兰炭尾气发电厂自动化系统设计方案

兰炭尾气发电厂自动化系统设计方案

孝小昂翟羽羽袁敏

（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西西安710054）

摘要：兰炭尾气发电厂利用兰炭厂炼焦后的剩余尾气，以兰炭尾气为燃料，由兰炭尾气锅炉+汽轮机发电机组以及配套的辅助系统构成，本文针对恒东电厂兰炭尾气发电厂自动化系统控制方式、控制水平、辅助车间控制等提出设计方案。

关键词：兰炭尾气；发电厂；自动化系统设计方案

一、主机参数及热力系统主要特点

恒东电厂一期规划容量2×50MW等级，本期建设1×240t/h燃气锅炉配1×50MW等级直接空冷凝汽式发电机组；预留二期扩建1×50MW等级直接空冷凝汽式发电机组场地。

锅炉采用杭州锅炉集团股份有限公司单锅筒，膜式水冷壁结构，自然循环汽包炉，额定蒸发量240t/h，额定蒸汽出口压力9.81Mpa，额定蒸汽温度540℃；汽轮机采用青岛捷能汽轮机股份有限公司高压、单轴、单缸、单排汽、直接空冷凝汽式额定功率55MW；发电机采用山东济南发电设备厂设备额定功率60MW。

主汽采用切换母管分段制，给水采用切换母管分段制。设两台100%电动给水泵，一运一备，燃气系统采用母管制，烟、风系统采用单元制。

二、热工设计范围及自动化水平

热工自动化专业设计范围为主厂房及相关辅助车间部分工艺过程的热工检测、控制、联锁、报警。包括：主厂房内锅炉、汽机、发电机、除氧给水及其辅助系统；锅炉补给水处理系统、空冷岛、空压机房、辅机循环水泵房、综合水泵房等的热工控制。

热工控制采用分散控制系统（DCS）进行监视、控制、保护。建立以LCD操作员站为监控中心的值班运行体系。运行人员可在集中控制室内，通过DCS实现机组的启动、停机、正常运行和事故处理。

辅机循环水泵房和综合泵房的控制拟以远程I/O方式纳入DCS中。

为了保证运行的安全性和可靠性，还考虑设置独立于DCS的后备手操，能够保证机组在DCS故障情况下实现安全停机。如：汽轮机跳闸、总燃料跳闸、汽包事故放水门、直流润滑油泵、交流润滑油泵、发电机灭磁、真空破坏阀等后备操作手段。

化学水处理系统的控制采用可编程序控制器（PLC）进行控制。

集中控制室及电子间布置在主厂房运转层，集中控制室?内布置有DCS、DEH操作员站、打印机，火灾报警盘及辅助控制盘。辅助控制盘上设有汽包水位工业电视，炉膛火焰工业电视。集控室旁设有工程师站及电子设备间。DCS机柜、DEH、ETS、TSI、电源柜等设备布置在电子设备间内。集中控制室及电子设备间相应位置下设有电缆夹层。

三、DCS控制系统

DCS由分散过程控制站、通讯、人机接口设备组成。锅炉设置操作员站2台，汽机操作员站1台，电气操作员站1台配置一个工程师站，2台操作员站打印机和1台工程师站打印机。

设置机组DCS网络和公用系统DCS网络，机组DCS覆盖范围包括：锅炉、汽机、除氧器、空冷岛、循环水泵房、发变组及厂用电控制。公用系统包括：空压机房、综合水泵房及电气公用系统等。

在设计中采取下列措施保证系统的可靠性：

·冗余配置：本工程DCS通讯总线、控制器、电源等采用冗余配置。

·自诊断：DCS具有自诊断功能。当检出故障时，能发出故障报警信号，并投入冗余设备；或使系统处于安全状态方式运行，如自动方式切为手动方式。

·测量信号冗余：重要参数测量信号采用三取二和三选中冗余结构。

·保证整个控制系统发挥良好作用，对检测元件，变送器，调节阀，执行机构等设备采用性能好、质量可靠的成熟产品。

四、热工自动化功能

DCS分散控制系统包括四个部分：数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、炉膛安全监控系统（FSSS）。DCS分散控制系统各部分的主要基本功能有：

（1）数据采集和处理系统（DAS）：进行数据处理并对处理后的数据进行显示、报警、制表、记录、性能计算、历史数据的存储和检索及事故追忆等。

（2）模拟量控制系统（MCS）

闭环控制系统的基本任务是保证机组安全、经济、稳定运行，控制参数不超过允许的限制。

主要自动调节主要包括：

主蒸汽压力、温度调节

给水调节

燃烧调节

风量调节

炉膛压力调节

除氧器压力、水位调节

（3）炉膛安全监控系统（FSSS）：炉膛安全监控系统（FSSS）包括燃烧器控制和燃料安全系统，是为保证锅炉启动和切除燃烧设备中执行的安全操作程序，其主要功能有：

炉膛吹扫

燃烧器管理

火焰监视

炉膛压力监视

主燃料跳闸MFT

（4）顺序控制系统（SCS-B/T）：对于运行中经常操作的辅机、阀门及挡板，启动过程和事故处理需要及时操作的辅机、阀门及挡板，用顺序控制系统SCS实现。SCS系统主要包括以下子组项：

送风机功能组项

引风机功能组项

加热器功能组项

凝结水泵功能组项

各电动泵功能组项

汽机抽汽系统

空冷系统

需在集控室内远方操作的阀门、挡扳等，也可通过LCD及键盘进行操作。

对紧急停机、停炉的控制项目，另设有独立于DCS的硬接线操作手段。

其它控制装置：汽机监视仪表（TSI）能连续测量汽轮发电机组轴承及汽机本体运行的机械参数，显示运行状态。当参数越限时报警以至发出停机信号。主要监测项目有：汽机轴向位移、汽机轴承振动、相对胀差、汽机转速等。汽机保护系统（ETS）主要项目有：轴向位移大、汽机超速，凝汽器真空低，润滑油压低，发电机故障保护等。ETS接受所有汽机跳闸接点输入，发出跳闸信号。汽机数字电液控制系统（DEH）主要功能有：转速控制、加速限制，主汽压力限制，负荷调整，阀位控制、自启动、自动加减负荷、主汽压力控制、汽机应力计算、启动和带负荷应力曲线、报警跳闸等。

设置工业电视系统，在锅炉运行时实现监视炉膛内的火焰情况及汽包水位情况。

五、热工保护和报警

保护系统的功能是从机组整体出发，使炉机电及各辅机之间相互配合，及时处理异常工况或用闭锁条件限制异常工况发生，避免事故扩大或防止误操作，保证人身和设备的安全。主要设以下保护项目：

1）机组保护：当锅炉故障跳闸、汽机故障跳闸、发变组跳闸等任一跳闸条件出现时，相应的运行设备和辅助系统应能自动解列。

2）事故停炉保护：当锅炉部分的跳闸条件出现时，保护系统能自动切断进入炉膛所有燃料，并对锅炉进行吹扫。

3）事故停机保护：当汽机、发电机部分的跳闸条件出现时，保护系统能关闭汽机主汽门、调速汽门、抽汽逆止门。

4）汽机故障快速减负荷保护：重要辅机故障退出运行时，保护及控制装置能自动降低机组负荷以适应辅机的负荷能力。

5）锅炉汽包水位保护

6）蒸汽压力保护

7）汽机抽汽系统逆流保护

8）汽机低压缸超温保护

9）高加水位保护

10）除氧器压力、水位保护

11）其他的联锁和保护系统

热工报警由常规报警和DCS系统中的报警功能组成。一般报警信号进入LCD报警，对于重要信号进入常规光字牌报警。常规报警系统具有自动闪光，重复音响，确认及试灯，试音等功能。热工报警主要包括下列内容：

1）重要工艺参数越限

2）热工保护动作及主要辅助设备故障

3）热工监控系统故障

4）热工电源故障

六、火灾报警系统和可燃气体探测装置

设一套火灾报警系统在集中控制室电缆夹层、电缆隧道（沟）、电缆竖井等电缆主要集散地，以及集中控制室、电子设备间、配电装置室等处设置火灾报警探测装置，在集控室内设一块集中火灾报警控制盘，若有火情，立即发出声、光报警信号。针对燃气锅炉的特点，设有可燃气体泄露监测装置，在燃烧器、控制室、电缆夹层、电子间内分别设有可燃气体泄露检测探头，在发生燃气泄露时及时报警。

七、辅助车间的控制

循环水泵房、空压机房、综合水泵房的控制均纳入DCS系统，在机炉集控室内控制。不再设就地值班员。

锅炉补给水处理系统采用PLC程序控制方式，在化水车间设控制室，留有与主厂房DCS的通讯接口。

八、结语

兰炭尾气电厂热工设计采用炉、机、电集中控制方式，实现运行人员在集中控制室内通过LCD操作员站实现机组启/停运行的控制、正常运行的监视和调整以及机组运行异常与事故工况的处理，爆炸危险环境中的热工设计还应满足相关规程规范的要求。