300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析

石建磊

【摘要】作為一種污染小、高效能以及潔凈的燃煤技術(shù)，循環(huán)流化床已經(jīng)開(kāi)始逐漸在我國(guó)廣泛運(yùn)用，特別是運(yùn)用在供熱機(jī)組當(dāng)中。然而，當(dāng)前循環(huán)流化床機(jī)組的自動(dòng)控制情況令人堪憂(yōu)，而強(qiáng)化對(duì)循環(huán)流化床自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)一步研究，是一項(xiàng)極為急迫且有必要的工作項(xiàng)目，對(duì)循環(huán)流化床機(jī)組的更進(jìn)一步運(yùn)用具有十分深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。本文我們就針對(duì)300MW流化床鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與探討。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床機(jī)組；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；分析；思路

前言

我國(guó)所運(yùn)用的循環(huán)流化床鍋爐存在一定的問(wèn)題，具體表現(xiàn)在鍋爐大型化發(fā)展難度系數(shù)大、自動(dòng)化水平較低。循環(huán)流化床不管是在結(jié)構(gòu)方面還是在運(yùn)作操作方面，都和常規(guī)的煤粉鍋爐有著極大的差別。在實(shí)際的運(yùn)作操作上，循環(huán)流化床鍋爐更為復(fù)雜化，不但需要確保各項(xiàng)參數(shù)（蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓以及蒸汽溫度等）在指定的范疇以?xún)?nèi)，進(jìn)而獲取更為經(jīng)濟(jì)性的燃燒，同時(shí)還必須控制床壓與床溫在一定的范疇以?xún)?nèi)。

一、機(jī)組概況

某熱電廠(chǎng)工程建設(shè)規(guī)模為2×300MW循環(huán)流化床直接空冷抽汽機(jī)組。該工程鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐，汽輪機(jī)采用哈汽集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界、單軸、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單抽供熱直接空冷機(jī)組。它是目前山西已投產(chǎn)單機(jī)容量最大的循環(huán)流化床鍋爐，DCS控制系統(tǒng)采用北京國(guó)電智深的EDPF-NT系統(tǒng)，在調(diào)試階段，對(duì)原邏輯進(jìn)行修改與優(yōu)化，兩臺(tái)機(jī)組168試運(yùn)階段均順利長(zhǎng)期投入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)效果良好。

二、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制方式

1、將鍋爐作為基本的一種控制方式。在控制方面，采取鍋爐跟隨為基本的協(xié)調(diào)控制模式，負(fù)荷命令同時(shí)發(fā)給鍋爐與汽機(jī)兩邊。在鍋爐的一邊，利用前饋的比例控制實(shí)現(xiàn)對(duì)其的有效控制，使鍋爐能夠迅速實(shí)現(xiàn)加減鍋爐主控命令，進(jìn)而對(duì)主汽壓力進(jìn)行粗略的調(diào)節(jié)，主汽壓力的偏差信號(hào)到達(dá)鍋爐主控PID，進(jìn)而對(duì)其實(shí)現(xiàn)細(xì)致的調(diào)整。

2、汽機(jī)跟隨的方式，鍋爐主控為人工手控，而汽機(jī)主控回路保持自動(dòng)模式，利用汽機(jī)主汽門(mén)開(kāi)度的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整主汽壓力的目標(biāo)。

3、手動(dòng)的方式，汽機(jī)與鍋爐的主控回路，都采取人工手動(dòng)操作的方式。

4、鍋爐跟隨的方式，汽機(jī)主控為人工手控，而鍋爐主控回路保持自動(dòng)模式，利用鍋爐燃燒率的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整主汽壓力的目標(biāo)。

三、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制思路

鍋爐主控的壓力設(shè)定值形成壓力定值回路，當(dāng)負(fù)荷升降時(shí)，在鍋爐主控中增加各種變量的前饋信號(hào)，這些變量時(shí)間和延遲時(shí)間為鍋爐的慣性時(shí)間，這樣保證機(jī)、爐動(dòng)作從時(shí)間上相互匹配，確保了燃料主控的及時(shí)性并將鍋爐主控與汽機(jī)主控協(xié)調(diào)控制，克服了汽機(jī)主控調(diào)節(jié)及時(shí)、鍋爐慣性時(shí)間大的問(wèn)題，基于以上原理確定了機(jī)組的協(xié)調(diào)控制方案如下。

1、鍋爐主控調(diào)節(jié)

以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制，其鍋爐控制指令由機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令前饋、主汽壓力偏差前饋、預(yù)加減煤前饋、汽包壓力微分前饋、主汽壓力指令微分前饋、主汽壓力偏差微分前饋、床溫修正前饋及鍋爐主控壓力調(diào)節(jié)器輸出構(gòu)成。其中重點(diǎn)考慮的是預(yù)加減煤前饋與實(shí)際負(fù)荷指令前饋，這兩個(gè)前饋分別采用不同的函數(shù)對(duì)鍋爐主控進(jìn)行修正。其中的函數(shù)是在機(jī)組運(yùn)行中依據(jù)鍋爐具體運(yùn)行工況進(jìn)行總結(jié)計(jì)算，在機(jī)組升降負(fù)荷的過(guò)程中，通過(guò)估算出的各種前饋信號(hào)對(duì)應(yīng)的不同負(fù)荷段所需的煤量，對(duì)燃料主控快速做出粗調(diào)。鍋爐主控調(diào)節(jié)器的主要作用是，鍋爐在負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，主汽壓力維持在與負(fù)荷相適應(yīng)的主汽壓力定值范圍內(nèi)。當(dāng)負(fù)荷穩(wěn)定后，根據(jù)主汽壓力的偏差修正鍋爐主控的輸出以增減給煤量。由于各種前饋的作用，鍋爐與汽機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)相互配合。

2、汽機(jī)主控調(diào)節(jié)

汽機(jī)主控主要控制機(jī)組負(fù)荷，負(fù)荷指令由由三部分組成：（1）通過(guò)速率后的目標(biāo)負(fù)荷；（2）不同不等率對(duì)應(yīng)一次調(diào)頻的動(dòng)作值；（3）主汽壓力拉回函數(shù)。其中壓力拉回函數(shù)采用不同的速率之后的壓力設(shè)定值與三選后的實(shí)際壓力之差進(jìn)行函數(shù)折算，對(duì)目標(biāo)負(fù)荷進(jìn)行修正，以保證機(jī)前壓力的穩(wěn)定性。汽機(jī)主控增加調(diào)門(mén)高低限制，當(dāng)速率之后的壓力設(shè)定值與三選后的實(shí)際壓力之差如果低于某一值時(shí)，主控輸出下限即為當(dāng)前值，調(diào)門(mén)關(guān)閉鎖，否則，壓力偏差會(huì)繼續(xù)增大，相反地，如果壓力設(shè)定值與三選后的實(shí)際壓力之差高于某一值時(shí)，調(diào)門(mén)上限保持為當(dāng)前值，閉鎖開(kāi)調(diào)門(mén)，否則壓力會(huì)更低。

3、燃燒控制調(diào)節(jié)

在燃燒控制系統(tǒng)里，給煤量控制、一次風(fēng)量控制、二次風(fēng)量控制是系統(tǒng)的重點(diǎn)。燃料主控調(diào)節(jié)接受鍋爐主控的控制指令，燃料控制通過(guò)八臺(tái)給煤機(jī)的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)量的調(diào)整較復(fù)雜些，進(jìn)入爐膛的風(fēng)主要是一次風(fēng)和二次風(fēng)，一次風(fēng)主要起流化作用并可調(diào)整床溫，二次風(fēng)起助燃作用。在一次風(fēng)系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)節(jié)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)液耦開(kāi)度來(lái)保證一次風(fēng)量，通過(guò)調(diào)節(jié)爐底左右側(cè)流化風(fēng)擋板開(kāi)度來(lái)保證進(jìn)入爐膛的一次風(fēng)量，其設(shè)定值主要由機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷對(duì)應(yīng)一次風(fēng)量指令修正函數(shù)算出，并接受床溫控制系統(tǒng)的修正。一次風(fēng)量調(diào)節(jié)中用負(fù)荷指令取系數(shù)作為前饋加在一次風(fēng)的指令中，讓一次風(fēng)量先動(dòng)作，改變鍋爐的流化狀態(tài)，讓流化床釋放或吸收鍋爐的蓄熱。

四、參數(shù)整定

流化床鍋爐CCS方式下，鍋爐的大慣性、大延遲的特點(diǎn)決定主蒸汽壓力控制系統(tǒng)滯后較大，如何解決壓力響應(yīng)慢的問(wèn)題，如何解決流化床鍋爐的壓力響應(yīng)問(wèn)題，是決定整個(gè)流化床機(jī)組協(xié)調(diào)品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)鍋爐特性，保證一次風(fēng)先動(dòng)作是整個(gè)變負(fù)荷過(guò)程的關(guān)鍵步驟。機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化后主蒸汽壓力跟隨變化，鍋爐主控PID輸出給燃料主控PID，直至給煤機(jī)的給煤量發(fā)生變化，給煤量變化后，燃煤進(jìn)入爐膛，爐膛燃燒的發(fā)生變化才引起蒸汽壓力有所變化。因此在系統(tǒng)整定時(shí)對(duì)各個(gè)參數(shù)都進(jìn)行了仔細(xì)調(diào)整，鍋爐主控PID作為主PID，其作用不能太強(qiáng)，尤其是積分作用，否則極易引起主汽壓力的振蕩。燃料PID作為末級(jí)PID，要求其快速響應(yīng)前級(jí)PID的輸出，減少調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滯后，在參數(shù)調(diào)整中主要考慮到鍋爐的前饋和壓力修正相互配合問(wèn)題。

五、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，改機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自試運(yùn)以來(lái)到至進(jìn)一直投入，其變負(fù)荷能力強(qiáng)，這對(duì)同類(lèi)型循環(huán)流化床鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投運(yùn)具有一定的參考價(jià)值，同時(shí)也為其他機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投運(yùn)提供了很好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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