Оптимізація параметрів теплоутилізаційної системи з рекуператором скловарної печі
DOI:
https://doi.org/10.31548/Анотація
Сучасний розвиток енергетики характеризується значним збільшенням вартості енергоносіїв, природних ресурсів, а також зростаючими вимогами щодо охорони навколишнього середовища від впливу відходів виробництва комунальних та промислових підприємств. Наразі проблема енергозбереження в комунальній теплоенергетиці певною мірою вирішується шляхом утилізації теплоти продуктів згоряння палива. Підвищення ефективності відповідного теплоутилізаційного устаткування є важливим та актуальним.
Мета дослідження – оптимізація параметрів теплоутилізаційної системи з рекуператором промислової печі регенеративного типу на основі комплексної багаторівневої оптимізації, статистичної теорії планування експерименту та функціонального аналізу.
Для досягнення зазначеної мети поставлено такі завдання: розробити схему багаторівневої оптимізації та схему рекурсивного обходу рівнів оптимізації для теплоутилізаційної системи з рекуператором скловарної печі; на основі статистичних методів планування експерименту та методів функціонального аналізу розробити математичні моделі для кожного рівня оптимізації та отримати функціональні залежності критеріїв оцінки ефективності системи від основних параметрів; визначити оптимальні значення режимних та конструкційних параметрів теплоутилізаційної системи з рекуператором скловарної печі.
Основний принцип методу багаторівневої оптимізації полягає у такому. При побудові математичної моделі кожного рівня оптимізації змінними параметрами слугують параметри, що варіюються для об'єктів даного рівня, а постійними параметрами слугують оптимальні параметри, які є результатами вирішення локальних оптимізаційних задач інших рівнів. Основна задача при використанні статистичних методів теорії планування експерименту та методів функціонального аналізу – визначення функціональних залежностей критеріїв оцінки ефективності досліджуваної теплоутилізаційної системи від її основних параметрів.
Наведено результати досліджень режимних та конструкційних параметрів теплоутилізаційної системи, яка включає рекуператор скидної теплоти газоспоживальної промислової печі регенеративного типу. Рекуператор призначено для нагрівання повітря на горіння шляхом утилізації теплоти димових газів після регенераторів печі. Рекуператори компонуються з необхідного числа модулів в залежності від витрати димових газів. Теплообмінна поверхня модуля набирається зі сталевих панелей, утворених трубами з мембранами. Рух димових газів здійснюється в міжпанельному просторі, а повітря – в трубному. З метою інтенсифікації теплообміну з боку повітря труби мають турбулізатори потоку.
Для досліджуваної теплоутилізаційної системи розроблено схему багаторівневої оптимізації та схему рекурсивного обходу рівнів оптимізації. З використанням зазначеної комплексної методики розраховано оптимальні значення режимних та конструкційних параметрів теплоутилізаційної системи. Методика дозволяє визначати параметри, які максимально наближені до оптимальних. Це підвищує ефективність теплоутилізації запічних газів, у середньому, на 2,5 % – 3 % порівняно з ефективністю систем, оптимізованих із використанням інших методик оптимізації.
Ключові слова: утилізація теплоти; рекуперація теплоти запічних газів; комплексні методики досліджень
Посилання
1. Pina, E. A., Lozano, M. A., & Serra, L. M. (2018). Thermoeconomic cost allocation in simple trigeneration systems including thermal energy storage. Energy, 153, 170-184. doi: 10.1016/j.energy.2018.04.012
2. Kharlampidi, D., Tarasova, V., Kuznetsov, M., & Voytenko, E. (2017). Thermodynamic analysis of air-compression refrigerating machine based on the exergy cost theory. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, (5 (8)), 30-38. doi:10.15587/1729-4061.2017.112113
3. Zhang, H., Liu, X., Kong, X., & Lee, K. Y. (2019). Stacked auto-encoder modeling of an ultra-supercritical boiler-turbine system. Energies, 12(21), 4035. doi:10.3390/en12214035
4. Sun, L., Li, D., Lee, K. Y., & Xue, Y. (2016). Control-oriented modeling and analysis of direct energy balance in coal-fired boiler-turbine unit. Control Engineering Practice, 55, 38-55. doi: 10.1016/j.conengprac.2016.06.013
5. Fialko, N., Stepanova, A., Navrodska, R., Meranova, N., & Sherenkovskii, J. (2018). Efficiency of the air heater in a heat recovery system at different thermophysical parameters and operational modes of the boiler. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (96)), 43-48. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.147526
6. Fialko, N., Stepanova, A., Navrodska, R., & Shevchuk, S. (2021). Comparative analysis of the exergy efficiency of methods for protecting gas exhaust ducts of boiler plants. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (8 (111)), 42–49. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234026
7. Fialko, N., Stepanova, A., Navrodska, R., Gnedash, G., & Shevchuk, S. (2021). Complex metods for analysis of efficiency and optimization of heat-recovery system. Scientific and innovation, 17(4), 11-18. https://doi.org/ 10.15407/scine17.04.01
8. Fialko, N., Stepanova, A., Navrodskaya, R., & Novakovsky, M. (2019). Study of the efficiency of a combined heat utilization system using the graph theory methods. International scientific journal "Internauka", 15(1), 61-63. https://doi.org/10.25313/2520-2057-2019-15
9. Fialko, N., Stepanova, A., Navrodskaya, R., & Presich, G. (2019). Localization of exergy losses in the air heater of the heat-recovery system under different boiler operating modes. International scientific journal "Internauka", 12(74), 30-33. https://doi.org/10.25313/2520-2057-2019-12
10. Fialko, N., Prokopov, V., Navrodska, R., Shevchuk, S. & Presich, G. (2021). Osoblyvosti zastosuvannia teploutylizatsiinykh tekhnolohii dlia hazospozhyvalnykh sklovarnykh pechei [Some features of the heat recovery technologies application for gas-fired glass furnaces]. Scientific Bulletin of UNFU, 31(4), 109-113. https://doi.org/10.36930/40310418
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).
