Anton Verdenik, Talum d.d.
Download
Report
Transcript Anton Verdenik, Talum d.d.
Vsebina
Pridobivanje aluminija z elektrolizo
Izhodiščno stanje in opredelitev problema
Koncept vodenja sistema s FUZZY
Rezultati in diskusija
Zaključek
Anton VERDENIK – AIG’05
2
Pridobivanje aluminija z elektrolizo
Primarni aluminij pridobivamo v elektrolizni celici po Hall-Heroultov postopku iz l.1886
Al2O3
Električni tok
1000°C
Martin HALL 1863-1914
Kvantitativna razmerja med
surovinami, energenti in produkcijo
definirata Faradayeva zakona o
elektrolizi.
1kg Al+1.32kg CO2 ~ 1.92kg Al2O3
+0.4kg C+14kWh energije
Paul HEROULT 1863-1914
1kA ~ 8kg Aluminija v 24 urah
Anton VERDENIK – AIG’05
3
Elektrolizna dvorana
Ekonomično produktivnost dobimo z instalacijo več 100 elektroliznih celic
Energijo za potek procesa zagotavlja transformatorsko usmerniški sistem.
Elektroliza predstavlja zelo dinamično električno breme
-
ECm
ECm-1
ECn+2
ECn+1
EC1
EC2
ECn-1
ECn
+
Transformatorji Usmernik
Elektroliza B
Usmerjevalnica
110kV Stikališče
Anton VERDENIK – AIG’05
ELEKTROLIZA B
Jakost toka : 75kA
Spec.por. ener:14.5 kWh/kgAl
Tokovni izkoristek: 89%
Število celic v dvorani:184
Letna proizvodnja: 35.000t
Nazivna moč:60MW
4
Usmerniški sistem - opredelitev problema
Usmerniški sistem sestavlja več vzporedno delujočih usmerniških skupin
Usmerniške skupine, ki delujejo paralelno imajo lokalno regulacijo toka
Ni regulacije po skupnem toku Id
Regulacijsko odstopanje je odpravil operater z ročno korekcijo
T1
R
- +
R
. . . . . . .. .
R
Idn
Id2
- +
- +
-
US1
Id1
-
US2
Id2
Iz
Id
Uk
Meritev
napetosti
V
Meritev
toka
A
Rocno
vodenje
Uk
Id
Legenda
800V
75kA
184 CELIC
Mreža 10 kV AC
Enosmerna + pol
Enosmerna - pol
Regulacija - Obstojeca
VODENJE SISTEMA
Id1
T12
T2
USMERJEVALNICA
10 ali 110kV AC
-
USn
Idn
ELEKTROLIZA
Anton VERDENIK – AIG’05
5
Usmerniški sistem - fotografije
Regulirni transformator
Usmerniški transformator
Komandni prostor
Usmerniške diode
Katodna zaščita
Regulator toka usmerniške skupine – letnik 1951
Anton VERDENIK – AIG’05
6
Koncept nadgradnje regulacije toka
Nova regulacijska zanka z meritvijo skupnega toka Id.
Kaskadna regulacija
Glede na naravo procesa je glavni regulator FUZZY
SCADA poveča fleksibilnost sistema
R
-
US1
Id1
Iz
-
US2
I d1
Id2
A
Id
M
I dn
- +
- +
Meritev
napetosti
SCADA
V
Uz
Uk
-
USn
R
I d2
Ud
Idn
. . . . . . .. .
R
- +
Fuzzy
T12
T2
Meritev
A
toka
Id
Krmilnik
-
Eu
-
DEi
Ei
FUZZY Avtom.
Uk
Rocno
Iz
Legenda
800V
75kA
184 CELIC
Mreža 10 kV AC
Enosmerna + pol
Enosmerna - pol
Regulacija - Obstojeca
Regulacija - Novo
Anton VERDENIK – AIG’05
VODENJE SISTEMA
T1
USMERJEVALNICA
10 ali 110kV AC
ELEKTROLIZA
7
Struktura mehkega regulatorja
Eik I z I d Ki
Tok previsok
DEi
NM ZE PM
NV
1
Tok prenizek
PV
DEi
0
-5
-4
-3
-2
-0.1 0.6
-1
0
1
Ei (kA)
2
3
4
5
DEi
DEik Ei T Ei T 1 K d
Tok narasca
Tok stabilen
Eu=ZE (normalna napetost)
Ei
NV
NM
ZE
PM
PO
NS
NM
ZE
ZE
ZE
NV
NM
ZE
PM
NE
NM
ZE
ZE
PM
PV
PM
PV
PS
Eu =PO (nizka napetost)
Ei
NV
NM
ZE
PO
NM
NM
ZE
ZE
NM
NM
ZE
NE
NM
ZE
ZE
PM
PM
PM
PS
PV
PS
PV
PV
Eu =NE (visoka napetost)
Ei
NV
NM
ZE
PO
ZE
ZE
ZE
ZE
NM
NM
ZE
NE
NM
ZE
ZE
PM
ZE
PM
ZE
PV
ZE
PM
ZE
1. IF(Ei is NV)AND(DEi is PO)AND(Eu is ZE)THEN(dUk is NS)
2. IF(Ei is NM)AND(DEi is PO)AND(Eu is ZE)THEN(dUk is NM)
.
45. IF(Ei is PV)AND(DEi is NE)AND(Eu is NE)THEN(dUk is ZE)
COG
U k U k T 1 K y dUk
Tok pada
1
Iz
0
-5
-4
-3
-2
-0.5 0.5
-1
0
1
DEI (kA)
2
3
4
5
-
Ud
-
Anodni efekt
Stabilni proces
Eu
kd
ku
Eik
DEik
Uk
Inferenca
Uk
DA001
Procesor - OMRON CS1G-H/CPU42
pNEI U z U E
Izpad US
1
ZE
NV
NS
NM ZE PM
PS
PV
PV
0
-50 -40 -30 -20 -10
K y dUk
Euk
1
NV
dUk
Fuzzy procesor FZ001
Uz
I z I d pEiMin traja
ki
dt
DEi
AD002
Euk U z U d Ku
Ei
d
Analogni
vhodi
Id
Analogni
izhodi
PV
Ostrenje
ZE
Mehcanje
NV
0
0
10
EU (V)
20
30
40
50
Anton VERDENIK – AIG’05
-90 -30
90
30
-200 -150 -100 -50 0
50 100 150 200
dUk (mV)
8
Izvedba s krmilnikom - fotografije
Krmilnik
Stikalni pult
Autom
Rocno
DZV
1
Dajalci želene
vrednosti
Želen
tok
88.88
Autom
Rocno
DZV
2
Anton VERDENIK – AIG’05
9
Rezultati delovanja - sledenje
79
78
810
Iz
I
d
800
77
U(V)
790
I(kA) 76
U
z
Ud 780
75
74
73
0
770
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
t(s)
5
2.5
50
E
ik
DEik
E
uk
25
U(V)
I(kA) 0
0
-2.5
-5
0
-25
-50
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
t(s)
200
150
6.7
dUk
Uk
100
6.45
50
U(V)
6.2
U(mV)0
-50
-100
5.95
-150
-200
0
5.7
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
t(s)
Spremembe želene vrednosti
Anton VERDENIK – AIG’05
10
Rezultati delovanja - motnje
80
78
860
Uz
Ud
Iz
Id
76
I(kA)
74
820
U(V)
72
70
0
200
400
600
800
1000 1200
t(s)
1400
1600 1800
5
2.5
E
200
150
100
50
U(mV)0
-50
-100
-150
-200
0
800
1000 1200
t(s)
1400
1600 1800
I(kA)74
810
70
750
760
68
0
-50
6.7
dUk
d
780
-25
600
d
72
0U(V)
-2.5
Uz
U
800
25
400
76
50
Uk
6.2U(V)
150
200
250
t(s)
300
350
730
400
50
E
ik
DEik
2.5
E
uk
25
U(V)
I(kA) 0
0
-2.5
-5
0
-25
50
100
150
200
250
t(s)
300
350
-50
400
200
6.7
dUk
150
6.45
100
5
uk
0
200
830
Iz
I
790
U(V)
770
50
E
ik
DEik
I(kA)
-5
0
840
78
Uk
100
6.45
50
U(mV)0
U(V)
6.2
-50
5.95
-100
5.95
-150
200
400
600
800
1000 1200
t(s)
1400
1600 1800
5.7
-200
0
50
Anodni efekt
100
150
200
250
t(s)
300
350
400
5.7
Izklop usmerniške skupine
Anton VERDENIK – AIG’05
11
Rezultati delovanja – kvaliteta
80
79
I
z
Id
E
i
78
77
76
I(kA)
75
74
73
72
71
70
0
MEAN(I d)=75.46 kA
SDEV(I d)=0.2927
CV(I d)=0.3879 %
120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320
t(min)
15’ povprečje toka – ročno vodenje
1
80
0.9
0.8
79
0.7
0.6
78
0.5
0.4
77
0.3
0.2
76
I(kA)
0.1
0 Ei(kA)
75
-0.1
-0.2
74
-0.3
-0.4
73
-0.5
-0.6
72
-0.7
-0.8
71
-0.9
-1
70
0
I
z
Id
E
i
MEAN(I d)=76.2 kA
SDEV(I d)=0.06838
CV(I d)=0.08975 %
120
240 360
480
600 720
t(min)
840
960 1080 1200 1320
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
E (kA)
0 i
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
-0.6
-0.7
-0.8
-0.9
-1
15’ povprečje toka – kaskada s FUZZY
Anton VERDENIK – AIG’05
12
Zaključek
Izboljšana natančnost regulacije
Povečana robustnost sistema
Dosežena večja stopnja fleksibilnosti
Moderna ergonomija vodenja
Povečana obratovalna varnost
Izboljšani tehnološki parametri procesa elektrolize
Anton VERDENIK – AIG’05
13
HVALA ZA POZORNOST