试论火电厂机炉协调控制系统的设计与实现

试论火电厂机炉协调控制系统的设计与实现

张贤东

引言：机炉协调控制系统是当前火电厂发电过程中发挥重要作用的组成部分，机炉协调控制系统的科学设计与实现关系到火电厂整体设备的运行和火力发电的高效实现。协调控制系统属于复杂性的系统性控制工程，要想对其进行科学合理的设计需要了解各个系统模块的规则、功能等，一旦掌握机炉协调控制系统的设计原则，将会以此控制电网及其机组运行出现的事故发生率，降低火电厂操作人员的工作强度。

1.协调控制系统的作用

采用协调控制系统能够对火力发电中的各个设备和机组进行控制，实现自动化的发展趋势，为火电厂机组运行提供安全保障，减少运行期间事故发生几率，对整个火力发电系统产生巨大的促进作用。机炉协调控制系统科学的设计和实现，能够确保火电厂机炉机组实现安全、可靠、经济、环保的运行，有利于火电厂的设备的维护[1]。协调控制系统的投入使用可以为火电厂操作人员提供科学合理的指导，有利于引导操作人员按照操作规程进行合理的设备操作，保障工作人员的人生安全和火电厂财产不受侵害。

2.火电厂机炉协调控制系统的总体设计

2.1机炉主要设备系统概述

本文研究的火电厂拥有2×600MW超临界燃煤发电机组，采用dcs爱默生控制系统，以及Ovation控制平台，利用HG-1900/25.4-YM4型超临界变压运行直流锅炉，锅炉设计应用的煤种为洗精煤，辅助的油料是零号轻柴油，使用的油枪类型是机械雾化。机炉灰渣利用气力干除灰方式，机炉燃烧引发的烟气采用石膏湿法脱硫工艺进行脱硫，采用性催化还原工艺进行烟气脱硝。

火电厂给水系统的配备是选用50％BMCR容量气动给水泵，30％BMCR容量调速电动给水泵。这两台配备装置可以为火电厂机炉运行提供必须的水量，当两者同时起到并列运行时，可以为机炉提供帮助。

锅炉启动系统选用带再循环泵式，内部包括汽水分离器、储水箱、水位控制阀以及炉水循环泵等[2]。这些组成设备能够使锅炉适应温度变化情况，尽管锅炉炉壁层较薄，依然可以在高温情况下正常运行，具有良好的变压、调峰和启动性能。燃烧系统选择应用由哈尔滨工业大学燃烧工程研究所研发的粉旋流煤粉燃烧器，制粉系统应用的是中速磨煤机正压直吹冷一次风方式。

2.2系统开发工具的选择

火电厂机炉协调控制系统的开发需要选择恰当的开发工具，只有拥有与火电厂机炉机组运行系统相匹配的开发工具，才能够开发出与主要设备系统能够协调作用的控制系统。这样可以有效的提高设备系统的运行效率，也能够保证协调控制系统与设备工作实际相适应。现阶段协调控制系统开发工具多选用EDPT-NTPLus功能软件，EDPT-NTPLus是Windows操作系统中具备的编程工具，采用这款编程软件可以对火电厂机组各个设备系统进行组态设计，而且其设计方法较为简单，能够结合实际的设备特征利用所得的参数进行设置。此外，还有一款开发软件是GB，GB应用程序制作原理是将设备的图形动态特征抓取，进而直观的显示出各个设备系统的动态要素。还有一种可供选择的开发工具ATC，ATC作为一种可离线操作的编程软件，其能够为火电厂协调控制系统设计出科学组态算法，帮助系统控制各个设备系统，提高系统控制力度。火电厂机炉协调控制系统对各个部分设备系统起到总体操控作用[3]。

2.4系统运行环境

协调控制系统的运行需要依靠安全、稳定的运行环境，由于协调控制系统主要在计算机上进行操作和指挥，因此在火电厂微机控制室内需要安装配置等级较高的计算机。现阶段，适用于机炉协调控制系统的运行环境可以以下为基准：

选择的系统类型：Windows2000Server、WindowsNET4.0或者是超过这两个操作系统的类型；

选择的计算机软件：MicrosoftOfficeVisio；

选择的计算机硬件：规格在1.6GHz或者超过这一规格的Intel，硬盘容量需要超过40G，显示器分辨率达到1680*1050.

3.协调控制系统功能模块设计与实现

3.1系统硬件设计与网络架构的设计

火电厂机炉协调控制系统一大型而又复杂的控制系统，要想完善对火电厂各个模块设备的控制，需要同时囊括许多功能性硬件，然后利用硬件设计出能够掌控所有设备系统的服务器，通过服务器构建出完整的机组运行网络体系，这样在协调控制系统的所在的操作员站、工程师站以及服务器中输入命令，就可以向现场设备发送命令[4]。机炉协调控制系统主要分为了三部分，这三部分分别是现场控制层、系统服务层和监测控制层。现场控制层主要是通过机组dcs控制系统进行控制，dcs控制系统下包括操作员站、工程师站、历史站、服务器、机柜以及打印机，本文中的火电厂机炉dcs控制系统选用的是爱默生公司提供的Ovation控制平台，利用这一控制平台操作人员可以实时的对现场设备发出命令，指挥设备系统运行，达到火力发电的目的。火电厂机炉协调控制系统的正常运行需要获得众多硬件设备的共同支持，这些硬件设备各自拥有其作用和功能，例如路由器、网卡等为系统的信号传输提供了网络。

3.2系统各个功能模块的实现

火电厂机炉协调控制系统中的功能模块的实现集中体现在了锅炉主控系统之上和汽机主控系统之上，下面对此进行分析。

3.2.1锅炉主控系统的实现

锅炉主控系统与协调控制系统是通过指令处理回路上的接口进行连接，实现接收信息。锅炉主控系统的处理模式包括手动和自动两种，这两种处理模式都能够保证锅炉系统实现对锅炉主设备的控制。手动模式和自动模式适用于不同的运行条件下，受到机炉协调控制系统的直接影响和指挥，但是也可以与下文介绍的汽机主控系统完成其他控制功能[5]。

机炉协调控制系统对机组进行控制时，锅炉会通过接口接收到来自协调控制系统的指令，此时锅炉主控系统的运行状态处于自动模式，能够自行按照系统命令安全运行。火电厂电机组设备在锅炉主控系统的控制下，能够良好的发挥自身功能，各个设备的搭配能够实现最优化，这样长期坚持下去火电厂电机组设备的运行能够节省大量能源。机炉协调控制系统作为整体的控制中枢，其不仅对电机组锅炉部分进行控制，还要掌控与锅炉设备存在联系的其他相关设备，这就使得锅炉主控系统要与其他附带的子系统进行协调配合，共同实现对现场主要锅炉设备的控制。当火电厂电机组开启时，所有参与设备操控的人员应该以前到达岗位，对电机组各个设备进行检修，确定设备的完好性，详细记录设备的具体参数值，以备日后所需。设备状态达到要求后，才能与控制系统共同发挥作用，良好促进火力发电的运行。电机组中的锅炉主控系统主要调整锅炉设备内部压力，其最大的功能是保持锅炉筑起的压力值，使其始终平稳的维持在标准值范围之内。锅炉压力值的范围既可以由机炉协调控制系统自动根据收集的数据生成，又可以由操作人员进行手动设定。

3.2.2汽机主控系统的实现

汽机主控系统与协调控制系统是通过汽轮机数字电液控制系统同负荷指令处理回路上的接口进行连接，实现接收信息。汽机主控系统的处理模式与锅炉主控处理模式相同，分为了手动和自动两种模式。汽机主控系统会辅助锅炉主控系统实现对火电厂电机组的协调和控制，如果火电厂现场电机组设备遇到的运行环境出现变化，就可以通过汽机主控系统向电机组设备发送命令，使设备的运行能够适应出现的不同工况。

在正常运行背景下，火电厂电机组在运行过程中的运行方式通常是“炉跟机协调方式”，这种运行方式会结合RB控制，此时电机组设备会通过汽机主控系统以及锅炉主控系统得到详细的命令，然后正常运行。当然，如果“炉跟机协调方式”与所遇的工况不匹配，或者是在运行过程中发现了设备装置故障等问题，可以将“炉跟机协调方式”灵活的转变为“炉跟随运行方式”或者是“机跟随运行方式”[6]。此时汽机控制系统的负荷速率设定在≤9MW/min。当机组运行时的负荷在40％以下的工况时，可以将电机组运行方式调整为“汽机跟随协调方式”；当机组运行时的负荷在40％以上时，可以将电机组运行方式调整为“炉跟机协调方式”；当机组运行时的负荷超过50％，此时在汽机主控系统中输入调度指令“AGC”，实现对电机组设备的控制。电机组开始准备停止时，也要注意选择的运行模式，当电机组逐渐停止下来时，最好是选用“炉跟机协调方式”，此期间也会根据机组负荷变化进行改变，如果在电机组停止过程中的运行负荷开始下降，并且负荷量达到40％及以下，最好是切换成“汽机跟随协调方式”，等到负荷值仅剩5％时，可以解除汽机主控系统对电机组设备的控制，使各个机炉独立进行控制。

当出现异常运行情况时，汽机主控系统联合锅炉主控系统调整负荷值，使负荷值下降到标准值范围内，此时电机组的运行方式会自动改变原有的运行方式，切换为“机跟随协调方式”。电机组自动切换运行方式后，锅炉压力会发生变化，此时需要通过加减负荷调整锅炉压力值。一旦发生自动切换情况，需要操作人员立刻反应，查看设备切换原因，如果是系统出现异常需要及时通知技术工程师对系统进行全面检查和维修，并通知各个站的操作人员及时进行相应处理。

3.3系统组态流程设计

机炉协调控制系统之中包括多个主控系统，上文提到的锅炉主控系统和汽机主控系统是作用面较大的两个部分，除此之外还有燃料控制系统、给水控制系统等，通过对这些部分的设计能够完成对协调控制系统组态流程的设计。火电厂运行过程中会应用不同的火力发电机组，而根据锅炉主控系统和汽机主控系统建立起的组态模型可以适应不同类型发电机组，可以在实践中为机炉协调控制系统提供借鉴。

结论：随着科学技术的不断进步，应用先进技术发展起来的机炉协调控制系统已经广泛的应用在火力发电厂中。本文对协调控制系统的开发、设计与实现进行了简要的分析，并对不同工况下的协调运行方式进行了介绍，希望能为有需要的人们提供有效的参考。

参考文献：

[1]张兴华.锅炉—汽轮机机炉协调控制系统在火电厂中的应用[J].江西建材，2016，17：221+225.

[2]徐先法.火电厂机炉协调控制系统的设计与实现[J].科技创新与应用，2016，23：102-103.

[3]张新奎.火电厂机炉协调控制系统的设计与实现[J].黑龙江科技信息，2015，24：46.

[4]谭雨林.火电厂协调控制系统多目标优化问题的研究[D].华北电力大学，2013.

[5]秦治国.机炉协调控制系统整体鲁棒性的工程设计[D].华北电力大学，2012.

[6]韩春光.火电厂单元机组协调控制系统研究[D].东北大学，2011.