Экспериментальное определение теплотехнических характеристик протяжной печи

электроснабжения. К тому же технико-экономические расчеты показывают, что совместное использование ветровых и солнечных установок экономически выгоднее, чем использование их по отдельности [11]. Выводы

Интеграция возобновляемых источников энергии в систему электроснабжения городских районов имеет большой потенциал. Применение в городских районах ветроэнергетических установок и солнечных станций для дополнительного или резервного питания городских зданий помогло бы разгрузить центральную систему электроснабжения и повысить качество электроэнергии. Долгосрочной перспективой станет распространение использования возобновляемых источников электроэнергии для повседневной жизни и частичный отказ от центральной системы генерации электричества.

Литература

1. Беляев П. В., Подберезкин Д. А. Применение топливных элементов с протонообменной мембраной // Вестник науки и образования, 2016. № 5 (17). С. 15-17.

2. P'yankov K. S., Toporkov M. N. Mathematical modeling of flows in wind turbines with a vertical axis // Fluid Dynamics, 2014. Т. 49. № 2. С. 249-258.

3. Абрамовский Е. Р. и др. Сравнительный анализ аэродинамических и энергетических характеристик ветродвигателей разного типа, предназначенных для применения в городских условиях // Системне проектування та аналiз характеристик аерокосмiчноi технжи, 2013. № 15. С. 16-26.

4. Dumitrache A. et al. Influences of some parameters on the performance of a small vertical axis wind turbine // Renewable Energy and Environmental Sustainability, 2016. Т. 1. С. 16.

5. Park S. H. et al. The performance of small wind power generation systems on super high-rise buildings // International Journal of Steel Structures, 2014. Т. 14. № 3. С. 489-499.

6. Елистратов В. В., Боброва Д. М. Ветроэнергетические установки - архитектурный элемент здания // Журнал «AMIT» Архитектура и современные информационные технологии. Международный электронный научно-образовательный журнал, 2013. № 2. С. 23.

7. Chong W. T. et al. Vertical axis wind turbine with omni-directional-guide-vane for urban high-rise buildings // Journal of Central South University, 2012. Т. 19. № 3. С. 727-732.

8. Soysal O. A., Soysal H. S. A residential example of hybrid wind-solar energy system: WISE // Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 IEEE. - IEEE, 2008. С. 1-5.

9. Apelfrojd S., Eriksson S., Bernhoff H. A Review of Research on Large Scale Modern Vertical Axis Wind Turbines at Uppsala University // Energies, 2016. Т. 9. № 7. С. 570.

10. Engin M. Sizing and simulation of PV-wind hybrid power system // International Journal of Photoenergy, 2013. Т. 2013.

11. Rama Subba Reddy G., Rashid S. Feasibilty of Wind-Solar Hybrid System for Cleveland, Ohio, USA // Smart Grid and Renewable Energy, 2011. Т. 2011.

Экспериментальное определение теплотехнических характеристик протяжной

печи

Рябчиков М. Ю.1, Берестов А. П.2

'РябчиковМихаил Юрьевич /RyabchikovMikhail Yurevich — кандидат технических наук, доцент; 2Берестов Алексей Павлович / Berestov Alexey Pavlovich — студент, кафедра автоматизированных систем управления, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, г. Магнитогорск

Аннотация: в работе рассмотрена проблема экспериментального определения тепловой емкости и внешних тепловых потерь для протяжной печи башенного типа. Решение данной задачи позволяет получить сравнительные оценки эффективности различных режимов управления отжигом полосы на агрегате непрерывного горячего оцинкования с позиции требуемых затрат топлива и доли дефектной продукции.

Ключевые слова: агрегат непрерывного горячего оцинкования, тепловая емкость, внешние тепловые потери, моделирование нагрева печи.

УДК 621.771.23

Протяжная печь башенного типа (рис. 1) агрегата непрерывного горячего оцинкования (АНГЦ) предназначена для осуществления рекристаллизационного отжига полосы перед ее оцинкованием. Печь состоит из секций нагрева и выдержки [3, 5-7].

Рис. 1. Отделения нагрева и выдержки башенной печи АНГЦ

Нагрев металла производится с использованием радиантных труб [9-11]. Секция разделена на семь зон, управление температурой в которых осуществляется раздельно. Одной из не решенных в полной мере задач является выбор таких температурных уровней в печи, при которых будет обеспечиваться оптимальный по принятому критерию режим [12-19].

Решение подобных задач затруднено по ряду причин, основной из которых является отсутствие информации о влиянии температурных режимов разных зон печи на внешние тепловые потери агрегата [3, 9].

При обычном режиме работы печи сложно идентифицировать величину тепловых потерь, так как неизвестны доли затрат тепла на нагрев металла, рабочего пространства печи и внешние тепловые потери, и, кроме того, температурный уровень печи может изменяться относительно незначительно, препятствуя идентификации зависимостей от температуры. Однако, решение задачи возможно при анализе данных, связанных с запуском печи в работу или ее остановом и охлаждением. В эти периоды в печи отсутствует металл.

Поиск теплотехнических характеристик каждой зоны печи осуществляли путем сопоставления результатов моделирования нагрева и охлаждения рабочего пространства согласно упрощенной модели:

'мз (т) = 'мз (т-Ат) +

Qгз бу гз Qпз

С ;

'мз

где бгз 5 бугз - тепло от сжигания природного газа, поданного в радиантные трубы зоны, и

эз

экспериментальные данные по

к

тепло отходящих дымовых газов после рекуперации температуре в зоне.

Внешние тепловые потери каждой зоны представили в виде

бпз = аз '' ' Ат, где ?

температура рабочего пространства, Ат - интервал времени, а аз - искомый коэффициент.

В результате подбора коэффициентов Сз и аз удалось достичь приемлемой точности описания температурных процессов при работе печи без металла (рис. 2а) при к = 2. На рис. 2б показана

относительная ошибка моделирования в зависимости от к. Видно, что при к = 2 достигается наилучшая точность описания процесса.

а)

б)

Рис. 2. Результаты настройки модели: а) сопоставление моделирования (2) и экспериментальных данных (1);

б) зависимость ошибки от к

На рис. 3 и рис. 4 показаны результаты определения тепловых емкостей зон и уровней их внешних тепловых потерь.

Рис. 3. Значения теплоемкостей каждой зоны печи

£ 15

с

и

н

X

о.

V

Б 10

о

X X

3

Щ

£ 5

'Зона 7 /^Зона 3

Зона 2

Зона 4

Зона 5 Зона 1

50 150 250 550 450

Температур» ионе п*чи,°С

550

650

750

Рис. 4. Зависимость внешних потерь тепла от температуры в зоне

Полученные результаты свидетельствуют о непостоянстве уровней тепловых потерь по геометрии рабочего пространства протяжной печи. Потери могут существенно различаться по вертикали печи (зоны № 5 и 4).

Учитывая, что при движении полосы по длине агрегата, она будет неоднократно поступать в указанные, рядом расположенные зоны, можно обеспечить экономию топлива за счет некоторого снижения температуры рабочего пространства зоны № 5 и соответствующего повышения температуры в зоне № 4. По предварительной оценке эффект от подобных мероприятий составит величину от 2 до 5% экономии топлива. В целом доля внешних тепловых потерь составляет порядка 38-42% от теплового эффекта сжигания топлива.

Таким образом, полученные результаты могут быть использованы совместно с адаптированными моделями нагрева полосы в агрегате, что позволяет найти рациональные с позиции затрат топлива [1-8] режимы обработки полосы.

Литература

1. Рябчиков М. Ю. Использование модели нагрева полосы при управлении температурным режимом в протяжной печи башенного типа / М. Ю. Рябчиков, Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев, Н. А. Головко // Нейрокомпьютеры: разработка, применение, 2011. № 5. С. 41-50.

2. Самарина И. Г. Разработка структуры нейросетевой математической модели процесса отжига полосы в протяжной печи / И. Г. Самарина, Е. Ю. Мухина, С. М. Андреев // Автоматизированные технологии и производства, 2015. № 2 (8). С. 9-13.

3. Рябчиков М. Ю. Изучение режимов нагрева стальной полосы в протяжной печи башенного типа для светлого отжига / М. Ю. Рябчиков, И. Г. Самарина // Металлообработка, 2013. № 1 (73). С. 43-49.

4. Рябчиков М. Ю. Статистические модели нагрева полосы в протяжной печи башенного типа агрегата непрерывного горячего оцинкования / М. Ю. Рябчиков, С. Н. Рахманов, А. А. Беляков // Автоматизированные технологии и производства, 2012. № 4. С. 81-97.

5. Самарина И. Г. Обзор приборов магнитной структуроскопии стали в прокатном производстве / И. Г. Самарина, В. Э. Каюмова // Автоматизированные технологии и производства,

2015. № 3 (9). С. 46-49.

6. Самарина И. Г.Анализ причин появления дефектной продукции на агрегате непрерывного горячего цинкования // Автоматизированные технологии и производства, 2014. № 6. С. 105-109.

7. Самарина И. Г. Обзор систем регулирования и измерения толщины цинкового покрытия / И. Г. Самарина, В. Э. Каюмова // Автоматизированные технологии и производства,

2016. № 2 (12). С. 28-33.

8. Рябчиков М. Ю. Сэмплинг технологической информации при управлении металлургическими процессами / М. Ю. Рябчиков, Е. С. Рябчикова, А. И. Сунаргулова // Автоматизированные технологии и производства, 2016. № 2 (12). С. 34-40.

9. Рябчиков М. Ю. Разработка и адаптация моделей температурных режимов в протяжной печи башенного типа, учитывающих непостоянство внешних тепловых потерь / М. Ю. Рябчиков,

Е. С. Рябчикова, А. П. Берестов, А. У. Ахметова // Автоматизированные технологии и производства, 2016. № 3(13). С.70-75.

10. Самарина И. Г. Область применения и особенности создания имитационной модели нагрева полосы в печи АНГЦ / И. Г Самарина, Б. Н. Парсункин, М. М. Чертыковцева // Автоматизированные технологии и производства, 2013. № 5. С.43-48.

11. Салганик В. М. Улучшение качества поверхности холоднокатаных полос /

B. М. Салганик, П. П. Полецков, Е. Ю. Мухина // Автоматизированные технологии и производства, 2013. № 5. С. 146 -149.

12. Парсункин Б. Н. Снижение удельного расхода топлива при управлении тепловым режимом по температуре поверхности нагреваемого металла / Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев, Т. Г. Обухова, Т. У.Ахметов // Автоматизированные технологии и производства, 2013. № 5.

C. 302-309.

13. Парсункин Б. Н. Энергосберегающее управление тепловым режимом по температуре поверхности нагреваемого металла / Б. Н. Парсункин, Т. У.Ахметов, Е .Ю. Мухина, О. С. Гиляев // Автоматизированные технологии и производства, 2013. № 5. С. 231-241.

14. Сайров А. М. Оптимизация управления тепловым режимом в рабочем пространстве нагревательной печи // Автоматизированные технологии и производства, 2013. № 5. С. 296-301.

15. Парсункин Б. Н. Выбор температурного параметра для оперативного управления нагревом металла в методических печах / Б. Н. Парсункин, А. Р. Бондарева, Е. И. Полухина // Автоматизированные технологии и производства, 2015. № 1 (7). С. 9-12.

16. Парсункин Б. Н. Энергосберегающее управление тепловым режимом при переменной производительности методических печей / Б. Н. Парсункин, Т. У. Ахметов, А. Р. Бондарева, О. В. Петрова, Е. И. Полухина // Автоматизированные технологии и производства, 2014. № 6. С. 128-133.

17. Андреев С. М. Экспериментальное исследование эффективности энергосберегающих оптимальных режимов нагрева металла / С. М. Андреев, Б. Н. Парсункин // Автоматизированные технологии и производства, 2014. № 6. С. 134-143.

18. Логунова О. С. К вопросу об эволюции математической модели описания теплового состояния тел при изменении граничных условий третьего рода / О. С. Логунова, Ю. А. Калугин, В. Е. Торчинский // Автоматизированные технологии и производства, 2015. № 3. С. 9-14.

19. Васильев М. И. Способ энергосберегающего нечёткого управления процессом горения в тепловых установках / М. И. Васильев, Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев // Автоматизированные технологии и производства, 2016. № 1 (11). С. 66-73.

Использование потенциальной энергии сжатого природного газа для выработки электрической энергии Мавжудова Ш. С.1, Усмонов Н. О.2

'Мавжудова Шахло Сайдигафаровна /Ыау)ийоуа ЗНаЫо Saydigafarovna — старший преподаватель,

кафедра теплоэнергетики, Ташкентский государственный технический университет; 2Усмонов Низомжон Орифович / Usmonov Жюпдоп Оп^тсН — старший научный сотрудник-соискатель,

Институт энергетики и автоматики Академия наук Республики Узбекистан, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье рассмотрена выработка электрической энергии в газораспределительных станциях и газораспределительных пунктах, за счет перепада давления природного газа. Ключевые слова: газотурбинные двигатели, утилизационные установки, компрессорная станция, высокая давления, природный газ.

Энергосбережение в Узбекистане заставляет по-новому взглянуть на многие технологические процессы, которым ранее не уделялось должного внимания. Такого внимания заслуживает утилизация потенциальной энергии давления природного газа, транспортируемого в трубопроводах. По отводам от газопроводов газ направляется к газораспределительным станциям и газораспределительным пунктам, в которых давление уменьшается до 1,2 и 0,15 МПа. В некоторых случаях, например, для подачи газа в газотурбинные двигатели компрессорных станций и электростанций, давление снижается до 1,5 - 3,5 МПа.