摘要：本文簡(jiǎn)述了預(yù)焙陽(yáng)極余熱發(fā)電的工藝流程，及工藝對(duì)系統(tǒng)控制的要求，并用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)焙陽(yáng)極余熱鍋爐、軟水站、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等的重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)鍋爐汽包、主蒸汽、凝結(jié)水等實(shí)施有效控制，用聯(lián)鎖控制確保系統(tǒng)正常安全運(yùn)行的方法。 關(guān)鍵詞：余熱；發(fā)電；DCS；應(yīng)用 [b][align=center]Application of DCS System in Power Generation of Waste Heat from ProBaked Anode Processing Hu XingLi[/align][/b]（Thermoelectric power generation company，Ltd．，Ning—Xia Qing—Tong—Xia aluminum group，Ningxia Qingtongxia 751603 ） Abstract：A brief introduce the power generation of waste heat from pre—baked anode processing and the technique of system contro1． Use DCS system realized the parameters measurement of waste heat boiler， water softening station， steam turbine and generator even control in effective of the boiler support， main steam and condensation water Ensure the system in safety operation by interlock method． Key words：waste heat；generation：DES；application 1 引言 目前在鋁電解企業(yè)的配套生產(chǎn)中，有大量的副產(chǎn)品產(chǎn)生，如何變廢為寶，不浪費(fèi)現(xiàn)有資源是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要課題之一。預(yù)焙陽(yáng)極也是其中主要的配套產(chǎn)品，而在預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中，伴有大量的熱量放出，產(chǎn)生的預(yù)焙陽(yáng)極余熱溫度較高，保持在900℃～1100℃之間，預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)余熱利用的好壞，不僅影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也是衡量生產(chǎn)裝置技術(shù)和管理水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。 一般情況下，余熱經(jīng)過(guò)冷卻等工序處理后被排入大氣，既造成能源浪費(fèi)，又容易污染環(huán)境；另一方面在生產(chǎn)處理過(guò)程中，又要消耗大量電能。本文研究了在預(yù)焙陽(yáng)極行業(yè)利用預(yù)焙陽(yáng)極余熱發(fā)電的工藝，成功地運(yùn)用DCS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)全過(guò)程自動(dòng)監(jiān)控。利用預(yù)焙陽(yáng)極余熱蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，滿足了生產(chǎn)系統(tǒng)用電需要，有效地降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，凈化了廠區(qū)和周圍的環(huán)境。 2 系統(tǒng)工藝流程 本系統(tǒng)以余熱鍋爐為中心，由汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等組成。主要特點(diǎn)是節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益高。因?yàn)橛酂徨仩t的燃料為鋁電解企業(yè)配套預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中的預(yù)焙陽(yáng)極煙氣，利用預(yù)焙陽(yáng)極煙氣余熱，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐熱交換產(chǎn)生的氣體，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電。鍋爐是22t余熱鍋爐，預(yù)焙陽(yáng)極回轉(zhuǎn)窯煙氣量57000Nm3／h，余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度900～C～11o0℃ ，過(guò)熱蒸汽壓力2．45MPa，過(guò)熱蒸汽溫度300～C。汽輪機(jī)是為單缸，單抽中壓沖動(dòng)凝汽式，額定轉(zhuǎn)數(shù)5600r／min，額定功率3000kW，汽輪機(jī)經(jīng)減速箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)工藝從余熱鍋爐利用余熱產(chǎn)生中壓蒸汽開(kāi)始直到發(fā)電結(jié)束，如圖1所示。 2．1 系統(tǒng)工藝對(duì)控制系統(tǒng)的要求 ①為確保發(fā)電正常進(jìn)行，鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)三大系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)必須準(zhǔn)確、可靠；② 為保證鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)安全運(yùn)行和蒸汽的質(zhì)量，要求對(duì)汽包液位控制、除氧氣的控制、凝結(jié)水井液位及蒸汽溫度的控制必須準(zhǔn)確；③在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果有關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障，應(yīng)在上位機(jī)畫面上提示報(bào)警信息，并依據(jù)情況，采取相應(yīng)的保護(hù)措施；④控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)置、調(diào)整方便、便于操作；⑤控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)軟手操，在任何情況下都有操作手段，防止操作失靈；⑥操作員站顯示整個(gè)生產(chǎn)工藝流程、修改和打印各種有關(guān)參數(shù)。 2．2 系統(tǒng)控制檢測(cè)點(diǎn) 本系統(tǒng)溫度、壓力模擬量檢測(cè)較多，熱電阻測(cè)點(diǎn)189個(gè)，4～20mA電流測(cè)點(diǎn)176個(gè)；模擬量輸出點(diǎn)14個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)83個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)231個(gè)。 3 控制系統(tǒng)的組成 根據(jù)工藝要求， 我們選擇和利時(shí)公司的SmartPro DCS系統(tǒng)。2個(gè)操作員站，1個(gè)工程師站，1臺(tái)T／O機(jī)柜。選擇FM143、FM148A、FM151、FM161、FM171模塊，系統(tǒng)合理的配置滿足了設(shè)計(jì)要求。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 3．1 現(xiàn)場(chǎng)控制站 現(xiàn)場(chǎng)控制站是DCS系統(tǒng)直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的設(shè)備，是一個(gè)T／O處理系統(tǒng)。有如下的技術(shù)特色：主控單元：配備互為的主控單元，兩單元之間進(jìn)行熱備份，同時(shí)接受網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，其中之一的主控單元發(fā)生故障，備份主控自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)；電源：采用UPS供電，冗余配置，兩個(gè)電源并聯(lián)使用，其中一個(gè)故障時(shí)，另一個(gè)自動(dòng)接通，確保系統(tǒng)的高可靠運(yùn)行和安全性。 網(wǎng)絡(luò)冗余：每個(gè)主控單元的多功能接口卡上設(shè)計(jì)有兩套SNET網(wǎng)絡(luò)接口，即實(shí)現(xiàn)SNET網(wǎng)絡(luò)的雙冗余結(jié)構(gòu)。 開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可并入企業(yè)管理網(wǎng)，便于全廠的計(jì)算機(jī)化管理。SmartPro系統(tǒng)的上述特點(diǎn)能使系統(tǒng)適應(yīng)生產(chǎn)工藝的要求，降低系統(tǒng)成本。 在工程師站，按工藝提出的控制要求，完成下位機(jī)應(yīng)用軟件組態(tài)，并通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)下載到冗余的主從控制器上。程序?qū)?yán)格按工藝要求的順序，不斷地循環(huán)掃描各種不同類型的輸入，并將邏輯運(yùn)算處理結(jié)果、動(dòng)作指令通過(guò)輸出模塊輸出到相 應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，完成工藝流程所要求的任務(wù)。 操作員站是人機(jī)對(duì)話的界面，幾乎所有的控制指令和狀態(tài)參數(shù)均在此交互。在操作員站上可以分別顯示現(xiàn)場(chǎng)的各種工藝參數(shù)的測(cè)量值和軟水站流程圖、鍋爐流程圖、汽輪機(jī)的流程圖、DCS系統(tǒng)組成框圖、報(bào)警畫面、操作日志等，有關(guān)參數(shù)和設(shè)備聯(lián)鎖的設(shè)置。并且可以顯示某些重要參數(shù)的歷史趨勢(shì)圖，定時(shí)和定點(diǎn)打印各種報(bào)表，操作簡(jiǎn)單，可以滿足操作控制和生產(chǎn)管理的要求。圖2為HOLLIAS MACS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 3．2 控制設(shè)備 控制設(shè)備包括電動(dòng)閥門：鍋爐主蒸汽電動(dòng)閥門、汽機(jī)主蒸汽電動(dòng)閥門、汽機(jī)凝結(jié)水電動(dòng)閥門、六臺(tái)凝結(jié)水泵、三臺(tái)循環(huán)水泵、三臺(tái)電動(dòng)齒輪油泵、三臺(tái)直流油泵、三臺(tái)汽輪機(jī)聯(lián)鎖電磁閥（發(fā)電機(jī)出口斷路器）等，凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、直流油泵均為聯(lián)鎖控制。程序聯(lián)鎖框圖見(jiàn)圖3，其它設(shè)備聯(lián)鎖方法相同。 3．3 PID控制 （1）鍋爐汽包液位的控制 （2）凝結(jié)水熱井水位的控制（圖4為凝結(jié)水熱井控制原理圖） （3）除氧器液位的控制 （4）除氧器壓力的控制 （5）減溫減壓壓力的控制 （6）減溫減壓溫度的控制 3．4 鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的主要安全保護(hù) 包括汽包液位高保護(hù)；汽包液位低保護(hù)、汽包壓力高保護(hù)；過(guò)熱蒸汽溫度高保護(hù) 過(guò)熱蒸汽壓力 高保護(hù)；汽機(jī)軸承回油溫度保護(hù)、凝結(jié)汽真空保護(hù)；木汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高保護(hù)；木汽機(jī)軸向位移保護(hù)；潤(rùn)滑油壓保護(hù)除氧器低水位保護(hù)；發(fā)電機(jī)前后軸承溫度高保護(hù)發(fā)電機(jī)定子溫度高保護(hù)。 每個(gè)保護(hù)參數(shù)均可以在上位機(jī)FacView參數(shù)畫面上選擇“選擇”或“取消”，當(dāng)選j罩“選擇”時(shí)，相應(yīng)的保護(hù)條件投入；選擇“取消”時(shí)，程序?qū)⒉粚?duì)其進(jìn)行檢測(cè)。其中帶有木為自動(dòng)停汽機(jī)。 4 軟件編程 采用和利時(shí)公司提供的MACS Smart proV2．0系統(tǒng)下ConMaker和FacView在Windows 2000下，進(jìn)行軟件組態(tài)和編程。ConMaker是用于開(kāi)發(fā)控制方案的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包含有控制方案編輯器和仿真調(diào)試器，是一套完整控制編輯和調(diào)試軟件包。它為程序員提供了用簡(jiǎn)單的方法來(lái)操縱強(qiáng)大的語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)各種控制方案，并提供強(qiáng)大的離線仿真調(diào)試工具。提供如下編程方法：ST、SFC、FBD、CFC、IL、LD語(yǔ)言，每種語(yǔ)言都有其長(zhǎng)處，我們采用四種編程組態(tài)方式。 在此系統(tǒng)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，利用組態(tài)技術(shù)建立最初始的程序，后使用幾種語(yǔ)言進(jìn)行添加和修改，使之成為最后的運(yùn)行程序。程序按功能分成不同的子程序，程序主體結(jié)構(gòu)清晰，各個(gè)功能模塊結(jié)構(gòu)化，便于維護(hù)和修改。此外，在軟件編程中，大量使用和利時(shí)公司開(kāi)發(fā)的順控模塊（HSSCS）技術(shù)，簡(jiǎn)化了程序結(jié)構(gòu)，使之與上位機(jī)FacView的通訊簡(jiǎn)單、方便。 本系統(tǒng)采用FacView軟件進(jìn)行人機(jī)界面軟件組態(tài)，操作員能在編制完成的軟件中對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程實(shí)施有效監(jiān)控。FacVi ew上位機(jī)軟件組態(tài)為監(jiān)控系統(tǒng)提供了美觀和實(shí)用的人機(jī)對(duì)話窗口（刪I），實(shí)現(xiàn)功能包括：鍋爐工藝流程圖、汽機(jī)工藝流程圖、除氧器工藝流程圖、軟水站工藝流程圖、發(fā)電機(jī)工藝流程圖等畫面，在線PID整定、修改；動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖、歷史趨勢(shì)圖、生產(chǎn)報(bào)表、事件報(bào)表、操作日志、設(shè)備管理、工藝參數(shù)設(shè)定和使用權(quán)限功能等。可實(shí)時(shí)的掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況及參數(shù)變化，并以圖形形式提供歷史和實(shí)時(shí)的毫秒趨勢(shì)圖，用趨勢(shì)和數(shù)據(jù)記錄靈敏度時(shí)監(jiān)視執(zhí)行情況和效率。 由于系統(tǒng)中檢測(cè)變量較多，并且設(shè)備動(dòng)作時(shí)間不同，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，如不及時(shí)診斷排除，勢(shì)必會(huì)影響正常生產(chǎn)。為此，在實(shí)際組態(tài)過(guò)程中，采用多點(diǎn)多預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，并在畫面上以顏色加以區(qū)分，重要參數(shù)報(bào)警可實(shí)現(xiàn)畫面鎖定，使操作員提前做好準(zhǔn)備工作，便于正確操作。 5 總結(jié) 本系統(tǒng)在我公司350kA鋁電解配套預(yù)焙陽(yáng)極余熱發(fā)電項(xiàng)目投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。控制準(zhǔn)確可靠，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。達(dá)到節(jié)能、增效和環(huán)保的目的，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 參考文獻(xiàn) [1]王常力，羅安．分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例．北京：電子工業(yè)出版社，2004年8月． [2]北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司Hollysys SmartPro系統(tǒng)使用手冊(cè)．2004年8月． [3]北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司Hollias MACS硬件手冊(cè)．2003年9月．