CC BY
63
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
139
каналов, возможно применение алгоритма поканальной синхронизации.
Применение алгоритмов синхронизации данных возможно при наличии основного и резервных каналов, связывающих передающий и принимающий узлы системы сбора. При приеме идентичного набора данных по каналам применяется поканальный алгоритм, позволяющий определить наиболее приоритетный канал с набором актуальных данных. При необходимости поэлементно контролировать входящие потоки данных по основному и резервным каналам, применяется поэлементный алгоритм. Он же применяется и при необходимости дополнения одного набора данных (основного канала), другим (резервного канала) с контролем достоверности каждого элемента.
Разработанные алгоритмы синхронизации при приеме данных по резервным каналам были реализованы и показали свою эффективность в программно-аппаратных средствах, таких как центральная приемо-передающая станция и устройства сбора и передачи информации, производимые ООО «СИСТЕЛ» и применяемые в распределенных системах сбора и передачи данных.
Литература
1. Алексеев О.П., Козис В.Л., Кривенков В.В и др. Автоматизация электроэнергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1994. - 448 с.
2. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП. Проектирование и разработка - М.: ИнфраИнженерия, 2008. - 928 с.
СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МЕТАЛЛУРГИИ
Мурзадеров Артём Вячеславович, Понаморев Михайил Михайлович
студенты Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова, г. Магнитогорск
Картавцев Сергей Владимирович
преподаватель Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова, доктор технических
наук, г. Магнитогорск
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассмотрены способы снижения потребления природного газа на металлургическом предприятии. Применение данных методов на производстве, повлечет за собой изменение технологического процесса и увеличение экономической эффективности предприятия.
ABSTRACT
In this article the methods of reduction of natural gas consumption in the steel plant. The application of these methods in production will entail the change process and increase the economic efficiency of the enterprise.
Ключевые слова: природный газ; термохимическая регенерация; паровая конверсия; углекислотная конверсия.
Keywords: natural gas; thermo chemical regeneration; steam conversion; carbon dioxide conversion.
Добыча природного газа в России в 2007 году составила 649 млрд. м3, эта цифра из года в год продолжает расти [1].
Анализ данных свидетельствует также о масштабной газификации. Это относится как к регионам, так и к отраслям народного хозяйства, в том числе черной и цветной металлургии, машиностроительной промышленности, теплоэнергетике, жилищно-коммунальному хозяйству. Наиболее газопотребляющими объектами являются тепловые электростанции, черная и цветная металлургия. В настоящее время доля природного газа в объеме топливо-потребления России составляет 55%, в европейской части страны - 80%. Россия использует четырехуровневую систему ценообразования на природный газ: два уровня для внутренних цен, по одному для бывших советских стран и один для европейских потребителей. Россия уже давно ограничила внутренние цены на природный газ. Эта практика осталась еще с советских времен. В настоящее время в России газ стоит от 75 до 97 долларов за тысячу кубических метров.
Энергосбережение природного газа в России на сегодняшний день является чрезвычайно актуальной проблемой. В 2010 году дефицит природного газа на внутреннем рынке составил почти 40млрд. м3, в связи с этим правительство начало утверждать газовый баланс. [2]
Планируемый дефицит природного газа на внутреннем рынке РФ должен покрываться за счет использования угля и внедрения технологий энергосбережения. Следует отметить, что для ТЭС (ТЭЦ) при работе на угле требуется отчуждение площади земли в 1.6 раза больше,
инвестиции в строительство, эксплуатационные расходы и цены на тепловую и электрическую энергию как минимум в 2 раза выше.
В настоящее время для производства 1т продукции чёрной металлургии (ЧМ) требуется около 350 м3 природного газа, что составляет до 30% энергоёмкости металлургической продукции. Эффективность применения природного газа определяется полнотой использования его многокомпонентного потенциала: теплоты, и температуры горения, конверсионных, восстановительных и регенеративных возможностей. Выходом из ситуации представляется активное проведение энергосберегающей политики. Наиболее быстро возрастают объемы потребления газового топлива, преимуществами которого являются высокие энергетические характеристики, доступность и экологическая чистота.
Согласно статье [3], эффективность применения природного газа определяется полнотой использования его многокомпонентного потенциала. Данное положение определяется как крупномасштабным резервом экономии природного газа в действующем теплотехническом комплексе чёрной металлургии, так и назревшей острой необходимостью технологического, энергетического и экологического прогрессов.
Термическая регенерация теплоты газовых отходов на основе подогрева дутьевого воздуха широко используется в промышленности. Вместе с тем представляет интерес как энергосберегающее мероприятие термохимическая регенерация теплоты газовых отходов, основанная на эндотермической переработке природного газа в синтез-
140
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
газ - вторичное топливо. Термохимическая регенерация теплоты может обеспечить высокую степень регенерации, так как в этом случае тепловой отход используется на повышение не только физической, но химически связанной теплоты регенерирующих теплоносителей. Термохимическая регенерация в ряде случаев способна дать существенно больший энергосберегающий эффект.
Помимо общих потребностей энергосбережения, природный газ необходимо экономить еще и потому, что он поставляется монопольным объединением, которое также монопольно устанавливает и цены на него. Если в отношении электроэнергии в принципе возможна собственная генерация электроэнергии на предприятии, то в отношении природного газа собственная генерация его исключена.
Для большого числа огнетехнических установок представляет интерес утилизация теплоты высокотемпературных отходящих дымовых газов за счет термохимической регенерации (ТХР) [3].
Сущность ТХР тепла отходящих дымовых газов, заключается в использовании их физического тепла для предварительной эндотермической переработки исходного топлива, которое при этом получает больший запас химически связанного тепла. Процесс сопровождается реакциями парового и углекислотного риформинга метана, а также реакцией водяного газа.
СН4 + Н2О = СО + 3Н2 - 206300 кДж/кмоль;
СН4 + CO2 = 2СО + 2Н2 - 247600 кДж/кмоль;
СО + Н2О = CO2 + Н2 - 41100 кДж/кмоль.
В общем виде протекающие в реакторе реакции описываются уравнением
СН4 + k(CO2 + 2Н2О + 7,52N2)=aCO + Щ2 + yN2 + eCH4 - (1-е)220300 кДж/кмоль.
При условии полного окисления метана и стехиометрического расхода дымовых газов коэффициенты перед соответствующими компонентами реакции запишутся в виде k=1/3; a=4/3; 3=8/3; y=2,51; е=0.
За счет использования термохимической регенерации теплоты предполагается увеличение КПД промышленных огнетехнических установок до 90-95%. Необходимым условием осуществимости процесса ТХР -температура отходящих дымовых газов должна быть не менее 700-800 °С. Продукты риформинга природного газа содержат горючие компоненты (СО, Н2, СН4), которые могут быть использованы как энергетическое топливо этой ОТУ, снижая при этом потребление исходного топлива. Кроме того, горючие компоненты могут быть использованы в химической технологии для производства аммония, метанола и других веществ органического синтеза, а также водорода.
Химическая регенерация позволяет достигать практически полной регенерации теплоты отходящих дымовых газов. Химическая регенерация рассматривается на примере паровой конверсии природного газа, основным углеводородом которого является: CH4:
СН4 + ш0 = СО + 3Н2 (идеальная реакция)
Были произведены исследования идеальной реакции паровой конверсии по пятикомпонентной системе, которые показали что реальная реакция выглядит:
СН4 + H2O = 0,81СО + 2,652Н2+ 0,055CO2+ 0,079H2O+0,134CH4
(реальная реакция). Эндотермический эффект этой реакции составляет:
АИ=10617 кДж/м3
Как видно из реакции, при ТХР в реакторе паровой конверсии образуется не только СО и Н2, но и CO2, H2O, CH4.
Эффект термохимической регенерации природного газа может достигать до 25%.
Углекислотная конверсия метана в синтез-газ CO + H2 - одна из важнейших химических реакций, пригодная для промышленного получения водорода и дающая начало синтезу углеводородов и других технически ценных продуктов.
Реакция углекислотной конверсии имеет следующий вид:
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 - 247 кДж/моль
В углекислотной конверсии метана при 700 - 800 °С на многих никелевых и платиновых катализаторах достигается равновесная конверсия в синтез-газ. В работе [4] очень подробно описаны свойства катализаторов, которые используются в комплексе с углекислотной конверсией метана, а также рассмотрена кинетика углекислотной конверсии метана.
В настоящее время синтез-газ играет ключевую роль не только в производстве компонентов моторных топлив (синтез Фишера-Тропша), но, прежде всего, в процессах органического синтеза, с целью получения метанола, диметилового эфира, бутиловых спиртов, формальдегида и многих других ценных продуктов.
Процесс углекислотной конверсии метана позволяет получать синтез-газ с более низким отношением H2/CO, в интервале с 2:1 до 1:1. В настоящее время для многих технологий требуется такое низкое отношение H2/CO. Например, это отношение предпочтительно для производства углеводородов по методу Фишера-Тропша, для гидроформилирования, получения метанола и многих других органических соединений, что избавляет от необходимости регулировать отношение H2/CO посредством реакции конверсии водяного газа. Углекислотная конверсия метана позволяет также вовлекать в синтез диоксид углерода, запасы которого огромны, а масштабы использования в промышленности невелики. Кроме того, он является парниковым газом. Поэтому расширение числа синтезов на основе CO2 - перспективное направление развития газохимии.
Все вышеперечисленное указывает на то, что процесс углекислотной конверсии метана имеет большую потенциальную экономическую выгоду и экологическое преимущество. Но главное препятствие промышленному использованию углекислотной конверсии состоит в том, что в настоящее время почти нет селективных катализаторов, которые могут работать, не подвергаясь дезактивации из-за коксообразования.
В работе [5] установлены закономерности процесса углекислотной конверсии метана в присутствии Ni-Co, Ni-ZrO2, Ni-Fe катализаторов на носителях A12O3 и SiO2. Впервые использована температурная поправка на неравномерность для оценки катализаторов, показано, что с ее помощью можно судить о скорости протекания реакции. Достигнуто значительное снижение коксообразования путем введения добавок кобальта и железа в Ni-катализатор на носителях Al2O3 и SiO2.
Полученные результаты подтверждают перспективность разработки промышленных процессов получения синтез-газа углекислотной конверсией метана.
Как уже отмечалось выше, синтез-газ служит исходным сырьем для производства многих химических и
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
141
нефтехимических продуктов, а также используется для восстановления железной руды.
При углекислотной конверсии состав продуктов на выходе из риформера обычно очень близок к равновесному и может быть предсказан, исходя из следующих параметров: температуры на выходе из установки; мольных соотношений CO2/углерод и давления. Другой важный технологический аспект связан с протеканием побочных реакций образования углерода. Коксообразование первоначально дезактивирует катализатор, затем вызывает разрушение его гранул, что в свою очередь приводит к частичной или полной блокировке реакционного потока в слое катализатора, который заполняет трубное пространство. В результате возникают участки локального перегрева.
Установка риформинга обычно включает от 40 до 400 трубок (длина 6-12 м, диаметр 70-160 мм, толщина стенок 10-20 мм), которые установлены вертикально в прямоугольной печи. Трубки заполняются катализатором, обычно формованным в виде небольших цилиндров или колец Рашига. Реактор обогревается горелками, которые могут размещаться внизу, сбоку или сверху печи. Топливо сжигается в радиационной секции печи. Отходящие дымовые газы (после обогрева реактора), проходят через конвекционную секцию, где охлаждаются за счет отдачи тепла жидкостным и паровым потокам.
Эффект термохимической регенерации природного газа может достигать до 30%.
Список литературы
1. Сперкач И.Е. Природный газ для России / Сперкач И.Е. // Сталь - 2010. №5 - С. 90 - 93.
2. Сперкач И.Е. Природный газ / Сперкач И.Е. // Сталь - 2011. №3 - С. 93 - 96.
3. Петин С.Н Повышение энергетического потенциала природного газа /С.Н. Петин С.В. Картавцев // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России. Материалы 6-й всероссийской научно -практической конференции студентов, аспирантов и специалистов 24-26 мая. - Магнитогорск - 2005.
С.60-64.
4. Крылов О.В. Углекислотная конверсия метана в синтез-газ / Крылов О.В. // - Российский химический журнал. - Москва. - 2000. - т. 44. - №1. - С. 19-33.
5. Зыонг Чи Чунг Получение синтез-газа углекислотной конверсией метана / Зыонг Чи Чунг // - Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.х.н. - Москва. - 2012. - 26 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ КВЧ-ТЕРАПИИ «ЯВЬ-1» ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕМЯН
Тимаков Николай Павлович, Мерзляков Евгений Леонидович, Кокурин Олег Евгеньевич
Студ. 4-ого курса КНИТУ-КАИ, ИРЭТ, г. Казань
АННОТАЦИЯ
Представлены результаты численных и экспериментальных исследований определения наилучшего режима предпосевной обработки яровой ржи, с целью увеличения морфофизиологических показателей прорастающих семян и, как следствие, повышения урожайности данной культуры.
ABSTRACT
Results of numerical and experimental studies to determine the best mode of presowing treatment of spring rye, to increase morphophysiological indicators of germinating seeds and, consequently, improve the productivity of this crop.
Ключевые слова: Микроволновые технологии, обработка семян, морфофизиологические показатели.
Keywords: Microwave technology, processing of seeds, morphological parameters.
Принцип действия установки состоит в следующем: энергия генерируемая КВЧ генератором колебаний определенной частоты через направленный ответвитель поступает в рупорный облучатель. Наибольшая часть энергии через боковое плечо направленного ответвителя поступает на контрольный резонатор и далее на детекторную головку. Настройка установки на рабочую частоту осуществляется ручкой «Настройка частоты» при выключенной модуляции острому отклонению минимума стрелки индикатора в пределах левой части шкалы. При включенной кнопке модуляция стрелка индикатора должна находится в пределах правой части шкалы.
Установка смонтирована в едином блоке, который с помощью подвижной ручки подвешивается на штативе.
На передней панели блока расположены: кнопочный выключатель сети, индикатор включения сети, кнопочный включатель модуляции, ручка подстройки частоты, стрелочный индикатор настройки частоты и индикации необходимой величины выходной мощности.
На задней панели блока расположены: клемма для заземления (зануления) блока, шнур с вилкой для включения прибора в сеть, два сетевых предохранителя (под
крышкой), крышка разъема для подключения измерительных приборов при настройке (сборке, регулировке) установки в заводских условиях.
В качестве источника энергии облучения используется ЛПД-генератор (генератор на лавинно-пролетном диоде). Частота генерации контролируется по встроенному резонатору, настроенному строго на рабочую частоту.
Исследования проводились на семенах ржи, предоставленные Казанским Г АУ, имеющих влажность не менее 20% и пригодных для проращивания (способных к прорастанию). В данных экспериментах использовались (применялись) генераторы ЭМП КВЧ-диапазона «Явь 1 -5,6». Также для измерения диэлектрической проницаемости использовали векторный анализатор.
Используемые в данных исследованиях генератор «Явь 1-5,6» лабораторного стенда - модернизированное устройство для обработки семян ЭМП (Патент РФ №2246814, опубликованный 27.02.2005г Бюл.№6). Установка содержит один излучатель электромагнитной энергии (Явь1 -5.6) соединенный с источником электромагнитной энергии, электрический привод, подключенный к
