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中有色冶A卷生产实践篇?设备及自动化
DCS控制系统在余热发电锅炉中的应用
许萍
(宁夏能源铝业集团铝电公司,宁夏青铜峽751603)
「摘要]分析了原余热发电锅炉似表控制系统存在的问题,介绍了改造后的DCS控制系统的构成、功
能、硬件设计、软件设计以及控制方法。授运后的DCS控制系统能够满足生产要求,其控制精确,保证了锅
炉正常安全供水。
关键词]余热发电锅炉;DCS控制系统;水位控制
[中图分类号1TK22;TP2
「文献标识码]B「文章编号」1672-6103(2010)01-0032-04
概述
势曲线、报表设置、监控管理等为一体的控制系统。
宁夏青铜峡铝业股份公司新扩建的350kA电解锅炉監测仪表是司炉人员的“眼睛”,仪表系统的不
系列配套阳极项目有3台50m煅娆回转窑。煅烧回完善,对锅炉的安全运行造成威胁。
转窑在生产过程中产生大量的烟气(温度1200℃
2004年9月,青铜峡铝业股份公司新扩建的
每台回转窑烟气量5700om%h),如果配置低压蒸汽350kA电解系列配套阳极项目的余热锅炉为了配
锅炉,其产生的饱和蒸汽用于公司生产、生活后仍合般烧回转窑的试车、投产,安装了单元组合性控
有富余,余量排空将造成能源浪费。为此,配置了3制仪表,但这些仪表对水位、压力、温度、流量等重
台QC57/100-22-2.45-400型余热发电锅炉和3台要参数没有追踪和记忆功能,司炉工无法对运行过
3000汽轮机,锅炉产出的过热蒸汽供给汽轮发程中存在的问题进行分析,不能对存在的隐患及时
电机组用于发电,既灘免了能源浪费,又解決了阳采取措施进行预防。在锅炉仪表监控系统不完善的
极系统的用电问题。
情况下,如果司炉人员操作不当,会造成锅炉缺水
余热锅炉系统由烟气、锅炉本体、除氧供水,加满水、超温等事故。而这些事故处理不及时或不当,
药等部分组成,该系统采用简单的单元组合仪表控有可能引发锅炉爆管或爆炸,严重威胁锅炉的安全
制,无法记录实时数据,长时间处于手动运行状态,运行。
锅炉超温、超压、缺水、满水等异常状况无从査实
锅炉仪表控制系统存在的主要问题是:
满足不了锅炉工艺的控制要求。而汽轮发电机组和
(1)锅炉水位采用单冲量可编控制器(PILC)调
余热锅炉设计不同步,汽轮发电机组控制采用DCS解,这种调解器灵敏度低,反应速度慢,当多台锅炉
控制系统,锅炉的运行参数不能传到集中控制室,运行时,易造成锅炉互相争水,水位忽高忽低,严重
汽轮机操作人员无法方便、快捷地根据锅炉运行状影响蒸汽的品质和锅炉的运行安全。
况调节汽轮发电机组的运行参数,DCS控制系统的
(2)余热锅炉系统与汽轮机的数据不能共享,
优势得不到充分发挥。
操作人员不了解对方设备的运行参数,无法保证锅
炉、汽轮机安全经济平稳运行。
2锅炉仪表控制系统存在的问题
(3)剩余的400℃、2.45MPa高温高压蒸汽必
一个完善的仪表系统应是集参数检测、自动调
须通过减温减压器降至为0.8MPa、185℃的饱和蒸
节、连锁保护、顺序控制、显示、报警、历史记录、焰汽。正常运行时,汽轮机压力的调节主要是通过控
制减温减压器的开度完成的,然而手工调节,供应
作者简介)许萍(97ー),女,宁夏人,毕业于西安理工大学机的蒸汽压力无法保证平稳,对汽轮机的经济运行不
械制造工艺及设备专业,机械工程师,从事阳极煅烧及余热炉生产管
利,严重时会对气轮机的安全运行构成威胁。
「收稿日期]2009-09-28
4)由于蒸汽温度的控制只能通过于动调节
010年2月第1期
许萍:DCS控制系统在余热发电锅炉中的应用
阀门开度进行,实际运行中很难掌握减温水流量的设2个操作员站和1个IO站,这样整个系统由1
大小,易造成蒸汽温度忽高忽低。过热器蒸汽出口个工程师站、4个操作员站和4个I/O站构成,4个
最高温度为430℃,而正常工作温度要求400℃左O站分别为:锅炉、水处理系统(10号O控制站);1
右,操作稍有不慎,就有可能造成过热器超温过热,汽轮机组及公用系统(11号IO控制站);2汽轮机
过热器管子爆管。
组及公用系统(12号I/O控制站);3“汽轮机组及公
(5)除氧器控制系统是对除氧器的压力、液位用系统(13号O控制站)。
和温度进行控制。除氧器运行中对温度、压力的波3.3网络通信
动范围要求非常严格,要求控制压力在0.02~0.025
根据系统要求,通信结构设计为2层:监控网络
MPa、温度在102~104℃之间,手动调节很难实现。(SNE1)和控制网络〈CNET)。第一层为控制网络,
压力过高,水中的氧气不能完全除去,对除氧器的实现控制器与智能/O模件通信,采用 Profibus现
安全运行造成威胁。而温度过低,水中的氧气同样场总线通讯协议,传输介质为标准 Profibus-DP屏
不能完全除去;过高,则造成能源浪费。锅炉给水中蔽双绞铜线。第二层为监控网络,实现中心交换机
的氧气不能及时除去,不仅缩短锅炉、汽轮机的使与各个通讯节点(操作员站、工程师站、现场控制
用寿命,严重时还会腐蚀减温器及过热器、对流管站)的连接。系统通信采用 TCP/IP协议以太网,传輸
東,引起锅炉爆管。因此,除氧器压力、温度必须控介质为以太网双绞铜线,通信速率为100Mbps。各
制在一个安全、经济合理的范围之内。
个节点用固定分配的IP地址进行标示。为了实现监
以上分析表明,要保证锅炉在安全、经济、平稳控网络的冗余,网中每个节点的主机都配有两块以
状况下运行,锅炉与汽轮机数据应共享。因此,必须太网卡,分别连接在两个交换机上。
对锅炉仪表控制系统进行改造,并与汽轮机组的3.4软件设计
DCS控制系统对接。
整个DCS控制组态在 Comaker应用程序软件
3DCS控制系统的设计
和 Fac View应用程序软件上进行。 Comaker应用程
改造后的锅炉仪表控制系统采用与利时公司序软件主要用于实现控制策略程序的设计、运行、
监控以及提供各种控制算法库。 Fac View应用程序
共同开发的 Smartpro系统,采用现场总线技术
软件主要用于实现人机界面的设计、操作、调试、维
( Profi Bus-DP总线)和控制算法对控制系统进行计算
机监控,并且集成DMS、实时信息、ERP、SCM和
CRM等系统,可在现场智能仪表设备、控制系统、企3.5监控功能
业资源管理系统之间进行无缝信息流传送。
系统具有显示锅炉、汽机各部位温度、压力、流
martpro系统提供了完、强大的组态、调试和量分布历史趋势,报警闪烁等功能,可以完成各阙
门、设备的操作及各系统的自动调节与软手动调
监控功能,包括数据采集、开环控制、闭环控制、设
节、硬手动调节的无扰切换。包括:
备状态监视、报警服务、实时数据处理和示、趋势
锅炉(汽机)主画面:显示锅炉(汽机)的整个工
服务、操作日志记录、事故追忆、图形显示、报表服
艺生产流程及相关的主要参数值,报警闪烁,切入其
务等功能
他画面的功能按钮。
3.1系统构成
分画面:显示各子系统的画面,包括各参数设
Smartpro系统主要由工程师站、操作员站、通讯
定的功能鍵、控制流程图、报警纪录、相关信息、历
站和现场控制站(I/O站)构成。现场控制