① 鍋爐雙沖量dcs控制系統課程設計
華能玉環電廠4×1000 MW超超臨界直流爐機組
DCS控制系統設計之淺見
上海西屋控制系統有限公司(上海浦東 201206) 管宇群 吳山紅 朱鼎宇
【摘 要】對華能玉環電廠新建4X1000MW 超超臨界機組DCS 控制系統技術設計進行了介紹，皆在了解和掌握國外在超超臨界機組DCS控制系統技術設計上的一些經驗，為今後的超超臨界機組DCS 控制系統技術設計提供借鑒。
【關鍵詞】超超臨界機組 分散控制系統 DCS 1000MW機組
華能玉環電廠一、二期工程為4×1000MW國產化超超臨界燃煤機組。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進日本三菱技術製造的超超臨界參數變壓運行直管水冷壁直流爐，單爐膛、一次中間再熱、採用八角雙切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構∏型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。鍋爐最大連續蒸發量為2950 t/h、過熱器出口壓力為26.25MPa、過熱器出口溫度為605℃、再熱蒸汽流量為2457 t/h、再熱器出口溫度為603℃。
鍋爐運行方式：帶基本負荷並參與調峰。鍋爐採用無分隔牆的八角反向雙火焰切圓燃燒方式。每台鍋爐共設有48隻直流燃燒器，燃燒器共分6層，每層設8隻燃燒器，每層燃燒器由同一台磨煤機供給煤粉。鍋爐採用二級點火方式：高能電火花點火器－主油槍－煤粉燃燒器。油燃燒器的總輸入熱量按30%B-MCR計算。
制粉系統型式：採用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統，每台爐配6台中速磨煤機，燃燒設計煤種時，5台運行，1台備用。
給水系統採用單元制。系統配2×3台50%容量的雙列高壓加熱器。每列高加分別設給水大旁路。系統設置兩台50%容量的汽動給水泵，一台25%BMCR容量、帶液力耦合器的調速電動啟動/備用給水泵。
汽機由上海汽輪機有限公司生產，超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級回熱抽汽。
汽輪機旁路系統：暫定30%容量高低壓二級串聯旁路。
汽輪機具有八級非調整抽汽。一、二、三級抽汽供三台高壓加熱器；四級抽汽供除氧器、給水泵驅動汽輪機和輔助蒸汽系統；五、六、七、八級抽汽分別向5號、6號、7號、8號低壓加熱器供汽。
給水、主蒸汽、再熱蒸汽系統、循環水系統均為單元制。
機組的DCS系統採用上海西屋控制系統有限公司OVATION控制系統。其單元機組配有27對控制器、公用系統配有7對控制器。控制范圍涵蓋了數據採集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）、鍋爐安全監視系統（FSSS）、電氣控制系統（ECS）及各公用系統的控制。
1 DCS系統控制設計
為保證發電廠安全、高效地運行，對於超臨界直流鍋爐而言，啟動系統的控制及水燃比控制是有別於亞臨界汽包爐的控制迴路。本文將對這倆個控制迴路的特點做一簡要的分析，它是針對玉環電廠超超臨界鍋爐所設計的。
本鍋爐為帶有再循環泵的啟動系統，具有啟動時間短、鍋爐啟動靈活的優點。在啟動過程中，水冷壁的最低流量為35％BMCR，利用再循環泵將再循環流量與給水混合後進入省煤器，避免熱損失。從鍋爐點火到蒸發量達3％BMCR這一階段，儲水箱水位迅速上升，利用分離器疏水閥將工質排往擴容器。隨著蒸發量的不斷增加，儲水箱水位不斷下降，再循環流量不斷減少，給水泵流量卻相應增加，直到鍋爐轉到干態運行，再循環泵停止。其啟動系統的汽水流程圖如圖1。
1.1 啟動系統分離器控制迴路簡述
1.1.1 噴射水流量控制
在濕態方式下，從主給水有一路水通過噴射水流量閥保持一定的噴射水流量以冷卻BCP，通過該調節閥維持1~3%的噴水量。在干態運行期間，當噴射水流量閥關時，水從一並列的孔板流過以冷卻BCP。經過溫度修正的噴射水流量和設定值的偏差來調節噴射水流量閥開度。當BCP停時，噴射水流量閥強制關到0。
1.1.2 分離器水位控制
分離器水位控制迴路根據分離器的水位給出分離器疏水閥A、B和C的開度。各個閥門的開啟都正比於分離器水位。隨著分離器水位的上升，先開A閥，再開B、C閥。隨著分離器水位的升高，A閥首先開啟。隨著分離器水位的再升高，B、C閥第二個開啟。
疏水閥A、B和C在濕態方式為鍋爐循環泵出口調節閥的緊急備用，在干態方式為過熱器噴水減溫旁路調節閥的緊急備用。
當WDC的各出口閥關，疏水閥A、B和C強制關到0。
圖1 啟動系統的汽水流程圖
1.1.3 過熱器噴水減溫旁路調節閥控制
在干態時，BCP停，從省煤器入口有一路水經BCP反流到過熱器對BCP進行暖泵。在超臨界狀態時，分離器出口壓力＞120kg，此閥保持固定開度40%。在干態到超臨界時分離器出口壓力＜120kg，根據分離器的水位給出過熱器噴水減溫旁路調節閥的開度。此閥僅在干態方式下才能開，在濕態方式下強制關到0。
1.1.4 再循環流量控制
汽水混合物進入分離器容器，蒸汽流向過熱器，水流向儲水箱。在負荷非常低時，水沒有被蒸發而全部進入儲水箱，然後利用一台循環泵把水打回到省煤器入口。改變循環流量可調節儲水箱液位。在啟動期間，水膨脹在儲水箱里會造成很高的液位，靠兩個排放閥的連續排放，排掉一些水。隨著負荷的增加，更多的水轉化成蒸汽，儲水箱的液位將降低。這個過程通過減少循環流量來相互配合，直到液位低時水泵跳閘為止。在本生負荷點以上，所有水都轉化成蒸汽。循環流量設定值為儲水箱水位的函數，有三種設定值函數：
1.1.4.1 濕態方式下為正常設定值。
1.1.4.2 當鍋爐點火時，會出現膨脹現象，分離器水位會先高再降低，通過降低設定值以減少分離器水位的快速下降。
1.1.4.3 當省煤器出口溫度高，降低設定值，以增加給水流量，防止省煤器汽化。
當鍋爐循環泵停，鍋爐循環泵出口調節閥強制關到0。
啟動系統分離器控制SAMA圖如2。
1.2 水燃比控制迴路簡述
水/燃料比率（WFR）指令是通過下列方法發出的。
當鍋爐處於濕態運行方式時，主蒸汽壓力由燃料量控制（同汽包爐）。因此，在這種情況下，調整水/燃料比率指令來控制主蒸汽壓力。
當鍋爐處於干態運行方式時，水/燃料比率指令控制水分離器入口蒸汽的過熱度，使主蒸汽溫度控制始終處於最佳位置（也就是，當超出某一負荷時，在穩定狀態條件下噴水），以快速響應溫度擾動。另外，為了協助主蒸汽溫度的控制，把每一部分的溫度偏差加起來作為比例控制信號。上游溫度偏差（也就是，分離器出口蒸汽溫度，一級過熱器出口溫度）加在主蒸汽溫度控制迴路上作為前饋指令。
在圖中有一TR功能塊，它是根據三菱鍋爐的具體保護要求來實現下列功能：
當過熱器受熱面金屬溫度過高時，在當前的水煤比基礎上逐步下降至一定值，當現象消失後，再恢復正常。
當過熱器受熱面金屬溫度過高高時，在當前的水煤比基礎上下降至一定值，當現象消失後，再恢復正常
當一過出口溫度過高時，當前的水煤比直接降至最小值，當現象消失後，再恢復正常。
水燃比控制SAMA圖如3。
圖2 啟動系統分離器控制SAMA圖
圖3 水燃比控制SAMA圖
2 結束語
DCS在火電廠的普遍應用使機組的自動化水平明顯的提高。提高DCS在1000MW超超臨界機組的控制水平，完善的控制系統設計是機組安全運行的關鍵。完善和提高控制設計水平，使DCS在電廠的應用達到新的水平。
【作者簡介】
管宇群 上海西屋控制系統有限公司高級工程師
吳山紅 上海西屋控制系統有限公司高級工程師
朱鼎宇 上海西屋控制系統有限公司高級工程師