鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)項目設計方案

1、浙江開化合成材料循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化限制工程實施方案2021年5月浙江開化合成材料目錄一、工程背景 3二、鍋爐優(yōu)化限制需求分析3三、鍋爐優(yōu)化限制方案 4(1)鍋爐燃燒系統(tǒng)限制的優(yōu)化 5(2)汽水系統(tǒng)限制的優(yōu)化 5(3)面向煤耗的燃燒的優(yōu)化6(4)爐況智能診斷專家限制優(yōu)化 6四、工程投資預算 7五、工程實施周期方案 8六、勞動衛(wèi)生及工業(yè)平安 8七、工程建設目標 9八、工程效益評估 9循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化限制 工程實施方案一、工程背景浙江開化合成材料(以下簡稱“開化合成)有兩臺循環(huán)流化床鍋爐,設計規(guī) 模分別為35t/hr、45t/hr ,正常運行過程中,一臺鍋爐運行,另外一臺備用,滿足全廠所有 生產裝

2、置的用汽需求.隨著能源本錢的上升和國家對于節(jié)能減排要求的提升,企業(yè)對于鍋爐 的節(jié)能技改需求日益迫切.目前,開化合成循環(huán)流化床鍋爐已采用中控 JX300-XP系統(tǒng)實現(xiàn)了集散限制,但由于蒸汽 鍋爐是一個分布參數(shù)、非線性、時變、大滯后和多變量耦合的復雜系統(tǒng),DCS系統(tǒng)中的常規(guī)限制策略難以到達理想的限制效果,除減溫減壓系統(tǒng)實現(xiàn)了自動限制外,絕大多數(shù)限制回路 仍處于手動操作狀態(tài),自動化水平低,爐膛溫度、煙氣含氧量、主蒸汽壓力、爐膛壓力、汽 包液位、除氧器液位等關鍵工藝指標運行平穩(wěn)性差,能耗偏高.二、鍋爐優(yōu)化限制需求分析開化合成鍋爐運行調整的任務是根據生產裝置用汽的需求,實時的對蒸汽壓力、蒸汽 溫度、蒸汽

3、流量進行調整.其主要限制系統(tǒng)可分為三大局部：燃燒限制系統(tǒng)、給水限制系統(tǒng) 和減溫減壓限制系統(tǒng).目前,減溫減壓限制系統(tǒng)已實現(xiàn)了自動限制,其他各系統(tǒng)均處于手動 限制狀態(tài).燃燒限制系統(tǒng)的任務是提供適當?shù)娜剂狭?并輔以適當?shù)乃惋L量,保證燃料和風 以適當?shù)谋壤浞只旌腿紵?并維持穩(wěn)定的爐膛溫度、蒸汽壓力、煙氣含氧量等主要工藝指 標,在此根底上平穩(wěn)限制蒸汽流量,以快速滿足蒸汽壓力變化需求.另外,為了保證爐膛安 全,一般使爐膛壓力維持微負壓,爐膛壓力太高那么會向外噴火,影響平安性和經濟性,爐膛 壓力太低,那么會使冷空氣進入,降低經濟性.鑒于鍋爐本身的復雜性,鍋爐過程限制存在以下幾個難點：(1)系統(tǒng)存在嚴重耦合

4、,如燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力和汽包水位,還會影響過熱 蒸汽溫度和煙氣含氧量等.(2)存在不確定時滯,如燃料量的變化對蒸汽溫度、壓力、汽包水位等的影響有不同的 滯后,這些時滯的大小還隨著負荷狀況的改變而改變.(3)蒸汽需求量的不確定性變化,由于需要供給蒸汽的生產裝置較多,裝置內發(fā)生不確 定性因素導致裝置用汽量的變化頻率較高,隨機性較高,尤其是合成反響裝置用汽系統(tǒng).由 于合成反響系統(tǒng)對于蒸汽供需變化的忽然性強和幅度大等特點,導致蒸汽總管壓力波動較大.(4)隨機擾動因素多,如燃料品質、管路阻力、運行狀況、火焰中央移動及鍋爐受熱面 結垢等,均屬外部隨機擾動因素.因此,鍋爐是一個多輸入、多輸出且變量

5、相互耦合并具有 不確定時滯的復雜限制對象.綜上,根據開化合成循環(huán)流化床鍋爐的生產運行現(xiàn)狀,采用Dcsa規(guī)限制僅實現(xiàn)了根底限制和平安聯(lián)鎖功能,存在調節(jié)不及時、不準確等缺點,從而造成了裝置的波動,增加了消 耗.隨著能源本錢的上升和國家對于節(jié)能減排要求的提升,企業(yè)急需對鍋爐系統(tǒng)進行優(yōu)化控 制,即在進一步完善相關執(zhí)行機構和檢測儀表的根底之上,在Dcsa規(guī)限制的根底上采用預測限制、智能限制、軟測量等先進限制策略,并結合鍋爐生產經驗,建立符合開化合成鍋爐 運行要求的優(yōu)化限制系統(tǒng),進一步提升鍋爐的自動化限制水平,增強工藝參數(shù)的平穩(wěn)性及生 產的平安性,并通過對工藝指標的“卡邊優(yōu)化,提升鍋爐熱效率,實現(xiàn)節(jié)能降耗

6、的目標.三、鍋爐優(yōu)化限制方案循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化限制系統(tǒng)主要包括鍋爐燃燒系統(tǒng)限制器、給水系統(tǒng)限制器及面向煤 耗的燃燒優(yōu)化器等.由于各個限制系統(tǒng)中存在較多的變量關聯(lián)和耦合特性,因此需要針對各 個系統(tǒng)的不同特性建立適宜的限制方案,以實現(xiàn)對整個鍋爐的優(yōu)化限制.圖 5.1是蒸汽鍋爐 優(yōu)化限制系統(tǒng)的總體結構示意圖.7V 多變量預測限制矢口能限制軟測燃燒系統(tǒng)限制器丑-在煤耗燃燒優(yōu)生器汽水系統(tǒng)限制器工況智能診斷與監(jiān)控35t/hr鍋爐DCST規(guī)限制系統(tǒng)45t/hr鍋爐圖5.1循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化限制系統(tǒng)總體結構(1)鍋爐燃燒系統(tǒng)限制的優(yōu)化根據循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)工藝特點和過程限制需求,采用多變量模型預測限制和智

7、能限制,建立鍋爐燃燒系統(tǒng)限制器,通過優(yōu)化調節(jié)給煤機變頻、一次風變頻、二次風變頻、 引風級變頻、冷渣機變頻等操作手段,維持適宜的風煤比,克服蒸汽需求量的變化干擾,當 蒸汽需求量發(fā)生變化時,提前調節(jié)各操作變量實現(xiàn)對蒸汽壓力、爐膛溫度、煙氣含氧量、爐 膛負壓、料床差壓等工藝指標的平穩(wěn)限制,使鍋爐汽包蒸發(fā)量快速滿足負荷變化的要求,實 現(xiàn)化工生產對蒸汽需求量與鍋爐供氣量的協(xié)調優(yōu)化限制.多變量預測限制器中,根據各被控 變量的重要性劃分優(yōu)先級,并綜合變量之間動態(tài)響應特性和滯后因素,在保證鍋爐運行平安 的前提下,通過對各操作變量的協(xié)調聯(lián)動實現(xiàn)各項工藝指標的平穩(wěn)限制,實現(xiàn)平安、穩(wěn)定運 行,提升生產自動化水平,并

8、為優(yōu)化節(jié)能創(chuàng)造條件.(2)汽水系統(tǒng)限制的優(yōu)化汽包水位及除氧器液位、溫度、壓力等是鍋爐運行的重要工藝參數(shù),需要限制在一定范 圍內,為鍋爐系統(tǒng)的平安運行提供保證.汽包水位限制器采用多變量預測限制,根據汽包水位的變化趨勢,克服用戶對蒸汽需求 變化和“假液位現(xiàn)象等干擾,實現(xiàn)汽包水位的平穩(wěn)限制.除氧器限制器采用多變量預測限制,根據鍋爐運行負荷變化,合理調節(jié)除氧器給水調節(jié) 閥和蒸汽調節(jié)閥,有效克服相關干擾因素,實現(xiàn)對除氧器液位、溫度、壓力等工藝參數(shù)的平 穩(wěn)限制.經過對蒸汽鍋爐的工藝分析,其主要被控變量(CVS、操作變量(MVS、干擾變量(DV如下表5.1限制器被拴交量操縱變量干擾變量燃燒系統(tǒng)限制器蒸汽壓力

9、給煤機變頻烝汽流量爐膛溫度一次風機變頻燃煤發(fā)熱量煙氣含氧量二次風機變頻爐膛負壓引風機變頻風煤比冷渣機轉速料床差壓汽水系統(tǒng) 限制器汽包水位汽包給水調節(jié)閥開度烝汽流量除氧器液位除氧器給水調節(jié)閥開度除氧器溫度除氧蒸汽調節(jié)閥開度除氧器壓力表格5.1燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)優(yōu)化主要變量以上為鍋爐初步確定的變量,工程實施時將根據鍋爐實際運行情況進行調整,最終的控 制變量以詳細設計方案為準.(3)面向煤耗的燃燒的優(yōu)化在鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化中,以保證爐膛溫度和蒸汽壓力穩(wěn)定為第一優(yōu)先級指標,在動態(tài)控 制指標滿足、操縱變量有自由度的前提下,再優(yōu)化第二級的經濟性能指標.針對多輸入多輸 出鍋爐燃燒過程模型,采用一種包含模型預測

10、限制在內的兩層結構優(yōu)化限制策略來解決該過 程限制問題.基于下層優(yōu)化是基于爐膛溫度和蒸汽壓力帶約束條件的限制性能指標的動態(tài)優(yōu) 化,上層優(yōu)化是鍋爐熱效率和節(jié)煤等經濟性能指標的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化.4爐況智能診斷專家限制優(yōu)化建立鍋爐運行過程實時監(jiān)控和智能診斷系統(tǒng),通過監(jiān)控關鍵工藝指標的變化、設備異常 事件、鍋爐檢測儀表可能出現(xiàn)的數(shù)據異常突變或較大偏差等,及時發(fā)現(xiàn)并給出報警信息并采 取濾波剔除或解除優(yōu)化限制、緊急自動處理等舉措,預防爐況惡化,為工業(yè)鍋爐的平安、平 穩(wěn)運行提供保證.鍋爐熱效率狀況的實時監(jiān)控和智能診斷,首先根據鍋爐工藝特點,通過工藝計算和回歸 分析,建立鍋爐熱效率軟測量模型,在線計算鍋爐熱效率,準確判

11、斷鍋爐的運行工況,從而 為鍋爐的燃燒優(yōu)化提供參考依據,實現(xiàn)經濟運行,熱效率計算根本原理函數(shù)表達式如下：式中：Dgs 蒸汽流量,kgH gq烝汽熱燃,kj/kgH gw給水熱始,kj/kgNCO CGft成量,molH反響生成熱,kj/mol5為到達預期的優(yōu)化目標,先進限制要求鍋爐裝置中各主要限制回路必須有性能良好、 靈活好用的執(zhí)行機構調節(jié)閥及精準的測量儀表,結合 45T爐現(xiàn)有的儀表裝備的現(xiàn)狀,需將 45T爐的五臺氣動風門執(zhí)行機構更換成電動執(zhí)行機構 四、工程投資預算：一、先進限制系統(tǒng)軟硬件費用:序 號品名規(guī)格數(shù)量單價萬元總價萬元1DELL效勞器2.0GHz 4核雙CPU內存： 16GB 硬盤 S

12、AS 500G*2液晶顯示器：22LED;雙 千兆以太網卡1222效勞器操作系統(tǒng)Windows Server 2021 中文 標準版10.50.52OP3 口軟件中控JX-300XP系統(tǒng)OP3 口軟件1113APC-Sui APC-iSYS先進限制平臺V3.011010te V10.0APC-Adcon預測限制軟件V10.014545APC-Sensor軟測量軟件V10.0188小計萬元66.5二、先進限制系統(tǒng)工程實施費用:廳P工程實施費總價萬元備注1工程實施費31.57個月三、電氣儀表提升費用廳P品名廠家/規(guī)格數(shù)量單價萬元金額力兀1電動執(zhí)行器彳函5臺152動力電纜待定/380v300米0.5

13、3小計5.5綜上,工程總投資約 66.5+31.5+5.5=103.5 萬 人民幣萬元五、工程實施周期方案綜合現(xiàn)場條件及工程實施周期等因素,工程總體進度方案如下:廳P工程階段工程進度周地點負責單位1開工會1開化開化合成/中控2現(xiàn)場安裝調試軟硬件、OPC8 口2開化開化合成3工程師培訓3杭州中控/開化合成4預測試與常規(guī)回路校正4-5開化開化合成/中控5優(yōu)化限制方案詳細設計6-7開化,杭州中控6優(yōu)化限制方案論證8開化開化合成7現(xiàn)場階躍響應測試9-10開化中控/開化合成8APC-Adcon模型辨識及論證11-12開化,杭州中控9限制器設計和仿真13-14開化,杭州中控10優(yōu)化限制切換程序編寫15-1

14、6開化,杭州中控/開化合成11現(xiàn)場安裝調試限制器17-18開化中控/開化合成12操作人員培訓19開化,杭州中控13優(yōu)化限制系統(tǒng)的投運20-23開化中控/開化合成14優(yōu)化限制系統(tǒng)的完善24-27開化中控/開化合成15優(yōu)化限制系統(tǒng)的移交28開化中控/開化合成16運行考核29-37開化開化合成17效益評估38開化開化合成18工程驗收與鑒定39開化開化合成工程總體實施時間約需 7月,運行考核、效益評估和工程驗收時間另計 六、勞動衛(wèi)生及工業(yè)平安1.防電傷害舉措電氣設備應采取必要的機械,電氣聯(lián)鎖裝置以預防誤操作.電氣設備設計嚴格根據帶電局部最少平安凈距執(zhí)行.電氣設備選用有五防設施的設備,配電室要嚴格執(zhí)行工

15、作票制度.在高壓電氣設備的周圍按規(guī)定設置柵欄或屏蔽裝置.所有電氣設備要有預防雷擊設施并有接地設施.2 .防機械傷害舉措所有機械外露傳動部件均應加裝防護裝置或采取其他防護舉措.設備布置上要有足夠的檢修場地.3 .其它防范舉措所有鋼平臺及樓梯要采用花紋鋼板或格柵板,以防工作人員滑倒.在樓梯孔平臺等處周圍設置保護圍欄,以防高出跌傷.在粉塵含量高的場所安裝通風機,已到達除塵防爆效果.4、勞動保護(1) .在易發(fā)生粉塵飛揚的區(qū)域設置必要的防塵設施,降低由于粉塵對工人的健康帶來的 影響.(2) .工人的工作場所采取必要的噪聲防治舉措,以保護工作人員的身體健康.(3)、儀表更換電動裝置及電工牽拉動力電纜時嚴

16、格按公司平安治理制度佩帶平安冒、安 全純及勞保手套和勞保鞋七、工程建設目標在常規(guī)限制的根底上,分別建立 35t/hr鍋爐、45t/hr鍋爐的優(yōu)化限制系統(tǒng),包括燃燒 系統(tǒng)限制、汽水系統(tǒng)限制、面向煤耗的燃燒優(yōu)化限制等.工程主要建設目標總結如下：(1)在鍋爐正常運行期間,優(yōu)化限制系統(tǒng)的投用率不低于90% (工藝系統(tǒng)不具備自控條件的不計算在內),降低生產勞動強度,進一步提升鍋爐的自動化限制水平,增強工藝參 數(shù)的平穩(wěn)性；(2)優(yōu)化限制系統(tǒng)投運后,可提升爐膛溫度、蒸汽壓力、煙氣含氧量、爐膛負壓、料床 差壓、汽包水位、除氧器液位、除氧器溫度、除氧器壓力等關鍵工藝參數(shù)的平穩(wěn)性,與常規(guī) 限制相比,關鍵工藝參數(shù)的標準偏差(波動幅度)降低30%Z上；(3)通過實施燃燒優(yōu)化和“卡邊限制后,提升鍋爐熱效率,鍋爐的噸蒸汽標煤消耗比 實施前平均降低1.8%;(4)建立鍋爐運行平安保證系統(tǒng),具有故障診斷和自動切換功能,當鍋爐系統(tǒng)出現(xiàn)主要