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1  概述

    山東威海熱電廠目前裝機容量為3×75t/h+2×12MW、3×220t/h+3×25MW循環流化床鍋爐機組，鍋爐為無錫鍋爐廠制造的中溫中壓循環流化床鍋爐，汽水系統采用母管制；汽機為南京汽輪機廠生產的抽凝式汽機，其中一臺12MW機組為背壓式機組；DCS系統全部采用北京和利時系統工程股份有限公司的HOLLiAS-MACS集散型控制系統，其中2×12MW機組為DCS改造機組、3×25MW機組為新建機組。
    由于機組改造和擴建逐年進行（2001~2004年），因此充分采用了HOLLiAS-MACS系統域的特點，將整套DCS系統劃分為4個域，其中改造機組為0號域，新建機組為1、2、3號域，4個域中的操作員站功能完全相同，在任何一個操作員站均可以根據不同的權限對任何一臺機組進行相應的操作或監視，取消常規熱控儀表盤，只在操作臺上保留了緊急停爐、停機按鈕。

圖1  DCS系統網絡結構

2  DCS系統功能簡介

(1)  數據采集和處理系統（DAS）
    快速準確地反映機組參數、設備狀態、工藝報警、性能指標，為操作員提供準確的操作依據。

(2)  模擬量調節系統（MCS）
    主要實現汽包水位、主汽溫度、爐膛壓力、給煤控制、一次風量、二次風量、料層差壓、爐膛差壓、軸封壓力、凝汽器水位、除氧器水位/壓力調節。由于循環流化床鍋爐的燃燒因其強耦合、大滯后、熱慣性大等特點，與常規的煤粉爐有很大的不同，因此筆者在總結大量現場經驗的基礎上構造了循環流化床機組燃燒控制方案。

?  給煤量調節系統
    通過調節給煤量和配風來控制主蒸汽壓力，以滿足機組的運行要求。由于給煤量是影響床溫的重要因素之一，在構造給煤量調節系統要將負荷指令、主汽壓力、床溫的影響也納入控制方案中。床溫增加減小給煤量，床溫降低則增大給煤量。由于循環流化床鍋爐運行時床溫可以在一定范圍內波動，故在主汽壓力控制方案中設置了不調溫死區，即床溫在該死區內時不改變給煤供給量。
    同時由于氧量直接反映了爐膛內燃料與風的配比，因此方案中利用氧量校正給煤量。由于主蒸汽流量變化直接反映了機組的負荷變化，故在控制方案中把主蒸汽流量信號經過函數運算后直接加到控制輸出上，通過前饋形式提高系統的響應速度。

?  一次風量調節系統
    一次風量控制采用串級控制系統，主汽壓力為主調、一次風量為副調，其運算結果去控制一次風門擋板開度，以調節送入爐膛的一次風量。一次風量測量值是在考慮了溫度修正和壓力修正后才送入PID中進行運算的。鍋爐負荷指令在進行處理時，需要考慮煤質的特性及負荷變化情況。煤種不同時，助燃空氣量會有所不同。同時負荷變化時一次風量占總風量的比例也會發生變化。同時由于一次風對鍋爐床溫具有調節作用，故在構造一次風量調節系統時也考慮了床溫修正。如果床溫偏高，在一定范圍內可增大一次風量。如果床溫偏低，在一定范圍內可減少一次風量。由于床溫主要靠給煤控制，一次風量不作為調節床溫的主要手段，故在一次風量控制系統中床溫信號僅作為修正信號。

?  二次風量調節系統
    二次風量控制采用串級控制系統。煙氣含氧量測量值與給定值一起送入主調中進行PID運算，其結果作為副調的給定值與二次風量測量值進行PID運算，運算結果經限幅及手操控制后控制二次風量調節系統的執行機構，以使二次風量滿足機組運行要求。由于給煤量變化到煙氣含氧量變化需要一段時間，故在二次風量控制方案中直接對給煤量進行處理，把其結果作為前饋信號加到控制輸出中，以提高控制系統的快速響應性。在對給煤量進行處理的函數中，考慮了燃料/空氣比例、負荷影響及一次風量等因素，其運算結果直接疊加到PID運算的輸出上。

?  引風量調節系統
    在引風量調節系統中，爐膛負壓測量值經過慣性延滯處理后與給定值一起送入PID中進行運算，運算結果動作引風機執行機構，從而控制爐膛負壓滿足機組運行要求。爐膛負壓過程值采取兩點取平均值的辦法進行處理。由于一次風量和二次風量發生變化時，需經過一段時間爐膛負壓才發生變化，故在引風量控制系統中直接把一次風量與二次風量之和作為前饋信號送入PID控制輸出中，以提高一、二次風量變化時控制系統響應的快速性。

(3)  順序控制系統（SCS）
    通過DCS的組態環境，實現了所有輔機及設備的啟停順序和聯鎖，從而提高了機組運行可靠性和降低運行人員勞動強度。運行人員可通過操作員站的CRT和鍵盤對有關設備進行操作，同時有關設備的運行狀態也可在CRT上顯示。CRT上還顯示有關設備的啟動條件、狀態等幫助信息，為運行人員提供運行指導。對同一設備，開、關指令之間設計成相互閉鎖，不允許同時發出。根據工藝系統運行方式，SCS被劃分成以輔機為單位的功能組，每一子功能組執行某一特定功能，以實現成組操作和程序啟停，并具有聯鎖保護功能。
    威海熱電廠循環流化床機組配有如下輔機及設備：引風機2臺、高壓風機2臺（一運一備）、一次風機2臺、二次風機1臺、給煤機4臺、給水泵2臺（一運一備）、疏水泵2臺（一運一備）、凝結泵2臺（一運一備）、射水泵2臺（一運一備）、低位水泵1臺、高壓油泵（1臺）、直流油泵（1臺）、交流油泵（1臺）等。
    主要回路包括：石灰石給料子系統、給煤子系統、引風機子系統、一次風機子系統、二次風機子系統、高壓風機子系統、汽包緊急放水子系統、鍋爐排污、對空放汽子系統、除氧給水子系統、給水泵子系統、凝結水泵子系統、射水泵子系統、汽機油系統。

(4)  鍋爐安全監視保護（FSSS）
    包括燃燒器控制系統（BCS）、燃料安全系統（FSS），完成鍋爐程控點火、燃燒器管理和爐膛安全保護的所有功能。

(5)  汽機保護系統（ETS）
    采用PLC實現汽機保護的所有功能，并通過Profibus-DP與DCS系統通訊，實現ETS系統的遠程監視和跳閘記錄，以便更加準確、直觀地分析跳閘原因。

3  DCS系統投運效果

    山東威海熱電廠1×220 t/h +1×25MW機組DCS系統于2001年12月3日正式投入運行，DCS系統已完全實現了數據采集和處理（DAS）、順序控制（SCS）、爐膛安監系統（FSSS）、模擬量控制（MCS）等功能。
    SCS的投入，極大方便了運行人員對輔機及相關設備的啟停操作，操作界面方便、直觀，同時對運行中設備出現的故障可以進行及時的反映和保護，保證了機組與設備的運行安全。
    FSSS的投入，有效的保證了在機組運行異常時，及時保護動作，避免危險的進一步擴大，動作準確、快捷，并能準確指示動作原因。
    MCS投入在連續運行期間鍋爐主要運行參數如下：在自動調節系統投入運行期間最小負荷為189t/h，最大負荷為226t/h，最大負荷變化率為13t/h/min。2002年3月第一套1×220t/h、1×25MW機組全部回路投入自動，各項性能指標完全滿足運行要求。HOLLiAS-MACS系統自動調節回路的投入、完善的保護措施以及良好的人機界面的設計，極大地降低了運行人員的勞動強度，提高了整個機組的運行效率，對電廠的安全、可靠、高效運行有著深遠的影響。整套DCS系統從負荷的調整范圍，煤種變化的適應性，靜態及動態調節品質來看，都是比較好的。主要控制指標如表1所示。

表1  主要控制指標

    從投入連續運行時間，靜態、動態調節品質優于國家電力公司標準《火力發電廠熱工儀表及控制裝置技術監督規定》1998-9-30版的標準。