霍廣平 王 忠

1.項目背景

邯鋼熱電廠發(fā)電機組是邯鋼節(jié)能減排，調(diào)節(jié)煤氣平衡，保證低壓蒸汽管網(wǎng)送氣設(shè)備。主體設(shè)備由3臺260t/h高溫高壓燃?xì)忮仩t和3臺60MW雙抽凝汽式汽輪發(fā)電機組組成。主要通過燃燒高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)生高溫高壓的過熱蒸汽，蒸汽送入雙抽凝汽式汽輪發(fā)電機組發(fā)電，同時根據(jù)生產(chǎn)低壓蒸汽管網(wǎng)壓力自動調(diào)節(jié)發(fā)電機組補汽旋轉(zhuǎn)隔板進行補汽，保證低壓蒸汽管網(wǎng)壓力恒定。通過功率負(fù)荷調(diào)整，調(diào)節(jié)煤氣平衡，保證煤氣系統(tǒng)零放散，最優(yōu)利用轉(zhuǎn)爐煤氣，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用。

本項目主控制系統(tǒng)采用的是日本橫河公司的分散控制系統(tǒng)(DCS)CENTUM CS3000 R3，1爐1機、除氧給水、循環(huán)水及電氣共用一套DCS，共有3套DCS。輔助控制系統(tǒng)包括汽輪機危急跳閘系統(tǒng)（ETS）、汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）及汽輪機數(shù)字低壓透平油電液控制系統(tǒng)（DEH）等分別采用美國Rockwell公司的ControlLogix控制系統(tǒng)、美國BENTLY公司的3500控制系統(tǒng)和美國WOODWARD公司505控制系統(tǒng)。

本項目機爐采用分散控制系統(tǒng)完成工藝系統(tǒng)的檢測和控制。DCS的功能主要包括DAS、MCS、SCS、S0E及FSSS。建立以LCD操作員站為監(jiān)視和控制中心。運行人員在控制室內(nèi)通過DCS實現(xiàn)機組啟動、停止、正常運行和異常工況的處理。輔助控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)汽輪機的負(fù)荷調(diào)整及安全運行等。ETS系統(tǒng)應(yīng)用了雙通道概念，布置成“或─與”門的通道方式，這就允許在線試驗，并在試驗過程中裝置仍起保護作用，從而保證此系統(tǒng)的可靠性。DEH采用505E和SPC控制，接受雙冗余LVDT的位置反饋信號，內(nèi)部采用WOODWARD專用冗余算法，提高了系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)了對單抽汽輪發(fā)電機組的控制。

本控制系統(tǒng)均采用冗余控制，不但對鍋爐及發(fā)電機組提供了準(zhǔn)確可靠的控制，提高了控制品質(zhì)，而且提供了在非正常情況下的安全保護，避免因故障出現(xiàn)所引起的生產(chǎn)停頓或安全事故。（如圖1所示）

2.項目實施的科技內(nèi)容

DCS的主要特點是：控制功能強、系統(tǒng)可靠性高、采用CRT操作站有良好的人機界面、軟硬件采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)容易開發(fā)、采用組態(tài)軟件，編程簡單，操作方便、有良好的性價比。所以本項目的主控制系統(tǒng)采用日本橫河公司最新的分散控制系統(tǒng)(DCS)CENTUM CS3000。

2.1 DCS控制系統(tǒng)

2.1.1 燃料量控制系統(tǒng)（主蒸汽壓力控制）：燃料量控制系統(tǒng)采用以控制鍋爐出口蒸汽壓力為主調(diào)、以控制鍋爐主蒸汽流量和鍋爐汽包壓力代表的熱量信號為付調(diào)的串接系統(tǒng)。

2.1.2 送風(fēng)量控制系統(tǒng)（煙氣含氧量控制系統(tǒng)）：送風(fēng)控制既要保證鍋爐的安全燃燒，又要保證鍋爐的經(jīng)濟燃燒，因此送風(fēng)控制系統(tǒng)需要保證最佳的爐膛出口氧量，風(fēng)量控制引入主蒸汽量變化率信號，以達(dá)到外界在負(fù)荷增大時，風(fēng)量先增，外界負(fù)荷減少時，煤氣先減的目的。

2.1.3 引風(fēng)量控制系統(tǒng)（爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)）：引風(fēng)控制是保證鍋爐的安全燃燒。為了提高引風(fēng)對送風(fēng)的跟隨速度，引入送風(fēng)量變化率作為前饋，組成單回路前饋系統(tǒng)。

2.1.4 主蒸汽溫度控制系統(tǒng)：鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)。鍋爐的過熱器是在高溫、高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機組整個汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點，也是金屬壁溫的最高處。溫度過高容易損壞過熱器，也會使蒸汽管道、汽輪機內(nèi)某些零部件產(chǎn)生大的熱膨脹變形而損壞，溫度過低將會降低機組熱效率。所以控制好蒸汽溫度非常重要。過熱蒸汽溫度采用二級噴水減溫，一級為粗調(diào)，二級為細(xì)調(diào)，保持主汽溫度正常。

2.1.5 給水控制系統(tǒng)（汽包水位控制）：給水控制的任務(wù)是使給水量與鍋爐的蒸發(fā)量相適應(yīng)，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。

汽包水位是汽包鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)，它反映鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系。是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。汽包水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的工作，造成出口蒸汽水分過多，使過熱器結(jié)垢而燒壞，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機進水；汽包水位過低，會破壞鍋爐的水循環(huán)，甚至引起爆管。

汽包水位檢測信號取自平衡容器的差壓信號，采用3臺變送器進行檢測，分別經(jīng)過溫度、壓力模塊化運算補償后在經(jīng)“選擇邏輯通道”做出選擇，以保證在開爐過程中，工藝參數(shù)變化很大，影響參數(shù)的準(zhǔn)確性?？刂品绞讲捎脝螞_量控制與三沖量雙向無擾自動切換控制方案（控制主給水閥和輔助給水調(diào)節(jié)閥），根據(jù)運行的實際情況，在低負(fù)荷（負(fù)荷≤30%額定負(fù)荷）運行時，蒸汽流量與給水流量的測量誤差大，采用水位單沖量控制，達(dá)到一定負(fù)荷后切換至三沖量控制。系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

2.1.6 FSSS聯(lián)鎖保護系統(tǒng)：FSSS(furnace safeguard supervisory system)稱為鍋爐爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)。

其中：爐膛吹掃程序。吹掃程序畫面設(shè)有允許吹掃、吹掃進行、吹掃完成、吹掃失敗等狀態(tài)指示燈，CS3000控制系統(tǒng)檢測接收到爐膛紫外線火焰檢測器無火、2兩臺引、送風(fēng)機的各自任意1臺運行信號且送風(fēng)流量正常和3臺水位檢測正常信號時，“允許吹掃”燈亮，按“吹掃啟動”鍵，系統(tǒng)開始吹掃程序，爐膛吹掃時間為5分鐘并且煙氣的CO分析儀分析含量小于1%；“吹掃完成”燈亮，MFT復(fù)歸。但是在吹掃進行期間，吹掃條件有一個不滿足，吹掃自動終止，“吹掃失敗”燈亮進行報警，直到吹掃條件重新滿足后，方可重復(fù)上述過程。

主燃料跳閘(MFT)。鍋爐在運行過程中，水位、爐膛壓力低信號或高信號取3個，當(dāng)3個信號中至少有2個成立，即3取2成立；送風(fēng)機全停；引風(fēng)機全停；爐膛的上層和下層的前后墻的4只火檢中至少有3只無火；高、焦煤總閥關(guān)閉的條件任意1個滿足，DCS發(fā)出緊急停爐指令，快速切斷高爐煤氣快切閥。

2.2 .汽輪機數(shù)字低壓透平油電液控制系統(tǒng)（DEH）

DEH控制采用DEH采用505E調(diào)速系統(tǒng)和SPC控制，接受雙冗余LVDT的位置反饋信號，控制模式為全自動控制模式，DCS完成輔機控制后送505E汽機啟動許可，調(diào)速系統(tǒng)自動啟動，智能識別診斷機組的冷熱態(tài)狀況，依據(jù)控制升速曲線自適應(yīng)調(diào)節(jié)SPC和DDV閥進行升速、暖機、快速控制通過臨界點、同期控制、并網(wǎng)自動最小負(fù)荷控制。完成了505E調(diào)速系統(tǒng)、自動同期裝置、并網(wǎng)自動最小負(fù)荷的無縫閉環(huán)控制。

3.項目實施效果

3.1 降低了購置成本

● 模塊化設(shè)計，減少了初期投資。

● 開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持與第三方軟件和設(shè)備通訊。

● 通用模擬量輸入模塊，消除配置浪費，減少了備件。

● 單一軟件即可完成組態(tài)，診斷，聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控等功能，無需另購其他軟件。

3.2 加速了工程進度

● 完備的控制功能和圖形化軟件，快速實現(xiàn)了控制方案。

● 在線同步組態(tài)與監(jiān)控，提高系統(tǒng)調(diào)試和故障診斷效率。

● 基于Windows視窗，方便的軟接線最大限度地幫助用戶快捷的實現(xiàn)各種復(fù)雜過程控制方案。

3.3 節(jié)約了后期投資

● 模塊化結(jié)構(gòu)，方便了按需要逐步進行系統(tǒng)擴展和升級。

● 系統(tǒng)的在線組態(tài)功能，可在設(shè)備運行中完成擴展。

● I/O模塊的熱插拔特性，支持在線維護，無需設(shè)備停機。

● 基于視窗技術(shù)的系統(tǒng)軟件，好學(xué)易懂，減低培訓(xùn)費用，增強了對設(shè)備的自行維護能力。

3.4 提高了生產(chǎn)效益

● 精確過程控制，增加了煤氣的利用率，減少了浪費，降低了能耗，提高了發(fā)電率。

● 模糊控制算法，消除過調(diào)，減少了浪費。

● 開放的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，支持全廠生產(chǎn)與能源調(diào)度。

● 系統(tǒng)的高可靠性保證了設(shè)備的穩(wěn)定運行，減少了故障停機時間。

3.5 保證了設(shè)備安全

● 多種控制系統(tǒng)的優(yōu)化組合，發(fā)揮了各系統(tǒng)的特點，實現(xiàn)了較為復(fù)雜的控制和連鎖方案，確保了設(shè)備的安全。

4.結(jié)束語

項目運行一年來控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，控制水平準(zhǔn)確迅速，實現(xiàn)了控制的安全，穩(wěn)定，高效。該控制系統(tǒng)自投入以來，工作性能非常穩(wěn)定，為生產(chǎn)提供了保障。取得了很好的經(jīng)濟和社會效益，該控制系統(tǒng)通過功率負(fù)荷調(diào)整，調(diào)節(jié)煤氣平衡，保證煤氣系統(tǒng)零放散，最優(yōu)利用轉(zhuǎn)爐煤氣，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用。不僅徹底解決了高爐煤氣直排對環(huán)境的污染問題，更收到了可觀的經(jīng)濟效益，做到了“增產(chǎn)不增污”，實現(xiàn)了經(jīng)濟環(huán)境效益雙贏。

略