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1、专业好文档DCS系统在硫酸余热发电过程中的应用 发布时间：2003-12-9 13:40:22 赵群，唐文军,刘彤军，吴冈(黑龙江省科学院自动化研究所哈尔滨150090)摘 要：本文简述了硫酸余热发电的工艺流程，及工艺对系统控制的要求，并用DCS系统实现对硫 酸厂、脱盐水站、废热锅炉、汽轮机、发电机等的重要参数进行检测，对锅炉汽包、主蒸 汽等实施有效控制，及用联锁控制确保系统正常安全运行的方法。关键词：余热；发电;DCS;HMI1 引言 目前在冶炼企业的正常生产中，有大量的副产品产生，如何变废为宝，不浪费现有资源是企业提高经济效益的重要课题之一。硫酸也是其中主要的副产品，而在硫酸生产过程中，伴
2、有大量的热量放出，产生的硫酸余热温度较高，保持在750950之间，硫酸生产废热利用的好坏，不仅影响企业的经济效益，也是衡量生产装置技术和管理水平高低的一个重要标志。 一般情况下，余热经过冷却等工序处理后被排入大气，既造成能源浪费，又容易污染环境；另一方面在生产处理过程中，又要消耗大量电能。本文研究了在硫酸行业利用硫酸余热发电的工艺，成功地运用DCS技术，实现整个生产全过程自动监控。利用硫酸余热蒸汽推动汽轮机发电，不仅满足生产系统用电需要，还可以并网发电。有效地降低了生产成本，提高了企业的经济效益，净化了厂区和周围的环境。2 系统工艺流程 本系统以废热锅炉为中心，由汽轮机、发电机等组成。主要特点
3、是节能、经济效益高。因为废热锅炉的燃料为冶炼企业硫酸生产过程中的硫酸余气，利用硫酸余热，经过废热锅炉热交换产生的气体，驱动汽轮机并带动发电机并网发电。锅炉是8T废热锅炉，炉气量1870Nm/h，炉气进口温度900，过热蒸汽压力382MPa，过热蒸汽温度450，有1个过热、3个蒸发区，相当于一个大型的换热器。汽轮机是为单缸，单抽中压冲动抽凝式，额定转数6500r/min，额定功率1500kw，汽轮机经减速箱驱动发电机，并网发电。 系统工艺从脱盐水站水处理开始直到发电结束，如图1所示。2.1系统工艺对控制系统的要求 (1)为确保发电正常进行，锅炉、汽机和发电机三大系统的动态参数检测必须准确、可靠；
4、 (2)为保证锅炉系统的自动安全运行和蒸汽的质量，要求对汽包液位控制、除氧气的控制、凝结水井液位及蒸汽温度的控制必须准确； (3)在系统运行过程中，如果有关设备出现故障，应在上位机画面上提示报警信息，并依据情况，采取相应的保护措施； (4)控制系统操作简单，参数设置、调整方便、便于操作； (5)控制系统能实现软手操，在任何情况下都有操作手段，防止操作失灵； (6)操作员站显示整个生产工艺流程、修改和打印各种有关参数。2.2系统控制检测点 本系统温度、压力模拟量检测较多，热电偶检测点20个，热电阻测点21个，420mA电流测点136个；控制回路7个，开关量输出点42个，开关量输入点86个，脉冲输
5、入量1个。3 控制系统的组成 根据工艺要求，我们选择和利时公司的MACS SmartPro DCS系统。2个操作员站，1个工程师站，1台I/O机柜。选择FM143、FM147、FM148A、FM161、FM163、FM171模块，系统合理的配置满足了设计要求。该系统具有如下特点：3.1现场控制站 现场控制站是DCS系统直接与现场打交道的设备，是一个笮虸/O处理系统。有如下的技术特色： 主控单元：配备互为的主控单元，两单元之间进行热备份，同时接受网络数据，其中之一的主控单元发生故障，备份主控自动进入工作状态； 电源：采用UPS供电，冗余配置，两个电源并联使用，其中一个故障时，另一个自动接通，确保
6、系统的高可靠运行和安全性； 网络冗余：每个主控单元的多功能接口卡上设计有两套SNET网络接口，即实现SNET网络的双冗余结构。 开放型网络结构，系统可并入企业管理网，便于全厂的计算机化管理。SmartPro系统的上述特点能使系统适应生产工艺的要求，降低系统成本。 在工程师站，按工艺提出的控制要求，完成下位机应用软件组态，并通过通讯网络下载到冗余的主从控制器上。程序将严格按工艺要求的顺序，不断地循环扫描各种不同类型的输入，并将逻辑运算处理结果、动作指令通过输出模块输出到相应的执行机构上，完成工艺流程所要求的任务。 操作员站是人机对话的界面，几乎所有的控制指令和状态参数均在此交互。在操作员站上可以
7、分别显示现场的各种工艺参数的测量值和脱盐水站流程图、锅炉流程图、汽轮机的流程图、DCS系统组成框图、报警画面、操作日志等，有关参数和设备联锁的设置。并且可以显示某些重要参数的历史趋势图，定时和定点打印各种报表，操作简单，可以满足操作控制和生产管理的要求。3.2控制设备 控制设备包括电动阀门：锅炉主蒸汽电动阀门、锅炉放空电动阀门、锅炉紧急放水电动阀门、汽机主蒸汽电动阀门、汽机放空电动阀门、两台凝结水泵、两台热循环水泵、两台锅炉给水泵、两台循环水泵、电动齿轮油泵、电磁阀(汽机磁励断路器)等，凝结水泵、热水循环泵和锅炉给水泵均为联锁控制。程序联锁框图如图2，其它设备联锁方法相同。3.3PID控制 (
8、1)锅炉汽包液位的控制 在锅炉控制系统中，汽包液位的控制是一个重要的环节，它直接影响锅炉的安全和蒸汽品质的好坏，也是汽轮机安全运行的必要条件之一。依据设计要求和硫酸厂余热气体的实际工况，采用三冲量调节系统。即：汽包液位、蒸汽流量和给水流量。其中主信号是水位，水位与给水流量构成一般的反馈系统，蒸汽流量变化时，调节启动，相应地改变给水流量，这样当负荷变化出现“虚假水位”时，由于采用蒸汽流量，就有了与负荷同方向变化的信号，从而减少由于“虚假水位”现象而使给水量与负荷相反方向变化的趋势，而当给水量自发地变化时，调节器能立即动作，使给水流量恢复到原来的数值，如图3所示，使系统稳定运行。 (2)主蒸汽温度
9、的控制 按原设计要求：现场锅炉出汽温度的控制主要通过给水阀的开度大小来调节的，采用单冲量PID闭环控制，维持过热器出口温度在允许范围内，并确保管壁温度不超过允许的工作温度。但在实际调试过程中发现，控制效果不十分理想，主要原因是扰动较大，系统运行不稳定。我们采用“前馈调节”结合PID调节来对系统进行控制。把蒸汽流量作为扰动信号加到调节回路中。当流量变化时，调节器根据流量变化的大小来对阀门进行调节，来补偿流量对系统的影响，以消除干扰，能保持温度控制在允许范围内。如图4所示。 (3)除氧器液位的控制 (4)除氧器压力的控制 (5)凝结器水井液位的控制 (6)减温减压压力的控制 (7)减温减压温度的控
10、制3.4锅炉、汽轮机和发电机的主要安全保护 汽包液位高保护 汽包液位低保护汽包压力高保护 过热蒸汽温度高保护过热蒸汽压力高保护 汽机轴承回油温度保护凝结汽真空保护 汽轮机转速高保护 汽轮机轴向位移保护 润滑油压保护除氧器低水位保护 发电机前后轴承温度高保护发电机定子温度高保护 每个保护参数均可以在上位机FacView参数画面上选择“选择”或“取消”，当选择“选择”时，相应的保护条件投入；选择“取消”时，程序将不对其进行检测。其中带有*为自动停汽机。4 软件编程 采用和利时公司提供的MACS Smart proV20系统下ConMaker和FacView在Windows NT40下，进行软件组态
11、和编程。ConMaker是用于开发控制方案的开发平台，包含有控制方案编辑器和仿真调试器，是一套完整控制编辑和调试软件包。它为程序员提供了用简单的方法来操纵强大的语言，实现各种控制方案，并提供强大的离线仿真调试工具。提供如下编程方法：ST、SFC、FBD、CFC、IL、LD语言，每种语言都有其长处，我们采用四种编程组态方式。 在此系统应用软件开发过程中，利用组态技术(数据库导入：UDFB：User Defined Function Block：Excel可选择报表等)，建立最初始的程序，后使用几种语言进行添加和修改，使之成为最后的运行程序。程序按功能分成不同的子程序，程序主体结构清晰，各个功能模
12、块结构化，便于维护和修改，如图5。此外，在软件编程中，大量使用和利时公司开发的顺控模块(HSSCS)技术，简化了程序结构，使之与上位机FacView的通讯简单、方便。 本系统采用FacView软件进行人机界面软件组态，操作员能在编制完成的软件中对生产的全过程实施有效监控。FacView上位机软件组态为监控系统提供了美观和实用的人机对话窗口(HMI)，实现功能包括：锅炉工艺流程图、汽机工艺流程图、除氧器工艺流程图、脱盐水站工艺流程图、发电机工艺流程图等画面，在线PID整定、修改；动态趋势图、历史趋势图、生产报表、事件报表、操作日志、设备管理、工艺参数设定和使用权限功能等。实时的掌握现场设备的运行
13、状况及参数变化，以图形形式提供历史和实时的毫秒趋势图，用趋势和数据记录灵敏度时监视执行情况和效率。由于系统中检测变量较多，并且设备动作时间不同，有时会出现报警，如不及时诊断排除，势必会影响正常生产。为此，在实际组态过程中，采用多点多预报警系统，并在画面上以颜色加以区分，重要参数报警可实现画面锁定，使操作员提前做好准备工作，便于正确操作。5 总结 本系统在某冶炼企业硫酸厂投运以来，克服工艺设计资料不全，给项目实施过程中带来的困难，改进和优化了设计，系统运行效果良好。控制准确可靠，操作简单，维护方便。达到节能、增效和环保的目的，为企业创造了可观的经济效益和社会效益；同时，对同行业其它硫酸企业具有一
14、定的参考价值。Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and thro
15、ugh the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I w
