Анализа дизајна и перформансиДизел генератор од 16 kWСистем за хлађење који користи отпадну топлоту

На основу прошлих истраживања, пројектовање и симулација дистрибуираног система когенерације је превише сложено.

1 дизајн системске интеграције

Одабрано стамбено насеље на острву напаја дизел генератор од 16 kW. Издувни гасови дизел мотора садрже велику количину топлотне енергије, а апсорпциони чилер са литијум бромидом користи издувне гасове као радни извор топлоте за хлађење корисника. Да би се повећао подесиви опсег расхладног оптерећења, усвојен је фрижидер са додатним сагоревањем. Укупан дизајн система дизел генератора од 16 kW на острву је приказан на слици 1.

На основу принципа пројектовања електричног хлађења (одабрани чилер према дизел генератору од 16 kW), у овом раду је спроведен одговарајући избор чилера. Стамбени простор има бруто површину од око 4.850 м2 и дизел генератор од 16 kW номиналне снаге 350 kW. Дизел генератор од 16 kW производи издувне гасове на температури од око 450°C, а топлотна енергија доступна чилеру је око 420 kW. Одабран је двоструко-ефективни паралелни апсорпциони чилер литијум бромида са коефицијентом хлађења од 1,4 и снагом од 582 kW. Просечно расхладно оптерећење корисника на острву је 120 W/m2. Према истраживању, 120 W/m2 задовољава потребе корисника на острву за расхладним оптерећењем. Стога, када дизел генератор од 16 kW ради под номиналним радним условима, отпадна топлота из издувних гасова може задовољити потребе фрижидера. Параметри пројектовања расхладног система дизел генератора од 16 kW приказани су у Табели 1.

2. Математичко моделирање

Систем хлађења дизел генератора од 16 kW је веома сложен и обухвата многе теме као што су динамика, термодинамика и пренос топлоте, тако да је веома важно одабрати одговарајућу методу моделирања. У овом раду, симулациони модел система хлађења са искоришћењем отпадне топлоте од 16 kW је успостављен коришћењем модуларне методе моделирања. Систем хлађења са искоришћењем отпадне топлоте дизел генератора од 16 kW је типичан термодинамички систем, модули су подељени према протоку радне материје и енергије.

Након што одредимо целу идеју моделирања, требало би да изаберемо разумну методу за прецизну симулацију рада система.

Овај рад се углавном бави проучавањем излазне снаге и топлотне енергије издувних гасова дизел генератора од 16 kW под различитим оптерећењима, без разматрања унутрашњег процеса рада дизел генератора од 16 kW. Моделирање коришћењем методе усредњавања обезбеђује тачност симулације дизел генератора од 16 kW на нивоу системске интеграције.

У расхладном систему дизел генератора од 16 kW постоји много врста измењивача топлоте, а између измењивача топлоте постоји спрега притиска и протока. Традиционална метода моделирања дели модул према физичком моделу, израчунава притисак и проток сваког модула посебно према једначини равнотеже и мора задовољити услов једнаких ограничења граница. Стога је итеративно израчунавање неизбежно и време израчунавања се повећава. Да би се решио овај проблем, успостављен је симулациони модел расхладног система дизел генератора од 16 kW који користи отпадну топлоту методом волуметријске инерције.

Према методи волуметријске инерције, проток у свакој компоненти није уравнотежен, већ се свака компонента посматра према вези волуметријске инерције. Свака компонента се посматра као модул запремине, а спојна цев између сваке компоненте као модул отпора. За модул запремине, занемарујући унутрашњи отпор флуида, притисак унутар модула запремине је равномеран. Притисак у модулу запремине може се израчунати према разлици масеног протока на оба краја модула запремине и промени температуре у модулу запремине. Међутим, разлика притиска између улаза и излаза и губитак трења зида цеви доводе до промене флукса, а динамичка вредност флукса може се израчунати према закону очувања импулса.

Узимајући цеви дужине l као пример, она је подељена на модул запремине и модул отпора, и успостављен је њен модел инерције запремине.

1) модул запремине.

Брзина протока по јединици времена у запремински модул је M1, а брзина протока по јединици времена из запреминског модула је M2. Према закону очувања масе: Проток у запремински модул - проток из запреминског модула = прираштај масе запреминског модула, прираштај масе запреминског модула може се израчунати:

У формули: M је маса радног флуида у запреминском модулу, kg; v је запремина радног флуида у запреминском модулу, M3; kg/m3 је густина радног флуида у запреминском модулу; M1 и M2 су масени проток флуида у и из запреминског модула, kg/s.

2) отпорни модул.

У отпорничком модулу, брзина протока се мења због разлике притиска и отпора трења флуида. Према закону очувања ЛИНЕАРНОГ ИМПУЛСА: Импулс који улази у отпорнички модул - импулс који излази из отпорничког модула + импулс спољашње силе = прираштај импулса отпорничког модула, маса флуида који протиче кроз попречни пресек отпорничког модула може се израчунати:

пагенумбер_ебоок=33,пагенумбер_боок=25

У формули: M је масени проток радног флуида кроз цев, kg/s; v је брзина радног флуида, m/s; a је површина попречног пресека цеви, m 2; l је дужина цеви, m; p 1 и P 2 су притисци са обе стране отпорног модула, PA; UL је отпор трења флуида о зид цеви, знак минус представља отпор трења у супротном смеру од протока флуида, U је влажни обим цеви, U је отпор трења по јединици површине, = 1/2 FV 2, F је коефицијент трења измењивача топлоте дуж пута, који се може добити према емпиријској формули.

3 анализа перформанси система

У овом раду, четворотактни турбопуњени дизел генератор од 16 kW је подељен на компресор, турбину, ротор турбине, интеркулер, усисну и издувну цев, регулатор, цилиндар и генератор, а симулациони модел дизел генератора од 16 kW је изграђен коришћењем методе просека.

Систем хлађења дизел генератора од 16 kW има велики број измењивача топлоте, а за изградњу симулационих модела сваке компоненте користи се метода волуметријске инерције. Течни радни медијум у систему се углавном састоји од отпадног гаса, раствора литијум бромида, воде, водене паре и тако даље. Да би се гарантовала тачност прорачуна модела, успостављен је модел за израчунавање термичких својстава радног медијума према формули за подешавање. Симулациони модели чилера од 16 kW и чилера са апсорпцијом литијум бромида су изграђени и отклоњени, респективно, у софтверу Matlab/Simulink. Коначно, симулациони модел чилера дизел генератора од 16 kW који користе отпадну топлоту је комбинован као што је приказано на слици 4.

У симулацији стационарног стања, у складу са параметрима пројектовања, прво се гранични услови постављају у софтверу за симулацију Matlab/Simulink, а затим се додељују почетне вредности променљивих стања модела. ODE45 алгоритам са високом тачношћу симулације се користи за подешавање времена симулације на 2000 секунди. Табела 2 приказује поређење између резултата симулације стационарног стања и параметара пројектовања.

Табела 2 показује да је релативна грешка између вредности симулације у стационарном стању и пројектних параметара расхладног система дизел генератора од 16 kW мања од 3%, што испуњава захтев за прецизност симулације система и потврђује исправност и тачност симулационог модела. Термички параметри радног медијума у ​​систему добијају се прилагођавањем формуле, неопходне претпоставке су направљене у моделирању, а грешке компоненти ће се увећати када се склопе, што су разлози за релативне грешке.

На основу резултата симулације стационарног стања, процењен је укупан коефицијент искоришћења енергије расхладног система са искоришћењем отпадне топлоте дизел генератора од 16 kW. Метод израчунавања укупан коефицијент искоришћења енергије система је као формула.

X је укупан коефицијент искоришћења енергије система дизел генератора од 16 kW, PG је дизел генератор од 16 kW, kW, RC је апсорпциони чилер libr, kW, EC је остала потрошња енергије система, kW; FC је потрошња горива дизел генератора, kW; PC је потрошња снаге система, kW.

Под пројектованим радним условима, дизел генератор од 16 kW има капацитет од 357,6 kW, литијум-бромидни апсорпциони чилер има капацитет од 579,79 kW, остала потрошња енергије система је 132 kW, а потрошња горива дизел генератора од 16 kW је око 1286 kW, потрошња енергије пумпи и друге опреме која троши енергију у систему је око 30 kW.

Према прорачуну формуле (6), коефицијент укупног искоришћења енергије расхладног система дизел генератора од 16 kW је око 0,813, а ефикасност искоришћења енергије је значајно побољшана, што је више од 0,8 и испуњава захтеве пројектовања.

Оптерећење дизел генератора од 16 kW одређено је потрошњом енергије. Промена оптерећења ће резултирати променом температуре издувних гасова и протока дизел генератора од 16 kW, што ће утицати на капацитет хлађења апсорпционог чилера литијум бромида низводно од система.

Термодинамички процес система је сложен, са инерцијалним кашњењима. Постављањем целог времена симулације на 6000 секунди, почев од 2000 секунди, додавањем скоковитог померања, оптерећење дизел генератора од 16 kW је смањено са 100% на 80%, а затим је извршен динамички симулациони прорачун.

Почев од 2000-их, оптерећење је смањено са 352,3 kW на 287,48 kW, проток издувних гасова са 1,3187 kg/s на 1,1192 kg/s, а температура издувних гасова са 462°C до 453 °C за дизел генератор од 16 kW. Читав процес динамичког одзива траје око 100 s. Оптерећење дизел мотора смањено је за 20%, брзина дизел мотора повећана, брзи одзив регулатора, смањено је убризгавање горива како би се одржала стабилност брзине на задатој вредности. Смањење убризгавања горива код дизел мотора доводи до смањења температуре издувних гасова и протока.

Капацитет хлађења се благо повећао, а затим брзо пао на другу стабилну вредност, са 579,79 kW на 507,15 kW. Као што се може видети на слици 9, коефицијент хлађења се благо повећао, а затим смањио са 1,394 на 1,402. Смањење оптерећења дизел генератора од 16 kW резултирало је смањењем топлотне енергије која улази у цео систем дизел генератора од 16 kW, што је довело до смањења капацитета хлађења чилера, али се коефицијент хлађења благо повећао, а цео динамички процес је завршен око 2000-их година.

4 ЗАКЉУЧАК

Узимајући стамбено насеље на острву као пример, проучава се нова енергетски штедљива технологија хлађења која користи отпадну топлоту из производње електричне енергије на дизел.

1) спроведен је интегрисани дизајн расхладног система за коришћење отпадне топлоте дизел генератора снаге 16 kW и одређени су параметри пројектовања. Кроз статичку и динамичку симулацију система анализиране су перформансе система, затим је пројектован систем управљања и спроведена је оптимизација система.

2) симулација стационарног стања је спроведена у пројектним условима, а релативна грешка је мања од 3%, што испуњава пројектне захтеве и потврђује тачност и исправност модела. Према резултатима симулације стационарног стања, укупни коефицијент искоришћења енергије система је око 0,813, што испуњава пројектне захтеве.

3) спроведена је динамичка симулација поремећаја оптерећења од 16 kW, што резултира смањењем оптерећења од 16 kW, смањењем производње електричне енергије, смањењем топлотне енергије издувних гасова, смањењем капацитета хлађења и благим повећањем коефицијента хлађења. Резултати симулације показују да је капацитет хлађења електране од 16 kW мањи од капацитета електране од 16 kW, а излаз електране од 16 kW је мањи од капацитета електране од 16 kW, а топлотна енергија издувних гасова је мања од капацитета дизел генератора од 16 kW.