Analiza zasnove in delovanja16kw dizelski generatorHladilni sistem z uporabo odpadne toplote

Glede na pretekle raziskave je načrtovanje in simulacija porazdeljenega sistema kogeneracije preveč zahtevna.

1 zasnova sistemske integracije

Izbrano stanovanjsko območje otoka napaja 16 kW dizelski generator, pri čemer izpušni plini dizelskega motorja vsebujejo veliko toplotne energije, absorpcijski hladilnik z litijevim bromidom pa izpušne pline uporablja kot delovni vir toplote za hlajenje uporabnikov. Za povečanje nastavljivega razpona hladilne obremenitve je bil uporabljen hladilnik z naknadnim zgorevanjem. Celotna zasnova 16 kW dizelskega generatorskega sistema otoka je prikazana na sliki 1.

Na podlagi načela zasnove električnega hlajenja (ujemanje hladilnika glede na 16 kW dizelski generator) je v tem članku izvedena izbira ustreznega hladilnika. Stanovanjski prostor ima bruto površino približno 4.850 m2 in 16 kW dizelski generator z nazivno močjo 350 kW. 16 kW dizelski generator proizvaja izpušne pline s temperaturo približno 450 °C.°C, toplotna energija, ki je na voljo hladilniku, pa je približno 420 kW. Izbran je bil dvojno učinkovit vzporedni absorpcijski hladilnik z litijevim bromidom s hladilnim koeficientom 1,4 in močjo 582 kW. Povprečna hladilna obremenitev otočnih uporabnikov je 120 W/m2. Glede na raziskavo 120 W/m2 zadosti potrebam otočnih uporabnikov po hladilni obremenitvi. Zato lahko pri delovanju 16 kW dizelskega generatorja v nazivnih obratovalnih pogojih odpadna toplota izpušnih plinov zadosti potrebam hladilnika. Projektni parametri hladilnega sistema 16 kW dizelskega generatorja so prikazani v tabeli 1.

2. Matematično modeliranje

Hladilni sistem z dizelskim generatorjem z močjo 16 kW je zelo kompleksen in vključuje številne teme, kot so dinamika, termodinamika in prenos toplote, zato je zelo pomembno izbrati ustrezno metodo modeliranja. V tem članku je simulacijski model hladilnega sistema z izkoriščanjem odpadne toplote z močjo 16 kW vzpostavljen z uporabo modularne metode modeliranja. Hladilni sistem z izkoriščanjem odpadne toplote z močjo 16 kW je tipičen termodinamični sistem, moduli pa so razdeljeni glede na pretok delovne snovi in ​​energije.

Ko določimo celotno idejo modeliranja, moramo izbrati razumno metodo za natančno simulacijo delovanja sistema.

Ta članek v glavnem preučuje izhodno moč in energijo izpušne toplote 16 kW dizelskega generatorja pri različnih obremenitvah, ne da bi upošteval notranji delovni proces 16 kW dizelskega generatorja. Modeliranje z metodo povprečenja zagotavlja natančnost simulacije 16 kW dizelskega generatorja na ravni sistemske integracije.

V hladilnem sistemu z dizelskim generatorjem z močjo 16 kW obstaja veliko vrst toplotnih izmenjevalnikov, med toplotnimi izmenjevalniki pa obstaja sklop tlaka in pretoka. Tradicionalna metoda modeliranja razdeli modul glede na fizični model, izračuna tlak in pretok vsakega modula posebej v skladu z enačbo ravnovesja in mora izpolnjevati pogoj enakih omejitev robov. Zato se iterativnemu izračunu ni mogoče izogniti in čas računanja se poveča. Za rešitev tega problema je bil z metodo volumetrične vztrajnosti vzpostavljen simulacijski model hladilnega sistema z dizelskim generatorjem z močjo 16 kW, ki uporablja odpadno toploto.

V skladu z metodo volumetrične inercije pretok v posameznih komponentah ni uravnotežen, temveč se vsaka komponenta obravnava glede na volumetrično inercijsko povezavo. Vsaka komponenta se obravnava kot prostorninski modul, povezovalna cev med posameznimi komponentami pa kot modul upora. Pri prostorninskem modulu je tlak v prostorninskem modulu enakomeren, če zanemarimo notranji upor tekočine. Tlak v prostorninskem modulu se lahko izračuna glede na razliko masnega pretoka na obeh koncih prostorninskega modula in spremembo temperature v prostorninskem modulu. Vendar pa razlika tlakov med vhodom in izhodom ter izguba trenja v steni cevi povzročita spremembo pretoka, dinamično vrednost pretoka pa je mogoče izračunati glede na ohranitev gibalne količine.

Na primeru cevi dolžine l je razdeljena na modul prostornine in modul upora ter vzpostavljen njen model vztrajnosti prostornine.

1) modul za glasnost.

Pretok na enoto časa v prostorninski modul je M1, pretok na enoto časa iz prostorninskega modula pa je M2. V skladu z zakonom o ohranitvi mase: Pretok v prostorninski modul - pretok iz prostorninskega modula = prirastek mase prostorninskega modula, lahko izračunamo prirastek mase prostorninskega modula:

V formuli: M je masa delovne tekočine v prostorninskem modulu, kg; v je prostornina delovne tekočine v prostorninskem modulu, M3; kg/m3 je gostota delovne tekočine v prostorninskem modulu; M1 in M2 sta masni pretok tekočine v in iz prostorninskega modula, kg/s.

2) uporovni modul.

V uporovnem modulu se pretok spreminja zaradi tlačne razlike in tornega upora tekočine. V skladu z zakonom o ohranitvi LINEARNEGA GIBALNEGA KOLA: Gibalni količnik, ki vstopa v uporovni modul – gibalni količnik, ki ga zapušča + gibalni količnik zunanje sile = prirastek gibalnega količnika uporovnega modula, lahko izračunamo maso tekočine, ki teče skozi presek uporovnega modula:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

V formuli: M je masni pretok delovne tekočine skozi cev, kg/s; v je hitrost delovne tekočine, m/s; a je površina prečnega prereza cevi, m 2; l je dolžina cevi, m; p 1 in P 2 sta tlaka na obeh straneh uporovnega modula, PA; UL je torni upor tekočine na steni cevi, pri čemer znak minus predstavlja torni upor v nasprotni smeri od toka tekočine, U je moker obseg cevi, U je torni upor na enoto površine, = 1/2 FV 2, F je koeficient trenja toplotnega izmenjevalnika vzdolž poti, ki ga lahko dobimo po empirični formuli.

3 analiza delovanja sistema

V tem članku je štiritaktni turbopolnilnik z močjo 16 kW razdeljen na kompresor, turbino, rotor turbine, hladilnik zraka, sesalno in izpušno cev, regulator, valj in generator. Simulacijski model 16 kW dizelskega generatorja je bil zgrajen z metodo povprečenja.

Hladilni sistem z dizelskim generatorjem z močjo 16 kW ima veliko število toplotnih izmenjevalnikov, za izdelavo simulacijskih modelov vsake komponente pa se uporablja metoda volumetrične inercije. Tekoči delovni medij v sistemu je sestavljen predvsem iz odpadnih plinov, raztopine litijevega bromida, vode, vodne pare in tako naprej. Da bi zagotovili natančnost izračuna modela, je bil vzpostavljen model za izračun toplotnih lastnosti delovnega medija v skladu s prilagoditveno formulo. Simulacijski modeli absorpcijskih hladilnikov z močjo 16 kW in litijevega bromida so bili zgrajeni in odpravljeni v programski opremi Matlab/Simulink. Nazadnje je simulacijski model hladilnikov z dizelskim generatorjem z močjo 16 kW, ki uporabljajo odpadno toploto, kombiniran, kot je prikazano na sliki 4.

V simulaciji v ustaljenem stanju se v skladu s parametri načrtovanja najprej v simulacijskem programu Matlab/Simulink nastavijo robni pogoji, nato pa se dodelijo začetne vrednosti spremenljivk stanja modela. Za nastavitev časa simulacije na 2000 s se uporabi algoritem ODE45 z visoko natančnostjo simulacije. Tabela 2 prikazuje primerjavo med rezultati simulacije v ustaljenem stanju in parametri načrtovanja.

Iz tabele 2 je razvidno, da je relativna napaka med vrednostjo simulacije v ustaljenem stanju in projektnimi parametri hladilnega sistema z dizelskim generatorjem z močjo 16 kW manjša od 3 %, kar izpolnjuje zahteve glede natančnosti simulacije sistema in potrjuje pravilnost in točnost simulacijskega modela. Toplotni parametri delovnega medija v sistemu so pridobljeni s prilagoditvijo formule, potrebne predpostavke so narejene pri modeliranju, napake komponent pa se bodo povečale, ko bodo sestavljene, kar so razlogi za relativne napake.

Na podlagi rezultatov simulacije v ustaljenem stanju je bil ocenjen skupni koeficient izkoriščenosti energije hladilnega sistema z izkoriščanjem odpadne toplote 16 kW dizelskega generatorja. Metoda izračuna skupnega koeficienta izkoriščenosti energije sistema je formula.

X je skupni koeficient izrabe energije 16 kW dizelskega generatorja, PG je 16 kW dizelski generator, kW, RC je absorpcijski hladilnik, kW, EC je druga poraba energije sistema, kW; FC je poraba goriva dizelskega generatorja, kW; PC je poraba energije sistema, kW.

V načrtovanih obratovalnih pogojih ima 16 kW dizelski generator zmogljivost 357,6 kW, litijev bromidni absorpcijski hladilnik ima zmogljivost 579,79 kW, druga poraba energije sistema je 132 kW, poraba goriva 16 kW dizelskega generatorja pa je približno 1286 kW, poraba energije črpalk in druge opreme, ki porablja energijo v sistemu, pa je približno 30 kW.

Glede na izračun formule (6) je skupni koeficient izrabe energije hladilnega sistema z dizelskim generatorjem z močjo 16 kW približno 0,813, učinkovitost izrabe energije pa se je močno izboljšala, kar je več kot 0,8 in izpolnjuje projektne zahteve.

Obremenitev 16 kW dizelskega generatorja je določena s porabo energije. Sprememba obremenitve bo povzročila spremembo temperature izpušnih plinov in pretoka 16 kW dizelskega generatorja, kar bo vplivalo na hladilno zmogljivost absorpcijskega hladilnika z litijevim bromidom, ki je nameščen za sistemom.

Termodinamični proces sistema je kompleksen z inercialnimi zakasnitvami. Z nastavitvijo celotnega časa simulacije na 6000 s, začenši od 2000 s, in dodajanjem skokovite spremembe se obremenitev 16 kW dizelskega generatorja zmanjša s 100 % na 80 % in izvede se dinamični simulacijski izračun.

Od leta 2000 se obremenitev zmanjša s 352,3 kW na 287,48 kW, pretok izpušnih plinov z 1,3187 kg na 1,1192 kg, temperatura izpušnih plinov pa s 462 °F (462 °F).°C do 453 °C za 16 kW dizelski generator. Celoten proces dinamičnega odziva traja približno 100 sekund. Obremenitev dizelskega motorja se zmanjša za 20 %, hitrost dizelskega motorja se poveča, regulator se hitro odzove, zmanjša se vbrizgavanje goriva, da se ohrani stabilnost hitrosti na nastavljeni točki. Zmanjšanje vbrizgavanja goriva v dizelskem motorju povzroči zmanjšanje temperature in pretoka izpušnih plinov.

Hladilna zmogljivost se je nekoliko povečala in nato hitro padla na drugo stabilno vrednost, s 579,79 kW na 507,15 kW. Kot je razvidno iz slike 9, se je hladilni koeficient nekoliko povečal in nato zmanjšal z 1,394 na 1,402. Zmanjšanje obremenitve 16 kW dizelskega generatorja je povzročilo zmanjšanje toplotne energije, ki vstopa v celoten sistem 16 kW dizelskega generatorja, kar je povzročilo zmanjšanje hladilne zmogljivosti hladilnika, vendar se je hladilni koeficient nekoliko povečal in celoten dinamični proces je bil končan okoli 2000 sekund.

4 ZAKLJUČEK

Na primeru stanovanjskega območja otoka je preučena nova energetsko varčna hladilna tehnologija, ki uporablja odpadno toploto iz proizvodnje električne energije z dizelskim gorivom.

1) Izvedena je bila integrirana zasnova hladilnega sistema za izkoriščanje odpadne toplote dizelskega generatorja z močjo 16 kW in določeni so bili projektni parametri. Z izračunom statične in dinamične simulacije sistema je bila analizirana zmogljivost sistema, nato je bil zasnovan krmilni sistem in izvedena je bila optimizacija sistema.

2) Simulacija v ustaljenem stanju se izvede v projektnih pogojih, relativna napaka pa je manjša od 3 %, kar izpolnjuje projektne zahteve in potrjuje natančnost in pravilnost modela. Glede na rezultate simulacije v ustaljenem stanju je skupni koeficient izkoriščenosti energije sistema približno 0,813, kar izpolnjuje projektne zahteve.

3) Izvedena je dinamična simulacija motenj obremenitve 16 kW, kar povzroči zmanjšanje obremenitve 16 kW, zmanjšanje proizvodnje električne energije, zmanjšanje toplotne energije izpušnih plinov, zmanjšanje hladilne zmogljivosti in rahlo povečanje hladilnega koeficienta. Rezultati simulacije kažejo, da je hladilna zmogljivost 16 kW elektrarne nižja od 16 kW elektrarne, izhodna moč 16 kW elektrarne pa je nižja od 16 kW elektrarne, toplotna energija izpušnih plinov pa je nižja od 16 kW dizelskega generatorja.