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大型火電廠１２５ＭＷ循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試分析
（作者未知） 2010/5/26
大型火電廠１２５ＭＷ循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試分析
摘要：本文根據(jù)筆者多年火電工程施工實(shí)踐，詳細(xì)分析介紹了循環(huán)流化床鍋爐動(dòng)態(tài)特性及自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，并結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)125MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)其熱工參數(shù)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及DCS控制作了簡(jiǎn)要介紹。
關(guān)鍵詞：大型火電廠；循環(huán)流化床鍋爐；聯(lián)動(dòng)控制；熱工參數(shù)測(cè)點(diǎn)；DCS控制
前言
循環(huán)流化床鍋爐是國際上20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的新型燃燒技術(shù)，它的成功應(yīng)用使循環(huán)流化床鍋爐獲得了迅速發(fā)展。由于循環(huán)流化床鍋爐自身的特點(diǎn)，在運(yùn)行操作時(shí)不同于層燃爐和煤粉爐，一旦運(yùn)行中不能滿足其諸多熱工參數(shù)的特殊要求，極易造成鍋爐出力不足、燃燒效率低、磨損嚴(yán)重、床溫偏高、分離效率低、回料器堵灰、結(jié)礁停爐等現(xiàn)象，因此，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)控制的設(shè)計(jì)與安裝調(diào)試進(jìn)行探討具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
2循環(huán)流化床鍋爐動(dòng)態(tài)特性分析
循環(huán)流化床鍋爐在動(dòng)態(tài)特性上不同于煤粉爐，主要表現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)流化層大熱容量的熱平衡特性。這種特性及其隨運(yùn)行工況不同而變化的特性，造成了循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的困難，據(jù)文獻(xiàn)：在燃料量擾動(dòng)下，主蒸汽壓力被控對(duì)象的特性為：
G(s)=
在燃料量擾動(dòng)下，床溫被控對(duì)象的特性為：
G(s)=
在一次風(fēng)量擾動(dòng)下，床溫被控對(duì)象的特性為：
G(s)=
3循環(huán)流化床鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)
循環(huán)流化床鍋爐與普通鍋爐相比耦合關(guān)系更復(fù)雜，各參數(shù)間的耦合關(guān)系如表1所示。
從表1可看出，給水流量和減溫水流量與循環(huán)流化床鍋爐其它變量間的耦合關(guān)系較弱，可以獨(dú)立自成系統(tǒng)，因此，循環(huán)流化床鍋爐的汽包水位控制和減溫水控制與煤粉爐一樣。燃燒控制一直是公認(rèn)的難題，循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制的系統(tǒng)如下。
3.1 給煤量控制系統(tǒng)
由于循環(huán)流化床鍋爐煤粒較粗，燃燒過程復(fù)雜，并且由于其燃燒室內(nèi)的床料具有相當(dāng)大的熱慣性和蓄熱能力，因此當(dāng)給煤量改變后，主蒸汽壓力的響應(yīng)比煤粉鍋爐的遲延和慣性要大得多，經(jīng)實(shí)際測(cè)算，對(duì)于一臺(tái)125MW循環(huán)流化床鍋爐，僅純遲延就有5～15min。循環(huán)流化床鍋爐的非線性強(qiáng)，又具有時(shí)變特性，難以建立有效的預(yù)估和補(bǔ)償手段。鍋爐壓力調(diào)節(jié)回路也曾嘗試使用“直接能量平衡”的控制結(jié)構(gòu)，但“熱量信號(hào)”并不比主蒸汽壓力信號(hào)變化靈敏，所以調(diào)節(jié)效果不太理想。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，即使采用主蒸汽流量前饋的控制結(jié)構(gòu)，變負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)品質(zhì)也難以得到理想效果。因此建議配備循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)組最好運(yùn)行在“機(jī)跟爐”方式下，由鍋爐根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令調(diào)節(jié)給煤量，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。
3.2 一次風(fēng)壓控制系統(tǒng)
一次風(fēng)壓力控制系統(tǒng)的目的是為保持一次風(fēng)壓與給煤量相匹配。一次風(fēng)壓通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)入口擋板的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，一次風(fēng)壓設(shè)定值是燃料量指令和床溫測(cè)量值與給定值偏差的函數(shù)。
3.3 床溫控制系統(tǒng)
循環(huán)流化床一般將床溫控制在850～900℃，這是最佳脫硫、脫硝的溫度范圍。根據(jù)鍋爐的要求，調(diào)節(jié)床溫的手段一是通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的配比;二是通過調(diào)節(jié)給煤量。但是通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)配比來調(diào)節(jié)床溫的調(diào)節(jié)能力有限，通過調(diào)節(jié)燃料量調(diào)節(jié)床層溫度，必然使鍋爐主蒸汽壓力發(fā)生波動(dòng)。因此在調(diào)試中對(duì)床溫自動(dòng)控制回路進(jìn)行了修改，僅用一次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。為保證床料的良好流化，一次風(fēng)量必須控制在一定范圍內(nèi)，在床溫的控制回路設(shè)置了死區(qū)，在床溫與給定值的偏差大于死區(qū)后才調(diào)整一次風(fēng)流化風(fēng)門。由于一次風(fēng)流化風(fēng)門的床溫調(diào)節(jié)只是在±30℃，因此當(dāng)床溫大幅度改變時(shí)，需要通過改變一次風(fēng)壓力設(shè)定值來進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)。采用一次風(fēng)流化風(fēng)門和一次風(fēng)入口擋板進(jìn)行床溫聯(lián)合調(diào)整的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.4 二次風(fēng)控制系統(tǒng)
二次風(fēng)控制系統(tǒng)的目的是為了助燃和經(jīng)濟(jì)燃燒，包括二次風(fēng)壓、二次風(fēng)量控制2個(gè)部分。二次風(fēng)壓通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)入口擋板開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)定值是燃料量指令的函數(shù);二次風(fēng)量通過二次風(fēng)檔板進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)定值是燃料量指令和氧量調(diào)節(jié)器輸出的復(fù)合函數(shù)值。
3.5 引風(fēng)控制系統(tǒng)
爐膛壓力通過引風(fēng)機(jī)入口擋板的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為減少爐膛壓力的波動(dòng)，加快調(diào)節(jié)速度，在引風(fēng)控制系統(tǒng)中加入送風(fēng)機(jī)入口擋板和一次風(fēng)機(jī)入口擋板開度的指令前饋信號(hào)。
4大型循環(huán)流化床機(jī)組的聯(lián)動(dòng)控制分析
湖南一大型火電廠6號(hào)機(jī)組由2臺(tái)125MW循環(huán)流化床鍋爐、1臺(tái)200MW聯(lián)合供熱式汽輪機(jī)組成，在安裝調(diào)試過程中，采用了以鍋爐調(diào)節(jié)有功功率、汽輪機(jī)（未完，下一頁）
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