Automated solid fuel quality control and monitoring system

Abstract

The article describes the development of a computer-integrated coal quality management system that allows to increase the service life of heating surfaces in boilers of coal-fired power plants. The need for such a system arises due to erosion caused by abrasive impurities in coal, which leads to deterioration of the boiler infrastructure. Existing methods are mostly manual, time-consuming and error-prone. The aim of the work was to increase the service life of the surface wear resistance of heat exchange tubes of a steam generator of a thermal coal-fired power plant by synthesizing and analyzing a computer-integrated coal quality management system by distributing coal flows between different coal supply sources, unloading conditions and coal quality inspection from suppliers to minimize costs. To achieve this goal, a mathematical model was developed that describes the boiler unit in terms of ash flows in the form of a system of equations. A computer-integrated coal quality control system has been developed that allows to increase the service life of heating surfaces of power boilers by distributing coal flows between coal supply sources and conditions of unloading and checking the quality of coal from suppliers to minimize costs. A computational experiment was conducted to test the operation of the computer-integrated control system and confirm its effectiveness. The results proved the value of the developed computer-integrated control system for increasing the service life of the boiler unit's heating surfaces by timely responding to changes in the quality of coal from different suppliers. It was found that with a computer-integrated control system, the service life of the pipes could be more than doubled (from 3.06 years to 7.39 years). Overall, the introduction of a computer-integrated control system is a transformational solution for managing the distribution of costs between fuel and equipment repair costs. The integrated system, together with the use of mathematical modeling and computational experiments, offers a comprehensive approach to monitoring, predicting, and controlling the factors that affect the durability of heat exchanger tubes. This research makes a significant contribution to the power industry, potentially transforming maintenance and life extension practices for critical infrastructure in thermal power plants. Further researchis needed to refine the system and explore its wider applicability in different operational scenarios.

У статті описано розробку комп'ютерно-інтегрованої системи керування якістю вугілля, що дозволяє збільшити термін експлуатації поверхонь нагріву в котлах вугільних електростанцій. Потреба в такій системі виникає через ерозію, спричинену абразивними домішками у вугіллі, що призводить до погіршення стану інфраструктури котла. Існуючі методики є переважно ручними, трудомісткими та схильними до помилок. Мета роботи полягала у підвищення терміну служби зносостійкості поверхні труб теплообміну парогенератору теплової вугільної елекростанціїза рахунок синтезу і аналізу комп’ютерно-інтегрованої системи керування якістю вугілля за рахунок розподілу потоків вугілля між різними джерелами постачання вугілля, умовами вивантаження і перевірки якості вугілля від постачальників для мінімізації витрат. Для досягнення мети, було розроблено математичну модель яка описує котлоагрегат з точки зору зольних потоків у вигляді системи рівнянь. Розроблено комп’ютерно-інтегровану систему керуванняякостівугілля, що дозволяє збільшититермін експлуатації поверхонь нагріву енергетичних котлів, за рахунок розподілу потоків вугілля між джерелами постачання вугілля та умовами вивантаження і перевірки якості вугілля від постачальників для мінімізації витрат. Проведено розрахунковий експеримент, для перевірки роботи комп’ютерно-інтегрованої системи керуванняі підтвердженню її ефективності. Результати довели цінність розробленої комп’ютерно-інтегрованої системи керуваннядля збільшення терміну експлуатації поверхонь нагріву котлоагрегату шляхом своєчасного реагування на зміни якості вугілля від різних постачальників. Було виявлено що при наявності комп’ютерно-інтегрованої системи керуванняможливість експлуатації труб можна подовжити більше ніж вдвічі (з 3,06 років до 7,39 років). В цілому, впровадження комп’ютерно-інтегрованої системи керуванняявляє собою трансформаційне рішення при управлінні розподілом витрат між витратами на паливо та витратами на ремонт обладнання. Інтегрована система, разом з використанням математичного моделювання та обчислювальних експериментів, пропонує комплексний підхід до моніторингу, прогнозування та контролю факторів, що впливають на довговічність труб теплообмінників. Це дослідження робить значний внесок енергетичну промисловість, потенційно трансформуючи практики технічного обслуговування та продовження терміну служби критичної інфраструктури теплових електростанцій. Необхідні подальші дослідження для вдосконалення системи та вивчення її ширшого застосування в різних експлуатаційних сценаріях.