DCS系统如何保障二次再热技术的成功应用

武魏楠

二次再热技术自动化控制的成功应用，诞生出了全球效率最高的火电机组。而这项高精尖的技术又是如何诞生的？

6月的泰州已经有了夏日的闷热感。走在长江边的国电泰州电厂内，不一会就会热的满身大汗。

这里是国内最早一批百万千瓦超超临界火电机组（国电泰州电厂一期两台机组）的所在地。而如今，国电泰州电厂二期、世界首台百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电机组，是当今世界上发电效率最高、供电煤耗最低、环保指标最优的火电机组，代表了目前火力发电领域的最先进水平。

论起国电泰州电厂二期能够成为世界上发电效率最高、供电煤耗最低、环保指标最优的火电机组的首要功臣，非二次再热技术莫属。那么，让二次再热技术能够安全高效运转的首要功臣，则是北京国电智深控制技术有限公司研发的，针对燃煤火电机组二次再热技术的DCS系统。

DCS系统如何保障了国电泰州电厂二期、世界首台百万千万超超临界二次再热燃煤发电机组的高效运行？这套完全自主知识产权、打破垄断的系统，又是经历了哪些困难才顺利诞生的？

艰难诞生

“二次再热是煤炭清洁高效利用的一个有效途径。”北京国电智深控制技术有限公司副总经理黄焕袍对《能源》杂志记者说，“二次再热在国外最早可以追溯到上世纪的60年代。但是国外在二次再热的利用方面单机最大装机容量大约只有70万千瓦。百万千瓦火电机组的二次再热是中国首创。”

二次再热技术主要是通过在常规一次再热机组基础上增加一级再热器（锅炉）和增加超高压缸（汽机），进一步提高蒸汽参数（温度和压力）。这些参数提高之后，那么机组的燃煤效率、热循环效率和发电效率就提高了。

这就要求设备需要重新设计制造，设备流程也与之前有了较大的不同。可以说，百万千瓦二次再热机组是目前世界上结构最复杂的燃煤机组。

如此大规模和复杂的对象，对火电厂的控制系统提出了更高的要求。“最开始，我们对于让北京国电智深控制技术有限公司来开发这一套系统，是存在一定的疑惑的。”国电泰州发电有限公司副总经理张苏闽对《能源》杂志记者说，“我们当时倾向于让国外有过二次再热项目业绩的公司来做。”

火电厂控制系统开发企业数量多、竞争激烈。除了外企之外，还有数量不少的国内企业也参与了竞争。国电智深于2013年11月与国电泰州发电有限公司签订DCS与仿真供货服务合同，承担了该电厂DCS与仿真系统研发制造供货和工程应用服务。

国电泰州电厂二期百万千瓦超超临界机组二次再热项目是国家科技支撑计划项目——“高效率低排放的超600℃百万千瓦等级超超临界机组关键技术研究与工程应用”中，课题“二次再热1000MW超超临界机组关键技术工程示范”的依托示范工程。这是世界上首次在百万千瓦机组上采用超超临界、二次再热技术，是国家燃煤发电节能减排示范项目。

为了更好地攻克技术难关，国电智深一改以往的DCS工程工作模式，在设备制造和系统研发的开始阶段，就积极与发电设备制造商、设计院、泰州电厂等进行技术交流，并组织成立联合研发团队，共同参与到整个系统的开发当中。“如果是传统步骤和做法，我们很少直接和主设备厂商（锅炉厂、汽轮机厂等）打交道。”黄焕袍说，“锅炉、汽机就是DCS的控制对象，而二次再热锅炉和汽机在国内应用属首次，运行和控制技术无经验可借鉴，要实现好的控制效果，必须了解和掌握好被控对象工艺原理和动静态特性，我们一开始就接触控制对象，对我们设计出精准的控制方案有着极大的帮助。”

从研发到现场调试，北京国电智深控制技术有限公司都组织最精英的人才团队，参与到了二次再热DCS控制系统和控制技术的研发当中去。这顺利的保证了3号机组2015年9月25日通过168小时试运行并投产，4号机组于2016年1月13日通过168小时试运行并投产。

斐然的成果

二次再热技术的应用给国电泰州电厂带来的影响是直接并且惊喜的。

参与建设的国电泰州电厂是世界首台百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电机组，是国家科技支撑计划依托项目和国家能源局示范工程，具有完全自主知识产权，于2015年9月建成投产，是当今世界上发电效率最高、供电煤耗最低、环保指标最优的火电机组，机组发电效率47.82%；供电煤耗266.5克/度电，机组发电煤耗256.8克/千瓦时，比2015年国内平均发电煤耗（305.3克/千瓦时）低48.5克/千瓦时，同等发电量每年可节约53.35万吨标煤，相当于减排二氧化碳138.71万吨。脱硫系统出口SO2浓度15mg/Nm3，远低于国家超低排放标准（35mg/Nm3），脱硫效率达到99.2%；脱硝系统出口NOX浓度31mg/Nm3，远低于国家超低排放标准（50mg/Nm3），烟尘排放浓度为2.3mg/Nm3，远低于国家超低排放标准（10mg/Nm3）达到并超过燃气轮机排放指标。

在这样一组亮眼的数据背后，是北京国电智深控制技术有限公司研发的DCS控制系统的支持。张苏闽对《能源》杂志记者感慨的说道：“国电泰州电厂二期项目实现的高效运行数据，可以说最大的功臣就是二次再热技术的应用。其中，国电智深公司研发的DCS系统绝对是功不可没。他们不仅针对世界首台百万千瓦二次再热超超临界机组研发出了针对性的DCS控制系统，而且保证了从2015年9月开机直到现在（2016年6月）机组没有出现一次因为控制系统失误造成的非停。这是令我意想不到的。”

稳定高效的系统得益于北京国电智深控制技术有限公司在DCS研发中的不断创新。首先是研制并成功应用了具有自主知识产权的二次再热机组高性能成套自动化控制系统（DCS）；二是研发并成功应用了二次再热机组控制策略和技术，有效解决了二次再热机组的控制难题；三是研发并成功应用机组自启停控制技术（APS），机组自动化水平实现全新的突破；四是研发二次再热机组仿真模型和高精度、全激励仿真系统平台，为控制策略的研发、仿真试验验证和优化提供了有效手段，提高了现场调试的效率，缩短了现场调试的周期；五是研发应用了适用于二次再热机组的安全运行保护控制方案。

先进可靠的控制系统和控制技术，为目前世界发电效率最高、发电煤耗最低、综合指标最优的燃煤机组安全高效运行提供重要支撑，标志着国电智深DCS技术达到了国际领先水平。

可以预见的是，二次再热技术会随着煤炭清洁利用的大潮而得到推广。首次实现了国产二次再热百万千瓦超超临界机组DCS系统研发的国电智深公司在这一领域无疑已经率先取得了领先的地位。

不过，国电智深已经把目光瞄准了火电之外的市场。“控制系统在工业领域是相通的。未来可以在核电、风电、化工等其他领域都有应用。”相关负责人说到。

据了解，国电智深已经在尝试将二次再热技术应用到核电机组上。除此之外，国电智深在化工等工业领域的应用已经有了足够的经验、相信随着百万千瓦机组二次再热技术的成功，国电智深会在工业自动化领域取得更多的业绩。