов;

3. Разработана и изготовлена лабораторная установка, составлена методика исследования, изучены экспериментальным путем тепловые и аэродинамические характеристики цилиндрических труб при установке внутрь спиральных турбулизаторов с различными геометрическими характеристиками, интенсифицирующих теплообмен;

4. Определены и экспериментально обоснованы расчетные теплотехнические и аэродинамические характеристики трубных конвективных поверхностей теплообмена с внутренними спиральными проволочными вставками-турбулизаторами. Получены обобщающие уравнения подобия для расчета теплообмена и аэродинамических сопротивлений цилиндрических труб со спиральными проволочными турбулизаторами с различным относительным шагом S/d, определена область их применения;

5. Разработана методика расчета воздухоподогревателей при установке внутрь труб спиральных вставок-турбулизаторов. На примере котлов серии КВ-ГМ расчетным путем произведена оценка повышения техникоэкономического и экологического уровня эксплуатации котельного оборудования при установке спиральных турбулизаторов в трубы воздухоподогревателей. Экономический эффект за счет экономии топлива для мощности котла 209,34 кВт достигает 1027,7 тыс. руб/год при увеличении КПД на 1,1%, снижение количества выбросов газообразных загрязнителей в атмосферу при этом составило: N0 — 14,4 т/год, СО — 6,6 т/год, снижение прямых тепловых выбросов составило 12 746 мВт/годв определенной степени реализованы главенствующие положения — энергоэффективность и ресурсосбережение.

6. Установлено, что усовершенствование котлов на базе принятых геоэкологических принципов создает условия для функционирования городских экосистем в пределах гомеостатического плато за счет управляющих действий человека «в ПТС — котельные установки» путем снижения негативных воздействий на биотопы, прежде всего на атмосферу.