Ottimizzazione di un forno di preriscaldo

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1 Efficienza energetica attraverso controllo e ottimizzazione real-time dei processi industriali Ottimizzazione di un forno di preriscaldo Luca Barboni Amministratore Delegato i.process,

2 Perché i.process? UNA NUOVA PRATICA OPERATIVA PER IL RISPARMIO ENERGETICO Ridurre i consumi energetici Produrre un guadagno per il Cliente fin da subito Nessuna esposizione del Cliente a investimenti finanziari e rischi tecnologici A CHI CI RIVOLGIAMO? Attività produttive fortemente energivore Dotate di una certa complessità (gradi di libertà) e buon livello di automazione, Ottimizzazione di un forno di preriscaldo Pag. 1/6

3 Una guida sicura verso le condizioni ottime CENNI SUL CONTROLLO PREDITTIVO MULTIVARIABILE (MPC) costi limiti e obiettivi Parametri di tuning Controllo & Ottimizzazione SP al processo Il modello matematico calcola la predizione del comportamento futuro misure provenienti dal processo PROCESSO PRODUTTIVO, Ottimizzazione di un forno di preriscaldo Pag. 2/6

4 Descrizione di un sistema di controllo MPC Il controllo MPC (Model Predictive Control) è una tecnica di controllo avanzato (APC) che: usa un modello dinamico esplicito dell impianto (matrice di modelli per sistemi a più ingressi e più uscite) predice gli effetti di possibili future evoluzioni delle variabili manipolate sulle uscite in base a ciò e tenuto conto di specifici funzionali di costo, calcola i segnali di controllo in grado di minimizzare il consumo specifico dell impianto L obiettivo del controllore è condurre l impianto nel punto di lavoro più conveniente, rispettando tutti i vincoli imposti sulle variabili. I modelli che rappresentano la relazione dinamica tra ogni variabile controllata e una o più variabili manipolate possono essere modelli ai principi primi o modelli ricavati con tecniche di identificazione da dati sperimentali., Ottimizzazione di un forno di preriscaldo Pag. 3/6

5 Avvicinarsi ai vincoli di processo = incrementare l efficienza UN SISTEMA DI CONTROLLO PREDITTIVO: 1. Verifica che i vincoli scelti dall operatore descrivano una regione ammissibile di funzionamento 2. Conduce dinamicamente il processo dentro la regione, se il processo non si trova in un punto interno alla regione ammissibile 3. Sposta il punto di lavoro verso il punto a massima efficienza per l azienda, se il processo sta lavorando in un punto della regione ammissibile MV 2 CV 1 high CV 2 high Rette iso-costo Direzione di ottimo scelta in base alle variabili economiche MV 2 high Punto di ottimo scelto dall APC Regione preferita dagli operatori Regione di funzionamento ammissibile CV 1 low CV 2 low MV 2 low MV 1 low, MV 1 high MV 1 Ottimizzazione di un forno di preriscaldo Pag. 4/6

6 Avvicinarsi ai vincoli di processo = incrementare l efficienza AVVICINARSI AI VINCOLI DI PROCESSO = MASSIMIZZARE L EFFICIENZA PRODUTTIVA Acquisisce i vincoli di processo Riduce le oscillazioni sulla qualità dei prodotti anche del 50% Spinge il processo nella zona a più alto rendimento APC = Advanced Process Control INCREMENTO DELL EFFICIENZA fino al +5%, Ottimizzazione di un forno di preriscaldo Pag. 5/6

7 Architettura dei sistemi I NOSTRI AMBITI DI LAVORO RETE DI STABILIMENTO Sistemi informativi APC LEVEL Ottimizzatore multi-unità Advanced Process Control SISTEMI DI BASE PCS (PLC, DCS, PC embedded) Sensori e attuatori, Ottimizzazione di un forno di preriscaldo Pag. 6/6

8 Realizzazione di un sistema di controllo avanzato e ottimizzazione (APC) per retrofit intelligente di forni di re-heating Cliente: AFV Acciaierie Beltrame Spa,

9 Obiettivi del sistema sviluppato IL SISTEMA DI SUPERVISIONE MIRA A: Ottimizzazione energetica dei forni di re-heating, minimizzando il consumo specifico di metano Rispetto degli intervalli di temperatura richiesti al prodotto in uscita dal forno e dei limiti impostati per le tutte le variabili di processo RISPARMI MEDI ATTESI: 5% 15% Pag. 1/10

10 Modellazione ai principi primi adattiva PREDIZIONE DELLA TEMPERATURA DELLA BILLETTA IN USCITA Pag. 2/10

11 Revisione del controllo combustione SIMULAZIONE, INGEGNERIA E IMPLEMENTAZIONE Prima σ = 0.35 Dopo σ = 0.18 G. Astolfi, L. Barboni, Ottimizzazione della combustione di un forno di raffineria Automazione e Strumentazione (Elettronica Industriale), pp , September 2012, Anno LX N. 7. Pag. 3/10

12 Basi di progetto VARIABILI CONTROLLATE Temperatura della billetta in uscita Temperature di zona Temperatura di ingresso del recuperatore dt zona1 zona2 Posizioni valvole fuel e aria Portata di aria comburente totale Rapporti stechiometrici aria/fuel VARIABILI MANIPOLATE Portata di metano ai bruciatori Portata di aria comburente DISTURBI Temperatura di ingresso del materiale Velocità di chiamata Dimensioni e peso e delle billette in ingresso Pressione del forno Temperatura ambiente DIMENSIONI DELL APC: #MV = #DV = 5 7 #CV = Pag. 4/10

13 Gestione ottima del forno APC OFF TEMP. BILLETTA OUT Media PRE- APC 973 C POST-APC 962 C Var. -11 C APC ON TEMP. FUMI Media PRE- APC 288 C POST-APC 249 C Var. -39 C Pag. 5/10

14 Riduzione della temperatura delle billette in uscita Forno 1 Pag. 6/10

15 Riduzione della temperatura delle billette in uscita Forno 2 Pag. 7/10

16 Risultati del sistema sviluppato MINIMIZZAZIONE DEL CONSUMO ENERGETICO DEL FORNO 1. Miglior controllo combustione 2. Migliore controllo dei profili di temperatura di zona all interno del forno 3. Minimizzazione della temperatura di uscita delle billette Pag. 8/10

17 Jan-11 Feb-11 Mar-11 Apr-11 May-11 Jun-11 Jul-11 Aug-11 Sep-11 Oct-11 Nov-11 Dec-11 Jan-12 Feb-12 Mar-12 Apr-12 May-12 Jun-12 Jul-12 Aug-12 Sep-12 Oct-12 Nov-12 Dec-12 Jan-13 Feb-13 Mar-13 Apr-13 May-13 Jun-13 Jul-13 Aug-13 Sep-13 Oct-13 Nov-13 Dec-13 Jan-14 Feb-14 Mar-14 Apr-14 May-14 Jun-14 Jul-14 Aug-14 Sep-14 Oct-14 Nov-14 Dec-14 Jan-15 Feb-15 Mar-15 Apr-15 May-15 Jun-15 Jul-15 m^3/ton Risultati del sistema sviluppato FORNO 1 FORNO 2 Fuel saving: -9.6% Service Factor: >95% Fuel saving: -10% Service Factor: >95% 32,00 30,00 28,00 26,00 24,00 APC DESIGN m^3/ton m^3/ton_mean 22,00 20,00 18,00 Pag. 9/10

18 Conclusioni Progetto primo classificato all Energy Efficiency Awards del Centro Studi sull Economia e il Management dell Efficienza Energetica (CESEF) dell Università Bocconi di Milano, quale intervento di Efficienza Energetica di particolare importanza nel panorama nazionale. Algoritmo di controllo predittivo agli elementi finiti proprietario, specifico per forni di riscaldo. Algoritmo adattativo basato sulle misure del pirometro in uscita e degli assorbimenti elettrici, che controlla simultaneamente non solo la temperatura della billetta ed il profilo di riscaldo, ma l intera traiettoria di tutte le variabili soggette a vincolo (posizione valvole, tenore O2, ecc.) Applicazione sviluppata interamente in Italia Pag. 10/10

19 i.process Via del Consorzio, Falconara Marittima (AN) Tel Fax