energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2024-67-3-228-240energy-2381Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGЭлектропривод и автоматизация пробоотборной системы газоанализатора дымовой трубыElectric Drive and Automation of Sampling System for Chimney Fas AnalyzerЕмельянчиковВ. И.EmeliantchikovV. I.

г. Минск,

Minsk

ЛойкуцЕ. Э.LoikutsE. E.

г. Минск,

Minsk

ОпейкоО. Ф.OpeikoO. F.

Адрес для переписки:Опейко Ольга Федоровна –Белорусский национальный технический университет,просп. Независимости, 65,220013, г. Минск, Республика Беларусь.Тел.: +375 17 293-95-61oopeiko@bntu.by

Address for correspondence:Opeiko Olga F. –Belаrusian National Technical University,65, Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of BelarusTel.: +375 17 293-95-61oopeiko@bntu.byy

oopeiko@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelаrusian National Technical UniversityBelarus202405062024673228240Copyright © Емельянчиков В.И., Лойкуц Е.Э., Опейко О.Ф., 20242024Емельянчиков В.И., Лойкуц Е.Э., Опейко О.Ф.Emeliantchikov V.I., Loikuts E.E., Opeiko O.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2381

Для организации надежного контроля за выбросами дымовых труб энергетических объектов необходимы системы автоматического мониторинга. Известно оборудование для мониторинга выбросов труб малого диаметра, однако для труб большого диаметра (15 м и более), имеющихся в Республике Беларусь, соответствующие технические решения отсутствуют. В работе рассматривается задача автоматизации отбора пробы дымовых газов на основе электропривода в трубах большого диаметра. Для обеспечения оптимальной траектории движения пробоотборника в сечении трубы необходимо использовать асинхронный электродвигатель с преобразователем частоты и датчиком положения. Предложены функциональная схема системы управления, которая содержит программируемый логический контроллер для формирования режима движения, а также метод расчета параметров и выражения для формирования сигнала задания для режима непрерывного отбора пробы. Поскольку диапазон регулирования скорости возрастает по мере увеличения диаметра дымовой трубы, в зависимости от него может быть применено скалярное либо векторное частотное управление. Предложено выражение для расчета оптимального значения параметра N инкрементального датчика положения и скорости (энкодера), что способствует обоснованному выбору датчика. Представлены результаты имитационного моделирования, подтверждающие эффективность предложенного метода расчета параметров привода пробоотборника.

To organize reliable control over emissions from chimneys of energy facilities, automatic monitoring systems are needed. Equipment is known for monitoring emissions from small-diameter chimneys, but for large-diameter pipes (15 m or more) available in our Republic, there are no corresponding technical solutions.  The paper examines the problem of automating the sampling of flue gases based on an electric drive in large-diameter chimneys. To ensure the optimal trajectory of the sampler in the chimney section, it is necessary to use an asynchronous electric motor with a frequency converter and a position sensor. A functional diagram of the control system is proposed, which contains a programmable logic controller for generating the motion mode, as well as a method for calculating parameters and expressions for generating a task signal for continuous sampling mode. Since the range of speed control increases as the diameter of the chimney increases, depending on it, scalar or vector frequency control can be applied. An expression is proposed for calculating the optimal value of the parameter N of an incremental position and speed sensor (encoder), which contributes to a reasonable choice of sensor. The results of simulation modeling are presented, confirming the effectiveness of the proposed method for calculating the parameters of the sampler drive.

электроприводчастотное управлениемониторинг выбросов дымовой трубыэнкодеримитационное моделированиеelectric drivefrequency controlchimney emission monitoringencodersimulationReferencesСистемы автоматического контроля и учета выбросов загрязняющих веществ тепловых электростанций в атмосферу. Основные требования: ГОСТ Р 113.38.03–2021. Введен 01.05.2022. Москва: Российский институт стандартизации, 2021. 36 с.State Standard R 113.38.03–2021. Systems for Automatic Control and Accounting of Pollutant Emissions from Thermal Power Plants Into the Atmosphere. Primary Requirements. Moscow, Russian Standardization Institute, 2021. 36 (in Russian).Качество воздуха. Выбросы стационарных источников. Требования к выбору измерительных секций и мест измерений, цели и плану измерений, и составлению отчета: ГОСТ Р ЕН 15259–2015. Введен 15.11.2015. Москва: Стандартинформ, 2015. 61 с.State Standard R ЕN 15259–2015. Air Quality. Emissions from Stationary Sources. Requirements for the Selection of Measuring Sections and Measurement Locations, the Purpose and Plan of Measurements, and Reporting. Moscow, Standartinform Publ., 2015. 61 (in Russian).Air Quality – Measurement of Stationary Source Emissions – Requirements for Measurement Sections and for the Measurement Objective, Plan and Report: EN 15259:2007.EN 15259:2007. Air quality – measurement of Stationary Source Emissions – Requirements for Measurement Sections and for the Measurement Objective, Plan and Report. МКС [MKS = ICS – International Classification for Standards] 13.040.40. М. [Moscow]: Publishing House “Standartinform”, 2007.Правила проектирования и эксплуатации автоматизированных систем контроля за выбросами загрязняющих веществ и парниковых газов в атмосферный воздух: ТКП 17.13-01–2008 (02120). Минск: Минприроды Республики Беларусь, 2008. 26 с.TKP [Technical Code of Common Practice] 17.13-01–2008 (02120). Rules for the Design and Operation of Automated Systems for Monitoring Emissions of Pollutants and Greenhouse Gases Into Atmospheric Air. Minsk, Publishing House of Ministry of Natural Resources and Environmental Protection of the Republic of Belarus, 2008. 26 (in Russian).Охрана окружающей среды и природопользование. Атмосферный воздух (в том числе озоновый слой). Требования экологической безопасности в области охраны атмосферного воздуха [Электронный ресурс]: ЭкоНиП 17.08.06-001–2022: утв. постановлением М-вом природных ресурсов и охраны окружающей среды Респ. Беларусь 29.12.2022, № 32-Т. Режим доступа: https://www.ecoinfo.by/wp-content/uploads/2023/04/%D0%AD%D0%BA%D0%BE%D0%9D%D0%B8%D0%9F-17.08.06-001-2022-%D0%B7%D0%B0%D1%89-2.pdf.EkoNiP [Environmental Standards and Regulations] 17.08.06-001–2022. Environmental Protection and Nature Management. Atmospheric Air (Including the Ozone Layer). Environmental Safety Requirements in the Field of Atmospheric Air Protection” (Approved by the Resolution of Ministry of Natural Resources and Environmental Protection of the Republic of Belarus dated 29.12.2022 No 32-Т. Available at: https://www.ecoinfo.by/wp-content/uploads/2023/04/%D0%AD%D0%BA%D0%BE%D0%9D%D0%B8%D0%9F-17.08.06-001-2022-%D0%B7%D0%B0%D1%89-2.pdf (in Russian).Guidelines for Continuous Emission Monitoring Systems [Electronic Resource]: 1st Revised Guidelines for Continuous Emission Monitoring Systems August 2018 / Central pollution control board Parivesh Bhawan, East Arjun Nagar, Delhi-110032. Mode of access: https://jspcb.nic.in/upload/uploadfiles/files/revised-ocems-guidelines%20(2)_compressed.pdfGuidelines for Continuous Emission Monitoring Systems: 1st Revised Guidelines for Continuous Emission Monitoring Systems August 2018. Central Pollution Control Board Parivesh Bhawan, East Arjun Nagar, Delhi-110032. Available at: https://jspcb.nic.in/upload/uploadfiles/files/revised-ocems-guidelines%20(2)_compressed.pdf.TCEQ Sampling Procedures Manual Rev. July 19, 2016 // United States Environmental Protection Agency (USEPA) Title 40 Code of Federal Regulations Part 60, Appendix A Method 1 (USEPA Method 1). www.tceq.texas.gov.TCEQ Sampling Procedures Manual Rev. July 19, 2016 // United States Environmental Protection Agency (USEPA) Title 40 Code of Federal Regulations Part 60, Appendix A Method 1 (USEPA Method 1). www.tceq.texas.gov.Liu, D. H. F. Analyzer Sampling / D. H. F. Liu, B. G. Lipták //Analysis and Analyzers. CRC Press, 2016. P. 79–90. https://doi.org/10.1201/9781315370323-4.Liu D. H. F., Lipták B. G. (2016) Analyzer Sampling. Analysis and Analyzers. CRC Press, 79–90. https://doi.org/10.1201/9781315370323-4.Новожилова, Л. Л. Численные исследования аэродинамики дымовых труб с целью обеспечения достоверного контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу: дис. … канд. тех. наук: 05.14.14 / Л. Л. Новожилова. М., 2009. 181 с.Novozhilova L. L. (2009) Numerical Studies of the Aerodynamics of Chimneys in Order to Ensure Reliable Control of Harmful Emissions from Thermal Power Plants Into Atmosphere [Dissertation]. Moscow. 181 (in Russian).Обеспечение достоверного непрерывного инструментального контроля выбросов маркерных загрязняющих веществ ТЭС в атмосферу / П. В. Росляков [и др.] // Теплоэнергетика. 2022. № 2. С. 68–77. https://doi.org/10.1134/s0040363621110047.Roslyakov P. V., Kondrat’eva O. E., Ionkin I. L., Egorova L. E. (2022) Ensuring Reliable Continuous Instrumental Emission Control of Marker Pollutants from Thermal Power Plants Into the Atmosphere. Thermal Engineering, 69, 57–65. https://doi.org/10.1134/s0040601521110045.Sednin, A. V. An Approach to Data Processing for the Smart District Heating System / A. V. Sednin, A. V. Zherelo // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 3. С. 240–249. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-3-240-249.Sednin A. V., Zherelo A. V. (2022) An Approach to Data Processing for the Smart District Heating System. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 65 (3), 240–249. https://doi.org/10.21122/1029-7448-202265-3-240-249.Сорока, Б. С. Экологические характеристики современных систем бытового использования топлива. Ч. 1 / Б. С. Сорока, В. В. Горупа // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 4. С. 340–354. https://doi.org/10.21122/ 1029-7448-2020-63-4-340-354.Soroka B. S., Horupa V. V. (2020) Environmental Characteristics of Modern Systems of Domestic Use of Fuel. Part 1. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (4), 340–354. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4-340-354 (in Russian).Сорока, Б. С. Экологические характеристики современных систем бытового использования топлива. Ч. 2: Образование вредных веществ при сжигании природного газа в атмосферных горелках: экспериментальные исследования / Б. С. Сорока, В. В. Горупа // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 5. С. 450–461. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-450-461.Soroka B. S., Horupa V. V. (2020) Environmental Characteristics of Modern Systems of Domestic Use of Fuel. Part 2. Pollutants Formation by Natural Gas Combustion in Atmospheric Burners: Experimental Studies. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (5), 450–461. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-450-461 (in Russian).https://mru-instruments.com/wp-content/uploads/2015/04/MGA-5-plus.Brochure-2015.pdf. date of 10.07.2023, 19–26.https://mru-instruments.com/wp-content/uploads/2015/04/MGA-5-plus.Brochure-2015.pdf. date of 10.07.2023, 19–26.GT5000 Terra FTIR Gas Analyzer [Electronic Resource] / Gasmet. Mode of access: https://www.gasmet.com/wp-content/uploads/2019/09/Gasmet-GT5000-Terra-Technical-Datasheet-ID-10233-1.pdf. Date of access: 10.07.2023.GT5000 Terra FTIR Gas Analyzer. Gasmet. Available at: https://www.gasmet.com/wp-content/uploads/2019/09/Gasmet-GT5000-Terra-Technical-Datasheet-ID-10233-1.pdf (accessed 10 July 2023).Емельянчиков, В. И. Автоматические гибкие зонды и системы непрерывного контроля и учета выбросов вредных веществ дымовых труб тепловых электростанций / В. И. Емельянчиков, Ю. Ю. Елисеенко // Экологические системы и приборы. 2020. № 6. C. 3–11.Emelyanchikov V. I. Eliseenko Yu. Yu. (2020) Automatic Flexible Probes and Systems for Continuous Monitoring and Accounting of Emissions of Harmful Substances from Chimneys of Thermal Power Plants. Ekologicheskie Sistemy i Pribory = Ecological Systems and Devices, (6), 3–11 (in Russian).Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей: ТКП 181–2009. Минск: Министерство энергетики Республики Беларусь, 2009. 332 с.TKP [Technical Code of Common Practice] 181–2009. Rules for Technical Operation of Consumer Electrical Installations. Minsk, Publishing House of Ministry of Energy of the Republic of Belarus, 2009. 332 (in Russian).Анхимюк, В. Л. Теория автоматического управления / В. Л. Анхимюк, О. Ф. Опейко, Н. Н. Михеев. 2-е изд., испр. Минск: Дизайн ПРО, 2002. 343 с.Ankhimyuk V. L., Opeyko O. F., Mikheev N. N. (2002) Automatic Control Theory. 2nd ed. Minsk, Dizain PRO Publ. 343 (in Russian).Опейко, О. Ф. Выбор параметров устройства управления электроприводов с импульсным датчиком / О. Ф. Опейко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2007. № 2. С. 11–17.Opeyko O. F. (2007) Selection of Control Device Parameters for Electric Drive with Pulse Transducer. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (2), 11–17 (in Russian).Brock, S. The problem of measurement and control of speed in a drive with an inaccurate measuring position transducer / S. Brock, J. Deskur // 2008 10th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. Trento, Italy, 2008. Р. 132–136. https://doi.org/10.1109/AMC.2008.4516054.Brock S., Deskur J. (2008) The problem of Measurement and Control of Speed in a Drive with an Inaccurate Measuring Position Transducer. 2008 10th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. Trento, Italy, 132–136. https://doi.org/10.1109/AMC.2008.4516054.Фираго, Б. И. Теория электропривода: учеб. пособие / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. 2-е изд. Минск: Техноперспектива, 2007. 585 с.Firago B. I., Pavlyachik L. B. (2007) Electric Drive Theory. 2nd еd. Minsk, Tekhnoperspektiva Publ. 585 (in Russian).Фираго, Б. И. Векторные системы управления электроприводами / Б. И. Фираго, Д. С. Васильев. Минск: Вышэйш. шк., 2016. 160 с.Firago B. I., Vasilyev D. S. (2016) Vector Control Systems for Electric Drives. Minsk, Vysheyshaya Shkola Publ. 160 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.