You are currently viewing Определение рациональных параметров энерготехнологического комплекса по глубокой переработке угля

Определение рациональных параметров энерготехнологического комплекса по глубокой переработке угля

Содержание

В настоящее время в Кемеровском научном центре СО РАН для Кузбасского технопарка разрабатывается проект энерготехнологического комплекса (ЭТК) по переработке кузнецких энергетических углей в среднетемпературный кокс (полукокс) с получением электрической и тепловой энергии.

Производительность проектируемого ЭТК составляет 250 тыс. тон полукокса в год. Данный проект не имеет аналогов, поэтому получение точных численных характеристик ЭТК сопряжено с рядом трудностей. Некоторые расчеты проекта производились с учетом ряда допущений и упрощений, а также на основе экспертных оценок.

Такой подход неминуемо приводит к снижению точности расчетов и отклонению от реальных характеристик.

Формирование имитационной модели

Для решения задач исследования, проектирования и управления в новых сложных производственных системах эффективно используют среды имитационного моделирования, которые позволяют [1]:

  • Значительно упростить и ускорить процесс имитационного моделирования.
  • Строить модели без сложного аналитического описания динамики системы.
  • «Продвигать» модельное время от события к событию.
  • Генерировать случайные числа и работать со случайными переменными, распределенными по различным законам.
  • Автоматически накапливать необходимые данные.
  • Осуществлять статистическую обработку выходных данных, управлять экспериментом, оптимизировать поведение системы, сравнивать ее различные альтернативные варианты.
  • Упростить процесс визуализации работы системы в соответствии с имитационной моделью.

На основе опыта применения различных программных средств моделирования для отображения процессов в горном деле и машиностроении [2, 3].

Разработана имитационная модель транспортно-складской системы ЭТК, на следующих принципах:

  • Модель ориентирована на решение задач выявления внутрисистемных резервов и внесения предложений по повышению эффективности современного углеперерабатывающего производства.
  • Концептуальная модель транспортно-складской системы ЭТК разработана на основе математического аппарата теории массового обслуживания (СМО).
  • Требованиями в СМО являются дискретные объемы угля и заявки на загрузку соответствующего газификатора.
  • В модели множество технологических параметров разбито на пересекающиеся подмножества, каждое из которых сведено ко времени обслуживания требования в СМО.
  • Продолжительность технологических процессов отображается вводом случайных временных задержек в приборы СМО, имитирующие оборудование ЭТК.

Для программной реализации концептуальной модели и исследования процессов в транспортно-складской системе ЭТК выбрана среда имитационного моделирования Extend 6.0® (ImagineThat, Inc., США).

Это современное программное обеспечение позволяет строить непрерывные, дискретные и смешанные, статические и динамические, детерминированные и стохастические модели, а так же реализовать структурный подход для их построения.

Принцип работы Extend-модели основан на концепции движения динамических элементов (транзактов) через блоки.

Блоки — программы, написанные на универсальных языках программирования. Транзакты, попадая в блоки, запускают соответствующие программы, отображая, таким образом, процессы в реальной системе. Блоки могут быть как простыми, так и иерархичными. Иерархичный блок представляет собой взаимосвязь иерархичных и обычных блоков. Число уровней вложенности объектов структуры — произвольно, что позволяет отражать в моделях структурную и поведенческую иерархию сложных систем.

На основе концептуальной модели, технологические процессы в транспортно-складской системе ЭТК интерпретированы в терминах среды Extend 6.0®, в частности:

  • Транзактами отображены дискретные объемы угля и заявки на загрузку газификаторов.
  • Блоки-приборы обслуживания (машины углезагрузочные (МУЗ), газификаторы), обрабатывающие эти заявки.

Для отображения работы ЭТК были созданы иерархические блоки:

  • Sklad.
  • Muzuni.

Блок Muzuni (рисунок 1) имитируют работу углезагрузочной машины и газификаторов, состоит из блоков:

Рисунок 1 – Структура блока Muzuni
Рисунок 1 – Структура блока Muzuni

где

  • (а) запуска газификаторов.
  • (б) загрузки газификаторов.
  • (в) загрузки МУЗ.
  • (г) газификаторов.
  • (д) математической части, отвечающего за скорость перемещения и времени загрузки МУЗ, координат газификаторов и время газификации в каждом из газификаторов.

Процесс прибытия и разгрузки железнодорожных составов, а также дробление и сортировка исходного угля имитирует блок Sklad.

Вышеописанные блоки, объединяясь друг с другом и прочими базовыми блоками структурно-логическими связями, образуют имитационную модель транспортно-складской системы ЭТК.

Результаты моделирования при различных режимах

Одним из примеров работы модели ЭТК является серия экспериментов по выявлению максимального количества газификаторов, которые сможет обслужить одна МУЗ без потери производительности.

В результате серии экспериментов (таблица 1) выявлено, что при количестве газификаторов от 80 до 100 загрузка МУЗ достигает максимума, при этом загрузка газификаторов снижается:

Таблица 1 – Моделирование при изменении количества пар газификаторов
Таблица 1 – Моделирование при изменении количества пар газификаторов

Были проведены уточняющие эксперименты, с увеличенным временем имитации до 100000 часов (таблица 2):

Таблица 2 – Моделирование при имитации работы до 10000 часов работы
Таблица 2 – Моделирование при имитации работы до 10000 часов работы

Таким образом, одна МУЗ способна:

  • Без потери производительности обслужить до 90 газификаторов.
  • Также 45 пар при этом загрузка МУЗ составит 99,6 %, а газификаторов 97,18 %.

Разработанная модель на основе проведения имитационных экспериментов позволяет определять различные технологические параметры ЭТК.

На данный момент получено свидетельство о государственной регистрации на имитационную модель ЭТК, проводятся работы по совершенствованию и дополнению имитационной модели.

Список литературы

  1. Имитационное моделирование. Классика CS.: книга / Кельтон В., Лоу, А. — 3-е изд. — СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. — 847 с.
  2. Зиновьев В.В., Гречишкин П.В. Практическое применение программных средств имитационного моделирования // Сб. докладов III Всероссийск. научн.-практич. конф. Имитационное моделирование. Теория и практика (ИММОД-2007). — Санкт-Петербург, 2007. — С. 78-82.
  3. Моделирование автоматизированных производственных систем с помощью имитационного подхода / В.В. Зиновьев, А.Н. Стародубов // Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-20 // Сб. трудов XX Междунар. науч. конф. В 10 т. Т. 4. / под общ. ред. В. С. Балакириева. — Ярославль: Яросл. гос. техн. ун-та, 2007. — С. 145-148.
  4. Экологически чистая энерготехнологическая переработка кузнецких углей / С.Г. Степанов [и др.] // Топливно-энергетический комплекс и ресурсы Кузбасса, 2007. — № 6.

Источник: Определение рациональных параметров энерготехнологического комплекса по глубокой переработке угля / В.А. Полетаев, М.Ю. Дорофеев, А.Н. Стародубов // Вестник КузГТУ. — 2011. — №6. — C. 81-83.

Статья в формате docx

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org