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自动化联盟 - DCS论坛

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    变频调速和DCS技术在电解铝用阳极余热锅炉的应用分析

    982156040 2010-05-21 14:06
    前言                     
        铝业公司电解铝用阳极余热锅炉汽包(上锅筒)液位控制的任务,就是控制给水流量,使其与蒸发量保持平衡,并维持汽包液位在工艺允许的范围内,这是保证锅炉安全生产运行的必要条件,也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。若汽包液位过高,影响汽水分离的效果,使用汽设备发生故障,而液位过低则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸,所以锅炉汽包液位必须严加控制。为了确保锅炉生产的稳定、可靠和经济运行,余热发电领导和技术人员经过论证,采用变频调速器、分散控制系统DCS等自动化设备组成的锅炉液位DCS调节控制系统。该调节控制系统主要运用变频调速技术和DCS技术,通过DCS现场控制柜模块检测水汽压力、温度、汽包液位、给水电动阀开度等运行参数,在运行过程中对给水流量及压力等调节量采用DCS上位机调节,信号传送到变频器,由变频器控制给水电动机转速,达到控制给水流量和压力的目的,保证了电解铝用阳极余热锅炉的安全稳定高效运行。
     
    电解铝用阳极余热锅炉工艺流程分析
          电解铝用阳极余热锅炉是铝业公司余热发电站的主要设备之一,其任务是供给合格的过热蒸汽,以满足余热发电和生产生活的需要,为此,余热锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。电解铝用阳极余热锅炉就是利用回转窑窑尾出来的烟气,该烟气温度达到900-1100℃,将其作为热交换对象,通过余热锅炉省煤器、上下锅筒、过热器等与水进行热交换,产生过热蒸汽供余热发电和其它生产生活使用,这样既提供生产生活需要,也达到了节能降耗的目的。余热锅炉是一个较为复杂的调节对象,为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要,与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。

    锅炉液位DCS调节控制系统的理论分析                     
        为保证电解铝用阳极余热锅炉系统的安全运行和蒸汽的质量,要求对汽包液位控制、除氧器液位控制及蒸汽温度压力控制必须准确。在系统运行过程中,如果有关设备出现故障,在人机界面上提示报警信息,并依据情况,采取相应的保护措施。锅炉液位DCS调节控制系统操作简单,参数设置、调整方便、便于操作。锅炉液位DCS调节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。DCS上位机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。电解铝用阳极余热锅炉DCS及变频调速技术主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行,减轻操作人员的劳动强度。采用DCS和变频器控制,能实现对锅炉进行过程的信号采集、上位机调节控制等多项功能。它的被调量是汽包液位,而调节量则是给水流量,通过对给水流量的调节,使汽包内部的汽水分离界面达到动态平衡,变化在允许范围之内。锅炉液位DCS调节控制系统,实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以液位作为水量平衡与否的控制指标,通过调整进水量的多少来达到进出平衡,将汽包液位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近,以提高锅炉的蒸发效率,保证生产安全。

         锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路,因为汽包内压力较高,通常汽压为1.0MPa,那么给锅炉补水必须提供更高的压力,给水压力回路的作用是提高水压,使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时,对给水流量的要求也不高。在实施锅炉液位DCS调节控制系统以前,锅炉采用给水泵一直以工频方式运转,用回流阀降低水压防止爆管,现在采用通过变频器恒压供水的方式控制水压。锅炉给水量通过汽包液位反馈量进行调节。汽包液位测量选用差压液位计和浮筒液位计。为有效利用转换废热,降低消耗,减低劳动强度,有利于整体工艺稳定,要求锅炉液位DCS调节控制正常生产时保持该值范围应小于±50mm。

    锅炉液位DCS调节控制系统的应用分析                     
        在锅炉控制系统中,汽包液位的调节是一个重要的环节,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。未实施锅炉液位DCS调节控制系统以前的锅炉液位控制系统中,给水泵是连续恒速运行的,并且流量的控制是通过调节水管道中调节阀和回流支路实现的。这两种方法都存在明显的缺陷。采用调节阀调节时,由于阀门的开度的减小,水泵出口在压力会上升阀门两边的压差将增大,进而寿命缩短。采用回流支路调整时,大量的水回流也同样造成能量的消耗。由水泵的工作原理可知流量Q与转速N成正比,扬程H与转速N的平方成正比,轴功率P与转速N三次方成正比,电机的转速N与电源频率F成正比,因此改变电源频率,可改变电动机即给水泵的转速,从而达到调节给水流量的目的。锅炉液位DCS调节控制系统主要由ABB的ACS510变频调速器、杭州和利时的分散控制系统DCS组成,然后经过计算输出4~20mA的电流信号控制变频器以实现给水泵转速的调节。

    锅炉液位DCS调节控制系统的应用模式概述为:由汽包液位测量的差压液位计和浮筒液位计的数据信号传送到DSC操作员站人机界面,根据液位正常值范围应小于±50mm的原则进行调节,在DCS上位机设置变频器手操器,按照1%和5%以及直接修改百分值三种修改方式进行修改频率值,频率值范围为0-50Hz,1%代表0.5Hz,修改信号传送到变频器,由变频器控制给水电动机转速,达到控制给水流量和压力的目的,同时也可以调节给水母管上的电动调节阀,使给水流量和压力达到正常范围。 

     

    结束语

        锅炉液位DCS调节控制系统在余热锅炉改造后运行以来,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。随着自动化技术的快速发展,锅炉控制系统将会更加完善。

  • 举报 #1
    韩斐 2012-06-14 23:07
    电解铝用阳极余热锅炉工艺流程分析
  • 举报 #3
    韩斐 2012-06-14 23:09
    锅炉液位DCS调节控制系统的理论分析
  • 举报 #5
    韩斐 2012-06-14 23:11
    锅炉液位DCS调节控制系统的应用分析
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    韩斐 2012-06-14 23:13
    调节控制系统主要运用变频调速技术和DCS技术
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