CC BY
22HS [9]. Однако при концентрации сероводорода
не более 100 ppm возможно практически полное восстановление эффективности ТОТЭ после удаления примесей сероводорода из топлива [9; 10; 11].
Для возможности удаления примесей сероводорода из топлива активно развиваются методы очистки. Существуют биологические и физико-химические методы очистки газа. Биологические методы являются эффективными, однако сами биологические системы чувствительны к изменениям концентрации сероводорода [1].
Выводы.
Показано, что топливные элементы являются перспективной альтернативой традиционным тепловым двигателям благодаря ведению прямого преобразования топлива в электроэнергию с исключением процесса горения топлива.
Основными проблемами, тормозящими глобальное применение ТОТЭ на природном газе, являются следующие:
— проблема осаждения аморфного углерода на аноде и его последующая деактивация;
— проблема значительного падения генерируемой мощности при наличии сероводорода в топливе.
Данные задачи могут быть решены путем применения стойких к углеродной и сероводородной деградации материалов для анода, усовершенствованием системы риформинга метана и развитием системы очистки топлива от сероводородных включений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. C. Weinlaender, R. Neubauer, C. Hochenauer. Low-temperature H2S removal for solid oxide fuel cell application with metal oxide adsorbents// Institute of Thermal Engineering, Graz University of Technology, Austria, 2017.
2. M.A. Mac Kinnon, J. Brouwer, S. Samuelsen. The role of natural gas and its infrastructure in mitigating greenhouse gas emissions, improving regional air quality, and renewable resource integration// Progress in Energy and Combustion Science. 2018. Pp. 62-93.
3. Chang-Yin Chien. Methane and solid carbon based solid oxide fuel cells // A Dissertation in partial fulfillment of the Requirement for the Degree Doctor of Philosophy. 2011. May.
4. A. Lanzini, P. Leone, C. Guerra, F. Smeacetto, N.P. Brandon, M. Santarelli. Durability of anode supported Solid Oxides Fuel Cells (SOFC) under direct dry-reforming of methane // Chemical Engineering Journal. 2013. Pp. 254-263.
5. Tenglong Zhu, Horacio E. Troiani, Liliana V. Mogni, Minfang Han, Scott A. Barnett. Ni-Substituted Sr(Ti,Fe)O3 SOFC Anodes: Achieving High Performance via Metal Alloy Nanoparticle Exsolution // Joule Journal. 2018. March.
6. Волкова Ю.В. Разработка адаптированной к инженерной практике методики расчета энергетических характеристик установок с твердооксид-ными топливными элементами // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Екатеринбург. 2016.
7. A.Thallam Thattai, L. van Biert, P.V. Aravind. On direct internal methane steam reforming kinetics in operating solid oxide fuel cells with neckel-ceria anodes // Journal of Power Sources. 2017. October.
8. K. Tseronis, I.S. Fragkopoulos, I. Bonis, and C. Theodoropoulos. Detailed Multi-dimensional Modeling of Direct Internal Reforming Solid Oxide Fuel Cells // 2016. Jun.
9. M. Riegraf, G. Schiller, R. Costa, K.A. Friedrich, A. Latz, V. Yurkiv. Lifetime and Performance Prediction of SOFC Anodes Operated with Trace Amounts of Hydrogen Sulfide // German Aerospace Centre, Institute of Engineering Thermodynamics. 2015.
10. Ting Shuai Li, Wei Guo Wang, Tao Chen, He Miao, Cheng Xu. Hydrogen sulfide poisoning in solid oxide fuel cells under accelerated testing conditions/ Journal of Power Sources. 2011. May.
11. M. Riegraf, V. Yurkiv, R. Costa, G. Schiller, K.A. Friedrich. Evaluation of the effect of sulfur on the performance of NI/CGP-based solid oxide fuel cell (SOFC) anodes// German Aerospace Centre, Institute of Engineering Thermodynamics. 2016.
THE HEAT ADJUSTMENT METHODS COMPARATIVE ANALYSIS
Smorodova O.
Cand. Sc., Associate Professor, Ufa State Petroleum Technological University
Kitaev S.
Dr. Sc., Associate Professor, Ufa State Petroleum Technological University
Useev N.
Graduate Student, Ufa State Petroleum Technological University
Norwegian Journal of development of the International Science No 17/2018 55
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Смородова О.В.
канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика», Уфимский государственный нефтяной технический университет
Китаев С.В.
д-р техн. наук, доцент кафедры «Транспорт и хранение нефти и газа», Уфимский государственный нефтяной технический университет
Усеев Н.Ф.
магистрант кафедры «Промышленная теплоэнергетика», Уфимский государственный нефтяной технический университет
Abstract
The article describes the existing design and technological solutions for the construction of distribution heat networks, which involve the use of three main methods of regulation this is a qualitative method based on the variation of the temperature of the network coolant, a quantitative method based on the variation of the flow of the heat carrier, and a combined qualitative and quantitative method using regulation Both temperature and flow rate of the coolant.
Аннотация
В статье описываются существующие конструктивно- технологические решения построения распределительных тепловых сетей, предполагающие использование трех основных методов регулирования - это качественный метод, основанный на варьировании температуры сетевого теплоносителя, количественный метод, основанный на варьировании расхода сетевого теплоносителя, и совмещенный качественно -количественный метод, использующий регулирование как температуры, так и расхода теплоносителя.
Keywords: heat carrier; temperature; flow; heat energy; heat network; regulation; heat release; heat consumer; heat source.
Ключевые слова: теплоноситель; температура; расход; тепловая энергия; тепловая сеть; регулирование; отпуск теплоты; тепловой потребитель; теплоисточник.
Вплоть до последнего времени, в России рекомендовался качественный метод регулирования систем теплоснабжения, основным критерием для которого являлось значение температуры наружного воздуха. Соответственно, распределительные сети проектировались с расчетом на использование данного метода регулирования, при этом реализация других методов без внесения изменений в схемы сетей и оборудование существенно снижает эффективность регулирующих воздействий
В течение последних двух десятилетий значительно расширился перечень видов теплоизоляционных изделий для теплопроводов [2], типов используемых
увеличилось количество конечных потребителей с индивидуальным регулированием. Это оказало существенное влияние на режимы функционирования как внутридомовых абонентских тепловых сетей, так и распределительных сетей в целом. Представляется очевидным, что в таких условиях разработанные ранее методы и технологические приемы регулирования совмещенной тепловой нагрузки характеризуются снижением эффективности, и, соответственно, возникает задача их оптимизации. Особенно это актуально с учетом выработки огромного количества тепловой энергии за 2016 год ( в период 01.01.2016-01.04.2016 было выработано тепловой
отопительных приборов абонентов и энергии 239 млн. Гкал [ 4].
80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0
2016 январь
2016 февраль
2016 март
37400
2016 апрель
Рисунок 1 - Статистика выработки тепловой энергии, Россия, 2016 г.
В целом регулирование отпуска тепловой энергии может осуществляться тремя способами
[3]:
1) качественным - заключающимся в регулировании отпуска тепловой энергии путем изменения температуры теплоносителя на входе в прибор при сохранении постоянным количества расхода теплоносителя, подаваемого в регулируемую установку;
2) количественным, заключающимся в регулировании отпуска теплоты путем изменения расхода теплоносителя при постоянной температуре на входе в регулируемую установку;
3) качественно-количественным, заключающимся в регулировании отпуска теплоты путем одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя.
Качественный метод регулирования тепловой нагрузки, особенно в случае ее совмещенного характера, является, с одной стороны, наиболее простым в реализации, поскольку в полной мере реализуется без использования дополнительного оборудования в любой системе - посредством регулирования режима работы котла. Данный метод является наиболее дешевым в реализации и наиболее надежным в эксплуатации.
Основным допущением является регулирование тепловой нагрузки по средней температуре наружного воздуха, что приводит в некоторых случаях к возникновению существенных различий в режиме отопления у разных категорий потребителей. Вторым допущением является усредненный расчетный режим работы сетей, поскольку учет дополнительной нагрузки от систем горячего водоснабжения (ГВС) осуществляется исключительно по суточным графикам, без учета фактической неравномерности и объема отпуска тепла.
К основным недостаткам качественного метода регулирования теплоснабжения следует относить неоптимальные характеристики по тепловой инерции. Любая разветвленная и протяженная система теплоснабжения имеет значительную тепловую инерцию, поскольку время движения теплоносителя от момента его выхода от источника централизованного теплоснабжения через наиболее удаленного потребителя до момента возврата в источник теплоснабжения по обратной трубе представляет собой конечную величину, которая может достигать нескольких часов. Поэтому при качественном регулировании подача теплоты регулируется либо по среднесуточной, либо по усредненной за несколько (8 - 12) часов температуре наружного воздуха. Такое временное рассогласование или регулирование с запаздыванием ведет к нарушению теплового режима у потребителей, особенно при резкой смене погодных условий [1].
Кроме того, при эксплуатации сетей с совмещенной нагрузкой наблюдаются значительные перепады рабочих режимов, обусловленные скачкообразной неравномерностью спроса абонентов на горячее водоснабжение в рамках суточного графика. Данный фактор оказывает существенное влияние на параметры теплоносителя в магистралях,
при этом, в большинстве случаев, значение ключевого параметра- температуры воздуха в отапливаемых помещениях - поддерживается только за счет инерционных характеристик отопительных приборов и тепловой инерции ограждающих конструкций.
Эффективность централизованного качественного регулирования теплоснабжения существенно снижается при наличии абонентских и индивидуальных систем регулирования. Даже в краткосрочной перспективе количество таких систем будет значительно увеличиваться, в связи с чем проблема оптимизации данного метода значительно усложняется.
Основным преимуществом метода количественного регулирования совмещенной тепловой нагрузки является возможность оперативных воздействий на регулируемые показатели. В сравнении с качественным методом, эффект от количественного регулирования сопоставим со скоростью распространения звука в воде (1500 м/с), ввиду чего эффективность оперативного регулирования параметров температуры в отапливаемых помещениях потенциально имеет большие показатели быстродействия.
Негативным фактором постоянства температуры теплоносителя в тепловой сети является потенциально возможное увеличение тепловых потерь.
При использовании количественного метода регулирования совмещенной тепловой нагрузки, основными методами оптимизации являются, в первую очередь, повышение эффективности регулирования за счет более высокой точности прогнозирования и предопределения параметров функционирования каждого элемента сетей [4]. Здесь могут быть использованы новые математические модели, отличающиеся более высокой точностью расчета параметров теплоносителя, использование которых ранее было нецелесообразно ввиду значительных системных требований к математическому обеспечению.
Следует отметить, что очень важным фактором при предопределении параметров теплоносителя является учет не только параметров тепловой инерции сетевого оборудования, но также и параметров тепловой инерции зданий, что оказывает существенное влияние на основной регулируемый показатель - температуру воздуха в отапливаемых помещениях.
Также оптимизация количественного метода предполагает реализацию механизмов точного регулирования подачи насосов, что может быть реализовано за счет использования современных технических средств управления электроприводом -частотных и векторных устройств, позволяющих с высокой степенью точности обеспечивать требуемые параметры производительности электрических силовых машин. Рассмотрим влияние ЧРП на характеристики насоса (рисунок 2).
При качественно-количественном методе регулирования оптимизация может быть реализована в виде ряда регуляторов, управляющих системой
максимально близко к минимальной температуре теплоносителя в подающем теплопроводе без нарушения ограничивающих условий.
Рисунок 2 - Влияние частотно-регулируемого привода на характеристику насоса
Скорость потока контролируется одним регулятором, тогда как температура на вводе у потребителя контролируется регуляторами, расположенными в критических точках системы централизованного теплоснабжения.
Типовая система управления состоит из регулятора расхода и регуляторов температуры критических точек тепловой сети. В определенное время температура теплоносителя в подающем трубопроводе на выходе из теплоисточника выбирается в качестве максимума рекомендованных температур теплоносителя отдельных регуляторов. Второстепенный регулятор, определяющий температуру теплоносителя в определенное время, называется активным регулятором.
Ограничения по изменениям температуры теплоносителя в подающем трубопроводе выполняются путем настройки расчетных параметров в регуляторах расхода и регуляторах температуры сетевых точек.
Динамические отношения между температурой теплоносителя в подающем трубопроводе, расходом и температурами сетевых точек являются изменяющимися по времени, их сложно установить по той причине, что тепловая нагрузка в системе изменяется со временем. В связи с этим, для решения проблемы управления требуются методы, способные обеспечить надежную работу при таких обстоятельствах.
Регулятор температуры сетевых точек зависит от модели, описывающей динамические отношения между температурой теплоносителя в подающем трубопроводе и температурами сетевых точек. Вследствие изменяющейся тепловой нагрузки такое отношение демонстрирует суточные, а также годовые изменения.
Модель прогнозирования, связывающая будущий массовый расход с прошлой и будущей температурой теплоносителя в подающем трубопроводе, должна принимать во внимание будущую тепловую нагрузку, т.е. она должна зависеть от прогнозов тепловой нагрузки. Вместо модели массового
расхода, которая зависит от выходных значений модели тепловых нагрузок, используемые алгоритмы регулирования используют прогнозы тепловой нагрузки непосредственно для расчета минимально необходимой температуры подачи, которая накладывается ограничениями массового расхода с учетом условий уравнения энергетического баланса.
Выбор наиболее эффективного метода регулирования определяется, в первую очередь, гидравлической характеристикой сети, а также характером потребления тепловой энергии, типом используемого оборудования на котельной и прочими факторами с различной степенью значимости.
Исходя из физических принципов функционирования сетей теплоснабжения, определяемых, в первую очередь, уравнениями теплопередачи и теплового баланса, можно судить об ограниченности управляемых параметров, что не позволяет получить возможность разработки принципиально новых решений по регулированию их режимов работы.
Соответственно, задачи оптимизации могут быть решены только посредством модификации существующих методик, которая может быть выполнена с помощью учета дополнительных факторов, оказывающих влияние на эффективность функционирования исследуемых систем.
Также следует отметить, что для наиболее полной оптимизации основных технических параметров целесообразно использовать расширенный набор исходных показателей:
— традиционно используемые,
— географические характеристики,
— климатические условия с возможностью оперативного учета, например, скорости и направления ветра относительно населенного пункта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Культяев С.Г., Левин А.С. Регулирование отпуска теплоты в период осенне-весенних перетопов [Текст] / С.Г. Культяев, А.С. Левин //Ресурсо-энергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2012. №2. С. 140-144.
2. Baikov I.R., Kitaev S.V., Smorodova O.V., Kolotilov Yu.V. Analysis of the heat-insulating materials properties for pipeline fittings//Polymer Science. Series D. 2018. Т. 11. № 1. С. 96-98.
3. D. Andrews et al. Background Report on EU-27 District Heating and Cooling Potentials, Barriers, Best Practice and Measures of Promotion. Joint Research Centre of Scientific and Policy Reports, 2012.
4. Электронный ресурс: https://minenergo.gov.ru/activity/statistic.
APPLICATION OF GROUND-PENETRATING RADAR FOR SPECIFICATIONS OF BLASTING
ROCKS
Ekvist B.
Doctor of Technical Sciences, Professor, Physical Processes of Mining and Geocontrol Department, National University of Science and Technology «MISiS», Moscow, Russia
Korotkov R.
PhD Student, Physical Processes of Mining and Geocontrol Department, National University of Science
and Technology «MISiS», Moscow, Russia
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ ДЛЯ ДЕТАЛИЗАЦИИ ВЗРЫВАЕМЫХ МАССИВОВ
Эквист Б.В.
Доктор технических наук, профессор, Кафедра физических процессов горного производства и геоконтроля, Московский горный институт национальный исследовательский технологический
университет «МИСиС», Москва, Россия
Коротков Р.Л.
Аспирант, Кафедра физических процессов горного производства и геоконтроля, Московский горный институт национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
Abstract
Proposed a method for optimizing the parameters of drilling and blasting operations, considering the physical and technical properties of rocks within the blasted block, in order to improve the quality of the blasting quarries with a complex geological structure. Described the ground-penetrating radar method is with the application of the "Oko-2" series of the development of the group of companies "LOGIS-GEOTECH" with antenna blocks AB-90 with a depth of sounding up to 16 m. and a resolution of 0.5 m. in depth and AB-150 with a sounding depth of 12 m. and resolving ability of 0.35 m. in depth. The results of laboratory experiments carried out on blasting blocks with various strength properties are presented, confirming the improvement in the quality of crushing of rock samples by explosion of charges with variable decelerations and location, depending on the strength properties of the samples, relative to charge explosions with unchanged parameters. This will ensure a better crushing of the blasted rock mass.
Аннотация
Предложен способ оптимизации параметров буровзрывных работ с учетом физико-технических свойств горных пород в пределах взрываемого блока, с целью улучшения качества взрыва на карьерах со сложной геологической структурой. Изложен метод радиолокации с применением георадаров серии "Око-2" разработки группы компаний "ЛОГИС-ГЕОТЕХ" с антенными блоками АБ-90 с глубиной зондирования до 16 м и разрешающей способностью 0.5 м по глубине и АБ-150 с глубиной зондирования 12 м и разрешающей способностью 0.35 м по глубине.
Изложены результаты лабораторных экспериментов проведенных на взрываемых блоках с различными прочностными свойствами, подтверждающие улучшение качества дробления образцов пород взрывом зарядов с переменными замедлениями и расположением, в зависимости от прочностных свойств образцов, относительно взрывов зарядов с неизменными параметрами. Это обеспечит более качественное дробление взорванной горной массы.
Keywords: Drilling and blasting operations, Ground-penetrating radar, GPR, Complex-structured rocks.
Ключевые слова: Сложноструктурные массивы, георадар, георадиолокация, градиент, прочностные свойства пород, параметры буровзрывных работ, результаты взрывов.
1.ВСТУПЛЕНИЕ
Взрывное разрушение сложноструктурных массивов имеет ряд особенностей, связанных с из-
менением прочностных свойств, в пределах взрываемого блока. Для оптимизации эффективности дробления массивов со сложной геологической структурой требуется оценка физико-технических
