300MW循环流化床锅炉机组协调控制系统分析

300MW循环流化床锅炉机组协调控制系统分析

石建磊

山西国锦煤电有限公司石建磊

摘要：作为一种污染小、高效能以及洁净的燃煤技术，循环流化床已经开始逐渐在我国广泛运用，特别是运用在供热机组当中。

然而，当前循环流化床机组的自动控制情况令人堪忧，而强化对循环流化床自动控制技术的进一步研究，是一项极为急迫且有必要的工作项目，对循环流化床机组的更进一步运用具有十分深远的现实意义。本文我们就针对300MW流化床锅炉机组协调控制系统进行分析与探讨。

关键词：循环流化床机组；协调控制系统；分析；思路

前言我国所运用的循环流化床锅炉存在一定的问题，具体表现在锅炉大型化发展难度系数大、自动化水平较低。循环流化床不管是在结构方面还是在运作操作方面，都和常规的煤粉锅炉有着极大的差别。在实际的运作操作上，循环流化床锅炉更为复杂化，不但需要确保各项参数（蒸汽压力、炉膛负压以及蒸汽温度等）在指定的范畴以内，进而获取更为经济性的燃烧，同时还必须控制床压与床温在一定的范畴以内。

一、机组概况某热电厂工程建设规模为2×300MW循环流化床直接空冷抽汽机组。该工程锅炉采用东方锅炉股份有限公司生产的循环流化床锅炉，汽轮机采用哈汽集团股份有限公司生产的亚临界、单轴、一次中间再热、两缸两排汽、单抽供热直接空冷机组。

它是目前山西已投产单机容量最大的循环流化床锅炉，DCS控制系统采用北京国电智深的EDPF-NT系统，在调试阶段，对原逻辑进行修改与优化，两台机组168试运阶段均顺利长期投入协调控制系统，其调节效果良好。

二、协调控制系统的控制方式1、将锅炉作为基本的一种控制方式。在控制方面，采取锅炉跟随为基本的协调控制模式，负荷命令同时发给锅炉与汽机两边。在锅炉的一边，利用前馈的比例控制实现对其的有效控制，使锅炉能够迅速实现加减锅炉主控命令，进而对主汽压力进行粗略的调节，主汽压力的偏差信号到达锅炉主控PID，进而对其实现细致的调整。

2、汽机跟随的方式，锅炉主控为人工手控，而汽机主控回路保持自动模式，利用汽机主汽门开度的变化，来实现调整主汽压力的目标。

3、手动的方式，汽机与锅炉的主控回路，都采取人工手动操作的方式。

4、锅炉跟随的方式，汽机主控为人工手控，而锅炉主控回路保持自动模式，利用锅炉燃烧率的变化，来实现调整主汽压力的目标。

三、协调控制系统控制思路锅炉主控的压力设定值形成压力定值回路，当负荷升降时，在锅炉主控中增加各种变量的前馈信号，这些变量时间和延迟时间为锅炉的惯性时间，这样保证机、炉动作从时间上相互匹配，确保了燃料主控的及时性并将锅炉主控与汽机主控协调控制，克服了汽机主控调节及时、锅炉惯性时间大的问题，基于以上原理确定了机组的协调控制方案如下。

1、锅炉主控调节以锅炉跟随为基础的协调控制，其锅炉控制指令由机组实际负荷指令前馈、主汽压力偏差前馈、预加减煤前馈、汽包压力微分前馈、主汽压力指令微分前馈、主汽压力偏差微分前馈、床温修正前馈及锅炉主控压力调节器输出构成。其中重点考虑的是预加减煤前馈与实际负荷指令前馈，这两个前馈分别采用不同的函数对锅炉主控进行修正。其中的函数是在机组运行中依据锅炉具体运行工况进行总结计算，在机组升降负荷的过程中，通过估算出的各种前馈信号对应的不同负荷段所需的煤量，对燃料主控快速做出粗调。锅炉主控调节器的主要作用是，锅炉在负荷稳定的情况下，主汽压力维持在与负荷相适应的主汽压力定值范围内。当负荷稳定后，根据主汽压力的偏差修正锅炉主控的输出以增减给煤量。由于各种前馈的作用，锅炉与汽机能够实现相互配合。

2、汽机主控调节汽机主控主要控制机组负荷，负荷指令由由三部分组成：（1）通过速率后的目标负荷；（2）不同不等率对应一次调频的动作值；（3）主汽压力拉回函数。其中压力拉回函数采用不同的速率之后的压力设定值与三选后的实际压力之差进行函数折算，对目标负荷进行修正，以保证机前压力的稳定性。汽机主控增加调门高低限制，当速率之后的压力设定值与三选后的实际压力之差如果低于某一值时，主控输出下限即为当前值，调门关闭锁，否则，压力偏差会继续增大，相反地，如果压力设定值与三选后的实际压力之差高于某一值时，调门上限保持为当前值，闭锁开调门，否则压力会更低。

3、燃烧控制调节在燃烧控制系统里，给煤量控制、一次风量控制、二次风量控制是系统的重点。燃料主控调节接受锅炉主控的控制指令，燃料控制通过八台给煤机的调整来实现。风量的调整较复杂些，进入炉膛的风主要是一次风和二次风，一次风主要起流化作用并可调整床温，二次风起助燃作用。在一次风系统中，通过调节两台一次风机液耦开度来保证一次风量，通过调节炉底左右侧流化风挡板开度来保证进入炉膛的一次风量，其设定值主要由机组目标负荷对应一次风量指令修正函数算出，并接受床温控制系统的修正。一次风量调节中用负荷指令取系数作为前馈加在一次风的指令中，让一次风量先动作，改变锅炉的流化状态，让流化床释放或吸收锅炉的蓄热。

四、参数整定流化床锅炉CCS方式下，锅炉的大惯性、大延迟的特点决定主蒸汽压力控制系统滞后较大，如何解决压力响应慢的问题，如何解决流化床锅炉的压力响应问题，是决定整个流化床机组协调品质的关键技术。根据锅炉特性，保证一次风先动作是整个变负荷过程的关键步骤。机组负荷发生变化后主蒸汽压力跟随变化，锅炉主控PID输出给燃料主控PID，直至给煤机的给煤量发生变化，给煤量变化后，燃煤进入炉膛，炉膛燃烧的发生变化才引起蒸汽压力有所变化。因此在系统整定时对各个参数都进行了仔细调整，锅炉主控PID作为主PID，其作用不能太强，尤其是积分作用，否则极易引起主汽压力的振荡。燃料PID作为末级PID，要求其快速响应前级PID的输出，减少调节系统的滞后，在参数调整中主要考虑到锅炉的前馈和压力修正相互配合问题。

五、结束语总而言之，改机组协调控制系统自试运以来到至进一直投入，其变负荷能力强，这对同类型循环流化床锅炉协调控制系统投运具有一定的参考价值，同时也为其他机组协调控制系统的投运提供了很好的借鉴作用。

参考文献：[1]闫高伟.300MW火电单元机组协调控制系统研究[D].太原理工大学，2003.[2]郭南，邓玮，朱小娟.300MW机组循环流化床锅炉SO_2控制系统研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2010，02：161-162+178.