试论首钢自备电站机炉控制系统的现状和改进

       论文关键词：自备电站；机炉控制系统；现状；改进意见

　　论文摘要：本文概述了火电厂热工自动化技术的新发展，分析了首钢自备电站机炉控制系统现状，其中包括：主要的工艺设备；机炉控制系统规模及投产时间；系统构成及主要特点。并提出对首钢自备电站机炉控制系统的改进完善意见。

　　1前言

    首钢从1986年开始在自备电站大规模应用以N-90为代表的IX万集散型过程控制装置，对机炉生产操作实行全面控制管理，在国产5万kW火电机组的自动控制上取得重要突破，是国内中小机组中全面应用微机控制取得成功的第一家。从第一台机组投产至今，3台机组陆续发电104亿度，不仅早就收回投资，而且创造利润20多亿元，为首钢的改革发展创造了巨大效益。借鉴国内外先进技术，认真总结分析首钢在5万kW火电机组应用微机网络控制装置方面的经验教训，探讨在国产中小机组的控制中如何深人开发利用新一代DCS的高级功能，对于进一步完善改进首钢自备电站的自控系统，获取更大的经济效益，有十分重要的现实意义。

　　2火电厂热工自动化技术的新发展

    近年来，发展高参数、大容量单元机组以加快电力建设速度，降低煤耗是国内外一种趋势。而80年代以来，由于能源供应紧张，使国内许多冶金、轻纺、化工企业包括首钢在内纷纷建立厂内单机容量为5-10万kW的自备电站，成为电力建设的一股新潮流。首钢过去只有几台工业供热锅炉，但在19$6年也建成自己的两台220t锅炉、5万kW机组。而近十几年来，新建机组在20万kW以上的只占35.796, 10万kW以下以及5万kW左右的机组占39.596，使煤耗居高不下。因此，在今后新增机组中，进一步完善自动化控制系统，在旧机组特别是大量中小机组改造中，借鉴国内外经验，因地制宜地增加一些关键性监控项目，以提高其经济性和可靠性是十分必要的。

    火电厂是较之其他工业过程更为复杂的控制对象。其特点是连续生产，强调安全经济运行。发电厂机、炉、电三大主机加上无数辅机，运行中相互关联、相互制约，任何一台设备的故瘴或停用都会引起平衡的破坏而导致工况的重新调整。例如，锅炉气包亏水8s就会引起爆炸。火电机组设备的整体性和生产的连续性决定了它的运行监视和操作只能由少数1-- 2人集中负责。但是运行的复杂，系统的庞大又远远超出人们体力、脑力允许范围。因此，一座现代化电厂不得不借助于高度发展的自动化设备来保持运行的安全性和经济性。这就导致了对热工自动化系统的可靠性的严格要求。

    DCS(集散控制系统)的出现是工业控制的一个里程碑。自本世纪70年代以来，微电子技术的飞速发展，使过程控制领域发生重大突破。DCS(集散型或分布式控制系统)自20年前在美国Honeywell公司问世以来，其技术发展、应用推广、推陈出新的速度惊人，已走向成熟的第三代产品。DCS分散控制、集中操作管理的高度可靠、高性能，替代传统的控制结构和方法，为实现先进的控制功能和高级的自动化系统提供了可靠的保证。目前，世界已推出上百种型号的DCS。从发达国家的电力工业看，美国、西欧、日本新建的火电厂已全部采用12。而且在老设备的改造中，也大量考虑采用〔〔S。原来生产常规仪表的厂商也转向生产DC`S，常规仪表生产也越来越小。计算机的功能也不再局限于开环监视，而具备了包括各种控制功能在内的可能性。功能范围正在扩大。已逐渐取代常规设备。

DCS的功能除DAS(数据采集、处理)，CCS(大型单元机组的协调控制系统)、SCS(顺控系统)和BMS(燃烧器管理系统)以外，有时还把DEH(汽轮机数字电液控制系统)，BPC(汽轮机旁路控制系统)MEH(给水泵汽轮机控制系统)等包括在内组成一体化控制系统。火电机组自动化监控系统的发展已成为机组运行经济性和可靠性的必要条件。目前，国外火电机组除广泛应用〔X_'.S微机集散型控制系统外正在应用人工智能技术大力开发多种专家系统.如运行支援、故障诊断、事故分析处理等。我国火电机组的自动化程度，除近几年引进和国产的30 --- 60万kW机组外。其余都处于相当低的水平。

    我国电力系统自70年代后期，在宝钢电厂成套引进的日本3 x35万kW机组上首先使用DCS获得成功.到1993年12月投人运行和新建的大型火电机组已有上百套，都采用DCS集散型控制系统。到1995年初，仅美国Bailey公司就在中国36家电厂设计投运212套N-90和[nfi-9C1系统。其中，除首钢是3台5万kW小型机组，辽宁是两台10万kW机组外，其余全是20万kW以上且大多是30 —60万kW大型机组。这些数字说明，DCS在我国热控中的应用已日益普遍。在过程控制中，为满足生产工艺的需要。火电厂自动化发展趋势是，广泛采用微机处理器为基础的DCS集散控制系统，以功能复杂程度不同组合一定量的微机群去解决各自的控制要求，经通讯网络和其他微机进行信息交换。实现机、电、炉的分散控制。集中监视操作管理。

    纵观已投运的DCS，绝大多数都取得了较好的经济效益，为单元机组的安全、经济运行，减少事故，提高设备效率，降低煤耗和厂用电起到促进作用，且显着减轻了运行人员的劳动强度。有的电厂还充分发挥DCS信息采集功能、通信功能和运算功能的强大优势，开发了许多高质量的数学模型和优化控制软件，对系统精度和水平的提高作出了贡献。

　　3首钢自备电站机炉控制系统现状

　　3.1主要工艺设备

    主要工艺设备:}1)煤粉锅炉3台，燃气锅炉1台(烧高炉煤气)，每台锅炉产汽2.20t/h蒸气压力9. $1MPa,温度24202。附带磨煤制粉系统3套、高压除氧器3台、电动给水泵2台及公用汽水管网;(2)单抽凝汽式双水内冷汽轮发电机组3台，额定功率5万kW,额定转速3OOD转lmin，总装机容量15万kW。每台机组含3台低压加热器、2台高压加热器外围系统包括水处理系统、输煤系统、除尘系统。

　　3.2机炉控制系统规模及投产时间
        机炉控制系统规模及投产时间见表l。

　　3 .3系统构成及主要特点

    按原设计和投产后不久的布局，主厂房内主体工艺设备的控制主要分为两种模式:

    第一种模式是以1号、2号、3号炉和1号、2号机为对象的N-90自控系统，代表了电站机炉控制系统的主体、主流和主要水平。整个系统I!O检测控制点3 927点，分三级对热电生产过程进行管理控制:

（1)上面一级是以一台小型机和多台终端组成的厂级上位管理机系统，负责对各类生产工艺数据报警、趋势进行记录、分析、处理和报表打印.对全厂生产集中监督管理;

(2}中间一级是以主控室6台带有彩色动态流程图显示的人机操作接口单元组成，可以对热电生产的主要过程进行集中实时操作监视和手、自动控制，并设有声光报警和趋势显示打印及紧急启停手段.

(3}下面一级是现场过程级，在主厂房内三个过程站里设有15个过程控制单元(PCU}，每个单元内按需要设有儿十个微处理器.直接与现场工艺设备和一次检测、执行部件分别对应连接，按预先组态的控制编程和设定、指令，各自独立完成热电生产过程的调节、控制和数据采集、处理。对于重要的调节回路和工艺参数、逻辑控制，还设有相当一批数量的N-90数字操作站，可甩掉上面两级就地操作控制。对于特别重要的设备，还增设了少量常规电气按钮和仪表，作为紧急事故处理手段。

    第二种模式是以3号机、4号炉为对象的DGS或PLC加数采的混合控制系统。如3号机是以较早占领中国市场的 PLC产品MODIGON-984用于低压电气设备(水泵、油泵电机及电动阀等)的控制连锁，而以MIGQN的X32双回路调节器和IAA数采系统组成小型的DGS简易混合系统。4号炉则是MIG}N X32双回路调节器加上OPTQ-22数采组成另一类小型DGS简易混合系统。且3号机、4号炉也都有一台工业微机用做上位管理机。这种模式一方面反映了人们对机炉庞大的N-90系统某些局部问题的担心，另一方面也不乏有关部门专业技术人员及领导层对多元化、小型化及经济型控制模式的探索和尝试。

    上述两种模式其实没有本质的区别，只是具体控制策略不同。整个电站机炉控制系统的共同特点仍同第一台机组投产后人们所总结的那样: {1)集中遥控操作显示使人们尝试到什么是生产过程的信息化监督和管理;(2)以微处理器网络为基础的Pcu，使对局部独立设备的控制真正分散到每一控制器模块，显着提高了生产的安全可靠性;c})每个控制器模块所存储的大容量的先进功能库以及软硬件组态方式和在线修改PID参数的灵活性。使人们可方便地使用自适应、矩阵控制等高级控制功能，而不用大量进行硬件设备更新即不断提高系统水平成为可能。

　　3.4系统