Ricerca sul metodo di controllo del sistema di utilizzo del calore di scarto basato su Multi

Dec 08, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 11497 (2022) Citare questo articolo

1191 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Il recupero del calore di scarto di bassa qualità rappresenta un grave problema nell’utilizzo dell’energia. Per risolvere questo problema e migliorare l’utilizzo dell’energia, il gruppo di ricerca ha progettato un dispositivo di generazione di energia termica di scarto di bassa qualità con la macchina elettrica Roots come nucleo. Tuttavia, il dispositivo ha una scarsa capacità di regolare la velocità di rotazione ed è difficile generare elettricità in modo stabile. La ragione fondamentale è che il sistema ha molte variabili e un forte accoppiamento. In base alle condizioni di lavoro effettive, la potenza del dispositivo è di 10 kW e l'intervallo di fluttuazione dovrebbe essere compreso tra ± 7%. Da un lato può essere migliorato tramite l’hardware, dall’altro anche la progettazione del software è molto critica. Allo stato attuale, attraverso l'indagine di ricerche nazionali ed estere sul sistema di controllo, si è riscontrato che la stabilità del sistema è gradualmente migliorata, ma il problema del forte accoppiamento tra le variabili non è stato effettivamente risolto. Pertanto, il gruppo di ricerca ha modellato le variabili del sistema e ha ottenuto un modello accoppiato. Sulla base del modello di coppia, il gruppo di ricerca ha introdotto il controllo di disaccoppiamento adattivo a circuito chiuso multimodello non lineare e ha progettato un sistema di controllo. I risultati della simulazione mostrano che il superamento massimo del sistema di controllo è del 3,9%, anche il tempo di regolazione è ridotto ed è stabile nei dispositivi di recupero del calore di scarto di bassa qualità. I risultati sperimentali mostrano che sotto il controllo del sistema, la velocità di rotazione del motore delle radici può rimanere stabile, la deviazione massima non è superiore a 21,4 giri/min e l'intervallo di fluttuazione è compreso entro ± 7%, il che soddisfa i requisiti dell'indice . Ciò ha gettato le basi per la ricerca successiva sulla produzione di energia connessa alla rete.

Con il rapido sviluppo della società aumenta anche la domanda di energia da parte delle persone. Attualmente, l’uso globale di energia pulita rappresenta meno del 18% e l’uso su larga scala di energia primaria, in particolare di energia fossile, è ancora la principale ancora di salvezza energetica dell’attuale sviluppo industriale. L’utilizzo dell’energia fossile, da un lato, causerà inquinamento e danni all’ambiente. D’altro canto, a causa di problemi di efficienza, gran parte dell’energia verrà dispersa nell’ambiente circostante sotto forma di calore. Tra il calore disperso, una parte è più facile da recuperare a causa della sua temperatura più elevata. Ora molte industrie hanno già metodi di recupero industrializzati, come la tecnologia di recupero del calore di scarto di sinterizzazione nell'industria siderurgica e la tecnologia di recupero del calore di scarto delle scorie di acciaio ecc.; tecnologia di generazione di energia delle macchine ad espansione a vite nell'industria della coke; tecnologia di generazione di energia con recupero del calore di scarto a bassa temperatura nell'industria del cemento, ecc. Tuttavia, per il recupero e l'utilizzo del calore di scarto di bassa qualità con una temperatura non superiore a 160 ℃ e una pressione non superiore a 0,8 MPa, i metodi di cui sopra sono difficili da recuperarlo efficacemente, quindi una parte considerevole del calore di scarto di bassa qualità viene sprecata.

Le risorse di calore di scarto industriale sono ampiamente distribuite in molti settori come quello siderurgico, metallurgico, dei materiali da costruzione, dei metalli non ferrosi, dell'industria petrolchimica, dell'industria leggera, ecc. Attualmente è una risorsa riciclabile con la distribuzione più ampia e il maggiore potenziale di applicazione in produzione industriale. Il calore di scarto industriale è una sorta di energia secondaria. È il calore disperso nel processo di produzione industriale dell'energia primaria. Viene generalmente scaricato nell'ambiente esterno sotto forma di gas di combustione, gas di scarico e acque reflue1. Secondo le statistiche, la quantità totale di risorse di calore di scarto nell’industria metallurgica, dei materiali da costruzione e chimica è relativamente elevata e raggiunge circa l’80%; le risorse di calore di scarto di media e bassa qualità rappresentano circa il 54% e il tasso di utilizzo annuo è di circa 2,7 milioni di tonnellate di carbone standard2. Come mostrato in Fig. 1, il calore di scarto ad alta, media e bassa temperatura rappresentava rispettivamente il 40%, 26% e 34%, ma i loro tassi di utilizzo secondario sono piuttosto diversi. Tra questi, il calore di scarto a media e bassa temperatura è ampiamente distribuito, ma a causa della sua bassa qualità, il tasso di recupero è molto inferiore rispetto al calore di scarto ad alta temperatura, il che limita l’ulteriore miglioramento del tasso di utilizzo complessivo del calore di scarto industriale3. La ricerca sulla tecnologia di recupero del calore di scarto di bassa qualità favorisce la conservazione globale e l’uso efficiente delle risorse, promuove lo sviluppo di cicli a basse emissioni di carbonio, fa avanzare la rivoluzione energetica, accelera l’innovazione della tecnologia energetica e costruisce un ambiente pulito, a basse emissioni di carbonio, sicuro e efficiente sistema energetico moderno. Il risparmio energetico, la riduzione delle emissioni e la tutela dell’ambiente costituiranno una parte importante dello sviluppo economico del futuro.