JX-300X DCS系統(tǒng)在水泥窯余熱發(fā)電中的應(yīng)用

摘要：堅持可持續(xù)發(fā)展，利用水泥窯廢氣余熱進行發(fā)電是水泥行業(yè)實現(xiàn)“變廢為寶”的真實實踐，純低溫余熱發(fā)電在減少環(huán)境污染的同時，能降低水泥生產(chǎn)能耗。用JX-300X DCS對余熱發(fā)電過程中的重要技術(shù)參數(shù)進行自動控制、集中監(jiān)視管理是至關(guān)重要的，文章介紹了DCS在水泥窯余熱發(fā)電中的應(yīng)用經(jīng)驗。DCS的應(yīng)用對改善生產(chǎn)操作條件、提高勞動生產(chǎn)率、為工廠的信息化管理提供基礎(chǔ)平臺等方面將取得實效。
　　關(guān)鍵詞：JX-300X DCS系統(tǒng)  水泥  余熱發(fā)電
1 概述
　　水泥是用電大戶，噸水泥綜合電耗為90—120千瓦時。在水泥生產(chǎn)的煅燒過程中，因其工藝特點有大量的廢氣余熱被排放掉，大量CO2、廢氣余熱的排放不僅影響了環(huán)境，而且造成了能源浪費。當(dāng)前，為充分利用這部分廢氣余熱，提出了余熱發(fā)電的問題，這也是實現(xiàn)能源有效利用的一條途徑。利用水泥窯的廢氣余熱進行發(fā)電，并用于水泥生產(chǎn)中去，對降低水泥生產(chǎn)能耗，提高經(jīng)濟效益將有非常顯著的作用。
　　目前，在預(yù)分解水泥窯上的余熱發(fā)電技術(shù)分為兩種類型，其一為帶補燃鍋爐的低溫余熱發(fā)電技術(shù)；其二為不帶補燃鍋爐的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)。對JX-300X DCS系統(tǒng)因不帶補燃鍋爐的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)相對于帶補燃的更為簡單，圖1是水泥窯帶補燃鍋爐系統(tǒng)總圖。

       
　　窯頭采用的AQC余熱鍋爐和窯尾采用的SP余熱鍋爐汽水系統(tǒng)圖分別如圖2、圖3所示。

             
2 應(yīng)用實踐
　　在寧夏某水泥廠的應(yīng)用情況介紹，該公司曾采用浙大中控的JX-300X DCS系統(tǒng)，用于一臺20t/h余熱鍋爐，加一臺3MW汽輪發(fā)電機制的控制，投運效果良好。新項目仍采用JX-300X系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，用于二期項目中的數(shù)據(jù)采集、過程控制。系統(tǒng)實現(xiàn)功能如下：DAS系統(tǒng)；MCS系統(tǒng)；聯(lián)鎖控制等。
2.1系統(tǒng)硬件配置
　　系統(tǒng)采用JX-300XDCS系統(tǒng)，控制站1個、操作站2個、工程師站1個。如圖4所示。

   
    測點清單及控制站I/O卡件配置如下表：

2.2 系統(tǒng)軟件配置
　　包括組態(tài)軟件包，含硬件組態(tài)軟件（Sconfig）、語言編程軟件（Sprogram）、圖形化編程軟件（Scontrol）；實時監(jiān)控軟件包，有
實時監(jiān)控軟件（Advantrol Pro）、I/O驅(qū)動服務(wù)器（Slink）、和回路調(diào)整軟件（Sloop）；維護軟件包，即故障分析軟件（Sdiagnose）。
2.3 控制簡述
　　DCS現(xiàn)場控制的安全性毋庸贅述，JX-300X良好的性能、完全冗余、在線自診斷、一定的容錯性保證了生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定。在工程方面，由于燃煤的鍋爐設(shè)備相對較為分散，為了減少現(xiàn)場大量走線，系統(tǒng)采用相對集中分散控制的原則。I／0模塊通過繼電器隔離與現(xiàn)場信號連接，對I／0信號采用完全屏蔽的信號電纜，并且電纜的金屬屏蔽層也采用一點接地，防止噪聲干擾源，盡量將模擬信號線和開關(guān)量信號線、直流信號線和交流信號線分開布線，以減少不同類型信號問的相互干擾。
　　本系統(tǒng)工藝過程主要包括AQC鍋爐、SP余熱鍋爐、汽輪機三部分。
　　通過系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控軟件，可以形象地反映實際現(xiàn)場工藝控制過程，顯示動態(tài)數(shù)據(jù)，同時可以查找歷史控制趨勢、流量累計量的統(tǒng)計表和報警報表等，PID控制參數(shù)的設(shè)置可以通過上述動態(tài)畫面進行。
　　汽包水位的控制是關(guān)系到鍋爐安全運行、蒸汽質(zhì)量關(guān)系汽機的運行。因此，鍋爐汽包液位調(diào)節(jié)，采用三沖量控制(串級前饋)。如圖5所示。

            
                       　　　　　　　圖５　鍋爐三沖量調(diào)節(jié)框圖　　

　　系統(tǒng)設(shè)置了一些聯(lián)鎖保護和順序控制。如汽包壓力、爐膛壓力安全開車、停車聯(lián)鎖系統(tǒng)。螺旋輸送機運行順序控制系統(tǒng)等，以滿足生產(chǎn)的要求。
3 DCS控制系統(tǒng)的潛在價值
3.1生成全廠管理信息網(wǎng)
　　在該項目中，按用戶需要，三臺操作站和工程師站設(shè)在中央控制室，作為在線畫面操作監(jiān)控，另外管理樓設(shè)置PC機，可以通過管理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場，掌握現(xiàn)場工作狀態(tài)。通過管理機，可以直接反映全廠各個生產(chǎn)設(shè)備工作狀態(tài)的主要參數(shù)，方便直觀。
3.2 各種先進控制策略的實施
　　DCS控制系統(tǒng)是實施余熱鍋爐和汽機一體化控制方案的基礎(chǔ)平臺。
　　由于來自水泥廠的煙氣熱量和流量不穩(wěn)定，從而使得余熱鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽流量和壓力也往往不穩(wěn)定，使汽機蒸汽壓力波動影響汽機運行的穩(wěn)定性。因此，考慮“汽機跟隨”（汽機跟隨余熱鍋爐）的滑壓運行方式是獲取最佳經(jīng)濟效益的途徑。利用DCS組態(tài)軟件中的FBC/ST/LD/SFC圖形組態(tài)或語言組態(tài)功能，可以方便的實現(xiàn)這些先進控制策略。
4 結(jié)束語
　　水泥企業(yè)充分利用余熱發(fā)電，既可以最大限度滿足企業(yè)自身的用電需求，減少外購電量，又可以降低水泥制造成本，提高經(jīng)濟效益，是世界水泥工業(yè)發(fā)展的趨勢。我國作為世界最大的水泥生產(chǎn)和消費大國，也是能源緊缺國家，充分利用水泥窯余熱發(fā)電已經(jīng)成為水泥工業(yè)發(fā)展的一個方向。
　　我國水泥窯余熱發(fā)電經(jīng)歷了高溫余熱發(fā)電、帶補燃爐的中低溫余熱發(fā)電和目前的純低溫余熱發(fā)電三個階段，其中純低溫余熱發(fā)電由于是不用燃料的余熱利用，所以更加符合節(jié)能環(huán)保的要求。浙大中控WEBFIELD 系列DCS有成功地應(yīng)用于低溫余熱發(fā)電的實踐，在純低溫余熱項目中也獲得系統(tǒng)應(yīng)用合同，相信一定能結(jié)合用戶的實際需求，在行業(yè)最新純低溫發(fā)電領(lǐng)域做出成功業(yè)績，為水泥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻