IGCC电厂控制系统的构成研究

摘 要 IGCC是将煤气化工艺、煤气净化工艺和燃气-蒸汽联合循环发电系统有机集成的一种洁净煤发电技术，具有高效、清洁、节水、适应燃料性广等优点。本文依托天津IGCC电站的控制系统构成，为配置IGCC电厂控制系统提供重要参考依据。

关键词 DCS;TCS;ESD;ITCC

概述

IGCC（简称IGCC）是整体煤气化联合循环发电系统的英文缩写，是将煤气化工艺、煤气净化工艺和燃气-蒸汽联合循环发电系统有机集成的一种洁净煤发电技术，对煤炭的利用实现了“吃干榨尽”，发电效率高，环保性能好，是目前国际上被验证的、能够工业化的最洁净、最具发展前景的高效燃煤发电技术。

1 控制系统构成分析

1.1 分散控制系統

现代电子技术的发展，为工业控制提供了广阔的拓展空间，计算机分散控制系统（DCS）在电力行业应用推广普及了二十余年，在石化领域也有广泛成功的运用，不管是在电力行业，还是石化领域，DCS的应用功能都是相同的，因此采用一套分散控制系统实现整个机组的各项控制功能，从而可以最大限度地实现各控制功能间的信息共享，避免了对现场信息的重复获取，减少了仪表设备的重复设置和相应的工程量。同时，这种一体化的人机界面对运行组织管理和设备的维护管理大有裨益，可以简化人员设岗、统一生产报表、减少备品备件的种类、减少维护人员的培训等。

天津IGCC电站采用一套分散型控制系统（简称DCS）实现对空分单元、煤气化单元、合成气净化单元以及硫回收单元、燃气轮机组、余热锅炉及其辅助系统、蒸汽轮机及其辅助系统、发电机/变压器组及厂用电源系统、空压机、飞灰输送、除渣、循环水泵房、循环水加氯、采暖加热站等系统的集中监控。 DCS的功能包括数据采集系统、模拟量控制系统和顺序控制系统。 DCS采用霍尼韦尔有限公司的Experion PKS系统，DCS的总点数为7215点（不包括备用点），其中余热锅炉和蒸汽轮发电机组及其辅助系统部分的I/O点数为3297 点，空分装置、煤气化单元、硫回收净化及其辅助系统部分的I/O点数为3918点。控制器采用容错型控制器，DCS系统控制器按系统划分配置，并保证各控制器负荷基本均衡。整套DCS共配置16对控制器，其中动力岛和辅助厂房配置6对控制器，气化岛配置了10对控制器[1]。

1.2 燃机控制系统

根据国家相关的规程规范和有关设备供货商长期以来形成的供货习惯，充分利用设备生产商的控制经验，燃机的监视和控制由燃气轮机厂配置独立的控制系统——燃机控制系统（简称TCS）来完成。TCS的功能包括燃气轮机的启动、升速、同期、正常运行的负荷控制、保护及停机。TCS的总实用点数约为1600点。天津IGCC电站采用西门子燃机，TCS 由机组成套提供的SPPAT3000来完成，配有2对控制器。燃机本体系统采用1对控制器，合成气罩壳、燃机罩壳、燃机冷却水系统合用一对控制器。TCS与机组DCS留有OPC通信接口，重要的保护信号采用硬接线，硬接线I/O点数约为120点。运行人员在集制室通过DCS的人机接口可实现对燃机的远方监视。

燃机控制系统配有1台就地上位机，实现操作员站及工程师站功能， 2台集控上位机实现操作员站功能。控制机柜及就地上位机布置在燃机房附近的就地控制室（简称PCC）内，集控上位机布置在集中控制室内，可实现燃机的远方监视和控制。

1.3 紧急停车系统（简称ESD）和压缩机组控制系统（简称ITCC）

IGCC发电厂的工艺介质主要是合成煤气。气化工艺系统复杂，设备繁多，在机组启停阶段和事故工况时，大量的设备需要操作，若全部由人工来干预，则需投入大量的人力，出现误操作的概率也非常大。根据目前国际、国内设计标准的要求，气化生产装置设置独立的安全保护连锁系统可以从技术上最大限度地避免和减少事故的发生，进而对保障人员和设备的安全及有效防范环境污染和减少经济损失具有特殊的重要性。因此设置一套安全保护系统（即ESD系统），来主要完成气化岛和净化装置的紧急停车连锁功能。ESD系统是与DCS系统分开设置的独立系统。ESD采用故障安全型控制器，并通过SIL3认证或TUV6认证。

ESD系统独立于DCS，与DCS的连锁信号采用硬接线方式，其余采用通信接口进行数据传输。ESD设工程师站，服务器工作站，相应的报警及操作通过辅助操作台的开关和按钮、以及DCS的操作站来完成。

天津IGCC电站ESD系统采用霍尼韦尔的SM故障安全系统，独立于DCS。ESD的实用点数约为700点，由1对四重化控制器来完成。

空分空压机设一套ITCC，完成空分空压机的调速、防喘振控制、负荷控制、过程控制、连锁保护等功能。根据供货习惯，ITCC随空压机设备配供。

ITCC与DCS的监视信号通过通讯方式实现，控制和连锁信号通过硬接线方式实现。ITCC的控制范围包括主空压机、增压机循环气压缩机和氮压机。

天津IGCC电站ITCC采用的是Tricon公司的TRICONEX-TS300控制系统。ITCC的实用点数约为600点，配置1对三重模件冗余容错（TMR）控制器。

对于控制较简单的压缩装置如往复式压缩机、鼓风机及风扇等的监控由DCS或装置的PLC（简称PLC）系统完成，压缩装置的安全连锁保护由ESD系统完成。

1.4 汽机电液调节系统（DEH）

DEH的功能与常规燃煤机组的蒸汽轮机功能相同，这里不再赘述[2]。

1.5 辅助车间控制系统

辅助车间的控制系统与常规燃煤机组的辅助车间基本相同，这里不再赘述。

2 结束语

目前，天津IGCC整套装置连续运行时间已成为全世界连续运行时间最长的IGCC机组，并继续处于稳定运行状态。 综上所述，由分散控制系统（DCS）、燃机控制系统（TCS）、紧急停车系统（ESD）、压缩机组控制系统（ITCC）、汽机电液调节系统（DEH）和辅助车间控制系统组成的IGCC电站过程控制网络能够保证电厂安全可靠稳定的运行，并能满足当前电厂对于设备监控的自动化水平的要求，是一种可以推广和借鉴的IGCC电站控制系统构架 。

参考文献

[1] 许世森.IGCC与未来煤电[J].中国电力，2005，（2）：38.

[2] 李现勇，孙永斌，李惠民.国外IGCC项目发展现状概述[J].电力勘测设计，2009，6（3）：28-33.

作者简介

张民茹（1971-），女;学历：硕士学位，高级工程师，现就职单位：西北电力设计院有限公司，研究方向：发电厂仪表与控制的设计。

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