煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計探討

摘要：現(xiàn)階段，隨著社會工業(yè)生產(chǎn)對電力能源的需求逐步攀升，我國發(fā)電廠建設(shè)取得了較為顯著的進展，煤矸石發(fā)電廠在數(shù)量及規(guī)模上都有所擴展。在電力生產(chǎn)技術(shù)及自動化控制技術(shù)趨于成熟的時代背景下，煤矸石發(fā)電廠自動化控制已經(jīng)向著智能化、一體化的方向發(fā)展。文章對煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：煤矸石；發(fā)電廠；熱工自動化控制；設(shè)計要點；工業(yè)生產(chǎn)；電力能源 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK323 文章編號：1009-2374（2016）25-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.011

煤矸石發(fā)電廠是綜合利用煤炭資源的電力生產(chǎn)設(shè)施，我國從20世紀(jì)90年代中后期就注重挖掘及利用煤矸石作為電能生產(chǎn)原料，從而使電力能源生產(chǎn)達到了生產(chǎn)能源高效循環(huán)利用的效果。隨著電力需求的加大，在煤矸石發(fā)電廠中，大容量及高參數(shù)的發(fā)電機組逐漸增大，這就給煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制提出了更高要求。如何有效設(shè)計煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制系統(tǒng)，值得深入探究。

1 發(fā)電廠熱工自動化基本概述

發(fā)電廠熱工自動化伴隨自動化控制技術(shù)發(fā)展而發(fā)展，主要是指發(fā)電廠在進行電力生產(chǎn)時，在電力設(shè)備的控制方式、設(shè)計方式及相應(yīng)的儀表設(shè)備安裝控制上所采取的一種基于信息處理的自動控制模式。從中可見，發(fā)電廠熱工自動化的發(fā)展進步有賴于信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、芯片技術(shù)及通信技術(shù)等方面的成熟，而從現(xiàn)階段我國各大發(fā)電廠的熱工自動化設(shè)計及控制實踐中看，其主要依托于計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等。在社會各行業(yè)對電力能源形成更高需求的背景下，電力工業(yè)對自動化水平提出了更高要求，電力行業(yè)也逐步向著高參數(shù)、大容量、多機組、大電網(wǎng)的方向發(fā)展。這就迫切需要煤矸石發(fā)電廠要注重在熱工自動化控制系統(tǒng)、發(fā)電廠綜合控制方式、發(fā)電廠運行組織、發(fā)電廠電力設(shè)備的可控性程度及發(fā)電廠電力主設(shè)備及附屬設(shè)備的布置等諸多環(huán)節(jié)都要提高熱工自動化控制的效率。

2 煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計及應(yīng)用的重要性

從煤矸石發(fā)電廠的設(shè)備運轉(zhuǎn)情況來看，其集中產(chǎn)生經(jīng)濟效益及社會效益的主設(shè)備是汽輪發(fā)電機組及循環(huán)流化床鍋爐，在這兩個主要設(shè)備中采用熱工自動化控制設(shè)計，能夠起到改進煤矸石發(fā)電廠設(shè)備運行效率、增強發(fā)電廠電能產(chǎn)出水平的作用。

首先，煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計可以使發(fā)電機組在運行上更加精準(zhǔn)，穩(wěn)定煤矸石發(fā)電廠額定參數(shù)。借助于熱工自動化控制，煤矸石發(fā)電廠的發(fā)電機組能夠在自動化控制系統(tǒng)的輔助下，對發(fā)電機組的額定參數(shù)進行精準(zhǔn)控制，使其始終保持在正常參數(shù)范圍內(nèi)，相比于以往的采用人工方式對機組的模擬儀表等設(shè)備進行參數(shù)調(diào)整，熱工自動化控制可以提高調(diào)整的精準(zhǔn)度，用最小的能耗換取最大的發(fā)電機組運行效益。

其次，煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計能夠助推發(fā)電廠生產(chǎn)過程的信息化控制水平，保障發(fā)電廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。從現(xiàn)階段的自動化控制技術(shù)發(fā)展來看，數(shù)據(jù)挖掘處理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲及融合技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等都有了較大程度的發(fā)展。再加上計算機技術(shù)的逐步成熟，在煤矸石發(fā)電廠中采取熱工自動化控制設(shè)計，可以使發(fā)電廠生產(chǎn)控制及日常管理信息化控制水平得到極大提升。而在煤矸石發(fā)電廠的安全穩(wěn)定生產(chǎn)環(huán)節(jié)，主要是通過熱工自動化控制技術(shù)，提高發(fā)電廠機組運行的穩(wěn)定性和安全性，將發(fā)電機組誤操作的幾率降低，并憑借職能模糊控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)，對設(shè)備故障進行準(zhǔn)確定位，將故障排查時間降至最低。以煤矸石發(fā)電廠汽輪機運行狀況監(jiān)督及檢查為例，通過采用輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)，能夠有效減少汽輪機停機時間，避免因為汽輪機停機時間過長而導(dǎo)致煤矸石發(fā)電廠出現(xiàn)較大的經(jīng)濟損失。

最后，煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計可以極大地節(jié)約勞動力，提高發(fā)電廠工作效率。煤矸石發(fā)電廠采用熱工自動化控制中的相關(guān)技術(shù)，如數(shù)字電液控制技術(shù)及分布式控制技術(shù)，可以使發(fā)電廠實現(xiàn)設(shè)備、機電、鍋爐等主要生產(chǎn)設(shè)備的一體化及智能化控制，從而有效地節(jié)省各部位機組值班人員的數(shù)量，為煤矸石發(fā)電廠值班人員資源的有效利用創(chuàng)造條件。通過對煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用實踐情況看，在一些高容量、大機組的發(fā)電廠中，借助熱工自動化控制系統(tǒng)及技術(shù)，一方面使人工操控機電設(shè)備及由此引發(fā)的操作失誤幾率大為減少；另一方面發(fā)電廠機組運行的穩(wěn)定性得到了增強，相應(yīng)的機組檢修及機組監(jiān)管人員在工作強度及人員配備數(shù)量上可以大幅降低。

3 煤矸石發(fā)電廠中熱工自動化控制設(shè)計要點探究

煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計主要應(yīng)用于自動檢測、自動控制、自動報警及自動保護等多個方面。下面結(jié)合某煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計實踐，對熱工自動化控制設(shè)計的相關(guān)要點加以分析：

3.1 煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計案例概況

以某煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計為例，該發(fā)電廠擬設(shè)計規(guī)模大小為3×75t/h的中溫中壓燃?xì)鉅t，并搭配打孔抽汽式汽機及中溫中壓空冷設(shè)備，后者的規(guī)格大小為2×25MW。具體到本煤矸石發(fā)電廠工程的設(shè)計環(huán)節(jié)，涵蓋了發(fā)電廠空冷系統(tǒng)、發(fā)電廠鍋爐設(shè)備、發(fā)電廠除氧給水施工及發(fā)電廠汽機設(shè)計等。該工程發(fā)電機組具備了變負(fù)荷調(diào)峰功能，在主給水系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)及主蒸汽系統(tǒng)的設(shè)計中采用母管制，為確保發(fā)電機組的正常穩(wěn)定運行，發(fā)電廠又配置了型號為B-MCR的5臺給水泵。高壓加熱器（2臺）、低壓加熱器（1臺）、除氧器（1臺）構(gòu)成了發(fā)電廠汽機的回?zé)嵯到y(tǒng)。在汽機排氣時主要采用空冷系統(tǒng)。

3.2 煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制的方式

在某煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計中，在對本工程規(guī)模需求加以分析后，設(shè)計人員設(shè)置了集中控制室及電子設(shè)備間各兩個，其中，在發(fā)電廠主廠房內(nèi)3#-4#柱間布置1號集中控制室，在發(fā)電廠主廠房7#-8#柱間布置2號集中控制室，在控制室的標(biāo)高設(shè)計上，將其與發(fā)電廠汽機運轉(zhuǎn)層高度持平。在電子設(shè)備間內(nèi)放置DCS控制柜，在發(fā)電廠主廠房的2#-5#柱間布置1號電子設(shè)備間，在6#-9#柱間布置2號電子設(shè)備間，并在其旁設(shè)置熱工檢修間。在控制室外設(shè)置鍋爐熱力配電盤，并借助工業(yè)電視對鍋爐的運轉(zhuǎn)情況及其汽包水位進行可視化監(jiān)控及切換。

3.3 煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計

在煤矸石發(fā)電廠的熱工自動化控制設(shè)計中，針對機組運轉(zhuǎn)的監(jiān)控，主要借助DCS，即分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備輔機順序控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)等模塊。借助鍵盤及CRT作為控制室監(jiān)控設(shè)備。具體控制設(shè)計要點如下：

3.3.1 MCS系統(tǒng)設(shè)計。MCS系統(tǒng)也即模擬量控制系統(tǒng)，在進行熱工自動化控制設(shè)計時，設(shè)計人員主要針對煤矸石發(fā)電廠的主蒸汽母管壓力、鍋爐給水、除氧器壓力、空冷系統(tǒng)、鍋爐主汽壓力、主蒸汽溫度、除氧器水位、排氣裝置水位等進行了自動控制設(shè)計。

3.3.2 DAS系統(tǒng)設(shè)計。DAS系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡稱，主要通過對煤矸石發(fā)電廠機組運行的相關(guān)設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的測點，對其運行的狀態(tài)信息加以采集及提取，然后將之傳輸?shù)矫喉肥l(fā)電廠設(shè)備維檢人員處，通過對機組運行數(shù)據(jù)信息加以自動分析，形成對應(yīng)的提示信息，反饋給設(shè)備檢修維保人員，從而保障發(fā)電廠設(shè)備機組安全穩(wěn)定運行。在煤矸石發(fā)電廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的熱工自動化控制設(shè)計中，主要是發(fā)揮DAS系統(tǒng)在操作、成組、報警、棒圖等方面的顯示功能；設(shè)備定期記錄、設(shè)備運行故障順序及追憶記錄、設(shè)備跳閘記錄等各類制表記錄功能；設(shè)備性能計算功能；設(shè)備運行歷史信息數(shù)據(jù)儲存檢索功能等。

3.3.3 SCS系統(tǒng)設(shè)計。SCS系統(tǒng)設(shè)計，即輔機順序控制系統(tǒng)，主要是為煤矸石發(fā)電廠機組設(shè)備在開啟、運行及停運過程中最大程度地將人員的人工操作頻率加以縮減，通過設(shè)置相關(guān)的子組，提高發(fā)電廠機組在運行操作過程中的自動化水平。在SCS熱工自動化控制設(shè)計中，主要是通過對發(fā)電廠的鍋爐燃?xì)庀到y(tǒng)、電動給水泵組、空冷系統(tǒng)、鍋爐排污系統(tǒng)、高壓加熱器系統(tǒng)等主系統(tǒng)進行自動化設(shè)計。

3.3.4 輔機聯(lián)鎖設(shè)計。煤矸石發(fā)電廠輔機聯(lián)鎖設(shè)計是熱工自動化控制的重要環(huán)節(jié)，在該環(huán)節(jié)中，主要的設(shè)計要點及聯(lián)鎖裝置有以下方面：發(fā)電廠汽包水位定值檢測及汽包事故放水門聯(lián)鎖設(shè)計、除氧器水位定值檢測及除氧器事故放水門聯(lián)鎖設(shè)計、發(fā)電廠凝結(jié)水泵故障檢測及凝結(jié)水母管壓力值檢測聯(lián)鎖設(shè)計等。在輔機聯(lián)鎖設(shè)計中，應(yīng)發(fā)揮熱工自動化控制裝置的邏輯判斷能力，通過設(shè)計及把握順序控制的步驟流程，使輔機聯(lián)鎖設(shè)計具備自動控制功能。

3.3.5 保護設(shè)計。煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計主要針對以下情況：發(fā)電廠設(shè)備機組汽包水位、爐膛壓力數(shù)值過高或數(shù)值較低時，此時會出現(xiàn)停爐保護；發(fā)電廠機組出現(xiàn)過大的電力負(fù)荷荷載，此時會伴隨有汽輪機跳閘反應(yīng)；發(fā)電廠機組出現(xiàn)引風(fēng)機停止及MFT動作等。當(dāng)出現(xiàn)機組軸向位移量及軸振過大、軸承回油、主保護動作啟動、汽機超速、高壓及低壓缸出現(xiàn)脹差、透氣防逆流保護啟動、推力瓦產(chǎn)生高溫等情況，相應(yīng)的保護設(shè)計動作即會啟動。

4 結(jié)語

在發(fā)電廠技術(shù)及自動化控制技術(shù)獲得迅猛發(fā)展的當(dāng)代社會，煤矸石發(fā)電廠在機組容量上實現(xiàn)了高度增長，也同步對發(fā)電廠運行及控制質(zhì)量提出了更高要求。煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計是改進發(fā)電廠運行質(zhì)量的重要技術(shù)保障，在進行煤矸石發(fā)電廠熱工自動化控制設(shè)計時，要密切關(guān)注最新的科技進展，不斷對控制理論及控制實踐進行豐富創(chuàng)新，以此提高發(fā)電廠自動化控制

水平。

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作者簡介：宋文凱，男，陜西銅川人，供職于黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司，初級職稱。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）