|
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОПТИМИЗАТОР перевод Гришковец В.А. Донецкий национальный технический университет Кафедра автоматизированных систем управления |
|
Введение Производители цемента являются крупными потребителями тепловой и электрической энергии, стоимость которой всё более и более дорожает во всём мире. В последние годы были предприняты попытки снизить потребление за счёт использования более эффективного оборудования и замены топлива и сырья, чтобы снизить производственные расходы. Эти изменения привели к введению ограничений, соблюдение которых необходимо для обеспечения требуемого качества и производительности. Определение оптимального эксплуатационного режима в пределах данных динамически изменяемых ограничений зависит от надлежащей цены топливной смеси и своевременной покупки электроэнергии при постоянном снижении потребности в данных ресурсах. Данная статья предлагает комплекс решений и средств для достижения указанных целей. Для оптимизации общей производительности установки по производству цемента требуется общая стратегия автоматизации всего предприятия. Снижение энергопотребления во всех областях должно быть связано с поиском оптимального режима эксплуатации, соответствующего задачам производительности и качества, а также предписанным пределам выбросов в окружающую среду. В достижении производственных целей производителям цемента помогает Администратор базы знаний (АБЗ) компании ABB. АБЗ способен собирать информацию и данные, используемые Экспертным оптимизатором (ЭО) для моделирования процесса и определения наилучшего способа управления предприятием в любое время. Снижение энергопотребления во всех областях должно быть связано с поиском оптимального режима эксплуатации, соответствующего задачам производительности и качества. Приводы с регулируемой скоростью – средство экономии электроэнергии В процессе производства цемента большие вентиляторы гонят воздух через печь, декарбонизатор, мельницы и фильтры к вытяжной трубе. Множество маленьких вентиляторов подают воздух на колосниковый охладитель, чтобы снизить температуру выходящего из печи горячего клинкера. Все эти воздушные потоки необходимо регулировать и управлять ими, поскольку атмосферные условия, режим технологического процесса и потребности вентиляции сильно влияют на требуемый расход. Применяемый способ управления сильно влияет на текущие расходы. Например, наименее энергосберегающим является заслонка с нерегулируемым двигателем, а применение приводов с регулируемой скоростью (ПРС) - наиболее энергосберегающим. Чтобы быть более точным, в зависимости от требуемого расхода, экономия энергии при сравнении данных двух средств составляет до 70%. Рисунок показывает разницу потребления электроэнергии для вентилятора с регулируемым воздушным потоком. Вентиляторы предназначены для экономии электроэнергии благодаря квадратическим динамическим характеристикам. В нормальном режиме эксплуатации большие вентиляторы потребляют примерно 90% номинального воздушного потока, всё ещё оставляя возможность экономии 20% мощности. ПРС для больших вентиляторов в настоящее время обычно устанавливаются на всех новых заводах. Однако благодаря замене вентиляторов, всё ещё имеется большой потенциал экономии энергии, особенно на поверхности охладителя. Оптимальные решения для колосниковых охладителей; Многоприводная система Примерно 10% электроэнергии, необходимой для производства одной тонны клинкера, требуется для охлаждения клинкера. Следовательно, имеет смысл тщательно обдумать выбор системы приводов для охладителя. Одной из таких возможностей выбора является многоприводная система, часто называемая “оптимальным решением в выборе привода для поверхности охладителя”. Он обеспечивает все преимущества приводов с регулируемой скоростью и устраняет - экономичным способом - многие недостатки одиночных приводов. В отличие от одиночных приводов (которым необходимо иметь свой собственный выпрямитель, вставку постоянного тока и инвертор), многоприводная система вырабатывает требуемое постоянное напряжение в “центральном” блоке и подаёт его на общую шину постоянного тока, с которой соединены отдельные автономно работающие инверторы. В многоприводной системе все желательные свойства одиночного привода сохраняются. Отдельные инверторы не обязательно должны иметь одинаковую номинальную мощность. Напротив, многоприводная система может состоять из приводов самого различного размера. Некоторые из преимуществ включают: - сокращение кабельной сети, благодаря одному силовому входу для множества приводов, - энергосберегающее торможение от двигателя к двигателю, которое требуется в зависимости от типа колосникового охладителя - меньшая потребность в площади - устранение распределения среднего напряжения, используемого для одиночных приводов или заслонок и двигателей, с управлением от основного оборудования, в случае замены - экономически эффективное снижение гармонических искажений, используя активный фронтальный блок питания или как минимум 12-импульсное сетевое питание - все преимущества одиночного привода с регулируемой скоростью сохраняются Контроль потребляемой электроэнергии при помощи Администратора базы знаний (АБЗ). АБЗ обеспечивает решения и современные средства, необходимые для упрощения сбора, организации и распределения комбинированной информации о производстве, качестве и электропотреблении во всей структуре предприятия посредством отчётов на базе Web, динамики развития и графиков. На одной странице рассчитываются и отображаются все соответствующие основные производственные показатели (ОПП). Кроме того, если оператор захочет увеличить производительность до максимума и одновременно максимально использовать альтернативные виды топлива, АБЗ предоставляет информацию для надлежащего анализа, чтобы определить, что можно и что нельзя. АБЗ может адаптироваться и расширяться, чтобы соответствовать особым требованиям каждой компании и является частью комплекта приложений InformIT компании ABB, обеспечивающего мониторинг производственной информации и составление отчётов. Это многократно упрощает управление производством цемента благодаря наличию относящихся к производственному процессу функций, таких как: - Отслеживание производства и составление отчётов - Мониторинг технологических операций и составление отчётов - Управление хранением материалов - Составление отчётов о потреблении электроэнергии и выбросах. При помощи АБЗ определять влияние технологических параметров на качество продукции, производительность, потребление энергии и уровень выбросов теперь стало значительно проще. Он объединяет данные о ходе производственного процесса, изменчивости процесса, коэффициентах потребления энергии и параметрах качества во время работы для составления всеобъемлющих отчётов об эксплуатации, выпуске продукции и прогнозах. Качество таких отчётов и прогнозов приводит к более эффективному использованию энергии, оборудования, производственных запасов и мощностей. Основанный на базе оптимизационной системы LINKman, Экспертный оптимизатор совмещает в себе управление на основе правил с современными средствами типа нейронных сетей, нечёткого управления и управления моделью с упреждением. Подключение к Системам управления предприятием (ERP), (таким как SAP) необходимо для передачи производственных данных с нижнего уровня на уровень управления предприятием. В этом случае АБЗ служит информационным посредником между управлением в реальном масштабе времени и его производственной средой, а также Системами управления предприятием на основе переменных данных. На себестоимость производства непосредственно влияет использование энергии. Различные области производства потребляют различное количество энергии, и АБЗ отслеживает количество потребляемых или производимых материалов. Благодаря конкретной информации, доступной в нужное время, в нужном месте и нужного формата, решения становятся более целенаправленными, что приводит к оптимизации производственных процессов и повышению производительности. Экономия тепловой энергии в печи при помощи экспертного оптимизатора (ЭО) Производство цемента представляет собой сложный и энергоёмкий процесс. Ключевой стадией данного процесса является переработка измельчённого сырья (CaCO3, глины и/или сланца) в клинкер (искусственные цементирующие минералы) в печи. В обычном производстве отходящие газы печи используются для предварительного нагрева сырья, перед его поступлением в печь. Дальнейшее нагревание примерно до 1500oC, происходит в зоне горения печи, где материалы частично расплавляются и вступают в реакцию, образуя клинкер. В результате последующей обработки клинкер превращается в цемент, включая добавление небольшого количества гипса (CaSO4) и измельчение смеси
в мелкий порошок. Обычное управление печи для обжига цемента требует обслуживания квалифицированным оператором, который должен постоянно осмысливать технологический режим и часто выполнять необходимую регулировку, чтобы соблюдать определённые контроллером уставки. Эта задача сама по себе достаточно обременительна, но ещё больше осложняется благодаря сложным ответным реакциям, временным задержкам и взаимодействию отдельных регулируемых параметров процесса.
В результате, обычное управление печи, как правило, обуславливает консервативный подход к работе печи с сопутствующими температурами выше оптимальной, что приводит к чрезмерно высокому потреблению энергии. Экспертный оптимизатор основан на базе доказавшей свою успешность, известной и высоко ценимой оптимизационной системы LINKman. Она совмещает в себе управление на основе правил с современными средствами типа нейронных сетей, нечёткого управления и управления моделью с упреждением. ЭО совершенствует обычное управление путём постоянного осмысления режима печи и принятия необходимых действий. Различные входные и выходные сигналы идентифицируются на рисунке. Нормальная и стабильная работа печи может снизить потребление энергии и эксплуатационные расходы, увеличить производительность печи, и улучшить общее качество продукции. Однако, несмотря на то, что оптимальный режим работы предполагает поддержание температура зоны горения на минимальном уровне в интересах стабильности, этого трудно достичь по трём причинам:
- Неравномерность состава исходного сырья Резюме Как показывают вышеуказанные случаи, регулирование потребления энергии имеет дело с различными аспектами оптимизации процесса, приводящие к снижению потребления тепловой и электрической энергии или снижению расходов за счёт использования более дешёвой энергии и/или снижению расходов за счёт использования более дешёвой энергии и топливной смеси. Сегодня, имеются в распоряжении доказавшие свою пригодность технические решения и надёжное оборудование для обеспечения успешного использования энергии, не ставящие под угрозу качество и производительность завода. Выбор готовых и комплексных решений, обсуждаемых в данной статье – РП, Экспертная оптимизационная система или Распорядитель знаний – являются наглядным примером того, как стратегия общезаводской автоматизации может достичь своей цели. Поскольку цены на энергию продолжают колебаться (в сторону общего повышения), период окупаемости инвестиций обычно бывает благоприятным. Кроме того, это имеет положительный экологический эффект и влияние на окружающую среду. Всё достигается одновременно с улучшением баланса. |