PowerOPTI Poznat Řídit Zlepšit. Vyhodnocení a řízení účinnosti kotle

Transkript

1 PowerOPTI Poznat Řídit Zlepšit Vyhodnocení a řízení účinnosti kotle

2 PowerOPTI = Soubor Nástrojů & Řešení & Služeb POZNAT ŘÍDIT ZLEPŠIT Co je to účinnost, jak se počítá Ztráty kotle Vyhodnocení změny/zvýšení účinnosti Predikce vyrobeného tepla Supervize účinnosti; symptomy a příčiny, lokalizace příčin snížené účinnosti (Optimalizace řízení vlastní spotřeby kotle) Komplexní cíl = Snížení nákladů = Udržování vysoké dostupnosti, účinnosti a provozní flexibility = Plnění emisních limitů = Řízení a prodloužení životnosti 2

3 MOTTO PŘEMÝŠLENÍ O SYSTÉMECH DOMYŠLENÍ VŠECH SOUVISLOSTÍ BOJ PROTI PRAKTICISMU A ZJEDNODUŠUJÍCÍMU VYSVĚTLOVÁNÍ 3

4 ÚČINNOST KOTLE ÚČINNOST KOTLE = GLOBÁLNÍ SYMPTOM ZDRAVÍ KOTLE CO OVLIVŇUJE ÚČINNOST KOTLE? 1. Palivo; složení = podíl vody a popeloviny, spalné teplo hořlaviny 2. Provozní podmínky = vnější (teplota okolního vzduchu), vnitřní (teplota napájecí vody) 3. Stav kotle 4. Řízení a regulace kotle CO JE ÚČINNOST; obecná definice, není to fyzikální veličina! Získaný užitek Účinnost = Vložené náklady METODY STANOVENÍ a HODNOCENÍ Přímá Nepřímá Jiné možnosti sledování vybraného symptomu (přebytek kyslíku, ) 4

5 ÚČINNOST KOTLE Bilanční obálka Vstupy hmoty H - Řízený vzduch H - Neřízený vzduch H - Palivo H - Reagenty H - Směsi H - Spaliny H - Popel H - Popílek H Pára Q Chem.nedopal Q Mech.nedopal Q Ved./Sálání Spalovací komora Spalinovody Q Do H 2 O Okruh Voda/Pára H Odluh Q Teoretické teplo v palivu Q - Parní ohříváky vzduchu Q - Ventilátory H NV 5

6 VYHODNOCENÍ ZMĚNY ÚČINNOSTI KOTLE ZÁKLADNÍ MYŠLENKA ZÁKLADNÍ OTÁZKA ZNÍ = S JAKOU ÚČINNOSTÍ VYROBÍME XX MW TEPLA (= výkon kotle) palivem TÉTO KVALITY (= obsah vody, obsah popelovin, spalné teplo hořlaviny) při TĚCHTO PROVOZNÍCH PODMÍNKÁCH (= teplota NV, teplota okolního vzduchu)? Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Výkon kotle Vlastnosti paliva Provozní podmínky Kvalita regulace (Stav kotle) Kotel Účinnost Komínová ztráta 6

7 VYHODNOCENÍ ZMĚNY ÚČINNOSTI KOTLE - POSTUP Kriteria výběru Předpoklady výpočtu účinnosti Porovnání modelů Nová obrazovka? Validace modelu TEPLO pro predikci Trendy a histogramy veličin po změně regulace Schéma validační úlohy Schéma kotle Trend účinnosti po změně regulace Trend účinnosti před změnou regulace Trendy a histogramy veličin před změnou regulace Schéma validačního modelu Kriteria předčištění Schéma regresního modelu Měření - Predikce před změnou regulace Měření - Predikce po změně regulace Surová data Validovaná data Předčištěná data Regresní modely Porovnání modelů Další cyklus 7

8 PREDIKCE VYROBENÉHO TEPLA ZÁKLADNÍ OTÁZKA ZNÍ = KOLIK VYROBÍME TEPLA když dodáváme TOTO MNOŽSTVÍ PALIVA TÉTO KVALITY (= obsah vody, obsah popelovin, spalné teplo hořlaviny) za TĚCHTO PROVOZNÍCH PODMÍNEK (= teplota NV, teplota okolního vzduchu tepelný tok v páře pro ohříváky vzduchu, elektrický příkon velkých ventilátorů)? Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Množství paliva Vlastnosti paliva Provozní podmínky (Pára do ohříváků vzduchu) (Příkon ventilátorů) Kotel Užitečné teplo 8

9 PREDIKCE VYROBENÉHO TEPLA - POSTUP VÝBĚR ČASOVÉHO INTERVALU Červen Srpen 2015 (nová regulace kotle; poměr palivo/vzduch) PŘEDČIŠTĚNÍ DAT Mez pro status validačního modelu 0,8 (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají status menší) Mez pro užitečné teplo 95 MW (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají užitečné teplo větší) Neprobíhá ofukování spalinových výměníků Nebyly aspoň některé důležité hodnoty PROVEDENÍ VLASTNÍ REGRESNÍ ANALÝZY Postupná výstavba modelu VÝSLEDKY A CO DÁL MEP = 0,137 (Odmocnina z MEP = 0,37) Validace modelu Práce a zahrnutí energie z páry a elektrické energie 9

10 ZTRÁTY KOTLE - složky Komínová ztráta Ztráty fyzickým teplem Další ztráty fyzickým teplem Ztráty fyzickým teplem v ložovém popelu Ztráty fyzickým teplem v úletovém popílku Snížená účinnost kotle Mechanický nedopal v úletovém popílku (C) Mechanický nedopal v ložovém popelu (c) Chemický nedopal (CO) Ztráty sáláním a radiací Ztráty odluhem Ztráty netěsností v okruhu voda/pára Neúplné spalování Jiné ztráty 10

11 SUPERVIZE ÚČINNOSTI symptomy a příčiny 11

12 Provozní měření) Laboratorní měření Vyrovnání & Ochrana proti hrubým chybám, Estimace neměřených veličin Symptomy Teplota spalin na výst. z kotle Přebytek vzduchu (O2) Teplotní profil, tepelné toky, tlakový spád spalin Koncentrace CO Vlastní spotřeba Účinnost kotle Mechanický nedopal popílku Mechanický nedopal popele Ztráty vlhkostí Ztráty suchým plynem Zanesení výměníků Zanesení výměníků Vlhkost ve vzduchu Netěsnosti pláště kotle Netěsnost Úniky vody/páry Netěsnosti ohříváku vzduchu Kvalita uhlí = Obsah vody Chybný poměr palivo/vzduch Příčiny Předehřev vzduchu Kvalita uhlí = Obsah vody, obsah popelovin, obsah C v hořlavině Chybný poměr palivo/vzduch Předehřev vzduchu Kvalita uhlí = obsah popelovin obsah S Regulace odsiřování Snížená účinnost kotle Sálání a radiace (Jiné) Odluhování Netěsností v okruhu voda/pára Provozní podmínky Neúplné spalování Ztráty tuhými zbytky Jiné příčiny

13

14 Lokální archiv - CSV Čtení dat pro úlohy validace dat Kontroly, korekce a SW kalibrace dat Validační úloha kotle FK8 (upravená) Lokální archiv - CSV 14

15 15

16 16

17 MODEL ÚČINNOST Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Výkon kotle Vlastnosti paliva Provozní podmínky Kvalita regulace (Stav kotle) Kotel Účinnost Komínová ztráta 17

18 MODEL TEPLO Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Množství paliva Vlastnosti paliva Provozní podmínky (Pára do ohříváků vzduchu) (Příkon ventilátorů) Kotel Užitečné teplo 18

19 KRITERIA VÝBĚRU ČASOVÝCH INTERVALŮ KRITERIA VÝBĚRU (Uvědomit si, na čem ASI? závisí účinnost kotle) Obdobný výkon Obdobné palivo Stejné roční období (teplota a vlhkost okolního vzduchu Obdobná teplota NV Obdobný provoz parních ohříváků vzduchu CO BYLO VYBRÁNO 2.6. až až

20 STEJNÁ VALIDAČNÍ ÚLOHA = Stejné předzpracování Stejný validační model PŘEDPOKLADY VÝPOČTU ÚČINNOSTI SPECIFICKÉ PODMÍNKY = ZAJIŠTĚNÍ STEJNÝCH PŘEDPOKLADŮ PRO VÝPOČET ÚČINNOSTI Není uvažován tepelný tok do parních ohříváků vzduchu a elektrický příkon ventilátorů Není uvažován vápenec; v roce 2015 signál chyběl Podíl úletového popílku a ložového popele je 60 / 40 Prvkové složení hořlaviny je fixní Ztráta fyzickým teplem vody je dána rozdílem entalpií o teplotách: teplota vody opouštějící kotel (buben), teplota napájecí vody Ztráta fyzickým teplem spalin a tuhých zbytků je dána rozdílem entalpií o teplotách: teplota tuhých zbytků, resp. spalin opouštějící kotel a teplotou okolního venkovního vzduchu. 20

21 PŘEDPOKLADY VÝPOČTU ÚČINNOSTI PRO POROVNÁNÍ ÚČINNOSTÍ SPECIFICKÉ PODMÍNKY = ZAJIŠTĚNÍ STEJNÝCH PŘEDPOKLADŮ PRO VÝPOČET ÚČINNOSTI (pokračování) Ztráta nedopalem v tuhých zbytcích je dána fixně pro ložový popel a úletový popílek a to jako hmotnostní podíl uhlíku daného tuhého zbytku; hodnota ztracené energie je dána reakcí daného množství uhlíku na CO 2. Ztráta chemickým nedopalem je dána fixně obsahem CO ve spalinách; hodnota ztracené energie je dána doreagováním daného množství CO na CO 2. Užitečné teplo je teplo předané vodě jak ve fázi kapalné, tak ve fázi plynné. Hodnota odluhu je minimální (max. 1 hod denně). Jako teplota úletového popílku je použita teplota na výstupu z kotle Jako teplota ložového popele je použita teplota fluidního lože 850 C. Chyby měření obsahu popeloviny a vody v palivu UH1 nastaveny na 3 % Koncentrace O 2 emisního monitoringu nastavena jako neměřená. Koncentrace CO ve spalinách byla nastavena na 25 mg/nm3 přepočtené na referenční obsah O2 = 6 %; měření CO v roce 2014 chybí 21

22 KRITERIA PŘEDČIŠTĚNÍ KRITERIA PŘEDČIŠTĚNÍ Mez pro status validačního modelu 0,5 (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají status menší) Mez pro užitečné teplo 95 MW (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají užitečné teplo větší) Neprobíhá ofukování spalinových výměníků Nebyly některé důležité hodnoty v daném vzorku dat 22

23 2014 KONCENTRACE KYSLÍKU Kyslík [%] Kyslík [%] 23

24 TEPLOTA SPALIN NA VÝSTUPU Z KOTLE Teplota [ C] Teplota [ C] 24

25 Učinnost [%] Rozdíl ( ) Užitečné teplo [MW] Rozdíl [%] 25

26 ÚČINNOST MĚŘENÍ vs PREDIKCE Účinnost 2014 Měření versus Predikce 93 Účinnost 2015 Měření versus Predikce Účinnost naměřená [%] Účinnost naměřená [%] Účinnost vypočítaná [%] Účinnost vypočítaná [%] 26

27 VALIDACE MODELU TEPLO MĚŘENÍ vs PREDIKCE REZIDUUM Teplo 2015 Měření versus Predikce Histogram Teplo naměřené [MW] Teplo vypočítané MW] Reziduum[MW] 27

28 Palivo: MEP: 39,8 Teplo Regresní křivka - Sheet1 Postupná výstavba modelu predikce Užitečného tepla Poznat à Řídit à Zlepšit + Popelovina + Popelovina ^2 MEP: 3,00 2,87 Y-naměřené Y-predikce - Sheet Palivo Y-predikce + Palivo^2 MEP: 36,5 Y-naměřené Y-predikce - Sheet1 + Spalné teplo + Teplota NV + Teplota VZD MEP: 0,950 0,948 0,906 Y-naměřené Y-predikce - Sheet Y-predikce Y-predikce + Voda MEP: 30,5 Y-naměřené Y-predikce - Sheet1 + Složené členy MEP: 0,137 Y-naměřené Y-predikce - Sheet Y-predikce Y-predikce 28

29 93 Účinnost 2014 Účinnost naměřená 2014 Účinnost vypočítaná 2014 Voda Popelovina Účinnost[%] Voda, Popelovina [%]

30 93 Účinnost 2015 Účinnost naměřená 2015 Účinnost vypočítaná 2015 Voda Popelovina Účinnost[%] Voda, Popelovina [%]