Эффективные решения автоматизации котлоагрегатов на металлургических комбинатах

     К одной из существенных проблем энергетики металлургических комбинатов относится недостаточно эффективное использование попутного топлива, получаемого при производстве основной продукции. Неравномерность хода металлургических процессов обуславливает нестабильные режимы производства и потребления доменного, коксового, конверторного газов, что приводит к значительным колебаниям давления в газопроводах, увеличению прямых потерь через сбросные свечи, ухудшению режимов работы основных металлургических агрегатов: нагревательных колодцев, печей прокатных станов и т.д. Основные потребители попутного топлива меткомбинатов – котлы ТЭЦ-ПВС, в большинстве случаев не в состоянии обеспечить его полное потребление и стабилизацию давления в магистральных газопроводах. Одна из основных причин - недостаточный уровень автоматизации средств по управлению потреблением топлива. Попытки автоматизировать переменные режимы котлов ТЭЦ-ПВС предпринимались неоднократно, однако элементная база средств КИПиА позволяла поддерживать только основной режим, выбираемый и настраиваемый машинистом вручную, исходя из личного опыта. Полноценное решение задачи эффективного сжигания коксодоменной смеси на котлах путем создания всережимных регуляторов стало возможным только с массовым распространением высоконадежных микропроцессорных программно-технических комплексов (ПТК).

     Внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом котельного цеха ТЭЦ меткомбината на базе ПТК позволяет увеличить реальную производительность ТЭЦ при одновременном снижении себестоимости отпускаемых пара, электроэнергии и тепла, так как автоматизированная система может непрерывно в режиме реального времени:

• поддерживать оптимальную загрузку котлов ТЭЦ с учетом индивидуального КПД, ограничений паропроизводительности и возможностей потребления каждого из топлив индивидуально по каждому котлу, осуществлять необходимое резервирование котельной мощности ТЭЦ для ликвидации скачков паровой нагрузки за счет усовершенствованного главного регулятора котельного цеха
• поддерживать требуемое давление пара перед турбинами в оптимальном диапазоне, реально управлять сжиганием топлив по каждому котлу при внешних возмущениях, повысить потребление доменного и коксового газов, снизить потребление природного газа за счет усовершенствованного регулятора тепловой нагрузки котла
• повысить эффективность сжигания топлив в любом их сочетании при работе котлов за счет комплексного всережимного регулятора соотношения топливо-воздух
• повысить стабильность и уменьшить колебания температуры пара за котлом за счет усовершенствованного регулятора температуры пара
• отображать в удобном для персонала виде - на мониторах компьютеров - параметры работы котла и своевременно информировать машиниста об отклонении от оптимальных режимов работы котла.

     Все вышеперечисленные регуляторы имеют улучшенные алгоритмы работы за счет добавления к стандартным схемам авторегулирования дополнительных динамических и логических связей, которые постоянно поддерживают работу котлов ТЭЦ в диапазоне оптимальной экономичности. Реализация этих связей и алгоритмов была невозможна на аппаратуре автоматизации предыдущих поколений. Так, например, в связи недостаточной надежностью и «капризностью» кислородомеров усовершенствованный регулятор соотношения топливо-воздух дополнительно непрерывно определяет изменение калорийности доменного газа и корректирует расход воздуха индивидуально для доменного газа, что и обеспечивает непрерывную высокую экономичность котла в целом. Улучшенные алгоритмы разработаны и запатентованы сотрудниками «ТРЭИ-Украина».

     Использование в качестве основы стандартных схем авторегулирования не требует переделки системы КИП, достаточно врезки нескольких новых датчиков.

     Система не ограничивает любые модернизации котлов и горелок в последующем и не требует полной модернизации или замены штатных схем контроля и управления, что снижает общие затраты на внедрение. Реализуется только надстройка к существующей схеме с добавлением информационной отображающей системы и замена аппаратной части регуляторов с переходом на новые программируемые контроллеры. Штатные системы защит и сигнализации не изменяются.

     В качестве микропроцессорного контроллера применяется РС-совместимый контроллер серии TREI-5B (ТРЭИ ГМБХ, г. Пенза, РФ), обладающий рядом особенностей:

1. Мезонинная технология конфигурации: платы ввода/вывода обеспечивают установку в произвольном порядке до 16 мезонинов.
2. Обеспечение высокоточного ввода/вывода аналоговых сигналов.
3. Применение технологии мультиплексирования входных аналоговых сигналов.
4. Высокая ремонтопригодность, которая достигается посредством замены только отдельных мезонинных модулей при выходе из строя канала измерения

     В качестве SCADA-системы используется пакет «КРУГ-2000» (НПФ «КРУГ», Россия, г. Пенза), образующий совместно с контроллерами TREI-5B единый сертифицированный программно-технический комплекс, удовлетворяющий всем специфическим требованиям, предъявляемым при автоматизации теплоэнергетического оборудования.

     Успешная реализация только первого этапа внедрения АСУ ТП - автоматизированное управление тепловой нагрузкой на ТЭЦ-ПВС №3 меткомбината «Криворожсталь» позволила получить значительный экономический эффект и быструю окупаемость. Потребление доменного газа на каждый работающий котел ТЭЦ-3 после внедрения АСУ возросло с 56,6 тыс. м3/час до 77,2 тыс. м3/час, что позволило за 16 месяцев эксплуатации получить экономию природного газа в размере 65,7 млн.м3. Благодаря новой системе удалось обеспечить более качественное регулирование технологических параметров: давления пара в паровом коллекторе и заданного расхода пара от котлоагрегатов в базовом режиме. В результате повысилась эксплуатационная надежность турбинных агрегатов, генераторов, турбовоздуходувок, уменьшился их износ, что в свою очередь обеспечивает снижение затрат на текущие и капитальные ремонты оборудования. Кроме того, стабильная работа турбовоздуходувок обеспечивает более ровный ход доменной печи №9. В настоящий момент проходит опытная эксплуатация остальных регуляторов АСУ ТП котельного цеха. Случаев отказа в работе поставленного оборудования не было.

 

     Алгоритмы автоматического регулирования и система в целом могут быть адаптированы для любых котлов, сжигающих технологические газы основного производства промышленных предприятий. По согласованию с заказчиком, исходя из его традиционных средств автоматизации, возможна реализация автоматизированной системы на иной элементной базе.

В работе принимали участие:
ООО "ТРЭИ-Украина", г. Кривой Рог, Украина
ООО "ТРЭИ ГмбХ", г. Пенза, РФ
ДонОРГРЭС, г. Горловка, Украина
НПФ "КРУГ", г. Пенза, РФ