Разработка и исследование математических моделей элементов газовоздушного тракта для создания АСУ ТП установки по переработке органических отходов

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.

1. Гаркуша В. В., Квашнин А. Г., Мишнев А. С., Писарев А. В., Сафронов А. В., Шакиров С. Р.,Яковлев В. В. Контроль и корректировка работы автоматизированной системы управления технологическими процессами во время высокотемпературных испытаний. Анализ результатов высокотемпературных испытаний. Доработка автоматизированной системы управления технологическими процессами по результатам испытаний // Отчет о выполнении НИОКР. Рег. номер НИОКР: 115120210006. Регистрационный номер ИКБРС: АААА-Б16-216082340009-3. Дата регистрации 23.08.2016. — 60 c. URL: https://rosrid.ru/ikrbs/downloadFullText/OA5QAF74AH-CFDCNPIONYNETE (дата обращения: 30.10.2019).

2. Шакиров С. Р., Квашнин А. Г., Писарев А. В. Моделирование работы адаптивной системы управления процессом сушки в установке утилизации органических отходов // Автометрия. 2018. № 5. С. 122—128.

3. Шакиров С. Р., Квашнин А. Г., Писарев А. В. Синтез нейро-нечеткого регулятора тепловой нагрузки установки переработки органических отходов // Промышленные АСУ и контроллеры. 2019. № 9. C. 54—62.

4. Вильчек С. Ю., Гаркуша В. В., Квашнин А. Г., Мишнев А. С., Сторожев Ф. Н.,яковлев В. В. Компоненты автоматизированной системы управления процессами переработки биомассы в тепло и энергоносители во вращающемся термохимическом ректоре // Вычислительные технологии. 2013. Т. 18. Специальный выпуск: Труды Всероссийской конференции "Индустриальные информационные системы — 2013". С. 139—143.

5. Вильчек С. Ю., Квашнин А. Г., Сафронов А. В., Сторожев Ф. Н. Проблемы создания адаптивной системы управления энергетическим комплексом по переработке углеродосодержащих отходов // "Индустриальные информационные системы" — ИИС-2015. Всеросс. Конф. с междунар. участием: Сборник тезисов докладов. Новосибирск, КТИ ВТ СО РАН, 2015. C. 15—16.

6. Basu Prabir. Biomass gasication, pyrolysis and torrefaction: practical design and theory. 2nd Edition. UK: Elsevier Inc., 2013. 530 p.

7. Шакиров С. Р., Квашнин А. Г., Писарев А. В. Разработка математической модели газовоздушного тракта установки утилизации органических отходов // Сб. науч. тр. X всеросс. Конф. "Наука. Технологии. Инновации", Новосибирск, 05—09 декабря 2016 г. Часть 1. С. 46—48.

8. Профос П. Регулирование паросиловых установок. М.: Энергия, 1967. 368 с.

9. Демченко В. А. Автоматизация и моделирование технологических процессов АЭС и ТЭС. Одесса: Астропринт, 2001. 302 с.

10. Пономарев А. А. Разработка и исследование модернизированного многоканального ПД-регулятора для стабилизации режимов работы теплоэнергетического котла: Дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01. Новосибирск. 2013. 122 с.

11. ложечников В. Ф., Михайленко В. С., Максименко И. Н. Аналитическая многорежимная математическая модель динамики газовоздушного тракта барабанного котла средней мощности // А АЭКС (Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы). Моделирование объектов и систем управления. 2007. № 2(20). C. 29—33.

12. Беднаржевский В. С. Параметрическое моделирование узлов паровых котлов // Известия вузов. Машиностроение. 2002. № 4. С. 65—69.

13. Шакиров С. Р., Квашнин А. Г., Писарев А. В. Моделирование автоматической системы управления непрерывным дозированием сыпучих материалов // Вестник Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева. 2018. Т. 1, № 3-1. С. 77—90.

14. Ganapathy V. Steam Generators and Waste Heat Boilers: For Process and Plant Engineers. NY: CRC Press, 2014. 540 p.

15. Тихонов О. Н. Решение задач по автоматизации процессов обогащения и металлургии. Л.: Недра, 1969. 432 с.

16. Крутов В. И., Петражицкий Г. Б. Задачник по технической термодинамике и теории тепломасообмена. М.: Высш. шк. 2011. 384 с.

17. Brian Elmegaard. Simulation of boiler dynamics — Development, Evaluation and Application of a General Energy System Simulation Tool. Technical University of Denmark, Department of Energy Engineering. Ph.D. Thesis: Report Number ET—PhD 99—02. 1999. 302 p.

18. Головенкин А. Н., Бельтюгов А. Г. Динамическая модель газовоздушного тракта парового котла как объекта регулирования // Всеросс. ежегодная научно-техническая конференция "общество, наука, инновации" (НТК-2012). Киров, ВятГУ, 2012. С. 1143—1146.

19. Barber A. Pneumatic Handbook, 8th edition. UK: Elsevier Science & Technology Books, 1997. 659 p.

20. лебедев В. В. Сушка зернистых материалов в аппарате с модифицированным вихревым слоем: Дис. ... канд. техн. наук: 05.17.08. Тверь. 2007. 121 с.

21. URL: http://ventclima.biz/f/vr_240-26_(vr_12-26).pdf (дата обращения: 30.10.2019).

22. URL: http://tehnorostmash.ru/images/v92-tyagodut-mashiny-VD-i-D.pdf (дата обращения: 30.10.2019).

23. Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, Mehmet Kanoglu. Thermodynamics A n Engineering Approach. 8th Edition. NY: McGraw-Hill Companies, Inc., 2019. 1009 p.

24. Безгрешнов А. Н.,липов Ю. М., Шлейфер Б. М. Расчет паровых котлов в примерах и задачах: Учеб. пособ. для вузов. М.: АльянС, 2018. 240 с.