Synthese tool voor thermische ontwerpen van ketels

De 550+ graden uitlaatgassen van de gasturbine worden door de HRSG, ook wel afgasserketel genoemd, gestuurd. In de ketel stroomt water door talloze pijpen, wat wordt verhit tot oververhitte stoom. Deze stoom wordt voornamelijk gebruikt om energie op te wekken in een stoomturbine. De ketel genereert dus stoom van teruggewonnen warmte uit uitlaatgassen.

Ontwikkeling van een thermische synthesetool

TT-Engineering werkt aan de synthese tool die VDL Energy Systems HTT gebruikt om thermische ontwerpen van ketels te genereren. Het thermisch ontwerp hangt af van de condities op de power plant en van de eisen van de klant. De verschillende soorten en maten ketels hebben invloed op het thermisch ontwerp. Net als de mogelijkheid om meerdere waterstromen op meerdere drukniveaus (maximaal vier), voor een hogere efficiëntie tegen een hogere investering, te hebben in één ketel.

Gezien de complexiteit en diversiteit van het thermisch ontwerp, wordt normaal gesproken een ontwerp van een oud project gepakt en aangepast, totdat het aan de nieuwe eisen voldoet. Hierdoor is het ontwerp dus sterk afhankelijk van het startpunt dat bij het oude ontwerp gebruikt is. Door deze aanpak is het onduidelijk of er met een ander startpunt geen betere oplossing mogelijk was. Er zijn namelijk meerdere ontwerpen mogelijk die aan de eisen voldoen.

Automatisering in ontwerpgeneratie

Wij hebben onder andere gewerkt aan een synthese tool. Deze maakte dit proces makkelijker en efficiënter. De gebruiker hoeft alleen de randcondities op te geven, de rest is geautomatiseerd. De tool kiest een willekeurig startpunt en probeert vanuit dit punt de ingevoerde parameters zo te sturen dat aan de performance wordt voldaan. Door deze analyse vanuit talloze startpunten uit te voeren, ontstaat een oplossingsruimte die de engineer inzicht biedt in de alternatieven. Hierdoor krijgt hij de mogelijkheid om een optimaal ontwerp aan te leveren.

Toen wij aan het project begon waren alleen één druks configuraties mogelijk in de synthese tool. Inmiddels kunnen bijna alle mogelijke twee druks HRSG’s ook met de tool gegenereerd worden.

Validatie en modelcomplexiteit

De grootste uitdaging binnen het project was om engineers te overtuigen de tool daadwerkelijk te gebruiken. Engineers houden de ontwerptouwtjes vaak liever in eigen hand en willen het ‘gevoel’ van de ketel behouden. Hoe reageert de ketel op een bepaalde aanpassing? Dit terwijl het komen tot een ontwerp via automatisering, vaak kan leiden tot een resultaat dat net zo goed of vaak zelfs beter is dan een engineer ‘handmatig’ kan bereiken.

Daarnaast is het in dit project ook een uitdaging om alle ontwerpen en richtlijnen te bevatten en de tool zo generiek te programmeren dat het niet alleen werkt voor het geteste project, maar ook voor de projecten in de toekomst.

Resultaten en impact

Enerzijds bespaart de engineer erg veel tijd, doordat talloze ontwerpen automatisch gegeneerd worden na het invoeren van restricties. Hierdoor kan de engineer meer tijd besteden aan detaillering.

Daarnaast biedt de tool inzicht in alternatieve ontwerpconfiguraties, wat in meerdere projecten heeft geleid tot optimalisaties in zowel materiaalgebruik als kosten. Dit resulteert potentieel in substantiële gewichts- en kostenbesparingen binnen thermische energiesystemen.