DCS控制系统设计之浅见
上海西屋控制系统有限公司(上海浦东 201206) 管宇群 吴山红 朱鼎宇
【摘 要】对华能玉环电厂新建4X1000MW 超超临界机组DCS 控制系统技术设计进行了介绍，皆在了解和掌握国外在超超临界机组DCS控制系统技术设计上的一些经验，为今后的超超临界机组DCS 控制系统技术设计提供借鉴。
【关键词】超超临界机组 分散控制系统 DCS 1000MW机组
华能玉环电厂一、二期工程为4×1000MW国产化超超临界燃煤机组。锅炉为哈尔滨锅炉厂引进日本三菱技术制造的超超临界参数变压运行直管水冷壁直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用八角双切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构∏型锅炉、露天布置燃煤锅炉。锅炉最大连续蒸发量为2950 t/h、过热器出口压力为26.25MPa、过热器出口温度为605℃、再热蒸汽流量为2457 t/h、再热器出口温度为603℃。
锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰。锅炉采用无分隔墙的八角反向双火焰切圆燃烧方式。每台锅炉共设有48只直流燃烧器，燃烧器共分6层，每层设8只燃烧器，每层燃烧器由同一台磨煤机供给煤粉。锅炉采用二级点火方式：高能电火花点火器－主油枪－煤粉燃烧器。油燃烧器的总输入热量按30%B-MCR计算。
制粉系统型式：采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台中速磨煤机，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。
给水系统采用单元制。系统配2×3台50%容量的双列高压加热器。每列高加分别设给水大旁路。系统设置两台50%容量的汽动给水泵，一台25%BMCR容量、带液力耦合器的调速电动启动/备用给水泵。
汽机由上海汽轮机有限公司生产，超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式、八级回热抽汽。
汽轮机旁路系统：暂定30%容量高低压二级串联旁路。
汽轮机具有八级非调整抽汽。一、二、三级抽汽供三台高压加热器；四级抽汽供除氧器、给水泵驱动汽轮机和辅助蒸汽系统；五、六、七、八级抽汽分别向5号、6号、7号、8号低压加热器供汽。
给水、主蒸汽、再热蒸汽系统、循环水系统均为单元制。
机组的DCS系统采用上海西屋控制系统有限公司OVATION控制系统。其单元机组配有27对控制器、公用系统配有7对控制器。控制范围涵盖了数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、锅炉安全监视系统（FSSS）、电气控制系统（ECS）及各公用系统的控制。
1 DCS系统控制设计
为保证发电厂安全、高效地运行，对于超临界直流锅炉而言，启动系统的控制及水燃比控制是有别于亚临界汽包炉的控制回路。本文将对这俩个控制回路的特点做一简要的分析，它是针对玉环电厂超超临界锅炉所设计的。
本锅炉为带有再循环泵的启动系统，具有启动时间短、锅炉启动灵活的优点。在启动过程中，水冷壁的最低流量为35％BMCR，利用再循环泵将再循环流量与给水混合后进入省煤器，避免热损失。从锅炉点火到蒸发量达3％BMCR这一阶段，储水箱水位迅速上升，利用分离器疏水阀将工质排往扩容器。随着蒸发量的不断增加，储水箱水位不断下降，再循环流量不断减少，给水泵流量却相应增加，直到锅炉转到干态运行，再循环泵停止。其启动系统的汽水流程图如图1。
1.1 启动系统分离器控制回路简述
1.1.1 喷射水流量控制
在湿态方式下，从主给水有一路水通过喷射水流量阀保持一定的喷射水流量以冷却BCP，通过该调节阀维持1~3%的喷水量。在干态运行期间，当喷射水流量阀关时，水从一并列的孔板流过以冷却BCP。经过温度修正的喷射水流量和设定值的偏差来调节喷射水流量阀开度。当BCP停时，喷射水流量阀强制关到0。
1.1.2 分离器水位控制
分离器水位控制回路根据分离器的水位给出分离器疏水阀A、B和C的开度。各个阀门的开启都正比于分离器水位。随着分离器水位的上升，先开A阀，再开B、C阀。随着分离器水位的升高，A阀首先开启。随着分离器水位的再升高，B、C阀第二个开启。
疏水阀A、B和C在湿态方式为锅炉循环泵出口调节阀的紧急备用，在干态方式为过热器喷水减温旁路调节阀的紧急备用。
当WDC的各出口阀关，疏水阀A、B和C强制关到0。
图1 启动系统的汽水流程图
1.1.3 过热器喷水减温旁路调节阀控制
在干态时，BCP停，从省煤器入口有一路水经BCP反流到过热器对BCP进行暖泵。在超临界状态时，分离器出口压力＞120kg，此阀保持固定开度40%。在干态到超临界时分离器出口压力＜120kg，根据分离器的水位给出过热器喷水减温旁路调节阀的开度。此阀仅在干态方式下才能开，在湿态方式下强制关到0。
1.1.4 再循环流量控制
汽水混合物进入分离器容器，蒸汽流向过热器，水流向储水箱。在负荷非常低时，水没有被蒸发而全部进入储水箱，然后利用一台循环泵把水打回到省煤器入口。改变循环流量可调节储水箱液位。在启动期间，水膨胀在储水箱里会造成很高的液位，靠两个排放阀的连续排放，排掉一些水。随着负荷的增加，更多的水转化成蒸汽，储水箱的液位将降低。这个过程通过减少循环流量来相互配合，直到液位低时水泵跳闸为止。在本生负荷点以上，所有水都转化成蒸汽。循环流量设定值为储水箱水位的函数，有三种设定值函数：
1.1.4.1 湿态方式下为正常设定值。
1.1.4.2 当锅炉点火时，会出现膨胀现象，分离器水位会先高再降低，通过降低设定值以减少分离器水位的快速下降。
1.1.4.3 当省煤器出口温度高，降低设定值，以增加给水流量，防止省煤器汽化。
当锅炉循环泵停，锅炉循环泵出口调节阀强制关到0。
启动系统分离器控制SAMA图如2。
1.2 水燃比控制回路简述
水/燃料比率（WFR）指令是通过下列方法发出的。
当锅炉处于湿态运行方式时，主蒸汽压力由燃料量控制（同汽包炉）。因此，在这种情况下，调整水/燃料比率指令来控制主蒸汽压力。
当锅炉处于干态运行方式时，水/燃料比率指令控制水分离器入口蒸汽的过热度，使主蒸汽温度控制始终处于最佳位置（也就是，当超出某一负荷时，在稳定状态条件下喷水），以快速响应温度扰动。另外，为了协助主蒸汽温度的控制，把每一部分的温度偏差加起来作为比例控制信号。上游温度偏差（也就是，分离器出口蒸汽温度，一级过热器出口温度）加在主蒸汽温度控制回路上作为前馈指令。
在图中有一TR功能块，它是根据三菱锅炉的具体保护要求来实现下列功能：
当过热器受热面金属温度过高时，在当前的水煤比基础上逐步下降至一定值，当现象消失后，再恢复正常。
当过热器受热面金属温度过高高时，在当前的水煤比基础上下降至一定值，当现象消失后，再恢复正常
当一过出口温度过高时，当前的水煤比直接降至最小值，当现象消失后，再恢复正常。
水燃比控制SAMA图如3。
图2 启动系统分离器控制SAMA图
图3 水燃比控制SAMA图
2 结束语
DCS在火电厂的普遍应用使机组的自动化水平明显的提高。提高DCS在1000MW超超临界机组的控制水平，完善的控制系统设计是机组安全运行的关键。完善和提高控制设计水平，使DCS在电厂的应用达到新的水平。
【作者简介】
管宇群 上海西屋控制系统有限公司高级工程师
吴山红 上海西屋控制系统有限公司高级工程师
朱鼎宇 上海西屋控制系统有限公司高级工程师
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