DCS系统在煤气化装置中的应用

2022-09-10

近些年来, 煤气化技术高速发展, 要保证煤气化生产安全、有序的进行, 需要DCS系统对生产过程进行实时监控。因此, 对DCS系统在煤气化装置中的应用进行探讨, 对于提高产品质量, 保障生产安全进行具有重大意义。

1 DCS系统概述

1.1 DCS系统的特点

DCS系统是由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统, 其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。它具有高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性和控制功能齐全等特点。

1.2 DCS系统的功能

结合实践来看, DCS控制功能一般有以下四个方面:作业参数调整功能、生产状况实时显示功能、故障联锁报警功能和故障预处理功能。

2 DCS系统在国内某煤气化装置的应用实例

DCS系统的设计方案

(1) 本项目采用一个中心控制室 (CCR) 和多个现场机柜室 (FRR) 共同管理的控制模式。操作站集中在CCR内, 控制站分布于各个装置FRR, 每个FRR配置1台操作站和1个独立的工程站用于本装置数据库组态、开工测试和日常维护, 同时独立的工程师站还具备历史站和SOE站的功能;

(2) 煤气化装置区域设置FRR, DCS机柜放置于FRR内;

(3) 煤气化装置DCS操作员站放置于CCR内, 操作人员在CCR对煤气化装置进行实时监制;

(4) CCR与FRR之间通过冗余单模铠装光纤进行信息传递, 形成整个控制网络;

(5) 操作员站和工程站选用Dell T5500;CPU:双核XEON2.4GHz、4G内存、250G7200转硬盘、Geforce FX580的显卡、FTE接口为100Mb双通道;移动工程师站选用Dell E6400机型;

(6) GDS (可燃有毒气体) 系统不再进DCS, 独立成系统, 煤气化装置GDS系统设置远程I/O, GDS控制器放在CCR内;

(7) 煤气化装置FRR配置一台独立的OPCServer站, 包含必须的软件和硬件, 用于完成先进控制的数据通讯;

(8) DCS系统管理功能具有对DCS所有网络设备、控制器、I/O卡件、DCS通讯网络在线自诊断功能, 并在DCS画面进行故障报警和实时显示;

(9) 本项目配置OPC服务器、历史数据服务器、WEB服务器、网络管理服务器、DCS防病毒服务器和时钟同步服务器等;

(10) 过程控制站的控制器、电源卡、通讯卡以及相应的内部连接电缆和控制用的I/O卡按1:1冗余配置;控制器CPU采用专用CPU, CPU具备在线自诊断和出错自纠正和自恢复能力;

(11) DCS系统软件具有图形画面、数据库、历史趋势、逻辑图编程组态功能、报警功能和报表功能;

(12) 煤气化装置接地采用等电位接地方式, 接地电阻小于4欧姆;

3 DCS系统在煤气化装置主要设备中的应用

3.1 煤气化工艺简介

煤气化装置包含三个工序:煤粉制备工序、煤粉给料及气化工序和渣水处理工序。

原煤送至磨煤机进行煤粉制备, 合格的煤粉通过惰性气体输送至气化炉与氧气进行气化反应, 产生的合成气输送到下游工序;同时气化炉底部产生的渣水需要进行处理才能排放或循环再利用。

3.2 DCS系统在煤气化装置主要设备中的应用

(1) 磨煤机进料的比例控制

来自原料煤贮仓的原料煤及来自助熔剂仓的石灰石按照比例送入到磨煤机中, 被轧辊在研磨台上磨成粉状, 并由来自热风炉的高温惰性气体进行干燥和输送。

原料煤和石灰石按照比例输送在DCS中完成, 属于复杂控制回路中的比例控制;

(2) 气化炉的控制

DCS实现氧煤比例控制:来自空分单元的氧气, 经氧气预热器加热后与中压过热蒸汽混合, 经烧嘴的氧气/蒸汽通道送入气化炉。氧气流量与粉煤流量为比例控制, 以防止气化炉超温;

DCS对气化炉液位的控制:气化炉液位是正常生产操作中一个非常关键的操作参数, 它直接影响系统的稳定运行。气化炉液位过低, 使气体洗涤效果不好, 给后系统增加负担, 还容易造成合成气出口温度偏高, 危害系统安全。气化炉液位过高, 容易造成气体带水, 影响粗煤气洗涤效果;

DCS对气化炉温度的控制:气化炉反应温度应根据煤的灰熔点及煤灰渣的粘温特性确定, 气化炉的操作温度一般应高于煤的灰熔点。通过调整O2/C比设定值来调节气化炉反应温度;

DCS对激冷水流量的控制:激冷水的作用是使出气化室的高温气体得到冷却和洗涤, 气体中水蒸汽得到饱和, 冷却激冷环、下降管, 建立气化炉液位。如果激冷水流量过低, 则容易造成偏流、激冷环温度高、气化炉出口气体温度高, 严重时可能烧毁激冷环、下降管, 使气化炉内件受损害, 因此在操作时应严密监视激冷水流量, 严防激冷水流量过低或断流。