Базова математична модель НВК. Настройки установки. Парова турбіна. Особливості моделювання конденсатора Mатематичні моделі основних апаратів

Конденсатор - електронний прилад, призначений для накопичення та подальшої віддачі електричного заряду. Робота конденсатора безпосередньо пов'язана з часом. Без розгляду зміни заряду часу неможливо описати роботу конденсатора.

На жаль, у статтях періодично зустрічаються помилки, вони виправляються, статті доповнюються, розвиваються, готуються нові.

Як працює зворотноходовий стабілізатор напруги. Де він застосовується? Опис...

Транзисторний аналог тиристора (диністора/триністора). Імітатор, ему...
Схема аналога тиристора (діодного та тріодного) на транзисторах. Розрахунок параметрів...

Прямоходовий імпульсний стабілізований перетворювач напруги, ...
Як працює прямоходовий стабілізатор напруги? Опис принципу дії. П...

Котушка індуктивності. Виготовлення. Намотування. Виготовити. Намотати. Мо...
Виготовлення котушки індуктивності. Екранування обмоток...

Зубов Д.І. 1 Суворов Д.М. 2

1 ORCID: 0000-0002-8501-0608, аспірант; 2 ORCID: 0000-0001-7415-3868, кандидат технічних наук, доцент, Вятський державний університет(В'ятДУ)

РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ПАРОВОЇ ТУРБИНИ Т-63/76-8,8 І ЇЇ ВЕРИФІКАЦІЯ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ РЕЖИМІВ З ОДНОСТУПЕНЧАТИМ ПІДІГРІВОМ МЕРЕЖОВОЇ ВОДИ

Анотація

Визначено актуальність створення достовірних математичних моделей обладнання, що бере участь у виробленні електричної та теплової енергії з метою оптимізації режимів їх роботи. Наведено основні методи та результати розробки та верифікації математичної моделі парової турбіни Т-63/76-8,8.

Ключові слова: математичне моделювання, парові турбіни, парогазові установки, теплофікація, енергетика.

Зубов Д.І. 1, Суворов Д.М. 2

1 ORCID: 0000-0002-8501-0608, postgraduate student; 2 ORCID: 0000-0001-7415-3868, PhD in Engineering, associate professor, Виатка State University

DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL MODEL OF THE STEAM TURBINE T-63/76-8.8 AND ITS VERIFICATION FOR CALCULATION REGIMES WITH SINGLE STAGE HEATING OF DELIVERY WATER

Abstract

Матеріали defines relevance of creating reliable mathematical models of equipment involved in the generation of electricity and heat energy for the purpose of optimization of their work. Матеріал представляє основні методи і результати розвитку і verification of matematical model steam turbine T-63/76-8,8.

Keywords:математичні modeling, steam turbines, combined-cycle plants, district heating, energetics.

У разі дефіциту інвестиційних ресурсів у енергетиці Росії напрями досліджень, пов'язані з виявленням резервів підвищення економічності вже діючих турбоустановок, стають пріоритетними. Ринкові механізми в енергетиці змушують особливо ретельно оцінювати існуючі виробничі можливості підприємств галузі та на цій основі забезпечувати вигідні фінансово-економічні умови участі ТЕЦ на ринку електроенергії (потужності).

Одним із можливих шляхів енергозбереження на ТЕЦ є розробка, дослідження та впровадження оптимальних змінних режимів експлуатації та вдосконалених теплових схем, у тому числі шляхом забезпечення максимального вироблення електроенергії на тепловому споживанні, оптимальних способів отримання додаткової потужності та оптимізації режимів експлуатації як окремих турбоустановок, так і ТЕЦ в цілому .

Зазвичай розробка режимів роботи турбін та оцінка їх ефективності ведеться персоналом станції за допомогою нормативних енергетичних характеристик, які були складені під час випробування головних зразків турбін. Однак за 40-50 років експлуатації неминуче змінюються внутрішні характеристики відсіків турбіни, склад обладнання та теплова схема турбоагрегату, що потребує регулярного перегляду та коригування характеристик.

Таким чином, для оптимізації та точного розрахунку режимів роботи турбоагрегатів повинні використовуватися математичні моделі, що включають адекватні витратні та потужні характеристики всіх відсіків турбін, починаючи від регулюючого ступеня і закінчуючи частиною низького тиску (ЧНД). При цьому необхідно відзначити, що при побудові заводських діаграм режимів теплофікаційних турбін зазначені адекватні характеристики відсіків не використовувалися, самі ці характеристики апроксимували лінійними залежностями, і з цієї та інших причин застосування даних діаграм для оптимізації режимів та визначення енергетичного ефекту може призводити до значних похибок.

Після введення в експлуатацію у 2014 році блоку ПГУ-220 на Кіровській ТЕЦ-3 постало завдання оптимізація режимів її роботи, зокрема – максимізація виробітку електричної потужностіза підтримки заданого температурного графіка. Зважаючи на вищеназвані причини, а також неповноту наданих заводом нормативних характеристик, було прийнято рішення створити математичну модель блоку ПГУ-220 Кіровської ТЕЦ-3, яка дозволить вирішити це завдання. Математична модель повинна дозволяти з високою точністю розраховувати режими роботи блоку, що складається з однієї газотурбінної установки ГТЕ-160, котла-утилізатора типу Е-236/40,2-9,15/1,5-515/298-19,3 та однієї паротурбінної установки Т-63/76-8,8. Принципова схемаенергоблока представлена ​​малюнку 1.

На першому етапі вирішується завдання створення та верифікації математичної моделі паротурбінної установки у складі ПГУ-220. Модель будується на підставі розрахунку її теплової схеми при використанні видаткових і потужних характеристик її відсіків. Оскільки заводські характеристики турбоагрегату не містили даних про значення ККД відсіків турбіни, що необхідно при побудові їх характеристик, було прийнято рішення в першому наближенні визначити показники, що відсутні, використовуючи дані заводського розрахунку.

Для цього турбіна умовно була поділена на кілька відсіків: до відсіку змішування пари високого та низького тиску, від відсіку змішування до верхнього теплофікаційного відбору (СОТ), від верхнього до нижнього відбору теплофікаційного (НТО), від нижнього опалювального відбору до конденсатора. Для перших трьох відсіків відносний внутрішній ККД змінюється в межах 0,755-0,774, а для останнього, а саме відсіку між нижнім теплофікаційним відбором і конденсатором, він змінюється в залежності від об'ємної витрати пари в конденсатор (при цьому об'ємна витрата пари в конденсатор визначалася виходячи з мас витрати та щільності пари за тиском та ступенем сухості). На основі заводських даних була отримана залежність, представлена ​​на малюнку 2, яка далі і використовується в моделі (крива, що апроксимує експериментальні точки).

Рисунок 2. Залежність ККД відсіку між НТО та конденсатором від об'ємної витрати пари в конденсатор

За наявності відомого температурного графіка джерела теплопостачання є можливість визначити температуру мережної води після верхнього підігрівача, після чого, задавшись температурним натиском підігрівача і втратами тиску в паропроводі, визначити тиск у СОТ. Але за цією методикою неможливо визначити температуру мережної води після нижнього мережевого підігрівача при двоступінчастому підігріві, яка необхідна для визначення тиску пари в НТО. Для вирішення цієї проблеми в ході експерименту, організованого за діючою методикою, був отриманий коефіцієнт пропускної спроможності проміжного відсіку (між СОТ та НТО), який визначається за формулою, що випливає з відомого рівняння Стодоли-Флюгеля:

де

k по– коефіцієнт пропускної спроможності проміжного відсіку, т/(ч∙бар);

G за- Витрата пари через проміжний відсік, т/год;

p в- Тиск у верхньому опалювальному відборі, бар;

p н- Тиск у нижньому опалювальному відборі, бар.

Як видно із схеми, представленої на малюнку 1, турбіна Т-63/76-8,8 не має регенеративних відборів пари, так як вся система регенерації заміщається газовим підігрівачем конденсату, розташованим у хвостовій частині утилізатора котла. Крім цього, під час проведення експериментів верхній опалювальний відбір турбіни було відключено за виробничою потребою. Таким чином, витрати пари через проміжний відсік можна було з деякими припущеннями прийняти як суму витрат пари в контур високого та низького тиску турбіни:

де

G вд- Витрата пари в контур високого тиску турбіни, т/год;

G нд- Витрата пари в контур низького тиску турбіни, т/ч.

Результати проведених випробувань представлені у таблиці 1.

Отримане в різних дослідах значення коефіцієнта пропускної спроможності проміжного відсіку змінюється в межах 0,5%, що говорить про те, що вимірювання та обчислення зроблено з точністю, достатньою для подальшої побудови моделі.

Таблиця 1. Визначення пропускної спроможності проміжного відсіку

При побудові моделі було прийнято також такі припущення, відповідні даним заводських розрахунків:

• якщо об'ємна витрата в ЧНД більша за розрахункову, вважається, що ККД останнього відсіку парової турбіни дорівнює 0,7;
• тиск мережної води на вході у підігрівач 1,31 МПа;
• тиск мережної води на виході з підігрівача 1,26 МПа;
• тиск зворотної мережної води 0,5 МПа.

На основі проектної та експлуатаційної документації з ПГУ-220, а також даних, отриманих під час випробувань, у ВятДУ було створено модель теплофікаційної частини блоку. В даний час модель використовується для розрахунку режимів роботи турбіни під час одноступінчастого підігріву.

Значення коефіцієнта пропускної спроможності проміжного відсіку, певне експериментально, було використано для верифікації моделі турбіни при одноступінчастому підігріві. Результати верифікації моделі, а саме відмінність фактичного (за результатами вимірювань) та розрахункового (за моделлю) електричного навантаження, отриманого при рівному опалювальному навантаженні, представлені в таблиці 2.

Таблиця 2. Порівняння розрахункових та експериментальних даних при одноступінчастому підігріві мережевої води.

Порівняння показує, що із зменшенням навантаження на ГТУ величина розбіжності між розрахунковими та експериментальними даними збільшується. На це можуть впливати такі фактори: невраховані витоку через кінцеві ущільнення та інших елементах; зміни об'ємної витрати пари у відсіках турбіни, що не дозволяє визначити їх точний ККД; неточність засобів виміру.

На даному етапі розробки математичну модель можна назвати задовільною, тому що точність розрахункових даних у порівнянні з експериментальними досить висока при роботі з витратою свіжої пари, близьким до номінального. Це дозволяє на її підставі проводити розрахунки з метою оптимізації теплофікаційних режимів роботи ПГУ та ТЕЦ в цілому, особливо при роботі з теплового та електричного графіку при максимальному або близькому до нього витраті пари на парову турбіну. На наступному етапі розробки планується налагодження та верифікація моделі при роботі з двоступінчастим підігрівом мережевої води, а також збирання та аналіз даних для заміни нормативних заводських енергетичних характеристик проточної частини характеристиками, суттєво більш наближеними до дійсних.

Література

1. Татарінова Н.В., Ефрос Є.І., Сущих В.М. Результати розрахунку на математичних моделях змінних режимів роботи теплофікаційних паротурбінних установок у реальних умовах експлуатації // Перспективи науки. - 2014. - №3. - С. 98-103.
2. Правила технічної експлуатаціїелектричних станцій та мереж Російської Федерації. - М.: Вид-во НЦ ЕНАС, 2004. - 264с.
3. Суворов Д.М. Про спрощені підходи в оцінці енергетичної ефективності теплофікації // Електричні станції. - 2013. - №2. - С. 2-10.
4. Теплофікаційні парові турбіни: підвищення економічності та надійності / Сімою Л.Л., Ефрос Є.І., Гуторов В.Ф., Лагун В.П. СПб.: Енерготех, 2001.
5. Сахаров А.М. Теплові випробування парових турбін. - М.: Вища школа, 1990. - 238с.
6. Змінний режим роботи парових турбін/Самойлович Г.С., Трояновський Б.М. М.: Державне Енергетичне Видавництво, 1955. - 280с.: Іл.

References

1. Tatarinova N.V., Jefros E.I., Sushhih V.M. Результати raschjota на matematicheskich modeljah peremennych rezhimov roboto teplofikacionnych paroturbinnych ustanovok в real'nych uslovijah jekspluatacii // Perspektivy nauki. - 2014. - №3. - P. 98-103.
2. Правила технічної іксплуатажії ієльтрічних stancij і setej Російської Federacii. - M.: Izd-vo NC JeNAS, 2004. - 264 p.
3. Суворов Д.М. Об упрошжённых podhodah при центрі jenergeticheskej jeffektivnosti teplofikacii // Jelektricheskie stancii. - 2013. - №2. - P. 2-10.
4. Теплофікаційні пірові турбіни: підвищення екологічності і надежності / Симою Л.Л., Jefros E.I., Гуторов В.Ф., Лагун В.П. SPb.: Jenergoteh, 2001.
5. Saharov A.M. Теплові іспитанія парових турбін. - M.: Jenergoatomizdat, 1990. - 238 p.
6. Переменний режим роботи парових турбін / Самойлович Г.С., Трояновський В.М. М.: Государственное Йенеретіческое Іздательство, 1955. - 280p.

Секція «Моделювання фізико-механічних та теплових процесів у машинах та апаратах»

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ КОНДЕНСАТОРА-ВИСПАРЮВАЧА ПОВІТРЯРОДІЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

В. В. Черненко, Д. В. Черненко

Сибірський державний аерокосмічний університет імені академіка М. Ф. Решетньова

російська Федерація, 660037, м. Красноярськ, просп. ім. газ. «Красноярський робітник», 31

E-mail: [email protected]

Розглянуто математичну модель конденсатора-випарника кріогенних повітророзподільних установок, засновану на спільному розв'язанні рівнянь гідродинаміки та теплообміну для трубчастих апаратів.

Ключові слова: конденсатор-випарник, математична модель, проектування, оптимізація.

MATHEMATICAL MODEL OF AIR SEPARATION PLANT EVAPORATOR-CONDENSER

V. V. Chernenko, D. V. Chernenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Російська Федерація E-mail: [email protected]

Математичне моделювання evaporator-концентратора крижогенних територіальних підрозділів, засноване на simultaneous solution hydrodynamics і heat exchange equations for tubular devices.

Ключові слова: evaporator-condenser, математичні моделі, дизайн, оптимізація.

Конденсатори-випарники в установках повітря (ВРУ) служать для конденсації азоту за рахунок кипіння кисню, тобто. являють собою теплообмінні апарати зі зміною агрегатного стану обох, що беруть участь у процесі теплообміну середовищ.

Ефективність роботи конденсатора-випарника значною мірою визначає економічність роботи всієї установки. Наприклад, збільшення різниці температур між теплом, що обмінюються, середовищами на 1 °К призводить до збільшення витрати енергії на стиснення повітря до 5% загальних енергетичних витрат. З іншого боку, зменшення температурного напору нижче граничного значення призводить до необхідності значного збільшення теплопередаючої поверхні. З огляду на великі енергоспоживання та металоємність апаратів ВРУ стає очевидною необхідність оптимізації кожного їх елемента, у тому числі, конденсатора-випарника.

Найбільш доцільним методом дослідження та оптимізації таких великих та дорогих об'єктів є математичне моделювання, оскільки дозволяє об'єктивно розглянути та зіставити безліч різних варіантів та вибрати найбільш прийнятний, а також обмежити масштаби фізичного експерименту перевіркою адекватності моделі та визначенням чисельних значень коефіцієнтів, які не можуть бути отримані аналітичним. шляхом.

Конденсатори-випарники ВРУ працюють у режимі природної циркуляції, відповідно, у них є складний взаємозв'язок теплових та гідравлічних характеристик процесу пароутворення. Тепловіддача з боку окропу визначається швидкістю циркуляції, яка, у свою чергу, може бути знайдена з гідравлічного розрахунку при відомих значеннях теплових потоків і геометричних розмірів поверхні теплообміну, що є цільовою функцією оптимізаційної задачі. Крім того, процес кипіння реалізується одночасно з процесом конденсації, що накладає обмеження на співвідношення теплових потоків та температурних напорів обох процесів. Таким чином, модель повинна будуватися на базі системи рівнянь, що описують циркуляцію окропу та процеси тепловіддачі з обох сторін теплопередаючої поверхні.

Актуальні проблемиавіації та космонавтики – 2016. Том 1

Подана модель, схема якої наведена на рис. 1, включає найбільш характерні випадки, що зустрічаються при проектуванні і експлуатації конденсаторів-випарників. Розрахункова методика полягає в використанні принципу послідовних наближень.

Як вхідні фактори використовуються: величина загального теплового навантаження; тиск на стороні кипіння; тиск на стороні конденсації; концентрація пар, що випаровуються, по О2; концентрація конденсату N2; висота, зовнішній та внутрішній діаметри труб.

Блок попередньо вибираються параметрів включає визначення температур кипіння і конденсації робочих середовищ з урахуванням домішок , а також необхідну для запуску гідравлічного розрахунку попередню оцінку величин температурного напору, що розташовується, і середнього по активній поверхні гріючої секції питомого теплового потоку з боку киплячої рідини.

Метою гідравлічного розрахунку є визначення швидкості циркуляції, протяжності економайзерної зони, тиску та температури в характерних перерізах каналу. Для розрахунку використовується традиційна схема контуру із природною циркуляцією рідини (рис. 2).

1 Вхідні фактори /

Попередній вибір параметрів

Гідравлічний розрахунок

Тепловий розрахунок

Тепгговіддача при конденсації

Теппо віддача при кипінні

Схожість результатів розрахунку та обраних - _ величин

Вихідні параметри

Рис. 1. Розрахункова схема моделі конденсатора-випарника ПРУ

Рис. 2. Гідравлічна модель конденсатора-випарника ВРУ: I – довжина труб; 1оп – довжина опускної частини; /ек - Довжина економайзерної частини; 4іп - довжина окропу; 1р – робоча довжина; ю0 - швидкість циркуляції

Завданням теплового розрахунку є уточнення значення щільності теплового потоку на активній ділянці труби за результатами гідравлічного розрахунку, а також уточнення температурного тиску з урахуванням гідростатичної і концентраційної температурної депресії. Модуль розрахунку конденсації використовує модель тепловіддачі при конденсації однокомпонентної пари на вертикальній стінці при ламінарному перебігу плівки конденсату. Модуль розрахунку кипіння заснований на моделі тепловіддачі до двофазного потоку в трубі.

Секція «Моделювання фізико-механічних та теплових процесів у машинах та апаратах»

Гідравлічний та тепловий розрахунки повторюються в тій же послідовності, якщо попередні та розрахункові значення щільності теплового потоку відрізняються більш ніж на 5 %. Точність розрахунку, зазвичай, виявляється достатньої після другого наближення.

Вихідними параметрами є площа поверхні теплообміну, діаметр центральної циркуляційної труби, кількість та розбивка труб у трубній решітці та діаметр кожуха апарату.

1. Нарінський Г. Б. Рівнавага рідина-пар в системах кисень-аргон, аргон-азот і кисень-аргон-азот // Праці ВНИИКИМАШ. 1967. Вип. 11; 1969. Вип. 13.

2. Григор'єв В. А., Крохін Ю. І. Тепло-і масообмінні апарати кріогенної техніки: навч. посібник для вузів. М.: Видавництво, 1982.

3. Поділ повітря шляхом глибокого охолодження. 2-ге вид. Т. 1/за ред. В. І. Єпіфанової та Л. С. Аксельрода. М.: Машинобудування, 1973.

© Черненко В. В., Черненко Д. В., 2016

Промислове одержання елементарної сірки методом Клауса засноване на частковому окисленні сірководню вихідного кислого газу киснем повітря та діоксидом сірки.

Як відомо, до складу кислого газу, крім H 2 S, зазвичай входять: CO 2 H 2 O і вуглеводні. Це зумовлює перебіг побічних хімічних перетворень, що знижують вихід сірки.

Кількість кожного компонента з цього набору домішок впливає на вибір тієї чи іншої модифікації Клаус-процесу.

У нашому випадку вихідний кислий газ складається з прибл. 95% Об. H 2 S; 3,5% про. H 2 O; до 2% про. вуглеводнів.

У світовій практиці кислі гази такого складу переробляють на сірку за схемою найбільш раціонального "прямого Клаус-процесу".

В термічній стадії процесу відбуваються реакції часткового окиснення сірководню як у сірку, так і в сірчистий ангідрид. А також реакції взаємодії присутніх у системі компонентів, наприклад:

2H 2 S + O 2 = S 2 + 2H 2 O + 37550 ккал/кмоль H 2 S

2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O + 125000 ккал/кмоль H 2 S

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

H 2 S + CO 2 = COS + H 2 O - 6020 ккал/кмоль COS

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + 192000 ккал/кмоль CH 4

при виході з термічного ступеня в газі, крім цільового продукту - елементарної сірки - присутні також інші компоненти: H 2 S, CO 2 , COS , CS 2 , CO 2 , H 2 O, CO, H 2 і N 2 .

Ступінь перетворення (конверсія) вихідного сірководню на сірку в термічній стадії процесу може досягати величини близько 70%.

Забезпечення загальної конверсії по встановленню понад 70% досягається послідовним підключенням до термічної декількох каталітичних ступенів. В останніх підтримуються такі робочі умови ведення процесу, за яких усі сірковмісні компоненти технологічного газу вступають у хімічні реакції з виділенням сірки, наприклад:

2H 2 S + SO 2 = 3/N S N + 2H 2 O + Q 1 ,

2COS + SO 2 = 3/N S N + 2CO 2 + Q 2 де N=2-8

крім описаних хімічних перетворень Клауса відбуваються процеси конденсації сірки та уловлювання тумано- та краплеподібної рідкої сірки.

Конденсація відбувається в апаратах, спеціально призначених для цієї мети - конденсаторах-генераторах при охолодженні газу нижче від точки роси парів сірки.

Конденсації передують реакції асоціації полімерів сірки у форму S 8 .

8/N S N -> S 8 + Q 3

S 8 (газ) -> S 8 (рід.) + 22860 ккал/кмоль

процес каплеуловлювання відбувається у вихідних камерах конденсаторів, які забезпечені сітчастими відбійниками. На цих відбійниках відбувається коагуляція сірчаного туману і крапель, які потім під дією гравітаційних і інерційних сил виводяться з газового потоку, крім того, цим же цілям служить спеціальний апарат - сіркоуловлювач, що встановлюється після конденсатора-генератора останнього ступеня.

Розрахунок основних технологічних апаратів.

Математична модель характеризується такими основними параметрами:

а) найменування об'єкта: установка отримання сірки, що включає термічний реактор, каталітичний реактор, конденсатор сірки, топку підігрівач, змішувач.

б) спосіб моделювання об'єкта: математичне моделювання окремих апаратів і всієї установки. Розрахунок рівнянь фазової та хімічної рівноваги, матеріальних та теплових балансів апаратів. Стикування апаратів у технологічні схеми та розрахунок їх матеріальних та теплових балансів.

в) найменування параметра: 1. Покомпонентний склад, 2. Температура, 3. Тиск, 4. Ентальпія потоків технологічної схеми установок одержання елементарної сірки.

г) оцінка параметрів об'єкта: відносна помилка між розрахунковими та експериментальними даними<= 5%.

Резюме: розроблена модель дозволяє

1. Проводити розрахунок технологічних схем різних модифікацій (будь-яке число каталітичних щаблів, "1/3 -2/3" і т.д.),

2. Вирішувати обернені завдання математичного моделювання, у тому числі забезпечення бажаних характеристик потоків (відношення H 2 S+COS/SO 2 = 2, температури в будь-якій точці технологічної схеми) і т.д.

Розрахунок апаратів установки проводиться за допомогою пакета прикладних програм, складених за математичними моделями, які ґрунтуються на принципах хімічної термодинаміки. Склад математичних моделей визначається апаратами, що входять до технологічної схеми установки отримання сірки, основними з яких є наступні:

Реактор-генератор;

Каталітичний конвертор;

Підігрівач технологічного газу;

Змішувач;

Енерготехнологічне обладнання (конденсатори сірки);

Основу математичного забезпечення становлять моделі вказаних апаратів. В математичному забезпеченні широко використовуються обчислювальні методи Ньютона, Вольфа, Вегстейна, що "сікають", що реалізують ітераційні розрахунки матеріальних та теплових балансів окремих апаратів та технологічної схеми в цілому.

В даний час експлуатація прикладних програм розрахунку установок отримання сірки виконується під управлінням проблемно-орієнтованої мови Комфорт, з використанням банку фізико-хімічних властивостей речовин.

Математичні моделі основних апаратів.

Розроблені моделі апаратів установок одержання сірки ґрунтуються на принципах термодинаміки. Константи рівноваги фізико-хімічних процесів обчислюються через наведені потенціали Гіббса з використанням даних, що містяться у стандартних термодинамічних таблицях.

Технологічні схеми установок отримання сірки є складними хіміко-технологічними системами, що складаються з сукупності взаємопов'язаних технологічними потоками і діють як єдине ціле апаратів, в яких протікають процеси окислення H 2 S, конденсації сірки і т.д. Кожному апарату відповідає один або кілька програмних модулів, побудованих за блоковим принципом. Кожен блок описується системою рівнянь, що відображають зв'язок між фізико-хімічними та термодинамічні параметрами процесів, витратами, складами, температурами та ентальпіями вхідних та вихідних потоків.

Наприклад, технологічну схему триступеневої установки одержання сірки можна представити так:

П I - I потік технологічної схеми,

А J – J-й блок (апарат) технологічної схеми.

Для моделювання технологічних схем установок отримання сірки введена єдина структура потоків, що зв'язують блоки (апарати), яка включає:

Покомпонентний склад першого потоку [моль/година]

Температуру [град.C]

Тиск [атм]

Ентальпію [дж/година]

Для кожного апарату технологічної схеми визначаються вищезазначені параметри потоків.

Нижче показано опис розрахунку схеми в системі Комфорт:

Модель топки реактора-генератора (RЕАС)

Математична модель описує процес окиснення кислого, сірководневмісного газу в термічному реакторі та в топках-підігрівачах. Модель побудована на розгляді хімічної, фазової та теплової рівноваги вихідних потоків та загальної температури. Зазначені параметри перебувають з вирішення системи нелінійних рівнянь матеріального та теплового балансів, хімічної та фазової рівноваги. Константи рівноваги, що входять до рівнянь балансів, знаходяться через зміни енергії Гіббса в реакціях утворення речовин.

Результатами розрахунку є: покомпонентний склад, тиск (задане), температура, ентальпія та витрата вихідного потоку.

Модель каталітичного конвертора (REAST).

Для опису процесів, що відбуваються в каталітичному конверторі прийнята також математична модель, що і для опису топок, що працюють на кислому газі.

Модель конденсатора-генератора (економайзер) (КОNDS).

Математична модель побудована на визначенні рівноважного тиску пари сірки при заданій температурі в апараті. Параметри потоку, що виходить, знаходяться з умови термодинамічної рівноваги реакцій переходу сірки з однієї модифікації в іншу.

Модель конденсатора включає рівняння матеріального та теплового балансу та рівняння фазової рівноваги парів сірки в апараті.

Система рівнянь математичної моделі конденсатора має наступний вигляд.

Рівновість вмісту парів сірки визначається за умови рівноваги:

YI=PI(T)/P при T< T т.р.

(I+1)/2 (I-1)/2 YI=KI*YI*P при T>T УРАХУВАННЯМ.

де T УРАХУВАННЯМ. - Температура точки роси сірки. Вміст інертів UI визначається балансами:

Кількість сірки на вході та виході пов'язані між собою балансами:

V SUM(I+1) XI=W SUM(I+1) YI +S,

де S- кількість сконденсованої сірки.

Загальна витрата газового потоку на виході визначається за умови

SUM UI + SUM YI = 1

Модель змішувача (MIXER).

Модель призначена для визначення покомпонентних витрат потоку, отриманого внаслідок змішування кількох потоків. Покомпонентний склад потоку на виході визначається рівнянням матеріального балансу:

XI - XI" - XI"" - XI""" =0 , де

XI - витрата I компонента у вихідному потоці,

XI"-XI""" - витрати першого компонента у вхідних потоках.

Температура вихідного потоку визначається методом "січених" з умови дотримання теплового балансу:

H(T)-H1(T)-H 2 (T)-H3(T)=0 де

H(T) - ентальпія вихідного потоку

H1(T) -H3(T) - ентальпії вхідних потоків.

Модель розрахунку дійсних (нерівноважних) параметрів (OTTER).

Математична модель побудована на порівнянні експериментальних даних та розрахункових значень складів та інших параметрів установок для визначення ступеня відхилення реальних показниківвід термодинамічно-рівноважних.

Розрахунок полягає у вирішенні системи рівнянь алгебри. Результатом розрахунку є нові (нерівноважні) склад, температура та ентальпія потоку.

Нижче наведено результати розрахунку схеми

При дослідженнях динаміки регулювання турбін зміну тиску рг у конденсаторі зазвичай не враховують, вважаючи лг = кр£1рл = 0. Однак у деяких випадках обґрунтованість такого припущення не очевидна. Так, при аварійному управлінні теплофікаційними турбінами відкриттям поворотної діафрагми може бути швидко збільшено пропуск пари через ЦНД. Але при малих витратах циркуляційної води, характерних для режимів великих теплових навантажень турбіни, конденсація цієї додаткової пари може протікати уповільнено, що призведе до підвищення тиску в конденсаторі та зменшення приросту потужності. Модель, у якій не враховані процеси в конденсаторі, дасть підвищену порівняно з фактичною ефективність зазначеного способу підвищення прийомистості. Необхідність обліку процесів у конденсаторі виникає також при використанні конденсатора або його спеціального відсіку як перший ступінь підігріву мережевої води в теплофікаційних турбінах, а також при регулюванні теплофікаційних турбін, що працюють при великих теплових навантаженнях, методом ковзного протитиску в конденсаторі та інших випадках.
Конденсатор є теплообмінним апаратом поверхневого типу, і до нього повністю застосовні викладені вище принципи математичного моделювання поверхневих підігрівачів. Так само, як і для них, для конденсатора слід записати рівняння водяного тракту або припускаючи параметри розподіленими [рівняння (2.27) - (2.33)], або приблизно враховуючи розподіл параметрів поділом тракту на ряд ділянок з зосередженими параметрами [рівняння (2.34) - ( 2.37)]. Ці рівняння мають бути доповнені рівняннями (2.38)-(2.40) акумуляції теплоти в металі та рівняннями парового простору. При моделюванні останнього слід враховувати наявність у паровому просторі поряд з парою певної кількості повітря внаслідок його припливу через нещільності у вакуумній частині турбоустановки. Те, що повітря не конденсується, визначає залежність процесів зміни тиску в конденсаторі від його концентрації. Остання визначається як величиною припливу, так і роботою ежекторів, що відкачують з конденсатора повітря разом з частиною пари. Тому математична модель парового простору має бути, по суті, моделлю системи «паровий простір конденсатора – ежектори».