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    在我國環(huán)保要求日益嚴(yán)格、火電廠煤種變化較大和煤質(zhì)較差的情況下，循環(huán)流化床(CFB)將成為火電廠優(yōu)選的技術(shù)之一。目前，300 MW CFB鍋爐機(jī)組是世界上在運(yùn)最大的CFB鍋爐機(jī)組，我國首臺300 MW CFB鍋爐機(jī)組為四川白馬lx300 MWCFB示范工程機(jī)組，該機(jī)組于2006年4月17日完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)。隨后，又有云南大唐國際紅河發(fā)電廠、秦皇島熱電廠、北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠等同類機(jī)組相繼完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)，投入商業(yè)運(yùn)行。以上機(jī)組均為帶外置床的300 MWCFB鍋爐機(jī)組，由于該類型機(jī)組投運(yùn)時間不長，對其控制特性的認(rèn)識還不夠深入，故對其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化成為重要課題。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    某電廠2 x300 MW新建機(jī)組為帶外置床的300MW CFB鍋爐機(jī)組。鍋爐島為上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)法國ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的SG - 1065/17.5 -M804型鍋爐，由褲衩型雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)爐膛、高溫絕熱旋風(fēng)分離器、自平衡“U”形回料閥、外置床、冷渣器和尾部對流煙道組成。DCS系統(tǒng)采用和利時公司的MACSV系統(tǒng)。本文參考已投運(yùn)的同類型機(jī)組的運(yùn)行情況，結(jié)合制造廠的控制邏輯方案，對機(jī)組控制策略進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使其順利通過168 h試運(yùn)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿足機(jī)組運(yùn)行和電網(wǎng)的各種要求。
1、控制特點(diǎn)分析
1.1 300 MW CFB鍋爐與小型CFB鍋爐的區(qū)別
1.1.1鍋爐的設(shè)備和結(jié)構(gòu)不同
    小型CFB鍋爐沒有外置床，受熱面均布置在爐內(nèi)。本型300 MW CFB鍋爐布置有4臺外置床，分別為左側(cè)爐膛中過外置床、左側(cè)爐瞠高再一低過外置床、右側(cè)爐膛中過外置床和右側(cè)爐膛高再一低過外置床，外置床用于床溫控制和再熱汽溫控制。來自旋風(fēng)分離器的高溫物料一部分經(jīng)密封槽回到爐膛，一部分通過錐型閥進(jìn)入外置床，在外置床中的受熱面進(jìn)行熱交換，放熱后的溫度較低的物料最后從外置床另一端進(jìn)入爐膛，與爐膛內(nèi)的床料混合。
    小型CFB鍋爐只有一個爐膛，物料在一個床上進(jìn)行流化燃燒。本型300 MW CFB鍋爐為褲衩型雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)爐膛，是雙爐膛結(jié)構(gòu)，物料在左右兩個床上進(jìn)行流化燃燒，中間有一定高度的隔墻分開。“翻床”是雙爐膛結(jié)構(gòu)的流化床鍋爐普遍會發(fā)生的現(xiàn)象．ALSTOM這種結(jié)構(gòu)的流化床鍋爐在國內(nèi)外其他電廠也常常出現(xiàn)“翻床”。
1.1.2鍋爐的控制方式不同
    小型CFB鍋爐的床溫和床壓控制各為l套控制系統(tǒng)，本型300 MW CFB鍋爐的床溫和床壓控制各為2套控制系統(tǒng)，左側(cè)和右側(cè)單獨(dú)控制。
    控制方式最大的不同是床溫控制。小型CFB鍋爐的床溫控制主要是靠調(diào)整一次風(fēng)流量來完成，有時也要利用二次風(fēng)來輔助調(diào)整，調(diào)整手段有限。本型300 MW CFB鍋爐采用了開度可調(diào)的錐型閥控制床溫，通過調(diào)整錐型閥開度有效控制進(jìn)入外置床的灰量，即可控制床溫。
1.2  300 MW CFB鍋爐與煤粉爐的區(qū)別
    本型300 MW CFB鍋爐為帶外置床的300 MWCFB鍋爐，比普通煤粉鍋爐具有更多的輸入／輸出變量，耦合關(guān)系也更為復(fù)雜，其燃燒系統(tǒng)及其控制和煤粉爐有較大的差異，突出表現(xiàn)在循環(huán)和流化兩方面。
1.2.1物料的循環(huán)燃燒
    本型300 MW CFB鍋爐的特點(diǎn)是爐內(nèi)物料循環(huán)和換熱，物料進(jìn)入爐膛密相區(qū)下部后，被高溫物料包圍而迅速著火，并在燃燒室中伴以高速風(fēng)流在沸騰懸浮狀態(tài)下進(jìn)行燃燒。同時，高溫?zé)煔鈹y帶爐料和大部分未燃盡的煤粒飛逸出燃燒室頂部，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的未燃盡燃料由返料器返送回爐膛底部，再次進(jìn)入爐膛循環(huán)燃燒。
1.2.2高溫床料的流化
    本型300 MW CFB鍋爐的燃燒方式是靠高溫床料的流化與進(jìn)入爐膛床上的煤粒進(jìn)行混合和擾動，從而達(dá)到燃燒的效果。一次風(fēng)由爐膛下部的一次風(fēng)箱進(jìn)入，通過布風(fēng)板進(jìn)入燃燒室，擾動由煤和石灰石組成的床料使之流化，并攜帶床料向上移動通過整個燃燒室。為保證整個鍋爐的正常物料循環(huán)，流化風(fēng)量從啟動到帶滿負(fù)荷基本要求固定風(fēng)量。
1.2.3配風(fēng)方式
    煤粉爐的配風(fēng)一般按鍋爐的高度進(jìn)行分層配風(fēng)，燃燒器也隨配風(fēng)進(jìn)行由高到低的布置。本型300 MW CFB鍋爐的風(fēng)系統(tǒng)比一般常規(guī)煤粉爐復(fù)雜。主要由一、二次風(fēng)、返料風(fēng)和播煤風(fēng)等組成。一次風(fēng)可分為兩路，一路一次風(fēng)通過布風(fēng)板進(jìn)入燃燒室使床料流化，這是CFB鍋爐特有的送風(fēng)方式。另一路一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的不同高度上進(jìn)人燃燒室，補(bǔ)充懸浮區(qū)燃燒需用的空氣量，使燃料在上升的過程中實(shí)現(xiàn)分級燃燒。一部分二次風(fēng)還可作為播煤風(fēng)和正壓輸煤系統(tǒng)的密封風(fēng)。
2、協(xié)調(diào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1運(yùn)用前饋指令提高變負(fù)荷速率
    本型300 MW CFB鍋爐燃料側(cè)擾動的純遲延和慣性時間都較煤粉爐要大，這是由于燃料在爐內(nèi)和爐外（外置床）通過多次循環(huán)才能燃盡釋放出所有熱量。為提高控制品質(zhì)，在鍋爐控制中引入了前饋控制。通過前饋控制可以提高鍋爐的響應(yīng)速度，同時還能有效克服給煤量超調(diào)造成的較大動態(tài)偏差，其控制回路如圖1所示。前饋控制主要包括以下幾方面。
    a．采用負(fù)荷指令作為鍋爐側(cè)能量需求信號。負(fù)荷指令最早反映負(fù)荷的變化需求，因此采用它作為鍋爐側(cè)的能量需求信號形成鍋爐主控指令的前饋信號能加快鍋爐對負(fù)荷的響應(yīng)。
    b．采用并行前饋控制。鍋爐主控指令并行為各子系統(tǒng)（如：燃料量控制及風(fēng)量控制等）建立前饋設(shè)定值，改善鍋爐對負(fù)荷指令變化的快速響應(yīng)性。
    c．鍋爐動態(tài)加速控制。在負(fù)荷變化過程中，針對燃料、送風(fēng)等對負(fù)荷變化不同的響應(yīng)時間，建立不同的超調(diào)信號，用于對動態(tài)響應(yīng)過程的校正，通過對指令的過調(diào)（負(fù)荷上升時）和欠調(diào)（負(fù)荷下降時）作用，加速鍋爐過程控制，改善主汽壓力和溫度的可控性。
2.2 一次風(fēng)量防止“翻床”控制
    一次風(fēng)流量控制包括左、右側(cè)兩個單獨(dú)的調(diào)節(jié)回路，分別控制兩側(cè)的風(fēng)量。為克服“翻床”事故，就要控制好左、右側(cè)一次風(fēng)流量的相對平衡。這一平衡是建立在左、右側(cè)床壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，運(yùn)行中要保證左、右側(cè)床壓的差值在一定范圍。因此，在一次風(fēng)量控制回路上增加左、右側(cè)床壓校正回路，其輸出增、減左右側(cè)一次風(fēng)量設(shè)定值，控制左、右側(cè)床壓間的差值在一定范圍內(nèi)，其控制回路如圖2所示。
2.3流化風(fēng)防止風(fēng)機(jī)過流控制
    流化風(fēng)系統(tǒng)主要提供回料器、外置床、冷渣器、錐型閥、部分灰道及分離器底部的流化風(fēng)用風(fēng)，通過調(diào)節(jié)擋板保證各支路要求的風(fēng)量。在啟動初期，當(dāng)冷渣器、外置床內(nèi)的床料比較少時，系統(tǒng)阻力小，在風(fēng)機(jī)入口擋板快速開啟時容易造成風(fēng)機(jī)超過出力，此時需對調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)行限制。在高負(fù)荷階段，冷渣器、外置床內(nèi)的床料正常，系統(tǒng)阻力大，開大入口擋板不會出現(xiàn)風(fēng)機(jī)過載，這時需放寬對調(diào)節(jié)器輸出的限制。防止風(fēng)機(jī)過流回路是調(diào)節(jié)器輸出限制的切換回路，當(dāng)啟動初期時，調(diào)節(jié)器輸出限制在50%；當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于30%且風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量大于2臺時，將調(diào)節(jié)器輸出上限切換為70%，其控制回路如圖3所示。
2.4床溫控制防錐型閥卡澀控制
    床溫是流化床鍋爐的重要控制參數(shù)，床溫控制由鍋爐兩側(cè)外置床的回料錐型閥實(shí)現(xiàn)。錐型閥采用電動直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，若長時間停留在某一開度就會引起機(jī)構(gòu)卡澀，如果卡澀較輕可在就地手動操作活動錐型閥以消除故障，卡澀嚴(yán)重時需使用液壓千斤頂才能將錐到閥閥芯頂出，給機(jī)組運(yùn)行帶來極大的不便。
    為克服這種現(xiàn)象，在錐型閥的開度指令上增加一個防卡澀脈沖信號，脈沖信號的時間寬度可以調(diào)整，對錐型閥進(jìn)行間隔性的活動控制。一般設(shè)置為每間隔20 min發(fā)送一個幅值為±2%，時間間隔為30 s的脈沖信號，其控制回路如圖4所示。
2.5燃料的平衡控制
    根據(jù)本型300 MW CFB鍋爐機(jī)組給煤系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)左、右側(cè)2臺稱重給煤機(jī)為分配控制，同側(cè)內(nèi)2臺稱重給煤機(jī)有平衡功能，若l條輸煤線路發(fā)生故障被切除，同側(cè)內(nèi)另一輸煤線路自動將煤量加上。刮板給煤機(jī)變頻控制為隨動控制方式，隨相應(yīng)稱重給煤機(jī)指令成正比變化。只有左、右側(cè)至少有l(wèi)套給煤系統(tǒng)投入自動，才允許投入燃料自動。若左側(cè)或右側(cè)給煤失去，鍋爐MFT動作。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
3、結(jié)束語
    在分析了已投運(yùn)300 MW CFB鍋爐機(jī)組的運(yùn)行情況和制造廠的控制邏輯方案基礎(chǔ)上，結(jié)合小型CFB鍋爐機(jī)組和常規(guī)煤粉爐機(jī)組的控制經(jīng)驗(yàn)，對某300 MW CFB鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，設(shè)計(jì)了有效可行的自動控制方案，基本解決了300 MW CFB鍋爐大遲延、強(qiáng)耦合、非線性等控制難點(diǎn)。機(jī)組投產(chǎn)后控制效果良好，投入AGC，運(yùn)行穩(wěn)定，各主要參數(shù)均控制在要求的范圍內(nèi)，為大型CFB鍋爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒。