邯鋼熱電廠自動控制系統的應用

霍廣平 王 忠

1.項目背景

邯鋼熱電廠發電機組是邯鋼節能減排，調節煤氣平衡，保證低壓蒸汽管網送氣設備。主體設備由3臺260t/h高溫高壓燃氣鍋爐和3臺60MW雙抽凝汽式汽輪發電機組組成。主要通過燃燒高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣產生高溫高壓的過熱蒸汽，蒸汽送入雙抽凝汽式汽輪發電機組發電，同時根據生產低壓蒸汽管網壓力自動調節發電機組補汽旋轉隔板進行補汽，保證低壓蒸汽管網壓力恒定。通過功率負荷調整，調節煤氣平衡，保證煤氣系統零放散，最優利用轉爐煤氣，穩定轉爐煤氣回收利用。

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

本項目機爐采用分散控制系統完成工藝系統的檢測和控制。DCS的功能主要包括DAS、MCS、SCS、S0E及FSSS。建立以LCD操作員站為監視和控制中心。運行人員在控制室內通過DCS實現機組啟動、停止、正常運行和異常工況的處理。輔助控制系統負責汽輪機的負荷調整及安全運行等。ETS系統應用了雙通道概念，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，內部采用WOODWARD專用冗余算法，提高了系統可靠性，實現了對單抽汽輪發電機組的控制。

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

2.項目實施的科技內容

DCS的主要特點是：控制功能強、系統可靠性高、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構、系統容易開發、采用組態軟件，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采用日本橫河公司最新的分散控制系統(DCS)CENTUM CS3000。

2.1 DCS控制系統

2.1.1 燃料量控制系統（主蒸汽壓力控制）：燃料量控制系統采用以控制鍋爐出口蒸汽壓力為主調、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的串接系統。

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

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

2.1.4 主蒸汽溫度控制系統：鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產過程安全性和經濟性的重要參數。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、汽輪機內某些零部件產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，二級為細調，保持主汽溫度正常。

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

汽包水位是汽包鍋爐運行中一個重要的監控參數，它反映鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關系。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汽水分離裝置的工作，造成出口蒸汽水分過多，使過熱器結垢而燒壞，嚴重時會導致汽輪機進水；汽包水位過低，會破壞鍋爐的水循環，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，分別經過溫度、壓力模塊化運算補償后在經“選擇邏輯通道”做出選擇，以保證在開爐過程中，工藝參數變化很大，影響參數的準確性。控制方式采用單沖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節閥），根據運行的實際情況，在低負荷（負荷≤30%額定負荷）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，達到一定負荷后切換至三沖量控制。系統原理結構圖如圖2所示：

2.1.6 FSSS聯鎖保護系統：FSSS(furnace safeguard supervisory system)稱為鍋爐爐膛安全監視系統。

其中：爐膛吹掃程序。吹掃程序畫面設有允許吹掃、吹掃進行、吹掃完成、吹掃失敗等狀態指示燈，CS3000控制系統檢測接收到爐膛紫外線火焰檢測器無火、2兩臺引、送風機的各自任意1臺運行信號且送風流量正常和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3個信號中至少有2個成立，即3取2成立；送風機全停；引風機全停；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、焦煤總閥關閉的條件任意1個滿足，DCS發出緊急停爐指令，快速切斷高爐煤氣快切閥。

2.2 .汽輪機數字低壓透平油電液控制系統（DEH）

DEH控制采用DEH采用505E調速系統和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，調速系統自動啟動，智能識別診斷機組的冷熱態狀況，依據控制升速曲線自適應調節SPC和DDV閥進行升速、暖機、快速控制通過臨界點、同期控制、并網自動最小負荷控制。完成了505E調速系統、自動同期裝置、并網自動最小負荷的無縫閉環控制。

3.項目實施效果

3.1 降低了購置成本

● 模塊化設計，減少了初期投資。

● 開放的網絡系統和數據結構，支持與第三方軟件和設備通訊。

● 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，診斷，聯網，監控等功能，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，快速實現了控制方案。

● 在線同步組態與監控，提高系統調試和故障診斷效率。

● 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各種復雜過程控制方案。

3.3 節約了后期投資

● 模塊化結構，方便了按需要逐步進行系統擴展和升級。

● 系統的在線組態功能，可在設備運行中完成擴展。

● I/O模塊的熱插拔特性，支持在線維護，無需設備停機。

● 基于視窗技術的系統軟件，好學易懂，減低培訓費用，增強了對設備的自行維護能力。

3.4 提高了生產效益

● 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，提高了發電率。

● 模糊控制算法，消除過調，減少了浪費。

● 開放的數據網絡，支持全廠生產與能源調度。

● 系統的高可靠性保證了設備的穩定運行，減少了故障停機時間。

3.5 保證了設備安全

● 多種控制系統的優化組合，發揮了各系統的特點，實現了較為復雜的控制和連鎖方案，確保了設備的安全。

4.結束語

項目運行一年來控制系統運行穩定，控制水平準確迅速，實現了控制的安全，穩定，高效。該控制系統自投入以來，工作性能非常穩定，為生產提供了保障。取得了很好的經濟和社會效益，該控制系統通過功率負荷調整，調節煤氣平衡，保證煤氣系統零放散，最優利用轉爐煤氣，穩定轉爐煤氣回收利用。不僅徹底解決了高爐煤氣直排對環境的污染問題，更收到了可觀的經濟效益，做到了“增產不增污”，實現了經濟環境效益雙贏。

略