李龍雨，劉　勇，陳遠(yuǎn)方

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

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一種工業(yè)爐群余熱回收利用控制系統(tǒng)

李龍雨，劉勇，陳遠(yuǎn)方

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

摘要：通過分析工業(yè)爐群的發(fā)展現(xiàn)狀，談了對(duì)余熱回收利用系統(tǒng)的理解.結(jié)合具體項(xiàng)目分析了工業(yè)余熱利用中存在的問題，提出了一種適宜于工業(yè)爐群余熱回收利用的控制系統(tǒng).

關(guān)鍵詞：余熱回收利用；控制

我國工業(yè)領(lǐng)域能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%，主要工業(yè)產(chǎn)品單位平均能耗比國際先進(jìn)水平高出 30%左右[1].政府一直把節(jié)能減排作為工作的重中之重,而企業(yè)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排政策目標(biāo)的重要力量.

節(jié)約熱能的突出方面就是回收和利用余熱,目前國內(nèi)大型的鋼鐵廠的焦?fàn)t大多進(jìn)行了余熱利用[2].但同時(shí)我國還有大批規(guī)模不一的金屬熱處理爐，功率從數(shù)百到幾千千瓦不等,余熱回收利用工作有待進(jìn)一步提升.

1現(xiàn)狀

規(guī)?；翰贾玫墓I(yè)爐群，如各類以燃?xì)?、燃油、燃煤等為燃料通過火焰燃燒提供熱源的熱處理爐、鍛造爐、固化爐、燒結(jié)窯等設(shè)備，在工作時(shí)所排放出的高溫?zé)煔夂写罅坑酂?目前工業(yè)燃?xì)?燃油)爐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過工業(yè)爐一次余熱利用之后的排煙溫度仍然較高(可達(dá)350～700℃)，將這些煙氣直接排放在大氣中,浪費(fèi)了大量能源.

將上述工業(yè)爐群排放的高溫?zé)煔庥酂峄厥绽蒙a(chǎn)熱水，并對(duì)所產(chǎn)出的熱水進(jìn)行統(tǒng)籌使用或存取，最終實(shí)現(xiàn)熱水或熱能在生活、生產(chǎn)、采暖等多方面的綜合利用，是節(jié)能減排的重要途徑.目前，在實(shí)際余熱利用中，大部分余熱系統(tǒng)僅僅被應(yīng)用于預(yù)熱空氣，控制系統(tǒng)比較簡單，也有采用ARM技術(shù)進(jìn)行余熱回收控制利用系統(tǒng)開發(fā)的測試裝置[3].但將余熱應(yīng)用到生產(chǎn)、生活洗澡熱水、車間采暖等應(yīng)用較少，并且熱量回收效率較低，電控系統(tǒng)在工藝流程上存在不合理的地方.

2整體解決方案

機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司作為總承包方，參與了寶雞某工廠鍛造車間余熱回收利用系統(tǒng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)直到最終投產(chǎn)的整個(gè)過程.該控制系統(tǒng)采用DCS集散控制系統(tǒng)，在換熱站和水泵房分別設(shè)置PLC+觸摸屏控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)控制.

余熱回收利用控制系統(tǒng)設(shè)三個(gè)子系統(tǒng)，包括余熱回收控制子系統(tǒng)、余熱利用控制子系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)下設(shè)若干控制單元.每個(gè)子系統(tǒng)可獨(dú)立控制，通過ETN通訊連鎖.

2.1總體架構(gòu)

余熱回收利用系統(tǒng)電氣控制分余熱回收控制柜(風(fēng)機(jī)附房內(nèi)放置)和余熱利用控制柜(泵房內(nèi)放置)2類，共5套.系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)采用PROFINET結(jié)合PROFIBUS DP架構(gòu)，設(shè)備方主控器件采用西門子公司S7-300系列PLC.上位機(jī)可對(duì)余熱回收利用系統(tǒng)通過ETN總線進(jìn)行過程控制及數(shù)據(jù)采集，并將執(zhí)行結(jié)果和工作狀態(tài)與自診斷信息、報(bào)警信息回送上位機(jī).對(duì)于生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)信息及異常情況，利用系統(tǒng)軟件進(jìn)行整合分析.一旦發(fā)現(xiàn)狀態(tài)異?，F(xiàn)象、數(shù)值有偏離傾向，就會(huì)向相關(guān)人員發(fā)出預(yù)警提示.系統(tǒng)采用一鍵啟?？刂?，在控制室只需點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕進(jìn)入運(yùn)行模式，達(dá)到子系統(tǒng)啟動(dòng)條件后自動(dòng)開啟，不滿足條件時(shí)自動(dòng)關(guān)閉.

2.2余熱回收子系統(tǒng)

圖1所示，余熱回收控制包括PLC控制器、溫度傳感器、高溫變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)、差壓傳感器、電動(dòng)風(fēng)閥；溫度傳感器和差壓傳感器的信號(hào)輸出端與PLC控制器信號(hào)輸入端連接，PLC控制器輸出控制端分別與電動(dòng)風(fēng)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制輸入端、高溫變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)的變頻器控制輸入端連接.

溫度控制單元：溫度控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心，余熱回收控制系統(tǒng)換熱器前段溫度不能超過250℃，所以需要PID調(diào)節(jié)新風(fēng)閥來達(dá)到自動(dòng)控制.通過溫度檢測裝置熱電偶檢測到的變換為電流信號(hào)的溫度值，輸送到模擬量輸入模塊，由 PLC 主機(jī)執(zhí)行內(nèi)部 PID程序，使溫度差給定值保持恒定.當(dāng)溫度過高時(shí)，直接開啟旁通回路，防止溫度過高時(shí)風(fēng)機(jī)損壞.

差壓控制單元：控制目標(biāo)是風(fēng)機(jī)的頻率，進(jìn)而控制風(fēng)量，系統(tǒng)設(shè)定的壓力值與反饋的壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，差值由系統(tǒng)運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，變頻器控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制風(fēng)管中風(fēng)壓恒定的目的.

圖1　余熱回收子系統(tǒng)控制示意圖

2.3余熱利用子系統(tǒng)

圖2所示，余熱利用控制單元包括PLC控制器、蓄熱水池液位傳感器、生活熱水池、溫度傳感器.溫度傳感器信號(hào)輸出端和液位傳感器信號(hào)輸出端分別與PLC控制器信號(hào)輸入端連接， PLC控制器輸出控制端分別與水泵、電動(dòng)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制輸入端連接.

液位控制單元:當(dāng)蓄熱水池液位過高時(shí)，液位通過壓力傳感器反饋給PLC，關(guān)閉進(jìn)水電動(dòng)閥；當(dāng)蓄熱水池液位過低時(shí)，開啟進(jìn)水電動(dòng)閥自動(dòng)補(bǔ)水.

溫度控制單元：控制目標(biāo)是泵的頻率，系統(tǒng)設(shè)定的給水溫度值與反饋的溫度實(shí)際值進(jìn)行比較，由 PLC主機(jī)執(zhí)行內(nèi)部 PID程序，發(fā)出控制指令，變頻器控制泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制溫度的目的.

圖2　余熱利用子系統(tǒng)控制示意圖

2.4中央控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)中越來越普及，使余熱回收利用系統(tǒng)管理等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化和智能化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)控制.監(jiān)控系統(tǒng)記錄生產(chǎn)過程中各種有關(guān)數(shù)據(jù)，分析評(píng)估實(shí)際運(yùn)行情況，通過對(duì)各生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、識(shí)別和調(diào)整，有利于管理者制定節(jié)能對(duì)策，及時(shí)優(yōu)化節(jié)能.上述功能主要由中央控制系統(tǒng)完成.

在中央控制室設(shè)置中央控制計(jì)算機(jī)，通過協(xié)議與各分系統(tǒng)聯(lián)系，可對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控.同時(shí)預(yù)留廠區(qū)局域網(wǎng)接口，預(yù)留網(wǎng)絡(luò)管理功能，配置打印機(jī)，可以直接打印生產(chǎn)報(bào)表.涂裝工段和生活用熱水總管分別配置熱量計(jì)，余熱回收熱水總管設(shè)置熱量計(jì)，分別計(jì)量收集和使用段熱量數(shù)值.

3結(jié)束語

煙氣余熱回收利用控制系統(tǒng)自投入使用以來得到了很好的應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定.本項(xiàng)目的研究，可以為余熱回收利用控制系統(tǒng)提供技術(shù)依據(jù)和支持，也可為其他行業(yè)中擁有工業(yè)窯爐的廠家節(jié)能改造提供借鑒.

參考文獻(xiàn):

[1]連紅奎，李艷，束光陽子,等.我國工業(yè)余熱回收利用技術(shù)綜述[J].節(jié)能技術(shù)，2011,29(2):123-128,133.

[2]唐文憑.煙氣余熱回收技術(shù)在鋼鐵行業(yè)加熱爐上的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2015(8):91-92.

[3]欒祿毅，王福興,鄭士強(qiáng)，等.電熔鎂余熱回收利用裝置的溫時(shí)智能控制系統(tǒng)[J].節(jié)能，2010(7):66-70.

收稿日期：2016-01-13

作者簡介：李龍雨(1980-)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，一級(jí)注冊(cè)建造師，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)場工業(yè)控制.

文章編號(hào)：1006-3269(2016)02-0037-03

中圖分類號(hào)：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.02.009

Control System for Waste Heat Recycling of Industrial Furnace Group

LI Long-yu, LIU Yong, CHEN Yuan-fang

(SIPPR Engineering Group Co., Ltd,Zhengzhou 450000,China)

Abstract：Through the analysis of the present situation about industrial furnace group, the understanding of industrial waste heat recycling system was studied and a properly control system is put forward by analyzing the problems in the industrial waste heat recycling system.

Key words:waste heat recycling; control