鋼鐵企業(yè)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電自動化控制設(shè)計(jì)與開發(fā)

曹曉明

河鋼集團(tuán)邯鋼公司設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)部

鋼鐵企業(yè)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電自動化控制設(shè)計(jì)與開發(fā)

曹曉明

河鋼集團(tuán)邯鋼公司設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)部

本文通過對鋼鐵企業(yè)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的功能分析，研究如何開發(fā)同類發(fā)電系統(tǒng)的三電控制系統(tǒng)，達(dá)到設(shè)備與系統(tǒng)的良好結(jié)合。

燃?xì)庹羝?lián)合；循環(huán)發(fā)電；三電自動化；設(shè)計(jì)開發(fā)

一、系統(tǒng)概述

某鋼鐵企業(yè)建設(shè)1座150MW級燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電站，主要設(shè)備包括： 1套引進(jìn)的低熱值燃?xì)廨啓C(jī)組及配套的煤氣壓縮機(jī)及有關(guān)輔機(jī)、1臺雙壓余熱鍋爐、1套補(bǔ)汽抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，以及循環(huán)冷卻水泵房、除鹽水站、煤氣凈化處理設(shè)施、輕油站等。

本工程涉及到自動化專業(yè)的子項(xiàng)有：

1.燃機(jī)系統(tǒng)，包括燃?xì)廨啓C(jī)、煤氣壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)及有關(guān)輔助設(shè)備。

2.余熱鍋爐系統(tǒng)。

3.汽輪發(fā)電主廠房系統(tǒng)，包含汽輪發(fā)電機(jī)組及配套的輔助設(shè)備等。

4.輕油站。

5.循環(huán)水泵房。

6.除鹽水站。

7.區(qū)域總圖，包括區(qū)域綜合管線和煤氣凈化設(shè)施等。

8.廠區(qū)公用給排水設(shè)施。

二、熱工自動化水平和控制室布置

2.1 熱工自動化水平

1.全廠DCS監(jiān)控系統(tǒng)。為保證全廠安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)電廠自動化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和需求水平，本著安全、可靠、實(shí)用、先進(jìn)的原則，本工程全廠監(jiān)控系統(tǒng)采用DCS控制系統(tǒng)。

2.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)由GE公司配套Mark VI控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)為燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的核心控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備的監(jiān)視和自動控制。

3.蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)。蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組除采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行總體監(jiān)控外，還采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)對汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行控制，采用汽輪機(jī)監(jiān)視儀表系統(tǒng)(TSI)對汽輪機(jī)重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，采用緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)對汽輪機(jī)進(jìn)行保護(hù)。

4.熱工控制方式。本電廠的控制方式有控制系統(tǒng)自動控制方式、集中控制室HMI手動控制方式、集中控制室緊急操作臺手動操作方式和就地操作方式。

2.2 控制室布置

1.就地控制設(shè)備布置。DCS系統(tǒng)為燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐、輕油站分別設(shè)遠(yuǎn)程I/O 站。

2.燃機(jī)控制室布置。燃機(jī)控制室放置MARK VI操作員站1臺。

3.除鹽水控制室布置。除鹽水設(shè)置電氣室和控制室，除鹽水PLC柜放置在電氣室，工程師站放置在控制室。

4.循環(huán)水泵房電氣室布置。循環(huán)水泵房PLC控制系統(tǒng)為儀、電共用，放置在循環(huán)水泵房電氣室內(nèi)。循環(huán)水泵房不設(shè)控制室，PLC的HMI放置在集中控制室。

5.集中控制室布置

此工程在燃?xì)鈾C(jī)組和汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)置了DCS集散控制系統(tǒng)，根據(jù)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工程的特點(diǎn)和機(jī)組控制系統(tǒng)的控制水平，考慮設(shè)置集中控制室對整個(gè)發(fā)電廠進(jìn)行集中控制和監(jiān)視。

三、熱工自動化功能

3.1 DCS的系統(tǒng)功能

DCS的系統(tǒng)功能如下：

1. DCS工程師站的主要功能

組態(tài)：完成數(shù)據(jù)庫、圖形、控制算法、報(bào)表的組態(tài)。

參數(shù)配置：簡化歷史庫、事故追憶、變量組定義等。

設(shè)備組態(tài)：實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的操作員站、現(xiàn)場控制站及過程I/O模塊的配置等。

數(shù)據(jù)下裝：將組態(tài)后的數(shù)據(jù)下裝到服務(wù)器、現(xiàn)場控制站、操作員站，在線運(yùn)行時(shí)，還可通過數(shù)據(jù)下裝的形式修改數(shù)據(jù)庫和控制算法。

2. DCS控制站的功能

I/O控制站是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和過程控制的中心，主要完成數(shù)據(jù)采集、工程單位變換、控制和聯(lián)鎖算法、控制輸出、通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到服務(wù)器等功能。

3.2 MARK VI系統(tǒng)的控制功能

MARK VI控制系統(tǒng)由GE公司隨燃機(jī)系統(tǒng)配套，此系統(tǒng)主要對燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、壓氣機(jī)、煤壓機(jī)及煤氣冷卻器等設(shè)備進(jìn)行控制、狀態(tài)檢測、故障診斷和保護(hù)。

四、熱工自動化設(shè)備選型

4.1 DCS控制系統(tǒng)選型

DCS控制系統(tǒng)選用橫河公司的CENTUM CS3000系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)主要包括3臺操作員站，1臺工程師站，2臺交換機(jī)，1個(gè)控制站，2個(gè)遠(yuǎn)程I/O柜、UPS電源、打印機(jī)等。另配1面56＂LCD顯示器和1臺緊急操作臺。

4.2 現(xiàn)場檢測儀表的基本規(guī)格

現(xiàn)場儀表包括檢測元件和閥門及執(zhí)行器，對生產(chǎn)過程的溫度、壓力、差壓、流量、液位、成份，料位、形狀、重量等參數(shù)進(jìn)行測量和控制。

1.溫度測量儀表?，F(xiàn)場指示溫度儀表采用雙金屬溫度計(jì)，具遠(yuǎn)傳功能的溫度測量儀表采用熱電阻、熱電偶，溫度范圍小于600℃采用熱電阻，溫度范圍大于600℃采用熱電偶，測溫元件和分度號都采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.壓力/差壓測量儀表。所有壓力檢測儀表的檢測元件采用充液膜盒或隔膜式，現(xiàn)場壓力測量儀表采用表頭為φ150的壓力表。遠(yuǎn)傳壓力/差壓測量儀表采用壓力/差壓變送器，壓力/差壓變送器采用智能型，二線制4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，帶HART協(xié)議的變送器。變送器防護(hù)等級為IP65及以上。

3.流量測量儀表。高溫高壓蒸汽或水流量測量采用ISO 1932噴嘴或標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)和差壓變送器。對于大管徑、要求低壓損的煤氣、天然氣管道采用威力巴、昂戈力巴、V錐等差壓式流量計(jì)和差壓變送器。水流量的計(jì)量可采用電磁流量計(jì)，對于低電導(dǎo)率如除鹽水或高溫等特殊場合應(yīng)采用孔板流量計(jì)。

4.液位測量儀表。對于水池液位的測量可采用超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)和靜壓液位變送器；高、低壓加熱器、軸封冷卻器的液位檢測采用磁浮液位計(jì)；鍋爐汽包水位測量采用智能電容式鍋爐汽包液位計(jì)，此液位計(jì)能對液相、汽相介質(zhì)介電常數(shù)變化進(jìn)行自動補(bǔ)償，并能對測量系統(tǒng)的溫度漂移進(jìn)行自動補(bǔ)償，以保證對鍋爐汽包水位進(jìn)行準(zhǔn)確測控。

五、氣源

氣動儀表閥門采用無油、無水、潔凈的儀表用壓縮空氣。儀表用壓縮空氣質(zhì)量按照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

為保證全廠安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)電廠自動化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和需求水平，設(shè)計(jì)本著安全、可靠、實(shí)用、先進(jìn)的原則，便于運(yùn)行人員及時(shí)準(zhǔn)確掌握全局和局部情況，進(jìn)行綜合監(jiān)督、管理和調(diào)度。在設(shè)計(jì)過程中不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，控制投資，嚴(yán)把設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)。調(diào)試過程中，密切與現(xiàn)場用戶和施工單位配合，及時(shí)解決調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題，確保調(diào)試順暢有序地進(jìn)行。本工程投運(yùn)以來，運(yùn)行正常，完滿的達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。