寶鋼1880熱軋余熱回收系統(tǒng)控制優(yōu)化

楊紅偉

【摘 要】寶鋼1880熱軋余熱回收工程采用DCS控制系統(tǒng)。其特點是以微處理機為基礎(chǔ)，以微機分散控制，操作和管理集中為特性，集先進的計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT技術(shù)和控制技術(shù)即4C技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。雖然DCS系統(tǒng)在目前國內(nèi)屬于新興的發(fā)展最快的控制系統(tǒng)，并且其系統(tǒng)也表現(xiàn)出不同于以往的優(yōu)越性，但是DCS系統(tǒng)還是存在著一些需要改進的地方。本文旨在針對性的闡述如何優(yōu)化1880余熱回收的DCS控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】余熱回收控制系統(tǒng)優(yōu)化

1.概述

寶鋼股份1880熱軋廠余熱回收工程是分別在2#、3#、4#加熱爐的煙氣排放管上（經(jīng)空氣預(yù)熱器后的煙道、調(diào)節(jié)擋板后）引出旁路煙道，設(shè)置3臺余熱鍋爐，通過閥門切換，使高溫?zé)煔馊苛鹘?jīng)余熱鍋爐進行換熱實現(xiàn)余熱回收。煙氣通過余熱鍋爐后其溫度降至180℃以下，由引風(fēng)機加壓后回送至原有煙囪排放?；诨厥諢煔庥酂幔ㄟ^余熱鍋爐，生產(chǎn)出1.8MPa、300℃過熱蒸汽并網(wǎng)使用，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

2.余熱回收DCS控制系統(tǒng)原理

本套余熱回收系統(tǒng)設(shè)置1套DCS控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要包括：1套監(jiān)控站兼工程師站（布置在原儀表PLC室）、3套監(jiān)控站（分別布置在原水處理電氣室、原加熱爐中控室、新增儀表室）、1套數(shù)據(jù)采集站（布置在新增儀表室）、1套工程師站（布置在新增儀表室）、2臺打印機、4套冗余的控制站（主要包括：CPU冗余、電源冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余）。DCS控制柜布置在新建的電氣室內(nèi)。余熱回收采用的是IFIX軟件實現(xiàn)的人機交互界面。

IFIX程序是通過以下的邏輯關(guān)系來對整個系統(tǒng)進行自動化控制的：

2.1電氣設(shè)備控制系統(tǒng)

引風(fēng)機電機及變頻器由MCC進行控制；純水泵電機的控制：該水泵為1用1備，由MCC進行控制，泵工作狀態(tài)和故障狀態(tài)送至DCS控制系統(tǒng)作監(jiān)控顯示；加藥泵電機由MCC進行控制泵工作狀態(tài)和故障狀態(tài)送至DCS控制系統(tǒng)作監(jiān)控顯示；鍋爐給水泵電機的控制：該水泵為2用1備，由MCC進行控制，泵工作狀態(tài)和故障狀態(tài)送至DCS控制系統(tǒng)作監(jiān)控顯示；當(dāng)出現(xiàn)“重故障”事故狀態(tài)時，直接通過DCS程序控制執(zhí)行“緊急停爐”指令；當(dāng)出現(xiàn)“輕故障”事故狀態(tài)時，報警聯(lián)鎖需加入人工“確定”功能，防止假信號。確認(rèn)故障無法排除后，執(zhí)行“緊急停爐”指令；報警采用聲光報警。

2.2聯(lián)鎖動作

開爐時當(dāng)水箱水位（LT-5001）高于L2時，啟動純水泵；當(dāng)水位（LT-5001）高于L1時，開啟純水箱水位調(diào)節(jié)閥LCV-5001（自動調(diào)節(jié)）；當(dāng)水位（LT-5001）處于正常水位時，關(guān)閉純水箱水位調(diào)節(jié)閥LCV-5001；當(dāng)水位（LT-5001）高于水位H時，水位高報警；當(dāng)水位（LT-5001）低于水位L3時，水位低報警；當(dāng)水位（LT-5001）低于水位L4時，停止純水泵。

純水泵設(shè)置2臺，2用1備。當(dāng)純水泵出口壓力過低或顯示故障信號時，備用泵相應(yīng)啟動?；謴?fù)正常后，關(guān)閉備用泵。當(dāng)鍋爐給水泵出口壓力過低或有一臺顯示故障信號時，備用泵相應(yīng)啟動?；謴?fù)正常后，關(guān)閉備用泵。

除氧器聯(lián)鎖動作開爐時當(dāng)除氧水箱水位（LT-5002）高于L1時，啟動鍋爐給水泵；當(dāng)水位（LT-5002）高于水位L2時，開啟除氧器給水調(diào)節(jié)閥LCV-5002；當(dāng)水位（LT-5002）低于水位L3時，水位低報警；當(dāng)水位（LT-5002）處于正常水位時，關(guān)閉除氧器給水調(diào)節(jié)閥LCV-5002；當(dāng)水位（LT-5002）高于水位H1時，水位高報警；除氧器壓力控制，根據(jù)PT5001反饋調(diào)節(jié)PCV5001。

余熱鍋爐汽包聯(lián)鎖動作“三沖量”調(diào)節(jié)系統(tǒng)：由汽包水位LT-2001～2002分別與過熱器出口蒸汽流量FT-2001和余熱鍋爐給水流量FT-2003、FT-3003、FT-3003構(gòu)成，實現(xiàn)汽包水位自動調(diào)節(jié)；當(dāng)汽包水位（LT-2001～2002）高于水位點H2=35mm時，系統(tǒng)汽包水位“高”報警；當(dāng)汽包水位（LT-2001～2002）高于水位點H3=75mm時，系統(tǒng)汽包水位“高高”報警。SV-2007緊急放水電動閥聯(lián)鎖打開；當(dāng)汽包水位（LT-2001～2002）低于L2=-35mm時，系統(tǒng)汽包水位“低”報警；當(dāng)汽包水位（LT-2001～2002）低至L3=-75mm時“低低”報警，啟動余熱回收系統(tǒng)“緊急停車”指令；當(dāng)汽包壓力PS-2001高于2.14MPa時，啟動余熱回收系統(tǒng)“緊急停車”指令。

引風(fēng)機聯(lián)鎖動作當(dāng)加熱爐爐壓反饋壓力超過實際測定值設(shè)定值±20Pa的范圍時，在滯后5s后自動調(diào)節(jié)變頻器，使壓力恢復(fù)到設(shè)定值；引風(fēng)機故障停機信號時，啟動余熱回收系統(tǒng)“緊急停車”指令。

3.優(yōu)化方案

基于DCS系統(tǒng)自動控制原理，其有很高的智能優(yōu)越性，但是余熱回收運行至今，在系統(tǒng)程序上的一些設(shè)置仍存在著一些問題，特提出以下針對性的1880余熱回收DCS控制系統(tǒng)優(yōu)化方案。

3.1風(fēng)機變頻控制改善方案

IFIX的預(yù)設(shè)程序邏輯是保持加熱爐的爐壓偏差值維持在0Pa以此來對風(fēng)機進行頻率的給定，當(dāng)爐壓偏差值小于0Pa時，頻率增加，風(fēng)機抽力增大，當(dāng)爐壓偏差值在0Pa以上時風(fēng)機頻率減小，風(fēng)機抽力下降。

目前風(fēng)機變頻控制存在的問題以及其慢性劣化所造成的后果：

在理論上風(fēng)機通過加熱爐的爐壓偏差值進行頻率變化控制是一個很智能的控制方案。但是在余熱回收的實際生產(chǎn)當(dāng)中，通過爐壓偏差值還是暴露出了其明顯的缺點。

當(dāng)鍋爐停止生產(chǎn)時，前后電動閥關(guān)閉，氣動閥打開，加熱爐煙氣進入煙囪。當(dāng)鍋爐正常生產(chǎn)時，氣動閥關(guān)閉，前后電動閥打開，風(fēng)機運行，將高溫?zé)煔庖龑?dǎo)通過鍋爐加熱鍋爐內(nèi)除氧水產(chǎn)生蒸汽，然后進入煙囪。

目前余熱回收存在著這么一個情況，當(dāng)加熱爐負(fù)荷慢慢變高時，煙道擋板的開度隨之變大，此時鍋爐的風(fēng)機的頻率也在爐壓偏差值的增大下慢慢升高。

但是當(dāng)加熱爐的出口煙道擋板在此時突然關(guān)閉時（這種情況在定修，換輥及平常正產(chǎn)生產(chǎn)狀態(tài)都會發(fā)生），由于爐壓偏差值沒有及時作出反應(yīng)，導(dǎo)致風(fēng)機頻率沒有變化，一直處于50HZ的滿負(fù)荷狀態(tài)運行。此情況見圖2.0.2的操作畫面。通過圖2.0.2的FB4001的50HZ可以看到余熱鍋爐目前處于滿負(fù)荷狀態(tài)，其爐壓偏差值也在1.2Pa。

但是查看其它顯示數(shù)據(jù)卻發(fā)現(xiàn)目前鍋爐的這個滿負(fù)荷狀態(tài)是不正常的。FT4001反應(yīng)出目前鍋爐的蒸汽蒸發(fā)量不高，TE4003也反應(yīng)出目前煙道的溫度較低，正常情況下風(fēng)機的頻率與煙氣溫度和蒸汽蒸發(fā)量成正比關(guān)系，但是目前滿頻率的風(fēng)機運行跟兩者成的是反比關(guān)系。

那是什么原因造成目前的情況呢？圖3.1.2-2的紅色箭頭處設(shè)有加熱爐出口煙道擋板，當(dāng)加熱爐處于低負(fù)荷狀態(tài)時，其煙道擋板會處于全關(guān)狀態(tài)，當(dāng)擋板處于全關(guān)狀態(tài)時，從擋板到風(fēng)機的這一段煙道就處于封閉狀態(tài)。

風(fēng)機在這種情況下的滿負(fù)荷運行造成了PT4003滿量程-2000Pa。在這種情況風(fēng)機的過負(fù)荷抽風(fēng)，容易造成風(fēng)機的渦輪片變形，劣化加快，壽命減短，帶動風(fēng)機的電機也會由于過力矩的運行，加速其零部件和電纜的老化。同時也造成了大量的電力浪費。這種情況急需進行改善。

3.2風(fēng)機變頻控制的優(yōu)化方案

目前通過爐壓偏差值的風(fēng)機變頻控制暴露出了不足，同時也讓設(shè)備的壽命也大大降低了。

如果將風(fēng)機頻率的連鎖關(guān)系與加熱爐的煙道擋板開度關(guān)聯(lián)。那就可以有效的解決風(fēng)機過力抽風(fēng)狀況，可以使風(fēng)機及其相配套的設(shè)備壽命恢復(fù)到原來水平。

3.3如何實現(xiàn)新的風(fēng)機變頻方案

風(fēng)機頻率10HZ-50HZ對應(yīng)擋板0%-100%開度。加熱爐的煙道擋板是通過4-20mA電流信號來控制的。通過加熱爐電氣室煙道擋板的信號I/O模塊及其卡件輸出到現(xiàn)場煙道擋板的接點并接一根電纜到余熱回收的模塊，通過模塊對4-20mA的信號轉(zhuǎn)換進入交換機再傳送到上位機的服務(wù)器反饋給IFIX程序一個開度信號。

然后IFIX通過風(fēng)機頻率10HZ-50HZ對應(yīng)擋板0%-100%開度的關(guān)系給定相應(yīng)頻率給變頻器控制現(xiàn)場風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。

4.結(jié)語

通過以上優(yōu)化，設(shè)置擋板的開度與風(fēng)機的頻率進行聯(lián)鎖后，避免了風(fēng)機長期進行密閉抽風(fēng)后造成風(fēng)機劣化后果，有效的延長了風(fēng)機和電機的壽命，同時也避免了電機的電力浪費，對于公司的效益獲得也有長遠(yuǎn)的幫[著作人信息]助。