大型火電廠循環流化床鍋爐機組控制系統設計與安裝調試分析

張學禮 郭子佳 劉德祥 郝慶久

（內蒙古烏海市海勃灣發電廠，內蒙古 烏海 016034）

1 循環流化床鍋爐動態特性分析

循環流化床鍋爐在動態特性上不同于煤粉爐，主要表現在循環流化床鍋爐燃燒室內流化層大熱容量的熱平衡特性。這種特性及其隨運行工況不同而變化的特性，造成了循環流化床鍋爐燃燒過程實現自動控制的困難。

2 循環流化床鍋爐自動控制系統

循環流化床鍋爐與普通鍋爐相比耦合關系更復雜。給水流量和減溫水流量與循環流化床鍋爐其它變量間的耦合關系較弱，可以獨立自成系統，因此，循環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的難題，循環流化床鍋爐燃燒控制的系統如下。

2.1 給煤量控制系統

由于循環流化床鍋爐煤粒較粗，燃燒過程復雜，并且由于其燃燒室內的床料具有相當大的熱慣性和蓄熱能力，因此當給煤量改變后，主蒸汽壓力的響應比煤粉鍋爐的遲延和慣性要大得多，經實際測算，對于一臺循環流化床鍋爐，僅純遲延就有5～15min。循環流化床鍋爐的非線性強，又具有時變特性，難以建立有效的預估和補償手段。鍋爐壓力調節回路也曾嘗試使用“直接能量平衡”的控制結構，但“熱量信號”并不比主蒸汽壓力信號變化靈敏，所以調節效果不太理想。根據試驗結果，即使采用主蒸汽流量前饋的控制結構，變負荷時主蒸汽壓力的調節品質也難以得到理想效果。因此建議配備循環流化床鍋爐的機組最好運行在“機跟爐”方式下，由鍋爐根據機組負荷指令調節給煤量，汽輪機調節主蒸汽壓力。

2.2 一次風壓控制系統

一次風壓力控制系統的目的是為保持一次風壓與給煤量相匹配。一次風壓通過調節一次風機入口擋板的開度進行調節，一次風壓設定值是燃料量指令和床溫測量值與給定值偏差的函數。

2.3 床溫控制系統

循環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。根據鍋爐的要求，調節床溫的手段一是通過調節一、二次風的配比;二是通過調節給煤量。但是通過調節一、二次風配比來調節床溫的調節能力有限，通過調節燃料量調節床層溫度，必然使鍋爐主蒸汽壓力發生波動。因此在調試中對床溫自動控制回路進行了修改，僅用一次風量進行調節。為保證床料的良好流化，一次風量必須控制在一定范圍內，在床溫的控制回路設置了死區，在床溫與給定值的偏差大于死區后才調整一次風流化風門。由于一次風流化風門的床溫調節只是在±30℃，因此當床溫大幅度改變時，需要通過改變一次風壓力設定值來進行聯合調節。采用一次風流化風門和一次風入口擋板進行床溫聯合調整的控制結構。

2.4 二次風控制系統

二次風控制系統的目的是為了助燃和經濟燃燒，包括二次風壓、二次風量控制2個部分。二次風壓通過調節送風機入口擋板開度進行調節，設定值是燃料量指令的函數;二次風量通過二次風檔板進行調節，設定值是燃料量指令和氧量調節器輸出的復合函數值。

2.5 引風控制系統

爐膛壓力通過引風機入口擋板的開度進行調節。為減少爐膛壓力的波動，加快調節速度，在引風控制系統中加入送風機入口擋板和一次風機入口擋板開度的指令前饋信號。

3 125MW循環流化床熱水鍋爐主要熱工測點布設分析

DCS中各測點數據能及時、準確反映鍋爐運行狀況，便于操作人員啟、停爐和負荷調整操作，同時，也便對鍋爐各系統正常運行進行科學實時監控，為事故分析處理提供技術保證。

3.1 溫度測點布置

a.床下啟動燃燒器內套壁穩1點。b.冷風室溫度2點。c.爐膛溫度采用分層布置，料床溫度4點、密相區溫度4點、稀相區溫度4點、爐膛出口溫度4點。d.每臺分離器進/出口、下降管、回料閥各1點。e.各級省煤器、空氣預熱器進/出口分左右各布置2點。f.水系統、風系統視工藝需要布置測點

3.2 壓力測點布置

a.點火油壓1點。b.冷風室壓力2點。c.料床壓力4點。d.密相區壓力2點。e.爐膛出口壓力6點。f.分離器進/出口、各級省煤器、空氣預熱器進/出口煙氣壓力分左右各布置2點。g.水系統、風系統視工藝需要分布測點。

3.3 流量測點布置

3.3.1 流量測點

a.一次風2點。b.上一次風4點。c.下一次風2點。d.二次風總風1點。e.點火風總風1點。f.供水流量1點。

3.3.2 風量儀表選型分析

由于空間限制，工藝管道布置很難滿足風量計對測量直管段長度的要求，影響了測量精度，因此，對于循環流化床鍋爐風量的測量，根據現場情況考證，不贊成加大投資，刻意追求測量精度，主張在相對準確的前提下保證測量信號的穩定性更為實際。經過對幾種流量計的比較，最終選用傳統的機翼式測風裝置。對于大尺寸風管道，也可以考慮選用熱導式風量計，主要是減少壓力損失，安裝方便，但要注意熱導式風量計是點測量，一定要在標定的前提下，找準代表平均流速的測量點，以確定熱導式風量計的插入位置。對于直管道很短的風量測量可以考慮選用橫截面積式風量計，但要注意橫截面積式風量計相對于其它差壓式風量計，測量信號很小，必須選用精度微差壓變送器；也可以考慮選用V內錐式流量計。無論選用那種流量計，測出的風量最終都要轉換成標準狀態下的風量顯示。

3.4 其它測點

3.4.1 氧量表。煙氣含氧量的測量對于指導循環流化床鍋爐的運行十分重要，一般在省煤器出口煙道兩側各設一個氧量測點，也可以在空氣預熱器出口煙道兩側設1點，用于檢測空氣預熱器漏風情況。

3.4.2 電動執行器。電動執行器是提高循環流化床鍋爐自動化水平必不可少的執行單元。它可以大大減少一線工人的勞動強度，及時應對故障處理。在資金允許的情況先，建議送風機出口風門、二次風機出口風門、引風機入口風門、上下一次風各風門、高壓風機出口風門、二次風風門選用電動每年。送風機、引風機、二次風機如選用變頻電機，可以考慮取消相應的電動門。由于很少操作回料系統的輸送風風門、松動風風門及撥煤風風門等，可以選用手動門就地操作。

3.4.3 風機參數監測。風機是電廠的重要主附設備。一旦出現故障，巡檢不及時，必然會給電廠造成很大的經濟損失且易擴大事故。因此，風機參數的在線監測十分重要。主要監測的參數有風機電流、定子溫度、軸承溫度和風機振動等。

4 結語

綜上所述，循環流化床技術作為高效、潔凈、低污染的燃煤技術，在我國將得到越來越廣泛的應用。通過對原循環流化床鍋爐設計熱工測點的設計和兩年的實際運行證明，熱工測點數量、測點布置及儀表選型基本能夠滿足生產運行需要。因循環流化床鍋爐燃燒的復雜性和對循環流化床還缺乏經驗和深入了解。目前循環流化床鍋爐自動控制技術仍存在許多難題需在生產研究和安裝調試中逐步完善。

[1]火力發電廠新設備新技術與發電工程設計、運行、維護及標準規范實用手冊.2006.

[2]岑可法.循環流化床鍋爐理論.設計與運行.北京：中國電力出版社，1998.

[3]劉德昌.循環流化床燃燒技術.北京：水利電力出版社，1995.

[4]工業鍋爐設計、制造、安裝新工藝新技術與鍋爐運行維護及故障診斷排除實用手冊.北方工業出版社，2005.