ВЕДЕРНИКОВА Ю. А.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПАРОВОГО КОТЛА В СОСТАВЕ
ЭНЕРГОБЛОКА
Ведерникова Ю. А., канд. техн. наук, доцент кафедры кибернетических
систем, vedernikovaja@tyuiu.ru
Сабитов М. А., бакалавр, marat-030997@mail.ru
г. Тюмень, Тюменский индустриальный университет
Аннотация.
В статье проводится демонстрация возможностей модели парового котла,
полученной в ранних работах. Использованная двухуровневая адаптация параметров
модели по начальным характеристикам объекта повышает практическую значимость ее
программной реализации. Так программная реализация позволяет упростить
комплексный теплотехнический расчет и создать предпосылки для оптимизации
динамических процессов управления паровым котлом. В то же время в значительной
степени снижается трудоемкость решения обратной задачи – задачи идентификации для
предупреждения возникновения аварийных ситуаций на производстве.
Ключевые слова:
парогазовая установка, паровой котел, математическая модель,
вычислительный эксперимент.
Курс на цифровизацию выделил приоритетные технотренды,
определяющие развитие основных отраслей экономики, в том числе и
17
топливно-энернетического комплекса, однако ключевым и имеющим
наиболее осязаемую ценность среди этих понятий является смартнесс
(интеллектуализация). Прежде чем внедрять цифровые технологии,
необходимо добавить «интеллекта» производству: оптимизировать работу
производственной системы, повысить ее эффективность.
Современный подход к решению проблемы интеллектуализации
производственных процессов, в том числе и в теплоэнергетике,
предусматривает применение цифровых двойников технологических
систем
–
компьютерных
образов,
позволяющих
управлять
технологическим объектом, осуществлять мониторинг его рабочего
состояния и эксплуатации путем моделирования внутренних процессов
реальной физической системы.
Цифровой двойник представляет особую ценность для опасных
производственных систем, поскольку:
–
при работе в онлайн-режиме позволяет сравнивать информацию с
виртуальных датчиков и с датчиков реальной системы, выявляя аномалии
и причин их возникновения;
–
дает возможность реализовать функцию предиктивной аналитики;
–
воспроизводит условия работы системы автоматического
управления при изменении как внешних воздействий, так и свойств самого
объекта.
Таким образом, разработка математических моделей, на базе
которых могут программно реализовываться цифровые двойники
производств, чрезвычайно актуальна [1]. При этом конечным результатом
использования информационной модели промышленного объекта является
обеспечение безопасности и максимальная оптимизация времени/ресурсов
на всех стадиях жизненного цикла объекта [2].
Целью данной работы является построение математической модели
котла ТГЕ-435А, функционирующего в составе парогазовой установки.
Особенностью котла является утилизация уходящих газов с дожиганием.
Обзор научных работ, посвященных выбранной тематике,
показывает, что моделирование парогазовой установки и ее составляющих,
используется в основном в целях достижения локального эффекта.
Инструментарий в подобных случаях ограничивается типовым
теплотехническим расчетом, требующим исчерпывающей информации об
объекте и дающим преимущественно его статическую характеристику.
Предлагаемая методика позволяет перейти к адаптивной настройке
неизвестных конструктивных параметров на этапе идентификации модели,
кроме того в ходе имитации проводится адаптация коэффициентов
теплоотдачи под изменяющиеся условия процесса. Такая двухуровневая
коррекция значений ключевых параметров теплообмена позволяет
избежать погрешностей, вызванных замораживанием начальных
параметров теплообмена.
18
Расчет котлоагрегата проводится в несколько этапов, в зависимости
от инерционности его подсистем и особенностей их описания. Схема с
утилизацией выхлопных газов от турбины усложняет расчет тем, что
расход топлива и избыток воздуха на ГТ значительно влияют на тепловой
баланс в топочной камере парового котла. Состав газов в топочной камере
при дожигание топлива в котле-утилизаторе отличается от стандартного по
концентрации веществ, входящих в него.
Расчет газовой турбины выгоднее всего проводить, оценивая только
процесс горения, чтобы не увеличивать вычислительную нагрузку и в то
же время учитывать компонентный состав и объем выхлопных газов.
Полученная математическая модель является логическим развитием
ранней работы [3].
Основой модели является описание процессов теплообмена в
топочной камере, которое в достаточной мере упрощено благодаря модели
перемешанного потока [4]. Кроме того в модели учитываются
стехиометрические уравнения реакции горения топлива, положения теории
подобия, проводятся приближенные расчеты аэродинамики участков
газовоздушного тракта. Для проведения вычислительного эксперимента
требуется определить начальные условия, поведение и характер
возмущающих воздействий.
При настройке ПГУ на нагрузку регулятор расхода топлива
осуществляет изменение регулируемого параметра с целью достижения
необходимого давления пара перед главной паровой задвижкой. Главная
паровая задвижка является запорным элементом, определяющим
состояние пара на входе в турбину. Температура перегретого пара при
этом контролируется системой впрыска конденсата.
Поскольку для поддержания постоянного давления пара или
изменения его по заданному закону используется регулятор подачи
топлива [5], в качестве канала воздействия принят расход топливного газа.
Изменение расхода топлива на котлоагрегате было выполнено согласно
трендам, полученным с промышленного объекта, при этом получены
следующие переходные характеристики (Рис. 1). Результаты
вычислительного эксперимента позволяют сделать выводы по поводу
работы регулятора, эффективности работы котла, а также
охарактеризовать работу вентилятора, подводящего воздух в пропорции к
расходу топлива для создания регламентированного избытка воздуха в
топочной камере.
Таким образом, целостная модель парового котла в составе ПГУ
предоставляет широкие возможности для анализа тепловых процессов и
выработки стратегии управления, поэтому может использоваться не только
в процессе эксплуатации промышленных объектов, но и на этапах
обоснования инвестиций, проектирования, в ходе модернизации
19
производства, пусконаладочных работ и ввода в промышленную
эксплуатацию.
Рис. 1. Результаты вычислительного эксперимента
Модель обладает и другими полезными свойствами: предполагая
безотказную работу системы управления технологическим процессом, она
оставляет тем не менее пространство для испытания различных
алгоритмов управления и устройств, отрабатывающих простейшие законы
регулирования или их комбинацию. В перспективе эта возможность
позволит использовать полученную математическую модель для
формирования критериев управления на различных уровнях и выработки
стратегии оптимизации технико-экономических показателей работы
энергоблока [6].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Цифровизация энергетики: от «интеллектуальных» турбин до
«умных»
сетей
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа:
https://www.eprussia.ru/epr/343-344/8819562.htm.
2.
Информационное и имитационное моделирование объектов и
регионов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://neolant.ru/imodel/.
20
3.
Сабитов, М. А. Анализ тепловых процессов в котлоагрегате путем
имитационного моделирования / М. А. Сабитов, Ю. А. Ведерникова, В. М.
Спасибов // Современные наукоемкие технологии. – 2018. – № 10. – С. 109-
112.
4.
Бобровская, Е. И. Методы теплового расчета газотрубных котлов /
Е. И. Бобровская, М. О. Двоеглазова, Н. В. Семенова // Динамика систем,
механизмов и машин. – 2012. – № 2. – С. 65-68.
5.
Рабкина, В. И. Автоматизация и организация управления на
тепловых электростанциях большой мощности / В. И. Рабкина. – Москва :
Госэнергоиздат, 1961. – 176 с.
6.
Плетнев, Г. П. Автоматизация технологических процессов и
производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов / Г. П.
Плетнев. – Москва : Издательский дом МЭИ, 2016. – 351 с.
УДК
519.872
Do'stlaringiz bilan baham: |