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300MW循环流化床锅炉协调控制系统
发布时间：2013-09-21 08:10 来源：未知
循环流化床( CFB)锅炉因具有燃烧效率高、污染排放物低、燃料适应性广的优点而得到越来越广泛的应用，但CFB锅炉在自动控制方面公认尚存在很多问题。当前国内大量投产的150 MW CFB锅炉床温协调控制都很难投入自动。
2006年4月17日，四川白马循环流化床示范电站31号机组顺利完成168小时满负荷试运工作，正式投入商业运行。31号机组锅炉岛为法国AlstoTOM公司生产的300MW CFB，亚临界、中间再热、自然循环汽包炉，额定蒸发量1 025t/h，设计脱硫效率为94.15%；汽轮机为东方汽轮机厂生产的单轴、双缸双排汽、一次中间再热、冷凝式汽轮机；DCS系统采用德国ABB Sympho虹y Melody系统，主要完成ccs、MCS、scs、DAS、ECS等功能。
四川白马示范电站300 MW CFB机组项且是国家“十五”重点项目，锅炉部分设备全部引进技术，是国内首台300 MW CFB锅炉。由于锅炉容量的增大、参数的提高，常规受热面布置方式已经不能满足锅炉换热的需要，因此特别设计了4个外置式热交换器（俗称外置床），用以布置受热面，其中1、4号外置床中布置高温再热器和低温过热器，2、3号外置床中分级布置一、二级中温过热器。炉膛顶部出口的床料经旋风分离器分离后，进入虹吸密封槽，一部分直接回到炉膛，另一部分通过布置在虹吸密封槽的四台灰控阎（又称锥形阀）来控制其进入外置床，热灰在外置床中与各级受热面换热后从外置床出口管道返回炉膛。外置床的增加，为CFB锅炉多变量之间的解耦起到了关键的作用。在168小时满负荷试运及随后的商业运行中，整个机组所在自动控制均投人了运行，效果良好。
1、流化床锅炉动态特性
CFB锅炉主要不同于普通煤粉炉的地方是它的燃煤。CFB锅炉没有磨煤机，入厂煤经过一级、二级破碎机破碎成粒径≤8 mm的颗粒后，经刮板给煤机送入炉膛，燃煤粒径比普通煤粉炉的煤粉大得多。当煤粒进入炉膛后，将发生下列过程：①煤粒和高温床�；旌系募尤炔⒏稍铮只臃�；②热解及挥发分燃烧；③对某些煤种会发生颗粒膨胀和一级破碎现象。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
所以，CFB锅炉的主要特征在于颗粒在离开炉膛出口后经旋风分离器和返料装置不断送回炉膛燃烧。煤粒完全燃尽需要约8～10 min，比普通煤粉炉的煤粉燃烧过程长得多，造成锅炉燃烧过程滞后时间非常长，再加上燃烧室内的床料具有相当大的热惯性和蓄热能力。因此，其动态特性主要表现为燃烧室及外置床内流化层热容量大，动态过程滞后时间长。这种特性造成了当给煤量变化后，主蒸汽压力的响应比普通煤粉炉的迟延和惯性要大得多。
2、CFB锅炉主要的自动控制系统
CFB锅炉由于和普通锅炉相比动态特性更复杂，它是风、煤、水等众多变量之间相互影响和相互耦合的复杂多变系统，加上主蒸汽压力对燃料量的反应存在相当长时间的滞后时间，因此，众多因索决定了它和常规煤粉炉在控制方面必然存在很大差异。
2.1给煤控制系统
给煤系统设计有4条给煤线，每条给煤线包括1台称重给煤机和l台刮板给煤机，采用炉前炉后给煤的方式。称重给煤机接收锅炉主控指令，控制给煤量。锅炉主控指令同时送给刮板给煤机，以达到快速改变给煤量，减小燃烧滞后的目的。
为适应煤质的变化，克服煤质大幅波动对调节品质产生不良影响，控制系统设计了给煤热值的在线计算逻辑和氧量校正回路。
2.1.1热值计算
当煤质发生波动时，通过给煤热值的在线计算逻辑，ccs能快速地“感觉”出来，并自动调整给煤量，达到克服扰动，以利于机组稳定、经济燃烧的目的。
热值修正逻辑原理图如图I。
2 .1.2氧量校正
氧量校正控制回路的工作原理和热值计算相似，其输出和经过热值修正计算出的热量相乘，再送入锅炉主控制器，作为锅炉主控调节器的测量值，由锅炉主控输出指令去改变风量和煤量。
2.2床温控制系统
CFB -般将床温控制在850~900℃，这是最佳脱硫、脱硝的温度范围。四川白马300 MW CFB锅炉不采用国内常见的通过调节一、=次风的配比和通过调节给煤量来调节床温，而是通过调整2、3号外置床的灰控阀开度来调节床温。床温高时开大灰控阀，加大进入外置床的灰量，该部分热灰经过布置在2、3号外置床的中温过热器进行热交换后，温度降低，再进入炉膛，能有效地降低床温，反之，则关小灰控阔。床温由外置床灰控阀控制后，将一次风量和煤量控制解放出来，使得一次风量能专心控制炉膛内物料的流化，煤量只和主汽压有关。锅炉一次风及下二次风量是负荷的函数，不参与床温控制，这与常规的CFB机组（无外置床）有很大区别。
2.3主蒸汽温度控制系统
采用分别布置在低过、一级中过、二级中过出口的三级喷水减温来调节主蒸汽温度，控制部分一级、二级减温采用常规的串级调节。由于2、3号外置床灰控阀在调节床温时，将一、二级中温过热器汽温产生较大扰动，再加上过热汽温存在较长时间的滞后，因此在三级过热减温上采用了带状态观测的PID串级控制。在稳定工况时主汽温稳定在给定值+1℃- 2℃之内；变负荷时，主汽温稳定给定值+1℃—4℃之内，控制效果比常规PID调节好得多。
2.4再热汽温控制系统
300 MW CFB锅炉的高温再热器布置在1、4号外置床内，因此锅炉正常运行时再热汽温主要通过1、4号外置床的灰控阀开度大小来调节。当再热汽温降低时，开大灰控阎以增加外置床进灰量以提高再热汽温，当再热汽温升高时与此相反。当工况变化太快，外置床灰控阀调节已不能满足控制要求时，投入布置在低温再热器人口的喷水减温，但喷水减温仅用于事故或紧急工况。
2.5 -次风控制系统
一次风压力控制系统的目的是保持一次风压与炉膛总差压相匹配，以保证一次风量足够。一次风压设定值是左、右炉膛总差压的二选大值。一次风压通过调节一次风机人口挡板的开度进行调节。
一次风量的设定值是锅炉热负荷的函数，其作用是保证炉膛内床料的充分流化。
2.6二次风控制系统
二次风分上下两层。下层二次风量是热负荷的函数，作用是补充一次风量的不足，起流化作用；上层二次风的目的是助燃，用于控制总风量，保证炉膛内的燃料安全、经济燃烧。
二次风压设定值是负荷的函数，以达到和锅炉燃烧工况相匹配的目的。二次风压通过二次风机人口挡板开度进行调节。
2.7引风控制系统
炉膛压力通过引风机人口挡板的开度进行调节，采用串级PID控制：主调节器控制炉膛顶部压力，设定值为0；副调节器控制尾部烟道顶部压力，设定值为主调节器输出，通常在-2 kPa。为减少炉膛压力的波动，加快调节速度，在引风控制系统中加入负荷指令和总风量的前馈信号。
3、300 MW CFB机组的协调控制系统
300 MW CFB锅炉协调控制系统的控制原则是将汽轮机、锅炉作为整体进行综合考虑，通过前馈饭馈、连续／断续、非线性、方向控制等控制机理的有机结合，来协调控制机组功率与机前压力，协调处理负荷要求与实际能力的平衡。
协调控制的基本组成包括负荷指令计算和机组协调运行方式管理两大部分。
3.1负荷指令的形成
负荷指令处理回路接受ACC指令、操作员指令和一次调频指令，并根据机组运行状态，对负荷指令进行处理，使之与运行状态和负荷能力相适应。
3.1.1负荷指令的限制和修正
当机组在协调控制方式下运行时，若主要辅机设备发生故障突然停运，将形成RB指令，通过该指令迫使机组的负荷快速下降到运行的辅机设备所能承受的负荷水平，同时RB指令还会被送到燃料量和风量管理系统( BMS)，减小给煤机及风机出力，协助锅炉快速降负荷，从而确�；橛氲缤陌踩�、稳定运行。300 MW CFB机组设置了4种情况的Runback。
3.1.2一次调频
调频校正基点为50 Hz，调频死区为±2 lc/min，负荷调节限幅±24 MW，一次调频要求全程投入。当机组发生Runback自动退出一次调频控制。
3.1.3负荷指令的跟踪
负荷指令加上一次调频给定即是机组目标负荷。在手动时，控制回路快速跟踪电功率，以实现手／自动无扰切换。
3.2协调控制运行方式
协调控制系统设计了CCS1（“炉跟机”协调方式）、CCS2(“机跟炉”协调方式)两种模式。根据锅炉主控制器、汽轮机主控制器的手动、自动方式的不同选择，可以组合出MAN方式、BF方式、TF方式、“机跟炉”协调方式、“炉跟机”协调方式五种控制方式。机组运行中，可以根据机组实际工况需要选择其中一种。
3.3协调控制效果
机组运行中，为满足电网对负荷的需求，同时也减少发电厂不合格电量的产生，在机组工况允许时，一般都采用CCS1的协调控制方式，由于主汽压力的大迟延特性，为避免压力的超调，机组负荷变化率一般限制在4 MW/min内。如果电网对机组负荷要求不高，则可以采用CCS2控制方式，毕竟CCS2,能减少CCS1对锅炉工况造成的扰动，保证锅炉稳定，对锅炉健康有好处。
4、协调控制过程中遇到的问题
4.1升／降负荷速率问题
由于主蒸汽压力的大纯滞后特性，尽管加入了负荷及汽包压力的负微分信号，但为了免避产生超调，锅炉主控调节器积分时间设得较长，造成300 MWCFI锅炉升／降负荷速率尚不及煤粉炉，这一点有待在运行过程中逐渐研究，予以优化。
4.2 Runback问题
RB功能是按常规煤粉炉的要求设置的。但由于300 MW CFB锅炉巨大的热容量，实际运行中，当4条给煤线全部跳闸，燃料全部中断后，机组尚能维持20nun负荷再解列（此过程负荷逐渐减到0）。因此，RB的逻辑是否应针对CFB锅炉做特殊设计，值得在运行中继续进行探索。
4.3给煤热值的在线计算逻辑还有待优化
由于煤质在线计算存在很长时间的滞后，因此煤质大幅波动时，主汽压力要出现过调现象，有待在运行过程中逐步优化。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡瘛�
5、结语
300 MW CFB锅炉四个外置床的引入，对CFB锅炉各参数之间的复杂耦合解耦起到了关键作用，改变了协调控制难于投入的局面。
