ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8208Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Калейніков, Геннадій Євгенійович | - |
| dc.contributor.author | Дяченко, Андрій Сергійович | - |
| dc.date.accessioned | 2026-03-13T08:47:30Z | - |
| dc.date.available | 2026-03-13T08:47:30Z | - |
| dc.date.issued | 2023-01-30 | - |
| dc.identifier.uri | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8208 | - |
| dc.description.abstract | Розробка системи технічної діагностики процесів шлакування та забруднення поверхонь нагріву пиловугільних парових котлів, що функціонує в режимі online на основі інтерпретації штатної інформації АСУ ТП та науково-обґрунтованих алгоритмів обробки балансових рівнянь для оцінки теплової ефективності радіаційних, напіврадіаційних та конвективних поверхонь нагріву. Система реалізована на рівні алгоритмічного та програмного забезпечення мовою програмування C#, вбудовану в діючу систему АСУ котельного агрегату. Проект спрямований на підвищення надійності, ефективності та економічності роботи парових котлів шляхом оперативної підтримки поверхонь нагріву в експлуатаційному чистому стані, які забезпечують оптимальні режимні характеристики основного технологічного обладнання. Ця система знаходиться на стадії дослідної експлуатації на котлоагрегаті БКЗ-200-100 | uk_UA |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.subject | парові котли | uk_UA |
| dc.subject | забруднення | uk_UA |
| dc.title | Розробка системи технічної діагностики забруднення парових котлів ТЕЦ | uk_UA |
| dc.type | Master Thesis | uk_UA |
| Appears in Collections: | 144 Теплоенергетика (Теплоенергетика) | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Дяченко Андрій.pdf Restricted Access | 3.34 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Черкаський державний технологічний університет Факультет компютерних технологій машинобудування та дизайну Кафедра енерготехнологій ЗАТВЕРДЖУЮ Завідуючий кафедри ______ підпис ініціали, прізвище «16»грудня2022 р. МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА РОЗРОБКА СИСТЕМИ ТЕХНІЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ ШЛАКУВАННЯ І ЗАБРУДНЕННЯ ПАРОВИХ КОТЛІВ тема 144 Теплоенергетика та теплотехніка код та найменування напряму 144 Енергоефективні технології виробництва електричної та теплової енергії код та найменування магістерської програми Науковий керівник 20.11.2022 ______ д.т.н., професор Г.Є. Калейніков підпис, дата Посада вчений ступінь ініціали, прізвище Випускник 20.11.2022 підпис, дата ініціали, прізвище Рецензент 20.11.2022 Директор АТ _ «Черкаська ТЕЦ-1» підпис, дата посада вчений ступінь ініціали, прізвище Нормоконтролер 20.11.2022 підпис, дата ініціали, прізвище Черкаси 2022 Черкаський державний технологічний університет Факультет компютерних технологій машинобудування та дизайну кафедра енерготехнологій ЗАТВЕРДЖУЮ Завідуючий кафедри _______ підпис ініціали, прізвище «16» грудня 2022 р. ЗАВДАННЯ НА ВИПУСКНУ КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ у формі Магістерської роботи бакалаврської роботи, дипломного проекту, дипломної роботи, магістерської дисертації Студенту Дяченку Андрію Сергійовичу прізвище ім'я по батькові Група мТЕ-78 Напрямок (спеціальність) 144 Номер код Енергоефективні технології виробництва електричної та теплової енергії найменування Тема випускної кваліфікаційної роботи Розробка системи _______________ технічної діагностики шлакування та забруднення парових котлів Керівник ВКР д.т.н. Калейніков Г.Є. ініціали, прізвище, посада, вчене звання та місце роботи Вихідні дані для ВКР Котлоагрегат БКЗ-220-100 ________________ «Черкаська ТЕЦ, дані АСУ ТП та KKS котлоагрегату. Перелік розділів ВКР: 1) Вступ _____________________________________ 2) Основна частина _______________________________________________ 3) Техніко-економічна частина _____________________________________ 4) Висновок _____________________________________________________ 5) Список використаних джерел ____________________________________ 6) Додатки Перелік графічного матеріалу: 1) Поздовжній розріз котельного агрегату БКЗ-220-110 ст. №6 АТ «Черкаська ТЕЦ». _____________________ 2) Схема водяного очищення котла БКЗ-220-100 АТ «Черкаська ТЕЦ». ____________________________________________________________ 3) Схема пароперегрівачів котла БКЗ-220-100 АТ «Черкаська ТЕЦ». Керівник ВКР ____________________ ________________ Калейніков Г.Є. _ підпис ініціали та прізвище Завдання прийняв до виконання ______ Дяченко А.С. підпис ініціали та прізвище студента «16» грудня 2022 р. РЕФЕРАТ Розробка системи технічної діагностики процесів шлакування та забруднення поверхонь нагріву пиловугільних парових котлів, що функціонує в режимі online на основі інтерпретації штатної інформації АСУ ТП та науково-обґрунтованих алгоритмів обробки балансових рівнянь для оцінки теплової ефективності радіаційних, напіврадіаційних та конвективних поверхонь нагріву. Система реалізована на рівні алгоритмічного та програмного забезпечення мовою програмування C#, вбудовану в діючу систему АСУ котельного агрегату. Проект спрямований на підвищення надійності, ефективності та економічності роботи парових котлів шляхом оперативної підтримки поверхонь нагріву в експлуатаційному чистому стані, які забезпечують оптимальні режимні характеристики основного технологічного обладнання. Ця система знаходиться на стадії дослідної експлуатації на котлоагрегаті БКЗ-200-100 АТ «Черкаська ТЕЦ». Очікуваний ефект від впровадження на даному котлі за рахунок зменшення циклів обдування та зменшення інтенсивності шлакування становитиме 1302 млн. грн. на рік на один котлоагрегат. 2 ЗМІСТ ВСТУП ....................................................................................................................................... 5 1.1 Механізми відкладення золи ..................................................................................... 6 1.2 Статистика відмов тепломеханічного обладнання станцій з аналізом причин відмов. ...................................................................................................................................... 7 1.3 Техніко-економічна оцінка шкоди за причинами,................................................. 12 викликаними шлакуванням та забрудненням поверхонь нагріву. ..................................... 12 Класифікація простоїв котла БКЗ 220-100ГЦ ......................................................................... 12 1.4.1 Система діагностики Bergemann SMART FluxSensor ....................................... 13 1.4.2 Система діагностики Bergemann SMART IsoTemp ........................................... 14 1.4.3 Система діагностики Bergemann SMART InfraScan .......................................... 16 1.4.4 Система діагностики Bergemann SMART Gauge ............................................... 17 1.4.5 Система онлайн діагностики «Expert» ................................................................ 18 Модуль розрахунку котла ...................................................................................................... 18 1.4.6 Система діагностики на основі вібраційного сигналу пароперегрівачів......... 19 1.4.7 Актуальність створення вітчизняної технічної системи діагностики.............. 20 1.5 Обґрунтування вибору об'єкта дослідження .......................................................... 21 Класифікація простоїв котла БКЗ-220 та .................................................................................. 22 за причинами ............................................................................... Error! Bookmark not defined. 1.6 Очікуваний результат ............................................................................................... 23 1.7.1 Загальний опис котельного агрегату ................................................................... 24 1.7.2 Циркуляція та пароперегрівачі ............................................................................ 25 1.7.3 Очищення поверхонь нагріву БКЗ-220 ............................................................... 30 1.8 Постановка цілей та завдань .................................................................................... 32 2.1 Ідеологія методики оцінки інтенсивності шлакування та забруднення з урахуванням реального об'єкта.............................................................................................. 33 2.2 Необхідні технологічні параметри та розрахункові дані ...................................... 35 2.3 Розрахунок обсягів та ентальпій продуктів згоряння ........................................... 38 2.4 Коефіцієнт корисної дії та витрата палива котельного агрегату БКЗ-220 .......... 40 2.5 Розрахунок коефіцієнта ефективності топкових екранів...................................... 45 2.6 Розрахункова модель коефіцієнта теплової ефективності для напіврадіаційних поверхонь нагрівання ............................................................................................................. 49 2.8 Верифікація одержаних аналітичних результатів ................................................. 52 3.1 Розробка алгоритмічного забезпечення .................................................................. 52 3.2 Модуль аналізу та роботи з базами даних .............................................................. 56 3.3 Розрахунковий модуль ............................................................................................. 56 3.4 Модуль обробки отриманих результатів ................................................................ 58 3 3.4.1 Метод ковзного середнього ................................................................................. 59 3.4.2 Метод найменших квадратів ................................................................................ 60 3.4.3 Експонентне згладжування .................................................................................. 61 3.5 Модуль візуалізації даних ........................................................................................ 62 3.6 Модуль рекомендацій щодо обдування .................................................................. 62 3.7 Модуль зберігання даних ......................................................................................... 62 4.1 Обґрунтування вибору мови програмування ................................................................. 63 4.2 Технічні вимоги до програмного продукту .................................................................... 64 ВИСНОВОК ............................................................................................................................ 74 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................................. 1 4 ВСТУП У сучасній світовій енергетиці на електростанціях, які працюють на твердому органічному паливі, незважаючи на величезну кількість наукових праць та досліджень, зберігає свою актуальність проблема шлакування та забруднення поверхонь нагріву енергетичних котельних агрегатів. Ця проблема актуальна через те, що на електростанціях використовується, як правило, вугілля нижчої якості, і, найчастіше, з низькою калорійністю та високим вмістом золи у продуктах згоряння, а також тому, що неможливо в режимі онлайн відстежувати точний склад твердого палива, склад його мінеральної частини, тоніну помелу та інші фактори, вплив яких на ведення режиму енергетичних котлів відіграють велику роль [1]. Саме тому дана проблема є найбільш актуальною, особливо при спалюванні «сильно шлакуючих» або непроектних палив, зокрема, Кансько-Ачинського бурого вугілля. Зашлакованість призводить до величезної низки проблем, таких як: • Перепал труб. • Збільшення температури газів. • Збільшення витрати електроенергії на вентиляцію через збільшення опору газовим трактом. • Корозія труб (кремінна). • При падінні шлаку з верхньої частини топки в под може виникнути свищ, внаслідок якого необхідно буде негайно зупиняти котельний агрегат. • Збільшення витрати пального Всі ці проблеми безпосередньо впливають на економічність та надійність роботи котлоагрегатів. Основними факторами, що впливають на інтенсивність шлакування, є конструкція поверхонь нагріву котла, властивості та склад вугілля, особливо органічної негорючої частини, та умов експлуатації котла. Також в останні роки станції використовують спалювання суміші вугілля для покращення економічності роботи електростанції. Наприклад, Красноярська ТЕЦ-3 у 2019 році проводила апробацію роботи котельного агрегату на Березівське вугілля. Однак спалювання сумішей вугілля при незмінній конструктивній складовій котельного агрегату може призводити до шлакування поверхонь нагріву, що, у свою чергу, збільшує аварійність та знижує економічність роботи котельного агрегату. Таким чином, проблема шлакоутворення стає сильно помітною через спалювання непроектного палива [2]. 5 1 Проблема шовкування та забруднення поверхонь нагріву пиловугільних енергетичних парових казанів. 1.1 Механізми відкладення золи Як правило, існує чотири основні механізми процесу осадження золи, у тому числі інерційні удари, конденсація парів, термофорез та хімічні реакції. 1. Інерційний вплив вважається найважливішим механізмом, який робить значний внесок у процес нарощування осадження. Цей процес відбувається, коли частки (> 10 мкм) мають достатню інерцію, щоб, набуваючи швидкості газу, впливати на поверхні теплопередачі за допомогою сил інерції [3, 4]. Швидкість удару залежить від багатьох факторів, включаючи властивості газового потоку, кут і швидкість удару, щільність та форму частинок, розмір частинок та геометрію «мішені», і визначається як відношення числа частинок, що впливають на поверхню теплопередачі, до загальної кількості частинок в газовому потоці. Інерційне зіткнення часток можна охарактеризувати як функцію числа Стокса. [4] 2. Термофорез - це процес, при якому частки переносяться в потоці газу через локальні температурні градієнти. [5] У деяких ситуаціях цей механізм стає домінуючим для субмікронних частинок (<10 мкм), коли різниця температур між поверхнею і димовим газом досить велика. [6] Ці термофоретичні відкладення ґбільш дрібні та рівномірніші, розподілені на поверхні. [7] Термофоретичний потік субмікронних частинок до поверхонь може бути розрахований на основі термофоретичної швидкості, а термофоретична сила може бути виражена як функція чисел Кнудсена. [8] 3. Конденсація відбувається, коли неорганічні пари проходять через холодні поверхні теплопередачі та конденсуються або на поверхнях, холодніших, ніж потік газу, або вже на осаджених частинках. Кількість конденсації залежить від специфіки способу появи неорганічної речовини. [9] Відкладення (> 0,5 мкм), які конденсуються навколо труб, є липкими та рівномірно розподіленими [10][11]. Швидкість конденсації визначається масоперенесенням, коефіцієнт якого визначається числом Шервуд (Sh). [12] 4. Хімічні реакції відбуваються через гетерогенні реакції між вже утвореним шлаком та різними газами. Найбільш важливими хімічними реакціями щодо осадження золи є: а) окислення, б) сульфатування, в) поглинання лугу г) евтектика. 6 Основними сульфатуючими речовинами є ті сполуки, які містять лужні метали (калій та натрій) у вигляді конденсованих гідроксидів або, можливо, хлоридів. Кожен з механізмів шлакування залежить від величезної кількості факторів, починаючи від складу мінеральної частини палива, закінчуючи кутом шиберу до шиберного пальника та ступеня рециркуляції. При врахуванні кожного з цих факторів унеможливлюється побудова адекватної математичної моделі. Тому при виборі рішення варто мінімізувати кількість факторів для спрощення та здешевлення рішення. Самі ж шлакові відкладення також можна розділити за змивними властивостям на: • Початковий шар відкладень. Коли димовий газ тече через поверхні нагріву, частинки летючої золи «уловлюються» і тверднуть. Тонкий шар попелу осідає на поверхні труби, який називається Початковий шар. Це «основа» шлакування на поверхні нагріву [13]. • Формування внутрішнього спеченого шару: частинки попелу починають впливати на труби панелі. Частинки золи, що переносяться димовими газами, що зв'язуються з частинками золи в початковому шарі відкладень через високу в'язкість між собою. Внутрішній спечений шар починає помітно впливати на коефіцієнт ефективності поверхні нагріву, однак може бути відносно легко вилучений. • Формування зовнішнього спеченого шару. Зі збільшенням товщини внутрішнього спікаючого шару температура поверхні шару золи підвищуватиметься. При досягненні температури плавлення золи виникає пластична текуча плівка. Цим шаром все більше і більше частинок золи в димовому газі вловлюється та поступово інтегрується. В результаті, спечений шар стає товстим і не може бути очищений обдувними апаратами. 1.2 Статистика відмов тепломеханічного обладнання станцій з аналізом причин відмов. У українській енергетиці на електростанціях, зокрема, і пиловугільних станціях постійно збираються та аналізуються дані щодо причин і тривалості відмов, оскільки більшість відмов тягнуть за собою зниження генерованої потужності ГТП, що здатно суттєво вплинути на надійність роботи енергосистеми та частоту струму в мережі [14]. Під аваріями та відмовами розуміють такі причини: • Знос обладнання та ізоляції • Помилки проектування • Недоліки вузлів та деталей, агрегатів, заводські дефекти • Дефекти монтажу та налагодження • Невідповідність умов роботи обладнання проектним режимам 7 • Помилки оперативного, керівного, ремонтного персоналу та порушення виробничих інструкцій та нормативних документів (РД, ДСТУ тощо) На рисунку 1 представлена структура українській енергосистеми кінець 2019р. Частка вугільної потужності становить близько 20,4%. Рисунок 1 - структура енергосистеми України На рисунках 2 та 3 представлена частка генерації енергії на 2019 р. згідно з даними НП радянського ринку для першої та другої цінової зони відповідно, частка вугільної генерації для 1 цінової зони становить 9%, а для 2 цілих 47%. 8 Рисунок 2 - Частка генерації 1 цінова зона Рисунок 3 - Частка генерації 2 цінова зона На рисунку 4 представлені частки відмов основного устаткування теплових електричних станцій за період з 1998 по 2005 рр., які спричинили тимчасове зниження генерованої електроенергії та зменшили надійність роботи енергосистеми. 9 Рисунок 4 - Класифікація відмов обладнання теплових електричних станцій з належності до ОПФ Відмови котельного обладнання роблять великий внесок у зниження генерованої потужності, проте цей вплив знижується для станцій з поперечними зв'язками. Частки відмов щодо пошкоджень обладнання для котелень російських пиловугільних станцій можна структурувати, як показано на рисунку 5. Рисунок 5 - Класифікація відмов обладнання котельного цеху 10 Найчастіше при пошкодженні зовнішніх трубопроводів у межах котельного агрегату або поверхонь нагрівання відбувається зупинка котла, так як згідно з ПТЕ, котел повинен бути негайно зупинений у разі наявності свища в поверхні нагріву у разі, якщо витрата через свищ перевищує допустиму витрату для цього котла згідно з паспортом котла. Порушення обмурівки або відмова будь-якої запірної або регулюючої арматури зазвичай не призводить до зниження потужності в силу надійності схем за рахунок резервування найважливіших елементів котельного агрегату (поживна лінія, допоміжні механізми тощо). Іноді для водяних економайзерів першого ступеня можливо відключення їх по середовищі, що нагрівається за наявності шунтів на зрівняльних лініях водяних економайзерів та зниження навантаження котла. Вода байпасується у другий ступінь ВЕКу, минаючи перший. Однак цей спосіб використовується рідко через те, що економайзери виготовляються з нелегованих дешевих сталей (сталь 20), та перевищення температури стінки поверхні нагріву сильно обмежено умовами термічної втоми металу. На рисунку 6 представлена статистика відмов поверхонь нагріву за причинами. Рисунок 6 - Класифікація відмов поверхонь нагріву за різними причинами Ця статистика є умовною через те, що в деяких випадках важко однозначно говорити про дійсну причину свища в 11 поверхні нагріву, оскільки часто порушення цілісності стінки має тривалий та інерційний характер. 1.3 Техніко-економічна оцінка шкоди за причинами, викликаними шлакуванням та забрудненням поверхонь нагріву. Вивчення актів розслідувань технологічних порушень у роботі електростанції мережі або системи одного з котлів на прикладі Красноярської ТЕЦ-2 та проведення статистичного аналізу показали, що сумарна кількість непередбачених простоїв котла склала в період з 2012 по 2016 р. 2547 годин для всіх котлів Красноярської ТЕЦ-2. Приблизно 607 годин припало на простої через ремонти, викликані зашлакованістю поверхонь нагрівання котельного агрегату, що складає приблизно 23%. 1675 годин простою викликані втомою металу, 111 годин через проведення неякісних ремонтів та ін. (рисунок 7). Класифікація простоїв котла БКЗ-500 та420 за причинами Рисунок 7 - Класифікація простоїв котла БКЗ-500 та БКЗ-420 за причинами При цьому приблизні збитки, спричинені недовиробленням електроенергії через простої з причин, викликаних зашлакованістю, з достатньою точністю можна оцінити за формулою (1.1), що в результаті складає приблизно 6,6 млн. рублів за рік у період з 2012р. по 2016р. 12 де �� — кількість годин простою обладнання N - недовироблена потужність, викликана простоєм; C - чистий прибуток із проданого 1 МВт*год енергії; n – кількість пусків, яка залежить від кількості зупинок; Pпуск - витрати на електроенергію, розпалювальне паливо та ін. на пускові операції; Pремонт - вартість позапланового ремонту, спричиненого причинами шлакування та забруднення; △ - штрафний коефіцієнт дельта, який залежить від виду диспетчерського простою. Необхідно підкреслити, що ця шкода була порахована тільки для одного котельного агрегату і тільки за тими аварійними випадками, на які складався «Акт розслідування технологічного порушення у роботі електростанції, мережі, чи енергосистеми». 1.4 Огляд та аналіз існуючих систем діагностики шлакування та забруднення поверхонь нагріву пиловугільних енергетичних парових котлів 1.4.1 Система діагностики Bergemann SMART FluxSensor На даний час використовуються різні датчики та програмні рішення, щоб визначити та оцінити актуальний ступінь забруднення котла. З цією метою, наприклад, може використовуватися термодинамічне моделювання, яке оцінює ефективність теплопередачі та визначає можливість підвищення для кожної секції котла [15]. Компанія Clyde Bergemann приділяє велику увагу, так званою, «розумною очисткою», і є лідером з виробництва та впровадження таких систем. Перша технологія діагностики використовується переважно для топкових екранів і називається SMART FluxSensor. Система здійснює прямий вимір теплового потоку з боку топки. Спеціальними термопарами вимірюються температури в мембранних трубах (рис. 8). Виміри використовуються для обчислення щільності теплового потоку на основі констант матеріалу та калібрувальних даних. Визначення значення температури поверхні труб для оцінки термічного впливу і, таким чином, термін служби труб. 13 Рисунок 8 - Мембранні труби із вбудованими термопарами системи SMART FluxSensor SMART Flux сенсори конфігуруються, виготовляються та калібруються індивідуально для кожної установки. SMART Flux сенсори поставляються повністю змонтованими та готовими до встановлення. Секція резервних вимірів вже встановлено в сенсорі. Ці дані направляються в модуль аналізу SMART Furnace, де різні програми оцінюють та інтерпретують дані [15]. Ця система має такі переваги: 1. Вимірювання теплового потоку, визначення шлакування в топці, визначення потрібного апарату для очищення і, таким чином, запобігання неконтрольованій зашлаковці топки та незапланованим зупинкам. 2. Відсутність додаткових отворів в котлі, що не збільшує присос повітря. 3. Компактність та простота технології. 4. Збільшення теплопередачі та ККД. Недоліками даної системи є: 1. Висока вартість цього комплексу. 2. Неточність вимірювання через те, що датчики не охоплюють всю поверхню нагріву, і зона шлакування може не потрапити в область знаходження датчика, а перебувати поруч. 1.4.2 Система діагностики Bergemann SMART IsoTemp Наступна технологія від компанії Bergemann SMART IsoTemp безперервно та безконтактно вимірює температуру полум'я та димових газів. 14 Дана вимірювальна система заснована на пірометрі випромінювання. Пірометр визначає випромінювання у топці. Виміряне випромінювання трансформується у температурний сигнал. При використанні понад п'яти пірометрів можна згенерувати температурний профіль топки. Візуалізація здійснюється як одно- або двовимірне зображення (рисунок 9) Рисунок 9 - візуалізація температурного профілю топки системи Bergemann SMART IsoTemp Система може використовуватися як одновимірна (1-2 SMART IsoTemp- пірометра) або двовимірна (мінімум 5 SMART IsoTemp-пірометрів) вимірювальна система. Ґрунтуючись на результатах виміру, можуть проводитися коригувальні дії у системі горіння, щоб тримати температуру спалювання в оптимальному режимі для стабілізації робітників параметрів [15]. До переваг цієї системи варто віднести: 1. Безперервний вимір параметрів процесу - температури полум'я та димових газів, спостереження за змінами в часі. Швидке коригування для оптимізації процесу горіння, наприклад, контроль подачі повітря чи палива 2. Мінімальна потреба в площі для встановлення та відсутність рухомих частин 3. Необхідний невеликий отвір у мембранній стінці котла 4. Низька витрата запірного повітря На жаль, у даної системи є такі недоліки: 15 1. Наявність додаткового отвору у мембранній стінці. 2. Дорожнеча. 3. Немає розуміння, де розташовується забруднення: зовні або всередині труби. 4. Неточність вимірювання температури через наявність у топці великих температур 1.4.3 Система діагностики Bergemann SMART InfraScan Ще одна безконтактна технологія від Clyde Bergemann – це SMART InfraScan для вимірювання температури стінок топки за допомогою інфрачервоних сенсорів (рисунок 10) Рисунок 10 – інфрачервоний сенсор системи Bergemann SMART InfraScan Інфрачервоний сенсор - це частина камери, яка знаходиться в передній частині пристрою і охолоджується повітрям та водою. Камера вводиться поступово в котел за допомогою висувного пристрою. Інфрачервона камера сканує стінки топки, вимірюючи температуру поверхні. Обертальний механізм на підшипникових опорах забезпечує правильне положення та обертання камери. Після завершення вимірювання механізм повертає камеру у вихідний стан зовні котла [15]. Кількість необхідних інфрачервоних сенсорів залежить від конструкції топки та інфрачервоної «прозорості» димових газів. Довжина хвилі детектора вибирається для існуючих властивостей. димових газів. Ця система має цілий ряд переваг, таких як: 1. Цілеспрямоване параметризоване очищення знижує термічний вплив на мембранні труби 16 2. Зниження впливу на процес у цілому внаслідок оптимізованого очищення 3. Автоматичний старт очищення та своєчасне видалення шлаку Система діагностики SMART InfraScan має такі недоліки: 1. Система стає некорисною при найменшій зміні палива, що спалюється. 2. Дорожнеча. 3. Мінімальна точність при нестабільному процесі горіння. 1.4.4 Система діагностики Bergemann SMART Gauge У компанії Bergemann існують і сенсори для прямого виміру ступеня зашлакованості поверхні нагріву. SMART Gauge призначений для прямого вимірювання ваги зольних відкладень на конвективні поверхні теплообміну на основі принципу тензометрії. Схематично принцип дії цієї системи представлений рисунку 11. Рисунок 11 - Тензо-датчики системи SMART Gauge SMART Gauge сенсор встановлюється на підвісних трубах зовні котла та вимірює зміну ваги зольних відкладень на конвективні поверхні теплообміну, використовуючи принцип тензометрії. Збільшення забруднення супроводжується збільшенням ваги відкладень. Потім локалізуються зона сильного забруднення. Кількість сенсорів залежить від геометрії котла, розташування теплообмінників та кількості та розташування очисних апаратів [15]. Для спеціальних застосувань є високотемпературні сенсори до 600°C При досягненні певної кількості сенсорів SMART Gauge можливо створити профіль розподілу відкладень за перерізом котла Переваги: 17 • Точне визначення маси відкладення на поверхнях теплообміну, можливо проводити вибіркове автоматичне онлайн- очищення. Недоліки: • Невідоме точне розташування шлакування. • Перевитрата обдувної води та електроенергії на обдування через невідомості розташування шлакування. • Призначена тільки для легких підвісних поверхонь нагріву. При цьому неможливе визначення зашлакованості топкових екранів. 1.4.5 Система онлайн діагностики «Exspert» Ізраїльська електрична корпорація також має розробку з назвою «Exspert», пов'язану з діагностикою для збільшення ефективності та зменшення викидів на основі діагностики шлакування поверхонь нагріву. Їхня просунута система діагностики включає велику базу даних про об'єкт, що діагностується, такі як: • Дані дизайну пристрою. • Заводські та оновлені креслення. • Інформація про обслуговування. • Приймальні та інші протоколи випробувань. • Дані аналізу палива. • Дані про викиди та екологічні паспортні «норми». • Експлуатаційний статус та фізичний стан об'єкта, такі як: 1. аналіз причин та тривалості простоїв. 2. дослідження історії діяльності (роботи та продуктивності) 3. інформацію про планові та примусові відключення 4. звіт про поточний стан об'єкта Сама система діагностики шовкування заснована на прямих вимірюваннях товщини та відбивної здатності шлаку, спираючись на які, а також на «базу», система дає рекомендації про продування, а також аналізує можливу ефективність цих дій. Модуль розрахунку котла Модуль розрахунку котла розраховує: ➢ Температуру газу на виході з топки та її відхилення, ➢ Утворення всередині екранних труб та зовнішнє шлакування, а також 18 ➢ Теплове поглинання водяних стін. Відхилення виміряних та паспортних (розрахункових) даних вказує аномальний робочий стан екранів. Аналіз цього відхилення дозволяє зрозуміти причину погіршення та рекомендувати коригувальні заходи оператора. Цей модуль заснований на самостійно-розробленому алгоритмі, який дозволяє проводити онлайн-розрахунок ефективності котла, коефіцієнтів тепловіддачі та чистоти на кожному етапі моніторингу (місце моніторингу). Дані про зашлакованість котла збираються оптичними датчиками. Модуль розрахунку котла оцінює підвищення ефективності в результаті вибраних заходів (наприклад, видування шлаку) для досягнення ідеальної ефективності очищення. Забрудненість теплових поверхонь котла визначається шляхом порівняння їхнього загального коефіцієнта теплопередачі з максимальними значеннями, що відповідають їхній чистій умові. Система включає процедури фільтрації сигналів, які безперервно оцінюють узгодженість отриманих даних. Система моніторингу забезпечує оператору оцінку чистоти кожної секції котла за 100 бальною шкалою. Плюси цієї системи: • Враховує вплив не тільки на роботу котла, а на роботу всього блоку загалом. • Зрозумілий інтерфейс • Прямота вимірів • Онлайн оцінювання економічної ефективності ваших дій та можливість передбачати подальший хід шлакування котла • Система дає рекомендації, що дає можливість машиністу котла не відволікатися на вивчення складних графіків зміни коефіцієнта чистоти або відбиваючою здатності. Мінуси: • Безліч врахованих даних ставить під сумнів точність моделі, проте точність даних з онлайн датчиків при цьому не страждають. • Датчики вимірюють лише зашлакованість топки. 1.4.6 Система діагностики на основі вібраційного сигналу пароперегрівачів Китайські вчені також займаються експериментами над подібними системами. Однією з таких систем є система діагностики 19 шлакоутворення на основі вібраційного сигналу панелей пароперегрівача вугільних котлах [5]. Рисунок 12 – Принципова схема роботи системи При наростанні шлаку на поверхні пароперегрівача відбувається зміна спектра та частоти вібраційних обурень, спричинених появою додаткових вихорів за панеллю пароперегрівача. До переваг цієї системи варто віднести: • Відносно дешева система • Швидкий розрахунок • Не залежить від виду палива, що спалюється Мінусами цієї системи є: • Система не дає розуміння, який пакет зашлакований. • Ця система адекватно працює тільки на першому ступені Рисунок 12 - Принципова схема роботи системи пароперегрівача. Далі хвилі від різних щаблів непередбачувано накладаються один на одного та спотворюють картину. • Система малоефективна без використання додаткових датчики, такі як пірометри і т.д. 1.4.7 Актуальність створення вітчизняної технічної системи діагностики Багато вищезгаданих систем технічної діагностики процесів шлакування є досить ефективними, проте багато хто не враховують ряд важливих режимних факторів, що не завжди є точним. Також відсутня єдина уніфікована методика визначення забрудненості поверхні нагріву. 20 Також зарубіжні системи вимагають колосальних витрат, а також установки великої кількості обладнання та датчиків, що знижує їх привабливість. У зв'язку з цим існує потреба у створенні недорогої альтернативної системи технічної діагностики процесів шлакування поверхонь нагріву в режимі онлайн, яка мала б у своєму арсеналі обчислювальний апарат для визначення ступеня забруднення поверхні за даними з АСУ ТП котельного агрегату, для якої було б достатньою кількість штатних датчиків та обдувальних апаратів, встановлених на котлі. У системі діагностики має бути передбачено наявність рекомендацій за місцем і часом та параметрами очищення, а також передбачено можливість за розрахунковими даними прогнозувати інтенсивність шлакування та давати рекомендації за місцем встановлення обдувних апаратів. 1.5 Обґрунтування вибору об'єкта дослідження Провівши дослідження та статистичний аналіз зупинок котлоагрегатів Красноярської філії СГК, а саме БКЗ-500 та БКЗ-420 Красноярської ТЕЦ-2, котлоагрегатів БКЗ-320ПТ2 та БКЗ-320ПТ5 Красноярської ТЕЦ-1 та котлоагрегату ТПЕ-216 Красноярської ТЕЦ-3 період із 2012 по 2016 рр. з'ясувалося, що кількість аварійних зупинок, зафіксованих документально інспекцією з техніки безпеки, склало 22 для котлів БКЗ-500 та БКЗ-420 (рисунок 15), 12 для котлів БКЗ-320 (рисунок 13), та 2 для котла ТПЕ-216 (рисунок 14). Рисунок 13 - Класифікація відмов котлів Красноярської ТЕЦ-1 БКЗ-320 з різних причин 21 Рисунок 14 - Класифікація відмов котлів Красноярської ТЕЦ-3 ТПЕ-216 з різних причин Рисунок 15 - Класифікація простоїв котла БКЗ-500 та БКЗ-420 з причин При цьому найбільшому шлакуванню для котлів БКЗ-420 та БКЗ-500 схильні ширмові пароперегрівачі, на частку яких припадає 3 аварійні зупинки, 1 зупинка доводиться на шлакування топкових екранів та 1 зупинка на конвективний пароперегрівач (рисунок 16). Варто зауважити, що найбільше шлакування зазнають котли номер 1 і 3, що швидше за все обумовлено типом шлаковидалення котла. 22 Рисунок 16 - Розподіл відмови котлів Красноярської ТЕЦ-2 БКЗ-500 та БКЗ-420 за елементами Для котлів БКЗ-320 красноярської ТЕЦ-1 більшість відмов припадає на топкові екрани та водяний економайзер. Для котла ТПЕ-216 всі відмови, викликані шлакуванням, припадають на конвективні пароперегрівачі. Як пілотний майданчик для апробації методики оцінки інтенсивності шлакування, а також встановлення програмного комплексу системи технічної діагностики обрано котел №6 БКЗ-500 Красноярської ТЕЦ-2, так як даний котел є одними з найпотужніших серед Красноярських станцій, а також через наявність найбільш сильних проблем з шлакуванням даних котлів. Також цей котел є найбільш сучасним котлом у складі Красноярської ТЕЦ-2. Ще одним плюсом є те, що на ньому встановлено автоматизовану систему управління технологічним процесом. 1.6 Очікуваний результат Використання систем технічної діагностики та управління засобами очищення дозволяють проводити очищення за необхідності, а також дозволяє вести режим найбільш надійно та економічно, що дозволяє отримати вигоди від: 1) Енергозбереження через зменшення подачі води та пари обдувними апаратами, оскільки не завжди під час експлуатації поверхні обдуваються, коли це потрібно. 2) Економія через скорочення циклів обдування, які призводять до руйнування труб через термошок. 23 3) Зменшення витрати вугілля через своєчасне застосування обдування, яке буде підтримувати ККД котла на максимальному рівні. 4) Зменшення грошових втрат через позапланові простої обладнання, викликаного шлакуванням. 5) Зменшення витрат на ремонт та розшлакування обладнання. Своєчасне, а головне, правильне очищення поверхонь нагріву призводить не тільки до збільшення ККД котельного агрегату, а й до меншого шлакування, оскільки чим вище ККД котельного агрегату, тим менше палива потрібно для подачі в топку, тим менше шлаку буде осідати на поверхнях нагріву за інших рівних умов. 1.7 Опис котла БКЗ-500 Красноярської ТЕЦ-2 1.7.1 Загальний опис котельного агрегату Котел вертикально-водотрубний з природною циркуляцією, однобарабанний, однокорпусний, П-подібного компонування, з врівноваженою тягою, у газощільному виконанні. Призначений для роботи на бурих, включаючи вугілля Кансько-Ачинського басейну, або кам'яного вугілля. Топка обладнана пилокутними пальниками, розпалювальними вихровими мазутними пальниками, повітряними соплами верхнього дуття та системою сопів нижнього дуття. Залежно від виду та характеристики палива, що спалюється застосовуються різні конструкції пальникових пристроїв та схеми їх розміщення у топці. Для забезпечення нормативних викидів оксидів азоту (NOx) на котлі організовано ступінчасте спалювання палива за рахунок подачі частини гарячого повітря, необхідного для вигоряння палива, в холодну вирву через систему сопел нижнього дуття і вище пиловугільних пальників через повітряні сопла верхнього дуття. Повітряні сопла нижнього дуття розташовані за зустрічно-зміщеною схемою на скатах холодної вирви. Повітряні сопла верхнього дуття розташовані на стінах топки вище пиловугільних пальників. 24 Рисунок 17 - Поздовжній розріз котла БКЗ-500 1.7.2 Циркуляція та пароперегрівачі Барабан котла із внутрішнім діаметром 1600мм, довжиною циліндричної частини 18000мм та товщиною стінки 112 мм виконаний з сталі 16ДНМА. Середній рівень води в барабані розташований на 200 мм нижче геометричні осі барабана. Вищий та нижчий робочі рівні розташовані відповідно на 50 мм вище та нижче середнього рівня. Для скорочення тривалості розхолодження та покращення температурного режиму барабана під час зупинки котла передбачено пристрій парового охолодження барабана, що складається з одного верхнього та двох нижніх розподільчих колекторів. 25 Верхній розподільчий колектор розташований у паровому обсязі барабана між дросельною стелею та промивним листом. Напрямок потоків пари, що спливає в паровий об'єм, вибрано під кутом 45° до поздовжньої осі барабана. Потоки пари до торців барабана спрямовані вздовж його осі. При цьому частина потоків пари спрямована на торцеву перегородку, а частина - у напрямні листи, приварені до розподільних колекторів. Два нижні розподільні колектори розташовані у водяному об'ємі барабану і при розпалюванні служать для парового розігріву барабану від стороннього джерела насиченою парою тиском 40 - 160 кгС/см2. При зупинках котла нижні колектори підключаються тільки при повністю охолодженому барабані (без рівня води). Потоки пари з даних колекторів спрямовані вздовж осі барабана, а в торцях - під кутом 45° до осі барабана. Лінія підведення пари до верхнього розподільчого колектора пристрою парового охолодження під час роботи котла може бути використана для відбору пари на охолодження сусідніх, що зупиняються та паровий розігрів при їх розпалюванні. Схема парового розігріву барабана виконана таким чином, що відбір пари проводиться від котлів ст. №1, 3, 5. Барабани всіх котлів з'єднані загальним колектором, на лінії підведення пари до барабана встановлено: зворотний регулюючий клапан та запірна арматура; у барабані встановлені верхній та нижній розподільні колектори, до яких і підводиться пар. Для запобігання переживлення котла в барабані встановлена труба аварійного зливу, що дозволяє скидати зайву кількість води, але не нижче за середній рівень. На промивання пари подається вся поживна вода, що забезпечує додаткову деаерацію води та підігрів її до температури насичення. Злив води з паропромивного листа двосторонній. Для забезпечення необхідної якості пари на котлі застосовано схему двоступінчастого випаровування. Перший ступінь випаровування (чистий відсік) складають барабан з фронтовими, задніми та бічними екранами, крім крайніх бічних екранів, які спільно з виносними циклонами становлять другий ступінь випаровування. Пароводяна суміш з екранів, включених до першого ступеня випаровування, надходить у внутрішньобарабанні циклони, де відбувається відділення води із пароводяної суміші. Вода, що відсепарована в циклонах, зливається у водяний об'єм барабана. Пара з циклонів надходить під промивний дірчастий лист, і, піднімаючись нагору, проходить через шар поживної води. Подальша сепарація пари відбувається у паровому обсязі барабану. Осушена пара проходить через дросельний лист, забезпечує рівномірну по довжині барабана роботу парового об'єму та прямує в пароперегрівач котла. 26 Сепараційними пристроями другого ступеня випаровування є два вбудовані блоки виносних циклонів, виконаних із труб 426x36 мм сталь Ст. 20. Підведення пароводяної суміші до виносних циклонів виконано тангенціально по відношенню до внутрішньої утворюючої циклону. В циклонах вода, віджата до стінки, стікає вниз, а пара проходить вгору через дірчастий дросельний лист, що вирівнює підйомну швидкість по всьому поперечному перерізу циклону та по трубах 133x13мм, сталь Ст.20 направляється в паровий об'єм барабана. Для запобігання попаданню пари в опускну трубу циркуляційного контуру в нижній частині кожного циклону встановлено хрестовина, що ліквідує обертання води та перешкоджає утворенню вир над входом в опускну трубу. Підведення котлової води від барабана до поперечного перерізу циклону та по трубах 133x13мм, сталь Ст.20 Циркуляційна схема котла передбачає глибоке секціювання екранів, що підвищує надійність циркуляції в котлі. Екранна система поділена на 16 самостійних циркуляційних контурів. Для забезпечення в казані нормального сольового режиму передбачені: • лінія зниження кратності солевмісту води по сходах випаровування; ця лінія з'єднує водяні обсяги лівого блоку виносних циклонів із нижньою камерою фронтового екрану (правий середній блок); • лінії вирівнювання кратності солевмісту; ці лінії з'єднують водяні обсяги виносних циклонів з нижніми камерами крайніх передніх бічних блоків протилежної стінки топки; • лінії безперервного продування циклонів; • лінії періодичного продування нижніх колекторів екранів; • лінії введення фосфатів барабан для обробки котлової води. Пароперегрівач котла за характером сприйняття тепла радіаційно- конвективний тип. Радіаційна частина пароперегрівача складається з 24 ширм, розташованих у два ряди у верхній частині об'єму топки. Конвективна частина пароперегрівача складається з пакетів змійовиків першого, третього та четвертого ступенів, які розташовані в горизонтальному газоході. До пароперегрівальних поверхонь відносяться огороджувальні поверхні бічних стін горизонтального газоходу, стеля, фронтальна задня стінка опускного газоходу, за винятком бічних стін. Для зменшення температурних перекосів пари передбачені перекидання пари по ширині газоходу, повне перемішування в кожному потоці. Пароперегрівач має два паралельні потоки пари. Рух пару наступний. Пар з барабана котла по десяти трубах 159x14, сталь 20, надходить у три нижні камери 219x36, сталь 20, панелей бічних стін горизонтального 27 газоходу. Пройшовши ці панелі знизу нагору, пара перекидається у верхніх камерах 219x36, сталь 20 у наступні три панелі. Чотири панелі виконані з 16 труб 60x6 з кроком 100 мм, сталь 20, та дві панелі із 8 труб 60x6 з кроком 80 мм, сталь 20. Далі пар десятьма трубами 159x14, сталь 20 прямує в дві нижні камери 273x36, сталь 20, звідки по 14 труб 159x14, сталь 20, пар розподіляється в сім нижніх камер 273x36, сталь 20, фронтовий стінки поворотної камери опускного газоходу Із семи нижніх камер пар проходить сім блоків, що екранують фронтову, стельову, задню стінки. поворотної камери та надходить у сім нижніх камер 273x36, сталь 20. Кожен блок виконаний із 16 труб 60x6 сталь 20 з кроком 100 мм. З семи нижніх камер задньої стінки поворотної камери пар по 14 труб 159x14, сталь 20 направляється у дві збірні камери 273x36, сталь 20, звідки по десяти трубах 159x14, сталь 20 пар надходить у п'ять вхідних камер 273x36, сталь 20, першого ступеня пароперегрівача, яка складається з 111 триниткових пакетів, виконаних з труб 38x4, сталь 20, (вихідна петля виконана із труб 38x4,5 сталь 12Х1МФ). Пройшовши перший ступінь, пара надходить у п'ять вихідних камер 273x25, сталь 12Х1МФ, звідки по трубах 159x10, сталь 12Х1МФ прямує у два розпалювальних пароохолоджувача 325x30, сталь 12Х1МФ. Після пароохолоджувача пар по 12 труб 159x10, сталь 12X1 МФ надходить у дві вхідні камери 273x25, сталь 12Х1МФ, а звідти в 12 вхідних камер 133x17, сталь 12Х1МФ фронтових ширм, виконаних з труб 32x5, сталь 12Х1МФ, по 25 труб в кожній, проходить їх протитечією. Після ширм пар надходить у дві вихідні камери 273x25, сталь. 12Х1МФ, а звідти по 12 труб 159x13, сталь 12Х1МФ, в два впорскуючі пароохолоджувача першої ступні 325x30, сталь 12Х1МФ, де відбувається перекидання пари по ширині газоходу зліва направо і навпаки. Після пароохолоджувачів пар по 12 труб 159x13, сталь 12Х1МФ надходить у дві вхідні камери 273x25, сталь 12Х1МФ, а звідти в 12 вхідних камер 133x17, сталь 12Х1МФ, задніх ширм, виконаних із труб 32x5, сталь 12Х1МФ, по 25 труб у кожній, проходить їх протитечією і надходить дві вихідні камери 273x35, сталь 12Х1МФ, а звідти по 8 трубам 159x13, сталь 12Х1МФ, чотири вхідні камери третьої ступні пароперегрівача 273x25, сталь 12Х1МФ. Проходить прямострумом 54 п'ятиниткових пакети пароперегрівача, виконаний з труб 38x6, сталь 12Х1МФ і надходить у чотири вихідні камери 273x36, сталь 12Х1МФ. Звідки по 12 трубах 159x17, сталь 12X1 МФ надходить у два впорскуючі пароохолоджувача другого ступеня 325x36, сталь 12Х1МФ, де відбувається перекидання пари по ширині газоходу з правої частини газоходу в ліву і навпаки. Після пароохолоджувачів пар по 12 трубам 159x17, сталь 12Х1МФ надходить у чотири вхідні камери четвертого ступеня пароперегрівача 273x36, сталь 12Х1МФ; проходить прямострумом 54 п’ятиниткові пакети з 28 труб 38x5, сталь 12Х18Н12Т, і надходить у чотири вихідні камери 325x50, сталь 15Х1М1Ф. Потім перекидається по ширині газоходу та по 12 трубах 159x20, сталь 12Х1МФ, надходить у дві парозбірні камери 325x50, сталь 15Х1М1Ф. Вихід пари з кожної камери односторонній. Регулювання температури пари здійснюється шляхом упорскування «власного» конденсату в пароохолоджувачах першого та другого ступеня. Перше упорскування виконано після фронтових ширм, друге - після третього ступеня пароперегрівача. Для упорскування використовується конденсат, що отримується в установках «власного» конденсату шляхом охолодження насиченої пари, що надходить з барабана, живильною водою, що пройшла перший (по ходу води) пакет водяного економайзера. Після конденсаторів живильна вода прямує у вхідні камери другого пакету водяного економайзера. Через конденсатори проходить вся поживна вода. Підведення та відведення живильної води здійснюється трубами 133x13, сталь 20. Конденсатори працюють у затопленому режимі. Подача конденсату в пароохолоджувачі першого ступеня здійснюється за рахунок перепаду тиску між пароохолоджувачем і конденсатором, а також перепаду, створюваного за допомогою парових ежекторів, розташованих у камерах пароохолоджувачів. Подача конденсату в пароохолоджувачі другого ступеня здійснюється за рахунок перепаду тисків між конденсатором і камерою кожного з пароохолоджувачів. Для захисту металу ширмових поверхонь нагріву в період розпалювання на котлі передбачений розпалювальний пароохолоджувач. Для упорскування в нього використовується поживна вода. Конвективна шахта являє собою опускний газохід з розміщеними в ньому: водяним економайзером та трубчастим повітропідігрівачем. Верхня частина бічних стін опускного газоходу екранована трубами водяного економайзера Водяний економайзер скомпонований у три пакети змійовиків, що розташовані паралельно фронту котла. Пакети виготовлені з труб 32x4, сталь 20. Під водяним економайзером розташований трубчастий повітропідігрівач, скомпонований за чотирипотоковою схемою з труб 40x1,6, сталь ст.3пс. По повітряному тракту повітропідігрівач виконаний чотириходовим. Повітропідігрівач (крім вхідних кубів) та нижній пакет економайзера зварені між собою без проміжних компенсаторів, та при нагріванні конвективна шахта розширюється нагору від рами каркаса. Для компенсації теплових переміщень та створення можливості вільного розширення конвективної шахти між нижнім та середнім пакетами водяного економайзера встановлено піщаний компенсатор. Вхідні куби повітропідігрівача підвішені до рами каркаса. 29 Рисунок 18 - Схема взаємозв'язків поверхонь нагрівання котла БКЗ-500 1.7.3 Очищення поверхонь нагріву БКЗ-500 Для очищення поверхонь нагрівання котла застосовуються пристрої наступного типу: - для екранних поверхонь нагріву в топці: обдувальні апарати типу ОМ-0,35 та ОГРУ в кількості 53 штук і 4 апарати водяного обдування типу ОВД; - для фестону пароперегрівача: глибоковисувальні обдувальні апарати типу ОГ-8 у кількості 14 штук; - для обдування пароперегрівача: глибоковисувні обдування апарати типу PS-SL (Бергеманн – ЗІО) у кількості 12 штук; - для ширм: глибоковисувні обдувальні апарати типу ОГ-11 в кількості 4 штук; - для поверхонь нагріву, розташованих у конвективній шахті: дробоочищення. Монтаж, налагодження та експлуатація апаратів провадиться за спеціальною інструкцією. Агентом для обдування служить перегріта пара тиском 30 - 40 кГс/см2 з температурою 350 - 400 °C та вода тиском 6 - 15 кГс/см2 з температурою не вище 60 °C. 30 Транспорт дробу здійснюється повітрям за допомогою повітряного інжектора, що поставляється спільно з пристроєм дробоочищення. Повітряні інжектори розраховані на тиск 0,6 кГс/см2. Для дробоочищення застосовується дріб діаметром 5 - 6 мм. Дробоочищення включається в роботу після циклу парової та водяної обдування топки, пароперегрівача та ширм. Час роботи дробоочищення та інтервалу між її включеннями визначаються «Інструкцією з експлуатації обладнання очищення поверхонь нагріву». Обдування поверхонь проводиться в наступному порядку: спочатку обдувається топка, ширми, конвективний пароперегрівач. Потім очищення дробом поверхонь нагріву конвективної шахти. Рисунок 19 - Схема водяного очищення на котлі БКЗ-500 31 Рисунок 20 - Схема дробоочищення котлів 4,5,6 Красноярської ТЕЦ-2 (БКЗ- 500) 1.8 Постановка цілей та завдань Метою системи технічної діагностики процесів шлакування та забруднення є створення та можливе подальше впровадження системи онлайн діагностики шлакування та забруднення поверхонь нагріву, котельного агрегату Красноярської ТЕЦ-2, що функціонує в режимі online на основі інтерпретації штатної інформації АСУ ТП та науково - обґрунтованих алгоритмів обробки балансових рівнянь для оцінки теплової ефективності радіаційних, напіврадіаційних та конвективних поверхонь нагріву, створену на рівні алгоритмічного та програмного забезпечення мовою програмування C#, вбудовану в діючу систему АСУ ТП котельного агрегату Для збільшення надійності та ефективності роботи парових котлів шляхом оперативної підтримки поверхонь нагріву в експлуатаційному чистому стані, які забезпечують оптимальні режимні характеристики основного технологічного обладнання. Для створення цієї системи необхідно: • Зібрати автоматизовану розрахункову теплову модель котла БКЗ-500-140 на базі нормативної методики та рекомендацій у програмному комплексі MathCAD. • Виконати розрахунковий аналіз впливу процесу шлакування та забруднення на режимні та економічні характеристики роботи котла. 32 • Розробити на базі методики теплового розрахунку котла методику оцінки коефіцієнтів теплової ефективності поверхонь нагріву. • На базі розробленої методики оцінювання теплової ефективності поверхонь нагріву виконати розрахунок на реальних АСУ ТП котла з оцінкою ефективності роботи методики та виявлення впливу основних режимних та конструктивних параметрів роботи котла на інтенсивність шлакування та забруднення. • Розробка технічного рішення щодо створення системи технічної діагностики котла з опрацюванням питань щодо первинних датчиків, сервера збору інформації та візуалізації результатів діагностики. • Створення дослідного зразка та його адаптація до умов роботи на реальному котлоагрегаті у режимі online. • Техніко-економічна оцінка застосування системи. 2 Розробка підходу до оцінки процесів шлакування та забруднення поверхонь нагріву пиловугільних енергетичних парових котлів 2.1 Ідеологія методики оцінки інтенсивності шлакування та забруднення з урахуванням реального об'єкта Найбільш дешевим і простим з погляду онлайн вимірів є визначення коефіцієнта теплової ефективності �� та коефіцієнта забруднення �� ДЛЯ поверхонь нагріву в силу їх нормованості та безрозмірності [1][16]. Оцінка коефіцієнта теплової ефективності здійснюється за співвідношенням (2.1): де Кфакт - фактичний коефіцієнт теплопередачі реальної поверхні нагріву, кВт/(м2° С) ; Кчист - коефіцієнт теплопередачи для чистої поверхні, кВт/(м2° С). Фактичний коефіцієнт теплопередачі знаходиться за рівнянням (2.2): (2.2) де F - площа поверхні нагріву, м2 ; ΔT - середньологарифмічний температурний напір, oС; Qфакт - фактичне теплосприйняття поверхні нагріву, кДж/кг; Вр - розрахункова витрата палива, кг/с. 33 Наприклад, фактичні теплосприйняття різних поверхонь нагрівання котлоагрегату знаходяться за рівняннями (2.3-2.6): де H', Н" - ентальпії газів до і після поверхні нагрівання, кДж/кг; Dпe - витрата робочого середовища, кг/с ; h", h' - ентальпії робочого середовища до і після поверхні нагріву, кДж/кг; Gпв - витрата поживної води, кг/с; Vповітря витрата повітря через ВЗП, кг/с; Qдоп - теплосприйняття додаткових (прилеглих) поверхонь; Qл - теплосприйняття поверхні нагріву випромінюванням; - Коефіцієнт збереження тепла; Но гв, Н о хв - ентальпії гарячого та холодного повітря [1][14][16]. Концептуально дію методики представлено на рисунку 21. В якості вихідних даних є витрата робочого середовища через поверхню, температура середовища на вході та на виході, а також температури газового середовища на вході в поверхню та на виході. За допомогою витрати та температури робочого середовища знаходиться фактична кількість теплоти, сприйнята поверхнею. Далі за допомогою температур в газовому та робочому середовищі знаходиться середньологарифмічний температурний напір і, знаючи витрату палива на котлоагрегат, знаходиться фактичний коефіцієнт теплопередачі. Рисунок 21 – Концептуальна ідея методики оцінки інтенсивності шлакування 34 Особливістю методики є використання знайденого за реальним експлуатаційним та паливним параметрам у режимі онлайн фактичного коефіцієнта чистоти поверхні Кфакт. Новиною системи є можливість використання методики для розрахунку коефіцієнта теплової ефективності всіх поверхонь котлоагрегату, включаючи радіаційні, напіврадіаційні та конвективні елементи. Для того, щоб переконатися у вірності складеної методики, необхідно виконати перевірочний розрахунок котла нормативним методом на заводські параметри, а також порахувати зміненою зворотною тепловою методикою коефіцієнти теплової ефективності також на заводські параметри з метою порівняння одержаних результатів. Методика вважатиметься вірною, коли коефіцієнти теплової ефективності з нормативного теплового розрахунку на заводські параметри збігатимуться з коефіцієнтами теплової ефективності, знайденим за складеною методикою. Також необхідно визначити мінімально необхідну та достатню кількість даних з АСУ ТП працюючого котельного агрегату для оцінки теплової ефективності поверхонь нагріву та переконатися в наявності цих даних. 2.2 Необхідні технологічні параметри та розрахункові дані Існує мінімальний, але технічно достатній список даних, необхідних для розрахунку коефіцієнта теплової ефективності з використанням складеної методики. Деякі дані, такі як площа поверхні нагріву, є постійними, і заносяться відразу в математичну модель, деякі дані, такі як теплотворна здатність вугілля або вміст водню в паливі, оновлюються в процесі експлуатації, проте не відстежуються за допомогою АСУ ТП. Актуальність таких даних має підтримуватись постійними хімічними аналізами, а також своєчасним ручним внесенням до програму. Більшість необхідних даних відстежуються за допомогою АСУ ТП і автоматично вносяться до неї. Такі дані в режимі online «витягуються» з бази для проведення розрахунку. Перелік необхідних даних подано у таблиці 1. Таблиця 1 – необхідні дані Позначення Фізичний зміст Де брати величини Wp Вологість палива на робочу масу, % Дані хім. лабораторії ТЕЦ Ap Зольність палива на робочу масу, % Дані хім. лабораторії ТЕЦ 35 Продовження таблиці 1 Sp Вміст сірки у паливі на робочу Дані хім. лабораторії ТЕЦ масу, % Cp Вміст вуглецю в паливі на робочу Дані хім. лабораторії ТЕЦ масу, % Hp Вміст водню в паливі на робочу Дані хім. лабораторії ТЕЦ масу, % Np Вміст азоту в паливі на робочу Дані хім. лабораторії ТЕЦ масу, % Op Вміст кисню в паливі на Дані хім. лабораторії ТЕЦ робочу масу, % Vp Вихід летючих у паливі на робочу масу, Дані хім. лабораторії ТЕЦ % Гшл Зміст горючих у виносі шлаком, % Дані хім. лабораторії ТЕЦ Гун Зміст горючих у виносі золою, % Дані хім. лабораторії ТЕЦ О2топка Вміст кисню на виході з топки, Дані з АСУ ТП % αшл Частка винесення шлаком, % Приймається відповідно до заводського розрахунку αун Частка винесення золою, % Приймається відповідно до заводського розрахунку O2yx Вміст кисню в газах, що йдуть, % Дані з АСУ ТП Vтопка Об'єм камери згоряння Приймається відповідно до заводського розрахунку Fтопка Площа топкових екранів, м2 Приймається відповідно до заводського розрахунку Нтопка Висота топки, м2 Приймається відповідно до заводського розрахунку hгорілок Висота розташування пальників, м2 Приймається відповідно до заводського розрахунку tyx Температура відпрацьованих газів, °C Дані з АСУ ТП tXB Температура повітря, що присмоктується, °C По температурі у цеху. В разі відсутності даних, приймається рівною 25°С txb Температура теоретично необхідної Дані з АСУ ТП кількості повітря °С Q5ном Нормативна втрата через обмурівку, % Згідно з паспортом котла ртопка Тиск газів у топці, МПа Дані з АСУ ТП 36 Продовження таблиці 1 кμкокс Коефіцієнт поглинання коксовими Згідно з паспортом котла частинками, б/р Mo Згідно з паспортом котла Температура газів на виході з топки, °C Дані з АСУ ТП Dne Витрата перегрітої пари, кг/с Дані з АСУ ТП tne Температура перегрітої пари, °C Дані з АСУ ТП Pne Тиск перегрітої пари, МПа Дані з АСУ ТП Теплота згоряння палива, кДж/кг Дані хім. лабораторії ТЕЦ Температура газів на виході з Дані з АСУ ТП ширмового пароперегрівача, °C Fшпп Площа ширмового пароперегрівача, Згідно з паспортом котла м2 P’шпп Тиск пари на вході в ширмовий Дані з АСУ ТП пароперегрівач, МПа P"шпп Тиск пари на виході з ширмового Дані з АСУ ТП пароперегрівача, МПа t’шпп Температура пари на вході в ширмову Дані з АСУ ТП пароперегрівач, °C t Температура пари на виході з ширмового Дані з АСУ ТП "шпп пароперегрівача, °C ��"кпп Температура газів на виході з Дані з АСУ ТП конвективного пароперегрівача, °C Fкпп Площа конвективного Згідно з паспортом котла пароперегрівача, м2 P’кпп Тиск пари на вході в конвективний Дані з АСУ ТП пароперегрівач, МПа P"кпп Тиск пари на виході з конвективної Дані з АСУ ТП пароперегрівача, МПа t’кпп Температура пари на вході в Дані з АСУ ТП конвективний пароперегрівач, °C t"кпп Температура пари на виході з Дані з АСУ ТП конвективного пароперегрівача, °C ��"эк Температура газів на виході з водяного Дані з АСУ ТП економайзера, °C Fэк Площа водяного економайзера, м2 Згідно з паспортом котла Тиск на вході у водяний економайзер, Дані з АСУ ТП P’эк МПа t Тиск на виході з водяного Дані з АСУ ТП ’ эк економайзера, МПа t Температура пари на вході у водяний Дані з АСУ ТП " эк економайзер, °C t’ Температура пари на виході з водяної Дані з АСУ ТП економайзера, °C Pб Тиск у барабані Дані з АСУ ТП Tne Температура пари у вихідному колекторі Дані з АСУ ТП котла (уприскування після КІН), °C P’РПП Тиск пари на вході в радіаційний Дані з АСУ ТП пароп ерегрівач, МПа 37 Продовження таблиці 1 P"рпп Тиск пари на виході з Дані з АСУ ТП радіаційного пароперегрівача, МПа t Температура пари на вході в Дані з АСУ ТП ’pnn радіаційний пароперегрівач, °C t Температура пари на виході з Дані з АСУ ТП "pnn радіаційного пароперегрівача, °C Fрпп Площа радіаційного Згідно з паспортом котла пароперегрівача, м2 2.3 Розрахунок обсягів та ентальпій продуктів згоряння Теоретична кількість сухого повітря, м3/кг, необхідного для повного згоряння палива (коефіцієнт надлишку повітря а =1)[14]: У н о = 0,0889(Ср + 0,375Sр) + 0,265Нр - 0,03330р (2.7) де Ср - вміст вуглецю в паливі на робочу масу, %; Sp - вміст сірки в паливі на робочу масу,%; Нр - вміст водню в паливі на робочу масу, %; 0р - вміст кисню в паливі на робочу масу, %; Теоретичні обсяги продуктів згоряння за повного згоряння горючих компонентів палива, м3/кг, можна порахувати, як: де Np - вміст азоту в паливі на робочу масу, %; VH O% - теоретична кількість сухого повітря для спалювання, м3/кг; Теоретичний обсяг триатомних газів при повному спалюванні, м3/кг: Теоретичний обсяг водяної пари при повному спалюванні, м3/кг: де Wp - вміст вологи в паливі на робочу масу, %; Реальні процеси спалювання палива відбуваються за коефіцієнтів надлишку повітря великих 1. Тому необхідно перерахувати обсяги 38 продуктів згоряння на дійсний коефіцієнт, який можна знайти, знаючи вміст кисню в поворотній камері, оскільки саме в поворотній камері процеси горіння припиняються, та вміст кисню перестає змінюватися. де О2топка - концентрація кисню в топці в поворотній камері котла, %; де VН2О - теоретичний обсяг водяної пари при повному спалюванні, м3/кг; Дійсний обсяг димових газів, м3/кг, з урахуванням надлишку повітря знаходиться за такою формулою: Об'ємні частки продуктів згоряння знаходяться за наступними співвідношенням: Концентрація золових частинок у продуктах згоряння: де α ун частка золи, що відноситься димовими газами; Ар - частка органічної негорючої частини палива, %; Gr - маса продуктів згоряння, кг/кг, що знаходиться за формулою: За наявності парового дуття або розпилювання мазуту до величини Gr додається витрата форсункової пари. 39 2.4 Коефіцієнт корисної дії та витрата палива котельного агрегату БКЗ-500 Для розрахунку коефіцієнта забруднення та коефіцієнта теплової ефективності поверхні нагріву необхідно знати миттєву витрата палива на котел. У сучасній енергетиці існують технології для вимірювання миттєвої витрати палива, проте в силу своєї дорожнечі та неточності поширення вони не отримали. На російських пиловугільних станціях ведеться місячний, квартальний та річний облік палива, тоді як витрата в режимі он-лайн не вимірюється. Витрата палива на котел можна порахувати, знаючи ккд брутто котельного агрегату, а також теплотворну здатність вугілля та теплове навантаження котельного агрегату. Коефіцієнт корисної дії парового котла, %, у такому разі, визначається методом зворотного балансу: Втрата тепла через обмурівку q5, % залежить від режиму роботи котла. Інакше висловлюючись, втрата через обмуровку котла залежить від відносини номінальної паропродуктивності та фактичного парового навантаження котла , де DН пе є паспортною характеристикою котельного, агрегату, а режимної, а також від номінального значення втрати тепла через обмуровку qH 5, яка знаходиться за наступною емпіричною залежністю [16]: Втрата тепла через обмуровку розраховується за формулою: (2.20) 40 - фактичне парове навантаження котельного агрегату, кг/с, береться з АСУ ТП котельного агрегату. Втрата тепла з шлаком в навколишнє середовище q6 % залежить від теплоємності золи, зольності палива, а також частки шлаковинесення, та знаходиться за наступною формулою: де αшл частка шлаковинесення котельного агрегату, що береться з паспорта котельного агрегату. Ар - зольність палива, %, визначається хімічними лабораторії ТЕЦ Qн р - нижча теплота згоряння палива на робочу масу, визначається у хім. лабораторії ТЕЦ (сt)шл- теплота шлаку, кДж/кг, що виходить із котла. Втрата тепла від механічного недопалу q4, %, залежить від змісту горючих компонентів (коксу) у виносі та провалі, і на чинному котлі вважається за формулою: де αшл і αун частки золи палива в шлаку, провалі та винесення, %; Гшл і Гун - вміст незгорілих коксових частинок у шлаку, провалі та винесенні, %. Ар - зольність палива, %, визначається хімічними лабораторії ТЕЦ Qн р - нижча теплота згоряння палива на робочу масу, кДж/кг, визначається хім. лабораторією ТЕЦ 41 Втрата тепла від хімічної неповноти згоряння q4 % обумовлена наявністю продуктів неповного згоряння в поворотній камері, розраховується за формулою: 100 (2.23) де Q3 - теплота згоряння горючих компонентів у поворотній камері котла, кДж/кг, визначається хім. лабораторією ТЕЦ Втрата тепла з газами, %, залежить від температури вихідних газів ty.r. і від коефіцієнта надлишку повітря у вихідних газах (за першим ступенем ВЗП), який у свою чергу, можна знайти через вміст кисню повітря у вихідних газах: (2.24) де αух.г коефіцієнт надлишку повітря за повітропідігрівачем першого ступеня, Огух - вміст кисню повітря у вихідних газах (за першим ступенем ВЗП) береться з АСУ ТП. Знаючи коефіцієнт надлишку повітря в газах, що йдуть, втрату тепла з газами, що йдуть, q2 знайдемо за формулою:, де Нух.г - ентальпія газів, що йдуть, кДж/кг, знаходиться методом лінійної інтерполяції за температурою газів. ��ух.г, °C, яка береться з АСУ ТП; 42 H0 ХВ- ентальпія холодного повітря, що присмоктується, кДж/кг, знаходиться за температурою повітря в цеху, яку можна прийняти tXB = 25°С; H0 ХВ = 139,6 кДж/кг β - відношення кількості повітря на вході в повітряний тракт до теоретично необхідного. При рециркуляції гарячого повітря, в тому числі і в схемах з надлишковим повітрям, частка рециркуляції не враховується. Може бути розраховано за такою формулою: де - відношення повітря, що присмоктується в пилосистемі котла до теоретично необхідного. - коефіцієнт присоса холодного повітря в топку, який приймається згідно з паспортом котла або проведеними випробуваннями та коригується на діючий режим роботи котлоагрегату за наступним рівнянням: де Δαт - коефіцієнт присоса холодного повітря в топку на номінальне навантаження, яке приймається згідно з паспортом котла або проведеним випробуванням приймаємо рівним 0,05; Dном - номінальна паропродуктивність котлоагрегату, т/год; Dфакт - фактичне парове навантаження котла, т/г; αт - коефіцієнт надлишку повітря на виході з топки, який знаходиться за наступною залежністю: (2.29) де О2топка - вміст кисню повітря на виході з топки (за першою ступенем ВЗП), % береться з АСУ ТП. р = 1.257 — 0.05 = 1.207 Н0 в - ентальпія теоретично необхідної кількості повітря на вході в повітряний тракт (перед калорифером, вентилятором тощо) кДж/кг, 43 може бути знайдена методом лінійної інтерполяції за температурою повітря за паровим калорифером чи за температурою місця забору повітря. Якщо температура не задана, вона приймається 30оС; Коефіцієнт корисної дії котельного агрегату брутто %, згідно з формулою: Коефіцієнт збереження тепла для котелень: Повна витрата палива котла на котел, кг/с, визначається з наступного виразу [14]: (2.31) де - фактичне парове навантаження котельного агрегату, кг/с, береться з АСУ ТП котельного агрегату; - теплота згоряння палива, кДж/кг; - коефіцієнт корисної дії котла брутто, %; - ентальпія перегрітої пари на виході з котла, кДж/кг, є функцією температури та тиску перегрітої пари з конвективного пароперегрівача, що беруться з АСУ ТП; - ентальпія живильної води на вході в економайзер, кДж/кг, є функцією температури та тиску поживної води, які беруться з АСУ ТП; 44 - ентальпія безперервного продування, кДж/кг, є функцією насичення тиску в барабані, що береться з АСУ ТП; Gпр - витрата безперервного продування, кг/с, береться з АСУ ТП; Gпр = 3.056 Розрахункова витрата палива з урахуванням механічної неповноти згоряння, кг/с, визначається за формулою 14: 2.5 Розрахунок коефіцієнта ефективності топкових екранів Основною складністю розрахунку коефіцієнта теплової ефективності топкових екранів найчастіше є відсутність термопар на виході з топки (перед ширмовими пароперегрівачами), а також відсутність пристроїв для вимірювання температури ядра смолоскипа [17]. Температуру ядра смолоскипа нескладно знайти, як адіабатичну температуру згоряння палива. Температуру перед ширмами можна знайти, відібравши від наявної кількості теплоти в топці тепло, сприйняте екрани. Для розрахунку коефіцієнта забруднення топки необхідно знати деякі геометричні характеристики топки: об'єм, площа, ефективна товщина випромінюючого шару, висота пальникових пристроїв. Ефективна товщина випромінюючого шару топки, м: де VT і Fст - об'єм та поверхню стін топки, м3 та м2; для котла БКЗ-500 становлять 3210 та 1100 відповідно. 45 Відносний рівень розташування пальників у топці може бути оцінений, як: де и - висота розташування пальникових пристроїв та висота топки, м; Для котла БКЗ-500 складає 13,66 і 41 м відповідно. Тепло, що вноситься в топку з повітрям, залежить від температури і кількості повітря, що присмоктується, а також від температури повітря на вході у ВЗП чи після парового калорифера. Тепло, внесене повітрям, можна оцінити, як: де Iприсос - ентальпія повітря, що присмоктується, визначається за температурі у цеху. Якщо даних немає, то ентальпію повітря приймаємо при температурі, що дорівнює 25. β - відношення кількості повітря на вході в повітряний тракт до теоретично необхідного; Δα пл - коефіцієнт присоса холодного повітря на пилосистеми котла; для спрощення розрахунку приймаємо 0. Δαт - коефіцієнт присоса холодного повітря в топку, який приймається згідно з паспортом котла або проведеними випробуваннями; для котла БКЗ-500 приймаємо рівною 0,05. QB = 1,188(1,025 * 80) + (0,05 + 0) * 55 = 100,194 Наявну кількість теплоти можна знайти, як: Знаючи наявну кількість теплоти, можна легко знайти адіабатну температуру (температуру ядра): 46 Ентальпію на виході з топки знаходиться, знаючи кількість тепла, сприйняте топковими екранами, і кількість теплоти, що розташовується: де i6- ентальпія насиченої пари за тиском у барабані, кДж/кг; де t6- ентальпія насиченої пари за тиском у барабані, кДж/кг; Температура на виході з топки знаходиться за аналогією до адіабатної температури, формула (31). Основною радіаційною характеристикою продуктів згоряння є критерій поглинальної здатності Бугера: де к -коефіцієнт поглинання топковим середовищем, 1/м 0 МПа, розраховується за температурою та складом димових газів на виході з топки. Враховує випромінювання триатомних газів та зважених у їх потоці частинок коксу, золи та сажі. - тиск у камері топки, МПа; s - ефективна товщина випромінюючого шару, м; Коефіцієнт поглинання топкового середовища до: де кг - коефіцієнт поглинання променів газовою фазою, 1/м 0 МПа; золи - коефіцієнт поглинання променів частинками золи, 1/м 0 МПа; кокс - коефіцієнт поглинання променів частинками коксу, 1/м 0 МПа, приймається як стала величина 0,1; Коефіцієнт поглинання променів газовою фазою, 1/м 0 МПа: 47 де - температура газів на виході з топки, К; де - температура газів на виході з топки, К; Для оцінки процесу теплообміну в топці використовується ефективне значення коефіцієнта Бугера Виэф, яке визначається, як: Параметр М для камерних топок розраховується як: де Мо - безрозмірний коефіцієнт, для пиловугільних топок з ТШУ при тангенсальне розташування пальників приймається 0,46; -параметр забаластованості топкових газів, м3, розраховується за формулою: 48 де r -коефіцієнт рециркуляції, м3/м3, визначається як відношення обсягів газів, що відбираються на рециркуляцію до обсягу газів у перерізі газоходу за місцем відбору; Кількість теплоти, сприйнята топкою на 1 кг палива: де QлШПП та QлКПП4 - кількість променистого тепла, сприйнятого ширмовим та конвективним пароперегрівачами випромінюванням з топки. На першій ітерації задається довільно, після розрахунку поверхонь уточнюється до зникнення нев'язки. Qn = 0,997(15840 - 9912 - 582 - 269) = 5043 Середній коефіцієнт теплової ефективності для топкових екранів визначається як: (2.46) де і Та - температура газів на виході з топки та адіабатна температура ядра факела, К; 2.6 Розрахункова модель коефіцієнта теплової ефективності для напіврадіаційних поверхонь нагрівання Коефіцієнт теплової ефективності напіврадіаційних поверхонь нагріву розраховується так само, як і для конвективних поверхонь нагріву, тепло, сприйняте середовищем, що обігрівається, відрізняється на величину тепла Qл, отриманої випромінюванням з топки. 49 де Qл - тепло, отримане випромінюванням з топки поверхнею нагріву, що примикає до вихідного вікна топкової камери, вважається, як: де qл.в. - теплове навантаження поверхні в районі вихідного вікна, кВт/м2; α - ступінь чорноти обсягу ширм; - сума кутових коефіцієнтів поверхні, яка залежить від кількості труб у пакеті та їх відносного розташування; 2.7 Розрахункова модель коефіцієнта теплової ефективності для конвективних поверхонь нагріву на прикладі конвективного пароперегрівача Як говорилося раніше, коефіцієнт теплової ефективності є безрозмірною та нормованою характеристикою, яка розраховується як відношення фактичного коефіцієнта теплопередачі Кфакт, кВт/(м2 °С), до коефіцієнту теплопередачі для чистої поверхні К 2 чист, кВт/(м ° С): Коефіцієнт теплопередачі чистої поверхні може бути взятий з паспорта котельного агрегату або з результатів випробувань для чистого розшлакованого стану котла. Фактичний коефіцієнт теплопередачі залежить від поточного режиму роботи котла та стану його зашлакованості, знаходиться за наступною залежністю: де FKп - площа нагріву конвективного пароперегрівача, м2 ; Δt - середньологарифмічний температурний тиск, 0 С; Qфакт - фактичне теплосприйняття поверхні нагріву, кДж/кг; Bр - розрахункова витрата палива, кг/с; - коефіцієнт збереження тепла котельного агрегату Фактичне навантаження , залежить від параметрів пари та поточного парового навантаження котла, і розраховується, як: 50 де Dкпп - витрата перегрітої пари через конвективний пароперегрівач, кг/с, який можна знайти як різницю витрати пари на виході з парозбірного колектора Dпе , кг/с, і впорскування в останній щабель пароохолоджувача , кг/с: - ентальпія перегрітої пари на виході з конвективної пароперегрівача, кДж/кг, яка є функцією тиску пари на виході з , МПа, температури ; - ентальпія перегрітої пари на вході в конвективний пароперегрівач, кДж/кг, є функцією тиску на вході в конвективний пароперегрівач МПа, і температури після упорскування ширмового пароперегрівача . Середньологарифмічний температурний напір розраховується за формулою: де t6 - велика різниця температур у поверхні теплообміну, 0 С, яка розраховується як: tM - менша різниця температур у поверхні теплообміну, 0 С, яка розраховується як: 51 Фактичний коефіцієнт теплопередачі кВт/м2К: Коефіцієнт теплопередачі чистої поверхні К 2 чист, кВт/м К, приймаємо згідно з паспортом котла: Кчист = 0.112 112 – сума кутових коефіцієнтів поверхні, яка залежить від кількості труб у пакеті та їх відносного розташування; 2.8 Верифікація одержаних аналітичних результатів Верифікація буде проводитись за допомогою порівняння температури стінки металу пароперегрівача, отриманої з датчиків АСУ ТП котла з температурою стінки металу, отриманої за допомогою розрахунку, згідно НТР котельного агрегату та режиму роботи котла з урахуванням оціненого коефіцієнта забруднення поверхні нагріву. 3 Розробка алгоритмічного та програмного забезпечення за оцінкою інтенсивності процесів шлакування та забруднення поверхонь нагріву пиловугільних енергетичних парових котлів з урахуванням реального часу 3.1 Розробка алгоритмічного забезпечення Принцип спільної роботи системи технічної діагностики з урахуванням роботи реального об'єкта схематично представлено рисунку 22. Дані з датчиків котла кожні 30 секунд надходять на контролер, який перетворює електричні сигнали на числові значення. Числові значення надходять на сервер зберігання баз даних, де вони зберігаються тривалий час. Система зчитує дані з БД, обробляє та верифікує дані, здійснює розрахунок, і виводить значення, що вийшли. у вигляді графіків на монітор оператора, дає оцінку рівня шлакування, а також рекомендації щодо включення засобів очищення. 52 Графіки коефіцієнта теплової ефективності NOx.CO2.O2 _____ Контролер __ Сервер БД Комп'ютер оператора Рисунок 22 - Принципова схема спільної роботи системи технічної діагностики інтенсивності шовкування з котлоагрегатом Ефективність та надійність роботи програмного забезпечення залежить не тільки від точності математичної моделі, занесеної до коду, а також від чіткого розмежування між функціями, на які може впливати кожен клас користувачів. На рисунку 21 представлені програмні компоненти системи технічної діагностики (СТД), що дозволяють забезпечити належний рівень контролю та організації. Програмне забезпечення має три рівні доступу, які розділені між собою трьома різними додатками: додаток редактора, додаток адміністратора та додаток користувача (рисунок 23). Редактор має доступ до програмного коду, фреймворків та БД. Редактор здійснюватиме контроль коректності роботи програми з точки зору безперебійності роботи, а також вносити коригування в код програми у разі зміни конструктивних характеристик або принципових схем. 53 Клієнтська програма Фреймворки АРМ редактора Windows Клієнтська програма АРМ адміністратора СУБД Windows Рисунок 23 - Компоненти СТД Адміністратор має доступ до БД та модуля візуалізації. Адміністратор у будь-який момент може переглянути всі розрахункові графіки залежності коефіцієнта забруднення та будь-які розрахункові значення за будь-який період часу, а також може вносити зміни до БД умовно- постійних величин, як склад палива. АРМ користувача буде мати доступ тільки до модуля візуалізації, де користувач може стежити в режимі онлайн за зміною всіх показників інтенсивності шлакування, а також матиме доступ до перегляду всіх значень у режим історії за останні 4 зміни. Для безперебійної та надійної роботи система технічної діагностики повинна включати кілька робочих «модулів», кожен з яких виконуватиме свою функцію: • Модуль аналізу та роботи з базами даних АСУ ТП. • Розрахунковий модуль • Модуль обробки результатів • Модуль візуалізації даних • Модуль рекомендацій щодо обдування • Модуль зберігання даних 54 Рисунок 24 - Схема роботи модулів програми Взаємодія всіх цих модулів з урахуванням реального об'єкта схематично представлено рисунку 24. Дані з датчиків котла надходять на контролер, де з електронних сигналів перетворюються на чисельні значення, і скеровуються на сервер. З сервера дані надсилаються на монітор оператора, а також на тривале зберігання у вигляді KKS БД. Система технічної діагностики за допомогою модуля роботи з БД та аналізу даних «витягує» з БД необхідні значення, верифікує їх, і, у разі успішної верифікації, спрямовує на розрахунковий модуль. Модуль розрахунків проводить оцінку інтенсивності зашлакованості поверхонь нагріву, та, на підставі розрахункових значень коефіцієнта забруднення, дає рекомендацію, де і коли зробити обдування. Паралельно з цим модуль обробки результатів згладжує графіки, роблячи їх більш інформативними для оператора, та спрямовує результати на монітор машиністу котла. 55 3.2 Модуль аналізу та роботи з базами даних Модуль аналізу та роботи з базами даних АСУ ТП представляє собою підготовчу частину програми, яка має не просто прочитати та завантажити базу даних, але й провести аналіз достатності даних, аналіз коректності даних та відбраковування некоректних даних. Аналіз достатності даних необхідний для того, щоб у разі відмови одного з датчиків програма не припиняла свої розрахунки та не виводила неправильний коефіцієнт теплової ефективності, а замінювала дані альтернативними, або ж рахувала коефіцієнт теплової ефективності за альтернативною методикою Наприклад, у разі відмови датчика з кодом KKS 40HAH11CT004A - температура перегрітої пари першого потоку другого ступеня до упорскування, значення можна замінити значенням з кодом KKS 40HAH12CT004A - температура перегрітої пари другого потоку другого ступеня до упорскування, або ж порахувати температуру пари через температуру стінки паросборного колектора до пароохолоджувача (осередок KKS 40HAH12CT114 та 40HAH12CT113 - температура верхньої та нижньої частини стінки колектора після другого ступеня першого потоку пароперегрівача). Аналіз коректності та відбраковування даних необхідні в силу того, що датчики в процесі експлуатації виходять з ладу і можуть показувати неправильні значення параметрів. Аналіз коректності проводитиметься за допомогою порівняння параметрів з мінімальними та максимальними значення заданого діапазону даних параметрів. Наприклад, якщо температура перегрітої пари першого потоку другого ступеня до упорскування (KKS 40HAH11CT004A), буде більше 620 °C, то вона буде вважатися невірною та відбраковуватись. Також вона буде відбраковуватися, якщо вона буде меншою, ніж температура насичення при тиску в колекторі, оскільки ця температура буде відповідати рідкому стану, а таке неможливе навіть при розпалювальному режимі. 3.3 Розрахунковий модуль Модуль розрахунку є частиною програмного коду, який включає для себе величезну кількість циклів та «циклів у циклі» для розв'язання системи нелінійних рівнянь. Рівняння з'являються в силу того, що відсутні проміжні датчики температури по газах та пару через відсутність експлуатаційної необхідності, а РД 153-34.1.- 35.108-2001 не передбачає обов'язкового встановлення датчиків за кожною поверхнею. 56 7 к. Повітрянийфакт похибка < похибка < 4 похибка ■ Інтерфейс користувача Рисунок 25 – розрахунковий алгоритм На рисунку 2С5 ТпДр едставлено алгоритм розрахункового модуля системи технічної діагностики. Блакитним кольором показані вихідні дані, які є умовно-постійними, такі як склад палива, конструктивні характеристики котла, питомі розрахункові величини присосів, величина вимірювань механічного недопалу та інші. Дані підключаються до програми у вигляді бази даних, яка періодично може оновлюватись відділами ПТО, хімічним цехом або фахівцями цеху ТАІ. Зеленим кольором представлені дані, які зчитуються у режимі онлайн. Перевіряється достатність даних, потім дані верифікуються, і відбувається заміщення хибних значень. Також оператор отримає повідомлення про те, що необхідно перевірити датчик, дані якого не пройшли верифікацію. Онлайн та умовно-постійні дані надходять на вхід у модуль розрахунку. У модулі спочатку оцінюється ККД котла за прямим балансом, оцінюється витрата палива на котел та питомі та економічні показники роботи казана. Далі за показаннями датчиків розраховується сприйняття радіаційних пароперегрівачів, яке потім використовується з розрахунку коефіцієнта теплової ефективності топкових екранів. Потім відбувається оцінка коефіцієнта теплової ефективності топкових екранів, а також температури на виході з топки та вході в ширмовий пароперегрівач. Після оцінки коефіцієнта теплової ефективності ширм одночасно відбувається оцінка теплової ефективності для 57 конвективних ступенів. У цьому вирішується дві системи рівнянь: конвективних пароперегрівачів третього та четвертого ступеня та для настінного радіаційного пароперегрівача, а також для конвективного пароперегрівача першого ступеня та радіаційного пароперегрівача в поворотній камері. Далі програма порівнює кількість тепла, сприйняту парою, з кількістю тепла, що віддано газами. Якщо баланс зійшовся менш як на 2%, програма виводить значення на екран. Якщо баланс не зійшовся, то програма змінює значення на датчиках 3 порядку (киснедоміри), і баланс розраховується заново. 3.4 Модуль обробки отриманих результатів Модуль обробки отриманих даних необхідний для спрощення візуалізації графіків та їх згладжувань, оскільки багато датчиків на станції вимірюють параметри не усередненого потоку, а є "точковими" вимірювальними приладами, а значення на багатьох витратомірах коливається через наявність турбулентних вихорів у потоці. Наприклад, ультразвукові витратоміри роблять вимір на основі різниці в часі проходження сигналів ультразвуку від сенсорів- випромінювачів до сенсорів-приймачів. При появі турбулентних вихорів звукові сигнали, що проходять через середовище, змінюють свою швидкість у зоні вихорів. Через це відбувається зміна часу проходження сигналу від випромінювача до приймача, що позначається на кінцевому результаті величини витрати. Розміри та кількість вихорів також постійно змінюється, що теж позначається флуктуації величини витрати. На рисунку 26 представлено графік зміни значення коефіцієнта теплової ефективності для конвективного котельного пароперегрівача агрегату БКЗ-500 ст.№4 у період з 12 до 13 лютого 2018 року. На графіку видно сильні коливання значення коефіцієнта теплової ефективності, які викликані коливаннями значень параметрів базі даних АСУ ТП. 58 Рисунок 26 - графік коефіцієнта теплової ефективності КПП Коливання можуть негативно впливати на сприйняття дійсного значення коефіцієнта теплової ефективності оперативним персоналом, оскільки коливання можуть доходити до величини 10-12%. У зв'язку з цим існує необхідність згладжування графіка коефіцієнта теплової ефективності за допомогою різних математичних методів, таких як: 1) Метод ковзного середнього 2) Метод найменших квадратів 3) Експонентне згладжування 3.4.1 Метод ковзного середнього Згладжування за допомогою методу ковзних середніх значень ґрунтується на тому, що в усереднених величинах взаємно погашають один одного випадкові відхилення. Це пов'язано із заміною початкових рівнів тимчасового ряду середньою арифметичною величиною всередині обраного інтервалу. Отримане значення відноситься до середини обраного інтервалу. Після цього період зсувається на одне спостереження, та розрахунок «середньої» повторюється. Дуже важливо, щоб періоди визначення «середніх» були однакові, щоб у кожному цьому випадку «середня» була центрована, тобто віднесена до серединної точки інтервалу згладжування та являла собою рівень цієї точки [18]. При згладжуванні тимчасового ряду «ковзними» середніми в розрахунках беруть участь всі рівні ряду. Чим ширший інтервал згладжування – тим більш плавним виходить тренд. Вибір інтервалу згладжування залежить від цілей дослідження. При цьому слід керуватися тим, у якій 59 період часу відбувається дія, а, отже, і усунення впливу випадкових факторів При інтервалі згладжування n=3 метод має таку формулу: де t + 1- прогнозний період; t - період, що передує прогнозному періоду; yt+1- прогнозований показник; rnt-1 - ковзна середня за два періоди до прогнозного; n - кількість рівнів, що входять до інтервалу згладжування; yt - фактичне значення досліджуваного явища за попередній період; yt-1 - фактичне значення досліджуваного явища, що передує прогнозному на 2 порядки. Згладжений ряд коротший за початковий на (n-1) спостережень, де n - величина інтервалу згладжування. У разі використання даного методу відставання графіка від часу T, с буде залежати від величини інтервалу згладжування, і пораховано за залежністю: де t3 - інтервал запису даних в АСУ ТП, для ТЕЦ-2 дорівнює 30 секунд. 3.4.2 Метод найменших квадратів Метод найменших квадратів - ґрунтується на мінімізації суми квадратичних відхилень між спостережуваними та розрахунковими величинами. Розрахункові величини знаходяться за підібраним регресійним рівнянням. Формула методу найменших квадратів: де t + 1- прогнозний період; а і b - коефіцієнти; yt+1 - прогнозований показник; X - умовне позначення часу. Коефіцієнт а та b можуть бути пораховані, як: 60 де n - число рівнів часового ряду; Уф - значення ряду на даний момент; 3.4.3 Експонентне згладжування Експонентне згладжування ефективно при розробці середньострокових прогнозів, є простим і має можливість обліку ваги вихідної інформації. Формула експоненційного згладжування: де t - період, що передує прогнозному; t + 1 - прогнозний період; а - параметр згладжування; Ut+1 - прогнозований показник; yt - фактичне значення показника у період; Ut - експоненційно зважене середнє значення для досліджуваного періоду; При прогнозуванні даним методом виникають наступні труднощі: • вибір значення параметра згладжування а; • визначення початкового значення Uo. Від α залежить швидкість зниження впливу попередніх значень. Чим більше а, тим менше позначається вплив попередніх показань. Точних вказівок до вибору показника згладжування немає, проте існує рекомендація підбору цього параметра згідно з величиною періоду, що згладжується. У такому разі α визначається залежністю: де n - величина періоду, що згладжується. При виборі початкового значення Uo можна керуватися наступними вказівками: 1) Якщо є дані минулого періоду, то прийняти середнє арифметичне минулих років за значення Uo. 2) Якщо таких відомостей немає, або їхня точність викликає сумнів, то за Uo приймається перше значення ряду. 61 При використанні даного методу значення коефіцієнта теплової ефективності відставатиме на величину одного періоду, тобто на 30 секунд. 3.5 Модуль візуалізації даних Мета модуля візуалізації – мінімізувати час реакції оперативним персоналом на вихід значення коефіцієнта теплової ефективності із діапазону. У зв'язку з цим модуль візуалізації буде включати не тільки графіки коефіцієнтів та їх чисельні значення, а й 2D модель котла з колірним позначенням. Поверхні нагрівання котельного агрегату в залежності від значення їх коефіцієнта теплової ефективності будуть позначені трьома кольорами: зеленим, жовтим та червоним. Зелений колір означатиме, що коефіцієнт теплової ефективності поверхні близький до номінального значення, жовтий - знаходиться в області допустимих значень, проте варто задуматися про очищення даної поверхні. Червоний колір показуватиме вагоме відхилення коефіцієнта і для таких поверхонь будуть даватися рекомендація про необхідність проведення обдування. У випадку, якщо після кількох циклів обдування поверхня продовжує горіти червоним, тобто мати вкрай низький тепловий коефіцієнт ефективності, то дається рекомендація про необхідність механічного розшлаковування поверхні. 3.6 Модуль рекомендацій щодо обдування Даний модуль служить для привернення уваги оперативного персоналу, і навіть полегшення дій оперативного персоналу. В разі, коли значення коефіцієнта теплової ефективності опускається нижче рекомендованого рівня, або якщо швидкість зміни коефіцієнта теплової ефективності різко зростає (що відповідає швидкому налипанню золи на початковий шар), програма дає рекомендацію щодо обдування даної поверхні. Також якщо у випадку тривалої експлуатації коефіцієнт теплової ефективності поверхні або її частини тривалий час тримається на низькому рівні, програма дає рекомендацію щодо зміни параметрів обдування, заміни обдувного апарату, або встановлення додаткового. 3.7 Модуль зберігання даних Модуль зберігання даних призначений для збору інформації на сервері, зберігаючи її тривалий час (25 років), а також для можливості в 62 будь-який час отримати доступ до звітів про теплову ефективність поверхні за заданий проміжок часу. Дані записуються у вигляді БД, до якої заносяться не тільки значення коефіцієнтів теплової ефективності, але такі параметри, як парове навантаження котлоагрегату, температури стінок металу, пароводяного та газового середовищ по тракту, значення кисню в газах, що йдуть і поворотній камері, а також розрядження газовим трактом. Дані необхідні спрощення побудови залежності коефіцієнта теплової ефективності як від часу, а й від парового навантаження у часі, що дозволить фахівцям складати аналітичні звіти із використанням СТД. 4 Розробка програмного забезпечення 4.1 Обґрунтування вибору мови програмування Вибір мови програмування, написання технічних вимог до програмного продукту, визначення мінімальної кількості вікон та додатків з урахуванням видів користувачів (Редактор, адміністратор, користувач) і т.д. Вибір мови програмування безпосередньо залежить від завдань, які має виконувати написана програма. Основним функціональним критерієм для вибору мови є можливість та швидкість роботи з великою кількістю масивів даних. Найбільш привабливим у цьому плані є мова програмування C#. C# - мова програмування від компанії Microsoft, яка була створена корпорацією у 2000 році. Ця мова успадкувала в себе функціональні можливості від C++, Java та Basic. Перевага мови полягає в тому, що ця мова використовує об'єктно-орієнтований підхід до програмування, що дозволяє реалізовувати взаємодію між прописаними «абстрактними конструкціями» на основі предметної області. Також у мові є можливість замінити велику кількість рядків коду, використовуючи готові конструкції, які потім прочитає компілятор. Щоб один і той же С#-код працював на різних платформах, використовують Mono і Xamarin - продукти для крос-платформної розробки під різні операційні платформи. Для цього написаний програмний код, наприклад, для Windows, необхідно завантажити в Mono, та вибрати нову платформу для роботи програми, наприклад iOS. Mono аналізує програмний код та показує місця, де потрібно підключити інші бібліотеки, виправити синтаксис або переписати код. В підсумку пропадає необхідність писати софт з нуля для кожної операційної системи. Це значно скорочує час розробки, оскільки в більшості випадків програми на різних платформах має різницю в коді лише в деталях. 63 Також C#, будучи проектом компанії Майкрософт, має величезну кількість бібліотек, у тому числі, для роботи з нейромережами та мережами з самонавчання - ML.NET. При цьому існує можливість використання всіх можливостей нейронних мереж у додатках та об'єднувати їх при допомогою однієї й тієї ж мови, а так як C# - мультиплатформна мова, то машинне навчання можна вбудувати практично будь-що. 4.2 Технічні вимоги до програмного продукту В умовах реального об'єкта дані з бази даних KKS зчитуються тільки в режимі client-client, проте можливість підключення до баз зовнішнім програмам (стороннім програмам) заборонено. В зв'язку з цим необхідне створення «В'юшки» - таблиці для Microsoft SQL, до якої підключатиметься система. Рисунок 27 – таблиця для підключення програми В'юшка містить у собі всі необхідні значення і за структурою відповідає звичайній базі даних KKS із наданими значенням кодами (рисунок 27). Дискретність оновлення цієї таблиці також відповідає дискретності оновлення KKS (1 раз на 30 секунд), однак час затримки оновлення від оновлення реальної бази даних KKS буде залежати від глибини архіву. Значення зчитуються шляхом знаходження значення за 2 параметрами: час та ім'я. Значення для одного і того ж рядка мають однаковий час, і у зв'язку з цим пошук здійснюється всередині одного ряду тільки за іменем. 64 4.3 Опис програмного продукту оцінки та діагностики процесів шлакування та забруднення поверхонь нагрівання пиловугільних енергетичних парових котлів Після вікна авторизації та введення логіна та пароля одного з трьох користувачів завантажується основний екран програми (рис. 28). Основний екран містить у собі чеклист параметрів, можливих до відображення, а також функціональні кнопки. Рисунок 28 - Основний екран програми На рисунку 29 представлено стріп-меню «Файл», яке включає себе функції відкрити файл, створити звіт, зберегти в базі даних і друк. Функція відкрити файл дозволяє вказати шлях до бази даних KKS формату .mdb або .accdb, з якою згодом буде проводитись робота в оф або онлайн режимі. Програма дозволяє працювати з базами даних або файлами SQL, поставленими «на потік» запису. 65 Рисунок 29 - стріп-меню «Файл» Після натискання функції «відкрити файл» з'явиться вікно, у якому потрібно вибрати шлях до файлів бази даних KKS у строгому порядку: спочатку СТК, потім АСР (рисунок 30 і 31). Рисунок 30 – Вікно вибору шляху до баз даних СТК 66 Т > Водолей > -аоочкйстит з Итрь > I рсрамг/а v £j I оно: I рсграмг/а Нова папка 6 1| Документи f iS Изобрехенн г Coil! ©.(•6.3) Загрузки / EoH=ne'2 ©ЛЬЮ И-pi 71.11.ЭД ^Ы<1р2С«1а.т:Ь 21.11.20 -3] ka-4stlc3)lt.mdb ®ЬТВАС? K-^txdb 27.11.3) МЭИ :шбрь2С Выверите файл дгл предо гитегьнзго "росг/отрг. ^JlVLBCIKK-iaccdb Й1]Перече-ь Измеритель-. <а-агов2С‘Э .. 21.1120 * 0и,ол:й □ Этотког/пьютер ЕЗ Пи пег. ЬЬя фзйга: _________________________________________________________________________________ v] | Открыть | Отг/а-а Рисунок 31 – Вікно вибору шляху до баз даних АСР Функція стріп-меню "Файл" "створити звіт" формує 3 файли формату .doc і .xls, і .mdb за вказаний у вікнах «календар» період (рисунок 32). Файл .xls включає заповнену таблицю зі значеннями коефіцієнтів і параметрів, зазначених у чек листі галочками, а також графіки залежності цих коефіцієнтів у часі. Файл .mdb містить у собі базу даних всіх вхідних та вихідних значень програми з можливістю сортування значень коефіцієнтів на оптимальні, низькі та вкрай низькі. Формат .doc включає звіт про сумарну кількість часу за період, коли коефіцієнт забруднення або теплової ефективності вибігав за нижнє значення, а також звіт про кількість та характер сигналів. 67 Н Загородній — □ X Файл График Вид Формат Admin Выйти 0 Парове навантаженнякотла I I Розрядженням в топці I I Температура газів у поворотній камері 0 Температура газів, що виходять О Коефіцієнт забруднення топки 0 Коефіцієнт забруднення ШПП 0 Коефіцієнт забруднення КПП1 I I Коефіцієнт забруднення КППЗ I I Коефіцієнт забруднення КПП4 I I Коефіцієнт забруднення ВЭК2 0 Коефіцієнт забруднення ВЭК1 0 Коефіцієнт забруднення ВЗП2 0 Коефіцієнт забруднення ВЗП1 азать "рафик Выбрать БД Травень 2018 Пн Вт Ср Чт С6 Вс 30 1 2 3 5 б 7 8 91 10 12 13 14 I6 17 19 21 15 26 20 ’3 24 28 22 Ю 31 2 27 4 9 29 б 7 3 10 5 I I Сьогодні: 09.06.2020 Рисунок 32 - Вибір періоду обробки даних На рисунку 33 представлено стріп-меню "Графік". Функція «показати графік» дублює кнопку «показати графік» на головному екрані, після натискання на яку відображається виділені в чек-листі параметри за вказаний у календарі період. Кнопка «Додати графік» додає у виділеному вікні додатковий порожній графік, натисканням ПКМ, на якому можна відобразити окремо будь-який параметр. 68 О Температура газів в поворотній камері EZ Температура газів, що виходять □ Коефіцієнт забруднення топки □ Коефіцієнт забруднення ШПП 0 Коефіцієнт забруднення КПП1 □ Коефіцієнт забруднення КПП3 □ Коефіцієнт забруднення КПП4 □ Коефіцієнт забруднення ВЕК2 □ Коефіцієнт забруднення ВЕК1 I I Коефіцієнт забруднення ВЗП2 I I Коефіцієнт забруднення ВЗП1 | 9 травня 2018 р. [Цж~| |11 травня 2018 р. Q Создать отчет Показать график Выбрать БД Рисунок 34 - Стріп-меню «Графік» На рисунку 35 представлено стріп-меню «Вигляд». Вкладка дозвіл дозволяє вибрати режим відображення у вікні або на весь екран, а також міняти розмір шрифту. Файл Графік Admin Выйти М Парове навантаження I I Розрядженням в I I Температура газів в поворотній камері I I ТТемпература газів, що виходять I I Коефіцієнт забруднення топки I I Коефіцієнт забруднення ШПП 0 Коефіцієнт забруднення КПП1 I I Коефіцієнт забруднення КППЗ I I Коефіцієнт забруднення КПП4 I I Коефіцієнт забруднення ВЕК2 I I Коефіцієнт забруднення ВЕК1 I I Коефіцієнт забруднення ВЗП2 I I Коефіцієнт забруднення ВЗП1 Рисунок 35 - Стріп-меню «Вид» 69 Багатовіконний режим додає додаткове вікно для відображення додаткових графіків у разі роботи на АРМ з кількома моніторами. Ця функція працює тільки при віконному режимі відображення. Кнопка "Моніторинг у реальному часі" основного екрану активує перегляд на графіку вибраних у чек-листі параметрів в режимі реального часу, при цьому діапазон видимого часу в стандартному режимі становить 4 години (рисунок 36). Файл График Вид Формат Admin Вийти I I Парове навантаження котла I I Розрядженням в топці I I Температура газів у поворотній камері I I Температура газів, що виходять I I Коефіцієнт забруднення топки □ Коефіцієнт забруднення ШПП 0 Коефіцієнт забруднення КПП1 □ Коефіцієнт забруднення КППЗ Д Коефіцієнт забруднення КПП4 □ Коефіцієнт забруднення ЄЕК2 I I Коефіцієнт забруднення ВЕК1 I I Коефіцієнт забруднення ВЗП2 I I Коефіцієнт забруднення ВЗП1 | 9 мая 2018г. [ZH | |11 мая 2018г. | Создать отчет [ Показать график | Выбрать БД Рисунок 36 - Графік у режимі реального часу Також у режимі реального часу у разі відхилення будь-якого параметра з чек-листа від допустимих у вкладці «Сигнали» відображається час отримання сигналу, при цьому кнопка вкладки спалахує червоним (рисунок 36). На рисунку 37 показано вікно "Сигнали". Червоним шрифтом пишуться сигнали, які не були виправлені, при цьому поруч із кожним сигналом пишеться рекомендація. Значення коефіцієнта теплової ефективності топки на рисунку 37 в режимі онлайн знаходиться нижче за допустиме значення. 70 Файл График Вид Формат О Парове навантаження котла I I Розрядженням в топці I I Температура газів в поворотній |_] Температура газів, що виходять О Коефіцієнт забруднення топки I I Коефіцієнт забруднення ШПП 0 Коефіцієнт забруднення КПП1 О Коефіцієнт забруднення КППЗ Q Коефіцієнт забруднення КПП4 I I Коефіцієнт забруднення ВЕК2 О Коефіцієнт забруднення ВЭК1 О Коефіцієнт забруднення ВЗП2 Q Коефіцієнт забруднення ВЗП1 | 9 травня 2018 р. Щ▼ | |11 травня 2018 р. |Цу | Создать отчет [ Показать график | Выбрать БД Рисунок 37 – Вікно «сигнали» 5 Результати та техніко-економічна оцінка ефективності впровадження системи технічної оцінки та діагностики процесів шлакування та забруднення поверхонь нагріву пиловугільних енергетичних парових котлів Попередній кошторис на надання послуг та витратні матеріали представлений у таблиці 2. Таблиця 2 - кошторис з надання послуг Товар/послуга Кількість, шт Ціна, руб Розробка методики оцінки 300000 1 інтенсивності шлакування Розробка та реалізація програмного 1 200000 продукту Кабель SAS кабель SATA 3,6 Гбіт/с X 4 4 2500 Кабель передачі даних від БД KKS до 4 10750 БД СТД Монтаж кабельних ліній 1 15000 Комп'ютер (включаючи мишу, монітор, 50000 1 клавіатуру, охолодження) Всього: 618000 Оцінка економічної ефективності проекту проводилася за дисконтованим терміном окупності (РВ) - період, починаючи з якого 71 початкові вкладення та сумарні витрати, пов'язані з реалізацією проекту, покриваються сумарним результатом його здійснення. У видаткову частину проекту належали витрати за договором на надання послуг з розробки системи діагностики, витрати на сервер СТД, комп'ютер та послуги з монтажу проводки. У доходну частину проекту прийнято можливе повернення втраченої вигоди від економічної шкоди аварійних зупинок, що виникають. В розрахунок бралися дані щодо економічної шкоди від аварійних зупинок за період із 2012 по 2016 роки. Оцінка отриманої вигоди здійснюється за формулою (1.1) із пункту 1.3. і становить 1,08 млн. рублів для одного котла БКЗ-500. При цьому в зимовий час враховувалася не лише втрачене електричне навантаження через зменшення парового навантаження, а також зменшення електричного навантаження через необхідність підтримки температури води на опалювальні потреби та ГВП. Варто зауважити, що при оцінці доходної частини не включалися в оцінку дані щодо економічних збитків від аварій, що сталися з вини помилкової дії оперативного персоналу станції та неякісно виконаного ремонту спеціалістами залучених організацій. Рисунок 38 - Строк окупності проекту Розрахунок доходної частини наводився виходячи із статистики аварійних зупинок з 2012 до 2016рр. за формулою (1), і далі був середньорічні збитки з причин, викликаних шлакуванням. У зимовий час враховувалася не тільки втрачене електричне навантаження через зменшення парового навантаження, а й зменшення електричного навантаження через необхідність підтримки температури води на опалювальні потреби та ГВП. За 5 років час простоїв для котлів АТ «Красноярська ТЕЦ-2» становив 607 годин, при цьому кількість зупинок становила 6. Витрати на пускові операції становлять 500 тис. руб на один котел. При цьому час простоїв у зимовий час становив 205 годин. Також враховуються втрати палива в ті моменти, коли ККД котла падав занадто низько, що викликало перевитрату палива на котел. На рисунку 26 показаний графік чистого грошового потоку наростаючим підсумком. Термін окупності проекту при цьому становить близько 7,5 місяців, та на кінець п'ятого року з урахуванням норми дисконту отриманий прибуток компанії становитиме 3,4 млн. руб. ВИСНОВОК Розроблена в рамках цієї роботи експертна система оцінки зашлакованості поверхонь нагріву має ряд переваг у порівняння із зарубіжними системами: 1. Використання підходу дозволяє отримати достовірну інформацію про динаміку теплообміну в пиловугільному котлі. Інформація аналізується в режимі реального часу та стосується безпосередньо виміряної товщини відкладень, що відклалися на поверхнях нагріву. 2. Виявлено, що коефіцієнти забруднення у різних поверхнях нагрівання та різних зонах напіврадіаційних та конвективних поверхонь нагріву можуть суттєво відрізнятися один від одного. Коефіцієнти теплової ефективності правого та лівого потоків КПП можуть відрізнятися на 15 - 20%. 3. Дані, зібрані системою успішно використані для визначення місця та часу активації очищення. 4. Підвищення ефективності котла призводить до зниження CO2 в діапазоні 2-4%. Крім того, через зниження температури ядра факела як результат оптимізації очищення поверхонь нагрівання зменшено викиди. NOx. 5. Навантаження димососів може бути значно знижене (на 10- 15%) завдяки оптимізації роботи засобів очищення. Використання складеної методики може бути тиражовано на будь-які конструкції та типи котельних агрегатів. СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Янов С.Р., Бойко О.О., Обґрунтування застосування експериментально-розрахункового підходу до оцінки теплової ефективності напіврадіаційних та конвективних поверхонь нагріву котелень агрегатів // Журнал звістки вищих навчальних закладів «Проблеми енергетики». 2008. №11 - 12. С. 3 - 12. 2. Marek P., Kazimierz M., Optimisation of coal fineness in pulverized- fuel boilers // «Energy». 2017. Volume 139. P. 655 - 666 3. L. Peng, H. Chen, H. Li, X. Xun, Innovative experimental study for slagging diagnosis based on vibration signal of the superheater tube panels in coal- fired boilers // «Journal of the Energy Institute». 2019. Volume 92. P. 971 - 981. 4. Sankar G., Chandrasekhara A., Techniques for measurement of heat flux in furnace waterwalls of boilers and prediction of heat flux // «Applied Thermal Engineering». 2016. Volume 103. P. 1470 - 1479. 5. Z. Shiping, S. Guoqing, Monitoring ash fouling in power station boiler furnaces using acoustic pyrometry // «Chemical Engineering Science». 2015. Volume 126. P. 216 - 223. 6. Taler J., Duda P., Weglowski B., Identification of local heat flux to membrane water-walls in steam boilers // «Fuel». 2009. Volume 88. P. 305 - 311. 7. Wigley F., Williamson J., Modelling fly ash generation for pulverised coal combustion // «Progress in Energy and Combustion Science». 1998. Volume 24. P. 337 - 343. 8. Yougtie C., Wenming Y., Zhimin Z., Modelling of ash deposition in biomass boilers // «Energy Procedia». 2017. Volume 143. P. 623 - 628. 9. Wiatros-Motyka M., Optimising fuel flow in pulverized coal and biomass-fired boilers: IEA Clean Coal Centre, 2016, 61 p. 10. https://www.cbpg.com/ru/produkty-i-resenia/effektivnost- kotlov/optimizacia-processa/smart-clean-dla-elektrogeneracii/diagnostika 11. Qiming J., Gaofeng D., Youngbind W., High-temperature corrosion of water-wall tubes in oxy-combustion atmosphere // «Journal of Energy Institute». 2020. Volume 93. P. 1305 - 1312. 12. Zhou H., Zhang K., Li Y., Simulation of ash deposition in different furnace temperature with a 2D dynamic mesh model // «Journal of the Energy Institute». 2019. Volume 92. P. 1793 - 1756. 13. Martinson C.A., Schoor G.V., Energy and exergy analyses of a subcritical pulverized coal-fired boiler based on the effects of slagging and fouling // IFAC-PapersOnLine. 2017. Volume 50. P. 2017 - 2022. 14. Кузнєцов Н.В., Мітор В.В., Тепловий розрахунок котелень агрегатів (нормативний метод): Енергія, 1973 р. - 296 с. 15. https://www.cbpg.com/ru/produkty-i-resenia/effektivnost- kotlov/optimizacia-processa/smart-clean-dla-elektrogeneracii/diagnostika 16. Бойко Є.А, Жадовець Є.М, Шишмарьов П.В, «Чисельне моделювання процесу утворення відкладень на напіврадіаційних поверхнях нагріву БКЗ-420-140ПТ1»