干馏煤项目实现降本增效

作者:刘阳 文章来源:中钢集团鞍山热能研究院有限公司煤焦化设计分院 点击数:95 发布时间:2014-11-20

本文介绍了干馏煤项目的工艺过程,结合工艺控制要求,以浙大中控分布式计算机控制系统DCS)中的WebField ECS-100为例,确定内蒙古煤电集团新联煤焦有限公司焦化厂干馏煤项目的系统网络结构、硬件组态和软件设计。系统投入运行表明,此系统安全可靠,达到了设计的理想效果。

本世纪初,干馏煤项目在我国西北地区相继投入生产,但随之而来的一些问题也暴露出来,如生产效率低、污染严重及安全可靠性差等。随着国家淘汰落后产能政策的调整,小规模的干馏煤项目已被大型化的干馏煤项目取代。大型化的干馏煤项目出现后,其工艺流程之复杂、受控设备之多、分布范围之广,是人工操作不能完成的,采用分布式计算机控制系统可满足此类生产需要。

工艺介绍

干馏煤项目包括备煤车间、炭化车间、筛焦车间、净化车间(含鼓冷工段、脱硫工段、气柜工段)、污水处理车间。各个车间工艺流程如下。

备煤车间

原料煤经装载机运至受煤坑,经皮带运至筛煤楼进行筛分,将符合工艺要求的块煤经皮带运至煤塔,作为炼焦标准煤,粉煤经皮带运回煤场,另作他用。

炭化车间

标准煤从煤塔下至贮煤仓,再经炉顶卸料小车卸料至贮煤箱和辅助煤箱,分别供给每座炭化炉,加入炭化炉的块煤自上而下移动与炭化炉中部的高温气体逆流接触并被炭化为半焦(也称兰炭),荒煤气则通过炉顶集气弯管汇集至荒煤气总管至净化车间鼓冷工段进行净化处理。

筛焦车间

半焦通过干馏室下部的冷却段冷却,然后通过往复式推焦机将半焦从推焦盘推入熄焦水槽内,再用一段刮板放焦机连续排出,最后在二段刮板放焦机上烘干,通过皮带至筛焦楼进行筛分,最后运至焦场按照不同类型颗粒进行卸料堆放。

净化车间

自炭化车间出来的荒煤气,经集气槽和气液分离器将煤气与焦油进行初步分离。焦油及氨水等液体经管道送至环水池,而电捕焦油器则对焦油煤气进行再次分离。煤气至直冷塔、间冷塔进行降温处理后,一部分作为炼焦和污水处理用热能源,另有一部分经脱硫存储于净化车间煤气加压站外供他用。

污水处理车间

各工段产生的工业污水最终汇集在污水池,通过污水泵将污水打入焚烧炉。焚烧炉用净化来的煤气和空气对经过雾化处理的污水在焚烧炉内进行焚烧。焚烧后,污水变成无污染的高温废烟气,再经余热锅炉将热能回收后,由鼓风机抽至烟囱排放到高空大气中。

控制系统结构

干馏煤项目DCS系统分为冗余的操作网和控制网,其中控制网为冗余设计,分为A网和B网,操作网为C网,1个工程师站,16个操作站,6个控制站和3个远程站。工程师站主要用于完成系统组态与维护工作,操作站由操作员完成日常生产操作及设备状态监视工作。控制站和远程站用于对现场数据的采集和处理、数据的传输和网络通信、控制方案的实施。工程师站和操作站通过交换机采用双绞线与控制站相连,控制站之间近距离通过双绞线经交换机互联,远距离通过光纤经交换机互联。为保证系统安全可靠,操作网和控制站的CPU及数据转发卡采用冗余设计。系统网络结构如图1所示。

控制方案

备煤车间

根据备煤车间工艺流程确定备煤车间控制对象由4台往复给煤机、5条皮带、1台振动筛、1台卸料车、炉顶6处料位组成。相应的控制方案为,既实现单体设备的启停,又根据现场情况实现联锁启停。联锁过程为:当料位计检测焦炉煤塔料位处于下限时,画面提示操作人员需要进行上料,操作人员发出询问指令,确认现场安全,设备就绪即可一键按逆料流方向依次启动设备;当料位计检测料位达到料仓上限时,系统按照顺料流方向依次停止设备。当中间某台设备出现故障,此设备前的设备均停止工作,之后的设备延时停止,确保原煤送至煤塔。

炭化车间

根据炭化车间工艺流程,炭化车间控制对象由布料部分(炉顶6条皮带、6台卸料车、72座贮煤箱、72座辅助煤箱),燃烧部分(上下双层煤气36个调节阀、上下双层空气36个调节阀、108个煤气和空气压力点检测),炉顶压力调节部分(36个炉顶压力、12个吸气弯管压力、4点荒煤气总管压力检测)组成,此车间的炉顶压力调节与净化车间构成联锁。

筛焦车间

根据筛焦车间的工艺流程,筛焦车间控制对象由12台推焦机、24套刮板运输机、9条皮带、2台三通分料器、2台振动筛、3台卸料小车及料位检测装置组成。相应的控制方案为,当炭化炉排除焦炭前,振动筛、皮带机、刮板运输机、推焦机依次启动,焦炭运至焦场进行存放,经料位计检测当达到设定高度后,卸料小车选择下一卸料点进行卸料;当焦炭卸料结束,按照料流逆方向依次停止设备。

净化车间

根据净化车间工艺流程,净化车间控制主要对象是12台煤气风机、2组电捕焦油器及12台冷热环水泵。

相应的控制方案为,根据炭化炉荒煤气总管压力调整净化车间煤气风机的变频器频率,进而控制回炉煤气进气量。当煤气中氧含量超过设定值后,关闭煤气风机,并将信号通过网络送至炭化控制室,关闭炭化车间空气风机,进入“闷炉状态”,待达到安全生产条件后,重新启动系统进行生产。

污水处理车间

根据污水处理车间工艺流程,污水处理车间控制对象由6套污水焚烧炉、6套余热锅炉、1套除氧器系统、6台鼓风机、6台引风机、6台电磁阀及若干水泵组成。相应的控制方案为,引风机、鼓风机、煤气快切阀依次打开,焚烧炉通过点火变压器点火,当达到一定温度后,污水经雾化后打入焚烧炉进行焚烧,产生的高温烟气经余热锅炉换热后,由引风机抽出。此过程需要控制余热锅炉汽包水位,进入汽包除氧器系统水位。

软件设计

干馏煤项目DCS控制系统软件设计是基于浙大中控的AdvanTrol-Pro软件包在Windows 2000下实现的。AdvanTrol-Pro软件包分为两部分,一部分为系统组态软件,包括:用户授权管理软件、系统组态软件、图形化编程软件、语言编程软件、流程图制作软件、报表制作软件、二次计算组态软件、协议外部数据组态软件等;另一部分为系统运行监控软件,包括:实时监控软件、数据服务软件、数据通信软件、报警记录软件、趋势记录软件、数据连接软件、数据通信软件、服务器软件、网络管理和实时数据传输软件、历史数据传输软件(AdvOPNetHis)等。总体来说,软件设计就是包括两部分:一个是底层程序设计,即根据工艺要求编写相关控制程序;另一个是人机界面设计,主要包括页面流程图设计、报表设计、趋势页面设计、报警页面设计。

控制程序设计

图形化编程软件是编制系统控制方案的图形编程工具,其按照IEC61131-3标准设计。该软件集成了LD编辑器、FBD编辑器、SFC编辑器、ST语言编辑器、数据类型编辑器、变量编辑器,为用户提供高效、方便、直观的图形编程环境,具体的程序设计界面如图2所示。

编程界面包括对象管理区(包括程序、数据类型、视图、资源)、变量定义区、程序编写区及信息提示区。该界面简洁明了,便于编程。

人机界面设计

人机界面设计主要包括:流程图页面设计、趋势页面设计、报表设计和报警页面设计。流程图页面设计是按照工艺流程,显示各设备状态和工艺参数,便于操作员实时监控相关设备及采取相应措施,其中净化车间操作流程图设计页面如图3所示。

趋势页面设计主要是对重要的参数以一定的时间间隔记录一个数据点,动态更新趋势图并显示时间轴所在时刻的数据,严格监视其变化,以便及时掌握相关量的变化情况。报警页面设计主要是按照工艺要求设置相关报警项,当系统运行有错时,报警页会发出应有的声光报警信号,提醒操作人员及时处理故障,保证安全生产运行。报表设计是对一些需要存档或统计的量进行报表设计,以便在需要时调用相关数据并打印报表统计以及分析问题。

结语

该系统于2009年已在内蒙古煤电集团新联煤焦有限公司成功投入使用,连续运行至今,工作稳定,可靠性高,生产效率大幅提高,从业人员作业环境改善,公司运营成本大幅降低。具体表现在以下几个方面:(1)系统具有很高的稳定性和可靠性。由于系统采用冗余配置,出现故障后,可切换到热备份系统,确保全厂正常生产运行。(2)生产效率大幅提高。在中控DCS未投入之前,备煤车间和筛焦车间设备出现故障,原料煤和焦炭在皮带机上发生堵料情况时,需要通过人工将堆料运走,在一个月中发生过三次严重的堆料事故,每次都需处理3~4h,后面的炭化生产车间只能处于“闷炉”状态,严重影响正常生产进度。另外,炭化车间和净化车间炉体和设备的温度、压力、流量、液位等的状态,需要现场人员巡视,出现问题后,两个车间的风机需按工艺要求停车,这样增加了现场人员的劳动强度和公司的运营成本,降低了工作效率,在中控DCS投入之后此类问题得到有效解决。(3)公司的运营成本大幅降低。在中控DCS未投入之前,现场操作工人实行“三班工作制”全厂共需操作工人84人,并且一直在恶劣的现场环境留守,而在中控DCS投入之后,操作员通过计算机屏幕对现场操作设备状态一目了然,在“三班工作制”中,全厂只需21名DCS操作员和30名现场巡检和维修工,系统运行13个月即可收回投资,年降低成本350余万元。总之,中控DCS各项技术指标均达到设计要求,整个控制系统完成的功能及自动化程度都达到了预期水平。

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