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采用新型干法生产工艺的水泥厂利用低温余热发电是提高生产效益、节约能源、实现可持续发展的重要途径。低温余热发电系统中的余热锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象,由于其热源为水泥回转窑排放的废热烟气,与一般带有燃烧系统的电站锅炉相比具有很大的特殊性。余热锅炉的控制也与一股带燃烧系统的锅炉的控制有很大不同,目前国内还没有形成针对余热锅炉控制的有效方案。本文结合浙江申河水泥厂低温余热电站建设项目,针对低温余热发电的特点设计了一套集散控制系统,并引入了智能控制算法对常规控制方法难以奏效的控制回路进行优化,该系统是对新型干法水泥企业低温余热电站控制方案的有益尝试。
汽包水位和除氧器、凝汽器水位是余热锅炉安全运行的主要指标。由于余热锅炉存在着汽包热容量较小,受水泥回转窑运行情况制约,热源不稳定的情况,导致锅筒水位波动剧烈,传统三冲量控制规律和适用于一般电站锅炉的三冲量模糊PID控制算法的控制效果都不理想。同时由于热源的不稳定,余热锅炉汽包上水和汽轮机凝汽量的波动较大,使得除氧器和凝汽器的水位波动剧烈,传统PID控制难以投入自动。针对以上控制难点,本论文在对低温余热发电的工艺过程和动态特性进行深入分析的基础上,参考现场熟练操作人员的手动操作经验,提出了将反映热源侧干扰变化的烟气温度偏差和烟气温度偏差变化率及窑尾排风机转速偏差和转速偏差变化率引入余热锅炉汽包水位控制中去的改进模糊三冲量控制方案。在除氧器和凝汽器水位的控制中,本文将除氧器和凝汽器看作一个整体,结合现场操作经验总结,提出了除氧器及凝汽器水位的模糊控制方案。本文通过VC开发工具与OPC接口技术将控制算法成功应用于余热发电集散控制系统。
余热发电集散控制系统采用分布式结构。以ABB公司的AC800M冗余控制器和S800系列I/O模块构成系统的现场控制单元,完成生产过程的数据采集和过程控制;以装有FIX监控软件的操作员站构成监控单元,完成数据显示、人机界面操作;以装有CBM组态软件的工程师站完成系统的软硬件组态、参数整定和在线调试。
Profibus-DP现场总线实现了现场控制器与I/O数据采集模件之间的通讯,光纤环网则实现了现场控制器与各操作员站之间的通讯。同时操作员站与工程师站组成局域网作为全厂信息管理网络的一部分,实现了与水泥生产线之间的数据共享。
系统投产以来的运行结果表明,本系统能够基本消除热源波动对余热锅炉汽包水位的影响,同时使除氧器和凝汽器水位稳定在安全范围内,提高了蒸汽产量和质量,改变了余热锅炉手动运行的现状,对降低操作人员劳动强度、节约生产成本、提高经济效益都具有重要意义。