電廠熱工自動控制技術的應用

盧希

江蘇徐塘發電有限責任公司 江蘇邳州 221300

1 熱工自動控制系統的組成

1.1 DCS 系統

DCS 系統可以對電廠鍋爐，發電機組等設備進行實時的控制和檢測，如果遇見異常還會進行自動報警，這樣能夠有利于危險情況的及時發覺和處理，真正使得電廠的運行實現自動化控制。

1.2 SIS 系統

SIS 系統完成生產過程的監控，性能計算和分析、生產調度、生產優化等業務過程，為電廠管理層的決策提供真實、可靠的實時運行數據和科學、準確的經濟性指標。通過真實運行數據的分析和比較，方便提出科學、合理的決策方案，使電廠管理層的經營決策更具科學性。SIS 系統實現了電廠的管控一體化，是實現電廠整體效益的提高、信息技術的提升和穩定、經濟運行的基礎[1]。

1.3 MIS 系統

MIS 系統是一個由人、計算機及其他外圍設備組成的能進行信息的收集、傳遞、存儲、維護和使用的網絡管理系統，主要用于管理需要的記錄，并對記錄數據進行相關處理，將處理信息及時反映給電廠管理者。

2 熱工自動控制技術在電廠的應用

2.1 DCS 系統的應用

DCS 系統的控制算法豐富，集連續控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可更方便的加入所需的特殊控制算法。我國的DCS 產品和技術在高端工業自動化領域不斷打破國外壟斷，其控制核心技術，已在300/600/1000MW 各種等級機組上獲得廣泛應用。“爐- 機-電- 輔- 仿” 一體化DCS 控制使得電廠生產層數據流暢、監控便利、管理精細，檢修維護方便；以非線性預測控制、狀態重構、內模控制等先進算法為基礎的超超臨界機組協調控制方案，能夠有效提高電廠機組控制與運行性能；通過先進控制與優化、生產過程優化，可以改善機組參數運行品質、優化運行方式與定值，提高機組效率，降低機組供電煤耗，減少排放生成，實現電廠節能減排。以世界首套“1000MW 二次再熱超超臨界機組控制系統” 為例，由北京國電智深控制技術有限公司自主研發，是一套涵蓋電廠主控、輔控、公用及仿真機系統的智能控制（DCS) 系統，綜合運用常規控制、預測控制、非線性控制等技術形成了主蒸汽溫度/ 再熱蒸汽溫度控制、機爐協調控制、三級旁路控制、安全運行保護控制等控制策略；其自主研發的機組自動起停控制系統（APS）實現了機組啟停過程的全程自動化；基于二次再熱機組的靜動態特性和運行工藝原理，建立了整套機組的仿真模型和高精度、全激勵仿真系統平臺，使控制策略設計、調試、仿真試驗、運行人員的操作培訓成為可能[2]。該DCS 系統符合清潔能源高效燃煤技術“高效率低排放”的行業發展方向，采用多種先進的現代控制技術解決被控參數多，交叉耦合性強、大時延大時滯突出、安全性要求高等控制難題。

2.2 自動控制

①基于鍋爐效率最優的風燃比優化。鍋爐燃燒過程中保持最佳風燃比是提高鍋爐效率和經濟性的關鍵措施。優化氧量定值，以鍋爐效率最高為優化目標，結合鍋爐運行工況中熱效率與空氣系數的特定關系曲線，利用最優控制理論，尋求不同負荷狀態下的最佳風燃比，實現鍋爐經濟穩定燃燒。②制粉系統預測控制。正壓直吹式制粉系統是一個典型的多變量非線性時變系統。各控制量和被控量之間存在著嚴重的耦合關系，控制量擾動大，被控量滯后嚴重，基于經典PID 設計的控制方案難以實現制粉系統的解耦控制。③主蒸汽溫度預測控制。應用主汽溫預測控制功能，提高鍋爐汽溫控制的魯棒性，提升汽溫控制精度，實現鍋爐變負荷情況下，減少汽溫波動幅度，延長過熱器設備壽命，降低鍋爐爆管風險，節約機組運行維護費用[3]。同時減少減溫水噴量，提升鍋爐運行效率，進一步降低機組供電煤耗。

2.3 重要參數測量

①先進在線測量技術應用。煙氣成分在線測量系統。將SCR入口和出口CEMS 系統中的CO、NOx 濃度、O2 含量等參數的實時測量數據送到優化控制器系統，為智能控制提供可靠測量參數。②重要參數軟測量。測量計算結果應用到相關控制回路中，可降低機組煤耗，提高運行效率。③鍋爐CT。鍋爐CT 技術根據聲學測溫原理， 對爐膛溫度進行非接觸式測量， 實現爐膛溫度場的可視化和在線檢測，聲波測點布置對鍋爐本體不造成任何破壞，充分利用鍋爐現有的觀火孔和短吹預留孔[4]。

3 熱工自動控制技術的發展

3.1 機組APS 控制

APS 功能是實現電廠機組全過程自動啟動和全過程自動停運的綜合管理、控制系統。結合智能全程控制技術，在控制范圍、智能化程度等方面進行完善，實現機組自動啟停控制、管道注水到機組滿負荷的給水全程智能控制、自動并退泵及出力自動平衡功能的送/ 引風機全程智能控制、給水/ 燃料/ 汽機旁路協調自動熱態清洗智能控制、升溫升壓過程燃料自動智能控制、具有凝結水母管壓力自適應能力的除氧器水位全程智能控制、凝結水輔助調頻智能控制等全程自動控制[5]。

3.2 現場總線

現場總線（FCS）采用了智能設備，使現場設備具有通信能力，設備之間可直接傳送信號，因而控制系統的功能可不依賴于控制室里的計算機或控制器，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制，是數字化電廠的重要組成。在工業應用方面，智能駕駛、智能制造，已進入到現代化工廠、無人工廠，大量的機械手和機器人已經比比皆是。智能安防、智能交通、智能醫療，已步入人民的生活。智能電力是未來的發展趨勢。

4 結語

熱工自動控制技術的應用在降低成本、增加效益、提高企業競爭力，甚至在促進健康有效的經濟發展方面發揮著重要作用。為的是實現更加安全、高效、清潔、低碳、靈活的生產目標。