Calculation of thermal power of a heat recovery steam generator with reliability increase of the measurements by applying the data reconciliation

• Autorzy: Szega M.

Warianty tytułu

PL

Obliczanie mocy cieplnej kotła odzyskowego elektrociepłowni gazowo-parowej z zastosowaniem metody uwiarygodnienia pomiarów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Heat recovery steam generator (waste-heat boiler) constitutes a connection between open thermal cycle of a gas turbine and steam cycle in a gas-and-steam power or CHP unit. Connection of the both thermal cycles cause, that for measured fluxes of steam and flue gases and theirs thermodynamic parameters there is a possibility of calculation of thermal power of heat recovery steam generator basing on calculation of increase of steam enthalpy or decrease of the flue gases enthalpy. Because of inevitability errors of measurements, the thermal power calculated according to both ways is not equal. In order to remove incompatibility of both calculated thermal powers, the data reconciliation algorithm has been applied. Identification of an example gas-and-steam CHP unit and his measurements system have been carried out. From the data reconciliation method point of view a surplus of measurements information in the distributed control system has been found. Selected mass and energy balances for gas-and-steam unit, constituting at the same time a conditional equations in the data reconciliation algorithm has been formulated. Calculations of thermal power of heat recovery steam generator and its standard uncertainty in case of lack of surplus measurements information, and in case with data reconciliation have been carried out. For assessment of results of data reconciliation calculations an information entropy has been applied. The necessity of data reconciliation method to increase reliability and uncertainty of measurements data in calculations of parameters characterizing the thermal process has been demonstrated. Usefulness of use of an information entropy for global assessment of reliability improvement of measurements after data reconciliation calculations has been presented.

PL

W siłowni lub elektrociepłowni gazowo-parowej kocioł odzyskowy stanowi połączenie otwartego obiegu turbiny gazowej i obiegu parowego. Połączenie obydwu obiegów w kotle odzyskowym powoduje, że dla pomiarowo dostępnych strumieni czynników przepływających przez kocioł oraz ich parametrów termicznych istnieje możliwość obliczenia jego mocy cieplnej za pomocą przyrostu entalpii czynników od strony wodno-parowej kotła oraz spadku entalpii przepływających przez kocioł spalin. Z uwagi na nieuniknione błędy pomiarów obliczone według obu sposobów moce cieplne kotła nie będą sobie równe. W celu eliminacji niezgodności obliczonych mocy cieplnych zastosowano metodę uwiarygodnienia pomiarów za pomocą rachunku wyrównawczego. Przeprowadzono identyfikację układu cieplnego oraz systemu pomiarów eksploatacyjnych dla wybranej elektrociepłowni gazowo-parowej. Stwierdzono występowanie nadmiaru informacji pomiarowej dla kotła odzyskowego nie tylko w przypadku jego bilansu energii, lecz także w obiegach gazowym i parowym. Sformułowano wybrane bilanse substancji i energii dla układu cieplnego rozważanej elektrociepłowni gazowo-parowej, stanowiące jednocześnie układ równań warunków w procedurze uwiarygodnienia pomiarów. Przeprowadzono obliczenia mocy cieplnej kotła odzyskowego i jej niepewności standardowej dla przypadków występowania minimalnej informacji pomiarowej oraz z zastosowaniem metody uwiarygodnienia pomiarów. Do oceny wyników obliczeń uwiarygodnienia pomiarów zastosowano metodę z wykorzystaniem entropii informacji. Wykazano konieczność stosowania metod rachunku wyrównawczego dla uwiarygodnienia pomiarów służących do obliczeń osiągalnych parametrów procesu cieplnego. Pokazano przydatność wykorzystania entropii informacji do całościowej oceny poprawy wiarygodności pomiarów po zastosowaniu metody rachunku wyrównawczego.

Słowa kluczowe

EN

heat recovery steam generator; CHP unit; data reconciliation; information entropy

PL

kocioł odzyskowy; blok ciepłowniczy gazowo-parowy; rachunek wyrównawczy; entropia informacji

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 2
• Strony: 157--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Szega M.

• Division of Power Engineering and Refrigeration in Institute of Thermal Technology in Silesian University of Technology, Konarskiego 22, 44-101 Gliwice,

Bibliografia

• [1] Bagajewicz M.J.: Process Plant Instrumentation: Design and Upgrade. Technomic Publishing Company, Inc. Lancaster, Pennsylvania, USA. 2001.
• [2] Götz W., Reisacher S.: Increased Data Reliability by Data Validation during Performance Tests and Field Acceptance Tests on Combustions Engines. 3-rd European Conference on Turbo Machinery. London, 2 – 5 March 1999.
• [3] Kullback S., Leibler R.A.: On Information and Sufficiency. Annals of Mathematical Statistics 22 (1), 1951, pp. 79–86.
• [4] Shannon C.E.: A Mathematical Theory of Communication. The Bell System Technical Journal, Vol. 27, pp. 379–423, 623–656, July, October, 1948.
• [5] Szargut J., Ziębik A.: Basis of the Thermal Energetics. PWN Publisher. Edition No. II, Warszawa 2000 (in Polish).
• [6] Szargut J. at al.: Reconciliation Calculus in Thermal Engineering (in Polish). Polish Academy of Sciences, Ossolineum Publisher, Wrocław 1984.
• [7] Szargut J., Kolenda Z., Styrylska T.: Justification of Measurement Results in Thermal Technology. Proceedings of the International Conference ECOS’96. Stockholm, 1996, pp. 413-418.
• [8] Szega M.: Advantages of an application of the generalized method of data reconciliation in thermal technology. Archives of Thermodynamics. Vol. 30, No. 4, 2009, pp. 219-232.
• [9] Szega M.: Calculation of Thermal Power of a Heat Recovery Steam Generator in a Gas-and-Steam CHP Unit using Data Reconciliation (in Polish). 11-th International Conference on Boiler Technology 2010. Prace Nauk. IMiUE Pol.Śl. z. 25. T. 3, Gliwice 2010, pp. 205-223.
• [10] Szega M.: Application of Data Reconciliation Method for Increase of Measurements Reliability in the Power Unit System of a Steam Power Plant. Monograph No. 193. Silesian University of Technology Publisher, Gliwice 2009, (in Polish).
• [11] Szega M.: Application of the Data Reconciliation Algorithm in Optimization of Measurements Location for Calculation of Thermal Capacity of a Steam Boiler (in Polish). Rynek Energii 2(87)/2010, pp. 149-153.
• [12] Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. International Organization for Standardization, 1995.
• [13] Polish Standard PN-EN 12952-15. Water-tube boilers and auxiliary installations – Part 15: Acceptance tests. (in Polish). PKN Warszawa, 2006.
• [14] VDI-Richtlinien.: Messunsicherheiten bei Abnahmemessungen an Energie - und kraftwerkstechnischen Anlagen, Grundlagen, VDI 2048, Blatt 1. Oktober 1998.