DCS系統如何保障二次再熱技術的成功應用

武魏楠

二次再熱技術自動化控制的成功應用，誕生出了全球效率最高的火電機組。而這項高精尖的技術又是如何誕生的？

6月的泰州已經有了夏日的悶熱感。走在長江邊的國電泰州電廠內，不一會就會熱的滿身大汗。

這里是國內最早一批百萬千瓦超超臨界火電機組（國電泰州電廠一期兩臺機組）的所在地。而如今，國電泰州電廠二期、世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發電機組，是當今世界上發電效率最高、供電煤耗最低、環保指標最優的火電機組，代表了目前火力發電領域的最先進水平。

論起國電泰州電廠二期能夠成為世界上發電效率最高、供電煤耗最低、環保指標最優的火電機組的首要功臣，非二次再熱技術莫屬。那么，讓二次再熱技術能夠安全高效運轉的首要功臣，則是北京國電智深控制技術有限公司研發的，針對燃煤火電機組二次再熱技術的DCS系統。

DCS系統如何保障了國電泰州電廠二期、世界首臺百萬千萬超超臨界二次再熱燃煤發電機組的高效運行？這套完全自主知識產權、打破壟斷的系統，又是經歷了哪些困難才順利誕生的？

艱難誕生

“二次再熱是煤炭清潔高效利用的一個有效途徑。”北京國電智深控制技術有限公司副總經理黃煥袍對《能源》雜志記者說，“二次再熱在國外最早可以追溯到上世紀的60年代。但是國外在二次再熱的利用方面單機最大裝機容量大約只有70萬千瓦。百萬千瓦火電機組的二次再熱是中國首創。”

二次再熱技術主要是通過在常規一次再熱機組基礎上增加一級再熱器（鍋爐）和增加超高壓缸（汽機），進一步提高蒸汽參數（溫度和壓力）。這些參數提高之后，那么機組的燃煤效率、熱循環效率和發電效率就提高了。

這就要求設備需要重新設計制造，設備流程也與之前有了較大的不同。可以說，百萬千瓦二次再熱機組是目前世界上結構最復雜的燃煤機組。

如此大規模和復雜的對象，對火電廠的控制系統提出了更高的要求。“最開始，我們對于讓北京國電智深控制技術有限公司來開發這一套系統，是存在一定的疑惑的。”國電泰州發電有限公司副總經理張蘇閩對《能源》雜志記者說，“我們當時傾向于讓國外有過二次再熱項目業績的公司來做。”

火電廠控制系統開發企業數量多、競爭激烈。除了外企之外，還有數量不少的國內企業也參與了競爭。國電智深于2013年11月與國電泰州發電有限公司簽訂DCS與仿真供貨服務合同，承擔了該電廠DCS與仿真系統研發制造供貨和工程應用服務。

國電泰州電廠二期百萬千瓦超超臨界機組二次再熱項目是國家科技支撐計劃項目——“高效率低排放的超600℃百萬千瓦等級超超臨界機組關鍵技術研究與工程應用”中，課題“二次再熱1000MW超超臨界機組關鍵技術工程示范”的依托示范工程。這是世界上首次在百萬千瓦機組上采用超超臨界、二次再熱技術，是國家燃煤發電節能減排示范項目。

為了更好地攻克技術難關，國電智深一改以往的DCS工程工作模式，在設備制造和系統研發的開始階段，就積極與發電設備制造商、設計院、泰州電廠等進行技術交流，并組織成立聯合研發團隊，共同參與到整個系統的開發當中。“如果是傳統步驟和做法，我們很少直接和主設備廠商（鍋爐廠、汽輪機廠等）打交道。”黃煥袍說，“鍋爐、汽機就是DCS的控制對象，而二次再熱鍋爐和汽機在國內應用屬首次，運行和控制技術無經驗可借鑒，要實現好的控制效果，必須了解和掌握好被控對象工藝原理和動靜態特性，我們一開始就接觸控制對象，對我們設計出精準的控制方案有著極大的幫助。”

從研發到現場調試，北京國電智深控制技術有限公司都組織最精英的人才團隊，參與到了二次再熱DCS控制系統和控制技術的研發當中去。這順利的保證了3號機組2015年9月25日通過168小時試運行并投產，4號機組于2016年1月13日通過168小時試運行并投產。

斐然的成果

二次再熱技術的應用給國電泰州電廠帶來的影響是直接并且驚喜的。

參與建設的國電泰州電廠是世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發電機組，是國家科技支撐計劃依托項目和國家能源局示范工程，具有完全自主知識產權，于2015年9月建成投產，是當今世界上發電效率最高、供電煤耗最低、環保指標最優的火電機組，機組發電效率47.82%；供電煤耗266.5克/度電，機組發電煤耗256.8克/千瓦時，比2015年國內平均發電煤耗（305.3克/千瓦時）低48.5克/千瓦時，同等發電量每年可節約53.35萬噸標煤，相當于減排二氧化碳138.71萬噸。脫硫系統出口SO2濃度15mg/Nm3，遠低于國家超低排放標準（35mg/Nm3），脫硫效率達到99.2%；脫硝系統出口NOX濃度31mg/Nm3，遠低于國家超低排放標準（50mg/Nm3），煙塵排放濃度為2.3mg/Nm3，遠低于國家超低排放標準（10mg/Nm3）達到并超過燃氣輪機排放指標。

在這樣一組亮眼的數據背后，是北京國電智深控制技術有限公司研發的DCS控制系統的支持。張蘇閩對《能源》雜志記者感慨的說道：“國電泰州電廠二期項目實現的高效運行數據，可以說最大的功臣就是二次再熱技術的應用。其中，國電智深公司研發的DCS系統絕對是功不可沒。他們不僅針對世界首臺百萬千瓦二次再熱超超臨界機組研發出了針對性的DCS控制系統，而且保證了從2015年9月開機直到現在（2016年6月）機組沒有出現一次因為控制系統失誤造成的非停。這是令我意想不到的。”

穩定高效的系統得益于北京國電智深控制技術有限公司在DCS研發中的不斷創新。首先是研制并成功應用了具有自主知識產權的二次再熱機組高性能成套自動化控制系統（DCS）；二是研發并成功應用了二次再熱機組控制策略和技術，有效解決了二次再熱機組的控制難題；三是研發并成功應用機組自啟停控制技術（APS），機組自動化水平實現全新的突破；四是研發二次再熱機組仿真模型和高精度、全激勵仿真系統平臺，為控制策略的研發、仿真試驗驗證和優化提供了有效手段，提高了現場調試的效率，縮短了現場調試的周期；五是研發應用了適用于二次再熱機組的安全運行保護控制方案。

先進可靠的控制系統和控制技術，為目前世界發電效率最高、發電煤耗最低、綜合指標最優的燃煤機組安全高效運行提供重要支撐，標志著國電智深DCS技術達到了國際領先水平。

可以預見的是，二次再熱技術會隨著煤炭清潔利用的大潮而得到推廣。首次實現了國產二次再熱百萬千瓦超超臨界機組DCS系統研發的國電智深公司在這一領域無疑已經率先取得了領先的地位。

不過，國電智深已經把目光瞄準了火電之外的市場。“控制系統在工業領域是相通的。未來可以在核電、風電、化工等其他領域都有應用。”相關負責人說到。

據了解，國電智深已經在嘗試將二次再熱技術應用到核電機組上。除此之外，國電智深在化工等工業領域的應用已經有了足夠的經驗、相信隨著百萬千瓦機組二次再熱技術的成功，國電智深會在工業自動化領域取得更多的業績。