Математическая модель рабочего процесса паросиловой установки для получения тепла и электрической энергии

Ключевые слова: Математическая модель, рабочий процесс давление - объём, паросиловая установка, получения тепла и электрической энергии, биотопливо, коэффициент общего использования тепла.

Математическая модель в детерминированной форме записи основных зависимостей, определяющих процесс парообразования в паросиловой установке с целью получения тепла и электроэнергии[1,2], строилась следующим образом.

Рабочий процесс был рассмотрен в координатах «р-V». Термический КПД турбины определяется следующим образом

(1)

Здесь: - количество полезного использованного тепла;- количество подведённого к рабочему телу (пару) тепла;

Теплоту, полезно использованную в котельном агрегате[3,4], относительно к 1ч его работы выражают соотношением

(2)

где В- часовой расход твердого топлива на котельном агрегате; Д - часовая паропроизводительность котельного агрегата; QКа - количество теплоты полученное в котельном агрегате питательной водой, при её превращении в пар, вырабатываемый в котле, отнесённое к 1 кг произведённого пара[5,10]; паросиловой биотопливо электроэнергия

Для перегретого пара

(3)

где , i - соответственно, энтальпия (теплосодержание) перегретого пара, питательной воды и котловой воды; - процент непрерывной продувки, колеблющейся в пределах (2-5%) от Д;Коэффициент полезного действия котла, выраженный в процентах

(4)

- располагаемая теплота, приходящаяся на 1кг топлива;

Процент потери тепла с уходящими газами[6]

(5)

- энтальпия уходящих газов; - коэффициенте избытка воздуха; q4 - проценты потери тепла от механической неполноты сгорания; Расчётный часовой расход твёрдого топлива

(6)

Чистый КПД котла

(7)

Здесь : - количество тепла, содержащегося в паре, затраченного на выработку электрической энергии;- количество тепла, идущее на отопление;.

Годовое количество тепла, получаемое при сжигании массы пожнивных остатков

(8)

где - годовой запас топлива; - энтальпия (теплосодержание) 1кг топлива;

Теоретическая температура сгорания пожнивных остатков

(9)

Здесь : - низшая теплота сгорания топлива на единицу количества топлива;- коэффициент тепловыделения;

Действительная скорость пара в сопле Лаваля[7,11](Методические рекомендации и типовые программы энергетических обследований систем коммунального энергоснабжения / Госстрой России. - М., 2005. - 46 с. - Утв. приказом Госстроя России от 10.06.2003 №202. - 306-50.)

(10)

Здесь : - скоростной коэффициент сопла; - теоретическая скорость пара;

Потери тепла в сопле

(11)

Здесь : - коэффициент потери энергии пара в сопле; А - теоретический коэффициент потерь тепла в сопле от шероховатостей внутренней его поверхности

Степень влажности выходящего пара из сопла не должна превышать

1- ч(12)

Расход пара

(13)

Здесь : - номинальная электрическая мощность турбины, кВт; - относительный электрический КПД;- адиабатное теплопадение; 860 - тепловой эквивалент единицы работы.

Удельный расход пара при номинальной нагрузке турбины кг/кВт*ч[8]

(14)

Действительный расход пара

(15)

Коэффициент холостого хода турбины в долях единице

(16)

Здесь : - расход пара при работе турбины без нагрузки (при холостом ходе), ч= 0,03-0,08 без отбора пара, ч= 0,8-0,12 с отбором пара;

Удельный расход пара на 1 кВт*ч при мощности турбины N

(17)

Усилие, действующие со стороны пара на лопатки

(18)

- проекция вектора скорости пара на ось x; проекция вектора скорости пара на ось y; М - массовый расход пара.

Секундная работа пара на лопатках активной турбины

(19)

Максимальный КПД активной турбины

(20)

Здесь : и- углы наклона лопатки турбины;

Число оборотов ротора турбины

(21)

Здесь : U - окружная скорость лопатки турбины; R - расстояние от оси вращения ротора турбины до центра её рабочей лопатки.

Давление пара на лопатку

(22)

Здесь : Р - сила пара, действующего на лопатку;- рабочая площадь лопатки.

Форму и параметры лопатки определяются с помощью многофакторного эксперимента.Определение силы тока от напряжения и частоты вращения ротора генератора

(23)

Используя детерминированную математическую модель, приведенную выше и данные федеральной службы государственной статистики, рассчитываем численные значения рабочего процесса установки (таблица 1)[9].

Таблица № 1 Сводные теоретические данные численных значений основных теоретических зависимостей математической модели рабочего процесса макета паросиловой установки для получения тепла и электрической энергии.

Таким образом, теоретические исследования показывают возможность производства электроэнергии требуемого качества при использовании соломы для получения пара высокого давления.

Литература

1. Байнес Я.М. Подобие моделирование в химической и нефтехимической технологии. Гостоптехиздат, 1961. -56 с.

2. Дмитриева В.Ф. Физика. Под редакцией В.Л. Прокофьева. М. "Высшая школа", 1993.- 102 с.

3. Шегельман И.Р., Васильев А.С. Анализ путей повышения конкурентоспособности энергетической биомассы // Инженерный вестник Дона, 2013, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1769

4. Амерханов Р.А, Бессараб А.С., Драганов Б.Х., Рудобашта С.П, Шишко Г.Г. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства. М.: Колос-Пресс, 2002.- 420 с.

5. Средства механизации для производства и переработки сельскохозяйственной продукции в малых формах хозяйствования : каталог / ФГНУ "Росинформагротех". - М.: Росинформагротех, 2008. - 280 с.

6. Сидельников, В.И, Мирская С.Ю. Математическое моделирование автономных систем теплового снабжения: монография. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2004. - 167 с.: ил. - Библиогр.: с.160-162.

7. Проектирование систем энергообеспечения: учебник / Р. А. Амерханов [и др.]; под ред. Р.А. Амерханова. - 2-е изд, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2010. - 548 с.: ил. - (Учебники и учебные пособия для студентов вузов). - Библиогр.: с.488-489. - Прил.: с.490-542. - Рек. М-вом сельского хозяйства РФ.

8. Жуков, В.В. Короткие замыкания в электроустановках напряжением до 1 кВ. - М.: МЭИ, 2004. - 192 с.: ил. - Библиогр.:с.186-189. - Прил.:с.180-185.

9. Касьянов А.С. Энергетический потенциал соломы как биотоплива // Инженерный вестник Дона, 2014, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2014/2225.

10. Udo Hemmerling und Silke NaЯ, Deutscher Bauernverband Christian Alter. //Agrimente 2009 . Situationsbericht 2009, URL: situationsbericht.de Dezember 2008 (Redaktionsschluss: November 2008).

11. Nikolaisen L., Nielsen С., Larsen M.G. Straw for Energy Production. Technology Environment. Есоnоmу. - Aarhus: EN- TRYK 2006. - 46 р.

References

1. Bajnes Ja.M. Podobie modelirovanie v himicheskoj i neftehimicheskoj tehnologii. [Similarity modeling in chemical and petrochemical technology] Gostoptehizdat, 1961. 56 p.

2. Dmitrieva V.F. Fizika. [Physics]. Pod redakciej V.L. Prokof'eva. M. "Vysshaja shkola", 1993. 102 p.

3. Shegel'man I.R., Vasil'ev A.S. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1769

4. Amerhanov R.A., Bessarab A.S., Draganov B.H., Rudobashta S.P., Shishko G.G. Teplojenergeticheskie ustanovki i sistemy sel'skogo hozjajstva [Thermal power units and systems of agriculture]. M.: Kolos-Press, 2002. 420 p.

5. Sredstva mehanizacii dlja proizvodstva i pererabotki sel'skohozjajstvennoj produkcii v malyh formah hozjajstvovanija: catalog [Mechanization means for production and processing of agricultural products in small forms of management: catalogue]. FGNU "Rosinformagroteh. M.: Rosinformagroteh, 2008. 280 p.

6. Sidel'nikov, V.I., Mirskaja S. Ju. Matematicheskoe modelirovanie avtonomnyh sistem teplotuvogo snabzhenija: monografija [Mathematical modeling of Autonomous systems, teploteha supply: monograph]. Rostov-na-Donu: SKNC VSh, 2004. 167 p.: il. Bibliogr: pp.160-162.

7. Proektirovanie sistem jenergoobespechenija: uchebnik [Design of power supply systems: textbook]. Amerhanov R. A. [i dr.]; pod red. R.A. Amerhanova. 2-e izd., pererab. i dop. M.: Jenergoatomizdat, 2010. 548 p.: il. (Uchebniki i uchebnye posobija dlja studentov vuzov). Bibliogr.: pp.488-489. Pril.: pp.490-542. Rek. M-vom sel'skogo hozjajstva RF.

8. Zhukov, V.V. Korotkie zamykanija v jelektroustanovkah naprjazheniem do 1 kV [Short circuit in the electrical voltage up to 1 kV] M.: MJeI, 2004. 192 p.: il. Bibliogr.: pp.186-189. Pril.: pp.180-185.

9. Kas'janov A.S. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2014/2225.

10. Udo Hemmerling und Silke NaЯ, Deutscher Bauernverband Christian Alter. Agrimente 2009. Situationsbericht 2009, URL: situationsbericht.de Dezember 2008 (Redaktionsschluss: November 2008).

11. Nikolaisen L., Nielsen С, Larsen M.G. Straw for Energy Production. Technology Environment. Есоnоmу. Aarhus: EN- TRYK 2006. 46 р.

Размещено на Allbest.ru