При проектировании теплоэнергетических комплексов, в основе которых лежат когенерационные установки, нужно учитывать, что в течение года расход теплоты на отопление (либо другие нужды) будет различным. Так в летний период — отопление отсутствует и естественно при этом вырабатывать тепло для данного потребителя нет необходимости, а в зимний период и в частности, когда минимальная температура наружного воздуха опускается ниже своей средней величины — тогда расход тепла на отопление максимальный. Из этого следует, что расход тепла на отопление в течение года изменяется от минимального в летний период (возможно его отсутствие) до максимального в зимний период. Это справедливо для средней полосы России. В условиях Севера величина потребления тепла будет определяться месторасположением энергоустановки с учетом климатической зоны.
Количество тепла, необходимое на отопление, будет зависеть от наружной температуры воздуха. Кроме этого для конкретной температуры наружного воздуха — количество тепла, необходимого на отопление, будет постоянным в течение относительно длительного периода времени — сутки или двое. Поэтому из этого следует, что величину количества тепла необходимого на отопление можно считать величиной постоянной для достаточно длительного периода времени и зависящей только от температуры наружного воздуха.
Достаточность в количестве тепла необходимо рассчитывать в зависимости от конкретных условий потребителя, а именно наружной температуры окружающего воздуха, вида и назначения зданий (жилые, производственные помещения и т. д.) либо технологических нужд производства [1].
Существует три наиболее характерных варианта совместной работы дизель-генератора (ДГ) с системой утилизации и потребителя тепла от системы утилизации (СУ) в зависимости от времени года.
Первый вариант. Тепло от СУ ДГ достаточно для обеспечения потребителя теплом, идущего на отопление, горячее водоснабжение или технологические нужды. Например, при расходе тепла на отопление, весной или ранней осенью, когда отопительный сезон только начинается либо заканчивается.
Второй вариант. При работе ДГ на среднеэксплуатационных режимах, когда тепла, вырабатываемого СУ достаточно для потребителя. В данном случае недостаток в тепле от СУ ДГ, при работе ДГ на режимах, при которых, получаемое количество тепла от СУ недостаточно для потребителя, может компенсировать тепловой аккумулятор.
Вариант третий. Величина тепловой мощности, необходимой потребителю, превосходит возможности выработки тепла СУ ДГ. Это обстоятельство возможно при зимней эксплуатации ДГ с СУ, а также при пиковых минимальных температурах наружного воздуха, при котором необходимо обеспечение максимального тепла на отопление, при этом горячее водоснабжение оценивается как неизменное.
Для компенсации разности тепловых мощностей между производимым СУ ДГ и необходимой потребителю устанавливается дополнительный источник тепла (ДИТ), в виде водогрейного котла. ДИТ работает на том же топливе, что и ДГ. Расчет таких дополнительных источников тепла является актуальной задачей энергосбережения.
Расчет количества тепловой энергии ДИТ, которое должен дополучить потребитель (QДИТ) при его нехватки от системы утилизации (СУ) определяется как:
QДИТ = QПОТР — QСУ, (1)
где QПОТР — тепловая мощность потребителя (определяется расчетом или задается);
QСУ — теплота, вырабатываемая СУ ДГ, отражающая все составляющие теплового баланса, которые в определенной пропорции зависят от нагрузки на ДГ и вида применяемого топлива. На i-ом режиме работы ДГ находится по формуле [2]:
QiСУ = Qiмасла + Qiжид + Qiгаз, (2)
где Qiмасла — теплота, от охлаждающего масла, на i-ом режиме работы ДГ
Qiжид — теплота, от системы охлаждения, на i-ом режиме работы ДГ,
Qiгаз — теплота, от выпускных газов, на i-ом режиме работы ДГ.
Особенностью расчета составляющих QiСУ (2) является вычисление количества теплоты каждой составляющей по найденным полиномиальным зависимостям, которые получены в результате аппроксимации экспериментальных данных.
Алгоритм расчета ДИТ представлен на рис. 1. Входными данными для расчета являются тип двигателя, мощность двигателя и тепловая мощность потребителя. На выходе помимо расчета количества тепловой энергии QДИТ делается вывод о целесообразности применения ДИТ.
Рис. 1. Алгоритм расчета дополнительного источника тепла (ДИТ)
Для создания программы по расчету ДИТ на основе алгоритма (рис. 1) была построена диаграмма переходов фокуса управления программой, осуществляющей последовательный переход от одного элемента управления программы к другому, что позволяет написать данную программу на любом языке программирования, использующем понятие фокус (объектно-ориентированные языки программирования).
Рис. 2. Диаграмма переходов фокуса управления программой
На основании составленной диаграммы переходов фокуса управления (рис. 2) была разработана программа «Расчет дополнительного источника тепла (ДИТ)», главное окно которой показано на рис. 3. Видно, что до начала работы программы активны только два элемента: поле для выбора типа двигателя и кнопка Закрыть.
Рис. 3. Окно программы до начала расчета
Рассмотрим ее работу.
Первый шаг. Выбор типа двигателя. После выбора типа двигателя, данное поле деактивизируется, а поле для ввода мощности двигателя-генератора активизируется (в поле появляется курсор). Это есть переход фокуса управления.
Второй шаг. Ввод мощности двигателя-генератора. После ввода данных и нажатия Enter фокус управления переходит к следующему полю ввода.
Третий шаг. Ввод тепловой мощности потребителя. После ввода данных и нажатия Enter фокус управления переходит к кнопке Расчет (она становится активной).
Четвертый шаг. Расчет и выдача рекомендации о необходимости ДИТ. Нажав кнопку Расчет, фокус управления последовательно переходит к областям вывода, где выводятся вычисленные значения и вывод о целесообразности применения ДИТ. А фокус управления передается кнопке Очистить.
Рис. 4. Окно программы после окончания расчета
Полученные значения в области Результаты расчета главного окна программы сохраняются в файл rezalt.xls.
Рис. 5. Сохранение результатов вычислений в файл rezalt.xls
Пятый шаг. Подготовка к дальнейшим вычислениям. Для возможности многократных вычислений предусмотрена кнопка Очистить, при нажатии на которую все области очищаются, а фокус управления возвращается в начальное положение (рис. 3).
Разработанный программный продукт «Расчет дополнительного источника тепла (ДИТ)» позволяет рассчитать количество теплоты получаемое от системы утилизации и ДИТ для двух типов двигателей — газового и дизельного и сделать вывод о необходимости его применения.
Литература:
1. Разуваев А. В. Поршневые двигатели внутреннего сгорания с высокотемпературным охлаждением. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т.- 2001.- 128 с.
2. Агафонов А. Н., Разуваев А. В. Совершенствование характеристик энергетических установок на базе двигателей ЧН 21/21 объектов малой энергетики. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т.- 2006.- 148 с.
