电厂热工自动控制技术的应用

卢希

江苏徐塘发电有限责任公司 江苏邳州 221300

1 热工自动控制系统的组成

1.1 DCS 系统

DCS 系统可以对电厂锅炉，发电机组等设备进行实时的控制和检测，如果遇见异常还会进行自动报警，这样能够有利于危险情况的及时发觉和处理，真正使得电厂的运行实现自动化控制。

1.2 SIS 系统

SIS 系统完成生产过程的监控，性能计算和分析、生产调度、生产优化等业务过程，为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据和科学、准确的经济性指标。通过真实运行数据的分析和比较，方便提出科学、合理的决策方案，使电厂管理层的经营决策更具科学性。SIS 系统实现了电厂的管控一体化，是实现电厂整体效益的提高、信息技术的提升和稳定、经济运行的基础[1]。

1.3 MIS 系统

MIS 系统是一个由人、计算机及其他外围设备组成的能进行信息的收集、传递、存储、维护和使用的网络管理系统，主要用于管理需要的记录，并对记录数据进行相关处理，将处理信息及时反映给电厂管理者。

2 热工自动控制技术在电厂的应用

2.1 DCS 系统的应用

DCS 系统的控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可更方便的加入所需的特殊控制算法。我国的DCS 产品和技术在高端工业自动化领域不断打破国外垄断，其控制核心技术，已在300/600/1000MW 各种等级机组上获得广泛应用。“炉- 机-电- 辅- 仿” 一体化DCS 控制使得电厂生产层数据流畅、监控便利、管理精细，检修维护方便；以非线性预测控制、状态重构、内模控制等先进算法为基础的超超临界机组协调控制方案，能够有效提高电厂机组控制与运行性能；通过先进控制与优化、生产过程优化，可以改善机组参数运行品质、优化运行方式与定值，提高机组效率，降低机组供电煤耗，减少排放生成，实现电厂节能减排。以世界首套“1000MW 二次再热超超临界机组控制系统” 为例，由北京国电智深控制技术有限公司自主研发，是一套涵盖电厂主控、辅控、公用及仿真机系统的智能控制（DCS) 系统，综合运用常规控制、预测控制、非线性控制等技术形成了主蒸汽温度/ 再热蒸汽温度控制、机炉协调控制、三级旁路控制、安全运行保护控制等控制策略；其自主研发的机组自动起停控制系统（APS）实现了机组启停过程的全程自动化；基于二次再热机组的静动态特性和运行工艺原理，建立了整套机组的仿真模型和高精度、全激励仿真系统平台，使控制策略设计、调试、仿真试验、运行人员的操作培训成为可能[2]。该DCS 系统符合清洁能源高效燃煤技术“高效率低排放”的行业发展方向，采用多种先进的现代控制技术解决被控参数多，交叉耦合性强、大时延大时滞突出、安全性要求高等控制难题。

2.2 自动控制

①基于锅炉效率最优的风燃比优化。锅炉燃烧过程中保持最佳风燃比是提高锅炉效率和经济性的关键措施。优化氧量定值，以锅炉效率最高为优化目标，结合锅炉运行工况中热效率与空气系数的特定关系曲线，利用最优控制理论，寻求不同负荷状态下的最佳风燃比，实现锅炉经济稳定燃烧。②制粉系统预测控制。正压直吹式制粉系统是一个典型的多变量非线性时变系统。各控制量和被控量之间存在着严重的耦合关系，控制量扰动大，被控量滞后严重，基于经典PID 设计的控制方案难以实现制粉系统的解耦控制。③主蒸汽温度预测控制。应用主汽温预测控制功能，提高锅炉汽温控制的鲁棒性，提升汽温控制精度，实现锅炉变负荷情况下，减少汽温波动幅度，延长过热器设备寿命，降低锅炉爆管风险，节约机组运行维护费用[3]。同时减少减温水喷量，提升锅炉运行效率，进一步降低机组供电煤耗。

2.3 重要参数测量

①先进在线测量技术应用。烟气成分在线测量系统。将SCR入口和出口CEMS 系统中的CO、NOx 浓度、O2 含量等参数的实时测量数据送到优化控制器系统，为智能控制提供可靠测量参数。②重要参数软测量。测量计算结果应用到相关控制回路中，可降低机组煤耗，提高运行效率。③锅炉CT。锅炉CT 技术根据声学测温原理， 对炉膛温度进行非接触式测量， 实现炉膛温度场的可视化和在线检测，声波测点布置对锅炉本体不造成任何破坏，充分利用锅炉现有的观火孔和短吹预留孔[4]。

3 热工自动控制技术的发展

3.1 机组APS 控制

APS 功能是实现电厂机组全过程自动启动和全过程自动停运的综合管理、控制系统。结合智能全程控制技术，在控制范围、智能化程度等方面进行完善，实现机组自动启停控制、管道注水到机组满负荷的给水全程智能控制、自动并退泵及出力自动平衡功能的送/ 引风机全程智能控制、给水/ 燃料/ 汽机旁路协调自动热态清洗智能控制、升温升压过程燃料自动智能控制、具有凝结水母管压力自适应能力的除氧器水位全程智能控制、凝结水辅助调频智能控制等全程自动控制[5]。

3.2 现场总线

现场总线（FCS）采用了智能设备，使现场设备具有通信能力，设备之间可直接传送信号，因而控制系统的功能可不依赖于控制室里的计算机或控制器，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制，是数字化电厂的重要组成。在工业应用方面，智能驾驶、智能制造，已进入到现代化工厂、无人工厂，大量的机械手和机器人已经比比皆是。智能安防、智能交通、智能医疗，已步入人民的生活。智能电力是未来的发展趋势。

4 结语

热工自动控制技术的应用在降低成本、增加效益、提高企业竞争力，甚至在促进健康有效的经济发展方面发挥着重要作用。为的是实现更加安全、高效、清洁、低碳、灵活的生产目标。