华能玉环电厂4×1000MW超超临界机组DCS系统设计应用

华能玉环电厂4×1000MW超超临界机组DCS系统设计应用西安热工研究院有限公司报告人：李军联系方式：029-8210237713709199007机组概况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锅炉锅炉最大连续蒸发量（BMCR）：2950t/h过热器出口压力（BMCR）：26.25MPa(a)过热器出口温度（BMCR）：605℃汽机为上海汽轮机有限公司制造的超超临界、一次中间再热、四缸四排汽汽轮机额定功率：1000MW额定主汽门前压力：25.0MPa额定主汽门前温度：600℃机组概况主要热力系统和燃烧系统：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。汽轮机旁路系统：30%容量高低压二级串联旁路。给水、主/再热蒸汽系统、循环水系统均为单元制。DCS设计概述DCS采用进口OVATION控制系统，整套系统包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）(含旁路控制系统)、顺序控制（SCS）、锅炉炉膛安全监控（FSSS）、电气控制（ECS）、汽轮机控制(DEH)、给水泵汽轮机控制(MEH)等各项控制功能，是一套软硬件一体化的完成全套机组各项控制功能的完善的控制系统。DCS设计概述单元机组配备有28对控制器，分配方式如下：模拟量控制MCS：6对1、协调控制，包括燃烧部分2、风烟系统3、机组自启停逻辑4、给水、汽温控制系统5、旁路及部分单回路控制系统6、汽机侧单回路控制DCS设计概述FSSS7对1、A磨及相关设备2、B磨及相关设备3、C磨及相关设备4、D磨及相关设备5、E磨及相关设备6、F磨及相关设备7、公用部分DCS设计概述顺序控制系统SCS11对1、A一次风机等设备2、B一次风机等设备3、A侧送引风机，空预器4、B侧送引风机，空预器5、主汽、再热汽、抽汽、高低加6、凝结水,除氧器，真空泵等7、汽泵A及相关设备8、汽泵B及相关设备9、电泵及相关设备10、汽机油系统，辅汽等11、密封油泵，定冷水等DCS设计概述电气控制系统2对1、发变组，除尘变等2、直流段等DCS控制系统设计特点•本次DCS系统应用软件控制策略是以日本三菱公司提供的控制策略为基础（主要是炉侧控制策略），结合我院多年相关机组经验进行设计，与国内以往超临界机组控制策略有很大差异，控制方案复杂完善，联锁保护覆盖面广。•由华能股份公司工程部牵头组织华能集团有关专家对控制方案进行了评审。DCS控制系统设计特点•在我们设计组态过程中，哈尔滨锅炉厂和日本三菱公司的专家两次就控制方案与我们进行了详细的交流并提出了宝贵的建议，最终形成了玉环电厂超超临界机组的控制方案。DCS控制系统设计特点•机炉协调控制设计用来根据机组运行工况形成下面所列的适当的锅炉和汽机指令。﹒锅炉输入指令﹒汽机主控指令﹒锅炉输入变化率指令DCS控制系统设计特点•这些指令间的关系完全取决于选择的运行方式。﹒机炉协调控制方式（CC）﹒锅炉跟踪控制方式（BF）﹒锅炉输入控制方式（BI）：包括汽机跟踪方式﹒锅炉手动控制方式（BH）：包括汽机跟踪方式DCS控制系统设计特点•机炉协调控制（CC）方式：这是机组正常运行方式。机组负荷指令（就是功率需求）同时送给锅炉和汽机，以便使输入给锅炉的能量能与汽机的输出能量相匹配。这种控制方式可以尽可能地满足电网的需求。DCS控制系统设计特点•锅炉跟踪控制（BF）方式：汽机主控在机炉协调控制方式运行期间切换到手动时，运行方式就会从CC方式切换到BF方式。在这种运行方式下，机组负荷通过操作人员手动改变汽机主控输出来改变。在“锅炉输入控制自动”和“汽机主控手动”条件下，根据用实际负荷信号修正的主蒸汽压力偏差自动地设定去锅炉的需求指令，负荷指令信号跟踪实际的负荷信号。DCS控制系统设计特点•锅炉输入控制（BI）方式：在这种运行方式下，锅炉的输入指令是由操作人员手动操作给出的。这意味着机组负荷的改变是由操作人员通过锅炉输入控制来完成的。DCS控制系统设计特点•锅炉输入控制（BI）方式：在这种运行方式下,由于直接调整锅炉的输入，机组运行将会比较稳定，但对机组负荷要求的快速反应这方面却不如机炉协调控制（CC）和锅炉跟踪（BF）方式。当发生辅机故障快速减负荷（RB）时，会自动地选择锅炉输入控制方式。DCS控制系统设计特点•锅炉手动控制（BH）方式在机组启动和停止期间使用这种方式。当在干态方式运行期间给水控制切换到手动时，或在湿态方式运行期间燃料量控制切换到手动时，会自动的地选择这种方式。DCS控制系统设计特点•主蒸汽压力控制通过下述两种方法自动给出主蒸汽压力的滑压设定值：a)在CC方式下根据机组负荷指令信号b)在非CC方式下根据锅炉输入指令信号在主蒸汽压力设定值手动设定允许时，也可以由运行人员改变主蒸汽压力设定值。DCS控制系统设计特点•锅炉输入变化率指令在不同负荷下锅炉输入的静态平衡是由相应的子控制回路的指令信号维持的，如给水、燃料和风量指令信号。但是在负荷变动时，仅有这些是不够的。考虑到锅炉的动态平衡，锅炉输入变化率指令根据相应子控制回路单独产生，并作为前馈信号加到相应的指令信号上。该前馈信号可根据机组负荷上升和下降单独调节信号的强弱。。DCS控制系统设计特点•湿态/干态切换：作为超临界锅炉的特点，有两种运行方式。它们的分界点大约在锅炉产生的蒸汽流量等于锅炉最小给水流量的工况点上。DCS控制系统设计特点•湿态/干态切换：如果锅炉产生的蒸汽流量小于锅炉最小给水流量，即称为“湿态方式”，如果锅炉产生的蒸汽流量大于锅炉最小给水流量，即称为“干态方式”。随着锅炉运行方式的不同，控制策略也会不同。当锅炉由湿态方式切换到干态方式时，汽水分离器储水箱液位也被用作一个切换条件。DCS控制系统设计特点•交叉限制功能所谓交叉限制功能，就是指在诸如给水、燃料和风量的每个流量需求指令上加上一些限制，以确保这些参数之间的不平衡在任何工况下都不会超出最大允许的限值。DCS控制系统设计特点•交叉限制功能－由燃料量给出给水流量指令的最大和最小限制－由给水流量给出燃料量指令的最大限制－由总风量给出燃料量指令的最大限制－由燃料量给出总风量指令的最小限制DCS控制系统设计特点•给水控制：锅炉控制采用以给水为基本量的控制方案，在湿态运行时由燃料量控制主蒸汽压力，在干态运行时由给水控制主蒸汽压力，在给水中除了考虑到水煤交叉限制以外，在机组启动情况下，考虑到电厂的热平衡，启动偏置加到锅炉最小流量指令里并且还考虑到了防止省煤器出口汽化的功能。DCS控制系统设计特点•汽水分离器疏水箱水位控制：在湿态运行时主要由锅炉循环泵的再循环流量来控制，同时考虑到了机组在非冷态方式启动时第一支油枪点火时防止疏水箱水位的虚假水位功能，还考虑到了机组用汽动给水泵启动时的应对策略。DCS控制系统设计特点•锅炉再循环水量控制：锅炉再循环水量控制就是要在湿态运行期间通过循环所产生的疏水达到回收热量提高锅炉效率之目的。考虑了BR阀的PI调节器与水分离器储水箱的液位相匹配问题。DCS控制系统设计特点•锅炉再循环水量控制：BR阀开启程序的四个设定值提供如下：1、在湿态运行期间的正常设定值2、用于锅炉启动使用锅炉给水汽动泵（BFPT）的设定值。如果在锅炉启动时期可能需要锅炉给水汽动泵运行，那么应减少BR流量设定值，以便可以增加给水流量，因为由BFPT来进行低流量范围的控制是不可行的DCS控制系统设计特点•锅炉再循环水量控制：3、防止省煤器汽化的设定值。4、防止第一支燃烧器点火时膨胀现象设定值。暂时减少BR设定值，以便WS疏水箱液位不再跌落。DCS控制系统设计特点•燃料控制：总燃料流量需求指令是基于不同的启动方式所提供的锅炉输入需求产生的。1、主燃料（煤）的实际热值可能有所改变，而锅炉的热吸收条件取决于燃料的种类和燃烧器所在的层位置。为了对这种情况进行补偿，把水/燃料比率偏置（WFR）需求指令加在总燃料流量需求指令上。DCS控制系统设计特点•燃料控制：2、为了改进锅炉在负荷改变期间的响应性，加进锅炉输入比率指令（BIR-FF）作为前馈信号。3、交叉限制功能确保调节过程产生的不平衡始终不超出规定限值。－由总给水量不足而引起的燃料量需求增加－由总风量不足而引起的燃料量需求增加DCS控制系统设计特点•燃料控制：4、再热器保护功能为了当进入再热器的蒸汽还没建立时燃料量需求指令低于限制值也提供了上述限制。DCS控制系统设计特点•在所有二次风门的控制策略中，结合三菱公司的设计方案，设计了一套比较完善的控制方案，综合考虑炉膛和风箱差压、燃油压力，运行给煤机的组合以及相应的给煤机出力，以求达到锅炉的最佳燃烧。•在所有的控制系统中，考虑到了很全面的前馈控制和变参数控制，以便控制系统在机组不同负荷段都能达到较好的控制效果。结论及展望我们认为玉环电厂超超临界机组的控制设计方案是可行的，其自动化水平以及对机组的安全性方面要高于国内目前普通的超临界机组直流炉的设计方案，并且三菱提供了许多设计和经验参数可以用来参考。在随后的华能营口电厂和华电阚山电厂超超临界600MW机组DCS控制设计时我们继续采用了这一方案。结论及展望玉环经验也对我们以后超临界600MW机组提供了借鉴作用，在一些具体控制回路设计时可以对比参照，例如我所执行的华电贵港电厂、宿州电厂、中电投田集电厂超临界600MW机组DCS控制设计，我们正在分析哪些有用的、先进的控制策略可以借鉴的。总之，如何提高超临界600MW以上大型机组的自动化水平是我们目前继续探索研究的方向！谢谢！西安热工研究院有限公司自动控制事业部