The extreme steam temperature deviation experienced in the superheater of a tangentially fired boiler can seriously affect its economic and safe operation. This temperature deviation is one of the main causes of boiler tube failures. The steam temperature deviation is mainly due to the thermal load deviation in the lateral direction of the superheater. The thermal load deviation consists of several causes. One of the causes is the non-uniform heat flow distribution of burnt gas on the superheater tube system. This distribution is very difficult to measure in situ using direct experimental techniques. So, we need thermal load model to estimate the tube temperature. In this paper, we propose a thermal load distribution model by using CFD analysis and plant data. We successfully predict the tube temperature and the steam flow rate in a final superheater system from the thermal load model and one dimensional heat-flow system analysis. The proposed model and analysis method would be valuable in preventing the frequent tube failure of the final superheater tubes.
An supercritical once through boiler system has been used in the korea standard-type thermal power plant. It is critical in boiler operation that superheater temperature should be controlled within the specified limit. In this paper, control logic scheme is suggested for superheater temperature in once through boiler. Finally the simulation result using process model based simulator shows the validity of suggested control logic.
The boiler tube failure often experienced in the superheater of a utility boiler can seriously affect the economic and safe operation of the power plant. It has been known that this failure is mainly caused by the thermal load deviation in the superheater tube system, and deeply intensified by the non-uniform distribution of steam flow rates. The nonuniform steam flow is distinctively prominent at low power load rather than at full power load. In this paper, we analyze the steam flow distribution in the superheater tube system by using one dimensional flow network model. At 30% power load, the deviation of steam flow rate is predicted to be within 0.8% of the averaged flow rate. This deviation can be reduced to 0.1% and 0.07% by assuming two cases, that is, the removal of 13th tube at each tube rows and the installation of intermediate header, respectively. The assumed two cases would be effective for the uniform steam flow distribution across 85 superheater tube rows.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권1호
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pp.8-14
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2014
본 연구에서는 R-245fa를 작동유체로 하는 250kW급의 선박폐열회수 발전 시스템을 설계하고 과열기의 구성에 따른 사이클 특성을 연구 하였다. 과열기와 증발기의 직렬연결과 병렬연결의 2가지 조건을 시뮬레이션 하였다. 과열기와 증발기의 직렬연결 시뮬레이션에서는 작동유체 과열에 따른 엔탈피 증가로 4.7%의 출력상승을 얻을 수 있었고, 목표출력을 250kW로 정하였을 경우에는 사이클유량을 4.1% 감소시킬 수 있었다. 과열기와 증발기의 병렬연결 시뮬레이션에서는 사이클의 목표출력을 250kW로 정하였을 경우에 과열기로 가는 열원유체의 유량이 증가함에 따라 사이클 유량이 감소하여 작동유체펌프의 소요동력이 최대 7.9% 감소 하였으며, 유량비율에 따른 사이클효율과 정미효율은 큰 변화가 없었다.
The problem of constructing an bilinear observer for use in the control of superheater temperature with desuperheater is considered. The distributed heat input into the superheater is usually not available for use in the observer, and hence is treated as an unknown inputs. The bilinear observer theory for system with unknown inputs is exploited and applied to the problem.
This paper suggests a DCS (Distributed Control System) model for steam temperature system of the thermal power plant. The model calculated within sectional range is linear. In order to calculate mathematical models, the system is partitioned into two or three sectors according to its thermal conditions, that is, saturated water/steam and superheating state. It is divided into three sections; water supply, steam generation and steam heating loop. The steam heating loop is called 'superheater' or steam temperature system. Water spray supply is the control input. A first order linear model is extracted. For linear approach, sectional linearization is achieved. Modeling methodology is a decomposition-synthetic technique. Superheater is composed of several tube-blocks. For this block, linear input-output model is to be calculated. Each tiny model has its transfer function. By expanding these block models to total system, synthetic DCS linear models are derived. Control instrument include/exclude models are also considered. The resultant models include thermal combustion conditions, and applicable to practical plant engineering field.
The superheater in the thermal power plant makes the wet steam into the dry steam with high temperature and high pressure by using the boiler heat. The dry steam pressure rotates the turbine-generator system. The efficiency and life time of the boiler heavily depends on the steam temperature regulation. The steam temperature can be deviated from the reference by the MW demand of the power plant. It is therefore required that the PI(proportional-integral) controller should be robust against the disturbance such as the MW demand. In this paper, the PI controller with the integral state predictor is proposed and applied to regulate the steam temperature of the superheater, and it is compared with the conventional PI controller operated in the thermal power plant in view of control performance.
본 논문에서는 쌍선형 시스템으로 표현되는 화력발전소 과열기에 대한 퍼지 제어기법을 제안한다. 증기온도를 제어하기 위하여 쌍선형 관측기로부터 얻어진 추정값과 기준값의 오차면적과 시간 변화율을 고려하여 입력변수를 구성하고, T. Takagi와 M. Sugeno의 퍼지모델을 기반으로 제어규칙을 추론하였다. 제안된 방법의 유용성은 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 의해서 검증하였다.
In this paper, we present a method of fuzzy controller design for the power plant superheater in the form of bilinear system. For the steam temperature control, the input variables are constructed by the area of difference between the profiles estimated from bilinear observer and reference profiles, and the time rate of change. We estimate the control rules by T. Takagi and M. Sugeno's fuzzy model. The feasibilities of the suggested method are illustrated via the computer simulation result.
본 논문에서는 반복적 방법을 이용하여 열교환기 시스템의 온도제어를 위한 제어기를 구성하였다. 쌍선형 시스템으로 표현되는 열교환기 시스템에 대하여 최적이론을 적용하기 위하여 반복적 방법이 가능하도록 시스템을 구성하였으며, 상태궤환 제어기의 설계를 위하여 이 시스템의 상태인 증기온도를 추정하기 위한 확장 칼만 필터를 제시하였다. 또한 설계된 제어기를 화력발전소의 과열기 시스템의 온도제어에 적용하였고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 추정값이 외부입력의 변동 하에서 상태값에 적절하게 추종됨을 확인하였으며, 출구의 증기온도가 이러한 외부입력의 변동 하에서 주어진 목표치고 추종함을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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