Кандидат физико-математических наук
г. Новосибирск
ovosibirsk State University
Кандидат технических наук
г. Новосибирск
ovosibirsk State University
Аспирант
г. Новосибирск
Postgraduate
Novosibirsk, 630090
Утилизация органических отходов является крайне важной и актуальной экологической задачей. Одним из перспективных направлений в данной области является создание многорежимных (сжигание, пиролиз и газификация) установок по переработке органических отходов с получением на выходе полезных продуктов в виде непосредственно тепловой энергии и энергоносителей (биоуголь, бионефть, пиролизные смолы, синтез-газ и т.п.) и удобрений. Основными проблемами при создании подобных установок являются нестабильность свойств исходного сырья, его высокая влажность и зольность. Это в свою очередь заставляет применять нестандартное оборудование и нетиповые алгоритмы управления, процесс создания которых требует проведения большой экспериментальной работы. При этом проведение натурных экспериментов является дорогим, сложным и долгим процессом, что приводит к необходимости широкого применения математического и компьютерного моделирования.
В работе получены математические модели элементов газовоздушного тракта (ГВТ) установки по переработке органических отходов. Определены характеристики ГВТ установки как объекта регулирования по давлению в нижней и разрежению в верхней части камеры сжигания.
ГВТ установки, состоящий из дымохода и воздуховода, выполняет функции удаления из камеры сжигания дымовых газов и подачи воздуха, необходимого для поддержания процесса горения топлива. При разработке новых систем автоматизации моделирование позволяет достаточно точно оценить применяемые решения, упростить и удешевить процесс их создания, решить вопросы устойчивости систем, оптимизации переходных процессов и пр. При моделировании газовоздушный тракт установки условно разбит на ряд участков, для которых получены математические модели. Определены нелинейность полученных математических моделей по каналам "давление среды на входе n-го участка ГВТ — давление среды на выходе n-го участка ГВТ", нестационарность объектов регулирования и зависимость их динамических характеристик от режима работы установки. По разработанным моделям выявлена двухсторонняя взаимосвязь газового и воздушного трактов.
Полученные математические модели участков ГВТ установки необходимы для синтеза всережимных регуляторов разрежения дымовых газов в верхней части и давления воздуха в нижней части камеры сжигания установки и расчета компенсаторов межканальных связей газового и воздушного трактов.
Recycling of organic wastes is an extremely important and challenging environmental task. One of the promising trends in this field is the creation of multi-mode (combustion, pyrolysis and gasification) plants for processing organic wastes with production of such useful products as thermal energy and energy carriers (biocoal, bio-oil, pyrolysis resins, synthesis gas, etc.) and fertilizers. When creating such plants, the main problems include instability of the properties of a source material, its high water and ash content. This drives the developers to use non-standard equipment and atypical control algorithms, the creating of which requires a lot of experimental work to be done. At the same time, conducting field experiments is an expensive, difficult and long process that highlights the need for extensive use of mathematical and computer modeling. In this paper, mathematical models of elements of the gas-air path of the organic waste processing plant are obtained. The characteristics of the gas-air path of the plant as of an object of regulation for pressure in the lower and vacuum in the upper part of the combustion chamber are determined. The gas-air flow consists of the flue and the air ducts and serves to remove flue gases from the combustion chamber and supply air needed to maintain fuel combustion. When developing new automation systems, modeling allows assessing the applied solutions accurately, simplifying and reducing the cost of their development, solving the problems of system stability, optimizing transient processes, etc. The nonlinearity of the obtained mathematical models on the "the pressure at the inlet to the n-th section air-gas flow path — the pressure at the outlet of the n-th section of the air-gas flow path" channels, the nonstationarity of objects of control and dependence of their dynamic characteristics on operating mode of the plant are determined. Due to developed models, the two-way relationship of the gas and air paths has been revealed. When modeling, the gas-air flow of the plant is divided into several sections for which the mathematical models are obtained. They are required to synthesize controllers of flue gases vacuum in the upper part and the air pressure in the lower part of the combustion chamber.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.