鋼鐵企業燃氣蒸汽聯合循環發電自動化控制設計與開發

曹曉明

河鋼集團邯鋼公司設計院工程設計部

鋼鐵企業燃氣蒸汽聯合循環發電自動化控制設計與開發

曹曉明

河鋼集團邯鋼公司設計院工程設計部

本文通過對鋼鐵企業燃氣蒸汽聯合循環發電系統的功能分析，研究如何開發同類發電系統的三電控制系統，達到設備與系統的良好結合。

燃氣蒸汽聯合；循環發電；三電自動化；設計開發

一、系統概述

某鋼鐵企業建設1座150MW級燃氣－蒸汽聯合循環發電站，主要設備包括： 1套引進的低熱值燃氣輪機組及配套的煤氣壓縮機及有關輔機、1臺雙壓余熱鍋爐、1套補汽抽汽式汽輪發電機組，以及循環冷卻水泵房、除鹽水站、煤氣凈化處理設施、輕油站等。

本工程涉及到自動化專業的子項有：

1.燃機系統，包括燃氣輪機、煤氣壓縮機、發電機及有關輔助設備。

2.余熱鍋爐系統。

3.汽輪發電主廠房系統，包含汽輪發電機組及配套的輔助設備等。

4.輕油站。

5.循環水泵房。

6.除鹽水站。

7.區域總圖，包括區域綜合管線和煤氣凈化設施等。

8.廠區公用給排水設施。

二、熱工自動化水平和控制室布置

2.1 熱工自動化水平

1.全廠DCS監控系統。為保證全廠安全，經濟運行，根據電廠自動化技術發展狀況和需求水平，本著安全、可靠、實用、先進的原則，本工程全廠監控系統采用DCS控制系統。

2.燃氣輪機發電機組的控制系統。燃氣輪機發電機組的控制系統由GE公司配套Mark VI控制系統，此系統為燃氣—蒸汽聯合循環發電機組的核心控制系統，主要負責燃氣輪機發電機組及其輔助設備的監視和自動控制。

3.蒸汽輪機發電機組的控制系統。蒸汽輪機發電機組除采用DCS系統進行總體監控外，還采用數字電液控制系統(DEH)對汽輪發電機組進行控制，采用汽輪機監視儀表系統(TSI)對汽輪機重要參數進行監測，采用緊急跳閘系統(ETS)對汽輪機進行保護。

4.熱工控制方式。本電廠的控制方式有控制系統自動控制方式、集中控制室HMI手動控制方式、集中控制室緊急操作臺手動操作方式和就地操作方式。

2.2 控制室布置

1.就地控制設備布置。DCS系統為燃氣輪機系統、余熱鍋爐、輕油站分別設遠程I/O 站。

2.燃機控制室布置。燃機控制室放置MARK VI操作員站1臺。

3.除鹽水控制室布置。除鹽水設置電氣室和控制室，除鹽水PLC柜放置在電氣室，工程師站放置在控制室。

4.循環水泵房電氣室布置。循環水泵房PLC控制系統為儀、電共用，放置在循環水泵房電氣室內。循環水泵房不設控制室，PLC的HMI放置在集中控制室。

5.集中控制室布置

此工程在燃氣機組和汽輪機組控制系統的基礎上設置了DCS集散控制系統，根據燃氣—蒸汽聯合循環發電工程的特點和機組控制系統的控制水平，考慮設置集中控制室對整個發電廠進行集中控制和監視。

三、熱工自動化功能

3.1 DCS的系統功能

DCS的系統功能如下：

1. DCS工程師站的主要功能

組態：完成數據庫、圖形、控制算法、報表的組態。

參數配置：簡化歷史庫、事故追憶、變量組定義等。

設備組態：實現應用系統的操作員站、現場控制站及過程I/O模塊的配置等。

數據下裝：將組態后的數據下裝到服務器、現場控制站、操作員站，在線運行時，還可通過數據下裝的形式修改數據庫和控制算法。

2. DCS控制站的功能

I/O控制站是控制系統實現數據采集和過程控制的中心，主要完成數據采集、工程單位變換、控制和聯鎖算法、控制輸出、通過系統網絡將網絡數據和診斷結果傳送到服務器等功能。

3.2 MARK VI系統的控制功能

MARK VI控制系統由GE公司隨燃機系統配套，此系統主要對燃氣輪機、發電機、壓氣機、煤壓機及煤氣冷卻器等設備進行控制、狀態檢測、故障診斷和保護。

四、熱工自動化設備選型

4.1 DCS控制系統選型

DCS控制系統選用橫河公司的CENTUM CS3000系統，DCS系統主要包括3臺操作員站，1臺工程師站，2臺交換機，1個控制站，2個遠程I/O柜、UPS電源、打印機等。另配1面56＂LCD顯示器和1臺緊急操作臺。

4.2 現場檢測儀表的基本規格

現場儀表包括檢測元件和閥門及執行器，對生產過程的溫度、壓力、差壓、流量、液位、成份，料位、形狀、重量等參數進行測量和控制。

1.溫度測量儀表?，F場指示溫度儀表采用雙金屬溫度計，具遠傳功能的溫度測量儀表采用熱電阻、熱電偶，溫度范圍小于600℃采用熱電阻，溫度范圍大于600℃采用熱電偶，測溫元件和分度號都采用現行國家標準。

2.壓力/差壓測量儀表。所有壓力檢測儀表的檢測元件采用充液膜盒或隔膜式，現場壓力測量儀表采用表頭為φ150的壓力表。遠傳壓力/差壓測量儀表采用壓力/差壓變送器，壓力/差壓變送器采用智能型，二線制4～20mA標準信號輸出，帶HART協議的變送器。變送器防護等級為IP65及以上。

3.流量測量儀表。高溫高壓蒸汽或水流量測量采用ISO 1932噴嘴或標準孔板流量計和差壓變送器。對于大管徑、要求低壓損的煤氣、天然氣管道采用威力巴、昂戈力巴、V錐等差壓式流量計和差壓變送器。水流量的計量可采用電磁流量計，對于低電導率如除鹽水或高溫等特殊場合應采用孔板流量計。

4.液位測量儀表。對于水池液位的測量可采用超聲波液位計、雷達液位計和靜壓液位變送器；高、低壓加熱器、軸封冷卻器的液位檢測采用磁浮液位計；鍋爐汽包水位測量采用智能電容式鍋爐汽包液位計，此液位計能對液相、汽相介質介電常數變化進行自動補償，并能對測量系統的溫度漂移進行自動補償，以保證對鍋爐汽包水位進行準確測控。

五、氣源

氣動儀表閥門采用無油、無水、潔凈的儀表用壓縮空氣。儀表用壓縮空氣質量按照有關國家標準執行。

為保證全廠安全，經濟運行，根據電廠自動化技術發展狀況和需求水平，設計本著安全、可靠、實用、先進的原則，便于運行人員及時準確掌握全局和局部情況，進行綜合監督、管理和調度。在設計過程中不斷優化設計方案，控制投資，嚴把設計質量關。調試過程中，密切與現場用戶和施工單位配合，及時解決調試過程中發現的問題，確保調試順暢有序地進行。本工程投運以來，運行正常，完滿的達到了設計要求。