论文部分内容阅读
【摘 要】宝钢1880热轧余热回收工程采用DCS控制系统。其特点是以微处理机为基础，以微机分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。虽然DCS系统在目前国内属于新兴的发展最快的控制系统，并且其系统也表现出不同于以往的优越性，但是DCS系统还是存在着一些需要改进的地方。本文旨在针对性的阐述如何优化1880余热回收的DCS控制系统。
【关键词】余热回收控制系统优化
1.概述
宝钢股份1880热轧厂余热回收工程是分别在2#、3#、4#加热炉的烟气排放管上（经空气预热器后的烟道、调节挡板后）引出旁路烟道，设置3台余热锅炉，通过阀门切换，使高温烟气全部流经余热锅炉进行换热实现余热回收。烟气通过余热锅炉后其温度降至180℃以下，由引风机加压后回送至原有烟囱排放。基于回收烟气余热，通过余热锅炉，生产出1.8MPa、300℃过热蒸汽并网使用，从而实现节能降耗的目的。
2.余热回收DCS控制系统原理
本套余热回收系统设置1套DCS控制系统。控制系统主要包括：1套监控站兼工程师站（布置在原仪表PLC室）、3套监控站（分别布置在原水处理电气室、原加热炉中控室、新增仪表室）、1套数据采集站（布置在新增仪表室）、1套工程师站（布置在新增仪表室）、2台打印机、4套冗余的控制站（主要包括：CPU冗余、电源冗余、网络冗余）。DCS控制柜布置在新建的电气室内。余热回收采用的是IFIX软件实现的人机交互界面。
IFIX程序是通过以下的逻辑关系来对整个系统进行自动化控制的：
2.1电气设备控制系统
引风机电机及变频器由MCC进行控制；纯水泵电机的控制：该水泵为1用1备，由MCC进行控制，泵工作状态和故障状态送至DCS控制系统作监控显示；加药泵电机由MCC进行控制泵工作状态和故障状态送至DCS控制系统作监控显示；锅炉给水泵电机的控制：该水泵为2用1备，由MCC进行控制，泵工作状态和故障状态送至DCS控制系统作监控显示；当出现“重故障”事故状态时，直接通过DCS程序控制执行“紧急停炉”指令；当出现“轻故障”事故状态时，报警联锁需加入人工“确定”功能，防止假信号。确认故障无法排除后，执行“紧急停炉”指令；报警采用声光报警。
2.2联锁动作
开炉时当水箱水位（LT-5001）高于L2时，启动纯水泵；当水位（LT-5001）高于L1时，开启纯水箱水位调节阀LCV-5001（自動调节）；当水位（LT-5001）处于正常水位时，关闭纯水箱水位调节阀LCV-5001；当水位（LT-5001）高于水位H时，水位高报警；当水位（LT-5001）低于水位L3时，水位低报警；当水位（LT-5001）低于水位L4时，停止纯水泵。
纯水泵设置2台，2用1备。当纯水泵出口压力过低或显示故障信号时，备用泵相应启动。恢复正常后，关闭备用泵。当锅炉给水泵出口压力过低或有一台显示故障信号时，备用泵相应启动。恢复正常后，关闭备用泵。
除氧器联锁动作开炉时当除氧水箱水位（LT-5002）高于L1时，启动锅炉给水泵；当水位（LT-5002）高于水位L2时，开启除氧器给水调节阀LCV-5002；当水位（LT-5002）低于水位L3时，水位低报警；当水位（LT-5002）处于正常水位时，关闭除氧器给水调节阀LCV-5002；当水位（LT-5002）高于水位H1时，水位高报警；除氧器压力控制，根据PT5001反馈调节PCV5001。
余热锅炉汽包联锁动作“三冲量”调节系统：由汽包水位LT-2001～2002分别与过热器出口蒸汽流量FT-2001和余热锅炉给水流量FT-2003、FT-3003、FT-3003构成，实现汽包水位自动调节；当汽包水位（LT-2001～2002）高于水位点H2=35mm时，系统汽包水位“高”报警；当汽包水位（LT-2001～2002）高于水位点H3=75mm时，系统汽包水位“高高”报警。SV-2007紧急放水电动阀联锁打开；当汽包水位（LT-2001～2002）低于L2=-35mm时，系统汽包水位“低”报警；当汽包水位（LT-2001～2002）低至L3=-75mm时“低低”报警，启动余热回收系统“紧急停车”指令；当汽包压力PS-2001高于2.14MPa时，启动余热回收系统“紧急停车”指令。
引风机联锁动作当加热炉炉压反馈压力超过实际测定值设定值±20Pa的范围时，在滞后5s后自动调节变频器，使压力恢复到设定值；引风机故障停机信号时，启动余热回收系统“紧急停车”指令。
3.优化方案
基于DCS系统自动控制原理，其有很高的智能优越性，但是余热回收运行至今，在系统程序上的一些设置仍存在着一些问题，特提出以下针对性的1880余热回收DCS控制系统优化方案。
3.1风机变频控制改善方案
IFIX的预设程序逻辑是保持加热炉的炉压偏差值维持在0Pa以此来对风机进行频率的给定，当炉压偏差值小于0Pa时，频率增加，风机抽力增大，当炉压偏差值在0Pa以上时风机频率减小，风机抽力下降。
目前风机变频控制存在的问题以及其慢性劣化所造成的后果：
在理论上风机通过加热炉的炉压偏差值进行频率变化控制是一个很智能的控制方案。但是在余热回收的实际生产当中，通过炉压偏差值还是暴露出了其明显的缺点。
当锅炉停止生产时，前后电动阀关闭，气动阀打开，加热炉烟气进入烟囱。当锅炉正常生产时，气动阀关闭，前后电动阀打开，风机运行，将高温烟气引导通过锅炉加热锅炉内除氧水产生蒸汽，然后进入烟囱。
目前余热回收存在着这么一个情况，当加热炉负荷慢慢变高时，烟道挡板的开度随之变大，此时锅炉的风机的频率也在炉压偏差值的增大下慢慢升高。 但是当加热炉的出口烟道挡板在此时突然关闭时（这种情况在定修，换辊及平常正产生产状态都会发生），由于炉压偏差值没有及时作出反应，导致风机频率没有变化，一直处于50HZ的满负荷状态运行。此情况见图2.0.2的操作画面。通过图2.0.2的FB4001的50HZ可以看到余热锅炉目前处于满负荷状态，其炉压偏差值也在1.2Pa。
但是查看其它显示数据却发现目前锅炉的这个满负荷状态是不正常的。FT4001反应出目前锅炉的蒸汽蒸发量不高，TE4003也反应出目前烟道的温度较低，正常情况下风机的频率与烟气温度和蒸汽蒸发量成正比关系，但是目前满频率的风机运行跟两者成的是反比关系。
那是什么原因造成目前的情况呢？图3.1.2-2的红色箭头处设有加热炉出口烟道挡板，当加热炉处于低负荷状态时，其烟道挡板会处于全关状态，当挡板处于全关状态时，从挡板到风机的这一段烟道就处于封闭状态。
风机在这种情况下的满负荷运行造成了PT4003满量程-2000Pa。在这种情况风机的过负荷抽风，容易造成风机的涡轮片变形，劣化加快，寿命减短，带动风机的电机也会由于过力矩的运行，加速其零部件和电缆的老化。同时也造成了大量的电力浪费。这种情况急需进行改善。
3.2风机变频控制的优化方案
目前通过炉压偏差值的风机变频控制暴露出了不足，同时也让设备的寿命也大大降低了。
如果将风机频率的连锁关系与加热炉的烟道挡板开度关联。那就可以有效的解决风机过力抽风状况，可以使风机及其相配套的设备寿命恢复到原来水平。
3.3如何实现新的风机变频方案
风机频率10HZ-50HZ对应挡板0%-100%开度。加热炉的烟道挡板是通过4-20mA电流信号来控制的。通过加热炉电气室烟道挡板的信号I/O模块及其卡件输出到现场烟道挡板的接点并接一根电缆到余热回收的模块，通过模块对4-20mA的信号转换进入交换机再传送到上位机的服务器反馈给IFIX程序一个开度信号。
然后IFIX通过风机频率10HZ-50HZ对应挡板0%-100%开度的关系给定相应频率给变频器控制现场风机的转速。
4.结语
通过以上优化，设置挡板的开度与风机的频率进行联锁后，避免了风机长期进行密闭抽风后造成风机劣化后果，有效的延长了风机和电机的寿命，同时也避免了电机的电力浪费，对于公司的效益获得也有长远的幫[著作人信息]助。
【关键词】余热回收控制系统优化
1.概述
宝钢股份1880热轧厂余热回收工程是分别在2#、3#、4#加热炉的烟气排放管上（经空气预热器后的烟道、调节挡板后）引出旁路烟道，设置3台余热锅炉，通过阀门切换，使高温烟气全部流经余热锅炉进行换热实现余热回收。烟气通过余热锅炉后其温度降至180℃以下，由引风机加压后回送至原有烟囱排放。基于回收烟气余热，通过余热锅炉，生产出1.8MPa、300℃过热蒸汽并网使用，从而实现节能降耗的目的。
2.余热回收DCS控制系统原理
本套余热回收系统设置1套DCS控制系统。控制系统主要包括：1套监控站兼工程师站（布置在原仪表PLC室）、3套监控站（分别布置在原水处理电气室、原加热炉中控室、新增仪表室）、1套数据采集站（布置在新增仪表室）、1套工程师站（布置在新增仪表室）、2台打印机、4套冗余的控制站（主要包括：CPU冗余、电源冗余、网络冗余）。DCS控制柜布置在新建的电气室内。余热回收采用的是IFIX软件实现的人机交互界面。
IFIX程序是通过以下的逻辑关系来对整个系统进行自动化控制的：
2.1电气设备控制系统
引风机电机及变频器由MCC进行控制；纯水泵电机的控制：该水泵为1用1备，由MCC进行控制，泵工作状态和故障状态送至DCS控制系统作监控显示；加药泵电机由MCC进行控制泵工作状态和故障状态送至DCS控制系统作监控显示；锅炉给水泵电机的控制：该水泵为2用1备，由MCC进行控制，泵工作状态和故障状态送至DCS控制系统作监控显示；当出现“重故障”事故状态时，直接通过DCS程序控制执行“紧急停炉”指令；当出现“轻故障”事故状态时，报警联锁需加入人工“确定”功能，防止假信号。确认故障无法排除后，执行“紧急停炉”指令；报警采用声光报警。
2.2联锁动作
开炉时当水箱水位（LT-5001）高于L2时，启动纯水泵；当水位（LT-5001）高于L1时，开启纯水箱水位调节阀LCV-5001（自動调节）；当水位（LT-5001）处于正常水位时，关闭纯水箱水位调节阀LCV-5001；当水位（LT-5001）高于水位H时，水位高报警；当水位（LT-5001）低于水位L3时，水位低报警；当水位（LT-5001）低于水位L4时，停止纯水泵。
纯水泵设置2台，2用1备。当纯水泵出口压力过低或显示故障信号时，备用泵相应启动。恢复正常后，关闭备用泵。当锅炉给水泵出口压力过低或有一台显示故障信号时，备用泵相应启动。恢复正常后，关闭备用泵。
除氧器联锁动作开炉时当除氧水箱水位（LT-5002）高于L1时，启动锅炉给水泵；当水位（LT-5002）高于水位L2时，开启除氧器给水调节阀LCV-5002；当水位（LT-5002）低于水位L3时，水位低报警；当水位（LT-5002）处于正常水位时，关闭除氧器给水调节阀LCV-5002；当水位（LT-5002）高于水位H1时，水位高报警；除氧器压力控制，根据PT5001反馈调节PCV5001。
余热锅炉汽包联锁动作“三冲量”调节系统：由汽包水位LT-2001～2002分别与过热器出口蒸汽流量FT-2001和余热锅炉给水流量FT-2003、FT-3003、FT-3003构成，实现汽包水位自动调节；当汽包水位（LT-2001～2002）高于水位点H2=35mm时，系统汽包水位“高”报警；当汽包水位（LT-2001～2002）高于水位点H3=75mm时，系统汽包水位“高高”报警。SV-2007紧急放水电动阀联锁打开；当汽包水位（LT-2001～2002）低于L2=-35mm时，系统汽包水位“低”报警；当汽包水位（LT-2001～2002）低至L3=-75mm时“低低”报警，启动余热回收系统“紧急停车”指令；当汽包压力PS-2001高于2.14MPa时，启动余热回收系统“紧急停车”指令。
引风机联锁动作当加热炉炉压反馈压力超过实际测定值设定值±20Pa的范围时，在滞后5s后自动调节变频器，使压力恢复到设定值；引风机故障停机信号时，启动余热回收系统“紧急停车”指令。
3.优化方案
基于DCS系统自动控制原理，其有很高的智能优越性，但是余热回收运行至今，在系统程序上的一些设置仍存在着一些问题，特提出以下针对性的1880余热回收DCS控制系统优化方案。
3.1风机变频控制改善方案
IFIX的预设程序逻辑是保持加热炉的炉压偏差值维持在0Pa以此来对风机进行频率的给定，当炉压偏差值小于0Pa时，频率增加，风机抽力增大，当炉压偏差值在0Pa以上时风机频率减小，风机抽力下降。
目前风机变频控制存在的问题以及其慢性劣化所造成的后果：
在理论上风机通过加热炉的炉压偏差值进行频率变化控制是一个很智能的控制方案。但是在余热回收的实际生产当中，通过炉压偏差值还是暴露出了其明显的缺点。
当锅炉停止生产时，前后电动阀关闭，气动阀打开，加热炉烟气进入烟囱。当锅炉正常生产时，气动阀关闭，前后电动阀打开，风机运行，将高温烟气引导通过锅炉加热锅炉内除氧水产生蒸汽，然后进入烟囱。
目前余热回收存在着这么一个情况，当加热炉负荷慢慢变高时，烟道挡板的开度随之变大，此时锅炉的风机的频率也在炉压偏差值的增大下慢慢升高。 但是当加热炉的出口烟道挡板在此时突然关闭时（这种情况在定修，换辊及平常正产生产状态都会发生），由于炉压偏差值没有及时作出反应，导致风机频率没有变化，一直处于50HZ的满负荷状态运行。此情况见图2.0.2的操作画面。通过图2.0.2的FB4001的50HZ可以看到余热锅炉目前处于满负荷状态，其炉压偏差值也在1.2Pa。
但是查看其它显示数据却发现目前锅炉的这个满负荷状态是不正常的。FT4001反应出目前锅炉的蒸汽蒸发量不高，TE4003也反应出目前烟道的温度较低，正常情况下风机的频率与烟气温度和蒸汽蒸发量成正比关系，但是目前满频率的风机运行跟两者成的是反比关系。
那是什么原因造成目前的情况呢？图3.1.2-2的红色箭头处设有加热炉出口烟道挡板，当加热炉处于低负荷状态时，其烟道挡板会处于全关状态，当挡板处于全关状态时，从挡板到风机的这一段烟道就处于封闭状态。
风机在这种情况下的满负荷运行造成了PT4003满量程-2000Pa。在这种情况风机的过负荷抽风，容易造成风机的涡轮片变形，劣化加快，寿命减短，带动风机的电机也会由于过力矩的运行，加速其零部件和电缆的老化。同时也造成了大量的电力浪费。这种情况急需进行改善。
3.2风机变频控制的优化方案
目前通过炉压偏差值的风机变频控制暴露出了不足，同时也让设备的寿命也大大降低了。
如果将风机频率的连锁关系与加热炉的烟道挡板开度关联。那就可以有效的解决风机过力抽风状况，可以使风机及其相配套的设备寿命恢复到原来水平。
3.3如何实现新的风机变频方案
风机频率10HZ-50HZ对应挡板0%-100%开度。加热炉的烟道挡板是通过4-20mA电流信号来控制的。通过加热炉电气室烟道挡板的信号I/O模块及其卡件输出到现场烟道挡板的接点并接一根电缆到余热回收的模块，通过模块对4-20mA的信号转换进入交换机再传送到上位机的服务器反馈给IFIX程序一个开度信号。
然后IFIX通过风机频率10HZ-50HZ对应挡板0%-100%开度的关系给定相应频率给变频器控制现场风机的转速。
4.结语
通过以上优化，设置挡板的开度与风机的频率进行联锁后，避免了风机长期进行密闭抽风后造成风机劣化后果，有效的延长了风机和电机的寿命，同时也避免了电机的电力浪费，对于公司的效益获得也有长远的幫[著作人信息]助。