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    1、概述

     燃油燃氣鍋爐發(fā)電在國內(nèi)已有60多年的歷史，當(dāng)時在我國東北建成的鍋爐，至今仍在安全運行。目前開發(fā)的燃油鍋爐、燃氣鍋爐，在原有的煤氣發(fā)生爐的基礎(chǔ)上，又增添了節(jié)能、環(huán)保等技術(shù)，使之成為高效、節(jié)能、安全、環(huán)保型技術(shù)。鍋爐的經(jīng)濟運行是一個急需得到重視的問題，這不僅牽扯個體的經(jīng)濟，而且在能源日益短缺的將來對節(jié)約能源，實現(xiàn)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展更具有重大意義。

     UW500集散控制系統(tǒng)是杭州優(yōu)穩(wěn)與浙江大學(xué)工業(yè)自動化國家工程研究中心聯(lián)合開發(fā)，經(jīng)過不斷分析總結(jié)、開發(fā)創(chuàng)新、測試改進與考核完善，推出的新一代集散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠顯著提高監(jiān)控的自動化水平，提高鍋爐的經(jīng)濟和可靠的運行。

    2、工藝簡介

     發(fā)電的過程就是一個能量轉(zhuǎn)換的過程：燃料化學(xué)能 蒸汽熱能 機械能電能。簡單的說就是利用燃料（煤氣）發(fā)熱，加熱水 ，形成高溫高壓過熱蒸汽，推動氣輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子（電磁場）旋轉(zhuǎn)，定子線圈切割磁力線，發(fā)出電能，再利用升壓變壓器，升到系統(tǒng)電壓，與系統(tǒng)并網(wǎng)，向外輸送電能。

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

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

    3、控制策略

     集散控制系統(tǒng)鍋爐機組的自動化功能，功能包括數(shù)據(jù)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(tǒng)

     一般鍋爐燃燒系統(tǒng)控制中，主要的被控參數(shù)為主汽壓力或負荷。對主汽壓力和負荷參數(shù)的控制是通過調(diào)節(jié)進入鍋爐的燃氣量來實現(xiàn)的。鍋爐的燃料量控制系統(tǒng)采用以控制鍋爐的出口蒸汽壓力為主調(diào)，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(tǒng)可通過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。汽機進汽閥門的開度變化會引起主蒸汽的壓力參數(shù)，通過反饋控制調(diào)節(jié)燃料來實現(xiàn)主蒸汽的壓力穩(wěn)定。因此，本系統(tǒng)首先保證高爐煤氣進氣壓力，通過調(diào)節(jié)高爐煤氣進氣閥門的開度來控制高爐煤氣進氣壓力，煤氣壓力得到保證的情況下，來控制燃料。

    送風(fēng)量控制系統(tǒng)（煙氧含量控制系統(tǒng)）

     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(tǒng)最終是由保證最佳的爐膛出口氧量來標(biāo)志其燃燒工況的安全與經(jīng)濟性的。

     送風(fēng)控制系統(tǒng)，是以調(diào)節(jié)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(tǒng)（爐膛負壓控制系統(tǒng)）

     根據(jù)高爐煤氣發(fā)電實踐工程，引風(fēng)控制系統(tǒng)是以爐膛負壓為主要控制參數(shù)，但可將送風(fēng)總量信號作為前饋信號。
機爐協(xié)調(diào)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，又必然通過其壓力參數(shù)值的改變顯示出來。因此，燃料系統(tǒng)的控制是通過調(diào)節(jié)高爐煤氣進氣閥門的開度來控制高爐煤氣進氣壓力來控制燃燒狀態(tài)（而不是控制煤氣燃料的進氣量），來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(diào)節(jié)通過鍋爐負荷分配運算系統(tǒng)進行運算及控制；另一方面，鍋爐主蒸汽母管壓力的控制是通過調(diào)節(jié)汽機閥門的開度來控制的。

    主蒸汽溫度控制系統(tǒng)

     鍋爐主蒸汽溫度的調(diào)節(jié)，應(yīng)根據(jù)鍋爐特點進行設(shè)計。在規(guī)定的鍋爐運行范圍內(nèi)，達到溫度控制的負荷時（特別是低負荷、高負荷區(qū)域），控制第一級過熱器的出口溫度使之達到設(shè)定范圍之內(nèi)。

     調(diào)節(jié)量：減溫水流量

     調(diào)節(jié)設(shè)備：減溫水調(diào)節(jié)閥門

     導(dǎo)前溫度信號：高溫過熱器出口溫度

    給水控制（汽包水位控制）

     正常的控制應(yīng)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(tǒng)。當(dāng)負荷小于30%時采用只有汽包水位的單沖量控制，當(dāng)負荷大于30%時切換至三沖量控制，應(yīng)提供單沖量和三沖量控制之間的無擾切換，反之亦然。

     測量汽包水位的變送器，應(yīng)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?shù)慕o水流量應(yīng)加入噴水流量，得出總給水流量信號。

     蒸汽流量測量應(yīng)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(diào)量：汽包水位
     調(diào)節(jié)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(tǒng)

     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。凝汽器水位的過高和過低都可能破壞凝汽器真空。在凝汽器水位控制系統(tǒng)中，凝汽器水位測量值與給定值的偏差值進行PID運算，其運算結(jié)果調(diào)節(jié)凝汽器水位調(diào)節(jié)閥開度，維持凝汽器水位恒定。

    軸封壓力控制系統(tǒng)

     在汽輪機級內(nèi)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，來保障汽輪機的正常運行。軸封性能的好壞是通過控制軸封蒸汽 壓力來實現(xiàn)的。

     在汽輪發(fā)電機組軸封壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，軸封壓力的測量值與給定值進行PID運算，其運算結(jié)果控制軸封供汽調(diào)節(jié)閥，維持軸封壓力在設(shè)定值。

    連排擴容器水位控制系統(tǒng)

     根據(jù)連排擴容器水位信號，控制連排擴容器疏水調(diào)節(jié)器，維持連排擴容器水位在設(shè)定值。

    高壓加熱器水位控制系統(tǒng)

     高壓加熱器是汽機抽汽與主給水的熱交換設(shè)備。低壓加熱器是汽機抽汽與凝結(jié)水的熱交換設(shè)備。它們的水位過高，有可能導(dǎo)致汽輪機進水，從而引發(fā)事故。

     在高壓加熱器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，水位的測量值與給定值進行PID運算，其運算結(jié)果控制高壓加熱器的疏水調(diào)節(jié)閥，使高加水位滿足運行要求。

    低壓加熱器水位控制系統(tǒng)（一般小機組沒有）

     在低壓加熱器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，水位的測量值與給定值進行PID運算，其運算結(jié)果控制低壓加熱器的疏水調(diào)節(jié)閥，使低加水位滿足運行要求。緊急情況下，由事故放水電動門控制其液位。

    除氧器水位控制系統(tǒng)

    保持除氧器水位的目的是用來保障鍋爐供水量與需求量的平衡。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，除氧器水位控制有單沖量和三沖量兩種調(diào)節(jié)方式。它們的區(qū)別在于化學(xué)補充水是否連續(xù)進水。其中，三沖量調(diào)節(jié)方式與汽包水位控制系統(tǒng)相類似，在啟動和低負荷運行期間為單沖量調(diào)節(jié)，正常負荷時為三沖量調(diào)節(jié)。單沖量和三沖量之間的切換可以通過手動或自動實現(xiàn)。

     當(dāng)除氧器水位達到高值時，除氧器水位調(diào)節(jié)器關(guān)閉，凝結(jié)水再循環(huán)閥打開。除氧器水位過高時，開事故放水電動門。當(dāng)汽機停運時，除氧器水位調(diào)節(jié)由化學(xué)補給水閥實現(xiàn)。

    除氧器壓力控制系統(tǒng)

     在機組啟動期間，除氧器壓力的調(diào)節(jié)是通過打開廠蒸汽母管調(diào)節(jié)閥，來維持除氧器壓力的設(shè)定值。

     在正常負荷工況下，除氧器壓力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計是將除氧器壓力測量值與設(shè)定值的偏差送入PID進行運算，其運算結(jié)果調(diào)整除氧器壓力調(diào)節(jié)閥，控制除氧器壓力在設(shè)定值上。

    4、控制工程

     UW500集散控制系統(tǒng)在鍋爐發(fā)電上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。UW500可以完成包括數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、爐膛安全保護、電氣控制、廠用電公用控制、熱網(wǎng)控制等功能，系統(tǒng)支持32個控制站，系統(tǒng)規(guī)模達：AIO:16384，DIO:32768。

     UW500集散控制系統(tǒng)能夠?qū)﹀仩t發(fā)電中需監(jiān)控的大量點數(shù)進行實時監(jiān)控，優(yōu)秀的雙重化冗余設(shè)計，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

                                  圖2 系統(tǒng)機構(gòu)圖

                           圖3 鍋爐燃燒系統(tǒng)

     5、小結(jié)

     利用UW500集散控制系統(tǒng)對大量監(jiān)控點的監(jiān)控，可大幅度的減輕了工人的工作量，使大量分散的數(shù)據(jù)集中顯示在操作站上，穩(wěn)定的系統(tǒng)讓控制更安全、簡易。鍋爐的燃燒也得到很好的控制，使燃燒效率顯著提高。