Helge Smedsrud Dynamisk modellering og regulering av Brobekk
Helge Smedsrud Dynamisk modellering og regulering av Brobekk forbrenningsanlegg Masteroppgave Vår 2008 Institutt for kjemisk prosessteknologi Fakultet for naturvitenskap og teknologi Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet 1
Veiledere • Hovedveileder: • Medveileder: • Ekstern veileder: 2 Professor Sigurd Skogestad (NTNU) Ph. D. student Johannes Jäschke (NTNU) Helge Mordt (Prediktor AS)
Temaer for presentasjonen • • 3 Bakgrunn og motivasjon Oversikt over anlegget Masteroppgavens omfang Optimalisering Design av reguleringsstruktur Simuleringer Diskusjon og konklusjon
Bakgrunn og motivasjon • Brobekk forbrenningsanlegg opplever tidvis utilfredsstillende regulering av temperaturen inn på kjelen • Denne situasjonen er uheldig av to grunner: - lav temperatur kondensering av etsende røykgass - høy temperatur koking • Fire årsaker synes sannsynlige: - for store topper i energietterspørselen - for lav kapasitet gjennom bypassventilen på Brobekks side - suboptimal parring av pådrag og utganger - bypassventilen på Vikens side er låst 4
Oversikt over anlegget Forenklet prosessflytskjema over Brobekk forbrenningsanlegg 5 u 1 -u 8 y 1 -y 5 y 6 d 1 d 2 ventilposisjoner; pumpeeffekt; vifteeffekt temperaturer strømningshastighet temperatur strømningshastighet
Masteroppgavens omfang • Videreutvikle en eksisterende dynamisk Simulink-modell av anlegget – utviklet forrige høst – slik at denne tar trykk i betraktning • Gjennomføre en stasjonær optimalisering for å finne optimale verdier av pådrag og utganger for ulike forstyrrelseskombinasjoner • Utvikle en desentralisert reguleringsstruktur for anlegget basert på resultatet fra optimaliseringen 6
Optimalisering – problemdefinisjon • Objektfunksjon Minimalisere summen av alle pumpe- og vifteeffekter (u 6 + u 7 + u 8) • Mål Å holde temperaturen inn på kjelen (y 1) og strømningshastigheten (y 6) på henholdsvis 126 °C og 250 t/h • Forstyrrelser Temperatur fra Oslo (d 1): Strømningshastighet (d 2): 65 til 90 °C 500 til 900 t/h ð Temperaturen mot Oslo/Viken Fjernvarme AS fikk variere mellom 90 og 135 °C 7
Optimalisering – resultater • • • Driften av anlegget kan inndeles i fire regioner Vekslerventilen på Brobekks side (u 3) er alltid helt åpen Bypassventilen på Brobekks side (u 1) er aldri helt åpen MV-er tilgjengelig for regulering (=1) og ikke tilgjengelig for regulering (=0) Region u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 u 6 u 7 8 α 0 0 0 1 0 0 0 β 0 0 1 0 0 γ 1 0 0 1 0 δ 0 1 0 0 0 1 1
• • • Regioner som funksjon av d 1 (y-akse) og d 2 (x-akse) • 9 Region α Bypassventilene på Brobekks og Vikens side er åpne; kjøleren er ikke i bruk; vekslerventilen på Vikens side varierer Region β Bypassventilen på Brobekks side er åpen; bypassventilen på Vikens side varierer; kjøleren er ikke i bruk; vekslerventilen på Vikens side er helt åpen Region γ Bypassventilen på Brobekks side varierer; bypassventilen på Vikens side er stengt; kjøleren er ikke aktiv; vekslerventilen på Vikens side er helt åpen Region δ Bypassventilene på Brobekks og Vikens side er stengt; kjøleren er aktiv; vekslerventilen på Vikens side er helt åpen
Design av reguleringsstruktur • Basert på RGA-analyse og simuleringer ble følgende reguleringsstrukturer valgt: Region α Pådragsresetting; u 1 regulerer y 1, og u 4 regulerer u 1 10 Region β Pådragsresetting; u 1 regulerer y 1, og u 5 regulerer u 1
Region γ Standard SISO-regulering; u 1 regulerer y 1 11 Region δ Standard SISO-regulering; kjølerviften regulerer y 1, og u 2 regulerer y 4
Simuleringer – region α 12
Simuleringer – region β 13
Simuleringer – region γ 14
Simuleringer – region δ 15
Diskusjon og konklusjon • Optimaliseringen avslørte fire driftsregioner • Alle reguleringsstrukturene lykkes med å regulere temperaturen inn på kjelen, samt strømningshastigheten på Brobekks side • Bypassventilen på Brobekks side har nok kapasitet • Vekslerventilen på Brobekks side bør alltid være helt åpen ð Basert på vår kostadsfunksjon virker det mulig å forbedre reguleringsevnen til systemet (kjelinngangstemperaturen) og samtidig minimalisere slitasje og energibruk 16 ð Videre arbeid kreves vedrørende overgangen mellom reguleringsstrukturene; når man skal bytte er uproblemtisk – hvordan synes å være mer komplisert
Takk til Helge Mordt for et flott samarbeid og for å ha bidratt med et interessant prosjekt Takk for oppmerksomheten Spørsmål? 17
- Slides: 17