29590 ban_at_semiconductor_540x150

Honeywell Mini DCS HC900 trong ứng dụng điều khiển lò hơi

Email In PDF.

Cho đến những năm gần đây, chỉ các lò hơi lớn nhất mới có thể thấy được tính phức tạp của hệ thống điều khiển cho nó. Ngày nay, vì giá thành nguyên liệu cao nên việc cải thiện hiệu suất lò hơi cũng như giảm thiểu chi phí do thất thoát hơi và các rối loạn hệ thống không mong muốn.

Mặt khác, các qui định của Chính phủ về vấn đề ô nhiễm môi trường và các tiêu chuẩn an toàn bắt buộc tuân theo. Do đó, vấn đề điều khiển quá trình đốt cũng càng trở nên quan trọng, vì tải của lò hơi được điều chỉnh theo nhu cầu chứ không phải lúc nào cũng hoạt động hết công suất gây lãng phí nhiên liệu và hơi.

Giải Pháp

Các thiết bị điều khiển tiên tiến như bộ điều khiển lai HC900 có thể giải quyết các vấn đề về vận hành của lò hơi một cách hiệu quả.

Điều khiển mức nước bao hơi

Bao hơi là một phần của lò hơi. Chức năng chính của bồn chứa này là cung cấp một diện tích bề mặt và vùng không gian ở gần trên cùng của lò hơi, nơi mà quá trình phân tách của nước và hơi có thể diển ra. Nó cũng là nơi xử lý nước bằng hóa chất, bổ sung nước cấp, nước hồi về và xả cặn đáy bao hơi.

Việc xả cặn để loại bỏ cặn và duy trì mức độ tạp chất cho phép nhằm giảm quá trình hình thành cáu cặn trong lò hơi. Bởi vì, chức năng này bao gồm quá trình bổ sung và mất đi liên tục của vật liệu, và mức nước bao hơi là yếu tố quyết định. Mức nước thấp ảnh hưởng đến sự lưu thông của nước trong các đường ống bên trong lò hơi và làm giảm hiệu quả xử lý nước. Mức nước cao làm giảm diện tích bề mặt sinh hơi và có thể dẫn đến nước và chất rắn hòa tan đi vào trong đường ống phân phối hơi. Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi nhằm duy trì bề mặt hơi nước ở vị trí xác định và tạo sự nên cân bằng động giữa nước và hơi bằng cách thay thế mỗi khối lượng hơi bằng một khối lượng nước cấp.

dcs1 dcs2

Các dạng điều khiển mức nước bao hơi

Có 3 dạng hệ thống điều khiển mức nước bao hơi: hệ thống một phần tử, hệ thống hai phần tử và hệ thống ba phần tử. Việc chọn hệ thống nào phụ thuộc vào kích thước của lò hơi và mức độ thay đổi của tải.

Hệ thống một phần tử là phương pháp đơn giản nhất, bằng cách đo mức nước bao hơi để điều chỉnh lưu lượng  nước cấp duy trì mức nước trong bao hơi. Phương pháp này chỉ có hiệu quả đối với các lò hơi cỡ nhỏ, quá trình cung cấp ổn định với tải thay đổi chậm và vừa phải.

Hệ thống hai phần tử sử dụng hai biến, mức nước bao hơi và lưu lượng hơi để điều khiển lưu lượng nước cấp. Mọi thay đổi của tải lưu lượng hơi được đưa đến van nước cấp nhằm cung cấp một lượng chính xác ngay khi tải thay đổi. Tầm lưu lượng hơi và tầm lưu lượng nước cấp tương quan với nhau theo một khối lượng thay đổi trong lưu lượng hơi bằng một khối lượng thay đổi trong lưu lượng nước cấp. Hệ thống này thích hợp cho tải thay đổi với tốc độ vừa và nhanh và có thể áp dụng cho bất kỳ kích thước nào của lò hơi. Nó có hai mặt hạn chế: Không thể hiệu chỉnh áp lực hay các nhiễu tải trong hệ thống nước cấp và không thể hiệu chỉnh các tương tác trong hệ thống, bởi vì chỉ có các đáp ứng tương đối chậm so với mức nước bao hơi được điều khiển.

Hệ thống ba phần tử thêm vào biến thứ ba là tốc độ thay đổi lưu lượng nước cấp để kiểm soát van điều khiển nước cấp. Hệ thống này kiểm soát chặt chẽ trong suốt điều kiện thoáng qua của hệ thống. Bởi vì dùng hai bộ điều khiển nên giảm thiểu các pha tương tác tồn tại trong phương pháp hai phần tử. Việc điều khiển nước cấp đảm bảo điều chỉnh chính xác ngay lập tức khi có rối loạn trong hệ thống nước cấp. Điều khiển mức nước bao hơi cùng được giảm bớt. Hệ thống này có thể xử lý thay đổi tải tầm rộng và nhanh, có nhiễu nước cấp bất kể công suất lò hơi.

Phương pháp này cũng cần cho hệ thống đa lò hơi có chung nguồn nước cấp. Nó lý tưởng đối với các nhà máy có cả quá trình theo mẻ và liên tục nơi mà nhu cầu thay đổi hơi đột ngột và không mong đợi nói chung.

dcs3
Hình 1 hiển thị giải pháp điều khiển mức nước bao hơi được thực hiện bằng phần mềm cấu hình Hybrid Control Designer cho bộ điều khiển HC900.

Điều khiển tỉ lệ nhiên liệu và gió: Hệ thống đo lường điều khiển nhiên liệu và gió rất cần thiết cho quá trình đốt hiệu quả trong lò hơi, lò nung và trong các quá trình gia nhiệt đốt nhiên liệu khác. Có ba dạng hệ thống điều khiển tỉ lệ nhiên liệu gió cơ bản: hệ thống đo lường nối tiếp, hệ thống đo lường song song, và hệ thống giới hạn chéo.

Hệ thống đo lường nối tiếp được sử dụng khá phổ biến ở nơi mà sự thay đổi của tải không lớn và thường xuyên. Cả nhiên liệu và gió được đo lường. Bộ điều khiển áp suất hơi nước sẽ qui định lưu lượng nhiên liệu cần được đo lường, tuyến tính hóa rồi làm điểm đặt từ xa cho bộ điều khiển lưu lượng gió - điều khiển vị trí của van điều tiết gió - nhằm duy trì một tỉ lệ xác định giữa nhiên liệu và gió. Hệ thống này thích hợp trong điều kiện trạng thái gần như ổn định. Tuy nhiên, độ trễ trong đáp ứng với sự thay đổi tải là nguyên nhân của việc tạo ra khói do quá trình đốt không hoàn toàn, thừa nhiên liệu.

Hệ thống đo lường song song vận hành song song các bộ điều khiển nhiên liệu và gió với điểm đặt được tạo ra bởi bộ điều khiển áp suất hơi. Tín hiệu điểm đặt nhiên liệu được nhân với một tỉ lệ trước khi làm điểm đặt cho bộ điều khiển gió, nhằm tỉ lệ nhiên liệu và gió thích hợp. Hệ thống này dựa trên các đáp ứng tương tự nhau của các bộ điều khiển để điều chỉnh tránh việc trộn nhiên liệu không phù hợp. Hệ thống này áp dụng tốt nhất đối với các quá trình xử lý mà sự thay đổi của tải tương đối chậm.

Hệ thống giới hạn chéo thường được sử dụng khi yêu cầu thay đổi tải lớn và thường xuyên. Đây là hệ thống động giúp bù độ chênh lệch tốc độ đáp ứng của van điều khiển lưu lượng nhiên liệu và van điều tiết gió. Nó chống tình huống thừa nhiên liệu, giảm thiểu khói và không khí ô nhiểm thải ra từ ống khối. Hệ thống được biết đến như là hệ thống tiên-trễ (lead-lag system). Khi nhu cầu tăng, khối hàm lựa chọn tín hiệu thấp, đẩy tín hiệu lưu lượng khí làm giá trị đặt cho bộ điều khiển lưu lượng nhiên liệu.

Một bộ chọn tín hiệu cao sẽ lấy sự gia tăng làm điểm đặt cho bộ điều khiển gió. Điều này có nghĩa là lưu lượng nhiên liệu không thể tăng cho đến khi lưu lượng gió đã bắt đầu tăng. Gió tăng dần đến nhiên liệu tăng (tiên).

Khi nhu cầu giảm, bộ chọn tín hiệu thấp sẽ cho tín hiệu làm điểm đặt bộ điều khiển lưu lượng nhiên liệu.

Khối hàm lựa chọn tín hiệu cao sẽ lấy tín hiệu lưu lượng nhiên liệu làm giá trị đặt cho bộ điều khiển lưu lượng gió. Điều này có nghĩa là lưu lượng gió không thể giảm cho đến khi lưu lượng nhiên liệu bắt đầu giảm. Vì thế, gió giảm trễ hơn nhiên liệu giảm (trễ). Điều này có nghĩa là tình huống thừa nhiên liệu đã được tránh, bất chấp hướng thay đổi của tải.

Những sơ đồ trên chỉ là ví dụ minh họa cho các khối chức năng nào có thể được sử dụng cho điều khiển tỉ lệ nhiên liệu - gió và không bao gồm tất cả chi tiết cho dự án của bạn, vì thế, bạn nên liên lạc với kỹ sư tự động/chuyên gia để được hướng dẫn chi tiết hơn.

dcs4
Hình 2: giải pháp điều khiển tỉ lệ nhiên liệu – gió được thực hiện bằng phần mềm cấu hình Hybrid Control Designer cho bộ điều khiển HC900

Tiết Giảm O2. Tự động tiết giảm O2 theo tỉ lệ nhiên liệu- gió được sử dụng để giảm lượng thừa không khí dẩn đến thừa lượng O2 cần cho quá trình đốt. Quá nhiều không khí là nguyên nhân thất thoát năng lượng ra ống khói. Thiếu không khí là nguyên nhân mất nhiệt lượng tạo ra và tăng ô nhiễm do quá trình đốt không hoàn toàn nhiên liệu. Một lượng không khí thừa cho phép nhằm đảm bảo quá trình đốt hoàn toàn nhiên liệu diễn ra trong buồng đốt và để bù lại độ trễ của quá trình hoạt động điều khiển tỉ lệ nhiên liệu và gió trong suốt quá trình tải thay đổi. Ngoài ra, để cải thiện hiệu suất, giảm lượng không khí thừa giúp giảm ăn mòn và ô nhiễm không khí do giảm thiểu việc hình thành các khí không mong muốn.

HC900 Honeywell hỗ trợ tất cả các chức năng điều khiển cần cho điều khiển mức nước bao hơi, điều khiển tỉ lệ nhiên liệu-gió và tiết giảm O2. Ngoài ra, còn hỗ trợ những lợi ích sau khi được sử dụng trong ứng dụng điều khiển lò hơi:

  • Tích hợp điều khiển và giao diện vận hành để đơn giản hóa xử lý sự cố.
  • Có khả năng vẽ đồ thị thời gian và ghi dữ liệu quá trình cho việc báo cáo cơ quan điều hành
  • Một công cụ cấu hình chung cho tất cả các điều khiển và IO nhằm giảm thiểu chi phí lắp đặt cân chỉnh.
  • Tự động tinh chỉnh và chống vột lố bằng logic mờ cho khởi động nhanh chống và hoạt động điều khiển thích hợp.
dcs5
Hình 3: cho thấy giảm lượng O2 thừa từ 4.75% to 3.63% sẽ tăng năng suất lò hơi từ 78.81% to 79.86%

Các Lợi ích từ việc tiết kiệm chi phí nhiên liệu và nhu cầu EPA về khí thải

Ngày nay, nhu cầu về năng lượng đang tăng vọt, và hơi cũng trở nên quan trọng trong đa số các lĩnh vực công nghiệp như năng lượng, công nghiệp chế biến, gia nhiệt sấy… tầm quan trọng được đặt lên hàng đầu là năng suất của lò hơi cho việc sinh hơi. Với kích thước sinh lò hơi liên tục tăng, thậm chí đạt được hiệu quả khiêm tốn cũng có ý nghĩa tiết kiệm đáng kể. Khoảng 75-80% của chi phí vận hành lò hơi là nhiên liệu, vì thế HC900 với những khối hàm chức năng chuyên biệt và bộ điều khiển công suất đóng vai trò chủ đạo trong tiết kiệm chi phí nhiên liệu và tăng lượng hơi tạo ra.

EPA Hoa Kỳ đã đặt nhiều quy định khí thải cho các chất gây ô nhiễm không khí nguy hiểm từ công nghiệp, thương mại và cơ quan lò hơi. Những quy định thúc đẩy sức khỏe cộng đồng và chất lượng khí bằng cách giảm khí thải có trong danh sách các khí gây ô nhiễm môi trường ở phần 112(b)(1) của hoạt động khí sạch. Một hệ thống điều khiển tốt phải kiểm soát được các rủi ro nhỏ nhất có thể xảy ra trong quá trình hoạt động và vô cùng quan trọng để mua một bộ điều khiển quá trình giám sát mức O2 theo hệ số nhiên liệu-gió nhằm giảm lượng khí thừa và giảm thiểu mất nhiệt và ô nhiểm do quá trình đốt không hoàn toàn.

dcs6

Thực hiện

Tổng quan: HC900 Hybrid Controller bao gồm bộ điều khiển được kết nối với giao diện vận hành chuyên dụng (OI-Operator Interface). Tất cả các tín hiệu trường được đấu vào bộ điều khiển. Bộ điều khiển có ngõ vào tương tự (analog) đa dụng, và các ngõ ra tương tự và đa dạng các ngõ vào ra số (digital). Bộ điều khiển này hổ trợ tất cả chức năng điều khiển lò hơi. Các chức năng liên quan đến lò hơi được hỗ trợ thông qua các khối hàm chức năng trong phần mềm HCD (Hybrid Control designer), phần mềm dùng để cấu hình cho bộ điều khiển HC900.

Cấu Hình: Hybrid Control Designer là phần mềm cấu hình hỗ trợ các kỹ thuật cấu hình chuyên dụng cho phép tùy biến các lệnh cho dễ thực thi. Giám sát cấu hình và khả năng chỉnh sửa ở chế độ Run cho phép các câu lệnh được kiểm tra và tinh chỉnh lại cho phù hợp với nhận biết quá trình thu được. Có rất nhiều đặc tính khác như giám sát trực tuyến thao tác hiệu chỉnh lỗi và cài đặt, và khả năng dự phòng của các ngõ vào và chuẩn đoán tình trạng bộ điều khiển cũng như Mạng truyền thông. Tất cả những tính năng này làm nên bộ điều khiển vô cùng mạnh.

Vận hành: Tất cả mọi hoạt động được giám sát và điều khiển từ giao diện màn hình tiện dụng 900CS (900 Control Station). Giao diện 900 CS có thể được cấu hình bằng phần mềm cấu hình trạm (Station Designer Software). Giao diện 900 CS có cả các đồ họa chuẩn hay tùy biến thuần lợi cho tạo một hình ảnh mới với cấu hình một cách dễ dàng. Giao diện 900 CS cũng được dùng để vẽ đồ thị và ghi dữ liệu, danh sách báo động (alarm) các sự kiện (even), thông báo thư điện tử, lựa chọn công thức và nhiều hơn nữa.

 

900 Control Station – Trạm Điều Khiển 900

Lưu trữ dữ liệu: tính năng lưu trữ dữ liệu của 900CS có thể được sử dụng để ghi thông tin trong suốt quá trình vận hành vào thẻ nhớ CF card lắp ở khe card mở rộng được bảo vệ truy cập phía sau bảng điều khiển, cho phép tăng khả năng ghi dữ liệu quá khứ, các card dữ liệu tùy chọn cũng sẽ giúp việc in màn hình, truy cập web vào dữ liệu, truyền FTP, và hỗ trợ tùy biến trang web.

Experion HS và HC900

Experion HS là phần mềm nền mạnh, nó kết hợp một cách sáng tạo giữa các ứng dụng giao diện người máy HMI và điều khiển giám sát và thu thập dự liệu (SCADA). Nó là một bộ thành phần Honeywell’s Experion PKS và được đóng gói đặc biệt cho các dự án hệ thống tự động vừa và nhỏ.

Source: automation.net.vn


Tin mới hơn:
Tin cũ hơn: