Система автоматического управления когенерационной энергетической установкой, учитывающая изменение качества топлива

Abstract

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация процессов управления – Одесский национальный политехнический университет, Министерства образования и науки Украины, Одесса, 2015. Диссертация посвящена разработке системы автоматического управления, позволяющей учитывать изменение качества топлива. Усовершенствованна математическая модель динамики когенерационной энергетической установки на базе энергетических и материальных балансов, которая отличается от известных тем, что позволяет учитывать изменение качества топлива. Эта модель может быть эффективно использована для исследования динамики когенерационной установки в условиях воздействия основных внешних возмущений: изменение температуры воздуха на входе в компрессор , изменение электрической нагрузки , изменение теплоты сгорания топлива , температура обратной воды из системы отопления и горячего водоснабжения . Каналами, оказывающими наиболее сильное влияние на динамические характеристики когенерационной установки, являются: , , , и . В качестве регулирующих воздействий выбраны: расход топлива и расходы греющего теплоносителя на входе в котел-утилизатор и подогреватели отопления и горячего водоснабжения . На основе полученной математической модели динамики впервые построена система автоматического управления когенерационной энергетической установкой, которая была дополнена сигналом по производной от температуры газов на выходе из камеры сгорания. Такая коррекция системы управления позволила улучшить качество всех переходных процессов. Наиболее существенное улучшение наблюдается при изменении низшей теплоты сгорания топлива и температуры окружающей среды. Первый динамический заброс, соответственно уменьшился на 20,4 % и 21,1 %, а степень затухания колебаний возросла соответственно на 15,7 % и 15,8 %. Это обстоятельство позволит снизить термическое напряжение на элементы проточной части газовой турбины и продлить срок их службы. Определено, что теоретически возможна эксплуатация КЭУ при использовании топлив с теплотворной способностью в диапазоне от 11941 до 78322 кДж/кг. Однако для топлив, теплотворная способность которых ниже 30981 кДж/кг эксплуатация КЭУ будет осуществляться на максимальных значениях расхода топлива. Но такой вариант эксплуатации может носить кратковременный характер, поскольку отсутствует возможность для маневрирования при увеличении электрической нагрузки. Впервые предложено в качестве регулирующего воздействия, для регулирования температуры газов на выходе камеры сгорания, использовать перераспределение потоков первичного и вторичного воздуха в камере сгорания. Расчеты показывают, что снижения расхода вторичного воздуха на 30 % более чем достаточно для поддержания номинального значения температуры газов на выходе из камеры сгорания для топлив с теплотворной способностью от 40124 кДж/кг. А для газов с более низкой теплотворной способностью требуется значительное уменьшение количества вторичного воздуха на выходе из камеры сгорания: 40 % и более. Однозначное решение данного вопроса требует проведения дополнительных расчетов и выходит за рамки данной исследовательской работы.