330 MW發(fā)電機(jī)組CFB鍋爐控制系統(tǒng)簡(jiǎn)析

劉 剛

（華能白山煤矸石發(fā)電有限公司，吉林 白山134700）

0 引言

煤的循環(huán)流化燃燒技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新型燃煤技術(shù)，由于其具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、爐內(nèi)脫硫SO2控制廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)而得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1 鍋爐概況

華能白山發(fā)電公司2×330 MW機(jī)組是采用哈鍋具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CFB鍋爐技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的1 180 t／h循環(huán)流化床亞臨界參數(shù)、一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，DCS控制系統(tǒng)采用GE新華控制公司的OC6000e系統(tǒng)。

2 CFB鍋爐燃燒過程控制特點(diǎn)

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐由爐膛、分離器、回料閥構(gòu)成了其物料熱循環(huán)回路，煤與石灰石在燃燒室內(nèi)完成燃燒及脫硫反應(yīng)，產(chǎn)生的煙氣分別進(jìn)入4個(gè)分離器，進(jìn)行氣固兩相分離，經(jīng)過分離器凈化過的煙氣進(jìn)入尾部煙道。

CFB鍋爐與常規(guī)鍋爐控制對(duì)象相比，其汽水子系統(tǒng)的控制特性類似于常規(guī)鍋爐，主要不同點(diǎn)在于燃燒子系統(tǒng)，主要特性如下：（1）燃料顆粒大，燃燒速度慢、時(shí)間長(zhǎng)，燃燒控制有較大滯后特性。（2）燃燒分密相和稀相兩個(gè)區(qū)，燃料處于流動(dòng)狀態(tài)，這對(duì)燃燒控制有較大影響。（3）一次風(fēng)是保證流化所必須的，風(fēng)量太小，不足流化；風(fēng)量太大，不能保證欠氧燃燒，影響脫硫脫硝效率。（4）床層溫度影響鍋爐運(yùn)行中的脫硫效率及NOx的產(chǎn)生量。（5）床料厚度影響燃燒狀態(tài)。（6）爐內(nèi)脫硫需對(duì)石灰石量進(jìn)行控制。

燃燒子系統(tǒng)所涉及的幾個(gè)主要自動(dòng)控制回路包括燃料量控制、汽包水位控制、過熱汽溫控制、床溫控制、風(fēng)量控制、料層差壓控制、爐膛差壓控制、石灰石控制等。由于流化床鍋爐汽包水位控制和過熱汽溫控制特性與煤粉爐幾乎相同，在此不作分析，本文只針對(duì)與CFB鍋爐燃燒相關(guān)的其他主要控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2.1 燃料量控制

燃料量控制采用串級(jí)調(diào)節(jié)方案，主汽壓力設(shè)定值作為主調(diào)節(jié)器的給定值，主調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)主汽壓力，該調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值；副調(diào)節(jié)器主要用來控制鍋爐的燃料量，副調(diào)節(jié)器的輸出作為鍋爐總給煤量的輸出值?？偨o煤量通過平衡模塊分配到鍋爐的左右側(cè)共4條給煤線實(shí)現(xiàn)煤量控制。

2.2 床溫控制

CFB鍋爐控制的特點(diǎn)是保持床溫穩(wěn)定，避免發(fā)生結(jié)焦與熄火。在實(shí)際運(yùn)行過程中，床溫隨負(fù)荷而改變。床溫控制的設(shè)定值是由鍋爐負(fù)荷經(jīng)函數(shù)器f（x）生成并可由運(yùn)行人員依靠經(jīng)驗(yàn)調(diào)整。為了提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，通過選擇功能模塊將鍋爐負(fù)荷信號(hào)和給煤量信號(hào)中較大的一個(gè)值作為前饋信號(hào)引入，這是因?yàn)槊毫孔兓盘?hào)和床溫變化之間有較大的遲延，而床溫調(diào)節(jié)器的輸出用于對(duì)一次風(fēng)量等信號(hào)進(jìn)行校正。

2.3 風(fēng)量控制

進(jìn)入爐膛的總風(fēng)量由一次風(fēng)量和二次風(fēng)量的總和構(gòu)成。CFB鍋爐風(fēng)量控制包括一、二次風(fēng)比例配置，一次風(fēng)控制和二次風(fēng)控制。

2.3.1 一次風(fēng)控制

一次風(fēng)控制主要有一次風(fēng)量控制和一次風(fēng)壓控制。一次風(fēng)量控制主要通過一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的開度變化實(shí)現(xiàn)，機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)過函數(shù)器f（x）后生成與當(dāng)前負(fù)荷對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓信號(hào)減去二次風(fēng)偏置，得到的一次風(fēng)壓設(shè)定值，再與一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓相減，所得差值作為一次風(fēng)量調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)。調(diào)節(jié)器輸出指令經(jīng)平衡模塊平衡后，分別輸出用于控制左右一次風(fēng)機(jī)擋板。一次風(fēng)壓控制由一次風(fēng)機(jī)的液耦控制風(fēng)機(jī)出力完成，左、右側(cè)爐膛風(fēng)室壓力值中較大的一個(gè)，經(jīng)延時(shí)并與機(jī)組負(fù)荷指令微分信號(hào)求和后，作為一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，然后與空預(yù)器出口一次風(fēng)壓力值相減后得到的差值作為一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，調(diào)節(jié)器輸出指令經(jīng)平衡模塊平衡后，分別輸出用于控制左右一次風(fēng)機(jī)液力耦合器，完成一次風(fēng)壓的控制。同時(shí)一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板還兼顧調(diào)節(jié)床壓的作用，為保證正常流化，設(shè)最小一次風(fēng)量下限。

2.3.2 二次風(fēng)控制

（1）二次風(fēng)控制主要有二次風(fēng)量控制和二次風(fēng)壓控制。二次風(fēng)量控制由控制二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板的開度實(shí)現(xiàn)，燃料主控輸出指令經(jīng)函數(shù)器f（x）后生成的與當(dāng)前負(fù)荷對(duì)應(yīng)的風(fēng)量信號(hào)，經(jīng)氧量校正后形成風(fēng)量指令信號(hào)，風(fēng)量指令信號(hào)作為二次風(fēng)量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，調(diào)節(jié)器的輸出指令為二次風(fēng)擋板的總操指令。二次風(fēng)的調(diào)節(jié)擋板在每一個(gè)燃燒室內(nèi)分上下2個(gè)，共4個(gè)。二次風(fēng)壓控制由控制二次風(fēng)機(jī)液耦出力控制，機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)器f（x）后生成與當(dāng)前負(fù)荷對(duì)應(yīng)的二次風(fēng)母管壓力作為二次風(fēng)壓調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，再與二次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓相減后得到的差值作為二次風(fēng)壓調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，調(diào)節(jié)器輸出指令經(jīng)平衡模塊平衡后，分別輸出用于控制左右一次風(fēng)機(jī)液力耦合器，完成二次風(fēng)壓的控制。（2）一次風(fēng)量控制和二次風(fēng)量控制還要分別受到床溫控制系統(tǒng)的校正?？傦L(fēng)量的改變受到風(fēng)煤比限制，這與常規(guī)煤粉爐鍋爐是相同的，所不同的是要進(jìn)行一、二次風(fēng)量的比例配置，通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的配比可以實(shí)現(xiàn)對(duì)床溫的控制。二次風(fēng)由于進(jìn)入爐膛的高度不同，因此又分為上二次風(fēng)和下二次風(fēng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)上下二次風(fēng)量之間的比例控制也是風(fēng)量控制系統(tǒng)的一個(gè)任務(wù)，通過控制這個(gè)比例可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SO2、NOx排放控制。根據(jù)煤種不同，一次風(fēng)量大概占總風(fēng)量的50%～60%，二次風(fēng)量約占總風(fēng)量的40%～50%，通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)量來控制鍋爐總風(fēng)量，總風(fēng)量的控制效果則是依據(jù)煙氣含氧量的測(cè)量值來進(jìn)行判斷。在運(yùn)行過程中根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整一、二次風(fēng)配比，保證CFB鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 料層差壓控制

（1）料層差壓值反映燃燒室料層厚度，差壓值越高，料層厚度越大。料層過薄，易引起局部結(jié)渣，造成放渣含碳量高，增大灰渣熱損失。料層過厚會(huì)增加風(fēng)機(jī)壓頭，風(fēng)機(jī)電耗增加，鍋爐效率下降。（2）料層差壓可通過調(diào)節(jié)爐底排渣速度的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。由機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)發(fā)生器f（x）產(chǎn)生與當(dāng)前負(fù)荷大小對(duì)應(yīng)的料層差壓設(shè)定值，與實(shí)際料層差壓相減，所得差值送入料層差壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出用于控制滾筒冷渣器的變頻轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制爐底排渣的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)料層厚度的控制。

2.5 爐膛負(fù)壓控制

爐膛負(fù)壓控制采用前饋的單回路控制結(jié)構(gòu)，左、右側(cè)燃燒室上部壓力取平均值后，與爐膛負(fù)壓設(shè)定值相減后得到的差值作為爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)平衡模塊平衡后分別控制2臺(tái)引風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉開度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛負(fù)壓的控制。由于CFB鍋爐燃燒的特殊性，一次風(fēng)量和二次風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)過一段時(shí)間爐膛負(fù)壓才發(fā)生變化，因此把總風(fēng)量的微分作為爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器的前饋信號(hào)，以提高一、二次風(fēng)變化時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

2.6 石灰石控制

石灰石控制系統(tǒng)的目的是通過加入適量的石灰石，保證最佳的脫硫效果，石灰石系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值石灰石量主要取決于煤量，這一煤量需用煤和石灰石的鈣硫比來修正，由于煙氣中的SO2是此系統(tǒng)的被控量，故還需引入SO2校正。石灰石調(diào)節(jié)器的輸出指令用于控制石灰石給料閥電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使石灰石粉通過給料閥和氣力輸送系統(tǒng)送至爐膛進(jìn)行SO2吸收反應(yīng)。同時(shí)，改變石灰石給料量也可作為調(diào)節(jié)床溫的輔助手段，床溫過高，可用增大石灰石供給和減少排渣量的方法來增加床料總量以降低床溫；床溫過低時(shí)則反之。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，本公司CFB鍋爐燃燒過程的自動(dòng)控制，尚存在很多不完善的地方，控制中所采用的各函數(shù)發(fā)生器f（x）中曲線值均由生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)得出，CFB鍋爐燃燒系統(tǒng)各參數(shù)之間耦合關(guān)系較強(qiáng)，控制難度較大，對(duì)鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷的優(yōu)化改造，是機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必由之路。

［1］黨黎軍，趙志丹，王樂畢.循環(huán)流化床機(jī)組控制與保護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008