KÖMÜR ENJEKSİYON PROSESİNDE OTOMASYON UYGULAMALARI

Transkript

1 KÖMÜR ENJEKSİYON PROSESİNDE OTOMSYON UYGULMLRI Hayrettin İNL Özet: Günümüzde her alanda olduğu gibi Demir-Çelik sekteründe de yüksek teknoloji ürünü olan otomasyon sistemleri kullanılmaktadır. Kömür Enjeksiyonu ERDEMİR de 1995 yılı Temmuzunda kullanılmaya başlamıştır. Yüksek Fırınlarda enerji kaynağı olarak kok ve sıvı yakıtlar kullanılmaktadır. Son yıllarda azalan koklaşabilir kömür kaynakları nedeniyle koka alternatif ve daha ucuz kaynak arayışına gidilerek kömür enjeksiyon sistemleri kurulmuştur. Kömür Enjeksiyon sistemlerinin çoğalmasının sebeplerinden biride çevre etkileridir. Kok fabrikalarından çevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir. Kömür enjeksiyon sistemlerinde ise çevre kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır. 1. PULVERİZE KÖMÜR ENJEKSİYONU SİSTEMİ Pulverize Kömür Enjeksiyon Sistemini iki ana kısımda inceleyebiliriz. Pulverize kömür elde edilmesi Kömür enjeksiyonu 1.1 Pulverize Kömür Elde Edilmesi Pulverize kömür % 1 den daha az neme sahip kurutulmuş ve mikron mertebesinde öğütülerek elde edilir. na blower ve Baca gazı fanlarının emiş damperleri kapanır. Fresh damper kapanır. Gaz generatörü cıkış valfi açılır. na blower çalışmaya başlar Baca gazı fanı devreye girer. Pulverizörün yağlama, hidrolik ve döner sınıflandırıcıları devreye girer. Fresh damper ve Baca gazı damperi DCS deki (otomasyon sistemi) değere göre açar. na blowerin emiş damperi set değerine kadar açılır. Sistemde kullanılan ham kömür, kömür stok sahasından Kömür enjeksiyon tesisi kömür hazırlama bölümüne konveyör vasıtası ile getirilir. Kömür, kömür besleyicisi ile pulverizöre gelir ve burada öğütülür, yüksek fırın soba bacası atık gazı ve yüksek fırın gazı kullanan sıcak gaz generatörlerinden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulup pulverize kömür silolarına alınır. Kömür beslemesi başlamadan önce pulverizör belirli bir sıcaklığa kadar (90 derece) ısıtılmalıdır. Isıtma işleminin tamamlanmasından sonra pulverizördeki sıcaklık dalgalanmalarının büyük olmaması gerekir. Tüm çabalara rağmen pulverizör çıkış sıcaklığı 105 derecenin altına düşürülemiyorsa herhangi bir patlama olmaması için sistem otomatik olarak acil duruşa geçer. Pulverizörü çalıştırmadan önce aşağıda belirtilen adımlar sırayla yapılır. Baca gazı damperleri devreye alınır. Baca gazı sıcaklık kontrolu başlar (set değeri=130 derece). Şekil 1. Pulverize Kömür Elde Edilmesi 429

2 Pulverizörün en son safhasında ana blowerin emiş damperi Şekil 2. de görüldüğü gibi, gaz akışı set edilen değere gelinceye kadar açar Başlangıç Kontrolu Pulverizör çıkış sıcaklığı set edilen değere geldiğinde (80-90 derece) kömür besleyicisi 1. adım set değeri olan 11 t/h yaş kömür değeri ile çalışmağa başlar. Çıkış sıcaklığı geçici olarak düşer. Pulverizör çıkış sıcaklığı tekrar set değerine geldiğinde (80-90 derece) besleyici 2.adım set değeri olan 19 t/h yaş kömür değeri ile çalışmağa başlar. Çıkış sıcaklığı tekrar düşer. Çıkış sıcaklığı tekrar set edilen değere yükselmeğe başlar. Böylece başlangıç peryodu sona ermiştir. KÖMÜR BESLEYİCİSİ Şekil 2. Gaz akışı set değerine geldiği zaman (min m3/saat) kış kontrolü UTO konuma geçer. Kömür beslemesi başladıktan sonra bu damper Şekil-3 deki eğriye göre kontrol edilir. Şekil 4. Başlangıç Kontrolu Sabit Besleme Kontrolu Pulverizör çıkış sıcaklığı kontrol edilerek, kömür miktarı set edilen değere kadar yavaş yavaş artırılır. KÖMÜR BESLEYİCİ Şekil 3. na Blower akışı sabitlendikten sonra pulverizör iç basıncını ayarlayacak şekilde (yaklaşık -50 mmh2o ) Baca Gazı damperi kontrol edilir. Isınma peryodunun sonunda Fresh air damperi programa göre yavaş, yavaş kapanır. Pulverizörün çıkış sıcaklığı set edilen değere ulaşınca (yaklaşık 70 derece ) Fresh damper kontrolu durur. Kömür beslemesi başladıktan sonra Pulverizör çıkış sıcaklığı derece sabit olacak şekilde kontrol edilir.bu kontrol proses kontrolur vasıtasiyle otomatik olarak yapılır. Isınma bittikten sonra Pulverizör ana motoru devreye girer. Pulverizör çıkış sıcaklığı set değerine ulaşınca 90 derece sistem kömür beslemesi için hazır demektir. 1.2 Kömür Besleme Isınma peryodu tamamlandıktan sonra kömür besleme lambası yanar ve kömür besleme sivici ON yapılır. ynı zamanda fresh air damperi tamamen kapanır. Şekil 5. Sabit Besleme Pulverizör çalışmaya başlayınca baca gazı sıcaklık kontrolu vasıtasiyle ( su sprey kontrolu) pulverizör çıkış sıcaklığı kontrol edilir. Su spray valfi tamamen kapalı iken pulverizör çıkış sıcaklığı set değerine ulaşamıyorsa sistem kalorinin eksik olduğunu algılar ve otomatik olarak gaz generatörünü devreye alır. Eğer pulverizör çıkış sıcaklığı yüksekse baca gazına su spreyi yapılır. Su vanası sonuna kadar açmasına rağmen sıcaklık düşmüyorsa gaz generatörü durur. Pulverizöre yapılan kömür besleme artırılır.eğer sıcaklık hala yüksekse 105 derece pulverizör acil duruşa geçer. 430

3 1.3 Kömür Enjeksiyonu Her bir tuyere dağılım aşağıdaki şekilde yapılmaktadır. Elde edilen pulverize kömür Şekil 6. da görüldüğü gibi Yüksek Fırınlara enjekte edilir. a-) Tam otomatik b-) Yarı otomatik c-) yar modu a-) Tam otomatik Toplam enjeksiyon besleme miktarı ( ton/saat) set edilir. Böylece her bir tüyerden yapılacak enjeksiyon miktarı otomatik olarak enjeksiyon ağırlığı ve enjekte edilecek tuyer adedine göre belirlenir.bu durumda her bir booster hattı bağımsız olarak kontrol edilir. b-) Yarı otomatik Bir tuyerden enjekte edilecek miktar set edilir.bu değer tüm tuyerler için geçerli olur. c-) yar modu Her bir tuyer için farklı enjeksiyon değerleri seçilebilir. Seçilen enjeksiyon değerlerinin toplamına göre enjeksiyon tank basıncı otomatik olarak belirlenir.yrıca Booter hava akışı her bir tuyer için seçilen değere göre ayrı ayrı otomatik olarak belirlenir Enjeksiyon Tank Basıncı ve Booster Hava kışı Enjeksiyon tank basıncı ve booster havası için gerekli set değerleri aşağıdaki grafiğe göre belirlenir. a-) Enjeksiyon tank basıncı Şekil 6. Enjeksiyon Sistemi ENJEKSİYON TNK BSINCI Enjeksiyon Besleme Kontrolu Enjeksiyon besleme oaranı enjeksiyon tankının çalışması sırasında ağırlığındaki azalma miktarına eşittir. Şekil 8. Tank Basınç Grafiği Enjeksiyon tank basıncı her bir tuyer için enjekte edilecek miktara göre belirlenir. Enjeksiyon miktarı değiştikçe basınç set değeri de değiştirilmelidir. Şekil 7. Tank ğırlığı Zaman İlişkisi Kontrol modu tam otomatik veya yarı otomatik olduğu zaman tank basıncı otomatik olarak yukarıdaki grafiğe göre ayarlanır. Besleme oranı (kg/h) = ( dw/dt ) / n dw/dt : n: Enjeksiyon tank ağırlığının zamana bağlı olarak azalması Enjeksiyon yapılacak tuyer adedi Enjeksiyon tank basıncı toplam besleme oranına göre otomatik olarak ayarlanır. b-) Booster hava akışı Booster set değeri belli bir formüle göre hesaplanır ve otomatik olarak kontrol edilir. Kullanılan formül enjeksiyon tank basıncı, yüksek fırın basıncı, enjeksiyon ağırlığı (dw/dt) ve diğer girdi faktörlerini içerir. 431

4 1.3.3 ra ve Enjeksiyon Tank ğırlığı Her iki tankda da tank içerisindeki pulverize kömürün ağırlığını belirlemek amaciyle load-cell ler (yük hücreleri) mevcuttur. Load-cell ler vasıtasiyle elde edilen ağırlık sinyali kontrolura gönderilerek ölçüm yapılmış olur. DCS ye input olarak gelir. Kontrol vanaları, askanya ve damper gibi nihai kontrol elemanlarını kontrol etmek için üretilen sinyaller DCS den çıkış sinyali olarak gönderilir. Tüm digital giriş, çıkış sinyalleri ise PLC ile bağlantılıdır. DCS ile PLC nin haberleşmesi bir arayüzleme ünitesi ile olmaktadır. P1 İnj. tank Taşıyıcı gaz Tuyer P2 KONTROL ODSI OPR/CON veri yolu ENG/CON 1.4 Enjeksiyon Kontrolu KONTROL ÜNİTESİ HDR UPCI dw/dt Kontrol Valfi HV Her bir tuyer için Kontrolurda (DCS de) hesap yoluyla bulunan set değeri booster akış kontroluna set değeri olur. Borudan geçen havanın akışı da mağnetik flowmetre ile ölçülerek kontrolura Proses değeri olarak gelir. Kontrolur Proses ve set değerlerine göre bir çıkış sinyali üretir ve kontrol valfine gönderir. Bu sinyale göre kontrol valfinin açıklığı kontrol edilerek borudan geçen havanın akışı ayarlanır. 2. OTOMSYON YPISI Taşıyıcı Gaz Set değeri TUYER Şekil 9. Kömür Enjeksiyon Kontrolu Otomasyon yapısı iki ana kontrol ünitesinden meydana gelmiştir. DCS ve PLC a- Dağıtılmış Kontrol Sistemi (DCS) b- Proğramlanabilir Lojik Kontrolur (PLC) Kontrolur Sistemden gelen tüm proses ölçme sinyalleri transmitter thermokupul, Pt 100,load-cell v.s. gibi analog sinyaller Giriş Çıkış TR T/C KONTROL VNSI Şekil 10. DSC Otomasyon Yapısı Giriş sinyali diye tariflenen proses ölçme sinyalleri (transmitter, thermokupul, thermorezistans v.s. ) Kontrol ünitesinin giriş kartlarına gelir. Bu analog giriş sinyalleri kontrol ünitesi tarafından ya set edilen değere göre yada hesaplanarak bulunan set değerine göre karşılaştırılarak bir çıkış elde edilir. Bu çıkış sinyali de ilgili vanayı veya damperi kontrol etmek için çıkış kartları vasıtasiyle nihai kontrol elemanına gönderilir. Böylece proses değişkeni istenilen değerlerde tutulmuş olur. Şekil 10. da görüldüğü gibi HDR, UPCI, OPR/CON ve ENG/CON üniteleri de otomasyonun bir parçasıdır. HDR : Geçmişe yönelik proses değişkenlerinin Trendlerini alır ve raporlama yapar. UPCI : PLC ile DCS nin haberleşmesini sağlar. OPR/CON : Prosesi kontrol etmek için operatörler tarafından kullanılan ve proses grafiklerini gösteren ekranlar. ENG/CON: Yazılım değişiklikleri ve ilaveleri yapmak için kullanılan mühendislik ünitesidir. Yazılım işlemleri tamamlandıktan sonra operatör ekranı olarak da kullanılır. DCS ile ilgili birimler veri yolu ile birbirine bağlıdır. Bütün birimler aynı veri yolu üzerinden haberleşmesini yapar. Birbirleri ile olan bilgi alışverişi de aynı veri yolu üzerinden yapılır. S H 432

5 KONTROL ÜNİTESİ OPR/CON ENG/CON PLC printer DCS KONTROL ÜNİTESİ HDR UPCI REMOTE I/O DCS PLC S H Şekil 11. PLC Otomasyon Yapısı PLC nin otomasyon yapısı şekil 11. de görüldüğü gibidir. na kontrol ünitesi ve buna bağlı remote-i/o lar mevcuttur. Selonoid valfler ve input-output sinyalleri remote I/O lara bağlanmıştır. Digital sinyaller ortak veri yolundan remot I/O lar ile kontrol ünitesine gelmekte ve programa göre işlem gördükten sonra sahaya giderek valfler açma veya kapatma yapmaktadır. Böylece prosesin kontrolu belli bir program dahilinde gerçekleştirilmektedir. Eğer DCS ye gitmesi veya gelmesi gereken sinyal var ise UPCI ara yüzleme ünitesi vasıtasiyle haberleşme temin edilmektedir. Bu haberleşme her iki yönde de yapılmaktadır. Prosesle ilgili alarmlar ve trip alarmları DCS ekranlarından görülmekte ve izlenmektedir.trip sebepleri ekrana yansımaktadır. DCS ve PLC denilen kontrol sistemleri yüksek teknolojiye haiz sistemler olup günümüzde en küçük tesislerden büyük entegre tesislere kadar (demir-çelik, petrokimya, kağıt, cam sektörü v.s) kullanılmaktadır. Şekil 12. DCS ve PLC nin Birleştirilmiş Yapısı Şekil 12. de görüldüğü gibi DCS ve PLC kontrol üniteleri birbirlerine haberleşme kablosu ile bağlıdır. DCS ile PLC arasındaki bilgi alıp verme işlemi bu haberleşme ile sağlanmaktadır. 3. SONUÇ Remote I/O 1995 yılında devreye alınan Kömür Enjeksiyon Tesisi nin Proses Otomasyon Sistemi DCS ve PLC den oluşmuştur. Otomasyon sistemi yüksek teknoloji ürünü olup bilgi yoğun sistemlerdir. Yüksek Fırınların enerji girdilerinden biri olan pulverize kömürün elde edildiği Kömür Enjeksiyon Tesisi, Kok Fabrikaları na kıyasla çevreyi daha az kirlettiğinden çevre dostu bir tesistir. Kömür Enjeksiyonu nun aynı zamanda enerji maliyetlerini azaltıcı, üretimi ve sıcak maden kalitesini artırıcı etkisi vardır. Kömür Enjeksiyon Sisteminde ( PCI ) DCS ile PLC birlikte Kontrol ünitesi olarak kullanılmaktadır. 433