Modelagem e controle preditivo dos queimadores de uma caldeira

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dc.contributor.advisor1Fardin, Jussara Farias
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/000000034785556X
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1912113095988528
dc.contributor.authorBarbarioli, Guilherme Lima
dc.contributor.referee1Almeida, Gustavo Maia de
dc.contributor.referee2Rocha, Helder Roberto de Oliveira
dc.contributor.referee3Salles, Jose Leandro Felix
dc.date.accessioned2024-05-29T22:11:31Z
dc.date.available2024-05-29T22:11:31Z
dc.date.issued2019-12-02
dc.description.abstractEnvironmental sustainability has been a main topic leading industries to a better energy efficiency. Basic industries such as the metallurgic sector, applied many improvements in the last 50 years, mainly through new control and process techniques contributing to a outstanding 60% increase in energy efficiency, throughout all steel plants processes. However, those changes do not involve managing steel mill byproduct gases. The major issue that need to be addressed is the management and control systems that handle the destination of those gases. Mostly, those gases are used to generate electric energy and also to heat up some internal steps in the metal making process. To optimize the gas usage, the management strategies must include some mathematical optimizing models, to manage and predict the best route and time to consume those gases. Subjected to that management tool there must be a set of advanced controls that manage optimally the permissions and regulatory control to achieve the goals set by management algorithm. On this paper is proposed a hybrid control system based on furnace model of a boiler that is used to supply vapor for thermoelectric power plant. The main objective is to track the set-point path without any offset. Targeting this performance is proposed a hybridmodel using MLD (Mixed Logical Dynamics) formulation, utilizing HYSDEL(Hybrid System DEscription Language) language tools. This mathematical model attach many of the start-up and shut-down procedures, physical operation limits and also the switch affine systems that compose the furnace model. The control system use an on-line quadratic mixed-integer optimization with a receding control horizon, to predict the best control actions. To estimate some of the non-measured variables it was built a switched Kalman f ilter, allowing the control system to reject white noise and also constant disturb signal such as the valve grasp issue. In order to evaluate the control system performance, it is executed five case studies, including a comparison with a PI (Proportional Integral) controller.
dc.description.resumoEm industrias de base, como as metalúrgicas, a eficiência energética aliada a redução de emissões atmosféricas são fatores relevantes para sustentabilidade ambiental. Nas usinas metalúrgicas integradas houve um aumento em 60% da eficiência energética na produção do aço nos últimos 50 anos. Entretanto, aprimoramentos futuros na eficiência energética requerem controle e gerenciamento dos gases combustíveis residuais dos processos siderúrgicos. Estes gases são comumente reutilizados na produção do aço e também na geração de energia elétrica, via termelétrica a vapor. Para otimizar o consumo destes gases residuais, deve haver um otimizador para gerenciar o encaminhamento e consumo dos gases por cada setor ao longo da usina. Abaixo deste otimizador, para cada processo consumidor destes gases, deve haver preferencialmente um controlador avançado para assegurar que os objetivos definidos no nível de otimização sejam adequadamente alcançados. Neste trabalho é proposto um sistema de controle híbrido baseado no modelo da fornalha da caldeira de uma termelétrica, de modo a fornecer um seguimento de trajetória para vazão do gás sem offset. Neste sentido foi necessário propor uma modelagem híbrida para a fornalha da caldeira, utilizando formulação MLD (Mixed Logical Dynamics), a partir da utilização das ferramentas disponibilizadas da linguagem HYSDEL (Hybrid System DEscription Language). Este modelo híbrido integra todos os procedimentos de inicialização, parada, limites físicos do sistema e o modelo comutado por partes, que definem as dinâmicas de vazão do gás. O controle preditivo proposto utiliza o método otimização quadrática inteira-mista on-line, com horizonte de previsão deslizante. Para estimar os estados foi proposto um filtro de Kalman projetado por partes, possibilitando rejeição de ruídos brancos e distúrbios com média diferente de zero. Para avaliar a performance do sistema realizou-se cinco estudos de caso, incluindo uma comparação com um sistema de controle PI (Proporcional Integrativo)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/13531
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rightsopen access
dc.subjectSistemas híbridos
dc.subjectControle
dc.subjectMLD
dc.subjectHYSDEL
dc.subjectKalman
dc.subjectHybrid system
dc.subjectControl
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
dc.titleModelagem e controle preditivo dos queimadores de uma caldeira
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis
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