Modeling and control of an industrial fire tube steam generator

In the past, fire tube and water tube steam generators were sized using models describing just the static behavior of the plants. Nowadays, the interest in efficiency improvement, in the reduction of consumption and emissions, pushes the manufacturing companies to study and to improve the behavior of these machines also in not stationary conditions. Therefore, the study of dynamic models becomes essential. This thesis proposes a dynamic non-linear model of a fire tube steam generator, separately modelling the boiler and the heat recovery system, called “HE system”. Furthermore, traditional control systems and Model Based control systems are proposed, which have the purpose of improving the operations of the system both in stationary conditions and during transients. The case study is fire tube steam generator produced by Bono Energia S.p.A., model: SG-1000

Nel passato i generatori di vapore, sia a tubi di fumo sia a tubi d’acqua, venivano dimensionati attraverso l’utilizzo di modelli in grado di descrivere il solo comportamento statico degli impianti. Al giorno d’oggi, la continua ricerca nel miglioramento dell’efficienza, nella riduzione dei consumi e delle emissioni, spinge le aziende produttrici a studiare e migliorare il funzionamento di queste macchine anche in condizioni di regime non stazionario. Lo studio dei modelli dinamici diventa perciò indispensabile. Questa tesi propone un modello dinamico non lineare di un generatore di vapore a tubi di fumo, modellizzando separatamente la caldaia vera e propria e il sistema per il recupero di calore, detto sistema HE. Vengono inoltre proposti sistemi di controllo tradizionali e sistemi di controllo Model Based, i quali hanno lo scopo di migliorare il funzionamento dell’impianto sia in condizioni stazionarie sia durante i transitori. Il caso in esame è quello di un generatore a tubi di fumo prodotto da Bono Energia S.p.A., modello: SG-1000.