Dynamic modelling and simulation of a coal mill

Abstract

Diplomityön aiheena oli Suomenojan kivihiilivoimalaitoksen hiilimyllyjen dynaaminen mallintaminen voimalaitossimulaattoria varten.

Myllyjen mallintamiseksi tehtiin sarja askelkokeita. Hiilen ja kantoilmavirtausten syöttöjä sekä seulojen kierrosnopeuksia muutettiin askelmaisesti niin, että mahdollisimman paljon prosessin säätöjä saatiin kytkettyä pois päältä. Automaatiojärjestelmästä tallennettiin valitut signaalit tietokoneelle ja käsiteltiin Matlab-ohjelmistolle soveltuvaan muotoon.

Myllysysteemin tulosuureina ovat hiilen massavirta myllyyn, kantoilman puhallus ja seulojen pyörimisnopeus. Lähtösuureina ovat myllyn yli oleva paine-ero, myllyn ottama sähköteho sekä hiilen massavirta ulos myllystä. Mallinnuksen ongelmana on se, että kaikista edellä mainituista suureista ei ole mittauksia. Esimerkiksi simulaattorin kannalta tärkeimmästä eli hiilen massavirrasta ulos myllystä ei ole mittausta lainkaan, joten mallintaminen perustui myös muualta kuin myllyn välittömästä läheisyydestä saatuihin mittauksiin.

Mallista haluttiin mahdollisimman yksinkertainen. Vaatimuksena oli, että se pätee parhaiten tilanteessa, jolloin voimalaitosta ajetaan täydellä teholla. Mallintamisessa käytettiin hyväksi TKK:n ja TTKK:n aikaisempia tutkimuksia voimalaitosmallinnuksesta. Hiilimyllyille muodostettiin malli, joka noudattaa ensimmäisen kertaluvun viiveellistä dynamiikkaa hiilen syötön ja ulosvirtauksen välillä. Sekä kantoilmojen syötön että seulan kierrosluvun vaikutukset ulos virtaavan hiilen massavirtaan noudattavat molemmat toisen kertaluvun derivoivaa dynamiikkaa.

Mallin parametrit määritettiin kokeellisesti Matlab-ohjelmistoa käyttäen. Malli toteutettiin Matlabin Simulinkissä, ja sen havaittiin toimivan tyydyttävästi. Hiilivirtojen osalta malli toimii hyvin lähes kaikilla tehoalueilla. Paine-eron ja myllyn ottaman sähkötehon osalta malli toimii parhaiten täydellä teholla ajettaessa.