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UW500集散控制系統在鋼鐵企業余熱節能發電中的應用

行業方案


一、概述
  鋼鐵工業是國民經濟重要基礎產業,能源消耗量約占全國工業總能耗的15%,廢水和固體廢棄物排放量分別占工業排放總量的14%和17%,是節能減排的重點行業。當前,鋼鐵行業發展面臨嚴峻挑戰和新的發展機遇,傳統的粗放型發展模式已難以為繼,迫切要求行業企業以節能減排為抓手,積極轉變發展方式,利用高新技術改造、走經濟效益好、資源消耗低、環境污染少的新型工業化道路。在大中型鋼鐵企業中推廣焦爐煤氣發電技術,預期在鋼鐵行業的推廣比例達到20%,形成較強的節能能力,為鋼鐵企業在日益激烈的市場競爭中降低生產成本、實現節能降耗發揮積極作用。UW500作為國內新一代集散控制系統,為貫徹落實國家節能減排政策,在焦爐煤氣發電行業中發揮了重要的的技術支撐作用。
二、UW500 DCS控制系統結構和軟件功能
2.1 UW500 DCS系統架構圖:

 

2.2系統軟件功能
  ⑴系統管理組態:定義系統硬件配置與管理、數據庫定義、算法定義等,在工程師站定義好系統配置后,就可以通過系統網總線下裝到各操作員站和控制站
  ⑵控制調節:系統支持彈出式調節面板供操作員調節重要參數,包括測量值、設定值和輸出值的動態棒圖與數字雙重顯示,所有的PID調節均設手自動切換按鈕,可實現手動與自動控制之間的無擾切換。
  ⑶報表生成與趨勢顯示:允許用戶生成具有Excel風格的各種樣式的報表模板,隨時可操作員供調用,提供各瞬時量的累計及統計功能。歷史趨勢畫面可顯示任意參數在一定時間內的變化趨勢。
  ⑷人機界面的定制:工藝流程圖采用了分層結構,在整個電廠設備工藝運行的總貌圖中,可靈活進入各級流程圖,詳細顯示各部分運行流程及狀態,所有設備的啟停、開關等操作都可在工藝流程圖中方便的實現。對主要設備如鍋爐汽機的聯鎖保護,專門設計了邏輯顯示畫面,提示操作員邏輯的執行情況。

 

  

  ⑸ 報警管理:允許用戶定義各種報警事件的級別和提示信息,還可以寫到報警記錄庫中供用戶日后查詢。對某些重要報警信息,可定義其強制跳出顯示;SOE事故順序記錄可記錄毫秒級的開關量動作信息。
  ⑹系統管理:系統設多層登錄級別,只有獲得相應的輸入口令才可獲得相應的操作權限,保證了系統操作的安全性。
三、工程項目配置及項目控制方案
3.1工程概述 :該工程為河北武安寶燁焦化2*15WM焦爐煤氣發電項目,汽輪機為南京汽輪機廠生產的15WM凝汽式汽輪機,發電機同為南京汽輪機廠的勵磁發電機。整個系統為兩爐兩機母管制運行。
3.2工程項目配置:

 

武安寶燁焦化煤氣發電

  在本項目中,配置現場控制站5臺,分別用于1#鍋爐、2#鍋爐、1#汽機、2#汽機以及公用部分的監控??刂普局饕ㄈ哂嚯娫唇M件、冗余控制器、冗余的數據采集模件以及工業以太網交換機,實現現場數據的采集處理、過程控制、聯鎖保護、順控邏輯等。
  配置操作員站5臺,主機為高可靠性工業PC機,配有專用鍵盤、光電鼠標和21’CRT顯示器。操作員站運行實時監控軟件,完成工業過程的圖形顯示,報警管理、報表打印、歷史數據記錄與查詢、事故記錄查詢等。
  配置一臺工程師站,可由任一操作員站站設置實現,完成整個DCS系統的組態,生成現場監測、控制和管理所需要的所有數據、圖形和報表等,負責算法下裝和操作員站的管理。
  主控室還配置2臺打印機(黑白激光、彩色噴墨)作為系統網的一個共享節點(打印機服務器),分別用于實時報警打印、報表打印和工藝流程打印。
3.3項目控制方案
  系統控制納入了數據采集系統(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、輔機順控系統(SCS)、機爐保護系統(FSSS)、汽機緊急停車系統(ETS)、電氣控制系統(ECS)等功能。
3.3.1數據采集系統(DAS):DAS系統由各I/O模件完成對生產過程中的數據及設備狀態進行采集與處理,它包括:現場信號級(4~20mA)、信號隔離、硬件濾波、A/D轉換、軟件處理等部分,硬件部分自帶補償電路,能做到高頻干擾的自動隔離和原始信號補償,軟件處理包括開方、累積、誤差補償、溫壓補償、濾波等,確保參與顯示和控制的輸入信號的準確性。
  所有的DAS系統數據通過上位監控軟件在CRT上顯示、報警提示并記錄到歷史數據庫。DAS系統數據能以多種方式顯示記錄,包括工藝流程顯示,參數棒圖顯示等。
3.3.2模擬量控制系統(MCS):在本系統中共設計了40多套自動調節系統,包括鍋爐與汽機的所有重要參數的調節。如機爐協調控制系統(采用直接能量平衡的控制策略)、汽包水位調節、主汽壓力調節、主汽溫度調節、爐膛負壓調節等。以下為汽包水位控制系統實例:
  汽包水位是控制系統中最重要的控制指標。汽包水位過高將影響蒸汽質量,水位過低則引起鍋爐干燒,造成水冷壁爆裂。在本方案中采用以汽包水位、給水流量和蒸汽流量構成三沖量控制系統與以汽包水位進行單沖量調節結合的控制方案,兩種方案在不同負荷階可手動自動無擾切換。汽包水位作為主調節器的輸入,主調節器的輸出作為副調節器的給定,與給水流量相平衡。通過調節主給水閥改變給水流量來維持汽包水位的恒定。把主蒸汽流量作為系統的前饋信號,反映和克服系統的外擾,給水流量信號反映和克服內擾。

 

3.3.3鍋爐順序控制(SCS)
  順序控制系統主要完成各輔機的順序啟停及聯鎖保護。在順控邏輯中,采用了分級式結構,功能細化到單臺設備控制。通過聯鎖、保護和安全跳閘功能保證余熱鍋爐的安全運行。鍋爐順控邏輯主要包括:鍋爐啟動、鍋爐停車、床溫高聯鎖停爐、給水泵與供漿泵跳閘聯鎖停爐、除灰順序控制以及送引風跳閘聯鎖邏輯等。
3.3.4爐膛安全監控系統(FSSS)
  FSSS系統的主要作用是對燃料系統及燃燒設備進行管理和控制,保證鍋爐安全運行。FSSS系統包括燃燒器控制系統和爐膛安全系統,其主要功能包括:爐膛自動點火、火焰監視、爐膛吹掃允許條件及吹掃程序、油槍控制、一次風機啟??刂?、二次風門控制、送引風門的擋板聯鎖,供漿泵啟??刂?、燃油截止閥控制、送引風機聯鎖等部分。    
.總結
   UW5OO系統已在某2*15WM焦爐煤氣發電項目成功投入使用,硬件可靠、功能實用,給運行人員帶來了方便,達到了用戶的要求,充分顯示了該系統的高可靠性和穩定性,對于其他鋼鐵焦爐煤氣電廠安全、經濟、高效運行具有很好的借鑒作用。

 

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