Автоматика та інформаційно-вимірювальна техніка

ЗАСТОСУВАННЯ ЦИФРОВОГО ДВІЙНИКА ТА МАШИННОГО НАВЧАННЯ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ СПАЛЮВАННЯ ДЕРЕВНОЇ ТРІСКИ У КОТЛАХ

Автор(и)

І. А. Поліщук
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Д. В. Столбов
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»
DOI https://doi.org/10.31649/1997-9266-2024-177-6-7-12

Ключові слова

котел деревна тріска вміст вологи цифровий двійник машинне навчання хмарні сервіси оптимізація спалювання

Анотація

Розглянуто недоліки наявних систем керування котлів, які працюють на деревних трісках. Важливим фактором є вміст вологи у деревній трісці, який суттєво впливає на ефективність процесу згоряння, продуктивність котла та рівень шкідливих викидів, зокрема, викидів чадного газу.

Виконано детальний аналіз наявних методів оптимізації процесу горіння у котлах, які працюють на деревній трісці, а саме зазначено, що класичні системи керування не завжди здатні враховувати зміни у властивостях палива в реальному часі, що обмежує їхню ефективність. Заначено необхідність використання цифрових двійників та алгоритмів машинного навчання для прогнозування зміни вмісту вологи у деревній трісці і забезпечення оптимального співвідношення паливо-повітря, що дозволяє підвищити ефективність використання палива і зменшити шкідливі викиди.

Запропоновано створення цифрового двійника для оптимізації процесу спалювання у котлі на базі хмарних сервісів, який інтегрується з наявними системами автоматизації котла. Вказано, що хмарні сервіси надають переваги масштабованої та гнучкої архітектури для побудови цифрового двійника. Виконано порівняльний аналіз хмарних сервісів Microsoft Azure і Amazon Web Services та вибрано найвигідніше рішення для реалізації функцій цифрового двійника. Розроблена архітектура цифрового двійника, яка передбачає застосування протоколу OPC UA для забезпечення надійної передачі даних. Передбачено застосування функції автоматичного визначення моделі цифрового двійника з урахуванням вхідних даних, що спрощує процес його створення.

Подано результати дослідження зміни вологості деревної тріски, проведеного на базі Корюківської ТЕС. Враховуючи отримані результати, запропоновано впровадження додаткової системи регулювання вмісту вологи у трісці шляхом зрошування водою. Ця система дозволяє підтримувати вміст вологи на заданому рівні у рекомендованому діапазоні 20…30 %, за умови надмірно сухої сировини. Для реалізації системи та забезпечення точнішого вимірювання вмісту вологи і вирішення проблем з неоднорідністю сировини застосовано додатковий датчик, встановлений над стрічкою конвеєра подачі палива у бункер котла.

358 181

Як цитувати

[1]
«ЗАСТОСУВАННЯ ЦИФРОВОГО ДВІЙНИКА ТА МАШИННОГО НАВЧАННЯ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ СПАЛЮВАННЯ ДЕРЕВНОЇ ТРІСКИ У КОТЛАХ», Вісник ВПІ, вип. 6, с. 7–12, Груд 2024, doi: 10.31649/1997-9266-2024-177-6-7-12.

Біографії авторів

автор І. А. Поліщук , афіліація Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

старший викладач кафедри автоматизації енергетичних процесів навчально-наукового Інституту атомної та теплової енергетики

автор Д. В. Столбов, афіліація Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»

студент навчально-наукового Інституту атомної та теплової енергетики

Посилання

L. Dzurenda, and A. Banski, “Influence of moisture content of combusted wood on the thermal efficiency of a boiler,” Archives of Thermodynamics, vol. 38, no. 1, pp. 63-74, January. 2017. https://doi.org/10.1515/aoter-2017-0004 .
M. Bošnjaković, C. Soldan, and N. Veljić, “Influence of moisture content in wood chips on the boiler operation,” in 7th International Conference. Vallis Aurea, Požega, Croatia, 2020, pp. 91-101.
C. Schön, D. Kuptz, R. Mack, V. Zelinski, A. Loewen, and H. Hartmann, “Influence of wood chip quality on emission behaviour in small-scale wood chip boilers,” Biomass Conversion and Biorefinery, vol. 9, no. 1, pp. 71-82, March. 2019. https://doi.org/10.1007/s13399-017-0249-7 .
C. Schön, P. Roßmann, G. Schmoeckel, and H. Hartmann, “Monitoring of NOx Emission depending on wood chip quality in a medium sized biomass combustion plant,” in 27th European Biomass Conference and Exhibition, Lisbon, Portugal, 2019.
A. Quintero-Marquez, C. Bernard, A. Zoulalian, and Y. Rogaume, “Improving the Operation of an Automatic Wood Chip Boiler by Optimizing CO Emissions,” Energy & Fuels, vol. 28, no. 3, pp. 2152-2159, February. 2014. https://doi.org/10.1021/ef402021c.
A. Steinbergs, and I. Uteshevs, “Research of Woodchip Automation System Modernization Boiler Using O2 Concentration Optimization Options in the Flue Gas,” International Journal of Engineering and Science, vol. 6, no. 6, pp. 56-61, July. 2016.
A. Rahman, et al., “A comprehensive review on wood chip moisture content assessment and prediction,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 189, no. 1, January. 2024. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113843 .
C. Steinmetz, A. Rettberg, and F. Ribeiro, “Internet of Things Ontology for Digital Twin in Cyber Physical Systems,” in VIII Brazilian Symposium on Computing Systems Engineering, Salvador, Brazil, 2020. https://doi.org/10.1109/SBESC.2018.00030.