close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Парогенераторная установка на биотопливе для комбинированного получения тепла и электроснабжения сельскохозяйственных объектов

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
КАСЬЯНОВ АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ
ПАРОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА НА БИОТОПЛИВЕ
ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛА
И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ОБЪЕКТОВ
Специальность: 05.20.02 – Электротехнология и электрооборудование
в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учѐной степени
кандидата технических наук
Зерноград – 2018
2
Работа выполнена в Азово-Черноморском инженерном институте – филиале
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования «Донской государственный аграрный университет» в г.
Зернограде.
Научный
руководитель:
Таранов Михаил Алексеевич
член-корреспондент РАН, доктор технических наук,
профессор.
Официальные
оппоненты:
Цугленок Николай Васильевич
член-корреспондент РАН, доктор технических наук,
профессор, президент Восточно-Сибирского научнообразовательного и производственного центра СО
РАСН;
Ковалев Дмитрий Александрович
кандидат технических наук, ведущий научный
сотрудник ФГБНУ «Федеральный научный
агроинженерный центр ВИМ», заведующий
лабораторией биоэнергетических технологий.
Ведущая
организация:
ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской»
(г. Зерноград).
Защита состоится «29» июня 2018 года в 14-00 часов на заседании
объединѐнного диссертационного совета Д 999.021.02, созданного на базе
ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» и ФГБОУ ВО
«Ставропольский государственный аграрный университет», по адресу: 347740,
Ростовская область, г. Зерноград, ул. Ленина 21, в зале диссертационного
совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азово-Черноморского
инженерного института – филиала ФГБОУ ВО «Донской государственный
аграрный университет» в г. Зернограде и на сайте ФГБОУ ВО «Донской
государственный аграрный университет» http://www.dongau.ru/.
Автореферат разослан «__» _____ 2018 г. и размещен на официальном
сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http://vak.ed.gov.ru./
и сайте ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет»
http://www.dongau.ru/.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Н.И. Шабанов
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Поскольку существующие
системы
передач
электрической
энергии
удаленным
сельскохозяйственным потребителям обладают недостаточной
надѐжностью и большими капитальными затратами на их
сооружение, необходимость в надежных и экономичных источниках
автономного энергообеспечения, способных работать на биотопливе,
стала одной из ключевых задач для удалѐнных сельскохозяйственных
потребителей.
Современные общемировые тенденции развития источников
энергии направлены в область альтернативных технологий.
Потенциально важным для сельскохозяйственных регионов видом
энергии является биомасса соломы зерновых культур. Масса
накопления соломы злаковых и крупяных культур в России за год
составляет 80–100 млн тонн. Элементарный состав соломы и теплота
ее сгорания не слишком отличаются от соответствующих показателей
для древесины, хотя теплота сгорания соломы ниже, чем у сухой
древесины. C другой стороны, с учетом обычной для соломы
влажности ниже 20%, теплота сгорания соломы оказывается выше,
чем у древесной щепы, которая в настоящее время начинает широко
использоваться в северо-западных и восточных регионах России и
давно используется в странах Северной Европы.
Содержание энергии в 1 кг дизельного топлива и в 2,4 кг соломы
одинаковое. Один рулон диаметром 1,8 м и массой 330 кг заменяет
минимум 140 литров дизельного топлива или 140 м3 природного газа.
Степень разработанности. Наиболее значительный вклад в
развитие альтернативной энергетики, внесли такие учѐные как
Р.А. Амерханов, Ф.Г. Ахтямов, И.Ф. Бородин, Н.В. Цугленок,
В.В. Головинов, М.А. Таранов, Т.Б. Лещинская, С.М. Воронин,
4
Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная, И.И. Борисова, О.В. Григораш,
С.А. Симоненко, В.В. Каминский, Г.В. Никитенко, Д.А. Ковалев,
А.Н. Васильев, М.В. Романова.
Однако в настоящее время нет приемлемых отечественных
устройств для преобразования теплоты от сгорания соломы в
электроэнергию, способных эффективно работать в условиях
отечественного сельского хозяйства. Поэтому совершенствование
систем, не требующих традиционных углеводородных источников
энергии, направленное на увеличение надежности энергоснабжения и
снижение затрат на строительство, является одним из важнейших
направлений в развитии энергоснабжения.
Объект исследования – модель парогенераторной установки,
работающей на пожнивных остатках, процессы парообразования и
получения электроэнергии.
Предмет
исследований
–
закономерности
процесса
парообразования в турбогенераторной установке, работающей на
пожнивных остатках, и зависимости еѐ работы от параметров
процесса парообразования.
Цель
исследования
–
обоснование
параметров
парогенераторной установки, работающей на пожнивных остатках,
для комбинированного получения тепла и электроэнергии.
Задачи исследования:
1. Обосновать блок-схему автономного источника энергии на базе
использования
пожнивных
остатков
среднестатистического
фермерского хозяйства.
2. Произвести
математическое
моделирование
процесса
получения тепла и электроэнергии с помощью энергоустановки.
3. Подтвердить
адекватность
результатов
теоретических
исследований реального процесса паросиловой установки.
4. Оптимизировать параметры и режимы работы энергоустановки,
функционирующей на базе использования энергии пожнивных остатков.
5
5. Дать технико-экономическую оценку результатов исследований в
производстве.
Научную новизну представляют:
– математическая модель рабочего процесса паросиловой
установки для получения теплоты и электрической энергии;
– полученные зависимости процесса парообразования при
горении соломы от параметров топочного устройства, позволившие
определить режимы выработки электрической энергии в
паротурбинной установке;
– зависимости частоты ЭДС от продолжительности процессов
изменения давления пара при загрузке и догорании соломы.
Теоретическая и практическая значимость исследований
заключается в разработке системы когенерации, преобразующей
теплоту в электроэнергию, а также в методике еѐ расчета, которая
позволяет:
– определить рабочие характеристики паротурбинной установки
для выработки электрической энергии;
– определить условия стабильной частоты ЭДС и напряжения
при изменении давления пара при загрузке и догорании соломы;
–
повысить
надежность
энергоснабжения
удалѐнных
сельскохозяйственных потребителей;
Методология и методы исследований. В работе использованы
методы теории подобия, математической статистики, планирования
эксперимента и регрессионного анализа; методы энергетических
расчетов.
Результаты исследования обрабатывались с применением
прикладного пакета статистических программ (а именно Microsoft
Office, КОМПАС-3D, Multisim, Mathcad).
Выполнено геометрическое моделирование параметров и
режимов
работы
предлагаемой
разработки
(установки)
по
6
характеристикам, полученными в результате исследований имитационной паросиловой установки.
На защиту выносятся следующие основные положения:
– блок-схема установки, работающей на сжигании пожнивных
остатков;
– детерминированная математическая модель процесса
получения теплоты и электроэнергии;
– параметры паротурбинной установки, приспособленной к
получению пара высокого давления при сжигании пожнивных
остатков.
Реализация и внедрение результатов работы.
Разработанная методика оптимизации параметров и режима
работы установки, функционирующей на базе сжигаемых пожнивных
остатков внедрена на нескольких предприятиях: ООО «ЕгорлыкАгро», ООО «КАГАЛЬНИЦКАГРОПРОМЭНЕРГО», а также в
учебный процесс АЧИИ ФГБОУ ВО Донской ГАУ.
Степень достоверности и апробация работы обеспечена
точным соблюдением методики экспериментальных исследований,
объѐмом полученных статистических данных (экспериментальных) и
их достаточной сходимостью с теоретическими, рациональным
применением основных положений теоретических основ энергетики,
электро- и теплотехники, корректностью используемых методик
исследования и проведѐнных расчѐтов. Экспериментальные
исследования проводились с применением современных поверенных
цифровых технических средств измерения. Основные положения и
результаты исследований доложены и одобрены на научнотехнических конференциях АЧГАА (г. Зерноград, 2011–2014 гг.),
Ставропольского ГАУ (2012 г.).
Публикации. Результаты исследований отражены в 6 научных
работах, в том числе 3 публикациях в изданиях, рекомендованных
ВАК Министерства образования и науки РФ. Общий объем
7
публикаций
составляет
3,28 печатных листа, из них личный
вклад автора – 1,61 печатных листа.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа
содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 129
источников и приложения. Работа изложена на 156 страницах
машинописного текста.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении выявлены проблемы, сформулированы цель и
задачи исследований.
В первой главе «Современное состояние технологий и
технических средств децентрализованного энергоснабжения
сельскохозяйственных объектов» раскрывается современное
состояние вопроса по настоящей теме. Рассматриваются способы
уборки, хранения и перемещения соломы; производство тепла и
электроэнергии при сжигании пожнивных остатков злаковых
культур. В этом аспекте следует рассматривать два эффективных
пути использования незерновой части урожая злаковых культур.
1 – загрузочное устройство с управляемой подачей; 2 – котѐл; 3 – парообразователь; 4 – турбина; 5 – генератор; 6 – преобразователи теплоты
Рисунок 1 – Блок-схема автоматического когенерационного источника
энергии для получения тепла и электричества
для нужд фермерского хозяйства
Первый – это производство топливных брикетов или пиллет, что
позволит агропромышленным предприятиям снять ответственность
за сжигание отходов на полях, обеспечит появление новых рабочих
8
мест и дополнительный доход. Второй – использование рулонов
или тюков соломы в качестве топлива для прямого получения теплои электроэнергии.
На основании анализа предлагается блок-схема (рисунок 1)
автономного когенерационного источника энергии, позволяющая для
нужд фермерского хозяйства получать одновременно тепло и
электрическую энергию.
Во второй главе «Теоретические предпосылки определения
параметров и режима работы паросиловой установки для
получения тепла и электроэнергии» рассматриваются процесс
получения водяного пара и его основные свойства.
1 – паровой котел; 2 – пароперегреватель;
3 – паровая турбина; 4 – конденсатор;
5 – насос; 6 – электрический генератор
переменного тока, связанный общим
валом с паровой турбиной
Рисунок 3 – Цикл Ренкина
в системе «p-V»
Рисунок 2 – Тепловая схема простейшей
тепловой электростанции, работающей
по циклу Ренкина
Основной цикл паросиловой установки: определяется расход
пара на паровую турбину и еѐ КПД; разрабатывается
детерминированная математическая модель рабочего процесса
паросиловой установки; определяется рабочая точка системы «котѐл
– паропровод с турбогенератором»; осуществляется физическое
моделирование натурной паросиловой установки для выработки
9
тепла
и
электроэнергии; формулируются выводы по главе.
Используя развѐрнутую p-V-диаграмму и анализируя еѐ, приходим к
заключению, что процесс превращения воды в перегретый пар
складывается из трѐх этапов и работает по циклу Ренкина.
В соответствии с приведѐнной блок-схемой паросиловой
установки (рисунок 1) и p-V-диаграммой функционирования
парового котла (рисунок 3) в основе работы последнего лежит цикл
Ренкина.
Для нормальной работы указанной системы (рисунок 2)
необходимо, чтобы характеристика парового котла была совместима
с характеристикой «паропровод + турбогенератор», то есть, чтобы
эти характеристики имели общую точку по расходу пара «Дп» и его
давлению «Рп».
При изменении вида топлива рабочая точка системы «котѐл +
паропровод» может смещаться и выходить за пределы рабочей зоны.
Требуется уточнение геометрических параметров лопатки паровой
турбины. Для этого была разработана математическая модель
рабочего процесса паросиловой установки в детерминированной
записи основных расчѐтных зависимостей.
Алгоритм математической модели в детерминированной форме
записи
основных
зависимостей,
определяющих
процесс
парообразования в паросиловой установке и использования пара с
целью получения тепла и электроэнергии, выглядит следующим
образом:
1.  
qнач
– коэффициент общего использования тепла.
q1
2. BQ1  Д  QKa – теплота, полезно использованная в котельном
агрегате, относительно к 1 ч его работы, ккал/ч, где В – часовой
расход твердого топлива на котельном агрегате, кг/ч.
10
3. Для перегретого пара
P


  Д  in.n  in.в   Н . ПР   i  in.в   .
Qka
100


Д  Qka 100%
– коэффициент полезного действия котла,
B  QPP
4. q1 
выраженный в %.
5. q   iy.x   y.x  ix.в   100  q4  % – процент потери тепла
2
QPP
с уходящими газами.
кг/ч.
6. BP  B 1  q4  – расчѐтный часовой расход твѐрдого топлива,
100

7. 
HT
k .a

бр
k .a

 Qcэл.n  Qсп.н 
 1 
 – чистый КПД котла.
Qk .a 

8. Годовое (возможное) количество тепла, получаемое при
сжигании массы пожнивных остатков, ккал Q2  M c  ic , ккал .
9. tтеор
Q P H   0

, C – теоретическая температура сгорания
V  c
пожнивных остатков.
10. c1     c1t – действительная скорость пара в сопле Лаваля, м/с.
2
11. hc  0,5  A  зс  с1t – потери тепла в сопле, ккал.
12. 1- χ – степень влажности выходящего пара из сопла не
должна превышать 12 14% .
860  N Э
T
Д

Н
13.
– расход пара, кг/ч.
h0 0 Э
14. d H 
860 
h0 0 Э
– удельный расход пара при номинальной
нагрузке турбины кг/кВт·ч.
15. Д
кг/ч.
q
Н
   d H  NЭ  (1   )  d H  N – действительный расход пара,
11
16.  
Д
ДН
– коэффициент холостого хода турбины в долях
единице.
17. d    d H 
NH
 (1   )  d H – удельный расход пара на 1 кВт·ч
N
при мощности турбины N кг/кВт·ч.
18. P  (cx  cy )  M – усилие, действующее со стороны пара на
лопатки, Н.

19. L0a  u  (c1  cos 1  u )  1  

лопатках активной турбины,
20. max 
cos  2 
 – секундная работа пара на
cos 1 
H м
.
с

cos  2 
cos 2 1  1  
 – максимальный КПД активной
2
cos 1 

2
турбины.
21. n  10 
22. Pл 
23. I 
U
– число оборотов ротора турбины об .
R
мин
P
– давление пара на лопатку, Па.
S
U
1 

R    L 
  c 

2
– определение силы тока от напряжения
2
и частоты вращения ротора генератора.
Исходя из указанной модели, по начальным и конечным
условиям работы системы определены характеристические уравнения
для парового котла и паротурбогенератора с трубопроводами, а
затем, после их совместного решения, найдена рабочая точка «А»
системы (рисунок 4).
Характеристическое уравнение для парового котла
Pi  P0  K1  Дi2  n  g.
12
Рисунок 4 – Рабочая
точка системы
«котѐл + паропровод
с турбогенератором»
Характеристика системы «паропровод – паротурбогенератор»
Pi  P01  K2  Дi2  n  g.
Начальные и конечные условия
7
P01  1,5 10 , Па; K 2  1, 65 10 ,
5
с2
кг пара


10
;
n
м5
м3
6
7
2

 Pi  10  25 10  Д i  n  g

5
7

 Pi  1,5 10  16,5 10  Д i  n  g
Д n  0,0115
кг пара
кг пара
 35,1
.
с
ч
Моделирование позволило определить рабочую точку «котѐл +
паропровод», как и предполагалось она сместилась, следовательно
понадобилось изменение геометрических параметров лопатки.
В третьей главе «Общая программа и методика
экспериментальных исследований» приведены программа и
методика
экспериментальных
исследований,
необходимое
оборудование и приборы для проведения опытов, а также внешний
вид экспериментальной установки.
Для проведения экспериментальных исследований с целью
снятия основных характеристик использовалась макетная установка,
изображенная на рисунке 5.
13
Рисунок 5 – Имитационная паросиловая лабораторная установка
В четвѐртой главе «Результаты экспериментальных
исследований и их анализ» приводится анализ результатов
экспериментальных исследований, формулируются выводы.
Таблица 1 – Теплота сгорания и зольность исследуемых солом
Зольность, %
Низшая теплота
сгорания (масса
сухая), МДж/кг
1. Пшеницы
6,0
17,1
Низшая теплота
сгорания при
влажности 16%,
МДж/кг
13,7
2. Ячменя
4,9
17,8
13,4
3. Овса
3,9
16,7
13,1
В среднем
4,9
17,53
13,73
Солома
В результате проведѐнных опытов получены данные по теплоте
сгорания и зольности исследуемых солом (таблица 1), по среднему
значению давления сухого пара в котле от его расхода в теплосеть и
на турбогенератор (таблица 2), рабочей точке котла и
турбогенератора имитационной паросиловой установки, а также по
мощности котла и еѐ распределению на отопление помещений и
выработку электроэнергии.
PпТЕОР 
mв
5  8,31 473
 R  T , PпТЕОР 
 10,6 кПа.
M
18 103
14
Таблица 2 – Средние (опытные) значения падения давления
сухого пара в котле от его расхода в теплосеть
и на турбогенератор
Р, Па
3,71105
3, 24 105
2,32 105
1,392 105
0
Д, кг/с
0
75 105
15 104
22,5 105
3 105
Pki  3,71105  25 107  Дi2  n  g
Pтурбi  0,925 105  16,5 107  Дi2  n  g
Pki  f1 ( Дi )
и Pтурб  f 2 ( Дi )
i
14, 08 108
NK 
 16,3 кВт.
24  3600 103
Теплота сгорания соломы, давление пара и его плотность,
Теплосодержание i , ккал/кг
температура сухого пара (калориметрическая и действительная)
получены с использованием диаграммы i-T (рисунок 6) и
специальной таблицы из промышленной теплотехники (сухой
насыщенный пар по его температурам) – таблица 3.
Рисунок 6 – i-T-диаграмма сгорания химических составляющих соломы
t оС
15
Таблица 3 – Сухой насыщенный пар (по температурам)
о
С
р, кг/см2
υ', м3/кг
υ'', м3/кг
ρ'',кг/м3
i',ккал/кг
1
0
5
10
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2
0,006228
0,008891
0,012513
0,02383
0,07520
0,2031
0,4829
1,0332
2,0245
3,685
6,302
10,225
15,857
23,659
34,140
47,87
65,46
3
0,0010002
0,0010001
0,0010004
0,0010018
0,0010079
0,0010171
0,0010290
0,0010435
0,0010603
0,0010798
0,0011021
0,0011275
0,0011565
0,0011900
0,0012291
0,0012775
0,0013321
4
206,3
147,2
106,42
57,84
19,55
7,678
3,408
1,673
0,8917
0,5087
0,3068
0,1939
0,1272
0,08606
0,05967
0,04215
0,003013
5
0,004847
0,006793
0,009398
0,01729
0,05115
0,1302
0,2934
0,5977
1,121
1,966
3,258
5,157
7,862
11,62
16,76
23,72
33,19
6
0
5,03
10,04
20,04
40,01
59,98
80,00
100,10
120,3
140,7
161,3
182,3
203,6
225,4
247,8
271,1
295,4
Таблица 4 – Матрица ортогонального планирования
Содержание
плана
План 23
«Звездные»
точки с
α'=1,215
Нулевая
точка
Номер
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Z0
Z1
Z2
Z3
y
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+1,215
-1,215
0
0
0
0
+
+
+
+
0
0
+1,215
-1,215
0
0
+
+
+
+
0
0
0
0
+1,215
-1,215
0,7385
0,4378
0,6783
0,5066
0,4836
0,5136
0,4385
0,5364
0,5997
0,3308
0,6633
0,6336
0,5276
0,5629
+
0
0
0
0,6336
16
С
целью
обоснования формы и рабочей площади
лопатки активной турбины, а также соотношения между длиной
рабочей лопатки и еѐ расстоянием от оси вращения турбинного
колеса был осуществлѐн трѐхфакторный эксперимент, матрица и
значения коэффициентов которого показаны в таблицах 4 и 5.
Таблица 5 – Значение коэффициентов регрессии
и величины их доверительных интервалов
Величина
Доверительный
интервал
Обозначение
Величина
Доверительный
интервал
b0
0,6012
±0,0171
b22
0,0458
±0,0069
b1
0,0654
±0,0027
b33
-0,0346
±0,0069
b2
0,0045
±0,0027
b12
-0,0039
±0,0037
b3
0,0275
±0,0027
b13
0,0750
±0,0037
b11
-0,0783
±0,0069
b23
0,0246
±0,0037
Обозначение
y  0, 6012  0, 0654z  0, 0045z  0, 0275z  0, 0039z z 
1
2
3
12
0, 0750 z z  0, 0246z z  0, 0783z 2  0, 0458z 2  0, 0346z 2
13
2 3
1
2
3
(А)
Fрасч  0,12 Fтабл  2,1 .
В результате решения получены двумерные сечения (рисунок 7)
поверхностей откликов для регрессионной зависимости (А) и
обоснованы форма, рабочая площадь и соотношение между l и R
лопатки активного колеса турбины (рисунки 8, 9).
По полученным теоретическим и экспериментальным данным
на имитационной установке информация по параметрам парового
котла следующая:
– давление сухого пара, в среднем – 3,43 физ. атм.;
– паропроизводительность котла, в среднем – не менее 20 кг пара/ч;
– температура сухого пара, в среднем – 200 оС;
17
– плотность сухого пара, в среднем – 10 кг/м3;
– КПД котла, в среднем – 0,35;
– мощность котла, в среднем – 16,3 кВт;
– количество сжигаемой соломы в час, в среднем – 6 кг.
а
б
Двумерное сечение поверхности отклика Двумерное сечение поверхности
при z1=0
отклика при z2=0
Рисунок 7 – Двумерные сечения поверхности откликов
в
Рисунок 8 – Гиперболическая лопатка
с обтекаемой кромкой
Рисунок 7 в – Двумерное сечение
поверхности отклика при z3=0
18
Параметры натурного парового котла должны быть не ниже
указанных. Исходя из этого и вычисленных критериев подобия,
ближайшим паровым котлом является котѐл марки КП-70, описание,
принцип действия и характеристики которого приводятся в
диссертационной работе.
Кроме этого, определены
параметры рабочей лопатки
активного колеса турбины,
число его оборотов и число
оборотов генератора.
Исходя
из
площади
лопатки,
Рисунок 9 – Схема одноступенчатой
активной турбины
рабочей
равной
2105,75
мм2,
определена
ширина лопатки tл=0,02 м и еѐ
длина lл=0,1 м.
Расстояние R (рисунок 8) от оси вала турбины до центра
лопатки равно 0,1 м.
Pл  S л  343 103  0,02  0,1 343 103  2 1 343  686 H .
Число оборотов турбины и, следовательно, электрогенератора:
K 
  nтурб
30
 0,1 nтурб ;
nтурб  10  K  10 170  1700
Сила тока на клеммах генератора
В
результате
исследований
I
.
U
1 

R2     L 
  c 

определена
об
.
мин
2
окончательно
скорректированная теплофикационная схема паровой установки
(рисунок 10).
19
1 – паровой котел; 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина; 4 – конденсатор; 5 – насос; 6 – электрогенератор; 7 – потребитель тепла; 8 – насос;
9 – вентиль; 10 – резервная ѐмкость для подогреваемой воды; 11 – вентиль
Рисунок 10 – Скорректированная теплофикационная схема
паросиловой установки
Разработана
установки.
методика
инженерного
расчета
паросиловой
В пятой главе «Технико-экономическая оценка результатов
исследования» рассчитана возможная экономическая эффективность
применения разработанного когенерационного источника энергии
для получения одновременно тепла и электричества с
использованием энергии сжигаемых пожнивных остатков, обеспечивающей бесперебойную подачу энергии для среднестатистического фермерского хозяйства.
Было определено, что чистый дисконтированный доход составит
820684,61 рублей, а срок окупаемости – 3,75 лет, внутренняя норма
доходности – 27,75%.
20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоги выполненного исследования
1. На настоящее время не существует отечественного
автономного источника энергии, работающего на соломе и
отвечающего современным достижениям науки и техники, а также
обеспечивающего бесперебойную работу потребителя энергии как
тепловой, так и электрической энергией. Особенно это относится к
фермерским хозяйствам, удалѐнным от теплотрасс и линий
электропередач.
2. Установлено, что теплота сгорания соломы с влажностью
16 18% составляет, в среднем, 16,3 МДж/кг, а еѐ температура
сгорания, в среднем, 950 1050 oС . При этом еѐ энтальпия
(теплосодержание) находится в пределах 1100 ккал/кг, что позволяет
ее использовать для получения пара и привода генератора в
паротурбинной установке.
3. Разработана математическая модель теплового процесса
паросиловой
установки,
представляющая
собой
систему
аналитических зависимостей, выраженных в детерминированной
форме их записи.
Установлено, что процесс горения соломы и производства пара
зависит от влажности пожнивных остатков и их состава.
4. На основании теории подобия установлены параметры
парогенераторной установки: тип турбогенератора «Т»; активная
одноступенчатая турбина с числом оборотов 1700
об
; лопатки
мин
турбины – гиперболической формы с рабочей площадью, равной
1610 мм2; напряжение на клеммах генератора турбины 220 В; оптимальный
расход сухого пара на работу турбогенератора 0,0015
давление сухого пара на лопатку турбины 2, 2 105 Па.
кг пара
; оптимальное
с
21
Такие параметры обеспечивают следующие ее характеристики:
паропроизводительность котла 70
кг пара
; давление сухого пара в
ч
котле – не менее 5 108 Па ; производительность по топливу (соломе) не
менее 6,6
кг
; габариты котла 580×867×1135 см; масса котла 180 кг;
ч
полезная мощность котла 16,3 кВт.
5. Обоснованы оптимальные режимы процесса работы паровой
турбины. Установлено, что рабочая точка оптимального
функционирования
системы
«котѐл
–
турбогенератор
с
паропроводом» имеет следующие значения: по расходу сухого пара
0,0015
кг пара
, по давлению сухого пара 2, 2 105 Па.
с
6. Доказана возможность использования в качестве топлива
пожнивных остатков для выработки электроэнергии. Частота ЭДС
остается в допустимых пределах при изменении давления пара на
±10% в течение 5 секунд. При более длительном изменении давления
регулирование частоты ЭДС синхронного генератора проводится
путем изменения тока возбуждения.
7. Разработано эффективное устройство децентрализованного
энергоснабжения на базе парового котла, работающего на
биотопливе, который позволяет обеспечивать сельскохозяйственные
объекты бесперебойной подачей энергии как тепловой, так и
электрической. Было определено, что чистый дисконтированный
доход от внедрения разрабатываемого устройства составит
820,685 тыс. рублей, а срок окупаемости составит 3,75 лет.
Рекомендации производству. Разработанный алгоритм выбора
составных элементов когенерационного источника энергии может
быть использован при создании современных преобразователей
энергии биотоплива в тепловую и электрическую энергию.
Перспективы дальнейшей разработки темы. Дальнейшие
разработки целесообразно вести в направлении автоматизации
поддержания параметров пара в процессе сжигания пожнивных
остатков и других видов биотоплива.
22
Основные положения диссертации опубликованы
в следующих работах:
– публикации в изданиях рекомендованных ВАК:
1. Касьянов, А.С. Биотопливо из отходов сельхозкультур [Текст] /
Д.М. Таранов, А.С. Касьянов // Сельский механизатор. – Москва, 2013. –
Вып. 11. – С. 34–40 (Объем 0,32 п.л./в т.ч. доля автора 0,16 п.л.).
2. Касьянов, А.С. Энергетический потенциал соломы как биотоплива
[Текст] / А.С. Касьянов // Инженерный вестник Дона [Электронный
ресурс]. – Ростов-на-Дону, 2014. – № 1. – Режим доступа:
http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2014/2225 (0,42 п.л./ 0,21 п.л.).
3. Касьянов, А.С. Математическая модель рабочего процесса
паросиловой установки для получения тепла и электрической энергии
[Текст] / А.С. Касьянов, М.А. Таранов // Инженерный вестник Дона. –
2018. – № 1. – Режим доступа:
http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4716 (0,72 п.л./ 0,36 п.л.).
– в прочих изданиях:
4. Касьянов, А.С. Использование соломы зерновых культур в
качестве топлива для генерации энергии [Текст] / М.А. Таранов,
А.С. Касьянов // Вестник аграрной науки Дона: теоретический и научнопрактический журнал. – Зерноград, 2013. – № 1(21). – С. 67–71 (0,58 п.л./
0,29 п.л.).
5. Касьянов, А.С. Перспективы использования биотоплива для
получения энергии в Ростовской области [Текст] / М.А. Таранов,
А.С. Касьянов // Вестник аграрной науки Дона: теоретический и научнопрактический журнал. – Зерноград, 2013. – № 4(24). – С. 22–26 (0,58 п.л./
0,29 п.л.).
6. Касьянов, А.С. Биотопливо источник энергии в сельском
хозяйстве [Текст] / М.А. Таранов, А.С. Касьянов // Механизация на
селското стопанство// БД РИНЦ журнал «Уральский научный вестник»
[Электронный ресурс]. – Република България, гр. София, 2018. – № 2,
том 4. – С. 31–40. – Режим доступа: http://www.rusnauka.com/books/201802-10-A4-tom-4.pdf (0,66 п.л./ 0,33 п.л.).
23
24
Подписано в печать 25.04.2018 г.
Формат 60×84/20. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 13.
Отпечатано в отделе информационных технологий и издательской
деятельности
Азово-Черноморского инженерного института – филиала
ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г. Зернограде
347740, г. Зерноград, Ростовской области, ул. Советская, 15.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа