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宝钢股份煤调湿干燥机装置控制系统设计分析

作时间:2019-07-25  来源:宝钢股份炼铁厂设备管理室  编辑:刘爽
   
摘要:宝钢股份煤调湿系统采用的是STD(蒸汽管式干燥机)+I(I-Inertia,惰性)煤调湿技术,主要是在STD系统中加入惰性化设计,利用宝钢现有管网中的低压蒸汽作为热载体,对装炉煤料进行干燥处理。宝钢的煤调湿从工艺流程上可以划分为五个小系统:煤输送系统、干燥机系统、烟气系统、尾气系统、除尘系统,煤调湿控制系统的设计思路基本上按照工艺系统划分来设计,包括煤料输送控制、干燥机控制、除尘系统、电源系统监视、机侧非停和中央非停等功能。本文主要解决了干燥机系统控制系统设计的原理问题。
宝钢的煤调湿从工艺流程上可以划分为五个小系统:煤输送系统、干燥机系统、烟气系统、尾气系统、除尘系统,因此,大家在设计煤调湿工艺控制系统的时候,基本上也是按照工艺系统划分情况来设计的。煤调湿控制系统的功能设计涵盖了煤料输送控制功能、干燥机控制功能(包含烟气控制功能、尾气控制功能)、除尘控制功能,此外煤调湿控制系统还包括电源系统监视功能、机侧非停和中央非停等功能。其中非常关键、难度非常高的是干燥机系统的控制,本文将对干燥机系统的控制原理进行阐述。宝钢煤调湿干燥机控制系统包括干燥机本体控制系统、闪蒸罐控制系统等。
1干燥机本体控制系统
1.1干燥机出口物料湿度的控制
干燥机出口物料湿度的控制可以采用以下两种控制方式(根据系统实际运行的效果进行选择)。
(1)采用公式法。直接求出干燥机所需蒸汽量Fset,K1、K2、K3为计算系数,初始值为1,当干燥机出口粉煤湿度有误差时,可修改此参数。Fset作为流量PID控制回路FIQ(蒸汽)的流量给定值,蒸汽流量PID控制回路由蒸汽流量测量变送器FT(蒸汽)、控制器FIC(蒸汽)和蒸汽管道上的调节阀FCV(蒸汽)组成,计算公式如下:
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其中,Fset为干燥所需蒸汽量(kg/h);K1、K2、K3为计算系数;F1为干燥机进口煤粉量(Kg/h);A1为进口煤粉水含量;T1为干燥机进口煤粉温度(℃)。
(2)采用前馈加反馈的方式进行控制。如果干燥机出口粉煤湿度的控制采用前馈加反馈的方式进行控制,那么前馈控制量为根据公式计算出的蒸汽前馈量Fff与PID控制回路AIC(蒸汽)的输出蒸汽量相加后,作为蒸汽流量PID控制回路FIQ(蒸汽)的流量给定值,蒸汽流量PID控制回路由蒸汽流量测量变送器FT(蒸汽)、控制器FIC(蒸汽)和蒸汽管道上的调节阀FCV(蒸汽)组成。
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FIC(蒸汽)调节回路初始参数设置:设置FIC(蒸汽)调节回路给定值SP为18000kg/h、比例度设置为60%、积分时间为30s;断开FIC(蒸汽)调节回路,将阀门FCV(蒸汽)设置到手动输出状态,并设定阀门开度为0%。
两种控制方式要求根据实际运行情况可以方便切换,所以在程序中,必须添加两种控制方式的切换程序,非常终在HMI上只用一个按钮就可以实现控制方式的切换。
1.2干燥机进口煤粉量的计算
干燥机进口煤粉量数据直接来自于现场定量切出装置的输出。现场测量装置把通过传感器测量送来的皮带负荷率、皮带速度等相关参数加以计算,得到皮带的流量,并把它输入到PLC中。现场总共有两套定量切出单元,可以同时使用,也可以单好使用。如果只用其中一套,就以这一套输入的流量作为干燥机进口煤粉量的输入数据。如果两套单元同时使用,那么就以两个测量单元的流量之和作为干燥机进口煤粉量输入。由于干燥机本身处理的限制,同时进入干燥机的湿煤量不能大于400t/h,当大于380t/h时,系统进行高报警;大于400t/h时,系统进行报警并马上停止CFW的切出。
1.3干燥机进口煤粉温度的测量
干燥机进口煤粉温度的值通过现场安装的红外式辐射温度计直接测量得到。温度正常(传感器正常)时,参与蒸汽流量的连锁控制;异常(传感器故障)时,禁止蒸汽流量公式法的使用。
1.4干燥机进口压力的控制
干燥机进口压力的控制主要是为了保证干燥机在一定的负压下工作,从而防止干燥机内粉煤爆炸,设置压力PIC(进口)控制回路,由压力变送器PT(进口)、控制器PIC(进口)、引风机C(进口)的变频调速器组成,控制方式为PID控制。
引风机电机转速加快,会加速干燥机内气体的排出,从而使干燥机内部的负压变大。引风机电机转速减慢,会减缓干燥机内部气体的排出,从而使干燥机内部的负压减小。因此,当压力变送器PT(进口)测出的干燥机内部压力小于设定值时,PID调节模块输出给引风机的变频调速器的电流就会减小,从而减缓引风机电机的转速;当压力变送器测出的干燥机内部压力大于设定值时,PID调节模块输出给引风机的变频调速器的电流就会增大,从而加速引风机电机的转速,从而到达控制的目的。PIC(进口)调节回路初始参数设置:设置PIC(进口)调节回路给定值SP设置为-100Pa,比例度设置为40%;积分时间设置为60s;断开PIC(进口)调节回路,将阀门PIC(进口)设置到手动输出状态,并设定阀门开度为50%,即C(进口)风机电机控制变频调速器输入为25Hz。
1.5干燥机出口物料温度的控制
干燥机出口物料温度的控制,为防止干燥机出口物料温度TE(出口)过高,引起下游皮带的损坏,设置了控制回路TIC(出口)。此回路由干燥机出口设置的热电阻TE(出口)、控制器TIC(出口)、控制阀TCV(出口)组成。当测量温度高报警时,控制回路由手动切换到自动,按照操作人员设置的温度给定值进行自动控制,控制阀TCV(出口)打开,给干燥机出口物料端喷水,降低物料温度。当高报警结束并延时判断后,调节回路由自动切换到手动,输出设置为0。当测量温度高高报警时,干燥机停止加热。
1.6干燥机内氧含量的控制
为了防止干燥机内氧气含量过高,引起粉煤爆炸,在干燥机载气出口管道上设置含氧量分析仪AI(氧气),当含氧量大于高报警设定值时,打开控制阀给干燥机补充氮气,当含氧量大于高高报警设定值时,同时打开切断阀和氮气调节阀给干燥机内部以及布袋除尘器补充氮气。另外当系统开车和停车时,为防止粉煤爆炸,也应对干燥机填充氮气。
2闪蒸罐的控制
闪蒸罐在煤调湿系统中的作用主要是把来自于冷凝罐的高温高压水瞬间变成蒸汽,形成的蒸汽一部分通入到空气换热器中与氮气进行换热,另一部分通入到主排风机后以便进行罐内压力调节。闪蒸罐的控制主要有闪蒸罐液位的控制和闪蒸罐压力的控制两部分。
2.1闪蒸罐的液位控制
闪蒸罐的液位控制,为了保证闪蒸罐的液位保持在设定值下工作。设置液位LIC(闪蒸罐)控制回路,由液位变送器LT(闪蒸罐)、控制器LIC(闪蒸罐)、控制阀LCV(闪蒸罐)组成,控制方式为PID方式。
闪蒸罐的液位控制原理是:液位变送器LT(闪蒸罐)把实时的闪蒸罐的液位测量值输入到PLC中,PLC把闪蒸罐的液位输入值与闪蒸罐液位的设定值进行比较,通过PID模块处理后输出一个调节量,由这个量来控制控制阀LCV(闪蒸罐)的开大或者关小,控制阀的开大或者关小决定了闪蒸罐液位的升高还是降低。
LIC(闪蒸罐)调节回路初始参数设置:设置LIC(闪蒸罐)调节回路给定值SP设置为600mm,比例度设置为40%;将回路设定到自动调节状态;此外,为了防止闪蒸罐中的水不能及时排出,在闪蒸罐前面的管道上设置了一连接蓄水槽的旁路管道,管道上设置了切断阀。当闪蒸罐液位高高报警时,直接打开此切断阀,把本应该进入闪蒸罐的水直接排入到蓄水槽中,等到闪蒸罐液位恢复正常后关闭切断阀。
2.2闪蒸罐的蒸汽压力控制
闪蒸罐的蒸汽压力控制,为了保证闪蒸罐的压力保持在设定值下工作。设置压力PIC(闪蒸罐)控制回路,由压力变送器PT(闪蒸罐)、控制器PIC(闪蒸罐)、控制阀PCV(闪蒸罐)组成,控制方式为PID控制。
闪蒸罐的蒸汽压力的控制原理是:把压力变送器PT(闪蒸罐)测量的实时压力值输入到PLC中,PLC再把闪蒸罐的压力输入值与闪蒸罐压力的设定值进行比较,然后再通过PID模块后处理后输出一个调节量,由这个量来控制控制阀PCV(闪蒸罐)的开大或者关小,控制阀的开大或者关小决定了闪蒸罐压力的升高还是降低。
PIC(闪蒸罐)调节回路初始参数设置:设置PIC(闪蒸罐)调节回路给定值SP设置为200kPa,比例度设置为40%;积分时间设置为60s;将回路设定到自动调节状态。
3结束语
宝钢股份的煤调湿控制系统是由负责电气、仪表设备的人员自主集成的。控制系统的各个设计要点都是经过自主讨论、摸索、设计而成,在投产后续的维护过程中不断进行了完善,使整个煤调湿控制系统稳定顺行。
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