Analýza návrhu a výkonu16kw dieselový generátorChladiaci systém využívajúci odpadové teplo

Z doterajšieho výskumu vyplýva, že návrh a simulácia distribuovaného kogeneračného systému je príliš zložitá.

1 návrh systémovej integrácie

Vybraná obytná zóna ostrova je poháňaná 16kw dieselovým generátorom. Výfukové plyny z dieselového motora obsahujú veľa tepelnej energie a absorpčný chladič s bromidom lítnym využíva výfukové plyny ako pracovný zdroj tepla na chladenie pre používateľov. Na zvýšenie nastaviteľného rozsahu chladiaceho zaťaženia sa používa chladnička s dodatočným spaľovaním. Celkový dizajn 16kw dieselového generátora ostrova je znázornený na obrázku 1.

Na základe konštrukčného princípu elektrického chladenia (prispôsobenie chladiča 16 kW dieselovému generátoru) sa v tejto práci vykonáva výber zodpovedajúceho chladiča. Obytný priestor má hrubú podlahovú plochu približne 4 850 m2 a 16 kW dieselový generátor s menovitým výkonom 350 kW. 16 kW dieselový generátor produkuje výfukové plyny s teplotou približne 450 °C.°C a tepelná energia dostupná pre chladič je približne 420 kW. Bol zvolený dvojitý paralelný absorpčný chladič s bromidom lítnym s chladiacim koeficientom 1,4 a výkonom 582 kW. Priemerné chladiace zaťaženie užívateľov ostrovného systému je 120 W/m2. Podľa prieskumu 120 W/m2 uspokojuje dopyt užívateľov ostrovného systému po chladiacom zaťažení. Preto, keď je 16 kW dieselový generátor prevádzkovaný za menovitých prevádzkových podmienok, odpadové teplo z výfukových plynov dokáže uspokojiť dopyt chladničky. Konštrukčné parametre chladiaceho systému 16 kW dieselového generátora sú uvedené v tabuľke 1.

2. Matematické modelovanie

Chladiaci systém s dieselovým generátorom s výkonom 16 kW je veľmi zložitý a zahŕňa mnoho oblastí, ako je dynamika, termodynamika a prenos tepla, preto je veľmi dôležité zvoliť vhodnú metódu modelovania. V tomto článku je simulačný model chladiaceho systému s využitím odpadového tepla s výkonom 16 kW vytvorený pomocou modulárnej modelovacej metódy. Chladiaci systém s využitím odpadového tepla s dieselovým generátorom s výkonom 16 kW je typický termodynamický systém, ktorého moduly sú rozdelené podľa priechodu pracovnej látky a energie.

Po určení celej myšlienky modelovania by sme mali zvoliť rozumnú metódu na presnú simuláciu fungovania systému.

Táto práca sa zaoberá najmä výstupným výkonom a tepelnou energiou výfukových plynov 16 kW dieselového generátora pri rôznych zaťaženiach bez zohľadnenia vnútorného pracovného procesu 16 kW dieselového generátora. Modelovanie pomocou metódy priemerovania zabezpečuje presnosť simulácie 16 kW dieselového generátora na úrovni systémovej integrácie.

V chladiacom systéme dieselového generátora s výkonom 16 kW existuje mnoho typov výmenníkov tepla a medzi výmenníkmi tepla existuje väzba tlak-prietok. Tradičná modelovacia metóda rozdeľuje modul podľa fyzikálneho modelu, vypočítava tlak a prietok každého modulu samostatne podľa bilančnej rovnice a musí spĺňať podmienku rovnakých okrajových obmedzení. Preto je iteračný výpočet nevyhnutný a čas výpočtu sa zvyšuje. Na vyriešenie tohto problému sa pomocou metódy objemovej zotrvačnosti vytvorí simulačný model chladiaceho systému dieselového generátora s výkonom 16 kW využívajúceho odpadové teplo.

Podľa metódy objemovej zotrvačnosti nie je prietok v každej zložke vyvážený a každá zložka sa posudzuje podľa objemového zotrvačného prepojenia. Každá zložka sa považuje za objemový modul a spojovacie potrubie medzi jednotlivými zložkami za modul odporu. Pre objemový modul, ak sa ignoruje vnútorný odpor kvapaliny, tlak vo vnútri objemového modulu je rovnomerný. Tlak v objemovom module sa dá vypočítať podľa rozdielu hmotnostného prietoku na oboch koncoch objemového modulu a zmeny teploty v objemovom module. Rozdiel tlaku medzi vstupom a výstupom a strata trením na stene potrubia však spôsobujú zmenu toku a dynamickú hodnotu toku možno vypočítať podľa zákona zachovania hybnosti.

Na príklade potrubia s dĺžkou l je rozdelené na objemový modul a modul odporu a je stanovený jeho objemový zotrvačný model.

1) objemový modul.

Prietok za jednotku času do objemového modulu je M1 a prietok za jednotku času z objemového modulu je M2. Podľa zákona zachovania hmotnosti: Prietok do objemového modulu - prietok z objemového modulu = hmotnostný prírastok objemového modulu, možno vypočítať hmotnostný prírastok objemového modulu:

Vo vzorci: M je hmotnosť pracovnej kvapaliny v objemovom module, kg; v je objem pracovnej kvapaliny v objemovom module, M3; kg/m3 je hustota pracovnej kvapaliny v objemovom module; M1 a M2 sú hmotnostný prietok kvapaliny do a z objemového modulu, kg/s.

2) odporový modul.

V odporovom module sa prietok mení v dôsledku tlakového rozdielu a trecieho odporu kvapaliny. Podľa zákona zachovania hybnosti: Hybnosť vstupujúca do odporového modulu - hybnosť opúšťajúca odporový modul + hybnosť vonkajšej sily = prírastok hybnosti odporového modulu, hmotnosť kvapaliny pretekajúcej prierezom odporového modulu možno vypočítať:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

Vo vzorci: M je hmotnostný prietok pracovnej kvapaliny potrubím, kg/s; v je rýchlosť pracovnej kvapaliny, m/s; a je plocha prierezu potrubia, m2; l je dĺžka potrubia, m; p1 a P2 sú tlaky na oboch stranách odporového modulu, PA; UL je trecí odpor kvapaliny na stene potrubia, pričom znamienko mínus predstavuje trecí odpor v opačnom smere ako je prúdenie kvapaliny, U je mokrý obvod potrubia, U je trecí odpor na jednotku plochy, = 1/2 FV2, F je koeficient trenia výmenníka tepla pozdĺž dráhy, ktorý možno získať podľa empirického vzorca.

3 analýza výkonnosti systému

V tejto práci je štvortaktný preplňovaný dieselový generátor s výkonom 16 kW rozdelený na kompresor, turbínu, rotor turbíny, medzichladič, sacie a výfukové potrubie, regulátor, valec a generátor. Simulačný model dieselového generátora s výkonom 16 kW bol vytvorený pomocou metódy priemerovania.

Chladiaci systém s dieselovým generátorom s výkonom 16 kW má veľký počet výmenníkov tepla a na vytvorenie simulačných modelov každej zložky sa používa metóda objemovej zotrvačnosti. Kvapalné pracovné médium v ​​systéme pozostáva prevažne z odpadového plynu, roztoku bromidu lítneho, vody, vodnej pary atď. Aby sa zaručila presnosť výpočtu modelu, bol podľa fitovacieho vzorca vytvorený model na výpočet tepelných vlastností pracovného média. Simulačné modely absorpčných chladičov s výkonom 16 kW a bromidom lítnym boli vytvorené a odladené v softvéri Matlab/Simulink. Nakoniec je simulačný model chladičov s dieselovým generátorom s výkonom 16 kW využívajúcich odpadové teplo skombinovaný, ako je znázornené na obrázku 4.

V simulácii v ustálenom stave sa podľa návrhových parametrov najprv v simulačnom softvéri Matlab/Simulink nastavia okrajové podmienky a priradia sa počiatočné hodnoty stavových premenných modelu. Na nastavenie času simulácie na 2000 s sa použil algoritmus ODE45 s vysokou presnosťou simulácie. Tabuľka 2 zobrazuje porovnanie medzi výsledkami simulácie v ustálenom stave a návrhovými parametrami.

Tabuľka 2 ukazuje, že relatívna chyba medzi hodnotou simulácie v ustálenom stave a konštrukčnými parametrami chladiaceho systému s dieselovým generátorom s výkonom 16 kW je menšia ako 3 %, čo spĺňa požiadavku na presnosť simulácie systému a potvrdzuje správnosť a presnosť simulačného modelu. Tepelné parametre pracovného média v systéme sa získavajú prispôsobením vzorca, pri modelovaní sa robia potrebné predpoklady a chyby komponentov sa po ich montáži zväčšia, čo sú dôvody relatívnych chýb.

Na základe výsledkov simulácie v ustálenom stave bol vyhodnotený celkový koeficient využitia energie chladiaceho systému s využitím odpadového tepla dieselového generátora s výkonom 16 kW. Metóda výpočtu celkového koeficientu využitia energie systému je pomocou vzorca.

X je celkový koeficient využitia energie systému dieselového generátora s výkonom 16 kW, PG je 16 kW dieselový generátor, kW, RC je absorpčný chladič libr, kW, EC je ostatná spotreba energie systému, kW; FC je spotreba paliva dieselového generátora, kW; PC je spotreba energie systému, kW.

Za navrhnutých prevádzkových podmienok má 16kw dieselový generátor výkon 357,6 kW, lítiumbromidový absorpčný chladič má výkon 579,79 kW, ostatná spotreba energie systému je 132 kW a spotreba paliva 16kw dieselového generátora je približne 1286 kW, spotreba energie čerpadiel a iných zariadení spotrebujúcich energiu v systéme je približne 30 kW.

Podľa výpočtu vzorca (6) je celkový koeficient využitia energie chladiaceho systému s dieselovým generátorom s výkonom 16 kW približne 0,813 a účinnosť využitia energie sa výrazne zlepšila, čo je viac ako 0,8 a spĺňa konštrukčné požiadavky.

Zaťaženie 16kw dieselového generátora je určené spotrebou energie. Zmena zaťaženia bude mať za následok zmenu teploty výfukových plynov a prietoku 16kw dieselového generátora, čo ovplyvní chladiaci výkon absorpčného chladiča s bromidom lítnym za systémom.

Termodynamický proces systému je zložitý s inerciálnymi oneskoreniami. Nastavením celého času simulácie na 6000 s, počnúc 2000 s, pridaním skokovej zmeny sa zaťaženie 16 kW dieselového generátora zníži zo 100 % na 80 % a vykoná sa výpočet dynamickej simulácie.

Od roku 2000 sa zaťaženie znižuje z 352,3 kW na 287,48 kW, prietok výfukových plynov z 1,3187 kg/s na 1,1192 kg/s a teplota výfukových plynov z 462 °F...°C až 453 °C pre 16kw dieselový generátor. Celý proces dynamickej odozvy trvá približne 100 s. Zaťaženie dieselového motora sa zníži o 20 %, otáčky dieselového motora sa zvýšia, regulátor rýchlo reaguje, znižuje sa vstrekovanie paliva, aby sa udržala stabilita otáčok na nastavenej hodnote. Zníženie vstrekovania paliva v dieselovom motore vedie k zníženiu teploty a prietoku výfukových plynov.

Chladiaca kapacita sa mierne zvýšila a potom rýchlo klesla na ďalšiu stabilnú hodnotu z 579,79 kW na 507,15 kW. Ako je vidieť na obrázku 9, koeficient chladenia sa mierne zvýšil a potom klesol z 1,394 na 1,402. Zníženie zaťaženia 16 kW dieselového generátora viedlo k zníženiu tepelnej energie vstupujúcej do celého systému 16 kW dieselového generátora, čo viedlo k zníženiu chladiacej kapacity chladiča, ale koeficient chladenia sa mierne zvýšil a celý dynamický proces bol ukončený približne po 2000 s.

4 ZÁVER

Na príklade obytnej oblasti ostrova sa skúma nová energeticky úsporná chladiaca technológia využívajúca odpadové teplo z výroby energie naftou.

1) Bol vykonaný integrovaný návrh chladiaceho systému na využitie odpadového tepla z dieselového generátora s výkonom 16 kW a boli určené návrhové parametre. Prostredníctvom statického a dynamického simulačného výpočtu systému sa analyzoval výkon systému, potom sa navrhol riadiaci systém a vykonala sa jeho optimalizácia.

2) Simulácia v ustálenom stave sa vykonáva v projektovaných podmienkach a relatívna chyba je menšia ako 3 %, čo spĺňa požiadavky na projektovanie a potvrdzuje presnosť a správnosť modelu. Podľa výsledkov simulácie v ustálenom stave je celkový koeficient využitia energie systému približne 0,813, čo spĺňa požiadavky na projektovanie.

3) Vykonala sa dynamická simulácia poruchy zaťaženia 16 kW, ktorá mala za následok zníženie zaťaženia 16 kW, zníženie výroby energie, zníženie tepelnej energie výfukových plynov, zníženie chladiacej kapacity a mierne zvýšenie chladiaceho koeficientu. Výsledky simulácie ukazujú, že chladiaca kapacita elektrárne s výkonom 16 kW je nižšia ako u elektrárne s výkonom 16 kW a výkon elektrárne s výkonom 16 kW je nižší ako u elektrárne s výkonom 16 kW a tepelná energia výfukových plynov je nižšia ako u dieselového generátora s výkonom 16 kW.