koncept monitoringa performansi

90
Koncept monitoringa performansi MONITORING PERFORMANSI SISTEMA

Upload: joy-buchanan

Post on 23-Nov-2015

31 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

  • Koncept monitoringa performansi

    MONITORING PERFORMANSI SISTEMA

  • Monitoring performansi predstavlja proces kontinuirane evaluacije proizvodne sposobnosti i efikasnosti nekog postrojenja i njegovih dijelova u toku posmatranog vremenskog perioda koritenjem mjernih podataka sa postrojenja. Evaluacije se ponavljaju u odreenim vremenskim intervalima uz koritenje podataka koji su trenutno dostupni sa on-line prikljuenih mjernih instrumenata.

  • Monitoring performansi treba razlikovati od planiranog ispitivanja performansi, kao to je normativno ispitivanje kotlovskog postrojenja koje se izvodi u planiranim vremenskim intervalima uz upotrebu instrumenata vee klase tanosti od onih koritenih pri monitoringu performansi.

  • Cilj monitoringa performansi je da se vri kontinuirana evaluacija degradacije (pogoranja) performansi nekog postrojenja ili njegovih dijelova kako bi se obezbijedila dodatna informacija koja e pomoi u identifikaciji problema, poboljanju performansi kao i donoenja ekonomski opravdanih odluka o rasporedu odravanja i optimizaciji rada postrojenja.

  • Uspjean monitoring performansi moe obezbijediti informaciju o tome u kojoj mjeri su se performanse postrojenja promijenile, i eventualno koliko je svaki dio postrojenja uzrokovao tu promjenu. Ova informacija omoguuje lociranje uzroka degradacije performansi unutar postrojenja kao i procjenu prouzrokovanih operativnih gubitaka.

  • Iako se moe oekivati da monitoring performansi pomogne u lociranju problema na dijelovima postrojenja, dijagnostiki postupci koji do toga dovode nisu predmet istraivanja u ovom radu. Da bi se utvrdio nivo kvaliteta performansi posmatranog postrojenja treba porediti trenutne sposobnosti postrojenja za ostvarenje performansi sa njihovim oekivanim vrijednostima

  • Prema tome, monitoring performansi podrazumijeva poreenje trenutnog sa oekivanim stanjem postrojenja. Proizvodna sposobnost je mjera sposobnosti postrojenja da proizvede izlaznu vrijednost za koju je projektovano, to se moe razlikovati od trenutne proizvodnje. Cilj monitoringa performansi je kontinuirana ocjena ove sposobnosti kao i praenje njene promjene u toku posmatranog vremenskog perioda.

  • Pri monitoringu performansi susreu se dva pojma: trenutne performanse i oekivane performanse. Evaluacija degradacije performansi podrazumijeva poreenje spomenutih veliina. Za svaki elemenat nekog postrojenja, pa i elektrane, moe se zadati proizvodni cilj kao i veliina koja se mjeri i koja predstavlja mjeru ostvarivanja postavljenog cilja.

  • Oni dijelovi postrojenja koji se odnose na potronju goriva, kao to je sluaj sa parnim kotlom, imaju dva proizvodna cilja, a time i dva mjerna parametra za ocjenu performansi. To proizilazi iz injenice da su stepen iskoritenja kotla i produkcija pare dva zavisna parametra. U takvim sluajevima je potrebno vriti evaluaciju stepena iskoritenja zajedno sa evaluacijom produkcije pare, jer se vee vrijednosti produkcije pare mogu postii jednostavnim poveanjem potronje goriva u kom sluaju ocjena performansi ne prikazuje stvarnu sliku stanja postrojenja.

  • Postupak prorauna performansiMonitoring performansi podrazumijeva niz aktivnosti koje se ponavljaju u odreenim vremenskim intervalima. Te aktivnosti se znaajno razlikuju od postrojenja do postrojenja, zavisno od toga koji su mjerni podaci dostupni, od tipa postrojenja, kao i stepena sloenosti prorauna. U optem sluaju, monitoring performansi treba da sadri sve ili barem neke od sljedeih koraka:

  • prikupljanje izmjerenih vrijednosti parametara;pregled, provjera i/ili ocjena validnosti mjernih podataka radi pronalaenja greaka i propusta;ispravka identifikovane greke i propusta u izmjerenim podacima (ako je to mogue);odreivanje srednjih vrijednosti izmjerenih podataka;proraun termodinamskih veliina kao kao to su entalpija i entropija;

  • upotreba jednaina masenog, energetskog i/ili hemijskog bilansa da bi se odredili podaci koji nisu izmjereni ali se mogu izraunati na osnovu dostupnih mjerenja;proraun trenutnih vrijednosti parametara kao to su specifina potronja toplote, stepen iskoritenja, efektivnost i temperaturne razlike;predvianje oekivanih vrijednosti parametara performansi postrojenja;proraun korigovanih performansi;proraun pogoranja (degradacije) performansi na osnovu razlike izmeu oekivanih i trenutnih vrijednosti parametara;

  • upotreba jednaina masenog, energetskog i/ili hemijskog bilansa da bi se odredili podaci koji nisu izmjereni ali se mogu izraunati na osnovu dostupnih mjerenja;proraun trenutnih vrijednosti parametara kao to su specifina potronja toplote, stepen iskoritenja, efektivnost i temperaturne razlike;predvianje oekivanih vrijednosti parametara performansi postrojenja;proraun korigovanih performansi;proraun pogoranja (degradacije) performansi na osnovu razlike izmeu oekivanih i trenutnih vrijednosti parametara;procjena uticaja koji degradacija performansi

  • Oekivane performanseKao to je ve reeno, da bi monitoring performansi imao smisla mora se vriti poreenje trenutnih sa oekivanim performansama i pratiti ta razlika tokom odreenog vremenskog perioda. Ovaj proces je ekvivalentan praenju degradacije (razlike izmeu oekivanih i trenutnih performansi) u toku posmatranog vremenskog perioda. S obzirom da je monitoring performansi kontinuiran proces nasuprot npr. normativnim ispitivanjima koja se vre periodino, to se evaluacija performansi u sutini vri za niz razliitih radnih uslova postrojenja. Time procjena oekivanih performansi postaje najvei izazov sa aspekta monitoringa performansi.

  • Na slici 4.1 dat je primjer oekivanih vrijednosti stepena iskoritenja kotla naspram stvarnih (degradiranih) vrijednosti za jedan parni kotao sa sagorijevanjem vrstog goriva. Nominalni stepen iskoritenja kotla se mijenja u zavisnosti od koeficijenta vika zraka to je prikazano linijom oekivanih vrijednosti stepena iskoritenja. Pri analizi ovog sluaja pretpostavlja se da je koeficijent vika zraka jedini parametar koji se mijenja. Proizvoai kotlova obino daju radne krive performansi na kojima se vidi na koji nain se performanse mijenjaju sa promjenom pojedinih radnih parametara.

  • Te krive mogu biti upotrijebljene da se izrauna linearna zavisnost oekivanog stepena iskoritenja u funkciji od svakog posmatranog radnog parametra. Treba primjetiti da jedna taka na pravcu oekivanog stepena iskoritenja predstavlja nominalnu vrijednost stepena iskoritenja koja se javlja samo za sluaj jedne tj. nominalne vrijednosti koeficijenta vika zraka .

  • Poreenje nominalne, oekivane, trenutne i korigovane vrijednosti stepena iskoritenja parnog kotla

  • S obzirom da stvarni parni kotao radi u oblasti razliitih koeficijenata vika zraka vrlo je vjerovatno da e se izraunate vrijednosti stepena iskoritenja mijenjati po pravcu koji se nalazi ispod pravca oekivanih vrijednosti stepena iskoritenja kao to je to prikazano na slici 4.1.

  • Korigovani stepen iskoritenja je ona vrijednost koju bi imao parni kotao posmatran sa postojeim degradacijama pri emu su stvarni radni uslovi svedeni na njihove nominalne vrijednosti. Razlika izmeu korigovane i nominalne vrijednosti stepena iskoritenja predstavlja degradaciju stepena iskoritenja, kao jednog od pokazatelja performansi parnog kotla.

  • Naravno, bez obzira koji sistem monitoringa performansi kotla se koristi, mora se uzeti u obzir injenica da istovremeno sa promjenom koeficijenta vika zraka dolazi do promjene i nekih drugih parametara kao to su: koliina goriva, sadraj O2 u izlaznim dimnim plinovima, ulazna temperatura meupregrijane pare, koliina meupregrijane pare, temperatura napojne vode, ulazna temperatura zraka, udio H u gorivu, sadraj vlage u gorivu itd.

  • Ako se pretpostavi da svaki od navedenih parametara ima nezavisan uticaj na stepen iskoritenja kotla onda je mogue upotrijebiti zaseban model oekivanih performansi za svaki spomenuti parametar, pri emu se prati promjena stepena iskoritenja samo pri promjeni tog parametra dok se ostali smatraju nepromijenjenim. Tada je ukupna promjena stepena iskoritenja jednaka proizvodu promjena nastalih pri promjeni svakog od navedenih radnih parametara zasebno.

  • Nasuprot tome, alternativno rjeenje bi bilo u postavljanju modela performansi parnog kotla u vidu raunarskog programa koji sadri matematike modele loita, pregrijaa i meupregrijaa pare, zagrijaa vode i zagrijaa zraka, zasnovane na fizikalnim zakonitostima procesa koji se odvijaju u parnom kotlu. Takav raunarski program kao ulazne veliine uzima sve parametre radnih uslova i predvia stepen iskoritenja kao i produkciju vodene pare kao izlazne veliine.

  • Definisanje nominalnih vrijednostiPostoji nekoliko naina da se doe do podataka o nominalnim vrijednostima parametara postrojenja kao cjeline ali i njegovih pojedinanih elemenata. U svrhu monitoringa performansi izbor naina prikupljanja podataka je proizvoljan. Ako monitoring sistem definie degradaciju kao pad performansi u toku posmatranog vremenskog perioda, tada nije potrebno poznavanje apsolutnih nominalnih vrijednosti parametara

  • Neki od naina na koji se definiu nominalne vrijednosti parametara su:garancije proizvoaa elemenata postrojenja,koritenje podataka iz primopredajnih ispitivanja postrojenja tj. njegovih dijelova,koritenje izmjerenih podataka na postrojenju u vrijeme instalisanja monitoring sistema,podeavanje nominalnih vrijednosti u redovnim vremenskim intervalima koritenjem mjernih podataka sa postrojenja (normativna ispitivanja).

  • Kotao ima nominalni stepen iskoritenja i nominalnu produkciju vodene pare samo pri nominalnim radnim uslovima koji se jo nazivaju i referentnim radnim uslovima. U tabeli 4.1 su date brojane vrijednosti za neke od parametara koji karakteriu radne uslove kao i neke od performansi tj. produkciju vodene pare i stepen iskoritenja posmatranog parnog kotla u TE Tuzla.

  • Svi podaci u navedenoj tabeli su meusobno povezani. Promjena bilo kog od radnih uslova (u odnosu na njegovu nominalnu vrijednost) uticat e na promjenu stepena iskoritenja odnosno produkcije pare u odnosu na njihove nominalne vrijednosti. Prema tome, da bi se vrila predvianja oekivanih performansi postrojenja potrebno je imati odgovarajui model uz skup nominalnih podataka kako o radnim uslovima tako i o performansama kotla.

  • Tabela 4.1 Nominalni parametri parnog kotla

    Nominalni parametri performansiProdukcija vodene pare180,55 kg/sStepen iskoritenja kotla87 %Nominalni radni parametriDonja toplotna mo gorivaHd= 9868 kJ/kgPritisak zasienja pare15,4 MPaTemperatura pregrijane pare540 oCTemperatura meupregrijane pare375 oCKoliina meupregrijane pare158,33 kg/sUlazni pritisak meupregrijane pare2,940 MPaUlazna temperatura napojne vode240 oCUlazna temperatura zraka240 oC

  • Korigovane performanse Praenje performansi na postrojenjima sa promjenljivim radnim uslovima je oteano s obzirom na to da vrijednosti veine parametara performansi u tom sluaju takoe variraju. Jedna od metoda kojom se olakava identificiranje promjene performansi tokom vremena je korekcija tj. svoenje trenutnih performansi na nominalne radne uslove. Korigovati performanse znai uzeti u obzir promjene koje se mogu oekivati usljed promjena parametara okoline i skupa nominalnih radnih parametara.

  • Veliina degradacijeKao to je ve navedeno degradacija predstavlja smanjenje sposobnosti postrojenja za ostvarenjem performansi u posmatranom vremenskom periodu. To je relativni parametar i njime se poredi sposobnost opreme u jednom vremenskom trenutku naspram iste u drugom vremenskom trenutku. S obzirom da je npr. korigovani stepen iskoritenja preraunata vrijednost za nominalne radne uslove, tada je razlika izmeu korigovanih vrijednosti stepena iskoritenja u dva razliita vremenska trenutka ustvari degradacija tog pokazatelja performansi parnog kotla. Prema tome, degradacija se moe definisati kao promjena korigovanih performansi postrojenja u toku posmatranog vremenskog perioda.

  • Trokovi uzrokovani degradacijomIz svega dosada navedenog moe se vidjeti da je poznavanje veliine degradacije performansi postrojenja veoma bitno. Da bi donijeli odluku o nainu odravanja postrojenja, rukovaoci na postrojenju moraju znati koliki su gubici koje degradacija izaziva prilikom rada postrojenja. Degradacija performansi parnog kotla ima uticaja na performanse cjelokupnog termoenergetskog postrojenja, a to se moe izraunati koritenjem modela cjelokupnog postrojenja. Ovi uticaji na ukupnu snagu elektrane se mogu izraunati pretvarajui ih u operativne trokove u vidu dodatno potrebne koliine uglja ili u MWh elektrine energije koja nije prodata zbog degradacije koja je nastupila.

  • Nakon to je odreena veliina degradacije performansi postrojenja i njegovih elemenata, rukovalac na postrojenju treba da odredi najbolji nain upravljanja postrojenjem da bi se ostvarila maksimalna efikasnost procesa, a time i maksimalna dobit.

  • Kontrolna ispitivanja nasuprot on-line monitoringu

    Poznato je da kontrolna ispitivanja kao to su npr.normativna ispitivanja predstavljaju jednokratni postupak ocjene rada pojedinih elemenata ali i postrojenja kao cjeline. Ova ispitivanja se vre uz upotrebu mjernih instrumenata vee klase tanosti od instrumenata u svakodnevnoj upotrebi, od kojih je veina postavljena specijalno za tu namjenu. Za vrijeme mjerenja postrojenje radi pri uslovima koji treba da su to blii projektnim i/ili garantnim.

  • Cilj ispitivanja je da se odredi maksimalni apsolutni kapacitet postrojenja i ova ispitivanja se esto izvode sa ciljem provjere ili verifikacije garancija od strane proizvoaa ili u sluajevima koritenja nove ili remontovane opreme. S druge strane, cilj on-line monitoringa je praenje i otkrivanje promjena u performansama elemenata postrojenja pri emu se u skladu s definisanim promjenama poduzimaju odgovarajui postupci. Poznavanje apsolutne vrijednosti performansi nije nuno neophodno za postupak on-line monitoringa performansi. Umjesto toga, najvanija je ponovljivost mjerenja to daje vjerodostojnost procesu praenja promjena tokom vremena. Principijelne razlike izmeu normativnih ispitivanja i monitoringa performansi su prikazane u tabeli 4.2.

  • Tabela 4.2 Poreenje normativnih ispitivanja i on-line monitoringa performansi

    Normativna ispitivanjaOn-line monitoringCiljOdrediti apsolutnu vrijednost performansiUtvrditi degradacijuVrsta upotrijebljenih mjernih instrumenataInstrumenti vee klase tanosti od ugraene mjerne opremePostojea mjerna oprema na postrojenjuZahtjevi pri mjerenjimaTanostPonovljivostInterval ispitivanjaPlanirani vremenski periodKontinuirano praenjeUslovi ispitivanjaMjerna oprema zatiena i postrojenje radi pri zadanom optereenjuNormalni rad postrojenja

  • Osnovna razlika izmeu on-line monitoringa performansi i normativnih ispitivanja sastoji se u tome da se za on-line monitoring koristi sva raspoloiva mjerna oprema koja je svakodnevno dostupna u postrojenju, i koja rukovaocima omoguava uvid u stanje postrojenja. Izmjerene vrijednosti u optem sluaju nisu adekvatne za ispitivanja garantnih veliina, ali su dovoljno dobre za praenje promjena u degradaciji elemenata postrojenja. Kontinuiran karakter on-line monitoringa daje mogunost odbacivanja onih mjernih podataka koji nisu u skladu sa dugoronim kretanjima vrijednosti posmatranih parametara.

  • Metode analize performansi

    Monitoring performansi podrazumijeva poreenje oekivanih vrijednosti performansi elemenata posmatranog postrojenja (kakve bi se oekivale za sluaj rada nove opreme) i njihovih trenutnih vrijednosti. Trenutne performanse se obino direktno mjere ili raunaju na osnovu dostupnih mjernih podataka. Da bi se vrilo predvianje oekivanih performansi elemenata postrojenja mora biti ispunjeno sljedee:izvrena mjerenja radnih parametara,postojanje metode ili modela za predvianja promjene performansi pri promjeni radnih uslova.

  • Analiza performansi upotrebom raunarskih modelaKorekcione krive koje proizvoai opreme dostavljaju svojim kupcima su dobijene na osnovu fizikalno zasnovanih raunarskih modela za opis performansi postrojenja i predstavljaju prikladan nain za prenos rezultata kompleksne kompjuterske analize. Meutim, danas u vrijeme mone raunarske opreme nema potrebe za pojednostavljenjem analize performansi i njenim svoenjem na nekoliko krivih. Nema razloga da se direktno ne koriste raunarski programi za odreivanje oekivanih i korigovanih performansi.

  • Razliiti raunarski programi sadre kompleksne, fizikalno zasnovane modele performansi koji se mogu koristiti umjesto korekcionih krivih. U stvari, proizvoai opreme koriste ove raunarske programe da bi kreirali korekcione krive. Neke prednosti koritenja raunarskih programa u odnosu na korekcione krive su:mogunost modeliranja interakcija izmeu raznovrsnih radnih uslova,fizikalno zasnovani raunarski modeli dozvoljavaju iroko tolerancijsko podruje promjene radnih uslova,

  • na fizikalno zasnovanim modelima mogu se izraunati uticaji parametara za koje nisu dostupne korekcione krive,fizikalno zasnovani modeli daju detaljnu informaciju o oekivanim performansama to nije sluaj pri upotrebi korekcionih krivih. Ova dodatna informacija moe pomoi u dijagnosticiranju problema

  • Procedura analize performansi postrojenja koritenjem raunarskog modela se sastoji u sljedeem:Napraviti raunarski model posmatranog postrojenja. Procedura za projektovanje modela zavisi od karakteristika upotrijebljenog softvera;Izvriti provjeru modela na osnovu garantnih podataka proizvoaa opreme i/ili mjernih podataka sa posmatranog postrojenja. Korigovati model tamo gdje je potrebno;Za svaki interval monitoringa performansi sistema kao ulazne podatke ubaciti izmjerene vrijednosti za radne uslove postrojenja;Izvriti raunarsku simulaciju na modelu koji e dati predvianja oekivanih performansi kao izlazne podatke iz modela;

  • Ocijeniti degradaciju performansi postrojenja poreenjem oekivanih performansi, koje je dao model sa izmjerenim vrijednostima na postrojenju.Predvianja performansi koja se dobijaju iz simulacione verzije modela postrojenja porede se sa podacima dobijenim od proizvoaa opreme, i to za iroko podruje radnih uslova kako bi se verifikovala tanost modela. Ako je potrebno, korekcije se vre u samom dizajnu modela i proces verifikacije se ponavlja sve dok se ne postigne usklaenost izmeu modela i podataka proizvoaa opreme 3-5% za cijelo posmatrano radno podruje. Rezultujui model se tek tada moe koristiti za predvianja oekivanih performansi za razliite vrijednosti promjenljivih radnih uslova.

  • injenica je da metoda krivih performansi i metoda raunarskog modela daju na izlazu priblino iste vrijednosti za sluaj kada se posmatraju uski intervali promjene radnih uslova. Meutim, razlika izmeu spomenutih metoda postaje sve znaajnija, posebno u smislu stepena iskoritenja odnosno efektivnosti, pri veoj promjeni radnih uslova. Drugim rijeima, metoda krivih je izvedena iz raunarskih modela i predstavlja pojednostavljenje upotrebe modela, ime se omoguava predvianje performansi bez potrebe pokretanja raunarskog programa.

  • POJAM MODELIRANJA I SIMULACIJAU najirem smislu modeliranje predstavlja isplativo koritenje modela umjesto realnog sistema sa ciljem da se doe do odreenog saznanja. Rezultat modeliranja je model. Model je uprotena i idealizovana slika realnosti koji nam omoguuje da se suoimo sa realnim svijetom (sistemom) na pojednostavljen nain, izbjegavajui njegovu kompleksnost i ireverzibilnost, kao i sve opasnosti koje mogu proistei iz eksperimenta nad samim realnim sistemom.

  • Cilj modela je da uoblii na vidljiv, esto formalan nain ono to je sutinsko za razumijevanje nekog aspekta njegove strukture ili ponaanja. Podjela modela se moe izvriti na sljedei nain:Fiziki modeli (statiki i dinamiki) iApstraktni modeli (opisni, analogni i matematski)

  • Matematskim modelom se pomou odgovarajuih matematskih postupaka i operacija, na osnovu odreenih podataka, opisuje ponaanje sistema. Da bi matematski model sluio svrsi, mora da bude koncepcijski definisan, da je jednostavan za koritenje, da se moe stalno dograivati tj. razvijati u skladu sa novim zahtjevima i saznanjima. Osnovna svrha primjene matematskih modela je opisivanje ponaanja realnog sistema u cjelini ili njegovih pojedinih segmenata u odreenim uslovima. Primjena matematskih modela omoguava definisanje odnosa promjenljivih za odreeni problem.

  • Matematski modeli se mogu podijeliti i na sljedei nain:Statiki,Dinamiki,Deterministiki,Stohastiki,Diskretni,Kontinuirani.

  • Modeliranje i simulacija nezamislivo je bez raunara. U modeliranju upotreba raunara ima dva cilja:Razvoj modela iIzvoenje prorauna i upravljanja na osnovu stvorenog modela.Na taj nain modeliranje pomou raunara postaje disciplina kojom se mogu adekvatno i efikasno prikazivati sloeni sistemi i oblikovati i ispitivati njihovo ponaanje.

  • Izraz modeliranje i simulacija izraava sloenu aktivnost koja ukljuuje tri elementa:Realni sistem;Model;Raunar.

  • Pod realnim sistemom podrazumijeva se ureen, meuzavisan skup elemenata koji formiraju jedinstvenu cjelinu i djeluju zajedniki kako bi ostvarili zadati cilj ili funkciju, bez obzira da li se radi o prirodnom ili vjetakom sistemu i bez obzira da li taj sistem u posmatranom trenutku postoji ili se njegovo postojanje planira u budunosti. Model, kao i svaki realan sistem ima svoje objekte koji se opisuju atributima ili promjenljivim. Raunar kao trea komponenta ove sinteze predstavlja ureaj koji je sposoban izvriti instrukcije modela i koji na bazi ulaznih podataka generie razvoj modela u vremenu. Pored spomenutih elemenata treba obratiti panju i na otkrivanje definisanja relacija koje postoje meu njima

  • Modeliranje je proces kojim se uspostavlja veza izmeu realnog sistema i modela, dok je simulacija proces koji uspostavlja relaciju izmeu modela i raunara, kao to je to prikazano na slici 4.3. Rije simulacija moe da oznaava vei broj razliitih aktivnosti u svakodnevnoj praksi, dok se u mainskoj praksi pod simulacijom podrazumijeva proces izgradnje apstraktnih modela za neki sistem ili podsistem realnog svijeta te obavljanje veeg broja eksperimenata nad njima. Sa razvojem informacionih tehnologija dolazi do sve vee primjene raunara pri izvoenju simulacionih eksperimenata.

  • TOPLOTNI BILANS PARNOG KOTLA

    Toplotni proraun parnih kotlova predstavlja osnovu za projektovanje novog ili utvrivanje kapaciteta i ostalih karakteristika postojeeg kotla. Na njemu se zasnivaju svi ostali prorauni (aerodinamiki, hidrodinamiki, statiki i proraun vrstoe) koji se vre kasnije. Zbog toga od njegove tanosti u velikoj mjeri zavise ekonominost i sigurnost razmatranog parnog kotla.

  • Toplotni proraun predstavlja komplikovan i odgovoran zadatak koji zahtijeva poznavanje cjelokupne problematike kotla pri stacionarnim i prelaznim reimima rada, ponaanja kotla pri startovanju i obustavi rada, tehnologije izrade pojedinih dijelova i drugih problema. Pri projektovanju kotlova treba teiti maksimalnom iskoritenju goriva uz to manje trokove energije za pogon pomonih ureaja.

  • Zadovoljenje svih ovih uslova nije lako postii, jer najee iskljuuju jedan drugog. Razlikuju se kontrolni i projektni toplotni proraun kotla. Kontrolni proraun se vri ako je za postojei kotao, ije su konstruktivne karakteristike poznate, potrebno utvrditi toplotne reime pri snienim optereenjima, promijenjenom kvalitetu goriva ili promijenjenim parametrima pare koji utiu na reim rada kotla.

  • Za sprovoenje kontrolnog prorauna potrebno je imati na raspolaganju podatke o konstruktivnim karakteristikama, kvalitetu goriva, parametrima svjee i naknadno pregrijane pare, nainu regulisanja temperature pregrijane pare itd. Iako se termiki proraun stalno usavrava postojei modeli jo uvijek sadre mnoge pretpostavke i fiziki nekorektne obrasce koji ih ine nedovoljno pouzdanim.

  • Analiza toplotnog bilansa u kontekstu monitoringa performansi predstavlja primjenu jednaina masenog i energetskog bilansa na model kotlovskog postrojenja sa ciljem odreivanja detaljnih termodinamskih veliina posmatranog sistema. U analizi toplotnog bilansa na osnovu skupa ulaznih mjernih podataka na izlazu se dobija kompletan skup termodinamskih podataka za svaki tok fluida u modelu, ukljuujui kako izmjerene podatke tako i podatke koji nisu rezultati mjerenja.

  • U ovom kontekstu, analiza toplotnog bilansa ne predstavlja predvianja performansi postrojenja ili nekih njegovih elemenata ve postupak pribliavanja rezultatima mjerenja, koritenjem modela masenog i energetskog bilansa.Cilj analize toplotnog bilansa u okviru monitoringa performansi je dobijanje kompletnog skupa stvarnih radnih parametara sistema. Ti radni parametri se zatim mogu koristiti u pojedinanim evaluacijama elemenata postrojenja da bi se odredio stepen degradacije.

  • U literaturi se esto susree termin programski kod toplotnog bilansa koji se odnosi na upotrijebljeni softver za predvianja performansi postrojenja. Takvi kodovi u optem sluaju sadre jednaine masenih i energetskih bilansa, i dodatno modele fizikalnih karakteristika elemenata postrojenja. Da bi neki komercijalni kod bio odgovarajui on mora dozvoljavati korisniku unoenje izmjerenih podataka.

  • Kada se vri podeavanje programa za toplotni bilans sa izmjerenim podacima, u optem sluaju je neophodno ubaciti vrijednosti kao to su temperature, protoci, pritisci i snage. Ako program zahtijeva od korisnika ubacivanje ulaznih vrijednosti za izentropsku efikasnost ili stepen iskoritenja izmjenjivaa topline, moe se desiti da se na taj nain vre implicitne pretpostavke o degradaciji dijelova postrojenja ime se negira svha analize toplotnog bilansa.

  • Zakoni konzervacije mase i energijePrimjena masenog i energetskog bilansa predstavlja nain da se doe do onih podataka koji nisu dobijeni mjerenjima ili se ne mogu izmjeriti, ali se mogu upotrijebiti za poboljanje tanosti postojeih mjernih podataka na posmatranom postrojenju. Toplotni bilansi su bitna komponeneta bilo kog on-line monitoring sistema zbog toga to na veini postrojenja rijetko postoji dovoljno instrumenata da bi se adekvatno procijenile performanse elemenata postrojenja.

  • Kao to je ranije reeno, monitoring performansi je proces gdje su mjerni podaci sa postrojenja obraeni tako da se mogu donositi odluke ili zakljuci o trenutnoj sposobnosti ostvarivanja performansi postrojenja. Maseni i energetski bilansi su nain da se obezbijedi dodatna informacija o postrojenju. Ove ravnotene jednaine treba da budu zasnovane na to je mogue manje pretpostavki o sposobnosti ostvarivanja performansi postrojenja.

  • Umjesto toga one slue za uspostavljanje veza izmeu mjerenja koja su izvrena. Na primjer, jednaine toplotnog bilansa ne treba da sadre pretpostavke o koeficijentima prenosa topline u izmjenjivaima topline mada se nekada moraju uvesti i odreene pretpostavke o radnoj sposobnosti pojedinih elemenata postrojenja.Opti princip konzervacije mase prilino je jednostavan i moe se izraziti na sljedei nain: Masa je konzervabilna ili odriva veliina; niti se moe stvoriti niti unititi, mogue je samo mijenjati njen hemijski sastav i oblik.

  • Umjesto toga one slue za uspostavljanje veza izmeu mjerenja koja su izvrena. Na primjer, jednaine toplotnog bilansa ne treba da sadre pretpostavke o koeficijentima prenosa topline u izmjenjivaima topline mada se nekada moraju uvesti i odreene pretpostavke o radnoj sposobnosti pojedinih elemenata postrojenja.Opti princip konzervacije mase prilino je jednostavan i moe se izraziti na sljedei nain: Masa je konzervabilna ili odriva veliina; niti se moe stvoriti niti unititi, mogue je samo mijenjati njen hemijski sastav i oblik.

  • Cilj analize toplotnog bilansa parnog kotla

    Primjena analize toplotnog bilansa na kotlovska postrojenja je matematiki sloena zbog unakrsnih tokova fluida u takvom postrojenju. Jedan od mogue ostvarivih ciljeva pri analizi toplotnog bilansa kotlovskog postrojenja je dobijanje kompletnog skupa termodinamskih podataka o kotlu za koji vrijedi da je stepen iskoritenja kotla dobijen indirektnom metodom jednak stepenu iskoritenja dobijenim direktnom metodom. Kao rezultat, na raspolaganju se ima skup podataka o kotlu koji je kompletniji od skupa izmjerenih podataka, a u skladu je sa dostupnim mjerenjima

  • Drugi cilj je poboljanje tanosti mjerenja potronje goriva u kotlu. Trei cilj analize toplotnog bilansa postrojenja sa Rankin-Clausius ciklusom je dobijanje informacija o ulaznim i izlaznim protocima za svaki element postrojenja, to se moe upotrijebiti za ocjenu evaluacije degradacije svakog pojedinanog elementa postrojenja. Podaci iz toplotnog bilansa kotla omoguavaju da se izvri evaluacija performansi isparivaa, pregrijaa pare i meupregrijaa, dok dodatni podaci o parnom ciklusu kao to su protoci i entalpije omoguavaju evaluaciju performansi parne turbine i zagrijaa vode.

  • Na svjetskom tritu postoje razni komercijalni softveri za odreivanje toplotnog bilansa termoenergetskog postrojenja meu kojima su GateCycleTM (koriten u ovom radu), PEPSETM, VirtualPlantTM, SteamProTM i drugi. Njihovim koritenjem mogue je izvriti analizu performansi posmatranog postrojenja na nivou koji je potreban za primjenu u monitoring sistemima. Na slici prikazan je primjer modela koji je dobijen koritenjem GateCycleTM softvera.

  • Primjer prikaza modela iz softvera GateCycleTM

  • Na sljedeoj slici prikazan je princip koritenja kontrolnih volumena u analizi toplotnog bilansa kotla. Kao to se sa slike moe vidjeti pregrijanje pare je modelirano u dva dijela (PP i PP2). Primarni pregrija pare (PP) se nalazi u ozraenom dijelu kotla, dok se drugi pregrija pare (PP2) nalazi u oblasti konvektivnog prenosa toplote. Slian princip modeliranja je primjenjen i na meupregrijae pare (MP i MP2).

  • Kontrolni volumeni za potrebe analize toplotnog bilansa kotla

  • U tabeli 4.3 dat je prikaz nekih ulaznih i izlaznih veliina pri proraunu toplotnog bilansa parnog kotla. Pri tome se pod ulaznim veliinama podrazumijevaju mjerenja zahtijevanih parametara, dok su izlazne veliine rezultati sprovedenog toplotnog bilansa parnog kotla.

  • Osnovne bilansne jednaine

    Ako se kotao posmatra u stacionarnom reimu rada, moe se postaviti da su vrijednosti izlaznih veliina mase i energije jednaki ulaznima. Konkretno, za bilans energije moe se rei da je zadovoljen, ako je energija dovedena gorivom u loite jednaka energiji koju je prijemnik toplote sa sobom iznio iz kotla uveanoj za energiju kojom je trebalo nadomjestiti kotlovske gubitke

  • Toplotni tok u loituToplotni bilans zagrijaa vodeToplotni bilans isparivaaToplotni bilans pregrijaa pareToplotni bilans zagrijaa zraka

  • PRORAUN PERFORMANSI PARNOG KOTLA

    Stepen iskoritenja parnog kotla

    gdje su: - toplotni tok koji prima i sa sobom iz parnog kotla iznosi prijemnik toplote, Q -toplotni tok osloboen i doveden u loite kotla sagorijevanjem goriva

  • Budui da je korisna energija za proizvodnju pare jednaka energiji koja se preda vodi/pari (umanjenoj za energiju bilo koje oduzete koliine vode koja se ovdje ne posmatra), stepen iskoritenja kotla je u stvari jednak energiji koja se preda pari/vodi podijeljeno sa energijom koja se unosi u kotao.Prema tome stepen iskoritenja kotla se detaljnije moe prikazati sljedeom formulom:

  • Prethodno opisana analiza toplotnog bilansa kotla se moe sprovesti koritenjem brojnih komercijalnih raunarskih programa. Ti programi imaju odreene prednosti, tako da korisnik ne mora da formulie ili rjeava jednaine toplotnog bilansa kotla, kao i algoritme za odreivanje termodinamskih osobina dimnih plinova i vode, koji se takoe nalaze u spomenutim programima. Korisnik takvog programa se moe skoncentisati na postavljanje modela kotla i na analizu rezultata koje takav model daje, umjesto da provodi vrijeme piui jednaine i rjeavajui ih.

  • Oekivane performanse parnog kotla

    Da bi se odredila degradacija performansi, mora se izvriti poreenje trenutnih sa oekivanim performansama. Trenutne performanse se dobijaju na osnovu dostupnih mjernih podataka, uz dodatne podatke dobijene na osnovu analize toplotnog bilansa kotlovskog postrojenja. Podaci dobijeni iz analize toplotnog bilansa predstavljaju trenutno stanje postrojenja i najrealniji opis trenutnih performansi.

  • Oekivane performanse su one performanse koje bi se mogle oekivati od elemenata postrojenja, kada bi oni radili pri nominalnoj efektivnosti, ali pri trenutnim radnim uslovima. Oekivane performanse se moraju izraunati posebno, za svaki dio kotlovskog postrojenja, za koji se eli izvriti ocjena degradacije. Pri tome je potrebno odrediti degradaciju kotla kao cjeline, a zatim i degradaciju pojedinanih dijelova kotla: loita, ekranskih cijevi, ozraenih pregrijaa pare, konvektivnih pregrijaa pare itd.

  • Upotreba komercijalnih softvera omoguava predvianja oekivanih performansi svakog pojedinanog elementa kotlovskog postrojenja, uz uslov da postoje stvarni podaci o performansama tih elemenata kotlovskog postrojenja. Ovakva predvianja performansi elemenata kotlovskog postrojenja ne treba izjednaavati sa predvianjima performansi kotla kao cjeline, pri emu se koriste nominalne karakteristike performansi svih elemenata kotlovskog postrojenja.

  • Modelsko predvianje performansi kotlovskog postrojenja kao cjeline se moe implementirati u raunarski model kotlovskog postrojenja. Ulazne i izlazne veliine za model oekivanih performansi kotlovskog postrojenja se razlikuju od onih upotrijebljenih u analizi toplotnog bilansa kotla. U terminologiji koja je koritena u upotrijebljenom softveru analiza toplotnog bilansa predstavlja projektni zadatak, dok analiza oekivanih performansi to nije.

  • Oekivane performanse loitaProstor za sagorijevanje u loitu kotla se moe modelirati kao komora sa dobrim mijeanjem reaktanata, za koju je relevantna jedna temperatura dimnih plinova. Ovako uvedena pretpostavka u modeliranju je jo pojednostavljena na nain da se zanemaruje raspodjela temperature dimnih plinova u loitu. Ovakav pristup se do sada pokazao upotrebljivim za predvianje promjena koje nastaju u performansama kotla za sluaj kada se mijenjaju optereenje kotla ili radni uslovi.

  • Model loita koristi podatke iz toplotnog bilansa kotla kao ulazne vrijednosti u model. Tamo gdje postoje kvalitetna mjerenja, podaci iz toplotnog bilansa kotla jednaki su mjernim podacima. Kao to je ve ranije navedeno, u analizi toplotnog bilansa kotla koriste se jednaine masenih i energetskih bilansa, uz koritenje izmjerenih parametara, kako bi se predvidjele vrijednosti onih parametara za koje ne postoje dostupni mjerni podaci.

  • U tabeli 4.5 su prikazani ulazni i izlazni podaci za model oekivanih performansi loita. Izlazne veliine iz posmatranog modela performansi loita su oekivane vrijednosti prenosa toplote za svaki od tri navedena izmjenjivaa toplote (ekranske cijevi, pregrija i meupregrija pare). Iz podataka o oekivanim performansama loita dalje se mogu odrediti oekivane vrijednosti stepena iskoritenja i/ili istoe svakog od tri navedena izmjenjivaa.

  • Ulazni i izlazni podaci iz modelaElement Ulaz(podaci iz mjerenja ili toplotnog bilansa)Izlaz(oekivane performanse loita)Loite-Energija koja putem goriva ulazi u loite,-Sastav goriva,-Sadraj C u pepelu,-Projektni koeficijenti prenosa toplote-Izlazna temperatura dimnih plinova,-Temperatura pregrijane pare,-Temperatura meupregrijane pare,-Koliina izmijenjene toplote u loitu,-Stepen iskoritenja pregrijaa pare,-Stepen iskoritenja meupregrijaa pare,-Koliina izmijenjene toplote u isparivau.BubanjPritisak pare-Izlazni tok pregrijane pare,-Temperatura pregrijane pareRecirkulaciona pumpaRadna kriva pumpeSnaga pumpeTok zraka u loiteKoliina, temperatura i sastav zraka na ulazu. NemaTok napojne vode u loiteKoliina, temperatura i pritisak napojne vode na ulazu. NemaTok pregrijane pareKoliina, temperatura i pritisak pregrijane pare na ulazu.NemaTok meupregrijane pareKoliina, temperatura i pritisak meupregrijane pare na ulazu.Nema

  • Oekivane performanse konvektivnih pregrijaa i meupregrijaa pare

    Predvianja oekivanih performansi konvektivnih pregrijaa vre se na osnovu raunarskog modela, uz koritenje podataka o ulaznim parametrima dimnih plinova i pregrijane pare dobijenih iz toplotnog bilansa. Oekivana vrijednost koliine izmijenjene toplote u posmatranom pregrijau predstavlja izlaznu veliinu iz modela. Na slici 4.12 prikazan je raunarski model pregrijaa upotrijebljenog za predvianja oekivanih performansi.

  • Tabela 4.6 Ulazne i izlazne vrijednosti iz GateCycleTM modela za predvianja oekivanih performansi konvektivnog pregrijaa pare

    Ulazni i izlazni podaci iz modelaElement Ulaz(podaci iz mjerenja ili toplotnog bilansa)Izlaz(oekivane performanse pregrijaa pare)Pregrija pareProjektne vrijednosti koef. prenosa toplote i izmjenjivake povrine-Izlazna temp. dimnih plinova i pregrijane pare,-Toplotni fluksTok dimnih plinovaKoliina, temperatura i sastav dimnih plinova na ulazuNemaTok pregrijane pareKoliina, temperatura, i pritisak vodene pareNema

  • DEGRADACIJA STEPENA ISKORITENJA PARNOG KOTLA

    Degradacija se definie kao smanjenje stepena iskoritenja parnog kotla u poreenju sa situacijom kada bi kotao radio pri projektnim (nominalnim) radnim uslovima. Drugim rijeima, degradacija u stepenu iskoritenja kotla predstavlja razliku izmeu nominalnog stepena iskoritenja i stvarnog stepena iskoritenja kojeg bi posmatrani kotao ostvario da radi pri nominalnim radnim uslovima.

  • Ova ista definicija se moe primijeniti i na evaluaciju dijelova kotlovskog postrojenja. Degradacija performansi nekog izmjenjivaa toplote (toplotni fluks), koji se nalazi u toku dimnih plinova, jednaka je razlici izmeu projektne (nominalne) vrijednosti toplotnog fluksa i stvarne vrijednosti toplotnog fluksa koju bi posmatrani izmjenjiva ostvario za sluaj da radi pri nominalnim ulaznim parametrima dimnih plinova i vod

  • Prema tome, ukupne performanse jednog posmatranog parnog kotla se mogu pratiti ili monitoringom korigovanog stepena iskoritenja ili praenjem degradacije stepena iskoritenja tokom nekog vremenskog perioda. Ako zaista dolazi do degradacije performansi kotlovskog postrojenja, korigovana vrijednost stepena iskoritenja kotla e se smanjivati. Meutim, stepen iskoritenja kotla sam za sebe daje vrlo malo informacija o tome ta je uzrok degradacije. On je samo informacija o tome da problem postoji, ali je potrebna detaljnija analiza da bi se otkrio uzrok problema.

  • Ako je oekivani stepen iskoritenja kotla izraunat na osnovu metoda koje su prethodno opisane, onda on uzima u obzir promjene u sastavu ili vrsti goriva, uslovima okoline, optereenju, viku zraka i drugim radnim uslovima. Korigovani stepen iskoritenja e se mijenjati samo u onim situacijama ako postoji problem u samom kotlu, a ne ako se mijenjaju radni uslovi.