基于自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)的空分系統(tǒng)優(yōu)化控制

1.前言

空分設(shè)備在正常運(yùn)營中的主要生產(chǎn)成本是電力消耗，減少無功生產(chǎn)、降低產(chǎn)品氣體的放散率，是節(jié)約電耗的重要措施。80年代末鋼鐵企業(yè)中，所配套的空分設(shè)備最大的數(shù)量級(jí)別為“30000”,到了90年代末，已經(jīng)變成“60000”級(jí)別，企業(yè)對(duì)氧氣及氬氣的使用量與相關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)產(chǎn)量之間就出現(xiàn)了較大的差距。

2.自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)

2.1 系統(tǒng)組成

自動(dòng)變負(fù)荷系統(tǒng)是在原有的工藝控制系統(tǒng)(DCS)的基礎(chǔ)上，增加一套管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過通訊模件和接口把其連成一個(gè)整體，可以直接地與能源控制中心的用戶聯(lián)網(wǎng)，以完成從用戶那里收集產(chǎn)品的瞬時(shí)用量和日用量，預(yù)測用量高峰和低谷。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變負(fù)荷的操作和控制，只有在上位計(jì)算機(jī)參與工藝控制的前提下，才可以實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)系統(tǒng)所起的作用：

①從工藝控制系統(tǒng)(DCS)中收取原始數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)，向能源中心傳輸主要生產(chǎn)管理信息和數(shù)據(jù);②通過自身的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件與空分工藝控制系統(tǒng)的共同運(yùn)行，對(duì)工藝控制系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，進(jìn)而替代操作人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)空分裝置進(jìn)行自動(dòng)變負(fù)荷的操作和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的最佳化;③通過處理已儲(chǔ)存的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備故障診斷，制定出更合理的設(shè)備維護(hù)、維修計(jì)劃。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.2 變負(fù)荷控制的節(jié)能分析

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)及設(shè)備的運(yùn)行情況完全可以找到系統(tǒng)的一個(gè)最優(yōu)的運(yùn)行點(diǎn)，在保證穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。下面結(jié)合具體情況進(jìn)行分析說明。

設(shè)空分裝置按計(jì)劃生產(chǎn)產(chǎn)品氣體：氧氣為1200m3/h,純度為99.6%;氮?dú)鉃?000m3/h,純度為99.9%,加工的空氣量為4000m3/h,現(xiàn)由于實(shí)際情況的變化僅需要1000m3/h的氧氣量，1500m3/h的氮?dú)饬?。在沒有進(jìn)行自動(dòng)變負(fù)荷改造前存在的情況是：仍然按照4000m3/h對(duì)原料空氣進(jìn)行加工，這樣多余的產(chǎn)品量就要進(jìn)行放空，實(shí)際上是增加了各設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間，從而降低了生產(chǎn)效率、增大了能耗，同時(shí)多余氣體的放空也是一種能源的浪費(fèi)。在運(yùn)用自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)改造后，具體的流程圖如下圖2所示。

3.結(jié)論

(1)由于產(chǎn)品氣體的下降，按照變負(fù)荷技術(shù)也就是把相應(yīng)的原料氣體設(shè)定值調(diào)整為相應(yīng)數(shù)值，這里就相當(dāng)于將4000m3/h調(diào)整為3000m3/h.

在這一過程中，首先是經(jīng)壓縮機(jī)出來的參數(shù)發(fā)生了變化，壓力P1變化為P1‘、溫度T1變化為T1’、流量Q1變化為Q1',壓縮機(jī)對(duì)外做功量將減少，由于加工氣體總量的減少，所以相應(yīng)的壓縮時(shí)間就會(huì)變短，這樣在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)效率就會(huì)提高，耗電量也就會(huì)減少，壓縮機(jī)占空分系統(tǒng)耗電總量為70%,這在很大程度上就實(shí)現(xiàn)了本課題目標(biāo)-節(jié)能降耗。

(2)在預(yù)冷環(huán)節(jié)，由于總量的減少及壓縮溫度的變化，根據(jù)自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)控制相應(yīng)的流量與溫度調(diào)節(jié)伐，這樣就可以降低冷水量的噴淋，冷量的減少就意味著預(yù)冷環(huán)節(jié)做功量減少，相應(yīng)的能耗也就降低了。在進(jìn)入到純化系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)榭偭康脑?，分子篩的再生過程就不需要那么多的熱量，吹冷過程時(shí)間縮短，壓力也不需要升的太高，根據(jù)變負(fù)荷控制可以將相應(yīng)的調(diào)節(jié)伐關(guān)小，這樣能耗就會(huì)下降。

(3)在精餾環(huán)節(jié)會(huì)涉及到產(chǎn)品氣體量、溫度量、壓力量、膨脹量等眾多因素的變化，這時(shí)自動(dòng)變負(fù)荷控制的優(yōu)勢就會(huì)顯現(xiàn)出來，它可以根據(jù)此時(shí)精餾塔內(nèi)各參數(shù)量的變化，依據(jù)實(shí)際產(chǎn)品量的設(shè)定需求，實(shí)時(shí)調(diào)整各閥門的開度，以滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需求，這樣就會(huì)帶來相應(yīng)的能耗優(yōu)化，如膨脹機(jī)不需要制出那么多的冷量，從而降低了膨脹機(jī)的能耗。

圖3為生產(chǎn)一定的產(chǎn)品氣體量運(yùn)用變負(fù)荷控制前后能耗對(duì)比圖。

本文通過研究自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)來分析空分系統(tǒng)的能耗優(yōu)化過程。運(yùn)用自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)可以很好的解決產(chǎn)品量變化的不同要求這一問題，減少了無功生產(chǎn)、降低了產(chǎn)品氣體的放散率。根據(jù)自動(dòng)變負(fù)荷技術(shù)可以實(shí)時(shí)改變自動(dòng)控制或手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)把能耗標(biāo)準(zhǔn)降到小于等于標(biāo)準(zhǔn)值，從而達(dá)到節(jié)能目的。