姜曙光（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

1 前言

干熄焦發(fā)電是國(guó)家重點(diǎn)推廣的鋼廠余熱利用項(xiàng)目之一，具有節(jié)能減排、改善環(huán)境、回收余熱、增加電力等顯著優(yōu)點(diǎn)，是鋼鐵廠實(shí)現(xiàn)能源綜合利用，提高經(jīng)濟(jì)效益、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的重要手段。濟(jì)鋼160t干熄焦發(fā)電工程師為濟(jì)鋼焦化廠新建8#、9# 2*60孔6m復(fù)熱式焦?fàn)t的配套工程，干熄焦余熱鍋爐蒸發(fā)量60t/h，蒸汽壓力8.2Mpa，蒸汽溫度510℃，其汽輪機(jī)采用青島捷能汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N25-8.83型中溫、中壓、抽氣凝氣式汽輪機(jī)，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，發(fā)電機(jī)容量為25MW。

2 工藝簡(jiǎn)介

干熄焦工藝的惰性循環(huán)氣體N2，在干熄爐內(nèi)與紅熱焦炭逆流換熱，將焦炭冷卻，冷卻焦炭后的高溫氣體，經(jīng)一次除塵器除塵后進(jìn)入干熄焦鍋爐換熱，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽，送入汽輪機(jī)發(fā)電，所發(fā)電能并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。干熄焦發(fā)電工藝主要由干熄焦余熱鍋爐、除氧水系統(tǒng)、主蒸汽系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、冷凝器抽真空系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、減溫減壓水系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、發(fā)電電氣系統(tǒng)等組成。

3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

濟(jì)鋼干熄焦發(fā)電工程自動(dòng)控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成；（1）干熄焦PLC控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)采用AB ControlLogix1756系列產(chǎn)品，主要完成干熄焦工藝中提升、裝入、干熄爐、鍋爐、除塵、排焦等控制功能，與發(fā)電工藝密切相關(guān)的鍋爐控制在此部分完成。（2）干熄焦發(fā)電DCS控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)采用ABB AC800FR系列產(chǎn)品，主要完成汽機(jī)主蒸汽系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、冷凝器抽真空系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、減溫減壓水系統(tǒng)、供油系統(tǒng)等控制。（3）DEH控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用WOODWard 505E控制器，可以控制調(diào)氣門和抽氣門，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制和安全控制。（4）機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)，采用美國(guó)本特利公司Bently 3500，完成汽機(jī)本體振動(dòng)、位移、油位、膨脹、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的監(jiān)控。

3.1 干熄焦發(fā)電DCS系統(tǒng)硬件組成

干熄焦發(fā)電自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用1套電儀合一的ABB 公司的AC800FR冗余控制器，采用PM 802F總線與5個(gè)分布式S800I/O遠(yuǎn)程站通訊，采用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制器與HM I之間的通訊。系統(tǒng)設(shè)置三臺(tái)功能平等的監(jiān)控站，完成工藝參數(shù)顯示、控制、報(bào)警、設(shè)備操作、歷史趨勢(shì)記錄、SOE事件順序記錄及其它生產(chǎn)管理功能。

3.2 軟件組成

組態(tài)軟件采用上下位功能一體的Freelance800F V9.1，軟件包括兩部分 Digitool、Digivis，Digitool 提供多種語(yǔ)言的程序開發(fā)工具，如：梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)式文本或指令表，多種開發(fā)工具可以靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理、順序控制、過(guò)程控制、模型運(yùn)算、畫面開發(fā)、報(bào)警組態(tài)、趨勢(shì)組態(tài)、操作記錄等開發(fā)功能；Digivis提供實(shí)時(shí)參數(shù)監(jiān)控、報(bào)警管理、趨勢(shì)記錄、權(quán)限設(shè)置、設(shè)備操作、參數(shù)設(shè)定、管理打印等各項(xiàng)功能。

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 鍋爐液位控制

汽包水位是鍋爐系統(tǒng)一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，它反映了鍋爐負(fù)荷與給水的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系；汽包水位過(guò)高會(huì)影響汽水分離效果，產(chǎn)生蒸汽滯液現(xiàn)象，影響蒸汽質(zhì)量，水位過(guò)低會(huì)破壞水循環(huán)，影響省煤器及鍋爐安全運(yùn)行，及時(shí)準(zhǔn)確的把水位控制在允許范圍之內(nèi)，并能適應(yīng)各種工況的運(yùn)行，是保證鍋爐安全運(yùn)行的重要條件。鍋爐水位不僅與進(jìn)水量有關(guān)，還與輸出的蒸汽量大小有關(guān)，另外在高壓情況下鍋爐虛假液位情況嚴(yán)重，在低壓情況下影響較小，鍋爐液位控制采取以三沖量為主，其他控制為輔的智能控制。在鍋爐啟動(dòng)階段，蒸汽流量小于額定流量的30%時(shí)，采用單沖量控制，隨著負(fù)荷的逐漸升高，采用三沖量的控制方案，克服虛假水位造成的控制品質(zhì)下降。

4.2 鍋爐蒸汽溫度控制

鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用噴水減溫裝置，自動(dòng)調(diào)節(jié)是根據(jù)蒸汽集箱和減溫器出口蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥開度，控制減溫水量，以保證集汽集箱中蒸汽溫度控制在要求范圍內(nèi)。當(dāng)集汽集箱出口蒸汽溫度降低時(shí)，汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)減少減溫水量，隨著汽溫升高，減溫水量增加，保證集汽集箱出口蒸汽溫度穩(wěn)定，反之則減少減溫水量，避免汽溫產(chǎn)生較大波動(dòng)。控制回路采用串級(jí)調(diào)節(jié)。以蒸汽出口溫度作為主調(diào)參數(shù)，集箱出口溫度作為副調(diào)參數(shù)，提高了調(diào)節(jié)品質(zhì)。

4.3 鍋爐壓力、主汽壓力控制

鍋爐壓力、主汽壓力控制采用常規(guī)單回路控制，以鍋爐或主蒸汽壓力為調(diào)節(jié)量，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。

4.4 鍋爐連鎖保護(hù)系統(tǒng)

鍋爐系統(tǒng)的連鎖保護(hù)系統(tǒng)主要把控手動(dòng)緊急停爐保護(hù)、汽包液位高高及低低停爐保護(hù)、汽包壓力高高停爐保護(hù)、給水流量低低、汽機(jī)故障停機(jī)等，系統(tǒng)根據(jù)采集到的信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)發(fā)出連鎖保護(hù)指令，實(shí)現(xiàn)鍋爐連鎖保護(hù)功能。

4.5 汽機(jī)汽水系統(tǒng)

主要包括溫度、壓力、流量、液位測(cè)點(diǎn)參數(shù)監(jiān)控；蒸汽溫度自動(dòng)控制，蒸汽壓力自動(dòng)控制，凝結(jié)水泵、真空泵、循環(huán)水泵、給水泵等互備及連鎖控制，凝汽器水位控制等功能。

4.6 汽機(jī)TSI監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

主要包括汽機(jī)本體壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、脹差、軸位移等重要參數(shù)的監(jiān)控。信號(hào)進(jìn)行可靠性處理，保證信號(hào)安全可靠。

4.7 汽機(jī)油路系統(tǒng)

汽機(jī)油路系統(tǒng)壓力、溫度、液位測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控；高壓交流油泵、交流潤(rùn)滑油泵、直流潤(rùn)滑油泵、頂軸油泵、主油泵等互備控制機(jī)與油壓的連鎖控制。

4.8 順序事件記錄SOE功能

SOE是電廠重要的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、記錄、事故分析工具。發(fā)電廠的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，檢測(cè)參數(shù)眾多，當(dāng)事故發(fā)生的瞬間，需要記錄很多信息，幫助我們分析事故原因，采取相應(yīng)措施。但DCS只能提供秒級(jí)的歷史趨勢(shì)記錄，滿足不了發(fā)電生產(chǎn)的需要。而事件順序記錄系統(tǒng)(SOE)能以毫秒級(jí)的分辨率獲取事件信息，為熱工和電氣設(shè)備事故分析提供有力的證據(jù)。SOE記錄的參數(shù)如下：潤(rùn)滑油壓低停機(jī)、軸振動(dòng)大停機(jī)、軸位移大停機(jī)、膨脹差大停機(jī)、轉(zhuǎn)速大停機(jī)、凝氣器真空低停機(jī)、505緊急停機(jī)、發(fā)保柜停機(jī)、主汽門關(guān)閉等信號(hào)。

4.9 報(bào)警功能

系統(tǒng)提供聲光報(bào)警功能。畫面顏色報(bào)警分類清晰，一目了然。如：一般的報(bào)警顏色設(shè)置為黃色，嚴(yán)重的報(bào)警顏色設(shè)置為紅色，特別嚴(yán)重的如引起系統(tǒng)停機(jī)的報(bào)警顏色設(shè)置為紅色閃爍。另外系統(tǒng)提供的語(yǔ)音報(bào)警功能，操作工不必專注畫面即可根據(jù)聲音提示在第一時(shí)間獲知報(bào)警情況，使得系統(tǒng)運(yùn)行更安全，操作更輕松。系統(tǒng)還具有報(bào)警記錄功能，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警查詢、打印、輔助事故分析等功能。

4.10 汽機(jī)危急保護(hù)系統(tǒng)（ETS）

汽機(jī)危急保護(hù)功能在DCS實(shí)現(xiàn)，DCS系統(tǒng)通過(guò)硬線通訊的方式讀取Bently3500汽輪機(jī)的軸振、軸位移、脹差、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速等汽輪機(jī)本體參數(shù)，以及DEH系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電氣參數(shù)等，在DCS系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理，一旦出現(xiàn)異常，立刻發(fā)出停機(jī)指令，控制停機(jī)電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)功能。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 冗余的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)電DCS系統(tǒng)電源、CPU、通訊模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)和接口模塊均采用在線熱備的冗余方式，可實(shí)現(xiàn)雙控制器在線切換功能，即主控的CPU（或電源、網(wǎng)絡(luò)模塊）故障時(shí)，另一CPU將自動(dòng)接替主控CPU的工作，可靠性高。

5.2 高可靠性的容錯(cuò)信號(hào)處理技術(shù)

采用信號(hào)三取二、濾波、小信號(hào)切除、溫壓補(bǔ)償、智能判斷等方式保證信號(hào)的準(zhǔn)確性。通過(guò)這些設(shè)計(jì)杜絕了由于信號(hào)誤報(bào)、干擾、單一檢測(cè)設(shè)備故障等原因造成的系統(tǒng)停機(jī)事故，保證了機(jī)組安全運(yùn)行。

5.3 智能快捷故障診斷技術(shù)

系統(tǒng)在保證機(jī)組正常的連鎖控制的同時(shí)也為系統(tǒng)安全運(yùn)行提供快速故障診斷功能。系統(tǒng)在SOE的基礎(chǔ)上，開發(fā)了界面友好的故障記錄和分析系統(tǒng)，保障了故障分析的科學(xué)性、快速性，有利于及時(shí)排除故障，降低事故的發(fā)生率。

6 結(jié)束語(yǔ)

干熄焦發(fā)電控制系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)硬件安全可靠，軟件功能完善，各種連鎖控制嚴(yán)謹(jǐn)，過(guò)程調(diào)節(jié)平穩(wěn)，保障了機(jī)組的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。