鍋爐雙沖量dcs控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

【專家解說(shuō)】：">華能玉環(huán)電廠4×1000 MW超超臨界直流爐機(jī)組
DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之淺見(jiàn)
上海西屋控制系統(tǒng)有限公司(上海浦東 201206) 管宇群 吳山紅 朱鼎宇

【摘 要】對(duì)華能玉環(huán)電廠新建4X1000MW 超超臨界機(jī)組DCS 控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，皆在了解和掌握國(guó)外在超超臨界機(jī)組DCS控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)上的一些經(jīng)驗(yàn)，為今后的超超臨界機(jī)組DCS 控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)提供借鑒。
【關(guān)鍵詞】超超臨界機(jī)組 分散控制系統(tǒng) DCS 1000MW機(jī)組

華能玉環(huán)電廠一、二期工程為4×1000MW國(guó)產(chǎn)化超超臨界燃煤機(jī)組。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)日本三菱技術(shù)制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直管水冷壁直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用八角雙切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)∏型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為2950 t/h、過(guò)熱器出口壓力為26.25MPa、過(guò)熱器出口溫度為605℃、再熱蒸汽流量為2457 t/h、再熱器出口溫度為603℃。
鍋爐運(yùn)行方式：帶基本負(fù)荷并參與調(diào)峰。鍋爐采用無(wú)分隔墻的八角反向雙火焰切圓燃燒方式。每臺(tái)鍋爐共設(shè)有48只直流燃燒器，燃燒器共分6層，每層設(shè)8只燃燒器，每層燃燒器由同一臺(tái)磨煤機(jī)供給煤粉。鍋爐采用二級(jí)點(diǎn)火方式：高能電火花點(diǎn)火器－主油槍－煤粉燃燒器。油燃燒器的總輸入熱量按30%B-MCR計(jì)算。
制粉系統(tǒng)型式：采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6臺(tái)中速磨煤機(jī)，燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。
給水系統(tǒng)采用單元制。系統(tǒng)配2×3臺(tái)50%容量的雙列高壓加熱器。每列高加分別設(shè)給水大旁路。系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)50%容量的汽動(dòng)給水泵，一臺(tái)25%BMCR容量、帶液力耦合器的調(diào)速電動(dòng)啟動(dòng)/備用給水泵。
汽機(jī)由上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)，超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級(jí)回?zé)岢槠?
汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)：暫定30%容量高低壓二級(jí)串聯(lián)旁路。
汽輪機(jī)具有八級(jí)非調(diào)整抽汽。一、二、三級(jí)抽汽供三臺(tái)高壓加熱器；四級(jí)抽汽供除氧器、給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)和輔助蒸汽系統(tǒng)；五、六、七、八級(jí)抽汽分別向5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)低壓加熱器供汽。
給水、主蒸汽、再熱蒸汽系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)均為單元制。
機(jī)組的DCS系統(tǒng)采用上海西屋控制系統(tǒng)有限公司OVATION控制系統(tǒng)。其單元機(jī)組配有27對(duì)控制器、公用系統(tǒng)配有7對(duì)控制器。控制范圍涵蓋了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）及各公用系統(tǒng)的控制。
1 DCS系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)
為保證發(fā)電廠安全、高效地運(yùn)行，對(duì)于超臨界直流鍋爐而言，啟動(dòng)系統(tǒng)的控制及水燃比控制是有別于亞臨界汽包爐的控制回路。本文將對(duì)這倆個(gè)控制回路的特點(diǎn)做一簡(jiǎn)要的分析，它是針對(duì)玉環(huán)電廠超超臨界鍋爐所設(shè)計(jì)的。
本鍋爐為帶有再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，具有啟動(dòng)時(shí)間短、鍋爐啟動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)。在啟動(dòng)過(guò)程中，水冷壁的最低流量為35％BMCR，利用再循環(huán)泵將再循環(huán)流量與給水混合后進(jìn)入省煤器，避免熱損失。從鍋爐點(diǎn)火到蒸發(fā)量達(dá)3％BMCR這一階段，儲(chǔ)水箱水位迅速上升，利用分離器疏水閥將工質(zhì)排往擴(kuò)容器。隨著蒸發(fā)量的不斷增加，儲(chǔ)水箱水位不斷下降，再循環(huán)流量不斷減少，給水泵流量卻相應(yīng)增加，直到鍋爐轉(zhuǎn)到干態(tài)運(yùn)行，再循環(huán)泵停止。其啟動(dòng)系統(tǒng)的汽水流程圖如圖1。
1.1 啟動(dòng)系統(tǒng)分離器控制回路簡(jiǎn)述
1.1.1 噴射水流量控制
在濕態(tài)方式下，從主給水有一路水通過(guò)噴射水流量閥保持一定的噴射水流量以冷卻BCP，通過(guò)該調(diào)節(jié)閥維持1~3%的噴水量。在干態(tài)運(yùn)行期間，當(dāng)噴射水流量閥關(guān)時(shí)，水從一并列的孔板流過(guò)以冷卻BCP。經(jīng)過(guò)溫度修正的噴射水流量和設(shè)定值的偏差來(lái)調(diào)節(jié)噴射水流量閥開(kāi)度。當(dāng)BCP停時(shí)，噴射水流量閥強(qiáng)制關(guān)到0。
1.1.2 分離器水位控制
分離器水位控制回路根據(jù)分離器的水位給出分離器疏水閥A、B和C的開(kāi)度。各個(gè)閥門的開(kāi)啟都正比于分離器水位。隨著分離器水位的上升，先開(kāi)A閥，再開(kāi)B、C閥。隨著分離器水位的升高，A閥首先開(kāi)啟。隨著分離器水位的再升高，B、C閥第二個(gè)開(kāi)啟。
疏水閥A、B和C在濕態(tài)方式為鍋爐循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥的緊急備用，在干態(tài)方式為過(guò)熱器噴水減溫旁路調(diào)節(jié)閥的緊急備用。
當(dāng)WDC的各出口閥關(guān)，疏水閥A、B和C強(qiáng)制關(guān)到0。
圖1 啟動(dòng)系統(tǒng)的汽水流程圖
1.1.3 過(guò)熱器噴水減溫旁路調(diào)節(jié)閥控制
在干態(tài)時(shí)，BCP停，從省煤器入口有一路水經(jīng)BCP反流到過(guò)熱器對(duì)BCP進(jìn)行暖泵。在超臨界狀態(tài)時(shí)，分離器出口壓力＞120kg，此閥保持固定開(kāi)度40%。在干態(tài)到超臨界時(shí)分離器出口壓力＜120kg，根據(jù)分離器的水位給出過(guò)熱器噴水減溫旁路調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。此閥僅在干態(tài)方式下才能開(kāi)，在濕態(tài)方式下強(qiáng)制關(guān)到0。
1.1.4 再循環(huán)流量控制
汽水混合物進(jìn)入分離器容器，蒸汽流向過(guò)熱器，水流向儲(chǔ)水箱。在負(fù)荷非常低時(shí)，水沒(méi)有被蒸發(fā)而全部進(jìn)入儲(chǔ)水箱，然后利用一臺(tái)循環(huán)泵把水打回到省煤器入口。改變循環(huán)流量可調(diào)節(jié)儲(chǔ)水箱液位。在啟動(dòng)期間，水膨脹在儲(chǔ)水箱里會(huì)造成很高的液位，靠?jī)蓚€(gè)排放閥的連續(xù)排放，排掉一些水。隨著負(fù)荷的增加，更多的水轉(zhuǎn)化成蒸汽，儲(chǔ)水箱的液位將降低。這個(gè)過(guò)程通過(guò)減少循環(huán)流量來(lái)相互配合，直到液位低時(shí)水泵跳閘為止。在本生負(fù)荷點(diǎn)以上，所有水都轉(zhuǎn)化成蒸汽。循環(huán)流量設(shè)定值為儲(chǔ)水箱水位的函數(shù)，有三種設(shè)定值函數(shù)：
1.1.4.1 濕態(tài)方式下為正常設(shè)定值。
1.1.4.2 當(dāng)鍋爐點(diǎn)火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，分離器水位會(huì)先高再降低，通過(guò)降低設(shè)定值以減少分離器水位的快速下降。
1.1.4.3 當(dāng)省煤器出口溫度高，降低設(shè)定值，以增加給水流量，防止省煤器汽化。
當(dāng)鍋爐循環(huán)泵停，鍋爐循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥強(qiáng)制關(guān)到0。
啟動(dòng)系統(tǒng)分離器控制SAMA圖如2。
1.2 水燃比控制回路簡(jiǎn)述
水/燃料比率（WFR）指令是通過(guò)下列方法發(fā)出的。
當(dāng)鍋爐處于濕態(tài)運(yùn)行方式時(shí)，主蒸汽壓力由燃料量控制（同汽包爐）。因此，在這種情況下，調(diào)整水/燃料比率指令來(lái)控制主蒸汽壓力。
當(dāng)鍋爐處于干態(tài)運(yùn)行方式時(shí)，水/燃料比率指令控制水分離器入口蒸汽的過(guò)熱度，使主蒸汽溫度控制始終處于最佳位置（也就是，當(dāng)超出某一負(fù)荷時(shí)，在穩(wěn)定狀態(tài)條件下噴水），以快速響應(yīng)溫度擾動(dòng)。另外，為了協(xié)助主蒸汽溫度的控制，把每一部分的溫度偏差加起來(lái)作為比例控制信號(hào)。上游溫度偏差（也就是，分離器出口蒸汽溫度，一級(jí)過(guò)熱器出口溫度）加在主蒸汽溫度控制回路上作為前饋指令。
在圖中有一TR功能塊，它是根據(jù)三菱鍋爐的具體保護(hù)要求來(lái)實(shí)現(xiàn)下列功能：
當(dāng)過(guò)熱器受熱面金屬溫度過(guò)高時(shí)，在當(dāng)前的水煤比基礎(chǔ)上逐步下降至一定值，當(dāng)現(xiàn)象消失后，再恢復(fù)正常。
當(dāng)過(guò)熱器受熱面金屬溫度過(guò)高高時(shí)，在當(dāng)前的水煤比基礎(chǔ)上下降至一定值，當(dāng)現(xiàn)象消失后，再恢復(fù)正常
當(dāng)一過(guò)出口溫度過(guò)高時(shí)，當(dāng)前的水煤比直接降至最小值，當(dāng)現(xiàn)象消失后，再恢復(fù)正常。
水燃比控制SAMA圖如3。
圖2 啟動(dòng)系統(tǒng)分離器控制SAMA圖
圖3 水燃比控制SAMA圖
2 結(jié)束語(yǔ)
DCS在火電廠的普遍應(yīng)用使機(jī)組的自動(dòng)化水平明顯的提高。提高DCS在1000MW超超臨界機(jī)組的控制水平，完善的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵。完善和提高控制設(shè)計(jì)水平，使DCS在電廠的應(yīng)用達(dá)到新的水平。

【作者簡(jiǎn)介】
管宇群 上海西屋控制系統(tǒng)有限公司高級(jí)工程師
吳山紅 上海西屋控制系統(tǒng)有限公司高級(jí)工程師
朱鼎宇 上海西屋控制系統(tǒng)有限公司高級(jí)工程師