BTG优化控制服务降低成本和CO2排放

广石板大^一号广西Wakasugi²木村台作³二次北村³高马沙仓本⁴

Takasego工厂Kaneka公司以各种方式节能最近,它采用了Yokogawa高级流程控制法(APC),以实现对锅炉、蒸轮机和发电机设施复杂操作模式最优化控制,这些设施大部分能耗优化用APC控制并配之以Yokogawa高级操作提高包自动化人工操作不仅帮助降低燃料成本和CO₂排出物并保住人工

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2. 警惕植物服务中心工业自动化业务中心
3. 植物自动化系统创新团队生产技术集团企业技术管理部Kaneka公司
4. 生产技术集团Takasego厂

导 言

燃煤电厂(下文称BTG设施,BTG表示锅炉、蒸轮机和发电机)向大规模生产厂提供电源₂自这些设施排放物今日是一个关键问题煤炭在这些设施中常用的原因之一是其较低的燃料成本近些年来,由于中国和印度等新兴亚洲国家的强烈食欲,煤炭进口价上升经济工贸部宣布提高石油煤税以补偿预期全球升温税(环境税)的政策,预计该税将于2011财政年度颁布在这种情况下,优化工厂运营是降低燃料成本和CO的一个关键问题₂BTG设施排放

BTG设施供电和蒸汽等公共事业,并受控满足生产过程随时间推移而变化的需求

BTG设施不同于电力公司设施,蒸气管道复杂化,锅炉动态依赖燃料类型,并有各种蒸气轮机,如压缩机、回压机和抽取机等因此,BTG设施使操作者负重工作调整操作,以满足昼夜间漂移需求并改变生产过程

Keneca公司使用Yokogawa分布式控制系统、高级流程控制和Exacil操作效率提高包程序自动化包演示解决方案实例

降低成本和CO₂开卡公司明化活动

向Kaneka公司Takasego工厂介绍BTG优化控制服务的背景说明如下:

优先活动降低成本和CO₂排出物

Takasago工厂Kaneka公司启动成本削减程序AdVance17程序是公司环境焦点倡议的一部分,包括节能和减少CO₂排出物

Takasego工厂使用的大量能源大都用于BTG,包括燃料和电商节能正变得越来越重要,因为原油价格上涨,所以工厂正集中活动于这一设施上。

BTG优化控制服务介绍

Kaneka公司Takasago工厂计划优化BTG操作,对现有的DCS应用Exacilt和APC模型适配函数添加到APC模拟所有不同运算模式,组合锅炉和轮机实现更稳定的运算

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Takasago工厂似乎没有进一步节能的空间,那里已经实施了许多改进活动,包括硬件修改和应用ExacilitTakosago厂通过应用YokogawaAPC发现更多节能机会,YokogawaCAP由Yokogawa提出并已在其他厂应用

桌面计划显示经济效果,使用APC实现人工操作自动化但由于BTG设施操作负荷已经受到严格控制,现场操作者对APC知之甚少,预计只能实现微小效果。

Takosago厂响应Yokogawa的建议决定与Yokogawa公司合作引进CAP公司,Yokogawa公司在这一领域,特别是DAS公司拥有丰富的知识,因为它知道进一步降低成本和改善环境管理是紧急事务。

参数安装Exacit操作效率提高包

图1系统配置

由于APC每次改变运算模式都要求参数变化,预计操作员的工作量会增加。操作者通常手动操作,如改变模型参数、PID回路配置和改变操作模式时控制参数均使用Exacilit和APC实现自动化³.APC和Exacilit设计通过共享DAS存储器实现同步并互补函数图1显示APC和Exacilt合作系统配置

横田提高进程控制

图2 YokogawaAPC产品配置实例

图3动态模型概念图

图2显示Yokogawa提供APC产品配置示例产品中Exasmoc多变模型预测包的特点和函数描述如下:

Exasmoc核心产品^一号2.图3显示Exasmoc模拟目标进程动态模型多输入多输出并控制进程

asmoc控制器控制预定义范围内控件变量如果CV数超过操纵变量数,则必须与MV相匹配,引入可优化函数的客观函数优化函数嵌入APC控制算法中,提高控制性能和优化同时实现推介APC与引入多变模型预测控制几乎完全相同

BTG设施外联网和APC目标

图4 实用系统包括BTG设施

BTG设施由锅炉组成,配有不同的燃料和涡轮机,如图4所示部分电源从网格购买优化BTG设施的目的是尽量减少总水电费和CO₂排出结果实现该目标的办法可以是最大限度地减少日间购买电量,并在夜间和节假日最大化电量,但费用较低时使用电量。APC通过最小化缺限实现效益

编译集成电波

大约用一年时间完成APC,尽管引进APC本身耗时不超过半年。剩余时间用于工厂测试(测试检测厂响应特征)和调试(测试操作性能验证)以响应数个运算模式步骤介绍APC如下

可行性研究

先进行可行性研究,估计引进APC的好处

• 最小化夜间锅炉加载
  估计夜间预期收益方法分析操作最小化锅炉负载并定义约束
• 日间最大化锅炉加载
  估计日间预期效益,分析操作最大化锅炉负载并定义约束

图5控制模型实例

基础设计

项目范围界定后,对Takasago厂应用CAP基本设计完成目标设施和目标操作暂时确定,包括下列项目

• 配置控制器和控件周期
• 控件变量
• 人工变量

图6

选择数个运算模式设计控制循环,包括日间和夜间调换压力控制循环配置和流水锅炉数考虑维护活动PCG设施通常假设操作固定过程配置以避免模型过于复杂不包括锅炉和轮机启动停止序列控制或回路控制压力控制开关否则多进程模型必须准备多进程配置

如上所述,APC处理多运算模式,包括流水锅炉数和压力控制环以进一步节能

拟覆盖的运算模式最终确定时考虑了工厂测试和模拟模型的结果。

重调pID控制器

APC应用前,目标BTG设施DSS的PID控制参数重新调整,因为在APC输入信号中未观察到不明噪声或波动,APC目标PID控制器密切跟踪定点变化

标准偏差比较PID控件参数重整前后通过对偏差数据正常化确认波动量化下降

修改现有控制环形配置和目标设施同时建议重调PID控制器,以确保控制层次可控性

植物测试

图7 APC引进效果实例

对BTG设施进行了工厂测试,为APC构建流程动态模型

由于大多数BTG设施立即响应,静态质量平衡很容易实现(例如,通过管道从BTG设施某些设备流出的蒸汽大流出现在下游的另一设备中而无损)。管道等设施模型可相对精确易配置工厂测试主要面向响应慢的部分(例如温度)或热平衡需要确认

构建动态模型时,最重要的是辨别多运算模式间动态参数的差异程度植物测试为此多次进行

通用模型可应用到不同运算模式等多案例,以防止模型配置对每种运算模式变化结果,通用工厂模型只需参数修改而不按操作模式改变模型本身图5显示控制模型的一部分

详细设计:模拟模型适配

控制模型安装工厂测试使用控制模型后,PCA控件下流程响应程序可以在在线实施前对照PC上的实际行为审查,从而缩短调试周期

委托使用

试运行时,BTG设施安装的APC测试数例运算的实际过程,并证实可行性研究确定的预期效益已经实现。

除预期经济效果外,运营商手工DAS操作量下降85%,流程报警量下降部分得到确认,原因是引入APC

进通BTG平面

APC介绍BTG厂的例子如下:锅炉夜间负载最小化

降低锅炉负载有下列约束

• 差压锅炉室
• 锅炉室外温度(上加载限值)

图6显示这些约束与锅炉加载之间的关系植物测试所得关系嵌入锅炉控制模型

图7显示控制结果,以在这些约束下最大限度地减少夜间锅炉负载可以看出,进化后,锅炉最小负载实现更接近差分压下限控制,同时保持运行远低于圈口温度上限

结论

这份报告概述了优化BTG操作实例,向BTG设施介绍Exasmoc多变模型预测控制包和Exacit操作效率提高包举此例子,水电厂总耗能减少₂排减量每年1000吨以上)此外,进程控制合并DSS、Exacilit和Exasmoc帮助减少操作员的工作量和进程报警数只有当植物员工的热情与Yokogawa及时提供建议相结合时,才能实现这些效果Takasago厂将调查进一步改进改变锅炉加载所需时间的可控性和最小化性

参考文献

1. Hiroshi Wakasugi,Kazuo Sueyoshi,“高级过程控制技术节能解决方案”,Yokogawa技术报告英文版Vol53号2010年1页11-14
2. Yoshinori Urasawa,Yukio Innami,Mizuche Maso Mizuchei,“BTG最优控制节能解决方案”,Yokogawa技术报告英文版Vol53号2010年1页15-18
3. 川技术报告卷43号3,1999年,pp17-20日语

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