A Digital Twin Based System for Diagnosing and Controlling the Power-generating Boiler Unit State
Abstract
The purpose of the work is to elaborate a methodological approach, mathematical and algorithmic support, and software for developing a digital twin of a power-generating steam boiler and working out on this basis a system for online monitoring, diagnostics and control of the power facility state. The digital twin technology involves interdisciplinary modeling and integration of the results obtained from numerical modeling of structural elements and physical processes in a system based on data exchange between system components. The approach is based on the development of an all-variable dynamic mathematical model of the boiler unit, including the steam-water path heating surfaces, auxiliary equipment of the boiler fuel preparation system, and the gas-air path. The specific feature of the boiler unit mathematical model is the use of the linearization method, when the working processes are considered in quasi-stationary manner in small deviations from the original stationary mode, and their inertia is described by first-order inertial dynamic sections. The technical and economic efficiency of the presented approach is demonstrated on the example of operational assessment and diagnostics of the slagging and contamination processes on the TPE-216 power-generating steam boiler heating surfaces depending on various boiler operating parameters, as well as when burning off-design coals. The proposed approach is a versatile tool for producing, on its basis, digital twins and prototypes of various main and auxiliary thermal power equipment of thermal power plants for solving problems relating to equipment operation, design, repair, and adjustment.
References
2. Ковалев С.П. Проектирование информационного обеспечения цифровых двойников энергетических систем // Системы и средства информатики. 2020. Т. 30(1). С. 66—81.
3. Бойко Е.А., Шишмарев П.В. Котельные установки: комплексный расчет и проектирование энергетических паровых котлов. Красноярск: Изд-во Сибирского федерального ун-та, 2023.
4. Лузин П.А., Дунаев М.П. Динамическая модель котельного агрегата с пылеугольной топкой // Вестник ИрГТУ. 2017. № 1. С. 113—119.
5. РТМ 108.031.101—84. Котлы барабанные. Расчет динамических характеристик.
6. Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод. М.: Энергия, 1981.
7. Майданик М.Н., Тугов А.Н., Супранов В.М. Тепловой расчет систем пылеприготовления котельных установок: новый подход // Теплоэнергетика. 2021. № 6. С. 25—32.
8. Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика парогенераторов. М.: Энергия, 1972.
9. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. СПб.: НПО ЦКТИ, 1998.
10. Нормативный метод гидравлического расчета паровых котлов. М.: Энергия, 1978.
11. Грабчак Е.П. Цифровая трансформация электроэнергетики. М.: Кнорус, 2018.
12. Бойко Е.А., Жадовец Е.М., Янов С.Р. Анализ тепловой эффективности полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева пылеугольных паровых котлов // Электрические станции. 2010. № 10. С. 41—46.
---
Для цитирования: Бойко Е.А., Лебедев К.В. Система диагностики и управления состоянием энергетического котельного агрегата на основе цифрового двойника // Вестник МЭИ. 2024. № 6. С. 38—47. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-38-47
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Voropay N.I. i dr. Problemy Razvitiya Tsifrovoy Energetiki v Rossii. Problemy Upravleniya. 2019;1:2—14. (in Russian).
2. Kovalеv S.P. Proektirovanie Informatsionnogo Obespecheniya Tsifrovykh Dvoynikov Energeticheskikh Sistem. Sistemy i Sredstva Informatiki. 2020;30(1):66—81. (in Russian).
3. Boyko E.A., Shishmarev P.V. Kotel'nye Ustanovki: Kompleksnyy Raschet i Proektirovanie Energeticheskikh Parovykh Kotlov. Krasnoyarsk: Izd-vo Sibirskogo Federal'nogo Un-ta, 2023. (in Russian).
4. Luzin P.A., Dunaev M.P. Dinamicheskaya Model' Kotel'nogo Agregata s Pyleugol'noy Topkoy. Vestnik IrGTU. 2017;1:113—119. (in Russian).
5. RTM 108.031.101—84. Kotly Barabannye. Raschet Dinamicheskikh Kharakteristik. (in Russian).
6. Aerodinamicheskiy Raschet Kotel'nykh Ustanovok. Normativnyy Metod. M.: Energiya, 1981. (in Russian).
7. Maydanik M.N., Tugov A.N., Supranov V.M. Teplovoy Raschet Sistem Pyleprigotovleniya Kotel'nykh Ustanovok: Novyy Podkhod. Teploenergetika. 2021;6:25—32. (in Russian).
8. Serov E.P., Korol'kov B.P. Dinamika Parogeneratorov. M.: Energiya, 1972. (in Russian).
9. Teplovoy Raschet Kotlov. Normativnyy Metod. SPb.: NPO TSKTI, 1998. (in Russian).
10. Normativnyy Metod Gidravlicheskogo Rascheta Parovykh Kotlov. M.: Energiya, 1978. (in Russian).
11. Grabchak E.P. Tsifrovaya Transformatsiya Elektroenergetiki. M.: Knorus, 2018. (in Russian).
12. Boyko E.A., Zhadovets E.M., Yanov S. R. Analiz Teplovoy Effektivnosti Poluradiatsionnykh i Konvektivnykh Poverkhnostey Nagreva Pyleugol'nykh Parovykh Kotlov. Elektricheskie Stantsii. 2010;10:41—46. (in Russian)
---
For citation: Boyko E.A., Lebedev K.V. A Digital Twin Based System for Diagnosing and Controlling the Power-generating Boiler Unit State. Bulletin of MPEI. 2024;6:38—47. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-38-47
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
