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1、NT6000 分散控制系统在纯低温余热发电机组的应用王秋旗1，赵 波 1，王 维 2，曹瑞峰2（1安徽海螺水泥股份有限公司自动化所，安徽 芜湖2南京科远自动化集团股份有限公司，江苏 南京 ）摘要：利用水泥余热发电是国家节能减排工作中的重要技术之一，它不但能够提高能源的利 用率，并且可以产生可观的经济效益，目前已在安徽海螺水泥股份有限公司的多条生产线得 到应用。本文介绍了宁国水泥厂纯低温余热发电的流程和工艺，并着重介绍了 NT6000 分散 控制系统在余热发电机组的应用效果和优势。关键词： NT6000 分散控制系统、宁国水泥、余热发电、工艺介绍1. 项目背景1998 年 3 月，日本政府赠送中
2、国首套水泥纯低温余热发电机组在宁国水泥厂建成投运， 十余年来取得了良好的社会和经济效益。但海螺集团本着创新精神、个性化设计和国产化装 备的指导原则，于2010年10月选择南京科远自动化集团股份有限公司的NT6000分散控制 系统对原系统（宁国一线）进行改造，仅仅用了 5 天时间就完成了原控制柜的拆除、新控 制系统柜的安装和上千根电缆线的连接，以及新系统的上电测试、程序下装、设备单机试车 和系统联调等工作，一线改造于 10 月 22 日一次并网成功，随后的宁国二线余热发电机组也 于11月27日一次并网成功。目前海螺集团使用的NT6000控制系统余热发电项目还包括千 阳海螺、礼泉海螺等。海螺集团开
3、发的纯低温水泥窑余热发电技术回收效率高、在发电过程中无需补充燃料， 不产生任何污染，是符合可持续发展要求的循环经济技术，而南京科远的NT6000控制系统 运行稳定，各项控制功能均达到技术要求，特别是在控制性能、操作维护的方便性方面明显 优于原有系统，我们可以说海螺集团和科远集团合作实施的水泥纯低温余热发电项目的应用 目前在国内处于领先水平，并且达到国际先进水平。2. 余热发电简介水泥生产过程中由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排掉的350C以下废气，其热量约占水 泥熟料烧成系统总热耗量的30%以上。而充分利用这部分低温废气进行余热发电改造，已经 成为目前国内水泥工业节能降耗的有效途径之一。 图1为宁
4、国水泥厂一线余热发电流程示 意图。图 1 宁国水泥厂一线余热发电流程示意图2.1 工艺流程整个生产工艺是一个能量转化的过程。给水通过 PH 余热锅炉和 AQC 余热锅炉 将水泥熟料生产线排放的低温余热的热能进行回收，使其转化为蒸汽，再通过蒸汽管 道导入蒸汽轮机，在汽轮机中热能转化为动能，使汽轮机转子高速旋转，驱动发电机 转动发出电能。2.2 热力系统凝汽器内的凝结水经凝结水泵泵入闪蒸器出水集箱，与出水汇合，然后通过锅炉给水泵升压泵入AQC锅炉省煤器进行加热，经省煤器加热后的水分三路分别送到AQC炉汽包，PH 炉汽包和闪蒸器内。进入两炉汽包内的水在锅炉内循环受热，最终产生一定压力下的过 热蒸汽作
5、为主蒸汽送入汽轮机做功。进入闪蒸器内的高温水通过闪蒸技术产生一定压力下的 饱和蒸汽送入汽轮机第五七级后做功，做过功后的乏汽经过凝汽器冷凝后形成凝结水重新 参与热力循环。2.3 技术特点1）该技术为纯低温余热发电技术，可广泛应用于冶金、新型干法水泥行业，可吸入排 入大气的350C左右的废气，不补燃，不增加系统能耗。2）采用减速式两点混汽式汽轮机，利用参数较低的主蒸汽和来自闪蒸器的饱和蒸汽发 电。3）发电系统采用2.45MPa中压力参数的热力系统，与其他技术相比，能多回收2030% 的废气。4）采用了热水闪蒸技术，设置一台高压闪蒸器和一台低压闪蒸器，闪蒸出的饱和蒸汽 混入汽轮机做功，增强了与水泥窑
6、的适应性，发电系统相对窑运转率可达96%以上。5）AQC 锅炉设计为立式自然循环锅炉，带汽包，烟气自上而下通过锅炉。锅炉自上而 下布置过热器、蒸发器和省煤器，由于废气粉尘为熟料颗粒，粘附性不强，除尘方 式采用自然沉降；另外为增大换热面积，强化换热效果， AQC 锅炉的传热管设计为 螺旋翅片管。6）PH锅炉采用卧式强制循环锅炉，由于PH出口废气还要用于原料烘干，所以PH锅 炉无省煤器，只设蒸发器和过热器，从而使出炉烟温达250C，仍可用于原料烘干， 烟气在管外水平流动，受热面为蛇彩光管，设置机械振打装置来解决废气的粉尘附 着问题。7）采用先进的集散控制系统，系统的操作简便可靠，并设有完善的报警和
7、保护程序， 使整个发电工艺系统能够长期稳定运行。3. NT6000 分散控制系统3.1 系统简介NT6000 分散控制系统采用高起点的设计标准，是通过引起、消化、吸收国际先进 技术，并与国内自动化需求相结合的产物。 NT6000 系统本着“易用于外，坚固于芯， 速度无限，控制有方”的品牌诉求为客户提供更可靠、更易用、更先进的控制系统，达到经济和社会效益的双丰收。3.2 系统特点3.2.1 控制品质得到了很大的提升以汽轮机转速控制为例，使用NT6000控制系统可将转速控制在2转以内，如图2所示。这是由于控制器采用了高性能的芯片，NT6000控制周期最快可达20ms，并且针对DEH的专业应用设计了
8、专用的转速、伺服卡件，使得调节品质得到了很大的改善。序号名称描述当前值1DPU1042.5PD1转速13001.4202DPU1042.5PD2转速23001.4203DPU1042.5PD3转速33001.440图 2 汽轮机转速趋势图3.2.2系统的可靠性得到了加强NT6000 采用了全新的冗余容错技术，一般控制系统可能出现的控制器冗余切换故障得 到了彻底解决。原控制系统未实现控制网和10网络的冗余，且备用控制器处于等待状态， 当主控制器出现故障时,能否及时投入运行是未知的。而NT6000实现了分散处理单元(DPU)、 控制网络、I0总线等的全面冗余，且主、从控制器同时进行等量工作，由接受
9、端冗余过滤, 这样做的好处使得主从控制器的切换更为可靠。所有模件均采用金属封装，达到了 EMC 三级标准，一般控制系统只可达到二级标准。3.2.3系统硬件结构简洁明了NT6000 采用了模块化设计，取消了原系统的端子排结构，这样的优点在于取消中间接 线环节，减少了内部连接的错误，且安装和维护极为简便。这也保证了宁国一线改造从拆除 原系统到机柜接线、调试完成只用了短短5 天时间。NT6000 系统取消了服务器结构。避免了原系统的结构复杂、可靠性降低、数据刷新速 度慢的缺点。 NT6000 使用了组播技术，操作员站的增加不增加网络负荷，能够全部采用客 户站结构。NT6000系统的普通DI卡件可直接
10、完成SOE功能，分辨率高达0.5ms，较原有系统专用 SOE 装置结构简单，不需要对部分开关量信号进行重复转接。3.2.4 软件维护更加方便原控制系统最大的缺陷就是不能实现在线修改逻辑功能，每次逻辑的修改必须做好完善 的保护措施，甚至需等到停机检修时统一修改，对用户的逻辑修改不能及时响应， NT6000 系统能满足在线组态以及在线修改的要求，可以在机组运行的任意时间对逻辑进行修改，修 改后可直接打印出逻辑图。NT6000提供了工程资料自动生成的功能，即项目竣工后，输出资料（10清册、设备表、 逻辑图等）均可自动生成，直接打印装订成册，避免了原系统在调试期间需同时维护I0清册、 设备表、逻辑图等
11、多套资料，导致的竣工资料与实际工程不符的错误。3.2.5 系统具有丰富的二次开发能力系统提供了多种接口，可以满足用户的各种需求，从而定制成用户自己风格的专业产品， 例如宁国海螺使用的自定义功能块、组趋势的显示等。3.2.6 软件功能更加丰富历史数据基于实时数据库，精度高达50ms，调阅速度小于1秒，解决T2550系统采集 精度不高，且无法调阅长时间历史数据的问题。NT6000 系统具有完善地事件查询功能，可以在工程师站查询系统所有的报警和操作信 息等，一般控制系统则没有提供类似方法，需通过历史趋势调阅后分析。4. 总结宁国水泥余热发电项目的并网发电成功，标志着海螺集团和南京科远的合作进入了新的
12、 阶段，它不仅在全国起着示范作用，同时也给海螺集团创造了巨大的经济效益和深远的社会 效益，成为海螺集团新的、稳定的经济增长点。从经济效益的角度来讲，该项目设计指标为发电机组装机容量6480kw，按吨熟料发电 量33.07KWh/T，发电机组相对水泥窑的运转率为90%计算，设计年发电量4087万KWh, 按本地区现行综合电价0. 50元/ kwh计算，创产值2043万元。从社会会效益来讲，水泥生产过程中消耗的能源有效利用率仅为60%，其余40%的能 量随废气排放到大气中，余热发电建成后，可将排放掉的 38%的废气余热进行回收，使工 厂的能源利用率提高到95%以上，为工厂的可持续发展创造了有利条件。 并且余热发电减 少了二氧化碳的排放量，按年发电量 4087 万 KWh 计算，可少二氧化碳的排放量为 30829 吨，这对减少温室效应、保护生态环境起着积极的促进作用。综上所述，NT6000分散控制系统应用于水泥余热发电项目，不仅能够提高控制系统本 身的可靠性，而且能够提高工艺系统的控制水平，对于运行维护而言，系统简单易用、大大 减轻了工作强度，能够取得明显的经济效益和社会效益，建议向同类机组或相关行业推广使 用。
