1、概述
燃油燃?xì)忮仩t發(fā)電在國(guó)內(nèi)已有60多年的歷史，當(dāng)時(shí)在我國(guó)東北建成的鍋爐，至今仍在安全運(yùn)行。目前開(kāi)發(fā)的燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t，在原有的煤氣發(fā)生爐的基礎(chǔ)上，又增添了節(jié)能、環(huán)保等技術(shù)，使之成為高效、節(jié)能、安全、環(huán)保型技術(shù)。鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一個(gè)急需得到重視的問(wèn)題，這不僅牽扯個(gè)體的經(jīng)濟(jì)，而且在能源日益短缺的將來(lái)對(duì)節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展更具有重大意義。
UW500集散控制系統(tǒng)是杭州優(yōu)穩(wěn)與浙江大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化國(guó)家工程研究中心聯(lián)合開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)不斷分析總結(jié)、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新、測(cè)試改進(jìn)與考核完善，推出的新一代集散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠顯著提高監(jiān)控的自動(dòng)化水平，提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)和可靠的運(yùn)行。
2、工藝簡(jiǎn)介
發(fā)電的過(guò)程就是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程：燃料化學(xué)能 蒸汽熱能 機(jī)械能電能。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是利用燃料(煤氣)發(fā)熱，加熱水 ，形成高溫高壓過(guò)熱蒸汽，推動(dòng)氣輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(電磁場(chǎng))旋轉(zhuǎn)，定子線圈切割磁力線，發(fā)出電能，再利用升壓變壓器，升到系統(tǒng)電壓，與系統(tǒng)并網(wǎng)，向外輸送電能。
燃?xì)獍l(fā)電的主要設(shè)備系統(tǒng)包括：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其他一些輔助處理設(shè)備。
其發(fā)電系統(tǒng)主要由燃燒系統(tǒng)(以鍋爐為核心)、汽水系統(tǒng)(主要由各類(lèi)泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成)、電氣系統(tǒng)(以汽輪發(fā)電機(jī)、主變壓器等為主)、控制系統(tǒng)等組成。前二者產(chǎn)生高溫高壓蒸汽;電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由熱能、機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)變;控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
3、控制策略
集散控制系統(tǒng)鍋爐機(jī)組的自動(dòng)化功能，功能包括數(shù)據(jù)采集功能(DAS)、模擬量控制功能(MCS)、汽機(jī)停機(jī)保護(hù)(ETS)、順序控制功能(SCS)、鍋爐主燃料切斷保護(hù)(MFT)及信息管理等功能。
煤氣燃料的控制系統(tǒng)
一般鍋爐燃燒系統(tǒng)控制中，主要的被控參數(shù)為主汽壓力或負(fù)荷。對(duì)主汽壓力和負(fù)荷參數(shù)的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐的燃?xì)饬縼?lái)實(shí)現(xiàn)的。鍋爐的燃料量控制系統(tǒng)采用以控制鍋爐的出口蒸汽壓力為主調(diào)，以鍋爐主蒸汽流量為前饋。
高爐煤氣發(fā)電機(jī)組的燃燒系統(tǒng)可通過(guò)機(jī)組盡可能在維持不停爐的前提下，按煤氣量大小維持鍋爐在25%~110%的燃料負(fù)荷情況下運(yùn)行。汽機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)的開(kāi)度變化會(huì)引起主蒸汽的壓力參數(shù)，通過(guò)反饋控制調(diào)節(jié)燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)主蒸汽的壓力穩(wěn)定。因此，本系統(tǒng)首先保證高爐煤氣進(jìn)氣壓力，通過(guò)調(diào)節(jié)高爐煤氣進(jìn)氣閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制高爐煤氣進(jìn)氣壓力，煤氣壓力得到保證的情況下，來(lái)控制燃料。
送風(fēng)量控制系統(tǒng)(煙氧含量控制系統(tǒng))
送風(fēng)控制既要保證鍋爐的安全燃燒，又要保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益，而送風(fēng)控制系統(tǒng)最終是由保證最佳的爐膛出口氧量來(lái)標(biāo)志其燃燒工況的安全與經(jīng)濟(jì)性的。
送風(fēng)控制系統(tǒng)，是以調(diào)節(jié)高爐煤氣的配風(fēng)量為主，再以氧量校正回路串級(jí)接在送風(fēng)量控制回路中。
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引風(fēng)量控制系統(tǒng)(爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng))
根據(jù)高爐煤氣發(fā)電實(shí)踐工程，引風(fēng)控制系統(tǒng)是以爐膛負(fù)壓為主要控制參數(shù)，但可將送風(fēng)總量信號(hào)作為前饋信號(hào)。
機(jī)爐協(xié)調(diào)控制
鍋爐出口主蒸汽壓力的改變，則高爐煤氣燃料量的改變。若高爐煤氣燃料量改變后，又必然通過(guò)其壓力參數(shù)值的改變顯示出來(lái)。因此，燃料系統(tǒng)的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)高爐煤氣進(jìn)氣閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制高爐煤氣進(jìn)氣壓力來(lái)控制燃燒狀態(tài)(而不是控制煤氣燃料的進(jìn)氣量)，來(lái)配合汽機(jī)的控制達(dá)到控制鍋爐主蒸汽壓力的目的。因此，一方面，鍋爐負(fù)荷的調(diào)節(jié)通過(guò)鍋爐負(fù)荷分配運(yùn)算系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算及控制;另一方面，鍋爐主蒸汽母管壓力的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)汽機(jī)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制的。
主蒸汽溫度控制系統(tǒng)
鍋爐主蒸汽溫度的調(diào)節(jié)，應(yīng)根據(jù)鍋爐特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在規(guī)定的鍋爐運(yùn)行范圍內(nèi)，達(dá)到溫度控制的負(fù)荷時(shí)(特別是低負(fù)荷、高負(fù)荷區(qū)域)，控制第一級(jí)過(guò)熱器的出口溫度使之達(dá)到設(shè)定范圍之內(nèi)。
調(diào)節(jié)量：減溫水流量
調(diào)節(jié)設(shè)備：減溫水調(diào)節(jié)閥門(mén)
導(dǎo)前溫度信號(hào)：高溫過(guò)熱器出口溫度
給水控制(汽包水位控制)
正常的控制應(yīng)是由蒸汽流量、汽包水位和給水流量組成的三沖量控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷小于30%時(shí)采用只有汽包水位的單沖量控制，當(dāng)負(fù)荷大于30%時(shí)切換至三沖量控制，應(yīng)提供單沖量和三沖量控制之間的無(wú)擾切換，反之亦然。
測(cè)量汽包水位的變送器，應(yīng)為雙重冗余，最好三重冗余，并有壓力補(bǔ)償、比較和選擇。
經(jīng)溫度補(bǔ)償?shù)慕o水流量應(yīng)加入噴水流量，得出總給水流量信號(hào)。
蒸汽流量測(cè)量應(yīng)有壓力和溫度補(bǔ)償，并加入供熱母管流量得出總蒸汽流量信號(hào)。
被調(diào)量：汽包水位
調(diào)節(jié)量：給水流量
副回路輸入信號(hào)：給水流量
前饋輸入信號(hào)：主蒸汽流量
圖1 汽包液位保護(hù)
凝氣器水位控制系統(tǒng)
保持一定的凝汽器水位，目的用于保障建立正常的凝汽器真空。凝汽器水位的過(guò)高和過(guò)低都可能破壞凝汽器真空。在凝汽器水位控制系統(tǒng)中，凝汽器水位測(cè)量值與給定值的偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果調(diào)節(jié)凝汽器水位調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，維持凝汽器水位恒定。
軸封壓力控制系統(tǒng)
在汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)隔板和主軸間隙處，以及主軸穿出氣缸外處等部位，蒸汽氣缸會(huì)往外泄漏或外部空氣漏入，使汽輪機(jī)的效率降低并使機(jī)組真空惡化，破壞汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。故必須采用軸封阻擋蒸汽外漏和空氣漏入，來(lái)保障汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。軸封性能的好壞是通過(guò)控制軸封蒸汽 壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在汽輪發(fā)電機(jī)組軸封壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，軸封壓力的測(cè)量值與給定值進(jìn)行PID運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果控制軸封供汽調(diào)節(jié)閥，維持軸封壓力在設(shè)定值。
連排擴(kuò)容器水位控制系統(tǒng)
根據(jù)連排擴(kuò)容器水位信號(hào)，控制連排擴(kuò)容器疏水調(diào)節(jié)器，維持連排擴(kuò)容器水位在設(shè)定值。
高壓加熱器水位控制系統(tǒng)
高壓加熱器是汽機(jī)抽汽與主給水的熱交換設(shè)備。低壓加熱器是汽機(jī)抽汽與凝結(jié)水的熱交換設(shè)備。它們的水位過(guò)高，有可能導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)水，從而引發(fā)事故。
在高壓加熱器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，水位的測(cè)量值與給定值進(jìn)行PID運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果控制高壓加熱器的疏水調(diào)節(jié)閥，使高加水位滿(mǎn)足運(yùn)行要求。
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低壓加熱器水位控制系統(tǒng)(一般小機(jī)組沒(méi)有)
在低壓加熱器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，水位的測(cè)量值與給定值進(jìn)行PID運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果控制低壓加熱器的疏水調(diào)節(jié)閥，使低加水位滿(mǎn)足運(yùn)行要求。緊急情況下，由事故放水電動(dòng)門(mén)控制其液位。
除氧器水位控制系統(tǒng)
保持除氧器水位的目的是用來(lái)保障鍋爐供水量與需求量的平衡。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，除氧器水位控制有單沖量和三沖量?jī)煞N調(diào)節(jié)方式。它們的區(qū)別在于化學(xué)補(bǔ)充水是否連續(xù)進(jìn)水。其中，三沖量調(diào)節(jié)方式與汽包水位控制系統(tǒng)相類(lèi)似，在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行期間為單沖量調(diào)節(jié)，正常負(fù)荷時(shí)為三沖量調(diào)節(jié)。單沖量和三沖量之間的切換可以通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)除氧器水位達(dá)到高值時(shí)，除氧器水位調(diào)節(jié)器關(guān)閉，凝結(jié)水再循環(huán)閥打開(kāi)。除氧器水位過(guò)高時(shí)，開(kāi)事故放水電動(dòng)門(mén)。當(dāng)汽機(jī)停運(yùn)時(shí)，除氧器水位調(diào)節(jié)由化學(xué)補(bǔ)給水閥實(shí)現(xiàn)。
除氧器壓力控制系統(tǒng)
在機(jī)組啟動(dòng)期間，除氧器壓力的調(diào)節(jié)是通過(guò)打開(kāi)廠蒸汽母管調(diào)節(jié)閥，來(lái)維持除氧器壓力的設(shè)定值。
在正常負(fù)荷工況下，除氧器壓力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將除氧器壓力測(cè)量值與設(shè)定值的偏差送入PID進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果調(diào)整除氧器壓力調(diào)節(jié)閥，控制除氧器壓力在設(shè)定值上。
4、控制工程
UW500集散控制系統(tǒng)在鍋爐發(fā)電上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。UW500可以完成包括數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、爐膛安全保護(hù)、電氣控制、廠用電公用控制、熱網(wǎng)控制等功能，系統(tǒng)支持32個(gè)控制站，系統(tǒng)規(guī)模達(dá)：AIO:16384，DIO:32768。
UW500集散控制系統(tǒng)能夠?qū)﹀仩t發(fā)電中需監(jiān)控的大量點(diǎn)數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，優(yōu)秀的雙重化冗余設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。
圖2 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖
圖3 鍋爐燃燒系統(tǒng)
5、小結(jié)
利用UW500集散控制系統(tǒng)對(duì)大量監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控，可大幅度的減輕了工人的工作量，使大量分散的數(shù)據(jù)集中顯示在操作站上，穩(wěn)定的系統(tǒng)讓控制更安全、簡(jiǎn)易。鍋爐的燃燒也得到很好的控制，使燃燒效率顯著提高。
（轉(zhuǎn)載）
