Анализ на дизайна и производителността на A16kw дизелов генераторХладилна система, използваща отпадна топлина

От миналите изследвания, проектирането и симулацията на разпределена когенерационна система е твърде сложна.

1 дизайн за системна интеграция

Избраната жилищна зона на острова се захранва от 16kw дизелов генератор. Отработените газове от дизеловия двигател съдържат много топлинна енергия, а абсорбционният охладител с литиев бромид използва отработените газове като работен източник на топлина за охлаждане на потребителите. За да се увеличи регулируемият диапазон на охлаждащо натоварване, е използван хладилник с допълнително горене. Цялостният дизайн на 16kw дизеловата генераторна система на острова е илюстриран на фигура 1.

Въз основа на принципа на проектиране на електрическо охлаждане (съответстващ чилър според 16kw дизелов генератор), в тази статия е извършен избор на съответния чилър. Жилищната зона е с брутна площ от около 4850 м2 и 16 kw дизелов генератор с номинална мощност 350 kw. 16 kW дизеловият генератор произвежда отработени газове с температура около 450°F (450°F).°C, а топлинната енергия, достъпна за охладителя, е около 420 kW. Избран е двойно-ефективен паралелен абсорбционен охладител с литиев бромид, коефициент на охлаждане 1,4 и мощност 582 kW. Средното охлаждащо натоварване на потребителите на острова е 120 W/m2. Според изследването, 120 W/m2 отговаря на нуждите на потребителите на острова от охлаждащо натоварване. Следователно, когато 16 kW дизелов генератор работи при номинални работни условия, отпадната топлина от отработените газове може да задоволи нуждите на хладилника. Проектните параметри на хладилната система с 16 kW дизелов генератор са показани в Таблица 1.

2. Математическо моделиране

Хладилната система с дизелов генератор с мощност 16 kW е много сложна и обхваща много теми, като динамика, термодинамика и топлопренос, така че е много важно да се избере подходящ метод за моделиране. В тази статия е създаден симулационен модел на хладилна система с мощност 16 kW за оползотворяване на отпадна топлина, като се използва модулният метод за моделиране. Хладилната система с дизелов генератор с мощност 16 kW за оползотворяване на отпадна топлина е типична термодинамична система, като модулите са разделени според преминаването на работното вещество и енергията.

След като определим цялостната идея за моделиране, трябва да изберем разумен метод за точно симулиране на работата на системата.

Тази статия изследва основно изходната мощност и топлинната енергия на отработените газове на 16kw дизелов генератор при различни натоварвания, без да се отчита вътрешният работен процес на 16kw дизелов генератор. Моделирането с помощта на метода на осредняване гарантира точността на симулацията на 16kw дизелов генератор на ниво системна интеграция.

В хладилната система с дизелов генератор с мощност 16 kW има много видове топлообменници, като между топлообменниците има връзка налягане-поток. Традиционният метод на моделиране разделя модула според физическия модел, изчислява налягането и потока на всеки модул поотделно според уравнението на баланса и трябва да удовлетворява условието за равни ограничения на границите. Следователно, итеративното изчисление е неизбежно и времето за изчисление се увеличава. За да се реши този проблем, е създаден симулационен модел на хладилна система с дизелов генератор с мощност 16 kW, използваща отпадна топлина, чрез метода на обемната инерция.

Според метода на обемната инерция, дебитът във всеки компонент не е балансиран и всеки компонент се разглежда според връзката на обемната инерция. Той разглежда всеки компонент като обемен модул, а свързващата тръба между всеки компонент - като модул на съпротивление. За обемния модул, игнорирайки вътрешното съпротивление на флуида, налягането вътре в обемния модул е ​​равномерно. Налягането в обемния модул може да се изчисли според разликата в масовия дебит в двата края на обемния модул и промяната на температурата в обемния модул. Разликата в налягането между входа и изхода и загубата от триене в стената на тръбата обаче променят потока, а динамичната стойност на потока може да се изчисли според закона за запазване на импулса.

Вземайки за пример тръба с дължина l, тя е разделена на обемен модул и модул на съпротивление и е установен нейният обемно-инерционен модел.

1) модул за обем.

Дебитът за единица време в обемния модул е ​​M1, а дебитът за единица време извън обемния модул е ​​M2. Съгласно закона за запазване на масата: Поток в обемния модул - поток извън обемния модул = нарастване на масата на обемния модул, нарастването на масата на обемния модул може да се изчисли:

Във формулата: M е масата на работния флуид в обемния модул, kg; v е обемът на работния флуид в обемния модул, M3; kg/m3 е плътността на работния флуид в обемния модул; M1 и M2 са масовият поток на флуида в и извън обемния модул, kg/s.

2) резистивен модул.

В резистивния модул, дебитът се променя поради разликата в налягането и съпротивлението на триене на флуида. Съгласно закона за запазване на ЛИНЕЙНИЯ ИМПУЛС: Импулсът, влизащ в резистивния модул - импулсът, излизащ от резистивния модул + импулсът на външната сила = нарастването на импулса на резистивния модул, масата на флуида, протичащ през напречното сечение на резистивния модул, може да се изчисли:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

Във формулата: M е масовият дебит на работния флуид през тръбата, kg/s; v е скоростта на работния флуид, m/s; a е площта на напречното сечение на тръбата, m 2; l е дължината на тръбата, m; p 1 и P 2 са наляганията от двете страни на резистивния модул, PA; UL е съпротивлението на триене на флуида върху стената на тръбата, като знакът минус представлява съпротивлението на триене в посока, обратна на потока на флуида, U е мократа обиколка на тръбата, U е съпротивлението на триене на единица площ, = 1/2 FV 2, F е коефициентът на триене на топлообменника по пътя, който може да се получи по емпиричната формула.

3 анализ на производителността на системата

В тази статия, четиритактов турбодизелов генератор с мощност 16 kW е разделен на компресор, турбина, ротор на турбината, интеркулер, всмукателна и изпускателна тръба, регулатор, цилиндър и генератор. Симулационен модел на дизелов генератор с мощност 16 kW е изграден с помощта на метода на осредняването.

Хладилната система с дизелов генератор с мощност 16 kW има голям брой топлообменници, а за изграждане на симулационни модели на всеки компонент се използва методът на обемната инерция. Течната работна среда в системата се състои главно от отпадъчен газ, разтвор на литиев бромид, вода, водна пара и т.н. За да се гарантира точността на изчислението на модела, е създаден модел за изчисляване на топлинните свойства на работната среда съгласно формулата за напасване. Симулационните модели на 16 kW и литиево-бромидни абсорбционни охладители са изградени и отстранени съответно в софтуера Matlab/Simulink. Накрая, симулационният модел на 16 kW дизелов генератор, използващ отпадна топлина, е комбиниран, както е показано на фигура 4.

При симулацията в стационарно състояние, съгласно проектните параметри, първо, граничните условия се задават в симулационния софтуер Matlab/Simulink и се задават началните стойности на променливите на състоянието на модела. Използва се алгоритъм ODE45 с висока точност на симулация, за да се зададе времето за симулация от 2000 секунди. Таблица 2 показва сравнението между резултатите от симулацията в стационарно състояние и проектните параметри.

Таблица 2 показва, че относителната грешка между стойността на симулацията в стационарно състояние и проектните параметри на хладилната система с дизелов генератор с мощност 16 kW е по-малка от 3%, което отговаря на изискването за точност на системната симулация и потвърждава коректността и точността на симулационния модел. Термичните параметри на работната среда в системата се получават чрез напасване на формула, необходимите допускания са направени при моделирането и грешките на компонентите ще се увеличат при сглобяването им, което е причината за относителните грешки.

Въз основа на резултатите от симулацията в стационарен режим беше оценен общият коефициент на използване на енергията на хладилната система за оползотворяване на отпадната топлина на дизелов генератор с мощност 16 kW. Методът за изчисляване на общия коефициент на използване на енергията на системата е по формула.

X е общият коефициент на използване на енергията на 16kw дизеловата генераторна система, PG е 16kw дизеловият генератор, kW, RC е абсорбционният охладител libr, kW, EC е другата консумация на енергия на системата, kW; FC е разходът на гориво на дизеловия генератор, kW; PC е консумацията на мощност на системата, kW.

При проектираните работни условия, дизеловият генератор с мощност 16 kW има капацитет от 357,6 kW, абсорбционният охладител с литиев бромид има капацитет от 579,79 kW, другата консумация на енергия на системата е 132 kW, а консумацията на гориво на дизеловия генератор с мощност 16 kW е около 1286 kW, а консумацията на енергия на помпите и другото енергоемко оборудване в системата е около 30 kW.

Според изчислението по Формула (6), Коефициентът на общо използване на енергията на хладилната система с дизелов генератор с мощност 16 kW е около 0,813, а ефективността на използване на енергията е значително подобрена, което е повече от 0,8 и отговаря на проектните изисквания.

Натоварването на 16kw дизеловия генератор се определя от консумираната мощност. Промяната в натоварването ще доведе до промяна в температурата на отработените газове и дебита на 16kw дизеловия генератор, което ще повлияе на охлаждащата способност на абсорбционния охладител с литиев бромид, разположен след системата.

Термодинамичният процес на системата е сложен, с инерционни закъснения. Задавайки цялото време за симулация на 6000 секунди, започвайки от 2000 секунди, добавяйки стъпковата промяна, натоварването на 16kw дизелов генератор се намалява от 100% на 80% и се извършва динамично симулационно изчисление.

Започвайки от 2000-те години, натоварването е намалено от 352,3 kW на 287,48 kW, дебитът на отработените газове от 1,3187 kgs на 1,1192 kgs, а температурата на отработените газове от 462°C до 453 °C за дизеловия генератор с мощност 16 kW. Целият процес на динамична реакция е около 100 секунди. Натоварването на дизеловия двигател е намалено с 20%, оборотите на дизеловия двигател са увеличени, регулаторът реагира бързо, впръскването на гориво е намалено, за да се поддържа стабилност на оборотите в зададената точка. Намаляването на впръскването на гориво в дизеловия двигател води до намаляване на температурата на отработените газове и дебита.

Охлаждащият капацитет се увеличи леко и след това бързо спадна до друга стабилна стойност - от 579,79 kW до 507,15 kW. Както може да се види от фигура 9, коефициентът на охлаждане се увеличи леко и след това намаля от 1,394 на 1,402. Намаляването на натоварването на 16kw дизеловия генератор доведе до намаляване на топлинната енергия, постъпваща в цялата 16kw дизелова генераторна система, което доведе до намаляване на хладилния капацитет на чилъра, но коефициентът на охлаждане се увеличи леко и целият динамичен процес беше завършен около 2000-те години.

4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вземайки за пример жилищен район на остров, се проучва нова енергоспестяваща хладилна технология, използваща отпадна топлина от производството на дизелова енергия.

1) Извършен е интегриран дизайн на хладилна система за оползотворяване на отпадната топлина от дизелов генератор с мощност 16 kW и са определени проектните параметри. Чрез статично и динамично симулиране на системата е анализирана производителността на системата, след което е проектирана системата за управление и е осъществена нейната оптимизация.

2) Симулацията в стационарно състояние се извършва в проектни условия, а относителната грешка е по-малка от 3%, което отговаря на проектните изисквания и потвърждава точността и коректността на модела. Според резултатите от симулацията в стационарно състояние, общият коефициент на използване на енергията на системата е около 0,813, което отговаря на проектните изисквания.

3) Извършва се динамична симулация на смущения в натоварването от 16 kW, което води до намаляване на натоварването от 16 kW, намаляване на производството на енергия, намаляване на топлинната енергия на отработените газове, намаляване на охлаждащата мощност и леко увеличение на коефициента на охлаждане. Резултатите от симулацията показват, че охлаждащата мощност на електроцентралата от 16 kW е по-ниска от тази на електроцентралата от 16 kW, а изходната мощност на електроцентралата от 16 kW е по-ниска от тази на електроцентралата от 16 kW, а топлинната енергия на отработените газове е по-ниска от тази на дизеловия генератор от 16 kW.