MW循环流化床锅炉控制技术.doc

MW循环流化床锅炉控制技术———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 300MW循环流化床锅炉控制技术探讨赵银 王寿福 〔云南大唐国际红河发电有限责任公司， 云南 开远 661600〕摘要：循环流化床 (Circulating Fluidized Bed，以下简称CFB) 锅炉技术作为一种清洁燃煤技术，由于其排放污染低、燃料适应性广、燃烧效率高及负荷适应性强等优点，得到了迅猛的开展，使CFB锅炉日趋大型化然而CFB锅炉的燃烧调节异常复杂和控制之困难也给CFB锅炉的推广起着严重的制约作用，所以迫切需要对CFB锅炉的控制技术进展深入研究关键字：CFB 锅炉 燃烧 风量 煤量 风煤比 调节 FSSS ＭＣＳ 一次风 二次风 高压流化风 炉膛 １、前言CFB属于低温燃烧，氮氧化物排放远低于煤粉炉并可实现燃烧中直接脱硫，脱硫效率高且技术设备简单和经济，可以利用燃料自身含钙量进展自脱硫〔如煤质含钙量较低,需再参加少许的石灰石控制最终的烟气含硫量〕，减少对环境的污染，其脱硫的初投资及运行费用远低于煤粉炉加FGD。

排出的灰渣活性好，易于实现综合利用，无二次灰渣污染CFB锅炉可以将煤矿挑选剩下的煤矸石、劣质煤、煤泥作为燃料来发电大型CFB锅炉的热效率普遍达90%以上，如今目前300MW CFB锅炉热效率典型设计为92.8%锅炉负荷可在30%～100%内不投油稳定运行，负荷变化响应速率可达5%～10%ECR/MIN，比常规煤粉炉负荷变化速率〔3%～5% ECR/MIN〕高从上面可看出，CFB锅炉技术相对常规锅炉来说是很有开展前景的一种燃烧技术在我国目前环保要求日益严格，煤种变化较大和电厂负荷调节范围较大的情况下，CFB成为发电厂和热电厂优选的技术之一，CFB燃烧技术已被运行实践证明是可靠的干净煤燃烧技术，受到人们的高度重视，近年来得到迅速开展容量大型化和蒸汽参数进一步提高是当前CFB锅炉的主要开展方向现300MW大型CFB锅炉在国外实际应用已开场，2006年6月云南大唐国际红河发电公司300MW循环流化床锅炉＃1机组并网发电，这也是过产第一台300MW循环流化床锅炉，现在已经运行近两年CFB锅炉随着新技术应用也会遇上一些新问题虽然CFB锅炉，尤其是中小型CFB锅炉已经大量投入商业化运行,但控制问题一直是循环床锅炉的主要问题之一，其燃烧自动控制系统根本投不上，或投入率很低，实际运行中靠手动操作。

究其原因，在于CFB锅炉燃烧系统的复杂性由于 CFBB自身的工艺特点，它比普通锅炉具有更多的输入和输出变量，耦合关系更加复杂当锅炉负荷发生变化时〔外扰〕，或给水量、给煤量、返料量、减温水量、引风量、一次风量、二次风量等任一输入量〔内扰〕改变时，所有输出量〔如汽包水位、蒸汽温度、蒸汽压力、炉膛负压、氧量、床温等〕都要发生变化，但程度有所不同一般CFB 除燃烧控制系统外，其它控制与一般煤粉炉差异不大，可按一般煤粉炉进展控制，而且这些控制方法已经成熟，控制效果比拟满意但在燃烧控制上确实需要特别研究2、CFB锅炉工艺流程以图1为例，简单说明300MW CFB锅炉的工艺流程〔汽水系统因和常规煤粉锅炉类似，略〕其中：1—燃烧室2—旋风别离器3—烟气加热器：包括过热器、再热器、省煤器、空预器4—外置床换热器5—二次风6—一次风7—锥形阀8—石灰石加料装置9—给煤装置图1：300MW CFB锅炉工艺简图燃烧系统的流程：原煤破碎、筛选后送煤斗，经计量式给煤机进入燃料室底，与炉底来的热一次混合成气、固流化物燃烧热二次风从燃烧室中下部补入，以提供进一步燃尽所需的空气石灰石粉经加料装置参加燃烧室主燃烧区，在料床温度为850℃～950℃的较佳脱硫温度下与硫反响，生成比拟稳定的硫化钙，除去煤中的硫，大大减少烟气中SO2的排放量。

燃烧室出口装有4组高温别离器，用于别离烟气与未燃尽的粗颗粒别离出的颗粒经锥阀，根据控制床温、再热汽温主参数的情况，调节直接返回锅炉的循环料量和经加热器返回锅炉料量的比例在加热器中，两组装中温过热器，两组装末级再热、低温过热器调节装有再热器的回料锥形阀，用于调节再热出口汽温度；调节装有中温过热器的回料锥形阀，那么用于调节锅炉料床温度，过热汽温的主要调节是通过三级过热减温水实现的尾部烟道布置有末级过热器、低温再热器、省煤器和空气预热器，吸收烟气余热烟气经除尘器，由吸风机送入烟囱后，排入大气燃烧产生的灰渣，通过冷渣器冷却后排出同时通过调节灰渣的排放量，来控制锅炉料床的高度，满足运行的平安、经济性要求3、控制系统配置300MW CFB锅炉机组的控制系统典型配置：主控系统采用日立的HIACS-5000M型DCS系统，单元机组I/O点量：约4530点主控系统功能含：DAS、MCS、SCS、FSSS、BPS等汽机的监控包括DEH、MEH、ETS、METS、TSI、TDM等而辅机程控系统包括：化水、输煤、除灰、锅炉补给水、胶球清洗、凝结水精处理、机组加药、吹灰、定排等系统系统功能中，差异和难度最大的为MCS，而其它功能仅因主辅设备配置不同而与常规300MW煤粉炉机组有所差异。

在下面的内容中将重点介绍MCSMCS配置包括如下调节系统：〔1〕机炉协调控制系统分为锅炉根本、汽机根本和机炉协调三种运行方式，含ADS、RB、一次调频等功能在内〔2〕燃料调节包括4套给煤系统，每套给煤又由三级给煤构成，主要采用第一级称重变频给煤机作燃料调节，其它级的给煤是比例随动调节〔3〕一次风量调节包括2套一次风量调节门，使一次风量满足燃料流化和燃烧的要求〔4〕一次风压调节包括2套一次风机系统，可调节一次风机导叶开度改变风机出力，使一次风母管压力满足运行要求〔5〕二次风风量调节包括4套上、下二次风量调节门，满足燃料燃烧的二次风量要求，使锅炉运行到达最正确的含氧量和较高的热效率〔6〕二次风压调节包括2套二次风机系统，调节二次风机动叶开度改变风机出力，使二次风母管压力满足运行要求〔7〕炉膛压力调节包括2套吸风机系统，调节吸风机静叶开度改变风机出力，使炉膛压力满足运行要求〔8〕锅炉床温调节锅炉设计的2套外置床换热器，内装中温过热器，用于锅炉床温调节通过调节回料锥形阀大小，可调节从别离器直达燃烧室的料量和经外置床到燃烧室的循环料量比例大小，来实现锅炉床温的调节〔9〕锅炉床压调节调节4个排渣器调门，使床压满足设定要求，保证锅炉平安、经济运行。

〔10〕流化风母管压力调节类似于一次风压调节，包括5套流化风机，调节流化风机导叶开度改变风机出力，使流化风母管压力满足运行要求〔11〕外置床换热器流化风量调节共4套外置床换热器，每套含3台换热器流化风调门，调节每台换热器流化风调门，使对应风量满足运行要求〔12〕冷渣器流化风量调节共4套冷渣器，每套含2台高压流化风调门，调节每台冷渣器流化风调门，使对应风量满足运行要求〔13〕冷渣器冷却水流量调节每套冷渣器含1台冷渣器冷却水流量调门，用于调节冷渣器出口灰渣温度满足运行要求〔14〕点火器风量调节有1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组共4组启动燃烧点火器，每组有1台点火一次热风量调门，用于调节点火风量满足运行要求 (15) 二次暖风器温度调节有2组暖风器，每组1台辅汽至暖风器调门，调节暖风器出口二次风温满足设定要求〔16〕石灰石给料调节设计有2套给料装置，对应有2套石灰石给料机，控制给料量满足脱硫要求〔17〕燃油压力调节设计4台进油调门，分别控制1套前墙床枪组、1套后墙床枪组和2套风道燃烧器组各自的燃油压力满足运行要求〔18〕过热汽温调节设计有6套三级减温水，调节过热汽温满足进展要求。

〔19〕再热汽温调节低温再热器由2套喷水减温实现，控制低再温度满足运行要求；再热器出口温度的调节由2套外置床再热器灰料再循环锥形调节阀实现〔20〕其它汽水系统的自动调节主要包括：汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位、高/低加水位、给水泵密封水差压、给水泵最小流量、旁路等调节这些调节与常规煤粉炉机组的调节类似，这里就不作介绍了4、模拟量控制CFB锅炉的燃烧系统为大滞后、强耦合、多输入多输出的非线性时变系统，其动态特性比拟复杂大滞后主要表现为：燃料-主汽压力，喷水减温-汽温，外置床再热循环锥形阀-料床温度，二次风量-氧量，石灰石量-烟气硫量等响应的时间较长，一般在3～5分钟左右强耦合与多输入多输出，如：机炉协调控制系统中汽机调门、锅炉燃料调节-负荷、主汽压力的调节属于典型的强耦合与多输入多输出系统非线性，CFB因燃烧系统的复杂性带来控制对象的非线性严重，据文献介绍的某CFB锅炉根据现场辨识的煤量-主汽压力、煤量-床温被控对象模型中，其增益和时间常数在不同的锅炉运行工况下到达两倍的差异，因此采用单一控制参数的常规PID调节器，达不到较理想的调节品质基于CFB锅炉控制对象上述控制特性，借鉴常规煤粉炉上已经应用成功的一些策略和经历，提出在DCS上可实现的控制方案。

〔1〕针对控制对象的大滞后问题，控制中采用串级〔如汽温控制〕和特殊的控制方式〔如DEB协调控制中采用汽机一级压力、汽包压力变化率较迅速、准确地计算出锅炉热负荷〕〔2〕针对控制对象的强耦合与多输入多输出问题，控制中采用解耦、补偿控制方式，如DEB协调控制、比例微分前馈控制等〔3〕针对控制对象的非线性问题，控制中采用变参数自适应PID、函数线性补偿控制等方式4.1 常规控制 火力发电机组DCS模拟量控制系统控制逻辑设计特点DCS模拟量控制系统控制逻辑的设计应具有以下特点，使系统能在各种工况及切换时能平安、稳定运行跟踪和无扰：系统在手自动切换和各种运行方式切换时，要求实现无扰自动调节完善的逻辑功能：在测量值、执行单元故障或逻辑要求时，应自动切为手动；在逻辑要求，应能实现输出的闭锁增/减或超驰增/减；逻辑要求时，应能自动投用调节系统等逻辑功能调节输出带多执行单元的自动分配功能设置单个执行单元偏置及手动设置单个执行单元值后，其他在自动状态的执行单元应实现自动分配；某一执行单元失效〔取消分配〕后其他在自动状态的执行单元的自动叠加；可按各执行单元出力不同设置分配系数等功能4.1.2 CFB锅炉模拟量控制设计下面根据CFB锅炉的特性，结合常规锅炉控制取得的成功经历，建议MCS的各调节系统采用以下设计。

〔1〕机炉协调控制系统通过调节锅炉的燃料和汽机调门开度，实现机组负荷和主汽压力的控制根据控制过程中锅炉、汽机调节被控参数的侧重点不同，可分为锅炉根本、汽机根本和机炉协调三种方式机炉协调控制策略有常规和各种补偿形式设计方案，其中直接能量平衡〔DEB〕协调控制方式是一种比拟适用、有效的方式该方式协调控制是一种考虑了机组能量平衡的自解耦控制，自动补偿机组滑压变动负荷中锅炉蓄热、负荷斜坡变化中调节器静差DEB协调控制方式中所用的主要信号是机组负荷、汽机一级压力、机前压力和汽包压力，调节输出仍是锅炉的燃料和汽机调门DEB协调控制方式实用于物质能量平衡的汽包式单元机组，而与锅炉的燃烧方式无关DEB协调控制方式在常规煤粉炉机组已经成熟应用，在大型CFB机组成功投用的实例也有山东某100MW CFB机组下面是D。