钢铁企业燃气蒸汽联合循环发电自动化控制设计与开发

曹晓明

河钢集团邯钢公司设计院工程设计部

钢铁企业燃气蒸汽联合循环发电自动化控制设计与开发

曹晓明

河钢集团邯钢公司设计院工程设计部

本文通过对钢铁企业燃气蒸汽联合循环发电系统的功能分析，研究如何开发同类发电系统的三电控制系统，达到设备与系统的良好结合。

燃气蒸汽联合；循环发电；三电自动化；设计开发

一、系统概述

某钢铁企业建设1座150MW级燃气－蒸汽联合循环发电站，主要设备包括： 1套引进的低热值燃气轮机组及配套的煤气压缩机及有关辅机、1台双压余热锅炉、1套补汽抽汽式汽轮发电机组，以及循环冷却水泵房、除盐水站、煤气净化处理设施、轻油站等。

本工程涉及到自动化专业的子项有：

1.燃机系统，包括燃气轮机、煤气压缩机、发电机及有关辅助设备。

2.余热锅炉系统。

3.汽轮发电主厂房系统，包含汽轮发电机组及配套的辅助设备等。

4.轻油站。

5.循环水泵房。

6.除盐水站。

7.区域总图，包括区域综合管线和煤气净化设施等。

8.厂区公用给排水设施。

二、热工自动化水平和控制室布置

2.1 热工自动化水平

1.全厂DCS监控系统。为保证全厂安全，经济运行，根据电厂自动化技术发展状况和需求水平，本着安全、可靠、实用、先进的原则，本工程全厂监控系统采用DCS控制系统。

2.燃气轮机发电机组的控制系统。燃气轮机发电机组的控制系统由GE公司配套Mark VI控制系统，此系统为燃气—蒸汽联合循环发电机组的核心控制系统，主要负责燃气轮机发电机组及其辅助设备的监视和自动控制。

3.蒸汽轮机发电机组的控制系统。蒸汽轮机发电机组除采用DCS系统进行总体监控外，还采用数字电液控制系统(DEH)对汽轮发电机组进行控制，采用汽轮机监视仪表系统(TSI)对汽轮机重要参数进行监测，采用紧急跳闸系统(ETS)对汽轮机进行保护。

4.热工控制方式。本电厂的控制方式有控制系统自动控制方式、集中控制室HMI手动控制方式、集中控制室紧急操作台手动操作方式和就地操作方式。

2.2 控制室布置

1.就地控制设备布置。DCS系统为燃气轮机系统、余热锅炉、轻油站分别设远程I/O 站。

2.燃机控制室布置。燃机控制室放置MARK VI操作员站1台。

3.除盐水控制室布置。除盐水设置电气室和控制室，除盐水PLC柜放置在电气室，工程师站放置在控制室。

4.循环水泵房电气室布置。循环水泵房PLC控制系统为仪、电共用，放置在循环水泵房电气室内。循环水泵房不设控制室，PLC的HMI放置在集中控制室。

5.集中控制室布置

此工程在燃气机组和汽轮机组控制系统的基础上设置了DCS集散控制系统，根据燃气—蒸汽联合循环发电工程的特点和机组控制系统的控制水平，考虑设置集中控制室对整个发电厂进行集中控制和监视。

三、热工自动化功能

3.1 DCS的系统功能

DCS的系统功能如下：

1. DCS工程师站的主要功能

组态：完成数据库、图形、控制算法、报表的组态。

参数配置：简化历史库、事故追忆、变量组定义等。

设备组态：实现应用系统的操作员站、现场控制站及过程I/O模块的配置等。

数据下装：将组态后的数据下装到服务器、现场控制站、操作员站，在线运行时，还可通过数据下装的形式修改数据库和控制算法。

2. DCS控制站的功能

I/O控制站是控制系统实现数据采集和过程控制的中心，主要完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过系统网络将网络数据和诊断结果传送到服务器等功能。

3.2 MARK VI系统的控制功能

MARK VI控制系统由GE公司随燃机系统配套，此系统主要对燃气轮机、发电机、压气机、煤压机及煤气冷却器等设备进行控制、状态检测、故障诊断和保护。

四、热工自动化设备选型

4.1 DCS控制系统选型

DCS控制系统选用横河公司的CENTUM CS3000系统，DCS系统主要包括3台操作员站，1台工程师站，2台交换机，1个控制站，2个远程I/O柜、UPS电源、打印机等。另配1面56＂LCD显示器和1台紧急操作台。

4.2 现场检测仪表的基本规格

现场仪表包括检测元件和阀门及执行器，对生产过程的温度、压力、差压、流量、液位、成份，料位、形状、重量等参数进行测量和控制。

1.温度测量仪表。现场指示温度仪表采用双金属温度计，具远传功能的温度测量仪表采用热电阻、热电偶，温度范围小于600℃采用热电阻，温度范围大于600℃采用热电偶，测温元件和分度号都采用现行国家标准。

2.压力/差压测量仪表。所有压力检测仪表的检测元件采用充液膜盒或隔膜式，现场压力测量仪表采用表头为φ150的压力表。远传压力/差压测量仪表采用压力/差压变送器，压力/差压变送器采用智能型，二线制4～20mA标准信号输出，带HART协议的变送器。变送器防护等级为IP65及以上。

3.流量测量仪表。高温高压蒸汽或水流量测量采用ISO 1932喷嘴或标准孔板流量计和差压变送器。对于大管径、要求低压损的煤气、天然气管道采用威力巴、昂戈力巴、V锥等差压式流量计和差压变送器。水流量的计量可采用电磁流量计，对于低电导率如除盐水或高温等特殊场合应采用孔板流量计。

4.液位测量仪表。对于水池液位的测量可采用超声波液位计、雷达液位计和静压液位变送器；高、低压加热器、轴封冷却器的液位检测采用磁浮液位计；锅炉汽包水位测量采用智能电容式锅炉汽包液位计，此液位计能对液相、汽相介质介电常数变化进行自动补偿，并能对测量系统的温度漂移进行自动补偿，以保证对锅炉汽包水位进行准确测控。

五、气源

气动仪表阀门采用无油、无水、洁净的仪表用压缩空气。仪表用压缩空气质量按照有关国家标准执行。

为保证全厂安全，经济运行，根据电厂自动化技术发展状况和需求水平，设计本着安全、可靠、实用、先进的原则，便于运行人员及时准确掌握全局和局部情况，进行综合监督、管理和调度。在设计过程中不断优化设计方案，控制投资，严把设计质量关。调试过程中，密切与现场用户和施工单位配合，及时解决调试过程中发现的问题，确保调试顺畅有序地进行。本工程投运以来，运行正常，完满的达到了设计要求。