Allen-Bradley MPC系統(tǒng)助力氧化鋁企業(yè)提質(zhì)降本

時間：2019-08-22作者：福建石屹科技有限公司瀏覽：262

背景

中國是**較大的氧化鋁生產(chǎn)國，產(chǎn)量已占到**總產(chǎn)量的50%以上。在過去幾年，**的氧化鋁產(chǎn)能增量主要來自于中國。2008~2016年中國氧化鋁產(chǎn)能年均復(fù)合增長率為11.87%，而**其他地區(qū)氧化鋁年均復(fù)合增長率為-3.66%。但隨著產(chǎn)能的*擴(kuò)張，近年來氧化鋁的價格出現(xiàn)了疲軟震蕩，人工成本的增長和礦石及能源價格的上升，進(jìn)一步導(dǎo)致氧化鋁行業(yè)利潤率的銳減。作為氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，如何提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品品質(zhì)，降低原材料和能源成本，實(shí)現(xiàn)降本增效，是企業(yè)需要考慮的**問題，也是企業(yè)提高市場競爭力的關(guān)鍵。

某氧化鋁企業(yè)是2014年投資新建的大型氧化鋁生產(chǎn)、銷售及深加工型企業(yè)。企業(yè)規(guī)劃建設(shè)階段適逢工業(yè)4.0****，該企業(yè)目標(biāo)建設(shè)成為國內(nèi)氧化鋁行業(yè)的成員企業(yè)，在生產(chǎn)工藝技術(shù)、裝備自動化及信息化技術(shù)方面做到行業(yè)良好。秉承打造智慧工廠的目標(biāo)，公司特別成立了智能制造團(tuán)隊，全力推進(jìn)氧化鋁由傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)向智能化加速轉(zhuǎn)型。一期年產(chǎn)80萬噸氧化鋁項目建成投產(chǎn)后，該企業(yè)發(fā)現(xiàn)焙燒爐系統(tǒng)在生產(chǎn)平穩(wěn)性和節(jié)能方面仍有可提升的空間，希望引進(jìn)一套**控制系統(tǒng)(APC)優(yōu)化焙燒過程，降低煤氣消耗，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料和燃料的自動控制以及自動烘爐。從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，降低噸產(chǎn)品的能源消耗，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的利潤水平。

挑戰(zhàn)

焙燒是去除從分解綜合過濾來的氫氧化鋁晶體中包含的結(jié)晶水，產(chǎn)品的質(zhì)量取決于焙燒的溫度和時間長短。另外焙燒過程存在大量的時變、交互作用的變量。這將使它難于進(jìn)行穩(wěn)定的控制。焙燒爐的生產(chǎn)過程本質(zhì)上互相影響，控制變量之間相互關(guān)聯(lián)，而且多以手動操作為主，因此系統(tǒng)操作很不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的常規(guī)控制較難穩(wěn)定過程的操作，操作人員工作強(qiáng)度很大。

該氧化鋁工廠焙燒爐的工藝過程如圖1所示，含10%~15%的附著水、溫度約50℃的氫氧化鋁由膠帶輸送機(jī)送入氫氧化鋁倉L01，出倉濕氫氧化鋁經(jīng)倉底的電子皮帶秤F01計量，經(jīng)膠帶輸送機(jī)F02、螺旋給料機(jī)A01，將氫氧化鋁送入文丘里干燥器A02(約340℃)。

干燥后的物料(約150℃)經(jīng)一級旋風(fēng)筒P01分離然后在P02(約320~360℃)中被加熱(除去結(jié)晶水)最后在焙燒爐P03和P04內(nèi)完成焙燒及產(chǎn)品質(zhì)量的調(diào)整。產(chǎn)品通過旋風(fēng)冷卻器C01,C02,C03和C04冷卻，在流化冷卻器K01和K02內(nèi)產(chǎn)品被冷卻至存貯溫度(80℃)輸送至氧化鋁大倉。

焙燒過程的熱源來自煤氣，溫度控制靠V19和V08，而助燃空氣則來自冷卻風(fēng)的預(yù)熱空氣。如果來料含水分較高時，熱發(fā)生器(T11)將提供輔助熱源。它位于干燥器(A02)之前。焙燒爐(P04)出來的高溫廢氣通過兩級旋風(fēng)分離器的冷卻然后經(jīng)電收塵(P11)除塵后排入大氣。廢氣由O2和CO分析系統(tǒng)監(jiān)測控制。物料流動的動力靠系統(tǒng)負(fù)壓，由排風(fēng)機(jī)(P17)提供。位于C02的，在烘爐階段用于預(yù)熱C01和C02，為入爐氣體提供足夠的溫度。

該焙燒爐過程在以下四方面需要手動操作完成，包括：

? 氫氧化鋁投料量由操作人員手動給定;

? 煤氣量由人工通過對主爐溫度的判斷進(jìn)行調(diào)節(jié)燃燒器的燒嘴開度進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，必要時還需調(diào)節(jié)煤氣閥開度;

? 引風(fēng)變頻開度由操作人員根據(jù)煙氣含氧量及電收塵出口壓力等參數(shù)進(jìn)行手動調(diào)節(jié);

? 電除塵電壓視排放顆粒是否**標(biāo)由操作人員手動進(jìn)行調(diào)節(jié)。

受上述人工操作的限制，項目投產(chǎn)后總體運(yùn)行狀況并未達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的預(yù)期目標(biāo)，主爐溫度波動為±25℃以上，熱灼減率的均方差波動范圍也達(dá)0.06%，造成了產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定以及煤氣消耗量大等問題，在國內(nèi)氧化鋁產(chǎn)能過剩，利潤率低的大環(huán)境下，該問題急需解決。該企業(yè)希望能夠通過**控制技術(shù)(APC)的引入，優(yōu)化焙燒爐工藝指標(biāo)，得到質(zhì)量穩(wěn)定的鋁土產(chǎn)品，并顯著降低能源消耗。

解決方案

軟件的**性，模型開發(fā)和維護(hù)的便捷性以及團(tuán)隊的專業(yè)性是用戶選擇APC供應(yīng)商的幾項重要標(biāo)準(zhǔn)。憑借多項良好的**技術(shù)和對氧化鋁工藝的熟稔，羅克韋爾自動化的Pavilion8模型預(yù)測控制技術(shù)解決方案得到了企業(yè)的認(rèn)可。

羅克韋爾自動化的氧化鋁APC解決方案能夠在短時間內(nèi)完成控制模型的開發(fā)并可在線進(jìn)行調(diào)整，與基于操作規(guī)程編程的*系統(tǒng)相比，能夠節(jié)省大量的項目執(zhí)行時間，***。系統(tǒng)能夠始終將生產(chǎn)過程操作控制在優(yōu)化操作點(diǎn)，為裝置帶來大的效益。此外，系統(tǒng)控制器的抗干擾能力和魯棒性很強(qiáng)，操作人員接受度高，維護(hù)工作量小。

在系統(tǒng)設(shè)計實(shí)施前，羅克韋爾自動化的項目團(tuán)隊與客戶一起對生產(chǎn)過程進(jìn)行了全面分析，分析得出了導(dǎo)致焙燒爐產(chǎn)品質(zhì)量波動且能耗較高的幾個原因：

? 氫氧化鋁受上一工序工藝影響，其含水量波動，導(dǎo)致焙燒效果受到較大影響，此外加料系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)下料不暢，導(dǎo)致溫度的大幅波動;

? 電收塵的間歇式返灰對焙燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，進(jìn)入主爐空氣溫度下降幅度大，導(dǎo)致焙燒溫度隨之波動;

? 由于焙燒溫度無法實(shí)現(xiàn)自動穩(wěn)定控制，無法將灼減率化驗值與焙燒溫度的控制形成閉環(huán)，導(dǎo)致產(chǎn)品熱灼減率波動較大;

? 引風(fēng)操作的及時性不夠，氧量不穩(wěn)定，導(dǎo)致電耗增大，電收塵工作不平穩(wěn);

? 操作人員無法獲取排放顆粒值，不能及時調(diào)整電收塵以形成閉環(huán)。

針對上述問題，羅克韋爾自動化APC解決方案選取的控制操作變量定制了基于Pavilion8上位機(jī)系統(tǒng)的智能優(yōu)化解決方案，該方案能夠靈活地將不同工序但又相互關(guān)聯(lián)的單元聯(lián)系起來進(jìn)行控制。下圖所示是典型的Pavilion8? 服務(wù)器與現(xiàn)有控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Pavilion8?服務(wù)器與現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫通信。

羅克韋爾自動化提供的Pavilion8? 較新版本產(chǎn)品主要包括：

? Pavilion8? PDI-OPC Process Data Interface過程數(shù)據(jù)OPC接口;

? Pavilion8? AM-Application Manager 應(yīng)用程序管理;

? Pavilion8? VOA 軟儀表運(yùn)行軟件;

? Pavilion8? Solution Builder 模型開發(fā)和組態(tài)軟件;

? Pavilion8? MPC控制器在線運(yùn)行軟件;

? Pavilion8? Console 控制器性能監(jiān)視。

Pavilion8?軟件在線運(yùn)行需要服務(wù)器級別的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)配置與DCS/PLC控制系統(tǒng)通過OPC接口進(jìn)行讀寫雙向通信，軟件包括智能優(yōu)化控制器建模和在線運(yùn)行引擎，與DCS/PLC的輸入輸出連接，必要的計算和邏輯運(yùn)算程序，以及工程師和操作人員操作界面。因此項目配備兩臺服務(wù)器，一臺運(yùn)行Pavilion8 APC控制器，一臺作為Pavilion8 Console服務(wù)器，是所有APC控制器操作畫面和監(jiān)視控制性能的服務(wù)器，同時這臺服務(wù)器還能夠長期保存數(shù)據(jù)。

效果

爐溫和灼減波動均降低約30%，焙燒爐氧量和CO%實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)，并有效降低了單位氧化鋁產(chǎn)品的煤氣消耗，整體可節(jié)約1.0~2.0%的能耗。在進(jìn)料和燃料方面徹底告別了手動操作，實(shí)現(xiàn)了自動控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作，并通過集合烘爐操作程序和APC控制器，實(shí)現(xiàn)了烘爐自動操作。Pavilion8模型預(yù)測控制系統(tǒng)的引入為客戶每年創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)300萬元左右。

在國家大力推進(jìn)“中國制造2025”落地的過程中，該氧化鋁企業(yè)走在了行業(yè)的**，并被列入2016年智能制造試點(diǎn)項目，是全國氧化鋁行業(yè)一的一家智能制造試點(diǎn)**企業(yè)。作為Pavilion8在**氧化鋁焙燒爐領(lǐng)域的**應(yīng)用，該項目是一次較為成功的合作。未來，羅克韋爾自動化將繼續(xù)踐行互聯(lián)企業(yè)，幫助傳統(tǒng)的氧化鋁工業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型發(fā)展，在新的一輪工業(yè)革*實(shí)現(xiàn)新的追趕。


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