ISSN: 1819-3293; 2415-3915

DOI: 10.31653/1819-3293-2019-1-25-53-62

06.12.2019

Усовершенствование системы управления рециркуляцией дымовых газов судового вспомогательного котла

Анотація

Improvement of the flue gas recirculation control system of the ship auxiliary boiler speed

Проанализированы технологии снижения содержания оксидов азота в дымовых газах паровых котлов. Несмотря на большой объем выполненных исследований, работы большинства ученых направлены на снижение выбросов оксидов азота методами селективного каталитического и некаталитического восстановления оксидов азота. Указанные методы хотя и обеспечивают высокую степень очистки дымовых газов, но при этом связаны со значительными финансовыми затратами и основаны на использовании опасных химических реагентов. Также по данным ряда исследований скрубберы установлены на более чем на 1 % от общего числа судов, и отраслевые аналитики предсказывают, что к 2020 году их число вряд ли превысит 10 – 20 %. Поэтому проблема разработки и внедрения на судах новых, экономически относительно недорогих и экологически эффективных методов очистки отработавших газов судовых дизелей и котлов от оксидов азота и серы в связи со строгими требованиями МК МАРПОЛ о содержании вредных выбросов является актуальной.
Показано, что использование метода рециркуляции дымовых газов в воздуховод промышленного котла позволяет снизить содержание NOx до 30 %. В виду ужесточения требований Приложения VI МК МАРПОЛ по снижению вредных выбросов в районах контроля, было предложена апробация технологии рециркуляции дымовых газов в судовых котлах. В виду специфики работы судовых агрегатов и наличия существенных нелинейностей, для оптимизации работы системы управления рециркуляции предложен нейросетевой регулятор. Для возможности моделирования предлагаемой нейросетевой САУ приведены дифференциальные уравнения описывающие протекание динамических процессов в газоходе и воздуховоде и рассчитаны их коэффициенты при нагрузке парового котла 25 % от номинальной. На основе экспериментальных данных работы судового котла Mitsubishi и полученных аналитических моделей проведено обучение нейросетевого регулятора для достижения минимально возможного содержания NOx. Имитационное моделирование предлагаемой САУ продемонстрировало снижение NOx на 14 % по сравнению с традиционной системой действующей на основе ПИД – алгоритма управления.

Проаналізовано технології зниження вмісту оксидів азоту в димових газах парових котлів. Незважаючи на великий обсяг виконаних досліджень, роботи більшості вчених спрямовані на зниження викидів оксидів азоту методами селективного каталітичного і некаталітичного відновлення оксидів азоту. Зазначені методи хоча і забезпечують високу ступінь очищення димових газів, але при цьому пов'язані зі значними фінансовими витратами і засновані на використанні небезпечних хімічних реагентів. Також за даними ряду досліджень скрубери встановлені на більш ніж на 1 % від загального числа судів, і галузеві аналітики пророкують, що до 2020 року їх число навряд чи перевищить 10 – 20%. Тому проблема розробки і впровадження на суднах нових, економічно відносно недорогих та екологічно ефективних методів очищення відпрацьованих газів суднових дизелів і котлів від оксидів азоту і сірки в зв'язку зі строгими вимогами МК МАРПОЛ про вміст шкідливих викидів є актуальною.
Показано, що використання методу рециркуляції димових газів в повітропровід промислового котла дозволяє знизити вміст NOx до 30 %. З причини посилення вимог Додатка VI МК МАРПОЛ щодо зниження шкідливих викидів в районах контролю, було запропоновано апробація технології рециркуляції димових газів в суднових котлах. З причини специфіки роботи суднових агрегатів та наявності істотних нелінійностей, для оптимізації роботи системи управління рециркуляції запропонований нейростетвой регулятор. Для можливості моделювання запропонованої нейростетвой САУ наведені диференціальні рівняння описують протікання динамічних процесів в газоході і повітряводе і розраховані їх коефіцієнти при навантаженні парового котла 25 % від номінальної. На основі експериментальних даних роботи суднового котла Mitsubishi і отриманих аналітичних моделей проведено навчання нейромережевого регулятора для досягнення мінімально можливого змісту NOx. Імітаційне моделювання запропонованої САУ продемонструвало зниження NOx на 14 % в порівнянні з традиційною системою діючою на основі ПІД - алгоритму управління. Впровадження представленої системи на судах дозволить істотно знизити вміст шкідливих викидів в атмосферу.

The technologies for reducing the content of nitrogen oxides in the flue gases of steam boilers are analyzed. Despite the large amount of research, the work of most scientists is aimed at reducing emissions of nitrogen oxides by selective catalytic and non-catalytic reduction of nitrogen oxides. Although these methods provide a high degree of flue gas purification, they are associated with significant financial costs and are based on the use of hazardous chemicals. Also, according to a number of studies, scrubbers are installed on more than 1 % of the total number of vessels, and industry analysts predict that by 2020 their number is unlikely to exceed 10 – 20 %. Therefore, the problem of developing and introducing on ships new, economically relatively inexpensive and environmentally efficient methods for purifying the exhaust gases of marine diesel engines and boilers from nitrogen and sulfur oxides in connection with the strict requirements of MK MARPOL regarding the content of harmful emissions is relevant.
It is shown that the use of the method of recirculation of flue gases into the duct of an industrial boiler reduces the NOx content to 30 %. In view of toughening the requirements of MARPOL Annex VI MK on reducing harmful emissions in control areas, it was proposed to test the flue gas recirculation technology in ship boilers. In view of the specifics of the operation of ship aggregates and the presence of significant non-linearities, a neural network regulator is proposed to optimize the operation of the recirculation control system. To simulate the proposed neural network of self-propelled guns, differential equations are given that describe the flow of dynamic processes in the gas duct and duct and their coefficients are calculated at a steam boiler load of 25 % of the nominal. Based on the experimental data on the operation of the Mitsubishi marine boiler and the obtained analytical models, a neural network controller was trained to achieve the lowest possible NOx content. Simulation of the proposed self-propelled guns showed a 14 % reduction in NOx compared to the traditional system based on the PID control algorithm.

Список літератури

  1. ИМО 2020 – перспективы судоходной отрасли и нефтеперерабатывающих заводов [Электронной ресурс]. Режим доступа: https://modcon.ru/applications/судоходство-и-морские-перевозки/
  2. Хачоян М.М. Снижение выбросов оксидов азота с отработавшими газами судовых дизелей и котлов абсорбцией водой: автореферат диссертации ... канд. тех. наук. – Новороссийск: ГМУ им. Ф.Ф. Ушакова, 2013. //http://www.dslib.net/sudovenergoustanovki/snizhenie-vybrosov-oksidv-azota-s-otrabotavshimi-gazami-sudovyh-dizelej-i-kotlov. html.
  3. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире [Электронный ресурс]. http://energetika.in.ua/ru/books/book-5/intro
  4. Профос П. Регулирование паросиловых установок. – М.: Энергия, 1967. – 368 с.
  5. Нейронный процессор. [Электронной ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Нейронный_процессор
  6. Boiler Construction and Design. [Электронной ресурс]. Режим доступа: www.marineinsight.com
  7. Вентиляторный завод Укрвентсистемы. [Электронной ресурс]. Режим доступа: http://ukrvent.com/dn-12-5_dymosos-html/
  8. Бураков М.В. Нейронные сети и нейроконтроллеры: учеб. пособие. – СПб.: ГУАП, 2013. – 284 с.

Ключові слова

Завантаження: 5

Перегляди: 636

Читати статтю Завантажити PDF