大型火電廠１２５ＭＷ循環(huán)流化床鍋爐機組控制系統(tǒng)設(shè)計與安裝調(diào)試分析

1、大型火電廠循環(huán)流化床鍋爐機組控制系統(tǒng)設(shè)計與安裝調(diào)試分析    摘要：本文根據(jù)筆者多年火電工程施工實踐，詳細分析介紹了循環(huán)流化床鍋爐動態(tài)特性及自動控制系統(tǒng)組成，并結(jié)合工程實例，對125MW循環(huán)流化床鍋爐機組聯(lián)動控制設(shè)計與安裝調(diào)試技術(shù)要點進行了詳細闡述，對其熱工參數(shù)測點布設(shè)及DCS控制作了簡要介紹。 關(guān)鍵詞：大型火電廠；循環(huán)流化床鍋爐；聯(lián)動控制；熱工參數(shù)測點；DCS控制 1前言 循環(huán)流化床鍋爐是國際上20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的新型燃燒技術(shù)，它的成功應(yīng)用使循環(huán)流化床鍋爐獲得了迅速發(fā)展。由于循環(huán)流化床鍋爐自身的特點，在運行操作時不同于層燃爐和煤粉爐，一旦運行

2、中不能滿足其諸多熱工參數(shù)的特殊要求，極易造成鍋爐出力不足、燃燒效率低、磨損嚴(yán)重、床溫偏高、分離效率低、回料器堵灰、結(jié)礁停爐等現(xiàn)象，因此，對循環(huán)流化床鍋爐機組聯(lián)動協(xié)調(diào)控制的設(shè)計與安裝調(diào)試進行探討具有較強的現(xiàn)實意義。 2循環(huán)流化床鍋爐動態(tài)特性分析 循環(huán)流化床鍋爐在動態(tài)特性上不同于煤粉爐，主要表現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)流化層大熱容量的熱平衡特性。這種特性及其隨運行工況不同而變化的特性，造成了循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程實現(xiàn)自動控制的困難，據(jù)文獻：在燃料量擾動下，主蒸汽壓力被控對象的特性為： G(s)= 在燃料量擾動下，床溫被控對象的特性為： G(s)= 在一次風(fēng)量擾動下，床溫被控對象的特性為： G(s)

3、= 3循環(huán)流化床鍋爐自動控制系統(tǒng) 循環(huán)流化床鍋爐與普通鍋爐相比耦合關(guān)系更復(fù)雜，各參數(shù)間的耦合關(guān)系如表1所示。論文論文參考網(wǎng) 從表1可看出，給水流量和減溫水流量與循環(huán)流化床鍋爐其它變量間的耦合關(guān)系較弱，可以獨立自成系統(tǒng)，因此，循環(huán)流化床鍋爐的汽包水位控制和減溫水控制與煤粉爐一樣。燃燒控制一直是公認(rèn)的難題，循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制的系統(tǒng)如下。 3.1 給煤量控制系統(tǒng) 由于循環(huán)流化床鍋爐煤粒較粗，燃燒過程復(fù)雜，并且由于其燃燒室內(nèi)的床料具有相當(dāng)大的熱慣性和蓄熱能力，因此當(dāng)給煤量改變后，主蒸汽壓力的響應(yīng)比煤粉鍋爐的遲延和慣性要大得多，經(jīng)實際測算，對于一臺125MW循環(huán)流化床鍋爐，僅純遲延就有515min。

4、循環(huán)流化床鍋爐的非線性強，又具有時變特性，難以建立有效的預(yù)估和補償手段。鍋爐壓力調(diào)節(jié)回路也曾嘗試使用“直接能量平衡”的控制結(jié)構(gòu)，但“熱量信號”并不比主蒸汽壓力信號變化靈敏，所以調(diào)節(jié)效果不太理想。根據(jù)試驗結(jié)果，即使采用主蒸汽流量前饋的控制結(jié)構(gòu)，變負(fù)荷時主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)品質(zhì)也難以得到理想效果。因此建議配備循環(huán)流化床鍋爐的機組最好運行在“機跟爐”方式下，由鍋爐根據(jù)機組負(fù)荷指令調(diào)節(jié)給煤量，汽輪機調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。 3.2 一次風(fēng)壓控制系統(tǒng) 一次風(fēng)壓力控制系統(tǒng)的目的是為保持一次風(fēng)壓與給煤量相匹配。一次風(fēng)壓通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機入口擋板的開度進行調(diào)節(jié)，一次風(fēng)壓設(shè)定值是燃料量指令和床溫測量值與給定值偏差的函數(shù)。 3

5、.3 床溫控制系統(tǒng) 循環(huán)流化床一般將床溫控制在850900，這是最佳脫硫、脫硝的溫度范圍。根據(jù)鍋爐的要求，調(diào)節(jié)床溫的手段一是通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的配比;二是通過調(diào)節(jié)給煤量。但是通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)配比來調(diào)節(jié)床溫的調(diào)節(jié)能力有限，通過調(diào)節(jié)燃料量調(diào)節(jié)床層溫度，必然使鍋爐主蒸汽壓力發(fā)生波動。因此在調(diào)試中對床溫自動控制回路進行了修改，僅用一次風(fēng)量進行調(diào)節(jié)。為保證床料的良好流化，一次風(fēng)量必須控制在一定范圍內(nèi)，在床溫的控制回路設(shè)置了死區(qū)，在床溫與給定值的偏差大于死區(qū)后才調(diào)整一次風(fēng)流化風(fēng)門。由于一次風(fēng)流化風(fēng)門的床溫調(diào)節(jié)只是在±30，因此當(dāng)床溫大幅度改變時，需要通過改變一次風(fēng)壓力設(shè)定值來進行聯(lián)合調(diào)節(jié)。采用

6、一次風(fēng)流化風(fēng)門和一次風(fēng)入口擋板進行床溫聯(lián)合調(diào)整的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。 3.4 二次風(fēng)控制系統(tǒng) 二次風(fēng)控制系統(tǒng)的目的是為了助燃和經(jīng)濟燃燒，包括二次風(fēng)壓、二次風(fēng)量控制2個部分。二次風(fēng)壓通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機入口擋板開度進行調(diào)節(jié)，設(shè)定值是燃料量指令的函數(shù);二次風(fēng)量通過二次風(fēng)檔板進行調(diào)節(jié)，設(shè)定值是燃料量指令和氧量調(diào)節(jié)器輸出的復(fù)合函數(shù)值。 3.5 引風(fēng)控制系統(tǒng) 爐膛壓力通過引風(fēng)機入口擋板的開度進行調(diào)節(jié)。為減少爐膛壓力的波動，加快調(diào)節(jié)速度，在引風(fēng)控制系統(tǒng)中加入送風(fēng)機入口擋板和一次風(fēng)機入口擋板開度的指令前饋信號。 4大型循環(huán)流化床機組的聯(lián)動控制分析 湖南一大型火電廠6號機組由2臺125MW循環(huán)流化床鍋爐、1臺200

7、MW聯(lián)合供熱式汽輪機組成，在安裝調(diào)試過程中，采用了以鍋爐調(diào)節(jié)有功功率、汽輪機調(diào)節(jié)主蒸汽壓力的“機跟爐自動”方式，取得了良好效果。運行結(jié)果表明在鍋爐基本方式下進行變負(fù)荷，雖然速率較慢，但是主蒸汽壓力穩(wěn)定，給煤量的波動也較小，是一種適合于循環(huán)流化床鍋爐的控制方式（平面設(shè)置見圖2、3）。 4.1二臺循環(huán)流化床鍋爐、一臺汽輪機的聯(lián)動控制 該火電廠機組的配置采用2臺125MW循環(huán)流化床鍋爐、1臺200MW聯(lián)合供熱式汽輪機。這種控制方式在循環(huán)流化床鍋爐中應(yīng)用不多，相當(dāng)于鍋爐母管制并列運行。在聯(lián)動協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試中，除了要設(shè)計鍋爐主控制器回路，還要設(shè)計2臺鍋爐的負(fù)荷分配回路，負(fù)荷分配器的輸出送至2臺

8、鍋爐的鍋爐主控，既可使2臺鍋爐同時投入聯(lián)動運行，又可只將其中1臺鍋爐投入運行，另1臺鍋爐帶基本負(fù)荷運行。每臺鍋爐的鍋爐主控輸出分別送至4臺給煤機，可將其中任意1臺或4臺投入自動。2臺鍋爐負(fù)荷分配的控制結(jié)構(gòu)如圖4所示。 在6號機組的安裝調(diào)試中，首先嘗試了“爐跟機自動”方式，因為2臺循環(huán)流化床鍋爐的遲延特性和熱慣性單臺循環(huán)流化床鍋爐的要大，造成主蒸汽壓力和有功功率的波動，試驗過程以失敗告終。后來經(jīng)改進調(diào)試方案后，在6號機組的調(diào)試中，將協(xié)調(diào)聯(lián)動控制系統(tǒng)改成了“機跟爐自動”方式，將2臺鍋爐投入自動調(diào)節(jié)機組有功功率，汽輪機調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，進行了幅值為l0MW、變負(fù)荷速率為lMW/min的負(fù)荷變動試驗，取

9、得了良好的效果，變負(fù)荷過程中機組主要參數(shù)的變化情況見表2，機組主要參數(shù)的響應(yīng)曲線見圖3。 4.2 抽汽工況下的聯(lián)動控制 抽汽工況下抽汽量的變化對于有功功率調(diào)節(jié)回路是一個大的擾動量，會導(dǎo)致有功功率快速變化。如果能將抽汽流量轉(zhuǎn)換成有功功率指令，再疊加到功率調(diào)節(jié)器給定值上是一個最理想的方法，但汽輪機廠提供的理論數(shù)據(jù)與實際值總有一定的差異，抽汽流量測量又不可避免地存在一定誤差，因此只有當(dāng)有功功率的測量值與給定值出現(xiàn)偏差后，使鍋爐主控制器按比正常調(diào)節(jié)快1-2倍的速度動作，以盡快補償因抽汽量變化引起的有功功率偏差。 5125MW循環(huán)流化床熱水鍋爐主要熱工測點布設(shè)分析 論文論文參考網(wǎng)應(yīng)DCS系統(tǒng)控制需要，1

10、25MW循環(huán)流化床鍋爐主要熱工測點布設(shè)方式如下(見圖2、圖3)。DCS中各測點數(shù)據(jù)能及時、準(zhǔn)確反映鍋爐運行狀況，便于操作人員啟、停爐和負(fù)荷調(diào)整操作，同時，也便對鍋爐各系統(tǒng)正常運行進行科學(xué)實時監(jiān)控，為事故分析處理提供技術(shù)保證。 5.1溫度測點布置 a.床下啟動燃燒器內(nèi)套壁穩(wěn)1點。 b.冷風(fēng)室溫度2點。 c.爐膛溫度采用分層布置，料床溫度4點、密相區(qū)溫度4點、稀相區(qū)溫度4點、爐膛出口溫度4點。 d.每臺分離器進/出口、下降管、回料閥各1點。 e.各級省煤器、空氣預(yù)熱器進/出口分左右各布置2點。 f.水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)視工藝需要布置測點 5.2壓力測點布置 a.點火油壓1點。 b.冷風(fēng)室壓力2點。 c.

11、料床壓力4點。 d.密相區(qū)壓力2點。 e.爐膛出口壓力6點。 f.分離器進/出口、各級省煤器、空氣預(yù)熱器進/出口煙氣壓力分左右各布置2點。 g.水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)視工藝需要分布測點。 5.3流量測點布置 5.3.1流量測點 a.一次風(fēng)2點。 b.上一次風(fēng)4點。 c.下一次風(fēng)2點。 d.二次風(fēng)總風(fēng)1點。 e.點火風(fēng)總風(fēng)1點。 f.供水流量1點。 5.3.2風(fēng)量儀表選型分析 由于空間限制，工藝管道布置很難滿足風(fēng)量計對測量直管段長度的要求，影響了測量精度，因此，對于循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)量的測量，根據(jù)現(xiàn)場情況考證，不贊成加大投資，刻意追求測量精度，主張在相對準(zhǔn)確的前提下保證測量信號的穩(wěn)定性更為實際。經(jīng)過對幾種

12、流量計的比較，最終選用傳統(tǒng)的機翼式測風(fēng)裝置。對于大尺寸風(fēng)管道，也可以考慮選用熱導(dǎo)式風(fēng)量計，主要是減少壓力損失，安裝方便，但要注意熱導(dǎo)式風(fēng)量計是點測量，一定要在標(biāo)定的前提下，找準(zhǔn)代表平均流速的測量點，以確定熱導(dǎo)式風(fēng)量計的插入位置。對于直管道很短的風(fēng)量測量可以考慮選用橫截面積式風(fēng)量計，但要注意橫截面積式風(fēng)量計相對于其它差壓式風(fēng)量計，測量信號很小，必須選用精度微差壓變送器；也可以考慮選用V內(nèi)錐式流量計。無論選用那種流量計，測出的風(fēng)量最終都要轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量顯示 5.4其它測點 5.4.1氧量表 煙氣含氧量的測量對于指導(dǎo)循環(huán)流化床鍋爐的運行十分重要，一般在省煤器出口煙道兩側(cè)各設(shè)一個氧量測點，也可

13、以在空氣預(yù)熱器出口煙道兩側(cè)設(shè)1點，用于檢測空氣預(yù)熱器漏風(fēng)情況。 5.4.2電動執(zhí)行器 電動執(zhí)行器是提高循環(huán)流化床鍋爐自動化水平必不可少的執(zhí)行單元。它可以大大減少一線工人的勞動強度，及時應(yīng)對故障處理。在資金允許的情況先，建議送風(fēng)機出口風(fēng)門、二次風(fēng)機出口風(fēng)門、引風(fēng)機入口風(fēng)門、上下一次風(fēng)各風(fēng)門、高壓風(fēng)機出口風(fēng)門、二次風(fēng)風(fēng)門選用電動每年。送風(fēng)機、引風(fēng)機、二次風(fēng)機如選用變頻電機，可以考慮取消相應(yīng)的電動門。由于很少操作回料系統(tǒng)的輸送風(fēng)風(fēng)門、松動風(fēng)風(fēng)門及撥煤風(fēng)風(fēng)門等，可以選用手動門就地操作。 5.4.3風(fēng)機參數(shù)監(jiān)測 風(fēng)機是電廠的重要主附設(shè)備。一旦出現(xiàn)故障，巡檢不及時，必然會給電廠造成很大的經(jīng)濟損失且易擴大事故。因此，風(fēng)機參數(shù)的在線監(jiān)測十分重要。主要監(jiān)測的參數(shù)有風(fēng)機電流、定子溫度、軸承溫度和風(fēng)機振動等。 6結(jié)束語 綜上所述，循環(huán)流化床技術(shù)作為高效、潔凈、低污染的燃煤技術(shù)，在我國將得到越來越廣泛的應(yīng)用。通過對原125MW循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計熱工測點的設(shè)計和兩年的實際運行證明，熱工測點數(shù)量、測點布置及儀表選型基本能夠滿足生產(chǎn)運行需要。 因循環(huán)流化床鍋爐燃燒的復(fù)雜性和對循環(huán)流化床還缺乏經(jīng)驗和深入了解。目前循環(huán)流化床鍋爐自動控制技術(shù)仍存在許多難題需在生產(chǎn)研究和安裝調(diào)試中逐步完善。 參考文獻： 1 火力發(fā)電廠