武魏楠

二次再熱技術(shù)自動化控制的成功應(yīng)用，誕生出了全球效率最高的火電機(jī)組。而這項(xiàng)高精尖的技術(shù)又是如何誕生的？

6月的泰州已經(jīng)有了夏日的悶熱感。走在長江邊的國電泰州電廠內(nèi)，不一會就會熱的滿身大汗。

這里是國內(nèi)最早一批百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組（國電泰州電廠一期兩臺機(jī)組）的所在地。而如今，國電泰州電廠二期、世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機(jī)組，是當(dāng)今世界上發(fā)電效率最高、供電煤耗最低、環(huán)保指標(biāo)最優(yōu)的火電機(jī)組，代表了目前火力發(fā)電領(lǐng)域的最先進(jìn)水平。

論起國電泰州電廠二期能夠成為世界上發(fā)電效率最高、供電煤耗最低、環(huán)保指標(biāo)最優(yōu)的火電機(jī)組的首要功臣，非二次再熱技術(shù)莫屬。那么，讓二次再熱技術(shù)能夠安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)的首要功臣，則是北京國電智深控制技術(shù)有限公司研發(fā)的，針對燃煤火電機(jī)組二次再熱技術(shù)的DCS系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)如何保障了國電泰州電廠二期、世界首臺百萬千萬超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機(jī)組的高效運(yùn)行？這套完全自主知識產(chǎn)權(quán)、打破壟斷的系統(tǒng)，又是經(jīng)歷了哪些困難才順利誕生的？

艱難誕生

“二次再熱是煤炭清潔高效利用的一個有效途徑?！北本﹪娭巧羁刂萍夹g(shù)有限公司副總經(jīng)理黃煥袍對《能源》雜志記者說，“二次再熱在國外最早可以追溯到上世紀(jì)的60年代。但是國外在二次再熱的利用方面單機(jī)最大裝機(jī)容量大約只有70萬千瓦。百萬千瓦火電機(jī)組的二次再熱是中國首創(chuàng)?！?/p>

二次再熱技術(shù)主要是通過在常規(guī)一次再熱機(jī)組基礎(chǔ)上增加一級再熱器（鍋爐）和增加超高壓缸（汽機(jī)），進(jìn)一步提高蒸汽參數(shù)（溫度和壓力）。這些參數(shù)提高之后，那么機(jī)組的燃煤效率、熱循環(huán)效率和發(fā)電效率就提高了。

這就要求設(shè)備需要重新設(shè)計制造，設(shè)備流程也與之前有了較大的不同?？梢哉f，百萬千瓦二次再熱機(jī)組是目前世界上結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的燃煤機(jī)組。

如此大規(guī)模和復(fù)雜的對象，對火電廠的控制系統(tǒng)提出了更高的要求?！白铋_始，我們對于讓北京國電智深控制技術(shù)有限公司來開發(fā)這一套系統(tǒng)，是存在一定的疑惑的?！眹娞┲莅l(fā)電有限公司副總經(jīng)理張?zhí)K閩對《能源》雜志記者說，“我們當(dāng)時傾向于讓國外有過二次再熱項(xiàng)目業(yè)績的公司來做?！?/p>

火電廠控制系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)數(shù)量多、競爭激烈。除了外企之外，還有數(shù)量不少的國內(nèi)企業(yè)也參與了競爭。國電智深于2013年11月與國電泰州發(fā)電有限公司簽訂DCS與仿真供貨服務(wù)合同，承擔(dān)了該電廠DCS與仿真系統(tǒng)研發(fā)制造供貨和工程應(yīng)用服務(wù)。

國電泰州電廠二期百萬千瓦超超臨界機(jī)組二次再熱項(xiàng)目是國家科技支撐計劃項(xiàng)目——“高效率低排放的超600℃百萬千瓦等級超超臨界機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應(yīng)用”中，課題“二次再熱1000MW超超臨界機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)工程示范”的依托示范工程。這是世界上首次在百萬千瓦機(jī)組上采用超超臨界、二次再熱技術(shù)，是國家燃煤發(fā)電節(jié)能減排示范項(xiàng)目。

為了更好地攻克技術(shù)難關(guān)，國電智深一改以往的DCS工程工作模式，在設(shè)備制造和系統(tǒng)研發(fā)的開始階段，就積極與發(fā)電設(shè)備制造商、設(shè)計院、泰州電廠等進(jìn)行技術(shù)交流，并組織成立聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，共同參與到整個系統(tǒng)的開發(fā)當(dāng)中?！叭绻莻鹘y(tǒng)步驟和做法，我們很少直接和主設(shè)備廠商（鍋爐廠、汽輪機(jī)廠等）打交道?！秉S煥袍說，“鍋爐、汽機(jī)就是DCS的控制對象，而二次再熱鍋爐和汽機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用屬首次，運(yùn)行和控制技術(shù)無經(jīng)驗(yàn)可借鑒，要實(shí)現(xiàn)好的控制效果，必須了解和掌握好被控對象工藝原理和動靜態(tài)特性，我們一開始就接觸控制對象，對我們設(shè)計出精準(zhǔn)的控制方案有著極大的幫助?！?/p>

從研發(fā)到現(xiàn)場調(diào)試，北京國電智深控制技術(shù)有限公司都組織最精英的人才團(tuán)隊(duì)，參與到了二次再熱DCS控制系統(tǒng)和控制技術(shù)的研發(fā)當(dāng)中去。這順利的保證了3號機(jī)組2015年9月25日通過168小時試運(yùn)行并投產(chǎn)，4號機(jī)組于2016年1月13日通過168小時試運(yùn)行并投產(chǎn)。

斐然的成果

二次再熱技術(shù)的應(yīng)用給國電泰州電廠帶來的影響是直接并且驚喜的。

參與建設(shè)的國電泰州電廠是世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機(jī)組，是國家科技支撐計劃依托項(xiàng)目和國家能源局示范工程，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，于2015年9月建成投產(chǎn)，是當(dāng)今世界上發(fā)電效率最高、供電煤耗最低、環(huán)保指標(biāo)最優(yōu)的火電機(jī)組，機(jī)組發(fā)電效率47.82%；供電煤耗266.5克/度電，機(jī)組發(fā)電煤耗256.8克/千瓦時，比2015年國內(nèi)平均發(fā)電煤耗（305.3克/千瓦時）低48.5克/千瓦時，同等發(fā)電量每年可節(jié)約53.35萬噸標(biāo)煤，相當(dāng)于減排二氧化碳138.71萬噸。脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度15mg/Nm3，遠(yuǎn)低于國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)（35mg/Nm3），脫硫效率達(dá)到99.2%；脫硝系統(tǒng)出口NOX濃度31mg/Nm3，遠(yuǎn)低于國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)（50mg/Nm3），煙塵排放濃度為2.3mg/Nm3，遠(yuǎn)低于國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)（10mg/Nm3）達(dá)到并超過燃?xì)廨啓C(jī)排放指標(biāo)。

在這樣一組亮眼的數(shù)據(jù)背后，是北京國電智深控制技術(shù)有限公司研發(fā)的DCS控制系統(tǒng)的支持。張?zhí)K閩對《能源》雜志記者感慨的說道：“國電泰州電廠二期項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的高效運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以說最大的功臣就是二次再熱技術(shù)的應(yīng)用。其中，國電智深公司研發(fā)的DCS系統(tǒng)絕對是功不可沒。他們不僅針對世界首臺百萬千瓦二次再熱超超臨界機(jī)組研發(fā)出了針對性的DCS控制系統(tǒng)，而且保證了從2015年9月開機(jī)直到現(xiàn)在（2016年6月）機(jī)組沒有出現(xiàn)一次因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)失誤造成的非停。這是令我意想不到的?！?/p>

穩(wěn)定高效的系統(tǒng)得益于北京國電智深控制技術(shù)有限公司在DCS研發(fā)中的不斷創(chuàng)新。首先是研制并成功應(yīng)用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的二次再熱機(jī)組高性能成套自動化控制系統(tǒng)（DCS）；二是研發(fā)并成功應(yīng)用了二次再熱機(jī)組控制策略和技術(shù)，有效解決了二次再熱機(jī)組的控制難題；三是研發(fā)并成功應(yīng)用機(jī)組自啟?？刂萍夹g(shù)（APS），機(jī)組自動化水平實(shí)現(xiàn)全新的突破；四是研發(fā)二次再熱機(jī)組仿真模型和高精度、全激勵仿真系統(tǒng)平臺，為控制策略的研發(fā)、仿真試驗(yàn)驗(yàn)證和優(yōu)化提供了有效手段，提高了現(xiàn)場調(diào)試的效率，縮短了現(xiàn)場調(diào)試的周期；五是研發(fā)應(yīng)用了適用于二次再熱機(jī)組的安全運(yùn)行保護(hù)控制方案。

先進(jìn)可靠的控制系統(tǒng)和控制技術(shù)，為目前世界發(fā)電效率最高、發(fā)電煤耗最低、綜合指標(biāo)最優(yōu)的燃煤機(jī)組安全高效運(yùn)行提供重要支撐，標(biāo)志著國電智深DCS技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

可以預(yù)見的是，二次再熱技術(shù)會隨著煤炭清潔利用的大潮而得到推廣。首次實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)二次再熱百萬千瓦超超臨界機(jī)組DCS系統(tǒng)研發(fā)的國電智深公司在這一領(lǐng)域無疑已經(jīng)率先取得了領(lǐng)先的地位。

不過，國電智深已經(jīng)把目光瞄準(zhǔn)了火電之外的市場。“控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域是相通的。未來可以在核電、風(fēng)電、化工等其他領(lǐng)域都有應(yīng)用?！毕嚓P(guān)負(fù)責(zé)人說到。

據(jù)了解，國電智深已經(jīng)在嘗試將二次再熱技術(shù)應(yīng)用到核電機(jī)組上。除此之外，國電智深在化工等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有了足夠的經(jīng)驗(yàn)、相信隨著百萬千瓦機(jī)組二次再熱技術(shù)的成功，國電智深會在工業(yè)自動化領(lǐng)域取得更多的業(yè)績。