300MW循環流化床鍋爐機組協調控制系統分析

石建磊

【摘要】作為一種污染小、高效能以及潔凈的燃煤技術，循環流化床已經開始逐漸在我國廣泛運用，特別是運用在供熱機組當中。然而，當前循環流化床機組的自動控制情況令人堪憂，而強化對循環流化床自動控制技術的進一步研究，是一項極為急迫且有必要的工作項目，對循環流化床機組的更進一步運用具有十分深遠的現實意義。本文我們就針對300MW流化床鍋爐機組協調控制系統進行分析與探討。

【關鍵詞】循環流化床機組；協調控制系統；分析；思路

前言

我國所運用的循環流化床鍋爐存在一定的問題，具體表現在鍋爐大型化發展難度系數大、自動化水平較低。循環流化床不管是在結構方面還是在運作操作方面，都和常規的煤粉鍋爐有著極大的差別。在實際的運作操作上，循環流化床鍋爐更為復雜化，不但需要確保各項參數（蒸汽壓力、爐膛負壓以及蒸汽溫度等）在指定的范疇以內，進而獲取更為經濟性的燃燒，同時還必須控制床壓與床溫在一定的范疇以內。

一、機組概況

某熱電廠工程建設規模為2×300MW循環流化床直接空冷抽汽機組。該工程鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司生產的循環流化床鍋爐，汽輪機采用哈汽集團股份有限公司生產的亞臨界、單軸、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單抽供熱直接空冷機組。它是目前山西已投產單機容量最大的循環流化床鍋爐，DCS控制系統采用北京國電智深的EDPF-NT系統，在調試階段，對原邏輯進行修改與優化，兩臺機組168試運階段均順利長期投入協調控制系統，其調節效果良好。

二、協調控制系統的控制方式

1、將鍋爐作為基本的一種控制方式。在控制方面，采取鍋爐跟隨為基本的協調控制模式，負荷命令同時發給鍋爐與汽機兩邊。在鍋爐的一邊，利用前饋的比例控制實現對其的有效控制，使鍋爐能夠迅速實現加減鍋爐主控命令，進而對主汽壓力進行粗略的調節，主汽壓力的偏差信號到達鍋爐主控PID，進而對其實現細致的調整。

2、汽機跟隨的方式，鍋爐主控為人工手控，而汽機主控回路保持自動模式，利用汽機主汽門開度的變化，來實現調整主汽壓力的目標。

3、手動的方式，汽機與鍋爐的主控回路，都采取人工手動操作的方式。

4、鍋爐跟隨的方式，汽機主控為人工手控，而鍋爐主控回路保持自動模式，利用鍋爐燃燒率的變化，來實現調整主汽壓力的目標。

三、協調控制系統控制思路

鍋爐主控的壓力設定值形成壓力定值回路，當負荷升降時，在鍋爐主控中增加各種變量的前饋信號，這些變量時間和延遲時間為鍋爐的慣性時間，這樣保證機、爐動作從時間上相互匹配，確保了燃料主控的及時性并將鍋爐主控與汽機主控協調控制，克服了汽機主控調節及時、鍋爐慣性時間大的問題，基于以上原理確定了機組的協調控制方案如下。

1、鍋爐主控調節

以鍋爐跟隨為基礎的協調控制，其鍋爐控制指令由機組實際負荷指令前饋、主汽壓力偏差前饋、預加減煤前饋、汽包壓力微分前饋、主汽壓力指令微分前饋、主汽壓力偏差微分前饋、床溫修正前饋及鍋爐主控壓力調節器輸出構成。其中重點考慮的是預加減煤前饋與實際負荷指令前饋，這兩個前饋分別采用不同的函數對鍋爐主控進行修正。其中的函數是在機組運行中依據鍋爐具體運行工況進行總結計算，在機組升降負荷的過程中，通過估算出的各種前饋信號對應的不同負荷段所需的煤量，對燃料主控快速做出粗調。鍋爐主控調節器的主要作用是，鍋爐在負荷穩定的情況下，主汽壓力維持在與負荷相適應的主汽壓力定值范圍內。當負荷穩定后，根據主汽壓力的偏差修正鍋爐主控的輸出以增減給煤量。由于各種前饋的作用，鍋爐與汽機能夠實現相互配合。

2、汽機主控調節

汽機主控主要控制機組負荷，負荷指令由由三部分組成：（1）通過速率后的目標負荷；（2）不同不等率對應一次調頻的動作值；（3）主汽壓力拉回函數。其中壓力拉回函數采用不同的速率之后的壓力設定值與三選后的實際壓力之差進行函數折算，對目標負荷進行修正，以保證機前壓力的穩定性。汽機主控增加調門高低限制，當速率之后的壓力設定值與三選后的實際壓力之差如果低于某一值時，主控輸出下限即為當前值，調門關閉鎖，否則，壓力偏差會繼續增大，相反地，如果壓力設定值與三選后的實際壓力之差高于某一值時，調門上限保持為當前值，閉鎖開調門，否則壓力會更低。

3、燃燒控制調節

在燃燒控制系統里，給煤量控制、一次風量控制、二次風量控制是系統的重點。燃料主控調節接受鍋爐主控的控制指令，燃料控制通過八臺給煤機的調整來實現。風量的調整較復雜些，進入爐膛的風主要是一次風和二次風，一次風主要起流化作用并可調整床溫，二次風起助燃作用。在一次風系統中，通過調節兩臺一次風機液耦開度來保證一次風量，通過調節爐底左右側流化風擋板開度來保證進入爐膛的一次風量，其設定值主要由機組目標負荷對應一次風量指令修正函數算出，并接受床溫控制系統的修正。一次風量調節中用負荷指令取系數作為前饋加在一次風的指令中，讓一次風量先動作，改變鍋爐的流化狀態，讓流化床釋放或吸收鍋爐的蓄熱。

四、參數整定

流化床鍋爐CCS方式下，鍋爐的大慣性、大延遲的特點決定主蒸汽壓力控制系統滯后較大，如何解決壓力響應慢的問題，如何解決流化床鍋爐的壓力響應問題，是決定整個流化床機組協調品質的關鍵技術。根據鍋爐特性，保證一次風先動作是整個變負荷過程的關鍵步驟。機組負荷發生變化后主蒸汽壓力跟隨變化，鍋爐主控PID輸出給燃料主控PID，直至給煤機的給煤量發生變化，給煤量變化后，燃煤進入爐膛，爐膛燃燒的發生變化才引起蒸汽壓力有所變化。因此在系統整定時對各個參數都進行了仔細調整，鍋爐主控PID作為主PID，其作用不能太強，尤其是積分作用，否則極易引起主汽壓力的振蕩。燃料PID作為末級PID，要求其快速響應前級PID的輸出，減少調節系統的滯后，在參數調整中主要考慮到鍋爐的前饋和壓力修正相互配合問題。

五、結束語

總而言之，改機組協調控制系統自試運以來到至進一直投入，其變負荷能力強，這對同類型循環流化床鍋爐協調控制系統投運具有一定的參考價值，同時也為其他機組協調控制系統的投運提供了很好的借鑒作用。

參考文獻：

[1]閆高偉.300MW火電單元機組協調控制系統研究[D].太原理工大學，2003.

[2]郭南，鄧瑋，朱小娟.300MW機組循環流化床鍋爐SO_2控制系統研究[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2010，02：161-162+178.