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第0页6/24/20200高炉煤气发电DCS系统控制方案二〇二〇年六月二十四日第1页6/24/20201DCS控制技术方案和利时公司对煤气发电锅炉有着成熟的技术方案，在多个项目上有成功的应用，并得到了业内人士的一直好评。比如唐山滦南华瑞1*75t/h煤气发电项目、邯郸纵横钢铁3*75t/h煤气发电项目、武安永城发电1*40t/h煤气发电项目、武安新兴发电2*75t/h+1*130t/h煤气发电项目、邯郸信达1*75t/h煤气发电项目、邯郸陆顺焦化1*75t/h煤气发电项目、河北平山2*240t/h煤气发电项目、武安普阳钢铁2*75t/h煤气发电项目等多个煤气发电项目。现煤气发电项目一般都采用DCS系统控制，通过MACS控制系统来实现DAS、MCS、SCS、ETS、FSSS、DEH、ECS等功能，具体配置及方案介绍如下。一、MACS控制系统：㈠、MACS系统具有以下特点：采用分“域”概念，域内作为一个完整的控制系统，域间数据共享。采用国际上最流行的现场总线ProfiBus-DP来连接主控单元和I/O模件，即满足高速传输，又有简单实用，经济性强的特点。采用开放的平台，基于Windows2000（或XP）操作系统，Client/server结构，采用双冗余的系统服务器来存储系统所有的实时数据、历史数据、操作记录等图形化的人机接口技术；支持动画技术，图形缩放技术，多级窗口技术；丰富的历史记录分析和处理。灵活的组态技术。组态软件为全中文界面；功能强大，可实现各种先进控制算法；可实现复杂、美观的图形界面；数据库结构灵活，修改方便，可轻松地导入、导出数据。导轨式安装技术，I/O硬件的模块化设计，支持在线热插拔，便于管理和维护。主控单元和系统网络、模块电源皆采用冗余配置，增强了系统运行的可靠性。一般12MW煤气发电工程DCS系统由工程师站、操作员站、I/O现场控制站组成，本工程采用1台工程师站，3台操作员站，3套I/O控制站（预计）。第2页6/24/20202㈡、MACS系统工程师站具有以下主要功能：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。㈢、MACS系统操作员站具有以下主要功能：图形显示和会话：该软件可通过各种途径切换到各个画面，在一幅流程图上可显示立体图形和动态对象，并实现会话操作。可滚动显示大幅面的流程图等。控制调节：该软件可进入各回路调节窗口，修改设定值、切换控制方式和整定回路参数等。成组趋势显示：包括模拟量成组趋势显示和开关量成组趋势显示两种，允许操作员在线定义任意点的趋势显示。一幅趋势画面可显示多条曲线，曲线可纵向放大、平移。曲线上的每一点的值可列出。工艺报警显示：该软件以跟踪方式显示报警列表信息，报警可按四种级别，不同的级别以不同的颜色显示，报警信息可以分别按点名、工艺系统名、报警级和时间段查询。系统按报警属性进行分类显示，如工艺报警信息显示、超量程报警信息显示、多重测量超差显示、变化率超差显示、开关量摆动信息显示、禁止/强制点一览显示等。日志显示：按时间顺序跟踪显示工艺设备的报警信息、系统设备故障信息和操作记录信息，并可按全日志、SOE日志、简化日志、试验系统日志、设备故障日志和操作记录日志进行分类查询，对每种类型还可按点名、工艺系统名、报警级和时间段等进行历史查询。参数列表：可以按工艺系统、系统定义成组和自定义组等进行模拟量和开关量的参数列表。第3页6/24/20203㈣、I/O现场控制站I/O现场控制站是MACS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。㈤、系统的网络结构MACS系统的网络由上到下分为监控网络、系统网络和控制网络三个层次，监控网络由10M/100M高速以太网构成，实现工程师站、操作员站与服务器的互联；系统网络由10M/100M高速以太网构成，实现现场控制站与系统服务器的互联；控制网络由ProfiBus-DP构成，实现现场控制站与过程I/O单元的通讯，完成实时输入、输出数据的传送任务。系统服务器主要负责对域内系统数据的集中管理和监视，包括报警、日志、SOE、事故追忆等事件的捕捉和记录管理，并为域内其它各站的数据请求（包括实时数据、事件信息和历史记录）提供服务和为其它域的数据请求提供服务。运行系统以系统服务器为中心，完成所有功能。系统服务器还提供二次数据处理和历史数据管理和存档管理。二、系统控制功能：㈠、DAS（实时数据采集）DAS功能主要用对机组的各种实时参数，受控设备的运行状态进行采集、处理和监视。本系统配置输入、输出点严格按设计和本系统的实际要求进行。系统配置控制流程图若干幅，每幅画面都可切换到其它任意一幅画面，且切换次数不超过2次，画面刷新的时间不超过1秒。其它系统画面还有历史、实时趋势显示画面，参数成组显示画面，报警列表画面，系统状态画面等。对所有数据库点可通过点击鼠标右键的方式方便的查询该点的详细信息。历史趋势包括模拟量趋势和开关量趋势两种，操作员可根据需要在线任意调第4页6/24/20204用要显示的数据库点，所有数据库点全部进入历史库；每天的历史记录按文件夹的形式存储在服务器硬盘中，操作员可通过在线和离线的方式进行数据查询。系统按时间顺序跟踪显示报警列表信息，报警信息可按名称、报警级、和时间段等多种方式分类查询。系统还可以按照全日志、SOE日志、简化日志、操作日志等方式显示报警信息、系统故障信息、和操作记录。MACS系统的报表分为实时报表和随机报表，报表用MicroSoftExcel进行编辑，实时报表的打印方式可在线进行。㈡、MCS模拟量自动调节控制功能高炉煤气发电建工程的1台75t/h高炉煤气锅炉1台12MW抽凝式汽机单元制运行，模拟量自动调节系统及负荷分配模拟量运算主要包括如下几套控制系统：（1）、煤气燃料量调节系统（2）、送风量控制系统（3）、引风控制系统（炉膛负压控制系统）（4）、煤气母管压力调节（5）、一级减温控制系统（6）、主蒸汽温度控制系统（二级减温控制系统）（7）、给水控制系统（汽包水位控制系统）（8）、凝汽器水位控制系统（9）、轴封压力控制系统（10）、连排扩容器水位控制（11）、高加水位控制系统（12）、低加水位控制系统（13）、除氧器水位控制系统（14）、除氧器压力控制系统（15）、低压省煤器进水量控制系统（排烟温度控制系统）（16）、机炉协调控制第5页6/24/202051煤气燃料、辅助油燃料的控制系统一般锅炉燃烧系统控制中，主要的被控参数为主汽压力或负荷。对主汽压力和负荷参数的控制是通过调节进入锅炉的燃料量来实现的。也即般锅炉的燃料量控制系统采用以控制锅炉出口蒸汽压力为主调、以控制锅炉主蒸汽流量和锅炉汽包压力代表的热量信号为付调的串接系统。该项目的锅炉燃烧控制有其特殊性，以燃烧高炉煤气为主，发电负荷为辅；高炉煤气在保证其它用气用户使用情况下，多余的煤气才送进锅炉燃烧和发电。也就是说不需要调节燃料，有多少煤气就烧多少，从设计上根据其特点，设计成汽机自动跟随锅炉方式，汽机自动调整机前压力或滑压运行，保证主汽压力不至于太低，造成汽机进水，而锅炉调功方式运行；为保证煤气用户的用气，必须保证煤气母管压力的稳定，就要设计煤气母管压力自动调节系统。（1）煤气燃料控制系统对于高炉煤气发电而言，煤气燃料取决于炼钢生产的工况。当炼钢车间送过来的煤气量改变时，必然影响发电机组的运行工况。高炉煤气发电机组的运行要求是以环保为重要目的，即是将炼钢所产生的煤气在满足其它煤气用户用气的情况下，燃尽余下的煤气为控制目标的。所以其控制手段与一般的燃烧系统控制不同。高炉煤气发电机组的燃烧系统可通过机组尽可能在维持不停炉的前提下，按煤气量大小维持锅炉在25％～110％的燃料负荷情况下运行。锅炉出口主蒸汽压力参数的控制不是通过调节燃料来实现，而是通过调节汽机进汽阀门的开度来实现的。一旦锅炉出口主蒸汽压力改变时，意味着高炉煤气燃料量的改变。若高炉煤气燃料量改变后，又必然通过其压力参数值的改变显示出来，在保证汽机安全的前提下，锅炉产生多产蒸汽，就发多少电，蒸汽多时开调节门，蒸汽少时，就关小汽机调门，这些都是机组自动实现了，在自动方式下，不需要操作运行干预。因此，本系统首先保证高炉煤气进气压力，通过调节高炉煤气进气阀门的开度来控制高炉煤气进气压力，煤气压力得到保证的情况下，来控制燃烧，只有主汽压力高时（煤气压力也高，超过110%），才会控制煤气燃料的进气量。当煤气母管压力低III值时，自动关闭调节阀；为了保证锅炉的连续运行，第6页6/24/20206M1M11当煤气母管压力低I值时，在操作监视画面上报警和提示，准备投入或选择投入辅助油系统；当煤气母管压力低II值时，关闭下层煤气阀，同时自动投入＃1和＃3角（根据运行选择，也可以先是＃2和＃4角）辅助油运行；当煤气母管压力低III值时，关闭上层煤气阀和退出煤气进汽调节自动，关闭煤气进汽调节阀，同时，自动投入＃2和＃4角（根据运行选择，也可以是＃1和＃3角）辅助油运行；反之，当煤气压力回升到低III值后延时5秒，自动停＃2和＃4角辅助油，打开下层煤气阀，投入煤气压力调节自动；当煤气压力回升到低II值后延时5秒，自动停＃1和＃3角辅助油；当煤气压力回升到低I值后，取消煤气低报警，锅炉进入正常运行，当主汽压力过高时，才会要求关小高炉煤气进气阀门。为了避免设备误操和误动作，当煤气压力低或主汽压力高时都要闭锁开进汽阀门。其控制方案如图4.2.1所示：机前主蒸汽压力PT设定值PS或滑压参数PTPS汽包压力蒸汽流量煤气压力煤气压力设定值锅炉煤气进气阀门汽机进汽阀门开度指令图2.2.1燃料量调节系统原理结构图锅DPI1≯≮A/M≯≮A/M△PI2PI2第7页6/24/20207说明：①锅炉主蒸汽流量和锅炉汽包压力代表的是热量信号Q，（Q=D+CdtdPb），锅炉的储能。②考虑到煤气用户用汽及煤气压力过低的回火保护，在煤气压力低于某一设定值时，切断整个煤气总管快切阀。煤气压力虽然高于保护值运行，但是整个煤气进气量在不足以维持锅炉的50％负荷时，将整个煤气进气阀的下层快切阀切断。当煤气进气量不足以维持锅炉的25％负荷时，将锅炉的中间燃油层控制阀打开，开始投入燃油控制，以维持锅炉的正常运行，保证将高炉煤气完全燃烧，达到环保的目的。③当主汽压力大于压力给定时，差压信号送到压力调节回路作为前馈信号，增大煤气压力给定值，同时闭锁开大进汽阀。（2）辅助油燃料控制系统锅炉启动点火自动控制系统，既要保证锅炉的安全启动燃烧、又要保证锅炉的经济启动燃烧。锅炉启动时的燃烧主要是以油燃料为主，当油燃料进入燃烧室及时点火燃烧，燃烧室温度达到高炉煤气着火点温度时逐步开启高炉煤气调节阀，高炉煤气燃烧稳定后，停止油燃料供给系统。按锅炉启动和带负荷程序自动调节，进入“机跟炉”的运行方式进行自动调节控制。整个锅炉启动过程按锅炉启动和带负荷操作规程自动调节。锅炉在低负荷运行燃烧不稳定时，投入低负荷辅助油燃料自动控制系统，根据锅炉设计最低稳定负荷运行参数及高炉煤气的变化情况，适当投入油燃料辅助稳定燃烧，以控制稳定燃烧为原则，当高炉煤气量小于8000-10000m3/h或投入辅助油燃料大于500kg/h时，发出“继续”或“停炉”确认，一但确认为“继续”时，低负荷辅助油燃料自动控制系统，以继续控制稳定燃烧为原则，自动调节控制增加辅助油燃料。如确认为“停炉”将启动停炉自动控制系统，按锅炉停炉和减负荷操作规程自动调节控制，作停炉处理。（3）停炉控制系统停炉有自动控制和人为命令（将启动停炉自动控制系统，作停炉处理。）第8页6/24/20208及手动完全操作控制，按锅炉的停炉运行程序进行。2送风量控制系统（烟气含氧量控制系统）送风控制既要保证锅炉