1、概述

     燃油燃氣鍋爐發(fā)電在國內已有60多年的歷史，當時(shí)在我國東北建成的鍋爐，至今仍在安全運行。目前開(kāi)發(fā)的燃油鍋爐、燃氣鍋爐，在原有的煤氣發(fā)生爐的基礎上，又增添了節能、環(huán)保等技術(shù)，使之成為高效、節能、安全、環(huán)保型技術(shù)。鍋爐的經(jīng)濟運行是一個(gè)急需得到重視的問(wèn)題，這不僅牽扯個(gè)體的經(jīng)濟，而且在能源日益短缺的將來(lái)對節約能源，實(shí)現持續協(xié)調發(fā)展更具有重大意義。

     UW500集散控制系統是杭州優(yōu)穩與浙江大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化國家工程研究中心聯(lián)合開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)不斷分析總結、開(kāi)發(fā)創(chuàng )新、測試改進(jìn)與考核完善，推出的新一代集散控制系統。該系統能夠顯著(zhù)提高監控的自動(dòng)化水平，提高鍋爐的經(jīng)濟和可靠的運行。

    2、工藝簡(jiǎn)介

     發(fā)電的過(guò)程就是一個(gè)能量轉換的過(guò)程：燃料化學(xué)能 蒸汽熱能 機械能電能。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是利用燃料（煤氣）發(fā)熱，加熱水 ，形成高溫高壓過(guò)熱蒸汽，推動(dòng)氣輪機旋轉，帶動(dòng)發(fā)電機轉子（電磁場(chǎng)）旋轉，定子線(xiàn)圈切割磁力線(xiàn)，發(fā)出電能，再利用升壓變壓器，升到系統電壓，與系統并網(wǎng)，向外輸送電能。

     燃氣發(fā)電的主要設備系統包括：燃料供給系統、給水系統、蒸汽系統、冷卻系統、電氣系統及其他一些輔助處理設備。

     其發(fā)電系統主要由燃燒系統（以鍋爐為核心）、汽水系統（主要由各類(lèi)泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統（以汽輪發(fā)電機、主變壓器等為主）、控制系統等組成。前二者產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；電氣系統實(shí)現由熱能、機械能到電能的轉變；控制系統保證各系統安全、合理、經(jīng)濟運行。

    3、控制策略

     集散控制系統鍋爐機組的自動(dòng)化功能，功能包括數據采集功能（DAS）、模擬量控制功能（MCS）、汽機停機保護（ETS）、順序控制功能（SCS）、鍋爐主燃料切斷保護（MFT）及信息管理等功能。

    1、煤氣燃料的控制系統

     一般鍋爐燃燒系統控制中，主要的被控參數為主汽壓力或負荷。對主汽壓力和負荷參數的控制是通過(guò)調節進(jìn)入鍋爐的燃氣量來(lái)實(shí)現的。鍋爐的燃料量控制系統采用以控制鍋爐的出口蒸汽壓力為主調，以鍋爐主蒸汽流量為前饋。

     高爐煤氣發(fā)電機組的燃燒系統可通過(guò)機組盡可能在維持不停爐的前提下，按煤氣量大小維持鍋爐在25%~110%的燃料負荷情況下運行。汽機進(jìn)汽閥門(mén)的開(kāi)度變化會(huì )引起主蒸汽的壓力參數，通過(guò)反饋控制調節燃料來(lái)實(shí)現主蒸汽的壓力穩定。因此，本系統首先保證高爐煤氣進(jìn)氣壓力，通過(guò)調節高爐煤氣進(jìn)氣閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制高爐煤氣進(jìn)氣壓力，煤氣壓力得到保證的情況下，來(lái)控制燃料。

    送風(fēng)量控制系統（煙氧含量控制系統）

     送風(fēng)控制既要保證鍋爐的安全燃燒，又要保證鍋爐的經(jīng)濟效益，而送風(fēng)控制系統最終是由保證最佳的爐膛出口氧量來(lái)標志其燃燒工況的安全與經(jīng)濟性的。

     送風(fēng)控制系統，是以調節高爐煤氣的配風(fēng)量為主，再以氧量校正回路串級接在送風(fēng)量控制回路中。

    引風(fēng)量控制系統（爐膛負壓控制系統）

     根據高爐煤氣發(fā)電實(shí)踐工程，引風(fēng)控制系統是以爐膛負壓為主要控制參數，但可將送風(fēng)總量信號作為前饋信號。
機爐協(xié)調控制鍋爐出口主蒸汽壓力的改變，則高爐煤氣燃料量的改變。若高爐煤氣燃料量改變后，又必然通過(guò)其壓力參數值的改變顯示出來(lái)。因此，燃料系統的控制是通過(guò)調節高爐煤氣進(jìn)氣閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制高爐煤氣進(jìn)氣壓力來(lái)控制燃燒狀態(tài)（而不是控制煤氣燃料的進(jìn)氣量），來(lái)配合汽機的控制達到控制鍋爐主蒸汽壓力的目的。因此，一方面，鍋爐負荷的調節通過(guò)鍋爐負荷分配運算系統進(jìn)行運算及控制；另一方面，鍋爐主蒸汽母管壓力的控制是通過(guò)調節汽機閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制的。

    主蒸汽溫度控制系統

     鍋爐主蒸汽溫度的調節，應根據鍋爐特點(diǎn)進(jìn)行設計。在規定的鍋爐運行范圍內，達到溫度控制的負荷時(shí)（特別是低負荷、高負荷區域），控制第一級過(guò)熱器的出口溫度使之達到設定范圍之內。

     調節量：減溫水流量

     調節設備：減溫水調節閥門(mén)

     導前溫度信號：高溫過(guò)熱器出口溫度

    給水控制（汽包水位控制）

     正常的控制應是由蒸汽流量、汽包水位和給水流量組成的三沖量控制系統。當負荷小于30%時(shí)采用只有汽包水位的單沖量控制，當負荷大于30%時(shí)切換至三沖量控制，應提供單沖量和三沖量控制之間的無(wú)擾切換，反之亦然。

     測量汽包水位的變送器，應為雙重冗余，最好三重冗余，并有壓力補償、比較和選擇。

     經(jīng)溫度補償的給水流量應加入噴水流量，得出總給水流量信號。

     蒸汽流量測量應有壓力和溫度補償，并加入供熱母管流量得出總蒸汽流量信號。

     被調量：汽包水位
     調節量：給水流量
     副回路輸入信號：給水流量
     前饋輸入信號：主蒸汽流量
 
              

                      圖1 汽包液位保護

    凝氣器水位控制系統

     保持一定的凝汽器水位，目的用于保障建立正常的凝汽器真空。凝汽器水位的過(guò)高和過(guò)低都可能破壞凝汽器真空。在凝汽器水位控制系統中，凝汽器水位測量值與給定值的偏差值進(jìn)行PID運算，其運算結果調節凝汽器水位調節閥開(kāi)度，維持凝汽器水位恒定。

    軸封壓力控制系統

     在汽輪機級內隔板和主軸間隙處，以及主軸穿出氣缸外處等部位，蒸汽氣缸會(huì )往外泄漏或外部空氣漏入，使汽輪機的效率降低并使機組真空惡化，破壞汽輪機的正常運行。故必須采用軸封阻擋蒸汽外漏和空氣漏入，來(lái)保障汽輪機的正常運行。軸封性能的好壞是通過(guò)控制軸封蒸汽 壓力來(lái)實(shí)現的。

     在汽輪發(fā)電機組軸封壓力調節系統中，軸封壓力的測量值與給定值進(jìn)行PID運算，其運算結果控制軸封供汽調節閥，維持軸封壓力在設定值。

    連排擴容器水位控制系統

     根據連排擴容器水位信號，控制連排擴容器疏水調節器，維持連排擴容器水位在設定值。

    高壓加熱器水位控制系統

     高壓加熱器是汽機抽汽與主給水的熱交換設備。低壓加熱器是汽機抽汽與凝結水的熱交換設備。它們的水位過(guò)高，有可能導致汽輪機進(jìn)水，從而引發(fā)事故。

     在高壓加熱器水位調節系統中，水位的測量值與給定值進(jìn)行PID運算，其運算結果控制高壓加熱器的疏水調節閥，使高加水位滿(mǎn)足運行要求。

    低壓加熱器水位控制系統（一般小機組沒(méi)有）

     在低壓加熱器水位調節系統中，水位的測量值與給定值進(jìn)行PID運算，其運算結果控制低壓加熱器的疏水調節閥，使低加水位滿(mǎn)足運行要求。緊急情況下，由事故放水電動(dòng)門(mén)控制其液位。

    除氧器水位控制系統

    保持除氧器水位的目的是用來(lái)保障鍋爐供水量與需求量的平衡。根據生產(chǎn)工藝的不同，除氧器水位控制有單沖量和三沖量?jì)煞N調節方式。它們的區別在于化學(xué)補充水是否連續進(jìn)水。其中，三沖量調節方式與汽包水位控制系統相類(lèi)似，在啟動(dòng)和低負荷運行期間為單沖量調節，正常負荷時(shí)為三沖量調節。單沖量和三沖量之間的切換可以通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)實(shí)現。

     當除氧器水位達到高值時(shí)，除氧器水位調節器關(guān)閉，凝結水再循環(huán)閥打開(kāi)。除氧器水位過(guò)高時(shí)，開(kāi)事故放水電動(dòng)門(mén)。當汽機停運時(shí)，除氧器水位調節由化學(xué)補給水閥實(shí)現。

    除氧器壓力控制系統

     在機組啟動(dòng)期間，除氧器壓力的調節是通過(guò)打開(kāi)廠(chǎng)蒸汽母管調節閥，來(lái)維持除氧器壓力的設定值。

     在正常負荷工況下，除氧器壓力的調節系統的設計是將除氧器壓力測量值與設定值的偏差送入PID進(jìn)行運算，其運算結果調整除氧器壓力調節閥，控制除氧器壓力在設定值上。

    4、控制工程

     UW500集散控制系統在鍋爐發(fā)電上已經(jīng)得到廣泛的應用。UW500可以完成包括數據采集、模擬量控制、爐膛安全保護、電氣控制、廠(chǎng)用電公用控制、熱網(wǎng)控制等功能，系統支持32個(gè)控制站，系統規模達：AIO:16384，DIO:32768。

     UW500集散控制系統能夠對鍋爐發(fā)電中需監控的大量點(diǎn)數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，優(yōu)秀的雙重化冗余設計，使系統更加穩定可靠。

                                  圖2 系統機構圖

                           圖3 鍋爐燃燒系統

     5、小結

     利用UW500集散控制系統對大量監控點(diǎn)的監控，可大幅度的減輕了工人的工作量，使大量分散的數據集中顯示在操作站上，穩定的系統讓控制更安全、簡(jiǎn)易。鍋爐的燃燒也得到很好的控制，使燃燒效率顯著(zhù)提高。