МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ВНЕДРЕНИЯ В ПРАКТИКУ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТОПОЧНОГО УСТРОЙСТВА
Аннотация
Предлагается организация предварительного использования тепловой энергии высокотемпературного процесса горения природного газа для получения электроэнергии с ее дальнейшим вовлечением в технологический процесс. Путем усложнения традиционных топок до газотурбинного модуля технически совмещаются энергетические и технологические функции, превращая топочное устройство в составе технологической системы в энерготехнологический блок. При этом повышается термодинамическая эффективность топочных устройств и решается проблема исключения полной потери эксергии тепла при сжигании природного газа в традиционных технологических топках. Для оперативной оценки термодинамической эффективности и экономической целесообразности внедрения энерготехнологического топочного устройств разработана формализованная математическая модель, позволяющая оценить эксергетический коэффициент полезного действия устройства и чистую дисконтируемую стоимость инвестиционного проекта при его внедрении в практику. С целью программного управления расходом природного газа в зависимости от температуры горячих газов на выходе камеры сгорания получена математическая модель в виде полиноминальной функции регрессии, которую удобно использовать в системе автоматического управления устройством для выработки задающего воздействия. Систематизация восприятия и оценка возможностей разработанных моделей демонстрируется на конкретном примере исследования условного энерготехнологического топочного устройства с тепловой мощностью 1,5 МВт, характерной для топок, используемых в технологических процессах, например, в производстве гранулированных минеральных удобрений. Разработана математическая модель системы автоматического управления топочным устройством, в которой объект управления описывается апериодическим звеном первого порядка. Для определения динамических параметров пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора, соответствующей оценки качества переходного процесса и быстродействия управления использована отечественная среда динамического моделирования технических систем SimInTech. Проведенное экспресс-моделирование условного топочного устройства и оценка результатов позволяет сделать вывод о том, что по сравнению с традиционными топками эксергетический коэффициент полезного действия устройства можно повысить от 0 до 21%. Инвестиционный проект является эффективным, если его чистая приведенная стоимость больше нуля. В демонстрационном примере это соответствует тому, что при ставке банка 11,8% требуемые инвестиции в проект не могут быть больше 160 млн. руб.
Литература
Aksenchik K.V. Evolution and prospects of energy and resource saving approaches in ammonia technology. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 1. P. 4-21 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216401.6310.
Dudnikov V.Yu., Dudnikova S.A. To the question of power generation using the heat of the exhaust gases of gas turbines. Usp. Sovr. Nauki. 2017. V. 2. N 5. P. 72-77 (in Russian).
Murzaderov A.V., Neshporenko E.G. Analysis of possibility of energy modernization of the processing siderite ores technology with the use of gas turbines. Teoria Tekhnol. Metallurg. Pr-va. 2019. V. 30. N. 3. P. 8-11 (in Russian).
Kolchev K.K., Mezin S.V. Constructing mathematical models for simulating the technological processes in thermal power equipment on the basis of statistical approximation methods. Teploenergetika. 2015. N 7. P. 44-51(in Russian). DOI: 10.1134/S0040363615070048.
Andreev A.S., Sinitsyn N.N. Express modeling of the thermodynamic efficiency of modernized furnaces for chemical production. Vestn. Cherepovets. Gos. Un-ta. 2008. N 4 (19). P. 32-34 (in Russian).
Kirillin V.A., Sheindlin A.E., Sychev V.V. Technical thermodynamics. M.: Izd. MEI. 2016. 496 p. (in Russian).
Kudinov V.A., Kartashov E.M., Stefanyuk E.V. Technical thermodynamics and heat transfer. M.: Izd. Urait. 2021. 454 p. (in Russian).
Belov G.V. Technical thermodynamics. M.: Izd. Urait. 2021. 252 p. (in Russian).
Frantseva A.A., Grigorieva O.K. Fundamentals of exergy analysis of fuelusing plants. Novosibirsk: Novosi-birsk State Technical University. 2019. 88 p. (in Russian).
Tsirelman N.M. Technical thermodynamics. SPb.: Izd. «Lan'». 2018. 352 p. (in Russian).
Amirkhanov D.G., Amirkhanov R.D., Kurbangaleev M.S., Mukhamadiev A.A., Khayrullin I.Kh. Technical thermodynamics. Kazan: Izd. KNITU. 2017. 320 p. (in Russian).
Zlobin V.G., Gorbai S.V., Korotkova T.Yu. Technical thermodynamics. Part 1. Basic laws of thermodynamics. Heat engine cycles. SPb.: VShTE SPbGUPTD. 2016. 146 p. (in Russian).
Kazakov V.G., Lukanin P.V., Smirnova O.S. Exergetic methods for assessing the efficiency of heating plants. SPb.: SPb GTURP. 2013. 93 p. (in Russian).
Burdakov V.P., Dzyubenko B.V., Mesnyankin S.Yu., Mikhailova T.V. Thermodynamics. Part 2. Special course. M.: Drofa. 2009. 361 p. (in Russian).
Foundations of the theory of thermal processes and machines. Part II. Ed. by N.I. Prokopenko. M.: BINOM. La-boratoriya znaniy. 2009. 571 p. (in Russian).
Shapkin A.S., Shapkin V.A. Risk theory and modeling of risk situations. M.: Izd. «Dashkov and K». 2006. 880 p. (in Russian).
Heat engineering and heat power engineering of metallurgical production. Ed. by I.A. Pribytkova. M.: Metallurgy. 1993. 335 p. (in Russian).
Nikulin E.A. Foundations of the theory of automatic control. Frequency methods of analysis and synthesis of systems. SPb.: BHV-Petersburg. 2015. 632 p. (in Russian).
Kartashov B.A., Shabaev E.A., Kozlov O.S., Shchekaturov A.M. SimInTech technical systems dynamic mod-eling environment. Workshop on modeling of automatic control systems. M.: DMK Press. 2017. 424 p. (in Rus-sian).
Andrizhievsky A.A., Volodin V.I. Energy saving and energy management. Minsk: Vysh. shk. 2005. 294 p. (in Russian).
Oshchepkov A.Yu. Automatic control systems: theory, application, modeling in MATLAB. SPb.: Izd. «Lan'». 2013. 208 p. (in Russian).
