智能控制在干熄焦余热发电系统中的应用

2013-01-26姜曙光山东省冶金设计院股份有限公司山东济南250101

自动化博览 2013年7期

姜曙光（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）

1 前言

干熄焦发电是国家重点推广的钢厂余热利用项目之一，具有节能减排、改善环境、回收余热、增加电力等显著优点，是钢铁厂实现能源综合利用，提高经济效益、增强竞争力、实现可持续性发展的重要手段。济钢160t干熄焦发电工程师为济钢焦化厂新建8#、9# 2*60孔6m复热式焦炉的配套工程，干熄焦余热锅炉蒸发量60t/h，蒸汽压力8.2Mpa，蒸汽温度510℃，其汽轮机采用青岛捷能汽轮机厂生产的N25-8.83型中温、中压、抽气凝气式汽轮机，额定转速3000r/min，发电机容量为25MW。

2 工艺简介

干熄焦工艺的惰性循环气体N2，在干熄炉内与红热焦炭逆流换热，将焦炭冷却，冷却焦炭后的高温气体，经一次除尘器除尘后进入干熄焦锅炉换热，产生高温、高压蒸汽，送入汽轮机发电，所发电能并入当地电网。干熄焦发电工艺主要由干熄焦余热锅炉、除氧水系统、主蒸汽系统、抽气系统、凝结水系统、冷凝器抽真空系统、循环冷却水系统、减温减压水系统、供油系统、工业水系统、发电电气系统等组成。

3 自动化控制系统

济钢干熄焦发电工程自动控制系统由以下几个部分组成；（1）干熄焦PLC控制系统，其控制系统采用AB ControlLogix1756系列产品，主要完成干熄焦工艺中提升、装入、干熄炉、锅炉、除尘、排焦等控制功能，与发电工艺密切相关的锅炉控制在此部分完成。（2）干熄焦发电DCS控制系统，其控制系统采用ABB AC800FR系列产品，主要完成汽机主蒸汽系统、抽气系统、凝结水系统、冷凝器抽真空系统、循环冷却水系统、减温减压水系统、供油系统等控制。（3）DEH控制系统，系统采用WOODWard 505E控制器，可以控制调气门和抽气门，实现负荷控制和安全控制。（4）机械保护系统，采用美国本特利公司Bently 3500，完成汽机本体振动、位移、油位、膨胀、转速等参数的监控。

3.1 干熄焦发电DCS系统硬件组成

干熄焦发电自动化控制系统采用1套电仪合一的ABB 公司的AC800FR冗余控制器，采用PM 802F总线与5个分布式S800I/O远程站通讯，采用工业以太网实现控制器与HM I之间的通讯。系统设置三台功能平等的监控站，完成工艺参数显示、控制、报警、设备操作、历史趋势记录、SOE事件顺序记录及其它生产管理功能。

3.2 软件组成

组态软件采用上下位功能一体的Freelance800F V9.1，软件包括两部分 Digitool、Digivis，Digitool 提供多种语言的程序开发工具，如：梯形图、功能块图、结构式文本或指令表，多种开发工具可以灵活运用，实现信号处理、顺序控制、过程控制、模型运算、画面开发、报警组态、趋势组态、操作记录等开发功能；Digivis提供实时参数监控、报警管理、趋势记录、权限设置、设备操作、参数设定、管理打印等各项功能。

4 系统主要功能

4.1 锅炉液位控制

汽包水位是锅炉系统一个重要的监控参数，它反映了锅炉负荷与给水的动态平衡关系；汽包水位过高会影响汽水分离效果，产生蒸汽滞液现象，影响蒸汽质量，水位过低会破坏水循环，影响省煤器及锅炉安全运行，及时准确的把水位控制在允许范围之内，并能适应各种工况的运行，是保证锅炉安全运行的重要条件。锅炉水位不仅与进水量有关，还与输出的蒸汽量大小有关，另外在高压情况下锅炉虚假液位情况严重，在低压情况下影响较小，锅炉液位控制采取以三冲量为主，其他控制为辅的智能控制。在锅炉启动阶段，蒸汽流量小于额定流量的30%时，采用单冲量控制，随着负荷的逐渐升高，采用三冲量的控制方案，克服虚假水位造成的控制品质下降。

4.2 锅炉蒸汽温度控制

锅炉过热蒸汽温度调节采用喷水减温装置，自动调节是根据蒸汽集箱和减温器出口蒸汽温度自动调节减温水调节阀开度，控制减温水量，以保证集汽集箱中蒸汽温度控制在要求范围内。当集汽集箱出口蒸汽温度降低时，汽温自动调节系统自动减少减温水量，随着汽温升高，减温水量增加，保证集汽集箱出口蒸汽温度稳定，反之则减少减温水量，避免汽温产生较大波动。控制回路采用串级调节。以蒸汽出口温度作为主调参数，集箱出口温度作为副调参数，提高了调节品质。

4.3 锅炉压力、主汽压力控制

锅炉压力、主汽压力控制采用常规单回路控制，以锅炉或主蒸汽压力为调节量，进行PID调节。

4.4 锅炉连锁保护系统

锅炉系统的连锁保护系统主要把控手动紧急停炉保护、汽包液位高高及低低停炉保护、汽包压力高高停炉保护、给水流量低低、汽机故障停机等，系统根据采集到的信号和设备状态发出连锁保护指令，实现锅炉连锁保护功能。

4.5 汽机汽水系统

主要包括温度、压力、流量、液位测点参数监控；蒸汽温度自动控制，蒸汽压力自动控制，凝结水泵、真空泵、循环水泵、给水泵等互备及连锁控制，凝汽器水位控制等功能。

4.6 汽机TSI监测系统

主要包括汽机本体压力、温度、转速、振动、胀差、轴位移等重要参数的监控。信号进行可靠性处理，保证信号安全可靠。

4.7 汽机油路系统

汽机油路系统压力、温度、液位测点的监控；高压交流油泵、交流润滑油泵、直流润滑油泵、顶轴油泵、主油泵等互备控制机与油压的连锁控制。

4.8 顺序事件记录SOE功能

SOE是电厂重要的运行状态监测、记录、事故分析工具。发电厂的生产工艺比较复杂，检测参数众多，当事故发生的瞬间，需要记录很多信息，帮助我们分析事故原因，采取相应措施。但DCS只能提供秒级的历史趋势记录，满足不了发电生产的需要。而事件顺序记录系统(SOE)能以毫秒级的分辨率获取事件信息，为热工和电气设备事故分析提供有力的证据。SOE记录的参数如下：润滑油压低停机、轴振动大停机、轴位移大停机、膨胀差大停机、转速大停机、凝气器真空低停机、505紧急停机、发保柜停机、主汽门关闭等信号。

4.9 报警功能

系统提供声光报警功能。画面颜色报警分类清晰，一目了然。如：一般的报警颜色设置为黄色，严重的报警颜色设置为红色，特别严重的如引起系统停机的报警颜色设置为红色闪烁。另外系统提供的语音报警功能，操作工不必专注画面即可根据声音提示在第一时间获知报警情况，使得系统运行更安全，操作更轻松。系统还具有报警记录功能，可实现报警查询、打印、辅助事故分析等功能。