probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2019-21-6-84-92probener-1262Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGМоделирование конденсационной установки в среде ASPEN PLUSSimulation of condensation unit in ASPEN PLUSМихинА. А.MikhinA. A.

Михин Антон Александрович – аспирант

г. Санкт-Петербург

Anton A. Mikhin

Saint Petersburg

Mikhanton89@mail.ruСергеевВ. В.SergeevV. V.

Сергеев Виталий Владимирович – д-р техн. наук, профессор, проректор по научной работе

г. Санкт-Петербург

Vitaliy V. Sergeev

Saint Petersburg

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation2019210420202168492Copyright © Михин А.А., Сергеев В.В., 20202020Михин А.А., Сергеев В.В.Mikhin A.A., Sergeev V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1262

В статье рассмотрена схема глубокой утилизации теплоты дымовых газов. Установлено, что в котельных агрегатах, работающих на природном газе, единственным путем существенного улучшения использования топлива является глубокое охлаждение продуктов сгорания до такой температуры, при которой удается сконденсировать максимально возможную часть паров, содержащихся в газах. Для анализа основных энергетических показателей конденсационной установки и оптимизации ее режимов работы было выполнено моделирование приоритетной схемы в среде Aspen Plus. В настоящей схеме присутствуют тройники, теплообменники и реактор (топка котла). Настройка тройников (смесителей) осуществляется путем задания расходов или долей двух потоков, входящих или выходящих из элемента. Топка котла моделируется в качестве реактора Гиббса, который рассчитывает химическое и термодинамическое равновесие за счет минимизации разницы энергии Гиббса продуктов и исходных веществ. С помощью компьютерной программы Aspen Plus было выполнено моделирование схемы конденсационной установки на котельном агрегате ПТВМ-100 с уточнением оптимальных режимных параметров материальных потоков и теплообменного оборудования. Проведенные расчет показывают, что при использовании конденсационного котла достигается тройной энергетический эффект: используется физическая теплота уходящих газов; используется выделяющаяся при конденсации скрытая теплоту парообразования; используется конденсат, выделяющийся из дымовых газов.

The article discusses the scheme of deep utilization of the heat of flue gases. It has been established that in boiler units operating on natural gas, the only way to significantly improve the use of fuel is to deeply cool the combustion products to a temperature at which it is possible to condense the maximum possible portion of the fumes contained in the gases. To analyze the main energy indicators of the condensing unit and optimize its operating modes, a priority scheme was simulated in Aspen Plus. In this scheme, there are tees, heat exchangers and a reactor (boiler furnace). The configuration of tees (mixers) is carried out by setting the costs or fractions of two flows entering or leaving the element. The boiler furnace is modeled as a Gibbs reactor, which calculates the chemical and thermodynamic equilibrium by minimizing the difference in the Gibbs energy of the products and the starting materials. Using the Aspen Plus computer program, the condensation unit circuit was simulated at the PTVM-100 boiler unit with the specification of the optimal operating parameters of material flows and heat exchange equipment. The calculations show that when using a condensing boiler, a triple energy effect is achieved: the physical heat of the flue gases is used; the latent heat of vaporization released during condensation is used; the condensate released from the flue gases is used.

конденсационный котелкотельные агрегатытеплогенераторыдымовые газытеплообменное оборудованиематематическая модельcondenserboilerflue gasesheat generatorsheat exchangersmathematic modelReferencesKovacevic.M., Lambic M., Radovanovic L, et al. Increasing the Efficiency by Retrofitting Gas Boilers into a Condensing Heat Exchanger, Energy Sources Pt B-Economics Planning and Policy. 2017. V.12 (5). pp. 470-479.Kovacevic M, Lambic M, Radovanovic L, et al. Increasing the Efficiency by Retrofitting Gas Boilers into a Condensing Heat Exchanger, Energy Sources Pt B - Economics Planning and Policy. 2017;12(5):470-479.Vigants G, Galindoms G, Veidenbergs I, et al. Efficiency diagram for district heating system with gas condensing unit. Energy Procedia. 2015. V.7. pp. 119-26.Vigants G, Galindoms G, Veidenbergs I, et al. Efficiency diagram for district heating system with gas condensing unit. Energy Procedia.2015; 72:119–26.Sippula O., Hokkinen, J., Puustinen, H., et al. Particle emissions from small wood-fired district heating units. Energy & Fuels. 2009. N.23. pp. 2974-2982.Sippula O, Hokkinen J, Puustinen H, et al. Particle emissions from small wood-fired district heating units. Energy & Fuels. 2009;23:2974-2982.Grohn, A., Suonmaa, V., Auvinen, A., et al. Reduction of fine particle emissions from wood combustion with optimized condensing heat exchangers. Environmental Science and Technology. 2009. V.43. pp. 6269-6274.Grohn A, Suonmaa V, Auvinen A, et al. Reduction of fine particle emissions from wood combustion with optimized condensing heat exchangers. Environmental Science and Technology. 2009;43:6269-6274.EPSRC thermal management of Industrial processes // Review of Industrial Condensing Boilers Technology & Cost. 2010.EPSRC thermal management of Industrial processes. Review of Industrial Condensing Boilers. Technology & Cost. 2010.Burns, J.M., Tsou J. Modular steam condenser replacements using corrosion resistant high performance stainless steel tubing. 2018.Burns JM, Tsou J. Modular steam condenser replacements using corrosion resistant high performance stainless steel tubing. 2018.Che D., Liu Y., Gao C. Evaluation of retrofitting a conventional natural gas fired boiler into a condensing boiler. Energy Conversion & Management. 2004. V.45. pp. 3251-3266.Che D, Liu Y, Gao C. Evaluation of retrofitting a conventional natural gas fired boiler into a condensing boiler. Energy. Conversion & Management. 2004;45:3251-3266.Hasan, A.; Kurnitski, J.; Jokiranta, K. A combined low temperature water heating system consisting of radiators and floor heating. Energy and Buildings. 2009. V.41. pp. 470-479.Hasan A, Kurnitski J, Jokiranta K. A combined low temperature water heating system consisting of radiators and floor heating. Energy and Buildings. 2009;41:470-479.Satyavada.H., Baldi S., Novel A. Modelling Approach for Condensing Boilers Based on Hybrid Dynamical Systems, Machines. 2016. V.4. N. 2 P.10.Satyavada H, Baldi S. A Novel Modelling Approach for Condensing Boilers Based on Hybrid Dynamical Systems, Machines. 2016;42:10.Хачалов М.А., Юркина М.Ю. Энергосбережение в теплогенерирующих установках за счет глубокого охлаждения продуктов сгорания в конденсационных теплоутилизаторах. Сб. трудов НИУ «МЭИ», г. Москва, 2007. С. 311-316.Khachalov МА, Yurkina МYu. Energy saving in heat generating plants due to deep cooling of combustion products in condensing heat exchangers. Proceedings of MPEI conference, Moscow, 2007. pp. 311-316.Шадек Е., Маршак Б., Крыкин И., и др. Конденсационный теплообменник-утилизатор – модернизация котельных установок // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. 2014. № 3 (24).Shadek E, Marshak B, Krykin I, et al. Condensing heat exchanger-utilizer-modernization of boiler plants. Promyshlennye i otopitelnye kotelnye i mini-TEZ. 2014;3 (24).Кудинов А. А., Зиганшина С. К. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. М.: Машиностроение, 2011. 374 C.Kudinov AA, Ziganshina SK. Energy Saving in heat power engineering and heat technologies. Moscow: Mashinostroenie, 2011. 374 p.Lazzarin R. The importance of the modulation ratio in the boilers installed in refurbished buildings. Energy Build 2014. V.75. pp. 43–50.Lazzarin R. The importance of the modulation ratio in the boilers installed in refurbished buildings. Energy Build. 2014;75:43–50.Dan-Teodor Bălănescu, Vlad-Mario Homutescu Study on condensing boiler technology potential accounting various fuels. Procedia Manufacturing. 2019. V.32. pp.504-512.Dan-Teodor Bălănescu, Vlad-Mario. Homutescu Study on condensing boiler technology potential accounting various fuels. Procedia Manufacturing. 2019;32 :504–512.Жигурс А., Церс А., Плискачев С. Опыт АО «Ригас Силтумс» в реконструкции водогрейных котлов КВГМ-50 и КВГМ-100 // Новости теплоснабжения. 2009, № 4. С. 34-39.Zhigurs A, Tsers A, Pliskachev S. Experience of JSC "Rigas siltums" in the reconstruction of hot water boilers KVGM-50 and KVGM-100. Novosti teplosnabgenia. 2009;4:34-39.Mohammed Amer, Miao-Ru Chen, Uzair Sajjad, et al. For suitability of plastic heat exchangers for dehumidification applications. Applied Thermal Engineering. 2019. V.158. P. 113-827.Mohammed Amer, Miao-Ru Chen, Uzair Sajjad, et al. Experiments for suitability of plastic heat exchangers for dehumidification applications. Applied Thermal Engineering, 2019;158:113-827.Kevin Michael Smith, Svend Svendsen Development of a plastic rotary heat exchanger for room-based ventilation in existing apartments. Energy and Buildings. 2015.V.107 .pp. 1-10.Kevin Michael Smith, Svend Svendsen. Development of a plastic rotary heat exchanger for room-based ventilation in existing apartments. Energy and Buildings. 2015;107:1-10.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.