Models and methods for improving the operation of the energy facility control system

Abstract

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.

This article is devoted to improving methods and models for a computer-integrated control system (CICS) that monitors the wear of heat exchange surfaces of pipes in steam boilers at coal-fired thermal power stations (TPP), in particular for coal with unknown abrasive composition. The system uses real-time coal quality data to 1manage the abrasive, optimize coal distribution, and verify coal quality to reduce costs. It is described that the difficulties faced by the global coal industry are related to quality, price and environmental issues, and the transition to sustainable energy is complicated by this diversity. Efficient power generation depends on accurate identification of fuel composition and minimizing damage from abrasive impurities in the fuel of heat exchangers. Despite the existing analytical methods, there is a need for improved diagnostic technology, which involves the integration of automated systems to improve efficiency and sustainability. The paper presents a mathematical model that calculates the effect of different types of coal and impurities on the wear of heat exchange tubes, maximizing service life and minimizing costs. It includes a Cochran sampling rule to improve coal quality control. An automated coal quality management method was also developed to reduce wear from abrasive coal impurities. It includes a stepwise supplier selection and stock utilization method, enhancing wear control using the Cochran stepwise sampling method. In addition, a fuzzy logic-based control device distributes the flow in such a way as to ensure satisfactory coal quality, emphasizing the need for continuous system monitoring. A model-based CICS has been developed that controls coal flow based on real-time impurity identification, resulting in significant cost savings and extended overhaul intervals. Computational experiments confirm that the CICS can more than double the service life of heat exchange tubes by maintaining a satisfactory thickness, thereby postponing repairs and reducing operating costs. Overall, this article presents a comprehensive approach to managing and optimizing heat exchanger tube wear at TPP using modelling, real-time data analysis, and automated control systems to improve efficiency and sustainability.