1、前 言
隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及數(shù)字測量技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)在電站鍋爐控制中的應(yīng)用，DCS（集散控制系統(tǒng)）在現(xiàn)代電力生產(chǎn)中所起到的作用也越來越大。DCS設(shè)計主要包括硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計2個部分。硬件系統(tǒng)設(shè)計主要包括I/O點的確定，以及DCS硬件系統(tǒng)配置方案。軟件系統(tǒng)設(shè)計主要包括各個系統(tǒng)的控制邏輯，主要包括：鍋爐調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(簡稱MCS)，鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱FSSS），順序控制系統(tǒng)（簡稱SCS），以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(簡稱DAS)。
2、鍋爐概況
600 MW超臨界鍋爐采用定 滑 定運行方式，單爐膛、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型鍋爐。制粉系統(tǒng)：采用中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配6臺磨煤機（5臺運行，1臺備用），給水調(diào)節(jié)：機組配置2×50%BMCR調(diào)速汽動給水泵和1臺30%BMCR容量的電動調(diào)速給水泵。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機、
木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
3、600 MW超臨界鍋爐控制系統(tǒng)方案設(shè)計
3.1硬件部分
3.1.1系統(tǒng)I/O點的統(tǒng)計
技術(shù)人員通過鍋爐系統(tǒng)P＆ID圖對系統(tǒng)I/O點進行統(tǒng)計列表，I/O清單應(yīng)包括位置說明、信號類型、歸屬系統(tǒng)、用途、工作范圍，為軟件組態(tài)的實現(xiàn)提供條件。表1為600 MW超臨界鍋爐本體范圍內(nèi)的I/O點總數(shù)。
DCS系統(tǒng)I/O站采用按照工藝流程劃分的原則：主要考慮控制和物理分散、子回路相對對立、減少站間控制信息的引用，對于需要多點測量的重要信號要盡量分配在不同的模塊上，以保證高可靠性、及時性和安全性。系統(tǒng)主控單元、系統(tǒng)電源、通訊網(wǎng)絡(luò)及主要模塊均采用冗余配置。
3.1.2硬件配置
在本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共分為2層，上層為管理網(wǎng)絡(luò)，主要負責具體的鍋爐控制指令的設(shè)置和執(zhí)行，在本設(shè)計方案中主要是指鍋爐控制指令的組態(tài)及具體生產(chǎn)指令的設(shè)置；下層為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，主要負責數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行上層網(wǎng)絡(luò)（管理網(wǎng)絡(luò)）發(fā)出的指令，2層之間通過網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)連接，具體見圖1：600 MW超臨界鍋爐DCS控制系統(tǒng)硬件配置圖。該系統(tǒng)的DCS包括了四大組成部分：控制器、操作員站、工程師站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
3.2軟件部分
3.2.1 600 MW超臨界鍋爐控制主要特點
600 MW超臨界鍋爐采用內(nèi)置擴容疏水式啟動系統(tǒng)，鍋爐啟動初期通過電動給水泵保持省煤器進口給水流量為30 %BMCR，給水通過螺旋水冷壁以及垂直水冷壁加熱蒸發(fā)，由于蒸汽干度<1，在啟動分離器中汽水分離，蒸汽去爐頂集箱，分離出的水通過分離器連接貯水箱分為3路，1路去除氧器，另外2路去大氣擴容器，每1路通過1只液動調(diào)節(jié)閥來控制分離器水位，3只液動閥控制采用開環(huán)控制，通過有先后次序的打開和關(guān)閉，保證分離器水位保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。隨著燃料量的增加，分離器分離出的蒸汽量逐步增加，水量逐步減少，分離器入口濕蒸汽的焓值增加。當鍋爐負荷達到30%BMCR時，分離器入口蒸汽干度為1，分離器無水分離。保持給水不變，繼續(xù)增加燃燒率，分離器出口蒸汽達到一定的過熱度，鍋爐正式轉(zhuǎn)入干態(tài)運行，此時通過煤水比控制分離器出口蒸汽溫度和過熱蒸汽溫度。
過熱蒸汽溫度通過煤水比控制為主，噴水減溫為輔，一級噴水減溫控制二級減溫器進出口溫差，并且采用分離器出口蒸汽壓力作為蒸汽過熱度保護。再熱蒸汽溫度控制采用燃燒器擺動，噴水減溫為輔。
燃燒系統(tǒng)采用低NO，同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，引入緊湊燃盡風(CCOFA)、分離燃盡風(SOFA)、預置水平偏角的輔助風(CFS)。通過給煤機轉(zhuǎn)速函數(shù)控制燃料風擋板開度；通過總測量風量函數(shù)控制燃盡風擋板開度；通過爐膛大風箱于爐膛出口壓差函數(shù)控制輔助風擋板；通過分級配風有效減少NO，生成。
3.2.2數(shù)據(jù)采集、處理和顯示系統(tǒng)DAS( DataAcquisition System)
數(shù)據(jù)采集及處理，是對機組的現(xiàn)場生產(chǎn)過程中實時數(shù)據(jù)（各種過程參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)）進行檢測采集，經(jīng)后續(xù)處理再經(jīng)人機接口進行顯示、打印、報警及存儲。數(shù)據(jù)采集是由DCS系統(tǒng)的I/O模塊通過現(xiàn)場的一次儀表、信號裝置采集工藝過程的參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，如溫度、壓力、流量、位移等模擬量和設(shè)備狀態(tài)開關(guān)量信號，使現(xiàn)場信息匯集到DCS內(nèi)部變?yōu)閿?shù)字信息進行預處理。
數(shù)據(jù)計算處理是對經(jīng)過預處理的信息進行再加工處理，得到DCS的二次參數(shù)，主要的處理方法如下所述：
(1) -次計算，這類數(shù)據(jù)處理主要是對現(xiàn)場信息的補償和修正，一般現(xiàn)場需要補償?shù)男畔⒂校毫髁垦a償，一般采用計算公式補償?shù)姆椒ǎ?br />
(2)二次計算，對測點求和、求差、信號選擇、累計及平均值、最大值等數(shù)據(jù)計算；
(3)性能計算，鍋爐熱效率、汽機熱效率、電廠總效率及各個生產(chǎn)班組運行考核等計算指標；
顯示部分包括分級報警顯示。報警系統(tǒng)就是將被檢測的對象及時準確地檢測出來，并提醒操作人員注意，以防止異常情況進一步惡化。
3.2.3模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)MCS( Modulating Con-trol System)
在超臨界鍋爐中，由于蒸發(fā)與過熱受熱面之間沒有固定的分界線，當給水量或燃料量變化時都會引起蒸發(fā)量、汽溫和汽壓的同步變化，相互有牽制，關(guān)系密切，這樣給控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整增加了靈活性，也增添了復雜性。隨著超臨界機組蒸汽壓力的升高，鍋爐中間點汽溫和過熱器出口汽溫控制點的溫度變動慣性增加（亦即比熱增加），時間常數(shù)和延遲時間相應(yīng)增大，在燃料或給水量擾動時，超臨界鍋爐的蒸汽溫度變化具有更大慣性。
在超臨界機組啟動和低負荷運行期間，必須投入啟動系統(tǒng)，因此也增加了鍋爐啟動系統(tǒng)對控制的要求。
從以上幾點可知，超臨界鍋爐更難于控制，情況更復雜。在規(guī)定的運行工況下，必須維持某些比例常數(shù)，而在變工況下必須使這些比例按～定規(guī)律變化，在啟動和低負荷時，則要求更大幅度地改變這些比例，以得到寬范圍領(lǐng)域的自動控制。
為此，必須設(shè)計更完善的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在啟動工況下更多地采用變參數(shù)、變定值技術(shù)，所有控制功能應(yīng)在前饋技術(shù)的基礎(chǔ)上完成，并連續(xù)地校正控制系統(tǒng)的增益。
MCS主要包括如下控制回路：
(1)啟動方式選擇（冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)）；
(2)機組主控；
(3)磨煤機一次風機流量和溫度控制；
(4)煤量控制；
(5)給水泵控制；
(6)熱一次風壓差（△p）控制；
(7)暖爐油量和霧化介質(zhì)壓力控制；
(8)鍋爐風量控制；
(9) SOFA擋板控制；
(10 )燃料／輔助風擋板控制；
(11)二次風量控制；
(12)爐膛壓力控制；
(13)給水指令；
(14)燃料／空氣量指令；
(15)分離器水位控制；
(16) -級噴水減溫控制；
(17)二級噴水減溫控制；
(18)再熱汽溫控制（噴水）；
(19)再熱汽溫控制（噴嘴擺動）。
3.2.4順序控制系統(tǒng)SCS( Sequence ControlSystem)
由于機組的控制對象多，控制過程復雜，運行方式多，所以，采用程序控制，不僅可以減少值班員的操作次數(shù)，減少控制盤臺操作尺寸、縮小監(jiān)視面。更重要的是還可以防止對象多及運行方式多而引起的操作事故，有利于機組的安全運行、防止設(shè)備損壞或是減少操作人員的勞動強度等。
順序控制設(shè)計要滿足以下原則：
(1)1個功能組為某一工藝系統(tǒng)內(nèi)所有輔機及其所有的相關(guān)設(shè)備，如鍋爐煙風系統(tǒng)內(nèi)的送風機、引風機、空氣預熱器及相關(guān)輔助設(shè)備和風門擋板等。1個子項組為某個設(shè)備組，如1臺風機及其所有的相關(guān)設(shè)備。
(2)所設(shè)計的功能組和子項組順序控制自動順序操作，并可接受機組級順控指令，目的是為了在機組啟、停時減少操作人員的常規(guī)操作。且各子項組的啟、停能夠獨立進行。
(3)對于每一個子項組及其相關(guān)設(shè)備，他們的狀態(tài)、啟動許可條件、操作順序和運行方式，均可在CRT上顯示出來。
(4)在手動順序控制下，可為操作員提供操作指導，這些操作指導以圖形方式顯示在CRT上，按照順序進行，可顯示下一步被執(zhí)行的程序步驟，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)變化的反饋信號，在CRT上改變相應(yīng)的設(shè)備顏色。
(5)運行人員通過手動指令，可修改順序或者對執(zhí)行的順序跳步，但這種運行方式必須滿足安全要求。
(6)順序控制中的每1步均應(yīng)通過手動指令從設(shè)備的反饋信號得以確認，每1步都應(yīng)監(jiān)視預定的時間。如順序未能在約定的時間完成，則應(yīng)發(fā)出警報，并禁止程序執(zhí)行下去。如果故障消除，在運行人員再啟動后，可使程序繼續(xù)進行下去。
(7)在自動順序執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障或運行人員發(fā)出中斷信號，可以使正在運行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，使程序中斷的故障或運行人員的指令在CRT上顯示出來。當故障排除后，順序控制在確認無誤后再進行啟動。
(8)順序控制是按命令邏輯順序進行的，每步都有檢查，在正常工作運行時，程序一旦啟動應(yīng)至結(jié)束。在順序過程中每1步都有指令，在此完成后自行熄滅，不同的程序應(yīng)有不同的終止指令以示區(qū)別。
(9)運行人員可以在CRT上顯示每1個被控對象。一些重要的手動設(shè)備操作應(yīng)有許可條件，以防止運行人員誤操作。
(10)設(shè)備的聯(lián)鎖、保護指令具有最高優(yōu)先級；手動指令則比此自動指令優(yōu)先。被控設(shè)備的“啟動”、“停止”或“開”、“關(guān)”指令相互閉鎖，且使被控設(shè)備向安全方向動作。
(11)保護和閉鎖功能是經(jīng)常有效的，設(shè)計成無法由控制室人工切除。
(12) SCS應(yīng)通過聯(lián)鎖，聯(lián)跳和保護跳閘功能來保護被控對象的安全。機組聯(lián)鎖及保護跳閘功能均采用硬接線連接。
(13)對于成對的控制設(shè)備，控制系統(tǒng)的組態(tài)應(yīng)該考慮采用不同的分散處理單元，防止系統(tǒng)故障時2個被控設(shè)備同時失去控制。
按照以上規(guī)則，本設(shè)計完成的主要功能組及子組級功能如下：
(1)空氣預熱器馬達（主馬達、輔助馬達、氣動馬達）；
(2)空氣預熱器支撐軸承、導向軸承潤滑油泵；
(3)引風機系統(tǒng)（引風機、引風機進出口風門擋板等）；
(4)一次風系統(tǒng)（一次風機、一次風機進出口擋板）；
(5)二次風系統(tǒng)（二次風機、二次風機進出口擋板）；
(6)給煤機系統(tǒng)（給煤機、煤閘門擋板等）；
(7)給水系統(tǒng)；
(8)吹灰程控功能；
(9)啟動系統(tǒng)（啟動系統(tǒng)液動調(diào)節(jié)閥前的電動隔離閥）；
(10)暖管系統(tǒng)（暖管管路進口、出口電動截止閥）；
(11)汽溫控制系統(tǒng)（調(diào)節(jié)閥前的電動截止閥）；
(12)省煤器出口放氣閥；
(13)后煙井下集箱疏水閥。
3.2.5鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS，F(xiàn)urnaceSafeguard Supervisory System)
隨著電站單元機組容量變得越來越大，鍋爐的安全和正常運行所必須的監(jiān)控也變得越來越復雜。這就使得普通的操作人員很難準確而迅速地處理許多危及鍋爐安全的異�，F(xiàn)象，因為操作人員處理突發(fā)事故的能力是受其精神狀態(tài)、運行經(jīng)驗和體能等許多因素的限制。要是操作人員能借助控制裝置對給定的輸入用預先編制的程序給予快速反應(yīng)使得復雜的安全聯(lián)鎖程序自動進行，就可更有效地提高鍋爐運行的安全性，富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，其英文名稱為Fur-nace Safeguard Supervisory Systemo FSSS是由燃料安全聯(lián)鎖系統(tǒng)( FSS)和燃燒器控制系統(tǒng)(BCS)二部分組成，它在防止運行人員操作事故及設(shè)備故障引起鍋爐爐膛爆炸方面起著重要作用。
本FSSS系統(tǒng)的主要功能包括：
(1)爐膛吹掃；
(2)主燃料跳閘MFT (Main Fuel Trip)；
(3)發(fā)出跳閘原因顯示和記憶；
(4)爐膛正、負壓保護；
(5)燃油泄漏試驗；
(6)燃油母管跳閘閥和循環(huán)閥的聯(lián)鎖控制；
(7)油燃燒器點火和熄火控制（中央順序點火和就地點火）；
(8)自動順序啟、停油燃燒器；
(9)煤粉燃燒器的層投切控制自動順序啟、停煤粉燃燒器；
(10)負荷的快速返回(RUN BACK)；
)爐膛滅火保護；
(12)火焰檢測；
(13)火檢探頭冷卻風系統(tǒng)的管理；
(14)二次風門檔板的開關(guān)控制；
(15)聯(lián)鎖和報警。
4、結(jié)束語
隨著電站鍋爐大型化，鍋爐控制系統(tǒng)的重要性也日益顯現(xiàn)出來，完善合理的硬件和控制策略對鍋爐安全、穩(wěn)定、高效運行提供了保障。目前，鍋爐自動化水平己趨成熟，擺在我們面前的問題是如何對系統(tǒng)進行控制優(yōu)化，這不僅需要先進的控制策略，還需要對鍋爐系統(tǒng)進行進一步解析。
