WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Изменение входных параметров (возмущение) может быть как кратковременным (импульсным), так и длительным (ступенчатым). Созданная модель позволяет рассчитывать параметры теплоносителей с учетом любого из данных возмущений. Результаты расчета переходных процессов, полученные согласно модели (2)-(12), приведены на рис.3, 4.

Рис. 3. Распределение по ячейкам в разные моменты времени при ступенчатом увеличении расхода холодного теплоносителя с 10 кг/с до 50 кг/с массы горячего (G1), холодного (G2) теплоносителей и содержание газа в воде (Cg2)

Рис. 4. Изменение выходных параметров теплоносителей во времени при импульсном увеличении расхода воды на входе в деаэратор с 10 кг/с до 40 кг/с

Приведенная модель деаэратора может использоваться также и для расчета смешивающих теплообменных аппаратов. При этом удаление газа из воды (дегазация) не учитывается, а из модели (2) исключаются последние два уравнения, описывающие процесс деаэрации. Система уравнений для одной ячейки приобретает следующий вид:

. (13)

При этом в выражениях (4)-(8), (11)-(12) элементы пятой и шестой строк матриц будут отсутствовать. Матрица Bi, описывающая переход массы и тепловой энергии, принимает вид:

. (14)

Вектор свободных членов находится из выражения

,

где коэффициенты k определяются согласно (9), (10).

Результаты расчета смешивающего теплообменного аппарата представлены на рис. 5 в виде зависимости выходных параметров от времени при ступенчатом уменьшении расхода воды на входе в установку.

Рис. 5. Изменение параметров теплоносителей при ступенчатом уменьшении расхода воды на входе в теплообменный аппарат с 40 кг/с до 20 кг/с

Рис. 6. Изменение температуры холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата при ступенчатом увеличении температуры холодного теплоносителя на входе с 20 С до 40 С

При дальнейшем упрощении из системы (2) может быть получена модель поверхностного теплообменного аппарата путем исключения как уравнений, описывающих деаэрацию, так и уравнений, описывающих массообмен. Полученная при этом система уравнений, отражающая переход тепловой энергии от горячего теплоносителя к холодному путем теплопередачи, записывается в виде:

,(15)

Матрица Bi после преобразований записывается как:

.

Результаты расчета переходных процессов для поверхностного теплообменного аппарата приводятся на рис. 6 в виде зависимости температуры воды на выходе при ступенчатом увеличении температуры воды на входе в установку с 20 до 40 оС.

Для исследования влияния уровня декомпозиции системы на характер переходных процессов в термическом деаэраторе проведен специальный численный эксперимент. Исследованные схемы декомпозиции струйной ступени деаэрации (рис. 1) приведены на рис. 7. На рис. 8 представлены зависимости концентрации газов в холодном теплоносителе на выходе из деаэратора от времени, полученные при данных расчетных схемах. Параметры теплоносителей, соответствующие установившемуся режиму работы деаэратора, сведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчета основных параметров теплоносителей при различных вариантах декомпозиции системы для установившегося режима

Вариант декомпозиции (по рис.7)

Выходной параметр

G*1, кг/с

G*2, кг/с

Сg2, мкг/кг

а)

0,620

10,380

14,333

б)

0,620

10,380

14,113

в)

0,572

10,428

13,871

г)

0,572

10,428

13,586

Рис. 8. Изменение концентрации газов в воде на выходе из деаэратора от времени переходного процесса для различных вариантов декомпозиции системы (см. рис. 7)

При постоянных параметрах теплоносителей на входе, а также одинаковых значениях общей площади тепломассообмена характеристики теплоносителей на выходе из деаэратора незначительно отличаются при разных вариантах декомпозиции. Для качественной оценки процессов тепломассообмена достаточно использовать схему с одной или тремя ячейками. Отличительной особенностью расчета по данным схемам является его простота. Переходная матрица в этом случае имеет размер соответственно 6х6 или 18х18 элементов. Однако для более точного расчета процесса деаэрации необходимо использовать схему, представленную на рис. 7, г. Переходная матрица при этом имеет размер 54х54 элемента. При существенно отличной гидродинамической и тепловой обстановке в разных ячейках модель позволяет рассчитывать процесс в каждой ячейке при соответствующих значениях коэффициентов тепломассопереноса.

В третьей главе описана методика экспериментальных исследований, проведенных на струйно-барботажном деаэраторе атмосферного давления ДСА-300. Данный деаэратор входит в состав центральной водоподготовительной установки ОАО «Северсталь».

Деаэратор оборудован устройствами для отбора проб воды и пара. В состав параметров, замеры которых были проведены, входили расходы и температуры теплоносителей на входе и выходе деаэрационной установки, а также концентрация растворенного в воде кислорода. Расход выпара измерялся с использованием ультразвукового расходомера насыщенного пара. В процессе эксперимента использовались современные высокоточные приборы теплотехнического контроля, поверенные перед началом исследований. Исследования проведены методом активного эксперимента.

В рамках предложенного подхода (2) составлена расчетная схема и разработана математическая модель деаэратора ДСА-300. На рис. 9 приведены эскиз и расчетная схема деаэратора, в которой

  • область деаэрационной колонки под струеобразующей тарелкой представлена девятью ячейками (рис.7, г);
  • область деаэраторного бака над поверхностью воды, позволяющей моделировать подачу дополнительного пара, представлена одной ячейкой (рис.7, а);
  • область деаэраторного бака, в которой осуществляется барботаж, представлена также одной ячейкой (рис. 7, а).

Ячейки по ходу движения горячего теплоносителя по площади поверхности тепломассообмена отличаются между собой. Это обусловлено выбранным характером распределения по радиусу отверстий в струеобразующей тарелке, цилиндрической формой деаэраторной колонки и одинаковой шириной ячеек.

Рис. 9. Эскиз (а) и расчетная схема (б) деаэратора струйно-барботажного типа

Рис. 10. Сопоставление расчетной (сплошная линия) и экспериментальной (точки) зависимостей изменения концентрации газов в воде на выходе из деаэратора от времени при ступенчатом изменении расхода пара на барботаж

На рис.10 представлена зависимость концентрации газов в воде на выходе из деаэратора от времени при ступенчатом изменении расхода пара на барботаж. Временной шаг, найденный в ходе идентификации, составляет 9 с. Сопоставление расчетных и экспериментальных зависимостей свидетельствует об адекватном описании моделью реального процесса.

В четвертой главе представлены результаты практической апробации работы. Приводится алгоритм компьютерного метода расчета и порядок подготовки исходной информации необходимой для расчета поверхностных и смешивающих подогревателей и деаэраторов.

Показаны результаты исследования влияния конструктивных параметров на характер переходных процессов в деаэраторе струйно-барботажного типа. Получены зависимости изменения параметров переходного процесса при различном профилировании каналов для теплоносителей. Варианты профилирования каналов теплоносителей представлены на рис. 11. Зависимости выходных параметров от времени процесса приведены на рис. 12, 13, 14.

Анализ полученных зависимостей показывает, что на длительность переходного процесса и его амплитуду существенное влияние оказывает профиль канала холодного теплоносителя.

Профилирование канала движения горячего теплоносителя может обеспечиваться установкой дополнительных профилей и направляющих в расчетной области тепломассообмена вдоль направления движения холодного теплоносителя. В этом случае установка вставок не повлияет на параметры движения холодного теплоносителя, а изменение плотности их установки позволит формировать профиль канала для горячего теплоносителя. Профилирование канала холодного теплоносителя достигается изменением либо диаметра отверстий, либо их количества в тарелках деаэраторной колонки.

Рис. 11. Варианты профилей вероятностей переходов для пара (p1) и воды (p2)

Рис. 12. Изменение концентрации газа в холодном теплоносителе на выходе из деаэратора при скачкообразном увеличении концентрации газа в холодном теплоносителе на входе в деаэратор с 1800 мкг/кг до 2700 мкг/кг.

Цифровые обозначения соответствуют профилям рис. 11

Рис. 13. Зависимость изменения расхода холодного теплоносителя и концентрации газов в нем на выходе из деаэратора при импульсном увеличении расхода холодного теплоносителя при: 1- p1=0,5 и p2=0,2; 2- p1=0,5 и p2=0,1; 3- p1=0,5 и p2=0,05

Рис. 14. Зависимость изменения расхода холодного теплоносителя и концентрации газов в нем на выходе из деаэратора при импульсном уменьшении расхода холодного теплоносителя при: 1-p1=0,5 и p2=0,2; 2- p1=0,5 и p2=0,1; 3- p1=0,5 и p2=0,05

На основе разработанной математической модели предложен подход к оптимальному управлению переходными процессами. На практике часто возникает необходимость перехода на новую нагрузку или производительность деаэрационной установки. Изменение производительности должно проводиться без технологических нарушений режимов. В качестве контролируемого параметра принимается концентрация кислорода в деаэрированной воде. Для поддержания концентрации в допустимом диапазоне при увеличении расхода в деаэратор холодного теплоносителя необходимо согласованно увеличить и расход подаваемого пара. Зависимости регулируемых расходов воды и пара от времени являются искомыми оптимизируемыми управлениями. В качестве целевой функции оптимального ведения режима рассматривается потеря пара с выпаром G1. Математическая формулировка задачи представляется в виде

,

где u(Cg2) – показывает ограничение по концентрации газа в деаэрированной воде, - искомые управления подачей пара и воды, которые необходимо обеспечить при изменении нагрузки установки.

Решение задачи представлено на рис. 15 в виде найденных зависимостей управления расходом пара при изменении нагрузки установки и соответствующих им откликов по выходным параметрам. Изменение расхода воды при этом представлено одной зависимостью, которая в ходе анализа не варьировалась. Экономия расхода пара при различных управлениях показана на рисунке закрашенными областями между соответствующими управлениями. Минимальные потери пара наблюдаются при управлении 4, однако этот вариант приводит к нарушению ограничения по концентрации газа в деаэрированной воде (Cg2*20 мкг/кг). Таким образом, оптимальным ведением переходного процесса, которое не приводит к нарушению требований по концентрации газа, является управление 3.

Рис. 15. Анализ влияния регулирующего воздействия на характер переходного процесса. Цифрами обозначены варианты управления расходом пара при изменении нагрузки установки и соответствующие им отклики по выходным параметрам. Площадь закрашенных областей между линиями показывает экономию пара при переходе с одного управления на другое

Внедрение системы оптимального управления выполнено на линии химводоочистки теплосилового цеха ОАО «Северсталь», что позволило обеспечить уменьшение тепловых потерь на 13 тыс. Гкал/год и затрат пара на водоприготовление на 1500 т/год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»