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1  概述

    山東威海熱電廠目前裝機(jī)容量為3×75t/h+2×12MW、3×220t/h+3×25MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組，鍋爐為無錫鍋爐廠制造的中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，汽水系統(tǒng)采用母管制；汽機(jī)為南京汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的抽凝式汽機(jī)，其中一臺12MW機(jī)組為背壓式機(jī)組；DCS系統(tǒng)全部采用北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司的HOLLiAS-MACS集散型控制系統(tǒng)，其中2×12MW機(jī)組為DCS改造機(jī)組、3×25MW機(jī)組為新建機(jī)組。
    由于機(jī)組改造和擴(kuò)建逐年進(jìn)行（2001~2004年），因此充分采用了HOLLiAS-MACS系統(tǒng)域的特點(diǎn)，將整套DCS系統(tǒng)劃分為4個域，其中改造機(jī)組為0號域，新建機(jī)組為1、2、3號域，4個域中的操作員站功能完全相同，在任何一個操作員站均可以根據(jù)不同的權(quán)限對任何一臺機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的操作或監(jiān)視，取消常規(guī)熱控儀表盤，只在操作臺上保留了緊急停爐、停機(jī)按鈕。

圖1  DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2  DCS系統(tǒng)功能簡介

(1)  數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）
    快速準(zhǔn)確地反映機(jī)組參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、工藝報(bào)警、性能指標(biāo)，為操作員提供準(zhǔn)確的操作依據(jù)。

(2)  模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MCS）
    主要實(shí)現(xiàn)汽包水位、主汽溫度、爐膛壓力、給煤控制、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、料層差壓、爐膛差壓、軸封壓力、凝汽器水位、除氧器水位/壓力調(diào)節(jié)。由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒因其強(qiáng)耦合、大滯后、熱慣性大等特點(diǎn)，與常規(guī)的煤粉爐有很大的不同，因此筆者在總結(jié)大量現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上構(gòu)造了循環(huán)流化床機(jī)組燃燒控制方案。

?  給煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)
    通過調(diào)節(jié)給煤量和配風(fēng)來控制主蒸汽壓力，以滿足機(jī)組的運(yùn)行要求。由于給煤量是影響床溫的重要因素之一，在構(gòu)造給煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)要將負(fù)荷指令、主汽壓力、床溫的影響也納入控制方案中。床溫增加減小給煤量，床溫降低則增大給煤量。由于循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時床溫可以在一定范圍內(nèi)波動，故在主汽壓力控制方案中設(shè)置了不調(diào)溫死區(qū)，即床溫在該死區(qū)內(nèi)時不改變給煤供給量。
    同時由于氧量直接反映了爐膛內(nèi)燃料與風(fēng)的配比，因此方案中利用氧量校正給煤量。由于主蒸汽流量變化直接反映了機(jī)組的負(fù)荷變化，故在控制方案中把主蒸汽流量信號經(jīng)過函數(shù)運(yùn)算后直接加到控制輸出上，通過前饋形式提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

?  一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)
    一次風(fēng)量控制采用串級控制系統(tǒng)，主汽壓力為主調(diào)、一次風(fēng)量為副調(diào)，其運(yùn)算結(jié)果去控制一次風(fēng)門擋板開度，以調(diào)節(jié)送入爐膛的一次風(fēng)量。一次風(fēng)量測量值是在考慮了溫度修正和壓力修正后才送入PID中進(jìn)行運(yùn)算的。鍋爐負(fù)荷指令在進(jìn)行處理時，需要考慮煤質(zhì)的特性及負(fù)荷變化情況。煤種不同時，助燃空氣量會有所不同。同時負(fù)荷變化時一次風(fēng)量占總風(fēng)量的比例也會發(fā)生變化。同時由于一次風(fēng)對鍋爐床溫具有調(diào)節(jié)作用，故在構(gòu)造一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)時也考慮了床溫修正。如果床溫偏高，在一定范圍內(nèi)可增大一次風(fēng)量。如果床溫偏低，在一定范圍內(nèi)可減少一次風(fēng)量。由于床溫主要靠給煤控制，一次風(fēng)量不作為調(diào)節(jié)床溫的主要手段，故在一次風(fēng)量控制系統(tǒng)中床溫信號僅作為修正信號。

?  二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)
    二次風(fēng)量控制采用串級控制系統(tǒng)。煙氣含氧量測量值與給定值一起送入主調(diào)中進(jìn)行PID運(yùn)算，其結(jié)果作為副調(diào)的給定值與二次風(fēng)量測量值進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果經(jīng)限幅及手操控制后控制二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以使二次風(fēng)量滿足機(jī)組運(yùn)行要求。由于給煤量變化到煙氣含氧量變化需要一段時間，故在二次風(fēng)量控制方案中直接對給煤量進(jìn)行處理，把其結(jié)果作為前饋信號加到控制輸出中，以提高控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。在對給煤量進(jìn)行處理的函數(shù)中，考慮了燃料/空氣比例、負(fù)荷影響及一次風(fēng)量等因素，其運(yùn)算結(jié)果直接疊加到PID運(yùn)算的輸出上。

?  引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)
    在引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，爐膛負(fù)壓測量值經(jīng)過慣性延滯處理后與給定值一起送入PID中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果動作引風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而控制爐膛負(fù)壓滿足機(jī)組運(yùn)行要求。爐膛負(fù)壓過程值采取兩點(diǎn)取平均值的辦法進(jìn)行處理。由于一次風(fēng)量和二次風(fēng)量發(fā)生變化時，需經(jīng)過一段時間爐膛負(fù)壓才發(fā)生變化，故在引風(fēng)量控制系統(tǒng)中直接把一次風(fēng)量與二次風(fēng)量之和作為前饋信號送入PID控制輸出中，以提高一、二次風(fēng)量變化時控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。

(3)  順序控制系統(tǒng)（SCS）
    通過DCS的組態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了所有輔機(jī)及設(shè)備的啟停順序和聯(lián)鎖，從而提高了機(jī)組運(yùn)行可靠性和降低運(yùn)行人員勞動強(qiáng)度。運(yùn)行人員可通過操作員站的CRT和鍵盤對有關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作，同時有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也可在CRT上顯示。CRT上還顯示有關(guān)設(shè)備的啟動條件、狀態(tài)等幫助信息，為運(yùn)行人員提供運(yùn)行指導(dǎo)。對同一設(shè)備，開、關(guān)指令之間設(shè)計(jì)成相互閉鎖，不允許同時發(fā)出。根據(jù)工藝系統(tǒng)運(yùn)行方式，SCS被劃分成以輔機(jī)為單位的功能組，每一子功能組執(zhí)行某一特定功能，以實(shí)現(xiàn)成組操作和程序啟停，并具有聯(lián)鎖保護(hù)功能。
    威海熱電廠循環(huán)流化床機(jī)組配有如下輔機(jī)及設(shè)備：引風(fēng)機(jī)2臺、高壓風(fēng)機(jī)2臺（一運(yùn)一備）、一次風(fēng)機(jī)2臺、二次風(fēng)機(jī)1臺、給煤機(jī)4臺、給水泵2臺（一運(yùn)一備）、疏水泵2臺（一運(yùn)一備）、凝結(jié)泵2臺（一運(yùn)一備）、射水泵2臺（一運(yùn)一備）、低位水泵1臺、高壓油泵（1臺）、直流油泵（1臺）、交流油泵（1臺）等。
    主要回路包括：石灰石給料子系統(tǒng)、給煤子系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)、一次風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)、二次風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)、高壓風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)、汽包緊急放水子系統(tǒng)、鍋爐排污、對空放汽子系統(tǒng)、除氧給水子系統(tǒng)、給水泵子系統(tǒng)、凝結(jié)水泵子系統(tǒng)、射水泵子系統(tǒng)、汽機(jī)油系統(tǒng)。

(4)  鍋爐安全監(jiān)視保護(hù)（FSSS）
    包括燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）、燃料安全系統(tǒng)（FSS），完成鍋爐程控點(diǎn)火、燃燒器管理和爐膛安全保護(hù)的所有功能。

(5)  汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（ETS）
    采用PLC實(shí)現(xiàn)汽機(jī)保護(hù)的所有功能，并通過Profibus-DP與DCS系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)ETS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和跳閘記錄，以便更加準(zhǔn)確、直觀地分析跳閘原因。

3  DCS系統(tǒng)投運(yùn)效果

    山東威海熱電廠1×220 t/h +1×25MW機(jī)組DCS系統(tǒng)于2001年12月3日正式投入運(yùn)行，DCS系統(tǒng)已完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和處理（DAS）、順序控制（SCS）、爐膛安監(jiān)系統(tǒng)（FSSS）、模擬量控制（MCS）等功能。
    SCS的投入，極大方便了運(yùn)行人員對輔機(jī)及相關(guān)設(shè)備的啟停操作，操作界面方便、直觀，同時對運(yùn)行中設(shè)備出現(xiàn)的故障可以進(jìn)行及時的反映和保護(hù)，保證了機(jī)組與設(shè)備的運(yùn)行安全。
    FSSS的投入，有效的保證了在機(jī)組運(yùn)行異常時，及時保護(hù)動作，避免危險(xiǎn)的進(jìn)一步擴(kuò)大，動作準(zhǔn)確、快捷，并能準(zhǔn)確指示動作原因。
    MCS投入在連續(xù)運(yùn)行期間鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)如下：在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行期間最小負(fù)荷為189t/h，最大負(fù)荷為226t/h，最大負(fù)荷變化率為13t/h/min。2002年3月第一套1×220t/h、1×25MW機(jī)組全部回路投入自動，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足運(yùn)行要求。HOLLiAS-MACS系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)回路的投入、完善的保護(hù)措施以及良好的人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，極大地降低了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，提高了整個機(jī)組的運(yùn)行效率，對電廠的安全、可靠、高效運(yùn)行有著深遠(yuǎn)的影響。整套DCS系統(tǒng)從負(fù)荷的調(diào)整范圍，煤種變化的適應(yīng)性，靜態(tài)及動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)來看，都是比較好的。主要控制指標(biāo)如表1所示。

表1  主要控制指標(biāo)

    從投入連續(xù)運(yùn)行時間，靜態(tài)、動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)于國家電力公司標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠熱工儀表及控制裝置技術(shù)監(jiān)督規(guī)定》1998-9-30版的標(biāo)準(zhǔn)。