論文關(guān)鍵詞：自備電站；機(jī)爐控制系統(tǒng)；現(xiàn)狀；改進(jìn)意見

　　論文摘要：本文概述了火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展，分析了首鋼自備電站機(jī)爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，其中包括：主要的工藝設(shè)備；機(jī)爐控制系統(tǒng)規(guī)模及投產(chǎn)時(shí)間；系統(tǒng)構(gòu)成及主要特點(diǎn)。并提出對(duì)首鋼自備電站機(jī)爐控制系統(tǒng)的改進(jìn)完善意見。

　　1前言

    首鋼從1986年開始在自備電站大規(guī)模應(yīng)用以N-90為代表的IX萬集散型過程控制裝置，對(duì)機(jī)爐生產(chǎn)操作實(shí)行全面控制管理，在國產(chǎn)5萬kW火電機(jī)組的自動(dòng)控制上取得重要突破，是國內(nèi)中小機(jī)組中全面應(yīng)用微機(jī)控制取得成功的第一家。從第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)至今，3臺(tái)機(jī)組陸續(xù)發(fā)電104億度，不僅早就收回投資，而且創(chuàng)造利潤20多億元，為首鋼的改革發(fā)展創(chuàng)造了巨大效益。借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，認(rèn)真總結(jié)分析首鋼在5萬kW火電機(jī)組應(yīng)用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，探討在國產(chǎn)中小機(jī)組的控制中如何深人開發(fā)利用新一代DCS的高級(jí)功能，對(duì)于進(jìn)一步完善改進(jìn)首鋼自備電站的自控系統(tǒng)，獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　2火電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的新發(fā)展

    近年來，發(fā)展高參數(shù)、大容量單元機(jī)組以加快電力建設(shè)速度，降低煤耗是國內(nèi)外一種趨勢(shì)。而80年代以來，由于能源供應(yīng)緊張，使國內(nèi)許多冶金、輕紡、化工企業(yè)包括首鋼在內(nèi)紛紛建立廠內(nèi)單機(jī)容量為5-10萬kW的自備電站，成為電力建設(shè)的一股新潮流。首鋼過去只有幾臺(tái)工業(yè)供熱鍋爐，但在19$6年也建成自己的兩臺(tái)220t鍋爐、5萬kW機(jī)組。而近十幾年來，新建機(jī)組在20萬kW以上的只占35.796, 10萬kW以下以及5萬kW左右的機(jī)組占39.596，使煤耗居高不下。因此，在今后新增機(jī)組中，進(jìn)一步完善自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在舊機(jī)組特別是大量中小機(jī)組改造中，借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，因地制宜地增加一些關(guān)鍵性監(jiān)控項(xiàng)目，以提高其經(jīng)濟(jì)性和可靠性是十分必要的。

    火電廠是較之其他工業(yè)過程更為復(fù)雜的控制對(duì)象。其特點(diǎn)是連續(xù)生產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。發(fā)電廠機(jī)、爐、電三大主機(jī)加上無數(shù)輔機(jī)，運(yùn)行中相互關(guān)聯(lián)、相互制約，任何一臺(tái)設(shè)備的故瘴或停用都會(huì)引起平衡的破壞而導(dǎo)致工況的重新調(diào)整。例如，鍋爐氣包虧水8s就會(huì)引起爆炸。火電機(jī)組設(shè)備的整體性和生產(chǎn)的連續(xù)性決定了它的運(yùn)行監(jiān)視和操作只能由少數(shù)1-- 2人集中負(fù)責(zé)。但是運(yùn)行的復(fù)雜，系統(tǒng)的龐大又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們體力、腦力允許范圍。因此，一座現(xiàn)代化電廠不得不借助于高度發(fā)展的自動(dòng)化設(shè)備來保持運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。這就導(dǎo)致了對(duì)熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性的嚴(yán)格要求。

    DCS(集散控制系統(tǒng))的出現(xiàn)是工業(yè)控制的一個(gè)里程碑。自本世紀(jì)70年代以來，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使過程控制領(lǐng)域發(fā)生重大突破。DCS(集散型或分布式控制系統(tǒng))自20年前在美國Honeywell公司問世以來，其技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用推廣、推陳出新的速度驚人，已走向成熟的第三代產(chǎn)品。DCS分散控制、集中操作管理的高度可靠、高性能，替代傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和方法，為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制功能和高級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)提供了可靠的保證。目前，世界已推出上百種型號(hào)的DCS。從發(fā)達(dá)國家的電力工業(yè)看，美國、西歐、日本新建的火電廠已全部采用12。而且在老設(shè)備的改造中，也大量考慮采用〔〔S。原來生產(chǎn)常規(guī)儀表的廠商也轉(zhuǎn)向生產(chǎn)DC`S，常規(guī)儀表生產(chǎn)也越來越小。計(jì)算機(jī)的功能也不再局限于開環(huán)監(jiān)視，而具備了包括各種控制功能在內(nèi)的可能性。功能范圍正在擴(kuò)大。已逐漸取代常規(guī)設(shè)備。

DCS的功能除DAS(數(shù)據(jù)采集、處理)，CCS(大型單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))、SCS(順控系統(tǒng))和BMS(燃燒器管理系統(tǒng))以外，有時(shí)還把DEH(汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng))，BPC(汽輪機(jī)旁路控制系統(tǒng))MEH(給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng))等包括在內(nèi)組成一體化控制系統(tǒng)。火電機(jī)組自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展已成為機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性的必要條件。目前，國外火電機(jī)組除廣泛應(yīng)用〔X_'.S微機(jī)集散型控制系統(tǒng)外正在應(yīng)用人工智能技術(shù)大力開發(fā)多種專家系統(tǒng).如運(yùn)行支援、故障診斷、事故分析處理等。我國火電機(jī)組的自動(dòng)化程度，除近幾年引進(jìn)和國產(chǎn)的30 --- 60萬kW機(jī)組外。其余都處于相當(dāng)?shù)偷乃健?/p>

    我國電力系統(tǒng)自70年代后期，在寶鋼電廠成套引進(jìn)的日本3 x35萬kW機(jī)組上首先使用DCS獲得成功.到1993年12月投人運(yùn)行和新建的大型火電機(jī)組已有上百套，都采用DCS集散型控制系統(tǒng)。到1995年初，僅美國Bailey公司就在中國36家電廠設(shè)計(jì)投運(yùn)212套N-90和[nfi-9C1系統(tǒng)。其中，除首鋼是3臺(tái)5萬kW小型機(jī)組，遼寧是兩臺(tái)10萬kW機(jī)組外，其余全是20萬kW以上且大多是30 —60萬kW大型機(jī)組。這些數(shù)字說明，DCS在我國熱控中的應(yīng)用已日益普遍。在過程控制中，為滿足生產(chǎn)工藝的需要。火電廠自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)是，廣泛采用微機(jī)處理器為基礎(chǔ)的DCS集散控制系統(tǒng)，以功能復(fù)雜程度不同組合一定量的微機(jī)群去解決各自的控制要求，經(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)和其他微機(jī)進(jìn)行信息交換。實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、爐的分散控制。集中監(jiān)視操作管理。

    縱觀已投運(yùn)的DCS，絕大多數(shù)都取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為單元機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少事故，提高設(shè)備效率，降低煤耗和廠用電起到促進(jìn)作用，且顯著減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。有的電廠還充分發(fā)揮DCS信息采集功能、通信功能和運(yùn)算功能的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了許多高質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制軟件，對(duì)系統(tǒng)精度和水平的提高作出了貢獻(xiàn)。

　　3首鋼自備電站機(jī)爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　3.1主要工藝設(shè)備

    主要工藝設(shè)備:}1)煤粉鍋爐3臺(tái)，燃?xì)忮仩t1臺(tái)(燒高爐煤氣)，每臺(tái)鍋爐產(chǎn)汽2.20t/h蒸氣壓力9. $1MPa,溫度24202。附帶磨煤制粉系統(tǒng)3套、高壓除氧器3臺(tái)、電動(dòng)給水泵2臺(tái)及公用汽水管網(wǎng);(2)單抽凝汽式雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)組3臺(tái)，額定功率5萬kW,額定轉(zhuǎn)速3OOD轉(zhuǎn)lmin，總裝機(jī)容量15萬kW。每臺(tái)機(jī)組含3臺(tái)低壓加熱器、2臺(tái)高壓加熱器外圍系統(tǒng)包括水處理系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)。

　　3.2機(jī)爐控制系統(tǒng)規(guī)模及投產(chǎn)時(shí)間
        機(jī)爐控制系統(tǒng)規(guī)模及投產(chǎn)時(shí)間見表l。

　　3 .3系統(tǒng)構(gòu)成及主要特點(diǎn)

    按原設(shè)計(jì)和投產(chǎn)后不久的布局，主廠房內(nèi)主體工藝設(shè)備的控制主要分為兩種模式:

    第一種模式是以1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)爐和1號(hào)、2號(hào)機(jī)為對(duì)象的N-90自控系統(tǒng)，代表了電站機(jī)爐控制系統(tǒng)的主體、主流和主要水平。整個(gè)系統(tǒng)I!O檢測(cè)控制點(diǎn)3 927點(diǎn)，分三級(jí)對(duì)熱電生產(chǎn)過程進(jìn)行管理控制:

（1)上面一級(jí)是以一臺(tái)小型機(jī)和多臺(tái)終端組成的廠級(jí)上位管理機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)各類生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)報(bào)警、趨勢(shì)進(jìn)行記錄、分析、處理和報(bào)表打印.對(duì)全廠生產(chǎn)集中監(jiān)督管理;

(2}中間一級(jí)是以主控室6臺(tái)帶有彩色動(dòng)態(tài)流程圖顯示的人機(jī)操作接口單元組成，可以對(duì)熱電生產(chǎn)的主要過程進(jìn)行集中實(shí)時(shí)操作監(jiān)視和手、自動(dòng)控制，并設(shè)有聲光報(bào)警和趨勢(shì)顯示打印及緊急啟停手段.

(3}下面一級(jí)是現(xiàn)場(chǎng)過程級(jí)，在主廠房內(nèi)三個(gè)過程站里設(shè)有15個(gè)過程控制單元(PCU}，每個(gè)單元內(nèi)按需要設(shè)有兒十個(gè)微處理器.直接與現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備和一次檢測(cè)、執(zhí)行部件分別對(duì)應(yīng)連接，按預(yù)先組態(tài)的控制編程和設(shè)定、指令，各自獨(dú)立完成熱電生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)、控制和數(shù)據(jù)采集、處理。對(duì)于重要的調(diào)節(jié)回路和工藝參數(shù)、邏輯控制，還設(shè)有相當(dāng)一批數(shù)量的N-90數(shù)字操作站，可甩掉上面兩級(jí)就地操作控制。對(duì)于特別重要的設(shè)備，還增設(shè)了少量常規(guī)電氣按鈕和儀表，作為緊急事故處理手段。

    第二種模式是以3號(hào)機(jī)、4號(hào)爐為對(duì)象的DGS或PLC加數(shù)采的混合控制系統(tǒng)。如3號(hào)機(jī)是以較早占領(lǐng)中國市場(chǎng)的 PLC產(chǎn)品MODIGON-984用于低壓電氣設(shè)備(水泵、油泵電機(jī)及電動(dòng)閥等)的控制連鎖，而以MIGQN的X32雙回路調(diào)節(jié)器和IAA數(shù)采系統(tǒng)組成小型的DGS簡易混合系統(tǒng)。4號(hào)爐則是MIG}N X32雙回路調(diào)節(jié)器加上OPTQ-22數(shù)采組成另一類小型DGS簡易混合系統(tǒng)。且3號(hào)機(jī)、4號(hào)爐也都有一臺(tái)工業(yè)微機(jī)用做上位管理機(jī)。這種模式一方面反映了人們對(duì)機(jī)爐龐大的N-90系統(tǒng)某些局部問題的擔(dān)心，另一方面也不乏有關(guān)部門專業(yè)技術(shù)人員及領(lǐng)導(dǎo)層對(duì)多元化、小型化及經(jīng)濟(jì)型控制模式的探索和嘗試。

    上述兩種模式其實(shí)沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是具體控制策略不同。整個(gè)電站機(jī)爐控制系統(tǒng)的共同特點(diǎn)仍同第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后人們所總結(jié)的那樣: {1)集中遙控操作顯示使人們嘗試到什么是生產(chǎn)過程的信息化監(jiān)督和管理;(2)以微處理器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的Pcu，使對(duì)局部獨(dú)立設(shè)備的控制真正分散到每一控制器模塊，顯著提高了生產(chǎn)的安全可靠性;c})每個(gè)控制器模塊所存儲(chǔ)的大容量的先進(jìn)功能庫以及軟硬件組態(tài)方式和在線修改PID參數(shù)的靈活性。使人們可方便地使用自適應(yīng)、矩陣控制等高級(jí)控制功能，而不用大量進(jìn)行硬件設(shè)備更新即不斷提高系統(tǒng)水平成為可能。

　　3.4系統(tǒng)