Optymalizacja pracy kondensatora w celu usprawnienia działania elektrowni
Zaawansowane cyfrowe narzędzia analityki kondensatora zapewniają informacje, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla wydajności i rentowności zakładu
W elektrowniach cieplnych skraplacz powierzchniowy pary stanowi centrum działania i kluczowy element cyklu wodno-parowego elektrowni. Skraplacz ma krytyczne znaczenie, ponieważ jego sprawność bezpośrednio wpływa na zdolność wytwarzania energii w elektrowni, co z kolei ma wpływ na koszty operacyjne i wynik finansowy. Dlatego też zakłady mają dobre powody, aby inwestować w rozwiązania ułatwiające optymalną pracę kondensatorów.
Kondensatory działają jak silnik odprowadzający ciepło podczas kondensacji pary w wodę. Spadek objętości podczas tej konwersji (około 1700 razy) powoduje olbrzymią zmianę ciśnienia, tworząc podciśnienie, które powoduje przeprowadzenie strumienia przez turbinę. Ponieważ wymiana ciepła w skraplaczu następuje podczas końcówki cyklu wodno-parowego, wydajność tej wymiany ciepła jest kluczowa dla optymalizacji pozyskiwania energii z pary.
Nieefektywność pracy skraplacza, która może być spowodowana wieloma problemami, prowadzi do:
- strat w produkcji energii,
- wyższych kosztów produkcji (wynikających z większego zużycia paliwa),
- niższej efektywności w zakresie ochrony środowiska (z powodu większej emisji CO2),
- zmniejszenia marży zysku.
W miarę jak transformacja cyfrowa przekształca produkcję i działalność przemysłową samą w sobie, zakłady wszelkiego rodzaju coraz częściej korzystają z narzędzi monitorujących, które wykorzystują dane i analizy w celu rozwiązywania problemów, obniżania poziomu ryzyka i zapewnienia bardziej produktywnego działania. Zgodnie z tym trendem wprowadzane są coraz nowsze innowacje w zakresie zaawansowanych analiz, które wykorzystują dane z czujników przesyłających je w czasie rzeczywistym z zakładu, aby pomóc operatorom zidentyfikować problemy dotyczące wydajności kondensatora, takie jak zanieczyszczenia.
Wykorzystując dane dotyczące ciśnienia, temperatury, składu chemicznego wody, prędkości przepływu i wiele innych, elektrownie mogą uzyskać kluczowe informacje na temat stanu i wydajności swoich skraplaczy. Wiedza ta może być bezcenna podczas podejmowania krytycznych decyzji operacyjnych, które mają wpływ na moc i rentowność.
Maksymalizacja wydajności wymiany ciepła
Działanie kondensatora stanowi podstawę wydajności instalacji, a stosunkowo niewielka poprawa wydajności skraplacza może przynieść znaczne korzyści finansowe. W niektórych przypadkach osiągnięcie nawet tylko dwuprocentowego wzrostu sprawności układu turbiny parowej może przełożyć się na setki tysięcy dolarów oszczędności rocznie, mierzonych jako moc w megawatach lub zmniejszone koszty paliwa.
Ponieważ wymiana ciepła jest kluczowym czynnikiem procesu, czystość skraplacza odgrywa w tym zakresie główną rolę. Zasadniczo im czystszy skraplacz, tym lepsze chłodzenie, większa próżnia i wydajniejsza instalacja.
Zanieczyszczenie rur przewodzących ciepło jest jednym z głównych negatywnych czynników, które mogą znacząco utrudniać przenoszenie ciepła w skraplaczu. Zanieczyszczenie to może przybierać różne formy i być spowodowane różnymi czynnikami. W elektrowniach wykorzystujących wodę powierzchniową lub oczyszczone ścieki, w systemie wody obiegowej może wystąpić wzrost biofilmu, jeśli nie zostanie zapewniona wystarczająca kontrola biologiczna. Jeśli używana jest woda morska, makrozanieczyszczenia biologiczne mogą spowodować utratę wydajności.
Nieorganiczne osadzanie się kamienia może również wystąpić w wyniku nieprawidłowego bilansu chemicznego wody, co prowadzi do osadów, na przykład węglanu wapnia lub fosforanu wapnia. Jeśli elektrownia znajduje się w pobliżu składowiska węgla lub w okolicy o dużym natężeniu ruchu drogowego, muł lub zawieszone cząstki stałe mogą przedostać się do chłodni kominowej i do rur skraplacza. To samo w przypadku różnych rodzajów zanieczyszczeń, które dostają się do chłodni kominowej i mogą utknąć w rurach skraplacza. W ostatecznym rozrachunku kwestie związane z zanieczyszczeniem zmuszają elektrownie do spalania większej ilości paliwa w celu wytworzenia tej samej ilości energii, co powoduje wzrost kosztów paliwa.
Problem z wydajnością może być również spowodowany pęknięciami spawów skraplacza, powodującymi wnikanie powietrza i większe przeciwciśnienie w turbinie. Powoduje to zmniejszenie wymiany ciepła i niższą sprawność cieplną.
Zebrane dane, które są wysyłane do programu analitycznego Empower, są następnie filtrowane w celu usunięcia zakłóceń danych i normalizowane, aby zneutralizować wpływ zmienności procesu (na przykład przepływ wody chłodzącej, temperatura na wlocie, obciążenie instalacji itp.), a następnie zostają przeanalizowane przy użyciu zastrzeżonych modeli oprogramowania w celu uzyskania znaczących wyników. Na przykład, porównując idealną wydajność kondensatora z jego rzeczywistą wydajnością, można szybko wykryć straty w wytwarzaniu energii. W tym przypadku im więcej danych jest wprowadzanych do narzędzia analitycznego, tym bardziej szczegółowe będą pozyskiwane informacje. Oprócz kilku podstawowych danych procesowych i projektowych zakłady mogą zastosować czujniki umożliwiające pozyskiwanie w czasie rzeczywistym dodatkowych danych wejściowych związanych z przepływem wody chłodzącej, rodzajem paliwa, przewodnością kondensatu, szybkością usuwania powietrza, tlenem rozpuszczonym w kondensacie, ciśnieniami i temperaturami wlotowymi/wylotowymi oraz wiele innych.
Zapewnia to więcej możliwości wykorzystywania narzędzi analitycznych, umożliwiając zakładom poznanie podstawowych trendów i bardziej szczegółową diagnostykę problemów – na przykład w celu znalezienia pierwotnej przyczyny utraty wydajności. Przykładowo, podczas monitorowania wydajności termodynamicznej wykrycie wzrostu ciśnienia wstecznego może wskazywać na zanieczyszczenie lub przenikanie powietrza. Nagłe wahania zawartości O2 w kondensacie mogą sugerować możliwość przedostawania się powietrza w kluczowych punktach podczas ponownego uruchamiania urządzenia. Spadek zarówno idealnego, jak i rzeczywistego współczynnika czystości może oznaczać awarię mechaniczną. Analityka zapewnia zakładom możliwość śledzenia wydajności skraplacza w miarę upływu czasu, w oparciu o kluczowe wskaźniki oraz proaktywną identyfikację możliwości interwencji i optymalizacji.
W miarę jak produkcja energii w coraz większym stopniu zmierza w kierunku gazu i wytwarzania energii z odpadów, a efektywność staje się coraz ważniejsza, analityka skraplaczy umożliwia dostawcom rozwiązań udział w pracach zespołu konserwacyjnego elektrowni, zapewniając zaufanie do zastosowanych rozwiązań technicznych i szczegółowe informacje, które mogą pomóc w ciągłej optymalizacji wytwarzania energii
Zapewnienie integralności instalacji
Zaawansowane analizy dotyczące kondensatorów zapewniają również zakładom krytyczne informacje na temat stanu ich wyposażenia, umożliwiając określenie działań, które mogą zostać przeprowadzone przez zespoły wsparcia w celu ochrony zasobów. Dysponując informacjami dotyczącymi pojawiających się problemów, elektrownie mogą działać proaktywnie i przyszłościowo, rozwiązując konkretne zagrożenia przed pojawieniem się kosztownych problemów.
Rozwiązanie analityczne działające w czasie rzeczywistym może wyzwalać alarmy w przypadku wykrycia określonych warunków, które grożą potencjalną awarią, takich jak wyciek z rury kondensatora, ostrzegając personel o konieczności natychmiastowego podjęcia działań naprawczych. Zakłady mogą również wykorzystywać dane pochodzące z czujników w celu optymalizacji swoich programów operacyjnych i opracowywania metod konserwacji predykcyjnej – środków, które mogą zmniejszyć przestoje i pozytywnie wpłynąć na produktywność.
Podnoszenie wydajności w dziedzinie ochrony środowiska
Optymalizacja wymiany ciepła w kondensatorze, a tym samym poprawa wydajności instalacji, prowadzi do znacznego spadku zużycia paliwa i zapewnia korzyści dla środowiska w postaci niższej emisji dwutlenku węgla. Wydajna instalacja, która umożliwia lepsze kontrolowanie osadzania się kamienia, może zwiększyć cykle stężenia w chłodni kominowej, minimalizując w ten sposób zużycie wody.
Rozwiązania analityczne, które obejmują interaktywny pulpit nawigacyjny, mogą umożliwić użytkownikom wizualizację emisji dwutlenku węgla w zakładzie w odniesieniu do działania przy różnych czynnikach czystości. W przypadku zakładów zlokalizowanych w krajach, w których obowiązuje krajowy podatek węglowy, bardzo ważny atut stanowi możliwość zidentyfikowania potencjalnych redukcji emisji dwutlenku węgla, czyli w rezultacie znaczących oszczędności.
Bezpieczeństwo danych
Cyfrowe rozwiązania analityczne przeznaczone dla kondensatorów mogą budzić obawy w odniesieniu do aspektów bezpieczeństwa dotyczących dostępu do poufnych danych elektrowni. Z oczywistych względów operatorzy elektroenergetyczni nie są otwarci na ideę umożliwienia dostępu z zewnątrz do swoich systemów sterowania i sieci danych. Zakłady, które zamierzają skorzystać z rozwiązań analitycznych dotyczących skraplaczy, mogą złagodzić te obawy, wybierając rozwiązanie, które zapewnia całkowitą integralność danych poprzez jednokierunkową komunikację od klienta do dostawcy rozwiązania.
Rozwiązania analityczne dotyczące skraplaczy w działaniu
W elektrowni InterGen Rocksavage w miejscowości Cheshire w Wielkiej Brytanii wdrażane jest cyfrowe rozwiązanie analityczne dla kondensatorów dostarczone przez firmę SUEZ Water Technologies & Solutions, które ma na celu pomoc w zakresie podnoszenia wydajności skraplacza pary w tym zakładzie. Narzędzie analityczne SUEZ Empower* pobiera dane w czasie rzeczywistym zarówno z systemu DCS zakładu, jak i z analizatorów online firmy SUEZ w celu analizy stanu kondensatora w oparciu o kryteria projektowe, rodzaj paliwa oraz koszty. Następnie ocenia zarówno parametry termodynamiczne skraplacza, jak i kary ekonomiczne i środowiskowe oraz straty wynikające z braku efektywności.
Wyniki są wizualizowane na interaktywnym pulpicie nawigacyjnym, który zawiera informacje projektowe i średni dzienny raport o stanie kondensatora.
Pulpit termodynamiczny umożliwia użytkownikowi przeglądanie wielu parametrów wydajności, podczas gdy pulpit ekonomiczny umożliwia wizualizację wpływu finansowego i środowiskowego pracy przy różnych współczynnikach czystości (CF).
Zakład Rocksavage jest jednym z pierwszych na świecie, w którym zastosowano tę technologię, umożliwiając operatorom pełną ocenę wydajności powierzchniowego skraplacza pary, weryfikację skuteczności obróbki chemicznej w porównaniu z rzeczywistą wydajnością oraz podejmowanie krytycznych decyzji dotyczących rentowności ich elektrowni.
Suez Water Technologies & Solutions
Michał Strzałkowski
tel. 504 819 800 michal.strzalkowski@suez.com
