DCS在火电厂水网控制系统中应用

1 概述 
　　火电厂辅助系统主要有水网、煤网、灰网、脱硫、脱销系统等，对于300MW及以上的机组来说，辅助系统大都已采用计算机控制，随着网络技术、计算机技术及DCS控制技术的日益成熟，这就为这些辅助系统实现自动化控制打下了坚实的基础，并且加速了辅控系统纳入全厂管控一体化的进程。 
　　过去电厂辅控常采用传统PLC实现独立且分散的控制，这种控制模式由于使用较多的运行人员，加上各系统间联系不方便，备品备件种类多，难于管理及设备投资大等缺点已经基本不被采用。辅助网络控制采用新一代DCS系统后克服了原有独立且分散的控制系统的缺点，可最大可能的将运行人员减到最少。使控制系统在基本不提高造价的情况下，使辅助网络控制系统的水平达到与主机DCS控制系统相当的水平，为实现全厂管控一体化打下良好基础。本文重点介绍DCS在湖南创元电厂2×300MW火电机组水网中的应用。水网是辅网中最复杂的系统，通常包括锅炉补给水系统、凝结水精处理系统、汽水分析和化学加药系统、制氢站、综合水泵房、废水处理系统（含工业废水处理、生活污水处理、含煤废水、含油废水）等。 
　　2 系统以及实现的功能 
　　HOLLiAS MACS 系列分布式控制系统是北京和利时公司在总结十多年用户需求和多行业的应用特点、积累三代DCS系统开发应用的基础上，全面继承以往系统的高可靠性和方便性，综合自身核心技术与国际先进技术而推出的新一代DCS ，具有开放化、信息化、智能化、小型化和高可靠的特点。 
　　2.1 监控功能 
　　合理地进行上位机软件设计，统一上位机监控界面，使各辅助系统具有统一的风格，统一的操作方式，并能合理、灵活地进行切换和调用，将使整套辅助网络控制系统受到电厂的欢迎。 
　　辅网的主要监控功能： 
　　● 各辅助系统之间能灵活、快速地切换。 
　　● 各系统内部可进行画面切换。 
　　● 实时动态显示，包括实时状态显示和实时参数显示。 
　　● 实时趋势显示和历史趋势显示。 
　　● 趋势打印和报表打印功能。 
　　● 实时报警、语音报警、弹出式画面报警、报警确认功能。
　　● 报警历史记录、打印功能。 
　　● 每步现场操作记录功能（即事件记录功能）。 
　　● 模拟量的棒状图显示、表盘显示和数字量显示。 
　　● 主控室上位机和各辅助系统原来控制室中的上位机操作联锁，并互为备用。 
　　● 安全（即口令）。 
　　2.2 网络结构 
　　创元辅控水网包括：化学补水系统（2个站），取样加药系统（1个站），净化站系统（1个站）和废水处理系统（1个站），如图1所示。
　　3 工艺流程和控制策略 
　　电厂水网主要包括凝结水精处理，化学补水处理和废水处理三大部分。 
　　凝结水系统主要工艺流程包括：凝结水精处理及树脂再生系统、水汽取样分析系统、化学加药系统等几个部分。创元电厂水网中凝结水精处理系统在辅网改造前采用CITECT公司的PLC，由于这套系统使用时间不长，为了节省投资，仍继续使用原系统。在电厂实行辅控系统纳入全厂管控一体化的过程中，将CITECT的PLC系统通过通讯方式与辅控水网有机的结合起来。 
　　化学补给水系统由预处理系统、反渗透预脱盐系统、化学除盐系统、酸碱系统四部分组成，控制范围还包括水工净水站。废水系统用来处理电厂的全部废水，包括灰渣废水、化学废水、生活废水和脱硫废水等。这两部分功能采用DCS系统来实现。由于废水系统控制策略较为简单，此处不予详述，下面重点介绍一下化学补水系统的控制策略。 
　　整个化水监控系统共设2个I／O站，共有840点，其中开关量736点，模拟量104点。 
　　化学补给水系统控制策略如下： 
　　3.1 DAS系统 
　　显示所有参数（各种工质状态、设备控制状态、设备报警状态等）的实时值或状态、报警记录、操作记录、实时趋势、历史趋势外,还实现化水数据的统计分析，自动生成各类报表。 
　　3.2 SCS系统 
　　3.2.1 高效过滤器投运程控 
　　（1） 充水排气：开进水门/开排气门； 
　　（2） 正洗：开正洗排水门，关排气门； 
　　（3） 运行：开出水门/开仪表取样门（没进DCS），关正洗排水门； 
　　（4） 停运；关所有门。 
　　3.2.2 高效过滤器反洗程控 
　　（1） 充水放松：开反洗进水门/开反洗排水门； 
　　（2） 放水：开排气门/开正洗排水门，关反洗进水门； 
　　（3） 空气擦洗：开进气门/启动罗茨风机，关正洗排水门； 
　　（4） 水气合洗：开反洗进水门； 
　　（5） 正洗：开进水门/开正洗排水门/关进气门/关空气门/关反洗进水门/关反洗排水门/停止罗茨风机。 
　　3.2.3 活性炭过滤器投运程控 
　　（1） 充水排气：开进水门/排气门； 
　　（2） 正洗：开正洗排水门，关排气门； 
　　（3） 运行：开出水门/开仪表取样门（没进DCS），关正洗排水门； 
　　（4） 停运：关所有门。 
　　3.2.4 活性炭过滤器反洗程控 
　　（1） 放水Ⅰ：开正洗排水门/开排气门； 
　　（2） 预反洗：开反洗进水门/开反洗排水门，关正洗排水门/关排气门； 
　　（3） 放水Ⅱ：开正洗排水门/开排气门，关反洗进水门/关反洗排水门； 
　　（4） 空气擦洗：开进气门，关正洗排水门； 
　　（5） 反洗：开反洗进水门/开反洗排水门，关进气门/关排气门； 
　　（6） 静止沉降：关所有阀门（关正洗排水门/关排气门/关反洗进水门/关反洗排水门/关进气门/）； 
　　（7） 充水：开进水门/开排气门； 
　　（8） 正洗：开正洗排水门，关排气门。 
　　3.2.5 一级除盐设备投运程控 
　　（1） 阳床充水排气：开阳床进水门/开阳床排气门； 
　　（2） 阳床正洗：开阳床正洗排水门/开阳床仪表取样门（没有进DCS），关阳床排气门； 
　　（3） 阴床排气：启动除碳风机/开阳床出水门（调节中间水箱水位1/2以上高度）/启动中间水泵/开阴床进水门/开阴床排气门，关阳床正洗排水门/关阳床仪表取样门（没有进DCS）； 
　　（4） 阴床正洗：保持中间水箱水位1/2以上高度/开阴床正洗排水门/开阴床仪表取样门，关阴床排气门； 
　　（5） 运行：开阳床仪表取样门（没有进DCS）/开阴床出水门； 
　　（6） 停运：关所有设备。 
3.2.6 一级除盐设备再生程控 
　　投运允许条件：开酸计量箱进酸门，碱计量箱进碱门到达计量箱的液位设定值时关进酸和进碱门准备再生剂。 
　　（1） 阴床小反洗：开阳床进水门/开阳床出水门/开除碳风机/开中间水泵/开阴小反洗进水门/开阴反洗排水门； 
　　（2） 阳床小反洗：开阳床小反洗进水门/开阳床反洗排水门，关阳床进水门/关阳床出水门/关除碳风机/关中间水泵/关阴小反洗进水门/关阴床反洗排水门； 
　　（3） 静止沉降：关阳床小反洗进水门/关阳床反洗排水门； 
　　（4） 放水：开阳床中间排水门/开阳床空气门/开阴床中间排水门/开阴床空气门； 
　　（5） 预喷射：开阳床进酸门/开阴床进碱门/开再生水泵/开再生水泵出口门/开阳酸喷射器进水门/开阴碱喷射器进水门，关阳床空气门/关阴床空气门； 
　　（6） 进再生剂：开酸计量箱出酸门/开碱计量箱出碱门； 
　　（7） 置换：关酸计量箱出酸门/关碱计量箱出碱 
　　（8） 阳床充水：开阳床进水门/阳床排气门，关阳床中间排水门/关阳床进酸门/关阴床中间排水门/关阴床进碱门/关再生水泵/关再生水泵出口门/关阳酸喷射器进水门/关阴碱喷射器进水门； 
　　（9） 阳床小正洗：开阳床中间排水门，关阳床排气门； 
　　（10） 阳床正洗：开正洗排水门，关阳床中间排水门； 
　　（11） 阴床排气：开除碳风机/开中间水泵/开阳床出水门/开阴床进水门/开阴床排气门，关正洗排水门； 
　　（12） 阴床小正洗：开阳床中间排水门，关阴床排气门； 
　　（13） 阴床正洗：开正洗排水门，关阳床中间排水门； 
　　（14） 关所有门。 
　　3.2.7 一级除盐设备大反洗程控 
　　（1） 阴床大反洗：开阳床进水门/开阳床出水门/开除碳风机/开中间水泵/开阴床大反洗进水门/开反洗排水门，调节反洗进水手动门/调节反洗流量； 
　　（2） 阳床大反洗：开阳床大反洗进水门/开阳床反洗排水门，关阳床进水门/关阳床出水门/关除碳风机/关中间水泵/关阴床大反洗进水门/关阴床反洗排水门； 
　　（3） 静止沉降：关阳床大反洗进水门/关阳床反洗排水门； 
　　（4） 放水：开阳床中间排水门/开阳床空气门/开阴床中间排水门/开阴床空气门； 
　　（5） 预喷射：开阳床进酸门/开阴床进碱门/开再生水泵/开再生水泵出口门/开阳酸喷射器进水门/开阴碱喷射器进水门，关阳床空气门/关阴床空气门； 
　　（6） 进再生剂：开酸计量箱出酸门/开碱计量箱出碱门； 
　　（7） 置换：关酸计量箱出酸门/关碱计量箱出碱门； 
　　（8） 阳床充水：开阳床进水门/阳床排气门，关阳床中间排水门/关阳床进酸门/关阴床中间排水门/关阴床进碱门/关再生水泵/关再生水泵出口门/关阳酸喷射器进水门/关阴碱喷射器进水门； 
　　（9） 阳床小正洗：开阳床中间排水门，关阳床排气门； 
　　（10） 阳床正洗：开正洗排水门，关阳床中间排水门； 
　　（11） 阴床排气：开除碳风机/开中间水泵/开阳床出水门/开阴床进水门/开阴床排气门，关正洗排水门； 
　　（12） 阴床小正洗：开阳床中间排水门，关阴床排气门； 
　　（13） 阴床正洗：开正洗排水门，关阳床中间排水门； 
　　（14） 关所有门。 
　　3.2.8 混床投运程控 
　　（1） 排气：开混床进水门/开排气门； 
　　（2） 正洗：开混床正洗排水门/开混床仪表取样门，关排气门； 
　　（3） 运行：开混床出水门/关正洗排水门； 
　　（4） 停运：关所有门。 
　　3.2.9 混床再生程控 
　　（1） 反洗分层：开混床反洗进水门/开反洗排水门； 
　　（2） 静止沉降：关混床反洗进水门/关反洗排水门； 
　　（3） 放水：开混床中间排水门/开空气门； 
　　（4） 预喷射：开进碱门/开进酸门/开再生水泵/开再生水泵出口门/开混床酸喷射器进水门/开混床碱喷射器进水门，关空气门； 
　　（5） 进酸碱：开混床酸计量箱的出酸门/开混床碱计量箱的出碱门； 
　　（6） 置换：关混床酸计量箱的出酸门/关混床碱计量箱的出碱门； 
　　（7） 阴树脂正洗：保持一级除盐设备运行，开混床进水门/开排空气门（排尽空气关），关进碱门/关进酸门/关再生水泵/关再生水泵出口门/关混床酸喷射器进水门/关混床碱喷射器进水门； 
　　（8） 串洗：开正洗排水门，关排空气门； 
　　（9） 放水：开混床空气门，关混床进水门； 
　　（10） 树脂混合：开进压缩空气门/开反洗排水门，关混床空气门（关其他门），至树脂完全混合； 
　　（11） 急速排水：开混床空气门／开混床进水门／开正洗排水门／开中间排水门，关进压缩空气门； 
　　（12） 充水：开排气门，关混床空气门关正洗排水门／关中间排水门； 
　　（13） 正洗：开正洗排水门，关排气门； 
　　（14） 关所有门。 
　　3.3MCS系统在除碳器水位控制系统中的应用
　　除碳器水位控制系统主要调节除碳器液位，通过调节阳床入口调节门来实现。其特征在于当除碳器液位高于设定的高值时，液位传感器传递信号使控制器控制阳床入口调节阀的开度变小；当除碳器液位小于设定的低值时，液位传感器传递信号使控制器控制阳床入口调节阀的开度变大。由于流经阳床入口调节阀的工质要先经过阳床才能到达除碳器，工艺流程较长（见图2），所以回路调节时要加入惯性作用。 
　　4 结束语 
　　创元电厂水网改造完成后，自动化控制水平明显提高，完全保证了两台发电机组的用水需要。同时改造后，水网制水过程中产生的废水量明显减少，起到了一定的节能环保效果。系统高度的可靠性和直观简易的操作性大大节约了人力成本。该系统建成后运行可靠，生产效率明显提高，也为其它电厂同行实现DCS管控一体化提供了宝贵的运行经验。总之，随着自控技术的不断发展和电厂水网运行经验的不断积累，电厂水网乃至辅网的监控将向更加智能化、合理化和人性化趋势发展。