火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是一個能源轉(zhuǎn)化的工廠。它把煤、石油、天然氣等一次能源－化學(xué)能，轉(zhuǎn)化成通用性廣、效率高的二次能源－電能。產(chǎn)品(電能)無法儲存，發(fā)電、供電和用電同時完成，而且要求速度快、質(zhì)量高。按其功用可分為兩類，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應(yīng)電能，而熱電廠除供給用戶電量外，還向熱用戶供應(yīng)蒸汽和熱水，即所謂的“熱電聯(lián)合生產(chǎn)”。
一、火電廠系統(tǒng)構(gòu)成
從功能劃分有：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、輔助處理設(shè)備。從設(shè)備劃分有：主機(jī)—鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)；輔機(jī)—輸煤、水處理、灰渣。鍋爐的任務(wù)是生產(chǎn)蒸汽，即把煤、油等燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成具有一定壓力和溫度的蒸汽的熱能；汽輪機(jī)把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能；而發(fā)電機(jī)則把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電廠的最終產(chǎn)品－電能。
1.1 火力發(fā)電原理
火力發(fā)電一般是指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機(jī)來發(fā)電的方式的總稱。火力發(fā)電根據(jù)使用的燃料不同，可分為石油火力發(fā)電、煤炭火力發(fā)電和液化天然氣火力發(fā)電等種類。
大型火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。用輸煤皮帶從煤場運至煤斗中送至磨煤機(jī)內(nèi)磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)送入鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒。煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動，放出熱量，最后進(jìn)入除塵器，將燃燒后的煤灰分離出來。潔凈的煙氣在引風(fēng)機(jī)的作用下通過煙囪排入大氣。助燃用的空氣由送風(fēng)機(jī)送入裝設(shè)在尾部煙道上的空氣預(yù)熱器內(nèi)，利用熱煙氣加熱空氣。這樣，一方面除使進(jìn)入鍋爐的空氣溫度提高，易于煤粉的著火和燃燒外，另一方面也可以降低排煙溫度，提高熱能的利用率。從空氣預(yù)熱器排出的熱空氣分為兩股：一股去磨煤機(jī)干燥和輸送煤粉，另一股直接送入爐膛助燃。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內(nèi)，與從除塵器分離出的細(xì)灰一起用水沖至灰漿泵房內(nèi)，再由灰漿泵送至灰場。
在除氧器水箱內(nèi)的水經(jīng)過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內(nèi)，水受到熱煙氣的加熱，然后進(jìn)入鍋爐頂部的汽包內(nèi)。為使蒸汽在凝汽器內(nèi)凝結(jié)成水，還必須不斷用循環(huán)水泵將冷卻水送入凝汽器中的冷凝管內(nèi)進(jìn)行熱交換，這就又形成一個冷卻水系統(tǒng)。冷卻水或直接來自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊，或在冷卻塔式噴水池中與大氣進(jìn)行熱交換以重復(fù)使用。在鍋爐爐膛四周密布著水管，稱為水冷壁。水冷壁水管的上下兩端均通過聯(lián)箱與汽包連通，汽包內(nèi)的水經(jīng)由水冷壁不斷循環(huán)，吸收著煤愛燃燒過程中放出的熱量。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進(jìn)入過熱器中。飽和蒸汽在過熱器中繼續(xù)吸熱，成為過熱蒸汽。過熱蒸汽有很高的壓力和溫度，因此有很大的熱勢能。具有熱勢能的過熱蒸汽經(jīng)管道引入汽輪機(jī)后，便將熱勢能轉(zhuǎn)變成動能。高速流動的蒸汽推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，形成機(jī)械能。
汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過連軸器聯(lián)在一起。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時便帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的另一端帶著一太小直流發(fā)電機(jī)，叫勵磁機(jī)。勵磁機(jī)發(fā)出的直流電送至發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈中，使轉(zhuǎn)子成為電磁鐵，周圍產(chǎn)生磁場。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁場也是旋轉(zhuǎn)的，發(fā)電機(jī)定子內(nèi)的導(dǎo)線就會切割磁力線感應(yīng)產(chǎn)生電流。這樣，發(fā)電機(jī)便把汽輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。電能?jīng)變壓器將電壓升壓后，由輸電線送至電用戶。釋放出熱勢能的蒸汽從汽輪機(jī)下部的排汽口排出，稱為乏汽。乏汽在凝汽器內(nèi)被循環(huán)水泵送入凝汽器的冷卻水冷卻，從新凝結(jié)成水，此水成為凝結(jié)水。凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送入低壓加熱器并最終回到除氧器內(nèi)，完成一個循環(huán)。在循環(huán)過程中難免有汽水的泄露，即汽水損失，因此要適量地向循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)給一些水，以保證循環(huán)的正常進(jìn)行。高、底壓加熱器是為提高循環(huán)的熱效率所采用的裝置，除氧器是為了除去水含的氧氣以減少對設(shè)備及管道的腐蝕。
二、火電廠中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
2.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成
2.11 廠級信息系統(tǒng)（MIS）
MIS（ManagementInformation System）系統(tǒng)即廠級管理信息系統(tǒng)，主要為全廠經(jīng)營管理提供信息服務(wù)。其主要功能有辦公自動化、文件服務(wù)、信息發(fā)布、財務(wù)管理、物資管理、設(shè)備管理ERP 、等，主要特點是信息流量大，對信息的實時性要求不高，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可用性要求不高。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多為星型或樹型，一般無冗余要求，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般選用商用級設(shè)備，信息中心采用核心交換設(shè)備，另配專用路由器以及防火墻連接到廣域網(wǎng)，下層節(jié)點采用桌面式交換設(shè)備。一般有專用設(shè)備間放置交換設(shè)備。MIS 系統(tǒng)在火電廠的歸口管理單位是廠信息中心。信息中心負(fù)責(zé)對MIS 系統(tǒng)的規(guī)劃、實施、運行維護(hù)。
2.12 實時信息系統(tǒng)（SIS）
SIS（Supervisor Information System）系統(tǒng)即廠級實時信息系統(tǒng)。SIS 系統(tǒng)的主要功能是將生產(chǎn)過程中的實時信息進(jìn)行整理和加工，實現(xiàn)生產(chǎn)實時信息和管理信息的共享，為發(fā)電廠的生產(chǎn)經(jīng)營決策提供依據(jù)，提高發(fā)電廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益。主要實現(xiàn)發(fā)電廠的生產(chǎn)過程實時監(jiān)控、機(jī)組性能機(jī)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析、機(jī)組優(yōu)化運行能功能。SIS 系統(tǒng)的實現(xiàn)主要是通過網(wǎng)絡(luò)、實時數(shù)據(jù)庫等技術(shù)將生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)加以收集和整理，主要收集的信息有：主機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)運行信息（從DCS 系統(tǒng)收集）、輔機(jī)系統(tǒng)的實時信息（主要從輔控系統(tǒng)收集）、其它系統(tǒng)的信息。
2.13 分布式控制系統(tǒng)（DCS）
DCS（DistributedControl System）系統(tǒng)即分散控制系統(tǒng)。隨著中國電力的發(fā)展，電力企業(yè)對自動化程度要求越來越高?？刂葡到y(tǒng)可以對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和自動調(diào)節(jié)，根據(jù)不同情況協(xié)調(diào)各設(shè)備的工作狀況，使整個電廠的自動化水平達(dá)到了新的高度。
Ⅰ.系統(tǒng)需求
DCS系統(tǒng)主要功能是對發(fā)電廠的主機(jī)設(shè)備（鍋爐設(shè)備、汽輪機(jī)設(shè)備、發(fā)電機(jī)設(shè)備）的運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測和控制。要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有良好的電磁兼容特性、抗震動沖擊，組成實時、穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
Ⅱ.系統(tǒng)組成
一般包括的功能有：DEH（汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)）、DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、MEH（給水泵
控制系統(tǒng)）、S C S（順序控制系統(tǒng)）、B M S（鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)）、M C S（模擬量控制系統(tǒng)）、FSSS（爐膛燃燒安全監(jiān)控系統(tǒng)）等。
Ⅲ.解決方案
N-TRON系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，具有寬溫適應(yīng)范圍，電磁兼容符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，高強(qiáng)度的抗沖擊、抗震動和抗干擾能力，以及冗余電源輸入和高達(dá)200萬小時的MTBF，能夠穩(wěn)定地運行在嚴(yán)苛的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。N-TRON獨有的N-Ring組環(huán)技術(shù)，只需1臺高級管理型交換機(jī)，配合N-TRON非管理/管理型交換機(jī)，即可創(chuàng)建30ms的快速自愈換，從而極大的加強(qiáng)了環(huán)網(wǎng)冗余的性能。選用9000系列千兆全管理交換機(jī)，組成千兆主干雙環(huán)光纖網(wǎng)絡(luò)，或作為雙路星型網(wǎng)絡(luò)的核心交換機(jī)；選配其他300、500、700、7000系列交換機(jī)應(yīng)用于各個子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。另外，N-TRON先進(jìn)的N-ViewOPC管理軟件，兼容于主流組態(tài)軟件，方便對交換機(jī)和端口狀況進(jìn)行監(jiān)控。N-TRON提供了豐富的冗余組網(wǎng)方式，為DCS系統(tǒng)提供了高可靠、高性能的通信保障，為用戶帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為保證電廠安全可靠運行，實現(xiàn)減人增效發(fā)揮重要作用。
2.15 其他系統(tǒng)
根據(jù)各廠情況，一般這些系統(tǒng)還沒有接入輔控網(wǎng)絡(luò)，這些系統(tǒng)包括：脫硫系統(tǒng)：由于國家對環(huán)保的重視，估計未來的火電廠必須要求上脫硫系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)投資巨大，多采用DCS進(jìn)行控制。
工業(yè)電視系統(tǒng)：對生產(chǎn)現(xiàn)場的一些重要位置進(jìn)行監(jiān)視。
空調(diào)系統(tǒng)：空調(diào)系統(tǒng)主要對分布于廠房內(nèi)的空調(diào)進(jìn)行集中控制。
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要對廠房內(nèi)的引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，目前應(yīng)用不太多。
工業(yè)以太網(wǎng)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在DCS 系統(tǒng)和輔助車間的控制系統(tǒng)中，它大大提高了全廠的自動化生產(chǎn)水平，為電廠的減員增效及降低成本起到了很好的作用。同時，為電廠的輔控車間最后取消運行生產(chǎn)人員，達(dá)到無人值守提供了可能。應(yīng)用N-TRON 系列工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)能夠輕松組建穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著控制水平的不斷發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用范圍會越來越大，發(fā)展前途也會越來越廣闊。
