PowerOPTI Poznat → Řídit → Zlepšit Vyhodnocení a řízení účinnosti kotle
PowerOPTI = Soubor Nástrojů & Řešení & Služeb POZNAT → ŘÍDIT → ZLEPŠIT Co je to účinnost, jak se počítá Ztráty kotle Vyhodnocení změny/zvýšení účinnosti Predikce vyrobeného tepla Supervize účinnosti; symptomy a příčiny, lokalizace příčin snížené účinnosti (Optimalizace řízení vlastní spotřeby kotle) Komplexní cíl = Snížení nákladů = Udržování vysoké dostupnosti, účinnosti a provozní flexibility = Plnění emisních limitů = Řízení a prodloužení životnosti PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
2
MOTTO
PŘEMÝŠLENÍ O SYSTÉMECH DOMYŠLENÍ VŠECH SOUVISLOSTÍ BOJ PROTI PRAKTICISMU A ZJEDNODUŠUJÍCÍMU VYSVĚTLOVÁNÍ
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
3
ÚČINNOST KOTLE ÚČINNOST KOTLE = GLOBÁLNÍ SYMPTOM ZDRAVÍ KOTLE CO OVLIVŇUJE ÚČINNOST KOTLE? 1. Palivo; složení = podíl vody a popeloviny, spalné teplo hořlaviny 2. Provozní podmínky = vnější (teplota okolního vzduchu), vnitřní (teplota napájecí vody) 3. Stav kotle 4. Řízení a regulace kotle CO JE ÚČINNOST; obecná definice, není to fyzikální veličina! Získaný užitek Účinnost = -----------------------Vložené náklady METODY STANOVENÍ a HODNOCENÍ Přímá Nepřímá Jiné možnosti – sledování vybraného symptomu (přebytek kyslíku, …)
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
4
ÚČINNOST KOTLE H – Pára
H - Popílek
H - Spaliny
H - Popel
Bilanční obálka
Q – Chem.nedopal Q – Mech.nedopal Q – Ved./Sálání
Spalovací komora Spalinovody
Q – Do H2O
Okruh Voda/Pára
H – Odluh
Q – Teoretické teplo v palivu Q - Parní ohříváky vzduchu
H - Směsi
Q - Ventilátory
H – NV
H - Reagenty
H - Palivo
H - Neřízený vzduch
H - Řízený vzduch
Vstupy hmoty
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
5
VYHODNOCENÍ ZMĚNY ÚČINNOSTI KOTLE – ZÁKLADNÍ MYŠLENKA ZÁKLADNÍ OTÁZKA ZNÍ = S JAKOU ÚČINNOSTÍ VYROBÍME XX MW TEPLA (= výkon kotle) palivem TÉTO KVALITY (= obsah vody, obsah popelovin, spalné teplo hořlaviny) při TĚCHTO PROVOZNÍCH PODMÍNKÁCH (= teplota NV, teplota okolního vzduchu) ? Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Výkon kotle Vlastnosti paliva Provozní podmínky
Kotel
Kvalita regulace (Stav kotle)
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
Účinnost Komínová ztráta
6
VYHODNOCENÍ ZMĚNY ÚČINNOSTI KOTLE - POSTUP
Kriteria výběru
Trendy a histogramy veličin po změně regulace
Předpoklady výpočtu účinnosti
Porovnání modelů
Nová obrazovka?
Validace modelu TEPLO pro predikci
Trend účinnosti po změně regulace Schéma validační úlohy
Schéma kotle Trend účinnosti před změnou regulace
Trendy a histogramy veličin před změnou regulace
Surová data
Schéma validačního modelu
Validovaná data
Kriteria předčištění
Předčištěná data
Schéma regresního modelu
Regresní modely
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
Měření - Predikce před změnou regulace
Porovnání modelů
Měření - Predikce po změně regulace
Další cyklus
7
PREDIKCE VYROBENÉHO TEPLA ZÁKLADNÍ OTÁZKA ZNÍ = KOLIK VYROBÍME TEPLA když dodáváme TOTO MNOŽSTVÍ PALIVA TÉTO KVALITY (= obsah vody, obsah popelovin, spalné teplo hořlaviny) za TĚCHTO PROVOZNÍCH PODMÍNEK (= teplota NV, teplota okolního vzduchu tepelný tok v páře pro ohříváky vzduchu, elektrický příkon velkých ventilátorů) ? Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Množství paliva Vlastnosti paliva Provozní podmínky
Kotel
(Pára do ohříváků vzduchu) (Příkon ventilátorů)
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
Užitečné teplo
8
PREDIKCE VYROBENÉHO TEPLA - POSTUP VÝBĚR ČASOVÉHO INTERVALU Červen 2015 + Srpen 2015 (nová regulace kotle; poměr palivo/vzduch) PŘEDČIŠTĚNÍ DAT Mez pro status validačního modelu 0,8 (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají status menší) Mez pro užitečné teplo 95 MW (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají užitečné teplo větší) Neprobíhá ofukování spalinových výměníků Nebyly aspoň některé důležité hodnoty PROVEDENÍ VLASTNÍ REGRESNÍ ANALÝZY Postupná výstavba modelu VÝSLEDKY A CO DÁL MEP = 0,137 (Odmocnina z MEP = 0,37) Validace modelu Práce a zahrnutí energie z páry a elektrické energie PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
9
ZTRÁTY KOTLE - složky
Komínová ztráta
Ztráty fyzickým teplem
Další ztráty fyzickým teplem
Ztráty fyzickým teplem v ložovém popelu Ztráty fyzickým teplem v úletovém popílku
Snížená účinnost kotle Mechanický nedopal v úletovém popílku (C) Mechanický nedopal v ložovém popelu (c) Chemický nedopal (CO)
Neúplné spalování
Ztráty sáláním a radiací Ztráty odluhem Ztráty netěsností v okruhu voda/pára
Jiné ztráty
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
10
SUPERVIZE ÚČINNOSTI – symptomy a příčiny
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
11
Provozní měření)
Laboratorní měření
Symptomy
Vyrovnání & Ochrana proti hrubým chybám, Estimace neměřených veličin Teplota spalin na výst. z kotle
Přebytek vzduchu (O2)
Teplotní profil, tepelné toky, tlakový spád spalin
Koncentrace CO
Účinnost kotle
Mechanický nedopal popele
Vlastní spotřeba
Ztráty suchým plynem
Ztráty vlhkostí
Příčiny
Mechanický nedopal popílku
Zanesení výměníků
Zanesení výměníků
Vlhkost ve vzduchu
Netěsnosti pláště kotle
Netěsnost – Úniky vody/páry
Netěsnosti ohříváku vzduchu
Kvalita uhlí = Obsah vody
Chybný poměr palivo/vzduch
Předehřev vzduchu
Předehřev vzduchu
Kvalita uhlí = Obsah vody, obsah popelovin, obsah C v hořlavině
Kvalita uhlí = obsah popelovin obsah S
Chybný poměr palivo/vzduch
Regulace odsiřování
Snížená účinnost kotle Sálání a radiace Odluhování
(Jiné)
Netěsností v okruhu voda/pára Provozní podmínky
Neúplné spalování
Ztráty tuhými zbytky
Jiné příčiny
www.otenergy.eu
Lokální archiv - CSV
Čtení dat pro úlohy validace dat
Kontroly, korekce a SW kalibrace dat
Validační úloha kotle FK8 (upravená)
Lokální archiv - CSV
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
14
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
15
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
16
MODEL “ÚČINNOST“
Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Výkon kotle Vlastnosti paliva Provozní podmínky
Kotel
Kvalita regulace (Stav kotle)
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
Účinnost Komínová ztráta
17
MODEL “TEPLO“
Náhodné vlivy provozu, ruční zásahy do řízení Množství paliva Vlastnosti paliva Provozní podmínky
Kotel
(Pára do ohříváků vzduchu) (Příkon ventilátorů)
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
Užitečné teplo
18
KRITERIA VÝBĚRU ČASOVÝCH INTERVALŮ KRITERIA VÝBĚRU (Uvědomit si, na čem ASI ? závisí účinnost kotle) Obdobný výkon Obdobné palivo Stejné roční období (teplota a vlhkost okolního vzduchu Obdobná teplota NV Obdobný provoz parních ohříváků vzduchu CO BYLO VYBRÁNO 2.6. až 30.6. 2014 15.5. až 12.6. 2015
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
19
PŘEDPOKLADY VÝPOČTU ÚČINNOSTI STEJNÁ VALIDAČNÍ ÚLOHA = Stejné předzpracování Stejný validační model SPECIFICKÉ PODMÍNKY = ZAJIŠTĚNÍ STEJNÝCH PŘEDPOKLADŮ PRO VÝPOČET ÚČINNOSTI Není uvažován tepelný tok do parních ohříváků vzduchu a elektrický příkon ventilátorů Není uvažován vápenec; v roce 2015 signál chyběl Podíl úletového popílku a ložového popele je 60 / 40 Prvkové složení hořlaviny je fixní Ztráta fyzickým teplem vody je dána rozdílem entalpií o teplotách: teplota vody opouštějící kotel (buben), teplota napájecí vody Ztráta fyzickým teplem spalin a tuhých zbytků je dána rozdílem entalpií o teplotách: teplota tuhých zbytků, resp. spalin opouštějící kotel a teplotou okolního venkovního vzduchu.
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
20
PŘEDPOKLADY VÝPOČTU ÚČINNOSTI PRO POROVNÁNÍ ÚČINNOSTÍ SPECIFICKÉ PODMÍNKY = ZAJIŠTĚNÍ STEJNÝCH PŘEDPOKLADŮ PRO VÝPOČET ÚČINNOSTI (pokračování) Ztráta nedopalem v tuhých zbytcích je dána fixně pro ložový popel a úletový popílek a to jako hmotnostní podíl uhlíku daného tuhého zbytku; hodnota ztracené energie je dána reakcí daného množství uhlíku na CO2. Ztráta chemickým nedopalem je dána fixně obsahem CO ve spalinách; hodnota ztracené energie je dána doreagováním daného množství CO na CO2. Užitečné teplo je teplo předané vodě jak ve fázi kapalné, tak ve fázi plynné. Hodnota odluhu je minimální (max. 1 hod denně). Jako teplota úletového popílku je použita teplota na výstupu z kotle Jako teplota ložového popele je použita teplota fluidního lože 850 °C. Chyby měření obsahu popeloviny a vody v palivu UH1 nastaveny na 3 % Koncentrace O2 emisního monitoringu nastavena jako neměřená. Koncentrace CO ve spalinách byla nastavena na 25 mg/Nm3 přepočtené na referenční obsah O2 = 6 %; měření CO v roce 2014 chybí
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
21
KRITERIA PŘEDČIŠTĚNÍ KRITERIA PŘEDČIŠTĚNÍ Mez pro status validačního modelu 0,5 (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají status menší) Mez pro užitečné teplo 95 MW (= uvažují se jen ty vzorky dat, které mají užitečné teplo větší) Neprobíhá ofukování spalinových výměníků Nebyly některé důležité hodnoty v daném vzorku dat
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
22
KONCENTRACE KYSLÍKU 2015
2014 1200
400 350
1000
300
800
250
600
200 150
400
100
200
50 0 1.0 1.8 2.5 3.3 4.0 4.8 5.5 6.3 7.0 7.8 8.5 Kyslík [%]
0 1.0 1.8 2.5 3.3 4.0 4.8 5.5 6.3 7.0 Kyslík [%]
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
23
TEPLOTA SPALIN NA VÝSTUPU Z KOTLE 2015 500
450
450
400
400
350
350
300
300
250
250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0 110 114 118 122 126 130 134 138 142 146 150 154 158
500
110 114 118 122 126 130 134 138 142 146 150 154 158
2014
Teplota [°C]
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
Teplota [°C]
24
2015
Rozdíl (2015-2014)
93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81
2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 100
110
120
130
140
150
160
170
Rozdíl [%]
Učinnost [%]
2014
180
Užitečné teplo [MW]
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
25
ÚČINNOST MĚŘENÍ vs PREDIKCE 2015
2014
Účinnost 2015 Měření versus Predikce
93
93
92
92
Účinnost naměřená [%]
Účinnost naměřená [%]
Účinnost 2014 Měření versus Predikce
91 90 89
91 90 89
88
88
87
87 87
88
91 89 90 Účinnost vypočítaná [%]
92
93
87
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
88
89 90 91 Účinnost vypočítaná [%]
92
93
26
VALIDACE MODELU “TEPLO“ MĚŘENÍ vs PREDIKCE
REZIDUUM Histogram
Teplo 2015 Měření versus Predikce
1400
190 180
1200
Teplo naměřené [MW]
170
1000
160 150
800
140
600
130 120
400
110
200
100 90 90
100
110
120
130 140 150 Teplo vypočítané MW]
160
170
180
190
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
0 -2.0 -1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 Reziduum[MW]
27
Postupná výstavba modelu predikce Užitečného tepla Poznat à Řídit à Zlepšit Palivo:
+ Popelovina + Popelovina ^2
MEP: 39,8 Regresní křivka - Sheet1
Teplo
MEP: 3,00 2,87 Y-predikce - Sheet1
Y-naměřené 190
200
180 180 170 160 160 150 140
140
130 120 120 110 100 100 Y-predikce
Palivo 90
80 20
+ Palivo^2
30
40
50
90
60
MEP: 36,5
100
110
120
130
140
150
+ Spalné teplo + Teplota NV + Teplota VZD Y-predikce - Sheet1
Y-naměřené
170
MEP: 0,950 0,948
180
190
0,906
Y-predikce - Sheet1
Y-naměřené
220
160
190 180
200 170 180
160 150
160
140 140
130 120
120
110 100 100 Y-predikce 80
Y-predikce 90
80
+ Voda
100
120
140
160
180
200
220
90
100
110
120
130
140
+ Složené členy
MEP: 30,5 Y-predikce - Sheet1
Y-naměřené
160
170
180
190
170
180
190
MEP: 0,137 Y-predikce - Sheet1
Y-naměřené
200
150
190 180
180 170 160
160
150
140
140 130
120 120 110
100 100
Y-predikce 80
Y-predikce 90
80
100
120
140
160
180
200
90
100
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
110
120
130
140
150
160
28
Účinnost 2014 Účinnost vypočítaná 2014
Voda
Popelovina
93
55
92
50
91
45
90
40
89
35
88
30
87
25
86
20
85
15 1001
1
101
201
301
401
501
601
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
701
801
901
Voda, Popelovina [%]
Účinnost [%]
Účinnost naměřená 2014
29
Účinnost 2015
Účinnost [%]
Účinnost vypočítaná 2015
Voda
Popelovina
55
92
50
91
45
90
40
89
35
88
30
87
25
86
20
85
15 1001
1
101
201
301
401
501
601
PowerOPTI – Supervize & Diagnostika & Optimalizace tepelného cyklu elektráren a tepláren
701
801
901
Voda, Popelovina [%]
Účinnost naměřená 2015
93
30