北京和利时系统工程有限公司

1  概述

    山东威海热电厂目前装机容量为3×75t/h+2×12MW、3×220t/h+3×25MW循环流化床锅炉机组，锅炉为无锡锅炉厂制造的中温中压循环流化床锅炉，汽水系统采用母管制；汽机为南京汽轮机厂生产的抽凝式汽机，其中一台12MW机组为背压式机组；DCS系统全部采用北京和利时系统工程股份有限公司的HOLLiAS-MACS集散型控制系统，其中2×12MW机组为DCS改造机组、3×25MW机组为新建机组。
    由于机组改造和扩建逐年进行（2001~2004年），因此充分采用了HOLLiAS-MACS系统域的特点，将整套DCS系统划分为4个域，其中改造机组为0号域，新建机组为1、2、3号域，4个域中的操作员站功能完全相同，在任何一个操作员站均可以根据不同的权限对任何一台机组进行相应的操作或监视，取消常规热控仪表盘，只在操作台上保留了紧急停炉、停机按钮。

图1  DCS系统网络结构

2  DCS系统功能简介

(1)  数据采集和处理系统（DAS）
    快速准确地反映机组参数、设备状态、工艺报警、性能指标，为操作员提供准确的操作依据。

(2)  模拟量调节系统（MCS）
    主要实现汽包水位、主汽温度、炉膛压力、给煤控制、一次风量、二次风量、料层差压、炉膛差压、轴封压力、凝汽器水位、除氧器水位/压力调节。由于循环流化床锅炉的燃烧因其强耦合、大滞后、热惯性大等特点，与常规的煤粉炉有很大的不同，因此笔者在总结大量现场经验的基础上构造了循环流化床机组燃烧控制方案。

?  给煤量调节系统
    通过调节给煤量和配风来控制主蒸汽压力，以满足机组的运行要求。由于给煤量是影响床温的重要因素之一，在构造给煤量调节系统要将负荷指令、主汽压力、床温的影响也纳入控制方案中。床温增加减小给煤量，床温降低则增大给煤量。由于循环流化床锅炉运行时床温可以在一定范围内波动，故在主汽压力控制方案中设置了不调温死区，即床温在该死区内时不改变给煤供给量。
    同时由于氧量直接反映了炉膛内燃料与风的配比，因此方案中利用氧量校正给煤量。由于主蒸汽流量变化直接反映了机组的负荷变化，故在控制方案中把主蒸汽流量信号经过函数运算后直接加到控制输出上，通过前馈形式提高系统的响应速度。

?  一次风量调节系统
    一次风量控制采用串级控制系统，主汽压力为主调、一次风量为副调，其运算结果去控制一次风门挡板开度，以调节送入炉膛的一次风量。一次风量测量值是在考虑了温度修正和压力修正后才送入PID中进行运算的。锅炉负荷指令在进行处理时，需要考虑煤质的特性及负荷变化情况。煤种不同时，助燃空气量会有所不同。同时负荷变化时一次风量占总风量的比例也会发生变化。同时由于一次风对锅炉床温具有调节作用，故在构造一次风量调节系统时也考虑了床温修正。如果床温偏高，在一定范围内可增大一次风量。如果床温偏低，在一定范围内可减少一次风量。由于床温主要靠给煤控制，一次风量不作为调节床温的主要手段，故在一次风量控制系统中床温信号仅作为修正信号。

?  二次风量调节系统
    二次风量控制采用串级控制系统。烟气含氧量测量值与给定值一起送入主调中进行PID运算，其结果作为副调的给定值与二次风量测量值进行PID运算，运算结果经限幅及手操控制后控制二次风量调节系统的执行机构，以使二次风量满足机组运行要求。由于给煤量变化到烟气含氧量变化需要一段时间，故在二次风量控制方案中直接对给煤量进行处理，把其结果作为前馈信号加到控制输出中，以提高控制系统的快速响应性。在对给煤量进行处理的函数中，考虑了燃料/空气比例、负荷影响及一次风量等因素，其运算结果直接叠加到PID运算的输出上。

?  引风量调节系统
    在引风量调节系统中，炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果动作引风机执行机构，从而控制炉膛负压满足机组运行要求。炉膛负压过程值采取两点取平均值的办法进行处理。由于一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛负压才发生变化，故在引风量控制系统中直接把一次风量与二次风量之和作为前馈信号送入PID控制输出中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。

(3)  顺序控制系统（SCS）
    通过DCS的组态环境，实现了所有辅机及设备的启停顺序和联锁，从而提高了机组运行可靠性和降低运行人员劳动强度。运行人员可通过操作员站的CRT和键盘对有关设备进行操作，同时有关设备的运行状态也可在CRT上显示。CRT上还显示有关设备的启动条件、状态等帮助信息，为运行人员提供运行指导。对同一设备，开、关指令之间设计成相互闭锁，不允许同时发出。根据工艺系统运行方式，SCS被划分成以辅机为单位的功能组，每一子功能组执行某一特定功能，以实现成组操作和程序启停，并具有联锁保护功能。
    威海热电厂循环流化床机组配有如下辅机及设备：引风机2台、高压风机2台（一运一备）、一次风机2台、二次风机1台、给煤机4台、给水泵2台（一运一备）、疏水泵2台（一运一备）、凝结泵2台（一运一备）、射水泵2台（一运一备）、低位水泵1台、高压油泵（1台）、直流油泵（1台）、交流油泵（1台）等。
    主要回路包括：石灰石给料子系统、给煤子系统、引风机子系统、一次风机子系统、二次风机子系统、高压风机子系统、汽包紧急放水子系统、锅炉排污、对空放汽子系统、除氧给水子系统、给水泵子系统、凝结水泵子系统、射水泵子系统、汽机油系统。

(4)  锅炉安全监视保护（FSSS）
    包括燃烧器控制系统（BCS）、燃料安全系统（FSS），完成锅炉程控点火、燃烧器管理和炉膛安全保护的所有功能。

(5)  汽机保护系统（ETS）
    采用PLC实现汽机保护的所有功能，并通过Profibus-DP与DCS系统通讯，实现ETS系统的远程监视和跳闸记录，以便更加准确、直观地分析跳闸原因。

3  DCS系统投运效果

    山东威海热电厂1×220 t/h +1×25MW机组DCS系统于2001年12月3日正式投入运行，DCS系统已完全实现了数据采集和处理（DAS）、顺序控制（SCS）、炉膛安监系统（FSSS）、模拟量控制（MCS）等功能。
    SCS的投入，极大方便了运行人员对辅机及相关设备的启停操作，操作界面方便、直观，同时对运行中设备出现的故障可以进行及时的反映和保护，保证了机组与设备的运行安全。
    FSSS的投入，有效的保证了在机组运行异常时，及时保护动作，避免危险的进一步扩大，动作准确、快捷，并能准确指示动作原因。
    MCS投入在连续运行期间锅炉主要运行参数如下：在自动调节系统投入运行期间最小负荷为189t/h，最大负荷为226t/h，最大负荷变化率为13t/h/min。2002年3月第一套1×220t/h、1×25MW机组全部回路投入自动，各项性能指标完全满足运行要求。HOLLiAS-MACS系统自动调节回路的投入、完善的保护措施以及良好的人机界面的设计，极大地降低了运行人员的劳动强度，提高了整个机组的运行效率，对电厂的安全、可靠、高效运行有着深远的影响。整套DCS系统从负荷的调整范围，煤种变化的适应性，静态及动态调节品质来看，都是比较好的。主要控制指标如表1所示。

表1  主要控制指标

    从投入连续运行时间，静态、动态调节品质优于国家电力公司标准《火力发电厂热工仪表及控制装置技术监督规定》1998-9-30版的标准。