Automated control of a cogeneration plant using non-certified types of gaseous fuel

Authors

  • Olga Tarakhtiy Department of Software and Computer-Integrated Technologies / Institute of Artificial Intelligence and Robotics, Odesa Polytechnic National University, Odesa, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4266-3481
  • Vladyslav Zhukovskyi Department of Software and Computer-Integrated Technologies / Institute of Artificial Intelligence and Robotics, Odesa Polytechnic National University, Odesa, Ukraine https://orcid.org/0009-0002-5479-5278
  • Andrii Ivaneiev Department of Software and Computer-Integrated Technologies / Institute of Artificial Intelligence and Robotics, Odesa Polytechnic National University, Odesa, Ukraine https://orcid.org/0009-0001-7618-3769
  • Oleksandr Yavorskyi Department of Software and Computer-Integrated Technologies / Institute of Artificial Intelligence and Robotics, Odesa Polytechnic National University, Odesa, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1101-1085
  • Danylo Shuvalov Department of Software and Computer-Integrated Technologies / Institute of Artificial Intelligence and Robotics, Odesa Polytechnic National University, Odesa, Ukraine https://orcid.org/0009-0009-4647-5830

DOI:

https://doi.org/10.46299/j.isjea.20230205.02

Keywords:

cogeneration power plant, gas turbine plant, mathematical model, dynamic characteristics, automatic control system, fuel of artificial origin

Abstract

The article provides a detailed analysis of the existing thermal schemes of cogeneration power plants with heat regeneration of source gases. The purpose of the analysis was to establish the most effective regeneration scheme from the point of view of heat utilization and its further research. The efficiency indicators of the regeneration scheme were, first of all, the coefficient of fuel heat utilization (installation efficiency) and the amount of fuel consumption per unit of thermal energy production (thermal efficiency) and electrical energy (electrical efficiency). For this purpose, calculations of the energy indicators of the cogeneration power plant were carried out with various variants of waste gas heat regeneration schemes. The results of thermal and economic calculations showed that for cogeneration plants, in which a gas turbine is used as the primary engine, the heat of the output gases should be used first of all for heating the air after the compressor, and only then - for heat supply needs. Thus, the selected scheme allows to reduce fuel consumption by 12.5% and increase the efficiency of the installation to 91.22%. For the selected scheme, fuel consumption is the least important, and the efficiency is the highest among all the considered schemes. The work also improved the mathematical description of the dynamic properties of heat engines of similar power plants in order to obtain the possibility of taking into account changes in the calorific value of the fuel. In the differential equation, which describes the dynamics of the combustion chamber of the KEU heat engine, the derivative of the calorific value of the fuel is introduced. This made it possible to analyze the impact of changing the calorific value of the fuel on the main parameters of the power plant. The proposed mathematical model of the cogeneration power plant, which takes into account the change in fuel quality, is valid in the area of small deviations. This mathematical model serves as the basis for the further synthesis of a complex automatic control system.

References

Долінський, А., Басок, Б., Базєєв, Є. (2009). Державна цільова програма (проект) модернізації комунальної теплоенергетики на 2010–2014 роки. Вісн. НАН України, 10, 3 – 8.

Гришин, М., Беглов, К. (2021). Оцінка ефективності збагачення палива для зменшення ризику витрат ТЕС. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Техніч-ні науки, 32(71(3)), 82-89. https://www.tech.vernadskyjournals.in.ua/journals/2021/3_2021/16.pdf

Максимов, М., Давидов, В. (2020). Моделювання балансування енергосистеми за умови утримання в ній значної частки джерел енергії, що не диспетчеризуються. Automation of Technological and Business Processes, 11(4), 27-35.doi: https://doi.org/10.15673/atbp.v11i4.1596

Чепурний, М., Ткаченко, C., Антропова, О. (2010). Газопарові установки на базі газотурбінних і теплофікаційних парових турбін. Вісн. Вінницького політехн. інст.,2, 34 – 38.

Чепурний, М., Ткаченко, C. (2010). Теплоелектроцентралі на базі газотурбінних установок і парових турбін з низькотемпературним робочим тілом. Вісн. Вінницького політехн. Інст., 4, 21 – 25.

Максимов, М., Ложечников, В., Добровольская, Т., Бондаренко, А. (2014). Математическая модель сжигания несертифицированных видов топлива. Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2(8), 44-51.

Брунеткин, А., Максимов, М., А.В. Бондаренко, А. (2014). Идентификация количественного состава неизвестного газообразного горючего и его продуктов сгорания на основе измеренных технологических параметров процесса сжигания топлива. Вісник Національного технічного університету ХПІ. Сер.: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування, 12, 131-141.

Olexander, B., Kuzmenko, V., Soloviova O. (2022). Mathematical model of energy transformation processes in barrel system for determining shooting perfomance. Published by Lviv Polytechnic National University. JEECS, 8(1), 28 – 39.

Бундюк, А., Тарахтий, О. (2016). Исследование энергетических характреистик когенерационной энергетической установки в условиях изменения качества топлива. Automation of technological and business processes, 8 (1), 13 -20.

Chirkov, V. (2007) Мini thermal power stations operating on pyrolyzed fuel. Thermal Engineering, 54(8), 626 – 630. doi: 10.1134/S004060150708006X

Тодорцев, Ю., Тарахтий, О., Бундюк, А. (2015). Выбор экономичной схемы регенерации когенерационной энергетической установкой. Восточно-европейский журнал передовых технологий, 2/8(74), 17 – 22. doi: 10.15587/1729-4061.2015.40401

Ларіонова, О., Бундюк, А. (2009) Розробка математичної моделі динаміки когенераційної енергетичної установки. Наукові праці ОНАХТ. 2(35), 266 – 271.

Тарахтій, О., Рура А. (2020). Застосування нечіткого регулятора для регулювання рівня води в барабані парового котла Е-50. Інформатика та математичні методи в моделюванні, 10(3-4), 190 – 196. http://immm.op.edu.ua/files/archive/n3-4_v10_2020/immm_n3-4_v10_2020.pdf

Ларіонова, О., Тодорцев, Ю., Бундюк А.(2011). Математическая модель динамики энергетической когенерационной газотурбинной установки. XXIV Международная научная конференция Математические методы в технике и технологияхММТТ-24., 6, 87 – 89.

Grishyn, M., Tarakhtij, O. (2023). Імітаційне моделювання відбору проб та заміни постачальників вугілля на теплові електростанції. Прикладні аспекти інформаційних технологій, 6(2), 175–189. doi: https://doi.org/10.15276/aait.06.2023.13. http://aait.ccs.od.ua/index.php/journal/article/view/185

Kozlov, O., Kondratenko, Y., Lysiuk, H., Kryvda, V., Maksymova, O. (2022). Fuzzy Automatic Control of the Pyrolysis Process for the Municipal Solid Waste of Variable Composition. Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems, 16(1), 83-94. doi:10.14313/JAMRIS/1-2022/9

Lysiuk, H., Maksymova, O. (2023). Model and Method of Solid Household Waste Sorting for Their Effective Thermal Disposal “Energy Engineering and Control Systems”, 9(1), 31-46. doi: https://doi.org/10.23939/jeecs2023.01.031

Downloads

Published

2023-10-01

How to Cite

Tarakhtiy, O., Zhukovskyi, V., Ivaneiev, A., Yavorskyi, O., & Shuvalov, D. (2023). Automated control of a cogeneration plant using non-certified types of gaseous fuel. International Science Journal of Engineering & Agriculture, 2(5), 9–19. https://doi.org/10.46299/j.isjea.20230205.02

Issue

Vol. 2 No. 5 (2023): International Science Journal of Engineering & Agriculture

Section

Metallurgy and Energy

License

Copyright (c) 2023 Olga Tarakhtiy, Vladyslav Zhukovskyi, Andrii Ivaneiev, Oleksandr Yavorskyi, Danylo Shuvalov

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.