DCS系統(tǒng)如何保障二次再熱技術(shù)的成功應(yīng)用

武魏楠

二次再熱技術(shù)自動化控制的成功應(yīng)用，誕生出了全球效率最高的火電機組。而這項高精尖的技術(shù)又是如何誕生的？

6月的泰州已經(jīng)有了夏日的悶熱感。走在長江邊的國電泰州電廠內(nèi)，不一會就會熱的滿身大汗。

這里是國內(nèi)最早一批百萬千瓦超超臨界火電機組（國電泰州電廠一期兩臺機組）的所在地。而如今，國電泰州電廠二期、世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組，是當(dāng)今世界上發(fā)電效率最高、供電煤耗最低、環(huán)保指標最優(yōu)的火電機組，代表了目前火力發(fā)電領(lǐng)域的最先進水平。

論起國電泰州電廠二期能夠成為世界上發(fā)電效率最高、供電煤耗最低、環(huán)保指標最優(yōu)的火電機組的首要功臣，非二次再熱技術(shù)莫屬。那么，讓二次再熱技術(shù)能夠安全高效運轉(zhuǎn)的首要功臣，則是北京國電智深控制技術(shù)有限公司研發(fā)的，針對燃煤火電機組二次再熱技術(shù)的DCS系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)如何保障了國電泰州電廠二期、世界首臺百萬千萬超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組的高效運行？這套完全自主知識產(chǎn)權(quán)、打破壟斷的系統(tǒng)，又是經(jīng)歷了哪些困難才順利誕生的？

艱難誕生

“二次再熱是煤炭清潔高效利用的一個有效途徑?！北本﹪娭巧羁刂萍夹g(shù)有限公司副總經(jīng)理黃煥袍對《能源》雜志記者說，“二次再熱在國外最早可以追溯到上世紀的60年代。但是國外在二次再熱的利用方面單機最大裝機容量大約只有70萬千瓦。百萬千瓦火電機組的二次再熱是中國首創(chuàng)?！?/p>

二次再熱技術(shù)主要是通過在常規(guī)一次再熱機組基礎(chǔ)上增加一級再熱器（鍋爐）和增加超高壓缸（汽機），進一步提高蒸汽參數(shù)（溫度和壓力）。這些參數(shù)提高之后，那么機組的燃煤效率、熱循環(huán)效率和發(fā)電效率就提高了。

這就要求設(shè)備需要重新設(shè)計制造，設(shè)備流程也與之前有了較大的不同?？梢哉f，百萬千瓦二次再熱機組是目前世界上結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的燃煤機組。

如此大規(guī)模和復(fù)雜的對象，對火電廠的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。“最開始，我們對于讓北京國電智深控制技術(shù)有限公司來開發(fā)這一套系統(tǒng)，是存在一定的疑惑的?！眹娞┲莅l(fā)電有限公司副總經(jīng)理張?zhí)K閩對《能源》雜志記者說，“我們當(dāng)時傾向于讓國外有過二次再熱項目業(yè)績的公司來做?！?/p>

火電廠控制系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)數(shù)量多、競爭激烈。除了外企之外，還有數(shù)量不少的國內(nèi)企業(yè)也參與了競爭。國電智深于2013年11月與國電泰州發(fā)電有限公司簽訂DCS與仿真供貨服務(wù)合同，承擔(dān)了該電廠DCS與仿真系統(tǒng)研發(fā)制造供貨和工程應(yīng)用服務(wù)。

國電泰州電廠二期百萬千瓦超超臨界機組二次再熱項目是國家科技支撐計劃項目——“高效率低排放的超600℃百萬千瓦等級超超臨界機組關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應(yīng)用”中，課題“二次再熱1000MW超超臨界機組關(guān)鍵技術(shù)工程示范”的依托示范工程。這是世界上首次在百萬千瓦機組上采用超超臨界、二次再熱技術(shù)，是國家燃煤發(fā)電節(jié)能減排示范項目。

為了更好地攻克技術(shù)難關(guān)，國電智深一改以往的DCS工程工作模式，在設(shè)備制造和系統(tǒng)研發(fā)的開始階段，就積極與發(fā)電設(shè)備制造商、設(shè)計院、泰州電廠等進行技術(shù)交流，并組織成立聯(lián)合研發(fā)團隊，共同參與到整個系統(tǒng)的開發(fā)當(dāng)中。“如果是傳統(tǒng)步驟和做法，我們很少直接和主設(shè)備廠商（鍋爐廠、汽輪機廠等）打交道?！秉S煥袍說，“鍋爐、汽機就是DCS的控制對象，而二次再熱鍋爐和汽機在國內(nèi)應(yīng)用屬首次，運行和控制技術(shù)無經(jīng)驗可借鑒，要實現(xiàn)好的控制效果，必須了解和掌握好被控對象工藝原理和動靜態(tài)特性，我們一開始就接觸控制對象，對我們設(shè)計出精準的控制方案有著極大的幫助?！?/p>

從研發(fā)到現(xiàn)場調(diào)試，北京國電智深控制技術(shù)有限公司都組織最精英的人才團隊，參與到了二次再熱DCS控制系統(tǒng)和控制技術(shù)的研發(fā)當(dāng)中去。這順利的保證了3號機組2015年9月25日通過168小時試運行并投產(chǎn)，4號機組于2016年1月13日通過168小時試運行并投產(chǎn)。

斐然的成果

二次再熱技術(shù)的應(yīng)用給國電泰州電廠帶來的影響是直接并且驚喜的。

參與建設(shè)的國電泰州電廠是世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組，是國家科技支撐計劃依托項目和國家能源局示范工程，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，于2015年9月建成投產(chǎn)，是當(dāng)今世界上發(fā)電效率最高、供電煤耗最低、環(huán)保指標最優(yōu)的火電機組，機組發(fā)電效率47.82%；供電煤耗266.5克/度電，機組發(fā)電煤耗256.8克/千瓦時，比2015年國內(nèi)平均發(fā)電煤耗（305.3克/千瓦時）低48.5克/千瓦時，同等發(fā)電量每年可節(jié)約53.35萬噸標煤，相當(dāng)于減排二氧化碳138.71萬噸。脫硫系統(tǒng)出口SO2濃度15mg/Nm3，遠低于國家超低排放標準（35mg/Nm3），脫硫效率達到99.2%；脫硝系統(tǒng)出口NOX濃度31mg/Nm3，遠低于國家超低排放標準（50mg/Nm3），煙塵排放濃度為2.3mg/Nm3，遠低于國家超低排放標準（10mg/Nm3）達到并超過燃氣輪機排放指標。

在這樣一組亮眼的數(shù)據(jù)背后，是北京國電智深控制技術(shù)有限公司研發(fā)的DCS控制系統(tǒng)的支持。張?zhí)K閩對《能源》雜志記者感慨的說道：“國電泰州電廠二期項目實現(xiàn)的高效運行數(shù)據(jù)，可以說最大的功臣就是二次再熱技術(shù)的應(yīng)用。其中，國電智深公司研發(fā)的DCS系統(tǒng)絕對是功不可沒。他們不僅針對世界首臺百萬千瓦二次再熱超超臨界機組研發(fā)出了針對性的DCS控制系統(tǒng)，而且保證了從2015年9月開機直到現(xiàn)在（2016年6月）機組沒有出現(xiàn)一次因為控制系統(tǒng)失誤造成的非停。這是令我意想不到的?！?/p>

穩(wěn)定高效的系統(tǒng)得益于北京國電智深控制技術(shù)有限公司在DCS研發(fā)中的不斷創(chuàng)新。首先是研制并成功應(yīng)用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的二次再熱機組高性能成套自動化控制系統(tǒng)（DCS）；二是研發(fā)并成功應(yīng)用了二次再熱機組控制策略和技術(shù)，有效解決了二次再熱機組的控制難題；三是研發(fā)并成功應(yīng)用機組自啟停控制技術(shù)（APS），機組自動化水平實現(xiàn)全新的突破；四是研發(fā)二次再熱機組仿真模型和高精度、全激勵仿真系統(tǒng)平臺，為控制策略的研發(fā)、仿真試驗驗證和優(yōu)化提供了有效手段，提高了現(xiàn)場調(diào)試的效率，縮短了現(xiàn)場調(diào)試的周期；五是研發(fā)應(yīng)用了適用于二次再熱機組的安全運行保護控制方案。

先進可靠的控制系統(tǒng)和控制技術(shù)，為目前世界發(fā)電效率最高、發(fā)電煤耗最低、綜合指標最優(yōu)的燃煤機組安全高效運行提供重要支撐，標志著國電智深DCS技術(shù)達到了國際領(lǐng)先水平。

可以預(yù)見的是，二次再熱技術(shù)會隨著煤炭清潔利用的大潮而得到推廣。首次實現(xiàn)了國產(chǎn)二次再熱百萬千瓦超超臨界機組DCS系統(tǒng)研發(fā)的國電智深公司在這一領(lǐng)域無疑已經(jīng)率先取得了領(lǐng)先的地位。

不過，國電智深已經(jīng)把目光瞄準了火電之外的市場?！翱刂葡到y(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域是相通的。未來可以在核電、風(fēng)電、化工等其他領(lǐng)域都有應(yīng)用?！毕嚓P(guān)負責(zé)人說到。

據(jù)了解，國電智深已經(jīng)在嘗試將二次再熱技術(shù)應(yīng)用到核電機組上。除此之外，國電智深在化工等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有了足夠的經(jīng)驗、相信隨著百萬千瓦機組二次再熱技術(shù)的成功，國電智深會在工業(yè)自動化領(lǐng)域取得更多的業(yè)績。