Математическое моделирование, оптимизация структуры и режима работы оборудования конденсационных котлов
В.П. Жуков, А.Е. Барочкин, А.Н. Беляков, Е.В. Барочкин, Е.А. Шуина, А.К. Соколов
Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 6, сс. 82—87
Скачать PDF
Состояние вопроса. Снижение потерь тепла с уходящими газами энергетических установок является одним из перспективных направлений решения проблемы энергосбережения, которая относится к приоритетным направлениям развития науки, техники и технологий РФ. Конструкции конденсационных теплоутилизаторов в промышленности и энергетике позволяют, наряду со снижением тепловых потерь с уходящими газами, значительно уменьшить и потери влаги в атмосферу. Несмотря на большое количество научных публикаций по данной теме и положительный опыт применения разработанных конструкций конденсационных теплоутилизаторов, основная масса газовых котельных и ТЭС в настоящее время продолжают работать без внедрения установок глубокой утилизации тепла. Во многом это вызвано отсутствием универсальных методов расчета и оптимизации режимов теплоутилизаторов. В связи с этим разработка математических моделей энергетических установок с конденсационными теплоутилизаторами и пакетов программ для их компьютерной реализации в целях оперативного выбора оптимальной структуры и режима работы оборудования является актуальной задачей.
Материалы и методы. Для разработки модели конденсационного котла использованы уравнения баланса энергии и массы. Для решения задачи оптимального выбора структуры и режима работы оборудования применены методы математического программирования.
Результаты. Разработаны модель и метод решения задачи выбора оптимальной структуры и режима работы конденсационных теплоутилизаторов. В качестве целевой функции оптимизации предложено использовать количество топлива, необходимого для обеспечения заданной тепловой нагрузки. Разработана компьютерная программа для оптимального распределения нагрузки между работающими агрегатами.
Выводы. Анализ полученных результатов показал адекватное описание моделью реального оборудования и возможность построения компьютерных режимных карт, использование которых позволяет существенно экономить энергоресурсы за счет оптимального выбора режима и распределения нагрузки между работающим оборудованием. Предложенный подход позволяет формулировать и решать обратные задачи диагностики состояния оборудования конденсационных теплоутилизаторов.
- Котел отопительный водогрейный газовый типа GEFFEN MB [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.geffen.ru/.(дата обращения: 10.09.2021).
- Седлов А.С., Солодов А.П., Бухонов Д.Ю. Получение конденсата из уходящих дымовых газов на экспериментальной установке ОАО ГРЭС-24 // Энергосбережение и водоподготовка. – 2006. – № 5(43). – C. 76–77.
- Жуков В.П., Барочкин Е.В. Системный анализ энергетических тепломассообменных установок. – Иваново, 2009. – 176 с.
- Барочкин А.Е., Жуков В.П., Беляков А.Н. Исследование процесса теплопередачи в многопоточных теплообменных аппаратах // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – 2011. – Т. 54, вып. 11. – С. 116–119.
- Барочкин А.Е., Жуков В.П. Моделирование и расчет многопоточных теплообменных аппаратов // Вестник ИГЭУ. – 2017. – № 3. – С. 70–75.
- Жуков В.П., Барочкин А.Е. Моделирование и расчет процесса теплопередачи в конденсационном котле // Энергосбережение и водоподготовка. – 2022. – № 2(136). – С. 43–48.
- Справочник по теплообменникам: в 2 т. Т. 1 / пер. с англ.; под ред. О.Г. Мартыненко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 560 с.
- Белосельский Б.С., Соляков В.К. Энергетическое топливо. – М.: Энергия, 1980. – 168 с.
- Мэтьюз Д.Г., Финк К.Д. Численные методы. Использование MATLAB. – М.: Лань, 2001. – 720 с.
- Волков Е.А. Численные методы: учеб. пособие. – СПб.: Лань, 2007. – 256 с.
- Соловьев И.А., Червяков А.В., Репин А.Ю. Прикладная математика. Применение программной среды Python S60. – М., 2010. – 280 с.