鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1、浙江開(kāi)化合成材料循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化限制工程實(shí)施方案2021年5月浙江開(kāi)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(zhuān)家限制優(yōu)化 6四、工程投資預(yù)算 7五、工程實(shí)施周期方案 8六、勞動(dòng)衛(wèi)生及工業(yè)平安 8七、工程建設(shè)目標(biāo) 9八、工程效益評(píng)估 9循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化限制 工程實(shí)施方案一、工程背景浙江開(kāi)化合成材料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“開(kāi)化合成)有兩臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐,設(shè)計(jì)規(guī) 模分別為35t/hr、45t/hr ,正常運(yùn)行過(guò)程中,一臺(tái)鍋爐運(yùn)行,另外一臺(tái)備用,滿足全廠所有 生產(chǎn)裝

2、置的用汽需求.隨著能源本錢(qián)的上升和國(guó)家對(duì)于節(jié)能減排要求的提升,企業(yè)對(duì)于鍋爐 的節(jié)能技改需求日益迫切.目前,開(kāi)化合成循環(huán)流化床鍋爐已采用中控 JX300-XP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集散限制,但由于蒸汽 鍋爐是一個(gè)分布參數(shù)、非線性、時(shí)變、大滯后和多變量耦合的復(fù)雜系統(tǒng),DCS系統(tǒng)中的常規(guī)限制策略難以到達(dá)理想的限制效果,除減溫減壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)限制外,絕大多數(shù)限制回路 仍處于手動(dòng)操作狀態(tài),自動(dòng)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(guān)鍵工藝指標(biāo)運(yùn)行平穩(wěn)性差,能耗偏高.二、鍋爐優(yōu)化限制需求分析開(kāi)化合成鍋爐運(yùn)行調(diào)整的任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)裝置用汽的需求,實(shí)時(shí)的對(duì)蒸汽壓力、蒸汽 溫度、蒸汽

3、流量進(jìn)行調(diào)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(shí)現(xiàn)了自動(dòng)限制,其他各系統(tǒng)均處于手動(dòng) 限制狀態(tài).燃燒限制系統(tǒng)的任務(wù)是提供適當(dāng)?shù)娜剂狭?并輔以適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)量,保證燃料和風(fēng) 以適當(dāng)?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(biāo),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?fàn)t膛壓力維持微負(fù)壓,爐膛壓力太高那么會(huì)向外噴火,影響平安性和經(jīng)濟(jì)性,爐膛 壓力太低,那么會(huì)使冷空氣進(jìn)入,降低經(jīng)濟(jì)性.鑒于鍋爐本身的復(fù)雜性,鍋爐過(guò)程限制存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：(1)系統(tǒng)存在嚴(yán)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(huì)影響過(guò)熱 蒸汽溫度和煙氣含氧量等.(2)存在不確定時(shí)滯,如燃料量的變化對(duì)蒸汽溫度、壓力、汽包水位等的影響有不同的 滯后,這些時(shí)滯的大小還隨著負(fù)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(chǎn)裝置較多,裝置內(nèi)發(fā)生不確 定性因素導(dǎo)致裝置用汽量的變化頻率較高,隨機(jī)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(duì)于蒸汽供需變化的忽然性強(qiáng)和幅度大等特點(diǎn),導(dǎo)致蒸汽總管壓力波動(dòng)較大.(4)隨機(jī)擾動(dòng)因素多,如燃料品質(zhì)、管路阻力、運(yùn)行狀況、火焰中央移動(dòng)及鍋爐受熱面 結(jié)垢等,均屬外部隨機(jī)擾動(dòng)因素.因此,鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出且變量

5、相互耦合并具有 不確定時(shí)滯的復(fù)雜限制對(duì)象.綜上,根據(jù)開(kāi)化合成循環(huán)流化床鍋爐的生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀,采用Dcsa規(guī)限制僅實(shí)現(xiàn)了根底限制和平安聯(lián)鎖功能,存在調(diào)節(jié)不及時(shí)、不準(zhǔn)確等缺點(diǎn),從而造成了裝置的波動(dòng),增加了消 耗.隨著能源本錢(qián)的上升和國(guó)家對(duì)于節(jié)能減排要求的提升,企業(yè)急需對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控 制,即在進(jìn)一步完善相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)儀表的根底之上,在Dcsa規(guī)限制的根底上采用預(yù)測(cè)限制、智能限制、軟測(cè)量等先進(jìn)限制策略,并結(jié)合鍋爐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),建立符合開(kāi)化合成鍋爐 運(yùn)行要求的優(yōu)化限制系統(tǒng),進(jìn)一步提升鍋爐的自動(dòng)化限制水平,增強(qiáng)工藝參數(shù)的平穩(wěn)性及生 產(chǎn)的平安性,并通過(guò)對(duì)工藝指標(biāo)的“卡邊優(yōu)化,提升鍋爐熱效率,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

6、的目標(biāo).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(gè)限制系統(tǒng)中存在較多的變量關(guān)聯(lián)和耦合特性,因此需要針對(duì)各 個(gè)系統(tǒng)的不同特性建立適宜的限制方案,以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)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(jié)構(gòu)示意圖.7V 多變量預(yù)測(cè)限制矢口能限制軟測(cè)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(jié)構(gòu)(1)鍋爐燃燒系統(tǒng)限制的優(yōu)化根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)工藝特點(diǎn)和過(guò)程限制需求,采用多變量模型預(yù)測(cè)限制和智

7、能限制,建立鍋爐燃燒系統(tǒng)限制器,通過(guò)優(yōu)化調(diào)節(jié)給煤機(jī)變頻、一次風(fēng)變頻、二次風(fēng)變頻、 引風(fēng)級(jí)變頻、冷渣機(jī)變頻等操作手段,維持適宜的風(fēng)煤比,克服蒸汽需求量的變化干擾,當(dāng) 蒸汽需求量發(fā)生變化時(shí),提前調(diào)節(jié)各操作變量實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽壓力、爐膛溫度、煙氣含氧量、爐 膛負(fù)壓、料床差壓等工藝指標(biāo)的平穩(wěn)限制,使鍋爐汽包蒸發(fā)量快速滿足負(fù)荷變化的要求,實(shí) 現(xiàn)化工生產(chǎn)對(duì)蒸汽需求量與鍋爐供氣量的協(xié)調(diào)優(yōu)化限制.多變量預(yù)測(cè)限制器中,根據(jù)各被控 變量的重要性劃分優(yōu)先級(jí),并綜合變量之間動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和滯后因素,在保證鍋爐運(yùn)行平安 的前提下,通過(guò)對(duì)各操作變量的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)工藝指標(biāo)的平穩(wěn)限制,實(shí)現(xiàn)平安、穩(wěn)定運(yùn) 行,提升生產(chǎn)自動(dòng)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(yùn)行的重要工藝參數(shù),需要限制在一定范 圍內(nèi),為鍋爐系統(tǒng)的平安運(yùn)行提供保證.汽包水位限制器采用多變量預(yù)測(cè)限制,根據(jù)汽包水位的變化趨勢(shì),克服用戶對(duì)蒸汽需求 變化和“假液位現(xiàn)象等干擾,實(shí)現(xiàn)汽包水位的平穩(wěn)限制.除氧器限制器采用多變量預(yù)測(cè)限制,根據(jù)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷變化,合理調(diào)節(jié)除氧器給水調(diào)節(jié) 閥和蒸汽調(diào)節(jié)閥,有效克服相關(guān)干擾因素,實(shí)現(xiàn)對(duì)除氧器液位、溫度、壓力等工藝參數(shù)的平 穩(wěn)限制.經(jīng)過(guò)對(duì)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(jī)變頻烝汽流量爐膛溫度一次風(fēng)機(jī)變頻燃煤發(fā)熱量煙氣含氧量二次風(fēng)機(jī)變頻爐膛負(fù)壓引風(fēng)機(jī)變頻風(fēng)煤比冷渣機(jī)轉(zhuǎn)速料床差壓汽水系統(tǒng) 限制器汽包水位汽包給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度烝汽流量除氧器液位除氧器給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度除氧器溫度除氧蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)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(shí)施時(shí)將根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整,最終的控 制變量以詳細(xì)設(shè)計(jì)方案為準(zhǔn).(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(jí)指標(biāo),在動(dòng)態(tài)控 制指標(biāo)滿足、操縱變量有自由度的前提下,再優(yōu)化第二級(jí)的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo).針對(duì)多輸入多輸 出鍋爐燃燒過(guò)程模型,采用一種包含模型預(yù)測(cè)

10、限制在內(nèi)的兩層結(jié)構(gòu)優(yōu)化限制策略來(lái)解決該過(guò) 程限制問(wèn)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(biāo)的動(dòng)態(tài)優(yōu) 化,上層優(yōu)化是鍋爐熱效率和節(jié)煤等經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化.4爐況智能診斷專(zhuān)家限制優(yōu)化建立鍋爐運(yùn)行過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能診斷系統(tǒng),通過(guò)監(jiān)控關(guān)鍵工藝指標(biāo)的變化、設(shè)備異常 事件、鍋爐檢測(cè)儀表可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)異常突變或較大偏差等,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并給出報(bào)警信息并采 取濾波剔除或解除優(yōu)化限制、緊急自動(dòng)處理等舉措,預(yù)防爐況惡化,為工業(yè)鍋爐的平安、平 穩(wěn)運(yùn)行提供保證.鍋爐熱效率狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能診斷,首先根據(jù)鍋爐工藝特點(diǎn),通過(guò)工藝計(jì)算和回歸 分析,建立鍋爐熱效率軟測(cè)量模型,在線計(jì)算鍋爐熱效率,準(zhǔn)確判

11、斷鍋爐的運(yùn)行工況,從而 為鍋爐的燃燒優(yōu)化提供參考依據(jù),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,熱效率計(jì)算根本原理函數(shù)表達(dá)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(dá)預(yù)期的優(yōu)化目標(biāo),先進(jìn)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(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥及精準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x表,結(jié)合 45T爐現(xiàn)有的儀表裝備的現(xiàn)狀,需將 45T爐的五臺(tái)氣動(dòng)風(fēng)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)更換成電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 四、工程投資預(yù)算：一、先進(jìn)限制系統(tǒng)軟硬件費(fèi)用:序 號(hào)品名規(guī)格數(shù)量單價(jià)萬(wàn)元總價(jià)萬(wàn)元1DELL效勞器2.0GHz 4核雙CPU內(nèi)存： 16GB 硬盤(pán) S

12、AS 500G*2液晶顯示器：22LED;雙 千兆以太網(wǎng)卡1222效勞器操作系統(tǒng)Windows Server 2021 中文 標(biāo)準(zhǔn)版10.50.52OP3 口軟件中控JX-300XP系統(tǒng)OP3 口軟件1113APC-Sui APC-iSYS先進(jìn)限制平臺(tái)V3.011010te V10.0APC-Adcon預(yù)測(cè)限制軟件V10.014545APC-Sensor軟測(cè)量軟件V10.0188小計(jì)萬(wàn)元66.5二、先進(jìn)限制系統(tǒng)工程實(shí)施費(fèi)用:廳P工程實(shí)施費(fèi)總價(jià)萬(wàn)元備注1工程實(shí)施費(fèi)31.57個(gè)月三、電氣儀表提升費(fèi)用廳P品名廠家/規(guī)格數(shù)量單價(jià)萬(wàn)元金額力兀1電動(dòng)執(zhí)行器彳函5臺(tái)152動(dòng)力電纜待定/380v300米0.5

13、3小計(jì)5.5綜上,工程總投資約 66.5+31.5+5.5=103.5 萬(wàn) 人民幣萬(wàn)元五、工程實(shí)施周期方案綜合現(xiàn)場(chǎng)條件及工程實(shí)施周期等因素,工程總體進(jìn)度方案如下:廳P工程階段工程進(jìn)度周地點(diǎn)負(fù)責(zé)單位1開(kāi)工會(huì)1開(kāi)化開(kāi)化合成/中控2現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試軟硬件、OPC8 口2開(kāi)化開(kāi)化合成3工程師培訓(xùn)3杭州中控/開(kāi)化合成4預(yù)測(cè)試與常規(guī)回路校正4-5開(kāi)化開(kāi)化合成/中控5優(yōu)化限制方案詳細(xì)設(shè)計(jì)6-7開(kāi)化,杭州中控6優(yōu)化限制方案論證8開(kāi)化開(kāi)化合成7現(xiàn)場(chǎng)階躍響應(yīng)測(cè)試9-10開(kāi)化中控/開(kāi)化合成8APC-Adcon模型辨識(shí)及論證11-12開(kāi)化,杭州中控9限制器設(shè)計(jì)和仿真13-14開(kāi)化,杭州中控10優(yōu)化限制切換程序編寫(xiě)15-1

14、6開(kāi)化,杭州中控/開(kāi)化合成11現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試限制器17-18開(kāi)化中控/開(kāi)化合成12操作人員培訓(xùn)19開(kāi)化,杭州中控13優(yōu)化限制系統(tǒng)的投運(yùn)20-23開(kāi)化中控/開(kāi)化合成14優(yōu)化限制系統(tǒng)的完善24-27開(kāi)化中控/開(kāi)化合成15優(yōu)化限制系統(tǒng)的移交28開(kāi)化中控/開(kāi)化合成16運(yùn)行考核29-37開(kāi)化開(kāi)化合成17效益評(píng)估38開(kāi)化開(kāi)化合成18工程驗(yàn)收與鑒定39開(kāi)化開(kāi)化合成工程總體實(shí)施時(shí)間約需 7月,運(yùn)行考核、效益評(píng)估和工程驗(yàn)收時(shí)間另計(jì) 六、勞動(dòng)衛(wèi)生及工業(yè)平安1.防電傷害舉措電氣設(shè)備應(yīng)采取必要的機(jī)械,電氣聯(lián)鎖裝置以預(yù)防誤操作.電氣設(shè)備設(shè)計(jì)嚴(yán)格根據(jù)帶電局部最少平安凈距執(zhí)行.電氣設(shè)備選用有五防設(shè)施的設(shè)備,配電室要嚴(yán)格執(zhí)行工

15、作票制度.在高壓電氣設(shè)備的周?chē)匆?guī)定設(shè)置柵欄或屏蔽裝置.所有電氣設(shè)備要有預(yù)防雷擊設(shè)施并有接地設(shè)施.2 .防機(jī)械傷害舉措所有機(jī)械外露傳動(dòng)部件均應(yīng)加裝防護(hù)裝置或采取其他防護(hù)舉措.設(shè)備布置上要有足夠的檢修場(chǎng)地.3 .其它防范舉措所有鋼平臺(tái)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(tái)等處周?chē)O(shè)置保護(hù)圍欄,以防高出跌傷.在粉塵含量高的場(chǎng)所安裝通風(fēng)機(jī),已到達(dá)除塵防爆效果.4、勞動(dòng)保護(hù)(1) .在易發(fā)生粉塵飛揚(yáng)的區(qū)域設(shè)置必要的防塵設(shè)施,降低由于粉塵對(duì)工人的健康帶來(lái)的 影響.(2) .工人的工作場(chǎng)所采取必要的噪聲防治舉措,以保護(hù)工作人員的身體健康.(3)、儀表更換電動(dòng)裝置及電工牽拉動(dòng)力電纜時(shí)嚴(yán)

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(shè)目標(biāo)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(shè)目標(biāo)總結(jié)如下：(1)在鍋爐正常運(yùn)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(jì)算在內(nèi)),降低生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度,進(jìn)一步提升鍋爐的自動(dòng)化限制水平,增強(qiáng)工藝參 數(shù)的平穩(wěn)性；(2)優(yōu)化限制系統(tǒng)投運(yùn)后,可提升爐膛溫度、蒸汽壓力、煙氣含氧量、爐膛負(fù)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(guān)鍵工藝參數(shù)的平穩(wěn)性,與常規(guī) 限制相比,關(guān)鍵工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(波動(dòng)幅度)降低30%Z上；(3)通過(guò)實(shí)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(biāo)煤消耗比 實(shí)施前平均降低1.8%;(4)建立鍋爐運(yùn)行平安保證系統(tǒng),具有故障診斷和自動(dòng)切換功能,當(dāng)鍋爐系統(tǒng)出現(xiàn)主要