Pesquisa sobre o método de controle do sistema de utilização de calor residual baseado em multi

Dec 08, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11497 (2022) Citar este artigo

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A recuperação de calor residual de baixa qualidade é um grande problema na utilização de energia. Para resolver esse problema e melhorar a utilização de energia, o grupo de pesquisa projetou um dispositivo de geração de energia de calor residual de baixa qualidade com a máquina de energia Roots como núcleo. No entanto, o dispositivo tem pouca capacidade de ajustar a velocidade de rotação e é difícil gerar eletricidade de forma estável. A razão fundamental é que o sistema tem muitas variáveis ​​e forte acoplamento. De acordo com as condições reais de trabalho, a potência do dispositivo é de 10 kW e a faixa de flutuação deve estar dentro de ± 7%. Por um lado, pode ser melhorado pelo hardware, por outro lado, o design do software também é muito crítico. Atualmente, por meio da investigação de pesquisas nacionais e estrangeiras sobre o sistema de controle, verifica-se que a estabilidade do sistema é gradualmente melhorada, mas o problema do forte acoplamento entre as variáveis ​​não foi efetivamente resolvido. Assim, o grupo de pesquisa modelou as variáveis ​​do sistema e obteve um modelo acoplado. Com base no modelo de casal, o grupo de pesquisa introduziu o controle de desacoplamento adaptativo de malha fechada multimodelo não linear e projetou um sistema de controle. Os resultados da simulação mostram que o overshoot máximo do sistema de controle é de 3,9%, o tempo de ajuste também é reduzido e é estável em dispositivos de recuperação de calor residual de baixa qualidade. Os resultados experimentais mostram que, sob o controle do sistema, a velocidade de rotação do motor das raízes pode se manter estável, o desvio máximo não é superior a 21,4 r/min e a faixa de flutuação está dentro de ± 7%, o que atende aos requisitos do índice . Isso lançou as bases para a pesquisa de acompanhamento da geração de energia conectada à rede.

Com o rápido desenvolvimento da sociedade, a demanda das pessoas por energia também está aumentando. Atualmente, o uso global de energia limpa representa menos de 18%, e o uso em larga escala de energia primária, especialmente energia fóssil, ainda é a principal fonte de energia do atual desenvolvimento industrial. No processo de utilização da energia fóssil, por um lado, causará poluição e danos ao meio ambiente. Por outro lado, devido a questões de eficiência, grande parte da energia será perdida para o meio ambiente na forma de calor. Entre o calor residual perdido, parte dele é mais fácil de recuperar devido à sua temperatura mais elevada. Agora, muitas indústrias já têm métodos de recuperação industrializados, como tecnologia de recuperação de calor residual de sinterização na indústria siderúrgica e tecnologia de recuperação de calor residual de escória de aço, etc.; tecnologia de geração de energia de máquina de expansão de parafuso na indústria de coque; tecnologia de geração de energia de recuperação de calor residual de baixa temperatura na indústria de cimento, etc. No entanto, para a recuperação e utilização de calor residual de baixa qualidade com uma temperatura não superior a 160 ℃ e uma pressão não superior a 0,8 MPa, os métodos acima são difíceis de efetivamente recuperá-lo, então uma parte considerável do calor residual de baixa qualidade é desperdiçado.

Os recursos de calor residual industrial são amplamente distribuídos em muitas indústrias, como ferro e aço, metalurgia, materiais de construção, metais não ferrosos, petroquímicos, indústria leve, etc. Atualmente, é um recurso reciclável com a distribuição mais ampla e o maior potencial de aplicação em produção industrial. O calor residual industrial é um tipo de energia secundária. É o calor perdido no processo industrial de produção de energia primária. Geralmente é descarregado no ambiente externo na forma de gases de combustão, gases residuais e águas residuais1. Segundo as estatísticas, a quantidade total de recursos de calor residual na metalurgia, materiais de construção e indústrias químicas é relativamente grande, atingindo cerca de 80%; os recursos de calor residual de média e baixa qualidade representam cerca de 54% e a taxa de utilização anual é de cerca de 2,7 milhões de toneladas de carvão padrão2. Conforme mostrado na Fig. 1, o calor residual de alta, média e baixa temperatura foi responsável por 40%, 26% e 34%, respectivamente, mas suas taxas de utilização secundária são bem diferentes. Entre eles, o calor residual de média e baixa temperatura é amplamente distribuído, mas devido à sua baixa qualidade, a taxa de recuperação é muito menor do que o calor residual de alta temperatura, o que limita a melhoria da taxa geral de utilização do calor residual industrial3. A pesquisa sobre a tecnologia de recuperação de calor residual de baixa qualidade conduz à conservação abrangente e ao uso eficiente de recursos, promove o desenvolvimento de ciclos de baixo carbono, avança a revolução energética, acelera a inovação da tecnologia energética e constrói um ambiente limpo, de baixo carbono, seguro e sistema de energia moderno e eficiente. Economia de energia, redução de emissões e proteção ambiental serão uma parte importante do desenvolvimento econômico no futuro.