Моделі та методи для покращення роботи системи керування енергетичним об’єктом
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.2.68.2023.10Ключові слова:
модельна система, спалювання, ідентифікація складу палива, комп’ютерна-автоматизована система, математична модель, барабанний парогенератор, контролер реального часу, система автоматичного управління, система нечіткого управління, оптимальний метод пошуку рішеньАнотація
Ця стаття присвячена вдосконаленню методів і моделей для комп’ютерно-інтегрованої системи управління (КІСУ), яка контролює знос теплообмінних поверхонь труб у парових котлах на вугільних теплових електростанціях (ТЕС), зокрема для вугілля з невідомим абразивним складом. Система використовує дані про якість вугілля в режимі реального часу для управління абразивом, оптимізації розподілу вугілля та перевірки якості вугілля з метою зниження витрат. Описано, що труднощі, з якими стикається світова вугільна промисловость, пов’язані із питаннями якості, ціни та екології, а перехід до сталої енергетики ускладнюється цим розмаїттям. Ефективне виробництво електроенергії залежить від точної ідентифікації складу палива та мінімізації пошкоджень від абразивних домішок палива теплообмінних труб. Незважаючи на існуючі аналітичні методи, існує потреба в удосконаленні технології діагностики, що передбачає інтеграцію автоматизованих систем для підвищення ефективності та сталості. Представлено математичну модель, яка розраховує вплив різних типів вугілля та домішок на знос теплообмінних труб, максимізуючи термін служби та мінімізуючи витрати. Вона включає в себе правило відбору проб Кокрана для покращення контролю якості вугілля. Також розроблено автоматизований метод управління якісю вугілля для зменшення зносу від абразивних вугільних домішок. Він включає в себе поетапний вибір постачальника і метод використання запасів, посилюючи контроль над зносом за допомогою методу покрокової вибірки Кокрана. Крім того, керуючий пристрій на основі нечіткої логіки розподіляє потік таким чином, щоб забезпечити задовільну якість вугілля, підкреслюючи необхідність безперервного моніторингу системи. Створено модельно-орієнтовану КІСУ, яка керує потоком вугілля на основі ідентифікації домішок у реальному часі, що призводить до значної економії коштів і збільшення міжремонтних інтервалів. Обчислювальні експерименти підтверджують, що КІСУ може більш ніж подвоїти термін служби теплообмінних труб за рахунок підтримання задовільної товщини, тим самим відтерміновуючи ремонти і знижуючи експлуатаційні витрати. В цілому, в статті представлено комплексний підхід до управління та оптимізації зносу теплообмінних труб на вугільних ТЕС з використанням моделювання, аналізу даних в реальному часі та автоматизованих систем управління для підвищення ефективності та стійкості.
Завантаження
Посилання
Michal Vaněk, Petr Bora, Ewa Wanda Maruszewska, Alena Kašparková. Benchmarking of mining companies extracting hard coal in the Upper Silesian Coal Basin. Resources Policy. 2017. Vol. 53. P. 378–383. DOI: https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2017.07.010.
Monika Papież, Sławomir Śmiech. Dynamic steam coal market integration: Evidence from rolling cointegration analysis. Energy Economics. 2015. Vol. 51. P. 510–520. DOI: https:doi.org/10.1016/j.eneco.2015.08.006.
Price and volatility spillovers across the international steam coal market / Jonathan A. Batten, Janusz Brzeszczynski, Cetin Ciner, Marco C.K. Lau, Brian Lucey, Larisa Yarovaya. Energy Economics. 2019. Vol. 77. P. 119–138. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eneco.2018.12.002.
Guan R., Lu Y., Duan W., Wang, X. Guided waves for damage identification in pipeline structures: A review. Struct Control Health Monit. 2017. Vol. 24:e2007. DOI: https://doi.org/10.1002/stc.2007.
Chugunkov D.V., Seyfelmliukova G.A., Kuzema V.P., Bogdanova A.E. Research on structure of a ash-slag pulp and its influence on pipelines’ attrition of a thermal power plants’ hydraulic ash removalsystem. Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1370 (1). DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1370/1/012015.
Sandlin S., Hokkanen A., Varis T. Coating Integrated Optical Fibres for Monitoring of Boiler Heat Transfer Surfaces. Energy Materials 2.2. 2007. P. 122–128. URL: https://www.academia.edu/91949828/Coating_integrated_optical_fibres_for_monitoring_of_boiler_heat_transfer_surfaces.
Zator S., Tomaszewski M., Lasar M. A Diagnostic Method Based on Active Thermography for the Degradation Assessment of Power Plant Boiler Tubes. Sensors. 2022. Vol. 22(21):8401. DOI: https://doi.org/10.3390/s22218401.
Mark J. Bergander. EMAT thickness measurement for tubes in coal-fired boilers. Applied Energy. 2003. Vol. 74, (Issues 3–4). P. 439–444. DOI: https://doi.org/10.1016/S0306-2619(02)00198-8.
V. Ivantsiv, J. K. Spelt, M. Papini. Mass flow rate measurement in abrasive jets using acoustic emission. Measurement Science and Technology. 2009. Vol. 20 (9). DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/20/9/095402.
Feng Liang, Jianmin Gao, Liang Xu. Thermal performance investigation of the miniature revolving heat pipes using artificial neural networks and genetic algorithms. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. Vol. 151. 119394. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119394.
Luttrell G.H., Honaker R.Q. Coal Preparation. In: Meyers R.A. (eds). Encyclopedia of Sustainability Science and Technology. Springer. 2012. P. 2194–2222. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-0851-3_431.
Kadagala M.R., Nikkam S., Tripathy S.K. A review on flotation of coal using mixed reagent systems. Minerals Engineering. 2021. Vol. 173. 107217. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107217.
Moshfiqur Rahman, Deepak Pudasainee, Rajender Gupta. Review on chemical upgrading of coal: Production processes, potential applications and recent developments. Fuel Processing Technology. 2017. Vol. 158. P. 35–56. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2016.12.010.
Barnwal J.P., Patil D.D., Rao T.C. Enrichment of coal macerals using froth flotation. Mining, Metallurgy & Exploration. 2000. Vol. 17. P. 56–61. DOI: https://doi.org/10.1007/BF03402829.
Dong Z., Wang R., Fan M., Fu X. Switching and optimizing control for coal flotation process based on a hybrid model. PLoS ONE. 2017. Vol. 12(10). e0186553. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0186553.
Paresh Haribhakti, P.B. Joshi, Rajendra Kumar. Chapter 8: Remaining Life Assessment of Boiler Tubes. Failure Investigation of Boiler Tubes: A Comprehensive Approach, ASM International. 2018. DOI: https://doi.org/10.31399/asm.tb.fibtca.t52430409.
The use of strain gauges in vibration-based damage detection. / Fabio Luis Marques dos Santos, Bart Peeters, Jenny Lau, Wim Desmet, Luiz Carlos Sandoval Goes. Journal of Physics: Conference Series, 11th International Conference on Damage Assessment of Structures (DAMAS 2015). 2015. Vol. 628. P. 24–26. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/628/1/012119.
AI-Enabled Robots for Automated Nondestructive Evaluation and Repair of Power Plant Boilers / Zhang Hao, Deng Yiming, Liu Stephen, Petruska Andrew, Udpa Lalita, Yu Zhenzhen. Final Report. United States. 2022. DOI: https://doi.org/10.2172/1875707.
Repairing Damaged Screen Pipes with Tube Hydroforming: Experiments and Feasibility Analysis / Liu S., Wang H., Lan W., Liu Y., Che J., Ma S. Machines. 2022. Vol. 10(5):391. DOI: https:doi.org/10.3390/machines10050391.
A Scoping Review of Pipeline Maintenance Methodologies Based on Industry 4.0. / Naranjo J.E., Caiza G., Velastegui R., Castro M., Alarcon-Ortiz A., Garcia M.V. Sustainability. 2022. Vol. 14(24). 16723. DOI: https://doi.org/10.3390/su142416723.
Materials for Advanced Power Engineering. Pt. 1. Jülich : Forschungszentrum Zentralbibliothek. 2006. URL: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/38/077/38077087.pdf.
Xiaoling Luo, Zhi Zhang. Leakage Failure Analysis in a Power Plant Boiler. IERI Procedia. 2013. Vol. 5. P. 107–111. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ieri.2013.11.078.
Zator S., Tomaszewski M., Lasar M. A Diagnostic Method Based on Active Thermography for the Degradation Assessment of Power Plant Boiler Tubes. Sensors. 2022. Vol. 22(21). 8401. DOI: https://doi.org/10.3390/s22218401.
On-line measurement of pneumatic conveying of pulverized coal in pipes / Jia Zhi-hai, Fan Xue-liang, Li Jun-feng, Cai Xiao-shu, Liu Ji-ze, Cong Xiao, Jia Jing-chen. Journal of Physics: Conference Series. 2009. Vol. 147. 01276. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/147/1/012076.
Grishyn M.V., Tarakhtij O.S. Simulation modelling of sampling and replacement of coal suppliers for thermal power plants. Applied Aspects of Information Technology. 2023. Vol. 6, No. 2. P. 175–189. DOI: https://doi.org/10.15276/aait.06.2023.13.
Грішин М.В., Беглов К.В. Оцінка ефективності збагачення палива для зменшення ризику витрат ТЕС. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2021. Том. 32 (71), № 3. С. 82–89. DOI: https://doi.org/10.32838/2663-5941/2021.3/14.
Mathematical model of a steam boiler as a control plant / Grishyn M. V., Matiko F.D., Tarakhtij O. S., Zhanko K. O., Shynder A. A. Applied Aspects of Information Technology. 2023. Vol. 6, No.3. 244–257. DOI: https://doi.org/10.15276/aait.06.2023.17.
Gligoric M., Urošević K., Lutovac S., Halilovic D. Optimal coal supplier selection for thermal power plant based on MCRAT method. eNergetics,7th Virtual International Conference on Science. Technology and Management in Energy. Belgrade: Serbia. 2021. pp. 263–272. URL: https://energetics.cosrec.org/wp-content/uploads/2022/03/eNergetics_2021.pdf.
Jansuwan S., Chen A., Xu X. Analysis of freight transportation network redundancy: An application to Utah’s bi-modal network for transporting coal. Transportation Research Part A: Policy and Practice. 2021. Vol. 151. P. 154–171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tra.2021.06.019.
Masoud M., Kozan E., Kent G., Liu S. Q. A new constraint programming approach for optimizing a coal rail system. Optimization Letters. 2017. Vol. 11. P. 725–738. DOI: https://doi.org/10.1007/s11590-016-1041-5.
Грішин М.В., Беглов К.В. Удосконалення автоматизованої системи моніторингу зменшення ризику критичного пошкодження поверхні теплообміну парового котла вугільної ТЕС шляхом контролю зольності вугілля. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2023. Том 34 (73) №3. С. 115–122. DOI: https://doi.org/10.32782/2663-5941/2023.3.1/18
