JX-300X DCS系统在水泥窑余热发电中的应用

摘要：坚持可持续发展，利用水泥窑废气余热进行发电是水泥行业实现“变废为宝”的真实实践，纯低温余热发电在减少环境污染的同时，能降低水泥生产能耗。用JX-300X DCS对余热发电过程中的重要技术参数进行自动控制、集中监视管理是至关重要的，文章介绍了DCS在水泥窑余热发电中的应用经验。DCS的应用对改善生产操作条件、提高劳动生产率、为工厂的信息化管理提供基础平台等方面将取得实效。
　　关键词：JX-300X DCS系统  水泥  余热发电
1 概述
　　水泥是用电大户，吨水泥综合电耗为90—120千瓦时。在水泥生产的煅烧过程中，因其工艺特点有大量的废气余热被排放掉，大量CO2、废气余热的排放不仅影响了环境，而且造成了能源浪费。当前，为充分利用这部分废气余热，提出了余热发电的问题，这也是实现能源有效利用的一条途径。利用水泥窑的废气余热进行发电，并用于水泥生产中去，对降低水泥生产能耗，提高经济效益将有非常显著的作用。
　　目前，在预分解水泥窑上的余热发电技术分为两种类型，其一为带补燃锅炉的低温余热发电技术；其二为不带补燃锅炉的纯低温余热发电技术。对JX-300X DCS系统因不带补燃锅炉的纯低温余热发电技术相对于带补燃的更为简单，图1是水泥窑带补燃锅炉系统总图。

       
　　窑头采用的AQC余热锅炉和窑尾采用的SP余热锅炉汽水系统图分别如图2、图3所示。

             
2 应用实践
　　在宁夏某水泥厂的应用情况介绍，该公司曾采用浙大中控的JX-300X DCS系统，用于一台20t/h余热锅炉，加一台3MW汽轮发电机制的控制，投运效果良好。新项目仍采用JX-300X系统作为控制系统，用于二期项目中的数据采集、过程控制。系统实现功能如下：DAS系统；MCS系统；联锁控制等。
2.1系统硬件配置
　　系统采用JX-300XDCS系统，控制站1个、操作站2个、工程师站1个。如图4所示。

   
    测点清单及控制站I/O卡件配置如下表：

2.2 系统软件配置
　　包括组态软件包，含硬件组态软件（Sconfig）、语言编程软件（Sprogram）、图形化编程软件（Scontrol）；实时监控软件包，有
实时监控软件（Advantrol Pro）、I/O驱动服务器（Slink）、和回路调整软件（Sloop）；维护软件包，即故障分析软件（Sdiagnose）。
2.3 控制简述
　　DCS现场控制的安全性毋庸赘述，JX-300X良好的性能、完全冗余、在线自诊断、一定的容错性保证了生产过程的安全稳定。在工程方面，由于燃煤的锅炉设备相对较为分散，为了减少现场大量走线，系统采用相对集中分散控制的原则。I／0模块通过继电器隔离与现场信号连接，对I／0信号采用完全屏蔽的信号电缆，并且电缆的金属屏蔽层也采用一点接地，防止噪声干扰源，尽量将模拟信号线和开关量信号线、直流信号线和交流信号线分开布线，以减少不同类型信号问的相互干扰。
　　本系统工艺过程主要包括AQC锅炉、SP余热锅炉、汽轮机三部分。
　　通过系统组态监控软件，可以形象地反映实际现场工艺控制过程，显示动态数据，同时可以查找历史控制趋势、流量累计量的统计表和报警报表等，PID控制参数的设置可以通过上述动态画面进行。
　　汽包水位的控制是关系到锅炉安全运行、蒸汽质量关系汽机的运行。因此，锅炉汽包液位调节，采用三冲量控制(串级前馈)。如图5所示。

            
                       　　　　　　　图５　锅炉三冲量调节框图　　

　　系统设置了一些联锁保护和顺序控制。如汽包压力、炉膛压力安全开车、停车联锁系统。螺旋输送机运行顺序控制系统等，以满足生产的要求。
3 DCS控制系统的潜在价值
3.1生成全厂管理信息网
　　在该项目中，按用户需要，三台操作站和工程师站设在中央控制室，作为在线画面操作监控，另外管理楼设置PC机，可以通过管理网络监控生产现场，掌握现场工作状态。通过管理机，可以直接反映全厂各个生产设备工作状态的主要参数，方便直观。
3.2 各种先进控制策略的实施
　　DCS控制系统是实施余热锅炉和汽机一体化控制方案的基础平台。
　　由于来自水泥厂的烟气热量和流量不稳定，从而使得余热锅炉产生的主蒸汽流量和压力也往往不稳定，使汽机蒸汽压力波动影响汽机运行的稳定性。因此，考虑“汽机跟随”（汽机跟随余热锅炉）的滑压运行方式是获取最佳经济效益的途径。利用DCS组态软件中的FBC/ST/LD/SFC图形组态或语言组态功能，可以方便的实现这些先进控制策略。
4 结束语
　　水泥企业充分利用余热发电，既可以最大限度满足企业自身的用电需求，减少外购电量，又可以降低水泥制造成本，提高经济效益，是世界水泥工业发展的趋势。我国作为世界最大的水泥生产和消费大国，也是能源紧缺国家，充分利用水泥窑余热发电已经成为水泥工业发展的一个方向。
　　我国水泥窑余热发电经历了高温余热发电、带补燃炉的中低温余热发电和目前的纯低温余热发电三个阶段，其中纯低温余热发电由于是不用燃料的余热利用，所以更加符合节能环保的要求。浙大中控WEBFIELD 系列DCS有成功地应用于低温余热发电的实践，在纯低温余热项目中也获得系统应用合同，相信一定能结合用户的实际需求，在行业最新纯低温发电领域做出成功业绩，为水泥行业的可持续发展做出贡献