CC BY
30
В роботi запропонована технологiя функщону-вання бюдизельног установки, яка дозволяв пидтри-мувати пiдiгрiв масла в теплообмтнику, що входить до гг складу, при вимiрюваннi температури бюди-зелю на виходi з теплообмтника. Використання ттегрованог системи оцтки змти температури масла, здобутог на основi математичного та логiч-ного моделювання у складi когенерацшног системи, наддав можлив^ть приймати ршення на змту кiлькостi пластин теплообмтника для забезпечен-ня постшного виходу бюдизелю та свовчасну змту тдкртого та свiжого масла
Ключовi слова: технологiя, бюдизельна установка, температура масла, математичне та логiчне
моделювання, когенерацшна система
□-□
В работе предложена технология функционирования биодизельной установки, которая позволяет поддерживать подогрев масла в теплообменнике, который входит в ее состав, при измерении температуры биодизеля на выходе из теплообменника. Использование интегрированной системы оценки изменения температуры масла, полученной на основе математического и логического моделирования в составе когенерационной системы, дает возможность принимать решения на изменение количества пластин теплообменника для обеспечения постоянного выхода биодизеля и своевременную смену подогретого и свежего масла
Ключевые слова: технология, биодизельная установка, температура масла, математическое и логическое моделирование, когенерационная система
УДК 621. 31
|DOI: 10.15587/1729-4061.2016.59479|
РОЗРОБКА ЕНЕРГОЗБЕР1ГАЮЧОТ ТЕХНОЛОГИ П1ДТРИМКИ ФУНКЦ1ОНУВАННЯ БЮДИЗЕЛЬНОТ УСТАНОВКИ У СКЛАД1 КОГЕНЕРАЦ1ЙНО1 СИСТЕМИ
£. £. Чайковська
Кандидат техычних наук, старший науковий ствроб^ник, доцент Кафедра теоретично!', загальноТ та нетрадицтноТ енергетики Одеський нацюнальний полЬехшчний уыверситет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, УкраТна, 65044 E-mail: eechaikovskaya@gmail.com
1. Вступ
Реалiзацiя енергп за "зеленим тарифом" е достат-ньо стимулюючим фактором для розвитку сучасних когенерацшних технологш щодо використання бюпа-лива як ввдновлюваного джерела енергп [1, 2]. Бюди-зель - метиловий ефiр, який отримують в результат процесу етерифжацп з будь-якого пдагрггого рос-линного масла чи тваринних жирiв. З щею цiллю до семи масових одиниць сировини з використанням каталiзатора додають одну масову одиницю метанолу. Здобутий побiчний продукт - глщерин зазвичай мае застосування для виробництва техшчних миючих засобiв. При виробництвi бiодизелю використовують не завжди достовiрний вимiр температури масла, що у зв'язку iз значною тепловою акумулюючою емнiстю масла вносить iстотну невiрогiднiсть у пiдтримку процесу етерифжацп. Регулюючим впливом в iснуючих технолопях е змiна витрати масла, що може порушити необхiдний баланс складових процесу для забезпечен-ня постшного виходу бюдизелю. Бiльш того, на тд-тримку процесу етерифiкацii, в тому чж^ на пiдiгрiв масла з використанням електричноi енергii, витрача-
ють до 20 % запланованоi потужностi виробництва бь одизелю. Щлодобове ж функцiонування бiодизельних установок дозволяе розширити термiн функцюнуван-ня когенерацшних систем щодо додаткового вироблен-ня енергп при гарантованому забезпеченш бюдизелем. Цим обгрунтовуеться актуальнiсть даноi роботи.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
При виробництвi бюдизелю застосовують як тра-дицiйнi, так i новiтнi технологii. Так, наприклад, в ультразвукових реакторах iнтенсифiкацiя теплоома-сообмiну процесу етерифiкацii дозволяе зменшити кiлькiсний склад допомiжних речовин та скоротити термш виходу бiодизелю, але значно здорожуе вироб-ництво [3]. Роторно-пульсацшш апарати дозволяють локально уводити енерпю та дискретно ii розпод^яти щодо iмпульсного впливу на перемшування складових хiмiчноi реакцii. Такий метод знижуе енерговитра-ти на виробництво бюдизелю та скорочуе тривалють процесу, але може викликати пульсащю потоюв робо-чих тiл, що ускладнюе процес етерифжацп та працез-
© е. е.
датнють обладнання [4]. Шдвищенню ефективност1 виробництва бюдизелю, наприклад, присвячена робота [5], в якш представлено обгрунтування переробки побiчного продукту - глшерину в метанол без передба-чуваного зневоднення з використанням спешального каталiзатора. В роботах [6, 7] дослужено вплив якост1 сировини як первинного продукту на склад продукпв згоряння бюдизелю, а в роботах [8, 9] на основi експе-риментальних дослщжень встановлено вплив опти-мiзашi процесу спалювання бiодизелю як кшцевого продукту на змiну шкiдливих викидiв. Для пiдтримки функцiонування бiодизельних установок розробле-на, наприклад, архiтектура выбору проб бiодизелю щодо оцiнки змши його параметрiв [10], а в робот1 [11] представлено алгоритм аналiтичноi обробки ш-формаци на основi монiторiнгу параметрiв бiодизелю щодо визначення його якостк Запропонованi системи шдтримки функцюнування бюдизельних установок, в тому числ1 й шформацшш, не враховують значну теплову акумулюючу емшсть масла та базуються на вим1рюванш температури масла щодо змши витрати масла для шдтримки процесу етерифшацп, що може порушити необх1дний баланс поток1в щодо постшного виходу бюдизелю.
Для своечасного прийняття рiшень необхiдно, включивши до складу бiодизельноi установки те-плообмiнник для пiдiгрiву масла, прогнозувати змшу температури масла, вимiрюючи температуру бюдизелю на виходi з теплообмшника, змiна яко'1 вiдбуваеться ранiше, шж змiна температури масла, та шдтримувати температуру бiодизелю на входi в теплообмшник на основi змiни поверхш теплообмiну теплообмiнника.
оцiнити практичну значущють здобутих резуль-
татiв.
4. Енергозбер^аюча технологiя функцiонування бюдизельно! установки у складi когенерацшно! системи
З використанням методолопчного та математич-ного обгрунтування архгтектури технологiчних систем [12] запропонована архитектура когенерацшно1 системи, що мае у своему складi основу - штегрова-ну динамiчну шдсистему, що включае когенерацiйну установку, бюдизельну установку та теплообмiнник для пвд^ву масла бiодизелем. 1ншими блоками е блоки розряду, заряду та оцшки функцiональноi ефек-тивностi (рис. 1).
Рис. 1. АрхЬектура когенерацiйноí системи: 1 — динамiчна
niдсистема (когенерацшна установка, бiодизельна установка та теплообмшник пiдiгрiву масла бiодизелем);
2 — блок розряду; 3 — блок заряду; 4 — блок оцшки
функцюнальноТ ефективност
3 використанням формули (1) описано математич-не обгрунтування арх^ектури когенерацiйноi системи [12]:
3. Мета та задачi дослщження
CS =
[^(Р(х)(хо(х),х(х)Дх),К(х),у(х)^(х))Д(х),Р(х)),]| ^(х),(Р;(хХх1(х),Г1(х),К1(х),у1(х^),
(1)
Мета роботи - розробити енергозбер^аючу тех-нологiю функцiонування бiодизельноi установки у складi когенерацiйноi системи.
Поставлена мета може бути досягнена при вико-наннi таких задач:
- обгрунтувати необхiднiсть прогнозування змши температури масла, вимiрюючи температуру бюдизелю на виходi з теплообмшника для пш^ву масла, для прийняття р^ень на змiну поверхш теплообмшу теплообмiнника;
- розробити структурну схему комплексного матема-тичного моделювання динамши бiодизельноi установки для здобуття еталонноi оцiнки змiни температури масла;
- розробити структурну схему лопчного моделювання щодо контролю працездатносп бюдизельно! установки для здобуття шдсумково'1 функцюнально! оцiнки змiни температури масла;
- розробити структурну схему лопчного моделювання щодо прийняття р^ень на шдтримку функцю-нування бiодизельноi установки у складi когенерацш-но! системи;
- розробити структурну схему лопчного моделювання щодо щентифшацп стану бiодизельноi установки для шдтвердження прийняття рiшень;
- запропонувати штегровану систему оцiнки змiни температури масла щодо енергозберiгаючоi технологи функцюнування бiодизельноi установки;
де CS - когенерацшна система; D - динамiчна шд-система (бiодизельна установка з теплообмшником пiдiгрiву масла); Р - властивосп елементiв когенера-цшно! системи; I - час, с; х - впливи; f - параметри, що дiагностуються; К - коефвденти математичного опису; у - вих^ш параметри; d - динамiчнi параметри; R, Z - логiчнi в^носини в D, CS, вiдповiдно. 1ндекси: 1 - число елементiв когенерацiйноi системи; 0, 1, 2 - по-чатковий стацiонарний режим, зовшшнш, внутрiшнiй характер впливiв.
У зв'язку зi змiною якостi масла, що подають до бiодизельноi установки, та неможливютю змiни витрати масла для шдтримки процесу етерифшаци щоб не порушити баланс потошв масла та готового бюдизелю, необх^но встановити рiвнi функцiонування бiодизельноi установки на основi змiни температури бюдизелю на входi в теплообмiнник та на виходi з теплообмшника, якi надають можливiсть змiнювати по-верхню теплообмiну теплообмiнника для збереження балансу потошв теплоносив щодо постшного виходу бiодизелю.
З цiею цшлю для оцiнки змiни температури масла як у чаа, так i вздовж просторово! координати осi теплообмшника, що сшвпадае з напрямком потоку руху середовища отримана передатна функшя за каналом: "температура масла - температура бюдизелю":
де
к = т (0о -оо) . с=а 3оЬ3с . Ь* = 1 .
3 ^о «воЬво 3 Ь3 +1'
т = т = ас,
И _ 1 ^в _
« зоЬзо «воЬво
Р^ + е* +1. Тм = е* = 8(1 -Ь/).
«во^во
(TвS+1)р-1. т =
ЬвР ' в «во^во '
У склaдi дiйсноi частини О(ю) для одержання кое-фiцieнтiв здобуто наступнi вирази:
А1 =8* -ТВТМЮ2. А2 =8* +1. В1 =ТВ8С0 + ТВЮ + ТМЮ.
В2 = ТмС. С1 = А1А22 + ВВ2. Dl = А4-АВ2.
2 м 1 Л 2 I "О 2 1 л 2 , о 2
Ь1 = 1 - е-СС1 М1 = -еЧС sm(-£D1).
З використанням штеграла переходу з частотноi областi до обласи часу змiна температури масла як за часом, так i вздовж просторовоi координати осi теплообмтника визначена так:
1 м
= — 10(ю^т(тю / ю^ю.
(5)
авСв «во^во
. у = (TвS + 1)в -1 . £= 1 в Ьв
де 1, о, 0 - температура масла, бюдизелю, стшки тепло-обмiнника, К, вщповщно. а - витрата речовини, кг/с. « - коефiцieнт тепловщдач^ кВт/(м2К). Ь - питома поверхня, м2/м; С - питома теплоемшсть, кДжДкг^К). Тв, Тм - постшш часу, що харак-теризують теплову акумулюючу здатнiсть масла, метала, с, вщповщно. S - параметр перетворення Лапласа. S=юj; ю - частота, 1/с. g - питома маса речовини, кг/м. т - по-казник залежностi коефiцieнта тепловiддачi вщ витрати. z - координата довжини теплообмтника, м. 1ндекси: з - зовшшнш потiк -бюдизель. в - внутрiшнiй потiк - масло. м -металева стшка. о, 1 - початковi умови, вхщ в теплообмiнник, вiдповiдно.
Видшено дiйсну частину, О(ю) для використання передатноi функцii щодо матема-тичного моделювання динамiки теплообмш-ника пвд^ву масла:
Для комплексного математичного моделювання динамжи бiодизельноi установки та теплообмтника для пвд^ву масла, що входить до и складу, розробле-но структурну схему, що представлена, наприклад, для вихщних даних бiодизельноi установки продуктившс-тю 12ооо л/добу бюдизелю (рис. 2).
0(ш) =
(ЬД) + (М^К, 8(1 - Ь3*)
(А12 + В12)
(3)
До складу коефщента Кз входить температура подiляючоi стiнки 0:
0 = («з(о + о2)/ 2) + (А(11 + 12)/2)/(«з + А), (4)
де о1, - температура бiодизелю на вход^ та на виходi з теплообмтника, К, вщповщно.
А = 1/(8 м/X м +1/«в),
де 5 - товщина стшки теплообмiнника, м. « - коеф^ент тепловiддачi, кВт/(м2^К). X - теплопров^шсть металу стiнки теплообмтника, кВт/(м^К). - температура масла на входi та на виходi з теплообмш-ника, К, в^пов^но. 1ндекси: з - зовшшнш потж - бiодизель; в - внутршнш потiк -масло.
Рис. 2. Структурна схема комплексного математичного моделювання динамки бюдизельноТ установки та теплообмтника пiдiгрiву масла: Q — продуктившсть бiодизельноТ установки, л/добу; Gз., Gв. — витрата бюдизелю, масла, кг/с, вщповщно; t2 — температура масла на входi в теплообмiнник та на виходi з теплообмiнника, К, вiдповiдно; tз, t4 — температура бiодизелю на входi в теплообмiнник та на виходi з теплообмiнника, К, вщповщно
В межах запропонованоi циклiчноi структури при збертанш постiйними витрат масла та бюдизелю для пвд^ву масла з 2о 0С до 45 0С встановлено наступш рiвнi функцюнування бiодизельноi установки щодо
Блок оцшки змши температури масла, СТ4
змши температури бюдизелю на входi в теплообмшник та на ви-ходi з теплообмшника: верхнш рiвень: 54-34,16 °С; середнiй pi-вень: 50-30 °С;низький piвень: 46-25,5 °С, якi вiдповiдають змiнi повеpхнi теплообмшу щодо змiни кiлькостi пластин теплообмшника: 22, 18, 14. Представлена структурна схема дозволяе, здобувши постшш часу та коефiцiенти ма-тематичноï моделi динамiки температури масла, визначити гранично припустиму змшу темпе-ратури масла для встановлених piвнiв функцюнування (рис. 2). В табл. 1, 2 представлен резуль-тати комплексного математично-го моделювання динамжи бю-дизельноï установки та теплообмшника пда^ву масла в ïï скла-дi щодо пiдтpимки змши темпе-ратури масла.
Для отримання тдсумково'1 шформацп (1-4) (рис. 3) щодо прийняття ршень на пiдтpимку функцiонування бiодизельноï установки розроблено логiчну модель контролю працездатност бiодизельноï установки на основ1 метода графа причинно-наслщ-кових зв'язкiв [12].
Таблиця 1
Параметри теплообмшу в теплообмшнику nwrpiBy масла
Блок контролю bimhbîb, CTi ^ {СТХ (т), (х0 (т), X, (t)(Gb (т)(0), G3 (т)(0),
Блок оцшки змши температури стшки теплообмшника, СТ2 (СГ2(т)(/(т)(0(т)(-)(+)(?звих(т) (-)(+))))),Zc2(T).
Блок оцшки змши коефщента К3, СГ3 — (СГз(т)(^(х)(Г3(т)(+)(-)))),2с3(т),
(Cr4(x)(7(TXi(x)(0)))),Zc4(T),
Блок оцiнки змши динамiчних параметрiв, СТ5
Блок контролю працездатносп,
СТс
(Cr5(T)(^(T)(Ai(x)/Äi,
3(T)(+)(-)))),Zc5(X)
1.(СГс(Т)(ДГ(Т)/А;,.
,(т)>
Ai„™„:„ (Т)/А/Ст итшп(г)<1).
(т)<
розр, piB. V / ст. розр. низ
2 .(СГс(т)(Д?(т)/Д?ст
3 .(СГс(т)(Дг(г)/Д/ст,рмр.низ(т)<1)). 4.(C7;(T)(Ai(T)/Aic,„3(T)>0)).
Рис. 3. Структурна схема лопчного моделювання щодо контролю працездатносп
бюдизельно!' установки
На рис. 3 CT - контроль поди; Z - лопчш вщ-носини; d - динамiчнi параметри; t - температура масла, К; ta - температура бiодизелю, К; x - впли-ви; f - параметри, що дiагностуються; y - вихщш параметри; K - коефвденти математичного опису;
Рiвнi функцюнування Параметр
а3, Вт/(м2К ав, Вт/(м2К k, Вт/(м2-К)
Веpхнiй piвень 363,86 188,01 123,48
Сеpеднiй piвень 414,86 215,04 141,00
Низький piвень 485,25 254,43 166,00
K =
_m(e_-t±£„ïo)
G„
- коефiцiент математичноï моделi
Примтка: аз - коефщ.ент menMoeiddaui eid бюдизелю до стшки теплообмшника, Вт/(м2К); ав - коеф^ент me^oeid-daui eid стшки теплообмшника до масла, Вт/(м2К); k - кое-ф^ент meплoпeрeдачi, Вт/(м2К)
Таблиця 2
Значення постшних часу та коефщieнтiв математично'| моделi динамки температури масла
Рiвнi функцюнування Тв, с Тм, с Е Е* L3, м LB, м L ' Z
Веpхнiй piвень 14,96 10,8 2,35 2,11 69,21 129,82 0,94 1,73
Сеpеднiй piвень 13,11 9,44 2,33 1,98 60,21 113,50 0,94 1,97
Низький piвень 11,09 7,98 2,31 1,85 50,21 95,93 0,95 2,31
динамжи бiодизельноï установки, де 8 - температура стшки теплообмшника, К, вщповщно; G - витрата теплоносив, кг/с. 1ндекси: с - контроль працездатно-стг, вх., вих. - вхщ i вихiд бiодизелю; низ. - низький piвень функцiонування; з - бюдизель; в - масло; розр., ст. - розрахункове, стале значення параметра; 0, 1, 2 - початковий стацюнарний режим, зовшшш, внутpiшнi параметри; 3 - коефвденти piвнянь динамь ки; 4 - суттевi параметри, що дiагностуються; 5 - ди-намiчнi параметри.
При безперервному вимipюваннi температури бю-дизелю на виходi з теплообмiнника, що поpiвнюються з еталонним значенням piвня функцiонування, з використанням логiчноï структури в межах циклу за-пропоновано виконувати вiдключення чи включення пластин теплообмiнника щодо пiдiгpiву масла на ос-новi здобутоï iнфоpмацiйноï оцiнки (1), (2), вiдповiдно. Здобуття ж пiдсумковоï iнфоpмацiï (3) при досягненш температури бiодизелю на виходi з теплообмiнника гранично низького piвня - 25 °С, потребуе прийняття ршення на вiдвантаження пiдiгpiтого масла та включення 22 пластин теплообмшника щодо подачi свiжого масла для входження в допуск верхнього piвня функщ-онування бiодизельноï установки щодо встановлення температури бюдизелю на входi в теплообмшник -54 °С (рис. 4).
Шдтвердження правильност прийнятих рiшень виконано на ochobî 3anp0n0H0BaH0Ï CTpyKTypHoï схеми щентифжацп стану бiодизельноï установки у склад1 когенерацiйноï системи (рис. 5), що розроблена на ос-новi графа причинно-наслвдкових зв'язкiв [12].
Рис. 4. Структурна схема шдтримки процесу етерифкаци на рiвнi прийняття рiшень, де ^ вх, tзе вх, tз вих, tзе вих - функцюнальна та еталонна температура бiодизелю на входi в теплообмiнник пiдiгрiву масла та на виходi з теплообмтника, вщповщно, К; i — число рiвнiв функцiонування; т — час, с
динамжи бiодизельноi установки, де 8 - температура стшки теплообмшника, К, вщповщно; G - витрата теплоноия, що грie, кг/с; 1ндекси: 5 - стан; низ. -низький рiвень функцiонування; розр., ст. - розра-хункове, стале значення параметра; 0, 2 - початковий стацюиариий режим, внутр1шш параметри; 3 - коеф^енти рiвнянь динамiки; 4 - сут-тeвi параметри, що дiагностуються; 5 - ди-намiчнi параметри.
На основi запропонованоi архиектури когенерацiйноi системи (рис. 1) та розро-блених структурних схем (рис. 2-5), що апробован для шдтримки функцюнуван-ня бiодизельноi установки для фжсованого iнтервалу часу [12], розроблено штегрова-ну систему пiдтримки функцюнування бь одизельноi установки (табл. 3), що надае можливiсть на осшж аналiтичноi оцiнки змiни температури масла приймати ршення на змiну поверхш теплообмiну теплообмш-ника для пда^ву масла при безперерв-ному вимiрюваннi температури бiодизелю на виходi з теплообмшника. Запропонована система дозволяе шдтримувати заряд - роз-ряд бiодизельноi установки щодо пiдiгрiву масла та виходу бюдизелю та встановлюва-ти точний термш подачi пiдiгрiтого масла до бюдизельного реактора та завантаження свiжого масла.
Температуру масла у визначений термш часу визначено так:
tai (T) = ((At Bi (т)/^tB ст .розр. низ(т)
-AtBi_i (x)/AtB ст.розр.низСс^О^^вО^виСг), (6)
Блок iдентифiкaцiï температури станки теплообмшника, ST2
(ST2(TX/(t)(6(t) = е„ов piE(r)))),zs2(T).
Блок iдентифiкaцiï коефiцieнтa К3, ST3
Блок iдентифiкaцiï температури масла, ST4 H (ÎT4(x)(,(xX/(x) = /Mili(T)))),Zl4(x),
Блок щентифжацп динамiчних
napaMeTpiB, ST5
» —
Блок iдентифiкaцiï стану бiодизельноï установки, STs
(ST5(T)(d(x)(At(z)/AtCT
з(Т) =
V > ст.розр.низ.нов.рщ.Л ''
(STs(t)(P{t) (новий стан функцюнування)).
Рис. 5. Структурна схема лопчного моделювання щентифкаци стану бюдизельноТ установки
На рис. 5 ST - щентифжащя стану; Р - власти-востi бiодизельноi установки; Z - логiчнi вщноси-ни; d - динамiчнi параметри; t - температура масла, К; f - параметри, що дiагностуються; у - вихщш параметри; К - коеф^енти математичного опису;
(80- ^.вих
К =
G.,
коефiцieнт математичноТ модел1
де tв - температура масла, °С; tв1, tв2 - температура масла на входi в теплообмшник та на виходi з теплообмшника, °С, вщпо-вiдно; i - число рiвнiв пiдiгрiвy; т - час, с. 1ндекс: ст. розр. низ. - стале, розрахункове значення параметра низького рiвня функцюнування.
Так, наприклад, через 4400 с тсля подач1 свiжого масла при включенш 22 пластин теплообмшника вщносна змiна температури масла при вимiрюваннi температури бюди-зелю на виходi з теплообмiнника складае 0,6099, що вiдповiдае температyрi пвд^ву масла до 35,24 °С, яка розрахована наступ-ним чином:
35,24 °С=((0,6099-0,4700)х х(45 °С-20 °С))+31,75 °С.
Для подальшого пiдiгрiвy масла необхщ-но вщключити 4 пластини теплообмшни-ка, контролюючи температуру бiодизелю на виходi з теплообмшника, що в термш часу 7700 с становить 30 °С, та виконувати по-дальший пда^в масла до температури 40,68 °С, що розрахована так:
40,68 °С=((0,8275-0,6759)(45 °С-20 °С))+36,89 °С.
Таблиця 3
1нтегрована система шдтримки функцюнування бюдизельно'| установки
Час, t, 100 с Пщтримка пдагр1ву масла AtB (т)/ ст.розр.шиз(т) Ut), оС
11 Подача св1жого масла. Прийняття ршення на включення 22 пластин теплообмшника: ^ =54 °С-1 =42 °С 0,0725 21, 81
22 Включено 22 пластини. Заряд -розряд: ^.вх=54 °С; t3.Bих=37 °С 0,4000 30,0
33 Включено 22 пластини. Заряд -розряд: ^.вх=54 °С; t3.вих=36 °С 0,4700 31,75
44 Прийняття ршення на вщклю-чення 4 пластин: ^.вх=54 °С; t =34°С 0,6099 35,24
55 1дентифшащя нових умов функцюнування: включено 18 пластин: t =50°С; t =33°С **з.вх ^^ ^з.вих ^^ ^ 0,6099 35,24
66 Включено 18 пластин. Заряд -розряд: ^.вх= 50 °С; t3.вих=32 °С 0,6759 36,89
77 Включено 18 пластин. Заряд -розряд: tз.вх=50 °С; tз.вих=30 °С 0,8275 40,68
88 Прийняття ршення на вщклю-чення 4 пластин: t =50°С; t =29°С **з.вх ^^ ^з.вих ^ 0,9011 42,52
99 1дентифшащя нових умов функцюнування: включено 14 пластин: t =46°С;t =27°С ^з.вх ^з.вих А ' ^ 0,9011 42,52
110 Подача пщгр1того масла на етерифшащю: tз.вх=46 °С; tз.вих=25,5 °С 1 45,0
ПримШка: ^.вх, tз.вих - температура бюдизелю на входi в теплообмшник та на виходi з теплообмшника, вiдповiд-но, 0С; tв - температура масла, 0С. 1ндекс: ст. розр. низ. -стале, розрахункове значення параметра низького рiвня функщонування
А якщо ж температура бюдизелю на виходi з теплообмшника зменшилась до 25,5 °С, то у зв'язку iз завершенням пвд^ву масла до температури 45 °С необхщно подати пвдгргге масло до бюдизельного реактора та завантажити свiже масло, включивши 22 пластини теплообмшника.
5. Обговорення результаив дослщження щодо енергозберп^аючо!' технологи пщтримки функцюнування бюдизельно!' установки у складi когенерацшно!' системи
В результатi проведених дослщжень розроблена штегрована система змши температури масла, що дозволяе шдтримувати пiдiгрiв масла на основi змши поверхш теплообмшу теплообмшника при вимiрю-вант температури бiодизелю на виходi з теплообмш-ника. Здобута аналиична оцiнка змiни температури масла в зв'язку iз недостовiрним використанням вимiру iз-за значноï тепловоï акумулюючоï емностi масла. Запропоновано вимiрювання температури 6î-
одизелю на виходi з теплообмiнника, змiна якоï вщ-буваеться рашше, нiж змiна температура масла. Це надае можливють приймати упереджет рiшення на змiну поверхнi теплообмшу теплообмшника щодо шдтримки пда^ву масла до встановлешл температури. Забезпечено постшний вихiд бiодизелю при визначенш точного термiну подачi пiдiгрiтого масла в бюдизельний реактор та подачi свiжого масла на шдь ^в. Забезпечено безперервне функцiонування коге-нерацiйноï системи для можливостi додаткового ви-роблення енергiï. Розроблена технологiя за рахунок енергозбереження надае можливють зменшити собь вартiсть виробництва бiодизелю та термш окупностi бiодизельноï установки, здобути економж умовного палива та грошовий прибуток за рахунок додатково виробленоï енергiï. Представлен дослiдження, що е продовженням роботи в напрямку узгодження ви-робництва та споживання бюпалива [2], можуть бути використаш для виробництва бiодизелю в потощ. За-планована апробацiя здобутих результапв в умовах використання бюдизельних установок рiзноï потуж-ностi в складi когенерацiйних систем.
6. Висновки
1. Когенерацшш технологiï з використанням бюдизелю потребують iнтегрованоï системи оцшки змши температури масла щодо шдтримки головних скла-дових процесу здобуття бюдизелю: виходу бюдизелю, вщвантаженню пдагриого масла та завантаженню свiжого масла.
2. Запропоновано структурну схему комплексного математичного моделювання динамiки бюдизельтл установки та теплообмiнника пiдiгрiву масла, що надае можливють визначати допуски на змшу температури масла для встановлених рiвнiв функцюнування, що вщповщають змж температури бюдизелю на входi та на виходi з теплообмiнника.
3. Запропоновано структурну схему лопчного моделювання щодо контролю працездатносп бюди-зельноï установки для здобуття пiдсумковоï функцю-нальноï оцшки змши температури масла. Така схема, що функцюнуе за принципом причинно-наслщкових зв'язюв, включае в себе наступш блоки: оцiнки змiни температури бюдизелю на виходi з теплообмiнника пвд^ву масла, що вимiрюеться, змiни температури стшки теплообмшника, коефвдента математично моделi динамiки температури масла, Кз, температури масла, динамiчних параметрiв змши температури масла, контролю працездатносп.
4. Запропоновано структурну схему шдтримки процесу етерифжацп на рiвнi прийняття ршень. Осо-бливiстю цiеï схеми е порiвняння температури бюди-зелю на виходi з теплообмiнника пвд^ву масла, що вимiрюеться, з еталонним значенням та визначення пiдсумковоï шформацп щодо прийняття ршень на змшу юлькосп пластин теплообмiнника чи змшу по-токiв пiдiгрiтого та свiжого масла.
5. Запропоновано структурну схему лопчного моделювання щодо щентифжацп стану бюдизельтл установки для шдтвердження прийнятих рiшень. Вона включае в себе наступш блоки: змши температури стшки теплообмшника, коефвдента математичтл
моделi динамжи температури масла, Кз, температури масла, динамiчних параметрiв змши температури масла, iдентифiкацii стану бюдизельно'Т установки та дозволяе встановити новий стан функцюнування бюдизельно'Т установки.
6. Запропоновано штегровану систему змши температури масла, що дозволяе шдтримувати пвд^в масла на основi змши поверхш теплообмiну теплообмшника при вимiрюваннi температури бiодизелю на виходi з теплообмiнника та виконувати своечасну подачу пвдгриого масла до бюдизельного реактора та завантаження свiжого масла.
7. Розроблена технолопя за рахунок шдтримки функцюнування бюдизельноТ установки з викорис-танням змши поверхш теплообмшу теплообмшника пвд^ву масла на основi теплоти бiодизелю надае можливiсть, наприклад, при виробництвi 12000 л/добу бюдизелю зменшити собiвартiсть виробництва бюдизелю та термш окупносп бюдизельноТ установки до 30 %. Здобуто економт умовного палива - 19,28 т у п. на рж. Використання бюдизельного палива у складi когенерацшно'Т системи дозволяе додатково виробити 66,5 МВт годин/рж енергп, що в грошовому е^ва-ленп складае близько 200 тис. грн.
Лиература
1. Гелетуха, Г. Г. Биоэнерегетика в Украине: современное состояние и перспективы развития. Часть 2 [Текст] / Г. Г. Гелетуха, Т. А. Железная, П. П. Кучерук, Е. Н. Олейник, А. В. Трибой // Промышленная теплотехника. - 2015. - Т. 37, № 3. - С. 65-73.
2. Чайковська, 6. 6. Розробка енергозбер^аючоТ технологи функцюнування бюгазовоТ установки у склад1 когенерацшноТ системи [Текст] / 6. 6. Чайковська// Восточно-Европейский журнал передовых технологий. -2015. - Т. 3, № 8 (75). - С.47-53. doi: 10.15587/1729-4061.2015.44252
3. Maghami, M. Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods [Text] / M., Magha-mi., S. M. Sadrameli, B. Ghobadian // Applied Thermal Engineering. -2015. - Vol. 75. - P. 575-579. doi: 10.1016/j.applther-maleng.2014.09.062
4. Долинский, А .А. Инновационные тепломассобменные технодлогии производства биотоплива из растительного сырья [Текст] / А. А. Долинский, Л. Н. Грабов, В. И. Мерщий, Т. Л. Грабова // Промышленная теплотехника. -2006. - № 5. -С. 70-75.
5. Osman, S. More efficient production of plant biodiesel [Text] / S. Osman. - Nature Middle East, 2015. doi: 10.1038/nmiddlee-ast.2015.171
6. Patel, N. K. Biodiesel from Plant Oils [Text] / N. K. Patel, S. N. Shah // Food, Energy, and Water. - 2015. - P. 277-307. doi: 10.1016/b978-0-12-800211-7.00011-9
7. Kovacs, A. The effect of biodiesel by - products on germination and plant growth [Text] / A. Kovacs // Applied Ecology and Environmental Research. - 2015. - Vol. 13, Issue 4. - P. 1171-1181. doi: 10.15666/aeer/1304_11711181
8. Hawrot-Paw, M. Influence of diesel and biodiesel fuel-contaminated soil on microorganisms, growth and development of plants [Text] / M. Hawrot-Paw, A. Wijatkowski, M. Mikiciuk // Plant, Soil and Environment. - 2015. - Vol. 61, Issue 5. - P. 189-194. doi: 10.17221/974/2014-pse
9. Lambosi, L. Emission and Performance Characteristic of Biodiesel Burner System [Text] / L. Lambosi, A. Khalid, B. Manshoor // Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 773-774. - P. 540-544. doi: 10.4028/www.scientific.net/amm.773-774.540
10. Yu, H. Optimal Experimental Design for an Enzymatic Biodiesel Production System [Text] / H. Yu, H. Yue, P. Halling // IFAC-PapersOnLine. - 2015. - Vol. 48, Issue 8. - P. 1258-1263. doi: 10.1016/j.ifacol.2015.09.141
11. Xiong, H. Biodiesel Remote Monitoring System Design Based on IOT [Text] / H. Xiong, X. Guo, W. Xie // Lecture Notes in Computer Science. - 2015. - P. 750-756. doi: 10.1007/978-3-319-15554-8_65
12. Чайковська, 6. 6. Пщтримка функцюнування бюпаливних установок [Текст] / 6. 6. Чайковська, К. О. Кустов // Схщно-бвропейський журнал передових технологш. -2012. - Т. 2, № 10 (56). - С. 41-44. - Режим доступу: http://journals.uran.ua/ eejet/article/view/3891/3567
