Сборник 70 студ конференции БГТУ

631

Когда сжатый воздух выходит из компрессора, он содержит влагу в виде взвеси воды и пара. В качестве первой ступени подготовки сжатого воздуха к использованию используется циклонный сепаратор, установленный на выходе из компрессора, который механически удаляет аэрозоль воды из сжатого воздуха.

Сжатый воздух является чистым, безопасным, простымв использовании и эффективным источником энергии. При правильно налаженном процессе его производства использование сжатого воздуха не сопровождается выбросом загрязняющих веществ и отсутствует опасность воспламенения.

По своей роли в экономике сжатый воздух находится в одном ряду с электроэнергией, природным газом и водой. Но единица энергии, запасённая в сжатом воздухе, стоит дороже, чем энергия, запасённая в любом из трёх указанных ресурсов.

Работа выполнена под руководством к.т.н, доцента Стребкова А.С.

А.О. Алёшин АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ ТЕПЛОВЫХ И МАТЕРИАЛЬНЫХ

БАЛАНСОВ В ТЕПЛОВЫХ СХЕМАХ ПТУ

Объект исследования:тепловые схемы ПТУ и методы расчета их балансов.

Результаты, полученные лично автором:реализация матричного метода расчета тепловыхсхем ПТУ, впрограммномкомплексе MathCad.

Расчет тепловых схем ПТУ является неотъемлемой частью проектной и эксплуатационной деятельности специалистов теплоэнергетиков.

Существующие методики расчетов тепловых схем ПТУ, как правило, громоздки и сложны, а обычно требуют разработки специальных программных комплексов для своей реализации. Одним из таких методов является матричный метод решения систем балансовых уравнений, до недавнего времени требующий больших трудозатрат для своей реализации.В настоящее время существуют различные вычислительные программные комплексы, позволяющие реализовать матричный метод без больших трудозатрат, например MathCAD.

Дляреализации матричного метода необходимосформировать матрицутеплоперепадов, а так же два вектора независимых переменных и мощностей из системы балансовых уравнений тепловой схемы ПТУ. Алгоритм формирования матрицы теплоперепадов был разработан на примере ПТУ простейшей компоновки,для чегооказалось достаточным составить систему тепловых балансов из 4 уравнений: уравнения мощности турбины и тепловых балансов3 теплообменных аппаратов.

Чтобыупроситьформирование матрицы теплоперепадов,оказалось целесо-образным увеличитьеё размерность,введя 2 дополнительные

632

переменные.К системе уравнений тепловых балансов добавились 2 уравнения балансов материальных.Зато в ячейках матрицы оказались не сложные комплексы из теплоперепадов, а простые теплоперепады по каждому ходу теплоносителяв теплообменном аппарате.Это уменьшает вероятность появления ошибок при расчетах.

В расчетах тепловых схем реальных турбоагрегатов сложной конфигурации присутствует подмес конденсата отобранного пара в линию регенерации питательной воды, поэтому балансовые расчетыобычно ведутся методом последовательных приближений. Чтобы исключить циклические итерационные расчеты в MathCad, было предложено заменить точки смешения потоков между теплообменниками, дополнительными входами теплоносителей.

Для демонстрации эффективности разработанного метода были рассчитаны балансы турбоагрегатовразличных мощностей и начальных параметров пара.Результаты расчета удельных энергозатрат на производство электроэнергии составили от 270 до 360 г.у.т/кВт·ч, что хорошо согласуется с показателями работы турбоагрегатов на электростанциях конденсационного типа.

Работа выполнена под руководствомдоц. А.С. Стребкова.

Е.Ю. Анисина Перспективы использования газогенераторных установок в системах индивидуального и

промышленного теплоснабжения

Объект исследования: пиролизный твёрдотопливный котёл обращённого процессагазификации.

Результаты, полученные лично автором: определены параметры процесса газификации и конструктивные особенности котла для заданной мощности.

В настоящее время существует проблема, это постоянный рост цен на газ. Так как всё больше людей стремятся экономить средства на энергоресурсах, возникает необходимость поиска альтернативы. Газогенераторные(пиролизные) котлы – являются альтернативой как газовым, так и жидкотопливным котлам.Ведь практически вся энергия сжигаемого топлива в таком котле идет на производство тепла в доме.Данный вид котла позволяет наиболее эффективно использовать сырьевые и энергетические ресурсы. Дымовые газы данных котлов не содержат токсичных продуктов горения, благодаря чему не наносится вред окружающей среде.

Как было установлено по результатам расчёта пиролизного котла обращённого процесса газификации, имея достаточно небольшие габаритные

633

размеры, котёл способен обеспечивать большую мощность при этом достигать высокогозначенияКПД.

В результате проведённого анализа цен на твёрдое топливо, самым экономичным видом оказались дрова с влажностью 15-20%. Пиролизные котлы очень чувствительны к влажности топлива, поэтому на этот факт стоит обращать особое внимание. По результатам расчёта процесса газификации концентрация СО2оказалась в 3 раза ниже, чем соответствующий показатель обычного твердотопливного котла.

Учитывая тот факт, что сгорание древесины происходит циклами, постоянно состоящими из нескольких этапов было принято решение предусмотреть некоторые особенности в обвязке котла, а именноприменить накопительную систему со смесительным устройством. Эта особенность позволила улучшить процесс горения топлива, защитить систему отопления от перегрева котла и аккумулировать тепло от отопительного котла, после чего отдавать его по мере необходимости в систему отопления.

Дальнейшее усовершенствование конструкций горелочных и топочных устройств, а также создание новых схем топочного процесса способны дать технико-экономический эффект.

Работа выполнена под руководством проф. А.А. Анисина

А.А. Дешпит ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ

ТЕХНОЛОГИЙ В ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО УЗЛА

Объект исследования:тепловые сети участка железнодорожной станции.

Результаты, полученные лично автором:способы уменьшения тепловых потерь втепловыхсетях.

В настоящее время Российская Федерация стоит на пути интенсивной модернизации. Особое внимание уделяется улучшению энергетического хозяйства страны. Под руководством Правительства РФ реализуются многочисленные проекты по улучшению или реконструкции систем теплоснабжения, станций по производству тепловой и электрической энергии.

Эффективность системы теплоснабжения в целом не может быть достигнута, если проводить мероприятия исключительно по модернизации источника теплоснабжения. Причин недостаточного поступления теплоты к потребителям может быть много. Наиболее важной причиной является некачественная изоляция трубопроводов тепловой сети.Для того, чтобы минимизировать величину тепловых потерь через изоляцию трубопроводов, необходимо применить ряд инженерных решений как при проектировании тепловых сетей, так и в процессе эксплуатации.

634

На стадии проектирования трубопроводных систем требуется выбрать оптимальный способ прокладки. Для тепловых сетей железнодорожных станций предпочитается метод подземной бесканальной прокладки с использованием труб в пенополиуритановой изоляции. Данное мероприятие позволить снизить величину тепловых потерь в окружающую среду в среднем на 10% по сравнению с трубопроводами, расположенными над землёй. Также обеспечивается повышение надежности эксплуатации тепловых сетей, практически исключается наружная коррозия, сокращается количество отказов в системе теплоснабжения.

Замена сальниковых компенсаторов на сильфонные на трубопроводах тепловых сетей позволяет сократить потери и затраты теплоносителя при передаче тепловой энергии по тепловым сетям, а также снизить потери тепловой энергии, вызванные утечкой теплоносителя. Кроме того, сокращение утечки теплоносителя в тепловых сетях позволяет снизить нагрузку оборудования химической водоочистки источника теплоснабжения, а также затраты энергоресурсов на приготовление теплоносителя.

Следует также обратить внимание на мероприятия по модернизации оборудования тепловых пунктов. К ним относятся: внедрение частотнорегулируемых приводов на насосном оборудовании, автоматизация процессов распределения тепловой энергии и модернизация системы учета тепловой энергии. Реализация подобных мер позволяет не только сократить потери при распределении тепловой энергии, но и получить экономию энергоресурсов у конечных потребителей за счет оптимизации режимов теплопотребления.

Работа выполнена под руководством проф. А.А. Анисина

Ю.С. Дырявых АНАЛИЗ РАБОТЫ МОДУЛЬНОЙ АДСОРБЦИОННОЙ СТАНЦИИ

ГЕНЕРАЦИИ КИСЛОРОДА

Объект исследования: модульная адсорбционная станция генерации кислорода.

Результаты, полученные лично автором: расчет и выбор оборудования станции генерации кислорода.

В медицинских организациях используется кислород медицинский газообразный и жидкий. Подвод трубопроводов кислорода необходимо предусматривать в операционные, родовые и реанимационные залы, палаты интенсивной терапии, предродовые, отделения патологии беременности — к 50 % коек от их общего количества, гинекологического отделения — к 25 % коек от их общего количества, новорожденных послеродовых физиологических и обсервационных отделений, недоношенных детей — ко всем кроваткам, послеродовые физиологических и обсервационных отделений — к 30 % коек от их общего количества.

Модульная адсорбционная станция представляет собой комплект оборудования, размещенного в контейнере. Установка работает следующим образом: из воздушного компрессора воздух под давлением до 0,8 МПа (8

635

Бар) через фильтры, осушитель поступает в воздушный ресивер, откуда подается в концентратор. В концентраторе воздух попадает через систему клапанов в адсорберы, где азот поглощается адсорбентом и сбрасывается в атмосферу через глушитель при регенерации адсорбента, а кислород поступает в ресивер кислородный, откуда подается потребителю.

Компрессор воздушный представляет собой винтовую маслозаполненную машину, размещенную в шумопоглощающем корпусе с системами автоматического управления и защиты. Параметры воздуха перед компрессором: температура 25°С и давление 101,325 кПа. Параметры воздуха за компрессором: температура 45°С и давление 800 кПа. Весовая производительность – 1,38 кг/мин. Объемная производительность – 1,2 м3/мин. Расчетная степень сжатия – 8,51. Коэффициент протечек через уплотнения – 1,3%. Коэффициент подачи – 0,88. Полный расход масла – 6,06 л/мин. Полная мощность - 9,09 кВт

Осушитель рефрижераторный предназначен для удаления влаги из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждается в рекуперативном теплообменнике, а затем в испарителе фреоновой холодильной машины, при пониженной температуре происходит максимальная конденсация паров воды и масла в воздухе, которая удаляется в масловлагоотделителе. Холодильный агент – фреон R12. Производительность по воздуху – 1,2 м3/мин. Холодопроизводительность – 1,06 кВт. Точка росы: +3°С. Холодильный коэффициент – 4,97. Массовый расход хладагента – 9 г/с

Вконцентраторе происходит поглощение сорбентом азота, входящего

всостав воздуха. Десорбция осуществляется сбросом давления в адсорбере. Адсорберы по очереди автоматически переключаются с режима поглощения азота на режим десорбции по программе, задаваемой электронным устройством управления. Из адсорберов полученный воздух, обогащенный кислородом, поступает в ресивер кислородный.

Адсорбент – активированный уголь.Эквивалентный диаметр частиц 3 мм. Насыпная плотность 450 кг/м3. Плотность частиц 750 кг/м3.

Производительность – 6 м3/ч. Концентрация продуктов разделения: кислорода – 95%, азота – 86%. За поверхность массопередачи в процессах с

твердой фазой принимают внешнюю поверхность частиц сорбента.Удельная поверхность контакта фаз – 1200 м2/м3. Высота слоя адсорбента – 1,82 м. Коэффициент массопередачи – 0,072 см/с. Время цикла

– 30 мин.

Составлен общий материальный баланс процесса по адсорбируемому веществу для всего периода адсорбции.Левая часть уравнения представляет собой приходящуюся на единицу площади поперечного сечения разность между количествами сорбируемого вещества, вошедшего с поступающей в аппарат средой и вышедшего вместе с ней из аппарата в течение рассматриваемой операции. Правая часть представляет собой сумму прироста количества сорбируемого компонента в сорбенте и в газовой фазе, находящейся внутри слоя (в расчете на единицу поперечного сечения).

Работа выполнена под руководством доц. Н.А. Курбатской

636

А.Г. Зюлина ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ВЫПЕЧКИ В ТОННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Объектом исследования является процесс выпечки хлебобулочных изделий в хлебопекарной печи Г4-ХПН-25.

Результаты, полученные лично автором: теплоэнергетическиехарактеристики кинетики процесса выпечки, а также режимов работы хлебопекарной печи.

Выпечка — это процесс прогрева тестовых заготовок (ТЗ), при котором происходит переход их из состояния теста в состояние хлеба. Для выпечки хлеба и хлебных изделий обычно применяются печи, в которых теплота выпекаемой тестовой заготовке передается излучением и конвекцией при температуре теплоотдающих поверхностей 300—400°С и паровоздушной среды пекарной камеры 200—250°С. Часть теплоты ТЗ воспринимает кондукцией от нагретого пода печи. Относительная роль передачи теплоты ТЗ каждым из перечисленных выше способов зависит от конструктивных особенностей и режима работы пекарной камеры. Основная роль, однако, во всех случаях остается за передачей теплоты излучением. Интенсивность лучистой теплопередачи в 2—3,5 раза больше интенсивности теплопередачи конвекцией. Поэтому выпечку в обычных хлебопекарных печах можно рассматривать как в основном радиационно-конвективный процесс прогрева ТЗ.

В процессе выпечки обычно различают два периода: I период выпечки, происходящий при переменном (увеличивающемся) объеме ТЗ, и II период, при котором объем ее остается неизменным.В I периоде целесообразно подводить к ТЗ до 2/3, а во втором — лишь 1/3 теплоты, затрачиваемой на процесс выпечки.

Рабочая камера печи Г4-ХПН-25 состоит из трех функциональных зон: зоны пароувлажнения, зоны высоких температур и зоны допекания.

Цель теплового расчета заключается в определении тепловой нагрузки пекарной камеры с целью дальнейшего расчета расхода топлива на установку при выпекании различных хлебобулочных изделий и доли дымовых газов, направляемой в каждую из зон для поддержания в ней оптимального теплового режима для выпечки качественной продукции.

Результаты проведенных расчетов показали, что расход газа на печь колеблется в пределах от 14 до 20,27 м3/ч.

Величина упека падает с возрастанием массы изделия.Его значение упека колеблется в пределах от 7,8 до 13% и не превышает 14%. Максимальная производительность печи наблюдается при выпечке хлеба «Бородинского» и достигает 876 кг/ч, несмотря на относительно небольшое количество заготовок на поду печи и длительность выпечки, что связано с большой массой заготовок. За счет большой производительности печи при

637

работе в этом режиме 1 кг хлеба «Бородинский» считается наименее энергоемким видом продукции, так как расход газа составляет всего лишь

0,023 м3/кг, в то время как на производство 1 кг батона тратится порядка

0,0305 м3.

Для рационального расходования подводимой на выпечку тепловой энергии и правильного проведения процесса выпечки необходимо рассчитать его кинетические закономерности, позволяющие определить взаимосвязь продолжительности выпечки и температуры в пекарной камере, что позволит наметить рациональные пути увеличения производительности печи.

Согласно полученным данным с ростом температуры в пекарной камере сокращается время выпечки изделия.

Но существует предел повышения температуры в печи, иначе при очень высоких температурах происходит растрескивание корки хлеба, нарушение его вкусовых качеств и возрастание количества брака, поэтому максимально допустимая средняя температура в печи не должна превышать

190◦С.

Из приведенного расчета следует, что повышение температуры пекарной среды и увеличение поверхностей нагрева в пекарной камере приводят к увеличению производительности печи. При этом одновременно растет также и коэффициент теплоотдачи, что в свою очередь увеличивает скорость выпечки.

Работа выполнена под руководством доц. Н.А. Курбатской

И.С. Каштанов ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ТУРБОДЕТАНДЕРНЫХ АГРЕГАТОВ РАЗЛИЧНЫХ КОМПОНОВОК

Объект исследования:детандер-генераторный агрегат турбинноготипа. Результаты, полученные лично автором:анализвыработки электрической энергии при использовании турбодетандерных агрегатов различных компоновок на ГРС, с учетом неравномерности потребления топливного газа в течение года. Решена оптимизационная задача поиска номинального режима работы

утилизационнойтурбодетандернойустановки.

Вопрос энергосбережения в настоящее время играет важную роль в теплоэнергетике, поэтому все чаще появляется потребность в, как можно более рациональном использовании топлива, тепловой, электрической, а в данном случае и механической энергии. Детандер-генераторные агрегаты позволяют использовать силовой потенциал топливного газа для повышения эффективности и экономичности энергосистемы промышленного предприятия.

По результатам исследованийбыло установлено, чтопри использовании УТДУ на промышленном предприятии возможно сократить затраты на приобретение электроэнергии при практически неизменном расходе топлива

638

на производство продукции. Показано, что при изменении относительной мощности УТДУ на переменных режимах от 0,4 до 1,0 удельный расход теплоты на производство электрической энергии составляет 1000…1350 ккал/кВт∙ч, при этом требуется от 145 до 220 г у.т./кВт∙ч.

Построена поверхность распределения суммарной годовой выработки электроэнергии в зависимости от номинальных параметров турбодетандера. Определены значения необходимого номинального давления на входе в ТД и номинального расхода газа через ТД для выработки максимального количества электроэнергии за год эксплуатации УТДУ на газорегулирующих станциях.

Было выяснено, что конфигурация УТДУ оказывает влияние на энергетическую эффективность установки. Двухцилиндровая компоновка УТДУ более эффективна как с точки зрения получения большей выработки электроэнергии, так и с точки зрения относительного снижения удельных затрат топлива. Предложенные схемы УТДУ дают положительный эффект в виде дополнительной мощности установки на переменных режимах работы.

При работе двух турбодетандеров исследования по нахождению режима максимальной выработки следует продолжить.

Продолжение исследований по поиску оптимальной конфигурации турбодетандерной установки является перспективным направлением в плане наиболее рационального использования потенциала топливного газа на газорегулирующих станциях.

Работа выполнена под руководствомк.т.н., доцентаА.С. Стребкова

О.Ю.Колотыгина, В.С. Каленников АНАЛИЗ РАБОТЫ И АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ШАХТНОЙ

ИЗВЕСТКОВО-ОБЖИГАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Объект исследования:шахтная известково-обжигательнаяпечь. Результаты, полученные лично автором: автоматизация расчета

известково-обжигательной печи с применением среды программирования Delphi, позволяющая проводить анализ работы установки на различных режимахработы.

Высокотемпературная установка для обжига известняка представляет собой установленную вертикально на фундаменте шахту, снабженную в верхней части устройством для загрузки технологического сырья, а в нижней

– механизмом для выгрузки продукции. В установке осуществляются химические и физико-химические превращения: термическое разложение карбонатов кальция и магния, испарение влаги.Для обеспечения необходимого температурного уровня процесса используется газообразное топливо. Для более полного использования теплоты топлива процесс обжига известняка происходит в трех зонах: экономайзерной зоне, зоне обжига и зоне регенеративного охлаждения.

В экономайзерной зоне осуществляется процесс нагрева технологического сырья до температуры начала термической диссоциации

639

карбоната кальция, а также происходит удаление из сырья влаги,в зоне обжига происходит диссоциирующий обжиг, в зоне регенеративного охлаждения технологический продукт охлаждается поступающим в нее холодным воздухом.

Для автоматизации вычислений было принято решение самостоятельно написать программу, так как затраты на адаптацию уже имеющихся программ велики. Среди таких сред программирования и вычислительных приложений как VisualBasic, C++, MathCad, Delphiи др. нами была выбрана среда программирования Delphi.Delphi–современная среда визуального программирования, позволяющая формировать интерфейс из стандартного набора, характерного для Windows, на уровне визуального восприятия и контроля.Она имеет ряд существенных преимуществ: быстрота разработки приложения; простой рабочий интерфейс;интуитивно понятный интерфейс разработанного приложения, что упрощает работу с приложением для неподготовленного пользователя; синтаксис языка достаточно прост; программы записываются в свободном формате, что позволяет сделать их наглядными и удобными для изучения; высокая скорость компиляции приложения, что ускоряет его отладку и процесс разработки в целом;использование стандартных элементов Delphi достаточно для выполнения большинства задач, что не требует дополнительных затрат времени, что так же ускоряет разработку приложения.

Данная среда программирования удобна для использования человеком, плохо ориентирующемся в компьютерной среде и программировании.

Прежде чем приступить к программированию, быласформирована математическая модель и составлен алгоритм, который в свою очередь лег в основу программы для теплоэнергетического расчета шахтной известковообжигательной печи.

Математическая формулировка задачи с выбором параметров тепловой схемы сводится к совместному решению системы уравнений тепловых балансов всех зон известково-обжигательной печи.

Применительно к ЭВМ алгоритм определяет вычислительный процесс, начинающийся с обработки некоторой совокупности возможных исходных данных и направленный на получение определенных этими исходными данными результатов. Составленный словесно-формульный алгоритм записывается в виде текста с формулами по пунктам, определяющим последовательность действий. При блок-схемном описании алгоритм изображается блоками, связанными между собой линиями потока. В самих блоках содержится последовательность действий и точное их описание. Преимущество такого способа заключается в особой наглядности процесса. При тщательно составленном алгоритме не допускается лишней двусмысленности и повторений.

По созданному алгоритму была написана программа, которая на основании имеющихся исходных данных, позволяет решить проектную задачу, то есть определить основные размеры шахтной известково-

640

обжигательной печи, а также расходы технологического сырья, окислителя, топлива на установку, выходы технологического продукта и продуктов горения.

Для правильного ввода данных в программе предусмотрена справка. В ней подробно описываются ограничения и требования к входным данным.Для проверки правильности введенных данных имеется кнопка «Проверить». При наличии ошибки появляется соответствующее уведомление. Сброс данных осуществляется нажатием соответствующей кнопки «Сброс». Имеется возможность отображения тепловых и материальных балансов каждой зоны. При завершении вычислений появляется окно с основными результатами расчета

Программа может быть применена для анализа влияния качественныхсоставов топлива и технологического сырья, их влагосодержаний, коэффициента избытка воздуха на расходы топлива на установку, технологического сырья, окислителя и на выходы продуктов горения и технологического продукта.

Дальнейшее усовершенствование программы позволит перейти к решению поверочной задачи и выбору наилучшего режима работы шахтной известково-обжигательной печи.

Работа выполнена под руководствомк.т.н., доцента Н.А. Курбатской

А.В. Куликова СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ:

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Объект исследования: системы теплоснабжения Результаты, полученные автором: проведен анализ эффективности

источников теплоснабжения и тепловых сетей в зависимости от качества теплогидравлических режимов транспортировки и потребления тепла, а также дана оценка соответствующего технического состояния трубопроводов и тепловой изоляции.

Современные системы теплоснабжения должны значительно экономить энергетические ресурсы, бытьудобными в эксплуатации и соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям.

Можно выделить следующиеперспективные направления в развитии систем теплоснабжения:

-использование децентрализованных систем теплоснабжения (блочномодульные, крышные, автономные и другие виды котельных);

-использованиебустернойблок-станции с относительно постоянной нагрузкой в конечной точке паропровода, с потреблением пара не менее величины, обеспечивающей его перегретое состояние у конечного потребителя(целесообразно при решении коммерческих задач для устранениянебаланса между отпуском с парового коллектора теплоисточника

ипотреблением пара абонентами теплосети);